JP2018075979A - ロボット装置、検査装置、発電機の検査装置、および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】段差のあるギャップに対するロボットの投入および回収を可能にするロボット装置、検査装置、発電機の検査装置、および検査方法を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、ロボット装置は、ロボット４０とステーション部１０とを備えている。ロボット４０は、第１の部位８０と、第１の部位８０との間に段差７０を形成する第２の部位９０とを有する第１の部材１００における、第１の部位８０の外周面８０ａと、外周面８０ａを囲む第２の部材２００との間のギャップｇに挿入される。ステーション部１０は、ロボット４０を段差７０の下段側の第１の部位８０の外周面８０ａに降ろし、且つ外周面８０ａから持ち上げる昇降機構１２を有する。
【選択図】図４

Description

実施形態は、ロボット装置、検査装置、発電機の検査装置、および検査方法に関する。

例えば発電機のロータとステータとの間の狭隘空間（ギャップ）をロボットで検査する装置が提案されている。

米国特許出願公開第２０１３／００４７７４８号明細書

実施形態は、段差のあるギャップに対するロボットの投入および回収を可能にするロボット装置、検査装置、発電機の検査装置、および検査方法を提供する。

実施形態によれば、ロボット装置は、ロボットとステーション部とを備えている。前記ロボットは、第１の部位と、前記第１の部位との間に段差を形成する第２の部位とを有する第１の部材における、前記第１の部位の外周面と、前記外周面を囲む第２の部材との間のギャップに挿入される。前記ステーション部は、前記ロボットを前記段差の下段側の前記第１の部位の前記外周面に降ろし、且つ前記外周面から持ち上げる昇降機構を有する。

実施形態の検査装置におけるステーション部の模式斜視図。 実施形態の検査装置における検査ロボットの模式斜視図。 実施形態の検査装置の動作を示す模式図。 実施形態の検査装置の動作を示す模式図。 実施形態の検査装置の動作を示す模式図。 実施形態の検査装置の動作を示す模式図。 実施形態の検査装置の動作を示す模式図。

以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。

実施形態の検査装置またはロボット装置は、第１の部材としての柱状体と、柱状体を囲む第２の部材としての外周体との間のギャップに挿入され、柱状体および外周体のうちの少なくとも柱状体を検査する。以下、検査装置の検査対象として、柱状体としてのロータと、外周体としてのステータコアとを有する発電機を例に挙げて説明する。

実施形態の検査装置は、ステーション部と検査ロボットとを有する。
図１は、実施形態の検査装置におけるステーション部１０の模式斜視図である。
図２は、実施形態の検査装置における検査ロボット４０の模式斜視図である。

図１に示すように、ステーション部１０は、本体部１１と昇降機構１２とを有する。

昇降機構１２は、第１〜第３ロッド２１〜２３と、レバー２６と、ステージ１３とを有する。第１〜第３ロッド２１〜２３、およびレバー２６は、リンク機構２５を介して本体部１１に保持されている。

第１〜第３ロッド２１〜２３は、ステーション部１０の前後方向に延びている。第１ロッド２１が最も前方側に位置し、第３ロッド２３が最も後方側に位置し、第２ロッド２２は第１ロッド２１と第３ロッド２３との間に連結されている。

第１ロッド２１と第２ロッド２２は、レバー２６を介して連結されている。第２ロッド２２と第３ロッド２３は、例えばギアを有するリンク機構２５を介して連結されている。第３ロッド２３の後端に操作部２４が設けられている。

第１〜第３ロッド２１〜２３、レバー２６、リンク機構２５、および操作部２４を含んで１つのクランクユニットが構成され、２つのクランクユニットが、ステーション部１０の幅方向（前後方向に直交する方向）に離間して設けられている。

図５（ａ）および図５（ｂ）は、昇降機構１２の動作を示す模式斜視図である。
図６は、昇降機構１２の動作をステーション部１０の前方側から見た模式図である。

レバー２６は、第１ロッド２１および第２ロッド２２の直径方向に突出している。第１ロッド２１はレバー２６の一端部に固定されている。第２ロッド２２はレバー２６の他端部に固定され、第１ロッド２１の芯からずれた位置で第１ロッド２１と平行にステーション部１０の前後方向に延びている。

