JPH0724751A - 点検作業ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電子出願以前の出願であるので 要約・選択図及び出願人の識別番号は存在しない。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は変電所、送電線設備および原子力発 電所における設備を点検する点検作業ロボットに 関する。

（従来の技術） 従来、変電所の巡視点検は、人手により行わ れていたため、高所・高圧電流による危険性と省 力化のニーズにより、床面走行式およびモノレー ル式のロボットの導入が検討されている。

また、送電線設備においては、地上からのアク セスが困難な箇所や、高所が多く点検が困難であ ることから、ヘリコプタ等による空からの点検が 行われているが、パイロット、点検員、整備士等 の多くの人員と高価な機体を必要とするため、ラ ジオコントロールのヘリコプタ等に代行しようと する動きがある。

さらに、原子力発電所においては、通常の点検 補修作業用ロボットの開発が行われているが、高 度のアクセス性が要求されるため、床面を歩行あ るいは走行するタイプが検討されている。しかし、 建屋全体や高所での異常に十分対処できず、また 地上からのアクセスが困難な緊急時対応を想定し た点検・補修に対応したロボットは開発されてい ない。

（発明が解決しようとする課題） 変電所では、床面上と数十ｍの高所とを点検 する必要があるため、床面走行式と高所を対象と したモノレール式の２種類のロボットの導入が検 討されている。しかし、２種類のロボットを導入 し、それぞれ運用していく場合には、ロボット導 入のメリットである省力化・コスト低減が薄れる こととなる。

また、送電線等の点検においては、床面走行式 のアクセスが困難なため、モノレール式の導入が 考えられるが、送電線の路線に沿って軌道を布設 することはコスト上現実的ではない。そこで、第 ５図に示すように、ラジオコントロールのヘリコ プタ（以下ＲＣヘリという）１に点検機能２を付 加したものが考えられている。

しかし、このＲＣヘリ１も、点検対象物とのロ ータ（回転翼）３や機体４の接触、あるいは上方 からの点検であるため、落下による損傷が心配さ れるほか、鉄塔５の地上部分や他の点検対象（建 屋内の点検等）に適用することが困難なため、運 用上高価なシステムとなっている。

一方、原子力発電所においては、サイト全域に 亘る監視や緊急時における地上からのアクセスル ートの確保が困難な場合に対処できるロボットは 開発されていない。

したがって、地上および空中からの点検および 移動が可能で、しかも地上および空中移動時に点 検対象物や障害物と接触したり、落下して損傷を 与えることがない点検作業ロボットの実現が強く 望まれている。

本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、 点検対象物や障害物と接触・衝突したり、それら に落下したりすることなく、地上から空中まで広 い範囲で運用することができ、緊急時においても 点検対象物にアクセスすることができ、さらに省 力化・コスト低減を図ることができる点検作業ロ ボットを提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明に係る点検作業ロボットは、点検対象 物を点検する点検装置を上部に有するロボット本 体に、そのロボット本体を地上で移動させる走行 装置と、上記ロボット本体を空中で飛行させる飛 行装置と、上記ロボット本体が点検対象物や障害 物に接触・衝突することを防止する保護装置と、 これら点検装置、走行装置、飛行装置および保護 装置を制御する制御装置と、この制御装置と外部 との通信を行う通信装置とを備えるとともに、上 記通信装置と通信を行うことにより上記ロボット 本体に備えられた各装置の遠隔操作を行う操作装 置を備えたものである。

（作用） 本発明は保護装置を備えたため、点検対象物 や障害物と接触・衝突することを防止することが できるとともに、点検装置をロボット本体の上部 に有するから、点検対象物へ下方あるいは側面よ りアクセスすることにより点検対象物へ落下する ことを防止することができる。

また、走行装置および飛行装置を備えたから、 地上や床面、あるいは空中を広範囲で移動し、点 検作業を行うことができる。そして、ロボット本 体に備えられた各装置の遠隔操作を行う操作装置 を備えたから、緊急時においても操作装置から遠 隔操作を行うことにより点検対象物に容易にアク セスすることができる。

