JPH052557B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、平坦地ばかりでなく階段、垂直梯
子、配管、狭隘部、天井等を安定的かつ効率良く
移動する能動体に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に、原子力発電所においては、安全運転を
行なうために、諸機器の巡視点検（パトロール）
および定期検査が実施されている。

このような巡視点検や定期検査における点検作
業は、高い放射線量下で行なわなければならな
い。

また、プラントの安全運転を左右するような異
常時にプラントの運転を停止することなく、異常
事象に対処できる手段はない。

そこで、作業員の被曝低減、異常事象に対処す
るために無人の自動点検装置が提案されている。

この種の自動点検装置は、原子炉建屋内を移動
する移動体に点検作業を行なう各種機器を搭載し
て形成されている。

そして、この移動体には、軌道上に沿つて移動
するもの、クローラによつて移動するもの、車輪
によつて移動するもの、アーム体または、アーム
車輪によつて移動するもの、多足歩行によつて移
動するもの等がある。

ところが、前記軌道方式は、移動体が軌道に沿
つてしか移動できないために、点検対象箇所が限
定されてしまい十分な対処が出来ない。

クローラ方式においては、走行部の重量が重
く、移動速度も遅く、障害物の乗越えには、重心
移動などの工夫が必要であつた。

また、車輪方式は、移動速度が速い反面、障害
物の乗越え能力が低く階段、垂直梯子（以下、ラ
ダーと称する）の多い原子力発電所においての使
用可能範囲が極端に限定されていた。

アーム体またはアーム車輪方式の移動体は、障
害物の乗越え能力は良いけれど重量が大きく、し
かも割に広い空間を占領するのでスペース効率が
悪く、更に、障害物乗越え時にアーム回転させる
ので上下運動が大きいものとなる。

多足歩行は、制御は複雑となり、さらに障害物
及び階段（45°程度以下）移動速度が遅く、構造
が複雑であり、また多足のため重心の移動量が大
きいので重心を一定に保持する必要があつた。

このように従来の移動体は、それぞれの問題点
を有しているが、更に各移動体等は巡視点検およ
び点検作業のアクセスルート上には、急角度の階
段（45°以上）やラダーが存在する為、ルートに
沿つて移動することのできるものがなく、人手に
よる巡視点検および点検作業を代替えする上で大
きな障害となり、一部分での代替自動化が達成さ
れず結果的に人間を高い放射線量下の作業から完
全に解放することができないという不都合があつ
た。

〔発明の目的〕

本発明は、これらの点に鑑みてなされたもので
あり、走行と歩行とが可能でさらに、平坦地ばか
りでなく階段、ラダー、壁面、天井、配管等を自
由に移動することができ、各種機器を搭載した能
動体を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の能動体は、本体と、この本体に対して
相対的移動自在にして設けられた３個以上の多機
能車輪と、本体を支承する補助機構と、点検、作
業用の機器を搭載したラツク部と、外界認識部と
により形成されており、床、グレチング上、階
段、ラダー、壁面、天井、配管等の外界に応じた
移動機能を自動的に選択して本体の形状を変え移
動することを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図から第１１図に
ついて説明する。

第１図は本実施例の能動体を示す。

本体１は、駆動部、電源部、情報処理部（共に
図示せず）の信号送受装置３、ラツク２、取付座
１２ａ、コネクタ１２ｂなどを有している。ラツ
ク部２は、ハツチ部９より、点検、作業内容によ
り必要な機器を搭載出来る構造になつている。

また、本体１の前には複数の超音波センサ４６
が取付けられている。

取付座１２ａおよびコネクタ１２ｂはアーム、
マニピユレータ等を追加出来る構造になつてい
る。

この本体１の一端には前後方向（ａ−ｂ方向）
へ伸縮移動自在にして枠体４が取付けられてお
り、この枠体４の左右両端には、車輪支持金具５
を介して車輪７が取付けられている。さらに、枠
体４は左右方向（ｃ−ｄ方向）にも伸縮自在に形
成されている。車輪は、形状記憶合金によつて形
成されているアクチユエータ６によりｅ軸回りに
屈曲自在にして枠体４に取付けられている。

