JPH084685B2 - 緩速濾過池の汚砂掻取ロボツト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、上水道等に用いる緩速濾過池の濾過砂層の
表面に生ずる汚砂の掻取除去装置、特に緩速濾過池の水
張状態のままで水中、濾過砂砂層上をプログラム設定さ
れた走行経路に従つて自己走行して汚砂掻取を行ない直
ちに池外に搬出する作業を自己判断しながら自動遂行す
る汚砂掻取水中ロボツトの装置に関する。

（従来の技術） 上水道等においては水処理システムの一環として除濁
処理のため緩速濾過池が永く使用されて来ている。緩速
濾過池は急速濾過池と比較して維持管理が容易であり、
原水中の懸濁物質を濾過除去する以外に濾過継続に伴い
濾過砂層の表層に堆積した汚濁物質の生物膜が持つ生物
化学的作用によつて各種の水中溶解成分や臭気成分を除
去する機能をもつているため良質の濾過水が得られる利
点がある。

しかし濾過継続に伴い濾過砂層の表面の堆積の進行に
より徐々に濾過通水が困難となつた場合、急速濾過池と
異り、濾砂洗浄機構を持たないため、定期的に濾過砂層
の表面汚砂を削り取つて除去する必要がある。

緩速濾過池は一般に広大な面積を有し、通常複数の単
位濾過池に分割して交替させて使用する。表面堆積の進
行した単位濾過池は、通水を停止して水抜を行い池内に
立入つて人力作業で約1cm前後の厚さの表面汚砂を削り
取り池外に搬出している。この作業は多大の労力、時
間、費用および経験を必要とし、通常１池当り１〜２ヶ
月のサイクルで繰返すが、近年における水源の汚濁や富
栄養化などにより濾過砂層の目づまりが早くなり、削り
取り除去作業のサイクルが著しく短かくなる傾向があ
る。

この人力による汚砂の掻取りおよび搬出の作業を無く
するため、水抜きしない緩速濾過池底で水中汚砂掻取機
を移動させ、掻取つた汚砂を池外に搬出する汚砂掻取装
置が種々提案されている。これらはその殆んどが汚砂掻
取機を池外の駆動装置によつて移動させる従動式である
ために、レール、架構等の付帯設備を単位濾過池毎に設
置しなければならず、複数池で広大な面積が必要な緩速
濾過池では、汚砂掻取機そのものよりそれを各池に移動
させる移動設備等を含めた池外駆動施設に多額の費用を
要する。

先願の特願昭56−118060（特開昭58−17804）は緩速
濾過池の水抜きをしないで水中濾過砂層表面の汚砂を掻
取る装置の最も進歩した従来技術の１つで、フロートを
中継に使用し、その下方に昇降自在に汚砂掻取機を設け
池外からワイヤーロープで牽引し掻取つた汚砂はフロー
ト部のポンプから池外に排出する形式であるので、付帯
設備の費用を比較的少くすることができる利点がある。

（発明が解決しようとする問題点） 前記先願の汚砂自動掻取装置は掻取作業用の水中設備
が最も少くて済むが、単位濾過池の数が多くなれば牽引
装置、横行設備もその数に合わせて増設する必要があ
り、また円形濾過池の扇形分割単位濾過池のように非直
線的濾過池や規模の大きな濾過池には適用困難であると
いつた問題があつた。

（問題点を解決するための手段） 本発明は従来技術の上記諸問題に解決を与えることを
目的としてなされたものであつて、水張状態にある緩速
濾過池の濾過砂層上を予め設定された走行プログラムに
従つて自己走行して濾過砂層表面の汚砂を掻取つて池外
に自動排出する汚砂掻取水中ロボツトで、走行プログラ
ムを入力したマイクロコンピユータと水中作業設備の駆
動操作部とを内蔵とする水密制御箱を水中走行車上に搭
載して陸上の給電制御盤に可撓性電気ケーブルで接続
し、走行車はその両側のキヤタピラ式走行装置により直
線は勿論曲線走行も可能とし、走行車上にはその前後に
掻取作業用のスクリユー型汚砂掻取装置を配備し、掻取
汚砂排出作業用の切換弁付の水中サンドポンプ装置を車
上に設けてこれから可撓性汚砂搬出ホースを介して池外
に導き、走行プログラムに従う自己走行を自己判断によ
つて規正して行なわせるため走行路変更センサおよび走
行路補正センサを走行車の適所に配設してこれらセンサ
の信号をコンピユータに送り演算により自己判断して統
合制御するようにしたものである。

