特開 2024-120783 遠隔作業装置及び遠隔作業システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024120783

(43)【公開日】2024-09-05

(54)【発明の名称】遠隔作業装置及び遠隔作業システム

(51)【国際特許分類】

   B25J 3/00 20060101AFI20240829BHJP

   B66F 9/06 20060101ALI20240829BHJP

   B25J 5/00 20060101ALI20240829BHJP

【ＦＩ】

B25J3/00 Z

B66F9/06 C

B25J5/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023027840

(22)【出願日】2023-02-24

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100118267

【弁理士】

【氏名又は名称】越前 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】大井戸 康介

(72)【発明者】

【氏名】三井 崇

(72)【発明者】

【氏名】谷口 洋平

【テーマコード（参考）】

3C707

3F333

【Ｆターム（参考）】

3C707AS11

3C707AS12

3C707AS13

3C707AS15

3C707AS33

3C707BS10

3C707BS26

3C707CS08

3C707CS10

3C707CY03

3C707HS27

3C707JT04

3C707KT01

3C707KT15

3C707WA16

3F333AA02

3F333AE02

3F333BA02

3F333BA08

3F333DA03

3F333DB06

3F333DB10

3F333FA10

(57)【要約】

【課題】極限環境下であっても重量物の切断・撤去等を含む作業を円滑に行うことができる、遠隔作業装置及び遠隔作業システムを提供する。
【解決手段】遠隔作業システムは、作業エリアＡで作業する作業ロボットを備えた遠隔作業装置１と、作業エリアＡに配置され廃棄物を回収する回収容器２と、作業エリアＡ近傍の搬入口Ｂに配置されるケーブルリール３と、遠隔操作室Ｃに配置された作業ロボット１３，１４の制御盤４と、遠隔操作室Ｃに配置され作業ロボット１３，１４を遠隔操作するマシンインターフェース５と、を備えている。遠隔作業装置１は、床面を走行して移動可能な移動体１１と、移動体１１に配置された回転台１２と、回転台１２上に並列して設置された二台の作業ロボット１３，１４と、回転台１２を昇降可能な昇降手段１５と、を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

床面を走行して移動可能な移動体と、
前記移動体に配置された回転台と、
前記回転台上に並列して設置された二台の作業ロボットと、
を含むことを特徴とする遠隔作業装置。

【請求項2】

前記移動体は、前記回転台を昇降可能な昇降手段を備える、請求項１に記載の遠隔作業装置。

【請求項3】

前記移動体は、前記作業ロボットの先端ツールを保管するツールステーションを備える、請求項１に記載の遠隔作業装置。

【請求項4】

前記移動体は、作業時に前記移動体を支持するアウトリガーを備える、請求項１に記載の遠隔作業装置。

【請求項5】

前記移動体はフォークリフトであり、前記回転台は前記フォークリフトのフォーク差込部を備える、請求項１に記載の遠隔作業装置。

【請求項6】

前記回転台は、円板の両端を切り落とした形状を有する、請求項１に記載の遠隔作業装置。

【請求項7】

前記回転台は、中心部に形成され前記作業ロボットのケーブルを挿通する挿通口と、該挿通口に配置されたスリップリングと、を備える請求項１に記載の遠隔作業装置。

【請求項8】

請求項１～７の何れか一項に記載された遠隔作業装置を含む、ことを特徴とする遠隔作業システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、遠隔作業装置及び遠隔作業システムに関し、特に、極限環境下における重量物の切断・撤去等を含む作業に適した遠隔作業装置及び遠隔作業システムに関する。

【背景技術】

【0002】

放射線・雰囲気ガス・細菌・温度等の理由により、作業員の滞在時間が制限される極限環境下では、ロボットを遠隔操作することにより種々の作業が行われる。例えば、特許文献１には、車輪を使用して移動し、２本の腕部を使用して細かな作業をするロボットが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－０４９６３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載された発明では、２本の腕部を一つの胴体部で支持しているため、片腕で重量物を支持したり搬送したりしようとした場合には、肩部や胴体部にかかる負荷が大きく、配管や構造物等の切断・撤去等のように重量物を支持したり搬送したりする高所作業には不向きであった。

