JP2002006950A

JP2002006950A - 走行装置

Info

Publication number: JP2002006950A
Application number: JP2000185666A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Sadakata; 知彦貞方; Yoji Takasu; 洋司高須
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2002-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な事前準備でボイラ、原子力関連設備、
化学プラント、船舶等の大型構造物における高所、狭隘
部、作業環境が危険な個所等での健全性検査、塗装、加
工、工作等を安全かつ迅速に実施するための走行精度の
高い走行装置を提供すること。【解決手段】走行装置は、走行面への吸着と脱着が可
能な複数の吸着部と無限軌道２、３と前記吸着部と走行
部を支持する車体１を備えており、車体１上に設けられ
た撮像装置４、５は走行装置外からの走行装置の計画走
行進路に平行な光束２２を投射するレーザ光源２１から
の光束２２を受光し、該光束２２に対して４５°の照射
面を有するビームスプリッター８で二方向に分割された
光束をそれぞれ投影し、投影された各光像を二つのスク
リーン６、７で撮像装置４、５に撮像させる。撮像装置
４、５で撮影された画像の比較から走行装置の実進路と
計画進路の偏差及び実走行方位と計画走行方位の偏差を
検出して、走行装置が計画進路を維持するように制御す
るので、高い走行精度で、計画進路上を走行することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボイラ、原子力関
連設備、化学プラント、船舶等の大型構造物の垂直面や
背面等を含む構成面上や配管表面上を重力方向に制限さ
れずに自走しながら、走行面の健全性検査、塗装、加
工、工作等を実施する装置に係わり、特に計画した走行
進路を精度良く保持しながら走行する走行装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ボイラ、原子力関連設備、化学プラン
ト、船舶等はそれらの構造物やシステムの健全性を維持
するため、定期的に点検・保守作業を実施するが、この
ような大型構造物の点検・保守作業は、高所作業、厳し
い温度等の雰囲気下での作業、放射線等を浴びる作業等
の悪条件の環境下での作業又は狭隘部での作業等を伴う
ことが多く、安全確保のための対策や事前作業に多くの
人員、時間及び費用を費やしている。一方、経済的見地
より、前記点検・保守作業の期間短縮や精度向上が強く
要求されており、安全、迅速且つ高精度な点検・保守作
業の実施が求められている。

【０００３】この解決策の一つとして、上記構造物の垂
直面や背面等を含む構成面上や配管表面上を、重力方向
に制限されずに自走し、点検・保守作業を実施する、い
わゆる点検ロボット、作業ロボットと呼ばれる装置の開
発が関係各方面で進められている。これらの走行装置は
永久磁石、電磁石、吸盤、吸引装置等の走行面に対する
吸着力を発生させる吸着部、車輪、無限軌道、ロボット
脚等と駆動源を備えた走行部及びこれらの部材を搭載し
た車体から構成され、自力走行をしながら走行面の健全
性検査、塗装、溶接、加工等を実施するものである。そ
の一例として、特開平８−２４５５号の「無限軌道式磁
気走行装置」、特開平９−１５６５４９号の「無限軌道
式磁気走行装置」、特開平９−２１７８８号の「無限軌
道式磁気走行装置の制御方式」等がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この種の走行装置は、
その使用目的から高い走行精度が要求されるが、走行面
である大型構造物の構成面上や配管上は通常、平坦では
ないので、走行装置と走行面の間で滑りを生じて計画進
路から外れることがある。特に垂直面や背面を走行装置
が走行する時には走行面との摩擦力が弱く、このような
滑りを生じやすい。走行装置は走行面に対して吸着して
いるので、走行面の垂直方向への滑りの影響は問題にな
らないが、走行進路に対する左右方向への横滑りと、計
画走行方位から走行装置がずれた方位に回転することは
計画進路の維持上問題となり、また、前記横滑りと回転
は多くの場合に同時に起こる。

【０００５】このため、走行装置の実進路が計画進路よ
り外れた場合に、走行装置の走行進路に対する左右への
横滑り量と、計画走行方位から回転した角度を検知し、
自立的に進路修正を実施して計画進路を維持する能力が
求められる。

【０００６】図６は従来技術の一例である走行装置の上
面図である。この走行装置は本発明の実施の形態の走行
装置と同じ方式で、同じ仕様の走行機構（車体１と無限
軌道２、３）を有しているが、追跡用テープ２５を色識
別センサ２６、２７で検出し、その走行方位を制御する
ことにより計画進路２８を維持する走行制御装置が搭載
されている。

