JPH045596A - 水中作業ロボットの位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、発電所の冷却水取水路などの暗渠において清
掃作業等を行う場合に使用される水中作業ロボットの位
置を検出する装置に関する。

〈従来の技術〉 発電所などのプラントにおいて使用される冷却水として
は、海水を使用する場合があるが、その際、第５図に示
すように、海水は暗渠ａを通じて取水し、これをプラン
ト建設地まで送出している。

ところで、このような取水路や排水路として使用される
暗渠ａの内壁面すには、時間経過とともに無数の貝殻が
付着するため、これをそのまま放置しておくと水路の障
害となるおそれがある。そのため、従来は、定期的に内
壁面すの清掃を実施しているが、この場合、清掃を人手
で行うのは、過剰な労力を要するばかりか、危険も伴う
。そこで、近年は、回転ブラシによって貝殻を強制除去
する水中作業ロボットＣが開発されている。

この清掃作業においては、水中作業ロボットＣを暗渠ａ
の長手方向に沿って移動させつつ清掃作業を行なうので
、ロボットＣが暗渠ａに沿って直進するように監視する
必要がある。そのため、水中作業ロボットＣに水中ＴＶ
カメラと照明とを取り付ける一方、陸上にＴＶモニタや
操作パネルを有するコントローラｄを設けて両者間をケ
ーブルｆで結び、ＴＶモニタの画面には、水中作業ロボ
ットＣと暗渠ａの断面とを表示し、これによつロボット
Ｃの暗渠断面での位置を観察しながらコントローラｄの
操作パネルを操作して水中作業ロボットＣが位置ずれを
起こさないように制御している。

しかし、清掃作業中は、回転ブラシで水が掻き混ぜられ
るので濁りがひどく、目視観察することは実際には不可
能である。そのため、従来技術では、水中作業ロボット
Ｃの上下、左右にそれぞれ超音波振動子り、〜ｈ４を設
け、各超音波振動子からそれぞれの方向に超音波を発射
して暗渠ａの内壁面すからの反射波を受信する。そして
、この受信信号をコントローラｄに送出することにより
超音波の送受波時間を測定して、モニタ装置の表示画面
に、第６図に示すように、暗渠ａの内壁面すを含む断面
と、これに対する水中作業ロボットＣの位置とを画像表
示するようにしている。

〈発明か解決しようとする課題〉 上記の水中作業ロボットＣを使用して清掃する際には、
貝殻が落下したり、気泡か生じたりするので、これらの
存在によって超音波が反射され、暗渠ａの内壁面すで超
音波が反射される前に受信信号か得られることがある。

したがって、モニタ装置に表示される水中作業ロボット
Ｃの位置は、実際の存在位置とはかなり異なって表示さ
れる。その結果、モニタ装置を観察しながら清掃作業を
実施している作業者は、水中作業ロボットＣがモニタ装
置に表示された箇所まで実際に位置ずれしたものと錯覚
することになる。

このような不具合の発生を軽減するには、超音波の周波
数を低くすることである程度対処することが可能である
が、その場合は距離分解能が悪くなる。すなわち、暗渠
内はいくら大きい直径といえども数十ｍ程度であるから
、周波数を低くすることは距離分解能が悪くなって正確
な位置検出が困難になる。

また、水に濁りが無い場合においても、超音波は多重反
射の影響を受ける。たとえば、第６図に示すように、左
側の超音波振動子り、から発射した超音波が左側の壁面
で反射されて同じ左側の超音波振動子り、に受信される
が、さらに、その超音波は、右側の壁面で反射されて右
側の超音波振動子ｈ４に受信される。すなわち、右側の
超音波振動子ｈ４についてみれば、当該探触子ｈ４から
発射した超音波の右側壁面からの反射波以外に、左側の
超音波振動子り、で発射された超音波の反射波も受信さ
れるので、各々の受信信号のためにモニタ装置の画面上
の水中作業ロボットＣの位置かそのたびに揺れ動いて安
定しない。

さらに、水中作業ロボットＣが暗渠ａの内壁面すに対し
て傾斜している場合にはその内壁面すで反射された超音
波が発射源の超音波振動子に返ってこない場合があり、
そのときには、内壁面すまでの距離が極端に遠方にある
ものと判断されてしまつ。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、モニタ装置の画面上に水中作業ロボットの位置が安
定して表示されるようにして、暗渠中の水中作業ロボッ
トが暗渠断面に対して位置ずれを起こしているか否かを
正確に把握できるようにするものである。

