JP5814079B2 - 管内移動装置 - Google Patents

Description

本発明は、本体とその本体から外側に延設された複数のアーム部を備え、前記複数のアーム部は、前記本体の周方向に分散して配置されており、前記複数のアーム部の夫々は、その先端部に管内壁に接触して回転駆動自在な駆動輪が支持され、その基端部が前記本体に揺動自在に接続され、前記駆動輪を管内壁に押圧する側に前記アーム部を付勢する付勢手段が備えられている管内移動装置に関する。

地下に埋設されているガス配管の検査は、地面を掘削し配管を露出して検査を行うことができるが、その配管の量が膨大であることや、建造物の地下など人の進入が困難な場所に埋設されている配管も多く存在することなどから、それらの作業は容易ではない。また、埋設配管を露出する際の経済的コスト、検査効率など、対象配管上の地面全体を掘削する手法には多くの面で課題が残されている。そこで、地面を掘削せずに配管検査を実施するために管内移動装置が必要となっている。

従来の管内移動装置として、例えば、特許文献１には、複数のユニットが屈曲可能に連結体によって連結された管内移動装置が開示されており、管内移動装置の前端及び後端のユニットには、周方向の均等４方向に放射状の配置で、管内面に接する少なくとも一対の駆動輪と一対の従動輪を備えており、その駆動輪には走行モータと、その駆動輪の走行方向を転換する操舵モータが附属されている。
また、前端及び後端以外のユニットには、周方向の均等４方向に放射状の配置で、管内面に接する従動輪が備えられている。駆動輪の支持部には、配管の製作誤差や変形、或いは異物の付着等に原因する管内径の変化を吸収して安定な走行を円滑に行うための復元バネを装着したサスペンション機構が設けられ、従動輪の支持部には、従動輪を管壁へ押し付けるためにバネ等による弾性的なサスペンション機構が設けられている。
そして、前端及び後端のユニットに設けられた駆動輪の走行制御及び駆動輪の操舵制御は、当該ロボットとケーブルで接続された管外のコントローラを通じて行われている。これにより、管内移動装置の構造が簡単で、走行動作も単純にすることができるとされている。

特開２０００−５２２８２号公報

ところで、管内移動装置が送り込まれる配管の内部は一様な形状とは限らない。例えば、配管の途中にはレジューサが設置されて配管の内径が大きく変化している縮径部や、エルボなどが設置された曲が部もある。
例えば、特許文献１に記載の管内移動装置の場合、管内移動装置のユニットには、
駆動輪および従動輪を支持部には、配管の製作誤差などを許容するサスペンション機構が設けられているにとどまり、配管の内径が変化するレジューサなどの縮径部を通過することはできない。また、エルボなどの曲り部では、その曲る方向に管内移動装置の回転可能な方向を合わせることで通過することができるとも考えられるが、先端および後端のユニットに備えられた一対の駆動輪において、駆動輪ごとに回転速度制御を行なう機構を有さず、エルボ通過時に発生する、エルボの内側と外側の移動距離の違いを一対の駆動輪において調整することができずにスムーズにエルボなどの曲り部を通過することも困難となる。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、異なる管径に適用可能であり、簡単な構造で駆動輪の速度調整を可能としてスムーズに管内の形状変化部を通過することができる管内移動装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る管内移動装置は、
本体とその本体から外側に延設された複数のアーム部を備え、前記複数のアーム部は、前記本体の周方向に分散して配置されており、前記複数のアーム部の夫々は、その先端部に管内壁に接触して回転駆動自在な駆動輪が支持され、その基端部が前記本体に揺動自在に接続され、前記駆動輪を前記管内壁に押圧する側に前記アーム部を付勢する付勢手段が備えられている管内移動装置であって、
その特徴構成は、前記本体の中心軸に沿って前記本体の移動方向に延びる第１直線に対して、前記駆動輪が前記管内壁に接触する接触点を通りその接線方向に延びる第２直線が交差する場合に、前記第１直線に対する前記第２直線の交差により形成される交差角度の大きさの変化に伴って前記駆動輪の回転速度を変更させる速度調整機構を備え、
前記速度調整機構は、前記本体が直管状の管内を移動する状態における前記第１直線と前記第２直線との相対的な位置関係である基準位置関係に基づいて前記駆動輪の回転速度を増速又は減速させる点にある。

上記特徴構成によれば、本体から外側に延設された複数のアーム部は、本体の周方向に分散して配置されて、その先端部に管内壁に接触する駆動輪が支持されている。これにより、複数のアーム部は、管内壁に駆動輪を接触した状態で本体を管内の中心側に位置させることができる。また、アーム部は本体に揺動自在に接続され、駆動輪を管内壁に押圧する側に付勢する付勢手段がアーム部に備えられているので、駆動輪の駆動力を確実に管内壁に伝えることができる。
そして、本体の中心軸に沿って本体の移動方向に延びる第１直線に対して、駆動輪が管内壁に接触する接触点を通りその接線方向に延びる第２直線が交差する交差角度の大きさの変化に伴って駆動輪の回転速度を変更させる速度調整機構を備えるので、管内の形状変化部である曲り部や縮径部などにおいて、本体の移動方向に対する駆動輪の管内壁の接線方向の変化に対応して、駆動輪の回転速度を変更することができる。さらに、複数のアーム部ごとに交差角度が代表されるので、夫々のアーム部の駆動輪の回転速度が調整される。従って、管内の形状変化部である曲り部や縮径部などにおいて夫々のアーム部の駆動輪の回転速度が独立して調整されて、管内の形状の変化に対応することができる。

