JP7755028B2 - Control device, cleaning device, cleaning device control method, and control program - Google Patents
Control device, cleaning device, cleaning device control method, and control programInfo
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Description
本発明は、配管の清掃を行う清掃装置の移動制御を行う制御装置に関する。 The present invention relates to a control device that controls the movement of a cleaning device that cleans pipes.
焼却炉の廃熱を利用した発電に用いられるボイラは多数の配管を備えている。それらの配管は、焼却炉で発生する排ガスの排出路に配置され、その内部には水や水蒸気等の流体が流される。このため、上記配管はボイラ水管とも呼ばれる。そして、排ガスとボイラ水管を流れる流体との間の熱交換により、焼却により発生した熱エネルギを回収する。 Boilers used to generate electricity using waste heat from incinerators are equipped with numerous pipes. These pipes are located in the exhaust path of the exhaust gas generated by the incinerator, and fluids such as water and steam flow through them. For this reason, these pipes are also called boiler water pipes. The thermal energy generated by incineration is recovered through heat exchange between the exhaust gas and the fluid flowing through the boiler water pipes.
このように、ボイラ水管は排ガスに晒されるため、ボイラ水管の表面には焼却炉で発生した飛灰などが付着して堆積し、熱交換効率が低下していく。よって、ボイラ水管の表面を定期的に清掃する必要がある。しかしながら、ボイラ水管の人手による清掃は容易ではなく、清掃装置による自動清掃が従来から検討されている。 As boiler water tubes are exposed to exhaust gases, fly ash generated in incinerators and other materials adhere to and accumulate on the surface of the boiler water tubes, reducing their heat exchange efficiency. Therefore, the surface of the boiler water tubes must be cleaned regularly. However, cleaning boiler water tubes by hand is not easy, and automatic cleaning using cleaning devices has been considered for some time.
例えば、下記の特許文献1には、清掃治具を搭載してボイラ水管群の管軸方向に移動する水管群走行清掃装置を備えた清掃装置が開示されている。この水管群走行清掃装置は、清掃すべきボイラ水管とボイラ水管の間に降ろされた状態で、ボイラ水管の側面に沿って移動しながら清掃を行う。水管群走行清掃装置は、管列方向への移動はできないため、ボイラ水管群の管列方向に移動する管列方向移動装置に収容された状態で移動された後、次に清掃するボイラ水管の間に降ろされる。 For example, Patent Document 1 below discloses a cleaning device equipped with a water tube group traveling cleaning device that is equipped with a cleaning tool and moves in the axial direction of a boiler water tube group. This water tube group traveling cleaning device is lowered between the boiler water tubes to be cleaned and moves along the side of the boiler water tubes to clean. Because the water tube group traveling cleaning device cannot move in the tube row direction, it is moved while housed in a tube row direction moving device that moves in the tube row direction of the boiler water tube group, and then lowered between the boiler water tubes to be cleaned next.
特許文献1の清掃装置は、水管群走行清掃装置がボイラ水管の間に降ろされた状態で、ボイラ水管に沿って移動することしかできない。このため、清掃の開始時には、まず、水管群走行清掃装置をボイラ水管の間に降ろすことのできる位置に停止させる必要がある。 The cleaning device in Patent Document 1 can only move along the boiler water tubes when the water tube group traveling cleaning device is lowered between the boiler water tubes. Therefore, when starting cleaning, the water tube group traveling cleaning device must first be stopped in a position where it can be lowered between the boiler water tubes.
しかしながら、水管群走行清掃装置を常に正しい位置に停止させることは難しい。このため、特許文献1の清掃装置は、水管群走行清掃装置の停止位置を修正するための停止位置修正用アームを備えている。 However, it is difficult to always stop a water tube group traveling cleaning device in the correct position. For this reason, the cleaning device in Patent Document 1 is equipped with a stop position correction arm for correcting the stopping position of the water tube group traveling cleaning device.
このように、特許文献1の清掃装置は、清掃装置を自動で移動させるために、停止位置修正用アームのような特殊な機構を必要とするという点で汎用性に欠ける。本発明の一態様は、管の清掃を行う清掃装置の汎用的な移動制御を実現することを目的としている。 As such, the cleaning device of Patent Document 1 lacks versatility in that it requires a special mechanism, such as a stop position adjustment arm, to automatically move the cleaning device. One aspect of the present invention aims to achieve general-purpose movement control for cleaning devices that clean pipes.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る制御装置は、平行に配列された複数の管を清掃する清掃装置の左右対称な位置に取り付けられた、前記管を検出する一組の近接センサの検出値に基づいて、前記清掃装置の所定の基準位置からのずれ量を算出するずれ量算出部と、前記ずれ量に基づいて前記清掃装置の移動制御を行う移動制御部と、を備え、一組の前記近接センサは、一方の近接センサが前記管の真上の位置となるときに、他方の近接センサが当該管に隣接する管の検出限界の位置となるように配置されており、前記ずれ量算出部は、一組の前記近接センサの検出値の差と、前記ずれ量との関係を近似した近似式を用いて前記ずれ量を算出する。 In order to solve the above problem, one aspect of the present invention provides a control device that cleans multiple pipes arranged in parallel. The control device includes a deviation calculation unit that calculates the deviation of the cleaning device from a predetermined reference position based on the detection values of a pair of proximity sensors that are attached to symmetrical positions on the left and right sides of the cleaning device and detect the pipes, and a movement control unit that controls the movement of the cleaning device based on the deviation. The pair of proximity sensors are positioned so that when one proximity sensor is located directly above the pipe, the other proximity sensor is located at the detection limit of the pipe adjacent to the pair of proximity sensors, and the deviation calculation unit calculates the deviation using an approximation equation that approximates the relationship between the difference in detection values of the pair of proximity sensors and the deviation.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る清掃装置の制御方法は、制御装置が実行する清掃装置の制御方法であって、平行に配列された複数の管を清掃する前記清掃装置の左右対称な位置に取り付けられた、前記管を検出する一組の近接センサの検出値に基づいて、前記清掃装置の所定の基準位置からのずれ量を算出するずれ量算出ステップと、前記ずれ量に基づいて前記清掃装置の移動制御を行う移動制御ステップと、を含み、一組の前記近接センサは、一方の近接センサが前記管の真上の位置となるときに、他方の近接センサが当該管に隣接する管の検出限界の位置となるように配置されており、前記ずれ量算出ステップでは、一組の前記近接センサの検出値の差と、前記ずれ量との関係を近似した近似式を用いて前記ずれ量を算出する。 In order to solve the above-mentioned problems, one aspect of the present invention provides a cleaning device control method executed by a control device, which includes: a deviation amount calculation step of calculating the amount of deviation of the cleaning device from a predetermined reference position based on detection values of a pair of proximity sensors attached to symmetrical positions on the cleaning device that cleans multiple pipes arranged in parallel, and detecting the pipes; and a movement control step of controlling the movement of the cleaning device based on the deviation amount, wherein the pair of proximity sensors are positioned so that when one proximity sensor is positioned directly above the pipe, the other proximity sensor is positioned at the detection limit of the pipe adjacent to the pair of proximity sensors, and the deviation amount calculation step calculates the deviation amount using an approximation equation that approximates the relationship between the difference in detection values of the pair of proximity sensors and the deviation amount.
本発明の一態様によれば、管の清掃装置の汎用的な移動制御を実現することができる。 One aspect of the present invention makes it possible to achieve general-purpose movement control of a pipe cleaning device.
〔実施形態1〕
(清掃システムの概要)
本実施形態に係る清掃システム5の概要を図2に基づいて説明する。図2は、清掃システム5の概要を示す図である。清掃システム5は、管PIの表面を清掃するためのシステムであり、制御装置1と清掃装置2を含む。制御装置1は、清掃装置2の動作を制御する装置である。清掃装置2は、制御装置1の制御に従って動作する、管PIの清掃装置である。図2の上側には清掃装置2の斜視図を示し、同図の下側には清掃装置2の側面図を示している。
[Embodiment 1]
(Cleaning system overview)
An overview of a cleaning system 5 according to this embodiment will be described with reference to Fig. 2. Fig. 2 is a diagram showing an overview of the cleaning system 5. The cleaning system 5 is a system for cleaning the surface of a pipe PI and includes a control device 1 and a cleaning device 2. The control device 1 is a device that controls the operation of the cleaning device 2. The cleaning device 2 is a cleaning device for the pipe PI that operates under the control of the control device 1. The upper part of Fig. 2 shows a perspective view of the cleaning device 2, and the lower part of the same figure shows a side view of the cleaning device 2.
管PIは、直線状の管であり、水平方向に等間隔で複数列配列している。また、管PIは垂直方向に複数段配列している。本実施形態では、管PIが、焼却炉の廃熱を利用した発電に用いられるボイラ(図示せず)の配管、すなわち上述のボイラ水管である例を説明する。無論、清掃システム5は、清掃装置2がその上を走行することができる程度の強度を有し、少なくとも一部分が直線状であるものであれば、ボイラ水管以外の管の清掃にも用いることができる。 The pipes PI are straight pipes arranged in multiple rows at equal intervals in the horizontal direction. The pipes PI are also arranged in multiple rows in the vertical direction. In this embodiment, an example is described in which the pipes PI are the piping of a boiler (not shown) used to generate electricity using waste heat from an incinerator, i.e., the boiler water pipes mentioned above. Of course, the cleaning system 5 can also be used to clean pipes other than boiler water pipes, as long as they are strong enough for the cleaning device 2 to travel over them and at least a portion of them is straight.
図示のように清掃装置2は、本体部21、クローラ22、ホースリール23、およびホース24を備え、本体部21の内部にはパンタグラフ25が収容されている。また、図2の側面図に示すように、パンタグラフ25の先端部には放水口26が設けられている。また、本体部21の前方側端部には収容部27が設けられている。 As shown in the figure, the cleaning device 2 comprises a main body 21, a crawler 22, a hose reel 23, and a hose 24, and a pantograph 25 is housed inside the main body 21. Furthermore, as shown in the side view of Figure 2, a water outlet 26 is provided at the tip of the pantograph 25. Furthermore, a housing 27 is provided at the front end of the main body 21.
図2には、左側のクローラ22のみを示しているが、クローラ22は本体部21を挟んで左右対称な位置に一組設けられている。クローラ22は、清掃装置2を前進、後進、および水平面内で回転させる走行装置として機能する。クローラ22の代わりに車輪などの他種の走行装置を適用してもよい。 Although only the left crawler 22 is shown in Figure 2, a pair of crawlers 22 are provided at symmetrical positions on either side of the main body 21. The crawlers 22 function as a travel device that moves the cleaning device 2 forward, backward, and rotates it in a horizontal plane. Other types of travel devices, such as wheels, may be used instead of the crawlers 22.
ホースリール23はホース24を巻きつけるものであり、ホース24は放水口26に管PIの洗浄用の液体(例えば水)を送液する管である。パンタグラフ25は、リンク機構により伸縮するようになっており、清掃時には本体部21の下方に向かってパンタグラフ25を伸ばし、移動時には収縮させることができる。また、放水口26は、ホース24に接続されており、ホース24から送られてきた洗浄用の液体を側方に向かって放出する。 The hose reel 23 is used to wind the hose 24, which is a pipe that delivers cleaning liquid (e.g., water) for the pipe PI to the water outlet 26. The pantograph 25 is retractable using a link mechanism, allowing it to extend downward from the main body 21 during cleaning and retract during movement. The water outlet 26 is also connected to the hose 24, and discharges the cleaning liquid delivered from the hose 24 to the side.
つまり、清掃装置2は、パンタグラフ25を伸長させて、放水口26を清掃したい管PIの側方に位置させ、この状態でホース24から送られてきた洗浄用の液体を放水口26に送り込むことにより、水圧で管PIを洗浄する構成となっている。なお、管PIを清掃する方式は任意であり、例えばブラシなどの清掃具を管PIに押し当てて清掃する構成としてもよい。 In other words, the cleaning device 2 extends the pantograph 25, positions the water outlet 26 to the side of the pipe PI to be cleaned, and in this state, sends cleaning liquid from the hose 24 into the water outlet 26, thereby cleaning the pipe PI with water pressure. The method for cleaning the pipe PI is optional, and for example, a cleaning tool such as a brush may be pressed against the pipe PI to clean it.
清掃装置2は、清掃したい管PIの間にパンタグラフ25を降ろして清掃を行うため、清掃の前段階として、清掃したい管PIの間に移動する必要がある。この移動を自動で行うために、清掃装置2の収容部27の内部には撮影装置と近接センサが設けられている(何れも図2には図示せず)。 The cleaning device 2 lowers its pantograph 25 between the pipes PI to be cleaned to perform cleaning, so it must move between the pipes PI as a preliminary step to cleaning. To perform this movement automatically, a camera and proximity sensor are installed inside the storage section 27 of the cleaning device 2 (neither is shown in Figure 2).
そして、制御装置1は、撮影装置が撮影した画像と近接センサの検出値を取得し、これらに基づいて清掃装置2の制御を行う。これにより、清掃装置2を清掃すべき管PIの間に自動で移動させて、清掃装置2に管PIの清掃を行わせることができるようになっている。 The control device 1 then acquires the image captured by the camera device and the detection value of the proximity sensor, and controls the cleaning device 2 based on these. This allows the cleaning device 2 to automatically move between the pipes PI to be cleaned and have the cleaning device 2 clean the pipes PI.
(制御装置の構成)
制御装置1の構成を図1に基づいて説明する。図1は、制御装置1の要部構成の一例を示すブロック図である。図示のように、制御装置1は、制御装置1の各部を統括して制御する制御部10と、制御装置1が使用する各種データを記憶する記憶部11を備えている。また、制御装置1は、制御装置1が他の装置と通信するための通信部12と、制御装置1に対する各種データの入力を受け付ける入力部13と、制御装置1が各種データを出力するための出力部14と、を備えている。そして、制御部10には、管検出部101、角度特定部102、ずれ量算出部103および移動制御部104が含まれている。
(Configuration of control device)
The configuration of the control device 1 will be described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the main parts of the control device 1. As shown in the figure, the control device 1 includes a control unit 10 that controls each part of the control device 1 in an integrated manner, and a storage unit 11 that stores various data used by the control device 1. The control device 1 also includes a communication unit 12 that allows the control device 1 to communicate with other devices, an input unit 13 that accepts various data input to the control device 1, and an output unit 14 that allows the control device 1 to output various data. The control unit 10 includes a pipe detection unit 101, an angle identification unit 102, a deviation amount calculation unit 103, and a movement control unit 104.
管検出部101は、清掃装置2に取り付けられた撮影装置により撮影された画像から管PIを検出する。画像は通信部12または入力部13を介して取得すればよい。そして、角度特定部102は、管検出部101が検出した管PIの傾斜角度を特定する。 The pipe detection unit 101 detects the pipe PI from images captured by a camera attached to the cleaning device 2. The images may be acquired via the communication unit 12 or the input unit 13. The angle identification unit 102 then identifies the inclination angle of the pipe PI detected by the pipe detection unit 101.
ずれ量算出部103は、清掃装置2の左右対称な位置に取り付けられた、管PIを検出する一組の近接センサの検出値に基づいて、清掃装置2の所定の基準位置からのずれ量を算出する。本実施形態では、上記基準位置が、平行に隣接して配列された2本の管PIの中央位置(2本の管PIから等距離にある位置)であり、ずれ量算出部103が清掃装置2の左右方向の中央位置と上記中央位置とのずれ量を算出する例を説明する。 The deviation amount calculation unit 103 calculates the amount of deviation of the cleaning device 2 from a predetermined reference position based on the detection values of a pair of proximity sensors that detect the pipes PI and are attached to symmetrical positions on the left and right of the cleaning device 2. In this embodiment, the reference position is the center position of two pipes PI arranged adjacent to each other in parallel (a position equidistant from the two pipes PI), and an example is described in which the deviation amount calculation unit 103 calculates the amount of deviation between the center position in the left-right direction of the cleaning device 2 and the above-mentioned center position.
無論、基準位置は適宜定めておけばよく、この例に限られない。例えば、管PIの中央位置を基準位置とし、清掃装置2の左右方向の中央位置と管PIの中央位置とのずれ量を算出してもよい。 Of course, the reference position can be set as appropriate and is not limited to this example. For example, the center position of the pipe PI can be set as the reference position, and the amount of deviation between the center position of the cleaning device 2 in the left-right direction and the center position of the pipe PI can be calculated.
移動制御部104は、角度特定部102が特定する傾斜角度、およびずれ量算出部103が算出するずれ量の何れかまたは両方に基づいて清掃装置2の移動制御を行う。詳細は後述するが、移動制御部104は、例えば清掃装置2の向きを変える旋回制御や、清掃装置2を隣接する管PIの中央位置に移動させる制御を行う。なお、ここでは、制御装置2の位置が変わらないような旋回制御も移動制御の範疇に含まれるとする。 The movement control unit 104 controls the movement of the cleaning device 2 based on either or both of the tilt angle identified by the angle identification unit 102 and the amount of deviation calculated by the deviation amount calculation unit 103. As will be described in detail below, the movement control unit 104 performs, for example, rotation control to change the orientation of the cleaning device 2 and control to move the cleaning device 2 to the center position of the adjacent pipe PI. Note that here, rotation control that does not change the position of the control device 2 is also included in the category of movement control.
以上のように、制御装置1は、管PIの表面を清掃する清掃装置2に取り付けられた撮影装置により撮影された画像から管PIを検出する管検出部101と、管検出部101が検出した管PIの傾斜角度を特定する角度特定部102と、特定された傾斜角度に基づいて清掃装置2の移動制御を行う移動制御部104と、を備える。 As described above, the control device 1 includes a pipe detection unit 101 that detects the pipe PI from images captured by an imaging device attached to the cleaning device 2 that cleans the surface of the pipe PI, an angle identification unit 102 that identifies the inclination angle of the pipe PI detected by the pipe detection unit 101, and a movement control unit 104 that controls the movement of the cleaning device 2 based on the identified inclination angle.
