JP6735997B2

JP6735997B2 - In-pipe traveling device

Info

Publication number: JP6735997B2
Application number: JP2016106489A
Authority: JP
Inventors: 書根馬; 篤加古川
Original assignee: Ritsumeikan Trust
Current assignee: Ritsumeikan Trust
Priority date: 2016-05-27
Filing date: 2016-05-27
Publication date: 2020-08-05
Anticipated expiration: 2036-05-27
Also published as: JP2017210210A

Description

本発明は、配管内を走行する管内走行装置に関する。 The present invention relates to an in-pipe traveling device that travels in a pipe.

近年、インフラ設備の耐用年数超過が問題視され始めており、中でも流体の輸送に使用される配管設備の老朽化が深刻化している。未然に漏洩事故を防ぐためには定期的な配管検査が必要になるが、人間は小さな配管内に入ることができないため、埋設された配管を掘り起こしたり、配管そのものを分解する必要がある。しかし、人手によるこれらの作業は時間や労力が掛かり、危険も伴う。そのため、近年は、カメラや肉厚測定センサを管内走行装置に搭載した配管検査ロボットによる検査が注目されており、様々な配管検査ロボットが開発されている。 In recent years, the service life of infrastructure equipment has begun to become a problem, and the deterioration of piping equipment used for transporting fluids is becoming serious. Regular pipe inspections are necessary to prevent leaks, but humans cannot enter small pipes, so it is necessary to dig up buried pipes or disassemble the pipes themselves. However, these manual operations are time-consuming, labor-intensive, and dangerous. Therefore, in recent years, an inspection by a pipe inspection robot in which a camera and a wall thickness measurement sensor are mounted on a pipe traveling device has been attracting attention, and various pipe inspection robots have been developed.

このような配管検査ロボットとしては、例えば、移動速度の速い自走式の管内走行装置を用いたものが多く提案されている。自走式の管内走行装置としては、独立した複数のクローラ式走行体からなる駆動モジュールが車体の周方向に支持機構を介して放射状に取り付けられた管内走行装置がこれまでに開発されている（例えば、特許文献１参照）。このような管内走行装置では、それぞれの駆動モジュールの速度を調整することにより前進後退だけなく、その場で上下左右への方向転換を行うことができる。しかしながら、このような配管走行装置では、バネ等を用いた支持機構によって直径が常に放射状に膨らもうとするため、分岐管等では、空いた空間に駆動モジュールの一部が逃げてしまい、進行が妨げられてしまう虞がある。また、径方向に空間的に余裕のない配管内で複数の駆動モジュールを配置しなければならないため、小型化が難しいという問題がある。 As such a pipe inspection robot, for example, many ones using a self-propelled in-pipe traveling device having a high moving speed have been proposed. As a self-propelled in-pipe traveling device, there has been developed an in-pipe traveling device in which a drive module composed of a plurality of independent crawler-type traveling bodies is radially attached via a support mechanism in the circumferential direction of the vehicle body ( For example, see Patent Document 1). In such an in-pipe traveling device, by adjusting the speeds of the respective drive modules, not only forward and backward movement but also direction change up, down, left and right can be performed on the spot. However, in such a pipe traveling device, since the diameter always swells radially by the support mechanism using a spring or the like, in the branch pipe or the like, a part of the drive module escapes to an empty space, and the progress is made. May be hindered. Further, there is a problem that miniaturization is difficult because a plurality of drive modules must be arranged in a pipe that has no space in the radial direction.

そこで、本発明者らは、小型化を実現し、狭く細長い空間に適した構造となるように、４つのリンクと、５つの車輪ユニットを連結させてジグザグ状に構成した管内走行ロボットをこれまでに提案している（例えば、非特許文献１参照）。この管内走行ロボットでは、リンク間内部にねじりコイルばねが取り付けられており、ばねの弾性力によって配管の内壁面を押し付けることができるようになっている。また、この管内走行ロボットは、リンク間に取り付けられているオムニホイールによって配管内での前後移動、リンク前後に取り付けられている半球状の車輪によって配管内でのロール姿勢角の変更が可能であり、配管の屈曲部では、ロール姿勢角を変えて屈曲部の屈曲方向に姿勢を合わせることによって走行可能な構成になっている。一方で、このような管内走行ロボットでは、屈曲部を有する配管内を自律走行するためには、屈曲部の屈曲方向に合わせて姿勢を変える必要があるため、屈曲方向を推定する必要がある。 Therefore, the inventors of the present invention have so far developed an in-pipe traveling robot configured in a zigzag shape by connecting four links and five wheel units so as to realize miniaturization and a structure suitable for a narrow and elongated space. (See, for example, Non-Patent Document 1). In this in-pipe traveling robot, a torsion coil spring is attached inside the links so that the inner wall surface of the pipe can be pressed by the elastic force of the spring. In addition, this in-pipe running robot is able to move back and forth in the pipe by the omni wheel attached between the links, and change the roll attitude angle in the pipe by the hemispherical wheels attached before and after the link. In the bent portion of the pipe, the roll can be moved by changing the roll posture angle and adjusting the posture in the bending direction of the bent portion. On the other hand, in such a pipe traveling robot, in order to autonomously travel in the pipe having the bent portion, the posture needs to be changed according to the bending direction of the bent portion, and therefore the bending direction needs to be estimated.

また、配管の屈曲部の屈曲方向を判別して走行する管内走行ロボットとしては、カメラと光源（ＬＥＤ）を用いて、配管の屈曲によって発生する影を認識するものがこれまでに提案されている（例えば、非特許文献２参照）。この非特許文献２の管内走行ロボットでは、カメラの周囲に複数の光源を奥行方向にずらして配置することによって影を発生させ、画像処理によって影の位置から配管の屈曲方向を判別し、その判別した屈曲方向に基づいて、搭載されている３つのアクチュエータを制御することによって屈曲部での走行を実現している。 Further, as a traveling robot in a pipe that discriminates the bending direction of the bent portion of the pipe and travels, a robot that uses a camera and a light source (LED) to recognize a shadow generated by bending the pipe has been proposed so far. (See, for example, Non-Patent Document 2). In this in-pipe traveling robot of Non-Patent Document 2, a shadow is generated by arranging a plurality of light sources around the camera while shifting them in the depth direction, and the bending direction of the pipe is determined from the position of the shadow by image processing. By controlling the three actuators mounted on the basis of the bending direction, the traveling at the bending portion is realized.

特開平０６−０７２３５９号公報JP, 06-072359, A

A. Kakogawa and S. Ma “An Articulated Wheeled In-pipe Inspection Robot with Holonomic Rolling Motion”, Int Conf Realtime Computing and Robotics, pp.C2-2, 2015.A. Kakogawa and S. Ma “An Articulated Wheeled In-pipe Inspection Robot with Holonomic Rolling Motion”, Int Conf Realtime Computing and Robotics, pp.C2-2, 2015. Jung-Sub Lee, Se-gon Roh, Do Wan Kim, Hyungpil Moon, Hyouk Ryeol Choi “In-pipe Robot Navigation Based on the Landmark Recognition System Using Shadow Image”, IEEE Int Conf Robotics and Automation, pp.1857-1862, 2009.Jung-Sub Lee, Se-gon Roh, Do Wan Kim, Hyungpil Moon, Hyouk Ryeol Choi “In-pipe Robot Navigation Based on the Landmark Recognition System Using Shadow Image”, IEEE Int Conf Robotics and Automation, pp.1857-1862, 2009.

しかしながら、非特許文献２のような管内走行ロボットでは、カメラの周囲に複数の光源を奥行方向にずらして配置する必要があるため、前後方向にそのためのスペースを確保する必要があり、構造が複雑化と共にコストも増大する。また、非特許文献２の管内走行ロボットでは、画像処理によって判別した屈曲方向に基づいて、搭載されている３つのアクチュエータをそれぞれ精確に制御する必要がある。 However, in the in-pipe traveling robot as in Non-Patent Document 2, it is necessary to arrange a plurality of light sources around the camera while displacing them in the depth direction, and therefore it is necessary to secure a space for that in the front-rear direction, and the structure is complicated. The cost increases with the increase in cost. Further, in the in-pipe traveling robot of Non-Patent Document 2, it is necessary to accurately control each of the three mounted actuators based on the bending direction determined by image processing.

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、コストを抑制しつつ簡易な構成で、配管の屈曲部の屈曲方向を認識し、その屈曲方向に姿勢を合わせることによって配管内を自律走行することができる管内走行装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, a simple configuration while suppressing the cost, by recognizing the bending direction of the bent portion of the pipe, by adjusting the posture in the bending direction It is an object of the present invention to provide a pipe traveling device that can autonomously travel inside.

