(57)【要約】【課題】従来の地下曲線小口径下水道管工事では、鋼鉄製の曲線誘導管が用いられ、内部にパソコン演算機能も組込まれていて、工事費が非常に高く、また、工期も長くかかるという大きな欠点があった。本発明は、これらの多くの欠点を大幅に改善し、かつ工費も安くし、工期も短縮化するため、小口径の管内で使用される超小型のロボットを開発することを課題とする。【解決手段】本発明では、従来の曲線誘導管の代りに小型化されたインナーユニットを用い、従来は円筒形であったロボット走行管を角形にして、ローリングを極小化して、測定精度を向上させると共に、その内部に新規に３軸光ファイバー使用のジャイロを搭載した新型、超小型のロボット台車を、新規な牽引装置により、牽引走行させ、また、ジャイロによって測定した角度、或は、別途測定した位置の計測要素を、従来と異なる外部のパソコンに通信して計算測定する方式による超小型ロボット台車を開発したことによって解決した。【選択図】      図１
2005345104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
小口径曲線推進工事において使用されるものであって、地中に連続して埋設される推進管内に直列に連結されて収納され断面正方形乃至矩形を含む異形に形成される走行管内を牽引用部材により牽引走行する台車と、この上に設置される光ファイバを用いた超小型ジャイロと反射鏡とプリズム及び光電スイッチとからなり、前記反射鏡とプリズムで測量台車の３次元座標を計測し、前記ジャイロによる角度変化計測データ及び前記光電スイッチによる前記走行管路の通過本数データをデータ伝送用線により外部のパソコンに伝達すべく構成されることを特徴とする測量ロボット台車。
【請求項２】
前記台車は、形状が前記管路内走行に適した列車状体であり、該台車の下部前後、左右、上部に車輪を取付けて４点支持とし、更に車輪は着脱可能なゴムリングを被せた構造とし、前記異形管内面に常に接するように配置することにより、該異形管路内において安定した姿勢を保ち、衝撃を吸収する構造である請求項１に記載の測量ロボット台車。
【請求項３】
前記台車はその下部前後、左右、上部の車輪配置において、各々複数個の車輪を配置し、更にデータ伝送用線の取付ける側の牽引部品を除くジャイロ搭載部分の該台車に、車輪の配置を左右対称及び前後対称に配置して、衝撃を緩和させ、測定精度を向上させる構造としたものである。請求項１又は２に記載の測量ロボット台車。
【請求項４】
前記反射鏡とプリズムは、台車走行方向に対して斜め方向に取り付け、立坑に設置した測距・測角計測装置により牽引用部材による影響を受けずに測距・測角及び／又は距離の計測を可能にしたものである請求項１〜３のいずれかに記載の測量ロボット台車。
【請求項５】
前記光電スイッチによる一定長の管路の通過本数データが、その計測において、該管路に規制正しく特定の位置に開口した穴の位置を、該光電管が通過する時に検出するものである請求項１〜４のいずれかに記載の測量ロボット台車。
【請求項６】
前記牽引用部材が、該牽引用部材と該台車の接続を容易に着脱可能の装置をつけたものである請求項１〜５のいずれかに記載の測量ロボット台車。
【請求項７】
前記台車は、プリズム及び／又はＬＥＤ（発光ダイオード）を搭載し、立坑に設置した測距・測角計測装置により、測距・測角及び／又は距離を計測するものである請求項１〜６のいずれかに記載の測量ロボット台車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高度な技術を必要とする地下曲線下水道造成工事において、特に小口径曲線推進工事に用いられる新型のロボットであって、高性能超小型測量ロボット台車に関わるものである。具体的にこれを換言すれば、従来は普通サイズのロボットの使用によったため、地下下水道の曲線部を含む工事においては、先ず鉄製の高価な曲線誘導管を何本も用いて、曲線孔を造成し、後にヒューム管と入れ替え、最終曲線孔造成を行うという、コスト高の２工程式工事を行っていたが、本発明ではこれを１工程に大幅改善を可能とするための、必須の用件であり、それに用いる超小型化された測量ロボット台車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の地下下水道工事、特に立坑と立坑間の下水道工事においては、ほぼ直径が約８０ｃｍ以上として、最初は人間が中に入って、測量を行いながら直線部も曲線部も掘削して、トンネルを構築するなどの工事が行われていた。しかしこれでは、比較的大口径な場合には対応できるが、７０ｃｍ以下の小口径工事に対しては自動、半自動の測量と工事法が必要となってきた。しかし、測量ロボット台車そのものを名称とした従来技術は存在していない。従って、本発明の従来技術としては、トンネルの位置検出装置とか、自動位置測定のための自走ジャイロなどを従来技術に代わるものとして挙げて論ずることができる。
【０００３】
（第１の従来技術）
トンネルの位置検出装置（特開昭６０−２９６０９）のような技術が、すでに存在している。これはトンネルの壁に沿って設けた走行路と、その走行路を走行する走行体と、その走行体の走行距離及び角速度を測定する走行距離検出器及び角速度検出器と、距離及び角速度のデータからトンネルの位置を演算する演算部とから構成されるトンネル位置検出装置である。而して、この技術は近時において必要となった、曲線施工部を有するトンネル及び作業員が入れないような小口径のトンネル工事において測量を可能にしたものである。
