JP6912052B2 - 管内移動体及び管内移動体の制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、管内における移動速度を向上可能な管内移動体及び管内移動体の制御方法を提供することを目的とする。
本構成によれば、管内における管内移動体の移動速度を向上できる。
また、コイルばねは、第2伸縮ユニットを収縮させる方向に付勢する引張ばねであって、第2伸縮ユニットは流体の供給により伸長すること、或は、コイルばねは、第2伸縮ユニットを伸長させる方向に付勢する圧縮ばねであって、第2伸縮ユニットは、流体の排出により収縮するように構成した。
また、第1伸縮ユニットが、進行方向の先頭及び最後尾に設けられ、前記第1伸縮ユニットと第2伸縮ユニットが交互に配列されたこと、或は、第1伸縮ユニットの間において、複数の第2伸縮ユニットが連続して配列されたことにより、管内移動体の移動速度を向上できる。
また、第1伸縮ユニットの間において、複数の前記第2伸縮ユニットが並列に配列されたことにより、管内移動体の移動速度を向上できるとともに、伸縮ユニットよりも前方の向きを積極的に変化させることができる。
また、進行方向の先頭及び最後尾に、複数の第1伸縮ユニットが連続して配列されたことにより、管内移動体の進行動作が安定するのでより移動速度を向上できる。
また、第2伸縮ユニットの伸長量が、前記第1伸縮ユニットの収縮量よりも大としたので、確実に管内移動体の移動速度を向上できる。
また、第2伸縮ユニットは、伸縮時の外径寸法の変化が、第1伸縮ユニットの伸縮時の外径寸法の変化よりも小さく構成しても良い。
さらに、第2ユニットの収縮時における軸方向の長さL及び外径dは、管内移動体が移動する管の延長方向を直角に変換させるエルボの管内径をDとしたときに、L=2×(√2×D−d)の関係を満たすように構成しても良い。
また、第1伸縮ユニットの伸長時の外径寸法は、第2伸長ユニットの収縮時の外径寸法よりも小さく、第1伸縮ユニットの収縮時の外径寸法は、第2伸長ユニットの収縮時の外径寸法よりも大きくなるよう構成しても良い。
また、第1伸縮ユニットは、第2伸縮ユニットに対して取り外し可能に構成しても良い。
また、管内移動体は、流体を供給するチューブを有し、チューブは第1伸縮ユニットと第2伸縮ユニットの軸方向の長さの合計よりも長く構成しても良い。
また、管内移動体は第1伸縮ユニットが径方向に膨張することにより管内に固定されるように構成されている。
また、上記いずれかに記載の管内移動体の制御方法であって、第2伸縮ユニットよりも進行方向後方の第1伸縮ユニットを収縮させるステップと、第1伸縮ユニットの収縮状態を維持したまま第2伸縮ユニットを伸長させるステップと、第1伸縮ユニットの収縮状態及び第2伸縮ユニットの伸長状態を維持したまま、当該伸長状態とされた第2伸縮ユニットよりも進行方向前方の第1伸縮ユニットを収縮させるステップとを含むようにしたので、確実に管内移動体の移動速度を向上できる。
管内探査装置10は、前端側に設けられる探査ユニット11と、探査ユニット11を管1内に沿って移動させる管内移動体13と、管内移動体13を動作させるための駆動源となる圧縮空気を供給する空気供給手段16と、管内移動体13の進行動作を制御する制御手段17とを主たる構成として備える。なお、以下の説明においては、矢印X1に沿う方向を管内探査装置10の進行方向とし、この進行方向に沿って前側、逆を後側としてその前後方向を特定する。
内筒固定部28は、例えば、軸方向の一端側の端面から軸線方向に外周を窪み形成され、内筒21の内周に挿入される。膨張体固定部29は、軸方向の両端の間においてフランジ23の外周を円周方向に沿って一周に亘り連続して窪む環状溝として形成される。
連結部32は、内筒固定部28と逆側である軸方向の他端側に設けられる。連結部32は、フランジ23の外周面において、円周方向に沿って所定長さの円弧状に延在するように突設される複数の係合片32Aにより構成される(図7参照)。
貫通孔31は、内筒固定部28と膨張体固定部29との間において、内周と外周とを連通するように設けられる。貫通孔31は、例えばねじ孔として形成され、切替弁14を取付可能に構成される。
なお、筒本体22Aの素材は、後述する空気室S20への圧縮空気の給排によってその形状が変化し得る材質であれば如何なる材質であっても良い。また、その厚さや規制繊維22Bの配置については、弾性膨張体22の空気排出時の伸長する力等を考慮して決められる。
