JP3897399B2 - 管内走行車 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輪を管内壁に磁気吸着させつつ駆動輪の回転駆動により管内を走行する駆動車体を、連結部材を介在させて複数連結してある管内走行車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の管内走行車は、複数の駆動車体の駆動輪の回転速度を独立に制御していた。即ち、駆動車体は、車輪を管内の傾斜面、天井面等の内壁面に磁気吸着させつつ、駆動輪の回転駆動により管内を走行するものであるが、その駆動輪は、各駆動車体ごとに独立に回転速度が制御されるものであった。
【０００３】
そして、前後に連結される前記駆動車体の離間距離が、菅曲がり部での傾斜変化等により多少変化しても問題が生じないように、複数の駆動車体間に介在する連結部材を、所定幅内で伸縮できるようにしたものも存在した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような連結部材によって連結したものであっても、連結部材の伸縮幅内を超えて離間距離の減少又は増大が生じると次のような問題が生じる。つまり、離間距離の減少によって駆動車体の連結部材側の車輪が管内壁から浮き上がって走行に支障をきたしたり、離間距離の増大によって駆動車体の連結部材とは逆側の車輪が管内壁から浮き上がって、駆動輪の空回りや横転等が生じて、走行に支障をきたす場合があった。そして、上記のような伸縮幅内を超える離間距離の減少又は増大は、複数の駆動車体の駆動輪の回転速度を独立（フィードバックせずに無関係に）に制御している限り避けられない現象であった。この現象は特に、駆動輪の滑りや、管の傾斜変化、管の曲がりが存在する場合に顕著であった。
【０００５】
一方、連結部材が所定幅内で伸縮を許容しない場合には、離間距離の減少又は増大の方向に働く力によって、上記と同様に車輪が管内壁から浮き上がって走行に支障をきたすという問題が顕著であった。
【０００６】
従って、本発明の目的は、上記問題点に鑑みて、離間距離の減少又は増大、あるいはそれらの方向に働く力を抑制しつつ、円滑で動力ロスの少ない走行が行える管内走行車を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の特徴構成は、車輪を管内壁に磁気吸着させつつ駆動輪の回転駆動により管内を走行する駆動車体を、所定幅内で伸縮を許容する連結部材を介在させて、複数連結してある管内走行車において、前後に連結される前記駆動車体の離間距離の変化を検知する距離検知手段を設けると共に、その距離検知手段からの出力に基づいて、前記連結部材の伸縮幅内に前記離間距離が維持されるように、前記駆動車体のうち少なくとも一方の駆動輪の回転速度を制御する制御手段を設けてある点にある。
ここで、距離検知手段とは、離間距離の変化を直接的もしくは間接的に検知するものであり、離間距離の変化量や、離間距離の変化の有無や変化方向を検知できるものであれば、いずれでもよい。
【０００８】
上記構成において、前記連結部材が中間に屈曲部を有すると共に、その屈曲部に屈曲角度を検出する角度検出器を設けて、前記離間距離の変化を間接的に検知する距離検知手段としてあることが、後述の作用効果より好ましい。
【０００９】
また、上記において、前記制御手段が、前記角度検出器からの出力値に基づいて、その出力値が一定範囲内で維持されるように、前記駆動車体のうち少なくとも一方の駆動輪の回転速度を制御するものであることが、後述の作用効果より好ましい。
【００１０】
一方、本発明の別の特徴構成は、車輪を管内壁に磁気吸着させつつ駆動輪の回転駆動により管内を走行する駆動車体を、連結部材を介在させて複数連結してある管内走行車において、前後に連結される前記駆動車体の間に介在する前記連結部材にかかる力の変化を検知する力検知手段を設けると共に、その力検知手段からの出力に基づいて、前記連結部材にかかる力が減少するように、前記駆動車体のうち少なくとも一方の駆動輪の回転速度を制御する制御手段を設けてある点にある。
ここで、力検知手段とは、連結部材にかかる力の変化を直接的もしくは間接的に検知するものであり、力の変化量や、力の変化の有無や変化方向を検知できるものであれば、いずれでもよい。
【００１１】
〔作用効果〕