【０００４】
（第２の従来技術）
この従来技術は、自走ジャイロ車方式による自動位置測定方法と装置を開示している（特開昭６１−１３０８１４）。この技術内容は管路内又は管路内にこの管路と平行に設けた小径の管内で、ジャイロ及び傾斜計を搭載した台車を上記管の軸方向に沿って一定速度以上で走らせ、このジャイロ及び傾斜計により方位角、傾斜角及び別設の台車の走行距離を測る距離計から得られる走行距離を連続的に検出し、これらの検出データから別設の演算器を用いて上記台車の移動軌跡を求め、この移動軌跡から上記管路の位置を測定することを特徴とする自走ジャイロ車方式による自動位置測定法を開示している。要するにこの従来技術は、埋設管の管路自体又は管路内に入れた測定管内にジャイロを載せた台車を走らせて管路の位置を測定する技術である。
【０００５】
（第３の従来技術）
小口径ではじめて曲線施工を実用化した技術であり、磁力線を用いたもので、エースモール工法とも呼ばれるもので、交通渋滞、騒音、振動などの環境問題上の必要から、立坑を減らすために採用される場合も増えてきた。
【０００６】
（第４の従来技術）
比較的最近の従来技術として曲線誘導機を用いたミクロ工法による技術がある。これは鋼鉄製の誘導機に固定したレール上をリングレーザジャイロを搭載した自走ロボットが走行し、走行した軌跡を正確に測量し、掘進機の位置を求めて、曲線横穴を造成する技術で、それ以前のほかの技術よりは、曲線で数倍の距離の工事を可能とした技術である。
【０００７】
しかしながら、これらの従来技術は次のような諸欠点、問題点を有するものである。即ち第１の従来技術は、既成のトンネルの壁に沿って走行路を設け、堀進機付近でＵターンさせる走行管を示している。しかし、小口径は推進管が７０ｃｍ以下であり、ここで示された走行管のＵターンの直径はそれ以下となる。この曲率半径内を直線状の走行体を通過させるには、走行管との間に大きな間隙を必要とする。間隙のある走行路を大きな振動とローリングをなくして走行体を走行させることは非常に困難であり、高速に走行させれば大きなローリングが発生し、水平角度検出精度と鉛直角度検出精度が極端に悪くなり、実用上の精度とならない。第２の従来技術も第１の従来技術と同様の問題点がある。即ち、自走ジャイロ車方式は、走行管が円形であり自走車は走行断面よりやや小さい断面のものとしているため、間隙が小さいことは直線状の走行体が非常に大きな曲率半径ならば利用できるが、曲率の小さな場合は利用できないことを示し、使用を大きく制限している。しかも管の内側にあわせて湾曲した車輪はローリングしようとする力を防止できずサイドローラもローリングする力に対抗する機能を有していない、従って要求精度を確保するためには高速に走行させなければならず、高速走行時の振動とローリングを防止する目的で間隙を少なくしたものであるならば曲線状の管路計測との表現に相当の制約を受け実用上大きな問題があった。
【０００８】
第３の従来技術は磁力線を用いた測量技術であるが、測定位置の付近の地下に磁力線を受けて誘導電流を生じさせるような送電線類があると、誘導電流によって発生した磁力線と本来測定したい磁力線との判別が出来ず、地上で測定した磁力線は誘導電流によって発生した磁力線と測定のために発生した磁力線との合成値を示すこととなり、大きな誤差を生じ、その結果、必要線工事の曲率半径や方向などに誤りを生じ、正確な工事が出来ないという、致命的な大欠点を有している。また第４の従来技術は工事の精度は高いが、鋼鉄製の曲線誘導機を多数本使用し、その上内部にパソコンを内蔵する自走式測量ロボットを使用しているために工事費のほうも益々高価であり、工期も長く、また、高価な曲線誘導機を多数在庫を持たなければならないため、結局は工事費が非常に高いという大きな欠点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記多数の従来技術の諸欠点、問題点をほぼ全面的に除去解決して、精度が高く、工期も短く、しかも工事費が大幅に安くなるという、画期的な新技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、小口径曲線推進工事において使用されるものであって、地中に連続して埋設される推進管内に直列に連結されて収納され断面正方形乃至矩形を含む異形に形成される走行管内を牽引用部材により牽引走行する台車と、この上に設置される光ファイバを用いた超小型ジャイロと反射鏡とプリズム及び光電スイッチとからなり、前記反射鏡とプリズムは立坑において測量ロボット台車の３次元座標を計測するために用い、前記ジャイロによる角度変化計測データ及び光電スイッチによる前記走行管路の通過本数データをデータ伝送用線により外部のパソコンに伝達すべく構成される測量ロボット台車である。
【００１１】
また、請求項２の発明は、前記台車は形状が前記管路走行に適した列車状体であり、該台車の下部前後、左右、上部に車輪を取付け、４点支持とし、更に車輪は着脱可能なゴム輪を被せた構造とし、前記異形管内面に常に接するように配置することにより、該異形管路内において安定した姿勢を保ち、衝撃を吸収する構造である測量ロボット台車である。
【００１２】
