(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023140750
(43)【公開日】2023-10-05
(54)【発明の名称】管内移動ロボット
(51)【国際特許分類】
B25J 5/00 20060101AFI20230928BHJP
【ＦＩ】
B25J5/00 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022046747
(22)【出願日】2022-03-23
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 第３９回日本ロボット学会学術講演会 講演論文集（令和３年８月３１日発行） ＲＳＪ２０２１ＡＣ１Ｈ４－０７にて公開
(71)【出願人】
【識別番号】599011687
【氏名又は名称】学校法人 中央大学
(74)【代理人】
【識別番号】100141243
【弁理士】
【氏名又は名称】宮園 靖夫
(72)【発明者】
【氏名】中村 太郎
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 文臣
(72)【発明者】
【氏名】多加谷 一輝
【テーマコード（参考）】
3C707
【Ｆターム（参考）】
3C707BS20
3C707CS08
3C707CS09
3C707CY13
3C707HS11
3C707LV22
3C707WA18
3C707WA25
(57)【要約】
【課題】配管において、曲管が連続するように設けられたり、長距離の間に複数設けられたりした場合であっても進行可能な自走式ロボットを提供する。
【解決手段】筒状に形成され、流体の供給により管径方向に膨張して管内壁を把持し、流体の供給により管径方向に収縮して管内壁の把持状態を開放する膨縮ユニットにより構成される把持部と、筒状に形成され、流体の供給により管軸方向に伸長し、流体の排出により管軸方向に収縮する伸縮ユニットにより構成される推進力発生部と、を交互に備え、推進力発生部の伸縮と、把持部の膨縮とを所定の順序で実行させることにより、曲管部を含む管内を移動可能とされた移動体を備えた管内移動ロボットであって、推進力発生部は、曲管部の内側内壁に沿って移動した仮定したときの内側経路と、曲管部の外側内壁に沿って移動した仮定したときの外側経路との経路長差よりも伸縮ユニットの伸縮量が長く設定された構成とした。
【選択図】図１
【解決手段】筒状に形成され、流体の供給により管径方向に膨張して管内壁を把持し、流体の供給により管径方向に収縮して管内壁の把持状態を開放する膨縮ユニットにより構成される把持部と、筒状に形成され、流体の供給により管軸方向に伸長し、流体の排出により管軸方向に収縮する伸縮ユニットにより構成される推進力発生部と、を交互に備え、推進力発生部の伸縮と、把持部の膨縮とを所定の順序で実行させることにより、曲管部を含む管内を移動可能とされた移動体を備えた管内移動ロボットであって、推進力発生部は、曲管部の内側内壁に沿って移動した仮定したときの内側経路と、曲管部の外側内壁に沿って移動した仮定したときの外側経路との経路長差よりも伸縮ユニットの伸縮量が長く設定された構成とした。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
筒状に形成され、流体の供給により管径方向に膨張して管内壁を把持し、流体の供給により管径方向に収縮して管内壁の把持状態を開放する膨縮ユニットにより構成される把持部と、
筒状に形成され、流体の供給により管軸方向に伸長し、流体の排出により管軸方向に収縮する伸縮ユニットにより構成される推進力発生部と、を交互に備え、
推進力発生部の伸縮と、把持部の膨縮とを所定の順序で実行させることにより、曲管部を含む管内を移動可能とされた移動体を備えた管内移動ロボットであって、
前記推進力発生部は、前記曲管部の内側内壁に沿って移動した仮定したときの内側経路と、前記曲管部の外側内壁に沿って移動した仮定したときの外側経路との経路長差よりも前記伸縮ユニットの伸縮量が長く設定されたことを特徴とする管内移動ロボット。
筒状に形成され、流体の供給により管軸方向に伸長し、流体の排出により管軸方向に収縮する伸縮ユニットにより構成される推進力発生部と、を交互に備え、
推進力発生部の伸縮と、把持部の膨縮とを所定の順序で実行させることにより、曲管部を含む管内を移動可能とされた移動体を備えた管内移動ロボットであって、
前記推進力発生部は、前記曲管部の内側内壁に沿って移動した仮定したときの内側経路と、前記曲管部の外側内壁に沿って移動した仮定したときの外側経路との経路長差よりも前記伸縮ユニットの伸縮量が長く設定されたことを特徴とする管内移動ロボット。
【請求項2】
筒状に形成され、流体の供給により管径方向に膨張して管内壁を把持し、流体の供給により管径方向に収縮して管内壁の把持状態を開放する膨縮ユニットにより構成される把持部と、
筒状に形成され、流体の供給により管軸方向に伸長し、流体の排出により管軸方向に収縮する伸縮ユニットにより構成される推進力発生部と、を交互に備え、
推進力発生部の伸縮と、把持部の膨縮とを所定の順序で実行させることにより、曲管部を含む管内を移動可能とされた移動体を備えた管内移動ロボットであって、
前記伸縮ユニットは、前記管内において伸縮が許容され、該管の中心線に該伸縮ユニットの中心線が最も近づく外径寸法とされたことを特徴とする管内移動ロボット。
筒状に形成され、流体の供給により管軸方向に伸長し、流体の排出により管軸方向に収縮する伸縮ユニットにより構成される推進力発生部と、を交互に備え、
推進力発生部の伸縮と、把持部の膨縮とを所定の順序で実行させることにより、曲管部を含む管内を移動可能とされた移動体を備えた管内移動ロボットであって、
前記伸縮ユニットは、前記管内において伸縮が許容され、該管の中心線に該伸縮ユニットの中心線が最も近づく外径寸法とされたことを特徴とする管内移動ロボット。
【請求項3】
前記伸縮ユニットは、外周に摩擦低減部材を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の管内移動ロボット。
【請求項4】
前記伸縮ユニットは、管内壁に向けて突出し、該伸縮ユニットの中心線を管の中心線側に位置させるための支持手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載の管内移動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、管内移動ロボットに関し、特に、蠕動運動を模した動作により管内を移動する管内移動ロボットに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、配管などの管内を移動するロボットの一つとして、例えば、特許文献１に示すような流体圧により駆動する自走ロボットが提案されている。
特許文献１に示す自走ロボットでは、走行面に対する摩擦状態を可変とし、可撓性を有するひも状の拘束手段により互いの距離が拘束された一対の摩擦部と、走行面に対する摩擦状態を可変とし、拘束手段に沿って一対の摩擦部の間を移動可能に設けられた中間摩擦部と、一対の摩擦部の間における前記中間摩擦部の位置を移動させる駆動部とを有するように構成されている。摩擦部及び中間摩擦部は、空気を供給することで径方向に膨張し、走行面と摩擦を生じさせるように構成される。駆動部は、中間摩擦部と各摩擦部の間のそれぞれに設けられ空気の供給により軸方向に伸長し、排出により収縮するように構成されている。
