JP2007518586A - ロボットシステムを含む自動建設 - Google Patents

Abstract

一対のレール（１９４０）に摺動可能に装着された少なくとも２つの側部部材（１９３０）の間に延在し、それによって支持されるオーバーヘッド梁（１９２０）を含む可動ガントリーロボット（１９１０）を有するロボットシステム（１９００）が、開示される。ノズルアセンブリ（１９６０）は、押し出すためにオーバーヘッド梁に可動式に結合される。
【選択図】 図１９

Description

関連出願の相互参照

[0001]本願は、発明者Ｂｅｈｒｏｋｈ Ｋｈｏｓｈｎｅｖｉｓによって２００４年１月２０日に出願された米国仮特許出願第６０／５３７，７５６号、発明の名称「押出を使用する自動建設（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）」、代理人事件番号２８０８０−１２４、に基づいており、その優先権を主張する。この仮特許出願の内容全体は、参照として本明細書に組み込まれる。

[0002]本願はまた、発明者Ｂｅｈｒｏｋｈ Ｋｈｏｓｈｎｅｖｉｓによって２００４年１月２０日に出願された米国特許出願第１０／７６０，９６３号、発明の名称「壁の押出用のマルチノズルアセンブリ（Ｍｕｌｔｉ−Ｎｏｚｚｌｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ ｆｏｒ Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｏｆ Ｗａｌｌ）」、代理人事件番号２８０８０−１１５、の一部継続出願でもある。‘９６３号出願は、発明者Ｂｅｈｒｏｋｈ Ｋｈｏｓｈｎｅｖｉｓによって２００３年１月２１日に出願された米国仮特許出願第６０／４４１，５７２号、発明の名称「自動建設（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）」、代理人事件番号２８０８０−０９７に基づいており、その優先権を主張する。非仮出願第１０／７６０，９６３号の内容全体は、参照として本明細書に組み込まれる。

[0003]本願はまた、発明者Ｂｅｈｒｏｋｈ Ｋｈｏｓｈｎｅｖｉｓによって２００５年１月２１日に出願された米国特許出願第１１／０４０，４０１号、発明の名称「自動建設用ロボットシステム（Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）」、代理人事件番号２８０８０−１４９、発明者Ｂｅｈｒｏｋｈ Ｋｈｏｓｈｎｅｖｉｓによって２００５年１月２１日に出願された米国特許出願第１１／０４０，６０２号、発明の名称「自動配管、ワイヤリングおよび補強（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｐｌｕｍｂｉｎｇ， Ｗｉｒｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ）」、代理人事件番号２８０８０−１５４、および発明者Ｂｅｈｒｏｋｈ Ｋｈｏｓｈｎｅｖｉｓによって２００５年１月２１日に出願された米国特許出願第１１／０４０，５１８号、発明の名称「ミキサー−押出機アセンブリ（Ｍｉｘｅｒ−Ｅｘｔｒｕｄｅｒ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）」、代理人事件番号２８０８０−１５５にも関する。

出願における政府の関心

[0004]本発明は、米国政府によって与えられたＮＦＳ助成第９６３４９６２号およびＮＦＳ助成第９５２２９８２号下で政府支援で行われた。政府は、この発明に一定の権利を有する。

背景

[0005]家、事務所、船および他の構造物を建設することは、古来の伝統である。しかし、何世紀にもわたり発展しているにもかかわらず、困難および問題がある。

[0006]建設は、通常、非常に労働集約的である。中程度のサイズの構造物でさえ、通常、多くの人材を必要とする。これは、非常に費用がかかる。同時に、効率的な方法で多くの人材の時間を使用することもまた課題である。

[0007]建設努力の結果もまた、矛盾している。１つの構造物の概観および品質は、同一設計から建てられた別のものとは異なりうる。これは、構造物に対して、働く人のスキル、努力、監督および技術の差によって生じうる。

[0008]建設はまた、結果として、材料の浪費になることもある。例えば、木材を使用するときには、標準の既製品の長さは、設計要件に合致するために切断しなければならないことが多く、結果として無駄になる。

[0009]肉体労働を使用する建設はまた、非常に時間のかかるものでありえ、何ヶ月も、場合によっては完成するのに何年も、必要である。

[0010]建設はまた、危険でもある。多くの建設労働者が、建設現場で死亡するかまたは重傷を負っており、米国のみで約５００，０００人が挙げられている。

概要

[0011]マルチノズルアセンブリは、第１の出口を通って材料を押し出すように構成された第１のノズルと、第２の出口を通って材料を押し出すように構成された第２のノズルと、第３の出口を通って材料を押し出すように構成された第３のノズルとを含んでもよく、第３の出口は、第１の出口と第２の出口との間にある。

[0012]建設方法は、２つの間隔をおいたリムの第１の層を同時に押し出すことを含んでもよい。リムの第１の層を押し出した後に、２つの間隔をおいたリムのさらなる層は、各々が直接または間接的に、第１の層の間隔をおいたリムの一方の頂部に、２つの間隔をおいたリムの第１の層の間にある充填材の第１の層とともに、同時に押し出されてもよい。

[0013]壁は、各々が別個に押し出された層の積み重ねられたセットから構成された間隔をおいたリムのセットと、別個に押し出された層の積み重ねられたセットから構成されたリムの間の充填材とを含んでもよい。

[0014]ロボットシステムは、可動ガントリーロボットと、ガントリーロボットに可動式に結合されたノズルアセンブリとを含んでもよい。ガントリーロボットは、一対のレールに摺動可能に装着された少なくとも２つの側部部材の間に延在しそれらによって支持されるオーバーヘッド梁を含んでもよい。ノズルアセンブリは、ガントリーロボットのオーバーヘッド梁に結合されてもよく、出口を通って材料を押し出すように構成されてもよい。ロボットシステムは、ガントリーロボットおよびノズルアセンブリの位置および運動を制御するように構成された位置コントローラをさらに含んでもよい。

[0015]建設機器は、一対の対向する側部部材の間に延在しそれにわたって摺動可能に装着されたクロス部材を有する可動ガントリープラットフォームを含んでもよい。ノズルアセンブリは、クロス部材に可動式に装着されてもよく、出口を通って材料を押し出すように構成されてもよい。巻き上げ機構は、ノズルアセンブリが材料の先に押し出された層の頂部に材料の層を押し出すのに十分な高さにガントリープラットフォームを制御可能に揚げるように構成されてもよい。

[0016]移動式ロボットシステムは、可動ロボット基部と、ロボット基部から延びる関節式ロボットアームと、ロボットアームの遠位端に結合され出口を通って材料を押し出すように構成されたノズルアセンブリと、ロボット基部に装着され、ノズルアセンブリへ材料を供給するように構成された材料供給システムとを含んでもよい。

[0017]移動式ロボットシステムは、電動ホイールアセンブリと、電動ホイールアセンブリに結合され、出口を通って材料を押し出すように構成されたノズルアセンブリと、電動ホイールアセンブリに装着され、ノズルアセンブリへ材料を供給するように構成された材料供給システムとを含んでもよい。

[0018]機器は、出口を通って材料を押し出すように構成されたノズルアセンブリと、ノズルアセンブリに結合された制御可能なロボットアームとを含んでもよく、ロボットアームは、一方の端に、要素を拾い上げ、その要素を押し出された材料に対して所望の位置に置くように構成されたグリッパーを有する。

[0019]機器は、出口を通って材料を押し出すように構成されたノズルアセンブリと、ノズルアセンブリに結合された制御可能なロボットアームと、一方の端に取り付けられた塗装機構とを含んでもよく、塗装機構は、所望の仕様にしたがって、押し出された材料の表面を制御可能に塗装するように構成される。

[0020]三次元構造物は、各々が別個に押し出された層の積み重ねられたセットから構成された間隔をおいたリムのセットと、別個に押し出された層の積み重ねられたセットから構成されたリムの間の充填材と、少なくとも部分的には間隔をおいたリムと充填材とによって画成された複数のコンジットと、少なくともいくつかのコンジット内に設置された１つ以上の要素とを含んでもよい。要素は、補強部材と、配管パイプのセグメントと、電気ネットワーク構成要素とを含んでもよい。

[0021]タイルを設置する方法は、ロボットを操作して、ノズルアセンブリによって押し出され形状づけられた材料の表面に接着材料の層を加えるようにロボットを誘導するステップと、ロボットを動かして、ロボットに１つ以上のタイルを拾い上げさせ、そのタイルを接着材料の層上の所望の場所に置かせるステップとを含んでもよい。

[0022]ミキサー−押出機アセンブリは、中空の円筒形チャンバと、チャンバに接続されたホッパーとを含んでもよい。チャンバは、その下部端に出口ポートと、流体入口ポートとを含んでもよい。ホッパーは、それを通って投入材料を受け取るように構成された投入ポートを有してもよい。一方の端に取り付けられたピストンを有するピストン駆動シャフトは、円筒形チャンバと同軸である駆動シャフト軸を中心にして回転可能であってもよい。ピストンは、それに結合されそれとともに回転することができる１つ以上のミキサーブレードを有してもよい。ピストンは、ホッパーの投入ポートを通って受け取られた投入材料がチャンバ内に送出された後に、駆動シャフト軸を中心にして制御可能に回転され、ミキサーブレードを回転させ、投入材料をチャンバの流体入口ポートを通って導入された混合流体と混合させる。ピストンはまたチャンバの上部端からチャンバの出口ポートへ向けて摺動可能に動くこともできてもよく、そのため、混合された投入材料は、チャンバの出口ポートを通って押し出される。

[0023]材料を混合し押し出す方法は、実質的に円筒形のチャンバに接続されたホッパーへ粉末化材料を提供するステップと、ホッパーから押出チャンバへ粉末化材料の少なくともいくらかを移送するステップと、混合流体を押出チャンバ内に導入するステップと、円筒形チャンバと同軸である駆動軸を中心にしてチャンバ内のピストンを回転するステップとを含んでもよい。ピストンは、それに結合されそれとともに回転することができる１つ以上の混合羽根を有してもよく、そのため、ピストンの回転は、混合羽根となり、粉末化材料を混合流体と混合させる。方法は、ピストンをチャンバの上部端からチャンバの出口ポートへ向けて動かし、そのため、混合流体と混合された粉末化材料がチャンバから出口ポートを通って押し出されるステップをさらに含んでもよい。

詳細な説明

[0074]図１は、単一のノズルを含むノズルアセンブリの実施形態を図示する。図１に示されるように、ノズルアセンブリ１０１は、出口１０５（図１では見えない）を有するノズル１０３と、コテ１０７と、サーボモータ１０９およびコテ・リンク１１１および１１３を含むコテ位置決めコントローラとを含んでもよい。

[0075]円筒形として示されているが、ノズル１０３の形状は、変動してもよい。これは、流体または半流体形態の材料のための入口１１５を含んでもよい。

[0076]出口１０５の断面は、変動してもよい。これは、円形であっても矩形であってもまたは他の何らかの形状であってもよい。

[0077]図２は、壁を押し出すために使用されている図１に示されたノズルアセンブリの実施形態を図示する。図２に示されるように、ノズルアセンブリ１０１は、水平方向２０８に動きながら、材料の層２０３を押し出している。コテ１０７は、ノズル１０３から押し出されているときに、材料の層２０３の外側表面を滑らかにする。ノズル１０３を支持する部材の下部表面２０５は、開口（図示せず）を有し、それを通って押し出された材料が流れる。下部表面２０５はまた、押し出されている材料２０３の層の上部表面を滑らかにするために、コテとして作用してもよい。押し出されている材料２０３の層の内側表面を滑らかにするために、追加のコテ（図示せず）も含まれてもよい。あるいは、平坦な表面を形成するために、第１のコテに平行な鋭い刃が、内側側部の過剰材料を切り取ってもよい。

[0078]再度、図１を参照すると、コテ１０７の高さは、上記に説明されたように、サーボモータ１０９およびコテ・リンク１１１および１１３を含むコテ位置コントローラによって、制御されてもよい。コテ１０７の高さは、押し出された層２０３の高さに対応するように調整されてもよい。コテ１０７の高さを調整可能にすることによって、異なる厚さの層が、押し出されてもよい。

