JP4201377B2 - 熱交換器用作業ロボット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、両管板間にわたって多数の伝熱細管が設けられた復水器や熱交換器の伝熱細管の清掃や探傷試験を行う熱交換器用作業ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発電所などのタービン用復水器の伝熱細管や熱交換器の冷却細管の清掃や探傷試験を行う作業ロボットは、たとえば水室内に管板面に沿ってガイドレールを構築し、このガイドレールに案内されて移動する作業ロボットを設けたものが特開平７−２２９６９５号公報に提案され、また細管の開口部に挿入した複数の脚を有するロボット本体に、作業アームを設けて、管板に沿って移動させるものが、たとえば特開昭５１−１０２０１号公報や特開平３−１９９８０２号公報に提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、復水器の水室に形成されたマンホールは、近年では大口径化しつつあるが、従来では約５００ｍｍφ、大きくて６００ｍｍφと小さく、このマンホールからガイドレールやロボットの機材を搬入する必要がある。従来の上記ロボットは、走行機構部と作業機構部とが別々に構成されており、機構は単純化されるものの、構成部材が多く大形化されることになり、分解してマンホールから水室内に搬入出する必要が生じる。したがって、水室内での組み立てや分解撤去に要する作業時間が長時間化するという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解決して、コンパクトな熱交換器用作業ロボットを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、熱交換器の管板に沿って移動自在な熱交換器用作業ロボットであって、ロボット本体の外周部に少なくとも４本の移動、作業兼用の兼用アームを前記管板に沿って外周側に出退自在に設けるとともに、これら兼用アームの先端部にそれぞれ作業装置を設け、これら作業装置に、前記管板に貫設開口された伝熱管内に清掃具を挿入して移動させる清掃機構と、連結固定具を伝熱管に挿入して前記兼用アームを伝熱管に固定しロボット本体を位置決めする位置決め機構を設け、ロボット本体に、前記位置決め機構により固定された前記兼用アームを出退してロボット本体を移動させる移動機構を設けたものである。
【０００６】
上記構成によれば、ロボット本体に、外周側に出退自在な４本以上の兼用アームを設けて、これら兼用アームの先端部にそれぞれ清掃機構および移動機構を有する作業装置を設けたので、伝熱管に兼用アームが連結固定されてロボット本体が位置決めされている時に、清掃作業を行い、また各兼用アームを同時に出退駆動させることでロボット本体を移動させ、３本の兼用アームが伝熱管に固定されている状態で残りの兼用アームを次の伝熱管に移動させることができる。したがって、清掃機構と移動機構とが分離されている従来ロボットに比較して、アームなどの部材個数を減少させることができ、また兼用アームを後退させることで、ロボットをコンパクト化することができる。これにより、水室内への搬入出も容易となり、組立てや分解などの準備作業を減少させて、作業時間を短縮することができる。
【０００７】
また請求項２記載の発明は、熱交換器の管板に沿って移動自在な熱交換器用作業ロボットであって、ロボット本体の外周部に少なくとも４本の移動、作業兼用の兼用アームを前記管板に沿って外周側に出退自在に設けるとともに、これら兼用アームの先端部にそれぞれ作業装置を設け、これら作業装置に、前記管板に貫設開口された伝熱管に連結固定具を挿入して前記兼用アームを当該伝熱管に固定しロボット本体を位置決めする位置決め機構と、検査用プローブを当該伝熱管に挿入移動させるプローブ挿入機構とを設け、ロボット本体に、前記位置決め機構により固定された前記兼用アームを出退してロボット本体を移動させる移動機構を設け、前記伝熱管内に移動される検査プローブにより当該伝熱管を検査する伝熱管検査手段を設けたものである。
【０００８】
上記構成によれば、ロボット本体に、外周側に出退自在な４本以上の兼用アームを設けて、これら兼用アームの先端部にそれぞれ位置決め機構およびプローブ挿入機構を有する作業装置を設けたので、伝熱管に兼用アームが連結固定されてロボット本体が位置決めされている時に、伝熱管検査作業を行い、また各兼用アームを同時に出退駆動させることでロボット本体を移動させ、３本の兼用アームが伝熱管に固定されている状態で残りの兼用アームを次の伝熱管に移動させることができる。したがって、清掃機構とプローブ挿入などの作業機構とが分離されている従来ロボットに比較して、部材個数を減少させることができ、また兼用アームを後退させることで、ロボットをコンパクト化することができる。これにより、水室内への搬入出も容易となり、組立てや分解などの準備作業を減少させて、作業時間を短縮することができる。
【０００９】
また請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の構成において、移動機構は、少なくとも３本の兼用アームの作業装置が連結固定具により伝熱管に固定された状態で、これら３本の前記兼用アームが出退駆動されてロボット本体が移動されるとともに、残りの兼用アームの作業装置を伝熱管から離脱させて当該作業装置を次の伝熱管に移動するように構成されたものである。
【００１０】
上記構成によれば、４本以上の兼用アームと作業装置とが順次選択されて駆動され、３本の兼用アームによりロボット本体の移動および位置決めが行われ、位置決め中に清掃作業が行われるとともに、残りの兼用アームの作業装置が新たな伝熱管に移動される。したがって、各兼用アームにおけるロボット本体の移動および清掃作業と、作業装置の移動とを組み合わせて清掃作業を効率よく行うことができ、清掃作業時間を大幅に短縮することができる。
【００１１】
さらに請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の構成において、兼用アームが、管板に垂直なロボット本体のロボット軸心に平行な軸心回りに回動自在でかつ伸縮自在に構成されたものである。
【００１２】
上記構成によれば、各兼用アームを、アーム回動装置とアーム伸縮装置とにより回動自在でかつ伸縮自在としたので、極めて単純な構造となり、兼用アームの動作制御も容易に行うことができる。
【００１３】
さらにまた請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の構成において、ロボット本体の外周部に、兼用アームの収容空間が形成され、ロボット本体の外周部に、兼用アームの収容空間が形成され、前記兼用アームが後退収縮されて収容空間に収容された収容位置で、全体形状がマンホールを通過可能な円柱形となるように構成されたものである。
【００１４】
上記構成によれば、兼用アームの後退収容位置で作業ロボットがロボット軸心を中心とする円柱形になるように構成したので、作業ロボットを分解することなく狭い円形のマンホールを通過させて水室内に容易に出し入れすることができ、水室での組立て準備および分解撤収作業時間を大幅に削減することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係る熱交換器用作業ロボットである復水器用の清掃・検査用ロボットの実施の形態を図１〜図２１に基づいて説明する。
【００１６】
図１〜図５において、たとえば発電所等に設置される復水器１は、一方の水室２Ａから他方の水室２Ｂに接続されて冷却水を流す多数の細管（伝熱管）３が配置されており（図３，図４）、冷却水には通常海水が使用されるため、定期的に細管３を清掃し、亀裂などの損傷を検査する必要がある。この清掃・検査用ロボット（以下、ロボットという）１１は、多数の細管３が貫設開口された管板４に沿って自走しつつ、細管３内に清掃具である清掃ブラシ１２を挿入し、圧力流体である清掃水により清掃ブラシ１２を移動させて細管３を清掃し、さらに清掃ブラシ１２の後部に検査プローブである探傷プローブ１３を挿入して同時に移動させ、探傷プローブ１３により細管３の探傷検査を行うものである。
【００１７】
このロボット１１の支援設備として、図３に示すように、ロボット１１に清掃ブラシ１２を供給するブラシ補給装置１４と、ロボット１１に駆動源である油圧を供給する油圧ユニット１５と、清掃ブラシ１２などの移動源となる清掃水を供給する給水ポンプユニット１６と、管板４からロボット１１が落下するのを防止する落下防止装置１７と、ロボット１１およびこれら支援設備を制御するとともに、探傷プローブ１３からの検出信号から細管３の検査データを蓄積する制御装置１８とが具備されている。
【００１８】
このロボット１１のロボット本体２１には、図５に示すように、外周側に出退自在な４本の移動，作業兼用の第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄが具備され、各第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの先端部にそれぞれ作業装置２４が配設されている。これら作業装置２４には、細管３に連結固定具であるインナーノズル２３を挿入して第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの先端部をそれぞれ細管３に固定（幾分の回動は可能）する位置決め機構と、細管３内に清掃ブラシ１２を挿入して清掃水により圧送して細管３を清掃する清掃機構と、細管３内に清掃ブラシ１２の後部に探傷プローブ１３を挿入し清掃水により清掃ブラシ１２とともに圧送するプローブ挿入機構とがそれぞれ具備されている。またロボット本体２１には、探傷プローブ１３を検査用ケーブル３０を介して細管３内を引き戻すプローブ返送機構と、細管３内を移動される探傷プローブ１３を介して細管３の亀裂等を検査する細管検査機構（伝熱管検査手段）と、前記位置決め機構により固定された第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄを出退してロボット本体２１を移動させる移動機構とが設けられている。そして前記プローブ挿入機構とプローブ返送機構と細管検査機構とでプローブ挿入検査手段が構成されている。
【００１９】
またこれら第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄは、ロボット本体１１の正面側で９０°隔てた位置にそれぞれ設けられたアーム回動装置である油圧式のアーム回動モータ２５により、管板４に垂直なロボット軸心Ｏに平行な軸心回りに所定範囲で回動されるとともに、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄにそれぞれ内蔵されたアーム伸縮装置であるアーム伸縮シリンダ装置２６により伸縮され、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの先端部に配置された作業装置２４をロボット本体２１側に後退接近させた収納位置（図１５のブラシ分配位置ｂ〜ｅと同じ）と、外周側に伸展されて選択された細管３に対向する作業位置との間で往復移動される。（図１５参照）
またロボット本体２１には、正面部でアーム駆動モータ２５を有するアーム保持部２７と、各第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの作業装置２４にそれぞれ清掃ブラシを送り込むブラシ分配装置２８と、探傷プローブ１３の検査用ケーブル３０を巻回するプローブ返送機構を構成するコードリール装置２９とが設けられている。１９はロボット本体２１を覆うカバーである。
【００２０】
そして前記位置決め機構によりインナーノズル２３が細管３に挿入固定された状態で、前記移動機構を構成する第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄのアーム回動モータ２５およびアーム伸縮シリンダ装置２６が駆動されることにより、ロボット本体２１が管板４に沿って目的位置に移動される。また第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄのうちの３本のたとえば第１，第３，第４兼用アーム２２Ａ，２２Ｃ，２２Ｄが細管３に固定されて清掃および検査を行っている間に、残りの第２兼用アーム２２Ｂが細管３から離脱されてブラシ分配装置２８から清掃ブラシ１２を受取り、次の細管３に移動される。
【００２１】
またロボット本体２１およびカバー１９には、図１，図２に示すように、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄが収縮、後退された収納位置で作業装置２４を収容する収容空間部１９ａが形成され、図２に示すように、この収納位置でロボット１１がロボット軸心Ｏを中心とする円柱形になるように構成されている。これにより、この収納状態のロボット１１の直径が水室２Ａのマンホール５（図３）の直径以下で通過可能な寸法となり、ロボット１１を分解することなく狭いマンホール５を通過させて水室２Ａに出し入れすることができる。これにより、水室２Ａでの準備および撤収作業時間を大幅に削減している。
【００２２】
まず、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄを図６〜図１４を参照して説明する。図６〜図８に示すように、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄは同一に構成されている。そしてアーム保持部２７の正面フレーム３１に、９０度ごとに４個のアーム回動モータ２５が配設され、正面側に突出される出力軸２５ａにアームシリンダフレーム３２が取付けられ、このアームシリンダフレーム３２にアーム伸縮シリンダ２６が一体に設けられている。
【００２３】
