JPS6234785A - 遠隔作業ロボツト - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、活線工事などに用いられる遠隔作業ロボッ
トに関する。

（従来の技術とその問題点） 活線工事や高層建築物の塗装作業など、地上から離れた
場所での作業は一般にかなりの危険を伴なうため、近年
においてはロボットの導入が提案されている。たとえば
、第１図に示すような、活線りから柱上トランスＴへの
引出１ｊｌＲを用いた分岐作業を想定すると、通電状態
のままで高所作業を行なわねばならないことから、手作
業による場合は感電や転落の危険性が高く、専門の作業
日でも事故率が小さく　ｆ、にいというのが現状である
。そして、これを打開するためのロボツ１〜として、た
とえば特開昭６０−１７５０９号に開示されているもの
などが知られている。

ところが、このような用途に利用されるロボットは、そ
の本質上、作業車などから伸びる良いブームの先端部に
ロボット機構を取付けなければならならないが、屋外作
業であるために風などの影響もかｋり大きなものになる
。このため、工事を行なうべぎ活線にロボツ１〜を対向
させて正確に位置決めを行うことが困難であり、いった
ん位置決めを行なっても、作業中にブームが揺動して位
置関係が崩れてしまうことになる。

このにうな）２動は、上記原因のほかに、ロボットのア
ームの移動による重心の変位や作業動力の伝動による振
動によっても引起されるが、これによってロボットの作
業原点が揺動すると、作業そのものの支障となるばかり
でなく、場合によっては活線等の作業対象物にブームや
ロボットが衝突して、これらを破■してしまうこともあ
る。

以上のように、従来の遠隔作業ロボットでは、ロボット
と作業対象物との間の相対的位置関係が乱されることに
起因して、種々の問題が生じていた。

（発明の目的） この発明は、上述の問題の克服を意図しており、ロボッ
トと作業対象物との相対的位置関係の乱れによる影響を
防止し、それによって作業の効率や安全性を高めること
ができる遠隔作業ロボットを提供することを目的とする
。

（目的を達成するための手段） 上述の目的を達成するため、この発明にかかる遠隔作業
ロボットでｔよ、先端に設けられた結合機構を作業対象
に結合することによって作業時における当該ロボットの
作業原点と作業対象との間の相対位置関係を規制する位
置関係規制アームを、当該ロボットの所定部分に配設し
、これによって規ｉ１．ｌＪされた相対位置関係に基い
て、ロボットの作業機構の制御を行なうようにしている
。

（実施例） 実施例の全体構成 第２図は、この発明を活線工事用の遠隔作業ロボットに
適用した一実施例の概略正面図である。

同図において、高所作業型２の車体３上には旋回台５が
段ＩＪられ、この旋回台５上には多段伸縮式のブーム４
が起伏自在に枢結されている。そして、ロボット１はこ
のブーム４の先端に設けられている。このブーム４は、
伸縮用シリンダ（図示せず）によってその長さが可変と
なっているとともに、ブーム４と旋回台５との間に配設
された起伏シリンダ６によって、その起伏角度を１ｌｉ
ｌＪ　ｉｌｌ可能とされている。また、ブーム４の両端
部付近に配された平衡シリンダ７．８の連係によって、
ロボット１の全体的な姿勢の維持を図っている。そして
、車体３の前後の左右両側の計４箇所には、アウトリガ
９が車体側方へ張出可能に設けられており、このアウト
リガ９にはジヤツキ１０が取付【プられている。

一方、旋回台５の側方には、ブーム４の動作のほか、ロ
ボット１の動作などを制御するための中央制御装置１１
が設けられている。また、ブーム４の上端部付近には操
作部１２が配設されている。

ざらに、旋回台５の下部には、ブーム関連作動用の電磁
弁装Ｂ１３が設けられている。なお、このような旋回台
５やブーム４などには種々の位１ｄセンサなどが取付け
らるが、これらの部分の構造は、たとえば特開昭５９−
１８２１９９Ｍに開示されているものと同様に構成する
ことができるため、詳細な説明は省略する。

