JPH0443752B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】

この発明は原子炉内に装荷して炉内の各種検
査、簡単な補修等を行うマニピユレータを対象と
した多関節型マニピユレータの構成に関する。

【従来技術とその問題点】

頭記のように原子炉内にマニピユレータを挿入
し、そのアーム先端に取付けたワークユニツトに
TVカメラを装着してモニタによる炉内の目視検
査を行つたり、あるいはさらにグラブ機構等のワ
ークを取付けて炉内での各種作業を行うようにし
た多関節型マニピユレータが公知である。 ここで前記の原子炉炉内で使用するマニピユレ
ータの概要を第３図に示して説明する。図におい
て、１は炉心を収容した原子炉の圧力容器、２，
３は一次，二次遮蔽体、４は一次遮蔽体２を貫通
して圧力容器１の上面に植設されたスタンドパイ
プ、５は炉内側のチヤージ板、６は前記スタンド
パイプ４を通じて炉心に装荷された燃料制御棒、
７がこの発明の対象となる多関節型マニピユレー
タである。かかるマニピユレータ７は二次遮蔽体
３の床面より前記のスタンドパイプ４内に据付け
た案内管８を通して炉内に装荷され、図示されて
ない操作盤に与えた指令により駆動装置９を介し
て遠隔操縦される。ここでマニピユレータ７は周
知のように関節部を介して直列に相互連結された
符合７ａ〜７ｆで示す複数段のリンクで多関節形
のマニピユレータアームを構成し、先端リンクの
回転操作、および各リンク相互間での関節部の旋
回操作を行うことにより、アームの先端リンク７
ａに取付けたTVカメラ等のワークユニツト１０
を炉内で引回し移動して各種の検査，作業を行
う。なお図示は圧力容器１の高温ガスダクト１ａ
内の状況をTVカメラでモニタしている状態を示
している。 ところで従来におけるこの種のマニピユレータ
では、関節部の旋回駆動をリンクケーシングに内
蔵した油圧シリンダによつて行う駆動方式が一般
的であるが、この油圧駆動方式では制御が複雑
で、かつその油圧系統の構成も配管スペース等の
面で大形化となり、しかもアクチユエータとして
の油圧シリンダは出力／重量比，出力／サイズ比
が大である。またマニピユレータを炉内に挿入し
て水平方向に延長した使用状態では、マニピユレ
ータアームの先端に取りつけたワークユニツトの
重量は僅かであるのに対して、根元側のリンク部
分ではそれより前方に連なるリンクおよび各リン
ク間関節部の駆動機構の重量が累積加算されるの
でリンクの旋回操作に極めて大きな駆動トルクを
必要としてこのリンク部分に配備する油圧シリン
ダが益々大形化する等の問題があり、このために
原子炉炉内検査用として、径寸法の制限されたス
タンドパイプ内に挿入可能な長尺の多関節形マニ
ピユレータを構成することが極めて困難である。
このことからマニピユレータの軽量化，コンパク
ト化を進めることがこの種のマニピユレータを製
作する上での重要な課題となつている。

【発明の目的】

この発明は上記の点にかんがみなされたもので
あり、従来における油圧駆動方式による難点を解
決し、軽量コンパクトな構成でかつ操作性にも優
れた原子炉炉内検査用として有用な多関節形マニ
ピユレータを提供することを目的とする。

【発明の要点】

上記目的を達成するために、この発明は各リン
クごとにその従動側の回転軸上にリンクの旋回検
出用ポテンシヨメータを直結装備し、電動式サー
ボモータにより駆動する旋回検出機構を用いると
ともに、リンクに加わる負荷荷重が小さいアーム
先端側領域ではリンク間関節部の駆動機構に前記
旋回駆動機構に結合した歯車直結式動力伝達機構
を採用し、これに対してリンクに高負荷荷重が加
わるアーム根本側領域では、リンク間関節部の駆
動機構に、前記駆動機構の出力軸に取付けた歯車
と、この歯車とかみ合う歯車に固定した上下一対
のナツトと、各ナツトに結合した２本の送りねじ
軸と、従動側リンクのヒンジ回転軸上に一体に取
付けたスプロケツトと、前記それぞれの送りねじ
軸の軸端と前記スプロケツトとの間に張架したロ
ーラチエーンとの組立体としてなるチエーンドラ
イブ式動力伝達機構を採用して構成したものであ
る。 すなわち上記構成のようにまずアクチユエータ
として電動式のサーボモータを用いることにより
油圧駆動方式の油圧サーボモータと比べて制御性
の向上とともに軽量，小形化が図れ、かつマニピ
ユレータアームの各領域における所要の駆動トル
クに応じて歯車直結式およびチエーンドライブ式
の動力伝達機構を使い分けることにより、高出力
トルクを要さないアーム先端側領域のリンク間関
節駆動機構では歯車直結式動力伝達機構の採用に
より軽量化したがつてリンクの負荷荷重の低減化
が図れ、一方アームの根元側領域では関節駆動機
構にチエーンドライブ式動力伝達機構を採用する
ことにより小径のリンクケーシング内に納めて高
出力トルクの駆動機構がコンパクトに構成でき、
全体として径小コンパクトな構造で、かつ大きな
出力／重量比の得られる多関節形マニピユレータ
の製作が可能となる。

