JPH0258077B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、遠隔点検作業等に使用する多自由度
アーム形点検装置に係り、特に原子炉施設等で実
施する作業条件の厳しい狭あい部の点検作業を行
うのに好適な多自由度アーム形点検装置に関する
ものである。

〔発明の背景〕

近年、原子力施設等に収められている機器類の
健全性を検査するための遠隔点検システムが開発
されている。この種の遠隔点検システムは、例え
ば動燃技報（No.53，1985年３月発行）の95頁〜
102頁における「東海再処理工場セル内遠隔点検
システムの開発について」（著者石橋祐三）に記
載されており、先端に電動ズームレンズ付テレビ
カメラを装着した多関節アーム形点検装置を用い
て原子力施設等の各種機器の遠隔点検作業を行う
システムが提案されている。

ところで、このような遠隔点検装置に使用する
多自由度アームは、一般に種々の態様のものが考
えられるが、例えば生産工場等で使用される産業
用ロボツトと同様のものを使用する場合には、取
扱い荷重が数Kgに対してアームの自重量は数百Kg
と重くなり、人手による運搬は不可能であり、多
自由度アームは固定式となるか大規摸な搬送装置
で支持する必要があつた。また多自由度アームの
関節駆動方式は、一般にアームの駆動モータを駆
動装置側に集中配置し、モータの駆動力をワイヤ
やチエーン方式でアーム駆動機構に伝達したり、
関節付アーム毎に駆動モータを配置して直接に関
節付アームを駆動させる方式のものがあるが、ワ
イヤやチエーン方式の場合には構造が複雑となり
且つワイヤの寿命や延びによる制御精度上の問題
があり、また関節付アーム部毎にモータを配置す
る方式はアームの自重が大きいため大きなトルク
を必要とし且つアーム全体が大型化し、狭あいな
場所の点検を行うのに不適であつた。

更に、多自由度アームは、通常直流サーボモー
タによつて駆動されているが、アーム先端にズー
ムレンズ付テレビカメラの如き振動に影響されや
すい視覚装置を付ける場合には、アームの姿勢保
持に極めて厳しいサーボロツク性能が要求されて
いた。

〔発明の目的〕 本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、狭あいな場所での
設置や運搬が可能にして分解組立が容易に行い得
ると共に、遠隔点検操作を高精度に且つ容易に行
い得る多自由度アーム形点検装置を提供すること
にある。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するために、多自由度
アームの先端部に被点検物を点検観察する視覚装
置を装着し、且つ前記多自由度アームをモニタ装
置で監視しながら遠隔操作を行うようにした遠隔
操作方式の多自由度アーム形点検装置において、
前記多自由度アームを、複数の上下振りアーム部
材及び左右振りアーム部材の夫々を上下方向或い
は左右方向に回動可能となるように交互に連接し
てなる多関接形アームにより構成すると共に、前
記上下振りアーム部材と前記左右振りアーム部材
との夫々の内部にはこれらの各アーム部材を上下
回動或いは左右回動させるウオームとウオームホ
イールからなる関節駆動機構を配設し、前記駆動
機構を駆動させる複数の駆動モータを前記多自由
度アームと別個にユニツト形成された駆動ユニツ
トに収納し、更に前記左右振りアーム部材と前記
上下振りアーム部材との内部には前記した各関節
駆動機構に回転力を伝達する複数のフレキシブル
シヤフトを貫通させて、このフレキシブルシヤフ
トの夫々の一端を前記した各関節駆動機構のウオ
ームと連結し、且つ他端を前記駆動ユニツトに収
納した前記駆動モータにスライド継手を介して着
脱可能に連結すると共に、前記多自由度アームを
前記駆動ユニツトに着脱可能に固定保持させてな
るものである。