[0079]コテ１０７の滑らかにする表面および下にある表面２０５は平らであるとして図示されているが、その代わりに、他の輪郭が使用されてもよい。

[0080]セメントまたはプラスチックを含む任意の種類の材料が使用され、入口１１５内に送出されてもよい。材料は、液体または疑似液体形態で送出されてもよく、且つ、添加剤を含むかまたは受け取ってもよく、または、押出後に材料を固体に固化させる特徴を有してもよい。

[0081]図２を調べることから明らかであるように、ノズルアセンブリ１０１は、前後運動で水平に動いてもよく、各回は、ほぼ各押し出された層の厚さだけ高さが高くなる。集合的な効果は、別々に押し出された層の積み重ねられたセットから構成される壁２０７を形成することである。

[0082]工程の端２０９でノズルアセンブリ１０１の水平方向２０８は、方向１１１内に９０度変更されてもよい。これは、鋭い直角曲げを有する押し出された壁を生成することができる。明らかに、方向における他の種類の変化を使用して、他の壁形状を形成してもよく、湾曲した壁および９０度以外の角度で互いに結合する壁を含む。

[0083]図３は、３つのノズルを含むノズルアセンブリの別の実施形態を図示する。図３に示されるように、ノズルアセンブリ３０１は、外側ノズル３０３と、内側ノズル３０５と、中央ノズル３０７とを含む。外側ノズル３０３は出口３０９を含んでもよく、内側ノズル３０５は出口３１１を含んでもよく、中央ノズル３０７は出口３１３を含んでもよい。各出口は、矩形断面を有するとして図示されるが、代わりに、例えば、丸いまたは楕円等の他の断面形状を使用することができる。中央出口３１３の幅は、外側出口３０９または内側出口３１１の幅と等しくても、それよりも大きくても小さくてもよい。外側出口３０９の幅は、内側出口３１１の幅と等しくてもよく、またはそれとは異なってもよい。

[0084]コテ３１５を使用して、外側出口３０９から押し出される材料を滑らかにしてもよく、一方、コテ３１７を使用して、内側出口３１１から押し出される材料を滑らかにしてもよい。外側コテ３１５および内側コテ３１１の高さは、今度は、それぞれ、コテ位置コントローラ３１９および３１８によって制御されてもよい。

[0085]図４Ａ〜図４Ｃは、壁を押し出すために使用されている図３に示されたノズルアセンブリの実施形態を図示する。

[0086]図４Ａに示されるように、壁４０３の第１の層は、ノズルアセンブリ３０１を水平方向に動かすことによって、且つ外側ノズル３０３および内側ノズル３０５を通ってのみ材料を押し出すことによって、押し出されてもよい。この工程の間に、中央ノズル３０７からは材料が押し出されなくてもよい。

[0087]このアプローチは、材料の外側リム層４０５および内側リム層４０７を押し出させることもある。この工程中には中央ノズル３０７から材料は押し出されていないため、リム層４０５および４０７の内側壁に、かなりの力がかかることはない。

[0088]次いで、リム層が残され、硬化され、したがって、固化されてもよい。熱的および化学的等の様々なアプローチを使用して、硬化プロセスを加速してもよい。押し出された材料を処理しその硬化の速度を上げるために、例えば、トーチ、熱風ブロアまたはマイクロ波エネルギが、ノズルアセンブリ３０１（図示せず）に取り付けられてもよい。リムには、例えばプラスチック等の即座に硬化する材料が、慎重に選択されてもよい。

[0089]図４Ｂに示されるように、硬化されたリム層の頂部に、別のリム層が押し出されてもよい。これは、第１の外側リム４０５の頂部に押し出されている第２の外側リム４１３、および第１の内側リム４０７の頂部に押し出されている第２の内側リム４１５から構成されてもよい。第１の充填材層４１１もまた、第２のリム層４１３および４１５が押し出されているのと同時に中央ノズル３０７から材料を押し出すことによって、第１のリム層４０５および４０７の間に押し出されてもよい。充填材は、セメント等のかなり強い材料であてもよい。充填材材料は、リム材料ほど即座に乾燥してもしなくてもよい。

[0090]リム層が十分即座に硬化することができる場合には、且つ、その長さが十分に長い場合には、ノズルアセンブリ３０１は、工程の開始に戻り、先の層の押出が完了するや否や先の層の頂部にリムの次の層を押し出すことができてもよい。硬化が十分に速い場合には、ノズルアセンブリは、代わりに、戻り縦走中に材料の次の層を押し出すように命じられてもよい。また他のシーケンスに従うこともでき、縦走の間の休止を含む。

[0091]プロセスは、壁４０３の高さが必要なレベルに達するまで、繰り返されてもよい。図４Ｃは、６つの層を備えた壁４０３を図示する。最後の必要なリム層が押し出された後に、次の工程は充填層のみを押し出してもよく、このようにして、壁構造物を完成する。

[0092]充填材層の押出を遅らせることは、リム層が近接している充填材層を含むのに十分に強いことを確実にするのを助ける。当然ながら、各充填層の押出は、必ずしも、各近接しているリム層の押出の後ろの縦走である必要はなく、または、正確にそうである必要さえない。他の実施形態において、充填材層は、近接しているリム層の後ろの２つ以上の層であってもよい。実際、すべてのリム層または少なくともいくつかのリム層が押し出され固化した後まで、充填材層は押し出されなくてもよい。この実施形態において、壁充填材全体または少なくともその大部分が、単一の工程で押し出されることができる。

[0093]図５は、傾斜した配向で壁を押し出すために使用されている図３に示されたノズルアセンブリの実施形態を図示する。

[0094]押し出される材料は、外側チューブ５１７、５１９、５２１および５２３を通って送出されてもよい。これらの外側チューブの各々は、その中に、１セットの内側チューブを含んでもよく、一方は、材料を外側出口３０９（図３参照）および内側出口３１１（図３参照）へチャネルで運び、他方は、材料を中央出口３１３（図３参照）へチャネルで運ぶ。このようにして、外側出口３０９および内側出口３１１へ送出される材料の種類は、中央出口３１３へ送出される材料の種類とは異なってもよい。

[0095]別の実施形態において、各外側チューブ５１７、５１９、５２１および５２３は、３つの内側チューブを含んでもよく、外側出口３０９および内側出口３１１へ同様に異なる種類の材料を送出するのを可能にする。

[0096]図５にまた示されるように（および部分的に図３に）、ノズルアセンブリ１０１は、出口３０９、３１１および３１３をほとんど任意の方向に向けさせることを可能にする配向制御機構を含んでもよい。任意の種類の制御機構を使用してもよく、１度、２度または３度の自由度に出口を配向することができる制御機構を含む。図面に示されたノズルアセンブリ１０１を参照すると、出口を三次元に配向することを可能にする配向制御機構が選択されている。配向制御機構は、サーボモータ５０１、５０３および５０５を含んでもよく、各々が、別々の配向の軸を制御する。当然ながら、適切な内部構造物が含まれてもよく、これらのサーボモータの動きを必要な運動に平行移動する。ある実施形態において、位置決め情報は、サーボコントローラ（図示せず）へ送り返されてもよく、１つ以上のフィードバックループに使用され、得られる位置決めの正確さを最大限にする。適切な材料チャネリングチャンバおよびガスケットもまた含まれてもよく（図示せず）、方向づけられる角度配向にかかわらず、可動ジョイントに相当の漏れなしで材料が流れ続けるのを確実にする。ノズルアセンブリは、それ自体が、ＸＹＺ位置決めシステムによって動かされてもよく、したがって、ノズルヘッドに６度の自由度を与える。

[0097]単一のみのノズルまたは３つのノズルを有するノズルアセンブリが今まで図示されてきたが、用途に依存して、例えば、２つ、４つまたはさらにそれ以上の異なる数のノズルを使用することができることを理解すべきである。

[0098]図６は、支持なし屋根の実施形態を建設するために使用されている配向制御機構を有するノズルアセンブリを図示する。図７は、壁構造物の頂部でその完成した状態にある図６に示された支持なし屋根を図示する。集合的に、これらの図面は、ノズルアセンブリの位置の柔軟性が、アーチ形天井等の支持なし屋根の建設をどのように容易にすることができるかを例証する。単一ノズルのみを有するノズルアセンブリが図示されているが、例えば、図３〜５に示されたような三重ノズルアセンブリ等の異なる数のノズルを使用することができることを理解すべきである。

[0099]図８は、補強部材を収容するスロットを中央ノズルに含むノズルアセンブリの別の実施形態を図示する。図９は、補強部材を有する壁を建設するために使用されている図８に示されたノズルアセンブリを図示する。

[00100]図８に示されるように、ノズルアセンブリ８０１は、出口８０５を有する外側ノズル８０３と、出口８０９を有する内側ノズル８０７と、開口８１９によって別々にされている、それぞれ、出口８１５および８１７を有する２つのノズル８１１および８１３から構成される中央ノズルセットとを含む。図９は、ノズルアセンブリ８０１が操作中に補強部材８２１、８２３または８２５に衝突しないことを、開口８１９がどのように確実にするかを図示する。

[00101]図１０は、ノズルアセンブリの別の実施形態を図示する。図１０に示されるように、ノズルアセンブリ１００１は、外側ノズル１００３および関連コテ１００５、内側ノズル１００７および関連コテ１００９、および中央ノズル１０１１を含んでもよい。押出のために中央ノズル１０１１へチャネルで運ばれる材料を受け取るために入口１０１３が設けられてもよく、一方、押出のために外側ノズル１００３および内側ノズル１００７へチャネルで運ばれる材料を受け取るために入口１０１５が設けられてもよい。ノズルを回転するために、かさ歯車１０１７が設けられてもよい。

[00102]サーボモータ１０１９および１０２１は、それぞれ、コテ１００９および１００５の高さを制御するために使用されてもよい。サーボモータ１０２５は、外側ノズル１００３へ材料の流れを規制するために使用される内側ゲート弁（図示せず）を制御するために使用されてもよい。同様に、サーボモータ１０２３は、内側ノズル１００７へ材料の流れを規制するために使用される内側ゲート弁（図示せず）を制御するために使用されてもよい。中央ノズル１０１１への材料の流れもまた、類似の方法でまたは異なる方法で、規制されてもよい。

[00103]湾曲した壁を作るときには、リム材料送出率は、外側出口および内側出口では異なってもよい。これは、サーボモータ１０２３および１０２５の適切な設定によって実現されてもよい。弁は、ノズルに近くても離れていてもよい。ゲート弁は、流れの容量を制御可能に調整するように、および流れを完全に断つように、構成されてもよい。

[00104]サーボモータ１０２７は、外側ノズル１００３および内側ノズル１００７に対して中央ノズル１０１１の高さを制御するために使用されてもよい。外側および／または内側のノズルの高さはまた、類似の方法でまたは異なる方法で、制御されてもよい。

[00105]図１１は、組み立てられていない形態にある図１０に示されたノズルアセンブリの一定の構成要素を図示し、中央ノズル１０１１は内側ノズル１００７および外側ノズル１００３よりも低い高さである。そのような高さの差は、各中央充填材層が各囲繞するリム層の後ろで１回の工程で押し出される実施形態に、有用であってもよい。ノズルの相対高さを制御する能力はまた、偶発的な障害を避ける必要がある用途において有用であってもよい。

[00106]図１２は、図１０に示されたノズルアセンブリ１０１１の一部の底面図を図示する。これは、サーボモータ１０２９が外側ノズル１００３および内側ノズル１００７に対して中央ノズル１０１１の高さをどのように制御してもよいかに関するさらなる詳細を提供する。この詳細は、ボールねじ１１３２および１１３４（図１１参照）を回転させ、したがって、それぞれ、関連したねじ山を切ったスリーブ１１３７および１１３９（図１１参照）との相互作用のため、中央ノズル１０１１の高さに、対応する変化を生じさせる駆動ベルト１０３１を含む。

[00107]図１３は、制御可能な前部および後部のゲートを含むノズルの実施形態を図示する。図１３に示されるように、ノズル１３０１は、制御可能な前部ゲート１３０３および制御可能な後部のゲート１３０５を含む。制御可能ゲート１３０３は、ゲートコントローラ、例えば、サーボモータ１３０７および関連カップリング１３０９によって、制御されてもよい。同様に、制御可能なゲート１３０５は、ゲート制御機構、例えば、サーボモータ１３１１および関連制御機構１３１５によって、制御されてもよい。

