JP3364237B2 - 分散作業ロボットシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、悪環境下の各種プラン
ト内で行っている分解点検や組立作業、特に複数の人を
必要とする作業を人に代わって、異なった機能を備えた
複数台のロボットを組合せることによって実現する分散
作業ロボットシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力プラントやその他作業員が立ち入
ることが危険なプラントにおいての点検作業は、作業員
に代わってロボットを遠隔操作して行っている。しか
し、分解・組立作業では複雑かつ複数の作業員による作
業が多いため、単体でしか作業できない現状のロボット
では代行できない。しかも狭い場所での作業が多いた
め、大型の作業ロボットでは対処ができない。

【０００３】また、一つの作業の中でも細かな作業が必
要となる場合、持上げる力が必要となる場合、マニピュ
レータのストロークが必要となる場合が、多々発生する
ため、汎用のロボットを複数台用いても、不可能となる
場合が多いし、専用のロボットを何台も用意することも
狭い場所での作業では不可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】現在、各方面より、狭
くて悪環境の場所において、複数人を必要とする複雑な
作業を可能にするロボットやロボットシステムの開発が
切望されている。しかしながら、複数台の協同作業や同
時に別々の仕事を行わせる場合、電力供給、信号伝送が
複雑でかつ大型化する課題がある。

【０００５】本発明は、上記の要望を満足し、かつ上記
課題を解決するためになされたもので、機能分散したロ
ボットを組合せることにより実現を図ることができる分
散作業ロボットシステムを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の発明は作業用ロボ
ットと、この作業用ロボットとの通信機能および監視機
能を有するサテライトロボットと、前記作業用ロボット
および前記サテライトロボットを管理する管理監督用ロ
ボットと、前記作業用ロボット，前記サテライトロボッ
トおよび管理監督用ロボットに電力を供給する電力供給
用ロボットと、を具備したことを特徴とする。第２の発
明は前記サテライトロボットは空間移動する移動体と、
この移動体の移動および姿勢制御をする移動コントロー
ラと、前記作業ロボットの作業状態を撮影するテレビカ
メラと、このテレビカメラのレンズ駆動機構を具備して
いることを特徴とする。 第３の発明は前記各ロボットお
よび前記通信機能を遠隔操作する操作盤を具備したこと
を特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明は、ロボットの機能分割による小型化、
協調作業を実行させるための相互の状態データや指令デ
ータのマルチ送受信方法の採用、狭い空間でもロボット
間の通信や状態検出を可能にするサテライトロボットの
採用、作業に適したマニピュレータに交換するシステム
にする。

【０００８】すなわち、作業用、搬送用、監視用（サテ
ライト）、管理監督用、電力供給用、通信用とロボット
の要する機能を複数のロボットに分担することにより小
型化を図る。また、複数台の作業用ロボットが必要とな
る作業、例えば大きい物の移動や取付けなどでは以下の
対処を講じ、また作業時間の短縮を図っている。

【０００９】役割分担した複数台のロボットが１つの作
業を実施する場合、複数の作業用ロボットと作業を補助
する搬送用ロボット、サテライトロボット等とが有機的
に協調する制御が必要である。そこで本発明では、複数
台のロボットを管理監督および協調制御する機能を有す
る管理監督用ロボットによって制御する。また、管理監
督用ロボットと作業ロボット間、作業ロボット相互間お
よび遠隔にありオペレータが監視指示する操作盤と各ロ
ボット間で、ロボットの状態データ、指令データがスム
ーズに送受する無線による通信ネットワークを設けてい
る。

【００１０】特に、無線通信では、狭隘な場所、構造物
や配管などの障害物の多い場所においても、確実に通信
が行われるよう、サテライトロボットを設けることで対
処している。このサテライトロボットは空間移動する例
えばヘリコプタ、気球船、モノレール式移動台車に無線
通信を中継する機能を備えるものである。また監視カメ
ラをこのサテライトロボットに搭載すれば狭隘な場所で
より確実な作業が可能となる。

