JP6601618B2 - 作業ロボット - Google Patents

Description

本発明は、火炉等の炉壁水管の検査、洗浄、修繕等を行う作業ロボットに関するものである。

従来、火炉等を構成する炉壁水管の検査、洗浄、修繕等を行う場合には、火炉の内部に作業用の足場を組み、作業者が足場を登って炉壁水管の所定の箇所を検査、洗浄、修繕等を行っていた。この方法では、足場を組むために、多大な建設日数や費用を必要としていた。

そのため、このような作業について自動化が検討されている。例えば、特許文献１には、台車本体に、炉壁管に吸着しながら走行移動する磁石車輪、及び、炉壁管の肉厚等の点検を行う肉厚計測プローブを設けたボイラ炉壁管用検査装置が記載されている。また、特許文献１に記載されたボイラ炉壁管用検査装置では、磁石車輪にステアリング機構を設けている。

特開２００１−２５４９０４号公報

火炉等の炉壁水管は、複数の水管とその水管の間をつなぐ壁（フィン）で構成され、凹凸を有しているため、検査する箇所へ移動する際には、この凹凸を乗り越えて移動する必要がある。特許文献１に記載されたボイラ炉壁管用検査装置によれば、ステアリング機構により表面に凹凸を有する炉壁管上を任意の方向に走行できる。

しかしながら、凹凸を乗り越えて移動すると、走行台車が壁面から落下しないように、ゆっくりと慎重に移動する必要があり、作業が遅いという課題がある。また、たとえ慎重に移動しても、依然として落下するリスクは高い。
そこで、本発明では、火炉等の凹凸を有する壁面に対して検査、洗浄、修繕等を行う作業ロボットにおいて、迅速に検査等の作業を実行することができる作業ロボットを提供することを課題とする。

本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、複数の走行台車にスライド部を架け、該スライド上に検査装置や洗浄装置等の作業部を移動させることにより、作業部が凹凸を越えて迅速に移動できることを見出して、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の作業ロボットである。

上記課題を解決するための本発明の作業ロボットとは、複数の走行台車と、複数の走行台車に架けられたスライド部と、スライド部に沿って移動可能な作業部と、を備えたことを特徴とする。

この作業ロボットによれば、検査、洗浄、修繕等を行う作業部が複数の走行台車に架けられたスライド部を移動するため、該作業部が凹凸の上部を通過することができる。よって、検査等を行う箇所に作業部を素早く移動させ、迅速な作業を実行することができる。

また、この作業ロボットによれば、深いトラフのように走行台車が走行できないような箇所について作業を行う場合であっても、スライド部がこの箇所の上部を通過するように走行台車を配置することにより検査等の作業を実行することができる。
その他、高所等の危険が伴う箇所や、狭小部など作業員が点検することが困難な箇所等の作業を行うことができる。

更に、本発明の作業ロボットは、複数の走行台車が走行面に吸着するための吸着機構を有し、該走行面を走行可能であるという特徴を有する。
この特徴によれば、走行台車が走行面に吸着して走行することができるため、壁面や天面等の検査、清掃、修繕等の作業を行うことができる。
また、本発明の作業ロボットは、凹凸の走行を避けつつ作業を実行することができるため、走行台車の落下のリスクを低減することができる。

更に、本発明の作業ロボットは、吸着機構が、磁力、送風による押力、又は、吸気による引力を利用するという特徴を有する。
磁力を利用した吸着機構では、走行台車に送風機等の装置を載置することなく、簡素な構造物により吸着機構を構成することができる。また、走行台車を軽量化することができるため、走行台車が壁面等を登る際の電力消費量を低減したり、落下のリスクを低減したりすることもできる。
その他、送風による押力を利用した吸着機構のように、粉塵等を舞い上げることがないため、検査や清掃等の作業を妨害することがないという利点がある。

送風による押力を利用した吸着機構では、土やセメント等の非磁性材料からなる壁面等に吸着することができる。
また、磁力や吸気による引力を利用した吸着機構では、走行台車が壁面から離れると吸着力が低下するのに対して、送風による押力を利用した吸着機構では、走行台車が壁面から離れても吸着力の低下しないため、落下のリスクが少ない。

