(57)【要約】【課題】水中構造物をも含む構造物の点検装置が、構造物上を高効率にかつ確実に点検移動できる。【解決手段】水中構造物の点検装置は、履帯５に磁石４を用いた磁気クローラ６を有する３台の車両１〜３を有する。車両は２本の多関節型アーム７により、直列的に連結される。水中構造物である鉄塔１２の表面を撮影する撮像装置９と、鉄塔の表面を照らす照明装置１０と、鉄塔のパイプ１３を補修する溶接トーチ２１が車両に搭載されている。車両はケーブル１１により制御装置３０に接続される。【選択図】  図１
2004168088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
履帯に磁石を用いた磁気クローラを有する複数台の車両と、この車両を直列に連結する多関節型アームと、この多関節型アームと前記車両を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする水中構造物の点検装置。
【請求項２】
前記車両は少なくとも３台あり、前記多関節型アームは少なくとも２台あることを特徴とする請求項１に記載の水中構造物の点検装置。
【請求項３】
前記車両はそれぞれ水中構造物からの離脱手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の水中構造物の点検装置。
【請求項４】
履帯に磁石を用いた磁気クローラを有する複数台の車両を直列に連結した水中構造物の点検装置を用いて水中構造物を点検する方法において、水中構造物上を車体が移動するときは履体の磁石の磁力により車体を構造物に吸引させ、構造物間を乗り移るときは複数の車両を連結する多関節型アームを用いて車両を乗り移る構造物に位置決めすることを特徴とする水中構造物の点検方法。
【請求項５】
水中構造物を補修する補修装置を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の水中構造物の点検装置。
【請求項６】
水中構造物の地図データベースと、前記車両の水中構造物上での位置を計測する位置測定装置とを備えたことを特徴とする請求項１、２、３または５のいずれか１項に記載の水中構造物の点検装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中に浸漬される構造物の点検装置および点検方法に係り、特に海洋油田のプラットフォームの鉄塔を点検する装置および点検方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
海洋石油生産設備を外側から目視検査するのに使用される無人潜水機（ＴＭ３０８）の例が、非特許文献１の第２８６頁から第２８７頁に記載されている。同文献の第３５６頁から第３６０頁には、海洋の石油やマンガン資源を開発するためまたは開発機を保持および点検するための海洋ロボットが記載されている。その実証機は油圧駆動の双腕マニピュレータを有し、マスタースレーブ方式で操作される。そして走行制御のために、水力および方向を連続的に変化可能なバリベックプロペラが用いられている。
【０００３】
建設工事場などで足場を必要とせずに溶接部を検査したり小物を運搬する多目的移動ロボットの例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載のロボットは、柱や梁に取り付く状態とそれらから解除される状態を選択可能な２つのハンド部を有している。そして２つのハンド部は、本体に対して旋回可能であるとともに、旋回軸線に直交する軸を枢軸として俯仰できる。
【０００４】
軽量小型の磁気クローラロボットを用いてボイラ炉内等の高所壁面で点検作業するためのロボットが特許文献２に記載されている。この公報に記載のロボットは無限軌道式の磁気走行装置であり、永久磁石を装備して人手によると困難な作業環境にある目的物に取り付き、遠隔操作で機動性を発揮している。また、特許文献３には磁気吸着式のクローラ作業装置が記載されている。
【特許文献１】
特開平６−２２６６５８号公報（図１）
【特許文献２】
特開平１１−７９０２０号公報（第４頁、図１）
【特許文献３】
特開平１０−１０９６７１号公報（図３）
【非特許文献１】
山本欣市・柿倉正義編著「極限作業ロボット  そのメカニズムと設計技術」、（株）工業調査会、１９９２年７月
