JP7588515B2 - 水路トンネル検査装置、飛行制御方法及びガス注入方法 - Google Patents

Description

本発明は、水路トンネル検査装置、飛行制御方法及びガス注入方法に関する。

利水、灌漑その他の目的で、多くの水路が建設され、供用されている。水路の中には、地下に建設されているもの、即ち、水路トンネル（地下水路）として建設されているものもある。

このような水路トンネルについて検査する要望がある。水路トンネルは、経年劣化し得るので、水路トンネルの安全で安定的な供用のためには、水路トンネルの状態を定期的に検査することが望ましい。特に、大きな地震が発生したような場合には、水路トンネルの健全性を確認するために水路トンネルの壁面を検査することが望ましい。

本出願の出願人は、先に、水路トンネルの壁面を検査するための水路トンネル検査装置について特許出願を行っている（特開２０１８－１９９９１５号公報参照）。特開２０１８－１９９９１５号公報は、バルーンに観測システム及びコントローラを搭載し、水路トンネルの内部を自律的に飛行しながら壁面を検査する飛行船型水路トンネル検査装置を開示している。

水路トンネルの検査の精度を向上するためには、飛行船型水路トンネル検査装置を水路トンネル内で安定して飛行させることが好ましい。安定した飛行の実現のためには、飛行船型水路トンネル検査装置は、水路トンネルの壁面への接触を抑制するように構成されることが望ましく、また、仮に接触しても飛行を継続できるように構成されていることが望ましい。

特開２０１８－１９９９１５号公報

したがって、本発明の目的の一つは、水路トンネル検査装置の飛行の安定性を向上するための技術を提供することにある。本発明の他の目的及び新規な特徴は、以下の開示から当業者には理解されるであろう。

本発明の一の観点では、水路トンネルの内部を飛行するように構成された水路トンネル検査装置が提供される。当該水路トンネル検査装置は、バルーンと、前記バルーンに接合されるガイド機構とを備えている。前記ガイド機構は、アームと、前記アームの先端に回転可能に接合されたローラーとを備えている。

本発明の他の観点では、水路トンネル検査装置の水路トンネルの内部における飛行を制御する飛行制御方法が提供される。当該飛行制御方法は、前記水路トンネル検査装置を前記水路トンネルの内部で飛行させるときの前記水路トンネル内の風を制御することを含む。前記水路トンネル内の風を制御することが、前記水路トンネルの少なくとも一方の坑口を、少なくとも部分的に閉塞することと、送風機により前記水路トンネルの内部に風を送ることとの少なくとも一方を含む。

本発明によれば、水路トンネル検査装置の飛行の安定性を向上することができる。

一実施形態における水路トンネル検査装置の構成を示す側面図である。 一実施形態における水路トンネル検査装置の構成を示す正面図である。 一実施形態における機体の構成を示す側面図である。 一実施形態における機体の構成を示す上面図である。 一実施形態における、バルーンの上部に接合されるガイド機構の構成を示す斜視図である。 一実施形態における、バルーンの側部に接合されるガイド機構の構成を示す斜視図である。 一実施形態における、図６のガイド機構の支持部材の構成を示す正面図である。 一実施形態における、図６のガイド機構の機能を示している。 一実施形態におけるガイドフレームの構成を示す下面図である。 一実施形態におけるガイドフレームの構成を示す斜視図である。 一実施形態におけるバラスト水滴下装置の構成を示している。 一実施形態におけるチャンバーの構成を示している断面図である。 一実施形態における周長管理巻尺の構成を示す側面図である。 一実施形態における機体固定テープの構成を示す側面図である。 一実施形態における撮像モジュール保持機構の構成を示している斜視図である。 一実施形態におけるスラスタ保持機構の構成を示している斜視図である。 一実施形態における水路トンネル検査装置の構成を示す側面図である。 一実施形態における水路トンネルの検査方法を示すフローチャートである。 一実施形態におけるバルーンへのガスの注入方法を示している。 一実施形態における水路トンネル内の風の制御方法を示している。 一実施形態における水路トンネル内の風の制御方法を示している。

＜全体構成＞
図１は、一実施形態における水路トンネル検査装置１００の構成を示す側面図であり、図２は、正面図である。なお、以下の説明においては、水路トンネル検査装置１００の横方向にＸ軸が規定され、前後方向にＹ軸が規定され、上下方向にＺ軸が規定されたＸＹＺ直交座標系が、方向を表すために用いられることがある。図示された実施形態では、水路トンネル検査装置１００は、図１において＋Ｙ方向として図示されている前方向に飛行することに適した構成を有している。ただし、飛行方向は、＋Ｙ方向に限定されない。

水路トンネル検査装置１００は、飛行船として構成されており、水路トンネルの内部を飛行して壁面を検査するように構成されている。水路トンネルは、地下に設けられている水路であってもよい。一実施形態では、水路トンネル検査装置１００は、水路トンネルの内部を飛行しながら水路トンネルの壁面を撮像して撮像画像を取得するように構成される。

一実施形態では、図１に図示されているように、水路トンネル検査装置１００が、バルーン１と、サイドスラスタ２と、メインスラスタ３と、撮像モジュール４と、機体５とを備えている。サイドスラスタ２と、メインスラスタ３と、撮像モジュール４と、機体５とは、いずれも、バルーン１に搭載されている。

