JP2003112137A

JP2003112137A - 水中清掃ロボット

Info

Publication number: JP2003112137A
Application number: JP2001304772A
Authority: JP
Inventors: Michiya Hayashi; 道也林; Shuji Komada; 周治駒田; Kazuyoshi Kunishio; 和良國塩; Manabu Miura; 学三浦; Kazuhito Miwa; 一仁三輪
Original assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2001-10-01
Filing date: 2001-10-01
Publication date: 2003-04-15
Anticipated expiration: 2021-10-01
Also published as: JP4030282B2

Abstract

(57)【要約】【課題】走行車輪を着地した状態で走行して清掃する水
中清掃ロボットの走行制御を精度良く行う。【解決手段】ロボット本体２に、走行駆動される走行車
輪１８の外周部に、清掃具２７を回転させて走行車輪１
８の外周の着地面を清掃する複数の走行清掃装置３Ｃ
Ｆ，３ＲＬ，３ＲＲを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電プラントなど
の取水管や放水管路等で、湾曲面やカルバート平面に付
着した貝や海草などの海生生物（付着物）を清掃除去す
るための水中清掃ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば発電所などに設けられる取水路
には、壁面にフジツボやイガイ、カキ、海草などの海生
生物が付着して繁殖するが、このような海生生物が繁殖
すると、水路の圧力損失を与えるとともに、死滅したり
して流入すると取水施設にダメージを与えることにな
る。そのため、水路の壁面を自動的に清掃する水中清掃
ロボットが提案されている。この種の水中作業ロボット
として、たとえば特開２００１−６３６４４に開示され
たものがある。この水中ロボットは、図１４，図１５に
示すように、ロボット本体５１の底部中央に左右一対の
回転ブラシ５２ａ，５２ｂを有する清掃ユニット５２が
設けられるとともに、略四隅位置にステアリング機構を
内蔵した電動車輪５３が配設されている。またロボット
本体５１の上面には、吸着用スラスタ５４が四隅位置に
設けられると共に、ロボット本体５１の左右両側に遊泳
用スラスタ５５がそれぞれ配置されている。

【０００３】上記構成において、吸着用スラスタ５４に
よりロボット本体５１を管の内壁面に押付けて、回転ブ
ラシ５２ａ，５２ｂにより管の内壁面を清掃しつつ、電
動車輪５３を回転駆動してロボット本体５１を任意方向
に移動させ、内壁面全体を清掃するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成によ
れば、清掃走行中に電動車輪５３が、未清掃の壁面に接
地されると、摩擦力が小さいために滑りが生じ、走行ま
たはステアリングをスムーズに行うためには、吸着用ス
ラスタによる大きい押付け力が必要となる。また４個の
電動車輪５３がすべて同じような未清掃壁面または清掃
済みの壁面に接地していればよいが、一部の電動車輪５
３が未清掃面に接地され、残りの電動車輪５３が清掃済
み面に接地されると、接地面との摩擦力に差が生じてス
テアリング制御や走行制御がきわめて難しくなるという
問題があった。

【０００５】本発明は上記問題点を解決して、着地した
状態での走行を精度良く行える水中清掃ロボットを提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の発明は、ロボット本体に、走行駆動さ
れる走行車輪と、該走行車輪の外周部で回転駆動されて
接地面を清掃する清掃具とを有する複数の走行清掃装置
を設けたものである。

【０００７】上記構成によれば、走行車輪の外周部に清
掃具を配置して接地面を清掃するように構成したので、
着地位置からわずかに移動した後の走行車輪の着地面を
すべて清掃済みの面とすることができ、付着物による滑
りが少なくなり、十分な摩擦力を確保することができる
ので、走行車輪による走行移動を精度良く行うことがで
きる。また、清掃具は、走行車輪の外周部を回転される
ことから、清掃具の遠心力により、剥離された付着物が
走行車輪側に流入して走行を阻害することもない。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項1記載の構
成において、走行清掃装置に、走行車輪を覆う回転支持
体を設けるとともに、該回転支持体の開口部に清掃具を
設け、前記清掃具の回転により発生する遠心力で、水を
外周側に流出させて前記回転支持体内を負圧とすること
により、ロボット本体を着地面に吸着させるように構成
したものである。

