(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線対象のケーブルの先端部に取着されたヘッドと、このヘッドに対し複数の空気パイプを介して接続された送風装置と、前記ヘッドに対し信号線を介して接続された制御装置と、配線経路の終端部に配置され音波を発生する音波発生器とを具備し、
前記ヘッドは、
ヘッドの位置を検出しその検出信号を前記信号線を介して前記制御装置へ送信する位置センサと、
ヘッドの姿勢を検出しその検出信号を前記信号線を介して前記制御装置へ送信する姿勢センサと、
前記音波発生器から発生された音波を検出しその検出信号を前記信号線を介して前記制御装置へ送信する音波検出器と、
前記複数の空気パイプにそれぞれ接続され、当該空気パイプを通して前記送風装置から送られる空気をヘッドの進行方向に対し直交する方向に噴射する位置及び姿勢制御用の複数の空気噴射口と
を備え、
前記制御装置は、
前記位置センサから送信された位置検出信号及び前記姿勢センサから送信された姿勢検出信号をそれぞれ受信し、この受信された各検出信号に基づいて前記ヘッドの現在の位置及び姿勢を算出する手段と、
前記音波検出器から出力された音波検出信号を受信し、この受信された音波検出信号をもとに音波の発信方向を算出する手段と、
前記算出された音波の発信方向と、前記算出されたヘッドの現在の位置及び姿勢とに基づいて、前記ヘッドの位置及び姿勢を前記音波の発信方向へ向けるために必要な空気の噴射推力を前記空気噴射口別に算出する噴射推力算出手段と、
前記空気噴射口別の噴射推力の算出値に基づいて、前記送風装置から前記各空気噴射口に向けて送出する空気の噴射量を制御する手段と
を備えることを特徴とするケーブル配線システム。
【請求項２】
前記噴射推力算出手段は、
前記算出された音波の発信方向と、前記算出されたヘッドの現在の位置及び姿勢とに基づいて、前記ヘッドの鉛直下向きの合成推力を算出する手段と、
前記算出された音波の発信方向と、前記算出されたヘッドの現在の位置及び姿勢とに基づいて、前記ヘッドの鉛直方向に対し直交する左右方向の合成推力を算出する手段と、
前記算出された鉛直下向きの合成推力及び左右方向の合成推力をもとに、前記空気噴射口別に当該空気噴射口に送るべき空気噴射量を算出する手段と
を備えることを特徴とする請求項１記載のケーブル配線システム。
【請求項３】
前記ヘッドは、前記複数の空気パイプの一つに接続され、当該空気パイプを通して前記送風装置から送られる空気をヘッドの後方に噴射する前進用の空気噴射口を、さらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のケーブル配線システム。
【請求項４】
前記空気パイプの前記ヘッドより後方となる位置に取着され、前記ヘッドを含む前方方向を撮像してその画像信号を前記信号線を介して前記制御装置へ送信するカメラを、さらに具備し、
前記制御装置は、前記カメラから送られた画像信号を受信して表示器に表示する手段を、さらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のケーブル配線システム。
【請求項５】
配線対象のケーブルの先端部に取着されたヘッドと、このヘッドに設けられた位置及び姿勢制御用の複数の空気噴射口と、これらの空気噴射口に対しそれぞれ空気パイプを通して空気を送りヘッドの進行方向に対し直交する方向に噴射させる送風装置と、前記ヘッドに対し信号線を介して接続された制御装置と、配線経路の終端部に配置され音波を発生する音波発生器とを具備するシステムを用いたケーブル配線方法であって、
前記ヘッドに設けられた位置センサにより当該ヘッドの位置を検出してその位置検出信号を前記信号線を介して前記制御装置へ送り、この制御装置により前記送られた位置検出信号に基づいて前記ヘッドの現在の位置を算出する過程と、
前記ヘッドに設けられた姿勢センサにより当該ヘッドの姿勢を検出してその姿勢検出信号を前記信号線を介して前記制御装置へ送り、この制御装置により前記送られた姿勢検出信号に基づいて前記ヘッドの現在の姿勢を算出する過程と、
前記音波発生器から発生された音波を前記ヘッドに設けられた音波検出器により検出してその検出信号を前記信号線を介して前記制御装置へ送り、この制御装置により前記送られた音波検出信号に基づいて音波の発信方向を算出する過程と、
前記制御装置により、前記算出された音波の発信方向と、前記算出されたヘッドの現在の位置及び姿勢とに基づいて、前記ヘッドの位置及び姿勢を前記音波の発信方向へ向けるために必要な空気の噴射推力を前記空気噴射口別に算出する噴射推力算出過程と、
