特開 2023-94134 管内走行ロボット、管内走行ロボットの制御方法、及び管内走行ロボットの制御プログラム

(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】P2023094134

(43)【公開日】2023-07-05

(54)【発明の名称】管内走行ロボット、管内走行ロボットの制御方法、及び管内走行ロボットの制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   B62D 53/00 20060101AFI20230628BHJP

   G05D 1/00 20060101ALI20230628BHJP

   B61B 13/10 20060101ALI20230628BHJP

【ＦＩ】

B62D53/00 A

G05D1/00 Z

B61B13/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021209425

(22)【出願日】2021-12-23

(71)【出願人】

【識別番号】000182937

【氏名又は名称】日鉄パイプライン＆エンジニアリング株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】593006630

【氏名又は名称】学校法人立命館

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100188592

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 洋

(72)【発明者】

【氏名】生野 康之

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 千晃

(72)【発明者】

【氏名】原田 肇

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 和寿

(72)【発明者】

【氏名】加古川 篤

(72)【発明者】

【氏名】馬 書根

【テーマコード（参考）】

5H301

【Ｆターム（参考）】

5H301BB10

5H301BB14

5H301CC04

5H301CC07

5H301CC10

5H301DD01

5H301DD06

5H301DD07

5H301DD15

5H301GG17

(57)【要約】

【課題】複数の能動関節の制御を同時に行うことを必要とせず、かつ事前に配管の経路情報を把握することを必要としない管内走行ロボット等を提供する。
【解決手段】配管の内部を走行する管内走行ロボット１０００であって、配管の管軸Ｏ方向に直列に配置される複数のユニット１００と、複数のユニット１００のうち、互いに隣り合うユニット１００同士を、管軸Ｏ方向に交差する方向に延びるヨー軸回りに回転可能に接続する複数の関節部２００と、複数のユニット１００および複数の関節部２００を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、配管の屈曲部に到達した時に複数の関節部２００を受動的に変位可能とすることを特徴とする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

配管の内部を走行する管内走行ロボットであって、
前記配管の管軸方向に直列に配置される複数のユニットと、
前記複数のユニットのうち、互いに隣り合うユニット同士を、前記管軸方向に交差する方向に延びるヨー軸回りに回転可能に接続する複数の関節部と、
前記複数のユニットおよび前記複数の関節部を制御する制御手段と、を備え、
前記複数のユニットの少なくとも一部は、前記配管の管軸方向の一方の端部及び他方の端部に一対に配置される能動車輪ユニットであり、
前記制御手段は、前記配管の屈曲部に到達した時に前記複数の関節部を受動的に変位可能とすることを特徴とする、
管内走行ロボット。

【請求項2】

前記制御手段は、前記関節部の制御を停止することで受動的な変形を可能とすることを特徴とする、
請求項１に記載の管内走行ロボット。

【請求項3】

前記制御手段は、前記関節部を受動的に変位するように制御することを特徴とする、
請求項１に記載の管内走行ロボット。

【請求項4】

前記能動車輪ユニットは撮像手段を備えることを特徴とする、
請求項１から３のいずれか１項に記載の管内走行ロボット。

【請求項5】

前記一対の能動車輪ユニットの間に１つ又は複数配置される受動車輪ユニットを更に備え、
前記能動車輪ユニットは能動的に回転可能な能動車輪を備え、
前記受動車輪ユニットは受動的に回転可能な受動車輪を備え、
前記能動車輪及び前記受動車輪は、前記配管の内壁に対し接触及び離隔が可能であることを特徴とする、
請求項１から４のいずれか１項に記載の管内走行ロボット。

【請求項6】

前記能動車輪ユニットと前記受動車輪ユニットとの間に一対に配置されるロール軸ユニットを更に備え、
前記ロール軸ユニットは、前記管軸方向を中心として前記能動車輪ユニットと前記受動車輪ユニットとの相対角度を変更可能であることを特徴とする、
請求項５に記載の管内走行ロボット。

【請求項7】

前記制御手段は、
前記配管の内部を直進する際には前記能動車輪及び前記受動車輪を前記配管の内部に接触させ、
前記屈曲部を走行する際は前記能動車輪のみを前記配管の内部に接触させることを特徴とする、
請求項５に記載の管内走行ロボット。

【請求項8】

前記能動車輪ユニットと前記受動車輪ユニットとの間に一対に配置されるロール軸ユニットを更に備え、
前記制御手段は、前記能動車輪又は前記受動車輪のいずれかのみを前記配管の内部に接触させた状態で、前記ロール軸ユニットにより前記能動車輪ユニットと前記受動車輪ユニットとの相対角度を変更することを特徴とする、
請求項７に記載の管内走行ロボット。

【請求項9】

配管の管軸方向に直列に配置される複数のユニットと、
前記複数のユニットのうち、互いに隣り合うユニット同士を、前記管軸方向に交差する方向に延びるヨー軸回りに回転可能に接続する複数の関節部と、を備え、
前記複数のユニットは、
能動車輪を備え、前記配管の管軸方向の一方の端部及び他方の端部に一対に配置される能動車輪ユニットと、
受動車輪を備え、前記一対の能動車輪ユニットの間に１つ又は複数配置される受動車輪ユニットと、
前記能動車輪ユニットと前記受動車輪ユニットとの間に一対に配置されるロール軸ユニットと、
を備え、
前記配管の内部を走行する管内走行ロボットの制御方法であって、
前記配管の屈曲部に到達した時に前記複数の関節部を受動的に変位可能とすることを特徴とする、
管内走行ロボットの制御方法。

【請求項10】

前記配管の内部を直進する際には前記能動車輪及び前記受動車輪を前記配管の内部に接触させ、
前記屈曲部を走行する際は前記能動車輪のみを前記配管の内部に接触させることを特徴とする、
請求項９に記載の管内走行ロボットの制御方法。

【請求項11】

前記能動車輪又は前記受動車輪のいずれかのみを前記配管の内部に接触させた状態で、前記ロール軸ユニットにより前記能動車輪ユニットと前記受動車輪ユニットとの相対角度を変更することを特徴とする、
請求項９又は１０に記載の管内走行ロボットの制御方法。

【請求項12】

請求項１から８のいずれか１項に記載の管内走行ロボットを作動させるための制御手段としてコンピュータを機能させることを特徴とする、
管内走行ロボットの制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、管内走行ロボット、管内走行ロボットの制御方法、及び管内走行ロボットの制御プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

ガス管をはじめとする管路を点検する点検装置として、管内を走行するロボットを用いることがある。特許文献１には、パンタグラフ上に配置された複数の車輪を管壁に押し付けつつ回転させることで管内を移動する装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第６９１７１７６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前記従来のロボットでは、点検装置の軌道を配管形状に合わせて適切に制御する必要があった。具体的には、複数の能動関節の角度を、時間に対して制御していた。
しかしながら、上述の関節角に基づく軌道計算は煩雑であった。更に、前述の軌道計算を適切に行うためには、事前に管内の経路情報を正確に把握する必要があった。このため、事前に経路情報がわかっていない管内を走行することができない課題があった。

