JPH08282587A - 容器内の水中作業装置 - Google Patents

容器内の水中作業装置

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JPH08282587A
JPH08282587A JP7086661A JP8666195A JPH08282587A JP H08282587 A JPH08282587 A JP H08282587A JP 7086661 A JP7086661 A JP 7086661A JP 8666195 A JP8666195 A JP 8666195A JP H08282587 A JPH08282587 A JP H08282587A
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JP
Japan
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underwater
unit
working device
underwater working
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JP7086661A
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Shigeru Kajiyama
茂 梶山
Chikara Sato
主税 佐藤
Hirotaka Nakahara
宏尊 中原
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • G01N29/04Analysing solids
    • G01N29/07Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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Abstract

(57)【要約】 【構成】作業装置は、水中で移動可能,操舵可能にする
左右側面に装着した複数個のノズル11と、ノズル11
に水流を供給する水流供給部と、作業装置の移動方向,
姿勢を制御するためにノズル11の噴流開口部の方向を
可変にする駆動部と、作業装置を作業面と一定の距離を
保ちながら移動可能にする複数の回転体と、作業装置1
0に目的の作業をさせる作業部と、作業装置10の位置
を検出する複数の位置検出部と、作業装置の姿勢を検出
する姿勢検出部とからなる。 【効果】容器内の水中を作業装置の移動方向,姿勢を制
御して自由に移動可能なほか、作業壁面と一定の距離を
保ちながら所定の経路に従って確実に移動することによ
り、遠隔作業が正確にできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は容器内の水中を移動しな
がら、構造物の点検,補修などの作業をする装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来の装置は、特開昭58−132659号公報
のように原子炉圧力容器内の水中で、前後,左右に設け
られた4個の推進器の方向を変化させる組合せにより、
装置を上下,左右,前後に移動させるとともに装置の姿
勢を上下,左右,前後に変えられるようにするものであ
る。また装置の自己位置を三角測量法により検出すると
ともにジャイロスコープにより自己の姿勢を検出して超
音波検査などの作業をするものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術は、4
個の推進器と姿勢安定装置で水中に姿勢を安定に保持す
ることは可能である。また水中を自由に移動させること
も停止させることも可能である。しかし、例えば、超音
波検査作業の場合は、作業面に対して一定の距離を保持
した状態で、かつこの状態を維持したまま作業面に沿っ
て円滑に移動させないと、超音波ビーム路程が変化する
ため、欠陥の位置を同定できないだけでなく、その大き
さも判定できなくなる。このようにビーム路程を常に一
定に維持することが必要であるにも関わらず、これが考
慮されていなかった。
【0004】本発明の目的は、作業装置を水中で移動,
操舵が可能にするとともに作業面と一定の距離を保持し
