JPS6319384B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、各種パイプ等の管状物の管内移動装
置に関する。

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移動装置を開発し
なければならない。また、こうした移動装置は、
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んだものであつて欲しい。

これに反して、従来は、単に重力を利用した移
動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。

本発明は、このような実情に鑑み、姿勢、形
状、管径が多様に変化したパイプに対しても、長
さ方向各位置で常に最大内径方向を検出し乍ら、
当該長さ方向に自由に移動できる装置を提供する
ことを目的としてなされたもので、装置そのもの
が非常にシンプルで、かつ、機構的に管内の起伏
状況に柔軟に追従する能力を持つように図つてい
る。

以下、図面を用いて本発明を各実施例に即し、
詳しく説明する。

第１図は、本発明の基本的実施例の構成を示し
ていて、等長の一対の腕１，２があり、その一端
は共通の回転支点３Ａに枢着されて挾み機構を成
している。また、この実施例では、回転支点３Ａ
には、後述の横方向移動可能な構成を持つ駆動輪
６も軸着されている。すなわち、駆動輪６の回転
軸６Ａは一対の腕の共通回転支点３Ａと同軸とな
つている。

一対の腕の各自由端３Ｂ，３Ｃには、夫々、全
方向移動可能な追従輪としての全方向性乃至自在
性の車輪４，５が設けられ、両腕１，２の長さの
途中には、挾み力発生機構７が備えられている。

両腕１，２の成す挾角θvは、回転支点３Ａを
中心にしての両腕の開き具合に応じて可変である
が、通常は、先掲の挾み力発生機構７の発生する
挾み力ｆ、ｆにより、できるだけ小さくなるよう
に付勢されている。即ち、第１図中に仮想線で示
すように、両車輪４，５が許せる限り接近して、
両腕１，２が挾角θvの二等分線ｌに極力沿うよ
うになつている。予じめ述べておくと、このよう
に、両腕１，２が最も閉じている時の車輪４，５
の接地面乃至踏面と、駆動輪６の接地面乃至踏面
との距離Dmaxが本移動装置を適用できる最大パ
イプ内径となる。最小パイプ内径は、原理的には
両腕１，２の挾角θvを大きく開いて略々180゜にま
で展開すれば、極めて小径な所まで許容できる
が、実際上は挾み力発生機構７やその他具体的構
成の小型化の程度如何によつて定まる設計的事項
となる。但し、原理上、極めて大きな径許容性を
持つことに疑いない。

次に、この実施例では、駆動輪６として用い
た、横方向移動乃至転動可能な車輪１０、即ち、
回転軸１１（この場合、軸３Ａ，６Ａと同軸）の
軸方向にも転動できる車輪１０に就いて述べる。

本願は、この横方向移動可能な車輪そのものに
就いてのものではないので、所求の機能が満たさ
れればその具体的構成の如何を問わないが、一例
として、本出願人が開発した構成例を第２，３図
に示して説明する。

先づ、第２図示の比較的基本的な構成のもので
は、回転軸１１に対して、通常の手法でキヤスト
スポーク等の支持部１２を介し、ホイールリム１
３が当該回転軸１１に対して固定されている。

ホイールリム１３の周りに取付けられるタイア
部１４は特徴があつて、周方向にこの場合は比較
的細かく分割された複数の部分タイアの集合で成
つており、これ等複数の部分タイアは、互い違い
になつた第一、第二の群１５，１６に分けられ
る。

第一群中の部分タイア１５は、これまでの車輪
におけると同様に、ホイールリム１３に対して固
定的に設けらているが、第二群中の部分タイア１
６は、ホイールリム１３に対して、その部分での
ホイールリム接線方向と略々平行な軸Ａの周りに
回転可能（矢印Ｒ）なように取り付けられる。従
つて、言い換えれば、車輪回転軸１１と略々直交
する軸Ａの周りに、即ち進行方向と直角な横方向
に回転できるようになつている。

そのため、固定の部分タイア１５にて接地して
いる時には在来の車輪における走行特性と変わり
はないが、リム周りに回転可能な部分タイア１６
にて接地すると独自の特性が現れ、横方向、つま
り回転軸方向に全体的に転動できる。

第３図は、他の、やや具体的な構成例を示して
いて、第２図中の構成子に対応する構成子には同
一の符号を付して説明するが、この例では、ホイ
ールリム１３の周りに回転する部分タイア１６と
してベアリングを用いていて、このベアリング１
６はリンク１７の中央部に回転可能に取付けられ
ている。リンク１７の端点は、隣りのリンクの端
点とネジ結合乃至ピン結合されて結合部１８を形
成し、この結合部１８にこの場合はワイヤスポー
ク状に示したスポーク１２が連結して車輪回転軸
１１への固定が採られている。

