JP2014505623A - 車輪を交換する方法 - Google Patents

Abstract

ナットおよび保持具クリートによって車両に保持される車輪の交換方法であって、車輪ナットおよび保持具クリートを取り外し、元に戻す移動式ロボットを、車輪を掴んで取り外しかつロボットによって車輪ナットおよびクリートが元に戻される前に取替え用の車輪を位置決めする移動式の機械的ホイールハンドラの使用と組み合わせて使用することを含む方法。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両の車輪、例えば採掘現場用運搬トラックなどの大型車両の車輪を交換する技術に関する。

露天の鉱山では一般に超大型の採掘現場用運搬トラックの車両隊が利用される。そのようなトラックの車輪は、タイヤが摩耗するか損傷を受けるので定期的に交換しなければならない。車輪の交換は時間を要しかつ危険な作業である。従来、車輪とホイールハンドラとの間の領域で作業する作業者によって、車輪のナットと保持具クリート（ｃｌｅａｔ）を取り外し、元に戻すために手工具が使用される。ホイールハンドラはナットとクリートが取り外されると車輪を掴んで取り外すように運転される。本発明により、作業者がこの危険な領域で作業する必要のない車輪交換が可能になる。

本発明によれば、ナットおよび保持具クリートによって車両に保持される車輪の交換方法が提供され得、方法は、
車輪ナットおよび保持具クリートを取り外し、元に戻す移動式ロボットを、車輪を掴んで取り外しかつロボットによって車輪ナットおよびクリートが元に戻される前に取替え用の車輪を位置決めする移動式の機械的ホイールハンドラの使用と組み合わせて使用することを含む。

本発明はさらに、車輪ナットおよび保持具クリートの位置を特定するために車輪をレーザースキャンするステップと、そのように決定された位置に従ってロボットの作動を制御するステップとを含み得る。

本発明はまた、ナットおよび保持具クリートによって車両に保持される車輪の交換方法にも広がり、
車輪ナットと保持具クリートの位置を特定するために車輪をレーザースキャンするステップと、
車輪ナットと保持具クリートを取り外すように移動式ロボットを作動させるステップと、
車輪を取り外し、それを取替用の車輪と取り替えるために機械的ホイールハンドラを作動させるステップと、
車輪の保持具クリートおよびナットを元に戻すように移動式ロボットを作動させるステップと、
を含む。

ホイールハンドラは、車輪掴みジョーを備えたオペレータにより運転される車両であり得る。

レーザースキャンは、レーザースキャナ工具を操作するように作動する移動式ロボットによって実行され得る。

移動式ロボットは、レーザースキャンによって決定されたナットおよびクリートの位置に従って、１つ以上の取外し工具を操作することによって車輪ナットおよび保持具クリートを取り外し得る。

１つ以上の取外し工具は、ナットを取り外し、元に戻すように作動するナットランナと、クリートを取り外し、元に戻すために車輪クリートを把持するクリート把持具とを含み得る。

ナットランナと車輪クリート把持具は、１つの取外し工具に一体化されてもよく、または別個の取外し工具として実現されてもよい。

取外しにおいて、各ナットおよびクリートは、ロボットおよび各取外し工具を作動することによって、そのようなナットおよびクリートに固有の個々の保管位置に置かれてもよく、その後元に戻す際、各ナットおよびクリートは、各保管位置からロボットによって回収されてもよい。

ナットおよびクリートの保管位置は１つ以上の保管ネスト（ｎｅｓｔ）によって提供され得る。

ナットの保管位置は、ナットおよびクリートの取外しの前に、ロボットによって車輪ハブに配置されるナットネストによって提供され得る。

ナットネストは、ホイールハンドラを運転することによって車輪を取り外す間および取替え用車輪で取り替える間、車輪ハブに残ったままでもよい。

クリートの保管位置は、ロボットによって車輪に隣接する地面に位置決めされるクリートネストによって提供され得る。

クリートネストは、ナットが取り外されてナット保管ネストに配置された後、ロボットによって地面に位置決めされ得る。

あるいは、クリートネストは移動式ロボットに隣接して位置付けられ得る。

クリートネストはより大型の工具保管パレットの一部を形成し得る。

あるいは、ナットおよびクリート保管位置は、移動式ロボットに隣接して位置付けられるナットおよびクリート保管ネストによって提供され得る。

一体化されたナットおよびクリートネストが、より大型の工具保管パレットの一部を形成し得る。

あるいは、ナットおよびクリートの保管位置は、ナットおよびクリートの取外しの前に、ロボットによって車輪ハブに配置される一体化ナットおよびクリート保管ネストによって提供され得る。その場合、ナットおよびクリート保管ネストは、ホイールハンドラの運転によって車輪を取り外す間および取替用車輪で取り替える間、車輪ハブに残ったままでもよい。

