(57)【要約】    【課題】  特別なセンサや制御機構を必要とすることなく、管の彎曲部やジョイント部、さらにＴ字型部分を通過できる機能を有するとともに、管径の変化部位や障害物に遭遇してもまた、段差部においても転倒することなくこれらを乗り越え、安定して走行することができる自走式の管内走行装置を提供すること。    【解決手段】  フレームと該フレームの左右に設けられたピボットに軸支されて水平面内で回動する２本のアームと、該アームのそれぞれの先端に軸支されて水平面内で回転駆動される駆動輪と、前記アームにピボット回りの復元力を印加する付勢手段を備えた自走式の管内走行装置であって、摩擦係数の大きな突起部を有する駆動輪を前後何れかに有する管内走行装置。【選択図】  図１０
2007261530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームと該フレームの左右に設けられたピボットに軸支されて水平面内で回動する２本のアームと、該アームのそれぞれの先端に軸支されて水平面内で回転駆動される駆動輪と、前記アームにピボット回りの復元力を印加する付勢手段を備えた自走式の管内走行装置であって、摩擦係数の大きな突起部を有する駆動輪対を前後何れかに有することを特徴とする管内走行装置。
【請求項２】
フレームの前方左右両側及び後方左右両側に設けられたピボットに軸支されて回動自在な第１乃至第４のアームと、該第１乃至第４のアームの一端に軸支されて水平面内又は１０°以内の角度で前記フレームの両側方向に低くなる傾斜面内で回転駆動される回転軸を有するとともに、少なくとも前方及び後方それぞれ一対のアームの他端それぞれにその一端を係止されるばねを張設された自走式の管内走行装置であって、前後何れか一方の一対の回転軸に摩擦係数の大きな接触面をもつ駆動輪を固定し、他方の一対の回転軸には摩擦係数の小さな従動輪を軸受けを介して回転自在に支承するとともに、歯車状の凹凸を有し摩擦係数の大きな凸部をもつセクタギア状の駆動部を回転軸に固定して随時回転・停止可能とし、前記セクタギア状の駆動部の作動によって走行装置の前後における何れか一端を上下に揺動させつつ推進せしめるよう構成してなる管内走行装置。
【請求項３】
フレームの前方左右両側及び後方左右両側に設けられたピボットに軸支されて回動自在な第１乃至第４のアームと、該第１乃至第４のアームの一端に軸支されて水平面内又は１０°以内の角度で前記フレームの両側方向に低くなる傾斜面内で回転駆動される回転軸を有するとともに、少なくとも前方及び後方それぞれ一対のアームの他端それぞれにその一端を係止されるばねを張設された自走式の管内走行装置であって、前後何れか一方の一対の回転軸に摩擦係数の大きな接触面をもつ駆動輪を固定し、他方の一対の回転軸に、周方向において歯車状の凹凸を有し大きな摩擦係数をもつ凸部としたセクタギア状の駆動部領域と、小さな摩擦係数をもつとともに前記セクタギア状の駆動部領域の管内壁面との接触弧よりも径小の円形周面をもつ領域を有する駆動輪を固定し、これを回転駆動するよう構成してなる管内走行装置。
【請求項４】
フレームの前方左右両側及び後方左右両側に設けられたピボットに軸支されて回動自在な第１乃至第４のアームと、該第１乃至第４のアームの一端に軸支されて水平面内又は１０°以内の角度で前記フレームの両側方向に低くなる傾斜面内で回転駆動される回転軸を有するとともに、少なくとも前方及び後方それぞれ一対のアームの他端それぞれにその一端を係止されるばねを張設された自走式の管内走行装置であって、前後何れか一方の一対の回転軸に摩擦係数の大きな接触面をもつ駆動輪を固定し、他方の一対の回転軸には、車輪のタイヤに嵌装され管内壁面に接して前記タイヤの周方向に回転自在なリングを車輪の周方向において複数箇有する駆動輪を固定したことを特徴とする管内走行装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場配管や下水道管といった管渠の内部の検査や補修をするための、転倒することなく段差や障害物を乗り越え安定して自走できる管内走行装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水道管や工場配管の内部の欠陥の有無、程度また、障害物の存否を早期に検出し、必要な処置を的確に施すことは、工場やライフライン或いはインフラ構造の安全性を確保・維持する上で重要である。この目的のために、管内における欠陥の有無、程度を検査したり補修を行い、管内を自走できる管内走行装置（ロボット）が多数提案されている。