吸気による引力を利用した吸着機構では、送風による押力を利用した吸着機構と同様に、土やセメント等の非磁性材料からなる壁面等に吸着することができる。
また、磁力による吸着機構と同様に、粉塵等を舞い上げることがないため、検査や清掃等の作業を妨害することがないという利点もある。

更に、本発明の作業ロボットは、作業部が検査装置を備えているという特徴を有する。
検査装置は、遠方から光や音波等の信号を送受信することにより情報を得ることができるため、清掃装置や修繕装置のように作業部を検査する箇所に移動させる必要がない。そのため、深いトラフ等のように走行台車が走行できないような箇所において作業を行うことができるという本発明の作業ロボットの効果をより発揮することができる。

また、平面の調査において、縦横方向の２次元データを取得する際、走行台車に載置した従来の検査装置では、走行台車が凹凸を乗り越えるたびに検出器が大きく揺れ、所定の平面座標において取得されたデータと、平面座標の情報にずれが生じることがある。
一方、本発明の作業ロボットを利用した検査装置では、走行台車が大きな凹凸を回避しながら走行することができるため、検出装置の揺れを小さくすることができる。そのため、平面の画像処理等の２次元データの取得において、取得データと平面座標のずれが小さくなり、精細な画像を得られる、または、移動後揺れが収まるのを待つ時間が小さくてすみ、迅速な測定が可能となる等、優れた効果が発揮される。

更に、本発明の作業ロボットは、複数の走行台車を駆動するための駆動機構が、壁面の上部に設けられた支柱と巻き上げ機構を備え、該巻き上げ機構が、壁面の下部に設置されているという特徴を有する。
この特徴によれば、壁面の下部に設置された操縦部の近くに巻き上げ機構を設置することができるため、巻き上げ機構の作動を目視で確認しながら操作することができる。そのため、走行台車の操作性に優れるという効果を奏する。

本発明の作業ロボットによると、火炉等の凹凸を有する壁面の検査、洗浄、修繕等の作業を迅速に実行することができる。

本発明の第１の実施例の作業ロボットを適用した火炉の構造を示す概略説明図である。 本発明の第１の実施例の作業ロボットの構造を示す概略説明図である。 本発明の作業ロボットの走行台車の吸着機構について他の態様を示す概略説明図である。 本発明の第１の実施例の作業ロボットの駆動機構について説明する概略説明図である。 本発明の作業ロボットの走行台車の駆動機構について他の態様を示す概略説明図である。 本発明の第２の実施例の作業ロボットの作動について説明する概略説明図である。 本発明の第３の実施例の作業ロボットの作動について説明する概略説明図である。 本発明の作業ロボットを管の修繕作業に適用した例を示す概略説明図である。 本発明の作業ロボットをビルの窓清掃作業に適用した例を示す概略説明図である。 本発明の作業ロボットを海底の検査作業に適用した例を示す概略説明図である。 本発明の作業ロボットをガスタンクの検査作業に適用した例を示す概略説明図である。

以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施例］
図１は、本発明の第１の実施例の作業ロボットを適用した火炉１の構造を示す概略説明図である。
本発明の第１の実施例の作業ロボットは、２つの走行台車２ａ、２ｂ、走行台車２ａ、２ｂに架けられたスライド部３、及び、該スライド部３の上を移動可能な２つの作業部４ａ、４ｂを備えている。

また、走行台車２ａ、２ｂを駆動するための駆動機構として、火炉１の上部に設置された支柱５ａ、５ｂと、該支柱５ａ、５ｂに架けられた台車用ワイヤ６ａ、６ｂと、火炉１の底部に設置された巻き上げ機構７を備えており、台車用ワイヤ６ａ、６ｂの一端をそれぞれ走行台車２ａ、２ｂに連結し、他端を巻き上げ機構７により巻き上げることにより、走行台車２ａ、２ｂを火炉１の底部から上部へ引き上げるように構成されている。