このアーム伸縮シリンダ装置２６は、ピストンロッド２６ｂに負荷されるねじりモーメントを支持できるダブルロッド形の油圧シリンダ装置である。すなわち、シリンダフレーム３２に形成された円形断面のシリンダ孔２６ａに、円柱形のピストン２６ｂがスライド自在に配置され、このピストン２６ｂに連結された２本の両ピストンロッド２６ｃ，２６ｄのうち、少なくとも一方、たとえば先端側の前部ロッド２６ｃが矩形断面に形成されている。そしてこの前部ロッド２６ｃが貫通する前部シリンダヘッド２６ｅのガイド穴２６ｆも矩形断面に形成されて回り止めされ、シール材が介装されている。したがって、前部ロッド２６ｃにねじりモーメントが負荷されても、ガイド穴２６ｆを介して前部シリンダヘッド２６ｅに支持されることから、従来必要であったガイドロッドなどの付属の回り止め機構が不要となり、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄをコンパクト化することができる。なお、後部ロッド２６ｄを回り止め可能な断面に形成してもよく、またシリンダ孔２６ａおよびピストン２６ｂを楕円形断面や矩形など回り止め可能な断面形状に形成してもよい。
【００２４】
前部ロッド２６ｃにより外周側に出退自在に配置された作業装置２４には位置決め機構と清掃機構とプローブ挿入機構が設けられており、作業装置２４を正面側に出退自在な押付け駆動装置である押付けシリンダ装置３４と、この押付けシリンダ装置３４により出退され作業装置２４を支持する出退フレーム３５とが具備され、出退フレーム３５に設けられた押込み駆動装置である押込みシリンダ装置３８により、清掃ブラシ１２、探傷プローブ１３およびインナーノズル２３を細管３に押込むことができる。
【００２５】
この作業装置２４の詳細を説明する。アーム伸縮シリンダ装置２６の前部ロッド２６ｃに矩形孔を介して押付けシリンダ装置３４のシリンダチューブ３４ａが垂設固定されており、押付けシリンダ装置３４のピストンロッド３４ｂに出退フレーム３５が取付けられている。この出退フレーム３５は、押込み口４１ａが形成された押込みノズル４１を有する先端側部材３５ａと、ピストンロッド３４ｂが連結された基端側部材３５ｂと、先端側部材３５ａと基端側部材３５ｂを連結する２本のガイドロッド３６、１本のガイド支軸３７および円弧形カバー３３とで構成されている。そして先端側部材３５ａには、押付けシリンダ装置３４のシリンダチューブ３４ａにスライド自在に外嵌されるスライドガイド３５ｃが設けられている。また基端側部材３５ｂに設けられた押込みシリンダ装置３８は、シリンダチューブ３８ａが基端側部材３５ｂに立設固定され、ピストンロッド３８ｂが押込み口４１ａに向って出退駆動される。前記ガイドロッド３６，３６には押込み口４１ａの軸心Ｏａ上に沿って移動自在な押込み部材３９が配設されており、この押込み部材３９にインナーノズル２３に係脱自在な係合凹部３９ａが形成されるとともに、押込みシリンダ装置３８のピストンロッド３８ｂが連結されている。
【００２６】
またガイド支軸３７には、軸心Ｏａ上の押込み位置と、ガイド支軸３７を中心に軸心Ｏａから所定角度（たとえば９０°）ずれた待機位置との間で回動自在な挿入ガイド体４０が配設されている。
【００２７】
ところで、細管３に清掃ブラシ１２と探傷プローブ１３とインナーノズル２３とを順次挿入する場合、各部材を一列に並べておいて一度に押込めばよいが、この場合には押込みシリンダ装置３８のストロークを長くする必要があり、作業装置２４の全長が長くなる。このため、この作業装置２４では、まず最初に清掃ブラシ１２のみを細管４に押込んだ後、探傷プローブ１３とインナーノズル２３とを押込み、このように二段階に押込むように構成することで押込みシリンダ装置３８のストロークを短くしてコンパクト化が図られている。
【００２８】
すなわち、前記挿入ガイド体４０は、ガイド支軸３７に出退方向に所定間隔をあけて配置されるとともに回動自在に支持されたＣ形状の上下一対の枠フレーム４０ａ，４０ｂと、枠フレーム４０ａ，４０ｂを連結する４本のロッド４０ｃとで構成され、探傷プローブ１３およびインナーノズル２３を押込み口４１ａに向って移動自在に保持するように構成されている。またこの挿入ガイド体４０は、ガイド支軸３７の先端側に設けられた捻じりコイルばね４２により、仮想線で示す待機位置から実線で示す押込み位置側に回動付勢されている。
【００２９】
したがって、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄが収縮後退されて収納位置（図１５のブラシ分配位置ｂ〜ｅ）に移動され、図１４（ａ）に示すように、ブラシ分配装置２８に保持された清掃ブラシ１２が出退フレーム３５に嵌合されると、押込み位置の挿入ガイド体４０が捻じりコイルばね４２に抗して待機位置まで回動される。そして、図１４（ｂ）に示すように、押込みシリンダ３８により押込み部材３９を介して清掃ブラシ１２の円錐形の先端部が押込み口４１ａに押込まれ、挿入ガイド体４０の復帰が規制されて清掃ブラシ１２が出退位置に保持される。さらに第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄが作業位置に移動されると、図１４（ｃ）（ｄ）に示すように、押込みシリンダ３８により押込み部材３９を介して清掃ブラシ１２が細管３に押込まれる。この時、清掃ブラシ１２の先端部が細管３に入った時に、この兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄのアーム回動モータ２６とアーム伸縮シリンダ装置２５とが一時的にフリーの状態（非駆動、非制動の状態をいう）にされて位置ずれが吸収される。その後、押込み部材３９が基端側に復帰されると、捻じりコイルばね３９により挿入ガイド体４０が回動されて出退位置に復帰され、押込み部材３９の係合凹部３９ａにインナーノズル２３が係合される。さらに図１４（ｅ）（ｆ）に示すように、押込みシリンダ３８により押込み部材３９を介して探傷プローブ１３とインナーノズル２３とが細管３に押込まれる。
【００３０】
前記インナーノズル２３は、細管３に確実に固定されることはもちろんであるが、固定の解除が迅速かつ確実に行えることも重要である。このため、発明者による実験の結果、圧縮部材により単一のゴム筒を軸心方向に圧縮して膨張させる従来形の固定機構は、膨張によるゴム筒と管内面との摩擦力により固定可能であるが、軸心方向に均等な膨張力を得られず、大きい保持力を得られない上、解除がスムーズに行えないということが判明した。また、従来の構成ではゴム筒と管内面との摩擦力にのみ重点が置かれて考えられているが、実際にはゴム筒の周縁部が圧縮部材と管内面との空間に食い込むくさび現象により、大きい摩擦力が得られることを見出した。
【００３１】
その結果、このインナーノズル２３の管固定機構では、ゴム筒を外径に比べて幅の狭くかつ硬度が（ＪＩＳ）６０以上の硬質合成ゴム製の複数の弾性リング４３ａと、これら弾性リング４３ａ間と両側に介在されたスペーサリング４３ｂとにより結合リング群４３を構成し、この結合リング群４３が軸心方向に圧縮されることで、スペーサリング４３ｂのテーパ端面による第１のくさび作用で弾性リング４３ａが外周側に膨出されて摩擦抵抗を発生させ、さらに膨出された硬質の弾性リング４３ａがスペーサリング４３ｂと細管３の内面と空間に食い込む第２のくさび作用により、インナーノズル２３が細管３に極めて強固に固定されるとともに、迅速かつ確実に固定解除できるように構成されている。
【００３２】
以下にこのインナーノズル２３の構成を図１２，１３を参照して詳細に説明する。このインナーノズル２３は、基端側で押込み部材３９が係合される押込み筒４４と、この押込み筒４４の先端側に出退方向にスライド自在に嵌合される内筒部材４５と、内筒部材４５に外嵌される結合リング群４３と、押込み筒４４に取付けられて検査用ケーブル３０が移動自在に挿通される押込みパイプ４６とで構成されている。そして、押込み筒４４は、基端側に押込み部材３９の係合凹部３９ａが係合される受動筒部４４ａが形成され、内筒部材４５の胴部４５ａにスライド自在に外嵌される圧縮筒部４４ｂと受動筒部４４ａが一対の連結部材４４ｃを介して連結されている。そして、受動筒部４４ａに軸心孔４４ｄが貫通形成され、また圧縮筒部４４ｂに給水口４４ｅが形成されている。内筒部材４５は、結合リング群４３が外嵌される胴部４５ａの軸心部に挿通孔４５ｂが形成されるとともに、先端部に結合リング群４３の抜け出しを防止するストッパー４５ｃが突設されている。また胴部４４ａの基端側には、結合リング群４３の圧縮時に給水口４４ｅが連通される注水口４５ｄが穿設され、この胴部４４ａの基端部に押込み口４１ａの入口に係止される係止爪４５ｅが突設されている。
【００３３】
押込みパイプ４６は、探傷プローブ１３の検査用ケーブル３０が移動自在に挿通される内径を有し、基端部が受動筒部４４ａの軸心孔４４ｄに同一軸心Ｏａに固定され、挿通孔４５ｂを通って先端部がインナーノズル２３の先端位置に達し、この押込みパイプ４６により探傷プローブ１３を押出すように構成される。図６において４７は、探傷プローブ１３に接続された検査用ケーブル３０を案内するガイドシーブ、８１は第１，第２兼用アーム２２Ａ，２２Ｂに設けられて管板４との距離を測定し、ロボット本体２１の位置を検出する距離センサである。
【００３４】
したがって、押込みシリンダ装置３８が伸展されて押込み部材３９によりインナーノズル２３が先端側に移動されると、探傷プローブ１３が挿入ガイド体４０に沿って送り出される。そして押込み口４１ａを介して細管３に押込まれ、清掃ブラシ１２がさらに奥側に押込まれる。そして、インナーノズル２３が押込み口４１ａに挿入されて、係止爪４５ｅが押込み口４１ａの入口に係止されると、内筒部材４５が挿入が停止されるが、押込み筒４４がさらに押込まれることから、圧縮筒部４４ｂにより結合リング群４３が圧縮される。これにより、結合リング群４３の第１のくさび作用で摩擦力が発生され、第２のくさび作用によりインナーノズル２３が細管３に強固に固定される。
【００３５】
なお、この押込み移動途中で清掃ブラシ１２や探傷プローブ１３に押込みに抵抗が生じた場合でも、探傷プローブ１３が押込みパイプ４６を介して押込み筒４４に押込まれることから、内筒部材４５の押込みが規制されて結合リング群４３が圧縮されることもない。
【００３６】
またプローブ挿入機構では、結合リング群４３が圧縮された状態で、押込みノズル４１に形成された清掃水供給孔４８に、圧縮筒部４４ｂの給水口４４ｅと胴部４５ａの注水口４５ｄが重なり、この清掃水供給孔４８に清掃水が供給されることにより、給水口４４ｅおよび注水口４５ｄを介してインナーノズル２３から細管３内に清掃水が送られ、清掃ノズル１２および探傷プローブ１３が細管３に沿って押出されて細管３が清掃される。
【００３７】
次に第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの作業装置２４にそれぞれ清掃ブラシ１２を送り込む清掃具分配装置であるブラシ分配装置２８を図１５〜図１８を参照して説明する。
【００３８】
ブラシ分配装置２８は、アーム保持部２７の外周部のブラシ補給位置ａに配置され、ブラシ補給装置１４からフレキシブルなブラシ供給ホース５４を介して清掃ブラシ１２が順次供給されるブラシ補給具５１と、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄのブラシ分配位置（収納位置と同じ）ｂ〜ｅに配置された反力受け具５２と、正面フレーム３１にロボット軸心Ｏを中心に旋回自在でかつ伸縮自在に設けられた補給アーム装置５３とで構成されている。そしてこの補給アーム装置５３により、ブラシ補給具５１に保持された清掃ブラシ１２を受取ってブラシ補給位置ａからブラシ分配位置ｂ〜ｅに分配補給するように構成されている。
【００３９】
前記ブラシ補給具５１は、図１８に示すように、ブラシ供給ホース５４が接続される円筒形の本体部５１ａの先端側に、円筒の一部を構成し受け板５１ｃを有するブラシカバー５１ｂが取付けられている。そして、本体部５１ａには、ブラシ供給ホース５４から送られてきた清掃ブラシ１２を一時停止させるブラシ係止レバー５５が接線方向のピン５５ｂを介して回動自在に配設され、ばね５５ａにより突出側に回動付勢されている。さらに、ブラシ係止レバー５５の基端側に受動部５５ｃが突出されており、後述する補給アーム装置５３のブラシホルダー５６がブラシカバー５１ｂに嵌合される時に、受動部５５ｃがばね５５ａに抗して押され、ブラシ係止レバー５５が後退して清掃ブラシ１２が本体部５１ａから清掃具ホルダーであるブラシホルダー５６に供給される。
【００４０】
補給アーム装置５３は、正面フレーム３１のロボット軸心Ｏ位置にブラシ分配用モータ５７が配設され、ブラシ分配用モータ５７の出力軸５７ａに、旋回アームを構成するブラシ出退用シリンダ装置５８のシリンダチューブ５８ａが取り付けられている。そして、ブラシ出退用シリンダ装置５８のピストンロッド５８ｂに前記ブラシホルダー５６が取付けられている。このブラシホルダー５６は、ブラシカバー５１ｂに嵌合可能な略半円筒形で、先端部に清掃ブラシ１２を抜け止めするブラシ受けブロック５６ａが取付けられている。なお各ブラシ分配位置ｂ〜ｅの反力受け具５２は、ブラシホルダー５６に保持された清掃ブラシ１２を第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの出退フレーム３５に受け渡す際に負荷される回動力を保持するものである。
【００４１】
したがって、ブラシ補給装置１４からブラシ供給ホース５４を介してブラシ補給位置ａに送られた清掃ブラシ１２は、ブラシ補給具５１のブラシ係止レバー５５により本体部５１ａに一旦停止され、補給アーム装置５３のブラシホルダー５６がブラシカバー５１ｂに嵌合されることにより、ブラシ係止レバー５５が後退され、清掃ブラシ１２がブラシホルダー５６に受け渡される。そして、アーム回転モーター２５との接触を回避するために、ブラシ出退シリンダ５８が収縮されて、ブラシ分配モータ５７によりブラシホルダー５６が内周経路Ａに沿って旋回移動され、目的の第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの対応位置に停止された後、ブラシ出退シリンダ５８によりブラシホルダー５６がブラシ分配準備位置ｂ′〜ｅ′まで突出され、さらに回動されて清掃ブラシ１２がブラシ分配位置ｂ〜ｅに停止される。これにより、順次送られてくる清掃ブラシ１２が第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄにそれぞれ分配供給される。
【００４２】
