JP2024033371A - 洗浄装置及び、自動洗浄システム - Google Patents

Abstract

【課題】洗浄効率を効果的に向上する。【解決手段】トンネルＴ内を少なくともトンネル軸方向に向けて移動可能な移動装置１１Ａ，１１Ｂと、移動装置１１Ａ，１１Ｂの上部に配されており、移動装置１１Ａ，１１Ｂの前後方向と直交する方向に延びるとともに、前後方向の軸心周りに回転自在なアーム部材３２Ａ～３２Ｃを有するアーム装置３０と、アーム部材３２Ｃの先端部に設けられており、トンネルＴの壁面Ｗに向けて高圧流体を噴射可能なノズル４４を含む高圧洗浄機４０と、を備え、アーム装置３０は、アーム部材３２Ａ～３２Ｃを軸心周りに回転させることにより、ノズル４４をトンネル周方向に旋回可能に構成されている。【選択図】図１

Description

本開示は、洗浄装置及び、自動洗浄システムに関し、特に、トンネル壁面等の洗浄に好適な技術に関するものである。

一般に、トンネルの新規工事やリニューアル工事においては、高圧洗浄機を用いてトンネル壁面をはつる下地処理等の洗浄作業が行われる。このような洗浄作業を作業員の人力により行うと、高圧洗浄機の吐出ノズルから噴射される高圧洗浄水の噴霧や、トンネル壁面から除去される異物等の飛散に伴い、作業員の視界が遮られることになる。その結果、作業員が作業中に洗浄箇所を見失うことにより、洗浄が不均一になるいわゆる洗浄ムラを生じるといった課題がある。また、狭隘なトンネル等においては、作業員に無理な姿勢を強いることになり、作業員の負担を増大させるといった課題もある。

トンネル壁面の洗浄を自動的に行う装置として、例えば、特許文献１，２には、トンネル内を走行可能な台車に複数本のアーム等を設け、アームの先端に高圧洗浄機の吐出ノズルを取り付けた装置が開示されている。

実開昭６１－５８３００号公報 特開昭６１－２６６８００号公報

特許文献１記載の装置は、台車に支柱を立設するとともに、支柱に複数本のアームを上下方向に所定間隔で配設し、各アームの先端に吐出ノズルを取り付けている。しかしながら、複数本のアームは支柱から同一方向に並行に延びており、各アームを大きく回転させると、上下に隣接するアーム同士が互いに干渉することになる。すなわち、各アームの可動範囲が制限されている。このため、特許文献１記載の装置では、トンネル壁面を周方向に一度に洗浄することができず、洗浄範囲を一方の壁面から他方の壁面に遷移させる場合には、支柱又は台車の何れか一方を反転させる必要があり、作業効率の低下を招く課題がある。

また、特許文献１記載の装置は、トンネル壁面と吐出ノズルとの距離を計測するために、先端部をトンネル壁面に当接させる接触式のセンサを用いている。このため、センサによってトンネル壁面を損傷させる可能性がある。また、センサがトンネル壁面に設けられた電気盤等の既設物に引っ掛かった場合には、洗浄作業を一時的に中断しなければならない課題もある。

特許文献２記載の装置は、台車にスタンドを立設するとともに、スタンドに複数本のシリンダを設け、シリンダの先端に吐出ノズルを移動させるための案内レールを取り付けている。すなわち、吐出ノズルが案内レールに沿った移動しかできない構造になっている。このため、特許文献２記載の装置では、トンネル壁面に電気盤や照明機器等の既設物が存在する場合には、吐出ノズルとの干渉を防止するために、それら既設物を予め取り外す事前作業が必要となり、作業効率の低下を招くといった課題がある。また、案内レールは、トンネルの壁面に沿った形状にする必要があり、種々のトンネル断面形状に対応できない課題もある。

本開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡素な構成でトンネル壁面の洗浄作業効率を効果的に向上することができる技術を提供することを目的とする。

本開示の洗浄装置は、
トンネル内を少なくともトンネル軸方向に向けて移動可能な移動装置と、
前記移動装置の上部に配されており、前記移動装置の前後方向と直交する方向に延びるとともに、前記前後方向の軸心周りに回転自在なアーム部材を有するアーム装置と、
前記アーム部材の先端部に設けられており、前記トンネルの壁面に向けて高圧流体を噴射可能なノズルを含む高圧洗浄機と、を備え、
前記アーム装置は、前記アーム部材を前記軸心周りに回転させることにより、前記ノズルをトンネル周方向に旋回可能に構成されていることを特徴とする。

本開示の他の態様において、
前記アーム装置は、前記アーム部材を複数備えるとともに、複数の前記アーム部材が関節部を介して順に連結されたロボットアーム装置であってもよい。

本開示の他の態様において、
前記アーム装置は、前記アーム部材を複数備えるとともに、複数の前記アーム部材のうち、少なくとも一つのアーム部材が他のアーム部材にアーム軸方向に進退自在に設けられた伸縮アーム装置であってもよい。

本開示の他の態様において、
前記洗浄装置は、
前記移動装置の上部に設けられており、前記アーム装置を前記移動装置に対して前記前後方向に相対移動可能に支持するスライダを有するスライド装置をさらに備えてもよい。

本開示の自動洗浄システムは、前記洗浄装置を備える自動洗浄システムであって、
前記移動装置、前記スライド装置及び、前記アーム装置の作動を制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記トンネルをトンネル軸方向に複数の区間に分割するとともに、１区間分のトンネル軸方向長さを前記スライダの前後方向への移動可能量よりも短い長さに設定し、
前記ノズルから前記壁面に向けて前記高圧流体を噴射しながら、前記スライド装置及び、前記アーム装置を作動させることにより前記１区間分の前記壁面を洗浄する洗浄工程と、前記１区間分の洗浄終了後に前記移動装置を作動させて前記洗浄装置を次の区間に移動させる移動工程と、を交互に繰り返すバッチ処理モードにより前記複数の区間の前記壁面を自動洗浄することを特徴とする。

本開示の他の態様において、
前記自動洗浄システムは、
前記洗浄装置と前記壁面との距離を取得する距離取得装置をさらに備え、
前記制御装置は、
設定した目標制御量に基づいて、前記洗浄工程における前記スライド装置と前記アーム装置との作動及び、前記移動工程における前記移動装置の作動を制御するとともに、洗浄を開始する区間である洗浄対象区間に前記移動装置を移動させた後、当該洗浄対象区間の洗浄を開始するよりも前に前記距離取得装置により取得される前記距離に基づいて、前記洗浄対象区間の前記洗浄工程に用いる目標制御量を補正することが好ましい。

本開示の自動洗浄システムは、前記洗浄装置を備える自動洗浄システムであって、
前記移動装置及び、前記アーム装置の作動を制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記ノズルから前記壁面に向けて前記高圧流体を噴射しながら、前記アーム装置を作動させ、前記ノズルをトンネル周方向に旋回させることにより、前記壁面をトンネル周方向に洗浄する周方向洗浄工程と、前記ノズルから前記壁面に向けて前記高圧流体を噴射しながら、前記移動装置を作動させ、前記ノズルをトンネル軸方向に移動させることにより、前記壁面をトンネル軸方向に洗浄する軸方向洗浄工程と、を交互に繰り返す連続処理モードにより前記壁面を自動洗浄することを特徴とする。

本開示の他の態様において、
前記自動洗浄システムは、
前記洗浄装置と前記壁面との距離を取得する距離取得装置をさらに備え、
前記制御装置は、
設定した目標制御量に基づいて、前記周方向洗浄工程における前記アーム装置の作動及び、前記軸方向洗浄工程における前記移動装置の作動を制御するとともに、前記軸方向洗浄工程により前記移動装置を移動させた後、前記周方向洗浄工程を開始するよりも前に前記距離取得装置により取得される前記距離に基づいて、当該周方向洗浄工程の目標制御量及び、次の軸方向洗浄工程の目標制御量を補正することが好ましい。

本開示の洗浄装置及び、自動洗浄システムによれば、簡素な構成でトンネル壁面の洗浄作業効率を効果的に向上することができる。

本実施形態に係る自動洗浄システムのハードウェア構成を示す模式的な全体構成図である。 本実施形態に係る自動洗浄システムの模式的な正面図である。 第１レーダセンサ及び、第２レーダセンサの検知範囲を説明する模式図である。 本実施形態に係る自動洗浄システムのソフトウェア構成の一例を示す模式図である。 バッチ処理モードの一例を説明する模式図である。 バッチ処理モードの他の一例を説明する模式図である。 連続処理モードの一例を説明する模式図である。 補正制御の処理を説明するための模式図である。 バッチ処理モードのルーチンを説明するフローチャートである。 連続処理モードのルーチンを説明するフローチャートである。 他の本実施形態に係る自動洗浄システムの模式的な側面図である。

