JPS60102580A - 走行ユニツト等の位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は無軌道走行ユニットまでの距離および方位を音
波と光との組み合わせによって検出するようにした位置
検出装置に関するものである。

無軌道走行ユニットは、あらかじめ０定されたプログラ
ムあるｒは無線銹導などにより、走行支持面に沿って任
意の各方向に走行自在なものとされており、また、走行
支持面が鋼板などであるとマグネツｔなどを利用するこ
とにより、傾斜あるいは垂直方向にも走行可能となる。

したがって、原子炉運転開始後における諸機器１例えば
原子炉圧力容器などの点検作業のように、高レベルの残
留放射線のために作業員が近づくことが制限される環境
下で、作業用機器を目的とする位置まで運搬したり、あ
るいは自由に移動させたりする場合に有用である。また
、無軌道走行エニン）を自在にコントａ−ルするために
は、その位置ｆｅえず正確に検出することが必要であり
、無軌道走行エニンＦに適用し得る位置検出法の従来例
としては。

可逆式のオドメータ（歩度計）を利用して基準点からの
距離を知る方法や、オドメータに角度センサを組み合わ
せて距離と方位とを知る方法などがあるが、オドメータ
の場合、走行ユニットが非直線状に移動したり、スリッ
プが発生したりすると誤差が大きくなるなどの難点があ
る。

本発明はこのような背景に基づいてなされたもので１位
置検出精度を飛躍的に向上させることを可能とし、高速
度検出により走行エニツＹの移動？容易にし、また、検
出範囲？大きくすることを目的としている。このような
目的の達成のため。

本発明は、基準点Ｖｃｆ＋）る親機と走行エニツＦに塔
載する子機とに、音波および光線により距離および方位
を直接測定する極座標方式の各センサを設けた構成とな
っている。

以下１本発明の一実施例を図面に基づいて説明すると、
第１図は原子炉圧力容器１の外表面に無軌道走行エニツ
）２と本発明に係る位置検出装置３とを配設した外観の
概略を示すものである。

無軌道走行ユニット２は、その車輪の一部が磁石となっ
ていて１通常垂直となっている原子炉圧力容器ｌの外表
面に磁着した状態で任意の方向に移動し得る機能（移動
方向、起動停止などの各指令を受ける有線または無線受
信装置、駆動装置。

ステアリング装置など）ｆ：備えているものが使用され
る。

また、位置検出装置３は、第１図ないし第３図例では原
子炉圧力容器１の外表面に垂直方向に沿って覗９つけら
れた基準軌道４と、この基泡軌道４の一点、すなわち基
準点に配設される親機５と、この親機５から離間した位
置で各種作業のための走行運転がなされる前記無軌道走
行ユニット２上に塔載されるとともに親機５との間で距
離および方位を合わせた位置検出を行なうための子機６
とからなる基本構成とされているう まず、前記基準軌道４について説明すると、基準軌道４
は、親機５を原子炉圧力容器ｌの外表面に沿って水平ま
たは垂直（鉛直）方向に案内し。

