JP2002264061A - 移動作業ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】階段等の建屋内環境の移動が可能で、また、多
種類の作業に応じたツールを使用して迅速な作業が可能
な移動作業ロボットを提供することにある。 【解決手段】移動作業ロボットの移動機構１の上には、
マニピュレータ２が搭載されている。ツールチェンジ機
構２ｄは、マニピュレータ２の先端に設けられ、作業に
応じたツールを装着可能である。作業ツール５が、ツー
ルチェンジ機構２ｄによって、マニピュレータ先端に装
着される。ツール台４には、作業ツール５Ａ，５Ｂが搭
載される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種プラント等の
建屋内環境を移動しながら保守、点検作業を行う移動作
業ロボットに係り、特に、原子力プラントの放射線管理
区域等の人間による作業が困難な場所で作業を行う移動
作業ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、建屋内環境を移動しながら保守・
点検作業を行う移動作業ロボットとしては、例えば、
特開平７ー２８６８７０号公報に記載されているよう
に、フロア間の移動にはエレベータを用い、フロア内の
移動には車輪を用いて、巡視するロボットが知られてい
る。しかしながら、このロボットでは、建屋内に平均的
に見られる階段を移動することができない機構となって
おり、フロア間の移動にはエレベータを用いるため、プ
ラントの事故等で建屋の電源が喪失した場合には、別フ
ロアへの移動ができないという問題があった。

【０００３】それに対して、例えば、特開平５ー１３１
３８１号公報に記載されているように、クローラ式移動
機構の上に、ＴＶカメラと作業用アームを搭載し、作業
の実行が可能なロボットが知られている。クローラ式の
移動機構を用いることにより、階段の移動が可能となっ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
５ー１３１３８１号公報に記載されたものでは、作業ア
ーム先端には、汎用的なグリッパが搭載されており、こ
のグリッパで実施できない作業についてはロボットを一
度人間がいる場所まで帰還させ、作業アーム又はグリッ
パを付け替える必要があり、迅速な作業を行えないとい
う問題があった。

【０００５】本発明の目的は、階段等の建屋内環境の移
動が可能で、また、多種類の作業に応じたツールを使用
して迅速な作業が可能な移動作業ロボットを提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、オペレータの遠隔操作により、建
屋内環境を移動しながら保守・点検作業を行う移動作業
ロボットにおいて、移動機構と、この移動機構の上に搭
載されたマニピュレータと、このマニピュレータの先端
に設けられ、作業に応じたツールを装着可能なツールチ
ェンジ機構と、このツールチェンジ機構によって、マニ
ピュレータ先端に装着される作業ツールと、この作業ツ
ールを搭載するためのツール台とを備えるようにしたも
のである。かかる構成により、階段等の建屋内環境の移
動が可能で、また、多種類の作業に応じたツールを使用
して迅速な作業が可能となる。

【０００７】（２）上記（１）において、好ましくは、
上記ツール台は、複数の作業ツールを保持可能であると
ともに、上記ツール台に保持された作業ツールを水平方
向からアクセスして交換し作業するようにしたものであ
る。

【０００８】（３）上記（１）において、好ましくは、
ドアが閉鎖しないようにドアを保持するドア保持手段を
備え、上記マニピュレータの先端に装着されたドアノブ
操作用ツールを用いて、ドアノブを操作してドアを途中
まで開放し、上記ドア保持手段によりドアを保持し、ド
アノブからドアノブ操作用ツールを解放して、ドアの別
部分を支持し、ドア保持手段による保持を解放した後、
ドアを完全に開放するようにしたものである。

【０００９】（４）上記（３）において、好ましくは、
上記ドアノブ操作用ツールは、ドアノブを把持するドア
ノブ把持部と、このドアノブ把持部と、上記ツールチェ
ンジ機構の間に設けられた中空の可撓体からなる接続部
とを備え、この接続部の内部の空気圧の調整により、上
記ドアノブ把持部と上記ツールチェンジ機構の間の剛性
を制御可能であり、ドアノブの把持後にドア開放ツール
の空気圧を開放しドア開放ツールの姿勢とドアノブの姿
勢のずれを吸収するようにしたものである。

【００１０】（５）上記（１）において、好ましくは、
上記作業ツールは、バルブ操作作業ツールであり、この
バルブ操作作業ツールは、複数のピンを円形状に配置し
たバルブ操作部と、このバルブ操作部と、上記ツールチ
ェンジ部の間に設けられ、その内部に対する空気圧の供
給・排気によりバルブ操作アクチュエータの動力の伝達
・遮断をするリング状の可撓体を内蔵した接続部と、上
記バルブ操作部の中央に配置されたカメラを備えるよう
にしたものである。

【００１１】（６）上記（１）において、好ましくは、
上記作業ツールは、炉水サンプル容器回収作業ツールで
あり、上記炉水サンプル容器回収作業ツールは、２本の
かぎ状の棒からなるレバーと、炉水サンプル容器に押し
つける押しつけシリンダとを備え、上記レバー及びシリ
ンダを駆動することで炉水サンプル容器のカップラを操
作し、炉水サンプル容器の着脱を行うようにしたもので
ある。