【0005】

本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、極限環境下であっても重量物の切断・撤去等を含む作業を円滑に行うことができる、遠隔作業装置及び遠隔作業システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明によれば、床面を走行して移動可能な移動体と、前記移動体に配置された回転台と、前記回転台上に並列して設置された二台の作業ロボットと、を含むことを特徴とする遠隔作業装置が提供される。

【0007】

前記移動体は、前記回転台を昇降可能な昇降手段を備えていてもよい。

【0008】

前記移動体は、前記作業ロボットの先端ツールを保管するツールステーションを備えていてもよい。

【0009】

前記移動体は、作業時に前記移動体を支持するアウトリガーを備えていてもよい。

【0010】

前記移動体はフォークリフトであり、前記回転台は前記フォークリフトのフォーク差込部を備えていてもよい。

【0011】

前記回転台は、円板の両端を切り落とした形状を有していてもよい。

【0012】

前記回転台は、中心部に形成され前記作業ロボットのケーブルを挿通する挿通口と、該挿通口に配置されたスリップリングと、を備えていてもよい。

【0013】

また、本発明によれば、上述した何れかの構成を有する遠隔作業装置を含む、ことを特徴とする遠隔作業システムが提供される。

【発明の効果】

【0014】

上述した本発明にかかる遠隔作業装置及び遠隔作業システムによれば、回転台に二台の作業ロボットを配置したことにより、作業ロボットにかかる荷重を回転台で支持することができ、極限環境下であっても重量物の切断・撤去等を含む作業を円滑に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】一実施形態にかかる遠隔作業システムの概略構成図である。

【図2】一実施形態にかかる遠隔作業装置の斜視図である。

【図3】回転台の斜視図である。

【図4】回転台の説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は裏面図、である。

【図5】遠隔作業装置の作業姿勢の一例を示す側面図であり、（ａ）は前向きの作業姿勢、（ｂ）は横向きの作業姿勢、を示している。

【図6】リアルタイムシミュレーションによるイメージ図であり、（ａ）は第一例、（ｂ）は第二例、である。

【図7】遠隔作業装置の操作手順を示す説明図であり、（ａ）は上昇状態、（ｂ）は把持状態、（ｃ）は切断状態、を示している。

【図8】遠隔作業装置の操作手順を示す説明図であり、（ａ）は先端ツールの交換状態、（ｂ）は対象物の撤去状態、（ｃ）は対象物の回収状態、を示している。

【図9】遠隔作業装置の横向きの作業状態を示す俯瞰図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について図１～図９を用いて説明する。ここで、図１は、一実施形態にかかる遠隔作業システムの概略構成図である。図２は、一実施形態にかかる遠隔作業装置の斜視図である。図３は、回転台の斜視図である。図４は、回転台の説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は裏面図、である。

【0017】

本実施形態にかかる遠隔作業システムは、例えば、図１に示したように、作業エリアＡで作業する作業ロボットを備えた遠隔作業装置１と、作業エリアＡに配置され廃棄物を回収する回収容器２と、作業エリアＡ近傍の搬入口Ｂに配置されるケーブルリール３と、遠隔操作室Ｃに配置された作業ロボット１３，１４の制御盤４と、遠隔操作室Ｃに配置され作業ロボット１３，１４を遠隔操作するマシンインターフェース５と、遠隔操作室Ｃに配置され作業エリアＡに配置されたカメラ６１～６３を遠隔操作するカメラコントローラ６と、カメラの映像を表示するモニタ７と、を備えている。

【0018】

図１の上段は、放射線・雰囲気ガス・細菌・温度等の理由により、作業員の滞在時間が制限される極限環境下の領域を示している。図１の下段は、極限環境から離隔し、作業員の滞在時間が制限されない遠隔操作室Ｃを示している。

【0019】

遠隔作業装置１は、例えば、床面を走行して移動可能な移動体１１と、移動体１１に配置された回転台１２と、回転台１２上に並列して設置された二台の作業ロボット１３，１４と、回転台１２を昇降可能な昇降手段１５と、作業ロボット１３，１４の先端ツールを保管するツールステーション１６と、作業時に移動体１１を支持するアウトリガー１７と、を備えている。

【0020】

移動体１１は、例えば、フォークリフトであるが、これに限定されるものではない。移動体１１は、高所作業車やクレーン等の昇降機構を備えた他の車両であってもよい。フォークリフトは、荷役用の上下動可能なフォークを備えた車両であり、フォーク及びその昇降機構は昇降手段１５を構成している。移動体１１は、例えば、自走式であってもよいし、操縦式であってもよい。

