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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

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。

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