また、第1伸縮ユニット20を伸長させるときには、流入口14aからの圧縮空気の流入を遮断するとともに、給排口14b及び排出口14cとを開放し、空気室S20と内筒21の内部空間とを連通させることで空気室S20の空気を内筒21の内部空間に排出させる。本実施例では、この状態を切替弁14の閉鎖という。
なお、空気室S20からの空気の排出は、弾性膨張体22の張力が駆動源となって空気室S20から内筒21内に空気が排出される。
即ち、第1伸縮ユニット20は、空気室S20内に圧縮空気が供給された場合、規制繊維22Bが弾性膨張体22の軸方向への膨張を規制する一方で、径方向への膨張を許容するため、結果として図4で示すように、第1伸縮ユニット20全体が軸方向へ収縮動作することとなる。一方で、空気室S20内に供給された圧縮空気を排出すれば、第1伸縮ユニット20全体が軸方向へ伸長動作することとなる。
第2伸縮ユニット50は、例えば、軸方向に沿って伸縮自在な蛇腹構造を有する外側伸縮体としての外筒37と、軸方向に伸縮自在に構成された内側伸縮体としての内筒38と、一対のフランジ36;36と、切替弁15と、を備える。
内筒固定部42は、例えば、フランジ36の軸方向一端側の端面から軸方向に内周が窪み形成され、内筒38の端部が挿入される。
外筒固定部43は、フランジ36の内筒固定部42と軸方向同一側に設けられ、例えば、フランジ36の軸方向一端側の端面から軸線方向に外周が窪み形成され、外筒37の端部に挿入される。
連結部40は、フランジ36の内周面を円周方向に沿って窪む内周溝40Aと、円周方向に沿って所定間隔を空けて端面から内周溝40Aに到達する円弧状の複数の切欠き40Bとにより構成される(図6)。例えば、上述した探査ユニット11における連結部は、フランジ36の連結部40と同様に構成することで、第1伸縮ユニット20と連結可能となる。
貫通孔45は、フランジ36の内部において、フランジ36の内周と、内筒固定部42と外筒固定部43とが設けられた側の端面36aとを連通するように断面視においてL字状に形成される。貫通孔45のフランジ36の内周面に開口する側は、例えばねじ孔として形成され、切替弁15を取付可能に構成される。
即ち、第2伸縮ユニット50は、空気室S50内に圧縮空気が供給された場合、空気室S50に流入した圧縮空気の圧力によりフランジ36の内壁を押圧し、この押圧力がコイルばね39の付勢力に打ち勝つことで、結果として図6に示すように、第2伸縮ユニット50全体が軸方向へ伸長動作することとなる。一方で、空気室S50内に供給された圧縮空気を排出すれば、コイルばね39の付勢力により第2伸縮ユニット50全体が軸方向へ収縮動作することとなる。
管1には、例えば、図8に示すように、延長方向を直角に変換させるためのエルボ1Lが設けられる。管内移動体13がエルボ1Lを通過するためには、少なくとも第1伸縮ユニット20及び第2伸縮ユニット50が単体でエルボ1Lを通過可能に構成されている必要がある。
管内移動体13を効率良く移動させるには、第2伸縮ユニット50の伸縮時の差が大きくなるように、即ち、エルボ1Lを通過可能な最大の大きさとなるように設定することが好ましい。そこで、図8に示すように、エルボの管内径をD1、第2伸縮ユニット50の収縮時における外径をd50、及び軸方向長さをL50とした場合、L50=2×(√2×D1−d50)の関係となるように、エルボ1Lの管内径D1、第2伸縮ユニット50の外径d50及び軸方向長さL50を設定すると良い。
なお、上述したように第2伸縮ユニット50は、内筒38が主としてコイルばね39、外筒37が可撓性を有する素材の筒体で構成されていることを考慮すれば、内筒38及び外筒37には軸線の撓みを許容するため、上記式により得られる軸方向長さL50よりもやや長くしてもエルボ1Lを通過可能と考えられる。
チューブ24及びチューブ25は、空気供給手段16から管内移動体13まで延長する空気供給管16C内を流通する圧縮空気を分岐管41A〜41Fにより分岐させて各第1伸縮ユニット20A〜20Dの切替弁14及び第2伸縮ユニット50A〜50Cの切替弁15にそれぞれ供給する。各分岐管41A〜41Fは、図1に示すように、流入した空気を二股に分岐させるY字状の二股分岐管からなり、空気供給手段16から管内移動体13に到達する空気供給管16Cの端部に、圧縮空気の流路を二股に分岐する分岐管41Aが取り付けられる。この分岐管41Aには、最後尾の第1伸縮ユニット20Dの切替弁14に接続される空気チューブ24と、第1伸縮ユニット20A〜20C及び第2伸縮ユニット50A〜50Cへ供給する空気の流路となるチューブ25とが接続される。
