JPH01245151A - 球面上走行ロボットの走行制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は球形ガスホルダの探傷ロボットに係り、特に、
位置および方向を正確に検知し乍ら走行する自走式ロボ
ツ１−の制御方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の自動探傷装置は、第７図ないし第９図に示すよう
に、その構造は外側フレーム１、内側フレーム２、フレ
ーム駆動装置３．３’　、フレームの吸着装置９．９’
　、探傷用センサ５、および、取付テーブル６、探傷用
走査スキャンＸ軸７゜７′、Ｙ軸８，８′を主体として
構成され、走行駆動系と探傷走査駆動系とを分離独立し
ていた。

ロボットの所定量走行後、第８図に示すように、探傷駆
動系により球面板３７の上の溶接線３８゜３９をＴＶカ
メラ１１により確認し、その後、探傷走査駆動系により
、探触子（センサ）５．５’のついたテーブル６自体を
Ｘ−Ｙ両軸の設定されたパターンの通りに走査してゆく
。

従来の制御方法について、第９図を用いて説明する。ロ
ボット本体の走査については１人間の判断により一回当
りの走行量を決め、フレーム駆動装置３を動作させ、本
体の走行をするその後、探傷走査駆動系については、Ｘ
−Ｙ各軸のアクチュエータ７．８に位置検出器２１．２
１’　を接続し、いずれも、カウンタ回路２４．２４’
　を通した後、記憶演算回路（ＣＰＵ）２６に信号を送
り、演算後、初期設定Ｘ−Ｙパターンの値と比較し乍ら
。

Ｘ軸、Ｙ軸の駆動回路４０．４１を動作させ、探傷を繰
返してゆく。

これらの従来方法では、探傷走査系の自動操作は自動操
作コントローラ２５により行なえるが、ロボット本体自
身の自動走行の考慮はなされていない、この理由は、重
力によるずれ落ち、重力による系統の撓みによる走行方
向のずれなど、制御系とは全く関係のない物理的な現象
で、ずれ量のフィードバックが出来ないため、塔載した
ＴＶカメラで人間が監視し乍らマニアルで手動操作コン
トローラ２５′　を操作する方法をとっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、走行ロボットの重力に対するフレー
ムの変形９重力によるバットの変形による走行方向のず
れ、落下ずれ等について考慮されておらず、計画設定し
た方向および位置に対して発生した方向のずれ、落下ず
れなどのずれ量修正が出来ない欠点があり、ロボット自
体の現位位置を、正態に知ることが出来なかった。

本発明の目的は、これらの重力や本体の撓み等による方
向のずれ、走行量のずれのない、正確な目標への走行を
するための構造と制御の方法を提供する事にある６ 〔課題を解決するための手段〕 上記目的は、従来の外面走行ロボットの一部に三軸方向
の角速度検出センサと、これら各三軸に対応して三軸に
加速度センサを搭載し、かつ、センサからの信号変換器
と、地上に信号の演算処理コンピュータを設け、ロボッ
トの走行終了毎に位置、方向を検出し走行方向に修正を
加えることで目的が達成される。

［作用］ 本発明では、走行ロボットの中心附近に搭載した三軸方
向の角速度検出センサからの信号は、信号変換後、コン
ピュータにより積分演算処理した後、角度変化として、
角度表示される。この情報により、初期位置からの三軸
方向の角度位置が判明する。

更に、角速度センサの軸に対応して取付けられた加速度
計の信号は、コンピュータの積分演算処理により速度、
二回積分演算処理により距離変化として、距離表示され
る。

即ち、三軸方向の角速度より角度情報を、他の三軸方向
の加速度計より距離情報を得る。

コンピュータにより、タンクの直径と、ロボットの走行
始点位置情報をインプットしてやれば、これと比較して
、ロボット走行毎の現在位置を、正確に知ることが出来
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図および第２図により説
明する。

本発明の球面走行ロボットは、第１図に示すように、そ
の本体は、外側フレーム１．内側フレーム２．フレー１
１駆動装置３．内外フレーム旋回装置４．探傷センサ５
．探傷センサテーブル６、テーブル走査駆動装置７，８
１球面吸着装置９゜１０、球面監視テレビ１１．三軸セ
ンサ取付台１２、角速度検出センサ１３，１４，１５．
加速度検出センサ１６，１７．１８　（以下これら六ヶ
の検出センサを合せ、センサユニットと称する。）から
構成されている。

