JP7159123B2 - Remote work support device and remote work system - Google Patents
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Description
本発明は、遠隔作業装置の移動を支援する遠隔作業支援装置及び遠隔作業システムに関する。 The present invention relates to a remote work support device and a remote work system that assist movement of a remote work device.
原子力発電所では、原子炉圧力容器内や炉内構造物の、点検、保守、補修作業などを
放射線環境下で実施しなければならない。放射線環境下でのこれらの作業は、作業員の放射線被ばくを伴い、作業員の健康を防護するため、被ばく線量を低減する必要がある。
作業員の被ばく線量を低減するためには、耐放射線性を有するロボットなどの遠隔作業装置を用いて、作業員が放射線環境下に立ち入らずに、点検作業や補修作業などを遠隔で行っている。一般に電子機器は放射線環境下では短時間で故障してしまうため、放射線環境下で動作する装置には、電子機器の搭載をなるべく避ける必要がある。そのため、遠隔作業装置には電子機器である無線通信機器やセンサを搭載せず、有線の遠隔作業装置としてセンサや制御装置などを作業環境から遠隔に配置している。
In a nuclear power plant, inspection, maintenance, repair work, etc. of the reactor pressure vessel and internal structures must be carried out in a radiation environment. These operations in a radiation environment involve radiation exposure of workers, and in order to protect the health of workers, it is necessary to reduce the exposure dose.
In order to reduce the radiation exposure dose of workers, remote working devices such as radiation-resistant robots are used to perform inspection and repair work remotely without the workers entering the radiation environment. . In general, electronic devices fail in a short period of time in a radiation environment, so it is necessary to avoid installing electronic devices in devices operating in a radiation environment as much as possible. For this reason, the remote working device is not equipped with a wireless communication device or a sensor, which is an electronic device, and a sensor, a control device, and the like are placed remotely from the working environment as a wired remote working device.
図10に放射線環境下での一般的な遠隔作業の俯瞰図を示す。有線の遠隔作業装置には、遠隔作業装置に電源を供給するケーブル、装置の制御などに用いられるケーブル、装置の駆動源として用いられる流体配管などが接続されている。そのため、遠隔作業装置が移動する場合、これらのケーブルおよび配管などの線状部材の移動が必要である。現行では、遠隔作業装置が線状部材を牽引しながら移動している。このとき、線状部材はその自重や接地面との摩擦によって負荷となるため、遠隔作業装置に大きな牽引力が必要とされる。大きな牽引力を遠隔作業装置に持たせるために、装置が大きく、重くなることで移動が阻害されてしまう。また、線状部材を移動させるときに、線状部材が捻れてしまい、遠隔作業装置の移動が阻害されてしまうこともある。このような場合に、線状部材自体を駆動させ遠隔作業装置の移動を支援する方法として、流体を噴射し、反力を利用した移動式流体噴射装置が特許文献1に記載されている。 FIG. 10 shows a bird's-eye view of general remote work in a radiation environment. A cable for supplying power to the remote working device, a cable for controlling the device, a fluid pipe for driving the device, and the like are connected to the wired remote working device. Therefore, when the remote work device moves, it is necessary to move these linear members such as cables and pipes. Currently, a remote working device moves while pulling a linear member. At this time, since the linear member becomes a load due to its own weight and friction with the ground surface, a large traction force is required for the remote working device. In order to provide a remote work device with a large traction force, the device becomes large and heavy, which hinders movement. Further, when moving the linear member, the linear member may be twisted, which may hinder the movement of the remote working device. In such a case, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-100000 discloses a mobile fluid ejection device that ejects a fluid and utilizes a reaction force as a method of driving the linear member itself and assisting the movement of the remote work device.
しかしながら、特許文献1では、捻れなく線状部材を駆動させるために、流体噴射時の噴射口部の圧力を制御する必要がある。従って、線状部材にセンサやアクチュエータが必要となり、放射線環境下での使用が困難となる虞がある。
However, in
そこで、本発明は、線状部材にセンサを搭載せず、圧力制御不要で捻れを防ぎつつ、放射線環境下で使用可能な遠隔作業支援装置及び遠隔作業システムを提供する。 Therefore, the present invention provides a remote work support device and a remote work system that can be used in a radiation environment without mounting a sensor on a linear member, without requiring pressure control, and preventing twisting.
