JP2015036164A

JP2015036164A - 遠隔操作ロボットシステム

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Publication number: JP2015036164A
Application number: JP2013168021A
Authority: JP
Inventors: 知己阪上; Tomomi Sakagami; 理海江田; Tadashi Kaieda
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 2013-08-13
Filing date: 2013-08-13
Publication date: 2015-02-23
Anticipated expiration: 2033-08-13
Also published as: JP6252029B2

Abstract

【課題】人間が入ることができない狭隘箇所の作業や調査を安全で確実に行うことができる遠隔操作ロボットシステムを提供することである。
【解決手段】親ロボット１１と子ロボット１２とを有し、遠隔操作部１３は、親ロボット１１との間を有線通信手段で接続して親ロボット１２を遠隔操作し、親ロボット１１と子ロボット１２との間を無線通信手段で接続して、遠隔操作部１３は親ロボット１１を中継して子ロボット１２を遠隔操作する。そして、親ロボット１１に子ロボット１２を搭載して現場の目的箇所の近傍まで移動し、目的箇所の近傍で子ロボット１２を親ロボットに設けられた昇降部２１で降ろし、降ろされた子ロボット１２は目的箇所の所定範囲を移動する。子ロボット１２には多機能携帯端末２３が取り付けられており、子ロボット１２の移動に伴い目的箇所の所定範囲の情報を収集する。
【選択図】図１

Description

本発明は、人間が入ることができない箇所の作業や調査を行う遠隔操作ロボットシステムに関する。

例えば、原子力発電所においては放射線が高い箇所や狭隘部があり、人間が入ることができない箇所がある。そこで、狭隘な場所において、安全、確実に狭隘部での点検やハンドリングなどの作業ができて、かつ必要最小限の機器から構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。また、枝管内を自由に移動できる装置本体と、装置本体を内部に格納し幹管内を自由に移動できる輸送体とを有し、幹管と複数の枝管からなる配管であっても枝管内での走行を確実としたものもある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−１３７１８０号公報特開平９−２５４８３７号公報

しかし、原子力発電所の事故対応ロボットは、階段等の走破性を重視したり各種調査装置を搭載するため小型化が難しい。特許文献１のものでは必要最小限の機器として視覚装置を搭載しているが、その場合であってもイーサネット（登録商標）に画像信号を載せるには、ビデオサーバーとアナログカメラあるいはＩＰカメラが必要となり、いずれも大きなスペースを要する。

また、特許文献２のものでは、幹管は装置本体を内部に格納した輸送体が移動し、枝管は輸送体から分離した装置本体を移動させるので、枝管が鉛直な行止まり管など狭隘な部位である場合であっても装置本体を移動できるが、装置本体は索線で接続して輸送体から分離及び回収するのでその制御が複雑になる。また、装置本体にカメラや照明からなる監視手段と超音波センサなどの作業手段とを搭載するので小型化が難しい。

本発明の目的は、人間が入ることができない狭隘箇所の作業や調査を安全で確実に行うことができる遠隔操作ロボットシステムを提供することである。

遠隔操作ロボットシステムは、現場の目的箇所の近傍まで移動する親ロボットと、前記親ロボットに搭載されて前記目的箇所の近傍まで運搬され前記目的箇所の近傍で降ろされて前記目的箇所の所定範囲を移動する子ロボットと、前記親ロボットとの間を有線通信手段で接続して前記親ロボットを遠隔操作する一方前記親ロボットと前記子ロボットとの間を無線通信手段で接続し前記親ロボットを中継して前記子ロボットを遠隔操作する遠隔操作部と、前記親ロボットに設けられ前記子ロボットを昇降するための昇降部と、前記子ロボットに取り付けられ前記目的箇所の所定範囲の情報を収集するための多機能携帯端末とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、親ロボットと子ロボットとを有し、子ロボットは親ロボットに搭載されて目的箇所の近傍まで運搬され、その目的箇所の近傍で降ろされて目的箇所の所定範囲を移動し、親ロボットと子ロボットとの間は無線通信手段で接続するので、狭隘部であっても子ロボットは移動できる。また、子ロボットは各種センサ機能を有した多機能携帯端末を搭載するので小型化が可能となる。

本発明の実施形態に係る遠隔操作ロボットシステムの一例を示す構成図。本発明の実施形態における親ロボットの昇降部により子ロボットを降ろす作業の一例の説明図。本発明の実施形態における子ロボットの斜視図。本発明の実施形態における複数の子ロボットを目的箇所の所定範囲で移動させる場合の説明図。