また、本体１の他端には多自由度を有する多関
節アーム８が取付けられており、先端に車輪７が
設けられている。この多関節アーム８は、車輪７
を駆動する構造を有するほか、屈曲、操舵自在に
形成されている。ラツク２のバブルウインド（図
示せず）内には３自由度の雲台を介して立体画像
センサ１０が取付けられている。本体１の下面に
はフツク１１が取付けられている。

第２図はフツク１１の断面を示している。

このフツク１１は、軸１３により本体１に（ｆ
〜ｇ）方向に回転自在に取付けられており、この
フツク１１を駆動する形状記憶合金フツク用スプ
リング１６が止め金具１５により固定されてい
る。そしてこの形状記憶合金フツク用スプリング
１６へ電線１７を通して通電することにより駆動
される。フツク１１の一部を形成しているラバー
１４は、移動時のサポートとなるべき物との摩擦
力を大きくし安定させるためのものである。

第３図は枠体および車輪支持金具５に支持され
た車輪７を示している。

アクチユエータ６は、止め金具１９ａ，１９ｂ
及び端子部（電線）より形状記憶合金屈曲用アク
チユエータ２０を支持している。ダクト１８は、
吸着板２５から吸着制御部２１まで結ぶ空気ダク
トと車輪７を制御する電気配線および被覆材より
成る。

第４図は、多関節アームの先端に取付けられた
車輪７の断面図を示している。

この車輪７は、車輪支持金具５に取付けられた
車輪７と全く同じ構造である。ホイール２３は、
多関節アーム８の駆動軸３０の先端に固着されて
いる。この駆動軸３０およびホイール２３はベア
リング２２により回転自在に取付けられている。
吸着板２５は、リング２８およびボルト２４によ
りホイール２８と挟持するようにして取付けられ
ている。車輪７は、第５図に示すように、取付孔
７ｅに取付けボルト（図示せず）によりホイール
２７に取付けられている。この車輪７への給電及
び制御用電線は、軸内配線２９、集電子２６およ
びリング２８の孔を貫通して配線されている。こ
の車輪７は、接触センサ４３ａ、接触センサ被覆
材４３ｂ、把握アクチユエータ４４、把握ユニツ
ト４５とにより形成されている。

この把握ユニツト４５は、接触センサ４３から
の圧力、接触の有無および、本体１からの指令信
号により把握アクチユエータ４４を駆動するもの
であり、第１１図に示すように車輪まわりに放射
状に配置されている。

さらに第７図に示すように、本体１の下面に
は、フツク１１のほか車輪３３などが取付けられ
ている。

次に、本実施例の作用を説明する。

第１図は、車輪７による走行モードの状態を示
している。

（ラダー上の移動） 第７図は、ラダー３２を登つている状態を示し
ている。

どのような場合でも最低３点は本体を支えてい
るようにして移動する。

今、例としてステツプ31dからステツプ31cへ
本体１を移動させる場合を説明する。本体１は３
個の車輪７によりラダー３２に固定されている。
すなわち、ステツプ31f上にある２個の車輪７が、
ｃ−ｄ方向および自重によるａ方向への押しつけ
力と車輪７の把握力により固定されており、ステ
ツプ31bにある１個の車輪７がｉからｊ方向の押
しつけ力と把握力により固定されている。そし
て、本体１は、多関節アーム８を制御しながらａ
からｂへ伸びることにより、本体１のフツク１１
がステツプ31dよりステツプ３１ｃへ移動する。

