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【発明の名称】 燃料クレーン自動位置決め装置
【発明者】 【氏名】村田 直史

【氏名】前川 明寛

【氏名】前田 達志

【氏名】曽田 大輔
【要約】 【課題】本発明は位置決め穴にガイドピンを全自動で嵌め合せ、燃料集合体、燃料移送クレーンを自動的に連結できる燃料クレーン自動位置装置に関する。従来ガイドピンの位置決め穴への嵌合せは人手によっていたが、作業が困難であり正確な位置決め難しく、吊り上げ途中で外れる等の不具合があった。本発明はこの不具合を解消する装置の提供を課題とする。

【解決手段】本発明の燃料クレーン自動位置決め装置は、位置決め穴にガイドピンを挿入出来る位置に、グリッパを自動的に配置する燃料クレーン自動位置決め装置に、グリッパの粗位置決め制御手段、精位置決め制御手段を備え、ガイドピン、位置決め穴の相対位置が大のとき、粗位置決め制御手段で燃料移送クレーンを移動させ、相対位置を小にした後、精位置決め制御手段でクレーンを制御し、ガイドピンを位置決め穴位置に配置するようにした。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 燃料集合体の上方に連結された上方ノズルに穿設された位置決め穴に、燃料移送クレーンから吊り下されたグリッパから垂下されたガイドピンを挿入出来る位置に、前記グリッパを自動的に配置するための燃料クレーン自動位置決め装置において、前記グリッパの粗位置決め制御手段と精位置決め制御手段とを備え、前記ガイドピンと前記位置決め穴との相対位置が大きくづれているときは、前記粗位置決め制御手段により前記ガイドピンと前記位置決め穴との相対位置を小さくし、相対位置が小さくなった後前記精位置決め制御手段により、前記ガイドピンを前記位置決め穴に配置するようにしたことを特徴とする燃料クレーン自動位置決め装置。
【請求項２】 前記粗位置決め制御手段が、前記燃料集合体の配置データとレゾルバからのグリッパ実位置信号とで作成された、グリッパ粗位置目標軌道信号により前記燃料移送クレーンを移動させるとともに前記グリッパ実位置信号をフィードバックすることにより、前記グリッパ粗位置目標軌道信号を修正する変位制御部からなり、前記精位置決め制御手段が前記グリッパと前記位置決め穴位置との相対位置を検出し、精位置補正信号を作成し、前記グリッパ粗位置目標軌道信号を修正した精位置データ信号により前記燃料移送クレーンを移動させる移動量決定部からなることを特徴とする請求項１の燃料クレーン自動位置決め装置。
【請求項３】 前記精位置補正信号を作成する前記グリッパと前記位置決め穴位置との相対位置を検出し、前記移動量決定部に距離信号を出力する外界センサが、大きい相対位置検出に好適なセンサと、小さい相対位置検出に好適な複数のセンサとからなることを特徴とする請求項２の燃料クレーン自動位置決め装置。
【請求項４】 前記粗位置決め制御手段が、同列に並んでいる前記燃料集合体を把持するときの前記精位置データ信号を基に、前記燃料集合体の配置ずれの傾向を求め、前記グリッパ粗位置目標軌道信号を修正するようにしていることを特徴とする請求項１の燃料クレーン自動位置決め装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料集合体上端に連結された鋼製の正方形の上部ノズルの枠体の対角上に穿設された位置決め穴に、燃料移送クレーンから上部ノズル鉛直上方に吊り下したグリッパの下端から垂下させたガイドピンを嵌め合せて位置決めを行い、グリッパに設けられた開閉する爪で上部ノズルとグリッパとを係合させて燃料集合体を吊り上げるために、自動的に位置決め穴位置にガイドピンを移動させる燃料クレーン自動位置決め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】原子力発電所で使用される核物質を充填した燃料棒の取替え作業は、例えば、１７本×１７本の燃料棒を集合させた燃料集合体上部に連結された上部ノズルの枠体の対角に上方に開口させた位置決め穴直上に、上部ノズルと係合させる連結用の爪を下端に設けたフィンガー及び位置決めに嵌合され上部ノズルとの位置合せを行うガイドピン等が具備されたグリッパを燃料移送クレーンから吊り降ろし、ガイドピンを位置決め穴に挿入して、上部ノズルとグリッパとの位置合せを行った後、爪を上部ノズルに設けた連結穴に係合させて、燃料クレーンで吊り上げて燃料集合体を原子炉容器内から取り出すようにしている。