次にプローブ返送機構を構成するコードリール装置２９を図１９〜図２０を参照して説明する。このコードリール装置２９は、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄで使用する各探傷プローブ１３の検査用ケーブル３０をそれぞれ渦巻き状に巻き取るもので、ロボット軸心Ｏ位置に配置された支持筒６１に、４個の巻取りリール６２が４個それぞれ回転自在に支持されている。これら巻取りリール６２は、検査用ケーブル３０の幅に相当する収容空間をあけて配置された一対の収納ガイド板６２ａにより形成されており、各収納空間に検査用ケーブル３０を渦巻き状に巻き取ることができる。
【００４３】
各巻取りリール６２を回転駆動するリール巻取り装置６３は、巻取りリール６２の外周部に９０°ごとに配置された駆動ギヤ６４により、各巻取りリール６２を回転駆動するように構成される。すなわち、支持筒６１の巻取りリール６２の正面部、中間部および背面部に配設されたリール支持板６５Ａ〜６５Ｃには、軸心Ｏに平行な４本の回転軸６６が９０°ごとに回転自在に設けられおり、各回転軸６６に取付けられた前記駆動ギヤ６４が、各収納ガイド板６２ａの外周部にそれぞれ設けられたリングギヤ６７に噛合されている。また支持筒６１側の正面に設けられたモータボックス６８内には４個のリール回転モータ６９が９０°ごとに設けられており、それぞれの出力軸の駆動タイミングギヤ７０と回転軸６６の受動タイミングギヤ７１との間にタイミングベルト７２がそれぞれ巻張されて連結連動される。したがって、リール回転モータ６９により、それぞれ巻取りリール６２を回転駆動して検査用ケーブル３０を繰出し巻き取るとともに、検査用ケーブル３０に所定の負荷でテンションをかけて緩みを防止することができる。
【００４４】
次に上記構成の熱交換器用作業ロボットの運転方法を説明する。
１．（ロボットの搬入，準備）第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄが収納位置に保持されたロボット１１をマンホール５から水室２Ａ内に搬入し、ロボット本体２１を管板４の作業開始位置に配置し、作業位置に展開した第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの作業装置２４を駆動して各インナーノズル２３を細管３に挿入固定させ、ロボット１１をセットする。その他支援設備であるブラシ供給装置１４、油圧ユニット１５、給水ポンプユニット１６、落下防止装置１７および制御装置１８をそれぞれセットし、制御装置１８に細管３の配置やロボット本体１１の走行経路を入力する。
【００４５】
２．（ブラシの供給）ブラシ供給装置１４からブラシ供給ホース５４を介してブラシ補給位置ａのブラシ補給具５１に清掃ブラシ１２が順次供給され、ブラシ係止レバー５５に係止される。次いで補給アーム装置５３がブラシ補給位置ａに至ると、ブラシホルダー５６がブラシカバー５１ｂに嵌合されてブラシ係止レバー５５が後退作動され、清掃ブラシ１２がブラシホルダー５６に受け渡される。そして、補給アーム装置５３によりブラシホルダー５６が旋回移動および出退移動されて目的の第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄのブラシ分配準備位置ｂ′〜ｅ′からブラシ分配位置ｂ〜ｅに移動され停止される。次いで目的の第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄが収縮回動されてブラシ分配位置ｂ〜ｅ（収納位置）に移動され、ブラシホルダー５６に保持された清掃ブラシ１２が出退フレーム３５に嵌合されると、押込み位置の挿入ガイド体４０が待機位置まで回動され、さらに押込みシリンダ３８により清掃ブラシ１２の先端部が押込み口４１ａに押込まれて保持される。
【００４６】
３．（挿入と固定）第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄが伸展回動されて作業位置に移動されると、押込みシリンダ３８により押込み部材３９を介して清掃ブラシ１２が細管３に押込まれる。この時清掃ブラシ１２の先端部が細管３に入った時に、アーム回動モータ２６とアーム伸縮シリンダ装置２６とが一時的にフリーの状態にされて位置ずれが吸収され、スムーズに押込まれる。そして押込み部材３９が基端側に復帰されると、挿入ガイド体４０が元位置に復帰され、探傷プローブ１３とインナーノズル２３とが押込み位置に戻される。次いで、押込みシリンダ３８により押込み部材３９が先端側に移動されて探傷プローブ１３とインナーノズル２３とが押込み口４１ａを介して細管３に押込まれる。この時、インナーノズル２３が押込み口４１ａに挿入されると、係止爪４５ｅを介して内筒部材４５が係止され、押込み筒４４がさらに押込まれることにより結合リング群４３が圧縮され、各弾性リング４３ａの膨張により外周側に押出されてインナーノズル２３が細管３に強固に固定される。
【００４７】
４．（ロボットの位置決め）ここで、１本のたとえば第２兼用アーム２２Ｂが細管３から離脱されると、他の３本の第１，第３，第４兼用アーム２２Ａ，２２Ｃ，２２Ｄのインナーノズル２３が細管３内に固定されてロボット本体１１が一定位置に保持される。しかしこの時、３本の第１，第３，第４兼用アーム２２Ａ，２２Ｃ，２２Ｄの各アーム回動モータ２５とアーム伸縮シリンダ装置２６が全て駆動制御されると、製作誤差や歪みに起因してインナーノズル２３を介して細管３に過大な負荷がかかり、細管３やロボット１１の損傷の原因となるおそれがある。そこで、アーム回動モータ２５とアーム伸縮シリンダ装置２６からなる８個の駆動系のうち、３つを駆動制御すればロボット本体２１の位置決めが可能である。しかし、実際には、機械的な精度不良などに起因して３つの駆動系の駆動制御では位置決め精度が低下する傾向にあることが判明した。したがって、ここでは４つの駆動系を駆動制御し、他の駆動系をフリーの状態として、位置決め精度の向上を図っている。
【００４８】
すなわち、図２１に示すように、上下方向の管板４では、まず最上位に位置する第１兼用アーム２２Ａのアーム回動モータ２５とアーム伸縮シリンダ装置２６が制御駆動される。さらに第３，第４兼用アーム２２Ｃ，２２Ｄでは、第１兼用アーム２２Ａのインナーノズル２３の軸心Ｏａからアーム回動モータ２５の出力軸２５ａを通る中線Ｌａ，Ｌｂを引き、中線Ｌａ，Ｌｂの両側で出力軸２５ａを中心とする角度αの範囲にある第３兼用アーム２２Ｃの場合には、アーム回動モータ２５を駆動制御するとともにアーム伸縮シリンダ装置２６をフリーとし、角度αの範囲外にある第４兼用アーム２２Ｄの場合には、反対にアーム回動モータ２５をフリーとしてアーム伸縮シリンダ装置２６を制御する。この角度αの範囲は、第１兼用アーム２２Ａのインナーノズル２３を中心とする回転モーメントが有効に支持される側のアクチュエータが選択され、ここではたとえばα＝約４５°前後に設定される。
【００４９】
５．（ロボット本体２１の押付け）ロボット本体２１は、管板４から一定距離（作業基準位置）を保持するために、上位に位置する第１，第２兼用アーム２２Ａ，２２Ｂにそれぞれ距離センサー８１が配置されてロボット本体２１の位置が制御されている。
【００５０】
また、たとえば第１兼用アーム２２Ａが細管３から抜出されると、均等位置でない第２〜第４兼用アーム２２Ｂ〜２２Ｄでロボット本体２１が保持されるとともに、ロボット機構のガタや歪みにより、第１兼用アーム２２Ａ側のロボット本体２１が幾分管板４から離間する傾向にある。このため第１兼用アーム２２Ａが次の細管３まで移動しても、押込みノズル４１が細管３から離れてしまい、清掃ブラシ１２等を正確に挿入できないおそれがある。これを解決するために、この実施の形態では、ロボット本体２１を作業基準位置から所定距離だけ管板４に接近させている。
【００５１】
すなわち、第１兼用アーム２２Ａが清掃ブラシ１２を受取る移動中には、第２〜第４兼用アーム２２Ｂ〜２２Ｄのインナーノズル２３はそれぞれ細管３内に固定されている。この時、第２〜第４兼用アーム２２Ｂ〜２２Ｄの押付けシリンダ装置３４には、インナーノズル２３を細管３の奥側に付勢する押付け機能が働くとともに、ロボット本体２１は管板４から一定距離離間された作業基準位置に位置されている。第１兼用アーム２２Ａが目的の細管３に対向して停止されると、この押付け機能が解除されてロボット本体２１が所定距離だけ管板４に接近する接近位置に移動される。これにより、第１兼用アーム２２Ａの押込みノズル４１が確実に細管３に接近されて、清掃ブラシ１２、探傷プローブ１３およびインナーノズル２３がスムーズに挿入される。挿入後、押付けシリンダ装置３４に押付け機構を作用させてロボット本体２１が接近位置から作業基準位置に復帰される。これにより、インナーノズル２３の抜出し時のロボット本体２１の姿勢変位による問題を解決している。
【００５２】
また上記方法に代えて、ロボット本体２１の作業基準位置を管板４に最も接近する位置としておき、各押込みシリンダ装置３４による押込みノズル４１の突出限を作業基準位置よりさらに所定距離だけ細管３側に押込み可能に設定しておくことで、たとえば第１兼用アーム２２Ａが細管３から離脱された場合には、次の細管３位置で第１兼用アーム２２Ａの押込み距離を作業基準位置をオーバーして押込み、これにより押込みノズル４１を確実に細管３に接近させることができる。そして、インナーノズル２３の挿入後、ロボット本体２１を作業基準位置に復帰させればよい。
６．（清掃と探傷）結合リング群４３が圧縮された状態で、給水ポンプユニット１６から給水チューブおよび給水管を介して清掃水供給孔４８に供給された清掃水が、給水口４４ｅおよび注水口４５ｄを介してインナーノズル２３内に供給される。これにより、清掃ブラシ１２と探傷プローブ１３とが細管３に沿って押込まれて移動され、清掃ブラシ１２により細管３の内面が清掃される。この時、探傷プローブ１３の検出用ケーブル３０はフリー状態の巻取りリール６２から繰出される。また検査用ケーブル３０の長さが巻取りリール６２（リール回転モータ６９）の回転角により検出されており、検査用ケーブル３０の繰出し長さが細管３の長さに達して、探傷プローブ１３が細管３の出口から離脱しかけたところで巻取りリール６２が停止され、探傷プローブ１３が停止される。そして、リール回転モータ６９が駆動されて巻取りリール６２に検査用ケーブル３０が巻き取られ、探傷プローブ１３が細管３に沿って引き戻される。この復路の移動中に細管３の探傷検査が実施され、巻取りリール６２（リール回転モータ６９）の回転角による探傷プローブ１３の位置データと探傷プローブ１３からの検査信号が制御装置１８に送られて、清掃直後の細管３がリアルタイムで検査される。さらに細管３から押込みノズル４１を介して出退フレーム３５の挿入ガイド体４０に戻されて、清掃および検査が完了し、次の細管３に移動される。
【００５３】
なお、ここで復路の移動中に探傷検査を実施したが、清掃ブラシ１２と共に移動する往路で探傷検査を実施してもよい。この場合には、復路の探傷プローブ１３の移動速度をより高められることから、検査に要するサイクルタイムをより短縮することができる。
【００５４】
７．（ロボットの移動）インナーノズル２３の装着直後から、他の兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの（ブラシの供給）の動作が開始され、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄごとに順次上記動作が繰り返される。
【００５５】
また、ロボット本体２１が移動される場合、全ての第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄがインナーノズル２３を介して細管３に固定された状態で、アーム回動モータ２５およびアーム伸縮シリンダ装置２６が駆動されてロボット本体２１が移動される。
【００５６】
上記実施の形態によれば、ロボット本体２１に、４本の第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄを管板４に沿って外周側に出退自在に設け、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの先端部にそれぞれ清掃機構および移動機構を有する作業装置２４を設けたので、管板４に沿ってロボット１１を任意方向に移動させることができる。また清掃機構と移動機構とが分離されている従来ロボットに比較して、アームなどの部材の個数を減少させることができ、また第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄを後退させることで、ロボット１１をコンパクト化することができる。これにより、マンホール５を介して水室２Ａ内への搬入出も容易となり、組立てや分解などの準備作業を減少させて、作業時間を短縮することができる。
【００５７】
また第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄとそれぞれの作業装置２４が選択されて順次駆動され、３本の兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄによりロボット本体２１の移動と位置決めが行われる。この位置決め作動中に各作業装置２４により細管３の清掃作業が行われるとともに、残りの兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄが出退駆動されて作業装置２４が新たな細管３に移動される。したがって、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄによるロボット本体２１の移動および清掃作業と、作業装置２４の移動とを組み合わせて多数の細管３の清掃作業を効率よく行うことができ、清掃作業時間を大幅に短縮することができる。
【００５８】
さらに第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄを、アーム回動モータ２５とアーム伸縮シリンダ装置２６とにより回動自在でかつ伸縮自在としたので、極めて単純な構造となり、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの動作制御も容易に行うことができる。
【００５９】