【００１１】

【実施例】図面を参照しながら本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明に係る分散作業ロボットシステムの一
実施例の要部を示すブロック図、図２は図１における作
業用ロボットの構成図、図３は監視と通信の中継機能と
を兼ね備えたサテライトロボットの構成図、図４は搬送
用ロボットの構成図、図５は管理監督用ロボットの構成
図、図６は電力供給用ロボットの構成図をそれぞれ示
す。

【００１２】図１に示すブロック図では、狭隘な場所に
ある作業対象物１の分解・組立作業を２台の第１および
第２の作業用ロボット２，３、通信の中継機能と監視機
能を備えたサテライトロボット４、分解・組立の部品や
作業用ロボットが作業内容によって交換するマニピュレ
ータを置く搬送用ロボット５、前記各ロボット２〜５に
電力を供給する電力供給用ロボット６、第１および第２
の作業用ロボット２，３やサテライトロボット４、搬送
用ロボット５、電力供給用ロボット６を管理監督する管
理監督用ロボット７、オペレータの要求をロボット群に
指示し、ロボットの状態をオペレータに判るよう表示す
る操作盤８を用いて実施している状況を示している。操
作盤８には各ロボットに電磁波信号を放射し、あるいは
各ロボットからの信号を受信するためのアンテナ９（９
ａ，９ｂ，９ｃ）が接続されている。

【００１３】本実施例の第１および第２の作業用ロボッ
ト２，３は図２に示したように双腕マニピュレータ11，
12と、この双腕マニピュレータ11，12を駆動制御するマ
ニピュレータコントローラ13、移動に用いる脚移動機構
14を駆動制御する移動コントローラ15、上位（操作盤や
管理監督など）から無線によって送られてくる指示デー
タを受信し、双腕マニピュレータ11，12や脚移動機構14
の状態データを上位（操作盤や管理監督など）へ送信す
る送受信器16、上位からの指示データに基づいてマニピ
ュレータコントローラ13、移動コントローラ15を制御
し、またマニピュレータコントローラ13、移動コントロ
ーラ15からロボットの状態データを入力するＣＰＵ17、
およびバッテリ18などからなっている。

【００１４】本実施例のサテライトロボット４は図３に
示したようにプロペラを回転させて空中を飛ぶヘリコプ
タ21と、このヘリコプタ21の移動および姿勢制御する移
動コントローラ22と、第１および第２の作業用ロボット
２，３の作業状態を撮影するテレビカメラ23と、このテ
レビカメラ23の姿勢を移動させるのに用いる雲台24と、
この雲台24の駆動制御を行う雲台コントローラ25と、テ
レビカメラ23の映像を拡大したり望遠にしたり、焦点調
節、輝度調節を行うのに用いるレンズ駆動機構26などを
有している。

【００１５】また、このレンズ駆動機構26の駆動制御を
行うレンズコントローラ27、上位（操作盤や管理監督な
ど）から送られてくる無線信号を中継し、作業用ロボッ
トへ送信し、また、第１および第２の作業用ロボット
２，３から送られてくる無線信号を中継し、上位（操作
盤や管理監督など）へ送信するとともに、上位（操作盤
や管理監督など）からサテライトロボット４に送られて
くる指示データを受信し、テレビカメラ23の映像とヘリ
コプタ21や雲台24、カメラレンズの状態データを送信す
る送受信器30を有している。

【００１６】さらに、上位からサテライトロボット４へ
の指示データを受信し、移動コントローラ22、雲台コン
トローラ25、レンズコントローラ27を制御し、また移動
コントローラ22、雲台コントローラ25、レンズコントロ
ーラ27より状態データを入力するＣＰＵ28、およびバッ
テリ29からなっている。

【００１７】本実施例の搬送用ロボット５は図４に示し
たように移動に用いる脚移動機構31を駆動制御する移動
コントローラ32、上位（操作盤や管理監督など）から無
線によって送られてくる指示データを受信し、脚移動機
構31の状態データを上位（操作盤や管理監督など）へ送
信する送受信器33、上位からの指示データに基づいて、
移動コントローラ32を制御し、また移動コントローラ32
からロボットの状態データを入力するＣＰＵ34、および
バッテリ35からなっている。