【０００３】即ち、図７に示すように、原子炉格納容器１内の原子炉キャビティ２底面に設けられた原子炉容器４内に設置され、約４ｍの長さのステンレスチューブ製の図８に示す燃料棒５に充填された核物質に核反応を起させ、高温、高圧の発電を行う蒸気を発生させる燃料集合体３は、縦・横に１７本×１７本、又は１４本×１４の約４ｍの長さ燃料棒５と核反応速度を制御するスパイダー等を燃料棒５の間に適宜配置したものからなる。
【０００４】このような燃料集合体３は、全体形状が箱体をなすように縦，横に並べられ、例えば、１００体以上からなる燃料集合ユニット１０にされて、漲水された原子炉キャビティ２内の底面を掘り下げて区画された原子炉容器４内に収容されて稼動させるようにしている。
【０００５】このような燃料集合体３のうち、反応が終了した燃料棒５又は微小な変形が生じた燃料棒５を含む等、燃料棒５を取替える必要のある燃料集合体３、又は原子炉容器４内の配置位置の違いにより生じる核燃料の反応速度に差が生じるのを防止するために、燃料集合ユニット１０内での配置を変える必要のある燃料集合体３は、原子炉容器４内に収容されている燃料集合ユニット１０から個別に取り出し、原子炉格納容器１外の使用済燃料ピット６、キャスクピット又は除染場に移し、新燃料貯蔵庫９に保管されている新規の燃料集合体３と取り替えられ、若しくは燃料棒５の取り替えを行い、若しくは変形を修正した燃料棒５を再装填した燃料集合体３は再び燃料集合ユニット１０の規定位置に移すことが行われている。
【０００６】このために、約２５ｍの水面下に燃料集合体３が設置される原子炉格納容器１内の水面上方には走行レール１１が敷設されると共に、この走行レール１１上を走行する燃料移送クレーン１２が設けられ、特に、原子炉格納容器１内では縦横（Ｘ，Ｙ方向）に自在に走行でき、移送を行う燃料集合体３の略鉛直上方に移動できるようにしている。また、原子炉格納容器１外に設置されたキャスクピット７の略同じ高さの上方にも、走行レール１１′、燃料移送クレーン１２′を設け、原子炉格納容器１の側壁に設けた燃料移送管１３から燃料集合体３を外部へ取り出し、又は外部から内部へ搬入できるようにしている。
【０００７】また、燃料移送管１３で外部へ取り出され、又は外部から内部へ搬入された燃料集合体３を、燃料移送管１３内を通過させる姿勢と燃料移送クレーン１２、１２′で吊り下げる姿勢にするために、燃料移送装置１４を設けるようにしている。また、図８（ａ）に示すように、燃料移送クレーン１２には鋼製のマストチューブ１５が鉛直方向（Ｚ方向）に昇降可能に設けられており、このマストチューブ１５の下端部には吊り上げ金具２８を介して、グリッパチューブ１６が装着されている。
【０００８】また、燃料集合体３を燃料集合ユニット１０から抜き出し、又は挿入するために、所定の燃料集合体の直上に垂下されるグリッパチューブ１６の下端に取り付けられ、グリッパチューブ１６の下端に取り付けられた円形の上部プレート２３の軸心部に穿設された穴を貫通し、自在に燃料移送クレーン１２に設けた駆動装置により昇降できるようにしたインナチューブ２５下端には、グリッパ１７が取り付けられている。このグリッパ１７を下降させることにより、グリッパ１７から垂設したガイドピン１８を、燃料集合体３の上部に設けた上部ノズル２０の枠体３９の対角上に設けた位置決め穴３３に嵌合せするようにしている。
【０００９】即ち、上部プレート２３を貫通し上下動するインナチューブ２５の下端部１２には、グリッパ１７上端に設けられた円形の下部プレート２６の中央にあけられた孔を自在に下降できるようにし、グリッパ１７全体と共に下降させるようにしたガイドピン１８を設け、位置決め穴３３に嵌合せるようにしている。なお、同図において、２９はグリッパーチューブ１６上昇時、燃料移送クレーン１２との衝突を防止するためのリミットスイッチ、３０は連結部材２７を押し下げ、リンク機構によりフィンガー２２下端部を拡開するエアシリンダー２４に空気を供給するための空気供給室、３１はガイドキーである。
【００１０】一方、前述したように、ステンレス管からなり内部に核反応物質を充填した燃料棒５を、縦，横に１７本づつ配置した燃料集合体３の上方には、グリッド１９を介して上述した鋼製の上部ノズル２０が連結されている。この上部ノズル２０は、図９に示すように正方形の枠体３９と枠体内に張設された板体４２からなり、枠体３９の上端部四隅には、グリッパ１７と上部ノズル２０との結合時、ガイドピン小径部３８を自在に昇降させるガイドピン大径部４０下端が当接し、間隔を一定にするための間隔保持材３２が立設されている。
