JP3909922B2 - 作業ロボット装置および切離機構 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非常時等において、展開されている作業機構を駆動機構から切離して自動的に収納状態とし、狭隘な空間から回収可能とした作業ロボット装置、およびこの作業ロボット装置の作業機構と駆動機構等の機構または部材を互いに切離し可能に結合する切離機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、原子力設備内、配管内、その他の比較的狭隘な空間内で遠隔的に操作される作業ロボット装置は各種開発されている。このような作業ロボット装置は、狭隘な空間内に進入させ、およびこの空間内から回収するために、一般にその作業アーム等の作業機構が本体に近接するか、または本体内に収容され、収納状態となるように構成されている。そして、このような作業ロボット装置は、上記の作業機構を収納状態として狭隘な空間内に侵入し、この後に作業機構を展開して各種の作業をなし、作業が終了した後はこの作業機構を収納状態とし、この狭隘な空間から回収する。
【０００３】
ところで、この作業機構が展開状態の場合に、万一その駆動機構が故障した場合には、この作業機構を収納状態とすることができなくなり、この作業ロボット装置を作業空間内から回収できなくなる場合がある。特に、原子力設備等では、この作業ロボット装置が進入する空間内に作業員が接近できない場合が多く、このような場合には、この作業ロボット装置の回収が不可能または極めて困難になる等の不具合がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の事情に基づいてなされたもので、万一駆動機構等が故障した場合には、作業機構をこの駆動機構と切離し、付勢機構によりこの作業機構を自動的に収納状態とし、万一の非常時においても狭隘な作業空間から脱出可能な作業ロボット装置を提供するものである。また、このような作業ロボット装置等に使用される作動が確実で信頼性の極めて高いとともに、ガスや異物を周囲に飛散させない切離機構をも提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明の作業ロボット装置は、狭隘な空間内で遠隔的に操作される作業ロボット装置であって、細長状の本体と、この本体に近接して収納される収納状態とこの本体から展開して所定の作業をおこなう展開状態との間で移動する作業機構と、この作業機構を上記の本体に対して収納状態に付勢する付勢機構と、この付勢機構の付勢力に抗して上記の作業機構を展開状態まで駆動する駆動機構と、この駆動機構と上記の作業機構との間に設けられ駆動機構が故障して作業機構が展開状態のまま作動不能になった場合に駆動機構と作業機構との連結を切り離し付勢機構の付勢力により作業機構を自動的に収納状態とする切離機構と、を具備している。
駆動機構は、本体内に沿って設けられたねじ軸と、ねじ軸を正逆両方向に回転駆動する駆動部と、ねじ軸に螺合しねじ軸の回転により螺進するねじナットと、を備えており、駆動機構のねじナットには、切離機構を介して移動部材が結合されていて、ねじナットの螺進による移動部材の移動により作業機構が収納状態と伸展状態との間で伸縮する。
切離機構は、駆動機構のねじナットに取り付けられた筒状のリリースシャフトと、移動部材に取り付けられた筒状の本体ケーシングと、リリースシャフトと本体ケーシングとを切り離し自在に機械的に結合するボールロック機構と、を備えている。
ボールロック機構が、リリースシャフトの先端部に一体に突設された筒状の係合部の外周に形成された環状の係合溝と、本体ケーシング内に設けられリリースシャフトの係合部が挿入嵌合され周方向に所定の間隔で径方向の孔が複数形成されている円筒状のスリーブ部材と、スリーブ部材の孔に径方向に移動自在に収容されたボールと、本体ケーシング内に密封して形成された環状のガス室と、本体ケーシングに設けられガス室に連通しているガスジェネレータと、本体ケーシング内に軸方向に移動自在に設けられガス室内のガス圧を受けるガス圧作動体部が形成されている作動部材と、を備えている。
そして作動部材は、ガス圧作動体部によりガス室内のガス圧を受けて作動部材が軸方向に移動するまでスリーブ部材の孔中のボールに当接しボールの径方向外側への移動を阻止してリリースシャフトの係合部の係合溝にボールが係合したロック状態を維持するロック部と、ガス圧作動体部によりガス室内のガス圧を受けて作動部材が軸方向に移動することによりボールの位置に対応しボールの径方向外側への移動を許容してリリースシャフトの係合部の係合溝とのボールの係合を外しロックを解除しリリースシャフトを本体ケーシングから分離するロック解除部と、を備えている。
【０００６】
したがって、万一駆動機構が故障した場合には、上記の切離機構により駆動機構と作業機構とを切離し、付勢機構の付勢力でこの作業機構を自動的に収納状態とし、この作業ロボット機構を狭隘な作業空間から回収することができる。
【０００７】
前記の切離機構は、ガスジェネレータにより発生したガス圧により作動して前記の駆動機構と作業機構との連結を切り離すものである。したがって、この切離機構はガス圧により強制的に切離しを行なうので、信頼性が高い。
【０００９】
しかも発生したガスは密封されたガス室から外部には放出されないので、このガスや破片等が周囲に飛散せず、また安全性も高い。また、このものは機械的なボールロック機構を備えているので、結合が確実であるとともに、ガス圧によりこの機械的な係合を強制的に解除するので信頼性も極めて高い。
【００１１】
また、請求項４に記載の本発明の切離機構は、２つの部材または機構を切離し可能に機械的に結合する切離機構であって、２つの部材または機構の一方に取り付けられた筒状のリリースシャフトと、２つの部材または機構の他方に取り付けられた筒状の本体ケーシングと、リリースシャフトと本体ケーシングとを切り離し自在に機械的に結合するボールロック機構と、を備えている。
ボールロック機構が、リリースシャフトの先端部に一体に突設された筒状の係合部の外周に形成された環状の係合溝と、本体ケーシング内に設けられリリースシャフトの係合部が挿入嵌合され周方向に所定の間隔で径方向の孔が複数形成されている円筒状のスリーブ部材と、スリーブ部材の孔に径方向に移動自在に収容されたボールと、本体ケーシング内に密封して形成された環状のガス室と、本体ケーシングに設けられガス室に連通しているガスジェネレータと、本体ケーシング内に軸方向に移動自在に設けられガス室内のガス圧を受けるガス圧作動体部が形成されている作動部材と、を備えている。
そして、作動部材は、ガス圧作動体部によりガス室内のガス圧を受けて作動部材が軸方向に移動するまでスリーブ部材の孔中のボールに当接しボールの径方向外側への移動を阻止してリリースシャフトの係合部の係合溝にボールが係合したロック状態を維持するロック部と、ガス圧作動体部によりガス室内のガス圧を受けて作動部材が軸方向に移動することによりボールの位置に対応しボールの径方向外側への移動を許容してリリースシャフトの係合部の係合溝とのボールの係合を外しロックを解除しリリースシャフトを本体ケーシングから分離するロック解除部と、を備えている。
【００１２】
したがって、機械的なボールロック機構により、２つの部材または機構が強力に結合され、信頼性が高い。また、このような機械的な結合は、その解除、特に荷重が作用した状態での解除には、大きな解除力が必要なものであるが、上記のガスジェネレータから発生するガス圧により強制的にこのボールロック機構を解除するので、作動が確実である。また、この発生したガスは、密封されたガス室から外部には放出されることがないので、このガスやガスジェネレータの破片等が周囲に飛散することがなく、周囲を汚染することがないとともに、安全であり、各種の用途に広範囲に使用することができる。
【００１４】