バルーン１は、その内部に空気よりも軽い気体、例えば、ヘリウムが封入され、水路トンネル検査装置１００を浮かせるための浮力を生成する。水路トンネル検査装置１００は、バルーン１によって得られる浮力を利用して飛行する。バルーン１は、図１においてＹ軸方向として示されている前後方向に長い略円筒形の形状を有している。一実施形態では、バルーン１は、柔軟性を有する材料、例えば、塩化ビニル製シートで形成される。バルーン１として柔軟性を有する材料を用いることで、バルーン１が折りたたみ可能になり、水路トンネル検査装置１００の可搬性を向上することができる。バルーン１は、薄く軽い素材で形成されることが好ましく、塩化ビニル製シートはこのような要求を満たす材料の一つである。

サイドスラスタ２は、バルーン１の下部に接合されており、図１、図２においてＸ軸方向として示されている横方向に推力を発生する第１の推力発生機構として構成されている。図示された実施形態では、前後方向に異なる位置に２つのサイドスラスタ２が設けられている。サイドスラスタ２は、水路トンネル検査装置１００を横方向に平行移動させるための推力の発生、及び、水路トンネル検査装置１００を水平面内で旋回させるための推力の発生に用いられる。２つのサイドスラスタ２が推力を発生する方向は、同一とは限らない。例えば水路トンネル検査装置１００を水平面内で旋回させる場合、サイドスラスタ２の一方が＋Ｘ方向に推力を発生し、他方が－Ｘ方向に推力を発生する。

メインスラスタ３は、バルーン１の前後方向の一端、例えば後端に接合されており、水路トンネル検査装置１００の前後方向に推力を発生する第２の推力発生機構として構成されている。

撮像モジュール４は、バルーン１の前後方向の他端、例えば前端に接合されており、水路トンネルの壁面を撮像して壁面の撮像画像を取得するように構成されている。一実施形態では、撮像モジュール４は、３６０°カメラと照明装置を備えていてもよい。

機体５は、バルーン１の下部に接合されており、水路トンネル検査装置１００の飛行を制御するための様々な機構を搭載している。図３は、一実施形態における機体５の構成を示す側面図であり、図４は、上面図である。図示された実施形態では、機体５は、メカデッキ６と、一対のバーチカルスラスタ７と、コントローラ８と、バッテリー９とを備えている。メカデッキ６は、バルーン１の下部に接合可能に構成されており、バーチカルスラスタ７と、コントローラ８と、バッテリー９とを搭載して保持する。バーチカルスラスタ７は、水路トンネル検査装置１００の上下方向に推力を発生する第３の推力発生機構として構成されている。一実施形態では、バーチカルスラスタ７のそれぞれが、メカデッキ６と脱着自在に連結される。バーチカルスラスタ７が機体５から個別に脱着可能である。このような実施形態では、水路トンネル検査装置１００は、サイドスラスタ２、メインスラスタ３及びバーチカルスラスタ７が、互いに分離可能であるように構成されることになる。これは、後述のように、水路トンネル検査装置１００を構成するパーツの水路トンネルの内部への搬入を容易にする。コントローラ８は、上述したサイドスラスタ２、メインスラスタ３、及び、バーチカルスラスタ７を制御して水路トンネル検査装置１００の飛行経路を制御する。バッテリー９は、サイドスラスタ２、メインスラスタ３、バーチカルスラスタ７及びコントローラ８を動作するための電力を蓄積している。

＜ガイド機構＞
図１、図２を再度に参照して、一実施形態では、バルーン１の上部に少なくとも一のガイド機構１０が接合され、側部に少なくとも一のガイド機構２０が接合されている。図１に示す実施形態では、バルーン１の上部に２つのガイド機構１０が接合され、左側部に２つのガイド機構２０が接合され、更に右側部に２つのガイド機構２０（図１には図示されていない）が接合されている。ガイド機構１０、２０は、水路トンネル検査装置１００が水路トンネルの壁面に接触したときに接触の影響を小さくし、飛行の安定性を向上するために設けられている。

図５は、一実施形態における、バルーン１の上部に接合されるガイド機構１０の構成を示す斜視図である。図示した実施形態では、ガイド機構１０が、バルーン１の表面に装着されるベース部１１と、ベース部１１に接合された一対のアーム１２と、アーム１２の先端に結合されたローラー１３とを備えている。ベース部１１は、一対のアーム１２を支持するように構成されており、前側バー１４と、後側バー１５と、これらを連結する一対のロッド１６とを備えている。ベース部１１は、前側バー１４が後側バー１５よりも水路トンネル検査装置１００の前方向に位置するようにバルーン１に接合される。アーム１２は、前側バー１４に接合されている。アーム１２は、ベース部１１に対して斜めになるように前側バー１４に接合されている。アーム１２が前側バー１４に接合される位置は、ローラー１３よりも前方向に位置している。このような構造は、水路トンネル検査装置１００が前方向に飛行しているときにローラー１３が壁面に接触したときの衝撃を吸収することに寄与する。一実施形態では、アーム１２は、弾性変形可能な材料、例えば、炭素繊維強化プラスチックやガラス繊維強化プラスチックで形成される。ローラー１３は、１対のアーム１２の間に挟まれており、各アーム１２に回転可能に結合されている。