【００１１】この間隔保持材３２のうち、対角に配置された２本の間隔保持材３２には、上述したように、下降して来るガイドピン小径部３８を挿入するための位置決め穴３３が穿設され、上記ガイドピン小径部３８をこの位置決め穴２１に嵌め合せ、さらに、グリッパ１７をマストチューブで下降させることにより、上部ノズル２０とグリッパ１７とが、図８（ｃ）で示す状態になったときエアシリンダ２４の駆動により、フィンガー２２の枢支点間に連結されている連結部材２７を押し下げることにより、フィンガー２２の下端部が外側に押し拡げられることにより、グリッパ１７と上部ノズル２０とが、フィンガー２２下端に設けられた爪により係合し、グリッパ１７と上部ノズル２０とは連結される。
【００１２】また、ガイドピン１８上方のガイドピン大径部４０は、上部プレート２３と下部プレート２６の間に設けられ、軸心方向と平行に配設されたスリーブ４１内部を自在に上下動すると共に、ガイドピン大径部４０上端部外周との間にはスプリングが巻回されており、このスプリングがガイドピン１８を常時下方に押し付けるように作用し、ガイドピン１８のスプリングによる下方への押し付けにより、図８（ｃ）に示す上部ノズル２０とグリッパ１７との連結状態が、安定して保持されるようにしている。
【００１３】また、図８（ｃ）に示す連結状態を解除するためには、ガイドピン１８上方に巻回されているスプリングの押し付力に抗して、インナチューブ２５を若干引き上げ、インナチューブ２５を回動させることにより、フィンガー２２の爪２１が上部ノズル２０と係合している孔と周方向位置からずらされることにより、フィンガー２２下端の爪２１が上部ノズル２０の係合部から引き離され、爪２１による連結を解除した後、マストチューブ１５を上昇させることにより、グリッパ１７と上部ノズル２０との係合を解除することができる。
【００１４】さらに、図９に示すように、上部ノズル２０には、四隅に立設された間隔保持材３２の隣接部、即ち枠体３９からなる上部ノズル２０の枠体３９上方には、グリッド１９の上端部に設けた前述した板体４２を被覆する蓋３４を上方から押付け保持するため、直角三角形状にされ、頂部に押圧のため水平面が形成され、高さ方向に設けた垂直部材が枠体３９中に挿入され、蓋３４を押圧するリーフスプリング３５が設けられている。
【００１５】なお、図９において、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は側面図、図９（ｃ）は底面図であり、図９（ａ）、図９（ｃ）に示すように、リーフスプリング３５がその上方に配置される上部ノズル２０の枠体３９の内部には、燃料棒５を燃料集合体３の所定位置に挿入するための燃料棒挿入孔３６が、縦、横に１７個（相当）、核反応速度を制御するための図示省略したスパイダーを挿入制御するためのスパイダー挿入孔３７が穿設された板体４２が配設され、その上方に蓋３４を設け前述したようにリーフスプリング３５で固定するようにしている。
【００１６】従来の燃料集合体３を把持して吊り上げ、所定の位置に移送するために、燃料移送クレーン１２と燃料集合体とを連結するグリッパ１７および上部ノズル２０は、上述の様に構成されているために、グリッパ１７の下部プレート２６から垂下されているガイドピン１８の小径部３８が、間隔保持材３２に穿設されている位置決め穴３３内に設計値で規定された長さ、具体的にはガイドピン１８の大径部４０下端が位置決め穴３３の開口に接するまで挿入されている限り、燃料移送クレーン１２上の操作員の操作によるマストチューブ１５の昇降により、燃料集合体３は鉛直方向に昇降し、昇降する燃料集合体３の周辺に配置されている他の燃料集合体３、又は原子炉容器４等に衝突して破損させるようなこともなく、燃料集合体３の移送はスムーズに行うことができる。
【００１７】このように燃料集合体３の掴み方は、図８（ｃ）に示すように、燃料集合体３の上部に連結されている上部ノズル２０の枠体３９の対角線上に穿設されている位置決め穴３３の鉛直上方に、グリッパーチューブ１６下端部に設けたグリッパ１７を案内し、グリッパ１７から垂下されているガイドピン小径部を位置決め穴３３に嵌め合せ、ガイドピン大径部４０に穿設されたスリーブ内部に設けられた、スプリングが常に押付けて摺動する構造の下方の小径部３８を下降させることにより、ガイドピン１８の下端を位置決め穴３３の底面に着底させた後、エアシリンダ２４の回動で下降する連結部材２７により、フィンガ２２下端部を拡開させることにより、爪２１が上部ノズル２０に設けた係合部に噛み合うことにより、上部ノズル２０とグリッパ１７、換言すれば、燃料集合体３とマストチューブ１５とは確実に連結され、燃料移送クレーン１２に設置された駆動装置によりマストチューブ１５を昇降させることにより、燃料集合体３も昇降できる構造にされている。
