特開 2024-170112 水中沈殿物回収ロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024170112

(43)【公開日】2024-12-06

(54)【発明の名称】水中沈殿物回収ロボット

(51)【国際特許分類】

   E02F 3/88 20060101AFI20241129BHJP

   E02F 5/00 20060101ALI20241129BHJP

【ＦＩ】

E02F3/88 A

E02F5/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023087094

(22)【出願日】2023-05-26

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ２０２２年６月２日、３日に２０２２年度 技術開発報告会にて発表

(71)【出願人】

【識別番号】000003687

【氏名又は名称】東京電力ホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120400

【弁理士】

【氏名又は名称】飛田 高介

(74)【代理人】

【識別番号】100124110

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 大介

(72)【発明者】

【氏名】西沢 孝壽

(72)【発明者】

【氏名】花岡 草

(72)【発明者】

【氏名】菊池 史朗

(72)【発明者】

【氏名】内島 大作

(72)【発明者】

【氏名】鎌原 健志

(72)【発明者】

【氏名】広瀬 茂男

(72)【発明者】

【氏名】松平 昌之

(57)【要約】

【課題】水中に存在する障害物を乗り越えることができ、水中の沈殿物の回収作業を効率的に進めることが可能な水中沈殿物回収ロボットを提供することを目的としている。
【解決手段】本発明にかかる水中沈殿物回収ロボット（回収ロボット１００）の構成は、水中を走行可能なロボット本体１１０と、水底４０ｂの沈殿物を回収する沈殿物吸込機構１５０と、ロボット本体１１０の上方に配置されたフロート１４０と、ロボット本体１１０とフロート１４０とを離接可能に連結する離接機構１６０と、ロボット本体１１０を水中で推進させるスクリュー１９０と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水中を走行可能なロボット本体と、
水底の沈殿物を回収する沈殿物吸込機構と、
前記ロボット本体の上方に配置されたフロートと、
前記ロボット本体と前記フロートとを離接可能に連結する離接機構と、
前記ロボット本体を水中で推進させるスクリューと、
を備えることを特徴とする水中沈殿物回収ロボット。

【請求項2】

前記フロートは、内部に電装品を収容可能であることを特徴とする請求項１に記載の水中沈殿物回収ロボット。

【請求項3】

前記離接機構は、前記エアシリンダと、該エアシリンダに圧縮空気を供給するバルブとを備え、
当該水中沈殿物回収ロボットはさらに、
圧縮空気タンクと、
前記圧縮空気タンクを開閉する開閉弁と、
前記バルブに送信される制御信号が途絶したら該開閉弁を開いて前記圧縮空気タンクからの圧縮空気を前記エアシリンダに供給する緊急制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の水中沈殿物回収ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水中に沈殿している沈殿物を回収する水中沈殿物回収ロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、水質汚染を防止するためや、水中に沈殿している有害物を除去するために、水中に沈殿している沈殿物を回収することが行われている。沈殿物を回収する手段としては、例えば特許文献１に汚泥回収装置および方法が開示されている。特許文献１の汚泥回収装置は、水中を移動可能であると共に水底の汚泥を吸引して回収可能な浚渫装置と、水中を移動可能であると共に浚渫装置により回収された汚泥から水分を除去した回収物を回収物受槽に貯蔵する処理装置と、処理装置に電力や高圧空気などを供給する設備車とを有している。

【0003】

ところで、例えば原子力発電所建屋では、水中の放射線量を低減するために、放射線物質を吸着する吸着材（例えばゼオライト）を袋に収納した土嚢を水中に載置することがある。この土嚢の内容物を回収する場合、内容物が土嚢に収容されたままであると、特許文献１の汚泥回収装置では、沈殿物を回収することができない。

【0004】

そこで発明者らは、「水中を走行可能なロボット本体と、ロボット本体に対して装着されたコンテナと、ロボット本体に搭載されコンテナを通じて沈殿物を吸引する内蔵ポンプと、ロボット本体の下部の前方に縦向きに軸支され自由回転可能なチップソーとを備えた」水中沈殿物回収ロボットを開発した（特許文献２）。

