JPH0342231B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は対向する両側内壁へ両側車輪を突張
り当てることにより、本体を管路内に浮かし支え
て走行する管路内走行装置に関する。

（従来の技術） 管内を走行する装置の殆んどは、重力による車
輪と管内壁間の摩擦を利用したもので、地上の走
行装置と大きな違いはない。磁石式、吸着ローラ
による装置、尺取り虫のような動きをするパイプ
マウスなどが走行装置としてあるが、これらは大
がかりな装置で、制御が複雑であり、また、パイ
プの姿勢や内部の起状、パイプ径の変化に適応す
る能力に乏しく、使用できるパイプの径や形、大
小に限りがあつた。このことに鑑み、本発明者に
よつて逆方向の管内壁を突つ張りながら走行する
管内自走装置が発明され、特開昭60−104456号と
して特許出願中である。これは従来にない全く新
しい装置である。

（発明が解決しようとする問題点） 上記した自走装置は、不整形（異径湾曲）管路
内を走行し得るものであるが、その姿勢を制御す
るのに特別な角度修正装置を必要とする点で問題
があつた。本発明はその姿勢制御が容易で、さら
に又、管路形状の計測にも適した走行装置の開発
を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 最初の目的を達成した本発明の概要は、対向す
る両側内壁へ両側車輪を突張り当てることによ
り、本体を管路内に浮かし支えて走行する装置で
あつて、上記両側車輪は夫々、進行方向を長手と
する車枠の前後部にあつて、いずれも進行方向へ
転進中、横滑り又は側方転進が可能な車輪であ
り、上記本体に付く上記両側車枠の少くとも一方
は、その長手の向きが自由に上下、又は上下左右
へ変わり得るよう本体に取付けられていることを
特徴とする管路内走行装置である。

また、あとの目的を達成した発明の概要は、対
向する両側内壁へ両側車輪を突張り当てることに
より、本体を管路内に浮かし支えて走行する装置
であつて、上記両側車輪は夫々、進行方向を長手
とする車枠の前後部にあつて、いずれも進行方向
へ転進中、横滑り又は側方転進が可能な駆動輪で
あり、上記両側内壁へ両側車輪を突張り当てる手
段は、上記各車枠背部を先端に軸支した伸縮支持
機構であつて、それは本体から逆方向へ伸び出
て、突張り付勢されたものであり、両側夫々の、
伸縮支持機構軸線と車枠長手との交角検出手段
と、双方の交角検出値を等しくするよう各車枠の
駆動輪駆動速度を制御する姿勢制御装置とを備
え、さらに上記各伸縮支持機構の伸出量検出手
段、車輪回転数検出手段の一方又は双方を備える
ことを特徴とする管路内走行装置である。

（作用） 本発明の両側車輪は夫々、進行方向を長手とす
る車枠の前後部にある事、いずれも進行方向へ転
進中、横滑り又は側方転進が可能な特殊車輪であ
る事の二要件により、各車枠を介して車輪を管路
内壁へ押当てるだけで、自動的に各車枠が管路断
面の最大径位置につき、各車枠が押している内壁
横断面の湾曲方向に直角な軸線方向に車枠の長手
を向ける。従つて各車輪もその方向へ向けられ
る。

このように全車輪の向きが自動的に管路内壁の
軸線方向へ向けられるため、本体は単に両側車枠
を両側内壁へ押付ける機能さえあれば、装置は常
に円滑に不整形管路を走り得る。

両側車枠を両側内壁へ向けて押付ける手段とし
ては、本体から支持腕を突き出して車枠を押付け
るほか、細い管路なら本体と車枠をバネ等の弾性
材で結ぶだけでもよい。また片側車枠は本体と一
体化し、他側車枠だけ本体から伸び出るよう付勢
した支持腕、パンタグラフ、その他の伸縮支持機
構先端に傾向可能に軸支してもよい。その伸縮支
持機構の伸縮案内部材を本体に固定して傾動不能
にすれば、片側車枠が伸縮支持機構の先端で内壁
沿いに自由に角度を変えながら本体側車枠と共に
走行するので、より簡素な構造にする事ができ
る。

