JP6578837B2

JP6578837B2 - 遠隔操作ロボットシステム

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Publication number: JP6578837B2
Application number: JP2015181509A
Authority: JP
Inventors: 知己阪上; 孝壽西沢
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2015-09-15
Publication date: 2019-09-25
Anticipated expiration: 2035-09-15
Also published as: JP2017056500A

Description

本発明は、人間が入ることができない箇所の調査を行う遠隔操作ロボットシステムに関する。

原子力発電所においては放射線が高い箇所や狭隘部があり、人間が入ることができない箇所がある。そこで、狭隘な場所において、安全、確実に狭隘部での点検やハンドリングなどの作業ができて、かつ必要最小限の機器から構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。また、親ロボットに多機能携帯端末が取り付けられた子ロボットを搭載して現場の目的箇所の近傍まで移動し、目的箇所の近傍で子ロボットを降ろし、降ろした子ロボットは目的箇所の所定範囲を移動して、狭隘部での点検を行えるようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。

この子ロボットは小型調査ロボットであり、多機能携帯端末を搭載していることから遠隔操作のためのカメラ画像を得ることができ、操作者はカメラ画像を操作卓で視認しながら操縦する。小型調査ロボットは小型であるため、幅10cm程度のクランクを有した狭隘路であっても通過でき、狭隘路の奥にあり人がアクセスできない空間を調査することが可能である。

特開２００２−１３７１８０号公報特開２０１５−３６１６４号公報

しかし、小型調査ロボットを遠隔操作するためには無線通信を利用するが、狭隘部を構成する構造物が分厚いコンクリート等の遮蔽体となっている場合は、狭隘部の奥の空間まで電波が届きにくく無線通信が困難となることがある。

また、狭隘部の空間においては、小型調査ロボットの搭載の多機能携帯端末のカメラでは、小型調査ロボットの足元が見えづらいため、操作者は狭隘部の隙間や段差に気づきにくく適切な操作が難しい。また、狭隘路の空間では前方遠くしか視野に入らないため、適切な操作ができずに壁面等にぶつかる恐れがある。小型調査ロボットの足元を確認するためにはカメラ搭載台数を増やすことが考えられるが、小型調査ロボットにおいてはカメラの台数を増やすことは容易ではない。

さらには、小型調査ロボットは狭隘部を通過することできるように設計されているため全幅が狭いうえ、マイクロコンピュータ（マイコン）等の搭載機器を小型調査ロボット本体の上部スペースに設置している。従って、重心が比較的高いので狭隘部の空間で隙間や段差走行時には横転するリスクがある。

本発明の目的は、狭隘部の奥の空間まで無線通信ができ、狭隘路の空間の映像を取得でき、しかもロボットが横転しても正常な姿勢に復帰させることができる遠隔操作ロボットシステムを提供することである。

請求項１の発明に係る遠隔操作ロボットシステムは、現場の調査領域の情報を収集するための多機能携帯端末を搭載し前記現場の調査領域を調査するロボットと、先端部が前記現場の調査領域に位置するように前記現場の狭隘部に挿入される挿入棒と、前記狭隘部の手前の位置に配置され前記挿入棒を支持する中継装置と、前記中継装置に設けられ前記ロボットに接続されたワイヤを収納するためのワイヤ収納装置と、前記挿入棒に設けられ前記狭隘部や前記現場の調査領域を撮影するカメラと、前記挿入棒に設けられ前記カメラが撮影する方向を照明する照明装置と、前記挿入棒の所定箇所に設けられ前記ロボットと通信を行う無線機と、前記無線機を中継して前記ロボットを遠隔操作する遠隔操作装置とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明に係る遠隔操作ロボットシステムは、請求項１の発明において、前記中継装置は、底部にキャスタを有し、上部に前記挿入棒が差し込まれて前記挿入棒を支持する挿入棒支持部を有し、さらに、前記カメラ、前記照明装置、前記無線機の接続ケーブルのプラグを差し込むコネクタ型中継端子を有し、前記コネクタ型中継端子を介して、前記カメラ、前記照明装置、前記無線機の接続ケーブルを前記遠隔操作装置の接続ケーブルに接続することを特徴とする。

本発明によれば、先端部が現場の調査領域に位置するように現場の狭隘部に挿入される挿入棒を設け、挿入棒には、狭隘部や現場の調査領域を撮影するカメラと、カメラが撮影する方向を照明する照明装置と、ロボットと通信を行う無線機を設けるので、狭隘部の奥の空間まで無線通信ができ、狭隘路の空間の映像を取得できる。