前記制御装置により、前記空気噴射口別の噴射推力の算出値に基づいて、前記送風装置から前記各空気噴射口に向けて送出する空気の噴射量を制御する過程と
を具備することを特徴とするケーブル配線方法。
【請求項６】
前記噴射推力算出過程は、
前記算出された音波の発信方向と、前記算出されたヘッドの現在の位置及び姿勢とに基づいて、前記ヘッドの鉛直下向きの合成推力を算出する過程と、
前記算出された音波の発信方向と、前記算出されたヘッドの現在の位置及び姿勢とに基づいて、前記ヘッドの鉛直方向に対し直交する左右方向の合成推力を算出する過程と、
前記算出された鉛直下向きの合成推力及び左右方向の合成推力をもとに、前記空気噴射口別に当該空気噴射口に送るべき空気噴射量を算出する過程と
を備えることを特徴とする請求項５記載のケーブル配線方法。
【請求項７】
前記ヘッドに設けられた前進用の空気噴射口に対し前記送風装置から前記複数の空気パイプの一つを通して空気を送ることにより前記ヘッドを前進させる過程を、さらに備えることを特徴とする請求項５又は請求項６記載のケーブル配線方法。
【請求項８】
前記空気パイプの前記ヘッドより後方となる位置に取着されたカメラにより、前記ヘッドを含む前方方向を撮像してその画像信号を前記信号線を介して前記制御装置へ送り、前記カメラから送られた画像信号を前記制御装置により表示器に表示する過程を、さらに備えることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載のケーブル配線方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば建物内の狭隘空間に光ファイバケーブルや同軸ケーブル等の信号ケーブルを配線するために用いるケーブル配線システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建物内において、壁裏等の狭隘空間を利用して光ファイバケーブルを配線する工法として、従来では例えば予め建物内に配管を設置しておき、その管路の入口から低摩擦な光ファイバケーブルを押し込むことにより出口まで挿通させる手法が提案されている（例えば特許文献１を参照）。この種の工法を用いれば、管路の曲がり形状に沿って配管の入口から所望の出口まで光ファイバケーブルを通線することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−３９３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、この従来提案されている工法では、配管が途中で複数に分岐していたり配管が途中で途切れて自由空間が介在する場合には、ケーブルの進行方向が配管により案内されず所望のルートに配線することができない。また、ケーブルの配線ルートを制御しようとしても、建物の壁裏等の狭隘空間に対し外部から直接アクセスすることは困難だった。特に、個人宅や十数戸程度の小規模建物では、ケーブルを配線するために設置されている配管は直径１０mm前後の小径の配管であるため、ケーブルの移動制御は著しく困難だった。
【０００５】
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、狭隘空間においても配管の有無や配管内の状態によらずケーブルを所望のルートに配線することを可能にしたケーブル配線システム及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためにこの発明の１つの観点は、配線対象のケーブルの先端部に取着されたヘッドと、このヘッドに設けられた位置及び姿勢制御用の複数の空気噴射口と、これらの空気噴射口に対しそれぞれ空気パイプを通して空気を送りヘッドの進行方向に対し直交する方向に噴射させる送風装置と、上記ヘッドに対し信号線を介して接続された制御装置と、配線経路の終端部に配置され音波を発生する音波発生器とを備える。そして、上記ヘッドに設けられた位置センサ及び姿勢センサにより当該ヘッドの位置及び姿勢を検出してその検出信号を上記信号線を介して上記制御装置へ送り、この制御装置により上記送られた各検出信号に基づいて上記ヘッドの現在の位置及び姿勢を算出する。またそれと共に、上記音波発生器から発生された音波を上記ヘッドに設けられた音波検出器により検出してその検出信号を上記信号線を介して上記制御装置へ送り、この制御装置により上記送られた音波検出信号に基づいて音波の発信方向を算出する。そして、上記制御装置により、上記算出された音波の発信方向と、上記算出されたヘッドの現在の位置及び姿勢とに基づいて、上記ヘッドの位置及び姿勢を上記音波の発信方向へ向けるために必要な空気の噴射推力を上記空気噴射口別に算出し、この算出値に基づいて上記送風装置から上記各空気噴射口に向けて送出する空気の噴射量を制御するようにしたものである。