[00108]図１４は、壁を押し出すために使用されている図１３に示されたノズルを備えたノズルアセンブリの一実施形態を図示する。この実施形態は、各押し出された層の開始および終端が、ゲートの適切な制御によって鋭い垂直表面を備えて形状づけられることができる。

[00109]図１５は、絶縁層を押し出すために使用されている図１３に示されたノズルを図示する。この実施形態において、ポリスチレンフィラメントは、電気的に加熱されたバレル１５０１を通って供給されてもよく、そのため、溶融プラスチックが、ノズル１５０３を通って出てくる。圧縮された空気もまた、スタイロフォーム（Ｓｔｙｒｏｆｏａｍ）１５０５のビードを形成させるために、混合されてもよい。１つ以上のこれらの層が、絶縁として作用してもよい。他の種類のポリマーまたは他の材料を、代わりに使用してもよい。

[00110]図１６は、絶縁を備えた壁を押し出すために図１３に示されたノズルを使用するノズルアセンブリを図示する。図１６に示されるように、壁１６０１は、スタイロフォーム層１６０５、１６０７および１６０９の積み重ねられたセットを含むノズルアセンブリ１６０３（一部のみが示される）によって押し出されている。

[00111]図１７は、連結された層を備えた壁を押し出すために使用されている、ゲートにスロットを有するノズルアセンブリの別の実施形態を図示する。図１７に示されるように、ゲート１７０１は、スロット１７０３および１７０５を含み、これらは、層１７１１の押出中に、対応するリブ１７０７および１７０９を形成させる。これらは、連結リブ、例えば、連結リブ１７１３、１７１５および１７１７を形成し、したがって、押し出される壁を強化する。

[00112]図１８Ａおよび図１８Ｂは、可変幅ノズルを有するノズルアセンブリの別の実施形態を図示する。図１８Ａおよび図１８Ｂに示されるように、ノズルアセンブリ１８０１は、外側ノズル１８０３、中央ノズル１８０５および内側ノズル１８０７を含む。外側および内側ノズル１８０３および１８０７から押し出される層の幅は、それぞれ、サーボ制御下で手動かまたは自動かのいずれで、これらのノズルの相対分離を調整することによって、変動されてもよい。図８（ａ）は、より広いリム層用に広く分離されている外側および内側のノズルを図示し、一方、図８（ｂ）は、より狭いリム層用に一緒に圧縮されているこれらの同一のノズルを図示する。押し出された材料の流量は、完全な層が押し出されるのを確実にするためにより広い設定中に、減少されてもよい。２つのリムノズルの間の分離距離は、次第に薄くなる壁を備えたドーム等の構造物の建設を容易にするか、または、内壁等の一定の壁を、外壁等の他の壁よりも薄くするために、構造物の押出中に変動してもよい。一方のリム層を他方より薄く作るために、適切な調整をすることもできる。

[00113]センサ（図示せず）が、建設されている構造物内に挿入されてもよく、建設性能に関するフィードバックを提供する。構造物が完成した後に、これらのセンサは、構造物に関する情報、例えば、熱、湿度および変形について報告するために使用され続けてもよい。

[00114]ノズルアセンブリの一実施形態において、ノズルアセンブリは、押出に従い押し出される層の壁に質感を形成するローラーを含んでもよい。

[00115]広く様々な建設要素は、有利なことに、先ほど記載した１つ以上のノズルアセンブリを利用してもよい。

[00116]例えば、ノズルアセンブリは、ロボットシステムのアームに取り付けられてもよい。コンピュータまたは他の制御下で、ノズルアセンブリは、数ルームを含むビル全体の壁を押し出してもよい。ガントリーシステムを使用して、ノズルアセンブリが必要な経路を横断するときにノズルアセンブリを支持し位置決めしてもよい。位置決めシステムもまた使用して、ノズルアセンブリを正確に位置決めしてもよく、例えば、固定基準点およびノズルアセンブリに装着されたレーザ距離計を含むシステムである。

[00117]図１９は、ノズルアセンブリの位置を制御するために可動ガントリーロボットを含むようなロボットシステムの一実施形態を図示する。図１９に示されるように、ロボットシステム１９００は、一対のレール１９４０に摺動可能に装着され、且つノズルアセンブリ１９６０が取り付けられる可動ガントリープラットフォーム１９５０を有する可動ガントリーロボット１９１０を含んでもよい。可動ガントリーロボット１９１０は、一対のレール１９４０に摺動可能に装着される少なくとも２つの側部部材１９３０によって支持され且つその間に延在するオーバーヘッド梁１９２０を有してもよい。可動ガントリープラットフォーム１９５０は、オーバーヘッド梁１９２０に摺動可能に装着されてもよく、ノズルアセンブリ１９６０（図１９には一部のみが示される）は、ノズルアセンブリがガントリープラットフォーム１９５０の動きに従うような方法で、ガントリープラットフォーム１９５０に取り付けられてもよい。

[00118]ロボットシステム１９００は、レールに沿ったガントリーロボット１９１０の位置および運動、同様に、ガントリープラットフォーム１９５０およびノズルアセンブリ１９６０の位置および運動を制御する位置コントローラを含んでもよい。位置コントローラは、ノズルアセンブリの位置を検知する位置センサ１９７０、および位置センサ１９７０の出力に応答してノズルアセンブリを所望の位置へ制御可能に動かすアクチュエータ１９７２を含んでもよい。位置センサ１９７０は、例えば、図１９に概略的に図示されるようなレーザ距離計１９７０であってもよいが、当分野において既知である他の任意の位置検出装置が使用されてもよい。建設現場に設置された固定ポールに設置された３つの反射体１９７４が、レーザ距離計１９７０用の固定基準点を提供してもよい。

[00119]レーザ距離計１９７０（ライダーまたはレーザトラッカーとも呼ばれる）は、物体へ光を送り出し物体から反射され／散乱される光を分析することによって、物体への距離を正確に測定することができるレーザ装置であってもよい。物体への範囲は、光が物体へ到着し戻ってくる時間を測定することによって決定されてもよい。レーザ距離計１９７０は、１）レーザ光を生成し、レーザ光を反射体１９７４へ向けて発信するトランスミッタ（図示せず）と、２）参照点で再帰性反射体１９７４から散乱し戻る発信された光を受け取るように構成されたレシーバ（図示せず）と、３）レシーバによって受け取られた光の強度を検出するように構成された光検出器（図示せず）と、４）飛行時間測定を行うことによって、すなわち、光が物体に到着し戻ってくるのに必要な時間を測定することによって、物体への距離を計算するのに効果的なデータ獲得システム（図示せず）とを含んでもよい。

[00120]材料をノズルアセンブリ１９６０へ供給するように構成される材料供給システム１９８０が、ガントリーロボット１９１０に結合されてもよい。材料供給システム１９８０は、材料を保管するように構成された容器１９８２、および容器１９８２に保管された材料をノズルへ供給するように構成された関節式供給チューブ１９８４を含んでもよい。材料は、地上関節式送出アーム１９８４によって、従来のコンクリートポンプシステムに類似したものによって、予混形態でポンプ注入されてもよい。後者の場合には、関節式送出アーム１９８４は、受動式であってもよく、その場合、ガントリープラットフォームにしっかりと取り付けられてもよく、すなわち、送出アーム１９８４とガントリープラットフォームとの間の接続部材１９９０が、剛性であってもよい。この構成において、ガントリーロボットは、供給チューブを動かすのに必要な力を送出する。しかし、この場合、材料供給システムの可能な高い質量の慣性のため、過剰の対抗力がかけられることもある。

[00121]代替の配列において、材料供給システムは、ジョイスティック（図示せず）によって制御可能なそれ自体の能動駆動機構を有してもよい。ロボットシステムのこの実施形態において、ガントリーロボットは、ジョイスティックを起動してもよく、材料供給システムはガントリーロボットに従ってもよい。このマスター／スレーブ制御設定において、材料送出アームは、ガントリーロボットにしっかりと接続されるべできはないか、それは、位置決めに関与する遅延および不正確さが、位置決めラグおよびエラーを補正するために、ガントリーロボットと材料送出アームとの間に柔軟性のある接続１９９０を必要とするからである。

[00122]ロボットシステム１９００の部材の大きなサイズおよび可能な高い重量、同様に、動きの加速／減速のため、かなりの屈曲がガントリーロボットに発生する可能性がある。したがって、ノズルアセンブリ用に正しい位置を維持することが困難なこともある。そのような屈曲およびノズルアセンブリの他の位置決めエラーを訂正するために、高い応答性のサーボシステムを備えた第２の適合プラットフォーム１９７６が、ガントリープラットフォーム１９５０に取り付けられてもよい。

[00123]図２０は、図１９に示されたガントリーロボットにおいて、レーザ距離計１９７０が装備され可動ガントリープラットフォームに取り付けられたそのような適合プラットフォーム１９７６をより詳細に図示する。適合プラットフォーム１９７６には、レーザ距離計１９７０、または、他の位置検知装置、例えば原子時計および電磁波を使用する装置等が装備されてもよい。レーザ距離計１９７０は、実際に、建設現場に設置された３つの固定基準点１９７４を使用してプラットフォームの位置を正確に検知する。ノズルアセンブリ１９６０は、適合プラットフォーム１９７５に設置されてもよい。ノズルアセンブリ１９６０は、出口１９６４から材料を押し出すように構成されたノズル１９６２、およびノズル１９６２から押し出された材料を形状づけるように構成されたコテ１９６６を含んでもよい。ガントリープラットフォームは、例えば構造的屈曲のために、不正確に動くため、適合プラットフォーム（レーザ距離計または他の種類の位置検出装置が装備される）は、建設現場に設置された３つの固定基準点を使用して所望のコースを正確に維持する。任意の方向における適合プラットフォームの動きの可能な範囲は、ガントリープラットフォームの最大総計屈曲および位置決めエラーと少なくとも同じほど大きくてもよい。

[00124]高層構造物を建築するために、ロボットシステムは、ガントリープラットフォームを所望の高さへ制御可能に揚げる巻き上げ機構を使用してもよい。図２１Ａおよび図２１Ｂは、それぞれ、高層構造物を建築するための巻き上げ機構を有する建設機器２１００の一実施形態の斜視図および上面図を図示する。図２１Ａおよび図２１Ｂに図示された実施形態において、ケーブル２１７０によってガントリープラットフォームを揚げるいくつかのクレーン２１６０が、使用されてもよい。建設機器２１００は、一対の対向する側部部材２１２０にわたって摺動可能に装着されその間に延在するクロス部材２１１０を有する可動ガントリープラットフォーム２１２０を含んでもよい。ガントリープラットフォームは、クレーン２１６０から延びるケーブル２１７０によって支持されてもよい。

[00125]巻き上げ機構は、材料の先の押し出された層の頂部に材料の層を押し出すためにノズルアセンブリ２１３０用の十分な高さにガントリープラットフォームを制御可能に揚げるように構成されてもよい。特定の数の層が建設された後に連続して実行されてもよいケーブル巻き上げ機構は、ケーブルにガントリープラットフォームを所望の高さへ集合的につり上げさせることによって、垂直方向に粗い位置決めを実行してもよい。ノズルアセンブリは、限られた範囲用にそれ自体のＺ動き制御を有してもよい。図示されたケーブル巻き上げ機構は、ノズルアセンブリを層ごとに揚げてもよく、各層を建設する際に、ノズルアセンブリは、ケーブル位置決めの不正確さを、適合して補正する。

[00126]主要ガントリープラットフォーム２１０８は、材料（コンクリートバッチ、梁、配管モジュール等）を保持する延長プラットフォーム２１４０を有してもよく、同一の主要ガントリープラットフォーム２１０８に乗りノズルアセンブリ２１３０に接続されるロボットマニピュレータ２１５０によってアクセスされることができる。主要プラットフォーム２１０８上の材料は、エレベータ（図示せず）または従来の建設クレーンによって周期的に補充されてもよい。