【0005】

特許文献２の水中沈殿物回収ロボットによれば、チップソーを押し当ててロボット本体が左右に回転運動することで土嚢の袋を破き、土嚢から流出した内容物をロボット本体の内蔵ポンプによって吸引して回収することができる。したがって、内容物が土嚢に収容された状態であっても内容物を効率的に回収することができ、沈殿物の回収作業を迅速に行うことが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１４－１２５７５４号公報

【特許文献2】特開２０２２―１４７０８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

原子力発電所建屋等では、回収対象である沈殿物以外に、瓦礫や遺棄された機材などの障害物が水中に多数存在する場合がある。発明者らが特許文献２の水中沈殿物回収ロボットを試験運用した結果、障害物の高さが、ロボット本体のクローラ動輪（または車輪）の半径よりも大きい場合、水中沈殿物回収ロボットが障害物を乗り越えることが困難であった。

【0008】

本発明は、このような課題に鑑み、水中に存在する障害物を乗り越えることができ、水中の沈殿物の回収作業を効率的に進めることが可能な水中沈殿物回収ロボットを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明にかかる水中沈殿物回収ロボットの代表的な構成は、水中を走行可能なロボット本体と、水底の沈殿物を回収する沈殿物吸込機構と、ロボット本体の上方に配置されたフロートと、ロボット本体とフロートとを離接可能に連結する離接機構と、ロボット本体を水中で推進させるスクリューと、を備えることを特徴とする。

【0010】

上記フロートは、内部に電装品を収容可能であるとよい。

【0011】

上記離接機構は、エアシリンダと、エアシリンダに圧縮空気を供給するバルブとを備え、当該水中沈殿物回収ロボットはさらに、圧縮空気タンクと、圧縮空気タンクを開閉する開閉弁と、バルブに送信される制御信号が途絶したら開閉弁を開いて圧縮空気タンクからの圧縮空気をエアシリンダに供給する緊急制御部と、を備えるとよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、水中に存在する障害物を乗り越えることができ、水中の沈殿物の回収作業を効率的に進めることが可能な水中沈殿物回収ロボットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】原子力発電所建屋の概略図である。

【図2】本実施形態にかかる沈殿物回収ロボットの全体斜視図である。

【図3】回収ロボットの枠体を説明する図である。

【図4】離接機構について説明する図である。

【図5】本実施形態の回収ロボットが水中を走行する様子を説明する模式図である。

【図6】フロートを有さない比較例の沈殿物回収ロボットが水中を走行する様子を説明する模式図である。

【図7】本実施形態の回収ロボットの回収方法について説明する図である。

【図8】本実施形態の回収ロボットの制御回路の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0015】

（原子力発電所建屋）
図１は、原子力発電所建屋１０の概略図である。なお、本実施形態では沈殿物を回収する施設として原子力発電所建屋１０を例示したが、これに限定するものではない。水中に沈殿物が堆積している施設であれば、他の施設であっても上述した本実施形態にかかる沈殿物回収ロボット（以下、回収ロボット１００と称する）を好適に用いることが可能である。

【0016】

図１に示すように、原子力発電所建屋１０は、地上複数階、地下複数階建ての建物（図１では地上２階、地下２階建ての建物を例示）である。１Ｆは地上への出入り口であり、最地下のＢ２Ｆに滞留水が貯蔵されている。この滞留水の放射性物質を吸着するために、Ｂ２Ｆには袋に吸着材（例えばゼオライト等）を詰めた土嚢１２が設置されている。本実施形態の回収ロボット１００は、水中に沈殿した吸着材を沈殿物として回収する。

