配管検査装置
【課題】簡単な構造で、曲がり管、分岐管等にて、所望の方向に移動させることができる配管検査装置を提供する。
【解決手段】本発明の配管検査装置は、少なくとも１個の駆動ユニットと少なくとも１個の検査ユニットとを有し、検査対象の配管内に挿入可能である。駆動ユニットは、複数の駆動部と、複数の連結部と、前記駆動部及び前記連結部を通る２本の操縦用ケーブルと、該操縦用ケーブルの張力を調節する張力調節部とを有する。駆動部はモータによって回転可能な車軸と、該車軸に装着された車輪とを有し、前記駆動部と前記連結部は連結軸によって互いに枢動可能に接続されている。
【解決手段】本発明の配管検査装置は、少なくとも１個の駆動ユニットと少なくとも１個の検査ユニットとを有し、検査対象の配管内に挿入可能である。駆動ユニットは、複数の駆動部と、複数の連結部と、前記駆動部及び前記連結部を通る２本の操縦用ケーブルと、該操縦用ケーブルの張力を調節する張力調節部とを有する。駆動部はモータによって回転可能な車軸と、該車軸に装着された車輪とを有し、前記駆動部と前記連結部は連結軸によって互いに枢動可能に接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は配管の内部を検査するための配管検査装置に関し、特に、配管の内部に挿入するように構成された配管検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス、上下水道等の供給設備、化学プラント等では、配管の内部を検査する技術が必要である。配管の内部を検査するには、配管内に検査装置を挿入することが好ましい。
【０００３】
特許文献１及び非特許文献１には、配管の内部を移動しながら配管の内面を検査するための装置の例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許５１７２６３９号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「複合配管構造の内部検査用の蛇状ロボット（ＰＩＫｏ）」”The 2009 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, October 11-15, 2009 St. Louis, USA
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び非特許文献１には、配管が水平に配置されている場合のみならず垂直に配置された場合にも、配管に沿って上方又は下方に推進することができる蛇状ロボットが記載されている。
配管の内部を移動しながら配管の内面を検査する装置では、Ｙ字管、Ｔ字管等の分岐管、Ｌ字管等の曲がり管にて、所望の方向に移動させる必要がある。これを実現させるために上述のように蛇状ロボットが開発されているが、構造が極めて複雑となる。また、複数の駆動系を管路形状に応じて協調制御する必要があり、制御系の構成も複雑となる。
更に、特許文献１及び非特許文献１に記載された蛇状ロボットでは、小型化が困難である。
本発明の目的は、簡単な構造で、曲がり管、分岐管等にて、所望の方向に移動させることができる配管検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の配管検査装置は、少なくとも１個の駆動ユニットと少なくとも１個の検査ユニットとを有し、検査対象の配管内に挿入可能である。
【０００８】
駆動ユニットは、複数の駆動部と、複数の連結部と、前記駆動部及び前記連結部を通る２本の操縦用ケーブルと、該操縦用ケーブルの張力を調節する張力調節部とを有する。
【０００９】
駆動部はモータによって回転可能な車軸と、該車軸に装着された車輪とを有し、前記駆動部と前記連結部は連結軸によって互いに枢動可能に接続されている。
【００１０】
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って、駆動ユニットはジグザグ状に屈折し、前記駆動部の各々は前記配管の内壁に接触した状態で、直進する。
【００１１】
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って、駆動ユニットはジグザグ状に屈折し且つ螺旋状に配列され、前記駆動部の各々は前記配管の内壁に接触した状態で、螺旋状に進む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、簡単な構造で、曲がり管、分岐管等にて、所望の方向に移動させることができる配管検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による配管検査装置が配管内を移動している状態を示す図である。
【図２】本発明による配管検査装置の駆動ユニットの外観を示す図である。
【図３】図３Ａ、図３Ｂ、及び、図３Ｃは、本発明による配管検査装置の駆動ユニットの一部の構造を説明する図である。
【図４】図４Ａ、図４Ｂ、及び、図４Ｃは、本発明による配管検査装置の駆動ユニットがジグザグ状に屈折している状態を説明する図である。
【図５】図５Ａ、図５Ｂ、及び、図５Ｃは、本発明による配管検査装置の駆動ユニットがジグザグ状に屈折し且つ螺旋状に配列されている状態を説明する図である。
【図６】図６Ａ、図６Ｂ、及び、図６Ｃは、本発明による配管検査装置がＴ字管を直進している状態を示す図である。
【図７】図７Ａ、図７Ｂ、及び、図７Ｃは、本発明による配管検査装置がＴ字管を曲がって進んでいる状態を示す図である。
【図８】本発明による配管検査装置の駆動部及び連結部の構成の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照して本発明の配管検査装置の例を説明する。本例の配管検査装置は、少なくとも１つの駆動ユニット１Ａ、１Ｂと少なくとも１つの検査ユニット３を有する。図１には、２個の駆動ユニット、即ち、第１及び第２の駆動ユニット１Ａ、１Ｂが例示されている。本例の配管検査装置は、配管５の内部を移動するように構成されている。検査ユニット３は検査デバイス３０とその両側に接続されたケーブル３１、３２を有する。検査デバイス３０には、配管の内面を検査するための検査素子が装填されている。検査素子は、検査の内容、目的、対象により異なる。検査ユニット３と駆動ユニットの間、駆動ユニット同士の間はコネクタ４によって接続されている。
【００１５】
駆動ユニット１Ａ、１Ｂには信号を伝送する信号線、電力を供給する電力ケーブルが接続されているが、図１では省略されている。
【００１６】
第１の駆動ユニット１Ａを例として説明する。第１の駆動ユニット１Ａは、複数の駆動部１０Ａ〜１０Ｅと複数の連結部１３Ａ〜１３Ｄと張力調節部２０を有する。図示の駆動ユニット１Ａは、５個の駆動部１０Ａ〜１０Ｅと４個の連結部１３Ａ〜１３Ｄを有するが、駆動部と連結部の数は同一であってもよく、異なってもよい。しかしながら、駆動ユニットの先頭には駆動部１０Ａが接続される。
【００１７】
全ての駆動部１０Ａ〜１０Ｅは同一構造であってよい。駆動部１０Ａは、車軸１０１と車輪１０３を有する。車軸１０１は、図示しないモータに接続されている。車輪１０３が回転することにより、駆動部１０Ａは前進又は後退する。全ての駆動部の車軸にモータを接続してもよいが、幾つかの駆動部では、車軸にモータを接続しなくてもよい。例えば、最後部の駆動部では、車軸にモータを接続しなくてもよい。駆動部の構造は、詳細な構造は後に説明する。
【００１８】
駆動部と連結部を２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂが貫通している。２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂは、先頭の駆動部から後尾の駆動部まで貫通しており、その後端は、張力調節部２０に接続されている。２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂは、張力調節部２０によって引っ張られる。張力調節部２０は２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂの張力を独立に調節することができる。張力調節部２０の構造の例は後に説明する。
【００１９】
２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂの機能を説明する。２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを互いに同一の張力によって引っ張ることによって、図示のように複数の駆動部１０Ａ〜１０Ｅはジグザグ状に屈折して配列される。図示の例では、先頭の駆動部１０Ａの車輪は、配管の一方の側の壁５Ａの内面に接触しており、２番目の駆動部１０Ｂの車輪は、配管の他方の側の壁５Ｂの内面に接触している。奇数番目の駆動部１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅの車輪は、配管の一方の側の壁５Ａの内面に接触しており、偶数番目の駆動部１０Ｂ、１０Ｄの車輪は、配管の他方の側の壁５Ｂの内面に接触している。奇数番目の駆動部１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅの車輪は、図１において反時計方向に回転し、偶数番目の駆動部１０Ｂ、１０Ｄの車輪は、図１にて時計方向に回転する。それによって、奇数番目の駆動部１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅは、配管の壁５Ａの内面上を矢印ａ方向に前進し、偶数番目の駆動部１０Ｂ、１０Ｄは、配管の壁５Ｂの内面上を矢印ａ方向に前進する。
