JPH0156940B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は管内自走装置に関し、管又は管状孔
の内面両側に、車輪を付けた両腕を突張ることに
より本体を管、孔の中心部に保持しながら走るよ
うにしたものである。

パイプ内の亀裂、損傷、摩耗、異物の付着、材
質の劣化などの諸検査や、パイプ接合箇所の状況
把握、あるいはまた、パイプ内へのケーブル敷
設、パイプ内での資材輸送等の作業を人手に依ら
ずロボツト化することは、将来に向けての大きな
希望である。殊に、人手による作業空間の採れな
いパイプ内とか、原子炉関係で人による作業が危
険であるようなパイプ内作業では、単に作業の合
理化、省力化には留まらない必須の要請となる。

そのためには先づ、ロボツト自体をパイプ内で
自由に移動させることのできる自走装置を開発し
なければならない。また、こうした自走装置は、
パイプの姿勢や内部の起伏に係らず動作し、パイ
プ内径の許容性にも富でたものであつて欲しい。

これに反して、従来は、単に重力による車輪と
管壁の摩擦を利用した走行装置が考えられていた
にすぎず、このような装置では、水平でないパイ
プや曲折したパイプ、さらには管径が一定してい
ないパイプの内部を移動することは不可能であつ
た。その不可能を可能にすることが、この発明の
目的である。

まず、この発明の概要を述べると、それは機器
取付面をもつ本体と、この本体から管内面へ向け
て対称方向に伸び出るよう付勢された一対の腕
と、これら腕の先端夫々に付けた車枠と、これら
車枠夫々の両端に管内面を転動するように付けた
車輪とを備え、上記車枠の少くとも一個は上記腕
の軸線を含む面内でのみ回動可能に上記腕端に軸
支されており、上記車輪の少くとも一個は駆動装
置つきで、上記腕軸線を含む面内で回る固定車輪
であることを特徴とする管内自走装置である。

第１図はこの発明の基本的実施例説明図であ
る。その詳細は第２，３図で説明するが、まず見
やすい第１図によつて説明する。第１図の本体１
が第２，３図のそれに比べて小さく見えるのは、
第１図の管Ｔが下水管のような大径管であるため
である。本体１には必要な機器、例えばカメラ、
検査用測定器、工作、塗装器具、敷設装置、部品
収納バケツト等を取付ける取付面１ａがある。

本体１を常に管Ｔの中心部に保持するため、本
体１から腕２が管Ｔ内面へ向けて対称方向、図で
は上下に出ている。各腕２の先端には夫々、車枠
３が付き、各二個ずつの車輪４，４ａを管Ｔ内面
へ押付けている。押付ける力は本体１が腕２を押
出す付勢力、例えばバネによる。

第１図の実施例では、本体１から出た腕２の動
きは管Ｔ内面へ向けて伸び出るか、戻るかだけで
回転も揺動もない。また腕２と車枠３との軸支部
５での回動は腕２の軸線を含む面内に限られる。
固定車輪４の回転もその面内である。たゞ方向可
変車輪４ａだけが上記面内からはずれて回り得る
だけである。

従つて、本体１の腕２、車枠３が常に一平面に
揃つており、直管内では方向可変車輪４ａも含め
て、全車輪も同一面内に揃う。管Ｔが円管の場合
は、腕２、車枠３、車輪４，４ａのすべてが円管
直径と管軸を含む面に揃う。その面は第１図のよ
うな垂直と限らず自由に変り得る。本体１はほゞ
中心部に保持される。自走のための駆動装置６は
第１図下側の固定車輪４にだけ付けている。

一対の腕２，２を対称方向へ付勢しているの
で、各車輪４，４ａと管Ｔ内面との摩擦は重力と
無関係に確保される。そして、この付勢力により
管径の変化に対応できるだけでなく、管Ｔの断面
形状が非円形になつた場合、その最も大径の部分
に車輪４，４ａが移つて安定する。

第４，５図は管（孔）Ｔの直径の変化がどのよ
うに激しくても、両側の腕２の伸縮、車枠３の回
動により車輪４，４ａを円滑に転進せしめる状況
を、やゝ誇張して画いている。固定車輪４は二重
円、方向可変車輪４ａは一重円で画いた。

なお、第４，５図のような不整形管路を走るに
は、後述する機構により、第４図の角θ，θ′、正
確には前後車輪の共通接線と腕２軸線とのなす角
度を等しく保持する装置を加えた方がよい。これ
により腕２の向きを彎曲した管軸線Ｃに直角に保
持して走行させられる。

第６図は管Ｔの断面が非円形の場合、両腕２，
２を張出す付勢力により車輪４′が横滑りして最
大径の位置へ来る必然性をやゝ誇張した形で示し
ている。この場合、車輪４′は球体を使つている。

球体車輪４′でなくても、車輪４の踏面の断面
を円弧状にし、その中央部は粘着性で側部は滑動
性に作つておけば、同様な効果を得られる。即
ち、車輪４が最大径位置からはずれると、その踏
面側部が管壁に当るため横滑りを生ずるのであ
る。

