(57)【要約】【課題】技術設備を遠隔操作式および／または自律式に検査するロボット用プラットフォームであって、少なくとも、駆動手段と、検査手段と、位置データを求めるための手段と、通信手段とを備えているものを改良して、公知の検査ユニットの欠点を解消して、様々な検査目的および検査場面に対する適合性を大幅に改善し、著しく簡素化されたトラブルのないデータ通信が得られるものを提供する。【解決手段】ロボット用プラットフォーム１０，２０は、モジュール方式に形成されており、通信手段１２，１３，１４は、統一規格に従って作動し、測定データおよび位置データは、ストリーミングにより、遅延時間がエラーのない評価にとって十分な程度に小さく、特に１ｍｓより小さくなるように迅速に評価ユニットに伝達される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に発電所における技術設備を遠隔操作式および／または自律式に検査するために設けられたロボット用プラットフォーム（１０，２０）であって、
少なくとも、ロボット用プラットフォーム（１０，２０）を移動するための駆動手段（１５）と、技術設備を検査するための検査手段（１７，３３）と、ロボット用プラットフォーム（１０，２０）の位置データを求めるための手段（３３）と、測定データおよび制御データを交換するためならびに評価ユニットに測定データおよび位置データを伝達するための通信手段（１２，１３，１４，ＩＦ）とを備えているものにおいて、
ロボット用プラットフォーム（１０，２０）は、モジュール方式に形成されており、通信手段（１２，１３，１４）は、統一規格に従って作動し、測定データおよび位置データは、ストリーミングにより、遅延時間がエラーのない評価にとって十分な程度に小さく、特に１ｍｓより小さくなるように迅速に評価ユニットに伝達されることを特徴とする、ロボット用プラットフォーム。
【請求項２】
ロボット用プラットフォーム（１０，２０）は、個々のモジュール（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５；１５，１７，２５，３３；ＢＳ）から形成されており、該個々のモジュール（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５；１５，１７，２５，３３；ＢＳ）は、構造的に機械式の結合手段（１１）により、かつ／またはデータ交換のために統一規格に従って作動するデジタルの通信接続部（１２，１３，１４）により相互に接続されている、請求項１記載のロボット用プラットフォーム。
【請求項３】
デジタルの通信接続部（１２，１３，１４）は、イーサネット規格に従って作動する、請求項２記載のロボット用プラットフォーム。
【請求項４】
デジタルの通信接続部（１２，１３，１４）は、追加的に、モジュール（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５；１５，１７，２５，３３；ＢＳ）に給電するための手段を備えている、請求項２または３記載のロボット用プラットフォーム。
【請求項５】
個々のモジュール（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５；１５，１７，２５，３３）は、単数または複数のサブモジュール（ＳＭ１，ＳＭ２，ＳＭ３，ＳＭ４，ＳＭ５，ＳＭ６，ＳＭ７，ＳＭ８，ＳＭ９，ＳＭ１０，ＳＭ１１，ＳＭ１２，ＳＭ１３，ＳＭ１４；１６，２６，２８，３７，ＩＦ）を備えている、請求項２から４までのいずれか１項記載のロボット用プラットフォーム。
【請求項６】
サブモジュール（ＳＭ１，ＳＭ２，ＳＭ３，ＳＭ４，ＳＭ５，ＳＭ６，ＳＭ７，ＳＭ８，ＳＭ９，ＳＭ１０，ＳＭ１１，ＳＭ１２，ＳＭ１３，ＳＭ１４；１６，２６，２８，３７，ＩＦ）の１つは、モジュール間のデータ交換および給電接続用のインタフェース（ＩＦ）である、請求項５記載のロボット用プラットフォーム。
【請求項７】
個々のモジュールは、電気駆動モータ（２７）と、モジュールに組み込まれた、該電気駆動モータ（２７）用の制御ユニットとを備えており、該制御ユニットは、サブモジュールとして、出力サブモジュール（２６）とマイクロコントローラモジュール（２８）とを備えている、請求項５または６記載のロボット用プラットフォーム。
【請求項８】
