JP6493912B2 - 水陸探査用ロボット - Google Patents

Description

本発明は、廃炉を予定している原子炉格納容器内の状況を探査することのできる水陸探査用ロボットに関するものである。

魚のヒレのように翼を振動（揺動）させ、タンク（浮き袋）の注排水により浮沈を制御することにより、推進のみならず舵取りや浮沈制御も行なえるようにした振動翼付き水中航走体が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、回転軸への揺動板の取り付け方により、回転軸の駆動を特殊な揺動運動に変換する動力伝達機構を適用した動力伝達機構およびこの動力伝達機構を使用したロボットが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

一方、東日本大震災及びそれに起因する津波被害等によって、福島第一原子力発電所の冷却水循環系制御が失われ、炉心が損なわれた。この原子炉炉心の廃炉に向け、原子炉建屋内で作業する除染ロボットや原子炉格納容器内の状況調査を行うロボット等が急ピッチで開発中である。

特開２００３−２３１４９６号公報 特開２０１１− ３３１８６号公報

炉心の廃炉に必要な調査対象としては、原子炉格納容器(PCV：Primary Containment Vesse)内の底部がある。その底部は汚染水に満たされており、高い放射線に曝されることが判明している。この悪条件に対処するため、水中航走が可能な無人の探査ロボットによる探査が考えられている。この探査ロボットには、高い放射線量の環境下でも汚染水中を航走して原子炉格納容器内の底部の状況を我々観測者に伝達する使命の他に、過酷な状況に応じた種々の特徴を備えなければならない。

例えば、原子炉格納容器に進入させるために、原子炉格納容器に連通する内径１００ｍｍの狭い管路を移動することが求められる。加えて、原子炉格納容器内では原子炉格納容器に連通する管路の下方に炉心の周囲を覆うようにグレーチング製の床が配されているため、このグレーチング床上を原子炉格納容器の中心方向に移動して容器底部の汚染水に浸水しなければならず、管路内及びグレーチング床上の異なる状況で走行することも求められている。

本発明は、水のない大気中でも狭い管路やグレーチング床上を移動することができ、尚且つ水中を航走することが可能な小形の水陸両用の探査用ロボットを提供することを目的とする。

請求項１に記載された発明に係る水陸探査用ロボットは、周囲の状況を計測する計測機器を搭載可能なロボット本体と、
大気中で駆動して前記ロボット本体を移動させる走行手段と、
前記ロボット本体に設けられたヒレ部を動かして前記ロボット本体を水中航走させる水中航走手段とを備えた水陸探査用ロボットであって、
水中航走する際に前記ヒレ部を広げる水中航走形態と、前記ヒレ部を窄めて所定の太さの管路内部を走行可能な狭窄形態とに変形可能であり、
前記ヒレ部が、前記ロボット本体の長手軸に対して対称に外方に伸長された少なくとも一対備わっており、
前記ロボット本体が、長手軸方向の一端に前記計測機器を配し、水中航走形態時にこの計測機器側に重心を反対側に浮心を備え、
前記ヒレ部が、前記ロボット本体長手軸方向の前後部の各々に１対ずつ設置されていることを特徴とするものである。

請求項２に記載された発明に係る水陸探査用ロボットは、請求項１に記載のヒレ部が、前記ロボット本体に対して外方に伸長された状態で揺動運動する揺動軸片と、この揺動軸片に一側辺を結合して揺動軸片の揺動によって周囲の水を掻いて推力を発生させるシート部とを備え、
前記揺動軸片が、前記ロボット本体の長手軸に対して外方に伸長された水中航走形態と、前記ロボット本体に沿うように折り畳まれた狭窄形態とに変形可能であることを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明に係る水陸探査用ロボットは、請求項１又は２に記載の走行手段として、個々の回転方向及び回転速度を制御される前記ロボット本体の長手軸に沿って配された一対のスクリューシャフトを備えたことを特徴とするものである。

請求項４に記載された発明に係る水陸探査用ロボットは、請求項１又は２に記載の走行手段として、走行手段として、個々の回転方向及び回転速度を制御される前記ロボット本体の長手軸に沿って配された第１スクリューシャフトと、この第１スクリューシャフトに交差する方向に配された走行方向を変更する第２スクリューシャフトとを備えたことを特徴とするものである。

請求項５に記載された発明に係る水陸探査用ロボットは、請求項１〜４の何れか１項に記載の計測機器が、調査動画又は静止画を撮影する撮像機器、水温計測機器、又は、放射線量計測機器の何れかであることを特徴とするものである。

本発明は、水のない大気中でも狭い管路やグレーチング床上を移動することができ、尚且つ水中を航走することが可能な水陸両用の探査用ロボットを提供することができるという効果がある。

本発明の水陸探査用ロボットの一実施例の構成を示す正面図である。 図１の水陸探査用ロボットの右側面図である。 図１の水陸探査用ロボットの平面図である。 図１の水陸探査用ロボットの底面図である。 図１の水陸探査用ロボットのヒレ部を折り畳んだ狭窄形態の正面図である。 本発明の水陸探査用ロボットの別の実施例の構成を示す正面図である。 図６の水陸探査用ロボットの右側面図である。 図６の水陸探査用ロボットの斜視図である。 図６の水陸探査用ロボットの裏面側からの斜視図である。

