JP2010089222A - Working robot and teaching method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多関節のロボットアームを有する作業ロボットと、ティーチング方法に関する。 The present invention relates to a work robot having an articulated robot arm and a teaching method.
例えば原子炉内に構造物を設置したり、設置した構造物を補修したりするため、原子炉内に作業ロボットが備えられる場合がある。
このような作業ロボットのロボットアームは、多関節を有して自在に駆動可能であり、作業に対応した作業ツールを装着し、ロボットアームによって作業ツールを作業対象物(以下、ワークと称する)に近づけて、ワークに対して所定の作業をすることができる。
For example, a work robot may be provided in the nuclear reactor in order to install the structure in the nuclear reactor or repair the installed structure.
The robot arm of such a work robot has a multi-joint and can be freely driven. A work tool corresponding to the work is attached to the work arm, and the work tool is used as a work object (hereinafter referred to as a work) by the robot arm. The predetermined work can be performed on the workpiece.
そして、ロボットアームに装着された作業ツールで作業をする場合、作業ロボットを操作する者(以下、オペレータと称する)は、ティーチングによって、作業ロボットのコントローラに作業工程を教示する。
ティーチングに際し、オペレータは、原子炉内など作業ロボットが作業をする環境(以下、作業環境と称する)に仮想的に設定される座標軸上の座標点をパラメータとして、ロボットアームに装着された作業ツールの位置、作業ツールとワークの位置関係、ワークにおける作業部位等をコントローラに教示する。
When working with the work tool attached to the robot arm, a person operating the work robot (hereinafter referred to as an operator) teaches the work process to the controller of the work robot by teaching.
In teaching, an operator uses a coordinate point on a coordinate axis virtually set in an environment in which a work robot works such as in a nuclear reactor (hereinafter referred to as a work environment) as a parameter, and uses a work tool attached to the robot arm. The controller is instructed on the position, the positional relationship between the work tool and the work, the work site in the work, and the like.
したがって、コントローラが精度よく作業ロボットを制御して作業の精度を向上するために、作業環境に設定される座標軸上の所定の位置に精度よく作業ロボットを設置することが要求される。このため、作業ロボットの設置には慎重な作業が必要となり、作業ロボットを設置する作業には熟練を要するとともに、作業の効率が低下する。 Therefore, in order for the controller to control the work robot with high accuracy and improve the work accuracy, it is required to install the work robot with high accuracy at a predetermined position on the coordinate axis set in the work environment. For this reason, careful work is required to install the work robot, and work to install the work robot requires skill and reduces work efficiency.
また、コントローラは、ロボットアームの各関節の座標点に基づいて、作業ツールの位置や作業部位を算出することから、ティーチングには、関節ごとの座標点を設定する作業が必要になる。この作業にも高い精度が要求されることから、ティーチングに関しても熟練者による慎重な作業が要求され、作業の効率が低下することになる。
以上のように、作業ロボットの運用には、作業ロボットの設置作業の効率が低いという問題、熟練者確保のための人件費が高騰するという問題、作業ロボットに対するティーチングの効率が低いという問題がある。
Further, since the controller calculates the position of the work tool and the work site based on the coordinate points of each joint of the robot arm, teaching requires work for setting the coordinate points for each joint. Since high precision is required for this work, careful work by a skilled worker is also required for teaching, and the efficiency of the work is reduced.
As described above, the operation of the work robot has the problems that the efficiency of the work robot installation work is low, the labor cost for securing the skilled worker increases, and the teaching efficiency for the work robot is low. .
例えば特許文献1には、オペレータが操作するマニピュレータ(作業ロボット)に備わる視覚センサを利用してティーチングを行い、ティーチングした後はコントローラがマニピュレータを制御して自動作業する技術が開示されている。
特許文献1に開示される技術によると、オペレータが目視によって作業部位を容易に設定できることから、ティーチングの効率を向上できる。しかしながら、特許文献1に開示される技術に係るコントローラは、例えばマニピュレータの取り付け位置を原点とする座標系を設定し、その座標系において作業部位の位置を算出することから、特許文献1に開示される技術を、例えば原子炉に備わる作業ロボットに適用する場合、作業ロボットを設置する位置には高い精度が要求される。したがって、作業ロボットを設置する作業効率が低下するという問題を解決するには至らない。 According to the technique disclosed in Patent Document 1, since the operator can easily set the work site visually, the teaching efficiency can be improved. However, the controller according to the technique disclosed in Patent Document 1 sets a coordinate system with the origin of the attachment position of the manipulator, for example, and calculates the position of the work site in the coordinate system. For example, when the technology is applied to a work robot provided in a nuclear reactor, high accuracy is required for the position where the work robot is installed. Therefore, the problem that the work efficiency of installing the work robot is lowered cannot be solved.
そこで本発明は、作業ロボットを設置する作業の効率の低下を抑制し、効率よくティーチングできる、作業ロボット及びティーチング方法を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the work robot and the teaching method which can suppress the fall of the efficiency of the operation | work which installs a work robot, and can teach efficiently.
前記課題を解決するため、本発明は、作業ツールを装着するロボットアームを、高い位置出し精度を必要とすることなく作業環境に設置できるとともに、好適なティーチングデータを作成できる作業ロボット、及びティーチング方法とした。 In order to solve the above problems, the present invention provides a work robot and a teaching method in which a robot arm on which a work tool is mounted can be installed in a work environment without requiring high positioning accuracy and suitable teaching data can be created. It was.
本発明によれば、作業ロボットを設置する作業の効率の低下を抑制し、効率よくティーチングできる、作業ロボット及びティーチング方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the work robot and teaching method which can suppress the fall of the efficiency of the operation | work which installs a work robot, and can teach efficiently can be provided.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
図1は、作業ロボットが備わる原子炉の内部構造を示す概略図である。
図1に示すように、本実施形態に係る作業ロボット100のロボットアーム10は、先端部に作業ツール20を装着して、例えば沸騰水型原子炉(以下、原子炉という)1内に備わっている。
この作業ツール20は、着脱可能にロボットアーム10に装着され、コントローラ30とケーブル23aを介して接続され、コントローラ30から入力される駆動信号、電源電圧等によって駆動する。作業ツール20の詳細は後記する。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the internal structure of a nuclear reactor equipped with a work robot.
