JPH04269183A - ロボット腕装置及びその制御方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般に、ロボットシステ
ムもしくはロボット装置に関し、特に、原子力蒸気発生
器の熱交換器管の修理を行うため、従来のロボット装置
よりも重いペイロード（有効荷重）をより滑らかに且つ
より正確に運ぶことができるロボット腕と、コンピュー
タ制御される該ロボット腕及びエンドエフェクタを同時
に動作することが可能である単一の統合された制御系と
を備える、改良型ロボット装置に関するものである。

【従来の技術】

【０００２】原子力発電事業所で用いられている蒸気発
生器内には危険な放射能が存在するので、蒸気発生器の
熱交換器管の大部分は、潜在的に有害な放射線に保守作
業員が被曝するのを回避するために、遠隔的に修理を行
う必要がある。その結果、熱交換器管に修理や保守作業
を遠隔的に行うために多数のロボット装置が開発されて
きた。これ等のロボット装置は、一般に、当該技術分野
で「エンドエフェクタ（ｅｎｄ　ｅｆｆｅｃｔｏｒ）」
として知られた、ロボット腕により支持されるように設
計されている多数の特定の工具のうちの任意のものと組
み合わせられるいわゆる搬送ロボット腕を備えている。 現在市販されている型式のロボット腕は、本明細書にお
いて全運動腕及び制限運動腕と称する２つの基本的な範
疇に分類される。全運動腕は、３つの空間軸の方向全て
に成分を有する軌道に沿いエンドエフェクタを移動させ
ながら該エンドエフェクタを所望の配位に維持すること
ができる。これとは対照的に、制限運動腕は、選択され
た二次元の軌道に沿ってのみエンドエフェクタを移動す
ることが可能であるが、この軌道に沿い所望の配位でエ
ンドエフェクタを維持することはできない。制限運動ロ
ボット腕の機械的作用は、往々にして、円を描くのに用
いられるコンパスの動作にたとえられる。即ち、腕の一
端は、原子力蒸気発生器の水室内の平坦な管板上の一点
に枢着され、腕の中央もしくは中間部分は入れ子式に伸
縮可能である。この種の腕は、管板上の所望のデリベリ
ー点もしくは搬送点と交差する大きい或は小さい半径の
多数の円弧の任意の円弧を横切るように末端部の工具保
持端部をスイープすることは可能である。このような制
限運動ロボット腕の一例として、米国ワシントン州イサ
クワ（Ｉｓａｑｕａｈ）所在のゼテック（Ｚｅｔｅｃｈ
）社により製造されている型式「ＳＭ−１０」の腕があ
る。

【０００３】全運動ロボット腕は、比較的単純な構造の
上述の腕とは次の点で異なる。即ち、全運動腕が、６個
の異なったモータ駆動関節で関節連結されている６個の
異なった部分を含み、それにより、６個の異なった軸線
を中心とする運動が可能である点で異なっている。この
ようなロボット腕の複雑な構造によれば、エンドエフェ
クタを所望の配位に保持するのに３つの運動軸線を利用
し、そして他の３つの運動軸線は、エンドエフェクタを
所望の配位に維持しながら、３つの次元内で無限数の軌
道に沿いエンドエフェクタを移動するのに利用すること
ができる。この能力は、溶接ヘッドを、所望の溶接シー
ムの箇所を中心に移動する場合にしばしばそうであるよ
うに、作業動作中、エンドエフェクタを一定の配位に維
持することが本質的要件であるような状況において極め
て有利である。制限運動腕は往々にして、必然的に、例
えば管検査用探子もしくはプローブのような単一のエン
ドエフェクタの搬送や操作に専用に用いられるものとさ
れているが、全運動ロボット腕は、理論的に多種類のエ
ンドエフェクタを連結したり、これ等のエンドエフェク
タから切り離すことができる能力を有している。このよ
うな全運動ロボット腕の最も進歩した設計の１つに、本
出願人により開発されたＲＯＳＡ（遠隔操作作業腕：Ｒ
ｅｍｏｔｅｌｙ　Ｏｐｅｒａｔｅｄ　Ｓｅｒｖｉｃｅ　
Ａｒｍ）がある。

【０００４】しかし残念ながら、これ等の２つの型式の
ロボット腕のいずれにも欠点がある。先ず、制限運動ロ
ボット腕は、構造及び原子力蒸気発生器内への設置が比
較的単純で費用が掛からないが、典型的に単一のエンド
エフェクタ専用であるという事実から、蒸気発生器の水
室内の熱交換器管に対する点検及び修理作業を完全に行
うためには、多数の制限運動ロボット腕の設置や取り外
しが必要となる。これは由々しい欠点である。と言うの
は、このような設置手順は、いずれも大きな労力及び時
間消費を要するばかりではなく、潜在的に有害な放射線
に対し作業員が被曝されることになるからである。この
２番目に述べた欠点は益々大きな重要性を帯びてきてい
る。何故なら、ＮＲＣ（米国原子力規制委員会）が最近
、作業員が吸収することが許される放射線被曝量に対し
益々大きな制限を加えてきているからである。更にまた
、このような制限運動ロボット腕は、管板を横切って選
択された軌道に沿いエンドエフェクタを移動しつつ同時
に所望の配位にエンドエフェクタを維持することができ
ないと言う事実が原因で、溶接ヘッドのような一定の配
位もしくは配向を要求するエンドエフェクタに対しては
使用することができない。勿論、上述のＲＯＳＡ（ロー
ザ）のような全運動ロボット腕は、これ等の点で制限を
受けないことは言うまでもない。しかし、ＲＯＳＡのよ
うな従来の全運動ロボット腕にも、改良の余地がある限
界を有している。特に、本発明者等の観察したところに
よれば、ＲＯＳＡの垂直方向に配位される「ひじ（ｅｌ
ｂｏｗ）」は、腕の末端側端部が水室の球状の壁や水室
内の分割板或は熱交換器管の内壁の状況を点検したり判
定するのに用いられる過電流プローブのようなエンドエ
フェクタから垂下するケーブルと機械的に干渉すること
なく移動することが可能な軌道の数及びその長さが制限
されるという不利な点を有している。また、本発明者等
の観察したところによれば、従来のＲＯＳＡは、腕の大
部分がその垂直配位のひじから片持ち梁型式で支持され
おり、そのために、関節を駆動するモータの寿命を短く
する非常に大きな不要のトルクが加わり、関節のペイロ
ード負担能力が減少してしまうような構成になっている
。更にまた、このようなロボット腕の末端側端部の運動
は、或る種の溶接作業を行うのに充分な程に滑らかでは
ないことが本発明者等の観察から明らかになっている。 この円滑性の欠如もしくは「がたつき」は、関節連結さ
れた関節を回転する駆動装置の出力に結合されるリゾル
バが、フィードバック制御ループの結果としてモータに
入力される電力に重畳される或る程度の「雑音」を不都
合にも伴うフィードバック信号を発生するという事実に
起因するものであることが判明している。フィードバッ
ク信号が関節を回転するモータに入力される電力を変調
する中央処理装置に入る前に雑音を除去してフィードバ
ック信号を平滑処理することにより、このような腕の運
動の望ましからざる「非円滑性」を除去することに関連
し幾つかの提案がなされている。しかし、これ等の提案
のいずれもが、所望の成功を納めていない。フィードバ
ック信号は、中央処理装置（ＣＰＵ）に実時間で供給し
なければならないので、信号遅延をもたらすような処理
は受容できない。従って、フィードバック信号の形状を
予測して実時間遅延を伴うことなく雑音を除去すること
によりフィードバック信号を処理することが提案されて
いる。 しかし、任意所望のロボット腕の軌道の出発点における
リゾルバの軸に存在する複雑な「ワインドアップ（ｗｉ
ｎｄ−ｕｐ）」トルクの存在に起因し、このような雑音
の波形は極めて複雑であり、従って本質的に予測不可能
である。 公知の全運動ロボット腕の有用性を妨げる更に他の限界
として、腕とこれ等の腕により搬送されるエンドエフェ
クタとの制御系が、設備の格納領域にそれぞれのケーブ
ルの貫挿を要求する完全に別個の系統であるという事実
が挙げられる。その結果、ケーブルの数が大きくなれば
、設置時間が長くなり、更には、修理作業後、その都度
相当な長さの高価なケーブルの廃棄や除染が要求される
。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上から明らかなように
、従来の腕と関連する欠点によって制限を受けない全運
動ロボット腕に対する必要性が存在する。特に、この種
の腕は、水室の球状の壁や分割板或は腕と関連して用い
られている種々のエンドエフェクタから懸下するケーブ
ルのいずれとも機械的に干渉することなく、蒸気発生器
の水室内の管板の全ての領域とまで言わなくてもその殆
どの領域に達することができるような腕とすべきである
。更にまた、腕は、腕の各種関節を駆動するモータに過
剰のトルクを加えることなく、大きなペイロード（有効
荷重）を取り扱うことができるようにすべきであり、更
には、エンドエフェクタを、管板上の箇所に任意所望の
配位で正確且つ信頼性良く搬送することが可能であるべ
きである。理想的には、ロボット腕の運動は、非常に精
緻な溶接作業を行ったり、蒸気発生器の修理と関連する
他の精密な作業を行うのに充分に円滑であるべきである
。更に、この種の腕と関連して用いられる制御装置は、
原子力設備内に、極めて短い期間内で容易に設定するこ
とが可能であるべきであり、そして、保守作業の遂行後
、除染作業数を最小限度にするような構成にすべきであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】一般的に述べて、本発明
は、従来のロボット腕と関連する上述の欠点を除去また
は少なくとも改善するロボット腕装置もしくはシステム
を提供するものである。更に具体的には、本発明による
ロボット腕装置は、ロボット腕を片持ち梁型式で支持す
るための基部組立体と、関節連結されたロボット腕を形
成する少なくとも第１、第２及び第３の腕部分と、上記
基部組立体を上記第１腕部分並びに上記第１及び第２腕
部分のそれぞれに回転可能に連結する少なくとも第１及
び第２の関節組立体とを含み、上記関節組立体は、同関
節組立体を駆動するモータ機構に対する片持ち梁式の支
持により誘起されるトルクが加わるのを阻止するために
実質的に垂直な軸線を中心にのみ回転可能である。この
構成によれば、腕のいわゆる「肩」及び「ひじ」関節を
駆動するモータは、腕の末端側端部の重量の結果として
これ等の関節に加わる荷重からのがれることができ、そ
れにより、これ等の関節を駆動するモータは、ペイロー
ド及び腕の精度を増加するばかりでなく、駆動モータ自
体の寿命も増加する。更に、本発明者等によれば、この
構成は、有利にも、腕のひじ関節と、水室壁と、腕が搬
送するエンドエフェクタから垂下するケーブルとの間に
おける機械的干渉の機会を低減し、一方、それにより、
利用可能な搬送軌道の長さ及び数が増加されることが判
明した。

