JP2024021885A - 管路内走行装置 - Google Patents

Abstract

【課題】管路内の少なくとも一部が水に浸っている等のイレギュラーな状況においても、走行部の位置を高精度に検知できる管路内走行装置を提供することを課題とする。【解決手段】管路内を走行する走行部と、走行部に連結され、音波を発信する発信部と、音波を受信する受信部と、受信部で受信する音波によって、管路内における走行部の位置を把握する制御部と、を有することで、管路内の少なくとも一部が水に浸っている等のイレギュラーな状況においても、走行部の位置を高精度に検知できる。【選択図】図１

Description

本発明は、管路内走行装置に関する。

従来、管路内走行装置としては、特許文献１において、導管内を走行するピグの走行状態を監視するに当たり、音響センサによって導管の溶接位置でピグが発する衝撃波を検出してピグの走行位置を追跡することで、ピグの走行位置の特定や状況監視を行うことができる方法が開示されていた。

特開２００２－９０４７０号公報

前記した特許文献１の方法では、音響センサを用いて位置検知を実施しているが、管路内にガスが充満した状態を前提としており、下水管等においては、管路内に水が流れていることや、必ずしも管路がストレート形状ではないため、位置検知を正確に行うためには、走行装置の固定や防水性の向上等を付加する必要があった。

さらに、管路内に走行装置を走行させる目的としては、管路内の状況を撮像することで、老朽化や損傷した箇所を把握することであり、撮像機器を搭載させ、走行を制御すること等も技術的に求められていた。さらには、そうした位置検知や撮像の精度を向上させることも望まれていた。

そこで、本発明では、管路内の少なくとも一部が水に浸っている等のイレギュラーな状況においても、走行部の位置を高精度に検知できる管路内走行装置を提供すること、を課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、管路Ｗ内を走行する走行部２と、走行部２に連結され、音波Ｓを発信する発信部３と、音波Ｓを受信する受信部４と、受信部４で受信する音波Ｓによって、管路Ｗ内における走行部２の位置を把握する制御部５と、を有する。

本発明の管路内走行装置によれば、管路内の少なくとも一部が水に浸っている等のイレギュラーな状況においても、走行部の位置を高精度に検知できる装置を提供することができる。

本実施形態の管路内走行装置を示し、（ａ）管路内の初期位置、（ｂ）管路内の中間位置、（ｃ）管路内の最終位置を示す概要図 本実施形態の走行部の（ａ）第１の変形例、（ｂ）第２の変形例、（ｃ）第３の変形例を示す斜視図 本実施形態の制御部を示す概要図 本実施形態の走行部の第４の変形例を示す正面図

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。

（管路内走行装置の構成）
本実施形態の管路内走行装置１は、図１に示すように、管路Ｗ内を走行し、管路Ｗ内面を撮像することで、管路Ｗ内の状況を把握するものである。
図１（ａ）～（ｃ）に示すように、走行部２や管路Ｗ内の位置を把握することで、管路Ｗ内における作業状況を把握できる。
管路内走行装置１は、管路Ｗ内を走行する走行部２と、走行部２に連結され、音波Ｓを発信する発信部３と、音波Ｓを受信する受信部４と、受信部４で受信する音波Ｓによって、管路Ｗ内における走行部２の位置を把握する制御部５と、を有する。

走行部２は、管路Ｗ内を走行する。走行部２は、本体の側方（両側）に車輪が配置されており、車輪の回転を有線または無線で駆動することで、前進または後進する。管路Ｗの内面形状に合わせて車輪の個数、形状、素材などを変更することもできる。

例えば、本体の側方（両側）に車輪を配置する場合には、それぞれ１つ、２つ車輪を配置することとなるが、そうした場合に限らず、本体の側方（両側）に加えて、本体の上方または下方にも車輪を配置することで、円筒状の管路Ｗ内を安定して走行させることもできる。
例えば、管路Ｗ内面に凹凸がある場合等においては、車輪の外周に配置されるホイールの形状を凹凸上にすることやグリップ力の高い素材を用いることで、走行性を向上できる。

発信部３は、走行部２に連結され、音波Ｓを発信する。発信部３から発信するものとしては、音波、超音波等、適宜選択できる。管路Ｗ内がストレート形状であれば、音波Ｓを直進させて反響を図るような標準的な発信方法で問題ないが、管路Ｗの形状が変形している場合は、音波Ｓを直進させるだけでは音波Ｓ自体や反響した音波を受信することが難しいため、音波Ｓの強度や波長を変更させることもできる。