そして、本発明の上記特徴構成によると、前後に連結される前記駆動車体の離間距離の変化を検知する距離検知手段を設けてあるため、離間距離の変化に応じた信号を出力することができ、制御手段により、その出力に基づいて前記駆動車体のうち少なくとも一方の駆動輪の回転速度をフィードバック制御するため、前記連結部材の伸縮幅内に前記離間距離が維持されるような制御が可能になる。
その結果、連結部材の伸縮許容幅を超える離間距離の減少又は増大を抑制しつつ、円滑で動力ロスの少ない走行が行える管内走行車を提供することができた。
【００１２】
前記連結部材が中間に屈曲部を有すると共に、その屈曲部に屈曲角度を検出する角度検出器を設けて、前記離間距離の変化を間接的に検知する距離検知手段としてある場合、
前記離間距離が変化すると、屈曲部の屈曲角度が変化し、それを検出する角度検出器によって離間距離の変化を間接的に検知することができるため、簡易で安価な装置構成によって、距離検知手段を構成することができる。
【００１３】
前記制御手段が、前記角度検出器からの出力値に基づいて、その出力値が一定範囲内で維持されるように、前記駆動車体のうち少なくとも一方の駆動輪の回転速度を制御するものである場合、
出力値が一定範囲内で維持される制御によって、屈曲部の屈曲角度が一定範囲内で維持され、これによって連結部材の伸縮幅内の一定範囲内で離間距離が維持される。
【００１４】
一方、本発明の上記別の特徴構成によると、前後に連結される前記駆動車体の間に介在する前記連結部材にかかる力の変化を検知する力検知手段を設けてあるため、連結部材にかかる力の変化に応じた信号を出力することができ、制御手段により、その出力に基づいて前記駆動車体のうち少なくとも一方の駆動輪の回転速度をフィードバック制御するため、前記連結部材にかかる力が減少するように制御することができる。
その結果、離間距離の減少又は増大の方向に働く力を抑制しつつ、円滑で動力ロスの少ない走行が行える管内走行車を提供することができた。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づき説明する。なお、本発明は、第１実施形態と第２実施形態に大別できるので、以下に順に説明する。
【００１６】
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態は、図１に示すように、車輪１を管内壁２に磁気吸着させつつ駆動輪１ａの回転駆動により管内を走行する駆動車体３を、所定幅内で伸縮を許容する連結部材４を介在させて、複数連結してある管内走行車であって、前後に連結される前記駆動車体３の離間距離の変化を検知する距離検知手段５を設けると共に、その距離検知手段５からの出力に基づいて、前記連結部材４の伸縮幅内に前記離間距離が維持されるように、前記駆動車体３のうち少なくとも一方の駆動輪１ａの回転速度を制御する制御手段６を設けたものである。
【００１７】
本実施形態では、図１に示すように、各々の駆動車体３が四輪を有し、その全てが駆動輪１ａに相当し、駆動車体３の二台の中間に、二台の非駆動車体１０，２０が存在する。そして、それら駆動車体３と非駆動車体１０，２０との間の離間部分は連結部材４，１１，２１で連結されており、一番後ろに位置する連結部材４が、屈曲部４ａを有する連結部材４で構成されている。その屈曲部４ａには屈曲角度を検出する角度検出器５ａを設けてあり、前記離間距離の変化を間接的に検知できるようにしてある。なお、連結部材４は他の位置に設けてもよく、また連結部材４を複数設けてもよい。また、連結部材４，１１，２１はいずれもその両端部４ｂ，１１ｂ，２１ｂが、車体に対して上下に揺動自在に構成されており、管内壁の傾斜の変化に対応できるようになっている。
【００１８】
角度検出器５ａとしては、ポテンショメータなど、屈曲角度を検出して電気的に出力可能なものであればいずれも使用可能である。また、連結部材４は中間に屈曲部４ａを複数有するものであってもよく、その場合、各屈曲部４ａに角度検出器５ａを設けるのが好ましい。
【００１９】
そして、前記制御手段６は、前記角度検出器５ａからの出力値に基づいて、その出力値が一定範囲内で維持されるように、前記駆動車体３のうち少なくとも一方の駆動輪１ａの回転速度を制御する。具体的には、例えば９０°に相当する出力値を標準値とし、７０°〜１１０°の一定範囲内で維持されるように、７０°〜８０°の出力値が得られた場合、８０°を超えるまで、後ろ側の駆動車体３の駆動輪１ａの回転速度を小さくし、一方、１００°〜１１０°の出力値が得られた場合、１００°未満になるまで、前側の駆動車体３の駆動輪１ａの回転速度を小さくする方法などが挙げられる。