【００１８】しかしながら、上述した上部ノズル検出装置を使用したこの作業では、燃料集合体３の掴み損ねが発生することがあり、その原因としては、上部ノズル２０とグリッパ１７との位置決め不良に起因するものが多く、即ち、従来位置決めでは、キャビティフロアから双眼鏡で２５ｍ水面下の目視確認等で行っており、このため、燃料集合体３の位置によりグリッパ１７のガイドピン１８が上部ノズル２０の位置決め穴３３に、正確に嵌め合わされた状態であるか否かの確認は、オペレータが目視で最終的に行う困難な状態でなされており、このために作業者の経験による判断で燃料集合体３を掴み、吊り上げるために発生する燃料集合体３の掴み損いが生じることがある。
【００１９】即ち、この燃料集合体３の掴み損いは、昇降時又は移送時にグリッパ１７と上部ノズル２０との係合が外れる最悪の状態が生じ、若しくは昇降姿勢を崩して昇降を行う燃料集合体３は勿論のこと、燃料集合ユニット１０の他の燃料集合体３又は原子炉容器等の損傷に連がり、しかも作業員が接近できない場所で起ることが多いために、このようなトラブルが絶対にない様にする必要があり、燃料集合体３の移送に当っては経験豊富なオペレータを必要とし、しかも、作業員が近付くことができない場所でガイドピン１８を設計値で規定された長さ位置決め穴３３に挿入するための微妙な操作が必要となり、燃料集合体３の移送には多大な時間を必要とすると共に、燃料移送クレーンのオペレータに荷重な負担を課すことになる不具合があった。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の燃料集合体を吊り上げるときに生じていた上述した不具合、即ち、ガイドピンが位置決め穴位置に正確に、しかも、所定長さ挿入された状態であるか否かの確認が困難で、燃料集合体の掴み損いによって生じる不具合、移送クレーンの操作に熟練オペレータを必要とする不具合、さらには、燃料集合体の吊り上げ移送に長時間を要する不具合を解消するために、従来人の手でおこなわれていた作業を全自動化することで、燃料集合体の吊り上げ時に生じる燃料集合体の掴み損いを確実に防止でき、また、吊り上げ作業時間が短縮され、さらには経験豊富な作業者が不要となるため人件費を低減することができ、また被爆の危険性から完全に解放できる燃料クレーン自動位置決め装置を提供することを課題とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】このため、本発明の燃料クレーン自動位置決め装置は、次の手段とした。
【００２２】（１）燃料集合体の上方に連結された上方ノズルに穿設された位置決め穴に、燃料移送クレーンから吊り下されたグリッパから垂下されたガイドピンを挿入出来る位置に、グリッパを自動的に配置するための燃料クレーン自動位置決め装置において、グリッパの粗位置決め制御手段と精位置決め制御手段とを備え、ガイドピンと位置決め穴との相対位置が大きくずれているときは、粗位置決め制御手段により燃料クレーンを移動させ、ガイドピンと位置決め穴との相対位置を小さくしたのち、精位置決め制御手段により燃料クレーンを移動させ、ガイドピンを位置決め穴に嵌め合わせることができるように正確に配置するようにした。
【００２３】（ａ）これにより、従来人手で行われていたガイドピンと位置決め穴との嵌め合いを、全自動化することができる。また、嵌め合いの為の位置決め作業の前半は、干渉物がないため粗位置決め制御手段により、燃料移送クレーンを高速で移動させることができ作業時間を短縮できるとともに、位置決め作業の後半は、精位置決め制御手段により燃料移送クレーンを微速移動させて、ガイドピンを嵌め合いを行う位置決め穴に正確に位置決めすることができる。
【００２４】また、本発明の燃料クレーン自動位置決め装置は、上述（１）の手段に加え次の手段とした。