As shown in FIG. 1, a
The
原子炉1を構成する原子炉圧力容器2内には、筒状のシュラウド3を外周とする炉心7が形成され、炉心7の上部には上部格子板4が備わる。
また、炉心7の下部には炉心支持板5が備わり、図示しない燃料集合体を上部格子板4と炉心支持板5で支持する。
A
A
さらに、原子炉1には、ジェットポンプ9が備わって炉心7に冷却水を供給する構成になっている。
また、炉心支持板5の下方には、図示しない制御棒を駆動する筒状のCRDハウジング6と原子炉1内の中性子の量を測定するための図示しないICMハウジングが備わる。
Further, the nuclear reactor 1 is provided with a jet pump 9 to supply cooling water to the
Below the
本実施形態に係るロボットアーム10は、シュラウド3の上端部3a、炉心支持板5、CRDハウジング6等に必要に応じて設置される。
The
また、原子炉圧力容器2内には、ロボットアーム10を撮影するための、複数台のビデオカメラ11が備わる。そして、ビデオカメラ11が撮影した映像は、映像ケーブル11aを介して、例えば原子炉1と隔離された操作室R1に設置されるモニタ12に表示される構成が好適である。
図1には、2台のビデオカメラ11が図示されているが、ビデオカメラ11の台数は限定するものではなく、必要に応じて適宜備えればよい。
Further, a plurality of
Although two
操作室R1には、ロボットアーム10を遠隔操作する操作装置13が備わる。この構成によって、ロボットアーム10を操作するオペレータOPは、モニタ12が表示する映像でロボットアーム10の動作を確認しながら、ロボットアーム10を遠隔操作できる。
さらに、操作室R1には、コントローラ30が配置される。コントローラ30は、作業ツール20とケーブル23aを介して接続され、作業ツール20を制御する。
The operation room R1 is provided with an
Further, a
コントローラ30は、ティーチングによって得られるティーチングデータに基づいて作業ツール20を制御し、後記するワークWk(図2参照)に対して、作業ツール20に所定の作業をさせるコントローラである。また、コントローラ30は、オペレータOPによって実行されるティーチングによって、ティーチングデータを作成する機能を有することが好適である。
そして、ロボットアーム10、作業ツール20、コントローラ30、及び操作装置13を含んで、本実施形態に係る作業ロボット100が構成される。
なお、コントローラ30は、例えばパーソナルコンピュータで構成されていてもよい。
The
The
Note that the
図2は、ロボットアーム、及びロボットアームを操作する操作装置の一構成例を示す図である。図2に示すように、ロボットアーム10は、ベース10aに、例えば2台の多関節のアーム部10bが取り付けられて構成される。アーム部10bは、例えば3つの関節10cを有し、アーム部10bの先端には、作業ツール20を装着するための装着部10dが備わる。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a robot arm and an operation device that operates the robot arm. As shown in FIG. 2, the
アーム部10bに備わる関節10cは、例えば、前後方向動作、左右方向動作、及び転回動作の3自由度を有する構成が好適である。
ここで、ワークWkの側をロボットアーム10の前方として前後方向を設定し、ワークWkに向かって左右方向を設定する。そして、アーム部10bの軸方向周りの回転を転回動作とする。
The joint 10c provided in the
Here, the front-rear direction is set with the workpiece Wk side in front of the
図3は、アーム部の装着部を示す図である。図3に示すように、アーム部10bの先端には、例えば3本の指部10d1からなる装着部10dが形成されている。指部10d1は、関節10b1を介して開閉動作可能にアーム部10bに支持され、さらに、それぞれの指部10d1は、例えば1つの関節10d2を有して屈曲動作可能に構成される。
なお、指部10d1は、2つ以上の関節10d2を有する構成であってもよい。
FIG. 3 is a view showing a mounting portion of the arm portion. As shown in FIG. 3, the distal end of the
Incidentally, the
また、装着部10dには、3本の指部10d1の中心で、アーム部10bの先端に向かって伸縮可能に動作する補助指10d3が備わる。補助指10d3は、3本の指部10d1が作業ツール20(図2参照)を把持したときに作業ツール20に向かって伸長して先端部を作業ツール20に押し当て、ロボットアーム10が確実に作業ツール20を装着できるように補助する。
Further, the
なお、装着部10dは、3本の指部10d1を備える構成に限定されず、3本以上、又は3本以下の指部10d1を備える構成であってもよいし、補助指10d3を備えない構成であってもよい。また、指部10d1の替わりに、例えば、図示しない吸着機構を備える構成であってもよい。
Incidentally, the
図2に戻って、本実施形態に係るロボットアーム10は、原子炉1(図1参照)から隔離された操作室R1に備わる操作装置13と制御ケーブル13eを介して接続され、ロボットアーム10は、操作装置13で遠隔操作可能な構成が好適である。
操作装置13は、例えばオペレータOPが操作する操作部13b、ロボットアーム10の動作をロックするロックスイッチ13c、ロボットアーム10の装着部10dの把持力を設定するための感圧センサ13d、並びに、操作部13b、ロックスイッチ13c、感圧センサ13dが出力する信号をロボットアーム10に送出するアームコントローラ13aを含んで構成される。
Returning to FIG. 2, the
The
操作装置13の構成は限定されるものではなく、例えばロックスイッチ13cや感圧センサ13dを備えない構成であってもよい。
また、操作部13bの形態は限定するものではない。例えばオペレータOPが腕部及び指部に装着し、オペレータOPの腕部及び指部の動作でロボットアーム10を動作する構成であれば、オペレータOPの動作で容易且つ正確にロボットアーム10を遠隔操作することができる。
The configuration of the
Moreover, the form of the
操作部13bが、オペレータOPの腕部及び指部に装着する形態の場合、オペレータOPの指部の動作でロボットアーム10の装着部10dの指部10d1(図3参照)を動作することになるが、装着部10dの指部10d1は3本であることから、例えば、オペレータOPの親指、人差し指、中指の動作が各指部10d1を動作する構成であってもよいし、親指で1つの指部10d1を動作し、人差し指と中指で1つの指部10d1を動作し、薬指と小指で1つの指部10d1を動作する構成であってもよい。