ステーション部１０の幅方向に離間した一対の第１ロッド２１の間に、ステージ１３が保持されている。ステージ１３は、後述するロータ本体８０の外周面８０ａに沿うように湾曲している。

ステージ１３は、図５（ａ）、図５（ｂ）、および図６に示すように、第１係合孔２７および第２係合孔２８を介して、一対の第１ロッド２１と連結されている。

一対の第１ロッド２１のうちの一方の第１ロッド２１（図６において左側の第１ロッド２１）は、ステージ１３における一方の側縁部に設けられた第１係合孔２７に係合している。第１係合孔２７は、ステーション部１０の幅方向に延びる長孔である。後述するように、第１ロッド２１の回転移動に伴い第１ロッド２１は第１係合孔２７内をスライド可能となっている。

他方の第１ロッド２１（図６において右側の第１ロッド２１）は、ステージ１３における他方の側縁部に設けられた第２係合孔２８に係合している。第１ロッド２１は、円形状の第２係合孔２８に遊嵌し、第２係合孔２８に対して回転可能である。

図１に示すように、ステーション部１０の本体部１１には、ステーション部１０の幅方向に離間した一対のローラ３２ａ、３２ｂが設けられている。一方のローラ３２ａはモータ３１と連結されている。また、本体部１１には、チェーンベルト３５が連結されている。

ステーション部１０のステージ１３上には、図２に示す検査ロボット４０が支持される。検査ロボット４０は、ベースプレート４１と、自走機構ユニット４２と、吸着手段４６と、各種センサ６１〜６４を有する。ベースプレート４１は、後述するロータ本体８０の外周面８０ａに沿うように湾曲している。吸着手段４６においては、例えば、静電気を利用した静電吸着、空気吸着を用いることができる。ここでは、検査ロボット４０は、吸着手段４６を介してロータ本体８０の外周面８０ａ上に吸着しながら、その面上を移動することができる。検査ロボット４０は、吸着手段４６による吸着力と、移動に要する推進力との間でバランスをとりながら、ロータ本体８０の外周面８０ａ上において、移動あるいは停止する。

自走機構ユニット４２は、検査ロボット４０の前後方向に離間して配置された一対のプーリ（ローラ）４３ａ、４３ｂと、それらプーリ４３ａ、４３ｂ間に掛け渡されたベルト４４と、モータ４５とを有する。モータ４５は一方のプーリ４３ａに連結されている。ベースプレート４１の下面側でベルト４４は露出している。

一対のプーリ４３ａ、４３ｂ、ベルト４４、およびモータ４５は自走機構ユニット４２を構成し、２組の自走機構ユニット４２が検査ロボット４０の幅方向に離間して搭載されている。

ベルト４４の横に吸着手段４６が配置されている。センサ６１〜６４は、例えば、エレクトリックセンサ、アコースティックセンサ、メカニカルセンサなどである。

検査ロボット１０は、後述するように、発電機のロータ本体８０の外周面８０ａ上を走行し、ロータ本体８０を検査する。さらに、検査ロボット４０は、発電機のステータコア２００も検査する。センサ６３およびセンサ６４は、ステータコア２００を接触検査するセンサである。例えば、センサ６３はEL-CID(electro-magnetic core imperfection detector)センサであり、センサ６４は打音検査用ハンマ駆動部を有する。

センサ６３、６４を含むステータコア検査ユニット５０が、ベースプレート４１上に搭載されている。ステータコア検査ユニット５０は、センサ６３、センサ６４、エアシリンダ５１、アーム５６、および走行ガイドを含み、例えば２組のステータコア検査ユニット５０がベースプレート４１上に搭載されている。

アーム５６はエアシリンダ５１の駆動ロッド５２に連結されている。図７に示すように、エアシリンダ５１の駆動により駆動ロッド５２が延びると、アーム５６の一端部は、他端部を支点にして上下動する。