また、請求項３の発明は、前記台車が、その下部前後、左右、上部の車輪配置において、各々複数個の車輪を配置し、更にデータ伝送用線の取付ける側の牽引部品を除くジャイロ搭載部分の該台車に、車輪の配置を左右対称及び前後対称に配置して、衝撃を緩和させ、測定精度を向上させる構造とした測量ロボット台車である。
【００１３】
また、請求項４の発明は、前記反射鏡とプリズムとし平面度の高い反射鏡を台車の走行方向に対し斜め方向に取付けることにより、立坑に設置した測距・測角装置により牽引用部材による影響を受けずに測距・測角及び／又は距離の計測を可能とした測量ロボットである。
【００１４】
また、請求項５の発明は、前記光電スイッチ又は磁気スイッチによる一定長の管路の通過本数データが、その計測において、該管路に規則正しく特定の位置に開口した穴の位置を、該光電スイッチが通過する時に検出する測量ロボット台車である。
【００１５】
また、請求項６の発明は、前記牽引用部材が、該牽引用部材と該台車の接続を容易に着脱可能の装置をつけた測量ロボット台車である。
【００１６】
また、請求項７の発明は前記台車が、プリズム及び／又はＬＥＤ（発光ダイオード）を立坑から視準できる方向に搭載し、立坑に設置した測距・測角計測装置により、測距・測角及び／又は距離を計測する測量ロボット台車である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
前記した本発明の構成の他本発明の実施の具体的説明として、その背景から述べれば、このロボット台車を超小型化する直接の目的は、推進管径が呼び径３００〜７００ｍｍφのものに適用するニーズに応ずるためであり、本発明によって初めて可能となった。先ず、従来はすべて断面丸型のロボット走行路を、測量精度向上のため、断面異形とし本実施の形態としては断面正方形に近い例を挙げたが、円形以外のものを断面異形と称する。この走行管の断面について円形以外の形状を選んだ技術上の理由は、円形であると従来ロボット台車のローリングが意外と大きく、測量精度が悪く測定結果に比較的大きな誤差を生じて来た。そこで、本発明ではこの走行管断面を角型にしたところ、測定誤差は半分以下、従って、測定精度は倍以上に向上したのである。ジャイロは一般的に角度変化を測定するもので、本発明では使用するロボットの角度変化を測定するものである。この測定データを地上のコンピュータに有線で伝送し、制御の要素とするものである。また、反射鏡は立坑に設置した測距・測角計測装置で正対視準してロボットの３次元姿勢を計測する。この反射鏡を斜めに取付けることにより、牽引用部材による影響を受けることなく、角度計測が可能となる。
【００１８】
次に、本発明の測量ロボット台車の具体的の構造を図面を参照して詳述する。図１に示すように立坑１５の側面から堀削された掘削孔内に推進管１６が順次埋設され、その内部にはその断面形状が正方形又は矩形を含む異形の角形状の走行管１７が複数本直列に配設される。本発明の測量ロボット台車１はこの走行管１７内を進行し、角変化の計測や管路の通過本数のデータを計測するためのものである。
【００１９】
測量ロボット台車１は光ファイバを用いた超小型のジャイロ２とこの台車側に配置されジャイロの中心に対して対称位置に配置される車輪３（前後，上下，左右）と、反射鏡４を収納しジャイロ２の後部に連設して配置される反射鏡収納体５と、ジャイロ２の前部に連設して配置される牽引用金具６と、反射鏡収納体５や牽引用金具６に連結される牽引用ワイヤ７等とからなる。また、ジャイロ２には後に説明するがプリズム８やＬＥＤ９が取り付けられる。また、牽引用ワイヤ７は地上側の巻取装置１０と掘進機３８に連結される後続管３９に収納された巻取装置１１に連結される。また、牽引用ワイヤ７にはエンコーダ１２が設けられ、牽引用ワイヤ７の送り出し長さの検出を行う。また、立坑内にはロボットに取付けられたプリズムにより位置計測を、また、反射鏡４に写った像よりロボットの方位角を計測する測量機器１３が設けられ、通信によりロボットの位置及び角度の情報を立坑外に設けられたパソコン１４に送る。また、パソコン１４はエンコーダ１２や光電スイッチ２３にも連結され、測量ロボット台車１の移動距離や管路の通過本数の計測を行う。
【００２０】
図４，図５に示すように、車輪３はジャイロ２のジャイロ中心に対して前後に対称となるように配置され、走行管１７内の上下及び左右の内壁に接触して測量ロボット台車１を安定支持する構造のものからなる。図２は測量ロボット台車１に取り付けられた上下及び左右の車輪３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを示す。これ等の車輪３ａ等の図３に示すような構造からなる。即ち、車輪本体１８は車軸１９に軸受２０を介して枢支され、車輪本体１８の外周にはゴムリング２１が嵌着される。これにより、衝撃防止機能を発揮し、摩耗しても簡単に交換でき経済性に優れているようにしている。図２にはプリズム８やＬＥＤ９が測量ロボット台車１上に搭載されて配置されている。なお、プリズム８は測量ロボット台車１の方位角計測のためであり、光電スイッチ９は走行管１７の透過本数の計測のためのものであり、図１に示した開口孔２２（走行管１７の所定位置に開口形成されている）との合致により位置検知が行われ、透過本数の計測を行うように形成されている。
【００２１】
図２はジャイロ２や車輪３の配設状態やその構造を示すものである。これ等の車輪３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄはジャイロ２の下方に配置されている台４０に各々支持されている。なお、上方の車輪３ａと左右の車輪３ｃ，３ｄの詳細構造を図６，図７により説明する。
