JP5989221B2 - 遠隔作業マニピュレータ - Google Patents

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Description

本発明は、遠隔作業マニピュレータに係わり、特に、開口部よりも奥側が広がった形状の空間における作業に好適な遠隔作業マニピュレータに関する。
原子炉解体作業等の人が近づけない場所での作業では、遠隔作業マニピュレータが利用される。特許文献１では、原子炉圧力容器内の構造物を遠隔操作により解体するための原子炉解体装置が開示されている。この原子炉解体装置では、原子炉内へ設置した作業用補助架台に旋回フレームを設け、そこにマニピュレータを有した伸縮マストを設けている。また、伸縮マストに炉内壁面へ脚を突張りマストの振れや作業時の反力を防止するスタビライザを設けている。
特開平８−７５８９２
特許文献１の原子炉解体装置は、下部が広がった形状の原子炉格納容器内の作業には適用しにくいという問題がある。
下部が広がった形状の原子炉格納容器内での作業を行う際には、開口部からマニピュレータを格納容器内に降ろして作業を行う必要がある。作業を行なう際には、マニピュレータの先端部に反力がかかるので、先端部を高い剛性でしっかり保持する必要がある。しかし、下部が広がった形状では、開口部よりも奥側が広がっている上に傾斜しているため、先端近くから壁面に向けて脚を出して突っ張ることで安定性を増すのは困難である。
また、深い場所の作業を行う際には、先端部を上からまっすぐ下ろすのが最も容易であるが、その方法では、開口部の直下よりも外側の空間に広がった空間にアクセスできない。複雑な機構を用いれば、先端を横に移動させて、外側にアクセスすることは不可能ではないが、機構の剛性が低下する問題がある。また、信頼性が低下し、特に、外側の空間で作業している時に故障した場合に、マニピュレータ全体を引き上げられなくなる懸念がある。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、開口部よりも奥側が広がった空間に適用でき、かつ構造が単純で、高い剛性と高い信頼性を有する遠隔作業マニピュレータを提供することである。
上記の課題を解決するため、本発明の遠隔作業マニピュレータは、壁面への固定装置を備える円形ベースと、円形ベースに対して回転可能に設置される桁と、桁に対して移動可能に設置されるトロリと、トロリに対して昇降可能に設置され、先端にツールユニットを装着したマストを備えており、桁に設けられた桁固定装置により、桁を壁面に直接に固定することを特徴とする。
本発明の遠隔作業マニピュレータは、桁を壁面に直接固定できるため、作業時に高い剛性が確保される。
本発明の遠隔作業マニピュレータを示す斜視図。 本発明の遠隔作業マニピュレータの使用状態を示す側面図。 ドリルユニットを示す図。 把持ユニットを示す図。 本発明の遠隔作業マニピュレータの外周空間での作業を示す斜視図。
以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。
図１に本発明の遠隔作業マニピュレータの一実施例を示す。図２には、本発明における遠隔作業マニピュレータの使用状態の例を示す。図２は、開口部４１よりも容器下部４３が広がった形状の原子炉格納容器３内での作業を想定している。格納容器３は、図２に示す通り、内部で作業を行うため蓋が開けてあり、上端に開口部４１がある。格納容器３は、下部が広がったフラスコ形の形状であり、開口部４１の直下に円筒部４２があり、その下の奥側に開口部４１、円筒部４２よりも広がった球形の容器下部４３がある。以下、図１と図２を参照して、本発明の遠隔作業マニピュレータの構成を説明する。
本発明の遠隔作業マニピュレータ１は、円形ベース１１と、桁１２と、トロリ１３と、マスト１４を備えている。円形ベース１１は、円周にそって複数のベース固定装置２１を備えており、原子炉格納容器３の円筒部４２の壁面４４に対して突っ張ることで円形ベース１１を固定することができる。桁１２は、桁駆動装置２６により、円形ベースに設けられた円形レール２２の上を回転・停止することができる。また、桁１２は、両端に桁固定装置２５を備えており、円筒部４２の壁面４４に対して突っ張ることで桁１２を固定することができる。トロリ１３は、トロリ駆動装置２７により桁１２に設けられた直線レール２３の上を移動・停止することができる。マスト１４は、マスト駆動装置２８によりトロリ１３に設けられた昇降ガイド２４に沿って昇降・停止することができる。
ベース固定装置２１および桁固定装置２５は、例えば、電動・油圧・水圧等に駆動されるジャッキにより、壁方向にパッドを押し付けて固定する装置が利用できる。
桁駆動装置２６、トロリ駆動装置２７、マスト駆動装置２８には、電動モータのほか、水圧または油圧式のモータ、シリンダ等を利用できる。
マスト１４の先端に、ツール交換装置１５が設けられており、マストに１４にツールユニット１６を着脱し、交換することができる。ツールユニット１６は、様々なタイプのものを使用できる。
図１には、ツールユニット１６として物体を切断するためのツールの例を示している。切断ユニット３１は、回転軸３２と、ピッチ軸３３を備えており、先端の切断工具３４を任意の方向に向けることができる。切断工具３４には、例えば、研磨剤を含む水ジェット放出することで切断作業を行うアブレシブウォータージェットカッターを使用できる。