上記目的を達成するために、本発明に係る管内走行装置は、配管内でロール姿勢角を変えることによって、前記配管の屈曲部の屈曲方向に合った姿勢で走行可能な管内走行装置であって、前記配管内の進行方向の画像を撮像する撮像手段と、前記配管の中心軸線に直交する平面的な位置が、前記撮像手段の固定位置からずらして固定された状態で、前記進行方向に光を照射する光源と、前記撮像手段によって撮像された前記画像から前記撮像手段と前記光源との位置関係によって前記屈曲部に発生する影の画像を抽出する画像処理手段と、前記画像処理手段によって抽出された前記影の画像情報に基づいて、前記屈曲部の屈曲方向に合うように姿勢を制御する姿勢制御手段と、を備えることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the in-pipe traveling device according to the present invention is an in-pipe traveling device capable of traveling in a posture that matches a bending direction of a bending portion of the pipe by changing a roll posture angle in the pipe. The image pickup means for picking up an image of the traveling direction in the pipe and the planar position orthogonal to the central axis of the pipe are fixed while being displaced from the fixed position of the image pickup means, and the light is emitted in the traveling direction. A light source that irradiates the image, an image processing unit that extracts an image of a shadow generated in the bent portion based on the positional relationship between the image capturing unit and the light source from the image captured by the image capturing unit, and the image processing unit extracts the image. And a posture control unit that controls the posture so as to match the bending direction of the bending portion based on the image information of the shadow.

また、本発明に係る管内走行装置は、前記撮像手段が、前記配管の中心軸線上に位置するように固定されていることを特徴としている。 Further, the in-pipe traveling device according to the present invention is characterized in that the imaging means is fixed so as to be located on a central axis of the pipe.

また、本発明に係る管内走行装置は、前記画像処理手段が、予め設定される第１の閾値と、前記撮像手段によって撮像された前記画像の各画素の明るさの平均を算出して設定される第２の閾値とを用いて、前記画像に対して二値化処理することにより、それぞれの二値化画像を生成し、前記それぞれの二値化画像の互いに共通する画素において、互いに黒である画素を前記影の画像として抽出することを特徴としている。 Further, in the in-pipe traveling device according to the present invention, the image processing unit is set by calculating an average of the brightness of each pixel of the image captured by the image capturing unit and a preset first threshold value. And binarizing the image by using a second threshold value to generate each binarized image, and the pixels common to each other of the binarized images are blacked each other. A feature is that a certain pixel is extracted as the image of the shadow.

本発明に係る管内走行装置によれば、配管内の進行方向の画像を撮像する撮像手段と、配管の中心軸線に直交する平面的な位置が、撮像手段の固定位置からずらして固定された状態で、進行方向に光を照射する光源とを備えており、撮像手段によって撮像された画像から前記撮像手段と前記光源との位置関係によって屈曲部に発生する影の画像を抽出し、抽出した影の画像情報に基づいて、屈曲部の屈曲方向に合うように姿勢を制御するので、カメラの周囲に複数の光源を奥行方向にずらして配置するような必要がないため、コストを抑制しつつ簡易な構成で、配管の屈曲部の屈曲方向を認識し、その屈曲方向に姿勢を合わせることによって配管内を自律走行することができる。 According to the in-pipe traveling device of the present invention, a state in which the image pickup means for picking up an image in the traveling direction in the pipe and the planar position orthogonal to the central axis of the pipe are fixed while being displaced from the fixed position of the image pickup means. And a light source for irradiating light in the traveling direction, and an image of a shadow generated in the bent portion is extracted from the image captured by the image capturing unit due to the positional relationship between the image capturing unit and the light source, and the extracted shadow is extracted. Since the posture is controlled to match the bending direction of the bending part based on the image information of, it is not necessary to arrange multiple light sources in the depth direction around the camera, which simplifies while suppressing the cost. With such a configuration, it is possible to autonomously travel in the pipe by recognizing the bending direction of the bent portion of the pipe and adjusting the posture to the bending direction.

また、本発明に係る管内走行装置によれば、撮像手段は、配管の中心軸線上に位置するように固定されているので、配管内でロール姿勢角が変わった場合でも、配管の中心軸と撮像手段によって撮像される撮像画像の中心とが一致するため、画像処理が容易になる。 Further, according to the in-pipe traveling device of the present invention, since the imaging means is fixed so as to be located on the central axis of the pipe, even if the roll posture angle changes in the pipe, Since the center of the picked-up image picked up by the image pickup means coincides, the image processing becomes easy.

また、本発明に係る管内走行装置によれば、画像処理手段は、予め設定される第１の閾値と、撮像手段によって撮像された画像の各画素の明るさの平均を算出して設定される第２の閾値とを用いて、撮像手段によって撮像された画像に対して二値化処理することにより、それぞれの二値化画像を生成し、前記それぞれの二値化画像の互いに共通する画素において、互いに黒である画素を影の画像として抽出するので、ノイズの発生を抑制し、より正確に屈曲部に発生する影の画像を抽出することができる。 Further, according to the in-pipe travel device of the present invention, the image processing means is set by calculating an average of the brightness of each pixel of the image captured by the image capturing means and the preset first threshold value. By binarizing the image picked up by the image pickup means using the second threshold value, each binarized image is generated, and in the pixels common to each other of the respective binarized images. Since the black pixels are extracted as the shadow image, it is possible to suppress the generation of noise and more accurately extract the shadow image generated in the bent portion.

本発明の実施形態に係る管内走行装置の一例を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view showing an example of a pipe running device concerning an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る管内走行装置の一例を示す概略側面図である。It is a schematic side view which shows an example of the in-pipe traveling apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る管内走行装置の一例を示す概略平面図である。It is a schematic plan view showing an example of a pipe running device concerning an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る管内走行装置の一例を示す概略正面図である。FIG. 1 is a schematic front view showing an example of a pipe running device according to an embodiment of the present invention. 図３のＡ−Ａ線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 図５の部分拡大断面図である。It is a partially expanded sectional view of FIG. 本発明の実施形態に係る管内走行装置の自動走行動作の一例について説明するためのフローチャートである。It is a flow chart for explaining an example of an automatic run operation of a pipe run device concerning an embodiment of the present invention. 撮像画像中の配管の屈曲部に発生する影の画像を抽出するための画像処理（二値化処理）の一例について説明するためのフローチャートである。It is a flow chart for explaining an example of image processing (binarization processing) for extracting an image of a shadow generated in a bent portion of a pipe in a captured image. 本発明の実施形態に係る管内走行装置の自律走行する際の動作の一例について説明するための概略側面図である。It is a schematic side view for explaining an example of operation at the time of autonomous running of a pipe running device concerning an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る管内走行装置の自律走行する際に取得される撮像画像、及び、その二値化画像の一例について説明するための概略模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining an example of a captured image acquired when the in-pipe travel device according to the embodiment of the present invention travels autonomously, and an example of a binarized image thereof.

以下、本発明の実施形態に係る管内走行装置１について、図面を参照しつつ説明する。管内走行装置１は、例えば、配管１０内の点検等を行うために配管１０内を走行するためのであって、図１〜図４に示すように、配管１０の軸方向に対してそれぞれ屈曲した状態でジグザグ状に配列され、配管１０の軸方向に対して直交する軸方向周りに回動可能に設けられる４つのリンク部２（２ａ〜２ｄ）と、リンク部２ａ、２ｂ間に設けられる移動ユニット３ａ、リンク部２ｃ、２ｄ間に設けられる移動ユニット３ｂ、リンク部２ｂ、２ｃ間に設けられる移動ユニット５、配管１０の軸方向の前後両端側に位置するリンク部２ａ、２ｄの開放側の端部にそれぞれ設けられる移動ユニット４ａ、４ｂの５つの移動ユニットとを備えている。また、この管内走行装置１は、リンク２ａの外周面に取り付けられている固定部９に固定された状態で、配管１０内の進行方向の画像を撮像するカメラ（撮像手段）６と、進行方向に光を照射するＬＥＤ（光源）７とを備えており、管内走行装置１の外部や配管１０の外部には、カメラ６から不図示のケーブル等を介して送られてくる画像に対して画像処理を行う画像処理部（画像処理手段）８１や配管１０内での姿勢の制御を行うための制御信号を生成する姿勢制御部（姿勢制御手段）８２等の機能を有するコンピュータ８を備えている。尚、管内走行装置１は、上記の用途に限定されるものではなく、配管１０内を走行して行われる他の作業等にも利用できるものである。また、図１，３，４では、配管１０は省略して図示している。 Hereinafter, a pipe traveling device 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The in-pipe traveling device 1 is, for example, for traveling in the pipe 10 in order to inspect the inside of the pipe 10 and is bent in the axial direction of the pipe 10 as shown in FIGS. 1 to 4. The four link portions 2 (2a to 2d) that are arranged in a zigzag shape in the state and are rotatable around an axial direction orthogonal to the axial direction of the pipe 10 and a movement provided between the link portions 2a and 2b. The unit 3a, the moving unit 3b provided between the link portions 2c and 2d, the moving unit 5 provided between the link portions 2b and 2c, and the open side of the link portions 2a and 2d located at both axial front and rear ends of the pipe 10. It is provided with five moving units 4a and 4b respectively provided at the ends. Further, the in-pipe traveling device 1 is fixed to a fixing portion 9 attached to the outer peripheral surface of the link 2a, and a camera (imaging means) 6 for capturing an image of the traveling direction in the pipe 10 and a traveling direction. It is provided with an LED (light source) 7 for irradiating light to the outside, and an image for an image sent from the camera 6 to the outside of the in-pipe traveling device 1 and the outside of the pipe 10 via a cable or the like (not shown). A computer 8 having functions such as an image processing unit (image processing unit) 81 that performs processing and an attitude control unit (attitude control unit) 82 that generates a control signal for controlling the attitude in the pipe 10 is provided. .. The in-pipe traveling device 1 is not limited to the above-mentioned application, but can be used for other work performed while traveling in the pipe 10. Further, in FIGS. 1, 3 and 4, the pipe 10 is omitted.

