JP7448949B2 - Pipe running device - Google Patents
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Description
本発明は、管の内部を走行可能な管内走行装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an intra-pipe traveling device that can travel inside a pipe.
近年、インフラ設備の耐用年数超過が問題視され始めており、中でも流体の輸送に使用される配管設備の老朽化が深刻化している。未然に漏洩事故を防ぐためには定期的な配管検査が必要になるが、人間は小さな配管内に入ることができないため、埋設された配管を掘り起こしたり、配管そのものを分解する必要がある。しかし、人手によるこれらの作業は時間や労力が掛かり、危険も伴う。そのため、近年は、カメラや肉厚測定センサ等の各種センサを搭載した管内検査ロボットによる配管検査が注目されており、様々な管内検査ロボットが開発されている。 In recent years, the expiration of the service life of infrastructure equipment has begun to be seen as a problem, and in particular, aging of piping equipment used for transporting fluids is becoming more serious. Regular pipe inspections are necessary to prevent leaks, but since humans cannot enter small pipes, it is necessary to dig up buried pipes or disassemble the pipes themselves. However, these manual operations require time and effort, and are also dangerous. Therefore, in recent years, pipe inspection using pipe inspection robots equipped with various sensors such as cameras and wall thickness measurement sensors has been attracting attention, and various pipe inspection robots have been developed.
このような管内検査ロボットとして、配管内を走行可能な自走式の管内走行装置を用いたものが多く提案されている。その中で、本発明者らも、これまでにいくつかの自走式の管内走行装置についての発明を開示している（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。特許文献１及び特許文献２に記載の発明は、複数のリンクがジグザグ状に連結されて、各隣り合うリンク同士の連結部と連結された複数のリンクの両端の自由端部とにそれぞれ車輪が設けられ、管の内壁面に接地させた車輪によって管内を走行可能となっている。
As such pipe inspection robots, many robots using self-propelled pipe traveling devices capable of traveling inside the pipe have been proposed. Among these, the present inventors have also disclosed inventions regarding several self-propelled pipe traveling devices (for example, see
特許文献１及び特許文献２に記載のような複数の車輪がリンクで連結されたような構成の管内走行装置においては、曲管部を有する管の内部を走行させる際に、装置の先端のリンクの方向を曲管部の曲がる方向に合わせる必要があるので、管軸方向に沿った前後移動だけでなく、管軸周りにロール回転させることが必要となる。
In an intra-pipe traveling device configured such that a plurality of wheels are connected by links as described in
特許文献１では、前後移動用の第１駆動手段と、ロール回転用の第２駆動手段とが別々に設けられ、第１駆動手段によって駆動される前後移動用の車輪と、第２駆動手段によって駆動されるロール回転用の車輪もまた別々に設けられた構成となっていた。そのため、少なくとも２つの駆動手段と４つのリンクが必要であり、装置の小型化や軽量化の点で改善の余地があった。
In
特許文献２では、管内での直進走行と螺旋走行とを共通の駆動手段の駆動によりなすことができ、装置を構成するリンクの数についても最小の場合は２つのリンクで構成可能であることが記載されているが、螺旋走行を行う際には、装置が備える複数の車輪のうちの一部の車輪の回転数と残りの車輪の回転数とに差を生じさせて、各車輪の速度バランスを崩すように制御することで、装置全体がねじれて管内を螺旋走行するという構成になっていた。従って、直進走行と螺旋走行とを共通の駆動手段で行えるものの、少なくとも２つの駆動手段が必要であった。また、螺旋走行のためには各駆動手段によって駆動される車輪の速度バランスを適切に制御する必要があるので、制御が複雑になってしまっていると共に、装置が管内で静止した状態からその場でロール回転させることは難しく螺旋走行させる必要があったので、それらの点で改善の余地があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、複雑な制御を必要とせずに管内で管軸方向への移動と管軸周りのロール回転とが可能で、小型化を図ることができる管内走行装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and allows movement in the tube axis direction and roll rotation around the tube axis within the tube without requiring complicated control, and can achieve downsizing. The purpose is to provide an in-pipe traveling device.
上記課題を解決するために、本発明に係る管内走行装置は、管の内部を走行する管内走行装置であって、同一平面上に直列に連結される複数のリンクと、前記複数のリンクの各隣り合うリンク同士をそれぞれ前記平面上で揺動可能に連結する連結部と、各前記連結部と前記複数のリンクの両端に位置する前記リンクである２つの端リンクの自由端部とにそれぞれ設けられる前記管の内壁面を走行可能な転動体と、前記複数のリンクが２つの場合には２つの前記リンクが前記連結部で屈曲して略山形となるように付勢し、前記複数のリンクが３つ以上の場合には前記複数のリンクが各前記連結部で互い違いに屈曲してジグザグ状となるように付勢して前記管の対向する内壁面にそれぞれ前記転動体を当接させる付勢手段と、少なくとも１つの前記転動体を駆動する駆動手段と、を備え、各前記転動体は、前記駆動手段によって駆動されて前記管の内壁面を走行する第１転動体と、前記第１転動体の走行に伴って従動的に前記管の内壁面を走行する第２転動体とのいずれかであって、前記第１転動体は、前記２つの端リンクのうちの少なくとも一方の自由端部に設けられ、当該端リンクのリンク軸に対して垂直な第１回転軸を有し、前記第１回転軸周りに回転可能かつ前記リンク軸周りに回転可能に前記端リンクに接続され、前記駆動手段は、前記第１転動体が設けられる前記端リンクのリンク軸に沿って当該リンク軸上で回転可能に設けられる出力軸と、前記出力軸を前記出力軸周りに回転させて前記出力軸を介して双方向の回転駆動力を切り替え可能に出力するアクチュエータと、前記出力軸の前記出力軸周りの回転方向と前記第１転動体の前記第１回転軸周りの回転方向とを一対一で対応させて前記出力軸から前記第１転動体に回転駆動力を伝達する伝達手段と、前記第１転動体の前記第１回転軸周りの双方向の回転のうちの一方への回転を許容して他方への回転を回転不能に制限する回転方向制限手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an in-pipe running device according to the present invention is an in-pipe running device that runs inside a pipe, and includes a plurality of links connected in series on the same plane, and each of the plurality of links. A connecting portion that connects adjacent links so as to be swingable on the plane, and a free end portion of two end links that are located at both ends of each of the connecting portions and the plurality of links, respectively. a rolling element capable of running on the inner wall surface of the pipe, which is biased so that when there are two links, the two links are bent at the connecting portion to form a substantially mountain shape; If there are three or more links, the plurality of links are alternately bent at each of the connecting portions and biased to form a zigzag shape, and the rolling elements are brought into contact with the opposing inner wall surfaces of the pipe. a first rolling element that is driven by the driving means and runs on the inner wall surface of the pipe; and a driving means that drives at least one of the rolling elements; a second rolling element that passively runs on the inner wall surface of the pipe as the rolling element runs, and the first rolling element is located at the free end of at least one of the two end links. provided at the end link, has a first rotation axis perpendicular to the link axis of the end link, is rotatably connected to the end link around the first rotation axis and rotatably around the link axis, and is connected to the end link rotatably around the first rotation axis and around the link axis; The driving means includes an output shaft rotatably provided on the link shaft along the link shaft of the end link on which the first rolling element is provided, and a driving means that rotates the output shaft around the output shaft to drive the output shaft. an actuator that outputs bidirectional rotational driving force in a switchable manner via A transmission means correspondingly transmits a rotational driving force from the output shaft to the first rolling element, and a transmission means that allows the first rolling element to rotate in one of two directions around the first rotation axis. and rotation direction limiting means for restricting rotation in the other direction to non-rotatable.
好ましくは、本発明に係る管内走行装置は、前記第１転動体が、前記第１回転軸として第１車軸と、前記第１車軸の両端に固定される一対の第１車輪とを備え、前記伝達手段が、前記出力軸と前記第１車軸とにそれぞれ取り付けられる一対の傘歯車であることを特徴とする。 Preferably, in the pipe traveling device according to the present invention, the first rolling element includes a first axle as the first rotating shaft and a pair of first wheels fixed to both ends of the first axle, and It is characterized in that the transmission means is a pair of bevel gears respectively attached to the output shaft and the first axle.