【０００７】本発明の課題は、上記図６に示す走行装置
とは別方式であり、しかも簡易な事前準備でボイラ、原
子力関連設備、化学プラント、船舶等の大型構造物にお
ける高所、狭隘部、作業環境が危険な個所等での健全性
検査、塗装、加工、工作等を安全かつ迅速に実施するた
めの走行精度の高い走行装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記本発明の課題を達成
するため、本発明は次の構成を採用する。すなわち、走
行面への吸着と脱着が可能な複数の吸着部と走行部と前
記吸着部と走行部を支持する車体を備えた走行装置にお
いて、走行装置外からの走行装置の計画走行進路に平行
な光束を投射する光源からの光像を撮像する撮像装置
と、該撮像装置の画像データから走行装置の実進路と計
画進路との偏差及び実走行方位と計画走行方位との偏差
をそれぞれ検出する画像処理装置と、該画像処理装置で
検出した走行装置の進路偏差及び方位偏差から、走行装
置の進路及び走行方位を変更し、走行装置の進路偏差及
び方位偏差を解消させる駆動制御装置を車体上に搭載し
たことを特徴とする走行装置である。

【０００９】上記本発明の走行装置の撮像装置は少なく
とも二つ設けられ、光源からの光束を受光し、該光束に
対して例えば４５°等の傾斜した方向の照射面を有する
ビームスプリッターと、該ビームスプリッターで少なく
とも二方向に分割された光束をそれぞれ投影し、それぞ
れ投影された光像を前記少なくとも二つの撮像装置に撮
像させる少なくとも二つのスクリーンとを前記少なくと
も二つの撮像装置より光源側に近い車体上に備えた構成
とすることができる。そして前記各撮像装置で撮影され
た画像の比較から走行装置の実進路と計画進路の偏差及
び実走行方位と計画走行方位の偏差を検出して、走行装
置が計画進路を維持するように制御する画像処理装置を
備えることで走行装置の走行制御ができる。

【００１０】上記吸着部としては、永久磁石、電磁石、
吸盤、吸引装置等の走行面への吸着力を発生させる装置
を用いることができ、また走行部としては、車輪、無限
軌道、ロボット脚等を用いることができ、前記撮像装置
はビジコン、ＣＣＤ等を用いることができ、また、光源
には、レーザ光発生装置を用いることができる。

【００１１】

【作用】上記本発明の走行装置によれば、計画走行進路
に平行な光束の光像を、走行装置の車体上に搭載した撮
像装置で撮影し、走行装置が計画走行進路と計画走行方
位を維持している時の光像と比較することにより、走行
装置の実進路と計画走行進路の偏差及び実走行方位と計
画走行方位の偏差を定量的に検出する。この検出結果に
基づき装置の進路と走行方位を修正し、高い走行精度
で、計画進路上を走行することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面ととも
に、以下に説明する。図１は本発明の実施の形態の走行
装置の側面図である。走行装置は車体１、車体１の両側
面に取り付けられた一対の無限軌道２（図１の背面側の
側面の無限軌道３は見えない（図３参照））、車体１上
に搭載されたＣＣＤカメラ４、５、ＣＣＤカメラ４、５
の光束通路の前側にそれぞれ置かれたすりガラス製半透
明スクリーン６、７及びビームスプリッター８（図３参
照）より構成される。無限軌道２、３は多数の希土類系
永久磁石片９を強化ゴム製ベルト１０の間に挟み込んだ
帯を複数個の転輪１１と駆動輪１２ａと従動輪１２ｂの
廻りに掛けたものであり、弾性支持装置１３を介して車
体１に取り付けられる。

【００１３】図２は図１の走行装置の車体１の内部構造
を示す図である。車体１の内部にはサーボモータ１４、
１５、ギアトレーン１６、１７、ニッケル−カドニカ蓄
電池等の蓄電池１８、画像処理装置１９および駆動制御
装置２０が収納されている。

【００１４】画像処理装置１９はＣＣＤカメラ４、５か
ら得た画像データから走行装置の実進路と計画進路の偏
差及び実走行方位と計画走行方位の偏差を検出し、走行
装置が計画進路と計画走行方位を維持できるように、駆
動制御装置２０に走行方位の修正信号を出力する。駆動
制御装置２０は画像処理装置１９からの信号に従い、サ
ーボモータ１４、１５の回転速度と回転方向をそれぞれ
独立して制御する。