さらに、点検対象物の点検を操作装置からの指 令により自動的に行うことができるため省力化を 図ることができるとともに、地上から空中まで広 い範囲で移動することができるため、２種類のロ ボットを用意する必要がなくコスト低減を図るこ とができる。

（実施例） 本発明に係る点検作業ロボットの一実施例に ついて第１図から第６図を参照して説明する。

点検作業ロボットには、鉄塔５の碍子６、送電 線７、案内線８、変電所のポンプ部９ａやモータ 部９ｂ等の点検対象物を点検する点検装置１０を 上部に有するロボット本体１１に、そのロボット 本体１１を地上で移動させる走行装置１２と、上 記ロボット本体１１を空中で飛行させる飛行装置 １３と、上記ロボット本体１１が点検対象物や障 害物に接触・衝突することを防止する保護装置１ ４と、これら点検装置１０、走行装置１２、飛行 装置１３および保護装置１４を制御する制御装置 １５と、この制御装置１５と外部との通信を行う 通信装置１６とが備えられるとともに、上記通信 装置１６と通信を行うことにより上記ロボット本 体１１に備えられた各装置１０，１２，１３，１ ４，１６の遠隔操作を行う操作装置１７が備えら れる。

点検装置１０はロボット本体１１の上部に防振 機構１９を介して取り付けられる雲台２０に、点 検対象物の位置および状態を検出するための照明 ２１、マイクロホン２２、ＩＴＶカメラ２３、赤 外線カメラ２４が備えられ、これらは透明なドー ム２５内に収納される。

また、点検装置１０には、ロボット本体１１に 反力相殺架台２７を介して、ロボット本体１１の 中心軸廻りに回転自在に取り付けられるマニプレ ータ２８が備えられ、このマニプレータ２８には、 先端部に点検対象物を点検・補修するためのハン ド２９および点検対象物やその近傍に吸着するた めのスタビライザ３０およびアーム部３１が備え られる。アーム部３１はハンド２９の作業の妨げ とならない位置に設けられるとともに、スタビラ イザ３２には点検対象物に接触することにより振 動を検知することができる図示しない振動検出器 が備えられる。なお、スタビライザ３０およびア ーム部３１は必ずしも設ける必要はない。

走行装置１２は、駆動源としての走行駆動部３ ３と、この走行駆動部３３から伝えられる駆動力 を地面や床面に伝達してロボット本体１１を移動 させる駆動輪３４と、この駆動輪３４の向きを変 えることにより走行方向を制御する操舵部３５と、 走行中の安定性を保持するための補助輪３６と、 これら駆動輪３４、操舵部３５および補助輪３６ を下向きに昇降させる昇降装置３７とが備えられ る。補助輪３６はロボット本体１１の周囲に、ロ ボット本体１１の軸廻りにそれぞれ１２０度の角 度をなして、３方向に放射状に延びる保護フレー ム３８の先端下部に、それぞれキャスタ３９を介 して接続される。なお、各補助輪３６はキャスタ ３９を介して保護フレーム３８に取り付けられて いるため、自由に向きを変えることができ、操舵 の必要はない。

飛行装置１３にはロボット本体１１の飛行を制 御する自動飛行制御部４１と、この自動飛行制御 部４１の制御により推進力を発生させる飛翔機構 ４２とが備えられる。自動飛行制御部４１は、動 揺、方向および傾き等を自動的に調整するための ジャイロ４３と、方位を検出する機能やある特定 の原点からの方向を検知する機能を有するコンパ ス４４と、飛行中の風等による位置変化角を検知 する横滑り角センサ４５と、飛行中のロボット本 体１１の姿勢を検知する迎え角センサ４６と、ロ ボット本体１１の飛行速度を検知する速度センサ ４７と、ロボット本体１１の飛行高度を検知する ための電波高度計４８とから情報を得るようにな っている。

飛翔機構４２は、ロボット本体１１にその軸廻 りに回転自在に設けられたメインロータ５０と、 このメインロータ５０のピッチ、推力方向および アングルを変化させることにより揚力、姿勢およ び飛行方向を制御する可変ピッチ機構５１と、飛 行方向の制御や飛行の安定化を図るための垂直翼 （ラダー付）５２と、ロボット本体１１の軸廻り の回転の制御、飛行安定性の確保を行うためのテ ールロータ５３とが備えられる。