ロボット部分の構 次に、ロボット１の構造については、第３Ａ図を参照し
つつ説明する。同図においで、ブーム４の先端に取付け
られた架台２１には、内蔵されたモータＭ１によって図
のφ方向に旋回可能な旋回架台２２が設けられている。

この旋回架台２２の上面には、支持塔２３が立設されて
おり、この支持塔２３の上側部からは、この支持塔２３
によって支持される作業アーム３０が伸びている。また
、この支持Ｊ！２３の頂部を形成するハウジング２３ト
１に設けられた垂直シャフト２４Ａの上端部には、結節
機構２４Ｂを介して水平シャツｈ　２４　Ｃが取付けら
れている。この水平シャフト２４Ｃの両端には、結節機
構２４１３内に内蔵されたモータにより図のθ方向に回
動可能な２個のイメージセンサ（ＩＴＶカメラ）２５ａ
、２５ｂが設けられている。

これらのうら、垂直シャフト２４Ａ付近を、第３Ｂ図に
拡大図として示す。同図に示すように、この垂直シャフ
ト２４Ａにはうツク２４しが設けられており、このラッ
ク２４Ｌが上記ハウジング２３Ｈ内に内蔵されたビニオ
ン２４Ｐと協耐することによって、垂直シャツｌ−２４
Ａが上下運動をする。これは、上記イメージセンナ２５
ａ、２５ｂを上下に移動さσるための機構である。

第３Δ図に戻って、上記作業アーム３０は、それぞれモ
ータＭ２〜Ｍ４によって垂直面内で回動可能な第１〜第
３のアーム３１〜３３を含み、このうち第３のアーム３
３は、モータＭ５によってψ方向にら旋回可能とされて
いて、その先端には、後）ホする工具によって活線作業
を行なうためのエンドエフェクタ３４が取付けられてい
る。

一方、旋回架台２２の側部には、モータＭ６ににって垂
直面内で回動可能なシャフト５１の両端に、対称的に配
置された２つの保持用単位アーム５３ａ、５３ｂを含む
保持用ツインアーム５２が設けられている。この保持用
ツインアーム５２が、この発明の「位置関係規制アーム
」に相当する。

なお、これら２つの保持用単位アーム５３ａ、５３ｂは
互いに同じ構造を有するため、以下では前者のみを説明
する。

すなわら、保持用単位アーム５３ａにおいては、上記シ
ャツｊ・５１の端部から直角に伸びる第１のアーム５４
ａが直動アクチュータＡによって伸縮自在とされており
、その先端に設けられたモータＭ７によって垂直面内で
回動する第２のアーム５５ａの先端には、把持機構５６
ａが設けられている。そして、２つの保持用単位アーム
５３ａ、５３ｂは互いに連動して同一の動きを行なうた
め、後の妨作説明では、保持用単位アーム５３ａの動作
によってこれらを代表させるものとする。

なお、作業用アーム３０のエンドエフェクタ３４やこの
保持用ツインアーム５２の把持機構５６ａ等の動力源は
、それら自身の付近に設けてもよく、また、旋回架台２
２などの内部に設けて動力を伝達させてもよい。また、
これら各アームは絶縁材料で構成する。さらに、これら
のアームの各関節部には、近接スイッチＣを設けてお（
。

他方、旋回架台２２の他の側部には、斜め上方に伸びて
互いに連係された梯子状のアーム６１゜６２を有する工
具箱支持アーム６０が取付けられており、アーム６２の
先端には工具類６４を収容する工具箱６３が支持されて
いる。そして、アーム６２は、モータＭ８によって垂直
面内で回動可能とされている。