そのため、本発明は、次の事実に着目した。

■水中作業ロボットの性能上、その動きは比較的緩慢で
あり、したがって、ロボットが暗渠断面の方向に素早く
移動することはない。

■貝殻の落下や気泡は回転ブラシによって生じるので、
水中作業ロボットの極近傍で発生する。したがって、超
音波の反射距離は比較的短い。

■貝殻の落下や気泡の発生は不連続である。

本発明は、上記■〜■の特徴点を利用するため、次の構
成を採用している。

すなわち、本発明の水中作業ロボットの位置検出装置は
、超音波振動子で得られる受信信号に対して一定期間だ
けゲートを開くゲート回路と、このゲート回路を通過し
た受信信号に基づいて水中作業ロボットから暗渠内壁ま
での距離データを算出する演算処理部と、この演算処理
部の演算結果に基づいて暗渠断面に対する水中作業ロボ
ットの位置を画像表示するモニタ装置とを備え、前記演
算処理部は、同一方向に超音波を発射して得られる各々
の距離データか直列入力されるたびに複数の距離データ
をシフトしつつ並列出力するデータシフトラッチ部と、
このデータシフトラッチ部で得られる各距離データの内
から最小値と最大値とを除くばらつき除去部と、このば
らつき除去部で除かれた残りの距離データの平均値を算
出する平均値化部と、この平均値化部で得られた平均値
と前回の平均値との差を予め設定した水中作業ロボット
の進行方向に対する直角方向の移動量判別用のしきい値
と比較する比較部と、この比較部での比較結果に基づい
て、両データの差がしきい値以下の場合には旧データを
新データに更新し、両データの差がしきい値以上の場合
には旧データを更新せずにそのまま維持するデータ更新
部とを含んでいる。

〈作用〉 上記構成において、水中作業ロボットに取り付けられた
超音波振動子から超音波が発射されると、そのタイミン
グに応じて、ゲート回路は超音波振動子で得られる受信
信号に対して一定期間だけゲートを開く。このため、貝
殻の落下や気泡で反射された短距離の超音波や多重反射
された長距離の超音波の影響が除かれる。　　　　　　
　　。

そして、このゲート回路を通過した受信信号が演算処理
部に入力される。演算処理部は、この受信信号のデータ
に基づいて水中作業ロボットの暗渠内壁までの距離を算
出する。

すなわち、まず、演算処理部のデータシフトラッチ部は
、同一方向に超音波を発射して得られる各距離データが
直列入力されるたびに複数の距離データを１ビツトずつ
シフトしつつ並列出力する。

この並列出力された各々の距離データは、ばらつき除去
部に転送されるので、ばらつき除去部は、データシフト
ラッチ部で得られる各距離データの内から最小値と最大
値とを除く。これにより、不連続的に発生する貝殻の落
下や気泡により反射された超音波の受信信号の影響かあ
る程度除かれる。

さらに、平均値化部は、ばらつき除去部で除かれた残り
の距離データの平均値を算出し、この平均値を比較部に
送出する。比較部は、平均値化部で得られた平均値と前
回の平均値との差を予め設定した水中作業ロボットの移
動量判別用のしきい値と比較する。

この比較部による比較の結果、両距離データの差がしき
い値以下の場合には、データ更新部は、水中作業ロボッ
トの移動量は適正なものであると判断して旧データを新
データに更新する。これに対して、両データの差がしき
い値以上の場合には、データ更新部は、水中作業ロボッ
トの移動量は不適正であって何等かの異常があるものと
判断して新データは無視して旧データを更新せずにその
まま維持する。

以上により、貝殻の落下や気泡の影響や多重反射の影響
、さらには水中作業ロボットの傾きによる影響が全て除
かれるため、モニタ装置の画面上に水中作業ロボットの
位置が安定して表示されることになる。その結果、暗渠
中の水中作業ロポ、ソトの位置ずれの有無が正確に検出
される。