【0017】

原子力発電所建屋１０のＢ２Ｆには、回収ロボット１００が配置される。回収ロボット１００は、１Ｆの天井に設置されている天井クレーン１４によってＢ２Ｆに搬入される。回収ロボット１００はＢ２Ｆに到着するとフック１６から外れて水中を自走する。回収ロボット１００にはフロートケーブル１８が接続されて、電源盤２０からの電源が供給されると共に、カメラの画像データや各種センサーの信号が遠隔制御装置２２に送信される。

【0018】

図１に示す天井クレーン１４は、回収ロボット１００を、水中に搬入し且つ水中から搬出する。詳細には本実施形態では、回収ロボット１００は、天井クレーン１４に吊り下げられた状態で１ＦからＢ２Ｆに搬入される。回収ロボット１００が、水中を走行しながら沈殿物を回収する。回収作業後の回収ロボット１００は、フロートケーブル１８が巻取装置２４によって巻き取られ、シャワー２６によって洗浄された後に、クレーン１４のフックに掛けて引き上げられて搬出される。

【0019】

（沈殿物回収ロボット）
図２は、本実施形態にかかる沈殿物回収ロボット（回収ロボット１００）の全体斜視図である。図２に示す本実施形態の回収ロボット１００は、水中を走行可能なロボット本体１１０、フロート１４０、沈殿物吸込機構１５０、離接機構１６０、スクリュー１９０およびロボット制御部１０２を備える。

【0020】

図３は、回収ロボット１００の枠体１２０を説明する図である。図２に示すように回収ロボット１００は、枠体１２０およびクローラ１３０を含んで構成される。枠体１２０は、上部を構成する上部フレーム１２２、および下部を構成する下部フレーム１２４によって構成されている。上部フレーム１２２にフロート１４０が備えられ、下部フレーム１２４にロボット本体１１０が構成される。

【0021】

図３に示すように、上部フレーム１２２は、４つの縦材１２２ａ、および縦材１２２ａを連結する横材１２２ｂを含んで構成される。下部フレーム１２４は、４つの縦材１２４ａ、縦材１２４ａを連結する横材１２４ｂ、および横材１２４ｂに固定されたストッパ１２４ｃを含んで構成される。上部フレーム１２２の縦材１２２ａと下部フレーム１２４の縦材１２４ａとは相対的にスライド可能となっている（例えば入れ子形状）。そしてストッパ１２４ｃが設けられていることにより、上部フレーム１２２が下部フレーム１２４を超えて下方に移動することを防ぐことができる。

【0022】

ロボット本体１１０は、下部フレーム１２４に沈殿物吸込機構１５０を搭載して構成される。沈殿物吸込機構１５０は、吸込口１５２、吸込ポンプ１５４およびジョイント装置１５６を含んで構成され、水底の沈殿物を回収する。吸込口１５２は、例えば吸引ノズルであって、ロボット本体１１０の下方においてクローラ１３０の間に配置されている。吸込口１５２には吸込ポンプ１５４が連結ホース１５４ａを介して接続されている。これにより、吸込ポンプ１５４を駆動すると、水底の沈殿物が吸込口１５２に吸い込まれて回収される。

【0023】

なお、沈殿物の内容物が土嚢１２に収容された状況において土嚢１２から内容物を取り出したい場合は、クローラ１３０により土嚢１２を踏みにじり、土嚢１２を破いた後に吸込口１５２より内容物を回収するようにしてもよい。または、ロボット本体１１０の下部の前方にチップソーのような切断部材を取り付けるようにしてもよい。この場合、チップソーを用いて土嚢１２を破き、吸込口１５２より内容物を回収することができる。

【0024】

図２に示すように上部フレーム１２２の内部にはフロート１４０が配置されている。フロート１４０は、中空の筐体であり、内部に空気が密封されている。これにより、フロート１４０が浮力源となり、水中で回収ロボット１００を浮かせることが可能となる。

【0025】

フロート１４０の内部には、例えば回路基板や撮像装置等の電装品（不図示）を収容可能である。本実施形態では、遠隔制御装置２２（図１参照）と接続されて当該回収ロボット１００の動作を制御するロボット制御部１０２がフロート１４０の内部に収容されている。これにより、浸水による電装品の故障を好適に防ぐことができる。