【0005】

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、複数の能動関節の制御を同時に行うことを必要とせず、かつ事前に配管の経路情報を把握することを必要としない管内走行ロボット、管内走行ロボットの制御方法、及び管内走行ロボットの制御プログラム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】

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る管内走行ロボットは、配管の内部を走行する管内走行ロボットであって、前記配管の管軸方向に直列に配置される複数のユニットと、前記複数のユニットのうち、互いに隣り合うユニット同士を、前記管軸方向に交差する方向に延びるヨー軸回りに回転可能に接続する複数の関節部と、前記複数のユニットおよび前記複数の関節部を制御する制御手段と、を備え、前記複数のユニットの少なくとも一部は、前記配管の管軸方向の一方の端部及び他方の端部に一対に配置される能動車輪ユニットであり、前記制御手段は、前記配管の屈曲部に到達した時に前記複数の関節部を受動的に変位可能とすることを特徴とする。

【0007】

この発明によれば、制御手段は、配管の屈曲部を走行する際に関節部を受動的に変位可能とする。これにより、管内走行ロボットが配管の屈曲部を走行する際、例えば、進行方向の側に位置する能動車輪ユニットが屈曲部に位置して、その直後に位置するユニットが直線部に位置する時、それらの間に位置する関節部が受動的に変位する。同様に、進行方向の側に位置するユニットが屈曲部に位置して、その直後に位置するユニットが直線部に位置する時、それらの間に位置する関節部が受動的に変位する。したがって、制御手段によって関節部を能動的に制御することなく、配管の形状に合わせて管内走行ロボットを適宜変形することができる。このため、配管の経路情報を事前に把握していなくても、配管の内部を走行することができる。

【0008】

また、前記制御手段は、前記関節部の制御を停止することで受動的な変形を可能とすることを特徴としてもよい。

【0009】

この発明によれば、制御手段は、関節部の制御を停止することで受動的な変形を可能とする。これにより、管内走行ロボットが配管の屈曲部を走行する際の制御手段の処理負担を最小限とすることができる。

【0010】

また、前記制御手段は、前記関節部を受動的に変位するように制御することを特徴としてもよい。

【0011】

この発明によれば、制御手段は、関節部を受動的に変位するように制御する。これにより、関節部の制御を停止することで受動的な変形を可能とする場合と比較して、配管の屈曲部を走行する際における管内走行ロボットの姿勢を最適に維持することができる。

【0012】

また、前記能動車輪ユニットは撮像手段を備え、前記撮像手段が撮影した画像を処理することで前記配管の内部を把握することを特徴としてもよい。

【0013】

この発明によれば、能動車輪ユニットは撮像手段を備える。これにより、例えば、管内走行ロボットが屈曲部に到達したことや、屈曲部の向きを確認することができる。また、配管の内壁の損傷状態等を把握することができる。また、撮影した画像を作業者が確認することで、管内走行ロボットを用いた作業を効率的に行うことができる。

【0014】

また、前記一対の能動車輪ユニットの間に１つ又は複数配置される受動車輪ユニットを更に備え、前記能動車輪ユニットは能動的に回転可能な能動車輪を備え、前記受動車輪ユニットは受動的に回転可能な受動車輪を備え、前記能動車輪及び前記受動車輪は、前記配管の内壁に対し接触及び離隔が可能であることを特徴としてもよい。

【0015】

この発明によれば、能動車輪及び受動車輪は、配管の内壁に対し接触及び離隔が可能である。能動車輪が配管の内壁に対して接触した状態で能動的に回転することで、管内走行ロボットを配管の内部を走行させることができる。受動車輪が配管の内壁に対して接触することで、静止中の管内走行ロボットの配管の内部における姿勢を維持することができる。また、受動車輪が配管の内壁に対して接触した状態で受動的に回転することで、走行中においても管内走行ロボットの姿勢を維持することができる。

【0016】

また、前記能動車輪ユニットと前記受動車輪ユニットとの間に一対に配置されるロール軸ユニットを更に備え、前記ロール軸ユニットは、前記管軸方向を中心として前記能動車輪ユニットと前記受動車輪ユニットとの相対角度を変更可能であることを特徴としてもよい。

【0017】

この発明によれば、ロール軸ユニットは、管軸方向を中心として能動車輪ユニットと受動車輪ユニットとの相対角度を変更可能である。これにより、配管の内部において能動車輪ユニット及び受動車輪ユニットの姿勢を変更することができる。

【0018】

また、前記制御手段は、前記配管の内部を直進する際には前記能動車輪及び前記受動車輪を前記配管の内部に接触させ、前記屈曲部を走行する際は前記能動車輪のみを前記配管の内部に接触させることを特徴としてもよい。

【0019】

この発明によれば、制御手段は、配管の内部を直進する際には能動車輪及び受動車輪を配管の内部に接触させる。これにより、直進時の管内走行ロボットの姿勢を維持することができる。また、屈曲部を走行する際は能動車輪のみを配管の内部に接触させる。これにより、屈曲部を走行する際に受動車輪が走行の妨げとなることを防ぐことができる。

【0020】

また、前記能動車輪ユニットと前記受動車輪ユニットとの間に一対に配置されるロール軸ユニットを更に備え、前記制御手段は、前記能動車輪又は前記受動車輪のいずれかのみを前記配管の内部に接触させた状態で、前記ロール軸ユニットにより前記能動車輪ユニットと前記受動車輪ユニットとの相対角度を変更することを特徴としてもよい。

【0021】

ここで、本発明に係る管内走行ロボットは、能動車輪ユニットと受動車輪ユニットとの相対角度を変更しない場合は、関節部の回転軸を中心とした方向にのみ進行方向を変更可能である。
この発明によれば、制御手段は、能動車輪又は受動車輪のいずれかのみを配管の内部に接触させた状態で、ロール軸ユニットにより能動車輪ユニットと受動車輪ユニットとの相対角度を変更する。

【0022】

受動車輪のみを配管の内部に接触させた状態で、ロール軸ユニットにより能動車輪ユニットと受動車輪ユニットとの相対角度を変更することにより、配管の内部において、管軸を中心として能動車輪ユニットを回転させることができる。つまり、配管の内部において関節部の軸方向を変更することができる。したがって、屈曲部の屈曲方向に対して自在に対応することができる。

【0023】

能動車輪のみを配管の内部に接触させた状態で、ロール軸ユニットにより能動車輪ユニットと受動車輪ユニットとの相対角度を変更することにより、配管の内部において、能動車輪ユニットに対して受動車輪ユニットの姿勢を追従することができる。これにより、屈曲部の屈曲方向に制限されることなく、管内走行ロボットを走行させることができる。

