JP2017064871A - 移動ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】狭小又は高所の環境中での作業であっても、作業環境全体を俯瞰して各種構造物との接触や干渉を確認可能とすることができるため、除染作業の効率を向上させることができる移動ロボットを提供する。
【解決手段】移動台車２２と、該移動台車に取り付けられた垂直アーム２１と、該垂直アームの上端に取り付けられた基台１７と、該基台の上部に旋回部１１を介して取り付けられた伸縮駆動部１２と、前記基台に一端が取り付けられ、他端に作業部材が取り付けられた伸縮自在な作業用アーム４と、前記伸縮駆動部に一端が取り付けられ、他端に撮像装置が取り付けられた伸縮自在な撮像用アーム１３とを備えた移動ロボット２。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、移動ロボットに関する。

従来、原子力発電所等の高放射線線量環境等の立ち入り困難な場所の点検や除染作業等のために、車輪、脚等により移動可能な移動ロボットが使用されている。

通常、移動ロボットは遠隔操作又は自律走行により作業場所まで移動し、搭載したアームおよび作業用機器によって除染作業等を実施するが、搭載したアームおよび作業用機器を、作業環境中の各種構造物と接触、あるいは干渉しないように移動させることにより、施工可能範囲をできるだけ拡大することが求められている。

このような作業環境中の各種構造物との干渉等を確認する装置としては、例えば、作業用のマニピュレータアームにテレビカメラを取り付ける方法（特許文献１参照）、あるいは、２台の移動ロボットにより互いの位置や状態をそれぞれのテレビカメラで撮影する方法（特許文献２参照）が提案されている。

特開昭６３−５２９９０号公報 特開昭６２−２３６６９４号公報

上記特許文献１に記載の方法では、マニピュレータアームにテレビカメラを取り付けているため、アーム近傍の確認は可能となるが、アーム全体を確認することができず、また、作業環境全体にわたってマニピュレータアームと各種構造物との干渉等を確認できないという問題があった。

上記特許文献２に記載の方法では、２台の移動ロボットにより、互いに作業環境中の位置をテレビカメラで確認できるが、狭い作業環境中での作業の場合や、高所作業等のように一方の移動ロボットのテレビカメラから撮影したい他方の移動ロボットの位置が離れている場合には、干渉等の確認が困難であるという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、狭小又は高所の環境中での作業であっても、作業環境全体を俯瞰して各種構造物との接触や干渉を確認可能とした移動ロボットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の実施形態に係る移動ロボットは、移動台車と、該移動台車に取り付けられた垂直アームと、該垂直アームの上端に取り付けられた基台と、該基台の上部に旋回部を介して取り付けられた伸縮駆動部と、前記基台に一端が取り付けられ、他端に作業部材が取り付けられた伸縮自在な作業用アームと、前記伸縮駆動部に一端が取り付けられ、他端に撮像装置が取り付けられた伸縮自在な撮像用アームとを備えたものである。

本発明によれば、作業環境全体を俯瞰して各種構造物との接触や干渉を確認できる。

本発明の第１の実施形態に係る全体構成図。 本発明の第１の実施形態に係る要部拡大図。 本発明の第２の実施形態に係る全体構成図。

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態に係る移動ロボットを、図１、図２を参照して説明する。

（構成）
図１は本発明の実施形態に係る全体構成図であって、ケーブルトレイ１ａ、ケーブルトレイ１ａに取り付けられ干渉物となるサポート１ｂ等からなる施工対象物１と、移動ロボット２から構成されている。

ここでは、ケーブルトレイ１ａの除染のための吸引清掃作業を遠隔操作で行う場合について説明するが、作業内容に応じて、移動ロボット２の作業用アーム４の先端に取り付ける機器などは適宜変更することができる。

図２に示すように、移動ロボット２は、走行機構３を備えた移動台車２２、移動台車２２上に設けられた垂直アーム２１、作業用アーム４、干渉確認装置８、制御装置５及び吸引装置６からなっている。

垂直アーム２１は伸縮自在に構成され、先端部には基台１７が取り付けられている。
基台１７の側部には伸縮自在に構成された作業用アーム４の一端が取り付けられ、他端には作業部材である吸引ノズル７が取り付けられている。吸引ノズル７は吸引装置６とパイプ等で接続されている。

