特許 7159123 遠隔作業支援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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-14

(45)【発行日】2022-10-24

(54)【発明の名称】遠隔作業支援装置及び遠隔作業システム

(51)【国際特許分類】

   G21C 17/013 20060101AFI20221017BHJP

【ＦＩ】

G21C17/013

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019125017

(22)【出願日】2019-07-04

(65)【公開番号】P2021012050

(43)【公開日】2021-02-04

【審査請求日】2021-12-01

(73)【特許権者】

【識別番号】507250427

【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】一藁 秀行

(72)【発明者】

【氏名】小西 孝明

(72)【発明者】

【氏名】長井 隆浩

(72)【発明者】

【氏名】小林 亮介

【審査官】鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１６４０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０７３０１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ２１Ｃ １７／０１３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

遠隔作業装置の遠隔作業支援装置であって、
前記遠隔作業装置及び遠隔作業装置を制御する制御機器に接続され、前記遠隔作業装置に駆動力及び制御信号を与える線状部材と、流体機器に接続された流体配管とを内部に備える可撓性の配管を有し、前記配管は接地面側が面形状であって、
前記流体配管及び配管は接地面に対し流体を噴射可能な流体噴射口を有し、接地面に対して流体を噴射することを特徴とする遠隔作業支援装置。

【請求項2】

請求項１に記載の遠隔作業支援装置において、
前記流体噴射口は前記流体配管及び配管に複数設けられ、前記流体噴射口の開口径は前記流体機器からの距離に比例することを特徴とする遠隔作業支援装置。

【請求項3】

請求項２に記載の遠隔作業支援装置において、
前記流体噴射口の周囲にクッションを有することを特徴とする遠隔作業支援装置。

【請求項4】

請求項１に記載の遠隔作業支援装置において、
前記配管は、更に側面に備えられた流体配管及び流体噴射口を有することを特徴とする遠隔作業支援装置。

【請求項5】

少なくともマニピュレータ及び移動機構を備える遠隔作業装置と、
前記遠隔作業装置及び遠隔作業装置を制御する制御機器に接続され、前記遠隔作業装置に駆動力及び制御信号を与える線状部材と、流体機器に接続された流体配管とを内部に備える可撓性の配管を有し、前記配管は接地面側が面形状であって、前記流体配管及び配管は接地面に対し流体を噴射可能な流体噴射口を有し、接地面に対して流体を噴射する遠隔作業支援装置と、を有することを特徴とする遠隔作業システム。

【請求項6】

請求項５に記載の遠隔作業システムにおいて、
前記流体噴射口は前記流体配管及び配管に複数設けられ、前記流体噴射口の開口径は前記流体機器からの距離に比例することを特徴とする遠隔作業システム。

【請求項7】

請求項６に記載の遠隔作業システムにおいて、
前記流体噴射口の周囲にクッションを有することを特徴とする遠隔作業システム。

【請求項8】

請求項５に記載の遠隔作業システムにおいて、
前記配管は、更に側面に備えられた流体配管及び流体噴射口を有する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、遠隔作業装置の移動を支援する遠隔作業支援装置及び遠隔作業システムに関する。

【背景技術】

【0002】

原子力発電所では、原子炉圧力容器内や炉内構造物の、点検、保守、補修作業などを
放射線環境下で実施しなければならない。放射線環境下でのこれらの作業は、作業員の放射線被ばくを伴い、作業員の健康を防護するため、被ばく線量を低減する必要がある。
作業員の被ばく線量を低減するためには、耐放射線性を有するロボットなどの遠隔作業装置を用いて、作業員が放射線環境下に立ち入らずに、点検作業や補修作業などを遠隔で行っている。一般に電子機器は放射線環境下では短時間で故障してしまうため、放射線環境下で動作する装置には、電子機器の搭載をなるべく避ける必要がある。そのため、遠隔作業装置には電子機器である無線通信機器やセンサを搭載せず、有線の遠隔作業装置としてセンサや制御装置などを作業環境から遠隔に配置している。