さらにまた、ロボット本体２１およびカバー３０に収容空間部１９ａを形成して、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄが収縮、後退された収納位置でロボット１１全体がロボット軸心Ｏを中心とする円柱形になるように構成したので、ロボット１１を分解することなく狭いマンホール５を通過させて水室２Ａに出し入れすることができ、水室２Ａでの準備および撤収作業時間を大幅に削減することができる。
【００６０】
また作業装置２４に、探傷プローブ１３とインナーノズル２４とを移動自在に保持する挿入ガイド体４０を、押込み位置と待機位置との間で回動自在に設けたので、清掃ブラシ１２と、探傷プローブ１３およびインナーノズル２４とを２段階に分けて細管３に押込むことができ、押込みシリンダ装置３８のストロークを短くできて作業装置４をコンパクト化することができる。
【００６１】
さらに、インナーノズル２３に、弾性リング４３ａとスペーサリング４３ｂとが交互に配置された結合リング群４３を圧縮して細管３内で圧縮拡張されるように構成されるので、スペーサリング４３ｂと細管３の内面との空間部に弾性リング４３ａが入り込む第２のくさび作用により、作業装置２４を強固に細管３に固定することができ、さらに圧縮を解除することにより、迅速かつ確実に固定を解除することができる。
【００６２】
さらにまた、ブラシ補給装置１４からブラシ供給ホース５４を介してロボット本体２１に順次送られてくる清掃ブラシ１２を、ブラシ分配装置２８のブラシ補給具５１に受取り、さらに補給アーム装置５３のブラシホルダー５６を旋回および出退させて各ブラシ分配位置ｂ〜ｅに受け渡すように構成したので、直接各作業装置２４にそれぞれ清掃ブラシ１２を送り込むのに比べてロボット１１を小型化することができ、ロボット１１をコンパクトに構成できる。
【００６３】
また、作業装置２４に、プローブ挿入機構とプローブ返送機構とにより、清掃直後の細管３内を移動中に探傷プローブ１３により細管３の検査を行うので、清掃直後の細管３の検査データをリアルタイムで得ることができ、作業能率を大幅に向上させることができる。
【００６４】
さらにプローブ返送機構を、清掃ブラシ１２の後部で清掃ブラシ１２と共に探傷プローブ１３を清掃水により圧送するので、清掃ブラシ１２の清掃機構と兼用することができ、作業装置２４のコンパクト化をはかることができる。また、探傷プローブ１３に接続された検査用ケーブル３０をそれぞれ厚みの薄い巻取りリール６２で渦巻き状に巻き取るように構成したので、コードリール装置２９の厚みを小さくすることができてロボット本体２１をコンパクト化することができる。さらに検査用ケーブル３０を確実に巻き取り繰出しすることができるとともに、検査用ケーブル３０の繰出し量（検査プローブの位置）も、巻取りリール６２の回転角から正確に把握でき、探傷プローブ１３による検査をスムーズに行うことができる。
【００６５】
さらにまた、このロボット１１の運転に際して、１本のたとえば第２兼用アーム２２Ｂが細管３から離脱される時に、細管３に固定された他の３本の第１，第３，第４兼用アーム２２Ａ，２２Ｃ，２２Ｄのうち、先端部が最上部に位置する第１兼用アーム２２Ａのアーム伸縮シリンダ装置２６とアーム回動モータ２５とをそれぞれ駆動制御し、それ以外の第３，第４兼用アーム２２Ｃ，２２Ｄのアーム伸縮シリンダ装置２６とアーム回動モータ２５の一方を駆動制御するとともに他方をフリーとすることにより、３本の第１，第３，第４兼用アーム２２Ａ，２２Ｃ，２２Ｄが固定された細管３に過大な負荷をかけることなく、ロボット本体２１を精度良く位置決めでき、細管３やロボット１１の故障、破損を未然に防止できる。
【００６６】
さらにその駆動制御する駆動系の選択に際して、選択最上部のたとえば第１兼用アーム２２Ａの先端から他の２本の第３，第４兼用アーム２２Ｃ，２２Ｄの回動中心（出力軸２５ａ）を通る中線Ｌａ，Ｌｂを引き、中線Ｌａ，Ｌｂの両側で所定角度α＝４５°の範囲内にその第３，第４兼用アーム２２Ｃ，２２Ｄがある場合に、アーム伸縮シリンダ装置２６をフリーとするとともにアーム回動モータ２５を駆動制御することで、ロボット本体２１に付加される第１兼用アーム２２Ａの先端を中心とする回転モーメントを支持しやすい側の駆動系を選択して駆動制御することができ、ロボット本体２１を正確な位置に保持することができる。
【００６７】
さらに、１本の第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄを移動し細管３に対向して停止させ、清掃ブラシ１２を細管３に挿入する時に、その兼用アームのアーム伸縮シリンダ装置２６およびアーム回動モータ２５を一時的にフリーとすることにより、位置ずれを吸収できて確実に清掃ブラシ１２や探傷プローブ、インナーノズル１３を細管３に挿入することができる。
【００６８】
さらにまた、ロボット本体１１の作業基準位置を管板４から所定距離離れて設定しておき、１本のたとえば第２兼用アーム２２Ｂが細管３から離脱されて次の細管３に移動し位置決めする時に、他の３本の第１，第３，第４兼用アーム２２Ａ，２２Ｃ，２２Ｄの押付けシリンダ装置３４を駆動してロボット本体２１を管板４側に接近させることにより、第２兼用アーム２２Ｂの離脱によりロボット本体２１が管板４から離間する姿勢変位を補正して押込みノズル４１を細管３に接近させることができ、押込み口４１ａを介して確実に清掃ブラシ１２、探傷プローブ１３およびインナーノズル２３を細管３に挿入することができる。
【００６９】
また、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの作業基準位置をロボット本体２１が管板４に最接近した位置に設定するとともに、押付けシリンダ装置３４による押込みノズル４１の突出限を作業基準位置より所定距離だけ細管３側としておき、１本のたとえば第２兼用アーム２２Ｂが細管３から離脱されて次の細管３に移動し位置決めする時に、その第２兼用アーム２２Ｂの押付けシリンダ装置３４により突出限まで移動させることで、そのロボット本体２１が管板４から離間する姿勢変位を補って押込みノズル４１を細管３に接近させることができ、確実に清掃ブラシ１２、探傷プローブ１３およびインナーノズル２３を細管３に挿入することができる。
【００７０】
なお、上記実施の形態では、４本の第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄを設けたが、５本あるいは６本の兼用アームを設けてもよい。この場合には、３本の兼用アームでロボット本体を位置決め固定するとともに、残りの第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄを細管３から離脱して作業させることができる。
【００７１】
また、作業対象を復水器１としたが、他の熱交換器であってもよい。
さらに、清掃ブラシ１２の分配移送および圧送媒体を清掃水としたが、圧縮空気であってもよい。
【００７２】
また、上記作業ロボットでは、清掃機能とプローブ挿入検査手段の両方を搭載したが、清掃機能だけ、あるいはプローブ挿入検査手段だけをロボットろに搭載し、プローブ挿入検査手段だけの場合には、汚染の少ない熱交換器の蒸気細管や、別の清掃装置や作業員により清掃した後の復水器の細管の探傷検査のみを行うように構成してもよい。
【００７３】
【発明の効果】
以上に述べたごとく本発明の請求項１記載の発明によれば、ロボット本体に、外周側に出退自在な４本以上の兼用アームを設けて、これら兼用アームの先端部にそれぞれ位置決め機構およびプローブ挿入機構を有する作業装置を設けたので、伝熱管に兼用アームが連結固定されてロボット本体が位置決めされている時に、伝熱管検査作業を行い、また各兼用アームを同時に出退駆動させることでロボット本体を移動させ、３本の兼用アームが伝熱管に固定されている状態で残りの兼用アームを次の伝熱管に移動させることができる。したがって、清掃機構とプローブ挿入などの作業機構とが分離されている従来ロボットに比較して、部材個数を減少させることができ、また兼用アームを後退させることで、ロボットをコンパクト化することができる。これにより、水室内への搬入出も容易となり、組立てや分解などの準備作業を減少させて、作業時間を短縮することができる。
【００７４】
また請求項２記載の発明によれば、ロボット本体に、外周側に出退自在な４本以上の兼用アームを設けて、これら兼用アームの先端部にそれぞれ位置決め機構およびプローブ挿入機構を有する作業装置を設けたので、伝熱管に兼用アームが連結固定されてロボット本体が位置決めされている時に、伝熱管検査作業を行い、また各兼用アームを同時に出退駆動させることでロボット本体を移動させ、３本の兼用アームが伝熱管に固定されている状態で残りの兼用アームを次の伝熱管に移動させることができる。したがって、清掃機構とプローブ挿入などの作業機構とが分離されている従来ロボットに比較して、部材個数を減少させることができ、また兼用アームを後退させることで、ロボットをコンパクト化することができる。これにより、水室内への搬入出も容易となり、組立てや分解などの準備作業を減少させて、作業時間を短縮することができる。
【００７５】
また請求項３記載の発明によれば、４本以上の兼用アームと作業装置とが順次選択されて駆動され、３本の兼用アームによりロボット本体の移動および位置決めが行われ、位置決め中に清掃作業が行われるとともに、残りの兼用アームの作業装置が新たな伝熱管に移動される。したがって、各兼用アームにおけるロボット本体の移動および清掃作業と、作業装置の移動とを組み合わせて清掃作業を効率よく行うことができ、清掃作業時間を大幅に短縮することができる。
【００７６】
さらにまた請求項５記載の発明によれば、ロボット本体の外周部に、兼用アームの収容空間が形成され、ロボット本体の外周部に、兼用アームの収容空間が形成され、前記兼用アームが後退収縮されて収容空間に収容された収容位置で、作業ロボットがマンホールを通過可能な円柱形となるように構成されたものである。
【００７７】
さらにまた請求項５記載の発明によれば、兼用アームの後退収容位置でロボット全体がロボット軸心を中心とする円柱形になるように構成したので、ロボットを分解することなく狭い円形のマンホールを通過させて水室内に容易に出し入れすることができ、水室での組立て準備および分解撤収作業時間を大幅に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱交換器用の清掃・検査用ロボットの実施の形態を示し、作業状態の斜視図である。
【図２】同清掃・検査用ロボットの収納状態の斜視図である。
【図３】同清掃・検査用ロボットおよびその支援設備を示す全体斜視図である。
【図４】同清掃・検査用ロボットを示す全体側面断面図である。
【図５】同清掃・検査用ロボットを示すカバーを省略した全体背面図である。
【図６】同清掃・検査用ロボットの兼用アームおよび作業装置を示す側面図である。
【図７】同清掃・検査用ロボットのアーム伸縮シリンダ装置を示す断面図である。
【図８】同清掃・検査用ロボットのアーム伸縮シリンダ装置および押付けシリンダ装置を示す正面図である。
【図９】同清掃・検査用ロボットの作業装置を示す側面図である。
【図１０】図９に示すＩ−Ｉ断面図である。
【図１１】図９に示すII−II断面図である。
【図１２】（ａ），（ｂ）はそれぞれ同清掃・検査用ロボットのインナーノズルを示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）に示すIII−III断面図である。
【図１３】同清掃・検査用ロボットのインナーノズルの細管固定状態を示す側面断面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ同清掃・検査用ロボットの作業手順を示す断面図である。
【図１５】同清掃・検査用ロボットのブラシ分配装置を示す横断面図である。
【図１６】同ブラシ分配装置を示す側面断面図である。
【図１７】同ブラシ分配装置の補給アーム装置を示す横断面図である。
【図１８】同ブラシ分配装置のブラシ補給具を示す縦断面図である。
【図１９】同清掃・検査用ロボットのコードリール装置を示す側面半断面図である。
【図２０】同清掃・検査用ロボットのコードリール装置を示す背面図である。
【図２１】同清掃・検査用ロボットの運転動作を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 復水器
２Ａ 水室
３ 細管
４ 管板
５ マンホール
１１ 清掃・検査用ロボット
１２ 清掃ブラシ
１３ 探傷プローブ
１８ 制御装置
２１ ロボット本体
２２Ａ〜２２Ｄ 第１〜第４兼用アーム
２３ インナーノズル
２４ 作業装置
２５ アーム回動モータ
２６ アーム伸縮シリンダ装置
２８ ブラシ分配装置
２９ コードリール装置
３４ 押付けシリンダ装置
３８ 押込みシリンダ装置
３９ 押込み部材
４０ 挿入ガイド体
４１ 押込みノズル
４３ 結合リング群
４３ａ 弾性リング
４３ｂ スペーサリング
４４ 押込み筒
４５ 内筒部材
５１ ブラシ補給具
５３ 補給アーム装置
６２ 巻取りリール
【発明の属する技術分野】
本発明は、両管板間にわたって多数の伝熱細管が設けられた復水器や熱交換器の伝熱細管の清掃や探傷試験を行う熱交換器用作業ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発電所などのタービン用復水器の伝熱細管や熱交換器の冷却細管の清掃や探傷試験を行う作業ロボットは、たとえば水室内に管板面に沿ってガイドレールを構築し、このガイドレールに案内されて移動する作業ロボットを設けたものが特開平７−２２９６９５号公報に提案され、また細管の開口部に挿入した複数の脚を有するロボット本体に、作業アームを設けて、管板に沿って移動させるものが、たとえば特開昭５１−１０２０１号公報や特開平３−１９９８０２号公報に提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、復水器の水室に形成されたマンホールは、近年では大口径化しつつあるが、従来では約５００ｍｍφ、大きくて６００ｍｍφと小さく、このマンホールからガイドレールやロボットの機材を搬入する必要がある。従来の上記ロボットは、走行機構部と作業機構部とが別々に構成されており、機構は単純化されるものの、構成部材が多く大形化されることになり、分解してマンホールから水室内に搬入出する必要が生じる。したがって、水室内での組み立てや分解撤去に要する作業時間が長時間化するという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解決して、コンパクトな熱交換器用作業ロボットを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、熱交換器の管板に沿って移動自在な熱交換器用作業ロボットであって、ロボット本体の外周部に少なくとも４本の移動、作業兼用の兼用アームを前記管板に沿って外周側に出退自在に設けるとともに、これら兼用アームの先端部にそれぞれ作業装置を設け、これら作業装置に、前記管板に貫設開口された伝熱管内に清掃具を挿入して移動させる清掃機構と、連結固定具を伝熱管に挿入して前記兼用アームを伝熱管に固定しロボット本体を位置決めする位置決め機構を設け、ロボット本体に、前記位置決め機構により固定された前記兼用アームを出退してロボット本体を移動させる移動機構を設けたものである。