上記課題を解決するため、本発明に係る遠隔作業支援装置は、遠隔作業装置の遠隔作業支援装置であって、前記遠隔作業装置及び遠隔作業装置を制御する制御機器に接続され、前記遠隔作業装置に駆動力及び制御信号を与える線状部材と、流体機器に接続された流体配管とを内部に備える可撓性の配管を有し、前記配管は接地面側が面形状であって、前記流体配管及び配管は接地面に対し流体を噴射可能な流体噴射口を有し、接地面に対して流体を噴射することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a remote work support device according to the present invention is a remote work support device for a remote work device, which is connected to the remote work device and a control device for controlling the remote work device. and a flexible pipe internally provided with a fluid pipe connected to a fluid device, the pipe having a surface shape on the ground surface side, and the pipe has a fluid injection port capable of injecting fluid onto the ground surface, and the fluid is injected onto the ground surface.
また、本発明に係る遠隔作業システムは、少なくともマニピュレータ及び移動機構を備える遠隔作業装置と、前記遠隔作業装置及び遠隔作業装置を制御する制御機器に接続され、前記遠隔作業装置に駆動力及び制御信号を与える線状部材と、流体機器に接続された流体配管とを内部に備える可撓性の配管を有し、前記配管は接地面側が面形状であって、前記流体配管及び配管は接地面に対し流体を噴射可能な流体噴射口を有し、接地面に対して流体を噴射する遠隔作業支援装置と、を有することを特徴とする。 Further, a remote work system according to the present invention is connected to a remote work device having at least a manipulator and a moving mechanism, and a control device for controlling the remote work device and the remote work device, and provides a driving force and a control signal to the remote work device. and a fluid pipe connected to a fluid device. and a remote work support device that has a fluid injection port capable of injecting a fluid to the ground surface and that injects the fluid onto the ground surface.
本発明によれば、線状部材にセンサを搭載せず、圧力制御不要で捻れを防ぎつつ、放射線環境下で使用可能な遠隔作業支援装置及び遠隔作業システムを提供することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, it is possible to provide a remote work support device and a remote work system that can be used in a radiation environment without mounting a sensor on a linear member, without requiring pressure control, and preventing twisting.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施例に係る遠隔作業システムの概略構成図である。図1に示すように、遠隔作業システム100は、遠隔作業装置1及び遠隔作業支援装置2より構成される。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a remote work system according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a
遠隔作業装置1は、物体のハンドリングが可能なマニピュレータ3、クローラなどの移動機構4、制御機器5、制御機器5とマニピュレータ3や移動機構4とを接続するケーブル6より構成される。ここで、ケーブル6は油圧配管等の他の線状部材に置き換えても良い。遠隔作業装置1は、制御機器5に入力されたマニピュレータ3や移動機構4の操作指令を、ケーブル6を通して伝達することによって、遠隔での移動や、物体切断などの作業を行うものである。ここで、遠隔作業装置1の構成は問わず、カメラを有し遠隔での環境調査などに用いるものとしても良い。
The