このような構造のガイド機構１０は、水路トンネル検査装置１００が過剰に上昇して水路トンネルの上側の壁面に接触したときに、接触の影響を抑制することができる。水路トンネル検査装置１００が過剰に上昇した場合、まず、ガイド機構１０のローラー１３が水路トンネルの上側の壁面に接触する。ローラー１３が壁面に接触して転がることで、衝撃が緩和される。これは、水路トンネル検査装置１００の飛行の安定性の向上に寄与する。加えて、バルーン１が柔軟性を有する材料で形成されている場合には、ベース部１１がバルーン１に食い込むことで衝撃が緩和され得る。これも水路トンネル検査装置１００の飛行の安定性に寄与する。更に、アーム１２が弾性変形可能な材料で形成されている場合には、アーム１２のしなりによって衝撃が一層に吸収され、これも飛行の安定性の向上に寄与し得る。

図６は、一実施形態における、バルーン１の側部に接合されるガイド機構２０の構成を示す斜視図である。図示されている実施形態では、ガイド機構２０が、バルーン１の表面に装着されるベース部２１と、ベース部２１に接合されたアーム２２と、アーム２２の先端に結合されたローラー２３と、アーム２２を支持する支持部材２４と、支持部材２４に接合された連結プレート２５とを備えている。ベース部２１は、アーム２２を支持するように構成されており、前端バー２６と、後端バー２７と、これらを連結する一対のロッド２８とを備えている。ローラー２３は、アーム２２に回転可能に結合されている。支持部材２４は、図７に図示されているように、トラス構造として構成されており、アーム２２に連結される連結部２４ａと、ロッド２８が嵌合されるノッチ２４ｃが形成されている嵌合部２４ｂとを有している。図６に戻り、連結プレート２５は、支持部材２４の位置決めに用いられる。連結プレート２５の一端が支持部材２４に固定的に接合されている一方で、連結プレート２５には前端バー２６との連結に用いられる穴２５ａが複数設けられている。複数の穴２５ａのうちの一つを用いて連結プレート２５が前端バー２６に連結される。図６には、連結プレート２５の端に最も近い穴２５ａ（図示されない）が前端バー２６との連結に用いられている状態が図示されている。

ガイド機構２０は、アーム２２のベース部２１に対する角度が調節可能であるように構成されている。このような構成は、アーム２２の先端に設けられたローラー２３のバルーン１からの距離を水路トンネルの幅に応じて調節することを可能にする。ローラー２３のバルーン１からの距離は、ローラー２３が水路トンネルの壁面に接触する頻度に影響するので、ローラー２３のバルーン１からの距離を適正に調節することは、水路トンネル検査装置１００の飛行の安定性の向上に寄与する。

アーム２２のベース部２１に対する角度を調節可能にするために、アーム２２は、前端バー２６に回動可能であるように連結されており、支持部材２４は、アーム２２となす角が自在であるようにアーム２２に連結されている。このような構成では、図８に図示されているように、支持部材２４と前端バー２６との間の距離を調節することで、アーム２２のベース部２１に対する角度を所望の角度に調節することができる。支持部材２４と前端バー２６との間の距離の調節は、連結プレート２５と前端バー２６との連結に用いられる穴２５ａの選択によって行われてもよい。アーム２２のベース部２１に対する角度を所望の角度にする支持部材２４と前端バー２６との間の距離に応じた穴２５ａが選択され、選択された穴２５ａを用いて連結プレート２５が前端バー２６に連結される。

上述された実施形態では、ガイド機構１０がバルーン１の上部に接合され、ガイド機構２０がバルーン１の側部に接合されるが、ガイド機構１０、２０がバルーン１に接合される位置は、これらに限定されない。例えば、ガイド機構２０がバルーン１の上部に接合されてもよく、ガイド機構１０がバルーン１の側部に接合されてもよい。

＜ガイドフレーム＞
図１を再度に参照して、一実施形態では、バルーン１の下部にサイドスラスタ２を保護するためのガイドフレーム３０が接合される。図９は、一実施形態におけるガイドフレーム３０の構成を示す下面図であり、図１０は、斜視図である。ガイドフレーム３０は、２本のロッド３１、３２と、ベース部３３、３４、３５、３６とを備えている。ロッド３１、３２は、弾性変形が可能であるように形成されている。一実施形態では、ロッド３１、３２は、弾性変形可能な材料で形成される。ロッド３１、３２は、例えば、炭素繊維強化プラスチックやガラス繊維強化プラスチックで形成されてもよい。ロッド３１、３２は、それらが交差する位置で結束体３７（例えば、結束バンド）によって互いに結束されている。ロッド３１は、その一端がベース部３３に連結され、他端がベース部３４に連結されている。ベース部３３、３４は、バルーン１に接合されており、ロッド３１を保持するために用いられる。同様に、ロッド３２は、その一端がベース部３５に連結され、他端がベース部３６に連結されている。ベース部３５、３６は、バルーン１に接合されており、ロッド３２を保持するために用いられる。

サイドスラスタ２は、このように構成されたガイドフレーム３０とバルーン１の間に位置するように配置される。このような構造では、バルーン１が水路トンネルの壁面に近づいたときにはサイドスラスタ２よりも先にガイドフレーム３０が壁面に接触してサイドスラスタ２を保護する。これは、水路トンネル検査装置１００の飛行の安定性の向上に寄与する。

＜バラスト水滴下装置＞
バルーン１には、空気よりも軽いガス、例えば、ヘリウムガスが封入されるが、空気よりも軽いガスは分子量が小さく、バルーン１から漏れやすい。バルーン１内のガスは、例えば、バルーン１のシート面やシート接合面を透過し得る。このため、時間の経過に伴ってバルーン１からのガスが徐々に抜け、バルーン１の浮力が徐々に低下する事態が生じ得る。バルーン１の浮力が徐々に低下すると、水路トンネル検査装置１００が降下し得るので、バーチカルスラスタ７によって垂直方向に推力を発生する必要が生じ得る。これは、消費電力の不所望な増大を招き得る。

