(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉を検査する検査ロボットであって、
船体と、
前記検査ロボットの動作を制御するオンボード制御機構であり、前記検査ロボットの移動を制御するとともに、前記原子炉内の１以上の構造物を検査する１以上のセンサを制御するオンボード制御機構と、
前記船体を所望の方向に回転させるためのモーメントが重力及び浮力によって発生するように質量中心をシフトさせることによって、前記検査ロボットの船体を回転させるジンバル機構と、
故障が生じた場合に前記検査ロボットの救出を実行し、促進し、又は可能にするフェイルセーフ機構と、
前記検査ロボットが、遠隔ステーションにワイヤレスで通信することを可能にするワイヤレス通信リンクと、
を備え、
前記遠隔ステーションは、前記ワイヤレス通信リンクを用いて、前記検査ロボットに対して、前記オンボード制御機構及び前記ジンバル機構を用いて様々な検査タスクを実行するように命令を出し、
前記検査ロボットは、前記ワイヤレス通信リンクを用いて、前記遠隔ステーションに対して前記検査タスクに関する調査結果を通信し、
前記フェイルセーフ機構は、前記遠隔ステーションとの前記ワイヤレスでの通信における故障を検知し、かつ、緊急帰還手順を作動させ、
前記フェイルセーフ機構は、利用可能なハードウェア・ソフトウェア資源と、前記検査ロボットの軌道を記録するためのメモリを用いて、前記メモリに記録された前記軌道を逆に戻ることによって前記検査ロボットを最初の出発地点に戻すための前記緊急帰還手順を実行する検査ロボット。
【請求項２】
前記ワイヤレス通信リンクは、前記検査ロボットと前記遠隔ステーションとの間の前記ワイヤレスでの通信のために用いられる無線通信、音響通信、又は光通信を含む請求項１に記載の検査ロボット。
【請求項３】
前記検査ロボットと前記遠隔ステーションとの間で通信信号を中継するために用いられる１以上の中間ロボットを更に備える請求項１又は２に記載の検査ロボット。
【請求項４】
前記検査ロボットは、前記１以上の中間ロボットと、無線通信、音響通信、又は光通信を用いて通信する請求項３に記載の検査ロボット。
【請求項５】
前記１以上の中間ロボットは、前記遠隔ステーションと、無線通信、音響通信、又は光通信を用いて通信する請求項３又は４に記載の検査ロボット。
【請求項６】
前記オンボード制御機構は、前記検査ロボットの故障を検知することができる請求項１に記載の検査ロボット。
【請求項７】
前記ジンバル機構は、質量を２つの方向に移動させることによって、本体回転の２つの直交軸を発生させる請求項１に記載の検査ロボット。
【請求項８】
検査ロボットを用いた原子炉の検査方法であって、
前記検査ロボットの移動を制御するとともに、前記原子炉内の１以上の構造物を検査する１以上のセンサを制御するオンボード制御機構を用いて、前記検査ロボットの動作を制御するステップと、
本体を所望の方向に回転させるためのモーメントが重力及び浮力によって発生するように質量中心をシフトさせることによって、ジンバル機構が前記検査ロボットの本体を回転させるステップと、
故障が生じた場合に、フェイルセーフ機構が前記検査ロボットの救出を実行し、促進し、又は可能にするステップと、
前記検査ロボットが、ワイヤレス通信リンクを用いて、遠隔ステーションにワイヤレスで通信するステップと、
を含み、
前記遠隔ステーションは、前記ワイヤレス通信リンクを用いて、前記検査ロボットに対して、前記オンボード制御機構及び前記ジンバル機構を用いて様々な検査タスクを実行するように命令を出し、
前記検査ロボットは、前記ワイヤレス通信リンクを用いて、前記遠隔ステーションに対して前記検査タスクに関する調査結果を通信し、
前記フェイルセーフ機構は、前記遠隔ステーションとの前記ワイヤレスでの通信における故障を検知し、かつ、緊急帰還手順を作動させ、
前記フェイルセーフ機構は、利用可能なハードウェア・ソフトウェア資源と、前記検査ロボットの軌道を記録するためのメモリを用いて、前記メモリに記録された前記軌道を逆に戻ることによって前記検査ロボットを最初の出発地点に戻すための前記緊急帰還手順を実行することを特徴とする検査ロボットを用いた原子炉の検査方法。