清掃装置2に取り付けられた撮影装置により撮影された画像に写る管PIの傾斜角度は、清掃装置2が管PIに対してどのような向きとなっているかを反映している。そして、清掃装置2が管PIに対してどのような向きとなっているかが特定できれば、清掃装置2を管PIに対して所定の向きとなるように方向転換させたり、清掃装置2を管PIに沿って移動させたり、清掃装置2を管PIと垂直な方向に移動させたりすることも可能になる。 The tilt angle of the pipe PI shown in the image captured by the camera attached to the cleaning device 2 reflects the orientation of the cleaning device 2 relative to the pipe PI. If the orientation of the cleaning device 2 relative to the pipe PI can be determined, it becomes possible to change the direction of the cleaning device 2 so that it faces in a specific direction relative to the pipe PI, move the cleaning device 2 along the pipe PI, or move the cleaning device 2 perpendicular to the pipe PI.
よって、上記の構成によれば、撮影装置により撮影された画像に基づく、清掃装置2の移動制御が実現できる。また、上記の構成は、停止位置修正用アーム等の特別な構成が必要ないという点で、特許文献1の技術と比べて汎用性が高い。したがって、上記の構成によれば、清掃装置2の汎用的な移動制御が実現できるという効果を奏する。 The above configuration therefore makes it possible to control the movement of the cleaning device 2 based on images captured by the imaging device. Furthermore, the above configuration is more versatile than the technology of Patent Document 1 in that it does not require special components such as a stop position correction arm. Therefore, the above configuration has the effect of enabling versatile movement control of the cleaning device 2.
(管検出と傾斜角度特定の概要)
図3は、制御装置1による管検出と傾斜角度特定の概要を示す図である。図2には、管PI上に位置する清掃装置2の上面図と、清掃装置2が備える撮影装置271により撮影された画像IMGを示している。なお、清掃装置2の外観は図2よりも簡略化している。これは図3以降の図面においても同様である。
(Overview of pipe detection and tilt angle determination)
Fig. 3 is a diagram showing an overview of pipe detection and inclination angle determination by the control device 1. Fig. 2 shows a top view of the cleaning device 2 positioned on the pipe PI and an image IMG captured by the image capture device 271 provided in the cleaning device 2. Note that the appearance of the cleaning device 2 is simplified compared to Fig. 2. This also applies to Fig. 3 and subsequent figures.
図3に示す清掃装置2は、管PIの延伸方向に対して、清掃装置2の前方側が左側に傾いている。また、清掃装置2の前方部には、撮影装置271が設けられている。この撮影装置271は、図2の収容部27内に収容されており、清掃装置2の下方側を撮影するように配置されている。撮影装置271は、管PIの輪郭線が認識できるような画像を撮影できるものであればよく、例えば深度カメラ等であってもよい。 The cleaning device 2 shown in Figure 3 has the front side of the cleaning device 2 tilted to the left with respect to the extension direction of the pipe PI. A camera 271 is also provided at the front of the cleaning device 2. This camera 271 is housed in the housing 27 in Figure 2 and is positioned so as to capture images of the lower side of the cleaning device 2. The camera 271 may be any device capable of capturing images in which the outline of the pipe PI can be recognized, and may be, for example, a depth camera.
このような状態で清掃装置2が備える撮影装置271により撮影された画像IMGでは、図示のように管PIが右上がりに傾斜して写る。詳細は後述するが、管検出部101は、画像IMGから、管PIの外縁を構成する線分L1を検出する。そして、角度特定部102は、管検出部101が検出した線分L1の線分L2に対する傾斜角度を、管PIの傾斜角度として特定する。なお、線分L2は、画像IMGの上辺および下辺に垂直な線分である。 In the image IMG captured by the image capture device 271 provided in the cleaning device 2 under these conditions, the pipe PI appears tilted upward to the right, as shown. As will be described in detail below, the pipe detection unit 101 detects a line segment L1 that forms the outer edge of the pipe PI from the image IMG. The angle identification unit 102 then identifies the inclination angle of the line segment L1 detected by the pipe detection unit 101 relative to a line segment L2 as the inclination angle of the pipe PI. Note that line segment L2 is a line segment that is perpendicular to the top and bottom sides of the image IMG.
清掃装置2の前後方向と、管PIの延伸方向とが平行である場合、つまり検出した管の外縁を構成する線分が線分L2と平行である場合にはΔθはゼロとなる。このΔθがゼロとなる方向を基準として、例えば右側の傾きを正、左側の傾きを負として管の傾斜角度を表すことができる。この場合、図3のように、清掃装置2の前方側が左側に傾いているときにΔθは正の値となり、清掃装置2の前方側が右側に傾いているときにはΔθは負の値となる。 When the front-to-rear direction of the cleaning device 2 is parallel to the extension direction of the pipe PI, that is, when the line segment forming the detected outer edge of the pipe is parallel to line segment L2, Δθ will be zero. Using the direction in which Δθ is zero as the reference, the inclination angle of the pipe can be expressed, for example, with a right-side inclination being positive and a left-side inclination being negative. In this case, as shown in Figure 3, when the front side of the cleaning device 2 is inclined to the left, Δθ will be a positive value, and when the front side of the cleaning device 2 is inclined to the right, Δθ will be a negative value.
(管検出の具体例)
図4は、制御装置1による管検出の具体例を示す図である。図4に示すIMG1は、撮影装置271により撮影された画像である。この画像IMG1においては、領域A1およびA2等において、本来は直線状であるはずの管の外縁部が歪んで曲線状になっている。撮影装置271のレンズが広角レンズである場合にはこのような歪が生じる。なお、画像IMG1の左下隅および右下隅に写り込んでいるのは近接センサである。
(Example of pipe detection)
FIG. 4 is a diagram showing a specific example of pipe detection by the control device 1. IMG1 shown in FIG. 4 is an image captured by the image capture device 271. In this image IMG1, in areas A1 and A2, etc., the outer edge of the pipe, which should be straight, is distorted and curved. This distortion occurs when the lens of the image capture device 271 is a wide-angle lens. Note that proximity sensors are captured in the lower left and right corners of image IMG1.
歪は管検出の妨げとなるため、図4の例では、管の検出に先立ち、管検出部101は、画像IMG1に対して歪補正を行い、歪が補正された画像IMG2を生成している。画像IMG2では、領域A1およびA2に対応する領域A1’およびA2’における管の外縁部が直線状になっている。発生する歪のパターンは撮影装置271に依存するから、例えば撮影装置271で事前にチェックパターンを撮影し、撮影されたチェックパターンの歪が解消するような補正パラメータを作成しておけばよい。このような補正パラメータを用いれば歪の補正が可能である。 Since distortion hinders pipe detection, in the example of Figure 4, prior to pipe detection, the pipe detection unit 101 performs distortion correction on image IMG1 to generate distortion-corrected image IMG2. In image IMG2, the outer edges of the pipes in areas A1' and A2' corresponding to areas A1 and A2 are straight. The distortion pattern that occurs depends on the imaging device 271, so for example, a check pattern can be photographed in advance using the imaging device 271, and correction parameters can be created that will eliminate distortion in the photographed check pattern. Distortion can be corrected using such correction parameters.
また、図4に示すIMG3も撮影装置271により撮影された画像であるが、この画像IMG3の領域A3等には干渉縞が生じている。このようなノイズも管検出の妨げとなることがある。このため、管検出部101は、管の検出に先立ってノイズ除去を行ってもよい。図4に示す画像IMG4は、画像IMG3に対してノイズ除去処理を行ったものである。画像IMG4は干渉縞がない鮮明な画像となっている。 Image IMG3 shown in Figure 4 is also an image captured by the imaging device 271, but interference fringes appear in areas such as A3 of image IMG3. This type of noise can also interfere with pipe detection. For this reason, the pipe detection unit 101 may perform noise removal prior to pipe detection. Image IMG4 shown in Figure 4 is image IMG3 after noise removal processing has been performed. Image IMG4 is a clear image with no interference fringes.
ノイズ除去方法としては任意のものが適用できる。例えば、バイラテラルフィルタによりノイズを除去してもよい。バイラテラルフィルタは、ノイズを除去すると共に、画像中のエッジ部分は顕著に残すフィルタであるため、管検出の前処理に用いるノイズ除去フィルタとして好適である。 Any noise removal method can be used. For example, noise may be removed using a bilateral filter. A bilateral filter removes noise while leaving the edge areas in the image clearly visible, making it suitable as a noise removal filter to be used in preprocessing for pipe detection.
以上のような歪補正およびノイズ除去を行った画像から、管検出部101は、管の外縁を構成する線分を検出する。この線分の検出には、種々のエッジ検出法を適用することができる。例えば、管検出部101は、Canny法によりエッジ検出を行ってもよい。Canny法では、対象となる画像をグレースケールに変換した後、変換後の画像における輝度変化が閾値以上となる部分をエッジとして検出する。 From the image that has undergone the distortion correction and noise removal described above, the pipe detection unit 101 detects the line segments that make up the outer edge of the pipe. Various edge detection methods can be used to detect these line segments. For example, the pipe detection unit 101 may perform edge detection using the Canny method. In the Canny method, the target image is converted to grayscale, and then parts of the converted image where the change in brightness exceeds a threshold are detected as edges.
図4には、画像IMG4からCanny法でエッジ検出した結果を示すエッジ画像IMG5を示している。エッジ画像IMG5は、管の外縁部を含む各種のエッジが白色の線分で表され、エッジ以外の部分が黒の背景部となった二値化画像である。 Figure 4 shows edge image IMG5, which is the result of edge detection using the Canny method from image IMG4. Edge image IMG5 is a binarized image in which various edges, including the outer edge of the pipe, are represented by white line segments, and the area other than the edges is a black background.
この後、管検出部101は、エッジ画像IMG5から直線を検出する。検出された直線には、管の外縁部のエッジも含まれているので、直線を検出する処理は管を検出する処理であるといえる。 The pipe detection unit 101 then detects straight lines from the edge image IMG5. The detected straight lines include the edges of the outer edges of the pipes, so the process of detecting straight lines can be said to be a process of detecting pipes.
エッジ画像IMG5から直線を検出する方法は任意である。例えば、管検出部101は、ハフ(Hough)変換により直線を検出してもよい。この場合、管検出部101は、検出すべき直線の式をρ=xcosθ+ysinθと表して、エッジの画素(エッジ画像IMG5における白色画素)が所定数以上乗っている直線の(ρ,θ)の組、すなわち極座標を求める。 Any method can be used to detect straight lines from the edge image IMG5. For example, the pipe detection unit 101 may detect straight lines using a Hough transform. In this case, the pipe detection unit 101 expresses the equation of the straight line to be detected as ρ = x cos θ + y sin θ, and finds the (ρ, θ) pair, i.e., the polar coordinates, of the line on which a predetermined number or more edge pixels (white pixels in the edge image IMG5) are located.
これにより、エッジ画像IMG5に含まれる所定の長さ以上の各直線(所定数以上の白色画素からなる各直線)が極座標(ρ,θ)で表される。なお、検出したい管の外縁部以外の直線ができるだけ検出されないようにするため、エッジ画像IMG5のうち管の外縁部以外のものが写り込む画像端部を避けて直線検出を行うことが好ましい。直線の検出対象領域は予め定めておけばよい。 As a result, each straight line (each straight line consisting of a predetermined number of white pixels or more) contained in the edge image IMG5 that is equal to or longer than a predetermined length is represented by polar coordinates (ρ, θ). Note that, in order to minimize the detection of straight lines other than the outer edge of the pipe to be detected, it is preferable to perform line detection while avoiding the image edges of the edge image IMG5 where anything other than the outer edge of the pipe is reflected. The area to be detected for straight lines can be determined in advance.
次に、角度特定部102が、管検出部101が検出した直線から、管の傾斜角度を特定する。より詳細には、角度特定部102は、極座標(ρ,θ)で表される直線が、xy座標系、すなわち直交座標系においてどのような傾きの直線となるかを特定する。具体的には、角度特定部102は、極座標(ρ,θ)で表される直線上の2点を求め、それら2点間のx軸方向の距離x1とy軸方向の距離y1を求める。ここで、特定するべき傾きをφとすれば、tanφ=y1/x1が成り立つので、角度特定部102は、求めたx1とy1の値から傾きφを特定することができる。ただし、0<φ<180°となるようにする。 Next, the angle identification unit 102 identifies the tilt angle of the pipe from the straight line detected by the pipe detection unit 101. More specifically, the angle identification unit 102 identifies the tilt of the straight line expressed in polar coordinates (ρ, θ) in an x-y coordinate system, i.e., a Cartesian coordinate system. Specifically, the angle identification unit 102 finds two points on the straight line expressed in polar coordinates (ρ, θ) and finds the distance x1 in the x-axis direction and the distance y1 in the y-axis direction between those two points. Here, if the tilt to be identified is φ, then tanφ = y1/x1 holds, and therefore the angle identification unit 102 can identify the tilt φ from the found values of x1 and y1. However, 0 < φ < 180° must be satisfied.
角度特定部102は、管検出部101が検出した全ての直線について上記の処理を行って、検出された各直線の傾きを特定する。ここで、角度特定部102は、特定した角度のうち、閾値を超えているものは除外する。そして、角度特定部102は、除外されずに残った角度の平均値を、管の傾斜角度と特定する。 The angle identification unit 102 performs the above process on all straight lines detected by the pipe detection unit 101 to identify the inclination of each detected straight line. Here, the angle identification unit 102 excludes any identified angles that exceed a threshold value. The angle identification unit 102 then identifies the average value of the remaining angles that were not excluded as the inclination angle of the pipe.
なお、管の検出と傾斜角度の特定は、時系列で複数回行い、各特定結果の移動平均を管の傾斜角度と特定してもよい。この場合、例えば、撮影装置271による撮影と、撮影された画像からの管の検出および傾斜角度の特定を所定周期(例えば数Hzから数十Hz)で行い、複数周期の特定結果の移動平均を、当該複数周期における管の傾斜角度と特定してもよい。 In addition, pipe detection and inclination angle determination may be performed multiple times in a time series, and the moving average of each determination result may be determined as the pipe inclination angle. In this case, for example, photography using the imaging device 271, and pipe detection and inclination angle determination from the captured images may be performed at a predetermined cycle (e.g., several Hz to several tens of Hz), and the moving average of the determination results over multiple cycles may be determined as the pipe inclination angle over those multiple cycles.
(制御の例:旋回)
移動制御部104は、以上のようにして角度特定部102が特定した傾斜角度に基づいて清掃装置2を旋回させて、清掃装置2に所望の方向を向かせることができる。具体的には、移動制御部104は、目標となる傾斜角度ΔθTを設定した上で、角度特定部102が特定する傾斜角度Δθ=ΔθTとなるように清掃装置2を旋回させればよい。例えば、清掃装置2の前後方向が管の延伸方向と平行になるように旋回させる場合、移動制御部104は、ΔθT=0に設定すればよい。そして、移動制御部104は、角度特定部102が特定する傾斜角度Δθ=ΔθT=0となるまで清掃装置2を旋回させればよい。
(Example of control: turning)
The movement control unit 104 can rotate the cleaning device 2 based on the tilt angle identified by the angle identification unit 102 as described above, and orient the cleaning device 2 in a desired direction. Specifically, the movement control unit 104 sets a target tilt angle ΔθT , and then rotates the cleaning device 2 so that the tilt angle identified by the angle identification unit 102 becomes Δθ= ΔθT . For example, when rotating the cleaning device 2 so that the front-to-rear direction is parallel to the extension direction of the pipe, the movement control unit 104 sets ΔθT =0. Then, the movement control unit 104 rotates the cleaning device 2 until the tilt angle identified by the angle identification unit 102 becomes Δθ= ΔθT =0.
ただし、制御装置1から清掃装置2に対して制御信号を送信した後、その制御信号に従って清掃装置2が動作するまでの間にはタイムラグがある。このため、移動制御部104は、このタイムラグを考慮した旋回制御を行うことが好ましい。 However, there is a time lag between when the control device 1 sends a control signal to the cleaning device 2 and when the cleaning device 2 operates in accordance with that control signal. For this reason, it is preferable for the movement control unit 104 to perform rotation control that takes this time lag into account.
例えば、移動制御部104は、下記の数式で表される傾斜角度ΔθSを閾値として旋回制御を行ってもよい。なお、tdは制御信号の送信から清掃装置2が動作するまでのむだ時間、γは清掃装置2の旋回中の角速度、Vは清掃装置2の走行速度(旋回時のモータの回転速度で走行した速度)、aは清掃装置2の走行加速度(旋回時のモータの回転速度での走行における加速度)である。また、下記の数式におけるγの係数(1/2)は、旋回中から旋回停止に至るまでの期間に角速度が一次関数的に減少すると仮定して設定したものである。γの係数は、旋回停止に至るまでの期間の角速度の変動パターンに応じたものとすればよく、1/2に限られない。
ΔθS=td*γ+V/a*γ/2
具体的には、移動制御部104は、以下の条件に従って、右旋回、左旋回、および停止(旋回終了)の制御信号を出力する。なお、基準軸の取り方によって、下記条件式におけるΔθの正負や、右辺のΔθSの符号は変わる。
Δθ>ΔθT-ΔθS:右旋回
Δθ<ΔθT+ΔθS:左旋回
|Δθ|=ΔθT+ΔθS:停止(旋回終了)
旋回時における処理の流れは例えば以下のようになる。なお、以下では清掃装置2を管と平行にする際の旋回制御、つまり、ΔθT=0である場合の旋回制御について説明する。
For example, the movement control unit 104 may perform turning control using the tilt angle Δθ S expressed by the following formula as a threshold value. Note that td is the dead time from the transmission of the control signal until the cleaning device 2 starts operating, γ is the angular velocity of the cleaning device 2 during turning, V is the traveling speed of the cleaning device 2 (the speed at which the cleaning device 2 travels at the rotational speed of the motor during turning), and a is the traveling acceleration of the cleaning device 2 (the acceleration when the cleaning device 2 travels at the rotational speed of the motor during turning). The coefficient of γ (½) in the following formula is set on the assumption that the angular velocity decreases linearly during the period from turning until the turning stops. The coefficient of γ is not limited to ½, as long as it corresponds to the pattern of fluctuations in the angular velocity during the period until the turning stops.