本発明においては、周囲の状況を計測する計測機器を搭載可能なロボット本体と、大気中で駆動して前記ロボット本体を移動させる走行手段と、前記ロボット本体に設けられたヒレ部を動かして前記ロボット本体を水中航走させる水中航走手段とを備えた水陸探査用ロボットであって、水中航走する際に前記ヒレ部を広げる水中航走形態と、前記ヒレ部を窄めて所定の太さの管路内部を走行可能な狭窄形態とに変形可能であるものである。これにより、水のない大気中でも狭い管路やグレーチング床上を移動することができ、尚且つ水中を航走することが可能な小形の水陸両用探査用ロボットを提供することができる。

即ち、本発明の水陸両用探査用ロボットは、所定の太さの管路内部を走行可能な狭窄形態へ変形し、走行手段によって、狭い管路内部に進入し、移動することができる。管路内部を通過した後に、更に、水が溜まった槽内まで走行手段によって移動し、水中に進入した後に、水中航走する際にヒレ部を広げる水中航走形態に変形し、水中航走手段によって、水中内を移動することができる。管路内部、管路内部を通過し水が溜まった槽内までの行程、水中内等のロボットの周囲の状況は、計測機器で観測者等に報告される。これにより、原子炉格納容器であっても廃炉に向けた状況調査を行うことができる。

本発明の水陸両用探査用ロボットのロボット本体は、狭窄形態に変形された場合に所定の太さの管路内部を走行可能なものであればよく、例えば、ロボット本体の長手軸を横断する断面が所定の太さの管路の内部領域に収まる断面形状を有すればよい。従って、好ましいロボット本体としては、原子炉格納容器に連通する内径１００ｍｍの狭い管路を移動することを可能とするために、外径が最大で９０ｍｍ以下とし、長手軸方向に伸長したロボット本体が挙げられる。

より好ましくは、特に原子炉格納容器の底部を詳しく探査するために、ロボット本体は、長手軸方向の一端に周囲の状況を計測する計測機器を配し、水中航走形態時にこの計測機器側に重心を反対側に浮心を備えるように錘や浮子やバラストを配置する。これにより、ロボット本体は計測機器を下方にして長手軸が立った状態で上昇・下降することとなる。このため、原子炉格納容器の底部を詳しく探査することができる。

本発明の水陸両用探査用ロボットの走行手段は、少なくとも狭い管路内部とグレーチング床上とを移動することができるものであればよい。車輪の回動により移動させてもよいが、より好ましくは、走行手段として、個々の回転方向及び回転速度を制御される前記ロボット本体の長手軸に沿って配された一対のスクリューシャフトを備えるものや、走行手段として、個々の回転方向及び回転速度を制御される前記ロボット本体の長手軸に沿って配された第１スクリューシャフトと、この第１スクリューシャフトに交差する方向に配された走行方向を変更する第２スクリューシャフトとを備えるものが確実にシャフトの回転を前後進、左右回動の移動に変換することができる。

本発明の水陸両用探査用ロボットの水中航走手段は、ロボットに設けられたヒレ部を動かして水中航走するものであればよく、好ましくは、前記ヒレ部がロボット本体に対して外方に伸長された状態で揺動運動する揺動軸片と、この揺動軸片に一側辺を結合して揺動軸片の揺動によって周囲の水を掻いて推力を発生させるシート部とを備え、前記揺動軸片がロボット本体の長手軸に対して外方に伸長された水中航走形態と、前記ロボット本体に沿うように折り畳まれた狭窄形態とに変形可能であるものが挙げられる。

これにより、所定の太さの管路内部においては狭窄形態で走行し、水中においては水中航走形態でヒレ部を揺動させて推力を得て所望の箇所に航走する。このヒレ部については、好ましくは、ロボット本体の長手軸に対して対称に外方に伸長された少なくとも一対備わっているものが挙げられ、更に好ましくは、ロボット本体長手軸方向の前後部（水中で立った状態の上下部）の各々に１対ずつ設置されているが挙げられる。

具体的には、周囲の状況を計測する計測機器を配したロボット本体の一端側に設置されたヒレ部と、計測機器が配されていない他端部側に設置されてヒレ部とを複数の電動機により揺動して航走する。この場合、ヒレ部による推力の方向を考慮することにより、ロボット本体の上昇・下降及び前進・後進を実現させればよい。

好ましいロボット本体の上昇・下降の例としては、例えば、ロボット本体の浮力を動力停止の状態で若干沈降する程度の浮力とし、前方側及び後方側の２組のヒレ部の推力を上昇する方向に向けるように配置し、前方部と後方部とのヒレ部を揺動することにより上昇させる。逆にロボット本体の浮力を動力停止の状態で緩やかな上昇を行う程度の浮力とし、前方側及び後方側の２組のヒレ部の推力を下降する方向に向けるように配置し、前方部と後方部とのヒレ部を揺動することにより下降させるようにしてもよい。

