JP2948288B2 - ロボット式清掃機における回収マウスの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、発電所などにおける冷却用水の取・放水路
などの壁面清掃用ロボットに関し、特にその回収マウス
の制御装置に関する。

〔従来の技術〕 従来、水路壁面に付着した海洋生物（主として貝類）
を除去・回収するためのロボットが開発されている。

このロボットは、壁面付着物の除去・回収装置とし
て、回収マウスと、同回収マウスを保持する伸縮式回収
アーム（マニピュレータ）と、同回収アームに回転力を
与えるトルクアクチュエータ（回転装置）と、ポンプ等
から構成されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のような従来のものでは、回収マウスを壁面に所
要の接地荷重で押し付けながら壁面全周を移動させて壁
面付着物の除去を行なわせている。ところで特に暗渠断
面形状が角形の場合、過大なトルクを必要とし、その結
果、回転装置やアーム構造が超大化し、ロボット本体が
大型化して水流抵抗が増大するという問題点がある。

本発明は、このような問題点の解決をはかろうとする
もので、回収マウスを水路壁面に当接しながら回収アー
ムを回転して上記回収マウスによる上記水路壁面の付着
物の除去を行なう際、回収マウスを取付けられた伸縮ア
ームが縮小する行程では必要トルクが過大となるので、
この行程での付着物切削作業を行なわないような制御装
置を設けて、ロボット本体や回収アーム駆動系の小型化
をはかったロボット式清掃機における回収マウスの制御
装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本発明のロボット式清掃
機における回収マウスの制御装置は、水路壁面の付着物
回収用の回収装置をそなえたロボット式清掃機におい
て、上記回収装置が、ポンプと、上記ロボット式清掃機
の本体に略水平かつ回転可能に取付けられるとともに油
圧式トルクアクチュエータにより回転駆動される回転軸
と、同回転軸の先端部に同回転軸と直交するように取付
けられた回収アームと、同回収アームに伸縮用油圧シリ
ンダにより伸縮可能に取付けられた伸縮アームと、同伸
縮アームの外端部に回動可能に取付けられて油圧シリン
ダ式姿勢制御機により吸込口を上記水路壁面に当接する
ように付勢され、水路壁面の付着物の切削除去機構と同
切削除去機構で除去された付着物の周辺への散逸を防止
するフードと同フードに形成され回収ポンプに繋がる回
収口とをそなえた回収マウスとから構成されるととも
に、上記回収マウスの制御装置が設けられ、同制御装置
が、上記回収アームの上記油圧式トルクアクチュエータ
による正回転中、上記伸縮用油圧シリンダに圧油を供給
して上記回収マウスの吸込口を上記水路壁面に当接させ
るとともに、上記伸縮アームの伸縮を検出して同伸縮ア
ームが収縮状態に転じたときに上記伸縮用油圧シリンダ
を収縮して上記回収マウスを上記水路壁面からはなれる
方向に駆動させる制御部をそなえていることを特徴とし
ている。

〔作用〕

上述の本発明のロボット式清掃機における回収マウス
の制御装置では、回収マウスによる水路壁面の付着物の
除去・回収が上記回収マウスを取付けられた伸縮アーム
の収縮する行程では行なわれないので、上記回収マウス
を回転駆動するために過大なトルクを必要としない。

〔実 施 例〕

以下、図面により本発明の一実施例としてのロボット
式清掃機における回収マウスの制御装置について説明す
ると、第１図はロボット式清掃機の平面図、第２図は同
側面図、第３図は同正面図、第４図（ａ），（ｂ）は回
収マウスによる除去時のトルク配分を示した模式図、第
５図（ａ），（ｂ）は回収マウスによる除去作業の模式
図、第６図は回収マウスの制御フロー図、第７図は回収
マウスによる除去時の力の配分を示した模式図である。