【００２０】
２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを互いに異なる張力によって引っ張ることによって、複数の駆動部はジグザグ状に屈折し且つ螺旋状に配列されながら、配管内を螺旋状に進む。これについては、後に詳細に説明する。本例の配管検査装置では、２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを同一の張力によって引っ張る場合には、各駆動部１０Ａ〜１０Ｅは、配管の内壁上を直進するが、２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを互いに異なる張力によって引っ張る場合には、各駆動部１０Ａ〜１０Ｅは、配管の内壁上を螺旋状に進む。本例では、駆動ユニットは、２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂの張力によって常にジグザグ状に屈折し且つ直線状又は螺旋状に配列されており、駆動部の車輪は常に配管の内面に接触している。駆動部の車輪を配管の内面に接触させるための接触力は、２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂの張力の大きさに依存する。
【００２１】
本例の配管検査装置を、配管の曲がり部及び分岐にて所望の方向に進行させる方法を説明する。配管の曲がり部又は分岐では、駆動部は、次の条件（１）を満たす必要がある。（１）先頭の駆動部の車軸は、配管の曲がり部又は分岐において配管の中心線を含む平面に垂直に配置される。更に、Ｔ字管、又は、Ｙ字管のような配管の分岐では、駆動部は、次の条件（２）を満たす必要がある。（２）先頭の駆動部の車輪は、配管の分岐においては配管の進行すべき方向の内周側の内壁に接触している。
【００２２】
先ず、条件（１）について説明する。図１では、配管５は曲がり部５１と分岐５２を含む。曲がり部５１では、配管の中心線を含む平面は、紙面に平行である。従って、曲がり部５１では、先頭の駆動部１０Ａの車軸１０１は、配管の中心線を含む平面に垂直でなければならない。即ち、先頭の駆動部１０Ａの車軸１０１は、紙面に垂直でなければならない。同様に、分岐５２では、配管の中心線を含む平面は、紙面に平行である。従って、分岐５２では、先頭の駆動部１０Ａの車軸１０１は、配管の中心線を含む平面に垂直でなければならない。即ち、先頭の駆動部１０Ａの車軸１０１は、紙面に垂直でなければならない。図１の例では、曲がり部５１を進む第１の駆動ユニット１Ａと、分岐５２を通過中の第２の駆動ユニット１Ｂでは、共に、先頭の駆動部１０Ａの車軸１０１は、紙面に垂直である。従って、条件（１）を満たしている。
【００２３】
次に条件（２）について説明する。曲がり部５１では、進行方向右側に曲がるものとする。曲がり部５１では、上述のように条件（２）は必要ない。従って、配管の曲がる側の内周側の壁５１Ｂの内面に、先頭の駆動部１０Ａの車輪が接触している必要はない。第１の駆動ユニット１Ａでは、先頭の駆動部１０Ａの車輪は、外周側の壁５１Ａの内面に接触している。従って、条件（２）を満たしていない。しかしながら、先頭の駆動部１０Ａの車輪は、そのまま、曲がり部５１の湾曲した内壁に沿って進行する。
【００２４】
分岐５２では、進行方向左側に曲がるものとする。従って、配管の曲がる側の内周側の壁５２Ａの内面に、先頭の駆動部１０Ａの車輪が接触している必要がある。第２の駆動ユニット１Ｂでは、先頭の駆動部１０Ａの車輪は、内周側の壁５２Ａの内面に接触している。従って、条件（２）を満たしている。
【００２５】
本発明の配管検査装置の動作を説明する。本例の配管検査装置を操作するには、先ず、検査対象の配管の設計データ、又は、ＣＡＤデータを入手する必要である。次に、操作者は、配管検査装置の移動経路を予め設定する。即ち、配管網上の始点と終点を設定し、次に、始点と終点の間の配管網に含まれる曲がり管の曲がり方向と分岐管の分岐の進行方向を予め検出する。こうして、経路に関する情報が得られると、配管検査装置を、始点にて、即ち、配管の入り口より内部に挿入する。駆動ユニットの駆動部を駆動させることにより、配管検査装置は、配管内を自走する。
【００２６】
配管検査装置が配管内に進入したら、最も先頭の駆動部の位置をリアルタイムにて検出する必要がある。最も先頭の駆動部の位置を検出するには、配管内に進入した配管検査装置の長さを求めればよい。これは、配管の入り口にて、配管内に挿入された駆動ユニットと検査ユニットの数より求められる。駆動ユニットと検査ユニットの長さは、それぞれ既知である。尚、ここで、駆動ユニットの長さは、配管内においてジグザグ状又は螺旋状に屈折した駆動ユニットを、配管の中心線に沿って測定した長さである。駆動ユニットの長さに個数を乗算することにより、駆動ユニットの長さの合計が得られる。検査ユニットの長さに個数を乗算することにより、検査ユニットの長さの合計が得られる。両者の合計の和が、配管内に挿入された配管検査装置の長さである。尚、配管内に進入した配管検査装置の長さを測定するために、長さ測定用の特別のケーブルを使用してもよい。
【００２７】
こうして、配管内に挿入された配管検査装置の長さが求められれば、それと配管の設計データから、配管検査装置の最も先頭の駆動部の位置が得られる。
【００２８】
配管検査装置の先頭の駆動部が、配管の曲がり部又は分岐に近づいたら、先頭の駆動部の車軸の方向を検出する必要がある。本例の配管検査装置によると、先頭の駆動部には、車軸の方向を検出するための姿勢検出センサが設けられている。姿勢検出センサは、例えば、加速度計であってよい。姿勢検出センサによって検出された先頭の駆動部の車軸の方向は、リアルタイムにて、操作者に送信される。例えば、先頭の駆動部の姿勢検出センサに接続された信号ケーブルは、配管検査装置に沿って、配管の入り口まで延びている。操作者は、この信号ケーブルを介して、姿勢検出センサの出力を得ることができる。姿勢検出センサは、各駆動ユニットの先端の駆動部に設けられる。従って、各駆動ユニットの先端の駆動部の位置がリアルタイムにて得られる。
【００２９】
操作者は、配管検査装置の先頭の駆動部が、配管の曲がり部に近づいたとき、上述の第１の条件が満たされているか否かを判定する。操作者は、配管検査装置の先頭の駆動部が、配管の分岐に近づいたとき、上述の第１及び第２の条件が満たされているか否かを判定する。先頭の駆動部には、配管の内部を撮像する撮像装置、例えば、ＣＣＤカメラが設けられてよい。第１の条件が満たされていない場合には、先頭の駆動部の車軸が、配管の中心線を含む平面に垂直となるように、先頭の駆動部を回転させる必要がある。先頭の駆動部を回転させるには、先頭の駆動部を螺旋状に進行させればよい。先頭の駆動部を螺旋状に進行させるには、２つの操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを互いに異なる張力によって引っ張ればよい。
【００３０】
第２の条件が満たされていない場合には、先頭の駆動部の車軸が、進行すべき方向の配管の内周側の内壁に接触するように、先頭の駆動部の車軸の方向を回転させる必要がある。先頭の駆動部の車軸の方向を回転させるには、先頭の駆動部を螺旋状に進行させればよい。先頭の駆動部を螺旋状に進行させるには、２つの操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを互いに異なる張力によって引っ張ればよい。こうして、２つの操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを互いに異なる張力によって引っ張ることにより、上述の２つの条件を満たすことができる。操作者は、配管の曲がり部の直前にて、先頭の駆動部の姿勢検出センサからの信号出力より、第１の条件が満たされているか否かを確認することができる。操作者は、配管の分岐の直前にて、先頭の駆動部の姿勢検出センサからの信号出力より、第１及び第２の条件が満たされているか否かを確認することができる。
【００３１】
