(57)【要約】【課題】作業ロボットを設置する作業の効率の低下を抑制し、効率よくティーチングできる、作業ロボット及びティーチング方法を提供することを課題とする。【解決手段】ロボットアーム１０に装着される溶接機２０ａを、ワークＷｋに対して作業可能な位置に配置したときの溶接トーチ２４のヘッド位置情報をコントローラ３０に教示する。そして、コントローラ３０は、教示されたヘッド位置情報を、ワークＷｋの作業部位を示す作業位置情報として、ティーチングデータを作成することを特徴とする作業ロボットとした。【選択図】図７
2010089222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多関節のロボットアームと、
作業範囲を移動可能な作業ヘッドを有するとともに前記ロボットアームに装着される作業ツールと、
ティーチングによって得られるティーチングデータに基づいて前記作業ツールを制御するコントローラと、を備える作業ロボットであって、
前記ティーチングデータに含まれて作業対象物の作業部位を示す作業位置情報が、前記作業ツールにおける前記作業ヘッドのヘッド位置情報からなることを特徴とする作業ロボット。
【請求項２】
前記コントローラは、
前記作業ツールが前記作業対象物に対して作業可能な位置に配置された状態で、前記作業ヘッドが前記作業対象物の作業部位に移動したときの前記ヘッド位置情報を、前記作業位置情報として前記ティーチングデータを作成することを特徴とする請求項１に記載の作業ロボット。
【請求項３】
前記作業対象物の作業部位が、前記作業ヘッドの作業範囲より小さい連続領域である場合、
前記ヘッド位置情報は、
前記作業ヘッドが前記連続領域の始点に移動したときの始点位置情報と、
前記作業ヘッドが前記連続領域の終点に移動したときの終点位置情報と、を含むことを特徴とする請求項２に記載の作業ロボット。
【請求項４】
前記ロボットアームを遠隔操作するための操作装置をさらに備え、
前記コントローラは、
前記ロボットアームがオペレータによって遠隔操作され、前記作業ツールが前記作業対象物に対して作業可能な位置に配置された状態のときに、前記ティーチングデータを作成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の作業ロボット。
【請求項５】
多関節のロボットアームと、
前記ロボットアームを遠隔操作するための操作装置と、
作業範囲を移動可能な作業ヘッドを有するとともに前記ロボットアームに装着される作業ツールと、
ティーチングによって得られるティーチングデータに基づいて前記作業ツールを制御するコントローラと、を備える作業ロボットのティーチング方法であって、
前記ロボットアームを遠隔操作して、前記ロボットアームに装着される前記作業ツールを作業対象物に対して作業可能な位置に配置する第１工程と、
前記作業ヘッドを前記作業対象物の作業部位に移動したときの、前記作業ツールにおける前記作業ヘッドのヘッド位置情報を、前記コントローラに教示する第２工程と、
前記コントローラが、前記ヘッド位置情報を、前記作業対象物の作業部位を示す作業位置情報として、前記ティーチングデータを作成する第３工程と、からなることを特徴とする作業ロボットのティーチング方法。
【請求項６】
前記作業対象物の作業部位が、前記作業ヘッドの作業範囲より小さい連続領域である場合、
前記第２工程は、
前記連続領域の始点に前記作業ヘッドを移動したときの前記ヘッド位置情報を前記コントローラに教示する工程と、
前記連続領域の終点に前記作業ヘッドを移動したときの前記ヘッド位置情報を前記コントローラに教示する工程と、を含むことを特徴とする請求項５に記載の作業ロボットのティーチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多関節のロボットアームを有する作業ロボットと、ティーチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば原子炉内に構造物を設置したり、設置した構造物を補修したりするため、原子炉内に作業ロボットが備えられる場合がある。
このような作業ロボットのロボットアームは、多関節を有して自在に駆動可能であり、作業に対応した作業ツールを装着し、ロボットアームによって作業ツールを作業対象物（以下、ワークと称する）に近づけて、ワークに対して所定の作業をすることができる。
【０００３】
そして、ロボットアームに装着された作業ツールで作業をする場合、作業ロボットを操作する者（以下、オペレータと称する）は、ティーチングによって、作業ロボットのコントローラに作業工程を教示する。
ティーチングに際し、オペレータは、原子炉内など作業ロボットが作業をする環境（以下、作業環境と称する）に仮想的に設定される座標軸上の座標点をパラメータとして、ロボットアームに装着された作業ツールの位置、作業ツールとワークの位置関係、ワークにおける作業部位等をコントローラに教示する。
【０００４】
したがって、コントローラが精度よく作業ロボットを制御して作業の精度を向上するために、作業環境に設定される座標軸上の所定の位置に精度よく作業ロボットを設置することが要求される。このため、作業ロボットの設置には慎重な作業が必要となり、作業ロボットを設置する作業には熟練を要するとともに、作業の効率が低下する。
【０００５】