【０００９】上記構成によれば、回転支持体内が負圧に
されることにより発生した吸着力で、清掃具および走行
車輪を接地面に強く押付けることができるので、良好な
清掃状態と、確実な走行とを確保することができる。

【００１０】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の構成において、少なくとも一対の走行清掃装置
を、着地面に平行な軸線の両側に配置するとともに、前
記走行清掃装置を軸線と平行な軸心周りに回動可能な接
地面調整装置を設け、前記接地面調整装置により曲面状
の接地面の走行および清掃可能に構成したものである。

【００１１】上記構成によれば、接地面調整装置により
左右両側の走行清掃装置を傾斜させて湾曲状の接地面に
対応させることにより、湾曲状の接地面を走行して清掃
することができる。

【００１２】請求項４記載の発明は、請求項１乃至４の
いずれかに記載の構成において、走行装置に、走行車輪
を操向するステアリング機構を設け、清掃具に、着地面
に摺接する清掃ブラシと、着地面の表面を掻き取るスク
レーパとを設けたものである。

【００１３】上記構成によれば、清掃済みの接地面によ
り、ステアリング制御の精度を向上させることができ、
清掃具を清掃ブラシとスクレーパとで構成したので、付
着力が強い海生生物なども確実に除去することができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】ここで、本発明に係る水中清掃ロ
ボットの実施の形態を図１〜図１１に基づいて説明す
る。

【００１５】図１〜図４に示すように、この水中清掃ロ
ボット１は、ロボット本体２の底部には、前部中央に配
置された前部走行清掃装置３ＣＦと、後部両側に配置さ
れた後部左右走行清掃装置３ＲＲ，３ＲＬとがそれぞれ
設けられるとともに、前部で左右両側に配置された推進
スラスタ４Ｒ，４Ｌと、前部で中央上部に配置された前
部垂直スラスタ５ＣＦと、後部で左右両側に配置された
左右後部垂直スラスタ５ＲＲ，５ＲＬとが設けられてい
る。これら各スラスタ４Ｒ，４Ｌ，５ＣＦ，５ＲＲ，５
ＲＬは、それぞれスラスタ回転駆動装置により回転軸を
介して回転駆動される推進翼により構成される。

【００１６】またロボット本体２のカバー６内には、左
右一対の浮力タンク７が設けられてロボット全体として
浮力と質量とがつりあった状態に構成され、さらに油圧
ユニット８や水深センサ（図示せず）、耐圧ユニット３
６内に装備された制御盤（図示せず）などが装備され、
ロボット本体２の前部と後部に水中カメラ９Ｆ，９Ｒや
水中ライト１０Ｆ，１０Ｒ、探知ソナーがそれぞれ配置
されるとともに、後部に壁面距離センサ（図示せず）な
どが設けられている。

【００１７】前部走行清掃装置３ＣＦおよび左右後部走
行清掃装置３ＲＲ，３ＲＬは、ステアリング機構付きの
走行機構と清掃機構とが一体に形成された同一構造であ
り、図５に示すように、ボス部１３に軸受を介してステ
アリング軸１４が回転自在に支持され、ステアリング軸
１４の上端部にステアリング駆動装置１９（電動モータ
や油圧モータなど）の出力軸が連結されている。またス
テアリング軸１４の下端部にヨーク部材１５が取り付け
られ、このヨーク部材１５に、走行駆動装置（電動モー
タや油圧モータなど）１６を内蔵した走行車軸１７を介
して走行車輪１８が支持され、走行機構が構成されてい
る。

【００１８】また前記ボス部１３に軸受を介して回転筒
２１が回転自在に支持され、前記回転筒２１の上部に取
り付けられた受動ギヤ２２に、清掃駆動装置（電動モー
タや油圧モータ）２３により回転駆動されるブラシ駆動
ギヤ２４が噛合されている。また旋回筒２１の下部に取
り付けられてヨーク部材１５および走行車輪１８を覆う
円筒容器形の回転支持体２５には、その下端開口端（先
端部）にリング支持板２６を介して清掃具２７が取り付
けられ、清掃機構が構成されている。