このような問題に対応するために、一実施形態では、図３、図４に図示されているように、機体５にバラスト水滴下装置４０が搭載される。バラスト水滴下装置４０は、バラスト水を蓄積する容器４１を備えており、容器４１に蓄積されたバラスト水を徐々に滴下して水路トンネル検査装置１００の外部に放出するように構成されている。一実施形態では、バラスト水滴下装置４０は、サーボモーターで動作して容器４１に蓄積されたバラスト水を徐々に放出するように構成された放水バルブ４２を備えている。バラスト水が徐々に滴下されて放出されることで、水路トンネル検査装置１００の全体の重量が徐々に減少し、バルーン１の浮力の低下が補償される。単位時間あたりに放出されるバラスト水の量は、単位時間あたりのバルーン１の浮力の低下量に応じて調節される。バラスト水の放出によってバルーン１の浮力の低下を補償することにより、垂直方向に推力を発生するための消費電力を低減し、更に、水路トンネル検査装置１００の飛行の安定性を向上することができる。

他の実施形態では、図１１に示すバラスト水滴下装置４０Ａがバラスト水を水路トンネル検査装置１００の外部に滴下するために用いられてもよい。バラスト水滴下装置４０Ａは、電力の供給を受けずにバラスト水を徐々に滴下するように構成される。図示された実施形態では、バラスト水滴下装置４０Ａが、容器４３と、チャンバー４４と、クランプ４５とを備えている。

容器４３は、バラスト水を蓄積するように構成されている。容器４３には、その内部に空気を導入するための入口チューブ４６と、容器４３からチャンバー４４にバラスト水を送るための上流側チューブ４７とが接続されている。

チャンバー４４は、容器４３から受け取ったバラスト水をその内部に滴下して蓄積するように構成されている。図１２は、一実施形態におけるチャンバー４４の構成を図示している。図示された実施形態では、チャンバー４４が、チャンバー本体４４ａと、チャンバー本体４４ａの上流側の端の開口を塞ぐ蓋体４４ｂとを備えている。チャンバー本体４４ａは、内径寸法が下流方向に徐々に狭くなる略円筒形に形成されている。蓋体４４ｂには流路が形成されており、蓋体４４ｂは、上流側チューブ４７から供給されるバラスト水を液滴としてチャンバー本体４４ａの内部に滴下するように構成されている。チャンバー本体４４ａの下流側の端は、下流側チューブ４８が接続されており、チャンバー４４に蓄積されたバラスト水は、下流側チューブ４８に送られる。図１１に示すように、クランプ４５は、下流側チューブ４８を挟み込んで設けられている。クランプ４５は、下流側チューブ４８を挟み込む挟み込み量が可変であるように構成されている。クランプ４５としてローラークランプが用いられる場合、該ローラークランプのローラーの位置を調節することで挟み込み量を調節してもよい。下流側チューブ４８は、その端部が機体５から垂れ下がるように配置され、バラスト水は、下流側チューブ４８から水路トンネル検査装置１００の外部に滴下される。

このような構成のバラスト水滴下装置４０Ａでは、クランプ４５の挟み込み量を調節することで、単位時間あたりに放出されるバラスト水の量が調節される。単位時間あたりに放出されるバラスト水の量は、単位時間あたりのバルーン１の浮力の低下量に応じて調節され、これにより、バルーン１の浮力の低下が補償される。バラスト水滴下装置４０Ａは、電力を用いずにバラスト水を放出可能であり、これは、バッテリー９に蓄積された電力の節約に好適である。

＜バルーンの周長管理＞
垂直方向に推力を発生するための消費電力を低減し、及び／又は、水路トンネル検査装置１００の飛行の安定性を向上するためには、バルーン１が生成する浮力を適切に調節することが望ましい。バルーン１が生成する浮力は、バルーン１に封入されるガスの量に依存するので、適正な浮力を得るためには、バルーン１に封入されるガスの量を適切に管理することが望ましい。

バルーン１に封入されるガスの量を管理するために、一実施形態では、図１に図示されているように、少なくとも一の周長管理巻尺５０が、バルーン１を巻回するように設けられている。周長管理巻尺５０は、バルーン１の周長を測定し、管理するために用いられる。バルーン１の周長は、バルーン１に封入されるガスの量に依存しているので、バルーン１の周長を管理することで、バルーン１に封入されるガスの量を適切に管理することができる。一実施形態では、前後方向に異なる位置に、２本の周長管理巻尺５０が設けられる。図示された実施形態では、２本の周長管理巻尺５０の１本が、前側のサイドスラスタ２の近傍に設けられ、もう１本は、後側のサイドスラスタ２の近傍に設けられている。

図１３は、一実施形態における周長管理巻尺５０を示している。周長管理巻尺５０は、少なくとも一部に目盛りが形成されたテープ状部材として構成されている。周長管理巻尺５０の端５０ａは、バルーン１の表面に接合されており、周長管理巻尺５０がバルーン１を巻回するように設けられた状態での端５０ａの目盛り上の位置からバルーン１の周長が読み取られる。読み取られたバルーン１の周長に基づいて、バルーン１に封入されるガスの量が適正かが判断される。周長管理巻尺５０をバルーン１の表面に常時設置しておくことで、測定のたびに周長管理巻尺５０を配置する必要がなくなり、バルーン１の周長を随時測定することができる。これは、バルーン１に封入されるガスの量の管理を容易にする。