４つのリンク部２ａ〜２ｄは、それぞれ略同形状の円筒状に形成されている。これらの４つのリンク部２ａ〜２ｄは、ジグザグ状に配列されており、前後方向に隣り合うそれぞれのリンク部２（２ａ〜２ｄ）の軸方向のなす角及びそれぞれのリンク部２（２ａ〜２ｄ）の寸法は略同一に形成されている。尚、隣り合うそれぞれのリンク部２（２ａ〜２ｄ）の軸方向のなす角及びそれぞれのリンク部２（２ａ〜２ｄ）の寸法は、管内走行装置１が走行する配管１０の径等に応じて、適宜設定されるものであり、特に限定されるものではない。また、隣り合うそれぞれのリンク部２（２ａ〜２ｄ）の軸方向のなす角及びそれぞれのリンク部２（２ａ〜２ｄ）の寸法は、必ずしも全て略同一である必要はなく、異なるように構成されていても良い。 The four link portions 2a to 2d are each formed in a cylindrical shape having substantially the same shape. These four link portions 2a to 2d are arranged in a zigzag shape, and the angles formed by the axial directions of the link portions 2 (2a to 2d) adjacent to each other in the front-rear direction and the respective link portions 2 (2a to 2d). ) Are formed to have substantially the same size. The angle formed by the axial directions of the adjacent link portions 2 (2a to 2d) and the dimensions of the respective link portions 2 (2a to 2d) depend on the diameter of the pipe 10 on which the in-pipe traveling device 1 travels. The number is appropriately set and is not particularly limited. Further, the angles formed by the axial directions of the adjacent link portions 2 (2a to 2d) and the dimensions of the respective link portions 2 (2a to 2d) do not necessarily have to be substantially the same, and are configured differently. It may be.

リンク部２ａは、管内走行装置１の進行方向の最前方に位置しており、開放側の端部である前端には、リンク部２ａの軸方向上に位置するロール回転軸１２を介して移動ユニット４ａが設けられており、後端には、略コの字型に形成されている第１連結部１３が設けられている。リンク部２ｂは、リンク部２ａの後方に位置しており、前端には、略コの字型に形成されている第１連結部１３の溝内に納まる幅に形成されている第２連結部１４が設けられており、後端には、略コの字型に形成されている第１連結部１３が設けられている。リンク部２ｃは、リンク部２ｂの後方に位置しており、前端及び後端のそれぞれには、略コの字型に形成されている第１連結部１３の溝内に納まる幅に形成されている第２連結部１４が設けられている。リンク部２ｄは、リンク部２ｃの後方であり、管内走行装置１の進行方向の最後方に位置しており、前端には、略コの字型に形成されている第１連結部１３が設けられており、開放側の端部である後端には、リンク部２ｄの軸方向上にあるロール回転軸１２を介して移動ユニット４ｂが設けられている。 The link portion 2a is located at the frontmost position in the traveling direction of the in-pipe travel device 1, and is moved to the front end, which is the end portion on the open side, via the roll rotation shaft 12 located axially on the link portion 2a. The unit 4a is provided, and the rear end is provided with the first connecting portion 13 formed in a substantially U shape. The link portion 2b is located rearward of the link portion 2a, and has a second connecting portion formed at a front end with a width that can be accommodated in the groove of the first connecting portion 13 formed in a substantially U shape. 14 is provided, and the rear end is provided with the first connecting portion 13 formed in a substantially U-shape. The link portion 2c is located rearward of the link portion 2b, and is formed at each of the front end and the rear end so as to have a width that can be accommodated in the groove of the first connecting portion 13 formed in a substantially U shape. The second connecting portion 14 is provided. The link portion 2d is located rearward of the link portion 2c, is located rearmost in the traveling direction of the in-pipe travel device 1, and has a substantially U-shaped first connecting portion 13 at the front end. A moving unit 4b is provided at the rear end, which is the end on the open side, via the roll rotating shaft 12 that is axially above the link 2d.

リンク部２ａの後端に設けられる第１連結部１３とリンク部２ｂの前端に設けられる第２連結部１４は、それぞれ配管１０の軸方向に直交する移動ユニット３ａの車軸３１周りに不図示のベアリング等を介して回動可能に連結されている。また、リンク部２ｂの後端に設けられる第１連結部１３とリンク部２ｃの前端に設けられる第２連結部１４は、それぞれ配管１０の軸方向に直交する移動ユニット５の車軸５１周りに不図示のベアリング等を介して回動可能に連結されている。また、リンク部２ｃの後端に設けられる第２連結部１４とリンク部２ｄの前端に設けられる第１連結部１３は、それぞれ配管１０の軸方向に直交する移動ユニット３ｂの車軸３１周りに不図示のベアリング等を介して回動可能に連結されている。これにより、管内走行装置１は、配管１０の径に応じてそれぞれのリンク部２ａ〜２ｄが回動して、配管１０内に挿入される。 The first connecting portion 13 provided at the rear end of the link portion 2a and the second connecting portion 14 provided at the front end of the link portion 2b are not shown around the axle 31 of the moving unit 3a orthogonal to the axial direction of the pipe 10. It is rotatably connected via a bearing or the like. Further, the first connecting portion 13 provided at the rear end of the link portion 2b and the second connecting portion 14 provided at the front end of the link portion 2c are not provided around the axle 51 of the moving unit 5 orthogonal to the axial direction of the pipe 10, respectively. It is rotatably connected via a bearing or the like shown in the drawing. In addition, the second connecting portion 14 provided at the rear end of the link portion 2c and the first connecting portion 13 provided at the front end of the link portion 2d are arranged around the axle 31 of the moving unit 3b orthogonal to the axial direction of the pipe 10. It is rotatably connected via a bearing or the like shown in the drawing. As a result, in the in-pipe traveling device 1, the link portions 2 a to 2 d rotate according to the diameter of the pipe 10 and are inserted into the pipe 10.

移動ユニット３ａ及び移動ユニット３ｂは、それぞれリンク部２ａ、２ｂ間及びリンク部２ｃ、２ｄ間に設けられるものであって、図２に示すように、それぞれ移動ユニット４ａ、４ｂ及び移動ユニット５とは反対側の配管１０の径方向の一方側（図２中の山側）に張り出すように設けられている。移動ユニット３ａ及び移動ユニット３ｂは、それぞれ配管１０の軸方向に直交する車軸３１と、車軸３１に固定され、配管１０の軸方向へ配管１０の内壁面１１ａ上を転動するオムニホイール（第１全方向移動部材）３２とを備えている。 The moving unit 3a and the moving unit 3b are provided between the link portions 2a and 2b and between the link portions 2c and 2d, respectively, and as shown in FIG. 2, are different from the moving units 4a and 4b and the moving unit 5, respectively. It is provided so as to project to one side (mountain side in FIG. 2) in the radial direction of the pipe 10 on the opposite side. The moving unit 3a and the moving unit 3b are respectively fixed to the axle 31 and the axle 31 that are orthogonal to the axial direction of the pipe 10, and the omni wheel (first wheel that rolls on the inner wall surface 11a of the pipe 10 in the axial direction of the pipe 10). Omnidirectional moving member) 32.

このオムニホイール３２は、車軸３１の両端側にそれぞれホイール本体３３が固定されており、それぞれのホイール本体３３には外周の接線方向に配置された不図示の軸が外周方向に所定角度間隔で複数設けられ、それらの軸にゴム等で外周を被膜した略樽型のローラ３４がそれぞれ取り付けられている。このローラ３４が取り付けられる軸は、車軸３１の軸方向に対して直交するように設けられている。また、第２連結部１４を挟み込むように取り付けられたそれぞれのホイール本体３３は、周方向に所定角度だけ互い違いにずれた状態で対向するように車軸３１に固定されており、車軸３１の回転に伴って一体として回転するように構成されている。これにより、オムニホイール３２は、ホイール本体３３が配管１０の軸方向へ回転するだけでなく、ローラ３４が配管１０の周方向へと受動的に回転することにより、周方向へも移動することが可能である。 This omni wheel 32 has a wheel body 33 fixed to both ends of an axle 31, and each wheel body 33 has a plurality of shafts (not shown) arranged in a tangential direction of the outer circumference at predetermined angular intervals in the outer circumference direction. A substantially barrel-shaped roller 34 having an outer periphery coated with rubber or the like is attached to each of these shafts. The shaft to which the roller 34 is attached is provided so as to be orthogonal to the axial direction of the axle 31. Further, the respective wheel bodies 33 attached so as to sandwich the second connecting portion 14 are fixed to the axle 31 so as to face each other while being staggered by a predetermined angle in the circumferential direction, and to rotate the axle 31. Along with this, it is configured to rotate integrally. This allows the omni wheel 32 to move not only in the wheel body 33 in the axial direction of the pipe 10 but also in the circumferential direction by the roller 34 passively rotating in the circumferential direction of the pipe 10. It is possible.

