三菱重工業のロボット技術への取組み状況および当社ロボッ...

三菱重工業のロボット技術への取組み状況

および当社ロボット技術のＥ＆Ｐ分野への適用可能性

Introduction of MHI Robot Technologies

-Applicability of our Robot Technologies to E&P field-

JOGMEC Techno Forum 2015 Oct. 28 2015

Ken ONISHI Equipment Designing Section

Nuclear Energy System Division

Energy & Environment

© 2015 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved. 2

概要 Abstract

三菱重工業は、原子力発電所での検査・補修といった保全業務に使用するロボットを30年以上にわ

たり開発し実工事へ適用してきた中で，ハードウェア及びソフトウェアの設計・製作技術と，１つのロボットにまとめあげるシステム化技術を培ってきた．原子力に特有な放射線環境中や水中で，人に代わって遠隔や自動で作業をするロボット技術を応用し，東日本大震災で被害を受けた東京電力福島第一原子力発電所の廃止工事の他，消防や警察による災害対応作業へ適用するロボットや，人の作業をサポートするパワーアシストスーツなどの開発も行っているので，最新状況を紹介する．

これらロボット技術に，潜水調査船などの海洋機器や各種船舶を建造する技術，用機械などを開発する技術やICT技術をミックスすることにより，E&P

分野へのソリューションを提供できると考えている

Mitsubishi Heavy Industries has been cultivating the design

and manufacturing technology for hardware and software

through the development of robots used in maintenance

operations such as inspection and repair at nuclear power

stations and their application to actual works, and on the

systemization technology for integrating such hardware and

software into one robot. The company also develops robots that

can be applied to disaster response works conducted by the fire

service and the police in addition to the decommissioning work

at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station of Tokyo

Electric Power Company, which was damaged by the Great

East Japan Earthquake, and a power assist suit designed to

provide support for human works, by applying the technology

for robots that perform works by remote control or

automatically in place of humans in a radiation environment

specific to nuclear energy or under water. We introduce the

latest status of these robot technologies.

We think that our company can provide solutions for the

field of exploration and production by blending these robot

technologies with the technology for constructing marine

equipment for submersible research vehicles, etc. and various

ships, the technology for developing machinery for ships and

the ICT technology.


About Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.

Oil & Gas

Production Plants

Marine Development

Equipment

4 Domains

Diverse Product line

Nuclear Power

Generation

Robots

Source: MHI’s HP http://www.mhi.co.jp

http://www.mhi-global.com/products/category/oil_and_gas_production_plants.html

http://www.mhi-global.com/products/category/nuclear_power_generation.html


My background

最近は福島収束支援や災害対応も

Recently, we have worked to support

recovery from the Fukushima

accident and disaster response.

（たまに）中量産品もやってます！

(Occasionally)

We handle medium-volume production as well!

原子力プラント向けの一品一様オーダメイド開発が得意です！

Individually designed and produced products for nuclear power

plants. We are good at custom-made development!

一般産業用および研究用として

約400台の出荷実績

We have shipped about 400

units for general industrial and

research applications.

家庭用として100台出荷するも、BTBへ方針転換中

We have shipped 100 units for

home applications but are shifting

toward BTB.


Timeline history of MHI robot technology

1970 First Japanese nuclear

power plant started operation

1980 1990 2000 2010

Robots for

nuclear plants

Robots for

nuclear disaster

1970

1999 Nuclear criticality accident at

JCO Tokai nuclear fuel plant

2011 Great East

Japan Earthquake

Inspection Robot Underwater

navigating robot

Maintenance robot ・SG-USP for SG nozzle

Enhancement of

Maintenance Robot

MR-Ⅲ A-UT machine RV-INLAY SG-USP

MARS series

・Steam Generator tube

Inspection device (MR-Ⅲ)

・Piping inspection robot ・ Automatic RV inspection

equipment (A-UT machine)

・RV-INLAY for RV

Piping inspection

robot

・MARS-A ・MARS-T

・MARS-i

For Fukushima

Super Giraffe Work at height

MEISTeR SAKURAⅡ High mobility

up & down stairs

Power assist suit Reduce

the workload Double arm

working in decontamination


Key word : Manipulation

7-axis manipulator

10kg portable mass

7-axis manipulator

25kg portable mass

Waterproof manipulator

for RV inspection robot

7-axis manipulator

for RV repairing robot Disaster response robot (Dual 7-axis manipulators)

MHI provides manipulators which can be applied to various operating conditions.