【０００７】
したがって、ヘッドは、空気の噴射により自己の位置と姿勢を制御しながら、音波発生器から発生される音波の発生方向に向かって移動し、これにより配線ケーブルの配線が行われる。このため、配管が途中で複数に分岐していたり配管が途中で途切れて自由空間が介在する場合でも、また建物の壁裏等の狭隘空間に対し外部から直接アクセスすることが困難な場合でも、ヘッドによりケーブルを牽引して所望のルートに配線することが可能となる。特に、ケーブルを配線するための配管として直径１０mm前後の小径の配管を用いている個人宅や十数戸程度の小規模建物においても、所望のルートでケーブルを配線することができる。
【０００８】
また、この発明の１つの観点は以下のような態様を備えることも特徴とする。  
第１の態様は、上記噴射推力を算出する際に、上記算出された音波の発信方向と上記算出されたヘッドの現在の位置及び姿勢とに基づいてヘッドの鉛直下向きの合成推力を算出すると共に、上記算出された音波の発信方向と上記算出されたヘッドの現在の位置及び姿勢とに基づいてヘッドの鉛直方向に対し直交する左右方向の合成推力を算出し、さらにこの算出された鉛直下向きの合成推力及び左右方向の合成推力をもとに、上記空気噴射口別に当該空気噴射口に送るべき空気噴射量を算出するものである。  
このようにすると、鉛直下向きの合成推力及び左右方向の合成推力に応じて空気噴射口別に空気噴射量を効果的に制御することが可能となる。
【０００９】
第２の態様は、上記ヘッドに前進用の空気噴射口を設け、この前進用の空気噴射口に対し送風装置から複数の空気パイプの一つを通して空気を送ることにより上記ヘッドを前進させるようにしたものである。  
このようにすると、ヘッドの位置及び姿勢の制御だけでなく、前進制御も空気の噴出により行うことが可能となる。これにより以下のような効果が奏せられる。すなわち、ケーブルを作業員が手操作等で押し込む手法では、押し込むケーブル長がある程度長くなるとケーブルの柔軟性から途中でケーブルにたるみが発生し、それ以上押し込んでもヘッドを円滑に前進させることができなくなることが想定される。しかしながら、ヘッドに前進方向に推進力を与えるためにヘッドの後方に空気噴射口を設けたことにより、後方の空気噴射口からの空気噴射により得られる推力を用いてヘッド自体が進行することで、ケーブルのたるみを解消して安定的にケーブルを配線することが可能となる。
【００１０】
第３の態様は、上記空気パイプのヘッド取付位置より後方となる位置にカメラを取着し、このカメラにより上記ヘッドを含む前方方向を撮像してその画像信号を上記信号線を介して上記制御装置へ送り、この画像信号を上記制御装置により表示器に表示するようにしたものである。  
このようにすると、作業員はヘッドの移動動作をカメラにより撮像された画像により監視することが可能となり、移動動作に不具合が発生した場合には移動動作を停止させる等の応急措置を迅速に行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
すなわちこの発明によれば、狭隘空間においても配管の有無や配管内の状態によらずケーブルを所望のルートに配線することを可能にしたケーブル配線システム及び方法を提供することを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の一実施形態に係るケーブル配線システムの構成を示す図。
【図２】図１に示したケーブル配線システムで使用されるパイプ・信号線収容ケーブル内の構成を示す断面図。
【図３】図１に示したケーブル配線システムで使用される制御装置の機能構成を示すブロック図。
【図４】図３に示した制御装置による制御手順と制御内容を示すフローチャート。
【図５】配線対象空間の一例を示す図。
【図６】図１に示したケーブル配線システムの動作説明に使用する図。
【図７】図１に示したケーブル配線システムの動作説明に使用する図。
【図８】図１に示したケーブル配線システムの動作説明に使用する図。
【図９】この発明の他の実施形態に係るケーブル配線システムで使用するヘッドの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。  
［構成］
図１は、この発明の一実施形態に係るケーブル配線システムの全体構成を示す図である。  
このシステムは、パイプ・信号線収納ケーブル１０の先端部にヘッド１を取り付けている。また、パイプ・信号線収納ケーブル１０の基端部を電磁弁１１を介して送風装置１２に接続すると共に制御装置１３に接続し、かつパイプ・信号線収納ケーブル１０の中間部にはカメラ９を取り付けている。さらに、配線ルートの終端部には音波発生器２が配置されている。
