JPH05324068A - 走行ロボットの駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 走行状態に応じて走行車輪に適切な駆動力を
発生させて走行ロボットを良好な状態で走行させること
ができ、連結部等に加わる負荷を従来に較べて軽減する
ことのできる走行ロボットの駆動制御装置を提供する。 【構成】 張力検出器２３の出力は、ＰＩ制御回路２４
に入力され、ＰＩ制御回路２４の出力は、加算器２５に
よって、走行速度指令器２０からの走行速度指令に加算
される。そして、この加算器２５の出力が、補正速度指
令信号として、走行車両に搭載されたモータの駆動を制
御する走行速度制御回路２６に入力され、走行車両の走
行速度が制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、走行ロボットの駆動制
御装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】一般に、火力発電所や原子力発電所にお
いては、復水器を冷却する循環水配管内に、貝や海藻類
が多量に付着成長する。これらの貝や海藻類は、配管内
の有効面積を減少させ、冷却水の取水抵抗となり、復水
器の冷却効率を低下させるばかりでなく、自然に剥離し
て、復水器のスモ−クチュ−ブ群内に流入して、その機
能を阻害し、しかも、腐蝕発生の原因になる。このた
め、火力発電所や原子力発電所では、定期的に復水器を
冷却する循環水配管内の清掃および点検作業が行われて
いる。

【０００４】また、原子力発電所は、耐震構造上の見地
から、発電所建屋を岩盤上に建設する手段を採ってお
り、特に、循環水ポンプの動力を省エネルギ−化するた
めに、循環水管の入口および出口をそれぞれ取水路と放
水路に水没させておく方式から、上記発電所建屋の約半
分近くが海面下に位置することが多くなり、上記発電所
建屋の最下部に配置されている復水器を冷却する循環水
配管（以下、配管と略記する）の配置は、屈曲部、急勾
配、垂直管部および分岐部等の複雑な流路を形成してい
る。

【０００５】この様に、複雑な流路を形成した配管内の
清掃及び点検作業を配管内で行うには非常に危険を伴な
うので、従来は清掃・点検機材を搭載した走行ロボット
を遠隔操作にて運転し作業を行っていた。

【０００６】図８にこのような従来の走行ロボットの一
例を示す。同図に示す走行ロボットは、配管１内を互い
に連結された2 台の走行車両２、３により点検・清掃す
るもので、これらの走行車両２、３は、それぞれ走行モ
ータ４、５によって駆動される車輪６、７により走行す
るよう構成されている。そして、これらの走行車両２、
３を配管１内に配置した後、ワイヤロ−プ８で連結し、
それぞれの車輪６、７を同一速度で回転させ、走行車両
２、３を同一速度で前進・後退させて、点検・清掃を行
う。これらの作業は、作業員が地上に設置したテレビモ
ニタを見ながら行っている。

【０００７】また、図９に示す走行ロボットは、点検・
清掃機材（図示せず）を搭載し、走行モ−タ１０により
駆動される車輪１１により走行する作業車両１２と、こ
の作業車両１２にワイヤ１３により連結されたサポ−ト
車両１４とから構成されており、ワイヤ１３の片端はサ
ポ−ト車両１４に搭載されたウィンチ１５に接続されて
いる。このような走行ロボットでは、作業車両１２が自
力走行できない急傾斜部においても、傾斜部上の平坦部
にサポ−ト車両１４を固定し、ウィンチ１５を操作する
ことにより、作業車両１２の走行が可能となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
示した従来の走行ロボットにおいて、水平走行時に、2
台の走行車両の走行速度を常に一致させるよう、作業員
がテレビモニタを見ながら操縦することは、非常な熟練
を必要とし、また、2 台の走行車両の走行速度指令が一
致していても、何らかの原因で車輪がスリップしたり、
障害物等により走行車両の走行速度の一致が破れると、
ワイヤロ−プに過大な張力が作用したり、たるみを生じ
ることから、ワイヤロ−プが破損したり、走行車両同士
が衝突して破損するという問題があった。

【０００９】また、図９に示した従来の走行ロボットに
おいては、傾斜部走行する場合、この傾斜部の傾斜角度
にかかわらず、車輪が一定の駆動力で回転するため、車
輪に必要以上の駆動力が発生し、ワイヤロープ、サポ−
トロボット、ウィンチ等に過剰な力が加わることがあ
る。このため、これらの機器に破損が生じる危険性があ
り、また、破損を防止するためには、これらの機器を大
形化しなければならないという問題があった。