【００１９】前記清掃具２７は、接地面に摺接して海生
生物などを取り除く清掃ブラシ２８と、接地面を掻きと
って海生生物などを剥離させるスクレーパ２９とが交互
に配置されて構成されている。

【００２０】前記スクレーパ２９の第１例を図５〜図７
に示す。スクレーパ２９は、清掃ブラシ２８を一定角度
ごとに切り欠いた切欠き部３０で回転支持体２５の下部
にブラケット３１が垂設され、これらブラケット３１に
それぞれ接線方向の支持ピン３２を介して垂直面に沿う
掻き取り板３３が内端部を上下回動自在に支持されてい
る。そして、掻き取り板３３の上部に突設された受圧片
３３ａとリング支持板２６の筒部２６ａのとの間に回動
付勢用のコイルばね３４が介装されて、掻き取り板３３
が下方に回動付勢されて接地面に押付けられるように構
成されている。

【００２１】前記スクレーパ２９の第２例は、図１２，
図１３に示すように、掻き取り板３３が受圧片３３ａを
有して支持ピン３２に回動自在に支持された回動支持部
３３ｂと、この回動支持部３３ｂに垂直面に沿う板ばね
３３ｃを介して取り付けられた垂直面に沿う掻き板３３
ｄとで構成され、板ばね３３ｃのばね力により掻き板３
３ｃに回転方向に揺動して、障害物を回避することがで
きる。

【００２２】前記後部左右走行清掃装置３ＲＲ，３ＲＬ
は、図８，図９に示すように、着地面Ｆに平行な前後方
向の中心軸線ＣＬの対称位置に配置されており、前記後
部左右走行清掃装置３ＲＲ，３ＲＬを中心軸線ＣＬと平
行な軸心周りに回動可能な接地面調整装置３５が設けら
れている。この接地面調整装置３５は、ロボット本体２
の軸線ＣＬ上に配置された耐圧容器ユニット３６のブラ
ケット３６ａに、走行清掃装置３ＲＲ，３ＲＬのボス部
１３に連結された揺動リンク３７が中心軸線ＣＬと平行
な支持ピン３８を介して上下揺動自在に支持され、また
耐圧容器ユニット３６に取付部材を介して連結された直
線駆動機構である傾き作動装置（油圧シリンダや電動ジ
ャッキなど）３９の出力ロッドがピンを介してボス部１
３に連結されている。

【００２３】したがって、後部左右走行清掃装置３Ｒ
Ｒ，３ＲＬのステアリング軸１４を互いに平行（垂直）
とすることで、平面状の接地面を走行および清掃するこ
とができ、また傾き調整装置３９を進展して後部左右走
行清掃装置３ＲＲ，３ＲＬを支持ピン３８を中心に揺動
させ、ステアリング軸１４を軸線側上方から外側下方に
傾斜させることにより、湾曲凹状の接地面を走行および
清掃することができる。ここには図示されていないが、
もちろん傾き調整装置３９を収縮して後部左右走行清掃
装置３ＲＲ，３ＲＬを支持ピン３８を中心に揺動させ、
ステアリング軸１４を外側上方から軸線側下方に傾斜さ
せることにより、湾曲凸状の接地面を走行および清掃す
ることも可能となる。

【００２４】この水中清掃ロボット１の支援設備とし
て、図１０に示すように、操作盤４１および配電盤４２
を有する操作ユニット４３と、給電ケーブル、信号送受
用の光ファイバケーブルからなり水中清掃ロボット１と
操作ユニット４３とを接続する複合操作ケーブル４４
と、この操作ケーブル４４を、水中清掃ロボット１の移
動に従って取水管４５からマンホール４６を介して巻取
り繰り出しするケーブル巻取り繰り出し装置４７と、操
作ケーブル４４を巻き取るケーブルリール装置４８とを
具備し、配電盤４２から操作ケーブル４４を介して水中
清掃ロボット１に駆動電力が供給される。

【００２５】上記構成において、マンホール４６を介し
て取水管４５に投入された水中清掃ロボットは、ほぼ質
量と浮力とがつり合っている状態で、操作ユニット４３
の制御盤４２から遠隔操作により推進スラスタ４Ｒ，４
Ｌと垂直スラスタ５ＣＦ，５ＲＲ，５ＲＬとが作動され
て任意に操舵され、前後進速度が操作される。また垂直
スラスタ，５ＲＲ，５ＲＬの左右の回転数を制御するこ
とで、垂直軸を中心とするロボット本体２の姿勢も制御
することができる。