また、オペレータOPの手首の捻り動作で、ロボットアーム10の装着部10dを捻る構成にすることもできる。
When the
Further, the mounting
なお、操作部13bは、オペレータOPが装着する形態のほか、例えばジョイスティックタイプの操作部(図示せず)であってもよいし、ロボットアーム10と同形状のマスターアーム(図示せず)をオペレータOPが操作するマスタースレーブ形式であってもよい。
The
ロックスイッチ13cは、ロボットアーム10の動作をロックしてロボットアーム10の状態を固定するためのスイッチで、例えばオペレータOPが足で操作するフットスイッチで構成される。そして、例えば、オペレータOPがロックスイッチ13cを操作するごとに、ロボットアーム10の動作のロックとロック解除を繰り返す構成とすればよい。
The
感圧センサ13dは、オペレータOPの握力を検出するセンサで、その構造は限定するものではないが、例えば円柱状の本体の周囲に複数の感圧部が配置された構造であればよい。このような構造の感圧センサ13dは、オペレータOPが円柱状の本体を握ることで握力を検出できる。そして、感圧センサ13dが検出するオペレータOPの握力は、アームコントローラ13aを介してロボットアーム10に入力され、ロボットアーム10の装着部10dに備わる3本の指部10d1が、感圧センサ13dが検出するオペレータOPの握力と同等の握力で、作業ツール20を把持する構成が好適である。
The pressure-
操作部13b、ロックスイッチ13c、及び感圧センサ13dから出力される信号は、アームコントローラ13aに入力される。アームコントローラ13aは、操作部13b、ロックスイッチ13c及び感圧センサ13dから入力される信号を、ロボットアーム10を動作するための信号に変換し、ロボットアーム10に向けて送出する。
Signals output from the
例えば、ロボットアーム10に組み込まれている図示しないマイクロコンピュータとアームコントローラ13aに組み込まれている図示しないマイクロコンピュータがシリアル通信してロボットアーム10を制御する構成の場合、アームコントローラ13aは、操作部13b、ロックスイッチ13c及び感圧センサ13dから入力される信号(例えば電気信号)を、シリアル通信に適合した信号(例えば通信コマンド)に変換し、ロボットアーム10に組み込まれている図示しないマイクロコンピュータに送信する。
For example, when the microcomputer (not shown) incorporated in the
このような構成によって、オペレータOPは、操作装置13を操作することで、ロボットアーム10を遠隔操作できる。
そして、図1に示すように、操作室R1にモニタ12を設置し、ロボットアーム10の動作を映像で確認できる構成にすることで、オペレータOPは、ロボットアーム10を容易且つ正確に遠隔操作できる。
With such a configuration, the operator OP can remotely operate the
As shown in FIG. 1, the operator OP can easily and accurately remotely operate the
図4の(a)は、ロボットアームに装着される作業ツールを示す図、(b)は、ロボットアームに作業ツールを装着した状態を示す図である。なお、図4の(a)、(b)には、作業ツール20の一例として溶接機20aが図示されているが、作業ツール20は溶接機20aに限定されるものではない。
作業ツール20には、溶接機20aの他に、図示はしないが、洗浄液噴射治具、冷却液噴射治具、配管磨き用治具、粉塵などを吸引するための吸引治具、寸法確認用治具、PT(浸透探傷試験)検査用治具等がある。
FIG. 4A is a view showing a work tool attached to the robot arm, and FIG. 4B is a view showing a state where the work tool is attached to the robot arm. 4A and 4B show a
In addition to the
図4の(a)に示すように、作業ツール20の1つである溶接機20aの本体21には、作業ヘッドとして溶接トーチ24が備わり、アーク溶接の場合は、溶接トーチ24とワークWkとの間にアークを発生させて溶接作業をする。
As shown in FIG. 4A, a
そして、本実施形態に係る溶接機20aの溶接トーチ24は、例えば直線状に、移動可能に本体21に備わる構成が好適であり、溶接トーチ24の移動長さが作業範囲になる。この構成によって溶接機20aは、溶接トーチ24を移動しながら作業範囲を連続溶接できる。すなわち、溶接トーチ24は、作業範囲を移動可能に、溶接機20aに備わる。
なお、溶接トーチ24の移動は、直線状に限定するものではなく、例えば、平面状に移動する構成であってもよい。
And the structure with which the
Note that the movement of the
また、図示はしないが、溶接機20aの本体21には、溶接トーチ24の位置を検出する位置センサが備わって、溶接機20aにおける溶接トーチ24の位置を検出し、ヘッド位置情報としてコントローラ30に向けて送出する構成が好適である。
Although not shown, the
なお、作業ツール20が、例えば、洗浄液噴射治具、冷却液噴射治具の場合は、洗浄液や冷却液を噴射する噴射ノズルが作業ヘッドとなり、吸引治具の場合は、吸引ノズルが作業ヘッドになる。そして、噴射ノズルや吸引ノズルが、例えば直線状に移動可能な構成とすればよい。
When the
本体21の、溶接トーチ24と反対側には、ロボットアーム10の装着部10d(図4の(b)参照)に溶接機20aを装着するための取り付け部22が備わっている。取り付け部22は、ロボットアーム10の装着部10dの形状に対応した形状であればよく、本実施形態に係る取り付け部22は、本体21から筒状に突出し、先端部がフランジ状に広がった形状を呈する。
On the opposite side of the
そして、図4の(b)に示すように、ロボットアーム10の装着部10dを形成する3本の指部10d1が、取り付け部22のフランジ状に広がった先端部を把持し、溶接機20aはロボットアーム10に装着される。
さらに、補助指10d3が溶接機20aの取り付け部22に向かって伸長し、先端部を取り付け部22に押し付けることで、ロボットアーム10は、溶接機20aをより確実に装着できる。
Then, as shown in (b) of FIG. 4, three
Further, the
また、図4の(a)に示すように、取り付け部22には、フランジ状に広がった先端部から突出するように複数の信号端子22aが備わり、取り付け部22の先端部には、信号端子22aと連結するコネクタ端子23bを有するコネクタ23が接続される。さらに、コネクタ23はケーブル23aを介してコントローラ30と接続され、コントローラ30から供給される電源電力及び駆動信号によって、溶接機20aを駆動する構成が好適である。
