JPH10142383A

JPH10142383A - 水中移動ロボットの位置決め方法

Info

Publication number: JPH10142383A
Application number: JP8300222A
Authority: JP
Inventors: Aya Matsuyama; 亜弥松山; Koji Kobayashi; 弘二小林; Yuichi Miura; 雄一三浦; Naoya Hirose; 尚哉廣瀬
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1996-11-12
Filing date: 1996-11-12
Publication date: 1998-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の課題は、原子炉圧力容器等の大型容
器の水中でのロボット本体の位置決めを容易にかつ高精
度に行う。【解決手段】水が満たされた大型容器Ａの内壁面Ｗに
沿って移動するロボット本体１を上記壁面Ｗに沿って移
動させながら超音波探傷ユニット２６から上記大型容器
Ａの壁面Ｗ内部に超音波を発信し、その反射波の変化に
より、上記大型容器Ａの外壁面に設けられた突起物の種
類と、その突起物に対するロボット本体１の相対位置を
検出して上記内壁面Ｗに対するロボット本体１の位置を
特定して位置決めを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉圧力容器な
どの水が満たされた大型容器の内壁面に吸着しながらこ
れに沿って無軌道に走行移動する水中移動ロボットの位
置決め方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電所などの原子力設備はその性
質上、高い安全性が要求されることから、ＩＳＩ（供用
期間中検査）等の定期検査の実施が義務づけられてお
り、その重要な検査の一つして超音波探傷方法を用いた
原子炉圧力容器の非破壊検査がある。

【０００３】この超音波による非破壊検査は周知の通
り、物体表面から物体内部に弾性波である超音波を送り
込み、その反射波の変化によって物体内部の傷や欠陥を
非破壊で検査するものである。具体的には、原子炉圧力
容器の外側にレールを設け、このレールに従って、超音
波探傷装置を備えた移動検査ロボットを走行させながら
超音波を検査する方法や、圧力容器の外表面に、磁石な
どの磁力を借りて直接この移動検査ロボットを吸着させ
た後、これをその表面に沿って無軌道に走行させながら
検査する方法がある。

【０００４】このような無軌道式の移動検査ロボットを
用いた場合、原子炉圧力容器の近傍には、被曝や構造的
な理由等により、作業員が立ち入れない場合が多いた
め、検査に際して、この移動検査ロボットの据え付け作
業等は遠隔操作によって行われることから、原子炉圧力
容器に対するその移動検査ロボットの位置決めが重要と
なってくる。

【０００５】そして、この移動検査ロボットの位置決め
方法としては、従来、圧力容器表面に設定された任意の
基準点に、超音波やレーザーを用いた距離計を取り付け
ると共に、ロボット本体側に走行距離を検出するプラニ
メータ等を設けて、予めその位置が判っている基準点に
対するロボット本体の位置を検出する方法が考えられい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな従来の無軌道式の移動検査ロボットによる検査は、
全て原子炉圧力容器の外側から行われるようになってい
るが、より迅速な検査及び作業員の被曝低減の見地等か
ら上述したような無軌道式の移動検査ロボットを原子炉
圧力容器の内壁面に設置し、その内壁面から検査するこ
とが望ましい。

【０００７】すなわち、圧力容器の外側にロボット本体
を装着する方法では、圧力容器の外側に設けられている
多くの障害物を避けるか取り除かねばならないため、ロ
ボット本体の装着に多大な時間を要してしまい、作業員
の被曝低減が実現できないが、内壁面はこのような障害
物が少ないため、ロボット本体の装着時間が大幅に短縮
されて、検査作業時間の短縮化と作業員の被曝低減が達
成できるからである。

【０００８】しかしながら、この原子炉圧力容器の内部
には炉水が満たされているため、上述したような距離計
測のための装置を炉水中の基準点に精度良く設置しなけ
ればならず、水中での移動検査ロボットの正確な位置決
めを行うことは困難である。そのため、ロボット本体に
水中カメラや光ビーム等の位置検出手段を備えると共
に、原子炉圧力容器内のジェットポンプやシュラウド等
の炉内構造物を位置決めの際の計測対象物として基準と
して位置決めする方法も提案されているが、このような
計測対象物が無い場合や取り外してしまった後では、こ
の方法を用いることはできない。