飛翔機構４２は、燃料式あるいはバッテリ式で あり、後述する移送車や点検対象物近くに設置さ れた供給場において燃料や電力を補給することが できるようになっている。また、飛翔機構４２の 不調によりその駆動が停止しても、重力落下によ る風力によりメインロータ５０が自然回転して安 全に着陸できるように構成されている。なお、マ ニプレータ２８を使用しない時には、飛行中の抵 抗を減少させるため、そのマニプレータ２８を垂 直翼５２の保持部内に設けられた収納部に収納す ることができるように構成されている。

保護装置１４には、ロボット本体１１からその 中心軸に直交しかつ中心軸廻りにそれぞれ１２０ 度の角度をなして３方向に放射状に延びる保持ア ーム３８ａおよびこれらの保持アーム３８ａの先 端部に固定される円環形状の保護リング３８ｂを 有する保護フレーム３８と、保護リング３８ｂの 外周に沿って設けられ、点検対象物や障害物との 接触を検知するバンパ５５と、保護リング３８ｂ の上下や円周方向等その近傍に点検対象物や障害 物が接近したことを検出する近接センサ５６と、 空気中の高圧電流による電磁力の変化等を検出す ることにより、送電線や変圧器等の位置や距離を 検知する高圧電流検出器５７とが備えられる。

これら近接センサ５６、バンパ５５および高圧 電流検出器５７は制御装置１５としての制御部５ ９を介して走行駆動部３３へ情報を送り、点検対 象物や障害物との接触や衝突を防止するとともに、 接触した場合に一定の距離を置くように移動させ、 またバンパ５５および近接センサ５６から自動飛 行制御部４１へ直接情報を送る一方、高圧電流検 出器５７から制御部５９を介して自動飛行制御部 ４１へ情報を送り、点検対象物や障害物との接触 や衝突を防止するとともに、接触した場合には一 定の距離を置いて飛行させるように構成されてい る。なお、保護フレーム３８は、メインロータ５ ０による気流の流れが妨げられないように十分な 空力設計がなされている。

制御装置１５としての制御部５９は、ジャイロ ４３、コンパス４４、近接センサ５６、バンパ５ ５および高圧電流検出器５７からの情報を得る一 方、反力相殺架台２７、マニプレータ２８、走行 駆動部３３、雲台２０、照明２１、マイクロホン ２２、ＩＴＶカメラ２３、赤外線カメラ２４およ び自動飛行制御部４１を制御するようになってい る。

通信装置１６には、操作装置１７と信号の送受 信を行うアンテナ６１と、このアンテナ６１と制 御部５９との間の信号の伝送を行うとともに、マ イクロホン２２、ＩＴＶカメラ２３、赤外線カメ ラ２４およびドーム２５の外部に設けられたＩＴ Ｖカメラ６２からの信号をアンテナ６１へ伝送す る信号伝送部６３とが備えられる。

操作装置１７は、例えば移送車６５の操作室６ ６内等に備えられる。移送車６５は、ロボット本 体１１の移送、操作・指令を行うとともに、非常 時において操作員を外界の放射線量下や危険物質 環境下から保護するものであり、ロボット本体１ １が飛行時に発着を行う発着台６７、ロボット本 体１１が着陸する際に誘導信号を送信する信号発 信局６８、ロボット本体１１へ制御信号を送ると ともに情報信号を受信する地上アンテナ６９、ロ ボット本体１１が移送車６５から地上へ降りるた めのスロープ７０および移送時においてロボット 本体１１を覆うためのカバー７１等が備えられる。

操作室６６内には操作員が実際に操作するスイ ッチ、レバー等の操作具を有する操作部７３と、 操作部７３における操作信号をロボット本体１１ の各装置１０〜１５を制御するための制御信号に 変換する制御装置７４と、この制御信号を地上ア ンテナ６９を介してアンテナ６１へ伝送する信号 伝送器７５と、ロボット本体１１の各装置１０〜 １５からの情報をＣＲＴ画面等に表示する表示部 ７６とが備えられる。

