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論文

Robot vision system R&D for ITER blanket remote-handling system

丸山 孝仁; 油谷 篤志; 武田 信和; 角舘 聡; 中平 昌隆; Tesini, A.*

Fusion Engineering and Design, 89(9-10), p.2404 - 2408, 2014/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:36.81(Nuclear Science & Technology)

For maintenance of ITER, a system to remotely handle the shield blanket modules is necessary because of high $$gamma$$-ray field. Blanket handling will be carried out by robotic devices such as power manipulators. The manipulator should have a non-contact sensing system to install and grasp a module, and the manipulator is required to be accurate within 5 mm in translational motion and 1 degree in rotational motion. The Robot Vision System (RV) was adopted as the non-contact sensing system. To satisfy the requirements, three widely used methods of RV were adopted: Stereo Vision, Visual Feedback and Visual Servoing. Stereo Vision is a RV method using two cameras. In Visual Feedback, the manipulator moves to the target position in many sequential steps. In Visual Servoing, the manipulator moves in order to fit the current picture with the target picture. Also, note that it is completely dark in the vacuum vessel and lighting is needed. Tests for grasping a module using those three methods were carried out and the measuring error of the RV system was studied. The results of these tests were that the accuracy of the manipulator's movements was within 1 mm and 0.3 degrees using RV. This satisfies the requirements; therefore, it is concluded that RV is suitable as the non-contact sensing system for the ITER BRHS.

論文

Dust removal experiments for ITER blanket remote handling system

上野 健一; 油谷 篤志; 齋藤 真貴子; 丸山 孝仁; 武田 信和; 村上 伸; 角舘 聡

Plasma and Fusion Research (Internet), 9, p.1405012_1 - 1405012_4, 2014/02

To reduce the maintenance workers dose rate caused by activated dust adhering to the ITER blanket remote handling system (BRHS), the dust must be removed from the BRHS surfaces. Dust that may adhere to the top surface of the BRHS rail from cyclic loading of the in-vessel transporter was considered to be the most difficult aspect for dust removal. Dust removal experiments were conducted to simulate the materials, conditions, and cyclic loading of actual BRHS operations. Tungsten powder was used to simulate the dust. A combination of dust removal methods including vacuum cleaning and brushing were applied to simulated dust that adhered to the test pieces. The results show that simulated dust was able to be removed following a 60-second vacuum cleaning and an additional 60-second vacuum cleaning and brushing. Trace amounts of simulated dust (7.8$$times$$10$$^{-10}$$ g/mm$$^{2}$$) still remained after this additional cleaning.

論文

Rail deployment operation test for ITER blanket handling system with positioning misalignment

武田 信和; 油谷 篤志; 谷川 尚; 重松 宗一郎; 小坂 広; 村上 伸; 角舘 聡; 中平 昌隆; Tesini, A.*

Fusion Engineering and Design, 88(9-10), p.2186 - 2189, 2013/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:21.27(Nuclear Science & Technology)

ITERブランケット遠隔保守システムのための軌道展開装置の研究開発を行った。自動運転に必要な目標トルクを調査した。結果として、定格トルクの20%が自動運転のトルク制限値として適切であった。2020年にITER機構に納入するという、ブランケット遠隔保守システムの調達スケジュールも示された。

論文

Performance evaluation on force control for ITER blanket installation

油谷 篤志; 武田 信和; 重松 宗一郎; 村上 伸; 谷川 尚; 角舘 聡; 中平 昌隆*; Hamilton, D.*; Tesini, A.*

Fusion Engineering and Design, 88(9-10), p.1978 - 1981, 2013/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:21.27(Nuclear Science & Technology)

ITERの真空容器内機器であるブランケットは、高い$$gamma$$線環境下におかれるため、交換を遠隔保守ロボットによって行う。ブランケット遠隔保守ロボットの調達は日本が担当しており、原子力機構は国内機関として調達仕様決定のための研究開発を実施してきた。ブランケット遠隔保守ロボットは大重量(40kN)のブランケットを真空容器のキー構造に嵌合し、高精度(0.5mm以下)に最終位置決めする。この位置決めの技術課題は、嵌合前の位置決め誤差により、嵌合過程においてキー構造の接触面に過大な反力が発生し、かじりが生じることである。この技術課題を解決するために反力を抑制する駆動モータのトルク制御手法を開発し、本開発御手法の妥当性を検証するために実規模試験を実施した。その結果、本手法が極めて狭隘な嵌合構造下で、反力を抑制しながら嵌め合い動作を行うために有効な手法であることを確認した。