受信部４は、発信部３から発信された音波Ｓを受信する。受信部４は、音波、超音波等を受信できるレシーバ等である。受信部４は、走行部２を到達させたい箇所に配置するが、管路Ｗ内に、複数配置することで、音波Ｓによる位置把握の精度を向上できる。また、本明細書中においては、発信部３（走行部２）が受信部４に向かっていく形態を例示しているが、遠隔操作の場合には、受信部４を到達位置に配置することが難しいため、受信部４から発信部３が離れていく形態で、発信部３から発信された音波Ｓを受信するものであってもよい。

管路Ｗ内の初期設定で、受信部４を走行部２に到達させたい箇所に配置できない場合は、走行部２を２台用意し、１台目の第１の走行部２Ａ（受信部４を搭載）を管路Ｗ内で走行させて走行部２を到達させたい箇所に配置し、２台目の第２の走行部２Ｂ（発信部３を搭載）の位置を把握することもできる。または、走行部２を複数用意するものではなくとも、ドローン等の飛行体を事前に送り、飛行体を受信部４として代用すること等も想定できる。

また、発信部３からの音波Ｓの発信や、受信部による音波Ｓの受信を円滑にするために、発信部３に、振幅調整部３ａを備え、管路Ｗの幅に合わせて最適な振動数、振幅の音波Ｓを発信することもできる。例えば、管路Ｗの幅が小さい場合は、音波Ｓの振幅を小さくし、管路Ｗの幅が大きい場合は、音波Ｓの振幅を大きくすることで、管路Ｗ内面が音波Ｓに干渉することなく、安定した音波Ｓを伝達できる。

また、発信部３や受信部４は、１方向の音波Ｓに限られるものではない。様々な形状の管路Ｗに対応できるために、２方向や３方向の音波Ｓを用いることもできる。具体的には、発信部３や受信部４には、音波Ｓを発信または受信するためのセンサを複数配置することである。複数配置したセンサを用いて、点としての把握だけでなく、面としての把握もできる。

また、受信部４において、発信部３から取得する情報を一時的に蓄積するが、受信部４はあくまでレシーバとしての役割であり、制御部５へ各種情報を出力した段階で、出力した情報を自動削除することもできる。そのため、受信部４内の情報量が過多になることによる制御部５への通信速度の低下や通信エラーの回数を抑制できる。

制御部５は、受信部４で取得した各種情報を制御し、管路Ｗ内の状況や走行部２の位置を把握および制御する。制御部５は、図３に示すように、受信部４で受信する音波Ｓや撮像部７で取得した情報を無線または有線で共有されており、管路Ｗ内における走行部２の位置（例えば、図１（ａ）～（ｃ））を把握する。制御部５は、データ取得部５ａと、演算部５ｂと、記憶部５ｃと、で構成される。データ取得部５ａは、発信部３で音波Ｓを発信するときの発信時間Ｔ１と、受信部４で音波Ｓを受信したときの受信時間Ｔ２と、発信部３で音波Ｓを発信するときの走行部３の位置情報Ｌ１と、受信部４の位置情報Ｌ２を取得する。

演算部５ｂは、データ取得部５ａで取得した発信時間Ｔ１と受信時間Ｔ２の時間差に、発信部３から発信する音波Ｓの速度Ｖを乗じることで、距離Ｄ１を算出した後、位置情報Ｌ３を算出する。位置情報Ｌ３の算出の仕方としては、発信部３で音波Ｓを発信するときの走行部３の位置情報Ｌ１からの移動した距離Ｄ分を加算して算出する。さらに、受信部４の位置情報Ｌ２からの距離Ｄ２も加味することで、位置情報Ｌ３の精度を高めることもできる。

記憶部５ｃは、データ取得部５ａで取得するデータや、演算部５ｂで算出したデータを記憶する。また、１回分の位置情報Ｌ３の算出データだけでも位置を割り出すことはできるが、走行部２の位置情報の精度を高める場合は、２回以上の位置情報Ｌ３を用いることが有効である。その場合、記憶部５で記憶する複数の位置情報Ｌ３を最も新しいものに更新し続けるか、複数回の位置情報Ｌ３の平均値を再度演算部５ｂで算出して更新する等が想定できる。

また、制御部５は、受信部４で取得した各種情報のうち、管路Ｗ内の状況の把握と、走行部２の位置の把握を別々に制御することもできる。遠隔操作を行う環境では、大型の制御部５（例えば、大型の各種ストレージ等）を現場に持ち込むことが難しいことも多い。そのため、制御部５を例えば、２系統に分け、第１の制御部５Ａは、作業環境に近い位置に配置し、第２の制御部５Ｂは、位置が離れたものとすることで、通信性に優れ、情報の蓄積が過多になっても演算速度等に影響を及ぼさない構成とすることもできる。