また、リンク部２ｂの内部には、図５及び図６に示すように、移動ユニット３ａのオムニホイール３２を配管１０の軸方向へ能動的に回転させるための駆動力を発生させるモータ（第１駆動手段）１６が内蔵されている。尚、図５及び図６では、説明の便宜のため、カメラ６、ＬＥＤ７、及び固定部９は省略して図示している。 Further, as shown in FIG. 5 and FIG. 6, inside the link portion 2b, a motor that generates a driving force for actively rotating the omni wheel 32 of the moving unit 3a in the axial direction of the pipe 10 (first Driving means) 16 is built in. 5 and 6, the camera 6, the LED 7, and the fixing portion 9 are omitted for convenience of description.

モータ１６の回転軸１７は、図６に示すように、モータ１６からの駆動力を伝達する傘歯車機構２０に連結されている。傘歯車機構２０は、回転軸１７に固定され、回転軸１７の回転に伴って回転する傘歯車と、回転軸１７に直交する車軸３１に固定されている傘歯車とが噛み合うように構成されている。従って、モータ１６の駆動力によって回転軸１７が回転することにより、傘歯車機構２０を介して車軸３１に駆動力が伝達され、車軸３１が回転する。これにより、車軸３１に固定されているオムニホイール３２が配管１０の軸方向へ能動的に回転することができる。尚、ここでは、リンク部２ｂの内部に内蔵されるモータ１６によって、移動ユニット３ａのオムニホイール３２を配管１０の軸方向へ能動的に回転させる場合のみについて説明しているが、リンク部２ｃの内部にもリンク部２ｂと同様に移動ユニット３ｂのオムニホイール３２を配管１０の軸方向へ能動的に回転させるための駆動力を発生させるモータ１６が内蔵されており、同様の原理によって移動ユニット３ｂのオムニホイール３２も配管１０の軸方向へ能動的に回転することができる。このように管内走行装置１では、前後に独立したモータ１６等の駆動手段を持つことにより、互いの出力を干渉させてより高い推進力を得ることができる。また、曲管やＴ字管等においては、前部が後部を牽引し、後部が前部を押し出すことにより、それらの配管内を安定的に移動することができる。また、モータ１６は、外部に設けられるコンピュータ８から不図示のケーブルを介して送られる制御信号によって制御できるように構成されており、モータ１６の駆動方向を制御することにより、オムニホイール３２の回転方向を切り替えることができる。尚、コンピュータ８からモータ１６へと送られる制御信号は、無線により送られるように構成されていても良い。 As shown in FIG. 6, the rotating shaft 17 of the motor 16 is connected to a bevel gear mechanism 20 that transmits the driving force from the motor 16. The bevel gear mechanism 20 is configured so that a bevel gear that is fixed to the rotating shaft 17 and that rotates with the rotation of the rotating shaft 17 meshes with a bevel gear that is fixed to an axle 31 that is orthogonal to the rotating shaft 17. There is. Therefore, when the rotating shaft 17 is rotated by the driving force of the motor 16, the driving force is transmitted to the axle shaft 31 via the bevel gear mechanism 20, and the axle shaft 31 is rotated. As a result, the omni wheel 32 fixed to the axle 31 can actively rotate in the axial direction of the pipe 10. Although only the case where the motor 16 built in the link portion 2b actively rotates the omni wheel 32 of the moving unit 3a in the axial direction of the pipe 10 is described here, the link portion 2c has the same structure. Similarly to the link portion 2b, a motor 16 for generating a driving force for actively rotating the omni wheel 32 of the moving unit 3b in the axial direction of the pipe 10 is also incorporated therein, and the moving unit 3b operates according to the same principle. The omni wheel 32 of FIG. 3 can also actively rotate in the axial direction of the pipe 10. As described above, in the in-pipe traveling device 1, by having independent driving means such as the motor 16 in the front and rear, mutual outputs can be interfered with each other to obtain higher propulsive force. Further, in a curved pipe, a T-shaped pipe or the like, the front portion pulls the rear portion and the rear portion pushes out the front portion, so that it is possible to move stably in these pipes. Further, the motor 16 is configured to be controlled by a control signal sent from an external computer 8 via a cable (not shown). By controlling the driving direction of the motor 16, the rotation of the omni wheel 32 is controlled. You can switch directions. The control signal sent from the computer 8 to the motor 16 may be sent wirelessly.

また、図５及び図６に示すように、移動ユニット３ａ、３ｂには、管内走行装置１が配管内１０に挿入された際に、図２に二点鎖線で示す矢印Ｂの回動方向にそれぞれのリンク部２を付勢することによって、移動ユニット３ａ、３ｂのそれぞれのオムニホイール３２を配管１０の一方側の内壁面１１ａに押し付けるためのコイルバネ（付勢手段）１５がそれぞれ設けられている。このコイルバネ１５は、詳しくは図示しないが、一端側が第１連結部１３に取り付けられており、他端側が第２連結部１４に取り付けられている。これにより、管内走行装置１は、配管１０内へ挿入されると、このコイルバネ１５によって移動ユニット３ａ、３ｂのそれぞれのオムニホイール３２が内壁面１１ａに押し付けられる。そして、この状態で、モータ１６の駆動力によってそれぞれのオムニホイール３２を配管１０の軸方向へ能動的に回転させることにより、それぞれのオムニホイール３２は内壁面１１ａ上を転動し、管内走行装置１は配管１０内を走行することができる。尚、移動ユニット３ａ、３ｂのそれぞれのオムニホイール３２を配管１０の一方側の内壁面１１ａに押し付けるための付勢手段は、コイルバネ１５に限定されたものではなく、それぞれのリンク部２を図２に二点鎖線で示す矢印Ｂの回動方向に付勢する付勢力を発生させることができるものであれば良い。 Further, as shown in FIGS. 5 and 6, in the moving units 3a and 3b, when the in-pipe traveling device 1 is inserted into the pipe 10, the moving units 3a and 3b are rotated in the direction of the arrow B indicated by a two-dot chain line in FIG. Coil springs (urging means) 15 for pressing the respective omni wheels 32 of the moving units 3a and 3b against the inner wall surface 11a on one side of the pipe 10 by urging the respective link portions 2 are respectively provided. .. Although not shown in detail, the coil spring 15 has one end side attached to the first connecting portion 13 and the other end side attached to the second connecting portion 14. As a result, when the traveling device 1 in the pipe is inserted into the pipe 10, the omni wheels 32 of the moving units 3a and 3b are pressed against the inner wall surface 11a by the coil spring 15. Then, in this state, each omni wheel 32 rolls on the inner wall surface 11a by actively rotating each omni wheel 32 in the axial direction of the pipe 10 by the driving force of the motor 16, and thus the in-pipe traveling device. 1 can run in the pipe 10. The urging means for pressing the respective omni wheels 32 of the moving units 3a, 3b against the inner wall surface 11a on one side of the pipe 10 is not limited to the coil springs 15, and the respective link portions 2 may be arranged as shown in FIG. It is sufficient that the urging force that urges in the rotation direction of the arrow B indicated by the two-dot chain line can be generated.

移動ユニット５は、リンク部２ｂ、２ｃ間に設けられるものであって、図２に示すように、移動ユニット３ａ、３ｂとは反対側の配管１０の径方向の他方側（図２中の谷側）に張り出すように設けられている。この移動ユニット５は、移動ユニット３ａ、３ｂと同形状に構成されており、配管１０の軸方向に直交する車軸５１と、車軸５１に固定され、配管１０の軸方向へ配管１０の内壁面１１ｂ上を転動するオムニホイール（第２全方向移動部材）５２とを備えている。 The moving unit 5 is provided between the link portions 2b and 2c, and as shown in FIG. 2, it is on the other side (valley in FIG. 2) of the pipe 10 on the opposite side to the moving units 3a and 3b in the radial direction. It is provided so as to project to the side). The moving unit 5 is configured to have the same shape as the moving units 3a and 3b, and is fixed to the axle 51 and the axle 51 that are orthogonal to the axial direction of the pipe 10, and extends in the axial direction of the pipe 10 to the inner wall surface 11b of the pipe 10. An omni wheel (second omnidirectional moving member) 52 that rolls up is provided.