このような構成よりなる本発明によれば、多自
由度アームを駆動させる駆動モータを多自由度ア
ームの各アーム部材に設ける必要がなくなり、且
つ多自由度アーム内の内部構造が簡略化されるの
で、多自由度アームを小型（小径）にして軽量に
形成することができ、狭あい部の点検作業が可能
となる。また、多自由度アームが小形軽量化され
て運搬が容易となり、且つ多自由度アームと駆動
ユニツトの分解組立が作業現場で行い得る。そし
て、駆動モータを遠隔操作手段を介して駆動させ
ると、フレキシブルシヤフトを介して各関節駆動
機構のウオームとウオームホイールが作動し上下
振りアーム部材と左右振りアーム部材とが上下，
左右のいずれかに所定量だけ回動し、多自由度ア
ームが狭あい部の中を任意の屈曲動作を行いつつ
被点検物のある位置に到達する。特に、このよう
な動作を行う場合において、フレキシブルシヤフ
トには多自由度アームの屈曲動作に追従して伸縮
力が働くが、フレキシブルシヤフトはスライド継
手に接続されているので、この伸縮力が吸収され
支障のない回転伝達動作を行い得る。また、フレ
キシブルシヤフト自身がもつている捩れが関節駆
動機構のウオームとウオームホイールのギヤ比分
の１に低減され、関節駆動機構が多自由度アーム
の各アーム部材を高精度に駆動させ、更に関節駆
動機構が停止した場合には、ウオームとウオーム
ホイールにセルフロツク機能が働き多自由度アー
ムを安定した不動状態に保持し、多自由度アーム
先端に設けた視覚装置がぶれることなく被点検物
をとらえることができる。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例を第１図ないし第１１図に基
づき説明する。

第１図は本発明の一実施例たる多自由度アーム
形点検装置を原子炉再処理工場のセル内点検に用
いる使用状態図を示すもので、同図に示すように
この多自由度アーム形点検装置は、先端に視覚装
置２を装着た多自由度アーム１と、多自由度アー
ム１の挿入，引抜きをガイドし且つ監視用テレビ
カメラ４及びテレビカメラ用照明灯５を吊持する
役割をなすガイドチユーブ３と、多自由度アーム
１を駆動する駆動源を収納する駆動ユニツト６
と、移動用キヤスタを備えて駆動ユニツト６を移
動可能に支持する移動ユニツト７と、第１１図の
遠隔点検システムに示すような多自由度アーム制
御装置１０，計算機１１，視覚装置用制御装置１
２，視覚情報処理装置１３，操作部１４を収納す
る制御ユニツト８と、視覚情報を表示する情報表
示装置１５を備えた監視ユニツト９とにより構成
されている。１６はコンクリートセル構造体、１
７はコンクリート壁に設けた点検孔、１８は被点
検物である。

第２図及び第３図は多自由度アームの構成概略
図を示すもので、第２図に示すように多自由度ア
ーム１は複数の上下振りアーム部材２１と左右振
りアーム部材２２とを交互に連接してなる多関節
用アームにより構成され、その基部端に多自由度
アーム１を駆動ユニツト６の側面に着脱可能に固
定保持させるための保持アーム２０が接続されて
いる。また、多自由度アーム１の先端には、視覚
装置２が構成するテレビカメラ３０，ズームレン
ズ３１，スキヤニングミラー３２，照明３３が装
着されている。上下振りアーム部材２１，左右振
りアーム部材２２，保持アーム２０の内部は、第
３図に示すように中空状に形成され、各アーム部
材２１，２２の中空内部には後述するようなアー
ム駆動用のウオーム２３，２３′及び扇形状のウ
オームホイール２４，２４′が配設され、また各
ウオーム２３，２３′と駆動ユニツト５側に収納
した各駆動モータ（減速付直流モータ）２６とを
連結する回転伝達用のフレキシブルシヤフト２５
が複数本挿通されている。

第４図及び第５図は上下振り用のウオーム２３
及びウオームホイール２４を配設したアームの内
部構造を示すもので、第４図，第５図に示すよう
にウオームホイール２４を固着した回動軸２８が
左右振りアーム２２の先端側に水平方向に軸着さ
れ、回動軸２８の両端に上下振りアーム部材２１
の後端部が固着され、且つウオームホイール２４
の下側にウオーム２３が噛合している。またウオ
ーム２３の一端にフレキシブルシヤフト２５が連
結部２９を介して固着されている。従つて、フレ
キシブルシヤフト２５が駆動モータ２６により回
転するとウオーム２３が回転し、ウオーム２３の
回転角はウオームホイール２４とのギヤ比分だけ
減速されてウオーム２４に伝達され上下振りアー
ム部材２１が上下方向に回動する。フレキシブル
シヤフト２５はばね状回転伝達機構であるインナ
ーシヤフトを組込んでなるもので、駆動モータ２
６の回転角がフレキシブルシヤフト２５，ウオー
ム２３の回転角となる。なお、第５図における中
央位置付近に示す符号の２５は他のアーム部材に
設置されたウオーム２３，２３′と連結するフレ
キシブルシヤフト、３０は視覚装置２の制御用の
ケーブルである。