た状態で、作業面の所定の経路に沿った確実な移動ある
いは停止を可能にし、遠隔作業を正確に実施することに
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の容器内の水中作
業装置は、左右側面に設けた複数の推進器によって推進
機能,操舵機能をもたせるとともに作業面と接する複数
の接触体によって作業面との距離を一定に保持する機能
をもたせることにより可能になる。
【0006】
【作用】本発明によれば、作業装置を水中で移動,操舵
が可能になるだけでなく、作業面に対して一定の距離を
保持した状態で、かつこの状態を維持したまま作業面に
沿って円滑に移動できるため、作業対象に対して目的の
作業が確実にできる。
【0007】
【実施例】本発明の水中作業装置を超音波検査装置とし
て、これを原子炉圧力容器のシュラウドに適用した場合
の一実施例を図1に示す。原子燃料などの炉内構造物を
取り出した後の原子炉圧力容器1は、上部格子板2,シ
ュラウド3,炉心支持板4,ジェットポンプ5などから
構成される。圧力容器1に炉水を満した状態で、作業装
置(超音波検査装置)10の両側に設けた二つの推進器
11で、後方に水流を発生させた反力で推進させなが
ら、上部格子板2の開口部からシュラウド3の内壁面の
近くまで移動させ、シュラウド3の内壁面に接触させな
がら移動させる。この場合に水中を安定に作業装置10
を移動させるためには、作業装置10の比重を水の比重
とほぼ同じにするとともに重量バランスをできるだけ均
等にすることが必要である。作業装置10に必要な駆動
電力や超音波信号は、原子炉上部のフロアに設置された
走行制御装置(図示せず)あるいは超音波信号処理装置
(作業制御装置、図示せず)からケーブル16を介して
遠隔制御される。また作業装置10に設けた各種のセン
サからの位置,姿勢,検査結果などの情報は、ケーブル
16を介して走行制御装置と超音波信号処理装置に送信
される。
【0008】炉水中を移動させて超音波検査をする作業
装置10の詳細は、図2に示す通りである。図2はシュ
ラウド3内壁面と接触する側からみた平面図で、左と右
に水流を噴出するノズル(推進器)11a,11bと、
シュラウド3内壁面に接触する車輪12とキャスタ型車
輪17と、検査用の超音波センサ15と、位置検出用の
超音波センサ14と、シュラウド3壁面上の重力方向か
らの作業装置10の傾きを検出する傾斜角検出センサ2
0とを備える。これに作業装置10内部に設けたプロペ
ラ13a,13bによつて発生させた水流は、それぞれ
の流路18a,18bを介してノズル開口部19a,1
9bから噴出させる。この水流が噴出される反力で作業
装置10を推進する。このノズル11a,11bは回転
自在に取り付けてあり、その構造の片側だけ示すと図3
のようになり、内部に設置したモータ21でギヤ23を
回転させ、これに噛み合うノズル11aと一体のギヤ2
3を回転させることにより、ノズル11aが回転し、ノ
ズル開口部19aも360度の範囲を回転できる。また
このノズル11aの回転角度は、ギヤ24と噛み合う別
のギヤ25を介してエンコーダ22によって検出され
る。このノズル開口部19aの方向を制御することによ
り、作業装置10を前後方向などへの推進あるいは姿勢
の変更ができる。
【0009】次に図2に示す左右二つのノズル(推進
器)11a,11bの開口部19a,19bの方向と作
業装置10の動作について詳細に説明する。ここで、次
のように定義する。
【0010】前進;ケーブルの延長方向と逆方向、後
進;ケーブルの延長方向、作業装置10の壁面に接する
車輪側を腹側、それとの反対方向を背側。
【0011】1)前進:二つのノズル開口部19a,1
9bの方向は、ともにケーブルの延長方向。
【0012】2)後進:二つのノズル開口部19a,1
9bの方向は、ともにケーブルの延長方向と逆方向。
【0013】3)シュラウド内壁面への押し付け:二つ
のノズル開口部19a,19bの方向は、ともに背側。
【0014】4)シュラウド内壁面からの引き離し:二
つのノズル開口部19a,19bの方向は、ともに腹
側。
【0015】5)シュラウド内壁面上での左旋回(装置
10の背側から見ると右旋回):ノズル開口部19aの
方向はケーブル延長方向,ノズル開口部19bの方向は
その反対方向。