更に、中性浮力程度の浮力とし、前方側（下方側）又は後方側（上方側）の２組のヒレ部の一方の推力を上昇又は下降する方向に向け、他方をその逆とすることにより、前方部又は後方部とのヒレ部の何れか１方を揺動することにより上昇又は下降させるようにしてもよい。また、ヒレ部の推力による上昇・下降ではなく、計測機器が配されていない後方側に浮力を発生させる気室を配し、浮沈子のようにこの気室を膨張・収縮させて上昇・下降を行ってもよいし、更に積極的にロボット本体にバラストタンクを配し、このバラストタンクに周囲の水を出入りさせることにより、浮力・沈力を発生させて上昇・下降させてもよい。

好ましいロボット本体の水平方向への移動の例としては、一対のヒレ部の一方を揺動させることにより、推力を発生させ、他方向へ進むことができる。この場合、揺動されない他方のヒレ部は進みたい方向に傾斜させることにより舵として利用することができる。例えば、推進方向に左折する場合には、前方のヒレ部を左にかじを切り(傾け)、後方のヒレ部を揺動し、右折する場合には、前方のヒレを右にかじを切り(傾け)、後方のヒレ部を揺動することで進みたい方向に旋回することができる。

また、好ましい例としては、ヒレ部は、ロボット本体長手軸方向の前後部の各々に１対ずつ設置されているため、揺動する側の２つのヒレ部は位相を９０°ずらして揺動させることにより、ロボット本体の揺動によるブレを低減することができる。尚、舵取りとして利用する他方のヒレ部は同期して駆動することにより、進みたい方向に旋回することができる。

本発明の水陸両用探査用ロボットの走行手段としては、個々の回転方向及び回転速度を制御される前記ロボット本体の長手軸に沿って配されたスクリューシャフトを備える。これにより、例えば、原子炉格納容器に連通する内径１００ｍｍの狭い管路や炉心の周囲を覆うように配されたグレーチング製の床上を走行可能となり、原子炉格納容器の底部の汚染水に浸水することができる。

大気中での移動に用いるスクリューシャフトについては、回転軸上に長手方向に沿って螺旋状のスクリュー羽根を形成したものであるため、水中で駆動することにより、螺旋状のスクリュー羽根によって回転軸に沿った流れを発生させることができる。このため、ロボット本体は計測機器を下方にして長手軸が立った状態で上昇・下降する場合には、ヒレ部の揺動による推力や気室による上昇・下降に加えてスクリューシャフトの回転によって上昇・下降に至る推力の補助を行うことができる。

また、螺旋状のスクリュー羽根が回転するため、金属材を格子状に組んだグレーチング床上のみならず、多少の障害物であっても乗り越えて移動することが可能である。尚、スクリューシャフトのスクリュー羽根のピッチは走行移動するグレーチング床の格子間距離とを一致させないようにする。同じピッチとするとスクリュー羽根がグレーチングの格子に噛み込んで走行不能となるからである。

本発明の水陸両用探査用ロボットは、廃炉を予定している原子炉格納容器内の状況を探査するため、高線量環境下での探査をも想定する。よって、種々の駆動制御を行う電子機器を搭載した場合には、放射線による誤動作、故障等の原因に想到されるため、電子機器の搭載は避けるのが好ましい。そこで、スクリューシャフトの駆動及びヒレ部の駆動（更には浮力の調整）を行うモータの駆動のみを電源ケーブルによる給電の強弱のみを用いて操作することをも可能とする。

そのために、走行手段としてのスクリューシャフト、一対のヒレ部を駆動する少なくとも２つ以上のモータと、個々のモータに給電する電源ケーブルとを備えればよい。全ての駆動部分を個別のモータで行ってもよいが、ロボット自体が大型化する虞があるため、一対のスクリューシャフトの一方と一対のヒレ部の一方とを駆動するモータと、一対のスクリューシャフトの他方と一対のヒレ部の他方とを駆動するモータとの少なくとも２つのモータを備える構成としてもよい。

この場合、一対のヒレ部の揺動軸片は、狭窄形態であっても常に本体外方に付勢されるように構成され、原子炉格納容器に連通する内径１００ｍｍの狭い管路を通過すると同時に揺動軸片を広げるように構成することで特別な駆動制御は不要となる。また、揺動軸片は揺動軸片が広がった場合にモータの駆動で揺動するように構成することで、特別な駆動制御は不要となる。

また、揺動軸片の開放する先端部が狭窄形態時の進行方向に向かって開放するように構成されることにより、狭い管路を通過すると同時に揺動軸片が広がり、探査を終えて電源ケーブルを引張ることによって引き戻される際には、管路に進入する際に管路の口で折り畳まれて狭窄形態となるため、引き戻しが容易となる利点もある。