即ち、従来の球面走行ロボットに対して、（１）ロボッ
トの中心付近の一部に、三軸方向の独立した角速度検出
センサを設けた。

（２）同上、三軸方向の独立した加速度検出センサを設
けた。

（３）走行方向の修正をするための、内外フレーム間旋
回機構を設けた。

このロボット本体の歩行（走行）動作は、次のようにし
て行なわれる。

即ち、第４図に示す球形タンクの定位置に球面走行ロボ
ットを取付け、この状態で内側フレーム。

外側フレームの各々に取付けられた真空パッド９゜１０
で球面に吸着する。走行は外、又は、内側の一方のフレ
ームをタンクに吸着させた後、他のフレームの真空パッ
ドを解放し、このフレームを走行駆動モータ３で送り出
し、所定位置でこのフレームの真空パッドを用いて球面
に吸着させる。この後、他のフレームの真空パッドを切
って同様にフレームを送り出すことで歩行走行が可能と
なる。

フレームを走行する場合、パッドが球面から完全に浮く
様に、また、吸着する時は本体よりパッドに加圧力が掛
けられるよう、パッドとフレームの間にシリンダを介し
て取付けた方が効果的である。

また、上フレームと下フレームを別々に旋回し、ロボッ
トの進行方向をも自由に変えることができ、この場合の
歩行順序も前後進の場合と同一で、駆動モータとして旋
回モータを廻してやればよい。

次に、全体の制御システムの構成について、第２図を用
いて説明する。

球面走行ロボットの走行駆動モータ３．内外面フレーム
の旋回駆動モータ４．探傷テーブルの走査駆動モータ７
．８の各々のモータには位置検出器１９，２０．２１が
設けられ、各々の位置検出信号はカウンタ回路２２，２
３．２４を経て、全体制御盤２５に入り更に、記憶演算
回路（コンピュータ）２６の内部で指令値と比較され、
指令値との差分のみ、制御盤２５を通して各駆動モータ
にフィードバックされる。初期設定値は、ロボットの走
行する入き方向、距離［（緯度方向）（経度方向）コに
ついて設定してやる即ち、（１）走行方向の設定（ロボ
ットの向き）（２）走行距離の設定（緯度方向、経度方
向）（３）走行後の走査スキャン寸法の設定。

（ｘ−ｙ各方向のスキャン寸法決定） の三条外を設定してやる。

次に、探傷用センサ５は、プリアンプ２９を通して信号
を増１１］　した後、探傷試験１ｆｉ３０に入る。

探傷試験機内で信号処理化した検査データ信号は、コン
ピュータに送られ、傷の種別、形状、存在場所、他のデ
ータに処理され、収録装置３１にデータ収録される。ま
た、必要に応じて、探傷データのプリントアウトを行な
う。

この場合、コンピュータが大容量化してしまうため、コ
ンピュータ２６は、制御用と、探傷データ処理用とを分
けて設ける方が望ましい。

次に、ロボット本体の中央部付近に設けたセンサユニッ
トとその制御について説明する。

センサユニットは、ロボットの中央部付近に取付台１２
を設け、この上に堅固に取付ける。

センサユニットは、前述のように、三軸方向の角速度検
出センサ合計三個と対応する三軸方向の加速度センサ合
計三個より構成されるが、その配置は、第３図、第４図
に示すように、球形タンクの緯度方向の角度変化をＹ軸
、経度方向の角度変化をＸ軸、ロボット本体の旋回角を
Ｙ軸とすると、これらの三軸を、第３図に示すように、
各軸とも互いに９０”直交するように三軸のセンサを配
列する。

即ち、角速度センサを１３．１４．１５のように、加速
度センサを１６．１７．１８のように配列してやる。

この様にセンサユニットを配列してロボットの中心部附
近に取付けた後、初期ロボットの取付設定位置を原点（
基準点）として設定する。

その後、ロボット本体が走行すれば、センサユニットの
各軸センサが動作し、変化に対応した変位信号（主とし
て電圧変化）を生じる。

この信号を増巾器３２．３３で増巾した後、Ａ／Ｄ変換
器３４．３５によりデジタル変換し、演算処理用コンピ
ュータ３６に入力する。

このコンピュータにより角速度信号を精分演算して変位
角度として表示する。

一方、加速度センサの検出信号も同様にコンピュータに
より演算処理する事により距離として表示する。この様
にして得られた三軸方向の角度と、三軸方向の距離から
球の表面のどこにロボットが存在するのかコンピュータ
で計算し、現実に発生する重力落下ずれや重力による本
体変形歪による進行方向のずれ量を定量的に計測する事
ができる。

第５図に示す球形ガスボルダ上の０点を基点（始点）と
して、走行スタートし、Ｘ軸（線点の変化しない方向→
経度方向）方向に走行し乍ら探傷する場合について説明
する。