次に、図２を参照して、本発明の第１の作業ロボットの構成を説明する。図２に示すように、走行台車２ａ、２ｂは、４本の車輪２１と、本体の底部にマグネット２２を備えており、磁力により火炉１の壁面に吸着している。また、台車用ワイヤ６ａ、６ｂで引き上げることにより、車輪２１が回転して壁面を走行する。なお、図示していないが、火炉１の壁面には、複数の水管が垂直に並べられており凹凸を有している。第１の実施例の走行台車２ａ、２ｂは、車輪２１がこれらの水管の間の壁（フィン）を通るように構成されている。

走行台車２ａ、２ｂの上部（走行方向前面）には、走行台車２ａ、２ｂに亘って架けられたスライド部３が設置されている。スライド部３は、作業部４ａ、４ｂを横方向に移動させるための構成である。作業部４ａ、４ｂを移動させる手段は、特に制限されないが、例えば、スライド部３にレールを設け、その上を自走可能な作業部４ａ、４ｂが移動するように構成すればよい。

スライド部３を設置することにより、作業部４ａ、４ｂが横方向へ移動する際に、走行台車２ａ、２ｂが火炉１の壁面の水管を乗り越える必要がないため、検査、洗浄、修繕等の作業を迅速に行うことができる。また、乗り越える際の落下のリスクを低減することができる。
なお、本発明は、走行台車２ａ、２ｂが水管を乗り越えることを除外するものではなく、走行台車２ａ、２ｂにステアリング機構を設けて、必要に応じて水管等の凹凸を乗り越えるように構成してもよい。例えば、走行中のフィンに障害物がある場合には、水管を乗り越えて、別のフィンへ移動させてもよい。

作業部は、検査、洗浄、修繕等の作業を自動的に行う装置であり、スライド部３に沿って移動できるように設置されている。なお、「自動的に行う」とは、作業者が作業箇所で作業を行わないことを意味しており、「自動的に行う装置」には、遠隔操作により操作する装置も含む。

検査装置は、壁面等の作業箇所の状態等を示す情報を取得するための装置であり、特に制限されないが、例えば、超音波を利用した減肉測定装置や、水管の内部の腐食を確認するＸ線検査装置や、表面の状態を確認するカメラ等が挙げられる。

洗浄装置は、作業箇所を自動的に洗浄するための装置であり、特に制限されないが、高水圧噴射洗浄装置や、回転ブラシ等の洗浄具を備えたブラシ洗浄装置や、エアガン等の高圧空気噴射装置等が挙げられる。

修繕装置は、作業箇所の亀裂等を自動的に修繕するための装置であり、特に制限されないが、溶接装置のように亀裂を接合する装置や、コーキングガンのような亀裂に充填剤を埋める装置や、ドリルドライバーのように緩くなったネジを絞め直す装置等が挙げられる。

その他の作業装置としては、表面を塗装するための塗装装置や、ドリルのように穴空け加工を行う加工装置等が挙げられる。
なお、作業部の種類、個数は、特に制限されず、同種又は異なる種の装置を、複数設置してもよい。

次に、図３を参照して、本発明の吸着機構について説明する。図３は、本発明の作業ロボットの走行台車の吸着機構について他の態様を示す概略説明図である。なお、本発明の吸着機構は、走行台車を壁面等に吸着する作用を有していれば、どのような手段でもよく、例示した態様に限定するものではない。

図３（ａ）に図示する走行台車２ｃは、金属面等に吸着する磁性車輪２５を備えた構成であり、第１の実施例の走行台車２ａ、２ｂと同様に、磁力を利用した吸着機構の例である。

磁力を利用した吸着機構では、走行台車に送風機等の装置を載置することなく、簡素な構造物により吸着機構を構成することができる。また、走行台車を軽量化することができるため、走行台車が壁面等を登る際の電力消費量を低減したり、落下のリスクを低減したりすることもできる。
その他、送風による押力を利用した吸着機構のように、粉塵等を舞い上げることがないため、検査や清掃等の作業を妨害することがないという利点がある。