モジュール（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５；１５，１７，２５，３３；ＢＳ）の少なくとも１つは、ロボット用プラットフォーム（１０，２０）を移動するための駆動モジュール（１５）である、請求項２から７までのいずれか１項記載のロボット用プラットフォーム。
【請求項９】
駆動モジュール（１５）は、電気駆動モータ、特に直流モータ（２７）を備えていて、かつ、サブモジュールとして、検査されるべき技術設備の磁化可能な表面に沿って転動するためおよび該表面に付着するための少なくとも１つのマグネットホイール（１６）と、駆動モータ（２７）の給電用の出力サブモジュール（２６）と、電気駆動モータ（２７）を制御するためのマイクロコントローラサブモジュール（３２）とを備えている、請求項８記載のロボット用プラットフォーム。
【請求項１０】
モジュール（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５；１５，１７，２５，３３；ＢＳ）の１つは、配置された検査手段を直線移動するための直動モジュール（１７）として形成されている、請求項２から７までのいずれか１項記載のロボット用プラットフォーム。
【請求項１１】
モジュール（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５；１５，１７，２５，３３；ＢＳ）の１つは、ベースステーション（ＢＳ）であり、該ベースステーション（ＢＳ）は、残りのモジュールと検査信号の評価ユニットとのデータ交換を制御するために設けられている、請求項２から７までのいずれか１項記載のロボット用プラットフォーム。
【請求項１２】
ベースステーション（ＢＳ）は、ロボット用プラットフォーム（１０，２０）に対する評価ユニットの簡単な接続を形成するために、エンコーダ信号をエミュレートする、請求項１１記載のロボット用プラットフォーム。
【請求項１３】
評価ユニットの手前に、位置データを座標変換するための手段が設けられており、評価ユニットは、検査目的用にアレンジされた、自由に選択可能な座標系で作動する、請求項１１または１２記載のロボット用プラットフォーム。
【請求項１４】
モジュール（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５；１５，１７，２５，３３；ＢＳ）の少なくとも１つは、ロボット用プラットフォーム（１０，２０）の位置を特定するために形成されている、請求項２から７までのいずれか１項記載のロボット用プラットフォーム。
【請求項１５】
位置を特定するために、位置発信器サブモジュール（３３）が設けられており、該位置発信器サブモジュール（３３）は、位置発信器ホイール（３５）とエンコーダユニット（３７）とを備えている、請求項１４記載のロボット用プラットフォーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえばガスタービン、蒸気タービン、ボイラまたはタンク等の大きな技術設備の自動化された検査の分野に関する。
【０００２】
具体的には、本発明は、特に発電所における技術設備を遠隔操作式および／または自律式に検査するために設けられたロボット用プラットフォームであって、少なくとも、ロボット用プラットフォームを移動するための駆動手段と、技術設備を検査するための検査手段と、ロボット用プラットフォームの位置データを求めるための手段と、測定データおよび制御データを交換するためならびに評価ユニットに測定データおよび位置データを伝達するための通信手段とを備えているものに関する。
【背景技術】
【０００３】
外側からアプローチが困難な場所で作業を実施する必要がある場合、たとえば発電所のような大きな技術設備で様々な検査作業および保守作業を行うのに、特別にその都度の用途に応じて極めて制限された範囲で構造化しかつ製造する必要がある多種多様なロボットが要求される。したがってそのようなロボットを完全に特定の用途のために開発しかつ製造するには、大きな費用および時間が掛かる。そのようなロボットを外側から操作する場合、そのために、ロボットを対応する外側ステーションと接続する厚くて重い給電ケーブルが必要である。給電ケーブルは、制御信号および電流をロボットに提供して、ロボットの位置通知を外側ステーションに伝達する（たとえば米国特許第６１０４９７０号明細書または米国特許出願公開第２００８１４８８７６号明細書参照）。
【０００４】