[00127]図２２は、図２０および図２１Ａ〜図２１Ｂに示されたガントリープラットフォーム２１０８を剛性構造物へ固定するのを図示する。ケーブルは側方向剛性を伝えることができないため、一般に非常に剛性であるビル構造物の本体を使用して、ガントリープラットフォームを固定してもよい。これは、よく硬化した（新しく置かれた層の下にいくつかの層）ビル外側壁表面にしっかり接触する正確なホイールを有する取付具によってなされてもよい。１つ以上の取付部材２２１０が、ガントリープラットフォームに沿った点から延びてもよい。各取付部材２２１０は、これに結合されたホイール２２２０を有してもよい。ホイール２２２０は、よく硬化したビル壁に、新しく置かれた層の下のいくつかの層に、ホイール２２２０がしっかり接触するときに、側方向剛性をガントリープラットフォームへ伝えてもよい。適合位置決めシステムが、小さな可能な寸法エラーを補正するために、取付部材２２１０のいくつか内に築かれてもよく、そのため、プラットフォーム２１０８のまわりのすべてのホイール２２１０は、ビル構造物との接触を保たれる。

[00128]建設プロセスの開始の際に、固定するビル構造物がないときには、ガントリープラットフォーム２１０８は、地面にしっかりと載置されてもよい。ビルの初期の下部セクションは、ノズルをそれ自体の垂直動き制御機構によって高くすることによって、建設されてもよい。動き制御機構の最も高い限界に達したときには、ケーブル巻き上げシステムが作動されてもよい。このときまでに、建設されたビルセクションは、上述のホイール付取付具２２１０および２２２０によって、吊されたガントリーフレームにしっかりした支持を与えてもよい。

[00129]図２３Ａは、図２１Ａおよび図２１Ｂに図示された建設機器用の巻き上げ機構の別の実施形態を図示する。図２３Ａに見られるように、巻き上げ機構のこの実施形態では、ガントリープラットフォームを揚げるためにケーブルクレーンは使用されないが、ガントリープラットフォームはむしろ、垂直に往復するレッグ２３１０によって、ビルを登ってもよい。各レッグ２３１０は、円錐ヘッド状ピン２３２０を金属管セクション２３３０内に延ばして、それから収縮することができるピン駆動機構を有してもよい。金属管セクションは、層様建設で、ロボット式に壁内に埋め込まれてもよい。ピン２３２０は、所望の数の層によって間隔をおかれてもよい。

[00130]図２３Ｂは、図２３Ａに図示された巻き上げ機構を使用して、高層構造物の数階を建設するのを図示する。図２３Ａに見られるように、この種類の巻き上げ機構は最小セットアップを必要とし、建築することができる構造物の高さに関しては実際的に限界がない。

[00131]建設されたビルでは視覚的にアピールするものでなくてもよい支持金属管セクションは、プラスチックプラグによって外見上美しく覆われてもよく、または、永久的に漆喰またはセメントで閉鎖されてもよい。金属管セクション２３３０を再使用可能なままにしておくことは、他の自動システム、例えば、塗装システム、窓洗浄システム、およびロボット緊急救助システム等を容易にしてもよい。本願に開示されたフレーム巻き上げアプローチは、したがって、一般的な用途を有し、ノズルアセンブリによる押出を使用する構造物の建設に限定されない。

[00132]ロボットシステムの一実施形態において、単一の大きなガントリーシステムおよび構造物全体の層を横断する単一のノズルアセンブリの代わりに、複数のノズルアセンブリが同時に使用されてもよい。図２４は、複数のクロス部材２４１０を含むオーバーヘッドガントリープラットフォーム２４０８を有する建設機器２４００の別の実施形態を図示する。アパートメントビル、病院、学校および庁舎等の大型構造物を建築するために、オーバーヘッドガントリープラットフォーム２４０８は、大型構造物の幅上に延びていてもよい。各々が構造物と平行して置かれたレールトラック２４３０に乗っている２セットのクレーン２４６０を使用して、プラットフォームを揚げてもよい。プラットフォーム２４０８には、複数のクロス部材２４１０が装備されてもよく、各々が、ノズルアセンブリ２１３０およびノズルアセンブリに結合されたロボットマニピュレータ２１５０を保持する。各クロス部材２４１０は、一対の対向する側部部材２４２０にわたって摺動可能に装着されてもよい（梁設置、配管等のため）。

[00133]側部クレーン２４６０は、まれに動いてもよく、選択された位置で停止し、一方、建設は、これらの位置で発生する。側部クレーンが所与の位置で停止しており、ガントリープラットフォームが所与の位置で保持される間に、プラットフォーム下ですべての必要な建設が、いくつかの層で行われてもよい。次いで、プラットフォームは、側部クレーン２４６０によって次の位置へ動かされてもよく、建設が再開されてもよい。このサイクルは、大規模構造物が完成するまで、繰り返されてもよい。非常に大型の構造物では、複数のクレーン／ガントリープラットフォームアセンブリが、同時に使用されてもよい。

[00134]ロボットシステムの別の実施形態において、移動式ロボットが使用されてもよい。図２５は、可動ロボット基部２５１０およびロボット基部２５１０から延びる関節式ロボットアーム２５２０を有する移動式ロボットシステム２５００の一実施形態を図示する。移動式ロボットシステム２５００は、従来のジョイント構造物を使用してもよく、材料保存容器および送出パイプが装備されてもよい。ノズルアセンブリ２５３０は、ロボットアーム２５２０の遠位端またはエンドエフェクタに結合されてもよく、ロボットアーム２５２０によってロボット基部２５１０上の所望の高さへ揚げることができる。ノズルアセンブリ２５３０は、このようにして、地面レベルからずっと壁の頂部へ到達することができる。材料供給システム２５５０は、ロボット基部２５１０に装着されてもよく、材料をノズルアセンブリ２５３０へ供給するように構成されてもよい。

[00135]ノズルアセンブリ２５３０は、出口２５３２を通って材料（材料供給システム２５５０から受け取られた）を押し出すように構成されたノズル２５３４と、ノズル２５３４によって押し出された材料を形状づけるように構成されたコテ２５３８とを含んでもよい。位置決めに含まれる不正確さのため、グローバル検知機構（例えば、レーザトラッカー）が装備された適合微細位置決めプラットフォームを、ノズル位置決めのために使用してもよい。

[00136]ロボットアーム２５２０を剛性構造物から作ることができる場合には、エンドエフェクタでの位置検知は、必要でなくてもよい。代わりに、位置センサ２５６０が、ロボット基部２５１０に装着されてもよい。位置センサ２５６０は、例えば、レーザトラッカーであってもよい。この構成において、移動式ロボット２５００は、動いている間に、建設に関わらない。ひとたび所望の所定のポストに達すると、移動式ロボット２００の底部から固いロッド（図示せず）を延ばすことによって、それ自体を固定してもよい。次いで、移動式ロボット２５００は、製作プロセスを開始してもよく、先のポストにある間に、製作の最後の点から拾い上げる。

[00137]図２６は、壁を建設するために使用されている図２５に示された移動式ロボットシステムを図示する。その直立位置で、移動式ロボット２５００は、比較的高い壁の頂部に到達することができる。移動式ロボット２５００は、部屋の４隅の各々にそれ自体を位置決めしてもよく、各回に、その届く範囲内に壁の層セクションを作る。移動式ロボット２５００は、必要に応じて、エネルギ充填および材料補充場所へ戻ってもよい。

[00138]単一のノズルアセンブリを制御する単一の移動式ロボットを使用する代わりに、複数のノズルアセンブリを同時に使用してもよい。各々が、そのノズルアセンブリに専用の小型の移動式ロボットのアームに取り付けられそれによって制御されてもよい。移動式ロボットのアプローチは、輸送およびセットアップの容易さ、１プロジェクト当たりに配備されるロボットの数に関するスケーラビリティ、建設される構造物の様々なセクションに複数の移動式ロボットが働く同時建設の可能性等の特徴を有してもよい。

[00139]図２７は、建設のために同時に操作された、図２５に示された、複数の移動式ロボットシステム２５００を図示する。移動式ロボット２５００のこの労働力の位置および作用は、中央指令ステーションによってワイヤレスで方向づけられてもよい。図２７から見られるように、これらの小型ロボットの各１つは、今度は、押し出される必要な材料を含むオンボード材料容器またはタンクを含んでもよい。これらの小型移動式ロボット２５００は、必要なときに、中央充填ステーションに戻ってタンクを補充してもよい。複数階の構造物を建築する際に、エレベータを使用して移動式ロボット２５００を様々なフロアへ運搬してもよい。移動式ロボット２５００は、異なる仕事、例えば、建設、配管またはタイル張りを行うように、割り当てられてもよい。

[00140]ロボットシステムの別の実施形態において、移動式ロボットシステムには、電動ホイールアセンブリが装備されてもよい。図２８は、電動ホイールアセンブリ２８１０が装備される移動式ロボットシステム２８００の実施形態を図示する。移動式ロボットシステム２８００は、電動ホイールアセンブリ２８１０に結合されたノズルアセンブリ２８３０、および電動ホイールアセンブリ２８１０に装着され且つノズルアセンブリ２８３０へ材料を供給するように構成された材料供給システム２８２０（容器および送出アームを含む）を含む。材料供給システム２８２０は、容器２８２２および供給チューブ２８２６を含んでもよい。

[00141]ロボットシステム２８００は、建設される壁に隣接して、建設現場で予め設置された１つ以上の充填ステーションで停止することによって、材料供給システム２８２０の容器を充填する。ロボットシステム２８００は、送電線、電池、または、オンボードガスジェネレータによって動力供給されてもよい。図２８に図示された構成は、フェンスまたは工場および倉庫の壁等の長い壁用に適切であってもよい。

[00142]図２８は、まっすぐな壁を建設しているロボットシステム２８００を図示する。図２８に示された矢印によって示されるように、動きの方向は、左側へ向かう。複数の材料が、この実現に使用されてもよく、例えば、それぞれ外側表面およびコア構造物に、異なる材料が使用されてもよい。

[00143]図２９は、隅を形成するために使用されている図２８に示された移動式ロボットシステムを図示する。ノズルアセンブリ２８２６は、オンボードコンピュータ制御下で、供給チューブ２８２６の垂直軸に対して、回転してもよい。また、材料容器２８２２およびそれが取り付けられる供給チューブ２８２６は、３６０度回転することができる。これは、隅等の様々な構造物の形状を形成することを可能にする。ホイールアセンブリの同時制御、材料容器および移送チューブの回転、およびＣＣノズル配向を使用して、様々な幾何学的特徴を形成してもよい。

[00144]図３０は、完成した層から次の層へ登っている図２９に示された移動式ロボットシステム２８００を図示する。図３０に見られるように、ホイールアセンブリ２８１０はスイベルで回転してもよく、そのため、ロボットシステム２８００は、各完成した層を登ってもよい。登る作用は、材料容器２８２２およびノズルアセンブリ２８３０の１８０度回転と組み合わせて、壁端の建設も達成してもよい。ロボットシステム２８００は、できるだけ多くの壁層を建築してもよく、層の端に非常に近くに到達するときには、ノズルアセンブリを１８０度回転させ、次いで、後方へ動き、建築したばかりの層を登ってもよい。登る前に、ロボットシステム２８００は、材料が硬化するのを十分に待ってもよい。

[00145]剛性水平部材を使用して、下の開口を橋渡しすることによって、窓、ドア開口、および天井の建設を容易にしてもよい。例えば、窓を形成するために、ノズルアセンブリのコントローラは、ノズルアセンブリが窓開口として示されている区域を横断しているときに、ノズルアセンブリのすべての出口へ材料が流れるのを止めてもよい。窓を囲繞する壁の頂部が押し出された後に、窓のヘッダーを形成するために、剛性水平部材がこれらの壁の頂部にわたって置かれてもよい。次いで、材料の１つ以上の連続層が、ヘッダーおよび囲繞する壁の頂部に押し出されてもよい。類似の橋渡しアプローチを使用して、ドア開口を形成してもよい。天井も同様に、一連の隣接する構造部材を構造物の頂部壁にわたって置くことによって形成されてもよく、その上に材料が押し出されて構造物に強度を与えてもよい。