【００１５】サーボモータ１４、１５は蓄電池１８から
供給される電力を用いて回転し、ギアトレーン１６、１
７を介して駆動輪１２ａを回転させる。サーボモータ１
４、１５のそれぞれの回転速度と回転方向は駆動制御装
置２０により制御されているので、無限軌道２、３の駆
動方向を逆転させたり、両者を異なる速度で駆動するこ
とにより、走行装置の走行方位を任意に変更することが
できる。

【００１６】但し、本発明は走行装置の吸着方式を上記
の永久磁石を用いたものに限るものではなく、電磁石、
吸盤、吸引装置等の他の吸着方式を用いても良い。ま
た、無限軌道２、３の形状及び材質、永久磁石９の種
類、転輪１１及び動輪１２の形状、個数及び配置、支持
装置１３の形状及び方式、無限軌道２、３の駆動方式及
び動力源を上記のものに限るものではなく、走行装置の
使用目的や使用条件に応じて適正な仕様を選ぶことがで
きる。すなわち、大型構造物の垂直面や背面を含む構成
面上や配管上を、重力方向に制限されずに自力走行し、
任意の方位へ装置自体の走行方位を変更可能な走行装置
であればよい。

【００１７】図３は本発明の実施の形態を示す走行装置
の上面図である。車体１上にビームスプリッター８、Ｃ
ＣＤカメラ４、５、すりガラス製半透明スクリーン６、
７を設置してあり、走行装置外に設置したレーザー光発
生装置２１から走行装置の計画進路と平行に光束２２を
投射する。ビームスプリッター８は、走行装置が計画進
路と計画走行方位を維持して走行している場合に光束２
２に照射されると共に、その照射面が光束２２の光軸に
対し４５°の角度を成すように配置してある。このため
ビームスプリッター８を照射した光束２２は、その光軸
に対し９０°の角度の光束２３と光軸と平行な光束２４
に分割される。

【００１８】光束２３がＣＣＤカメラ４の前に置かれた
すりガラス製半透明スクリーン６に光像を写し出し、そ
の画像をＣＣＤカメラ４で撮影できるように、ＣＣＤカ
メラ４とスクリーン６は配置してあり、同様に光束２４
がＣＣＤカメラ５の前に置かれたスクリーン７に光像を
写し出し、その画像をＣＣＤカメラ５で撮影できるよう
に、ＣＣＤカメラ５とスクリーン７は配置してある。

【００１９】但し、本発明は走行装置に搭載する撮像装
置をＣＣＤカメラ４、５に限るものではなく、ビジコン
等も使用できるが、他の撮像装置に比べ小型軽量で、消
費電力も小さく、耐久性も高いことからＣＣＤカメラ
４、５を使用することが望ましい。また、光束２３、２
４の光像を写し出すすりガラス製半透明スクリーン６、
７についても、光像を映し出すのに適したものであれ
ば、すりガラス製半透明スクリーンに限るものではな
い。また、走行装置外から走行装置の計画進路と平行な
光束２２を投射する光源についても、ハロゲンランプの
ような強力な光源に適当な光学系を組み合わせたもので
もよいが、収光性（コヒーレンス）に優れ、光度の高い
光束を得られるレーザー光発生装置２１が最も適してい
る。

【００２０】図４は本発明の実施の形態を示す走行装置
が、計画進路に対し平行に横滑りした状態を示した図で
ある。この場合、ビームスプリッター８上の光束２２の
照射位置は、走行装置が計画進路を維持して走行してい
る場合の位置から、走行装置が横滑りした方向と逆方向
に横滑りした量δだけ移動する。同様に光束２３と光束
２４も移動するので、スクリーン６、７に投影された、
それぞれの光束２３、２４からの光像も、走行装置が横
滑りした方向で決まる方向へ横滑りした量δだけ移動す
る。このスクリーン６、７上の光像移動をＣＣＤカメラ
４、５で撮影して画像処理装置１９で処理すると、光像
移動量とその方向から走行装置が計画進路から横滑りし
た量δとその方向を検出することができる。