以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る洗浄装置及び、自動洗浄システムについて説明する。

［全体構成］
図１は、本実施形態に係る自動洗浄システム１のハードウェア構成を示す模式的な全体構成図である。図２は、本実施形態に係る自動洗浄システム１の模式的な正面図である。

図１に示すように、自動洗浄システム１は、洗浄装置本体１０と、端末装置９０とを備えている。図中に符号Ｔで示すトンネルは、自動洗浄システム１の洗浄対象の一例である。トンネルＴは、例えば、内空断面が比較的小さい狭隘なトンネルである。なお、トンネルＴは、洗浄装置本体１０によって洗浄可能であれば、内空断面が比較的大きいトンネルであってもよい。

洗浄装置本体１０は、トンネルＴの坑内にて、トンネルＴのコンクリート壁面（以下、「トンネル壁面Ｗ」と称する）を洗浄する装置である。具体的には、洗浄装置本体１０は、第１走行台車１１Ａと、第２走行台車１１Ｂと、スライド装置２０と、アーム装置３０と、高圧洗浄機４０と、第１レーダセンサ５０Ａと、第２レーダセンサ５０Ｂと、制御ユニット７０とを備えている。

第１走行台車１１Ａ及び、第２走行台車１１Ｂは、本開示の移動装置の一例である。以下では、第１走行台車１１Ａ及び、第２走行台車１１Ｂは、これらを区別する必要がない場合、単に「走行台車１１Ａ，１１Ｂ」とも称する。

走行台車１１Ａ，１１Ｂは、クローラ式の下部走行体１２Ａ，１２Ｂと、ベース部１５Ａ，１５Ｂとを備えている。下部走行体１２Ａ，１２Ｂは、駆動装置１４Ａ，１４Ｂを有しており、駆動装置１４Ａ，１４Ｂからクローラに回転動力を伝達することによりトンネルＴの床面を走行する。駆動装置１４Ａ，１４Ｂは、特に限定されないが、一例として電動モータを用いることができる。駆動装置１４Ａ，１４Ｂを電動モータとする場合、電力は走行台車１１Ａ，１１Ｂに搭載した不図示のバッテリから供給してもよく、或は、不図示の電源装置からケーブル等を介して供給してもよい。駆動装置１４Ａ，１４Ｂの駆動は、制御ユニット７０からの指令に応じて制御される。

なお、下部走行体１２Ａ，１２Ｂは、図示例のクローラ式に限定されず、トンネルＴの床面に接地して回転する複数の車輪を備える構成であってもよい。或は、下部走行体１２Ａ，１２Ｂは、トンネルＴの床面にトンネル軸方向に敷設された軌道レールに沿って走行するレール式走行台車であってもよい。また、第２走行台車１１Ｂは、必ずしも駆動装置１４Ｂを備える必要はなく、第１走行台車１１Ａが第２走行台車１１Ｂを牽引する構成であってもよい。

ベース部１５Ａ，１５Ｂは、上面視で略矩形状をなしており、下部走行体１２Ａ，１２Ｂの上部に固定されている。第１走行台車１１Ａのベース部１５Ａには、スライド装置２０、アーム装置３０、第１レーダセンサ５０Ａ及び、第２レーダセンサ５０Ｂが搭載される。第２走行台車１１Ｂのベース部１５Ｂには、高圧洗浄機４０及び、制御ユニット７０が搭載される。なお、第１走行台車１１Ａのベース部１５Ａに十分なスペースを確保できる場合、高圧洗浄機４０及び、制御ユニット７０は、ベース部１５Ａに搭載してもよい。高圧洗浄機４０及び、制御ユニット７０をベース部１５Ａに搭載する場合、第２走行台車１１Ｂは省略すればよい。

なお、以下の説明では、走行台車１１Ａ，１１Ｂの進行方向を「前後方向」といい、走行台車１１Ａ，１１Ｂの前後方向及び上下方向に直交する方向を「左右方向」という。

図１及び、図２に示すように、スライド装置２０は、ベース部１５Ａの上面に設けられている。具体的には、スライド装置２０は、ベース部１５Ａの上面を前後方向に延びるガイドレール２１と、ガイドレール２１に沿って移動可能なスライダ２２と、スライダ２２に推進力を付与するスライド用アクチュエータＭ１（図１にのみ示す）とを備えている。

ガイドレール２１は、好ましくは、ベース部１５Ａの前端から後端の全長に亘って設けられている。スライド用アクチュエータＭ１は、特に限定されないが、一例として回転力を直線運動に変換する機構を備えた電動モータを用いることができる。スライド用アクチュエータＭ１を電動モータとする場合、電力は第１走行台車１１Ａ又は第２走行台車１１Ｂに搭載した不図示のバッテリから供給してもよく、或は、不図示の電源装置からケーブルを介して供給してもよい。スライド用アクチュエータＭ１の駆動は、制御ユニット７０からの指令に応じて制御される。スライド用アクチュエータＭ１を駆動させると、スライダ２２はベース部１５Ａの上面をガイドレール２１に沿って前後方向にスライド移動する。なお、以下では、スライダ２２がガイドレール２１に沿ってスライド移動できる最大距離（移動可能量）をスライダ２２の「最大ストローク量Ｓｍ」と称する。

スライド装置２０は、スライダ２２のスライド移動量Ｓを取得する移動量取得装置２３（図１にのみ示す）を備える。移動量取得装置２３は、特に限定されないが、スライド用アクチュエータＭ１が電動モータの場合、電動モータが備えるエンコーダを用いることができる。移動量取得装置２３によって取得されるスライダ２２のスライド移動量Ｓは、制御ユニット７０に所定周期で送信される。

図１及び、図２に示すように、アーム装置３０は、基台３１と、複数本のアーム部材３２Ａ～３２Ｃ（図示例では、基台３１側から順に、第１アーム部材３２Ａ、第２アーム部材３２Ｂ、第３アーム部材３２Ｃ）と、複数の関節部３３Ａ～３３Ｃ（図示例では、基台３１側から順に、第１関節部３３Ａ、第２関節部３３Ｂ、第３関節部３３Ｃ）とを備えるいわゆる多関節ロボットアーム装置である。

基台３１は、スライダ２２の上面に固定されており、スライダ２２と一体に前後方向に移動する。基台３１には、第１関節部３３Ａを介して第１アーム部材３２Ａの基端部が連結されている。第１関節部３３Ａは、第１アーム部材３２Ａを前後方向の軸心周りに回転可能に支持する。第１関節部３３Ａには、第１アーム部材３２Ａに回転力を付与する第１回転用アクチュエータＭ２（図１にのみ示す）が設けられている。

第１アーム部材３２Ａの先端部には、第２関節部３３Ｂを介して第２アーム部材３２Ｂの基端部が連結されている。第２関節部３３Ｂは、第２アーム部材３２Ｂを前後方向の軸心周りに回転可能に支持する。第２関節部３３Ｂには、第２アーム部材３２Ｂに回転力を付与する第２回転用アクチュエータＭ３（図１にのみ示す）が設けられている。第２アーム部材３２Ｂの先端部には、第３関節部３３Ｃを介して第３アーム部材３２Ｃの基端部が連結されている。第３関節部３３Ｃは、第３アーム部材３２Ｃを前後方向の軸心周りに回転可能に支持する。第３関節部３３Ｃには、第３アーム部材３２Ｃに回転力を付与する第３回転用アクチュエータＭ４（図１にのみ示す）が設けられている。

なお、アーム装置３０が備えるアーム部材の本数は、図示例の３本に限定されず、２本又は４本以上であってもよい。以下では、第１アーム部材３２Ａ、第２アーム部材３２Ｂ及び、第３アーム部材３２Ｃは、これらを区別する必要がない場合、単に「アーム部材３２Ａ～３２Ｃ」とも称する。また、第１回転用アクチュエータＭ２、第２回転用アクチュエータＭ３及び、第３回転用アクチュエータＭ４は、これらを区別する必要がない場合、単に「回転用アクチュエータＭ２～Ｍ４」とも称する。また、スライド用アクチュエータＭ１及び、回転用アクチュエータＭ２～Ｍ４は、これらをまとめて「アクチュエータＭ１～Ｍ４」と称する場合もある。