【0021】

移動体１１に昇降手段１５を持たせることにより、重量物である二台の作業ロボット１３，１４を設置した状態で作業エリアＡまで移動することができ、二台の作業ロボット１３，１４を回転台１２とともに昇降させることにより、作業員の手が届かない高所作業を容易に行うことができる。

【0022】

回転台１２は、例えば、図３～図４（ｂ）に示したように、昇降手段１５に固定されるベース１２ａと、ベース１２ａに回転可能に配置されたターンテーブル１２ｂと、ターンテーブル１２ｂを回転させる駆動モータ１２ｃと、を備えている。なお、回転台１２の構成は図示した構成に限定されるものではない。

【0023】

ベース１２ａは、ターンテーブル１２ｂを回転可能に支持する部品である。また、ベース１２ａは、フォークリフトのフォークを挿入するフォーク差込口１２ｄと、フォークに固定する接続部１２ｅと、を備えている。フォーク差込口１２ｄは、例えば、鋼材により構成された溝部又は筒部である。接続部１２ｅは、例えば、ブラケット及びボルト等によりＬ字形状のフォークの上部に固定される。ベース１２ａは、ターンテーブル１２ｂの回転時に接触する部分にベアリングを有していてもよい。

【0024】

ターンテーブル１２ｂは、ベース１２ａ上に回転可能に配置された板材であり、例えば、円板の両端を切り落とした形状を有している。ターンテーブル１２ｂは、例えば、一対の対峙する直線部１２ｆと一対の対峙する円弧部１２ｇとを備えている。直線部１２ｆは、二台の作業ロボット１３，１４の並列方向と平行な方向に形成される。なお、ターンテーブル１２ｂは、軽量化や作業性等を考慮して必要に応じて肉抜きしてもよい。

【0025】

駆動モータ１２ｃは、例えば、電動モータであり、歯車機構により動力をターンテーブル１２ｂに伝達する。駆動モータ１２ｃの動力伝達機構は他の方式であってもよい。

【0026】

また、ターンテーブル１２ｂには慣性力による回転を抑制するための回転ロック機構１２ｈが配置されていてもよい。回転ロック機構１２ｈは、エアシリンダ１２ｉにより出没可能に構成された突起を有し、ターンテーブル１２ｂを回転させる際には突起をターンテーブル１２ｂと干渉しない位置に退避させ、ターンテーブル１２ｂの回転終了後には突起をターンテーブル１２ｂに係止させるように構成されている。

【0027】

また、ターンテーブル１２ｂは、中心部に形成され作業ロボット１３，１４のケーブルを挿通する挿通口１２ｊと、挿通口１２ｊに配置されたスリップリング１２ｋと、を備えていてもよい。作業ロボット１３，１４の電気系統のケーブルをスリップリング１２ｋと挿通口１２ｊとの隙間に挿入することにより、回転時におけるケーブルの捩れや損傷を抑制することができる。

【0028】

作業ロボット１３，１４は、例えば、多関節アームロボットであるが、これに限定されるものではない。二台の作業ロボット１３，１４は、図示したように、回転台１２上に並列した状態に配置される。かかる構成により、一台の作業ロボット１３で対象物を把持し、もう一台の作業ロボット１４で対象物を切断・撤去・溶接・清掃・塗装等の所望の作業を行うことができる。

【0029】

また、作業の対象物が高所にある重量物や干渉物である場合には、作業の準備に時間を要するだけでなく、作業時における作業員の負担が大きい。本実施形態では、二台の作業ロボット１３，１４を用いることにより、作業と作業補助（サポート）を同時に行うことができ、対象物が重量物や干渉物であっても円滑かつ安全に作業することができる。

【0030】

また、極限環境下では作業エリアＡが狭い場所であることも多く、作業ロボットを作業可能な姿勢に配置する際に、移動体１１の向きを変更することが難しい場合もある。ここで、図５は、遠隔作業装置１の作業姿勢の一例を示す側面図であり、（ａ）は前向きの作業姿勢、（ｂ）は横向きの作業姿勢、を示している。