特許文献１に示す自走ロボットでは、走行面に対する摩擦状態を可変とし、可撓性を有するひも状の拘束手段により互いの距離が拘束された一対の摩擦部と、走行面に対する摩擦状態を可変とし、拘束手段に沿って一対の摩擦部の間を移動可能に設けられた中間摩擦部と、一対の摩擦部の間における前記中間摩擦部の位置を移動させる駆動部とを有するように構成されている。摩擦部及び中間摩擦部は、空気を供給することで径方向に膨張し、走行面と摩擦を生じさせるように構成される。駆動部は、中間摩擦部と各摩擦部の間のそれぞれに設けられ空気の供給により軸方向に伸長し、排出により収縮するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１９－１９８９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１の自走ロボットによれば、以下の行程を経ることで、走行ユニットが配管内を進行する。行程１：進行方向後方の摩擦部を膨張させた後に、進行方向後方の駆動部を伸長させることにより中間摩擦部を前方に移動させる。行程２：中間摩擦部を膨張させるとともに、後方の摩擦部及び後方の駆動部を収縮させる。行程３：中間摩擦部の膨張状態及び前方の摩擦部の収縮状態を維持したまま、前方の駆動部を伸長させて前方の摩擦部を前方に押し出して移動させることにより、前方の摩擦部と拘束手段で連結された収縮状態にある後方の摩擦部を前方に移動させる。行程４：中間摩擦部の膨張状態及び前方の駆動部の伸長状態を維持したまま、前方の摩擦部を膨張させる。行程５：前方の摩擦部の膨張状態及び前方の駆動部の伸長状態を維持したまま、中間摩擦部を収縮させるとともに後方の摩擦部を膨張させる。行程６：前方の摩擦部及び後方の摩擦部の膨張状態を維持したまま、前方の駆動部を収縮させるとともに、後方の駆動部を伸長させて、中間摩擦部を前方に移動させる。行程７：後方の駆動部の伸長状態及び後方の摩擦部の膨張状態を維持したまま、前方の摩擦部を収縮させる。このような行程１～行程７を経る中において、前方の摩擦部及び後方の摩擦部を拘束手段によって連結ことで、前方の駆動部を伸長させたときに、後方の摩擦部を前方に移動させるとともに、後方の駆動部をより収縮させることが可能となり、走行ユニットが前進するための大きな推進力を得るように構成されている。
一方で、走行ユニットは、配管に連続して曲管が設けられている場合や、複数箇所の曲管が設けられた配管内を奥へと進行することにより、３つの摩擦部及び２つの駆動部に流体を給排するためのチューブと配管、特に曲管部分における摩擦が大きくなり曲管の通過に時間を要したり、或いはそれ以上進行できなくなる虞がある。
一方で、走行ユニットは、配管に連続して曲管が設けられている場合や、複数箇所の曲管が設けられた配管内を奥へと進行することにより、３つの摩擦部及び２つの駆動部に流体を給排するためのチューブと配管、特に曲管部分における摩擦が大きくなり曲管の通過に時間を要したり、或いはそれ以上進行できなくなる虞がある。
【0005】
本発明は、上記課題を解決するため、配管において、曲管が連続して設けられていたり、長距離の移動の間に曲管が複数箇所設けられていたりする場合であっても走行ユニットの進行を可能とする管内移動ロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するための管内移動ロボットの構成として、筒状に形成され、流体の供給により管径方向に膨張して管内壁を把持し、流体の供給により管径方向に収縮して管内壁の把持状態を開放する膨縮ユニットにより構成される把持部と、筒状に形成され、流体の供給により管軸方向に伸長し、流体の排出により管軸方向に収縮する伸縮ユニットにより構成される推進力発生部と、を交互に備え、推進力発生部の伸縮と、把持部の膨縮とを所定の順序で実行させることにより、曲管部を含む管内を移動可能とされた移動体を備えた管内移動ロボットであって、推進力発生部は、曲管部の内側内壁に沿って移動した仮定したときの内側経路と、曲管部の外側内壁に沿って移動した仮定したときの外側経路との経路長差よりも伸縮ユニットの伸縮量が長く設定したり、前記伸縮ユニットが、管内壁に向けて突出し、該伸縮ユニットの中心線を管の中心線側に位置させるための支持手段を備える構成とした。
本構成によれば、伸縮ユニットが曲管部分を通過するときに、管の中心線に近づく経路を通過することができ、例えば、移動対象の管に曲管が連続するように設けられていたり、長距離の間に複数設けられている場合であっても、曲管部分との間に生じる摩擦が小さくして、安定した長距離の移動を可能とすることができる。
また、伸縮ユニットは、外周に摩擦低減部材を備える構成としたり、径方向に放射状に突出する突出部を備える構成としたりすることにより、管内壁との摩擦を低減することができる。
本構成によれば、伸縮ユニットが曲管部分を通過するときに、管の中心線に近づく経路を通過することができ、例えば、移動対象の管に曲管が連続するように設けられていたり、長距離の間に複数設けられている場合であっても、曲管部分との間に生じる摩擦が小さくして、安定した長距離の移動を可能とすることができる。
また、伸縮ユニットは、外周に摩擦低減部材を備える構成としたり、径方向に放射状に突出する突出部を備える構成としたりすることにより、管内壁との摩擦を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】管内移動ロボットの構成例を示す図である。
【図2】膨縮ユニットの軸方向断面図及び動作図である。
【図3】伸縮ユニットの軸方向断面図及び動作図である。
【図4】走行部の推進動作を示す図である。
【図5】走行部により得られる推進力（牽引力）の発生メカニズムを示す図である。
【図6】走行部が管に設けられた曲管部を通過するときの模式図である。
【図7】走行部の構成を示す図である。
【図8】支持手段の一例を示す図である。
【図9】伸縮ユニットが曲管部を通過するときの模式図である。
【図10】支持手段を備えた伸縮ユニットが曲管部を通過するときの模式図である。
【0008】
以下、発明の実施形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明される特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らず、選択的に採用される構成を含むものである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施の形態について、各図に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る管内移動ロボット１の一実施形態を示す概略構成図である。
管内移動ロボット１は、概略、移動体としての走行部１０と、走行部１０の動作を制御する制御手段としての制御部１００とを備える。
管内移動ロボット１は、概略、移動体としての走行部１０と、走行部１０の動作を制御する制御手段としての制御部１００とを備える。
【0010】
図１に示すように、走行部１０は、管ｚ内に設けられ、管ｚの内壁を走行面として管ｚ内を移動する実質的なロボットとして機能する。
走行部１０は、管径方向に膨張することにより管ｚの内壁面との間に摩擦力を生じさせ、管ｚの内壁を把持する把持部２と、管軸方向に伸縮することにより推進力を生じさせる推進力発生部５とを備える。把持部２及び推進力発生部５は、例えば、図１に示すように、交互に設けられる。本実施形態では、走行部１０は、把持部２が推進力発生部５の間に配置されるように、２つの把持部２と、３つの推進力発生部５とを直列に連結されたものとして説明する。
走行部１０は、管径方向に膨張することにより管ｚの内壁面との間に摩擦力を生じさせ、管ｚの内壁を把持する把持部２と、管軸方向に伸縮することにより推進力を生じさせる推進力発生部５とを備える。把持部２及び推進力発生部５は、例えば、図１に示すように、交互に設けられる。本実施形態では、走行部１０は、把持部２が推進力発生部５の間に配置されるように、２つの把持部２と、３つの推進力発生部５とを直列に連結されたものとして説明する。
【0011】
把持部２は、後述の膨縮ユニット２０により構成され、推進力発生部５は、後述の伸縮ユニット５０により構成される。本実施形態では、各把持部２が１つの膨縮ユニット２０により構成され、各推進力発生部５が１つの伸縮ユニット５０により構成されるものとして説明する。
【0012】
なお、各把持部２を構成する膨縮ユニット２０の数量や、各推進力発生部５を構成する伸縮ユニット５０の数量はこれに限定されない。また、把持部２や推進力発生部５は、各配置位置において、膨縮ユニット２０や伸縮ユニット５０の数量が同じである必要はなく、走行部１０における配置位置に応じて膨縮ユニット２０や伸縮ユニット５０の数量が異なっていても良い。
【0013】
図２（ａ）は、膨縮ユニット２０の構成を示す軸方向断面図である。膨縮ユニット２０は、内筒２２と、外筒２４と、端部部材２６；２６とを備える。膨縮ユニット２０は、二重管をなすように内筒２２の外周に外筒２４が配置され、内筒２２の外周と外筒２４の内周との間に、閉空間の流体室Ｓ２０を形成すべく、端部部材２６；２６が設けられる。
【0014】