【０００９】そこで、本発明はこのような課題を有効に
解決するために案出されたものであり、その目的は、原
子炉圧力容器等の大型容器の水中でのロボット本体の位
置決めを容易にかつ高精度に行うことができる新規な水
中移動ロボットの位置決め方法を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、外壁面にその形状と大きさと取り付け位置
等が予め判っている突起物が形成された原子炉圧力容器
内の壁面に沿ってロボット本体を無軌道に走行させるよ
うにした水中移動ロボットの位置決め方法において、上
記ロボット本体に、超音波を発信してその反射波を受け
る超音波探傷ユニットを取り付けた後、このロボット本
体を上記壁面に沿って移動させながら上記超音波探傷ユ
ニットから上記圧力容器の壁面内部に超音波を発信し、
その反射波の変化により、上記圧力容器の外壁面に設け
られた突起物の種類と、その突起物に対するロボット本
体の相対位置を検出して上記内壁面に対するロボット本
体の位置を特定してから位置決めを行うようにしたもの
である。

【００１１】すなわち、原子炉圧力容器の外壁面に設け
られたノズルやブラケットなどの突起物は、原子炉圧力
容器の設計寸法図面等により、その種類と取付け位置が
予め判っていることから、ロボット本体に設けられた超
音波探傷ユニットからの超音波によって圧力容器内部か
らその突起物の種類と、その突起物に対するロボット本
体の相対位置を検出することで、圧力容器に対するロボ
ット本体の位置を特定することができるため、ロボット
本体の走行原点の位置決めを容易にかつ高い精度で行う
ことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明を実施する好適一形
態を添付図面を参照しながら説明する。

【００１３】図１〜図３は本発明方法で使用する水中移
動ロボットの実施の一形態を示したものである。

【００１４】図示するように、この水中移動ロボット
は、本発明者らが先に出願した特願平６−３１９９７２
号で提案した水中移動台車と略同様な構成をしており、
一側面が開口部１ａが形成されたシャーレー状のロボッ
ト本体１の内部に略矩形状のケーシング２が水密に取り
付けられ、さらにこのケーシング２内の上部には浮体３
が、また、その下部には錘体部４がそれぞれ収容されて
いる。

【００１５】この浮体３は、空気又は発泡スチロールな
どが充填された密閉タンク５からなっており、錘体部４
は後述するスラストファン６や、駆動輪及びモータ等の
移動機構７等からなっている。そして、これら浮体３及
び錘体部４によってロボット本体１が水中にて茶柱状
（縦型）に垂直に立った状態で浮遊するように浮力調節
されている。より詳しくロボット本体１が水中で僅かに
沈降する程度に浮力調節されている。

【００１６】また、このロボット本体１の背面１ｂ側に
は一対の排水口８，８が形成されており、さらにこの排
水口８，８には、それぞれスラストファン６，６が設け
られている。このスラストファン６，６は各排水口８，
８に位置するファン９，９と、これら各ファン９，９を
それぞれ正逆回転駆動するファン駆動用モータ１０，１
０とからなっており、各ファン９，９をそれぞれファン
駆動用モータ１０，１０で駆動してロボット本体１内外
の水を排水口８，８から吸排水することで水中を茶柱状
に浮遊しているロボット本体１を水平方向に移動させる
と共に、図２（Ａ）に示すように、このロボット本体１
の開口部１ａが水中の壁面Ｗに接したときに、ロボット
本体１内を負圧状態にして吸盤の如くその壁面Ｗに吸着
させるようになっている。

