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技術 孔内調査装置

出願人 株式会社大林組
発明者 藤岡大輔畑浩二
出願日 2015年9月15日 (5年3ヶ月経過) 出願番号 2015-181684
公開日 2017年3月23日 (3年9ヶ月経過) 公開番号 2017-056778
状態 特許登録済
技術分野 高架鉄道・ロープ鉄道
主要キーワード 水平孔 待避指示 回動角度θ 押圧制 カメラ支持アーム 起動輪 管内作業装置 正長石
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (13)

課題

ボーリング孔の孔内を安定して走行することができる自走装置を備えた孔内調査装置を提供する。

解決手段

ボーリング孔の孔内を走行する自走装置100と、自走装置100の走行を制御する制御装置200とを有する孔内調査装置であって、自走装置100は、孔内を調査する調査装置(カメラ部2、発信装置70a、受信装置70b)と、走行車両1と、一端側がヒンジ部を介して走行車両1(シャーシ1b)に接続されたアーム(第1アーム6a、第2アーム6b)と、アームの他端側に設けられ、上孔壁に当接する上孔壁駆動輪(第1上孔壁駆動輪3、第2上孔壁駆動輪4)と、アームに対して、走行車両1と上孔壁駆動輪とが離れる方向のモーメントを付与するモーメント付与手段とを備えている。

概要

背景

自走して孔内を調査する管内作業装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1の管内作業装置は、走行台車の前方部分に設けた発信装置から被検体表面へ向けて信号波発信させ、走行台車の後方部分に設けた受信装置で伝達された信号波を受信し、受信信号波形に基づいてコンクリート管等の健全性検査する。

概要

ボーリング孔の孔内を安定して走行することができる自走装置を備えた孔内調査装置を提供する。ボーリング孔の孔内を走行する自走装置100と、自走装置100の走行を制御する制御装置200とを有する孔内調査装置であって、自走装置100は、孔内を調査する調査装置(カメラ部2、発信装置70a、受信装置70b)と、走行車両1と、一端側がヒンジ部を介して走行車両1(シャーシ1b)に接続されたアーム(第1アーム6a、第2アーム6b)と、アームの他端側に設けられ、上孔壁に当接する上孔壁駆動輪(第1上孔壁駆動輪3、第2上孔壁駆動輪4)と、アームに対して、走行車両1と上孔壁駆動輪とが離れる方向のモーメントを付与するモーメント付与手段とを備えている。

目的

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上述の課題を解消し、ボーリング孔の孔内を安定して走行することができる自走装置を備えた孔内調査装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

ボーリング孔の孔内を走行する自走装置と、当該自走装置の走行を制御する制御装置とを有する孔内調査装置であって、前記自走装置は、孔内を調査する調査装置と、走行車両と、一端側がヒンジ部を介して前記走行車両に接続されたアームと、該アームの他端側に設けられ、上孔壁に当接する上孔壁駆動輪と、前記アームに対して、前記走行車両と前記上孔壁駆動輪とが離れる方向のモーメントを付与するモーメント付与手段とを具備することを特徴とする孔内調査装置。

請求項2

前記モーメント付与手段は、前記ヒンジ部として機能するモーメント付与モータであり、前記制御装置は、前記モーメント付与モータのトルクを制御するトルク制御部を具備することを特徴とする請求項1記載の孔内調査装置。

請求項3

前記上孔壁駆動輪が設けられた前記アームとして、上孔壁に当接する第1上孔壁駆動輪が他端側に設けられた第1アームと、上孔壁に当接する第2上孔壁駆動輪が他端側に設けられた第2アームとを備えると共に、前記調査装置として、前記第1アームの他端側に設けられ、前記第1上孔壁駆動輪の回転に伴って間欠的に上孔壁に接触して弾性波発信する発信装置と、前記第2アームの他端側に設けられ、前記第2上孔壁駆動輪の回転に伴って間欠的に上孔壁に接触して弾性波を受信する受信装置とを備え、前記自走装置は、前記第1上孔壁駆動輪の回転角度位置を検出する第1回転検出手段と、前記第2上孔壁駆動輪の回転角度位置を検出する第2回転検出手段と、前記第1アームの角度を検出する第1角度検出手段と、前記第2アームの角度を検出する第2角度検出手段とを具備すると共に、前記制御装置は、前記第1回転検出手段及び前記第2回転検出手段によって検出される前記第1上孔壁駆動輪及び前記第2上孔壁駆動輪の回転角度位置に基づいて、前記第1上孔壁駆動輪の回転と前記第2上孔壁駆動輪の回転とを同期させ、前記発信装置と前記受信装置とを同じタイミングで上孔壁に接触させる走行制御部と、前記発信装置から発信された弾性波が前記受信装置によって受信されるまで弾性波測定時間を計測する受信部と、前記第1角度検出手段及び前記第2角度検出手段によって検出される角度に基づいて、前記発信装置と前記受信装置との距離を測定距離として演算する測定距離演算部とを具備することを特徴とする請求項1又は2記載の孔内調査装置。

請求項4

前記調査装置は、前記上孔壁駆動輪の回転に伴って間欠的に上孔壁の一軸圧縮強度を測定する硬度測定装置であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の孔内調査装置。

