JPS61100806A

JPS61100806A - 保全ロボツト

Info

Publication number: JPS61100806A
Application number: JP59203093A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yoshikawa; 吉川　弘之; Masaharu Takano; 高野　政晴; Shigeo Osono; 大園　成夫; Tamio Arai; 民夫新井; Atsuo Watanabe; 敦雄渡辺; Takao Mikami; 三上　隆夫; Tatsuo Miyazawa; 竜雄宮沢
Original assignee: KIKAI SYST SHINKO KYOKAI
Current assignee: KIKAI SYST SHINKO KYOKAI
Priority date: 1984-09-28
Filing date: 1984-09-28
Publication date: 1986-05-19

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】〔発明の技術分野〕本発明は各種機械システム等の保全作業を無人で行なう
保全ロボットに関づる。

〔発明の技術的背損とその問題点〕

一般に、原子力発電プラント、火力発電プラント、石油
化学プラント、工場、大規模なビル等においては、多種
多様な機械システムが設置されている。

そして、これらのプラント等の安全運転、稼動率の向上
、信頼性の向上等を図るために、閤械システムの保全作
業を行なっている。すなわら、機械システムを毎日定期
点検したり、見廻ったり、保守や補修を行なっている。

特に、原子力発電プラントにおいては、近年の電力需要
を満すために、原子炉を多数基設けることが行なわれて
いるため、機械システムの保全を確実に行なって、安全
運転、稼働率の向上を図ることが重要な事柄となってい
る。

これらの保全作業を自動的に行なうために、従来は固定
的計装や自動運転管理システム等を設けていた。例えば
、原子力発電プラントにおいては、燃料自動交換機、Ｉ
ＳＩ自動探傷システム、制御棒駆動機構自動交換器、耐
逆圧型主蒸気ラインプラグ、半自動型原子炉圧力容器ス
タッドテンショナ等を設けて、各種作業を遠隔地から自
動的に行ない、作業員の被曝低減や定期点検期間の短縮
を図っていた。

しかしながら、上記従来の保全システムにおいては、プ
ラント等の運転途中に発生し得る事象を特定的に予測し
て、それに対処する動作を行なうものであったから、予
測し得ない事象に対しては適切な応答作業を行なうこと
ができなかった。

そこで、従来は、不測な事象に対しても適切な保全を確
保するために、人手により機械システムの各部を見廻っ
て保全作業を行なっていた。

ところが、この保全作業は危険を伴うものであり、また
夜間作業となることもあり、更には、原子力発電プラン
トのように保全作業員が放射線被曝するおそれがあった
り、作業環境が全く人間による作業を許容しない場合に
は、保全作業が不可能な場合もあった。

〔発明の目的〕

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、従来
人手によって行なっていた保全作業を無人で確実に行な
うことができ、不測の事象にも適切に対処することので
きる保全ロボットを提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するためには、保全ロボットとしては次
の機能を有することが必要とされる。

すなわち、第１に、人間による保全作業を想定して設定
されている走行路を走行できるとともに保全対象に接近
することができること、第２に、現存する道工具類を使
用して保。全作業ができることである。

これらの機能を更に具体的に示すと次のようになる。

（１）　　標準的な階段の昇降ができること。

（２）　　階段と同程度の凹凸面の乗り越えができるこ
と。

（３）　　車体の小回りがきくこと。

（４）　　広範な作業のできるマニプレータを有するこ
と。

（５）　　壁面にならって、自動的に、壁面からの位置
を検出でき、自走するための制御信号を取れること。

（６）　　視覚を有すること。

（７）　　走行、マニプレータおよび視覚の各々の動作
を関連して制御できること。

本発明の保全ロボットは、支承中心軸を中心として公転
するとともに自転自在な車輪を有し、その車輪を車体の
前後方向に移動自在に支承する遊星車輪機構を車体の前
後左右にそれぞれ備えた走行装置と、この走行装置から
延出された各種作業を行なうマニプレータと、前記走行
装置の走行状態および前記マニプレータの作業状態を認
識する視覚機構と、前記走行装置、マニプレータおよび
視覚機構を関連動作せしめる動作制御装置とにより形成
して、上記諸機能を満足するように形成されている。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図から第１１図について説
明する。