本発明の水陸両用探査用ロボットの計測機器は、調査動画又は静止画を撮影する撮像機器、水温計測機器、又は、放射線量計測機器の何れか１つ以上であり、撮影対象を照明する照明装置等も含む。尚、これら計測機器についても、水中航走形態と狭窄形態とで変形させることも可能である。

例えば、撮像機器については、２つのカメラを用いて互いの映像の視差に基づいてステレオ画像から対称の立体画像を計測する場合には、２つのカメラを決まった距離離さなければならない。このため、狭窄形態では狭い管路中を移動可能に２つのカメラを畳み、管路を抜けた際に２つのカメラを決まった距離離して配置させるようにしてもよい。

図１は本発明の水陸探査用ロボットの一実施例の構成を示す正面図である。図２は図１の水陸探査用ロボットの右側面図である。図３は図１の水陸探査用ロボットの平面図である。図４は図１の水陸探査用ロボットの底面図である。図５は図１の水陸探査用ロボットのヒレ部を折り畳んだ狭窄形態の正面図である。

図１に示す通り、本実施例の水陸探査用ロボット１０は、原子炉格納容器に連通する内径１００ｍｍの狭い管路を移動するために、長手軸に垂直な断面構成が最大外寸が９０ｍｍ以下のロボット本体１２を備える。このロボット本体１２には床面を走行する際に床面に接地する走行手段として、ロボット本体１２の長手軸方向に沿って設けられた一対のスクリューシャフト１４を備える。一対のスクリューシャフト１４には、回動シャフト１６の側面に各々巻き方向を相違させた螺旋状のスクリュー羽根１８を備え、図示していない２つのＤＣモータによって回動されることにより、スクリュー羽根１８の接地回転で狭い管路内部やグレーチング床でも走行移動することができる。

スクリュー羽根１８の螺旋状の方向は、同じピッチで尚且つ異なる巻き方向に巻かれており、前記２つのＤＣモータをロボット本体１２内部の制御装置によって、一対のスクリューシャフト１４を互いに異なる回転方向に尚且つ同じ回転数で回転させることにより、直進させることができ、一方のスクリューシャフト１４の回転速度を異ならせることにより、旋回、更には横移動でも、その場での先端位置を回動することも可能となる。

ロボット本体１２の一端には調査動画又は静止画を撮影するカメラと、水温計測センサと、放射線量計測センサを備えた計測機器２０が配されている。水陸探査用ロボット１０は全体で水中では徐々に沈む程度の中性浮力に近い浮力を有し、計測機器２０が配された一端部側が重く、他端部側の浮力が大きい。このため、水中ではロボット本体１２は水中では計測機器２０を下方にして垂直に浮遊する。

水中を上昇・下降及び水平方向への自由な水中航走を行うために、ロボット本体１２には水中航走手段として、４組のヒレ部２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂを備える。個々のヒレ部は一対のスクリューシャフト１４が配されたロボット本体１２の対向側面に各々立設させた計測機器２０に近い側の第１ヒレ部２２ａ、２２ｂと、遠い側の第２ヒレ部２４ａ、２４ｂとが本体１２の長手軸方向に沿って設けられている。尚、水中ではロボット本体１２は計測機器２０を下方にして垂直に浮遊するため、第１ヒレ部２２ａ、２２ｂが下方に、第２ヒレ部２４ａ、２４ｂが上方となる。

これら４組のヒレ部２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂは、ロボット本体１２に対して外方に伸長された状態で揺動運動する揺動軸片２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂと、この揺動軸片２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂに一側辺を結合して揺動軸片の揺動によって周囲の水を掻いて推力を発生させるシート部３０ａ、３０ｂ、３２ａ、３２ｂとを備える。これら揺動軸片２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂが、ロボット本体１２の長手軸に対して外方に伸長された水中航走形態と、ロボット本体１２に沿うように折り畳まれた狭窄形態とに変形可能である。

水中航走する際に下方となる第１ヒレ部２２ａ、２２ｂは、図１〜図４に示す通り、一対の揺動軸片２６ａ、２６ｂが各々斜め下方に伸長され、この一対の揺動軸片２６ａ、２６ｂとロボット本体１２の側方とにシート部３０ａ、３０ｂが張設され、揺動により斜め下方方向に推力を与える。このため、第１ヒレ部２２ａ、２２ｂを揺動すると徐々に沈む程度の浮力（水中重量）が相殺され中性浮力かそれ以上の浮力となる。

また、水中航走する際に上方となる第２ヒレ部２４ａ、２４ｂは、図１〜図４に示す通り、一対の揺動軸片２８ａ、２８ｂが水中航走する際にほぼ水平に伸長され、この一対の揺動軸片２８ａ、２８ｂとロボット本体部１２の側方の間にシート部３２ａ、３２ｂが張設され、揺動によりシート部３２ａ、３２ｂの水平方向にはためくことにより水平方向に推力を与える。このため、第２ヒレ部２４を揺動するとロボット本体１２は水平方向に移動する推力が得られる。