なお、上述のチューブ24及びチューブ25が、管内移動体13の内部に延在することは言うまでもない。また、各チューブ24及び各チューブ25の長さは、第1伸縮ユニット20A〜20Dの伸縮動作及び第2伸縮ユニット50A〜50Cの伸縮動作を考慮して設定される。好ましくは、第1伸縮ユニット20A〜20D及び第2伸縮ユニット50A〜50Cの伸縮動作を妨げないように可能な限り長さが短くなるように設定すると良い。
したがって、空気供給手段16から管内移動体13までの距離が長くなっても、常時コンプレッサ16Aで加圧された圧縮空気をロス無く供給させるので、管内移動体13の進行速度の低下を防止できる。なお、複数のチューブ24や複数のチューブ25及び分岐管41A〜41Fにより形成される流路は、一体に形成することも可能である。
空気供給管16Cは、レギュレータ16B及び管内移動体13と着脱自在に接続される可撓性を有するホースである。
制御部17Aは、演算処理手段としてのCPU、RAM,ROMなどの記憶手段、入出力ポート等の入出力手段などのハードウェアを備えるコンピュータであって、ROMに記憶させたプログラムをCPUで演算処理することでプログラムに書かれた制御信号を図示しない出力ポートから第1伸縮ユニット20A〜20Dの切替弁14A〜14D及び第2伸縮ユニット50A〜50Cの切替弁15A〜15Cに個別に出力することにより、管1内において管内移動体13を進行させるための駆動力を制御する。
収縮信号s1とは、切替弁14A〜14Dに供給された圧縮空気を最大の圧力で空気室S20に供給するように切替弁14A〜14Dを制御する信号であって、本実施例では、切替弁14A〜14Dの許容する最大の圧力で圧縮空気を空気室S20に供給するように切替弁14A〜14Dを制御する信号である。また、収縮維持信号s2とは、切替弁14A〜14Dの許容する最大の圧力よりも低い圧力で空気室S20に空気を供給するように切替弁14A〜14Dを制御する信号である。
また、伸長信号s3とは、収縮信号s1、収縮維持信号s2に対する便宜上の信号であって、切替弁14A〜14Dに出力されている収縮信号s1や収縮維持信号s2を停止させる信号であり、実質的には出力されない信号である。
伸長信号s5とは、切替弁15A〜15Cに供給された圧縮空気を最大の圧力で空気室S50に供給するように切替弁15A〜15Cを制御する信号であって、本実施例では、切替弁15A〜15Cの許容する最大の圧力で圧縮空気を空気室S50に供給するように切替弁15A〜15Cを制御する信号である。
また、伸長維持信号s6とは、切替弁15A〜15Cの許容する最大の圧力よりも低い圧力で空気室S50に空気を供給するように切替弁15A〜15Cを制御する信号である。
また、収縮信号s7とは、伸長信号s5、伸長維持信号s6に対する便宜上の信号であって、切替弁15A〜15Cに出力されている伸長信号や伸長維持信号を停止させる信号であり、実質的には出力されない信号である。
即ち、第1伸縮ユニット20を伸長状態から収縮状態に移行させるときに必要とされる空気室S20への圧縮空気の供給量、第1伸縮ユニット20の収縮状態を維持するときに必要とされる空気室S20への空気の供給量、また、第2伸縮ユニット50の収縮状態から伸長状態へと移行させるときに必要とされる空気室S50への圧縮空気の供給量、第2伸縮ユニット50の伸長状態を維持するときに必要とされる空気室S50への空気の供給量が得られるように、周期的な信号を切替弁14A〜14D及び切替弁15A〜15Cに出力し、切替弁14A〜14D及び切替弁15A〜15Cを周期的に開閉させることにより、各第1伸縮ユニット20及び各第2伸縮ユニットの動作が制御される。
このように、電気的に弁の開閉が可能となる切替弁14A〜14D及び切替弁15A〜15CをPWM制御で周期的に開閉させることにより、切替弁の小型が可能となり、第1伸縮ユニット20内に収めることが可能となる。
なお、切替弁14A〜14D及び切替弁15A〜15Cの制御は、PWM制御に限らず、その他の制御方法でも良く、空気室S20及び空気室S50への空気の供給圧力を時間的に変える制御が可能であればさらによい。