撮像部７は、管路Ｗ内を撮像する。撮像部７は、管路Ｗ内を撮影できる産業用カメラやインテリジェントカメラ等、用途に合わせて選択できる。撮像部７で撮像した写真等の情報は、撮像部７から無線で受信部４へ送信される。撮像部７から受信部４への写真等の送信においては、作業者が遠隔で操作できる。または、管路Ｗが通信には不向きな環境である場合は、撮像部７によって撮像する時間間隔を予め設定し、定期的な間隔で撮像部７から受信部４への写真等の送信を行う構成とすることもできる。

また、撮像部７は、固定式であることに限らない。撮像部７を段階的または連続的に首振り、または回転できる支持機構を備えることもできる。そうした支持機構を用いることで、管路Ｗ内の様々なパターンの情報を取得できる。

また、撮像部７は、図１に示すように、管路Ｗの上方を撮像する形態に限るものではなく、走行部２の前方方向を撮像することもできる。前方方向を撮像することによって、管路Ｗ内の全体形状を把握することができ、走行部２が管路Ｗ内を適切に走行することをサポートできる。

また、撮像する写真等の情報は、２次元情報だけでなく、３次元情報を撮像する仕様とすることもできる。３次元情報を活用する場合は、例えば、ロボットの自己位置推定と地図構築を行うＳＬＡＭ技術(Simultaneously Localization and Mapping)を利用する。具体的には、制御部５に、地図生成部５ｄや、障害物回避部５ｅを配置する。

地図生成部５ｄは、管路Ｗ内の形状や、走行部２の位置を地図形式で視覚化する。例えば、発信部３や受信部４から受信した音波Ｓ等の情報や撮像部７から取得した映像等の情報をデータ取得部５ａで取得し、その情報に基づいて、演算部５ｂで生成する数値情報や分析情報し、地図生成部５ｄによって、管路Ｗ内の形状や、走行部２の位置を表示部６に地図形式で視覚化する。

障害物回避部５ｅは、走行部２を障害物に衝突することを回避させる。事前またはリアルタイムに取得した管路Ｗ内の形状や走行部２の位置等の情報に基づいて、地図生成部５ｄで生成された地図上において、管路Ｗ内で走行部２が管路Ｗ内の障害物に衝突しそうな場合には、走行部２の動きを変更、調整する。撮像部７は、走行部２に対して垂直な上方を撮像する形態の場合は、撮像や障害物回避の前に走行部２が障害物に衝突してしまう。そのため、この場合は、撮像部７は、走行部２の前方方向斜め１０～４５°の管路Ｗ内の上下左右を撮像することで、管路Ｗ内の全体形状を把握することができ、走行部２が管路Ｗ内を適切に走行することをサポートできる。

表示部８は、管路Ｗ内における走行部２の位置を表示する。表示部８は、データ取得部５ａで取得した発信部３で音波Ｓを発信するときの走行部３の位置情報Ｌ１と、受信部４の位置情報Ｌ２と、走行部２の走行に伴って演算部５ｂで算出される位置情報Ｌ３の位置を表示させるモニターである。点、記号、アイコン等で表現されており、視覚的にも走行部２の位置を把握しやすい。表示部８は、図１（ａ）～（ｃ）に示すように、走行部２を丸形状で表示させて、走行部２の位置（初期位置、中間位置、最終位置）が移動すると、走行部２の丸形状の位置も連動して、位置が変わる。

また、管路Ｗが下水管である場合など、管路Ｗ内に水が流れていることもあるため、第１の変形例として、図２（ａ）に示すように、走行部２の外面において、防水カバー８を配置できる。防水カバー８としては、ビニール製やプラスチック製等、市販のカバーであればよい。なお、本実施例においては、走行部２に対する防水カバー８として表現しているが、走行部２だけでなく、発信部３、受信部４、撮像部７等の光学機器や音響機器は水による影響を受けやすいため、そうした箇所に外付けで防水カバーを配置することもできる。

また、管路Ｗが下水管である場合など、管路Ｗ内に水が流れている場合に限らず、管路Ｗ内の形状は、円柱形状であることが多く、走行部２が水で流されないようにするためや、特定の位置で走行を停止するためには、走行部２を固定させることが望ましい。走行部２は、第２の変形例として、図２（ｂ）に示すように、管路Ｗ内で停止させるための固定部９ｂを配置できる。固定部９ｂは、管路Ｗ内を接触することで走行部２を停止させる部材である。走行部２と固定部９ｂは、固定支持部９ａで連結されている。固定部９ｂの下面には、滑り止め機能として凹凸形状を施すことや、管路Ｗの形状が円形であれば、固定部９ｂの形状を半円状として、固定時に管路Ｗに固定部９ｂが嵌るようにすることもできる。