また、ロボットに接続されたワイヤを収納するワイヤ収納装置を、狭隘部の手前の位置に配置した中継装置に設けるので、ロボットの走行に伴ってワイヤを送り出すことができ、ワイヤを引っ張ることでロボットを吊り上げることができ、ロボットが横転しても正常な姿勢に復帰させることができる。

また、中継装置は、底部にキャスタを有し、上部に挿入棒が差し込まれて挿入棒を支持する挿入棒支持部を有し、さらに、カメラ、照明装置、無線機の接続ケーブルのプラグを差し込むコネクタ型中継端子を有するので、挿入棒の設置は短時間で行える。

本発明の実施形態に係る遠隔操作ロボットシステムを現場の調査領域に至るまでに狭隘部がある箇所に適用した一例を示す構成図。図１の状態から現場の調査領域までロボットを走行させた状態を示す説明図。本発明の実施形態に係る遠隔操作ロボットシステムの中継装置の斜視図。本発明の実施形態に係る遠隔操作ロボットシステムの操作棒の斜視図。

以下、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係る遠隔操作ロボットシステムを現場の調査領域に至るまでに狭隘部がある箇所に適用した一例を示す構成図である。現場の調査領域に至るまでに狭隘部がある箇所としては、例えば、原子力発電所の原子炉格納容器（以下、ＰＣＶという）の外壁部分からＰＣＶ機器ハッチに至るまでの狭隘部がある。この場合の現場の調査領域はＰＣＶ機器ハッチが位置する空間である。図１は本発明の実施形態に係る遠隔操作ロボットシステムを、ＰＣＶの外壁部分からＰＣＶ機器ハッチに至るまでの狭隘部に適用した場合を示している。

原子炉建屋にはＰＣＶが設置され、ＰＣＶには原子炉圧力容器ＲＰＶが収納されている。図１に示すように、原子炉建屋は二重扉１１で仕切られ、原子炉建屋の外部であるタービン建屋にロボット１２を遠隔操作する遠隔操作装置１３が配置されている。ロボット１２は小型ロボットであり、現場の調査領域の情報を収集するための多機能携帯端末及び遠隔操作装置１３と無線通信を行う無線機を搭載している。

原子炉建屋内のＰＣＶは、図１の左側に位置し、ＰＣＶの外壁部分には、ＰＣＶ内部に通じるＰＣＶ機器ハッチ１４が設けられている。ＰＣＶ機器ハッチ１４は、通常時は閉じられており、さらに、ＰＣＶ機器ハッチ１４の外側には、シールドプラグ１５が設けられＰＣＶの外壁である遮蔽コンクリート１６とともにＰＣＶ機器ハッチ１４をシールドしている。

ＰＣＶ機器ハッチ１４の外側の空間の状態を調査する場合、シールドプラグ１５と遮蔽コンクリート１６との間に隙間がある場合には、その隙間であるシールドプラグ１５と遮蔽コンクリート１６との間の狭隘部１７を通ってロボット１２を走行させることになる。

そこで、本発明の実施形態では、先端部が現場の調査領域（ＰＣＶ機器ハッチ１４が位置する空間）１８に位置するように現場の調査領域１８に至るまでの狭隘部１７に挿入される挿入棒１９を用意した。挿入棒１９には、カメラ２０ａ、２０ｂと、カメラ２０ａ、２０ｂが撮影する方向を照明する照明装置２１ａ、２１ｂと、ロボット１２と通信を行う無線機２２ａ、２２ｂが設けられている。無線機２２ａ、２２ｂは同一の識別記号（Wi-Fｉの場合はＳＳＩＤ）を有した親機であり、ロボット１２に搭載の無線機が子機である。ロボット１２に搭載の無線機はローミング機能を有しており、これにより、ロボット１２の移動時にも無線接続が継続される。

挿入棒１９は中継装置２３により支持される。中継装置２３は狭隘部１７の手前の位置に配置され挿入棒支持部２４により挿入棒１９を支持する。中継装置２３は第１コネクタ型中継端子２５及び第２コネクタ型中継端子２６を有し、第１コネクタ型中継端子２５を介して第１接続ケーブル２７により遠隔操作装置１３に接続され、第２コネクタ型中継端子２６を介して第２接続ケーブル２８により、カメラ２０ａ、２０ｂ、照明装置２１ａ、２１ｂ、無線機２２ａ、２２ｂに接続される。第２接続ケーブル２８は操作棒１９の下部に設けられたケーブル受け部３６で保持される。これにより、遠隔操作装置１３は中継装置２３を経由し無線機２２を中継してロボット１２を遠遠隔操作する。