【0016】6)シュラウド内壁面上での右旋回(装置
10の背側から見ると左旋回):ノズル開口部19aの
方向はケーブルの延長方向と逆方向,ノズル開口部19
bの方向はケーブル延長方向。
【0017】7)錐揉み右旋回:ノズル開口部19aの
方向は腹側,ノズル開口部19bの方向は背側。
【0018】8)錐揉み左旋回:ノズル開口部19aの
方向は背側,ノズル開口部19bの方向は腹側。
【0019】9)シュラウド内壁面へ押し付けながら前
進:ノズル開口部19a,19bともに方向は、ケーブ
ルの延長方向寄りの斜め背側。
【0020】10)シュラウド内壁面へ押し付けながら
後進:ノズル開口部19a,19bともに方向は、ケー
ブルの延長方向と逆方向寄りの斜め背側。
【0021】図4に示すようにシュラウド3には長手方
向の溶接線34と周方向の溶接線35があり、一般に溶
接部検査の場合は、この溶接部あるいはこの熱影響部に
沿って作業装置(超音波検査装置)10を移動させる必
要がある。長手方向の溶接線34に沿って作業装置10
を移動させる場合は、作業装置10を下向きに下降(動
作の1))した後、シュラウド3内壁面に密着(動作の
3))させ、そのまま溶接線に沿って前進,後進(動作
の9),10))させる必要がある。これに対し周方向
の溶接線35の場合は、圧力容器の下部方向へ下降(動
作の1))した後、シュラウド3の内壁面に密着(動作
の3))させ、作業装置10の姿勢を周方向の溶接線3
5と同じ方向に変更(動作の5)または6))し、その
後溶接線35に沿って前進,後進(動作の9),1
0))させる必要である。すなわち、シュラウド3内壁
面上で右旋回あるいは左旋回して作業装置10の方向を
90度変更した後、前進あるいは後進することによっ
て、作業装置10をシュラウド3内壁面に密着させなが
ら円周方向へ移動させることができる。
【0022】図2のように作業装置10のノズル(推進
器)11の数は、左右2個であるためシュラウド3内壁
面と作業装置10の前後の仰角を制御することが難し
い。しかし多少仰角方向に傾いた状態でも作業装置10
の簡単な姿勢制御により、シュラウド3内壁面に密着さ
せることができる。すなわち作業装置10の姿勢を内壁
面と近似平行の状態にし、シュラウド3の内壁方向に押
し付ける力を与えておけば、最終的に4個の車輪12,
キャスタ型車輪17は、シュラウド3内壁面に接触する
ため、作業装置10を壁面に密着できる。
【0023】図2の作業装置(超音波検査装置)10を
シュラウドの内壁面に接触させた場合の側面図を図5に
示す。ノズル(推進器)11の開口部19からの水流を
矢印のように斜め後方にすることによって、車輪12と
キャスタ型車輪17はシュラウド3の内壁面に接触する
方向の力と、前進する方向の力が同時に働くためシュラ
ウド3内壁面に沿った移動ができる。この場合のシュラ
ウド3の内壁面に沿った姿勢は、作業装置10内に設け
た傾斜角センサ(図示せず)で検出し、目標の姿勢にな
るように作業装置10内のプロペラの回転数を制御し
て、左右のノズル11からの水流量を調節する。また作
業装置10の位置は、その装置10内に設けた圧力セン
サ(図示せず)で水頭圧力を測定することにより、深さ
方向の位置が検出できる。またシュラウド3内壁面の円
周方向の作業装置10の位置は、シュラウド3の内壁表
面を伝播する表面波(超音波の一種)を超音波センサ1
4から発信して、図4に示すようにシュラウド3の長手
溶接線34(位置は既知)からの反射波の到達時間を測
定(伝播する音速は材質に依存するので既知)すること
により検出できる。また溶接線34を基準位置として、
装置10に設けた車輪12の回転数をエンコーダで検出
し、相対位置を求めることもできる。長手溶接線34
は、通常180度間隔で2か所あるのでどちらの溶接線
かの判断が必要になるが、これについては作業装置10
の挿入時に目標の溶接線の位置近くに挿入するなどの方
法で対処できる。
【0024】また目的の超音波検査をするため、図5の
作業装置10内の別に設けた超音波センサ15から超音
波をシュラウド材中に発信し、反射波の大きさ,時間差
等によって欠陥の有無を判定する。通常の超音波センサ
15の構成は、被検査体3に垂直な超音波ビーム40を
発するセンサと、斜角の超音波ビーム41を発するセン
サが装着されている。垂直ビームで被検査体(シュラウ