以下、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係る遠隔操作ロボットシステムの一例を示す構成図である。遠隔操作ロボットシステムは、親ロボット１１と子ロボット１２とを有し、親ロボット１１及び子ロボット１２は遠隔操作部１３により遠隔操作される。以下の説明では、親ロボット１１及び子ロボット１２は、人間が入ることができない箇所として事故が発生した原子力発電所の原子炉建屋に入り、作業や調査を行う場合を例に取り説明する。

遠隔操作部１３は、親ロボット遠隔操作部１４及び子ロボット遠隔操作部１５を有し、例えば原子力発電所の免震重要棟に設置される。親ロボット遠隔操作部１４及び子ロボット遠隔操作部１５は有線通信手段で親ロボット１１に接続される。すなわち、ＬＡＮケーブル１６で親ロボット１１のモデム１７に接続される。

一方、子ロボット１２は無線通信手段で親ロボット１１と接続される。すなわち、親ロボット１１のモデム１７に無線ＬＡＮの無線親機１８が接続され、子ロボット１２には無線親機１８と無線で通信を行う無線ＬＡＮの無線子機１９が設けられる。無線ＬＡＮとしては、例えばＷｉＦｉを用いる。

これにより、親ロボット１１は有線通信手段で接続された親ロボット遠隔操作部１４により遠隔操作され、子ロボット１２は親ロボット１１のモデム１７を中継して有線通信手段及び無線通信手段で接続された子ロボット遠隔操作部１５により遠隔操作される。

親ロボット１１は子ロボット１２を搭載して、親ロボット遠隔操作部１４により遠隔操作され、原子炉建屋内の現場の目的箇所の近傍まで移動する。親ロボット１１は無限軌道２０を備えた装軌車両であり、不整地での移動を可能にしている。原子炉建屋内は中央部に原子炉圧力容器が配置され、周囲は壁で仕切られて複数の部屋が形成されており、また、電気設備や配管設備や機械設備などが設置されている。これら設備や壁の間は狭隘部となっている。事故が発生した原子炉建屋内の場合には、当初の配置通りではないので、各所にさらに多くの狭隘部が発生している。

そこで、親ロボット１１は子ロボット１２を搭載して、目的箇所に向けて原子炉建屋内で移動可能な箇所まで移動する。つまり、目的箇所の近傍まで移動する。そして、目的箇所の近傍で親ロボット１１は昇降部２１にて子ロボット１２を降ろす。降ろされた子ロボット１２は自走で目的箇所の所定範囲を移動し、親ロボット１１が入り込めない狭隘部に向けて走行する。

子ロボット１２も親ロボット１１と同様に無限軌道２２を備えた装軌車両であり、不整地での移動を可能にしている。また、子ロボット１２には多機能携帯端末２３が装着されている。多機能携帯端末２３としては、例えば、スマートフォンやタブレットを用いる。スマートフォンやタブレットなどの多機能携帯端末２３は、カメラ、マイク、加速度センサ、温度センサなどの各種のセンサを装備しており、また、ライト（照明要素）、ＷｉＦｉ、スピーカも装備している。従って、多機能携帯端末２３は無線通信手段であるＷｉＦｉを装備し各種センサを装備しているので、無線通信手段や各種センサを個別に子ロボット１２に搭載する場合に比較して大幅に小型化が図れる。

子ロボット１２による情報の収集は、多機能携帯端末２３のライトを点灯し、多機能携帯端末２３のカメラにより目的箇所の所定範囲の映像を取得する。取得した映像は、無線通信手段の無線子機１９から親ロボット１１の無線親機１８に送信し、さらに無線親機１８から有線通信手段のモデム１７及びＬＡＮケーブル１６を介して遠隔操作部１３の子ロボット遠隔操作部１５に送信する。これにより目的箇所の所定範囲の状況を子ロボット遠隔操作部１５で把握できる。

また、多機能携帯端末２３のマイクは、例えば子ロボット１２の周囲の音を収集し、同様に子ロボット遠隔操作部１５に音情報を送信する。これは、例えば、水漏れがしている場合には水の流れる音がするので、このような情報を得るためである。また、多機能携帯端末２３の加速度センサは子ロボット１２の３次元方向の加速度検出するので、これにより子ロボット１２の姿勢を把握できる。多機能携帯端末２３の温度センサは、多機能携帯端末２３の基板の温度を測定するために設けられているが、この温度センサの情報を得ることにより、子ロボット１２の周囲の温度を把握できる。なお、多機能携帯端末２３は放射線の線量計を装備しているものもあるが、線量計を装備していない多機能携帯端末２３の場合には、線量計を別途搭載するようにしてもよい。