中継装置２３には、ロボット１２に接続されたワイヤ２９を収納するワイヤ収納装置３０が設けられている。ワイヤ収納装置３０は、例えばボビンであり、ロボット１２の走行に伴ってワイヤ２９を送り出す。
ワイヤ２９は操作棒１９の先端部まで操作棒１９の上部に設けられたワイヤ保持部３８で案内される。図１では、ロボット１２を走行させる前であるので、ロボット１２は、中継装置２３の位置の近くである狭隘部１７の手前の位置にあり、ワイヤ収納装置３０からのワイヤ２９は挿入棒１９の先端部まで送り出され、さらに、挿入棒１９の先端部で折り返してロボット１２の位置まで送り出されている。また、中継装置２３には、底部にキャスタ３１が設けられ、中継装置２３を狭隘部１７の手前の位置まで移動し易くしている。挿入棒１９及び中継装置２３の詳細は後述する。

図２は、図１の状態から現場の調査領域１８までロボット１２を走行させた状態を示す説明図である。図１の状態は、狭隘部１７の手前まで中継装置２３を搬入し、中継装置２３に操作棒１９を支持して、操作棒１９の先端部が現場の調査領域１８に位置するように狭隘部１７に操作棒１９を挿入した状態である。この場合、前述したように、ロボット１２は、中継装置２３の位置の近くである狭隘部１７の手前の位置にある。

図１の状態から、操作者は遠隔操作装置１３にてロボット１２の遠隔操作を行う。ロボット１２が狭隘部１７の手前の位置するときは、遠隔操作装置１３は中継装置２３を介して、操作棒１９の狭隘部１７の手前側にある無線機２２ａからロボット１２に対して無線通信する。ロボット１２は多機能携帯端末を搭載しているので、狭隘部１７に入るまでは、操作者は多機能携帯端末のカメラにてロボット１２の周囲を監視しながらロボット１２を操作する。

そして、ロボット１２が狭隘部１７に入ると、操作者は、操作棒１９の中間位置に設けられたカメラ２０ａ及び照明装置２１ａを動作させ、多機能携帯端末のカメラ及び操作棒１９のカメラ２０ａからの双方のカメラ映像を監視しロボット１２を操作する。多機能携帯端末のカメラ及び操作棒１９のカメラ２０ａの双方のカメラ映像を監視できるので、操作者はロボット１２の足元、狭隘部１７の隙間や段差も確認できロボット１２の適切な操作ができる。

さらに、ロボット１２が狭隘部１７を通り抜けて現場の調査領域１８に入ると、ロボット１２の移動に伴う無線機２２ａ、２２ｂ間の切り替えを行う。無線機２２ａ、２２ｂの切替時には、無線接続が瞬断し再接続まで時間がかかる場合もあるため、ロボット１２が無線切断を検出したときに動作を停止させる暴走防止機能をロボット１２に持たせる。すなわち、ロボット１２が無線切断を検出したときは、ロボット１２の動作を一時停止させ、無線機２２ａ、２２ｂの切替時が完了した後にロボット１２は動作を開始する。

無線機２２ａ、２２ｂの切替時が完了すると、遠隔操作装置１３は中継装置２３を介して、操作棒１９の先端部にある無線機２２ｂからロボット１２に対して無線通信する。操作者は、操作棒１９の先端部に設けられたカメラ２０ｂ及び照明装置２１ｂを動作させ、多機能携帯端末のカメラ及び操作棒１９のカメラ２０ｂからの双方のカメラ映像を監視しロボット１２を操作する。調査領域１８にはシールドプラグ１５を移動させるレール溝などがあり、多機能携帯端末のカメラ及び操作棒１９のカメラ２０ｂの双方のカメラ映像を監視することにより、操作者はシールドプラグ１５のレール溝などの段差を確認できロボット１２の適切な操作ができる。

このように、挿入棒１９には中継装置２３側に無線機２２ａを搭載し、先端部に無線機２２ｂを搭載しているので、狭隘部１７を構成する構造物が分厚いコンクリート等の遮蔽体となっている場合であっても、狭隘部１７の奥の空間まで電波を届かせることができ無線通信が可能となる。すなわち、挿入棒１９は中継装置２３側に無線機２２ａを搭載しており、ロボット１２が狭隘部１７に進入する前に無線通信することが可能である。また、挿入棒１９は先端部に無線機２２ｂを搭載しており、狭隘部１７を通過した調査領域１８ではロボット１２には無線機２２ｂからの電波が届くため、ロボット１２を安定して操作することができる。