第６図及び第７図は左右振り用のウオーム２
３′及びウオームホイール２４′を配設したアーム
の内部構造を示すもので、ウオームホイール２
４′は上下振りアーム部材２１の先端に垂直に軸
着された回動軸３１に水平方向に向けて固着さ
れ、且つ回動軸３１の両端に左右振りアーム部材
２２の後端が固着されており、ウオームホイール
２４′にウオーム２３′が噛合しているもので、ウ
オーム２３′の一端に連結部２９を介してフレキ
シブルシヤフト２５が連結され、フレキシブルシ
ヤフト２５の回転によりウオーム２３′，ウオー
ムホイール２４′を介して左右振りアーム２２が
左右方向に回動する。

第８図はフレキシブルシヤフト２５と駆動モー
タ２６の接続構造を示すもので、駆動モータ２６
の出力側にはトルクリミツタ３２が取付けられ多
自由度アーム１が障害物等に接触した時でもフレ
キシブルシヤフト２５に過大なトルクが加わるこ
とを防止している。また、フレキシブルシヤフト
２５の一端にはスライド継手２７を達成するスプ
ライン軸２７ａが取付けられ、このスプライン軸
２７ａがトルクリミツタ３２の出力側に設けた継
手本体２７ｂに摺動自在に且つ着脱可能に装着さ
れている。３３はトルクリミツタ３２の回転変位
をギヤ３４を介して検出するポテンシヨメータで
ある。第９図は多自由度アーム１におけるアーム
駆動機構の制御系を示す模式図であり、操作部１
４からアーム制御装置１０を介して駆動モータ２
４に駆動信号を発すると、多自由度アーム１は作
動するが、この場合多自由度アーム１の各アーム
２１，２２の関節移動量がポテンシヨメータ３３
が検出され、この検出信号と操作部１４との指令
値とが常に比較制御され偏差が零になるように位
置制御される。３５は計算機１１にて処理された
多自由度アーム１の形状を３次元的に表示する
CRTで、本例ではアーム形状の方向性を３次元
的に理解し易くすために、視覚装置２の視線方向
を計算機１１で算出してCRT３５に点線で表示
し、その点線の到達セル側面を色付けしている。
また、３６は多自由度アーム１の各アーム部材２
１，２２が屈曲動作中に壁面その他の障害物に接
触した時にこれを検出する接触センサで、接触セ
ンサ３６は例えば感圧ゴムセンサで形成され、上
下振りアーム部材２１及び左右振りアーム部材２
２とこれらの関節の外周に円周方向に90゜間隔で
貼着されており、接触センサ３６からの信号は計
算機１１にて演算処理され、その接触部のアーム
部材のナンバーとその接触方向がCRT３５に表
示されると同時にモータ２６の動作も停止（イン
ターロツク）するように設定されている。

なお、上記制御システムではポテンシヨメータ
３３の信号量はウオーム２３，２３′と回転伝導
形フレキシブルシヤフト２５をもつているねじれ
角（バツクラツシ）分だけ誤差となつて発生する
が、この誤差量はウオーム２３とウオームホイー
ル２４の減速比を約70程度にすれば、最もフレキ
シブルシヤフト２５が長くなる多自由度アーム１
における先端の左右振りアーム２２の振れ角でも
１〜２度のものであるから本装置の使用精度の点
から何ら問題がない。

第１０図は多自由度アーム１を建造物に挿入・
引抜き案内するガイドチユーブ３の具体例を示す
もので、ガイドチユーブ３の先端に回動可能に軸
着されたカメラ取付台３７を設け、カメラ取付台
３７の上に多自由度アーム１の形状と周囲の干渉
物を監視して多自由度アーム１の操作を容易にす
るバツクアツプ用監視テレビカメラ４及び照明５
を取付けてある。このカメラ取付台３７は、ガイ
ドチユーブ３を点検孔１７に挿入する際には挿入
に支障がないように水平状態に保持され、挿入後
取付台３７の先端を保持したワイヤ３８がハンド
ル３９の操作で緩められカメラ４，照明５の自重
で吊り下げる方式とし、またガイドチユーブ３の
中央を障害物のない空胴とし、ローラ４０にそつ
て多自由度アーム１の挿入を容易にしている。

