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JP3132970B2 - Robot position detection device in metal tube - Google Patents

Robot position detection device in metal tube

Info

Publication number
JP3132970B2
JP3132970B2 JP07022181A JP2218195A JP3132970B2 JP 3132970 B2 JP3132970 B2 JP 3132970B2 JP 07022181 A JP07022181 A JP 07022181A JP 2218195 A JP2218195 A JP 2218195A JP 3132970 B2 JP3132970 B2 JP 3132970B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
robot
metal tube
signal
frequency
radio wave
Prior art date
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JP07022181A
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Japanese (ja)
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JPH08194054A (en
Inventor
毅一 陶山
盛雄 鈴木
俊光 野津
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Gas Co Ltd filed Critical Tokyo Gas Co Ltd
Priority to JP07022181A priority Critical patent/JP3132970B2/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/18Appliances for use in repairing pipes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ガス管などの金属管内
を遠隔制御のもとに走行し作業するロボットの位置を検
出するための装置に関するものであり、特に、金属管内
を探索範囲とする電波式レーダー装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for detecting the position of a robot which travels and works in a metal pipe such as a gas pipe under remote control. The present invention relates to a radio-wave radar device that performs the following.

【0002】[0002]

【従来の技術】地中に埋設されるガス管は、作業員が入
り込めない程度に小径のものがほとんどである。このた
め、ガス管の埋設後にヒビ割れや腐食などに起因するガ
ス漏れ箇所の探索は、カメラを搭載した探査用のロボッ
トをガス管内に搬入し、遠隔操作のもとに走行させてい
る。このようなロボットを用いた探査システムでは、ロ
ボットの現在位置を検出することが必要になる。従来、
ガス管内のロボットに対するケーブルの送り出し量をエ
ンコーダを用いて計測したり、ロボット内の回転式距離
計の値をケーブルを介して管外に送信することなどによ
ってロボットの現在位置を検出している。
2. Description of the Related Art Most gas pipes buried underground have a small diameter so that workers cannot enter. For this reason, in order to search for a gas leak point due to cracks or corrosion after the gas pipe is buried, an exploration robot equipped with a camera is carried into the gas pipe and traveled under remote control . In such an exploration system using a robot, it is necessary to detect the current position of the robot. Conventionally,
The current position of the robot is detected by measuring the feed amount of the cable to the robot in the gas pipe using an encoder, or transmitting the value of the rotary distance meter in the robot to the outside of the pipe via the cable.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記従来のロボットの
位置検出方法では、ロボットへのケーブルの送り出し機
構やロボット内の回転式距離計にすべりが存在するた
め、位置の計測値にすくなからぬ誤差が生じるという問
題がある。また、特に後者の方法については、ロボット
内の電気系統に障害が発生して現在位置の通知が不能に
なると、ロボットが行方不明になってしまい、これをガ
ス管内から回収するのに多大の時間と労力がかさむとい
う問題がある。従って、本発明の一つの目的は、機構内
のすべりによる精度の低下が伴わず、しかもロボットの
電気系統に故障が発生してもその位置を検出できる位置
検出装置を提供することにある。
In the conventional robot position detecting method described above, since slippage exists in a mechanism for feeding a cable to the robot and a rotary distance meter in the robot, an inevitable error occurs in the measured position value. There is a problem that occurs. In addition, especially in the latter method, if a failure occurs in the electric system in the robot and the notification of the current position becomes impossible, the robot goes missing, and it takes much time to collect this from the gas pipe. The problem is that the labor increases. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a position detecting device capable of detecting a position of a robot even when a failure occurs in an electric system without a decrease in accuracy due to slip in the mechanism.

【0004】自由空間内を走行するロボットについて
は、上記問題点を解決するための位置検出装置として超
音波や光や電波を用いたレーダー装置が考えられる。し
かしながら、ロボットが走行するガス管は直管だけでな
く、分岐箇所や曲がり箇所などの不連続箇所も含む。曲
がりの箇所はとにかく、分岐箇所では超音波や光がそこ
に侵入できない場合があり、超音波や光が分岐箇所の先
のロボットの位置まで到達できないという問題がある。
従って、本発明の一つの目的は、分岐や曲がりを持った
金属管内を走行するロボットについても適用可能な位置
検出装置を提供することにある。
For a robot that travels in free space, a radar device using ultrasonic waves, light, or radio waves can be considered as a position detecting device for solving the above problems. However, the gas pipe on which the robot travels includes not only straight pipes but also discontinuous points such as branch points and bend points. Regardless of the location of the bend, the ultrasonic wave or light may not be able to enter there at the branch point, and there is a problem that the ultrasonic wave or light cannot reach the position of the robot beyond the branch point.
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a position detecting device that can be applied to a robot traveling in a branched or bent metal pipe.