【0024】

また、本発明に係る管内走行ロボットの制御方法は、配管の管軸方向に直列に配置される複数のユニットと、前記複数のユニットのうち、互いに隣り合うユニット同士を、前記管軸方向に交差する方向に延びるヨー軸回りに回転可能に接続する複数の関節部と、を備え、前記複数のユニットは、前記配管の管軸方向の一方の端部及び他方の端部に一対に配置される能動車輪ユニットと、前記一対の能動車輪ユニットの間に１つ又は複数配置される受動車輪ユニットと、前記能動車輪ユニットと前記受動車輪ユニットとの間に一対に配置されるロール軸ユニットと、を備え、前記配管の内部を走行する管内走行ロボットの制御方法であって、前記配管の屈曲部に到達した時に前記複数の関節部を受動的に変位可能とすることを特徴とする。

【0025】

また、前記配管の内部を直進する際には前記能動車輪及び前記受動車輪を前記配管の内部に接触させ、前記屈曲部を走行する際は前記能動車輪のみを前記配管の内部に接触させることを特徴としてもよい。

【0026】

また、前記能動車輪又は前記受動車輪のいずれかのみを前記配管の内部に接触させた状態で、前記ロール軸ユニットにより前記能動車輪ユニットと前記受動車輪ユニットとの相対角度を変更することを特徴としてもよい。

【0027】

また、本発明に係る管内走行ロボットの制御プログラムは、本発明に係る管内走行ロボットを作動させるための制御手段としてコンピュータを機能させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0028】

本発明によれば、複数の能動関節の制御を同時に行うことを必要とせず、かつ事前に配管の経路情報を把握することを必要としない管内走行ロボット、管内走行ロボットの制御方法、及び管内走行ロボットの制御プログラムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明に係る管内走行ロボットの斜視図である。

【図2】図１に示す管内走行ロボットが直線状となった状態である。

【図3】能動車輪ユニット又は受動車輪ユニットの内部構造の概要図である。

【図4】開閉機構の構造を示す概要図である。

【図5】能動車輪ユニット、関節部、及びロール軸ユニットの拡大断面図である。

【図6】開閉機構の動きを示す第１図である。

【図7】開閉機構の動きを示す第３図である。

【図8】能動車輪アームの内部構造である。

【図9】ロール軸ユニットの内部構造の概要図である。

【図10】関節部の内部構造の概要図である。

【図11】直管走行フローのフローチャートである。

【図12】ヨー軸回転フローのフローチャートである。

【図13】ロール軸回転フローのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る管内走行ロボット１０００を説明する。
管内走行ロボット１０００は、配管の内部を走行するために用いられる。管内走行ロボット１０００は、例えば、表面に各種センサを取り付けることで配管の内壁の状態を確認する検査装置あるいは探査装置として用いられる。

【0031】

図１に示すように、管内走行ロボット１０００は、ユニット１００と、関節部２００と、制御手段３００と、を備える。また、管内走行ロボット１０００は、一方の端部に取付けられたケーブルＣによって給電されて走行する。あるいは、ケーブルＣによって作業者と情報を交換する。

【0032】

ユニット１００は複数備えられ、図２に示すように、配管の管軸Ｏ方向に直列に配置される。なお、複数のユニット１００の少なくとも一部は、後述する能動車輪ユニット１１０である。本実施形態においては、ユニット１００は、能動車輪ユニット１１０と、受動車輪ユニット１２０と、ロール軸ユニット１３０と、中間ユニット１４０と、を備える。これらを区別しない場合に、ユニット１００と呼称する。

【0033】

図２に示すように、能動車輪ユニット１１０は、配管の管軸Ｏ方向の一方の端部及び他方の端部に一対に配置される。
図３に示すように、能動車輪ユニット１１０は、能動車輪１１０Ｔを備える。能動車輪１１０Ｔは、能動的に回転可能な車輪である。能動車輪１１０Ｔは、能動車輪アーム１１０Ａを介して能動車輪ユニット１１０に配置されている。具体的には、図４に示すように、能動車輪１１０Ｔは能動車輪アーム１１０Ａの一方の端部に配置され、能動車輪アーム１１０Ａの他方の端部が後述する開閉機構Ｐの第１支持部ＰＢ１に配置される。これにより、能動車輪１１０Ｔは能動車輪アーム１１０Ａに配置される。

【0034】

能動車輪アーム１１０Ａは、能動車輪ユニット１１０の備える開閉機構Ｐによって能動車輪１１０Ｔを配管の径方向に移動させる。これにより、能動車輪１１０Ｔは、配管の内壁に対し接触及び離隔が可能である。
開閉機構Ｐは、能動車輪ユニット１１０の内部に構成される。図４及び図５に示すように、開閉機構Ｐは、第１支持部ＰＢ１と、第２支持部ＰＢ２と、開閉モータＰ１と、開閉インプットギアＰ２と、開閉アウトプットギアＰ３と、回転シャフトＰ４と、開閉台形ネジＰ５と、スライダＰ６と、スライドシャフトＰ７と、バネＰ８と、開閉アームＰ９と、を備える。

【0035】

第１支持部ＰＢ１は、能動車輪アーム１１０Ａの他方の端部を回動可能に固定する。また、回転シャフトＰ４の一方の端部を回転可能に支持する。第２支持部ＰＢ２は、回転シャフトＰ４の他方の端部を回転可能に支持する。
開閉モータＰ１は、開閉機構Ｐの動力源である。開閉モータＰ１には、例えば、サーボモータが好適に用いられる。

【0036】

開閉インプットギアＰ２は、開閉モータＰ１に接続される、開閉インプットギアＰ２は、例えば、公知の平歯車である。開閉インプットギアＰ２は、開閉アウトプットギアＰ３に動力を伝達する。
開閉アウトプットギアＰ３は、開閉インプットギアＰ２から伝達された動力を回転シャフトＰ４に伝達する。開閉アウトプットギアＰ３は、例えば、公知の平歯車である。

【0037】

回転シャフトＰ４は、開閉アウトプットギアＰ３から伝達された動力によって回転する。本実施形態において、回転シャフトＰ４は、いわゆる台形滑りネジである。あるいはこれに限らず、ボールネジであってもよい。台形滑りネジは外部からの力によっては逆回転しにくい構造である。これに対して、ボールネジは滑り性がよいことから、外部からの力に対して逆回転しやすい構造である。上記特徴を考慮の上、回転シャフトＰ４に用いるネジを適宜決定する。回転シャフトＰ４には、開閉台形ネジＰ５が接続されている。これにより、回転シャフトＰ４は、前記回転を、往復運動に変換して開閉台形ネジＰ５に伝達する。
開閉台形ネジＰ５は、回転シャフトＰ４の軸方向に沿って往復移動する。開閉台形ネジＰ５には、スライダＰ６が配置されている。

【0038】

スライダＰ６は、開閉台形ネジＰ５に設けられたスライドシャフトＰ７に配置されている。スライダＰ６には、開閉アームＰ９の一方の端部が回動可能に配置されている。
スライドシャフトＰ７は、スライダＰ６を摺動可能に支持する。また、スライドシャフトＰ７には、バネＰ８が配置されている。これにより、図４に示すように、スライダＰ６は開閉台形ネジＰ５における第２支持部ＰＢ２の側の端部に押し付けられるように支持される。
バネＰ８は、公知のスプリングである。