【請求項９】
前記ワイヤレス通信リンクは、前記検査ロボットと前記遠隔ステーションとの間の前記ワイヤレスでの通信のために用いられる無線通信、音響通信、又は光通信を含む請求項８に記載の検査ロボットを用いた原子炉の検査方法。
【請求項１０】
前記検査ロボットと前記遠隔ステーションとの間で通信信号を中継するために用いられる１以上の中間ロボットを更に備える請求項８又は９に記載の検査ロボットを用いた原子炉の検査方法。
【請求項１１】
前記検査ロボットは、前記１以上の中間ロボットと、無線通信、音響通信、又は光通信を用いて通信する請求項１０に記載の検査ロボットを用いた原子炉の検査方法。
【請求項１２】
前記１以上の中間ロボットは、前記遠隔ステーションと、無線通信、音響通信、又は光通信を用いて通信する請求項１０又は１１に記載の検査ロボットを用いた原子炉の検査方法。
【請求項１３】
前記オンボード制御機構は、前記検査ロボットの故障を検知することができる請求項８に記載の検査ロボットを用いた原子炉の検査方法。
【請求項１４】
前記ジンバル機構は、質量を２つの方向に移動させることによって、本体回転の２つの直交軸を発生させる請求項８に記載の検査ロボットを用いた原子炉の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電所の検査の分野に関し、より詳細には、原子力発電所を検査するワイヤレスの検査ロボット及び検査ロボットを用いた原子炉の検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所の厳格な検査の必要性が高まっている。特に、原子炉、関連する設備及び機器の内部構造の検査が最優先である。これらの内部構造の多くは、現在、人間がアクセス不可能であり、検査されていない状態のままである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
原子炉を検査する水中ロボットに関する先行技術が存在するが、これらのロボットシステムはワイヤレスではなく、長いケーブルワイヤが、通信及び制御のために、また、ロボットに動力を供給するために用いられる。ケーブルは、ロボットが原子炉及び隣接する領域内で自由に動くことを妨げるだけでなく、放射性物質により汚染され、これが、ロボットシステムのメンテナンス及び保持をより困難なものとし、かかる費用を高くさせる。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡素かつコンパクトであって、使い捨て可能であり、テザー（繋ぎロープ）無しで自由に動くことができる検査ロボット及び検査ロボットを用いた原子炉の検査方法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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の検査ロボット及び検査ロボットを用いた原子炉の検査方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る検査ロボットは、原子炉を検査する検査ロボットであって、船体と、前記検査ロボットの動作を制御するオンボード制御機構であり、前記検査ロボットの移動を制御するとともに、前記原子炉内の１以上の構造物を検査する１以上のセンサを制御するオンボード制御機構と、前記船体を所望の方向に回転させるためのモーメントが重力及び浮力によって発生するように質量中心をシフトさせることによって、前記検査ロボットの船体を回転させるジンバル機構と、前記原子炉内の前記１以上の構造物の目視表示を提供するための、前記ジンバル機構に連結されたカメラであり、前記ジンバル機構によって軸心周りに回転できるカメラと、前記検査ロボットが、遠隔ステーションにワイヤレスで通信することを可能にするワイヤレス通信リンクとを備え、前記遠隔ステーションは、前記ワイヤレス通信リンクを用いて、前記検査ロボットに対して、前記オンボード制御機構、前記ジンバル機構、及び前記カメラを用いて様々な検査タスクを実行するように命令を出し、前記検査ロボットは、前記ワイヤレス通信リンクを用いて、前記遠隔ステーションに対して前記検査タスクに関する調査結果を通信する。
