JPS61113555A

JPS61113555A - 管路内走行装置

Info

Publication number: JPS61113555A
Application number: JP59233591A
Authority: JP
Inventors: 徳次岡田
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1984-11-06
Filing date: 1984-11-06
Publication date: 1986-05-31
Also published as: JPH0342231B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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シ当てる
ととくよシ、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１′　　　
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
装置としであるが、これらは大がかシな装置で、制御が
複雑でおシ、また、パイプの姿勢や内部の起伏、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、大小に限シがあった。このことに鑑み、本発明
者によって逆方向の管内壁を突つ張シながら走行する管
内自走装置が発明され、特願昭５８−２１１３４４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画題がおった。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って、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り、で、
いずれも進行方向へ転進中、横滑シ又は側方転進が可能
な車輪で・あシ、上記本体に付く上町両側車枠の少く・
とも一方は、その長手の向、きが自由に上下、又は上下
左右へ変わシ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、自走行装置である。・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・張シ当てることにより、本体
を管路内に浮かし支えて走行する装置であって、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
あって、いずれも進行方向へ転進中、横滑シ又は側方転
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
縮支持機構であって１．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）本発明の両側車輪拡大々、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。従っ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□１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おれば、装置は常に円滑に不
整形管路を走り得るっ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動可能に
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、よシ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−冬シ得る
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
ったが、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がら、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、つまシ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
どれだけ走っ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。

従って、これらの検出値と、装置固有の寸法による常数
とによシ、少くとも車輪が走っ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　　　　す
る。その詳細は第８，９図で説明するが、まず見やすい
第１図によって説明する。第１図の本体ｌが第８．９図
のそれに比べて小さく見えるの社、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ｌ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、部品収納パケット等を取付ける取付面／
（Ｌがある。

この実施例では本体ｌを常に管路Ｗの中心部に保持する
ため、本体／から伸縮支持機構の腕コが管路Ｗの内壁−
、ｗ６へ向けて対称方向、図では上下に出ている。各腕
コの先端には夫々、進行方向を長手とする車枠Ｊが軸支
され、その前後部につけた各２個ずつの車輪ｐ、ｌＩを
管路Ｗ内壁へ突張シ当てるととＫよシ本体ｌを浮かし支
えて走るようにしている。押付ける力は本体ｌが腕コを
押出す付勢力、例えばバネによる。

車枠３は腕コを介して本体ｌに軸支されているから、上
記付勢力によシ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ｌから出た腕コの動きは管路
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。また腕コと車枠３との軸支部３での回動は腕コの
軸線を含む面内に限られる。車輪グの回転もその面内で
ある。

従って、本体ｌの腕コ、車枠３、車輪ダが常に一平面内
に揃う。その面は第１図のように垂直と限らず管路形状
に応じて自由に変シ得る。

本体ｌ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。

一対の腕コ、コを対称方向へ付勢しているので各車輪Ｆ
、ｌＩ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、が非円形になった場合、その最も
大径の部分に車輪弘、りが移って車枠３の長手を内壁面
軸線方向へ向ける。

なお、本体ｌを第２図の実施例のように片側車枠３と一
体にし、腕コ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、両側の腕二の伸縮、車枠３の回動によシ車輪＃
、ｌＩ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シ、第５図の角θＧ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Ｋよシ腕−〇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、両腕コ、コを張
出す付勢力によシ車輪ダ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５，４図のように円板状
車輪の外周に多数の切込みを作って横向き小車ダαを芯
棒ダｂにはめて回転可能にする方法によって実現する。

さて、ここで第８，９図によシ第１図の実施例の具体的
構造を説明する。本体ｌは左右の短さく形腕コを伸縮支
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
／Ｉ／−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／ｃＬと
している。

この取付面ｌＧＫ管路Ｗ内を調べたり、加工したシする
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。

腕コ先端の軸支部３は、この場合、簡単に車枠３を部中
央付近を腕一端と重ねてピン止めしただけで、車枠Ｊ１
腕コ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ｊ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θα、θｂの検出装置７．りは、動輪の協調
的制御を可能にするのに必要な腕コつまシ伸縮支持機構
軸と車枠３の長手との交角を検出する。本体ｌは、伸縮
支持機構の腕コ、コを□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ダを備え、これを
駆動装置６で制御する。回転数計測装置「は、本体ｌの
走行距離を定めるのに欠かせ表い。駆動装置６は、車輪
を回転させるアクチュ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り、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ｌ
は、管壁間中心位置を決定する場合には、直線形ポテン
ショ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Ｋ、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、有線又は無線で送信することになる。

同様に両側車輪が走っ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θα、θｂの検出値も、計測装置へ送る
。