【００１４】
ヘッド１は、円柱状をなす筐体内にヘッド位置センサ３及びヘッド姿勢センサ４を収納し、かつ筐体の周面先端部に複数の音波検出器５を配置すると共に、筐体の周面中央部に複数の空気噴射口６を配置したものとなっている。ヘッド位置センサ３及びヘッド姿勢センサ４は例えば三次元加速度センサからなり、ヘッドの位置及び姿勢を検出してその検出信号を出力する。複数の音波検出器５はマイクロホンからなり、それぞれ異なる方向から到来する音波を検出するように指向性が設定されている。そして、各音波検出器５は音波を検出したときその検出レベルを表す信号を出力する。空気噴射口６は４個からなり、筐体周面の上下及び左右に１個ずつ分散配置されている。
【００１５】
カメラ９は、筐体の先端部に固体撮像素子アレイからなるイメージセンサを配置すると共に、筐体内に基準位置センサ７及び基準姿勢センサ８を収容したものからなる。イメージセンサは、上記ヘッド１を含む前進方向を撮像してその撮像画像信号を出力する。基準位置センサ７及び基準姿勢センサ８は例えば三次元加速度センサからなり、カメラ９の位置と姿勢を検出してその検出信号を出力する。
【００１６】
図２は、パイプ・信号線収納ケーブル１０の構成を示す断面図である。パイプ・信号線収納ケーブル１０内には、配線対象の光ファイバケーブル１００に加え、５本の空気パイプ１０１〜１０５と、信号線収納管１０６が収容されている。
【００１７】
５本の空気パイプ１０１〜１０５の基端部は、それぞれ個別に電磁弁１１を介して送風装置１２に接続されている。また、５本の空気パイプ１０１〜１０５のうちの４本１０１〜１０４は、その先端部がそれぞれ上記ヘッド１の４個の空気噴射口６に接続されている。すなわち、ヘッド１の４個の空気噴射口６には、送風装置１２から送出されたのち電磁弁１１で個別に噴射量を制御された空気が供給されるようになっている。なお、上記５本の空気パイプ１０１〜１０５のうちの残りの１本１０５は、後述する前進用の噴射空気を送るためのパイプとして使用される。
【００１８】
信号線収納管１０６には、基準位置センサ用信号撚り線２０と、基準姿勢センサ用信号撚り線２１と、ヘッド位置センサ用信号撚り線２２と、ヘッド姿勢センサ用信号撚り線２３と、カメラ用信号撚り線２４と、音波検出器用信号撚り線２５が収容されている。
【００１９】
基準位置センサ用信号撚り線２０及び基準姿勢センサ用信号撚り線２１はそれぞれ上記カメラ９の基準位置センサ７及び基準姿勢センサ８と制御装置１３との間を接続するためのもので、上記基準位置センサ７及び基準姿勢センサ８からそれぞれ出力される検出信号を制御信号１３に伝送する。
【００２０】
ヘッド位置センサ用信号撚り線２２及びヘッド姿勢センサ用信号撚り線２３はそれぞれ上記ヘッド１のヘッド位置センサ３及びヘッド姿勢センサ３と制御装置１３との間を接続するためのもので、上記基準位置センサ７及び基準姿勢センサ８からそれぞれ出力される検出信号を制御信号１３に伝送する。
【００２１】
カメラ用信号撚り線２４は、上記カメラ９のイメージセンサと制御装置１３との間を接続するためのもので、上記カメラ９のイメージセンサから出力される画像信号を制御装置１３へ伝送する。音波検出器用信号撚り線２５は、上記ヘッド１の音波検出器５と制御装置１３との間を接続するためのもので、音波検出器５から出力される検出信号を制御装置１３に伝送する。
【００２２】
制御装置１３は例えばパーソナル・コンピュータからなり、以下のように構成される。図３はその機能構成を示すブロック図である。すなわち、制御装置１３は入出力インタフェースユニット１４と、制御ユニット１５と、入力部１６と、表示部１７と、記憶ユニット１８を備えている。
【００２３】
入出力インタフェースユニット１４は、上記ヘッド位置センサ３、ヘッド姿勢センサ３、基準位置センサ７、基準姿勢センサ８、イメージセンサ及び音波検出器５からそれぞれ各信号撚り線２０〜２５を介して伝送された検出信号を受信し、この受信した各検出信号をディジタルデータに変換して制御ユニット１５に入力する機能を有する。また入出力インタフェースユニット１４は、制御ユニット１５から出力される弁制御データをアナログ信号からなる弁制御信号に変換して上記電磁弁１２に供給する機能も有する。
【００２４】
入力部１６は、例えばキーボード又はタッチ式の入力ボードからなり、作業者が開始コマンドや終了コマンド等のシステムの制御データを入力するために使用される。表示部１７は、例えば液晶表示器からなり、各種制御データや、上記カメラ９により撮像された画像を表示するために使用される。
【００２５】
