(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット本体に、走行駆動される走行車輪と、該走行車輪の外周部で回転駆動されて接地面を清掃する清掃具とを有する複数の走行清掃装置を設け、
走行清掃装置に、走行車輪を覆う回転支持体を設けるとともに、該回転支持体の開口部に清掃具を設け、
前記清掃具は、前記回転支持体の下端開口部にリング支持板を介して周方向に取り付けられて着地面に摺接する清掃ブラシと、前記清掃ブラシが一定角度ごとに切り欠かれた切欠き部に取り付けられて着地面の表面を掻き取るスクレーパとを備え、
前記清掃具の回転により発生する遠心力で、水を前記切欠き部から外周側に流出させて前記回転支持体内を負圧とすることにより、ロボット本体を着地面に吸着させるように構成した
ことを特徴とする水中清掃ロボット。
【請求項２】
少なくとも一対の走行清掃装置を、着地面に平行な軸線の両側に配置するとともに、前記走行清掃装置を軸線と平行な軸心周りに回動可能な接地面調整装置を設け、
前記接地面調整装置により曲面状の接地面の走行および清掃可能に構成した
ことを特徴とする請求項１記載の水中清掃ロボット。
【請求項３】
走行清掃装置に、走行車輪をステアリング軸を介して操向するステアリング機構を設け、
前記ステアリング軸に旋回筒を介して回転支持体を設けた
ことを特徴とする請求項１または２記載の水中清掃ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電プラントなどの取水管や放水管路等で、湾曲面やカルバート平面に付着した貝や海草などの海生生物（付着物）を清掃除去するための水中清掃ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば発電所などに設けられる取水路には、壁面にフジツボやイガイ、カキ、海草などの海生生物が付着して繁殖するが、このような海生生物が繁殖すると、水路の圧力損失を与えるとともに、死滅したりして流入すると取水施設にダメージを与えることになる。そのため、水路の壁面を自動的に清掃する水中清掃ロボットが提案されている。この種の水中作業ロボットとして、たとえば特開２００１−６３６４４に開示されたものがある。この水中ロボットは、図１４，図１５に示すように、ロボット本体５１の底部中央に左右一対の回転ブラシ５２ａ，５２ｂを有する清掃ユニット５２が設けられるとともに、略四隅位置にステアリング機構を内蔵した電動車輪５３が配設されている。またロボット本体５１の上面には、吸着用スラスタ５４が四隅位置に設けられると共に、ロボット本体５１の左右両側に遊泳用スラスタ５５がそれぞれ配置されている。
【０００３】
上記構成において、吸着用スラスタ５４によりロボット本体５１を管の内壁面に押付けて、回転ブラシ５２ａ，５２ｂにより管の内壁面を清掃しつつ、電動車輪５３を回転駆動してロボット本体５１を任意方向に移動させ、内壁面全体を清掃するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記構成によれば、清掃走行中に電動車輪５３が、未清掃の壁面に接地されると、摩擦力が小さいために滑りが生じ、走行またはステアリングをスムーズに行うためには、吸着用スラスタによる大きい押付け力が必要となる。また４個の電動車輪５３がすべて同じような未清掃壁面または清掃済みの壁面に接地していればよいが、一部の電動車輪５３が未清掃面に接地され、残りの電動車輪５３が清掃済み面に接地されると、接地面との摩擦力に差が生じてステアリング制御や走行制御がきわめて難しくなるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決して、着地した状態での走行を精度良く行える水中清掃ロボットを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、ロボット本体に、走行駆動される走行車輪と、該