【０００７】各関節組立体のモータ機構は、入力軸及び
出力軸を有する駆動装置（駆動歯車列）及び該駆動装置
の入力軸に連結された駆動軸を有する電気モータを備え
る。可能な限り円滑な腕の運動を確保するために、各関
節組立体は、更に、それぞれモータの駆動軸及び駆動装
置の出力軸に接続されている入力軸を有する第１及び第
２のリゾルバを備え、モータの駆動軸に接続されている
第１のリゾルバにより発生されるフィードバック信号は
、モータに供給される電力量を変調する制御回路に接続
され、そして第２のリゾルバの出力は、第１のリゾルバ
の出力と周期的に比較されて、モータの駆動軸と駆動装
置との間の連結に滑りが生じているか否かの判定に利用
される。関節のモータに対する電力を変調もしくは制御
するために、駆動装置の出力軸ではなくモータの駆動軸
により発生されるフィードバック信号を主として用いる
ことにより、電力変調信号に対する機械的雑音もしくは
ノイズの重畳が回避され、それにより、従来のロボット
腕で見受けられるようながたつきもしくは非円滑性が除
去される。上記第１及び第２のリゾルバは縦列に配置し
、そしてモータ駆動の関節組立体内でリゾルバに要求さ
れる空間を最小にするために、関節を駆動するモータ内
の空間内に同心的に配設するのが有利である。本発明の
好適な実施例においては、リゾルバの入力軸は第２のリ
ゾルバのハウジングを貫通し、第２のリゾルバの入力軸
に存在する孔内に回転自在に取り付けられ、それにより
、２つのリゾルバの機械的形態を更に一層コンパクトに
することができる。

【０００８】ロボット腕装置と関連して用いられる制御
回路アセンブリは、ロボット腕の関節組立体及び該腕に
より搬送されるエンドエフェクタ内に存在するコンピュ
ータ制御機構の双方を同時に制御する単一のＣＰＵベー
スのコントローラ（制御装置）を備える。この制御回路
アセンブリによれば、有利にも、ロボット腕と関連して
用いられる異なったエンドエフェクタ毎の専用のマイク
ロプロセッサの設置及び取外しの必要性が除去される。 制御回路は、更に、ロボット腕装置の信頼性及び精度双
方を高めるために、電気事業所により発生される電力に
存在し得る電圧スパイクを平滑化するためのフィルタを
有する電源を備えることができる。更に、本発明の制御
回路の種々の他の構成要素及び電源は、修理を行いつつ
ある蒸気発生器を取り巻く閉じ込め領域内に容易に且つ
有利に設置することができる比較的小型で軽量のユニッ
トにモジュール化される。この構成によれば、原子力蒸
気発生器を取り巻く閉じ込めもしくは格納領域外部で使
用されるように設計されていた従来のロボット腕装置の
制御回路と関連するケーブルの貫挿の多くが不要になる
。最後に、制御回路の種々の構成要素はそれぞれ、装置
がその作業を完了し閉じ込め領域から取り外される際に
、除染作業を容易にする目的で除染可能なカバーを備え
ることができる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照し好適な実施例に関して説
明する。尚、全図面を通し同じ参照数字は同じ又は均等
の構成要素を指すものとする。図１を参照すると、本発
明のロボット腕装置１は、一般に、渦電流プローブのよ
うなエンドエフェクタ（工具）５を操作することができ
るロボット腕３を備えており、それに組み合わせて、腕
３の運動及びエンドエフェクタ５の動作を同時に制御す
る制御回路アセンブリ７が設けられている。本発明のロ
ボット腕装置１は、特に、原子力蒸気発生器の水室１３
の管板１１に取り付けられている熱交換器管９の修理に
使用されるようになっている。このような水室１３は一
般に、四分球形をしており、一側に球状の壁１５を有し
、そして他側に扁平な分割板１７を有しており、この分
割板が、同じ形状の隣接の水室（図示せず）の境界を形
成している。水室の壁１５には、蒸気発生器の運転停止
後、熱交換器管９及び管板１１への接近を可能にするた
めのマンホール１９が設けられている。しかし、運転さ
れた蒸気発生器のこの種の水室１３には放射能が存在す
るので、マンホール１９は、作業員が該マンホールを通
って実際に水室１３内に入るのに使用されるよりも、む
しろ遠隔制御可能な工具を装入するのに使用されている
。マンホール１９には、その外側部分を取り巻いて環状
のフランジ２１が設けられており、この環状のフランジ
２１は、通常の運転状況下では、マンホール蓋（図示せ
ず）を水室１３上に固定するのに用いられる複数の均等
に離間したボルト穴２３を備えている。従って、明らか
なように、これ等のボルト穴２３は、水室１３内で操作
されるエンドエフェクタ５の種々の構成要素及びロボッ
ト腕３を設置するのに用いられる荷重固定装置に対する
適宜な係留点を提供している。

