JP2006320825A - 自動制御塗装車両 - Google Patents

Abstract

【課題】航空機等の大型構造物、多種少量品の塗装に対しても、塗装設備の大規模化、高コスト化を招くことなく、塗装工程の自動化を図る。
【解決手段】自動制御塗装車両１に、アクチュエータヘッド７を移動させるアーム６と、ヘッド７の地球上の位置情報を取得するＧＰＳ通信端末９と、地球上に位置付けられた塗装領域の情報を記憶する記憶装置を含む制御装置１０と、ヘッド７とその周囲の物体との距離を測る測距装置８とを搭載する。ＧＰＳ通信端末９から取得したヘッド７の位置情報及びアーム６の姿勢情報θ１〜θ５，Ｓに基づき地球上の車両５の配置を算出し、これと塗装領域の情報に基づき塗装領域に対する車両５の配置を制御する。測距装置から取得した距離情報Ｆ，Ｌ，Ｒ，Ｈ１，Ｈ２、塗装領域の情報及びアーム６の姿勢情報に基づきアーム６及びヘッド７の動作を制御して被塗装面に対する塗装工程を行わせる。
【選択図】図２

Description

本発明は、塗装装置を搭載し自動制御により車両の移動及び前記塗装装置による塗装を制御する自動制御塗装車両に関する。

従来、航空機等の大型構造物の塗装作業は、人手により行われてきた。航空機等の大型構造物の塗装作業を自動化する場合、大きな設備が必要になり、設備投資リスクが大きい上、自動車等の塗装と比較し、少量多種の塗装を行うため、多くの治具や頻繁な設備改修が必要になるからである。

特許文献１には、回路基板に適したものとして、限定された２次元領域を移動するディスペンサの噴射領域をカメラで撮影した画像に基づいて指定しディスペンサの移動と吐出動作を制御する自動塗布装置が記載されている。
特許文献２には、自動車の外板端部等にシール材等を一定幅で塗布する自動塗布装置が記載されている。
特開平１０−５２６６４号公報 実開平６−７０８６４号公報

しかし、以上の特許文献１，２に記載の技術は、塗装装置の移動が制限されており、航空機等の大型構造物の塗装に適用しても、上掲したとおり、大きな設備が必要になり設備投資リスクが大きい、少量多種の塗装に応じるために多くの治具や頻繁な設備改修が必要になるという従来技術の問題を解決することはできない。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、航空機等の大型構造物、多種少量品の塗装に対しても、塗装設備の大規模化、高コスト化を招くことなく、塗装工程の自動化を図ることを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、被塗装面に対する処理を行うアクチュエータヘッドと、前記アクチュエータヘッドを支持し前記アクチュエータヘッドを自車に対して相対的に移動させるアームと、前記アクチュエータヘッドの地球上の位置情報を取得する通信端末と、
地球上に位置付けられた塗装領域の情報を記憶する記憶手段と、
前記通信端末から取得した前記アクチュエータヘッドの位置情報及び前記アームの姿勢情報に基づき自車の配置を算出する自車配置算出手段と、
前記自車配置算出手段により得られる自車の配置情報及び前記記憶手段に記憶された塗装領域の情報に基づき前記塗装領域に対する自車の配置を制御する車両制御手段と、
前記記憶手段に記憶された塗装領域の情報及び前記アームの姿勢情報に基づき、前記アーム及び前記アクチュエータヘッドの動作を制御して前記被塗装面に対する塗装工程を行わせるヘッド・アーム制御手段とを備えることを特徴とする自動制御塗装車両である。

請求項２記載の発明は、前記アクチュエータヘッドの周囲の物体と前記アクチュエータヘッドとの距離を測る測距装置を備え、前記ヘッド・アーム制御手段は、前記測距装置から取得した距離情報、前記塗装領域の情報及び前記アームの姿勢情報に基づき、前記アーム及び前記アクチュエータヘッドの動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の自動制御塗装車両である。

請求項３記載の発明は、前記塗装領域内の前記アクチュエータヘッドによる処理が終了した範囲を記録する記録手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自動制御塗装車両である。

本発明によれば、車両によって自律的に被塗装物の周囲を走行移動しアーム及びアクチュエータヘッドを動作させて被塗装面に対する塗装工程を行うので、被塗装物の規模による塗装設備の大規模化を抑えることができ、被塗装物の形状の変更によって塗装設備の構造を変更することを回避できるから、航空機等の大型構造物、多種少量品の塗装に対しても、塗装設備の大規模化、高コスト化を招くことなく、塗装工程の自動化を図ることができるという効果がある。