次に上記実施例の作用について説明する。

操作室６６内において操作員が操作部７３を操 作すると、一部の操作では制御装置７４を介して、 指令が信号伝送器７５、地上アンテナ６９、アン テナ６１、信号伝送部６３を通って制御部５９お よび自動飛行制御部４１に伝えられ、各装置１０ 〜１５を動作させる。

一方、各装置１０〜１５の動作状態や点検情報 は、操作指令とは逆に信号伝送部６３、アンテナ ６１から地上アンテナ６９、信号伝送器７５に伝 えられ、表示部７６の表示画面に表示される。ま た、制御部５９および自動飛行制御部４１からの 動作状態等は同様にアンテナ６１から地上アンテ ナ６９に伝えられ、制御装置７４に入力される。

操作部７３からの指令を受けた制御部５９は、 この指令や予め与えられた制御条件に基づき各装 置１０〜１５を制御する。各装置１０〜１５の制 御内容は、反力相殺架台２７の相殺制御、マニプ レータ２８の制御、走行駆動部３３の制御、雲台 ２０の制御、照明２１のＯＮ／ＯＦＦ、マイクロ ホン２２のＯＮ／ＯＦＦ、ＩＴＶカメラ２３の制 御、赤外線カメラ２４、自動飛行制御部４１の制 御である。一方、制御に際して、マニプレータ２ ８、走行駆動部３３の各位置・角度情報や近接セ ンサ５６、バンパ５５、高圧電流検出器５７、ジ ャイロ４３、コンパス４４および自動飛行制御部 ４１の制御情報の情報を得る。

自動飛行制御部４１は飛行時の制御を指令ある いはジャイロ４３、コンパス４４、飛翔機構４２、 横滑り角センサ４５、迎え角センサ４６、速度セ ンサ４７、電波高度計４８、近接センサ５６、バ ンパ５５からの情報を基に行う。

この点検作業ロボットの運用は、飛行点検、 走行点検、緊急時対応（飛行点検と走行点検 の組み合わせを含む）の３通りが考えられる。

飛行点検 ロボット本体１１は、第３図に示すように昇降 装置３７により駆動輪３４および補助輪３６を下 方へ降ろした状態で移送車６５の発着台６７に収 納されている。そして、移送車６５により点検対 象物近傍で点検作業を監視しやすい場所まで移動 した後、第４図に示すようにカバー７１を展開し、 ロボット本体１１を固定している固定器（図示せ ず）を外し、操作室６６からの指令により、以下 の手順で点検作業を行う。

まず、現在位置、点検対象物の位置、気象状況 （風力、風向、気圧、気温、湿度）を操作部７３ より制御装置７４に入力する。この情報に基づき、 ロボット本体１１の位置や飛翔機構４２の推力、 方向制御支持をその日の状況に併せて行うことが できる。

次に、自動飛行制御部４１が指令に基づき飛翔 機構４２を制御し発着台６７からロボット本体１ １を離陸させる。離陸後、一定高度に達したこと を電波高度計４８により検知し、昇降装置３７に より駆動輪３４および補助輪３６を上昇させてロ ボット本体１１内へ収納する。点検対象物の位置 までは最短コースあるいは障害物回避コースを通 って飛行し、障害物に対して側面あるいは下方よ り接近し、所定の安全距離に達したことを近接セ ンサ５６で検知すると、ホバーリングを開始する。

そして、マニプレータ２８を制御して、アーム 部３１の先端に設けられたスタビライザ３０を点 検対象物あるいはその近傍に接触・吸着させ、反 力相殺架台２７によりロボット本体１１と点検対 象物とのホバーリングによる反力を相殺しながら、 ３次元的位置を安定化させ、点検作業に入る。な お、スタビライザ３０は必ずしも用いなくてもよ い。

第５図は鉄塔５の碍子６、送電線７を点検して いる状態を示す。点検は、雲台２０を点検対象物 に併せて調整し、マイクロホン２２による音、Ｉ ＴＶカメラ２３による画像、赤外線カメラ２４に よる温度・画像等の情報により行う。