論文

Irradiation test progress for the ITER maintenance robot

野口 悠人; 安斉 克則; 小坂 広; 油谷 篤志; 椛澤 稔; 武田 信和; 角舘 聡

第31回日本ロボット学会学術講演会予稿集(DVD-ROM), 2 Pages, 2013/09

BB2013-1301.pdf:0.22MB

This paper describes the progress of the $$gamma$$ radiation tests of the components used in the ITER maintenance robot. The objective of this test is to clarify the effects of radiation exposure on the major robot components and to develop the radiation hard robot based on the obtained results. Testing of the components related to the driving mechanism will be given priority since a failure of the driving mechanism can lead to severe trouble. All the testing of the listed components will be done by 2014.

論文

Comparative study of laser and TIG weldings for application to ITER blanket hydraulic connection

谷川 尚; 油谷 篤志; 重松 宗一郎; 武田 信和; 角舘 聡; 森 清治*; Jokinen, T.*; Merola, M.*

Fusion Engineering and Design, 87(7-8), p.999 - 1003, 2012/08

 被引用回数:13 パーセンタイル:74.08(Nuclear Science & Technology)

本論文では、ITERブランケットの冷却配管へ適用するために開発したレーザー及びTIG溶接ツールを比較検討する。対象とする配管は外径が48.26mmで肉厚が2.77mmである。再溶接性を考慮して、フィーラー材なしの単パス溶接が要求されている。レーザー溶接では、許容ミスアライメントを大きくするために、スポット径を拡大した。TIG溶接では、トーチの溶着を防ぐと同時に許容ミスアライメントを大きくするために、AVC機構を採り入れた。これらの工夫を施したツールについて、実機への施工で予想される全姿勢溶接の条件を最適化した。溶接入熱,許容ミスアライメント,ツールの寿命,スパッタもしくはヒュームの生成量などについて比較検討した。

論文

Verification test results of a cutting technique for the ITER blanket cooling pipes

重松 宗一郎; 谷川 尚; 油谷 篤志; 武田 信和; 角舘 聡; 森 清治*; 中平 昌隆*; Raffray, R.*; Merola, M.*

Fusion Engineering and Design, 87(7-8), p.1218 - 1223, 2012/08

 被引用回数:5 パーセンタイル:42.85(Nuclear Science & Technology)

ITERの保守交換技術の1つである冷却配管の切断技術では、切断面が良質であることと、切断紛の発生がゼロであることが要求される。このため、これら2つの要求条件を満足する切断方式として、2つの機械式切断方法を選定し、要求条件を満足する以下の切断性能を有することを確認した。(1)ディスクカッタ型切断方式: 配管内部からアクセスし、42mm内径(厚み3mm)の冷却配管切断を可能にするために、切り込み力と切断回転力を支持する機構部分をコンパクトにするために「くさび」型の機構を採用した。この支持機構により切断力の均等化と伝達効率を高めることが可能になり、切り粉の発生がない極めて良好な切断面を得ることができた。(2)ホールソー切断方式: 従来、ホールソーによる切断は外側に切り粉を拡散させる方式であるため、切り粉を集塵するカバーが必要となり、切削機構部が大型化することが技術課題であった。この課題を解決するために、内側に切り粉を集めるように、切削刃チップの配置とこのチップの形状を選定した。この結果、切り粉のホールソー内側への高い流動性と、99%以上の集塵効率、200回以上の耐久性を有することを確認できた。

論文

R&D on major components of control system for ITER blanket maintenance equipment

武田 信和; 角舘 聡; 松本 泰弘; 小坂 広; 油谷 篤志; 根岸 祐介; 中平 昌隆*; Tesini, A.*

Fusion Engineering and Design, 85(7-9), p.1190 - 1195, 2010/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:11(Nuclear Science & Technology)