ボールロック機構は、構造が簡単で機械的に強力な結合がなされ、信頼性が大である。また、上記のガス室は本体ケーシング内に環状に形成され、作動部材がガス圧作動体部によりガス圧を受けて本体ケーシング内を軸方向に移動してボールロック機構を解放するものであり、構造が簡単であるとともに全体として極めて小形に形成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施形態を説明する。この実施形態は、沸騰水形原子炉の炉心構造物内に挿入されて検査やシュラウドの補修等の各種の作業をなす作業ロボット装置と、この作業ロボット装置に使用されている切離機構に関するものである。
【００１６】
まず、図１を参照して、上記の沸騰水形原子炉の炉心構造物およびこの炉心構造物内に挿入されるシュラウド補修ロボット装置等の作業ロボット装置の概略的な構成を説明する。
【００１７】
沸騰水形原子炉の炉心は、原子炉圧力容器内に設けられた略円筒状のシュラウド等から構成される炉心構造物内に収容されており、このシュラウドの下部には図１に示すような炉心支持板Ａ、上部には上部格子板Ｂが設けられている。この上部格子板Ｂは、一辺が約２９０ｍｍの格子状の構造体で、各格子内にそれぞれ燃料集合体（図示せず）が挿入される。また、上記の炉心支持板Ａには上記の各格子に対応して孔Ｃが形成され、各燃料集合体の入口ノズルはこれらの孔Ｃ内に嵌合する。
【００１８】
そして、原子炉の保守点検時には、原子炉圧力容器の蓋を取り外すとともに、この原子炉圧力容器の上に形成されている原子炉ウエル内に水を充填し、蒸気乾燥器、気水分離器、および燃料集合体等を取り出した後、燃料交換プラットホームの燃料交換機でたとえばシュラウド補修用の作業ロボット装置を保持し、これを水中に吊り下ろし、炉心構造物の点検や補修等を行う。
【００１９】
ところで、上記の上部格子板Ｂは、シュラウドに溶接されており、取り外しは不可能である。このため、このシュラウド補修用の作業ロボット装置１は、上記の格子板Ｂを通過できるような断面寸法に形成されている。すなわち、この作業ロボット装置１は、細長状の本体２を備え、この本体２は上記の上部格子板Ｂを通過できるような断面寸法に形成されている。
【００２０】
そして、この本体１には、この本体１から展開および収納される作業機構６が設けられている。この作業機構６は、Ｘ字状に回動自在に枢着されたリンク７と、これらのリンク７により支持された案内レール８とから構成され、これらのリンク７を折り畳むことにより、これらのリンク７および案内レール８が本体２に密着した収納状態となり、またこれらのリンク７を展開することにより、上記の案内レール８が本体２から任意の位置まで移動する展開状態となる。なお、この作業機構６が収納状態となった場合には、この作業機構６と本体２とは上記の上部格子板Ｂを通過できる断面寸法となるように設定されていることは上述した通りである。
【００２１】
また、上記の本体２の下端部には、支持部材３が取り付けられており、この支持部材３は燃料集合体の入口ノズルと略同様の外形をなすとともに、上記の本体２に対して回転自在に取付けられている。そして、これら支持部材３は、上記の炉心支持板Ａの孔Ｃ内に嵌合されて本体２の下端部を所定位置に保持するとともに、本体２はこの支持部材３を中心として回転自在に支承される。そして、この本体２を回転させるとともに、上記の作業機構６を任意の位置まで展開することにより、この作業機構６の展開可能な範囲内の任意の位置に案内レール８を位置決めすることができる。
【００２２】
また、上記の案内レール８には、これに沿って上下に移動自在な工具着脱機構９が設けられている。この工具着脱機構９は、前記の上部格子板Ｂの別に位置に挿入されて吊り下げられた工具ハンガー１０に保持されている各種の作業工具１１を把持して受取るものである。したがって、この作業工具１１を把持した工具着脱機構９が上下に移動することにより、この作業工具１１をこの作業機構６の展開半径内の任意の三次元位置に移動させることができ、これによりこの作業工具１１でシュラウドの補修等の各種の作業を行うことができる。
【００２３】
次に、図１および図２を参照してこの作業ロボット装置１の構成の詳細を説明する。上記の本体２は、上部格子板Ｂを通過して炉心部に挿入され、上記のようにその支持部材３が炉心支持板Ａの孔Ｃ内に挿入される。この本体２の上端部には、各種の駆動モータおよび制御機器等が収容された駆動部４が設けられ、この駆動部４の上端が前述の燃料交換機のグリッパＤに保持されて水中に吊り下げられる。また、この駆動部４にはクランプ機構５が設けられ、このクランプ機構５は上部格子板Ｂを把持し、この駆動部４をこの上部格子板Ｂに固定する。
【００２４】
そして、上記の本体２はこの駆動部４に内蔵された駆動機構（図示せず）によりこの駆動部４に対して回転され、その下端の支持部材３を通る鉛直方向の回転中心軸線まわりに回転する。
【００２５】
また、前記の作業機構６のリンク７のうちの一方のリンク７の下端は、前記の案内レール８の下端部に形成された摺動スリット１５に上下に摺動自在に案内されている。また、他方のリンク７の下端は、上記の本体２内に設けられた駆動機構２０によって上下に移動するように駆動され、これによりこれらリンク７で構成されるＸ字状のリンク機構が水平方向に伸縮し、この作業機構６が収納状態から伸展状態まで展開される。
【００２６】
また、この本体２の上部には、付勢機構３０が設けられている。この付勢機構３０は、たとえば上記の他方のリンク７の上端部に取り付けられた可撓性のワイヤ３１を備えており、このワイヤ３１はガイドプーリ３３に案内されて本体２の上部に取り付けられたスプリング機構３２に連結されている。このスプリング機構３２は、内蔵されたねじりスプリングおよび巻取プーリ等により、上記のワイヤ３１を所定の張力で巻き取る方向に付勢している。したがって、このワイヤ３１に常時作用している巻取張力により、上記の他方のリンク７の上端部が本体２に近接する方向に付勢されている。したがって、この作業機構６は、この付勢機構３０により、常時その収納状態となる方向に付勢されている。なお、この実施形態では、この作業機構６は上記の付勢機構３０の付勢力に加えて、各部材に作用する重力により収納状態となるように設計されている。
【００２７】
次に上記の駆動機構２０を説明する。この駆動機構２０は、本体２内に略鉛直方向に沿って設けられたねじ軸２１を備え、このねじ軸２１は軸受２２により回転自在に支承されている。そして、このねじ軸２１は駆動軸２３を介して上記の駆動部４内に設けられたモータ（図示せず）等に連結され、正逆両方向に回転駆動される。
【００２８】
また、このねじ軸２１にはねじナット２５が螺合し、このねじ軸２１が回転することによりこのねじナット２５が上方または下方に螺進するように構成されている。なお、この実施形態では、上記のねじ軸２１はボールねじ軸、またねじナット２５は内部で循環する転動ボールを備えたボールねじナットが使用され、これらの間の摩擦を低減する構造となっている。
【００２９】
そして、このねじナット２５は、後述する切離機構２６を介して移動部材２７に結合されており、この移動部材２７には前記のリンク７の下端部が枢着されている。したがって、上記のねじ軸２１が回転することにより上記のねじナット２５が上下に螺進し、リンク７の下端が上下に移動され、この作業機構６が収納状態から伸展状態までの任意の状態に伸縮する。なお、この作業機構６は、上述のように付勢機構３０の付勢力、および重力により収納状態となる方向に常時付勢されているが、この駆動機構２０はこれらの付勢力に抗してこの作業機構６を伸縮させるに十分な駆動力を有している。
【００３０】
次に、上記の切離機構２６について図３ないし図５を参照して説明する。この切離機構２６は、駆動機構２０が故障して作業機構６が展開状態のまま作動不能となったような場合に、この駆動機構２０のねじナット２５と移動部材２７とを切離し、作業機構６のリンク７を自由状態とし、上記の付勢機構３０の付勢力および重力によりこの作業機構６を自動的に収納状態とし、この作業ロボット装置１を上部格子板Ｂを通過させて回収可能とするものである。
【００３１】