内筒２２は、気密性を有する素材で構成され、軸方向に伸縮が可能であり、外周からの圧力に対して半径方向にはほとんど拡縮が見られない特性を有する筒体として形成される。本実施形態では、内筒２２は、軸方向への伸縮を許容し、半径方向に拡縮のない円筒状の蛇腹を用いた。
【0015】
外筒２４は、弾性体より形成される円筒状の筒本体と、当該筒本体の内部に密に内挿された複数の繊維とから構成される所謂軸方向繊維強化型人工筋肉からなる。筒本体の材質としては、シリコーンゴム等の合成ゴム、或いは天然ラテックスゴム等の天然ゴム等の気密性及び伸縮性を有する弾性素材が好適である。
【0016】
繊維は、例えば、外筒２４を形成する筒本体の軸線に沿うように、例えば、筒本体の一端側から他端側まで連続して延長するように筒本体内に内挿される。繊維の内挿される形態は、例えば、層状に複数積層して内挿しても良く、積層せずに単層であっても良い。なお、繊維が筒本体の軸方向に沿うように延長するとは、軸方向に対して多少の傾斜（交差）を許容する。また、前述の一端側から他端側まで連続するとは、一本の繊維が外筒２４の一端側から他端側に到達する状態や、外筒の軸方向長さよりも短い複数の繊維を、軸方向に重複するように分布させて一端側から他端側まで到達するものであっても良い。
【0017】
繊維の素材は、軸方向への伸縮変化の小さい素材が好適である。例えば、繊維には、例えば、アラミド繊維、炭素（カーボン）繊維、ガラス繊維、ナイロン、ポリアミド系繊維やポリオレフィン系繊維、金属繊維等の被伸長性を有するものを適宜選択して用いることができる。
【0018】
また、繊維には、適当なプライマー処理、又は、表面酸化処理を行うことで、筒本体への接着性を十分に向上させると良く、好ましくは、筒本体を構成するゴムとの接着性に応じて選択すると良い。
【0019】
また、繊維の形態は、フィラメント、ヤーン（スパン・ヤーン及びフィラメント・ヤーン）、ストランド等のいずれの形態でも用いることができ、さらに、撚りをかけずに収束させた無撚繊維、これらの繊維を複数本撚って作成した繊維を用いることも可能である。繊維の種類にもよるが、二種類以上の素材の異なる繊維や形態の異なる繊維を組み合わせても良い。
【0020】
筒本体を構成する素材は、後述する流体室Ｓ２０への圧縮空気の給排によってその形状が変化し得る材質であれば如何なる材質であっても良い。また、筒本体の厚さや繊維の配置については、外筒２４の空気排出時の伸長する力等を考慮して決めれば良い。
【0021】
端部部材２６；２６は、内筒２２及び外筒２４の両端部に取り付けられる。端部部材２６；２６は、概略円筒状の筒体としてそれぞれ構成される。各端部部材２６；２６の一端側の内周には内筒２２を取り付けるための内筒固定部２８が設けられ、外周には外筒２４を取り付けるための外筒固定部３０が設けられている。
【0022】
端部部材２６；２６は、内筒２２及び外筒２４に取り付けられたときに、内筒２２及び外筒２４が同軸に配置され、内筒２２の外周と外筒２４の内周との間に閉空間（流体室Ｓ２０）を形成するように構成される。
【0023】
内筒固定部２８には、内筒２２の端部が挿入され、内筒２２の外周と気密状態を維持するように固定される。内筒固定部２８における内筒２２の固定は、例えば、内筒２２に螺旋状の蛇腹を用いる場合には、この螺旋に対応してねじ込み可能な溝を内筒固定部２８として形成し、内筒２２の外周が端部部材２６に密着するようにすると良い。
【0024】
なお、内筒固定部２８の形状については、これに限定されず、内筒２２の外周の形状に応じて適宜好適な形状に応じて形成しても良い。また、本実施形態では、内筒固定部２８は、内筒２２の外周を密着させるように形成するものとしたが、内筒２２の内周が密着するように端部部材２６に形成しても良い。また、内筒固定部２８は、内筒２２の形状に対応させて固定することに限定されず、接着や止め輪などの固定手段を用いて端部部材２６に密着させて脱落不能に固定するようにしても良い。
【0025】
外筒固定部３０には、外筒２４の端部が挿入され、外筒の内周と気密状態を維持するように固定される。外筒２４の外筒固定部３０への固定は、例えば、非伸縮のひも状の固定部材３２を固定手段として外筒２４の外周側から巻き付け、端部部材２６に締め付けるようにすれば良い。この場合、図２に示すように、端部部材２６に円周方向に沿って一周分窪む溝３４を形成しておくことで、固定部材３２のずれ、即ち、外筒２４の端部部材２６からの脱落を防止することができる。
【0026】
各端部部材２６において内筒固定部２８の形成された端部とは逆側の端部には、軸方向に突出するおねじ部３６が設けられる。おねじ部３６は、端部から軸方向外側に向けて所定長さ形成され、膨縮ユニット２０を伸縮ユニット５０に連結するときの連結機構として機能する。
【0027】
また、一方の端部部材２６には、流体室Ｓ２０への空気の給排を可能にするための孔３８が設けられている。孔３８は、一端が端部部材２６の外側の端面に開口し、他端が外筒固定部３０に設けられた溝３４よりも内側に開口するように形成され、流体室Ｓ２０に連通している。端面側に開口する孔３８の一部は、後述のチューブ１１８Ａ；１１８Ｂが挿入可能に形成され、他部よりも大径に形成されている。
【0028】
そして、膨縮ユニット２０は、孔３８を介して流体室Ｓ２０に空気が供給されると、外筒２４に内挿された繊維が軸方向への伸長を規制するため、図２（ｂ）に示すように、外筒２４が半径方向に膨張しつつ軸方向に収縮する。膨縮ユニット２０は、内筒２２は、この外筒２４の軸方向への収縮に伴なって内筒２２が従属的に軸方向に収縮する。
【0029】
したがって、膨縮ユニット２０は、外筒２４を管ｚの内径以上に半径方向外向きに膨張させることで管ｚを把持させることができる。なお、以下の説明において、膨縮ユニット２０が膨張して管ｚを把持した状態を単に膨張又は膨張状態等という。
【0030】
また、膨縮ユニット２０は、把持状態から流体室Ｓ２０に供給された空気を孔３８を介して排出することにより、外筒２４の弾性及び内筒２２の弾性による復元力が作用し、図２（ｃ）に示すように、半径方向に収縮しつつ軸方向に伸長して元の状態に戻る。なお、以下の説明において、膨縮ユニット２０が収縮した状態を単に収縮又は収縮状態という。つまり、膨縮ユニット２０は、流体室Ｓ２０への空気の供給、又は、流体室Ｓ２０からの排出により、軸方向に伸縮するとともに半径方向に膨縮するアクチュエータとして動作する。
【0031】
図３（ａ）は、伸縮ユニット５０の構成を示す軸方向断面図である。
伸縮ユニット５０は、内筒５２と、外筒５４と、端部部材５６；５６とを備える。伸縮ユニット５０は、二重管をなすように内筒５２の外周に外筒５４が配置され、内筒５２の外周と外筒５４の内周との間に、閉空間の流体室Ｓ５０を形成すべく、端部部材５６；５６が設けられる。
伸縮ユニット５０は、内筒５２と、外筒５４と、端部部材５６；５６とを備える。伸縮ユニット５０は、二重管をなすように内筒５２の外周に外筒５４が配置され、内筒５２の外周と外筒５４の内周との間に、閉空間の流体室Ｓ５０を形成すべく、端部部材５６；５６が設けられる。
【0032】
伸縮ユニット５０は、外観視において円筒状に形成され、流体室Ｓ５０に空気を供給することで軸方向に伸長し、排出することで軸方向に収縮するように構成される。伸縮ユニット５０は、空気の給排による軸方向に伸縮に伴い、実質的に半径方向に膨縮しない（非膨張となる）ように半径方向への膨縮が小さい構成とされる。
【0033】
内筒５２及び外筒５４は、例えば、それぞれコイルばね５８；６２と、被覆体６０：６４とで構成されている。
コイルばね５８；６２には、それぞれ引っ張りばねが用いられる。外筒５４を形成するコイルばね６２は、内筒５２を形成するコイルばね５８の外径寸法よりも大径である。内筒５２の外周には被覆体６０が、外筒５４の外周には被覆体６４がそれぞれ設けられる。
コイルばね５８；６２には、それぞれ引っ張りばねが用いられる。外筒５４を形成するコイルばね６２は、内筒５２を形成するコイルばね５８の外径寸法よりも大径である。内筒５２の外周には被覆体６０が、外筒５４の外周には被覆体６４がそれぞれ設けられる。
【0034】
被覆体６０；６４は、コイルばね５８；６２の外周に沿って囲繞するように設けられている。被覆体６０；６４は、気密性及び可撓性を有する非伸縮性の素材を筒状にして構成される。被覆体６０；６４は、コイルばね５８；６２の伸縮動作を妨げないように、コイルばね５８；６２の自然長の長さよりも長く形成されている。被覆体６０；６４には、例えば、ビニールやアルミ箔等を筒状に形成したものを利用することができる。