【００２５】（２）粗位置決め制御手段が、燃料集合体の配置データと、レゾルバからのグリッパ実位置信号とで作成されたグリッパ粗位置目標軌道信号により燃料移送クレーンを移動させるとともに、グリッパ実位置信号をフィードバックすることにより、グリッパ粗位置目標軌道信号を修正する変位制御部からなり、精位置決め制御手段がグリッパと位置決め穴位置との相対位置を検出し、精位置補正信号を作成し、この精位置補正信号によりグリッパ粗位置目標軌道信号を修正した、精位置データ信号により燃料移送クレーンを移動させる移動量決定部からなるものとした。
【００２６】（ｂ）これにより、上述（ａ）に加え、グリッパ位置信号をフィードバックして修正されたグリッパ粗位置目標軌道信号で、燃料移送クレーンがグリッパ粗位置に移動され、ガイドピンと位置決め穴との相対位置を示す画像等により、数値情報にされた精位置補正信号により、グリッパ粗位置目標軌道信号を修正した精位置データ信号により燃料移送クレーンをグリッパ精位置まで自動的に移動させるので、作業時間がより短縮できるとともに、グリッパのより精度の高い位置決めができるようになる。
【００２７】また、本発明の燃料クレーン自動位置決め装置は、上述（２）の手段に加え、次の手段とした。
【００２８】（３）精位置補正信号を作成するグリッパと位置決め穴位置との相対位置を検出し、移動量決定部に距離信号を出力する外界センサが、大きい相対位置検出に好適なセンサと、小さい相対位置検出に好適な複数のセンサとからなるものとした。
【００２９】一例として、外界センサには視野範囲が大きいものの精度的には劣るＴＶカメラ、視野範囲及び精度が通常のものにされているＴＶカメラ、視野範囲は劣るものの精度的には優れた超音波センサ等を、目的に応じて使用することが好ましい。すなわち、大きい相対位置における位置決めをするときには、視野範囲が大きいＴＶカメラを使用し、小さい相対位置における位置決めをするときには、画像精度に優れた超音波センサを使用し、中間段階では通常のＴＶカメラを使用して位置決めすることが好ましい。さらには、グリッパとガイドピンとの相対距離に応じて、センサの使用に重み付けをして使用するようにすればより好ましいものとなる。
【００３０】（ｃ）これにより、上述（ｂ）に加え、複数センサを使用することによりグリッパ位置の検出誤差をさらに低減することができ、グリッパとガイドピンとの位置合わせ精度を上げることができる。また、複数センサから得られた距離信号のうち小さい信号を採用することにより、燃料移送クレーンで移動させられるグリッパが、位置決め穴の位置を通り過ぎることがなくなり、迅速なグリッパと位置決め穴との嵌め合わせができようになる。さらに、検出特性の異なるセンサを採用することにより、グリッパ若しくはガイドピンの何れかがセンサの視野外に位置する場合においても、視野の大きいセンサの使用により対応が容易になり作業効率が向上する。
【００３１】また、本発明の燃料クレーン自動位置決め装置は、上述（２）の手段に加え次の手段とした。
【００３２】（４）粗位置決め制御手段が、同列に並んでいる燃料集合体を把持するときの精位置データ信号を基に燃料集合体の配置ずれの傾向を推測し、この推定にもとづき、グリッパ粗位置目標軌道信号を修正するものにした。なお、グリッパ粗位置目標軌道信号の修正には、燃料集合体の配置ずれの精位置データ信号の算術平均値を採用するようにしても良い。
【００３３】（ｄ）これにより、上述（ｂ）に加え、粗位置決め開始時にガイドピンは、出来るだけ位置決め穴に近づけておくことができ、粗位置決め制御に要する時間を短くでき、作業効率が向上する。また、上述（３）の手段と同様にグリッパ若しくはガイドピンの何れかがセンサの視野外に位置する場合においても、視野外補正の実施回数を低減することができ、ガイドピンの位置決め穴への嵌合時間を短縮でき作業効率が向上する。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の燃料クレーン自動位置決め装置の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、図７〜９に示す部材と同一部材には、同一符号を付して説明は省略する。
【００３５】図１は本発明の燃料クレーン自動位置決め装置の実施の第１形態を示すグリッパ位置決め装置の制御構成を示すブロック図、図２はグリッパ位置決め装置の制御フローを示す図である。図１において、５０はグリッパ目標軌道信号、５１はグリッパ目標指令信号、５２はグリッパ変位制御部がインタロック制御も行えるものにされている。