走行車輪の外周部で回転駆動されて接地面を清掃する清掃具とを有する複数の走行清掃装置を設け、走行清掃装置に、走行車輪を覆う回転支持体を設けるとともに、該回転支持体の開口部に清掃具を設け、前記清掃具は、前記回転支持体の下端開口部にリング支持板を介して周方向に取り付けられて着地面に摺接する清掃ブラシと、前記清掃ブラシが一定角度ごとに切り欠かれた切欠き部に取り付けられて着地面の表面を掻き取るスクレーパとを備え、前記清掃具の回転により発生する遠心力で、水を前記切欠き部から外周側に流出させて前記回転支持体内を負圧とすることにより、ロボット本体を着地面に吸着させるように構成したものである。
【０００７】
上記構成によれば、走行車輪の外周部に清掃具を配置して接地面を清掃するように構成したので、着地位置からわずかに移動した後の走行車輪の着地面をすべて清掃済みの面とすることができ、付着物による滑りが少なくなり、十分な摩擦力を確保することができるので、走行車輪による走行移動を精度良く行うことができる。また、清掃具は、走行車輪の外周部で回転支持体が回転されることから、清掃具の遠心力により、清掃具周囲近傍の海水が外周側に流出されて、剥離された付着物が走行車輪側に流入して走行を阻害することもなく、さらに回転支持体内から海水が流出されて回転支持体内が負圧にされることにより発生した吸着力で、清掃具および走行車輪を接地面に強く押付けることができるので、良好な清掃状態と、確実な走行とを確保することができる。さらに、清掃具を清掃ブラシとスクレーパとで構成したので、付着力が強い海生生物なども確実に除去することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、少なくとも一対の走行清掃装置を、着地面に平行な軸線の両側に配置するとともに、前記走行清掃装置を軸線と平行な軸心周りに回動可能な接地面調整装置を設け、前記接地面調整装置により曲面状の接地面の走行および清掃可能に構成したものである。
【００１１】
上記構成によれば、接地面調整装置により左右両側の走行清掃装置を傾斜させて湾曲状の接地面に対応させることにより、湾曲状の接地面を走行して清掃することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の構成において、走行清掃装置に、走行車輪をステアリング軸を介して操向するステアリング機構を設け、前記ステアリング軸に旋回筒を介して回転支持体を設けたものである。
【００１３】
上記構成によれば、清掃済みの接地面により、ステアリング制御の精度を向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係る水中清掃ロボットの実施の形態を図１〜図１１に基づいて説明する。
【００１５】
図１〜図４に示すように、この水中清掃ロボット１は、ロボット本体２の底部には、前部中央に配置された前部走行清掃装置３ＣＦと、後部両側に配置された後部左右走行清掃装置３ＲＲ，３ＲＬとがそれぞれ設けられるとともに、前部で左右両側に配置された推進スラスタ４Ｒ，４Ｌと、前部で中央上部に配置された前部垂直スラスタ５ＣＦと、後部で左右両側に配置された左右後部垂直スラスタ５ＲＲ，５ＲＬとが設けられている。これら各スラスタ４Ｒ，４Ｌ，５ＣＦ，５ＲＲ，５ＲＬは、それぞれスラスタ回転駆動装置により回転軸を介して回転駆動される推進翼により構成される。
【００１６】
またロボット本体２のカバー６内には、左右一対の浮力タンク７が設けられてロボット全体として浮力と質量とがつりあった状態に構成され、さらに油圧ユニット８や水深センサ（図示せず）、耐圧ユニット３６内に装備された制御盤（図示せず）などが装備され、ロボット本体２の前部と後部に水中カメラ９Ｆ，９Ｒや水中ライト１０Ｆ，１０Ｒ、探知ソナーがそれぞれ配置されるとともに、後部に壁面距離センサ（図示せず）などが設けられている。
【００１７】