(radiation, heat, explosion, chemical, underwater, etc.)


Key word : Underwater Robotics

7-Axis manipulator

Underwater self-propulsion vehicle

Thrusters

End effector

(ECT, UT probe)

← A-UT machine

ECT or UT inspection of RV nozzle (ID approx. 700mm)

↑ Operating status →

(underwater & remote controlled)

[movie] Reactor vessel (RV)

(ID = 4m)

Water pool

Operation floor

RV nozzle

(ID = 700mm)

movies/1_A-UT.mpg

2001年 From the 1990s, A-UT machine has been developed and

used on the maintenance work of the nuclear power plants


Key word : Modular design Robotics

Lift axis

(2000～7600mm)

Pan axis

(±90°)

Tilt axis

(-90～180deg)

7-axis robot arm

Turn axis

(±171deg)

Incline axis

(0～80°)

Outrigger slide

(0～600mm)

Outrigger lift

(0～220mm)

Driving axis

Steering

(±175°)

Lifting

Moving

Manipulating

Tooling Tooling

LAN for control LAN for image

Note PC and game controller

4.9GHｚ

5.2GHｚ

Manipulating

Lifting

Moving

Lifting

controller

Moving

controller

Main

controller

Tooling

controller

Manipulating

controller

HUB

HUB

HUB

PLC

PLC

Oil Power

battery

HUB

HUB

HUB

Air

Wireless

Wireless

© 2015 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

４WD＋４WS

Battery system of commercial EV

“Mitsubishi motors i-MiEV” is equipped

MHI “Super Giraffe”


Key word : Mobile Manipulator

2. 不整地走行

Moving on irregular ground

地面形状に合わせてクローラが自動で追従すると共にロボット重心を上体部が稼働することにより自動的に調整する。

As the crawler automatically follows the

ground surface, the upper body of the robot

moves to automatically adjust the robot’s

center of gravity.

壁面や床面から円筒形状のコンクリートコアサンプルを採取する。コアサンプルの分析により深さ方向の汚染程度を把握する。

Drills a wall or floor and takes a

cylindrical concrete core sample to

analyze the degree of contamination

in the depth direction

双腕ロボットアームの片腕で手すりを支え，もう片方の腕で遠隔操作により切断する

Cuts a handrail pipe with dual robot arms

by remote control

サブカメラ

双腕7軸マニピュレータ

カメラ機能

電装品

対地適応型クローラ

放射線等による故障を想定し，電装品をユニット化しており短時間での交換が可能。人間の腕と同じ関節数

をもつアーム。障害物を回避しながらの操作など複雑な動作が可能。

可搬重量：15kg

地面形状に自動的に適応する。階段，狭隘部，不整地面等が走行可能。

先端ツール

作業内容に合わせ換装が可能。

メインカメラ（1台）

- パンチルト・ズームが可能

サブカメラ（6台）：

重心移動機構

上体を動作させて，重心位置を自動調整することが可能。

＜主な用途＞

- ドア開閉

- バルブ開閉

- 配管穴あけ

内蔵バッテリにより無線経由で連続2時間の操作が可能。

無線機能

サブカメラ

has same number of

joints as human can

perform complex

work as obstacle

avoidance and carry

15kg each

Main PTZ camera ×1

Sub-camera ×6

Double 7-axis

manipulators

Camera

A different tool

for a different

task can be

attached as

handling-valve,

drilling-pipe etc.

End effectors

Wi-Fi and Battery

operation for 2 hours

Wireless

The electrical devices

are configured in a

unit so that they can

be replaced in a short

time

Radiation resistance

adjust center of

gravity

automatically

Stability

adjusts automatically

to the shape of the

ground surface and

can move on the stairs,

irregular grounds, etc.

Terrain adaptive

crawler

sub-camera

sub

-camera

1. コンクリート穿孔

Drilling concrete

3. 配管切断

Cutting a pipe


1999 Tokai-mura

criticality accident

2011 Fukushima

コアボーリングcore boring

ブラスト除染

blasting

decontamination


Key word : Assist Robotics

2012 2013 2014 2015~

Assist the shielding jacket to

reduce worker exposure.