また、本体が直管状の管内を移動する状態における第１直線と第２直線との相対的な位置関係である基準位置関係を基準として、駆動輪の回転速度を増速又は減速させるため、直管状の管内を移動する状態である基準位置関係における駆動輪の回転速度を基準として、管内の形状の変化部である曲り部や縮径部などにおける交差角度の大きさの変化に伴って駆動輪の回転速度を変更して決定することができる。例えば、縮径部においては、管内を管内移動装置が移動方向に一定距離だけ移動する場合、縮径部の傾斜壁面の駆動輪の走行距離は直管状の管内壁よりも傾斜している分だけ長くなる。この場合、管内移動装置が移動方向の速度を保ちつつ縮径部を通過するためには、その傾斜壁面を移動する駆動輪の回転速度を直管状の管内壁を移動する場合より速くする必要がある。
ここで、縮径部において駆動輪が傾斜壁面と接触して交差角度が変化し、この交差角度の変化によって駆動輪の回転速度を、直管状の管内壁を移動する状態の基準位置関係における駆動輪の回転速度より速くすることができ、上述の如く、管内移動装置がその移動方向の速度を維持しつつ滑らかに縮径部を通過することができる。
このように、管内の形状の変化部に対応して受動的な速度調整を可能としてスムーズに形状変化部を通過することができる。

本発明に係る管内移動装置の更なる特徴構成は、前記速度調整機構は、前記駆動輪に設けられた半球状体と、前記半球状体の球状表面部に接触して回転駆動力を前記駆動輪に伝達する動力伝達輪と、前記交差角度の大きさの変化に応じて前記動力伝達輪が前記球状表面部に接触する位置を変更して、前記駆動輪の回転速度を変更させる動力伝達輪位置調整機構とが備えられている点にある。

上記特徴構成によれば、駆動輪に設けられた半球状体の球状表面部に、動力伝達輪が接触して回転駆動力が付与されるため、駆動力を簡単な構造によって駆動輪に伝達させることができる。また、交差角度の大きさの変化に応じて動力伝達輪が球状表面部に接触する位置を変更して、駆動輪の回転速度が調整されるので、交差角度の大きさの変化に応じて連続的に回転速度を変更することができ、簡単な構造で駆動輪の無段階の回転速度の変更を可能としてスムーズに管内の形状の変化部を通過することができる。

本発明に係る管内移動装置の更なる特徴構成は、
前記動力伝達輪位置調整機構は、前記交差角度の大きさの変化に伴って回転自在な回転体と、前記本体の中心軸に沿う方向における前記半球状体の中心軸周りに回転して前記動力伝達輪が前記球状表面部に接触する位置を変更自在に前記動力伝達輪を支持する動力伝達輪支持体と、前記回転体の回転により前記動力伝達輪が前記球状表面部に接触する位置を変更するように前記回転体の回転と前記動力伝達輪支持体の回転とを連係させる回転連係機構とを備えている点にある。

上記特徴構成によれば、交差角度の変化に伴って回転する回転体と、その回転体の回転により、動力伝達輪を支持する動力伝達輪支持体の回転とを連係させる回転連係機構が設けられているので、交差角度の変化により動力伝達輪支持体を回転させることができる。
また、動力伝達輪支持体は、本体の中心軸に沿う方向における半球状体の中心軸周りに回転して動力伝達輪が球状表面部に接触する位置を変更自在に支持しているので、動力伝達輪により駆動力を駆動輪の半球状体に伝えつつ、動力伝達輪が半球状体上を移動して駆動輪の無段階の回転速度の変更を可能としている。

本発明に係る管内移動装置の更なる特徴構成は、
前記アーム部は、前記本体に揺動自在に接続された第１アームと、当該第１アームに揺動自在に接続されて前記駆動輪が設けられた第２アームとで構成され、
前記第１アームは、前記第２アームとの接続部に備えられた接続部材と、当該接続部材と前記本体とに揺動自在に備えられた２本以上の揺動アームと、前記本体とにより構成された平行四辺形のリンク機構を備え、前記接続部材は前記第１直線と平行な第１直線部が設けられ、前記第２アームは、前記第２直線と平行な第２直線部を備えている点にある。

上記特徴構成によれば、第１アームは、第２アームとの接続部材と、接続部材と本体とに揺動自在に備えられた揺動アームと、本体とにより平行四辺形のリンク機構が構成されている。これにより、第２アームと接続部材との相対的な位置関係を保持しつつ第１アームを本体に対して揺動することができる。従って、管内の内径が変化した場合でも、第１アームがその内径の変化に対応するため、直管状の管内においては、第２アームと接続部材との相対的な位置関係が維持されて、駆動輪の回転速度が一定に保たれる。
また、第１アームの接続部材は第１直線を含む第１直線部が設けられ、第２アームは、前記第２直線を含む第２直線部を備えているので、接続部材の第１直線部と第２アームの第２直線部との関係によって交差角度が代表されて駆動輪の回転速度が変化されるため、簡単な構造で駆動輪の速度調整を可能としてスムーズに管内の形状の変化部を通過することができる。さらに、アーム部ごとに第１アームの接続部材に対する第２アームによって交差角度が代表されるので、複数のアーム部の夫々の交差角度によって夫々の駆動輪の回転速度が調整される。従って、管内の形状変化部である曲り部や縮径部などにおいて夫々のアーム部の駆動輪の回転速度が独立されて調整されて、スムーズに管内の形状の変化部を通過することができる。