このように本発明は両側車枠に自主的姿勢制御
作用を与えたので、装置全体としては、この作用
を生かした種々の構造で実施することができる。

次に第２発明としては、単に不整形管路を走り
得るだけでなく、その管路の形状、寸法等もある
程度計測し得る作用を加えている。即ち第１発明
では本体と車枠の結びつきは、車枠の傾動を可能
にするだけのものでよかつたが、第２発明では伸
縮支持機構を用い、その先端に車枠を傾動可能に
軸支する構成で、その支持機構軸と車枠長手（方
向）との交角検出手段を有するから、装置の進行
につれ伸縮支持軸と管路内壁面（前後車輪が接し
ている部分）との角度、つまり本体に対する壁面
の傾斜角が刻々と分る。

また伸縮支持機構伸出量検出手段を備えれば、
本体から壁面までの距離も刻々と分る。

さらに車輪の回転数検出手段を備えれば、基準
位置からどれだけ走つた所での壁面傾斜角、壁面
までの距離検出値かという事が分る。

従つて、これらの検出値と、装置固有の寸法に
よる常数とにより、少くとも車輪が走つた管路縦
断面の形状、又はその中央位置を計測することも
できるのである。

（実施例） 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８，９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８，９図のそれに比べて小さく見えるのは、
第１図の管路Ｗ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。

この実施例では本体１を常に管路Ｗの中心部に
保持するため、本体１から伸縮支持機構の腕２が
管路Ｗの内壁Wa，Wb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、進行
方向を長手とする車枠３が軸支され、その前後部
につけた各２個ずつの車輪４，４を管路Ｗ内壁へ
突張り当てることにより本体１を浮かし支えて走
るようにしている。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。車枠３は腕２
を介して本体１に軸支されているから、上記付勢
力により自由に長手の向きを内壁に沿わす。

第１図の実施例では、本体１から出た腕２の動
きは管路Ｗ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。車輪４の回転もその面内である。

従つて、本体１の腕２、車枠３、車輪４が常に
一平面内に揃う。その面は第１図のように垂直と
限らず管路形状に応じて自由に変り得る。本体１
はほぼ中心部に保持され、車輪はすべて自走のた
めの駆動装置６を付けている。

一対の腕２，２を対称方向へ付勢しているので
各車輪４，４と管路Ｗ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、全ての動輪が横
に移動できる機能をもつので管路Ｗ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
４，４が移つて車枠３の長手を内壁面軸線方向へ
向ける。

なお、本体１を第２図の実施例のように片側車
枠３と一体にし、腕２は片方へだけ出すようにし
ても同様な機能をもたせられる。

第５図、第６図は管路Ｗ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４，４を円滑に転進せしめる状況
を、やや誇張して画いている。

なお、第５図、第６図のような不整形管路を走
るには、後述する制御法により、第５図の角θa
とθb、正確には前後車輪の共通接線と腕軸線と
のなす角度を等しく保持した方がよい。これによ
り腕２の向きを彎曲した管軸Ｃに直角に保持して
走行させられる。

第７図は管路Ｗ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が横移動して
最大径の位置へ移る必然性をやや誇張した形で示
している。このように最大径を倣う車輪は、例え
ば、第３，４図のように円板状車輪の外周に多数
の切込みを作つて横向き小車４ａを芯棒４ｂには
めて回転可能にする方法によつて実現する。

さて、ここで第８，９図により第１図の実施例
の具体的構造を説明する。本体１は左右の短ざく
形腕２を伸縮支持機構として真直ぐ出し入れする
案内部分の中間にバネ１４を入れて突張り付勢源
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に管路Ｗ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、本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背部中央付近を腕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で車枠３
が回転する。動輪の車軸は車枠３に垂直に取付け
られている。