請求項5

前記調査装置は、孔内を撮影するカメラ部であり、一端側がヒンジ部を介して前記走行車両に接続され、他端側が前記カメラ部に接続されたカメラ支持アームと、前記カメラ支持アームの前記走行車両に対する角度を変更して前記カメラ部の姿勢を制御する姿勢制御手段とを具備することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の孔内調査装置。

請求項6

前記調査装置は、下孔壁に傷を付ける傷生成装置であり、前記傷生成装置は、下孔壁に対して離接可能に構成されていることを特徴とする請求項5記載の孔内調査装置。

請求項7

前記傷生成装置は、下孔壁に当接して傷を付ける当接部材がそれぞれ取り付けられる複数の刃先を具備することを特徴とする請求項6記載の孔内調査装置。

技術分野

0001

本発明は、ボーリング孔の孔内を調査する孔内調査装置に関する。

背景技術

0002

自走して孔内を調査する管内作業装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1の管内作業装置は、走行台車の前方部分に設けた発信装置から被検体表面へ向けて信号波発信させ、走行台車の後方部分に設けた受信装置で伝達された信号波を受信し、受信信号波形に基づいてコンクリート管等の健全性検査する。

先行技術

0003

特開2005−280371号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、ボーリング孔の孔内調査は、掘削中や掘削直後に行われることが一般的であり、孔内の孔壁荒れ水流が発生している場合も多い。従って、ボーリング孔の孔内は、走行台車に取って過酷な悪路となり、走行台車を安定して走行させることは困難であった。特に、ボーリング孔が長い場合には、走行台車が孔内で立ち往生して回収不能になる虞も大きくなる。

0005

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上述の課題を解消し、ボーリング孔の孔内を安定して走行することができる自走装置を備えた孔内調査装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

本発明の孔内調査装置は、ボーリング孔の孔内を走行する自走装置と、当該自走装置の走行を制御する制御装置とを有する孔内調査装置であって、前記自走装置は、孔内を調査する調査装置と、走行車両と、一端側がヒンジ部を介して前記走行車両に接続されたアームと、該アームの他端側に設けられ、上孔壁に当接する上孔壁駆動輪と、前記アームに対して、前記走行車両と前記上孔壁駆動輪とが離れる方向のモーメントを付与するモーメント付与手段とを具備することを特徴とする。
さらに、本発明の孔内調査装置において、前記モーメント付与手段は、前記ヒンジ部として機能するモーメント付与モータであり、前記制御装置は、前記モーメント付与モータのトルクを制御するトルク制御部を備えていても良い。
さらに、本発明の孔内調査装置において、前記上孔壁駆動輪が設けられた前記アームとして、上孔壁に当接する第1上孔壁駆動輪が他端側に設けられた第1アームと、上孔壁に当接する第2上孔壁駆動輪が他端側に設けられた第2アームとを備えると共に、前記調査装置として、前記第1アームの他端側に設けられ、前記第1上孔壁駆動輪の回転に伴って間欠的に上孔壁に接触して弾性波を発信する発信装置と、前記第2アームの他端側に設けられ、前記第2上孔壁駆動輪の回転に伴って間欠的に上孔壁に接触して弾性波を受信する受信装置とを備え、前記自走装置は、前記第1上孔壁駆動輪の回転角度位置を検出する第1回転検出手段と、前記第2上孔壁駆動輪の回転角度位置を検出する第2回転検出手段と、
前記第1アームの角度を検出する第1角度検出手段と、前記第2アームの角度を検出する第2角度検出手段とを具備すると共に、前記制御装置は、前記第1回転検出手段及び前記第2回転検出手段によって検出される前記第1上孔壁駆動輪及び前記第2上孔壁駆動輪の回転角度位置に基づいて、前記第1上孔壁駆動輪の回転と前記第2上孔壁駆動輪の回転とを同期させ、前記発信装置と前記受信装置とを同じタイミングで上孔壁に接触させる走行制御部と、前記発信装置から発信された弾性波が前記受信装置によって受信されるまで弾性波測定時間を計測する受信部と、前記第1角度検出手段及び前記第2角度検出手段によって検出される角度に基づいて、前記発信装置と前記受信装置との距離を測定距離として演算する測定距離演算部とを備えていても良い。
さらに、本発明の孔内調査装置において、前記調査装置は、前記上孔壁駆動輪の回転に伴って間欠的に上孔壁の一軸圧縮強度を測定する硬度測定装置であっても良い。
さらに、本発明の孔内調査装置において、前記調査装置は、孔内を撮影するカメラ部であり、一端側がヒンジ部を介して前記走行車両に接続され、他端側が前記カメラ部に接続されたカメラ支持アームと、前記カメラ支持アームの前記走行車両に対する角度を変更して前記カメラ部の姿勢を制御する姿勢制御手段とを備えていても良い。
さらに、本発明の孔内調査装置において、前記調査装置は、下孔壁に傷を付ける傷生成装置であり、前記傷生成装置は、下孔壁に対して離接可能に構成されていても良い。
さらに、本発明の孔内調査装置において、前記傷生成装置は、下孔壁に当接して傷を付ける当接部材がそれぞれ取り付けられる複数の刃先を具備することを特徴とする請求項6記載の孔内調査装置。