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記非特許文献１に記載の無人潜水機（ＴＭ３０８）および海洋ロボットは、いずれも水中遊泳式の点検補修装置であり、鉄塔表面に貼りついて潜行する方式と比べると点検対象域に至るまでの移動時間が短くて済むという利点を有する。しかしながら、遊泳機構を備えているので機体が大きく、波や海流の影響で水中構造物のパイプに機体が衝突する恐れがあり、水中構造物の内部水域に装置が進入するのが困難である。また、いずれの装置も遊泳しながらアームでパイプを把持したり放して移動するので慎重な遠隔操作が必要であり、水中構造物回りで機体を高速に移動させるのが困難である。
【０００６】
上記特許文献１に記載のロボットは、尺取虫型の構造のために移動速度が遅く、巨大な構造物を対象として作業を行わせるには効率が低くなる。特許文献２に記載のロボットは、平面または曲率半径の大きな連続曲面を走行可能であるが、直径が点検装置の寸法と同程度の円柱状の鋼管を組んだ鉄塔において、鋼管表面に吸着して走行してから鋼管の分岐部位を乗り移って移動することについては考慮されていない。さらに、特許文献３に記載のクローラ型作業装置でも、水中での動作については考慮されていない。
【０００７】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は水中構造物をも含む構造物の点検装置が、構造物上を高効率にかつ確実に点検移動できることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の特徴は、履帯に磁石を用いた磁気クローラを有する複数台の車両と、この車両を直列に連結する多関節型アームと、この多関節型アームと車両を制御する制御手段とを備えたものである。そしてこの特徴において、車両は少なくとも３台あり、多関節型アームは少なくとも２台あることが望ましく、車両はそれぞれ水中構造物からの離脱手段を有するのがよい。さらに、水中構造物を補修する補修装置を設けるのがよく、水中構造物の地図データベースと、車両の水中構造物上での位置を計測する位置測定装置とを備えるのがよい。
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の他の特徴は、履帯に磁石を用いた磁気クローラを有する複数台の車両を直列に連結した水中構造物の点検装置を用いて水中構造物を点検する方法において、水中構造物上を車体が移動するときは履体の磁石の磁力により車体を構造物に吸引させ、構造物間を乗り移るときは複数の車両を連結する多関節型アームを用いて車両を乗り移る構造物に位置決めするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明に係る水中構造物の点検装置の一実施例を説明する。図１は本発明に水中構造物の点検装置の一実施例の正面図および側面図、図２は水中構造物の一例である鉄塔の斜視図、図３は水中構造物の点検装置の動作を説明する図である。本実施例では、水中構造物は鉄塔であり、水中は海中をも含む。
【００１１】
３台の車両１〜３は、前後方向に連結されている。各車両１〜３は、磁石４を含む履帯５が無限軌道を形成する磁気クローラ６を、車両１〜３の左右側部に一対備えている。各車両１〜３を、２本の６自由度多関節型アーム７が直列に連結している。先頭車両１には、ハンドリング装置８と水中および空気中の双方で使用可能な照明装置が取り付けられている。ハンドリング装置８の先端部には、これも水中と空気中の双方で使用可能な撮像装置９が取付けられている。末尾車両３には、制御装置３０からの制御信号を入力するケーブル１１が連結されている。
【００１２】
磁気クローラ６の履帯５は、図１の正面図に示すように、鋼製パイプ１３の軸線１５に沿って進行するときは、この断面円形のパイプ１３落ちにくいように底面側が上面側より幅が狭くなる逆ハの字形状をしている。なお、各履帯５とパイプ１４の表面１６との接触面積が増すように、クローラ６全体はなじみ機構により変形可能となっている。車両１〜３の底面には、油圧ジャッキ３１が取付けられている。
【００１３】
鉄塔１２のジョイント部である分岐部１７には、パイプ溶接部１８が形成されている。この溶接部１８は、海水による侵食等のため頻繁に亀裂１９が発生しやすい。そこでこの亀裂１９を補修するために、補修装置２０すなわち水中溶接トーチ２１を車両１に備える。この補修装置２０の位置と姿勢は、車両１に搭載したハンドリング装置２２により保持される。パイプ１３の海面付近の部分または水中に浸漬される部分には、フジツボをはじめとする貝類２３が付着する。この貝類２３を剥ぎ取る剥ぎ取り手段２４を、末尾車両３に搭載する。
【００１４】