【0003】

図１０に放射線環境下での一般的な遠隔作業の俯瞰図を示す。有線の遠隔作業装置には、遠隔作業装置に電源を供給するケーブル、装置の制御などに用いられるケーブル、装置の駆動源として用いられる流体配管などが接続されている。そのため、遠隔作業装置が移動する場合、これらのケーブルおよび配管などの線状部材の移動が必要である。現行では、遠隔作業装置が線状部材を牽引しながら移動している。このとき、線状部材はその自重や接地面との摩擦によって負荷となるため、遠隔作業装置に大きな牽引力が必要とされる。大きな牽引力を遠隔作業装置に持たせるために、装置が大きく、重くなることで移動が阻害されてしまう。また、線状部材を移動させるときに、線状部材が捻れてしまい、遠隔作業装置の移動が阻害されてしまうこともある。このような場合に、線状部材自体を駆動させ遠隔作業装置の移動を支援する方法として、流体を噴射し、反力を利用した移動式流体噴射装置が特許文献１に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－１６４０６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１では、捻れなく線状部材を駆動させるために、流体噴射時の噴射口部の圧力を制御する必要がある。従って、線状部材にセンサやアクチュエータが必要となり、放射線環境下での使用が困難となる虞がある。

【0006】

そこで、本発明は、線状部材にセンサを搭載せず、圧力制御不要で捻れを防ぎつつ、放射線環境下で使用可能な遠隔作業支援装置及び遠隔作業システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明に係る遠隔作業支援装置は、遠隔作業装置の遠隔作業支援装置であって、前記遠隔作業装置及び遠隔作業装置を制御する制御機器に接続され、前記遠隔作業装置に駆動力及び制御信号を与える線状部材と、流体機器に接続された流体配管とを内部に備える可撓性の配管を有し、前記配管は接地面側が面形状であって、前記流体配管及び配管は接地面に対し流体を噴射可能な流体噴射口を有し、接地面に対して流体を噴射することを特徴とする。

【0008】

また、本発明に係る遠隔作業システムは、少なくともマニピュレータ及び移動機構を備える遠隔作業装置と、前記遠隔作業装置及び遠隔作業装置を制御する制御機器に接続され、前記遠隔作業装置に駆動力及び制御信号を与える線状部材と、流体機器に接続された流体配管とを内部に備える可撓性の配管を有し、前記配管は接地面側が面形状であって、前記流体配管及び配管は接地面に対し流体を噴射可能な流体噴射口を有し、接地面に対して流体を噴射する遠隔作業支援装置と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、線状部材にセンサを搭載せず、圧力制御不要で捻れを防ぎつつ、放射線環境下で使用可能な遠隔作業支援装置及び遠隔作業システムを提供することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施例に係る遠隔作業システムの概略構成図である。

【図2】図１に示す配管の断面図及び接地面側を示す図である。

【図3】流体噴射口の大きさを変更した場合の配管の接地面側を示す図である。

【図4】流体噴射により配管が回転しているときの配管の断面図である。

【図5】クッションを有する配管の断面図及び接地面側を示す図である。

【図6】本実施例に係る配管を未適用時及び適用時の動摩擦力を比較した図である。

【図7】本発明の他の実施例に係る遠隔作業システムの概略構成図である。

【図8】図７に示す配管の断面図である。

【図9】遠隔作業装置が曲がる際、壁面角部に配管が拘束される例、及び、流体噴射により拘束解除する例の俯瞰図である。

【図10】放射線環境下での一般的な遠隔作業の俯瞰図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。

【実施例1】

【0012】

図１は、本発明の一実施例に係る遠隔作業システムの概略構成図である。図１に示すように、遠隔作業システム１００は、遠隔作業装置１及び遠隔作業支援装置２より構成される。

【0013】

遠隔作業装置１は、物体のハンドリングが可能なマニピュレータ３、クローラなどの移動機構４、制御機器５、制御機器５とマニピュレータ３や移動機構４とを接続するケーブル６より構成される。ここで、ケーブル６は油圧配管等の他の線状部材に置き換えても良い。遠隔作業装置１は、制御機器５に入力されたマニピュレータ３や移動機構４の操作指令を、ケーブル６を通して伝達することによって、遠隔での移動や、物体切断などの作業を行うものである。ここで、遠隔作業装置１の構成は問わず、カメラを有し遠隔での環境調査などに用いるものとしても良い。