【００２２】
図６において、台４０にはブラケット２４が立設状態で固定される。このブラケット２４の上端側には回転軸２５により片持ち支持されて揺動部材２６が取り付けられている。車輪３ａはこの揺動部材２６に枢支される。また、揺動部材２６にはストッパ部２７が形成され、このストッパ部２７はブラケット２４側に取り付けられたスプリング入りプランジャー２８のスプリングの力を受け、車輪３ａが走行管の内壁に接触するようになっている。
【００２３】
図７の左右の車輪３ｃ，３ｄは台４０に回転軸２９により片持ち支持されている揺動部材３０に枢支される。この揺動部材３０は台３１のスプリング入りプランジャー３２の力を受け、車輪３ｃ，３ｄが走行管の内壁に接触するようになっている。
【００２４】
次に、図７，図８により牽引用ワイヤ７が取り付けられる牽引用金具６の構造を説明する。牽引用金具６は台４０側に固定される紐取り付け部材３３と、この支持ピン３４に長孔３５を挿入して頭付きねじ３６により固定される金具３７等とからなる。牽引用ワイヤ７は金具３７の先端側に連結固定される。
【００２５】
以上の構成の測量ロボット台車１を連設して配置される走行管１７内に入れて牽引用ワイヤ７により測量ロボット台車１を移動させると測量ロボット台車１は車輪３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにより走行管１７内に安定支持された状態で走行管１７の内壁に沿って円滑に進行する。従来の測量ロボット台車１の位置を求める方式は、ジャイロ２及び距離計測装置で走行した軌跡を求め、立坑１５において測量ロボット台車１の方向を求めることで位置を計算していた。しかし、立坑１は狭く十分な測量距離を確保できないため、視準距離が二倍となる正対測量を採用している。今回は、さらに精度を向上させる目的で、測量ロボット台車１の後方に設置したＬＥＤ９とプリズム８を立坑１から掘進機３８の方向に走行管１７を進んだ状態でも視準できるようにして、立坑１での視準可能な二倍以上の距離で測量ロボット台車１のＬＥＤ９とプリズム８を測量し、立坑１で正対測量から得られた測量データと対比して修正することを可能とした。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、地下の下水道工事において、小口径長距離曲線工事に使用するインナーユニットを小型化するために開発された超小型測量用ロボットであるが、種々従来にない改良を加えたことにより、次の多くの効果を有する。
１）光ファイバーを用いた小型センサーを採用したことにより、ジャイロが超小型化された。
２）従来は、計算機能も測量ロボット台車に搭載され、複雑高価な工具装置によっていたが、本発明では、センサと通信ケーブルのみをロボット内に取付け、計算機能は地上のパソコンで行うことにしたので、全体としては、小型化され、かつ原価も大幅に安くなった。
３）ロボットに角度測定のための反射鏡を斜めに取付けたことにより、牽引装置による測距・測角計測装置の視角の妨害がなくなり、的確に測距・測角の測定が可能になった。
４）ロボット走行路断面は従来円形であり、円形の回転誤差即ち、ローリングによる誤差があったが、このロボット走行路の断面を角形にしたので、ローリング誤差は半分以下となり、換言すれば測量精度は倍以上に正確となった。
５）ロボットの走行車輪としては、ゴム車輪やスプリング入りプランジャーなど衝撃吸収機構付車輪を配置したので、双方向への走行を円滑に行うことができるようになった。
６）車輪の配置をジャイロ搭載部分のセンター、或いは牽引部材間センターを中心に対称に配設することにより、双方向での台車の挙動差違を微少にすることが可能となり、更に測定精度が向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の測量ロボット台車の概要構造と測量ロボット台車の進行する走行管や推進管や立坑，巻取装置等の概要構造を示す側面図（ａ）及び上面図（ｂ）。
【図２】測量ロボット台車に設けられ走行管の内壁に当接して測量ロボット台車を安定支持する車輪の構造及びプリズムや光電スイッチの取り付け状態を示す断面図。
【図３】車輪の詳細構造を示す断面図。
【図４】測量ロボット台車に設けられている各車輪の構造と配置を示す側面図。
【図５】図４の上面図。
【図６】上方向車輪の詳細構造を示す側面図。
【図７】左右方向の車輪の詳細構造を示す平面図。
【図８】牽引用金具の構造を示す側断面図。
【符号の説明】
１    測量ロボット台車
２    ジャイロ
３    車輪
３ａ  上方車輪
３ｂ  下方車輪
３ｃ  左方車輪
３ｄ  右方車輪
４    反射鏡
５    反射鏡収納体
６    牽引用金具
７    牽引用ワイヤ
８    プリズム
９    ＬＥＤ
１０  巻取装置
１１  巻取装置
１２  エンコーダ
１３  測量機器
１４  パソコン
１５  立坑
１６  推進管
１７  走行管
１８  車輪本体
１９  車軸
２０  軸受
２１  ゴムリング
２２  開口孔
２３  光電スイッチ
２４  ブラケット
２５  回転軸
２６  揺動部材
２７  ストッパ部
２８  ストッパピン
２９  回転軸
３０  揺動部材
３１  ストッパ部
３２  ストッパピン
３３  紐取り付け部材
