JPH0125678B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、人の立入ることができない狭い空間
内の点検や簡単な作業をするための多関節アーム
装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

塔槽類の内部や核融合炉の炉体内部、核燃料再
処理工業遮へいセル内の塔槽類等のように、大き
な開口部を設置して人間が中に入つて内部の点検
や簡単な作業をすることが空間的な制約や高放射
線領域等の環境の安全上の制約から不可能な施設
では、運転する人間が安全な場合におり、作業を
行う装置だけを前記のような環境内に設置あるい
は進入させて、遠隔操作により作業が行うことが
できる装置の実用化が強く要望されている。

〔発明の目的〕

本発明は、狭い空間や悪環境下において検査や
簡単な作業をするのに適した、形状が自在に変形
できる多関節アーム装置を提供することを目的と
する。

〔発明の概要〕

本発明は、複数個のアームを直列に関節部を介
して連結した多関節アームを回転部に巻きつけて
収納し、点検現場への移動を容易にすると共に、
狭い空間での多関節アームの操作ができる多関節
アーム装置である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、人間が近ずくことができない
場所の点検や簡単な作業が可能になるばかりでな
く、点検対象への多関節アームの出し入れの操作
が狭空間で可能であり、また、多関節アームの移
動も容易になる。

〔発明の実施例〕 以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。

本発明の多関節アーム装置は、第１図に示すよ
うに、多関節アーム１と、この多関節アーム１の
根元を支持する支持部２と、多関節アーム１の先
端に設けられたTVカメラあるいは簡単な作業を
するためのハンド等の点検作業部３を点検位置よ
り引き込みながらこの多関節アーム１を巻き付け
る回転部を構成する回転ドラム４と、この回転ド
ラム４および多関節アーム１の関節部１_-21〜１_-
２ｏの動作を制御する制御装置Ｃとで主に構成され
ている。なお、関節部１_-21〜１_-2oのそれぞれの
間は支持部１_-11〜１_-1oで連結されている。ま
た、回転ドラム４は、第２図に示すように、駆動
軸５、減速機６を介してモータ７で回転駆動され
る。そしてこの回転ドラム４の回転角度はフレー
ム８内の歯車９，１０を介して駆動軸５に連結し
ているポテンシヨメータあるいはエンコーダ等に
よる回転角度検出器１１で検出される。

多関節アーム１は、第３図に示すように、支持
部１_-12が、支持部材１_-32と、このアームが周囲
の物体に接触したときにどの方向で接触したかを
検知する接触センサ１_-421，１_-422，１_-4231とで
構成され、同様に他の支持部１_-1oについても上
述のように構成され、関節部１_-22がユニバーサ
ルジヨイント１_-52と、直交する各軸を回転する
一対のモータ１_-621，１_-622とで構成され、他の
関節部１_-2oについても同様で、これらの全体は
接触センサに悪影響のない程度に柔軟で特に関節
部で可撓性のある構成の被覆体１_-7で被覆されて
いる。このモータ１_-621…はブレーキ機能を有
し、所定の駆動制御信号によつて所定の角度に回
転して、その回転した位置に固定されアームの自
重あるいは外力などでアームの回動角が変化しな
いように構成されている。この回動角はモータの
回転量を検出して信号を出力するが、別途ポテン
シヨメータなどの回転位置検出器（図示せず）を
設けても良い。また最大回動角度は図示しないリ
ミツトスイツチを設けて検出するようになつてい
るが駆動信号で制限しても良い。

多関節アーム１の先端に設けられている点検作
業部３は、第４図に示すように、TVカメラ３_-1
と、前方の障害物との距離を計測する前方距離計
３_-2と、周囲の障害物との距離を計測するための
３方向の側方に設けた側方距離計３_-31，３_-32、
（３_-33、図示せず）とで主に構成されている。な
お、この先端には簡単な作業をするハンド等を設
けて構成しても良い。

このように順次支持部材１_-13，１_-14，…１_-1
ｏ，１_-1o+1と２つの自由度を持つている関節部１
_−２３，１_-24，…１_-2oを結合しているため、許容さ
れる範囲の立体角内で自由に運動することがで
き、複雑な姿勢をとることができる。したがつ
て、各関節部１_-21，…１_-2oの曲げ角度の組合せ
により点検作業部材３を空間の指定する位置に移
動させる場合たとえば、ある物体の裏側をまわり
込んで進むことも可能である。