【0014】

遠隔作業支援装置２は、流体を配管１０に流すためのポンプなどの流体機器７、流体配管８を流れる流体を接地面に対して噴射可能な流体噴射口９、流体機器７と接続された流体配管８及びケーブル６を内部に備える配管１０より構成される。遠隔作業支援装置２は、接地面に対して流体噴射口９から流体噴射し、遠隔作業装置１の移動時に配管１０が受ける垂直抗力及び摩擦力を低減することで、遠隔作業装置１の移動を支援するものである。

【0015】

図２に図１に示す配管１０の断面図及び配管１０の接地面側を示す。図２の右図に示すように、流体噴射口９は、流体配管８に沿って複数備えられている。流体噴射口９の個数及び配置は図２の右図に限らず、不規則に並んでいても良い。また、流体配管８において、配管長が長くなるにつれて圧力損失が大きくなる。そのため、流体機器７から遠い噴射口９での圧力は、流体機器７に近い流体噴射口９での圧力に比べ小さくなってしまう。そこで、図３に示すように流体機器７からの距離に応じて、流体噴射口９の大きさを異なるものとすることで、各流体噴射口９における圧力を均一にできる。なお図３に示す例では、流体機器７から遠ざかるに従い流体噴射口９の開口径を大きくしている。但しこれに限られるものではなく、流体噴射口９より噴射される流体の粘性によっては、流体機器７から遠ざかるに従い流体噴射口９の開口径を小さくするのが好適な場合もある。換言すれば、流体機器７からの距離に比例し流体噴射口９の開口径を定めれば良い。

【0016】

配管１０は、流体噴射時に浮力を受けやすく、配管の捻れを防ぐため図２の左図及び右図に示すように配管１０の接地面側を面形状とする。ここで、面形状は次のように定義する。図４は流体噴射口９から接地面に対して流体噴射したときに、配管が回転した様子を表した図である。目標として回転角をθ以下（θ＜９０°）とすることを考えると、そのための条件式は、
ｈ／ｗ＜１／ｔａｎθ－αｐＡ／(ｍｇｓｉｎθ)
で与えられる。ここで、ｈは配管接地面からの配管重心高さ、ｗは配管幅、αは圧力損失を表す係数、ｐは元圧、Ａは配管が浮力を受ける面積、ｍは配管質量を表す。本実施例における面形状は、接地面から重心位置までの高さｈと配管幅ｗが上記の条件式を満たすようなものとして定義する。また、この条件を満たしていれば、接地面は平滑である必要はなく、波状でも凹凸のある形状などでもよい。

【0017】

配管１０は、図５の左図及び右図に示すように接地面に対し、流体噴射口９の周囲にクッション１１を有する構成としても良い。クッション１１は流体噴射口９毎に設けられていてもよい。接地面が粗い場合において、接地面との接地を補助し浮力を受けやすくなる効果がある。ここで、クッション１１は、例えば、ゴム材、または、ビニールなどの管状体の内部をエアで充填したもの等が用いられる。

【0018】

流体を配管１０に流すためのポンプなどの流体機器７によって印加される圧力は、配管１０の長さ、幅、質量等から設計される。ここで、配管１０の接地面とクッション１１によって形成される空間からの流体漏れは小さく、上記空間における圧力はほぼ等しいものとする。また、本実施例に係る配管１０の適用前後で動摩擦係数は変わらないものとする。例えば、使用流体を空気とし、配管１０の長さｌ＝５０ｍ、配管１０の質量ｍ＝２００ｋｇ、配管１０の幅ｗ＝１０ｃｍ、クッション１１の幅ｗ_a＝１.５ｃｍとして、クッション１１を備えた図５の場合を考える。動摩擦係数をμ、配管１０が浮力を受ける面積をＡとすると、配管１０が受ける動摩擦力は図６の右図に示すようにμ(ｍｇ－ｐＡ)となる。一方で、本実施例に係る配管１０未適用の場合、配管１０が受ける動摩擦力は図６の左図に示すようにμｍｇとなる。従って、本実施例に係る配管１０の適用前後の動摩擦力比は、(ｍｇ－ｐＡ)／（ｍｇ）となる。ここで、動摩擦力比を０．１１として８９％の動摩擦力低減を目標としたとき、印加圧力ｐ＝０.５ｋＰａと決まる。