本発明に係る管内移動装置の更なる特徴構成は、
前記第２アームが前記第１アームに対して所定の一方向へ回転して形成される前記交差角度の大きさに応じて前記駆動輪の回転速度が速くなり、前記所定の一方向と反対の他方向へ回転して形成される前記交差角度の大きさに応じて前記駆動輪の回転速度が遅くなる速度調整機構を備えた点にある。

上記特徴構成によれば、第１アームに対する第２アームの相対的な所定の一方向への回転により形成される交差角度によって駆動輪の回転速度を速くすることができ、一方で、他方向への回転により形成される交差角度によって駆動輪の回転速度が遅くすることができる。さらに、交差角度の大きさに応じて駆動輪の回転速度が調節される。これにより、第１アームに対する第２アームの回転方向を速度調整のための調整要素として自在に駆動輪の回転速度を調整することができる。

本発明に係る管内移動装置の更なる特徴構成は、
前記複数のアーム部が、前記本体の移動方向の前方側と後方側の夫々に前後一対備えられ、前記第２アームには、その一端部に前記駆動輪が設けられるとともに、他端部に回転自在な従動輪が前記駆動輪よりも前記本体に近接するように設けられ、
前記基準位置関係にある前記第２アームの前記他方向としての前記従動輪が前記本体に近接する方向への回転が規制される回転規制体が備えられた点にある。

上記特徴構成によれば、複数のアーム部が、本体の移動方向の前方側と後方側の夫々に前後一対備えられているので、アーム部により本体を管内で安定させて移動させることができる。さらに、第２アームの一端部には駆動輪が設けられるとともに、他端部には従動輪が設けられているので、従動輪の管内壁への接触によって管内の形状の変化部においても安定した接触状態を維持しつつ移動することができる。
また、従動輪が駆動輪よりも本体に近接するように設けられ、基準位置関係にある第２アームの他方向としての従動輪が本体に近接する方向への回転が規制される回転規制体が備えられている。これにより、例えば、管内の曲り部において、曲り部の外側に位置する本体の移動方向の前後一対に備えられた第２アームについては、回転が規制されない方向に回転して、従動輪と駆動輪が管内壁に接触する状態となる。その一方で、曲り部の内側に位置するアーム部の第２アームについては、回転規制体により基準位置関係の位置で回転が規制されることで、従動輪のみが管内壁に接触して、駆動輪を管内壁から離れた状態とすることができる。これにより、曲り部における内側面を通る駆動輪と、外側面を通る駆動輪の距離差を許容しつつ、外側の駆動輪で駆動力を管内壁に与えつつ管内を進むことができる。
また、管内径の縮径部においては、本体の移動方向の前後一対に備えられた前方側のアーム部の第２アームと後方側のアーム部の第２アームでは、第２アームが第１アームに対して形成する交差角度が所定の一方向とその反対側である他方向に回転して形成されるものとなるため、それらの駆動輪において回転速度が異なるものとなるが、後方側のアーム部の第２アームについては、回転規制体により基準位置関係の位置で回転が規制されることで、従動輪のみが管内壁に接触して、駆動輪が管内壁から離れた状態となるため、前方側のアーム部の第２アームの駆動輪の回転速度によって本体がスムーズに移動される。

本発明に係る管内移動装置の更なる特徴構成は、
前記付勢手段が前記本体の付勢手段接続部と前記アーム部との間に、前記アーム部が前記付勢手段接続部に向かう押圧力規定方向への引張力を受けるように設けられ、当該引張力によって前記アーム部が前記管内壁の方向へ押圧される押圧力が発生し、前記管内の内径が変化した場合でも、前記押圧力が一定の範囲に維持される点にある。

上記特徴構成によれば、付勢手段が本体の付勢手段接続部とアーム部との間に、アーム部が管内壁の方向へ押圧される押圧力を発生させるように設けられているので、本体の周方向で間隔を隔てて配置された複数のアーム部による壁面への押付力によって本体が管内の中心付近の位置に保たれる。また、管内の内径が変化した場合でも、押圧力が一定の範囲に維持されるので、例えば、内径の縮径部における押付力の増加による駆動力の損失や、拡径部における内壁面への押付力の不足をなくして駆動力を適切に内壁面に伝達することができ、スムーズに管内の形状の変化部を通過することができる。

本発明に係る管内移動装置の更なる特徴構成は、
前記本体は複数備えられ、本体同士が接続体にて接続されている点にある。

上記特徴構成によれば、本体同士を接続体で接続することにより、自由に胴体長を変更することが可能である。この構造にすることで、例えば、接続体の内部において本体の駆動に必要となるバッテリーやその他の必要な機器を積載することが可能となる。