【００１０】本発明は、かかる従来の事情に対処してな
されたもので、走行状態に応じて走行車輪に適切な駆動
力を発生させて走行ロボットを良好な状態で走行させる
ことができ、連結部等に加わる負荷を従来に較べて軽減
することのできる走行ロボットの駆動制御装置を提供し
ようとするものである。

【００１１】［発明の構成］

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１記載
の走行ロボットの駆動制御装置は、連結機構により互い
に連結され、それぞれ走行モ−タにより自力走行を行う
第１および第２の走行車両を具備した走行ロボットの駆
動制御装置において、前記連結機構に加わる張力を検出
する張力検出手段と、前記第１の走行車両の走行速度
と、前記張力検出手段によって検出された張力と予め設
定された設定張力との偏差とから、前記連結機構を常に
設定張力に保持するように、前記第２の走行車両の走行
速度指令信号を生成する走行速度指令手段と、この走行
速度指令手段からの走行速度指令信号により、前記第２
の走行車両の走行速度を制御する走行速度制御手段とを
具備したことを特徴とする。

【００１３】また、請求項２記載の走行ロボットの駆動
制御装置は、走行ロボットに搭載され、走行車輪を駆動
するための走行モ−タと、前記走行ロボットを外部から
サポ−トするウィンチの駆動モータとを協調させて制御
する走行ロボットの駆動制御装置において、前記走行ロ
ボットの前後傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、前記
傾斜角検出手段によって検出される傾斜角に応じて走行
トルク指令値を発生する指令値発生手段と、前記指令値
発生手段からの走行トルク指令値に応じて前記走行モ−
タの駆動トルクを制御する走行モ−タ制御手段とを具備
したことを特徴とする。

【００１４】

【作 用】上記構成の本発明の走行ロボットの駆動制御
装置では、走行状態に応じて走行車輪に適切な駆動力を
発生させて走行ロボットを良好な状態で走行させること
ができ、連結部等に加わる負荷を従来に較べて軽減する
ことができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の走行ロボットの駆動制御装置
の実施例を図面を参照して詳細に説明する。

【００１６】図１は本発明の一実施例の走行ロボットの
駆動制御装置の構成を示すもので、同図において符号２
０は、走行速度指令を発する走行速度指令器を示してい
る。この走行速度指令器２０からの走行速度指令は、走
行速度制御回路２１に入力され、この走行速度制御回路
２１によって走行モータ４の駆動が制御される。この走
行モータ４は、図２に示すように走行車両２に搭載さ
れ、車輪６を駆動するものであり、上記走行速度指令器
２０および走行速度制御回路２１によって走行車両２の
走行速度が制御される。

【００１７】また、走行速度指令器２０からの走行速度
指令は、走行速度指令装置２２に入力される。この走行
速度指令装置２２は、張力検出器２３、ＰＩ（比例積
分）制御回路２４、加算器２５等から構成されている。
張力検出器２３は、図２に示すように、走行車両２と走
行車両３とを連結するワイヤロ−プ８の間に取付けられ
ており、ワイヤロ−プ８の張力が予め設定された設定張
力より上がると、その差に応じて＋Ｔを出力し、設定張
力より下がるとその差に応じて−Ｔを出力するよう構成
されている。

【００１８】この張力検出器２３の出力は、ＰＩ制御回
路２４に入力され、ＰＩ制御回路２４の出力は、加算器
２５によって、走行速度指令器２０からの走行速度指令
に加算される。そして、この加算器２５の出力が、補正
速度指令信号として、走行車両３に搭載されたモータ５
の駆動を制御する走行速度制御回路２６に入力され、走
行車両３の走行速度が制御されるよう構成されている。

【００１９】なお、図３に走行速度指令装置２２の具体
的な回路構成の一例を示す。この例では、張力検出器２
３は、たとえばひずみゲ−ジ式変換器とされており、Ｐ
Ｉ制御回路２４は、反転形演算増幅器ＯＰ1 、抵抗器Ｒ
1 、Ｒ2 およびコンデンサＣからなり、抵抗器Ｒ2 の抵
抗値を調整することにより感度調整することができ、コ
ンデンサＣにより安定した制御ができるように構成され
ている。また、加算器２５は、反転形増幅器ＯＰ2 と抵
抗器Ｒ1 で構成されている。