以上のような構造を有するこのロボット１においては、
作業用アーム３０、保持用アーム５２それに■貝箱支持
アーム６０は、ともに旋回架台２２から伸びており、ブ
ーム４の移動や揺勅によって旋回架台２２の位置が変わ
っても、これらの間の位置関係は不変どなっている。そ
して、旋回架台２２の回転中心Ｏが、このロボット１の
作業原点となっている。

１あ」ソ」風 第４図は、この実施例における電気的構成の概略を示す
ブロック図である。同図において、中央処理装置１１は
、ＣＰＬＩ　７１およびメモリ７２を含んでおり、これ
らは下記の要素へと接続されている。

■第２図に示した操作部１２および制御状態等の表示の
ためのディスプレイ７３゜ ■旋回台５の旋回モータや、シリンダ６等を含むブーム
駆動系７４゜ ■ブーム４の伸縮などを検知するセンサなどを含んだブ
ーム検出系７５゜ ■アラトリが９の張出状態を検出するためのけンサを含
んだアウトリガ検出系７６゜ ■ロボット１のモータＭ、Ｍ２・・・や直動アクヂュエ
ータＡなどのロボット駆動系７７゜■ロボット１のモー
タＭ、Ｍ２・・・などに取付けられて、その回転角など
を検出するエンコーダＥや、前述した近接スイッチＣな
どを含むロボット検出系７８゜ ■イメージセンサ２５ａ、２５ｂからの画像の処理を行
なう画像処理回路ＰＣ０ また、これらのうち、ロボット１に関連する部分は光フ
アイバーケーブルによって接続し、光通信系とすること
によって、電気的絶縁を確保することができる。なお、
第４図はインターフェイス回路やＤ／Ａコンバータ等な
どを省略して描いであるが、これらについては通常のロ
ボツ１〜制御に用いられる構成を採用すればよい。

実施例の動作 次に、第５図を参照しつつ、この実施例の動作を説明す
る。なお、以下の説明において、カッコ内は図中のステ
ップ番号を示す。まず、作業車２を活線りの近くに停止
させ、アウトリガ９を伸長してジヤツキ１０による安定
化を図った後、操作部１２の操作によって、ブーム４の
旋回と伸長とを行ない、ロボット１を作業目的の活線（
第３図の活！５１１Ｌ２であると想定する。）に対向す
る位置まで移動させる（Ｓｌ）。この動作は、旋回架台
２２の旋回とあわせて行なってもよい。

この対向動作において、ロボット１が活線Ｌ１〜Ｌ３に
正対しているかどうかは、２つのイメージセンサ２５ａ
、２５ｂを設けていることによって検出可能である。す
なわち、ロボット１が活線Ｌ　〜し３に対して斜めにな
っているときには、２つのイメージセンサ２５ａ、２５
ｂのそれぞれによって撮像される活線の太さが互いに異
なったものとなり、これによって正対しているかどうか
が容易にわかることになる。そして、これらの画像にお
ける活線の太さを同じにするように、ロボット１の姿勢
を変えることによって、ロボット１を活１ｊｌＬ１〜［
３に正対させることができる。

このようにして、ロボット１の作業可能範囲内に活線Ｌ
２が位置するような関係とした後、イメージセンサ２５
ａ、２５ｂを動作させて、活線Ｌ２までの距離と方向と
を確認する（Ｓ２）。

この確認原理の例が第６図に示されており、ロボット１
そのものを上下方向に距１ｌ１１１だけ変化させ、その
上下両端位置のそれぞれで、活線Ｌ２がイメージセンサ
２５ａ、２５ｂの視界中央位置に来るように、このイメ
ージセンサ２５ａ、２５ｂを垂直面内で回動させる。こ
のときの回動角をそれぞれα　、α２で表現すると、三
角３１１ｆｆｉの原理で知られているように、活ＩａＬ
２までの距１１ｆＤは、次の（１）式で求まる。