次に中継装置２３について説明する。図３は本発明の実施形態に係る遠隔操作ロボットシステムの中継装置２３の斜視図であり、図３（ａ）は中継装置本体３２の斜視図、図３（ｂ）は挿入棒支持部２４の斜視図である。図３（ａ）において、中継装置本体３２の底部にはキャスタ３１を有し、狭隘部１７の手前の位置まで移動し易くしている。また、中継装置本体３２の側面部には、遠隔操作装置１３に接続される第１接続ケーブル２７のプラグを差し込むための第１コネクタ型中継端子２５を有し、中継装置本体３２の上部には、挿入棒１９に取り付けられたカメラ２０ａ、２０ｂ、照明装置２１ａ、２１ｂ、無線機２２ａ、２２ｂに接続される第２接続ケーブル２８のプラグを差し込むための第２コネクタ型中継端子２６を有する。

また、中継装置本体３２の上部にはロボット１２に接続されたワイヤ２９を送り出すためのワイヤ収納部３０が設けられ、さらに、図３（ｂ）に示す挿入棒支持部２４を装着するための装着穴３３ａ、３３ｂが設けられている。この装着穴３３ａ、３３ｂに挿入棒支持部２４の装着柱３４ａ、３４ｂが差し込まれて挿入棒支持部２４が中継装置本体３２に装着される。なお、図３（ａ）では中継装置本体３２に収納される電気機器、例えば、アダプタや電源装置等の図示は省略している。

図３（ｂ）に示すように、挿入棒支持部２４は、中継装置本体３２の装着穴３３ａ、３３ｂに差し込まれ挿入棒支持部２４を中継装置本体３２に装着するための装着柱３４ａ、３４ｂを有している。装着柱３４ａ、３４ｂは挿入棒の高さ方向の位置を確保するものである。また、装着柱３４ａ、３４ｂの上部には挿入棒受け部３５が設けられており、挿入棒受け部３５に挿入棒の後端部が差し込まれて挿入棒１９を掛止する。すなわち、挿入棒受け部３５の内部は空洞となっており、挿入棒受け部３５に挿入棒１９の後端部が差し込まれて掛止される。後述するように、挿入棒１９の後端部は尖っており、挿入棒受け部３５は挿入棒１９の後端部の尖部に対応した形状となっている。挿入棒１９の後端部に尖部を設けたのは、挿入棒１９の挿入棒受け部３５への差し込みを容易にするためである。

次に、挿入棒１９について説明する。図４は、本発明の実施形態に係る遠隔操作ロボットシステムの操作棒の斜視図である。図４において、前述したように、挿入棒１９には、カメラ２０ａ、２０ｂと、カメラ２０ａ、２０ｂが撮影する方向を照明する照明装置２１ａ、２１ｂと、ロボット１２と通信を行う無線機２２ａ、２２ｂが設けられている。カメラ２０ａ、２０ｂ、照明装置２１ａ、２１ｂ、無線機２２ａ、２２ｂに接続された第２接続ケーブル２８は、操作棒１９の下部に設けられたケーブル受け部３６で保持され、他方端にはプラグ３７が設けられ、この第２接続ケーブルのプラグ３７を中継装置２３の第２コネクタ型中継端子２６に差し込むことによって中継装置２３に接続される。このように、第２接続ケーブル２８の中継装置２３への接続は、プラグ３７を中継装置２３の第２コネクタ型中継端子２６に差し込むだけであるので、短時間でセッティングが可能である。

操作棒１９の上部には、ロボット１２に接続されたワイヤ２９を保持するためのワイヤ保持部３８が設けられ、ロボット１２の走行に伴ってワイヤ収納部３０から送り出されたワイヤ２９を案内する。ワイヤ２９はワイヤ保持部３８で案内されるので、また、送り出されたワイヤ２９を引っ張ることでロボット１２を吊り上げることができ、ロボット１２が横転しても正常な姿勢に復帰させることができる。

また、操作棒１９の後端部３９は尖っておりストッパ４０を有している。後端部５９に尖部を設けることにより挿入棒支持部２４の挿入棒受け部３５への差し込みを容易にするともに、ストッパ４０を設けることにより挿入棒受け部３５への差し込み位置を確保している。これにより、短時間で制御棒１９を中継装置２３の挿入棒支持部２４にセッティングが可能である。