第７，８図は特に横滑りしやすい車輪４の設計
例を示す。円板状車輪４の外周に多数の切込みを
作つて小車７を納め、各小車７の中心穴をピアノ
線８でつなぎ止めたもので、小車７が横滑り用ロ
ーラとなる。

なお、方向可変車輪４ａの方は無論、横滑りの
必要なく、向きを変えて、より大径な位置へ転進
する。

さて、こゝで第２，３図により第１図の実施例
の構造を説明する。本体１は左右の短ざく形腕２
を真直ぐ出し入れする案内部分の中間にバネ９を
入れて付勢源としている。その案内部分に平板を
互いに直角に取付けて、機器取付面１ａとしてい
る。この取付面１ａに管Ｔ内を調べたり、加工し
たりするための機器を取付けるほか、自走装置自
身の制御装置も付けられる。

腕２先端の軸支部５は、この場合、簡単に車枠
３中央部を腕２端と重ねてピン止めしただけで、
車枠３、腕２双方の板の合わせ面内で車枠３が回
動する。

固定車輪４の車軸は車枠３に垂直に取付けられ
ている。方向可変車輪４ａは方向変更用垂直軸を
車枠３の板面に軸支させている。

第２図の実施例では、下側の車枠３の固定車輪
４に駆動装置６を付けている。車枠３両端の車輪
を共に固定車輪にすると、管Ｔの屈曲部を曲がつ
て転進する際、円滑に曲がらない。できれば進行
（後退）方向前側の車輪は、上下（又は左右）と
も方向可変車輪４ａか、又は片方だけでも方向可
変車輪４ａにすると円滑に曲がつて進む。第１、
第２，３図の実施例は前進、後退時、夫々、一個
の方向可変車輪４ａが前側になるようにしてい
る。このようにした場合、上か下の方向可変車輪
４ａが管Ｔの屈曲のため少しずつ向きを変える
と、その車枠３も向きを変える。そして、上下車
枠３，３は腕２、本体１を介して常に同一方向に
向くようになつているから、固定車輪４を前側に
付けた車枠３も、これにならつて方向を変えるの
である。

次に前に少し触れたが、第１，４図の角θ，
θ′を等しく保つよう自動制御する機構について説
明する。

第１，４図の角θ，θ′は、図では腕２、車枠３
のなす角になつているが、この実施例の場合、車
枠３がその両車輪４，４ａの共通接線に平行であ
るから簡単に、このように画いたのであつて、正
確には、角θ，θ′は腕２の軸線と、上記共通接線
とのなす角である。この角θ，θ′を等しくすれ
ば、第４図に示すように両腕２，２が常に管Ｔの
軸線Ｃに直角に保たれるから、屈曲した大径管内
を腕２が長く、車枠３が短い自走装置を走らせる
場合には欠かせない。

角θ，θ′を等しく保つ機構の実施例を第２，３
図により説明する。腕２の軸線と車輪４，４ａの
共通接線とのなす角の検出装置１０は、この場
合、車枠３側にポテンシヨメータを固定し、この
ポテンシヨメータの軸につけた歯車を、腕２の支
点に付けた歯車で駆動する事により、腕２の回動
角を出す。そのポテンシヨメータの指示値は角
θ，θ′と考えてよく、これを比較し、その差が零
となるよう角度修正装置１１を作動させるのであ
る。図ではその角度修正装置１１は腕２に伸縮端
を係合し、基端を車枠３側に付けた伸縮装置で、
検出装置１０，１０の指示値の差だけ駆動するス
テツピング・モータ等により所要量伸縮して角度
θを修正し、θ＝θ′にもつてゆくのである。な
お、通常のパイプ内を走る場合は、一方の角θを
け90゜に固定してしまうか、第９図のバネ９によ
り90゜に保持すれぴ足りる。

駆動装置６のケース内には、固定車輪４の回転
数を示す周知の計数装置（図略）を加え、走行距
離を表示できるようにしている。第２，３図の実
施例は、角θ，θ′を等しく保つのに角度修正装置
１１を使うが、管壁との摩擦力を増やして重い資
材の輸送などに適した第１０図の実施例によれ
ば、固定車輪の制御法に着目して角度修正機構を
ソフトウエアで実現できる。つまり、２つの固定
車輪のうちの１つを装置の走行用とし、他の車輪
でθとθ′を等しくすることができる。第１０図の
例では、下側車輪４を走行用（矢印方向に進む）
としたとき、上側車輪４をθ′＞θで時計方向に、
またθ′＜θで反時計方向に回転し、θとθ′を等し
くできる。この場合、２つの車輪の回転方向は一
致しないことも起るが、２つの車輪を協調的に制
御することによつて回転方向を常に同じにするこ
とも容易に可能である。