基準点を設定するものであり、第１図例では新機５を上
下に移動させるために親機５のビニオン（図示略）と噛
合するラックを備えており、また。

ピニオンの回転をエンコーダ等で検出して、基準軌道４
の任意の位置を基準点として設定し得るようになってい
る。

次いで、前記親機５は、基準軌道４に支持されて移動す
るベース７の上にターンテーブル８が回転自在に設けら
れるとともに、ベース７とターンテーブル８との間に、
ターンテーブル８を例えば２．５″／　秒程度の角速度
で低速回転させるために駆動モータ９．ウオーム１０．
ホイール１１などからなる回転駆動機構と、ターンテー
ブル８の回転角を例えばＯ，Ｑｌ”の分解能で検出する
ためのａ−夕ＩＩ−エンコーダ１２と、ターンテーブル
８の回転角？３６０６未溝１例えば２７０“とじてロー
タリーエンコーダ１２の出力信号との比較により親機５
自身の向きを検出するためのリミットスイッチ１３とが
設けられ、４−ンテーブル８の上に、基準軌道４上に停
止したときに任意の回転角を０°として（第１図例にお
けるＩ−：／テーブル８の一部を垂直方向に向けて）こ
のときのａ　−タリーエンコーダ】２の出力信号を基準
角とするために使用される垂直センサ１４と、子機６の
方位を検出する方位センサの一部をｍ成する受光部１５
と、子機６１での距離などを検出する距離センサの−ｆ
ｌＳｆ構成しかつ例えば１メガＨ２の超音波などを発音
する音波発生器１６と、この音波発生器１６から一定距
離（例えば１００鵡）離間した位置で音波を受信しその
到達時間を基準値とするための較正用受信機１７とがそ
れぞれ設けられる。そして、受光器１５の光学的基準中
心点と音波発生器１６の発音中心点とは、望ましくは基
準点、つまりターンテーブル８の回転中心線上の所要高
さく例えば２００１１ｍ）に設定され、基準点と位置ず
れがある場合は１機械的な位置すれとロータリーエンコ
ーダ１２の角度検出信号とにより、ベース７あるいは外
部に設けられた制御部（中央処理装置など）により補正
されるものである。ただし、以下の説明では説明を簡略
化するため方位センサおよび距離センサとターンテーブ
ル８の回転中心とが第３図に示すように一致しているも
のとして説明する。

一方、前記子機６は、無軌道走行エニツ）２と一体に取
りつけられるベース１８が設けられるとともに、このベ
ース１８の上にターンテーブル１９が回転自在に設けら
れ、これらベース１８とターンテーブル１９との間に、
ターンテーブル１９を回転させるための駆動モータ２０
．ウオーム２１．ホイール２２などからなる回転駆動機
構と、ターンテーブル１９の回転位置を検出するととも
にその検出信号によりターンテーブル１９の゛特定部分
を親機５に正対させるためのポテンショメータ２３とが
設けられ％また。ターンテーブル１９の上には、親機５
の受光器１５とともに方位センサを構成するためのレー
ザービームなどを発生する発光器２４と、この発光器２
４ｇ回転自在に支持するための回転灯台２５？ターンテ
ーブル１９の回転中心線上で例えば３１１０　Ｏｒ、ｐ
、ｍ　程度の高速回転させる九めの駆動モータ２６．ベ
ルト２７、ブーＩＩ　２　Ｂ　、　２９などからなる高
速回転ｆｆＩｋ構と１発光器２４の頂部に叡りっけられ
九ｔツブミラー３０と、親機５の音波発生器１６ととも
に距離センサを構成しかつ音波の到達時間により親機５
の基準点までの距離を算出するための音波受４ｍ機３１
とがそれぞれ設けられる。そして、発光器２４の光学的
中心点と音波受信機３１の受音中心点とは、望ましくは
ターンテーブル１９の回転中心線上の所要高さく例えば
親機同様２００１１１）に設定され、ずれのある場合は
前述の例の舶く補正される。以下の説明では第３図に示
すように中心線上にあるものとして説明する。

次いで、方位センサおよび距離センサの所要高さく例え
ば２００ｍに設定した理由）について説明すると、第１
図に示すように原子炉圧力容器１は円筒状であるため、
その外ｅ面にある親１１＊５で子機６を検出する場合、
その検出範囲が、透視で制限を受けることになる。すな
わち、原子炉圧力容器１の直径が６．５ｔａ、＊ｉ５と
子機６との間隔を２．３Ｓとすると、 すなわち、約２００錦の高さに各センナが配設されてい
る場合は、親機５と子Ｉｌ！６との周方向の距離が２．
３騙以内に制限を受けることになる。なお、高さ方向に
は特に制限がない。

また、親機５と子ｔ８６との間隔分２．３隅以内と限定
した場合、距離および方位を例えば誤差１ｍｍ以下で検
出するとすれば、距離および方位センサに要求される分
解能は以下のとおりとなる。

「距離センサ」 音波は波形が明確で立上り特性の優れているものがよく
１例えば１メガヘルツ（１１１ｉ）Ｉ７）の超音波が適
用され、音波受信機３１がその第１波のどこＤ）を検出
し得る性能を有しているとすれば、その検出誤差はｌＸ
１０””秒１■に音波が伝達される距離となり、１５℃
のときは、 ３４０ＸＩＸｌＯ−’＝３．４Ｘ１０−’ＦＢ＝０．３
４騙となる。この場合、較正用受信機１７については、
基準となる音波到達時間の検出を行なう部会上。