Demonstrate using a

combination of the upper and

lower limbs

Started the

development of a

prototype (support 40 kg

with the lower limb)

Developed a sole force sensor to

replace a muscle potential sensor and

special shoes and researched

technology for walking on an irregular

surface

We collaborate with our user Japan Atomic Power Company and always feed results back into specifications

Establish the

specification and image

of PAS for nuclear

accidents with FS

重量物の運搬や遮蔽効果の高いジャケット（60kg）を装着可能 A heavy load can be carried and a jacket (60 kg) with high shielding

performance can be attached.

特徴３筋電位センサを用いない独自の制御手法

Feature 3: Unique control technique without muscle potential sensor

特徴２原子力環境でも重作業でも安全

Feature 2: Heavy work can be safety performed

非常時に簡単に脱ぎ捨てられるなどの非常脱出機能を装備 An emergency escape functions such as taking it off with ease is equipped

短い（数分間）装着時間、重労働での汗などの影響を受けない It takes only a few minutes to wear the suit.

The suit is not affected by sweat from heavy work

雨中・粉じん中での作業が可能／汚染環境での使用を想定し、除染しやすい形状の設計

It allows work in the rain and the dust. It is designed in a shape for the ease of decontamination in consideration of use in a contaminated environment

特徴４すぐれた耐環境性

Feature 4: High environment resistance

Collaboration on safety

and standardization with

Associate Professor

Kimura, Graduate

School of System Safety

(Professional Degree

Course), Nagaoka

University of

Technology

application scenario

特徴１装置自重＋40kgをアシストする力持ち

Feature 1: Power to support its own weight + 40 kg

ひざ

足首

こし

足裏力センサ

（靴中）

角度検出器

モータ・

角度検出器

モータ・

角度検出器

コントローラ

バッテリ

サーボドライバ

サーボドライバ

battery

controller

motor sensor

motor sensor

servo

servo

sensor

sole force sensor


4.5 km/h

without load

3.0 km/h

with 40kg load

Heavy duty Power Assist Suit


Key word : Wall climbing Robotics

真空吸着キャタピラー

Vacuum suction crawlers

磁石吸着車輪

Magnet suction Wheels

非接触磁石による吸着＋車輪

Non-contact magnet

suction & wheels

つっぱり力による摩擦力

＋車輪

Friction force by tension

& wheels

もんじゅに差し替え予定（英訳不要）

出典 JAEA「つるがの四季」No.106

Reactor

Guard Vessel

ROBOT


Nuclear disaster Disaster in tunnel Plant observation

*CBRNE: Chemical, Biological, Radiological, Nuclear, (improvised) Explosives

Key word : Explosion-Protected robotics

Items Specifications

Explosion

protection Japan Ex (TIIS) f+ib 2G4

Danger zone ZONE 1

Specification 1200L [mm]

payload 10 [kg] / mass 35 [kg]

Use painting on production line

manipulating on mobile robot

Items Specifications

Explosion

protection Ex px [d] ⅡB+H2X T4 Gb

Danger zone ZONE 1

Specification 1.2 [km/hr] × 2.5 [hr]

710L×420W×540H [mm] / 55[kg]

Use CBRNE* disasters, Plant observation

Dangerous materials processing

Fire fighting operation Dangerous materials

under development

~2015E

Pressurized

chamber body

with explosion

protection

system

Main-crawlers (2)

Sub-crawlers (4)