好ましくは、本発明に係る管内走行装置は、前記一対の第１車輪が、一対の半球状車輪であることを特徴とする。 Preferably, the pipe traveling device according to the present invention is characterized in that the pair of first wheels are a pair of hemispherical wheels.
好ましくは、本発明に係る管内走行装置は、前記第１転動体の前記リンク軸周りの回転を抑制するための回転抑制手段をさらに備えることを特徴とする。 Preferably, the pipe traveling device according to the present invention further includes rotation suppressing means for suppressing rotation of the first rolling element about the link shaft.
好ましくは、本発明に係る管内走行装置は、前記第１転動体の前記リンク軸周りの回転角度を検出する回転角度検出手段をさらに備えることを特徴とする。 Preferably, the pipe running device according to the present invention further includes rotation angle detection means for detecting a rotation angle of the first rolling element about the link shaft.
好ましくは、本発明に係る管内走行装置は、前記第２転動体が、前記複数のリンクによって規定される前記平面に垂直な第２車軸と、前記第２車軸の両端に固定される一対のオムニホイールとを備え、前記第２車軸が当該第２車軸周りに回転可能に設けられることを特徴とする。 Preferably, in the pipe traveling device according to the present invention, the second rolling element includes a second axle perpendicular to the plane defined by the plurality of links, and a pair of omnibus wheels fixed to both ends of the second axle. and a wheel, and the second axle is rotatably provided around the second axle.
本発明に係る管内走行装置によると、連結された複数のリンクの端に位置する端リンクの自由端部に、駆動手段によって駆動される第１転動体が、端リンクのリンク軸に対して垂直な第１回転軸周りに回転可能かつ端リンクのリンク軸周りに回転可能に設けられており、駆動手段は、アクチュエータからの双方向に切り替え可能な回転駆動力を出力する出力軸が端リンクのリンク軸に沿って当該リンク軸周りに回転可能に設けられ、伝達手段によって出力軸の回転によって出力される回転駆動力が第１転動体に伝達されて、その回転駆動力によって第１転動体は第１回転軸周りに回転しようとする。このとき、管内走行装置１には第１転動体の第１回転軸周りの回転方向を一方向に制限する回転方向制限手段が備えられており、出力軸の回転方向と、第１転動体が第１回転軸周りに回転しようとする回転方向とが対応するようになっているが、第１転動体が第１回転軸周りに回転しようとする方向が回転方向制限手段で許容される場合は、第１転動体は第１回転軸周りに回転駆動されるが、その逆方向に第１転動体が第１回転軸周りに回転しようとする場合は、回転方向制限手段によって第１転動体の第１回転軸周りの回転が回転不能に制限される。この回転方向制限手段によって第１転動体の第１回転軸周りの回転が回転不能に制限される場合は、第１転動体が第１回転軸周りに回転しないので、第１転動体から伝達手段を介して出力軸までがロックされた状態となっている。しかし、この場合でもアクチュエータから出力軸には回転駆動力が出力されており、出力軸は端リンクのリンク軸に沿ってリンク軸周りに回転可能で、第１転動体はリンク軸周りに回転可能に設けられていることから、アクチュエータの回転駆動力によって、出力軸から伝達手段を介して第１転動体までがロックされた状態のまま一体的に出力軸がリンク軸周りに回転することで、第１転動体がリンク軸周りに回転駆動される。このように、本発明に係る管内走行装置は、駆動手段のアクチュエータから出力軸を介して出力する回転駆動力の方向を切り替えることで、端リンクの自由端部に設けられた第１転動体の第１回転軸周りの回転とリンク軸周りの回転とを任意に切り替え可能となっている。管内において、本発明に係る管内走行装置が備える複数の転動体は、付勢手段によってそれぞれ管の内壁面に当接するようになっており、２つの端リンクの自由端部の少なくとも一方に設けられる第１転動体を除いて、残りの転動体は第１転動体の走行に伴って従動的に走行する第２転動体となっている。第１転動体が当接する管の内壁面に対して第１回転軸が略平行となっているときに、駆動手段によって第１転動体を第１回転軸周りに回転駆動すると、第１転動体が管の内壁面を転動して管内を管軸方向に走行し、それに伴って第２転動体も従動的に管の内壁面を管軸方向に走行し、管内走行装置全体が管軸方向に移動する。それに対して、駆動手段によって第１転動体をリンク軸周りに回転駆動すると、第１転動体が管の内壁面を転動して管内を周方向に走行し、それに伴って第２転動体も従動的に管の内壁面を周方向に走行し、管内走行装置全体が管軸周りにロール回転する。
According to the pipe traveling device according to the present invention, the first rolling element driven by the driving means is perpendicular to the link axis of the end links at the free end of the end link located at the end of the plurality of connected links. The driving means is rotatable around the first rotation axis and around the link axis of the end link, and the driving means has an output shaft that outputs bidirectionally switchable rotational driving force from the actuator that is connected to the end link. The rotation driving force output by the rotation of the output shaft is transmitted to the first rolling element by the transmission means, which is rotatably provided along the link axis and around the link axis, and the rotational driving force causes the first rolling element to rotate. Attempts to rotate around the first rotation axis. At this time, the pipe running
このように、本発明に係る管内走行装置は、駆動手段のアクチュエータから出力軸を介して出力する回転駆動力の方向を切り替えることで、管内での管軸方向への移動走行と管軸周りのロール回転走行との２種類の動作を任意に切り替えることができるようになっているので、駆動手段によって曲管部を有する管であっても自在に走行させることができ、動作の制御も簡単である。また、本発明に係る管内走行装置は、端リンクの自由端部に設けられる第１転動体が駆動手段によって駆動されるため、リンク２同士が連結される連結部に設けられる転動体には駆動手段を設ける必要が無く、装置を構成するリンクの数は最小で２つのみで構成可能であり、アクチュエータの数は最小で１つのみで構成可能となっている。そのため、本発明に係る管内走行装置は、従来よりも装置の小型化、軽量化、低コスト化等を図ることができる。
As described above, the in-pipe traveling device according to the present invention switches the direction of the rotational driving force output from the actuator of the drive means through the output shaft, thereby moving in the pipe axis direction and moving around the pipe axis. Since it is possible to arbitrarily switch between two types of operation, roll rotation and running, even pipes with curved sections can be moved freely by the driving means, and the operation can be easily controlled. be. Further, in the pipe running device according to the present invention, since the first rolling element provided at the free end of the end link is driven by the driving means, the rolling element provided at the connecting part where the
好ましくは、本発明に係る管内走行装置は、前記第１転動体が、前記第１回転軸として第１車軸と、前記第１車軸の両端に固定される一対の第１車輪とを備え、前記伝達手段が、前記出力軸と前記第１車軸とにそれぞれ取り付けられる一対の傘歯車であることを特徴とするので、簡素な構成で、複雑な機構を必要としないため、低コスト化が図れるとともに故障しにくく堅牢性も向上できる。 Preferably, in the pipe traveling device according to the present invention, the first rolling element includes a first axle as the first rotating shaft and a pair of first wheels fixed to both ends of the first axle, and Since the transmission means is characterized by a pair of bevel gears respectively attached to the output shaft and the first axle, the structure is simple and does not require a complicated mechanism, so that costs can be reduced and It is less likely to break down and has improved robustness.
好ましくは、本発明に係る管内走行装置は、前記一対の第１車輪が、一対の半球状車輪であることを特徴とするので、第１転動体をリンク軸周りに回転させると、リンク軸上に設けられている出力軸から一対の傘歯車を介して出力軸に垂直な第１車軸及び第１車軸の両端に固定された一対の半球状車輪までが一体的にリンク軸周りに回転するが、一対の半球状車輪は外面がそれぞれ凸状の湾曲面となっているため、管の内壁面を周方向に転動しやすくなっており、スムーズに装置をロール回転走行させることができる。 Preferably, the pipe traveling device according to the present invention is characterized in that the pair of first wheels are a pair of hemispherical wheels, so that when the first rolling element is rotated around the link axis, the first rolling element rotates around the link axis. A first axle perpendicular to the output shaft and a pair of hemispherical wheels fixed to both ends of the first axle rotate integrally around the link shaft from the output shaft provided on the link shaft through a pair of bevel gears. Since the outer surfaces of the pair of hemispherical wheels each have a convex curved surface, they can easily roll on the inner wall surface of the tube in the circumferential direction, allowing the device to roll smoothly.