支持部２は回転ドラム４に固定してあり、支持
部関節２_-1は、多関節アーム１の関節と同じよう
に２つの自由度をもつか、あるいは回転ドラム４
の円周方向に可動できる１つの自由度でもよい。
回転ドラム４は、中心０を軸として回転すること
ができ、円周に多関節アーム１を巻きつけるよう
にして収納される。

第２図および第３図は、この多関節アーム１が
径路Ｘ−X′に沿つて繰り出し挿通孔Ｙを通る状
態を示す。このように多関節アーム１を径路Ｘ−
X′に沿つて繰り出すには、回転ドラム４の回転
角度を検知しながら、多関節アーム１と径路Ｘ−
X′との関係位置を演算によつて求め、多関節ア
ーム１の各関節部１_-21，１_-22，…１_-2oの角度を
制御する。したがつて、このように構成された多
関節アーム１の先端部例えば、点検作業部３の空
間位置Ｑは、支持部材１_-11の長さをl₁₁、１_-12の
長さをl₁₂、…１_-1oの長さをl_1o、１_-1o+1の長さを
l_1o+1とし、関節部２−１の曲げ角をФ₀、関節部
１_-21の曲げ角即ち支持部材１_-11と１_-12間の角度
をФ₁、関節部１_-22の曲げ角をΦ₂、…関節部１_-2
ｏの曲げ角をΦ_oとし、回転ドラム４の回転角度を
Θとすると、 Ｑ＝ｆ（Θ、Ф₀、Φ₁、Ф₂…Ф_o、l₁₁、l₁₂、…l_1
o、l_1o+1）……(1) として表わすことができる。

各関節部の位置も、関節部２−１の位置をQ₀、
関節部１_-21をQ₁、関節部１_-22をQ₂、…関節部１
_−２ｏの位置をQnとすると、 Q₀＝f₀₀（Θ） Q₁＝f₁（Ф、Ф₀、l₁₁） Q₂＝f₂（Θ、Θ₀、Θ₁、l₁₂） 〓 Qn＝f_o（Θ、Ф₀、Ф₁、…Ф_o-1、 l₁₁、l₁₂、…l_1o） ……(2) として表わすことができ、(1)、(2)式から、先端部
及び各関節部の位置を知ることができ、また、各
関節の位置を与えて、Θ、Ф₀、Ф₁、…、Ф_oを
(1)、(2)先から求めることもできる。

このような各関節部および先端部の位置の算出
及び制御には通常コンピユータが使用される。こ
のコンピユータを用いた制御装置Ｃは、第７図に
示す如く構成されている。第７図において１_-611
〜１_-6o2は多関節アーム１の各関節（２_-1，１_-21
〜１_-2o）を動かすためのモータ、１２₁〜１２ｎ
は各関節の回転角を計測するエンコーダ１_-411〜
１_4o3は各単位アーム（１_-11〜１_-1o+1）の表面に
とりつけられた接触センサである。さらに、７は
回転ドラム４を回転させるモータ、１１は、モー
タ７の回転量を計測するエンコーダである。１３
はモータ駆動回路、１４は計算機、１５は計算機
入出力装置であり、１３，１４，１５で制御装置
Ｃを形成する。１６は点検作業部３に設けられた
テレビカメラ、１７はテレビモニタである。

次にこれらの動作について説明すると、第８図
に示すように、検査対象までの軌道をｎ分割した
分割点の座標値を関節制御手段１８に入力する座
標値入力手段１９と、関節制御手段１８の構成部
分で入力手段１９からの信号で多関節アームの関
節角度Фを計算する。Ф計算手段２０と、この計
算した値から関節角度Фを指令するФ回転指令手
段２１と、この指令により関節駆動モータ２２を
制御するモータ制御装置２３とで主に構成され、
動作中の角度は関節回転角度検出手段２４で検出
してФ計算手段２０とモータ制御装置２３へ入力
している。また各アームに装着されている接触検
出手段２５は接触個所判別手段２６を介して接触
個所を表示する接触個所表示手段２７で、どこが
障害物に接触したかを確認し、新たに障害物に接
触しないような軌道を修正軌道作成手段２８で作
成し、得られた修正軌道は前述同様にｎ分割して
分割点の座標値入力手段に入力して再度関節制御
手段２９で信号処理を行なうようになつている。