図２は駆動ユニットの例を示す。本例の駆動ユニットは、複数の駆動部１０Ａ〜１０Ｅと複数の連結部１３Ａ〜１３Ｄと張力調節部２０を有する。駆動部と連結部を２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂが貫通している。駆動ユニットの先端と後端には、コネクタ４が接続されている。２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂは、先頭の駆動部から後尾の駆動部まで貫通しており、その後端は、張力調節部２０に接続されている。２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂには、バネ１８Ａ、１８Ｂが設けられている。これらのバネ １８Ａ、１８Ｂは、それぞれチューブワイヤの内部に格納されている。そのため２本のバネ１８Ａ、１８Ｂの引っ張り力によって、コネクタ４の間の駆動ユニットの長さは変えずに２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂに張力を生成できるようになっている。
【００３２】
張力調節部２０は、操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを巻き取るためのリール２１と車輪２２を有する。リール２１は図示しないモータによって回転する。リール２１によって２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂをそれぞれ逆向きに巻き取ることができる。このリール２１の回転で、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る。上述のように、先頭の駆動部を螺旋状に進行させるには、２つの操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを互いに異なる張力になるように一方向に回転させればよい。駆動部を直線状に進行させる場合には、２つの操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを互いに同一の張力になるようにリール２１の回転角度を調整すればよい。
【００３３】
操縦用ケーブル１７A、１７Bを別々のリールで引っ張る機構によってもよい。この場合は、リール駆動機構が２倍必要であり、また配管移動中に常にケーブルを牽引し続ける必要があり、エネルギを常時必要とする。しかしながら、この場合、操縦用ケーブル１７A、１７Bの張力のバランスのみならず、張力自体が可変となるため、配管内の移動状況に応じて、あるいは、配管から引き出す場合などに、各車輪の配管内壁に接触させる接触力を調整できるという効果を生成する。
【００３４】
さらに、操縦用ケーブル１７A、１７Bを別々のリールで引っ張る機構と同様の効果を、操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを巻き取るためのリール２１と車輪２２をコネクタ４の間の駆動ユニットの長さ方向に移動して操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂの張力を同時に変える駆動系を導入することで実現することもできる。
【００３５】
図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃを参照して、駆動ユニットの構造の例を説明する。図３Ａは駆動ユニットの一部を示す斜視図であり、図３Ｂは駆動ユニットの一部の側面構成を示す図であり、図３Ｃは駆動ユニットの一部の平面構成を示す図である。ここでは、３つの連結部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃと第２及び第３の駆動部１０Ｂ、１０Ｃのみを示す。更に、各駆動部の構造の一部のみを示す。図３Ａの第２の駆動部１０Ｂについて説明する。車軸１０１には車輪が装着されているが、図示は省略されている。車軸１０１には、アーム１０５、１０６が枢動可能に装着されている。一方のアーム１０５は後側の連結部１３Ｂに装着されている。他方のアーム１０６は、連結軸１５を介して、前側の連結部１３Ａに接続されている。
【００３６】
車軸１０１の中心軸線は、後側の連結部１３Ｂの中心軸線に直交している。連結軸１５の中心軸線は、前側の連結部１３Ａの中心軸線に直交している。車軸１０１の中心軸線は、連結軸１５の中心軸線に垂直である。車軸１０１と連結軸１５によってジンバル構造が形成される。このジンバル構造によって、２つの連結部１３Ａ、１３Ｂは、車軸１０１の中心軸線周りに互いに他に対して枢動可能であり、連結部１３Ａと駆動部１０Ｂは、連結軸１５の中心軸線周りに互いに他に対して枢動可能である。
【００３７】
２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂが、駆動部１０Ｂ、１０Ｃと連結部１３Ａ〜１３Ｃを貫通している。連結部１３Ａ〜１３Ｃには、２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂが通るための孔が形成されている。２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂは連結部１３Ａ〜１３Ｃに設けられた孔によって拘束される。従って、連結部１３Ａ〜１３Ｃ内における２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂの位置及び経路は一定である。
【００３８】
本例では、２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂは引っ張られていない。従って、連結部１３Ａ〜１３Ｃは１直線に沿って配置されている。配管検査装置を実際に配管内にて移動させる場合には、必ず、２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂは引っ張られる。図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃに示す配管検査装置は、未だ、配管内に挿入されていない状態を示す。
【００３９】
図３Ｂに示すように、駆動部の車軸１０１に垂直な面を想定し、この面に２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを投影すると、両者は重なり合っている。２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂの投影線は、連結部では、その対角線に沿って走行しており、駆動部では、互い違いに、駆動部の片方側を通っている。図３Ｃに示すように、連結軸１５に垂直な面を想定し、この面に２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを投影すると、両者は連結部では、平行に走行し、駆動部では交差している。
【００４０】
図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃを参照して、駆動ユニットの動作を説明する。本例では、２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂは同一の張力によって引っ張られている。従って、図４Ｂに示すように、駆動部の車軸１０１に垂直な面に２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを投影すると、２本の操縦用ケーブルの投影線は、図３Ｂの場合と比較して、直線化している。即ち、２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを同一の張力によって引っ張ることによって、連結部１３Ａ〜１３Ｃは、車軸１０１の中心軸線周りに互いに枢動する。その結果、図４Ｂに示すように、駆動部１０Ｂ、１０Ｃと連結部１３Ａ〜１３Ｃは、ジグザグ状に屈折する。図４Ｃに示すように、駆動部１０Ｂ、１０Ｃと連結部１３Ａ〜１３Ｃは、連結軸１５の中心軸線周り枢動していない。本例では、駆動部の車輪が回転すると、車輪が配管の内壁に接触した状態で、駆動部は、配管の内壁に沿って直線的に移動する。
【００４１】
図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃを参照して、駆動ユニットの動作を説明する。本例では、２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂは互いに異なる張力によって引っ張られている。図５Ｂに示すように、駆動部の車軸１０１周りに、２つの連結部は互いに枢動しており、更に、図５Ｃに示すように、連結軸１５周りに駆動部と連結部は互いに枢動している。従って、配管検査装置は、ジグザグ状に屈折し且つ螺旋状に配列されている。本例では、駆動部の車輪が回転すると、車輪が配管の内壁に接触した状態で、駆動部は、配管の内壁に沿って螺旋状に移動する。
【００４２】
図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃを参照して、本例の配管検査装置が分岐を移動する場合を説明する。配管５から分岐５２において分岐管６が接続されているものとする。本例では、分岐５２の直前において、配管検査装置の先頭の駆動部１０Ａの車軸１０１は、配管の中心線を含む平面に垂直に配置されていない。従って、上述の条件（１）を満たしていない。従って、このままでは、配管検査装置は、配管５から分岐５２を経由して分岐管６に移動することはない。図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、配管検査装置は、分岐５２を通過して配管５を走行し続ける。