【００２６】清掃パターンの一例として、図１１に示す
ように、たとえば円形断面の取水管４５で、低部に所定
間隔をあけて左右一対の防食用電極４５ａが接地されて
いるような場合には、軸心方向の往復移動と、往路と復
路の間に周方向の移動を加えることで、角パルス形の走
行清掃軌跡Ｔを描き、これを長さ方向に複数回繰り返す
ことで、取水管４５を清掃することができる。

【００２７】清掃走行時には、３つの垂直スラスタ５Ｃ
Ｆ，５ＲＲ，５ＲＬによりロボット本体２が接地面（内
面）に押付けられて、すべての走行車輪１８が取水管４
５の接地面に着地された状態で、清掃駆動装置２３によ
り回転支持体２５を介して清掃具２７が回転されて、清
掃具２７である清掃ブラシ２８と掻き取り板３３とによ
り接地面が清掃される。そして、ステアリング駆動装置
１９により走行車輪１８が所定方向に操舵されるととも
に、走行駆動装置１６により走行車輪１８が回転され
て、ロボット本体２が接地面を清掃しつつ走行清掃軌跡
Ｔに沿って走行移動される。

【００２８】この時、ロボット本体２が最初の接地位置
からわずかに移動されることで、走行車輪１８が接地し
ている接地面が、海生生物などの付着物が除去された清
掃済みの接地面となるので、摩擦力が低下することな
く、精度良く走行制御およびステアリング制御される。

【００２９】また回転駆動される清掃具２７の遠心力に
より、周囲近傍の海水が外周側に流出されて、開口面を
除いて密閉された回転支持体２５の内部空間が負圧にな
ることから、垂直スラスタ５ＣＦ，５ＲＲ，５ＲＬによ
る押付け力に加えて、回転支持体２５による吸着力がロ
ボット本体１に働き、清掃具２７や走行車輪１８をさら
に強く接地面に押付けて、清掃および走行制御、ステア
リング制御が良好に行われる。

【００３０】上記実施の形態によれば、走行車輪１８の
外周部に清掃具２７を配置して接地面を清掃するように
構成したので、着地位置からわずかに移動した後の走行
車輪１８の着地面をすべて清掃済みの面とすることがで
き、付着物による滑りが少なくなり、十分な摩擦力を確
保することができるので、走行車輪１８およびステアリ
ング制御による移動を精度良く行うことができる。また
清掃具２７は、走行車輪１８の外周部を回転されること
から、清掃具の遠心力により、海水が外周側に流出し、
剥離された付着物が走行車輪１８側に流入することがな
いので、除去された付着物が走行を妨げることがない。

【００３１】また、走行車輪を覆う回転支持体２５を介
して清掃具２７を設けたので、清掃具２７の遠心力によ
り、海水が外周側に流出して回転支持体２５内を負圧と
するので、これによりで発生した吸着力により、清掃具
および走行車輪を接地面に強く押付けることができ、良
好な清掃状態と確実な走行とを確保することができる。

【００３２】さらに接地面調整装置３５により走行清掃
装置３ＲＲ，３ＲＬを中心軸線ＣＬと平行な軸心周りに
回動させることにより、湾曲状の接地面を走行および清
掃することができる。

【００３３】さらに清掃具２７に、着地面に摺接する清
掃ブラシ２８と、着地面の表面を掻き取るスクレーパ２
９とを設けたので、付着力が強い海生生物なども確実に
除去することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上に述べたごとく請求項１記載の発明
によれば、走行車輪の外周部に清掃具を配置して接地面
を清掃するように構成したので、着地位置からわずかに
移動した後の走行車輪の着地面をすべて清掃済みの面と
することができ、付着物による滑りが少なくなり、十分
な摩擦力を確保することができるので、走行車輪による
走行移動を精度良く行うことができる。また、清掃具
は、走行車輪の外周部を回転されることから、清掃具の
遠心力により、剥離された付着物が走行車輪側に流入し
て走行を阻害することもない。