アーム５６の一端部には保持部５３が取り付けられている。その保持部５３に、センサ６３、６４が保持されている。保持部５３には、さらに走行ガイドも保持されている。走行ガイドは、検査ロボット４０の前後方向に離間して配置された一対のガイドローラ５４と、それらガイドローラ５４間に掛け渡されたベルト５５を有する。

エアシリンダ５１には、図示しないエア配管が接続されている。また、モータ４５には、図示しない電気ケーブルが接続されている。または、ベースプレート４１にバッテリーを搭載し、そのバッテリーによりモータ４５を駆動してもよい。

次に、図３（ａ）〜図６を参照して、実施形態の検査装置の動作について説明する。

図３（ａ）に示すように、検査対象である発電機は、柱状体としてのロータ１００と、外周体としてのステータコア２００とを有する。図３（ａ）〜図４（ｂ）では、ステータコア２００の断面が表されている。

ロータ１００は、ロータ本体８０と、ロータ本体８０との間に段差７０を形成してロータ本体８０の軸方向の端部に設けられたエンドリング９０とを有する。ロータ本体８０の外周面８０ａと、エンドリング９０の外周面９０ａとは、段差７０を形成してロータ本体８０の軸方向に並んで設けられている。その段差７０の高さは例えば６０ｍｍほどである。

エンドリング９０の外径はロータ本体８０の外径よりも大きく、上記段差７０の上段側にエンドリング９０の外周面９０ａが位置し、上記段差７０の下段側にロータ本体８０の外周面８０ａが位置している。

ステータコア２００は、ロータ本体８０の外周面８０ａを囲んでいる。ロータ本体８０の外周面８０ａとステータコア２００の内周面との間にはギャップ（狭隘空間）ｇが形成されている。ギャップｇの大きさは、例えば１００ｍｍほどである。

図３（ａ）に示すように、エンドリング９０の外周面９０ａにチェーンベルト３５が巻き付けられ、ステーション部１０がエンドリング９０の外周面９０ａに取り付けられる。ステーション部１０のローラ３２ａ、３２ｂがエンドリング９０の外周面９０ａに接触する。第１〜第３ロッド２１〜２３の延在方向が、ロータ本体８０の軸方向に平行になるように、ステーション部１０はエンドリング９０の外周面９０ａにセットされる。

ステーション部１０の前方側に位置するステージ１３は、ロータ本体８０の外周面８０ａとステータコア２００との間のギャップｇに挿入される。ステージ１３の上面は、エンドリング９０の外周面９０ａと略同じ高さで、エンドリング９０の外周面９０ａに対してわずかな隙間を隔ててロータ本体８０の軸方向にアラインされる。

そして、ステーション部１０の本体部１１の下方におけるエンドリング９０の外周面９０ａ上に検査ロボット４０を置き、ステージ１３に向けて検査ロボット４０を走行させる。

検査ロボット４０における図２に示すモータ４５が駆動される。このモータ４５の駆動によりプーリ４３ａが回転され、ベルト４４が駆動される。回転するプーリ４３ａ、４３ｂがベルト４４を介してエンドリング９０の外周面９０ａに接することで検査ロボット４０はエンドリング９０の外周面９０ａ上を前方のステージ１３に向けて走行する。そして、図３（ｂ）に示すように検査ロボット４０はエンドリング９０からステージ１３上に乗り移り、図４（ａ）に示すようにステージ１３上で停止する。

ステージ１３の上面とエンドリング９０の外周面９０ａとの間には、検査ロボット４０の移載を妨げるような大きな段差および大きな隙間は形成されていない。

ステージ１３は磁性体であり、検査ロボット４０は吸着手段４６によりステージ１３上に吸着保持される。

検査ロボット４０がステージ１３上に乗り移った後、前述した昇降機構１２によってステージ１３をロータ本体８０の外周面８０ａに降下させる。

図５（ａ）は、ステージ１３がロータ本体８０の外周面８０ａから持ち上がった上方位置（upper position）にある状態の斜視図であり、図５（ｂ）は、ステージ１３がロータ本体８０の外周面８０ａに降下した下方位置（lower position）にある状態の斜視図である。図５（ａ）および図５（ｂ）において、ステージ１３上に保持された検査ロボット４０の図示は省略している。