第１図から第４図は本実施の外観を示しており、第１図
は斜視図、第２図は正面図、第３図は背面図、第４図は
底面図である。

図中、符号１は走行装置であり、車体２とその下面の前
後左右４箇所にそれぞれ遊星車輪機構３を備えている。

この本体２の左側側部からは９自出席を有するマニプレ
ータ４が延出されている。

また、本体２の上面後部には走行装置１の走行状態およ
びマニプレータ４の作業状態を認識する視覚機構５が設
けられている。そして、これらの走行装置１、マニプレ
ータ４および視覚機構５は動作制御装置（図示せず）に
よって相互にｌＡＩ　ＩＩＪ作させられる。

第１図から第４図においては、車体２と視覚機構５とは
それぞれカバーによって覆われている。

第５図および第６図が、それぞれそのカバーを除去した
状態の側面図および背面図である。

次に、本実施例の構成各部を更に説明する。

（ａ＞　　走行装＠１主として、第１図、第５図および第６図について説明す
る。

車体２の下面に取付けられた各遊星車輪機構３は、それ
ぞれ同様にして形成されており、前輪同志の左右の車輪
間隔を後輪同志の車輪間隔より広くして形成されている
。後部側の遊星車輪機構３をもって全体を説明すると、
第５図に示すように、本体２の下面に枢軸６を介して略
り字形のアーム台７の立上り部の上端部が枢着されてあ
り、このアーム台７の水平部の端部に支承中心軸となる
水平軸８が設けられている。この水平’Ｎ１８は二手１
袖構造となっており、その外軸の側方端に３本の放射状
アーム９の中心部が固るされている。この放射状アーム
９の各端部にはそれぞれ小車輪１０゜１０が回転自在に
して取り付けられてＪ３す、各小車輪１０の車軸には遊
星歯車１１が固着されている。そして、この遊星歯車１
１はアイドラ１２を介して水平軸８の内側軸に固着され
ている太陽歯車１３に噛合している。この水平軸８の外
軸は駆動モータ１４により歯車１５．１６を介して回転
させられ、内軸は駆動モータ１７により回転させられる
。従って、駆動モータ１４を回転させると、水平軸８の
外輪が回転させられ、放射状アーム９も一緒に回転する
ので、小車輪１０が水平軸８を中心として公転する。他
方の駆動モータ１７を回転させると、水平軸８の内軸が
回転させられ、この回転が太陽歯車１３、アイドラ１２
を通しＣ遊星歯車１１に伝えられ、小車輪１０が自転す
る。

また、枢軸６を中心としてアーム台７を図示しない駆ｌ
＋源により１１動させると、前後の遊星車輪機構３の間
隔を可変調節することができる。

（ｂ）　　マニプレータ４主として第１図、第５図および第７図について説明する
。

第７図はマニプレータ４の９自由度部を強調して示した
スケルトン図である。

このマニプレータ４を基部から順に説明すると、基端部
は車体２の左側側部に固着されたシリンダ４ａによって
鉛直方向の直動関節（第１関節）として形成されている
。このシリンダ４ａのプランジャの先端には回転台４ｂ
からなる鉛直軸回りの回転関節（第２関節）が設けられ
ており、その次には枢軸４Ｃからなる旋回関節（第、３
関節）が設けられており、その次には回転筒４ｄからな
る回転関節（第４関節）が設けられており、その次には
１μ軸４ｅからなる旋回関節（第５関節）が設けられて
おり、その次には枢軸４ｆからなる旋回関節（第６関節
）が設けられており、その次には回転筒４ｇからなる回
転関節（第７関節）が設けられており、その次には枢軸
４ｈからなる旋回関節（第８＠節）が設けられており、
その次には回転筒４１からなる回転関節（第９関節〉が
設けられており、この第９関節の先端には把持Ｒ構１８
が設けられている。各関節４ａ〜４１はそれぞれ内蔵し
た駆動機構（図示せず）により所定の動作を行なうよう
に形成されている。