ITERブランケット遠隔保守システムについての研究開発は、工学設計活動の時期以来現在まで続けられており、制御システムに関する若干の技術的課題を残すのみとなっている。技術的課題の例としては、スリップリングによるノイズ,ケーブル取扱装置の制御,超長距離ケーブルを通じた信号伝送,耐放射線性アンプ等である。本研究ではこれらの課題に着目している。結論として、制御システムに関する主な課題は解決され、ITERブランケット遠隔保守システムの実現性がより高まった。

口頭

Tribological proof test results of Diamond Like Carbon (DLC) film to lubricate the mechanical gear for ITER remote handling equipment under GPa level high contact stress

角舘 聡; 武田 信和; 中平 昌隆*; 油谷 篤志; 松本 泰弘; 小坂 広; 根岸 祐介

no journal, , 

ITERブランケット遠隔保守機器に使用する潤滑材に関する設計要求は「グリース等の漏洩防止措置をとること」となっている。しかし、可動する大型歯車機構部に漏洩防止措置を取ると、機構部分が複雑・肥大化し、機構設計が成立しない。このため、グリースなしのドライ潤滑として、耐摩耗特性に優れたDLC(Diamond Like Carbon)膜技術に着目し、ドライ潤滑技術の開発を行った。その結果、DLC膜のピン・オン・ディスク試験による要素試験より、軟DLCとSNCM420(浸炭処理)の組合せが寿命10000回,面圧4.2MPaで焼付きを起こしていないことから、最も耐摩耗特性に優れていることがわかった。さらに、この結果から歯車材料(SNCM420を浸炭処理)及びDLC膜種(軟DLC)でDLC歯車を製作し、設計荷重である歯車面圧1.5GPa下で歯車を噛み合わせて耐久試験を行った結果、設計寿命10000回を超える30000回以上の耐久性を有することが判明した。

口頭

ITERブランケット遠隔保守システムにおける軌道展開・接続のモックアップ検証試験

小坂 広; 武田 信和; 油谷 篤志; 松本 泰弘; 根岸 祐介; 角舘 聡

no journal, , 

ITERブランケット遠隔保守システムは日本が調達を担当しており、2010年10月の調達取り決め締結に向けて、調達仕様を明確にするために現設計の検証試験に取り組んでいる。本システムではドーナツ状の真空容器内に軌道を敷設し、その上を走行するビークル型マニピュレータにより最大重量約4tのブランケットモジュールの保守・交換を行う。真空容器内への軌道の敷設は、円弧状の2リンク1関節から構成される軌道セグメントごとの接続(組立)後に、接続された6リンク5関節の軌道を真空容器内に展開(敷設)させる。この接続・展開動作の技術課題は、0.1mm以下の高精度な接続技術である。本報告では、最初に、高精度接続を実現する接続機構及び接続手順を示し、次に、この設計を検証するために試作した実規模部分モデルにより、設計の妥当性が明らかとなった結果を報告する。

口頭

トルク制限制御を利用したITERブランケットモジュール交換

油谷 篤志; 武田 信和; 松本 泰弘; 小坂 広; 根岸 祐介; 角舘 聡

no journal, , 

現在建設が進められている国際熱核融合実験炉(ITER)では、炉内機器が$$gamma$$線環境下におかれるため、機器の保守を遠隔で行う必要がある。炉内機器の一つであるブランケットは運転時の熱負荷等により損傷するため交換が必要となる。この保守・交換を行う保守ロボットは日本が調達を予定している。本保守ロボットは最大重量40kNのブランケットを高精度(最終設置精度0.5mm以下)で取付けることが要求されている。この最終的設置精度を満足するためにキー構造にブランケットを勘合させる。勘合前の位置決め誤差によってブランケットとキーが接触し、挿入過程の接触状態によって過大な反力を伴う「かじり」が発生する。このため、この「かじり」を抑制するための制御手法を開発する必要がある。筆者らはアクチュエータのトルク制御を利用することで、エンドエフェクタにキーに沿って動作できる追従性(コンプライアンス)を与え、「かじり」による反力を抑える手法を開発した。本手法の有効性を実規模装置によって試験した結果、アクチュエータがキー形状に追従して受動的に回転することで位置決め誤差を修正し、反力を低減できる可能性が示唆された。