図６に、ステージ１３のupper positionとlower positionを合わせて表している。

図１に示す操作部２４を作業者が手でまわすと第３ロッド２３、およびリンク機構２５を介して第３ロッド２３と連結された第２ロッド２２が軸芯を中心に回転する。第２ロッド２２の回転により、レバー２６が、図６に示すように、第２ロッド２２が固定された一端部を支点に揺動する。このレバー２６の揺動により、レバー２６の他端部に固定された第１ロッド２１が第２ロッド２２のまわりに回転移動する。

図６において、左方の第１ロッド２１は時計方向に回転移動して、upper positionからlower positionに高さを下げ、右方の第１ロッド２１は反時計方向に回転移動して、upper positionからlower positionに高さを下げる。右方の第１ロッド２１の反時計方向の回転移動により、ステージ１３は右側にスライドしつつ降下する。このとき、長孔である第１係合孔２７が左方の第１ロッド２１に対して相対的に右側にスライドしつつ降下する。

ステージ１３は、ギャップｇ内において検査ロボット４０を保持した状態で、図４（ａ）に示すupper positionから、図４（ｂ）に示すlower position、すなわち段差７０の下段側のロータ本体８０の外周面８０ａまで降下する。なお、ステージ１３がupper positionにある状態で、ステージ１３上の検査ロボット４０はステータコア２００には当たっていない。

そして、前述の自走機構ユニット４２により、検査ロボット４０を走行させステージ１３上からロータ本体８０の外周面８０ａに移らせ、さらにその外周面８０ａ上を走行させる。

ステージ１３の上面とロータ本体８０の外周面８０ａとの間の段差は、エンドリング９０の外周面９０ａとロータ本体８０の外周面８０ａとの間の段差７０よりも小さく、ステージ１３からロータ本体８０の外周面８０ａへの検査ロボット４０の走行移動、およびロータ本体８０の外周面８０ａからステージ１３への検査ロボット４０の走行移動の妨げにならない。

ロータ本体８０の外周面８０ａは磁性体を含む。検査ロボット４０は、吸着手段４６により外周面８０ａに吸着した状態で、ロータ本体８０の軸方向に外周面８０ａ上を安定して走行する。

検査ロボット４０はロータ本体８０の外周面８０ａ上を走行しながら、前述したセンサ６１、６２を含むセンサ各種でロータ本体８０の検査を行う。

さらに、図７に示すように、アーム５６をステータコア２００に向けて持ち上げ（延ばし）、センサ６３、６４をステータコア２００に接触させてステータコア２００の検査も行われる。もちろん、例えばカメラなどのセンサでステータコア２００を撮像してステータコア２００の非接触での検査もされ得る。

検査ロボット４０は、ステータコア２００の検査もロータ本体８０の外周面８０ａ上を走行しながら行う。このとき、アーム５６の一端側に保持されたガイドローラ５４に掛け渡されたベルト５５がステータコア２００に接触して、検査ロボット４０の走行をガイドする。

検査ロボット４０は、ロータ本体８０側における吸着手段４６による吸着、およびステータコア２００側におけるガイドローラ５４およびベルト５５のガイドによって、周方向の移動（ずれ）が抑制され、走行姿勢が安定して保たれる。

ステータコア２００の内周面に例えばバッフル（突起物）が設けられている場合、アーム５６を下方に降ろすことで、ステータコア検査ユニット５０とバッフルとの干渉を回避する。エアシリンダ５１の駆動によって、アーム５６は上下動される。

ローラ本体８０およびステータコア２００における軸方向に沿ったある領域の検査が終わると、図４（ｂ）に示すように、検査ロボット４０はステーション部１０のステージ１３上に戻る。そして、前述した昇降機構１２によりステージ１３をロータ本体８０の外周面８０ａ上から持ち上げ、図４（ａ）に示すように、ステージ１３の高さをエンドリング９０の外周面９０ａと略同じ高さまで上げる。