【０００６】
上記構成によれば、ロボット本体に、外周側に出退自在な４本以上の兼用アームを設けて、これら兼用アームの先端部にそれぞれ清掃機構および移動機構を有する作業装置を設けたので、伝熱管に兼用アームが連結固定されてロボット本体が位置決めされている時に、清掃作業を行い、また各兼用アームを同時に出退駆動させることでロボット本体を移動させ、３本の兼用アームが伝熱管に固定されている状態で残りの兼用アームを次の伝熱管に移動させることができる。したがって、清掃機構と移動機構とが分離されている従来ロボットに比較して、アームなどの部材個数を減少させることができ、また兼用アームを後退させることで、ロボットをコンパクト化することができる。これにより、水室内への搬入出も容易となり、組立てや分解などの準備作業を減少させて、作業時間を短縮することができる。
【０００７】
また請求項２記載の発明は、熱交換器の管板に沿って移動自在な熱交換器用作業ロボットであって、ロボット本体の外周部に少なくとも４本の移動、作業兼用の兼用アームを前記管板に沿って外周側に出退自在に設けるとともに、これら兼用アームの先端部にそれぞれ作業装置を設け、これら作業装置に、前記管板に貫設開口された伝熱管に連結固定具を挿入して前記兼用アームを当該伝熱管に固定しロボット本体を位置決めする位置決め機構と、検査用プローブを当該伝熱管に挿入移動させるプローブ挿入機構とを設け、ロボット本体に、前記位置決め機構により固定された前記兼用アームを出退してロボット本体を移動させる移動機構を設け、前記伝熱管内に移動される検査プローブにより当該伝熱管を検査する伝熱管検査手段を設けたものである。
【０００８】
上記構成によれば、ロボット本体に、外周側に出退自在な４本以上の兼用アームを設けて、これら兼用アームの先端部にそれぞれ位置決め機構およびプローブ挿入機構を有する作業装置を設けたので、伝熱管に兼用アームが連結固定されてロボット本体が位置決めされている時に、伝熱管検査作業を行い、また各兼用アームを同時に出退駆動させることでロボット本体を移動させ、３本の兼用アームが伝熱管に固定されている状態で残りの兼用アームを次の伝熱管に移動させることができる。したがって、清掃機構とプローブ挿入などの作業機構とが分離されている従来ロボットに比較して、部材個数を減少させることができ、また兼用アームを後退させることで、ロボットをコンパクト化することができる。これにより、水室内への搬入出も容易となり、組立てや分解などの準備作業を減少させて、作業時間を短縮することができる。
【０００９】
また請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の構成において、移動機構は、少なくとも３本の兼用アームの作業装置が連結固定具により伝熱管に固定された状態で、これら３本の前記兼用アームが出退駆動されてロボット本体が移動されるとともに、残りの兼用アームの作業装置を伝熱管から離脱させて当該作業装置を次の伝熱管に移動するように構成されたものである。
【００１０】
上記構成によれば、４本以上の兼用アームと作業装置とが順次選択されて駆動され、３本の兼用アームによりロボット本体の移動および位置決めが行われ、位置決め中に清掃作業が行われるとともに、残りの兼用アームの作業装置が新たな伝熱管に移動される。したがって、各兼用アームにおけるロボット本体の移動および清掃作業と、作業装置の移動とを組み合わせて清掃作業を効率よく行うことができ、清掃作業時間を大幅に短縮することができる。
【００１１】
さらに請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の構成において、兼用アームが、管板に垂直なロボット本体のロボット軸心に平行な軸心回りに回動自在でかつ伸縮自在に構成されたものである。
【００１２】
上記構成によれば、各兼用アームを、アーム回動装置とアーム伸縮装置とにより回動自在でかつ伸縮自在としたので、極めて単純な構造となり、兼用アームの動作制御も容易に行うことができる。
【００１３】
さらにまた請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の構成において、ロボット本体の外周部に、兼用アームの収容空間が形成され、ロボット本体の外周部に、兼用アームの収容空間が形成され、前記兼用アームが後退収縮されて収容空間に収容された収容位置で、全体形状がマンホールを通過可能な円柱形となるように構成されたものである。
【００１４】
上記構成によれば、兼用アームの後退収容位置で作業ロボットがロボット軸心を中心とする円柱形になるように構成したので、作業ロボットを分解することなく狭い円形のマンホールを通過させて水室内に容易に出し入れすることができ、水室での組立て準備および分解撤収作業時間を大幅に削減することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係る熱交換器用作業ロボットである復水器用の清掃・検査用ロボットの実施の形態を図１〜図２１に基づいて説明する。
【００１６】
図１〜図５において、たとえば発電所等に設置される復水器１は、一方の水室２Ａから他方の水室２Ｂに接続されて冷却水を流す多数の細管（伝熱管）３が配置されており（図３，図４）、冷却水には通常海水が使用されるため、定期的に細管３を清掃し、亀裂などの損傷を検査する必要がある。この清掃・検査用ロボット（以下、ロボットという）１１は、多数の細管３が貫設開口された管板４に沿って自走しつつ、細管３内に清掃具である清掃ブラシ１２を挿入し、圧力流体である清掃水により清掃ブラシ１２を移動させて細管３を清掃し、さらに清掃ブラシ１２の後部に検査プローブである探傷プローブ１３を挿入して同時に移動させ、探傷プローブ１３により細管３の探傷検査を行うものである。
【００１７】
このロボット１１の支援設備として、図３に示すように、ロボット１１に清掃ブラシ１２を供給するブラシ補給装置１４と、ロボット１１に駆動源である油圧を供給する油圧ユニット１５と、清掃ブラシ１２などの移動源となる清掃水を供給する給水ポンプユニット１６と、管板４からロボット１１が落下するのを防止する落下防止装置１７と、ロボット１１およびこれら支援設備を制御するとともに、探傷プローブ１３からの検出信号から細管３の検査データを蓄積する制御装置１８とが具備されている。
【００１８】
このロボット１１のロボット本体２１には、図５に示すように、外周側に出退自在な４本の移動，作業兼用の第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄが具備され、各第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの先端部にそれぞれ作業装置２４が配設されている。これら作業装置２４には、細管３に連結固定具であるインナーノズル２３を挿入して第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの先端部をそれぞれ細管３に固定（幾分の回動は可能）する位置決め機構と、細管３内に清掃ブラシ１２を挿入して清掃水により圧送して細管３を清掃する清掃機構と、細管３内に清掃ブラシ１２の後部に探傷プローブ１３を挿入し清掃水により清掃ブラシ１２とともに圧送するプローブ挿入機構とがそれぞれ具備されている。またロボット本体２１には、探傷プローブ１３を検査用ケーブル３０を介して細管３内を引き戻すプローブ返送機構と、細管３内を移動される探傷プローブ１３を介して細管３の亀裂等を検査する細管検査機構（伝熱管検査手段）と、前記位置決め機構により固定された第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄを出退してロボット本体２１を移動させる移動機構とが設けられている。そして前記プローブ挿入機構とプローブ返送機構と細管検査機構とでプローブ挿入検査手段が構成されている。
【００１９】
またこれら第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄは、ロボット本体１１の正面側で９０°隔てた位置にそれぞれ設けられたアーム回動装置である油圧式のアーム回動モータ２５により、管板４に垂直なロボット軸心Ｏに平行な軸心回りに所定範囲で回動されるとともに、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄにそれぞれ内蔵されたアーム伸縮装置であるアーム伸縮シリンダ装置２６により伸縮され、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの先端部に配置された作業装置２４をロボット本体２１側に後退接近させた収納位置（図１５のブラシ分配位置ｂ〜ｅと同じ）と、外周側に伸展されて選択された細管３に対向する作業位置との間で往復移動される。（図１５参照）
またロボット本体２１には、正面部でアーム駆動モータ２５を有するアーム保持部２７と、各第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの作業装置２４にそれぞれ清掃ブラシを送り込むブラシ分配装置２８と、探傷プローブ１３の検査用ケーブル３０を巻回するプローブ返送機構を構成するコードリール装置２９とが設けられている。１９はロボット本体２１を覆うカバーである。
【００２０】
そして前記位置決め機構によりインナーノズル２３が細管３に挿入固定された状態で、前記移動機構を構成する第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄのアーム回動モータ２５およびアーム伸縮シリンダ装置２６が駆動されることにより、ロボット本体２１が管板４に沿って目的位置に移動される。また第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄのうちの３本のたとえば第１，第３，第４兼用アーム２２Ａ，２２Ｃ，２２Ｄが細管３に固定されて清掃および検査を行っている間に、残りの第２兼用アーム２２Ｂが細管３から離脱されてブラシ分配装置２８から清掃ブラシ１２を受取り、次の細管３に移動される。
【００２１】
またロボット本体２１およびカバー１９には、図１，図２に示すように、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄが収縮、後退された収納位置で作業装置２４を収容する収容空間部１９ａが形成され、図２に示すように、この収納位置でロボット１１がロボット軸心Ｏを中心とする円柱形になるように構成されている。これにより、この収納状態のロボット１１の直径が水室２Ａのマンホール５（図３）の直径以下で通過可能な寸法となり、ロボット１１を分解することなく狭いマンホール５を通過させて水室２Ａに出し入れすることができる。これにより、水室２Ａでの準備および撤収作業時間を大幅に削減している。
【００２２】
まず、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄを図６〜図１４を参照して説明する。図６〜図８に示すように、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄは同一に構成されている。そしてアーム保持部２７の正面フレーム３１に、９０度ごとに４個のアーム回動モータ２５が配設され、正面側に突出される出力軸２５ａにアームシリンダフレーム３２が取付けられ、このアームシリンダフレーム３２にアーム伸縮シリンダ２６が一体に設けられている。
【００２３】
このアーム伸縮シリンダ装置２６は、ピストンロッド２６ｂに負荷されるねじりモーメントを支持できるダブルロッド形の油圧シリンダ装置である。すなわち、シリンダフレーム３２に形成された円形断面のシリンダ孔２６ａに、円柱形のピストン２６ｂがスライド自在に配置され、このピストン２６ｂに連結された２本の両ピストンロッド２６ｃ，２６ｄのうち、少なくとも一方、たとえば先端側の前部ロッド２６ｃが矩形断面に形成されている。そしてこの前部ロッド２６ｃが貫通する前部シリンダヘッド２６ｅのガイド穴２６ｆも矩形断面に形成されて回り止めされ、シール材が介装されている。したがって、前部ロッド２６ｃにねじりモーメントが負荷されても、ガイド穴２６ｆを介して前部シリンダヘッド２６ｅに支持されることから、従来必要であったガイドロッドなどの付属の回り止め機構が不要となり、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄをコンパクト化することができる。なお、後部ロッド２６ｄを回り止め可能な断面に形成してもよく、またシリンダ孔２６ａおよびピストン２６ｂを楕円形断面や矩形など回り止め可能な断面形状に形成してもよい。
【００２４】
前部ロッド２６ｃにより外周側に出退自在に配置された作業装置２４には位置決め機構と清掃機構とプローブ挿入機構が設けられており、作業装置２４を正面側に出退自在な押付け駆動装置である押付けシリンダ装置３４と、この押付けシリンダ装置３４により出退され作業装置２４を支持する出退フレーム３５とが具備され、出退フレーム３５に設けられた押込み駆動装置である押込みシリンダ装置３８により、清掃ブラシ１２、探傷プローブ１３およびインナーノズル２３を細管３に押込むことができる。
【００２５】