【0039】

開閉アームＰ９は、一方の端部がスライダＰ６に回動可能に配置され、他方の端部が能動車輪アーム１１０Ａに回動可能に配置されている。開閉アームＰ９は、開閉台形ネジＰ５が回転シャフトＰ４の上を往復することに連動して、開閉アームＰ９の角度を変動させる。具体的には、下記の通りである。

【0040】

まず、図４に示すように、開閉台形ネジＰ５が第１支持部ＰＢ１の側に位置しているとき、開閉アームＰ９の一方の端部が配置されたスライダＰ６も第１支持部ＰＢ１の側に位置している。このため、開閉アームＰ９の他方の端部は、能動車輪アーム１１０Ａを回転シャフトＰ４の側に引き寄せるように作用する。
この状態から、図６に示すように、開閉台形ネジＰ５が第２支持部ＰＢ２の側に移動すると、開閉アームＰ９の一方の端部が連動して第２支持部ＰＢ２の側に移動する。すると、開閉アームＰ９の他方の端部は、能動車輪アーム１１０Ａを回転シャフトＰ４から離れる方向に押し出すように作用する。このような機構により、開閉機構Ｐによって能動車輪アーム１１０Ａを配管の径方向に移動させる。

【0041】

ここで、能動車輪１１０Ｔが配管の径方向に移動して配管の内壁に接触しようとした時、配管の内壁から押し戻されるような反力を受けることがある。この時、図７に示すように、スライダＰ６がスライドシャフトＰ７の上を摺動することで、開閉アームＰ９の一方の端部を第１支持部ＰＢ１の側に移動させる。この時、スライダＰ６は、バネＰ８による反力を受ける。これにより、開閉アームＰ９の一方の端部が必要以上に第１支持部ＰＢ１の側に移動することを防ぐ。なお、このとき、バネＰ８の変位を距離センサで計測し、計測された変位の量に既知のバネ定数を掛けることで、能動車輪１１０Ｔが受けた反力を推定してもよい。また、推定した反力に基づき、能動車輪１１０Ｔの径方向の移動量を調整してもよい。

【0042】

ここで、回転シャフトＰ４が台形滑りネジである場合、台形滑りネジは外部からの力に対して逆回転しにくい構造であることから、配管の内壁から能動車輪１１０Ｔを介して力を受けた時は、バネＰ８の変形のみによって外力を吸収する。これに対し、回転シャフトＰ４がボールネジである場合は、外力によって回転シャフトＰ４が逆回転することによっても外力を吸収可能である。

【0043】

加えて、バネＰ８の反力は、開閉アームＰ９を介して能動車輪１１０Ｔを配管の内壁に押し付けるように作用する。これにより、配管の内壁に隆起や瘤等があった場合に柔軟に対応できるようにするとともに、開閉インプットギアＰ２及び開閉アウトプットギアＰ３のバックラッシによるガタ等によって能動車輪１１０Ｔの位置が変動することを防ぐ。

【0044】

図８に示すように、能動車輪アーム１１０Ａは、内部に車輪モータ１１０Ａｍを備える。車輪モータ１１０Ａｍは、第１車輪モータギア１１０ｇ１及び第２車輪モータギア１１０ｇ２を介して、能動車輪１１０Ｔに動力を付与する。これにより能動車輪１１０Ｔを回転させる。能動車輪１１０Ｔが配管の内壁に対して接触した状態で能動的に回転することで、管内走行ロボット１０００は配管の内部を走行する。

【0045】

図２に示すように、能動車輪ユニット１１０は撮像手段４００を備える。上述のように、能動車輪ユニット１１０は、配管の管軸Ｏ方向の一方の端部及び他方の端部に一対に配置される。このため、管内走行ロボット１０００が配管の内部を走行する時は、いずれかの能動車輪ユニット１１０が進行方向の先頭に位置する。このため、能動車輪ユニット１１０に撮像手段４００を設けることで、配管の内部を撮影しながら進むことができるようにする。撮像手段４００が撮影した画像は、例えば、次のように用いられる。

【0046】

すなわち、撮像手段４００が撮影した画像を処理することで配管の内部を把握する。具体的には、走行中において、管内走行ロボット１０００が屈曲部に到達したことや、屈曲部の向きを確認する。また、配管の内壁の損傷状態等を把握する。また、撮影した画像を作業者が確認することで、管内走行ロボット１０００を用いた作業を効率的に行う。

【0047】

受動車輪ユニット１２０は、一対の能動車輪ユニット１１０の間に１つ又は複数配置される。本実施形態において、受動車輪ユニット１２０は２つ設けられる。図２に示すように、前記２つの受動車輪ユニット１２０は、中間ユニット１４０を介して接続される。
図３に示すように、受動車輪ユニット１２０は、受動車輪１２０Ｔを備える。受動車輪１２０Ｔは、受動的に回転可能な車輪である。受動車輪１２０Ｔは、受動車輪アーム１２０Ａを介して受動車輪ユニット１２０に配置されている。具体的には、受動車輪１２０Ｔは受動車輪アーム１２０Ａの一方の端部に配置され、受動車輪アーム１２０Ａの他方の端部は開閉機構Ｐの第１支持部ＰＢ１に配置される。これにより、受動車輪１２０Ｔは受動車輪アーム１２０Ａに配置される。

【0048】

受動車輪アーム１２０Ａは、受動車輪ユニット１２０の備える開閉機構Ｐによって受動車輪１２０Ｔを配管の径方向に移動させる。これにより、受動車輪１２０Ｔは、配管の内壁に対し接触及び離隔が可能である。
受動車輪ユニット１２０の備える開閉機構Ｐは、能動車輪ユニット１１０の備える開閉機構Ｐと同一の構造である。

【0049】

受動車輪アーム１２０Ａは、能動車輪アーム１１０Ａと比較して車輪モータ１１０Ａｍを備えない点で相違する。受動車輪アーム１２０Ａは、受動車輪１２０Ｔを受動的に回転可能に支持する。受動車輪１２０Ｔが配管の内壁に対して接触することで、管内走行ロボット１０００の配管の内部における姿勢を維持する。また、受動車輪１２０Ｔが配管の内壁に対して接触した状態で受動的に回転することで、走行中においても管内走行ロボット１０００の姿勢を維持する。

【0050】

ロール軸ユニット１３０は、図２に示すように、それぞれ一対に設けられた能動車輪ユニット１１０と受動車輪ユニット１２０との間に一対に配置される。ロール軸ユニット１３０は、管軸Ｏ方向を中心として能動車輪ユニット１１０と受動車輪ユニット１２０との相対角度を変更可能とする。
図９及び図１０に示すように、ロール軸ユニット１３０は、ロールベース１３１と、ロールモータ１３２と、ロールインプットギア１３３と、ロールアウトプットギア１３４と、ロールカバー１３５と、ロールベアリング１３６と、を備える。