点検後は自動飛行制御部４１に記憶した飛行コ ースやコンパス１１、信号発信局６８からの電波 により、移送車６５の位置を認識し帰還する。着 陸時には、一定高度以下になったことを電波高度 計４８により検知し、自動飛行制御部４１が昇降 装置３７を駆動させ、駆動輪３４および補助輪３ ６を降ろす。なお、飛行コースに予想外の障害物 がある場合は、ＩＴＶカメラ６２や近接センサ５ ６により認識し、回避飛行コース（事前に一定条 件で設定）に切り換える。

また、バンパ５５に接触や衝突を検知した場合、 その検知した側と反対側に一定の距離に離れる飛 行を自動飛行制御部４１が自動的に行う。さらに、 点検対象物近傍での飛行は、近接センサ５６によ り一定距離を保つのは勿論のこと、点検対象物の 形状等により事前に近接方向・高さまで設定され る。この場合のアクセス方向は、第５図に示すよ うに、点検対象物の下方あるいは側方より飛行・ 接近するため、異常落下等により点検対象物を損 傷する恐れがない。

一方、従来のヘリコプタやＲＣヘリ１による点 検は点検機能２が機体４の下方に取り付けられて いるため、点検作業時に上方から点検対象物に接 近することとなり、ＲＣヘリ１の落下による点検 対象物の損傷の可能性がある。

走行点検 走行点検は、第４図に示す移送車６５からロボ ット本体１１がスロープ７０を通って、地上に降 り、地上を走行して点検対象物にアクセスする。

点検対象物までの走行中に障害物が存在し、飛越 しが必要な場合には、部分的に飛行することも可 能である。なお、部分的に飛行する場合には、駆 動輪３４および補助輪３６は下方に降ろされたま まとなっている。

走行時は制御部５９により走行駆動部３３を制 御して走行する。走行方向は走行駆動部３３によ って制御される操舵部３５により駆動輪３４の向 きを変えて制御する。なお、補助輪３６はキャス タ３９を介して昇降装置３７に取り付けられてい るため、自動的に向きが変わり、操舵の必要はな い。また、アクセスルート上の障害物の確認と回 避は、前記飛行の場合と同様に、近接センサ５６、 バンパ５５およびＩＴＶカメラ６２により行う。

第６図は、ロボット本体１１が変電所等の建屋 内に進入し、ポンプ部９ａおよびモータ部９ｂ等 の点検対象物を点検している状態を示す。この場 合、保護フレーム３８のバンパ５５が点検対象物 やその近傍に接触したり、衝突した場合には、走 行駆動部３３により検知方向とは反対側へ離れ、 一定の距離を確保する。建屋内の信号伝送は、既 設のＬＣＸケーブルを利用したり、搭載してきた 信号伝送器を仮置きして建屋内までケーブルを引 く方法をとってもよい。なお、スタビライザ３０ には振動検出器が備えられており、点検対象物に 接触することにより振動を検知することができる。

緊急時対応 原子力発電所や化学プラントの緊急時対応では 移送車６５を点検対象物近傍で、しかも爆発や被 曝の危険がない安全な位置へ移動させてカバー７ １を展開し、ロボット本体１１の移動はアクセス ルートの条件や情報により飛行と走行を組み合わ せて接近する。例えば、地上からのアクセスが困 難な場所では、飛行により建屋内まで進入した後 は走行して点検作業を行い、点検終了後に再び飛 行して帰還することができる。飛行と走行は、前 記飛行点検、走行点検の場合と同様に行う。

なお、帰還後のロボット本体１１は、移送車６ ５に搭載したまま除染作業場所まで移動して除染 することができる構成となっている。

このように上記実施例によれば、点検対象物に 対して下方あるいは側方から接近し、安全な距離 を保ちつつ点検・補修作業を行うことができるた め、落下や衝突により点検対象物に損傷を与える 可能性が少ない。また、飛行および走行が自由で あるため、アクセスルートの制限がなく、サイト 全域に亘る広域点検および高所、壁面等の危険箇 所の点検を容易に行うことができる。