【００１８】本実施例の管理監督用ロボット７は図５に
示したように移動に用いる脚移動機構41を駆動制御する
移動コントローラ42、プラントの地図や作業手順などの
知識を記憶したデータベース43、前記データベース43を
用いて移動する第１および第２の作業用ロボット２，３
やサテライトロボット４、搬送用ロボット５などが移動
経路の生成や作業計画の立案処理を行うＣＰＵ44、サテ
ライトロボット４からの映像データを処理して第１およ
び第２の作業用ロボット２，３と作業対象物や周囲構造
物との位置関係を求める画像処理装置45、第１および第
２の作業用ロボット２，３やサテライトロボット４、搬
送用ロボット５などに生成した移動経路や作業計画、ロ
ボットと作業対象物や周囲構造物との位置関係データを
送信し、第１および第２の作業用ロボット２，３やサテ
ライトロボット４、搬送用ロボット５からの状態データ
や映像データを受信する送受信器46およびバッテリ47か
らなっている。

【００１９】本実施例の電力供給用ロボット６は図６に
示したようにプラント内の壁などに設けられている電源
コンセントに接続する電源プラグ51と、この電源プラグ
51から供給される電力を充電させる充電器52とバッテリ
53を有している。

【００２０】このバッテリ53より第１および第２の作業
用ロボット２，３やサテライトロボット４、搬送用ロボ
ット５に搭載されているバッテリの電源容量が不足とな
った場合に電源補給をするのみ用いる電源プラグ54と、
この電源プラグ51，54を電源コンセントやロボットの電
源ソケットに差し込むために用いるマニピュレータ55を
有している。

【００２１】マニピュレータ55を駆動制御するマニピュ
レータコントローラ56、移動に用いる脚移動機構57を駆
動制御する移動コントローラ58、上位（操作盤や管理監
督など）から無線によって送られてくる指示データを受
信し、マニピュレータ55や脚移動機構57の状態データを
上位（操作盤や管理監督など）へ送信する送受信器59を
有している。

【００２２】上位からの指示データに基づいて電源の補
給や供給を入り切りする電源スイッチ60を制御したり、
マニピュレータコントローラ56、移動コントローラ58を
制御し、またマニピュレータコントローラ56、移動コン
トローラ58からロボットの状態データを入力するＣＰＵ
61からなっている。

【００２３】次に、前記第１および第２の作業用ロボッ
ト２，３、サテライトロボット４、搬送用ロボット５、
電力供給用ロボット６、管理監督用ロボット７および操
作盤８の通信をどのようにして行うか説明する。図７は
本実施例の通信ネットワークを示している。

【００２４】第１の作業用ロボット２は操作盤８、管理
監督用ロボット７、サテライトロボット４、第２の作業
用ロボット３の４つの送信器からの無線信号（指示デー
タ）を受信し、上位（操作盤８、管理監督用ロボット
７）とに対して第２の作業用ロボット３に対して無線信
号（状態データ）を送信する。

【００２５】サテライトロボット４は、管理監督用ロボ
ット７や操作盤８からの無線による指示データを、壁や
構造物が障害となって伝送困難な場合に、第１および第
２の作業用ロボット２，３、搬送用ロボット５、電力供
給用ロボット６に中継するものである。このサテライト
ロボット４には複数の送受信器を備えており、管理監督
用ロボット７や操作盤８からの無線信号を変調して、第
１および第２の作業用ロボット２，３、搬送用ロボット
５、電力供給用ロボット６に中継する。

【００２６】また、第１および第２の作業用ロボット
２，３、搬送用ロボット５、電力供給用ロボット６から
の無線信号（状態データ）も、変調して、管理監督用ロ
ボット７や操作盤８へ送信する。

【００２７】第１および第２の作業用ロボット２，３、
搬送用ロボット５、電力供給用ロボット６などの送受信
器は、複数チャンネル備え、受信する周波数バンドを管
理監督用ロボット７や操作盤８からの指示で変えること
が可能なものである。同時に受信した複数の無線信号の
処理は、予め管理監督用ロボット７からの指示で優先順
位を定めておき、優先順位的に処理を行う方法を採って
いる。

【００２８】受信する側は、直接対象のロボットからの
通信が障害物で途絶えた場合に、中継するサテライトロ
ボット４から無線に切替えることで対処できる。無線信
号は中継するサテライトロボット４により変調されてい
るので、混信する恐れがなく、拡張が容易に可能であ
る。