【0035】
端部部材５６；５６は、内筒５２及び外筒５４の両端部に取り付けられる。端部部材５６；５６は、概略円筒状の筒体としてそれぞれ構成される。各端部部材５６；５６の一端側には、内筒５２を取り付けるための内筒固定部６６が設けられ、外周には外筒５４を取り付けるための外筒固定部６８が設けられている。
【0036】
端部部材５６；５６は、内筒５２及び外筒５４に取り付けられたときに、内筒５２及び外筒５４が同軸に配置され、内筒５２の外周と外筒５４の内周との間に閉空間（流体室Ｓ５０）を形成するように構成される。
【0037】
内筒固定部６６は、例えば、内筒５２を構成するコイルばね５８がねじ込み可能に形成され、コイルばね５８が端部部材５６から脱落不能に取り付けられる。また、コイルばね５８が内筒固定部６６にねじ込み固定された状態において、コイルばね５８の外周を囲繞する被覆体６０ごと内筒固定部６６に対して非伸縮性のひも状の括り部材で締め付けることで内筒固定部６６に対して気密状態を維持するように密着される。
【0038】
外筒固定部６８は、例えば、外筒５４を構成するコイルばね６２がねじ込み可能に形成され、コイルばね６２が端部部材５６から脱落不能に取り付けられる。また、コイルばね６２が内筒固定部６８にねじ込み固定された状態において、コイルばね６２の外周を囲繞する被覆体６４が内筒固定部６８に対して非伸縮性のひも状の括り部材で締め付けることで外筒固定部６８に対して気密状態を維持するように密着される。
【0039】
各端部部材５６において内筒固定部６６の形成された逆側の端部には、内周にめねじ部７０が設けられる。めねじ部７０は、膨縮ユニット２０の端部部材２６に形成されたおねじ部３６が螺入可能に、端面から軸方向に所定長さ形成される。このめねじ部７０は、膨縮ユニット２０を伸縮ユニット５０に連結するときの連結機構として機能する。
【0040】
また、一方の端部部材５６には、流体室Ｓ５０への空気の給排を可能にするための孔７２が設けられている。孔７２は、一端がめねじ部７０よりも内側の内周面に開口し、他端が外筒固定部６８よりも内側に開口するように形成されている。内周面に開口する孔７２には、後述のチューブ１１９Ａ～１１９Ｃを挿入するためのジョイント７４が取り付けられる。
【0041】
伸縮ユニット５０は、孔７２を介して流体室Ｓ５０に空気が供給されると、図３（ｂ）に示すように、内筒５２及び外筒５４を形成するコイルばね５８；６２の付勢力に対抗しながら軸方向に伸長する。また、流体室Ｓ５０に供給された空気が孔７２を介して排出されると、図３（ｃ）に示すように、内筒５２及び外筒５４を形成するコイルばね５８；６２の復元力により軸方向に収縮する。つまり、伸縮ユニット５０は、流体室Ｓ５０への空気の供給、又は、流体室Ｓ５０からの排出により、軸方向にのみ伸縮するアクチュエータとして動作する。
【0042】
上記構成の膨縮ユニット２０及び伸縮ユニット５０は、図１に示すように、進行方向側から伸縮ユニット５０、膨縮ユニット２０が交互に連結される。この連結により、走行部１０には、連結された複数の伸縮ユニット５０の内筒５２及び複数の膨縮ユニット２０の内筒２２により一続きに連通する一つの中空空間が形成可能とされる。
【0043】
この中空空間には、複数の伸縮ユニット５０の動作を相互に作用させるための２本の拘束手段Ｔ１；Ｔ２と、膨縮ユニット２０及び伸縮ユニット５０に空気を給排するための複数のチューブ１１８Ａ～１１８Ｃ，１１９Ａ；１１９Ｂ等が延長可能とされる。また、走行部１０の先頭に内視鏡として取り付けられた図外のカメラから延長する配線が、中空空間内を貫通してチューブ１１８Ａ～１１８Ｃ，１１９Ａ；１１９Ｂとともに延長される。
【0044】
なお、以下の説明では、連結された伸縮ユニット５０及び膨縮ユニット２０を特定するために、伸縮ユニット５０については先頭側から伸縮ユニット５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ等として示し、膨縮ユニット２０については先頭側から膨縮ユニット２０Ａ，２０Ｂ等として示す。また、伸縮ユニット５０（Ａ～Ｃ）の端部部材５６；５６、膨縮ユニット２０（Ａ～Ｃ）の端部部材２６；２６については進行方向を基準として、前方端部部材５６や前方端部部材２６、後方端部部材５６や後方端部部材２６等という。
【0045】
拘束手段Ｔ１；Ｔ２は、それぞれ可撓性を有する非伸縮性のひも状部材で構成される。拘束手段Ｔ１；Ｔ２は、可撓性及び非伸縮性のものであり、所定の引張強度が得られるものであれば、金属製、化繊等に関わらず素材は限定されない。
【0046】
拘束手段Ｔ１は、膨縮ユニット２０Ａを挟んで連結された伸縮ユニット５０Ａと、伸縮ユニット５０Ｂとが連動して動作するように取り付けられる。また、拘束手段Ｔ２は、膨縮ユニット２０Ｂを挟んで連結された伸縮ユニット５０Ｂと、伸縮ユニット５０Ｃとが連動して動作するように取り付けられる。
【0047】
本実施形態では、図１，図４に示すように、拘束手段Ｔ１は、一端を伸縮ユニット５０Ａの前方端部部材５６に固定し、他端を伸縮ユニット５０Ｂの後方端部部材５６に固定するものとした。また、拘束手段Ｔ２は、一端を伸縮ユニット５０Ｂの前方端部部材５６に固定し、他端を伸縮ユニット５０Ｃの後方端部部材５６に固定するものとした。
【0048】
即ち、拘束手段Ｔ１は、伸縮ユニット５０Ａの前側の端部から伸縮ユニット５０Ｂの後側の端部までの距離を一定に拘束するように設けられ、拘束手段Ｔ２は、伸縮ユニット５０Ｂの前側の端部から伸縮ユニット５０Ｃの後側の端部までの距離を一定に拘束するように設けられる。
【0049】
なお、拘束手段Ｔ１の他端が固定される位置は、伸縮ユニット５０Ｂの後方端部部材５６に限定されない。伸縮ユニット５０Ｂの後方端部部材５６に固定されたものと見なせる位置であれば、例えば、伸縮ユニット５０Ｂの後方端部部材５６に連結される膨縮ユニット２０Ｂの前方端部部材２６若しくは後方端部部材２６、或いは、膨縮ユニット２０Ｂの後方端部部材２６に連結される伸縮ユニット５０Ｃの前方端部部材５６であっても良い。
【0050】
また、拘束手段Ｔ２の一端が固定される位置は、伸縮ユニット５０Ｂの前方端部部材５６に限定されない。伸縮ユニット５０Ｂの前方端部部材５６に固定されたものと見なせる位置であれば、例えば、伸縮ユニット５０Ｂの前方端部部材５６に連結される膨縮ユニット２０Ａの前方端部部材２６若しくは後方端部部材２６、或いは、膨縮ユニット２０Ａの前方端部部材２６に連結される伸縮ユニット５０Ａの後方端部部材５６であっても良い。
【0051】
拘束手段Ｔ１；Ｔ２を端部部材２６や端部部材５６に固定する方法は、特に限定されず、拘束手段Ｔ１；Ｔ２に張力が加わったときに固定状態が維持されるものであれば良い。
【0052】
拘束手段Ｔ１；Ｔ２の長さは、伸縮ユニット５０Ａ～５０Ｃに設定された軸方向への伸縮量Ｓｔに基づいて設定すると良い。具体的には、拘束手段Ｔ１の長さは、伸縮ユニット５０Ａの伸縮動作が膨縮ユニット２０Ａを挟んで連結された伸縮ユニット５０Ｂに作用するように設定され、拘束手段Ｔ２の長さは、伸縮ユニット５０Ｂの動作が膨縮ユニット２０Ｂを挟んで連結された伸縮ユニット５０Ｃに作用するように設定される。
【0053】
拘束手段Ｔ１；Ｔ２は、例えば、伸縮ユニット５０Ｂの伸縮動作に応じて伸縮ユニット５０Ａ及び伸縮ユニット５０Ｃが連動するように長さを設定することができる。例えば、図４（ｂ）に示すように伸縮ユニット５０Ｂが最も伸長したときに、伸縮ユニット５０Ａ及び伸縮ユニット５０Ｃが最も収縮し、図４（ｃ）に示すように伸縮ユニット５０Ｂが最も収縮したときに、伸縮ユニット５０Ａ及び伸縮ユニット５０Ｃが最も伸長する関係を維持するように、拘束手段Ｔ１，Ｔ２の長さを設定すると良い。
【0054】
制御部１００は、膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂの膨張・収縮、及び伸縮ユニット５０Ａ～５０Ｃの伸長・収縮を制御する。制御部１００は、例えば、図１に示すように構成することができる。