好ましくは、本発明に係る管内走行装置は、前記第１転動体の前記リンク軸周りの回転を抑制するための回転抑制手段をさらに備えることを特徴とするので、管の内壁面に錆等の何らかの付着物等によって段差が存在しているような場合には、装置をその段差を乗り越えさせて管軸方向に移動走行させるために駆動手段によって第１転動体を第１回転軸周りに回転駆動している際、管の内壁面の段差によって第１転動体の第１回転軸周りの回転に抵抗力が働くことになる。このとき第１転動体のリンク軸周りの回転の抵抗力が小さいと、第１転動体を第１回転軸周りに回転させて装置を移動走行させたいにもかかわらず、第１転動体がリンク軸周りに回転してロール回転することになるが、本発明に係る管内走行装置は、リンク軸周りの回転を抑制するための回転抑制手段を備えているので、管の内壁面に段差等が存在する場合でも、より確実に任意に移動走行とロール回転走行とを切り替え可能に行うことができる。 Preferably, the in-pipe traveling device according to the present invention further includes a rotation suppressing means for suppressing rotation of the first rolling element around the link axis, so that rust or the like is not formed on the inner wall surface of the pipe. If there is a step due to some kind of deposit, etc., the first rolling element is rotated around the first rotation axis by the drive means in order to move the device over the step and move in the direction of the tube axis. During this process, a resistance force acts on the rotation of the first rolling element around the first rotation axis due to the step on the inner wall surface of the tube. At this time, if the resistance force of the rotation of the first rolling element around the link axis is small, the first rolling element will not be able to link even though it is desired to rotate the first rolling element around the first rotation axis to move the device. Although it rotates around the axis and rolls, the in-pipe traveling device according to the present invention is equipped with a rotation suppressing means for suppressing rotation around the link axis, so that there is no difference in level etc. on the inner wall surface of the pipe. Even if such a vehicle exists, it is possible to arbitrarily switch between moving travel and roll rotation travel more reliably.
好ましくは、本発明に係る管内走行装置は、前記第１転動体の前記リンク軸周りの回転角度を検出する回転角度検出手段をさらに備えることを特徴とするので、回転角度検出手段によって、第１転動体が接地している管の内壁面に対して第１回転軸がどのような角度になっているか、装置全体が管軸周りにどのようなロール回転姿勢となっているか等が分かり、回転角度検出手段の検出データに基づいて装置を走行させることができる。 Preferably, the in-pipe traveling device according to the present invention is characterized by further comprising rotation angle detection means for detecting the rotation angle of the first rolling element around the link shaft, so that the rotation angle detection means detects the rotation angle of the first rolling element around the link shaft. You can see what angle the first rotation axis is with respect to the inner wall surface of the pipe where the rolling elements are in contact with the ground, and what roll rotation posture the entire device is in around the pipe axis, and the rotation The device can be run based on the detection data of the angle detection means.
好ましくは、本発明に係る管内走行装置は、前記第２転動体が、前記複数のリンクによって規定される前記平面に垂直な第２車軸と、前記第２車軸の両端に固定される一対のオムニホイールとを備え、前記第２車軸が当該第２車軸周りに回転可能に設けられることを特徴とするので、第２転動体は、第２車軸の両端に固定された一対のオムニホイールが管の内壁面に当接するようになっている。装置が管軸方向に移動走行する際は、従動的に一対のオムニホイールが第２車軸と一体となって第２車軸周りに回転することで、第２転動体が管の内壁面を管軸方向に走行するようになっている。装置が管軸周りにロール回転走行する際は、オムニホイールには円周上に複数の樽型ローラが設けられているので、従動的に管の内壁面に当接しているオムニホイールの樽型ローラが回転することで、第２転動体が管の内壁面を周方向に走行するようになっている。このように、第２転動体を、第２車軸と第２車軸に固定される一対のオムニホイールとを備えた簡素な構成としながら、装置の管軸方向の移動走行と管軸周りのロール回転走行とに従動させることができる。 Preferably, in the pipe traveling device according to the present invention, the second rolling element includes a second axle perpendicular to the plane defined by the plurality of links, and a pair of omnibus wheels fixed to both ends of the second axle. wheel, and the second axle is rotatably provided around the second axle, so that the second rolling element has a pair of omni wheels fixed to both ends of the second axle, It comes into contact with the inner wall surface. When the device moves in the direction of the tube axis, the pair of omni-wheels are driven to rotate around the second axle together with the second axle, so that the second rolling elements move the inner wall surface of the tube along the tube axis. It is designed to run in the direction. When the device rolls around the pipe axis, the Omni-wheel is equipped with multiple barrel-shaped rollers on the circumference, so the Omni-wheel's barrel-shaped rollers that are in contact with the inner wall of the pipe are driven by the Omni-wheel. As the roller rotates, the second rolling element runs along the inner wall surface of the tube in the circumferential direction. In this way, while the second rolling element has a simple configuration comprising a second axle and a pair of omni wheels fixed to the second axle, it is possible to move the device in the tube axis direction and roll rotation around the tube axis. It can be made to follow the driving.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。ただし、以下はあくまで本発明の一実施形態を例示的に示すものであり、本発明の範囲は以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the following is merely an illustrative example of an embodiment of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following embodiment, and may be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention. It is.