軸支部５は、腕と車枠の自由な回転を可能にす
るためのものでラジアルベアリングなどを用いて
容易に構成される。回転角θa，θbの検出装置７，
７は、動輪の協調的制御を可能にするのに必要な
腕２つまり伸縮支持機構軸と車枠３の長手との交
角を検出する。本体１は、伸縮支持機構の腕２，
２を逆方向同一直線上で結合する。この先端は、
車枠３の中央位置で軸支される。車枠両端には真
横に移動し得る車輪４を備え、これを駆動装置６
で制御する。回転数計測装置８は、本体１の走行
距離を定めるのに欠かせない。駆動装置６は、車
輪を回転させるアクチユエータとしてモータ等を
備える他、逆方向にある回転角検出装置７，７の
出力値を比較する回路やモータを制御するサーボ
回路を有する。本体１は、管壁間中心位置を決定
する場合には、直線形ポテンシヨメータその他周
知の図示しない測長装置で腕の伸出量を検出し、
車輪回転数検出値と共に、装置内又は管路外の管
路長径中央位置計測装置へ送る。計測装置を管路
外に置いた場合、直線又は無線で送信することに
なる。

同様に両側車輪が走つた管路内壁の断面形状を
求める管路壁形状計測装置を設けた場合、上記伸
出量、回転数のほか、両側交角θa，θbの検出値
も、計測装置へ送る。

第１，５，８図中の角θa，θbを角度修正装置
を用いずに自動的に等しく制御する方法について
説明する。

第１，５図中のθa，θb（腕軸を基準に車枠が進
行方向に偏位する角を正とする）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がその両側車輪４，４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、θa，θbは腕２の軸線と、上記共通接
線とのなす角である。この角θa，θbを等しくす
れば、第５図に示すように両腕２，２が常に管路
Ｗの軸線Ｃに直角に保たれる。

腕２の軸線と車輪４，４の共通接線とのなす角
の検出装置７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の回動角を示す。そのポテンシ
ヨメータの指示値は角θa，θbと考えてよく、こ
れを比較し、その差が零となるように動輪を制御
する。

もつともこうした協調的、相補的制御モードは
一義的に定まるものではなく、幾つかの方法が考
えられるが、基本的な一つの制御モードとして
は、例えば両交角θa，θbを検出した後比較し、
値の小さい側にある車枠両端の動輪を他方の車枠
両端の動輪に比べて大幅に回転させる。つまり、
一方の車枠両端の車輪を走行用として独立に制御
し、他方の車枠両端の車輪でθaとθbを等しくす
る。こうした動輪の制御は、サーボ回路によつて
瞬時に行われるが、利得を下げて鈍感にして追従
動作になめらかさをもたせることもできる。

第１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θa＞θbで
時計方向に、またθa＜θbで反時計方向に回転し
θaとθbを等しくできる。θa＝θbのとき内壁と動
輪間に大きな摩擦力が発生し、腕は安定する。

このように、上側車輪と下側車輪を互いに独立
して異つた信号によつて駆動する。同一の車枠に
結合する両側車輪はそれぞれ専用の駆動装置６，
６で駆動されるが、同一の信号で制御されるので
非同期の回転を可能にし、競合することはない。

上述の実施例は軸支部５で腕２と車枠３が自由
に傾動して大概の実施条件に耐えられるものであ
る。しかし管路Ｗ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１０図を示す。これは腕
２の片側（一本）に、その軸線周りの回転を可能
にする関節９を有する。これにより一車枠の長
手、つまり両端の動輪４，４を結んだ線と、他車
枠の長手の向きが自由に上下、左右へ変り得るた
め、捩じれた管内の走行も可能になつた。動輪の
真横への移動が連続的に行われない場合には、左
右への曲がり動作がぎこちなくなる。つまり、動
輪４が少し進んでは横移動しつつ少し向きを変え
る事を繰返して曲進するようになる。

ところで、これまでの実施例では本発明装置を
単連の装置として説明してきたが、本発明によれ
ば重連、即ち何台かを連結した走行装置を組むこ
ともできる。

第１１図はそうした場合の一実施例として２台
連結の場合を示しており、符号は先の実施例中に
おけると同一乃至対応する構成子を示している。

第１実施例とほぼ同様な構成でよい一対の走行
装置１３，１３は結合手１１により連結されてお
り、当該結合手１１は伸縮可能な装置１２とその
伸縮長Ｌを検出する装置（図示せず）を有する。

