JPS62148170A - 移動ロボツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、遠隔操作により移動面に沿って移動可能なロ
ボットに関し、特に、復水器、熱交換器の細管等の保守
作業を、水室外より遠隔操作で実施するための保守作業
口ボッ１〜としての応用可能な移動ロボットに関する。

保守作業ロボットとしての応用時には、本発明は、熱交
換器、復水器等の細管の清帰、渦流探傷試験（ＥＣＴ検
査）またはエアーリーク検査等を行う保守作業ロボット
として使用できる。この場合に、例えば、直径が５００
ｍｍ程度のマンホールから水室内部にアクセスし、主と
して垂直な管板面の細管全数に亙り遠隔操作で保守作業
を行え、小型軽ａ化を図りＩｉｌ管のパターンが変化し
ても対応可能である。

特に、本発明は１作業現場までの運搬、組立の簡便さ、
機器の除染のし易さ、廃棄物の低減が強く望まれている
原子力施設に有効なものである。

〔従来の技術〕

ロボットの移動機能としては、表面移動様能、空中１３
８機能、水中移動機能、地中移８機能等があると言われ
ており、本発明の移動ロボットはこれら移動は能のうち
特に、表面移動機能を具備したロボソ１−に関する。

従来から、表面移動機能を具備したロボツｌ−としては
、大別して、車輪式表面移動機能、脚弐表面移動機能、
これらの両機能を兼ね備えたハイブリッド式移ｔ）Ｉｌ
ｌ能等を具備したロボットが提案されている。

しかしながら、従来提案されている移動殿能を具備した
ロボットは、階段等も昇降可能な所謂万能型を指向して
おり、例えば高さが限られたほぼ平坦な移動面に沿って
移動するには高さが高すぎたり、また水平面に対して屹
立している壁面を登降することかできないものであった
。

一方、近年、発電所や石油タンクなどの復水器やタンク
等の大型構造物の検査、保守、解体等の悪環境作業や危
険作業をロボットにより行うことのニーズが高まってい
る。

一例を発電所等における復水器の保守作業に取って見る
と、蒸気を冷却して復水する表面復水器にあっては、第
３図に示すように、小径のマンホールにより水室内部に
通じており、水室内部に支柱等の構築物があり、更に管
板面の全面に互って細管がある。このため、従来、ｍ管
の清掃および検査に際しては、水室内に足場を構築し人
手作業によって清掃や検査を実施している。

細管パターンの一例を第５図に示しているが、細管数が
多い（１０，０００本以上あるものもある）ので、水室
内での細管の清掃および検査は長時間の根気と忍耐を必
要とする。その上、大型の復水器は通常海水を冷却水と
して使用するので、海水と一緒に浸入した貝や海藻類が
夏期は腐敗し、そのため、悪臭の中と言う悪い作業１ｇ
現下での保守作業となり、水室外部からの遠隔操作化が
強く望れている。

遠隔操作により細管の保守作業を行うためには、■　小
型軽量であることと、 ■　各罹復水器の管板面全面の細管に適用できること が重要である。

一方復水器の管板面の細管配列は、熱効率の点より種々
の配列が実用化されている。代表的な例として、第６図
（ア）に放射状形配列を、そして第６図（イ）に定ピッ
チ形配列を示す。第６図（イ）に示されているように、
細管が天井近傍まで到達している配管列と途中で柊って
いる配管列がある。また、これらの配管列の中には、腐
食劣化等を生じたために細管の端部に栓をし、使用を中
止した細管がある。

そこで、細管仝而にアクセスするロボットはア、支柱等
構築物の裏面へもアクセスでき、イ、天井、壁、床等の
狭隘部にアクセスでき、つ、支柱部を避は天井まで１列
しかない配管列もアクセスできることが必要である。

本発明が目的とするような遠隔操作により保守作業を行
うロボットは、未だ実用化されていない。

そこで、従来、通常のロボットに適用されている数案を
保守作業用ロボットに適用することを先ず検討し、その
問題点を以下に記す。

■　門型フレーム形 第７図に示すように、水室内に門型をしたフレームを構
築し、ガータを該フレームに沿って昇降可能とし、該ガ
ータに作業ヘッドを搭載する方法である。