制御部１００は、膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂや伸縮ユニット５０Ａ～５０Ｃに圧縮空気を供給するための空気供給装置１１０と、膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂや伸縮ユニット５０Ａ～５０Ｃから圧縮空気を排出するための空気排出装置１２０と、膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂや伸縮ユニット５０Ａ～５０Ｃへの圧縮空気の供給や排出を制御する給排制御装置１３０と、膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂや伸縮ユニット５０Ａ～５０Ｃに供給される圧縮空気や、膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂや伸縮ユニット５０Ａ～５０Ｃから排出される圧縮空気が流通するチューブ１１８Ａ；１１８Ｂ及びチューブ１１９Ａ～１１９Ｃ等を備える。
制御部１００は、膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂや伸縮ユニット５０Ａ～５０Ｃに圧縮空気を供給するための空気供給装置１１０と、膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂや伸縮ユニット５０Ａ～５０Ｃから圧縮空気を排出するための空気排出装置１２０と、膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂや伸縮ユニット５０Ａ～５０Ｃへの圧縮空気の供給や排出を制御する給排制御装置１３０と、膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂや伸縮ユニット５０Ａ～５０Ｃに供給される圧縮空気や、膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂや伸縮ユニット５０Ａ～５０Ｃから排出される圧縮空気が流通するチューブ１１８Ａ；１１８Ｂ及びチューブ１１９Ａ～１１９Ｃ等を備える。
【0055】
空気供給装置１１０は、例えば、圧縮空気を生成するコンプレッサー、コンプレッサーにより生成された圧縮空気を所定の圧力に調整するレギュレータ等により構成することができる。
空気排出装置１２０は、例えば、真空ポンプ等の減圧手段を用いることができる。
空気排出装置１２０は、例えば、真空ポンプ等の減圧手段を用いることができる。
【0056】
給排制御装置１３０は、例えば、空気供給装置１１０から膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂや伸縮ユニット５０Ａ～５０Ｃへの圧縮空気の供給と、空気排出装置１２０によって膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂや伸縮ユニット５０Ａ～５０Ｃからの圧縮空気の排出とを可能にするバルブと、バルブの動作を制御するコントローラーとで構成することができる。
【0057】
バルブは、例えば、電気的な信号に基づいて流路の開閉が可能な電磁弁を用いることができる。バルブは、膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂや伸縮ユニット５０Ａ～５０Ｃ毎に、圧縮空気の供給用及び圧縮空気の排出用として一対設けられる。
【0058】
チューブ１１８Ａ；１１８Ｂ及びチューブ１１９Ａ～１１９Ｃは、それぞれ一端が膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂや伸縮ユニット５０Ａ～５０Ｃと接続され、他端が分岐管を介して膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂや伸縮ユニット５０Ａ～５０Ｃ毎に設けられた供給用のバルブと排出用のバルブとに接続される。
例えば、チューブ１１８Ａが膨縮ユニット２０Ａ、チューブ１１８Ｂが膨縮ユニット２０Ｂ、チューブ１１９Ａが伸縮ユニット５０Ａ、チューブ１１９Ｂが伸縮ユニット５０Ｂ、チューブ１１９Ｃが伸縮ユニット５０Ｃに対応する。
例えば、チューブ１１８Ａが膨縮ユニット２０Ａ、チューブ１１８Ｂが膨縮ユニット２０Ｂ、チューブ１１９Ａが伸縮ユニット５０Ａ、チューブ１１９Ｂが伸縮ユニット５０Ｂ、チューブ１１９Ｃが伸縮ユニット５０Ｃに対応する。
【0059】
コントローラーは、演算処理手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力ポート等の入出力手段などのハードウェアを備えるコンピュータであって、ＲＯＭに記憶させたプログラムをＣＰＵで演算処理することでプログラムに書かれた信号を、出力ポートから膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂ及び伸縮ユニット５０Ａ～５０Ｃに対応して設けられた各バルブに所定の順序で信号を出力することにより、管ｚ内において走行部１０を進行させるための駆動を制御する。コントローラーは、膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂ及び伸縮ユニット５０Ａ～５０Ｃに対応して設けられた各バルブに所定の順序で信号を出力し、膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂ及び伸縮ユニット５０Ａ～５０Ｃが所定の順序で膨張や収縮、膨張状態の維持、収縮状態の維持、或いは、伸長や収縮、伸長状態の維持、収縮状態の維持等を制御する。
【0060】
ここでいう所定の順序とは、膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂ及び伸縮ユニット５０Ａ～５０Ｃが、波動を伝播するように、換言すれば、蠕動運動を模した動作をすることにより、走行部１０が管ｚ内を前進や後進を可能とすることを言う。また、コントローラーによる制御は、前進や後進に限らず、停止動作を含むようにしても良い。
【0061】
なお、前述の制御部１００の構成は一例であって、走行部１０が前進、後進、停止等の動作の制御を可能とされるものであれば前述の構成に限定されない。
【0062】
図４は、走行部１０の推進動作を示す図である。なお、同図では、管ｚは省略してある。
図４（ａ）は、管ｚ内に配置された走行部１０が走行を開始する前の待機状態を示している。同図に示すように、例えば、走行部１０は、膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂが膨張状態とされ、伸縮ユニット５０Ｂが伸長し、伸縮ユニット５０Ａ；５０Ｃが収縮した状態とされる。つまり、本工程では、膨張した膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂが管ｚの内壁を把持することにより、管ｚに走行部１０が不動とされる。
次に、図４（ｂ）に示すように、膨縮ユニット２０Ａの膨張状態、伸縮ユニット５０Ａ；５０Ｃの収縮状態及び伸縮ユニット５０Ｂの伸長状態を維持したまま、後方の膨縮ユニット２０Ｂを収縮させる。
次に、図４（ｃ）に示すように、膨縮ユニット２０Ａの膨張状態及び膨縮ユニット２０Ｂの収縮状態を維持したまま、伸縮ユニット５０Ｂを収縮させるとともに伸縮ユニット５０Ａ及び伸縮ユニット５０Ｃを伸長させる。
この行程では、膨縮ユニット２０Ａが膨張状態にあるため、拘束手段Ｔ１を介して伸縮ユニット５０Ａに接続された伸縮ユニット５０Ｂは、伸縮ユニット５０Ａの伸長に伴い膨縮ユニット２０Ａに押し付けられるように収縮する。加えて、拘束手段Ｔ２を介して伸縮ユニット５０Ｃに接続された伸縮ユニット５０Ｂは、伸縮ユニット５０Ｃの伸長に伴い、さらに膨縮ユニット２０Ａに押し付けられるように収縮することになる。これにより、走行部１０の伸縮ユニット５０Ｃの後方端部部材５６には、進行方向への牽引力が得られる。
次に、図４（ｄ）に示すように、膨縮ユニット２０Ａの膨張状態、伸縮ユニット５０Ａ；５０Ｃの伸長状態及び伸縮ユニット５０の収縮状態を維持したまま、膨縮ユニット２０Ｂを膨張させて管ｚを把持させる。
次に、図４（ｅ）に示すように、膨縮ユニット２０Ｂの膨張状態、伸縮ユニット５０Ａ；５０Ｃの伸長状態及び伸縮ユニット５０の収縮状態を維持したまま、膨縮ユニット２０Ａを収縮させて管ｚの把持を開放させる。
次に、図４（ｆ）に示すように、膨縮ユニット２０Ｂの膨張状態及び膨縮ユニット２０Ａの収縮状態を維持したまま、伸縮ユニット５０Ｂを伸長させるとともに、伸縮ユニット５０Ａ；５０Ｃを収縮させる。これにより、走行部１０が進行方向前方に大きく前進する。