上記のねじナット２５と移動部材２７すなわちリンク７との間には、常に付勢機構３０および重力による付勢力が作用しているとともに、この作業機構６が作動する場合には、これらの間に大きな荷重が作用する。したがって、この切離機構２６は、大きな荷重に耐える大きな機械的結合強度が必要である。
【００３２】
また、この切離機構２６は、上記のように非常時に作用するものであるから、その切離し作動に高い信頼性が必要である。また、上記のように、この切離機構２６は大きな荷重が作用している状態においても、確実に切離し作動を行う必要がある。一般に、大きな機械的結合強度を得るには、機械的な係合機構が必要であるが、このような機械的な係合機構は荷重が作用している状態で係合を解除するには大きな解除力が必要であり、この大きな解除力を得るためには複雑な機構が必要で、信頼性も低下するという不具合を生じる。
【００３３】
上記のような要求を満たすものとしては、爆発ボルトと称されている切離機構がある。このものは、ボルトまたはピン状の結合部材の内部を中空とし、この内部に火薬および電気信管等を内蔵させたもので、非常時には信管により火薬に点火し、その爆発圧力でこのボルトまたはピンを破断して結合を解除するものである。しかし、このようなものは、爆発破断の際に、ガスや火薬の残渣、または破片等が周囲に飛散し、周囲を汚染するとともに危険性がある。特に、この原子炉内での作業ロボット装置では、このような火薬の残渣や破片等で原子炉内部を汚染することは許されない。
【００３４】
上述したような条件を満足するために、上記の切離機構２６は以下のような特別な構造が採用されている。
すなわち、図中の４０は本体ケーシング、４１はリリースシャフトであり、これらが互いに機械的に結合し、また切り離される。この実施形態では、上記のリリースシャフト４１が上記のねじナット２５に取り付けられ、また上記の本体ケーシング４０が取付けフランジ部４２等を介して前記の移動部材２７すなわち作業機構６側に取付けられる。なお、この切離機構２６は、前記のねじ軸２１を挿通させるために、全体として中空の筒状に形成されている。
【００３５】
上記の本体ケーシング４０とリリースシャフト４１とは、機械的な係合機構、たとえばボールロック機構と称されている機構により切離し自在に機械的に結合されている。
【００３６】
上記のリリースシャフト４１の先端部には、筒状の係合部４３が一体に突設され、その先端部の外周には、断面が略半円形の環状の係合溝４４が形成されている。また、上記の本体ケーシング４０内には、円筒状のスリーブ部材４６が設けられ、上記のリリースシャフト４１の係合部４３が挿入嵌合されている。また、このスリーブ部材４６には、周方向に所定の間隔で複数の径方向の孔が形成され、これらの孔内には鋼球等のボール４５が径方向に移動自在に収容されている。そして、これらのボール４５は、径方向内側に移動することによって、上記のリリースシャフト４１の係合部４３の係合溝４４内に嵌合し、このリリースシャフト４１を本体ハウジング４０に対して機械的に係合し、またこれらのボール４５が径方向外側に移動することにより、上記のリリースシャフト４１の係合が解除されるように構成されている。
【００３７】
また、上記の本体ケーシング４０内には、環状のガス室５４が形成され、このガス室５４は密封され、外部とは連通していない。そして、この本体ケーシング４０の下端部には、ガスジェネレータ５７が設けられている。このガスジェネレータ５７は、電流により内部のガス発生剤が点火され、高圧のガスを発生するものである。そして、この実施形態では、信頼性を高めるために、複数たとえば２個のガスジェネレータ５７が設けられ、これらはいずれも上記のガス室５４に連通している。
【００３８】
また、この本体ケーシング４０の上部内には、作動部材５０が軸方向に移動自在に設けられている。この作動部材５０の下端部には、この本体ケーシング４０内に気密をもって摺動自在に嵌合し上記のガス室５４内のガス圧を受けるガス圧作動体部５３が形成されているとともに、その上端部には上記のボール４５の径方向の移動を規制してロックおよびロック解除をなすロックスリーブ部が一体に形成されている。このロックスリーブ部は、上記のスリーブ部材４６の外周面に密着して上記のボール４５の径方向外側への移動を阻止するロック部５１と、このロック部５１の下側に形成され上記のスリーブ部材４６の外周より大きな内径を有し上記のボール４５の径方向外側への移動を許容してロックの解除をなすロック解除部５２とが形成されている。
【００３９】
したがって、図３に示すように、この作動部材５０が下方に移動してロック部５１がボール４５に当接している場合には、これらのボール４５がリリースシャフト４１の係合溝４４内に嵌合したまま径方向外側には移動不能となり、係合すなわちロック状態が維持される。また、上記のガスジェネレータ５７からの高圧ガスがガス室５４内に供給された場合には、このガス圧はこの作動部材５０のガス圧作動体部５３に作用し、この作動部材５０が上方に移動してそのロック解除部５２がボール４５の位置に対応する。したがって、これらのボール４５は径方向外側に移動可能となり、これらが径方向外側に移動することにより、リリースシャフト４１の係合溝４４との係合が外れ、このリリースシャフト４１が本体ケーシング４０から分離される。
【００４０】
なお、上記の本体ケーシング４０内には圧縮コイルスプリング６０が設けられ、上記のリリースシャフト４１の係合部４３の先端部を上方すなわち分離方向に押圧付勢しており、このリリースシャフト４１の分離を確実にする。
【００４１】
また、この本体ケーシング４０の上端部には複数のストッパピン５５が設けられ、上記の作動部材５０はこけらのストッパピン５５に当接してそれ以上の移動が規制されている。したがって、この作動部材５０はガス圧が作用した場合でも上方に抜けることがなく、よって上記のガス室５４内は密封状態に維持されるように構成されている。
【００４２】
また、この本体ケーシング４０には、１本のシアーピン５６が螺装され、その先端部は上記の作動部材５０に係合している。したがって、通常時は、この作動部材５０はこのシアーピン５６によって軸方向に移動不能に固定され、図３に示すようなロック状態に固定されている。そして、この作動部材５０のガス圧作動体部５３にガス圧が作用した場合には、このガス圧による大きな荷重によりこのシアーピン５６の先端部が剪断破断し、この作動部材５０が移動可能となって上方に移動し、図４に示すようにロック解除の状態となる。
【００４３】
次に、上記のガスジェネレータ５７の構成を図５を参照して説明する。図中の７０はケーシングであって、このケーシング７０内には点火薬７５、およびガス発生剤７６が充填されている。この点火薬７５は、ヒータ（図示せず）により点火され、この点火薬７５が発火するとこれによりさらにガス発生剤７６に点火され、このガス発生剤７６の化学反応によりガスを発生する。
【００４４】
なお、上記の点火薬７５に点火するヒータは、作動を確実とするために２本設けられ、これらには電気的に並列に３本の導線７２が接続されている。これらの導線７２はこのケーシング７０の外に導出され、その導出部分はポッテイングコンパウンド７３、およびハーメチックシール７４等により完全な防水性が与えられている。
【００４５】
なお、この実施形態では、上記のガス発生剤７６としてアジ化ナトリウムと三二酸化鉄の混合物が用いられ、これらの成分は熱を加えられることにより化学反応を起こして窒素ガスを発生する。このような組成のガス発生剤７６は、車両のエアバッグを膨脹させるガス発生剤として広く用いられており、安定性、着火の確実性にも優れているものである。
【００４６】
また、このようなガスジェネレータ５７から導出された導線７２は、適宜の点火回路に接続されるが、安全性を向上させるためには、この点火回路は他の制御回路等とは独立した手動で操作されるものが好ましい。
【００４７】