手動運転時や非常時に給電制御盤に無線通信するポー
タブル操作ボツクスを併用し、給電制御盤からの可撓性
電気ケーブル接続の有線通信信号経路を介してロボツト
を遠隔操作することもできる。

すなわち本発明の緩速濾過池の汚砂掻取ロボツトは、
全体的構成としては、緩速濾過池を水張状態のままその
濾過砂層表面の汚砂を掻取つて池外に自動搬出するた
め、汚砂掻取用走行車をその両側のキヤタピラ式走行装
置により水底、濾過砂層面上を直線、曲線自己走行可能
とし、走行車の前後端位置において濾過砂層表面上に昇
降可能なスクリユ型汚砂掻取装置を配備し、その集砂部
に吸込側が選択的に接続される水中サンドポンプ装置を
走行車上に搭載してその排出側を可撓性の汚砂搬出ホー
スを介して池外に導くとともに、走行経路の選定ならび
に走行車上の各種搭載機器の運転のためのプログラムを
入力したプログラム制御器を内蔵する水密制御箱を走行
車上に設けて池外の給電制御盤とプログラム制御器とを
可撓性の電気ケーブルで接続し、さらに走行車上に走行
経路変更センサおよび走行経路補正センサを設けてこれ
らセンサの信号をプログラム制御器に入力して演算、自
己判断、統合制御を行なわせるようにしたことを特徴と
する。

（作用） 本発明の汚砂掻取ロボツトは水密制御箱中の自動プロ
グラム制御器により予め設定された走行プログラムに従
つて１つの走行経路上を濾過池の一端から他端まで自己
走行し、ロボツトが他端に到達したことを走行経路変更
センサが検知してその信号によりロボツトが停止し予め
設定された走行経路変更パターンに従つてロボツトが曲
線走行機能により後退して次の走行経路に移行する。そ
して次の走行経路では濾過砂層表面に段差等の不整形状
があつても走行経路補正センサが濾過砂層表面の掻取終
了部分と未掻取部分とを読取り識別してその信号により
自己判断しながら正しい走行経路を維持して掻取走行を
行う。以上の作動をプログラムに従つて反覆し池面の全
面的掻取を行なう。

（実施例） 以下、本発明の緩速濾過池の汚砂掻取ロボツトを添付
図面を参照し代表的実施例に基いて具体的に説明する。
第１図はその全体的設備を示す縦断側面図、第２図は代
表的実施例の汚砂掻取ロボツトの構造を示す平面図、第
３図はその側面図、第４図は扇形に分割された緩速濾過
池の１単位濾過池における走行プログラムの１例を示す
平面図、第５図はその走行経路変更の動きを示す局部の
拡大平面図である。

第１図において包括符号（１）で示す本発明の汚砂掻
取ロボツト（１）は水張状態のままの豫速濾過池（２）
の濾過砂層（３）面上に降され砂層面上を自己走行して
砂層表面の汚砂掻取を行ない、掻取つた汚砂を直ちにフ
ロート付の可撓性の汚砂搬出ホース（４）を経由して池
外の洗砂機（５）に移送搬出する。この汚砂掻取ロボツ
ト（１）はまた陸上部に設置された給電制御盤（６）と
の間を可撓性の複合電気ケーブル（７）で接続され、給
電制御盤（６）から掻取操作部等の駆動用電力の供給を
受けまた運転制御用の有線信号を受け予め設定された走
行プログラムのパターンに従つて緩速濾過池の全面にわ
たつて自己走行、自己判断しながら汚砂掻取を自動的に
行なう。電気ケーブル（７）はホース（４）とまとめる
ことができる。この他、運転員によるポータブル操作ボ
ツクス（８）から給電制御盤（６）への無線信号により
汚砂掻取ロボツトの運転に適時に手動制御操作を加える
こともできる。