そして、上記図４（ａ）～（ｆ）に示す行程を繰り返すことで、走行部１０は管ｚ内を移動することができる。なお、走行部１０は、図４（ａ）から（ｆ）に至る行程の順序を逆向きとすることにより後進させることができる。
図４（ａ）は、管ｚ内に配置された走行部１０が走行を開始する前の待機状態を示している。同図に示すように、例えば、走行部１０は、膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂが膨張状態とされ、伸縮ユニット５０Ｂが伸長し、伸縮ユニット５０Ａ；５０Ｃが収縮した状態とされる。つまり、本工程では、膨張した膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂが管ｚの内壁を把持することにより、管ｚに走行部１０が不動とされる。
次に、図４（ｂ）に示すように、膨縮ユニット２０Ａの膨張状態、伸縮ユニット５０Ａ；５０Ｃの収縮状態及び伸縮ユニット５０Ｂの伸長状態を維持したまま、後方の膨縮ユニット２０Ｂを収縮させる。
次に、図４（ｃ）に示すように、膨縮ユニット２０Ａの膨張状態及び膨縮ユニット２０Ｂの収縮状態を維持したまま、伸縮ユニット５０Ｂを収縮させるとともに伸縮ユニット５０Ａ及び伸縮ユニット５０Ｃを伸長させる。
この行程では、膨縮ユニット２０Ａが膨張状態にあるため、拘束手段Ｔ１を介して伸縮ユニット５０Ａに接続された伸縮ユニット５０Ｂは、伸縮ユニット５０Ａの伸長に伴い膨縮ユニット２０Ａに押し付けられるように収縮する。加えて、拘束手段Ｔ２を介して伸縮ユニット５０Ｃに接続された伸縮ユニット５０Ｂは、伸縮ユニット５０Ｃの伸長に伴い、さらに膨縮ユニット２０Ａに押し付けられるように収縮することになる。これにより、走行部１０の伸縮ユニット５０Ｃの後方端部部材５６には、進行方向への牽引力が得られる。
次に、図４（ｄ）に示すように、膨縮ユニット２０Ａの膨張状態、伸縮ユニット５０Ａ；５０Ｃの伸長状態及び伸縮ユニット５０の収縮状態を維持したまま、膨縮ユニット２０Ｂを膨張させて管ｚを把持させる。
次に、図４（ｅ）に示すように、膨縮ユニット２０Ｂの膨張状態、伸縮ユニット５０Ａ；５０Ｃの伸長状態及び伸縮ユニット５０の収縮状態を維持したまま、膨縮ユニット２０Ａを収縮させて管ｚの把持を開放させる。
次に、図４（ｆ）に示すように、膨縮ユニット２０Ｂの膨張状態及び膨縮ユニット２０Ａの収縮状態を維持したまま、伸縮ユニット５０Ｂを伸長させるとともに、伸縮ユニット５０Ａ；５０Ｃを収縮させる。これにより、走行部１０が進行方向前方に大きく前進する。
そして、上記図４（ａ）～（ｆ）に示す行程を繰り返すことで、走行部１０は管ｚ内を移動することができる。なお、走行部１０は、図４（ａ）から（ｆ）に至る行程の順序を逆向きとすることにより後進させることができる。
【0063】
図５は、走行部１０により得られる推進力（牽引力）の発生メカニズムを示す図である。図５（ａ）は、膨縮ユニット２０Ａが膨張状態、膨縮ユニット２０Ｂが収縮状態にあるとともに、伸縮ユニット５０Ａ～５０Ｃが自然状態を示している。自然状態とは、圧縮空気が供給されておらず、流体室Ｓ５０が大気圧状態にあることを言う。また、図５（ｂ）は、膨縮ユニット２０Ａを膨張状態、膨縮ユニット２０Ｂを収縮状態、伸縮ユニット５０Ａ及び伸縮ユニット５０Ｂに圧縮空気を供給して伸長させるとともに伸縮ユニット５０Ｂから空気を排出して収縮させたときを示し、牽引力を発生している状態を示している。図５（ｂ）は、走行部１０の動作を示した図４（ｃ）に対応する。
【0064】
なお、図５では、拘束手段Ｔ１の他端が固定された位置を、伸縮ユニット５０Ｂの後方端部部材５６から膨縮ユニット２０Ｂの中央に、拘束手段Ｔ２の一端が固定された位置を、伸縮ユニット５０Ｂの前方端部部材５６からは膨縮ユニット２０Ａの中央に前述の説明からずらして示しているが、拘束手段Ｔ１の他端が固定された伸縮ユニット５０Ｂの後方端部部材５６に作用する力は、この後方端部部材５６に連結される膨縮ユニット２０Ｂの前方端部部材２６や後方端部部材２６、或いは、この後方端部部材２６に連結される伸縮ユニット５０Ｃの前方端部部材５６のいずれにおいても同じと見なすことができるので、拘束手段Ｔ１が膨縮ユニット２０Ｂの軸方向長さの中央に固定されているものとして示した。また、伸縮ユニット５０Ｂの拘束手段Ｔ２の一端が固定される前方端部部材５６についても同様に考えることができるので、拘束手段Ｔ２が膨縮ユニット２０Ａの軸方向長さの中央に固定されているものとして示した。
【0065】
以下、本実施形態に係る走行部１０における牽引力の発生メカニズムについて説明する。
本実施形態に係る走行部１０により得られる牽引力は、拘束手段Ｔ１により動作が拘束される２つの伸縮ユニット５０Ａ；５０Ｂ及びこれらを連結する１つの膨縮ユニット２０Ａと、拘束手段Ｔ２により動作が拘束される２つの伸縮ユニット５０Ｂ；５０Ｃ及びこれらを連結する１つの膨縮ユニット２０Ｂと、を基本構成とする２組のユニット群の協働によって得られる。そこで、図５（ｂ）に示す走行部１０の動作を、拘束手段Ｔ１により拘束される伸縮ユニット５０Ａ；５０Ｂの動作と、拘束手段Ｔ２により拘束される伸縮ユニット５０Ｂ；５０Ｃの動作の２つに分けて説明する。
本実施形態に係る走行部１０により得られる牽引力は、拘束手段Ｔ１により動作が拘束される２つの伸縮ユニット５０Ａ；５０Ｂ及びこれらを連結する１つの膨縮ユニット２０Ａと、拘束手段Ｔ２により動作が拘束される２つの伸縮ユニット５０Ｂ；５０Ｃ及びこれらを連結する１つの膨縮ユニット２０Ｂと、を基本構成とする２組のユニット群の協働によって得られる。そこで、図５（ｂ）に示す走行部１０の動作を、拘束手段Ｔ１により拘束される伸縮ユニット５０Ａ；５０Ｂの動作と、拘束手段Ｔ２により拘束される伸縮ユニット５０Ｂ；５０Ｃの動作の２つに分けて説明する。
【0066】
まず、拘束手段Ｔ１により拘束される伸縮ユニット５０Ａ；５０Ｂの動作について考える。
膨縮ユニット２０Ａが膨張状態であることから、拘束手段Ｔ１の一端が固定された伸縮ユニット５０Ａの前方端部部材５６は、供給された圧縮空気の圧力によって進行方向前方に押し出され、進行方向への能動的な力が作用する。この力は、拘束手段Ｔ１の他端が固定された伸縮ユニット５０Ｂの後方端部部材５６を進行方向に牽引し、後方端部部材５６に進行方向への受動的な力を作用させる。つまり、伸縮ユニット５０Ａの前方端部部材５６の進行方向への移動が、拘束手段Ｔ１を介して伸縮ユニット５０Ｂの後方端部部材５６に伝達されることにより、各端部部材５６；５６のそれぞれに進行方向に向かう力として得られる。
膨縮ユニット２０Ａが膨張状態であることから、拘束手段Ｔ１の一端が固定された伸縮ユニット５０Ａの前方端部部材５６は、供給された圧縮空気の圧力によって進行方向前方に押し出され、進行方向への能動的な力が作用する。この力は、拘束手段Ｔ１の他端が固定された伸縮ユニット５０Ｂの後方端部部材５６を進行方向に牽引し、後方端部部材５６に進行方向への受動的な力を作用させる。つまり、伸縮ユニット５０Ａの前方端部部材５６の進行方向への移動が、拘束手段Ｔ１を介して伸縮ユニット５０Ｂの後方端部部材５６に伝達されることにより、各端部部材５６；５６のそれぞれに進行方向に向かう力として得られる。
【0067】
また、拘束手段Ｔ１の他端が固定された伸縮ユニット５０Ｂの後方端部部材５６は、空気の排出によって進行方向前方へと吸引され、進行方向への能動的な力が作用する。つまり、伸縮ユニット５０Ｂの後方端部部材５６には、空気の排出による収縮動作による進行方向への能動的な力に加え、拘束手段Ｔ１の牽引による進行方向への受動的な力も作用する。
ここで、伸縮ユニット５０Ａの伸長により生じる力をＦａ、伸縮ユニット５０Ｂの収縮により生じる力をＦｓとすれば、拘束手段Ｔ１の他端が固定された伸縮ユニット５０Ｂの後方端部部材５６には、力Ｆｓに力Ｆａを加えた進行方向に向いた力Ｆｔｒａ１が得られることになる。
ここで、伸縮ユニット５０Ａの伸長により生じる力をＦａ、伸縮ユニット５０Ｂの収縮により生じる力をＦｓとすれば、拘束手段Ｔ１の他端が固定された伸縮ユニット５０Ｂの後方端部部材５６には、力Ｆｓに力Ｆａを加えた進行方向に向いた力Ｆｔｒａ１が得られることになる。
【0068】
次に、拘束手段Ｔ２により拘束される伸縮ユニット５０Ｂ；５０Ｃの動作の動作について考える。