保全作業をマニプレータ４で行なうＩこめには、少なく
とも６自由度を有することが必要であるが、本実施例で
は更に３自由麿も多いので、その作業性能は極めて高い
。

（Ｃ）　　視覚機構５主として第１図、第５図、第６図について説明する。

車体２の上面には雲台１９がｉθ直楯回りに回転自在に
して、かつ、水平軸回りに揺動自在にして設けられてい
る。この雲台１９の上に左右２基のレーザ発振機２０．
２０と、同じく左右２基の力ラーＩＴＶカメラ２１．２
１　（白黒でもよい）が設けられている。レーザ発振機
構２ｏとカラーＩＴＶカメラ２１は３基づつ設けてもよ
い。そして、カラーＩＴＶカメラ２１．２１の上部には
２個の照明ランプ２２．２２が設けられている。このカ
ラーＩＴＶカメラ２１．２１は、レーザ発振は２０から
壁面等に発射されたレーザ光の反射光を＠像し、その反
射光の輝部の面積を求めて壁面までの距離を求める等し
て走行状則を把握するとともに、点検対象およびマニプ
レータを撮像して作業状態を把握するように動作する。

（ｄ）　　動作制御装置第８図について説明する。第８図においては、走行装置
１、マニプレータ４、視覚機構５のそれぞれを簡略化し
て示しである。

この動作制御装置２３は、走行装置１、マニアレータ４
および視覚機構５を関連動作させるものであり、走行装
置１等から遠隔地に設けるとよく、走行サブシステム２
４、マニプレータサブシステム２５、視覚サブシステム
２６、頭脳用コンピュータ２７および操作盤２８によっ
て形成されている。

さらに説明すると、走行サブシステム２４は、平地走行
から階段や凹凸面の昇降、乗り越え等のモードの変換や
、車体２の伸縮、曲線走行等、走行に関する制御を行な
う。

マニプレータサブシステム２５は、９軸、９自由度の多
関節状のマニプレータ４の運動を制御する。

視覚サブシステム２６は、距離センサの作動や、それか
ら得られた情報をもとに、更に、雲台１９を駆動させた
り・、距離センサがらの入力を頭脳用コンピュータ２７
を介して、前記各サブシステム２４．２５へ出力する機
能を有し、自己の位置認識や、位置補正も行なう。

頭脳用コンピュータ２７は、上記各サブシステム２４．
２５．２６を総合的に管理する。すなわち各サブシステ
ムとは各々独立に接続するが、その協調動作や、相互の
入出力を各サブシステム相互に割り振りする等の制御が
要求される時に、この頭脳用コンピュータ２７により、
総括、管理する。

操作盤２８は頭脳用コンピュータ２７を介して前記各サ
ブシステム２４．２５．２６に指令を与えたり、各サブ
システム２４．２５．２６からの情報を表示したり、運
転員２９とロボットとの対話をとりもち、盤正面には、
ＩＴＶモニタ、左右に各々スピーカ（共に図示せず）が
配置されている。

次に、本実施例の作用を説明する。

本実施例の保全ロボットの動作は、動作制御装置２３の
指令に基づいて行なわれる。そして、この動作制御装置
２３は、視覚機構５および視覚サブシステム２６を通し
て認識把握される走行状態や作業状態をフィードバック
させて構成各部を適正に動作させる。

具体的には、自動運転を行なう場合には、操作盤２８の
自動運転モードの指示ボタンを押すことにより、頭脳用
コンピュータ２７が各サブシステム２４，２５．２６を
通じて走行装置１、マニアレータ４および視覚開溝５を
関連動作させる。

また、任意の動作を遠隔操作する場合には、操作盤２８
内に適切に配置された、下記の（１）〜（８）の機構を
表示するボタンを押すことにより、任意の動作を行なわ
せる。

（１）　車の前進、後退及び走行速度、アームの回転（
各軸ごと）（２）　前後の車輪間隔の伸縮（３）　超芯地旋回（４）　雲台１９、カラーＩＴＶカメラ２１の焦点やズ
ーム等の調整（５）　距離センサの作動（６）　マニプレータ４の９軸の作動（７）　非常停止（８）　その他次に、各部の具体的作用を説明する。