進行パターンAでは、全ての第2伸縮ユニット50A〜50Cを同時に伸縮させることにより管内移動体13を進行させる。また、進行パターンBでは、第2伸縮ユニット50A〜50Cを最後尾側から先頭側へと順に1つずつ伸縮させることにより管内移動体13を進行させる。なお、管内移動体13の動作パターンについては、進行パターンA及び進行パターンBに限定されず適宜変更可能である。
以下、進行パターンA及び進行パターンBによる管内移動体13の進行動作について詳述する。
図9(a)は、管内移動体13の初期状態を示し、例えば、管1内に管内移動体13を配置した状態を示している。このとき、全ての第1伸縮ユニット20A〜20Dが伸長状態、全ての第2伸縮ユニット50A〜50Cが収縮状態にある。
管内移動体13を進行させる場合、まず、第1行程として、図9(b)に示すように、最後尾の第1伸縮ユニット20Dの切替弁14Dのみに収縮信号s1を出力し、第1伸縮ユニット20Dの空気室S20に圧縮空気を供給して弾性膨張体22の外周面が管1の内壁面に到達するまで第1伸縮ユニット20Dを収縮させ、第1伸縮ユニット20Dの位置を固定する。
次に、図9(c)に示すように、第2工程に移行して、第1伸縮ユニット20Dの切替弁14Dに収縮維持信号s2を出力し、第1伸縮ユニット20Dの収縮状態を維持したまま第2伸縮ユニット50A〜50Cのすべてに伸長信号s5を出力し、第2伸縮ユニット50A〜50Cの空気室S50に圧縮空気を供給して全ての第2伸縮ユニット50A〜50Cを伸長させる。これにより、管内移動体13は、第1伸縮ユニット20Dを基準として進行方向前方に大きく伸長する。
次に、図9(d)に示すように、第3工程に移行して、最後尾の第1伸縮ユニット20Dの切替弁14Dに収縮維持信号s2、第2伸縮ユニット50A〜50Cの切替弁15A〜15Cに伸長維持信号s6をそれぞれ出力し、第1伸縮ユニット20Dの収縮状態及び第2伸縮ユニット50A〜50Cの伸長状態を維持したまま、先頭の第1伸縮ユニット20Aの切替弁14Aに収縮信号s1を出力し、第1伸縮ユニット20Aの空気室S20に圧縮空気を供給して弾性膨張体22の外周面が管1の内壁面に到達するまで第1伸縮ユニット20Aを収縮させ、第1伸縮ユニット20Aの位置を固定する。
次に、図9(e)に示すように、第4工程に移行して、先頭の第1伸縮ユニット20Aの切替弁14Aに収縮維持信号s2を出力し、第1伸縮ユニット20Aの収縮状態を維持したまま、第1伸縮ユニット20Dの切替弁14Dに伸長信号s5して第1伸縮ユニット20Dの空気室S20から空気を排出して第1伸縮ユニット20Dを伸長させるとともに、第2伸縮ユニット50A〜50Cの切替弁15A〜15Cに収縮信号s7を出力して全ての第2伸縮ユニット50A〜50Cを収縮させる。これにより、第1伸縮ユニット20Aよりも後方の各ユニット20A〜20C及び50A〜50Cが前方に移動する。
次に、図9(f)に示すように、第5工程に移行して、先頭の第1伸縮ユニット20Aの切替弁14Aに収縮維持信号s2を出力し、第1伸縮ユニット20Aの収縮状態を維持したまま、最後尾の第1伸縮ユニット20Dの切替弁14Dに収縮信号s3を出力し、第1伸縮ユニット20Dの空気室S20に圧縮空気を供給して弾性膨張体22の外周面が管1の内壁面に到達するまで第1伸縮ユニット20Dを収縮させる。
進行パターンAでは、上記第1行程から第5行程までを1サイクルとし、このサイクルを繰り返すことで管内移動体13が進行する。
即ち、進行パターンAでは、最後尾の第1伸縮ユニット20Dを収縮させて該第1伸縮ユニット20Dを管1内に固定した後に、全ての第2伸縮ユニット50A〜50Cを同時に伸長させ、次に、先頭の第1伸縮ユニット20Aを収縮させて該第1伸縮ユニット20Aを管1内に固定した後に、最後尾の第1伸縮ユニット20Dの伸長、及び全ての第2伸縮ユニット50A〜50Cを一度に収縮させることによって管内移動体13を前進させる。
つまり、進行パターンAでは、管内移動体13は、3つの第2伸縮ユニット50の伸長量x分(xの3倍の長さ)から2つの第1伸縮ユニット20の伸縮量r(rの2倍の長さ)を減じた分だけ前方に移動する。
図10(a)は、管内移動体13の初期状態を示し、例えば、管1内に管内移動体13を配置した状態を示している。このとき、全ての第1伸縮ユニット20A〜20Dが伸長状態、全ての第2伸縮ユニット50A〜50Cが収縮状態にある。