拘束手段Ｔ２の一端が固定された伸縮ユニット５０Ｂの前方端部部材５６は、膨縮ユニット２０Ａが膨張状態であることから、管ｚに固定された状態にある。つまり、伸縮ユニット５０Ｃへの圧縮空気の供給による伸長動作おいて、伸縮ユニット５０Ｃの後方端部部材５６の移動は、拘束手段Ｔ２に拘束される。このため、伸縮ユニット５０Ｃの伸長は、供給された圧縮空気の圧力によって前方端部部材５６を進行方向前方に押し出すことになり、前方端部部材５６に進行方向への能動的な力を作用させる。この力は、収縮状態の膨縮ユニット２０Ｂを介して伸縮ユニット５０Ｂを受動的に進行方向に押す力となる。ここで、伸縮ユニット５０Ｃの伸長に要した空気の圧力を、伸縮ユニット５０Ａの伸長に要した空気の圧力と同じとした場合、伸縮ユニット５０Ｃの伸長により生じる力は、伸縮ユニット５０Ａの伸長により生じた能動的な力ｆａと同じである。
拘束手段Ｔ２の一端が固定された伸縮ユニット５０Ｂの前方端部部材５６は、膨縮ユニット２０Ａが膨張状態であることから、管ｚに固定された状態にある。つまり、伸縮ユニット５０Ｃへの圧縮空気の供給による伸長動作おいて、伸縮ユニット５０Ｃの後方端部部材５６の移動は、拘束手段Ｔ２に拘束される。このため、伸縮ユニット５０Ｃの伸長は、供給された圧縮空気の圧力によって前方端部部材５６を進行方向前方に押し出すことになり、前方端部部材５６に進行方向への能動的な力を作用させる。この力は、収縮状態の膨縮ユニット２０Ｂを介して伸縮ユニット５０Ｂを受動的に進行方向に押す力となる。ここで、伸縮ユニット５０Ｃの伸長に要した空気の圧力を、伸縮ユニット５０Ａの伸長に要した空気の圧力と同じとした場合、伸縮ユニット５０Ｃの伸長により生じる力は、伸縮ユニット５０Ａの伸長により生じた能動的な力ｆａと同じである。
【0069】
したがって、伸縮ユニット５０Ａ及び伸縮ユニット５０Ｃの伸長による力２×Ｆａに、伸縮ユニット５０Ｂの収縮による力Ｆｓを加えた力Ｆｔｒａｃの作用する伸縮ユニット５０Ｂの後方端部部材５６を、膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂ及び伸縮ユニット５０Ａ～５０Ｃに空気を給排するためのチューブ１１８Ａ；１１８Ｂ及びチューブ１１９Ａ～１１９Ｃを牽引するための力の作用点として利用することにより、大きな牽引力が得られ、走行部１０の移動距離が長距離であっても安定して推進させることができる。
【0070】
ところで、管ｚは、図１に示すような直管だけでなく曲管を設けて配管されることが一般的である。曲管には、例えば、３０°や４５°、９０°等の規格化されたものが用いられている。それら曲管は、走行部１０が管ｚを進行する場合の障害となりやすく、特に角度が大きい程その影響は大きい。
【0071】
例えば、走行部１０が、９０°の曲管を通過する場合、２つの膨縮ユニット２０Ａ；２０Ｂの間に位置する伸縮ユニット５０Ｂの伸縮動作に影響を与える。以下の説明では、伸縮ユニット５０Ｂが９０°の曲管を通過するときを例にして曲管の影響について説明する。
【0072】
図６は、走行部１０が上記推進動作によって管ｚに設けられた曲管部Ｍを通過するときの様子を示す図である。図６（ａ），（ｂ）に示すように、伸縮ユニット５０Ｂは、曲管部Ｍを通過する際に、伸縮することによって曲管部Ｍの内側内壁側や外側内壁側に交互に移動を繰り返しながら進行する。
【0073】
例えば、図６（ａ）に示す伸縮ユニット５０Ｂの状態は、図４（ｃ）の行程に示すように、膨縮ユニット２０Ａが曲管部Ｍの進行方向前方の直管部に固定され、収縮することにより生じる。伸縮ユニット５０Ｂの収縮は、膨張ユニットや伸縮ユニット等に空気を給排するためのチューブ（１１８Ａ；１１８Ｂ；１１９Ａ～１１９Ｃ）や、例えば走行部１０の先端に取り付けられた図外のカメラユニット等の配線を管ｚ内に引き込むための牽引力となる。
一方で、伸縮ユニット５０Ｂには、チューブや配線の管壁との間に生じる摩擦やチューブや配線そのもの自重が伸縮ユニット５０Ｂの収縮に負荷となり、伸縮ユニット５０Ｂを曲管部Ｍの内側内壁側へと引き寄せる。
一方で、伸縮ユニット５０Ｂには、チューブや配線の管壁との間に生じる摩擦やチューブや配線そのもの自重が伸縮ユニット５０Ｂの収縮に負荷となり、伸縮ユニット５０Ｂを曲管部Ｍの内側内壁側へと引き寄せる。
【0074】
また、図６（ｂ）に示す伸縮ユニット５０Ｂの状態は、図４（ｆ）の行程に示すように、膨縮ユニット２０Ｂが進行方向曲管部Ｍの後方の直管部に固定され、伸縮ユニット５０Ｂが伸長することにより生じる。伸縮ユニット５０Ｂの伸長は、膨縮ユニット２０Ｂよりも前方のユニット（５０Ａ；２０Ａ；５０Ｂ）を曲管部Ｍに押し込む力として作用する。この押し込む力は、膨縮ユニット２０Ｂよりも前方のユニット（５０Ａ；２０Ａ；５０Ｂ）を曲管部Ｍの外側内壁側へと押し付ける。
【0075】
このような曲管部Ｍにおける伸縮ユニット５０Ｂの振る舞いは、曲管部Ｍにおける走行部１０の進行の障害となりやすい。特に、進行対象とされる管ｚの長さが長く、そこに複数の曲管部Ｍが設けられていたり、曲管部Ｍが連続して設けられているような場合等にはその影響が大きいとされる。
【0076】
走行部１０が曲管部Ｍを含む管ｚ内を効率良く進行するには、可能な限り管ｚの中央部分を進行することが好ましい。つまり、曲管部Ｍに対する伸縮ユニット５０Ｂの影響を小さくするには、曲管部Ｍの中心線Ｃｚに近づくように伸縮ユニット５０Ｂを構成すれば良いと考えられる。
【0077】
したがって、伸縮ユニット５０Ｂが曲管部Ｍを通過するときに、曲管部Ｍの中心線Ｃｚに近づくようにするには、曲管部Ｍにおける伸縮ユニット５０Ｂの前述の振る舞いにおいて、伸縮ユニット５０Ｂが伸縮したときの振れ幅が小さくなるように、伸縮ユニット５０Ｂを構成すれば良い。
【0078】
伸縮ユニット５０Ｂの曲管部Ｍにおける外側内壁側や内側内壁側への振れは伸縮動作によることから、伸縮時の振れ幅は、管ｚに対する伸縮ユニット５０Ｂの外径や軸方向の長さ、伸縮ユニット５０Ｂの伸縮量等と相関がある。そこで、伸縮ユニット５０Ｂが曲管部Ｍを外側内壁側や内側内壁側に振れながら通過することに着目して伸縮ユニット５０Ｂの構成について検討した。
【0079】
図７（ａ）は、図６（ａ）に示すように伸縮ユニット５０Ｂが曲管部Ｍの内側内壁に接触し、その内側内壁に沿って進行したと仮定したときの移動軌跡を示す模式図、図７（ｂ）は、図６（ｂ）に示すように伸縮ユニット５０Ｂが曲管部Ｍの外側内壁に接触し、その外側内壁に沿って進行したと仮定したときの移動軌跡を示す模式図である。ここで、図７（ａ），（ｂ）におけるＡ１；Ａ２は、曲管部Ｍの範囲、Ｄは管ｚの内径、ｄは伸縮ユニット５０の外径、Ｏは曲管部Ｍにおける外側内壁及び内側内壁の曲率中心である。また、図７（ａ）に示すｒ１は内側内壁の曲率半径、Ｃｉｎは伸縮ユニット５０Ｂが内側内壁に沿って移動したと仮定したときの伸縮ユニット５０Ｂの中心線Ｃ５０の軌跡である。図７（ｂ）に示すｒ２は内側内壁の曲率半径、Ｃｏｕｔは伸縮ユニット５０が外側内壁に沿って移動したと仮定したときの伸縮ユニット５０Ｂの中心線Ｃ５０の軌跡である。
なお、以下の説明では、軌跡Ｃｉｎを内側経路、軌跡Ｃｏｕｔを外側経路という。
なお、以下の説明では、軌跡Ｃｉｎを内側経路、軌跡Ｃｏｕｔを外側経路という。
【0080】
図７（ａ）に示すように、曲管部Ｍ内における内側経路Ｃｉｎの経路長さＬｉｎは、曲管部Ｍの内側内壁の曲率半径ｒ１に伸縮ユニット５０Ｂの半径（外径ｄ/２）を加えた長さを半径とする円弧として算出することができる。
即ち、
Ｌｉｎ＝２π（ｒ１＋（ｄ/２））（（π/２）/２π）
＝（π/２）（ｒ１＋（ｄ/２））・・・式（１）
により得られる。
即ち、
Ｌｉｎ＝２π（ｒ１＋（ｄ/２））（（π/２）/２π）
＝（π/２）（ｒ１＋（ｄ/２））・・・式（１）
により得られる。
【0081】
また、図７（ｂ）に示すように、曲管部Ｍ内における外側経路Ｃｏｕｔの経路長さＬｏｕｔは、曲管部Ｍの外側内壁の曲率半径ｒ２から伸縮ユニット５０Ｂの半径（外径ｄ/２）を減じた長さを半径とする円弧として算出することができる。
即ち、
Ｌｏｕｔ＝２π（ｒ２－（ｄ/２））（（π/２）/２π）
＝（π/２）（ｒ２－（ｄ/２））・・・式（２）
により得られる。
即ち、
Ｌｏｕｔ＝２π（ｒ２－（ｄ/２））（（π/２）/２π）
＝（π/２）（ｒ２－（ｄ/２））・・・式（２）
により得られる。
【0082】
したがって、ｒ２＝ｒ１＋Ｄであることを考慮すれば、外側経路Ｃｏｕｔと内側経路Ｃｉｎとの経路長差Ｌｄｉｆｆは、