３４  支持ピン
３５  長孔
３６  頭付きねじ
３７  金具
３８  掘進機
３９  後続管
４０  台
【図１】
2005345104.tif 000003
【図２】
2005345104.tif 000004
【図３】
2005345104.tif 000005
【図４】
2005345104.tif 000006
【図５】
2005345104.tif 000007
【図６】
2005345104.tif 000008
【図７】
2005345104.tif 000009
【図８】
2005345104.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成15年11月27日(2003.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】  小口径曲線推進工事において使用されるものであって、地中に連続して埋設される推進管内に直列に連結されて収納され断面正方形乃至矩形を含む異形に形成される走行管内を牽引用部材により牽引走行する台車と、この上に設置される光ファイバーを用いた超小型ジャイロと反射鏡とプリズム及び光電スイッチとからなり、前記反射鏡とプリズムで測量台車の３次元座標を計測し、前記ジャイロによる角度変化計測データ及び前記光電スイッチによる前記走行管路の通過本数データをデータ伝送用線により外部のパソコンに伝達すべく構成されることを特徴とする測量ロボット台車。
【請求項２】  前記台車は、形状が前記管路内走行に適した列車状体であり、該台車の下部前後、左右、上部に車輪を取付けて４点支持とし、更に車輪は着脱可能なゴムリングを被せた構造とし、前記異形管内面に常に接するように配置することにより、該異形管路内において安定した姿勢を保ち、衝撃を吸収する構造である請求項１に記載の測量ロボット台車。
【請求項３】  前記台車はその下部前後、左右、上部の車輪配置において、各々複数個の車輪を配置し、更にデータ伝送用線の取付ける側の牽引部品を除くジャイロ搭載部分の該台車に、車輪の配置を左右対称及び前後対称に配置して、衝撃を緩和させ、測定精度を向上させる構造としたものである。請求項１又は２に記載の測量ロボット台車。
【請求項４】  前記反射鏡とプリズムは、台車走行方向に対して斜め方向に取り付け、立坑に設置した測距・測角計測装置により牽引用部材による影響を受けずに測距・測角及び／又は距離の計測を可能にしたものである請求項１〜３のいずれかに記載の測量ロボット台車。
【請求項５】  前記光電スイッチによる一定長の管路の通過本数データが、その計測において、該管路に規制正しく特定の位置に開口した穴の位置を、該光電管が通過する時に検出するものである請求項１〜４のいずれかに記載の測量ロボット台車。
【請求項６】  前記牽引用部材が、該牽引用部材と該台車の接続を容易に着脱可能の装置をつけたものである請求項１〜５のいずれかに記載の測量ロボット台車。
【請求項７】  前記台車は、プリズム及び／又はＬＥＤ（発光ダイオード）を搭載し、立坑に設置した測距・測角計測装置により、測距・測角及び／又は距離を計測するものである請求項１〜６のいずれかに記載の測量ロボット台車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高度な技術を必要とする地下曲線下水道造成工事において、特に小口径曲線推進工事に用いられる新型のロボットであって、高性能超小型測量ロボット台車に関わるものである。具体的にこれを換言すれば、従来は普通サイズのロボットの使用によったため、地下下水道の曲線部を含む工事においては、先ず鉄製の高価な曲線誘導管を何本も用いて、曲線孔を造成し、後にヒューム管と入れ替え、最終曲線孔造成を行うという、コスト高の２工程式工事を行っていたが、本発明ではこれを１工程に大幅改善を可能とするための、必須の用件であり、それに用いる超小型化された測量ロボット台車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の地下下水道工事、特に立坑と立坑間の下水道工事においては、ほぼ直径が約８０ｃｍ以上として、最初は人間が中に入って、測量を行いながら直線部も曲線部も掘削して、トンネルを構築するなどの工事が行われていた。しかしこれでは、比較的大口径な場合には対応できるが、７０ｃｍ以下の小口径工事に対しては自動、半自動の測量と工法が必要となってきた。しかし、測量ロボット台車そのものを名称とした従来技術は存在していない。従って、本発明の従来技術としては、トンネルの位置検出装置とか、自動位置測定のための自走ジャイロなどを従来技術に代わるものとして挙げて論ずることができる。
【０００３】
（第１の従来技術）
トンネルの位置検出装置（特開昭６０−２９６０９）のような技術が、すでに存在している。これはトンネルの壁に沿って設けた走行路と、その走行路を走行する走行体と、その走行体の走行距離及び角速度を測定する走行距離検出器及び角速度検出器と、距離及び角速度のデータからトンネルの位置を演算する演算部とから構成されるトンネル位置検出装置である。而して、この技術は近時において必要となった、曲線施工部を有するトンネル及び作業員が入れないような小口径のトンネル工事において測量を可能にしたものである。
【０００４】
（第２の従来技術）