１つ以上の取外し工具は１つ以上のスペーサリングを取り外すための把持工具を含み得る。

車輪ハブのバフ研磨は、別個のバフ研磨工具によって実現され得る。

あるいは、スペーサ把持具およびバフ研磨工具は、一体工具によって提供され得る。

ロボットは自走式かつ操舵可能な車両に取り付けられ得る。

自走式車両は１つ以上のレールの上を移動し得る。

本発明はまた、
移動式車両と、
車両によって運ばれ、工具マニピュレータを含むロボットと、
目標範囲内の位置における特徴物のセットを車両から特定するために、工具マニピュレータによって操作可能でありロボットによって作動可能なスキャナツールと、
複数の前記位置において特定作業を実行するために、工具マニピュレータによって操作可能でありロボットによって繰り返し作動可能な特定作業工具と、
を含むロボット装置を提供し得る。

装置はさらに、非使用時にスキャナツールを保持するスキャナツールホルダーを含んでもよく、工具マニピュレータはスキャナツールをピックアップし、そのツールを前記特徴物のセットを特定するように作動し、その後それをスキャナツールホルダーに戻すように作動可能である。

スキャナツールホルダーは車両上にあってもよく、または車両に取付け可能なトロリー上にあってもよい。

本発明はさらに、非使用時に特定作業工具を保持する特定作業工具ホルダーを含んでもよく、工具マニピュレータは、スキャナツールが前記特徴物のセットを特定した後、特定作業工具をピックアップし、複数の前記位置のそれぞれにおいて前記特定作業を実行するように複数の前記位置に特定作業工具を連続的に移動させるように作動可能である。

より詳細には、本発明は、
取り外される車輪に近接して位置決め可能な移動式車両と、
車両によって運ばれ、工具マニピュレータを含むロボットと、
車輪上の車輪保持具ナットと車輪保持具クリートのセットを特定するように、およびナットおよびクリートの位置を決定するように工具マニピュレータによって操作可能でありかつロボットによって作動可能なレーザースキャナツールと、
車輪からナットおよびクリートを取り外すように工具マニピュレータによって操作可能でありかつロボットによって作動可能な１つ以上の特定作業工具と、
を含む、車輪交換作業に必要な特定作業をロボット制御で実行するためのロボット装置を提供し得る。

本発明はさらに、
レーザー式距離測定装置、および
車輪リムの面を特定するための二方向スキャンおよびナットおよび／またはクリートの角度の向きを特定するための弓状スキャンにおいてレーザー式距離測定装置を移動させるためのマニピュレータ、
を含む、車輪上の車輪保持具ナットおよび／またはクリートの位置を検出するための位置感知装置を提供し得る。

本発明がより完全に説明され得るように、大型の採掘現場用運搬トラックの車輪を交換するための１つの特定的な車輪交換方法を、添付の図面を参照して詳細に記載する。

図１は、複式の後輪と単一の前輪とを有する典型的な採掘場運搬トラックを示す。 図２は、運搬トラックの前輪の締結構造を示す。 図３は、後輪の締結構造を示す。 図４は、運搬トラックの車輪交換に必要な機能を自動的に実行するように設計されたロボット装置を示す。 図５は、ロボット装置のレーザースキャンツールを示す。 図６は、運搬トラックの前輪および後輪に関連して使用するための一体化されたナットランナおよびクリート把持工具を示す。 図７は、後輪のクリートを取り外すための車輪クリート取外し工具を示す。 図８は、一体化されたスペーサリング把持具および車輪ハブクリーニング工具を示す。 図９は、後輪を取り外す間使用するナットネストを示す。 図１０は、後輪クリート用のクリートネストを示す。 図１１は、前輪のナットおよびクリートネストを示す。 図１２は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図１３は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図１４は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図１５は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図１６は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図１７は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図１８は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図１９は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図２０は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図２１は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図２２は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図２３は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図２４は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図２５は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図２６は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図２７は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図２８は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図２９は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図３０は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図３１は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図３２は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図３３は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図３４は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図３５は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図３６は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図３７は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図３８は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図３９は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図４０は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図４１は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図４２は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図４３は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図４４は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図４５は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図４６は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図４７は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図４８は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図４９は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図５０は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図５１は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。

