JP2892406B2 - 熱交換器内作業ロボットの移動制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は熱交換器伝熱管のメインテナンス作業に使用
するため、熱交換器水室内に設置される作業ロボットの
移動制御方法に係り、とくにタービン復水器などの大型
熱交換器に使用するのに好適な冷却管メインテナンス作
業用ロボットの移動制御方法に関する。

〔従来の技術〕

発電プラントの大型熱交換器である復水器は、通常定
検時各種メインテナンス作業、すなわち、冷却管（細
管）のブラシ清掃および渦流探傷試験などが実施されて
いる。

しかるに上記の作業は、多くの場合、狭い水室内で、
海水雰囲気中で行うため、作業環境は厳しい。

また冷却管の本数が膨大であり長時間の作業となるた
め、従来より作業の自動化の必要性は極めて高い。

これに対して従来の作業自動化装置は、たとえば特開
昭61−217603号公報に記載され、その要部を第９図に示
すように、冷却管が配列されている管板10の面上を自走
移動する作業ロボット２が提案されている。該ロボット
２は第10図に示すように、管板10面上の冷却管15の内側
に移動保持脚12を出し入れして移動するものである。な
お第９図において、符号11は管群である。

しかるに上記の場合には移動保持脚12が一定位置に配
置されているため、移動機構が正常に動作するために
は、第11図に示すように冷却管配列ピッチが一定（等ピ
ッチ配列すなわち冷却管中心線間隔が一定値あるいは同
ピッチの整数倍）になっている必要性があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

近年の工作機械の自動化（IC化）に伴い、熱交換器管
板の冷却管穴あけも多軸NC機により加工されているの
で、管配列ピッチも一定かつ高精度に形成されているも
のが大部分である。

しかるに従来既に設置されている復水器（熱交換器）
については、手動ドリルなどを使用していた関係もあっ
て管配列ピッチは一定である必要はなく、たとえば第12
図に示すような一定ピッチでない管配列（不等ピッチ管
配列）が多く、かつ加工精度も高くないのが実情であ
る。

復水器冷却管メインテナンス作業の自動化は、本来既
設機の作業に適用すべきものである。これに対して従来
の自走式ロボットは一定ピッチの管配列を仮定している
ことから今なお多数を占めており、今後もプラント長寿
命化に伴い存続してゆく不等ピッチ管配列に適用できな
いため、ユーザは作業自動化を充分に図れないという問
題があった。

不等ピッチ配列冷却管のメインテナンス作業の自動化
に関しては、従来、たとえば実開昭61−154495号公報に
記載され、その要部を第13図に示すように、水室13内の
冷却管板10の前方位置に上下方向に設置した移動レール
2_bと該移動レール2_bに上下方向に移動自在に支持された
水平方向の移動レール2_aと該移動レール2_aに水平方向に
移動自在に支持された作業ロボット２とを備え、該作業
ロボット２を図面ベース、冷却管穴座標を基にして移動
制御するものが提案されている。

しかるに上記従来技術においては、実運用上にあたっ
て、つぎに記載するような問題があった。

（１）すなわち、低加工精度に伴う管配列座標値との誤
差の発生 第14図に示すように、上記従来のレール式移動ロボッ
トを１辺が数ｍにも及ぶ復水管管板に適用すると、もと
もと加工精度落が低いこと、および座標原点Ｏからの距
離L_Bが長くなることなどの理由から加工誤差が積算さ
れ、図面ベース上での冷却管中心座標Ｓに対し、実際の
管中心はＲなどに位置するため、誤差E_Sが発生してい
た。

（２）移動レールの長大化に伴う位置合せ誤差の発生 第14図に示すように、移動レール上で、作業ロボット
は図面ベース上での冷却管中心座標Ｓに対し位置合せを
行うが、一辺が数ｍにも及ぶ移動レールを使用すると、
剛性低下などにより位置合せ誤差が発生し、実際の作業
装置はＭなどに位置するため、誤差E_Mが発生していた。
上記のように、図面ベースの冷却管穴中心Ｓに対し、実
際の穴位置はＲ、また作業装置の位置はＭとなり、プラ
ス、マイナスが逆に発生した場合、ＲとＭの誤差E_Rは際
めて大きいものとなる。