最もオーツドックスな方法であるが、フレームが大型化
するので運搬、据付性に劣るだけでなくガータと作業ヘ
ッドの相合せでは水室内の構築物の裏面および壁、天井
、床等の隅部の揚管保守作業ができないという欠点があ
る。

■　多関節ロボッ１−形 第８図に示すように、水室底面にレールを敷設し、該レ
ールに沿って移動可能に多関節型ロボットを設け、該ロ
ボットのアーム先端の作業ヘッドで保守作業を行う方法
である。

本方法は４ｍｍ管列が変化しても対応可能であるが、上
記門型フレーム形と同様に大型化し、運搬、据付性に劣
ると共に、水室内構葉物の裏面の細管保守作業ができな
いという欠点がある。

以上のことから、従来、通常のロボットとじて公知の方
法を転用することにより、所望の特性の細管保守作業口
ボッ１−を１ｑることは困難である。

（発明が解決しようとする問題点〕 上述の如く門型フレーム形、多関節ロボット形のように
、管板面から離れた位置から全１１１管にアクセスしよ
うとすると、装置の小形軽量化、構築物の裏面へのアク
セスおよび壁、天井、床等の近傍に配設された細管への
アクセスは期待できないという問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

この問題は、保守ロボット自身が細管または管板面を把
持しで移動する小型ロボットにより解決できると本発明
者は考えた。

配管自身を把持し移動する方法として最も単純な方法は
、第９図（ア）、（イ）に示すようにラックピニオンま
たはネジ送り等によって直交座標（Ｘ−Ｙ）に沿い移動
させることである。

しかし、この方法は細管配列が基盤目である場合には適
用可能であるが、第６図（ア）、（イ）に示すような放
射状または定ピッチ形配列への適用は困難である。

本発明においては、上述した問題点を、移動面に平行す
る屈曲平面内で屈曲可能に、少なくとも５つの支点部材
の間がリンクにより連結され、少なくとも中間の各支点
部材には該支点部材により連結されるリンクの相対角度
が制御可能なモータが具備されており、前記支点部材は
１つおきに、前記屈曲平面に交差する方向に移動可能な
足部材を具備している移動ロボッ］・により達成する。

〔作　用〕

本発明のロボット本体は、少なくとも５つの支点部材と
４つのリンクから構成されており、中間の各支点部材は
サーボモータ等の回転角度が制御可能なモータを具備し
連結するリンクの相対角度を制御し、前記少なくとも５
つの支点部材のうち中間の少なくとも３つの支点部材は
モータの他に伸縮自在な足部材を具備して−いる。各支
点部材の回転角度を制御することにより、前記足部材の
所定の位置への位置合せを行う。回転角度の制御と、前
記中間の少なくとも３つの支点部材に具備された足部材
の伸縮および把持、解放動作とを運動することにより、
移動面上を任意に移動できる。

本発明の移動ロボッ１−を保守作業ロボットとじて使用
する場合には、前記支点部材の内、移動ロボットの両端
部に位置する支点部材の少なくとも１つは保守作業を行
うための作業ユニットの取り付けを可能とすることによ
り、該作業ユニットにより所望の１原寸作業が可能とな
る。この作業ユニッ１〜を取り付【ブ可能な支点部材も
、屈曲可能に構成して１作業ユニットの角度を制御する
ことが好ましい。

更に、本発明の移動ロボットを５数の細管を具備しほぼ
垂直に設けられている復水器の管仮に沿って移動させる
場合には、前記足部材に、細管の穴に挿入される案内部
と該案内部の周囲に設けられ細管の周縁を把持する把持
チ１７ツクとからなる把持装置を具備させることが好ま
しい。このように構成することにより、足部材を復水器
等の管板面上の任意の位置に移動でき、前記作業ユニッ
トにより細管の保守作業を行える。

〔実施例〕

第２図に本発明の１実施例の細管保守作業ロボットの全
体階念を示し、第１図（ア）に本発明の移動装置本体の
１実施例の正面図をそして第１図（イ）にその平面図を
示す。

第２図において、移動装置本体１は管板面の細管を利用
して移動し作業ユニット２６（清掃ヘッド）を保持する
。ケーブル類処理装置４は、移動装置本体１とあり部系
および圧水、圧空源とを接続するケーブル７、配管ユニ
ット８類の張力をテンションセンサー（図示せず）で検
出しプーリ４ａを回転させて繰り出し長さを調節して、
ケーブル７、配管ユニット８類の重量が移動装置本体１
に作用しないようｉ＋ｌ制御する。