以下に本発明の一実施の形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。図１は本発明の一実施形態における航空機とその右翼後端付近に位置する自動制御塗装車両の平面図である。図２は、本発明の一実施形態における航空機の右翼後端付近に位置する自動制御塗装車両の左側面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。

本実施形態では自動制御塗装車両１を１台用いる。図１においては、航空機２の右翼４の後端に対向する配置Ａと、航空機２の右翼４の後端に平行な配置Ｂのそれぞれにつき自動制御塗装車両１を同図に描いた。

図２に示すように、自動制御塗装車両１は、車両５に、アーム６，アクチュエータヘッド７，測距装置８，ＧＰＳ通信端末９，制御装置１０を搭載している。

車両５は、前進後進、左右方向転換可能なものを用いる。また、旋回、横走行等の自由度の高い移動が可能なものを用いても良い。
アーム６は関節として、旋回部６１，軸関節６２，軸関節６３，伸び出しアーム６４，二軸関節６５を基端から先端に掛けて有する。図２に示すように各関節の角度をθ１〜θ５とし、伸び出しアーム６４の伸び出し量をＳとする。

アクチュエータヘッド７は、アーム６の先端に取り付けられる。アクチュエータヘッド７は、被塗装面に対する処理の種類ごとに設けられる。例えば、下地処理として被塗装面を研磨する研磨ヘッド、スプレー式、ローラ式、刷毛式等の各種塗布ヘッド、塗膜の硬化処理のための熱処理ヘッド又は光照射ヘッドなどが設けられる。研磨ヘッド、ローラ式、刷毛式塗布ヘッド等の接触式ヘッドの場合、アクチュエータヘッド７に接触圧力を検出するセンサが備えられ、その検出値が制御装置１０に出力される。アクチュエータヘッド７が複数種類となる場合は、工程ごとにアクチュエータヘッド７の交換を行う。交換は自動で行うことが好ましい。

ＧＰＳ通信端末９は、周知のように地球上の位置情報を取得する通信端末で、現在実用化されている。ＧＰＳ通信端末９は制御装置１０にアクチュエータヘッド７の経度、緯度、高度情報（順にＸ，Ｙ，Ｚとする）を出力する。したがって、少なくともＧＰＳ通信端末９の受信部（図示せず）は、アクチュエータヘッド７に固定される。なお、ＧＰＳはGlobal Positioning Systemの略である。より測位精度の高いディファレンシャルＧＰＳやより高精度に開発されるであろう将来のＧＰＳを利用することが好ましい。また、ＧＰＳの替わりに、超音波や赤外線を用いた３次元ポジショニングシステムを使うことも可能である。即ち、地上の複数の場所（通常２箇所）にそれぞれの発信機を置き、ＧＰＳ通信端末９に替えてそれぞれの送受信機を設ければよい。

測距装置８は、アクチュエータヘッド７の周囲の物体とアクチュエータヘッド７との距離を測る。例えば、図２に示すように前方対物距離Ｆ，左右対物距離Ｌ，Ｒ，下方・上方対物距離Ｈ１，Ｈ２等を測る。測距装置８は、ＧＰＳ通信端末９から得られる位置情報と記憶装置１１から得られる情報とから存在位置が計算できる物体（塗装対象物等）の実在を精度良く確認したり、他の物体（障害物等）を検知したりするために用いられる。

制御装置１０は、自車配置算出手段、車両制御手段、ヘッド・アーム制御手段を兼ね備えている。制御装置１０内には、地球上に位置付けられた塗装領域の情報、塗装領域内のアクチュエータヘッド７による各工程の処理が終了した範囲を記録する記憶装置が備えられる。
制御装置１０は、ＧＰＳ通信端末９からアクチュエータヘッド７のＸ，Ｙ，Ｚ座標を、アーム６の姿勢制御系からアーム６の姿勢情報θ１〜θ５及びＳを、測距装置８から対物距離情報をリアルタイムに取得する。

次に、手順にそって説明する。
まず、塗装領域の情報を制御装置１０に入力する。塗装領域は、経度Ｘ、緯度Ｙ、高度ＺのＸ−Ｙ−Ｚ座標上に位置付けなければならない。そのために、停止中の航空機２の塗装領域上の点のＸ，Ｙ，Ｚ座標を実測し、制御装置１０に入力する。入力する点の数を多くすることにより塗装領域の指定をより詳細にすることが好ましい。
或いは、塗装領域は、被塗装面の立体データにより立体的かつより詳細に特定することが好ましい。より好ましくは、制御装置１０に塗装対象物（航空機２）の完全な外面の立体データを入力し、その立体データによる立体の全部又は一部として塗装領域を特定する範囲指定を入力し、その立体データによる立体に対して特定された必要最少の点（例えば、立体外面上にあり一直線上にない３点）の実測したＸ，Ｙ，Ｚ座標を入力して、その立体データによる立体をＸ−Ｙ−Ｚ座標上に位置付ける。