ド)3の表面と底面からの反射波の時間差を検出するこ
とにより板厚を測定し、斜角ビームで欠陥からの反射時
間から欠陥の位置を検出し、その反射強度から欠陥の大
きさを検出する。したがって超音波センサ15と被検査
体(シュラウド)3の距離は、常に一定に維持する必要
がある。
【0025】これらの姿勢,位置,超音波などの情報
は、ケーブル16を介して、上部のフロアに設置されて
いる走行制御装置(図示せず)と超音波信号処理装置
(図示せず)と送,受信され、遠隔から制御される。
【0026】作業装置10の上下方向の位置は、圧力セ
ンサで水頭圧を検出する方式について述べたが、これに
限定されるものでなく、図4の周方向の溶接線35(こ
の高さ方向の位置は既知)を表面波の超音波センサ14
で検出し、これを基準にした伝播時間や車輪12の回転
数から距離を測定する方法などにより、上下方向の位置
を求めることもできる。
【0027】実施例ではノズル11の形状を円筒にし、
その側面に開口部を設ける方式で説明したが、図6のよ
うに先端を屈曲させたエルボ型ノズル11a,11bの
形状にしても同様のことが実現できる。また図2では車
輪12とキャスタ型車輪17の組合せにしたが、壁面へ
の押し付け力が小さい場合は、キャスタ型車輪17が旋
回し易くなって操舵が難しくなる場合もある。このよう
な場合は、図6のようにむしろ四つの車輪を固定した車
輪12にした方が装置10の移動が円滑になる。さらに
実施例では、ノズル11へ供給する水流をそれぞれ独立
して設けるようにしたが、一つのプロペラ13で水流を
発生させ、これをそれぞれの流路18に分岐する方式に
することもできる。図7は作業装置10の左右に2個ず
つのノズル11a,11cと11b,11dを設けた例
を示したものである。この場合の特長は、左右1個ずつ
の場合と同様の動作ができるだけでなく、作業装置10
の腹側,背側への水流制御により、作業装置10前後の
仰角(姿勢)を制御することができる。この場合の仰角
方向の姿勢は、傾斜角センサと直交した方向の角度が検
出できるように、別の傾斜角センサを付ける。また左右
の一方のノズル(例えば11a,11b)からの水流の
反力で作業装置10をシュラウド3内壁面に押し付け、
他方のノズル(例えば11c,11d)で作業装置10
を前後に推進させることもできる。また片側2本のノズ
ルを3本にして1本のノズルからの反力で押し付け、他
の2本のノズルからの反力で推進させることもできる。
【0028】図2の実施例では、検査用超音波センサ1
5を作業装置10に固定する方式について述べたが、こ
れに限定されるものでなく、例えば、図7に示すように
走査用のアーム36に検査用の超音波センサ15を横行
自由に取付け、モータ37で横行方向に走査するととも
にアーム36上の超音波センサ15の位置をエンコ−ダ
38で検出することもできる。
【0029】また実施例では、水流による反力を利用し
た推進(移動)、壁面への押し付け、姿勢制御(操舵)
を行うことについて説明したが、ノズル(推進器)11
は壁面への押し付けに利用し、壁面に沿った移動は、図
6の左右の車輪12をモ−タを駆動して移動する方式も
目的によっては有効である。この左右のモ−タの回転数
の制御とノズル(推進器)11の方向,水量の制御を併
用させることによっても、移動速度の変更,操舵が可能
になる。
【0030】実施例では、作業装置10の左右側面に取
り付けた二つのノズル(推進器)11を左右別々に設け
たモ−タ21で駆動し、その回転角度も左右別々に設け
たエンコ−ダ22で検出する方法について説明したが、
この方法に限定されるものでなく、例えば一つのモ−タ
で両側の二つのノズル(推進器)11あるいはそれ以上
の数のノズル(推進器)11を同時に駆動し、その回転
角度を一つのエンコ−ダで検出することもできる。
【0031】水流の吸い込み口を作業装置10の側面に
設けることで説明したが、これに限定されるものでな
く、例えば、作業装置10の腹側に設けることにより、
移動壁面への押し付け力を高めることができる。
【0032】実施例では、検査作業の対象をシュラウド
内壁にしたが、シュラウド外壁,圧力容器内壁など他の
壁面に適用することもできるし、車輪12,17に変え
てクロ−ラにすれば、上部格子板,炉心支持板などにも
適用することができる。