基台１７の上端部には、干渉確認装置８が取り付けられている。
干渉確認装置８は、図２に示すように、基台１７に固定するための固定板９、固定板９上には緩衝部となるゴム材１０、ゴム材１０上には垂直方向に軸支され旋回する旋回テーブル１１、旋回テーブル１１上に設けられた伸縮駆動部１２、伸縮駆動部１２の側部に一端が取り付けられ、他端にはテレビカメラ等からなる撮像装置１４、および照明具１５が取り付けられた撮像用アーム１３からなっている。

撮像用アーム１３の伸長方向は、作業用アーム４に取り付けられた吸引ノズル７の取り付けられた方向とは逆の方向とすることが望ましい。
なお、撮像装置１４で撮像された画像は、別途設けられた図示しないモニターに出力され、遠隔操作により移動ロボット２の移動制御が行われる。

固定板９と旋回テーブル１１との間には接触検知用リミットスイッチ、あるいは変位センサ（いずれも不図示）等からなる荷重検知部を設置して、撮像用アーム１３に過大な力がかかった場合これを検知することで、損傷を未然に防ぐことができる。

なお、旋回テーブル１１に回転量を検知するセンサを設けても、同様の効果が期待できる。
また、旋回テーブル１１には復元用のバネ（不図示）を取り付けて旋回位置を初期位置に復帰可能にしてもよい。

伸縮駆動部１２により撮像用アーム１３を伸長あるいは縮小させることにより、撮像装置１４により俯瞰画像あるいは詳細画像を撮影することができる。

撮像用アーム１３を伸縮自在とする構成としては、空気圧、流体圧、あるいは電動により伸縮するテレスコピック機構、その他パンタグラフ機構、巻き取り式伸縮機構などがある。空気圧を採用すれば高伸縮比を得ることができるとともに、小型軽量化が図れる。

パンタグラフ機構の場合、パンタグラフ機構全体を柔軟なカバーで覆うことにより、作業環境内の他の構造物や障害物との干渉を緩和することができる。

撮像用アーム１３は、旋回テーブル１１による旋回に加えて、俯仰できるように軸支により回動する機能を付加してもよい。これにより、任意の方向に撮像用アーム１３を向けることができ、一つの撮像用アーム１３で複数の方向からの確認が可能となる。

なお、この複数の方向からの検出データを再構成し、前記モニターに陰影のない三次元画像として表示したり、あるいは、撮像装置１４に代えて、三次元距離画像カメラを用い、三次元画像を前述したモニターに出力、表示することができる。

また、撮像装置１４には、撮像方向を任意の方向に向けることが可能な雲台（不図示）を設けてもよい。
また、作業用アーム４の作業部材７近傍に撮像装置を設けてもよく、さらに、撮像用アーム１３および伸縮駆動部１２を複数設けてもよい。

撮像装置１４および照明具１５は透明カバー１６で覆われており、作業環境内の他の構造物や障害物との接触があっても直接、撮像装置１４等に接触しないように保護されている。なお、透明カバー１６に代えて金網カバーとしてもよい。

制御装置５は、基地局に設置される電源装置および通信・制御装置と接続され、移動ロボット２に電源を供給するとともに、通信、制御を行っている。なお、移動ロボット２は自ら搭載したバッテリーにより、無線通信により基地局と通信可能にしてもよい。

（作用）
次に本実施形態の作用を、施工場所がケーブルトレイ１ａのような高所であって、他の構造物（サポート１ｂ）等が障害物となっている場合について説明する。

先ず、撮像装置１４により施工場所全体を俯瞰して撮像しながら、走行機構３により施工位置まで移動ロボット２を移動させ、次に作業用アーム４を伸長させて、吸引ノズル７を、吸引清掃作業を行うケーブルトレイ１ａに近付ける。

この時、施工場所付近の他の構造物等との接触、干渉を確認するために、干渉確認装置８の伸縮駆動部１２により撮像用アーム１３を吸引ノズル７の方向とは逆方向に伸長させているので、撮像装置１４および照明具１５によって、作業用アーム４全体と、障害物となるサポート１ｂと作業用アーム４との隙間を撮影し、サポート１ｂ等の干渉確認を行うことができる。