鉄塔１２には、所定の位置に車両１〜３を位置決めするのに用いる位置測定装置２５を取付けている。ここでは、図２に示すように３個の音響標識２６を各パイプ１３に取付けた。車両１〜３の後部には、受信素子２５Ａ〜２５Ｃが設けられている。各車両１〜３または制御装置３０は、音響標識２６、２６、…から送信された音波が各受信素子２５Ａ〜２５Ｃまで伝わる時間から、車両１〜３の位置を求める。制御装置３０は、点検対象の鉄塔１２の設計データから作成した地図データベース２７を備えている。
【００１５】
次にこのように構成した本実施例の水中構造物の検査装置の動作手順を、説明する。水中構造物の検査装置を、はじめ操作者が鉄塔１２のパイプ１３の表面に磁気吸着させる。これは水中であっても、海面上であってもよい。作業対象が水中鉄塔のときは、船舶に車両を搭載し、この船舶から鉄塔１２の水面上の部位に吸着させる。あるいは鉄塔１２の上端部の作業スペースから鉄塔１２の水面上の部位に吸着させる。制御装置３０は、船上または鉄塔１２の上端部の作業スペースに据え置く。作業対象が橋脚の場合には、橋上から橋脚の水面上の部位に吸着させる。作業対象が通常の空中の鉄塔のときは、地面付近の基部でパイプ１３に吸着させる。この場合、制御装置３０は地上に仮設される基地局に設けられる。
【００１６】
操作者は、先頭車両１のハンドリング装置８の先端に設けた撮像装置９の出力画像を見ながらハンドリング装置８を遠隔操作する。そして、撮像装置９の視線方向を操作する。照明装置１０は、任意の方向に投光可能になっている。各車両１〜３が連結されているから、各車両１〜３は磁気クローラ６を駆動することにより、一斉にパイプ１３の表面１６上をパイプ１３の軸線方向１５に走行する。
【００１７】
ここで、本発明の特徴である鉄塔１２のジョイント部１７の乗り移り動作を説明する。水中構造物の点検装置がパイプ１３ａ上を走行して、鉄塔１２のジョイント部１７にさしかかったら、先頭車両１の底面部に備えた油圧ジャッキ３１を作動させる。そして、先頭車両１を鉄塔１２のパイプ１３ａから引き離す。先頭車両１と中間車両２とをつなぐ多関節型アーム７の関節部２８には駆動源２９が内蔵されており、この駆動源２９を作動させて先頭車両１をパイプ１３ａから持ち上げる。持ち上げられた先頭車両１は、位置及び方向を変更可能になる。そこで、制御装置３０からの指令により、先頭車両１を他のパイプ１３ｂに乗り移らせる。
【００１８】
先頭車両１がパイプ１３ｂに乗り移ったら、多関節型アーム７のサーボ制御を解除して先頭車両１を上向きに走行させる。それとともに、中間車両２および末尾車両３を、パイプ１３ｂ上を前進させる。中間車両２が乗り移りの位置に達したら、中間車両２の底面部に取付けた油圧ジャッキ３１を作動させる。中間車両２の前後に配置した２本の多関節型アーム７を用いて中間車両２をパイプ１３ａから持ち上げる。中間車両２が浮いた状態になったら、先頭車両１と末尾車両３を前進させて、中間車両２を乗り移るパイプ１３ｂに吸引できるようにする。
【００１９】
中間車両２がパイプ１３ｂに乗り移ったら、車両１〜３を前進させる。そして末尾車両３が乗り移り位置に達したら、末尾車両３の底面部に取付けた油圧ジャッキ３１を駆動する。中間車両２と末尾車両３とをつなぐ多関節型アーム７の関節部には駆動源２９が内蔵されているので、この駆動源２９を駆動して、末尾車両３をパイプ１３ａから持ち上げる。車両１、２を前進させ、末尾車両３をパイプ１３に乗り移させる。
【００２０】
次に、点検動作に移行する。パイプ１３ｂに取付けた音響標識２６からの信号を、先頭車両１の位置測定装置２５Ａが受信する。この受信データを制御装置３０が備える鉄塔１２の地図データ２７と比較し、制御装置３０が車両１の位置を特定する。同様に、車両２、３の位置測定装置２５Ｂ，２５Ｃを用いて車両２、３の位置を特定する。車両１〜３の位置が特定されたら、地図データ２７と一緒または別個に記憶された点検データを用いて点検が必要な個所を点検していく。これは、例えば、溶接個所である。
【００２１】
予め定めた点検位置について、異常の有無をハンドリング装置８の先端に取り付けた撮像装置９を用いて目視点検する。この点検結果を地図２７データ上に書き込む。なお、予め点検位置を定める代わりに、ハンドリング装置８を操作して隈なく一方から他方へと撮像装置９を走査させるようにしてもよい。そして、その走査で見つけた異常または損傷の発生位置を、地図２７データ上に書き込むようにしてもよい。
【００２２】