次に本実施例の動作を説明する。

例えば原子炉建造物等のセル内点検を遠隔操作
を行う場合には、点検フロアＦに多自由度アーム
１、挿入アーム２０、駆動ユニツト６、移動ユニ
ツト７、制御ユニツト８、監視ユニツト９、ガイ
ドチユーブ３等を分割した状態で搬入し、これら
の部材をコネクターにより電気的に接続する。次
いで点検孔１７にガイドチユーブ３を取付けた後
に監視テレビカメラ４のモニタ装置９で監視しな
がら多自由度アーム１を挿入し、次いで保持アー
ム２０を介して多自由度アーム１と駆動ユニツト
６を接続すると共に、多自由度アーム１を挿入し
たフレキシブルシヤフト２５の夫々の一端をスプ
ライン軸２７ａと継手本体２７ｂの結合によつて
駆動モータ２６の出力側と接続させる。

次いで、監視テレビカメラ４のモニタ画面で多
自由度アーム１を監視しながら、操作部１４で操
作すると、各駆動モータ２６が操作指令値に応じ
て作動し、各フレキシブルシヤフト２５を介して
その回転角がウオーム２３，２３′に伝達され且
つウオームホイール２４，２４′が上下回動或い
は左右回動を行い、多自由度アーム１が種々の屈
曲動作を行いながら被点検物１８に接近し多自由
度アーム１の先端に設けた視覚装置２が被点検物
１８を観察点検する。このような多自由度アーム
１の屈曲動作時においては、フレキシブルシヤフ
ト２５の固定点２９とトルクリミツタ３２の間の
必要長さが変つてくるが、フレキシブルシヤフト
２５の必要長さの変化に応じてスライド継手２７
のスプライン軸２７ａが継手本体２７ｂ内で摺動
するので、フレキシブルシヤフト２５の伸縮が吸
収され、フレキシブルシヤフト２５が支障なく回
動伝達作用を行うことができる。また、多自由度
アーム１は視覚装置２が目的位置に到達すると駆
動停止され視覚装置２が操作される。この場合、
視覚装置２を構成する電動ズームレンズ付テレビ
カメラ３０により遠距離の対象物をクローズアツ
プして観察した場合でも、本例では多自由度アー
ム１の駆動停止時にはウオーム２３，２３′とウ
オームホイール２４，２４′のセルフロツク特性
が働いて各アーム部材２１，２２がブレーキロツ
クされるので、カメラ位置設定制御が高精度に行
われ、映像にぶれが生じることを防止する。ま
た、多自由度アーム１の屈曲動作中に、多自由度
アーム１が何らかの障害物に接触した場合には、
フレキシブルシヤフト２５の回転時の負荷が増大
してトルクリミツタ３２がすべるので、フレキシ
ブルシヤフト２５に駆動モータ２６からの過大ト
ルクがかかることがなく、更にその接触方向が接
触センサ３６を介してCRT３５に表示され、ま
た接触度合が大きい場合には制御装置１０を介し
てモータ２６の動作が一時停止して、多自由度ア
ーム１の駆動系にトラブルが生じることを未然に
防止する。

従つて、本実施例によれば、次のような効果を
奏する。

多自由度アーム１の内部に駆動モータ２６を設
ける必要がなく、且つ内部構造ウオーム，ウオー
ムホイール，フレキシブルシヤフト等の簡単な駆
動機構からなるので多自由度アーム１を小型（小
径化）にして軽量化を図り得ると共に、作業現場
での装置の分解組立てが容易であるので、本装置
を狭い通路をもつ建屋内に小人数で搬入，搬出す
ることができ、更に点検室１６が放射能汚染され
た雰囲気にある場合でも、点検孔１７から離れた
場所で、多自由度アーム１を監視しながら点検室
１６空間内にある配管，タンク等を回避して多自
由度アーム１を容易に操作することができる。ま
た、多自由度アーム１内のアーム駆動機構の設置
スペースもさ程要しないので、視覚装置２等のケ
ーブル３０を通し易くなり、更に回転伝達方式に
ワイヤやチエーンを使用した場合に較べて保守が
容易であり、寿命が長い。

