JP6484407B2 - 配管内移動装置 - Google Patents

Description

本発明は、屈曲部や分岐部のある配管の内部を自由に移動可能であって、その配管の内部を検査したり補修したりするための作業装置を搬送することができる配管内移動装置に関する。

一般に、ガス管、上水道・下水道等の配管、化学プラントの配管等においては、配管を切断せずに、配管の内部を検査したり補修したりすることができる技術が強く求められている。これを実現するためには、配管の開口部から配管内に作業装置を挿入し、配管にある屈曲部や分岐部を必要により通過して、作業装置を所望の位置に搬送できる配管内移動装置が必要である。

特許文献１には、本願発明者が完成させた発明であって、配管内を移動しながら配管の内部を検査するための配管検査装置が記載されている。

特開２０１２−７６４７５号（特許第４６７７５９５号）公報

特許文献１に記載された配管検査装置は、少なくとも１個の駆動ユニットと、少なくとも１個の検査ユニットを有している。駆動ユニットは、複数の駆動部と、その駆動部を連結する複数の連結部と、駆動部及び連結部を通る２本の操縦用ケーブルと、その操縦用ケーブルの張力を調節する張力調節部とを有し、駆動部はモータによって回転可能な車軸と、その車軸に装着された車輪とを有している。そして、２本の操縦用ケーブルを互いに同一の張力によって引っ張ることにより、駆動ユニットはジグザグ状に屈折し、駆動部の車輪が配管の内壁に接触した状態で、駆動ユニットは直進する。また、２本の操縦用ケーブルを互いに異なる張力によって引っ張ることにより、駆動ユニットはジグザグ状に屈折し且つ螺旋状に配列し、駆動部の車輪が配管の内壁に接触した状態で、駆動ユニットは螺旋状に進むように構成されている。

しかしながら、特許文献１に記載された配管検査装置においては、２本の操縦用ケーブルが複数の駆動部と連結部を貫通し、各操縦用ケーブルに設けられたバネをリールに巻き付け、そのリールをモータで回転駆動して２本の操縦用ケーブルを逆向きに巻き取ることにより、２本の操縦用ケーブルの張力のバランスを変えることができ、この張力のバランス調節によって配管内を直進させ、又は、螺旋状に進ませる構成となっていた。そのため、２本の操縦用ケーブルが複数の駆動部及び連結部の多数箇所において擦れ合うことから、操作時における摩擦力が大きなものとなり、２本の操縦用ケーブルを操作するために大きな力が必要になっていたばかりでなく、配管の形状変化に追従できなくなるため配管内の運動性が低下し、更に、２本の操縦用ケーブルの摩擦部分の摩耗が進み易いという問題があった。

また、バネを介して２本の操縦用ケーブルが連結されていて、リールの回動に基づいて一方の操縦用ケーブルが引き出され、他方の操縦用ケーブルが巻き取られる構造となっていた。そのため、２本の操縦用ケーブルの張力を独立に制御できない構造となっており、２本の操縦用ケーブルの操作によって走行条件の異なる配管内での配管検査装置の走行制御が難しいという問題があった。更に、駆動ユニットと張力調節部との間を、バネ力を発生する方向が軸方向である長いコイルバネによって連結する構造となっていたため、配管検査装置の走行方向の長さが非常に長いものとなり、屈曲部や分岐部を通過する際にコイルバネが配管の内面に摺動接触し、走行時の摩擦抵抗が増大するという問題もあった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、操縦用ケーブルの操作時における摩擦力を軽減させ、２本の操縦用ケーブルを小さな操作力で確実に操作できるようにすると共に、２本の操縦用ケーブルの張力を個別に調節可能として配管の状況に応じた張力を生成できる配管内移動装置を提供することを目的としている。更に、配管内検査装置の走行方向の長さを短くして、屈曲部や分岐部等の直線部以外の部分も直線部と同様にスムースに走行できるようにすることを目的としている。

本発明の配管内移動装置は、モータによって回転駆動されると共に回転方向へ縦並びに配置される少なくとも３個の車輪と、少なくとも３個の車輪間を水平方向及び垂直方向へ摺動可能に連結する少なくとも２個のジョイント部と、一端が走行方向の先頭に位置する車輪の車軸支持部に固定され、且つ残りの車輪の車軸支持部及び車輪の他端、そしてジョイント部の両側方を通り、後頭に位置する車輪の固定部に固定された固定プレートに一端を固定し、他端を張力調整部のフレームに固定されたチューブワイヤの内部を通過し、その他端を張力調整部内のケーブル牽引装置に固定された２本の操縦用ケーブルとを備えている。更に、チューブワイヤと張力調節部のフレーム間に、チューブワイヤと張力調節部のフレーム間に働く圧縮力を計測するセンサを設け、少なくとも３個の車輪の回転推進方向に対して車輪の左右に張られる２本の操縦用ケーブルは、先頭の車輪の車軸支持部から後方に張られる途中で右側の操縦用ケーブルは左側に、左側の操縦用ケーブルは右側に入れ替えるための回転型のケーブルガイド部材を設けた、ことを特徴としている。

回転型のケーブルガイド部材は、前記２番目の車輪の回転軸の軸方向両側に配置された左右のガイドプーリを有する構成にするとよい。

ジョイント部は、前記２番目の車輪の回転部に回転自在に支持された回転リングと、その車輪の駆動モータの固定部に固定された固定プレートを有している。そして、２本の操縦用ケーブルの１本を回転リングに巻回し、残り１本を固定プレートに取り付けられたチューブワイヤを通過させる構成にするとよい。

張力調節部は、２本の操縦用ケーブルの他端が固定され且つその２本の操縦用ケーブルの引張力を調節することにより、その引張力に応じて前記少なくとも３個の車輪間の折り曲げのトルクを変更可能に構成することが好ましい。