記憶ユニット１８は記憶媒体としてハードディスク又は半導体メモリ等の随時書込み及び読出しが可能な不揮発性メモリを備えたもので、この発明の実施形態を実施するために必要な記憶部として位置・姿勢記憶部を備えている。この位置・姿勢記憶部は、後述する制御ユニット１５により算出されるヘッド１の現在位置及び姿勢を表すデータを、ヘッド１の移動軌跡を表す情報として記憶するために用いられる。
【００２６】
制御ユニット１５は中央処理ユニット（Central Processing Unit；ＣＰＵ）を有し、この発明の実施形態を実施するために必要な制御機能として、入力データ受信制御部１５１と、位置・姿勢検出部１５２と、音波方向検出部１５３と、噴射制御部１５４と、カメラ画像表示制御部１５５を備えている。
【００２７】
入力データ受信制御部１５１は、上記入力部１６により作業者が入力した各種制御データを受け取って識別する処理を行う。
【００２８】
位置・姿勢検出部１５２は以下の処理機能を有する。  
(1) 上記ヘッド位置センサ３及びヘッド姿勢センサ３から送られる検出信号の変換データを入出力インタフェースユニット１４から一定の周期で取り込んで、ヘッド１の現在位置を算出する処理。  
(2) 基準位置センサ７及び基準姿勢センサ８から送られる検出信号の変換データを入出力インタフェースユニット１４から取り込み、この取り込んだ基準位置及び基準姿勢を表すデータをもとに上記算出されたヘッド１の現在位置及び姿勢を補正する処理。  
(3) 上記補正後のヘッド１の現在位置及び姿勢を表すデータを、ヘッド１の移動軌跡を表す情報として位置・姿勢記憶部１８１に記憶させる処理。
【００２９】
音波方向検出部１５３は、上記ヘッド１に設けられた複数の音波検出器５から送られる音波検出信号をもとに、ベクトル計算を行って音波の発信方向（音波発生器３の方向）を算出する。そして、この算出した音波の発信方向を表すデータを噴射制御部１５４に渡す処理を行う。
【００３０】
噴射制御部１５４は、上記算出された音波の発信方向と、上記算出されたヘッド１の現在の位置及び姿勢とに基づいて、ヘッド１の位置及び姿勢を上記音波の発信方向へ向けるために必要な空気の噴射推力を空気噴射口６ごとに算出する。そして、この空気噴射口６ごとに算出された噴射推力値に基づいて電磁弁１２の開閉度を制御し、これにより上記送風装置１３から各空気噴射口６に向けて送出する空気の噴射量を調節する処理を行う。
【００３１】
カメラ画像表示制御部１５５は、入力部１６においてカメラ画像の表示指示コマンドが入力された場合に、カメラ９のイメージセンサから送られる画像信号の変換データを入出力インタフェースユニット１４を介して取り込み、この画像データを表示部１７に表示させる処理を行う。
【００３２】
［動作］
次に、以上のように構成されたシステムの動作を説明する。  
なお、ここでは例えば図５に示すように、屋内の内壁に予め設置された配管１２０，１１０内を通して、図示しない信号端子箱からモジュラジャック１４０までの間に光ファイバケーブルを配線する場合を例にとって説明する。
【００３３】
配線作業に先立ち、モジュラジャック１４０側の配管１１０の出口には音波発生器３を配置する。そして、入力部１６において開始指示コマンドを入力したのち、作業者は信号端子箱側の配管１２０に対しその入り口から、図１に示したように先端部にヘッド１を取り付けかつ基端部を送風装置１２に接続したパイプ・信号線収納ケーブル１０を挿入する。そして、以後このパイプ・信号線収納ケーブル１０を配管１２０内に徐々に送り込む操作を行う。
【００３４】
上記開始指示コマンドが入力されると制御装置１３は、以下のように配線制御を実行する。図４はその制御手順と制御内容を示すフローチャートである。
【００３５】
（１）ヘッド１の位置及び姿勢の算出
制御ユニット１５は、ステップＳ１１により上記開始指示コマンドの入力を検出すると、ヘッド１が配管１２０の出口から自由空間に出たところで位置・姿勢検出部１５２によりヘッド１の現在位置及び姿勢を検出する処理を以下のように実行する。
【００３６】
すなわち、先ずステップＳ１２により基準位置センサ７及び基準姿勢センサ８の検出データを取り込み、この取り込んだ検出データをもとに配管１２０内におけるカメラ９の位置及び姿勢を算出し、この算出されたカメラ９の位置及び姿勢を基準位置及び基準姿勢として保持する。次にステップＳ１３により、ヘッド位置センサ３及びヘッド姿勢センサ４の検出データを取り込み、この取り込んだ検出データをもとにヘッド１の現在の位置及び姿勢を算出する。そして、ステップＳ１４において、上記算出されたヘッド１の現在の位置及び姿勢を、上記基準位置及び基準姿勢をもとに補正する。そして、この補正後のヘッド１の現在位置及び姿勢を表すデータを位置・姿勢記憶部１８１に記憶させる。