また、コントローラは、ロボットアームの各関節の座標点に基づいて、作業ツールの位置や作業部位を算出することから、ティーチングには、関節ごとの座標点を設定する作業が必要になる。この作業にも高い精度が要求されることから、ティーチングに関しても熟練者による慎重な作業が要求され、作業の効率が低下することになる。
以上のように、作業ロボットの運用には、作業ロボットの設置作業の効率が低いという問題、熟練者確保のための人件費が高騰するという問題、作業ロボットに対するティーチングの効率が低いという問題がある。
【０００６】
例えば特許文献１には、オペレータが操作するマニピュレータ（作業ロボット）に備わる視覚センサを利用してティーチングを行い、ティーチングした後はコントローラがマニピュレータを制御して自動作業する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平６−２１８６８４号公報（段落００１１〜００１３、図２参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示される技術によると、オペレータが目視によって作業部位を容易に設定できることから、ティーチングの効率を向上できる。しかしながら、特許文献１に開示される技術に係るコントローラは、例えばマニピュレータの取り付け位置を原点とする座標系を設定し、その座標系において作業部位の位置を算出することから、特許文献１に開示される技術を、例えば原子炉に備わる作業ロボットに適用する場合、作業ロボットを設置する位置には高い精度が要求される。したがって、作業ロボットを設置する作業効率が低下するという問題を解決するには至らない。
【０００８】
そこで本発明は、作業ロボットを設置する作業の効率の低下を抑制し、効率よくティーチングできる、作業ロボット及びティーチング方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明は、作業ツールを装着するロボットアームを、高い位置出し精度を必要とすることなく作業環境に設置できるとともに、好適なティーチングデータを作成できる作業ロボット、及びティーチング方法とした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、作業ロボットを設置する作業の効率の低下を抑制し、効率よくティーチングできる、作業ロボット及びティーチング方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は、作業ロボットが備わる原子炉の内部構造を示す概略図である。
図１に示すように、本実施形態に係る作業ロボット１００のロボットアーム１０は、先端部に作業ツール２０を装着して、例えば沸騰水型原子炉（以下、原子炉という）１内に備わっている。
この作業ツール２０は、着脱可能にロボットアーム１０に装着され、コントローラ３０とケーブル２３ａを介して接続され、コントローラ３０から入力される駆動信号、電源電圧等によって駆動する。作業ツール２０の詳細は後記する。
【００１３】
原子炉１を構成する原子炉圧力容器２内には、筒状のシュラウド３を外周とする炉心７が形成され、炉心７の上部には上部格子板４が備わる。
また、炉心７の下部には炉心支持板５が備わり、図示しない燃料集合体を上部格子板４と炉心支持板５で支持する。
【００１４】
さらに、原子炉１には、ジェットポンプ９が備わって炉心７に冷却水を供給する構成になっている。
また、炉心支持板５の下方には、図示しない制御棒を駆動する筒状のＣＲＤハウジング６と原子炉１内の中性子の量を測定するための図示しないＩＣＭハウジングが備わる。
【００１５】
本実施形態に係るロボットアーム１０は、シュラウド３の上端部３ａ、炉心支持板５、ＣＲＤハウジング６等に必要に応じて設置される。
【００１６】
また、原子炉圧力容器２内には、ロボットアーム１０を撮影するための、複数台のビデオカメラ１１が備わる。そして、ビデオカメラ１１が撮影した映像は、映像ケーブル１１ａを介して、例えば原子炉１と隔離された操作室Ｒ１に設置されるモニタ１２に表示される構成が好適である。
図１には、２台のビデオカメラ１１が図示されているが、ビデオカメラ１１の台数は限定するものではなく、必要に応じて適宜備えればよい。
【００１７】
操作室Ｒ１には、ロボットアーム１０を遠隔操作する操作装置１３が備わる。この構成によって、ロボットアーム１０を操作するオペレータＯＰは、モニタ１２が表示する映像でロボットアーム１０の動作を確認しながら、ロボットアーム１０を遠隔操作できる。
さらに、操作室Ｒ１には、コントローラ３０が配置される。コントローラ３０は、作業ツール２０とケーブル２３ａを介して接続され、作業ツール２０を制御する。
【００１８】
コントローラ３０は、ティーチングによって得られるティーチングデータに基づいて作業ツール２０を制御し、後記するワークＷｋ（図２参照）に対して、作業ツール２０に所定の作業をさせるコントローラである。また、コントローラ３０は、オペレータＯＰによって実行されるティーチングによって、ティーチングデータを作成する機能を有することが好適である。
そして、ロボットアーム１０、作業ツール２０、コントローラ３０、及び操作装置１３を含んで、本実施形態に係る作業ロボット１００が構成される。
なお、コントローラ３０は、例えばパーソナルコンピュータで構成されていてもよい。
【００１９】