張力調節部は、チューブワイヤと張力調節部のフレーム間に働く圧縮力によって変形するバネと、そのバネの変位を計測する変位センサとを備え、その変位センサからの情報に基づき少なくとも３個の車輪間の折り曲げトルクを調節するための２本の操縦用ケーブルの引張力を調節可能なアクチュエータを有する構成にするとよい。

ケーブルの引っ張り力に比例した圧縮力を受けるチューブワイヤとケーブル牽引装置の間の圧縮力を計測する装置は、チューブワイヤとケーブル牽引装置とを板バネによって撓み変形可能に連結し、その変形量を計測可能とする構成にすることが好ましい。

本発明の配管内移動装置によれば、操縦用ケーブルの操作時における摩擦力を軽減させ、２本の操縦用ケーブルを小さな操作力で確実に操作できると共に、２本の操縦用ケーブルの張力を個別に調節可能としてその張力を配管内の状況に合わせた望みの値に保持することができる。更に、配管内検査装置の走行方向の長さを短くして、屈曲部や分岐部等の直線部以外の部分も直線部と同様にスムースに走行できる配管内移動装置を提供することができる。

本発明の配管内移動装置の第１の実施例を示す外観斜視図である。 本発明の配管内移動装置の第１の実施例を示すもので、図２Ａは側面図、図２Ｂは操縦用ケーブルの配線状態を説明するための説明図である。 本発明の配管内移動装置の第１の実施例を示すもので、図３Ａは底面図、図３Ｂは操縦用ケーブルの配線状態を説明するための説明図である。 本発明の配管内移動装置の第１の実施例を示す平面図である。 本発明の配管内移動装置の第１の実施例を示す正面図である。 図３ＡのＸ−Ｘ線部分を断面して拡大すると共に操縦用ケーブルの配線状態を説明するための説明図である。 本発明の配管内移動装置の第１の実施例を分解して示す斜視図である。 図１に示す配管内移動装置に係る２両目の車輪を分解して示す斜視図である。 図１に示す配管内移動装置に係る張力調節部を分解して示す斜視図である。 図１に示す配管内移動装置に係る張力調節部を縦方向に断面した説明図である。 図１に示す配管内移動装置に係る張力調節部の正面図である。 図１０に示す張力調節部の概略構成を示す説明図である。 図１に示す配管内移動装置に係る張力調節部の他の実施例を示すもので、図１３Ａはロードセンサを用いた張力調節部の概略構成図、図１３Ｂは複数のプーリを用いた張力調節部の概略構成図である。 図１に示す配管内移動装置の動作を説明するもので、Ｔ字路を直線走行する状態を表した説明図である。 図１に示す配管内移動装置の動作を説明するもので、Ｔ字路を分岐部に入り込む状態を表した説明図である。

以下に、図１乃至図１５を参照して、本発明の配管内移動装置の実施の例を説明する。
図１〜図１２、図１４及び図１５は、本発明に係る配管内移動装置の第１の実施の例を説明するものである。

図１乃至図５に示すように、本発明の第１の実施例に係る配管内移動装置１は、３個の車輪２Ａ，２Ｂ，２Ｃと、隣り合う車輪２Ａ，２Ｂ及び２Ｂ，２Ｃ間を水平方向及び垂直方向へ揺動可能に連結する２個のジョイント部３Ａ，３Ｂと、先頭の車輪２Ａの前方に配置された視覚部４と、走行方向へ縦並びに配置された３個の車輪２Ａ〜２ＣをＶ字状に配置させるように張力を付与してＶ字状に折り曲げる２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙと、２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの張力を調節可能な張力調節部６等を備えて構成されている。

しかしながら、配管内移動装置１としては、車輪を４個用い、且つ、ジョイント部を３個用いて構成することができる。更に、車輪を５個以上用い、且つ、ジョイント部を車輪よりも１個少ない４個以上用いて配管内移動装置を構成することもできる。この実施例では、３個の車輪２Ａ，２Ｂ，２Ｃと２個のジョイント部３Ａ，３Ｂを用いた配管内移動装置１について説明する。

配管内移動装置１の３個の車輪２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、図６乃至図８に示すように、その基本的構成は同一であり、駆動モータ１１と、この駆動モータ１１の回転部１２と一体的に回転駆動されるホイール１５と、このホイール１５の外周面に一体的に設けられたタイヤ１６と、を備えて構成されている。駆動モータ１１の回転部１２とタイヤ１６を有するホイール１５とは連結部材１７を介して連結されて一体的に構成されている。

駆動モータ１１は、電力の供給を受けて機械動力を発生する原動機であり、その構成は周知であるため、ここでは構成の概略を説明する。この実施例で示す駆動モータ１１は、水平方向の一側に開口する穴を有する円筒状の筒体からなる固定部（車軸支持部）１３と、その固定部１３の穴に挿入されて回転自在に支持されている回転部１２とからなり、回転部１２の一端が固定部１３の側方に突出されている。回転部１２は、モータの回転軸の一側に固定された円筒状をなす減速機を有しており、その減速機の一端が固定部１３の一端から側方へ突出されている。この減速機はモータの回転数を適宜に減速して回転部１２から出力させるもので、先端にはスプライン軸部２２が設けられており、このスプライン軸部２２が連結部材１７のスプライン受け穴に挿入され、固定ネジ１８によってネジ止めされている。