本実施形態に係る管内走行装置１は、例えば、カメラや各種センサ等を搭載して配管９内を走行させることで、配管９の内部の点検等を行う際に好適に用いることができるものである。図１から図６に示すように、管内走行装置１は、複数のリンク２を備え、各隣り合う２つのリンク２同士はそれぞれ連結部３で揺動可能に連結されており、複数のリンク２がそのリンク２の数よりも１つ少ない連結部３で直列に連結された構成となっている。各リンク２は同一平面上に位置しており、当該平面上で、各隣り合う２つのリンク２が当該隣り合う２つのリンク２を連結する連結部３を中心に揺動可能となっている。管内走行装置１が備えるリンク２の数は２つ以上であればよく、図１、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すようにリンク２の数が２つだけでも構成可能であるし、図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示すように、３つ以上のリンク２を備えていてもよい。
The
本実施形態では、図１及び図３に示すように、リンク２として略中空円筒形の剛体を用いた例を示している。連結部３は、リンク２の端部に当該リンク２を挟むように固定されて当該リンク２の端部から外側に向かって突出するように設けられる一対の係止片からなる第１連結部３１と、略中空円筒形に形成されてその側面にリンク２の端部が固定されてその２つの底面が第１連結部３１の一対の係止片にそれぞれ面するように第１連結部３１の一対の係止片の間に遊嵌される第２連結部３２とを備える。連結部３で連結される２つのリンク２には、一方のリンク２の連結部３側の端部に第１連結部３１が、他方のリンク２の連結部３側の端部に第２連結部３２がそれぞれ設けられており、一方のリンク２の第１連結部３１に他方のリンク２の第２連結部３２を遊嵌させて、第１連結部３１の一対の係止片と第２連結部３２の２つの底面とに共通の軸が通されて、当該共通の軸によって当該共通の軸周りにそれぞれ回転可能に第１連結部３１と第２連結部３２とが連結されることで連結部３が構成されている。ここで、第１連結部３１と第２連結部３２とに通される共通の軸というのは、後述するように、本実施形態では各連結部３に設けられる第２転動体４６の第２車軸４７となっている。このように、本実施形態では、連結部３で連結される２つのリンク２は、連結部３の第２車軸４７周りに揺動可能となっている。管内走行装置１が備えるリンク２の数が３つ以上で連結部３の数が２つ以上となる場合においても、同様に、各隣り合うリンク２の端部にそれぞれ第１連結部３１と第２連結部３２とを設けて各連結部３を構成するようにすればよい。ただし、管内走行装置１が備える複数のリンク２の全体が同一平面上に位置して、当該平面上で各隣り合うリンク２同士が連結部３を中心に揺動可能となるように、各連結部３に設けられる第２車軸４７は互いに平行となるよう設けるようにする。管内走行装置１が備えるリンク２の数が３つ以上の場合、その連結された複数のリンク２のうち両端に位置する２つの端リンク２１を除いて、２つの端リンク２１の間に位置するリンク２にはそれぞれ両端部に第１連結部３１または第２連結部３２が設けられることになる。端リンク２１には、一方の端部には別のリンク２と連結するための第１連結部３１または第２連結部３２が設けられるが、他方の端部は別のリンク２と連結されない自由端部となっている。図１に示すように管内走行装置１が備えるリンク２の数が２つの場合、その２つのリンク２は共に端リンク２１である。
In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 3, an example is shown in which a substantially hollow cylindrical rigid body is used as the
図２に示すように、各連結部３と、連結された複数のリンク２の両端に位置している２つの端リンク２１の自由端部とには、それぞれ配管９の内壁面を走行可能な転動体４が設けられる。管内走行装置１が備えるリンク２の数が２つの場合は、どちらのリンク２も端リンク２１であり、２つの端リンク２１の自由端部と、端リンク２１同士を連結する連結部３とにそれぞれ転動体４が設けられ、合計３つの転動体４が設けられる。リンク２の数が３つ以上の場合は、リンク２が１つ増える毎に連結部３の数が１つずつ増えていき、各連結部３にそれぞれ転動体４が設けられるので、全体としてリンク２の数より１つ多い転動体４が設けられる。
As shown in FIG. 2, each connecting
管内走行装置１には付勢手段５が備えられ、図２及び図３に示すように、付勢手段５によって、連結された複数のリンク２が各連結部３で屈曲するように付勢される。管内走行装置１が備えるリンク２の数が２つの場合、２つのリンク２が１つの連結部３で連結されて、連結部３の第２車軸４７周りに揺動可能となっており、付勢手段５は、この２つのリンク２の第２車軸４７周りの揺動を一方側へ回転させるように付勢することで、２つのリンク２が連結部３で屈曲して略山形となるようになっている。付勢手段５としては、例えば、ねじりコイルばねを用いることができる。本実施形態では、連結部３は、第１連結部３１の一対の係止片の間に略中空円筒形の第２連結部３２が遊嵌されて第１連結部３１の一対の係止片と第２連結部３２の２つの底面とに第２車軸４７が通されて第２車軸４７周りに揺動可能となっており、図３に示すように、第２連結部３２の中空部に付勢手段５としてのねじりコイルばねが設けられ、ねじりコイルばねは、そのコイルに第２車軸４７が挿通され、連結部３で連結される２つのリンク２が屈曲した状態が中立位置となるようにして、一方の端部が第１連結部３１に、他方の端部が第２連結部３２にそれぞれ固定されている。２つのリンクが屈曲した状態でねじりコイルばねが中立位置にある状態から、２つのリンクが伸長して２つのリンクの連結部３でのなす角が大きくなった状態になると、ねじりコイルばねにコイル中心軸周りにねじりモーメントが生じ、それが付勢力となって２つのリンクが第２車軸４７周りに回転して元の屈曲した状態に戻ろうとする。付勢手段５は、ねじりコイルばねに限らず、それ以外のばねや弾性体等を用いて構成するようにしてもよいし、電動モータ等のアクチュエータを用いて付勢力を任意に調整可能に構成してもよい。管内走行装置１が備えるリンク２の数が３つ以上で連結部３が２つ以上の場合についても、同様に、各連結部３における第２車軸４７周りの隣り合うリンク２同士の揺動が一定方向に回転する付勢力を受けるように付勢手段５を設ければよく、本実施形態で示したように付勢手段５としてねじりコイルばねを用いるような場合、各連結部３にそれぞれねじりコイルばねを設けるようにすればよい。ただし、このようなリンク２の数が３つ以上の場合には、各隣り合う連結部３でリンク２が屈曲するように付勢される方向が逆向きになるように付勢手段５を設け、図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示すように、付勢手段５によって管内走行装置１が備える複数のリンク２が全体として各連結部３で互い違いに屈曲してジグザグ状となるように付勢されるようにする。
The
転動体４は、各連結部３と各端リンク２１の自由端部とにそれぞれ設けられ、複数のリンク２は付勢手段５によってリンク２の数が２つの場合には略山形に、リンク２の数が３つ以上の場合にはジグザグ状になっており、その複数のリンク２の各端部と各頂点部分とにそれぞれ転動体４が位置するようになっている。管内走行装置１が配管９へ挿入される際は、配管９の入口から、複数のリンク２の一方の端に位置している端リンク２１の自由端部に設けられている転動体４を先頭として、最後尾の他方の端リンク２１の自由端部に設けられている転動体４までを順に配管９内に収めるようにして、管内走行装置１全体が配管９内に挿入される。配管９の内部において、管内走行装置１は、配管９の長手方向に複数のリンク２が並んで、複数のリンク２の各隣り合うリンク２同士が揺動可能となっている平面上に、配管９の中心軸である管軸９１が略位置するようになっている。このとき、付勢手段５によって各隣り合うリンク２同士が屈曲する方向へ付勢されており、管内走行装置１が備える複数のリンク２は全体として、管軸９１方向の長さが縮んで、管軸９１に垂直な配管９の径方向の幅が大きくなる方向へ付勢手段５で付勢されたようになっている。そのため、付勢手段５の付勢力によって、複数のリンク２の各端部及び各頂点部分に位置している各転動体４が、それぞれ配管９の対向する内壁面のいずれかに当接するようになっている。
The rolling
このように管内走行装置１は、配管９の内部において、全体として管軸９１方向に伸縮可能で、それに伴って全体としての配管９の径方向の幅の大きさが変化するようになっており、付勢手段５によって管軸９１方向の長さが縮んで配管９の径方向の幅が大きくなるように付勢されていることで、付勢手段５の付勢力によって各転動体４が配管９の内壁面に当接するようになっているので、様々な内径の配管９に対応することができる。そして、図４に示すように、小径部と大径部と小径部及び大径部を接続する異径接続部とを有する内径の異なる配管９内で管内走行装置１を走行させる場合でも、管内走行装置１を管軸９１方向に移動走行させるだけで、付勢手段５によって配管９の内径の大きさに合わせて管内走行装置１の配管９の径方向の幅が調節されて、各転動体４が配管９の内壁面に当接するようになっている。