【0051】

ロールベース１３１は、ロール軸ユニット１３０の内部においてロールモータ１３２の位置を固定する。
ロールモータ１３２は、ロール軸ユニット１３０の動力源である。ロールモータ１３２には、例えば、サーボモータが好適に用いられる。
ロールインプットギア１３３は、ロールモータ１３２に接続される、ロールインプットギア１３３は、例えば、公知の平歯車である。ロールインプットギア１３３は、ロールアウトプットギア１３４に動力を伝達する。

【0052】

ロールアウトプットギア１３４は、ロールインプットギア１３３から伝達された動力を受けて、ロールモータ１３２に対して相対回転する。言い換えれば、ロールアウトプットギア１３４は、ロールモータ１３２が固定されたロールベース１３１に対して相対回転する。ロールアウトプットギア１３４は、例えば、公知の内歯車である。ロールアウトプットギア１３４は、ロールカバー１３５に連結されている。

【0053】

ロールカバー１３５は、ロール軸ユニット１３０の外周に位置している。ロールカバー１３５の内周には、ロールアウトプットギア１３４が連結されている。このため、ロールカバー１３５は、ロールモータ１３２の回転によってロールモータ１３２及びロールベース１３１に対して相対回転する。また、図５に示すように、ロールカバー１３５には、後述する関節部２００の第２ブラケット２２０が接続される。
ロールベアリング１３６は、図５に示すようにロールベース１３１とロールカバー１３５とを回転可能に連結する。

【0054】

上記構成により、ロール軸ユニット１３０において、ロールベース１３１とロールカバー１３５とが相対回転する。これにより、ロール軸ユニット１３０の両端に接続された能動車輪ユニット１１０と受動車輪ユニット１２０との相対角度を変更可能とする。
また、図９に示すように、ロール軸ユニットの各構成を支持するために、ロール軸ユニットの内部には支持棒１３０Ｐが設けられる。

【0055】

中間ユニット１４０は、管内走行ロボット１０００の中央に位置する。中間ユニット１４０は、上述のように２つ設けられた受動車輪ユニット１２０を接続する。中間ユニット１４０は、前記２つの受動車輪ユニット１２０の相対角度を変更させずに保持する点で、ロール軸ユニット１３０と相違する。

【0056】

中間ユニット１４０を用いて２つの受動車輪ユニット１２０を接続することによって、次の効果が見込まれる。すなわち、管軸Ｏ方向において、受動車輪１２０Ｔを、間隔をあけて２箇所に配置できるようにする。これにより、配管の内部において管内走行ロボット１０００の姿勢を維持する効果をより顕著なものとする。

【0057】

関節部２００は複数備えられ、複数のユニット１００のうち、互いに隣り合うユニット１００同士を、管軸Ｏ方向に交差する方向に延びるヨー軸回りに回転可能に接続する。ヨー軸とは、管軸Ｏ方向に交差する方向であって、特に配管の上下方向と平行な方向に位置する軸をいう。関節部２００は、第１ブラケット２１０と、第２ブラケット２２０と、第１関節ギア２３０と、第２関節ギア２４０と、を備える。

【0058】

第１ブラケット２１０は、ユニット１００の端部に配置され、第１関節ギア２３０が挿通される。また、第２関節ギア２４０を回転可能に支持する。図２に示すように、第１ブラケット２１０は、ユニット１００同士の間において、管軸Ｏ方向の外側に位置するユニット１００の端部に設けられる。

【0059】

第２ブラケット２２０は、第１ブラケット２１０と同様にユニット１００の端部に配置される。第２ブラケット２２０は、第２関節ギア２４０を回転不可に支持する点で第１ブラケット２１０と相違する。また、第２ブラケット２２０は、第１関節ギア２３０が挿通されない点で第１ブラケット２１０と相違する。第２ブラケット２２０は、ユニット１００同士の間において、管軸Ｏ方向の内側に位置するユニット１００の端部に設けられる。

【0060】

第１関節ギア２３０は、関節部２００におけるいわゆるインプットギアである。第１関節ギア２３０は、関節モータ２３１と、関節インプットギア２３２と、関節アウトプットギア２３３と、関節カバー２３４と、能動ギア２３５と、を備える。
関節モータ２３１は、第１関節ギア２３０の動力源である。関節モータ２３１には、例えば、サーボモータが好適に用いられる。

【0061】

関節インプットギア２３２は、関節モータ２３１に接続される、関節インプットギア２３２は、例えば、公知の平歯車である。関節インプットギア２３２は、関節アウトプットギア２３３に動力を伝達する。
関節アウトプットギア２３３は、能動ギア２３５に接続される。これにより、関節アウトプットギア２３３は、関節インプットギア２３２から伝達された動力を能動ギア２３５に伝達する。
能動ギア２３５は、第１関節ギア２３０における第２関節ギア２４０と係合する歯車である。上記構成により、第１関節ギア２３０は第２関節ギア２４０と相対的に回転移動し、関節部２００を動作する。

【0062】

関節カバー２３４には、能動ギア２３５が挿通される。また、関節カバー２３４には、第１ブラケット２１０が取付けられる。図５に示すように、関節モータ２３１と、関節インプットギア２３２と、関節アウトプットギア２３３とは、ユニット１００の内部に配置される。関節カバー２３４は、ユニット１００の端部に配置される。具体的には、図３に示す能動車輪ユニット１１０及び受動車輪ユニット１２０、図９に示すロール軸ユニット１３０の端部に配置される。このような構成とすることで、第１関節ギア２３０は、ユニット１００の端部から能動ギア２３５のみ露出させる。

【0063】

第２関節ギア２４０は、第１関節ギア２３０の能動ギア２３５に係合する。上述のように、第２関節ギア２４０は第２ブラケット２２０に対し回転不可に支持されている。つまり、第１関節ギア２３０の回転によって第２関節ギア２４０が相対回転すると、第１ブラケット２１０と第２ブラケット２２０とが相対回転する。ここで、上述のように第１ブラケット２１０と第２ブラケット２２０とはそれぞれユニット１００の端部に接続されている。よって、関節部２００によって、隣り合うユニット同士は相対的に回転移動する。この回転移動は、管内走行ロボット１０００が配管の屈曲部を走行する際に行われる。上述の構成を備える関節部２００は、管内走行ロボット１０００が屈曲部に沿って左右方向に移動する場合に用いられる。

【0064】

制御手段３００は、複数のユニット１００および複数の関節部２００を制御する。具体的には、制御手段３００はユニット１００に内蔵された電子基板である。あるいは、ケーブルＣに接続された不図示の外部装置である。制御手段３００は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサとメモリとを備えるシステム制御装置を備え、制御プログラムを実行する。制御手段３００は、制御プログラムの実行によって管内走行ロボット１０００を作動させる。

【0065】

制御手段３００の各機能の全て又は一部は、例えば、制御プログラムとして構成され、ＡＳＩＣ（Aplication Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されることが好ましい。制御プログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。制御プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