このフツク１１は、第２図のｈ方向の力に対し
ては、形状記憶合金１６がある程度までのスプリ
ング力しか有していない為、ステツプ31cを通り
抜けるときはステツプ31cによりｆからｇ方向に
曲げられ、そして、通り抜けると形状記憶合金フ
ツク用スプリング１６のスプリング力によりｇか
らｆ方向に展開される。その後に、本体１をａ方
向に縮ませてステツプ31に固定する。このフツク
１１の固定後、車輪支持金具５のアクチユエータ
６により２個の車輪７を屈曲させてステツプ31f
から外し、枠体４を移動させて各車輪７をステツ
プ31eまで上昇移動させ、その後、枠体４をｄか
らｃ方向へ伸ばすとともに７車輪を展開しステツ
プ31f上の時と同じようにステツプ31e上で固定す
る。このとき、次にステツプ31b上の車輪７を移
動することを考慮しステツプ31e上で把握させた
車輪７がはずれない程度の力で本体１をｂからａ
方向へ押しつける。

次に、ステツプ31b上の車輪７を多関節アーム
８によりステツプ31aに移動させ再びｉからｊ方
向へ押しつけるとともに７の車輪で把握する。

なお、一回の動作で２ステツプ移動してもよ
い。

第６図ａ，ｂは、車輪７により径が異なつてい
るステツプ31を把握している状態を示している。

第８図において一方の本体１ａは平坦走行面３
４からラダー３２へ移るところ、他方の本体１ｂ
は、段階３５上を移動しているところを示してい
る。

（平坦地からラダーへの移動） 平坦地３４からラダー３２へ移る場合は、まず
補助車輪３３を下方に展開し、枠体４に取付けて
ある車輪７と合せて３点で本体１ａを支える。

次に、自由となつた多関節アーム８に取付けら
れた車輪７をラダー３２にひつかけて把握し、多
関節アーム８を制御しながらラダー３２への本体
１ａを引きよせる。

次に、フツク１１をラダー３２のステツプへ引
かける。フツク１１と枠体４の車輪７とで本体１
ａを支えながら同時に補助車輪３３を収納し、多
関節アーム８はその上のラダーのステツプに引か
けて固定する。

この多関節アーム８部の車輪７と、フツク１１
とにより固定した状態で枠体４を引きよせながら
ラダー３２のステツプに引つかける。こうして、
第７図のような状態になる。

（階段登はん） 階段登はん時は、形状記憶合金フツク用スプリ
ング１６に通電して、フツク１１をｆからｇ方向
へ移動させて本体内へ収納させる。これと同時
に、補助車輪３３を展開し段階ステツプと本体１
ｂとがなめらかに階段上を移動出来るようにす
る。

次に、多関節アーム８の先端の車輪７を吸着板
２５が階段と接するようにねせてスタビライザー
として使用する。そして移動は、多関節アーム８
の先端部の車輪７が一段ずつ移動しながら本体１
ｂを引よせる方法で移動する。この時枠体４に取
付けられた車輪７および補助車輪３３は安定上必
要な時に応じてブレーキを使用する。

（吸着歩行時） 吸着歩行時には、フツク１１を本体１内に収納
し、３個の車輪７と補助車輪３３とにより移動す
る。その作業順を、第１に多関節アーム８の先端
部の車輪７、第２に補助車輪３３、最後に枠体４
の車輪７の順にして移動する。天井及び壁の移動
も同様である。

（把握機能について） 車輪７の把握機能は、第１１図のように１個の
把握ユニツト４５に２個の把握アクチユエータ４
４と接触センサ４３とで形成されており、接触セ
ンサ４３の信号および、本体１からの指令信号な
どにより把握アクチユエータ４４を駆動して把握
する。

把握ユニツト４５は車輪７の軸まわりに放射状
に配置されるとともに接触センサ４３を同様に軸
まわりに円形にして配置している。接触センサ４
３は、通常１つがONとなつている時は、その接
触センサのまわりの接触センサはONとはならな
い。これは不要把握アクチユエータ４４が作動し
て把握すべきアクチユエータの動作を妨げないよ
うにするためである。また、ラダーとラダーステ
ツプとで接触する場合には２点の接触センサが
ONになるが、この場合は角度で約90°ずれている
ため妨げにならない。このように、はなれた位置
では同時に２個までONで把握できるような構造
になつている。

（配管の内外の移動） 配管内の移動は走行および吸着と同様の動作で
移動可能である。配管外は、配管の径に合せて枠
体４を伸縮させ、なおかつ多関節アーム８を制御
しながら走行または吸着しながら移動する。