【0019】

次に、遠隔作業支援装置２によって遠隔作業装置１の移動を支援するときの流れについて説明する。遠隔作業装置１が静止している状態から、別の位置に移動することを考える。まず、流体配管８に接続された流体機器７を起動し、流体配管８に圧力を印加し、水や空気などの流体を流す。流体が流体配管８を流れ、流体噴射口９から流体を接地面に噴射することで、配管１０と接地面との間に圧力層が生じ、配管１０に浮力が与えられる。配管１０に与えられる浮力によって、配管１０が接地面から受ける垂直抗力が低減する。垂直抗力を低減することによって、配管１０の移動時に接地面との間に生じる動摩擦力が低減される。動摩擦力が低減されている流体噴射中に、遠隔作業装置１の制御機器５からケーブル６を介して遠隔作業装置１に制御指令を送り、遠隔作業装置１を移動させる。
なお、例えば、クローラの駆動に同期して予め定めた流体圧となるようポンプ等の流体機器７を駆動する。ここで、流体機器７は、リアルタイムでの制御は不要である。すなわち、予め定めた流体圧（一定）となるようにすれば良い。

【0020】

以上の通り、本実施例によれば、線状部材にセンサを搭載せず、圧力制御不要で捻れを防ぎつつ、放射線環境下で使用可能な遠隔作業支援装置及び遠隔作業システムを提供することが可能となる。
また、遠隔作業装置１にかかる負荷である動摩擦力を低減することで、本実施例に係る配管１０の未適用時に比べ、小さな牽引力で遠隔作業装置１の移動が達成される。

【実施例2】

【0021】

図７は、本発明の他の実施例に係る遠隔作業システムの概略構成図である。本実施例では、遠隔作業システム１００ａを構成する配管１０の側面に備えられた流体配管１２及び側面に備えられた流体噴射口１３を更に備える点が実施例１と異なる。その他の構成は、上述の実施例１と同様であり、以下では、実施例１と同一の構成要素に同一符号を付し、実施例１と重複する説明を省略する。

【0022】

本実施例では、配管１０は、図７に示すように側面に備えられた流体配管１２及び流体噴射口１３を有し、配管１０の側面に流体噴射可能としている。
次に、遠隔作業支援装置２ａによって遠隔作業装置１の移動を支援するときの流れについて説明する。図９に示すように、遠隔作業装置１が曲がる際に、配管１０が壁面角部に接触し、摩擦力によって拘束され遠隔作業装置１が移動できない場合を考える。このとき、配管１０を水平方向へ移動させることで壁面から離し、遠隔作業装置１の移動を可能とする。まず、実施例１と同様の手順で、配管１０が受ける垂直抗力を低減することによって、配管１０の移動時に接地面との間に生じる動摩擦力が低減される。動摩擦力が低減されている流体噴射中に、流体機器７により側面に備えられた流体配管１２に圧力を印加し、各流体噴射口１３から配管１０の側方に流体噴射することで、配管１０の水平方向への移動を可能とする。配管１０を水平方向へ移動して壁面から離し、遠隔作業装置１の制御機器７からケーブル６を介して遠隔作業装置１に制御指令を送り、遠隔作業装置１を移動させる。ここで、接地面と配管１０の間に生じる動摩擦力が水平方向への移動を妨げない大きさであれば、接地面への流体噴射を必要としない。なお、クローラの駆動に同期して予め定めた流体圧となるようポンプ等の流体機器７を駆動することで、配管１０の面形状の接地面側の各流体噴射口９から流体が噴射され、配管１０の引っ掛かりを検知した場合、流体配管１２及び流体噴射口１３から流体を噴射する。ここで、配管１０の引っ掛かりを検知する方法としては、例えば、クローラを駆動するモータの回転数或いは回転角をリニアエンコーダで検出すること等で実現できる。

【0023】

以上の通り本実施例によれば、実施例１の効果に加え、壁面との接触摩擦による拘束を解除し、遠隔作業装置１の移動が可能となる。

【0024】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。

【符号の説明】

【0025】

１…遠隔作業装置
２，２ａ…遠隔作業支援装置
３…マニピュレータ
４…移動機構
５…制御機器
６…ケーブル
７…流体機器
８…流体配管
９…流体噴射口
１０…配管
１１…クッション
１２…側面に備えられた流体配管
１３…側面に備えられた流体噴射口
１００，１００ａ…遠隔作業システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】