次に、上記の実施形態の作動を説明する。通常の場合には、上記の切離機構２６は結合状態であり、よって駆動機構２０と作業機構６とは連結されている。そして、この作業ロボット装置は、作業機構６を収納状態として上部格子板Ｂを通して炉心構造物内に吊り下ろされる。次に、上記の駆動機構２０によりこの作業機構６を展開し、前述したような各種の作業をおこなう。そして、作業を終了した後には、駆動機構２０によりこの作業機構６を収納状態とし、上部格子板Ｂを通してこの作業ロボット装置１を吊り上げる。
【００４８】
そして、万一この作業機構６が展開状態の際に駆動機構２０等が故障し、この作業機構６を収納状態にすることができなくなった場合には、この作業ロボット装置を上部格子板Ｂを通して上方に吊り上げて回収できなくなる。
【００４９】
このような場合には、前述した点火回路を作動させ、上記の切離機構２６のガスジェネレータ５７に点火し、上述したようにこの切離機構２６を切り離す。したがって、この作業機構６のリンク７は、駆動機構２０から切り離され、自由な状態となる。よって、前述の付勢機構３０の付勢力および重力により、この作業機構６は自動的に収納状態まで折り畳まれ、この作業ロボット装置１を上部格子板Ｂを通して吊り上げ可能となり、これを回収することができる。
【００５０】
また、上記の切離機構２６は、ボールロック機構で機械的に確実に結合されているので、信頼性が高く、また結合強度も大きい。また、この機械的な結合の解除は、ガスジェネレータ５７で発生する高圧ガスにより行うので、大きな解除力が得られ、荷重が作用している状態でもこのボールロック機構を確実に解除することができ、信頼性が高い。
【００５１】
また、この切離機構２６は、爆発ボルト等とは相違し、ガスジェネレータ５７から発生したガスやガス発生剤の残渣、またはカバーの破片等は全て本体ケーシング４０内の密封されたガス室５４内に封じ込められるので、これらが周囲に飛散することはなく、原子炉内部を汚染することがなく、また安全である。
【００５２】
なお、本発明は上記の実施形態には限定されない。たとえば、本発明の作業ロボット装置は、上記のような原子炉の炉心構造物内の検査や補修等を行うものには限定されず、その他、配管内を検査補修する作業ロボット装置、またはその他狭隘な空間内で作業を行う作業ロボット装置一般に適用可能なものである。
【００５３】
また、本発明の作業ロボット装置において、駆動機構と作業機構とを切り離す切離機構は必ずしも上記のようなものには限定されず、仕様に応じて各種のものが採用可能である。また、この作業機構を収納状態に付勢する付勢機構も、上記のようなスプリングの付勢力によるものには限定されず、重力、ガス圧、磁力等を利用した付勢機構を採用することが可能である。
【００５４】
また、上述の切離機構は、上記のような作業ロボット装置の切離装置として適するものであるが、その特徴を生かして、各種の用途にも使用できる。たとえば、船舶、航空機、各種の車両等の非常扉をこのような切離機構で締結しておき、非常時には切離して非常口を開放することができる。また、クレーン、ヘリコプタの吊り上げ装置他にこの切離機構を設け、非常時には吊上げ物を切り離すこともできる。
【００５５】
この切離機構は、機械的な係合により結合しているので、大きな結合強度が得られ、またガス圧で係合の解除を行うので、大きな荷重が作用している状態でも確実な切離しが可能である。また、切離しの際にガスやガス発生剤の残渣、破片等が周囲に飛散しないので、周囲を汚染したりすることがなく、また安全性が高く、この特徴を生かして各種の切離機構一般に適用できる。
なお、この切離機構の機械的な係合機構は、上記のようなボールロック機構には限定されず、係合爪、その他の各種の機械的な係合機構が採用可能である。
【００５６】
【発明の効果】
上述の如く本発明の作業ロボットは、万一駆動機構が故障した場合には、上記の切離機構により駆動機構と作業機構とを切離し、付勢機構の付勢力でこの作業機構を自動的に収納状態とし、この作業ロボット機構を狭隘な作業空間から回収することができる等、その効果は大である。
【００５７】
また、本発明の切離機構は、機械的なボールロック機構により、２つの部材または機構が強力に結合され、信頼性が高い。また、このような機械的な結合は、その解除、特に荷重が作用した状態での解除には、大きな解除力が必要なものであるが、上記のガスジェネレータから発生するガス圧により強制的にこのボールロック機構を解除するので、作動が確実である。また、この発生したガスは、密封されたガス室から外部には放出されることがないので、このガスやガスジェネレータの破片等が周囲に飛散することがなく、周囲を汚染することがないとともに、安全である。よって、本発明の作業ロボット装置の切離機構として適しているばかりではなく、各種の用途に広範囲に使用することができる等、その効果は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】炉心構造物の一部と本発明の実施形態の作業ロボット装置を示す斜視図。
【図２】本発明の実施形態の作業ロボット装置の概略的な側面図。
【図３】本発明の実施形態の切離機構の結合状態における縦断面図。
【図４】本発明の実施形態の切離機構の切離し状態における縦断面図。
【図５】本発明の実施形態の切離機構のガスジェネレータの縦断面図。
【符号の説明】
１ 作業ロボット装置
２ 本体
６ 作業機構
７ リンク
２０ 駆動機構
２１ ねじ軸
２５ ねじナット
２６ 切離機構
３０ 付勢機構
３１ ワイヤ
４０ 本体ケーシング
４１ リリースシャフト
４５ ボール
４６ スリーブ部材
５０ 作動部材
５１ ロック部
５２ ロック解除部
５３ ガス圧作動体部
５４ ガス室
５７ ガスジェネレータ
７６ ガス発生剤
【発明の属する技術分野】
本発明は、非常時等において、展開されている作業機構を駆動機構から切離して自動的に収納状態とし、狭隘な空間から回収可能とした作業ロボット装置、およびこの作業ロボット装置の作業機構と駆動機構等の機構または部材を互いに切離し可能に結合する切離機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、原子力設備内、配管内、その他の比較的狭隘な空間内で遠隔的に操作される作業ロボット装置は各種開発されている。このような作業ロボット装置は、狭隘な空間内に進入させ、およびこの空間内から回収するために、一般にその作業アーム等の作業機構が本体に近接するか、または本体内に収容され、収納状態となるように構成されている。そして、このような作業ロボット装置は、上記の作業機構を収納状態として狭隘な空間内に侵入し、この後に作業機構を展開して各種の作業をなし、作業が終了した後はこの作業機構を収納状態とし、この狭隘な空間から回収する。
【０００３】
ところで、この作業機構が展開状態の場合に、万一その駆動機構が故障した場合には、この作業機構を収納状態とすることができなくなり、この作業ロボット装置を作業空間内から回収できなくなる場合がある。特に、原子力設備等では、この作業ロボット装置が進入する空間内に作業員が接近できない場合が多く、このような場合には、この作業ロボット装置の回収が不可能または極めて困難になる等の不具合がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の事情に基づいてなされたもので、万一駆動機構等が故障した場合には、作業機構をこの駆動機構と切離し、付勢機構によりこの作業機構を自動的に収納状態とし、万一の非常時においても狭隘な作業空間から脱出可能な作業ロボット装置を提供するものである。また、このような作業ロボット装置等に使用される作動が確実で信頼性の極めて高いとともに、ガスや異物を周囲に飛散させない切離機構をも提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明の作業ロボット装置は、狭隘な空間内で遠隔的に操作される作業ロボット装置であって、細長状の本体と、この本体に近接して収納される収納状態とこの本体から展開して所定の作業をおこなう展開状態との間で移動する作業機構と、この作業機構を上記の本体に対して収納状態に付勢する付勢機構と、この付勢機構の付勢力に抗して上記の作業機構を展開状態まで駆動する駆動機構と、この駆動機構と上記の作業機構との間に設けられ駆動機構が故障して作業機構が展開状態のまま作動不能になった場合に駆動機構と作業機構との連結を切り離し付勢機構の付勢力により作業機構を自動的に収納状態とする切離機構と、を具備している。