（ａ）　　　走　　　行平面を走行する場合には、第１図から第６図に示すよう
に、前後左右の全部のＴｉ星車輪Ｋｌ　＋：４３の２個
の小車輪１０．１０を走行面に接地さけ、駆動モータ１
７を回転させることにより各小車輪１０．１０を自転さ
せる。この場合車体２は４個の遊星車輪機構３．３によ
り安定的に支持された状態で走行する。直進する場合に
は各小車輪１０゜１０を等速回転させ、コーナを曲がる
場合には左右の小車輪１０．１０の回転速度を異ならせ
る。

階段の昇降や障害物、凹凸面等の乗り越えは、例えば、
第９図＜ａ＞〜（ｇ）のようにして行なわれる。なお、
同図においては、理解を容易にするため車体２と遊星車
輪機構３とを簡略化して示している。

先ず、同図（ａ）〜（ｂ）に示すように、平地３０を堰
３１に前方の遊星車輪機構３の小車輪１０ａが衝突する
まで前進走行する。小車輪１０ａが堰３１に衝突した後
、駆動モータ１４を回転させて放射状アーム９を回転さ
せ、同図（Ｃ）〜（ｆ　）　ニ示スヨうに、小車輪１０
ａ、１０ｂ。

１０ｃを水平軸８を中心にして公転させ、堰３１を乗り
越える。その後、同図（Ｑ）に示すように、後方の遊星
車輪ｉ構３が堰３１に衝突したら、同様にして堰３１を
乗り越える。

第１０図は階段３２を各遊星車輪機構３の小車輪１０．
１０を公転させて昇っている状態を示している。この場
合、マニプレータ４を前方に伸ばして車体２の安定性を
確保するとよい。

（ｂ）前後の車輪間隔の調整本実施例の保全ロボットにおいては、階段の昇降時やマ
ニプレータ４を用いて作業する場合には、本体２の安定
性を増すために、第１１図（ａ＞に示すように、前後の
車輪間隔（以下、ホイールベースという）１０を最大に
している。これは、本体２の下面に枢軸６を介して枢着
されている略り字形のアーム台７の水平部を本体２と平
行にして支持している。

一方、保全ロボットがコーナ部を曲がったり、方向を転
換する時にはホイールベースが小さい方が小回りができ
て、旋回性能がよい。そのため、本実施例においては、
第１１図（ａ）の矢印に示すように、アーム台７を枢軸
６を中心として回転させて、同軸（ｂ）に示すように、
アーム台７の水平部を傾斜させ、更に駆動モータ１４を
回転させて車体２の中心部に位置する小車輪１０ａ。

１０ａのみ走行面３３に接地するようにして放射状アー
ム９を回転させて支持する。これによりホイールベース
は前後の小車輪１０ａ、１０ａの間隔１　　　（１＜ｉ
ｏ）となり、小回りができるようになる。

（Ｃ）保全作業保全作業は９自由度の関節４ａ〜４１を有するマニプレ
ータ４により良好かつ適切に行なわれる。

すなわち、９自由度を有するので、６自由度の作業を行
なう場合には、任意の３関節を固定し他の６関節による
作業を行なうことができる。この場合のマニプレータ４
の作業姿勢の態様は、９０３−８４通りとなり、作業範
囲が拡大するばかりでなく、障害物回避も飛躍的に向上
する。そして、この保全作業は視覚機構５のカラーＩＴ
Ｖカメラ２１によって搬像し、作業員２９が操作盤２７
に付設されたモニタテレビで目視しつつ進行させること
ができ、極めて精度のよい信頼性の高い作業を行なうこ
とができる。また、点検対象を視覚機構５により自由に
選択して視覚的にｗ５握することができるので、不測の
事象をも確実に発見し認識することができる。そして、
更に、その不測の事象に対して、作業態様の多いマニプ
レータ４によって適正な対応措置を行なうことができ、
従来人手によってのみ行なわれていた作業を自動的かつ
確実に行なうことができる。

（ｄ）走行状態の認識と適正化車体２と壁との距離は、前記したようにレーザ発振１１
２０から発射したレーザ光の反射光をカラーｒＴＶカメ
ラ２１によって撮像することにより正確に把握される。

