JP2003225876A - 遠隔制御型切断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】相互干渉の排除、制御系の簡素化、および切断
時間を短縮を実現する遠隔制御型切断装置を提供する。 【解決手段】搬送機１、第１マニピュレータ２、把持機
３、第２マニピュレータ４、切断機５とを備える構成と
し、切断機３は、第１マニピュレータ２を基準として回
転移動する第２マニピュレータ４により、所定位置へ搬
送される遠隔制御型切断装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、遠隔制御により切
断対象を切断する遠隔制御型切断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】遠隔制御型切断装置は、例えば、遠隔地
に離れた操作員が操作部を直接操作し、または、自動制
御を行うように設定操作して、切断対象を切断する装置
である。このような切断作業を行う遠隔制御型切断装置
に取り付けられる切断機は、例えば、ガス、プラズマ、
レーザなどにより切断対象を溶断する機能を有してい
る。このような切断機で切断する場合、一般的に、切断
機と切断対象との間を一定距離に維持しなければならな
いという制約を伴うことが多い（以下このような切断機
のガス、プラズマ、レーザなどの照射口から切断対象ま
での距離を基準距離という）。

【０００３】例えば、レーザによる熱溶断を行う切断機
ならばレーザ照射口から出力されるレーザビームの光パ
ワーが集中するビームスポット位置に切断対象が位置し
ている必要があり、切断機と切断対象との間の基準距離
は、焦点距離に一致している必要がある。上記のような
理由から、遠隔制御型切断装置では、切断機と切断対象
との位置関係を正確に保つ位置決め制御が行われる。

【０００４】続いて、このような従来技術の遠隔制御型
切断装置の例として、建物など大型構造物の遠隔解体作
業を例に挙げて説明する。図４は、従来技術の遠隔制御
型切断装置による大型構造物の遠隔解体作業を説明する
説明図である。この遠隔制御型切断装置は把持機能に関
しては搬送機１０、把持機用マニピュレータ２０、把持
機３０により実現され、また、切断機能に関しては搬送
機４０、切断機用マニピュレータ５０、切断機６０によ
り実現される。

【０００５】図４（ａ）で示すように、遠隔操作型の台
車である搬送機１０に、ロボットリンク構造または伸縮
チューブ等で構成された把持機用マニピュレータ２０が
搭載され、この把持機用マニピュレータ２０の先端に把
持機３０が設置される。この把持機３０は予め立てられ
た制御位置計画に基づいて切断対象（大型構造物の一部
分である）７０を把持するようになされている。

【０００６】また、図４（ｂ）で示すように、遠隔操作
型の台車である搬送機４０に、ロボットリンク構造また
は伸縮チューブ等で構成された切断機用マニピュレータ
５０が搭載され、この切断機用マニピュレータ５０の先
端に切断機６０が設置される。この搬送機４０は、前記
した把持機３０用の搬送機１０とは関連することなく、
独自に移動するように構成されている。

【０００７】続いて、遠隔解体作業について説明する。
まず、図４（ａ）で示すように、把持機３０の位置決
め、および、切断対象７０の把持が行われる。予め立て
られた制御位置計画に基づいて搬送機１０および把持機
用マニピュレータ２０が把持機３０を搬送ののちに停止
し、停止後に把持機３０が切断対象７０を把持する。続
いて、図４（ｂ）で示すような切断機６０の位置決めが
行われる。予め立てられた制御位置計画に基づいて搬送
機４０は切断機用マニピュレータ５０および切断機６０
を搬送する。この搬送位置は切断計画線８０（図４
（ａ），（ｂ），（ｃ）上の点線部）の切断開始位置で
あるとともに、基準距離だけ離間している。

【０００８】続いて、図４（ｃ）で示すような切断が行
われる。予め立てられた切断計画線８０に沿うように切
断機用マニピュレータ５０は切断機６０を搬送する。そ
して、切断計画線８０に沿って切断対象７０を切断終了
したとき、切り離された切断対象７０を把持機３０が把
持しているため、切断対象７０が落下することはない。
その後に、把持機３０に把持された切断対象７０が搬送
機１０の移動とともに搬送され、他の箇所に載置され
る。その後同様の動作を繰り返して、大型構造物の解体
を行っていく。従来技術の遠隔制御型切断装置による大
型構造物の遠隔解体作業はこのようなものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来技
術では、把持機３０は搬送機１０および把持機用マニピ
ュレータ２０により、また、切断機６０は搬送機４０お
よび切断機用マニピュレータ５０により、それぞれ独立
して位置決め制御される形態が一般的であった。遠隔解
体作業では、レーザ切断のように切断機６０の照射口か
ら切断対象７０までの基準距離を数ミリメートル程度の
誤差の範囲に収めるような高精度の位置決め制御を行う
必要がある。このような位置決め精度を満たすために
は、搬送機１０、搬送機４０、把持機用マニピュレータ
２０および切断機用マニピュレータ５０それぞれが高精
度の位置決め制御を行う能力が必要であった。