【００２０】図２に示すように、走行車両２、３が配管
１内を走行車両２を先頭として前進走行する場合、走行
車両３の前進走行速度が走行車両２の前進走行速度より
速くなると、ワイヤロ−プ８はゆるみその張力は設定張
力よりも小さくなる。このワイヤロ−プ８の張力は、ひ
ずみゲ−ジ式変換器等からなる張力検出器２３により検
出され、張力偏差△Ｔ（−Ｔ）を出力する。

【００２１】張力検出器２３から検出された張力偏差△
Ｔは、ＰＩ制御回路２４に入力され、比例積分されて加
算器２５に入力され、走行速度指令器２０からの走行速
度指令信号に加算されて、補正速度指令信号として出力
される。

【００２２】この補正速度指令信号は、走行速度制御回
路２６に入力され、走行速度制御回路２６は走行車両３
の前進走行速度が、走行車両２の前進走行速度と一致す
るまで、すなわち張力偏差△Ｔ＝０となるまで走行車両
３の前進走行速度を減速させる。

【００２３】逆に、走行車両３の前進走行速度が走行車
両２の前進走行速度より遅くなると、ワイヤロ−プ８が
張り、その張力は設定張力より大きくなり、張力検出器
２３から張力偏差△Ｔ（＋Ｔ）が出力される。この張力
偏差△ＴがＰＩ制御回路２４に入力され、比例積分され
て加算器２５に入力され，走行速度指令器２０からの走
行速度指令信号に加算されて，補正速度指令信号として
出力される。この補正速度指令信号は、走行速度制御回
路２６に入力され、走行速度制御回路２６は走行車両３
の前進走行速度が走行車両２の前進走行速度と一致する
まで、すなわち張力偏差△Ｔ＝０となるまで走行車両３
の前進走行速度を増速させる。

【００２４】また、走行車両２、３が配管１内を後進走
行する場合は、上述の前進走行する場合と同様にして、
走行車両２の後進走行速度と走行車両３の後進走行速度
が自動的に一致するように制御される。

【００２５】なお、走行車両２の走行車輪６に速度検出
器２７を取り付けて走行車両２の実走行速度を検出する
ようにし、図４に示すように、走行速度指令信号に代え
て、この速度検出器２７の速度検出信号を走行速度指令
装置２２の加算器２５に入力し、ＰＩ制御回路２４の出
力と加算し補正速度指令信号を出力しても、上述した実
施例と同様の効果を得ることができる。

【００２６】以上のように、本実施例によれば、前後の
走行車両２、３の走行速度の不一致により生ずる設定張
力と実張力との張力偏差△Ｔを検出し、この検出された
張力偏差△Ｔが零になるように走行速度を制御して、前
後の走行車両２、３の走行速度を一致させ、連結機構を
常に設定張力に保持しながら連動走行させことができ
る。したがって、連結機構としてワイヤロ−プ８等を使
用した場合においてもワイヤロ−プ８の張力は常に一定
に保持され、2 台の走行車両２、３は一定間隔、等速度
で走行することができ、ワイヤロ−プ８の張り過ぎによ
るワイヤロ−プ８の破損およびワイヤロ−プ８のたるみ
による2 台の走行車両２、３の衝突を防止することがで
きる。また、遠隔操縦も容易に行うことができ、作業員
も走行車両２、３の操作に熟練を必要としない等の効果
を得ることができる。なお、以上の実施例においては、
配管１内を走行車両２、３が走行する場合について説明
したが、本発明は、これに限定されるものではなく、走
行車両２、３が走行可能ないかなる構造物の場合にも適
用できる。

【００２７】次に、他の実施例の走行ロボットの駆動制
御装置について説明するが、まず、本実施例における駆
動制御の原理について説明する。

【００２８】図５に示すように、走行ロボット３０が平
坦部を走行する状態から除々に自力走行不可能な傾斜部
へと進行する場合において各部において要求される走行
車輪３１の駆動力は以下の式で求められる。