連結部材１７は、図６及び図８に示すように、一端が端面片によって閉じられた筒状の胴体部１７ａと、この胴体部１７ａの開口側端部に連続して半径方向外側へ広がるように形成されたフランジ部１７ｂとを有している。連結部材１７の胴体部１７ａには、端面片の中央部に穿設された通し穴２０と、胴体部１７ａの外周面に設けた周方向に連続する環状溝２１とが設けられている。この胴体部１７ａのスプライン受け穴に回転部１２のスプライン軸部２２が嵌合されており、通し穴２０を貫通する固定ネジ１８のネジ部をスプライン軸部２２の端面中央に設けたネジ孔に螺合して締め付けることにより、連結部材１７が回転部１２にスプライン結合されて回転方向に一体とされている。

連結部材１７のフランジ部１７ｂの半径方向外側には周方向に等間隔に配置された複数の通し穴が設けられており、これらの通し穴に対応するネジ孔がホイール１５の端面に同数設けられている。これらの通し穴を貫通する固定ネジ２３のネジ部をホイール１５に設けたネジ孔に螺合して締め付けることにより、フランジ部１７ｂがホイール１５に固定されている。これにより、連結部材１７を介して回転部１２とホイール１５とが連結され、駆動モータ１１を駆動することにより回転部１２の回転方向に応じて、タイヤ１６を有するホイール１５が回転部１２と一体的に同方向へ回転駆動される。タイヤ１６の材質としては、例えば、ウレタンゴムが好適である。しかしながら、タイヤ１６の材質としては、これに限定されるものではなく、シリコンゴムその他のゴム状弾性体を用いることができる。

図６に示すように、駆動モータ１１の固定部１３には、連結部材１７と反対側において固定リング２５と揺動リンク２６が回動可能に嵌合されている。固定リング２５は複数の固定ネジ２７によって固定部１３の外周に締付固定されており、この固定リング２５の外側に配置された揺動リング２６は固定部１３に対して回動可能とされている。揺動リング２６は、固定部１３の端面に固定ネジ２８で固定された固定プレート２９によって抜け止めされている。そして、固定プレート２９の外側には、固定ネジ３１によってカバープレート３２がネジ止めされている。

これにより、駆動モータ１１の固定部１３に対して固定リング２５と固定プレート２９とカバープレート３２とが固定されていて、この固定部１３に対して回転部１２と揺動リング２６とが回転自在に支持された構成となっている。このような構成が３個の車輪２Ａ〜２Ｃに共通する基本構成であり、先頭から２番目の車輪２Ｂのみに回転リング３３が追加的に取り付けられている。

回転リング３３は、図６に示すように、連結部材１７の胴体部１７ａに回転自在に嵌合されている。回転リング３３の外周面には周方向に連続する環状溝３４が設けられており、その環状溝３４には第１の操縦用ケーブル５Ｘが摺動可能に巻回される。この回転リング３３は、胴体部１７ａに設けた環状溝２１に装着される止め輪３５によって抜け止めされ、連結部材１７によって回転自在に支持されている。

図１及び図７等に示すように、先頭に位置する（１両目）車輪２Ａでは、同図において左側となる走行方向の前側を向いた状態において、駆動モータ１１の回転軸の軸方向の左側面に固定リング２５Ａと揺動リング２６Ａが配置され、図に表れない右側面に連結部材が配置されている。そして、車輪２Ａの中心から遠い位置に配置された揺動リング２６Ａに設けた半径方向外側に突出するアーム部２６ａを走行方向の前方に向けると共に、そのアーム部２６ａに前側ブラケット３７がネジ止めされて固定されている。前側ブラケット３７は、車輪２Ａの前方を横断するように延在されており、この前側ブラケット３７に視覚部４が固定されている。

図１〜図４及び図７に示すように、揺動リング２６Ａの内側に配置されている固定リング２５Ａに設けた半径方向外側に突出するアーム部２５ａは走行方向の後方に向けられており、そのアーム部２５ａに連結ボックス３８Ａがネジ止めされて固定されている。連結ボックス３８Ａは断面形状がコ字状をなしており、その上面片３８ｍと下面片３８ｎとの間に連結アーム３９Ａが挿入されている。この連結アーム３９Ａは、先頭から２番目（２両目）の車輪２Ｂに回動可能に支持される揺動リング２６Ｂのアーム部２６ｂに固定されている。

この２両目の車輪２Ｂに設けられた連結アーム３９Ａと１両目の車輪２Ａに設けられた連結ボックス３８Ａとは、連結アーム３９Ａを貫通して連結ボックス３８Ａに両端支持される枢軸によって水平方向へ回動可能に連結されている。これにより、１両目の車輪２Ａの固定リング２５Ａと２両目の車輪２Ｂの揺動リング２６Ｂとが連結ボックス３８Ａと連結アーム３９Ａを介して水平方向へ揺動可能に連結されている。また、揺動リング２６Ｂが２両目の車輪２Ｂの固定部１３に回動自在に嵌合されているため、固定リング２５Ａと揺動リング２６Ｂとが垂直方向へ相対的に揺動変位可能とされている。

また、連結ボックス３８Ａの上面片３８ｍの上面中央には、２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの先頭側の端部を固定支持するためのケーブル固定箱４１がネジ止めされて固定されている。この連結ボックス３８Ａの下面片３８ｎの左右両側部には、ケーブル固定箱４１から引き出された２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙを個別にガイドする２個のガイドピン４２がネジ止めされている。これら連結ボックス３８Ａと連結アーム３９Ａと固定リング２５Ａと揺動リング２６Ｂとによって、１両目の車輪２Ａと２両目の車輪２Ｂとの間を水平方向及び垂直方向へ揺動可能に連結する第１のジョイント部３Ａが構成されている。