このようにすれば、複数のリンク１７の群で
略々円に近い多角形状のリム１３が構成でき、ま
た、ベアリング１６以外のリム露呈部分や関節結
合部１８の保護を兼ねてゴム等の適当な材質で被
覆部１５を各隣接ベアリング１６，１６間に形成
すれば、第２図示の例における固定の部分タイア
１５と同効のものをこの被覆部１５で作ることが
できる。

上記したいづれの例においても、各部分タイア
の材質は用途に応じた任意の問題であるし、ま
た、回転する部分タイア１６は、プーリ状、ベル
ト状、チエーン状等であつても良い。

更に、図示の場合は、固定部分タイア１５と回
転部分タイア１６とを一個当たり略々周方向等長
に示して略々同数個としているが、個数の比は任
意である。逆に、所望とあらば、隣接部分タイア
１６，１６間の固定の部分タイア１５の周方向長
さを極力短くして、及び或いは小径として、実質
的に車輪全体としての接地面を回転可能な部分タ
イア１６…にてのみ形成しても用い得る。

先にも述べたが、この他の構成であつても横方
向移動機能を持つ車輪であれば、本発明に用いる
ことができる。

ともかくも、このような横方向移動可能な車輪
１０を先づ駆動輪６として用いた第一実施例の第
１図示装置は、第４図は示のように、上述の最大
許容内径Dmax以下の内径のパイプ８中に入れて
用いる。すると、両腕１，２は、そのパイプの内
径に応じて挾み力発生機構７の発生する付勢力ｆ
に抗して開かざるを得ず、従つて、当該付勢力乃
至挾み力ｆにより、車輪４，５はパイプ内壁面の
一面部８ｂに押し付けられ、一方、その反力で、
駆動輪６は直径方向で対向する他面部８ａにに押
し付けられるため、結局、本装置はパイプ８内で
起立し、安定することができる。このとき、車輪
４と５の中心を結ぶ方向Ｘ−Ｘは、その部分の管
軸方向と一般に一致する。

また、第５図は、挾み機構が起立した状態を管
軸方向Ｘから見た様子を示すが、本装置のもう一
つの特徴として、管軸方向と直交する起立の方向
は、その部分での管内断面の最大幅乃至最大内径
線Ｌと一致することがある。

例えば、この最大幅線Ｌと外れた線L′上に先づ
位置付けたとすれば、車輪４，５が全方向性であ
るのみならず、駆動輪６も既述のように横方向移
動可能であるので、矢印Ｃで示すように、挾み力
の作用の結果、面内で向きを変え、これ以上縮む
ことのできない位置、即ち最大幅線Ｌ上に自動的
に移行するのである。

このような状態で駆動輪６をステツプモータ等
の適当な駆動源で軸６Ａ，１１の周りに回転歩進
させれば、装置全体を管軸方向Ｘに沿つて、しか
もそのＸ方向の各位置毎にその部分における最大
幅乃至最大内径を検出させ乍ら、移動させること
ができる。

第６図は、本発明の第二の実施例を示してい
る。

第１図中において、腕１，２の支点３Ａ側に設
けられている車輪を第一輪、各腕の自由端３Ｂ，
３Ｃを夫々、第二、第三輪とすると、先の実施例
では、第一輪が駆動輪６としての横方向移動可能
な車輪１０であり、第二、第三輪が共に従輪とし
ての全方向性車輪４，５であつた。

この第二の実施例では、第二輪を進行方向後輪
とするなら、これを横方向移動可能な駆動輪１
０，６とし、第一、第三輪を全方向性車輪４，５
としている。然し、一般にキヤスタ輪等に代表さ
れる全方向性車輪は腕１，２の共通回転支点３Ａ
と同軸にその軸心４Ａを配するのは難しいので、
この実施例では、安定な起立姿勢は、両腕挾角
θvの二等分線ｌ上に回転支点側の車輪があれば
守られるとという知見に基づいて、リンク機構を
採用している。

以下、これに就き述べると、共通支点２１で結
合された二つの等長のリンク腕１９，２０があ
り、各リンク腕の他端は、腕１，２の共通回転支
点３Ａから等距離点となる当該各腕１，２の部分
２２，２３に枢着され、点３Ａ，２１，２２，２
３を結合点とする四つ棒リンク機構２５が形成さ
れている。