駆動機構は、本体内に沿って設けられたねじ軸と、ねじ軸を正逆両方向に回転駆動する駆動部と、ねじ軸に螺合しねじ軸の回転により螺進するねじナットと、を備えており、駆動機構のねじナットには、切離機構を介して移動部材が結合されていて、ねじナットの螺進による移動部材の移動により作業機構が収納状態と伸展状態との間で伸縮する。
切離機構は、駆動機構のねじナットに取り付けられた筒状のリリースシャフトと、移動部材に取り付けられた筒状の本体ケーシングと、リリースシャフトと本体ケーシングとを切り離し自在に機械的に結合するボールロック機構と、を備えている。
ボールロック機構が、リリースシャフトの先端部に一体に突設された筒状の係合部の外周に形成された環状の係合溝と、本体ケーシング内に設けられリリースシャフトの係合部が挿入嵌合され周方向に所定の間隔で径方向の孔が複数形成されている円筒状のスリーブ部材と、スリーブ部材の孔に径方向に移動自在に収容されたボールと、本体ケーシング内に密封して形成された環状のガス室と、本体ケーシングに設けられガス室に連通しているガスジェネレータと、本体ケーシング内に軸方向に移動自在に設けられガス室内のガス圧を受けるガス圧作動体部が形成されている作動部材と、を備えている。
そして作動部材は、ガス圧作動体部によりガス室内のガス圧を受けて作動部材が軸方向に移動するまでスリーブ部材の孔中のボールに当接しボールの径方向外側への移動を阻止してリリースシャフトの係合部の係合溝にボールが係合したロック状態を維持するロック部と、ガス圧作動体部によりガス室内のガス圧を受けて作動部材が軸方向に移動することによりボールの位置に対応しボールの径方向外側への移動を許容してリリースシャフトの係合部の係合溝とのボールの係合を外しロックを解除しリリースシャフトを本体ケーシングから分離するロック解除部と、を備えている。
【０００６】
したがって、万一駆動機構が故障した場合には、上記の切離機構により駆動機構と作業機構とを切離し、付勢機構の付勢力でこの作業機構を自動的に収納状態とし、この作業ロボット機構を狭隘な作業空間から回収することができる。
【０００７】
前記の切離機構は、ガスジェネレータにより発生したガス圧により作動して前記の駆動機構と作業機構との連結を切り離すものである。したがって、この切離機構はガス圧により強制的に切離しを行なうので、信頼性が高い。
【０００９】
しかも発生したガスは密封されたガス室から外部には放出されないので、このガスや破片等が周囲に飛散せず、また安全性も高い。また、このものは機械的なボールロック機構を備えているので、結合が確実であるとともに、ガス圧によりこの機械的な係合を強制的に解除するので信頼性も極めて高い。
【００１１】
また、請求項４に記載の本発明の切離機構は、２つの部材または機構を切離し可能に機械的に結合する切離機構であって、２つの部材または機構の一方に取り付けられた筒状のリリースシャフトと、２つの部材または機構の他方に取り付けられた筒状の本体ケーシングと、リリースシャフトと本体ケーシングとを切り離し自在に機械的に結合するボールロック機構と、を備えている。
ボールロック機構が、リリースシャフトの先端部に一体に突設された筒状の係合部の外周に形成された環状の係合溝と、本体ケーシング内に設けられリリースシャフトの係合部が挿入嵌合され周方向に所定の間隔で径方向の孔が複数形成されている円筒状のスリーブ部材と、スリーブ部材の孔に径方向に移動自在に収容されたボールと、本体ケーシング内に密封して形成された環状のガス室と、本体ケーシングに設けられガス室に連通しているガスジェネレータと、本体ケーシング内に軸方向に移動自在に設けられガス室内のガス圧を受けるガス圧作動体部が形成されている作動部材と、を備えている。
そして、作動部材は、ガス圧作動体部によりガス室内のガス圧を受けて作動部材が軸方向に移動するまでスリーブ部材の孔中のボールに当接しボールの径方向外側への移動を阻止してリリースシャフトの係合部の係合溝にボールが係合したロック状態を維持するロック部と、ガス圧作動体部によりガス室内のガス圧を受けて作動部材が軸方向に移動することによりボールの位置に対応しボールの径方向外側への移動を許容してリリースシャフトの係合部の係合溝とのボールの係合を外しロックを解除しリリースシャフトを本体ケーシングから分離するロック解除部と、を備えている。
【００１２】
したがって、機械的なボールロック機構により、２つの部材または機構が強力に結合され、信頼性が高い。また、このような機械的な結合は、その解除、特に荷重が作用した状態での解除には、大きな解除力が必要なものであるが、上記のガスジェネレータから発生するガス圧により強制的にこのボールロック機構を解除するので、作動が確実である。また、この発生したガスは、密封されたガス室から外部には放出されることがないので、このガスやガスジェネレータの破片等が周囲に飛散することがなく、周囲を汚染することがないとともに、安全であり、各種の用途に広範囲に使用することができる。
【００１４】
ボールロック機構は、構造が簡単で機械的に強力な結合がなされ、信頼性が大である。また、上記のガス室は本体ケーシング内に環状に形成され、作動部材がガス圧作動体部によりガス圧を受けて本体ケーシング内を軸方向に移動してボールロック機構を解放するものであり、構造が簡単であるとともに全体として極めて小形に形成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施形態を説明する。この実施形態は、沸騰水形原子炉の炉心構造物内に挿入されて検査やシュラウドの補修等の各種の作業をなす作業ロボット装置と、この作業ロボット装置に使用されている切離機構に関するものである。
【００１６】
まず、図１を参照して、上記の沸騰水形原子炉の炉心構造物およびこの炉心構造物内に挿入されるシュラウド補修ロボット装置等の作業ロボット装置の概略的な構成を説明する。
【００１７】
沸騰水形原子炉の炉心は、原子炉圧力容器内に設けられた略円筒状のシュラウド等から構成される炉心構造物内に収容されており、このシュラウドの下部には図１に示すような炉心支持板Ａ、上部には上部格子板Ｂが設けられている。この上部格子板Ｂは、一辺が約２９０ｍｍの格子状の構造体で、各格子内にそれぞれ燃料集合体（図示せず）が挿入される。また、上記の炉心支持板Ａには上記の各格子に対応して孔Ｃが形成され、各燃料集合体の入口ノズルはこれらの孔Ｃ内に嵌合する。
【００１８】
そして、原子炉の保守点検時には、原子炉圧力容器の蓋を取り外すとともに、この原子炉圧力容器の上に形成されている原子炉ウエル内に水を充填し、蒸気乾燥器、気水分離器、および燃料集合体等を取り出した後、燃料交換プラットホームの燃料交換機でたとえばシュラウド補修用の作業ロボット装置を保持し、これを水中に吊り下ろし、炉心構造物の点検や補修等を行う。
【００１９】
ところで、上記の上部格子板Ｂは、シュラウドに溶接されており、取り外しは不可能である。このため、このシュラウド補修用の作業ロボット装置１は、上記の格子板Ｂを通過できるような断面寸法に形成されている。すなわち、この作業ロボット装置１は、細長状の本体２を備え、この本体２は上記の上部格子板Ｂを通過できるような断面寸法に形成されている。
【００２０】
そして、この本体１には、この本体１から展開および収納される作業機構６が設けられている。この作業機構６は、Ｘ字状に回動自在に枢着されたリンク７と、これらのリンク７により支持された案内レール８とから構成され、これらのリンク７を折り畳むことにより、これらのリンク７および案内レール８が本体２に密着した収納状態となり、またこれらのリンク７を展開することにより、上記の案内レール８が本体２から任意の位置まで移動する展開状態となる。なお、この作業機構６が収納状態となった場合には、この作業機構６と本体２とは上記の上部格子板Ｂを通過できる断面寸法となるように設定されていることは上述した通りである。