以上の説明では、ワイヤ収納装置３０は中継装置本体３２の上部に設けた場合について説明したが、ワイヤ収納装置３０の内部に設けるようにしてもよい。

本発明の実施形態によれば、狭隘部１７の手前の位置に配置される中継装置２３は、キャスタ３１を有するので、狭隘部１７の手前の位置まで容易に移動でき、挿入棒１９の中継装置２３への支持は挿入棒支持装置２４への差し込むだけで行え、また、第２接続ケーブル２８の接続もプラグ３７を第２コネクタ型中継端子２６に差し込むだけでよいので、短時間で現場にセッティングすることができる。

また、挿入棒１９は先端部に無線機２２ｂを搭載しており、ロボット１２が狭隘部１７の奥の空間である調査領域１８に位置しても無線機２２ｂからの電波が届くため、ロボット１２を安定して操作することができる。一方、挿入棒１９の後端部側にも別の無線機２２ａを搭載しており、ロボット１２が狭隘部１７に進入する前にも無線通信することが可能である。

また、挿入棒１９には中間部と先端部とにカメラ２０ａ、２０ｂをそれぞれ搭載しており、先端部のカメラ２０ｂは狭隘部１７の奥の空間（調査領域１８）を、中間部のカメラ２０ａは狭隘部自体を真上から俯瞰することができ、カメラ画像はロボット操作場所に表示される。こうすることで、操作者はロボット搭載カメラの情報を補完し、適切な操作が可能となる。

ロボット１２にはワイヤ２９が接続され、ワイヤ２９は挿入棒１９に沿って中継装置２３のワイヤ収納装置３０に巻かれており、ロボット１２が調査へ向かう際はワイヤ収納装置３０から自然にワイヤ２９が繰り出される。ロボット１２が調査から帰還する際は、繰り出されたワイヤ２９を避けて走行することで、車輪（クローラ）への巻き込みを防止できる。

さらに、ロボット１２が横転した場合には作業員が中継装置２３まで行き、ワイヤ２９を引っ張ってロボット１２を一旦吊り上げ、再度吊り下ろして正常な姿勢に復帰させることができる。もしロボット１２がスタックする等自走不能な場合や、吊り下ろしても姿勢が回復しない場合には、吊り上げたまま挿入棒１９を引き抜くことでロボット１２を回収できる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この新規な実施形態は、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。この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。

１１…二重扉、１２…ロボット、１３…遠隔操作装置、１４…ＰＣＶ機器ハッチ、１５…シールドプラグ、１６…遮蔽コンクリート、１７…狭隘部、１８…調査領域、１９…挿入棒、２０…カメラ、２１…照明装置、２２…無線機、２３…中継装置、２４…挿入棒支持部、２５…第１コネクタ型中継端子、２６…第２コネクタ型中継端子、２７…第１接続ケーブル、２８…第２接続ケーブル、２９…ワイヤ、３０…ワイヤ収納装置、３１…キャスタ、３２…中継装置本体、３３…装着穴、３４…装着柱、３５…挿入棒受け部、３６…ケーブル受け部、３７…プラグ、３８…ワイヤ保持部、３９…後端部、４０…ストッパ

Claims

現場の調査領域の情報を収集するための多機能携帯端末を搭載し前記現場の調査領域を調査するロボットと、
先端部が前記現場の調査領域に位置するように前記現場の狭隘部に挿入される挿入棒と、
前記狭隘部の手前の位置に配置され前記挿入棒を支持する中継装置と、
前記中継装置に設けられ前記ロボットに接続されたワイヤを収納するためのワイヤ収納装置と、
前記挿入棒に設けられ前記狭隘部や前記現場の調査領域を撮影するカメラと、
前記挿入棒に設けられ前記カメラが撮影する方向を照明する照明装置と、
前記挿入棒の所定箇所に設けられ前記ロボットと通信を行う無線機と、
前記無線機を中継して前記ロボットを遠隔操作する遠隔操作装置と、
を備えたことを特徴とする遠隔操作ロボットシステム。
前記中継装置は、底部にキャスタを有し、上部に前記挿入棒が差し込まれて前記挿入棒を支持する挿入棒支持部を有し、さらに、前記カメラ、前記照明装置、前記無線機の接続ケーブルのプラグを差し込むコネクタ型中継端子を有し、前記コネクタ型中継端子を介して、前記カメラ、前記照明装置、前記無線機の接続ケーブルを前記遠隔操作装置の接続ケーブルに接続することを特徴とする請求項１記載の遠隔操作ロボットシステム。