【００１２】（７）また、上記目的を達成するために、
本発明は、オペレータの遠隔操作により、建屋内環境を
移動しながら保守・点検作業を行う移動作業ロボットに
おいて、ロボット進行方向の環境を撮影するＴＶカメラ
と、このＴＶカメラの画像取得を補助する照明と、進行
方向の障害物との距離を測定する距離センサと、移動機
構の姿勢を検出する姿勢センサとを有する移動機構と、
この移動機構の上に搭載されたマニピュレータと、この
マニピュレータの先端に設けられ、作業に応じたツール
を装着可能なツールチェンジ機構と、このツールチェン
ジ機構によって、マニピュレータ先端に装着される作業
ツールと、上記マニピュレータの作業の監視及び移動時
の干渉を監視する全体監視カメラと、この全体監視カメ
ラの画像取得を補助する照明と、上記作業ツールを移動
機構上に搭載するためのツール台と、上記移動機構と、
上記マニピュレータと、上記作業ツールと、上記全体監
視カメラを制御する制御装置と、オペレータが操作する
遠隔操作装置を備えるようにしたものである。かかる構
成により、階段等の建屋内環境の移動が可能で、また、
多種類の作業に応じたツールを使用して迅速な作業が可
能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図１４を用いて、本
発明の一実施形態による移動作業ロボットの構成につい
て説明する。なお、以下の実施形態では、移動作業ロボ
ットとして、防災ロボットを一例にして説明する。

【００１４】最初に、図１を用いて、本実施形態による
移動作業ロボットの全体構成について説明する。図１
は、本発明の一実施形態による移動作業ロボットの全体
構成を示す斜視図である。

【００１５】本実施形態による移動作業ロボットである
防災ロボットは、移動機構１と、マニピュレータ２と、
制御装置３と、ツール台４と、作業ツール５と、全体監
視カメラ６と、遠隔操作装置８と、フォルダ１０と、図
示しないケーブル巻取り機とを備えている。

【００１６】移動機構１は、１対の主アーム１ａと、遊
星輪１ｂと、走行輪１ｃと、履帯１ｄと、前方監視カメ
ラ１ｅと、前方監視カメラ１ｅ用の照明１ｆと、１対の
距離センサ１ｇとを備えている。移動機構１の左右両端
に具備された１対の主アーム１ａを動作させることで、
主アーム１ａの先端に具備された遊星輪１ｂを移動さ
せ、これにより、走行輪１ｃと遊星輪１ｂにかけられた
履帯１ｄの形状を変更し、障害物を乗り越える構成とな
っている。また、前方監視カメラ１ｅは、前方の移動環
境の画像を取得する。１対の距離センサ１ｇは、前方の
障害物との距離及び障害物に対する移動機構１の傾きを
検出する。

【００１７】マニピュレータ２は、ベース２ａと、アー
ム２ｂと、過負荷保護機構２ｃと、ツールチェンジャ親
機２ｄから構成されている。ベース２ａは、移動機構１
に機械的に取り付けられている。アーム２ｂは、実際の
作業を行うために用いられる。過負荷保護機構２ｃは、
アーム２ｂの先端に具備され、作業ツール５に過負荷が
加わった場合に逃げることで作業ツールの破損を防ぐた
めのものである。ツールチェンジャ親機２ｄは、過負荷
保護機構２ｃに取り付けられており、作業ツール５を保
持するものである。

【００１８】制御装置３は、移動機構１，マニピュレー
タ２，作業ツール５等の制御を行うものであり、その詳
細については、図２を用いて後述する。

【００１９】ツール台４には、複数の交換用の作業ツー
ル５Ａ，５Ｂが載置されている。作業ツール５は、一般
的に用いられているグリッパであり、物を掴む働きを備
えている。作業ツール５Ａは、バルブ操作ツールであ
り、バルブを正逆転させてバルブを開閉するために用い
られる。作業ツール５Ｂは、ドア開閉ツールであり、ド
アを開閉するために用いられる。作業ツール５Ａ，５Ｂ
の詳細構成については、それぞれ、図５及び図６を用い
て説明するが、それぞれ、ツールチェンジャ子機５ａを
備えている。ツールチェンジャ子機５ａは、作業ツール
５，５Ａ，５Ｂにそれぞれ同じ物が備えられている。ツ
ールチェンジャ子機５ａは、マニピュレータ２のツール
チェンジャ親機２ｄと係合して、マニピュレータ２に作
業ツール５，５Ａ，５Ｂを保持するために用いられる。
ツールチェンジャ子機５ａの開口部は、床面に対して水
平方向（矢印Ａ方向）に開口しており、マニピュレータ
２を駆動して、その先端のツールチェンジャ親機２ｄの
先端部を水平方向から、ツールチェンジャ子機５ａの開
口部に挿入することにより、作業ツールを交換できる構
成となっている。

【００２０】ここで、ツール交換装置としては、従来、
例えば、特開平１１−１９８０７８号公報に記載された
ように、ツールを鉛直方向に保持し、ツールの鉛直方向
からツールを交換するものが知られている。しかし、こ
のような方式のツール台を移動機構に搭載する場合に
は、移動環境の制約からロボットの床への投影面積を増
加させることはできず、従ってマニピュレータでアクセ
ス可能な様にロボットの上部に搭載することになる。こ
の場合、マニピュレータのアクセス領域はロボット最上
部付近に設置されたツールの上の空間となり、マニピュ
レータのアーム長を長くする必要がある。しかし、アー
ム長を長くすると、走行時の干渉の問題や、ロボットの
重心位置が上昇することによる階段の移動時の不安定の
問題が発生する。それに対して、作業ツールに対して水
平方向から交換する方式を採用することにより、アーム
長は長くする必要がないため、走行時の干渉の問題も発
生せず、また、重心位置も高くならないため、走行時の
安定性も低下することがないものである。