【００３７】
なお、上記ヘッド１の現在位置及び姿勢の算出は、カメラ９の画像を用いて行ってもよい。例えば、ヘッド１の後方に設置されたカメラ９の画像データを取得し、この画像データからカメラ座標系におけるヘッド１の位置及び姿勢を検出する。そして、この検出されたヘッド１の位置及び姿勢を表すデータを、カメラ９に取り付けた基準位置センサ７及び基準姿勢センサ８により検出されたカメラ９の位置及び姿勢をもとに補正し、この補正後の座標データを実座標系におけるヘッド１の位置及び姿勢とする。
【００３８】
（２）音波発信方向の検出
次に制御ユニット１５は、音波方向検出部１５３を起動する。そして、この音波方向検出部１５３の制御の下で、先ずステップＳ１５によりヘッド１に設けられた複数の音波検出器５によりそれぞれ検出された音波の検出レベルを表す検出信号を取り込む。次にステップＳ１６により、上記取り込んだ複数の検出信号のレベルをもとにベクトル計算を行い、音波の発信方向を算出する。
【００３９】
（３）噴射推力の算出と噴射制御
次に、制御ユニット１５は噴射制御部１５４を起動する。そして、この噴射制御部１５４の制御の下で、先ずステップＳ１７により上記位置・姿勢記憶部１８１から最新のヘッド１の位置及び姿勢を表すデータを読込む。そして、この読込んだ最新のヘッド１の位置及び姿勢を表すデータと、上記音波方向検出部１５３により算出された音波発信方向を表すデータをもとに、ヘッド１の位置及び姿勢を上記音波の発信方向へ向けるために必要な空気の噴射推力を空気噴射口６ごとに算出する。
【００４０】
例えば、いまヘッド１が配管１２０の出口から自由空間に抜け出た状態で、音波が図６に示すように前方斜め上方から受信されたとする。この場合は、ヘッド１を浮上させてヘッド１の仰角をθd となるように高さを制御する。ここで、ヘッド１を浮上させているときのパイプ・信号線収納ケーブル１０の浮上開始位置を支点Ｏとし、この支点Ｏの高さから鉛直方向のヘッド１の高さまでの距離をヘッド１の移動高さＨとする。
【００４１】
ヘッド１は、パイプ・信号線収納ケーブル１０の長手方向の剛性力と当該ケーブル１０の長手方向に対して直交する方向に向いた空気噴射口５からの空気噴射により得られる噴射推力Ｆθ により、ヘッド１の自重を支えてその高さを制御する。ここで、ヘッド１の自重をｍ、重力加速度をｇとし、パイプ・信号線収納ケーブル１０がヘッド１の仰角に比例した線形ばねでありかつ仰角が微小であると仮定し、さらにパイプ・信号線収納ケーブル１０の質量を無視した場合、ヘッド１が仰角θの位置で静止するために必要な噴射推力Ｆθ は式（１）で表される。  
Ｆθ ＝ｋθ θ＋ｍｇcos θ        …（１）
ここで、ｋθ はばね定数であり、モールの定理より以下の式（２）で表される。  
ｋθ ＝２ＥＩ／Ｌ2         …（２）
ただし、ヤング係数をＥ、断面２次モーメントをＩ、支点Ｏからヘッド１までのケーブル長をＬとする。
【００４２】
次に噴射制御部１５４は、ステップＳ１８において電磁弁１１の開度を制御することにより上記噴射推力Ｆθ を調整する。以下にこの電磁弁１１の開度を調整するためのＰＤ制御について説明する。  
いま、浮上対象のヘッド１の高さがＨd のときの仰角をθd 、現在の仰角をθとすると、操作する鉛直方向の空気噴射の推力Ｆy は、
Ｆy ＝Ｋpθ（θd −θ）−Ｋdθθ＋Ｆθ
となる。ここで、Ｋpθは比例ゲイン、Ｋdθは微分ゲインである。上記の微分方程式を解き制御量を算出して電磁弁１１に対しフィードバック制御を行う。
【００４３】
また、ヘッド１の姿勢は以下のように制御される。例えば図８において、ヘッド１が仰角θをもった状態で鉛直方向からパイプ・信号線収納ケーブル１０の長手方向の回転方向にφだけ捻れたとすると、この捻れは位置センサ３及び姿勢センサ４により検出される。そして、これらの位置センサ３及び姿勢センサ４の検出データに基づいて、鉛直上向きの力を得る２個の空気噴射口６ａ，６ｃの推力が上記Ｆθ と等しくなるように制御する。これにより、ヘッド１の自重が支持される。
【００４４】
すなわち、図８において、Ｆθ をｘ軸及びｙ軸上にそれぞれ投影した力が、ｘ軸上にある空気噴射口から得られる力Ｆx 及びｙ軸上にある空気噴射口から得られる力Ｆy とそれぞれ釣り合えばよい。そこで、
Ｆx ＝Ｆθ sinφ
Ｆy ＝Ｆθ cosφ
となるように、それぞれの空気噴射口による空気噴射量を電磁弁１１の開度を制御することで調整する。
【００４５】
また、この空気噴射口から得られる力Ｆx 、Ｆy は、
【数１】
0005470309.tif 000002