[00146]上述の１つ以上のロボットシステムも使用して、必要な場所に、すなわち、窓およびドア開口の頂部にわたっておよび屋根を提供するために壁構造物の頂部にわたって、これらの構造部材を置いてもよい。

[00147]押し出される壁の強度を補強するために自動的な方法で、様々な技術も使用してもよい。これらの技術では、壁のリムにわたってまたはその中にその長さ方向に沿って周期的に、クリップを自動挿入する、または埋め込んでもよい。これらの補強機構では、壁の内部内に剛性垂直部材を挿入してもよく、ある実施形態では、これらの垂直部材の間に剛性水平リンクを含む。再度、これのすべては、自動ロボット制御下で達成されてもよい。

[00148]図３１は、ノズルアセンブリ３１３０へ結合されたロボットアーム３１２０による補強用Ｕ字形止め釘３１１０の挿入を図示する。制御可能なロボットアーム３１２０は、その遠位端に、所望の要素を拾い上げるように構成されたグリッパー３１４０を有してもよく、押し出された材料に対して所望の位置に要素を置いてもよい。

[00149]図３１に示されるように、ロボットアーム３１２０は、リム材料の位置的な正確さおよび強度をさらに確実にするために、ちょうど押し出されたばかりのリム材料に補強用Ｕ字形止め釘３１１０を挿入してもよい。Ｕ字形止め釘３１１０用の材料は、金属ストリップまたは複合材料ストリップから作られてもよく、これは、リールからほどかれ、ノズルアセンブリ３１３０を保持するガントリープラットフォーム（先に図示された）に設置された機構によって最終形態に切断され形状づけられる。

[00150]図３２は、垂直ロッドを挿入することによって壁の補強を図示する。壁用の鋼補強を使用するために、簡単な鋼ロッドモジュール３２１０が使用されてもよい。これらのモジュール３２１０は、少数の壁層の高さであってもよく、層建設中に壁コア材料にロボット式に挿入されてもよい。ロッド３２１０の配置は、壁高さに沿った補強の連続性を確実にするために、各一組が先の一組と重なり合うようであってもよい。

[00151]図３３Ａ、図３３Ｂおよび図３３Ｃは、壁用の補強要素の挿入を図示する。図３３Ａに示されるように、漸進的な層様アプローチを使用して壁および柱内に二次元または三次元の鋼メッシュを形成することによって、より複雑でより強い鋼補強を作ることができる。補強構造物の図示された実施形態において、３つの鋼要素３３１０、３３１２および３３１４、さらに、２つのロボットマニピュレータアーム３３２０および３３３０（各々がグリッパー３３２２および３３３２を有する）が、使用されてもよい。

[00152]図３３Ｂに示されるように、まず剛性垂直部材を等しい距離で埋め込み、先に記載したノズルアセンブリを使用してその側部に壁リムを築くことによって、二次元のメッシュが築かれてもよい。メッシュの１層を覆うために、ノズルアセンブリによっていくつかの層が築かれてもよい。ねじ山を切った外側部分を含む剛性垂直部材の第１のセット３３０６は、まず、押し出された層に挿入されてもよく、第１の垂直部材のねじ山を切った端を覆われないままにする。各次のメッシュ層用に、剛性垂直部材の第２のセット３３０８が、ロボットアーム３３２０によって、先に下部メッシュ層に埋め込まれた垂直部材３３０６の頂部にねじ込まれてもよい。

[00153]図３３Ｃに示されるように、各２つの剛性垂直部材３３１２を組み立てた後に、剛性水平リンク３３１０が、垂直要素の基部の対応する穴３３１４に挿入されてもよい。次いで、ノズルアセンブリによる壁の製作が継続してもよく、ひとたび適切な高さに到達すると、プロセスは次のメッシュ層用に繰り返されてもよい。

[00154]図３４Ａ、図３４Ｂ、図３４Ｃおよび図３４Ｄは、柱用の補強要素の挿入を図示する。図３４Ａに示されるように、柱用に垂直補強要素３４１０は、二次元マトリクスの格子点に等しい距離で置かれてもよい。各部材３４１０は、下部メッシュ層で対応する要素３４１２にねじ込まれてもよい。

[00155]図３４Ｂは、剛性水平リンク３４２０を図示し、これは次いで垂直要素３４１０の間に挿入され、各メッシュ層用に水平二次元補強メッシュを形成する。

[00156]図３４Ｃに示されるように、柱のリム３４４５が、次いで、本開示において図１に示されるように、単一オリフィスノズルアセンブリを使用して、建設される。

[00157]図３４Ｄに図示されるように、リム３４４５の間の中空スペースは、充填材材料例えばコンクリートで充填されてもよく、プロセスは次の層用に継続してもよい。

[00158]他の種類の補強構造物および方法が使用されてもよい。例えば、ねじ込み方法の代わりに、より簡単な補強モジュールおよび／またはロボット溶接が使用されてもよい。溶接は、ねじ込み作用によって補強要素を取り付けるために必要なほど整列配置の精密さを必要としなくてもよい。

[00159]配管もまた、自動化プロセスの一部と指定設置されてもよい。配管パイプのセグメントは、自動設置および溶接技術を使用して、他のセグメントに固定されてもよい。

[00160]図３５は、自動ロボット制御下の垂直配管パイプセグメントの設置を図示する。上述のロボットシステムおよび関連ノズルアセンブリは、図３５に示されるように、壁内にユーティリティコンジットを築くことができる。したがって、配管自動化は可能になる。

[00161]図３５は、数壁層が製作された後に、下部パイプセグメント３５１２に取り付けられている金属（例えば、銅または他の材料）パイプのセグメント３５１０を図示する。ロボットアーム３５２０は、先に挿入されたパイプセグメント３５１２の頂部にパイプセグメント３５１０を送出するとして示される。ロボットアーム３５２０は、遠位端にグリッパー３５２２を有する。グリッパー３５２２は、要素を拾い上げ、その要素を押し出された層に対して所望の場所に置くように構成される。ロボットアーム３５２０はまた、遠位端に加熱要素３５３０も有する。加熱要素３５３０は、図３５にはリングとして形状づけられるとして示されるが、環状構成以外の構成を有する加熱要素もまた、使用されてもよい。

[00162]図示された実施形態において、各パイプセグメントの内部または外部のリムは、はんだの層で予め処理されてもよい。リング形状の加熱要素３５３０は、接続区域を加熱し、はんだを溶解してもよい。ひとたび整列配置がなされると、加熱要素３５３０は、２つのパイプセグメントを一緒に結合してもよい。加熱要素は、例えば、電気活性されるニクロムワイヤコイルを使用してもよい。あるいは、ガスバーナーまたは他の種類の加熱機構を使用してもよい。図３に図示されたロボットアーム構成は、実質的に垂直且つまっすぐな構成を有するパイプセグメントに適切であってもよい。ロボットアーム３５２０は、中空管状形状を有してもよく、内側バレルを含んでもよい。パイプセグメントは、供給マガジンからロボットアームのバレルを通って供給されてもよい。

[00163]図３６は、異なる配向から所望の要素を把持するように構成された複数のグリッパー３６２０（そのうちのいくつかは完全には示されない）を含むロボットアーム３６１０を図示する。図３６に図示されたロボットアームの実施形態は、１構成３グリッパーを有する自在受動ロボットグリッパーを示すが、当然ながら、他の変形も可能である。ロボットアーム３６１０はまた、加熱要素３６４０を有する。ロボットアーム３６１０の端のグリッパー３６２０は、図３６に示される配向で、上記配管構成要素を拾い上げ、保持し且つ送出することができる。単にマガジンラックの配管構成要素の各々に下降されることによって、ロボットアーム３６１０の各グリッパー３６２０は、構成要素を把持してもよい。加熱要素３６４０は、パックリ開いてもよく、次いで閉じて、加熱されるべき区域に係合する。

[00164]図３７は、下向き開口を有する配管パイプセグメント３７３０を把持するように構成された可動加熱要素３７２０を有するロボットグリッパー３７１０の別の実施形態を図示する。図示されたロボットグリッパー３７１０は、図示された配向でパイプセグメント３７３０を送出し取り付けるように構成される。加熱要素３７２０は、２つの別個のセクションから作られ、すなわち、構成要素が間隔をおかれている開位置から所望のパイプセグメントの少なくとも一部を捉えるように構成要素が係合している閉位置へ動くことができる第１の構成要素および第２の構成要素を含む。グリッパー３７１０は、上部からパイプセグメント（マガジン内にある）に近づくため、パイプセグメントの表面は、まず、加熱要素３７２０の２つの半体を押して離れさせ、パックリ開かせる。次いで、パイプセグメントは、グリッパー３７１０を通って進み、これに係合される。この点で、加熱要素半体は閉じて係合し、配管セグメントの所望のセクションのまわりに適切に位置決めされる。

[00165]先に記載された配管方法において、銅管の代わりに、プラスチック管が使用されてもよい。プラスチック管が使用されるときには、接続前にジョイントにグルー接着剤が加えられてもよい。組立操作に自動グルー接着剤排出システムが使用されてもよい。

[00166]図３８は、例えば床に、水平配管パイプセグメント３８１５を設置するのを図示する。床に水平配管するために、複数のピン３８１０が使用されてもよい。図３８に示されるように、ピン３８１０の各々は、鋭い端３８１２を有してもよく、他方の端にグリッパー３８１４を有してもよい。ピン３８１０の鋭い端３８１２は、地中に、所望の場所に、ロボット式に挿入されてもよい。次いで、パイプセグメント３８１５は、確実な位置決めのために、ピン３８１０のグリッパー端３８１４に挿入されてもよい。次いで、先に説明されたように、接続および組立が行われてもよい。様々な高さのピンを使用することによって、様々な高さでパイプのネットワークが形成されてもよい。ひとたび完了すると、床は、先に記載されたノズルアセンブリを使用して、建設材料、例えば、コンクリートで覆われてもよい。

[00167]上向き開口を有するパイプの露出したセクションは、通常、先に記載された押出ノズルを使用して後に建設される壁下に位置決めされてもよい。各露出したパイプセクション上に、コンジットが建設されてもよく、パイプセクションは、所定の数の壁層が築き上げられた後に、配管ネットワークに周期的に加えられてもよい。

[00168]図３９は、配管パイプネットワークを組み立てるときのパイプセグメントの整列配置を図示する。配管パイプネットワークを組み立てるときにパイプセグメントを整列配置するために、多数の方法が使用されてもよく、例えば、発泡体の注入、および溶解円錐体の取付である。

[00169]各パイプセグメント３９１０をコンジット３９２０内に置いた後に、パイプセグメントを整列配置するために発泡体注入方法を使用するときには、即座に硬化する発泡体３９１５をコンジットに注入してもよい。ひとたび硬化すると、発泡体３９１５はパイプセグメント３９１０を適所に保ち、続けてパイプセグメントを加えるときに、整列配置を容易にする。

[00170]別の方法として、溶解多孔性円錐体３９４０を各パイプセグメントに予め取り付けることによって、整列配置作業が多大に簡略化されてもよい。ひとたび配管が完了すると、パイプを通して水を流して、円錐体３９４０を溶解し排除する。円錐体は、無害の材料例えば糖から作られてもよい。

[00171]図４０は、配管パイプネットワークの遮蔽を図示する。図４０に見られるように、保全性および他の目的のために、配管ネットワークの水平セクションが、シールド４０１０によって覆われてもよい。シールド４０１０は、壁充填材材料を注入する前に、水平に置かれた配管パイプの上にロボットアーム４００５によってロボット式に置かれてもよい。

[00172]電気ワイヤリングが同様に、自動プロセスの一部として設置されてもよい。電気ワイヤは、再度ロボット制御下で、壁内に一緒に接続されるモジュールに収容されてもよい。

[00173]図４１は、上述の押出方法を使用して構造物を建設している最中に電気および通信ネットワークを自動的に設置するための方法およびシステムの一実施形態に使用される電気モジュール４１１０を図示する。このモジュール式アプローチは、上述のように、ビル配管ネットワークに使用されるアプローチに類似してもよい。図４１に示された電気モジュール４１１０は、電力および通信ライン用に、ワイヤまたは他の導電性要素のセグメントを含む。これらの導電性セグメントは、非導電性ブロックに封入され、これは、プラスチックを含むがそれに限定されない非導電性材料から作られてもよい。導電性セグメントの端４１２０は、円錐状の穴またはピンのいずれかであってもよく、または、電気および電子機器の出口、ジャック等に従来使用された他の形態を有してもよい。多くの異なる種類の電気構成要素のモジュール４１１０が作られ使用されてもよく、任意の所望の電気ネットワークの形成を可能にする。