battery

Gas detector

Rear camera

Rear light

PTZ camera

Optical fiber reel

WI-Fi antenna

Front camera

Front light

Applicability of Our Robotic Technology to E&P Field


E&P Value Chain

MHI Technology

Ship/Tanker

Marin

Development

Equipment

Robot

Inspection

Repair

輸送

Transport

生産

Production

採掘・掘削

Digging/Drilling

探査

Exploration

Source: MHI home pate

https://mhi.co.jp/products/ship_index.html

Double arm mobile

UT

Underwater

Welding Core Sampling

LNG/LPG carrier

ECT Cutting

Deep Sea Scientific Vessel CHIKYU

Manned Research Submersible

SHINKAI6500

Resource Exploration

Deep Sea Cruising AUV URASHIMA

High-place work

Solutions in the E&P field

Floating oil storage FPSO

High Mobility Wall climbing

Applicability of Our Robotic Technology to E&P Field


SubSea環境下での検査・補修

Inspection and repair in a subsea environment

Underwater

Equipment

Robot Inspection/Repair

Proposed Solution 1


Ship/Tanker Robot

Applicability of Our Robotic Technology to E&P Field Proposed Solution 2

Inspection/Repair

HULLの検査・補修

Inspection and repair of the HULL


Marin structures Robot

Applicability of Our Robotic Technology to E&P Field Proposed Solution 3

Inspection/Repair

プラットフォームの巡回点検・災害時対応

Patrol and disaster correspondence

of the platform

５Ｈ２７年９月までの成果・進捗状況

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【防爆検定取得に向けて】現状の法律・規制枠では、バッテリ式移動ロボットの防爆型式検定の実績や枠組みがない → 産業安全技術協会（TIIS）殿と協議し目途

H2充填（大気圧）

水素濃度計

車輪

モータ

差圧計

回転シール

供試体（模擬ロボット）

精密レギュレータ

←軽量化台車

の試作

内圧による防爆性の検証→ H2

6年度

H

27年度

Pressurized

chamber body

with explosion

protection

system

Main-crawlers (2)

Sub-crawlers (4)

battery

Gas detector

Rear camera

Rear light

PTZ camera

Optical fiber reel

Wi-Fi antenna

Front camera

Front light


内圧防爆の産業用ロボット

Conclusion : MHI’s strong points

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Technologies & Knowhow from the NPP maintenance robot

• Robust design for various operating conditions

• Compact design

• Modular design

• Remote operation (man-machine interface)

Flexible designing (Order-made)

• Respective fields design

engineers (Mechanical,

Electrical circuit, Control

board, Kinematic simulation,

Software) are in one section

and they enable to be creative

in the face of new purpose

robots Photo in front of “Super Giraffe”