回転用アクチュエータＭ２～Ｍ４は、特に限定されないが、一例として電動モータを用いることができる。回転用アクチュエータＭ２～Ｍ４を電動モータとする場合、電力は第１走行台車１１Ａ又は第２走行台車１１Ｂに搭載した不図示のバッテリから供給してもよく、或は、不図示の電源装置からケーブルを介して供給してもよい。回転用アクチュエータＭ２～Ｍ４の駆動は、制御ユニット７０からの指令に応じて制御される。

アーム装置３０は、アーム部材３２Ａ～３２Ｃの回転量Ｒをそれぞれ取得する回転量取得装置３４Ａ～３４Ｃ（図１にのみ示す）を備える。回転量取得装置３４Ａ～３４Ｃは、特に限定されないが、回転用アクチュエータＭ２～Ｍ４が電動モータの場合、電動モータが備えるエンコーダを用いることができる。回転量取得装置３４Ａ～３４Ｃによって取得される各アーム部材３２Ａ～３２Ｃの回転量Ｒは、制御ユニット７０に所定周期で送信される。

図１に示すように、高圧洗浄機４０は、洗浄水を貯留するタンク４１と、タンク４１から洗浄水を汲み上げて圧送するポンプ４２と、ポンプ４２から圧送される高圧洗浄水を流通させる耐圧ホース４３と、耐圧ホース４３の先端に接続された吐出ノズル４４とを備えている。ポンプ４２の種類は特に限定されないが、一例として電動ポンプを用いることができる。ポンプ４２を電動ポンプとする場合、電力は第２走行台車１１Ｂに搭載した不図示のバッテリから供給してもよく、或は、不図示の電源装置からケーブルを介して供給してもよい。ポンプ４２を駆動させると、タンク４１内の洗浄水が耐圧ホース４３を介して吐出ノズル４４に圧送され、吐出ノズル４４から高圧洗浄水が噴射される。

高圧洗浄機４０は、吐出ノズル４４から噴射する高圧洗浄水の圧力Ｐを取得する圧力取得装置４５を備える。圧力取得装置４５は、特に限定されないが、ポンプ４２よりも下流側に設けられた圧力計を用いてもよい。或は、圧力取得装置４５は、ポンプ４２の駆動量と吐出ノズル４４の噴口径との関係式等から圧力Ｐを演算により取得してもよい。圧力取得装置４５によって取得される高圧洗浄水の圧力Ｐは、制御ユニット７０に所定周期で送信される。

吐出ノズル４４は、アーム装置３０の第３アーム部材３２Ｃの先端部に取り付けられている。回転用アクチュエータＭ２～Ｍ４を駆動して、各アーム部材３２Ａ～３２Ｃの回転量Ｒを適宜に制御することにより、吐出ノズル４４の先端（噴口）とトンネル壁面Ｗとの距離を洗浄に適した所望距離に調整することができる。また、回転用アクチュエータＭ２～Ｍ４を駆動して、各アーム部材３２Ａ～３２Ｃを回転させることにより、吐出ノズル４４をトンネル周方向に旋回することができる。

すなわち、アーム装置３０の作動により、吐出ノズル４４とトンネル壁面Ｗとの距離を所望距離に維持しつつ、吐出ノズル４４から高圧洗浄水を噴射しながら、吐出ノズル４４をトンネル周方向に旋回させることにより、トンネル壁面Ｗをトンネル周方向に自動洗浄できるように構成されている。また、アーム装置３０の作動により、吐出ノズル４４とトンネル壁面Ｗとの距離を所望距離に維持しつつ、吐出ノズル４４から高圧洗浄水を噴射しながら、スライド装置２０及び、又は走行台車１１Ａ，１１Ｂを作動させることにより、トンネル壁面Ｗをトンネル軸方向に自動洗浄できるように構成されている。自動洗浄の処理の詳細については後述する。

第１レーダセンサ５０Ａ及び、第２レーダセンサ５０Ｂは、本開示の距離取得装置の一例であって、洗浄装置本体１０（第１走行台車１１Ａ）の周囲に存在する物標を検知するセンサである。ここで、周囲の物標としては、例えば、トンネル壁面Ｗ、トンネル壁面Ｗに設けられた照明装置や電気盤、配管等の既設物が挙げられる。なお、以下では、第１レーダセンサ５０Ａ及び、第２レーダセンサ５０Ｂは、これらを区別する必要がない場合、単に「レーダセンサ５０Ａ，５０Ｂ」とも称する。

レーダセンサ５０Ａ，５０Ｂには、３次元ライダ及び、ミリ波レーダ等が含まれる。レーダセンサ５０Ａ，５０Ｂは、３次元ライダ及び、ミリ波レーダの両方を備える必要はなく、例えば、３次元ライダのみ、又は、ミリ波レーダのみを含んでもよい。３次元ライダは、短波長のパルス状のレーザ光を複数の方向に向けて順次走査し、物標によって反射される反射光を受光することにより、第１走行台車１１Ａの周囲に検知された物標の形状、第１走行台車１１Ａと物標との距離等の物標情報を取得する。ミリ波レーダは、ミリ波帯の電波を放射し、放射範囲内に存在する物標によって反射されたミリ波（反射波）を受信する。ミリ波レーダは、送信したミリ波と受信した反射波との位相差、反射波の減衰レベル及び、ミリ波を送信してから反射波を受信するまでの時間等に基づいて、第１走行台車１１Ａと物標との距離等を取得する。レーダセンサ５０Ａ，５０Ｂによって取得される第１走行台車１１Ａの周囲の物標情報は制御ユニット７０に所定周期で送信される。

図３は、第１レーダセンサ５０Ａ及び、第２レーダセンサ５０Ｂの検知範囲を説明する模式図である。第１レーダセンサ５０Ａは、第１走行台車１１Ａの前端に設けられており、第１走行台車１１Ａの前端から右方、左方、前方、後方、上方及び、下方の範囲に存在する物標を検知する。第２レーダセンサ５０Ｂは、第１走行台車１１Ａの後端の左右方向中心に設けられており、第１走行台車１１Ａの後端から右方、左方、後方、前方、上方及び、下方の範囲に存在する物標を検知する。

すなわち、第１走行台車１１の全周囲が、２つのレーダセンサ５０Ａ，５０Ｂの検出範囲に含まれるように構成されている。なお、レーダセンサ５０Ａ，５０Ｂは、必ずしも全周囲に存在する物標を検知する必要はなく、少なくとも右方、左方及び、上方の範囲に存在する物標を検知できればよい。また、センサの個数は２つである必要はなく、一つのセンサによって右方、左方及び、上方の物標を検知できる場合は一つのセンサでもよい。また、物標を検知するセンサは、レーダセンサ５０Ａ，５０Ｂに限定されず、カメラセンサや超音波センサ等を用いることも可能である。カメラセンサを用いる場合、周囲に検知された物標の種類は、パターンマッチング等の機械学習によって認識することができる。

再び図１を参照し、制御ユニット７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びインターフェース装置ＩＦ等を備えるいわゆるマイクロコンピュータであって、洗浄装置本体１０の各種制御を行う中枢となる装置である。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されている各種プログラムを実行する。ＲＯＭは、不揮発性メモリであって、ＣＰＵが各種プログラムを実行するために必要なデータ等を記憶する。ＲＡＭは、揮発性メモリであって、各種プログラムがＣＰＵによって実行される際に展開される作業領域を提供する。インターフェース装置ＩＦは、外部装置と通信するための通信デバイスである。制御ユニット７０には、駆動装置１４Ａ，１４Ｂ、アクチュエータＭ１～Ｍ４、ポンプ４２、レーダセンサ５０Ａ，５０Ｂ、移動量取得装置２３、回転量取得装置３４Ａ～３４Ｃ、圧力取得装置４５等が通信可能に接続されている。

端末装置９０は、例えば、管理事務所等に設置されるパーソナルコンピュータであって、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び、インターフェース装置等を備えている。端末装置９０は、制御ユニット７０と無線通信又は有線通信を介して通信可能に接続されている。また、端末装置９０は、ディスプレイ等の表示装置９１及び、キーボードやマウス等の操作装置９２を備えている。現場の作業員は、表示装置９１を視ながら、操作装置９２を操作することにより、洗浄装置本体１０に対する入力指示や設定操作を行うことができる。なお、端末装置９０は、現場の作業員が携帯するスマートフォンやタブレット等の携帯端末であってもよい。