【0031】

図５（ａ）に示したように、作業エリアＡの対象物に対して、移動体１１の進行方向から正対できる場合には、回転台１２のターンテーブル１２ｂを回転させずに、作業ロボット１３，１４を正面に向けた状態のまま作業ロボット１３，１４を昇降させて所望の作業を行うことができる。

【0032】

一方、例えば、作業エリアＡ内の狭い通路の壁面に対象物が存在する場合には、移動体１１の進行方向から対象物に正対することは難しい。そこで、図５（ｂ）に示したように、対象物に対して移動体１１を横付けし、回転台１２のターンテーブル１２ｂを９０°回転させることにより、作業ロボット１３，１４を対象物に対して正対させて所望の作業を行うことができる。

【0033】

作業ロボット１３，１４は、床面から２～６ｍ程度の高い位置にあるケーブル・配管・構造物等の切断・撤去等の高所作業を行う場合もあるため、重量物の支持及び搬送に耐えることができる強度が必要になる。作業ロボット１３，１４の自重は、略水平に配置された回転台１２で受けることができるため、耐荷重の高い作業ロボットを採用することができる。

【0034】

また、作業ロボット１３，１４は、切断・撤去・溶接・清掃・塗装等の種々の用途に応じて先端ツール１６ａを交換することができるように構成されている。先端ツール１６ａは、移動体１１に配置されたツールステーション１６に保管される。先端ツール１６ａの交換は、一般的な産業用ロボットのツールチェンジャを利用することができる。

【0035】

また、図２に示したように、作業時における移動体１１に負荷される荷重を分散して姿勢を安定させるためにアウトリガー１７を使用してもよい。アウトリガー１７は、移動体１１の走行時は移動体１１上に収納され、作業時に展開される。アウトリガー１７を配置することにより、想定外の衝撃や地震発生時であっても遠隔作業装置１の転倒を防止することができる。

【0036】

作業ロボット１３，１４の作業により対象物を回収する場合には、作業エリアＡ内に回収容器２を配置してもよい。回収容器２は、自走式であってもよいし、作業員が手動で配置してもよい。

【0037】

また、遠隔作業装置１の移動時には作業ロボット１３，１４のケーブルを送り出す必要がある。図１に示したように、ケーブルリール３を用いることにより、重くて長いケーブルの取り扱い作業の負担を軽減することができる。また、ケーブルリール３のモータ出力軸にトルクセンサを配置し、ケーブルの張力に応じてケーブルを送り出したり巻き戻したりするようにしてもよい。

【0038】

また、搬入口Ｂから作業エリアＡに移動する際に角を曲がる場合には、角部にローラ等を備えたケーブルガイド（図示省略）を配置するようにしてもよい。

【0039】

遠隔作業装置１を操作するために、複数台のカメラ６１～６３が配置される。カメラ６１は、作業ロボット１３，１４のアームの先端に設置され、作業ロボット１３，１４の手元を映すカメラである。なお、作業ロボット１３，１４の他の箇所にカメラを配置してもよいし、複数のカメラを設置してもよい。カメラ６２は、移動体１１に配置された車載カメラである。また、カメラ６３は、作業エリアＡ内に配置された俯瞰カメラである。カメラ６３の設置は作業員が行う。

【0040】

これらのカメラ６１～６３の映像は、遠隔操作室Ｃ内のモニタ７に表示される。作業員は、モニタ７の映像を監視しながら作業ロボット１３，１４及びカメラ６１～６３の遠隔操作を行う。カメラ６１～６３は、例えば、ＰＴＺカメラである。

【0041】

また、遠隔作業システムは、作業ロボット１３，１４の軸値や移動体１１の位置座標を取得し、予め作成しておいた作業エリアＡの三次元モデル上に表示させる機能（リアルタイムシミュレーション）を有していてもよい。ここで、図６は、リアルタイムシミュレーションによるイメージ図であり、（ａ）は第一例、（ｂ）は第二例、である。

【0042】

図６（ａ）は遠隔作業装置１の前方斜め上から眺めた状態を示した三次元モデル図であり、図６（ｂ）は遠隔作業装置１の側方斜め上から眺めた状態を示した三次元モデル図である。このように、リアルタイムシミュレーションを用いることにより、カメラ６１～６３による視野が不足した場合であっても、三次元モデル空間により対象物と周辺の干渉物との位置確認やカメラ６１～６３の死角となる場所の確認を行うことができる。