操作制御ｌｌ盤２、電源盤１１、計ｎ橢盤３は、移動装
置本体１、ブラシ供給ユニット６の動きを後述のように
、制御し且つ駆動用の電気を供給する。

ブラシ供給ロボット５は、パレットｍ５ａに貯蔵した清
掃用ブラシ２５（第１図（ア）参照）をブラシ供給ユニ
ット６の回動バルブ６ａに供給する。

なお、ＩＩ管清掃用ブラシ２５は、第１図に示すように
、周面にナイロン等からなる剛毛２５ａが螺旋状に植設
された棒状体であり、圧水により圧水配管ユニット８、
作業ユニット２６および細管１０内を飛ばされ、細管１
０内部の汚れを剛毛２５ａにより清掃する。

ブラシ供給ユニット６は圧水配管ユニット８内に設けら
れており、回動バルブ６ａを有している。

回動バルブ６ａは、内部の通路が圧水配管ユニット８に
交差した位置と整合した位置とを取り、圧水配管に交差
した位置で、回動バルブ６ａは外部のブラシ供給〇ボッ
１〜５から清掃用アラレ２５の供給を受け、圧水配管ユ
ニツ１−８に整合した位置で清掃用ブラシ２５を圧水配
管８に送り込み、移動装置本体１に保持された作業ユニ
ット２６（清掃ヘッド）に細管清掃用ブラシ２５を供給
する。

移動装置本体１は、細管１０の配列や細管１０間のピッ
チの変更に影響されず、施栓を避けて移動する必要があ
る。

そこで、旋回ユニツｈ　Ａ　１３　、旋回ユニットＢ１
４、旋回ユニットＣ１５、旋回ユニツｌ−Ｄ　１６、旋
回ユニットＥ１７の５つの支点部材を、リンク、すなわ
ち、第１アーム１８、第２アーム１９、第３アーム２０
、第４アーム２１により回動可能に連結して、「折り尺
」のように自在に伸び縮み可能な構造としている。

そのために、第１図（ア）に示すように、中間の各支点
部材１４．１６．１７はモータ１４ａ、１６ａ、１７ａ
を具備し、モータ１４ａ’、１５ａ。

１７ａのモータケーシングを該支点部材で連結される一
方のリンク、すなわち、第３アーム２０、第２アーム１
９および第４アーム２１に固定し、モータ１４ａ、１６
ａ、１７ａの駆動軸を、内蔵された減速機を介して、該
支点部材で連結される他方のリンク、すなわち、第２ア
ーム１９、第１アーム１８、第３アーム２０に連結して
いる。

前記モータ１４ａ、１６ａ、１７ａが、制御系の指示に
従い回動すると、連結されている２つのリンクは任意の
相対角度をなすように旋“回することが可能である。

一方、移動装置本体１は、移動中、停止中および作業中
のいずれかを問わず、細管１０自身に損傷を与えること
があってはいけない。そのためには装置全体を小型軽量
化すると共に高さを低くして狭い所〔すなわち、作業面
（本実施例では細管１０を取着した管板面２７）からの
間隙が小さい支を１等構築物の裏面や天井、壁、床等の
狭隘な空間〕へも移動可能であり且つ細管１０を保持し
たときに１ＩＩＩ管１０に作用する曲げモーメン１−も
小さくする工夫が必要である。

そこで各支点部材１４．１６．１７の駆動モータ１４ａ
、１６ａ、１７ａは旋回角１ＩＩＩ１１１が容易で小型
軽量化が可能なサーボモータ等の小型モータとし、内部
に減速装置を内蔵させている。

移動装置本体１が移動中に、細管１０に作用する荷重を
軽減するため３つの足部材を持たせ、停止中は３本足で
細管１０に固定し、移動中は常に３本足中の２本足で細
管１０を固定し、残りの１本の足部材を移動させる。

このため、５つの支点部材中、旋回ユニットＡ１３、旋
回ユニットＢ１４、旋回ユニットＣ１５には足部材を具
備させている。本実施例では、足部材として、内蔵した
エアシリンダー２３により伸縮自在な把持装置２４を設
け、該把持袋ｆｆ１２４の中心部の円柱状の案内部２４
ａを細管１０の穴に挿入、離１１１２可能としている。