この作業装置２４の詳細を説明する。アーム伸縮シリンダ装置２６の前部ロッド２６ｃに矩形孔を介して押付けシリンダ装置３４のシリンダチューブ３４ａが垂設固定されており、押付けシリンダ装置３４のピストンロッド３４ｂに出退フレーム３５が取付けられている。この出退フレーム３５は、押込み口４１ａが形成された押込みノズル４１を有する先端側部材３５ａと、ピストンロッド３４ｂが連結された基端側部材３５ｂと、先端側部材３５ａと基端側部材３５ｂを連結する２本のガイドロッド３６、１本のガイド支軸３７および円弧形カバー３３とで構成されている。そして先端側部材３５ａには、押付けシリンダ装置３４のシリンダチューブ３４ａにスライド自在に外嵌されるスライドガイド３５ｃが設けられている。また基端側部材３５ｂに設けられた押込みシリンダ装置３８は、シリンダチューブ３８ａが基端側部材３５ｂに立設固定され、ピストンロッド３８ｂが押込み口４１ａに向って出退駆動される。前記ガイドロッド３６，３６には押込み口４１ａの軸心Ｏａ上に沿って移動自在な押込み部材３９が配設されており、この押込み部材３９にインナーノズル２３に係脱自在な係合凹部３９ａが形成されるとともに、押込みシリンダ装置３８のピストンロッド３８ｂが連結されている。
【００２６】
またガイド支軸３７には、軸心Ｏａ上の押込み位置と、ガイド支軸３７を中心に軸心Ｏａから所定角度（たとえば９０°）ずれた待機位置との間で回動自在な挿入ガイド体４０が配設されている。
【００２７】
ところで、細管３に清掃ブラシ１２と探傷プローブ１３とインナーノズル２３とを順次挿入する場合、各部材を一列に並べておいて一度に押込めばよいが、この場合には押込みシリンダ装置３８のストロークを長くする必要があり、作業装置２４の全長が長くなる。このため、この作業装置２４では、まず最初に清掃ブラシ１２のみを細管４に押込んだ後、探傷プローブ１３とインナーノズル２３とを押込み、このように二段階に押込むように構成することで押込みシリンダ装置３８のストロークを短くしてコンパクト化が図られている。
【００２８】
すなわち、前記挿入ガイド体４０は、ガイド支軸３７に出退方向に所定間隔をあけて配置されるとともに回動自在に支持されたＣ形状の上下一対の枠フレーム４０ａ，４０ｂと、枠フレーム４０ａ，４０ｂを連結する４本のロッド４０ｃとで構成され、探傷プローブ１３およびインナーノズル２３を押込み口４１ａに向って移動自在に保持するように構成されている。またこの挿入ガイド体４０は、ガイド支軸３７の先端側に設けられた捻じりコイルばね４２により、仮想線で示す待機位置から実線で示す押込み位置側に回動付勢されている。
【００２９】
したがって、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄが収縮後退されて収納位置（図１５のブラシ分配位置ｂ〜ｅ）に移動され、図１４（ａ）に示すように、ブラシ分配装置２８に保持された清掃ブラシ１２が出退フレーム３５に嵌合されると、押込み位置の挿入ガイド体４０が捻じりコイルばね４２に抗して待機位置まで回動される。そして、図１４（ｂ）に示すように、押込みシリンダ３８により押込み部材３９を介して清掃ブラシ１２の円錐形の先端部が押込み口４１ａに押込まれ、挿入ガイド体４０の復帰が規制されて清掃ブラシ１２が出退位置に保持される。さらに第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄが作業位置に移動されると、図１４（ｃ）（ｄ）に示すように、押込みシリンダ３８により押込み部材３９を介して清掃ブラシ１２が細管３に押込まれる。この時、清掃ブラシ１２の先端部が細管３に入った時に、この兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄのアーム回動モータ２６とアーム伸縮シリンダ装置２５とが一時的にフリーの状態（非駆動、非制動の状態をいう）にされて位置ずれが吸収される。その後、押込み部材３９が基端側に復帰されると、捻じりコイルばね３９により挿入ガイド体４０が回動されて出退位置に復帰され、押込み部材３９の係合凹部３９ａにインナーノズル２３が係合される。さらに図１４（ｅ）（ｆ）に示すように、押込みシリンダ３８により押込み部材３９を介して探傷プローブ１３とインナーノズル２３とが細管３に押込まれる。
【００３０】
前記インナーノズル２３は、細管３に確実に固定されることはもちろんであるが、固定の解除が迅速かつ確実に行えることも重要である。このため、発明者による実験の結果、圧縮部材により単一のゴム筒を軸心方向に圧縮して膨張させる従来形の固定機構は、膨張によるゴム筒と管内面との摩擦力により固定可能であるが、軸心方向に均等な膨張力を得られず、大きい保持力を得られない上、解除がスムーズに行えないということが判明した。また、従来の構成ではゴム筒と管内面との摩擦力にのみ重点が置かれて考えられているが、実際にはゴム筒の周縁部が圧縮部材と管内面との空間に食い込むくさび現象により、大きい摩擦力が得られることを見出した。
【００３１】
その結果、このインナーノズル２３の管固定機構では、ゴム筒を外径に比べて幅の狭くかつ硬度が（ＪＩＳ）６０以上の硬質合成ゴム製の複数の弾性リング４３ａと、これら弾性リング４３ａ間と両側に介在されたスペーサリング４３ｂとにより結合リング群４３を構成し、この結合リング群４３が軸心方向に圧縮されることで、スペーサリング４３ｂのテーパ端面による第１のくさび作用で弾性リング４３ａが外周側に膨出されて摩擦抵抗を発生させ、さらに膨出された硬質の弾性リング４３ａがスペーサリング４３ｂと細管３の内面と空間に食い込む第２のくさび作用により、インナーノズル２３が細管３に極めて強固に固定されるとともに、迅速かつ確実に固定解除できるように構成されている。
【００３２】
以下にこのインナーノズル２３の構成を図１２，１３を参照して詳細に説明する。このインナーノズル２３は、基端側で押込み部材３９が係合される押込み筒４４と、この押込み筒４４の先端側に出退方向にスライド自在に嵌合される内筒部材４５と、内筒部材４５に外嵌される結合リング群４３と、押込み筒４４に取付けられて検査用ケーブル３０が移動自在に挿通される押込みパイプ４６とで構成されている。そして、押込み筒４４は、基端側に押込み部材３９の係合凹部３９ａが係合される受動筒部４４ａが形成され、内筒部材４５の胴部４５ａにスライド自在に外嵌される圧縮筒部４４ｂと受動筒部４４ａが一対の連結部材４４ｃを介して連結されている。そして、受動筒部４４ａに軸心孔４４ｄが貫通形成され、また圧縮筒部４４ｂに給水口４４ｅが形成されている。内筒部材４５は、結合リング群４３が外嵌される胴部４５ａの軸心部に挿通孔４５ｂが形成されるとともに、先端部に結合リング群４３の抜け出しを防止するストッパー４５ｃが突設されている。また胴部４４ａの基端側には、結合リング群４３の圧縮時に給水口４４ｅが連通される注水口４５ｄが穿設され、この胴部４４ａの基端部に押込み口４１ａの入口に係止される係止爪４５ｅが突設されている。
【００３３】
押込みパイプ４６は、探傷プローブ１３の検査用ケーブル３０が移動自在に挿通される内径を有し、基端部が受動筒部４４ａの軸心孔４４ｄに同一軸心Ｏａに固定され、挿通孔４５ｂを通って先端部がインナーノズル２３の先端位置に達し、この押込みパイプ４６により探傷プローブ１３を押出すように構成される。図６において４７は、探傷プローブ１３に接続された検査用ケーブル３０を案内するガイドシーブ、８１は第１，第２兼用アーム２２Ａ，２２Ｂに設けられて管板４との距離を測定し、ロボット本体２１の位置を検出する距離センサである。
【００３４】
したがって、押込みシリンダ装置３８が伸展されて押込み部材３９によりインナーノズル２３が先端側に移動されると、探傷プローブ１３が挿入ガイド体４０に沿って送り出される。そして押込み口４１ａを介して細管３に押込まれ、清掃ブラシ１２がさらに奥側に押込まれる。そして、インナーノズル２３が押込み口４１ａに挿入されて、係止爪４５ｅが押込み口４１ａの入口に係止されると、内筒部材４５が挿入が停止されるが、押込み筒４４がさらに押込まれることから、圧縮筒部４４ｂにより結合リング群４３が圧縮される。これにより、結合リング群４３の第１のくさび作用で摩擦力が発生され、第２のくさび作用によりインナーノズル２３が細管３に強固に固定される。
【００３５】
なお、この押込み移動途中で清掃ブラシ１２や探傷プローブ１３に押込みに抵抗が生じた場合でも、探傷プローブ１３が押込みパイプ４６を介して押込み筒４４に押込まれることから、内筒部材４５の押込みが規制されて結合リング群４３が圧縮されることもない。
【００３６】
またプローブ挿入機構では、結合リング群４３が圧縮された状態で、押込みノズル４１に形成された清掃水供給孔４８に、圧縮筒部４４ｂの給水口４４ｅと胴部４５ａの注水口４５ｄが重なり、この清掃水供給孔４８に清掃水が供給されることにより、給水口４４ｅおよび注水口４５ｄを介してインナーノズル２３から細管３内に清掃水が送られ、清掃ノズル１２および探傷プローブ１３が細管３に沿って押出されて細管３が清掃される。
【００３７】
次に第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの作業装置２４にそれぞれ清掃ブラシ１２を送り込む清掃具分配装置であるブラシ分配装置２８を図１５〜図１８を参照して説明する。
【００３８】
ブラシ分配装置２８は、アーム保持部２７の外周部のブラシ補給位置ａに配置され、ブラシ補給装置１４からフレキシブルなブラシ供給ホース５４を介して清掃ブラシ１２が順次供給されるブラシ補給具５１と、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄのブラシ分配位置（収納位置と同じ）ｂ〜ｅに配置された反力受け具５２と、正面フレーム３１にロボット軸心Ｏを中心に旋回自在でかつ伸縮自在に設けられた補給アーム装置５３とで構成されている。そしてこの補給アーム装置５３により、ブラシ補給具５１に保持された清掃ブラシ１２を受取ってブラシ補給位置ａからブラシ分配位置ｂ〜ｅに分配補給するように構成されている。
【００３９】
前記ブラシ補給具５１は、図１８に示すように、ブラシ供給ホース５４が接続される円筒形の本体部５１ａの先端側に、円筒の一部を構成し受け板５１ｃを有するブラシカバー５１ｂが取付けられている。そして、本体部５１ａには、ブラシ供給ホース５４から送られてきた清掃ブラシ１２を一時停止させるブラシ係止レバー５５が接線方向のピン５５ｂを介して回動自在に配設され、ばね５５ａにより突出側に回動付勢されている。さらに、ブラシ係止レバー５５の基端側に受動部５５ｃが突出されており、後述する補給アーム装置５３のブラシホルダー５６がブラシカバー５１ｂに嵌合される時に、受動部５５ｃがばね５５ａに抗して押され、ブラシ係止レバー５５が後退して清掃ブラシ１２が本体部５１ａから清掃具ホルダーであるブラシホルダー５６に供給される。
【００４０】
補給アーム装置５３は、正面フレーム３１のロボット軸心Ｏ位置にブラシ分配用モータ５７が配設され、ブラシ分配用モータ５７の出力軸５７ａに、旋回アームを構成するブラシ出退用シリンダ装置５８のシリンダチューブ５８ａが取り付けられている。そして、ブラシ出退用シリンダ装置５８のピストンロッド５８ｂに前記ブラシホルダー５６が取付けられている。このブラシホルダー５６は、ブラシカバー５１ｂに嵌合可能な略半円筒形で、先端部に清掃ブラシ１２を抜け止めするブラシ受けブロック５６ａが取付けられている。なお各ブラシ分配位置ｂ〜ｅの反力受け具５２は、ブラシホルダー５６に保持された清掃ブラシ１２を第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの出退フレーム３５に受け渡す際に負荷される回動力を保持するものである。
【００４１】
したがって、ブラシ補給装置１４からブラシ供給ホース５４を介してブラシ補給位置ａに送られた清掃ブラシ１２は、ブラシ補給具５１のブラシ係止レバー５５により本体部５１ａに一旦停止され、補給アーム装置５３のブラシホルダー５６がブラシカバー５１ｂに嵌合されることにより、ブラシ係止レバー５５が後退され、清掃ブラシ１２がブラシホルダー５６に受け渡される。そして、アーム回転モーター２５との接触を回避するために、ブラシ出退シリンダ５８が収縮されて、ブラシ分配モータ５７によりブラシホルダー５６が内周経路Ａに沿って旋回移動され、目的の第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの対応位置に停止された後、ブラシ出退シリンダ５８によりブラシホルダー５６がブラシ分配準備位置ｂ′〜ｅ′まで突出され、さらに回動されて清掃ブラシ１２がブラシ分配位置ｂ〜ｅに停止される。これにより、順次送られてくる清掃ブラシ１２が第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄにそれぞれ分配供給される。
【００４２】
次にプローブ返送機構を構成するコードリール装置２９を図１９〜図２０を参照して説明する。このコードリール装置２９は、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄで使用する各探傷プローブ１３の検査用ケーブル３０をそれぞれ渦巻き状に巻き取るもので、ロボット軸心Ｏ位置に配置された支持筒６１に、４個の巻取りリール６２が４個それぞれ回転自在に支持されている。これら巻取りリール６２は、検査用ケーブル３０の幅に相当する収容空間をあけて配置された一対の収納ガイド板６２ａにより形成されており、各収納空間に検査用ケーブル３０を渦巻き状に巻き取ることができる。
【００４３】
各巻取りリール６２を回転駆動するリール巻取り装置６３は、巻取りリール６２の外周部に９０°ごとに配置された駆動ギヤ６４により、各巻取りリール６２を回転駆動するように構成される。すなわち、支持筒６１の巻取りリール６２の正面部、中間部および背面部に配設されたリール支持板６５Ａ〜６５Ｃには、軸心Ｏに平行な４本の回転軸６６が９０°ごとに回転自在に設けられおり、各回転軸６６に取付けられた前記駆動ギヤ６４が、各収納ガイド板６２ａの外周部にそれぞれ設けられたリングギヤ６７に噛合されている。また支持筒６１側の正面に設けられたモータボックス６８内には４個のリール回転モータ６９が９０°ごとに設けられており、それぞれの出力軸の駆動タイミングギヤ７０と回転軸６６の受動タイミングギヤ７１との間にタイミングベルト７２がそれぞれ巻張されて連結連動される。したがって、リール回転モータ６９により、それぞれ巻取りリール６２を回転駆動して検査用ケーブル３０を繰出し巻き取るとともに、検査用ケーブル３０に所定の負荷でテンションをかけて緩みを防止することができる。