【００２１】また、ツール台４の構成については、図４
を用いて後述するが、ピンによって作業ツールを鉛直方
向に支持している構成となっており、マニピュレータ２
のツールチェンジャ２ｄの先端部をツールチェンジャ子
機５ａに係合した後、作業ツールが上方向に移動するよ
うにマニピュレータ２を駆動することにより、ツール台
４から、作業ツールを取り外すことができる。

【００２２】全体監視カメラ６は、作業マニピュレータ
の作業の監視や、移動時のロボットと周囲の物との干渉
を監視するために用いられる。全体監視カメラ６の上部
には、周囲を照らす照明６ａが設けられている。

【００２３】遠隔操作装置は、オペレータがロボット本
体を遠隔操作するために用いられるものであり、その構
成については、図３を用いて後述する。

【００２４】フォルダ１０は、スミヤ作業に用いられる
濾紙ツールを保持するためのものであり、その詳細につ
いては、図９を用いて後述する。

【００２５】図示しないケーブル巻取り機は、遠隔操作
装置８と制御装置３とを接続する制御信号用ケーブル
や、電力供給用ケーブルが邪魔にならないように、自動
的に巻き取り、ケーブルの遊び量を少なくするように用
いられる。

【００２６】以上のようにして、遠隔操作装置８を放射
線管理区域等の外部に設置し、発電車等から供給される
電力を電力供給用ケーブルを介してロボット本体に供給
することにより、建屋の電源が落ちている場合でも、ロ
ボットを駆動することができる。ロボット本体は、建屋
内に移動して、遠隔操作装置８によって遠隔操作するこ
とにより、オペレータが危険区域に立ち入ることなく、
作業ロボットを用いて作業を行うことができる。また、
ロボット本体には、予め複数の作業ツールを搭載してお
き、作業現場において必要な作業ツールに交換すること
により、ロボット本体をオペレータのところまで引き戻
すことなく、作業ツールの交換をできるので、作業を迅
速に行うことができる。さらに、作業ツールの交換は、
ツールチェンジャ子機に水平方向からアクセスすること
により、マニピュレータのアームを短くすることができ
るので、ロボットの重心位置を低くでき、ロボット移動
時の安定性を向上することができる。

【００２７】次に、図２を用いて、本実施形態による移
動作業ロボットに用いる制御装置の構成について説明す
る。図２は、本発明の一実施形態による移動作業ロボッ
トに用いる制御装置の構成を示すブロック図である。

【００２８】移動作業ロボットの制御装置３は、マニピ
ュレータ制御装置３ａとカメラ映像制御装置３ｂと、統
括制御装置３ｃと、センサ信号処理装置３ｄと、通信装
置３ｅと、レギュレータ３ｆと、光コンバータ３ｇと、
映像伝送装置３ｈとから構成されている。マニピュレー
タ制御装置３ａは、マニピュレータ２及び作業ツール５
を制御をするものである。カメラ映像制御装置３ｂは、
防災ロボットに搭載された前方監視カメラ１ｅ，全体監
視カメラ６などの複数のカメラを制御する。統括制御装
置３ｃは、移動機構１，カメラ用照明６ａ，カメラ用雲
台，ケーブル巻取り機７を制御する。センサ信号処理装
置３ｄは、移動機構１に具備した距離センサ１ｇ等の各
種センサの信号を処理する。通信装置３ｅは、オペレー
タが操作する遠隔操作装置８と統括制御装置３ｃやマニ
ピュレータ制御装置３ａとの通信を行うものである。レ
ギュレータ３ｆは、供給された電源を制御装置に必要な
電源電圧に変換する。光コンバータ３ｇは、通信装置３
ｅと遠隔操作装置８との通信の耐ノイズ性向上のため
に、電気信号を光信号に変換する。映像伝送装置３ｈ
は、カメラ映像制御装置３ｂからの信号を遠隔操作装置
８に送信する。

【００２９】次に、図３を用いて、本実施形態による移
動作業ロボットに用いる遠隔操作装置の構成について説
明する。図３は、本発明の一実施形態による移動作業ロ
ボットに用いる遠隔操作装置の構成を示す正面図であ
る。

【００３０】遠隔操作装置８は、画像切り換え機８ａ
と、モニタ８ｂ，８ｃ，８ｄと、ジョイスティック８ｅ
と、操作盤８ｆと、キーボード８ｇとを備えている。画
像切り換え機８ａは、防災ロボットに搭載されたＴＶカ
メラの画像を作業に応じて選択するために用いられ、選
択された画像は、モニタ８ｂや、モニタ８ｃに表示され
る。モニタ８ｄには、移動機構１に設置されたセンサの
信号や、マニピュレータのステータス等が表示されてい
る。ジョイスティック８ｅは、ロボットの移動方向の制
御等に用いられる。操作盤８ｆは、マニピュレータの各
軸方向への移動やグリッパのようなツールの開閉を操作
するために用いられる。

【００３１】ここで、図２及び図３を用いて、本実施形
態による移動作業ロボットの基本的な動作について説明
する。オペレータは、防災ロボットに搭載されたＴＶカ
メラの画像を作業に応じて画像切り換え機８ａを操作し
て選択し、モニタ８ｂやモニタ８ｃに映す。また、移動
機構１に設置されたセンサの信号や、マニピュレータの
ステータス等は、モニタ８ｄに表示されている。オペレ
ータは、それらの画像を見ながら遠隔操作装置８のジョ
イスティック８ｅや操作盤８ｆ、キーボード８ｇを操作
する。このオペレータの遠隔操作により移動作業ロボッ
トの各部は所定の動作を行う。