【００１７】また、このロボット本体１の開口部１ａの
周縁部には、リング状のシールスカート１１が取り付け
られている。このシールスカート１１は、図２（Ｂ）に
示すようにロボット本体１が壁面Ｗに接したときにロボ
ット本体１内の負圧状態を保つためのものであり、開口
部１ａの周縁部に取り付けられたゴムの如き可撓性材料
からなるフレアリング部１２と、このフレアリング部１
２の外周縁部に取り付けられたポリエステル樹脂の如き
変形可能な材料からなるシールリング１３とからなって
いる。

【００１８】このフレアリング部１２は、ロボット本体
１内が負圧になったときに、その吸引力により、図２
（Ｂ）に示すように一点鎖線で示すように内側へ引っ張
られて壁面Ｗに接触するように変形することで開口部１
ａの周縁部と、壁面Ｗとの隙間をシールするようになっ
ている。但し、このときフレアリング部９は、ロボット
本体１の内外を完全にシールするものではなく、壁面Ｗ
との間に多少の水流を発生させるようになっており、吸
盤の如くロボット本体１を壁面Ｗに固定するようなこと
はない。一方、シールリング１３はフレアリング部１２
の外周縁部を補強する働きの他に、その周縁部には図示
するように壁面Ｗ側にカットされた傾斜面１３ａが形成
されており、ロボット本体１が移動する際に、壁面Ｗに
付着した障害物Ｈ（ゴミ、ボルト、溶接線、段差等）を
容易に乗り越えることができるようになっている。

【００１９】また、移動機構７はケーシング２の下部両
側に設けられた一対の駆動輪１４，１４と、ケーシング
２内下部に設けられ、これら各駆動輪１１，１１をそれ
ぞれ独立して正逆方向に回転駆動する駆動輪用モータ１
５，１５と、浮体３の下面に設けられたボールキャスタ
１６とからなっており、ロボット本体１が壁面Ｗに接触
したときに、これら駆動輪１４，１４とボールキャスタ
１６によってロボット本体１を壁面Ｗに３点支持すると
共に、各駆動輪用モータ１５，１５によって各駆動輪１
４，１４をそれぞれ独立に回転速度及び回転方向を制御
することで、ロボット本体１を壁面Ｗに沿って無軌道に
走行させることができるようになっている。従って、例
えば、図１に示すような状態で各駆動輪１４，１４を同
方向かつ同回転速度で駆動してやればそのまま上下方向
に直線走行を、また、各駆動輪１４，１４の相対回転速
度を変えることで任意の半径でカーブ走行をさせること
ができ、また、停止した状態から各駆動輪１４，１４を
それぞれ反対方向に回転駆動すれば、定位置でロボット
本体１の旋回動作をそれぞれ行うことができるようにな
っている。

【００２０】また、この駆動輪１４，１４の近傍には壁
面Ｗに対するロボット本体１の走行距離を検出する一対
のプラニメータ１７，１７と、ロボット本体１の傾きを
検知する重力センサ（図示せず）が設けられている。こ
のプラニメータ１７，１７はロボット本体１は壁面Ｗに
沿って走行するときに壁面Ｗに倣って転動するフリクシ
ョンローラ１８と、このフリクションローラ１８の回転
数をカウントするロータリーエンコーダ（図示せず）と
を備えており、これらによって壁面Ｗに対するロボット
本体１の走行軌跡を検出できるようになっている。

【００２１】また、ケーシング２内には、上述したスラ
ストファン６や移動機構７、プラニメータ１７等を制御
する制御基板１９が備えられており、ケーシング２の上
部に設けられたコネクタ２０に接続される操作ケーブル
２１を介して図３に示すように水上フロアＦに設置され
た主制御部２２に接続されている。尚、図３に示すよう
に、この操作ケーブル２１は主制御部２２の近傍に設置
されたドラム２３に繰り出し巻き取り自在に巻き付けら
れており、ロボット本体１の走行移動により、その長さ
が不足したり、ロボット本体１の走行の邪魔になったり
しないように、その長さが適宜調節されるようになって
いる。

【００２２】さらに、図１及び図２に示すように、この
ロボット本体１の下部には壁面Ｗ内部を超音波によって
探傷するための超音波探傷機構２４が、これと一体的に
取り付けられている。