まず、第1行程では、図10(b)に示すように、最後尾の第1伸縮ユニット20Dの切替弁14Dのみに収縮信号s1を出力し、第1伸縮ユニット20Dの空気室S20に圧縮空気を供給して弾性膨張体22の外周面が管1の内壁面に到達するまで第1伸縮ユニット20Dを軸方向に収縮させる。なお、第1伸縮ユニット20Dの収縮は、第1伸縮ユニット20Dの前方に連結された第1伸縮ユニット20A〜20C、第2伸縮ユニット50A〜50C及び探査ユニット11と管1との摩擦により、第1伸縮ユニット20Dの第2伸縮ユニット50C側を基点としてなされる。そしてこの収縮により管内移動体13の後端が、図10(a)に示す初期状態から伸縮量r分、前方に移動する。
次に、図10(c)に示すように、第2工程に移行し、第1伸縮ユニット20Dの切替弁14Dに収縮維持信号s2を出力し、第1伸縮ユニット20Dの収縮状態を維持したまま第2伸縮ユニット50Cの切替弁15Cに伸長信号s5を出力し、第2伸縮ユニット50Aの空気室S50に圧縮空気を供給して第2伸縮ユニット50Aを伸長させる。
これにより、第2伸縮ユニット50Cよりも前方に連結された第1伸縮ユニット20A〜20C、第2伸縮ユニット50A,50B及び探査ユニット11が前方に押し出される。この伸長により、管内移動体13の先端が、第2伸縮ユニット50Cの伸長量x分前方に移動する。
次に、図10(d)に示すように、第3行程に移行し、第1伸縮ユニット20Dの切替弁14Dに継続して収縮維持信号s2を出力して第1伸縮ユニット20Dの収縮状態を維持するとともに第2伸縮ユニット50Cの切替弁15Cに伸長維持信号s6を出力して第2伸縮ユニット50Cの伸長状態を維持したまま、第1伸縮ユニット20Cの切替弁14Cに収縮信号s1を出力して第1伸縮ユニット20Cの空気室S20に圧縮空気を供給して第1伸縮ユニット20Cを収縮させる。
これにより、管内移動体13は、第1伸縮ユニット20C;20Dにより管1に固定される。また、第1収縮ユニット20Cの収縮により、第1伸縮ユニット20Cよりも前方に連結された第1伸縮ユニット20A;20B、第2伸縮ユニット50A;50B及び探査ユニット11が第1伸縮ユニット20Dの伸縮量r分、後方に移動する。つまり、管内移動体13の先端が、図10(c)に示す位置から伸縮量r、後方に移動する。
次に、図10(e)に示すように、第4工程に移行し、第1伸縮ユニット20Cの切替弁14Cに収縮維持信号s2を出力して第1伸縮ユニット20Cの収縮状態を維持したまま、第2伸縮ユニット50Bの切替弁15Bには伸長信号s5、第2伸縮ユニット50Cの切替弁15Cには収縮信号s7、第1伸縮ユニット20Dの切替弁14Dには伸長信号s3をそれぞれ出力し、第2伸縮ユニット50Bの伸長、第2伸縮ユニット50Cの収縮及び第1伸縮ユニット20Dの伸長とを同時に行う。
これにより、第2伸縮ユニット50Bよりも前方に連結された第1伸縮ユニット20A,20B、第2伸縮ユニット50A及び探査ユニット11が、第2伸縮ユニット50Bの伸長量x分前方に押し出され、第1伸縮ユニット20Cよりも後方に連結された第1伸縮ユニット20D及び第2伸縮ユニット50Cは、第2伸縮ユニット50Cの伸長量x分から第1伸縮ユニット20Cの伸縮量r分減じた距離、前方に移動する。つまり、管内移動体13の先端は、伸長量x分前方に移動し、後端が伸長量x分から第1伸縮ユニット20Cの伸縮量r分減じた距離前方に移動する。
次に、図10(f)に示すように、第5工程に移行し、第1伸縮ユニット20Cの切替弁14Cには継続して収縮維持信号s2、第2伸縮ユニット50Bには伸長維持信号s6を出力して第1伸縮ユニット20Cの収縮状態及び第2伸縮ユニット50Bの伸長状態を維持したまま、第1伸縮ユニット20Bの切替弁15Bに収縮信号s1を出力して第1伸縮ユニット20Bの空気室S20に圧縮空気を供給して弾性膨張体22の外周面が管1の内壁面に到達するまで第1伸縮ユニット20Bを軸方向に収縮させる。
これにより、管内移動体13は、第1伸縮ユニット20C;20Bにより管1に固定される。また、第1収縮ユニット20Bの収縮により、第1伸縮ユニット20Bよりも前方に連結された第1伸縮ユニット20A、第2伸縮ユニット50A及び探査ユニット11が第1伸縮ユニット20Bの伸縮量r分、後方に移動する。つまり、管内移動体13の先端が伸縮量r後方に移動する。
次に、図10(g)に示すように、第6工程に移行し、第1伸縮ユニット20Bの切替弁14Bに収縮維持信号s2を出力して第1伸縮ユニット20Bの収縮状態を維持したまま、第2伸縮ユニット50Aの切替弁15Aには伸長信号s5、第2伸縮ユニット50Bの切替弁15Bには収縮信号s7、第1伸縮ユニット20Cの切替弁14Cには伸長信号s3をそれぞれ出力し、第2伸縮ユニット50Aの伸長、第2伸縮ユニット50Bの収縮及び第1伸縮ユニット20Cの伸長とを同時に行う。