図３（ｂ）に図示する走行台車２ｄは、壁面から垂直方向に送風するプロペラ２４を備えた構成である。プロペラ２４は、送風により壁面方向への押力を生じ、走行台車２ｄと壁面を吸着させる作用を有する。

送風による押力を利用した吸着機構では、土やセメント等の非磁性材料からなる壁面等に吸着することができる。
また、磁力や吸気による引力を利用した吸着機構では、走行台車が壁面から離れると吸着力が低下するのに対して、送風による押力を利用した吸着機構では、走行台車が壁面から離れても吸着力の低下しないため、落下のリスクが少ない。

図３（ｃ）に図示する走行台車２ｅは、本体底部に吸気装置２５を備えた構成である。吸気装置２５は、壁面と略気密状態で接することにより、内部が陰圧状態となり、走行台車２ｅと壁面を吸着させる作用を有する。

吸気による引力を利用した吸着機構では、送風による押力を利用した吸着機構と同様に、土やセメント等の非磁性材料からなる壁面等に吸着することができる。
また、磁力による吸着機構と同様に、粉塵等を舞い上げることがないため、検査や清掃等の作業を妨害することがないという利点もある。

次に、本発明の第１の実施例の作業ロボットの駆動機構について説明する。
前述したように、第１の実施例の作業ロボットの駆動機構は、火炉１の上部に設置された支柱５ａ、５ｂと、該支柱５ａ、５ｂに架けられた台車用ワイヤ６ａ、６ｂと、火炉１の底部に設置された巻き上げ機構７を備えており、台車用ワイヤ６ａ、６ｂの一端をそれぞれ走行台車２ａ、２ｂに連結し、他端を巻き上げ機構７により巻き上げることにより、走行台車２ａ、２ｂを火炉１の底部から上部へ引き上げるように構成されている。

また、支柱５ａ、５ｂは、支柱保持部８により保持され、支柱保持部８が天井から支柱用ワイヤ９によって吊るされるように設置されている。なお、支柱５ａ、５ｂは、台車用ワイヤ６ａ、６ｂを架けて、底部に設置された巻き上げ機構７により走行台車２ａ、２ｂを上昇させるための構成であり、上部に設置されていれば、どのような手段により設置されていてもよい。例えば、支柱保持部８を介さず、直接支柱用ワイヤ９によって支柱を吊るしてもよいし、火炉１の壁面に直接固定してもよい。また、支柱の本数についても特に制限されず、１本でも複数本でもよい。
支柱を支柱用ワイヤ９で吊るす構成は、火炉壁面の検査等、本発明の作業ロボットが必要な時にのみ支柱を設置することができる。

図４を参照して、本発明の駆動機構の設置及び作動について説明する。
駆動機構の設置については、初めに、支柱５ａ、５ｂを火炉１の内部に運び込み、火炉１の天井に設置した巻き上げ機構１０から垂らした支柱用ワイヤ９の先端に、支柱保持部８を連結する（左図）。

そして、巻き上げ機構１０により支柱５ａ、５ｂを引き上げて、支柱５ａ、５ｂを火炉１の上部に設置する（中央図）。このとき、台車用ワイヤ６ａ、６ｂを支柱５ａ、５ｂに架けた状態で支柱５ａ、５ｂを引き上げる。

駆動機構の作動については、図４の右図に示すように、火炉１の底部に設置した巻き上げ機構７を操作して、走行台車２ａ、２ｂの高さを調整する。台車用ワイヤ用の巻き上げ機構７は、各走行台車に設けてもよいが、操作の簡便性や、装置構成の簡素化等の観点から、一つの巻き上げ機構とすることが好ましい。

なお、図示していないが、走行台車２ａ、２ｂの操作部は、火炉１の底部又は外部に設置されており、第１の実施例の駆動機構によれば、操作者は巻き上げ機構７の作動を確認しながら走行台車を操作することができるため、操作しやすいという利点がある。
また、台車用ワイヤにより引き上げる駆動機構は、走行台車が落下するというリスクが殆どないという利点もある。