【００４３】
図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃを参照して、本例の配管検査装置が分岐を移動する場合を説明する。本例では、分岐５２の直前において、配管検査装置の先頭の駆動部１０Ａの車軸１０１は、配管の中心線を含む平面に垂直に配置されている。従って、上述の条件（１）を満たしている。更に、先頭の駆動部１０Ａの車輪は、分岐において、進行すべき方向の配管の内周側の壁５２Ａの内面に接触している。従って、上述の条件（２）を満たしている。従って、配管検査装置は、配管５から分岐５２を経由して分岐管６に移動することができる。図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、配管検査装置は、分岐５２を通過して分岐管６に進路を変更することができる。
【００４４】
図８を参照して、駆動部と連結部の構造の例を説明する。駆動部１０Ｂは、車軸１０１と、車軸の両端に装着された半球面状の車輪１０３と、車軸１０１に装着された第１の傘歯車１０７とを有する。車軸１０１には、玉軸受け１１０Ａ、１１０Ｂを介して第１のアーム１０５が装着されている。従って、第１のアーム１０５は、玉軸受け１１０Ａ、１１０Ｂを介して車軸１０１の周りを自在に回転することができる。第１のアーム１０５には、玉軸受け１１１Ａ、１１１Ｂを介して、第２のアーム１０６が装着されている。従って、第２のアーム１０６は、玉軸受け１１１Ａ、１１１Ｂを介して第１のアーム１０５に対して自在に枢動することができる。こうして、第１のアーム１０５と第２のアーム１０６は、車軸１０１の中心軸線周りに、互いに他に対して枢動可能である。
【００４５】
後側の連結部１３Ｂにはモータ１３１が装着されている。モータ１３１の軸には、第２の傘歯車１０８が装着されている。第２の傘歯車１０８は第１の傘歯車１０７に噛み合っている。更に、モータ１３１には、第１のアーム１０５が装着されている。尚、モータ１３１の代わりに後側の連結部１３Ｂに、第１のアーム１０５が装着されてもよい。上述のように、第１のアーム１０５は車軸１０１の中心軸線周りに、枢動可能である。従って、第１のアーム１０５に接続されたモータ１３１、及びモータ１３１を支持する連結部１３Ｂは、車軸１０１の中心軸線周りに、枢動可能である。
【００４６】
第２のアーム１０６は、連結軸１５を介して前側の連結部１３Ａに枢動可能に接続されている。上述のように、第２のアーム１０６は車軸１０１の中心軸線周りに、枢動可能である。従って、第２のアーム１０６に接続された前側の連結部１３Ａは、車軸１０１の中心軸線周りに、枢動可能である。
【００４７】
車軸１０１と連結軸１５は直交している。車軸１０１と連結軸１５によってジンバル構造が構成される。また、車軸１０１とモータ１３１の軸は直交している。
【００４８】
モータ１３１が駆動すると、その軸に装着された第２の傘歯車１０８が回転する。第２の傘歯車１０８の回転は、第１の傘歯車１０７に伝達され、車軸１０１が回転する。車軸１０１が回転すると、車輪１０３が回転する。
【００４９】
２本の操縦用ケーブルの張力を調節することにより、連結部１３Ａ、１３Ｂは車軸１０１周りに枢動する。更に、連結部１３Ｂは連結軸１５周りに枢動する。それによって、配管検査装置の駆動ユニットがジグザグ状に屈折し、更に、螺旋状に配列される。
【００５０】
図８に示した駆動部の構造は単なる１例である。駆動部と連結部を有する駆動ユニットが、ジグザグ状に屈折し、更に、螺旋状に配列することができれば、他の構造でもよい。例えば、図８の例ではモータ１３１を連結部に設けたが、モータを駆動部に設けてもよい。更に、本例では、車軸１０１とモータ１３１の軸は直交しているが、車軸１０１とモータ１３１の軸を同一方向に配置するように構成してもよい。この場合には、傘歯車の代わりに平歯車列が用いられる。更に、本例では、車輪１０３を半球状に形成しているが、タイヤ状であってもよい。車輪は、金属製であってもよいが、ゴム製であってよい。
【００５１】
以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、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。
【符号の説明】
【００５２】
１Ａ、１Ｂ…駆動ユニット、３…検査ユニット、４…コネクタ、５…配管、５Ａ、５Ｂ…配管の壁、６…分岐管、１０Ａ〜１０Ｅ…駆動部、１３Ａ〜１３Ｄ…連結部、２０…張力調節部、１７Ａ、１７Ｂ…操縦用ケーブル、１８Ａ、１８Ｂ…バネ、２１…リール、２２…車輪、１５…連結軸、３０…検査素子、３１、３２…ケーブル、５１…曲がり部、５２…分岐、１０１…車軸、１０３…車輪、１０５，１０６…アーム、１０７，１０８…傘歯車、１３１…モータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は配管の内部を検査するための配管検査装置に関し、特に、配管の内部に挿入するように構成された配管検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス、上下水道等の供給設備、化学プラント等では、配管の内部を検査する技術が必要である。配管の内部を検査するには、配管内に検査装置を挿入することが好ましい。
【０００３】
特許文献１及び非特許文献１には、配管の内部を移動しながら配管の内面を検査するための装置の例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許５１７２６３９号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「複合配管構造の内部検査用の蛇状ロボット（ＰＩＫｏ）」”The 2009 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, October 11-15, 2009 St. Louis, USA
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び非特許文献１には、配管が水平に配置されている場合のみならず垂直に配置された場合にも、配管に沿って上方又は下方に推進することができる蛇状ロボットが記載されている。
配管の内部を移動しながら配管の内面を検査する装置では、Ｙ字管、Ｔ字管等の分岐管、Ｌ字管等の曲がり管にて、所望の方向に移動させる必要がある。これを実現させるために上述のように蛇状ロボットが開発されているが、構造が極めて複雑となる。また、複数の駆動系を管路形状に応じて協調制御する必要があり、制御系の構成も複雑となる。
更に、特許文献１及び非特許文献１に記載された蛇状ロボットでは、小型化が困難である。
本発明の目的は、簡単な構造で、曲がり管、分岐管等にて、所望の方向に移動させることができる配管検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の配管検査装置は、少なくとも１個の駆動ユニットと少なくとも１個の検査ユニットとを有し、検査対象の配管内に挿入可能である。
【０００８】
駆動ユニットは、複数の駆動部と、複数の連結部と、前記駆動部及び前記連結部を通る２本の操縦用ケーブルと、該操縦用ケーブルの張力を調節する張力調節部とを有する。
【０００９】
駆動部はモータによって回転可能な車軸と、該車軸に装着された車輪とを有し、前記駆動部と前記連結部は連結軸によって互いに枢動可能に接続されている。
【００１０】
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って、駆動ユニットはジグザグ状に屈折し、前記駆動部の各々は前記配管の内壁に接触した状態で、直進する。
【００１１】
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って、駆動ユニットはジグザグ状に屈折し且つ螺旋状に配列され、前記駆動部の各々は前記配管の内壁に接触した状態で、螺旋状に進む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、簡単な構造で、曲がり管、分岐管等にて、所望の方向に移動させることができる配管検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による配管検査装置が配管内を移動している状態を示す図である。
【図２】本発明による配管検査装置の駆動ユニットの外観を示す図である。
【図３】図３Ａ、図３Ｂ、及び、図３Ｃは、本発明による配管検査装置の駆動ユニットの一部の構造を説明する図である。
【図４】図４Ａ、図４Ｂ、及び、図４Ｃは、本発明による配管検査装置の駆動ユニットがジグザグ状に屈折している状態を説明する図である。
【図５】図５Ａ、図５Ｂ、及び、図５Ｃは、本発明による配管検査装置の駆動ユニットがジグザグ状に屈折し且つ螺旋状に配列されている状態を説明する図である。