In this way, the
管内走行装置１には、少なくとも１つの転動体４を駆動する駆動手段６が備えられている。配管９の内部で、管内走行装置１が備える各転動体４は付勢手段５の付勢力によって配管９の内壁面に当接させられているので、駆動手段６によって転動体４が駆動されると、各転動体４が配管９の内壁面を走行し、それによって管内走行装置１が配管９内を走行するようになっている。
The
管内走行装置１の各転動体４は、駆動手段６によって駆動されて配管９の内壁面を走行する第１転動体４１と、駆動手段６によって駆動される第１転動体４１が配管９の内壁面を走行するのに伴って従動的に配管９の内壁面を走行する第２転動体４６とのいずれかとなっている。第１転動体４１は、連結された複数のリンク２の両端に位置する２つの端リンク２１のうちの少なくとも一方の自由端部に設けられる。第１転動体４１が２つの端リンク２１のうちのどちらか一方の自由端部にのみ設けられる場合は、他方の端リンク２１の自由端部には第２転動体４６が設けられ、各連結部３には第２転動体４６が設けられる。第１転動体４１が２つの端リンク２１の両方の自由端部に設けられる場合は、各連結部３に第２転動体４６が設けられる。いずれにしても各連結部３に設けられる転動体４は第２転動体４６となっている。管内走行装置１の端部のいずれか一方または両方に設けられた第１転動体４１が駆動手段６によって駆動されて配管９の内壁面を走行し、それに伴って各第２転動体４６が従動的に配管９の内壁面を走行することで、管内走行装置１は配管９内を走行するようになっている。
Each of the rolling
第１転動体４１は、第１転動体４１が設けられる端リンク２１の中心軸であるリンク軸２２に対して垂直な第１回転軸４２を有し、第１回転軸４２周りに回転可能かつリンク軸２２周りに回転可能に端リンク２１に接続されている。そして、第１転動体４１を駆動する駆動手段６は、第１転動体４１が設けられる端リンク２１のリンク軸２２に沿って当該リンク軸２２上で回転可能に設けられる出力軸６１と、出力軸６１を出力軸６１周りに回転させて出力軸６１を介して双方向の回転駆動力を切り替え可能に出力するアクチュエータ６２と、出力軸６１の出力軸６１周りの回転方向と第１転動体４１の第１回転軸４２周りの回転方向とを一対一で対応させて出力軸６１から第１転動体４１に回転駆動力を伝達する伝達手段６５と、第１転動体４１の第１回転軸４２周りの双方向の回転のうちの一方への回転を許容して他方への回転を回転不能に制限する回転方向制限手段６８と、を備えている。
The
アクチュエータ６２によって出力軸６１を介して回転駆動力が出力されると、出力軸６１から伝達手段６５を介して第１転動体４１に回転駆動力が伝達されて、出力軸６１の出力軸６１周りの正転及び逆転の回転方向に応じて、第１転動体４１は第１回転軸４２周りの双方向のいずれかに回転しようとする。このとき、第１転動体４１の第１回転軸４２周りに回転しようとする回転方向が、回転方向制限手段６８によって回転が許容される方向である場合は、第１転動体４１は第１回転軸４２周りに回転可能に端リンク２１に接続されているので、第１転動体４１は第１回転軸４２周りに回転する。その反対に、第１転動体４１の第１回転軸４２周りに回転しようとする回転方向が、回転方向制限手段６８によって回転が制限される方向である場合は、回転方向制限手段６８によって第１転動体４１の第１回転軸４２周りの回転が制限されて、第１転動体４１から伝達手段６５を介して出力軸６１までがロックされたような状態となる。しかし、このときもアクチュエータ６２からは端リンク２１のリンク軸２２に沿って設けられた出力軸６１を回転させる回転駆動力が出力されており、また、第１転動体４１は端リンク２１のリンク軸２２周りに回転可能に端リンク２１に接続されていることから、アクチュエータ６２から出力軸６１を介して出力される回転駆動力によって、出力軸６１から伝達手段６５を介して第１転動体４１までが一体となって、リンク軸２２周りに回転する。
When the
このように、アクチュエータ６２から出力する回転駆動力の方向を切り替えることによって、第１転動体４１の第１回転軸４２周りの回転と、第１転動体４１のリンク軸２２周りの回転とで、第１転動体４１の２種類の回転が切り替えられるようになっている。第１転動体４１は、第１回転軸４２がリンク軸２２に対して垂直になるように端リンク２２に接続されており、第１転動体４１がリンク軸２２周りに回転するときは、第１回転軸４２がリンク軸２２に対して垂直な状態を保ちながら第１回転軸４２もリンク軸２２周りに回転する。第１転動体４１が当接する配管９の内壁面に第１回転軸４２が略平行となっている状態で、第１転動体４１を第１回転軸４２周りに回転させると、第１転動体４１が配管９の内壁面を管軸９１方向へ転動して走行し、それに伴って各第２転動体４６も配管９の内壁面を管軸９１方向へ従動的に走行することで、管内走行装置１が管軸９１方向へ移動走行するようになっている。一方、第１転動体４１をリンク軸２２周りに回転させると、第１転動体４１が配管９の内壁面を周方向へ転動して走行し、それに伴って各第２転動体４６も配管９の内壁面を周方向へ従動的に走行することで、管内走行装置１が管軸９１周りにロール回転走行するようになっている。従って、アクチュエータ６２から出力する回転駆動力の方向を切り替えるだけで、管内走行装置１の配管９内での管軸９１方向への移動走行と、管軸９１周りのロール回転走行とを切り替えることができる。
In this way, by switching the direction of the rotational driving force output from the
本実施形態では、図１及び図３に示すように、第１転動体４１は、第１車軸４３と、第１車軸４３の両端に固定された一対の第１車輪４４と、第１車軸４３を第１車軸４３周りに回転可能に保持する第１ケーシング４５とを備えた構成となっている。そして、駆動手段６は、アクチュエータ６２として減速機付きの電動モータを用いており、出力軸６１はその減速機付き電動モータの出力軸となっている。端リンク２１は略中空円筒形の剛体で、第１転動体４１が取り付けられる自由端部側が開口しており、アクチュエータ６２はそのハウジングが端リンク２１の内部の中空部に固定されて、出力軸６１が端リンク２１の自由端部側の開口から外部に突出するようにして端リンク２１のリンク軸２２上に略位置してリンク軸２２周りに回転可能に設けられている。第１転動体４１の第１ケーシング４５は、端リンク２１の自由端部側に取り付けられており、端リンク２１に対してリンク軸２２周りに相対的に回転可能となっている。第１ケーシング４５は内部が中空で、端リンク２１との取付口側が開口しており、端リンク２１の自由端部側の開口から突出している出力軸６１が第１ケーシング４５の内部の中空部に収められるようになっている。第１車軸４３は、第１ケーシング４５の内部の中空部を貫くようにしてベアリング等を介して第１車軸４３の中心軸周りに回転可能に第１ケーシング４５に取り付けられている。第１車軸４３の中心は、第１ケーシングの中空部に位置し、第１車軸４３の両端部は、それぞれ第１ケーシング４５から外部に突出している。一対の第１車輪４４は、第１ケーシング４５から突出した第１車軸４３の両端部に固定され、第１ケーシング４５を挟んだような配置となっている。第１ケーシング４５が端リンク２１に取り付けられた状態で、第１車軸４３は端リンク２１のリンク軸２２に対して垂直で、第１車軸４３の中心がリンク軸２２上に略位置するようになっている。
In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 3, the first rolling
本実施形態では、伝達手段６５として一対の傘歯車を用いており、図３に示すように、一方の傘歯車が出力軸６１の先端に、他方の傘歯車が第１車軸４３にそれぞれ互いに噛合するように取り付けられて、第１ケーシング４５の内部の中空部に収められるようになっている。出力軸６１と第１車軸４３とは互いに垂直となる配置となっているが、それぞれに取り付けられた一対の傘歯車によって、出力軸６１の出力軸６１周りの回転と、第１車軸４３の第１車軸４３周りの回転とが対応付けられている。ここで伝達手段６５として用いる一対の傘歯車は、互いに歯数が等しいマイタギアを用いてもよいし、歯数の異なるベベルギアを用いてもよい。本実施形態ではアクチュエータ６２として減速機付き電動モータを用いているが、このアクチュエータ６２の減速機で十分な減速比が得られる場合は、マイタギアを用いればよいし、アクチュエータ６２の減速機では減速比が足りないような場合は、歯数の異なるベベルギアを用いて伝達手段６５で減速比を稼ぐようにしてもよい。
In this embodiment, a pair of bevel gears are used as the transmission means 65, and as shown in FIG. 3, one bevel gear meshes with the tip of the
本実施形態では、回転方向制限手段６８としてワンウェイクラッチを用いている。ワンウェイクラッチは、同軸上に設けられた内輪と外輪との間にスプラグやカム等の輪留め部材を備え、内輪が外輪に対して一方へ相対的に回転すると輪留め部材が噛み合って内輪と外輪との間で回転力が伝達され、逆回転する場合には輪留め部材の噛み合いが外れて内輪と外輪との間で回転力が伝達されずに内輪と外輪とが相対的に空転するような機構となっている。回転方向制限手段６８としてのワンウェイクラッチは、図３に示すように、内輪が第１車軸４３に取り付けられて、外輪が第１ケーシング４５に固定されるようにして、第１ケーシング４５の内部に設けられている。第１車軸４３が第１車軸４３周りに回転しようとすると、それに伴って第１車軸４３に取り付けられたワンウェイクラッチの内輪が、第１ケーシング４５に固定された外輪に対して相対的に回転しようとする。このときの第１車軸４３の回転しようとする方向が、ワンウェイクラッチの内輪から外輪に回転力が伝達される方向である場合、第１車軸４３からワンウェイクラッチを介して第１ケーシング４５に第１車軸４３周りの回転力が伝達されることになる。しかし、第１ケーシング４５は、端リンク２１にリンク軸２２周りに回転可能に取り付けられており、リンク軸２２と垂直な第１車軸４３周りには回転できないようになっている。そのため、第１車軸４３からワンウェイクラッチを介して第１ケーシング４５までがロックされた状態となって、ワンウェイクラッチによって第１車軸４３の第１車軸４３周りの回転が回転不能に制限される。それとは逆に、第１車軸４３の第１車軸４３周りに回転しようとする方向が、ワンウェイクラッチの内輪から外輪へ回転力が伝達されずに内輪と外輪とが相対的に空転する方向である場合は、第１車軸４３から第１ケーシング４５に回転力は伝達されず、第１車軸４３は第１ケーシング４５に対して第１車軸４３周りに回転可能に保持されているため、第１車軸４３は第１車軸４３周りに回転する。このように、本実施形態では、第１転動体４１の第１車軸４３と第１ケーシング４５との間に回転方向制限手段６８としてワンウェイクラッチを設けて、第１車軸４３の第１車軸４３周りの回転において、ワンウェイクラッチが空転する回転方向が、回転方向制限手段６８によって回転が許容される方向で、ワンウェイクラッチが回転力を伝達する回転方向が、回転方向制限手段６８によって回転が回転不能に制限される方向となるようになっている。