一実施例の場ｆ、音波の第１波あるいは第２波のスレシ
ョルドレベルを越えた直後の零クロス点相互の検出を行
なうようにして正確化をしているが、これらは必要とさ
れる分解能により適宜選定されろ。なお、音波発生器１
６および較正用受信機１７％音波発生器ＩＧおよび音波
受信機３１の音波伝達時間は、それぞれ２　ｏ　５ｉｉ
ｉ、およびＩＭＨの計測用りａツクを・基準とし１１ｔ
測するなどにより、前記誤差範囲を満足することができ
るものである。

「方位センサ」 受光器１５は、前述したようにその角度分解能が０．０
１’である場会、コリメータなどが使用されるが、距離
２３００ＦＪの位置であるとその振れは。

となって１ｕ以下の誤差に押えることができる。

なお％受光器１５はコリメータに限定するものではなく
１例えば、高性能を有する元し変換素子、の１次元哉半
導体装置検出器が適用可能であり。

この場合、直線的に移動する光スボツＦの位１ｉｔ１ｆ
ｒ連続した電気信号として出力させ、素子の両端の電価
と）ｔスポットの距離に応じて光電流が按分されてスポ
ットの位置を例えば３４■の範囲に亘って検出し得るよ
うになる。

このような構成を有する走行ユニットの位置検出装置の
使用例について以下説明する。

「基漁点の設定」 ？＆単軌道４を原子炉圧力容器１の外表面に第１図に示
すように配設し、基準軌道４と親機５との相対位置等に
より、原子炉圧力容器ｌの一点を基醜点とし、以下、子
機６の位置を検出する。

「ターンテーブルの設定」 親ｔ（！５のターンテーブル８を回転させて垂直センナ
１４が動作した位置を回転角の基意とし、以下、この回
転角の基準値に対する子機６の方位をロータリーエンコ
ーダ１２によって検出することになる。

「子機の向きの設定」 親機５の音波発生器１６から超音波を発信し。

子機６のターンテーブル１９を回転させながら。

音波受信機３１が音波発生機１６に対向する位置を例え
ば音波の強弱で探し出す。このとき、音波受信機３１の
マイクの性能が第２図に示すように有効範囲３０°であ
れば、そのは！中心で最も感度の高い部分が検出される
ため、このときのターンテーブル１９０回転角をポテン
ショメータ２３で読み取り、この回転角のときの音波受
信信号により距離の検出を実施する。あるいは、超音波
を検出できる範囲をポテンショメータ２３で検出して、
その中心を算出しこの回転角のときに距離の検出を実施
し九り、あるいは、子機６のターンテーブル１９を間欠
的に回転させて、親機５の方位を探し出すようにするこ
ともできる。

「距離の測定」 音波発生器１６と較正用受信機１７と音波受信機３１と
をそれぞれ動作状態とすると、原子炉圧力容器１の表面
付近の任意の雰囲気条件における音波到達時間により、
親機５と子機６との対向距離を温度や空気密度等に影響
されることなく高い精度で検出できる。すなわち、較正
用受信機１７までの音波伝達時間ｆｔＴ、、子機６の音
波受信機３１までの音波伝達時間をＴＩ、較正用受信機
１７までの距離をＬ８　とすれば、音波受信８！３１ま
での距離、すなわち子機６までの距＠Ｌ□は。

で単純にめることができる。なお、常温の空気中の音速
は、温度が１℃変化する毎に約０．６島増減するため、
０．１８１／’Ｏ程度の誤差を生じるが。

較正用受信機３１を利用して周囲の影／＃ヲ除去するこ
とによシ、その誤差の生じない距離検出を行なうことが
できる。

ま皮、音波発生器１６の動作は、音波伝達時間の測定の
便を考ｌして間欠的に行なわれるが、その時間的な間隔
は無軌道走行ユニット２の走行速度によシ調整されるも
のである。

「方位の測定」 発光器２４と受光器１５とをそれぞれ運転状態としてお
いて１１回転灯台２５ｔ３０００ｒｐｍ　程度の高速回
転することにより、毎秒５０回程度の間隔でレーザービ
ームが受光器１５を照射する。

このとき、低速回転させられているターンテーブル８上
の受光器１５が、正確に発光器２４の１ツブミラー３０
に対向した瞬間の回転角をロータリーエンコーダ１ｚに
よって検出することにより。