＜機体のバルーンへの固定＞
図１を再度に参照して、一実施形態では、機体５が、複数の機体固定テープ６０によってバルーン１に固定される。機体固定テープ６０は、バルーン１に密着するようにバルーン１を巻回して設けられ、その両端が機体５に結合される。機体固定テープ６０によって機体５をバルーン１に固定する構造は、機体５の取り付け位置を自在に調整することを可能にする。水路トンネル検査装置１００は、組み立ての都度、前後の重量バランスの変動があり得る。機体固定テープ６０によって機体５をバルーン１に固定する構造を採用することにより、重量バランスの変動に応じて機体５の取り付け位置を調整することが容易になる。

一実施形態では、図１４に示すように、機体固定テープ６０が、弾性的に伸縮可能な伸縮部分６０ａを有している。伸縮部分６０ａは、バルーン１からガスが徐々に漏れたときにバルーン１の周長の減少に追随して縮み、機体固定テープ６０の緩みを防止する。一実施形態では、伸縮部分６０ａがゴムバンドで形成されてもよい。

＜バルーンへの機器の取り付け＞
図１、図２を再度に参照して、柔軟性を有するバルーン１の前端に撮像モジュール４を取り付ける場合、撮像モジュール４の重量によって撮像モジュール４の向きが下に傾き得る。これは、撮像モジュール４によって得られる画像の質に影響を及ぼし得る。例えば、撮像モジュール４の向きが不適性であると、所望の撮像範囲の画像が得られないことがあり得る。

撮像モジュール４を適正な向きでバルーン１に接合するために、一実施形態では、図１５に示すような構成の撮像モジュール保持機構７０が用いられる。図示された実施形態では、撮像モジュール４が、３６０°カメラ５１と、水路トンネルの内部を照明するためのＬＥＤ (light emitting diode) モジュール５２と、台座５３とを備えており、撮像モジュール保持機構７０が、複数の固定用ピース７１と、複数の固定ケーブル７２、７３とを備えている。図示された実施形態では、３６０°カメラ５１がＬＥＤモジュール５２に接合されており、該ＬＥＤモジュール５２が更に台座５３に接合されている。台座５３は、ＬＥＤモジュール５２に接合されるハブ部５３ａと、リング状のリム部５３ｂと、リム部５３ｂをハブ部５３ａに連結する複数のスポーク部材５３ｃとを備えている。固定用ピース７１は、バルーン１に接合されており、それぞれが固定ケーブル７２を保持するように構成されている。固定ケーブル７２は、端が固定用ピース７１に結合されており、更に、撮像モジュール４の台座５３に縛着されている。固定用ピース７１は、十分に広い間隔で設置されており、固定用ピース７１にそれぞれに結合されている複数の固定ケーブル７２が、異なる方向から台座５３を引っ張って保持している。固定ケーブル７３は、端が固定用ピース７１に結合されており、更に、ＬＥＤモジュール５２に縛着されている。図示された実施形態では、２本の固定ケーブル７３が、撮像モジュール４に対して斜め上方にある２個の固定用ピース７１にそれぞれ結合されており、固定ケーブル７３は、斜め上方からＬＥＤモジュール５２を引っ張って保持している。このような構成の撮像モジュール保持機構７０は、異なる方向から撮像モジュール４を引っ張って支持しており、撮像モジュール４を適正な向きに保持することができる。図１５には、固定用ピース７１及び固定ケーブル７２の数が４であり、固定ケーブル７３の数が２である実施形態が図示されているが、固定用ピース７１及び固定ケーブル７２、７３の数は、これらに限定されない。

同様に、メインスラスタ３を取り付ける場合、メインスラスタ３の重量によってメインスラスタ３の向きが下に傾き得る。メインスラスタ３の向きが下に傾くと、上向きの推力が発生するので、推力のロスや水路トンネル検査装置１００の姿勢の乱れが生じ得る。

メインスラスタ３を適正な向きでバルーン１に接合するために、一実施形態では、図１６に示すような構成のスラスタ保持機構８０が用いられる。図示された実施形態では、メインスラスタ３が、上述した撮像モジュール４の台座５３と同様の構成を有する台座５４を備えており、スラスタ保持機構８０が、複数の固定用ピース８１と、複数の固定ケーブル８２とを備えている。台座５４は、ハブ部５４ａと、リング状のリム部５４ｂと、リム部５４ｂをハブ部５４ａに連結する複数のスポーク部材５４ｃとを備えている。固定用ピース８１は、バルーン１に接合されており、それぞれが固定ケーブル８２を保持するように構成されている。固定ケーブル８２は、端が固定用ピース８１に結合されており、更に、台座５４に縛着されている。固定用ピース８１は、十分に広い間隔で設置されており、複数の固定ケーブル８２が、異なる方向から台座５４を引っ張って保持している。このような構成のスラスタ保持機構８０は、メインスラスタ３を適正な向きに保持することができる。図１６には、固定用ピース８１及び固定ケーブル８２の数が４である実施形態が図示されているが、固定用ピース８１及び固定ケーブル８２の数は、これに限定されない。