[00174]図４２は、図４１に示された電気モジュールを把持し、相互接続するロボットグリッパーを図示する。図４２に示されるように、電気モジュール４１１０は、ロボットグリッパー４２１０によってロボット式に供給され接続され、これは、所望の電気モジュール４１１０を把持し、把持されたモジュールを別の整合する電気モジュール４１１２に接続するという作業を行うことができる。

[00175]図４３は、壁に築かれたコンジット内に電気モジュールを位置決めするのを図示する。図４３に示されるように、電気モジュール４１１０のいくつかは、電気および通信用の出口の接続を可能にする。自動ロボットによって、これらのモジュール４１１０は、壁に、対応するコンジット４３１０の後ろに位置決めされてもよい。電気工事の唯一の手動部分が、自動的に建設された電気ネットワーク内に固定具４３２０を挿入するという簡単な作業であってもよく、その一部が、参照符号４３００を使用して図４３に示される。

[00176]タイル張りおよび塗装は、同様に、ロボット制御下で行われてもよい。

[00177]図４４は、床の自動タイル張りを図示する。図４４に示されるように、床および壁のタイル張りは、第１のロボットアーム４４１０を使用してモルタルまたは接着材料を床に送出して広げ、次いで、別のロボットアーム４４２０を使用してタイルのスタック４４３２からタイル４４３０を拾い上げ、それを接着材料で処理された区域上に正確に置くことによって、自動化されてもよい。タイル４４３０を拾い上げるのに使用されるロボットアーム４４２０は、図４４に示されるように、真空吸引によってタイルを拾い上げ解放するように作用的な吸引カップグリッパー４４２２を有してもよい。ロボットアーム４４２０の他の実施形態は、代わりに、タイル拾い上げ配置操作用に、縁でタイルを把持する簡単なグリッパーを使用してもよい。

[00178]図４５は、壁の自動タイル張りを図示する。壁のタイル張りのプロセスは、図４４に示された床のタイル張りのプロセスに類似する。材料供給チューブ（図４５では図示せず）およびタイル４５１０を拾い上げるロボットアーム４５０５の両方は、床および壁のタイル張り用途の両方に合致するように傾斜してもよい。垂直タイル張りの場合には、タイルの間に一定の距離があることが望ましい場合、複数の小さなスペーサー４５２０が、上方または下方に向く各タイルの一方の側部に置かれてもよい。スペーサーは、重力によってタイルが横滑りするのを止める助けをしてもよい。提案されたタイル張り自動化の主な時間節約態様の１つは、タイルを整列配置する作業の排除であってもよく、これは、手動タイル張りプロセス中にかなりの時間を取る。

[00179]図４６は、建設された構造物の表面の自動塗装を図示する。制御可能なロボットアーム（これは、先に記載されたノズルアセンブリに結合される）の一方の端で担持された塗装システムは、所望の仕様にしたがって、押し出された材料の表面に所望のパターンを制御可能に塗るように構成されてもよい。所与の数の壁の層が完了した後に、且つ、屋根を置く前に、ロボットアームの端の塗装システムは、所望の仕様にしたがって、建設された構造物の各壁を塗ってもよい。塗装機構は、液体ペンキが自動的に供給される簡単なローラー、スプレーノズル、または、インクジェットプリンタヘッド、例えば、大型の広告看板を印刷するために使用されるインクジェットプリンタヘッドであってもよい。インクジェットプリンタ印刷機構は、壁紙または他の所望のパターンが各壁に印刷されるのを可能にしてもよい。

[00180]層様塗装に対する代替のアプローチとして、塗装プロセスは、すべての壁が完了した後に且つ屋根が作られる前に、実行されてもよい。オーバーヘッドガントリーロボットの代わりに移動式ロボットシステムが使用される場合には、塗装は、屋根建設が完了した後にさえ行われてもよい。スプレー塗装の場合には、スプレーノズルの位置決めの正確さは、重大でなくてもよい。ローラー塗装の場合には、ローラーと壁表面との間の固定圧力が、簡単な距離センサまたは圧力センサによって維持されてもよい。インクジェット印刷の場合には、インクジェット塗装機構を担持するロボットエンドエフェクタが、微細なグローバル位置検知／調整システム、例えば、レーザトラッカーも含んでもよい。ロボットエンドエフェクタは、インクジェットプリントヘッドと壁表面との間に比較的固定された距離を維持するために、センサも含んでもよい。ローラー印刷およびインクジェット印刷の両方用に、エンドエフェクタは、壁表面スロープの可能な変形に従ってもよい。

[00181]図４７は、平坦な屋根用の、自動屋根建設を図示する。図４７に示されるように平坦な屋根用に、梁４７１０が使用されてもよい。各梁４７１０下に、薄いシート４７２０が取り付けられてもよく、ノズルアセンブリ（図示せず）によって置かれたペースト屋根材料を保持する。梁４７１０は、ロボット式に拾い上げられて、ロボットアーム４７４０によってシート４７２０に位置決めされてもよい。次いで、屋根は、ノズルアセンブリによって送出された適切な材料によって覆われてもよい。梁４７１０下のシート４７２０の縁は、ノズルアセンブリによる溝チャネルの建設を可能にするために、延ばしてもよい。屋根建設は、支持梁を必要としてもしなくてもよい。ドームおよびアーチ形天井等の支持なし構造物は、梁なしで建築されてもよい。

[00182]ミキサー−押出機アセンブリはノズルアセンブリに関連して設けられてもよく、速く硬化する材料の構成要素が、アセンブリのヘッド近傍で混合されるのを可能にする。

[00183]図４８Ａおよび図４８Ｂは両方とも、異なる角度から見たミキサー−押出機アセンブリ４８００を示す。建設材料（コンクリート等）が、粉末形態でミキサー−押出機アセンブリ２８００に送出されてもよく、そこで、粉末が、実質的に同時に混合され押し出されてもよい。ミキサー−押出機アセンブリ２８００は、材料を押し出すように構成されたノズルのノズルヘッド（図示せず）に隣接して配置されてもよい。

[00184]このような同時混合および押出は、押し出されたペースト材料で構造物を建築する困難のいくつかを軽減してもよい。１つの困難は、材料は、進行する段階で加えられる材料の重さに耐えるために十分に速く硬化しなければならないが、材料は、タンク、バンプ（ｂｕｍｐ）、押出機、チューブ等の材料保管送出システム内部で凝固することもあるため、材料の硬化が速すぎてはいけない。従来のコンクリートポンプ注入システムが、通常、低粘度のコンクリートミックスを送出してもよいが、これは、ポンプ注入または押出が比較的容易である。流体状態のコンクリートは、典型的に、硬化したコンクリートの形状を維持する型に注入されてもよい。

[00185]建設用に先に記載されたノズルアセンブリを使用するときには、典型的に型は使用されず、したがって、押し出されたコンクリートはその形状を維持しなければならない。これは、高粘度のコンクリートペーストを必要とし、これは、低粘度のミックスよりもかなり速く硬化する。１つの可能性は、硬化時間を制御するために、硬化遅延化学物質を使用することである。しかし、これは、連続する層を置く間に一定の時間が経過する必要があるため、建設プロセスを遅らせる。ミキサー−押出機アセンブリは、ノズルヘッドの近傍に粉末形態のコンクリート（または他の建設材料）を送出し、次いで、粉末材料を実質的に同時に混合し押し出すことによって、解決を提供してもよい。

[00186]ミキサー−押出機アセンブリ４８００は、中空押出チャンバ４８１０と、チャネル４８１９を通って押出チャンバ４８１０に接続されるホッパー４８２０とを含む。チャンバ４８１０は、その下部端に出口ポート４８１２と、チャンバの側壁に沿って流体入口ポート４８１６とを含む。ホッパー４８２０は、それを通って投入材料を受け取るように構成された投入ポート４８２２と、それを通って消耗材料を排出するように構成された出力ポート４８２４とを有する。図示された実施形態において、チャンバ４８１０は、円筒形軸４８１５を中心にして対称な実質的に円筒形の構成を有する。ノズルヘッド（図示せず）は、押出チャンバ４８１０の出口ポート４８１２へ接続されてもよい。粉末材料は、運搬装置として従来のコンベヤまたは空気を使用して、ホッパー４８２０へ送出されてもよい。例えば、空気が循環して、建設現場の離れたタンクから押出チャンバ４８１０に接続されたホッパー４８２０へ粉末材料を送出する柔軟性のある管の閉鎖回路が使用されてもよい。ホッパー４８２０に到着すると、粉末の大部分は、重力下でホッパーに定着する。ホッパー４８２０が満杯なときには、到着する材料は、単に、戻り管によって、ソースタンクに戻ってもよい。

[00187]図４９は、図４８に示されたミキサー−押出機アセンブリ４８００の断面図、およびミキサー−押出機アセンブリを操作するのに使用されるピストン駆動シャフトを図示する。図４９に示されるように、一方の端に取り付けられたピストン４９１５を有するピストン駆動シャフト４９２０が設けられ、駆動シャフト軸４９２２に沿って往復運動をすることができ、同様に、駆動シャフト軸４９２２を中心にして回転可能である。１つ以上のミキサーブレードがピストン４９３０に結合される。図４８に図示されたミキサー−押出機アセンブリの実施形態において、２枚の混合羽根４９３０が剛性閉鎖リングによって各端に固定され、スロット４９３２内に且つこれから摺動することができるような方法で、ピストン４９３０のそれぞれのスロット４９３２内に位置決めされる。ブレード４９３０は、駆動シャフト軸４９２２に沿った回転時に、絞り弁（図示せず）によって流体入口ポート４８１６を通って水（または他の混合流体）が加えられている粉末材料を混合し攪拌するのを可能にする角度に、位置決めされてもよい。

[00188]図５０は、ピストン４９１５が押出チャンバ４８１０の上部端からチャンバ４８１０の出口ポート４８１２へ向けて動くときに、図４８および図４９に示されたミキサー−押出機アセンブリ４８００の操作を図示する。ミキサー−押出機アセンブリ４８００の操作は、３操作モードまたはステージである。図５０の第１の左側のステージにおいて、ピストン４９１５は、最も高い位置に示され、これは、押出チャンバ４８１０を粉末ホッパー４８２０へ接続するチャネル４８１９の開口を過ぎている。この位置で、ホッパー４８２０は、固定された既知の量によって押出チャンバ４８１０内に空にされてもよく、これは、円筒形チャンバ４８１０の容量であってもよい。簡単な低抵抗バリア、例えば、押出チャンバ４８１０の出口ポート４８１２のスロット状ラバー（ｒｏｂｂｅｒ）シートが、材料がチャンバを出るのを防止してもよい。

[00189]図５０の真ん中に示された第２のステージにおいて、ピストンは下降して、ホッパーチャネル４８１９の開口をちょうど過ぎており、それによってチャンバ４８１０を閉鎖する。この点で、計量された混合流体は、流体入口ポート４８１６を通ってチャンバ４８１０内に注入され、一方、ピストン４９１５は回転し、ブレード４９３０は混合および攪拌を行う。攪拌は、典型的に、コンクリートが凝固するのを防止する。

[00190]図５０に示された第３の右側のステージにおいて、ピストン４９１５は、回転しながら、さらに下降し、押出チャンバ出口ポート４８１２を通って、ノズルヘッド（図示せず）内にペーストを押し出す。チャンバ４８１０を空にするときには、ピストンは、初期位置（左側のステージ）に上げられ、サイクルが改めて継続する。粉末ホッパー４８２０は、押出が発生している間に、即座に充填してもよい。平行に作用し同一ノズル内に供給する２つのこのような機構が、ペースト形態の建設材料の連続した流れを提供してもよい。操作の最後に、ピストンが回転して第２のステージと第３のステージとの間を往復している間に、空のシリンダは、流体入口ポート４８１６を通って入ってくる水で洗い流すことによってきれいにすることができる。