プラットフォームに組み付けられた様々な用途のための種々のセンサを備えることができる検査システムが流通している（たとえばＰｈｏｅｎｉｘ  Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｌｔｄ．のスキャナ「Ｍａｇｍａｎ」またはＺｅｔｅｃ  Ｉｎｃ．のロボットシステムＺＲ−１）が、使用範囲は、柔軟に使用可能なシステムの場合に限定されている。さらにこのシステムでは、実際の評価ユニットと外部の制御兼評価ユニットとの間でデータ、制御信号およびエネルギを伝達するために、種々の多数のケーブル接続が必要である。これには特にユニットおよびセンサによる位置決めから様々なセンサデータを個別に伝達することが含まれる。個別の伝達はトラブルが生じやすく、付属のケーブルに起因してユニットの運動自由度が大幅に制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６１０４９７０号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８１４８８７６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって本発明の課題は、冒頭で述べたようなロボット用プラットフォームを改良して、公知の検査ユニットの欠点を解消して、様々な検査目的および検査場面（状況）に対する適合性を大幅に改善し、著しく簡素化されたトラブルのないデータ通信が得られるものを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決するために本発明の構成では、特に発電所における技術設備を遠隔操作式および／または自律式に検査するために設けられたロボット用プラットフォームであって、少なくとも、ロボット用プラットフォームを移動するための駆動手段と、技術設備を検査するための検査手段と、ロボット用プラットフォームの位置データを求めるための手段と、測定データおよび制御データを交換するためならびに評価ユニットに測定データおよび位置データを伝達するための通信手段とを備えているものにおいて、ロボット用プラットフォームは、モジュール方式に形成されており、通信手段は、統一規格に従って作動し、測定データおよび位置データは、ストリーミングにより、遅延時間がエラーのない評価にとって十分な程度に小さく、特に１ｍｓより小さくなるように迅速に評価ユニットに伝達される。
【０００８】
本発明によるロボット用プラットフォームの１つの態様によれば、ロボット用プラットフォームは、個々のモジュールから形成されており、該個々のモジュールは、構造的に機械式の結合手段により、かつ／またはデータ交換のために統一規格に従って作動するデジタルの通信接続部により相互に接続されている。
【０００９】
別の１つの態様によれば、デジタルの通信接続部は、イーサネット規格に従って作動する。
【００１０】
本発明によるロボット用プラットフォームの別の１つの態様によれば、デジタルの通信接続部は、追加的に、モジュールに給電するための手段を備えている。
【００１１】
別の１つの態様によれば、個々のモジュールは、単数または複数のサブモジュールを備えている。
【００１２】
特に、サブモジュールの１つは、モジュール間のデータ交換および給電接続用のインタフェースである。
【００１３】
別の１つの態様によれば、個々のモジュールは、電気駆動モータと、モジュールに組み込まれた、該電気駆動モータ用の制御ユニットとを備えており、該制御ユニットは、サブモジュールとして、出力サブモジュールとマイクロコントローラモジュールとを備えている。
【００１４】
別の１つの態様によれば、モジュールの少なくとも１つは、ロボット用プラットフォームを移動するための駆動モジュールである。
【００１５】
別の１つの態様によれば、駆動モジュールは、電気駆動モータ、特に直流モータを備えていて、かつ、サブモジュールとして、検査されるべき技術設備の磁化可能な表面に沿って転動するためおよび該表面に付着するための少なくとも１つのマグネットホイールと、駆動モータの給電用の出力サブモジュールと、電気駆動モータを制御するためのマイクロコントローラサブモジュールとを備えている。
【００１６】
本発明による別の１つの態様によれば、モジュールの１つは、配置された検査手段を直線移動するための直動モジュールとして形成されている。
【００１７】
本発明による更に別の１つの態様によれば、モジュールの１つは、ベースステーションであり、該ベースステーションは、残りのモジュールおよび検査信号の評価ユニットとのデータ交換を制御するために設けられている。