上記の汚砂掻取ロボツト（１）は、第２および３図に
その１例を詳細に示すように、走行車（９）がクローラ
型で両側にキヤタピラ（10）（10）を持ちそれにより直
線走行できるし、両側キヤタピラの駆動速度差により曲
線走行もできるようになつている。

走行に伴なつて濾過砂層（３）表面の汚砂を削り取り
掻寄せるため、走行車（９）の前後端位置にそれぞれス
クリユ型汚砂掻取装置（11A）（11B）が昇降可能に配備
されており、走行車（９）が掻取装置（11A）のある前
方に走行するときは掻取装置（11A）を降して砂層表間
の10mm前後が掻取れるようにし、汚砂掻取走行を行な
う。これらスクリユ型汚砂掻取装置（11A）または（11
B）は走行方向に直交するように水平に設けた左右ねじ
のスクリユ（12）が中央掻寄せ方向に回転駆動されるよ
うになつており、これをカバー（13）で覆い、カバー
（13）の下部にはスクリユ（12）の前後に位置する摺動
板（14）とレーキ（15）とが設けられており、摺動板
（14）とスクリユ（12）との高さ調整によつて汚砂掻取
深さが決定され、汚砂掻取後の砂面をレーキ（15）で掻
きならすようになつている。スクリユ（12）の駆動用モ
ータと掻取装置（11A）（11B）の昇降用モータは、この
例ではカバー（13）に載置しているが、これらの駆動用
モータを走行車（９）の内部に収納することもできる。

走行車（９）上には水中サンドポンプ装置（16）が搭
載され、その吸込側は掻取側と非掻取側とに切掻られる
切換弁（17）およびそれぞれの吸引管（18）を介して各
掻取装置（11A）（11B）の中央部の集砂部のカバー（1
3）の上面と接続され、その排出側は回転ジヨイント部
（19）により前記の汚砂搬出ホース（４）に接続され、
掻取汚砂を選択的に吸引して池外の洗砂機（５）に排出
する。掻取汚砂は固液状態でサンドポンプ（16）で吸込
み搬出ホース（４）内を固液状態で搬出するので、この
間に撹拌され汚れ分が砂から剥離されるので、洗砂機
（５）の作業も簡便化できる。

走行車（９）には前記のキヤタピラ走行部、汚砂換取
部、水中サンドポンプを操作する駆動部を制御するマイ
クロコンピユータを持つプログラム制御器（20）が水密
制御箱内に内蔵されて搭載されている。プログラム制御
器（20）は前記のように陸上の給電制御盤（６）から複
合電気ケーブル（７）を介して電力供給を受け有線制御
信号を受ける。

さらに走行車（９）の各汚砂掻取装置（11A）（11B）
には後述目的の走行経路変更センサ（21）および走行経
路補正センサ（22）が配設されており、これらセンサの
信号をプログラム制御器（20）に入力してコンピユータ
演算、統合判断、自己制御を汚砂掻取ロボツト（１）の
自己判断で行なわせるようになつている。

本発明の汚砂掻取ロボツト（１）の掻取作動は緩速濾
過池（２）の形状に応じてプログラムを設定される。第
４および５図は円形の緩速濾過池が扇形の単位濾過池
（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）に分割されているもので、こ
れを代表例として設定プログラムとそれに基づくロボツ
トの挙動を説明する。今、扇形単位濾過池（Ｂ）の汚砂
掻取を行なうものとし、説明の便宜上、単位濾過池群の
中心点（Ｏ）を中心とする時計まわり方向を前方、反時
方向まわり方向を後方、中心点（Ｏ）に近づく方向を近
方、中心点（Ｏ）から遠ざかる方向を遠方と表現する。

汚砂掻取ロボツト（１）の走行経路の第１列目（Ｉ）
は池内の最遠方を後方より前方に向う円弧路、第２列目
（II）はその隣の遠方を前方より後方に向う円弧路、以
下順次に小半径の円弧路を辿る。