【０００３】
従来、図１３に示す自走式管内走行装置が知られている。この管内走行装置は、通常の四輪乗用車を小型化した形態である。一方、出願人は、特願２００５−０１７３８４号にて図１４及び図１５に示す自走式管内走行装置を提案した。この管内走行装置は、フレームの前方左右両側及び後方左右両側に設けられたピボットに軸支されて回動自在な第１乃至第４のアームと、該第１乃至第４のアームの一端に軸支されて水平面内又は１０°以内の角度で前記フレームの両側方向に低くなる傾斜面内で回転駆動される回転軸を有するとともに、少なくとも前方及び後方それぞれ一対のアームの他端それぞれにその一端を係止されるばねを張設された自走式の管内走行装置である。
【０００４】
他方、管内走行装置の前方及び後方に、管軸方向に垂直な面内でそれぞれ４箇の車輪、計８箇の車輪を有せしめ、エアシリンダ等によって付勢されるリンク機構の拡縮により、管軸方向に垂直な面内で車輪による４点支持状態にして、転倒のない安定走行を可能ならしめた管内走行装置が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０９−０８６４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１３に示す従来の管内走行装置においては、駆動輪は走行装置の車体に固定して配設され、サスペンションやダンピングシステムが装着されておらず、管の曲がり部やジョイント部、Ｔ型継ぎ手における走行が困難であるのみならず、管径が変化する部位や障害物が存在する部位さらには段差部を転倒することなく走行することがきわめて困難である。
【０００６】
出願人が特願２００５−０１７３８４号にて提案した自走式管内走行装置（ロボット）は、上記図１３に示す従来の管内走行装置における問題をすべて解決した。しかしながら、この管内走行装置においてもごく希に、４つの駆動輪の速度の微妙な誤差や各車輪と管内壁面間の摩擦の関係、管内に存在する障害物の条件等によっては、管内走行装置が進行するに従って車体が傾きその傾きが増加することによって転倒する場合があった。通常、出願人が特願２００５−０１７３８４号にて提案した自走式管内走行装置（ロボット）は、管の円形断面内壁面によってセルフセンタリング作用が働いて傾きが減少し、転倒することはない。しかしながら、万に一つでも、管内走行装置（ロボット）が転倒することは重大な問題であり、実用に際して、このような問題を解決しておく必要がある。
【０００７】
一方、特許文献１（特開平０９−０８６４０４号公報）に開示されている管内走行装置は、エアシリンダ等の弾機付勢装置やリンク機構を必要とし構造が複雑となる問題がある。また、この管内走行装置は、管の彎曲部やＹ字形部、さらにＴ字型部分の走行に対応する手段がない。
【０００８】
本発明は、特別なセンサや制御機構を必要とすることなく、管の彎曲部やジョイント部、さらにＴ字型部分を通過できる機能を有するとともに、管径の変化部位や障害物に遭遇してもまた、段差部においても転倒することなくこれらを乗り越え、安定して走行することができる自走式の管内走行装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、フレームと該フレームの左右に設けられたピボットに軸支されて水平面内で回動する２本のアームと、該アームのそれぞれの先端に軸支されて水平面内で回転駆動される駆動輪と、前記アームにピボット回りの復元力を印加する付勢手段を備えた自走式の管内走行装置であって、摩擦係数の大きな突起部を有する駆動輪を前後何れかに有する管内走行装置である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