In this embodiment, a one-way clutch is used as the rotational
本実施形態では、第１転動体４１と駆動手段６とは以上のような構成となっている。端リンク２１の内部にアクチュエータ６２として設けられた減速機付き電動モータを駆動することで端リンク２１のリンク軸２２に沿って設けられた出力軸６１が回転駆動され、出力軸６１の先端と第１転動体４１の第１車軸４３とに伝達手段６５として設けられた互いに噛合する一対の傘歯車を介して、第１車軸４３に回転駆動力が伝達されて、第１車軸４３は第１車軸４３周りに回転しようとする。この第１車軸４３の第１車軸４３周りの回転方向が回転方向制限手段６８として設けられたワンウェイクラッチによって回転が許容される場合、第１車軸４３が第１車軸４３周りに回転し、それに伴って第１車軸４３の両端部に固定された一対の第１車輪４４が第１車軸４３と一体となって第１車軸４３周りに回転する。第１車軸４３の第１車軸４３周りの回転方向がそれとは逆回転となってワンウェイクラッチによって回転が制限される場合、第１車軸４３が第１ケーシング４５に対してロックされた状態となり、第１車軸４３と出力軸６１とに互いに噛合するように取り付けられた伝達手段６５である一対の傘歯車もロックされるので、出力軸６１から伝達手段６５を介して第１車軸４３、第１車軸４３の両端部に固定された一対の第１車輪４４及び第１ケーシング４５までが一体にロックされたような状態となるが、第１ケーシング４５は端リンク２１に対してリンク軸２２周りに相対的に回転可能に取り付けられており、出力軸６１はリンク軸２２上に設けられて、アクチュエータ６２からは出力軸６１をリンク軸２２周りに回転させる回転駆動力が出力されているので、出力軸６１のリンク軸２２周りの回転に伴って、出力軸６１から伝達手段６５を介して第１車軸４３、第１車軸４３の両端部に固定された一対の第１車輪４４及び第１ケーシング４５までがロックされて一体となった状態でリンク軸２２周りに回転する。従って、この場合、端リンク２１に対して第１転動体４１が全体として端リンク２１のリンク軸２２周りに回転する。
In this embodiment, the first rolling
図５に示すように、配管９内で、管内走行装置１の複数のリンク２は管軸９１を含む平面上に略位置して、第１転動体４１の第１車軸４３は、当該平面上に位置する端リンク２１のリンク軸２２に対して垂直でその中心がリンク軸２２上に略位置してリンク軸２２周りに回転可能となっている。図５（ａ）に示すように、第１車軸４３が複数のリンク２が位置する平面に対して略垂直となっているとき、第１車軸４３の両端部に固定された一対の第１車輪４４が当該平面に対して略対称となるような配置となって配管９の内壁面に当接し、当該内壁面に対して第１車軸４３は略平行となっている。このとき、アクチュエータ６２を駆動して第１車軸４３を第１車軸４３周りに回転させることによって、一対の第１車輪４４が当接する配管９の内壁面を転動して、管軸９１方向へ走行する。その反対に、アクチュエータ６２を逆方向に駆動して第１車軸４３をリンク軸２２周りに回転させると、図５（ｂ）に示すように、第１車軸４３のリンク軸２２周りの回転に伴って一対の第１車輪４４もリンク軸２２周りに回転し、それによって配管９の内壁面に当接する第１車輪４４が配管９の内壁面を転動して、管軸９１周りの周方向へ走行する。一対の第１車輪４４としては、円盤状のホイールの外周部に円環状のタイヤが設けられたような一般的な車輪を用いることができるが、特に、一対の半球状車輪が好適に用いられる。一対の半球状車輪は、それぞれ凸状の湾曲面が外面となるように第１車軸４３の端部に取り付けられる。それによって半球状車輪の凸状の湾曲面が配管９の内壁面に当接して第１車輪４４を配管９の周方向に転動しやすくすることができる。このように、本実施形態では、アクチュエータ６２の電動モータの回転方向を正転及び逆転で切り替えることによって、第１転動体４１の第１車軸４３が一対の第１車輪４４と一体となって第１車軸４３周りに回転して配管９の内壁面を一対の第１車輪４４が管軸９１方向へ転動することによる第１転動体４１の管軸９１方向への走行と、第１転動体４１の第１車軸４３が一対の第１車輪４４及び第１ケーシング４５と一体となってリンク軸２２周りに回転して配管９の内壁面を第１車輪４４が周方向へ転動することによる第１転動体４１の管軸９１周りの周方向への走行とが切り替えられるようになっている。本実施形態のように、第１転動体４１を、第１車軸４３、一対の第１車輪４４及び第１ケーシング４５を備えるような構成とした場合、第１車軸４３が第１回転軸４２となっている。
As shown in FIG. 5, within the
本実施形態では、回転方向制限手段６８によって第１転動体４１の第１回転軸４２周りの回転方向が一方向に制限されるようになっており、回転方向制限手段６８によって回転が許容される方向の場合は、第１転動体４１はその方向に第１回転軸４２周りに回転し、その逆方向の回転方向制限手段６８によって回転が制限される方向の場合は、第１転動体４１はその方向に第１回転軸４２周りに回転できずに出力軸６１から伝達手段６５を介して第１転動体４１までがロックされて一体となった状態で出力軸６１周りに回転することで、第１転動体４１がリンク軸２２周りに回転するようになっている。従って、配管９の内壁面に錆や堆積物等が付着している等によって段差が存在するような場合に、管内走行装置１をその段差を通過させるために管軸９１方向へ移動走行させたい場合でも、回転方向制限手段６８によって回転が許容されている方向にもかかわらず、第１転動体４１が段差に引っ掛かる等によって第１回転軸４２周りの回転に抵抗を受けて、第１転動体４１がリンク軸２２周りに回転してしまって、管内走行装置１が段差を乗り越えられずにロール回転してしまうことも考えられる。この意図しない管内走行装置１のロール回転を防ぐために、本実施形態では、図１及び図３に示すように、第１転動体４１のリンク軸２２周りの回転を抑制するための回転抑制手段７１が設けられている。本実施形態では、第１転動体４１は、第１回転軸４２として第１車軸４３と、第１車軸４３の両端部に固定された一対の第１車輪４４と、第１車軸４３を第１車軸４３周りに回転可能に保持する第１ケーシング４５とを備え、第１ケーシング４５が端リンク２１にリンク軸２２周りに回転可能に接続された構成となっているので、回転抑制手段７１としてＯ－リングを第１ケーシング４５と端リンク２１との接続部に設けている。この場合、第１ケーシング４５と端リンク２１との間に回転抑制手段７１であるＯ－リングの摩擦力が抵抗力として作用して、第１ケーシング４５と端リンク２１との相対的な回転が抑制される。本実施形態では、回転抑制手段７１としてＯ－リングを用いた例を示したが、それだけではなく、回転抑制手段７１は、第１転動体４１の第１回転軸４２周りの回転に対して一定の抵抗力が発揮されるようになっていればよい。例えば、回転抑制手段７１としてアクチュエータを用いて、当該アクチュエータによって端リンク２１と当該端リンク２１に隣り合うリンク２との連結部３周りの回転の付勢力を調整可能とすることで、第１転動体４１の配管９の内壁面に対して押し付けられる力を調節して、それが第１転動体４１の第１回転軸４２周りの回転に対する抵抗力となって回転を抑制できる。このように、回転抑制手段７１によって、管内９の内壁面に段差等が存在する場合でも、管内走行装置１の移動走行とロール回転走行との２種類の任意な動作をより確実なものとすることができる。
In this embodiment, the rotational direction limiting means 68 limits the rotational direction of the first rolling
また、図３に示すように、第１転動体４１のリンク軸２２周りの回転角度を検出する回転角度検出手段７５を設けてもよい。回転角度検出手段７５としては、例えば、磁気エンコーダを用いることができる。回転角度検出手段７５によって、第１転動体４１が接地している配管９の内壁面に対しての第１回転軸４２の角度や、管内走行装置１の全体が管軸９１周りにどのようなロール回転姿勢となっているか等が分かるので、回転角度検出手段７５の検出データに基づいて管内走行装置１を配管９内で走行させることができる。
Further, as shown in FIG. 3, a rotation angle detection means 75 for detecting the rotation angle of the first rolling
管内走行装置１が配管９の管軸９１方向の一方に移動走行している場合に、その反対方向へ移動走行させたい場合は、アクチュエータ６２を逆回転させても第１転動体４１は第１回転軸４２周りに逆回転せずにリンク軸２２周りに回転して管内走行装置１はロール回転するが、そのままアクチュエータ６２を逆回転させて第１転動体４１を端リンク２１に対してリンク軸２２周りに相対的に略１８０度回転させて、第１転動体４１と配管９の内壁面との接地部に対しての第１転動体４１の第１回転軸４２の向きを略１８０度回転させた後で、アクチュエータ６２を再度逆回転させて第１転動体４１を第１回転軸４２周りに回転させることで、管内走行装置１を反対方向へ移動走行させることができる。