[00191]図５０に関連して記載された押出機構は、建設領域以外に多数の用途を有してもよく、食品処理業界、歯科印象、および材料の混合および送出を含むが、それらに限定されない。

[00192]上述のミキサー／ポンプ機構の代替として、混合能力を備えた単一のまたは２つのねじポンプが、先に記載されたノズルアセンブリと使用されてもよい。

[00193]上述の特徴のいくつかまたはすべてを単一のシステムに組み合わせることによって、顧客仕様にしたがって非常に速やかに、効率的に、正確に且つ少ない人員で、健全且つ良質な構造物の大部分を建築してもよい。

[00194]ノズルアセンブリ、ロボットシステムおよび自動建設のある実施形態を記載してきたが、これらの実施形態に暗示された概念を他の実施形態にも同様に使用されてもよいことを理解すべきである。要するに、本出願の保護は、単に、下記のクレームに限定されるだけである。

[00195]これらのクレームにおいて、単数の要素を参照することは、特にそのように述べられていない限り「１つおよび１つのみ」を意味するように意図されるものではなく、むしろ、「１つ以上」が意図される。当業者に既知であるかまたは後に既知になる本開示中にわたって記載された様々な実施形態の要素に対するすべての構造的および機能的な等価物は、参照によって本明細書に明らかに組み込まれ、クレームによって包含されることを意図する。さらに、そのような開示がクレームにはっきりと引用されているか否かにいかかわらず、公共に専用であると意図されるものは、本明細書に開示されない。クレーム要素は、要素が「ｍｅａｎｓ ｆｏｒ」のフレーズを使用して明らかに引用されるのでない限り、または、方法クレームの場合には要素が「ｓｔｅｐ ｆｏｒ」のフレーズを使用して引用されるのでない限り、米国特許法第１１２条第６パラグラフの条文下で解釈されるべきではない。

単一のノズルを含むノズルアセンブリの一実施形態を図示している。 壁を押し出すために使用されている図１に示されたノズルアセンブリの実施形態を図示している。 ３つのノズルを含むノズルアセンブリの別の実施形態を図示している。 壁を押し出すために使用されている図３に示されたノズルアセンブリの実施形態を図示している。 壁を押し出すために使用されている図３に示されたノズルアセンブリの実施形態を図示している。 壁を押し出すために使用されている図３に示されたノズルアセンブリの実施形態を図示している。 傾斜した配向で壁を押し出すために使用されている図３に示されたノズルアセンブリの実施形態を図示している。 支持なし屋根の実施形態を建設するために使用されている配向制御機構を有するノズルアセンブリを図示している。 壁構造物の頂部でその完成した状態にある図６に示された支持なし屋根を図示している。 補強部材を収容するスロットを中央ノズルに含むノズルアセンブリの別の実施形態を図示している。 補強部材を有する壁を建設するために使用されている図８に示されたノズルアセンブリを図示している。 ノズルアセンブリの別の実施形態を図示している。 内側および外側のノズルよりも低い高さで中央ノズルを有する組み立てられていない状態にある図１０に示されたノズルアセンブリの一定の構成要素を図示している。 図１０に示されたノズルアセンブリの一部の底面図を図示している。 制御可能な前部および後部のゲートを含むノズルの実施形態を図示している。 壁を押し出すために使用されている図１３に示された種類のノズルを使用するノズルアセンブリの一実施形態を図示している。 絶縁層を押し出すために使用されている図１３に示されたノズルを図示している。 絶縁の層を備えた壁を押し出すために使用されている図１３に示されたノズルを使用するノズルアセンブリを図示している。 連結された層を備えた壁を押し出すために使用されている、ゲートにスロットを有するノズルアセンブリの別の実施形態を図示している。 可変幅ノズルを有するノズルアセンブリの別の実施形態を図示している。 可変幅ノズルを有するノズルアセンブリの別の実施形態を図示している。 ノズルアセンブリの位置を制御するために可動ガントリーロボットを含むロボットシステムの一実施形態を図示している。 図１９に示された可動ガントリーロボットに含まれる可動ガントリープラットフォーム、適合プラットフォームおよびレーザ距離計を図示している。 高層構造物を建築するために巻き上げ機構を有する建設機器の一実施形態の斜視図を図示している。 高層構造物を建築するために巻き上げ機構を有する建設機器の一実施形態の上面図を図示している。 図２０および図２１Ａ〜図２１Ｂに示されたガントリープラットフォームを剛性構造物に固定する固定要素の一実施形態を図示している。 図２１Ａおよび図２１Ｂに図示された建設機器用の巻き上げ機構の別の実施形態を図示している。 図２１Ａおよび図２１Ｂに図示された建設機器用の巻き上げ機構の別の実施形態を図示している。 各々がノズルアセンブリを保持する複数のクロス部材を含む可動ガントリーロボットの別の実施形態を図示している。 移動式ロボットシステム一実施形態を図示している。 壁を建設するために使用されている図２５に示された移動式ロボットシステムを図示している。 建設のために同時に操作された、図２５に示された、複数の移動式ロボットシステムを図示している。 電動ホイールアセンブリが装備される移動式ロボットシステムの別の実施形態を図示している。 隅を形成するために使用されている図２８に示された移動式ロボットシステムを図示している。 完成した層から次の層へ登っている図２９に示された移動式ロボットシステムを図示している。 ノズルアセンブリへ結合されたロボットアームによる補強用Ｕ字形止め釘の挿入を図示している。 補強のために壁内に挿入された垂直ロッドを図示している。 壁用の補強要素の挿入を図示している。 壁用の補強要素の挿入を図示している。 壁用の補強要素の挿入を図示している。 柱用の補強要素の挿入を図示している。 柱用の補強要素の挿入を図示している。 柱用の補強要素の挿入を図示している。 柱用の補強要素の挿入を図示している。 自動ロボット制御下の垂直配管パイプセグメントの設置を図示している。 異なる配向から所望の要素を把持するように構成された複数のグリッパーを含むロボットアームを図示している。 下向き開口を備えた配管パイプセグメントを把持するように構成された可動加熱要素を有するロボットグリッパーを図示している。 水平配管パイプのを設置を図示している。 パイプセグメントから配管パイプネットワークを組み立てるときのパイプセグメントの整列配置を図示している。 配管ネットワークの遮蔽を図示している。 電気および通信ネットワークを築くための電気モジュールを図示している。 図４１に示された電気モジュールを把持し、相互接続するロボットグリッパーを図示している。 壁の対応する開口内に電気モジュールを位置決めするのを図示している。 床の自動タイル張りを図示している。 壁の自動タイル張りを図示している。 建設された構造物の表面の自動塗装を図示している。 自動屋根建設を図示している。 ミキサー−押出機アセンブリを示している。 ミキサー−押出機アセンブリを示している。 図４８に示されたミキサー−押出機アセンブリの断面図、および押出シリンダ内部のピストン駆動機構を図示している。 ピストンが押出チャンバの上部端からチャンバの出口ポートへ向けて動くときに、図４８および図４９に示されたミキサー−押出機アセンブリの操作を図示している。

Claims (61)