【００１０】しかしながら、大型構造物を切断するため
には、広い三次元空間で位置決めするために長尺のリン
クを複数組み合わせたロボットリンク構造、または、長
尺の伸縮チューブを組み合わせた構造である把持機用マ
ニピュレータ２０および切断機用マニピュレータ５０を
使用することが一般的ある。モータ等の駆動源を基準と
して取り付けられた、長尺物のリンク・伸縮チューブの
先端はたわみが大きくなり、さらに複数のリンク・伸縮
チューブが取り付けられるため、把持機用マニピュレー
タ２０および切断機用マニピュレータ５０の剛性の確保
は困難であり、把持機用マニピュレータ２０の先端に取
り付けられた把持機３０および切断機用マニピュレータ
５０の先端に取り付けられた切断機６０を三次元空間の
所定位置に正確に位置決めすることは極めて困難であっ
た。

【００１１】また、搬送機１０、搬送機４０、把持機用
マニピュレータ２０または切断機用マニピュレータ５０
はそれぞれ独立して制御されるというものであり、それ
ぞれの位置決め誤差が累積するため、相乗的に位置決め
精度が悪化するという問題点もあった。このような事情
のために、制御系の設計等も複雑になるという問題もあ
った。

【００１２】さらにまた、把持機３０、および、切断機
６０をそれぞれ別途遠隔操作で位置決めするため、動作
が把持機３０の位置決め制御の後に、切断機６０の位置
決め制御を行うというように制御をシリアル（逐次的）
に行わなければならなかった。この理由としては、搬送
機１０、搬送機４０、把持機用マニピュレータ２０およ
び切断機用マニピュレータ５０の制御を並行して行うと
衝突するおそれもあるためである。したがって、位置決
め制御を完了するまで時間を要するという問題点もあっ
た。

【００１３】さらにまた、切断機６０を取り付けた切断
機用マニピュレータ５０は大型構造物を含む空間におい
て障害物を回避しながら移動する必要性が生じる。先に
位置決めした搬送機１０、把持機用マニピュレータ２０
および把持機３０も障害物となることが多い。切断時に
搬送機１０、把持機用マニピュレータ２０、把持機３
０、搬送機４０、切断機用マニピュレータ５０および切
断機６０の相互干渉（つまり、ある機械の存在のため他
の機械の移動を妨害するような状態）を回避するため
に、切断途中であっても切断作業を一旦停止し、搬送機
４０および切断機用マニピュレータ５０により相互干渉
が起きないように切断機６０を移動して再度切断開始す
る必要があり、切断に時間を要するという問題点があっ
た。このような事情から、制御位置計画を失敗すると遠
隔制御型切断装置の破損という事態も起こりうるもので
あり、制御位置計画は慎重に行う必要があって、手間を
要するという問題点もあった。

【００１４】本発明は、これら課題を解決するためにな
されたものであり、その目的は、相互干渉の排除、制御
系の簡素化、および切断時間の短縮を実現し、使い勝手
の良い遠隔制御型切断装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の遠隔制御型切断装置によれば、所定
位置まで移動される搬送機と、前記搬送機に設置される
第１マニピュレータと、前記第１マニピュレータの先端
に取り付けられ、三次元空間内の所定位置まで搬送され
る把持機と、前記第１マニピュレータを基準として移動
するように設置される第２マニピュレータと、前記第２
マニピュレータの先端に取り付けられ、三次元空間内の
所定位置まで搬送される切断機と、を備えることを特徴
とする。

【００１６】また、請求項２記載の遠隔制御型切断装置
によれば、請求項１に記載の遠隔制御型切断装置におい
て、前記第２マニピュレータは、前記第１マニピュレー
タを基準として回転移動するように設けられ、前記把持
機が把持する切断対象の周りを前記第２マニピュレータ
とともに前記切断機が移動して切断対象を切断すること
を特徴とする。

【００１７】また、請求項３記載の遠隔制御型切断装置
によれば、請求項２記載の遠隔制御型切断装置におい
て、前記第２マニピュレータの回転の中心軸は、回転体
状に形成された前記第１マニピュレータの中心軸方向と
略一致することを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態の遠隔制
御型切断装置について説明する。図１は本実施形態の遠
隔制御型切断装置の説明図、図２は本実施形態の遠隔制
御型切断装置の具体例の構成図、図３は本実施形態の遠
隔制御型切断装置による切断作業を説明する説明図であ
る。