Ｄ＝１ｓｉｎ　ａ　　ｘ　Ｓ！ｎ（２２／５ｉｎ（ａ１
＋ａ２）・・・（１） また、活線Ｌ２の方向は、α１またはα２によって知る
ことができる。

第５図に戻って、このようにして活線Ｌ３までの距離と
方向との検出に引き続いて、接に行なわれる各アームの
動作において障害となるような物体があるかどうかを上
記イメージセンサ２５ａ。

２５ｂの検出出力に基いて確認する（Ｓ３）。このよう
な障害物としては、第６図の活線し　、し３などがあり
、たとえば活線Ｌ１については角度β１．β２を知るこ
とによって、やはりその位置を知ることができる。もっ
とも、活線り、Ｌ２゜［，３のそれぞれの大きさが異な
る場合などには、目的とする活１！Ｌ２と他の活ＩＬ１
．Ｌ−３との区別は比較的容易であるが、同一径の場合
などでは、区別が困難であるような場合もある。このと
きには、第４図中に示したディスプレイ７３にイメージ
センサ２５ａ、２５ｂの撮像画面を表示させ、作業員の
スイッチ操作によってその区別をつけるなどの方法を導
入すればよい。

再び第５図に戻って、目的とする活線Ｌ２と障害物とが
確認されると、これらの情報に基いて保持用ツインアー
ム５２の動作シーケンスを決定する（Ｓ４）。これは、
活線Ｌ２までの距離と方向とに応じて保持用ツインアー
ム５２の伸長□□□と伸長方向とを決定するとともに、
その伸長動作において、アームの−８部分が他の活線し
　、Ｌ　などに接触しないような経路を選択させ、それ
に応じた駆動順序を決定することを意味する。

次に、こうして決定されたシーケースに従って保持用ツ
インアーム５２を伸長させ、その先端の把持灘構５６ａ
等を用いて活線Ｌ２を把握する（Ｓ５）。これは、たと
えば、モータＭ６を回動させた後に直動アクチュエータ
八を伸長させ、そして、モータＭ１を回ａさせる、とい
った順序で行なうことができる。また、このような制御
にもかかわらず仮に障害物に接触してしまった場合には
、近接スイッチＣの検出出力に基いて経路変更等を行な
う。

このような動作を完了することによって、ロボッｌ−１
と活線Ｌ２との相対的位置関係は固定されたものとなる
。このため、用などの影響によってブーム４が揺動して
も、ロボット１は活線Ｌ２を把持したままで揺動するた
めに、ロボット１と活線Ｌ２との相対距離は不変であっ
て、作業アーム３０の動作を安定に行なうことができる
ようになる。また、活線Ｌ２を把持していることによっ
て、ブーム４の揺ｆＪＪＲそのものを減少させることも
できる。

こうして、把持が完了すると、この把持状態における旋
回架台２２の旋回中心０（第３図）を、作業原点として
設定し、以後の動作の基準点とする（Ｓ６）。また、上
記保持用ツインアーム５２のシーケース決定と同様に、
−り２相対位置関係に応じて作業アームの動作シーケー
スを決定する（Ｓ７）。

以後の動作は、活線作業ロボットとしての本来の動作と
なる。すなわち、作業アーム３０のエンドエフェクタ３
４によって工具箱６３の中から剥離工具を取出しくＳ８
）、これによって活線Ｌ２の被覆を剥離（８９）したあ
と、剥離工具と研磨工具とを交換しく５ＩＯ）、活線Ｌ
２の研磨作業を行なう（８１１）。次に、研磨工具と引
出線巻付は工具とを交換しく５１２）、旋回架台２２や
工具箱６３の位置にあらかじめ準備してＪｊ　＜か、ま
たは他のロボット機構に運ばせた引出線を活線Ｌ　に巻
付けて（３１３）、活線Ｌ２への引出線の取付は作業を
完了する。