【００３５】請求項２記載の発明によれば、回転支持体
内が負圧にされることにより発生した吸着力で、清掃具
および走行車輪を接地面に強く押付けることができるの
で、良好な清掃状態と、確実な走行とを確保することが
できる。

【００３６】請求項３記載の発明によれば、接地面調整
装置により左右両側の走行清掃装置を傾斜させて湾曲状
の接地面に対応させることにより、湾曲状の接地面を走
行して清掃することができる。

【００３７】請求項４記載の発明によれば、清掃済みの
接地面により、ステアリング制御の精度を向上させるこ
とができ、清掃具を清掃ブラシとスクレーパとで構成し
たので、付着力が強い海生生物なども確実に除去するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る水中清掃ロボットの実施の形態を
示す平面図である。

【図２】同水中清掃ロボットの側面図である。

【図３】同水中清掃ロボットの正面図である。

【図４】同水中清掃ロボットの背面図である。

【図５】同水中清掃ロボットの走行清掃装置を示す側面
断面図である。

【図６】同水中清掃ロボットの清掃具のスクレーパを示
す側面断面図である。

【図７】同水中清掃ロボットの清掃具のスクレーパを示
す平面断面図である。

【図８】同水中清掃ロボットの接地面調整装置を示す背
面図である。

【図９】同水中清掃ロボットの曲面状の接地面の清掃状
態を示す背面図である。

【図１０】同水中清掃ロボットの使用状態を示す側面断
面図である。

【図１１】同水中清掃ロボットの清掃手順を示す説明図
である。

【図１２】同水中清掃ロボットの清掃具の他のスクレー
パを示す側面断面図である。

【図１３】同水中清掃ロボットの清掃具の他のスクレー
パを示す平面断面図である。

【図１４】従来の水中作業ロボットを示す平面図であ
る。

【図１５】従来の水中作業ロボットを示す側面図であ
る。

【符号の説明】

１水中清掃ロボット２ロボット本体３ＣＦ，３ＲＲ，３ＲＬ走行清掃装置４Ｒ，４Ｌ推進スラスタ５ＣＦ，５ＲＲ，５ＲＬ垂直スラスタ７浮力タンク８油圧ユニット１４ステアリング軸１８走行車輪１９ステアリング駆動装置２３清掃駆動装置２５回転支持体２７清掃具２８清掃ブラシ２９スクレーパ３５接地面調整装置３９傾き作動装置ＣＬ中心軸線

フロントページの続き (72)発明者駒田周治大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号日立造船株式会社内 (72)発明者國塩和良大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号日立造船株式会社内 (72)発明者三浦学大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号日立造船株式会社内 (72)発明者三輪一仁大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号日立造船株式会社内Ｆターム(参考） 3B116 AA13 AB54 BA02 BA03 BA13 3C007 AS15 AS28 CS08 KT01 KT04 WA16 WA19 WA25 WA27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボット本体に、走行駆動される走行車輪
と、該走行車輪の外周部で回転駆動されて接地面を清掃
する清掃具とを有する複数の走行清掃装置を設けたこと
を特徴とする水中清掃ロボット。
【請求項２】走行清掃装置に、走行駆動車輪を覆う回転
支持体を設けるとともに、該回転支持体の開口部に清掃
具を設け、前記清掃具の回転により発生する遠心力で、水を外周側
に流出させて前記回転支持体内を負圧とすることによ
り、ロボット本体を着地面に吸着させるように構成した
ことを特徴とする請求項１記載の水中清掃ロボット。
【請求項３】少なくとも一対の走行清掃装置を、着地面
に平行な軸線の両側に配置するとともに、前記走行清掃
装置を軸線と平行な軸心周りに回動可能な接地面調整装
置を設け、前記接地面調整装置により曲面状の接地面の走行および
清掃可能に構成したことを特徴とする請求項１または２
記載の水中清掃ロボット。
【請求項４】走行清掃装置に、走行駆動車輪を操向する
ステアリング機構を設け、清掃具に、着地面に摺接する清掃ブラシと、着地面の表
面を掻き取るスクレーパとを設けたことを特徴とする請
求項１乃至３のいずれかに記載の水中清掃ロボット。