【００３２】さらに、マニピュレータ制御装置３ａと統
括制御装置３ｃには、予め各部の動作手順がプログラム
されたジョブが用意されており、遠隔操作装置８からそ
のジョブを起動することで、例えば作業ツール交換、移
動機構の段差乗り上げ等が自動で実行可能な構成となっ
ている。

【００３３】次に、図４を用いて、本実施形態による移
動作業ロボットに用いるツール台の構造について説明す
る。図４は、本発明の一実施形態による移動作業ロボッ
トに用いるツール台の構成を示す３面図であり、図４
（Ａ）は平面図であり、図４（Ｂ）は側面図であり、図
４（Ｃ）は正面図である。

【００３４】ツール台４は、防災ロボットの上部に取り
付ける構造となっている。ツール台４には、これから行
う作業によって、必要なツールを予め取り付けておく。
そして、バネ機構４ａに具備された２本のピン４ｂとツ
ール支え４ｃに作業ツール５を搭載する。

【００３５】ツールチェンジの際には、図１に示したツ
ールチェンジャ親機２ｄを、水平方向（図中矢印Ａ方
向）からツールチェンジャ子機５ａの近傍まで位置決め
し、ツール交換を指示すると、バネ機構４ａが水平方向
になじんでツール５を脱着することができる。

【００３６】ツール台４をこの様に構成することで、ツ
ール交換のためツール上方向のアクセスを必要とせず
に、マニピュレータのアーム長を長くする必要が無くな
るものである。また、ツール上の空間を他設備の設置の
ために有効に活用できる。

【００３７】次に、図５〜図１４を用いて、本実施形態
による移動作業ロボットに各種の作業ツールの構成及び
作業動作について説明する。最初に、図５を用いて、本
実施形態による移動作業ロボットに用いるバルブ操作作
業ツールの構成について説明する。図５は、本発明の一
実施形態による移動作業ロボットに用いるバルブ操作作
業ツールの構成を示す斜視図である。なお、図５では、
バルブ操作作業ツール５Ａが、バルブハンドルＶＨに接
近した状態を示している。

【００３８】バルブ操作作業ツール５Ａは、ツールチェ
ンジャ子機５ａと、５本のバルブ操作用爪５ｂと、手先
カメラ５ｃと、クラッチ機構５ｄと、揺動アクチュエー
タ５ｅとから構成される。ツールチェンジャ子機５ａ
は、図１に示したツールチェンジャ親機２ｄとの連結に
用いられる部分であり、他の作業ツールとも共通な形状
を有している。バルブ操作用爪５ｂは、クラッチ機構５
ｄの外殻部分に固定されており、バルブハンドルＶＨの
穴に挿入されて、バルブハンドルＶＨと係合し、さら
に、バルブハンドルＶＨを回転させるために用いられ
る。手先カメラ５ｃは、作業対象のバルブハンドルＶＨ
と、バルブ操作用爪５ｂの相互の位置関係を観察するた
めに用いられる。クラッチ機構５ｄは、その内部にリン
グ状の可撓体を内蔵しており、ツールチェンジャ子機５
ａ側から空気圧を供給することにより、可撓体が膨張し
て、クラッチが接続され、また、空気圧を抜くことによ
り、クラッチが切断される。揺動アクチュエータ５ｅ
は、ツールチェンジャ子機５ａ側から伝達される制御信
号によって駆動され、バルブ操作作業ツール５Ａの先端
に取り付けられたバルブ操作用爪５ｂを、回転・揺動す
る。

【００３９】次に、バルブ操作作業ツール５Ａの動作に
ついて説明する。最初に、オペレータは、図３に示した
操作盤８ｆを操作して、マニピュレータにバルブ操作ツ
ールを装着する。次に、クラッチ機構５ｄに空気圧を供
給して、クラッチを接続する。次に、図１に示した全体
監視カメラ６と、図５に示した手先カメラ５ｃの画像を
モニター８ｂ，８ｃで見ながらマニピュレータ２の操作
を行い、バルブハンドルＶＨの穴に、バルブ操作用爪５
ｂを挿入する。次に、遠隔操作装置８から指示して揺動
アクチュエータ５ｅを駆動して、バルブ操作用爪５ｂを
回転させる。次に、クラッチ機構５ｄの可撓体から空気
圧を抜いてクラッチの接続を解除した後、揺動アクチュ
エータ５ｅを、先程の逆方向に回転させて、元の状態に
戻す。揺動アクチュエータ５ｅの可動範囲は決まってい
るため、連続的に、バルブハンドルＶＨを回転させるこ
とができないため、バルブ操作用爪５ｂをバルブハンド
ルＶＨの穴に挿入したまま、クラッチの接続を解除し
て、揺動アクチュエータ５ｅを元の状態まで戻すように
している。さらに、クラッチ機構５ｄを再度接続した
後、揺動アクチュエータ５ｅを駆動して、バルブ操作用
爪５ｂをさらに同一回転させる。クラッチの断続と、揺
動アクチュエータ５ｅの戻しと、バルブ操作用爪の回転
とを繰り返すことにより、バルブの閉止または、開放の
操作を行うことができる。