子機６の方位をめることができる。なお、ロータリーエ
ンコーダ１２は角度分解能０．０１’のときは例えば２
０ビット程度のものが適用される。

「音波受信機の微Ｖ＠整」 方位の測定がなされた瞬間のタイミングに合わせて、距
離の測定を実施することにより、走行エニッ）２の位置
の検出を瞬時に正確に行なうことができるものであるが
、走行ユニット２の移動にともなって子機６の音波受信
機３１の向きが賃波発生器１６から徐々に外れることも
予想される。

この場合、親機５のロータリーエンコーダ１２による方
位測定が順次行なわれるから、音波受信機３１の向きが
その有効範囲外とならないように。

方位の検出データに基ずいて補正信号をポテンショメー
タ２３に伝達し、駆動モータ２０などを間欠的に運転し
て、正しい向きに順次補正するととができる。

「親錯の駆動」 親＋９５のターンテーブル８は、例えば当初２７０の範
囲で一転方向を反転させる、つまり、揺動させるように
して、その揺動の途中で受光器１５を発）を器２４に正
確に対向させる（正対させる）瞬間を確実に作り出すよ
うにしているが、子ｅ６の方位′ｆ１度検出すると、そ
の検出データを使用し得るため、浮動範囲を小さくした
＃）揺動周期を早めたりすることにより、距離検出の方
の時間的間隔分小さくしたり、あるいは音波受信機の受
信有効範囲で揺動させることにより連続検出ケ行なうこ
とができる。

なお、各センサの配置は一実施例に限定するものではな
く、親機５および子機６に塔載されている発光器２４．
受光器１５．音波発生器１６．音波受信機３１などはそ
の配置を逆にすることが可能である。

し１】）シて、本発明によれば以下のような効果を奏す
るものである。

■　距離測定に音波を利用するとともに方位測定に光、
レーザービームなどを利用することにより、原子炉圧力
容器表面のように非平面上の走行ユニットの位置を例え
ば１間程度の誤差精度で検出することができる。

■　受光器を回転させその途中で方位を測定することに
より、親機および子機の正対する瞬間を作り方位検出精
ｔｉｎ向上させるとともに１位置検出範囲を拡大させる
ことができる。

■　方位センサによる間欠的な検出と距離センサとの検
出タイミングを一致させることにより。

瞬間的な位置検出を容易にし、また、移動状態の走行ユ
ニットの位置を間欠的に検出して追従することができる
。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は原子炉
圧力容器への適用例の一部切欠外観斜視図、第２図は親
機と子機との関係モデル図、第３図（Ａ）、（Ｂ）は親
機５および子機の斜視図、第４図は方位センサおよび距
離センサの所要高さの説明図である。 １・・・・・・原子炉圧力容器、２・・・・・・無軌道
走行エニツＦ、３・・・・・・位置検出装置、４・・・
・・・基準軌道、５・・・・・・親機、６・・・・・・
子機、７・・・・・・ベース、８・・・・・・ターンテ
ーブル、９・・・・・・駆動モータ、１２・・・・・・
ロータリーエンコーダ、１５・・・・・・受光器、１６
・・・・・・音波発生器、１７・・・・・・較正用受信
機、１Ｂ・・・・・・ペース。 １９・・・・・・ターンテーブル％２０・・・・・・ｍ
＜動モータ。 ２３・・・・・・ポテンショメータ、２４・・・・・・
発光器、２５・・・・・・回転灯台、２Ｇ・・・・・・
Ｍｌ動−ｅ−タ、３０・・・・・・１ツブミラー、３１
・・・・・・音波受信機。 出願人　石川島播磨重工業株式会社 代理人　弁理士　志　賀　正　慾　、゛）ゝ・、：Ｌ、
、、； 第３＠ ２３ 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基醜点上に位置させられる親機と、該親機と離間した位
   置で移動させられる走行エニンを等に塔載される子機と
   を備え、これら親機および子機の一方に音波発生器、他
   方に該音波発生器からの音波伝達時間全検出して離間距
   離を算出するための音波受信機を設けるとともに、前記
   親機および子機のいずれか一方に発光器、他方に該発光
   器からの到達光により方位を算出するだめの受光器を配
   設したことを特徴とする走行ユニット等の位置検出装装
   置。