図２は、ロボットアーム、及びロボットアームを操作する操作装置の一構成例を示す図である。図２に示すように、ロボットアーム１０は、ベース１０ａに、例えば２台の多関節のアーム部１０ｂが取り付けられて構成される。アーム部１０ｂは、例えば３つの関節１０ｃを有し、アーム部１０ｂの先端には、作業ツール２０を装着するための装着部１０ｄが備わる。
【００２０】
アーム部１０ｂに備わる関節１０ｃは、例えば、前後方向動作、左右方向動作、及び転回動作の３自由度を有する構成が好適である。
ここで、ワークＷｋの側をロボットアーム１０の前方として前後方向を設定し、ワークＷｋに向かって左右方向を設定する。そして、アーム部１０ｂの軸方向周りの回転を転回動作とする。
【００２１】
図３は、アーム部の装着部を示す図である。図３に示すように、アーム部１０ｂの先端には、例えば３本の指部１０ｄ１からなる装着部１０ｄが形成されている。指部１０ｄ１は、関節１０ｂ１を介して開閉動作可能にアーム部１０ｂに支持され、さらに、それぞれの指部１０ｄ１は、例えば１つの関節１０ｄ２を有して屈曲動作可能に構成される。
なお、指部１０ｄ１は、２つ以上の関節１０ｄ２を有する構成であってもよい。
【００２２】
また、装着部１０ｄには、３本の指部１０ｄ１の中心で、アーム部１０ｂの先端に向かって伸縮可能に動作する補助指１０ｄ３が備わる。補助指１０ｄ３は、３本の指部１０ｄ１が作業ツール２０（図２参照）を把持したときに作業ツール２０に向かって伸長して先端部を作業ツール２０に押し当て、ロボットアーム１０が確実に作業ツール２０を装着できるように補助する。
【００２３】
なお、装着部１０ｄは、３本の指部１０ｄ１を備える構成に限定されず、３本以上、又は３本以下の指部１０ｄ１を備える構成であってもよいし、補助指１０ｄ３を備えない構成であってもよい。また、指部１０ｄ１の替わりに、例えば、図示しない吸着機構を備える構成であってもよい。
【００２４】
図２に戻って、本実施形態に係るロボットアーム１０は、原子炉１（図１参照）から隔離された操作室Ｒ１に備わる操作装置１３と制御ケーブル１３ｅを介して接続され、ロボットアーム１０は、操作装置１３で遠隔操作可能な構成が好適である。
操作装置１３は、例えばオペレータＯＰが操作する操作部１３ｂ、ロボットアーム１０の動作をロックするロックスイッチ１３ｃ、ロボットアーム１０の装着部１０ｄの把持力を設定するための感圧センサ１３ｄ、並びに、操作部１３ｂ、ロックスイッチ１３ｃ、感圧センサ１３ｄが出力する信号をロボットアーム１０に送出するアームコントローラ１３ａを含んで構成される。
【００２５】
操作装置１３の構成は限定されるものではなく、例えばロックスイッチ１３ｃや感圧センサ１３ｄを備えない構成であってもよい。
また、操作部１３ｂの形態は限定するものではない。例えばオペレータＯＰが腕部及び指部に装着し、オペレータＯＰの腕部及び指部の動作でロボットアーム１０を動作する構成であれば、オペレータＯＰの動作で容易且つ正確にロボットアーム１０を遠隔操作することができる。
【００２６】
操作部１３ｂが、オペレータＯＰの腕部及び指部に装着する形態の場合、オペレータＯＰの指部の動作でロボットアーム１０の装着部１０ｄの指部１０ｄ１（図３参照）を動作することになるが、装着部１０ｄの指部１０ｄ１は３本であることから、例えば、オペレータＯＰの親指、人差し指、中指の動作が各指部１０ｄ１を動作する構成であってもよいし、親指で１つの指部１０ｄ１を動作し、人差し指と中指で１つの指部１０ｄ１を動作し、薬指と小指で１つの指部１０ｄ１を動作する構成であってもよい。
また、オペレータＯＰの手首の捻り動作で、ロボットアーム１０の装着部１０ｄを捻る構成にすることもできる。
【００２７】
なお、操作部１３ｂは、オペレータＯＰが装着する形態のほか、例えばジョイスティックタイプの操作部（図示せず）であってもよいし、ロボットアーム１０と同形状のマスターアーム（図示せず）をオペレータＯＰが操作するマスタースレーブ形式であってもよい。
【００２８】
ロックスイッチ１３ｃは、ロボットアーム１０の動作をロックしてロボットアーム１０の状態を固定するためのスイッチで、例えばオペレータＯＰが足で操作するフットスイッチで構成される。そして、例えば、オペレータＯＰがロックスイッチ１３ｃを操作するごとに、ロボットアーム１０の動作のロックとロック解除を繰り返す構成とすればよい。
【００２９】
感圧センサ１３ｄは、オペレータＯＰの握力を検出するセンサで、その構造は限定するものではないが、例えば円柱状の本体の周囲に複数の感圧部が配置された構造であればよい。このような構造の感圧センサ１３ｄは、オペレータＯＰが円柱状の本体を握ることで握力を検出できる。そして、感圧センサ１３ｄが検出するオペレータＯＰの握力は、アームコントローラ１３ａを介してロボットアーム１０に入力され、ロボットアーム１０の装着部１０ｄに備わる３本の指部１０ｄ１が、感圧センサ１３ｄが検出するオペレータＯＰの握力と同等の握力で、作業ツール２０を把持する構成が好適である。
【００３０】
操作部１３ｂ、ロックスイッチ１３ｃ、及び感圧センサ１３ｄから出力される信号は、アームコントローラ１３ａに入力される。アームコントローラ１３ａは、操作部１３ｂ、ロックスイッチ１３ｃ及び感圧センサ１３ｄから入力される信号を、ロボットアーム１０を動作するための信号に変換し、ロボットアーム１０に向けて送出する。
【００３１】