この後に、引出線をトランスに取付ける作業を行なう場
合（８１４）は、上記のシーケンスと同様のものとなる
。すなわち、保持用ツインアーム５２の把持機構６３ａ
等によって、トランスまたはそれが固定されている電柱
の突起部等を把持してトランスとの間の相対的位置関係
を固定した後に、引出線の取付は作業を行なえばよい。

１立１崖１ 次に、この発明の他の実施例について説明する。

この実施例では、保持用ツインアーム５２による位置関
係の規制を動的なものとして構成する。すなわち、上記
のような活線作業を考えると、作業原点０と活Ｉ！Ｌ２
との相対位置関係を完全に固定してした場合には、強風
などによってブーム４が大きく揺動したときに、保持用
ツインアーム５２を介して活＄ＩＬ２に大きな力が加わ
り、これによって活線Ｌ２に損傷を与える場合も考えら
れるため、これらの位置関係を初期の関係に固定せず、
揺動を吸収させるような形での動きをアームに与えるの
である。

これを模式的に示したものが第７図であって、保持用ツ
インアーム５２による位置保持を行なっている状態にお
いて、作業原点Ｏが０′へと揺動したときに、このｒｆ
ｊｉＦＩＪ状態を検出して、図示の各アームの回動α〜
εや直動アクチュエータ５４ａの伸び吊ｒを、それぞれ
α′〜ε′、ｒ′へと変化させる。このときには、把持
機構５６８やエンドエフェクタ３４と活線Ｌ２との相対
角度は不変とすることが望ましい。

このような制御は、たとえば次のようにして実現できる
。

まず、第８図に示すように、作業原点０の揺動状態を検
出するためのセンサＳ（たとえば加速センサ等）を、架
台２１または旋回架台２２に取付けておき、このセンサ
Ｓからの検出信号を第４図のＣＰＬＪ７１に与えて積分
処理等を行なうことにより、揺動状態を表わすデータど
する。

この揺動状態として、たとえばＭ７図の変位ｑを考え、
これを吸収するために必要とされるアームの駆動のうち
、回動角δ、εおよび伸縮ｆｉｒに与えるべき変化△δ
、ΔεおよびΔｒを例にとる。

すると、回動角δ、εおよび伸縮ｌｒについての位置お
よび姿勢の変換マ］・リクスをそれぞれＦｌ。

Ｆ２．Ｆ３とし、揺動量ピロの場合の作業原点の位；Ｕ
をｑ。とじ、さらに、作業原点０の位置・姿勢マトリク
スをＭとしたとき、 Ｆ　　［ｒ十Δｒ　］　ｘ　Ｆ２　　［ε＋Δε］×Ｆ
１　［δ＋△δ］ＸＭ　Ｉｑｏ＋Ｑ］＝Ｆ　　［ｒ］Ｘ
Ｆ２　　［ε］ ｘ　Ｆ　１［６］　ＸＭ　［Ｑ□　］　　　　”１２）
が成立するような△ｒ、△ε、△δを求め、これに応じ
た駆動出力をロボット駆動系に与えてフィードバックす
ればよいことになる。他のアーム等についても同様であ
る。

そして、このようなマトリクス形式で与えられた方程式
に基く調停制御は、既にロボツ１〜υ制御の分野で種々
のものが提案されており、それらを適宜利用することが
可能である。なお、ブーム４の１工動は比較的ゆるやか
であるため、このような演算における演算時間がある程
度必要とされても、揺動に対して十分追随可能である。

また、ブーム４の揺動は、通常単振動または減衰振動で
あることに着目すれば、フィードバック量どして振動信
号を与えることとし、その振動数や位相・振幅を検出デ
ータに基いて決定することも可能である。

変形例 ところで、この発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、たとえば次のような変形も可能である。

■位置関係機構としては、上記多関節型のツインアーム
に限らず、１本または３本以上のアームでもよく、また
、他の種々の座標型であってもよい。また、その先端に
は、把持機構ではなく、係合機構や吸着機構などを設け
て結合機構とし、これによって作業対隋と結合してもよ
い。