【００３６】５３はクレーン１２の走行、グリッパ１７を昇降させる駆動装置としてのモータ、５４はグリッパ１７の昇降量を検出するレゾルバ（エンコーダ）である。５５は燃料集合体３吊り上げ時の荷重を計測すると共に、グリッパ１７と上部ノズル２１とを係合させるときはガイドピン１８が正常に位置決め穴３３に挿入されているか否かを検出するロードセルである。
【００３７】即ち、ロードセル５５は、図３に示すように吊り上げ金具２８に一端が繋着され、レゾルバ５４に巻回されて、他端が構造物に繋着されたワイヤー４９の途中に介装されており、グリッパ１７のガイドピン１８が上部ノズル２０の位置決め穴３３に未挿入の場合には、図３（ｂ）に示すように、一定の総荷重信号６１を出力するが、挿入された場合には、一定の総荷重信号６１以下になるため、総荷重信号６１を常時グリッパ変位制御部５２で常時検出しておくことにより、ガイドピン１８が正常に位置決め穴３３に挿入されているかどうかの異常監視をすることができる。
【００３８】また、５６はグリッパ１７と燃料集合体３の連結位置（上部ノズル２０）との相対位置を検出する外界センサ、５７はセンサ５６からの検出信号を入力し、ガイドピン１８と位置決め穴３３との間の距離を検出し距離信号５８を出力する演算部である。５８は外界センサ５７からの距離信号５８を入力し精位置補正信号５９を出力する移動量決定部、６２はレゾルバ５４の回転から算出されクレーン変位制御部５２に出力されるグリッパ位置信号である。このように、クレーングリッパ位置決め装置の制御装置は構成され、燃料集合体３の配置データにより燃料集合体３把持のためのグリッパ１７の粗位置を決定し、クレーン１２を移動させる。
【００３９】さらに、グリッパ１７のガイドピン１８と位置決め穴３３との距離を外界センサ５６（ＴＶカメラ）から入力された信号により演算部５７（ＴＶカメラ）により決定し、決定された距離信号５８を入力した移動量決定部５９で決定された精位置補正信号６０によりグリッパ１７の精位置を決定して変位制御する。
【００４０】即ち、図２の制御フローに示すように、１）燃料集合体３の配置データを基にグリッパ粗目標位置信号（Ｘr ，Ｙr ，Ｚr ）を導出、さらにグリッパ１７を吊り下すレゾルバ５４の回転によるエンコーダ信号からグリッパ実位置（ｘ，ｙ，ｚ）を検出して、両者から目標軌道信号５０（ｘr （ｔ），ｙr （ｔ），Ｚr （ｔ））を自動作成する。
【００４１】〔粗位置決め制御〕
２）目標軌道信号５０（ｘr （ｔ），ｙr （ｔ），Ｚr （ｔ））に応じてクレーン１２を駆動し、レゾルバ５４の回転から検出されるグリッパ実位置（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ））を用いて位置フィードバックを実施して、粗目標位置（Ｘr ，Ｙr ，Ｚr ）までグリッパを到達させる。 〔粗位置決め制御〕
３）ＴＶカメラからなる外界センサ５６の画像検出により燃料集合体３の上部に連結された上部ノズル２０に設けられた位置決め穴３３位置を検出し、ガイドピン１８との相対的な位置関係（ｘc ，ｙc ，ｚc ）を導出して位置フィードバックを実施し、（ｘc ，ｙC ，ｚC ）→（０，０，０）にするようにグリッパを到達させ，ガイドピン１８を位置決め穴３３に挿入させる。
【００４２】〔精位置決め制御〕
４）また、グリッパ１７上部に取り付けられているロードセル５５からグリッパ１７に加わる荷重を検知、ガイドピン１８が正常に位置決め穴３３に挿入されているか異常監視する。 〔精位置決め制御〕
５）また、ＴＶカメラ画像検出によりＺ軸周りの回転θを検出、θが嵌め合いに支障をきたさない程度に充分小さいか監視する。 〔精位置決め制御〕
このように、粗位置決め制御と精位置決め制御を併用して行うことにより、ａ）従来人の手によって行われてきた、ガイドピン１８と位置決め穴３３との嵌め合いを全自動化することにより、経験豊富な作業員が不要になる。
【００４３】ｂ）位置決め制御前半は干渉物が介在しないために、粗位置決め制御を適用することにより、高速でグリッパ１７を移動することができる。即ち、位置決め制御前半では作業時間の短縮が可能になる。
【００４４】ｃ）精位置決めには外界センサ５６（ＴＶカメラ）を使用して画像による位置検出を実施することにより、ガイドピン１８と位置決め穴３３との相対位置を数値情報として取りこむことができるので精度の高い位置決めが可能になる。