このオムニホイール５２は、オムニホイール３２と同様のものであり、車軸５１の両端側にそれぞれホイール本体５３が固定されており、それぞれのホイール本体５３には外周の接線方向に配置された不図示の軸が外周方向に所定角度間隔で複数設けられ、それらの軸にゴム等で外周を被膜した略樽型のローラ５４がそれぞれ取り付けられている。また、第２連結部１４を挟み込むように取り付けられたそれぞれのホイール本体５３は、周方向に所定角度だけずれた状態で対向するように車軸５１に固定されており、車軸５１の回転に伴って一体として回転するように構成されている。これにより、オムニホイール５２は、ホイール本体５３が配管１０の軸方向へ受動的に回転するだけでなく、ローラ５４が配管１０の内壁面１１ｂ上を周方向へと受動的に回転することにより、周方向へも移動することが可能である。尚、ここでのオムニホイール５２は、オムニホイール３２とは異なり、モータ等の駆動手段からの駆動力によって配管１０の軸方向へ能動的に回転するものではなく、配管１０の軸方向へも受動的に回転するものであるが、これに限定されるものではなく、オムニホイール５２もオムニホイール３２と同様にモータ等の駆動手段からの駆動力によって配管１０の軸方向へ能動的に回転するように構成しても良い。また、移動ユニット３ａ、３ｂ及び移動ユニット５に設けられる移動部材は、オムニホイール等の全方向移動車輪に限定されるものではなく、配管１０の軸方向に移動ができ、且つ、その移動方向に対して直交する方向（配管の周方向）に移動ができるものであれば良く、例えば、進行方向に対しては十分な摩擦を得ることができ（グリップ力が高く）、それに直交する方向には滑りやすいという特性を有する材質のものを複数互いに異なる方向に組み合わせて、それぞれを歩行時の脚の軌道に合わせて動かすことによって同様の機能を持たせるようにしても良い。 The omni wheel 52 is similar to the omni wheel 32, and has wheel bodies 53 fixed to both ends of the axle 51, and the wheel bodies 53 are arranged in a tangential direction on the outer periphery and are not shown. A plurality of shafts are provided at predetermined angular intervals in the outer peripheral direction, and substantially barrel-shaped rollers 54 each having a peripheral surface coated with rubber or the like are attached to the shafts. Further, the respective wheel bodies 53 mounted so as to sandwich the second connecting portion 14 are fixed to the axle shaft 51 so as to face each other while being offset by a predetermined angle in the circumferential direction, and as the axle shaft 51 rotates. It is configured to rotate as a unit. Thereby, in the omni wheel 52, not only the wheel main body 53 passively rotates in the axial direction of the pipe 10, but also the roller 54 passively rotates in the circumferential direction on the inner wall surface 11b of the pipe 10. It is also possible to move in the circumferential direction. Unlike the omni wheel 32, the omni wheel 52 here does not actively rotate in the axial direction of the pipe 10 by a driving force from a driving means such as a motor, and is passive in the axial direction of the pipe 10. However, the omni wheel 52, like the omni wheel 32, may be actively rotated in the axial direction of the pipe 10 by a driving force from a driving means such as a motor. It may be configured to. Further, the moving members provided in the moving units 3a, 3b and the moving unit 5 are not limited to the omnidirectional moving wheels such as the omni wheel, but can move in the axial direction of the pipe 10 and can move in the moving direction. Anything that can move in a direction orthogonal to the direction (circumferential direction of the pipe) may be used. For example, sufficient friction can be obtained in the traveling direction (grip force is high), and in the direction orthogonal to that direction. It is also possible to combine a plurality of materials having the property of being slippery in different directions, and move each of them in accordance with the trajectory of the leg during walking so as to have the same function.

移動ユニット４ａ、４ｂは、リンク部２ａの開放側の端部である前端及びリンク部２ｄの開放側の端部である後端にそれぞれロール回転軸１２を介して設けられるものであって、図２に示すように、移動ユニット３ａ、３ｂとは反対側の配管１０の径方向の他方側（図２中の谷側）に張り出すように設けられている。移動ユニット４ａ、４ｂは、それぞれリンク部２ａ、２ｄの軸方向に対して直交する車軸４１と、車軸４１の両端側にそれぞれ配管１０の軸方向に受動的に回転可能に支持されるロール回転用部材である一対の半球状に形成される車輪４２とを備えている。 The moving units 4a and 4b are provided at the front end, which is the open end of the link 2a, and the rear end, which is the open end of the link 2d, via the roll rotation shaft 12, respectively. As shown in FIG. 2, it is provided so as to project to the other side (valley side in FIG. 2) in the radial direction of the pipe 10 on the side opposite to the moving units 3a and 3b. The moving units 4a and 4b are for the rolls 41 that are passively rotatably supported in the axial direction of the pipe 10 on both sides of the axle 41 that is orthogonal to the axial direction of the link portions 2a and 2d, respectively. A pair of hemispherical wheels 42, which are members, are provided.

リンク部２ａの内部には、図５に示すように、管内走行装置１のロール姿勢角を変えるために、移動ユニット４ａの一対の半球状の車輪４２をリンク部４ａの軸方向周りに能動的にロール回転させるための駆動力を発生させるモータ（第２駆動手段）１８が内蔵されている。このモータ１８の回転軸１９には、ロール回転軸１２が装着されており、回転軸１９の回転に伴ってロール回転軸１２もリンク部４ａの軸方向周りに回転するように構成されている。また、移動ユニット４ａの車軸４１は、図５に示すように、ロール回転軸１２を貫通するようにして取り付けられている。従って、モータ１８の駆動力によって回転軸１９が回転することにより、回転軸１９と共にロール回転軸１２が回転する。これにより、管内走行装置１では、車軸４１がロール回転軸１２と共に回転し、車軸４１の両端側に設けられている一対の半球状の車輪４２をリンク部２ａの軸方向周りに能動的にロール回転させることによって、配管１０の周方向へ内壁面１１上を能動的に移動させることができる。尚、ここでは、リンク部２ａの内部に内蔵されるモータ１８によって、移動ユニット４ａの一対の半球状の車輪４２をリンク部２ａの軸方向周りに能動的にロール回転させる場合のみについて説明しているが、リンク部２ｄの内部にもリンク部２ａと同様にモータ１８が内蔵されており、同様の原理によって移動ユニット４ｂの一対の半球状の車輪４２をリンク部２ｄの軸方向周りに能動的にロール回転させることができる。また、このモータ１８は、配管１０の外部に設けられるコンピュータ８の姿勢制御部８２から不図示のケーブルを介して又は無線により送られてくる制御信号に基づいて駆動するように構成されている。 Inside the link portion 2a, as shown in FIG. 5, in order to change the roll posture angle of the in-pipe travel device 1, a pair of hemispherical wheels 42 of the moving unit 4a are actively provided around the axial direction of the link portion 4a. A motor (second driving means) 18 for generating a driving force for rotating the roll is built in. The roll rotary shaft 12 is mounted on the rotary shaft 19 of the motor 18, and the roll rotary shaft 12 is configured to rotate around the axial direction of the link portion 4a as the rotary shaft 19 rotates. Further, the axle 41 of the moving unit 4a is attached so as to penetrate the roll rotating shaft 12, as shown in FIG. Therefore, when the rotary shaft 19 is rotated by the driving force of the motor 18, the roll rotary shaft 12 is rotated together with the rotary shaft 19. As a result, in the in-pipe travel device 1, the axle 41 rotates together with the roll rotation shaft 12, and the pair of hemispherical wheels 42 provided on both ends of the axle 41 actively rolls around the axial direction of the link portion 2a. By rotating, the inner wall surface 11 can be actively moved in the circumferential direction of the pipe 10. Note that, here, only the case where the pair of hemispherical wheels 42 of the moving unit 4a is actively roll-rotated around the axial direction of the link portion 2a by the motor 18 incorporated inside the link portion 2a will be described. However, the motor 18 is also incorporated inside the link portion 2d similarly to the link portion 2a, and the pair of hemispherical wheels 42 of the moving unit 4b are actively driven around the axial direction of the link portion 2d by the same principle. It can be rolled. Further, the motor 18 is configured to be driven based on a control signal sent from a posture control unit 82 of the computer 8 provided outside the pipe 10 via a cable (not shown) or wirelessly.

このような管内走行装置１では、配管１０内を直進する場合には、図１〜図４に示すように、移動ユニット４ａ、４ｂの一対の半球状の車輪４２を傾けずに、移動ユニット３ａ、３ｂのそれぞれのオムニホイール３２を一方の内壁面１１ａに押し付けた状態で、モータ１６の駆動力によって移動ユニット３ａ、３ｂのそれぞれのオムニホイール３２を配管１０の軸方向へ能動的に回転させる。これにより、それぞれのオムニホイール３２は内壁面１１ａ上を転動し、且つ、移動ユニット４ａ、４ｂの一対の半球状の車輪４２及び移動ユニット５のオムニホイール５２が配管１０の軸方向へ配管１０の内壁面１１ｂ上を受動的に転動することにより、配管１０内を直進走行することができる。 In such an in-pipe traveling device 1, when traveling straight in the pipe 10, as shown in FIGS. 1 to 4, the pair of hemispherical wheels 42 of the moving units 4a and 4b are not tilted and the moving unit 3a is not tilted. While the omni wheels 32 of 3b are pressed against the inner wall surface 11a, the driving force of the motor 16 actively rotates the omni wheels 32 of the moving units 3a and 3b in the axial direction of the pipe 10. As a result, each omni wheel 32 rolls on the inner wall surface 11a, and the pair of hemispherical wheels 42 of the moving units 4a and 4b and the omni wheel 52 of the moving unit 5 move in the axial direction of the pipe 10. By passively rolling on the inner wall surface 11b, the vehicle can travel straight in the pipe 10.