【０００６】
上記発明において、前記ワイヤレス通信リンクは、前記検査ロボットと前記遠隔ステーションとの間の前記ワイヤレス通信のために用いられる無線通信、音響通信、又は光通信を含んでもよい。
【０００７】
上記発明において、前記検査ロボットと前記遠隔ステーションとの間で通信信号を中継するために用いられる１以上の中間ロボットを更に備えてもよい。
【０００８】
上記発明において、前記検査ロボットは、前記１以上の中間ロボットと、無線通信、音響通信、又は光通信を用いて通信してもよい。
【０００９】
上記発明において、前記１以上の中間ロボットは、前記遠隔ステーションと、無線通信、音響通信、又は光通信を用いて通信してもよい。
【００１０】
上記発明において、故障が生じた場合に前記検査ロボットの救出を実行し、促進し、又は可能にするフェイルセーフ機構を更に備えてもよい。
【００１１】
上記発明において、前記オンボード制御機構は、前記検査ロボットの故障を検知することができる。
【００１２】
上記発明において、前記フェイルセーフ機構は、利用可能なハードウェア・ソフトウェア資源を用いて、前記検査ロボットを最初の出発地点に戻すための緊急帰還手順を実行してもよい。
【００１３】
上記発明において、前記フェイルセーフ機構は、前記遠隔ステーションとの前記ワイヤレス通信における故障を検知し、かつ、前記緊急帰還手順を作動させてもよい。
【００１４】
上記発明において、前記ジンバル機構は、質量を２つの方向に移動させることによって、本体回転の２つの直交軸を発生させてもよい。
【００１５】
また、本発明に係る検査ロボットを用いた原子炉の検査方法は、前記検査ロボットの移動を制御するとともに、前記原子炉内の１以上の構造物を検査する１以上のセンサを制御するオンボード制御機構を用いて、前記検査ロボットの動作を制御するステップと、本体を所望の方向に回転させるためのモーメントが重力及び浮力によって発生するように質量中心をシフトさせることによって、ジンバル機構が前記検査ロボットの本体を回転させるステップと、前記ジンバル機構に連結され、前記ジンバル機構によって軸心周りに回転できるカメラを用いて、前記原子炉内の前記１以上の構造物の目視表示を提供するステップと、前記検査ロボットが、ワイヤレス通信リンクを用いて、遠隔ステーションにワイヤレスで通信するステップとを含み、前記遠隔ステーションは、前記ワイヤレス通信リンクを用いて、前記検査ロボットに対して、前記オンボード制御機構、前記ジンバル機構、及び前記カメラを用いて様々な検査タスクを実行するように命令を出し、前記検査ロボットは、前記ワイヤレス通信リンクを用いて、前記遠隔ステーションに対して前記検査タスクに関する調査結果を通信する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、検査ロボットが、簡素かつコンパクトであって、使い捨て可能であり、テザー（繋ぎロープ）無しで自由に動くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る典型的な検査プロセスの概要を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る検査ロボットの詳細を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電磁弁及びジェットポンプを有する推進及び操縦システムを示す概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る２方向方位制御のためのジンバル機構を示す概略図である。