Δθ S =t d *γ+V/a*γ/2
Specifically, the movement control unit 104 outputs control signals for turning right, turning left, and stopping (ending turning) in accordance with the following conditions: Note that the sign of Δθ in the following conditional equation and the sign of Δθ S on the right side change depending on how the reference axis is defined.
Δθ>Δθ T -Δθ S : Turn right Δθ<Δθ T +Δθ S : Turn left |Δθ|=Δθ T +Δθ S : Stop (end of turn)
The flow of processing during rotation is, for example, as follows: Note that the following describes rotation control when the cleaning device 2 is made parallel to the pipe, that is, rotation control when Δθ T =0.
まず、移動制御部104は、清掃装置2の角速度γを計算し、続いて移動制御部104は、角速度γに所定のむだ時間tdを乗じて、タイムラグの間に変化する角度すなわち上記ΔθSの算出式における右辺第一項の値を算出する。また、移動制御部104は、清掃装置2の走行速度Vと、加速度aから、上記ΔθSの算出式における右辺第二項の値を算出し、これによりΔθSの値を求める。 First, the movement control unit 104 calculates the angular velocity γ of the cleaning device 2, and then multiplies the angular velocity γ by a predetermined dead time td to calculate the angle that changes during the time lag, i.e., the value of the first term on the right side of the above calculation formula for Δθ S. The movement control unit 104 also calculates the value of the second term on the right side of the above calculation formula for Δθ S from the travel speed V and acceleration a of the cleaning device 2, thereby obtaining the value of Δθ S.
次に、移動制御部104は、角度特定部102が特定した傾斜角度Δθの大きさ(|Δθ|)がΔθSより大きいか否かを判定する。ここで、移動制御部104は、|Δθ|≦ΔθSであれば旋回の停止信号を出力する。|Δθ|≦ΔθSであれば要求される精度を満たしているためである。 Next, the movement control unit 104 determines whether the magnitude of the tilt angle Δθ (|Δθ|) identified by the angle identification unit 102 is greater than Δθ S. If |Δθ|≦Δθ S , the movement control unit 104 outputs a signal to stop turning. If |Δθ|≦Δθ S , this is because the required accuracy is met.
一方、移動制御部104は、|Δθ|>ΔθSであれば清掃装置2を旋回させる。旋回方向の判定条件は上記のとおりである。つまり、移動制御部104は、Δθ>ΔθSであれば右旋回、Δθ<-ΔθSであれば左旋回の制御信号を出力する。この後、移動制御部104は、再度|Δθ|>ΔθSであるかの判定に戻る。このような処理を|Δθ|≦ΔθSとなるまで繰り返すことにより、むだ時間tdの間における傾斜角度の変化(td*γ)と、停止信号を送信してから停止するまでの間における傾斜角度の変化(V/a*γ/2)を考慮して、要求精度を満たす旋回が実現される。 On the other hand, the movement control unit 104 rotates the cleaning device 2 if |Δθ|> ΔθS . The conditions for determining the rotation direction are as described above. That is, the movement control unit 104 outputs a control signal for right rotation if Δθ> ΔθS , and for left rotation if Δθ< -ΔθS . The movement control unit 104 then returns to determining whether |Δθ|>ΔθS. By repeating this process until |Δθ|≦ ΔθS , rotation that satisfies the required accuracy is achieved, taking into account the change in tilt angle during the dead time td ( td *γ) and the change in tilt angle between sending the stop signal and stopping (V/a*γ/2).
(ずれ量の算出方法の概要)
図5は、ずれ量算出部103によるずれ量の算出方法の概要を示す図である。図5には、管PILおよびPIR上に位置する清掃装置2の平面図と、該平面図におけるA-A’線断面図を示している。なお、断面図では清掃装置2が備える近接センサ272Lおよび272Rと、管PILおよびPIR以外のものは図示を省略している。
(Outline of the method for calculating the amount of deviation)
Fig. 5 is a diagram showing an outline of a method for calculating the amount of deviation by the deviation amount calculation unit 103. Fig. 5 shows a plan view of the cleaning device 2 positioned above the pipes PIL and PIR, and a cross-sectional view taken along line A-A' in the plan view. Note that the cross-sectional view does not show anything other than the proximity sensors 272L and 272R provided on the cleaning device 2 and the pipes PIL and PIR.
上述のように、ずれ量の算出には、清掃装置2の左右対称な位置に取り付けられた、管PIを検出する一組の近接センサの検出値が用いられる。図5の例では、清掃装置2の前部に近接センサ272Lおよび272Rが設けられている。なお、清掃装置2を左右方向に二等分する中心線L3に対して左側に設けられているのが近接センサ272Lであり、中心線L3に対して右側に設けられているのが近接センサ272Rである。これらのセンサは、収容部27(図2参照)に収容されている。 As described above, the amount of deviation is calculated using the detection values of a pair of proximity sensors that detect pipe PI and are attached to symmetrical positions on the cleaning device 2. In the example in Figure 5, proximity sensors 272L and 272R are provided at the front of the cleaning device 2. Note that proximity sensor 272L is provided on the left side of center line L3, which bisects the cleaning device 2 in the left-right direction, and proximity sensor 272R is provided on the right side of center line L3. These sensors are housed in housing section 27 (see Figure 2).
平面図に示すように、中心線L3は管PILおよびPIRと平行であるが、管PILとPIRとの中央位置を示す中間線L4に対して、Δyだけ左側にずれている。ずれ量算出部103は、このずれ量Δyを近接センサ272Lおよび272Rの検出値に基づいて算出する。 As shown in the plan view, center line L3 is parallel to pipes PIL and PIR, but is shifted to the left by Δy from midpoint line L4, which indicates the center position between pipes PIL and PIR. The shift amount calculation unit 103 calculates this shift amount Δy based on the detection values of proximity sensors 272L and 272R.
より詳細には、ずれ量算出部103は、Δyがゼロのときには近接センサ272Lの検出値と近接センサ272Rの検出値との差がゼロになり、Δyがゼロ以外のときにはその差がゼロにならないことを利用してΔyを算出する。 More specifically, the deviation amount calculation unit 103 calculates Δy by utilizing the fact that when Δy is zero, the difference between the detection value of the proximity sensor 272L and the detection value of the proximity sensor 272R is zero, and that when Δy is other than zero, the difference is not zero.
例えば、図5の例では、同図の断面図に示すように、近接センサ272Lから管PILまでの距離の方が、近接センサ272Rから管PIRまでの距離よりも短い。このため、近接センサ272Lの検出値と近接センサ272Rの検出値との差はゼロにはならない。例えば、対象物までの距離が短いほど検出値が小さくなる近接センサ272Lおよび272Rを用いた場合、検出値の差は負の値となる。 For example, in the example of Figure 5, as shown in the cross-sectional view of the same figure, the distance from proximity sensor 272L to pipe PIL is shorter than the distance from proximity sensor 272R to pipe PIR. Therefore, the difference between the detection values of proximity sensor 272L and proximity sensor 272R will not be zero. For example, if proximity sensors 272L and 272R are used, whose detection values decrease as the distance to the target object decreases, the difference between the detection values will be a negative value.
よって、近接センサ272Lと272Rの検出値の差が負の値となったことにより、管PILとPIRとの中央位置を示す直線L6に対し、近接センサ272Lと272Rの中央位置を示す直線L5が左側にずれた位置にあることがわかる。また、検出値の差の大きさは、ずれ量の大きさを反映しているから、検出値の差の大きさからΔyを算出することができる。 As a result, because the difference in the detection values between proximity sensors 272L and 272R is a negative value, it can be seen that line L5, which indicates the center position between proximity sensors 272L and 272R, is shifted to the left of line L6, which indicates the center position between pipes PIL and PIR. Furthermore, because the magnitude of the difference in the detection values reflects the magnitude of the shift, Δy can be calculated from the magnitude of the difference in the detection values.
(近接センサの配置)
一組の近接センサ272Lおよび272Rは、一方が管の真上の位置となるときに、他方がその管に隣接する管の検出限界の位置となるように配置することが好ましい。このような配置とする理由について図6および図7に基づいて説明する。
(Proximity sensor placement)
The pair of proximity sensors 272L and 272R are preferably arranged so that when one is located directly above a pipe, the other is at the detection limit of the pipe adjacent to that pipe. The reason for this arrangement will be explained with reference to Figures 6 and 7.
図6は、近接センサ272と管PIの位置関係と、近接センサ272の検出値との関係を説明する図である。なお、近接センサ272は、近接センサ272Lおよび272Rと同じセンサである。 Figure 6 is a diagram illustrating the positional relationship between the proximity sensor 272 and the pipe PI, and the relationship between the detection value of the proximity sensor 272. Note that the proximity sensor 272 is the same sensor as the proximity sensors 272L and 272R.
図6には、近接センサ272の初期位置からのずれ量(単位はmm)と、近接センサ272の測定値(近接センサ272の検出値、単位はボルト)との関係を示している。なお、初期位置は、管PIの真上の位置よりも約5mm左側の位置である。 Figure 6 shows the relationship between the amount of deviation (in mm) from the initial position of the proximity sensor 272 and the measurement value of the proximity sensor 272 (detection value of the proximity sensor 272, in volts). Note that the initial position is approximately 5 mm to the left of the position directly above the pipe PI.
図示のように、近接センサ272を初期位置から右方向に移動させていくと、近接センサ272が管PIの真上の位置となったとき、すなわち近接センサ272が管PIに最接近したときに、検出値が約1.2Vとなっている。この値が近接センサ272の出力値の最小値である。 As shown in the figure, when the proximity sensor 272 is moved to the right from its initial position, the detected value is approximately 1.2 V when the proximity sensor 272 is positioned directly above the pipe PI, i.e., when the proximity sensor 272 is closest to the pipe PI. This value is the minimum output value of the proximity sensor 272.
この後、近接センサ272をさらに右方向に移動させていくと、近接センサ272の検出値は増加してゆき、管PIが検知範囲外となったときには、検出値(電圧値)が約5.0Vとなっている。この値が近接センサ272の出力値の最大値であり、近接センサ272の検知範囲の境界となる値である。つまり、検出値(電圧値)が5.0Vより小さければ近接センサ272は管PIを検知しているといえ、5.0Vであれば管PIを検知していないといえる。 After this, as the proximity sensor 272 is moved further to the right, the detection value of the proximity sensor 272 increases, and when the tube PI is outside the detection range, the detection value (voltage value) is approximately 5.0V. This value is the maximum output value of the proximity sensor 272, and is the value that marks the boundary of the detection range of the proximity sensor 272. In other words, if the detection value (voltage value) is less than 5.0V, it can be said that the proximity sensor 272 is detecting the tube PI, and if it is 5.0V, it can be said that the proximity sensor 272 is not detecting the tube PI.
近接センサ272の位置と検出値との関係は、管PIまでの距離が比較的近い場合と、検知範囲境界に近い場合とで異なるパターンとなっている。このうち、管PIまでの距離が比較的近い場合については、近接センサ272の位置と検出値との関係は近似により関数として定式化することが可能である。この関数を図6には「近似曲線」として示している。 The relationship between the position of the proximity sensor 272 and the detection value has different patterns when the distance to the pipe PI is relatively short and when it is close to the detection range boundary. When the distance to the pipe PI is relatively short, the relationship between the position of the proximity sensor 272 and the detection value can be formulated as a function by approximation. This function is shown as an "approximation curve" in Figure 6.
図6では、この近似曲線において、検知範囲外の電圧値(約5.0V)となるときのずれ量と、近接センサ272が管PIに最接近したとき(近接センサ272が管PIの真上に位置するとき)のずれ量との差をDで表している。近接センサ272が管PIの真上に位置している状態から、近接センサ272が右方向に距離Dだけ移動すると、近接センサ272の検出値は最大値にまでは達しないが、最大値に近い値となる。 In Figure 6, D represents the difference in deviation between the voltage value outside the detection range (approximately 5.0 V) on this approximation curve and the deviation when the proximity sensor 272 is closest to the tube PI (when the proximity sensor 272 is located directly above the tube PI). When the proximity sensor 272 moves a distance D to the right from a state where it is located directly above the tube PI, the detection value of the proximity sensor 272 does not reach the maximum value, but is close to it.
このため、Dを検出限界の距離とみなし、近接センサ272が管PIの真上の位置から、その右方向にDだけ離れた位置までの区間に存在するときには、近接センサ272の検出値とずれ量との関係を図6に示すような近似曲線で近似することができる。そして、近接センサ272の検出限界よりも離れた位置に管PIが存在するときには、近接センサ272の検出値は一定値(約5.0V)に近似することができる。 For this reason, if D is considered the detection limit distance, and the proximity sensor 272 is located in the area from a position directly above the pipe PI to a position D away to the right of that, the relationship between the detection value of the proximity sensor 272 and the amount of deviation can be approximated by an approximate curve such as that shown in Figure 6. Furthermore, when the pipe PI is located farther away than the detection limit of the proximity sensor 272, the detection value of the proximity sensor 272 can be approximated to a constant value (approximately 5.0 V).
なお、近接センサ272が管PIに最接近したときの近接センサ272と管PIの間の距離を変えて実験を行ったが、当該距離が短いほど最近接時の検出値が小さくなっただけで、検出限界となる位置は変わらなかった。この実験結果から、近接部分を図6に示すような近似曲線で近似することは妥当であり、その近似曲線を示す関数から求めた検出限界の位置よりも離れた位置における検出値を一定値(近接センサ272の最大値)とすることも妥当であるといえる。 In addition, experiments were conducted by changing the distance between the proximity sensor 272 and the pipe PI when the proximity sensor 272 was closest to the pipe PI. However, the shorter the distance, the smaller the detection value at closest proximity; the detection limit position did not change. From these experimental results, it can be said that it is reasonable to approximate the proximity portion with an approximation curve such as that shown in Figure 6, and that it is also reasonable to set the detection value at a position farther away than the detection limit position calculated from the function representing that approximation curve to a constant value (the maximum value of the proximity sensor 272).
図7は、近接センサ272Lおよび272Rと管PILおよびPIRの位置関係と、近接センサ272Lおよび272Rの検出値の近似式との関係を説明する図である。図7では、隣接する2本の管のうち左側に位置する管PILの真上に左側の近接センサ272Lが位置しているときのずれ量をゼロとしている。そして、その位置から近接センサ272Lおよび272Rを右方向に水平移動させたときの上記位置からのずれ量xと、近接センサ272Lおよび272Rの各検出値V1、V2との関係を表した近似式を示している。 7 is a diagram illustrating the relationship between the positional relationship between the proximity sensors 272L and 272R and the pipes PIL and PIR, and the approximate formula for the detection values of the proximity sensors 272L and 272R. In FIG. 7, the amount of deviation is set to zero when the left proximity sensor 272L is located directly above the left-hand pipe PIL of the two adjacent pipes. The figure also shows an approximate formula that represents the relationship between the amount of deviation x from the above position when the proximity sensors 272L and 272R are moved horizontally to the right from that position and the detection values V1 and V2 of the proximity sensors 272L and 272R.
図示のように、
V1=a(x-p)2+q
V2=a(x-p-D)2+q
である。なお、a、p、qは、近接センサ272間の距離、管PIの径、管PIのピッチ、および近接センサ272と管PIとの距離から決まる定数である。また、Dは、V1の近似曲線において、V1=V1MAX(約5.0V)となるときのずれ量と、V1=V1MIN(約1.2V)となるときのずれ量との差である。
As shown,
V 1 =a(x-p) 2 +q
V 2 =a(xp-D) 2 +q
where a, p, and q are constants determined by the distance between the proximity sensors 272, the diameter of the pipe PI, the pitch of the pipe PI, and the distance between the proximity sensor 272 and the pipe PI. Also, D is the difference between the amount of deviation when V1 = V1MAX (approximately 5.0 V) and the amount of deviation when V1 = V1MIN (approximately 1.2 V) in the approximate curve of V1 .
このようにして求めたDを用いて近接センサ272Lおよび272Rを配置する。具体的には、近接センサ272Lが管PILの真上の位置にあるときの、近接センサ272Rから管PIRの真上の位置までの水平方向距離の距離がDとなるようにする。また、近接センサ272Rが管PIRの真上の位置にあるときの、近接センサ272Lから管PILの真上の位置までの水平方向距離の距離もDとなるようにする。このような位置関係とするためには、近接センサ272Lと272Rの間隔d=(P-D)とすればよい。Pは、管PILとPIRの間隔である。 The proximity sensors 272L and 272R are positioned using the distance D thus determined. Specifically, when the proximity sensor 272L is located directly above the pipe PIL, the horizontal distance from the proximity sensor 272R to the position directly above the pipe PIR is set to D. Furthermore, when the proximity sensor 272R is located directly above the pipe PIR, the horizontal distance from the proximity sensor 272L to the position directly above the pipe PIL is also set to D. To achieve this positional relationship, the distance d between the proximity sensors 272L and 272R can be set to d = (P - D), where P is the distance between the pipes PIL and PIR.
このような配置とした場合、管PILの真上に近接センサ272Lが位置しているとき検出値V1は最小値V1MIN(約1.2V)となる。このとき近接センサ272Rは、管PIRの検出限界の位置にあるからV2は最大値V2MAX(約5.0V)となる。一方、管PIRの真上に近接センサ272Rが位置しているときには検出値V2が最小値V2MIN(約1.2V)となる。このとき近接センサ272Lは、管PILの検出限界の位置にあるからV1は最大値V1MAX(約5.0V)となる。 With this arrangement, when proximity sensor 272L is located directly above tube PIL, detected value V1 is the minimum value V1MIN (approximately 1.2 V). At this time, proximity sensor 272R is located at the detection limit of tube PIR, so V2 is the maximum value V2MAX (approximately 5.0 V). On the other hand, when proximity sensor 272R is located directly above tube PIR, detected value V2 is the minimum value V2MIN (approximately 1.2 V). At this time, proximity sensor 272L is located at the detection limit of tube PIL, so V1 is the maximum value V1MAX (approximately 5.0 V).