該把持装置２４の先端の案内部２４ａの周囲には、エア
シリンダーまたは電磁ソレノイドで渫械的に作動する公
知の形式の把持用チャック２４ｂを設けており、案内部
２４ａを細管１０に挿入した状態で細管１０の先端の外
周を把持するようにしている。なお、把持装置は、上述
のように細管１０に挿入するものに限られず、真空によ
る吸着盤や電磁力により管板面に吸着するものとしても
よい。

旋回ユニットＤ１６、旋回ユニットＥ１７は把持装買２
４がないので管板２７からの高さを下げて細管１０に作
用する曲げモーメントを小さくするため、サーボモータ
等の駆動源１６ａ、１７ａを細管１０側に配置している
。

軽固化を図るため、移動４Ｊ、置本体１のブラケットお
よびアーム類はアルミニウム合金、チタン合金等の軽合
金製としている。

更に、旋回ユニツＩ−Ａ　１３も同様に減速機付きのサ
ーボモータ１３ａを具備しており、該モータ１３ａのモ
ータケーシングは第１アーム１８に固定され、出力軸は
作業アーム２２に連結されている。従って、モータ１３
ａにより第１アーム１８に対し作業アーム２２の相対角
度を変化させることができる。

移動装置本体１は本体を共用化して多目的に使用できる
ことが好ましい。そこで移動装置本体の旋回ユニツ１−
Ａ１３に作業アーム２２を付加し、該作業アーム２２に
作業ユニット２６をポル１−２６ａ等で簡単に締結でき
る構造とし、作業ユニット２６の交換により多目的の作
業に適用できるようにしている。

第１図（ア）および第２図に示す実施例では、作業ユニ
ット２６として細管１０清撮用の清掃ヘッドを示してお
り、ブラシ２５が圧水により細管に挿入される。

作業ユニット２６としては、上記清掃ヘッドの他に、プ
ローブを細管１０に挿入して渦電流により細管の欠陥を
検査する渦流探１ｎ検査（ＥＣＴ倹査）ヘッド、細管１
０と管板部間の漏洩を検査する漏洩検査ヘッド等を適用
可能である。

なお、旋回ユニットＣ１５も旋回ユニットＡ１３と同様
の構造として、ｒＦ、業アーム２２に作業ユニット２６
を止着するようにしてもよい。

本発明装置は、以下の作業順序および動作を行う。

第４図に（ア）で示す出発位ばから、制御器のプログラ
ムに基づき作業アーム２２を支点部材１３の回りに旋回
して、作業ユニット２６に各細管１０に対し所定の保守
作業をさせる。

第４図（イ）に示すように、支点部材１３の把持装置（
足部材）を解放し各支点部材のサーボモータを回転し、
支点部材１３を細管１０間の１ピッチ分の距離だけ矢印
の方向に移動し、移動位置で把持ｖｔ置（足部材、）に
より細管１０または壁面を把持する。支点部材１３と同
じ動作を繰返して、第４図（つ）のように支点部材１４
を移動し、次に第４図（１）のように支点部材１５を移
動する。

この際に、把持装置（足部材）により常に２点以上を把
持して安定性を増す。

仮に進行方向に施栓等があった場合は、施栓の位置は通
常熱管理、設備管理上の必要性からどの位置にあるかは
管理されているので、予め入力したプログラムにより第
４図（オ）に示すように支点部材（足部材）を施栓され
た細管を避は所定量だけ離れた位置まで移動し、その位
置で別のＩｌ管を把持させる。

このように関部故を少なくとも４個にすることにより第
４図（力）に示すように隣の配管列への移動も可能で且
つ上述のような１本配列の壁や天井、床等の隙間部への
アクセスができ、また進行方向の先端または後端に取付
けた作業アームにより種々の保守作業を完全に遂行可能
である。

本ロボットはサーボモータの制御により舶進だけでなく
後退も可能であり、作業目的に応じ適宜、移動方向を選
択する。

移動装置本体１が水至内９の細管１０に取り付けられ、
この状態で作業ユニット（清掃ヘッド）２６を細管１０
に押し付け、供給ロボット５よりブラシ２５を圧水で供
給し細管１０を洗浄する。