【0066】

（管内走行ロボット１０００の制御方法）
次に、管内走行ロボット１０００が配管の内部を走行する際の具体的な動きを説明する。管内走行ロボット１０００は、上述の各構成を制御手段３００により制御することで作動する。
本実施形態に係る制御方法は、図１１に示す直管走行フローと、図１２に示すヨー軸回転フローと、図１３に示すロール軸回転フローと、を備える。

【0067】

なお、以下の説明においては、図２に示すように、能動車輪ユニット１１０及び受動車輪ユニット１２０について、管内走行ロボット１０００の進行方向における先頭の側から順に第１ユニットＵ１、第２ユニットＵ２、第３ユニットＵ３、第４ユニットＵ４、と呼称する。つまり、先頭の側に位置する能動車輪ユニット１１０が第１ユニットＵ１、末尾の側に位置する能動車輪ユニット１１０が第４ユニットＵ４、先頭の側に位置する受動車輪ユニット１２０が第２ユニットＵ２、末尾の側に位置する受動車輪ユニット１２０が第３ユニットＵ３である。

【0068】

第１ユニットＵ１が備える開閉機構Ｐを第１開閉機構、第２ユニットＵ２が備える開閉機構Ｐを第２開閉機構、第３ユニットＵ３が備える開閉機構Ｐを第３開閉機構、第４ユニットＵ４が備える開閉機構Ｐを第４開閉機構と呼称する。
図２に示すように、関節部２００は、複数のユニット１００のうち、互いに隣り合うユニット１００同士を接続している。以下において、管内走行ロボット１０００の進行方向の先頭の側に位置する関節部２００から順に、第１関節、第２関節、第３関節、第４関節、第５関節、第６関節と呼称する。
一対に設けられたロール軸ユニット１３０について、進行方向の先頭の側に位置するロール軸ユニット１３０を第１ロール軸、もう１つのロール軸ユニット１３０を第２ロール軸と呼称する。

【0069】

（直管走行フロー）
図１１に示す直管走行フローは、配管が直線状である場合（直管）である場合の走行フローである。管内走行ロボット１０００が走行を開始する際は、直管走行フローから開始する。
直管走行フローの開始は、例えば、作業者が管内走行ロボット１０００を起動して走行開始の指示をすることで開始する。このとき、制御手段３００は、全てのヨー軸が真っすぐになるように制御する（ステップＳＡ１）。具体的には、関節モータ２３１を制御手段３００が操作することにより、全てのユニット１００が直線状に並んだ状態とする。

【0070】

次に、第１、第２、第３、第４開閉機構を全て展開状態、すなわち能動車輪１１０Ｔ又は受動車輪１２０Ｔが配管の径方向の外側に受けて移動した状態とする（ステップＳＡ２）。より具体的には、能動車輪１１０Ｔ又は受動車輪１２０Ｔが配管の内壁に接した状態とする。
その状態で、全ての能動車輪１１０Ｔを前進方向に回転させる（ステップＳＡ３）。具体的には、制御手段３００によって車輪モータ１１０Ａｍを動作させることで、能動車輪１１０Ｔを回転させる。つまり、制御手段３００は、配管の内部を直進する際には能動車輪１１０Ｔ及び受動車輪１２０Ｔを配管の内部に接触させる。これにより、管内走行ロボット１０００が配管の内部を走行する。

【0071】

配管の内部を走行中は、第１ユニットＵ１が屈曲部に到達したか否かを確認する。つまり、第１ユニットＵ１が走行する配管が、曲管あるいはＴ字管であるか否かを判断する（ステップＳＡ４）。前記判断には、第１ユニットＵ１が備える撮像手段４００が撮影した画像に基づき制御手段３００が判断してもよいし、撮像手段４００が撮影した画像をモニタ等によって作業者が目視して判断してもよい。作業者による目視は、屈曲部がＴ字管（分岐）であって、いずれの分岐の方向に進むかを作業者によって決定する場合等に好適である。

【0072】

走行中の第１ユニットＵ１が屈曲部にない場合（ステップＳＡ４：ＮＯ）は、全ての能動車輪１１０Ｔを前進方向に回転させる（ステップＳＡ３）ことで直進を継続する。走行中の第１ユニットＵ１が屈曲部に到達した場合（ステップＳＡ４：ＹＥＳ）は、ヨー軸の角度調整のみで前進可能かを判定する（ステップＳＡ５）。つまり、ヨー軸を回転軸として関節部２００を回転させ、左右方向に第１ユニットＵ１の方向を変えることのみで屈曲部を通過できるかを判定する。

【0073】

ヨー軸の角度調整のみで前進可能の場合（ステップＳＡ５：ＹＥＳ）、すなわち屈曲部によって管内走行ロボット１０００が左右方向に曲がる場合は、ヨー軸回転フローへ移行（ステップＳＡ６）して、直管走行フローを終了する。ヨー軸の角度調整のみで前進不可の場合（ステップＳＡ５：ＮＯ）、すなわち屈曲部によって管内走行ロボット１０００が上下方向や斜め上、斜め下の方向に移動する場合は、ロール軸回転フローへ移行（ステップＳＡ７）して、直管走行フローを終了する。

【0074】

（ヨー軸回転フロー）
図１２に示すヨー軸回転フローは、配管の屈曲部を通過する際に、関節部２００によって管内走行ロボット１０００の形状を屈曲部に追従するように変形させるためのフローである。
上述のように、走行中の第１ユニットＵ１が屈曲部に到達し（ステップＳＡ４：ＹＥＳ）、屈曲部がヨー軸の角度調整のみで前進可能と判断されたとき（ステップＳＡ５：ＹＥＳ）、ヨー軸回転フローが開始される。

【0075】

まず、全ての能動車輪１１０Ｔを停止する（ステップＳＢ１）。次に、第１開閉機構を閉じる（ステップＳＢ２）。つまり、第１ユニットＵ１の第１開閉機構により、能動車輪１１０Ｔを配管の内壁から離れた状態とする。次に、第１関節を経路方向に角度制御する（ステップＳＢ３）。つまり、第１ユニットＵ１が屈曲部の内部を通過できるように、第１関節を能動的に回転させることによって第１ユニットＵ１の向きを変更する。

【0076】

その後、全ての能動車輪を前進方向に回転させる（ステップＳＢ４）。ここで、ステップＳＢ２によって、第１ユニットＵ１の能動車輪１１０Ｔは配管の内壁から離れた状態である。よって、ステップＳＢ４によっては、第４ユニットＵ４の能動車輪１１０Ｔによって、第１ユニットＵ１、第２ユニットＵ２、第３ユニットＵ３が進行方向に押し出されるように動く。第１ユニットＵ１が屈曲部を通過した（ステップＳＢ５）ら、全ての能動車輪１１０Ｔを停止する（ステップＳＢ６）。

【0077】

その後、第１開閉機構を開き、第２、第３、第４開閉機構を閉じる。つまり、第１ユニットＵ１の第１開閉機構により、能動車輪１１０Ｔを配管の内壁に接した状態とする。これと同時に、第２開閉機構及び第３開閉機構により、受動車輪１２０Ｔを配管の内壁から離れた状態とする。更に、第４開閉機構により、第４ユニットＵ４の能動車輪１１０Ｔを配管の内壁から離れた状態とする。（ステップＳＢ７）。このとき、管内走行ロボット１０００は、第１ユニットＵ１及び第４ユニットＵ４の能動車輪１１０Ｔのみが配管の内壁に接した状態となる。