【００１８】
別の１つの態様によれば、ベースステーションは、ロボット用プラットフォームに対する評価ユニットの簡単な接続を形成するために、エンコーダ信号をエミュレートする。
【００１９】
別の態様によれば、評価ユニットの手前に、位置データを座標変換するための手段が設けられており、評価ユニットは、検査目的用にアレンジされた、自由に選択可能な座標系で作動する。
【００２０】
本発明による別の１つの態様によれば、モジュールの少なくとも１つは、ロボット用プラットフォームの位置を特定するために形成されている。
【００２１】
別の１つの態様によれば、位置を特定するために、位置発信器サブモジュールが設けられており、該位置発信器サブモジュールは、位置発信器ホイールとエンコーダユニットとを備えている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の１つの実施の形態による、モジュール方式のロボット用プラットフォームの構造を示すブロック図である。
【図２】本発明の別の１つの実施の形態による、２つの駆動モジュールと１つの直動モジュールとを備えたロボット用プラットフォームの斜視図である。
【図３】図２に示すロボット用プラットフォームの側面図である。
【図４】直流モータ、マイクロコントローラサブモジュールおよび直流モータに給電するための出力サブモジュールが組み込まれた、図２に示すロボット用プラットフォームの駆動モジュールの構造を示す図である。
【図５】図２に示す直動モジュールを単独で示す図である。
【図６】図４に示す出力サブモジュールを単独で示す図である。
【図７】図４に示すマイクロコントローラサブモジュールを単独で示す図である。
【図８】ロボット用プラットフォームの位置を特定するための位置発信器サブモジュールの側面図である。
【図９】ロボット用プラットフォームの移動をサポートするための、鉛直方向の回転軸線を中心に回動可能なステアリングローラの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明を実施するための形態を、図面を用いて具体的に説明する。
【００２４】
本発明により、モジュールシステムとして設計されていて、したがって個々のモジュールの選択や組み合わせに応じて様々な用途に適合させることができるロボット用プラットフォームが提供される。モジュールシステムは、以下の性質および利点を特徴としている。
・システムは、制限数の基本的なモジュールから形成されていて、用途に固有の構成要素、たとえばセンサにより補足される。
・基本的なモジュールには、必要な場合、制御ユニットが組み込まれており、制御ユニットは、モジュールを運転するために、必要なローカルインテリジェンスを提供する。
・各モジュールは、別のモジュールもしくは検査箇所の外側に位置する操作に必要なベースユニットと接続するための標準的なインタフェースを備えている。
・各モジュールは、必要な場合、給電用の接続部を備えている。
・モジュール間のデータ交換は、好適にはイーサネット規格に従って行われる。
・ロボット用プラットフォームは、位置決め手段を備えており、その際、位置データは、実時間でイーサネットを介して伝達され、評価される。
・検査に必要なセンサは、より多くの自律性、頑強性および融通性を得るために、同様にモジュールとして設計されている。
・モジュール化は、複数の階層に配置されたシステムレベルにみられ、つまり、１つのモジュール内に複数のサブモジュールが存在し、サブモジュールは、その特別な構成によりモジュールの性質を決定する。
【００２５】
図１には、本発明の１つの実施の形態による、モジュール方式のロボット用プラットフォームの構成をブロック図で示す。図１において破線で示すロボット用プラットフォーム１０は、基本的な複数のモジュールＭ１−Ｍ５を備えており、基本的なモジュールＭ１−Ｍ５は、ロボット用プラットフォーム１０を形成するために、図１において網掛けして示す、詳説しない構造的な結合手段１１（たとえばねじ結合）により相互に接続されている。各モジュールＭ１−Ｍ５は、複数のサブモジュールＳＭ１−ＳＭ１４を備えており、サブモジュールＳＭ１−ＳＭ１４は、各モジュールの構造および機能に関しする特徴を有している。
【００２６】