発明の効果

0007

本発明によれば、走行車両には下孔壁から、上孔壁駆動輪には上孔壁からそれぞれ反力が作用するため、自走装置は、ボーリング孔の孔内を安定して走行することができるという効果を奏する。

図面の簡単な説明

0008

本発明に係る孔内調査装置の第1の実施の形態の構成を示す側面図である。
図1に示す自走装置の構成を示す上面図である。
図1に示す自走装置の構成を示す側面図である。
図2に示す各ヒンジ部の構成を示す上面図である。
図1に示す発信装置及び受信装置の構成を示す図である。
本発明に係る孔内調査装置の第1の実施の形態の構成を示すブロック図である。
図1に示す自走装置をボーリングロッド上に走行させる例を示す図である
本発明に係る孔内調査装置の第2の実施の形態の構成を示す側面図である。
本発明に係る孔内調査装置の第2の実施の形態の構成を示すブロック図である。
本発明に係る孔内調査装置の第3の実施の形態の構成を示す側面図である。
図10に示す傷生成装置の構成を示す図である。
本発明に係る孔内調査装置の第3の実施の形態の構成を示すブロック図である。

実施例

0009

次に、本発明を実施するための形態(以下、単に「実施の形態」という)を、図面を参照して具体的に説明する。

0010

(第1の実施の形態)
第1の実施の形態の孔内調査装置は、図1に示すように、自走装置100と、自走装置100を制御する制御装置200とからなり、掘削した水平孔等のボーリング孔300の孔内を自走装置100が自走し、ボーリング孔300の孔内を調査(撮影と弾性波計測)する装置である。なお、第1の実施の形態では、自走装置100と制御装置200とをケーブル400によって接続するように構成したが、自走装置100と制御装置200とは、無線で接続するようにしても良く、自走装置100に制御装置200を組み込んで構成するようにしても良い。

0011

自走装置100は、図1及び図2を参照すると、左右一対無限軌道キャタピラ)1aを備えた走行車両1と、ボーリング孔300の孔内を撮影するカメラ部2と、孔内の上孔壁に当接する第1上孔壁駆動輪3と、第1上孔壁駆動輪3よりも後方で孔内の上孔壁に当接する第2上孔壁駆動輪4とを備えている。走行車両1は、左右一対の無限軌道(キャタピラ)1aがそれぞれ取り付けられた左右一対のシャーシ1bを備えている。カメラ部2は、カメラ支持アーム5によって走行車両1のシャーシ1bと接続されている。また、第1上孔壁駆動輪3は、第1アーム6aによって走行車両1のシャーシ1bと接続されていると共に、第2上孔壁駆動輪4は、第2アーム6bによって走行車両1のシャーシ1bと接続されている。なお、走行車両1は、無限軌道1aの代わりに駆動輪を備えていても良い。

0012

図2及び図3を参照すると、カメラ支持アーム5の一端側は、第1ヒンジ部10によって走行車両1のシャーシ1bに回動可能に接続され、カメラ支持アーム5の他端側(解放端側)にカメラ部2が取り付けられている。また、第1アーム6aの一端側は、第2ヒンジ部20によって走行車両1のシャーシ1bと回動可能に接続され、第1アーム6aの他端側(解放端側)に第1上孔壁駆動輪3が回転可能に取り付けられている。さらに、第2アーム6bの一端側は、第3ヒンジ部40によって走行車両1のシャーシ1bと回動可能に接続され、第2アーム6bの他端側(解放端側)に第2上孔壁駆動輪4が回転可能に取り付けられている。なお、図2及び図3は、一方の無限軌道(キャタピラ)1aを取り除いた状態が示されている。

0013

図4(a)を参照すると、第1ヒンジ部10は、本体(ハウジング)がカメラ支持アーム5に固定され、左右両側に回動軸11となるモータ軸を突出させた姿勢制御モータ7で構成されている。姿勢制御モータ7のモータ軸(回動軸11)は、走行車両1の左右一対のシャーシ1bにそれぞれ固定されている。姿勢制御モータ7としては、回転角度を制御可能なサーボモータが用いられる。姿勢制御モータ7の回転によって、走行車両1のシャーシ1bと第1アーム6aとの回動角度θa(図1参照)が変更される。

0014

また、図4(a)を参照すると、走行車両1の左右一対のシャーシ1bには、無限軌道1aの起動輪を駆動する駆動モータ8aがそれぞれ固定されている。駆動モータ8aのモータ軸が無限軌道1aの起動輪を駆動する第1駆動軸12となる。駆動モータ8aとしては、例えば、ロータを扁平にした薄型ブラシレスDCモータを用いることができる。なお、第1の実施の形態では、回動軸11と第1駆動軸12とを同軸上に配置させたが、回動軸11と第1駆動軸12とをずらして配置しても良い。