給電制御盤（６）および洗砂機（５）は中心（Ｏ）近
くの陸上部の地点（Ｅ）に設置されており、運転員はポ
ータブル操作ボツクス（８）を持つて掻取スタート点近
くの地点（Ｆ）で待機する。汚砂掻取ロボツト（１）は
大部分がステンレス鋼製でその総重量が例えば450kg、
水中重量が200kg程度であり、トラツクレーン（図示省
略）で地点（Ｆ）まで運搬し濾過池（Ｂ）内のスタート
点に吊下げて砂層（３）上に着床させる。このとき汚砂
掻取装置（11A）（11B）は上昇させたままとする。若し
スタート点に正しく着床していなければ、運転員がポー
タブル操作ボツクス（８）を操作して汚砂掻取ロボツト
（１）を移動させ、スタート点での正しい位置決めを行
う。

その後、操作員がボツクス（８）により給電制御盤
（６）に向つて自動運転開始の信号を送る。汚砂掻取ロ
ボツト（１）は前方の汚砂掻取装置（11A）を濾過砂層
上に降して前進を開始し、走行経路第１列目（Ｉ）の汚
砂掻取を行なう。この場合、汚砂掻取ロボツト（１）が
中心点（Ｏ）を中心とした円弧路を正しく走行できるよ
う、走行車（９）の遠方側のキヤタピラを駆動するモー
タが近方側のキヤタピラを駆動するモータより速く回転
するように走行車（９）に搭載したマイクロコンピユー
タに予めプログラムしてある。それでも走行面の状況等
により汚砂掻取ロボツト（１）が走行経路から外れる場
合に備えて、進路を修正できるように運転員がボツクス
（８）を持つて監視する。これらに代り、汚砂掻取装置
（11A）あるいは走行車の側面に遠方側の池壁を検知す
る壁センサを設けておけば、汚砂掻取ロボツト（１）は
遠方側の池壁に沿つた走行経路の第１列目（Ｉ）上を正
しく自己走行することができる。尚、スタート点では、
汚砂掻取ロボツト（１）の長さ分だけ汚砂掻残し部がで
きるようであるが、自動運転に移る前に運転員が操作ボ
ツクスを使つて後方の汚砂掻取装置（11B）により後方
の池壁際までの後進掻取を行つて掻取つて置けばよい。

汚砂掻取ロボツト（１）が走行経路の第１列目（Ｉ）
上を走行して地点（Ｇ）に到達すると、前方の走行経路
変更用センサ（21）が前方の池壁を検出して汚砂掻取ロ
ボツト（１）が停止し走行経路第１列目（Ｉ）の汚砂掻
取が終了する。

その後、汚砂掻取ロボツト（１）はマイクロコンピユ
ータに予めプログラムされた走行パターンに従つて走行
経路の第２列目（II）に移行することになる。

第５図はこの過渡経過を示す。すなわち第５図におい
て、地点（Ｇ）で停止した汚砂掻取ロボツト（１）は、
まず走行経路変更センサ（21）が前方池壁から離れる地
点まで後進して前方の汚砂掻取装置（11A）を引上げ
る。次いで近方側に曲進して走行経路の第２列目（II）
に移行し、移行完了地点（ａ）で一旦停止する。そこで
再び前方の汚砂掻取装置（11A）を降して第２列目（I
I）上を前進し前方の池壁際までの汚砂掻取を行なう。
こうして走行経路変更センサ（21）が前方の池壁への到
達を検知すると汚砂掻取ロボツト（１）が停止するが、
この第２回目の検知では走行経路の変更は行わず、汚砂
掻取ロボツト（１）は走行経路の第２列目（II）上を後
進し、走行経路変更センサー（21）が前方池壁を離れた
時点で前方の汚砂掻取装置（11A）を引上げ、（ａ）地
点通過前に後方の汚砂掻取装置（11B）を砂層上に降し
そのまま後方地点（Ｈ）を目指して後進しながら走行経
路の第２列目（II）の汚砂掻取走行を行う。