【００１０】先に述べたように、本発明のロボット腕３
は、特に過電流プローブ（工具）２７のような検査プロ
ーブの操作に好適である。このプローブ２７は、典型的
には、被検熱交換器管９の開端部にプローブ２７を案内
し整列するのに用いられる案内管３０を介して摺動可能
である可撓性の制御ケーブル２９に接続されている。プ
ローブ２７は更に、熱交換器管９のピッチと同じ距離で
離間されている一対のカムロック３２ａ、３２ｂを有す
る基板３１を備えており、この構成により、カムロック
を熱交換器管９の開放端部内に入れて拡開し、以て、エ
ンドエフェクタ５を管板１１に着脱可能に固定するよう
になっている。最後に、過電流プローブ２７は、熱交換
器管９内にプローブ２７を押し入れたり、該管９からプ
ローブ２７を引き戻したりするためのプローブ押入／引
出装置３３を備えている。この特定の実施例においては
、プローブ押入／引出装置３３は、上述したボルト穴２
３の１つにねじ込まれるボルトによりマンホールの縁部
に取り外し可能に固定される。

【００１１】図１、図２及び図３を参照すると、本発明
のロボット腕３は、一般に、一対の空の熱交換器管９の
内径部と係脱するように複数のフィンガ３６を半径方向
に拡開することが可能な一対のカムロック組立体３５ａ
及び３５ｂを含む基部組立体３４を備える。上記のよう
に、フィンガ３６を熱交換器管の内径部と係脱するよう
に該フィンガ３６を半径方向に拡開する目的で、カムロ
ック組立体３５ａ及び３５ｂは液圧作動装置３７ａ、３
７ｂを備えている。カムロック組立体３５ａ、３５ｂが
熱交換器管９の内部を引っ掻く等の損傷を与えることな
く可能な限り大きい重量を担うようにするために、半径
方向に拡開可能なフィンガ３６は、その周辺部分が、熱
交換器管９の内周の少なくとも３０％、好ましくは６０
％と係合するような寸法にすべきである。更に、これ等
のフィンガ３６の管接触面は、約１５００（６８．２Ｋ
ｇ）ｌｂｓの力で管内壁に係合すべきである。

【００１２】基部組立体３４には、上側腕部分（第１の
腕部分）３８、下側腕部分（第２の腕部分）３９及び手
首部分（第３の腕部分）４０から形成されている関節連
結されたロボット腕が接続されている。これ等の全ての
腕部分３８、３９及び４０は、アルミニウム合金のよう
に、放射能汚除染去が容易で、軽量でしかも強度のある
材料から形成するのが好ましい。関節ロボット腕の最末
端部には、図示の過電流プローブのようなエンドエフェ
クタ５に遠隔的に結合したり該エンドエフェクタ５から
遠隔的に分離することができるエンドエフェクタ連結器
４１が設けられている。

【００１３】腕部分３８、３９、４０は、モータ駆動さ
れる複数の関節組立体により相互に接続されている。特
に、基部組立体３４は、肩関節組立体４２により上側腕
部分３８に接続されており、一方、該上側腕部分３８は
、上部ひじ関節組立体４４と下部ひじ関節組立体４５の
組み合わせにより下側腕部分３９に連結されている。 下側腕部分３９は、基端側手首関節組立体４７、中間手
首関節組立体４８及び末端側手首関節組立体４９により
手首部分４０に接続されている。ここで、肩関節組立体
４２及び上部ひじ関節組立体４４はそれぞれ垂直配位さ
れた軸線（直角座標系のＺ軸線）に沿い回転可能であり
、他方、下部ひじ関節組立体４５及び中間手首関節組立
体４８は、２つの水平軸線の内の１つの軸線（Ｘ軸線）
を中心に回転可能であり、基端側及び末端側手首関節組
立体４７、４９はそれぞれ、上記２つの水平軸線のうち
他方の軸線（Ｙ軸線）に沿って回転可能である。上記の
ような回転能力を有するロボット腕３に６個の異なった
関節組立体を設けることにより、ロボット腕３は、腕連
結器５２を、上記３つの空間軸に沿う運動成分を有する
多数の有限の軌跡の内の任意の軌跡を経て、所望の配向
に維持することが可能となり、従って、腕３は、前述し
た定義に従う「全運動」腕となる。更に、最初の２つの
関節組立体４２、４４は垂直配向された軸線に沿っての
み回転可能であるので、これ等の関節組立体４２、４４
を駆動するモータは、下部ひじ関節組立体４５、下側腕
部分３９並びに手首関節組立体４７、４８及び４９の重
量によって発生されるスプリアスな重力で誘起されるト
ルクを受けることはない。このような設計によれば、ロ
ボット腕３の重量の殆どは、関節組立体に起因すること
になり、しかも、特に、腕３の末端側に配置されている
３つの手首関節組立体４７、４８、４９によって肩関節
組立体４２に対し加えられるトルクが相当大きいために
、肩関節組立体４２から相当なトルク荷重が取り払われ
る。肩関節組立体４２及び上部ひじ関節組立体４４が垂
直配向軸線に沿ってのみ回転できるという事実により、
関節組立体４２を駆動するモータから、片持ち梁型式で
誘起されるトルクが取り除かれて、該関節組立体４２を
駆動するモータの寿命が長くなるばかりではなく、腕３
が担うことができる全ペイロード（有効荷重）が増加し
、更に、特定のエンドエフェクタ５を操作する際の腕３
の精度が高められる。また、腕３の水平方向に運動可能
な肩及びひじ関節組立体の別の有利な利点として、この
特定の構造形態によれば、球状の壁１５や水室１３内の
分割板１７に機械的に干渉したり或は図１に示す過電流
プローブ２７のようなエンドエフェクタ５から垂下する
ケーブル２９や案内管３０に機械的に干渉する可能性が
減少するという事実が挙げられる。

【００１４】次に図４を参照するに、各関節組立体は、
基部組立体３４に接続されるか、腕部分３８、３９、４
０の内の１つの腕部分の基端部と回転可能なハウジング
５７とに接続される固定ハウジング５５から形成されて
いる。回転可能なハウジング５７は、腕部分３８、３９
、４０の内のいずれかの末端部又はエンドエフェクタ連
結器４１に接続されている。これ等の２つのハウジング
５５、５７は、ほぼ円筒形であり、回転可能なハウジン
グ５７の外周壁は固定ハウジング５５の外周壁に重なっ
ている。関節組立体４５の内部に対するアクセスを可能
にするために、回転可能なハウジング５７は、図示の位
置に円形の覆い板５８を備えている。

【００１５】２つのハウジング５５、５７双方の内部に
は、モータ（モータ機構もしくは電気モータ手段）５９
が配置されている。各関節組立体で使用されるモータ５
９は、ブラシレスの永久磁石直流モータである。このモ
ータは、例えば、米国バージニア州ラドフォード所在の
コルモルガン（Ｃｏｌｌｍｏｒｇａｎ）・コーポレーシ
ョンの子会社であるエンドランド・モータ（Ｅｎｄｌａ
ｎｄＭｏｔｏｒ）社から入手可能なモデル番号「ＱＴ−
３８１０Ａ」とすることができる。各関節組立体のモー
タ５９は、モータ枠体６２により固定ハウジング５５内
に支持されているコップ状のモータハウジング６１内に
収容されていえる。モータ枠体６２は、モータ５９の回
転軸と同心関係で整列された管状の支持部材６３及びモ
ータの固定子リング６７を支持する複数個のブラケット
部材６６ａ、６６ｂを備えている。詳しく述べると、固
定子リング６７は、ねじ６８ａ、６８ｂによりブラケッ
ト部材６６ａ、６６ｂの末端部に接続されている。一方
、取付ボルト２９は、モータ枠体６２及びモータハウジ
ング６１を共に固定ハウジング５５に固着している。モ
ータ５９の回転子７０は、モータ枠体６２の管状の支持
部材６３により回転自在に支持され且つ固定子リング６
７の内周に近接関係で離間配置されている。一対の環状
の軸受７２により、管状の支持部材６３の外面と回転子
７０の内周との間の接触摩擦は最小限度に抑えられる。 管状支持部材６３の内周部は、円筒状の空間７４を画成
しており、同空間内には、固定ハウジング５５に対する
回転可能なハウジング５７の角度位置における変化ばか
りではなくモータ５９の回転子７０の位置の角度変化を
も表す電気信号を発生することが可能なリゾルバ組立体
７５を収容している。