【００２１】
また、上記の本体２の下端部には、支持部材３が取り付けられており、この支持部材３は燃料集合体の入口ノズルと略同様の外形をなすとともに、上記の本体２に対して回転自在に取付けられている。そして、これら支持部材３は、上記の炉心支持板Ａの孔Ｃ内に嵌合されて本体２の下端部を所定位置に保持するとともに、本体２はこの支持部材３を中心として回転自在に支承される。そして、この本体２を回転させるとともに、上記の作業機構６を任意の位置まで展開することにより、この作業機構６の展開可能な範囲内の任意の位置に案内レール８を位置決めすることができる。
【００２２】
また、上記の案内レール８には、これに沿って上下に移動自在な工具着脱機構９が設けられている。この工具着脱機構９は、前記の上部格子板Ｂの別に位置に挿入されて吊り下げられた工具ハンガー１０に保持されている各種の作業工具１１を把持して受取るものである。したがって、この作業工具１１を把持した工具着脱機構９が上下に移動することにより、この作業工具１１をこの作業機構６の展開半径内の任意の三次元位置に移動させることができ、これによりこの作業工具１１でシュラウドの補修等の各種の作業を行うことができる。
【００２３】
次に、図１および図２を参照してこの作業ロボット装置１の構成の詳細を説明する。上記の本体２は、上部格子板Ｂを通過して炉心部に挿入され、上記のようにその支持部材３が炉心支持板Ａの孔Ｃ内に挿入される。この本体２の上端部には、各種の駆動モータおよび制御機器等が収容された駆動部４が設けられ、この駆動部４の上端が前述の燃料交換機のグリッパＤに保持されて水中に吊り下げられる。また、この駆動部４にはクランプ機構５が設けられ、このクランプ機構５は上部格子板Ｂを把持し、この駆動部４をこの上部格子板Ｂに固定する。
【００２４】
そして、上記の本体２はこの駆動部４に内蔵された駆動機構（図示せず）によりこの駆動部４に対して回転され、その下端の支持部材３を通る鉛直方向の回転中心軸線まわりに回転する。
【００２５】
また、前記の作業機構６のリンク７のうちの一方のリンク７の下端は、前記の案内レール８の下端部に形成された摺動スリット１５に上下に摺動自在に案内されている。また、他方のリンク７の下端は、上記の本体２内に設けられた駆動機構２０によって上下に移動するように駆動され、これによりこれらリンク７で構成されるＸ字状のリンク機構が水平方向に伸縮し、この作業機構６が収納状態から伸展状態まで展開される。
【００２６】
また、この本体２の上部には、付勢機構３０が設けられている。この付勢機構３０は、たとえば上記の他方のリンク７の上端部に取り付けられた可撓性のワイヤ３１を備えており、このワイヤ３１はガイドプーリ３３に案内されて本体２の上部に取り付けられたスプリング機構３２に連結されている。このスプリング機構３２は、内蔵されたねじりスプリングおよび巻取プーリ等により、上記のワイヤ３１を所定の張力で巻き取る方向に付勢している。したがって、このワイヤ３１に常時作用している巻取張力により、上記の他方のリンク７の上端部が本体２に近接する方向に付勢されている。したがって、この作業機構６は、この付勢機構３０により、常時その収納状態となる方向に付勢されている。なお、この実施形態では、この作業機構６は上記の付勢機構３０の付勢力に加えて、各部材に作用する重力により収納状態となるように設計されている。
【００２７】
次に上記の駆動機構２０を説明する。この駆動機構２０は、本体２内に略鉛直方向に沿って設けられたねじ軸２１を備え、このねじ軸２１は軸受２２により回転自在に支承されている。そして、このねじ軸２１は駆動軸２３を介して上記の駆動部４内に設けられたモータ（図示せず）等に連結され、正逆両方向に回転駆動される。
【００２８】
また、このねじ軸２１にはねじナット２５が螺合し、このねじ軸２１が回転することによりこのねじナット２５が上方または下方に螺進するように構成されている。なお、この実施形態では、上記のねじ軸２１はボールねじ軸、またねじナット２５は内部で循環する転動ボールを備えたボールねじナットが使用され、これらの間の摩擦を低減する構造となっている。
【００２９】
そして、このねじナット２５は、後述する切離機構２６を介して移動部材２７に結合されており、この移動部材２７には前記のリンク７の下端部が枢着されている。したがって、上記のねじ軸２１が回転することにより上記のねじナット２５が上下に螺進し、リンク７の下端が上下に移動され、この作業機構６が収納状態から伸展状態までの任意の状態に伸縮する。なお、この作業機構６は、上述のように付勢機構３０の付勢力、および重力により収納状態となる方向に常時付勢されているが、この駆動機構２０はこれらの付勢力に抗してこの作業機構６を伸縮させるに十分な駆動力を有している。
【００３０】
次に、上記の切離機構２６について図３ないし図５を参照して説明する。この切離機構２６は、駆動機構２０が故障して作業機構６が展開状態のまま作動不能となったような場合に、この駆動機構２０のねじナット２５と移動部材２７とを切離し、作業機構６のリンク７を自由状態とし、上記の付勢機構３０の付勢力および重力によりこの作業機構６を自動的に収納状態とし、この作業ロボット装置１を上部格子板Ｂを通過させて回収可能とするものである。
【００３１】
上記のねじナット２５と移動部材２７すなわちリンク７との間には、常に付勢機構３０および重力による付勢力が作用しているとともに、この作業機構６が作動する場合には、これらの間に大きな荷重が作用する。したがって、この切離機構２６は、大きな荷重に耐える大きな機械的結合強度が必要である。
【００３２】
また、この切離機構２６は、上記のように非常時に作用するものであるから、その切離し作動に高い信頼性が必要である。また、上記のように、この切離機構２６は大きな荷重が作用している状態においても、確実に切離し作動を行う必要がある。一般に、大きな機械的結合強度を得るには、機械的な係合機構が必要であるが、このような機械的な係合機構は荷重が作用している状態で係合を解除するには大きな解除力が必要であり、この大きな解除力を得るためには複雑な機構が必要で、信頼性も低下するという不具合を生じる。
【００３３】
上記のような要求を満たすものとしては、爆発ボルトと称されている切離機構がある。このものは、ボルトまたはピン状の結合部材の内部を中空とし、この内部に火薬および電気信管等を内蔵させたもので、非常時には信管により火薬に点火し、その爆発圧力でこのボルトまたはピンを破断して結合を解除するものである。しかし、このようなものは、爆発破断の際に、ガスや火薬の残渣、または破片等が周囲に飛散し、周囲を汚染するとともに危険性がある。特に、この原子炉内での作業ロボット装置では、このような火薬の残渣や破片等で原子炉内部を汚染することは許されない。
【００３４】
上述したような条件を満足するために、上記の切離機構２６は以下のような特別な構造が採用されている。
すなわち、図中の４０は本体ケーシング、４１はリリースシャフトであり、これらが互いに機械的に結合し、また切り離される。この実施形態では、上記のリリースシャフト４１が上記のねじナット２５に取り付けられ、また上記の本体ケーシング４０が取付けフランジ部４２等を介して前記の移動部材２７すなわち作業機構６側に取付けられる。なお、この切離機構２６は、前記のねじ軸２１を挿通させるために、全体として中空の筒状に形成されている。
【００３５】
上記の本体ケーシング４０とリリースシャフト４１とは、機械的な係合機構、たとえばボールロック機構と称されている機構により切離し自在に機械的に結合されている。
【００３６】
上記のリリースシャフト４１の先端部には、筒状の係合部４３が一体に突設され、その先端部の外周には、断面が略半円形の環状の係合溝４４が形成されている。また、上記の本体ケーシング４０内には、円筒状のスリーブ部材４６が設けられ、上記のリリースシャフト４１の係合部４３が挿入嵌合されている。また、このスリーブ部材４６には、周方向に所定の間隔で複数の径方向の孔が形成され、これらの孔内には鋼球等のボール４５が径方向に移動自在に収容されている。そして、これらのボール４５は、径方向内側に移動することによって、上記のリリースシャフト４１の係合部４３の係合溝４４内に嵌合し、このリリースシャフト４１を本体ハウジング４０に対して機械的に係合し、またこれらのボール４５が径方向外側に移動することにより、上記のリリースシャフト４１の係合が解除されるように構成されている。