前部走行清掃装置３ＣＦおよび左右後部走行清掃装置３ＲＲ，３ＲＬは、ステアリング機構付きの走行機構と清掃機構とが一体に形成された同一構造であり、図５に示すように、ボス部１３に軸受を介してステアリング軸１４が回転自在に支持され、ステアリング軸１４の上端部にステアリング駆動装置１９（電動モータや油圧モータなど）の出力軸が連結されている。またステアリング軸１４の下端部にヨーク部材１５が取り付けられ、このヨーク部材１５に、走行駆動装置（電動モータや油圧モータなど）１６を内蔵した走行車軸１７を介して走行車輪１８が支持され、走行機構が構成されている。
【００１８】
また前記ボス部１３に軸受を介して回転筒２１が回転自在に支持され、前記回転筒２１の上部に取り付けられた受動ギヤ２２に、清掃駆動装置（電動モータや油圧モータ）２３により回転駆動されるブラシ駆動ギヤ２４が噛合されている。また旋回筒２１の下部に取り付けられてヨーク部材１５および走行車輪１８を覆う円筒容器形の回転支持体２５には、その下端開口端（先端部）にリング支持板２６を介して清掃具２７が取り付けられ、清掃機構が構成されている。
【００１９】
前記清掃具２７は、接地面に摺接して海生生物などを取り除く清掃ブラシ２８と、接地面を掻きとって海生生物などを剥離させるスクレーパ２９とが交互に配置されて構成されている。
【００２０】
前記スクレーパ２９の第１例を図５〜図７に示す。スクレーパ２９は、清掃ブラシ２８を一定角度ごとに切り欠いた切欠き部３０で回転支持体２５の下部にブラケット３１が垂設され、これらブラケット３１にそれぞれ接線方向の支持ピン３２を介して垂直面に沿う掻き取り板３３が内端部を上下回動自在に支持されている。そして、掻き取り板３３の上部に突設された受圧片３３ａとリング支持板２６の筒部２６ａのとの間に回動付勢用のコイルばね３４が介装されて、掻き取り板３３が下方に回動付勢されて接地面に押付けられるように構成されている。
【００２１】
前記スクレーパ２９の第２例は、図１２，図１３に示すように、掻き取り板３３が受圧片３３ａを有して支持ピン３２に回動自在に支持された回動支持部３３ｂと、この回動支持部３３ｂに垂直面に沿う板ばね３３ｃを介して取り付けられた垂直面に沿う掻き板３３ｄとで構成され、板ばね３３ｃのばね力により掻き板３３ｄを回転方向に揺動して、障害物を回避することができる。
【００２２】
前記後部左右走行清掃装置３ＲＲ，３ＲＬは、図８，図９に示すように、着地面Ｆに平行な前後方向の中心軸線ＣＬの対称位置に配置されており、前記後部左右走行清掃装置３ＲＲ，３ＲＬを中心軸線ＣＬと平行な軸心周りに回動可能な接地面調整装置３５が設けられている。この接地面調整装置３５は、ロボット本体２の軸線ＣＬ上に配置された耐圧容器ユニット３６のブラケット３６ａに、走行清掃装置３ＲＲ，３ＲＬのボス部１３に連結された揺動リンク３７が中心軸線ＣＬと平行な支持ピン３８を介して上下揺動自在に支持され、また耐圧容器ユニット３６に取付部材を介して連結された直線駆動機構である傾き作動装置（油圧シリンダや電動ジャッキなど）３９の出力ロッドがピンを介してボス部１３に連結されている。
【００２３】
したがって、後部左右走行清掃装置３ＲＲ，３ＲＬのステアリング軸１４を互いに平行（垂直）とすることで、平面状の接地面を走行および清掃することができ、また傾き調整装置３９を進展して後部左右走行清掃装置３ＲＲ，３ＲＬを支持ピン３８を中心に揺動させ、ステアリング軸１４を軸線側上方から外側下方に傾斜させることにより、湾曲凹状の接地面を走行および清掃することができる。ここには図示されていないが、もちろん傾き調整装置３９を収縮して後部左右走行清掃装置３ＲＲ，３ＲＬを支持ピン３８を中心に揺動させ、ステアリング軸１４を外側上方から軸線側下方に傾斜させることにより、湾曲凸状の接地面を走行および清掃することも可能となる。
【００２４】