また、管PILの真上に近接センサ272Lが位置している状態から、管PIRの真上に近接センサ272Rが位置している状態までの区間には、近接センサ272Lが管PILを検知しており、かつ、近接センサ272Rが管PIRを検知している状態となる。この区間における近接センサ272Lと272Rの検出値の差は、下記のように表すことができる。
V1-V2={a(x-p)2+q}-{a(x-p-D)2+q}
=2aDx-a(2pD+D2)2
ここで、図5で説明したように、近接センサ272Lと272Rの検出値が等しいとき、つまりV1-V2=0のときにずれ量もゼロになる。よって、ずれ量を表す関数は、上記数式の右辺第二項をゼロとして、下記の一次関数で表される。
Furthermore, in the section from when the proximity sensor 272L is located directly above the pipe PIL to when the proximity sensor 272R is located directly above the pipe PIR, the proximity sensor 272L detects the pipe PIL and the proximity sensor 272R detects the pipe PIR. The difference in the detection values of the proximity sensors 272L and 272R in this section can be expressed as follows:
V 1 -V 2 ={a(x-p) 2 +q}-{a(x-p-D) 2 +q}
=2aDx-a(2pD+D 2 ) 2
5, when the detection values of proximity sensors 272L and 272R are equal, that is, when V 1 - V 2 = 0, the amount of deviation also becomes zero. Therefore, the function representing the amount of deviation can be expressed as the following linear function by setting the second term on the right side of the above equation to zero.
x=(V1-V2)/2aD
ここで、管PIRの真上に近接センサ272Rが位置している状態から、さらに近接センサ272Lおよび272Rが右方に移動したとする。この状態において、近接センサ272Lは、管PILの検知範囲外であるからV1=V1MAX(約5.0V)の定数となる。一方、近接センサ272Rは、管PIRの検知範囲内であり、V2=a(x-p-D)2+qと表される。よって、この状態における近接センサ272Lと272Rの検出値の差は、下記のように表すことができる。
V1-V2=V1MAX-a(x-p-D)2-q
上述のように、V1-V2=0のときにずれ量がゼロになるようにする。つまり、-a(2pD+D2)2=0とする。a≠0かつD≠0であるため、2p+D=0となる。よって、近接センサ272Lが管PILの検知範囲外であり、かつ近接センサ272Rが管PIRの検知範囲内である場合において、ずれ量を表す関数は、下記のように表される。x={-(V1-V2+q-V1MAX)/a}1/2+D/2
以上のように、近接センサ272Lおよび272Rの一方のみが管を検出している場合と、両方が管を検出している場合とのそれぞれについて、近接センサ272Lおよび272Rの検出値の差を簡単な近似式で表すことができる。そして、それらの近似式を用いることにより、近接センサ272Lと272Rの検出値の差から、ずれ量を求めるための関数を導出することができる。
x=(V 1 -V 2 )/2aD
Now, let's assume that proximity sensor 272R is positioned directly above tube PIR, and then proximity sensors 272L and 272R move further to the right. In this state, proximity sensor 272L is outside the detection range of tube PIR, so V 1 is a constant of V 1MAX (approximately 5.0 V). On the other hand, proximity sensor 272R is within the detection range of tube PIR, and is expressed as V 2 = a(x-p-D) 2 + q. Therefore, the difference in the detection values of proximity sensors 272L and 272R in this state can be expressed as follows:
V 1 −V 2 =V 1MAX −a(xp−D) 2 −q
As described above, the deviation is set to zero when V 1 - V 2 = 0. In other words, -a(2pD+D 2 ) 2 = 0. Since a≠0 and D≠0, 2p+D=0. Therefore, when proximity sensor 272L is outside the detection range of tube PIL and proximity sensor 272R is within the detection range of tube PIR, the function representing the deviation is expressed as follows: x={-(V 1 - V 2 + q-V 1MAX )/a} 1/2 +D/2
As described above, the difference between the detection values of proximity sensors 272L and 272R can be expressed by simple approximations for the cases where only one of proximity sensors 272L and 272R detects a pipe and where both detect a pipe. By using these approximations, a function for determining the amount of deviation can be derived from the difference between the detection values of proximity sensors 272L and 272R.
図8は、近接センサ272Lと272Rの検出値の差(V1-V2)から、ずれ量を求めるための関数を示す図である。図8のグラフの縦軸は近接センサ272Lの管PILの直上位置からのずれ量(単位:mm)であり、横軸は近接センサ272Lと272Rの検出値の差(電圧差。単位:V)である。 Fig. 8 is a diagram showing a function for calculating the amount of deviation from the difference (V 1 -V 2 ) in the detection values of proximity sensors 272L and 272R. The vertical axis of the graph in Fig. 8 represents the amount of deviation (unit: mm) of proximity sensor 272L from the position directly above pipe PIL, and the horizontal axis represents the difference (voltage difference, unit: V) in the detection values of proximity sensors 272L and 272R.
図8に示す関数は、ずれ量が0から15mm付近までの区間は直線(一次関数)となっている。具体的には、この区間における関数は図8の数式(1)に示すように、ずれ量が電圧差(V1-V2)に比例して増加する一次関数である。 The function shown in Fig. 8 is a straight line (linear function) in the section where the amount of deviation is from 0 to approximately 15 mm. Specifically, the function in this section is a linear function in which the amount of deviation increases in proportion to the voltage difference (V 1 - V 2 ), as shown in equation (1) in Fig. 8.
また、図8に示す関数は、ずれ量が15から45mm付近までの区間は曲線となっている。具体的には、この区間における関数は図8の数式(2)に示すように、ずれ量が(V1-V2)1/2の値に応じて減少する関数である。なお、図8では、V1MAX=5としている。つまり、数式(2)の(V1-V2+q-5)における「5」はV1MAXである。 The function shown in Fig. 8 is a curve in the section where the deviation amount is from about 15 to 45 mm. Specifically, the function in this section is a function in which the deviation amount decreases according to the value of (V 1 - V 2 ) 1/2 , as shown in formula (2) in Fig. 8. Note that in Fig. 8, V 1MAX = 5. In other words, the "5" in (V 1 - V 2 + q - 5) in formula (2) is V 1MAX .
すなわち、ずれ量算出部103は、近接センサ272Lと272Rの両方が管を検知しているとき(V1≠V1MAXかつV2≠V2MAXのとき)には、上記数式(1)によりずれ量xを算出する。また、ずれ量算出部103は、近接センサ272Lと272Rの一方のみが管を検知しているときには、上記数式(2)によりずれ量xを算出する。ここで近接センサ272Lと272Rの一方のみが管を検知しているときとは、(V1=V1MAXかつV2≠V2MAX)または(V2=V2MAXかつV1≠V1MAX)のときである。 That is, when both proximity sensors 272L and 272R detect a pipe (when V1 ≠ V1MAX and V2 ≠ V2MAX ), deviation calculation unit 103 calculates deviation x using the above formula (1). Also, when only one of proximity sensors 272L and 272R detects a pipe, deviation calculation unit 103 calculates deviation x using the above formula (2). Here, when only one of proximity sensors 272L and 272R detects a pipe, this refers to ( V1 = V1MAX and V2 ≠ V2MAX ) or ( V2 = V2MAX and V1 ≠ V1MAX ).
このように、近接センサ272Lが管PILの真上の位置となるときに、近接センサ272Rが管PIRの検出限界の位置となり、近接センサ272Rが管PIRの真上の位置となるときに、近接センサ272Lが管PILの検出限界の位置となるように配置することにより、数式(1)および(2)というシンプルな関数でずれ量を算出することができる。 In this way, by positioning proximity sensor 272R so that it is at the detection limit of pipe PIR when proximity sensor 272L is positioned directly above pipe PIL, and proximity sensor 272L is at the detection limit of pipe PIL when proximity sensor 272R is positioned directly above pipe PIR, the amount of deviation can be calculated using the simple functions of equations (1) and (2).
なお、近接センサ272Lおよび272Rと管PILおよびPIRとの距離によっては、数式(2)の根号の中が負になることがある。この場合には、ずれ量算出部103は、数式(2)の右辺第一項をゼロとする。また、(V1-V2)の値の正負、言い換えればV1とV2の大小関係により、隣接する管の中央位置と、近接センサ272Lと272Rの中央位置とが、左右何れの方向にずれているかを判定することもできる。具体的には、V1>V2であれば右にずれており、V2>V1であれば左にずれていると判定することができる。 Depending on the distance between the proximity sensors 272L and 272R and the pipes PIL and PIR, the value in the root of equation (2) may be negative. In this case, the deviation amount calculation unit 103 sets the first term on the right side of equation (2) to zero. Furthermore, depending on whether the value of ( V1 - V2 ) is positive or negative, in other words, the magnitude relationship between V1 and V2 , it can also be determined whether the center position of the adjacent pipes and the center position of the proximity sensors 272L and 272R are misaligned to the left or right. Specifically, if V1 > V2, it can be determined that there is a rightward deviation, and if V2 > V1, it can be determined that there is a leftward deviation.
以上のように、制御装置1は、清掃装置2に取り付けられた、管を検出する一組の近接センサ272Lおよび272Rの検出値に基づいて、清掃装置2の所定の基準位置からのずれ量を算出するずれ量算出部103を備える。そして、移動制御部104は、角度特定部102が特定する傾斜角度と、ずれ量算出部103が算出するずれ量とに基づいて清掃装置2の移動制御を行う。 As described above, the control device 1 includes a deviation amount calculation unit 103 that calculates the amount of deviation of the cleaning device 2 from a predetermined reference position based on the detection values of a pair of proximity sensors 272L and 272R that detect pipes and are attached to the cleaning device 2. The movement control unit 104 then controls the movement of the cleaning device 2 based on the tilt angle identified by the angle identification unit 102 and the amount of deviation calculated by the deviation amount calculation unit 103.
より詳細には、一組の近接センサ272Lおよび272Rは、一方が管の真上の位置となるときに、他方が当該管に隣接する管の検出限界の位置となるように配置されている。そして、ずれ量算出部103は、一組の近接センサ272Lおよび272Rの検出値の差と、ずれ量との関係を近似した近似式である数式(2)を用いてずれ量を算出する。 More specifically, a pair of proximity sensors 272L and 272R are positioned so that when one is positioned directly above a pipe, the other is at the detection limit of the pipe adjacent to that pipe. The deviation amount calculation unit 103 then calculates the deviation amount using formula (2), which is an approximation of the relationship between the difference in detection values between the pair of proximity sensors 272L and 272R and the deviation amount.
上述のように、近接センサ272Lおよび272Rを清掃装置2の左右対称な位置に取り付けて、平行に配列された2本の管をそれぞれ検出する場合、清掃装置2が2本の管の中央位置にあるときには、近接センサ272Lから管PILまでの距離と、近接センサ272Rから管PIRまでの距離とが等しくなる。この場合、近接センサ272Lおよび272Rの出力値は同じかほぼ同じ値となる。 As described above, if proximity sensors 272L and 272R are attached to cleaning device 2 at symmetrical positions on the left and right sides to detect two parallel-arranged pipes, when cleaning device 2 is located in the center of the two pipes, the distance from proximity sensor 272L to pipe PIL will be equal to the distance from proximity sensor 272R to pipe PIR. In this case, the output values of proximity sensors 272L and 272R will be the same or nearly the same.
一方、清掃装置2が2本の管の中央位置からずれた位置にあるときには、近接センサ272Lおよび272Rの出力値は異なる値となる。この場合、近接センサ272Lおよび272Rの出力値の差は、清掃装置2の左右方向の中央位置と、管PILと管PIRの間の中央位置とのずれ量の大きさに応じた値となる。 On the other hand, when the cleaning device 2 is positioned away from the center position of the two pipes, the output values of the proximity sensors 272L and 272R will be different. In this case, the difference in the output values of the proximity sensors 272L and 272R will be a value that corresponds to the magnitude of the deviation between the center position of the cleaning device 2 in the left-right direction and the center position between the pipes PIL and PIR.
したがって、清掃装置2の左右対称な位置に取り付けられた近接センサ272Lおよび272Rの検出値に基づいて、清掃装置2の基準位置からのずれ量を算出することができる。例えば、清掃装置2の左右方向の中央位置と、平行に配列された複数の管の間の中央位置とのずれ量を算出することもできる。 Therefore, the amount of deviation of the cleaning device 2 from its reference position can be calculated based on the detection values of the proximity sensors 272L and 272R attached at symmetrical positions on the left and right of the cleaning device 2. For example, it is also possible to calculate the amount of deviation between the center position of the cleaning device 2 in the left-right direction and the center position between multiple tubes arranged in parallel.
そして、このずれ量を用いて移動制御を行うことにより、清掃装置2を管に対して所定の位置に位置合わせすることができる。例えば、ずれ量がゼロになるように清掃装置2の移動制御を行うことにより、清掃装置2を管と管の間の中央位置に位置合わせすることもできる。 Then, by controlling movement using this amount of deviation, the cleaning device 2 can be aligned to a predetermined position relative to the pipe. For example, by controlling the movement of the cleaning device 2 so that the amount of deviation is zero, the cleaning device 2 can be aligned to the center position between the pipes.
ここで、図6に示したように、近接センサ272の出力特性は、検出対象が当該近接センサ272の近くにある場合と、検出対象が近接センサ272から離れた位置、すなわち検出限界付近にある場合とで異なっている。このため、検出対象が当該近接センサ272の近くにあるときの出力特性を二次式で近似する場合、厳密には、検出限界付近にあるときの出力特性はまた別の式で近似する必要がある。 As shown in Figure 6, the output characteristics of the proximity sensor 272 differ when the detection target is near the proximity sensor 272 and when the detection target is located far from the proximity sensor 272, i.e., near the detection limit. Therefore, when approximating the output characteristics when the detection target is near the proximity sensor 272 with a quadratic equation, strictly speaking, the output characteristics when the detection target is near the detection limit must be approximated with a different equation.
しかし、この場合、近接センサ272の出力特性が二次式と上記別の式と定数の3つに分かれることになる。そして、近接センサ272Lおよび272Rという2つの近接センサを用いた場合には、それらの検出値の差を表す式は煩雑なものとなり、また、場合分けも多くなり計算も煩雑化する。 However, in this case, the output characteristics of proximity sensor 272 are divided into three parts: a quadratic equation, the other equation mentioned above, and a constant. If two proximity sensors, proximity sensors 272L and 272R, are used, the equation expressing the difference between their detected values becomes complicated, and the need for multiple case distinctions increases, making the calculations more complicated.
そこで、清掃装置2の近接センサ272Lおよび272Rは、一方が管の真上の位置となるときに、他方が当該管に隣接する管の検出限界の位置となるように配置されている。そして、検出限界の位置における検出値を、検出値の最大値であると近似する。これにより、近接センサ272Lと272Rの両方が管を検知しているときには上記数式(1)を用い、近接センサ272Lと272Rの一方のみが管を検知しているときには上記数式(2)を用いる、という簡易な演算によりずれ量を算出することができる。 The proximity sensors 272L and 272R of the cleaning device 2 are positioned so that when one is directly above a pipe, the other is at the detection limit of the pipe adjacent to it. The detection value at the detection limit is then approximated as the maximum detection value. This allows the amount of deviation to be calculated by a simple calculation: when both proximity sensors 272L and 272R are detecting the pipe, the above formula (1) is used; when only one of proximity sensors 272L and 272R is detecting the pipe, the above formula (2) is used.
なお、本実施形態では、近接センサ272Lおよび272Rが清掃装置2の左右対称な位置に取り付けられた例を説明しているが、この例に限られない。近接センサ272Lおよび272Rは、清掃装置2の基準位置(例えば中心位置)に対して所定の方向および所定の距離となるように配置すればよい。例えば、清掃装置2の中心位置に対して、一方の近接センサを所定距離だけ前方側に配置し、他方の近接センサを所定距離だけ後方側に配置してもよい。 In this embodiment, an example is described in which proximity sensors 272L and 272R are attached at symmetrical positions on the left and right sides of the cleaning device 2, but this is not limiting. Proximity sensors 272L and 272R may be positioned in a predetermined direction and at a predetermined distance from a reference position (e.g., the center position) of the cleaning device 2. For example, one proximity sensor may be positioned a predetermined distance forward of the center position of the cleaning device 2, and the other proximity sensor may be positioned a predetermined distance behind it.
また、管を検出するための検出器は、近接センサ272に限られない。例えば、測距センサ(例えばレーザ測距センサ)や超音波センサ等の非接触で管を検出可能な任意の検出器を適用することができる。また、検出器の設置数は2個に限られず、3個以上としてもよく、複数種類の検出器を併用してもよい。 Furthermore, the detector for detecting the pipe is not limited to the proximity sensor 272. For example, any detector that can detect the pipe without contact, such as a distance sensor (e.g., a laser distance sensor) or an ultrasonic sensor, can be applied. Furthermore, the number of detectors installed is not limited to two, but may be three or more, and multiple types of detectors may be used in combination.
また、近接センサの検出値の差とずれ量との関係を近似した近似式は、数式(1)(2)の例に限られない。例えば、管を検出するための検出器の種類や配置等に応じて、高次関数(二次関数や三次関数を含む)、指数関数、対数関数、あるいはそれらの組み合わせ等により近似することもできる。ただし、上述した数式(1)(2)を用いる構成は、簡易な演算によりずれ量を算出することができるという利点があり好ましい。 Furthermore, the approximation formula for the relationship between the difference in detection values of the proximity sensors and the amount of deviation is not limited to the examples of formulas (1) and (2). For example, depending on the type and placement of the detector used to detect the pipe, approximation can also be performed using higher-order functions (including quadratic and cubic functions), exponential functions, logarithmic functions, or combinations thereof. However, the configuration using formulas (1) and (2) described above is preferable because it has the advantage of allowing the amount of deviation to be calculated using simple calculations.