［ソフトウェア構成］
図４は、自動洗浄システム１（制御ユニット７０）のソフトウェア構成の一例を示す模式図である。

図４に示すように、自動洗浄システム１の制御ユニット７０は、位置情報取得制御部１００、位置情報記憶部１１０、目標制御量設定部１２０、目標制御量記憶部１３０、自動洗浄制御部１４０、補正制御部１５０及び、基準姿勢記憶部１６０を備えている。これら機能要素は、制御ユニット７０に含まれるものとして説明するが、これらの何れか一部又は全部を端末装置９０又は、制御ユニット７０と通信可能な他の情報処理装置に設けることも可能である。

位置情報取得制御部１００は、自動洗浄を行う前に、洗浄装置本体１０をトンネルＴ内にて、例えば遠隔操作により手動走行させ、レーダセンサ５０Ａ，５０Ｂを用いてトンネル壁面Ｗの位置情報やトンネルＴ内に存在する既設物の位置情報を取得する位置情報取得制御を実行する。ここで、トンネルＴ内の既設物としては、例えば、トンネル壁面Ｗに設けられた照明装置や電気盤、配管等の非洗浄対象物が挙げられる。これら既設物（非洗浄対象物）の種類は、予め登録しておけばよい。位置状態取得制御部１００は、作業員からの開始要求を受け付けると、駆動装置１４Ａ，１４Ｂを駆動させることにより、位置情報取得制御を開始する。開始要求は、例えば、作業員が端末装置９０の操作装置９２を操作することにより入力すればよい。

なお、位置情報取得制御は、必ずしも第１走行台車１１Ａ及び、第２走行台車１１Ｂの両方を走行させる必要はなく、第２走行台車１１Ｂに搭載された制御ユニット７０が第１走行台車１１Ａに搭載されたレーダセンサ５０Ａ，５０Ｂの検出結果を、無線通信を通じて受信できる場合には、第１走行台車１１Ａのみを走行さてもよい。

洗浄装置本体１０がトンネルＴ内をトンネル軸方向に向けて走行する間、位置情報取得制御部１００は、所定時間が経過するたびに、レーダセンサ５０Ａ，５０Ｂの検出結果（即ち、レーザ光やミリ波が反射された反射点の位置）を受信し、受信した反射点の位置情報を三次元マップにプロットする。この三次元マップは、例えば、第１走行台車１１Ａの所定の基準位置を原点とし、第１走行台車１１Ａの前後方向（すなわち進行方向）をＸ軸、前後方向と直交する左右方向をＹ軸、前後方向及び左右方向と直交する上下方向をＺ軸とした三次元マップである。第１走行台車１１Ａの基準位置としては、例えば、ガイドレール２１の後端が挙げられる。なお、基準位置は、ガイドレール２１の前端や前後方向の中心等、第１走行台車１１Ａの他の任意の位置に設定してもよい。

位置情報取得制御部１００は、三次元マップ上における反射点の一群がなす立体物の形状に基づき、立体物がトンネル壁面Ｗであるか、又は、照明装置や配管等の既設物であるかを特定する。また、位置情報取得制御部１００は、特定したトンネル壁面Ｗ及び、既設物の位置情報（三次元座標）を位置情報記憶部１１０に格納する。

目標制御量設定部１２０は、位置情報記憶部１１０に格納されたトンネル壁面Ｗや既設物の位置情報に基づき、トンネル壁面Ｗの自動洗浄を行う際の走行台車１１Ａ，１１Ｂ、スライド装置２０、アーム装置３０及び、ポンプ４２の目標制御量を設定する。

本実施形態において、自動洗浄は、「バッチ処理モード」又は、「連続処理モード」の何れかのモードを選択できるように構成されている。バッチ処理モードは、トンネルＴを複数の区間に分割し、トンネル壁面Ｗを区間ごとに順に洗浄するモードである。連続処理モードは、トンネル壁面Ｗを周方向に洗浄しながらトンネル軸方向に逐次洗浄を進めるモードである。モードの選択は、例えば、作業員が端末装置９０の操作装置９２を操作することにより選択すればよい。以下、各モードの目標制御量の詳細について説明する。

［バッチ処理モードの目標制御量］
目標制御量設定部１２０は、バッチ処理モードが選択されると、トンネルＴをトンネル軸方向に複数の区間に分割する。図５は、バッチ処理モードにより分割された１区間分のトンネルＴを示す模式図である。１区間のトンネル軸方向の長さＬは、特に制限されないが、スライダ２２の最大ストローク量Ｓｍよりも短い長さで設定される。

目標制御量設定部１２０は、まず、吐出ノズル４４の先端とトンネル壁面Ｗとの適正距離Ｄｔを設定する。この適正距離Ｄｔは、例えば、吐出ノズル４４から噴射される高圧洗浄水が、トンネル壁面Ｗの下地処理（すなわち、コンクリートのはつり）に適した水圧となる距離を基準に設定される。適正距離Ｄｔの設定方法は特に限定されないが、ポンプ４２の性能、吐出ノズル４４の噴口径、トンネル壁面Ｗの状態等に基づいて適宜に設定すればよい。適正距離Ｄｔを設定すると、目標制御量設定部１２０は、吐出ノズル４４から噴射されてトンネル壁面Ｗに当たる高圧洗浄水の幅である洗浄幅ＣＷを設定する。洗浄幅ＣＷは、例えば、圧力取得装置４５により取得される高圧洗浄水の圧力Ｐと適正距離Ｄｔとの関係式等から求めればよい。

目標制御量設定部１２０は、適正距離Ｄｔ及び、洗浄幅ＣＷを設定すると、吐出ノズル４４をトンネル壁面Ｗに沿って移動させるバッチ処理モードの目標軌道Ｒｔを設定する。この目標軌道Ｒｔは、吐出ノズル４４の先端とトンネル壁面Ｗとの距離を適正距離Ｄｔに維持しつつ、吐出ノズル４４をトンネル軸方向に１区間の長さＬだけ移動させる軸方向軌道Ｒａ１，Ｒａ２と、吐出ノズル４４の先端とトンネル壁面Ｗとの距離を適正距離Ｄｔに維持しつつ、吐出ノズル４４をトンネル周方向に所定のピッチ幅Ｐだけ移動させる周方向軌道Ｒｂ１，Ｒｂ２とを組み合わせることにより生成される。

図５には、トンネル壁面Ｗの右壁面ＷＲを洗浄する際のバッチ処理モードの目標軌道Ｒｔの一例が示されている。右壁面ＷＲの目標軌道Ｒｔは、（１）吐出ノズル４４をトンネルＴの一端側から他端側（図５の紙面手前側から奥側）に向けてスライドさせる第１軸方向軌道Ｒａ１、（２）吐出ノズル４４を第１軸方向軌道Ｒａ１の他端からピッチ幅Ｐだけトンネル周方向に上昇させる第１周方向軌道Ｒｂ１、（３）吐出ノズル４４を第１周方向軌道Ｒｂ１の上端部からトンネルＴの一端側に向けてスライドさせる第２軸方向軌道Ｒａ２及び、（４）吐出ノズル４４を第２軸方向軌道Ｒａ２の一端からピッチ幅Ｐだけトンネル周方向に上昇させる第２周方向軌道Ｒｂ２を１サイクルとし、該サイクルを右壁面ＷＲの下端から上端に亘って繰り返すことにより設定される。

周方向軌道Ｒｂ１，Ｒｂ２のピッチ幅Ｐは、特に制限されないが、好ましくは、洗浄幅ＣＷよりも小さい値で設定される。ピッチ幅Ｐを洗浄幅ＣＷよりも小さく設定することにより、第１軸方向軌道Ｒａ１と第２軸方向軌道Ｒａ２とで、右壁面ＷＲに当てられる高圧洗浄水が所定量オーバラップするようになり、洗浄が行われない非洗浄箇所の発生を効果的に防止することが可能になる。

なお、右壁面ＷＲの上端に達する最後のサイクルは、必ずしも１サイクル分にならない場合もある。この場合、最後のサイクルは、周方向軌道Ｒｂ１，Ｒｂ２が右壁面ＷＲの上端に到達した地点で終了すればよい。上壁面ＷＵの目標軌道Ｒｔは、右壁面ＷＲの周方向軌道Ｒｂ１，Ｒｂ２を終了した地点から設定を開始すればよい。上壁面ＷＵ及び、左壁面ＷＬの目標軌道Ｒｔの設定は、基本的には右壁面ＷＲと同じ設定手法となるため、それらの説明は省略する。