２両目の車輪２Ｂの揺動リング２６Ｂの内側には固定リング２５Ｂが配置されており、その固定リング２５Ｂのアーム部２５ｂが後方に延在されていて、そのアーム部２５ｂに第２のジョイント部３Ｂの連結ボックス３８Ｂが固定されている。この連結ボックス３８Ｂには第２のジョイント部３Ｂの連結アーム３９Ｂが差し込まれており、その連結アーム３９Ｂを貫通して連結ボックス３８Ｂに両端支持される枢軸によって水平方向へ回動可能に連結されている。

連結ボックス３８Ｂの下面には、２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの引き出し方向を変更する回転型のケーブルガイド部材９が設けられている。ケーブルガイド部材９は、図６〜図８等に示すように、４個のガイドプーリ５０と、この４個のガイドプーリ５０を支える支持プレート５１と、この支持プレート５１を連結ボックス３８Ｂの下面にネジ止めして４個のガイドプーリ５０を回動可能に支持する２個の取付ネジ５２とによって構成されている。支持プレート５１は、駆動モータ１１の回転軸と平行する方向に延在されており、その長手方向の両側において２個のガイドプーリ５０が重ね合された状態で配置されている。この支持プレート５１を２個の取付ネジ５２で固定することにより、２個のガイドプーリ５０が車輪２Ｂの後方において、その回転軸と平行する方向の両側にそれぞれ回動自在に配置されている。

第２のジョイント部３Ｂの連結アーム３９Ｂは３両目の車輪２Ｃの駆動モータ１１の固定部１３に固定される固定リング２５Ｃのアーム部２５ｃに固定されている。これにより、２両目の車輪２Ｂの固定リング２５Ｂと３両目の車輪２Ｃの固定リング２５Ｃとが連結ボックス３８Ｂと連結アーム３９Ｂを介して水平方向へ揺動可能とされている。これら連結ボックス３８Ｂと連結アーム３９Ｂと固定リング２５Ｂと固定リング２５Ｃとによって、２両目の車輪２Ｂと３両目の車輪２Ｃとの間を水平方向へ揺動可能に連結する第２のジョイント部３Ｂが構成されている。

この場合、２両目の車輪２Ｂの駆動モータ１１の固定部１３に固定リング２５Ｂが固定され、３両目の車輪２Ｃの駆動モータ１１の固定部１３に固定リング２５Ｃが固定されている。そのため、２両目の車輪２Ｂの固定リング２５Ｂと３両目の車輪２Ｃの固定リング２５Ｃとは、連結ボックス３８Ｂと連結アーム３９Ｂを中心として、水平方向へは揺動可能であるが、垂直方向へは揺動できない状態となっている。しかしながら、かかる場合においても、２つの車輪２Ｂ，２Ｃの２つの固定部１３自体が姿勢変更可能であるため、２番目の車輪２Ｂを中心として前後の車輪２Ａ，２Ｃによって形成される折れ曲げ角を調節することが可能である。

視覚部４は、配管８内の状態を目視によって認識するためのもので、例えば、監視カメラを用いて構成することができる。視覚部４は、前側ブラケット３７の前面に固定されたカメラケース４５と、このカメラケース４５内に収納された図示しない監視カメラと、カメラケース４５に取り付けられた一対のカメラホイール４６，４６等を備えて構成されている。監視カメラは、カメラケース４５の前方の窓から走行方向の前方を撮影し、その情報を後述する制御装置に送信すると共に、配管内移動装置１を操縦する者に視覚で視認できる機能を有している。また、前側ブラケット３７と固定リング２５Ａとの間にはコイルバネ３７ａが架け渡されており、このコイルバネ３７ａのバネ力によって視覚部４が常に走行方向の前方を向くように調整されている。

一対のカメラホイール４６，４６は、カメラケース４５の左右両側に配置されており、カメラケース４５の両側部に突出された支持軸にフリーな状態で回転自在に支持されている。更に、一対のカメラホイール４６，４６は、外周面が球体の曲面の一部をなすように湾曲形成された円盤形状とされており、これにより、カメラケース４５が配管８内面に接触するのを防止し若しくはその接触が最小限となるようにしている。この実施例では、一対のカメラホイール４６，４６は、回転自在なフリー状態とされているが、カメラケース４５の内部にモータ等の動力源を設け、一対のカメラホイール４６，４６をモータ駆動する構成とすることもできる。

３両目の車輪２Ｃの駆動モータ１１の固定部１３に回転自在に支持される揺動リング２６Ｃのアーム部２６ｃには後側ブラケット４８が固定されている。後側ブラケット４８は、３両目の車輪２Ｃの後方を水平方向へ横切るように延在されている。この後側ブラケット４８には板バネ４９の長手方向の一端が固定されている。板バネ４９は水平方向に展開されており、その長手方向の他端が張力調節部６の端部７５ａに固定されている。

図１〜図４に示すように、２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの先頭側の端部は、１両目の車輪２Ａの固定リング２５Ａと一体の連結ボックス３８Ａに固定されたケーブル固定箱４１に固定されている。２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの固定手段としては、例えば、ケーブル固定箱４１に対する操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙのロウ付けや半田付け等の固着手段で固定するが、その固定部の周りにニクロム線を巻き付け、通電時にこの固定を解除可能として、非常時解除機構を設けることもできる。これによれば、非常時に車輪２Ａ〜２Ｃの配管８内壁への押し付け力を無くすことができ、配管内移動装置１を手動で回収することが可能となる。

ケーブル固定箱４１から引き出された２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙは、連結ボックス３８Ａの反対側において、その連結ボックス３８Ａに固定されているガイドピン４２によって個別に巻回され、そのガイドピン４２により方向を変更されて後頭側に延在されている。