【図６】図６Ａ、図６Ｂ、及び、図６Ｃは、本発明による配管検査装置がＴ字管を直進している状態を示す図である。
【図７】図７Ａ、図７Ｂ、及び、図７Ｃは、本発明による配管検査装置がＴ字管を曲がって進んでいる状態を示す図である。
【図８】本発明による配管検査装置の駆動部及び連結部の構成の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照して本発明の配管検査装置の例を説明する。本例の配管検査装置は、少なくとも１つの駆動ユニット１Ａ、１Ｂと少なくとも１つの検査ユニット３を有する。図１には、２個の駆動ユニット、即ち、第１及び第２の駆動ユニット１Ａ、１Ｂが例示されている。本例の配管検査装置は、配管５の内部を移動するように構成されている。検査ユニット３は検査デバイス３０とその両側に接続されたケーブル３１、３２を有する。検査デバイス３０には、配管の内面を検査するための検査素子が装填されている。検査素子は、検査の内容、目的、対象により異なる。検査ユニット３と駆動ユニットの間、駆動ユニット同士の間はコネクタ４によって接続されている。
【００１５】
駆動ユニット１Ａ、１Ｂには信号を伝送する信号線、電力を供給する電力ケーブルが接続されているが、図１では省略されている。
【００１６】
第１の駆動ユニット１Ａを例として説明する。第１の駆動ユニット１Ａは、複数の駆動部１０Ａ〜１０Ｅと複数の連結部１３Ａ〜１３Ｄと張力調節部２０を有する。図示の駆動ユニット１Ａは、５個の駆動部１０Ａ〜１０Ｅと４個の連結部１３Ａ〜１３Ｄを有するが、駆動部と連結部の数は同一であってもよく、異なってもよい。しかしながら、駆動ユニットの先頭には駆動部１０Ａが接続される。
【００１７】
全ての駆動部１０Ａ〜１０Ｅは同一構造であってよい。駆動部１０Ａは、車軸１０１と車輪１０３を有する。車軸１０１は、図示しないモータに接続されている。車輪１０３が回転することにより、駆動部１０Ａは前進又は後退する。全ての駆動部の車軸にモータを接続してもよいが、幾つかの駆動部では、車軸にモータを接続しなくてもよい。例えば、最後部の駆動部では、車軸にモータを接続しなくてもよい。駆動部の構造は、詳細な構造は後に説明する。
【００１８】
駆動部と連結部を２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂが貫通している。２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂは、先頭の駆動部から後尾の駆動部まで貫通しており、その後端は、張力調節部２０に接続されている。２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂは、張力調節部２０によって引っ張られる。張力調節部２０は２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂの張力を独立に調節することができる。張力調節部２０の構造の例は後に説明する。
【００１９】
２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂの機能を説明する。２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを互いに同一の張力によって引っ張ることによって、図示のように複数の駆動部１０Ａ〜１０Ｅはジグザグ状に屈折して配列される。図示の例では、先頭の駆動部１０Ａの車輪は、配管の一方の側の壁５Ａの内面に接触しており、２番目の駆動部１０Ｂの車輪は、配管の他方の側の壁５Ｂの内面に接触している。奇数番目の駆動部１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅの車輪は、配管の一方の側の壁５Ａの内面に接触しており、偶数番目の駆動部１０Ｂ、１０Ｄの車輪は、配管の他方の側の壁５Ｂの内面に接触している。奇数番目の駆動部１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅの車輪は、図１において反時計方向に回転し、偶数番目の駆動部１０Ｂ、１０Ｄの車輪は、図１にて時計方向に回転する。それによって、奇数番目の駆動部１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅは、配管の壁５Ａの内面上を矢印ａ方向に前進し、偶数番目の駆動部１０Ｂ、１０Ｄは、配管の壁５Ｂの内面上を矢印ａ方向に前進する。
【００２０】
２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを互いに異なる張力によって引っ張ることによって、複数の駆動部はジグザグ状に屈折し且つ螺旋状に配列されながら、配管内を螺旋状に進む。これについては、後に詳細に説明する。本例の配管検査装置では、２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを同一の張力によって引っ張る場合には、各駆動部１０Ａ〜１０Ｅは、配管の内壁上を直進するが、２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを互いに異なる張力によって引っ張る場合には、各駆動部１０Ａ〜１０Ｅは、配管の内壁上を螺旋状に進む。本例では、駆動ユニットは、２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂの張力によって常にジグザグ状に屈折し且つ直線状又は螺旋状に配列されており、駆動部の車輪は常に配管の内面に接触している。駆動部の車輪を配管の内面に接触させるための接触力は、２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂの張力の大きさに依存する。
【００２１】
本例の配管検査装置を、配管の曲がり部及び分岐にて所望の方向に進行させる方法を説明する。配管の曲がり部又は分岐では、駆動部は、次の条件（１）を満たす必要がある。（１）先頭の駆動部の車軸は、配管の曲がり部又は分岐において配管の中心線を含む平面に垂直に配置される。更に、Ｔ字管、又は、Ｙ字管のような配管の分岐では、駆動部は、次の条件（２）を満たす必要がある。（２）先頭の駆動部の車輪は、配管の分岐においては配管の進行すべき方向の内周側の内壁に接触している。
【００２２】
先ず、条件（１）について説明する。図１では、配管５は曲がり部５１と分岐５２を含む。曲がり部５１では、配管の中心線を含む平面は、紙面に平行である。従って、曲がり部５１では、先頭の駆動部１０Ａの車軸１０１は、配管の中心線を含む平面に垂直でなければならない。即ち、先頭の駆動部１０Ａの車軸１０１は、紙面に垂直でなければならない。同様に、分岐５２では、配管の中心線を含む平面は、紙面に平行である。従って、分岐５２では、先頭の駆動部１０Ａの車軸１０１は、配管の中心線を含む平面に垂直でなければならない。即ち、先頭の駆動部１０Ａの車軸１０１は、紙面に垂直でなければならない。図１の例では、曲がり部５１を進む第１の駆動ユニット１Ａと、分岐５２を通過中の第２の駆動ユニット１Ｂでは、共に、先頭の駆動部１０Ａの車軸１０１は、紙面に垂直である。従って、条件（１）を満たしている。
【００２３】
次に条件（２）について説明する。曲がり部５１では、進行方向右側に曲がるものとする。曲がり部５１では、上述のように条件（２）は必要ない。従って、配管の曲がる側の内周側の壁５１Ｂの内面に、先頭の駆動部１０Ａの車輪が接触している必要はない。第１の駆動ユニット１Ａでは、先頭の駆動部１０Ａの車輪は、外周側の壁５１Ａの内面に接触している。従って、条件（２）を満たしていない。しかしながら、先頭の駆動部１０Ａの車輪は、そのまま、曲がり部５１の湾曲した内壁に沿って進行する。
【００２４】
分岐５２では、進行方向左側に曲がるものとする。従って、配管の曲がる側の内周側の壁５２Ａの内面に、先頭の駆動部１０Ａの車輪が接触している必要がある。第２の駆動ユニット１Ｂでは、先頭の駆動部１０Ａの車輪は、内周側の壁５２Ａの内面に接触している。従って、条件（２）を満たしている。
【００２５】
本発明の配管検査装置の動作を説明する。本例の配管検査装置を操作するには、先ず、検査対象の配管の設計データ、又は、ＣＡＤデータを入手する必要である。次に、操作者は、配管検査装置の移動経路を予め設定する。即ち、配管網上の始点と終点を設定し、次に、始点と終点の間の配管網に含まれる曲がり管の曲がり方向と分岐管の分岐の進行方向を予め検出する。こうして、経路に関する情報が得られると、配管検査装置を、始点にて、即ち、配管の入り口より内部に挿入する。駆動ユニットの駆動部を駆動させることにより、配管検査装置は、配管内を自走する。
【００２６】
配管検査装置が配管内に進入したら、最も先頭の駆動部の位置をリアルタイムにて検出する必要がある。最も先頭の駆動部の位置を検出するには、配管内に進入した配管検査装置の長さを求めればよい。これは、配管の入り口にて、配管内に挿入された駆動ユニットと検査ユニットの数より求められる。駆動ユニットと検査ユニットの長さは、それぞれ既知である。尚、ここで、駆動ユニットの長さは、配管内においてジグザグ状又は螺旋状に屈折した駆動ユニットを、配管の中心線に沿って測定した長さである。駆動ユニットの長さに個数を乗算することにより、駆動ユニットの長さの合計が得られる。検査ユニットの長さに個数を乗算することにより、検査ユニットの長さの合計が得られる。両者の合計の和が、配管内に挿入された配管検査装置の長さである。尚、配管内に進入した配管検査装置の長さを測定するために、長さ測定用の特別のケーブルを使用してもよい。