【００２３】この超音波探傷機構２４は、図示するよう
にロボット本体１の下部に鍔状の取付け部２５を突出さ
せて形成し、この取付け部２５に超音波探傷ユニット２
６を図示矢印方向に往復移動自在に取り付けたものであ
る。

【００２４】すなわち、この取付け部２５は、下部に平
坦な案内面２７を有しており、この案内面２７に沿って
リニアガイド２８が延設されると共に、このリニアガイ
ド２８に沿って移動可能なガイド体２９が取り付けられ
ている。そして、このリニアガイド２８の両端近傍部に
はそれぞれタイミングプーリ３０，３１が取り付けら
れ、これら一対のタイミングプーリ３０，３１間には無
端状のタイミングベルト３２が架け渡されると共に、こ
のタイミングベルト３２にガイド体２９が固定され、一
方のタイミングプーリ３０の回転軸に接続された往復動
用モータ３３によってリニアガイド２８に沿ってガイド
体２９が往復移動可能となっている。さらにこのガイド
体２９には、取り付けアーム３４がコイルスプリング３
５によって壁面Ｗ側へ向けて付勢されるように軸支され
ると共に、この取り付けアーム３４の先端に上記超音波
探傷ユニット２６が取り付けられている。

【００２５】従って、図示するように、この台車本体１
をスラストファン６によって壁面Ｗに吸着させると超音
波探傷ユニット２６も壁面Ｗに接触することになるた
め、この状態で例えば、図４に示すようにロボット本体
１を壁面Ｗに沿って上下方向に走行させながら、超音波
探傷ユニット２６を往復動させることで、超音波探傷ユ
ニット２６の往復動の幅で壁面Ｗの上下方向に沿って壁
面Ｗの超音波探傷を行うことができる。具体的には、図
１に示すように、往復動用モータ３３を駆動し、タイミ
ングプーリー３０を介してタイミングプーリ３０，３１
間に架け渡されたタイミングベルト３２を移動し、リニ
アガイド２８に沿ってガイド体２９を往復移動させるこ
とで、ガイド体２９の取り付けアーム３４を介して支持
された超音波探傷ユニット２６をガイド体２９と一体的
に往復移動させ、超音波探傷ユニット２６の位置を壁面
Ｗに対して水平方向に変位させつつ壁面Ｗ内に超音波を
発射し、その反射波を分析して壁面Ｗ内の傷の有無、位
置、大きさなどを非破壊検査するようになっている。
尚、図中３６は一方のタイミングプーリ３１の回転軸に
取り付けられたポテンションメーターであり、タイミン
グプーリ３１の回転数をカウントすることで案内面２７
に対する超音波探傷ユニット２６の位置を正確に検出す
るようにしたものである。

【００２６】次に、このような構成をした水中移動ロボ
ットを用いて図５及び図３に示すような大型容器の一つ
である原子炉圧力容器Ａに対する位置決め方法の実施の
一形態を説明する。尚、図５は本発明に係る位置決め方
法に適用する原子炉圧力容器Ａを示す一部破断外観斜視
図、図３はこの原子炉圧力容器Ａの上蓋ｂを外し、上述
した移動検査ロボットを据え付けた状態を示す側面図で
ある。そして、図示するように、この原子炉圧力容器Ａ
はその外殻を形成する容器胴ａが厚肉の鋼板部材ｃを複
数溶接によって略有底円筒状に繋ぎ合わせてなるもので
あり、その容器胴ａの外面には、図示しない主蒸気管や
給水管等を連結するための大小様々な複数のノズルｄ，
ｄ…や、この容器胴ａをその周囲の遮蔽壁ｅ等に支持す
るための複数のブラケットｆ，ｆ…が容器胴ａの外面か
ら突出して設けられている。