これにより、第2伸縮ユニット50Aよりも前方に連結された第1伸縮ユニット20A及び探査ユニット11が、第2伸縮ユニット50Aの伸長量x前方に押し出され、第1伸縮ユニット20Bよりも後方に連結された第1伸縮ユニット20D;20C及び第2伸縮ユニット50C;50Bは、第2伸縮ユニット50Cの伸長量x分から第1伸縮ユニット20Cの伸縮量r分減じた距離、前方に移動する。つまり、管内移動体13の先端が、伸長量x前方に移動し、後端が伸長量x分から第1伸縮ユニット20Cの伸縮量r分減じた距離前方に移動する。
次に、図10(h)に示すように、第7工程に移行し、第1伸縮ユニット20Bの切替弁14Bには継続して収縮維持信号s2、第2伸縮ユニット50Aの切替弁15Aには伸長維持信号s6を出力して第1伸縮ユニット20Bの収縮状態及び第2伸縮ユニット50Aの伸長状態を維持したまま、第1伸縮ユニット20Aの切替弁14Aに収縮信号s1を出力して第1伸縮ユニット20Aの空気室S20に圧縮空気を供給して弾性膨張体22の外周面が管1の内壁面に到達するまで第1伸縮ユニット20Aを軸方向に収縮させる。
これにより、管内移動体13は、第1伸縮ユニット20B;20Aにより管1に固定される。また、第1収縮ユニット20Aの収縮により、第1伸縮ユニット20Aに連結された探査ユニット11が第1伸縮ユニット20Aの伸縮量r分、後方に移動する。つまり、管内移動体13の先端が、伸縮量r後方に移動する。
次に、図10(i)に示すように、第8工程に移行し、第1伸縮ユニット20Aの切替弁14Aに収縮維持信号s2を出力して第1伸縮ユニット20Aの収縮状態を維持したまま、第2伸縮ユニット50Aの切替弁15Aには収縮信号s7、第1伸縮ユニット20Bの切替弁14Bには伸長信号s3をそれぞれ出力し、第2伸縮ユニット50Aの収縮及び第1伸縮ユニット20Bの伸長とを同時に行う。
これにより、第1伸縮ユニット20Aよりも後方に連結された第1伸縮ユニット20A〜20C、第2伸縮ユニット50A〜50Cが、第2伸縮ユニット50Aの伸長量x分から第1伸縮ユニット20Cの伸縮量r分減じた距離、前方に移動する。つまり、管内移動体13の後端が、伸長量x分から第1伸縮ユニット20Cの伸縮量r分減じた距離前方に移動する。
次に、図10(j)に示すように、第9工程に移行し、第1伸縮ユニット20Aの切替弁14Aには継続して収縮維持信号s3を出力して第1伸縮ユニット20Aの収縮状態を維持したまま、最後尾の第1伸縮ユニット20Dの切替弁14Dに収縮信号s1を出力して第1伸縮ユニット20Dの空気室S20に圧縮空気を供給して弾性膨張体22の外周面が管1の内壁面に到達するまで第1伸縮ユニット20Dを軸方向に収縮させる。
これにより、管内移動体13が、第1伸縮ユニット20A及び第1伸縮ユニット20Dにより管1に固定される。そして、第1伸縮ユニット20Aを伸長させることにより、図10(b)に示す状態に戻る。
進行パターンBでは、上記第1行程から第9行程までを1つのサイクルとし、このサイクルを繰り返して管内移動体13に蠕動運動を生じさせることで、管内移動体13が矢印X1に向けて進行する。
即ち、進行パターンBでは、第1伸縮ユニット20を収縮させて管内移動体13を管1に固定した状態で、これに進行方向前側に連結された第2伸縮ユニット50を伸長させ、この第2伸縮ユニット50の伸長を維持した状態で、さらに、この伸長した第2伸縮ユニット50の前側に連結された第1伸縮ユニット20を収縮させた後に、先に収縮させた第1伸縮ユニット20及び伸長させた第2伸縮ユニット50を伸長及び収縮させる工程を、最後尾側から順に先頭に向けて繰り返すことにより管内移動体13は、少しずつ前方に進行することができる。
なお、進行パターンAや進行パターンBを連続的に切り替えて動作させる場合には、必ずしも図9(a)や図10(a)で示すような初期状態を経る必要はない。
上記進行パターンA,Bの切り替えは、制御手段17に設けられた操作部17Bから制御部17Aへの入力により制御される。
Va=3x/(t1+t2+・・・+t5)
また
Vb=(3x−2r)/(t1+t2+・・・+t9)
ここで、xは、第2伸縮ユニット50の伸長量、rは、第1伸縮ユニット20の伸縮量である。