さらに、緊急時において地上からのアクセスが 困難な場合にも、操作室６６からの遠隔操作によ り、空中からアクセスし、必要に応じて建屋内に 進入し床面走行に切り換えて点検対象物を点検し、 帰還することができる。そして、１機のロボット 本体１１により変電所の床面に設置された点検対 象物から鉄塔５の上部に設けられた点検対象物に 至るまで幅広く点検・補修作業を行うことができ るため、省力化およびコスト低減を図ることがで きる。

第７図（Ａ）および（Ｂ）は本発明の他の実施 例を示すもので、同図（Ａ）は２重反転ロータ式、 同図（Ｂ）はツインロータ式の飛翔機構４２Ａ， ４２Ｂを示す。

２重反転ロータ式の飛翔機構４２Ａはメインロ ータ５０Ａの回転により反動がないため、前記実 施例のようなテールロータ５３を設ける必要がな い。また、スタビライザ３０Ａはアーム部３１Ａ を介して独立にロボット本体１１Ａに取り付けら れている。

一方、ツインロータ式の飛翔機構４２Ｂを備え たロボット本体１１Ｂは飛行機型をしており、飛 翔機構４２Ｂは推力方向を制御できるタイプであ る。飛翔機構は、２重反転ロータ式４２Ａおよび ツインロータ式４２Ｂに限らず、ロボット本体１ １を数十ｍ程度上昇させる能力があれば、その形 式を問わない。

また、点検対象物側に接触・非接触の保護を設 けて、これを検知し、衝突を回避するようにして もよく、マニプレータ２８は双腕であってもよい。

さらに、ロボット本体１１は搭載機能を有し、 資材のリフティングや搬送を行ってもよく、また 着陸して建屋内に進入するときは、信号伝送方式 を切り換えたり、自分で搬送してきた中継器を有 設してもよい。なお、走行装置１２は駆動輪３４ や補助輪３６のような車輪ではなく脚や吸着板付 アーム８０であってもよい（第７図（Ｂ）参照）。

〔発明の効果〕

本発明は、点検対象物を点検する点検装置を 上部に有するロボット本体に、そのロボット本体 を地上で移動させる走行装置と、上記ロボット本 体を空中で飛行させる飛行装置と、上記ロボット 本体が点検対象物や障害物に接触・衝突すること を防止する保護装置と、これら点検装置、走行装 置、飛行装置および保護装置を制御する制御装置 と、この制御装置と外部との通信を行う通信装置 とを備えるとともに、上記通信装置と通信を行う ことにより上記ロボット本体に備えられた各装置 の遠隔操作を行う操作装置を備えたから、点検対 象物や障害物と接触や落下・衝突することなく、 地上から空中まで広い範囲に亘って運用すること ができ、しかも緊急時においても遠隔操作により 点検対象物にアクセス可能であり、さらに１機で 広範囲に運用することができるから省力化・コス ト低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る点検作業ロボットの一実 施例を示す構成図、第２図は上記実施例を示す外 観図、第３図は上記実施例を示す側面図、第４図 は上記実施例における移送車を示す構成図、第５ 図は上記実施例において鉄塔の上部に設けられた 点検対象物を点検している状態を示す図、第６図 は建屋内に設けられた点検対象物を点検している 状態を示す図、第７図（Ａ）および（Ｂ）は本発 明の他の実施例を示す外観図である。 １０…点検装置、１１…ロボット本体、１２ …走行装置、１３…飛行装置、１４…保護装置、 １５…制御装置、１６…通信装置、１７…操作装 置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ６４Ｃ 27/20 8211−3Ｄ Ｈ０２Ｇ 1/02 Ｓ 7161−5Ｇ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 点検対象物を点検する点検装置を上部に
   有する ロボット本体に、そのロボット本体を地上で移動 させる走行装置と、上記ロボット本体を空中で飛 行させる飛行装置と、上記ロボット本体が点検対 象物や障害物に接触・衝突することを防止する保 護装置と、これら点検装置、走行装置、飛行装置 および保護装置を制御する制御装置と、この制御 装置と外部との通信を行う通信装置とを備えると ともに、上記通信装置と通信を行うことにより上 記ロボット本体に備えられた各装置の遠隔操作を 行う操作装置を備えたことを特徴とする点検作業 ロボット。