この従来技術は、自走ジャイロ車方式による自動位置測定方法と装置を開示している（特開昭６１−１３０８１４）。この技術内容は管路内又は管路内にこの管路と平行に設けた小径の管内で、ジャイロ及び傾斜計を搭載した台車を上記管の軸方向に沿って一定速度以上で走らせ、このジャイロ及び傾斜計により方位角、傾斜角及び別設の台車の走行距離を測る距離計から得られる走行距離を連続的に検出し、これらの検出データから別設の演算器を用いて上記台車の移動軌跡を求め、この移動軌跡から上記管路の位置を測定することを特徴とする自走ジャイロ車方式による自動位置測定法を開示している。要するにこの従来技術は、埋設管の管路自体又は管路内に入れた測定管内にジャイロを載せた台車を走らせて管路の位置を測定する技術である。
【０００５】
（第３の従来技術）
小口径ではじめて曲線施工を実用化した技術であり、磁力線を用いたもので、エースモール工法とも呼ばれるもので、交通渋滞、騒音、振動などの環境問題上の必要から、立坑を減らすために採用される場合も増えてきた。
【０００６】
（第４の従来技術）
比較的最近の従来技術として曲線誘導機を用いたミクロ工法による技術がある。これは鋼鉄製の誘導機に固定したレール上をリングレーザジャイロを搭載した自走ロボットが走行し、走行した軌跡を正確に測量し、掘進機の位置を求めて、曲線横穴を造成する技術で、それ以前のほかの技術よりは、曲線で数倍の距離の工事を可能とした技術である。
【０００７】
しかしながら、これらの従来技術は次のような諸欠点、問題点を有するものである。即ち第１の従来技術は、既成のトンネルの壁に沿って走行路を設け、堀進機付近でＵターンさせる走行管を示している。しかし、小口径は推進管が７０ｃｍ以下であり、ここで示された走行管のＵターンの直径はそれ以下となる。この曲率半径内を直線状の走行体を通過させるには、走行管との間に大きな間隙を必要とする。間隙のある走行路を大きな振動とローリングをなくして走行体を走行させることは非常に困難であり、高速に走行させれば大きなローリングが発生し、水平角度検出精度と鉛直角度検出精度が極端に悪くなり、実用上の精度とならない。第２の従来技術も第１の従来技術と同様の問題点がある。即ち、自走ジャイロ車方式は、走行管が円形であり自走車は走行断面よりやや小さい断面のものとしているため、間隙が小さいことは直線状の走行体が非常に大きな曲率半径ならば利用できるが、曲率の小さな場合は利用できないことを示し、使用を大きく制限している。しかも管の内側にあわせて湾曲した車輪はローリングしようとする力を防止できずサイドローラもローリングする力に対抗する機能を有していない、従って要求精度を確保するためには高速に走行させなければならず、高速走行時の振動とローリングを防止する目的で間隙を少なくしたものであるならば曲線状の管路計測との表現に相当の制約を受け実用上大きな問題があった。
【０００８】
第３の従来技術は磁力線を用いた測量技術であるが、測定位置の付近の地下に磁力線を受けて誘導電流を生じさせるような送電線類があると、誘導電流によって発生した磁力線と本来測定したい磁力線との判別が出来ず、地上で測定した磁力線は誘導電流によって発生した磁力線と測定のために発生した磁力線との合成値を示すこととなり、大きな誤差を生じ、その結果、必要線形工事の曲率半径や方向などに誤りを生じ、正確な工事が出来ないという、致命的な大欠点を有している。また第４の従来技術は工事の精度は高いが、鋼鉄製の曲線誘導機を多数本使用し、その上内部にパソコンを内蔵する自走式測量ロボットを使用しているために工事費のほうも益々高価であり、工期も長く、また、高価な曲線誘導機を多数在庫を持たなければならないため、結局は工事費が非常に高いという大きな欠点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記多数の従来技術の諸欠点、問題点をほぼ全面的に除去解決して、精度が高く、工期も短く、しかも工事費が大幅に安くなるという、画期的な新技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、小口径曲線推進工事において使用されるものであって、地中に連続して埋設される推進管内に直列に連結されて収納され断面正方形乃至矩形を含む異形に形成される走行管内を牽引用部材により牽引走行する台車と、この上に設置される光ファイバーを用いた超小型ジャイロと反射鏡とプリズム及び光電スイッチとからなり、前記反射鏡とプリズムは立坑において測量ロボット台車の３次元座標を計測するために用い、前記ジャイロによる角度変化計測データ及び光電スイッチによる前記走行管路の通過本数データをデータ伝送用線により外部のパソコンに伝達すべく構成される測量ロボット台車である。
【００１１】
また、請求項２の発明は、前記台車は形状が前記管路走行に適した列車状体であり、該台車の下部前後、左右、上部に車輪を取付け、４点支持とし、更に車輪は着脱可能なゴム輪を被せた構造とし、前記異形管内面に常に接するように配置することにより、該異形管路内において安定した姿勢を保ち、衝撃を吸収する構造である測量ロボット台車である。
【００１２】
また、請求項３の発明は、前記台車が、その下部前後、左右、上部の車輪配置において、各々複数個の車輪を配置し、更にデータ伝送用線の取付ける側の牽引部品を除くジャイロ搭載部分の該台車に、車輪の配置を左右対称及び前後対称に配置して、衝撃を緩和させ、測定精度を向上させる構造とした測量ロボット台車である。
【００１３】