Further, as shown in FIG. 4A, the
なお、作業ツール20が、前記した洗浄液噴射治具、冷却液噴射治具、配管磨き用治具、吸引治具、寸法確認用治具、PT検査用治具等、溶接機20a以外の場合、それぞれの作業ツール20を駆動するために必要な駆動源(圧縮空気、純水、工業用水など)、電源電力、駆動信号等を、コネクタ23を介して作業ツール20に供給する構成とすれば、コネクタ23を作業ツール20に接続するだけで作業ツール20を駆動できる。
When the
この構成によって、ロボットアーム10に装着される作業ツール20を容易に取り替えることができる。
さらに、コネクタ23は、コネクタ端子23bと信号端子22aが互いに連結するように取り付け部22に接続され、コネクタ23と取り付け部22が磁石等の固着手段で簡単且つ強固に固着される構成が好適である。
このような構成によって、ロボットアーム10の操作で容易にコネクタ23の着脱ができる。
With this configuration, the
Further, the
With such a configuration, the
図5は、作業ツールを取り替える状態を示す概略図である。
ロボットアーム10に装着される作業ツール20を取り替える場合、オペレータOPは、作業ツール20を保管する保管装置40の近傍にロボットアーム10を移動する。
そして、装着されている作業ツール20を保管装置40の収納場所に収納し、装着部10dの3本の指部10d1を開いて作業ツール20を取り外し、さらに、コネクタ23を外す。
FIG. 5 is a schematic view showing a state in which the work tool is replaced.
When replacing the
Then, housing the working
そして、新たに装着する作業ツール20の取り付け部22にコネクタ23を接続するとともに、装着部10dの3本の指部10d1を閉じて取り付け部22を把持する。
Then, while the
このとき、オペレータOPは、モニタ12の映像でロボットアーム10の動作を確認しながらロボットアーム10を操作できることから、容易にロボットアーム10に装着される作業ツール20を取り替えることができる。
At this time, the operator OP can operate the
なお、装着部10dの3本の指部10d1で取り付け部22を把持する場合、オペレータOPは、感圧センサ13dに握力を検出させて、感圧センサ13dが検出したオペレータOPの握力と同等の握力で、3本の指部10d1が取り付け部22を把持する構成であってもよい。
In the case of gripping the mounting
すなわち、オペレータOPは、装着部10dの3本の指部10d1を、取り付け部22を把持できる位置に移動する。そして、ロックスイッチ13cを操作してロボットアーム10の状態を固定するとともに、感圧センサ13dを所定の強さで握って感圧センサ13dに握力を検出させる。このように、ロボットアーム10の状態を固定することで、オペレータOPが感圧センサ13dの位置まで腕部を移動しても、ロボットアーム10は動作しない。
That is, the operator OP, three
感圧センサ13dは検出した握力をアームコントローラ13aに入力する。そして、アームコントローラ13aは、感圧センサ13dから入力された信号を、ロボットアーム10を動作するための信号に変換し、ロボットアーム10に向けて送出する。
ロボットアーム10は、アームコントローラ13aが送出した、感圧センサ13dが検出した握力と同等の握力で、3本の指部10d1が取り付け部22を把持するように動作する。
The
The
このようにロボットアーム10を動作させるため、例えばロックスイッチ13cが操作されて、ロボットアーム10の動作が固定された場合であっても、装着部10dの3本の指部10d1は、感圧センサ13dが検出した握力に対応して動作する構成が好適である。
Thus to operate the
また、図5に示すように、保管装置40は、例えばアーム部10bが取り付けられるベース10aに備わる構成であってもよい。このように、保管装置40がベース10aに備わる構成の場合、保管装置40に保管される作業ツール20を、ロボットアーム10とともに移動することができる。したがって、ロボットアーム10の設置場所に関係なく、作業内容の変更に応じて、速やかに作業ツール20を取り替えることができる。
Further, as shown in FIG. 5, the
さらに、ベース10aの保管装置40に、ケーブル23aを自動的に巻き取る自動巻取り装置40aを備える構成であってもよい。この構成によって、アーム部10bに装着された作業ツール20が、ロボットアーム10によって移動するとき、ロボットアーム10の周辺でケーブル23aが絡まることを好適に抑制できる。
Furthermore, the structure provided with the automatic winding
例えば、ケーブル23aがロボットアーム10の周辺で絡まると、オペレータOPが直接解く作業が必要になるが、作業環境が原子炉1(図1参照)内の場合、オペレータOPは、容易にロボットアーム10に近づくことができないため、ケーブル23aが絡まることを抑制する必要がある。
図5に示すように、自動巻取り装置40aを備えることでケーブル23aが絡まることを好適に抑制できる。したがって、本実施形態に係るロボットアーム10を、原子炉1内などオペレータOPが容易に近づけない環境に設置することができる。
For example, when the
As shown in FIG. 5, it can suppress suitably that the
また、本実施形態において、コントローラ30に対するティーチングは、オペレータOPがロボットアーム10を操作して、作業ツール20がワークWk(図4の(a)参照)に対して作業可能な位置に移動した後、ワークWkの作業部位をコントローラ30に教示する作業として実施される。
In the present embodiment, teaching to the
図6の(a)は、ロボットアームでライザー管をライザーブレースに溶接する作業を示す図である。
以下、図6の(a)に示すように、ジェットポンプ9(図1参照)に備わるライザー管9aをライザーブレース9bに溶接する作業を一例に挙げて説明する。
なお、この作業の場合、ライザー管9aとライザーブレース9bを含んだものがワークWkになる。したがって、以下、ワークWkと表記するものは、ライザー管9aとライザーブレース9bを示す。
FIG. 6A is a diagram illustrating an operation of welding a riser pipe to a riser brace by a robot arm.