【００２７】
こうして、配管内に挿入された配管検査装置の長さが求められれば、それと配管の設計データから、配管検査装置の最も先頭の駆動部の位置が得られる。
【００２８】
配管検査装置の先頭の駆動部が、配管の曲がり部又は分岐に近づいたら、先頭の駆動部の車軸の方向を検出する必要がある。本例の配管検査装置によると、先頭の駆動部には、車軸の方向を検出するための姿勢検出センサが設けられている。姿勢検出センサは、例えば、加速度計であってよい。姿勢検出センサによって検出された先頭の駆動部の車軸の方向は、リアルタイムにて、操作者に送信される。例えば、先頭の駆動部の姿勢検出センサに接続された信号ケーブルは、配管検査装置に沿って、配管の入り口まで延びている。操作者は、この信号ケーブルを介して、姿勢検出センサの出力を得ることができる。姿勢検出センサは、各駆動ユニットの先端の駆動部に設けられる。従って、各駆動ユニットの先端の駆動部の位置がリアルタイムにて得られる。
【００２９】
操作者は、配管検査装置の先頭の駆動部が、配管の曲がり部に近づいたとき、上述の第１の条件が満たされているか否かを判定する。操作者は、配管検査装置の先頭の駆動部が、配管の分岐に近づいたとき、上述の第１及び第２の条件が満たされているか否かを判定する。先頭の駆動部には、配管の内部を撮像する撮像装置、例えば、ＣＣＤカメラが設けられてよい。第１の条件が満たされていない場合には、先頭の駆動部の車軸が、配管の中心線を含む平面に垂直となるように、先頭の駆動部を回転させる必要がある。先頭の駆動部を回転させるには、先頭の駆動部を螺旋状に進行させればよい。先頭の駆動部を螺旋状に進行させるには、２つの操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを互いに異なる張力によって引っ張ればよい。
【００３０】
第２の条件が満たされていない場合には、先頭の駆動部の車軸が、進行すべき方向の配管の内周側の内壁に接触するように、先頭の駆動部の車軸の方向を回転させる必要がある。先頭の駆動部の車軸の方向を回転させるには、先頭の駆動部を螺旋状に進行させればよい。先頭の駆動部を螺旋状に進行させるには、２つの操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを互いに異なる張力によって引っ張ればよい。こうして、２つの操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを互いに異なる張力によって引っ張ることにより、上述の２つの条件を満たすことができる。操作者は、配管の曲がり部の直前にて、先頭の駆動部の姿勢検出センサからの信号出力より、第１の条件が満たされているか否かを確認することができる。操作者は、配管の分岐の直前にて、先頭の駆動部の姿勢検出センサからの信号出力より、第１及び第２の条件が満たされているか否かを確認することができる。
【００３１】
図２は駆動ユニットの例を示す。本例の駆動ユニットは、複数の駆動部１０Ａ〜１０Ｅと複数の連結部１３Ａ〜１３Ｄと張力調節部２０を有する。駆動部と連結部を２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂが貫通している。駆動ユニットの先端と後端には、コネクタ４が接続されている。２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂは、先頭の駆動部から後尾の駆動部まで貫通しており、その後端は、張力調節部２０に接続されている。２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂには、バネ１８Ａ、１８Ｂが設けられている。これらのバネ １８Ａ、１８Ｂは、それぞれチューブワイヤの内部に格納されている。そのため２本のバネ１８Ａ、１８Ｂの引っ張り力によって、コネクタ４の間の駆動ユニットの長さは変えずに２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂに張力を生成できるようになっている。
【００３２】
張力調節部２０は、操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを巻き取るためのリール２１と車輪２２を有する。リール２１は図示しないモータによって回転する。リール２１によって２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂをそれぞれ逆向きに巻き取ることができる。このリール２１の回転で、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る。上述のように、先頭の駆動部を螺旋状に進行させるには、２つの操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを互いに異なる張力になるように一方向に回転させればよい。駆動部を直線状に進行させる場合には、２つの操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを互いに同一の張力になるようにリール２１の回転角度を調整すればよい。
【００３３】
操縦用ケーブル１７A、１７Bを別々のリールで引っ張る機構によってもよい。この場合は、リール駆動機構が２倍必要であり、また配管移動中に常にケーブルを牽引し続ける必要があり、エネルギを常時必要とする。しかしながら、この場合、操縦用ケーブル１７A、１７Bの張力のバランスのみならず、張力自体が可変となるため、配管内の移動状況に応じて、あるいは、配管から引き出す場合などに、各車輪の配管内壁に接触させる接触力を調整できるという効果を生成する。
【００３４】
さらに、操縦用ケーブル１７A、１７Bを別々のリールで引っ張る機構と同様の効果を、操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを巻き取るためのリール２１と車輪２２をコネクタ４の間の駆動ユニットの長さ方向に移動して操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂの張力を同時に変える駆動系を導入することで実現することもできる。
【００３５】
図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃを参照して、駆動ユニットの構造の例を説明する。図３Ａは駆動ユニットの一部を示す斜視図であり、図３Ｂは駆動ユニットの一部の側面構成を示す図であり、図３Ｃは駆動ユニットの一部の平面構成を示す図である。ここでは、３つの連結部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃと第２及び第３の駆動部１０Ｂ、１０Ｃのみを示す。更に、各駆動部の構造の一部のみを示す。図３Ａの第２の駆動部１０Ｂについて説明する。車軸１０１には車輪が装着されているが、図示は省略されている。車軸１０１には、アーム１０５、１０６が枢動可能に装着されている。一方のアーム１０５は後側の連結部１３Ｂに装着されている。他方のアーム１０６は、連結軸１５を介して、前側の連結部１３Ａに接続されている。
【００３６】
車軸１０１の中心軸線は、後側の連結部１３Ｂの中心軸線に直交している。連結軸１５の中心軸線は、前側の連結部１３Ａの中心軸線に直交している。車軸１０１の中心軸線は、連結軸１５の中心軸線に垂直である。車軸１０１と連結軸１５によってジンバル構造が形成される。このジンバル構造によって、２つの連結部１３Ａ、１３Ｂは、車軸１０１の中心軸線周りに互いに他に対して枢動可能であり、連結部１３Ａと駆動部１０Ｂは、連結軸１５の中心軸線周りに互いに他に対して枢動可能である。
【００３７】
２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂが、駆動部１０Ｂ、１０Ｃと連結部１３Ａ〜１３Ｃを貫通している。連結部１３Ａ〜１３Ｃには、２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂが通るための孔が形成されている。２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂは連結部１３Ａ〜１３Ｃに設けられた孔によって拘束される。従って、連結部１３Ａ〜１３Ｃ内における２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂの位置及び経路は一定である。
【００３８】