0015

図4(b)を参照すると、第2ヒンジ部20は、本体(ハウジング)が第1アーム6aに固定され、左右両側に回動軸21となるモータ軸を突出させたモーメント付与モータ9aで構成されている。モーメント付与モータ9aのモータ軸(回動軸21)は、走行車両1の左右一対のシャーシ1bにそれぞれ固定されている。モーメント付与モータ9aとしては、トルクを制御可能なサーボモータが用いられる。モーメント付与モータ9aは、第1アーム6aに対してシャーシ1bから離れる方向(図1に示す矢印Aの方向)のモーメント、すなわち走行車両1(シャーシ1b)と第1上孔壁駆動輪3とが上下に離間する方向のモーメントを付与する。このモーメントによって、無限軌道1aには下面側の孔壁からの反力が、第1上孔壁駆動輪3には上孔壁からの反力がそれぞれ作用する。

0016

図4(c)を参照すると、第1アーム6aの他端側(解放端側)には、第1上孔壁駆動輪3を駆動する駆動モータ8bが固定されている。駆動モータ8bのモータ軸が第1上孔壁駆動輪3を駆動する第2駆動軸31となる。駆動モータ8bとしては、例えば、ロータを扁平にした薄型のブラシレスDCモータを用いることができる。

0017

図4(d)を参照すると、第3ヒンジ部40は、本体(ハウジング)が第2アーム6bに固定され、左右両側に回動軸41となるモータ軸を突出させたモーメント付与モータ9bで構成されている。モーメント付与モータ9bのモータ軸(回動軸41)は、走行車両1の左右一対のシャーシ1bにそれぞれ固定されている。モーメント付与モータ9bとしては、トルクを制御可能なサーボモータが用いられる。モーメント付与モータ9bは、第2アーム6bに対してシャーシ1bから離れる方向(図1に示す矢印Bの方向)のモーメント、すなわち走行車両1(シャーシ1b)と第2上孔壁駆動輪4とが上下に離間する方向のモーメントを付与する。このモーメントによって、無限軌道1aには下面側の孔壁からの反力が、第2上孔壁駆動輪4には上孔壁からの反力がそれぞれ作用する。

0018

図4(e)を参照すると、第2アーム6bの他端側(解放端側)には、第2上孔壁駆動輪4を駆動する駆動モータ8cが固定されている。駆動モータ8cのモータ軸が第2上孔壁駆動輪4を駆動する第3駆動軸51となる。駆動モータ8cとしては、例えば、ロータを扁平にした薄型のブラシレスDCモータを用いることができる。

0019

第1アーム6aの他端側(解放端側)には、発信装置70aが設けられている。発信装置70aは、第2駆動軸31、もしくは第1上孔壁駆動輪3の側面に固定されており、第1上孔壁駆動輪3の回転に伴って間欠的にボーリング孔300の上孔壁に接触する。すなわち、発信装置70aは、ボーリング孔300の上孔壁と接触する接触部を有し、その接触部が第1上孔壁駆動輪3の外周の1カ所に設けられている。従って、第1上孔壁駆動輪3が1回転すると、発信装置70aの接触部が被検体であるボーリング孔300の上孔壁に1回接触する。

0020

第2アーム6bの他端側(解放端側)には、受信装置70bが設けられている。受信装置70bは、第3駆動軸51、もしくは第2上孔壁駆動輪4の側面に固定されており、第2上孔壁駆動輪4の回転に伴って間欠的にボーリング孔300の上孔壁に接触する。すなわち、受信装置70bは、発信装置70aと同様に、ボーリング孔300の上孔壁と接触する接触部を有し、その接触部が第2上孔壁駆動輪4の外周の1カ所に設けられている。従って、第2上孔壁駆動輪4が1回転すると、受信装置70bの接触部が被検体であるボーリング孔300の上孔壁に1回接触する。

0021

発信装置70a及び受信装置70bは、同一の構成を有しており、図5を参照すると、圧電素子71と、圧電素子71に接触して設けられ、ボーリング孔300の上孔壁と接触する接触部として機能する保護部材72とを備えている。以下、発信装置70aに基づいて、詳細な構成について説明する。圧電素子71及び保護部材72は、回動軸22の法線方向に移動可能に設けられ、付勢手段であるバネ73によって回動軸22から遠ざかる方向に付勢されている。図5(a)に示すように、発信装置70aがボーリング孔300の上孔壁と接触していない状態では、保護部材72のボーリング孔300の上孔壁と接触面は、第1上孔壁駆動輪3の外周面から突出する。これにより、図5(b)に示すように、発信装置70aがボーリング孔300の上孔壁と接触する状態では、保護部材72の接触面が、バネ73によって付勢された状態でボーリング孔300の上孔壁と接触する。なお、第1上孔壁駆動輪3としてゴムタイヤを採用すると、ゴムタイヤの弾性変形を考慮でき、発信装置70aがボーリング孔300の上孔壁と接触していない状態では、保護部材72の接触面は、第1上孔壁駆動輪3の周面付近に位置していればよい。また、保護部材72のボーリング孔300の上孔壁と接触面は、曲面に形成されている。これにより、保護部材72の接触面は、第1上孔壁駆動輪3の回転に伴って接触位置を変えながらボーリング孔300の上孔壁に対して所定時間接触する。さらにまた、バネ73は、第1上孔壁駆動輪3の回転に伴って保護部材72が被検体表面に当接する際の衝撃を吸収するダンパーとしても機能する。