上述の実施例は大概の実施条件に耐えられるも
のである。しかし管Ｔが例えば楕円形断面で、そ
の楕円の長軸がらせん状に捩じれているような特
殊条件では、機体に多少、捩じれを生ずる。その
ような場合の実施例として第９図を示す。これは
腕２の一本に、その軸線のまわりに回転可能にす
るため可捩継手１２を加えた。これにより前側の
上下車輪４ａ，４を結んだ線と、後側の上下車輪
４ａ，４ａを結んだ線とが捩じれることも可能に
なつた。たゞ、上下の車枠３，３を同一平面内に
保持する第１図実施例の作用が失われるため、上
下車輪の一方だけ方向可変車輪４ａの場合、左右
への曲がり動作がぎこちなくなる。つまり固定車
輪４が少し進んでは横滑りしつゝ少し向きを変え
る事を繰返して曲進するようになる。

以上、主として、一実施例について説明した
が、この発明はその要旨を変えることなく、機械
技術者の公知技術により多様に変化、応用し得る
もので、付勢力はバネのほか、電磁力、空気圧そ
の他に変え得る。

図面で腕２を上下方向に立てゝ画いたため説明
も上下となつたが、腕２の向きは管Ｔに応じて決
まるもので、上下が左右又は斜め方向になり得る
ことはいうまでもない。

上記実施例は前後方向に自走できるものである
が、装置にロープをつけて前進時だけ自走させ、
後退時はロープを引いて引戻すようにしてもよ
い。その場合は前側車輪は二個とも方向可変車輪
を使え、第９図の実施例の前述の問題点も解消す
る。

この発明は従来、自走車を走らせることが困難
と考えられた垂直部、屈曲部、直径不同部、捩じ
れ部等のある管路を自由に走行できる装置を提供
し得た。

本体から腕を対称方向に突出するよう付勢する
事により、腕端の車枠につけた車輪を管壁へ押付
け、重力に代る回転摩擦力を与えたので、垂直管
内でも自走することが可能になつた。腕端の少く
とも一個の車枠は腕と同一面内で回動可能なた
め、前後の車輪が確実に管壁に接して転進する。

両腕は常に一直線状に対称に伸縮するため、両
腕の間の本体が管内中央に保持されて移動する。
本体につく両腕、両車枠が常に同一平面内にある
ため、一個の車輪が管の状況に応じて方向を変え
て進んだり、横滑りしたりすると、全体がこれに
応じて向きを変え、管の状況に全体が対応しつゝ
走行する。

また両車枠が共に腕端で回動可能に軸支され、
その腕と車枠（正確には腕軸線と両車輪の共通接
線）のなす角θ，θ′を常に等しく保つ装置をもつ
ものは、両腕が管軸に直角を保つて進み、本体は
管の中央部を軸線沿いに進むから、本体に取付け
たカメラ、計器、塗装器等の操作に好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明一実施例の概念的説明図、第
２，３図はその実施態様正面図、側面図、第４，
５図はその使用状況説明図、第６図は不整管内の
球形車輪をもつ実施例の説明図、第７，８図は横
滑り容易な車輪の一例の正面図、側面図、第９図
は腕に捩り継手をもつ実施例の説明図、第１０図
は固定車輪を２つ備えた本発明の実施態様正面図
である。 １……本体、２……腕、３……車枠、４，４ａ
……車輪、１０……角度検出装置、１１……角度
修正装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 機器取付面をもつ本体と、この本体から管内
   面へ向けて対称方向に伸び出るよう付勢された一
   対の腕と、これら腕の先端夫々に付けた車枠と、
   これら車枠夫々の両端に管内面を転動するように
   付けた車輪とを備え、 上記車枠の少くとも一個は上記腕の軸線を含む
   面内でのみ回動可能に上記腕端に軸支されてお
   り、 上記車輪の少くとも一個は駆動装置つきで、上
   記腕軸線を含む面内で回る固定車輪であることを
   特徴とする管内自走装置。 ２ 特許請求の範囲１記載の装置において、その
   固定車輪は横滑り容易なものである管内自走装
   置。 ３ 特許請求の範囲１記載の装置において、その
   腕の一本はその軸線のまわりに回転可能である管
   内自走装置。 ４ 特許請求の範囲１、２、３記載の装置におい
   て、その固定車輪は回転計数装置つきである管内
   自走装置。 ５ 機器取付面をもつ本体と、この本体から管内
   面へ向けて対称方向に伸び出るよう付勢された一
   対の腕と、これら腕の先端に、腕軸線を含む面内
   で回動可能に軸支された夫々の車枠と、この各車
   枠両端に管内面を転動するように付けた車輪と、
   各車枠両車輪の共通接線と当該腕軸線とのなす角
   を両側等しく保つように設けた角度検出装置及び
   角度修正装置とを備え、 上記全車輪のうち少くとも一個は駆動装置つき
   で、上記腕軸線を含む面内で回る固定車輪である
   ことを特徴とする管内自走装置。