【0005】また、電波式レーダーでは、放射する電波
の波長と金属管の寸法との関係を十分考慮する必要があ
る。例えば、放射する電波の波長を金属管の寸法に比べ
て数倍もの大きな値に設定すると、電波が金属管内を伝
播できなくなる。逆に、電波の波長を金属管の寸法に比
べて小さくし過ぎると、前述した光の場合と同様の問題
が発生するだけでなく、伝播速度が異なる多数の伝播モ
ードが発生することから一つの反射源からタイミングの
ずれた多数の反射波を受信してしまい、測定精度の低下
を招くという問題がある。
[0005] In the radio radar, it is necessary to sufficiently consider the relationship between the wavelength of the radiated radio wave and the dimensions of the metal tube. For example, if the wavelength of the radiated radio wave is set to a value several times larger than the size of the metal tube, the radio wave cannot be propagated in the metal tube. Conversely, if the wavelength of the radio wave is made too small compared to the dimensions of the metal tube, not only will the same problem as in the case of light described above occur, but also a large number of propagation modes with different propagation speeds will occur. There is a problem in that a large number of reflected waves with different timings are received from the reflection source, resulting in a decrease in measurement accuracy.

【0006】本発明に係わる金属管内のロボットの位置
検出装置は、金属管内に電波を放射しその反射波を受信
する送受信手段を備えている。そして、金属管内に放射
する電波の中心周波数は、金属管内を最低次の導波管モ
ードで伝播する電波の遮断周波数よりは高く、金属管内
を次に高次の導波管モードで伝播する電波の遮断周波数
よりは低い値に設定されている。更に、本発明に係わる
ロボットの位置検出装置によれば、金属管内にFM信号
を放射するFMレーダの方式が採用される。
The apparatus for detecting the position of a robot in a metal tube according to the present invention includes transmission / reception means for radiating radio waves into the metal tube and receiving reflected waves thereof. The center frequency of the radio wave radiated into the metal tube is higher than the cutoff frequency of the radio wave propagating in the lowest order waveguide mode in the metal tube, and the radio wave propagating in the next higher order waveguide mode in the metal tube. Is set to a value lower than the cutoff frequency. Further, according to the present invention,
According to the position detecting device of the robot, an FM radar system that emits an FM signal into a metal tube is employed.

【0007】[0007]

【作用】本発明によれば、金属管内に放射される電波の
中心周波数foが、この金属管内を最低次の導波管モー
ドで伝播する電波の遮断周波数よりも少し高く、次に高
次の導波管モードで伝播する電波の遮断周波数よりも少
し低い値に設定される。例えば、金属管が直径Dcmの
円筒形であれば、最低次のTE11モードの遮断周波数f
1 は、 fc1 =(3×1010)/(1.706 D)Hz =(17.58 /D)×109 Hz =(17.58 /D)GHz ・・・・・(1) であり、次に高次のTM01モードの遮断周波数fc2は、 fc2 =(3×1010)/(1.306 D)Hz =(22.97 /D)GHz ・・・・・(2) である。
According to the present invention, the center frequency fo of the radio wave radiated into the metal tube is slightly higher than the cutoff frequency of the radio wave propagating in the lowest waveguide mode in the metal tube, It is set to a value slightly lower than the cutoff frequency of the radio wave propagating in the waveguide mode. For example, if the cylindrical metal tube diameter Dcm, the lowest order TE 11 mode cut-off frequency f of the
c 1 is fc 1 = (3 × 10 10 ) / (1.706 D) Hz = (17.58 / D) × 10 9 Hz = (17.58 / D) GHz (1) cutoff frequency fc 2 of the next TM 01 mode is fc 2 = (3 × 10 10 ) / (1.306 D) Hz = (22.97 / D) GHz ····· (2).

【0008】従って、金属円管内に放射されるFM信号
の中心周波数foは、 fc1 <fo<fc2 ・・・・・(3) (17.58 /D)GHz <fo<(22.97 /D)GHz ・・・・・(4) の範囲に設定される。これに伴い、最低次のTE11モー
ドのみが伝播可能となり、TM01モード,TE01モー
ド,TM11モードなどの多数の高次のモードが伝播不能
となる。この結果、ロボットからの反射波が伝播速度の
異なる各種の伝播モードごとに異なるタイミングで多数
受信され、検出精度が低下するという問題が回避され
る。以下、本発明を実施例と共に更に詳細に説明する。
Accordingly, the center frequency fo of the FM signal radiated into the metal pipe is fc 1 <fo <fc 2 (3) (17.58 / D) GHz <fo <(22.97 / D) GHz ······ (4) Accordingly, only the lowest order TE 11 mode allows the propagation, TM 01 mode, TE 01 mode, a number of higher order modes such as TM 11 mode becomes impossible propagation. As a result, it is possible to avoid the problem that a large number of reflected waves from the robot are received at different timings for various propagation modes having different propagation speeds, and the detection accuracy is reduced. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