遠隔作業支援装置2は、流体を配管10に流すためのポンプなどの流体機器7、流体配管8を流れる流体を接地面に対して噴射可能な流体噴射口9、流体機器7と接続された流体配管8及びケーブル6を内部に備える配管10より構成される。遠隔作業支援装置2は、接地面に対して流体噴射口9から流体噴射し、遠隔作業装置1の移動時に配管10が受ける垂直抗力及び摩擦力を低減することで、遠隔作業装置1の移動を支援するものである。
The remote
図2に図1に示す配管10の断面図及び配管10の接地面側を示す。図2の右図に示すように、流体噴射口9は、流体配管8に沿って複数備えられている。流体噴射口9の個数及び配置は図2の右図に限らず、不規則に並んでいても良い。また、流体配管8において、配管長が長くなるにつれて圧力損失が大きくなる。そのため、流体機器7から遠い噴射口9での圧力は、流体機器7に近い流体噴射口9での圧力に比べ小さくなってしまう。そこで、図3に示すように流体機器7からの距離に応じて、流体噴射口9の大きさを異なるものとすることで、各流体噴射口9における圧力を均一にできる。なお図3に示す例では、流体機器7から遠ざかるに従い流体噴射口9の開口径を大きくしている。但しこれに限られるものではなく、流体噴射口9より噴射される流体の粘性によっては、流体機器7から遠ざかるに従い流体噴射口9の開口径を小さくするのが好適な場合もある。換言すれば、流体機器7からの距離に比例し流体噴射口9の開口径を定めれば良い。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the
配管10は、流体噴射時に浮力を受けやすく、配管の捻れを防ぐため図2の左図及び右図に示すように配管10の接地面側を面形状とする。ここで、面形状は次のように定義する。図4は流体噴射口9から接地面に対して流体噴射したときに、配管が回転した様子を表した図である。目標として回転角をθ以下(θ<90°)とすることを考えると、そのための条件式は、
h/w<1/tanθ-αpA/(mgsinθ)
で与えられる。ここで、hは配管接地面からの配管重心高さ、wは配管幅、αは圧力損失を表す係数、pは元圧、Aは配管が浮力を受ける面積、mは配管質量を表す。本実施例における面形状は、接地面から重心位置までの高さhと配管幅wが上記の条件式を満たすようなものとして定義する。また、この条件を満たしていれば、接地面は平滑である必要はなく、波状でも凹凸のある形状などでもよい。
The
h/w<1/tan θ−αpA/(mg sin θ)
is given by Here, h is the height of the center of gravity of the pipe from the ground surface of the pipe, w is the width of the pipe, α is a coefficient representing pressure loss, p is the original pressure, A is the area of the pipe receiving buoyancy, and m is the mass of the pipe. The surface shape in this embodiment is defined such that the height h from the contact surface to the position of the center of gravity and the pipe width w satisfy the above conditional expressions. Further, as long as this condition is satisfied, the contact surface does not have to be smooth, and may be wavy or uneven.
配管10は、図5の左図及び右図に示すように接地面に対し、流体噴射口9の周囲にクッション11を有する構成としても良い。クッション11は流体噴射口9毎に設けられていてもよい。接地面が粗い場合において、接地面との接地を補助し浮力を受けやすくなる効果がある。ここで、クッション11は、例えば、ゴム材、または、ビニールなどの管状体の内部をエアで充填したもの等が用いられる。
The
流体を配管10に流すためのポンプなどの流体機器7によって印加される圧力は、配管10の長さ、幅、質量等から設計される。ここで、配管10の接地面とクッション11によって形成される空間からの流体漏れは小さく、上記空間における圧力はほぼ等しいものとする。また、本実施例に係る配管10の適用前後で動摩擦係数は変わらないものとする。例えば、使用流体を空気とし、配管10の長さl=50m、配管10の質量m=200kg、配管10の幅w=10cm、クッション11の幅wa=1.5cmとして、クッション11を備えた図5の場合を考える。動摩擦係数をμ、配管10が浮力を受ける面積をAとすると、配管10が受ける動摩擦力は図6の右図に示すようにμ(mg-pA)となる。一方で、本実施例に係る配管10未適用の場合、配管10が受ける動摩擦力は図6の左図に示すようにμmgとなる。従って、本実施例に係る配管10の適用前後の動摩擦力比は、(mg-pA)/(mg)となる。ここで、動摩擦力比を0.11として89%の動摩擦力低減を目標としたとき、印加圧力p=0.5kPaと決まる。
The pressure applied by the