【００２９】次に、本実施例に係る分散作業ロボットシ
ステムの基本的な制御の流れを説明する。 (1) オペレータは操作盤８を介して管理監督用ロボット
７に対して作業要求を入力する。 (2) 管理監督用ロボット７は、内部にあるデータベース
43を用いて、行動計画（作業手順や作業方法の作業計
画、移動経路など）を生成し、作業に必要となるロボッ
トを選択する。例えば、作業用ロボット２台と搬送用ロ
ボットとサテライトロボットと電力供給用ロボット。

【００３０】(3) 管理監督用ロボット７は、行動計画に
基づいて、各作業ロボットに処理指示を出力する。 (4) 各作業ロボットは、管理監督用ロボット７の指示デ
ータに基づき、処理を実施する。また、処理状態データ
を操作盤８や管理監督用ロボット７へ送信する。

【００３１】(5) 管理監督用ロボット７は作業用ロボッ
トが作業対象物の前まで移動したら、サテライトロボッ
ト４に対し、作業用ロボットと対象物との関係が判る映
像が撮れる位置へ移動する指示を出力する。 (6) サテライトロボット４は、管理監督用ロボット７の
指示データに基づき、移動し、作業用ロボットと対象物
との関係が判る映像を撮り、状態データと共に操作盤８
や管理監督用ロボット７へ送信する。

【００３２】(7) 管理監督用ロボット７は、サテライト
ロボットより送られた映像から、画像処理を行い、作業
用ロボットと対象物との位置関係を求め、具体的な作業
計画を立案し、作業用ロボットに作業を指示する。 (8) ２台の作業用ロボットが１つの作業、例えば物の持
上げ移動を行う場合、管理監督用ロボット７が指示した
一方の作業用ロボットが他の作業用ロボットを指示し
て、タイミングを制御して作業を実行する。

【００３３】(9) 作業の途中でバッテリが少なくなって
きたら、作業用ロボットから管理監督用ロボット７へそ
の状態を出力し、管理監督用ロボット７の許可を得て、
電力供給用ロボット６まで移動し、給電を行う。 (10)電力供給用ロボット６は、管理監督用ロボット７の
指示を得て、作業用ロボットに電源ソケットを接続し、
給電処理を行う。

【００３４】(11)現状のマニピュレータでは、不可能な
作業になった時、例えばスロロールが短いとか、力を必
要とする作業、また、部品の交換する作業になった時、
作業用ロボットから管理監督用ロボット７へその状態を
出力し、管理監督用ロボット７の許可を得て、搬送用ロ
ボット５まで移動し、マニピュレータの交換や部品の交
換を行う。

【００３５】本発明に係る分散作業ロボットシステムの
実施態様は次のとおりである。 (1) マニピュレータおよび移動機構を備えた複数の作業
用ロボットと、分解・組立作業時に組立部品や工具を搬
送したりかつ物置台に用いたりするための移動機構を備
えた搬送用ロボットと、この作業用ロボットおよび搬送
用ロボットの作業状況やロボット同士またはロボットと
構造物などと干渉しないかを監視する移動機構を備えた
サテライトロボットと、作業用ロボット・搬送用ロボッ
トおよびサテライトロボットに対して作業指示する移動
機構を備えた管理監督用ロボットと、作業用ロボット・
搬送用ロボット・サテライトロボットおよび管理監督用
ロボットに電力を供給する移動機構を備えた電力供給用
ロボットと、作業用ロボット・搬送用ロボット・サテラ
イトロボット・電力供給用ロボットの状態データや管理
監督用ロボットの指令データなどのロボット間の通信を
無線で行う通信機能と、遠隔の操作盤と、各ロボット間
のデータ通信を行う移動機構を備えた通信用ロボットを
組合わせてプラント内機器などの分解・組立作業を行う
こと。

【００３６】(2) 作業用ロボットや搬送用ロボットの作
業の監視や、サテライトロボットから作業用ロボットや
搬送用ロボットへ作業指示データを通信する空中移動機
構を備えたサテライトロボットを組合せること。