例えば、ロボットアーム１０に組み込まれている図示しないマイクロコンピュータとアームコントローラ１３ａに組み込まれている図示しないマイクロコンピュータがシリアル通信してロボットアーム１０を制御する構成の場合、アームコントローラ１３ａは、操作部１３ｂ、ロックスイッチ１３ｃ及び感圧センサ１３ｄから入力される信号（例えば電気信号）を、シリアル通信に適合した信号（例えば通信コマンド）に変換し、ロボットアーム１０に組み込まれている図示しないマイクロコンピュータに送信する。
【００３２】
このような構成によって、オペレータＯＰは、操作装置１３を操作することで、ロボットアーム１０を遠隔操作できる。
そして、図１に示すように、操作室Ｒ１にモニタ１２を設置し、ロボットアーム１０の動作を映像で確認できる構成にすることで、オペレータＯＰは、ロボットアーム１０を容易且つ正確に遠隔操作できる。
【００３３】
図４の（ａ）は、ロボットアームに装着される作業ツールを示す図、（ｂ）は、ロボットアームに作業ツールを装着した状態を示す図である。なお、図４の（ａ）、（ｂ）には、作業ツール２０の一例として溶接機２０ａが図示されているが、作業ツール２０は溶接機２０ａに限定されるものではない。
作業ツール２０には、溶接機２０ａの他に、図示はしないが、洗浄液噴射治具、冷却液噴射治具、配管磨き用治具、粉塵などを吸引するための吸引治具、寸法確認用治具、ＰＴ（浸透探傷試験）検査用治具等がある。
【００３４】
図４の（ａ）に示すように、作業ツール２０の１つである溶接機２０ａの本体２１には、作業ヘッドとして溶接トーチ２４が備わり、アーク溶接の場合は、溶接トーチ２４とワークＷｋとの間にアークを発生させて溶接作業をする。
【００３５】
そして、本実施形態に係る溶接機２０ａの溶接トーチ２４は、例えば直線状に、移動可能に本体２１に備わる構成が好適であり、溶接トーチ２４の移動長さが作業範囲になる。この構成によって溶接機２０ａは、溶接トーチ２４を移動しながら作業範囲を連続溶接できる。すなわち、溶接トーチ２４は、作業範囲を移動可能に、溶接機２０ａに備わる。
なお、溶接トーチ２４の移動は、直線状に限定するものではなく、例えば、平面状に移動する構成であってもよい。
【００３６】
また、図示はしないが、溶接機２０ａの本体２１には、溶接トーチ２４の位置を検出する位置センサが備わって、溶接機２０ａにおける溶接トーチ２４の位置を検出し、ヘッド位置情報としてコントローラ３０に向けて送出する構成が好適である。
【００３７】
なお、作業ツール２０が、例えば、洗浄液噴射治具、冷却液噴射治具の場合は、洗浄液や冷却液を噴射する噴射ノズルが作業ヘッドとなり、吸引治具の場合は、吸引ノズルが作業ヘッドになる。そして、噴射ノズルや吸引ノズルが、例えば直線状に移動可能な構成とすればよい。
【００３８】
本体２１の、溶接トーチ２４と反対側には、ロボットアーム１０の装着部１０ｄ（図４の（ｂ）参照）に溶接機２０ａを装着するための取り付け部２２が備わっている。取り付け部２２は、ロボットアーム１０の装着部１０ｄの形状に対応した形状であればよく、本実施形態に係る取り付け部２２は、本体２１から筒状に突出し、先端部がフランジ状に広がった形状を呈する。
【００３９】
そして、図４の（ｂ）に示すように、ロボットアーム１０の装着部１０ｄを形成する３本の指部１０ｄ１が、取り付け部２２のフランジ状に広がった先端部を把持し、溶接機２０ａはロボットアーム１０に装着される。
さらに、補助指１０ｄ３が溶接機２０ａの取り付け部２２に向かって伸長し、先端部を取り付け部２２に押し付けることで、ロボットアーム１０は、溶接機２０ａをより確実に装着できる。
【００４０】
また、図４の（ａ）に示すように、取り付け部２２には、フランジ状に広がった先端部から突出するように複数の信号端子２２ａが備わり、取り付け部２２の先端部には、信号端子２２ａと連結するコネクタ端子２３ｂを有するコネクタ２３が接続される。さらに、コネクタ２３はケーブル２３ａを介してコントローラ３０と接続され、コントローラ３０から供給される電源電力及び駆動信号によって、溶接機２０ａを駆動する構成が好適である。
【００４１】
なお、作業ツール２０が、前記した洗浄液噴射治具、冷却液噴射治具、配管磨き用治具、吸引治具、寸法確認用治具、ＰＴ検査用治具等、溶接機２０ａ以外の場合、それぞれの作業ツール２０を駆動するために必要な駆動源（圧縮空気、純水、工業用水など）、電源電力、駆動信号等を、コネクタ２３を介して作業ツール２０に供給する構成とすれば、コネクタ２３を作業ツール２０に接続するだけで作業ツール２０を駆動できる。
【００４２】
この構成によって、ロボットアーム１０に装着される作業ツール２０を容易に取り替えることができる。
さらに、コネクタ２３は、コネクタ端子２３ｂと信号端子２２ａが互いに連結するように取り付け部２２に接続され、コネクタ２３と取り付け部２２が磁石等の固着手段で簡単且つ強固に固着される構成が好適である。
このような構成によって、ロボットアーム１０の操作で容易にコネクタ２３の着脱ができる。
【００４３】
図５は、作業ツールを取り替える状態を示す概略図である。
ロボットアーム１０に装着される作業ツール２０を取り替える場合、オペレータＯＰは、作業ツール２０を保管する保管装置４０の近傍にロボットアーム１０を移動する。
そして、装着されている作業ツール２０を保管装置４０の収納場所に収納し、装着部１０ｄの３本の指部１０ｄ１を開いて作業ツール２０を取り外し、さらに、コネクタ２３を外す。
【００４４】
そして、新たに装着する作業ツール２０の取り付け部２２にコネクタ２３を接続するとともに、装着部１０ｄの３本の指部１０ｄ１を閉じて取り付け部２２を把持する。