したがって、実際上、管穴への位置合せを行うことが
できなくなり、自動化作業が困難になるという問題があ
った。

本発明の目的は、熱交換器水室内作業ロボットによる
復水器のメインテナンス作業の自動化を既存の不等ピッ
チ管配列まで拡張を可能とする熱交換器水室内作業ロボ
ットの移動制御方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の熱交換器水室内作
業ロボットの移動制御方法においては、冷却管相対位置
検出センサを有する作業手段を搭載した作業ロボットの
本体と、作業対象冷却管の管配列マップを有し、上記本
体の移動を制御する制御手段とを備え、上記管配列マッ
プのデータに基づき制御手段により本体を作業対象冷却
管の概略位置に移動制御し、該本体と作業対象冷却管と
の相対誤差を上記冷却管相対位置検出センサにて検出す
ると共に、該冷却管相対位置検出センサからのフィード
バック信号による演算値に基づき、制御手段により本体
を作業対象冷却管の詳細位置に位置合わせした後、該位
置合わせ位置に基づき上記管配列マップのデータを訂正
しかつ更新するものである。

また、上記管配列マップを容易に作成するため、デジ
タイザを用いたものである。

また、上記管配列マップを容易に作成するため、CAD
データベースを用いたものである。

また上記冷却相対位置検出センサは、容易に冷却管を
検出するため、視覚センサにて構成されたものである。

また上記冷却管相対位置検出センサは容易に冷却管を
検出するため、力覚センサにて構成されたものである。

〔作 用〕

本発明は、本体を作業対象冷却管の概略位置に移動制
御する場合には、管配列マップを冷却管座標データと、
本体が管板上を移動する基本移動ルートとから構成する
ことにより本体を上記管配列マップを参照しながら移動
制御（マップデータにしたがって移動コマンドを作成）
することが可能であり、ロボットは作業対象冷却管の概
略位置までガイド移動される。

また作業手段と作業対象冷却管位置とを合致させる場
合には、本体に有する位置検出センサにより作業対象冷
却管位置を検出し、本体の作業手段との相対誤差および
誤差方向を算出して制御手段にフィードバックする。制
御手段は、位置検出センサからのフィードバック信号を
参照し、誤差が最小となる方向に本体（作業手段）を移
動して最終的に作業手段と作業対象冷却管位置とを合致
させるので、各種メインテナンス作業が可能となる。こ
の合致した位置データに基づき管配列データを訂正しか
つ更新するので、次回からのメンテナンス作業時におい
ては、修正マップによる概略移動で高精度の位置合わせ
ができ、位置合わせ時間の大幅短縮化，メンテナンス作
業の信頼性を図ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例である熱交換器水室内作業ロ
ボットの移動制御装置を示す第１図乃至第８図について
説明する。

第１図は本発明による熱交換器水室内作業ロボットの
移動制御装置を示す第１図乃至第８図について説明す
る。

第１図において、１は水室内作業ロボット制御手段、
２は水室内作業ロボット、８は管配列マップ入力手段で
ある。

上記管配列マップ入力手段８は、第２図に示すよう
に、デジタイザ21上に容易に準備できる管配列図16を貼
り付け、スタイラスペン22のピックで管配列の各冷却管
データおよび基本移動ルートを座標化インターフェイス
を介して上記水室内作業ロボット制御手段１に入力す
る。

この場合、通常デジタイザによる座標入力は、高精度
を期待できない。しかるに本発明においては、入力結果
を初期マップとして作業対象冷却管近傍に概略移動制御
するのに使用しているので実用上問題ない。

上記水室内作業ロボット２は、移動手段７と、相対位
置検出センサとから構成されている。該相対位置検出セ
ンサ６は、第３図に示すように、水室内作業ロボット本
体２（作業手段）の上端に設置された視覚センサ６にて
構成されている。該視覚センサ６は第４図に示すよう
に、細かな画素24から構成された撮像管23を用いてお
り、該撮像管23は、第５図（ａ）に示すように管板面の
冷却管15を撮像し、撮像結果をフィードバック信号とし
て上記水室内作業ロボット制御手段１に出力する。