直管状の管内を移動する状態の管内移動装置の斜視図 直管状の管内を移動する状態の管内移動装置の断面図 複数の管内移動装置を接続した場合の断面図 縮径部を移動する管内移動装置の状態を示す断面図 管内移動装置のアーム部の概略断面図 付勢手段によるアーム部の管内壁への押圧力を示す図 アーム部における動力伝達輪位置調整機構を示す図 基準位置関係におけるアーム部の断面図（ａ）と正面図（ｂ） 交差角度をα度としたときのアーム部の断面図（ａ）と正面図（ｂ） 曲り部を移動する管内移動装置の状態を示す断面図

以下、本発明に係る管内移動装置の実施形態を、図面に基づいて説明する。図１は管内移動装置の斜視図であり、図２は管内移動装置の断面図である。また、図３は複数の管内移動装置を接続した場合の断面図である。
図１および図２に示すように、管内移動装置Ｃは、円筒状の形状を有する本体Ｄと本体Ｄから外側に延設された複数のアーム部Ｅを備えている。複数のアーム部Ｅは、本体Ｄの移動方向Ｘの前方側と後方側の夫々に前後一対となる状態で、本体Ｄの周方向に均等４方向に放射状に配置され、本体Ｄの前方側に４本と後方側に４本の合計８本のアーム部Ｅが設けられている。
また、アーム部Ｅは、それぞれ本体Ｄに揺動自在に接続された第１アームＦと、第１アームＦに揺動自在に接続された第２アームＧとで構成されている。第２アームＧには、その一端部に駆動力を有する駆動輪Ｗ１が設けられるとともに、他端部に回転自在で駆動力を有さない従動輪Ｗ２が駆動輪Ｗ１よりも本体Ｄから近接するように設けられている。また、第１アームＦには、駆動輪Ｗ１および従動輪Ｗ２を管内壁に押圧するように第１アームＦを付勢する付勢手段Ｋが備えられている。

また、図３に示すように、複数の本体Ｄが配管内を移動する際には、本体Ｄ同士が接続体Ｂにて接続される。例えば、本体Ｄ同士を中空のベローズ状の接続体Ｂで接続することにより、自由に接続体Ｂの長さを変更することが可能であり、駆動輪Ｗ１の駆動用のバッテリーやその他の必要な機器を搭載するための積載容量を自由に変更することができる。

図２および図４に示すように、第１アームＦは、第２アームＧと接続される接続部材Ｈと、本体Ｄの外周部の第２アーム取付部Ｄ１と、接続部材Ｈと第２アーム取付部Ｄ１との間に揺動自在に備えられた２本の揺動アームＦ１とにより構成された平行四辺形のリンク機構（平行四点リンク）を有している。これにより、第２アームＧと接続部材Ｈとの相対的な位置関係を維持したまま、第１アームＦを本体Ｄに対して揺動させることができる。

図４に示すように、駆動輪Ｗ１の回転速度の調節は、本体Ｄの中心軸に沿って本体Ｄの移動方向Ｘに延びる第１直線Ｌ１に対して、駆動輪Ｗ１が管内壁に接触する接触点を通りその接線方向に延びる第２直線Ｌ２が交差する交差角度Ａの大きさの変化に伴って駆動輪Ｗ１の回転速度を変更させる速度調整機構によってなされている。
また、管内移動装置Ｃの第１アームＦの接続部材Ｈには、交差角度Ａを形成する第１直線Ｌ１と平行な第１直線部Ｌ１ｐが設けられ、一方、第２アームＧには、第２直線Ｌ２と平行な第２直線部Ｌ２ｐが備えられている。例えば、第１直線部Ｌ１ｐは、接続部材Ｈの内壁面に向かう面と揺動アームＦ１が接続されている側面とで形成される直線状のエッジ部とされ、第２直線部Ｌ２ｐは、第２アームＧが接続部材Ｈに接触する面と従動輪Ｗ２の回転軸を保持している側面とで形成される直線状のエッジ部とされる。
従って、第１アームＦに対して第２アームＧが揺動することで、第１アームＦの第１直線部Ｌ１ｐと第２アームＧの第２直線部Ｌ２ｐとで形成されるアーム交差角度Ａｐは交差角度Ａと同じ角度となる。本実施形態に係る管内移動装置Ｃでは、そのアーム交差角度Ａｐ（交差角度に相当）の大きさの変化に伴って駆動輪Ｗ１の回転速度が変更するように構成されている。

以下、付勢手段Ｋについて説明する。図４および図５に示すように、付勢手段Ｋは、本体Ｄの付勢手段接続部Ｄ２と本体Ｄの中心側に位置する揺動アームＦ１の付勢手段取付部Ｆ２との間に設けられ、第１アームＦが付勢手段接続部Ｄ２に向かう押圧力規定方向への引張力Ｆｔを受けるように設けられ、この引張力Ｆｔによって第１アームＦが管内壁の方向へ押圧される押圧力Ｒが発生する。これにより、管内の内径が変化した場合でも、押圧力Ｒが一定の範囲に維持される。

図５に示すように、付勢手段Ｋは本体Ｄの付勢手段接続部Ｄ２と第１アームＦの付勢手段取付部Ｆ２との間において引張力Ｆｔを発生するバネで構成されており、第１アームＦが管内の壁面に垂直な方向へ押圧される押圧力Ｒを生み出す機構としている。ここで、θは本体Ｄと第１アームＦとで形成される角度である。バネ長Ｌは余弦定理より、下記数式（１）のように表される。
Ｌ²＝ａ²＋ｂ²＋ｃ²−２ｃ・ＳＱＲＴ（ａ²+ｂ²）・ｃｏｓ（θ−θ₀）・・（１）