【００４５】
このとき、オペレータＯＰは、モニタ１２の映像でロボットアーム１０の動作を確認しながらロボットアーム１０を操作できることから、容易にロボットアーム１０に装着される作業ツール２０を取り替えることができる。
【００４６】
なお、装着部１０ｄの３本の指部１０ｄ１で取り付け部２２を把持する場合、オペレータＯＰは、感圧センサ１３ｄに握力を検出させて、感圧センサ１３ｄが検出したオペレータＯＰの握力と同等の握力で、３本の指部１０ｄ１が取り付け部２２を把持する構成であってもよい。
【００４７】
すなわち、オペレータＯＰは、装着部１０ｄの３本の指部１０ｄ１を、取り付け部２２を把持できる位置に移動する。そして、ロックスイッチ１３ｃを操作してロボットアーム１０の状態を固定するとともに、感圧センサ１３ｄを所定の強さで握って感圧センサ１３ｄに握力を検出させる。このように、ロボットアーム１０の状態を固定することで、オペレータＯＰが感圧センサ１３ｄの位置まで腕部を移動しても、ロボットアーム１０は動作しない。
【００４８】
感圧センサ１３ｄは検出した握力をアームコントローラ１３ａに入力する。そして、アームコントローラ１３ａは、感圧センサ１３ｄから入力された信号を、ロボットアーム１０を動作するための信号に変換し、ロボットアーム１０に向けて送出する。
ロボットアーム１０は、アームコントローラ１３ａが送出した、感圧センサ１３ｄが検出した握力と同等の握力で、３本の指部１０ｄ１が取り付け部２２を把持するように動作する。
【００４９】
このようにロボットアーム１０を動作させるため、例えばロックスイッチ１３ｃが操作されて、ロボットアーム１０の動作が固定された場合であっても、装着部１０ｄの３本の指部１０ｄ１は、感圧センサ１３ｄが検出した握力に対応して動作する構成が好適である。
【００５０】
また、図５に示すように、保管装置４０は、例えばアーム部１０ｂが取り付けられるベース１０ａに備わる構成であってもよい。このように、保管装置４０がベース１０ａに備わる構成の場合、保管装置４０に保管される作業ツール２０を、ロボットアーム１０とともに移動することができる。したがって、ロボットアーム１０の設置場所に関係なく、作業内容の変更に応じて、速やかに作業ツール２０を取り替えることができる。
【００５１】
さらに、ベース１０ａの保管装置４０に、ケーブル２３ａを自動的に巻き取る自動巻取り装置４０ａを備える構成であってもよい。この構成によって、アーム部１０ｂに装着された作業ツール２０が、ロボットアーム１０によって移動するとき、ロボットアーム１０の周辺でケーブル２３ａが絡まることを好適に抑制できる。
【００５２】
例えば、ケーブル２３ａがロボットアーム１０の周辺で絡まると、オペレータＯＰが直接解く作業が必要になるが、作業環境が原子炉１（図１参照）内の場合、オペレータＯＰは、容易にロボットアーム１０に近づくことができないため、ケーブル２３ａが絡まることを抑制する必要がある。
図５に示すように、自動巻取り装置４０ａを備えることでケーブル２３ａが絡まることを好適に抑制できる。したがって、本実施形態に係るロボットアーム１０を、原子炉１内などオペレータＯＰが容易に近づけない環境に設置することができる。
【００５３】
また、本実施形態において、コントローラ３０に対するティーチングは、オペレータＯＰがロボットアーム１０を操作して、作業ツール２０がワークＷｋ（図４の（ａ）参照）に対して作業可能な位置に移動した後、ワークＷｋの作業部位をコントローラ３０に教示する作業として実施される。
【００５４】
図６の（ａ）は、ロボットアームでライザー管をライザーブレースに溶接する作業を示す図である。
以下、図６の（ａ）に示すように、ジェットポンプ９（図１参照）に備わるライザー管９ａをライザーブレース９ｂに溶接する作業を一例に挙げて説明する。
なお、この作業の場合、ライザー管９ａとライザーブレース９ｂを含んだものがワークＷｋになる。したがって、以下、ワークＷｋと表記するものは、ライザー管９ａとライザーブレース９ｂを示す。
【００５５】
例えば、ライザー管９ａをライザーブレース９ｂに溶接する場合、原子炉１に備わるシュラウド３（図１参照）を取り外した状態で溶接作業する。このとき、例えば、炉心支持板５（図１参照）にロボットアーム１０を設置し、ロボットアーム１０で溶接作業する。
なお、シュラウド３を取り外したときに、炉心支持板５を取り付けることが不可能な構造の場合は、例えば、炉心支持板５と同形状の仮設模擬板５０を、炉心支持板５の代わりに原子炉１に設置し、図６の（ａ）に示すように、仮設模擬板５０にロボットアーム１０を設置する構成とすればよい。
【００５６】
図６の（ｂ）は、仮設模擬板にロボットアームを設置する状態を示す図である。炉心支持板５（図１参照）には、燃料集合体を支持するための円形穴が開口していることから、炉心支持板５と同形状の仮設模擬板５０にも、図６の（ｂ）に示すように円形穴５０ａが開口している。そこで、ロボットアーム１０のベース１０ａの下方には、仮設模擬板５０の円形穴５０ａに挿入可能なエアーチャック１０ａ１が備わる構成とする。そして、エアーチャック１０ａ１を円形穴５０ａに挿入して、エアーチャック１０ａ１でロボットアーム１０を固定する。このような構成によって、ロボットアーム１０を仮設模擬板５０に容易に設置できる。
【００５７】