また、ti(i=1,2,・・・)は、各工程における動作時間である。したがって、上記理論式から明らかなように、進行パターンBよりも進行パターンAの方が管内移動体13を速く移動させることができる。
進行パターンA及び進行パターンBの選択は、例えば、管1における直管部分を管内移動体13を進行させる場合には進行パターンA、曲管部分を管内移動体13が進行する場合には進行パターンB等のように動作を変更することで、管内移動体13を効率良く移動させることができる。
管内移動体13の他の構成として、例えば、図11に示すように、構成することも可能である。即ち、上記実施形態における移動体13の先頭と最後尾とにそれぞれ第1伸縮ユニット20を追加し、第1伸縮ユニットを連続して配置して管内移動体13を構成したものである。
図11(a)は、管内移動体13の初期状態を示し、例えば、管1内に管内移動体13を配置した状態を示している。このとき、全ての第1伸縮ユニット20A〜20Fが伸長状態、全ての第2伸縮ユニット50A〜50Cが収縮状態にある。
管内移動体13を進行させる場合、まず、第1行程として、図11(b)に示すように、最後尾の2つの第1伸縮ユニット20E,20Fの切替弁14E,14Fのみに収縮信号s1を出力し、第1伸縮ユニット20E,20Fの空気室S20に圧縮空気を供給して弾性膨張体22の外周面が管1の内壁面に到達するまで第1伸縮ユニット20E,20Fを収縮させる。これにより、管1内に管内移動体13をしっかりと固定することができる。
次に、図11(c)に示すように、第2工程に移行して、第1伸縮ユニット20E,20Fの切替弁14E,14Fに収縮維持信号s2を出力し、第1伸縮ユニット20E,20Fの収縮状態を維持したまま第2伸縮ユニット50A〜50Cのすべてに伸長信号s5を出力し、第2伸縮ユニット50A〜50Cの各空気室S50に圧縮空気を供給して全ての第2伸縮ユニット50A〜50Cを伸長させる。
次に、図11(d)に示すように、第3工程に移行して、最後尾の第1伸縮ユニット20E,20Fの切替弁14E,14Fに収縮維持信号s2、第2伸縮ユニット50A〜50Cの切替弁15A〜15Cに伸長維持信号s6をそれぞれ出力し、第1伸縮ユニット20E,20Fの収縮状態及び第2伸縮ユニット50A〜50Cの伸長状態を維持したまま、先頭の2つの第1伸縮ユニット20A,20Bの切替弁14A,14Bに収縮信号s1を出力し、第1伸縮ユニット20A,20Bの各空気室S20に圧縮空気を供給して弾性膨張体22の外周面が管1の内壁面に到達するまで第1伸縮ユニット20Aを収縮させる。
次に、図11(e)に示すように、第4工程に移行して、先頭の第1伸縮ユニット20A,20Bの切替弁14Aに収縮維持信号s2を出力し、第1伸縮ユニット20A,20Bの収縮状態を維持したまま、第1伸縮ユニット20E,20Fの切替弁14E,14Fに伸長信号s5して第1伸縮ユニット20E,20Fの空気室S20から空気を排出して第1伸縮ユニット20E,20Fを伸長させるとともに、全ての第2伸縮ユニット50A〜50Cの切替弁15A〜15Cに収縮信号s7を出力して全ての第2伸縮ユニット50A〜50Cを収縮させる。これにより、第1伸縮ユニット20Bよりも後方の第1伸縮ユニット20C〜20F及び第2伸縮ユニット50A〜50Cが前方に移動する。
次に、図11(f)に示すように、第5工程に移行して、先頭の第1伸縮ユニット20A,20Bの切替弁14A,14Bに収縮維持信号s2を出力し、第1伸縮ユニット20A,20Bの収縮状態を維持したまま、最後尾の伸縮ユニット2E,Fの切替弁14E,20Fに収縮信号s3を出力し、第1伸縮ユニット20E,20Fの空気室S20に圧縮空気を供給して弾性膨張体22の外周面が管1の内壁面に到達するまで第1伸縮ユニット20E,20Fを収縮させる。
このように、管内移動体13の進行方向先頭に第1伸縮ユニット20A,20B、また、最後尾に第1伸縮ユニット20E,20Fのように複数の第1伸縮ユニット20を設けることにより、進行パターンAにおける各工程の実施において、管内移動体13の推進力を管1から生じさせることができる。
また、動作パターンとして、第2伸縮ユニット50A〜50Cのすべてを加圧して伸張した状態で、第1伸張ユニット20A〜20Dの加圧減圧をすることで進行波を発生させてゆっくり動作させて検査することも可能である。第1伸張ユニット20のみを動作させることでも走行可能にするため、第1伸張ユニットの数を3個以上とする。
14;14A〜14D 切替弁、16 空気供給手段、17 制御手段、