で表される。ここで、ＦA 、ＦB 、ＦC 、ＦD はそれぞれ空気噴射口６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄから得られる推進力である。
【００４６】
このＦx 、Ｆy は、捻れφが生じた場合、鉛直方向であるｙ′軸方向と水平方向であるｘ′軸方向に投影することができ、それぞれの方向の力をＦx ′、Ｆy ′とすると、
【数２】
0005470309.tif 000003
と表すことができる。
この状態から、左右にヘッド１を移動させる場合もそのベクトルをｘ軸上及びｙ軸上にそれぞれ投影し、その分だけの力を得る量の空気を各空気噴射口から噴射してやればよい。
【００４７】
なお、図８の例では上記空気噴射口の数を４個としているが、上記した理論に基づけば空気噴射口の数は３個以上であれば、ヘッド１に対し鉛直方向及び水平方向にそれぞれ推力を与えることが可能である。よって、ヘッド１に設ける噴射口の数は３個以上であれば制御は可能である。
【００４８】
制御ユニット１５の噴射制御部１５４は、以上述べたステップＳ１８による噴射制御を終了すると、この噴射制御後のヘッド位置センサ３及びヘッド姿勢センサ４の検出データをもとに、ヘッド１の位置及び姿勢が音波発信方向に向かうために設定した目標位置に達したか否かを確認するための処理をステップＳ１９で行う。そして、ヘッド１が目標位置に達していなければステップＳ２０からステップＳ１８に戻ってステップＳ１８による噴射制御を続ける。
【００４９】
一方、ヘッド１が目標位置に達すると、ステップＳ２０からステップＳ２１に移行し、ここで終了指示コマンドの入力の有無を判定する。そしてこの判定の結果、終了指示コマンドが入力されなければステップＳ１２に戻ってステップＳ１２〜ステップＳ２０による制御を繰り返す。かくして、ヘッド１は進行方向が常に音波発信方向に向くように空気噴射によりその位置及び姿勢が制御される。
【００５０】
なお、上記ヘッド１の前進移動は、先に述べたように作業者によるパイプ・信号線収納ケーブル１０の送り込み操作によりなされる。そして、このケーブル１０の送り込み操作によりヘッド１が図５に示した自由空間を移動して配管１１０の入り口に入り、この配管１１０を通ってモジュラジャック１４０に到達したことを作業者が確認して、入力部１６において終了指示コマンドを入力すると、制御ユニット１５は配線のためのヘッド１の移動制御を終了する。
【００５１】
また、上記ヘッド１の移動制御中に作業員が入力部１６において画像表示指示コマンドを入力したとする。この場合制御ユニット１５は、カメラ画像表示制御部１５５を起動し、このカメラ画像表示制御部１５５の制御の下でカメラ９を動作させてその撮像画像データを入出力インタフェースユニット１４を介して取り込む。そして、この取り込んだ画像データを表示部１７に表示させる。したがって、作業者はヘッド１の移動制御中にその移動状態を表示部１７に表示される画像により監視することが可能となる。
【００５２】
以上詳述したようにこの実施形態では、パイプ・信号線収納ケーブル１０の先端部にヘッド１を取付け、このヘッド１に位置及び姿勢制御用の複数の空気噴射口６と、複数の音波検出器５と、位置センサ３及び姿勢センサ４を設ける。そして制御装置１３により、上記位置センサ３及び姿勢センサ４によりヘッド１の位置及び姿勢を検出してその検出データをもとにヘッド１の現在の位置及び姿勢を算出すると共に、上記音波検出器５により音波の発信方向を算出する。そして、この算出された音波の発信方向と、上記算出されたヘッド１の現在の位置及び姿勢とに基づいて、上記ヘッド１の位置及び姿勢を上記音波の発信方向へ向けるために必要な空気の噴射推力を上記空気噴射口５ごとに算出し、この算出値に基づいて電磁弁１１の開度を制御することで送風装置１２から上記各空気噴射口５に向けて送出される空気の噴射量を調整し、これによりヘッド１の位置及び姿勢が常に音波発信方向に向くように制御している。
【００５３】
したがって、ヘッド１は、空気の噴射により自己の位置と姿勢を制御しながら、音波発生器２から発生される音波の発生方向に向かって移動し、これによりケーブル１０の配線が行われる。このため、図５に示すように配管１１０，１２０が途中で途切れて梁１３０等の障害物を含む自由空間が介在する場合でも、また建物の壁裏等の狭隘空間に対し外部から直接アクセスすることが困難な場合でも、ヘッド１によりケーブル１０を牽引して所望のルートに光ファイバケーブル１００を配線することが可能となる。
【００５４】
また、カメラ画像表示制御部１５５の制御の下でカメラ９を動作させ、その撮像画像データを入出力インタフェースユニット１４を介して取り込んで表示部１７に表示させるようにしている。したがって、作業員はヘッド１の移動動作をカメラ９により撮像された画像により監視することが可能となり、移動動作に不具合が発生した場合には移動動作を停止させる等の応急措置を迅速に行うことが可能となる。