【発明の実施例】

第１図および第２図はこの発明の実施例を示す
ものであり、第３図に対応する同一部材には同じ
符合が付してある。まず第１図はマニピユレータ
アームを構成する多段リンクのうちの低負荷荷重
領域、特にワークユニツト１０を保持した先端リ
ンク７ａと次段のリンク７ｂとの間の関節部を対
象とした関節部の駆動機構を示している。すなわ
ちリンク７ａと７ｂの相互間は各リンクケーシン
グ１１から張り出したヒンジ１１ａの間に回転軸
となるピンを通してヒンジ結合されており、かつ
従動側の先端リンク７ａは駆動側リンク７ｂのケ
ーシング１１内に内蔵設置した旋回駆動機構１２
により、ヒンジの回転軸を中心に矢印Ａ方向に旋
回駆動されるように伝動結合されている。ここで
前記の旋回駆動機構１２は、電動式のDCサーボ
モータ１３をアクチユエータとしてこれにクラツ
チ１４，ブレーキ１５，ハーモニツクドライブ
（商品名：ハーモニツクドライブシステムズ社製）
等の減速機構１６に傘歯車１７および歯車１７に
直結したリンク７ａ側の傘歯車１８とを組合せて
構成されている。なお前記部品のうちクラツチ１
４は常時は結合状態にあり、非常時にサーボモー
タ１３と従動側との間を切り離しように動作し、
ブレーキ１５はサーボモータ１３の停止時に作動
して先端リンク７ａをその位置ち保持する役目を
果たすものである。 かかる構成でサーボモータ１３よりクラツチ１
４，ブレーキ１５，減速機構１６を経て傘歯車１
７に伝達された回転駆動力が歯車１８を回動し、
これにより先端リンク７ａはヒンジの回転軸を中
心に矢印Ａ方向へ旋回駆動される。またこの場合
の先端リンク７ａの旋回角度は、リンク７ａとリ
ンク７ｂとの間のヒンジ回転軸上に直結したポテ
ンシヨメータ１９によつて検出される。このよう
にポテンシヨメータ１９を従動側リンクのヒンジ
回転軸上に直結して装備することにより歯車１
７，１８間のバツクラツシユの影響を受けること
なく精確な旋回角度の検出が行える。なお第１図
におけるリンク７ｂには、図示してないがリンク
ケーシングを軸の回りで回転するための回転駆動
機構を内蔵している。また第１図ではリンク７ｂ
とその後段リンク７ｃとの間の関節部旋回駆動機
構も前記と同様に構成されている。 上記のように関節部駆動機構のアクチユエータ
としてDCサーボモータ１３を用い、かつ負荷荷
重のが小さく高出力トルクを必要としないマニピ
ユレータアームの先端側領域では各リンク間の関
節部駆動機構に歯車１７，１８を組合せた歯車直
結式の動力伝達機構を採用することにより、該関
節部駆動機構を軽量に構成できる。 次にマニピユレータアームを構成する多段リン
クのうち高負荷荷重の加わる根元側領域、例えば
第３図におけるリンク７ｃ，７ｄ，７ｅ相互間の
関節部のように高出力トルクの要求される関節部
駆動機構の構成を第２図に示す。すなわち先述の
ようにマニピユレータアームの根元側領域では先
端側領域のリンク重量を支える必要から高負荷荷
重が加わり、したがつて節部駆動機構には高出力
トルクが要求される。このために仮にこの根元側
領域のリンクに第１図に示した歯車直結式動力伝
達機構を採用したとすると、高出力トルクを得る
ためには歯車機構が大形となり、制限されたリン
クケーシングの寸法内に納めることが極めて困難
となる。かかる点、第２図の構成によれば関節部
駆動機構は、駆動側リンク７ｄのリンクケーシン
グ１１に内蔵設置されたDCサーボモータ１３、
クラツチ１４，ブレーキ１５，ハーモニツクドラ
イブ減束機構１６からなる旋回駆動機構１２（こ
こまでの構成は第１図と同様である）に次記のチ
エーンドライブ式動力伝達機構を組合せて構成さ
れている。ここでチエーンドライブ式動力伝達機
構は、減速機構１６の出力軸に取付けた歯車２０
と、該歯車２０とかみ合う歯車２１に固定した上
下一対のナツト２２と、各ナツト２２にねじ結合
した２本の送りねじ軸２３と、従動側リンク７ｃ
のヒンジ回転軸上に一体に取付けたスプロケツト
２４と、各送りねじ軸２３の軸端とスプロケツト
２４との間に張架したローラチエン２５との組立
体として構成されている。 かかる構成でサーボモータ１３を運転すること
により減速機構１６の出力軸を経て歯車２０が回
転駆動され、同時に一対のナツト２２を互いに逆
方向に回転する。これにより２連の送りねじ軸２
３のうち一方は前進，他方は後退移動してローラ
チエーン２５を所定の方向に駆動操作し、スプロ
ケツト２４を介して従動側リンク７ｃが矢印Ａ方
向へ旋回駆動することになる。なおリンク７ｃの
旋回角度は第１図と同様にヒンジ回転軸上に直結
されたポテンシヨメータ１９によつて検出され
る。 このよう高負荷荷重の加わるマニピユレータア
ームの根元側領域のリンクに対し、そのリンク間
関節部の駆動機構にチエーンドライブ式動力伝達
機構を採用することにより、小径なリンクケーシ
ング１１内に納まる構造で高出力トルクが得られ
るようになる。