また、管路Ｗが下水管である場合など、走行部２が水で流されないようにするため、図４に示すように、走行部２の下部に流速計１２を配置することや、走行部２の側方に流量計１３を配置することで、管路Ｗ内の水の流速や流量を把握し、走行部２や撮像部７の稼働を調整することもできる。

例えば、管路Ｗ内の水の流速が早い場合（走行部２に向かってくるとき）には、走行部２が進まない状況にならないように、流速計１２で検知した情報に基づいて、走行部２の走行速度を通常よりも早く設定することや、固定部９ｂを利用しながら走行させる。また、管路Ｗ内の水の流速が早い場合（走行部２が押し流されるとき）には、走行部２が押し流されないように、流速計１２で検知した情報に基づいて、走行部２の走行速度を通常よりも遅く設定することや、固定部９ｂを利用しながら走行させる。

また、管路Ｗ内の水の流量が走行部２の高さ以上の場合には、事前の防水カバー８の配置や、固定部９ｂを利用しながら、走行させる。

また、走行部２は、無線式で走行させる場合には、第３の変形例として、図２（ｃ）に示すように、管路Ｗを無線で走行するための電力を得るためのバッテリー１０を配置できる。管路Ｗが長距離に及ぶ場合など、有線式を利用できないときに、こうしたバッテリー１０で蓄積された電力で走行部２を走行させる。または、有線式をベースとして、特定の距離を越える場合には、バッテリー１０を利用することでもよい。さらに、走行部２は、車輪等で走行するものであり、走行時の回転によって電力を生成し、バッテリーに生成した電力を補助的に蓄積させることで、より長い時間の走行を実現させることもできる。

また、走行部２は、第４の変形例として、図４に示すように、平衡器１１を配置することもできる。管路Ｗは円筒形状であることが多いため、平衡器１１を用いて、走行部２が平衡状態にあるか否か把握することによって、音波Ｓの角度や撮像部７で取得する情報の上下左右方向をフラットな状態とすることができ、演算部５ｂで演算される情報の精度、さらには、地図生成部５ｄによって生成する地図情報の精度等を向上させることができる。

以上、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることは言うまでもない。

１ 管路内走行装置
２ 走行部
３ 発信部
４ 受信部
５ 制御部
５ａ データ取得部
５ｂ 演算部
５ｃ 記憶部
５ｄ 地図生成部
５ｅ 障害物回避部
６ 表示部
７ 撮像部
８ 防水カバー
９ａ 固定支持部
９ｂ 固定部
１０ バッテリー
１１ 平衡器
１２ 流速計
１３ 流量計

Claims (10)

1. 管路内を走行する走行部と、前記走行部に連結され、音波を発信する発信部と、前記音波を受信する受信部と、前記受信部で受信する前記音波によって、前記走行部の前記管路内における位置を把握する制御部と、を有する管路内走行装置。
2. 請求項１に記載の管路内走行装置であって、前記管路内を撮像する撮像部と、前記管路内における前記走行部の位置を表示する表示部と、を有する管路内走行装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の管路内走行装置であって、前記走行部は、防水カバーが装着されている、管路内走行装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の管路内走行装置であって、前記走行部は、前記管路内で停止させるための固定部と、を有する、管路内走行装置。
5. 請求項１または請求項２に記載の管路内走行装置であって、前記走行部は、前記管路を無線で走行するための電力を得るためのバッテリーと、を有する、管路内走行装置。
6. 請求項１または請求項２に記載の管路内走行装置であって、前記制御部は、前記管路内の形状や前記走行部の位置に関する地図を生成する地図生成部と、を有する、管路内走行装置。
7. 請求項１または請求項２に記載の管路内走行装置であって、前記走行部は、前記走行部を平衡に保つための平衡器と、を有する、管路内走行装置。
8. 請求項１または請求項２に記載の管路内走行装置であって、前記走行部は、前記管路内の水の流速を計測する流速計と、を有する、管路内走行装置。
9. 請求項１、請求項２または請求項８に記載の管路内走行装置であって、前記走行部は、前記管路内の水の流量を計測する流量計と、を有する、管路内走行装置。
10. 請求項１または請求項２に記載の管路内走行装置であって、前記管路は、下水管である、管路内走行装置。
    
    
    
    

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