＜トンネル内のガス検知＞
一実施形態では、水路トンネル検査装置１００が、水路トンネルの壁面の検査に加えて、又は、水路トンネルの壁面の検査の代わりに、水路トンネル内のガス検知を行うように構成されてもよい。例えば延長が１０００ｍを超えるような長大なトンネルでは、坑内ガスの組成が作業員による作業に不適切であるような場所があり得る。例えば、長大なトンネルには、酸素濃度が低い場所が存在することがあり、また、有毒ガス及び／又は可燃性ガスが存在する場所が存在し得る。このようなトンネルの検査では、従前は、トンネル内の換気を行ってからガス検知器を携行してトンネルに入坑しており、水路トンネルなど小断面のトンネルの作業は、坑内で屈んで移動するなどの苦渋作業を伴う場合がある。以下に述べられるようなガス検知機能を有する水路トンネル検査装置１００を使用することは、水路トンネルの内部における作業における労力を低減しながら作業の安全性を確保するために有用である。

図１７は、一実施形態における、水路トンネル検査装置１００がガス検知機能を有する場合の水路トンネル検査装置１００の構成の例を図示している。図１７に示す実施形態では、水路トンネル検査装置１００が、ガス検知器９０を備えている。ガス検知器９０は、所望のガスを検知可能に構成される。ガスの検知においては、当該ガスの存在の有無の検知を行ってもよく、及び／又は、当該ガスの濃度の計測を行ってもよい。一実施形態では、ガス検知器９０は、所望のガスの存在の有無を検知し、及び／又は、所望のガスの濃度を計測するように構成される。ガス検知器９０が検知するガスの例としては、可燃性ガス、硫化水素、一酸化炭素、酸素等が挙げられる。ガス検知器９０は、可燃性ガス、硫化水素、一酸化炭素、酸素のうちの少なくとも一の存在の有無を検知するように構成されてもよく、及び／又は可燃性ガス、硫化水素、一酸化炭素、酸素のうちの少なくとも一の濃度を計測するように構成されてもよい。一実施形態では、ガス検知器９０は、可燃性ガス、硫化水素、一酸化炭素、酸素の濃度を計測するように構成される。

ガス検知器９０は、検知したガス濃度を設定周期（例えば、５秒毎）で記録するロギング機能を有していてもよい。水路トンネル検査装置１００を飛行させながら、ガス濃度を計測して記録し、計測終了後に記録時刻とガス濃度のデータを取り出すことで、水路トンネル内のガス濃度分布を把握することができる。例えば、水路トンネル検査装置１００を一定の速度で飛行させながらガス濃度の計測を行えば、記録時刻から各時刻における水路トンネル検査装置１００の位置、即ち、ガス濃度の計測位置を同定し、水路トンネルの各位置におけるガス濃度を同定することができる。ガス検知器９０は、検知したガス濃度に加え、各時刻における温度を記録するように構成されてもよい。

一実施形態では、撮像モジュール４（又は、水路トンネル検査装置１００に設けられた他の撮像装置）による水路トンネルの壁面の撮影と、ガス検知器９０によるガスの検知とが、同期して（又はリンクして）行われてもよい。このような実施形態では、水路トンネルの壁面の撮像画像と、当該撮像画像の撮影に同期して計測されたガス濃度のデータとが、対応づけられて適宜の記録装置（例えば、コントローラ８に組み込まれた記録装置、又は、水路トンネル検査装置１００に設けられた他の記録装置）に記録されてもよい。このような構成によれば、対応する撮像画像を参照することにより、ガス濃度の計測位置の同定が容易になる。一実施形態では、水路トンネスの検査シーケンスが、撮像画像の撮影とガス濃度の計測とを含んでいる。検査シーケンスは、コントローラ８の制御の下、設定周期（例えば、５秒ごと）で繰り返して行われてもよいし、ユーザによる操作に応じて行われてもよい。このような実施形態では、同一の検査シーケンスにおいて撮影された撮像画像とガス濃度とが対応づけられて、例えばコントローラ８に組み込まれた記録装置に記録されてもよい。また、各検査シーケンスが実行された実行時刻が当該記録装置に記録されてもよい。このような実施形態では、水路トンネル検査装置１００を一定の速度で飛行させながら検査シーケンスを繰り返して行うことにより、実行時刻と撮像画像から当該検査シーケンスが実行された位置を同定し、更に水路トンネルの各位置におけるガス濃度を同定することが容易になる。

図１７では、ガス検知器９０がバルーン１の先端に搭載されている構成が図示されているが、ガス検知器９０の設置位置は、ガス検知を行いたい位置（例えば、水路トンネルの中心、上側、下側）及び／又は検知するガスの種類に応じて決定してもよい。例えば、水路トンネルの上側のガス検知を行いたい場合には、ガス検知器９０をバルーン１の上部に搭載してもよい。また、検知するガスの比重が空気よりも大きい場合には、ガス検知器９０をバルーン１の下部、例えば、機体５に搭載してもよい。また、水路トンネル検査装置１００の機体５に自律飛行用の制御機器が搭載されないなど、機体５が軽量であるような場合には、ガス検知器９０は、バルーン１の下側、例えば、機体５に搭載されてもよい。なお、ガス検知は、水路トンネル以外の長大なトンネルの検査を行うトンネル検査装置にも有用であり、上記の水路トンネル検査装置１００の構成は、トンネル検査装置に一般に適用可能である。

＜水路トンネルの検査方法＞
図１８は、一実施形態における、水路トンネル検査装置１００による水路トンネルの検査方法を示すフローチャートである。ステップＳ０１では、水路トンネル検査装置１００を構成するパーツが水路トンネル内に搬入される。上述された、サイドスラスタ２、メインスラスタ３及びバーチカルスラスタ７が互いに分離可能であるように水路トンネル検査装置１００が構成されている実施形態は、水路トンネル検査装置１００を構成する各パーツの水路トンネルの内部への搬入を容易にするため好適である。例えば、サイドスラスタ２及びメインスラスタ３が個別にバルーン１に取り付け可能であり、バーチカルスラスタ７が機体５に脱着可能であるような実施形態では、サイドスラスタ２、メインスラスタ３及びバーチカルスラスタ７が互いに分離可能である。これは、水路トンネル検査装置１００を構成するパーツの水路トンネル内への搬入の容易化の観点から好適である。