目標制御量設定部１２０は、目標軌道Ｒｔを設定すると、目標軌道Ｒｔが位置情報記憶部１１０に格納されている既設物の位置情報と交差するか否かを判定する。目標制御量設定部１２０は、目標軌道Ｒｔが既設物の位置情報と交差する場合、吐出ノズル４４が既設物を回避するように目標軌道Ｒｔを設定する。図５には、既設物の一例として右壁面ＷＲから坑内に所定量突出する電気盤Ｅが示されている。目標制御量設定部１２０は、吐出ノズル４４の先端が電気盤Ｅを回避する回避起動Ｒａｖを求め、回避起動Ｒａｖを目標軌道Ｒｔに組み込むことにより、最終的な目標軌道Ｒｔを設定する。吐出ノズル４４が回避起動Ｒａｖに沿って移動する間、高圧洗浄水の噴射は中断、すなわち、ポンプ４２の駆動を停止させる。

目標制御量設定部１２０は、吐出ノズル４４を最終的な目標軌道Ｒｔに沿って移動させるのに必要なスライダ２２の目標スライド移動量Ｓｔ及び、アーム部材３２Ａ～３２Ｃの目標回転量Ｒｔをそれぞれ演算する。また、目標制御量設定部１２０は、演算した目標スライド移動量Ｓｔ及び、目標回転量Ｒｔを１区間分の目標制御量として目標制御量記憶部１３０に格納する。

目標制御量設定部１２０は、１区間分の目標制御量を設定すると、洗浄装置本体１０をトンネル軸方向に隣接する次の区間に移動させるのに必要な走行台車１１Ａ，１１Ｂの目標走行移動量Ｘｔを設定する。目標走行移動量Ｘｔは、１区間の長さＬと同じでもよく、或いは、１区間の長さＬよりも短い移動量で設定してもよい。目標走行移動量Ｘｔを１区間の長さＬよりも短くすれば、次の区間の洗浄開始位置が前の区間の洗浄範囲にオーバラップするようになり、非洗浄箇所の発生を効果的に防止することが可能になる。目標制御量設定部１２０は、設定した目標走行移動量Ｘｔを走行台車１１Ａ，１１Ｂの目標制御量として目標制御量記憶部１３０に格納する。

目標制御量設定部１２０は、走行台車１１Ａ，１１Ｂの目標制御量を設定すると、次の区間におけるスライダ２２の目標スライド移動量Ｓｔ及び、アーム部材３２Ａ～３２Ｃの目標回転量Ｒｔを設定する。次の区間の目標制御量の設定は、前の区間と同様の処理となるため、説明は省略する。目標制御量設定部１２０は、全ての区間につき、スライダ２２及び、アーム部材３２Ａ～３２Ｃの目標制御量を設定するとともに、各区間の間を移動する走行台車１１Ａ，１１Ｂの目標制御量を設定すると、それらをバッチ処理モード用の目標制御量として目標制御量記憶部１３０に格納する。

なお、各区間の目標軌道Ｒｔは、図５の例に限定されず、図６に示すような目標軌道Ｒｔを設定することも可能である。具体的には、（１）吐出ノズル４４をトンネルＴの右下端から左下端に向けてトンネル周方向に移動させる第１周方向軌道Ｒｂ１、（２）吐出ノズル４４をピッチ幅Ｐだけトンネル軸方向にスライドさせる第１軸方向軌道Ｒａ１、（３）吐出ノズル４４をトンネルＴの左下端から右下端に向けてトンネル周方向に移動させる第２周方向軌道Ｒｂ２及び、（４）吐出ノズル４４をピッチ幅Ｐだけトンネル軸方向にスライドさせる第２軸方向軌道Ｒａ２を繰り返すことにより、１区間分の目標軌道Ｒｔを設定してもよい。

［連続処理モードの目標制御量］
目標制御量設定部１２０は、連続処理モードが選択されると、適正距離Ｄｔ及び、洗浄幅ＣＷに基づき、連続処理モードの目標軌道Ｒｔを設定する。適正距離Ｄｔ及び、洗浄幅ＣＷの設定手順は、前述のバッチ処理モードと同様のため、説明は省略する。連続処理モードの目標軌道Ｒｔは、吐出ノズル４４の先端とトンネル壁面Ｗとの距離を適正距離Ｄｔに維持しつつ、吐出ノズル４４をトンネル周方向に移動させる周方向軌道Ｒｂ１，Ｒｂ２と、吐出ノズル４４の先端とトンネル壁面Ｗとの距離を適正距離Ｄｔに維持しつつ、吐出ノズル４４をトンネル軸方向にピッチ幅Ｐだけ移動させる軸方向軌道Ｒａ１，Ｒｂ１とを組み合わせることにより生成される。

図７には、トンネル壁面Ｗを連続処理モードにより洗浄する際の目標軌道Ｒｔの一例が示されている。連続処理モードの目標軌道Ｒｔは、（１）吐出ノズル４４をトンネルＴの右下端側から左下端側に向けて周方向に移動させる第１周方向軌道Ｒｂ１、（２）吐出ノズル４４を第１周方向軌道Ｒｂ１の左下端からピッチ幅Ｐだけトンネル軸方向に移動させる第１軸方向軌道Ｒａ１、（３）吐出ノズル４４を第１軸方向軌道Ｒａ１の先端部からトンネルＴの右下端側に向けて周方向に移動させる第２周方向軌道Ｒｂ２及び、（４）吐出ノズル４４を第２周方向軌道Ｒｂ２の右下端からピッチ幅Ｐだけトンネル軸方向に移動させる第２軸方向軌道Ｒａ２を順に繰り返すことにより設定される。

目標制御量設定部１２０は、前述のバッチ処理モードと同様、連続処理モードの目標軌道Ｒｔが既設物（例えば、電気盤Ｅ）の位置情報と交差する場合、吐出ノズル４４の先端が電気盤Ｅを回避する回避起動Ｒａｖを求め、回避起動Ｒａｖを目標軌道Ｒｔに組み込むことにより、最終的な目標軌道Ｒｔを設定する。

目標制御量設定部１２０は、吐出ノズル４４を最終的な目標軌道Ｒｔに沿って移動させるのに必要なアーム部材３２Ａ～３２Ｃの目標回転量Ｒｔ及び、走行台車１１Ａ，１１Ｂの目標走行移動量Ｘｔをそれぞれ演算する。アーム部材３２Ａ～３２Ｃの目標回転量Ｒｔは、吐出ノズル４４を第１周方向軌道Ｒｂ１及び、第２周方向軌道Ｒｂ２に沿って移動させための目標制御量である。走行台車１１Ａ，１１Ｂの目標走行移動量Ｘｔは、吐出ノズル４４を第１軸方向軌道Ｒａ１及び、第２軸方向軌道Ｒａ２に沿って移動させるための目標制御量であり、基本的にはピッチ幅Ｐで設定される。目標制御量設定部１２０は、演算した目標回転量Ｒｔ及び、目標走行移動量Ｘｔを連続処理モード用の目標制御量として目標制御量記憶部１３０に格納する。

なお、走行台車１１Ａ，１１Ｂ、スライド装置２０及び、アーム装置３０の目標制御量は、作業員や現場の管理者等がトンネルＴの図面等を確認しながら、端末装置９０の操作装置９２を操作することより、マニュアルで設定する構成を採用することも可能である。この場合、目標制御量記憶部１３０には、マニュアルにより作成された目標制御量が格納される。

［自動洗浄制御］
自動洗浄制御部１４０は、目標制御量記憶部１３０に格納された目標制御量に基づき、走行台車１１Ａ，１１Ｂ、スライド装置２０及び、アーム装置３０の作動を制御する自動洗浄制御を実行する。自動洗浄制御部１４０は、バッチ処理モードが選択されると、目標制御量記憶部１３０に格納されたバッチ処理モード用の目標制御量に基づき、走行台車１１Ａ，１１Ｂ、スライド装置２０及び、アーム装置３０の作動を制御することにより、バッチ処理モードの自動洗浄制御を実行する。また、自動洗浄制御部１４０は、連続処理モードが選択されると、目標制御量記憶部１３０に格納された連続処理モード用の目標制御量に基づき、走行台車１１Ａ，１１Ｂ及び、アーム装置３０の作動を制御することにより、連続処理モードの自動洗浄制御を実行する。