0022

図6には、第1の実施の形態の孔内調査装置の概略構成を示すブロック図が示されている。
図6を参照すると、自走装置100において、無限軌道1aの起動輪を駆動する駆動モータ8aには、駆動モータ8aの回転角度位置を検出するエンコーダ13が、発信装置70aが設けられている第1上孔壁駆動輪3を駆動する駆動モータ8bには、駆動モータ8bの回転角度位置を検出するエンコーダ32が、受信装置70bが設けられている第2上孔壁駆動輪4を駆動する駆動モータ8cには、駆動モータ8cの回転角度位置を検出するエンコーダ52がそれぞれ設けられている。また、第2ヒンジ部20として機能するモーメント付与モータ9aには、モーメント付与モータ9aの回転角度位置を検出するエンコーダ22が、第3ヒンジ部40として機能するモーメント付与モータ9bには、モーメント付与モータ9bの回転角度位置を検出するエンコーダ42がそれぞれ設けられている。さらに、カメラ部2は、図示しないバッテリ等を電源として発光して孔内を照射する照射部2aと、孔内を撮影するカメラ2bと、カメラ部2の姿勢を検出して姿勢信号を出力するジャイロセンサー2cとを備えている。カメラ2bとしては、前方を撮影する前方視カラーカメラ、孔壁を撮影するボアホールカメラ、孔壁の温度を映像として撮影する赤外線カメラ等を用いることができる。これらのカメラは、調査の目的に応じて適宜選定することができる。また、複数のカメラをカメラ部2に搭載するようにしても良い。

0023

制御装置200は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置であり、液晶ディスプレイ等の表示部210と、キーボート等の入力部220と、半導体メモリやHDD(Hard Disk Drive)等の記憶手段である記憶部230と、制御部240とを備えている。制御部240は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を備えたマイクロコンピューター等の情報処理部である。ROMには制御装置200の動作制御を行うための制御プログラムが記憶されている。制御部240は、ROMに記憶されている制御プログラムを読み出し、制御プログラムをRAMに展開させることで、入力部220から入力された所定の指示情報に応じて装置全体の制御を行う。また、制御部240は、走行制御部241、姿勢制御部242、トルク制御部243、走行距離演算部244、映像処理部245、発信部246、受信部247、測定距離演算部248として機能する。

0024

走行制御部241は、入力部220から受け付け走行指示(走行速度、走行方向等)に基づいて、駆動モータ8a、8b、8cを駆動し、自走装置100を前進もしくは後退させる。また、走行制御部241は、エンコーダ32から入力される駆動モータ8bの回転角度位置と、エンコーダ52から入力される駆動モータ8cの回転角度位置とに基づいて、発信装置70aが設けられている側の第1上孔壁駆動輪3の回転角と、受信装置70bが設けられている側の第2上孔壁駆動輪4の回転角とを同期させ、発信装置70aの保護部材72がボーリング孔300の上孔壁と接触するタイミングで、受信装置70bの保護部材72をボーリング孔300の上孔壁に接触させる。さらに、走行制御部241は、発信装置70aの保護部材72と受信装置70bの保護部材72とがボーリング孔300の上孔壁に接触するタイミングを発信部246と測定距離演算部248とに通知する。

0025

姿勢制御部242は、ジャイロセンサー2cから入力される姿勢信号に基づいて、第1ヒンジ部10の姿勢制御モータ7を制御することで、カメラ部2の姿勢が一定になるように、カメラ支持アーム5と走行車両1のシャーシ1bとの回動角度θa(図1参照)を変更させる。

0026

トルク制御部243は、入力部220から受け付けたトルク指示に基づいて、第2ヒンジ部20のモーメント付与モータ9aと第3ヒンジ部30のモーメント付与モータ9bとに印加する電流を制御することで、第1アーム6aに対してシャーシ1bから離れる方向(図1に示す矢印Aの方向)のモーメントと、第2アーム6bに対してシャーシ1bから離れる方向(図1に示す矢印Bの方向)のモーメントとをそれぞれ付与する。これにより、無限軌道1aは下孔壁から、第1上孔壁駆動輪3及び第2上孔壁駆動輪4は上孔壁からそれぞれ反力を得ることができ、自走装置100は、ボーリング孔300内に水流がある場合や、ボーリング孔300の孔壁が荒れていても走破できる。なお、孔壁からの反力は、モーメント付与モータ9a、9bによって各アームに付与されるモーメント(モーメント付与モータ9、9bのトルク)によって決まる。従って、水流の量や孔壁の状態に応じて入力部220から入力するトルク指示によってモーメントの大きさ設定可能であり、孔壁からの反力を適切な値に設定することができる。なお、各アームに付与されるモーメントを変更する必要がない場合には、モーメント付与モータ9a、9bの代わりにバネ等の付勢手段を設け、付勢手段によって各アームにモーメントを付与するようにしても良い。

0027

走行距離演算部244は、エンコーダ13から入力される駆動モータ8aの回転角度位置に基づいて、自走装置100の走行距離をリアルタイムで演算し、演算した走行距離を映像処理部245に出力する。なお、第1の実施の形態では、無限軌道1aの起動輪を駆動する駆動モータ8aの回転角度位置に基づいて走行距離を演算するように構成したが、発信装置70aが設けられた第1上孔壁駆動輪3を駆動する駆動モータ8bや、受信装置70bが設けられた第2上孔壁駆動輪4を駆動する駆動モータ8cの回転角度位置に基づいて走行距離を演算するようにしても良い。