口頭

ITER(核融合実験炉)遠隔保守における大型重量体(4ton)のハンドリング技術

重松 宗一郎; 油谷 篤志; 武田 信和; 小坂 広; 根岸 祐介; 角舘 聡

no journal, , 

ITERブランケット遠隔保守ロボットでは、ブランケットを把持したエンドエフェクタ先端でのたわみ、及び軌道の敷設誤差を補正するためにカメラによる位置計測を利用している。隣接するブランケットの隙間が10mmであることから、ブランケット取り付け時に隣接するブランケットと干渉しないために計測精度は10mm以内に収まる必要がある。この要求を満足する計測法として、1台のカメラにより撮影された画像を使用し、対象の位置と姿勢を計測する単眼法を採用した。単眼法の技術課題は奥行き方向の計測時に誤差が大きくなることである。この技術課題を解決するために、寸法が既知である特徴的な構造の把持穴、キー構造に着目してテンプレートを作成し、テンプレート形状と画像が一致した時の対象の位置と姿勢を計測するパターンマッチング手法を適用した。本手法を適用して計測試験を行った結果、x, y, z方向のそれぞれについて、10mm, 8mm, 8mmの計測精度を得た。これより、計測精度10mmの要求条件を満足することから単眼法に技術課題を解決し、手法の妥当性を検証できた。

口頭

トルク制御を利用した大型構造体(ITERブランケット)の交換試験

油谷 篤志; 武田 信和; 小坂 広; 根岸 祐介; 角舘 聡; 松本 泰弘*

no journal, , 

ITERブランケットはDT反応時に$$gamma$$線環境下におかれるため保守交換を遠隔で行う。この交換を行う保守ロボットは日本が調達を予定している。保守ロボットは重量40kNのブランケットを高精度(最終設置精度0.5mm以下)で取付けることを要求されている。キー構造にブランケットを勘合させることで最終設置精度を満足させる。勘合前の位置決め誤差によって、勘合過程で過大な反力を伴う「かじり」が発生する。「かじり」が発生すると過大な反力によって勘合を完了できない場合がある。そのため「かじり」を抑制するための制御手法を開発する必要がある。従来の大容量の力センサは1トン程度の重量があり可搬性能が大幅に低下するため採用できない。そこで筆者らは保守ロボットの既存の機構を利用する「かじり」抑制法を開発した。開発した「かじり」抑制法はモータドライバのトルク制限機能を利用する。これにより位置決め誤差がある場合の勘合ではエンドエフェクタがキーからの反力に「ならう」ように姿勢を変化できるため、反力を低減できる。この結果「かじり」を防いで反力を抑制し、1.2度の角度誤差がある姿勢から、最終設置精度0.5mm以下を達成した。

口頭

核融合保守ロボットの機械システム設計

角舘 聡; 武田 信和; 油谷 篤志; 重松 宗一郎; 松本 泰弘*; 辻 光一*

no journal, , 

保守ロボットへ要求される設計条件(制約条件)は、2つである。一つは、高い放射線($$gamma$$線)環境下で保守作業を行うこと。他の一つは、核融合炉の構造的特殊性に適用可能であることである。この構造的特殊性とは、保守空間である真空容器内(炉内)がドーナツ形状であり、炉内へのアクセス空間が保守空間より遙かに小さいという構造側の事情から要求される空間の制約条件である。本報では、環境と空間の両者の制約条件を満足するための保守ロボットの機械システム設計について、これまで行ってきた以下の実設計を例に、新たな視点で従来の設計を見直す。(1)要求される設計条件,(2)炉内での保守作業に必要な機構設計,(3)炉内へのアクセス方、及び炉内への保守ロボットの設置,(4)故障時の設計

口頭

Recent test results on blanket module installation using in-vessel transporter for ITER