自動洗浄制御は、例えば、スライダ２２の目標スライド移動量Ｓｔと実際のスライド移動量Ｓとの偏差、アーム部材３２Ａ～３２Ｃの目標回転量Ｒｔと実際の回転量Ｒとの偏差、走行台車１１Ａ，１１Ｂの目標走行移動量Ｘｔと実際の走行移動量Ｘとの偏差に基づき、アクチュエータＭ１～Ｍ４や駆動装置１４Ａ，１４Ｂの作動をフィードバック制御することにより実行すればよい。スライダ２２のスライド移動量Ｓは、移動量取得装置２３の検出結果に基づいて取得すればよい。アーム部材３２Ａ～３２Ｃの回転量Ｒは、回転量取得装置３４Ａ～３４Ｃの検出結果に基づいて取得すればよい。走行台車１１Ａ，１１Ｂの走行移動量Ｘは、例えば、駆動装置１４Ａ，１４Ｂが電動モータ等の場合、電動モータが備えるエンコーダの計測値等からオドメトリにより算出すればよい。

［補正制御］
補正制御部１５０は、自動洗浄制御部１４０による自動洗浄制御の実行時に目標制御量（主に、アーム部材３２Ａ～３２Ｃの目標回転量Ｒｔ）を補正する補正制御を実行する。図８は、補正制御の処理を説明するための模式図である。図８（Ａ）は、自動洗浄制御の前に実行される位置情報取得制御時にトンネルＴ内を走行する第１走行台車１１Ａの姿勢の一例を示す模式的な上視図である。図８（Ｂ）は、トンネルＴ内の図８（Ａ）と同じ位置における自動洗浄制御時の第１走行台車１１Ａの姿勢の一例を示す模式的な上視図である。

図８（Ａ）及び、（Ｂ）に示すように、位置情報取得制御時と自動洗浄制御時とでは、トンネル床面の凹凸や第１走行台車１１Ａの走行精度の影響を受けることにより、第１走行台車１１Ａの姿勢は必ずしも一致しない場合がある。図８に示す例では、トンネル壁面Ｗに対する第１走行台車１１Ａの前後方向は、図８（Ａ）に示す位置情報取得制御時よりも、図８（Ｂ）に示す自動洗浄制御時の方が大きく傾いている。このような状態で、自動洗浄制御を予め設定した目標制御量に基づいて行うと、吐出ノズル４４とトンネル壁面Ｗとの距離を適正距離Ｄｔに維持することができず、連続洗浄を継続して実行できなくなる可能性が生じる。

補正制御部１５０は、位置情報取得制御部１００による位置情報取得制御の実行中に、第１レーダセンサ５０Ａが取得した第１走行台車１１Ａの前端とトンネル壁面Ｗとの距離を前側基準距離Ｄｆ０として基準姿勢記憶部１６０に格納する。また、補正制御部１５０は、位置情報取得制御部１００による位置情報取得制御の実行中に、第２レーダセンサ５０Ｂが取得した第１走行台車１１Ａの後端とトンネル壁面Ｗとの距離を後側基準距離Ｄｒ０として基準姿勢記憶部１６０に格納する。また、補正制御部１５０は、前側基準距離Ｄｆ０と後側基準距離Ｄｒ０とに基づき、トンネル壁面Ｗと第１走行台車１１Ａの前後方向とがなす角度を演算するとともに、演算した角度を基準傾き角度θ０として基準姿勢記憶部１６０に格納する。

補正制御部１５０は、自動洗浄制御部１４０による自動洗浄制御の実行中に、第１レーダセンサ５０Ａにより第１走行台車１１Ａの前端とトンネル壁面Ｗとの距離（以下、前側距離Ｄｆ１）を取得するとともに、第２レーダセンサ５０Ｂにより第１走行台車１１Ａの後端とトンネル壁面Ｗとの距離（以下、後側距離Ｄｒ１）を取得する。また、補正制御部１５０は、取得した前側距離Ｄｆ１と後側距離Ｄｒ１とに基づき、トンネル壁面Ｗと第１走行台車１１Ａの前後方向とがなす角度（以下、傾き角度θ１）を演算する。傾き角度θ１の演算は、バッチ処理モードでは、第1走行台車１１Ａが次の区間に移動を完了したタイミング（最初の区間では自動洗浄を開始するよりも前のタイミング）で行なえばよく、連続処理モードでは、第１走行台車１１Ａが軸方向軌道Ｒａ１，Ｒａ２に沿った移動を完了するたびに行えばよい。

補正制御部１５０は、傾き角度θ１を演算すると、基準姿勢記憶部１６０に格納されている基準傾き角度θ０と比較する。そして、補正制御部１５０は、傾き角度θ１と基準傾き角度θ０との差分Δθ（絶対値）が所定の閾値角度θｔｈ以上の場合、自動洗浄制御に用いる目標制御量（主に、アーム部材３２Ａ～３２Ｃの目標回転量Ｒｔ）を補正する補正制御を実行する。補正制御、例えば、前側基準距離Ｄｆ０と前側距離Ｄｆ１との距離差及び、後側基準距離Ｄｒ０と後側距離Ｄｒ１との距離差に基づき、吐出ノズル４４とトンネル壁面Ｗとの距離を適正距離Ｄｔに維持することができる補正量を求め、求めた補正量を目標制御量に加算又は減算することにより行えばよい。

このような補正制御を行うことにより、第１走行台車１１Ａの姿勢が位置情報取得制御時と自動洗浄制御時とで一致しない場合であっても、自動洗浄制御時に吐出ノズル４４とトンネル壁面Ｗとの距離を適正距離Ｄｔに確実に維持できるようになる。適正距離Ｄｔを維持できることで、吐出ノズル４４がトンネル壁面Ｗに当たる等、自動洗浄を途中で中断しなければならない事態を回避できるようになり、自動洗浄を確実に完結することが可能になる。

［バッチ処理モードのルーチン］
次に、図９に示すフローに基づき、本実施形態に係る制御ユニット７０が実施するバッチ処理モードのルーチンを説明する。本ルーチンは、作業員が端末装置９０の操作装置９２を操作することにより、バッチ処理モードを選択すると開始される。

ステップＳ１００では、制御ユニット７０は、洗浄装置本体１０がトンネルＴ内の洗浄対象区間に到達したか否かを判定する。洗浄装置本体１０が洗浄対象区間に到達したか否かは、走行台車１１Ａ，１１Ｂの走行移動量Ｘが目標走行移動量Ｘｔに達したか否かで判定すればよい。走行移動量Ｘは、例えば、エンコーダの計測値等からオドメトリにより算出すればよい。洗浄装置本体１０が洗浄対象区間に到達した場合（Ｙｅｓ）、制御ユニット７０は、ステップＳ１１０の処理に進む。一方、洗浄装置本体１０が洗浄対象区間に到達していない場合（Ｎｏ）、制御ユニット７０は、ステップＳ１００の判定を繰り返す。

ステップＳ１１０では、制御ユニット７０は、目標制御量を補正する補正制御が必要か否かを判定する。補正制御が必要か否かは、位置情報取得制御時の基準傾き角度θ０と、自動洗浄制御時（現在）の傾き角度θ１との差分Δθの絶対値が所定の閾値角度θｔｈ以上であるか否かに基づいて判定すればよい。補正制御が必要な場合（Ｙｅｓ）、すなわち、差分Δθが閾値角度θｔｈ以上の場合、制御ユニット７０は、ステップＳ１２０の処理に進む。一方、補正制御が必要でない場合（Ｎｏ）、すなわち、差分Δθが閾値角度θｔｈ未満の場合、制御ユニット７０は、ステップＳ１３０の処理に進む。

ステップＳ１２０では、制御ユニット７０は、前側基準距離Ｄｆ０と前側距離Ｄｆ１との距離差及び、後側基準距離Ｄｒ０と後側距離Ｄｒ１との距離差に基づき、目標制御量（主に、アーム部材３２Ａ～３２Ｃの目標回転量Ｒｔ）を補正する補正制御を実行する。

テップＳ１３０では、制御ユニット７０は、目標制御量（ステップＳ１２０を経由した場合は補正後の目標制御量）に基づいてスライド装置２０及び、アーム装置３０の作動を制御することにより、洗浄対象区間の洗浄を実行する。