【0009】[0009]

【実施例】図1は、本発明の一実施例に係わる金属管内
のロボットの位置検出装置の構成を示すブロック図であ
り、1はFM信号発生部、2は信号分配部、3は送信ア
ンテナ、4は受信アンテナ、5はミキサー、6は高速フ
ーリエ変換部、7はCPUである。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an apparatus for detecting the position of a robot in a metal tube according to an embodiment of the present invention, wherein 1 is an FM signal generator, 2 is a signal distributor, and 3 is a transmitting antenna. Reference numeral 4 denotes a receiving antenna, 5 a mixer, 6 a fast Fourier transform unit, and 7 a CPU.

【0010】FM信号発生部1は、時間と共に三角波状
に変化する電圧を発生する関数発生器と、この関数発生
器が発生した三角波の電圧を制御端子に受けて周波数が
三角波状に変化するFM信号を発生する電圧制御発振器
とから構成されている。FM信号発生部1で発生された
FM信号の一部は、信号分配部2を通して送信アンテナ
3に供給され、ここから金属円管M内に放射される。
The FM signal generator 1 generates a function generator that generates a voltage that changes in a triangular waveform with time, and receives a voltage of the triangular wave generated by the function generator at a control terminal and changes the frequency in a triangular waveform. And a voltage-controlled oscillator for generating a signal. A part of the FM signal generated by the FM signal generator 1 is supplied to the transmitting antenna 3 through the signal distributor 2 and radiated into the metal tube M therefrom.

【0011】送信アンテナ3から金属円管M内に放射さ
れたFM信号は、最低次のTE11モードで金属円管内を
伝播してゆき、管内の適宜な箇所に存在するロボットの
金属部分や最後尾に搭載された金属反射板などによって
反射される。反射波は、最低次のTE11モードで金属円
管M内を逆向きに伝播してゆき、受信アンテナ4に受信
される。受信アンテナ4に受信された反射波は、ミキサ
ー5の一方の入力端子に供給され、その他方の端子に信
号分配部2を通して供給されるFM信号と混合される。
The FM signal radiated from the transmitting antenna 3 into the metal tube M propagates through the metal tube in the lowest order TE 11 mode, and the robot's metal part or the last part existing at an appropriate position in the tube. The light is reflected by a metal reflector mounted on the tail. The reflected wave propagates in the metal tube M in the opposite direction in the lowest order TE 11 mode, and is received by the receiving antenna 4. The reflected wave received by the receiving antenna 4 is supplied to one input terminal of the mixer 5 and mixed with the FM signal supplied to the other terminal through the signal distribution unit 2.

【0012】ミキサー5の各入力端子に供給されるFM
信号は、送信アンテナ3から放射されたFM信号がロボ
ットRとの間を往復するのに要した伝播所要時間だけ時
間がずれている。このため、ミキサー5は、上記伝播所
要時間に比例する周波数のビート信号を発生する。この
ビート信号の周波数は、次段の高速フーリエ変換部6で
周波数スペクトルに変換され、CPU7に供給される。
CPU7は、高速フーリエ変換部6から供給されたビー
ト信号の周波数スペクトルを解析し、アンテナ3,4か
らロボットRまでの距離を算定し、ロボットRの位置を
定める。
FM supplied to each input terminal of the mixer 5
The signals are shifted in time by the propagation time required for the FM signal radiated from the transmitting antenna 3 to reciprocate with the robot R. For this reason, the mixer 5 generates a beat signal having a frequency proportional to the required propagation time. The frequency of the beat signal is converted into a frequency spectrum by the next-stage fast Fourier transform unit 6 and supplied to the CPU 7.
The CPU 7 analyzes the frequency spectrum of the beat signal supplied from the fast Fourier transform unit 6, calculates the distance from the antennas 3 and 4 to the robot R, and determines the position of the robot R.

【0013】FM信号発生部1が発生するFM信号の中
心周波foは、金属円管M内を伝播する最低次の導波管
モードであるTE11モードの遮断周波数と次の高次モー
ドであるTM01モードの遮断周波数との中間の値に設定
される。このように、周波数範囲を制限するためにも、
広い比帯域が必要なパルスレーダー方式よりも狭い比帯
域で十分なFMレーダーの方式が優れている。
The center frequency fo of the FM signal generated by the FM signal generator 1 is the cutoff frequency of the TE 11 mode, which is the lowest waveguide mode propagating in the metal tube M, and the next higher mode. It is set to an intermediate value with the cut-off frequency of TM01 mode. Thus, to limit the frequency range,
An FM radar system that is sufficient in a narrow fractional band is superior to a pulse radar system that requires a wide fractional band.