【００４５】ｄ）図５（ｃ）に示すように、総荷重信号６１と、ガイドピン１８が位置決め穴３３に正常挿入される場合の正規データとを常時比較することで、自動的に正常挿入の可否を判断することができる。
【００４６】次に、図４は本発明の燃料クレーン自動位置決め装置の実施の第２形態を示すグリッパ位置決め装置の制御構成を示すブロック図である。
【００４７】本実施の形態のグリッパ位置決め装置においては、粗位置決めセンサとしては、実施の第１形態と同様のクレーン１２のレゾルバ５４を使用すると共に、外界センサ５６として、ＴＶカメラ、超音波センサ、レーザセンサ等の複数センサを使用して、ガイドピン１８と図５（ａ）に示すように縦・横に配設された燃料集合体３のうちの吊り上げを行う燃料集合体３の位置決め穴３３との相対位置をそれぞれ検出し、各センサから出力された距離信号６４のうち小さい値を採用し、移動量決定部５９に出力するようにしている。
【００４８】本実施の形態の燃料クレーン位置決め装置では、外界センサ５６として複数センサを使用することによりＴＶカメラ等による外界センサ５６による検出誤差がさらに低減し、移動量決定部５９ではさらに精度の高い精位置補正信号が得られ、グリッパ１７（ガイドピン１８）と位置決め穴３３との間の相対距離を、より精度の高いものにできる。さらに、外界センサ５６から出力される複数センサから出力された距離信号６３のうちの小さい値を採用することにより、グリッパ１７が動きすぎて位置決め穴３３を通りすぎることがなくなり、迅速なガイドピン１８と位置決め穴３３の嵌め合いが可能になる。
【００４９】また、外界センサ５６に設ける複数センサとしては、図５（ｂ）に示すように、大きな計測視野範囲は計測できるが、精度が劣るＴＶカメラ■、計測視野範囲、計測精度共に中程度のＴＶカメラ■、計測視野範囲は狭いが、計測精度において秀れる超音波センサ■、又は直進性に秀れ計測精度がより向上するレーザセンサ等を計測段階で使い分けるようにすることが好ましい。
【００５０】また、グリッパ精位置補正信号６０に応じて、図５（ｄ）に示すようにＴＶカメラ■、ＴＶカメラ■、超音波センサ■の使用範囲に重み付けを行い距離信号６４を検出し、移動量決定部５９に各センサからの距離信号６４を出力するようにしてもよい。又は図５（ｅ）に示すように、グリッパ精位置補正信号６０に応じてセンサーを使い分けて距離信号６４検出し、移動量決定部５９に各センサからの距離信号６４を出力するようにしても良い。
【００５１】次に、本発明の燃料クレーン自動位置決め装置の実施の第３形態について説明する。
【００５２】本実施の形態においては、粗位置決めによりグリッパ１７が位置決め穴３３付近に近づいて精位置決めを開始する際に、ガイドピン１８か位置決め穴３３のいずれかがＴＶカメラ等からなる外界センサ５６の視野外に位置して、ガイドピン１８と位置決め穴３３の相対位置が検出できない場合に、ＴＶカメラ■等の視野範囲の大きい副次センサにより、ガイドピン１８および位置決め穴３３のおおまかな位置を検出して、ガイドピンと位置決め穴３３の両者がＴＶカメラ等外界センサ５６の視野内に入るようグリッパ１７の位置制御をするようにした。
【００５３】本実施の形態の燃料クレーン自動位置決め装置によれば、粗位置決め制御開始時に、ガイドピン１８か位置決め穴３３のいずれかが、ＴＶカメラ等の外界センサ５７又は６３の視野外に位置して相対位置が検出できない場合にも対応可能になり、より迅速なガイドピン１８と位置決め穴３３の嵌め合いが可能になる。
【００５４】さらに、本発明の燃料クレーン自動決め装置の実施の第４形態としてグリッパ位置決め装置の制御について図６にもとづき説明する。
【００５５】本実施の形態では、同列に並んでいる燃料集合体３把持時の精位置データをもとに、燃料集合体３の配置ずれの傾向をつかみ、その傾向から粗位置決め位置を推定して補正するようにした。即ち、図６に示すように、配置された燃料集合体３の精位置データがＮｏ．１燃料集合体３では２ｍｍ、Ｎｏ．２燃料集合体３では３ｍｍ、Ｎｏ．３燃料集合体３では１ｍｍであった場合、Ｎｏ．４燃料集合体３を把持する際には、（２＋３＋１）／３＝２ｍｍの算術平均値を使って、粗位置補正を実施するように粗決め手段の補正に精位置の平均値を適用するようにした。一例として平均値の適用事例を述べたが、最小二乗方等による推定を利用して配置ずれ傾向を掴むようにしても良い。