【００４４】
次に上記構成の熱交換器用作業ロボットの運転方法を説明する。
１．（ロボットの搬入，準備）第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄが収納位置に保持されたロボット１１をマンホール５から水室２Ａ内に搬入し、ロボット本体２１を管板４の作業開始位置に配置し、作業位置に展開した第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの作業装置２４を駆動して各インナーノズル２３を細管３に挿入固定させ、ロボット１１をセットする。その他支援設備であるブラシ供給装置１４、油圧ユニット１５、給水ポンプユニット１６、落下防止装置１７および制御装置１８をそれぞれセットし、制御装置１８に細管３の配置やロボット本体１１の走行経路を入力する。
【００４５】
２．（ブラシの供給）ブラシ供給装置１４からブラシ供給ホース５４を介してブラシ補給位置ａのブラシ補給具５１に清掃ブラシ１２が順次供給され、ブラシ係止レバー５５に係止される。次いで補給アーム装置５３がブラシ補給位置ａに至ると、ブラシホルダー５６がブラシカバー５１ｂに嵌合されてブラシ係止レバー５５が後退作動され、清掃ブラシ１２がブラシホルダー５６に受け渡される。そして、補給アーム装置５３によりブラシホルダー５６が旋回移動および出退移動されて目的の第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄのブラシ分配準備位置ｂ′〜ｅ′からブラシ分配位置ｂ〜ｅに移動され停止される。次いで目的の第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄが収縮回動されてブラシ分配位置ｂ〜ｅ（収納位置）に移動され、ブラシホルダー５６に保持された清掃ブラシ１２が出退フレーム３５に嵌合されると、押込み位置の挿入ガイド体４０が待機位置まで回動され、さらに押込みシリンダ３８により清掃ブラシ１２の先端部が押込み口４１ａに押込まれて保持される。
【００４６】
３．（挿入と固定）第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄが伸展回動されて作業位置に移動されると、押込みシリンダ３８により押込み部材３９を介して清掃ブラシ１２が細管３に押込まれる。この時清掃ブラシ１２の先端部が細管３に入った時に、アーム回動モータ２６とアーム伸縮シリンダ装置２６とが一時的にフリーの状態にされて位置ずれが吸収され、スムーズに押込まれる。そして押込み部材３９が基端側に復帰されると、挿入ガイド体４０が元位置に復帰され、探傷プローブ１３とインナーノズル２３とが押込み位置に戻される。次いで、押込みシリンダ３８により押込み部材３９が先端側に移動されて探傷プローブ１３とインナーノズル２３とが押込み口４１ａを介して細管３に押込まれる。この時、インナーノズル２３が押込み口４１ａに挿入されると、係止爪４５ｅを介して内筒部材４５が係止され、押込み筒４４がさらに押込まれることにより結合リング群４３が圧縮され、各弾性リング４３ａの膨張により外周側に押出されてインナーノズル２３が細管３に強固に固定される。
【００４７】
４．（ロボットの位置決め）ここで、１本のたとえば第２兼用アーム２２Ｂが細管３から離脱されると、他の３本の第１，第３，第４兼用アーム２２Ａ，２２Ｃ，２２Ｄのインナーノズル２３が細管３内に固定されてロボット本体１１が一定位置に保持される。しかしこの時、３本の第１，第３，第４兼用アーム２２Ａ，２２Ｃ，２２Ｄの各アーム回動モータ２５とアーム伸縮シリンダ装置２６が全て駆動制御されると、製作誤差や歪みに起因してインナーノズル２３を介して細管３に過大な負荷がかかり、細管３やロボット１１の損傷の原因となるおそれがある。そこで、アーム回動モータ２５とアーム伸縮シリンダ装置２６からなる８個の駆動系のうち、３つを駆動制御すればロボット本体２１の位置決めが可能である。しかし、実際には、機械的な精度不良などに起因して３つの駆動系の駆動制御では位置決め精度が低下する傾向にあることが判明した。したがって、ここでは４つの駆動系を駆動制御し、他の駆動系をフリーの状態として、位置決め精度の向上を図っている。
【００４８】
すなわち、図２１に示すように、上下方向の管板４では、まず最上位に位置する第１兼用アーム２２Ａのアーム回動モータ２５とアーム伸縮シリンダ装置２６が制御駆動される。さらに第３，第４兼用アーム２２Ｃ，２２Ｄでは、第１兼用アーム２２Ａのインナーノズル２３の軸心Ｏａからアーム回動モータ２５の出力軸２５ａを通る中線Ｌａ，Ｌｂを引き、中線Ｌａ，Ｌｂの両側で出力軸２５ａを中心とする角度αの範囲にある第３兼用アーム２２Ｃの場合には、アーム回動モータ２５を駆動制御するとともにアーム伸縮シリンダ装置２６をフリーとし、角度αの範囲外にある第４兼用アーム２２Ｄの場合には、反対にアーム回動モータ２５をフリーとしてアーム伸縮シリンダ装置２６を制御する。この角度αの範囲は、第１兼用アーム２２Ａのインナーノズル２３を中心とする回転モーメントが有効に支持される側のアクチュエータが選択され、ここではたとえばα＝約４５°前後に設定される。
【００４９】
５．（ロボット本体２１の押付け）ロボット本体２１は、管板４から一定距離（作業基準位置）を保持するために、上位に位置する第１，第２兼用アーム２２Ａ，２２Ｂにそれぞれ距離センサー８１が配置されてロボット本体２１の位置が制御されている。
【００５０】
また、たとえば第１兼用アーム２２Ａが細管３から抜出されると、均等位置でない第２〜第４兼用アーム２２Ｂ〜２２Ｄでロボット本体２１が保持されるとともに、ロボット機構のガタや歪みにより、第１兼用アーム２２Ａ側のロボット本体２１が幾分管板４から離間する傾向にある。このため第１兼用アーム２２Ａが次の細管３まで移動しても、押込みノズル４１が細管３から離れてしまい、清掃ブラシ１２等を正確に挿入できないおそれがある。これを解決するために、この実施の形態では、ロボット本体２１を作業基準位置から所定距離だけ管板４に接近させている。
【００５１】
すなわち、第１兼用アーム２２Ａが清掃ブラシ１２を受取る移動中には、第２〜第４兼用アーム２２Ｂ〜２２Ｄのインナーノズル２３はそれぞれ細管３内に固定されている。この時、第２〜第４兼用アーム２２Ｂ〜２２Ｄの押付けシリンダ装置３４には、インナーノズル２３を細管３の奥側に付勢する押付け機能が働くとともに、ロボット本体２１は管板４から一定距離離間された作業基準位置に位置されている。第１兼用アーム２２Ａが目的の細管３に対向して停止されると、この押付け機能が解除されてロボット本体２１が所定距離だけ管板４に接近する接近位置に移動される。これにより、第１兼用アーム２２Ａの押込みノズル４１が確実に細管３に接近されて、清掃ブラシ１２、探傷プローブ１３およびインナーノズル２３がスムーズに挿入される。挿入後、押付けシリンダ装置３４に押付け機構を作用させてロボット本体２１が接近位置から作業基準位置に復帰される。これにより、インナーノズル２３の抜出し時のロボット本体２１の姿勢変位による問題を解決している。
【００５２】
また上記方法に代えて、ロボット本体２１の作業基準位置を管板４に最も接近する位置としておき、各押込みシリンダ装置３４による押込みノズル４１の突出限を作業基準位置よりさらに所定距離だけ細管３側に押込み可能に設定しておくことで、たとえば第１兼用アーム２２Ａが細管３から離脱された場合には、次の細管３位置で第１兼用アーム２２Ａの押込み距離を作業基準位置をオーバーして押込み、これにより押込みノズル４１を確実に細管３に接近させることができる。そして、インナーノズル２３の挿入後、ロボット本体２１を作業基準位置に復帰させればよい。
６．（清掃と探傷）結合リング群４３が圧縮された状態で、給水ポンプユニット１６から給水チューブおよび給水管を介して清掃水供給孔４８に供給された清掃水が、給水口４４ｅおよび注水口４５ｄを介してインナーノズル２３内に供給される。これにより、清掃ブラシ１２と探傷プローブ１３とが細管３に沿って押込まれて移動され、清掃ブラシ１２により細管３の内面が清掃される。この時、探傷プローブ１３の検出用ケーブル３０はフリー状態の巻取りリール６２から繰出される。また検査用ケーブル３０の長さが巻取りリール６２（リール回転モータ６９）の回転角により検出されており、検査用ケーブル３０の繰出し長さが細管３の長さに達して、探傷プローブ１３が細管３の出口から離脱しかけたところで巻取りリール６２が停止され、探傷プローブ１３が停止される。そして、リール回転モータ６９が駆動されて巻取りリール６２に検査用ケーブル３０が巻き取られ、探傷プローブ１３が細管３に沿って引き戻される。この復路の移動中に細管３の探傷検査が実施され、巻取りリール６２（リール回転モータ６９）の回転角による探傷プローブ１３の位置データと探傷プローブ１３からの検査信号が制御装置１８に送られて、清掃直後の細管３がリアルタイムで検査される。さらに細管３から押込みノズル４１を介して出退フレーム３５の挿入ガイド体４０に戻されて、清掃および検査が完了し、次の細管３に移動される。
【００５３】
なお、ここで復路の移動中に探傷検査を実施したが、清掃ブラシ１２と共に移動する往路で探傷検査を実施してもよい。この場合には、復路の探傷プローブ１３の移動速度をより高められることから、検査に要するサイクルタイムをより短縮することができる。
【００５４】
７．（ロボットの移動）インナーノズル２３の装着直後から、他の兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの（ブラシの供給）の動作が開始され、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄごとに順次上記動作が繰り返される。
【００５５】
また、ロボット本体２１が移動される場合、全ての第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄがインナーノズル２３を介して細管３に固定された状態で、アーム回動モータ２５およびアーム伸縮シリンダ装置２６が駆動されてロボット本体２１が移動される。
【００５６】
上記実施の形態によれば、ロボット本体２１に、４本の第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄを管板４に沿って外周側に出退自在に設け、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの先端部にそれぞれ清掃機構および移動機構を有する作業装置２４を設けたので、管板４に沿ってロボット１１を任意方向に移動させることができる。また清掃機構と移動機構とが分離されている従来ロボットに比較して、アームなどの部材の個数を減少させることができ、また第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄを後退させることで、ロボット１１をコンパクト化することができる。これにより、マンホール５を介して水室２Ａ内への搬入出も容易となり、組立てや分解などの準備作業を減少させて、作業時間を短縮することができる。
【００５７】
また第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄとそれぞれの作業装置２４が選択されて順次駆動され、３本の兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄによりロボット本体２１の移動と位置決めが行われる。この位置決め作動中に各作業装置２４により細管３の清掃作業が行われるとともに、残りの兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄが出退駆動されて作業装置２４が新たな細管３に移動される。したがって、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄによるロボット本体２１の移動および清掃作業と、作業装置２４の移動とを組み合わせて多数の細管３の清掃作業を効率よく行うことができ、清掃作業時間を大幅に短縮することができる。
【００５８】
さらに第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄを、アーム回動モータ２５とアーム伸縮シリンダ装置２６とにより回動自在でかつ伸縮自在としたので、極めて単純な構造となり、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの動作制御も容易に行うことができる。
【００５９】
さらにまた、ロボット本体２１およびカバー３０に収容空間部１９ａを形成して、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄが収縮、後退された収納位置でロボット１１全体がロボット軸心Ｏを中心とする円柱形になるように構成したので、ロボット１１を分解することなく狭いマンホール５を通過させて水室２Ａに出し入れすることができ、水室２Ａでの準備および撤収作業時間を大幅に削減することができる。
【００６０】
また作業装置２４に、探傷プローブ１３とインナーノズル２４とを移動自在に保持する挿入ガイド体４０を、押込み位置と待機位置との間で回動自在に設けたので、清掃ブラシ１２と、探傷プローブ１３およびインナーノズル２４とを２段階に分けて細管３に押込むことができ、押込みシリンダ装置３８のストロークを短くできて作業装置４をコンパクト化することができる。
【００６１】
さらに、インナーノズル２３に、弾性リング４３ａとスペーサリング４３ｂとが交互に配置された結合リング群４３を圧縮して細管３内で圧縮拡張されるように構成されるので、スペーサリング４３ｂと細管３の内面との空間部に弾性リング４３ａが入り込む第２のくさび作用により、作業装置２４を強固に細管３に固定することができ、さらに圧縮を解除することにより、迅速かつ確実に固定を解除することができる。
【００６２】
さらにまた、ブラシ補給装置１４からブラシ供給ホース５４を介してロボット本体２１に順次送られてくる清掃ブラシ１２を、ブラシ分配装置２８のブラシ補給具５１に受取り、さらに補給アーム装置５３のブラシホルダー５６を旋回および出退させて各ブラシ分配位置ｂ〜ｅに受け渡すように構成したので、直接各作業装置２４にそれぞれ清掃ブラシ１２を送り込むのに比べてロボット１１を小型化することができ、ロボット１１をコンパクトに構成できる。