上記水室内作業ロボット制御手段１は、管配列マップ
４と、演算処理手段３と移動制御手段５とから構成され
ている。上記管配列マップ４は、上記管配列マップ入力
手段８からの管配列の各冷却管座標データおよび冷却管
板上での基本移動ルートのマップ情報を、上記演算処理
手段３に出力するとともに演算処理手段３からの指令に
基づいて管配列のマップを訂正する。上記演算処理手段
３は、上記視覚センサ６からのフィードバック信号では
第５図（ａ）に示すように、冷却管15の部分（ハッチン
グ部分）と管板10のランド部分に輝度が著しく差異を生
ずるので、各画素24からの輝度出力信号に適切なしきい
値を設け、輝度出力信号を第５図（ｂ）に示すように２
値化して第５図（ｃ）に示すように冷却管15の外周部分
を検出する。すなわち、第５図（ｃ）において冷却管15
の中心はＲに位置するものと推定される。したがって、
撮像管23（ロボット）中心Ｄと冷却管15の中心Ｒとを結
ぶ線分が最終的なロボット本体の位置合せ誤差と方向で
ある。そこで上記管配列マップ４に補正の指令を出し、
詳細移動制御として管配列マップ４からの補正された情
報を移動制御手段５に出力する。上記移動制御手段５は
上記演算処理手段３からの情報に基づいて上記移動手段
７の移動を制御する。

また水室内作業ロボット制御手段１による制御フロー
はつぎのとおりである。

（１）管配列マップ４から作業対象冷却管データと基本
移動ルート情報の読み出し。

（２）上記情報を基にして移動制御手段５より指示コマ
ンドを発生し、水室内作業ロボット２（作業手段）の位
置合せ実施。（概略移動制御） （３）水室内作業ロボット２（作業手段）を概略移動制
御後、相対位置検出センサ６により作業対象冷却管の位
置を検出し、水室内作業ロボット制御手段１内の演算処
理手段３にフィードバック信号９を入力する。

（４）再び作業ロボット制御手段１では、上記フィード
バック信号９より作業手段と、冷却管穴の誤差および方
向を算出し、算出結果に基づいて移動制御手段５に誤差
が最小となる方向、距離に対応した移動指示コマンドを
発生させ、移動手段７により水室内作業ロボット本体２
（作業手段）を移動させる。（詳細移動制御） （５）上記（３），（４）のステップを誤差が許容値以
下になるまで繰返し行い、位置合せ完了後、冷却管のメ
インテナンス作業を行う。

（６）なお、詳細移動制御については、上記各ステップ
の移動距離、方向を積算し、制御動作終了後、管配列マ
ップ４を訂正することにより、次回作業時には、概略制
御でより高い精度で位置合せを実施することが可能とな
り、これによって位置合せ時間を短縮することができ
る。

の一連のシーケンスにより移動制御が実施される。

したがって、本実施例によればデジタイザにより簡易
に入力したデータを基に視覚センサの併用により極めて
精度の高い熱交換器水室内作業ロボットの移動制御方法
が実現できる。

つぎに上記管配列マップ入力手段８のデータ入力方法
の他の一実施例を示す第６図について説明する。

第６図に示す実施例においては、CADデータベースか
ら直接冷却管座標値を読み出し、インターフェイスを介
して管配列マップを作成している。すなわち、熱交換器
CADの発達により、近年では管配列の各種データをデー
タベース化しておくことは常套手段であり、本実施例は
比較的新しいプラントに容易に実施可能である。

したがって、本実施例によれば、極めて簡単な操作
（コンピュータ間でのデータ転送変換）で高精度の管配
列マップを作成することができる。

つぎに相対位置検出センタの他の一実施例を示す第７
図および第８図について説明する。

第７図に示すように本実施例においては、ロボット本
体２の先端にそう入ガイド６′ａを取付けた力覚センサ
６′にて構成されている。該力覚センサ６′は、第８図
に示すようにxy2方向の作用外力をストレーンゲージ25
で検出し、検出結果を演算処理手段に信号を出力する。

実際に使用する場合には、まずそう入ガイド６′ａを
冷却管15内軸方向に接触するまでそう入し、接触して停
止した時点で４ヶのストレーンゲージ25からの出力を演
算処理手段にフィードバックすることで始まり、ついで
演算処理手段では４ヶのストレーンゲージ25からの出力
が互いに均等（センサ中心と冷却管中心軸が互いに一
致）となる方向に移動制御手段から移動手段に指令を出
すことで１サイクルの処理が終了し、ロボット本体は作
業対象冷却管に高精度で位置合せすることができる。た
とえば第８図ではセンサ（ロボット本体）中心Ｄに対
し、実際の冷却管15（そう入ガイド６′ａ）中心はＲで
あり、フィードバック信号によりセンサ（ロボット本
体）中心Ｄを実際の冷却管15（そう入ガイド６′ａ）中
心Ｒへの移動指令を出すことになる。