第１ヒレ部２２ａ、２２ｂと第２ヒレ部２４ａ、２４ｂとの揺動軸片２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂの駆動は一対のスクリューシャフト１４の各々を駆動する２つのＤＣモータによって行われる。この場合、第１ヒレ部２２ａ、２２ｂ及び第２ヒレ部２４ａ、２４ｂの同じ側の一方の揺動軸片２６ａ、２６ｂ及び揺動軸片２８ａ、２８ｂが同期して一対のスクリューシャフト１４の一方のＤＣモータで駆動され、第１ヒレ部２２ａ、２２ｂ及び第２ヒレ部２４ａ、２４ｂの同じ側の他方の揺動軸片２６ａ、２６ｂ及び揺動軸片２８ａ、２８ｂが同期して一対のスクリューシャフト１４の他方のＤＣモータで駆動される。

尚、一対のスクリューシャフト１４のスクリュー羽根の螺旋状の方向は、同じピッチで尚且つ異なる巻き方向に配することにより、水中でのスクリューシャフト１４の回転によるロボット本体が逆方向に回転させようとするモーメントを相殺することができる。また大気中では一対のスクリューシャフトを互いに異なる回転方向に尚且つ同じ回転数で回転させることにより、直進させることができ、一方のスクリューシャフトの回転速度を異ならせることにより、旋回、更には横移動でも、その場での先端位置を回動することも可能となる。

本実施例の水陸探査用ロボット１０は、一対のスクリューシャフト１４を駆動する同じ２つのモータによりロボット本体１２の両側部に設置された第１ヒレ部２２ａ、２２ｂと第２ヒレ部２４ａ、２４ｂとが揺動され、水中を航走する。具体的には、水中浮遊状態で下方の一対の第１ヒレ部２２ａ、２２ｂと上方の一対の第２ヒレ部２４ａ、２４ｂとの両方を早く揺動することにより、特に第１ヒレ部２２ａ、２２ｂの推力によりロボット１０は上昇する。

ロボット１０は、動力停止の状態で若干沈降する程度の浮力のために、第１ヒレ部２２ａ、２２ｂと第２ヒレ部２４ａ、２４ｂを停止した場合には、沈降する。水中の任意の高さ位置で停止する場合には、第１ヒレ部２２ａ、２２ｂと第２ヒレ部２４ａ、２４ｂの両方を緩やかに揺動することによりロボット１０は停止する。

水平方向の移動は、進行方向とは逆側の第１ヒレ部２２ａ、２２ｂと第２ヒレ部２４ａ、２４ｂを一方のモータで揺動することにより、進行方向に移動することができる。この場合、進行方向側の第１ヒレ部２２ａ、２２ｂと第２ヒレ部２４ａ、２４ｂを舵として進みたい方向で止めておくことにより、旋回することが可能となる。反対方向への移動は、他方の第１ヒレ部２２ａ、２２ｂと第２ヒレ部２４ａ、２４ｂを他方のモータで揺動することにより、反対方向に移動することができる。

尚、第１ヒレ部２２ａ、２２ｂ及び第２ヒレ部２４ａ、２４ｂは、図５に示す通り、揺動軸片２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂが、長手軸に垂直な断面構成が最大外寸９０ｍｍ以下のロボット本体１２に沿うように折り畳まれた狭窄形態を取る。これにより、原子炉格納容器に連通する内径１００ｍｍの狭い管路を移動することができる。狭い管路を抜け出て原子炉格納容器内部に進入した際には、図１に示す通りの水中航走形態に変形する。

本実施例の水陸探査用ロボット１０の第１ヒレ部２２ａ、２２ｂ及び第２ヒレ部２４ａ、２４ｂの揺動軸片２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂは、狭窄形態であっても常に本体外方に例えばバネ等の付勢部材で付勢されるように構成されされている。このため、原子炉格納容器に連通する内径１００ｍｍの狭い管路を通過すると同時に揺動軸片２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂを広げることができるために、特別な駆動制御は不要となる。また、揺動軸片２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂは揺動軸片２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂが広がった場合にモータの駆動で揺動するように構成されているため、特別な駆動制御は不要となる。

原子炉格納容器内部に進入した後、ロボット本体１２が金属材を格子状に組んだグレーチング床上に接地してこの床上を走行する。これらの管路及びグレーチング床上の走行は一対のスクリューシャフト１４によって行う。原子炉格納容器内部の中央部には汚染水が溜まっている。この汚染水に進入した後に、計測機器２０を下方にして垂直に浮遊するため、第１ヒレ部２２ａ、２２ｂ及び第２ヒレ部２４ａ、２４ｂを駆動して原子炉格納容器内部の底部を探査する。

尚、２つのＤＣモータの駆動は、ロボット本体１２の計測機器２０の反対側の端部に給電する電源ケーブル３４によって行われる。電源ケーブル３４はそのケーブル内に個々のモータへの給電線が撚り合わさっている。この電源ケーブル３４については、探査を終えた探査ロボット１０の回収をこの電源ケーブル３４を引張ることによって行うため、十分な強度が確保されている。