■作業８Ｎ横については特に限定するものではなく、工
具についても、工具箱を用いた交換を行なわずに、たと
えば第９図に示すように、複数の工具を備え、これらが
流体圧管９０によって回転・選択される装置をエンドエ
フェクタとして用いることもできる。

■このロボットは活線作業のみならず、次のような用途
にも利用可能である。

（イ）高層建築物や船舶等の塗装作業および塗装剥離作
業。

（０）建築物・Ｉ！梁の鉄骨組立などの鳶職工事。

（ハ）ビルの窓拭きやトンネル天封掃除、煙突ｈ■除。

（ニ）ビル火災などの消火、救護作業。

（ホ）看板書きや、植木・果樹剪定など。

このような用途に用いる場合、ロボットの支持手段（上
記実施例のブーム４に相当）は、その用途に応じて変形
される。たとえば、第１０図（ａ）に示すように橋梁９
１の上に作業車９２を停止させて、橋梁９１の下部の塗
装を行なう場合には、図示のごとく下方に廻り込むこと
のできるブーム９３を用いることができる。

また、第１０図（ｂ）のように、地表に設けられたリフ
ト９４を上下させてもよく、同図（Ｃ）のように高所か
ら吊下げてもよい。

■作業原点と作業対象との相対位置関係は固定された関
係に規制する必要はなく、前述したように作業原点の運
動を吸収するような動的な位置関係を付加した形の規制
であってもよい。したがって、上記の例のほか、作業中
の作業手順による都合によって、相対位置関係を途中で
変えてもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明によれば、位置関係規制
アームによる作業対象との結合によって作業対像と作業
原点との相対位置関係を規制しているため、遠隔作業Ｏ
ボッ１〜１．：よる作業の効率や安全性を高めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は活線作業を説明するための図、第２図はこの発
明の一実施例の全体を示、す概略正面図、第３Ａ図は実
施例におけるロボットの斜視図、第３Ｂ図はロボットの
部分拡大図、第４図は実施例の電気的構成を示すブロッ
ク図、第５図は実施例の動作を示すフローチャート、第
６図は活線検出の原理を示す図、第７図は他の実施例の
説明図、第８図は他の実施例におけるセンサ取付は図、
第９図はエンドエフェクタの変形例を示す図、第１０図
はこの発明の変形例を示す図である。 １・・・ロボット、　　　２・・・高所作業車１１・・
・中央制御装置、１２・・・操作部４・・・ブーム、　
　　　２１・・・架台、２２・・・旋回架台、 ２５ａ、２５ｂ・・・イメージセンサ、３０・・・作業
アーム、３４・・・エンドエフェクタ、５２・・・保持
用ツインアーム、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の支持機構によって支持された状態で、遠隔
   位置にある作業対象に所定の作業を行なう遠隔作業ロボ
   ットにおいて、 先端に設けられた結合機構を前記作業対象に結合するこ
   とによって作業時における当該ロボットの作業原点と前
   記作業対象との間の相対位置関係を規制する位置関係規
   制アームを、当該ロボットの所定部分に配設し、 前記位置関係規制アームによって規制された相対位置関
   係に基いて、当該ロボットの作業機構の制御を行なうこ
   とを特徴とする遠隔作業ロボット。
2. （２）前記支持機構は作業車の車体上から伸びるブーム
   であり、前記位置関係規制アームは先端に把持機構を有
   する多関節アームである、特許請求の範囲第１項記載の
   遠隔作業ロボット。
3. （３）前記ロボットには、前記作業原点の運動を検出す
   る運動検出手段が設けられ、前記作業機構と位置関係規
   制アームとを制御する制御手段には、前記作業原点の運
   動に応じて当該作業機構と位置関係規制アームとを駆動
   することによって、前記作業原点と前記作業対象との間
   で前記運動を吸収させる手段が設けられた、特許請求の
   範囲第１項または第２項記載の遠隔作業ロボット。