【0043】

次に、上述した遠隔作業装置１の操作手順の一例について、図７（ａ）～図８（ｃ）を参照しつつ説明する。ここで、図７は、遠隔作業装置の操作手順を示す説明図であり、（ａ）は上昇状態、（ｂ）は把持状態、（ｃ）は切断状態、を示している。図８は、遠隔作業装置の操作手順を示す説明図であり、（ａ）は先端ツールの交換状態、（ｂ）は対象物の撤去状態、（ｃ）は対象物の回収状態、を示している。

【0044】

遠隔作業装置１が作業エリアＡ内の所定の作業場所に到着すると、アウトリガー１７を展開し、遠隔作業装置１を固定する。図７（ａ）に示したように、昇降手段１５を用いて回転台１２と一緒に作業ロボット１３，１４を上昇させる。回転台１２及び作業ロボット１３，１４が所定の高さに到達した後、昇降手段１５を停止させる。

【0045】

作業ロボット１３には把持用の先端ツール１６ａが接続され、作業ロボット１４には切断用の先端ツール１６ａが接続されているものとする。図７（ｂ）に示したように、作業員は、マシンインターフェース５を用いて作業ロボット１３を遠隔操作し、対象物の一部を把持する。続いて、図７（ｃ）に示したように、作業員は、マシンインターフェース５を用いて作業ロボット１４を遠隔操作し、対象物を切断する。

【0046】

次に、図８（ａ）に示したように、ツールステーション１６を用いて作業ロボット１３，１４の先端ツール１６ａを交換する。ここでは、作業ロボット１３の先端ツール１６ａを把持用から切断用に交換し、作業ロボット１４の先端ツール１６ａを切断用から把持用に交換している。

【0047】

先端ツール１６ａを交換した後、作業ロボット１４で先に切断した対象物の一部を把持し、作業ロボット１３で対象物を切断する。これらの操作手順により、図８（ｂ）に示したように、対象物を建屋（構造物）から切り離すことができ、撤去することができる。

【0048】

作業ロボット１３，１４は、切り離した対象物が建屋（構造物）と干渉しないように遠隔操作され、回転台１２と一緒に降下される。対象物は回収容器２に回収される。この撤去から回収までの操作において、作業ロボット１３，１４だけでなく、必要に応じて回転台１２を回転させて干渉物と回避させるようにしてもよい。

【0049】

上述した操作手順では、作業ロボット１３，１４を遠隔作業装置１の進行方向正面に向けた状態で作業する場合について説明しているが、例えば、図９に示したように、作業エリアＡが狭いような場合には、遠隔作業装置１を対象物に対して横付けして遠隔操作してもよい。回転台１２のターンテーブル１２ｂは、例えば、回転台１２の上昇前、上昇中又は上昇後に回転される。

【0050】

上述した本実施形態にかかる遠隔作業装置１及び遠隔作業システムによれば、回転台１２に二台の作業ロボット１３，１４を配置したことにより、作業ロボット１３，１４にかかる荷重を回転台１２で支持することができ、極限環境下であっても重量物の切断・撤去等を含む作業を円滑に行うことができる。

【0051】

本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

【0052】

本開示は、例えば、国際連合が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標７「すべての人々の、安価かつ信頼できる持続可能な近代的エネルギーへのアクセスを確保する」及び目標１３「気候変動及びその影響を軽減するための緊急対策を講じる」に貢献することができる。

【符号の説明】

【0053】

１ 遠隔作業装置
２ 回収容器
３ ケーブルリール
４ 制御盤
５ マシンインターフェース
６ カメラコントローラ
７ モニタ
１１ 移動体
１２ 回転台
１２ａ ベース
１２ｂ ターンテーブル
１２ｃ 駆動モータ
１２ｄ フォーク差込口
１２ｅ 接続部
１２ｆ 直線部
１２ｇ 円弧部
１２ｈ 回転ロック機構
１２ｉ エアシリンダ
１２ｊ 挿通口
１２ｋ スリップリング
１３，１４ 作業ロボット
１５ 昇降手段
１６ ツールステーション
１６ａ 先端ツール
１７ アウトリガー
６１，６２，６３ カメラ
Ａ 作業エリア
Ｂ 搬入口
Ｃ 遠隔操作室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】