【００４０】以上のようにして、バルブ操作用爪５ｂを
バルブ穴に挿入する構成とすることで、バルブ穴にバル
ブ操作用爪５ｂを挿入できれば、バルブを操作可能とな
り、バルブ操作作業ツールの位置決めが比較的ラフでよ
いものとなる。また、リング状の可撓体で構成したクラ
ッチを用いて、バルブ操作を、クラッチの断続と、揺動
アクチュエータ５ｅの戻しと、バルブ操作用爪の回転と
を繰り返しによって実現することで、バルブ操作用爪５
ｂを連続回転する必要がなく、可撓体がリング状のため
カメラケーブルの処理が容易となり、手先カメラ５ｃを
バルブ操作用爪５ｂの回転軸の中心に配置することがで
き、バルブ操作作業ツールの位置決めが容易となる。ま
た、バルブに過大な負荷が加わる場合は、クラッチ機構
５ｄが滑るため、バルブやツールを破損することがない
ものである。

【００４１】次に、図６〜図８を用いて、本実施形態に
よる移動作業ロボットに用いるドア開放作業ツール５Ｂ
の構成及び作業動作について説明する。図６は、本発明
の一実施形態による移動作業ロボットに用いるドア開放
作業ツールの構成を示す斜視図である。図７及び図８
は、本発明の一実施形態による移動作業ロボットに用い
るドア開放作業ツールによるドア開放作業動作の説明図
であり、ドアの前での移動作業ロボットの動作を示して
いる。なお、図１と同一符号は、同一部分を示してい
る。

【００４２】ドア開放ツール５Ｂは、ツールチェンジャ
子機５ａと、手先カメラ５ｃと、姿勢なじみ機構５ｌ
と、開閉自由度を持つ３本のドアノブ把持爪５ｍと、ド
アレバー操作用リング５ｎとから構成される。姿勢なじ
み機構５ｌは、中空の可撓体５ｏにエアを注入すること
で剛性が高くなり、エアを抜くと剛性が低くなりドアノ
ブの姿勢になじむことが可能な構成となっている。ドア
開放ツール５Ｂは、ノブ式のドアと、レバー式のドアの
両方の開閉をすることができる。ノブ式のドアを開閉す
る際には、ドアノブ把持爪５ｍを用い、レバー式のドア
を開閉する際には、ドアレバー操作用リング５ｎを用い
る。

【００４３】ここで、図７及び図８を用いて、防災ロボ
ットがドア開放ツール５Ｂを用いて、ノブＤＮを備えた
ドアＤを通過する方法について説明する。

【００４４】最初に、図７（ａ）に示すように、オペレ
ータは、遠隔操作を行い、移動作業ロボットを、ドアＤ
の前の所定の位置に停止させる。次に、図７（ｂ）に示
すように、移動機構前面の２つの超音波センサ（距離セ
ンサ１ｇ）によりドアまでの距離を測定し、センサ同士
の距離とセンサの出力信号の差からドアに対する走行装
置の傾きを演算し、演算した傾きが小さくなるように、
超信地旋回で補正動作を行う。

【００４５】次に、図７（ｃ）に示すように、予め走行
装置が所定の位置に来たときに前方監視カメラ５ｃの映
像をモニタに映した時のドアのエッジが映る場所に印を
つけておき、その印に現在の実画像のドアのエッジが来
るように走行装置を位置決めする。そして、距離センサ
１ｇと、監視カメラ５ｃを用いた補正動作を繰り返し、
走行装置モニタ上の目印が一致し、かつドアまで所定の
距離で、かつドアに対する傾きが所定の範囲内になるよ
うに位置決めをする。

【００４６】次に、図７（ｄ）に示すように、走行装置
主アーム１ａを進行方向に操作し、予め定めたドア開放
待機位置で停止する。次に、図７（ｅ）に示すように、
マニピュレータに装着したドア開放ツール５Ｂの可撓体
５ｏにエアを注入して剛性を上げ、ドアノブ把持爪５ｍ
を開放し、ドアノブＤＮがドアノブ把持爪５ｍの中に入
るように位置決めする。

【００４７】次に、図７（ｆ）に示すように、遠隔操作
装置から操作して、爪５ｍを閉鎖しノブＤＮを把持し、
マニピュレータの第６軸を回転して、ドアノブＤＮを回
転してラッチをはずし、再びラッチがかからないように
ドアノブＤＮを少し手前に引く。さらに、可撓体５ｏの
エアを抜いてなじみ機構５ｌを機能させ、マニピュレー
タの操作で予め印をつけた前方監視カメラのモニタ画像
の所定の位置にドアのエッジが来るまで開放する。

【００４８】次に、図８（ｇ）に示すように、走行装置
の主アーム１ａを水平位置まで動作させて、ドアＤが閉
まらないようにするためのストッパーとして用いる。次
に、図８（ｈ）に示すように、遠隔操作装置から指示し
てドアノブ把持爪５ｍを開放し、ドアノブ把持爪５ｍが
ドアノブをかわすまで手動で操作し、ドア開放ツール５
Ｂの可撓体５ｏにエアを注入し剛性を上げ、遠隔操作に
より主アーム１ａで閉鎖を防止しているドアの隙間にツ
ール５Ｂを挿入する。

【００４９】次に、図８（ｉ）に示すように、走行装置
主アーム１ａを、後方退避位置へ移動する。次に、図８
（ｊ）に示すように、マニピュレータ２を操作して、ド
アＤを完全に開放する。

【００５０】次に、図８（ｋ）に示すように、走行装置
で前進移動を行い、ドアＤを通過する。最後に、図８
（ｌ）に示すように、走行装置でさらに前進して、ドア
通過を終了する。

【００５１】なお、ドアＤが、スプリング機構等によ
り、閉止位置に戻る機構を備えている場合には、ドア開
放後、ドア閉止防止のためのストッパをドアに設置する
ようにすることもできる。