次に、遠隔作業支援装置2によって遠隔作業装置1の移動を支援するときの流れについて説明する。遠隔作業装置1が静止している状態から、別の位置に移動することを考える。まず、流体配管8に接続された流体機器7を起動し、流体配管8に圧力を印加し、水や空気などの流体を流す。流体が流体配管8を流れ、流体噴射口9から流体を接地面に噴射することで、配管10と接地面との間に圧力層が生じ、配管10に浮力が与えられる。配管10に与えられる浮力によって、配管10が接地面から受ける垂直抗力が低減する。垂直抗力を低減することによって、配管10の移動時に接地面との間に生じる動摩擦力が低減される。動摩擦力が低減されている流体噴射中に、遠隔作業装置1の制御機器5からケーブル6を介して遠隔作業装置1に制御指令を送り、遠隔作業装置1を移動させる。
なお、例えば、クローラの駆動に同期して予め定めた流体圧となるようポンプ等の流体機器7を駆動する。ここで、流体機器7は、リアルタイムでの制御は不要である。すなわち、予め定めた流体圧(一定)となるようにすれば良い。
Next, the flow of supporting the movement of the
In addition, for example, the
以上の通り、本実施例によれば、線状部材にセンサを搭載せず、圧力制御不要で捻れを防ぎつつ、放射線環境下で使用可能な遠隔作業支援装置及び遠隔作業システムを提供することが可能となる。
また、遠隔作業装置1にかかる負荷である動摩擦力を低減することで、本実施例に係る配管10の未適用時に比べ、小さな牽引力で遠隔作業装置1の移動が達成される。
As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a remote work support device and a remote work system that can be used in a radiation environment without mounting a sensor on a linear member, without requiring pressure control, and preventing twisting. It becomes possible.
Further, by reducing the dynamic frictional force that is the load applied to the
図7は、本発明の他の実施例に係る遠隔作業システムの概略構成図である。本実施例では、遠隔作業システム100aを構成する配管10の側面に備えられた流体配管12及び側面に備えられた流体噴射口13を更に備える点が実施例1と異なる。その他の構成は、上述の実施例1と同様であり、以下では、実施例1と同一の構成要素に同一符号を付し、実施例1と重複する説明を省略する。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a remote work system according to another embodiment of the present invention. This embodiment differs from the first embodiment in that a
本実施例では、配管10は、図7に示すように側面に備えられた流体配管12及び流体噴射口13を有し、配管10の側面に流体噴射可能としている。
次に、遠隔作業支援装置2aによって遠隔作業装置1の移動を支援するときの流れについて説明する。図9に示すように、遠隔作業装置1が曲がる際に、配管10が壁面角部に接触し、摩擦力によって拘束され遠隔作業装置1が移動できない場合を考える。このとき、配管10を水平方向へ移動させることで壁面から離し、遠隔作業装置1の移動を可能とする。まず、実施例1と同様の手順で、配管10が受ける垂直抗力を低減することによって、配管10の移動時に接地面との間に生じる動摩擦力が低減される。動摩擦力が低減されている流体噴射中に、流体機器7により側面に備えられた流体配管12に圧力を印加し、各流体噴射口13から配管10の側方に流体噴射することで、配管10の水平方向への移動を可能とする。配管10を水平方向へ移動して壁面から離し、遠隔作業装置1の制御機器7からケーブル6を介して遠隔作業装置1に制御指令を送り、遠隔作業装置1を移動させる。ここで、接地面と配管10の間に生じる動摩擦力が水平方向への移動を妨げない大きさであれば、接地面への流体噴射を必要としない。なお、クローラの駆動に同期して予め定めた流体圧となるようポンプ等の流体機器7を駆動することで、配管10の面形状の接地面側の各流体噴射口9から流体が噴射され、配管10の引っ掛かりを検知した場合、流体配管12及び流体噴射口13から流体を噴射する。ここで、配管10の引っ掛かりを検知する方法としては、例えば、クローラを駆動するモータの回転数或いは回転角をリニアエンコーダで検出すること等で実現できる。
In this embodiment, the
Next, the flow of supporting the movement of the
以上の通り本実施例によれば、実施例1の効果に加え、壁面との接触摩擦による拘束を解除し、遠隔作業装置1の移動が可能となる。
As described above, according to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the restriction due to contact friction with the wall surface is released, and the
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。 In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. In addition, it is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment.