また、この管内走行装置１では、例えば、図９に示すように、配管１０の屈曲部１０１を走行する場合には、配管１０内でロール姿勢角を変えることによって、管内走行装置１の姿勢を屈曲部１０１の屈曲方向に合わせる必要がある。この場合には、図９（ａ）に示す状態から、移動ユニット４ａ、４ｂのそれぞれの一対の半球状の車輪４２をモータ１８の駆動力によってリンク部４ａ、４ｂの軸方向周りに能動的にロール回転させることにより管内走行装置１のロール姿勢角をその場で変えて、図９（ｃ）に示すように、管内走行装置１の姿勢を曲管１０ａの湾曲方向に合わせるようにする。そして、この図９（ｃ）に示す状態で、モータ１６の駆動力によって移動ユニット３ａ、３ｂのそれぞれのオムニホイール３２を配管１０の軸方向へ能動的に回転させることにより、管内走行装置１は配管１０の屈曲部１０１を走行することができる。 Further, in this in-pipe traveling apparatus 1, for example, when traveling in the bent portion 101 of the pipe 10 as shown in FIG. 9, the posture of the in-pipe traveling apparatus 1 is changed by changing the roll posture angle in the pipe 10. It is necessary to match the bending direction of the bending portion 101. In this case, from the state shown in FIG. 9A, the pair of hemispherical wheels 42 of the moving units 4a and 4b are actively driven by the driving force of the motor 18 around the axial direction of the link portions 4a and 4b. By rotating the roll, the roll posture angle of the in-pipe traveling device 1 is changed on the spot, and the posture of the in-pipe traveling device 1 is adjusted to the bending direction of the curved pipe 10a, as shown in FIG. 9C. Then, in the state shown in FIG. 9C, the omni wheel 32 of each of the moving units 3 a and 3 b is actively rotated by the driving force of the motor 16 in the axial direction of the pipe 10, whereby the in-pipe traveling device 1 is It is possible to travel along the bent portion 101 of the pipe 10.

また、管内走行装置１では、屈曲部１０１の屈曲方向を認識し、その屈曲方向に姿勢を合わせることによって配管１０内を自律走行するために、図１に示す要に、リンク部２ａの外周面に取り付けられる固定部９に、配管１０内の進行方向の画像を撮像するカメラ６と、進行方向に光を照射するＬＥＤ７とが固定され、管内走行装置１の外部や配管１０の外部には、カメラ６から送られてくる撮像画像に対して所定の画像処理を行う画像処理部８１と、配管１０内での姿勢の制御を行うための制御信号を生成する姿勢制御部８２とを有するコンピュータ８が設けられている。 Further, in the in-pipe traveling device 1, in order to autonomously travel in the pipe 10 by recognizing the bending direction of the bending portion 101 and adjusting the posture in the bending direction, the outer peripheral surface of the link portion 2a is as shown in FIG. The camera 6 that captures an image of the traveling direction in the pipe 10 and the LED 7 that emits light in the traveling direction are fixed to the fixed portion 9 attached to the pipe 10. A computer 8 having an image processing unit 81 for performing a predetermined image processing on a captured image sent from the camera 6 and an attitude control unit 82 for generating a control signal for controlling the attitude in the pipe 10. Is provided.

カメラ６は、配管１０内の進行方向の画像を所定の時間間隔で連続的に撮像するためのものであって、撮像した画像は不図示のケーブルを介して画像処理部８１へと順次送られるように構成されている。カメラ６は、図２に示すように、例えば、配管１０の中心軸線Ｌ上に位置するように固定部９によって固定されている。従って、管内走行装置１がロール回転した場合でも、カメラ６は配管１０の中心軸線Ｌ上に位置するようになっている。 The camera 6 is for continuously capturing images in the traveling direction in the pipe 10 at predetermined time intervals, and the captured images are sequentially sent to the image processing unit 81 via a cable (not shown). Is configured. As shown in FIG. 2, the camera 6 is fixed by the fixing portion 9 so as to be located on the central axis L of the pipe 10, for example. Therefore, the camera 6 is located on the central axis L of the pipe 10 even when the in-pipe travel device 1 rolls.

ＬＥＤ７は、配管１０内での前後の位置がカメラ６と揃えられ、配管１０の中心軸線Ｌに直交する平面的な位置が、カメラ６の固定位置からずらした状態で固定部９に固定されている。本実施形態に管内走行装置１では、管内走行装置１の姿勢が屈曲部１０１の屈曲方向に合っている場合（走行可能な姿勢の場合）には、影が発生しないようにカメラ６の上にＬＥＤ７が固定されている。尚、カメラ６とＬＥＤ７との位置関係は、本実施形態に限定されるものではなく、カメラ６とＬＥＤ７は、それぞれ配管１０の中心軸線Ｌに直交する平面的な位置がずれた状態で固定されていれば良く、カメラ６は必ずしも配管１０の中心軸線Ｌ上に位置している必要はなく、又、カメラ６とＬＥＤ７の前後の位置が若干ずれた状態で固定されていても良い。また、進行方向に光を照射するための光源は、ＬＥＤ７に限定されるものではなく、他の従来公知の光源を用いても良い。 The front and rear positions of the LED 7 in the pipe 10 are aligned with the camera 6, and the planar position orthogonal to the central axis L of the pipe 10 is fixed to the fixed portion 9 while being displaced from the fixed position of the camera 6. There is. In the pipe traveling device 1 according to the present embodiment, when the posture of the pipe traveling device 1 is aligned with the bending direction of the bending portion 101 (when the traveling portion is in a travelable state), a shadow is not formed on the camera 6 so as not to generate a shadow. The LED 7 is fixed. The positional relationship between the camera 6 and the LED 7 is not limited to this embodiment, and the camera 6 and the LED 7 are fixed in a state where the planar positions orthogonal to the central axis L of the pipe 10 are displaced. The camera 6 does not necessarily have to be located on the central axis L of the pipe 10, and the camera 6 and the LED 7 may be fixed with their front and rear positions slightly displaced. Further, the light source for irradiating light in the traveling direction is not limited to the LED 7, and other conventionally known light sources may be used.

このような本実施形態に係る管内走行装置１では、図９（ｃ）に示すように、管内走行装置１の姿勢が屈曲部１０１の屈曲方向に合っている場合（走行可能な姿勢の場合）には、ＬＥＤ７が配管１０の屈曲方向から最も離れた状態で位置することになり、図中に二点鎖線で示すように、ＬＥＤ７の光は屈曲方向へと回り込んで、屈曲部１０１の奥側を照らすことができる。そのため、ＬＥＤ７よりも配管１０の屈曲方向の近くに位置するカメラ６によって撮像される撮像画像Ｉ３中には、図１０（ｃ）に示すように、影は発生しないようになっている。 In the in-pipe traveling device 1 according to the present embodiment as described above, as shown in FIG. 9C, when the posture of the in-pipe traveling device 1 is aligned with the bending direction of the bending portion 101 (in the case where the traveling device can travel). LED 7 is located in the most distant state from the bending direction of the pipe 10, and the light of the LED 7 wraps around in the bending direction as shown by the chain double-dashed line in the figure, and is deep inside the bending portion 101. Can illuminate the side. Therefore, in the captured image I3 captured by the camera 6 located closer to the bending direction of the pipe 10 than the LED 7, no shadow is generated as shown in FIG.