【００５２】なお、以上の説明では、ノブ式のドアの開
放の場合について説明したが、レバー式のドアの場合に
は、図６に示したドアレバー操作用リング５ｎを、ドア
レバーに引っかけて操作することで、同様にドアを開放
して、通過することが可能となる。

【００５３】次に、図９〜図１２を用いて、本実施形態
による移動作業ロボットに用いるスミヤ作業ツール５Ｃ
の構成及び作業動作について説明する。図９は、本発明
の一実施形態による移動作業ロボットに用いるスミヤ作
業ツールの構成を示す斜視図である。図１０は、本発明
の一実施形態による移動作業ロボットに用いるスミヤ作
業ツールに取り付けられる濾紙ツールの斜視図である。
図１１は、本発明の一実施形態による移動作業ロボット
に用いるスミヤ作業ツールにおいて、濾紙ツールフォル
ダに濾紙ツールを取り付けた状態の斜視図である。図１
２は、本発明の一実施形態による移動作業ロボットに用
いるスミヤ作業ツールにおいて、濾紙ツールフォルダに
濾紙ツールを取り付けた状態の部分断面図である。

【００５４】図９に示すように、スミヤ作業ツール５Ｃ
は、ツールチェンジャ子機５ａと、手先カメラ５ｃと、
押し付け機構５ｆと、ストロークセンサ５ｇと、可撓体
５ｈとから構成される。押し付け機構５ｆは、濾紙ツー
ルを測定対象面に押し付けるための機構である。ストロ
ークセンサ５ｇは、押し付け機構５ｆの押し付けストロ
ークを検出する。可撓体５ｈは、内部に空気圧を導入す
ることにより膨張して、円筒状の濾紙ツールの筒内壁面
に係合することにより、濾紙ツールを保持するために用
いられる。

【００５５】また、図１０に示すように、濾紙ツール９
は、保持用穴９ａと、つば９ｂと、弾性体９ｃと、濾紙
９ｄとから構成されている。保持用穴９ａは、スミヤ作
業ツール５Ｃの可撓体５ｈが挿入され、スミヤ作業ツー
ル５Ｃに濾紙ツール９を保持するために用いられる部分
である。つば９ｂは、図１１及び図１２に示すように、
濾紙ツールフォルダ１０に濾紙ツール９を保持するため
に備えられている。つば９ｂは、鉄等の磁性体でできて
いる。弾性体９ｃは、濾紙９ｄで拭き取る面の凹凸にな
じむためのものであり、スポンジ等の弾性部材で形成さ
れ、その先端に濾紙９ｄが張り付けられている。

【００５６】図１２に示すように、濾紙ツールフォルダ
１０は、濾紙ツール９のつば９ｂと接する部分に磁石１
０ａを備えており、磁力で濾紙ツール９をフォルダ１０
に保持する構成となっている。濾紙ツールフォルダ１０
は、図１に示したように、ロボット本体に取り付けられ
ている。この濾紙ツールフォルダ１０に、濾紙ツール９
が保持されている。

【００５７】次に、スミヤ作業ツールの動作について説
明する。最初に、オペレータは、マニピュレータにスミ
ヤ作業ツール５Ｃを装着する。

【００５８】次に、濾紙ツールフォルダ１０に保持され
ている濾紙ツール９の保持用穴９ａに弾性体５ｈを挿入
し、弾性体に空気を供給して、スミヤ作業ツール５Ｃの
先端に保持し、マニピュレータ２で引っぱることで濾紙
ツールフォルダ１０の磁石１０ａの磁力に打ち勝ち、濾
紙ツール９を装着する。

【００５９】次に、床面，壁面等のスミヤ作業位置に濾
紙ツール９を位置決めし、所定の押し付けストロークに
なるまでストロークセンサ５ｇの出力を監視しながら濾
紙ツール９を押し付ける。次に、マニピュレータを所定
の動作パターンで動作させ、対象物の表面を濾紙９ｄで
拭き取る。最後に、濾紙ツール９を所定の濾紙ツールフ
ォルダ１０に戻す。

【００６０】なお、濾紙９ｄと弾性体９ｃにより支持さ
れた部分を、ボールジョイントでつば部９ｂに接続し、
濾紙ツール９の姿勢が検査面になじむようにすることも
できる。

【００６１】スミヤ作業ツール５Ｃ，濾紙ツール９，濾
紙ツールフォルダ１０を以上のように構成し防災ロボッ
トと共に動作させることで、スミヤ作業を遠隔自動で実
施することができ、人間が放射線に汚染されたような危
険な場所に立ち入る必要がなくなるものである。

【００６２】次に、図１３及び図１４を用いて、本実施
形態による移動作業ロボットに用いる炉水サンプル容器
回収ツール５Ｄの構成及び作業動作について説明する。
図１３は、本発明の一実施形態による移動作業ロボット
に用いる炉水サンプル容器回収ツールの構成を示す斜視
図であり、図１４は、本発明の一実施形態による移動作
業ロボットに用いる炉水サンプル容器の構成を示す斜視
図である。

【００６３】最初に、図１４を用いて、炉水サンプル容
器１１の構成について説明する。炉水サンプル容器１１
は、原子力プラント等の設備の壁面に予め取り付けてい
るものである。炉水サンプル容器１１の内部には、遠隔
操作によって、炉水が注水される。

【００６４】炉水サンプル容器１１は、２本のレバー１
１ａ，１１ａ’と、カップラ１１ｂと、サンプル容器部
１１ｃを備えている。カップラ１１ｂを介して、原子力
プラント等の設備の壁面に取り付けている。２本のレバ
ー１１ａ，１１ａ’の間隔Ｇを狭めるように操作するこ
とにより、カップラ１１ｂが解除され、設備から取り外
せる構成となっている。サンプル容器部１１ｃの内部に
サンプリングされた水が蓄えられる。