このようにサポート１ｂ等との干渉の有無を常時確認しながら作業用アーム４の吸引ノズル７を施工対象物であるケーブルトレイ１ａに極限まで近接させることが可能となる。

なお、撮像用アーム１３を伸長する際、あるいは伸長した状態で、サポート１ｂや他の構造物等に接触することがあるが、撮像装置１４および照明具１５は透明カバー１６により覆われているため、直接、撮像装置１４および照明具１５と接触することがなく損傷することはない。また、基台１７上に設けられたゴム材１０、旋回部１１により、撮像用アーム１３がサポート１ｂ等と接触した場合でも、接触による衝撃力を柔軟に減少できるので、撮像用アーム１３を伸長したままでも移動ロボット２、作業用アーム４を移動させることができる。

なお、撮像装置１４のテレビカメラのレンズを広角に切り替える構成とすることにより、撮影範囲をさらに広げることができる。

また、撮像用アーム１３を、旋回部１１を中心に水平方向に１８０度旋回させることにより、撮像装置１４は施工場所のより詳細な詳細画像を撮像することができる。

（効果）
以上、本実施形態によれば、狭小又は高所の環境中での作業であっても、１台の移動ロボットのみで、作業環境全体を俯瞰しながら作業用アームの干渉の有無を直接カメラで撮影し確認することができる。また、撮像用アーム１３を適宜、回動、伸縮させることにより、作業範囲の拡大化を図ることができる。

［第２の実施形態］
図３は本発明の第２の実施形態に係る全体構成図を示す。
本実施形態が第１の実施形態と異なるのは、撮像装置１４および照明具１５を伸縮駆動部１２上に配置変更するとともに、新たにミラー１９を用いた点である。

すなわち、本実施形態では、第１の実施形態における撮像装置１４および照明具１５に代えて、ミラー支持台２０を介してミラー１９を設置するとともに、撮像用アーム１３の他端側の伸縮駆動部１２上に支持台１８を介して、撮像装置１４および照明具１５を設けたものである。その他の構成については第１の実施形態と同様である。

本実施形態では、ミラー１９に映った施工場所全体の俯瞰画像を撮像装置１４により撮像することにより、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、撮像装置１４を伸縮駆動部１２上で水平方向に回動自在とすれば、ミラーを使用せずに、施工場所の詳細な画像も撮影できる。
また、ミラー１９として標準的なミラーを用いてもよいが、広角ミラー等複数の種類を切り替え可能としてもよい。

以上、本発明を説明したが、上述した実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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、当業者の技術常識を加味して種々の省略、置き換え、変更、組合せを行うことができる。これら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。

１…施工対象物、１ａ…ケーブルトレイ、１ｂ…サポート、２…移動ロボット、３…走行機構、４…作業用アーム、５…制御装置、６…吸引装置、７…吸引ノズル（作業部材）、８…干渉確認装置、９…固定板、１０…ゴム材、１１…旋回テーブル（旋回部）、１２…伸縮駆動部、１３…撮像用アーム、１４…テレビカメラ（撮像装置）、１５…照明具、１６…透明カバー、１７…基台、１８…支持台、１９…ミラー、２０…ミラー支持台、２１…垂直アーム、２２…移動台車

Claims (6)

1. 移動台車と、該移動台車に取り付けられた垂直アームと、該垂直アームの上端に取り付けられた基台と、該基台の上部に旋回部を介して取り付けられた伸縮駆動部と、前記基台に一端が取り付けられ、他端に作業部材が取り付けられた伸縮自在な作業用アームと、前記伸縮駆動部に一端が取り付けられ、他端に撮像装置が取り付けられた伸縮自在な撮像用アームとからなることを特徴とする移動ロボット。
2. 移動台車と、該移動台車に取り付けられた垂直アームと、該垂直アームの上端に取り付けられた基台と、該基台の上部に旋回部を介して取り付けられた伸縮駆動部と、前記基台に一端が取り付けられ、他端に作業部材が取り付けられた伸縮自在な作業用アームと、前記伸縮駆動部に一端が取り付けられ、他端にミラーが取り付けられた伸縮自在な撮像用アームと、前記伸縮駆動部の上部に取り付けられた撮像装置とからなることを特徴とする移動ロボット。
3. 前記撮像装置が上下方向に移動可能となるように、前記撮像用アームが前記伸縮駆動部に軸支されていることを特徴とする請求項１または２に記載の移動ロボット。
4. 前記撮像用アームは異なる方向に複数取り付けられたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の移動ロボット。
5. 前記基台と前記旋回部との間に、荷重検知部が取り付けられたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の移動ロボット。
6. 前記旋回部に、当該旋回部を初期位置に復帰させるための弾性部材が取り付けられたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の移動ロボット。

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