Hereinafter, as shown in FIG. 6A, an operation of welding the
In the case of this work, the work Wk includes the
例えば、ライザー管9aをライザーブレース9bに溶接する場合、原子炉1に備わるシュラウド3(図1参照)を取り外した状態で溶接作業する。このとき、例えば、炉心支持板5(図1参照)にロボットアーム10を設置し、ロボットアーム10で溶接作業する。
なお、シュラウド3を取り外したときに、炉心支持板5を取り付けることが不可能な構造の場合は、例えば、炉心支持板5と同形状の仮設模擬板50を、炉心支持板5の代わりに原子炉1に設置し、図6の(a)に示すように、仮設模擬板50にロボットアーム10を設置する構成とすればよい。
For example, when the
In the case where the
図6の(b)は、仮設模擬板にロボットアームを設置する状態を示す図である。炉心支持板5(図1参照)には、燃料集合体を支持するための円形穴が開口していることから、炉心支持板5と同形状の仮設模擬板50にも、図6の(b)に示すように円形穴50aが開口している。そこで、ロボットアーム10のベース10aの下方には、仮設模擬板50の円形穴50aに挿入可能なエアーチャック10a1が備わる構成とする。そして、エアーチャック10a1を円形穴50aに挿入して、エアーチャック10a1でロボットアーム10を固定する。このような構成によって、ロボットアーム10を仮設模擬板50に容易に設置できる。
FIG. 6B is a diagram illustrating a state in which the robot arm is installed on the temporary simulation board. Since the core support plate 5 (see FIG. 1) has a circular hole for supporting the fuel assembly, the
エアーチャック10a1の構造は限定するものではないが、例えば、仮設模擬板50の円形穴50aに挿入される本体に、円形穴50aの外周に向かう方向に空気圧で伸縮する固定突起10a2が備わる構造であればよい。
この構造によると、ロボットアーム10のベース10aに備わるエアーチャック10a1を円形穴50aに挿入した後、空気圧で固定突起10a2を円形穴50aの外周の方向に伸長させて、容易にロボットアーム10を仮設模擬板50に固定できる。
したがって、容易な作業でロボットアーム10を仮設模擬板50に設置できる。
The structure of the
According to this structure, after inserting the
Therefore, the
図6の(a)に示すように、一方のアーム部10bには、作業ツール20として、ライザー管支持器20bが装着されている。ライザー管支持器20bは、水圧又は空気圧で駆動し、ライザー管9aを左右から挟持する機能を有する。このようにライザー管支持器20bを装着したアーム部10bで、溶接する位置にライザー管9aを支持する。
また、他方のアーム部10bには、溶接機20aが装着されている。そして、溶接する位置に支持されるライザー管9aをライザーブレース9bに溶接する。
As shown to (a) of FIG. 6, the riser pipe |
Also, a
図7の(a)は、溶接機をワークの近傍に移動した状態を示す図、(b)は、ワークの溶接範囲を示す図である。
なお、溶接範囲は、例えば、溶接トーチ24が溶接機20aに対して移動可能な作業範囲より短い直線状の連続領域とする。
図7の(a)に示すように、原子炉1から隔離された操作室R1に配置されるオペレータOPは、ビデオカメラ11が撮影するロボットアーム10の動作をモニタ12で確認しながら、操作装置13でロボットアーム10を遠隔操作し、ロボットアーム10に装着された溶接機20aを、ワークWkの溶接範囲(作業部位)の近傍に移動する。すなわち、溶接機20aがワークWkに対して溶接作業できる距離まで、溶接機20aをワークWkに近づける。
FIG. 7A is a diagram showing a state in which the welding machine is moved to the vicinity of the workpiece, and FIG. 7B is a diagram showing a welding range of the workpiece.