【0033】実施例では、作業壁面と接触し、所定の間
隔を保って移動するために4個の回転体として車輪12
あるいはキャスタ型車輪17を利用することで説明した
が、これらに替えてあるいはこれと組み合せて回転可能
なボ−ルにすることもできる。この場合、移動面と回転
体の接触が点接触あるいは線接触であれば、装置10を
移動面に安定に押し付けるためには、3個以上の数が必
要になる。また水中放電加工作業のように一定個所に長
い時間停止させて作業する場合は、作業装置は作業面と
一定の距離を確保し続け、電極だけを送るようにした方
が良い場合もある。この場合は、むしろ回転体よりも回
転しない剛体あるいは機構の方が望ましい。作業反力を
受けるなど作業によっては、吸盤のように作業装置10
を積極的に固定する手段を併設した方が有効な場合があ
る。
【0034】実施例で説明した作業装置10の位置検出
方法,姿勢検出方法に限定されるものではなく、例えば
超音波を利用した三角測量法による位置検出,静電容量
式傾斜角センサ,ジャイロスコ−プなどによる姿勢検出
なども適用できる。
【0035】実施例で説明した作業は、超音波による検
査作業であるが、この他に水中カメラを搭載すれば目視
検査が可能になる。また電極の出し入れ機能をもつ放電
加工機を搭載すれば、原子炉の炉水は純度管理されてい
るため水中放電加工ができる。さらにグラインダ作業な
どもできる。このように目的の作業に応じて、その作業
機械を作業装置10に搭載することができる。
【0036】本実施例によれば、次のような効果があ
る。
【0037】(1)作業装置10の左右2個のノズル11
の方向(角度)の選択により、作業装置10を容器1水
中を前進と後進、作業壁面3への押し付けと引き離し、
作業壁面3上での右旋回と左旋回、作業装置10の錐揉
み右旋回と左旋回及び作業面3上への押し付けながらの
前進と後進が可能である。
【0038】(2)左右2個のノズル11により、容器1
内の水中を自由に移動できるだけでなく、作業壁面3と
一定の距離を保った状態で、壁面3に沿って自由に移動
できるため、作業装置10に搭載した超音波センサ15
により、正確な超音波検査ができる。
【0039】(3)左右2個のノズル11により、水中の
作業壁面3上で作業装置10を目標とする方向に姿勢を
変更できる。したがって目標とする方向に自由に移動で
きる。
【0040】(4)左右2個のノズル11の方向によっ
て、作業装置10を作業壁面3への押し付けとその壁面
3に沿った移動あるいはこの両方ができる。作業装置1
0の小型,軽量化が図れる。
【0041】(5)作業装置10に搭載した超音波(表面
波)センサ14による溶接線34,35の検出,圧力セ
ンサによる水頭圧の検出,エンコ−ダによる車輪12の
回転数の検出などの選択により、作業装置10の作業位
置を正確に検出できる。 (6)作業壁面3と平行した方向の作業装置10の姿勢
は、作業装置10に搭載した傾斜角センサで検出でき
る。また作業壁面10と直交した方向の作業装置10の
姿勢も、別に搭載した傾斜角センサで検出できる。
【0042】(7)作業装置10の左右各2個以上のノズ
ル11を設けることにより、壁面3との仰角方向の姿勢
も制御できる。また左右2個以上のノズル11を作業壁
面への押し付け用と推進用に分けることもできる。
【0043】(8)超音波作業だけでなく、作業装置10
に搭載する作業機器を替えれば、水中カメラによる目視
監視,水中放電加工,グラインダ加工などの作業もでき
る。
【0044】
【発明の効果】本発明によれば、容器内の水中で作業装
置を移動,操舵することができるとともに、作業面と一
定の距離を維持した状態で、作業面の所定の経路に沿っ
た移動あるいは停止ができるため、目的の遠隔作業が正
確にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を原子炉圧力容器に適用した実施例の斜
視図。
【図2】超音波検査装置を作業面からみた平面図。
【図3】ノズル駆動機構部の平面図。
【図4】シュラウドに超音波検査装置を適用した斜視
図。
【図5】超音波検査装置の側面図。
【図6】超音波検査装置の変形例を示す平面図。
【図7】超音波検査装置の他の変形例を示す平面図。
【符号の説明】
1…圧力容器,3…シュラウド、10…作業装置,11