【００２９】ここでは単純化の為に、走行は加速度0 で
行なわれるものとし、ワイヤ３２の重量及び走行時のこ
ろがり摩擦、傾斜部でのすべり摩擦以外の抵抗は無視
し、外力は全て走行ロボット３０の重心に加えられるも
のとして計算を行なう。

【００３０】平坦部では、 Ｆ＝μr （Ｇ＋Ｔ・sin φ）＋Ｔcos φ …（１） 自力走行可能な傾斜部では、 Ｆ＝μr （Ｇ・cos θ＋Ｔ・sin φ）−Ｇ・sin θ＋Ｔ・cos θ …（２） 自力走行不可能な傾斜部では、 Ｆ＝−μs （Ｇ・cos θ＋Ｔ・sin φ) …（３） ここで、 Ｆ ：走行車輪の駆動力 μr ：ころがり摩擦系数 μs ：すべり摩擦系数 Ｇ ：走行ロボットの重量 Ｔ ：ワイヤ張力 θ : 走行ロボットの前後傾斜角 φ : ワイヤ張力とロボット進行方向のなす角 で表わされる。

【００３１】これらは全て走行ロボット３０の前後傾斜
角に依り変化する値であり、ワイヤロープ、ウインチ等
のサポ−ト機構に過剰な力が加わらないようにするため
には走行ロボット３０の前後傾斜角をもとに走行車輪３
１の駆動力を制御すれば良いことがわかる。

【００３２】図６は、本実施例の全体構成を示すもの
で、走行ロボット３０には、走行モ−タ３３により駆動
される走行車輪３１と、走行モ−タ制御装置３４と、前
後傾斜角センサ３５と、ワイヤロープ３２の張力検出用
の張力センサ３６が設けられている。これらの前後傾斜
角センサ３５および張力センサ３６出力は、別置の走行
制御装置３７に伝送される。また、ワイヤロープ３２の
片端はサポ−ト用のウィンチ３８に接続され、これらは
ウィンチモ−タ３９およびウィンチモ−タ制御装置４０
により駆動されるよう構成されている。

【００３３】図７は、走行制御装置３７の構成を示すも
ので、走行制御装置３７には、前後傾斜角センサ３５に
より検出される走行ロボット３０の前後傾斜角信号１０
０が入力される。入力された前後傾斜角信号１００は、
関数発生器５０によって走行モ−タ３３およびびウィン
チモ−タ３９に対する駆動トルク指令値１０１、１０２
に変換される。一方、制御装置３７には、走行ロボット
３０の走行速度を設定するための速度設定器５１が設け
られており、走行モ−タ３３およびウィンチモ−タ３９
に対する速度指令値１０３、１０４を出力する。

【００３４】走行ロボット３０の前後傾斜角が小さく、
自力走行が可能な間は車輪３１を速度制御することで走
行ロボット３０の走行速度を制御することが可能であ
り、この間のウィンチモ−タ３９の駆動トルク指令値１
０２は必要以上に大きくならないようにするため、予め
設定した低い値を出力する。

【００３５】一方、前後傾斜角が大きく、走行ロボット
３０の速度制御をウィンチ３８を用いて行う状態では、
関数発生器５０は前後傾斜角信号１００を基に走行モ−
タ３３の駆動トルクを制御する為の駆動トルク指令値１
０１を出力する。走行モ−タ制御装置３４およびウィン
チモ−タ制御装置４０に対する速度制御とトルク制御の
切替えは、前後傾斜角信号１００をコンパレ−タ５２に
よって予め設定した設定値と比較することにより判定す
る。制御方式の切替えは以下のようになる。

【００３６】前後傾斜角＜設定値の場合 走行モ−タ３３速度制御 ウィンチモ−タ３９定トルク制御 前後傾斜角＞設定値の場合 走行モ−タ３３関数発生器５０を用いたトルク制御 ウィンチモ−タ３９速度制御 このように制御することで、本実施例では、走行ロボッ
ト３０が自力走行不可能な傾斜部を走行する際に、一定
駆動力で走行車輪３１を駆動する従来方式に較べ、ワイ
ヤロープ３２、ウィンチ３８等のサポ−ト機構に加わる
力を低減することが可能となる。したがって、サポ−ト
機構の小形軽量化を実現することができる。