When the
本実施形態では、図１及び図３に示すように、第２転動体４６は、第２車軸４７と、第２車軸４７の両端に固定される一対のオムニホイール４８とを備えた構成となっている。本実施形態の連結部３は、一方のリンク２の端部に設けられた第１連結部３１の一対の係止片の間に、他方のリンク２の端部に設けられた第２連結部３２が遊嵌されて、第１連結部３１と第２連結部３２とに通された共通の軸周りに回転可能に第１連結部３１と第２連結部３２とが連結された構成となっているが、この第１連結部３１と第２連結部３２とに通された共通の軸というのが、第２転動体４６の第２車軸４７となっている。連結部３で連結される２つのリンク２は第２車軸４７周りに揺動可能となっているため、第２車軸４７は、連結部３で連結される２つのリンク２が揺動可能となっている平面に対して垂直である。第２車軸４７は、第１連結部３１及び第２連結部３２にそれぞれベアリング等を介して第２車軸４７周りに回転可能に取り付けられており、第１連結部３１及び第２連結部３２はそれぞれ第２車軸４７周りに揺動可能で、第２車軸４７も連結部３に対して第２車軸４７周りに回転可能となっている。第２車軸４７は両端部が連結部３から外部に突出しており、その第２車軸４７の両端部に一対のオムニホイール４８が固定され、一対のオムニホイール４８の間に連結部３が挟まれたような配置となっている。
In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 3, the second rolling
オムニホイール４８は、第２車軸４７に固定されて第２車軸４７の第２車軸４７周りの回転に伴って第２車軸４７を回転中心として回転する本体部と、当該本体部の外周部に設けられた複数のローラユニットとを備える略円盤状の車輪となっている。各ローラユニットは、本体部の外周の接線方向に延びるローラ軸と、当該ローラ軸に当該ローラ軸周りに回転可能に取り付けられた樽型のローラとを備え、ローラ軸は第２車軸４７に対して垂直でねじれの位置にある軸となっており、ローラのローラ軸周りの回転方向は、本体部の第２車軸４７周りの回転方向と９０度異なっている。このようなローラユニットが、互いに等間隔となるように本体部の外周部に複数設けられており、全体として第２車軸４７を回転中心とした回転対称となるように配置されている。図１に示した例では、オムニホイール４８は５つのローラユニットを備え、第２車軸４７を中心とした５回回転対称形となっている。このようなオムニホイール４８が一対、第２車軸４７の両端部に固定されて、第２車軸４７の第２車軸４７周りの回転に伴って、第２車軸４７と一体となって回転するようになっている。配管９内で、管内走行装置１の複数のリンク２は管軸９１を含む平面上に略位置するようになっており、当該平面に対して第２車軸４７は垂直で一対のオムニホイール４８は略対称となる位置に配置されており、一対のオムニホイール４８が配管９の内壁面に当接するようになっている。従って、管内走行装置１が管軸９１方向に移動走行する場合は、それに伴って配管９の内壁面に当接している一対のオムニホイール４８が第２車軸４７周りに従動的に回転することで、第２転動体４６は配管９の内壁面を管軸９１方向に走行する。管内走行装置１が管軸９１周りにロール回転走行する場合は、配管９の内壁面に当接しているオムニホイール４８の外周部に備えられたローラユニットのローラが、当該ローラが回転可能に取り付けられているローラ軸周りに従動的に回転することで、第２転動体４６が配管９の内壁面を周方向へ走行する。ここで、一対のオムニホイール４８が第２車軸４７に対してｎ回回転対称形となっている場合、一方のオムニホイール４８に対して、他方のオムニホイール４８を第２車軸４７周りに（１８０／ｎ）度偏位させて取り付けるようにすることが好ましい。それによって第２車軸４７の軸方向から見たときに、一方のオムニホイール４８の各隣り合うローラユニット間に、他方のオムニホイール４８の各ローラユニットが位置するようになるので、一対のオムニホイール４８が備える複数のローラのうち少なくとも１つのローラが常に配管９の内壁面に当接するような状態にできる。本実施形態では第２転動体４６を第２車軸４７と一対のオムニホイール４８とよって構成したが、第２転動体４６は、配管９の内壁面を少なくとも管軸９１方向と管軸９１周りの周方向とに従動的に走行できるようになっていればよく、駆動手段６によって駆動される第１転動体４１が走行する方向に従動的に走行できるようになっていればよい。
The
以上では、一方の端リンク２１の自由端部に設けられた第１転動体４１と当該第１転動体４１を駆動する駆動手段６について説明したが、図１に示すように、管内走行装置１が備える２つの端リンク２１の両方の自由端部に第１転動体４１が設けられる場合、各第１転動体４１に対してそれぞれ駆動手段６を設けて、どちらも上記と同様の構成とすればよい。管内走行装置１に第１転動体４１と当該第１転動体４１を駆動する駆動手段６とが２組設けられる場合、管内走行装置１を配管９内で走行させるために必要な駆動力を２つの駆動手段６に分散できるので、個々の駆動手段６で用いるアクチュエータ６２の小型化を図ることで、端リンク２１のひいては管内走行装置１の小型化及び軽量化を図ることができる。一方、２つの端リンク２１のうち一方の端リンク２１の自由端部にのみ第１転動体４１を設けるような場合は、図２（ｂ）に示すように、他方の端リンク２１の自由端部には、従動的に配管９の内壁面を走行する第２転動体４６が設けられる。端リンク２１の自由端部に第２転動体４６を設ける場合、当該第２転動体４６は、第１転動体４１のように端リンク２１に対してリンク軸２２周りに回転可能に設けられる必要はなく、連結部３に設けられる第２転動体４６と同様に、第２車軸４７と第２車軸４７の両端部に固定される一対のオムニホイール４８とを用いて、第２車軸４７を第２車軸４７周りに回転可能にリンク軸２２を含む平面に対して垂直になるように端リンク２１の自由端部に設けるようにすればよい。この場合、用いる駆動手段６の数は１つだけでよいので、構成に必要な部品点数を減らすことができ、第１転動体４１を２つ設ける場合よりも安価に製造できる。
The
管内走行装置１に２つの第１転動体４１が設けられる場合、２つの第１転動体４１のそれぞれに駆動手段６が設けられるが、この２つの駆動手段６のアクチュエータ６２は起動及び停止並びに正転及び逆転が連動して動作するように設けてよい。それによって２つのアクチュエータ６２を個別に制御する必要がなく、簡単に管内走行装置１の移動走行とロール回転走行とを制御できる。ただし、このとき、管内走行装置１が全体として配管９内で管軸９１方向への移動走行と、管軸９１周りのロール回転走行とが行えるように、２つの第１転動体４１の第１車軸４３に取り付けられる伝達手段６５としての傘歯車と、回転方向制限手段６８としてのワンウェイクラッチとの向きに気を付けるようにする。
When the
以上のように、本実施形態に係る管内走行装置１によると、連結された複数のリンク２の端に位置する端リンク２１の自由端部に駆動手段６によって駆動される第１転動体４１が設けられており、第１転動体４１が駆動されて配管９の内壁面を走行することで、それに伴って各第２転動体４６が従動的に配管９の内壁面を走行し、管内走行装置１が配管９内を走行する。第１転動体４１は、当該第１転動体４１を駆動する駆動手段６のアクチュエータ６２から出力軸６１を介して出力する回転駆動力の方向を切り替えるだけで、第１回転軸４２周りの回転とリンク軸２２周りの回転とで回転方向を任意に切り替えられるようになっており、それによって管内走行装置１を配管９の管軸９１方向へ移動させる移動走行と、配管９内で管軸９１周りにロール回転させるロール回転走行との２種類の動作が任意に切り替え可能となっている。このように、本実施形態に係る管内走行装置１では、管内走行装置１の走行を駆動するための第１転動体４１は端リンク２１の自由端部に設けられ、リンク２同士を連結する連結部３に設けられる転動体４は、駆動するためのアクチュエータを用いる必要が無く、従動的に配管９内を走行するための第２転動体４６となっている。従って、本実施形態に係る管内走行装置１は、リンク２の数は最小の場合は２つのみで構成可能となっている。管内走行装置１のリンク２の数が２つの場合でも、図６（ａ）に示すように、管内走行装置１が走行する配管９の進行方向前方にそのまま移動走行させただけでは通過できないような曲管部が存在する場合でも、駆動手段６によって任意に第１転動体４１をリンク軸２２周りに回転駆動することで管内走行装置１をロール回転走行させて、配管９内での管内走行装置１の管軸９１周りの姿勢を任意に変化させることができるので、図６（ｂ）に示すように、管内走行装置１の姿勢を曲管部の曲がる方向に合わせて、その後、駆動手段６の出力軸６１を逆回転させて管内走行装置１を管軸９１方向へ移動走行させることで、図６（ｃ）及び図６（ｄ）に示すように、曲管部を通過させることができる。このように、管内走行装置１は、リンク２の数が２つでも構成可能となっており、従来よりも小型化することができる。そして、１つのアクチュエータ６２が出力する回転駆動力の方向を切り換えることによって、当該アクチュエータ６２が駆動する第１転動体４１の回転方向が切り替わって、管内走行装置１の配管９内での移動走行とロール回転走行との２種類の動作が任意に切り替えられるので、図２（ｂ）に示すように、管内走行装置１に設ける駆動手段６及び第１転動体４１の数は最小の場合１組でも構成可能であり、従来よりも用いるアクチュエータの数を少なくすることができ、コストも低減できる。
As described above, according to the
本発明に係る管内走行装置は、配管の内部を検査するロボット等に好適に用いられる。また、配管だけではなく、様々な管状体の内部の走行に適用の可能性がある。 The in-pipe travel device according to the present invention is suitably used in a robot or the like that inspects the inside of a pipe. Moreover, it may be applied not only to piping but also to running inside various tubular bodies.