エアーチャック１０ａ１の構造は限定するものではないが、例えば、仮設模擬板５０の円形穴５０ａに挿入される本体に、円形穴５０ａの外周に向かう方向に空気圧で伸縮する固定突起１０ａ２が備わる構造であればよい。
この構造によると、ロボットアーム１０のベース１０ａに備わるエアーチャック１０ａ１を円形穴５０ａに挿入した後、空気圧で固定突起１０ａ２を円形穴５０ａの外周の方向に伸長させて、容易にロボットアーム１０を仮設模擬板５０に固定できる。
したがって、容易な作業でロボットアーム１０を仮設模擬板５０に設置できる。
【００５８】
図６の（ａ）に示すように、一方のアーム部１０ｂには、作業ツール２０として、ライザー管支持器２０ｂが装着されている。ライザー管支持器２０ｂは、水圧又は空気圧で駆動し、ライザー管９ａを左右から挟持する機能を有する。このようにライザー管支持器２０ｂを装着したアーム部１０ｂで、溶接する位置にライザー管９ａを支持する。
また、他方のアーム部１０ｂには、溶接機２０ａが装着されている。そして、溶接する位置に支持されるライザー管９ａをライザーブレース９ｂに溶接する。
【００５９】
図７の（ａ）は、溶接機をワークの近傍に移動した状態を示す図、（ｂ）は、ワークの溶接範囲を示す図である。
なお、溶接範囲は、例えば、溶接トーチ２４が溶接機２０ａに対して移動可能な作業範囲より短い直線状の連続領域とする。
図７の（ａ）に示すように、原子炉１から隔離された操作室Ｒ１に配置されるオペレータＯＰは、ビデオカメラ１１が撮影するロボットアーム１０の動作をモニタ１２で確認しながら、操作装置１３でロボットアーム１０を遠隔操作し、ロボットアーム１０に装着された溶接機２０ａを、ワークＷｋの溶接範囲（作業部位）の近傍に移動する。すなわち、溶接機２０ａがワークＷｋに対して溶接作業できる距離まで、溶接機２０ａをワークＷｋに近づける。
【００６０】
そして、オペレータＯＰは、図７の（ｂ）に示すようにロボットアーム１０を適宜転回し、溶接トーチ２４が溶接範囲に沿って移動するように溶接機２０ａを回転する。
【００６１】
前記したように、溶接機２０ａに備わる溶接トーチ２４は、直線状に移動可能に本体２１に備わるので、溶接トーチ２４が溶接範囲に沿って移動するように溶接機２０ａを回転する。
このように、溶接トーチ２４が溶接範囲に沿って移動すると、コントローラ３０は、本体２１を移動することなく溶接トーチ２４を移動することで、ワークＷｋの溶接範囲を溶接できる。
【００６２】
そして、オペレータＯＰは、ロックスイッチ１３ｃを操作してロボットアーム１０の動作をロックし、ロボットアーム１０の状態を固定する。
このように、ロボットアーム１０に装着された溶接機２０ａを、ワークＷｋの溶接範囲（作業部位）の近傍に移動する工程が、ティーチングの第１工程となる。
【００６３】
なお、溶接機２０ａの溶接トーチ２４がワークＷｋに接触することを防止するため、溶接トーチ２４とワークＷｋの接触を検知する、図示しない接触センサを備える構成であってもよい。
そして、図示しない接触センサが、溶接トーチ２４とワークＷｋの接触を検知した場合、ロボットアーム１０の動作を停止する構成であってもよい。
【００６４】
オペレータＯＰは、ロボットアーム１０の状態を固定した後、例えばコントローラ３０を操作して、溶接機２０ａがワークＷｋを溶接する溶接範囲（作業部位）をコントローラ３０に教示する。
このように、オペレータＯＰが溶接範囲をコントローラ３０に教示する工程が、ティーチングの第２工程となる。
【００６５】
図７の（ｂ）に示すように、溶接機２０ａは適宜回転され、溶接トーチ２４が溶接範囲に沿って移動する状態にあることから、オペレータＯＰは、ティーチングの第２工程として、溶接トーチ２４の作業範囲内における溶接範囲を設定することで、ワークＷｋの溶接範囲をコントローラ３０に教示できる。
【００６６】
前記したように溶接機２０ａには、溶接トーチ２４の位置を検出する図示しない位置センサが備わっていることから、オペレータＯＰは、例えば、溶接トーチ２４が、溶接範囲の溶接開始点（連続領域の始点）Ｐｓの位置にあるときに位置センサが検出するヘッド位置情報をコントローラ３０に教示する。このときの溶接トーチ２４のヘッド位置情報を始点位置情報とする。
【００６７】
同様に、溶接トーチ２４が、溶接範囲の溶接終了点（連続領域の終点）Ｐｅの位置にあるときに位置センサが検出するヘッド位置情報をコントローラ３０に教示する。このときの溶接トーチ２４のヘッド位置情報を終点位置情報とする。
以上のように、溶接範囲が連続領域の場合、ティーチングの第２工程は、コントローラ３０に始点位置情報を教示する工程と、終点位置情報を教示する工程とを含んでなる。
【００６８】
このような容易な操作で、オペレータＯＰは、溶接作業の溶接開始点Ｐｓと溶接終了点Ｐｅに対応する溶接トーチ２４のヘッド位置情報（始点位置情報と終点位置情報）を、コントローラ３０に教示することができる。すなわち、オペレータＯＰは、容易な作業で溶接範囲をコントローラ３０に教示できる。
【００６９】
そして、本実施形態に係るコントローラ３０は、教示された溶接範囲に基づいてティーチングデータを作成する。
このように、コントローラ３０がティーチングデータを作成する工程が、ティーチングの第３工程となる。
【００７０】
なお、コントローラ３０に始点位置情報と終点位置情報を教示する方法は限定するものではない。例えば、図７の（ｂ）に示すように、溶接機２０ａの溶接トーチ２４を手動で移動するためのジョイスティック３１と、溶接トーチ２４の位置をコントローラ３０に教示させるためのトリガボタン３２を、コントローラ３０に備える構成とすればよい。