また、揺動軸片２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂの先端部が狭窄形態時の進行方向に向かって開放するように構成されているため、探査を終えて電源ケーブル３４を引張ることによって引き戻される際には、管路に進入する際に前記付勢力に抗して管路の口で折り畳まれて狭窄形態となるため、回収作業が容易となる利点もある。

図６は本発明の水陸探査用ロボットの別の実施例の構成を示す正面図である。図７は図６の水陸探査用ロボットの右側面図である。図８は図６の水陸探査用ロボットの斜視図である。図９は図６の水陸探査用ロボットの裏面側からの斜視図である。図６に示した水陸探査用ロボット６０についても、原子炉格納容器に連通する内径１００ｍｍの狭い管路を移動するために、長手軸に垂直な断面構成が最大外寸が９０ｍｍ以下のロボット本体６２を備える。

このロボット本体６２についても、床面を走行する際に床面に接地する走行手段として、ロボット本体６２の長手軸方向に沿って設けられた１本の長尺スクリューシャフト６４ａと、この長尺スクリューシャフト６４ａの両端部の各々に長尺スクリューシャフト６４ａの回転方向に直交する方向に回転する短尺スクリューシャフト６４ｂ、６４ｃが配されている。個々のスクリューシャフト６４ａ、６４ｂ、６４ｃは、回転シャフト６６の側面に螺旋状のスクリュー羽根６８を備える。

ロボット本体６２には、３つのＤＣモータが搭載されている。長尺スクリューシャフト６４ａと、一方の短尺スクリューシャフト６４ｂとを駆動する第１のモータと、他方の短尺スクリューシャフト６４ｃの駆動を行う第２のモータとがロボット本体６２の内部に長手方向に沿って並設して搭載され、水中航走する際に駆動される第１ヒレ部７２及び第２ヒレ部７４を切り替え駆動する第３のモータ６３がロボット本体６２の上面に長手方向に沿って搭載されている。第１のモータは、水中航走する際に、長尺スクリューシャフト６４ａを正回転又は逆回転させて上下動を行う。尚、３つのうちの１つのモータで図示しないバラストタンク内の水の出し入れを行って上下動させてもよい。

これら３つのスクリューシャフト６４ａ、６４ｂ、６４ｃによって、スクリュー羽根６８の接地回転で狭い管路内部やグレーチング床でも走行することができ、走路も変更することができる。即ち、長尺スクリューシャフト６４ａを回動することにより、スクリュー羽根６８の接地箇所が移動することにより、狭い管路内部を移動することができ、グレーチング床上では、長尺スクリューシャフト６４ａの前進走行に加えて、２つの短尺スクリューシャフト６４ｂ、６４ｃの回動により、ロボット本体６２の前進方向を変更することができる。

これら３つのスクリューシャフト６４ａ、６４ｂ、６４ｃはＰＥＥＫ（polyetheretherketone：ポリエーテルエーテルケトン）材で構成されることで水陸探査用ロボット６０の軽量化を図っている。

ロボット本体６２の本体前方部６２ａの上面に長手方向に沿って搭載された第３のモータ６３に並設されるように調査動画又は静止画を撮影するカメラと、水温計測センサと、放射線量計測センサを備えた計測機器７０が配されている。水陸探査用ロボット６０は全体で中性浮力に近い浮力を有し、計測機器７０が配された本体前方部６２ａ側が重く、本体後方部６２ｂ側の浮力が大きい。このため、水中ではロボット本体６２は水中では計測機器７０を下方にしてほぼ垂直に浮遊する。尚、ロボット本体６２の本体前方部６２ａ及び本体後方部６２ｂの支持部材等はアルミ製の材質としているため、高い強度となっている。

水中を上昇・下降及び水平方向への自由な水中航走を行うために、ロボット本体６２の３つのスクリューシャフト６４ａ、６４ｂ、６４ｃが搭載された本体前方部６２ａの後端側の本体後方部６２ｂに水中航走手段として、４組のヒレ部７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂを備える。４組のヒレ部７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂはロボット本体６２の長手軸の左右両側面に計測機器７０が搭載された上面側とスクリューシャフトが表出した下面側との２層に亘って設けられている。

これら左右両側面の各々に上下２層に亘って設けられたヒレ部７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂは、ロボット本体６２に対して外方に伸長された状態で揺動運動する揺動軸片７６ａ、７６ｂ、７８ａ、７８ｂと、その内側に配された補助揺動軸片７７ａ、７７ｂ、７９ａ、７９ｂと、揺動軸片７６ａ、７６ｂ、７８ａ、７８ｂに一側辺を結合し、補助揺動軸片７７ａ、７７ｂ、７９ａ、７９ｂを介して、ロボット本体６２に渡された揺動軸片の揺動によって周囲の水を掻いて推力を発生させるシート部８０ａ、８０ｂ、８２ａ、８２ｂとを備える。これら揺動軸片７６ａ、７６ｂ、７８ａ、７８ｂと補助揺動軸片７７ａ、７７ｂ、７９ａ、７９ｂとが、ロボット本体６２の長手軸に対して外方に伸長された水中航走形態と、ロボット本体６２に沿うように折り畳まれた狭窄形態とに変形可能である。