【００１６】モータ５９の回転子７０は、回転可能なハ
ウジング５７を直接に駆動するのではなく、ハウジング
５７内に格納されている同調駆動装置８１を介して駆動
する。この目的で、回転子７０は、同調駆動装置８１の
駆動円板７９に形成されているスロットに係合する鎖錠
タブ７７を備えている。この駆動円板７９の内面には、
油かけフランジ８３が設けられており、他方、上記駆動
円板７９の外面には、リゾルバ組立体７５の外側フラン
ジ８５が接続されている。駆動円板７９の周辺部を取り
巻いて設けられている複数の球状の窪み内には、複数個
の玉軸受８７（２個の玉軸受のみを示す）が回転可能に
受け入れられている。これ等の玉軸受８７は、可撓性を
有するスプラインリング８９に回転自在に係合している
。尚、該可撓性のスプラインリング８９の外周部は、コ
ップ形状のモータハウジング６１の内周部と係合し、そ
れにより、駆動円板７９の回転で、玉軸受８７はハウジ
ング６１の周辺部を弾性変形する。コップ形状のモータ
ハウジング６１の周辺を取り巻いて複数の小さい歯（図
示せず）が設けられている。これ等の歯は、外側駆動リ
ング９３の内周部の周囲に存在する別の組の小さい歯と
係合し、モータハウジング６１の外周部９１に存在する
歯の撓みにより外側駆動リング９３の回転が誘起される
。この駆動リング９３は、取付ボルト９５により回転可
能なハウジング５７に接続されているので、ハウジング
５７は、固定ハウジング５５に対して回転することにな
る。この回転を容易にするために、固定ハウジング５５
の円筒状の内壁と、回転可能なハウジング５７に接続さ
れている外側支持壁９８との間には、外側駆動リング９
３をハウジング５７に固定するのと同じボルト９５によ
り一対の環状の玉軸受組立体９７ａ、９７ｂが配置され
ている。好適な実施例では、同調駆動装置８１は、米国
マサチュセッツ州ウエイクフィールド所在のエムハルト
・マシナリ・グループ（Ｅｍｈａｒｔ　Ｍａｃｈｉｎｅ
ｒｙＧｒｏｕｐ）社により製造されている型式番号「７
３３　１５５５　２００」の駆動装置から構成されてい
る。

【００１７】図５を参照すると、リゾルバ組立体７５は
、後部（又は関節用）リゾルバ（第１のリゾルバ手段）
１００と前部（又はモータ用）リゾルバ（第２のリゾル
バ手段）１０２とを備えている。後部及び前部リゾルバ
１００、１０２は直列関係でハウジング組立体１０３に
より機械的に相互接続される。この目的で、ハウジング
組立体１０３は、後部リゾルバ１００の入力軸組立体１
０６を支持するのを基本的目的とする基端側キャップ部
材１０４と、後部及び前部リゾルバ１００及び１０２を
直列関係で相互に結合するのを主たる機能とする管状の
末端側部材１０５とを有する。

【００１８】後部リゾルバ１００の入力軸組立体（機械
的入力部）１０６は、リゾルバ１００の前面から延出し
ている短軸１０８を有しており、該リゾルバの前面は、
ベロー型カップリング１１２により軸延長部１１０に接
続されている。他の型のカップリングを使用することも
できるが、ベロー型カップリング１１２が有利なのは、
短軸１０８と軸延長部１１０との間における小さな不整
合が許されることである。軸延長部１１０の基端部は、
大径となった環状肩部１１４を備えており、この肩部１
１４は、ハウジング組立体１０３の既述の基端側キャッ
プ部材１０４によって支持されている環状軸受１１６上
に位置する。軸延長部１１０の中心部分は、前部リゾル
バ１０２の回転軸線に沿い同心関係で整列して特別に設
けられた孔１１７内に支承されている。軸延長部１１０
の末端側の端部は、出力軸即ち軸出力部材１１８に結合
されており、一方、該部材１１８は各関節組立体の回転
可能なハウジング５７に接続されている（図４参照）。 このように、後部リゾルバ１００の入力軸組立体１０６
は、それが取り付けられる関節組立体の出力側に直接機
械的に取り付けられる。

【００１９】　　前部リゾルバ１０２も同様に、該リゾ
ルバの前面から突出する短軸１２４から始まる入力軸組
立体（機械的入力部）１２２を有している。短軸１２４
は、後部リゾルバ１００の入力軸組立体１０６の軸延長
部１１０の既述の末端側端部を回転可能に案内する孔１
２６を備えている。短軸１２４の外部は中間軸部材１２
８に連結されている。この中間軸部材１２８は、その末
端側端部に凹部１２９を有しており、この凹部には、軸
延長部１１０の末端側端部を回転自在に支持する軸受１
３０が受け入れられている。中間軸部材１２８の外面は
、別のベロー型カップリング１３１を介して既述の外側
フランジ８５に連結されており、該外側フランジ８５は
同調駆動装置８１の駆動円板７９に接続されている。 駆動円板７９はモータ５９の回転子７０に直接接続され
ているので、前部リゾルバ１０２は、モータ５９の出力
側と直接係合する。好適な実施例においては、上述の２
つのリゾルバは、米国ペンシルバニア州クリフトンハイ
ツ所在のクリフトン・プレシジョン（Ｃｌｉｆｔｏｎ　
Ｐｌｅｃｉｓｉｏｎ）社により製造された型式番号「Ａ
Ｓ−８４９−Ｓ−００１」のリゾルバとするのが好まし
い。動作において、各リゾルバ１００、１０２は、実効
上、それぞれの入力軸組立体１０６、１２２に加えられ
る速度及び回転量を表す正弦波アナログ信号を発生する
ことができる小型の発電機である。後述するように、関
節組立体の出力側と関節を駆動するモータの回転子とに
それぞれ接続されている入力軸を有するこれ等の２つの
リゾルバを使用することにより、腕３の卓越した制御特
性が実現される。しかも、リゾルバ１００、１０２の直
列配置は、極めてコンパクトなリゾルバ組立体７５を構
成し、このリゾルバ組立体７５は、従って、モータ枠体
６２の管状の支持部材６３の内部により形成される円筒
状の空間７４内に都合良く且つコンパクトに配設するこ
とができる。

【００２０】次に、図６、図７及び図８を参照するに、
下側腕部分３９を手首部分４０に着脱自在に連結するロ
ボット腕３の連結器５２は、ねじ切りされている取付リ
ング１７１により係脱自在に結合される雄部材１３６と
雌部材１５２とを含む。

【００２１】雄部材１３６は、支持板１４０に接続され
ているねじ切りされた環状のフランジ１３８を備えてお
り、一方、該支持板１４０は、手首部分４０の端部に接
続されている。ねじ切りされた環状のフランジ１３８に
は、截頭円錐形の側壁１４２が一体的に接続されている
。側壁１４２は、頂部板部材１４４で終端している。 図６及び図７に最も明瞭に示してあるように、ブラッケ
ト１４６が、頂部板部材１４４の上面から外向きに突出
している。このブラッケト部材１４６は、矩形の開口１
４７を有している。開口１４７の目的については追って
説明する。頂部板部材１４４の上側部分は、図８に最も
良く見られるように、Ｙ字形の部材１４８を備えている
。このＹ字形の部材の３本の脚間には互いに１２０度の
角度で離間して３つの三角形の切欠き部１５０が配置さ
れている。下に説明するように、三角形の切欠き部１５
０は、雌部材１５２に設けられている相補形状の三角形
のフランジと嵌合して、雄部材１３６及び雌部材１５２
がこれ等の２つの部材を結合する際に相対的に回転する
のを阻止する。