モジュールＭ１−Ｍ５は、規格化された通信接続部１３（これは好適にはイーサネット規格に従って作動する）を介して相互に直にデータを交換する。データ交換を実現するために、モジュールＭ１−Ｍ５に相応のインタフェースＩＦが設けられている。必要な場合、個々のモジュールＭ１−Ｍ５におけるサブモジュールＳＭ１−ＳＭ１４もまた相応の通信接続部１２を介してデータを交換する。さらにロボット用プラットフォーム１０とベースステーションＢＳとの間に通信接続部１４が形成されており、通信接続部１４を介して、ロボット用プラットフォーム１０に命令が送信され、ロボット用プラットフォーム１０により位置データが受信される。
【００２７】
ロボット用プラットフォーム１０のモジュール方式の構造と、モジュールとサブモジュールとの間のイーサネットを介する通信性とにより、ロボット用プラットフォーム１０自体に十分なインテリジェンスが存在する。これにより開ループ制御過程、閉ループ制御過程および測定過程を自律式に内部で行うことができ、その際、障害に敏感な、ベースステーションＢＳとのデータ交換を処理する必要はない。
【００２８】
このような原理に従って形成された具体的なロボット用プラットフォームの１つの実施の形態を図２に示す。図２に示すロボット用プラットフォーム２０は、相互間隔を有して配置された同一構造の２つの駆動モジュール１５を備えており、駆動モジュール１５は、ロボット用プラットフォーム２０の運動を制御するために用いられる。図４には、個々の駆動モジュール１５を示す。
【００２９】
駆動モジュール１５は、略直方体の幾何学形状を有する縦長のモジュールとして形成されていて、一方の端部に、マグネットホイール１６の対偶を有しており、マグネットホイール１６は、中央から外側に配置されており、駆動モジュール１５は、鉛直位置のみならず水平位置でも、駆動のためにロボット用プラットフォームに装着することができる。マグネットホイール１６は、ロボット用プラットフォームが走行面（下に位置する面、床、壁、支台等）上で移動する場合、一方では、走行面上で転動する。他方では、駆動モジュール１５におけるマグネットホイール１６は、走行面が強磁性である場合、ロボット用プラットフォームが走行面に付着するように働く。このようにしてロボット用プラットフォームは、たとえばタービンのロータ軸の周りを移動することができ、その際に落下または滑落することはない。
【００３０】
駆動モジュール１５の内側に直流モータ２７が配置されており、直流モータ２７は、伝動装置２７ａを介してマグネットホイール１６を駆動する。直流モータ２７に給電するために、出力サブモジュール２６が設けられており（図６参照）、出力サブモジュール２６は、たとえばＰＣＢ（プリント基板）として形成されていて、モータを駆動するのに必要な電子素子（出力半導体、コンデンサ、抵抗等）を備えている。出力サブモジュール２６の他に、マイクロコントローラ３２を備えたマイクロコントローラサブモジュール２８が駆動モジュール１５に取り付けられている。このサブモジュールは、ロボット用プラットフォーム２０の測定された実際位置と所望の目標位置とに応じて直流モータ２７の運転を制御する。最も簡単な場合、マグネットホイール１６自体に相応のエンコーダを取り付けることができ、エンコーダは、ホイールの回転数を測定し、対応するデータをマイクロコントローラ３２に提供する。さらにマイクロコントローラサブモジュール２８は、たとえばスイッチまたはセンサデータを読み取るか、もしくは表示要素を操作するために、別のデータ入口および出口を備えている。そのような付加機能は、容易に、マイクロコントローラ３２において進行する制御プログラムを介して達成することができる。
【００３１】
位置決めに際してスリップに関連するエラーを回避しようとする場合、図８に示すように、ロボット用プラットフォーム２０は、自律性の位置発信器サブモジュール３３を装着することができ、位置発信器サブモジュール３３は、特別な位置発信器ホイール３５で、進行した距離をほぼスリップなく記録して、シャシ３４に取り付けられたエンコーダユニット３７を介して、位置データとして提供し、位置発信器サブモジュール３３は、一般的な取付要素３６により、ロボット用プラットフォームの適切な任意の箇所に取り付けることができる。マイクロコントローラ３２は、大きな手間を掛けずに追加的な信号を読み取り、簡単に処理できるように設計されている。位置決めエラーの大幅な減少の他に、スリップ監視を実行することができ、上位のプログラムまたは作業員に相応に警告することができる。
【００３２】