ステップＳ０２では、水路トンネル内で、水路トンネル検査装置１００が組み立てられる。水路トンネル検査装置１００の組み立ては、バルーン１にガスを注入する工程を含んでいる。バルーン１にガスが注入されて膨らまされた後、バルーン１に、上述された水路トンネル検査装置１００の各パーツが取り付けられる。

一実施形態では、図１９に図示されているように、バルーン１へのガスの注入において、注入すべきガスを蓄積するガスボンベ９１が水路トンネル２００の外に設置される。ガスボンベ９１はホース９２によってバルーン１に接続され、ガスボンベ９１からバルーン１にホース９２を介してガスが注入される。このような手順は、作業の手間を軽減するとともに安全性を高めることに寄与する。ガスボンベ９１は多くの場合、重量物であり、ガスボンベ９１を水路トンネル２００の内部に搬入する手間が大きい場合が生じ得る。例えば、水路トンネル２００の坑口が立坑の下にあるなど、坑口まで車両にガスボンベ９１を積載して直接運搬できない場合には、ガスボンベ９１を水路トンネル２００の内部に搬入する手間が大きい。また、ガスボンベ９１を水路トンネル２００の内部に搬入した場合、ガスボンベ９１やホース９２からガスが漏れると、水路トンネル２００の内部で酸欠が生じ得る。ガスボンベ９１を水路トンネル２００の外に設置することで、酸欠の発生を防止できる。

ステップＳ０３では、組み立てられた水路トンネル検査装置１００を、水路トンネルの内部で飛行させる。一度飛行が開始されると、水路トンネル検査装置１００は、コントローラ８による制御の下で、自律的に飛行する。水路トンネル内に風が吹いている場合、一実施形態では、風下方向に水路トンネル検査装置１００を飛行させる。これは、水路トンネル検査装置１００の消費電力を低減し、バッテリー９に蓄積されている電力を節約するために有効である。

一実施形態では、水路トンネル内の風を積極的に制御してもよい。図２０に示すように、水路トンネル２００の内部の風速が大きすぎる場合、水路トンネル２００の坑口を少なくとも部分的に閉塞する遮蔽物９３を設置してもよい。水路トンネル２００の内部の風速が過剰に大きいと、水路トンネル検査装置１００の飛行速度が過剰に大きくなり、水路トンネル２００の壁面の撮像画像の鮮明度が低下することがある。遮蔽物９３を設置することにより、水路トンネル２００の内部の風速を低減することができる。水路トンネル２００の坑口の一方にのみ遮蔽物９３を設置してもよく、両方の坑口に遮蔽物９３を設置してもよい。水路トンネル２００の内部に風が吹いていない場合、又は風速が小さすぎる場合、図２１に示すように、水路トンネル２００の坑口に送風機９４を設置して水路トンネル２００の内部に所望の風を発生させてもよい。送風機９４は、水路トンネル２００の内部に設置してもよい。水路トンネル内の風を積極的に制御することで、水路トンネル検査装置１００を最適な速度で飛行させることができる。これは、水路トンネル２００の壁面の撮像画像の画質を向上させ、また、水路トンネル検査装置１００の消費電力の低減に有効である。

ステップＳ０４では、水路トンネル検査装置１００を飛行させながら、水路トンネル２００の壁面の撮像画像を逐次に取得する。撮像画像は、コントローラ８及び／又は撮像モジュール４に設けられた記憶装置（図示されない）に格納される。水路トンネル２００の検査すべき区間の壁面の撮像画素の取得が完了した後、水路トンネル検査装置１００が回収される。一実施形態では、水路トンネル検査装置１００が到達する位置に人員を配置することで水路トンネル検査装置１００が回収されてもよい。また、水路トンネル検査装置１００を水路トンネル２００の検査すべき区間を飛行させた後、メインスラスタ３の推進力を逆転させ、水路トンネル検査装置１００を所望の位置（例えば、出発地点又はその近傍）まで後退させることで水路トンネル検査装置１００を回収してもよい。一実施形態では、水路トンネル検査装置１００の先端にセンサを設置し、当該センサが壁面や障害物を感知した場合にメインスラスタ３の推進力を逆転させて所望の位置に水路トンネル検査装置１００を戻らせて回収してもよい。他の実施形態では、タイマー等で出発からの時間を計測し、一定時間が経過した後にメインスラスタ３の推進力を逆転させ、所望の位置に水路トンネル検査装置１００を戻らせて回収してもよい。コントローラ８及び／又は撮像モジュール４に設けられた記憶装置に格納された撮像画像から水路トンネル２００の壁面の状態を把握することができる。水路トンネル検査装置１００にガス検知器９０が搭載される実施形態では、更に、ガス検知器９０のロギング機能により記録されたガス濃度及び／又は温度と記録時刻のデータが取り出され、水路トンネル２００のガス濃度分布の同定に用いられてもよい。