符号１は暗渠壁面の付着物清掃用ロボットの本体を示
していて、ロボットの本体１には、その下部に前後進用
のクローラ５が設けられるとともに、その側部に本体１
の左右位置を検知するための姿勢検知装置６が、さらに
その上部に、第２図に示すように暗渠10の天井面に当接
して、本体１が暗渠10内の水流により滑動するのを防止
するための保持装置４（この保持装置は従来のものと同
じ構成であるため説明を省略する）が設けられている。
符号３は側壁のフェンダを示している。

本体１に、暗渠10壁面の付着物を除去するための回収
装置が設けられている。そしてこの回収装置は、回収マ
ウス21の吸込口が壁面に対面するように回収マウス21の
姿勢を保持制御する姿勢制御機22、回収アーム23、伸縮
アーム24、回収アーム23に回転力を与えるアクチュエー
タ25および回収ポンプ26から構成されている。

回収マウス21は、暗渠壁面の付着物を切削除去する機
構（付着物の切削除去機構）と除去された付着物が周辺
へ散逸するのを防止するためのフードをそなえるととも
に、フードには回収ポンプ26に繋がる回収口が設けられ
ている。

また姿勢制御機22は、回収アーム23がある角度θ（詳
しくは後述）回転するとき、回収マウス21の吸込口が切
削面に対面するように回収マウス21の姿勢の制御を行な
う油圧シリンダから構成され、さらに回収アーム23は筒
体に形成されて、後述の伸縮アーム24とともにマニピュ
レータを構成し、内部が回収パイプを兼用している。

伸縮アーム24は筒体から成り、上記マニピュレータの
内筒を構成しかつその内部が回収パイプを兼用してい
る。そして、伸縮用油圧シリンダ28により回収アーム23
の中に出入して回収アーム23の回転による距離変動に対
応可能に構成されている。

図中の符号ＷおよびＷ′は清掃機を暗渠10内に投入す
るための開口の幅と奥行きとを示している。

図中の符号27は本体１に略水平状に配設され油圧式ト
ルクアクチュエータ25により回転される回転軸を示して
いて、この回転軸27の内部に回収パイプが配設されると
ともにその先端部に回収アーム23が回転軸27と直交する
ように取付けられていて、油圧式アクチュエータ25によ
り回収アーム23を第５図（ａ），（ｂ）に矢印で示す方
向に回転できるように構成されている。

また符号29は回収マウスの回収口と伸縮アーム24とを
接続するゴムホースを示している。

そして、本体１の走行移動、伸縮アーム24の伸縮操作
ならびに回収アームの回転操作がいずれも油圧式となっ
ていて、油圧ポンプ、トルクアクチュエータ、電磁弁な
どが本体１内に収納されて、これらの駆動力を必要最小
限とするとともに機器の小型化によりロボット本体の流
体抗力に対する最適化が達成されるように構成されてい
る。

ここで、回収マウス21による壁面付着物の除去時にお
ける力の配分について検討してみる。

第７図において、回収マウスが前進するためのトルク
Ｔをマウスが暗渠底部に位置しているときを例として考
える。なおこの場合、暗渠は正方形状断面とし、回収ア
ーム23の回転中心（回転軸27の軸中心）が暗渠の中心と
一致していて［第４図（ａ）参照］、 l:アーム長（最短） f₁:アームシリンダ押力 f₂:ロッド重量およびマウス重量 f₃:切削反力 f₄:壁面摩擦力 f₅:トルクによる回転力T/（ｌ÷cosθ） とする。

回収マウスが前進するためには 前進力（トルクＴによる回転力の水平成分）＞ （切削反力）＋（壁面摩擦力） ＋（アームシリンダ押力の水平成分） ここで 壁面摩擦力＝摩擦係数μ×垂直荷重（または接 地荷重）＝μ×［｛T/（ｌ÷cosθ）｝・sinθ ＋f₁cosθ＋f₂］ すなわち ｛T/（ｌ÷cosθ）｝・cosθ＞ f₃＋μ［｛T/（ｌ÷cosθ）｝・sinθ＋ f₁cosθ＋f₂］＋f₁sinθ……（１）式 上記（１）式から暗渠底部を回収マウス移動時のトル
クＴを必要諸元を与えて算出すると、トルク配分は第４
図（ａ），（ｂ）のようになる。これは他の壁面に対し
ても同様の傾向となる。