0028

映像処理部245は、カメラ部2のカメラ2bによって撮影された孔内映像に、走行距離演算部244によって演算された走行距離を重畳し、走行距離を重畳した孔内映像孔内映像を表示部210に表示すると共に、記憶部230に録画する。表示部210に表示された孔内映像は、姿勢制御部242によってカメラ部2の姿勢が一定に制御されるため、ブレが少なく、ボーリング孔300の状態を確実に把握することができる。また、自走装置100の走行距離も合わせて確認するができるため、目視によって把握された注目箇所(岩質の変化点等)間での距離を簡単に特定することができる。

0029

発信部246は、発信装置70aの保護部材72と受信装置70bの保護部材72とがボーリング孔300の上孔壁に接触するタイミングで、発信装置70aの圧電素子71に所定の電圧信号を供給し、圧電素子71を振動させる。圧電素子71の振動は、保護部材72を介してボーリング孔300の孔壁に弾性波として発信される。発信装置70aからボーリング孔300の孔壁に発信された弾性波は、表面弾性波となって伝播される。この表面弾性波は、受信装置70bの圧電素子71に保護部材72を介して伝わり、電圧信号に変換される。

0030

測定距離演算部248は、発信装置70aの保護部材72と受信装置70bの保護部材72とがボーリング孔300の上孔壁に接触するタイミングで、エンコーダ22から入力されるモーメント付与モータ9aの回転角度位置と、エンコーダ42から入力されるモーメント付与モータ9bの回転角度位置とに基づいて、発信装置70aの保護部材72と受信装置70bの保護部材72との距離を測定距離Lmとして演算する。測定距離Lmは、図5(b)に示すように、回動軸21と回動軸41との間の距離L1、第1アーム6aの長さをL2、第2アーム6bの長さをL3、第1アーム6aとシャーシ1bとがなす角度をθ1、第2アーム6bとシャーシ1bとがなす角度をθ2とすると、次式によって表される。

0031

0032

回動軸21と回動軸41との間の距離L1と、第1アーム6aの長さL2と、第2アーム6bの長さをL3とは既知である。従って、測定距離演算部248は、エンコーダ22から入力されるモーメント付与モータ9aの回転角度位置と、エンコーダ42から入力されるモーメント付与モータ9bの回転角度位置とに基づいて、第1アーム6aとシャーシ1bとがなす角度をθ1と、第2アーム6bとシャーシ1bとがなす角度をθ2とをそれぞれ演算し、測定距離Lmを演算する。

0033

受信部247は、発信部246から電圧信号が送信された後、受信装置70bの圧電素子71によって変換された電圧信号が受信されるまでの時間を、発信装置70aからボーリング孔300の孔壁に発信された弾性波が受信装置70bによって受信されるまでの弾性波測定時間Tmとして計測する。受信部247は、計測した弾性波測定時間Tmを、測定距離演算部248によって演算された測定距離Lmと、走行距離演算部244によって演算された走行距離と共に、記憶部230に記憶させる。弾性波測定時間Tmと測定距離Lmとは、弾性波速度の計測結果となり、弾性波速度から地山圧縮強度推定することができる。

0034

なお、大径の先端ビット500を用いて削孔を行う場合、図7に示すように、ボーリングロッド600と上孔壁との間隙が生じ、この間隙を自走装置100の走行路としても良い。この場合には、無限軌道1aは、ボーリングロッド600の上面から反力を得る。そして、ボーリングロッド600の上面には、左右に間隔をもって配置された一対の無限軌道1aが当接するため、自走装置100は、ボーリングロッド600からずり落ちることなく、ボーリングロッド600の上面を安定して走行可能である。

0035

(第2の実施の形態)
第2の実施の形態の孔内調査装置は、図8及び図9を参照すると、孔壁の一軸圧縮強度を測定する硬度測定装置80を備えた自走装置100aと、自走装置100aを制御する制御装置200aとで構成されている。自走装置100aは、第1の実施の形態の自走装置100から発信装置70a及び受信装置70bと、第2アーム6bとを取り除き、硬度測定装置80が発信装置70aの代わりに第1アーム6aの他端側(開放端側)に設けられている。硬度測定装置80は、第2駆動軸31、もしくは第1上孔壁駆動輪3の側面に固定されており、第1上孔壁駆動輪3の回転に伴って間欠的にボーリング孔300の上孔壁に接触する。なお、第1の実施の形態の自走装置100の構成に硬度測定装置80を加えても良い。例えば、硬度測定装置80を発信装置70aと共に第1アーム6aの他端側(開放端側)に設けることができる。なお、本実施の形態では、第1の実施の形態と同様の構成要素に同一の符号を付して説明を適宜省略する。

0036

硬度測定装置80は、一軸圧縮強度を測定するエコーチップペネトロ計等で構成された硬度計81と、硬度計81を孔壁の方向に移動させるアクチュエータ82とを備えている。制御装置200aの制御部240aは、タイミング制御部249として機能する。タイミング制御部249は、エンコーダ32から入力される駆動モータ8bの回転角度位置に基づいて、硬度計81がボーリング孔300の上孔壁に対向するタイミングで、アクチュエータ82を駆動させ、硬度計81を上孔壁に押圧させ、硬度計81によって上孔壁の一軸圧縮強度を測定させる。