一方で、図９（ａ）に示すように、ＬＥＤ７が配管１０の屈曲方向の近くに位置する場合には、ＬＥＤ７の光は図中に二点鎖線で示すように、屈曲部１０１の奥側まで届かない。そのため、ＬＥＤ７よりも配管１０の屈曲方向から離れて位置するカメラ６によって撮像される撮像画像Ｉ１中には、図１０（ａ）に示すように、影の画像領域Ｓ１が発生する。また、管内走行装置１が図９（ｂ）に示すような姿勢の場合には、図９（ａ）の状態よりもＬＥＤ７は配管１０の屈曲方向から離れて位置するため、ＬＥＤ７の光は屈曲部１０１の奥側を照らすことができる。また、管内走行装置１は、図９（ａ）の姿勢から配管１０の軸方向に対して左回りにロール回転しているため、配管１０の屈曲部１０１に対するカメラ６及びＬＥＤ７の相対的な位置が変化する。そのため、図１０（ｂ）に示すように、カメラ６によって撮像される画像Ｉ２中の影の画像領域Ｓ２は、Ｓ１よりも小さく異なる角度に発生する。従って、管内走行装置１では、カメラ６とＬＥＤ７の位置関係によって配管１０の屈曲部１０１に発生する影の画像を利用することによって、管内走行装置１の姿勢が屈曲部１０１の屈曲方向に合っているか否かを認識することができる。尚、図１０（ａ）〜（ｃ）における撮像画像Ｉ１〜Ｉ３は、それぞれ図９（ａ）〜（ｃ）に示す管内走行装置１のカメラ６によって撮像して得られた画像の一例を模式的に示すものである。また、図１０中の１０’は、配管１０の直管部と屈曲部１０１との境界の輪郭を示す画像であり、１０’の周りの斜線で示されている１１’は、配管１０の内壁面１１を示す画像である。 On the other hand, as shown in FIG. 9A, when the LED 7 is located near the bending direction of the pipe 10, the light of the LED 7 is at the back side of the bent portion 101 as shown by the chain double-dashed line in the figure. Does not reach. Therefore, in the captured image I1 captured by the camera 6 located farther from the bending direction of the pipe 10 than the LED 7, a shadow image region S1 is generated as shown in FIG. Further, when the in-pipe traveling device 1 is in the posture as shown in FIG. 9B, the LED 7 is located farther from the bending direction of the pipe 10 than in the state of FIG. The back side of the part 101 can be illuminated. Further, since the in-pipe traveling device 1 rolls counterclockwise with respect to the axial direction of the pipe 10 from the posture of FIG. 9A, the relative positions of the camera 6 and the LED 7 with respect to the bent portion 101 of the pipe 10. Changes. Therefore, as shown in FIG. 10B, the image region S2 of the shadow in the image I2 captured by the camera 6 is generated at a different angle smaller than S1. Therefore, in the in-pipe traveling device 1, the posture of the in-pipe traveling device 1 matches the bending direction of the bending portion 101 by using the image of the shadow generated in the bending portion 101 of the pipe 10 due to the positional relationship between the camera 6 and the LED 7. It is possible to recognize whether or not there is. Note that the captured images I1 to I3 in FIGS. 10A to 10C are schematic examples of images obtained by the camera 6 of the in-pipe traveling device 1 illustrated in FIGS. 9A to 9C, respectively. It is intended to be shown. 10' in FIG. 10 is an image showing the outline of the boundary between the straight pipe portion of the pipe 10 and the bent portion 101, and 11' indicated by the diagonal lines around 10' is the inside of the pipe 10. It is an image showing the wall surface 11.

画像処理部８１は、カメラ６によって撮像された画像に対して所定の画像処理を行うためのものであって、カメラ６とＬＥＤ７との位置関係によって配管１０の屈曲部１０１に発生する影の画像を抽出するための画像処理等を行う。また、姿勢制御部８２は、屈曲部１０１の屈曲方向に合うように管内走行装置１の姿勢を制御するためのものであって、画像処理部８１によって抽出された影の画像情報に基づいて、配管１０内での姿勢の制御を行うための制御信号を生成し、不図示のケーブルを介して、その制御信号によってモータ１８を駆動させる。 The image processing unit 81 is for performing predetermined image processing on the image captured by the camera 6, and is an image of a shadow generated in the bent portion 101 of the pipe 10 depending on the positional relationship between the camera 6 and the LED 7. Image processing for extracting The attitude control unit 82 is for controlling the attitude of the in-pipe travel device 1 so as to match the bending direction of the bending unit 101, and based on the image information of the shadow extracted by the image processing unit 81, A control signal for controlling the posture in the pipe 10 is generated, and the motor 18 is driven by the control signal via a cable (not shown).

以下、本実施形態に係る管内走行装置１の走行動作の一例について図７のフローチャート及び図９，１０を参照しつつ説明する。本実施形態に係る管内走行装置１では、カメラ６によって撮像された画像中に影が発生していない場合は、走行可能な姿勢であるので、まずはカメラ６によって撮像された画像中に影の画像領域が所定画素数以上含まれているか否かを判定する（Ｓ１０１）。尚、判定の基準となる所定画素数は、カメラ６とＬＥＤ７との位置関係や配管１０種類等に応じて適宜設定されるものであり、コンピュータ８の不図示のＲＡＭ等の記憶手段に予め記憶されている。 Hereinafter, an example of the traveling operation of the in-pipe traveling device 1 according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 7 and FIGS. In the in-pipe travel device 1 according to the present embodiment, when a shadow does not occur in the image captured by the camera 6, the posture is such that the vehicle can travel. Therefore, first, an image of a shadow in the image captured by the camera 6 is displayed. It is determined whether or not the area includes a predetermined number of pixels or more (S101). The predetermined number of pixels serving as a criterion for determination is appropriately set according to the positional relationship between the camera 6 and the LED 7, the type of the pipe 10, and the like, and is stored in advance in a storage unit such as a RAM (not shown) of the computer 8. Has been done.

Ｓ１０１の判定は、カメラ６によって撮像された画像を用いて、画像処理部８１によって行われる画像処理の結果に基づいて行われる。画像処理部８１では、図８のフローチャートに示すように、まずはカメラ６によって撮像された画像を取得する（Ｓ２０１）。そして、画像処理部８１では、取得した撮像画像の各画素の明るさの平均を算出し、後述する第２の二値化処理に用いる第２の閾値として設定する（Ｓ２０２）。 The determination in S101 is performed based on the result of the image processing performed by the image processing unit 81 using the image captured by the camera 6. As shown in the flowchart of FIG. 8, the image processing unit 81 first acquires an image captured by the camera 6 (S201). Then, the image processing unit 81 calculates the average of the brightness of each pixel of the acquired captured image and sets it as a second threshold value used in a second binarization process described later (S202).

次に、画像処理部８１では、予め設定されている第１の閾値を用いて、Ｓ２０１で取得した撮像画像に対して二値化処理することにより、第１の二値化画像を生成する（Ｓ２０３）。第１の閾値は、例えば、予めカメラ６とＬＥＤ７との位置関係や配管１０種類等に応じて設定されるものであり、コンピュータ８の不図示のＲＡＭ等の記憶手段に予め記憶されている。 Next, the image processing unit 81 generates a first binarized image by binarizing the captured image acquired in S201 using the preset first threshold value ( S203). The first threshold is, for example, set in advance in accordance with the positional relationship between the camera 6 and the LED 7, the type of piping 10, and the like, and is stored in advance in a storage unit such as a RAM (not shown) of the computer 8.

また、画像処理部８１では、Ｓ２０２で算出した第２の閾値を用いて、Ｓ２０１で取得した撮像画像に対して二値化処理することにより、第２の二値化画像を生成する（Ｓ２０４）。そして、画像処理部８１では、Ｓ２０３で生成した第１の二値化画像とＳ２０４で生成した第２の二値化画像とを比較して、影の画像を抽出する。具体的には、Ｓ２０３で生成した第１の二値化画像とＳ２０４で生成した第２の二値化画像の互いに共通する画素において、互いに黒である画素を黒とし、影の画像（二値化画像）として抽出する（Ｓ２０５）。これにより、例えば、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すような撮像画像Ｉ１，Ｉ２から二値化画像Ｉｂ１，Ｉｂ２が生成される。 Further, the image processing unit 81 uses the second threshold value calculated in S202 to binarize the captured image acquired in S201 to generate a second binarized image (S204). .. Then, the image processing unit 81 compares the first binarized image generated in S203 with the second binarized image generated in S204 to extract a shadow image. Specifically, among the pixels that are common to each other in the first binarized image generated in S203 and the second binarized image generated in S204, pixels that are mutually black are set to black, and a shadow image (binary image (S205). Thereby, for example, the binarized images Ib1 and Ib2 are generated from the captured images I1 and I2 as shown in FIGS. 10A and 10B.

Ｓ１０１の判定では、このＳ２０５で抽出された影の画像を用いて、影の画像領域が所定画素数以上か否かを判定する。例えば、図１０（ｃ）に示すように、二値化画像Ｉｂ３中に影が抽出されなかったような場合は、影の画像領域は所定画素数以上でないと判定され（Ｓ１０１：ＮＯ）、この場合には図９（ｃ）に示すように、管内走行装置１は走行可能な姿勢であるので、そのままモータ１６を駆動させ続けることにより走行動作を継続させる（Ｓ１０２）。 In the determination of S101, the shadow image extracted in S205 is used to determine whether or not the shadow image area is equal to or larger than a predetermined number of pixels. For example, as shown in FIG. 10C, when the shadow is not extracted in the binarized image Ib3, it is determined that the image area of the shadow is not more than the predetermined number of pixels (S101: NO). In this case, as shown in FIG. 9(c), since the in-pipe traveling device 1 is in a traveling posture, the traveling operation is continued by continuing to drive the motor 16 (S102).

一方で、例えば、図１０（ａ）の二値化画像Ｉｂ１や図１０（ｂ）の二値化画像Ｉｂ２のように影の画像領域Ｓ１やＳ２が所定画素数以上であると判定された場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）には、コンピュータ８からモータ１６に駆動を停止する制御信号を送信し、管内走行装置１の走行動作を停止する（Ｓ１０３）。 On the other hand, for example, when it is determined that the shadow image areas S1 and S2 are equal to or larger than the predetermined number of pixels as in the binarized image Ib1 of FIG. 10A and the binarized image Ib2 of FIG. 10B. At (S101: YES), a control signal for stopping driving is transmitted from the computer 8 to the motor 16 to stop the traveling operation of the in-pipe traveling device 1 (S103).