、フレームの前方左右両側及び後方左右両側に設けられたピボットに軸支されて回動自在な第１乃至第４のアームと、該第１乃至第４のアームの一端に軸支されて水平面内又は１０°以内の角度で前記フレームの両側方向に低くなる傾斜面内で回転駆動される回転軸を有するとともに、少なくとも前方及び後方それぞれ一対のアームの他端それぞれにその一端を係止されるばねを張設された自走式の管内走行装置であって、前後何れか一方の一対の回転軸に摩擦係数の大きな接触面をもつ駆動輪を固定し、他方の一対の回転軸には摩擦係数の小さな従動輪を軸受けを介して回転自在に支承するとともに、歯車状の凹凸を有し摩擦係数の大きな凸部としたセクタギア状の駆動部を回転軸に固定して随時回転・停止可能とし、前記セクタギア状の駆動部の作動によって走行装置の前後における何れか一端を上下に揺動させつつ推進せしめるよう構成してなる管内走行装置である。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、フレームの前方左右両側及び後方左右両側に設けられたピボットに軸支されて回動自在な第１乃至第４のアームと、該第１乃至第４のアームの一端に軸支されて水平面内又は１０°以内の角度で前記フレームの両側方向に低くなる傾斜面内で回転駆動される回転軸を有するとともに、少なくとも前方及び後方それぞれ一対のアームの他端それぞれにその一端を係止されるばねを張設された自走式の管内走行装置であって、前後何れか一方の一対の回転軸に摩擦係数の大きな接触面をもつ駆動輪を固定し、他方の一対の回転軸に、周方向において歯車状の凹凸を有し大きな摩擦係数をもつ凸部としたセクタギア状の駆動部領域と、小さな摩擦係数をもつとともに前記セクタギア状の駆動部領域の管内壁面との接触弧よりも径小の円形周面をもつ領域を有する車輪を固定し、これを回転駆動するよう構成してなる管内走行装置である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、フレームの前方左右両側及び後方左右両側に設けられたピボットに軸支されて回動自在な第１乃至第４のアームと、該第１乃至第４のアームの一端に軸支されて水平面内又は１０°以内の角度で前記フレームの両側方向に低くなる傾斜面内で回転駆動される回転軸を有するとともに、少なくとも前方及び後方それぞれ一対のアームの他端それぞれにその一端を係止されるばねを張設された自走式の管内走行装置であって、前後何れか一方の一対の回転軸に摩擦係数の大きな接触面をもつ駆動輪を固定し、他方の一対の回転軸には、駆動輪のタイヤに嵌装され管内壁面に接して前記タイヤの周方向に回転自在なリングを周方向において複数箇有する駆動輪を固定した管内走行装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は上記構成になるので、セルフセンタリング性を格段に向上せしめ得る。また、管の彎曲部やＹ字形部、さらにＴ字型部を容易に走行できるとともに、管径の変化部位や障害物に遭遇してもまた、段差部においても転倒することなくこれらを乗り越え、安定して走行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の管内走行装置の基本構成は、出願人が特願２００５−０１７３８４号にて提案した、図１４及び図１５に示す自走式管内走行装置の構成である。図１４は平面図、図１５は正面図である。図１４、図１５において、１は管内走行装置、２はフレーム、３は第１のアーム、４は第２のアーム、５は第３のアーム、６は第４のアームであり、それぞれピボット１８、１９、２０、および２１に回動自在に枢支されている。第１のアーム３乃至第４のアーム６の一端には第１の駆動輪１１乃至第４の駆動輪１４が配設され、図１４および図１５に示すように、第１のアーム３乃至第４のアーム６それぞれに設けられている第１の駆動モータ７乃至第４の駆動モータ１０によって、図１５で見て鉛直な回転軸回りに回転駆動される。
【００１５】