油谷 篤志; 武田 信和; 角舘 聡; 久保 智美*; 杉本 健*; 中平 昌隆*; Tesini, A.*

no journal, , 

ITERのブランケットなどの真空容器内機器は、DT反応により$$gamma$$線環境下に置かれるため、保守交換を遠隔機器によって行う必要がある。ブランケット遠隔保守に用いるシステムの調達は日本が担当しており、原子力機構は調達仕様決定のために研究開発を継続してきた。ブランケット交換では、大重量(40kN)のブランケットを真空容器のキー構造に勘合させて、高精度(0.5mm以下)に最終的な位置決めをする必要がある。このため、カメラ計測による誤差10mm以下の位置決めと、勘合過程で発生する過大な反力を抑制する力制御の組合せによって、最終的な位置決め精度を達成した。本報告は、その手法と試験結果について報告を行う。

口頭

R&D for major devices of ITER blanket remote handling system to finalize design for procurement

油谷 篤志; 小坂 広; 角舘 聡; 根岸 祐介; 松本 泰弘*; 中平 昌隆*; Tesini, A.*; 武田 信和

no journal, , 

ITERブランケット遠隔保守システムの軌道展開装置及びケーブルハンドリングシステム等、主要機器に関する研究開発を行った。軌道展開に関しては、位置決めアームに用いるオルダム機構と、軌道先端部での位置決め誤差との関係について検討した。その結果、4mmの移動を許すオルダム機構は19mmの位置決め誤差を生じさせることが明らかになった。その対応策についても示唆した。ケーブルハンドリングシステムについては、トルクを制御することによってケーブルの張力を適切なレベルに抑える制御手法を示した。2016年にITERに納入するという、ブランケット遠隔保守システムの調達スケジュールも示した。

口頭

ITERブランケット冷却配管の溶接切断技術の開発

油谷 篤志; 重松 宗一郎; 谷川 尚; 武田 信和; 角舘 聡

no journal, , 

本報告では、ITERブランケットの冷却配管へ適用するために開発した溶接及び切断ツールの試作試験結果を報告する。溶接ツールは、配管の内側から溶接する。レーザー溶接及びTIG溶接を選択し、比較検討した。レーザー溶接では許容ミスアライメントを大きくするためにスポット径を拡大した。加えて、ミラーの汚れを抑制するためにヒュームを掃引する機構を追加した。TIG溶接では、許容ミスアライメントを大きくするために、配管内部にアルゴンガスを充填し、内圧をコントロールする機構を追加した。切断ツールは、配管を内側から切断するディスクカッタ切断ツール及び、配管蓋を切断するホールソー切断ツールを開発した。ディスクカッタ切断ツールでは、42mmの配管内径に収めるために、テーパ付きナットとねじシャフトによりカッタ刃を押付ける機構を開発した。ホールソー切断ツールでは、切屑を回収するために、円筒の内側に切屑を送る工具と、工具内部を吸引する切屑回収機構を開発した。これらの工夫を施したツールについて、実機への施工で予想される溶接及び切断条件を最適化した。

口頭

ITERブランケット遠隔保守システムの調達状況と計画

武田 信和; 油谷 篤志; 谷川 尚; 小坂 広; 重松 宗一郎; 村上 伸; 皆川 昇; 角舘 聡

no journal, , 

ITERでは、保守時の高放射線環境のため、真空容器内機器の保守作業は遠隔装置によって行われる。本報では、原子力機構が調達を担当するブランケット遠隔保守システムの状況と計画について報告する。

口頭

国際熱核融合実験炉ITERにおける遠隔保守ロボットの研究開発

丸山 孝仁; 油谷 篤志; 武田 信和; 角舘 聡

no journal, , 

国際熱核融合実験炉ITERでは、放射線環境下で大重量大型機器(最大4.5トン)を高精度(最終設置精度1mm以下)で取り扱う必要があることから、ロボットによる遠隔保守が必要不可欠である。これらの要求を満足するために、ロボットと大重量大型の保守対象機器との間の相対的位置関係を計測する手法として、カメラを用いたロボットビジョンを採用している。この手法の計測精度を上げるために、計測精度への影響の大きい誤差要因を特定する誤差解析を実施した。その結果、計測情報をロボット動作座標系に変換する変換行列が計測精度に大きな影響を与えていたことが判明した。この分析により、この変換行列の誤差要因である三次元測定器の誤差の影響を低減することが本手法の高精度化に不可欠であることがわかった。さらに、三次元測定器誤差がビジョンシステムへ与える影響を低減する手法を提案し、数値計算による解析により提案手法の妥当性を確認した。

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