【００３７】
また、上記の本体ケーシング４０内には、環状のガス室５４が形成され、このガス室５４は密封され、外部とは連通していない。そして、この本体ケーシング４０の下端部には、ガスジェネレータ５７が設けられている。このガスジェネレータ５７は、電流により内部のガス発生剤が点火され、高圧のガスを発生するものである。そして、この実施形態では、信頼性を高めるために、複数たとえば２個のガスジェネレータ５７が設けられ、これらはいずれも上記のガス室５４に連通している。
【００３８】
また、この本体ケーシング４０の上部内には、作動部材５０が軸方向に移動自在に設けられている。この作動部材５０の下端部には、この本体ケーシング４０内に気密をもって摺動自在に嵌合し上記のガス室５４内のガス圧を受けるガス圧作動体部５３が形成されているとともに、その上端部には上記のボール４５の径方向の移動を規制してロックおよびロック解除をなすロックスリーブ部が一体に形成されている。このロックスリーブ部は、上記のスリーブ部材４６の外周面に密着して上記のボール４５の径方向外側への移動を阻止するロック部５１と、このロック部５１の下側に形成され上記のスリーブ部材４６の外周より大きな内径を有し上記のボール４５の径方向外側への移動を許容してロックの解除をなすロック解除部５２とが形成されている。
【００３９】
したがって、図３に示すように、この作動部材５０が下方に移動してロック部５１がボール４５に当接している場合には、これらのボール４５がリリースシャフト４１の係合溝４４内に嵌合したまま径方向外側には移動不能となり、係合すなわちロック状態が維持される。また、上記のガスジェネレータ５７からの高圧ガスがガス室５４内に供給された場合には、このガス圧はこの作動部材５０のガス圧作動体部５３に作用し、この作動部材５０が上方に移動してそのロック解除部５２がボール４５の位置に対応する。したがって、これらのボール４５は径方向外側に移動可能となり、これらが径方向外側に移動することにより、リリースシャフト４１の係合溝４４との係合が外れ、このリリースシャフト４１が本体ケーシング４０から分離される。
【００４０】
なお、上記の本体ケーシング４０内には圧縮コイルスプリング６０が設けられ、上記のリリースシャフト４１の係合部４３の先端部を上方すなわち分離方向に押圧付勢しており、このリリースシャフト４１の分離を確実にする。
【００４１】
また、この本体ケーシング４０の上端部には複数のストッパピン５５が設けられ、上記の作動部材５０はこけらのストッパピン５５に当接してそれ以上の移動が規制されている。したがって、この作動部材５０はガス圧が作用した場合でも上方に抜けることがなく、よって上記のガス室５４内は密封状態に維持されるように構成されている。
【００４２】
また、この本体ケーシング４０には、１本のシアーピン５６が螺装され、その先端部は上記の作動部材５０に係合している。したがって、通常時は、この作動部材５０はこのシアーピン５６によって軸方向に移動不能に固定され、図３に示すようなロック状態に固定されている。そして、この作動部材５０のガス圧作動体部５３にガス圧が作用した場合には、このガス圧による大きな荷重によりこのシアーピン５６の先端部が剪断破断し、この作動部材５０が移動可能となって上方に移動し、図４に示すようにロック解除の状態となる。
【００４３】
次に、上記のガスジェネレータ５７の構成を図５を参照して説明する。図中の７０はケーシングであって、このケーシング７０内には点火薬７５、およびガス発生剤７６が充填されている。この点火薬７５は、ヒータ（図示せず）により点火され、この点火薬７５が発火するとこれによりさらにガス発生剤７６に点火され、このガス発生剤７６の化学反応によりガスを発生する。
【００４４】
なお、上記の点火薬７５に点火するヒータは、作動を確実とするために２本設けられ、これらには電気的に並列に３本の導線７２が接続されている。これらの導線７２はこのケーシング７０の外に導出され、その導出部分はポッテイングコンパウンド７３、およびハーメチックシール７４等により完全な防水性が与えられている。
【００４５】
なお、この実施形態では、上記のガス発生剤７６としてアジ化ナトリウムと三二酸化鉄の混合物が用いられ、これらの成分は熱を加えられることにより化学反応を起こして窒素ガスを発生する。このような組成のガス発生剤７６は、車両のエアバッグを膨脹させるガス発生剤として広く用いられており、安定性、着火の確実性にも優れているものである。
【００４６】
また、このようなガスジェネレータ５７から導出された導線７２は、適宜の点火回路に接続されるが、安全性を向上させるためには、この点火回路は他の制御回路等とは独立した手動で操作されるものが好ましい。
【００４７】
次に、上記の実施形態の作動を説明する。通常の場合には、上記の切離機構２６は結合状態であり、よって駆動機構２０と作業機構６とは連結されている。そして、この作業ロボット装置は、作業機構６を収納状態として上部格子板Ｂを通して炉心構造物内に吊り下ろされる。次に、上記の駆動機構２０によりこの作業機構６を展開し、前述したような各種の作業をおこなう。そして、作業を終了した後には、駆動機構２０によりこの作業機構６を収納状態とし、上部格子板Ｂを通してこの作業ロボット装置１を吊り上げる。
【００４８】
そして、万一この作業機構６が展開状態の際に駆動機構２０等が故障し、この作業機構６を収納状態にすることができなくなった場合には、この作業ロボット装置を上部格子板Ｂを通して上方に吊り上げて回収できなくなる。
【００４９】
このような場合には、前述した点火回路を作動させ、上記の切離機構２６のガスジェネレータ５７に点火し、上述したようにこの切離機構２６を切り離す。したがって、この作業機構６のリンク７は、駆動機構２０から切り離され、自由な状態となる。よって、前述の付勢機構３０の付勢力および重力により、この作業機構６は自動的に収納状態まで折り畳まれ、この作業ロボット装置１を上部格子板Ｂを通して吊り上げ可能となり、これを回収することができる。
【００５０】
また、上記の切離機構２６は、ボールロック機構で機械的に確実に結合されているので、信頼性が高く、また結合強度も大きい。また、この機械的な結合の解除は、ガスジェネレータ５７で発生する高圧ガスにより行うので、大きな解除力が得られ、荷重が作用している状態でもこのボールロック機構を確実に解除することができ、信頼性が高い。
【００５１】
また、この切離機構２６は、爆発ボルト等とは相違し、ガスジェネレータ５７から発生したガスやガス発生剤の残渣、またはカバーの破片等は全て本体ケーシング４０内の密封されたガス室５４内に封じ込められるので、これらが周囲に飛散することはなく、原子炉内部を汚染することがなく、また安全である。
【００５２】
なお、本発明は上記の実施形態には限定されない。たとえば、本発明の作業ロボット装置は、上記のような原子炉の炉心構造物内の検査や補修等を行うものには限定されず、その他、配管内を検査補修する作業ロボット装置、またはその他狭隘な空間内で作業を行う作業ロボット装置一般に適用可能なものである。
【００５３】
また、本発明の作業ロボット装置において、駆動機構と作業機構とを切り離す切離機構は必ずしも上記のようなものには限定されず、仕様に応じて各種のものが採用可能である。また、この作業機構を収納状態に付勢する付勢機構も、上記のようなスプリングの付勢力によるものには限定されず、重力、ガス圧、磁力等を利用した付勢機構を採用することが可能である。
【００５４】