第２列目（II）およびそれ以降の汚砂掻取走行では汚
砂掻取装置（11A）（11B）の遠方側に設けた走行経路補
正センサ（22）によつて、砂層上の汚砂掻取終了部分
（ｘ）と汚砂未掻取部分（Ｙ）とを識別しながら（第５
図参照）、所定の走行経路上を正しく走行することがで
きる。

緩速濾過池では、汚砂掻取終了部分（Ｘ）と汚砂未掻取
部分（Ｙ）とでは砂層表面の色に違いがあるため、これ
らを光学的に検知する２種類のセンサを汚砂掻取用ロボ
ツト（１）の進行方向と直角の方向に並設しておくこと
によつて進むべき走行経路を自己判断できる。図示例の
走行経路補正センサ（22）は各汚砂掻取装置（11A）（1
1B）の遠方側端部に汚砂掻取終了部分（Ｘ）を検出する
遠方側センサ（22x）と汚砂未掻取部分（Ｙ）を検出す
る近方側センサ（22y）とを、走行車（９）の進行方向
と直角方向に小間隔を隔てて並設したものであり、これ
らによつて汚砂掻取走行中に遠方側センサ（22x）が未
掻取部分（Ｙ）を検出すると走行車（９）の進行方向を
遠方側に方向修正し、近方側センサ（22y）が掻取終了
部分（Ｘ）を検出すると走行車（９）の進行方向を近方
側に方向修正するよう汚砂掻取ロボツト（１）が自己判
断しながら汚砂掻取走行できるので、走行経路の第１列
目（Ｉ）と第２列目（II）との間で汚砂の掻残し部分や
重複掻取部分が殆んど生じない。

汚砂掻取ロボツト（１）が走行経路の第２列目（II）
上を自己判断しながら後進して地点（Ｈ）に到達し、後
方の汚砂掻取装置（11B）の走行経路変更センサ（21）
が後方の池壁を検知すると、走行経路変更センサ（21）
が働いて汚砂掻取ロボツト（１）は前記と同様の挙動を
して走行経路の第３列目（III）上に移行し第３列目の
汚砂掻取走行を行う。

このようにして汚砂掻取ロボツト（１）は単位濾過池
（Ｂ）内において中心Ｏを中心とした円弧状の走行経路
上を往復走行しながら遠方から近方への汚砂掻取を順次
に行い、汚砂掻取ロボツト（１）が走行経路の最終列目
に達すると、汚砂掻取ロボツト（１）が近方側の池壁に
沿つて掻取走行できるよう、地点（Ｅ）付近で運転員が
ポータブル操作ボツクス（８）を持つて監視する。

この場合、第１列目の汚砂掻取走行と同様に、各汚砂
掻取装置（11A）（11B）または走行車（９）の近方側に
近方側の池壁を検出する壁センサを設けておけば、汚砂
掻取ロボツト（１）は、近方側の池壁に沿つた走行経路
の最終列目上を正しく自己走行し、最終列目の掻取終了
時に汚砂掻取ロボツト（１）を自動的に停止させること
ができる。

最終列目の汚砂掻取走行が終了すると、単位濾過池
（Ｂ）から汚砂掻取ロボツト（１）をトラツククレーン
で吊上げ隣接の単位濾過池（Ｃ）のスタート地点まで運
搬し、単位濾過池（Ｂ）におけると同様にして汚砂掻取
走行を行う。

前記実施例では走行車（９）の前後端に汚砂掻取装置
（11A）（11B）を設けて交替的に掻取作動させるものに
ついて説明したが、１つの汚砂掻取装置を走行車上で18
0゜旋回させて前後位置を入替えて使用することがで
き、このような変更形態は本発明の類似の範囲に含まれ
る。