【0078】

上記の状態で、全ての関節部２００を、受動的に変位可能とする（ステップＳＢ８）。この制御は、制御手段３００により自動で行われてもよいし、作業者がインターフェイスを介して制御手段３００に指示を与えることで行われてもよい。関節部２００を受動的に変位可能とすることは、例えば、制御手段３００が関節部２００の制御を停止することで行ってもよい。具体器には、関節部２００の関節モータ２３１への電力供給を停止して、関節モータ２３１が脱力した状態とすることで受動的に変位可能としてもよい。あるいは、センサ等からの変位入力に係る情報などに基づき、制御手段３００が、関節部２００を受動的に変位するように制御することで行ってもよい。

【0079】

その後、全ての能動車輪１１０Ｔを前進方向に回転させる（ステップＳＢ９）。これにより、第１ユニットＵ１は屈曲部の内部を進み始める。ここで、ステップＳＢ９の時点では、ステップＳＢ７により全ての受動車輪１２０Ｔと、第４ユニットＵ４の能動車輪１１０Ｔは配管から離れた状態である。つまり、制御手段３００は、屈曲部を走行する際は第１ユニットＵ１の能動車輪１１０Ｔのみを配管の内部に接触させる。これにより、屈曲部を走行する際に受動車輪１２０Ｔが配管との摩擦力等によって走行の妨げとなることを防ぐ。

【0080】

第１ユニットＵ１が屈曲部の内部を進むことに伴い、第２ユニットＵ２、第３ユニットＵ３も屈曲部の内部を進む。このとき、上述のように全ての関節部２００が受動的に変位可能の状態であるから、屈曲部の形状に合わせて関節部２００が変形して、第２ユニットＵ２及び第３ユニットＵ３が屈曲部を通過できるようにする。

【0081】

第２ユニットＵ２、第３ユニットＵ３が屈曲部を進行すると、やがて第４ユニットＵ４が屈曲部に到達する（ステップＳＢ１０）。このとき、第４ユニットＵ４の能動車輪１１０Ｔは配管の内壁に接した状態である。このため、このまま第４ユニットＵ４が屈曲部の内部を進行すると、能動車輪１１０Ｔが配管との摩擦によって走行の妨げとなることがある。

【0082】

このため、第４ユニットＵ４が屈曲部に到達したら、まず、全ての能動車輪１１０Ｔを停止する（ステップＳＢ１１）。次に、第２、第３開閉機構を開く（ステップＳＢ１２）。これにより、第１ユニットＵ１の能動車輪１１０Ｔ、第２ユニットＵ２、第３ユニットＵ３の受動車輪１２０Ｔが配管の内壁に接し、第４ユニットＵ４の能動車輪１１０Ｔが配管の内壁から離れた状態とする。その後、全ての能動車輪１１０Ｔを前進方向に回転させる（ステップＳＢ１３）。これにより、第４ユニットＵ４が屈曲部を通過する。このとき、制御を簡易なものとするために上述のように全ての能動車輪１１０Ｔを回転させてもよいが、配管の内壁に接していない第４ユニットＵ４の能動車輪１１０Ｔは回転させなくてもよい。

【0083】

第４ユニットＵ４が屈曲部を通過（ステップＳＢ１４）、すなわち、管内走行ロボット１０００が屈曲部を通過し、管内走行ロボット１０００全体が再び直管部に位置する状態となった後、全ての能動車輪１１０Ｔを停止する（ステップＳＢ１５）。その後、全ての関節部２００を真っすぐに制御する（ステップＳＢ１６）。つまり、関節部２００を制御することで、管内走行ロボット１０００の全てのユニット１００が一直線上に並んだ状態とする。その後、第４開閉機構を開く（ステップＳＢ１７）。これにより、再び直管部において全ての能動車輪１１０Ｔと受動車輪１２０Ｔとが配管の内壁に接した状態となる。その後、直管走行フローへ移行（ステップＳＢ１８）して、ヨー軸回転フローを終了する。

【0084】

（ロール軸回転フロー）
図１３に示すロール軸回転フローは、配管の屈曲部を通過する前に、管内走行ロボット１０００の管軸Ｏまわりの角度を変更するためのフローである。これにより、ヨー軸を回転軸として第１ユニットＵ１の方向を変えることのみで屈曲部を通過できない場合、すなわち屈曲部によって管内走行ロボット１０００が上下方向や斜め上、斜め下の方向に移動する場合に対応できるようにする。

【0085】

上述のように、走行中の第１ユニットＵ１が屈曲部に到達し（ステップＳＡ４：ＹＥＳ）、屈曲部がヨー軸の角度調整のみで前進不可と判断されたとき（ステップＳＡ５：ＮＯ）、ヨー軸回転フローが開始される。
まず、全ての能動車輪１１０Ｔを停止する（ステップＳＣ１）。次に、第１、第４開閉機構を閉じる（ステップＳＣ２）。これにより、第２ユニットＵ２及び第３ユニットＵ３の受動車輪１２０Ｔのみが配管の内部に接し、配管の内部において第２ユニットＵ２及び第３ユニットＵ３が周方向に固定された状態とする。

【0086】

この状態で、第１、第２ロール軸を用いて、経路方向に角度制御する（ステップＳＣ３）。具体的には、第１ロール軸及び第２ロール軸を用いて第１ユニットＵ１と第２ユニットＵ２との間、及び第３ユニットＵ３と第４ユニットＵ４との間において管軸Ｏ方向まわりの相対角度を変化させる。これにより第１ユニットＵ１及び第４ユニットＵ４が、管軸Ｏ方向周りに回転する。前記回転は、第１ユニットＵ１及び第４ユニットＵ４が、屈曲部の内部を関節部２００の変形によって進行可能となる角度になるまで行う。この制御は、制御手段３００が自動で行ってもよいし、作業者が制御手段３００に対して指示を入力することで行ってもよい。これにより、第１ユニットＵ１及び第４ユニットＵ４の角度を屈曲部の方向に合わせることで、第１ユニットＵ１が第１関節による角度制御によって屈曲部の内部を進むことができるようにする。

【0087】

上述のように第１ユニットＵ１と第４ユニットＵ４とを屈曲部の方向に合わせた後、第１、第４開閉機構を開き、第２、第３開閉機構を閉じる（ステップＳＣ４）。これにより、第１ユニットＵ１及び第４ユニットＵ４の能動車輪１１０Ｔのみが配管の内部に接し、配管の内部において第１ユニットＵ１及び第４ユニットＵ４が周方向に固定された状態とする。