テップＳ１４０では、制御ユニット７０は、洗浄対象区間の洗浄を終了したか否かを判定する。洗浄対象区間の洗浄を終了した場合（Ｙｅｓ）、制御ユニット７０は、ステップＳ１５０の処理に進む。一方、洗浄対象区間の洗浄を終了していない場合（Ｎｏ）、制御ユニット７０は、ステップＳ１３０の処理に戻る。すなわち、洗浄対象区間の洗浄を継続する。

ステップＳ１５０では、制御ユニット７０は、次の洗浄対象区間が設定されているか否かを判定する。次の洗浄対象区間が設定されている場合（Ｙｅｓ）、制御ユニット７０は、駆動装置１４Ａ，１４Ｂを駆動し、走行台車１１Ａ，１１Ｂを走行させることにより、次の洗浄対象区間への移動を開始してステップＳ１００の処理に戻る。一方、次の洗浄対象区間が設定されていない場合（Ｎｏ）、制御ユニット７０は、本ルーチンを終了する。

［連続処理モードのルーチン］
次に、図１０に示すフローに基づき、本実施形態に係る制御ユニット７０が実施する連続処理モードのルーチンを説明する。本ルーチンは、作業員が端末装置９０の操作装置９２を操作することにより、連続処理モードを選択すると開始される。

ステップＳ２００では、制御ユニット７０は、洗浄装置本体１０がトンネルＴ内の開始位置に到達したか否かを判定する。洗浄装置本体１０が開始位置に到達した場合（Ｙｅｓ）、制御ユニット７０は、ステップＳ２１０の処理に進む。一方、洗浄装置本体１０が開始位置に到達していない場合（Ｎｏ）、制御ユニット７０は、ステップＳ２００の判定を繰り返す。

ステップＳ２１０では、制御ユニット７０は、目標制御量を補正する補正制御が必要か否かを判定する。補正制御が必要か否かは、位置情報取得制御時の基準傾き角度θ０と、自動洗浄制御時（現在）の傾き角度θ１との差分Δθの絶対値が所定の閾値角度θｔｈ以上であるか否かに基づいて判定すればよい。補正制御が必要な場合（Ｙｅｓ）、すなわち、差分Δθが閾値角度θｔｈ以上の場合、制御ユニット７０は、ステップＳ２２０の処理に進む。一方、補正制御が必要でない場合（Ｎｏ）、すなわち、差分Δθが閾値角度θｔｈ未満の場合、制御ユニット７０は、ステップＳ２３０の処理に進む。

ステップＳ２２０では、制御ユニット７０は、前側基準距離Ｄｆ０と前側距離Ｄｆ１との距離差及び、後側基準距離Ｄｒ０と後側距離Ｄｒ１との距離差に基づき、目標制御量（主に、アーム部材３２Ａ～３２Ｃの目標回転量Ｒｔ）を補正する補正制御を実行する。

テップＳ２３０では、制御ユニット７０は、目標制御量（ステップＳ２２０を経由した場合は補正後の目標制御量）に基づいてアーム装置３０の作動を制御することにより、吐出ノズル４４をトンネル周方向に移動させながらトンネル壁面Ｗを洗浄する周方向洗浄工程を実行する。次いで、ステップＳ２４０では、制御ユニット７０は、目標制御量（ステップＳ２２０を経由した場合は補正後の目標制御量）に基づいて走行台車１１Ａ，１１Ｂの作動を制御することにより、吐出ノズル４４をトンネル軸方向に移動させながらトンネル壁面Ｗを洗浄する軸方向洗浄工程を実行する。

ステップＳ２５０では、制御ユニット７０は、洗浄装置本体１０がトンネルＴ内の自動洗浄を終了する地点に到達したか否かを判定する。洗浄装置本体１０が終了地点に到達した場合（Ｙｅｓ）、制御ユニット７０は、本ルーチンを終了する。一方、浄装置本体１０が終了地点に到達していない場合（Ｎｏ）、制御ユニット７０は、ステップＳ２１０の処理に戻る。

以上説明したように、本実施形態の自動洗浄システム１によれば、洗浄装置本体１０は、トンネルＴ内を走行可能な走行台車１１Ａ，１１Ｂと、走行台車１１Ａ，１１Ｂの上部に設けられており、走行台車１１Ａ，１１Ｂの前後方向に相対移動可能なスライダ２２を有するスライド装置２０と、スライダ２２に一体移動可能に設けられており、前後方向の軸心回りに回転自在なアーム部材３２Ａ～３２Ｃを有するアーム装置３０と、アーム部材３２Ｃの先端部に設けられた吐出ノズル４４を含む高圧洗浄機４０とを備える。洗浄装置本体１０は、アーム装置３０を作動させ、アーム部材３２Ａ～３２Ｃを前後方向の軸心回りに回転させることにより、吐出ノズル４４をトンネル周方向に旋回させることができ、スライド装置２０及び、又は走行台車１１Ａ，１１Ｂを作動させることにより、吐出ノズル４４をトンネル軸方向にスライド移動させることができる。すなわち、トンネル壁面Ｗをトンネル周方向及びトンネル軸方向に連続的に洗浄できるように構成されている。これにより、簡素な構成でトンネル壁面Ｗの洗浄作業効率を効果的に向上することが可能になる。

また、本実施形態によれば、洗浄装置本体１０とトンネル壁面Ｗとの距離を計測するセンサには、トンネル壁面Ｗに接触しない非接触式のレーダセンサ５０Ａ，５０Ｂが用いられている。これにより、接触式のセンサを用いる従来構成で発生し得る、トンネル壁面Ｗの損傷や既設物との干渉を効果的に防止することが可能になる。また、洗浄開始前に既設物を取り外す作業も不要となり、作業時間を確実に短縮することも可能になる。

なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

［変形例］
例えば、アーム装置３０は、多関節ロボットアーム装置を一例に説明したが、他の機構を用いることも可能である。

図１１は、変形例のアーム装置３０を説明する模式的な側面図である。なお、アーム装置３０以外の構成については上記実施形態と同様のため、説明は省略する。

図１１に示すように、変形例のアーム装置３０は、支柱３５と、旋回装置３６と、伸縮アーム３７とを備える。支柱３５は、スライダ２２の上面に固定されており、スライダ２２の上面から上方に向けて延びる。旋回装置３６は、支柱３５の上端に設けられている。旋回装置３６は、支柱３５の後面よりも後方に突出する回転軸３６Ａを有する。旋回装置３６は、回転軸３６Ａの軸心が前後方向となるように支柱３５の上端部に固定されている。

旋回装置３６には、回転軸３６Ａに回転力を付与する旋回用アクチュエータＭ５が設けられている。旋回用アクチュエータＭ５は、特に限定されないが、一例として電動モータを用いることができる。旋回用アクチュエータＭ５の駆動は、制御ユニット７０（図示省略）からの指令に応じて制御される。旋回用アクチュエータＭ５を駆動させると、回転軸３６Ａが前後方向の軸心周りに回転する。

旋回装置３６は、回転軸３６Ａの回転量Ｒを取得する回転量取得装置３８を備える。回転量取得装置３８は、特に限定されないが、旋回用アクチュエータＭ６が電動モータの場合、電動モータが備えるエンコーダを用いることができる。回転量取得装置３８より取得される回転軸３６Ａの回転量Ｒは、制御ユニット７０（図示省略）に所定周期で送信される。

伸縮アーム３７は、第１アーム部３７Ａと、第２アーム部３７Ｂと、伸縮用アクチュエータＭ６とを備えている。第１アーム部３７Ａは、基端部を旋回装置３６の回転軸３６Ａに一体回転可能に固定されており、回転軸３６Ａの軸心と直交する方向に延びる。第２アーム部３７Ｂは、第１アーム部３７Ａの先端側に、第１アーム部３７Ａの長手方向に進退自在に設けられている。伸縮用アクチュエータＭ６は、特に限定されないが、一例として回転力を直線運動に変換する機構を備えた電動モータを用いることができる。伸縮用アクチュエータＭ６の駆動は、制御ユニット７０（図示省略）からの指令に応じて制御される。伸縮用アクチュエータＭ６を駆動させると、第２アーム部３７Ｂが第１アーム部３７Ａに対して進退方向に移動することにより、伸縮アーム３７全体が伸縮するように構成されている。