The welding range is, for example, a linear continuous region shorter than the work range in which the
As shown in FIG. 7A, the operator OP arranged in the operation room R1 isolated from the nuclear reactor 1 confirms the operation of the
そして、オペレータOPは、図7の(b)に示すようにロボットアーム10を適宜転回し、溶接トーチ24が溶接範囲に沿って移動するように溶接機20aを回転する。
Then, the operator OP appropriately rotates the
前記したように、溶接機20aに備わる溶接トーチ24は、直線状に移動可能に本体21に備わるので、溶接トーチ24が溶接範囲に沿って移動するように溶接機20aを回転する。
このように、溶接トーチ24が溶接範囲に沿って移動すると、コントローラ30は、本体21を移動することなく溶接トーチ24を移動することで、ワークWkの溶接範囲を溶接できる。
As described above, since the
Thus, when the
そして、オペレータOPは、ロックスイッチ13cを操作してロボットアーム10の動作をロックし、ロボットアーム10の状態を固定する。
このように、ロボットアーム10に装着された溶接機20aを、ワークWkの溶接範囲(作業部位)の近傍に移動する工程が、ティーチングの第1工程となる。
Then, the operator OP operates the
Thus, the process of moving the
なお、溶接機20aの溶接トーチ24がワークWkに接触することを防止するため、溶接トーチ24とワークWkの接触を検知する、図示しない接触センサを備える構成であってもよい。
そして、図示しない接触センサが、溶接トーチ24とワークWkの接触を検知した場合、ロボットアーム10の動作を停止する構成であってもよい。
In addition, in order to prevent the
And when the contact sensor which is not shown in figure detects the contact of the
オペレータOPは、ロボットアーム10の状態を固定した後、例えばコントローラ30を操作して、溶接機20aがワークWkを溶接する溶接範囲(作業部位)をコントローラ30に教示する。
このように、オペレータOPが溶接範囲をコントローラ30に教示する工程が、ティーチングの第2工程となる。
After fixing the state of the
Thus, the process in which the operator OP teaches the welding range to the
図7の(b)に示すように、溶接機20aは適宜回転され、溶接トーチ24が溶接範囲に沿って移動する状態にあることから、オペレータOPは、ティーチングの第2工程として、溶接トーチ24の作業範囲内における溶接範囲を設定することで、ワークWkの溶接範囲をコントローラ30に教示できる。
As shown in FIG. 7B, the
前記したように溶接機20aには、溶接トーチ24の位置を検出する図示しない位置センサが備わっていることから、オペレータOPは、例えば、溶接トーチ24が、溶接範囲の溶接開始点(連続領域の始点)Psの位置にあるときに位置センサが検出するヘッド位置情報をコントローラ30に教示する。このときの溶接トーチ24のヘッド位置情報を始点位置情報とする。
As described above, since the
同様に、溶接トーチ24が、溶接範囲の溶接終了点(連続領域の終点)Peの位置にあるときに位置センサが検出するヘッド位置情報をコントローラ30に教示する。このときの溶接トーチ24のヘッド位置情報を終点位置情報とする。
以上のように、溶接範囲が連続領域の場合、ティーチングの第2工程は、コントローラ30に始点位置情報を教示する工程と、終点位置情報を教示する工程とを含んでなる。
Similarly, the
As described above, when the welding range is a continuous region, the second teaching step includes a step of teaching start point position information to the
このような容易な操作で、オペレータOPは、溶接作業の溶接開始点Psと溶接終了点Peに対応する溶接トーチ24のヘッド位置情報(始点位置情報と終点位置情報)を、コントローラ30に教示することができる。すなわち、オペレータOPは、容易な作業で溶接範囲をコントローラ30に教示できる。
With such an easy operation, the operator OP teaches the
そして、本実施形態に係るコントローラ30は、教示された溶接範囲に基づいてティーチングデータを作成する。
このように、コントローラ30がティーチングデータを作成する工程が、ティーチングの第3工程となる。
And the
Thus, the process in which the
なお、コントローラ30に始点位置情報と終点位置情報を教示する方法は限定するものではない。例えば、図7の(b)に示すように、溶接機20aの溶接トーチ24を手動で移動するためのジョイスティック31と、溶接トーチ24の位置をコントローラ30に教示させるためのトリガボタン32を、コントローラ30に備える構成とすればよい。
Note that the method of teaching the start point position information and the end point position information to the
オペレータOP(図7の(a)参照)は、ジョイスティック31を操作して、溶接トーチ24を溶接開始点Psに移動し、トリガボタン32を操作する。コントローラ30は、このときに図示しない位置センサが検出するヘッド位置情報を始点位置情報として取得する構成とする。
The operator OP (see FIG. 7A) operates the
次にオペレータOP(図7の(a)参照)は、ジョイスティック31を操作して、溶接トーチ24を溶接終了点Peに移動し、トリガボタン32を操作する。コントローラ30は、このときに図示しない位置センサが検出するヘッド位置情報を終点位置情報として取得する構成とする。
このように、非常に簡単な操作で、始点位置情報と終点位置情報をコントローラ30に教示できる構成が可能である。
Next, the operator OP (see FIG. 7A) operates the
In this way, a configuration is possible in which the
また、始点位置情報と終点位置情報をコントローラ30に教示する操作も、モニタ12(図7の(a)参照)でロボットアーム10の動作を確認しながら操作することができ、オペレータOP(図7の(a)参照)は、始点位置情報と終点位置情報を容易にコントローラ30に教示することができる。
Further, the operation of teaching the start point position information and the end point position information to the
以上のように、第1工程から第3工程を経て作成されるティーチングデータは、ワークWkの溶接範囲の溶接開始点Ps及び溶接終了点Peの位置を示す情報、すなわち、ワークWkの作業部位を示す作業位置情報が、溶接機20aにおける溶接トーチ24のヘッド位置情報(始点位置情報と終点位置情報)のみからなる。
換言すると、ティーチングデータの作成には、溶接機20aに対する溶接トーチ24のヘッド位置情報のみが必要であり、例えばロボットアーム10の各関節10cの位置情報は必要ない。
したがって、ロボットアーム10の各関節10cの位置情報を取得する工程が不要になる。
As described above, the teaching data created through the first process to the third process includes information indicating the positions of the welding start point Ps and the welding end point Pe in the welding range of the work Wk, that is, the work site of the work Wk. The work position information shown consists only of head position information (start point position information and end point position information) of the
In other words, in order to create teaching data, only the head position information of the
Therefore, the process of acquiring the position information of each joint 10c of the
従来、溶接作業等のティーチングに際しては、ワークWkの作業部位の位置を算出するためにロボットアーム10の各関節10c(図7の(a)参照)の位置情報が必要であった。したがって、作業環境に仮想的に座標系を設定し、ロボットアーム10の各関節10cの位置情報を、設定した座標系の座標点として管理していた。
そのため、ロボットアーム10を座標系の所定の位置に、高い位置精度で設置し、ティーチングの時には、オペレータOP(図7の(a)参照)が、各関節10cの位置を高い位置精度で設定して、コントローラ30(図7の(a)参照)に教示していた。
Conventionally, in teaching such as welding work, position information of each joint 10c (see FIG. 7A) of the
For this reason, the
また、ロボットアーム10の各関節10c(図7の(a)参照)の位置情報を取得するため、各関節10cには、例えば図示しない角度センサなどのセンサが必要であった。
さらに、ロボットアーム10を作業環境に設置する作業、及びティーチングには熟練が要求されることから、熟練者を確保しておく必要があった。
Further, in order to acquire position information of each joint 10c (see FIG. 7A) of the
Furthermore, since skill is required for the work of installing the
これに対し、本実施形態に係るティーチングは、ロボットアーム10の各関節10cの位置情報を取得する必要はなく、溶接トーチ24の作業範囲内における溶接範囲を設定して、コントローラ30に教示するという容易な作業とすることができる。したがって、熟練度の低いオペレータOPであっても容易に且つ正確にティーチングできる(図7の(a)、(b)参照)。
On the other hand, in the teaching according to the present embodiment, it is not necessary to acquire position information of each joint 10c of the
さらに、図7の(a)に示すように、オペレータOPは、ビデオカメラ11が撮影するロボットアーム10の動作をモニタ12で確認しながら、溶接機20aをワークWkの近傍に移動できることから、精度の高い位置出しをすることなくロボットアーム10を設置しても、ロボットアーム10の動作によって、溶接機20aをワークWkに対して溶接可能な位置に容易に移動できる。
したがって、例えば図6の(b)に示すように、炉心支持板5(図1参照)の代わりに設置される仮設模擬板50の円形穴50aを利用して、ロボットアーム10を容易に設置することができ、熟練度の低いオペレータOPであっても容易にロボットアーム10を設置できる。
Further, as shown in FIG. 7A, the operator OP can move the
Therefore, for example, as shown in FIG. 6B, the
このように、本実施形態に係るロボットアーム10(図1参照)の設置作業及びティーチングは、熟練者でなくても容易に作業できることから、熟練者を確保するための人件費が不要になり、人件費を削減できる。 Thus, since the installation work and teaching of the robot arm 10 (see FIG. 1) according to the present embodiment can be easily performed even by a non-expert, labor costs for securing the skilled person are unnecessary. Labor costs can be reduced.