また、請求項４の発明は、前記反射鏡とプリズムとし平面度の高い反射鏡を台車の走行方向に対し斜め方向に取付けることにより、立坑に設置した測距・測角装置により牽引用部材による影響を受けずに測距・測角及び／又は距離の計測を可能とした測量ロボットである。
【００１４】
また、請求項５の発明は、前記光電スイッチ又は磁気スイッチによる一定長の管路の通過本数データが、その計測において、該管路に規則正しく特定の位置に開口した穴の位置を、該光電スイッチが通過する時に検出する測量ロボット台車である。
【００１５】
また、請求項６の発明は、前記牽引用部材が、該牽引用部材と該台車の接続を容易に着脱可能の装置をつけた測量ロボット台車である。
【００１６】
また、請求項７の発明は前記台車が、プリズム及び／又はＬＥＤ（発光ダイオード）を立坑から視準できる方向に搭載し、立坑に設置した測距・測角計測装置により、測距・測角及び／又は距離を計測する測量ロボット台車である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
前記した本発明の構成の他本発明の実施の具体的説明として、その背景から述べれば、このロボット台車を超小型化する直接の目的は、推進管径が呼び径３００〜７００ｍｍφのものに適用するニーズに応ずるためであり、本発明によって初めて可能となった。先ず、従来はすべて断面丸型のロボット走行路を、測量精度向上のため、断面異形とし本実施の形態としては断面正方形に近い例を挙げたが、円形以外のものを断面異形と称する。この走行管の断面について円形以外の形状を選んだ技術上の理由は、円形であると従来ロボット台車のローリングが意外と大きく、測量精度が悪く測定結果に比較的大きな誤差を生じて来た。そこで、本発明ではこの走行管断面を角型にしたところ、測定誤差は半分以下、従って、測定精度は倍以上に向上したのである。ジャイロは一般的に角度変化を測定するもので、本発明では使用するロボットの角度変化を測定するものである。この測定データを地上のコンピュータに有線で伝送し、制御の要素とするものである。また、反射鏡は立坑に設置した測距・測角計測装置で正対視準してロボットの方位角を計測する。この反射鏡を斜めに取付けることにより、牽引用部材による影響を受けることなく、角度計測が可能となる。
【００１８】
次に、本発明の測量ロボット台車の具体的の構造を図面を参照して詳述する。図１に示すように立坑１５の側面から堀削された掘削孔内に推進管１６が順次埋設され、その内部にはその断面形状が正方形又は矩形を含む異形の角形状の走行管１７が複数本直列に配設される。本発明の測量ロボット台車１はこの走行管１７内を進行し、角変化の計測や管路の通過本数のデータを計測するためのものである。
【００１９】
測量ロボット台車１は光ファイバーを用いた超小型のジャイロ２とこの台車側に配置されジャイロの中心に対して対称位置に配置される車輪３（前後，上下，左右）と、反射鏡４を収納しジャイロ２の後部に連設して配置される反射鏡収納体５と、ジャイロ２の前部に連設して配置される牽引用金具６と、反射鏡収納体５や牽引用金具６に連結される牽引用ワイヤ７等とからなる。また、ジャイロ２には後に説明するがプリズム８やＬＥＤ９が取り付けられる。また、牽引用ワイヤ７は地上側の巻取装置１０と掘進機３８に連結される後続管３９に収納された巻取装置１１に連結される。また、立坑１５側の牽引用ワイヤ７にはエンコーダ１２が設けられ、牽引用ワイヤ７の送り出し長さの検出を行う。また、立坑１７内には測量ロボット台車１に取り付けられたプリズムにより位置計測を、また、反射鏡４に写った測量機１３の像より測量ロボット台車１の方位角を計測する測量機１３が設けられ、通信により測量ロボット台車１の位置及び方位角の情報を地上側に設けられたパソコン１４に送られている。また、パソコン１４はエンコーダ１２や光電スイッチ２３にも連結され、測量ロボット台車１の移動距離や管路の通過本数の計測を行う。
【００２０】
図４，図５に示すように、車輪３はジャイロ２のジャイロ中心に対して前後に対称となるように配置され、走行管１７内の上下及び左右の内壁に接触して測量ロボット台車１を安定支持する構造のものからなる。図２は測量ロボット台車１に取り付けられた上下及び左右の車輪３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを示す。これ等の車輪３ａ等の図３に示すような構造からなる。即ち、車輪本体１８は車軸１９に軸受２０を介して枢支され、車輪本体１８の外周にはゴムリング２１が嵌着される。これにより、衝撃防止機能を発揮し、摩耗しても簡単に交換でき経済性に優れているようにしている。図２にはプリズム８やＬＥＤ９が測量ロボット台車１上に搭載されて配置されている。なお、プリズム８は測量ロボット台車１の方位角計測のためであり、光電スイッチ２３は走行管１７の透過本数の計測のためのものであり、図１に示した開口孔２２（走行管１７の所定位置に開口形成されている）との合致により位置検知が行われ、透過本数の計測を行うように形成されている。
【００２１】
図２はジャイロ２や車輪３の配設状態やその構造を示すものである。これ等の車輪３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄはジャイロ２の下方に配置されている台４０に各々支持されている。なお、上方の車輪３ａと左右の車輪３ｃ，３ｄの詳細構造を図６，図７により説明する。
【００２２】