この距離を適切に制御づるように、走行サブシステム２
４を通して走行装置１を動作させることにより、任意の
通路を自動的に走行することができる。

また、保全ロボットの走行路に何らかのマークを付して
おき、そのマークをカラーＩＴＶカメラ２１によって撮
像し、そのマークの示す意味を頭脳用コンピュータ２７
によって理解し、その次の進行進路を選択判断したり、
また、その時の車体２の位置を確認して、初期の位置と
の間にずれが市る場合には位置補正用の情報を運転制御
１１装置２３へ伝達する。その俊、走行サブシステム２
４を通して位置補正を行なう。

なお、レーザ光に代えて超音波を利用して距離を把握す
るようにしてもよい。

そして、これらの各部を動作制御装置２３によって有線
的にＰＡ連させることにより、正確で精度の良い保全作
業を行なうことができる。

また、本実施例の保全ロボットはその使用用途により次
のような効果を奏する。

例えば、ビルや工場等の夜警を行なったり、夜間作業を
代替できるので危険を防止することができる。また、化
学プラント等の爆発物や可燃性物質を人手に代って行な
うことにより危険作業を回避することができ、原子力発
電所においては作業員の放射線波＠量を低減することが
でき、保全作業の省略化、時間短縮を図ることができる
。

（発明の効果）このように本発明の保全ロボットは、従来人手によって
行なっていた保全作業を無人で確実に行なうことができ
、不測の事象にも適切に対処することができ、信頼性の
高い保全作業を提供することができる等の効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の保全ロボットの一実施例を示し、第１図
は全体斜視図、第２図は正面図、第３図は背面図、第４
図は底面図、第５図はカバーを除去した状態の側面図、
第６図はカバーを除去した状態の拡大背面図、第７図は
マニプレータの９自由度部（関節部）を強調して示した
スケルトン図、第８図は動作制御装置を示すブロック図
、第９図（ａ）〜（０）は遊星車輪機構による堰の乗り
越え状態を順に示す図、第１０図は階段を胃っている状
態を示す側面図、第１１図（ａ）（ｂ）は遊星車輪機構
によってホイールベースを変更した状態を示す図である
。１・・・走行装置、２・・・車体、３・・・遊星車輪機
構、４・・・マニプレータ、４ａ〜４１・・・関節、５
・・・視覚機構、８・・・水平Ｉ’ｌｌ（支承中心軸）
、１ｏ・・・小車輪、１９・・・雲台、２０・・・レー
ザ発振機、２１・・・カラーＩＴＶカメラ、２２・・・
照明ランプ、２３・・・動作制御装置、２４・・・走行
サブシステム、２５・・・マニプレータサブシステム、
２６・・・視覚サブシステム、２７・・・頭脳用コンピ
ュータ。出願人代理人　　猪　　股　　　　清第　４　副第　５　面第　６　図ｆＯｑ第　７　因第　６　訊３　　ンる　９　閏

Claims

【特許請求の範囲】１、支承中心軸を中心として公転するとともに自転自在
な車輪を有し、その車輪を車体の前後方向に移動自在に
支承する遊星車輪機構を車体の前後左右にそれぞれ備え
た走行装置と、この走行装置から延出された各種作業を
行なうマニプレータと、前記走行装置の走行状態および
前記マニプレータの作業状態を認識する視覚機構と、前
記走行装置、マニプレータおよび視覚機構を関連動作せ
しめる動作制御装置とを有する保全ロボット。２、マニプレータは、９自由度を有する多関節状に形成
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の保全ロボット。３、視覚機構は、２自由度を有する雲台上に、レーザ発
振機とカラーＩＴＶカメラと照明ランプとを設けて形成
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の保全ロボット。４、動作制御装置は、走行装置の走行動作を制御する走
行サブシステムと、マニプレータの保全動作を制御する
マニプレータサブシステムと、視覚機構の認識動作を制
御する視覚サブシステムと、これらの各サブシステムを
統合して関連動作させる頭脳用コンピュータとにより形
成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の保全ロボット。