そして、付勢手段Ｋのバネ定数をｋ、自然長をＬ₀とすると、Ｆｔ＝ｋ（Ｌ−Ｌ₀）と求められる。ここで正弦定理より、下記数式（２）が求められる。
Ｌ／ｓｉｎ（θ−θ₀）＝ＳＱＲＴ（ａ²+ｂ²）／ｓｉｎφ
ｓｉｎφ＝（ＳＱＲＴ（ａ²+ｂ²）／Ｌ）・ｓｉｎ（θ−θ₀）・・・（２）

従って、壁面への押圧力Ｒは、Ｒ＝Ｆｓｉｎφｃｏｓ（π−θ）として求めることができる。ここで、バネ定数ｋと自然長Ｌ₀を適切に選択して、図５において、第２アーム取付部Ｄ１から付勢手段接続部Ｄ２までの押圧力Ｒの方向に直交する距離ａを０．３ｃ、付勢手段接続部Ｄ２における押圧力Ｒ方向の距離ｂを０．１ｃとしたときの押圧力Ｒの値を図６に示す。これにより、管内径が変化しても、図６に示されたような本体Ｄと第１アームＦとで形成される角度θの範囲では、押圧力Ｒが一定の範囲に維持されることがわかる。

次に、速度調整機構について説明する。図７に示すように、速度調整機構は、駆動輪Ｗ１に設けられた半球状体Ｑと、半球状体Ｑの球状表面部Ｑ１に接触して回転駆動力を駆動輪Ｗ１に伝達する動力伝達輪Ｕと、アーム交差角度Ａｐの大きさの変化に応じて動力伝達輪Ｕが球状表面部Ｑ１に接触する位置を変更して、駆動輪Ｗ１の回転速度を変更させる動力伝達輪位置調整機構Ｖとで構成されている。そして、動力伝達輪Ｕが半球状体Ｑの球状表面部Ｑ１に接触しつつ動力伝達輪位置調整機構Ｖによって、その接触位置が変更されて駆動輪Ｗ１の回転速度が調節される。

また、半球状体Ｑの回転軸Ｑａは駆動輪Ｗ１の回転軸Ｗ１ａと同一とされて、半球状体Ｑの直径は駆動輪Ｗ１の直径より小さく形成されて、駆動輪Ｗ１に固定された状態で形成される。ここで、動力伝達輪Ｕは、第２アーム部のモータケース１に収容されたモータの駆動力を駆動力伝達ベルト２によって伝達可能な動力伝達プーリーＵ１を備えて構成されている。駆動力伝達ベルト２の材質は、動力伝達プーリーＵ１を構成する部材との関係で摩擦係数の高いゴムなどの材質で構成されている。同様に、動力伝達輪Ｕの半球状体Ｑと接触して動力を伝達する動力伝達輪Ｕの外周部においても、モータからの駆動力を損失なく半球状体Ｑに使えるために、半球状体Ｑを構成する部材との関係で摩擦係数の高いゴムなどの材質で構成されている。

次に、速度調整機構を構成する動力伝達輪位置調整機構Ｖについて説明する。動力伝達輪位置調整機構Ｖはアーム交差角度Ａｐの大きさの変化に応じて、駆動輪Ｗ１の回転速度を変更させる機構である。つまり、図９に示すように第１アームＦに対して第２アームＧが揺動することにより発生するアーム交差角度Ａｐの大きさの変化によって、駆動輪Ｗ１の回転速度を変更させる機構である。

第１アームＦの接続部材Ｈには、第１アーム側傘歯車Ｈ１、第１アーム側傘歯車軸Ｈ２が互いに固定されて接続部材Ｈと一体的に構成されている。そして、第２アームＧの軸孔Ｇ４に第１アーム側傘歯車軸Ｈ２がベアリング３によって回転可能に貫通されて設けられ、これにより、第１アームＦの接続部材Ｈに対して第２アームＧが回転可能となっている。一方で、第２アームＧに設けられている駆動力を発生するモータが収容されたモータケース１、第２アーム側傘歯車１ａ（回転体に相当）、モータケース接続軸１ｂは互いに固定されて一体的に構成されている。そして、第２アームＧの接続軸孔Ｇ５にモータケース接続軸１ｂがベアリング４によって回転可能に貫通されて設けられ、これにより、第２アームＧにおいてモータケース１が回転可能となっている。さらに、モータケース１は、動力伝達輪Ｕを支持している動力伝達輪支持体Ｕ２と接続されている。動力伝達輪支持体Ｕ２は、図８および図９に示すようにモータケース１に揺動可能に取り付けられ、モータケース１内に収容された図示しない付勢手段によって動力伝達輪Ｕを球状表面部Ｑ１に押付けるように付勢している。また、動力伝達輪支持体Ｕ２は、駆動輪Ｗ１に設けられた半球状体Ｑの本体Ｄの中心軸に沿う方向における中心軸周りに回転して、動力伝達輪Ｕを球状表面部Ｑ１に押付けて接触させつつ球状表面部Ｑ１上での位置変更を可能となるように支持している。