【００２２】図６を再び参照すると、連結器５２の雌部
材１５２は截頭円錐形の側壁１５４を備えており、この
側壁１５４の形状は雄部材１３６の截頭円錐形の側壁１
４２と相補的な形状をしていて、該雄部材１３６の側壁
１４２上に嵌合可能である。この截頭円錐形の側壁１５
４の底部分は、連結器５２を固定する時にねじ切りされ
た取付リング１７０と係合する唇状部１５６で終端して
いる。雌部材１５２の上側部分は、雄部材１３６の頂部
板部材１４４の形状に対し相補的な形状を有する頂部板
部材１５８で終端している。更に、具体的に述べると、
雌部材１５２の頂部板部材１５８は、雄部材１３６及び
雌部材１５２を図６に示した仕方で結合する際に、雄部
材１３６の三角形の切欠き部１５０を貫通する上述の三
角形のフランジ１６０を備えている。

【００２３】システムのオペレータが雄部材１３６及び
雌部材１５２の結合を行うのを容易にするために、連結
器５２には、図６に示す鎖錠棒１６２が設けられている
。この鎖錠棒１６２は、雄部材１３６及び雌部材１５２
の頂部板部材１４４及び１５８の上面と、下側腕部分３
９の端に固定されている上側支持板１６７に取り付けら
れた下側支持板１６６との間に画成されるスロット１６
４内に挿入可能である。このスロット１６４は、雄部材
１３６の頂部板部材１４４から延びるブラケット１４６
に設けられた既述の開口１４７と整列している。鎖錠棒
１６２の目的は、システムの動作に際して、雄部材１３
６及び雌部材１５２をねじ切りされている取付リング１
７０により結合するのに先立って、該雄部材１３６及び
雌部材１５２を容易に相互に摺動接続することを可能に
する手段を構成することにある。従って、この鎖錠棒１
６２を設けることにより、結合動作が促進され、水室１
３のマンホール１９から放出される放射線に対するオペ
レータの被曝量を最小限にする。ねじ切りされた取付リ
ング１７０は、オペレータによる該リング１７０の取付
及び回転を容易にするために一対の対向するノブ１７３
を有している。リング１７０の最上部にはボール止め１
７５が設けられている。これ等のボール止め１７５はそ
れぞれ、リング１７０を固定位置に完全にねじ込んだ際
に溝内に納まるばね荷重されたボールを備えており、シ
ステムのオペレータに対して、雄部材１３６と雌部材１
５２との間における結合動作が完了したことを知らせる
。

【００２４】次に、図９及び図１０を参照するに、本発
明のロボット腕装置１は更に、水室１３のマンホール１
９により画定される比較的狭い出入口内にロボット腕３
を装入するための装入固定装置１８０を備えている。こ
の目的で、装入固定装置１８０は、基板１８２と、該基
板１８２上に枢着された支持枠１８６とを備えている。

【００２５】基板１８２は、一対の対向するキーホール
１８４を有する。これ等のキーホール１８４を設けるこ
とにより、オペレータは、装入固定装置１８０を以下に
述べる仕方で水室１３のマンホール１９を囲繞する環状
のフランジ２１（図１）の底部に取り付けるのが容易に
なる。この取付においては、先ず、一対のボルト（図示
せず）を、環状のフランジ２１に設けられている最下位
置のボルト穴２３内にねじ込む。これ等のボルトは、基
板１８２の厚さと同じ長さを有するボルト軸部の一部分
が、これ等のボルトの螺刻端部をボルト穴２３内にねじ
込んだ際にフランジ２１の上面上方に延在するような寸
法になっている。装入固定装置１８０を取り付ける際に
は、オペレータは、キーホール１８４の広幅の円形の部
分を、ボルト穴２３内に前以てねじ込まれているボルト
の頭部上に位置し、次いで上記基板を操作して、これ等
のボルトの頭部がキーホール１８４の各々のより狭い部
分上に延在するようにする。次いでこれ等のボルトを１
回転か２回転ほど締め付けて、基板１８２の広端部をフ
ランジ２１の底部にぴったりと取り付ける。

【００２６】支持枠１８６の末端部は、腕３のエンドエ
フェクタ連結器４１に着脱可能に接続可能である連結器
１８８を備えている。この連結器は、取付ボルト（図示
せず）により支持枠１８６の端部に固定される。枢着結
合組立体１９２は、支持枠１８６の基端側端部を、既述
のキーホール１８４とは反対側の基板１８２の端部に、
枢着結合する。この枢着結合組立体は軸１９４を備えて
おり、該軸１９４は、その両端部で、基板１８２から突
出している一対の対向耳部１９６ａ、１９６ｂに固定さ
れると共に、支持枠１８６の側壁１９８ａ、１９８ｂに
形成されている一対の円形の開口（図示せず）に支承さ
れている。

【００２７】手動で操作される駆動装置２００により、
システムのオペレータは、図９に矢印Ａで示す円弧軌跡
に沿い、基板１８２に対し支持枠１８６の末端側端部を
回動することができる。この駆動装置２００は、外周に
複数個のスプロケット歯２０２を有するスプロケット２
０１を備えている。軸１９４に対して係合可能な止めね
じ２０５を有する取付ボスもしくはハブ２０８により、
スプロケット２０１は軸１９４に固定される。そこで、
図１０及び図１１を特に参照すると、スプロケット２０
１は、歯車軸２０９に固定的に接続されているウォーム
歯車２０７により回転される。一方、歯車軸２０９は、
軸ブラケット２１１に回転自在に取り付けられている。 歯車軸２０９の一端には、傘歯車２１３ｂが設けられて
おり、この傘歯車２１３ｂは駆動軸２１５に接続されて
いる別の傘歯車２１３ａと噛み合う。一方、駆動軸２１
５は、支持枠１８６の側壁１９８ａ、１９８ｂの上側部
分に配設されている一対の円形の開口（図示せず）内に
支承されている。把手部２１９を有する手動ハンドル２
１７が駆動軸２１５の一端部に接続されている。基板１
８２に対し支持枠１８６を回動するためには、オペレー
タは単に、手動ハンドル２１７の把手部２１９を回転す
るだけでよい。

【００２８】ロボット腕３は、以下に述べるような仕方
で水室１３内に設置される。先ず腕連結器５２を分離し
て、ロボット腕３を、上側及び下側腕部分３８、３９並
びに関節組立体４２、４４、４５を含む第１の部分と、
手首部分４０及び関節組立体４７、４８、４９を含む第
２の部分とに分割する。関節組立体がロボット腕３の重
量の殆どの部分を占めているので、連結器５２の箇所で
腕を切り離すことにより、腕は、近似的に等しい重量を
有する２つの部分に分割される。次いで、オペレータは
、腕部分３８、３９等を含む第１の部分をマンホール１
９を介して手操作で挿入する。この挿入に先立って、上
部ひじ関節組立体４４を図２に示してある位置から１８
０°回し、上側及び下側腕部分３８、３９を互いに離間
する。設置手順のこの第１のステップの完了時に、オペ
レータは注意深く、腕連結器５２の雌側端部を、マンホ
ール１９を取り囲むフランジ２１の底部部分上に設置す
る。次いで、装入固定装置１８０を既述の仕方で設置す
る。腕の第２の部分の装入に当たっては、手動ハンドル
２１７を回して、支持枠１８６を図９に示した位置から
１８０°回動する。次いで、オペレータは、マンホール
１９から放出される放射線の照射を避けるように注意し
ながら、支持枠１８６の末端側端部の連結器１８８を、
ロボット腕３の末端側端部に設けられているエンドエフ
ェクタ連結器４１に結合する。次いで、オペレータは、
手動ハンドルを回して支持枠１８６を回動し図９に示す
位置にする。その際に、連結器５２の雄部材１３６が雌
部材１５２と整列し嵌合するように注意を払う。この予
備的な嵌合が行われたならば、鎖錠棒１６２を、連結器
５２に形成されているスロット１６４及び開口１４７内
に摺動する。次いで、結合を完了するために、オペレー
タは、既に述べた仕方で、ねじ付きの取付リング１７０
を用いて雄部材１３６及び雌部材１５２を結合する。か
くして、装入固定装置１８０の基板１８２に連結器１８
８によって末端側端部で支持されているロボット腕３を
、制御回路アセンブリ７によって作動して、基部組立体
３４のカムロック組立体３５ａ、３５ｂを一対の空いて
いる熱交換器管９と整列し該熱交換器管９内に挿入する
。次いで、これ等のカムロック組立体３５ａ、３５ｂの
半径方向に拡開可能なフィンガ３６を液圧で作動して、
基部組立体３４を、図１に示すように管板１１内の位置
にする。この設置プロセスの最終段階で、エンドエフェ
クタ連結器４１を装入固定装置１８０の連結器１８８か
ら切り離してエンドエフェクタ５に再結合する。