(制御の例:センタリング)
上述のずれ量および傾斜角度に基づいた清掃装置2の制御の例として、ここでは清掃装置2のセンタリング制御について説明する。センタリングとは、管と管の中央位置に清掃装置2を移動させることを指し、センタリングすることによりそれらの管の間にパンタグラフ25を降ろして清掃を行うことが可能な状態となる(図2参照)。
(Example of control: centering)
As an example of control of the cleaning device 2 based on the above-mentioned amount of misalignment and tilt angle, we will explain centering control of the cleaning device 2. Centering refers to moving the cleaning device 2 to a central position between the pipes, and by centering, the pantograph 25 can be lowered between the pipes to perform cleaning (see FIG. 2).
図9はセンタリング時における清掃装置2の動作例を示す図である。なお、図9には、互いに平行で等間隔に配列した管PI1~PI3上の清掃装置2を上方から見下ろした様子を示している。また、図9では、管PI1と管PI2との中央位置を破線L7で示している。清掃装置2を左右方向に2等分する破線L8が破線L7に一致すればセンタリング完了である。 Figure 9 is a diagram showing an example of the operation of the cleaning device 2 during centering. Figure 9 shows a view from above of the cleaning devices 2 on pipes PI1 to PI3, which are arranged parallel to each other and at equal intervals. Also in Figure 9, the center position between pipes PI1 and PI2 is indicated by dashed line L7. Centering is complete when dashed line L8, which divides the cleaning device 2 in half horizontally, coincides with dashed line L7.
センタリングにあたり、まず、移動制御部104は、清掃装置2を管PI1~PI3に対して平行な状態とする。具体的には、移動制御部104は、角度特定部102が特定した最新の傾斜角度Δθを取得し、目標となる傾斜角度ΔθTをゼロに設定し、閾値ΔθSを求め、|Δθ|=ΔθSであるか判定する(ST1)。図9の例では、|Δθ|>ΔθSである。この場合、移動制御部104は、|Δθ|=ΔθSとなるまで清掃装置2を左に旋回させる(ST2)。 To center the cleaning device 2, the movement control unit 104 first places the cleaning device 2 parallel to the pipes PI1 to PI3. Specifically, the movement control unit 104 acquires the latest tilt angle Δθ identified by the angle identification unit 102, sets the target tilt angle ΔθT to zero, calculates the threshold value ΔθS , and determines whether |Δθ|= ΔθS (ST1). In the example of FIG. 9, |Δθ|> ΔθS . In this case, the movement control unit 104 rotates the cleaning device 2 to the left until |Δθ|= ΔθS (ST2).
|Δθ|=ΔθSとなると、移動制御部104は、ずれ量算出部103が算出した最新のずれ量Δyを取得し、|Δy|=ySであるか判定する(ST3)。ySは例えば0に所定のマージンを加えた値とすればよい。マージンは、管のピッチ、管の直径、およびパンダグラフの幅等に応じて決定される。マージンは数mm程度になることが多いと考えられる。図9の例では、|Δy|>ΔySである。この場合、移動制御部104は、Δyをゼロに近付けるための制御を行う。 When |Δθ|= ΔθS , the movement control unit 104 acquires the latest deviation Δy calculated by the deviation amount calculation unit 103 and determines whether |Δy|= yS (ST3). yS may be set to, for example, a value obtained by adding a predetermined margin to 0. The margin is determined according to the pipe pitch, pipe diameter, pantograph width, and the like. The margin is considered to be approximately several mm in most cases. In the example of FIG. 9, |Δy|> ΔyS . In this case, the movement control unit 104 performs control to bring Δy closer to zero.
具体的には、移動制御部104は、清掃装置2を管PI1~PI3の延伸方向に対して傾斜した方向に向けた上で前進または後進させることにより、Δyをゼロに近付ける。この際、前進のみあるいは後進のみでセンタリングすることで、直進走行の開始位置から離れてしまうことも想定される。このため、前進と後進を交互に繰り返すという複数段階の処理でセンタリングすることが好ましい。 Specifically, the movement control unit 104 moves the cleaning device 2 forward or backward while orienting it in a direction inclined relative to the extension direction of the pipes PI1 to PI3, thereby bringing Δy closer to zero. In this case, it is anticipated that centering by moving forward or backward only may result in the device moving away from the starting position for straight-ahead travel. For this reason, it is preferable to perform centering using a multi-stage process that alternates between moving forward and backward.
前進と後進を交互に繰り返す場合、移動制御部104は、前回の移動が前進による移動であったか、後進による移動であったかを判定する。また、Δyの値から、左方向への移動を行うか、右方向への移動を行うかを判定する。例えば、Δy=0より右側の位置におけるΔyの値を正、Δy=0より左側の位置におけるΔyの値を負で出力するようにした場合、移動制御部104はΔyの値が正であれば左方向、負であれば右方向への移動を行うと判定すればよい。 When alternately repeating forward and backward movement, the movement control unit 104 determines whether the previous movement was forward or backward movement. It also determines whether to move leftward or rightward based on the value of Δy. For example, if the Δy value is output as positive at positions to the right of Δy = 0 and as negative at positions to the left of Δy = 0, the movement control unit 104 can determine to move leftward if the Δy value is positive, or to move rightward if the Δy value is negative.
そして、移動制御部104は、これらの判定結果に基づいて旋回方向を決定する。具体的には、移動制御部104は、左方向に移動する場合で、かつ、前回の移動が前進であった場合には右旋回を行うことを決定する。また、移動制御部104は、左方向に移動する場合で、かつ、前回の移動が後進であった場合には左旋回を行うことを決定する。右方向に移動する場合も同様であり、移動制御部104は、前回の移動が前進であった場合には左旋回、前回の移動が後進であった場合には右旋回を行うことを決定する。図9の例では、右方向に移動する必要があり、かつ、前回の移動が前進であったことを想定しているため、移動制御部104は、左旋回を行うことを決定している(ST4)。 The movement control unit 104 then determines the turning direction based on these determination results. Specifically, when moving left and the previous movement was forward, the movement control unit 104 determines to make a right turn. Furthermore, when moving left and the previous movement was reverse, the movement control unit 104 determines to make a left turn. The same is true when moving right; the movement control unit 104 determines to make a left turn if the previous movement was forward, and to make a right turn if the previous movement was reverse. In the example of Figure 9, it is assumed that it is necessary to move right and the previous movement was forward, so the movement control unit 104 determines to make a left turn (ST4).
旋回方向を決定した移動制御部104は、決定した方向への旋回指示を清掃装置2に送信する。旋回の目標角度ΔθTは予め決めておけばよい。つまり、移動制御部104は、旋回指示を送信した後、角度特定部102が特定する角度Δθ=ΔθTとなったタイミングで清掃装置2に旋回終了を指示する(ST5)。 After determining the turning direction, the movement control unit 104 transmits a turning instruction in the determined direction to the cleaning device 2. The target turning angle ΔθT may be determined in advance. That is, after transmitting the turning instruction, the movement control unit 104 instructs the cleaning device 2 to end turning at the timing when the angle specified by the angle specifying unit 102 becomes Δθ= ΔθT (ST5).
上記の旋回の終了後、移動制御部104は、清掃装置2を前進または後進させる。具体的には、前回の移動が前進による移動であれば後進指示を、後進による移動であれば前進指示を清掃装置2に送信する(ST6)。このときの前進または後進時間、つまり清掃装置2の走行時間の決定方法については図10に基づいて後述する。 After the above-mentioned turning is completed, the movement control unit 104 moves the cleaning device 2 forward or backward. Specifically, if the previous movement was a forward movement, a backward movement command is sent to the cleaning device 2, and if it was a backward movement, a forward movement command is sent to the cleaning device 2 (ST6). The method for determining the forward or backward movement time at this time, i.e., the running time of the cleaning device 2, will be described later with reference to Figure 10.
(走行時間の算出方法)
図10は、センタリング時における清掃装置2の走行時間の算出方法を説明する図である。図10では、清掃装置2を上方から見下ろした様子を示している。なお、清掃装置2は小さめに描画している。また、図10では、互いに平行な管PILとPIRの中央位置を破線L9で示し、清掃装置2を左右方向に2等分する線を破線L10で示している。
(How to calculate driving time)
Fig. 10 is a diagram illustrating a method for calculating the travel time of the cleaning device 2 during centering. Fig. 10 shows the cleaning device 2 as viewed from above. Note that the cleaning device 2 is depicted small. In Fig. 10, the center position of the parallel pipes PIL and PIR is indicated by a dashed line L9, and the line dividing the cleaning device 2 in half in the left-right direction is indicated by a dashed line L10.
図示のように、破線L9とL10のなす角はΔθTであり、清掃装置2の破線L9からのずれ量はΔyである。また、破線L10に沿って前進するときの清掃装置2の中心位置から破線L9上の位置までの移動距離はLPである。 As shown in the figure, the angle between dashed lines L9 and L10 is ΔθT , the amount of deviation of the cleaning device 2 from dashed line L9 is Δy, and the movement distance from the center position of the cleaning device 2 to a position on dashed line L9 when moving forward along dashed line L10 is LP .
このとき、移動制御部104は、図10に示す数式(3)を用いて、清掃装置2の走行時間を算出してもよい。なお、数式(3)におけるVは清掃装置2の走行速度である。また、数式(3)におけるΔy/sin(ΔθT)=LPである。つまり、数式(3)は、清掃装置2の走行距離をLPではなく、LPを(1+kb)倍したLP*(1+kb)=Δy/sin(ΔθT)*(1+kb)として走行時間を求める、という式である。一般に管の上は滑りやすいため、このように走行距離を割り増しした上で走行時間を求めることにより、LPにより近い走行距離だけ走行させることができる。 At this time, the movement control unit 104 may calculate the travel time of the cleaning device 2 using formula (3) shown in FIG. 10 . Note that V in formula (3) is the travel speed of the cleaning device 2. Also, in formula (3), Δy/sin(Δθ T ) = L P. In other words, formula (3) is an equation that calculates the travel time by using L P * (1 + k b ) = Δy/sin(Δθ T ) * (1 + k b ), which is L P multiplied by (1 + k b ), rather than L P as the travel distance of the cleaning device 2. Because pipes are generally slippery, by calculating the travel time after adding the travel distance in this way, it is possible to make the cleaning device travel a distance closer to L P.
上記kbは、バイアス値である。図10に示すように、kb=(kp+kn)/2、つまり、前回の移動時におけるバイアス値kpと今回の移動時におけるバイアス値knの算術平均値をkbとしてもよい。なお、図10に示すように、今回のバイアス値knは、直近の移動後の位置ずれ量Δynと当該移動前の位置ずれ量Δypとの比(Δyn/Δyp)である。 The above kb is a bias value. As shown in Fig. 10, kb may be expressed as kb = ( kp + kn )/2, that is, the arithmetic mean value of the bias value kp during the previous movement and the bias value kn during the current movement. Note that, as shown in Fig. 10, the current bias value kn is the ratio ( Δyn / Δyp ) of the positional deviation amount Δyn after the most recent movement to the positional deviation amount Δyp before the movement.
例えば、図10のEX1には、位置ずれ量がΔy1である状態から3段回の移動によりセンタリングする例を示している。なお、EX1では、位置ずれ量がΔy1のときの清掃装置2の中心位置を点P1で示している。また、1段回目の移動後の位置ずれ量をΔy2、このときの清掃装置2の中心位置を点P2で示し、2段回目の移動後の位置ずれ量をΔy3、このときの清掃装置2の中心位置を点P3で示している。 For example, EX1 in Figure 10 shows an example of centering by moving three stages from a state where the amount of positional deviation is Δy1. In EX1, the center position of the cleaning device 2 when the amount of positional deviation is Δy1 is indicated by point P1. Furthermore, the amount of positional deviation after the first stage of movement is Δy2, and the center position of the cleaning device 2 at this time is indicated by point P2. The amount of positional deviation after the second stage of movement is Δy3, and the center position of the cleaning device 2 at this time is indicated by point P3.
1段回目の移動においては、移動制御部104は、デフォルトのバイアス値kdを用いて数式(3)により走行時間を算出する。ここで、数式(3)におけるΔyにはΔy1を代入すればよい。kdとしては、例えば最後に使用したバイアス値kbを適用してもよいし、予め定めた値を適用してもよい。なお、センタリングが必ず複数段階で行われるようにするために、Δy1よりも小さい所定の定数をΔyに代入してもよい。この定数は、1段階の移動における寄せ幅の上限値を示すものであり、管上のスペース等に応じて予め設定しておけばよい。ずれ量算出部103が算出するずれ量がこの定数以下となるまでは、この定数を用いて走行時間を算出する。 In the first stage of movement, the movement control unit 104 calculates the travel time using equation (3) with a default bias value kd . Here, Δy1 can be substituted for Δy in equation (3). For kd , for example, the last used bias value kb can be applied, or a predetermined value can be applied. Note that a predetermined constant smaller than Δy1 can be substituted for Δy to ensure that centering is performed in multiple stages. This constant indicates the upper limit of the shift width in one stage of movement, and can be set in advance depending on the space on the pipe, etc. The travel time is calculated using this constant until the amount of shift calculated by the shift amount calculation unit 103 becomes equal to or less than this constant.
2段回目の移動においては、移動制御部104は、1段回目の移動後の位置ずれ量Δy2と当該移動前の位置ずれ量Δy1との比(Δy2/Δy1)を今回のバイアス値knとして算出する。そして、移動制御部104は、算出したknと前回適用したバイアス値kdとの算術平均値を2段回目の移動用のバイアス値とする。これにより、2段階目の移動においては、1段階目の移動前後のずれ量に応じた移動距離の制御が実現される。 In the second-stage movement, the movement control unit 104 calculates the ratio (Δy2/Δy1) of the positional deviation amount Δy2 after the first-stage movement to the positional deviation amount Δy1 before the first-stage movement as the current bias value kn . Then, the movement control unit 104 sets the arithmetic mean value of the calculated kn and the previously applied bias value kd as the bias value for the second-stage movement. In this way, in the second-stage movement, control of the movement distance according to the deviation amount before and after the first-stage movement is realized.
3段回目の移動においては、移動制御部104は、2段回目の移動後の位置ずれ量Δy3と当該移動前の位置ずれ量Δy2との比(Δy3/Δy2)を今回のバイアス値knとして算出する。そして、移動制御部104は、算出したknと前回適用したバイアス値kbとの算術平均値を3段回目の移動用のバイアス値とする。これにより、3段階目の移動においては、2段階目の移動前後のずれ量に応じた移動距離の制御が実現される。 For the third-stage movement, the movement control unit 104 calculates the ratio (Δy3/Δy2) of the positional deviation amount Δy3 after the second-stage movement to the positional deviation amount Δy2 before the second-stage movement as the current bias value kn . Then, the movement control unit 104 sets the arithmetic mean value of the calculated kn and the previously applied bias value kb as the bias value for the third-stage movement. As a result, for the third-stage movement, control of the movement distance according to the deviation amounts before and after the second-stage movement is realized.
EX1では、3段回の移動により破線L9上、すなわち管PILとPIRの中央位置に到達しているが、移動制御部104は、3段回目の移動でも破線L9上に到達しなければ同様にして4段回目の移動を行う。 In EX1, the dashed line L9, i.e., the center position between the pipes PIL and PIR, is reached after three stages of movement, but if the dashed line L9 is not reached even after the third stage of movement, the movement control unit 104 similarly performs a fourth stage of movement.
このように、移動制御部104は、前進と後進を繰り返しつつ、かつ、バイアス値を更新しつつ、センタリングを行うようにしてもよい。なお、管上の状態等によっては、破線L9を通り過ぎてしまうこともあり得る。このような場合には、移動前後でずれ量Δyの符号が逆転し、kn=(Δyn/Δyp)が負の値になる。この場合、移動制御部104は、kn=0として移動制御を行ってもよい。 In this way, the movement control unit 104 may perform centering while repeatedly moving forward and backward and updating the bias value. Note that depending on the condition of the pipe, it is possible that the movement may pass over the dashed line L9. In such a case, the sign of the deviation amount Δy is reversed before and after the movement, and k n = ( Δyn / Δyp ) becomes a negative value. In this case, the movement control unit 104 may perform movement control with k n = 0.
以上のように、移動制御部104は、清掃装置2を所定距離だけ移動させる際に、当該所定距離を複数段階で移動させてもよい。そして、この場合、移動制御部104は、先の段階の移動前後のずれ量に応じて、後の段階の移動における移動距離を調整することが好ましい。 As described above, when moving the cleaning device 2 a predetermined distance, the movement control unit 104 may move the predetermined distance in multiple stages. In this case, it is preferable that the movement control unit 104 adjusts the movement distance in a subsequent stage of movement depending on the amount of deviation before and after the movement in the previous stage.
清掃装置2を管上で移動させる際、同じ設定速度で同じ時間だけ前進するように制御した場合であっても、管表面の滑りやすさ等に起因して、移動距離にばらつきが生じることがある。そこで、上記の構成によれば、清掃装置2を所定距離だけ移動させる際に、当該所定距離を複数段階で移動させ、先の段階の移動前後のずれ量に応じて、後の段階の移動における移動距離を調整する。これにより、清掃装置2が移動する管の表面状態によらず、清掃装置2を所定距離だけ安定して移動させることが可能になる。 When cleaning device 2 is moved along a pipe, even if it is controlled to move forward at the same set speed for the same amount of time, variations in the distance traveled may occur due to factors such as the slipperiness of the pipe surface. Therefore, with the above configuration, when cleaning device 2 is moved a predetermined distance, the predetermined distance is moved in multiple stages, and the distance traveled in subsequent stages is adjusted depending on the deviation before and after the movement in the previous stage. This makes it possible to stably move cleaning device 2 a predetermined distance regardless of the surface condition of the pipe along which cleaning device 2 is moving.