【００７１】
オペレータＯＰ（図７の（ａ）参照）は、ジョイスティック３１を操作して、溶接トーチ２４を溶接開始点Ｐｓに移動し、トリガボタン３２を操作する。コントローラ３０は、このときに図示しない位置センサが検出するヘッド位置情報を始点位置情報として取得する構成とする。
【００７２】
次にオペレータＯＰ（図７の（ａ）参照）は、ジョイスティック３１を操作して、溶接トーチ２４を溶接終了点Ｐｅに移動し、トリガボタン３２を操作する。コントローラ３０は、このときに図示しない位置センサが検出するヘッド位置情報を終点位置情報として取得する構成とする。
このように、非常に簡単な操作で、始点位置情報と終点位置情報をコントローラ３０に教示できる構成が可能である。
【００７３】
また、始点位置情報と終点位置情報をコントローラ３０に教示する操作も、モニタ１２（図７の（ａ）参照）でロボットアーム１０の動作を確認しながら操作することができ、オペレータＯＰ（図７の（ａ）参照）は、始点位置情報と終点位置情報を容易にコントローラ３０に教示することができる。
【００７４】
以上のように、第１工程から第３工程を経て作成されるティーチングデータは、ワークＷｋの溶接範囲の溶接開始点Ｐｓ及び溶接終了点Ｐｅの位置を示す情報、すなわち、ワークＷｋの作業部位を示す作業位置情報が、溶接機２０ａにおける溶接トーチ２４のヘッド位置情報（始点位置情報と終点位置情報）のみからなる。
換言すると、ティーチングデータの作成には、溶接機２０ａに対する溶接トーチ２４のヘッド位置情報のみが必要であり、例えばロボットアーム１０の各関節１０ｃの位置情報は必要ない。
したがって、ロボットアーム１０の各関節１０ｃの位置情報を取得する工程が不要になる。
【００７５】
従来、溶接作業等のティーチングに際しては、ワークＷｋの作業部位の位置を算出するためにロボットアーム１０の各関節１０ｃ（図７の（ａ）参照）の位置情報が必要であった。したがって、作業環境に仮想的に座標系を設定し、ロボットアーム１０の各関節１０ｃの位置情報を、設定した座標系の座標点として管理していた。
そのため、ロボットアーム１０を座標系の所定の位置に、高い位置精度で設置し、ティーチングの時には、オペレータＯＰ（図７の（ａ）参照）が、各関節１０ｃの位置を高い位置精度で設定して、コントローラ３０（図７の（ａ）参照）に教示していた。
【００７６】
また、ロボットアーム１０の各関節１０ｃ（図７の（ａ）参照）の位置情報を取得するため、各関節１０ｃには、例えば図示しない角度センサなどのセンサが必要であった。
さらに、ロボットアーム１０を作業環境に設置する作業、及びティーチングには熟練が要求されることから、熟練者を確保しておく必要があった。
【００７７】
これに対し、本実施形態に係るティーチングは、ロボットアーム１０の各関節１０ｃの位置情報を取得する必要はなく、溶接トーチ２４の作業範囲内における溶接範囲を設定して、コントローラ３０に教示するという容易な作業とすることができる。したがって、熟練度の低いオペレータＯＰであっても容易に且つ正確にティーチングできる（図７の（ａ）、（ｂ）参照）。
【００７８】
さらに、図７の（ａ）に示すように、オペレータＯＰは、ビデオカメラ１１が撮影するロボットアーム１０の動作をモニタ１２で確認しながら、溶接機２０ａをワークＷｋの近傍に移動できることから、精度の高い位置出しをすることなくロボットアーム１０を設置しても、ロボットアーム１０の動作によって、溶接機２０ａをワークＷｋに対して溶接可能な位置に容易に移動できる。
したがって、例えば図６の（ｂ）に示すように、炉心支持板５（図１参照）の代わりに設置される仮設模擬板５０の円形穴５０ａを利用して、ロボットアーム１０を容易に設置することができ、熟練度の低いオペレータＯＰであっても容易にロボットアーム１０を設置できる。
【００７９】
このように、本実施形態に係るロボットアーム１０（図１参照）の設置作業及びティーチングは、熟練者でなくても容易に作業できることから、熟練者を確保するための人件費が不要になり、人件費を削減できる。
【００８０】
また、本実施形態に係るティーチングには、前記したようにロボットアーム１０の各関節１０ｃ（図１参照）の位置情報が不要である。したがって、各関節１０ｃの角度を検出する角度センサ等のセンサを備えないロボットアーム１０であってもよい。
【００８１】
例えば、作業環境が原子炉１（図１参照）内の場合、ロボットアーム１０の関節１０ｃ（図２参照）に角度センサを備えるときには、放射線に対して耐性のある角度センサを使用することが要求される。このような角度センサは高価でありロボットアーム１０の生産コストが増大する。したがって、角度センサが不要になることで、ロボットアーム１０の生産コストを削減することができる。
また、角度センサのメンテナンスも不要になり、ロボットアーム１０の運用コストを削減できる。
【００８２】
さらに、溶接作業において、図７の（ｂ）に示すコントローラ３０は、溶接トーチ２４の始点位置情報と終点位置情報に基づいて溶接範囲を演算すればよいことになり、ロボットアーム１０の関節１０ｃ（図７の（ａ）参照）ごとの位置を演算する必要がなくなる。したがって、コントローラ３０の演算量を低減することができ、コントローラ３０の演算による負荷を軽減できる。このことによって、例えば、コントローラ３０に安価なマイクロコンピュータを使用することも可能になり、コントローラ３０の生産コストの削減に寄与できる。