【００２１】図５は本発明の実施の形態を示す走行装置
が計画走行方位から角度がθ度分回転した状態を示した
図である。この場合、ビームスプリッター８上の光束２
２の照射角度は、走行装置が計画走行方位を維持して走
行している場合の照射角度から、走行装置が回転した角
度θ度分だけ変化する。このため、光束２３と光束２４
がそれぞれスクリーン６、７を照射する角度が変化する
ので、スクリーン６、７上の光像は移動する。

【００２２】走行装置が計画走行方位を維持して走行し
ている場合のビームスプリッター８上の光束２２の照射
点とスクリーン６上の光像点までの距離をＬ_１とし、同
様にビームスプリッター８上の光束２２の照射点とスク
リーン７上の光像点までの距離をＬ_２とすると、その移
動量はスクリーン６上ではＬ_１・ｔａｎθとなり、スク
リーン７上ではＬ_２・ｔａｎθとなる。距離Ｌ_１と距離
Ｌ_２を予め測定して画像処理装置１９に入力しておき、
ＣＣＤカメラ４、５で撮影したスクリーン６、７上の光
像移動量を画像処理装置１９で比較すれば、走行装置が
計画走行方位から回転した角度θがわかり、光像の移動
方向から回転方向が分かる。

【００２３】このようにして本発明の実施の形態の走行
装置は、走行中の実進路と計画進路の偏差及び実走行方
位と計画走行方位の偏差をそれぞれ独立して検出できる
ため、この検出量と偏差の方向に対応して駆動制御装置
２０により走行装置の走行方位を変更する。この結果、
本装置は計画進路を維持して自走することができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、走行装置外から計画走
行進路に平行な光束を与えれば、走行装置はこの光束に
追従して走行進路を自立的に保持するため、事前に計画
走行進路の設定準備等を実施しなくとも、走行装置を精
度良く走行させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す走行装置の側面図であ
る。

【図２】本発明の実施例を示す走行装置の車体１の内
部構造を示す図である。

【図３】本発明の実施例を示す走行装置の上面図であ
る。

【図４】本発明の実施例を示す走行装置が計画進路に
対し平行に横滑りした状態を示した図である。

【図５】本発明の実施例を示す走行装置が計画走行方
位から角度がθ分回転した状態を示した図である。

【図６】従来例を示す走行装置の上面図である。

【符号の説明】

１車体２、３無限
軌道４、５ＣＣＤカメラ６、７半透
明スクリーン８ビームスプリッター９永久磁石
片１０強化ゴム製ベルト１１転輪１２ａ駆動輪１２ｂ従動
輪１３弾性支持装置１４、１５
サーボモータ１６、１７ギアトレーン１８蓄電池１９画像処理装置２０駆動制
御装置２１レーザー光発生装置２２〜２４
光束２５追跡用テープ２６、２７
色識別センサ２８計画進路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走行面への吸着と脱着が可能な複数の吸
着部と走行部と前記吸着部と走行部を支持する車体を備
えた走行装置において、走行装置外からの走行装置の計画走行進路に平行な光束
を投射する光源からの光像を撮像する撮像装置と、該撮像装置の画像データから走行装置の実進路と計画進
路との偏差及び実走行方位と計画走行方位との偏差をそ
れぞれ検出する画像処理装置と、該画像処理装置で検出した走行装置の進路偏差及び方位
偏差から、走行装置の進路及び走行方位を変更し、走行
装置の進路偏差及び方位偏差を解消させる駆動制御装置
を車体上に搭載したことを特徴とする走行装置。
【請求項２】撮像装置は少なくとも二つ設けられ、光
源からの光束を受光し、該光束に対して傾斜した方向の
照射面を有するビームスプリッターと、該ビームスプリ
ッターで少なくとも二方向に分割された光束をそれぞれ
投影し、それぞれ投影された光像を前記少なくとも二つ
の撮像装置に撮像させる少なくとも二つのスクリーンと
を前記少なくとも二つの撮像装置より光源側に近い車体
上に備えた請求項１記載の走行装置。
【請求項３】各撮像装置で撮影された画像の比較から
走行装置の実進路と計画進路の偏差及び実走行方位と計
画走行方位の偏差を検出して、走行装置が計画進路を維
持するように制御する画像処理装置を備えたことを特徴
とする請求項１記載の走行装置。
【請求項４】光源には、レーザ光発生装置を用いるこ
とを特徴とする請求項１記載の走行装置。