以上の結果から、伸縮アーム24を縮める（油圧シリン
ダ28の押力に逆らう）方向では、必要トルクＴは過大と
なる（図の＋領域）ことがわかる。したがって、この領
域では除去回収作業を行なわず、伸縮アーム24が伸びる
方向でのみ除去作業をさせることでトルク減少をはかる
ことができる。

そこで、この実施例では、第５図（ａ），（ｂ）に示
すように、回転アーム23に一方向の回転でなく、正転
［第５図（ａ）］と逆転［第５図（ｂ）］運動とを行な
わせるとともに伸縮アーム24の伸びる方向でのみ除去・
回収作業が行なわれるような制御装置を設けている。

第５図（ａ），（ｂ）中ｘが除去・回収作業が行なわ
れる箇所で、ｙが行なわれない箇所を、また矢印が回転
アームの回転方向を示している。

制御装置は、次のような手段をそなえている。

（１）回収アーム所定位置制御手段と回収マウスの保持
制御手段 （２）回収アーム回転（正転）手段 （３）伸縮アームの伸縮状態検出手段と同検出手段によ
り伸縮アームが収縮状態に転じた時点で回収アームの回
転を停止するとともに回収マウスを壁面から離脱する除
去・回収作業停止手段 （４）回収アーム回転（逆転）手段 以下、主として制御装置内で行なわれる処理につき、
第６図のフロー図を用いて説明する。

まずステップA₁でロボットの走行移動が行なわれる。
このロボットは走行中に姿勢検知装置６の作動によって
暗渠の中心部を走行するように姿勢制御が行なわれる
（ステップA₂）。そしてステップA₃でロボットは所定位
置に停止する。

次いでステップA₄で回収アーム23の中心軸と暗渠断面
の中心とを一致させる操作と回収マウス21の吸込口を暗
渠壁面に当接させる操作が行なわれる。

そして、ステップA₅で回収アーム23の正回転が行なわ
れる。

この回収アーム23の正回転中、回収マウス21の吸込口
を暗渠壁面に当接すべく油圧シリンダ28に圧油が供給さ
れるとともに、伸縮アーム24の伸縮量の計測が行なわれ
て（ステップA₆）、伸縮アーム24が収縮状態に転じた時
点で油圧シリンダ28を収縮して回収マウス21が壁面から
はなされる（ステップA₇）。この操作によって付着物の
除去・回収作業が中止されて正転作業が終了する（ステ
ップA₈）。

なおこの正回転による作業は、他の壁面についても順
次行なわれ（NOルート）て、暗渠の全壁面についての正
回転作業が終了する（そのために回収アーム23は360゜
回転する）と（YESルート）、次の逆回転作業が開始さ
れる。

すなわちステップA₉〜A₁₂で上述の正回転におけるA₅
〜A₈とほぼ同様の作業が行なわれて、清掃作業が終了
し、ロボットはつぎの作業位置へ移動する（ステップ
A₁） このように、本実施例では、壁面付着物の切削除去作
業のため、回収マウス21を壁面に沿って回転移動させる
が、このときの回転しながらの切削前進作業に必要なト
ルクは、伸縮アーム24を縮める（油圧シリンダ28の押力
に逆らう）方向において過大となるので、これをさける
ために油圧シリンダを縮める方向では除去・回収の作業
を行なわせず（回収マウスを壁面に当接させない）、伸
縮アーム24が伸びる方向でのみ作業を行なわせること
で、トルク減少がはかられる。