なお、図10の例では直前の移動前後のずれ量に応じて調整を行っているが、それ以前のずれ量も考慮して調整を行うようにしてもよい。例えばEX1における3段回目の移動において、1段階目の調整に用いたバイアス値と、2段階目の調整に用いたバイアス値と、新たに算出したbnとの算術平均値をバイアス値bbとして使用してもよい。また、算術平均値の代わりに、重み付け平均値等を用いてもよい。 10, adjustment is performed according to the amount of deviation before and after the immediately preceding movement, but adjustment may also be performed taking into account the amount of deviation before that. For example, in the third stage of movement in EX1, the arithmetic mean value of the bias value used in the first stage adjustment, the bias value used in the second stage adjustment, and the newly calculated b n may be used as the bias value b b . Also, a weighted mean value or the like may be used instead of the arithmetic mean value.
(制御の例:直進走行)
センタリングを行い、管と管の中央位置で清掃を行った後、移動制御部104は、管と管の中央位置を維持した状態で清掃装置2を直進走行させる。これにより、同じ管の別の位置を清掃させることができる。
(Example of control: driving straight ahead)
After centering and cleaning at the center position between the pipes, the movement control unit 104 moves the cleaning device 2 in a straight line while maintaining the center position between the pipes, thereby enabling cleaning at another position on the same pipe.
管と管の中央位置を維持した状態で清掃装置2を直進走行させる制御には、例えば角度特定部102が特定する傾斜角度を用いることができる。傾斜角度がゼロの状態を維持することができれば、管と管の中央位置を維持した状態も維持されるためである。 To control the cleaning device 2 to travel in a straight line while maintaining the center position between the pipes, the tilt angle identified by the angle identification unit 102 can be used, for example. This is because if the tilt angle can be maintained at zero, the center position between the pipes can also be maintained.
また、直進走行前の清掃装置2と中央位置とのずれ量がゼロである場合やそれに近い値である場合には、最終的なずれ量を許容範囲内に収めることは難しくない。一方、直進走行前の清掃装置2と中央位置とのずれ量が、許容範囲内であるがある程度大きい値である場合には、最終的なずれ量を許容範囲内に収めることの難易度は高くなる。 Furthermore, if the deviation between the cleaning device 2 and the central position before straight-line travel is zero or a value close to zero, it is not difficult to keep the final deviation within the allowable range. On the other hand, if the deviation between the cleaning device 2 and the central position before straight-line travel is within the allowable range but is somewhat large, it becomes more difficult to keep the final deviation within the allowable range.
このため、移動制御部104は、直進走行を行う前に、ずれ量算出部103が算出するずれ量が閾値以下であるか否か判定し、ずれ量が閾値以下である場合と閾値を超える場合とで異なる制御を行ってもよい。例えば、移動制御部104は、前者の場合には清掃装置2を高速で移動させる高速直進モードを適用し、後者の場合には高速直進モードよりも移動速度の遅い低速直進モードを適用してもよい。 For this reason, before performing straight-line travel, the movement control unit 104 may determine whether the amount of deviation calculated by the deviation amount calculation unit 103 is equal to or less than a threshold value, and may perform different control when the amount of deviation is equal to or less than the threshold value and when it exceeds the threshold value. For example, in the former case, the movement control unit 104 may apply a high-speed straight-line mode in which the cleaning device 2 moves at high speed, and in the latter case, a low-speed straight-line mode in which the movement speed is slower than the high-speed straight-line mode.
(高速直進モード)
高速直進モードを適用する場合、移動制御部104は、移動すべき距離Lを走行速度Vで割ったL/Vを走行時間として算出してもよい。ある。そして、清掃装置2が走行を開始した後、移動制御部104は、角度特定部102が特定する傾斜角度が許容値を超えているか判定する。そして、移動制御部104は、許容値を超えたと判定した場合には、清掃装置2の進行方向の調整を行う。
(High-speed straight-line mode)
When the high-speed straight-line mode is applied, the movement control unit 104 may calculate the travel time as L/V, which is the distance to be traveled L divided by the travel speed V. After the cleaning device 2 starts traveling, the movement control unit 104 determines whether the tilt angle identified by the angle identification unit 102 exceeds the allowable value. If the movement control unit 104 determines that the tilt angle exceeds the allowable value, it adjusts the traveling direction of the cleaning device 2.
例えば、清掃装置2が図2に示したようなクローラ22を備えている場合には、移動制御部104は、左右一対のクローラ22のうち一方の速度を増加させるか、あるいは減少させることにより、清掃装置2の進行方向の調整を行うことができる。 For example, if the cleaning device 2 is equipped with crawlers 22 as shown in Figure 2, the movement control unit 104 can adjust the direction of travel of the cleaning device 2 by increasing or decreasing the speed of one of the pair of left and right crawlers 22.
ここで、直進走行開始後に角度特定部102が特定した傾斜角度Δθが許容値を超えたとする。この場合、移動制御部104は、傾斜角度が正(つまり図3の例のように清掃装置2が左に傾いている状態)であれば、左側のクローラ22の速度をα倍(α=1+|Δθ|)してもよい。また、移動制御部104は、傾斜角度が負(つまり図3の例とは逆に清掃装置2が右に傾いている状態)であれば、右側のクローラ22の速度をα倍してもよい。 Now, let's say that the tilt angle Δθ identified by the angle identification unit 102 after starting straight-ahead travel exceeds the allowable value. In this case, if the tilt angle is positive (i.e., the cleaning device 2 is tilted to the left as in the example of Figure 3), the movement control unit 104 may multiply the speed of the left crawler 22 by α (α = 1 + |Δθ|). Also, if the tilt angle is negative (i.e., the cleaning device 2 is tilted to the right as opposed to the example of Figure 3), the movement control unit 104 may multiply the speed of the right crawler 22 by α.
なお、清掃装置2を後進させる場合には、上記とは逆の制御となり、移動制御部104は、傾斜角度が正であれば右側のクローラ22の速度をα倍し、傾斜角度が負であれば左側のクローラ22の速度をα倍する。このような処理を、距離Lの移動が完了するまで繰り返すことにより、比較的高速で移動しつつ、管と管の中央位置を保つことが可能になる。 When moving the cleaning device 2 backward, the opposite control is used, and the movement control unit 104 multiplies the speed of the right crawler 22 by α if the tilt angle is positive, and multiplies the speed of the left crawler 22 by α if the tilt angle is negative. By repeating this process until the movement of the distance L is complete, it becomes possible to move at a relatively high speed while maintaining a center position between the pipes.
(低速直進モード)
低速直進モードを適用する場合も、移動制御部104は、高速直進モードと同様に、走行時間をL/Vとして、距離Lの走行が完了するまで、傾斜角度を確認しつつ、傾斜角度が許容値を超えたときに一方のクローラ22の速度をα倍にする制御を行えばよい。ただし、低速直進モードを適用する場合には、移動制御部104は、ずれ量の確認についても行い、ずれ量が許容値を超えたときには清掃装置2の進行方向の調整を行うことが好ましい。
(Low speed straight-line mode)
When the low-speed straight-line mode is applied, the movement control unit 104, as in the high-speed straight-line mode, sets the travel time to L/V, and checks the tilt angle until travel of the distance L is completed, and if the tilt angle exceeds the allowable value, performs control to increase the speed of one of the crawlers 22 by a factor of α. However, when the low-speed straight-line mode is applied, it is preferable that the movement control unit 104 also checks the amount of deviation, and adjusts the traveling direction of the cleaning device 2 if the amount of deviation exceeds the allowable value.
例えば、移動制御部104は、角度特定部102が特定する傾斜角度が許容値を超えている場合には上記の制御を行う一方、角度特定部102が特定する傾斜角度が許容値以下である場合に、ずれ量算出部103が算出するずれ量を確認してもよい。そして、移動制御部104は、ずれ量が許容値を超えている場合には、中央位置への寄せ動作を行ってもよい。なお、移動制御部104は、ずれ量が許容値以下であるときには、傾斜角度の確認処理に戻ればよい。 For example, the movement control unit 104 may perform the above control when the tilt angle identified by the angle identification unit 102 exceeds the allowable value, or may check the amount of deviation calculated by the deviation amount calculation unit 103 when the tilt angle identified by the angle identification unit 102 is equal to or less than the allowable value. Then, when the amount of deviation exceeds the allowable value, the movement control unit 104 may perform an operation to move the object toward the center position. Note that when the amount of deviation is equal to or less than the allowable value, the movement control unit 104 may simply return to the tilt angle confirmation process.
寄せ動作において、移動制御部104は、上記のずれ量が、清掃装置2が中央位置に対して左側に寄っていることを示す値である場合には、左側のクローラ22の速度をβ倍(β>α)にしてもよい。そして、移動制御部104は、左側のクローラ22の速度をβ倍とした状態で清掃装置2を所定時間走行させた後、右側のクローラ22の速度もβ倍として車体角度を戻すようにしてもよい。また、移動制御部104は、上記のずれ量が、清掃装置2が中央位置に対して右側に寄っていることを示す値である場合には、右側のクローラ22の速度をβ倍にしてもよい。そして、移動制御部104は、右側のクローラ22の速度をβ倍とした状態で清掃装置2を所定時間走行させた後、左側のクローラ22の速度もβ倍として車体角度を戻すようにしてもよい。なお、清掃装置2を後進させる場合には、上記とは逆の制御となり、移動制御部104は、左寄りであれば左側のクローラ22の速度をβ倍した状態で掃装置2を所定時間走行させ、右寄りであれば右側のクローラ22の速度をβ倍した状態で掃装置2を所定時間走行させる。 During the approaching operation, if the amount of deviation is a value indicating that the cleaning device 2 is shifted to the left of the central position, the movement control unit 104 may increase the speed of the left crawler 22 by β (β > α). The movement control unit 104 may then run the cleaning device 2 for a predetermined time with the speed of the left crawler 22 increased by β, and then increase the speed of the right crawler 22 by β, thereby returning the vehicle body angle. Furthermore, if the amount of deviation is a value indicating that the cleaning device 2 is shifted to the right of the central position, the movement control unit 104 may increase the speed of the right crawler 22 by β. The movement control unit 104 may then run the cleaning device 2 for a predetermined time with the speed of the right crawler 22 increased by β, and then increase the speed of the left crawler 22 by β, thereby returning the vehicle body angle. When moving the cleaning device 2 backward, the control is reversed; if the device is to the left, the movement control unit 104 causes the device 2 to travel for a predetermined time with the speed of the left crawler 22 multiplied by β, and if the device is to the right, the movement control unit 104 causes the device 2 to travel for a predetermined time with the speed of the right crawler 22 multiplied by β.
以上のようにして、左右のクローラ22の速度を異ならせた状態で所定時間走行させることにより、清掃装置2のずれ量を減らすかまたはゼロにすることができる。そして、移動制御部104は、左右のクローラ22の速度を異ならせた状態で清掃装置2を所定時間走行させた後は、左右のクローラ22の速度を同じ速度に戻し、傾斜角度の確認処理に戻ればよい。 In this way, by running the left and right crawlers 22 at different speeds for a predetermined period of time, the amount of deviation of the cleaning device 2 can be reduced or eliminated. After running the cleaning device 2 for a predetermined period of time with the left and right crawlers 22 at different speeds, the movement control unit 104 can return the speeds of the left and right crawlers 22 to the same speed and return to the tilt angle confirmation process.
(制御の例:列移動)
2本の隣接する管の全体の清掃が終了すると、移動制御部104は、清掃装置2に列移動を行わせる。なお、列移動における列とは、ある管とその管に隣接する管との間の部分を指す。
(Example of control: column movement)
When cleaning of the entire two adjacent pipes is completed, the movement control unit 104 causes the cleaning device 2 to move in a row. Note that the row in the row movement refers to the section between a certain pipe and a pipe adjacent to that pipe.
列移動において、移動制御部104は、角度特定部102が特定する傾斜角度に基づいてまず目標角度ΔθTまで清掃装置2を旋回させ、旋回完了後に前進させる。この前進走行における走行時間は、例えば下記の数式(4)により算出すればよい。なお。Pは隣接する管間の距離、Vは清掃装置2の走行速度である。 In the row movement, the movement control unit 104 first rotates the cleaning device 2 to the target angle Δθ T based on the tilt angle identified by the angle identification unit 102, and then moves the cleaning device 2 forward after the rotation is complete. The travel time for this forward travel may be calculated, for example, using the following equation (4). Note that P is the distance between adjacent pipes, and V is the travel speed of the cleaning device 2.
(走行時間)=P*sin(ΔθT)/V …(4)
次に、移動制御部104は、角度特定部102が特定する傾斜角度に基づいて清掃装置2の傾斜角度をゼロに戻す。ここで、列移動前に清掃装置2が列の中央に位置しており、かつ、上記の走行制御により清掃装置2がP*sin(ΔθT)だけ前進していたとする。この場合、傾斜角度をゼロに戻した時点における、移動後の列の中央位置からの清掃装置2のずれ量はP*{cos(ΔθT)}2となる。
(Travel time)=P*sin( ΔθT )/V…(4)
Next, the movement control unit 104 returns the tilt angle of the cleaning device 2 to zero based on the tilt angle identified by the angle identification unit 102. Here, assume that the cleaning device 2 was positioned at the center of the row before moving and that the cleaning device 2 had moved forward by P*sin( ΔθT ) due to the above-mentioned travel control. In this case, the amount of deviation of the cleaning device 2 from the center position of the row after movement at the time when the tilt angle is returned to zero is P*{cos( ΔθT )} 2 .
次に、移動制御部104は、角度特定部102が特定する傾斜角度に基づいて清掃装置2を(90-ΔθT)だけ旋回させる。このように、移動制御部104は、最初と2回目の旋回角度が90°異なるように清掃装置2を旋回させてもよい。そして、移動制御部104は、上記の旋回完了後に清掃装置2を後進させる。 Next, the movement control unit 104 rotates the cleaning device 2 by (90-Δθ T ) based on the tilt angle identified by the angle identification unit 102. In this way, the movement control unit 104 may rotate the cleaning device 2 so that the first and second rotation angles differ by 90°. Then, after the above rotation is completed, the movement control unit 104 moves the cleaning device 2 backward.
ここで、列移動前に清掃装置2が列の中央に位置しており、かつ、最初の前進走行により清掃装置2がP*sin(ΔθT)だけ前進していたとすると、清掃装置2をP*cos(ΔθT)だけ後進させれば、後進後における清掃装置2の位置は、列移動前の清掃装置2の位置から真横にPだけ移動した位置になる。よって、後進走行における走行時間は、下記の数式(5)により算出される。 Here, if the cleaning device 2 was positioned in the center of the row before moving in line and moved forward by P*sin( ΔθT ) during the first forward movement, then if the cleaning device 2 is moved backward by P*cos( ΔθT ), the position of the cleaning device 2 after moving backward will be a position that is moved directly to the side by P from the position of the cleaning device 2 before moving in line. Therefore, the traveling time for backward movement is calculated using the following formula (5).
(走行時間)=P*cos(ΔθT)/V …(5)
以上のような旋回、前進、旋回、後進の組み合わせにより列移動が実現される。なお、最初の旋回後に清掃装置2を後進させてもよく、この場合、2回目の旋回後には清掃装置2を前進させればよい。また、旋回方向は、清掃装置2を何れの列に移動させるか、および清掃装置2の進行方向に応じて決定すればよい。例えば、左側の列に移動させる場合で、かつ最初の旋回後に清掃装置2を前進させる場合には、左に旋回すればよい。
(Traveling time)=P*cos( ΔθT )/V…(5)
The row movement is achieved by a combination of turning, moving forward, turning, and moving backward as described above. Note that the cleaning device 2 may be moved backward after the first turning, in which case the cleaning device 2 may be moved forward after the second turning. The turning direction may be determined depending on which row the cleaning device 2 is to be moved to and the direction of travel of the cleaning device 2. For example, when moving to the left row and moving the cleaning device 2 forward after the first turning, the cleaning device 2 may be turned left.
なお、上記の走行時間だけ清掃装置2を前進または後進させても、管表面の滑りやすさ等に起因して、清掃装置2が所望の位置まで移動しないこともあり得る。このため、ずれ量算出部103は、初回の走行後に、移動後の列の中央位置からのずれ量Δyを算出してもよい。そして、移動制御部104は、ずれ量算出部103が算出したずれ量Δyに応じて2回目の走行時間を調整してもよい。つまり、移動制御部104は、2回目の走行時間を、1回目の走行終了後に算出されたずれ量Δyを用いて算出してもよい。 Note that even if the cleaning device 2 is moved forward or backward for the above-mentioned travel time, it is possible that the cleaning device 2 will not move to the desired position due to factors such as the slipperiness of the pipe surface. For this reason, the deviation amount calculation unit 103 may calculate the deviation amount Δy from the center position of the line after the first travel. The movement control unit 104 may then adjust the second travel time according to the deviation amount Δy calculated by the deviation amount calculation unit 103. In other words, the movement control unit 104 may calculate the second travel time using the deviation amount Δy calculated after the first travel has ended.
また、以上のような処理が終了すると、ずれ量算出部103が、移動後の列の中央位置からのずれ量Δyを算出する。ここで、そのずれ量Δyが許容範囲を超えていれば、上述のセンタリングが行われる。 Furthermore, once the above processing is completed, the deviation amount calculation unit 103 calculates the deviation amount Δy from the center position of the column after movement. If the deviation amount Δy exceeds the allowable range, the above-mentioned centering is performed.
(清掃装置の制御開始前の処理)
例えば、撮影装置271による撮影が正常に行われていない場合等には、角度特定部102は妥当な値の傾斜角度を特定することはできず、移動制御部104は妥当な制御を行うことができない。
(Processing before starting control of cleaning device)
For example, if the photographing device 271 is not photographing normally, the angle identification unit 102 cannot identify an appropriate tilt angle, and the movement control unit 104 cannot perform appropriate control.