Ｌｄｉｆｆ＝Ｌｏｕｔ－Ｌｉｎ＝（π/２）（Ｄ－ｄ）・・・式（３）
となる。
Ｌｄｉｆｆ＝Ｌｏｕｔ－Ｌｉｎ＝（π/２）（Ｄ－ｄ）・・・式（３）
となる。
【0083】
前述したように、外側経路Ｃｏｕｔと内側経路Ｃｉｎとの振れ幅は、伸縮ユニット５０Ｂの伸縮動作に起因する。一方で、式（３）によれば、外側経路Ｃｏｕｔと内側経路Ｃｉｎとの経路長差Ｌｄｉｆｆは、管ｚの内径Ｄに対する伸縮ユニット５０Ｂの外径ｄの寸法に依存する。
【0084】
これを踏まえて、伸縮ユニット５０Ｂが、できるだけ曲管部Ｍの中心線Ｃｚ寄りの経路をとるようにするには、例えば、２つの方策が考えられる。
【0085】
１つ目は、伸縮ユニット５０Ｂが、伸縮しつつ曲管部Ｍを通過するときに外側経路Ｃｏｕｔや内側経路Ｃｉｎとは異なる経路で通過するように構成することが考えられる。
例えば、伸縮ユニット５０Ｂの伸縮量Ｓｔが、式（３）で算出される経路長差Ｌｄｉｆｆよりも、長くなるように構成することが考えられる。
即ち、伸縮ユニット５０Ｂの伸長量を式（３）によって得られる経路長差Ｌｄｉｆｆよりも長くすることにより、伸縮ユニット５０Ｂが伸長したときに、曲管部Ｍにおいて外側経路Ｃｏｕｔの曲率半径ｒ２よりも曲率の大きな弧の経路で進行させることができる。経路差が小さくなるということは、曲管部Ｍの中心線に近づくことを意味し、曲管部Ｍの内側内壁や外側内壁との摩擦を小さくすることができ、曲管部Ｍの通過が容易とされる。
例えば、伸縮ユニット５０Ｂの伸縮量Ｓｔが、式（３）で算出される経路長差Ｌｄｉｆｆよりも、長くなるように構成することが考えられる。
即ち、伸縮ユニット５０Ｂの伸長量を式（３）によって得られる経路長差Ｌｄｉｆｆよりも長くすることにより、伸縮ユニット５０Ｂが伸長したときに、曲管部Ｍにおいて外側経路Ｃｏｕｔの曲率半径ｒ２よりも曲率の大きな弧の経路で進行させることができる。経路差が小さくなるということは、曲管部Ｍの中心線に近づくことを意味し、曲管部Ｍの内側内壁や外側内壁との摩擦を小さくすることができ、曲管部Ｍの通過が容易とされる。
【0086】
２つ目は、伸縮ユニット５０Ｂの外径ｄが、管ｚの内径Ｄに近づくように伸縮ユニット５０Ｂを構成することが考えられる。例えば、式（３）によれば、伸縮ユニット５０Ｂの外径ｄが管ｚの内径Ｄであれば経路長差Ｌｄｉｆｆはゼロとなる。即ち、伸縮ユニット５０Ｂが通過するときの経路が、管ｚの中心線Ｃｚに一致することを意味する。
【0087】
一方で、図３に示すように、伸縮ユニット５０Ｂの外筒５４の外径ｄを管ｚの内径Ｄとしてしまうと、伸縮ユニット５０Ｂが伸縮するときに管ｚの内壁と摩擦を生じるか、伸縮しないことが考えられる。
【0088】
そこで、伸縮ユニット５０Ｂの伸縮動作が可能となるように、伸縮ユニット５０Ｂの外径ｄが管ｚの内径Ｄに近く、伸縮ユニット５０Ｂの外径ｄを管ｚの内径Ｄよりも小さく設定すれば良い。即ち、伸縮ユニット５０Ｂの外径ｄは、曲管部Ｍを含む管ｚ内において伸縮が許容され、該管の中心線Ｃｚに該伸縮ユニット５０Ｂの中心線Ｃ５０が最も近づく外径寸法とすると良い。
【0089】
このように伸縮ユニット５０Ｂの外径ｄを設定する場合、外筒５４を摩擦抵抗の小さい部材で構成するか、外筒５４の外周面と管ｚの内壁との摩擦抵抗を低減可能な摩擦低減部材を外筒５４の外周に設けると良い。
【0090】
図８は、伸縮ユニット５０Ｂの他の形態を示す図である。図９は、支持手段９０の一例を示す図である。
また、伸縮ユニット５０Ｂは、図８に示すように、外周に、管ｚから離間させる支持手段９０を設けるようにしても良い。即ち、伸縮ユニット５０Ｂが、管ｚの内壁に向けて突出し、該伸縮ユニット５０Ｂの中心線Ｃ５０を管の中心線側に位置させるための支持手段９０を備えるように構成しても良い。
これにより、伸縮ユニット５０Ｂの外筒５４の外径を大きくすることなく、伸縮ユニット５０Ｂの外径ｄを大きくすることができる。この場合、支持手段９０を含む部分が伸縮ユニット５０Ｂの外径ｄとしてみなされる。
また、伸縮ユニット５０Ｂは、図８に示すように、外周に、管ｚから離間させる支持手段９０を設けるようにしても良い。即ち、伸縮ユニット５０Ｂが、管ｚの内壁に向けて突出し、該伸縮ユニット５０Ｂの中心線Ｃ５０を管の中心線側に位置させるための支持手段９０を備えるように構成しても良い。
これにより、伸縮ユニット５０Ｂの外筒５４の外径を大きくすることなく、伸縮ユニット５０Ｂの外径ｄを大きくすることができる。この場合、支持手段９０を含む部分が伸縮ユニット５０Ｂの外径ｄとしてみなされる。
【0091】
図９（ａ）に示すように、支持手段９０は、可撓性を有する帯状の台座９１に複数の繊維９３を植設したブラシよりに構成される。複数の繊維９３は、帯状の台座９１の一面側において台座９１の延長方向に沿って植設することで繊維群を構成する。
【0092】
支持手段９０は、例えば、図８に示すように、伸縮ユニット５０Ｂの前方端部部材５６及び後方端部部材５６の外周や、外筒５４の軸方向の中間部の外周に図外の固定手段により、円周方向に沿って巻きつけるように環状にして固定することができる。
【0093】
これにより、繊維９３は、伸縮ユニット５０Ｂの外周において放射状に延長し、伸縮ユニット５０Ｂを曲管部Ｍの内壁から離間可能とされる。
【0094】
繊維９３の素材には、例えば、ナイロン繊維などのように腰のある弾性を有するものが好ましい。より好ましくは、繊維９３は、伸縮ユニット５０Ｂが管ｚの内壁に接触しない（非接触とする）剛性を有するように、太さや素材を選べば良い。
【0095】
繊維９３の長さは、例えば、繊維９３の素材に応じて選択すれば良い。例えば、繊維９３の長さは、管ｚの内壁に先端が摺接するようにしたり、一部が摺接するようにしても良い。好ましくは、伸縮ユニット５０Ｂの伸縮に伴う経路が曲管部Ｍの中心線により近づくように設定すると良い。
【0096】
図１０は、支持手段９０が設けられた伸縮ユニット５０Ｂが曲管部Ｍを通過するときの模式図である。図１０に示すように、曲管部Ｍが支持手段９０を備えることにより、伸縮ユニット５０Ｂが曲管部Ｍの中心線Ｃｚ寄りを進行することになり曲管部Ｍをスムーズに通過できるようになる。
【0097】
なお、支持手段９０は、前述の繊維群に限定されず、伸縮ユニットが管ｚ内を移動するときに、管ｚの内壁に摺接したときの摩擦が小さく、曲管部Ｍを通過時に伸縮ユニット５０Ｂが管ｚの内壁に接触しないように支持可能な剛性を有するものであれば良い。
【0098】
また、支持手段９０は、伸縮ユニット５０Ｂの外周において円周方向に全周にわたり環状に設けられている必要はなく、伸縮ユニット５０Ｂが曲管部Ｍに接触しないように円周方向に部分的に設けるようにしても良い。
【0099】
したがって、伸縮ユニット５０Ｂの外径ｄを曲管部Ｍを含む管ｚの内径Ｄに近づけたり、式（３）により算出される経路長差Ｌｄｉｆｆよりも伸縮ユニット５０Ｂの伸縮量Ｓｔを長く構成することにより、伸縮ユニット５０Ｂが曲管部Ｍをスムーズに通過できるようになる。これにより、移動対象の管ｚに曲管部Ｍが連続したり、長距離の移動において曲管部Ｍが複数設けられている場合であっても進行することができる。
【0100】
なお、支持手段９０は、伸縮ユニット５０Ａ；５０Ｂにも設けるようにしても良い。
【0101】
また、走行部１０において、拘束手段Ｔ１；Ｔ２は必須ではないが、把持部を挟んで設けられる推進力発生部の伸縮の関係をより効果的にすることを考慮すれば拘束手段を備える構成とすると良い。
【0102】
また、上記実施形態では、走行部１０は、先頭と最後尾が推進力発生部となるように推進力発生部と把持部とを交互に連結する構成としたが、これに限定されない。例えば、走行部１０は、先頭と最後尾が把持部となるように把持部と推進力発生部とを交互に連結する構成としても良い。即ち、推進力発生部及び把持部の連結の形態は適宜変更すれば良い。
【0103】
また、蠕動運動を模した推進が可能であれば、走行部１０を構成する推進力発生部及び把持部の数量や順序は、適宜変更しても良い。
【符号の説明】
【0104】
１ 管内移動ロボット、２ 把持部、５ 推進力発生部、
１０ 走行部、２０ 膨縮ユニット、５０ 伸縮ユニット、
９０ 支持手段、Ｔ１；Ｔ２ 拘束手段、ｚ 管。
１０ 走行部、２０ 膨縮ユニット、５０ 伸縮ユニット、
９０ 支持手段、Ｔ１；Ｔ２ 拘束手段、ｚ 管。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】