（外界の認識） 外界の認識は、主に立体画像センサ１０および
超音波センサ４６から情報を情報処理部で処理し
て認識する。階段及びラダーのステツプの位置、
形状、寸法などは、複数の超音波センサの情報を
処理して認識させるほか、車輪７の接触センサ４
３によつても認識させる。

また、ルートの状況に合せた走行モードを選定
する場合は、立体画像センサからの画像情報を画
像処理したのち階段、ラダー、天井、配管等基本
パターン（あらかじめ記憶しておく）と比較して
選定する。これは、情報処理部の一部である。

このように本実施例の能動体は、走行歩行及び
吸着とができ平坦地ばかりでなく、階段、ラダ
ー、天井、配管の内外を自由に移動することがで
き、しかも各種機器の搭載を行なうことができる
等の効果を奏する。

第９図は取付座１２にセンサーアーム３７、作
動用マニピユレータ３８を搭載した他の実施例で
ある。

第１０図は、取付座１２にアーム車輪３９を取
付け多関節アーム８の代りにハンド４１を取付け
た他の実施例である。

このほか枠体４の代りに多関節アームを取付け
ることによりラダーでの移動能力を向上させても
よい。

また、フツク１１および補助車輪３３の取付位
置、数、構造など変形してもよい。

〔発明の効果〕

このように本発明の能動体は、多機能車輪とフ
ツク機構とを備え、多機能車輪は走行と歩行と吸
着と把握の多くの機能を一つの車輪構造で複合的
に果たすことができるので、段差面や傾斜面では
多機能車輪が転動して走行し、平坦地から梯子あ
るいは梯子の登り降りでは多機能車輪とフツク機
構がそれぞれ把握と支承とを行つて移行し、壁面
では多機能車輪が吸着を行つて壁面への固定や、
壁面での歩行等を行うことができ、外界認識部と
点検・作業用機器と組み合わせれば、床、グレー
チング上、階段、ラダー、壁面、天井、配管等の
外界に応じた移動機能を自動的に選択して、アク
セス性を向上させることができ、また、無人でか
つ自動的に点検作業を行うことができ、原子力プ
ラントでは、作業員の被曝低減を図り、作業環境
および安全性の向上を図ることができ、作業の信
頼性および点検作業時間の短縮によるプラント稼
働率をも向上させることができ、しかも、異常等
を早期発見し対処することができるなどの効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の能動体の実施例を示しており、
第１図は全体斜視図、第２図はフツク部の拡大断
面図、第３図は車輪の斜視図、第４図は車輪の一
部切断側面図、第５図は車輪の拡大断面図、第６
図ａ，ｂはそれぞれ車輪によりステツプを把持し
ている状態を示す断面図、第７図および第８図は
能動体の移動状態を示す斜視図、第９図および第
１０図は、他の実施を示す斜視図、第１１図ａ，
ｂは、把握機能説明図である。 １……本体、７……車輪、１１……フツク、３
２……垂直梯子（ラダー）、３３……補助車輪。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 本体と、 この本体に対して相対移動自在に移動する移動
   機構を介して本体の前部および後部に設けられ、
   走行、歩行、吸着、棒状体の把握を選択的に行う
   ３個以上の多機能車輪と、 前記本体に取り付けられ、梯子移動時に本体を
   支承するフツク機構とを有することを特徴とする
   能動体。 ２ 前記多機能車輪は、外周面中央に把握用の溝
   を有する弾性体の車輪と、この車輪の端面に取り
   付けられた吸着板とからなり、前記車輪の内部に
   は、複数の把握アクチユエータが放射状に埋設さ
   れ、前記車輪の把握用の溝の底部には、圧力を検
   知して前記把握アクチユエータを駆動する信号を
   発する接触センサーが設けられていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の能動体。 ３ 前記フツク機構は、選択的に引き起こすこと
   ができ、一方向の水平力に対しては弾性的に倒
   れ、この水平力と逆方向の水平力に対しては前記
   本体を支承するフツクを有することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の能動体。