以上には、様々な実施形態が具体的に記載されているが、本明細書に開示された技術が様々な変更と共に実施され得ることは当業者には自明的であろう。

１００ ：水路トンネル検査装置
１ ：バルーン
２ ：サイドスラスタ
３ ：メインスラスタ
４ ：撮像モジュール
５ ：機体
６ ：メカデッキ
７ ：バーチカルスラスタ
８ ：コントローラ
９ ：バッテリー
１０ ：ガイド機構
１１ ：ベース部
１２ ：アーム
１３ ：ローラー
１４ ：前側バー
１５ ：後側バー
１６ ：ロッド
２０ ：ガイド機構
２１ ：ベース部
２２ ：アーム
２３ ：ローラー
２４ ：支持部材
２４ａ ：連結部
２４ｂ ：嵌合部
２４ｃ ：ノッチ
２５ ：連結プレート
２５ａ ：穴
２６ ：前端バー
２７ ：後端バー
２８ ：ロッド
３０ ：ガイドフレーム
３１ ：ロッド
３２ ：ロッド
３３ ：ベース部
３４ ：ベース部
３５ ：ベース部
３６ ：ベース部
３７ ：結束体
４０ ：バラスト水滴下装置
４０Ａ ：バラスト水滴下装置
４１ ：容器
４２ ：放水バルブ
４３ ：容器
４４ ：チャンバー
４４ａ ：チャンバー本体
４４ｂ ：蓋体
４５ ：クランプ
４６ ：入口チューブ
４７ ：上流側チューブ
４８ ：下流側チューブ
５０ ：周長管理巻尺
５０ａ ：端
５１ ：３６０°カメラ
５２ ：ＬＥＤモジュール
５３ ：台座
５３ａ ：ハブ部
５３ｂ ：リム部
５３ｃ ：スポーク部材
５４ ：台座
５４ａ ：ハブ部
５４ｂ ：リム部
５４ｃ ：スポーク部材
６０ ：機体固定テープ
６０ａ ：伸縮部分
７０ ：撮像モジュール保持機構
７１ ：固定用ピース
７２ ：固定ケーブル
７３ ：固定ケーブル
８０ ：スラスタ保持機構
８１ ：固定用ピース
８２ ：固定ケーブル
９０ ：ガス検知器
９１ ：ガスボンベ
９２ ：ホース
９３ ：遮蔽物
９４ ：送風機
２００ ：水路トンネル

Claims (10)

1. 水路トンネルの内部を飛行するように構成された水路トンネル検査装置であって、
   バルーンと、
   前記バルーンに接合されるガイド機構と、
   弾性的に変形可能であるように構成された第１ロッド及び第２ロッドを備えるガイドフレームと
   を備え、
   前記ガイド機構が、
   アームと、
   前記アームの先端に回転可能に接合されたローラーと
   を備え、
   前記第１ロッド及び前記第２ロッドのそれぞれの両端は、それぞれの中間部分が前記バルーンから離れているように前記バルーンに接合され、
   前記第１ロッドと前記第２ロッドとが、前記中間部分において互いに交差するように連結された
   水路トンネル検査装置。
2. 請求項１に記載の水路トンネル検査装置であって、
   前記ガイド機構が、更に、前記バルーンに接合され、前記アームを支持する第１ベース部を備えており、
   前記第１ベース部は、前記第１ベース部に対する前記アームの角度が調節可能であるように構成された
   水路トンネル検査装置。
3. 請求項１に記載の水路トンネル検査装置であって、
   前記アームが弾性的に変形可能であるように構成されている
   水路トンネル検査装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水路トンネル検査装置であって、
   更に、複数のスラスタを搭載する機体
   を備え、
   前記機体は、前記複数のスラスタが個別に脱着自在に構成されている
   水路トンネル検査装置。
5. 水路トンネルの内部を飛行するように構成された水路トンネル検査装置であって、
   バルーンと、
   前記バルーンに接合されるガイド機構と、
   前記バルーンを巻回するように設けられたテープ状部材と
   を備え、
   前記ガイド機構が、
   アームと、
   前記アームの先端に回転可能に接合されたローラーと
   を備えており、
   前記テープ状部材の少なくとも一部に目盛りが設けられている
   水路トンネル検査装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の水路トンネル検査装置であって、
   更に、
   バラスト水を蓄積する容器と、
   前記バラスト水を前記水路トンネル検査装置の外部に滴下するように構成されたバラスト水滴下装置と
   を備える
   水路トンネル検査装置。
7. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の水路トンネル検査装置であって、
   更に、所望のガスを検知するように構成されたガス検知器を備える
   水路トンネル検査装置。
8. 請求項７に記載の水路トンネル検査装置であって、
   前記所望のガスが、可燃性ガス、硫化水素、一酸化炭素、酸素の少なくとも一を含む
   水路トンネル検査装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の水路トンネル検査装置を水路トンネルの内部で飛行させることと、
   前記水路トンネル検査装置を前記水路トンネルの内部で飛行させるときの前記水路トンネル内の風を制御することと
   を含み、
   前記水路トンネル内の風を制御することが、
   前記水路トンネルの少なくとも一方の坑口を、少なくとも部分的に閉塞することと、
   送風機により前記水路トンネルの内部に風を送ることと
   の少なくとも一方を含む
   飛行制御方法。
10. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の水路トンネル検査装置を前記水路トンネル内に搬入することと、
    前記バルーンに注入するガスを蓄積するボンベを前記水路トンネルの外に設置することと、
    前記ボンベから前記ガスを、前記ボンベと前記バルーンの間に接続されたホースを介して前記バルーンに注入することと
    を含む
    ガス注入方法。

Images