【００５６】このように、同列に並んでいる燃料集合体３を把持する際に、精位置データをもとに燃料集合体３の配置ずれ傾向をつかみ、新たに把持する燃料集合体の粗位置決め位置を補正するようにしたことにより、実施の第３形態で行うようにした視野外補正の実施回数の低減が可能となる。また、精位置決め開始時になるべくガイドピン１８と位置決め穴３３とを、できるだけ近づけておくことにより精位置決め制御に要する時間の低減が可能になる。
【００５７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の燃料クレーン自動位置決め装置は、燃料集合体上方の上方ノズルに穿設された位置決め穴にグリッパから垂下されたガイドピンを挿入出来る位置に、グリッパを自動的に配置する燃料移送クレーン自動位置決め装置において、グリッパの粗位置決め制御手段と精位置決め制御手段とを備え、ガイドピンと位置決め穴との相対位置が大きいときは、粗位置決め制御手段で燃料移送クレーンを移動させ、ガイドピンと位置決め穴との相対位置を小さくし、精位置決め制御手段で燃料移送クレーンを移動させ、ガイドピンを位置決め穴に配置するようにした。
【００５８】これにより、ガイドピンと位置決め穴とのはめあいが全自動化でき、嵌合い作業の前半は、粗位置決め制御手段で燃料移送クレーンを高速で移動でき作業時間を短縮でき、作業の後半は、精位置決め制御手段で燃料移送クレーンを移動させ、ガイドピンを嵌合う位置決め穴に正確に位置決めできる。
【００５９】また、本発明の燃料クレーン自動位置決め装置は、粗位置決め制御手段が、燃料集合体の配置データと、レゾルバからのグリッパ実位置信号とで作成したグリッパ粗位置目標軌道信号により、燃料移送クレーンを移動させ、グリッパ実位置信号をフィードバックし、グリッパ粗位置目標軌道信号を修正する変位制御部からなり、精位置決め制御手段がグリッパと位置決め穴位置との相対位置を検出し、精位置補正信号を作成し、グリッパ粗位置目標軌道信号を修正した精位置データ信号で燃料移送クレーンを移動させる移動量決定部からなるものとした。
【００６０】これにより、グリッパ実位置信号をフィードバックして得られたグリッパ指令信号で燃料移送クレーンがグリッパ粗位置に移動され、さらに、ガイドピンと位置決め穴との相対位置を示す画像等により、数値情報にされた精位置補正信号により、グリッパ粗位置目標軌道信号を修正した精位置データ信号で燃料移送クレーンをグリッパ精位置まで移動させるので、作業時間がより短縮できグリッパのより精度の高い位置決めができるようになる。
【００６１】また、本発明の燃料クレーン自動位置決め装置は、精位置補正信号を作成するグリッパと位置決め穴位置との相対位置を検出し、移動量決定部に距離信号を出力する外界センサが、大きい相対位置検出するセンサと小さい相対位置検出する複数のセンサとからなるものとした。
【００６２】これにより、複数センサの使用によりグリッパ位置の検出誤差をさらに低減でき、グリッパとガイドピンとの位置合わせ精度を上げることができる。また、複数センサから得られる距離信号の小さい信号を採用することにより、移動するグリッパの位置決め穴位置を通過することがなくなり、迅速なグリッパと位置決め穴との嵌め合わせができる。さらに、検出特性の異なるセンサの採用により、グリッパ、ガイドピンの何れかが視野外に位置する場合でも、大視野のセンサ使用で対応が容易になり作業効率が向上する。
【００６３】また、本発明の燃料クレーン自動位置決め装置は、粗位置決め制御手段が、同列に並べた燃料集合体を把持するときの精位置データ信号を基にした、燃料集合体の配置ずれの傾向からグリッパ粗位置目標軌道信号を修正するものにした。
【００６４】これにより、精位置決め開始時、ガイドピンを出来るだけ位置決め穴に近ずけておくことができ、精位置決め制御に要する時間を短くでき、作業効率が向上する。また、グリッパ、ガイドピンの何れかがセンサの視野外に位置するときでも、視野外補正の実施回数を低減でき、ガイドピンの位置決め穴への嵌合時間を短縮でき作業効率が向上する。
【出願人】 【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
【出願日】 平成１３年１月１８日（２００１．１．１８）
【代理人】 【識別番号】１０００６９２４６
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 新 （外１名）
【公開番号】 特開２００２−２１４３８４（Ｐ２００２−２１４３８４Ａ）
【公開日】 平成１４年７月３１日（２００２．７．３１）
【出願番号】 特願２００１−１０７４１（Ｐ２００１−１０７４１）