そして回収マウスの１回転の作業（正転作業）だけで
は取り残し部分が生じるため、逆回転で同様の作業を行
ない、１サイクルの除去・回収作業を完了させるように
構成されている。

このような回収マウスの制御によって、正転作業のみ
の場合と比較して作業時間は往復ルートとなるが、トル
クを1/4以下に減少でき、回転装置（トルクアクチュエ
ータ）や回収アーム構造の小型化、軽量化をはかること
ができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明のロボット式清掃機にお
ける回収マウスの制御装置によれば次のような効果ない
し利点が得られる。

（１）流水中で使用されるロボット式清掃機の除去・回
収作業に必要な駆動力を、最小限に押さえることができ
る。特に角形断面形状の暗渠に有効となる。

（２）回収作業に必要な駆動力の減少によって、回収ア
ームの回転装置（トルクアクチュエータ）や回収アーム
構造の小型化が可能となり、流体抗力に対してロボット
形状の最適化をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜７図は本発明の一実施例としてのロボット式清掃
機における回収マウスの制御装置を示すもので、第１図
はロボット式清掃機の平面図、第２図は同側面図、第３
図は同正面図、第４図（ａ），（ｂ）は回収マウスによ
る除去時のトルク配分を示した模式図、第５図（ａ），
（ｂ）は回収マウスによる除去作業の模式図、第６図は
回収マウスの制御フロー図、第７図は回収マウスによる
除去時の力の配分を示した模式図である。。 １……本体、４……保持装置、５……クローラ、６……
姿勢検知装置、10……暗渠、21……回収マウス、22……
姿勢制御機、23……回収アーム、24……伸縮アーム、25
……油圧式アクチュエータ、26……回収ポンプ、27……
回転軸、28……伸縮用油圧シリンダ、29……ゴムホー
ス。

フロントページの続き (72)発明者 大久保 嘉雄 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東京電力株式会社内 (72)発明者 都築 進 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東京電力株式会社内 (72)発明者 足立 元良 東京都千代田区四番町５ 東亜建設工業 株式会社内 (72)発明者 加藤 謙 東京都千代田区四番町５ 東亜建設工業 株式会社内 (72)発明者 辻 正成 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番 １号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 早柏 宏一 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番 １号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (56)参考文献 特開 昭64−54167（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−139181（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−282609（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−281842（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−41582（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭49−6673（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B08B 9/02 E03F 9/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水路壁面の付着物回収用の回収装置をそな
   えたロボット式清掃機において、 上記回収装置が、ポンプと、上記ロボット式清掃機の本
   体に略水平かつ回転可能に取付けられるとともに油圧式
   トルクアクチュエータにより回転駆動される回転軸と、
   同回転軸の先端部に同回転軸と直交するように取付けら
   れた回収アームと、同回収アームに伸縮用油圧シリンダ
   により伸縮可能に取付けられた伸縮アームと、同伸縮ア
   ームの外端部に回動可能に取付けられて油圧シリンダ式
   姿勢制御機により吸込口を上記水路壁面に当接するよう
   に付勢され、水路壁面の付着物の切削除去機構と同切削
   除去機構で除去された付着物の周辺への散逸を防止する
   フードと同フードに形成され回収ポンプに繋がる回収口
   とをそなえた回収マウスとから構成されるとともに、上
   記回収マウスの制御装置が設けられ、同制御装置が、上
   記回収アームの上記油圧式トルクアクチュエータによる
   正回転中、上記伸縮用油圧シリンダに圧油を供給して上
   記回収マウスの吸込口を上記水路壁面に当接させるとと
   もに、上記伸縮アームの伸縮を検出して同伸縮アームが
   収縮状態に転じたときに上記伸縮用油圧シリンダを収縮
   して上記回収マウスを上記水路壁面からはなれる方向に
   駆動させる制御部をそなえていることを特徴とする、ロ
   ボット式清掃機における回収マウスの制御装置。