２両目の車輪２Ｂにおいて、２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙのうち、第１の操縦用ケーブル５Ｘは、駆動モータ１１の回転部１２と一体に回転する連結部材１７に回転自在に支持されている回転リング３３の環状溝３４内に摺動可能に巻回され、その後方からケーブルガイド部材９側に引き出されている。また、第２の操縦用ケーブル５Ｙは、駆動モータ１１の固定部１３に固定されている固定プレート２９に設けた通路２９ａを通過して、その後方からケーブルガイド部材９側に引き出されている。

回転リング３３から引き出された第１の操縦用ケーブル５Ｘは、その引出し側に対向された側に位置するケーブルガイド部材９の一方のガイドプーリ５０（図３Ａ，３Ｂにおいて車輪２Ｂの左側）に略半周程度巻き付けられ、そこから反対側に位置する一方のガイドプーリ５０（図３Ａ，３Ｂにおいて車輪２Ｂの右側）に略半周程度巻き付けられる。そして、３両目の車輪２Ｃの側方を通過して、車輪２Ｃの固定リング２５Ｃに一端を固定し、他端を張力調節部６に固定されたチューブワイヤ７４の中を通過し、第２の送りナット６４に他端が固定されている。

また、回転リング３３から引き出された第２の操縦用ケーブル５Ｙは、その引出し側に対向された側に位置するケーブルガイド部材９の他方のガイドプーリ５０（図３Ａ，３Ｂにおいて車輪２Ｂの右側）に略半周程度巻き付けられ、そこから反対側に位置する他方のガイドプーリ５０（図３Ａ，３Ｂにおいて車輪２Ｂの左側）に略半周程度巻き付けられる。そして、同じく３両目の車輪２Ｃの側方を通過して、車輪２Ｃの固定リング２５Ｃに一端を固定し、他端を張力調節部６に固定されたチューブワイヤ７４の中を通過し、第１の送りナット６４に他端が固定される。

張力調節部６は、図１〜図４、図７及び図９〜図１１に示すような構成を有している。張力調節部６は、２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの張力を個別に調節可能な同一構成からなる２組の調節機構を備えている。図９〜図１１において詳細に示すように、１組の調節機構は、略長方形の箱体からなるフレーム５５と、このフレーム５５に内蔵されたモータ組立体５６と、操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙに張力を付与するバネ部材５７と、フレーム５５に取り付けられた走行ホイール５８等を備えて構成されている。

フレーム５５は、両端が開口された断面形状が四角形をなす筒体からなり、その前面側は前プレート６０によって閉じられ、後面側は後プレート６１によって閉じられている。前プレート６０と後プレート６１との間には、モータ組立体５６と送りネジ６３と送りナット６４とガイドバー６５と変位センサ６６が収容されている。

モータ組立体５６は、軸方向に直列に接続されたモータ５６ａと、そのモータ５６ａの回転数を減速して出力する減速機５６ｂとからなり、減速機５６ｂの回転軸がモータ組立体５６の出力軸５６ｃとして後プレート６１を貫通して後方に突出されている。出力軸５６ｃには駆動ギア６８が固定されており、その駆動ギア６８には従動ギア６９が噛合されている。従動ギア６９は、後プレート６１にベアリング７１を介して回転自在に支持された送りネジ６３の一端に固定されている。

送りネジ６３のネジ部には送りナット６４が軸方向へ移動可能に螺合されており、この送りナット６４に操縦用ケーブル５Ｘ（又は５Ｙ）の後端が固定されている。送りナット６４には、送りネジ６３と平行に配置されたガイドバー６５が摺動可能に貫通されており、そのガイドバー６５は前プレート６０と後プレート６１とによって両端支持されている。

前プレート６０の前面にはバネ部材の一具体例を示す板バネ５７がネジ止めされて固定されている。図９に示すように、板バネ５７は、略円盤形に形成された板状の部材からなり、その平面部の中央に所定の隙間をあけて２つのバネ片５７ａが設けられている。２つのバネ片５７ａは、コ字状の溝を点対称に配置することによって形成されており、操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙに引張力が加わるときに、それと同じ圧縮力がチューブワイヤ７４から張力調節部６のフレーム５５に加わる効果でバネ片５７ａが微小に撓む効果を変位センサ６６で計測することにより、チューブワイヤ７４の張力を計測できるように構成されている。なお、操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙはバネ片５７ａには固定されておらず、そのバネ片５７ａに設けた穴を貫通して送りナット６４に固定されている。

バネ片５７ａの基部には固定管７３が取り付けられており、この固定管７３を介して２本のチューブワイヤ７４の一端がそれぞれ固定されている。チューブワイヤ７４は操縦用ケーブル５Ｘ及び５Ｙが生成する引張力を支持する圧縮力を受けるためのものであり、同時に操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙを保護する役目も果たすものであって、その他端は３両目の車輪２に取り付けられた連結アーム３９Ｂに個別に固定されている。前プレート６０の前面には前カバー７５が取り付けられており、その前カバー７５に設けたブラケット７５ａに板バネ４９の他端が固定されている。

変位センサ６６は、操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの張力に相当する圧縮力がチューブワイヤ７４から加えられたとき、その圧縮力によってバネ片５７ａが弾性変形するときの、そのバネ片５７ａの変位量を検出し、その変位量に基づいて操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの張力を計測し、その情報で操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの張力を配管内移動装置１の走行状態に適した値に制御し、望ましい状態で走行するために使用されるものである。

なお、後プレート６１の背面には、駆動ギア６８と従動ギア６９を囲って保護する後カバー７６が取り付けられている。そして、後カバー７６には、図示しない制御装置と連結するための接続具７７が取り付けられている。