【図５】（ａ）本発明の一実施形態に係るジンバル機構を用いた２軸カメラ方位制御を示す概略図である。（ｂ）本発明の一実施形態に係るジンバル機構を用いた２軸カメラ方位制御を示す概略図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るワイヤレス通信アーキテクチャを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態は、原子炉の検査にて用いられる新規の検査ロボットを提供する。本実施形態は、ワイヤレスの検査ロボットの２つの技術的課題に対処する。これらは、（１）水中でどのようにして確実に通信するか、及び、（２）検査ロボットが故障した場合に回収できることをどのようにして保証するか、である。本実施形態は、これらの問題に、特定のワイヤレス通信を用いて対処する。この通信は、水中での通信を可能にすると同時に、検査ロボットが、検査ロボットの内部部品が故障したかどうかを決定することを可能にし、従って、検査ロボットが帰還手順を用いて元の地点に引き返すことを可能にする。これにより、人間が原子炉の有害な環境に晒される危険性を低減させる。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る典型的な検査プロセス２の概要を示す概略図である。検査ロボット１２は、原子炉６内に配置され、遠隔ステーション４にいるユーザによってワイヤレスに制御される。検査ロボット１２は、原子炉６、例えばロッド構造物１５を調査することができ、又は、配管システム１４に入ることができる。さらに、検査ロボット１２は、蒸気発生器１０の内部領域を調査することができる。検査ロボット１２は、水及び有害物質によるロボット内部電子部品の破損を防止でき、かつ、高温から防護する材料から構成される。検査ロボット１２は、検査ロボット１２に何らかの損傷、通信障害、又は動力の損失が生じた場合に、最初の出発地点である水面に帰還させるフェイルセーフ機構２４を備えている。検査ロボット１２は、ハル（船体）、スラスタ、バッテリ、オンボード（船内搭載）制御部、検査センサ、及び、ワイヤレス通信ユニットを備え、原子炉及び関連機器の水中内部構造にアクセスすることができ、かつ、遠隔ステーション４とのワイヤレス通信に基づいて、原子炉６内に配置された様々な構造物に対して、検査センサを配置及び方向付けすることができる。さらに、検査ロボット１２は、配管システム１４を通過して原子炉１２に連結された蒸気発生器１０を検査するためにも用いられる。
【００２０】
図２は、本実施形態に係る検査ロボット１２の詳細を示す概略図である。検査ロボット１２は、滑らかな外面２１を有するように設計されている。これにより、障害物による影響を最小限にすることができる。すなわち、原子炉の構造物、及びパイプ内に配置されたセンサプローブとの引っ掛かり又は絡まりを防止することができる。滑らかな外面２１は、水及び有害物質によるロボット内部電子部品の破損を防止し、かつ、高温から防護する材料から構成される。本実施形態では、外部にプロペラ又は制御機構が露出することは望ましくない。検査ロボット１２は、船体３０、ウォータージェットスラスタ３２、オンボード制御部及びバッテリ２２、フェイルセーフ機構２４、検査センサ、及びワイヤレス通信リンク３４を備え、原子炉６及び関連機器の水中内部構造にアクセスすることができ、かつ、遠隔ステーション４とのワイヤレス通信に基づいて、原子炉６内の構造物１５に対して、検査センサを配置及び方向付けすることができる。
【００２１】
検査ロボット１２の前方には、取水口２８（取水システム）が配置されており、取水口２８は、オンボード（船内搭載）ポンプへと水を吸い込む。そして、ポンプは、複数の出口ポートのうち選択された出口ポートから水を高速で排出する。検査ロボット１２は、どの出口ポートを用いるかを制御することによって、移動及び機動する。
【００２２】
検査ロボット１２には、ビデオカメラ２６及び照明部３６が備えられ、ビデオカメラ２６及び照明部３６は、構造物６を目視検査し、検査ロボット１２をナビゲーションする。無線通信は、検査ロボット１２と遠隔ステーション４との間をワイヤレス通信する。なお、光通信（レーザ又は非レーザー）が、検査ロボット１２と遠隔ステーション４との間をワイヤレス通信してもよいし、音響通信が、検査ロボット１２と遠隔ステーション４との間をワイヤレス通信してもよい。
【００２３】
本発明のその他の実施形態において、中間の水中ロボットが、検査ロボット１２と遠隔ステーション４との間で通信信号を中継してもよい。図１に示されているように、中間ロボット１６は、配管システム１４内に配置されることができる。また、無線通信、光通信、又は音響通信が、検査ロボット１２と中間ロボット１６との間をワイヤレス通信できる。さらに、無線通信、光通信、又は音響通信が、複数の中間ロボット間をワイヤレス通信してもよいし、中間ロボット１６と遠隔ステーション４との間をワイヤレス通信してもよい。