【００２７】そして、このような構造をした原子炉圧力
容器Ａに対する水中移動ロボットの位置決めを行うに
は、先ず、図３に示すように、ロボット本体１を図示し
ないマニピュレータ等によって地上フロアＦから炉水ｗ
中に入れた後、上述したようなスラストファン６，６を
駆動してこのロボット本体１を圧力容器Ａの内壁面Ｗの
任意の位置に吸着させる。

【００２８】次に、上述したようにこのロボット本体１
内に設けられた移動機構７を駆動してロボット本体１を
壁面Ｗに沿って適当な方向に走行させながら、超音波探
傷ユニット２６を駆動して壁面Ｗ中に超音波を発信す
る。ここで発信された超音波は壁面Ｗ内部に伝搬してそ
の底面（外壁面）に当たった後、反射波となって再び超
音波探傷ユニット２６側に戻ってくる。そして、この伝
搬時間は底面までの距離により変化することから、この
伝搬時間を主制御部２２等に設けられた演算装置等で解
析することで超音波探傷ユニット２６が位置している壁
面Ｗの板厚がわかる。また、この超音波は反射角度が多
く過ぎたり、反射する底面形状がコーナー部だったりす
ると、その反射波は異方向に反射してしまい超音波探傷
ユニット２６側に戻ってこないため、その取り付け面の
形状も検出することができる。

【００２９】従って、本発明はこのような原理を利用し
てその反射波の変化を解析することにより、圧力容器Ａ
の外壁面に取り付けられているノズルｄやブラケットｆ
等の突起部の位置を内壁面Ｗ側から検知することができ
る。

【００３０】例えば、壁面Ｗ側に超音波探傷ユニット２
６から超音波を発信しながらロボット本体１を壁面Ｗに
沿って任意の方向に走行させると、図６（Ａ）に示すよ
うに、ブロック状のブラケットｆが取り付けられた位置
では圧力容器Ａの板厚が厚くなって反射波の伝搬時間に
変化が現れることから、この伝搬時間に応じた反射波の
変化を解析し、その解析結果を例えば図６（Ｂ）に示す
ようにグラフィック化することで、ブラケットｆの大き
さ、形状等は勿論、このブラケットｆに対するロボット
本体１の相対位置をも正確に検知することができる。
尚、図６（Ｂ）の場合はブラケットｆの内壁面Ｗ付近を
Ｘ方向及びＹ方向に交互に走行させて長方形状にスキャ
ンした後、その反射波の伝搬時間を２分割し、短い部分
を斜線で示し、長い内部分を白抜きで表したものであ
る。従って、この図からも判るように、斜線部分が図６
（Ａ）に示す板厚が一定の鋼板ｃ部分であり、白抜き部
分が長方形状をしたブラケットｆの取付部であることが
判る。

【００３１】また、同様に、図７（Ａ）に示すように、
ロート状のノズルｄが取り付けられた位置では圧力容器
Ａの板厚やノズル穴ｇ周囲の曲面部分の関係で同じく反
射波有無及び伝搬時間に変化が現れることから、この伝
搬時間に応じた反射波の変化を解析し、その解析結果を
同じく図７（Ｂ）に示すようにグラフィック化すること
で、ノズルｄの大きさ、形状及びノズル穴ｇの中心位置
は勿論、このノズルｄに対するロボット本体１の相対位
置も正確に検知することができる。同じく、図７（Ｂ）
の場合はノズル穴ｇの周囲にロボット本体１を垂直方向
（Ｘ軸方向）に走らせながら超音波探傷ユニット２６を
水平方向（Ｙ軸方向）に往復動させてスキャンした後、
その反射波の有無を検知し、超音波が戻ってきた部分を
斜線で示し、異方向に反射して戻ってこなかった曲線部
分をプロットして白抜きで表したものである。従って、
斜線部分が図７（Ａ）に示すように超音波が戻ってきた
内壁Ｗまたはノズルｄ部分であり、白抜き部分がノズル
穴ｇであることが判る。

【００３２】そして、このようにして検出されたブラケ
ットｆやノズルｄ等の外壁面突起物の大きさ、形状、設
置位置は、原子炉圧力容器Ａ全体の設計寸法図面などか
ら予め判っていることから、設計寸法図面などを基にし
て原子炉圧力容器Ａに対するロボット本体１の現在位置
を相対的に特定することができる。