ロボット本体６２の計測機器７０が搭載された面側の左右両側に配された第１ヒレ部７２ａ、７２ｂは、一端をロボット本体６２に配された支持軸で回動互いに対照的に揺動軸片７６ａ、７６ｂが左右に伸長されるように回動可能に支持され、この揺動軸片７６ａ、７６ｂと同じ支持軸に一端を支持された補助揺動軸片７７ａ、７７ｂは、斜め下方に伸長されるように回動可能に支持されている。これら揺動軸片７６ａ、７６ｂ及び補助揺動軸片７７ａ、７７ｂとロボット本体６２の側方とにシート部８０ａ、８０ｂが張設され、揺動により斜め下方方向に推力を与える。

各第１ヒレ部７２ａ、７２ｂのスクリューシャフト側にそれぞれ配された第２ヒレ部７４ａ、７４ｂについても、一端をロボット本体６２に配された支持軸で回動互いに対照的に揺動軸片７８ａ、７８ｂが左右に伸長されるように回動可能に支持され、この揺動軸片７８ａ、７８ｂと同じ支持軸に一端を支持された補助揺動軸片７９ａ、７９ｂは、斜め下方に伸長されるように回動可能に支持されている。これら揺動軸片７８ａ、７８ｂ及び補助揺動軸片７９ａ、７９ｂとロボット本体６２の側方とにシート部８２ａ、８２ｂが張設され、揺動により斜め下方方向に推力を与える。

本実施例の水陸探査用ロボット６０では、水中でロボット本体６２が計測機器７０を下方にしてほぼ垂直に浮遊する中性浮力に近い浮力を有し、長尺スクリューシャフト６４ａを正回転又は逆回転させることにより、水中の上下方向の浮遊・沈降を行う。尚、ロボット本体６２に図示しないバラストタンクを配し、３つのＤＣモータの一つの駆動によってこのバラストタンクに周囲の水を出入りさせることにより、浮力・沈力を発生させて上昇・下降させるように構成されてもよい。

また、水中での水平方向への移動については、第１ヒレ部７２ａ、７２ｂ及び／又は第２ヒレ部７４ａ、７４ｂの一方側を揺動すると揺動された側のヒレ部で推力が発生するため、対抗する側に移動する推力が得られる。具体的には、本実施例では３つのＤＣモータの１つの正逆回転の切り替えで左右一方のヒレ部を駆動するように構成されている。この場合、進行方向側の第１ヒレ部７２ａ、７２ｂ及び第２ヒレ部７４ａ、７４ｂを舵として進みたい方向で止めておくことにより、旋回することが可能となる。反対方向への移動は、他方の第１ヒレ部７２ａ、７２ｂ及び第２ヒレ部７４ａ、７４ｂをモータを逆回転することにより揺動することにより、反対方向に移動することができる。

本実施例の水陸探査用ロボット６０は、搭載された３つのＤＣモータで３つのスクリューシャフト６４ａ、６４ｂ、６４ｃと４つのヒレ部７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂとの駆動と、バラストタンク内の水の出し入れと行う。ロボット６０は、中性浮力に近い浮力を有し、長尺スクリューシャフト６４ａを正回転又は逆回転させることにより、浮力・沈力を発生させて上昇・下降させるように構成されており、長尺スクリューシャフト６４ａを正逆回転を調整することにより、ロボット６０は任意の深さで停止することが可能である。一方、水平方向の移動は、進行方向とは逆側の第１ヒレ部７２ａ、７２ｂ及び第２ヒレ部７４ａ、７４ｂをＤＣモータで揺動することにより、進行方向に移動することができる。

尚、第１ヒレ部７２ａ、７２ｂ及び第２ヒレ部７４ａ、７４ｂは、水陸探査用ロボット１０と同様に、揺動軸片７６ａ、７６ｂ、７８ａ、７８ｂと、その内側に配された補助揺動軸片７７ａ、７７ｂ、７９ａ、７９ｂとが、長手軸に垂直な断面構成が最大外寸９０ｍｍ以下のロボット本体６２に沿うように折り畳まれた狭窄形態を取る。これにより、原子炉格納容器に連通する内径１００ｍｍの狭い管路を移動することができる。

この場合、揺動軸片７６ａ、７６ｂ、７８ａ、７８ｂと補助揺動軸片７７ａ、７７ｂ、７９ａ、７９ｂとは、同じ支持軸で一端を回動可能に支持されているため、個々の揺動軸片及び補助揺動軸片をねじりバネで回動するように付勢した状態で狭窄形態として、これら軸片を開放しないように固定手段で固定している。原子炉格納容器に連通する管路内に進入する際には、固定手段は外され、狭い管路の内径に合わせて狭窄形態で進入する。狭い管路を抜け出て原子炉格納容器内部に進入した際には、水中航走形態に変形する。