相互間隔を有する２つの駆動モジュール１５は、図２もしくは図３に示すロボット用プラットフォーム２０では、直動モジュール１７により相互に固く結合されている。図５に個別に示す直動モジュール１７は、縦長のフレームを有しており、フレームは、正面に、長手方向に延在するリニアガイド１９を備えている。リニアガイド１９に、キャリッジ２１が、長手方向移動可能に配置されている。キャリッジ２１は、センサユニットを取り付けるように設計されていて、適当な取付孔（図５の符号２９）を備えている。キャリッジ２１は、直動モジュール１７に取り付けられた、図２には示していないモータにより移動可能であるので、キャリッジに取り付けられたセンサと共に、走行方向に対して横向きの移動が実現されている。このような構成でも、モジュールに、モータを運転するための適切なサブモジュール２６，２８が取り付けられている。
【００３３】
図３から看取されるように、ロボット用プラットフォーム２０は、別のモジュールとして電子ボックス２２を備えており、電子ボックス２２内に、ロボット用プラットフォームを運転するために必要な電子回路が取り付けられている。電子ボックス２２は、別のモジュールと同様に、接続ブシュ２４を備えており、接続ブシュ２４に、データ伝達用の相応のケーブルが接続可能である。
【００３４】
図示の実施の形態では、電子ボックス２２の下面に、別のモジュールとして（受動的な）ステアリングローラ２５が取り付けらており、ステアリングローラ２５は、ロボット用プラットフォーム２０を、突出する電子ボックス２２の範囲で移動可能に支持する。図９に示すように、ステアリングローラ２５は、平行に配置された２つのホイール３８，３９を備えており、ホイール３８，３９は、回動支承部４０により、鉛直軸線を中心に回動可能に支承されている。そのようなローラは、好適には、相応のサーボモジュールと組み合わせると、ロボット用プラットフォーム２０を操縦する、つまり移動方向を設定するために使用することもできる。移動方向の設定を行う別の構成は、両方の駆動モジュール１５の様々な操作により得られる。
【００３５】
通信接続部１２〜１４は、ライン接続されている。また、特にスペースまたは運動性の理由から好適である場合、特定の通信接続部をワイヤレスに構成することも考えられる。
【００３６】
総じて、本発明による技術設備の検査および保守のためのモジュール方式のロボット用プラットフォームは以下の特徴を有している。
・ロボット用プラットフォームは、制御電子装置が組み込まれた少なくとも１つの駆動ユニットを備えている。
・ロボット用プラットフォームは、ロボット用プラットフォームを位置決めするための手段を備えている。
・個々のモジュールは、相互変調のデータ交換のための規格化されたデジタルのインタフェースを備えている。
・モータ駆動装置の制御ループの外側で使用するためのユニットの位置決めデータは、デジタルのインタフェースを介して外側へ伝達され、別の目的に提供される。
【符号の説明】
【００３７】
１０，２０  ロボット用プラットフォーム（モジュラ）、  １１  結合手段、  １２〜１４  通信接続部（イーサネット）、  １５  駆動モジュール、  １６  マグネットホイール、  １７  直動モジュール、  １８  フレーム、  １９  リニアガイド、  ２１  キャリッジ、  ２２  電子ボックス、  ２４  接続ブシュ、  ２５  ステアリングローラ、  ２６  出力サブモジュール、  ２７  電動モータ（直流モータ）、  ２７ａ  伝動装置、  ２８  マイクロコントローラサブモジュール、  ２９  取付孔、  ３０，３１  構成要素（電子）、  ３２  マイクロコントローラ、  ３３  位置発信器サブモジュール、  ３４  シャシ、  ３５  位置発信器ホイール、  ３６  取付要素、  ３７  エンコーダユニット、  ３８，３９  ホイール、  ４０  回動支承部、  ＢＳ  ベースステーション、  ＩＦ  インタフェース（たとえばイーサネット）、  Ｍ１〜Ｍ５  モジュール、  ＳＭ１〜ＳＭ１４  サブモジュール
【図１】
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【図３】
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【図８】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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