【００２９】次に図１２を参照すると、本発明による制
御回路アセンブリ（制御手段）７は、電力事業所から局
所的に受電する４８０ボルトの三相交流における「スパ
イク」を除去するための電力フィルタ２２６を備えてい
る。その結果得られる「平滑された」電力は、電気ケー
ブル２２７を介して主配電箱２２８に伝送される。配電
箱２２８は、平滑された４８０ボルトの三相電力を４つ
の異なった蒸気発生器に配電することができる。主配電
箱２２８の出力は、（４８０ボルトの三相電力を１２０
ボルトの単相電力に変換してエンドエフェクタ５の電力
需要に応じる）局所配電箱２３０に接続されるばかりで
はなく、電力ケーブル２３１を介してロボットの配電回
路２３２にも接続されている。このロボットの配電回路
２３２は、主配電箱２２８から受電する４８０ボルトの
三相電力を、ロボットの増幅回路２３５に給電するのに
適した単相電流に変換する。これ等の２つの回路は、図
示のようにケーブル２３３により相互接続されている。 ロボットの増幅器２３５と、ＣＰＵ（中央処理装置）の
機能不全が生じた際にロボット及び入／出力コントロー
ラ２４３を停止するためのワークステーションの近傍の
箇所との間には、Ｅ−停止ケーブル２３９が設けられて
いる。ワークステーション２３７は、エサーネット（登
録商標名：Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）・ケーブル２４１により
ロボット及び入／出力コントローラ２４３に接続されて
いる。この特定のリンク形成には、エサーネット・ケー
ブルの使用が有利である。その理由は、毎秒１０メガビ
ットの情報を伝送することができ、ワークステーション
２３７とロボット及び入／出力コントローラ２４３との
間における大量の情報交換が可能であるからである。

【００３０】ロボットの増幅器２３５並びにロボット及
び入／出力コントローラ２４３双方の出力は、複線ケー
ブル２４７により、６個のモータ駆動される関節組立体
４２、４４、４５、４７、４８及び４９の各々のモータ
５９に接続されている。このケーブル２４７は、更に、
モータ駆動される関節組立体の各々の前部及び後部リゾ
ルバ１００、１０２の出力をロボット及び入／出力コン
トローラ２４３の入力に接続している。最後に、ロボッ
ト及び入／出力コントローラは、ロボット腕３の末端側
端部に配置されている任意のエンドエフェクタ５との高
速データ捕獲インターフェースに給電するためにエンド
エフェクタ５に別個に接続されているケーブル２４８を
備えている。

【００３１】ロボット及び入／出力コントローラ２４３
に並列に、汎用入／出力回路２５０が接続されている。 図１２に示すように、この回路２５０は、一側で１２０
ボルトの単相交流を受けて、ケーブル２５１、２５２を
介し、ロボット腕３で操作される各種エンドエフェクタ
に制御電力を分配する。更に、汎用入／出力回路２５０
は制御電力を、ケーブル２５３を介し空気マニホルドに
供給する。更に、汎用入／出力回路は、制御ケーブル２
５３．５を介して流体圧力源２５４を作動したり減勢す
る。流体圧力源の出力側は、加圧流体導管２５６を介し
てロボット腕３の基部組立体３４のカムロック組立体３
５ａ、３５ｂに流体的に接続されている。先に述べたよ
うに、制御回路アセンブリ７は、システムもしくは装置
の種々の構成要素を冷却するために空気を通流させる空
気源を備える。この目的から、ロボット腕３を循環した
り、格納容器内に配置されている制御回路アセンブリ７
の各種構成要素２３５、２４３を循環する空気から粒子
及び水分を除去するための空気濾過乾燥器２５８が設け
られている。

【００３２】制御回路アセンブリ７の構成要素の大多数
のものは、電力事業所の格納壁２８０内に迅速に設置し
たり取り外すことができるように設計されている。特に
、配電箱２２８及び２３０、再配電箱２３２、ロボット
増幅器２３５、ロボット及び入／出力コントローラ２３
４、汎用入／出力回路２５０、流体圧力源２５６及び空
気濾過乾燥器２５８はそれぞれ、携帯可能なモジュール
型式のハウジング内に格納され、そしてこれ等のハウジ
ングを相互接続する各種ケーブルは、これ等の構成要素
を格納壁２８０内に容易に設置し、蒸気発生器の水室１
３の極く近傍の領域で組み立てることを可能にするよう
に迅速分離型のケーブルである。このような携帯可能な
モジュール構造によれば、格納壁２８０の背側に容易に
組み立てることができ、格納領域の貫通箇所数を僅か３
箇所（即ち、電力ケーブル２２７並びにケーブル２３９
及び２４１）に減少することができ有利である。更に、
除染可能なカバー２６４（その一例が、ロボット及び入
／出力コントローラ２４３の周囲に破線で示してある）
が、電力事業所の格納領域内に設置するべく搬送される
よう設計されている制御回路アセンブリ７の構成要素の
各々に設けられている。実際上、これ等のカバーは、プ
ラスチック袋のように単純な構造を有するものであって
良い。勿論、このようなカバー２６４の目的は、上記の
ような構成要素を電力事業所の格納領域から取り外す際
に、これ等の構成要素の除染を容易にするためのもので
ある。

【００３３】制御回路アセンブリ７によって採用されて
いる方法は、図１３、図１４及び図１５を参照すること
により最も良く理解されるであろう。これ等の図には、
簡略な形態で、ワークステーション２３７、ロボット及
び入／出力コントローラ２４３、増幅器２３５、リゾル
バ組立体７５のリゾルバ１００及び１０２、並びにロボ
ット腕３の各モータ駆動関節組立体のモータ５９及び同
調駆動装置８１間における機能的関係が図解してある。

【００３４】特に、図１３〜１５を参照すると、ワーク
ステーション２３７は、米国カリフォルニア州マウンテ
ンビュー所在のシリコン・グラフィックス・インコーポ
レーション（Ｓｉｌｃｏｎ　Ｇｒａｐｈｉｃｓ，　Ｉｎ
ｃ．）社により製造されている型式４Ｄ２５Ｇのパーソ
ナル・アイリス（ＰｅｒｓｏｎａｌＩｒｉｓ）コンピュ
ータである。この種のワークステーションは、マイクロ
プロセッサ２６１と、経路計画ソフトウエア２６２と、
従来技術に関連して用いられている標準のアナログ・ジ
ョイスティック構成のインターフェースに代え、ディジ
タル３ボタン・マウス遠隔操作インターフェース２６３
．１と称することができるインターフェースから形成す
るのが好ましいユーザ・インターフェース２６３とを有
している。このインターフェースにおいて、オペレータ
は、図１５に示すインターフェースＣＲＴ上のディスプ
レイ２６３．５から選択を行う。更に具体的には、選択
を行うために、オペレータは、ディスプレイ２６３．５
上の矢印が所望の選択を記述しているテキスト上の位置
になるまでパッド２６３．３上でマウス２６３．２を摺
動し、次いでマウス・ボタンを押す。 次に、マウス２６３．２の右及び中央のボタンを用いて
プラス及びマイナス方向の移動を行う。マウス速度選択
を用いての速度制御端点運動で、実質的にコストを低減
してジョイスティック操作の感覚が維持される。