旋回装置３６を作動させると、伸縮アーム３７は、第１アーム部３７Ａの基端部を支点に回転軸３６Ａの軸心周りに回転する。伸縮アーム３７は、スライダ２２がガイドレール２１の後端まで移動すると、ベース部１５Ａの後端よりも後方に突出する。この場合、伸縮アーム３７は、ベース部１５Ａに干渉することなく３６０°回転することができる。すなわち、トンネルＴの床面も洗浄することができる。

伸縮アーム３７は、第２アーム部３７Ｂの第１アーム部３７Ａに対する進退量、すなわち伸縮アーム３７の伸縮量Ｅを取得する伸縮量取得装置３９を備える。伸縮量取得装置３９は、特に限定されないが、伸縮用アクチュエータＭ６が電動モータの場合、電動モータが備えるエンコーダを用いることができる。伸縮量取得装置３９により取得される伸縮アーム３７の伸縮量Ｅは、制御ユニット７０（図示省略）に所定周期で送信される。

吐出ノズル４４は、伸縮アーム３７の第２アーム３７Ｂの先端に取り付けられている。伸縮用アクチュエータＭ６を駆動して、伸縮アーム３７を伸縮させことにより、吐出ノズル４４の先端（噴口）とトンネル壁面Ｗとの距離を所望距離に調整することができる。また、旋回用アクチュエータＭ５を駆動して、伸縮アーム３７を回転させることにより、吐出ノズル４４をトンネル周方向に旋回することができる。

すなわち、変形例の自動洗浄システム１によれば、伸縮アーム３７の作動により、吐出ノズル４４とトンネル壁面Ｗとの距離を所望距離に維持しつつ、吐出ノズル４４から高圧洗浄水を噴射しながら旋回装置３６を作動させ、吐出ノズル４４をトンネル周方向に旋回させることにより、トンネル壁面Ｗをトンネル周方向に自動洗浄できるように構成されている。また、伸縮アーム３７の作動により、吐出ノズル４４とトンネル壁面Ｗとの距離を所望距離に維持しつつ、吐出ノズル４４から高圧洗浄水を噴射しながら、スライド装置２０及び、又は走行台車１１Ａ，１１Ｂを作動させることにより、トンネル壁面Ｗをトンネル軸方向に自動洗浄できるように構成されている。これにより、上記実施形態と同様、簡素な構成でトンネル壁面Ｗの洗浄作業効率を効果的に向上することができる。また、アクチュエータの個数等を確実に削減することができ、装置のコストも抑えることができる。

［その他］
変形例において、アーム装置３０は、伸縮アーム３７を備えるものとして説明したが、例えば、トンネルＴの内空断面形状が円形であり、走行台車１１Ａ，１１Ｂがレール式走行台車の場合、アーム装置３０は、旋回装置３６と、伸縮しない１本のアーム部材とにより構成することも可能である。また、走行台車１１Ａ，１１Ｂの走行は、遠隔操作による手動走行に限定されず、予め設定した目標制御量に基づいて駆動装置１４Ａ，１４Ｂを駆動させる自律走行であってもよい。

また、本開示の適用は、トンネル壁面Ｗの洗浄に限定されず、高圧洗浄水による洗浄に適した構造物であれば、ダムの通廊等、他のコンクリート構造物の洗浄作業にも適用することが可能である。また、高圧洗浄機４０は、洗浄対象物の種類に応じて、気体など、高圧洗浄水以外の他の高圧流体を噴射するものであってもよい。

１…自動洗浄システム，１０…洗浄装置本体，１１Ａ，１１Ｂ…走行台車，１２Ａ，１２Ｂ…下部走行体，１４Ａ，１４Ｂ…駆動装置，１５Ａ，１５Ｂ…ベース部，２０…スライド装置，２１…ガイドレール，２２…スライダ，３０…アーム装置，３１…基台，３２Ａ～３２Ｃ…アーム部材，３３Ａ～３３Ｃ…関節部，４０…高圧洗浄機，４１…タンク，４２…ポンプ，４３…耐圧ホース，４４…吐出ノズル，５０Ａ，５０Ｂ…レーダセンサ，７０…制御ユニット，９０…端末装置，１００…位置情報取得制御部，１１０…位置情報記憶部，１２０…目標制御量設定部，１３０…目標制御量記憶部，１４０…自動洗浄制御部，１５０…補正制御部，１６０…基準姿勢記憶部

Claims (8)

1. トンネル内を少なくともトンネル軸方向に向けて移動可能な移動装置と、
   前記移動装置の上部に配されており、前記移動装置の前後方向と直交する方向に延びるとともに、前記前後方向の軸心周りに回転自在なアーム部材を有するアーム装置と、
   前記アーム部材の先端部に設けられており、前記トンネルの壁面に向けて高圧流体を噴射可能なノズルを含む高圧洗浄機と、を備え、
   前記アーム装置は、前記アーム部材を前記軸心周りに回転させることにより、前記ノズルをトンネル周方向に旋回可能に構成されている
   ことを特徴とする洗浄装置。
2. 請求項１に記載の洗浄装置であって、
   前記アーム装置は、前記アーム部材を複数備えるとともに、複数の前記アーム部材が関節部を介して順に連結されたロボットアーム装置である
   洗浄装置。
3. 請求項１に記載の洗浄装置であって、
   前記アーム装置は、前記アーム部材を複数備えるとともに、複数の前記アーム部材のうち、少なくとも一つのアーム部材が他のアーム部材にアーム軸方向に進退自在に設けられた伸縮アーム装置である
   洗浄装置。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載の洗浄装置であって、
   前記移動装置の上部に設けられており、前記アーム装置を前記移動装置に対して前記前後方向に相対移動可能に支持するスライダを有するスライド装置をさらに備える
   洗浄装置。
5. 請求項４に記載の洗浄装置を備える自動洗浄システムであって、
   前記移動装置、前記スライド装置及び、前記アーム装置の作動を制御する制御装置をさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記トンネルをトンネル軸方向に複数の区間に分割するとともに、１区間分のトンネル軸方向長さを前記スライダの前後方向への移動可能量よりも短い長さに設定し、
   前記ノズルから前記壁面に向けて前記高圧流体を噴射しながら、前記スライド装置及び、前記アーム装置を作動させることにより前記１区間分の前記壁面を洗浄する洗浄工程と、前記１区間分の洗浄終了後に前記移動装置を作動させて前記洗浄装置を次の区間に移動させる移動工程と、を交互に繰り返すバッチ処理モードにより前記複数の区間の前記壁面を自動洗浄する
   ことを特徴とする自動洗浄システム。
6. 請求項５に記載の自動洗浄システムであって、
   前記洗浄装置と前記壁面との距離を取得する距離取得装置をさらに備え、
   前記制御装置は、
   設定した目標制御量に基づいて、前記洗浄工程における前記スライド装置と前記アーム装置との作動及び、前記移動工程における前記移動装置の作動を制御するとともに、洗浄を開始する区間である洗浄対象区間に前記移動装置を移動させた後、当該洗浄対象区間の洗浄を開始するよりも前に前記距離取得装置により取得される前記距離に基づいて、前記洗浄対象区間の前記洗浄工程に用いる目標制御量を補正する
   自動洗浄システム。
7. 請求項１から３の何れか一項に記載の洗浄装置を備える自動洗浄システムであって、
   前記移動装置及び、前記アーム装置の作動を制御する制御装置をさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記ノズルから前記壁面に向けて前記高圧流体を噴射しながら、前記アーム装置を作動させ、前記ノズルをトンネル周方向に旋回させることにより、前記壁面をトンネル周方向に洗浄する周方向洗浄工程と、前記ノズルから前記壁面に向けて前記高圧流体を噴射しながら、前記移動装置を作動させ、前記ノズルをトンネル軸方向に移動させることにより、前記壁面をトンネル軸方向に洗浄する軸方向洗浄工程と、を交互に繰り返す連続処理モードにより前記壁面を自動洗浄する
   ことを特徴とする自動洗浄システム。
8. 請求項７に記載の自動洗浄システムであって、
   前記洗浄装置と前記壁面との距離を取得する距離取得装置をさらに備え、
   前記制御装置は、
   設定した目標制御量に基づいて、前記周方向洗浄工程における前記アーム装置の作動及び、前記軸方向洗浄工程における前記移動装置の作動を制御するとともに、前記軸方向洗浄工程により前記移動装置を移動させた後、前記周方向洗浄工程を開始するよりも前に前記距離取得装置により取得される前記距離に基づいて、当該周方向洗浄工程の目標制御量及び、次の軸方向洗浄工程の目標制御量を補正する
   自動洗浄システム。

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