この水中清掃ロボット１の支援設備として、図１０に示すように、操作盤４１および配電盤４２を有する操作ユニット４３と、給電ケーブル、信号送受用の光ファイバケーブルからなり水中清掃ロボット１と操作ユニット４３とを接続する複合操作ケーブル４４と、この操作ケーブル４４を、水中清掃ロボット１の移動に従って取水管４５からマンホール４６を介して巻取り繰り出しするケーブル巻取り繰り出し装置４７と、操作ケーブル４４を巻き取るケーブルリール装置４８とを具備し、配電盤４２から操作ケーブル４４を介して水中清掃ロボット１に駆動電力が供給される。
【００２５】
上記構成において、マンホール４６を介して取水管４５に投入された水中清掃ロボットは、ほぼ質量と浮力とがつり合っている状態で、操作ユニット４３の制御盤４２から遠隔操作により推進スラスタ４Ｒ，４Ｌと垂直スラスタ５ＣＦ，５ＲＲ，５ＲＬとが作動されて任意に操舵され、前後進速度が操作される。また垂直スラスタ，５ＲＲ，５ＲＬの左右の回転数を制御することで、垂直軸を中心とするロボット本体２の姿勢も制御することができる。
【００２６】
清掃パターンの一例として、図１１に示すように、たとえば円形断面の取水管４５で、低部に所定間隔をあけて左右一対の防食用電極４５ａが接地されているような場合には、軸心方向の往復移動と、往路と復路の間に周方向の移動を加えることで、角パルス形の走行清掃軌跡Ｔを描き、これを長さ方向に複数回繰り返すことで、取水管４５を清掃することができる。
【００２７】
清掃走行時には、３つの垂直スラスタ５ＣＦ，５ＲＲ，５ＲＬによりロボット本体２が接地面（内面）に押付けられて、すべての走行車輪１８が取水管４５の接地面に着地された状態で、清掃駆動装置２３により回転支持体２５を介して清掃具２７が回転されて、清掃具２７である清掃ブラシ２８と掻き取り板３３とにより接地面が清掃される。そして、ステアリング駆動装置１９により走行車輪１８が所定方向に操舵されるとともに、走行駆動装置１６により走行車輪１８が回転されて、ロボット本体２が接地面を清掃しつつ走行清掃軌跡Ｔに沿って走行移動される。
【００２８】
この時、ロボット本体２が最初の接地位置からわずかに移動されることで、走行車輪１８が接地している接地面が、海生生物などの付着物が除去された清掃済みの接地面となるので、摩擦力が低下することなく、精度良く走行制御およびステアリング制御される。
【００２９】
また回転駆動される清掃具２７の遠心力により、周囲近傍の海水が外周側に流出されて、開口面を除いて密閉された回転支持体２５の内部空間が負圧になることから、垂直スラスタ５ＣＦ，５ＲＲ，５ＲＬによる押付け力に加えて、回転支持体２５による吸着力がロボット本体１に働き、清掃具２７や走行車輪１８をさらに強く接地面に押付けて、清掃および走行制御、ステアリング制御が良好に行われる。
【００３０】
上記実施の形態によれば、走行車輪１８の外周部に清掃具２７を配置して接地面を清掃するように構成したので、着地位置からわずかに移動した後の走行車輪１８の着地面をすべて清掃済みの面とすることができ、付着物による滑りが少なくなり、十分な摩擦力を確保することができるので、走行車輪１８およびステアリング制御による移動を精度良く行うことができる。また清掃具２７は、走行車輪１８の外周部を回転されることから、清掃具の遠心力により、海水が外周側に流出し、剥離された付着物が走行車輪１８側に流入することがないので、除去された付着物が走行を妨げることがない。
【００３１】
また、走行車輪を覆う回転支持体２５を介して清掃具２７を設けたので、清掃具２７の遠心力により、海水が外周側に流出して回転支持体２５内を負圧とするので、これによりで発生した吸着力により、清掃具および走行車輪を接地面に強く押付けることができ、良好な清掃状態と確実な走行とを確保することができる。
【００３２】
さらに接地面調整装置３５により走行清掃装置３ＲＲ，３ＲＬを中心軸線ＣＬと平行な軸心周りに回動させることにより、湾曲状の接地面を走行および清掃することができる。
【００３３】
さらに清掃具２７に、着地面に摺接する清掃ブラシ２８と、着地面の表面を掻き取るスクレーパ２９とを設けたので、付着力が強い海生生物なども確実に除去することができる。