【００２４】
検査ロボット１２は、故障の場合に検査ロボット１２の救出を実行し、促進し、又は可能にするためのフェイルセーフ機構２４を有する。オンボード制御部及びバッテリ２２のうちオンボード制御部は、検査ロボット１２の故障を検知することができる。検査ロボット１２は、検査ロボット１２が水面に浮上することを可能にするバルーンを有する。さらに、検査ロボット１２は、利用可能なハードウェア・ソフトウェア資源を用いて最初の出発地点に戻るための緊急帰還手順を実行することができる。また、検査ロボット１２には、検査ロボット１２の軌道を記録するためのメモリが設けられており、検査ロボット１２は、この記録された軌道を逆に戻ることによって出発点に帰還することができる。
【００２５】
検査ロボット１２は、遠隔ステーション４からの緊急信号を検知するセンサを備え、緊急帰還手順を実行又は始動する。遠隔ステーション４とのワイヤレス通信における故障が検知された場合、検査ロボット１２は、緊急帰還手順を実行又は始動する。中間ロボット１６は、故障した検査ロボットを捕え、付き添い、又はランデブーすることができ、検査ロボット１２を最初の出発地点に帰還させる。
【００２６】
また、検査ロボット１２は、複数のウォータージェットスラスタ３２を備える。ウォータージェットスラスタ３２のそれぞれが、ポンプ、電磁弁、及びマニホルドを有し、推進及び操縦のために用いられる。ウォータージェットスラスタ３２は、単一のジェット流を複数のジェット流に分岐させて、複数の電磁弁で個別に制御することによって、形成される。ジンバル機構は、検査ロボット１２のロボット本体を回転させる。この回転は、ロボット本体を所望の方向に回転させるためのモーメントが重力及び浮力によって発生するように質量中心（ＣＭ）をシフトさせることによって生じる。２軸ジンバル構造は、質量を２方向に移動させることによって、本体回転の２つの直交軸を発生させる。
【００２７】
図３は、本実施形態に係る電磁弁４４及びジェットポンプ４２を有する推進及び操縦システムを示す概略図である。検査ロボット１２は、プロペラの代わりに、推進及び多軸操縦のための多軸ウォータージェットシステムを有する。この多軸ウォータージェットシステムは、ポンプ４２、電磁弁４４及びパイプマニホルド４８を含む。ポンプ４２によって生成されるジェット流４６は、複数の方向に分岐し、それらのジェット流の各々が電磁弁４４によって制御される。電磁弁４４の開放を制御することによって、多軸ジェット流４６が、検査ロボット１２を所望の方向に移動させるように調整される。これが、前進運動及び深さ制御に加えて、横方向運動及びヨー／ピッチ回転を可能にする。電磁弁は、滑らかな面４３に配置される。パイプマニホルド４８は、滑らかな面４３によって囲まれる内部領域に配置される。
【００２８】
図４は、本実施形態に係る２方向方位制御のためのジンバル機構５０を示す概略図である。検査ロボット１２のロール及びピッチは、多軸ジンバル機構５０が質量中心を移動させることによって、より効率的に制御される。ジンバル機構５０は、２つのＤＣギヤードモータ５２、及び、複数の垂直な回転軸を有するユニバーサルジョイント機構５６を有する。２つのＤＣギヤードモータ５２は、ロールジンバルモータ５８及びピッチジンバルモータ５４を含む。ロールジンバルモータ５８は、メインＲＯＶ本体に固定されている。ピッチジンバルモータ５４は、ロール軸を中心として自由に回転する。ロール軸は、外殻６０によって囲まれる。ユニバーサルジョイント機構５６は、適切な浮力をもたらすための偏心スチールおもりを含むことができる。