１ 管内走行装置
２ リンク
２１ 端リンク
２２ （端リンクの）リンク軸
３ 連結部
４ 転動体
４１ 第１転動体
４２ 第１回転軸
４３ 第１車軸
４４ 第１車輪（半球状車輪）
４５ 第１ケーシング
４６ 第２転動体
４７ 第２車軸
４８ オムニホイール
５ 付勢手段
６ 駆動手段
６１ 出力軸
６２ アクチュエータ
６５ 伝達手段（一対の傘歯車）
６８ 回転方向制限手段（ワンウェイクラッチ）
７１ 回転抑制手段（Ｏ－リング）
７５ 回転角度検出手段（磁気エンコーダ）
９ 配管
９１ 管軸
1 In-
45 First casing 46
68 Rotation direction limiting means (one-way clutch)
71 Rotation suppressing means (O-ring)
75 Rotation angle detection means (magnetic encoder)
9 Piping 91 Pipe shaft
Claims (6)
同一平面上に直列に連結される複数のリンクと、
前記複数のリンクの各隣り合うリンク同士をそれぞれ前記平面上で揺動可能に連結する連結部と、
各前記連結部と前記複数のリンクの両端に位置する前記リンクである２つの端リンクの自由端部とにそれぞれ設けられる前記管の内壁面を走行可能な転動体と、
前記複数のリンクが２つの場合には２つの前記リンクが前記連結部で屈曲して略山形となるように付勢し、前記複数のリンクが３つ以上の場合には前記複数のリンクが各前記連結部で互い違いに屈曲してジグザグ状となるように付勢して前記管の対向する内壁面にそれぞれ前記転動体を当接させる付勢手段と、
少なくとも１つの前記転動体を駆動する駆動手段と、
を備え、
各前記転動体は、前記駆動手段によって駆動されて前記管の内壁面を走行する第１転動体と、前記第１転動体の走行に伴って従動的に前記管の内壁面を走行する第２転動体とのいずれかであって、
前記第１転動体は、前記２つの端リンクのうちの少なくとも一方の自由端部に設けられ、当該端リンクのリンク軸に対して垂直な第１回転軸を有し、前記第１回転軸周りに回転可能かつ前記リンク軸周りに回転可能に前記端リンクに接続され、
前記駆動手段は、
前記第１転動体が設けられる前記端リンクのリンク軸に沿って当該リンク軸上で回転可能に設けられる出力軸と、
前記出力軸を前記出力軸周りに回転させて前記出力軸を介して双方向の回転駆動力を切り替え可能に出力するアクチュエータと、
前記出力軸の前記出力軸周りの回転方向と前記第１転動体の前記第１回転軸周りの回転方向とを一対一で対応させて前記出力軸から前記第１転動体に回転駆動力を伝達する伝達手段と、
前記第１転動体の前記第１回転軸周りの双方向の回転のうちの一方への回転を許容して他方への回転を回転不能に制限する回転方向制限手段と、
を備える
ことを特徴とする管内走行装置。 An in-pipe traveling device that travels inside a pipe,
Multiple links connected in series on the same plane,
a connecting portion that connects adjacent links of the plurality of links so as to be swingable on the plane;
rolling elements capable of running on the inner wall surface of the pipe provided at each of the connecting portions and the free ends of two end links that are the links located at both ends of the plurality of links;
When the number of the plurality of links is two, the two links are bent at the connecting portion to form a substantially chevron shape, and when the number of the plurality of links is three or more, the plurality of links are each a biasing means that biases the rolling elements so as to alternately bend at the connecting portions to form a zigzag shape, and abut the rolling elements on opposing inner wall surfaces of the tube;
Driving means for driving at least one of the rolling elements;
Equipped with
Each of the rolling elements includes a first rolling element that is driven by the driving means and runs on the inner wall surface of the pipe, and a second rolling element that runs on the inner wall surface of the pipe in a driven manner as the first rolling element runs. Either with a rolling element,
The first rolling element is provided at the free end of at least one of the two end links, has a first rotation axis perpendicular to the link axis of the end link, and rotates around the first rotation axis. and rotatably connected to the end link about the link axis;
The driving means is
an output shaft rotatably provided along a link axis of the end link on which the first rolling element is provided;
an actuator that rotates the output shaft around the output shaft and outputs bidirectional rotational driving force in a switchable manner via the output shaft;
Transmitting rotational driving force from the output shaft to the first rolling element by making a one-to-one correspondence between the rotational direction of the output shaft around the output shaft and the rotational direction of the first rolling element around the first rotational axis. A means of communication to
rotational direction limiting means for allowing rotation of the first rolling element in one direction of two-way rotation around the first rotation axis and restricting rotation in the other direction to non-rotatable;
An in-pipe traveling device characterized by comprising:
前記伝達手段が、前記出力軸と前記第１車軸とにそれぞれ取り付けられる一対の傘歯車であることを特徴とする請求項１に記載の管内走行装置。 The first rolling element includes a first axle as the first rotating shaft, and a pair of first wheels fixed to both ends of the first axle,
The pipe traveling device according to claim 1, wherein the transmission means is a pair of bevel gears respectively attached to the output shaft and the first axle.
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|---|---|---|---|
| JP2020130377A JP7448949B2 (en) | 2020-07-31 | 2020-07-31 | Pipe running device |
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| JP2022026760A JP2022026760A (en) | 2022-02-10 |
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Citations (5)
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| JP2014076806A (en) | 2011-06-16 | 2014-05-01 | Nsk Ltd | Steering column device |
| JP2015024748A (en) | 2013-07-26 | 2015-02-05 | 株式会社ハイボット | In-pipe moving device |
| JP2017007520A (en) | 2015-06-23 | 2017-01-12 | 学校法人立命館 | In-pipe travel device |
| JP2019006290A (en) | 2017-06-27 | 2019-01-17 | 学校法人立命館 | In-pipe traveling device |
-
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