また、第１アームＦと第２アームＧの接続部において、第１アーム側傘歯車Ｈ１が第２アーム側傘歯車１ａ（回転体に相当）と噛合するように設けられている。また、第２アームＧには、第２アーム側傘歯車１ａ（回転体に相当）が回転することで、モータケース１を介して動力伝達輪支持体Ｕ２が回転する回転連係機構が備えられている。

そして、図９に示すように、動力伝達輪支持体Ｕ２によって支持されている動力伝達輪Ｕの球状表面部Ｑ１における移動角度Ｐはアーム交差角度Ａｐと同じ角度になるように構成されている。これにより、移動角度Ｐ、アーム交差角度Ａｐ、交差角度Ａは実質的に同じ角度となる。従って、これらの機構が含まれる動力伝達輪位置調整機構Ｖにより、第１アームＦに対する第２アームＧの回転動作を、動力伝達輪支持体Ｕ２の回転動作に連携して、動力伝達輪支持体Ｕ２が支持する動力伝達輪Ｕが半球状体Ｑ上を接触しつつ移動して、駆動輪Ｗ１の回転速度が調節される。

また、速度調整機構は、本体Ｄが直管状の管内を移動する状態における第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２との相対的な位置関係である基準位置関係Ｔに基づいて駆動輪Ｗ１の回転速度を増速又は減速させる。
本実施形態においては、本体Ｄが直管状の管内を移動する状態（図１〜図３参照）における基準位置関係Ｔは図８（ａ）に示すような第１アームＦに対する第２アームＧの位置関係となる。つまり、第１アームＦの接続部材Ｈに含まれる第１直線部Ｌ１ｐと、第２アームＧに含まれる第２直線部Ｌ２ｐが平行となる位置関係となる。この状態においては、動力伝達輪Ｕは図８（ｂ）に示すように半球状体Ｑの回転軸Ｑａと直交する方向に位置するように構成されている。

そして、図９（ａ）に示すように、第２アームＧが第２アームＧの第２直線部Ｌ２ｐが第１アームＦの第１直線部Ｌ１ｐから離れる方向である所定の一方向へ回転（図９（ａ）中左回転）して形成されるアーム交差角度Ａｐの大きさに応じて動力伝達輪位置調整機構Ｖにより動力伝達輪Ｕが球状表面部Ｑ１に接触しつつ半球状体Ｑの回転軸Ｑａに近づく方向へと回転移動する（図９（ｂ）中左回転）。そうすると、動力伝達輪Ｕが半球状体Ｑを一周させるに要する距離が短くなるので、モータによって駆動される動力伝達輪Ｕの回転速度を一定とした場合、半球状体Ｑの回転速度、すなわち駆動輪Ｗ１の回転速度が速くなる。一方で、第２アームＧが所定の一方向と反対の他方向（図９（ａ）中右回転）へ回転すると、動力伝達輪Ｕは半球状体Ｑの回転軸Ｑａから離れる方向へと回転移動（図９（ｂ）中左回転）して、駆動輪Ｗ１の回転速度が遅くなる。

また、第２アームＧには、基準位置関係Ｔにある第２アームＧの他方向への回転であって従動輪Ｗ２が本体Ｄに近接する方向への回転が規制される回転規制体Ｉが備えられる。本実施形態においては、第１アームＦの接続部材Ｈが回転規制体Ｉとしての役割を兼ねている。これにより、本体Ｄが直管状の管内を移動するときの基準位置関係Ｔにある駆動輪Ｗ１の回転速度を最も遅い回転速度として、管内の形状が変化する曲り部や縮径部において駆動輪Ｗ１の回転速度を増加させて、本体Ｄの進行方向の速度を一定に維持しつつ管内を移動することができる。

そして、上述の速度調整機構によって、アーム交差角度Ａｐに対して駆動輪Ｗ１の回転速度が、以下のように調節される。ここで、動力伝達輪Ｕと半球状体Ｑの接触部における速度をＶｍ、基準位置関係Ｔでの駆動輪Ｗ１の回転速度および角速度をそれぞれＶｗ₀、ωｗ₀とし、アーム交差角度Ａｐをα度としたときの駆動輪Ｗ１の回転速度および角速度をそれぞれＶｗ、ωｗとし、駆動輪Ｗ１の半径をｒとすると、動力伝達輪Ｕの回転速度を一定すなわちＶｍ＝ｃｏｎｓｔとした場合、下記数式（３）および数式（４）が求められる。
ωｗ₀＝Ｖｍ／ｒ・・・（３）
ωｗ＝Ｖｍ／（ｒ・ｃｏｓα）・・・（４）

ここで、Ｖｗ₀＝ｒｗ・ωｗ₀、Ｖｗ＝ｒｗ・ωｗであるので、下記数式（５）が求められる。
Ｖｗ／Ｖｗ₀＝１／ｃｏｓα・・・（５）

従って上記の数式（５）によって、アーム交差角度Ａｐより駆動輪Ｗ１の回転速度が変化するように構成されている。これによって、後述するように管内の形状変化部をスムーズに通過することができる。