【0014】[0014]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
わる金属管内のロボットの位置検出装置は、金属管内に
放射する電波の中心周波数を、金属管内の最低次と次に
高次の各導波管モードの遮断周波数中間の値に設定す
る構成であるから、最低次のモードの反射波が受信で
き、検出精度が向上するという効果が奏される。
As described in detail above, the position detecting device for a robot in a metal tube according to the present invention determines the center frequency of the radio wave radiated into the metal tube in each of the lowest order and the next higher order in the metal tube. Since the configuration is such that the cutoff frequency of the waveguide mode is set to an intermediate value, the reflected wave of the lowest mode can be received and the detection accuracy is improved.

【0015】また、本発明によれば、パルスレーダ方式
ではなくFMレーダ方式が採用されるので、近距離でも
精度良くしかも比較的安価に金属管内のロボットの位置
検出ができるという効果が奏される。
Further, according to the present invention, since the FM radar system is employed instead of the pulse radar system, there is an effect that the position of the robot in the metal tube can be detected accurately even at a short distance at relatively low cost. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例に係わる金属管内のロボット
の位置検出送受信の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration for transmitting and receiving a position of a robot in a metal tube according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 FM信号発生回路 2 分配回路 3 送信アンテナ 4 受信アンテナ 5 ミキサー 6 高速フーリエ変換回路 7 CPU M 金属管 R ロボット Reference Signs List 1 FM signal generating circuit 2 Distribution circuit 3 Transmitting antenna 4 Receiving antenna 5 Mixer 6 Fast Fourier transform circuit 7 CPU M Metal tube R Robot

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野津 俊光 東京都日野市多摩平6−22−12 (56)参考文献 特開 平7−4941(JP,A) 特開 平7−5251(JP,A) 特開 平5−284019(JP,A) 特開 平8−105905(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01S 7/00 - 7/64 G01S 13/00 - 15/96 F16L 55/18 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Toshimitsu Nozu 6-22-12 Tamadaira, Hino-shi, Tokyo (56) References JP-A-7-4941 (JP, A) JP-A-7-5251 (JP, A) JP-A-5-284019 (JP, A) JP-A-8-105905 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01S 7/ 00-7/64 G01S 13 / 00-15/96 F16L 55/18

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】金属管内に遠隔制御のもとに走行するロボ
ットの位置を検出するために前記金属管内に電波を放射
しその反射波を受信する送受信手段を備えた金属管内の
ロボットの位置検出装置であって、 前記金属管内に放射する電波の中心周波数は、前記金属
管内を最低次の導波管モードで伝播する電波の遮断周波
数と次に高次の導波管モードで伝播する電波の遮断周波
数との中間の値に設定されており、 前記送受信手段は、 周波数が時間的に変化するFM信号を発生するFM信号
発生部と、 このFM信号発生部が発生したFM信号を前記金属管内
に放射し前記ロボットの金属部分で反射されたFM信号
を前記金属管内から受信するアンテナ部と、 この受信されたFM信号と前記FM信号発生部が発生し
たFM信号とを混合して差周波のビート信号を発生する
混合部と、 この混合部で発生されたビート信号の周波数から前記ロ
ボットの位置を検出する位置検出部とを備えたことを特
徴とする金属管内のロボットの位置検出装置。
1. A robot for detecting the position of a robot running in a metal tube, comprising a transmitting / receiving means for radiating radio waves in the metal tube and receiving a reflected wave in order to detect a position of the robot running under remote control in the metal tube. The apparatus, wherein a center frequency of a radio wave radiated into the metal tube is a cutoff frequency of a radio wave propagating in the lowest waveguide mode in the metal tube and a cutoff frequency of a radio wave propagated in the next higher waveguide mode. is set to an intermediate value of the cutoff frequency, said transmitting and receiving means, the metal pipe and the FM signal generator for generating an FM signal, an FM signal whose FM signal generator is generated whose frequency varies temporally An antenna unit for receiving from the inside of the metal tube an FM signal radiated to the robot and reflected by the metal part of the robot; and mixing the received FM signal with the FM signal generated by the FM signal generation unit to generate a difference frequency. Over a mixing section for bets signal generated, the position detecting apparatus of this from the frequency of the generated beat signal in the mixing section of the metal tube, characterized in that a position detector for detecting the position of said robot robot.
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