結合手１１と各装置の本体部１，１とはピボツ
ト関節１０，１０で連結され、結合手１１中には
回転関節９も設けられている。

また、この例は先の第一実施例の走行装置１３
とは異なり、一対の腕２，２の双方に回転関節
９，９が備えられている。

こうした各関節配置は相互の装置１３，１３間
の姿勢の相互影響を除くためであるが、結合手１
１と各装置１３とを例えばユニバーサルジヨイン
トで結合した場合には、第１０図実施例と全く同
様、各装置の腕側の関節９は一つで足りるし、ま
た管の捩れが問題となる程大きくない場合には、
第１図実施例のように腕中の関節９を省略しても
よい。

尚、結合手１１中の関節９は装置本体部側の結
合部に設けてもよい。

本重連装置は次のように動作させることができ
る。

基本的には結合手１１中の伸縮装置１２の長さ
Ｌを常に一定に保つように両装置１３，１３の駆
動装置を駆動する。

つまり、一台の走行装置１３の駆動装置を主と
定め、その動輪を既述した第一実施例に就いての
説明の通りに駆動する一方、従となつた他方の走
行装置１３の駆動装置を伸縮装置１２の長さＬが
予め定めた値となるように制御する。例えば、第
１１図において右側の走行装置１３を右に主動走
行させる場合、結合手１１中の伸縮装置１２の長
さＬは増大するので左側の走行装置１３を右に従
動走行させてこれを縮める。

逆に右側装置１３を左に主動走行させるか、或
いは左側装置１３を右に主動走行させる場合に
は、結合手１１中の伸縮装置１２の長さＬが縮ま
るので、従動となつた方の走行装置１３を主動側
から逃がすように制御し、その長さＬを所定範囲
内に戻す。

上記の機構からすれば第１１図示の実施例は更
に複数台の直列連結に展開できることが分かる
が、いずれにしても上記のような連結手法や走行
制御モードを採れば、本発明走行装置を複数台連
結した場合にも無理な力を発生せず、全体として
恰も単独走行しているかのようななめらかさを得
ることができる。

また、複数台の重連により物資を搬送する場合
には、当該物資のキヤリア部を結合手１１の所に
設けると最も姿勢変動が少なくて好都合である。

尚２台以上の重連となる場合には、その中の幾
つかの走行装置は必ずしも動輪を有する必要はな
い。

以上詳記したように、本発明の装置は構造が簡
単なため、当業者には様々な設計的変更が可能で
ある。例えば付勢手段１４は、先にも触れたよう
に機械的なバネに限らず電磁力、油圧、空圧等を
利用して構成でき、圧縮偏位量に応じて付勢力が
逆比例的に変化するもの、また、圧縮偏位量の如
何に拘らずできるだけ一定な付勢力を発生する制
御系を有するもの、等のいずれをも使用すること
ができる。

また、差動歯車機構を用いれば同一の車枠に結
合する一対の駆動装置６，６を一体化でき、一つ
の車枠に一つのアクチユエータを備え、４つの動
輪を２つのアクチユエータで駆動することができ
る。このように４つの車輪をすべて動輪とした走
行装置は、管内壁との間に大きな摩擦駆動力を発
生でき、大きなけん引力を出すことができる。

連結走行では、回転関節９は広範囲に回転する
必要はないので軸周りに多少の柔軟性を与えるだ
けでもよい。このため、バネなどを利用して関節
９を簡単に構成することもできる。

車輪は転進中、横移動し得るものであれば第
３，４図のものに限らず、例えば横滑りするが進
行方向へは滑らない周面をもつものでもよい。ま
た車輪を磁石で構成し、管壁面を着実に転動させ
ることもできる。

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けん引により前後進
させるとか、前進時だけ自走させ、後退時は付勢
力を緩めロープを引いて引戻すようにしてもよ
い。