４個の走行ホイール５８は、フレーム５５の前後及び左右の４箇所に配置されており、フレーム５５の両側部に突出された支持軸にフリーな状態で回転自在に支持されている。４個の走行ホイール５８は、外周面が球体の曲面の一部をなすように湾曲形成された円盤形状に形成されている。これにより、配管８内において直線走行及び旋回走行が自由且つ容易に行えるようにしている。この実施例では、４個の走行ホイール５８は、回転自在なフリー状態とされているが、フレーム５５の内部にモータ等の動力源を設け、前輪又は後輪の一方又は両方をモータ駆動する構成とすることもできる。このような構成を有する張力調節機構が２組設けられている。

図１２は、張力調節部６の機能の概略を説明する図である。フレーム５５に支持されているモータ組立体５６の駆動によって操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙを引っ張り、又は緩めると、これに連動するようにチューブワイヤ７４が引っ張り、又は緩められる。このチューブワイヤ７４の移動を変位センサ６６で検出し、２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの張力を調整することにより、配管内移動装置１の直線走行や螺旋走行等の走行状態を最適な状態にコントロールすることが可能となる。

かくして、モータ組立体５６を駆動すると、出力軸５６ｃに固定された駆動ギア６８から従動ギア６９に回転力が伝達され、送りネジ６３が出力軸５６ｃの回転方向に応じて右回転又は左回転される。これにより、図１０において、送りナット６４がガイドバー６５にガイドされて右側に移動すると、その移動量だけ操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙがフレーム５５から引き出され、操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの張力が緩められる。これに対して、送りナット６４が左側に移動すると、その移動量だけ操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙがフレーム内に引き込まれ、操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの張力が強められる。

この際、操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの張力を緩めると、これに応じてチューブワイヤ７４の圧縮力が弛んだ状態となる。これに対して、操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの張力を強めると、これに応じてチューブワイヤ７４の圧縮力が強められる。このような操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの操作による張力調節は、２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙにおいて個別に行うことができる。

即ち、２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの張力を同一にすると、３個の車輪２Ａ〜２Ｃは１本の直線上に並んで走行方向に真っ直ぐ向いた状態となる。この際、２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの張力が弱い場合には、３個の車輪２Ａ〜２ＣがＶ字状に配置されて配管内壁を押し付ける力が弱いものとなる。このような走行状態は、牽引すべきワイヤの長さが短く、配管が水平な状態の場合等に取られる。これに対して、２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの張力が強い場合には、３個の車輪２Ａ〜２ＣがＶ字状に配置されて配管内壁を押し付ける力が強いものとなる。このような走行状態は、牽引すべきワイヤの長さが長くて抵抗が大きい場合や、配管が垂直で登って行かなければならない等の場合に取られる。

一方、２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの張力を変えると、３個の車輪２Ａ〜２Ｃは水平方向にく字状に折り曲げられた状態となる。この際、２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの張力の差が小さい場合には、３個の車輪２Ａ〜２Ｃ間の水平方向における角度が小さなものとなる。このような場合には、配管８内において、配管内移動装置１が比較的遅い速度で旋回動作される。これに対して、２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの張力の差が大きい場合には、３個の車輪２Ａ〜２Ｃ間の水平方向における角度が大きなものとなる。このような場合には、配管８内において、配管内移動装置１が比較的早い速度で旋回動作される。

また、２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙは、ケーブルガイド部材９によって左右方向に延在方向が変更されているため、左右のケーブル張力を変えることによって水平方向に大きく蛇行させることができる。しかも、車輪２Ｂの軸方向の両側に配置したガイドプーリ５０に操縦用ケーブル５Ｘ、５Ｙを通過させているため、大きな摩擦力を発生させることなく、比較的小さな力によって操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙを引っ張り操作することができる。

張力調節部６の後方には、図示しないが、配管８の内部の状態を検査する検査装置と、配管内移動装置１の動作を制御するための制御装置とが電気的に接続されている。検査装置は、配管内移動装置１の搬送対象となるもので、配管８内面の付着物の状態、配管内の亀裂や腐食の有無等を検査する装置である。この検査装置としては、例えば、超音波センサや渦流探傷センサ等を適用することができる。制御装置は、視覚部４から送られてきた情報に基づいて３個の車輪２Ａ〜２Ｃ、張力調節部６及び検査装置の動作を制御するもので、例えば、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）、記憶装置（ＲＡＭ，ＲＯＭ），入出力装置（Ｉ／Ｏ）、各種センサ等によって構成される。この制御装置は、配管８の外部において作業者の手動操作によって操作される。

次に、配管内移動装置１の走行動作を説明する。
図１４は、水平路８ａと、この水平路８ａの途中から上方へ立ち上がる垂直路８ｂを有する配管８内に挿入された配管内移動装置１が水平路８ａを直進する状態を説明する図である。

配管内移動装置１は、先頭の視覚部４から先に配管８内に挿入され、配管８の外で作業者が図示しない制御装置を手動操作することによって走行動作が実行される。
配管内移動装置１は、図１４において、水平路８ａの右側から左側に向けて移動する。

この場合、配管内移動装置１の３個の車輪２Ａ〜２Ｃは、張力調節部６によって付与される２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの張力に基づいて山形に配置された状態となり、１両目の車輪２Ａのタイヤ１６と３両目の車輪２Ｃのタイヤ１６の下端が水平路８ａの下面に接触し、２両目の車輪２Ｂの上端が水平路８ａの上面に接触する。これにより、配管内移動装置１が３個の車輪２Ａ〜２Ｃによって上下方向から支えられ、走行可能な状態となる。このときの２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの張力は同一であり、同一の張力で左右から引っ張ることにより、配管内移動装置１は走行方向へ直線状に向けられる。