図４に示したのは、管内移動装置Ｃが管内径の縮径部に差し掛かったときの状態の一例である。直管状の管内の内壁面に対する傾斜壁面の傾きの角度である傾斜角度Ｍをα度とした縮径部の傾斜壁面の走行距離は、管内を移動方向Ｘに同じ距離だけ進む場合において、直管状の管内壁よりも傾斜している分だけ長くなり、直管状の管内壁の（１／ｃｏｓα）倍の走行距離となる。従って、直管状の管内を走行中の管内移動装置Ｃが、その移動方向Ｘの速度を保ちつつ滑らかに縮径部を通過するためには、その傾斜壁面を走行する駆動輪Ｗ１の速度は、直管状の管内壁を走行する駆動輪Ｗ１の速度と比較して（１／ｃｏｓα）倍とする必要がある。これに対して、本実施形態に係る管内移動装置Ｃは、このような傾斜角度Ｍをα度とする縮径部において、第２アームＧが縮径部の傾斜壁面の傾斜角度Ｍに対応して回転してα度のアーム交差角度Ａｐを形成する。そのときのアーム部Ｅは図９（ａ）および図９（ｂ）に示される状態となっており、図９（ｂ）に示す動力伝達輪Ｕの球状表面部Ｑ１における移動角度Ｐにおいてもアーム交差角度Ａｐと同じα度を形成する。従って、上記の数式（５）からも明らかなように、駆動輪Ｗ１の速度が（１／ｃｏｓα）に調節されるため、その移動方向Ｘの速度を維持しつつ滑らかに縮径部を通過することができる。なお、傾斜角度Ｍ、移動角度Ｐ、アーム交差角度Ａｐおよび交差角度Ａは実質的に同一であり、α度となっている。

また、管内径の縮径部においては、本体Ｄの移動方向Ｘの前後一対に備えられた前方側のアーム部Ｅの第２アームＧと後方側のアーム部Ｅの第２アームＧでは、第２アームＧが第１アームＦに対して形成するアーム交差角度Ａｐが所定の一方向とその反対側である他方向に回転して形成されるものとなるため、それらの駆動輪Ｗ１において回転速度が異なるものとなるが、後方側のアーム部Ｅの第２アームＧについては、回転規制体Ｉにより基準位置関係Ｔの位置で回転が規制されることで、従動輪Ｗ２のみが管内壁に接触して、駆動輪Ｗ１が管内壁から離れた状態となるため、管内壁に接触する前方側のアーム部Ｅの第２アームＧの駆動輪Ｗ１の回転速度によって本体Ｄが滑らかに縮径部を通過することができる。

図１０に示すのは、管内移動装置Ｃが管内の曲り部に差し掛かったときの状態の一例である。管内移動装置Ｃは曲り部を通過する際、曲り部の外側（図１０中の管内下側）に位置する本体Ｄの移動方向Ｘの前後一対に備えられたアーム部Ｅの第２アームＧについては、回転が規制されていない方向に回転して、駆動輪Ｗ１と従動輪Ｗ２が管内壁に接触する状態となる。その一方で、曲り部の内側（図１０中の管内上側）に位置するアーム部Ｅの第２アームＧについては、回転規制体Ｉにより基準位置関係Ｔの位置でその回転が規制されているので、図１０のように従動輪Ｗ２のみが管内壁に接触して、駆動輪Ｗ１が管内壁から離れた状態となる。このように、曲り部の内側内壁面に接触する駆動輪Ｗ１と、外側内壁面に接触する駆動輪Ｗ１との距離差を、内側内壁面に接触する駆動輪Ｗ１を管内壁から離れた状態とすることで許容しつつ、外側内壁面に接触する駆動輪Ｗ１で駆動力を内壁面に与えつつ管内を進むことができる。また、曲り部の外側に位置するアーム部Ｅの第２アームＧについては、回転が規制されていない一方向に回転してアーム交差角度Ａｐを形成するため、速度調整手段によって駆動輪Ｗ１の速度が速くなるように調節される。これにより、管内の曲り部においても、移動速度を維持しつつ滑らかに通過することができる。

〔別実施形態〕
（Ａ）上記実施形態においては、複数のアーム部Ｅを本体Ｄの移動方向Ｘの前方側と後方側の夫々に前後一対となる状態で設けたが、これに限らず、複数のアーム部Ｅを本体Ｄの移動方向Ｘの前方側又は後方側のどちらかに設けるものとしてもよい。

（Ｂ）上記実施形態においては、複数のアーム部Ｅを本体Ｄの移動方向Ｘの前方側と後方側の夫々に前後一対となる状態で、４対のアーム部Ｅが本体Ｄの周方向に互いに等間隔となるように配置されたが、これに限らず、２対または３対、あるいは５対以上のアーム部Ｅを本体Ｄの周方向に互いに等間隔となるように設けてもよい。

（Ｃ）上記実施形態においては、アーム部Ｅは、第１アームＦと第２アームＧとで構成されたが、これに限らず、アーム部Ｅが第１アームＦのみで構成されていてもよい。

（Ｄ）上記実施形態においては、アーム部Ｅに駆動輪Ｗ１と従動輪Ｗ２が設けられたが、これに限らず、駆動輪Ｗ１のみが設けられていてもよい。

（Ｅ）上記実施形態においては、第１アーム側傘歯車Ｈ１および第２アーム側傘歯車１ａによって第１アームＦの接続部材Ｈに対する第２アームＧの回転を動力伝達輪支持体Ｕ２に伝達したが、これに限らず、ユニバーサルジョイントなどを用いて、第１アームＦの接続部材Ｈに対する第２アームＧの回転を動力伝達輪支持体Ｕ２に伝達してもよい。