洗浄完了後に１作業ユニット２６をＵＡ管１０から離脱
し、操作制御盤１２の指示に従い、次の細管１０の位置
に作業ユニット２６（清掃ヘッド）を移動させる。

順次、前記作業を繰返して、移動装置本体１の足部材を
固定した状態で作業可能な細管１０を順次洗浄する。定
位コ洗浄後に、操作制６０１の指示に従い、移動装置本
体１の足部材を順次所定ｆｆｉ　ｆＪ勤し、移動装置本
体１が移動される。

前述の動作を繰返して洗浄作業を行う。

なお、この間に移動装置本体１の左右、上下の移動に伴
いケーブル７、配管ユニツ］−８群の重量か移動装置本
体１に掛らないようケーブル７、配管ユニット８群のテ
ンションをセンサーにより測定しケーブル類処理装置４
が作動して、左右移動またはケーブル７、配管ユニット
８群の巻き取りまたは送り出しを行う。

〔発明の効果〕

本発明の移動ロボットは高さを充分に低くすることがで
き、高さが限られたほぼ平坦な移動面に沿って移動可能
であり、また水平面に対して屹立している壁面を登降す
ることもできる。

本発明を保守作業ロボットとして通用した場合には、遠
隔操作で復水器、熱交換機等の細管の清掃、検査等多種
類の作業を行うことができ、特に、作業環境の悪い場所
での作業に有効である。

本発明を保守作業口ボッ］・に適用した場合には、配管
の配列、ピッチが変更しても、また施栓があっても、目
的の作業を確実に実施できる。

更に、本発明を保守作業ロボットに適用した場合には、
天井、壁、床および構築物の裏面等、特に人手では作業
し難い所でも確実、且つ迅速に保守作業を実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ア）は本発明の移動装置本体の１実施例の正面
図、第１図（イ）はその平面図、第２図は本発明の１実
施例のＩＩ８管保守作業ロボツ１−の全体概念の斜視図
、第３図は表面復水器の斜視図、第４図（ア）〜（力）
は本発明の詳細な説明する概略平面図、第５図は細管の
パターン図、第６図（ア）は放射状形配列のｍ管配列図
、第６図（イ）は”定ピッチ形配列の細管配列図、第７
図は門型フレーム形の斜視図、第８図は多量部ロボット
形の斜視図、第９図（ア）、（イ）は直交座標移動タイ
プの概略平面図である。 １・・・移動装置本体、　２・・・操作制御Ｉｌ盤、３
・・・計算機盤、　　　４・・・ケーブル類処理装置、
５・・・ブラシ供給ロボット、 ５ａ・・・パレット箱、　６・・・ブラシ供給ユニット
、６ａ・・・回動バルブ、　７・・・ケーブル、８・・
・配管ユニット、１ｏ・・・細管、１１・・・電源盤、 １３・・・旋回ユニットＡ、 １４・・・旋回ユニット８． １５・・・旋回ユニットＣ１ １６・・・旋回ユニットＤ、 １７・・・旋回ユニットＥ１ １８・・・第１アーム、　１９・・・第２アーム、２０
・・・第３アーム、　２１・・・第４アーム、１３ａ、
１４ａ、１６ａ、１７ａ・・・モータ、２４・・・把持
装置（足部材）、 ２５・・・清ｈ３用ブラシ、２５ａ・・・剛毛、２６・
・・作業ユニット、２７・・・管１反。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、移動面に平行する屈曲平面内で屈曲可能に、少なく
   とも５つの支点部材の間がリンクにより連結され、少な
   くとも中間の各支点部材には該支点部材により連結され
   るリンクの相対角度が制御可能なモータが具備されてお
   り、前記支点部材は１つおきに、前記屈曲平面に交差す
   る方向に移動可能な足部材を具備していることを特徴と
   する移動ロボット。 ２、前記支点部材の内、移動ロボットの両端部に位置す
   る支点部材の少なくとも１つは保守作業を行うための作
   業ユニットの取り付けが可能である特許請求の範囲第１
   項記載の移動ロボット。 ３、前記足部材が、穴に挿入される案内部と該案内部の
   周囲に設けられ穴の周縁を把持する把持チャックとから
   なる把持装置を具備している特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の移動ロボット。