図２は、親ロボット１１の昇降部２１により子ロボット１２を降ろす作業の一例の説明図であり、図２（ａ）は親ロボット１１に子ロボット１２を搭載した状態を示す説明図、図２（ｂ）は親ロボット１１の昇降部２１で子ロボット１２を把持した状態を示す説明図、図２（ｃ）は昇降部２１で把持した子ロボット１２を壁上部（高所）に降ろす場合の説明図、図２（ｄ）は昇降部２１で把持した子ロボット１２を狭隘部に降ろす場合の説明図である。図２では昇降部２１は先端に把持部を有したアーム式のものを示している。

図２（ａ）に示すように、親ロボット１１に子ロボット１２を搭載した状態ではアーム式の昇降部２１は折り畳まれている。そして、図２（ａ）の状態から子ロボット１２を降ろすには、図２（ｂ）に示すように、昇降部２１のアームを伸ばし先端の把持部で子ロボット１２を把持する。そして、子ロボット１２を把持した状態で昇降部２１のアームを駆動して子ロボット１２を降ろす箇所まで移動する。そして、目的箇所の所定範囲での子ロボット１２による情報の収集が終了すると、子ロボット１２は親ロボット１１から降ろされた場所の近傍に戻り、親ロボット１１の昇降部２１により親ロボット１１に搭載され回収される。

昇降部２１で把持した子ロボット１２を壁上部（高所）に降ろす場合には、図２（ｃ）に示すように、昇降部２１のアームを伸ばし、壁２４の上部に子ロボット１２を降ろす。これにより、子ロボット１２は壁２４の上部を自走することになる。また、昇降部２１で把持した子ロボット１２を狭隘部２５の入口に降ろす場合には、図２（ｄ）に示すように、昇降部２１のアームを伸ばし、狭隘部２５の入口に子ロボット１２を降ろす。これにより、子ロボット１２は狭隘部２５を自走し、壁２４の向こう側に移動し壁２４の向こう側を自走することになる。そして、目的箇所の所定範囲での子ロボット１２による情報の収集が終了すると、前述したように、子ロボット１２は親ロボット１１から降ろされた場所の近傍に戻り、親ロボット１１の昇降部２１により親ロボット１１に搭載され回収される。

以上の説明では、昇降部２１としてアーム式のものを示したが、ジャッキとスロープ板とを有し、水平に保ったスロープ板に子ロボット１２を搭載し、子ロボット１２を高所に降ろす場合はジャッキで持ち上げ、スロープ板を傾けて降ろすようにしてもよい。なお、高所でない場所に降ろす場合はジャッキで持ち上げる必要はない。

図３は子ロボットの斜視図であり、図３（ａ）は多機能携帯端末２３を固定で装着した場合の子ロボットの斜視図、図３（ｂ）は多機能携帯端末２３をパンチルト機構で装着した場合の子ロボットの斜視図である。

図３（ａ）に示すように、子ロボット１２は、子ロボット本体２６の両側に無限軌道２２を備えた装軌車両であり、不整地での移動を可能にしている。子ロボット本体２６の内部には、子ロボット遠隔操作部１５からの指令に基づき子ロボットを駆動するための図示省略の駆動機構やバッテリを搭載している。そして、子ロボット本体２６の上面には多機能携帯端末２３を固定で垂直に装着し、この多機能携帯端末２３により前述したように目的箇所の所定範囲の情報を収集する。多機能携帯端末２３を垂直に装着するのは、多機能携帯端末２３のカメラでその周囲を容易に撮影できるようにするためである。

また、子ロボット本体２６の上面に多機能携帯端末２３を垂直に固定で装着することに代えて、図３（ｂ）に示すように、多機能携帯端末２３をパンチルト機構部２７で装着するようにしてもよい。パンチルト機構部２７は、矢印Ｖに示すように多機能携帯端末２３を左右振りしたり、矢印Ｗに示すように多機能携帯端末２３を上下振りしたりする機能を有する。パンチルト機構部２７の左右振りにより多機能携帯端末２３は左右方向に向きを変えることができるので、子ロボット本体２６の向きを変えなくても所望の左右方向の情報を収集できる。

同様に、パンチルト機構部２７の上下振りにより多機能携帯端末２３は上下方向に向きを変えることができるので、所望の俯角や仰角で情報を収集できる。また、子ロボット１２が走行するときは、パンチルト機構部２７により多機能携帯端末２３を折り畳み、子ロボット本体２６の上面に形成された収納部２８に収納する。これにより、子ロボット１２が狭隘部を走行する際に多機能携帯端末２３が邪魔になって走行できなくなることを防止できる。