…ノズル、16…ケーブル。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】容器内の水中を移動して構造材の点検,補
    修などの作業をする装置において、水中作業装置を移動
    可能にする左右側面に各1個を装着した推進器と、前記
    推進器の噴流開口部の方向を回転自在にする機構部と、
    前記機構部を回転駆動する駆動部と、前記推進器に水流
    を供給する水流供給部と、前記水中作業装置を作業面と
    一定の距離を保ちながら移動可能にする複数の回転体
    と、前記水中作業装置に目的の作業をさせる作業部と、
    前記水中作業装置の位置を検出する位置検出部と、前記
    水中作業装置の姿勢を検出する姿勢検出部と、前記水中
    作業装置の動きを遠隔から制御する走行制御装置と、前
    記作業部を遠隔から制御する作業制御装置とから構成さ
    れることを特徴とする容器内の水中作業装置。
  2. 【請求項2】水中作業装置の位置検出を水頭圧センサ,
    溶接線検出センサ,回転体の回転数検出センサから構成
    される位置検出部と、垂壁作業面と平行した方向の前記
    水中作業装置の姿勢を検出する振子型傾斜角センサから
    なる姿勢検出部とを具備した請求項1に記載の容器内の
    水中作業装置。
  3. 【請求項3】水中作業装置の作業部に取り付けた検査用
    の超音波センサと、前記超音波センサを前記作業装置の
    左右方向に走査できるアームと、前記アームに沿って前
    記超音波センサを左右方向に駆動する駆動部と、前記ア
    ーム上の前記超音波センサの位置を検出する位置検出部
    とを具備した請求項1に記載の容器内の水中作業装置。
  4. 【請求項4】容器内の水中を移動して構造材の点検,補
    修などの作業をする装置において、水中作業装置を移動
    可能にする左右側面に各複数個を装着した推進器と、前
    記推進器の噴流開口部の方向を回転自在にする機構部
    と、前記機構部を回転駆動する駆動部と、前記推進器に
    水流を供給する水流供給部と、前記水中作業装置を作業
    面と一定の距離を保ちながら移動可能にする複数の回転
    体と、前記水中作業装置に目的の作業をさせる作業部
    と、前記水中作業装置の位置を検出する位置検出部と、
    前記水中作業装置の姿勢を検出する姿勢検出部と、前記
    水中作業装置の動きを遠隔から制御する走行制御装置
    と、前記作業部を遠隔から制御する作業制御装置とから
    構成されることを特徴とする容器内の水中作業装置。
  5. 【請求項5】水中作業装置の左右側面に2個以上を具備
    した前記推進器を、前記装置の推進用と作業面への押し
    付け用途に、それぞれ分担させる請求項4に記載の容器
    内の水中作業装置。
  6. 【請求項6】水中作業装置の左右側面に2個以上を具備
    した推進器と、作業壁面との仰角方向の姿勢と作業壁面
    と平行した方向の姿勢とをそれぞれ検出する傾斜角セン
    サを具備し、左右それぞれの前記推進器の噴流開口部の
    方向あるいは水量を制御することにより、前記装置の仰
    角方向と平行方向の姿勢を制御する請求項4に記載の容
    器内の水中作業装置。
  7. 【請求項7】容器内の水中を移動して構造材の点検,補
    修などの作業をする装置において、水中作業装置を移動
    可能にする左右側面に少なくとも各1個を装着した推進
    器と、前記推進器の噴流開口部の方向を回転自在にする
    機構部と、前記機構部を回転駆動する駆動部と、前記推
    進器に水流を供給する水流供給部と、前記水中作業装置
    を作業面と一定の距離を保持する複数の機構と、前記水
    中作業装置に目的の作業をさせる作業部と、前記水中作
    業装置の位置を検出する位置検出部と、前記水中作業装
    置の姿勢を検出する姿勢検出部と、前記水中作業装置の
    動きを遠隔から制御する走行制御装置と、前記作業部を
    遠隔から制御する作業制御装置とから構成されることを
    特徴とする容器内の水中作業装置。
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