次に、３個の車輪２Ａ〜２Ｃの駆動モータ１１を等しい速度で等しく回転駆動することにより、配管内移動装置１が直線状に真っ直ぐ進み、左側の位置まで移動する。この際、２両目の車輪２Ｂが垂直路８ｂに達すると、その車輪２Ｂが垂直路８ｂ内に入り込むため、２両目の車輪２Ｂの回転力が水平路８ａの上面に伝達されないことになる。

そこで、視覚部４によって垂直路８ａの有無を検出し、垂直路８ａの有ることが認識されたところで、その入口から所定距離手前において、配管内移動装置１を９０度旋回させる（右旋回又は左旋回のいずれでも良い。）ようにする。この際、２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙ間の張力差を大きくすると旋回動作は速くなり、その張力差を小さくすると旋回動作は遅くなる。これにより、１両目の車輪２Ａのタイヤ１６と３両目の車輪２Ｃのタイヤ１６の各側端が水平路８ａの一方の側面に接触し、２両目の車輪２Ｂの側端が水平路８ａの他方の側面に接触する。その結果、配管内移動装置１が３個の車輪２Ａ〜２Ｃによって左右方向から支えられ、走行可能な状態となる。

その後、２両目の車輪２Ｂが垂直路８ｂを通過したところで、配管内移動装置１を逆方向へ９０度旋回させ、元の姿勢に復帰させる。このときの配管内移動装置１の状態が、図１４において左側に示したものである。このように配管内移動装置１をある角度（例えば、直角に曲がる屈曲部では９０度）旋回させ、その後逆方向に同一角度戻す姿勢制御は、水平路の屈曲部を走行する場合にも同様に行われる。

図１５は、水平路８ａと、この水平路８ａの途中から上方へ立ち上がる垂直路８ｂを有する配管８内に挿入された配管内移動装置１が水平路８ａの途中から垂直路８ｂ内に入り込み、その垂直路８ｂを上昇する動作を説明する図である。

図１５において、図１５Ｘは配管内移動装置１が水平路８ａを移動する状態を示し、図１５Ｙは配管内移動装置１の１両目の車輪２Ａが垂直路８ｂに入り込んだ状態を示し、図１５Ｚは配管内移動装置１の２両目の車輪２Ｂが垂直路８ｂに入り込んだ状態を示すものである。

図１５Ｘに示すように、配管８内に挿入された配管内移動装置１は、先頭の視覚部４から提供される視界情報に基づいて駆動制御され、図１５において水平路８ａの右側から左側に向けて移動する。

まず、配管内移動装置１の３個の車輪２Ａ〜２Ｃは、張力調節部６によって付与される２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの張力に基づいて山形に配置された状態となり、１両目の車輪２Ａのタイヤ１６と３両目の車輪２Ｃのタイヤ１６の各下端が水平路８ａの下面に接触し、２両目の車輪２Ｂの上端が水平路８ａの上面に接触する。これにより、配管内移動装置１が３個の車輪２Ａ〜２Ｃによって上下方向から支えられ、走行可能な状態となる。

ここで３個の車輪２Ａ〜２Ｃの駆動モータ１１を等しい速度で等しく回転駆動することにより、配管内移動装置１が直線状に真っ直ぐ移動する。次に、垂直路８ｂ内に入り込むために配管内移動装置１の姿勢制御を行う。この姿勢制御は、視覚部４で垂直路８ｂを検出し、その入口の所定距離手前で配管内移動装置１を所定角度旋回させて姿勢を変化させることによって実行される。

即ち、垂直路８ｂの入口から所定距離手前で配管内移動装置１を１８０度旋回させる。この際、２本の操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙ間の張力差を大きくすると旋回動作は高速で行われ、その張力差を小さくすると旋回動作は低速で行われる。これにより、配管内移動装置１は、図１５Ｘにおいて左側に示した状態となり、１両目の車輪２Ａのタイヤ１６と３両目の車輪２Ｃのタイヤ１６の各側端が水平路８ａの上面に接触し、２両目の車輪２Ｂの側端が水平路８ａの下面に接触する。その結果、配管内移動装置１は、それ以前と同様に３個の車輪２Ａ〜２Ｃによって上下方向から支えられ、走行可能な状態が保持される。

この姿勢を維持した状態で配管内移動装置１が水平路８ａ内を移動すると、図１５Ｙに示すように、視覚部４に続いて１両目の車輪２Ａが垂直路８ｂに入り込む。これと連動するように、３両目の車輪２Ｃが水平路８ａの上面から離れ、下面側に移動してその下面に接触する。これにより、３個の車輪２Ａ〜２Ｃが共に配管８の内面に接触するため、それぞれの回転力が配管８に伝達され、配管内移動装置１の垂直路８ｂ内への入り込みが可能となる。

その後、１両目の車輪２Ａが垂直路８ｂ内にある程度入り込むと、２両目の車輪２Ｂが水平路８ａの下面から離れることになるが、その際には３両目の車輪２Ｃの回転力が水平路８ａの下面に伝達されていて、その伝達力によって３両目の車輪２ｃが走行方向前方に移動する。そのため、空中にある２両目の車輪２Ｂが３両目の車輪２Ｃに押されて垂直路８ｂ内に入り込む。そして、図１５Ｚに示すように、２両目の車輪２Ｂが垂直路８ｂの左側面に接触すると、２両目の車輪２Ｂの回転力が垂直路８ｂに対して伝達可能となる。