【００２０】
図面で説明すると、上記のような制御を行わない場合、図２（ａ）に示すような状態では、上り内壁のため後側の駆動車体３の走行速度が相対的に遅くなり、連結部材４の屈曲部４ａは１８０°に延びきってしまい、連結部材１１に引っ張り力が働いて、前側の駆動車体３の前輪が矢印Ａの方向に浮き上がってしまう。一方、上記のような制御を行う場合、後側の駆動車体３の走行速度が相対的に遅くなっても、１００°以上に相当する出力値が得られると、１００°未満になるまで、前側の駆動車体３の駆動輪１ａの回転速度を小さくするので、図２（ｂ）に示すように、屈曲角度が一定範囲内で維持されて、前側駆動車体３の前輪が浮き上がるなどの問題が生じにくい。
【００２１】
なお、相対速度が早い方の駆動輪１ａの回転速度を小さくする制御を行うのは、速度を大きくする制御では、速度の上限に限界あると共に、上り傾斜などで結果的に速度低下している駆動車体３の速度を、それに反して高めるのが困難な場合が多いからである。また、標準値との偏差に基づき、比例制御、微分制御、積分制御の単独又は組み合わせによる制御を行ってもよい。
【００２２】
上記において、８０°〜１００°の範囲内に相当する出力値が得られる状態では、両方の駆動車体３の駆動輪１ａの回転速度を、同一かつ一定に制御している。その場合、駆動輪１ａの回転速度を検出しながら、回転速度を一定に維持するような制御を行ってもよい。なお、制御手段６は、管内走行車の外部または内部に配設され、外部に配設される場合は有線又は無線で管内走行車の制御を行う。
【００２３】
駆動輪１ａの駆動は、例えば電動モータ等によって行われ、供給する電力等を調整することによって、回転速度を調整することができる。電動モータ等の動力は例えばベベルギヤ伝動機構を介して、駆動輪１ａに伝達される。また、駆動輪１ａの軸に直角な軸廻りに操舵する操舵手段７が設けられ、それを制御することにより管内走行車の操舵が行われる。駆動輪１ａは、内部輪体１ｂを収容する相互移動自在な中空外部輪体で構成され、磁石の磁力が内部輪体１ｂ、中空外部輪体１ａを介して管内壁２に導かれ、駆動車体３を吸着させることができる。なお、駆動車体３を前輪部と後輪部とに２分割して両者を連結軸で相対回転できるように連結することにより、前輪と後輪とが管の周方向にずれた状態を可能にして、操舵時の安定性を向上させてもよい。
【００２４】
駆動車体３の中間に存在する非駆動車体１０には、例えば制御手段６や駆動源に電力を供給する蓄電池１２が積載され、また非駆動車体１０には、管内走行車本体と指令箇所の間での信号の授受を行うケーブル２２を、走行に応じ繰り出し、引き込むケーブルリール２３と、そのドライバ２６が搭載されている。
そして、非駆動車体１０，２０の下部には、球状車輪１４，２４が適数個取り付けられ、その球状車輪１４，２４の間には磁石ケースに内蔵された薄い円筒状の永久磁石１５，２５が管内壁２とギャップを設けて適数個取付けてあり、永久磁石１５，２５の磁力が管内壁２を通り非駆動車体１０，２０を吸着させることができる。
【００２５】
前側の駆動車体３の車体先端および後側の駆動車体３の車体後端には、管内の前方の状況及び溶接線を点検、観察するカメラ８などが点検手段として設けられている。また、駆動車体３の姿勢を検出する姿勢検出器９が、姿勢検出手段として設けられている。
【００２６】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態は、図３に示すように、車輪１を管内壁２に磁気吸着させつつ駆動輪１ａの回転駆動により管内を走行する駆動車体３を、連結部材３０を介在させて複数連結してある管内走行車であって、前後に連結される前記駆動車体３の間に介在する前記連結部材３０にかかる力の変化を検知する力検知手段３１を設けると共に、その力検知手段３１からの出力に基づいて、前記連結部材３０にかかる力が減少するように、前記駆動車体３のうち少なくとも一方の駆動輪１ａの回転速度を制御する制御手段３２を設けたものである。
以下、第１実施形態と異なる点について説明する。
【００２７】