【００３３】以上の方法によって、ロボット本体１の壁
面Ｗに対する原点を決定して位置決めを行い、この原点
を基準点としてロボット本体１を壁面Ｗに沿って走行さ
せ、その後はロボット本体１に取り付けられた重力セン
サーとプラニメータによって走行軌跡を求めながら圧力
容器Ａの内側から高精度の超音波探傷を行う。

【００３４】このように本発明は、ロボット本体に設け
られた超音波探傷ユニットから圧力容器壁面内部に超音
波を発信し、その反射波の変化によって圧力容器に対す
るロボット本体の相対位置を求めるようにしたことか
ら、容器内部の炉内構造物を利用することができない場
合であっても、炉水中における位置決めを高精度で容易
に行うことが可能となる。また、この位置決めで使用し
た超音波探傷ユニットはそのまま通常の探傷検査に使用
することができるため、従来のように、位置決めに際し
て種々の装置を用いる必要がなく、作業効率の向上は勿
論、大幅なコストダウンと水中移動台車の小型軽量化も
達成できる。尚、上記ロボット本体１に高精度の水深計
を付け加え、その水深計による水深値も解析のデータに
加えることで、例えば、同型状の突起物が垂直方向に並
んで設けてある場合には、いずれの突起部であるかを容
易に特定することができる。また、本実施の形態では、
水が満たされた大型容器として原子炉圧力容器の場合で
説明したが、本発明方法は、これに限定されるものでは
なく、例えばＬＮＧタンクや球形のガスタンク等予めそ
の形状や大きさが判っている大型容器にも適用できるこ
とは勿論である。

【００３５】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、内部構造
物がない大型容器であっても水中でのロボット本体の位
置決めを容易にかつ高精度に行うことができるため、原
子炉圧力容器等の大型容器に対する高精度の超音波探傷
検査等を行うことができる等といった優れた効果を発揮
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法に用いるロボット本体の実施の一形
態を示す一部破断平面図である。

【図２】（Ａ）は本発明方法に用いるロボット本体の実
施の一形態を示す一部破断平面図である。（Ｂ）は図２
（Ａ）中Ｘ部拡大図である。

【図３】原子力圧力容器に本発明方法で用いる水中移動
台車を備えた実施の一形態を示す概念図である。

【図４】本発明方法に用いるロボット本体に取り付けら
れた超音波探傷ユニットの軌跡の一例を示す説明図であ
る。

【図５】従来の原子炉圧力容器の一例を示す一部破断外
観斜視図である。

【図６】本発明方法の実施の一形態を示す概念図であ
る。

【図７】本発明方法の他の実施の一形態を示す概念図で
ある。

【符号の説明】

１ロボット本体 26 超音波探傷ユニットｆブラケットｄノズルＡ圧力容器Ｗ壁面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三浦雄一東京都江東区豊洲三丁目１番15号石川島播磨重工業株式会社東二テクニカルセンター内 (72)発明者廣瀬尚哉東京都江東区豊洲三丁目１番15号石川島播磨重工業株式会社東二テクニカルセンター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外壁面にその形状と大きさと取り付け位
置等が予め判っている突起物が形成された大型容器内の
壁面に沿ってロボット本体を無軌道に走行させる水中移
動ロボットの位置決め方法において、上記ロボット本体
に、超音波を発信してその反射波を受ける超音波探傷ユ
ニットを取り付けた後、このロボット本体を上記壁面に
沿って移動させながら上記超音波探傷ユニットから上記
大型容器の壁面内部に超音波を発信し、その反射波の変
化により、上記大型容器の外壁面に設けられた突起物の
種類と、その突起物に対するロボット本体の相対位置を
検出して上記内壁面に対するロボット本体の位置を特定
して位置決めを行うようにしたことを特徴とする水中移
動ロボットの位置決め方法。