また、回転ドラム４の駆動モータ７は回転ドラ
ム制御手段２９で制御される。この回転ドラム制
御手段２９は回転ドラム４の回転角度Θを座標値
入力手段１９からの位置信号を基に計算するΘ計
算手段３０と、得られた値から回転角度Θを指令
するΘ回転指令手段３１と、この指令によつて回
転ドラム駆動モータ７を制御するモータ制御装置
３２とで構成され、回転角度検出手段１１で検出
された角度信号をΘ計算手段３０とモータ制御装
置３２へ入力して所望の回転位置に回転できるよ
うになつている。

故にこのような制御装置Ｃによつて多関節アー
ムの関節角度を制御しながら回転ドラムにこのア
ームを巻きつけたり、巻きもどしたりすることが
できる。

以上述べたように本発明によれば、多関節アー
ムを持ち運びする際には回転ドラムに巻きつけた
状態にし、使用場所において、アームを伸長させ
ることができるため、持ち運びに都合が良く、ま
た使用場所に広い場所を必要としない等、保守点
検には最適である。

〔発明の他の実施例〕

次に本発明の他の実施例について説明する。前
述した装置では点検すべき個所への挿通孔Ｙが回
転ドラム４の回転中心位置と同じ高さでない場合
には、多関節アームの利用できる長さが減少する
ことになる。そこで、第９図に示すように、回転
ドラム４を支持しているフレーム８と共に多関節
アーム１などの全体を上下動することのできるリ
フト装置３３を設けることにより、多関節アーム
１を最大限長で作業することができるようにな
る。このリフト装置３３は、第１０図に前述装置
と同一部分については同一符号を附して示したよ
うに、フレーム８を下から保持してフレーム３４
に設けられている軸受を介して上下動作をするこ
とのできる上下軸３５と、この上下軸３５に固定
されたラツク３６と、このラツク３６に噛合され
て駆動軸３７に軸設されているピニオン３８と、
駆動軸３７を駆動するように減速機３９を介して
連結されている上下駆動用モータ４０と、このモ
ータ４０の駆動軸３７に軸設された歯車４１，４
２を介してポテンシヨメータあるいはエンコーダ
等で構成され回転ドラム４の上下移動量を検知す
る位置検知機４３とで構成されている。

このように構成されたリフト装置３３は、モー
タ４０の回転を減速機３９を介してピニオン３８
へ伝えラツク３６を上下する。したがつて回転ド
ラム４が上下する。一方、ピニオン３８の回転量
は歯車４１，４２を介して位置検知機４３に伝え
られ、ラツク３６の上下量として検出される。

このようにして、回転ドラム４の上下方向の高
さ位置を検知して、制御することにより例えば、
第１１図のように回転ドラム４の中心Ｏから
O′に持ち上げ径路Ｘ−X′に沿つて、最大の長さ
まで、多関節アーム１の先端を伸ばすことができ
る。

本発明のその他の実施例として第１２図に示す
ように装置全体を移動車４４に取付けて移動する
ことにより、機動性を増すことができる。

また第１３図に示すように回転ドラムを複数個
４_-1，４_-2設けて複数個の多関節アーム１_-1，１
_−２を繰り出し、それぞれ先端に点検作業部３_-1，
３_-2を設けて、協調作業をするように構成しても
良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の側面図、第２図はその断
面図、第３図は部分構成断面斜視図、第４図は部
分斜視図、第５図および第６図は動作を説明する
側面図、第７図は制御装置を示すブロツク図、第
８図はその動作回路を示すブロツク図、第９図は
本発明の他の実施例を示す側面図、第１０図はそ
の断面図、第１１図はその動作を説明する側面
図、第１２図は本発明のその他の実施例を示す側
面図、第１３図はさらにその他の実施例を示す斜
視図である。 １……多関節アーム、２……支持部、３……点
検作業部、４……回転ドラム、７……モータ、１
１……角度検出器、４３……位置検知器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数個のアームを直列に関節部を介して連結
   し、この連結した関節部の関節角度を制御するよ
   うに構成した多関節アームと、該多関節アームの
   根元を支持する回転部と、この回転部を回転させ
   る回転手段と、前記回転部の回転する回転角を検
   知する回転角検出手段と、前記多関節アームの関
   節角度と前記回転部の回転角度を制御する制御手
   段と、前記多関節アームを前記回転部の回転軸の
   周囲に巻付ける巻付制御手段とを具備したことを
   特徴とする多関節アーム装置。 ２ 回転部を上下移動する機構を具備してなる特
   許請求の範囲第１項記載の多関節アーム装置。 ３ 回転部を移動車に載置したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の多関節アーム装置。 ４ 多関節アーム及び多関節アームを支持する回
   転部を複数個同一フレームに具備したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の多関節アーム
   装置。