〈実施例〉 第１図は本発明の実施例に係る水中作業ロボットの位置
検出装置の構成図である。

同図において、符号１は位置検出装置の全体を示し、ｈ
、−ｈ、は各超音波振動子で、第６図に示すように、ｈ
、とｈ３の超音波振動子は水中作業ロボットｃの上下に
、ｈ、とｈ４の超音波振動子は、水中作業ロボットＣの
左右にそれぞれ個別に取り付けられている。４は超音波
発射のトリガパルスを発生する送信トリガ発生部、６は
トリガパルスに応答して超音波駆動信号を出力する送信
アンプ部、８は前記の各超音波振動子ｈ１〜ｈ４を個別
に切り換えて選択するマルチプレクサ、１０は送受切換
スイッチである。また、１２は各超音波振動子り、−ｈ
、から得られる受信信号に対して一定期間だけゲートを
開くゲート回路、１４はゲート回路１２を通過した受信
信号を増幅する受信アンプ部、１６はトリガパルスの発
射タイミングに応答してそのタイミングからの時間経過
を計測する計時カウンタ、１８は受信信号を予め設定し
たしき０値と比較して、しきい値レベルを越えた場合に
計時カウンタ１６のカウント動作を停止させる比較回路
、２０はタイミングコントローラである。このタイミン
グコントローラ２０は、上記の送信トリガ発生部４から
のトリガパルスの発生タイミング、マルチプレクサ８の
切り換えタイミング、送受切換スイッチｌＯの切り換え
タイミング、ゲート回路１２のゲート開閉、計時カウン
タ１６のカウント開始タイミングをそれぞれ制御する。

２２は各超音波振動子り、〜ｈ４で得られる受信データ
に基づいて水中作業ロボットＣの暗渠内壁面すまでの距
離データを算出する演算処理部、２４（よ演算処理部２
２の演算結果に基づいて暗渠断面に対する水中作業ロボ
ットＣの位置を画像表示するモニタ装置である。

第２図は、上記の演算処理部２２の構成を示す機能ブロ
ック図である。同図において、２６は同一方向に超音波
を発射して得られる各距離データか直列人力されるたび
に複数の距離データを１ヒツトずつソフトしながら並列
出力するデータシフトラッチ部であり、本例では一つの
超音波探触子から同一方向に超音波を６回発射した場合
にそれぞれ得られる各距離データＤｉ＝Ｄｉ＋５をラッ
チするようになっている。

２８はデータソフトラッチ部２６て得られる６つの距離
データＤｉ−Ｄｉ＋５の内から最小値と最大値とを除く
ばらつき除去部、３０はばらつき除去部２８で除かれた
残りの距離データの加算平均値Ｄ　（ｂ）を算出する平
均値化部である。

３２は平均値化部３０で得られた平均値Ｄ　（ｂ）と前
回同様にして得られた平均値Ｄ　（ｆ）との差Ｄ　（ｆ
）　−Ｄ　（ｂ）　（を予め設定した水中作業ロボット
Ｃの進行方向に対する直角方向の移動量判別用のしきい
値と比較する比較部である。

３４は比較部３２での比較結果に基づいて、新旧データ
の更新処理を行うデータ更新部であって、新旧の距離デ
ータの差Ｉ　Ｄ　（ｆ）−Ｄ　（ｂ）　ｌが移動量判別
用のしきい値以下の場合には旧データＤ　（ｆ）を新デ
ータＤ　（ｂ）に更新する第１処理部３４ａと、新旧の
距離データの差１Ｄ（ｆ）−Ｄ（ｂ）１カ（しきし）値
以上の場合には旧データＤ　（ｆ）を更新せす１こその
まま維持する第２処理部３４ｂとからなる。

次に、上記構成の水中作業ロボ・ソトの位置検出装置ｌ
の動作について説明する。

タイミングコントローラ２０は、第３図（ａ）に示すよ
うに、送信トリガ発生部４を制御してトリガパルスを発
生させる。この送信トリガ発生部４から発生されるトリ
ガパルスの出力周期Ｔ。は、本例では０　、１５ｅｃ（
＝　１００　ｍ５ｅｃ）間隔に設定さイｔでいる。水中
作業ロボットＣが作業する暗渠の内径は、通常１０ｍ以
下である。第６図の破線ζこ示すように、水中作業ロボ
ットＣが暗渠の一方の内壁面すに接近して位置している
場合に、一つの超音波振動子ｈ２から超音波か発射され
た後、他方の内壁面すから反射されて再び同じ超音波振
動子り。

に返ってくる時間は、音速を約１５　Ｑ　Ｏｍ／ｓｅｅ
とすれば、Ｉ　ＯｍＸ　２／（１５００ｍ／５ｅｃ）＝
　１３ｍ５ｅｃとなり、上記の出力周期Ｔ。（−０、１
５ｅｃ）の間て超音波の送受信を十分に行うことができ
る。