そこで、移動制御部104は、上述したような各種制御に先立って、角度特定部102が特定する傾斜角度を取得し、その傾斜角度が予め設定された無効範囲内の値であるか否かを判定してもよい。そして、移動制御部104は、角度特定部102から時系列で取得した傾斜角度が、所定回数続けて無効範囲内の値であれば異常信号を送信して、清掃装置2の制御を終了してもよい。これにより、意図しない制御が行われることを防ぐ事ができる。 Therefore, prior to performing the various controls described above, the movement control unit 104 may acquire the tilt angle identified by the angle identification unit 102 and determine whether the tilt angle is within a preset invalid range. If the tilt angle acquired in chronological order from the angle identification unit 102 is within the invalid range a predetermined number of times in succession, the movement control unit 104 may send an abnormality signal and terminate control of the cleaning device 2. This makes it possible to prevent unintended control from being performed.
(清掃装置に実行させる動作の決定について)
上述のように、制御装置1は、センタリング、列移動、および直進走行等の動作を行わせることができる。これらの動作の何れを行わせるかは、制御装置1が判定する構成としてもよいし、制御装置1の上流側に別の制御装置を設け、その制御装置により判定する構成としてもよい。後者の場合、上流側の制御装置は、例えばオペレータの操作に従って、清掃装置2に行わせる動作を決定し、決定した動作を制御装置1に通知する。制御装置1は、この通知に従って清掃装置2を動作させ、動作完了すると完了通知を上流側の制御装置に通知する。上流側の制御装置は、完了通知の受信後に、次に行わせる動作を決定し、決定した動作を制御装置1に通知する。このような処理の繰り返しにより、清掃装置2による管の清掃が実現できる。なお、パンタグラフ25の伸縮の制御や、放水の制御等のずれ量や傾斜角度を用いない制御は、制御装置1が行うようにしてもよいし、上流側の制御装置が行うようにしてもよい。
(Regarding determination of the action to be performed by the cleaning device)
As described above, the control device 1 can perform operations such as centering, moving in a line, and traveling straight ahead. The determination of which of these operations to perform may be made by the control device 1 itself, or by another control device provided upstream of the control device 1. In the latter case, the upstream control device determines the operation to be performed by the cleaning device 2, for example, in accordance with an operator's operation, and notifies the control device 1 of the determined operation. The control device 1 operates the cleaning device 2 in accordance with this notification, and upon completion of the operation, notifies the upstream control device of a completion notification. After receiving the completion notification, the upstream control device determines the next operation to be performed and notifies the control device 1 of the determined operation. By repeating this process, the cleaning device 2 can clean the pipe. Controls that do not use the amount of displacement or tilt angle, such as control of the extension and retraction of the pantograph 25 and control of water discharge, may be performed by the control device 1 or the upstream control device.
(処理の流れ:傾斜角度に基づく制御)
制御装置1が実行する処理のうち、角度特定部102が特定する傾斜角度に基づく制御を図11に基づいて説明する。図11は、傾斜角度に基づく清掃装置2の制御方法の一例を示すフローチャートである。なお、ここでは、清掃装置2が平行に配列した複数の水管上に配置されており、清掃装置2に取り付けられた撮影装置271により水管の撮影が行われていることを想定している。
(Process flow: Control based on tilt angle)
Of the processes executed by the control device 1, control based on the tilt angle identified by the angle identification unit 102 will be described with reference to Fig. 11. Fig. 11 is a flowchart showing an example of a method for controlling the cleaning device 2 based on the tilt angle. Note that it is assumed here that the cleaning device 2 is placed on a plurality of water pipes arranged in parallel, and that the water pipes are photographed by the photographing device 271 attached to the cleaning device 2.
S11では、管検出部101が、清掃装置2に取り付けられた撮影装置271により撮影された画像を取得する。そして、S12では、管検出部101は、S11で取得した画像から水管を検出する。水管の検出方法については既に説明したとおりであるから、ここでは説明を繰り返さない。 In S11, the pipe detection unit 101 acquires an image captured by the imaging device 271 attached to the cleaning device 2. Then, in S12, the pipe detection unit 101 detects water pipes from the image acquired in S11. The method for detecting water pipes has already been explained, so the explanation will not be repeated here.
S13では、角度特定部102が、S12で検出された管の傾斜角度を特定する。画像中で検出された管の傾斜角度を特定する方法については既に説明したとおりであるから、ここでは説明を繰り返さない。 In S13, the angle identification unit 102 identifies the tilt angle of the pipe detected in S12. The method for identifying the tilt angle of the pipe detected in the image has already been described, so the description will not be repeated here.
S14では、移動制御部104が、S13で特定された傾斜角度に基づき、清掃装置2に対する制御を行うか否かを判定する。ここで制御を行わないと判定された場合(S14でNO)には、図11の処理は終了となる。一方、制御を行うと判定された場合(S14でYES)にはS15の処理に進み、移動制御部104は、S13で特定された傾斜角度に基づいて清掃装置2に対する制御を行い、これにより図11の処理は終了となる。 In S14, the movement control unit 104 determines whether or not to control the cleaning device 2 based on the tilt angle identified in S13. If it is determined that control should not be performed (NO in S14), the processing in FIG. 11 ends. On the other hand, if it is determined that control should be performed (YES in S14), the processing proceeds to S15, where the movement control unit 104 controls the cleaning device 2 based on the tilt angle identified in S13, and the processing in FIG. 11 ends.
なお、S15の制御内容としては様々なものが適用でき、S14の判定基準はS15の制御内容に応じて適宜設定すればよい。例えば、移動制御部104は、S15において清掃装置2の傾斜角度をΔθTにするための旋回制御を行う場合、S14ではS13で特定された傾斜角度がΔθTから許容範囲内となっていれば制御不要、ΔθTから許容範囲内となっていなければ制御要と判定する。 Note that various control contents can be applied to S15, and the determination criterion of S14 may be set appropriately depending on the control contents of S 15. For example, when performing rotation control to set the tilt angle of the cleaning device 2 to ΔθT in S15, the movement control unit 104 determines in S14 that control is not necessary if the tilt angle specified in S13 is within an allowable range from ΔθT , and determines that control is necessary if the tilt angle is not within the allowable range from ΔθT .
また、例えば、移動制御部104は、清掃装置2に直進走行を行わせているときには、S14では、S13で特定された傾斜角度が許容値以内であれば制御不要、許容値を超えていれば制御要と判定する。そして、S15では、移動制御部104は、S13で特定された傾斜角度がゼロになるかまたはゼロに近付くように、クローラ22の速度を調整する。 For example, when the cleaning device 2 is traveling in a straight line, the movement control unit 104 determines in S14 that control is not necessary if the tilt angle identified in S13 is within the tolerance, and that control is necessary if it exceeds the tolerance. Then, in S15, the movement control unit 104 adjusts the speed of the crawler 22 so that the tilt angle identified in S13 becomes zero or approaches zero.
以上のように、制御装置1が実行する清掃装置2の制御方法は、管の表面を清掃する清掃装置2に取り付けられた撮影装置271により撮影された画像から管を検出する管検出ステップ(S12)と、管検出ステップで検出した管の傾斜角度を特定する角度特定ステップ(S13)と、この傾斜角度に基づいて清掃装置2の移動制御を行う移動制御ステップ(S15)と、を含む。この制御方法によれば、撮影装置271により撮影された画像に基づく、清掃装置2の汎用的な移動制御が実現できる。 As described above, the control method for the cleaning device 2 executed by the control device 1 includes a pipe detection step (S12) for detecting pipes from images captured by the imaging device 271 attached to the cleaning device 2 that cleans the surfaces of pipes, an angle identification step (S13) for identifying the inclination angle of the pipe detected in the pipe detection step, and a movement control step (S15) for controlling the movement of the cleaning device 2 based on this inclination angle. This control method enables general-purpose movement control of the cleaning device 2 based on images captured by the imaging device 271.
(処理の流れ:ずれ量に基づく制御)
制御装置1が実行する処理のうち、ずれ量算出部103が特定するずれ量に基づく制御を図12に基づいて説明する。図12は、ずれ量に基づく清掃装置2の制御方法の一例を示すフローチャートである。なお、ここでは、清掃装置2が平行に配列した複数の水管のうち、隣接する一組の水管の間に位置していることを想定している。
(Process flow: Control based on deviation amount)
Of the processes executed by the control device 1, control based on the amount of deviation identified by the deviation amount calculation unit 103 will be described with reference to Fig. 12. Fig. 12 is a flowchart showing an example of a method for controlling the cleaning device 2 based on the amount of deviation. Note that it is assumed here that the cleaning device 2 is located between a pair of adjacent water tubes among a plurality of water tubes arranged in parallel.
S21では、ずれ量算出部103が、清掃装置2の左右対称な位置に取り付けられた一組の近接センサ272Lおよび272Rの検出値を取得する。そして、S22では、ずれ量算出部103は、S21で取得した検出値に基づいて、清掃装置2の所定の基準位置からのずれ量を算出する。例えば、ずれ量算出部103は、清掃装置2の左右方向の中央位置と、平行に配列された複数の管と管の間の中央位置とのずれ量を算出する。 In S21, the deviation amount calculation unit 103 acquires the detection values of a pair of proximity sensors 272L and 272R attached to symmetrical positions on the cleaning device 2. Then, in S22, the deviation amount calculation unit 103 calculates the deviation amount of the cleaning device 2 from a predetermined reference position based on the detection values acquired in S21. For example, the deviation amount calculation unit 103 calculates the deviation amount between the center position of the cleaning device 2 in the left-right direction and the center position between multiple tubes arranged in parallel.
このずれ量の算出においては、上述したように、近接センサ272Lおよび272Rの両方が水管を検出している場合(両方の検出値が最大値未満である場合)と、一方のみが水管を検出している場合(一方の検出値が最大値である場合)とで、ずれ量算出部103がずれ量の算出に用いる近似式が異なる。 As described above, when calculating this deviation amount, the approximation formula used by deviation amount calculation unit 103 to calculate the deviation amount differs depending on whether both proximity sensors 272L and 272R are detecting the water pipe (when both detection values are less than the maximum value) or whether only one is detecting the water pipe (when one detection value is the maximum value).
具体的には、ずれ量算出部103は、近接センサ272Lおよび272Rの両方の検出値が最大値未満である場合には、上述の数式(1)にそれら検出値の差を代入してずれ量を算出する。一方、ずれ量算出部103は、近接センサ272Lおよび272Rの一方の検出値が最大値であり、他方の検出値が最大値未満である場合には、上述の数式(2)にそれら検出値の差を代入してずれ量を算出する。 Specifically, when the detection values of both proximity sensors 272L and 272R are less than the maximum value, the deviation amount calculation unit 103 calculates the deviation amount by substituting the difference between those detection values into the above-mentioned formula (1). On the other hand, when the detection value of one of proximity sensors 272L and 272R is the maximum value and the detection value of the other is less than the maximum value, the deviation amount calculation unit 103 calculates the deviation amount by substituting the difference between those detection values into the above-mentioned formula (2).
S23では、移動制御部104が、S22で算出されたずれ量に基づき、清掃装置2に対する制御を行うか否かを判定する。ここで制御を行わないと判定された場合(S23でNO)には、図12の処理は終了となる。一方、制御を行うと判定された場合(S23でYES)にはS24の処理に進み、移動制御部104は、S22で算出されたずれ量に基づいて清掃装置2に対する制御を行い、これにより図12の処理は終了となる。 In S23, the movement control unit 104 determines whether or not to control the cleaning device 2 based on the amount of deviation calculated in S22. If it is determined that control should not be performed (NO in S23), the processing in FIG. 12 ends. On the other hand, if it is determined that control should be performed (YES in S23), the processing proceeds to S24, where the movement control unit 104 controls the cleaning device 2 based on the amount of deviation calculated in S22, and the processing in FIG. 12 ends.
なお、S24の制御内容としては様々なものが適用でき、S23の判定基準はS24の制御内容に応じて適宜設定すればよい。例えば、移動制御部104は、センタリング等を行う際には、S23では、S22で算出したずれ量が許容値以内であれば制御不要、許容値を超えていれば制御要と判定する。そして、S24では、移動制御部104は、ずれ量を小さくするための制御を行う。例えば、移動制御部104は、清掃装置2を所定の傾斜角度まで旋回させた上で前進または後進させる制御、あるいは左右のクローラ22のうち一方の速度を速くまたは遅くする制御を行う。 Various control operations can be applied to S24, and the criteria for S23 can be set appropriately depending on the control operation in S24. For example, when performing centering, the movement control unit 104 determines in S23 that control is not required if the amount of deviation calculated in S22 is within an allowable value, and that control is required if it exceeds the allowable value. Then, in S24, the movement control unit 104 performs control to reduce the amount of deviation. For example, the movement control unit 104 controls the cleaning device 2 to rotate to a predetermined tilt angle and then move forward or backward, or controls the speed of one of the left and right crawlers 22 to increase or decrease.
以上のように、制御装置1が実行する清掃装置2の制御方法は、平行に配列された複数の管を清掃する清掃装置2の左右対称な位置に取り付けられた、管を検出する一組の近接センサ272Lおよび272Rの検出値に基づいて、清掃装置2の所定の基準位置からのずれ量を算出するずれ量算出ステップ(S22)と、このずれ量に基づいて清掃装置2の移動制御を行う移動制御ステップ(S24)と、を含む。また、一組の近接センサ272Lおよび272Rは、一方が管の真上の位置となるときに、他方が当該管に隣接する管の検出限界の位置となるように配置されている。そして、ずれ量算出ステップでは、一組の近接センサ272Lおよび272Rの検出値の差と、ずれ量との関係を近似した近似式である数式(2)、または近接センサ272Lおよび272Rの検出値の差と、ずれ量との関係を一次関数で近似した近似式である数式(1)を用いてずれ量を算出する。これにより、清掃装置2の汎用的な移動制御を実現することができる。また、簡易な近似式を用いて、簡易な演算によりずれ量を算出することができる。 As described above, the control method for the cleaning device 2 executed by the control device 1 includes a deviation calculation step (S22) for calculating the deviation of the cleaning device 2 from a predetermined reference position based on the detection values of a pair of proximity sensors 272L and 272R attached at symmetrical positions on the cleaning device 2, which cleans multiple parallel-arranged pipes, and a movement control step (S24) for controlling the movement of the cleaning device 2 based on this deviation. Furthermore, the pair of proximity sensors 272L and 272R are positioned so that when one is positioned directly above a pipe, the other is at the detection limit of the pipe adjacent to that pipe. The deviation calculation step calculates the deviation using Equation (2), which is an approximation of the relationship between the difference in detection values of the pair of proximity sensors 272L and 272R and the deviation, or Equation (1), which is an approximation of the relationship between the difference in detection values of the proximity sensors 272L and 272R and the deviation using a linear function. This allows for versatile movement control of the cleaning device 2. In addition, the amount of deviation can be calculated through simple calculations using a simple approximation formula.
〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
[Embodiment 2]
Other embodiments of the present invention will be described below. For ease of explanation, the same reference numerals will be used to designate components having the same functions as those described in the above embodiment, and the description thereof will not be repeated.
本実施形態では、ずれ量算出部103が、近接センサ272の検出値ではなく、管検出部101の検出結果に基づいて、清掃装置2の所定の基準位置からのずれ量を算出する例を図13に基づいて説明する。図13は、管検出部101の検出結果に基づくずれ量の算出例を示す図である。 In this embodiment, an example will be described with reference to Figure 13 in which the deviation amount calculation unit 103 calculates the deviation amount of the cleaning device 2 from a predetermined reference position based on the detection results of the pipe detection unit 101, rather than the detection value of the proximity sensor 272. Figure 13 is a diagram showing an example of how to calculate the deviation amount based on the detection results of the pipe detection unit 101.
なお、本実施形態の制御装置の構成は、ずれ量算出部103の実行する処理の内容が変わるだけで、実施形態1の制御装置1の構成(図1参照)と同様であるから、本実施形態の制御装置も制御装置1と呼ぶ。また、本実施形態の清掃装置も、実施形態1の清掃装置2と同様であるから、本実施形態の清掃装置も清掃装置2と呼ぶ。ただし、本実施形態の清掃装置2は、近接センサ272を備えている必要がない点で実施形態1の清掃装置2と相違している。 The configuration of the control device of this embodiment is the same as the configuration of control device 1 of embodiment 1 (see FIG. 1), with the only difference being the content of the processing performed by the deviation amount calculation unit 103. Therefore, the control device of this embodiment will also be referred to as control device 1. Furthermore, the cleaning device of this embodiment is the same as cleaning device 2 of embodiment 1, so the cleaning device of this embodiment will also be referred to as cleaning device 2. However, cleaning device 2 of this embodiment differs from cleaning device 2 of embodiment 1 in that it does not need to be equipped with a proximity sensor 272.
実施形態1で説明したように、管検出部101は、清掃装置2に取り付けられた撮影装置271により撮影された画像から管を検出する。図13の例では、撮影装置271により撮影された画像IMG6から、管の輪郭線が4本検出されている。 As described in embodiment 1, the pipe detection unit 101 detects pipes from images captured by the imaging device 271 attached to the cleaning device 2. In the example of Figure 13, four pipe contours are detected from image IMG6 captured by the imaging device 271.
より詳細には、画像IMG6には、管PI11~PI14が写っており、このうち管PI11とPI14が清掃装置2との接触面(最上段)に位置し、管PI12とPI13はその奥側(二段目)に位置している。そして、管PI11の右端の輪郭線とその上端点p1、管PI12の右端の輪郭線とその上端点p2、管PI13の左端の輪郭線とその上端点p3、管PI14の左端の輪郭線とその上端点p4が検出されている。 More specifically, image IMG6 shows pipes PI11 to PI14, with pipes PI11 and PI14 located on the contact surface with the cleaning device 2 (top row), and pipes PI12 and PI13 located further back (second row). The right edge contour line of pipe PI11 and its upper end point p1, the right edge contour line of pipe PI12 and its upper end point p2, the left edge contour line of pipe PI13 and its upper end point p3, and the left edge contour line of pipe PI14 and its upper end point p4 have been detected.