また、本実施形態に係るティーチングには、前記したようにロボットアーム10の各関節10c(図1参照)の位置情報が不要である。したがって、各関節10cの角度を検出する角度センサ等のセンサを備えないロボットアーム10であってもよい。
Further, the teaching according to the present embodiment does not require the position information of each joint 10c (see FIG. 1) of the
例えば、作業環境が原子炉1(図1参照)内の場合、ロボットアーム10の関節10c(図2参照)に角度センサを備えるときには、放射線に対して耐性のある角度センサを使用することが要求される。このような角度センサは高価でありロボットアーム10の生産コストが増大する。したがって、角度センサが不要になることで、ロボットアーム10の生産コストを削減することができる。
また、角度センサのメンテナンスも不要になり、ロボットアーム10の運用コストを削減できる。
For example, when the working environment is in the nuclear reactor 1 (see FIG. 1), when an angle sensor is provided in the joint 10c (see FIG. 2) of the
In addition, maintenance of the angle sensor becomes unnecessary, and the operation cost of the
さらに、溶接作業において、図7の(b)に示すコントローラ30は、溶接トーチ24の始点位置情報と終点位置情報に基づいて溶接範囲を演算すればよいことになり、ロボットアーム10の関節10c(図7の(a)参照)ごとの位置を演算する必要がなくなる。したがって、コントローラ30の演算量を低減することができ、コントローラ30の演算による負荷を軽減できる。このことによって、例えば、コントローラ30に安価なマイクロコンピュータを使用することも可能になり、コントローラ30の生産コストの削減に寄与できる。
Further, in the welding operation, the
また、図1に示すロボットアーム10は、作業環境にロボットアーム10を設置する作業、及びティーチングを容易に行えることから、ロボットアーム10の設置作業、及びティーチングの作業効率を向上することができ、例えば、原子炉1のメンテナンス作業にかかる時間を大幅に短縮できる。
Further, since the
以上、図6の(a)に示すように、作業ツール20として溶接機20aをロボットアーム10に装着し、ライザー管9aをライザーブレース9bに溶接する作業を一例に説明したが、作業ツール20として、図示しない洗浄液噴射治具、冷却液噴射治具、配管磨き用治具、吸引治具、寸法確認用治具、PT検査用治具をロボットアーム10に装着し、それぞれの作業を行う場合であっても、同様の効果を得ることができる。
As described above, as shown in FIG. 6A, the
なお、図6の(b)には、ロボットアーム10を炉心支持板5の代わりに設置される仮設模擬板50に設置した状態を示しているが、本実施形態のロボットアーム10の取り付け位置は、炉心支持板5や仮設模擬板50に限定されるものではない。
図8の(a)は、ロボットアームをCRDハウジングに設置する状態を示す図、(b)は、ロボットアームをシュラウドの上端部に設置する状態を示す図である。
図8の(a)に示すように、例えば、エアーチャック10a1を備えるロボットアーム10を、CRDハウジング6の上部に設置してもよい。
FIG. 6B shows a state in which the
FIG. 8A is a diagram showing a state where the robot arm is installed in the CRD housing, and FIG. 8B is a diagram showing a state where the robot arm is installed at the upper end of the shroud.
As shown in FIG. 8A, for example, the
CRDハウジング6は、筒状の部材が開口部6aを上部に向けて原子炉1(図1参照)の下部に立設して形成される。そこで、ロボットアーム10に備わるエアーチャック10a1をCRDハウジング6の筒状の開口部6aに挿入し、仮設模擬板50に設置する場合と同様にエアーチャック10a1で固定して、ロボットアーム10をCRDハウジング6に容易に設置できる。このように、CRDハウジング6に設置されたロボットアーム10は、原子炉1の下方で作業することができる。
The
また、図8の(b)に示すように、ロボットアーム10をシュラウド3の上端部3aに設置してもよい。
例えば筒状のシュラウド3の上端部3aの周囲には、フランジ部3bが炉心7の外側に凸状に形成され、フランジ部3bには、複数のフィン状部材3cが外側に突出して形成される場合がある。
シュラウド3の上端部3aがこのような構成の場合、例えばロボットアーム10のベース10aの下方に、図示しないアクチュエータで駆動するチャック装置10a3を備え、チャック装置10a3でフィン状部材3cを挟持して固定することで、ロボットアーム10をシュラウド3の上端部3aに容易に設置できる。
Further, as shown in FIG. 8B, the
For example, around the
When the
なお、シュラウド3の上端部3aにロボットアーム10を設置する構造は、図8の(b)に示す形態に限定されず、シュラウド3の上端部3aの構造に対応した構造にすればよい。
In addition, the structure which installs the
以上のように、本実施形態に係るロボットアームは、設置に際して高い位置精度が必要ではないことから、例えば原子炉の内部に容易に設置できる。したがって、ロボットアームで作業ができる範囲を広げることができ、原子炉の内部における作業効率を向上できる。 As described above, since the robot arm according to the present embodiment does not require high positional accuracy when installed, it can be easily installed inside the nuclear reactor, for example. Therefore, the range in which the robot arm can perform work can be expanded, and work efficiency inside the reactor can be improved.