送信アンプ部６からは、トリガパルスが加わるたびに、
これに応答して超音波駆動信号が出力される。タイミン
グコントローラ２０によって、送受切換スイッチＩＯは
、送信アンプ部６から超音波駆動信号が出力された後、
直ちにゲート回路１２側に接続を切り換える。そして、
出力周期Ｔ。（−〇　、　１５ｅｃ）経過後に、再び送
信アンプ部６側に接続する。また、マルチプレクサ８は
、出力周期Ｔｏ（＝　０　、１５ｅｃ）ごとに各超音波
振動子り、−ｈ４の接続を切り換える。したがって、各
々の超音波振動子り、−ｈ、について、出力周期Ｔ　ｏ
（＝　０　、１５ｅｃ）ごとに超音波の送受信が行われ
る。各超音波振動子ｈ１〜ｈ４から出力される各受信信
号（第３図（ｂ）参照）は、マルチプレクサ８、送受切
換スイッチＩＯを介してゲート回路１２に送出される。

ゲート回路１２は、第３図（ｃ）に示すように、トリガ
パルスの出力直後から一定時間Ｔ１はゲートを閉じたま
まで、その後、一定期間Ｔ、たけゲートを開く。Ｔ１の
期間はゲートを閉じておくことにより、水中作業ロボッ
トの極く近傍で生じる貝殻や気泡による超音波の反射の
影響が除かれる。

また、Ｔｔの期間の経過後にゲートを閉じることにより
、多重反射の影響が除かれる。

そして、ゲート回路１２を通過した受信信号は、受信ア
ンプ部１４で増幅された後、比較回路１８に与えられる
。比較回路１８は、この受信信号のレベルを予め設定さ
れたしきい値と比較し、受信信号レベルがしきい値を越
えた場合に壁面すからの超音波の反射があったものと見
なして計時カウンタ１６の動作を停止させる。そして、
このタイミングにより得られた計時カウンタ１６のカウ
ント値が距離データとして演算処理部２２に入力される
。演算処理部２２は、各々の超音波振動子ｈ１〜ｈ４で
得られる受信信号に基づいて得られる各超音波振動子り
、〜ｈ４から暗渠内壁面すまでの距離データについて次
の演算処理を行う。

たとえば、一つの超音波振動子ｈ１で得られる距離デー
タに着目した場合、第４図のフローチャートに示すよう
に、この超音波振動子ｈ１から同一方向に超音波を６回
発射した場合に得られる個々の距離データＤｉ＝Ｉ）ｉ
＋５がデータソフトラッチ部２６に直列入力されてラッ
チされる（ステップ■〜■）。そして、ラッチされた６
つの受信データＤｉ〜Ｄｉ＋５が同時に並列出力されて
次段のばらつき除去部２８に送出される。

ばらつき除去部２８は、これら６個の距離データＤ１〜
ＤＩＩの内から最小値と最大値とを除く（ステップ■）
。これは、サンプリングされる６つのデータの内には、
確率的に１〜２個の偽データが含まれているからである
。これにより、不連続的に発生する貝殻の落下や気泡に
より反射された超音波の受信信号の影響がある程度除か
れる。

ばらつき除去部２８で除かれた残り４つの距離データは
、平均値化部３０に転送されるので、平均値化部３０は
、残りの距離データの加算平均値Ｄ　（ｂ）を算出しく
ステップ■）、この平均値Ｄ　（ｂ）を新規に求めた距
離データとして比較部３２に送出する。

比較部３２は、平均値化部３０で得られた新規の平均値
Ｄ　（ｂ）と前回の演算で既に得られている平均値Ｄ　
（ｒ）との差Ｉ　Ｄ　（Ｄ−Ｄ　（ｂ）　ｌを予め設定
した水中作業ロボットの移動量判別用のしきい値Ｓと比
較する（ステップ■）。ここで、水中作業ロボットＣの
進行方向に対する直角方向の移動量は、通常、１ｍ／ｓ
ｅｃｍ／５ｅｃｘ本例では、一つの超音波振動子り、に
ついて０　、４　ｓｅｃ間隔で超音波か発射されること
になるから、超音波の発射間隔の間に水中作業ロボット
Ｃが移動しうる最大距離は、１　ｍ／５ｅｃｘ　Ｏ，４
５ｅｃ＝　０．４　ｍとなる。したがって、この例では
しきい値Ｓとして０．４ｍに設定される。

上記の比較部３２による比較の結果、新旧の距離データ
の差ｌ　Ｄ　（ｆ）　−Ｄ　（ｂ）　１かしきい値Ｓ未
満の場合には、データ更新部３４の第１処理部３４ａは
、水中作業ロボットの移動量が適正で位置ずれか無いも
のと判断して旧データＤ　（４）を新データＤ　（ｂ）
に更新する（ステップ■）。また、この更新があった場
合には、移動量の不適正が連続して起こった場合のカウ
ント値ｎをクリアする（ステップ■）。