【0026】

また上部フレーム１２２にはジョイント装置１５６が備えられていて、ホースリール３０に支持された移送ホース２８（図１参照）を吸込ポンプ１５４に連結する。本実施形態ではジョイント装置１５６は、上部フレーム１２２の内部に配置されていて、連結ホース１５８によって吸込ポンプ１５４に連結されている。これにより、上部フレーム１２２が下部フレーム１２４に対して離接（昇降）しても、吸込ポンプ１５４とジョイント装置１５６の接続が維持される。

【0027】

吸込ポンプ１５４によって回収された沈殿物は、移送ホース２８を通じてＢ２Ｆの集積場所Ｐ（図１参照）に移送される。なお本実施形態では回収ロボット１００によって回収した沈殿物を集積場所Ｐに移送する構成を例示したが、これに限定するものではない。例えば原子力発電所建屋１０の屋内または屋外に集積容器等を用意し、そこに沈殿物を移送する構成としてもよい。

【0028】

上述したロボット本体１１０とフロート１４０とは、離接機構１６０によって離接可能に連結されている。図３に示すように本実施形態の離接機構１６０は、エアシリンダ（上シリンダ１６２および下シリンダ１６４）、およびエアシリンダに圧縮空気を供給するバルブ（後述する図８参照）を含んで構成される。上シリンダ１６２および下シリンダ１６４はそれぞれ、内部を摺動する上ピストン１６２ａおよび下ピストン１６４ａを有する。

【0029】

図４は、離接機構１６０について説明する図である。図４（ａ）は、離接機構１６０の上取付板１７０と下取付板１８０が最も近接している状態を例示している。図４（ｂ）は、離接機構１６０の上取付板１７０と下取付板１８０が最も離間している状態を例示している。

【0030】

図４（ａ）および（ｂ）に示すように離接機構１６０は、上取付板１７０、下取付板１８０を有する。上取付板１７０および下取付板１８０の間には、支柱１６８によって連結された上ガイド板１７２および下ガイド板１８２が配置されている。

【0031】

上取付板１７０は、フロート１４０の下方で上部フレーム１２２の横材１２２ｂに取り付けられている。上取付板１７０の下側には、上ガイド棒１７４および上ピストン１６２ａが取り付けられている。上ガイド板１７２は、上ガイド棒１７４が挿通される上ガイド穴１７２ａを有し、下側に伸縮する下シリンダ１６４が取り付けられている。

【0032】

下取付板１８０は、クローラ１３０の上方で下部フレーム１２４の横材１２４ｂに取り付けられている。下取付板１８０の上側には、下ガイド棒１８４および下ピストン１６４ａが取り付けられている。下ガイド板１８２は、下ガイド棒１８４が挿通される下ガイド穴１８２ａを有し、上側に伸縮する上シリンダ１６２が取り付けられている。

【0033】

離接機構１６０では、通常時は図４（a）に示すように上ピストン１６２ａおよび下ピストン１６４ａはそれぞれ上シリンダ１６２および下シリンダ１６４に収容されている。これにより、上取付板１７０と下取付板１８０、ひいては図２に示すロボット本体１１０（厳密にはロボット本体１１０の下部フレーム１２４）とフロート１４０が最も近接している状態となる。

【0034】

上シリンダ１６２および下シリンダ１６４に圧縮空気が供給されると、図４（ｂ）に示すように上ピストン１６２ａは上シリンダ１６２に対して上方に移動し、下ピストン１６４ａは下シリンダ１６４に対して下方に移動する。これにより、上取付板１７０および下取付板１８０が離間し、ロボット本体１１０（厳密にはロボット本体１１０の下部フレーム１２４）に対してフロート１４０が上方に離れた状態となる。