次に、図５を参照して、本発明の駆動機構の他の態様について説明する。なお、本発明において、走行台車の駆動機構は、走行台車を走行することができれば、どのような手段を利用してもよく、例示した態様に限定するものではない。

図５（ａ）に図示する走行台車２ｆは、モーター等の車輪駆動機構２６を搭載しており、自走可能な構成である。この駆動機構によれば、ワイヤや巻き上げ機構等がなく、簡素な構成とすることができる。

図５（ｂ）に図示する走行台車２ｇは、走行台車の走行方向前方から後方に向けて送風するプロペラ２７を備えた構成である。この駆動機構は、車輪駆動機構２６を備えた走行台車２ｆと同様、ワイヤや巻き上げ機構等がなく、簡素な構成とすることができる。また、この走行台車２ｇは、プロペラ２７により飛行する能力を有するため、走行台車が壁面から剥がれた場合にも、落下を防止できるという利点もある。

［第２の実施例］
図６は、本発明の第２の実施例の作業ロボットの作動について説明する概略説明図である。なお、図６は、下から上に向かって移動する走行台車２ａ、２ｂの経時的な作動を示したものである。

第２の実施例の作業ロボットは、走行台車２ａ、２ｂにそれぞれステアリング機構を搭載し、かつ、走行台車２ａ、２ｂがスライド部３に沿って移動できるように構成されている。

また、図示していないが、第２の実施例の作業ロボットは、駆動機構として、巻き上げ機構７と台車用ワイヤ６ａ、６ｂが使用されており、巻き上げ機構７は、走行台車２ａ、２ｂに独立して設けられている。巻き上げ機構７を走行台車２ａ、２ｂに独立して設けることにより、走行台車ごとに台車用ワイヤ６ａ、６ｂの長さをそれぞれ調節することができるため、走行台車２ａのみがスライド部３に沿って移動した場合でも、スライド部３を略水平に保つことができる。

図６に図示するように、第２の実施例の作業ロボットによれば、平坦な面に障害物Ｏが付着したような壁面について検査等の作業を行う場合に、走行台車２ａが障害物Ｏを避けて走行することができる。そのため、走行台車２ａが障害物Ｏを乗り越える必要がなくなり、作業部４ａ、４ｂに与える振動が小さいという効果がある。また、障害物Ｏを乗り越える際に、吸着機構が弱くなり、走行台車２ａが壁面から剥がれ落ちるというリスクが小さいという効果もある。

［第３の実施例］
図７は、本発明の第３の実施例の作業ロボットの作動について説明する概略説明図である。なお、図７は、下から上に向かって移動する走行台車２ｈ、２ｉの経時的な作動を示したものである。

第３の実施例の作業ロボットは、モーター等の車輪駆動機構２６を有し自走可能な走行台車２ｈ、２ｉを使用した構成である。
また、走行台車２ｈ、２ｉは、回転機構１１を介してスライド部３と接合しており、スライド部３と走行台車２ｈ、２ｉのなす角度を自由に変更することができるように構成されている。更に、走行台車２ｈ、２ｉは、スライド部３に沿って移動できるように接合されている。

図７に図示するように、第３の実施例の作業ロボットによれば、走行台車２ｈ、２ｉを独立して自由に移動させることができるため、障害物Ｏを回避しつつ、素早く作業領域Ｒに作業部４を移動することができる。

［適用例］
図８〜図１１には、本発明の作業ロボットの他の適用例を図示した。なお、この適用例によって、本発明の範囲を制限するものではない。

図８は、本発明の作業ロボットを水管１２の修繕作業に適応した例を示す概略説明図である。
この作業ロボットでは、スライド部３ａは、水管１２の形状に合わせて湾曲しており、作業部として修繕装置４ｃが使用されている。

本発明の作業ロボットによれば、水管１２の外周面のように、走行台車２の横方向への移動が困難な場合であっても、修繕装置４ｃを水管１２の外周面に沿って移動することができるため、修繕箇所に素早く修繕装置４ｃを到達させ、迅速な修繕作業を実施することができる。