【００６５】次に、図１３を用いて、炉水サンプル容器
回収作業ツール５Ｄの構成について説明する。炉水サン
プル容器回収作業ツール５Ｄは、ツールチェンジャ子機
５ａと、図示しない手先カメラと、２本のかぎ状レバー
５ｉと、２本の押し付けシリンダ５ｊと、なじみ機構５
ｋとから構成される。２本のかぎ状レバー５ｉは、炉水
サンプル容器１１のレバー１１ａに係合して、レバー１
１ａ，１１ａ’間のギャップＧを狭くする操作のために
用いられる。２本の押し付けシリンダ５ｊは、先端部が
矢印Ｃ方向に移動して、炉水サンプル容器１１の背面に
押しつけられる。

【００６６】次に、炉水サンプル容器回収作業ツールの
動作について説明する。

【００６７】最初に、オペレータは、マニピュレータ２
に炉水サンプル容器回収作業ツール５Ｄを装着し、炉水
サンプル容器１１の近傍に位置決めする。

【００６８】次に、２本のかぎ状レバー５ｉを炉水サン
プル容器のレバー１１ａに引っかけて位置決めする。さ
らに、２本の押し付けシリンダ５ｊを動作させて、炉水
サンプル容器１１の背面に押し付ける。さらに、押し付
けシリンダ５ｊを動作させることで、かぎ状レバー５ｉ
で、レバー１１ａをその位置に保持したまま、押し付け
シリンダ５ｊを炉水サンプル容器１１の背面に押しつけ
ることにより、炉水サンプル容器部１１ｃは、矢印Ｄ方
向に移動して、２本のレバー１１ａ，１１ａ’の間隔Ｇ
を狭めることができ、カップラ１１ｂを解除することが
できる。

【００６９】最後に、マニピュレータ２を動作させ、炉
水サンプル容器回収作業ツール５Ｄを炉水サンプル容器
１１と一緒にツール台に格納する。

【００７０】以上のように、炉水サンプル容器回収作業
ツールを構成し、防災ロボットと共に動作させること
で、炉水サンプル容器回収作業を遠隔自動で実施するこ
とができ、人間が放射線に汚染されたような危険な場所
に立ち入る必要がなくなるものである。

【００７１】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、各種プラントの点検保守作業や、万が一事故が発生
したような場合においても、自らの照明とＴＶカメラで
画像を取得し、オペレータの遠隔操作により建屋内環境
を移動することが可能となる。

【００７２】また、マニピュレータにドア開放ツールを
装着して、全体監視カメラ、手先カメラの画像を見て所
定の手順で遠隔操作することでドアの通過が可能とな
り、さらに広範囲の建屋内環境の移動が可能となる。

【００７３】さらに、現場に到着後は、防災ロボットに
搭載したツール台に保持された作業ツールを用いて、マ
ニピュレータ先端に作業に応じたツールを装着し、バル
ブ操作等の作業を行うことで、事故の拡大防止の作業を
実行することができる。

【００７４】また、さらに、スミヤツール等のツールを
搭載し使用可能とすることにより、通常時の保守、点検
作業も本発明の移動作業ロボットで実行することが可能
となる。

【００７５】移動作業ロボットが前記のような作業を実
現することで人間の代わりに保守、点検、事故の拡大防
止の作業をさせることができ、人間を危険にさらす必要
がなくなるという効果がある。

【００７６】

【発明の効果】本発明によれば、階段等の建屋内環境の
移動が可能で、また、多種類の作業に応じたツールを使
用して迅速な作業が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による移動作業ロボットの
全体構成を示す斜視図である。

【図２】本発明の一実施形態による移動作業ロボットに
用いる制御装置の構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の一実施形態による移動作業ロボットに
用いる遠隔操作装置の構成を示す正面図である。

【図４】本発明の一実施形態による移動作業ロボットに
用いるツール台の構成を示す３面図である。

【図５】本発明の一実施形態による移動作業ロボットに
用いるバルブ操作作業ツールの構成を示す斜視図であ
る。

【図６】本発明の一実施形態による移動作業ロボットに
用いるドア開放作業ツールの構成を示す斜視図である。

【図７】本発明の一実施形態による移動作業ロボットに
用いるドア開放作業ツールによるドア開放作業動作の説
明図である。

【図８】本発明の一実施形態による移動作業ロボットに
用いるドア開放作業ツールによるドア開放作業動作の説
明図である。

【図９】本発明の一実施形態による移動作業ロボットに
用いるスミヤ作業ツールの構成を示す斜視図である。

【図１０】本発明の一実施形態による移動作業ロボット
に用いるスミヤ作業ツールに取り付けられる濾紙ツール
の斜視図である。

【図１１】本発明の一実施形態による移動作業ロボット
に用いるスミヤ作業ツールにおいて、濾紙ツールフォル
ダに濾紙ツールを取り付けた状態の斜視図である。

【図１２】本発明の一実施形態による移動作業ロボット
に用いるスミヤ作業ツールにおいて、濾紙ツールフォル
ダに濾紙ツールを取り付けた状態の部分断面図である。

【図１３】本発明の一実施形態による移動作業ロボット
に用いる炉水サンプル容器回収ツールの構成を示す斜視
図である。

【図１４】本発明の一実施形態による移動作業ロボット
に用いる炉水サンプル容器の構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