26

原子炉容器検査装置 A-UTマシン


7軸マニピュレータ

水中自航台車

スラスタ壁面吸着パッド

照明付きパンチルトカメラ

水中航行の状況

検査状況イメージ

• PWR原子炉容器の溶接部の健全性確認に超音波探傷（UT）を行なうロボットを開発し、発電所の定期検査で運用中です。

• 水で満たした原子炉容器内を自由に移動できる水中自航型台車に7軸マニピュレータを搭載しています。

• マニピュレータは先端にツールチェンジャを備え，複数の検査工具へ交換可能です。

三菱重工のロボット技術開発の歩み

1970 美浜原子力発電所運転開始

1980 1990 2000 2010

災害時支援ロボット

1970

1999 東海村JCO臨界事故 2011 東日本大震災

検査用ロボット水中航行ロボットメンテナンス用ロボット

メンテナンス用ロボットの高度化

MR-Ⅲ A-UTマシン RV-INLAY SG-USP

・蒸気発生器伝熱管検査装置あMR-Ⅲ

・配管検査ロボット

・原子炉容器検査装置

A-UTマシン

・蒸気発生器管台用

SG-USP ・原子炉容器用 RV-INLAY

配管検査ロボット

原子力プラント向けロボット

福島第１原子力発電所対応

・Super Giraffe

・MEISTeR

・桜Ⅱ号・パワーアシスト

スーツ

MARSシリーズ

・MARS A マニピュレータによる作業

・MARS T 遮蔽体等の運搬

・MARS i 初動調査

目視点検高機動性

階段昇降作業負荷低減

双腕作業

福島第１原子力発電所で除染作業等に活躍中

高所作業

福島第１原子力発電所で高所作業に投入予定（来春）

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ロボットシステム全体（現場活動イメージ）

消防ロボットシステム

特徴 • 搬送車両から１５０Aホースを300ｍ敷設し、遠隔操作で消

火冷却のための放水が可能なロボットシステム

• 偵察ロボット（飛行型）、偵察ロボット（走行型）が風向きや温度、可視画像、熱画像等の情報を収集し、搬送車両内の制御系で全体をコントロール

• 各ロボットは単独使用でき様々な規模の災害への応用が可能。

偵察ロボット（走行型）用無線中継器

ポンプ

（本研究所掌範囲外）


引火性ガス雰囲気内探査ロボット（NEDO委託事業にて開発中）

［概要］原子力発電プラント事故収束支援活動などで実績のある不整

地踏破能力の高い自走式ロボット“櫻Ⅱ号”をベースに、防爆機能やガスセンサなどの付加により、例えばトンネル崩落現場において引火性ガスの有無等を遠隔操作で探査し、迅速な情報収集を可能とする。本ロボットは、防爆機能によりトンネル崩落災害時だけでなく、

引火性ガス雰囲気になり得る化学プラントや石油コンビナートなどの検査や探査にも広く適用できる。

［特徴］

高い踏破能力

「櫻Ⅱ号」と同様、2本のメインクローラと4本のサブクローラにより不整地走行や45度の階段昇降を可能とする高い踏破能力を保持。

防爆機能（開発中）

防爆指針（2015Ex）に適合し、ロボット自身が発火源となることなく、引火性ガス雰囲気内の探査が可能。

自己位置標定（開発中）

クローラ回転数の積算（オドメトリ）情報とケーブルスプーラから送り出した通信ケーブル長情報を併用し、自己位置を標定。

有線通信

光ファイバを用いた有線通信（ケーブル長1000m）により、電波の飛びにくいトンネル内でも周囲から影響を受けることなく通信が可能。

項目仕様

防爆構造・性能 Ex px [d] ⅡB＋H2X T4 Gb

危険場所の区分ゾーン 1

外形寸法（mm) 全長700～1140、幅420、全高600

質量（kg） 55

速度（km/h） 1.2

目視機能パンチルトズームカメラ、前方/後方監視カメラ、

ガス検知器確認カメラ

センシング系ガス検知（硫化水素、メタン、水素）、

酸素濃度（0～25vol%）

走査方式ノートパソコン＋ゲームコントローラによる有線（1,000m）・無線LAN（100m）操作

動力源リチウムイオンバッテリ、稼働時間2時間以上

内圧室（差圧監視の保護システムを内蔵）

メインクローラサブクローラバッテリ

ガス検知器

後方監視カメラ

後方照明

ＰＴＺカメラドーム

光ファイバリール

無線アンテナ前方監視カメラ

前方照明


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高所作業ロボット Super Giraffe


その場旋回時（左）と、8ｍ高所アクセス時（上）の状況

リフト軸(2000～7600mm)

R2軸：パン軸(±90deg)

R1軸：チルト軸(-90～180deg)

7軸ロボットアーム

ω軸（旋回軸）(±171deg)

θ 軸（傾斜軸）(0～80deg)

アウトリガスライド軸(0～600mm)

アウトリガジャッキ軸(0～220mm)

車輪軸(無制限)

荷揚

台車

搭載

ｴﾝﾄﾞｴﾌｪｸﾀ

【台車モジュール】

・4輪駆動・4輪操舵で、その場旋回や真横移動も可能。

・最大速度 6km/h、50㎜段差，登坂傾斜15度

・油圧アウトリガーによる固定＋荷重監視による転倒防止

【荷揚モジュール】

・5段テレスコ構造の油圧リフト機構

・荷揚可能質量 150kg、起伏角度 0°～80°

【搭載モジュール】

・ロボットアーム（7軸）

＋ベース部パン・チルト機構（2軸）

・取扱可能質量 20kg、

・ツールチェンジャによる

エンドエフェクタ遠隔着脱（空圧）

【エンドエフェクタモジュール】

・バルブ開閉機能

高所作業が可能なマニピュレータを搭載した遠隔操作移動ロボット

モジュール設計により、必要なモジュールを

組み合わせることでロボットを構成

バッテリーにより 5時間の運用が可能

Application 2 : High place work robot (Super Giraffe)

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Size: L 2350×W 800×H 2000 mm

Accessible

up to 8m

Lifting

Moving

Manipulating

Tooling

Travel mode Operation mode

(26.3’)

（L 10”×W 31.5”×H 78.7”）

Weight: 4000 kg (8818 lb)

[movie]


movies/4_Super Giraffe.mp4

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