第１のアーム３乃至第４のアーム６それぞれの他端には、図１４に示すように、引張りばね１５、１６および引張りばね３１、３２の端部を係止するためのばね係止用孔２３乃至２６が穿設されている。而して、アーム３の他端とアーム４の他端間に引張りばね１５が、アーム５の他端とアーム６の他端間に引張りばね１６が張設される。これによって、第１の駆動輪１１乃至第４の駆動輪１４が管内壁面に押しつけられるように弾機付勢される。
【００１６】
一方、アーム３の他端とアーム５の他端間に引張りばね３１が、アーム４の他端とアーム６の他端間に引張りばね３２が張設される。このように、ばね１５、１６およびばね３１、３２を張設することによって、第１の駆動輪１１乃至第４の駆動輪１４は管路２２の内壁面からの反力を受けて自在に変位するとともに、管の彎曲部や分岐部を通過する際に、第１の駆動輪１１乃至第４の駆動輪１４の何れかが管路２２の内壁面から離れて反力が消滅すると、ばね１５、１６およびばね３１、３２の力がバランスする位置で保持される。これにより、管路２２の内径が拡縮する部位や管路２２内部における障害物スムーズに通過することができる。
【００１７】
図１５に示す態様においては、第１の駆動モータ７乃至第４の駆動モータ１０によって回転せしめられる軸の軸心が、フレーム２の左右側に５°傾いている。こうすることによって、管内走行装置の走行安定性が増す。図１５において、１７はペイロードであって、たとえばＣＣＤカメラ、超音波センサなどの管内検査センサ類であり、フレーム２に搭載されている。４１は管内走行装置、４２は水平面である。管内走行装置１，４１は、この態様においてはバッテリーで駆動され、図示しない制御装置によって走行、検査システムなどがコントロールされる。
【００１８】
本発明は、上記自走式管内走行装置をベースとしてセルフセンタリング特性をさらに向上せしめ、段差部、障害物存在部位においても転倒する虞のない自走式管内走行装置を完成させたものである。
【実施例１】
【００１９】
図１（ａ）、（ｂ）に本発明の一実施例に係る自走式管内走行装置の前後何れかに配設される、摩擦係数の大きな突起部を有する駆動輪を示す。図１（ａ）、（ｂ）において、１０５、１０６はアームであって、駆動用モータを内蔵している。鉛直な回転軸心或いはフレーム２の左右側に５°傾いている駆動用モータの出力軸Ｓには歯車状の凹凸を有し天然ゴム等でライニングされた摩擦係数の大きな凸部Ｐとしたセクタギア状の駆動部１１３、１１４が固定され随時回転・停止可能とされている。
【００２０】
１２３、１２４は従動輪であり、セクタギア状の駆動部１１３、１１４の管内壁面との接触弧よりも径小（駆動輪１１、１２直径の０．７〜０．９倍）の円形周面を有するとともに、駆動輪１１、１２の管２２内壁面との接触面における摩擦係数よりも小さな摩擦係数をもつ、たとえばアルミニウム製である。従動輪１２３、１２４は軸受（ベアリング）１１９、１２０を介して駆動用モータの出力軸Ｓに回転自在に支承されている。而して、管内走行装置１、４１の定常走行時には、従動輪１２３、１２４は管内走行装置１、４１の移動に従って回転し、小さな摩擦係数に起因して管２２内壁面を周方向にスライドしやすく、図４に示すように、セルフセンタリングする。また、従動輪１２３、１２４は駆動輪１１、１２直径の０．７〜０．９倍と径小であるために、図５中央の図に示すように、後ろに傾いた状態となり、荷重が前輪よりも後輪に多くかかり、セルフセンタリング性がより一層良好となる。駆動輪１１、１２の管２２内壁面との接触面は天然ゴム等摩擦係数の大きなものでライニングされている。
【００２１】
また、管内走行装置１、４１の定常走行時には、図２に示すように、摩擦係数の大きな凸部Ｐを有するセクタギア状の駆動部１１３、１１４は管２２の内壁面に接しない位置で停止せしめられ、テレビカメラ等で段差部等に近づいたことを検知したら、図３に示すように、摩擦係数の大きな凸部Ｐを有するセクタギア状の駆動部１１３、１１４が駆動され、従動輪１２３、１２４の配設されている側の車体を上下に揺動させ、管内走行装置１、４１を揺さぶって、図８および図９に示すように、段差部ＤＩＬを乗り越える。若し、図２に示すような、摩擦係数の大きな凸部Ｐを有するセクタギア状の駆動部１１３、１１４がないと、図６および図７に示すように、２つの駆動輪１１，１２のみの走行となるので、段差ＤＩＬに管内走行装置１、４１が遭遇すると乗り越えられない。