その後、画像処理部８１では、図８に示すように、例えば、影の画像領域に対して重心計算を行うことにより、影の画像領域の中心の位置を算出する（Ｓ２０６）。そして、このＳ２０６で算出した影の画像領域の中心が画像の−９０°以上９０°以下の領域に位置しているかを判定する（Ｓ１０４）。尚、ここでは、−９０°以上９０°以下の領域とは、図１０に示す画像中の中心点Ｏを通るＹ軸（縦軸）に平行な直線を含んで右側に位置する領域のことである。従って、例えば、図１０（ａ）や図１０（ｂ）の場合には、影の画像領域Ｓ１，Ｓ２の中心Ｐ１，Ｐ２は、−９０°以上９０°以下の領域に位置していない（Ｓ１０４：ＮＯ）なので、姿勢制御部８２からモータ１８を駆動するための制御信号を送信し、配管１０の軸方向に対して左方向に管内走行装置１をロール回転させる（Ｓ１０５）。また、影の画像領域の中心が−９０°以上９０°以下の領域に位置している場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）には、姿勢制御部８２からモータ１８を駆動するための制御信号を送信し、配管１０の軸方向に対して右方向に管内走行装置１をロール回転させる（Ｓ１０６）。 After that, as shown in FIG. 8, the image processing unit 81 calculates the center position of the shadow image area, for example, by performing the gravity center calculation on the shadow image area (S206). Then, it is determined whether the center of the image area of the shadow calculated in S206 is located in the area of −90° or more and 90° or less of the image (S104). Here, the region of −90° or more and 90° or less means a region located on the right side including a straight line parallel to the Y axis (vertical axis) passing through the center point O in the image shown in FIG. is there. Therefore, for example, in the case of FIG. 10A and FIG. 10B, the centers P1 and P2 of the shadow image regions S1 and S2 are not located in the region of −90° or more and 90° or less (S104). : NO), the control signal for driving the motor 18 is transmitted from the attitude control unit 82, and the in-pipe traveling device 1 is rotated leftward with respect to the axial direction of the pipe 10 (S105). Further, when the center of the image area of the shadow is located in an area of −90° or more and 90° or less (S104: YES), the attitude control unit 82 transmits a control signal for driving the motor 18, The in-pipe traveling device 1 is rotated in the right direction with respect to the axial direction of the pipe 10 (S106).

この際、姿勢制御部８２では、例えば、図１０（ａ）に示すような姿勢の場合には、影の画像領域Ｓ１の中心Ｐ１と画像の中心点Ｏを結ぶ直線Ｌ２と画像の中心点Ｏから真下に降ろした直線Ｌ１とのなす角α１だけ回転させるように、モータ１８に制御信号を送るようにすれば良い。尚、管内走行装置１をロール回転させている際もカメラ６によって画像を撮像し、画像処理部８１によって図８のＳ２０１〜Ｓ２０６までの同様の処理が繰り返し行う。これにより、図１０（ｃ）のように影の画像が発生しない状態まで管内走行装置１のロール姿勢角が変更したかを確認することができ、屈曲部１０１の屈曲方向にあった姿勢に確実に制御することができる。また、図８は、撮像画像中の影の画像を抽出するための画像処理の流れの一例を示すものであり、画像処理部８１による撮像画像中の影の画像を抽出方法は、これに限定されるものではなく、他の従来公知の方法を用いても良い。 At this time, in the posture control unit 82, for example, in the case of the posture shown in FIG. 10A, a straight line L2 connecting the center P1 of the shadow image area S1 and the center point O of the image and the center point O of the image. A control signal may be sent to the motor 18 so that the motor 18 is rotated by an angle α1 formed by the straight line L1 that is immediately below. Even when the in-pipe running device 1 is rotated, an image is captured by the camera 6, and the image processing unit 81 repeatedly performs the same processing from S201 to S206 in FIG. As a result, it is possible to confirm whether the roll posture angle of the in-pipe traveling device 1 has changed until the shadow image is not generated as shown in FIG. 10C, and the posture in the bending direction of the bending portion 101 can be reliably ensured. Can be controlled. FIG. 8 shows an example of the flow of image processing for extracting the shadow image in the captured image, and the method for extracting the shadow image in the captured image by the image processing unit 81 is not limited to this. However, other conventionally known methods may be used.

尚、本実施形態に係る管内走行装置１では、リンク部２ａの開放側の端部である前端及びリンク部２ｄの開放側の端部である後端のそれぞれにロール回転可能な一対の車輪４２を有する移動ユニット４ａ、４ｂを設けた例を示しているが、いずれか一方のみをロール回転可能に構成するようにしても良い。また、移動ユニット５の移動部材５２を能動的にロール回転可能に構成するようにしても良い。また、本実施形態に係る管内走行装置１では、４つのリンク部２（２ａ〜２ｄ）をジグザグ状に配列している例を示しているが、これに限定されるものではなく、リンク部２は４つ以上ジグザグ状に設けられていても良い。また、配管１０の屈曲部１０１に発生する影の画像を利用することによって、管内走行装置１の姿勢が屈曲部１０１の屈曲方向に合っているか否かを認識するための構成は、本実施形態のような管内走行装置だけに適用されるものではなく、配管１０内でロール姿勢角を変えることによって、配管１０の屈曲部１０１の屈曲方向に合った姿勢で走行可能な構造であれば、適宜適用することができる。さらに、本実施形態の管内走行装置１では、図１０に示す画像中の中心点Оを通るＹ軸に平行な直線を含んで右側に位置する領域を−９０°以上９０°以下の領域としたが、座標系はこれに限定されない。たとえば、図１０に示す画像中の中心点Оから下方への垂直線の位置を０°としてもよい。すなわち、図１０に示す画像中の中心点Оを通るＹ軸に平行な直線を含んで右側に位置する領域を０°以上１８０°以下の領域とする。 In the in-pipe travel device 1 according to the present embodiment, the pair of wheels 42 that can roll on the front end that is the open end of the link portion 2a and the rear end that is the open end of the link portion 2d. Although an example in which the moving units 4a and 4b having the above are provided is shown, only one of them may be configured to be rotatable. Further, the moving member 52 of the moving unit 5 may be configured to be actively rollable. Further, in the in-pipe traveling device 1 according to the present embodiment, an example in which four link portions 2 (2a to 2d) are arranged in a zigzag shape is shown, but the present invention is not limited to this, and the link portion 2 is not limited thereto. May be provided in four or more zigzags. Further, the configuration for recognizing whether or not the posture of the in-pipe traveling device 1 matches the bending direction of the bending portion 101 by using the image of the shadow generated in the bending portion 101 of the pipe 10 is the present embodiment. The present invention is not applied only to the in-pipe traveling device as described above, and can be appropriately changed as long as the structure allows traveling in a posture that matches the bending direction of the bending portion 101 of the pipe 10 by changing the roll posture angle in the pipe 10. Can be applied. Further, in the in-pipe travel device 1 of the present embodiment, the region located on the right side including the straight line parallel to the Y axis passing through the center point O in the image shown in FIG. 10 is set to the region of −90° or more and 90° or less. However, the coordinate system is not limited to this. For example, the position of the vertical line downward from the center point O in the image shown in FIG. 10 may be 0°. That is, the area located on the right side including the straight line parallel to the Y axis passing through the center point O in the image shown in FIG. 10 is defined as the area of 0° or more and 180° or less.

尚、本発明の実施の形態は上述の形態に限るものではなく、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。 It should be noted that the embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified without departing from the scope of the idea of the present invention.

１管内走行装置
６カメラ（撮像手段）
７ＬＥＤ（光源）
８１画像処理部（画像処理手段）
８２姿勢制御部（姿勢制御手段）
１０配管
１０１屈曲部
Ｌ中心軸線
1 In-pipe traveling device 6 Camera (imaging means)
7 LED (light source)
81 Image processing unit (image processing means)
82 Posture control unit (posture control means)
10 Piping 101 Bent part L Central axis

Claims

By changing the roll posture angle in the pipe, an in-pipe traveling device capable of traveling in a posture that matches the bending direction of the bent portion of the pipe,
An image pickup means for picking up an image of the traveling direction in the pipe,
A planar position orthogonal to the central axis of the pipe, in a state of being displaced and fixed from the fixed position of the imaging means, a light source for irradiating light in the traveling direction,
Image processing means for extracting an image of a shadow generated in the bent portion by the positional relationship between the image pickup means and the light source from the image picked up by the image pickup means,
And a posture control unit that controls the posture so as to match the bending direction of the bending portion based on the image information of the shadow extracted by the image processing unit.

The in-pipe traveling device according to claim 1, wherein the imaging unit is fixed so as to be located on a central axis of the pipe.

The image processing unit uses a first threshold value set in advance and a second threshold value set by calculating an average of brightness of each pixel of the image captured by the image capturing unit, Binarizing the image to generate each binarized image, and in the pixels common to each other of the binarized images, pixels that are mutually black are extracted as the image of the shadow. The in-pipe traveling device according to claim 1 or 2, characterized in that.