1. 一対のレールに摺動可能に装着された少なくとも２つの側部部材の間に延在しそれらによって支持されるオーバーヘッド梁を含む可動ガントリーロボットと、
   前記ガントリーロボットの前記オーバーヘッド梁に可動式に結合され、出口を通って材料を押し出すように構成されたノズルアセンブリと、
   前記ガントリーロボットおよび前記ノズルアセンブリの位置および運動を制御するように構成された位置コントローラと、
   を備えるロボットシステム。
2. 前記ノズルアセンブリが、前記出口を通って材料を押し出すように構成されたノズルと、前記ノズルから押し出された材料を形状づけるように構成されたコテとを含む、請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記ガントリーロボットが、前記オーバーヘッド梁に摺動可能に装着されたガントリープラットフォームをさらに備え、前記ノズルアセンブリが、前記ガントリープラットフォームに結合される、請求項１に記載のロボットシステム。
4. 前記位置コントローラが、１つ以上の基準場所に対して前記ノズルアセンブリの前記位置を検知するように構成された位置センサと、前記位置センサの出力に応答して、所望の位置へ前記ノズルアセンブリを制御可能に動かすように構成されたアクチュエータとを備える、請求項１に記載のロボットシステム。
5. 前記ガントリープラットフォームに結合された第２のプラットフォームをさらに備え、前記位置センサが前記第２のプラットフォームに装着され、前記第２のプラットフォームが、前記位置センサの出力に応答して、前記ガントリープラットフォームの位置を適合して訂正するように構成される、請求項４に記載のロボットシステム。
6. 前記位置センサがレーザ距離計を備え、
   前記レーザ距離計が、
   レーザ光を生成し、前記１つ以上の基準場所のそれぞれの１つに位置決めされた１つ以上の反射体へ前記レーザ光を発信するように構成されたトランスミッタと、
   前記トランスミッタによって生成され前記反射体から散乱し戻るレーザ光を受け取るように構成されたレシーバと、前記受け取られた光の強度を検出するように構成された光検出器と、
   前記レーザ光が再帰性反射体の各々へ且つそれから移動するのに必要な時間を測定することによって、前記ノズルアセンブリの位置を決定するように構成されたプロセッサと、
   を含む、請求項５に記載のロボットシステム。
7. 材料を前記ノズルへ供給するように構成された材料供給システムをさらに備える、請求項２に記載のロボットシステム。
8. 前記材料供給システムが、材料を保管するように構成された容器と、前記容器に保管された材料を前記ノズルへ送出するように構成されたロボット供給チューブとを含む、請求項７に記載のロボットシステム。
9. 前記材料供給システムを駆動するように構成された駆動機構をさらに備える、請求項８に記載のロボットシステム。
10. 前記駆動機構が、前記位置コントローラからの１つ以上のコマンドに応答して前記材料供給システムの前記供給チューブを動かすように構成されたジョイスティックを備え、前記材料供給システムの前記供給チューブが、可動プラットフォームに柔軟に結合される、請求項９に記載のロボットシステム。
11. 前記ノズルアセンブリがマルチノズルアセンブリを備え、
    前記マルチノズルアセンブリが、
    第１の出口を通って材料を押し出すように構成された第１のノズルと、
    第２の出口を通って材料を押し出すように構成された第２のノズルと、
    第３の出口を通って材料を押し出すように構成された第３のノズルであって、前記第３の出口が前記第１の出口と前記第２の出口との間にある、第３のノズルと、
    それぞれ前記第１および第２のノズルから押し出された材料を形状づけるように構成された第１および第２のコテと、
    を含む、請求項１に記載のロボットシステム。
12. 前記マルチノズルアセンブリが、前記出口の少なくとも１つの高さを前記他の出口の少なくとも１つの高さに対して制御可能に変動するように構成されたノズル位置コントローラをさらに含む、請求項１１に記載のロボットシステム。
13. 一対の対向する側部部材の間に延在しそれにわたって摺動可能に装着されるクロス部材を含む可動ガントリープラットフォームと、
    前記クロス部材に可動式に結合され、出口を通って材料を押し出すように構成されたノズルアセンブリと、
    前記ノズルアセンブリが材料の先に押し出された層の頂部に材料の層を押し出すのに十分な高さに前記プラットフォームを制御可能に揚げるように構成された巻き上げ機構と、
    を備える建設機器。
14. 前記ノズルアセンブリが、出口を通って材料を押し出すように構成されたノズルと、前記ノズルから押し出された材料を形状づけるように構成されたコテとを含む、請求項１３に記載の建設機器。
15. 前記ガントリープラットフォームが、複数のクレーンから延びるケーブルによって支持され、前記巻き上げ機構が、前記複数のケーブルをして前記ガントリープラットフォームを所望の高さに集合的につり上げさせるように前記ケーブルに力をかけるように構成される、請求項１４に記載の建設機器。
16. 前記可動ガントリープラットフォームが、複数のクロス部材を備え、前記クロス部材の各々が、前記一対の対向する側部部材の間に延在しそれにわたって摺動可能に装着され、前記可動ガントリープラットフォームが、複数のノズルアセンブリをさらに備え、前記ノズルアセンブリの各々が、前記クロス部材のそれぞれの１つに可動式に結合される、請求項１３に記載の建設機器。
17. 前記ガントリープラットフォームに沿った点から延び、前記ガントリープラットフォームを剛性構造物に固定するように構成された１つ以上の取付部材をさらに備え、前記取付部材の各々がそれに結合されたホイールを有し、前記ホイールが前記剛性構造物に接触するように構成される、請求項１３に記載の建設機器。
18. 前記ノズルアセンブリがマルチノズルアセンブリを備え、
    前記マルチノズルアセンブリが、
    第１の出口を通って材料を押し出すように構成された第１のノズルと、
    第２の出口を通って材料を押し出すように構成された第２のノズルと、
    第３の出口を通って材料を押し出すように構成された第３のノズルであって、前記第３の出口が前記第１の出口と前記第２の出口との間にある、第３のノズルと、
    それぞれ前記第１および第２のノズルから押し出された材料を形状づけるように構成された第１および第２のコテと、
    を含む、請求項１３に記載の建設機器。
19. 可動ロボット基部と、
    前記ロボット基部から延びる関節式ロボットアームと、
    前記ロボットアームの遠位端に結合されたノズルアセンブリであって、出口を通って材料を押し出すように構成された、ノズルアセンブリと、
    前記ロボット基部に装着され、前記ノズルアセンブリへ材料を供給するように構成された材料供給システムと、
    を備える移動式ロボットシステム。
20. 前記ノズルアセンブリが、出口を通って材料を押し出すように構成されたノズルと、前記ノズルから押し出された材料を形状づけるように構成されたコテとを含む、請求項１９に記載の移動式ロボットシステム。
21. 前記材料供給システムが、材料を保管するように構成された容器と、前記容器に保管された材料を前記ノズルへ送出するように構成された供給チューブとを含む、請求項１９に記載の移動式ロボットシステム。
22. 前記ノズルアセンブリがマルチノズルアセンブリを備え、
    前記マルチノズルアセンブリが、
    第１の出口を通って材料を押し出すように構成された第１のノズルと、
    第２の出口を通って材料を押し出すように構成された第２のノズルと、
    第３の出口を通って材料を押し出すように構成された第３のノズルであって、前記第３の出口が前記第１の出口と前記第２の出口との間にある、第３のノズルと、
    それぞれ前記第１および第２のノズルから押し出された材料を形状づけるように構成された第１および第２のコテと、
    を含む、請求項１９に記載の移動式ロボットシステム。
23. 電動ホイールアセンブリと、
    前記電動ホイールアセンブリに結合され、出口を通って材料を押し出すように構成されたノズルアセンブリと、
    前記電動ホイールアセンブリに装着され、前記ノズルアセンブリへ材料を供給するように構成された材料供給システムと、
    を備える移動式ロボットシステム。
24. 前記ノズルアセンブリが、前記出口を通って材料を押し出すように構成されたノズルと、前記ノズルから押し出された材料を形状づけるように構成されたコテとを含む、請求項２３に記載の移動式ロボットシステム。
25. 前記ホイールアセンブリを制御可能に動かすように構成された動きコントローラをさらに備える、請求項２３に記載の移動式ロボットシステム。
26. 前記ホイールアセンブリが、１つ以上の軸を中心にして回転することができ、前記動きコントローラが、前記ホイールアセンブリに平行移動および回転の動きを与えるように構成される、請求項２３に記載の移動式ロボットシステム。
27. 前記材料供給システムが、前記電動ホイールアセンブリに回転可能に装着される、請求項２３に記載の移動式ロボットシステム。
28. 機器であって、
    出口を通って材料を押し出すように構成されたノズルアセンブリと、
    前記ノズルアセンブリに結合された制御可能なロボットアームであって、一方の端に、要素を拾い上げ押し出された材料に対して所望の位置に前記要素を置くように構成されたグリッパーを有する、制御可能なロボットアームと、
    を備える機器。
29. 前記ロボットアームに結合され前記グリッパーによって拾い上げられた前記要素の少なくとも一部を加熱するように構成された加熱装置をさらに備える、請求項２８に記載の機器。
30. 前記加熱装置が、実質的に環状の構成を有し、第１の管状要素を第２の管状要素に接合するように第１の管状要素および第２の管状要素の重なった部分を加熱するように構成される、請求項２８に記載の機器。
31. 前記加熱装置が、第１の構成要素および第２の構成要素を含み、前記第１および第２の構成要素が、間隔をおかれている開位置から、前記要素の少なくとも一部をその間に捉えるように係合している閉位置へ、動くことができる、請求項３０に記載の機器。
32. 前記加熱装置が、電気活性された抵抗金属コイルを備える、請求項２８に記載の機器。
33. 前記ロボットアームが、複数のグリッパーを備え、各グリッパーが、異なる配向から要素を把持するように構成される、請求項２８に記載の機器。
34. 前記ロボットアームの少なくとも一部が、その中に管状要素を受け取るようになっている中空管状構成を有する、請求項２８に記載の機器。
35. 前記グリッパーが、真空吸引によって前記要素を拾い上げ解放するように作用的な吸引カップを含む、請求項２８に記載の機器。
36. 前記グリッパーが、所望の配列順序で複数の要素を拾い上げ置くように作用的である、請求項２８に記載の機器。
37. 前記ノズルアセンブリが、前記出口を通って材料を押し出すように構成されたノズルと、前記ノズルから押し出された材料を形状づけるように構成されたコテとを含む、請求項２８に記載の機器。
38. 出口を通って材料を押し出すように構成されたノズルアセンブリと、
    前記前記ノズルアセンブリに結合された制御可能なロボットアームと、
    一方の端に取り付けられた塗装機構であって、所望の仕様にしたがって、押し出された材料の表面を制御可能に塗装するように構成された、塗装機構と、
    を備える機器。
39. 前記塗装機構が、制御可能なスプレーノズルおよび制御可能なインクジェットプリンタヘッドの一方を備える、請求項３８に記載の機器。
40. 前記ノズルアセンブリが、前記出口を通って材料を押し出すように構成されたノズルと、前記ノズルから押し出された材料を形状づけるように構成されたコテとを含む、請求項３８に記載の機器。
41. 各々が別個に押し出された層の積み重ねられたセットから構成された、間隔をおいたリムのセットと、
    別個に押し出された層の積み重ねられたセットから構成された前記リムの間の充填材と、
    １つ以上の前記押し出された層上にまたはその中に設置された１つ以上の要素と、
    を備える三次元構造物。
42. 前記要素が、前記リムの長さ方向に沿って前記間隔をおいたリムにわたって固定された複数の補強Ｕ字形止め釘を備える、請求項４１に記載の三次元構造物。
43. 前記要素が、押し出された層内に配置されて外側のねじ山を切った部分を含む第１の垂直部材と、前記第１の垂直部材の前記ねじ山を切った部分にねじ込まれる第２の管状垂直部材とを備える、請求項４１に記載の三次元構造物。
44. 前記要素が、押し出された層内に配置された第１の剛性垂直部材と、前記押し出された層内に配置され前記第１の剛性垂直部材から間隔をおかれた第２の剛性垂直部材と、前記第１および第２の剛性垂直部材の間に配置された剛性水平リンクとを備える、請求項４１に記載の三次元構造物。
45. 壁内に１つ以上の開口をさらに備える、請求項４１に記載の三次元構造物。
46. 前記要素が、配管パイプの１つ以上のセグメントを備え、前記配管パイプセグメントが、前記開口の少なくともいくつか内に設置される、請求項４５に記載の三次元構造物。
47. 電気ネットワークの複数の構成要素をさらに備え、前記ネットワーク構成要素が、少なくともいくつかの前記開口内に設置され且つ互いに接続される、請求項４５に記載の三次元構造物。
48. 各ネットワーク構成要素が、非導電性材料のブロック内に封入された複数の導電性セグメントを備える、請求項４７に記載の三次元構造物。
49. １つ以上の前記押し出された層に、またはその中に埋め込まれた１つ以上のセンサをさらに備え、前記センサが前記三次元構造物に関する情報を検知するように構成される、請求項４１に記載の三次元構造物。
50. 前記情報が、周囲温度、周囲湿度および構造的変形の少なくとも１つに関連する、請求項４９に記載の三次元構造物。
51. 当該三次元構造物が、壁および柱の一方である、請求項４１に記載の三次元構造物。
52. 建設構造物用のタイルを設置する方法であって、
    ロボットを操作して、ノズルアセンブリによって押し出され形状づけられた材料の表面に接着材料の層を加えるように前記ロボットを誘導するステップと、
    前記ロボットを操作して、前記ロボットに１つ以上のタイルを拾い上げさせ、前記タイルを前記表面のそれぞれの所望の場所に置かせるステップと、
    を備える方法。
53. その下部端に出口ポートを含み、流体入口ポートをさらに含む中空チャンバと、
    前記チャンバに接続されたホッパーであって、それを通って投入材料を受け取るように構成された投入ポートを有する、ホッパーと、
    一方の端に取り付けられたピストンを有し駆動シャフト軸を中心にして回転することができるピストン駆動シャフトであって、前記ピストンが、それに結合されそれとともに回転することができる１つ以上のミキサーブレードを有する、ピストン駆動シャフトと、
    を備えるミキサー−押出機アセンブリであって、
    前記ピストンが、前記ホッパーの前記投入ポートを通って受け取られた投入材料が前記チャンバ内に送出された後に、前記駆動シャフト軸を中心にして制御可能に回転されるように構成され、前記ミキサーブレードを回転させ、前記投入材料を前記チャンバの前記流体入口ポートを通って導入された混合流体と混合させ、前記ピストンが前記チャンバの上部端から前記出口ポートへ向けて同時に動くことができ、そのため、前記混合された投入材料が、前記チャンバの前記出口ポートを通って押し出されるミキサー−押出機アセンブリ。
54. 出口を通って材料を押し出すように構成されたノズルを含むノズルアセンブリをさらに備え、前記ノズルが、前記チャンバの前記出口ポートから材料を受け取るように作られ配列されたノズルヘッドを有する、請求項５３に記載のミキサー−押出機アセンブリ。
55. 前記ホッパーが、それを通って過剰材料を排出するように構成された出力ポートをさらに含む、請求項５３に記載のミキサー−押出機アセンブリ。
56. 前記投入材料が、空気と粉末化建設材料との混合物を備える、請求項５３に記載のミキサー−押出機アセンブリ。
57. 前記建設材料が、コンクリートを備える、請求項５３に記載のミキサー−押出機アセンブリ。
58. チャンバが実質的に円筒形であり、円筒形軸を中心にして実質的に対称であり、前記駆動シャフト軸が前記円筒形チャンバと実質的に同軸である、請求項５３に記載のミキサー−押出機アセンブリ。
59. 前記ホッパーが、チャネルによって前記チャンバに接続され、前記チャンバが、前記チャネルを通って前記ホッパーから材料を受け取るように構成されたチャネルポートをさらに含み、前記ピストンが、前記ピストンが前記チャネルポートへまたはその近傍に下降するときに、前記ホッパーからの材料が前記チャネルを通って前記チャンバに入るのを阻止するほど十分な厚さを有する、請求項５３に記載のミキサー−押出機アセンブリ。
60. 材料を混合し押し出す方法であって、
    実質的に円筒形のチャンバに接続されたホッパーへ粉末化材料を提供するステップと、
    前記ホッパーから押出チャンバへ前記粉末化材料の少なくともいくらかを移送するステップと、
    混合流体を前記押出チャンバ内に導入するステップと、
    前記円筒形チャンバと同軸である駆動軸を中心にして前記チャンバ内のピストンを回転するステップであって、前記ピストンが、それに結合されそれとともに回転することができる１つ以上の混合羽根を有し、そのため、前記ピストンの回転が、前記混合羽根となり、前記粉末化材料を前記混合流体と混合させるステップと、
    前記ピストンを前記チャンバの上部端から前記チャンバの出口ポートへ向けて動かし、そのため、前記混合流体と混合された前記粉末化材料が、前記チャンバから前記出口ポートを通って押し出されるステップと、
    を備える方法。
61. 前記駆動軸を中心にして前記ピストンを回転する作用、および前記チャンバの上部端から前記出口ポートへ向けて前記ピストンを動かす作用が、実質的に同時に行われる、請求項６０に記載の方法。

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