【００３５】再び図１３を参照するに、ワークステーシ
ョン２３７のマイクロプロセッサ２６１は経路計画ソフ
トウエア２６２でプログラムされている。この経路計画
ソフトウエア２６２の目的は、一般化されている方向指
令（例えば、「ロボット腕の末端側端部を管位置３Ａか
ら６Ｆに移動」）を、ロボット及び入／出力コントロー
ラ２４３の経路制御ソフト２６７内に存在するロボット
腕運動ソフトウエアに理解可能な６度のベクトル（ｘ、
ｙ及びｚの直角座標軸並びにロール、ヨーイング及びピ
ッチを含む）に変換することにある。尚、経路計画ソフ
ト２６２は、ワークステーション２３７のオペレータに
より与えられた一般指令を特定の６度のベクトルに変換
する機能を遂行する際に、可能な汎用軌跡（即ち、腕と
水室との間又は腕とエンドエフェクタとの間の衝突を回
避する軌跡もしくは軌道）を「認識」しているものであ
ることを理解されたい。

【００３６】次に、ロボット及び入／出力コントローラ
２４３の機能に関し説明すると、コントローラ２４３に
中継された特定ベクトル指令情報は次いで、コントロー
ラ２４３の中央処理装置もしくはＣＰＵ２７３と経路制
御ソフトウエア２６７で示してあるロボット運動ソフト
ウエア・パッケージとの対話により関節角度の特定の集
合に変換される。ＣＰＵは、米国ウイスコンシン州メデ
ィソン所在のヒューリコン・コーポレーション（Ｈｅｕ
ｒｉｋｏｎ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）社により製造さ
れている型式番号「ＨＫ６３／Ｖ３６」のコンピュータ
とするのが有利である。コントローラ２４３のＣＰＵ２
７３は、次いで、周期的に、モータ運動制御カード２７
５を介して作動信号を伝送し、一方、該モータ運動制御
カード２７５は、所望の軌道を達成するために、モータ
駆動される関節組立体のモータ５９に伝達される電力を
制御する。しかし、その指令信号をモータ運動制御カー
ド２７５に伝送する前にＣＰＵ２７３は、追跡ソフトウ
エア２６９からの情報を処理する。このソフトウエア２
６９の目的は、ＣＰＵ２７３に対して、所望の軌跡と関
連するロボット運動の特定の増分運動が完了したことに
関する情報を与えることにある。追跡ソフトウエア２６
９は、この機能を、関節が回転した角度を表す同調駆動
装置８１の出力に入力軸組立体１２２を介して機械的に
連結されている後部リゾルバ１００からのフィードバッ
ク信号を受けることにより遂行することができる。前部
リゾルバ１０２によって発生される正弦波アナログ信号
を受ける前に、この信号は、追跡ソフトウエア２６９に
より処理することができる形態にするために、ディジタ
ル変換器２７１によって１６ビットディジタル信号に変
換される。

【００３７】動作に当たって、ＣＰＵは、以下に述べる
ような仕方で、経路制御ソフトウエア２６７及び追跡ソ
フトウエア２６９と対話する。最初に経路制御ソフトウ
エア２６７が、ＣＰＵに対して、所望の軌跡を実現する
のに必要なロボット腕運動の一連の増分歩進（ステップ
）を報知する。経路制御ソフトウエア２６７は、この情
報を、５０ミリ秒毎にＣＰＵに与える。それとは対照的
に、追跡ソフトウエア２６９は、一連の運動指令におけ
る特定の増分もしくは歩進が完了したことをＣＰＵ２７
３に報知する。追跡ソフトウエア２６９は、この情報を
、１０ミリ秒毎にＣＰＵに伝送する。モータ運動制御カ
ード２７５は、ロボット運動の各増分もしくは歩進を、
モータ軸回転速度及び大きさを決定するモータ５９に対
する特定の電力指令に変換する。追跡ソフトウエア２６
９が、ロボット腕運動の特定の増分が達成されたことを
ＣＰＵに報知する場合にのみ、ＣＰＵはモータ運動制御
カードに対してモータ電力指令を変更するように指令す
る。勿論、モータ運動制御カード２７５によって発生さ
れる比較的低レベルの電力ディジタル信号は、増幅器２
３５によりモータ５９を通されるパルス型のＤＣ電力を
適切に変調するためにアナログ信号に変換し戻されなけ
ればならない。

【００３８】ここで重要なことは、モータ運動制御カー
ド２７５によって発生される信号が完全には、追跡ソフ
トウエア２６９により間接的に発生される作動信号に依
存しているのではなく、更に、モータ５９の出力軸に直
接接続されている入力軸を有する後部リゾルバ１００に
より受けられるフィードバック信号に依存していること
である。前部リゾルバ１０２の場合と同様に、リゾルバ
１００によって発生される正弦波アナログ信号は、ディ
ジタル変換回路２７７によりディジタル形態に変換され
る。動作において、モータ運動制御カード２７５は常に
、１０ミリ秒の増分期間に亙り短い走行中にリゾルバ１
００が受けるフィードバック信号を追従する。しかし、
２０ミリ秒又はそれより大きい期間中、モータによって
発生されるフィードバック信号とリゾルバ１００及び１
０２によって発生されるフィードバック信号との間の競
合は、リゾルバ１０２に対して有利なように解消される
。この動作方法によれば、リゾルバと同調駆動装置８１
との間に存在する入力軸組立体１２２における「ワイン
ドアップ（ｗｉｎｄ−ｕｐ）」又はバックラッシの結果
としてリゾルバ１０２により発生されるフィードバック
信号に存在する雑音の影響が有利にも阻止される。モー
タ運動制御カード２７５は、主として、リゾルバ１００
により発生される比較的雑音の少ないフィードバック量
を基にしてその制御信号を発生するので、増幅器２３５
により発生される電力変調信号も同様に雑音を実質的に
伴わず、その結果として、極めて平滑なモータ制御、従
って極めて平滑な関節組立体の運動が結果的に実現され
ることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】原子力蒸気発生器の水室内でエンドエフェクタ
を操作するのにどのようにして使用されるかを説明する
、本発明の改良型ロボット装置の側面図。

【図２】ロボット装置のロボット腕の側面図。

【図３】図２に示したロボット腕の線３−３に沿う正面
図。

【図４】本発明のロボット腕で用いられる関節組立体の
１つを示す側断面図。

【図５】ロボット装置のロボット腕の各関節組立体で用
いられているリゾルバ組立体の側断面図。

【図６】ロボット腕の上部及び下側腕部分を手首部分に
着脱可能に接続するのに用いられる腕連結器の側断面図
。

【図７】図６に示した腕連結器で用いられる雌部材の側
面図である。

【図８】図７に示した雌部材を線８−８に沿って見た正
面図。

【図９】ロボット腕を原子力蒸気発生器の水室内に設置
するのに用いられる装入固定装置の側面図。

【図１０】図９の線１０−１０に沿う装入固定装置の平
面図。

【図１１】基板に対し装入固定装置の支持枠を回動する
のに用いられる手動操作される駆動装置の拡大断面図。

【図１２】ロボット腕及びエンドエフェクタの制御に単
一のＣＰＵがどのような仕方で使用されるかを説明する
、ロボット装置の制御回路アセンブリの簡略図。

【図１３】ロボット腕の腕部分の運動を制御するのに関
節組立体のリゾルバがどのように協働して動作するかを
説明するための機能ブロック図。

【図１４】制御回路アセンブリのワークステーション及
び同ワークステーションで使用される制御ディスプレイ
を示す図。

【図１５】制御回路アセンブリのワークステーションで
使用される制御ディスプレイを単純な操作器でどのよう
に動作することができるかを図解する説明図。

【符号の説明】

１　　　　ロボット腕装置 ３　　　　ロボット腕 ５　　　　エンドエフェクタ（工具） ７　　　　制御回路アセンブリ（制御手段）１１　　　
　管板 １３　　　　水室 １５　　　　水室の壁 １９　　　　マンホール ２７　　　　渦電流プローブ（エンドエフェクタもしく
は工具） ３４　　　　基部組立体 ３８　　　　第１の腕部分（上側腕部分）３９　　　　
第２の腕部分（下側腕部分）４０　　　　第３の腕部分
（手首部分）４２　　　　関節組立体（肩関節組立体）
４４　　　　関節組立体（上部ひじ関節組立体）４５　
　　　関節組立体（下部ひじ関節組立体）４７　　　　
関節組立体（基端側手首関節組立体）４８　　　　関節
組立体（中間手首関節組立体）４９　　　　関節組立体
（末端側手首関節組立体）５９　　　　モータ（モータ
機構もしくは電気モータ手段）８１　　　　駆動装置 １００　　　　後部リゾルバ（第１のリゾルバ手段）１
０２　　　　前部リゾルバ（第２のリゾルバ手段）１０
６　　　　機械的入力部（入力軸組立体）１１８　　　
　出力軸（軸出力部材） １２２　　　　機械的入力部（入力軸組立体）２７３　
　　　中央処理装置