【0035】

また図２に示すように本実施形態の回収ロボット１００は、ロボット本体１１０を水中で推進させるスクリュー１９０を有する。スクリュー１９０としては、例えばモータと一体型のものを好適に用いることができる。図２ではスクリュー１９０が側部に２つ、後部に２つ（１つは見えていない）を配置されている構成を例示するが、これに限定するものではなく、スクリュー１９０の数は必要に応じて適宜変更してよい。

【0036】

図５は、本実施形態の回収ロボット１００が水中を走行する様子を説明する模式図である。図６は、フロート１４０を有さない比較例の沈殿物回収ロボット（以下、回収ロボット５０と称する）が水中を走行する様子を説明する模式図である。なお、図６に示す比較例の回収ロボット５０において、実施形態の回収ロボット１００と共通する構成要素については同一の符号を付すことにより説明を省略する。また図５および図６では、滞留水の（水面４０ａから水底４０ｂまでの）水深は１．５ｍ程度を想定している。

【0037】

図６に例示する比較例の回収ロボット５０は、フロート１４０および離接機構１６０を有さない構成である。障害物１２ａの高さをＨとし、図６に示す比較例１０のクローラの動輪１３２の半径をＲとしたとき、障害物の高さＨがクローラ１３０の動輪１３２の半径Ｒよりも大きいと（Ｈ＞Ｒ）、クローラ１３０ひいては回収ロボット５０は障害物を乗り越えることができない。

【0038】

これに対し本実施形態の回収ロボット１００では、通常走行時には離接機構１６０を伸長させて、図５（ａ）に示すようにフロート１４０をロボット本体１１０から離間させる。これにより、回収ロボット１００がクローラ１３０によって水底４０ｂを走行する。

【0039】

前方における障害物の存在を検出されたら、ロボット制御部１０２は離接機構１６０を収縮させる。すると、フロート１４０がロボット本体１１０に近接して浮体が水没した状態となり、回収ロボット１００全体がフロート１４０の浮力によって浮上する。

【0040】

そしてフロート１４０が近接した状態でスクリュー１９０によってロボット本体１１０を水中で推進させることにより、図５（ｃ）に示すように障害物を乗り越える。このように本実施形態の回収ロボット１００によれば、フロート１４０の浮力を利用することにより水中に存在する障害物を乗り越えることができるため、水中の沈殿物の回収作業を効率的に進めることが可能である。

【0041】

また本実施形態の回収ロボット１００のようにフロート１４０に浮力が作用することにより、回収ロボット１００の姿勢が傾いた際でも倒れてしまうことがなく、正しい姿勢に復帰することができる。このため、回収ロボット１００の姿勢を安定した状態で維持することが可能である。

【0042】

図７は、本実施形態の回収ロボット１００の回収方法について説明する図である。沈殿物の回収作業の完了後や回収ロボット１００の故障時には、図７に示すように回収ロボット１００を浮上させた上で、フロートケーブル１８を巻取装置２４（図１参照）によって巻き取る、または手繰り寄せる。これにより、回収ロボット１００を安全且つ確実に回収することができる。

【0043】

図８は、本実施形態の回収ロボット１００の制御回路の模式図である。図８では、エアシリンダとして下シリンダ１６４を例示している。通常時は、図８に示すように下シリンダ１６４（エアシリンダ）には、原子力発電所建屋１０（図１参照）に設置されたエアコンプレッサ３２からの圧縮空気が空圧供給経路３４を通じて供給される。

【0044】

空圧供給経路３４は回収ロボット１００において２つに分岐していて、分岐した２つの経路には、エアシリンダに圧縮空気を供給するバルブである第１バルブ１６６ａおよび第２バルブ１６６ｂが設けられている。なお、エアシリンダから空気を排出する排気弁や排気管は図示を省略している。第１バルブ１６６ａおよび第２バルブ１６６ｂは、遠隔制御装置２２からの信号を受信したロボット制御部１０２からの制御信号によって開閉する。