そして、このリンク機構中の結合点２１の中心
部には、支点３Ａに回転中心をもつ駆動輪支持桿
２４の一端が長穴とピン等の公知適宜なスライド
機構を介して結合されている。

従つて、この支持桿２４は、両腕１，２の開き
角度乃至挾角θvの変化に係らず、該挾角θvを二
等分する線ｌ上に常に維持される。そのため、こ
の支持桿の他端に備えられた全方向性車輪４の中
心４Ａも、挾角二等分線ｌの外方延長部分l′上に
常に載り、三角形４Ａ３Ｂ３Ｃの二等辺形状が保
障される。

従つて、この第二実施例の装置においても、常
に管内最大内径を検出する方向に移動しての安定
な起立が保障され、腕１の自由端に付けた横方向
移動可能な車輪１０はこの機能に役立つだけでな
く、これを駆動輪６としてその回転方向、回転量
を制御すれば同様に管軸方向への駆動ができる。
殊に、この実施例のように横方向移動可能な車輪
１０を後輪とすると走行安定性は優れたものとな
る。

但し、この実施例から推されるように、前輪と
して用いても差仕えなく、本発明の基本機構は満
足できる。

第７図は、管内径が走行中に大幅に変動する場
合に対しても管内を安定に移動できるようにした
実施例を示している。同図ａは第１図示の、同図
ｂは第６図示の各実施例に対して、夫々、改変を
施した場合を示していて、挾み機構の腕１，２
に、互いに等長という条件の下にその実効長を意
図的に変えることのできる伸長装置２６を組み入
れている。

従つて、大径の管に対しては、乃至長さ方向で
管の相対的大径部分においては、腕１，２を伸ば
して実質的に第１図示の最大許容径Dmaxを大き
くするようにし、逆に小径の管乃至長さ方向で管
の相対的小径部分に関しては腕１，２を適当に縮
めて、挾角θvを余りに大きくはしないように、
適当な範囲内に留めることができる。

勿論、各相対的大径部分とか小径部分内でも最
大内径方向に整合することは言うまでもない。

上記した各実施例において、各機構部乃至装置
の具体的構成は既存の技術で設計的に得られる。
例えば挾み力発生装置７は引つ張りバネであつて
良いし、全方向性車輪は既存の自在キヤスタ構成
で、また駆動輪６の駆動源は通常の電気モータ等
で得ることができる。また、伸長装置２６を電動
構成とし、更には開き角θvの情報で自動フイー
ドバツクループを組んだり、或いはまた開き角情
報で挾み力を制御することもできる。勿論、駆動
輪等の回転量から移動量を検出することもでき
る。

以上のように、本発明によれば、各種管内作業
用のロボツトの“足”として、数少い部品で概ね
平面的に構成でき、管の姿勢、形状、内径、屈曲
等にも良く対応でき、かつ最大内径検出機能を持
つ移動装置が提供でき、その効果大なるものがあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的実施例の概略構成図、
第２図及び第３図は、第１図示実施例に用い得る
横方向移動可能な車輪の構成例の説明図、第４図
及び第５図は、夫々、本発明の使用状態の説明
図、第６図及び第７図は、夫々、他の実施例の概
略構成図、である。 図中、１，２は腕、３Ａは共通回転支点、３
Ｂ，３Ｃは車輪の回転中心、４，５は全方向性車
輪、６は横方向移動可能な駆動輪、７は挾み力発
生機構、８は管、１０は横方向移動可能な駆動
輪、１１は車輪回転軸、１２はスポーク、１３は
リム、１５は固定の部分タイア、１６はリム周り
に回転可能な部分タイア、１７はリンク、１８は
リンク結合部、１９，２０はリンク腕、２１，２
２，２３は四つ棒リンクの結合点、２４は車輪支
持桿、２５は四つ棒リンク機構、２６は伸長装
置、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一端を共通の回転支点に結合し、他端が夫々
   自由端となつた一対の腕と、 該一対の腕に対して、該腕のなす挾角を狭める
   方向に付勢力を与える挾み力発生機構と、 上記一対の腕の上記一端側において、上記挾角
   の二等分線上に回転軸を置いた第一輪と、 上記一対の腕の上記各自由端に夫々設けられた
   第二、第三輪と、 から成り、上記第一、第二、第三輪の中、一つは
   進行回転方向に対して横方向に移動可能な駆動車
   輪であり、残る二つは全方向性の車輪であること
   を特徴とする管内移動装置。