次に前に少し触れたが、第１．５．８図中の角θＧ、θ
ｂを角度修正装置を用いずに自動的に等しく制御する方
法について賜明する。

第１，５図中のθα、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、腕コ、車枠Ｊのなす角
になっているが、この実施例の場合、車枠３がその両側
車輪り、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って、正確には、θａ、θｂは腕コ
の軸線と、上記共通接線とのなす角である。この角θα
、θｂを等しくすれば、第５図に示すように両腕コ。

コが常に管路Ｗの軸線Ｃに直角に保たれる。

腕−〇軸線と車輪り、参の共通接線とのなす角の検出装
置７は、この場合、車枠３側にポテンショメータを固定
し、このポテンショメータの軸につけた歯車を、腕コの
支点に付けた歯車で駆動する事により、腕コの回動角を
示す。そのポテンショメータの指示値は角θα、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θα、
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。

つまシ、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θＣとθｂを等しくする
。こうした動輪の制御は、サーボ回路によって瞬時に行
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、下側車輪弘を走行用（矢印方向に進む
）としたとき、上側車輪ダを翫〉θｂて時計方向に、ま
たθα〈θｂで反時計方向に回転しθαとθｂを等しく
できる。θＧ＝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っ
た信号によって駆動・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て駆動されるが、
同一の信号で制御さ４れるので非同期の回転を可能にし
、競合するこＬ　　　とはない。

上述の実施例は軸支部！で腕コと車枠Ｊ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。

これは腕コの片側（一本）に、その軸線周りの回転を可
能にする関節ｔを有する。これ罠より一車枠の長手、つ
１９両端の動輪Ｕ、ｌＩを結んだ線と、他車枠の長手の
向きが自由に上下、左右へ変シ得るため、捩じれた管内
の走行も可能になった。動輪の真横への移動が連続的に
行われない場合には、左右への曲がシ動作がぎこちなく
なる。つまシ、動輪ダ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
合を示しておシ、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／Ｊ
、　／Ｊは結合手／ｌによ）連結されておシ、当該結合
手／／は伸縮可能な装置ｌコとその伸縮長りを検出する
装置（図示せず）ｔ−有する。

結合手／ｌと各装置の本体部ｌ、ｌとはピボット関節１
０．１０で連結され、結合手ｌｌ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
シ、一対の腕コ、−の双方に回転関節９１，９が備えら
れている。

こうした各関節配置は相互の装置／３，１３間の姿勢の
相互影響を除くためであるが、結合手／／と各装置／Ｊ
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８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図実施例のように膣中の関節９を省
略してもよい。

尚、結合手ｌｌ中の関節ｔは一井守装置本体部側の結合
部に設けてもよい。

本重連装置社次のように動作させることができる。

基本的には結合手／／中の伸縮装置／コの長さＬを常に
一定に保つように両装置／、７．　／Ｊの駆動装置を駆
動する。

つまり、一台の走行装置／３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、従となった他方の走行装置／Ｊ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ｌｌ中の伸縮装置ｌ
コの襄さ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ｌｌ中
の伸縮装置／コの長さＬが縮まるので、従動となった方
の走行装置／Ｊ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
の直列連結く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、複数台の重連によシ物資を搬送する場合には、当
該物資のキャリア部を結合手／ｌ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、ｌりは、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
対の態動装置６，６を一体化でき、一つの車枠に一つの
アクチュエータを備え、４つの動輪を２つのアクチュエ
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と　　−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
いので軸周シ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ｔ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　　１５．
４図のものに限らず、例えば横滑シするが進行方向へは
滑らない局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υ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っ
たシ、屈曲や傾斜、更には全体的に捩れているよらな管
路に対しても自立走行可能な疎１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
へ両側車輪を突張シ当てることにより、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って、いずれも進
行方向へ転進中、横滑シ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、各車枠は自ら鴻首し氏向きになる。

従って、管路が不整形でも車輪の操縦装置は不要でラシ
、本体は両―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シ得るだけでなく
、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
の検出値も加えれば１全行租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
５，４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図の実施例のよシ具体化した正面
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。ｌ・・・本体、コ・・・伸縮支持機構（腕）、３・・・
車枠、弘・・・車輪、！・・・軸支部、６・・・駆動装
置、７・・・交角検出手段、ざ・・・車輪回転数検出手
段、１３・・・走行装置、／り・・・伸縮、付勢用バネ
。指定代理人　　工業技術院第１Ｗ／！４第３図　　　　　算４ＤＥＩ第２ＷＪ・　　第５図

Claims

【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。
（６）特許請求の範囲（１）〜（５）のいずれかの装置
において、その本体は随行又は調速同行する前後の管路
走行装置本体と連結可能である管路内走行装置。