また、上述の切離機構は、上記のような作業ロボット装置の切離装置として適するものであるが、その特徴を生かして、各種の用途にも使用できる。たとえば、船舶、航空機、各種の車両等の非常扉をこのような切離機構で締結しておき、非常時には切離して非常口を開放することができる。また、クレーン、ヘリコプタの吊り上げ装置他にこの切離機構を設け、非常時には吊上げ物を切り離すこともできる。
【００５５】
この切離機構は、機械的な係合により結合しているので、大きな結合強度が得られ、またガス圧で係合の解除を行うので、大きな荷重が作用している状態でも確実な切離しが可能である。また、切離しの際にガスやガス発生剤の残渣、破片等が周囲に飛散しないので、周囲を汚染したりすることがなく、また安全性が高く、この特徴を生かして各種の切離機構一般に適用できる。
なお、この切離機構の機械的な係合機構は、上記のようなボールロック機構には限定されず、係合爪、その他の各種の機械的な係合機構が採用可能である。
【００５６】
【発明の効果】
上述の如く本発明の作業ロボットは、万一駆動機構が故障した場合には、上記の切離機構により駆動機構と作業機構とを切離し、付勢機構の付勢力でこの作業機構を自動的に収納状態とし、この作業ロボット機構を狭隘な作業空間から回収することができる等、その効果は大である。
【００５７】
また、本発明の切離機構は、機械的なボールロック機構により、２つの部材または機構が強力に結合され、信頼性が高い。また、このような機械的な結合は、その解除、特に荷重が作用した状態での解除には、大きな解除力が必要なものであるが、上記のガスジェネレータから発生するガス圧により強制的にこのボールロック機構を解除するので、作動が確実である。また、この発生したガスは、密封されたガス室から外部には放出されることがないので、このガスやガスジェネレータの破片等が周囲に飛散することがなく、周囲を汚染することがないとともに、安全である。よって、本発明の作業ロボット装置の切離機構として適しているばかりではなく、各種の用途に広範囲に使用することができる等、その効果は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】炉心構造物の一部と本発明の実施形態の作業ロボット装置を示す斜視図。
【図２】本発明の実施形態の作業ロボット装置の概略的な側面図。
【図３】本発明の実施形態の切離機構の結合状態における縦断面図。
【図４】本発明の実施形態の切離機構の切離し状態における縦断面図。
【図５】本発明の実施形態の切離機構のガスジェネレータの縦断面図。
【符号の説明】
１ 作業ロボット装置
２ 本体
６ 作業機構
７ リンク
２０ 駆動機構
２１ ねじ軸
２５ ねじナット
２６ 切離機構
３０ 付勢機構
３１ ワイヤ
４０ 本体ケーシング
４１ リリースシャフト
４５ ボール
４６ スリーブ部材
５０ 作動部材
５１ ロック部
５２ ロック解除部
５３ ガス圧作動体部
５４ ガス室
５７ ガスジェネレータ
７６ ガス発生剤
Claims (6)
- 狭隘な空間内で遠隔的に操作される作業ロボット装置であって、
細長状の本体と、この本体に近接して収納される収納状態とこの本体から展開して所定の作業をおこなう展開状態との間で移動する作業機構と、この作業機構を上記の本体に対して収納状態に付勢する付勢機構と、この付勢機構の付勢力に抗して上記の作業機構を展開状態まで駆動する駆動機構と、この駆動機構と上記の作業機構との間に設けられ駆動機構が故障して作業機構が展開状態のまま作動不能になった場合に駆動機構と作業機構との連結を切り離し付勢機構の付勢力により作業機構を自動的に収納状態とする切離機構と、を具備しており、
駆動機構は、本体内に沿って設けられたねじ軸と、ねじ軸を正逆両方向に回転駆動する駆動部と、ねじ軸に螺合しねじ軸の回転により螺進するねじナットと、を備えており、
駆動機構のねじナットには、切離機構を介して移動部材が結合されていて、
ねじナットの螺進による移動部材の移動により作業機構が収納状態と伸展状態との間で伸縮し、
切離機構は、駆動機構のねじナットに取り付けられた筒状のリリースシャフトと、移動部材に取り付けられた筒状の本体ケーシングと、リリースシャフトと本体ケーシングとを切り離し自在に機械的に結合するボールロック機構と、を備えており、
ボールロック機構が、リリースシャフトの先端部に一体に突設された筒状の係合部の外周に形成された環状の係合溝と、本体ケーシング内に設けられリリースシャフトの係合部が挿入嵌合され周方向に所定の間隔で径方向の孔が複数形成されている円筒状のスリーブ部材と、スリーブ部材の孔に径方向に移動自在に収容されたボールと、本体ケーシング内に密封して形成された環状のガス室と、本体ケーシングに設けられガス室に連通しているガスジェネレータと、本体ケーシング内に軸方向に移動自在に設けられガス室内のガス圧を受けるガス圧作動体部が形成されている作動部材と、を備えており、
作動部材は、ガス圧作動体部によりガス室内のガス圧を受けて作動部材が軸方向に移動するまでスリーブ部材の孔中のボールに当接しボールの径方向外側への移動を阻止してリリースシャフトの係合部の係合溝にボールが係合したロック状態を維持するロック部と、ガス圧作動体部によりガス室内のガス圧を受けて作動部材が軸方向に移動することによりボールの位置に対応しボールの径方向外側への移動を許容してリリースシャフトの係合部の係合溝とのボールの係合を外しロックを解除しリリースシャフトを本体ケーシングから分離するロック解除部と、を備えている、
ことを特徴とする作業ロボット装置。 - 前記作動部材は、ガス圧作動体部によりガス室内のガス圧を受けるまで軸方向に移動不能に固定されている、ことを特徴とする請求項１に記載の作業ロボット装置。
- 前記作動部材は、ガス圧作動体部によりガス室内のガス圧を受けるまで本体ケーシングに対しシーアピンにより軸方向に移動不能に固定されており、ガス圧作動体部によりガス室内のガス圧を受けることによりシーアピンを破壊し軸方向に移動する、ことを特徴とする請求項１に記載の作業ロボット装置。
- ２つの部材または機構を切離し可能に機械的に結合する切離機構であって、
２つの部材または機構の一方に取り付けられた筒状のリリースシャフトと、２つの部材または機構の他方に取り付けられた筒状の本体ケーシングと、リリースシャフトと本体ケーシングとを切り離し自在に機械的に結合するボールロック機構と、を備えており、
ボールロック機構が、リリースシャフトの先端部に一体に突設された筒状の係合部の外周に形成された環状の係合溝と、本体ケーシング内に設けられリリースシャフトの係合部が挿入嵌合され周方向に所定の間隔で径方向の孔が複数形成されている円筒状のスリーブ部材と、スリーブ部材の孔に径方向に移動自在に収容されたボールと、本体ケーシング内 に密封して形成された環状のガス室と、本体ケーシングに設けられガス室に連通しているガスジェネレータと、本体ケーシング内に軸方向に移動自在に設けられガス室内のガス圧を受けるガス圧作動体部が形成されている作動部材と、を備えており、
作動部材は、ガス圧作動体部によりガス室内のガス圧を受けて作動部材が軸方向に移動するまでスリーブ部材の孔中のボールに当接しボールの径方向外側への移動を阻止してリリースシャフトの係合部の係合溝にボールが係合したロック状態を維持するロック部と、ガス圧作動体部によりガス室内のガス圧を受けて作動部材が軸方向に移動することによりボールの位置に対応しボールの径方向外側への移動を許容してリリースシャフトの係合部の係合溝とのボールの係合を外しロックを解除しリリースシャフトを本体ケーシングから分離するロック解除部と、を備えている、
ことを特徴とする切離機構。 - 前記作動部材は、ガス圧作動体部によりガス室内のガス圧を受けるまで軸方向に移動不能に固定されている、ことを特徴とする請求項４に記載の切離機構。
- 前記作動部材は、ガス圧作動体部によりガス室内のガス圧を受けるまで本体ケーシングに対しシーアピンにより軸方向に移動不能に固定されており、ガス圧作動体部によりガス室内のガス圧を受けることによりシーアピンを破壊し軸方向に移動する、ことを特徴とする請求項４に記載の切離機構。
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