塗装領域の情報が入力され、作業開始指令が入力されると制御装置１０は以下の制御を行う。
制御装置１０は、塗装領域の情報を記憶装置から読み出すことによって塗装領域（好ましくは塗装対象物及び塗装領域）のＸ−Ｙ−Ｚ座標上の位置を認識する。
制御装置１０は、アクチュエータヘッド７のＸ，Ｙ，Ｚ座標と、アーム６の姿勢情報θ１〜θ５及びＳとから車両５のＸ−Ｙ−Ｚ座標上の配置（向きを含む）を算出する。

以上の情報に基づき制御装置１０は、車両５の移動ルートや移動の際の車両５の向きや停止位置、停止時間を含めた車両制御情報を作成する。
次に、制御装置１０は、予め作成された上記車両制御情報に基づき車両５を移動・停止させることによって塗装領域に対する車両５の配置を制御する。
また、車両５、アーム６の動作中は随時、制御装置１０は、測距装置８からの距離情報をチェックし、必要により車両５，アーム６の障害物回避制御を行う。

制御装置１０は、車両５の移動・停止を制御するとともに、アクチュエータヘッド７及びアーム６の動作を制御して被塗装面に対する塗装工程を行わせる。このとき、制御装置１０は、測距装置８から取得した距離情報、記憶している塗装領域の情報及びアーム６の姿勢情報θ１〜θ５及びＳに基づきアクチュエータヘッド７及びアーム６の動作を制御して被塗装面に対する塗装工程を行わせる。ここで塗装工程には、下地処理工程、塗料塗布工程、仕上げ工程等が該当する。

具体的には、車両５の移動や、アーム６の動作により塗装領域の塗装開始端上にアクチュエータヘッド７を運び、車両５を停止させ、測距装置８からの距離情報とアーム６によって被塗装面とアクチュエータヘッド７との距離を適度な距離に精度良く保ちつつ、塗料噴射などのアクチュエータヘッド７の動作とアーム６の動作によるアクチュエータヘッド７の移動を制御して塗装工程の一部を実行する。アーム６の動作は、アーム６の姿勢情報θ１〜θ５及びＳに基づき制御する。

次に、制御装置１０は次の塗装対象部に車両５を移動させる。制御装置１０は、アクチュエータヘッド７のＸ，Ｙ，Ｚ座標と、アーム６の姿勢情報θ１〜θ５及びＳとから車両５のＸ−Ｙ−Ｚ座標上の配置（向きを含む）を算出し、これに基づき車両５の移動制御を行う。
次に、車両５を停止させ、再びアーム６とアクチュエータヘッド７を制御して塗装工程の一部を実行する。
以下同様にして、車両移動→停止→塗装動作を繰り返して、全塗装領域に対する塗装工程を遂行する。

航空機２の右翼上面を塗装する場合を例にとって動作を説明する。
図１に示すように航空機２の右翼４上面が塗装領域として指定されているとする。
まず、制御装置１０は、車両５を右翼４後端側基端付近に配置する（図中Ａの配置）。
図２に示すように制御装置１０は、右翼４や胴体部３を距離情報Ｆ，Ｌ，Ｒ，Ｈ１，Ｈ２により認識する。アーム６を動作させて測距装置８の位置を変えて距離情報Ｆ，Ｌ，Ｒ，Ｈ１，Ｈ２を取得し右翼４や胴体部３を立体的に認識し、記憶している情報と照合する。
次に、アーム６の関節６２，６３の動作や伸び出しアーム６４の動作によりアーム６を伸ばし、アクチュエータヘッド７を右翼４後端上に配置する。
次に下方対物距離Ｈ１を取得し、下方対物距離Ｈ１に基づくアーム６の制御によって被塗装面とアクチュエータヘッド７との距離を所定の距離に精度翼良く保持する。
次に、アクチュエータヘッド７を作動させるとともに、アーム６の関節６２，６３の動作や伸び出しアーム６４の動作によりアーム６を伸ばして一定速度、かつ、被塗装面との距離を一定に保持したまま、アクチュエータヘッド７を右翼４上を横断移動させ、図１に示すように右翼４上面を帯状に区切った一区域ｉの塗装工程を実行する。片道、一往復又は複数の往復において一区域ｉ内の塗装工程を実行する。