【００２２】
この実施例に係る管内走行装置１、４１は二輪駆動であるから、四輪駆動のものに比しエネルギー消費（バッテリーの消耗）が少なく、長時間駆動が可能となる。また、従動輪１２３、１２４を駆動輪１１、１２の管２２内壁面との接触面における摩擦係数よりも小さな摩擦係数をもつ、たとえばアルミニウム製としたから、小さな摩擦係数に起因して管２２内壁面を周方向にスライドしやすく、図４に示すように、セルフセンタリングする。また、従動輪１２３、１２４は駆動輪１１、１２直径の０．７〜０．９倍と径小であるために、図５中央の図に示すように、後ろに傾いた状態となり、荷重が前輪よりも後輪に多くかかり、セルフセンタリング性がより一層良好となる。
【００２３】
実施例１に係る本発明の実施形態を図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す。管内走行装置１、４１（下水道管渠検査ロボット）の前方にはテレビカメラ（ＣＣＤ）と照明Ｌが設置され、管２２内を撮影し、下水道管内の欠陥やクラック、木の根の侵入などを検出する。
【実施例２】
【００２４】
本発明の他の実施例を図１１に示す。この実施例においては、フレーム２前後何れか一方の一対の回転軸に摩擦係数の大きな接触面をもつ駆動輪１１１，１１２を固定し、アーム１０５、１０６に内蔵されている駆動モータによって回転駆動される他方の一対の回転軸Ｓに、周方向において歯車状の凹凸を有し大きな摩擦係数をもつ凸部Ｐとしたセクタギア状の駆動部領域１３３、１３４と、小さな摩擦係数をもつとともに前記セクタギア状の駆動部領域１３３、１３４の管内壁面との接触弧よりも径小の円形周面をもつ領域を有する車輪１４３、１４４を固定し、これを回転駆動するよう構成している。
【００２５】
この構成により、小さな摩擦係数をもつとともに前記セクタギア状の駆動部領域１３３、１３４の管内壁面との接触弧よりも径小の円形周面をもつ領域１４３、１４４は、小さな摩擦係数に起因して管２２内壁面を周方向にスライドしやすく、図４に示すように、良好なセルフセンタリング性を発揮する。これによって、管内走行装置１、４１の転倒を防止するとともに、周方向において歯車状の凹凸を有し大きな摩擦係数をもつ凸部Ｐとしたセクタギア状の駆動部領域１３３、１３４によって管内走行装置１、４１が段差等を乗り越えることができる。
【実施例３】
【００２６】
本発明の他の実施例を図１２に示す。この実施例においては、フレーム２前後何れか一方の一対の回転軸に摩擦係数の大きな接触面をもつ駆動輪１１１、１１２を固定し、アーム１０５、１０６に内蔵されている駆動モータによって回転駆動される他方の一対の回転軸Ｓには、駆動輪１５３、１５４のタイヤに嵌装され管２２内壁面に接して前記タイヤの周方向に回転自在なリング１７３を駆動輪の周方向において複数箇固設している。而して、駆動輪１５３、１５４外周面の周方向には摩擦係数が大きく、タイヤの周方向にはリング１７３が回転自在であり、管２２内壁面との間は転がり摩擦となり格段に小さな摩擦係数となる。
【００２７】
この構成により、フレーム２前後何れか一方の一対の駆動輪１５３、１５４はリング１７３によって転がり摩擦となって、管２２内壁面周方向における摩擦係数が格段に小さくなり、管内走行装置１、４１のセルフセンタリング性がさらに向上する。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、上下水道、電話、電力、ガス等地下管路内部を点検、検査、および補修用自走式管内走行装置（検査ロボット）として広く応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例に係る、管内走行装置の摩擦係数の大きな突起部を有する駆動輪および摩擦係数の小さな従動輪の複合体を示す図、（ａ）は背面図、（ｂ）は底面図である。
【図２】本発明の一実施例に係る、管内走行装置の定常走行時の模様を示す斜視図
【図３】本発明の一実施例に係る、管内走行装置の管段差部走行時の模様を示す斜視図