撮影装置271が清掃装置2の左右方向の中央位置に配置されている場合、最上段に位置する管PIとPI14に挟まれる領域(以下、管間領域と呼ぶ)の左右方向の中央位置と、画像IMG6の左右方向の中央位置とのずれ量が、清掃装置2のずれ量を表す。このため、ずれ量算出部103は、ずれ量を算出するにあたり、画像IMG6から管間領域を特定すればよい。 When the image capture device 271 is positioned in the horizontal center of the cleaning device 2, the amount of deviation between the horizontal center of the area sandwiched between the uppermost pipes PI and PI14 (hereinafter referred to as the inter-pipe area) and the horizontal center of image IMG6 represents the amount of deviation of the cleaning device 2. Therefore, when calculating the amount of deviation, the deviation amount calculation unit 103 simply identifies the inter-pipe area from image IMG6.
管間領域を特定するために、ずれ量算出部103は、角度特定部102が特定した傾斜角度と上端点p1~p4の座標値とを用いて、上端点p1~p4に対応する下端点を特定して、上端点と下端点で規定される矩形領域を特定する。そして、ずれ量算出部103は、特定した矩形領域が管間領域であるか否かを判定する。 To identify the inter-pipe region, the deviation amount calculation unit 103 uses the tilt angle identified by the angle identification unit 102 and the coordinate values of the upper end points p1 to p4 to identify the lower end points corresponding to the upper end points p1 to p4, and identifies a rectangular region defined by the upper and lower end points. The deviation amount calculation unit 103 then determines whether the identified rectangular region is an inter-pipe region.
例えば、図13のIMG7では、ずれ量算出部103は、上端点p4に対応する下端点p6を特定した後、上端点p4に隣接する上端点p3に対応する下端点p5を特定し、これにより4点p3、p4、p6、p5で規定される矩形領域を特定している。 For example, in IMG7 in Figure 13, the deviation amount calculation unit 103 identifies the bottom endpoint p6 corresponding to the top endpoint p4, and then identifies the bottom endpoint p5 corresponding to the top endpoint p3 adjacent to the top endpoint p4, thereby identifying a rectangular area defined by the four points p3, p4, p6, and p5.
次に、ずれ量算出部103は、IMG8に示すように、特定した矩形領域外を黒色でマスクした上で、グレースケールに変換する。そして、ずれ量算出部103は、矩形領域内の画素値のヒストグラムを計算し、中央値が閾値(例えば100)より小さければ管間領域であると判定する。通常、最上段の管PI11、PI14が写る領域は、管間領域よりも画素値が高くなるため、上記の判定により、最上段の管PI11、PI14が写る領域と、管間領域とを区別することができる。この例では、4点p3、p4、p6、p5で規定される矩形領域は管間領域と判定されている。 Next, as shown in IMG8, the deviation amount calculation unit 103 masks the area outside the identified rectangular area with black and converts it to grayscale. The deviation amount calculation unit 103 then calculates a histogram of pixel values within the rectangular area, and determines that it is an inter-pipe area if the median is smaller than a threshold value (e.g., 100). Normally, the area containing the topmost pipes PI11 and PI14 has higher pixel values than the inter-pipe area, so the above determination makes it possible to distinguish between the area containing the topmost pipes PI11 and PI14 and the inter-pipe area. In this example, the rectangular area defined by the four points p3, p4, p6, and p5 is determined to be an inter-pipe area.
同様に、図13のIMG9では、ずれ量算出部103は、上端点p1に対応する下端点p7を特定している。ここで、ずれ量算出部103は、下端点p7を特定した後、上端点p2に対応する下端点は特定することなく、上端点p2の隣の上端点p3に対応する下端点p8を特定し、これにより4点p1、p3、p8、p7で規定される矩形領域を特定している。 Similarly, in IMG9 in Figure 13, the deviation amount calculation unit 103 identifies the bottom endpoint p7 corresponding to the top endpoint p1. Here, after identifying the bottom endpoint p7, the deviation amount calculation unit 103 identifies the bottom endpoint p8 corresponding to the top endpoint p3 adjacent to the top endpoint p2 without identifying the bottom endpoint corresponding to the top endpoint p2, thereby identifying a rectangular area defined by the four points p1, p3, p8, and p7.
このように、ずれ量算出部103は、ある上端点と、それに隣接する上端点との距離が閾値以下である場合、隣接する上端点については下端点を特定せず、ある上端点についてのみ下端点を特定するようにしてもよい。これは、近接した2つの端点が何れも管の端部である可能性は低いためである。 In this way, if the distance between a certain upper end point and its adjacent upper end point is equal to or less than a threshold, the deviation calculation unit 103 may identify the lower end point only for the certain upper end point, without identifying the lower end point for the adjacent upper end point. This is because it is unlikely that two adjacent end points are both the ends of a pipe.
ずれ量算出部103は、4点p1、p3、p8、p7で規定される矩形領域を特定した後、IMG8と同様に、特定した矩形領域外を黒色でマスクした上で、グレースケールに変換する(IMG10)。そして、ずれ量算出部103は、矩形領域内の画素値のヒストグラムを計算し、中央値が閾値より小さければ管間領域であると判定する。この例では、4点p1、p3、p8、p7で規定される矩形領域は管間領域と判定されている。このような処理は、検出された上端点に基づいて形成される全ての矩形領域について行われる。 The deviation amount calculation unit 103 identifies a rectangular area defined by four points p1, p3, p8, and p7, and then, as with IMG8, masks the area outside the identified rectangular area with black and converts it to grayscale (IMG10). The deviation amount calculation unit 103 then calculates a histogram of pixel values within the rectangular area, and determines that it is an inter-tube area if the median is smaller than a threshold. In this example, the rectangular area defined by four points p1, p3, p8, and p7 is determined to be an inter-tube area. This process is performed for all rectangular areas formed based on the detected upper endpoints.
以上のようにして、検出された上端点に基づく矩形領域の特定と、その矩形領域が管間領域であるか否かの判定とを終えると、ずれ量算出部103は、特定した管間領域を統合する。具体的には、ずれ量算出部103は、特定した管間領域の頂点の座標のうち、最も左上寄りに位置する座標と、最も左下寄りに位置する座標と、最も右下寄りに位置する座標と、最も右上寄りに位置する座標とを特定し、それらの座標で規定される領域を最終的な管間領域とする。 Once the rectangular area based on the detected upper end point has been identified and whether or not that rectangular area is an inter-pipe area has been determined, the deviation amount calculation unit 103 integrates the identified inter-pipe areas. Specifically, the deviation amount calculation unit 103 identifies the coordinates of the vertices of the identified inter-pipe areas that are located closest to the upper left, the lower left, the lower right, and the upper right, and determines the area defined by these coordinates as the final inter-pipe area.
例えば、図13の例では、ずれ量算出部103は、上述のようにして特定された2つの管間領域(「p3、p4、p6、p5」と「p1、p3、p8、p7」)の頂点の中から、IMG11に示すようにp1、p7、p6、p4の4つを特定する。これにより、最終的な管間領域が4点p1、p7、p6、p4で規定される矩形領域であると特定される。 For example, in the example of Figure 13, the deviation calculation unit 103 identifies four vertices, p1, p7, p6, and p4, as shown in IMG11, from the vertices of the two inter-pipe regions identified as described above ("p3, p4, p6, p5" and "p1, p3, p8, p7"). As a result, the final inter-pipe region is identified as a rectangular region defined by the four points p1, p7, p6, and p4.
最後に、ずれ量算出部103は、図13の画像IMG12に示すように、点p1と点p4の中点と、点p7と点p6の中点とを求め、それら中点を結ぶ線分L11と、画像IMG12を左右方向に二等分する線分L12との距離Δyをずれ量として算出する。 Finally, as shown in image IMG12 in Figure 13, the deviation amount calculation unit 103 determines the midpoint between points p1 and p4 and the midpoint between points p7 and p6, and calculates the distance Δy between line segment L11 connecting these midpoints and line segment L12 that bisects image IMG12 in the left-right direction as the deviation amount.
以上のように、制御装置1は、管検出部101の検出結果に基づいて、清掃装置2の基準位置からのずれ量を算出するずれ量算出部103を備え、移動制御部104は、角度特定部102が特定する傾斜角度と、ずれ量算出部103が算出するずれ量とに基づいて清掃装置2の移動制御を行う構成であってもよい。 As described above, the control device 1 may be configured to include a deviation amount calculation unit 103 that calculates the amount of deviation of the cleaning device 2 from a reference position based on the detection results of the pipe detection unit 101, and the movement control unit 104 to control the movement of the cleaning device 2 based on the tilt angle identified by the angle identification unit 102 and the amount of deviation calculated by the deviation amount calculation unit 103.
清掃装置2に取り付けられた撮影装置271により撮影された画像に写る管の位置は、清掃装置2と管との位置関係を反映している。よって、この画像から管を検出することにより、清掃装置2のずれ量を算出することができる。そして、このずれ量を用いて移動制御を行うことにより、清掃装置2を管に対して所定の位置に位置合わせすることができる。 The position of the pipe shown in the image captured by the camera 271 attached to the cleaning device 2 reflects the relative position of the cleaning device 2 and the pipe. Therefore, by detecting the pipe from this image, the amount of misalignment of the cleaning device 2 can be calculated. This amount of misalignment can then be used to control movement, allowing the cleaning device 2 to be aligned to a predetermined position relative to the pipe.
〔変形例〕
上述の各実施形態で説明した各処理の実行主体は任意であり、上述の例に限られない。つまり、上述の各実施形態で説明した各処理を実行可能であれば、装置構成は任意である。例えば、制御装置1が実行する処理のうち、傾斜角度を特定する処理と、ずれ量を算出する処理と、清掃装置2の動作制御を行う処理とをそれぞれ別の情報処理装置に分担して実行させてもよい。また、例えば、1台目の制御装置1が傾斜角度を特定する処理と特定した傾斜角度に基づいて清掃装置2の動作制御を行う処理とを行い、2台目の制御装置1がずれ量を算出する処理と、算出したずれ量に基づいて清掃装置2の動作制御を行う処理とを行う構成としてもよい。
[Modification]
The execution entity of each process described in each of the above-described embodiments may be any entity and is not limited to the above-described examples. In other words, any device configuration may be used as long as the processes described in each of the above-described embodiments can be executed. For example, among the processes executed by the control device 1, the process of identifying the tilt angle, the process of calculating the amount of deviation, and the process of controlling the operation of the cleaning device 2 may be executed by different information processing devices. Furthermore, for example, a first control device 1 may perform the process of identifying the tilt angle and the process of controlling the operation of the cleaning device 2 based on the identified tilt angle, and a second control device 1 may perform the process of calculating the amount of deviation and the process of controlling the operation of the cleaning device 2 based on the calculated amount of deviation.
また、制御装置1を清掃装置2に搭載してもよい。つまり、制御装置1を備え、制御装置1の制御に従って移動する清掃装置2も本発明の範疇に含まれる。制御装置1を備える清掃装置2によれば、単体で管上の所定位置に移動することができる。 The control device 1 may also be mounted on the cleaning device 2. In other words, a cleaning device 2 equipped with the control device 1 and moving according to the control of the control device 1 is also included in the scope of the present invention. A cleaning device 2 equipped with the control device 1 can move independently to a predetermined position on the pipe.
〔ソフトウェアによる実現例〕
制御装置1(以下、「装置」と呼ぶ)の機能は、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該装置の各制御ブロック(特に制御部10に含まれる各部)としてコンピュータを機能させるためのプログラム(制御プログラム)により実現することができる。
[Software implementation example]
The functions of the control device 1 (hereinafter referred to as the "device") can be realized by a program for causing a computer to function as the device, and a program (control program) for causing a computer to function as each control block of the device (particularly each part included in the control unit 10).
この場合、上記装置は、上記プログラムを実行するためのハードウェアとして、少なくとも1つの制御装置(例えばプロセッサ)と少なくとも1つの記憶装置(例えばメモリ)を有するコンピュータを備えている。この制御装置と記憶装置により上記プログラムを実行することにより、上記各実施形態で説明した各機能が実現される。 In this case, the device includes a computer having at least one control device (e.g., a processor) and at least one storage device (e.g., a memory) as hardware for executing the program. The functions described in each of the above embodiments are realized by executing the program using this control device and storage device.
上記プログラムは、一時的ではなく、コンピュータ読み取り可能な、1または複数の記録媒体に記録されていてもよい。この記録媒体は、上記装置が備えていてもよいし、備えていなくてもよい。後者の場合、上記プログラムは、有線または無線の任意の伝送媒体を介して上記装置に供給されてもよい。 The above program may be stored non-transitory on one or more computer-readable storage media. These storage media may or may not be included in the device. In the latter case, the program may be supplied to the device via any wired or wireless transmission medium.
また、上記各制御ブロックの機能の一部または全部は、論理回路により実現することも可能である。例えば、上記各制御ブロックとして機能する論理回路が形成された集積回路も本発明の範疇に含まれる。この他にも、例えば量子コンピュータにより上記各制御ブロックの機能を実現することも可能である。 Furthermore, some or all of the functions of each of the above control blocks can be realized by logic circuits. For example, integrated circuits incorporating logic circuits that function as each of the above control blocks are also included in the scope of the present invention. In addition, the functions of each of the above control blocks can also be realized by, for example, a quantum computer.
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the claims. Embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in different embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
(付記事項)
本発明の一態様に係る制御装置は、管の表面を清掃する清掃装置に取り付けられた撮影装置により撮影された画像から前記管を検出する管検出部と、前記管検出部が検出した前記管の傾斜角度を特定する角度特定部と、前記傾斜角度に基づいて前記清掃装置の移動制御を行う移動制御部と、を備える。
(Additional Notes)
A control device according to one aspect of the present invention includes a pipe detection unit that detects the pipe from an image captured by an imaging device attached to a cleaning device that cleans the surface of the pipe, an angle identification unit that identifies the inclination angle of the pipe detected by the pipe detection unit, and a movement control unit that controls the movement of the cleaning device based on the inclination angle.
本発明の一態様に係る清掃装置の制御方法は、制御装置が実行する清掃装置の制御方法であって、管の表面を清掃する前記清掃装置に取り付けられた撮影装置により撮影された画像から前記管を検出する管検出ステップと、前記管検出ステップで検出した前記管の傾斜角度を特定する角度特定ステップと、前記傾斜角度に基づいて前記清掃装置の移動制御を行う移動制御ステップと、を含む。 A cleaning device control method according to one aspect of the present invention is a cleaning device control method executed by a control device, and includes a pipe detection step of detecting the pipe from an image captured by an image capture device attached to the cleaning device that cleans the surface of the pipe, an angle identification step of identifying the inclination angle of the pipe detected in the pipe detection step, and a movement control step of controlling the movement of the cleaning device based on the inclination angle.
1 制御装置
101 管検出部
102 角度特定部
103 ずれ量算出部
104 移動制御部
2 清掃装置
271 撮影装置
272(272R、272L) 近接センサ
1 Control device 101 Pipe detection unit 102 Angle identification unit 103 Displacement amount calculation unit 104 Movement control unit 2 Cleaning device 271 Photography device 272 (272R, 272L) Proximity sensor
Claims (4)
前記ずれ量に基づいて前記清掃装置の移動制御を行う移動制御部と、を備え、
一組の前記近接センサは、一方の近接センサが前記管の真上の位置となるときに、他方の近接センサが当該管に隣接する管の検出限界の位置となるように配置されており、
前記ずれ量算出部は、一組の前記近接センサの検出値の差と、前記ずれ量との関係を近似した近似式を用いて前記ずれ量を算出する、制御装置。 a displacement amount calculation unit that calculates a displacement amount of the cleaning device from a predetermined reference position based on detection values of a pair of proximity sensors that detect the pipes and are attached to symmetrical positions on the left and right sides of the cleaning device to clean the pipes arranged in parallel;
a movement control unit that controls movement of the cleaning device based on the amount of deviation,
The pair of proximity sensors are arranged so that when one proximity sensor is located directly above the pipe, the other proximity sensor is located at a detection limit position of a pipe adjacent to the proximity sensor,
The deviation amount calculation unit calculates the deviation amount using an approximation formula that approximates the relationship between a difference between the detection values of the pair of proximity sensors and the deviation amount.
平行に配列された複数の管を清掃する前記清掃装置の左右対称な位置に取り付けられた、前記管を検出する一組の近接センサの検出値に基づいて、前記清掃装置の所定の基準位置からのずれ量を算出するずれ量算出ステップと、
前記ずれ量に基づいて前記清掃装置の移動制御を行う移動制御ステップと、を含み、
一組の前記近接センサは、一方の近接センサが前記管の真上の位置となるときに、他方の近接センサが当該管に隣接する管の検出限界の位置となるように配置されており、
前記ずれ量算出ステップでは、一組の前記近接センサの検出値の差と、前記ずれ量との関係を近似した近似式を用いて前記ずれ量を算出する、清掃装置の制御方法。 A cleaning device control method executed by a control device, comprising:
a displacement amount calculation step of calculating a displacement amount of the cleaning device from a predetermined reference position based on detection values of a pair of proximity sensors attached to symmetrical positions on the left and right sides of the cleaning device that cleans a plurality of pipes arranged in parallel;
a movement control step of controlling movement of the cleaning device based on the amount of deviation,
The pair of proximity sensors are arranged so that when one proximity sensor is located directly above the pipe, the other proximity sensor is located at a detection limit position of a pipe adjacent to the proximity sensor,
The method for controlling a cleaning device, wherein the deviation amount calculation step calculates the deviation amount using an approximation equation that approximates the relationship between a difference between the detection values of the pair of proximity sensors and the deviation amount.
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