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　３つの次元の全てに成分を有する軌道
   に沿い工具を運動させながら該工具を所望の配位に維持
   するためのロボット腕装置であって、ロボット腕を片持
   ち梁型式で支持するための基部組立体と、関節連結され
   たロボット腕を形成する少なくとも第１、第２及び第３
   腕部分と、前記基部組立体を前記第１腕部分並びに前記
   第１及び第２腕部分のそれぞれに回転可能に連結する、
   モータ駆動の少なくとも第１及び第２の関節組立体と、
   該第１及び第２の関節組立体を駆動するためのモータ機
   構とを備え、前記第１及び第２の関節組立体は、同第１
   及び第２の関節組立体を駆動する前記モータ機構に対し
   片持ち梁型式の支持により誘起されるトルクが加わるの
   を阻止するために、実質的に垂直な軸線回りにのみ回転
   可能である、ロボット腕装置。
2. 【請求項２】　　管板を有する水室と、該水室への出入
   りを許容するマンホールとを有する原子力蒸気発生器の
   放射性の前記水室内で３つの次元全てに成分を有する軌
   道に沿いエンドエフェクタを動かしながら、該エンドエ
   フェクタを所望の配位で運動させるためのロボット腕装
   置であって、ロボット腕を片持ち梁型式で支持するため
   の基部組立体と、関節連結されたロボット腕を形成する
   少なくとも第１、第２及び第３腕部分と、前記基部組立
   体を前記第１腕部分並びに前記第１及び第２腕部分のそ
   れぞれに回転可能に連結する、モータ駆動の少なくとも
   第１及び第２の関節組立体と、該第１及び第２の関節組
   立体を駆動するための第１及び第２のモータ機構とを備
   え、前記第１及び第２の関節組立体は、前記第１及び第
   ２のモータ機構に対し片持ち梁型式の支持により誘起さ
   れるトルクが加わるのを阻止するため並びに前記腕と前
   記水室の壁との間における機械的干渉の機会を最小にす
   るために前記管板に対し平行な平面内でのみ回転可能で
   ある、ロボット腕装置。
3. 【請求項３】　　所望の軌道に沿い工具を運動するため
   のロボット腕装置において、複数個の腕部分間に接続さ
   れた複数個の回転可能な関節組立体を有する関節連結さ
   れたロボット腕であって、前記腕部分の各々が、前記関
   節組立体を所望の角度回転するためのモータ機構を備え
   、各モータ機構が、駆動軸を有する電気モータ手段と、
   前記腕部分の１つに接続された出力軸を有する駆動装置
   とを含む、前記ロボット腕と、前記関節組立体の運動角
   度を制御するために前記各関節組立体の前記電気モータ
   手段に供給される電力量を制御する電気信号を発生する
   ための制御手段と、前記駆動軸及び出力軸にそれぞれ接
   続されて、同駆動軸及び出力軸の角度位置を表す個別の
   フィードバック信号を前記制御手段に供給する第１及び
   第２のリゾルバ手段と、を含むロボット腕装置。
4. 【請求項４】　　放射能が存在する閉じ込められた領域
   内で所望の軌道に沿いエンドエフェクタを運動させるた
   めのロボット腕装置において、関節を所望の角度回転す
   るための複数個の回転可能な関節組立体を有する関節連
   結されたロボット腕であって、前記各関節組立体は、駆
   動軸を有する電気モータ手段と、前記駆動軸及び前記関
   節の１つにそれぞれ接続された入力軸及び出力軸を有す
   る駆動装置とを有するモータ機構を含む、前記ロボット
   腕と、前記関節の運動角度を制御すべく、前記各関節組
   立体の前記電気モータ手段に供給される電力量を制御す
   るための電力量制御信号を発生する制御手段と、前記駆
   動軸及び前記出力軸にそれぞれ接続された機械的入力部
   を有し、前記駆動軸及び前記出力軸の角度位置をそれぞ
   れ表す別個のフィードバック信号を前記制御手段に供給
   するための第１及び第２リゾルバ手段とを含み、前記制
   御手段は、前記駆動軸からのフィードバック信号を用い
   て、該制御手段により発生される前記電力量制御信号に
   対する雑音の重畳を回避するために前記関節組立体の前
   記電気モータ手段に供給される電力量を変調すると共に
   、周期的に前記第１及び第２リゾルバ手段のフィードバ
   ック信号を比較して前記電気モータ手段及び前記駆動装
   置間の機械的連結の健全性を判定するロボット腕装置。
5. 【請求項５】　　関節連結されたロボット腕を運動させ
   るための出力軸を有する駆動装置と、該駆動装置を駆動
   する駆動軸を有する電気モータ手段とを含む少なくとも
   １つの回転可能な関節組立体を有する前記ロボット腕を
   制御する方法であって、 ａ）前記電気モータ手段の前記駆動軸が回転する量を表
   す第１の電気信号を発生し、 ｂ）駆動軸回転数に前記電気モータ手段の前記駆動軸と
   前記駆動装置の前記出力軸との間の変速比を乗ずること
   により、前記ロボット腕の角度位置を表す第２の電気信
   号を発生し、 ｃ）前記第２の電気信号により前記電気モータ手段に供
   給される電流の大きさを制御し、 ｄ）前記第２の電気信号により前記ロボット腕が所望位
   置に運動したことが指示された時に、前記電気モータ手
   段を流れる電流を停止する、諸ステップを含むロボット
   腕の制御方法。
6. 【請求項６】　　エンドエフェクタを搬送し且つ作動す
   るためのロボット装置であって、基部組立体に接続され
   た基端部と、エンドエフェクタに着脱自在に接続可能な
   末端部と、所望の軌道に沿い前記末端部を移動するため
   の電気モータ手段を有する少なくとも１つのモータ駆動
   の関節組立体とを有する関節連結されたロボット腕と、
   前記電気モータ手段に対する電流の入力を制御すること
   により前記末端部の運動を指令し且つ前記エンドエフェ
   クタの動作を制御するための中央処理装置を含む制御手
   段と、を含むロボット装置。
7. 【請求項７】　　発電プラント内の格納領域に設置され
   た原子力蒸気発生器の放射性の水室内にコンピュータ操
   作される複数のエンドエフェクタを搬送し且つ前記複数
   のエンドエフェクタの各々を作動するためのロボット装
   置であって、前記水室内に配設された管板に着脱自在に
   接続可能である基部組立体に連結された基端部と、前記
   複数のエンドエフェクタの各々に着脱自在に接続可能で
   ある連結器を有する末端部と、前記末端部を運動するた
   めの電気モータ手段を含む複数のモータ駆動の関節組立
   体とを有する関節連結されたロボット腕と、前記関節組
   立体の前記電気モータ手段に対する電力の入力を制御す
   ることにより前記末端部の運動を指令すると共に、前記
   エンドエフェクタの動作を同時に制御するために中央処
   理装置を含む制御手段と、を含むロボット装置。