1…遠隔作業装置
2,2a…遠隔作業支援装置
3…マニピュレータ
4…移動機構
5…制御機器
6…ケーブル
7…流体機器
8…流体配管
9…流体噴射口
10…配管
11…クッション
12…側面に備えられた流体配管
13…側面に備えられた流体噴射口
100,100a…遠隔作業システム
REFERENCE SIGNS
Claims (8)
前記遠隔作業装置及び遠隔作業装置を制御する制御機器に接続され、前記遠隔作業装置に駆動力及び制御信号を与える線状部材と、流体機器に接続された流体配管とを内部に備える可撓性の配管を有し、前記配管は接地面側が面形状であって、
前記流体配管及び配管は接地面に対し流体を噴射可能な流体噴射口を有し、接地面に対して流体を噴射することを特徴とする遠隔作業支援装置。 A remote work support device for a remote work device,
A flexible device internally comprising a linear member connected to the remote working device and a control device for controlling the remote working device and applying a driving force and a control signal to the remote working device, and a fluid pipe connected to a fluid device. and the pipe has a surface shape on the ground surface side,
The remote work support device, wherein the fluid pipe and the pipe have a fluid injection port capable of injecting the fluid onto the ground surface, and the fluid is injected onto the ground surface.
前記流体噴射口は前記流体配管及び配管に複数設けられ、前記流体噴射口の開口径は前記流体機器からの距離に比例することを特徴とする遠隔作業支援装置。 The remote work support device according to claim 1,
A remote work support device, wherein a plurality of the fluid injection ports are provided in the fluid pipe and the pipe, and an opening diameter of the fluid injection port is proportional to a distance from the fluid device.
前記流体噴射口の周囲にクッションを有することを特徴とする遠隔作業支援装置。 In the remote work support device according to claim 2,
A remote work support device, comprising a cushion around the fluid injection port.
前記配管は、更に側面に備えられた流体配管及び流体噴射口を有することを特徴とする遠隔作業支援装置。 The remote work support device according to claim 1,
A remote work support device, wherein the piping further has a fluid piping and a fluid injection port provided on a side surface.
前記遠隔作業装置及び遠隔作業装置を制御する制御機器に接続され、前記遠隔作業装置に駆動力及び制御信号を与える線状部材と、流体機器に接続された流体配管とを内部に備える可撓性の配管を有し、前記配管は接地面側が面形状であって、前記流体配管及び配管は接地面に対し流体を噴射可能な流体噴射口を有し、接地面に対して流体を噴射する遠隔作業支援装置と、を有することを特徴とする遠隔作業システム。 a remote working device comprising at least a manipulator and a moving mechanism;
A flexible device internally comprising a linear member connected to the remote working device and a control device for controlling the remote working device and applying a driving force and a control signal to the remote working device, and a fluid pipe connected to a fluid device. The pipe has a surface shape on the ground surface side, the fluid pipe and the pipe have a fluid injection port capable of injecting fluid to the ground surface, and a remote for injecting fluid to the ground surface A remote work system comprising: a work support device;
前記流体噴射口は前記流体配管及び配管に複数設けられ、前記流体噴射口の開口径は前記流体機器からの距離に比例することを特徴とする遠隔作業システム。 In the remote work system according to claim 5,
A remote work system according to claim 1, wherein a plurality of said fluid ejection ports are provided in said fluid pipe and said pipe, and an opening diameter of said fluid ejection port is proportional to a distance from said fluid device.
前記流体噴射口の周囲にクッションを有することを特徴とする遠隔作業システム。 In the remote work system according to claim 6,
A remote work system, comprising a cushion around the fluid ejection port.
前記配管は、更に側面に備えられた流体配管及び流体噴射口を有することを特徴とする遠隔作業システム。 In the remote work system according to claim 5,
The remote work system, wherein the piping further has a fluid piping and a fluid injection port provided on a side surface.
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