【００５５】
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のような変形例が考えられる。すなわち、前記実施形態では、ヘッド１に設けた空気噴射口６からの空気噴射量の調整による進行方向の制御と、作業者によるケーブル１０の送り込み操作により、ヘッド１を任意の地点に前進移動させるようにした。しかし、このような作業者によるケーブル１０の送り込み操作では、ケーブル１０の長さがある程度長くなるとケーブル１０の柔軟性により途中でケーブル１０にたるみが発生し、それ以上送り込んでもヘッド１を円滑に前進させることができなくなることが想定される。
【００５６】
そこで、ヘッド１に前進方向に推進力を与えるために、例えば図９に示すようにヘッド１の筐体後端部に前進用の空気噴射口６０を設け、この前進用の空気噴射口６０を図２に示した空気パイプ１０５及び電磁弁１２を介して送風装置１１に接続する。そして、送風装置１１から電磁弁１２を介して空気噴射口６０に前進用の空気を送り込んで噴射させることにより、ヘッド１を前進移動させるように構成する。このようにすると、ヘッド１は後方の空気噴射口６０からの空気噴射により得られる推力を用いてヘッド１が自律的に前進することになり、これによりケーブル１０のたるみを解消して配線作業をより円滑に行うことが可能となる。
【００５７】
なお、図９においては、後方の空気噴射口６０の数を４個とした場合を例示したが数に制限はなく、１個乃至３個、或いは５個以上でもよい。ただし、前進する方向を真っ直ぐにするために空気噴射口６０は対称性の良い配置にしなくてはならない。また、空気噴射口６０の数に関係なく噴射する向きは前進方向逆向きの一方向なので、この空気噴射口６０に空気を供給する空気パイプ１０５は１つでよい。
【００５８】
また、前記実施形態では配線対象の光ファイバケーブル１００をパイプ・信号線収納ケーブル１０内に収容したが、パイプ・信号線収納ケーブル１０の外周に固定するようにしてもよい。さらに、前記実施形態ではヘッド位置センサ３、ヘッド姿勢センサ４、音波検出器５、基準位置センサ７及び基準姿勢センサ８により得られた検出信号をそれぞれ個別の信号撚り線２０〜２５を用いて伝送するようにしたが、ヘッド１内において上記各検出信号を符号化したのち多重化して１本の信号線で伝送するようにしてもよい。多重化方式としては、例えば時分割、周波数分割又は符号分割等の既存の多重化方式を用いることができる。このようにすると、センサ用信号線の本数を少なくしてパイプ・信号線収納ケーブル１０の形を小型化することが可能となる。
【００５９】
その他、配線対象ケーブルの種類や、パイプ・信号線収納ケーブルの構成、ヘッドの形状及び構成、制御装置の構成とこの制御装置によるヘッド１の位置及び姿勢の検出処理手順とその内容、音波発信方向の検出処理手順とその内容、噴射推力の計算方法、噴射制御の手順とその内容等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。
【００６０】
また、この発明に係るシステムのヘッドの位置及び姿勢制御と移動制御の手段は、空間に対しての自由度が高いため、該システムを用いて例えばレスキュー活動や配管などのひび割れ検査、遺跡調査など、狭路に挿入して内部を観察するスコープカメラへの応用が可能である。
【００６１】
要するにこの発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１…ヘッド、２…音波発生器、３…ヘッド位置センサ、４…ヘッド姿勢センサ、５…音波検出器５…空気噴射口、７…基準位置センサ、８…基準姿勢センサ、９…カメラ、１０…パイプ・信号線収納ケーブル、１１…電磁弁、１２…送風装置、１３…制御装置、１４…入出力インタフェースユニット、１５…制御ユニット、１６…入力部、１７…表示部、１８…記憶ユニット、２０…基準位置センサ用信号撚線、２１…基準姿勢センサ用信号撚線、２２…ヘッド位置センサ用信号撚線、２３…ヘッド姿勢センサ用信号撚線、２４…カメラ用信号撚線、１５１…入力データ受信制御部、１５２…位置・姿勢検出部、１５３…音波方向検出部、１５４…噴射制御部、１５５…カメラ画像表示制御部、１０１〜１０５…空気パイプ、１０６…信号線収納管、１１０，１２０…配管、１３０…梁、１４０…モジュラジャック。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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