【００３７】なお、一定駆動力Ｆ0 で走行車輪３１を駆
動した場合のワイヤロープ３２の張力Ｔ1 は次式で表さ
れる。

【００３８】 Ｔ1 ＝（1 ／cos φ）（Ｆ0 ＋Ｇsin θ） また、前述の（３）式を用いて上記の制御を用いた場合
のワイヤロープ３２の張力Ｔ2 を求めると次のようにな
る。

【００３９】 Ｔ2 ＝［1 ／｛（cos φ）＋μs sin φ｝］［（Ｇsin θ）−μs Ｇcos θ］ ここで、μs ≧0 、sin φ≧0 、cos θ≧0 であること
から、明らかにＴ1 ＞Ｔ2 となりサポ−ト機構に加わる
力が低減されていることがわかる。

【００４０】なお、上記実施例においては、速度制御と
トルク制御の切替えを走行ロボット３０の前後傾斜角信
号１００を基にして行ったが、走行モ−タ３３に対する
速度指令値１０３により算出されるウィンチ速度とフィ
−ドバックされるウィンチ速度の偏差を基に切替タイミ
ングを得ることができる。つまり、予想されるウィンチ
速度に対し実測値が上回る場合は、走行ロボット３０が
自力走行不可能な傾斜に達したことによる滑落が生じて
いる状態であり、この検出が行われた場合にウィンチモ
ータ３９を速度制御に切替えると同時に走行モ−タ３３
をトルク制御に切替えることが可能となり、前後傾斜角
信号１００を基にした切替えタイミングの検出方法に代
えることができる。

【００４１】また、上記実施例では、走行ロボット３０
が傾斜を下降する場合について説明したが、傾斜を上昇
する場合においても同様にしてサポ−ト機構への負荷低
減を目的とした制御を実現することが可能である。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、本発明の走行ロボットの
駆動制御装置によれば、走行状態に応じて走行車輪に適
切な駆動力を発生させて走行ロボットを良好な状態で走
行させることができ、連結部等に加わる負荷を従来に較
べて軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の走行ロボットの駆動制御装
置の構成を示す図。

【図２】走行ロボットの構成を示す図。

【図３】走行速度指令装置の構成を示す図。

【図４】図１の走行ロボットの駆動制御装置の変形例の
構成を示す図。

【図５】他の実施例における制御原理を説明するための
図。

【図６】他の実施例における全体構成を示す図。

【図７】他の実施例の走行ロボットの駆動制御装置の構
成を示す図。

【図８】従来の走行ロボットの構成を示す図。

【図９】従来の走行ロボットの構成を示す図。

【符号の説明】

４，５ 走行モ−タ ２０ 走行速度指令器 ２１，２６ 走行速度制御回路 ２２ 走行速度指令装置 ２３ 張力検出器 ２４ ＰＩ制御回路 ２５ 加算器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連結機構により互いに連結され、それぞ
   れ走行モ−タにより自力走行を行う第１および第２の走
   行車両を具備した走行ロボットの駆動制御装置におい
   て、 前記連結機構に加わる張力を検出する張力検出手段と、 前記第１の走行車両の走行速度と、前記張力検出手段に
   よって検出された張力と予め設定された設定張力との偏
   差とから、前記連結機構を常に設定張力に保持するよう
   に、前記第２の走行車両の走行速度指令信号を生成する
   走行速度指令手段と、 この走行速度指令手段からの走行速度指令信号により、
   前記第２の走行車両の走行速度を制御する走行速度制御
   手段とを具備したことを特徴とする走行ロボットの駆動
   制御装置。
2. 【請求項２】 走行ロボットに搭載され、走行車輪を駆
   動するための走行モ−タと、前記走行ロボットを外部か
   らサポ−トするウィンチの駆動モータとを協調させて制
   御する走行ロボットの駆動制御装置において、 前記走行ロボットの前後傾斜角を検出する傾斜角検出手
   段と、 前記傾斜角検出手段によって検出される傾斜角に応じて
   走行トルク指令値を発生する指令値発生手段と、 前記指令値発生手段からの走行トルク指令値に応じて前
   記走行モ−タの駆動トルクを制御する走行モ−タ制御手
   段とを具備したことを特徴とする走行ロボットの駆動制
   御装置。