ステージ１３を降下させるときとは逆方向に第１ロッド２１および第２ロッド２２が回転される。図６において、左方の第１ロッド２１は反時計方向に回転移動して、lower positionからupper positionに高さを上げ、右方の第１ロッド２１は時計方向に回転移動して、lower positionからupper positionに高さを上げる。右方の第１ロッド２１の時計方向の回転移動によりステージ１３は左側にスライドしつつ上昇し、長孔である第１係合孔２７が、反時計方向に回転移動する左方の第１ロッド２１に対して相対的に左側にスライドしつつ降下する。

ステージ１３は、ギャップｇ内において検査ロボット４０を保持した状態で、図４（ｂ）に示すlower positionから、図４（ａ）に示すupper position、すなわち段差７０の上段側の高さまで持ち上がる。

lower positionにある検査ロボット４０と、ロータ本体８０の外周面８０ａとの間には吸着手段４６による吸引力が作用している。昇降機構１２は、その吸引力に抗してステージ１３および検査ロボット４０を持ち上げる。

そして、図４（ａ）に示すようにupper positionにあるステージ１３上に検査ロボット４０が保持された状態で、ステーション部１０をエンドリング９０の周方向に移動させ、ロータ本体８０およびステータコア９０における軸方向に沿った別の領域の検査を行う。

モータ３１の駆動によりローラ３２ａを駆動させることで、ステーション部１０およびチェーンベルト３５がエンドリング９０の周方向に送られる。ステージ１３に保持された検査ロボット４０も、ギャップｇ内におけるロータ本体８０の外周面８０ａの上方でその外周面８０ａの周方向に移動される。

そして、前述した動作と同様に、ステージ１３をロータ本体８０の外周面８０ａに降下させ、検査ロボット４０をロータ本体８０の外周面８０ａ上を走行させ、ロータ本体８０およびステータコア２００の検査を行う。

以降、ステーション部１０を周方向に移動させて検査対象領域を変える動作、および検査ロボット４０の走行検査を繰り返すことで、ロータ本体８０およびステータコア２００の周方向のすべての領域を検査することができる。

以上説明した実施形態によれば、発電機のロータ１００をステータコア２００から抜かずに、ロータ本体８０とステータコア２００との間のギャップｇ内を走行する検査ロボット４０により、ロータ本体８０およびステータコア２００を自動検査することができる。

さらに、検査装置のステーション部１０は昇降機構１２を備えているため、ロータ本体８０とエンドリング９０との段差７０をこえて、ロータ本体８０の外周面８０ａ上への検査ロボット４０の投入が可能であり、且つロータ本体８０の外周面８０ａ上から検査ロボット４０を持ち上げてギャップｇの外に検査ロボット４０を回収することができる。

昇降機構は前述した構成に限らない。例えば、昇降機構は、平行リンク、リフトなどを有する構成でもよい。

第１〜第３ロッド２１〜２３の回転は手動ではなくモータ駆動にしてもよい。また、ステージ１３を前後方向に移動させる機構を設け、エンドリング９０の外周面９０ａ上でステージ１３上に保持された検査ロボット４０を、ステージ１３の前方への移動によってギャップｇに挿入することも可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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、種々の省略、置き換え、変更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。

１０…ステーション部、１２…昇降機構、１３…ステージ、２１…第１ロッド、２２…第２ロッド、２６…レバー、２７…第１係合孔、２８…第２係合孔、４０…検査ロボット、７０…段差、８０…ロータ本体、９０…エンドリング、１００…ロータ、２００…ステータコア、ｇ…ギャップ

Claims (16)