0037

受信部247aは、硬度計81によって測定された一軸圧縮強度を受信し、受信した一軸圧縮強度を、走行距離演算部244によって演算された走行距離と共に、記憶部230に記憶させる。

0038

(第3の実施の形態)
第3の実施の形態の孔内調査装置は、図10を参照すると、下孔壁に傷を付ける傷生成装置90を備えた自走装置100bと、自走装置100bを制御する制御装置200bとで構成されている。自走装置100bは、第2の実施の形態の自走装置100aの構成に加え、傷生成装置90を備えている。自走装置100bの前進時に傷生成装置90によって下孔壁に傷を付け、自走装置100bの後退時に下孔壁に付けた傷をカメラ部2によって撮影し、傷の具合によって孔壁を調査する。なお、本実施の形態では、第1の実施の形態と同様の構成要素に同一の符号を付して説明を適宜省略する。

0039

図11(a)を参照すると、第3アーム6cの一端側は、第4ヒンジ部60によって走行車両1のシャーシ1bと回動可能に接続され、第3アーム6cの他端側(解放端側)に傷生成装置90が設けられている。なお、図11において、(a)は上面図であり、(b)は側面図であり、(c)は後方側から見た図である。第4ヒンジ部60は、本体(ハウジング)が第3アーム6cに固定され、左右両側に回動軸61となるモータ軸を突出させたモーメント付与モータ9cで構成されている。モーメント付与モータ9cのモータ軸(回動軸61)は、走行車両1の左右一対のシャーシ1bにそれぞれ固定されている。モーメント付与モータ9cとしては、トルクを制御可能なサーボモータが用いられる。

0040

傷生成装置90は、図11(b)、(c)を参照すると、5本の刃を有するくし刃部材91と、くし刃部材91の刃先のそれぞれに取り付けられた当接部材92a〜eとからなる。当接部材92a〜eは、下孔壁に当接して傷を付けるための物質であり、当接部材92a〜eには、それぞれ硬度の異なる物質(例えば、石英正長石アパタイト方解石石膏等)が用いられる。当接部材92a〜eを異なる硬度で構成することで、当接部材92a〜e毎に傷の付き具合が異なり、この傷を観察することで下孔壁を構成する物資を推定することができる。例えば、下孔壁を構成する物資がアパタイト相当の硬度を有している場合には、石英や正長石で傷を付けることができるが、方解石や石膏では傷を付けることができない。従って、傷の付き具合を観察することで、下孔壁を構成する物資の硬度を把握することができ、映像と共に用いると、下孔壁を構成する物資の推定を高い確率で行うことが可能になる。

0041

図12を参照すると、制御装置200bの制御部240bは、押圧制御部250として機能する。押圧制御部250は、入力部220から押圧指示が入力されると、第4ヒンジ部60のモーメント付与モータ9cを制御することで、第3アーム6cに対して下孔壁に向かう方向(図10に示す矢印Cの方向)のモーメントを付与する。これにより、傷生成装置90の当接部材92a〜eが下孔壁に押圧される。下孔壁への当接部材92a〜eの押圧力は、モーメント付与モータ9cによって第3アーム6cに付与されるモーメント(モーメント付与モータ9cのトルク)によって決まる。従って、入力部220から入力するトルク指示を変更することで、当接部材92a〜eの押圧力を適切な値に設定することができる。また、押圧制御部250は、入力部220から待避指示が入力されると、第4ヒンジ部60のモーメント付与モータ9cを制御することで、第3アーム6cに対して下孔壁から離れる方向(図10に示す矢印Dの方向)のモーメントを付与し、傷生成装置90の当接部材92a〜eを下孔壁から離間させる。

0042

以上説明したように、本実施の形態によれば、ボーリング孔の孔内を走行する自走装置100と、自走装置100の走行を制御する制御装置200とを有する孔内調査装置であって、自走装置100は、孔内を調査する調査装置(カメラ部2、発信装置70a、受信装置70b、硬度測定装置80、傷生成装置90)と、走行車両1と、一端側がヒンジ部(第2ヒンジ部20、第3ヒンジ部40)を介して走行車両1(シャーシ1b)に接続されたアーム(第1アーム6a、第2アーム6b)と、アームの他端側に設けられ、上孔壁に当接する上孔壁駆動輪(第1上孔壁駆動輪3、第2上孔壁駆動輪4)と、アームに対して、走行車両1と上孔壁駆動輪とが離れる方向のモーメントを付与するモーメント付与手段(モーメント付与モータ9a、9b)とを備えている。
この構成により、走行車両1には下孔壁から、上孔壁駆動輪(第1上孔壁駆動輪3、第2上孔壁駆動輪4)には上孔壁からそれぞれ反力が作用するため、自走装置100は、ボーリング孔300の孔内を安定して走行することができ、搭載する調査装置によって孔内の調査を素早く確実に行うことができる。