【００６３】
また、作業装置２４に、プローブ挿入機構とプローブ返送機構とにより、清掃直後の細管３内を移動中に探傷プローブ１３により細管３の検査を行うので、清掃直後の細管３の検査データをリアルタイムで得ることができ、作業能率を大幅に向上させることができる。
【００６４】
さらにプローブ返送機構を、清掃ブラシ１２の後部で清掃ブラシ１２と共に探傷プローブ１３を清掃水により圧送するので、清掃ブラシ１２の清掃機構と兼用することができ、作業装置２４のコンパクト化をはかることができる。また、探傷プローブ１３に接続された検査用ケーブル３０をそれぞれ厚みの薄い巻取りリール６２で渦巻き状に巻き取るように構成したので、コードリール装置２９の厚みを小さくすることができてロボット本体２１をコンパクト化することができる。さらに検査用ケーブル３０を確実に巻き取り繰出しすることができるとともに、検査用ケーブル３０の繰出し量（検査プローブの位置）も、巻取りリール６２の回転角から正確に把握でき、探傷プローブ１３による検査をスムーズに行うことができる。
【００６５】
さらにまた、このロボット１１の運転に際して、１本のたとえば第２兼用アーム２２Ｂが細管３から離脱される時に、細管３に固定された他の３本の第１，第３，第４兼用アーム２２Ａ，２２Ｃ，２２Ｄのうち、先端部が最上部に位置する第１兼用アーム２２Ａのアーム伸縮シリンダ装置２６とアーム回動モータ２５とをそれぞれ駆動制御し、それ以外の第３，第４兼用アーム２２Ｃ，２２Ｄのアーム伸縮シリンダ装置２６とアーム回動モータ２５の一方を駆動制御するとともに他方をフリーとすることにより、３本の第１，第３，第４兼用アーム２２Ａ，２２Ｃ，２２Ｄが固定された細管３に過大な負荷をかけることなく、ロボット本体２１を精度良く位置決めでき、細管３やロボット１１の故障、破損を未然に防止できる。
【００６６】
さらにその駆動制御する駆動系の選択に際して、選択最上部のたとえば第１兼用アーム２２Ａの先端から他の２本の第３，第４兼用アーム２２Ｃ，２２Ｄの回動中心（出力軸２５ａ）を通る中線Ｌａ，Ｌｂを引き、中線Ｌａ，Ｌｂの両側で所定角度α＝４５°の範囲内にその第３，第４兼用アーム２２Ｃ，２２Ｄがある場合に、アーム伸縮シリンダ装置２６をフリーとするとともにアーム回動モータ２５を駆動制御することで、ロボット本体２１に付加される第１兼用アーム２２Ａの先端を中心とする回転モーメントを支持しやすい側の駆動系を選択して駆動制御することができ、ロボット本体２１を正確な位置に保持することができる。
【００６７】
さらに、１本の第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄを移動し細管３に対向して停止させ、清掃ブラシ１２を細管３に挿入する時に、その兼用アームのアーム伸縮シリンダ装置２６およびアーム回動モータ２５を一時的にフリーとすることにより、位置ずれを吸収できて確実に清掃ブラシ１２や探傷プローブ、インナーノズル１３を細管３に挿入することができる。
【００６８】
さらにまた、ロボット本体１１の作業基準位置を管板４から所定距離離れて設定しておき、１本のたとえば第２兼用アーム２２Ｂが細管３から離脱されて次の細管３に移動し位置決めする時に、他の３本の第１，第３，第４兼用アーム２２Ａ，２２Ｃ，２２Ｄの押付けシリンダ装置３４を駆動してロボット本体２１を管板４側に接近させることにより、第２兼用アーム２２Ｂの離脱によりロボット本体２１が管板４から離間する姿勢変位を補正して押込みノズル４１を細管３に接近させることができ、押込み口４１ａを介して確実に清掃ブラシ１２、探傷プローブ１３およびインナーノズル２３を細管３に挿入することができる。
【００６９】
また、第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄの作業基準位置をロボット本体２１が管板４に最接近した位置に設定するとともに、押付けシリンダ装置３４による押込みノズル４１の突出限を作業基準位置より所定距離だけ細管３側としておき、１本のたとえば第２兼用アーム２２Ｂが細管３から離脱されて次の細管３に移動し位置決めする時に、その第２兼用アーム２２Ｂの押付けシリンダ装置３４により突出限まで移動させることで、そのロボット本体２１が管板４から離間する姿勢変位を補って押込みノズル４１を細管３に接近させることができ、確実に清掃ブラシ１２、探傷プローブ１３およびインナーノズル２３を細管３に挿入することができる。
【００７０】
なお、上記実施の形態では、４本の第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄを設けたが、５本あるいは６本の兼用アームを設けてもよい。この場合には、３本の兼用アームでロボット本体を位置決め固定するとともに、残りの第１〜第４兼用アーム２２Ａ〜２２Ｄを細管３から離脱して作業させることができる。
【００７１】
また、作業対象を復水器１としたが、他の熱交換器であってもよい。
さらに、清掃ブラシ１２の分配移送および圧送媒体を清掃水としたが、圧縮空気であってもよい。
【００７２】
また、上記作業ロボットでは、清掃機能とプローブ挿入検査手段の両方を搭載したが、清掃機能だけ、あるいはプローブ挿入検査手段だけをロボットろに搭載し、プローブ挿入検査手段だけの場合には、汚染の少ない熱交換器の蒸気細管や、別の清掃装置や作業員により清掃した後の復水器の細管の探傷検査のみを行うように構成してもよい。
【００７３】
【発明の効果】
以上に述べたごとく本発明の請求項１記載の発明によれば、ロボット本体に、外周側に出退自在な４本以上の兼用アームを設けて、これら兼用アームの先端部にそれぞれ位置決め機構およびプローブ挿入機構を有する作業装置を設けたので、伝熱管に兼用アームが連結固定されてロボット本体が位置決めされている時に、伝熱管検査作業を行い、また各兼用アームを同時に出退駆動させることでロボット本体を移動させ、３本の兼用アームが伝熱管に固定されている状態で残りの兼用アームを次の伝熱管に移動させることができる。したがって、清掃機構とプローブ挿入などの作業機構とが分離されている従来ロボットに比較して、部材個数を減少させることができ、また兼用アームを後退させることで、ロボットをコンパクト化することができる。これにより、水室内への搬入出も容易となり、組立てや分解などの準備作業を減少させて、作業時間を短縮することができる。
【００７４】
また請求項２記載の発明によれば、ロボット本体に、外周側に出退自在な４本以上の兼用アームを設けて、これら兼用アームの先端部にそれぞれ位置決め機構およびプローブ挿入機構を有する作業装置を設けたので、伝熱管に兼用アームが連結固定されてロボット本体が位置決めされている時に、伝熱管検査作業を行い、また各兼用アームを同時に出退駆動させることでロボット本体を移動させ、３本の兼用アームが伝熱管に固定されている状態で残りの兼用アームを次の伝熱管に移動させることができる。したがって、清掃機構とプローブ挿入などの作業機構とが分離されている従来ロボットに比較して、部材個数を減少させることができ、また兼用アームを後退させることで、ロボットをコンパクト化することができる。これにより、水室内への搬入出も容易となり、組立てや分解などの準備作業を減少させて、作業時間を短縮することができる。
【００７５】
また請求項３記載の発明によれば、４本以上の兼用アームと作業装置とが順次選択されて駆動され、３本の兼用アームによりロボット本体の移動および位置決めが行われ、位置決め中に清掃作業が行われるとともに、残りの兼用アームの作業装置が新たな伝熱管に移動される。したがって、各兼用アームにおけるロボット本体の移動および清掃作業と、作業装置の移動とを組み合わせて清掃作業を効率よく行うことができ、清掃作業時間を大幅に短縮することができる。
【００７６】
さらにまた請求項５記載の発明によれば、ロボット本体の外周部に、兼用アームの収容空間が形成され、ロボット本体の外周部に、兼用アームの収容空間が形成され、前記兼用アームが後退収縮されて収容空間に収容された収容位置で、作業ロボットがマンホールを通過可能な円柱形となるように構成されたものである。
【００７７】
さらにまた請求項５記載の発明によれば、兼用アームの後退収容位置でロボット全体がロボット軸心を中心とする円柱形になるように構成したので、ロボットを分解することなく狭い円形のマンホールを通過させて水室内に容易に出し入れすることができ、水室での組立て準備および分解撤収作業時間を大幅に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱交換器用の清掃・検査用ロボットの実施の形態を示し、作業状態の斜視図である。
【図２】同清掃・検査用ロボットの収納状態の斜視図である。
【図３】同清掃・検査用ロボットおよびその支援設備を示す全体斜視図である。
【図４】同清掃・検査用ロボットを示す全体側面断面図である。
【図５】同清掃・検査用ロボットを示すカバーを省略した全体背面図である。
【図６】同清掃・検査用ロボットの兼用アームおよび作業装置を示す側面図である。
【図７】同清掃・検査用ロボットのアーム伸縮シリンダ装置を示す断面図である。
【図８】同清掃・検査用ロボットのアーム伸縮シリンダ装置および押付けシリンダ装置を示す正面図である。
【図９】同清掃・検査用ロボットの作業装置を示す側面図である。
【図１０】図９に示すＩ−Ｉ断面図である。
【図１１】図９に示すII−II断面図である。
【図１２】（ａ），（ｂ）はそれぞれ同清掃・検査用ロボットのインナーノズルを示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）に示すIII−III断面図である。
【図１３】同清掃・検査用ロボットのインナーノズルの細管固定状態を示す側面断面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ同清掃・検査用ロボットの作業手順を示す断面図である。
【図１５】同清掃・検査用ロボットのブラシ分配装置を示す横断面図である。
【図１６】同ブラシ分配装置を示す側面断面図である。
【図１７】同ブラシ分配装置の補給アーム装置を示す横断面図である。
【図１８】同ブラシ分配装置のブラシ補給具を示す縦断面図である。
【図１９】同清掃・検査用ロボットのコードリール装置を示す側面半断面図である。
【図２０】同清掃・検査用ロボットのコードリール装置を示す背面図である。
【図２１】同清掃・検査用ロボットの運転動作を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 復水器
２Ａ 水室
３ 細管
４ 管板
５ マンホール
１１ 清掃・検査用ロボット
１２ 清掃ブラシ
１３ 探傷プローブ
１８ 制御装置
２１ ロボット本体
２２Ａ〜２２Ｄ 第１〜第４兼用アーム
２３ インナーノズル
２４ 作業装置
２５ アーム回動モータ
２６ アーム伸縮シリンダ装置
２８ ブラシ分配装置
２９ コードリール装置
３４ 押付けシリンダ装置
３８ 押込みシリンダ装置
３９ 押込み部材
４０ 挿入ガイド体
４１ 押込みノズル
４３ 結合リング群
４３ａ 弾性リング
４３ｂ スペーサリング
４４ 押込み筒
４５ 内筒部材
５１ ブラシ補給具
５３ 補給アーム装置
６２ 巻取りリール
Claims (5)
- 熱交換器の管板に沿って移動自在な熱交換器用作業ロボットであって、
ロボット本体の外周部に少なくとも４本の移動、作業兼用の兼用アームを前記管板に沿って外周側に出退自在に設けるとともに、これら兼用アームの先端部にそれぞれ作業装置を設け、
これら作業装置に、前記管板に貫設開口された伝熱管内に清掃具を挿入して移動させる清掃機構と、連結固定具を伝熱管に挿入して前記兼用アームを当該伝熱管に固定しロボット本体を位置決めする位置決め機構を設け、
ロボット本体に、前記位置決め機構により固定された前記兼用アームを出退してロボット本体を移動させる移動機構を設けた
ことを特徴とする熱交換器用作業ロボット。 - 熱交換器の管板に沿って移動自在な熱交換器用作業ロボットであって、
ロボット本体の外周部に少なくとも４本の移動、作業兼用の兼用アームを前記管板に沿って外周側に出退自在に設けるとともに、これら兼用アームの先端部にそれぞれ作業装置を設け、
これら作業装置に、前記管板に貫設開口された伝熱管に連結固定具を挿入して前記兼用アームを当該伝熱管に固定しロボット本体を位置決めする位置決め機構と、検査用プローブを当該伝熱管に挿入移動させるプローブ挿入機構とを設け、
ロボット本体に、前記位置決め機構により固定された前記兼用アームを出退してロボット本体を移動させる移動機構を設け、
前記伝熱管内に移動される検査プローブにより当該伝熱管を検査する伝熱管検査手段を設けた
ことを特徴とする熱交換器用作業ロボット。 - 移動機構は、少なくとも３本の兼用アームの作業装置が連結固定具により伝熱管に固定された状態で、これら３本の前記兼用アームが出退駆動されてロボット本体が移動されるとともに、残りの兼用アームの作業装置を伝熱管から離脱させて当該作業装置を次の伝熱管に移動するように構成された
ことを特徴とする請求項１または２記載の熱交換器用作業ロボット。 - 兼用アームが、管板に垂直なロボット本体の軸心に平行なロボット軸心回りに回動自在でかつ伸縮自在に構成された
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の熱交換器用作業ロボット。 - ロボット本体の外周部に、兼用アームの収容空間が形成され、
前記兼用アームが後退収縮されて収容空間に収容された収容位置で、全体形状がマンホールを通過可能な円柱形となるように構成された
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の熱交換器用作業ロボット。
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| JP (1) | JP4201377B2 (ja) |
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-
1998
- 1998-04-21 JP JP10999498A patent/JP4201377B2/ja not_active Expired - Lifetime
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