【0045】

第１バルブ１６６ａが開状態であり、第２バルブ１６６ｂが閉状態のとき、圧縮空気が供給されると下ピストン１６４ａが下シリンダ１６４内を摺動して下シリンダ１６４の外に進出する。第１バルブ１６６ａが閉状態であり、第２バルブ１６６ｂが開状態のとき、圧縮空気が供給されると下ピストン１６４ａが下シリンダ内を摺動して下シリンダ１６４内に収容される。

【0046】

本実施形態の特徴として、回収ロボット１００は、圧縮空気タンク１９２および開閉弁１９４を備える。圧縮空気タンク１９２は、ロボット本体１１０の上部フレーム１２２の内部に配置されていて（図２参照）、上シリンダ１６２、下シリンダ１６４に圧縮空気を供給する。圧縮空気タンク１９２と上シリンダ１６２、下シリンダ１６４との間には、圧縮空気タンク１９２を開閉する開閉弁１９４が配置されている。

【0047】

開閉弁１９４は、通常時、すなわち遠隔制御装置２２からの制御信号が受信されている状態では閉状態となっている。遠隔制御装置２２からの制御信号が途絶したら、ロボット制御部１０２は緊急制御部１０２ａとして機能し、開閉弁１９４を開き、圧縮空気タンク１９２からの圧縮空気を上シリンダ１６２、下シリンダ１６４に供給する。

【0048】

上記構成によれば、遠隔制御装置２２が故障したり、回収ロボット１００が故障したりした場合等の緊急時に、圧縮空気タンク１９２からの圧縮空気が上シリンダ１６２、下シリンダ１６４に供給される。これによりフロート１４０がロボット本体１１０に近接し、フロート１４０の浮力によって回収ロボット１００が水面４０ａに浮上する。したがって、緊急時にロボット本体１１０をより確実に回収することが可能となる。

【0049】

なお、上記説明した離接機構１６０の構成は、これに限定するものではない。他の例としては離接機構１６０が、電動モータと、電動モータによって進退するボールねじを含む構成としてもよい。この場合、回収ロボット１００が、電動モータに電力を供給するバッテリー、電動モータを制御する緊急制御部を備える構成とし、電動モータに送信される制御信号が途絶したら、緊急制御部が電動モータを動作させて前記ボールねじを進退させるとよい。

【0050】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0051】

本発明は、水中に沈殿している沈殿物を回収する水中沈殿物回収ロボットとして利用することができる。

【符号の説明】

【0052】

１０…原子力発電所建屋、１２…土嚢、１２ａ…障害物、１４…天井クレーン、１６…フック、１８…フロートケーブル、２０…電源盤、２２…遠隔制御装置、２４…巻取装置、２６…シャワー、２８…移送ホース、３０…ホースリール、３２…エアコンプレッサ、３４…空圧供給経路、４０ａ…水面、４０ｂ…水底、５０…回収ロボット、１００…回収ロボット、１０２…ロボット制御部、１０２ａ…緊急制御部、１１０…ロボット本体、１２０…枠体、１２２…上部フレーム、１２２ａ…縦材、１２２ｂ…横材、１２４…下部フレーム、１２４ａ…縦材、１２４ｂ…横材、１２４ｃ…ストッパ、１３０…クローラ、１３２…動輪、１４０…フロート、１５０…沈殿物吸込機構、１５２…吸込口、１５４…吸込ポンプ、１５４ａ…連結ホース、１５６…ジョイント装置、１５８…連結ホース、１６０…離接機構、１６２…上シリンダ、１６２ａ…上ピストン、１６４…下シリンダ、１６４ａ…下ピストン、１６６ａ…第１バルブ、１６６ｂ…第２バルブ、１６８…支柱、１７０…上取付板、１７２…上ガイド板、１７２ａ…上ガイド穴、１７４…上ガイド棒、１８０…下取付板、１８２…下ガイド板、１８２ａ…下ガイド穴、１８４…下ガイド棒、１９０…スクリュー、１９２…圧縮空気タンク、１９４…開閉弁、Ｐ…集積場所

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】