第６図に示すように、まず、０点の位置でロボットの走
行方向をＸ軸方向に向ける。所定時間ＴＩ走行し停止位
置Ａでセンサユニットの信号情報を基に方位角度２位置
を演算し、目標ラインとのずれ量ΔＹおよび走行ずれ角
度−〇ｙｌを確認する。次いで、ロボットを目標ライン
、ポインＩ・Ｂへ移動するが、この場合の設定値はΔＹ
１．および、角度はずれ角と反対に＋０ｙ２（距離によ
って変化する）となる。ポイントＢ２に達したら、ロボ
ットの走行方向を、フレーム旋回モータ４を用いて、目
標のＸ軸うインに合せ、Ｃポイントより探傷走査（スキ
ャンニング）を開始する。

また、スキャンニング完了後、コンピュータよりの指示
で、再度旋回モータでロボットの向きを＋θｙ１にセッ
トする。この状態より次のポイントＥまで走行するが、
重力等の影響で、ポイントＡと全く同様に落下ずれΔＹ
を生じ、丁度目標ライン上のポイントＥ′に到達する。

しかし、従来の経験では、落下ずれ量は周囲条　４件（
雨によるぬれ、風圧、温度によるパッドの影響）により
変化するため、ポイントＥ′で再びセンサユニッ１−で
位置の確認をしてやる方が高精度の走行が可能となる。

この様にして走行−センサ位置確認−位置方向修正を繰
返すことによって、高精度で目標ラインを走行すること
ができる。

本実施例によれば、ロボッ１への駆動系の誤差に関係な
く現在位置を確認し、位置、方向を修正することが出来
る。

このため、従来のロボットでは不可能であった重力落下
ずれや、剛性撓みによる走行方向ずれ等を検知し乍ら走
行方向・位置の修正ができ、正確。

高精度な目標への走行が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、球面走行ロボットに搭載した三軸方向
の角速度、および、加速度センサユニットにより、コン
ピュータと組合せて、ロボットの現在位置を独立して計
測することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の球面走行ロボットの構造
図、第２図は、本発明の一実施例のロボット走行制御シ
ステム図、第３図はセンサユニットの斜視図、第４図は
球形ガスホルダの側面図。 第５図、第６図は本発明のロボット走行方法を示すパタ
ーン図、第７図、第８図は従来の球面走行ロボットの構
造図、第９図は従来のロボット探傷制御システムのブロ
ック図である。 １．２・・・走行フレーム、３・・・走査駆動装置、４
・・・旋回装置、５・・・探傷センサ、７，８・・・走
査駆動装置、９，１０・・・吸着装置、１１・・・テレ
ビカメラ、１２・・・センサユニット取付台、１３〜１
５・・・角速度検出センサ、１６〜１８・・・加速度検
出センサ。 第１［！１ ６３囚 第４（！１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、球面吸着機構と球面上の走行機構と、走行方向を変
   化する方向変換機構とを備えた走行ロボットと、前記走
   行ロボットの各機構を制御するための制御装置と制御量
   を計算指令するコンピュータと、これらの機器間を結ぶ
   ケーブルおよび吸着系のホースとから成る球面上走行ロ
   ボットにおいて、 前記走行ロボットの一部に三軸方向の角速度検出用セン
   サとこれに対応する三軸方向の加速度検出用センサを搭
   載し、前記センサからの信号をＡ／Ｄ変換した後、前記
   コンピュータで演算処理し、球面上の位置、方位情報と
   し、前記走行ロボットの必要走行量毎に初期設定値と比
   較し乍ら方向、位置を修正することを特徴とする球面上
   走行ロボットの走行制御方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、 搭載する前記センサに、三軸方向の前記角速度検出セン
   サを搭載し、三軸方向の角速度信号を前記コンピュータ
   で演算処理し、方位角度のみから、前記ロボットの球面
   上の位置を求め、これに基づいて前記ロボットの走行方
   向を修正することを特徴とする球面上走行ロボットの走
   行制御方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、 搭載する前記センサに、一軸もしくは二軸の角速度検出
   センサを搭載し、一軸もしくは二軸方向の信号情報によ
   り前記ロボットの走行方向を修正することを特徴とする
   球面上走行ロボットの走行制御方法。 ４、特許請求の範囲第１項において、 前記角速度検出用センサと前記加速度検出用センサと、
   Ａ／Ｄ変換器と、前記コンピュータを含めてセンサユニ
   ットとして前記走行ロボットに搭載し、前記センサユニ
   ットより直接角度および位置の情報が得られるようにし
   たことを特徴とする球面上走行ロボットの走行制御方法
   。