図６において、台４０にはブラケット２４が立設状態で固定される。このブラケット２４の上端側には回転軸２５により片持ち支持されて揺動部材２６が取り付けられている。車輪３ａはこの揺動部材２６に枢支される。また、揺動部材２６にはストッパ部２７が形成され、このストッパ部２７はブラケット２４側に取り付けられたスプリング入りプランジャー２８のスプリングの力を受け、車輪３ａが走行管の内壁に接触するようになっている。
【００２３】
図７の左右の車輪３ｃ，３ｄは回転軸２９により片持ち支持されている揺動部材３０に枢支される。この揺動部材３０は台３１のスプリング入りプランジャー３２の力を受け、車輪３ｃ，３ｄが走行管の内壁に接触するようになっている。
【００２４】
次に、図７，図８により牽引用ワイヤ７が取り付けられる牽引用金具６の構造を説明する。牽引用金具６は台４０側に固定される紐取り付け部材３３と、この支持ピン３４に長孔３５を挿入して頭付きねじ３６により固定される金具３７等とからなる。牽引用ワイヤ７は金具３７の先端側に連結固定される。
【００２５】
以上の構成の測量ロボット台車１を連設して配置される走行管１７内に入れて牽引用ワイヤ７により測量ロボット台車１を移動させると測量ロボット台車１は車輪３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにより走行管１７内に安定支持された状態で走行管１７の内壁に沿って円滑に進行する。従来の測量ロボット台車１の位置を求める方式は、ジャイロ２及び距離計測装置で走行した軌跡を求め、立坑１５において測量ロボット台車１の方向を求めることで位置を計算していた。しかし、立坑１は狭く十分な測量距離を確保できないため、視準距離が二倍となる正対測量を採用している。今回は、さらに精度を向上させる目的で、測量ロボット台車１の後方に設置したＬＥＤ９とプリズム８を立坑１５から掘進機３８の方向に走行管１７を進んだ状態でも視準できるようにして、立坑１５での視準可能な二倍以上の距離で測量ロボット台車１のＬＥＤ９とプリズム８を測量し、立坑１５で正対測量から得られた測量データと対比して修正することを可能とした。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、地下の下水道工事において、小口径長距離曲線工事に使用するインナーユニットを小型化するために開発された超小型測量用ロボットであるが、種々従来にない改良を加えたことにより、次の多くの効果を有する。
１）光ファイバーを用いた超小型ジャイロを採用したため測量ロボットが超小型化された。
２）従来は、計算機能も測量ロボット台車に搭載され、複雑高価な工具装置によっていたが、本発明では、センサと通信ケーブルのみをロボット内に取付け、計算機能は地上のパソコンで行うことにしたので、全体としては、小型化され、かつ原価も大幅に安くなった。
３）ロボットに角度測定のための反射鏡を斜めに取付けたことにより、牽引装置による測距・測角計測装置の視角の妨害がなくなり、的確に測距・測角の測定が可能になった。
４）ロボット走行路断面は従来円形であり、円形の回転誤差即ち、ローリングによる誤差があったが、このロボット走行路の断面を角形にしたので、ローリング誤差は半分以下となり、換言すれば測量精度は倍以上に正確となった。
５）ロボットの走行車輪としては、ゴム車輪やスプリング入りプランジャーなど衝撃吸収機構付車輪を配置したので、双方向への移動が円滑に行うことができるようになった。
６）車輪の配置をジャイロ搭載部分のセンター、或いは牽引部材間センターを中心に対称に配設することにより、双方向での台車の挙動差違を微少にすることが可能となり、更に測定精度が向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の測量ロボット台車の概要構造と測量ロボット台車の進行する走行管や推進管や立坑，巻取装置等の概要構造を示す側面図（ａ）及び上面図（ｂ）。
【図２】  測量ロボット台車に設けられ走行管の内壁に当接して測量ロボット台車を安定支持する車輪の構造及びプリズムや光電スイッチの取り付け状態を示す断面図。
【図３】  車輪の詳細構造を示す断面図。
【図４】  測量ロボット台車に設けられている各車輪の構造と配置を示す側面図。
【図５】  図４の上面図。
【図６】  上方向車輪の詳細構造を示す側面図。
【図７】  左右方向の車輪の詳細構造を示す平面図。
【図８】  牽引用金具の構造を示す側断面図。
【符号の説明】
１    測量ロボット台車
２    ジャイロ
３    車輪
３ａ  上方車輪
３ｂ  下方車輪
３ｃ  左方車輪
３ｄ  右方車輪
４    反射鏡
５    反射鏡収納体
６    牽引用金具
７    牽引用ワイヤ
８    プリズム
９    ＬＥＤ
１０  巻取装置
１１  巻取装置
１２  エンコーダ
１３  測量機器
１４  パソコン
１５  立坑
１６  推進管
１７  走行管
１８  車輪本体
１９  車軸
２０  軸受
２１  ゴムリング
２２  開口孔
２３  光電スイッチ
２４  ブラケット
２５  回転軸
２６  揺動部材
２７  ストッパ部
２８  スプリング入りプランジャー
２９  回転軸
３０  揺動部材
３１  台
３２  スプリング入りプランジャー
３３  紐取り付け部材
３４  支持ピン
３５  長孔
３６  頭付きねじ
３７  金具
３８  掘進機
３９  後続管
４０  台