成果報告書詳細
管理番号20140000000014
タイトル平成23年度-平成24年度成果報告書 災害対応無人化システム研究開発プロジェクト 作業移動機構の開発 狭隘部遠隔重量物荷揚 作業台車の開発
公開日2014/3/19
報告書年度2011 - 2012
委託先名三菱重工業株式会社
プロジェクト番号P11018
部署名技術開発推進部
和文要約本研究は、平成23年度-24年度「災害対応無人化システム研究開発プロジェクト」の一環として、作業員の立ち入りが困難な建屋内において、天井近くまでロボットアームを移動させ、配管溶接、ボルト回し等の高度な補修修繕作業が可能な遠隔移動ロボットを開発することを目的としている。

ロボットのニーズは災害現場の状況に応じて多様であり、必要なロボットを迅速に入手できることが望まれている。これに応えるべく、本プロジェクトではモジュール設計を取り入れロボットを開発した。モジュール設計とは、機能別に分けた構成要素(モジュール)毎に設計し、各モジュール間を簡単なインターフェースで接続する思想の設計である。将来の様々なニーズに対して必要なモジュールのみを開発し交換することで、新たな仕様のロボットへとカスタマイズが可能となる。

本プロジェクトでは、(1)移動機能としての台車モジュール、(2)高所アクセス機能としての荷揚げモジュール、(3)作業用ロボットアームとしての搭載モジュール、(4)各種作業に対応すべくロボットアーム先端に装備される専用工具としてのエンドエフェクタモジュールの4つのモジュールで構成されるロボットを開発した。

以下に開発したロボットの主要仕様を以下に示す

外形寸法・質量 :全長2530、幅800、全高2000 [mm]、4 [ton]
移動方式    :4輪駆動4輪操舵方式
走行性能    :段差50 [mm]、傾斜15 [度]、平地最大6 [km/h]
移動性能    :前後進、右左折、その場旋回、横や斜め等全方向への平行移動
荷揚げ機構   :5段伸縮梯子構造、荷揚力150 [kgf]
ロボットアーム :7軸多関節、先端取扱質量20 [kg]、繰返し位置精度0.5 [mm]
アクセス高さ  :8 [m]
先端ツール   :バルブ開閉ツール
操作方式    :ノートパソコン+ゲームコントローラによる無線操作
動力源     :電気自動車用リチウムイオンバッテリ、稼働時間5時間以上
安全装備    :アウトリガー荷重監視による転倒防止インターロック

ロボットの検証試験は、災害のあった福島第一原子力発電所の環境を想定し、複雑な通路や障害物を模擬した照明の無い環境を準備して実施した。結果、ロボットの移動やロボットアームの動作を、搭載している複数のカメラにより監視しながら、8m上方に取付けた模擬バルブを遠隔操作で開閉できることを確認検証した。

今後は、各種モジュールの充実や、ロボットシステムの改良を進め、福島第一原子力発電所での災害収束支援等に適用していく。
英文要約Title:Research and Development Project for an Unmanned Disaster Response System / 1. Development of work movement mechanism / (4). Remote control heavy lift/wheeled platform for operation in a limited space (vehicle-mounted aerial platforms)
/(FY2011-FY2012) Final Report

This research aims to develop remote-controlled mobile robot capable of extending an arm as near as ceiling in order to perform high-level repair tasks such as pipe welding or bolt turning in buildings inaccessible by personnel due to contamination or factors. This project is part of the “Research and Development Project for an Unmanned Disaster Response System, 2012.”

There are various requirements for the robot depending on circumstances at disaster areas, and it is a necessary that required robots be available promptly. In response to this, we have come up with a robot employing a module design method, where constituent elements (modules) are categorized per function to be designed individually and these modules are interconnected with a simple interface. Through this method of design, customized robots with new specifications could be available by developing and replacing required modules alone for various needs to be brought about in the future.

In this project, we have come up with a robot made up of 4 modules, namely, (1) Platform module for roaming feature, (2) Load lifting module for accessing higher altitude, (3) Attachment module for working robot arm, (4) End effector module as purpose-built tool to be equipped at the tip of the robot arm in order to cope with various tasks.

The following are the major specifications for the robot we have devised this time.

Outer dimensions / Mass: Overall length 2530, Width 800, Overall height 2000 [mm],
4 [ton]
Travel system: 4-wheel drive, 4-wheel steering
Traveling performance: Step 50 [mm], Slope 15 [degree], Level ground 6 [km/h] max.
Roaming performance: Forward and Backward, Right & Left turn, Pivot turn, Parallel translation to omni-direction, i.e. lateral or diagonal etc
Load lifting mechanism: 5-step telescopic ladder structure, Load lifting 150 [kgf]
Robot arm: 7-axis multi-joint, Handling mass at tip end 20 [kg], Position repeat accuracy 0.5 [mm]
Accessible height: Up to 8 [m]
Attachments: Valve opening/closing tool
Operating method: Wireless remote control by means of Note PC + Game Controller
Power source: Lithium-ion rechargeable battery for EV, Operating 5 hours or longer
Safety equipment: Tipping over prevention interlocking mechanism by monitoring outrigger load

This robot was verified by carrying out tests in a lightless environment with intricate passages and obstacles in a recreation of the environment at the disaster-stricken Fukushima Daiichi Nuclear Power Station. As a result, we confirmed that the robot can open and close simulated valve installed 8m above it while monitoring the robot’s movements and the actions of its arm through a number of equipped cameras.

We are planning to employ this robot for support activities for restoration from disaster at Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, by upgrading various modules or systems of the robot.
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