図３は穴堀りを行うためのツールの例である。ドリルユニット３５は、回転するドリル歯３６を備えており、マスト１４を下げることにより、下方への穴掘り、材料回収を行うことができる。
図４は物を掴んで運ぶためのツールの例である。把持ユニット５１は、回転軸５２とピッチ軸５３を備えており、先端のハンド５４を任意の方向に向けることができる。ハンド５４を開閉することで、物を掴んだり放したりすることができる。
上記のツールの可動部の駆動には、電動モータのほか、水圧または油圧式のモータやシリンダ等を使用できる。
操作入力装置２により操作者からの指示を入力し、それに従って桁固定装置２５、桁駆動装置２６、トロリ駆動装置２７、マスト駆動装置２８、およびツールユニット１６を動かすことにより、遠隔作業を行う。
マニピュレータ１を原子炉格納容器３の中に設置する際には、円形ベース１１をクレーンで吊り、開口部４１から円筒部４２の中に降ろし、ベース固定装置２１で壁面４４に突っ張って円形ベース１１を固定する。円形ベース１１を固定する高さは、作業を行う場所の高さに応じて定めるが、容器下部４３の底近くで作業を行う場合には、円筒部４２の下端に固定する。
以下、本発明の遠隔作業マニピュレータによる作業の方法を説明する。
操作者は、操作入力装置２を操作して、まず、桁固定装置２５を縮めて、桁１２の固定を解除する。次に、桁駆動装置２６、トロリ駆動装置２７、マスト駆動装置２８を駆動して、桁１２、トロリ１３、マスト１４を動かし、ツールユニット１６を作業を行う場所に誘導する。桁１２、トロリ１３、マスト１４により、円筒座標系の３自由度の移動ができるので、ツールユニット１６を任意の場所に移動できる。
ツールユニット１６を目的の場所に位置決めしたら、桁駆動装置２６、トロリ駆動装置２７、マスト駆動装置２８にブレーキをかけて固定する。さらに、桁固定装置２５を壁面４４に対して突っ張って桁１２を固定する。これにより、円形ベース１１を介さずに桁１２を直接に壁面４４に対して固定するので、桁１２を高い剛性で固定でき、ツールユニット１６に加工反力が加わった際のふらつきが抑制でき、作業の精度・効率が高まる。
図５に、容器下部４３内の外周に近い空間で作業を行う場合の装置構成を示す。この場合には、ツール交換装置１５に屈曲マスト１７を装着する。屈曲マスト１７は、外周方向に折れ曲がっており、角部にローラ１９を、先端にツール交換装置１８を備えている。屈曲マスト１７のツール交換装置１８にツールユニット１６を装着することで、外周近くでの作業を行うことができる。これにより、高い剛性を維持したまま、奥側が広がった空間へのアクセスが可能となり、作業領域を拡大することが可能となる。屈曲マスト１７は可動部を持たない単純な構造なので、信頼性・剛性を損なわずに作業空間を拡大することができる。
屈曲マスト１７を用いて、容器下部４３の外周近くの空間で作業している際に、駆動装置が故障して動かなくなった場合には、以下のようにすることで、マニピュレータ１全体を引き上げて修理することができる。
まず、トロリ桁駆動装置２７のブレーキを解除して、トロリが自由に動くようにする。その後、ベース固定装置２１、桁固定装置２５の突っ張りを解除して円形ベース１１をクレーンにより引き上げる。この時、屈曲マスト１７が容器下部４３の壁面に接触するが、接触部にローラ１９があるため、屈曲マスト１７が内側に押され、トロリが内側に移動する。これにより、屈曲マスト１７が容器下部４３に引っかからず、マニピュレータ１全体を引き上げることができる。
上記の説明では、本発明の遠隔作業マニピュレータ１を原子炉格納容器内の作業に用いた例を示したが、立坑からトンネルや鉱山坑道を工事する場合など、入口よりも奥側が広がった空間における様々な作業に適用できる。また、奥側が広がっていない場合でも、桁を壁面に固定することにより、剛性を高める効果が得られる。
１ 遠隔作業マニピュレータ
２ 操作入力装置
３ 原子炉格納容器
１１ 円形ベース
１２ 桁
１３ トロリ
１４ マスト
１５ ツール交換装置
１６ ツールユニット
１７ 屈曲マスト
１８ ツール交換装置
１９ ローラ
２１ ベース固定装置
２２ 円形レール
２３ 直線レール
２４ 昇降ガイド
２５ 桁固定装置
２６ 桁駆動装置
２７ トロリ駆動装置
２８ マスト駆動装置
３１ 切断ユニット
３２ 回転軸
３３ ピッチ軸
３４ 切断工具
３５ ドリルユニット
３６ ドリル歯
４１ 開口部
４２ 円筒部
４３ 容器下部
４４ 壁面
５１ 把持ユニット
５２ 回転軸
５３ ピッチ軸
５４ ハンド

Claims (2)

  1. 壁面への固定装置を備える円形ベースと、
    前記円形ベースに対して回転可能に設置される桁と、
    前記桁に対して移動可能に設置されるトロリと、
    前記トロリに対して昇降可能に設置され、先端にツール交換装置を備えるマストと、
    前記ツール交換装置に装着されるツールユニットと、
    前記桁に設けられ前記桁を壁面に固定する桁固定装置とを備え、
    前記ツール交換装置と前記ツールユニットの間に、一方は前記ツール交換装置に装着され、他方は前記ツールユニットを備えた屈曲マストを備えるとともに、
    前記屈曲マストの屈曲部にローラを備えることを特徴とする遠隔作業マニピュレータ。
  2. 請求項１に記載の遠隔作業マニピュレータにおいて、
    前記桁固定装置は、前記桁の両端に設けられており、部材を壁面に押し当てることにより前記桁を固定することを特徴とする遠隔作業マニピュレータ。
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