１…移動機構 １ａ…主アーム １ｅ…前方監視カメラ １ｇ…距離センサ ２…マニピュレータ ２ｂ…アーム ２ｄ…ツールチェンジャ親機 ３…制御装置 ４…ツール台 ５…作業ツール ５ａ…ツールチェンジャ子機 ５ｂ…バルブ操作用爪 ５ｈ…可撓体 ５Ａ…バルブ操作作業ツール ５Ｂ…ドア開放作業ツール ５Ｃ…スミヤ作業ツール ５Ｄ…炉水サンプル容器回収ツール ６…全体監視カメラ ８…遠隔操作装置 ９…濾紙ツール、 １０…濾紙ツールフォルダ １１…炉水サンプル容器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂入 浩 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 斉藤 祐二 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立事業所内 (72)発明者 菅野 明弘 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立事業所内 (72)発明者 山本 広志 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 大城 昌之 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 株式会社日立製作所産業機器グループ内 (72)発明者 神谷 敬之 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 株式会社日立製作所産業機器グループ内 Ｆターム(参考） 2G075 CA02 EA02 FA12 FA13 FA20 FC01 GA09 GA37 3C007 AS14 AS27 BT18 CS08 CY00 GS01 GS15 JU12 KS12 KS20 KS36 KT04 KT05 WA17

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】オペレータの遠隔操作により、建屋内環境
   を移動しながら保守・点検作業を行う移動作業ロボット
   において、 移動機構と、 この移動機構の上に搭載されたマニピュレータと、 このマニピュレータの先端に設けられ、作業に応じたツ
   ールを装着可能なツールチェンジ機構と、 このツールチェンジ機構によって、マニピュレータ先端
   に装着される作業ツールと、 この作業ツールを搭載するためのツール台とを備えたこ
   とを特徴とする移動作業ロボット。
2. 【請求項２】請求項１記載の移動作業ロボットにおい
   て、 上記ツール台は、複数の作業ツールを保持可能であると
   ともに、 上記ツール台に保持された作業ツールを水平方向からア
   クセスして交換し作業することを特徴とする移動作業ロ
   ボット。
3. 【請求項３】請求項１記載の移動作業ロボットにおい
   て、 ドアが閉鎖しないようにドアを保持するドア保持手段を
   備え、 上記マニピュレータの先端に装着されたドアノブ操作用
   ツールを用いて、ドアノブを操作してドアを途中まで開
   放し、上記ドア保持手段によりドアを保持し、ドアノブ
   からドアノブ操作用ツールを解放して、ドアの別部分を
   支持し、ドア保持手段による保持を解放した後、ドアを
   完全に開放することを特徴とした移動作業ロボット。
4. 【請求項４】請求項３記載の移動作業ロボットにおい
   て、 上記ドアノブ操作用ツールは、 ドアノブを把持するドアノブ把持部と、 このドアノブ把持部と、上記ツールチェンジ機構の間に
   設けられた中空の可撓体からなる接続部とを備え、 この接続部の内部の空気圧の調整により、上記ドアノブ
   把持部と上記ツールチェンジ機構の間の剛性を制御可能
   であり、 ドアノブの把持後にドア開放ツールの空気圧を開放しド
   ア開放ツールの姿勢とドアノブの姿勢のずれを吸収する
   ことを特徴とする移動作業ロボット。
5. 【請求項５】請求項１記載の移動作業ロボットにおい
   て、 上記作業ツールは、バルブ操作作業ツールであり、 このバルブ操作作業ツールは、 複数のピンを円形状に配置したバルブ操作部と、 このバルブ操作部と、上記ツールチェンジ部の間に設け
   られ、その内部に対する空気圧の供給・排気によりバル
   ブ操作アクチュエータの動力の伝達・遮断をするリング
   状の可撓体を内蔵した接続部と、 上記バルブ操作部の中央に配置されたカメラを備えるこ
   とを特徴とする移動作業ロボット。
6. 【請求項６】請求項１記載の移動作業ロボットにおい
   て、 上記作業ツールは、炉水サンプル容器回収作業ツールで
   あり、 上記炉水サンプル容器回収作業ツールは、 ２本のかぎ状の棒からなるレバーと、 炉水サンプル容器に押しつける押しつけシリンダとを備
   え、 上記レバー及びシリンダを駆動することで炉水サンプル
   容器のカップラを操作し、炉水サンプル容器の着脱を行
   うことを特徴とする移動作業ロボット。
7. 【請求項７】オペレータの遠隔操作により、建屋内環境
   を移動しながら保守・点検作業を行う移動作業ロボット
   において、 ロボット進行方向の環境を撮影するＴＶカメラと、この
   ＴＶカメラの画像取得を補助する照明と、進行方向の障
   害物との距離を測定する距離センサと、移動機構の姿勢
   を検出する姿勢センサとを有する移動機構と、 この移動機構の上に搭載されたマニピュレータと、 このマニピュレータの先端に設けられ、作業に応じたツ
   ールを装着可能なツールチェンジ機構と、 このツールチェンジ機構によって、マニピュレータ先端
   に装着される作業ツールと、 上記マニピュレータの作業の監視及び移動時の干渉を監
   視する全体監視カメラと、 この全体監視カメラの画像取得を補助する照明と、 上記作業ツールを移動機構上に搭載するためのツール台
   と、 上記移動機構と、上記マニピュレータと、上記作業ツー
   ルと、上記全体監視カメラを制御する制御装置と、 オペレータが操作する遠隔操作装置を備えたことを特徴
   とする移動作業ロボット。