20;20A〜20D 伸縮ユニット、50;50A〜50C 伸縮ユニット。
Claims (15)
- 軸方向両端部が閉塞された筒状の内筒と、
軸方向両端部が閉塞された状態で前記内筒を覆い、軸方向への伸長が規制された筒状の外筒と、を有し、
前記内筒と外筒との間に形成された気室内への流体の給排により、軸方向に伸縮する複数の第1伸縮ユニットを備えた管内移動体であって、
前記複数の第1伸縮ユニットのいずれかの間に、
コイルばねと、当該コイルばねの外周を覆う被覆体とにより構成され、軸方向両端部が閉塞された筒状の内側伸縮体と、
軸方向両端部が閉塞された状態で前記内側伸縮体を覆う筒状の外側伸縮体と、
を有し、
前記内側伸縮体と外側伸縮体との間に形成された気室内への流体の給排により、軸方向に伸縮する第2伸縮ユニットを設け、
前記第2伸縮ユニットの伸長量が、前記第1伸縮ユニットの収縮量よりも大であり、該第2伸縮ユニットの伸長量が、前記第1伸縮ユニットの数量に前記第1伸縮ユニットの前記収縮量を乗じた長さよりも大きくなるように構成されていることを特徴とする管内移動体。 - 前記コイルばねは、前記第2伸縮ユニットを収縮させる方向に付勢する引張ばねであって、前記第2伸縮ユニットは、前記流体の供給により伸長することを特徴とする請求項1記載の管内移動体。
- 前記コイルばねは、前記第2伸縮ユニットを伸長させる方向に付勢する圧縮ばねであって、前記第2伸縮ユニットは、前記流体の排出により収縮することを特徴とする請求項1記載の管内移動体。
- 前記第1伸縮ユニットが、進行方向の先頭及び最後尾に設けられ、前記第1伸縮ユニットと第2伸縮ユニットが交互に配列されたことを特徴とする請求項1乃至請求項3いずれかに記載の管内移動体。
- 前記第1伸縮ユニットの間において、複数の前記第2伸縮ユニットが連続して配列されたことを特徴とする請求項1乃至請求項3いずれかに記載の管内移動体。
- 前記第1伸縮ユニットの間において、複数の前記第2伸縮ユニットが並列に配列されたことを特徴とする請求項1乃至請求項5いずれかに記載の管内移動体。
- 進行方向の先頭及び最後尾に、複数の第1伸縮ユニットが連続して配列されたことを特徴とする請求項1乃至請求項6いずれかに記載の管内移動体。
- 前記第2伸縮ユニットの伸長量が、前記第1伸縮ユニットの収縮量よりも大であることを特徴とする請求項1乃至請求項7いずれかに記載の管内移動体。
- 前記第2伸縮ユニットは、伸縮時の外径寸法の変化が、前記第1伸縮ユニットの伸縮時の外径寸法の変化よりも小さく構成されたことを特徴とする請求項1に記載の管内移動体。
- 前記第2ユニットの収縮時における軸方向の長さL及び外径dは、管内移動体が移動する管の延長方向を直角に変換させるエルボの管内径をDとしたときに、L=2×(√2×D−d)の関係を満たすことを特徴とする請求項9に記載の管内移動体。
- 前記第1伸縮ユニットの伸長時の外径寸法は、前記第2伸縮ユニットの収縮時の外径寸法よりも小さく、前記第1伸縮ユニットの収縮時の外径寸法は、前記第2伸縮ユニットの収縮時の外径寸法よりも大きくなるよう構成されていることを特徴とする請求項9に記載の管内移動体。
- 前記第1伸縮ユニットは、前記第2伸縮ユニットに対して取り外し可能に構成されていることを特徴とする請求項1に記載の管内移動体。
- 前記管内移動体は、前記流体を供給するチューブを有し、前記チューブは前記第1伸縮ユニットと前記第2伸縮ユニットの軸方向の長さの合計よりも長く構成されていることを特徴とする請求項1に記載の管内移動体。
- 前記管内移動体は前記第1伸縮ユニットが径方向に膨張することにより管内に固定されるように構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項13に記載の管内移動体。
- 請求項1乃至請求項14いずれかに記載の管内移動体の制御方法であって、
前記第2伸縮ユニットよりも進行方向後方の第1伸縮ユニットを収縮させるステップと、
前記第1伸縮ユニットの収縮状態を維持したまま前記第2伸縮ユニットを伸長させるステップと、
前記第1伸縮ユニットの収縮状態及び前記第2伸縮ユニットの伸長状態を維持したまま、当該伸長状態とされた第2伸縮ユニットよりも進行方向前方の第1伸縮ユニットを収縮させるステップと、
を含むことを特徴とする管内移動体の制御方法。
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