【図４】本発明の一実施例に係る、管内走行装置のセルフセンタリングの模様を示す正面図
【図５】本発明の一実施例に係る、管内走行装置の駆動輪と従動輪の関係を示す図、（ａ）は駆動輪と従動輪を等径とした場合を示す図、（ｂ）は従動輪を駆動輪に比し径小とした場合（実施例１）を示す図、（ｃ）は管との関係を示す正面図である。
【図６】比較例として示す、摩擦係数の大きな突起部を有する駆動輪がない場合の管内段差部における管内走行装置前輪の停滞状態を示す斜視図
【図７】比較例として示す、摩擦係数の大きな突起部を有する駆動輪がない場合の管内段差部における管内走行装置後輪の停滞状態を示す斜視図
【図８】本発明の一実施例に係る、管内走行装置前輪の管段差部乗り越え時の模様を示す斜視図
【図９】本発明の一実施例に係る、管内走行装置後輪の管段差部乗り越え時の模様を示す斜視図
【図１０】本発明の一実施例に係る、テレビカメラ、照明、バッテリー、制御ユニット等を搭載した管内走行装置を示す図、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は正面図である。
【図１１】本発明の他の実施例に係る、管内走行装置の摩擦係数の大きな突起部を有する領域および摩擦係数の小さな円形部をもつ領域を有する駆動輪を示す図、（ａ）は背面図、（ｂ）は底面図である。
【図１２】本発明の他の実施例に係る、管内走行装置のタイヤの周方向に回転自在なリングを駆動輪の周方向において複数箇固設した態様を示す図、（ａ）は背面図、（ｂ）は底面図である。
【図１３】従来の管内走行装置を示す正面図
【図１４】出願人が特願２００５−０１７３８４号にて提案した管内走行装置を示す平面図
【図１５】出願人が特願２００５−０１７３８４号にて提案した管内走行装置を示す正面図
【符号の説明】
【００３０】
１  管内走行装置
２  フレーム
３  第１のアーム
４  第２のアーム
５  第３のアーム
６  第４のアーム
７  第１の駆動モータ
８  第２の駆動モータ
９  第３の駆動モータ
１０  第４の駆動モータ
１１  第１の駆動輪
１２  第２の駆動輪
１３  第３の駆動輪
１４  第４の駆動輪
１５  第１のばね
１６  第２のばね
１７  ペイロード
１８  第１のピボット
１９  第２のピボット
２０  第３のピボット
２１  第４のピボット
２２  管
２３  第１のばね係止用孔
２４  第２のばね係止用孔
２５  第３のばね係止用孔
２６  第４のばね係止用孔
３１  第３のばね
３２  第４のばね
４１  管内走行装置
４２  水平面
１０５  第３のアーム
１０６  第４のアーム
１１１  第１の駆動輪
１１２  第２の駆動輪
１１３  第３の駆動輪
１１４  第４の駆動輪
１１９  軸受け（ベアリング）
１２０  軸受け（ベアリング）
１２３  従動輪
１２４  従動輪
１３３  セクタギア状の大摩擦駆動部領域
１３４  セクタギア状の大摩擦駆動部領域
１４３  円形周面をもつ小摩擦領域
１４４  円形周面をもつ小摩擦領域
１５３  駆動輪
１５４  駆動輪
１７３  リング
Ｐ  大摩擦突起部
Ｓ  出力軸
ＤＩＬ  段差部
ＣＣＤ  テレビカメラ
Ｌ  照明
【図１】
2007261530.tif 000003
【図２】
2007261530.tif 000004
【図３】
2007261530.tif 000005
【図４】
2007261530.tif 000006
【図５】
2007261530.tif 000007
【図６】
2007261530.tif 000008
【図７】
2007261530.tif 000009
【図８】
2007261530.tif 000010
【図９】
2007261530.tif 000011
【図１０】
2007261530.tif 000012
【図１１】
2007261530.tif 000013
【図１２】
2007261530.tif 000014
【図１３】
2007261530.tif 000015
【図１４】
2007261530.tif 000016
【図１５】
2007261530.tif 000017