1. 第１の部位と、前記第１の部位との間に段差を形成する第２の部位とを有する第１の部材における、前記第１の部位の外周面と、前記外周面を囲む第２の部材との間のギャップに挿入されるロボットと、
   前記ロボットを前記段差の下段側の前記第１の部位の前記外周面に降ろし、且つ前記外周面から持ち上げる昇降機構を有するステーション部と、
   を備えたロボット装置。
2. 前記昇降機構は、
   レバーと、
   前記レバーの一端部に固定され、第１方向に延びる第１ロッドと、
   前記レバーの他端部に固定され、前記第１ロッドの芯からずれた位置で前記第１方向に延びる第２ロッドと、
   前記第１ロッドに連結され、前記ロボットを支持するステージであって、前記第２ロッドの回転に連動して昇降するステージと、
   を有する請求項１記載のロボット装置。
3. 前記ロボットは、前記第１の部位の前記外周面に吸着する吸着手段を有する請求項１または２に記載のロボット装置。
4. 柱状部と、前記柱状部との間に段差を形成して前記柱状部の軸方向に並んで設けられた部位とを有する柱状体における、前記柱状部の外周面と、前記外周面を囲む外周体との間のギャップに挿入される検査ロボットと、
   前記検査ロボットを前記段差の下段側の前記柱状部の前記外周面に降ろし、且つ前記外周面から持ち上げる昇降機構を有し、且つ前記部位に取り付けられたステーション部と、
   を備えた検査装置。
5. 前記昇降機構は、
   レバーと、
   前記レバーの一端部に固定され、前記柱状部の前記軸方向に延びる第１ロッドと、
   前記レバーの他端部に固定され、前記第１ロッドの芯からずれた位置で前記柱状部の前記軸方向に延びる第２ロッドと、
   前記第１ロッドに連結され、前記検査ロボットを支持するステージであって、前記第２ロッドの回転に連動して昇降するステージと、
   を有する請求項４記載の検査装置。
6. 前記検査ロボットは、前記柱状部の前記外周面上を、前記柱状部の前記軸方向に走行する請求項４または５に記載の検査装置。
7. 前記検査ロボットは、前記柱状部の前記外周面に吸着する吸着手段を有する請求項４〜６のいずれか１つに記載の検査装置。
8. 前記検査ロボットは、
   前記外周体に向けて延びるアームと、
   前記アームに保持され、前記外周体に接触するセンサと、
   を有する請求項４〜７のいずれか１つに記載の検査装置。
9. 前記ステーション部は、前記部位の周方向に移動可能である請求項４〜８のいずれか１つに記載の検査装置。
10. ロータ本体と、前記ロータ本体との間に段差を形成して前記ロータ本体の軸方向の端部に設けられた部位とを有するロータにおける、前記ロータ本体の外周面と、前記外周面を囲むステータコアとの間のギャップに挿入される検査ロボットと、
    前記検査ロボットを前記段差の下段側の前記ロータ本体の前記外周面に降ろし、且つ前記外周面から持ち上げる昇降機構を有し、且つ前記部位に取り付けられたステーション部と、
    を備えた発電機の検査装置。
11. 前記昇降機構は、
    レバーと、
    前記レバーの一端部に固定され、前記ロータ本体の前記軸方向に延びる第１ロッドと、
    前記レバーの他端部に固定され、前記第１ロッドの芯からずれた位置で前記ロータ本体の前記軸方向に延びる第２ロッドと、
    前記第１ロッドに連結され、前記検査ロボットを支持するステージであって、前記第２ロッドの回転に連動して昇降するステージと、
    を有する請求項１０記載の発電機の検査装置。
12. 前記検査ロボットは、前記ロータ本体の前記外周面上を、前記ロータ本体の前記軸方向に走行する請求項１０または１１に記載の発電機の検査装置。
13. 前記検査ロボットは、前記ロータ本体の前記外周面に吸着する吸着手段を有する請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の発電機の検査装置。
14. 前記検査ロボットは、
    前記ステータコアに向けて延びるアームと、
    前記アームに保持され、前記ステータコアに接触するセンサと、
    を有する請求項１０〜１３のいずれか１つに記載の発電機の検査装置。
15. 前記ステーション部は、前記部位の周方向に移動可能である請求項１０〜１４のいずれか１つに記載の発電機の検査装置。
16. 柱状部と、前記柱状部との間に段差を形成して前記柱状部の軸方向に並んで設けられた部位とを有する柱状体における前記部位にステーション部を取り付け、
    前記ステーション部に保持された検査ロボットを、前記柱状部の外周面と前記外周面を囲む外周体との間のギャップ内において、前記ステーション部の駆動により前記段差の下段側の前記外周面に降ろし、
    前記検査ロボットで、前記柱状部および前記外周体のうちの少なくとも前記柱状部を検査し、
    前記ステーション部の駆動により、前記検査ロボットを前記外周面から持ち上げる検査方法。

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