連結部材３０は、第１実施形態と異なり、所定幅内で伸縮を許容する必要はないが、所定幅内で伸縮を許容するものであってもよい。その場合、伸縮に抗して弾性力が働くように構成して、直線型ポテンショメータ等の力検知手段３１によりその伸縮の変化を検知して、間接的に変化を検知するようにしてもよい。
【００２８】
また、力検知手段３１は連結部材３０の中央部に設けられているが、連結部材３０にかかる力の変化を検知できるものであればいずれの位置に設けてもよく、例えば歪みゲージや圧力計が用いられる。
【００２９】
制御手段３２は、力検知手段３１からの出力に基づいて、連結部材３０にかかる力が減少するような制御を行うが、具体的には、出力値が引張りと圧縮の一定のしきい値を超えると、そのしきい値より小さいレベルまで、出力値が下がるように、駆動車体３のうち少なくとも一方の駆動輪１ａの回転速度を制御するが、第１実施形態と同様に、好ましくは速度が早い方の駆動車体３が遅くなるように制御する。
【００３０】
〔別実施形態〕
以下、本発明の他の実施形態について説明する。
【００３１】
〈１〉第１及び第２実施形態では、各々の駆動車体３が四輪を有し、その全てが駆動輪１ａに相当し、駆動車体３の中間に二台の非駆動車体１０，２０が存在する場合の例を示したが、各々の駆動車体３の車輪の数や駆動輪１ａの位置は、いずれであってもよく、また、各々の駆動車体３の間に非駆動車体を介在させる必要もない。
更に、駆動車体３は３台以上存在してもよく、その場合、１台目と２台目との間、並びに２台目と３台目との間で、上記のような制御が行われる。
【００３２】
〈２〉第１実施形態では、距離検知手段５として角度検出器５ａを設けた例を示したが、直線型ポテンショメータ等の距離検知器を設けてもよい。
上記の構成によると、屈曲部を設ける必要がないため、連結部材の伸縮幅をある程度広くすることができる。
【００３３】
〈３〉第１及び第２実施形態では、いずれも離間距離又は力の変化量に相当する出力値に基づいて制御する例を示したが、例えばリミットスイッチ等を用いて、変化の有無を検知し、その出力に基づいて、基準状態に復帰させるような制御を行ってもよい。
かかる構成によると、単純な装置構成で所期の効果がある程度実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の管内走行車の一例を示す縦断面図
【図２】第１実施形態の管内走行車の走行状態を示す図であり、（ａ）は本発明の制御を行わない場合の図、（ｂ）は本発明の制御を行う場合の図
【図３】第２実施形態の管内走行車の一例を示す縦断面図
【符号の説明】
１ 車輪
１ａ 駆動輪
２ 管内壁
３ 駆動車体
４ 連結部材
４ａ 屈曲部
５ 距離検知手段
５ａ 角度検出器
６ 制御手段
３０ 連結部材
３１ 力検知手
３２ 制御手段

Claims (4)

1. 車輪を管内壁に磁気吸着させつつ駆動輪の回転駆動により管内を走行する駆動車体を、所定幅内で伸縮を許容する連結部材を介在させて、複数連結してある管内走行車であって、
   前後に連結される前記駆動車体の離間距離の変化を検知する距離検知手段を設けると共に、
   その距離検知手段からの出力に基づいて、前記連結部材の伸縮幅内に前記離間距離が維持されるように、前記駆動車体のうち少なくとも一方の駆動輪の回転速度を制御する制御手段を設けてある管内走行車。
2. 前記連結部材が中間に屈曲部を有すると共に、
   その屈曲部に屈曲角度を検出する角度検出器を設けて、前記離間距離の変化を間接的に検知する距離検知手段としてある請求項１記載の管内走行車。
3. 前記制御手段が、前記角度検出器からの出力値に基づいて、その出力値が一定範囲内で維持されるように、前記駆動車体のうち少なくとも一方の駆動輪の回転速度を制御するものである請求項２記載の管内走行車。
4. 車輪を管内壁に磁気吸着させつつ駆動輪の回転駆動により管内を走行する駆動車体を、連結部材を介在させて複数連結してある管内走行車であって、
   前後に連結される前記駆動車体の間に介在する前記連結部材にかかる力の変化を検知する力検知手段を設けると共に、
   その力検知手段からの出力に基づいて、前記連結部材にかかる力が減少するように、前記駆動車体のうち少なくとも一方の駆動輪の回転速度を制御する制御手段を設けてある管内走行車。

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