【００３７】(3) 作業用ロボットや搬送用ロボットの作
業の監視や、サテライトロボットから上記作業用ロボッ
トや前記搬送用ロボットへ作業指示データを通信するモ
ノレール軌道を移動する機構を備えたサテライトロボッ
トを組合せること。

【００３８】(4) 第１の作業用ロボットは第２の作業用
ロボットにより作業内容に応じてその作業に適するマニ
ピュレータ部に交換すること。

【００３９】(5) オペレータからの作業要求に対して、
管理監督用ロボットでプラント内の地図データ、作業手
順、作業方法を蓄積したデータベースを用いて作業用ロ
ボットや搬送用ロボットの行動計画を生成し、指示デー
タを作成し、階層的に制御すること。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、機能を作業用、搬送
用、監視用、管理監督用、電力供給用、通信用と分担し
た複数のロボットにより小型化を図り、狭隘な場所の作
業が可能である。また、単体ロボットではできない作業
に対し、複数台の作業用ロボットがタイミングをとりな
がら行うことで可能である。

【００４１】特に監視機能をもったロボットにより、作
業用ロボットと対象物や構造物との位置関係、作業用ロ
ボット相互の位置関係を求めることで、確実かつ高速処
理することが可能である。また、搬送用ロボットに交換
部品や、作業に適したマニピュレータを搭載させ、困難
な作業の容易化や処理の効率化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る分散作業ロボットシステムの一実
施例の要部を示すブロック図。

【図２】図１における作業用ロボットの構成図。

【図３】図１における監視と通信の中継機能とを兼ね備
えたサテライトロボットの構成図。

【図４】図１における搬送用ロボットの構成図。

【図５】図１における管理監督用ロボットの構成図。

【図６】図１における電力供給用ロボットの構成図。

【図７】本発明に係るロボット間、操作盤ロボット間の
通信ネットワークを示すブロック図。

【符号の説明】

１…作業対象物、２…第１の作業用ロボット、３…第２
の作業用ロボット、４…サテライトロボット（監視機能
＋通信中継機能）、５…搬送用ロボット、６…電力供給
用ロボット、７…管理監督用ロボット、８…操作盤、９
（９ａ，９ｂ，９ｃ）…アンテナ、11，12…マニピュレ
ータ、13…マニピュレータコントローラ、14…脚移動機
構、15…移動コントローラ、16…送受信器、17…ＣＰ
Ｕ、18…バッテリ、21…ヘリコプタ、22…移動コントロ
ーラ、23…テレビカメラ、24…雲台、25…雲台コントロ
ーラ、26…レンズ駆動機構、27…レンズコントローラ、
28…ＣＰＵ、29…バッテリ、30…送受信器、31…脚移動
機構、32…移動コントローラ、33…送受信器、34…ＣＰ
Ｕ、35…バッテリ、41…脚移動機構、42…移動コントロ
ーラ、43…データベース、44…ＣＰＵ、45…画像処理装
置、46…送受信器、47…バッテリ、51…電源プラグ、52
…充電器、53…バッテリ、54…電源プラグ、55…マニピ
ュレータ、56…マニピュレータコントローラ、57…脚移
動機構、58…移動コントローラ、59…送受信器、60…電
源スイッチ、61…ＣＰＵ。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業用ロボットと、この作業用ロボット
   との通信機能および監視機能を有するサテライトロボッ
   トと、前記作業用ロボットおよび前記サテライトロボッ
   トを管理する管理監督用ロボットと、前記作業用ロボッ
   ト，前記サテライトロボットおよび管理監督用ロボット
   に電力を供給する電力供給用ロボットと、を具備したこ
   とを特徴とする分散作業ロボットシステム。
2. 【請求項２】 前記サテライトロボットは空間移動する
   移動体と、この移動体の移動および姿勢制御をする移動
   コントローラと、前記作業ロボットの作業状態を撮影す
   るテレビカメラと、を具備していることを特徴とする請
   求項１記載の分散作業ロボットシステム。
3. 【請求項３】 前記各ロボットおよび前記通信機能を遠
   隔操作する操作盤を具備したことを特徴とする請求項１
   記載の分散作業ロボットシステム。