【００８３】
また、図１に示すロボットアーム１０は、作業環境にロボットアーム１０を設置する作業、及びティーチングを容易に行えることから、ロボットアーム１０の設置作業、及びティーチングの作業効率を向上することができ、例えば、原子炉１のメンテナンス作業にかかる時間を大幅に短縮できる。
【００８４】
以上、図６の（ａ）に示すように、作業ツール２０として溶接機２０ａをロボットアーム１０に装着し、ライザー管９ａをライザーブレース９ｂに溶接する作業を一例に説明したが、作業ツール２０として、図示しない洗浄液噴射治具、冷却液噴射治具、配管磨き用治具、吸引治具、寸法確認用治具、ＰＴ検査用治具をロボットアーム１０に装着し、それぞれの作業を行う場合であっても、同様の効果を得ることができる。
【００８５】
なお、図６の（ｂ）には、ロボットアーム１０を炉心支持板５の代わりに設置される仮設模擬板５０に設置した状態を示しているが、本実施形態のロボットアーム１０の取り付け位置は、炉心支持板５や仮設模擬板５０に限定されるものではない。
図８の（ａ）は、ロボットアームをＣＲＤハウジングに設置する状態を示す図、（ｂ）は、ロボットアームをシュラウドの上端部に設置する状態を示す図である。
図８の（ａ）に示すように、例えば、エアーチャック１０ａ１を備えるロボットアーム１０を、ＣＲＤハウジング６の上部に設置してもよい。
【００８６】
ＣＲＤハウジング６は、筒状の部材が開口部６ａを上部に向けて原子炉１（図１参照）の下部に立設して形成される。そこで、ロボットアーム１０に備わるエアーチャック１０ａ１をＣＲＤハウジング６の筒状の開口部６ａに挿入し、仮設模擬板５０に設置する場合と同様にエアーチャック１０ａ１で固定して、ロボットアーム１０をＣＲＤハウジング６に容易に設置できる。このように、ＣＲＤハウジング６に設置されたロボットアーム１０は、原子炉１の下方で作業することができる。
【００８７】
また、図８の（ｂ）に示すように、ロボットアーム１０をシュラウド３の上端部３ａに設置してもよい。
例えば筒状のシュラウド３の上端部３ａの周囲には、フランジ部３ｂが炉心７の外側に凸状に形成され、フランジ部３ｂには、複数のフィン状部材３ｃが外側に突出して形成される場合がある。
シュラウド３の上端部３ａがこのような構成の場合、例えばロボットアーム１０のベース１０ａの下方に、図示しないアクチュエータで駆動するチャック装置１０ａ３を備え、チャック装置１０ａ３でフィン状部材３ｃを挟持して固定することで、ロボットアーム１０をシュラウド３の上端部３ａに容易に設置できる。
【００８８】
なお、シュラウド３の上端部３ａにロボットアーム１０を設置する構造は、図８の（ｂ）に示す形態に限定されず、シュラウド３の上端部３ａの構造に対応した構造にすればよい。
【００８９】
以上のように、本実施形態に係るロボットアームは、設置に際して高い位置精度が必要ではないことから、例えば原子炉の内部に容易に設置できる。したがって、ロボットアームで作業ができる範囲を広げることができ、原子炉の内部における作業効率を向上できる。
【００９０】
また、本実施形態に係るロボットアームの設置は原子炉に限定されず、作業ロボットによる作業が必要な作業環境に、幅広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】作業ロボットが備わる原子炉の内部構造を示す概略図である。
【図２】ロボットアーム、及びロボットアームを操作する操作装置の一構成例を示す図である。
【図３】アーム部の装着部を示す図である。
【図４】（ａ）は、ロボットアームに装着される作業ツールを示す図、（ｂ）は、ロボットアームに作業ツールを装着した状態を示す図である。
【図５】作業ツールを取り替える状態を示す概略図である。
【図６】（ａ）は、ロボットアームでライザー管をライザーブレースに溶接する作業を示す図、（ｂ）は、仮設模擬板にロボットアームを設置する状態を示す図である。
【図７】（ａ）は、溶接機をワークの近傍に移動した状態を示す図、（ｂ）は、ワークの溶接範囲を示す図である。
【図８】（ａ）は、ロボットアームをＣＲＤハウジングに設置する状態を示す図、（ｂ）は、ロボットアームをシュラウドの上端部に設置する状態を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０    ロボットアーム
１０ｃ  関節
１３    操作装置
１３ａ  アームコントローラ
１３ｂ  操作部
１３ｃ  ロックスイッチ
１３ｄ  感圧センサ
２０    作業ツール
２０ａ  溶接機
２４    溶接トーチ（作業ヘッド）
３０    コントローラ
５０    仮設模擬板
１００  作業ロボット
ＯＰ    オペレータ
Ｐｓ    溶接開始点（連続領域の始点）
Ｐｅ    溶接終了点（連続領域の終点）
Ｗｋ    ワーク（作業対象物）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010089222.tif 000006
【図５】
2010089222.tif 000007
【図６】
2010089222.tif 000008
【図７】
2010089222.tif 000009
【図８】
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