図９は、本発明の作業ロボットをビルの窓清掃作業に適用した例を示す概略説明図である。
この作業ロボットでは、ビル１３の屋上に設置された３台の巻き上げ機構１５に、スライド部３が吊り下げられている。また、走行台車２は、それぞれステアリング機構を搭載し、かつ、走行台車２がスライド部３に沿って移動できるように構成されている。

この作業ロボットによれば、破線矢印で示すように、窓１４を回避するように走行台車２を走行させつつ、スライド部３を略水平に保ちながら上昇させることができる。スライド部３を略水平に保ちながら上昇させることにより、洗浄装置４ｄをスライド部３に沿って移動した際、洗浄ムラのない高精度の洗浄作業を実施することができる。

図１０は、本発明の作業ロボットを海底の検査作業に適用した例を示す概略説明図である。
この作業ロボットは、第３の実施例の作業ロボットと同様の構成を利用しており、作業部として、検査装置４ｅを使用している。

この作業ロボットによれば、深いトラフのように、走行台車２が走行できない箇所を検査する場合でも、スライド部３に沿って検査装置４ｅを移動させることにより実施することができる。

図１１は、本発明の作業ロボットを巨大なガスタンク１６の検査作業に適応した例を示す概略説明図である。
この作業ロボットでは、スライド部３ｂは、ガスタンク１６の球形状の表面に合わせて湾曲しており、作業部として検査装置４ｅが使用されている。

本発明の作業ロボットによれば、ガスタンク１６の外周面のように、走行台車２の横方向への移動が困難な場合であっても、検査装置４ｅをガスタンク１６の外周面に沿って移動することができるため、修繕箇所に素早く検査装置４ｅを到達させ、迅速な検査作業を実施することができる。また、巨大なガスタンク１６の検査等、高所での作業を作業員に代わって行うことができる。

本発明の作業ロボットは、火炉等の凹凸を有する壁面の検査、洗浄、修繕等の作業に好適に利用することができる。
また、高所や海底など、作業員の危険を伴う作業に好適に利用することができる。

１…火炉、２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ，２ｉ…走行台車、３，３ａ，３ｂ…スライド部、４，４ａ，４ｂ…作業部、４ｃ…修繕装置、４ｄ…洗浄装置、４ｅ…検査装置、５ａ，５ｂ…支柱、６ａ，６ｂ…台車用ワイヤ、７…巻き上げ機構、８…支柱保持部、９…支柱用ワイヤ、１０…巻き上げ機構、１１…回転機構、１２…水管、１３…ビル、１４…窓、１５…巻き上げ機構、１６…ガスタンク、２１…車輪、２２…マグネット、２３…磁性車輪、２４…プロペラ、２５…吸気装置、２６…車輪駆動機構、２７…プロペラ、Ｏ…障害物、Ｒ…作業領域、Ｓ…海中、Ｄ…海底、Ｔ…トラフ

Claims (5)

1. 複数の走行台車と、
   前記複数の走行台車に架けられたスライド部と、
   前記スライド部に沿って移動可能な作業部と、を備え、
   前記走行台車は、前記スライド部に沿って移動可能であることを特徴とする作業ロボット。
2. 複数の走行台車と、
   前記複数の走行台車に架けられたスライド部と、
   前記スライド部に沿って移動可能な作業部と、を備え、
   前記走行台車は、回転機構を介して前記スライド部と接合することを特徴とする作業ロボット。
3. 前記複数の走行台車は走行面に吸着するための吸着機構を有し、該走行面を走行可能であることを特徴とする、又は、
   前記作業部は、検査装置を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の作業ロボット。
4. 前記吸着機構は、磁力、送風による押力、又は、吸気による引力を利用することを特徴とする請求項３に記載の作業ロボット。
5. 前記複数の走行台車を駆動するための駆動機構を有し、
   前記駆動機構は、壁面の上部に設けられた支柱と巻き上げ機構を備え、
   前記巻き上げ機構は、壁面の下部に設置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の作業ロボット。
   
   

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