本例では、２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂは引っ張られていない。従って、連結部１３Ａ〜１３Ｃは１直線に沿って配置されている。配管検査装置を実際に配管内にて移動させる場合には、必ず、２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂは引っ張られる。図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃに示す配管検査装置は、未だ、配管内に挿入されていない状態を示す。
【００３９】
図３Ｂに示すように、駆動部の車軸１０１に垂直な面を想定し、この面に２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを投影すると、両者は重なり合っている。２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂの投影線は、連結部では、その対角線に沿って走行しており、駆動部では、互い違いに、駆動部の片方側を通っている。図３Ｃに示すように、連結軸１５に垂直な面を想定し、この面に２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを投影すると、両者は連結部では、平行に走行し、駆動部では交差している。
【００４０】
図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃを参照して、駆動ユニットの動作を説明する。本例では、２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂは同一の張力によって引っ張られている。従って、図４Ｂに示すように、駆動部の車軸１０１に垂直な面に２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを投影すると、２本の操縦用ケーブルの投影線は、図３Ｂの場合と比較して、直線化している。即ち、２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂを同一の張力によって引っ張ることによって、連結部１３Ａ〜１３Ｃは、車軸１０１の中心軸線周りに互いに枢動する。その結果、図４Ｂに示すように、駆動部１０Ｂ、１０Ｃと連結部１３Ａ〜１３Ｃは、ジグザグ状に屈折する。図４Ｃに示すように、駆動部１０Ｂ、１０Ｃと連結部１３Ａ〜１３Ｃは、連結軸１５の中心軸線周り枢動していない。本例では、駆動部の車輪が回転すると、車輪が配管の内壁に接触した状態で、駆動部は、配管の内壁に沿って直線的に移動する。
【００４１】
図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃを参照して、駆動ユニットの動作を説明する。本例では、２本の操縦用ケーブル１７Ａ、１７Ｂは互いに異なる張力によって引っ張られている。図５Ｂに示すように、駆動部の車軸１０１周りに、２つの連結部は互いに枢動しており、更に、図５Ｃに示すように、連結軸１５周りに駆動部と連結部は互いに枢動している。従って、配管検査装置は、ジグザグ状に屈折し且つ螺旋状に配列されている。本例では、駆動部の車輪が回転すると、車輪が配管の内壁に接触した状態で、駆動部は、配管の内壁に沿って螺旋状に移動する。
【００４２】
図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃを参照して、本例の配管検査装置が分岐を移動する場合を説明する。配管５から分岐５２において分岐管６が接続されているものとする。本例では、分岐５２の直前において、配管検査装置の先頭の駆動部１０Ａの車軸１０１は、配管の中心線を含む平面に垂直に配置されていない。従って、上述の条件（１）を満たしていない。従って、このままでは、配管検査装置は、配管５から分岐５２を経由して分岐管６に移動することはない。図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、配管検査装置は、分岐５２を通過して配管５を走行し続ける。
【００４３】
図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃを参照して、本例の配管検査装置が分岐を移動する場合を説明する。本例では、分岐５２の直前において、配管検査装置の先頭の駆動部１０Ａの車軸１０１は、配管の中心線を含む平面に垂直に配置されている。従って、上述の条件（１）を満たしている。更に、先頭の駆動部１０Ａの車輪は、分岐において、進行すべき方向の配管の内周側の壁５２Ａの内面に接触している。従って、上述の条件（２）を満たしている。従って、配管検査装置は、配管５から分岐５２を経由して分岐管６に移動することができる。図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、配管検査装置は、分岐５２を通過して分岐管６に進路を変更することができる。
【００４４】
図８を参照して、駆動部と連結部の構造の例を説明する。駆動部１０Ｂは、車軸１０１と、車軸の両端に装着された半球面状の車輪１０３と、車軸１０１に装着された第１の傘歯車１０７とを有する。車軸１０１には、玉軸受け１１０Ａ、１１０Ｂを介して第１のアーム１０５が装着されている。従って、第１のアーム１０５は、玉軸受け１１０Ａ、１１０Ｂを介して車軸１０１の周りを自在に回転することができる。第１のアーム１０５には、玉軸受け１１１Ａ、１１１Ｂを介して、第２のアーム１０６が装着されている。従って、第２のアーム１０６は、玉軸受け１１１Ａ、１１１Ｂを介して第１のアーム１０５に対して自在に枢動することができる。こうして、第１のアーム１０５と第２のアーム１０６は、車軸１０１の中心軸線周りに、互いに他に対して枢動可能である。
【００４５】
後側の連結部１３Ｂにはモータ１３１が装着されている。モータ１３１の軸には、第２の傘歯車１０８が装着されている。第２の傘歯車１０８は第１の傘歯車１０７に噛み合っている。更に、モータ１３１には、第１のアーム１０５が装着されている。尚、モータ１３１の代わりに後側の連結部１３Ｂに、第１のアーム１０５が装着されてもよい。上述のように、第１のアーム１０５は車軸１０１の中心軸線周りに、枢動可能である。従って、第１のアーム１０５に接続されたモータ１３１、及びモータ１３１を支持する連結部１３Ｂは、車軸１０１の中心軸線周りに、枢動可能である。
【００４６】
第２のアーム１０６は、連結軸１５を介して前側の連結部１３Ａに枢動可能に接続されている。上述のように、第２のアーム１０６は車軸１０１の中心軸線周りに、枢動可能である。従って、第２のアーム１０６に接続された前側の連結部１３Ａは、車軸１０１の中心軸線周りに、枢動可能である。
【００４７】
車軸１０１と連結軸１５は直交している。車軸１０１と連結軸１５によってジンバル構造が構成される。また、車軸１０１とモータ１３１の軸は直交している。
【００４８】
モータ１３１が駆動すると、その軸に装着された第２の傘歯車１０８が回転する。第２の傘歯車１０８の回転は、第１の傘歯車１０７に伝達され、車軸１０１が回転する。車軸１０１が回転すると、車輪１０３が回転する。
【００４９】
２本の操縦用ケーブルの張力を調節することにより、連結部１３Ａ、１３Ｂは車軸１０１周りに枢動する。更に、連結部１３Ｂは連結軸１５周りに枢動する。それによって、配管検査装置の駆動ユニットがジグザグ状に屈折し、更に、螺旋状に配列される。
【００５０】
図８に示した駆動部の構造は単なる１例である。駆動部と連結部を有する駆動ユニットが、ジグザグ状に屈折し、更に、螺旋状に配列することができれば、他の構造でもよい。例えば、図８の例ではモータ１３１を連結部に設けたが、モータを駆動部に設けてもよい。更に、本例では、車軸１０１とモータ１３１の軸は直交しているが、車軸１０１とモータ１３１の軸を同一方向に配置するように構成してもよい。この場合には、傘歯車の代わりに平歯車列が用いられる。更に、本例では、車輪１０３を半球状に形成しているが、タイヤ状であってもよい。車輪は、金属製であってもよいが、ゴム製であってよい。
【００５１】
以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、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。
【符号の説明】
【００５２】
１Ａ、１Ｂ…駆動ユニット、３…検査ユニット、４…コネクタ、５…配管、５Ａ、５Ｂ…配管の壁、６…分岐管、１０Ａ〜１０Ｅ…駆動部、１３Ａ〜１３Ｄ…連結部、２０…張力調節部、１７Ａ、１７Ｂ…操縦用ケーブル、１８Ａ、１８Ｂ…バネ、２１…リール、２２…車輪、１５…連結軸、３０…検査素子、３１、３２…ケーブル、５１…曲がり部、５２…分岐、１０１…車軸、１０３…車輪、１０５，１０６…アーム、１０７，１０８…傘歯車、１３１…モータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１個の駆動ユニットと少なくとも１個の検査ユニットとを有し、検査対象の配管内に挿入可能な配管検査装置において、
前記駆動ユニットは、複数の駆動部と、該駆動部を連結する複数の連結部と、前記駆動部及び前記連結部を通る２本の操縦用ケーブルと、該操縦用ケーブルの張力を調節する張力調節部とを有し、前記駆動部はモータによって回転可能な車軸と、該車軸に装着された車輪とを有し、