上記実施例においては扇形の単位濾過池の場合につい
て詳細に説明しないが、走行経路のプログラム設定は単
位濾過池の形状に応じて最適となるよう選定できる。

（発明の効果） 以上のように本発明の汚砂掻取ロボツトによると、と
りまとめて次の諸効果が得られる。

１）水中自走自己完結作動式であるため、緩速濾過池内
で汚砂掻取装置を駆動あるいは移動させるための陸上の
付帯設備が不要となる。

２）多数の単位濾過池で構成される緩速濾過池において
も本発明の汚砂掻取ロボツトは１台を共用して済ませる
ことができるので、多くの設備費を要しない。

３）広さや形状の異なる緩速濾過池においてもプログラ
ム制御器のマイクロコンピユータに入力した走行パター
ンデータを入換るだけで適用可能である。

４）ロボツトが自己判断しながら濾過砂層上を自己走行
するので運転員の監視、操作介入が殆んど不要で掻取作
業の自動化を大幅に進めることができる。

５）従つて緩速濾過池の汚砂掻取作業が著しく省力化さ
れ運転および維持経費の節減が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の緩速濾過池の汚砂掻取ロボ
ツトを含む全体的装置の縦断側面図、第２図は代表的実
施例の汚砂掻取ロボツトの構造を示す平面図、第３図は
その側面図、第４図は緩速濾過池の形状の１例とそれに
おけるロボツトの走行経路のプログラムを示す平面図、
第５図はその走行経路変更の動きを示す局部拡大平面図
である。 （１）……汚砂掻取ロボツト、（２）……緩速濾過池、
（３）……濾過砂層、（４）……汚砂搬出ホース、
（５）……洗砂機、（６）……給電制御盤、（７）……
電気ケーブル、（８）……ポータブル操作ボツクス、
（９）……汚砂掻取用走行車、（10）……キヤタピラ、
（11A）（11B）……スクリユ型汚砂掻取装置、（12）…
…スクリユ、（13）……カバー、（14）……摺動板、
（15）……レーキ、（16）……水中サンドポンプ装置、
（17）……切換弁、（18）……吸引管、（19）……回転
ジヨイント部、（20）……プログラム制御器、（21）…
…走行経路変更センサ、（22）……走行経路補正セン
サ、（22x）（22y）……センサ、（Ｉ）（II）（III）
……走行経路順位、（Ｏ）……池群中心、（Ａ）（Ｂ）
（Ｃ）（Ｄ）……単位濾過池、（Ｅ）（Ｆ）（Ｇ）
（Ｈ）（ａ）……地点、（Ｘ）……汚砂掻取終了部分、
（Ｙ）……汚砂未掻取部分。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】緩速濾過池を水張状態のままその濾過砂層
   表面の汚砂を掻取つて池外に自動搬出するため、汚砂掻
   取用走行車をその両側のキヤタピラ式走行装置により水
   底、濾過砂層面上を直線、曲線自己走行可能とし、走行
   車の前後端位置において濾過砂層表面上に昇降可能なス
   クリユ型汚砂掻取装置を配備し、その集砂部に吸込側が
   選択的に接続される水中サンドポンプ装置を走行車上に
   搭載してその排出側を可擦性の汚砂搬出ホースを介して
   池外に導くとともに、走行経路の選定ならびに走行車上
   の各種搭載機器の運転のためのプログラムを入力したプ
   ログラム制御器を内蔵する水密制御箱を走行車上に設け
   て池外の給電制御盤とプログラム制御器とを可擦性の電
   気ケーブルで接続し、さらに走行車上に走行経路変更セ
   ンサおよび走行経路補正センサを設けてこれらセンサの
   信号をプログラム制御器に入力して演算、自己判断、統
   合制御を行なわせるようにしたことを特徴とする緩速濾
   過池の汚砂掻取ロボツト
2. 【請求項２】前記給電制御盤が人間操作のポータブル操
   作ボツクスからの無線通信制御信号を受取り伝送するこ
   とができるようになつている特許請求の範囲第１項記載
   の緩速濾過池の汚砂掻取ロボツト。
3. 【請求項３】走行経路補正センサを走行車の進行方向と
   直角に小間隔を隔てて並設した濾過砂層表面の汚砂掻取
   終了部分および汚砂未掻取部分をそれぞれ検出するセン
   サにより構成している特許請求の範囲第１項記載の緩速
   濾過池の汚砂掻取ロボツト。