更にアーム駆動機構にウオーム２３，２３′と
ウオームホイール２４，２４′によるセルフロツ
ク機能を有するギヤを使用したので、駆動機構停
止時に位置保持制御をかける必要がなく、制御が
簡単であり、アームに細かいぶれも生じないので
視覚装置２の点検観察を支障なく行い得ると共
に、駆動機構に不具合（不動作，停電）が発生し
てもアーム位置は保持され安全確保上有効であ
る。更にフレキシブルシヤフト２５自身のもつて
いる捩れがギヤ比分の１に低減され、アーム動作
の精度向上を図り得ると共に、アーム先端の曲げ
角を検出しなくとも、モータ２６の出力側の回転
をポテンシヨメータ３３で検出することによりア
ームの変位を確認でき、その結果ポテンシヨメー
タ等をアーム内に取付ける必要がないために、洗
浄，保守等が容易となり、更にアーム自身の大幅
な小型軽量化を図り得る。また、フレキシブルシ
ヤフト２５と駆動モータ２６の接続をスプライン
構造のスライド継手で行うために、フレキシブル
シヤフト２５の屈曲動作時の伸縮を吸収できスム
ーズなアーム動作を保障することができる等の諸
種の効果を奏し得る。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば装置全体の小形
軽量化を図り、且つ作業現場での分解，組立てが
容易に行い得るので狭い場所への運搬が可能とな
り、しかも狭あいな場所での遠隔操作及び位置決
め制御を簡単な構造で高精度に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す使用状態説明
図、第２図は上記実施例の要部を示す一部省略側
面図、第３図は上記実施例の要部を示す概略構成
図、第４図は第２図のＡ部における内部構造を示
す断面図、第５図は第４図のＸ―Ｘ線断面図、第
６図は第２図のＢ部における内部構造を示す断面
図、第７図は第６図のＹ―Ｙ線断面図、第８図は
上記実施例におけるフレキシブルシヤフトと駆動
モータの連結構造を示す一部切欠断面図、第９図
は上記実施例の駆動機構の制御方法を示す概略
図、第１０図は上記実施例に用いるガイドチユー
ブの取付状態を示す断面図、第１１図は上記実施
例の装置全体の制御方法を示すシステム図であ
る。 １…多自由度アーム、２…視覚装置、６…駆動
ユニツト、９…モニタ装置（監視ユニツト）、１
４…遠隔操作部、２１…上下振りアーム部材、２
２…左右振りアーム部材、２３，２３′…ウオー
ム、２４，２４′…ウオームホイール、２５…フ
レキシブルシヤフト、２６…駆動モータ、２７…
スライド継手、３２…トルクリミツタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多自由度アームの先端部に被点検物を点検観
   察する視覚装置を装着し、且つ前記多自由度アー
   ムをモニタ装置で監視しながら遠隔操作を行うよ
   うにした遠隔操作方式の多自由度アーム形点検装
   置において、前記多自由度アームは複数の上下振
   りアーム部材及び左右振りアーム部材の夫々を上
   下方向或いは左右方向に回動可能となるように交
   互に連接してなる多関節形アームにより構成する
   と共に、前記上下振りアーム部材と前記左右振り
   アーム部材との夫々の内部にはこれらの各アーム
   部材を上下回動或いは左右回動させるウオームと
   ウオームホイールからなる関節駆動機構を配設
   し、前記関節駆動機構を駆動させる複数の駆動モ
   ータを前記多自由度アームと別個にユニツト形成
   された駆動ユニツトに収納し、更に前記左右振り
   アーム部材と前記上下振りアーム部材との内部に
   は前記した各関節駆動機構に回転力を伝達するフ
   レキシブルシヤフトを貫通させて、該フレキシブ
   ルシヤフトの夫々の一端を前記した各関節駆動機
   構のウオームと連結し、且つ他端を前記駆動ユニ
   ツトに収納した前記駆動モータにスライド継手を
   介して着脱可能に連結すると共に、前記多自由度
   アームを前記駆動ユニツトに着脱可能に固定保持
   させてなることを特徴とする多自由度アーム形点
   検装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記関節駆
   動機構の前記ウオームホイールは扇形状に形成し
   てなる多自由度アーム形点検装置。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項におい
   て、前記関節駆動機構を駆動させる前記駆動モー
   タは、その出力軸に前記フレキシブルシヤフトに
   過大な負荷トルクがかかることを遮断するトルク
   リミツタを有してなる多自由度アーム形点検装
   置。