前記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って、前記駆動ユニットはジグザグ状に屈折し、前記駆動部の車輪が前記配管の内壁に接触した状態で、前記駆動ユニットは直進し、
前記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って、前記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、前記駆動部の車輪が前記配管の内壁に接触した状態で、前記駆動ユニットは螺旋状に進むように構成されている配管検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の配管検査装置において、
前記駆動部と前記連結部は互いに直交する２つの枢動軸を有するジンバル構造によって接続されており、前記駆動部及び前記連結部が前記２つの枢動軸周りに枢動することによって、前記駆動ユニットはジグザグ状に屈折し且つ直線状又は螺旋状に配列することができるように構成されていることを特徴とする配管検査装置。
【請求項３】
請求項１記載の配管検査装置において、
前記駆動ユニットは、２つの連結部と該２つの連結部の間に設けられた中間の駆動部を含み、
前記２つの連結部は前記中間の駆動部の車軸の周りに枢動可能であり、前記２つの連結部の一方の連結部は前記中間の駆動部に対して、前記車軸に対して直交するように配置された連結軸の周りに枢動可能であり、前記中間の駆動部の車軸と前記連結軸によって、前記２つの連結部は前記中間の駆動部を介して屈折することができるように構成されている配管検査装置。
【請求項４】
請求項１記載の配管検査装置において、
前記駆動部と前記連結部は、２つの連結部と該２つの連結部の間に設けられた中間の駆動部を含み、
前記中間の駆動部は、車軸の周りに枢動可能な第１及び第２のアームを有し、前記第１のアームは前記２つの連結部の一方の連結部に装着され、前記第２のアームは、前記車軸に対して直交するように配置された連結軸を介して前記２つの連結部の他方の連結部に接続され、前記２つの連結部は、前記中間の駆動部の車軸の周りに互いに他に対して枢動可能であり、該駆動部と前記他方の連結部は、前記連結軸の周りに枢動可能であることを特徴とする配管検査装置。
【請求項５】
請求項１記載の配管検査装置において、
前記駆動部は、モータと、前記車軸に装着された第１の傘歯車と、前記モータの軸に装着され前記第１の傘歯車と噛み合う第２の傘歯車と、前記車軸に第１の玉軸受けを介して装着された第１のアームと、該第１のアームに第２の玉軸受けを介して装着された第２のアームと、を有し、
該第２のアームには、前記車軸に直交する連結軸を介して前側の連結部が枢動可能に接続されており、前記第１のアームには、前記モータが支持されていることを特徴とする配管検査装置。
【請求項６】
請求項１記載の配管検査装置において、
前記張力調節部は、前記の２本の操縦用ケーブルを引っ張るバネと、それぞれのバネの他端を牽引するリールを有することを特徴とする配管検査装置。
【請求項７】
請求項１記載の配管検査装置において、
前記張力調節部は、前記の２本の操縦用ケーブルを引っ張るバネと、それぞれのバネの他端を逆向きに巻きつけて固定した一つのリールとを有することを特徴とする配管検査装置。
【請求項８】
請求項１記載の配管検査装置において、
前記２本の操縦用ケーブルは、前記連結部では、その対角線に沿って平行に走行しており、前記駆動部では、互い違いに、前記駆動部の片方側を通っており、且つ、交差して走行していることを特徴とする配管検査装置。
【請求項９】
請求項１記載の配管検査装置において、
前記駆動ユニットの先頭の駆動部には、車軸の方向を検出するための姿勢センサが設けられていることを特徴とする配管検査装置。
【請求項１】
少なくとも１個の駆動ユニットと少なくとも１個の検査ユニットとを有し、検査対象の配管内に挿入可能な配管検査装置において、
前記駆動ユニットは、複数の駆動部と、該駆動部を連結する複数の連結部と、前記駆動部及び前記連結部を通る２本の操縦用ケーブルと、該操縦用ケーブルの張力を調節する張力調節部とを有し、前記駆動部はモータによって回転可能な車軸と、該車軸に装着された車輪とを有し、
前記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って、前記駆動ユニットはジグザグ状に屈折し、前記駆動部の車輪が前記配管の内壁に接触した状態で、前記駆動ユニットは直進し、
前記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って、前記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、前記駆動部の車輪が前記配管の内壁に接触した状態で、前記駆動ユニットは螺旋状に進むように構成されている配管検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の配管検査装置において、
前記駆動部と前記連結部は互いに直交する２つの枢動軸を有するジンバル構造によって接続されており、前記駆動部及び前記連結部が前記２つの枢動軸周りに枢動することによって、前記駆動ユニットはジグザグ状に屈折し且つ直線状又は螺旋状に配列することができるように構成されていることを特徴とする配管検査装置。
【請求項３】
請求項１記載の配管検査装置において、
前記駆動ユニットは、２つの連結部と該２つの連結部の間に設けられた中間の駆動部を含み、
前記２つの連結部は前記中間の駆動部の車軸の周りに枢動可能であり、前記２つの連結部の一方の連結部は前記中間の駆動部に対して、前記車軸に対して直交するように配置された連結軸の周りに枢動可能であり、前記中間の駆動部の車軸と前記連結軸によって、前記２つの連結部は前記中間の駆動部を介して屈折することができるように構成されている配管検査装置。
【請求項４】
請求項１記載の配管検査装置において、
前記駆動部と前記連結部は、２つの連結部と該２つの連結部の間に設けられた中間の駆動部を含み、
前記中間の駆動部は、車軸の周りに枢動可能な第１及び第２のアームを有し、前記第１のアームは前記２つの連結部の一方の連結部に装着され、前記第２のアームは、前記車軸に対して直交するように配置された連結軸を介して前記２つの連結部の他方の連結部に接続され、前記２つの連結部は、前記中間の駆動部の車軸の周りに互いに他に対して枢動可能であり、該駆動部と前記他方の連結部は、前記連結軸の周りに枢動可能であることを特徴とする配管検査装置。
【請求項５】
請求項１記載の配管検査装置において、
前記駆動部は、モータと、前記車軸に装着された第１の傘歯車と、前記モータの軸に装着され前記第１の傘歯車と噛み合う第２の傘歯車と、前記車軸に第１の玉軸受けを介して装着された第１のアームと、該第１のアームに第２の玉軸受けを介して装着された第２のアームと、を有し、
該第２のアームには、前記車軸に直交する連結軸を介して前側の連結部が枢動可能に接続されており、前記第１のアームには、前記モータが支持されていることを特徴とする配管検査装置。
【請求項６】
請求項１記載の配管検査装置において、
前記張力調節部は、前記の２本の操縦用ケーブルを引っ張るバネと、それぞれのバネの他端を牽引するリールを有することを特徴とする配管検査装置。
【請求項７】
請求項１記載の配管検査装置において、
前記張力調節部は、前記の２本の操縦用ケーブルを引っ張るバネと、それぞれのバネの他端を逆向きに巻きつけて固定した一つのリールとを有することを特徴とする配管検査装置。
【請求項８】
請求項１記載の配管検査装置において、
前記２本の操縦用ケーブルは、前記連結部では、その対角線に沿って平行に走行しており、前記駆動部では、互い違いに、前記駆動部の片方側を通っており、且つ、交差して走行していることを特徴とする配管検査装置。
【請求項９】
請求項１記載の配管検査装置において、
前記駆動ユニットの先頭の駆動部には、車軸の方向を検出するための姿勢センサが設けられていることを特徴とする配管検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−７６４７５（Ｐ２０１２−７６４７５Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２０５８１（Ｐ２０１０−２２０５８１）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【特許番号】特許第４６７７５９５号（Ｐ４６７７５９５）
【特許公報発行日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【特許番号】特許第４６７７５９５号（Ｐ４６７７５９５）
【特許公報発行日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【Ｆターム（参考）】
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