次に、隣の一区域ｉの延長上にアーム６の旋回軸が位置するように車両５を移動させ、車両５を停止して当該一区域ｉの塗装工程を上記と同様に実行する。以下同様に繰り返し、全ての塗装領域の塗装工程を実行する。

その際、車両５の移動は、切り返しにより又は前進若しくは後進により行う。例えば、図１中に前進による移動の様子を描く。車両５を右翼４後端に平行に配置し（図中Ｂの配置）、矢印Ｃに示すように車両５を右翼４後端に沿って一区域ｉの幅分相当距離だけの前進と停止を繰り返しながら、停止時に矢印Ｄに示すようにアーム６の伸縮によりアクチュエータヘッド７を往復動させ一区域ｉ内の塗装工程を実行する。

塗装作業中、制御装置１０は、ＧＰＳ通信端末９からアクチュエータヘッド７のＸ，Ｙ，Ｚ座標を取得して、このＸ，Ｙ，Ｚ座標により塗装領域内のアクチュエータヘッド７による処理が終了した範囲を記録する。この記録は、下地処理、塗料塗布、仕上げ処理等の工程ごとに記録する。これにより、いつでも未処理部分を特定することができ、作業効率を維持できる。

以上の実施形態によれば、車両５によって自律的に航空機２の周囲を走行移動しアーム６及びアクチュエータヘッド７を動作させて被塗装面に対する塗装工程を行うので、航空機２の規模による塗装設備の大規模化を抑えることができ、航空機２の形状によって塗装設備の構造を変更することを回避できるから、塗装設備の大規模化、高コスト化を招くことなく、航空機に対する塗装工程の自動化を図ることができる。

また、自動制御塗装車両１は、塗装作業時に整備ドック等の航空機２のある場所に出向くことができるので、塗装専用のブースを建築する必要がなく、設備費を低く抑えることができる。航空機２を他のブースから塗装専用のブースに移動させることもないので、工期の短縮、移動コストの削減を図ることできる。

また、塗装作業時以外は自動制御塗装車両１を別の場所に移動して整備、保管をすることができる。
自動制御塗装車両１は、工場間の移動が容易であるので、１台を複数の工場で使用することができ、設備費を低く抑えることができる。
自動制御塗装車両１は、塗装作業の繁閑に応じて増減が容易である。
自動制御塗装車両１は、売却、貸与が容易であるから設備費削減が容易となり、設備投資リスクを軽減できる。
自動制御塗装車両１によれば、塗装作業の無人化が可能であり、人体に影響を与える恐れのある紫外線硬化等の硬化方法を選択することができる。

本発明の一実施形態における航空機とその右翼後端付近に位置する自動制御塗装車両の平面図である。 本発明の一実施形態における航空機の右翼後端付近に位置する自動制御塗装車両の左側面図(a)及び平面図(b)である。

符号の説明

１ 自動制御塗装車両
２ 航空機
３ 胴体部
４ 右翼
５ 車両
６ アーム
７ アクチュエータヘッド
８ 測距装置

Claims (3)

1. 被塗装面に対する処理を行うアクチュエータヘッドと、前記アクチュエータヘッドを支持し前記アクチュエータヘッドを自車に対して相対的に移動させるアームと、前記アクチュエータヘッドの地球上の位置情報を取得する通信端末と、
   地球上に位置付けられた塗装領域の情報を記憶する記憶手段と、
   前記通信端末から取得した前記アクチュエータヘッドの位置情報及び前記アームの姿勢情報に基づき自車の配置を算出する自車配置算出手段と、
   前記自車配置算出手段により得られる自車の配置情報及び前記記憶手段に記憶された塗装領域の情報に基づき前記塗装領域に対する自車の配置を制御する車両制御手段と、
   前記記憶手段に記憶された塗装領域の情報及び前記アームの姿勢情報に基づき、前記アーム及び前記アクチュエータヘッドの動作を制御して前記被塗装面に対する塗装工程を行わせるヘッド・アーム制御手段とを備えることを特徴とする自動制御塗装車両。
2. 前記アクチュエータヘッドの周囲の物体と前記アクチュエータヘッドとの距離を測る測距装置を備え、前記ヘッド・アーム制御手段は、前記測距装置から取得した距離情報、前記塗装領域の情報及び前記アームの姿勢情報に基づき、前記アーム及び前記アクチュエータヘッドの動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の自動制御塗装車両。
3. 前記塗装領域内の前記アクチュエータヘッドによる処理が終了した範囲を記録する記録手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自動制御塗装車両。

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