0043

さらに、本実施の形態において、モーメント付与手段は、ヒンジ部(第2ヒンジ部20、第3ヒンジ部40)として機能するモーメント付与モータ9a、9bであり、制御装置100は、モーメント付与モータのトルク9a、9bを制御するトルク制御部243を備えている。
この構成により、水流の量や孔壁の状態に応じて入力部220からモーメントの大きさ設定可能であり、孔壁からの反力を適切な値に設定することができる。

0044

さらに、本実施の形態において、自走装置100は、上孔壁に当接する第1上孔壁駆動輪3が他端側に設けられた第1アーム6aと、上孔壁に当接する第2上孔壁駆動輪4が他端側に設けられた第2アーム6bと、第1アーム6aの他端側に設けられ、第1上孔壁駆動輪3の回転に伴って間欠的に上孔壁に接触して弾性波を発信する発信装置70aと、第2アーム6bの他端側に設けられ、第2上孔壁駆動輪4の回転に伴って間欠的に上孔壁に接触して弾性波を受信する受信装置70bと、第1上孔壁駆動輪3の回転角度位置を検出する第1回転検出手段(エンコーダ32)と、第2上孔壁駆動輪4の回転角度位置を検出する第2回転検出手段(エンコーダ52)と、第1アーム6aの角度を検出する第1角度検出手段(エンコーダ22)と、第2アーム6bの角度を検出する第2角度検出手段(エンコーダ42)とを備え、制御装置200は、第1回転検出手段及び第2回転検出手段によって検出される第1上孔壁駆動輪3及び第2上孔壁駆動輪4の回転角度位置に基づいて、第1上孔壁駆動輪3の回転と第2上孔壁駆動輪4の回転とを同期させ、発信装置70aと受信装置70bとを同じタイミングで上孔壁に接触させる走行制御部241と、発信装置70aから発信された弾性波が受信装置70bによって受信されるまでの弾性波測定時間Tmを計測する受信部247と、第1角度検出手段及び第2角度検出手段によって検出される角度に基づいて、発信装置70aと受信装置70bとの距離を測定距離Lmとして演算する測定距離演算部248とを備えている。
この構成により、自走装置100を走行させながら、地山の物理定数として弾性波測定時間Tmと測定距離Lmとを測定することができる。弾性波測定時間Tmと測定距離Lmとは、弾性波速度の計測結果となり、弾性波速度から地山の圧縮強度を推定することができる。

0045

さらに、本実施の形態において、調査装置は、上孔壁駆動輪(第1上孔壁駆動輪3、第2上孔壁駆動輪4)の回転に伴って間欠的に上孔壁の一軸圧縮強度を測定する硬度測定装置80である。
この構成により、自走装置100aを走行させながら、地山の物理定数として一軸圧縮強度を測定することができる。

0046

さらに、本実施の形態において、調査装置は、孔内を撮影するカメラ部2であり、
一端側が第1ヒンジ部10を介して走行車両1(シャーシ1b)に接続され、他端側がカメラ部2に接続されたカメラ支持アーム5と、カメラ支持アーム5の走行車両1(シャーシ1b)に対する角度を変更してカメラ部2の姿勢を制御する姿勢制御手段(姿勢制御モータ7)とを備えている。
この構成により、走行する自走装置から安定した姿勢で孔内を撮影することができ、撮影された映像に基づいて孔内を詳細に観察することができる。

0047

さらに、本実施の形態において、調査装置は、下孔壁に傷を付ける傷生成装置90であり、傷生成装置90は、下孔壁に対して離接可能に構成されている。また、傷生成装置90は、下孔壁に当接して傷を付ける当接部材92a〜eがそれぞれ取り付けられる複数の刃先を備えている。
この構成により、傷生成装置90によって付けた傷を観察することで下孔壁を構成する物資の硬度を把握することができ、映像と共に用いると、下孔壁を構成する物資の推定を高い確率で行うことが可能になる。

0048

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

0049

1走行車両
1a無限軌道
1bシャーシ
2カメラ部
2a照射部
2b カメラ
2cジャイロセンサー
3 第1上孔壁駆動輪
4 第2上孔壁駆動輪
5カメラ支持アーム
6a 第1アーム
6b 第2アーム
6c 第3アーム
7姿勢制御モータ
8a、8b、8c駆動モータ
9a、9b、9cモーメント付与モータ
10 第1ヒンジ部
11回動軸
12 第1駆動軸
13エンコーダ
20 第2ヒンジ部
21 回動軸
22 エンコーダ
31 第2駆動軸
32 エンコーダ
40 第3ヒンジ部
41 回動軸
42 エンコーダ
51 第3駆動軸
52 エンコーダ
60 第4ヒンジ部
61 回動軸
70a発信装置
70b受信装置
71圧電素子
72保護部材
73バネ
80硬度測定装置
81硬度計
82アクチュエータ
90傷生成装置
91 くし刃部材
92a〜e当接部材
100、100a、100b 自走装置
200、200a、200b制御装置
210 表示部
220 入力部
230 記憶部
240、240a、240b 制御部
241走行制御部
242姿勢制御部
243トルク制御部
244走行距離演算部
245映像処理部
246発信部
247、247a 受信部
248測定距離演算部
249タイミング制御部
250押圧制御部
300ボーリング孔
400ケーブル
500先端ビット
600 ボーリングロッド

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