【００３４】
以上に述べたごとく請求項１記載の発明によれば、走行車輪の外周部に清掃具を配置して接地面を清掃するように構成したので、着地位置からわずかに移動した後の走行車輪の着地面をすべて清掃済みの面とすることができ、付着物による滑りが少なくなり、十分な摩擦力を確保することができるので、走行車輪による走行移動を精度良く行うことができる。また、清掃具は、走行車輪の外周部で回転支持体がを回転されることから、清掃具の遠心力により、清掃具周囲近傍の海水が外周側に流出されて、剥離された付着物が走行車輪側に流入して走行を阻害することもなく、さらに回転支持体内から海水が流出されて回転支持体内が負圧にされることにより発生した吸着力で、清掃具および走行車輪を接地面に強く押付けることができるので、良好な清掃状態と、確実な走行とを確保することができる。さらに、清掃具を清掃ブラシとスクレーパとで構成したので、付着力が強い海生生物なども確実に除去することができる。
【００３６】
請求項２記載の発明によれば、接地面調整装置により左右両側の走行清掃装置を傾斜させて湾曲状の接地面に対応させることにより、湾曲状の接地面を走行して清掃することができる。
【００３７】
請求項３記載の発明によれば、清掃済みの接地面により、ステアリング制御の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水中清掃ロボットの実施の形態を示す平面図である。
【図２】同水中清掃ロボットの側面図である。
【図３】同水中清掃ロボットの正面図である。
【図４】同水中清掃ロボットの背面図である。
【図５】同水中清掃ロボットの走行清掃装置を示す側面断面図である。
【図６】同水中清掃ロボットの清掃具のスクレーパを示す側面断面図である。
【図７】同水中清掃ロボットの清掃具のスクレーパを示す平面断面図である。
【図８】同水中清掃ロボットの接地面調整装置を示す背面図である。
【図９】同水中清掃ロボットの曲面状の接地面の清掃状態を示す背面図である。
【図１０】同水中清掃ロボットの使用状態を示す側面断面図である。
【図１１】同水中清掃ロボットの清掃手順を示す説明図である。
【図１２】同水中清掃ロボットの清掃具の他のスクレーパを示す側面断面図である。
【図１３】同水中清掃ロボットの清掃具の他のスクレーパを示す平面断面図である。
【図１４】従来の水中作業ロボットを示す平面図である。
【図１５】従来の水中作業ロボットを示す側面図である。
【符号の説明】
１    水中清掃ロボット
２    ロボット本体
３ＣＦ，３ＲＲ，３ＲＬ  走行清掃装置
４Ｒ，４Ｌ  推進スラスタ
５ＣＦ，５ＲＲ，５ＲＬ  垂直スラスタ
７    浮力タンク
８    油圧ユニット
１４    ステアリング軸
１８    走行車輪
１９    ステアリング駆動装置
２３    清掃駆動装置
２５    回転支持体
２７    清掃具
２８    清掃ブラシ
２９    スクレーパ
３５    接地面調整装置
３９    傾き作動装置
ＣＬ    中心軸線
【図１】
0004030282.tif 000002
【図２】
0004030282.tif 000003
【図３】
0004030282.tif 000004
【図４】
0004030282.tif 000005
【図５】
0004030282.tif 000006
【図６】
0004030282.tif 000007
【図７】
0004030282.tif 000008
【図８】
0004030282.tif 000009
【図９】
0004030282.tif 000010
【図１０】
0004030282.tif 000011
【図１１】
0004030282.tif 000012
【図１２】
0004030282.tif 000013
【図１３】
0004030282.tif 000014
【図１４】
0004030282.tif 000015
【図１５】
0004030282.tif 000016