鉄塔１２の海面付近や水中に浸漬した部位にフジツボ等の貝類２３が付着しているときは、撮像装置９から送られた画像を見ながら、末尾車両５に搭載した剥ぎ取り手段２４を用いて遠隔操作で貝類２３を削り落とす。剥ぎ取り手段２４は、貝類２３をパイプ１３ｂから剥ぎ取る他に、パイプ１３ａとパイプ１３ｂのジョイント部１７等に付着または堆積した物を除去するのにも使用される。このように付着物または堆積物をパイプ１３表面等から取り去ることにより、パイプ１３等に発生する亀裂１９の有無が容易に確認できる。
【００２３】
車両１〜３が、パイプ１３の周方向に移動する動作を、図４を用いて説明する。車両１〜３をパイプ１３の軸線方向に走行させ、所定位置で停止させる。車両１〜３が停止したら、車両１〜３をパイプ１３の周方向に移動させるために、先頭車両１の底面部に備えた油圧ジャッキ３１を作動させる。先頭車両１のパイプ１３への磁気吸引を解放し、先頭車両１と中間車両２とをつなぐ多関節型アーム７の関節部２８に内蔵した駆動源２９を作動させる。多関節型アーム７は、先頭車両１をパイプ１３から持ち上げ、先頭車両１を周方向に移動させる。この操作を車両２、３について順次繰り返し、パイプ１３の周方向に車両２、３を移動させる。
【００２４】
撮像装置９を用いた点検動作でパイプ等に亀裂１９が発見されたら、先頭車両に搭載した補修装置２２が備える水中溶接トーチ２１を用いて、パイプ１３の亀裂１９を補修する（図１参照）。図２に示したパイプ１３の溶接部１８には特に、亀裂１９が発生しやすいので、撮像装置９で観察しながら水中で遠隔操作でＴＩＧ溶接する。
【００２５】
なお、本実施例では海洋油田プラットフォームの鉄塔の水中部位を作業対象物として説明したが、本発明は水中構造物に限定されるものではない。各種部品を空気中仕様の部品に交換すれば、（１）トラス構造の橋脚の水中および空気中部位、（２）橋梁、（３）化学プラント配管などの構造物の点検作業や補修作業にも適用できる。
【００２６】
本実施例によれば、磁気クローラが鉄塔を確実に把持できるので点検装置が鉄塔から脱落するのを回避できる。また、鉄塔のパイプ表面を車両が移動中にパイプに衝突するのも回避できる。さらに、ジョイント部をも容易に通過できるとともに、ジョイント部の点検作業も実施できる。パイプを軸線方向に移動するときは、複数の車両を連結したまま拘束されることが無いので、高速走行が可能になる。特にパイプを組み立てた複雑な構造の鉄塔が海水中に浸漬されているときに好適である。
【００２７】
なお上記実施例では、油圧ジャッキ３１を用いて車両の位置や姿勢を変化させているが、油圧ジャッキを省いて多関節型アーム７の関節部２８に設けた駆動源２９の駆動力を用いて各車両１〜３をパイプ１３から引き離すようにしてもよい。この場合、点検装置がより簡素化し遠隔操作が容易になる。
【００２８】
上記実施例では各車両の駆動電源を操作装置に設けて、ケーブル１１で各車両に送るようにしているが、各車両が蓄電池を有するようにしてもよい。また、履体に含まれる磁石を永久磁石としたが、電磁石と永久磁石を併用してパイプからの離脱の際は電磁石を作動させないようにしてもよい。この場合離脱に要する力を低減できる。当然永久磁石は保護手段により破壊等を防止されている。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、複数の車両を連結しその車両を接続する多関節型アームを設けたので、車両のパイプ間の乗り移りが容易になり、水中に浸漬された構造物の点検が容易になるとともに確実に点検できる。また無人で点検できるので、損傷の有無や表面状態の点検作業および補修作業を安全かつ安価に実行できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水中構造物の点検装置の一実施例の正面図及び側面図。
【図２】本発明に係る水中構造物の斜視図。
【図３】水中構造物の点検装置の動作を説明する図。
【図４】図１に示した水中構造物の点検装置の上面図。
【符号の説明】
１…先頭車両、２…中間車両、３…末尾車両、４…磁石、５…履帯、６…磁気クローラ、７…多関節型アーム、８…ハンドリング装置、９…撮像装置、１０…照明装置、１１…ケーブル、１２…鉄搭、１３…鋼製パイプ、１４…円柱、１５…軸線、１６…円柱表面、１７…ジョイント部、１８…溶接部、１９…亀裂、２１…水中溶接トーチ、２２…補修装置、２３…貝類、２４…剥ぎ取り手段、２５…位置測定装置、２５Ａ〜２５Ｃ…位置測定装置、２６…音響標識、２７…地図データ、２８…関節部、２９…駆動源、３０…制御装置、３１…油圧ジャッキ。
【図１】
2004168088.tif 000003
【図２】
2004168088.tif 000004
【図３】
2004168088.tif 000005
【図４】
2004168088.tif 000006