また、本実施形態に係るロボットアームの設置は原子炉に限定されず、作業ロボットによる作業が必要な作業環境に、幅広く適用できる。 Moreover, the installation of the robot arm according to the present embodiment is not limited to a nuclear reactor, and can be widely applied to a work environment that requires work by a work robot.
10 ロボットアーム
10c 関節
13 操作装置
13a アームコントローラ
13b 操作部
13c ロックスイッチ
13d 感圧センサ
20 作業ツール
20a 溶接機
24 溶接トーチ(作業ヘッド)
30 コントローラ
50 仮設模擬板
100 作業ロボット
OP オペレータ
Ps 溶接開始点(連続領域の始点)
Pe 溶接終了点(連続領域の終点)
Wk ワーク(作業対象物)
DESCRIPTION OF
30
Pe welding end point (end point of continuous area)
Wk work (work object)
Claims (6)
作業範囲を移動可能な作業ヘッドを有するとともに前記ロボットアームに装着される作業ツールと、
ティーチングによって得られるティーチングデータに基づいて前記作業ツールを制御するコントローラと、を備える作業ロボットであって、
前記ティーチングデータに含まれて作業対象物の作業部位を示す作業位置情報が、前記作業ツールにおける前記作業ヘッドのヘッド位置情報からなることを特徴とする作業ロボット。 An articulated robot arm,
A work tool having a work head movable in a work range and attached to the robot arm;
A work robot comprising: a controller for controlling the work tool based on teaching data obtained by teaching;
A work robot characterized in that work position information included in the teaching data and indicating a work site of a work object is composed of head position information of the work head in the work tool.
前記作業ツールが前記作業対象物に対して作業可能な位置に配置された状態で、前記作業ヘッドが前記作業対象物の作業部位に移動したときの前記ヘッド位置情報を、前記作業位置情報として前記ティーチングデータを作成することを特徴とする請求項1に記載の作業ロボット。 The controller is
The head position information when the work head is moved to the work site of the work object in a state where the work tool is arranged at a position where the work object can be worked is used as the work position information. The work robot according to claim 1, wherein teaching data is created.
前記ヘッド位置情報は、
前記作業ヘッドが前記連続領域の始点に移動したときの始点位置情報と、
前記作業ヘッドが前記連続領域の終点に移動したときの終点位置情報と、を含むことを特徴とする請求項2に記載の作業ロボット。 When the work site of the work object is a continuous area smaller than the work range of the work head,
The head position information is
Starting point position information when the working head has moved to the starting point of the continuous area;
The work robot according to claim 2, further comprising: end point position information when the work head moves to the end point of the continuous area.
前記コントローラは、
前記ロボットアームがオペレータによって遠隔操作され、前記作業ツールが前記作業対象物に対して作業可能な位置に配置された状態のときに、前記ティーチングデータを作成することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の作業ロボット。 An operating device for remotely operating the robot arm;
The controller is
The teaching data is created when the robot arm is remotely operated by an operator and the work tool is arranged at a position where the work tool can be worked on the work object. Item 4. The work robot according to any one of item 3.
前記ロボットアームを遠隔操作するための操作装置と、
作業範囲を移動可能な作業ヘッドを有するとともに前記ロボットアームに装着される作業ツールと、
ティーチングによって得られるティーチングデータに基づいて前記作業ツールを制御するコントローラと、を備える作業ロボットのティーチング方法であって、
前記ロボットアームを遠隔操作して、前記ロボットアームに装着される前記作業ツールを作業対象物に対して作業可能な位置に配置する第1工程と、
前記作業ヘッドを前記作業対象物の作業部位に移動したときの、前記作業ツールにおける前記作業ヘッドのヘッド位置情報を、前記コントローラに教示する第2工程と、
前記コントローラが、前記ヘッド位置情報を、前記作業対象物の作業部位を示す作業位置情報として、前記ティーチングデータを作成する第3工程と、からなることを特徴とする作業ロボットのティーチング方法。 An articulated robot arm,
An operating device for remotely operating the robot arm;
A work tool having a work head movable in a work range and attached to the robot arm;
A controller for controlling the work tool based on teaching data obtained by teaching, and a teaching method for a working robot comprising:
A first step of remotely operating the robot arm and arranging the work tool mounted on the robot arm at a position where the work tool can be worked on;
A second step of teaching the controller head position information of the work head in the work tool when the work head is moved to a work site of the work object;
A teaching method for a working robot, comprising: a third step in which the controller creates the teaching data using the head position information as work position information indicating a work part of the work object.
前記第2工程は、
前記連続領域の始点に前記作業ヘッドを移動したときの前記ヘッド位置情報を前記コントローラに教示する工程と、
前記連続領域の終点に前記作業ヘッドを移動したときの前記ヘッド位置情報を前記コントローラに教示する工程と、を含むことを特徴とする請求項5に記載の作業ロボットのティーチング方法。 When the work site of the work object is a continuous area smaller than the work range of the work head,
The second step includes
Teaching the controller the head position information when the working head is moved to the starting point of the continuous area;
The teaching method for a work robot according to claim 5, further comprising: teaching the controller position information when the work head is moved to the end point of the continuous area.
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