原子炉格納容器内部に進入した後、ロボット本体６２が金属材を格子状に組んだグレーチング床上に接地してこの床上を走行する。これらの管路及びグレーチング床上の走行は長尺スクリューシャフト６４ａによって行い、方向転換は短尺スクリューシャフト６４ｂ、６４ｃで行う。原子炉格納容器内部の中央部には汚染水が溜まっている。この汚染水に進入した後に、計測機器７０を下方にして垂直に浮遊するため、第１ヒレ部７２ａ、７２ｂ及び第２ヒレ部７４ａ、７４ｂを駆動して原子炉格納容器内部の底部を探査する。

尚、３つのＤＣモータの駆動は、ロボット本体６２の計測機器７０の反対側の本体後方部６２ｂの端部に給電する電源ケーブル８４によって行われる。電源ケーブル８４はそのケーブル内に個々のモータへの給電線が撚り合わさっている。この電源ケーブル８４については、探査を終えた探査ロボット６０の回収をこの電源ケーブル８４を引張ることによって行うため、十分な強度が確保されている。

また、揺動軸片７６ａ、７６ｂ、７８ａ、７８ｂ及び補助揺動軸片７７ａ、７７ｂ、７９ａ、７９ｂの先端部が狭窄形態時の進行方向に向かって開放するように構成されているため、探査を終えて電源ケーブル８４を引張ることによって引き戻される際には、管路に進入する際に前記付勢力に抗して管路の口で折り畳まれて狭窄形態となるため、回収作業が容易となる利点もある。

狭い管路中やグレーチング床上の異なる状況下でも移動でき、水中においても上昇・下降及び水平方向への自由な水中航走を行うことができ、炉心の廃炉に必要な調査を行うことができる。

１０ …水陸探査用ロボット、
１２ …ロボット本体、
１４ …スクリューシャフト、
１６ …回動シャフト、
１８ …スクリュー羽根、
２０ …計測機器、
２２ａ、ｂ…ヒレ部、
２４ａ、ｂ…ヒレ部、
２６ａ、ｂ…揺動軸片、
２８ａ、ｂ…揺動軸片、
３０ａ、ｂ…シート部、
３２ａ、ｂ…シート部、
３４ …電源ケーブル、
６０ …水陸探査用ロボット、
６２ …ロボット本体、
６２ａ …本体前方部、
６２ｂ …本体後方部、
６３ …第３のモータ、
６４ａ …長尺スクリューシャフト（第１スクリューシャフト）、
６４ｂ …短尺スクリューシャフト（第２スクリューシャフト）、
６４ｃ …短尺スクリューシャフト（第２スクリューシャフト）、
６６ …回動シャフト、
６８ …スクリュー羽根、
７０ …計測機器、
７２ａ、ｂ…ヒレ部、
７４ａ、ｂ…ヒレ部、
７６ａ、ｂ…揺動軸片、
７７ａ、ｂ…補助揺動軸片、
７８ａ、ｂ…揺動軸片、
７９ａ、ｂ…補助揺動軸片、
８０ａ、ｂ…シート部、
８２ａ、ｂ…シート部、
８４ …電源ケーブル、

Claims (5)

1. 周囲の状況を計測する計測機器を搭載可能なロボット本体と、
   大気中で駆動して前記ロボット本体を移動させる走行手段と、
   前記ロボット本体に設けられたヒレ部を動かして前記ロボット本体を水中航走させる水中航走手段とを備えた水陸探査用ロボットであって、
   水中航走する際に前記ヒレ部を広げる水中航走形態と、前記ヒレ部を窄めて所定の太さの管路内部を走行可能な狭窄形態とに変形可能であり、
   前記ヒレ部が、前記ロボット本体の長手軸に対して対称に外方に伸長された少なくとも一対備わっており、
   前記ロボット本体が、長手軸方向の一端に前記計測機器を配し、水中航走形態時にこの計測機器側に重心を反対側に浮心を備え、
   前記ヒレ部が、前記ロボット本体長手軸方向の前後部の各々に１対ずつ設置されていることを特徴とする水陸探査用ロボット。
2. 前記ヒレ部が、前記ロボット本体に対して外方に伸長された状態で揺動運動する揺動軸片と、この揺動軸片に一側辺を結合して揺動軸片の揺動によって周囲の水を掻いて推力を発生させるシート部とを備え、
   前記揺動軸片が、前記ロボット本体の長手軸に対して外方に伸長された水中航走形態と、前記ロボット本体に沿うように折り畳まれた狭窄形態とに変形可能であることを特徴とする請求項１に記載の水陸探査用ロボット。
3. 前記走行手段として、個々の回転方向及び回転速度を制御される前記ロボット本体の長手軸に沿って配された一対のスクリューシャフトを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の水陸探査用ロボット。
4. 前記走行手段として、個々の回転方向及び回転速度を制御される前記ロボット本体の長手軸に沿って配された第１スクリューシャフトと、この第１スクリューシャフトに交差する方向に配された走行方向を変更する第２スクリューシャフトとを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の水陸探査用ロボット。
5. 前記計測機器が、調査動画又は静止画を撮影する撮像機器、水温計測機器、又は、放射線量計測機器の何れかであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の水陸探査用ロボット。

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