【００１９】本実施形態では、図１で示すように、搬送
機１、第１マニピュレータ２、把持機３、第２マニピュ
レータ４、切断機５を少なくとも備えている。その具体
的な構成は、例えば、図２で示すような構造となる。搬
送機１は、例えば遠隔操作により移動する台車などであ
る。この台車は、例えば、図示しないレール等に沿って
移動できるようになされており、その位置決め制御は、
図示しない遠隔制御装置により行われる。

【００２０】第１マニピュレータ２は、この搬送機１に
設置されたロボットマニピュレータであり、三次元空間
内を移動できるようになされている。把持機３は、第１
マニピュレータ２の先端に取り付けられている。これら
第１マニピュレータ２および把持機３は、例えばロボッ
トハンドのようなものであり、把持機３が切断対象６を
把持できるようになされている。なお、把持機３は、第
１マニピュレータ２の先端で固定されていたり、また
は、第１マニピュレータ２の先端でさらに回転駆動する
ように構成されていても良い。これら構成は適宜選択さ
れる。

【００２１】このような第１マニピュレータ２に、さら
に、第２マニピュレータ４が取り付けられている。この
第２マニピュレータ４は、図２で示すように、まず、矢
印ａ方向へ回動するようになされている。このａ方向の
自由度を確保することで、把持機３が把持する切断対象
６の周りを第２マニピュレータ４が回転移動し、切断機
５を切断対象の所望の位置まで搬送することができる。

【００２２】さらに、第２マニピュレータ４自体は矢印
ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ方向に回動できるようなリンク構造
体であり、第２マニピュレータ４の先端を三次元方向の
任意の位置へ移動できるようになされている。つまり、
第２マニピュレータ４は、平面または曲面上の切断計画
線に沿って切断機５を移動させることができる６自由度
（矢印ａ〜ｆ）を有する。この利点については後述す
る。

【００２３】切断機５は、この第２マニピュレータ４の
先端に連結されている。切断機５は、その一例として、
ガス、プラズマ、レーザなどの熱溶断を行う装置が挙げ
られる。例えば、レーザによる熱溶断を行う機器ならば
レーザ照射口から出力されるレーザビームの光パワーが
集中するビームスポット位置に切断対象６が位置してい
る必要があり、切断機５から切断対象６までの距離は、
基準距離を保つように切断作業時には厳密に管理される
こととなる。

【００２４】続いて、このような遠隔制御型切断装置を
用いる大型構造物の遠隔解体作業について説明する。ま
ず、図１（ａ）で示すように、把持機３・切断機５の位
置決めと切断対象７の把持が行われる。予め立てられた
制御位置計画に基づいて搬送機１および第１マニピュレ
ータ２が把持機３を搬送ののちに停止させる。そして、
停止後に把持機３が切断対象６を把持する。

【００２５】この場合、把持と同時に搬送機１、第１マ
ニピュレータ２および把持機３は動作を停止し、第２マ
ニピュレータ４の動作基準が決定される。切断動作を行
うための第２マニピュレータ４は、広い動作空間ではな
く把持点を基準とする限定された空間内で動作すれば良
く、第２マニピュレータ４は小型化が可能であって、高
い剛性を確保することができる。また、従来の解体作業
のように広い空間内を移動して位置決めする方法と比較
して、位置情報が前段階の把持動作で得られているた
め、切断機５の高精度の位置決めが容易になって制御速
度を速めるなど制御上の効率を高めることができるよう
になる。

【００２６】続いて、図１（ｂ）で示すような切断対象
の切断が行われる。予め設定された切断計画線７（図１
（ａ），（ｂ）の点線）に沿うように第２マニピュレー
タ４は切断機５を搬送する。そして、切断計画線７に沿
って切断対象６を切断終了したとき、切り離された切断
対象７を把持機３が把持しているため、切断対象６が落
下することはない。その後に、把持機３に把持された切
断対象７が搬送機１の移動とともに搬送され、他の箇所
に載置される。その後同様の動作を繰り返して、大型構
造物の解体を行う。

【００２７】続いて、このような遠隔制御型切断装置を
用いる大型構造物の他の遠隔解体作業について説明す
る。図３（ａ），（ｂ）で示すように、切断対象が回転
体の場合、従来技術では、図３（ｂ）で示すように切断
機６０を切断対象７０の反対側まで移動させるときに
は、切断機用マニピュレータ５０および切断機６０が、
把持機用マニピュレータ２０および把持機３０と干渉す
るため、移送機４０を移動させた後に切断機用マニピュ
レータ５０および切断機６０を移動させて位置決め制御
を行わなければならず、時間を要するものであった。