（発明の効果） この発明によれば、管路径の大小や形状が一様
でなかつたり、屈曲や傾斜、更には全体的に捩れ
ているような管路に対しても自立走行可能な装置
を提供することができる。

この発明の管路走行装置は、管路の対向する両
側内壁へ両側車輪を突張り当てることにより、本
体を管路内に浮かし支えて走行するものであり、
両側車輪は夫々、進行方向を長手とする車枠の前
後部にあつて、いずれも進行方向へ転進中、横滑
り又は側方転進が可能な車輪であるから、両側車
枠を傾動可能に支持して本体が両側内壁へ押付け
るだけで、各車枠は自ら湾曲した管路内空間の軸
線方向へ向かう姿勢になり、車輪もその向きにな
る。

従つて、管路が不整形でも車輪の操縦装置は不
要であり、本体は両側車枠の長手の向きを自由に
変えられるよう支持しながら突張るだけ、という
簡素な装置で目的を達したのである。

また、単に走行困難な不整形管路を走り得るだ
けでなく、走行中、逆方向へ突張る両側車枠の傾
斜角を刻々と検出するので、これに車輪回転数や
車枠支持機構伸出量の検出量も加えれば、全行程
の管路長径中央位置や、長径断面による管路壁形
状を計測することも可能にしたのである。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は本発明の基本的二実施例の概略説
明図、第３，４図はその車輪の一実施例正面図、
断面図、第５，６図は第１図の実施例の走行状態
を、管路縦断面と共に示す説明図、第７図は同じ
く管路横断面と共に示す説明図、第８，９図は第
１図の実施例のより具体化した正面図、側面図、
第１０図は第１図の実施例を捩じれた管路にも適
用できるようにした実施例説明図、第１１図は複
数装置を連結走行させる実施例説明図である。 １…本体、２…伸縮支持機構（腕）、３…車枠、
４…車輪、５…軸支部、６…駆動装置、７…交角
検出手段、８…車輪回転数検出手段、１３…走行
装置、１４…伸縮、付勢用バネ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 対向する両側内壁へ両側車輪を突張り当てる
   ことにより、本体を管路内に浮かし支えて走行す
   る装置であつて、 上記両側車輪は夫々、進行方向を長手とする車
   枠の前後部にあつて、いずれも進行方向へ転進
   中、横滑り又は側方転進が可能な車輪であり、 上記本体に付く上記両側車枠の少くとも一方
   は、その長手の向きが自由に上下、又は上下左右
   へ変わり得るよう本体に取付けられていることを
   特徴とする管路内走行装置。 ２ 対向する両側内壁へ両側車輪を突張り当てる
   ことにより、本体を管路内に浮かし支えて走行す
   る装置であつて、 上記両側車輪は夫々、進行方向を長手とする車
   枠の前後部にあつて、いずれも進行方向へ転進
   中、横滑り又は側方転進が可能な駆動輪であり、 上記両側内壁へ両側車輪を突張り当てる手段
   は、上記各車枠背部を先端に軸支した伸縮支持機
   構であつて、それは本体から逆方向へ伸び出て突
   張り付勢されたものであり、 両側夫々の、伸縮支持機構軸線と車枠長手との
   交角検出手段と、双方の交角検出値を等しくする
   よう各車枠の駆動輪駆動速度を制御する姿勢制御
   装置とを備え、さらに上記各伸縮支持機構の伸出
   量検出手段、車輪回転数検出手段の一方又は双方
   を備えることを特徴とする管路内走行装置。 ３ 特許請求の範囲２に記載の装置においてその
   伸縮支持機構の片方は、その軸線のまわりに回動
   可能である管路内走行装置。 ４ 特許請求の範囲２又は３に記載の装置におい
   て、その交角検出手段、車輪回転数検出手段夫々
   の検出値は管路壁形状計測装置へ送られるように
   した管路内走行装置。 ５ 特許請求の範囲２，３，４、いずれかの装置
   において、その伸縮支持機構の伸出量検出手段、
   車輪回転数検出手段夫々の検出値は管路長径中央
   位置計測装置へ送られるようにした管路内走行装
   置。