以上説明したように、異なる管径に適用可能であり、簡単な構造で駆動輪の速度調整を可能としてスムーズに管内の形状変化部を通過することができる管内移動装置を提供することができる。

１ａ 第２アーム側傘歯車（回転体）
Ａ 交差角度
Ｂ 接続体
Ｃ 管内移動装置
Ｄ 本体
Ｄ２ 付勢手段接続部
Ｅ アーム部
Ｆ 第１アーム
Ｆ１ 揺動アーム
Ｆｔ 引張力
Ｇ 第２アーム
Ｈ 接続部材
Ｋ 付勢手段
Ｌ１ 第１直線
Ｌ１ｐ 第１直線部
Ｌ２ 第２直線
Ｌ２ｐ 第２直線部
Ｑ 半球状体
Ｑ１ 球状表面部
Ｒ 押圧力
Ｔ 基準位置関係
Ｕ 動力伝達輪
Ｕ２ 動力伝達輪支持体
Ｖ 動力伝達輪位置調整機構
Ｗ１ 駆動輪
Ｗ２ 従動輪

Claims (8)

1. 本体とその本体から外側に延設された複数のアーム部を備え、前記複数のアーム部は、前記本体の周方向に分散して配置されており、前記複数のアーム部の夫々は、その先端部に管内壁に接触して回転駆動自在な駆動輪が支持され、その基端部が前記本体に揺動自在に接続され、前記駆動輪を前記管内壁に押圧する側に前記アーム部を付勢する付勢手段が備えられている管内移動装置であって、
   前記本体の中心軸に沿って前記本体の移動方向に延びる第１直線に対して、前記駆動輪が前記管内壁に接触する接触点を通りその接線方向に延びる第２直線が交差する場合に、前記第１直線に対する前記第２直線の交差により形成される交差角度の大きさの変化に伴って前記駆動輪の回転速度を変更させる速度調整機構を備え、
   前記速度調整機構は、前記本体が直管状の管内を移動する状態における前記第１直線と前記第２直線との相対的な位置関係である基準位置関係に基づいて前記駆動輪の回転速度を増速又は減速させる管内移動装置。
2. 前記速度調整機構は、前記駆動輪に設けられた半球状体と、前記半球状体の球状表面部に接触して回転駆動力を前記駆動輪に伝達する動力伝達輪と、前記交差角度の大きさの変化に応じて前記動力伝達輪が前記球状表面部に接触する位置を変更して、前記駆動輪の回転速度を変更させる動力伝達輪位置調整機構とが備えられている請求項１に記載の管内移動装置。
3. 前記動力伝達輪位置調整機構は、前記交差角度の大きさの変化に伴って回転自在な回転体と、前記本体の中心軸に沿う方向における前記半球状体の中心軸周りに回転して前記動力伝達輪が前記球状表面部に接触する位置を変更自在に前記動力伝達輪を支持する動力伝達輪支持体と、前記回転体の回転により前記動力伝達輪が前記球状表面部に接触する位置を変更するように前記回転体の回転と前記動力伝達輪支持体の回転とを連係させる回転連係機構とを備えている請求項２に記載の管内移動装置。
4. 前記アーム部は、前記本体に揺動自在に接続された第１アームと、当該第１アームに揺動自在に接続されて前記駆動輪が設けられた第２アームとで構成され、
   前記第１アームは、前記第２アームとの接続部に備えられた接続部材と、当該接続部材と前記本体とに揺動自在に備えられた２本以上の揺動アームと、前記本体とにより構成された平行四辺形のリンク機構を備え、前記接続部材は前記第１直線と平行な第１直線部が設けられ、
   前記第２アームは、前記第２直線と平行な第２直線部を備えている請求項１〜３の何れか１項に記載の管内移動装置。
5. 前記第２アームが前記第１アームに対して所定の一方向へ回転して形成される前記交差角度の大きさに応じて前記駆動輪の回転速度が速くなり、前記所定の一方向と反対の他方向へ回転して形成される前記交差角度の大きさに応じて前記駆動輪の回転速度が遅くなる速度調整機構を備えた請求項４記載の管内移動装置。
6. 前記複数のアーム部が、前記本体の移動方向の前方側と後方側の夫々に前後一対備えられ、前記第２アームには、その一端部に前記駆動輪が設けられるとともに、他端部に回転自在な従動輪が前記駆動輪よりも前記本体に近接するように設けられ、
   前記基準位置関係にある前記第２アームの前記他方向としての前記従動輪が前記本体に近接する方向への回転が規制される回転規制体が備えられた請求項５に記載の管内移動装置。
7. 前記付勢手段が前記本体の付勢手段接続部と前記アーム部との間に、前記アーム部が前記付勢手段接続部に向かう押圧力規定方向への引張力を受けるように設けられ、当該引張力によって前記アーム部が前記管内壁の方向へ押圧される押圧力が発生し、前記管内の内径が変化した場合でも、前記押圧力が一定の範囲に維持される請求項１〜６のいずれか１項に記載の管内移動装置。
8. 前記本体は複数備えられ、本体同士が接続体にて接続されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の管内移動装置。

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