データ更新部３４からの出力は、モニタ装置２４に送出
されるので、モニタ装置２４は、最新の距離データに基
づいて水中作業ロボットＣの表示位置を変更する。また
、データ更新部３４からの出力は、旧データとして比較
部３２にフィードバックされる。

一つの超音波振動子り、につぃては、０．４ｓｅｃ後に
次の超音波の送受信に基づいて得られた距離データＤｉ
−１−６がデータシフトラッチ部２６に入力されるので
（ステップ＠ｌ）、データシフトラッチ部２６では、既
存の６つの距離データＤｉ−Ｄｉ→５の内の最も古い距
離データＤｉを捨ててＤｉ＋１〜Ｄｉ＋６の６つの距離
データを同時に並列出力する（ステップ０）。そして、
ステップ■の動作に戻る。

ステップ■において、比較部３２で比較される新旧の距
離データの差ＩＤ　（ｆ）−Ｄ　（ｂ）　ｌがしきい値
Ｓ以上の場合には、第２処理部３４ｂは、水中作業ロボ
ットの移動量が不適正であり、何等かの異常があるもの
と判断して新データＤ　（ｂ）は無視して旧データＤ　
（ｆ）をそのまま出力する（ステップ＠）。また、この
場合には、移動量の不適正を計数するためのカウント値
ｎを＋１増加させる（ステップ［株］）。さらに、この
カウント値ｎが予め設定したしきい値（本例ではＩＯに
設定）以上か否かを判別する。しきい値（＝ＩＯ）未満
ならばステップ［相］に行き、次の距離データＤｊ−）
ｆｉを取り込む。しきい値（＝１０）以上ならば、ステ
ップ■に行き、無条件に旧データＤ　（ｆ）を新データ
Ｄ　（ｂ）に更新する。

なお、上記の実施例では、一つの超音波振動子から同一
方向に超音波を６回発射した場合に得られる距離データ
を処理する場合について説明したが、この回数に限定さ
れるものでないのは勿論である。

〈発明の効果〉 本発明によれば、貝殻の落下や気泡の影響や多重反射の
影響、さらには水中作業ロボットの傾きによる影響が全
て除かれるため、モニタ装置の画面上に水中作業ロボッ
トの位置が安定して表示されるようになる。このため、
暗渠中の水中作業ロボットの位置ずれの有無を正確に検
出できるので、作業者が水中作業ロボットの位置を錯覚
したりするなどの不具合か回避される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る水中作業ロボットの位置
検出装置の構成図、第２図は同装置の演算処理部の詳細
を示す機能ブロック図、第３図は同装置の送受信のタイ
ムチャート、第４図は演算処理部の演算処理動作を説明
するためのフローチャートである。 第５図は水中作業ロボットによる暗渠内の清掃状況の説
明図、第６図はモニタ装置に表示された水中作業ロボッ
トと暗渠断面との関係を示す説明図である。 ｌ・・・水中作業ロボットの位置検出装置、ｈ１〜ｈ。 ・・超音波振動子、２２・・・演算処理部、２４・モニ
タ装置、２６・・・データシフトラッチ部、２８・・ば
らつき除去部、３０・・・平均値化部、３２・・・比較
部、３４・・・データ更新部。 第３図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）水中作業ロボットに取り付けられた超音波振動子
   による超音波の送受波に基づいて、前記水中作業ロボッ
   トの暗渠内の位置を検出する装置であって、 前記超音波振動子で得られる受信信号に対して一定期間
   だけゲートを開くゲート回路と、 このゲート回路を通過した受信信号に基づいて水中作業
   ロボットから暗渠内壁までの距離データを算出する演算
   処理部と、 この演算処理部の演算結果に基づいて暗渠断面に対する
   水中作業ロボットの位置を画像表示するモニタ装置とを
   備え、 前記演算処理部は、 同一方向に超音波を発射して得られる各々の距離データ
   が直列入力されるたびに複数の距離データをシフトしつ
   つ並列出力するデータシフトラッチ部と、 このデータシフトラッチ部で得られる各々の距離データ
   の内から最小値と最大値とを除くばらつき除去部と、 このばらつき除去部で除かれた残りの距離データの平均
   値を算出する平均値化部と、 この平均値化部で得られた平均値と前回の平均値との差
   を予め設定した水中作業ロボットの進行方向に対する直
   角方向の移動量判別用のしきい値と比較する比較部と、 この比較部での比較結果に基づいて、両データの差が前
   記しきい値以下の場合には旧データを新データに更新し
   、両データの差がしきい値以上の場合には旧データを更
   新せずにそのまま維持するデータ更新部と、 を含むことを特徴とする水中作業ロボットの位置検出装
   置。