【００２９】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本実施形態に係るジンバル機構５０を用いた２軸カメラ方位制御部６６を示す。カメラ７１は、検査ロボット１２の本体７２に取り付けられており、ジンバル機構５０と関連するカメラ軸７６を中心として迅速かつ安定的に回転できる。本体７２は、図５（ａ）に示されているように浮力６８の方向が重力の方向と一直線になるように、ジンバル運動に対して反対の方向に回転する。図５（ｂ）に示されているように、本体７２に関する運動が、スラスタ７０によって発生する。この運動は、鉛直中心線７８上に位置する浮力６８を発生させる。また、質量中心（ＣＭ）７４及び浮力中心（ＣＢ）８０も鉛直中心線７８上に位置する。運動が生じると、図５（ａ）に示されているように、その結果としてのモーメント６９が発生され、これが、小さい偏向を発生させる。
【００３０】
図６は、本実施形態に係るワイヤレス通信アーキテクチャ９０を示す概略図である。ワイヤレス通信アーキテクチャ９０は、中間の信号中継ロボット９６を含み、信号中継ロボット９６は、検査ロボット１２とオペレータ（操作者）が操作する遠隔ステーション４との間でデータを中継する。図６に示すような範囲（約１０〜２０ｍ）で高速の光データリンク１０６が設けられるため、水プール９２内での信号減衰特性が望ましい媒体として、可視光が用いられる。検査ロボット１２は、レシーバ１００が常に視界に入るように制御する制御システムが設けられる。検査ロボット１２と信号中継ロボット９６間の通信のために、短距離の無線周波（ＲＦ）データリンク９４が用いられる。この無線周波データリンク９４は、約２〜７ｍの範囲に限っては、検査ロボット１２が視界に入らない場合や様々な向きをとった場合に対して、許容性がより大きい。信号中継ロボット９６は、無線周波データリンク９４からデータを簡単に取り出し、このデータを、光データリンク１０６を介して伝達することができる。このようにして、ロバスト性を有するワイヤレス通信アーキテクチャ９０が設計され、検査ロボット１２は、原子炉の水プール９２の内部領域を検査することができる。この場合、水プール９２は、サイズが約４〜５ｍである。また、信号中継ロボット９６は、原子炉の水プール９２の配管システム１０４内で移動することができる寸法を有する。配管システム１０４は、サイズが約２〜３ｍである。
【００３１】
本発明は、原子炉を検査するための、ワイヤレス通信に依存する検査ロボットを用いた新規の技術を提供する。本発明は、ワイヤレス検査ロボットの２つの重要な課題に対処する。これらは、（１）水中でどのようにして確実に通信するか、及び、（２）ロボットが故障した場合に回収できることをどのようにして保証するか、である。本発明はこれらの２つの技術的課題に対処する。詳細には、本発明は、検査ロボットが原子炉を検査することを補助するために、様々な形態のワイヤレス通信を利用する。検査ロボットは、検査ロボットのシステム部品の故障を検知したときに、検査ロボットの回収のためにマンパワー（人材）を用いる必要なく、元の場所に帰還するための論理回路を有する。本発明は、水中で利用可能なワイヤレス通信を用いる。本発明は、原子炉における操縦及び検査にて実際のマンパワーを排除し、その結果、過酷な核環境及び原子炉内に含まれる有害物質に人間が晒される危険性を低減できる。
【符号の説明】
【００３２】
４  遠隔ステーション
６  原子炉
１０  蒸気発生器
１２  検査ロボット
１４  配管システム
１６  中間ロボット
２１  外面
２２  オンボード制御部及びバッテリ
２４  フェイルセーフ機構
２６  カメラ
２８  取水口
３０  船体
３２  ウォータージェットスラスタ
３４  ワイヤレス通信リンク
３６  照明部
４２  ポンプ
４４  電磁弁
４６  ジェット流
４８  パイプマニホルド
５０  ジンバル機構
５２  ＤＣギヤードモータ
５４  ピッチジンバルモータ
５６  ユニバーサルジョイント機構
５８  ロールジンバルモータ
６０  外殻
６６  ２軸カメラ方位制御部
７０  スラスタ
７１  カメラ
７２  本体
９０  ワイヤレス通信アーキテクチャ
９２  水プール
９４  無線周波データリンク
９６  信号中継ロボット
１００  レシーバ
１０４  配管システム
１０６  光データリンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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