【発明の効果】

以上述べたようにこの発明によれば、各リンク
ごとにその従動側の回転軸上にリンクの旋回検出
用ポテンシヨメータを直結装備し、電動式サーボ
モータにより駆動する旋回駆動機構を用いるとと
もに、リンクに加わる負荷荷重が小さいアーム先
端側領域ではリンク間関節部の駆動機構に歯車直
結式動力伝達機構を採用し、これに対してリンク
に高負荷荷重が加わるアーム根元側領域ではリン
ク間関節部の駆動機構に送りねじ機構とチエー
ン，スプロケツトを組合せたせたチエーンドライ
ブ式動力伝達機構を採用して構成したことによ
り、マニピユレータの先端から根元に至る各アー
ム領域に対応してそのリンク相互間の旋回操作に
必要な所要の駆動トルクが得られるようにしつ
つ、しかもマニピユレータ全体として軽量かつコ
ンパクトに構成べきるようにした特に原子炉炉内
検査用として実用的価値の高い多関節型マニピユ
レータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれこの発明の実施
例に係る多関節型マニピユレータの低負荷荷重領
域および高負荷荷重領域のリンク関節部駆動機構
を示す構成斜視図、第３図は原子炉炉内に装荷し
た状態における多関節型マニピユレータ全体の概
要構成図である。図において、 １……原子炉の圧力容器、４……スタンドパイ
プ、７……マニピユレータ、７ａ〜７ｆ……各段
のリンク、１０……ワークユニツト、１１……リ
ンクケーシング、１２……旋回駆動機構、１３…
…電動式のDCサーボモータ、１４……クラツチ、
１５……ブレーキ、１６……減速機構、１７，１
８……歯車直結式動力伝達機構を構成する歯車、
１９……ポテンシヨメータ、２２，２３……送り
ねじ機構を構成するナツトおよび送りねじ軸、２
４……スプロケツト、２５……チエーン、Ａ……
従動リンクの旋回駆動方向。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ リンク相互間を関節結合した直列複数段のリ
   ンクでマニピユレータアームを構成し、かつ各リ
   ンク相互間の関節部旋回駆動を駆動側のリンクケ
   ーシングに内蔵した駆動機構を介して行うように
   した多関節型マニピユレータにおいて、各リンク
   ごとにその従動側の回転軸上にリンクの旋回検出
   用ポテンシヨメータを直結装備し、電動サーボモ
   ータにより駆動する旋回駆動機構を用いるととも
   に、リンクに加わる負荷荷重が小さいアーム先端
   側領域では、リンク間関節部の駆動機構に、前記
   旋回駆動機構に結合した歯車直結式動力伝達機構
   を採用し、これに対してリンクに高負荷荷重がア
   ーム根本側領域では、リンク間関節部の駆動機構
   に、前記旋回駆動機構の出力軸に取付けた歯車
   と、この歯車とかみ合う歯車に固定した上下一対
   のナツトと、各ナツトに結合した２本の送りねじ
   軸と、従動側リンクのヒンジ回転軸上に一体に取
   り付けたスプロケツトと、前記それぞれの送りね
   じ軸の軸端と前記スプロケツトとの間に張架した
   ローラチエンとの組立体としてなるチエーンドラ
   イブ式動力伝達機構を採用して構成したことを特
   徴とする多関節型マニピユレータ。