【００２８】しかしながら、本実施形態では、図３
（ａ）で示すように、第２マニピュレータ４は第１マニ
ピュレータ２を基準とする回転移動ができるため、把持
機３が把持する切断対象６の周りを第２マニピュレータ
４とともに切断機５が円方向に移動して切断対象６を切
断することができるようになる。

【００２９】また、第２マニピュレータ４の回転の中心
軸は、回転体状に形成された第１マニピュレータ２の中
心軸方向と略一致するようにしてあり、さらに把持機３
と切断対象６の接触箇所である複数の把持点の中心点も
この中心軸を通過するようになされている。つまり、第
２マニピュレータ４が第１マニピュレータ２を基準とし
て回転するだけで、基準距離を保ちつつ、回転体である
切断対象６に対し切断計画線７に沿って溶射切断するこ
とが可能となる。

【００３０】このように本実施形態では、把持機３と切
断機５とを一つのユニットとし、特に、把持機３を基準
とする旋回（図２の矢印ａ方向に第２マニピュレータ４
が回転する。）ができる自由度構成は、従来技術で問題
となった干渉を回避して大型構造物の遠隔解体作業を円
滑に行うことができるようになるという利点がある。

【００３１】

【発明の効果】以上説明した本発明の遠隔制御型切断装
置によれば、把持機３と切断機５とを一つのユニットと
し、これら把持機３と切断機５とを一つの搬送機１で解
体対象である大型構造物まで到達させる。広い空間内で
の位置決めはこのときだけで済み、一度位置決めをして
把持機３が把持動作を完了した後は、そこを動作原点と
して切断に必要な切断計画線７をトレースするように第
２マニピュレータ４を位置制御すれば良く、二重に位置
決めをする動作時間を不要にするとともに、制御系の設
計の簡素化・位置決め精度の向上を実現することができ
る。

【００３２】さらに、切断機５が取り付けられた第２マ
ニピュレータ４は、把持機３により把持点を基準とする
所定領域の空間内を移動すれば良いため、切断計画線ま
では短いアーム長でよくなることから、高い位置決め精
度を得るのに十分な剛性を確保することが機械構造上容
易となり、この見地からも、制御系の設計の簡素化・位
置決め精度の向上を実現することができる。さらに、把
持した位置を中心として切断機に動作自由度を持たせる
ことができるので、切断動作中の把持機と切断機相互の
干渉を回避することができる。

【００３３】総じて、本発明によれば、相互干渉の排
除、制御系の簡素化、および切断時間の短縮を実現し、
使い勝手の良い遠隔制御型切断装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の遠隔制御型切断装置の説明
図である。

【図２】本発明の実施形態の遠隔制御型切断装置の具体
例の構成図である。

【図３】本発明の実施形態の遠隔制御型切断装置による
切断作業を説明する説明図である。

【図４】従来技術の遠隔制御型切断装置による大型構造
物の遠隔解体作業を説明する説明図である。

【符号の説明】

１ 搬送機 ２ 第１マニピュレータ ３ 把持機 ４ 第２マニピュレータ ５ 切断機 ６ 切断対象 ７ 切断計画線

フロントページの続き (72)発明者 高木 昭 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 松本 宏治 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2E176 AA01 DD61 DD64 3C007 AS11 AS12 AS21 BS09 BS28 BT01 DS01 ES01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定位置まで移動される搬送機と、 前記搬送機に設置される第１マニピュレータと、 前記第１マニピュレータの先端に取り付けられ、三次元
   空間内の所定位置まで搬送される把持機と、 前記第１マニピュレータを基準として移動するように設
   置される第２マニピュレータと、 前記第２マニピュレータの先端に取り付けられ、三次元
   空間内の所定位置まで搬送される切断機と、 を備えることを特徴とする遠隔制御型切断装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の遠隔制御型切断装置にお
   いて、 前記第２マニピュレータは、前記第１マニピュレータを
   基準として回転移動するように設けられ、前記把持機が
   把持する切断対象の周りを前記第２マニピュレータとと
   もに前記切断機が移動して切断対象を切断することを特
   徴とする遠隔制御型切断装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の遠隔制御型切断装置におい
   て、 前記第２マニピュレータの回転の中心軸は、回転体状に
   形成された前記第１マニピュレータの中心軸方向と略一
   致することを特徴とする遠隔制御型切断装置。