その結果、２両目の車輪２ｂが垂直路８ｂ内にある程度入り込むと、３両目の車輪２Ｃが水平路８ａの下面から離れ、その回転力が水平路８ａに対して伝達不能になるが、このときには１両目の車輪２Ａと２両目の車輪２Ｂとが垂直路８ｂの内面に接触し、それぞれの伝達力が垂直路８ｂに対して伝達可能な状態となっている。そのため、１両目の車輪２Ａと２両目の車輪２Ｂの回転力によって配管内移動装置１が垂直路８ｂ内を上昇する。そして、配管内移動装置１が垂直路８ｂ内をある程度移動すると、３両目の車輪２Ｃも垂直路８ｂの内面に接触することになり、これ以後は３両目の車輪２Ｃの回転力も追加されて、配管内移動装置１が垂直路８ｂを上昇するようになる。

この配管内移動装置１が垂直路８ｂへ入り込む際に、３両目の車輪２Ｃと張力調節部６との間が板バネ４９で連結されていて、その板バネ４９は３個の車輪２Ａ〜２Ｃの折り曲げ方向に対しては容易に撓み変形が可能である。そのため、張力調節部６においても、水平路８ａから垂直路８ｂへの入り込みが容易に行われる。

図１３Ａ，１３Ｂは、配管内移動装置に用いられる張力調節部の他の実施例の機能の概略を説明する図である。
図１３Ａに示す実施例は、フレーム５５に支持されているモータ組立体５６の駆動部に張力計測センサ８１を設け、その張力計測センサ８１に操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの一端を固定して張力調節部８０を構成したものである。この実施例では、張力計測センサ８１の出力を検出することにより、操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの張力を直接検出することが可能となる。なお、張力計測センサ８１が移動するため、配線処理が若干難しくなる。

図１３Ｂに示す実施例は、３個のプーリ８５，８６，８７とスプリング８８と変位センサ８９を用いて張力調節部８４を構成したものである。３個のプーリ８５〜８７は直列に配置されていて、これら３個のプーリ８５〜８７の間に操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙを通過させると共に、真ん中のプーリ８６にスプリング８８を作用させ、そのプーリ８６を移動させることで操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの張力を強弱調節可能い構成している。変位センサ８９は、プーリ８６の変位に基づいて操縦用ケーブル５Ｘ，５Ｙの張力を検出するものである。このような第２の実施例に係る張力調節部８０や第３の実施例に係る張力調節部８４によっても前記実施例に係る張力調節部６と同様の効果を得ることができる。ただし、この第２及び第３の実施例では、構造が若干複雑になるため、本発明の配管内移動装置１に対しては、第１の実施例に係る張力調節部６を好適である。

以上説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、均等の範囲内で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは、当業者によって容易に理解されよう。

１…配管内移動装置、 ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…車輪、 ３Ａ，３Ｂ…ジョイント部、 ４…視認部、 ５Ｘ，５Ｙ…操縦用ケーブル、 ６，８０，８４…張力調節部、 ８…配管、 ８ａ…水平路、 ８ｂ…垂直路、 ９…ケーブルガイド部材、 １１…駆動モータ、 １２…回転部、 １３…固定部、 １６…タイヤ、 １７…連結部材、 ２５，２５Ａ，２５Ｂ…固定リング、 ２６，２６Ａ，２６Ｂ…揺動リング、 ２９…固定プレート、 ３３…回転リング、 ３４…環状溝、 ３８，３８Ａ，３８Ｂ…連結ボックス、 ３９，３９Ａ，３９Ｂ…連結アーム、 ４１…ケーブル固定箱、 ４２…ガイドピン、 ４９…板バネ、 ５０…ガイドプーリ、 ５１…支持プレート、 ５６…モータ組（アクチュエータ）、 ５７…バネ部材（板バネ）、 ６３…送りネジ、 ６４…送りナット、 ６５…ガイドバー、 ７４…チューブワイヤ

Claims (5)

1. モータによって回転駆動されると共に回転方向へ縦並びに配置される少なくとも３個の車輪と、
   少なくとも３個の車輪間を水平方向及び垂直方向へ摺動可能に連結する少なくとも２個のジョイント部と、
   一端が走行方向の先頭に位置する車輪の車軸支持部に固定され、かつ、残りの車輪の両側方を通り、その他端が張力調節部に固定された２本の操縦用ケーブルと、
   前記２本の操縦用ケーブルを、先頭の車輪の車軸支持部から後方に張られる途中で右側の操縦用ケーブルは左側に、左側の操縦用ケーブルは右側に入れ替えるための回転型のケーブルガイド部材と、
   前記２本の操縦用ケーブルが挿通される２個のチューブワイヤと、を備え、
   前記２個のチューブワイヤは、一端が後頭に位置するジョイント部に固定され、かつ、他端が前記張力調節部に固定されている
   ことを特徴とする配管内移動装置。
2. 前記回転型のケーブルガイド部材は、前記２番目の車輪の回転軸の軸方向両側に配置された左右のガイドプーリを有する
   ことを特徴とする請求項１記載の配管内移動装置。
3. 前記２番目の車輪は、当該車輪の回転部に回転自在に支持された回転リングと、当該車輪の駆動モータの固定部に固定された固定プレートを有し、
   前記２本の操縦用ケーブルの１本を前記回転リングに巻回し、残り１本を前記固定プレートに設けた通路を通過させるようにした
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の配管内移動装置。
4. 前記張力調節部は、前記２本の操縦用ケーブルの引張力を調節することにより、その引張力に応じて前記少なくとも３個の車輪間の折り曲げのトルクを変更可能である
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１記載の配管内移動装置。
5. 前記張力調節部は、前記チューブワイヤと前記張力調節部のフレーム間に働く圧縮力によって変形するバネと、前記バネの変位を計測する変位センサとを備え、
   前記変位センサからの情報に基づき前記少なくとも３個の車輪間の折り曲げトルクを調節するための前記２本の操縦用ケーブルの引張力を調節可能なアクチュエータを有する
   ことを特徴とする請求項４記載の配管内移動装置。
   

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