したがって、本実施例によれば、簡単な構成で極めて
容易な演算処理ロジック（４ヶのストレーンゲージの出
力比較検討）により極めて高精度の移動制御方法が実現
可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、レール式移動作業ロボット（管板面
を自走しない形式のロボット）の作業対象冷却管穴への
位置合せを高精度で実施可能な移動制御方法であり、以
下に記載されるような効果を奏する。

（１）概略移動制御と詳細移動制御との２段制御により
大型レール式ロボットが有する位置合せ精度が低いとい
う問題点を解決でき、熱交換器水室内作業ロボットの汎
用性を著しく高めることができる。

（２）したがって、従来主として一定ピッチ管配列を対
象として考えられていた熱交換器水室内作業ロボットに
よる自動化を既存の不等ピッチ管配列にまで拡張するこ
とができ、発電プラントの保守、点検作業の合理化、安
全化に寄与するところ大である。

（３）上述の如く、実機にて検出したデータを基に管配
列マップを修正するので、次回の作業においては、修正
マップによる概略移動で高精度の位置合わせができ、位
置合わせ時間の大幅短縮化，メンテナンス作業の信頼性
向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である熱交換器水室内作業ロ
ボット移動制御装置のシステムを示すブロック図、第２
図は第１図の管配列マップ入力手段を示す説明図、第３
図は第１図の相対位置検出センサの構成を示す図、第４
図は撮像管を示す図、第５図（ａ）は撮像管にて撮像し
た冷却管部分と管板ランド部を示す図、第５図（ｂ）は
演算処理手段の２値化による撮像管による撮像の輝度と
演算処理手段の出力信号との関係を示す図、第５図
（ｃ）は演算処理手段によるロボット本体位置合せ方法
説明図、第６図は本発明の他の一実施例を示す管配列マ
ップ入力手段を示す説明図、第７図は本発明の他の一実
施例を示す相対位置検出センサの構成を示す図、第８図
は第７図に示す相対位置検出センサの動作説明図、第９
図は従来の管板の面上を自走移動する作業ロボットを示
す図、第10図は従来の自走移動する作業ロボットの構成
を示す図、第11図は等ピッチの冷却管配列の復水器を示
す図、第12図は不等ピッチの冷却管配列の復水器を示す
図、第13図は従来の不等ピッチ管配列冷却管のメインテ
ナンス作業の自動化装置を示す斜視図、第14図は第13図
に示す装置による冷却管との相対位置関係を示す説明図
である。 １……水室内作業ロボット制御手段、２……水室内作業
ロボット、３……演算処理手段、５……移動制御手段、
６……視覚センサ、６′……力覚センサ、７……移動手
段、８……管配列マップ入力手段、９……フィードバッ
ク信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大嶽 克基 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 住谷 吉男 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 岡元 孝 東京都調布市西つつじケ丘２丁目４番１ 号 東京電力株式会社技術研究所内 (72)発明者 種村 勝平 東京都調布市西つつじケ丘２丁目４番１ 号 東京電力株式会社技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−217603（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−29804（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−260202（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱交換器水室内作業ロボットを作業対象冷
   却管に移動制御する熱交換器水室内作業ロボットの移動
   制御方法において、冷却管相対位置検出センサを有する
   作業手段を搭載した作業ロボットの本体と、作業対象冷
   却管の管配列マップを有し、上記本体の移動を制御する
   制御手段とを備え、上記管配列マップのデータに基づき
   制御手段により本体を作業対象冷却管の概略位置に移動
   制御し、該本体と作業対象冷却管との相対誤差を上記冷
   却管相対位置検出センサにて検出すると共に、該冷却管
   相対位置検出センサからのフィードバック信号による演
   算値に基づき、制御手段により本体を作業対象冷却管の
   詳細位置に位置合わせし、該位置合わせ位置に基づき上
   記管配列マップのデータを訂正しかつ更新することを特
   徴とする熱交換器内作業ロボットの移動制御方法。
2. 【請求項２】上記管配列マップは、デジタイザを用いて
   作成された請求項１記載の熱交換器内作業ロボットの移
   動制御方法。
3. 【請求項３】上記管配列マップは、CADデータベースを
   用いて作成された請求項１記載の熱交換器内作業ロボッ
   トの移動制御方法。
4. 【請求項４】上記冷却管相対位置検出センサは、視覚セ
   ンサにて構成された請求項１記載の熱交換器内作業ロボ
   ットの移動制御方法。
5. 【請求項５】上記冷却管相対位置検出センサは、力覚セ
   ンサにて構成された請求項１記載の熱交換器内作業ロボ
   ットの移動制御方法。