以上の説明では、親ロボット１１に１台の子ロボット１２を搭載した場合について説明したが、複数台の子ロボット１２を搭載し複数の子ロボットを目的箇所の所定範囲で移動させるようにしてもよい。図４は複数の子ロボットを目的箇所の所定範囲で移動させる場合の説明図であり、図４（ａ）は２台の子ロボットの場合の一例を示す説明図、図４（ｂ）は２台の子ロボットの場合の他の一例を示す説明図である。

図４（ａ）において、いま、親ロボット１１が２台の子ロボット１２ａ、１２ｂを搭載して目的箇所の近傍まで運搬し、目的箇所で２台の子ロボット１２ａ、１２ｂを降ろし、１台の子ロボット１２ｂが壁２４の向こう側に位置し、親ロボット１１と無線通信できない位置を移動しているとする。この場合、もう１台の子ロボット１２ａを壁２４の上面に配置し、子ロボット１２ａを親ロボット１１と子ロボット１２ｂとの中継局とする。これにより、子ロボット１２ｂは親ロボット１１と無線通信できない位置であっても移動することが可能となる。

図４（ｂ）において、いま、親ロボット１１が２台の子ロボット１２ａ、１２ｂを搭載して目的箇所の近傍まで運搬し、目的箇所で２台の子ロボット１２ａ、１２ｂを降ろし、２台の子ロボット１２ａ、１２ｂが壁２４の狭隘部２５を移動しているとする。この場合、２台の子ロボット１２ａ、１２ｂで周囲の情報を取得することになるので視野が広がり、また、一方の子ロボット１２ｂの多機能携帯端末２３ｂは他方の子ロボット１２ａを含んだ映像を取得できるので、他方の子ロボット１２ａを監視することができる。

このように、複数台の子ロボット１２を搭載した場合には、親ロボット１１と無線通信できない子ロボットの中継局として別の子ロボット１２を使用でき、親ロボット１１と直接的に無線通信できない位置である子ロボット１２に対しても無線通信が可能となる。また、複数の子ロボット１２で取得する映像の視野が広がり、互いに子ロボット１２同士で監視し合うこともできる。

このように、本発明の実施形態によれば、子ロボット１２に各種センサを備えた多機能携帯端末２３を搭載するので、子ロボット１２を小型化できる。多機能携帯端末２３が装備していないセンサ、例えば、放射線の線量計や湿度計を必要とする場合には、必要に応じてそれらのセンサを別置すればよいので、個別に各種のセンサを設置する場合に比較し子ロボット１２を小型化ができる。これにより、親ロボット１１が入れない狭隘部の情報を安全に確実に収集できる。多機能携帯端末２３は安価で高信頼であるので、安価で高信頼性のある遠隔操作ロボットシステムとすることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１…親ロボット、１２…子ロボット、１３…遠隔操作部、１４…親ロボット遠隔操作部、１５…子ロボット遠隔操作部、１６…ＬＡＮケーブル、１７…モデム、１８…無線親機、１９…無線子機、２０…無限軌道、２１…昇降部、２２…無限軌道、２３…多機能携帯端末、２４…壁、２５…狭隘部、２６…子ロボット本体、２７…パンチルト機構部、２８…収納部

Claims

現場の目的箇所の近傍まで移動する親ロボットと、
前記親ロボットに搭載されて前記目的箇所の近傍まで運搬され前記目的箇所の近傍で降ろされて前記目的箇所の所定範囲を移動する子ロボットと、
前記親ロボットとの間を有線通信手段で接続して前記親ロボットを遠隔操作する一方前記親ロボットと前記子ロボットとの間を無線通信手段で接続し前記親ロボットを中継して前記子ロボットを遠隔操作する遠隔操作部と、
前記親ロボットに設けられ前記子ロボットを昇降するための昇降部と、
前記子ロボットに取り付けられ前記目的箇所の所定範囲の情報を収集するための多機能携帯端末とを備えたことを特徴とする遠隔操作ロボットシステム。
前記多機能携帯端末は、前記子ロボットにパンチルト機構により取り付けられたことを特徴とする請求項１記載の遠隔操作ロボットシステム。
前記親ロボットは複数の前記子ロボットを搭載し、複数の前記子ロボット間は無線通信手段で接続して前記目的箇所の所定範囲の別の箇所に移動させることを特徴とする請求項１又は２記載の遠隔操作ロボットシステム。