【0088】

この状態で、第１、第２ロール軸を用いて、経路方向に角度制御する（ステップＳＣ５）。具体的には、第１ロール軸及び第２ロール軸を用いて、上述のステップで変化させた第１ユニットＵ１と第２ユニットＵ２との間、及び第３ユニットＵ３と第４ユニットＵ４との間における管軸Ｏ方向まわりの相対角度を最初の状態に戻す。つまり、制御手段３００は、ロール軸回転フローにおいて、能動車輪１１０Ｔ又は受動車輪１２０Ｔのいずれかのみを配管の内部に接触させた状態で、ロール軸ユニット１３０により能動車輪ユニット１１０と受動車輪ユニット１２０との相対角度を変更し、管内走行ロボット１０００の管軸Ｏまわりの向きを変える。これにより、関節部２００の制御のみによって屈曲部を管内走行ロボット１０００が進むことができるようにする。

【0089】

上述の状態となった後、第２、第３開閉機構を開く（ステップＳＣ６）ことで、屈曲部の内部を走行できるようにする。その後にヨー軸回転フローへ移行（ステップＳＣ７）し、ロール軸回転フローを終了する。
上記各フローを適宜実行することにより、管内走行ロボット１０００は屈曲部を有する配管の内部を走行する。

【0090】

以上説明したように、本実施形態に係る管内走行ロボット１０００によれば、制御手段３００は、配管の屈曲部を走行する際に関節部２００を受動的に変位可能とする。これにより、管内走行ロボット１０００が配管の屈曲部を走行する際、例えば、進行方向の側に位置する能動車輪ユニット１１０が屈曲部に位置して、その直後に位置するユニット１００が直線部に位置する時、それらの間に位置する関節部２００が受動的に変位する。同様に、進行方向の側に位置するユニット１００が屈曲部に位置して、その直後に位置するユニット１００が直線部に位置する時、それらの間に位置する関節部２００が受動的に変位する。したがって、制御手段３００によって関節部２００を能動的に制御することなく、配管の形状に合わせて管内走行ロボット１０００を適宜変形することができる。このため、配管の経路情報を事前に把握していなくても、配管の内部を走行することができる。

【0091】

また、制御手段３００は、関節部２００の制御を停止することで受動的な変形を可能とする。これにより、管内走行ロボット１０００が配管の屈曲部を走行する際の制御手段３００の処理負担を最小限とすることができる。

【0092】

また、制御手段３００は、関節部２００を受動的に変位するように制御する。これにより、関節部２００の制御を停止することで受動的な変形を可能とする場合と比較して、配管の屈曲部を走行する際における管内走行ロボット１０００の姿勢を最適に維持することができる。

【0093】

また、能動車輪ユニット１１０は撮像手段４００を備える。これにより、例えば、管内走行ロボット１０００が屈曲部に到達したことや、屈曲部の向きを確認することができる。また、配管の内壁の損傷状態等を把握することができる。また、撮影した画像を作業者が確認することで、管内走行ロボット１０００を用いた作業を効率的に行うことができる。

【0094】

また、能動車輪１１０Ｔ及び受動車輪１２０Ｔは、配管の内壁に対し接触及び離隔が可能である。能動車輪１１０Ｔが配管の内壁に対して接触した状態で能動的に回転することで、管内走行ロボット１０００を配管の内部を走行させることができる。受動車輪１２０Ｔが配管の内壁に対して接触することで、静止中の管内走行ロボット１０００の配管の内部における姿勢を維持することができる。また、受動車輪１２０Ｔが配管の内壁に対して接触した状態で受動的に回転することで、走行中においても管内走行ロボット１０００の姿勢を維持することができる。

【0095】

また、ロール軸ユニット１３０は、管軸Ｏ方向を中心として能動車輪ユニット１１０と受動車輪ユニット１２０との相対角度を変更可能である。これにより、配管の内部において能動車輪ユニット１１０及び受動車輪ユニット１２０の姿勢を変更することができる。

【0096】

また、制御手段３００は、配管の内部を直進する際には能動車輪１１０Ｔ及び受動車輪１２０Ｔを配管の内部に接触させる。これにより、直進時の管内走行ロボット１０００の姿勢を維持することができる。また、屈曲部を走行する際は能動車輪１１０Ｔのみを配管の内部に接触させる。これにより、屈曲部を走行する際に受動車輪１２０Ｔが走行の妨げとなることを防ぐことができる。

【0097】

ここで、本発明に係る管内走行ロボット１０００は、能動車輪ユニット１１０と受動車輪ユニット１２０との相対角度を変更しない場合は、関節部２００の回転軸を中心とした方向にのみ進行方向を変更可能である。
これに対し、制御手段３００は、能動車輪１１０Ｔ又は受動車輪１２０Ｔのいずれかのみを配管の内部に接触させた状態で、ロール軸ユニット１３０により能動車輪ユニット１１０と受動車輪ユニット１２０との相対角度を変更する。

【0098】

受動車輪１２０Ｔのみを配管の内部に接触させた状態で、ロール軸ユニット１３０により能動車輪ユニット１１０と受動車輪ユニット１２０との相対角度を変更することにより、配管の内部において、管軸Ｏを中心として能動車輪ユニット１１０を回転させることができる。つまり、配管の内部において関節部２００の軸方向を変更することができる。したがって、屈曲部の屈曲方向に対して自在に対応することができる。

【0099】

能動車輪１１０Ｔのみを配管の内部に接触させた状態で、ロール軸ユニット１３０により能動車輪ユニット１１０と受動車輪ユニット１２０との相対角度を変更することにより、配管の内部において、能動車輪ユニット１１０に対して受動車輪ユニット１２０の姿勢を追従することができる。これにより、屈曲部の屈曲方向に制限されることなく、管内走行ロボット１０００を走行させることができる。

【0100】

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、１つの受動車輪ユニット１２０のみによって管内走行ロボット１０００の姿勢を維持することが担保できれば、２つ目の受動車輪ユニット１２０及び中間ユニット１４０は設けられなくてもよい。
また、開閉機構Ｐの構造は上記のものに限らず、例えば、開閉アームＰ９を空気シリンダや油圧シリンダ等によって移動させる構造であってもよい。
また、関節部２００の動力は関節モータに限らず、開閉アームＰ９を空気シリンダや油圧シリンダ等によって移動させる構造であってもよい。この場合、ヨー軸回転フローのステップＳＢ５に係る「受動的に変位可能とする」ことは、空気シリンダの空気を抜くことで脱力してもよいし、空気シリンダを受動的に変形可能に制御することで行ってもよい。

【0101】

また、能動車輪１１０Ｔを駆動させる車輪モータ１１０Ａｍは、公知のモータに限らず、エンジン等を用いてもよい。
また、屈曲部の曲がり量が少ない場合は、直管走行フローから他のモードに移行せずにっ走行してもよい。

【0102】

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0103】

１００ ユニット
１１０ 能動車輪ユニット
１１０Ｔ 能動車輪
１２０ 受動車輪ユニット
１２０Ｔ 受動車輪
１３０ ロール軸ユニット
２００ 関節部
３００ 制御手段３００
４００ 撮像手段
１０００ 管内走行ロボット
Ｏ 管軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】