図１は、鉱石運搬箱１２、運転室１３を有し、複式の後輪１４と単一の前輪１５とを装着した典型的な採掘場運搬トラック１１を示す。

図２に示されるように、運搬トラックの単一の前輪は、植込みボルト２２とクリート２３とを締め付けることによって、テーパ型車輪ハブ２１に締結される。

図３に示されるように、運搬トラックの複式の後輪は、植込みボルト３２とクリート３３とによってテーパ型後輪ハブ３１に固定され、この時スペーサリング３４が各対の内側車輪と外側車輪との間に延在している。運搬トラックの前輪または後輪を取り替えるために、各植込みボルト（２２または３２）およびクリート（２３または３３）を取り外し、元に戻さなければならない。後輪の場合、外側車輪を取り去った後および最も内側の車輪を取り外す前にスペーサリング３４も取り外さなければならない。

ナットおよびクリートを取り外し、元に戻す間、車輪が落下する可能性を排除するために、車輪をホイールハンドラで保持しなければならない。慣習的に、これは、破裂および破砕ゾーン（ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ａｎｄ ｃｒｕｓｈ ｚｏｎｅ）と呼ばれる車輪とホイールハンドラとの間の空間において手工具で作業することを作業者に要求する。車輪の植込みボルトとクリートの取り外しおよびその他の車輪交換機能が、作業者が車輪に近接して作業する必要なくロボット制御により実行されることを可能するために、図４に概略的に示されるロボット装置４１が開発された。ロボット装置４１は、いくつかのロボット軸の周りを回転可能なロボットアームを有する工具マニピュレータ４４を含むロボット４３を運ぶ移動可能な車両４２の形態の移動式ベースユニット（ＭＢＵ：Ｍｏｂｉｌｅ Ｂａｓｅ Ｕｎｉｔ）を含む。ロボットは車両から延伸および後退可能な延伸式ビーム４５に取り付けられる。車両４２はロボット制御箱４６を組み込み、制御システムが電気格納装置４７の中に内蔵されている。

ロボットは、位置の正確さを達成するために、しっかり取り付けられることに依存している。ロボットが車両のサスペンションまたはタイヤに起因する動きに曝されないことを保証するため、車両の車輪は、車両を地面まで、３つの調整可能なパッド４８の上に下げながら後退する油圧式に作動される枢軸に取り付けられる。

作業中、図１２〜５１を参照して詳細に記載する車輪交換作業の間必要とされる様々な機能を実行するために、ロボットは多数の工具をピックアップし、操作し、作動させる。具体的には、図５に示されるレーザースキャンツール５１、図６に示されるような前輪ナットランナ／クリート把持具および後輪ナットランナ６１、図７に示されるような後輪クリート把持工具７１、図８に示されるような後輪スペーサリング把持具および車輪ハブクリーニング工具８１がある。

図４に示されるように、車両４２は、非使用時にナットランナを格納するための工具格納ネスト４９を有する。図４はまた、ロボット車両に取り付け可能であり、図９および１０に示されるようなナットおよびクリートネスト９１、１０１を保持する後部車輪ナットおよびクリートネストパレット５０を示す。前輪を交換するために、パレット５０を取り去り、図１１に示されるような組合せ型前輪クリートおよびナットネスト１１１が装着された前輪交換パレットで置き換える。前輪および後輪ナットおよびクリートネストの機能は、図１２〜６３を参照するロボット機能の説明の中で明らかになる。

図５に示されるようなレーザースキャナツール５１は、ロボットの位置を測定し、それに応じて所定の動きを調整するレーザー式距離測定装置の形態にある。レーザー式距離測定システムは、より低い費用、照明条件による出力の違いがない、色の変化による出力の違いがない、埃、霧等による出力の違いがより少ない、などの視覚システムよりも多くの利点を有する。レーザー式距離測定システムは外部照明を必要とせず、視覚システムより保守が簡単である。車輪の型がロボットに選択される場合、中央軸における車輪リムの面の位置を、互いに直角な２本の線においてリムとタイヤの外面をスキャンすることによって測定することができる。続いてロボット制御器は、ナット座ピッチ直径（ＰＣＤ：ｎｕｔ Ｐｉｔｃｈ Ｃｉｒｃｌｅ Ｄｉａｍｅｔｅｒ）の位置を計算することができる。ナットまたは植込みボルト周りの３番目のスキャンによりクリートの角度の向きとバルブステムの位置とが決定される。それによってまた、車輪の型の正確な選択が確かめられる。

クリートおよびバルブステムの角度の向きにおけるリムの面および軸を測定した後、それに従ってロボット制御器はその後のロボットの動きを調整することができる。

また、レーザー式測定装置を使用して、ホイールハンドラが存在するかどうか、およびロボットがそのアームのもとに安全に操作できるかどうか、を判断することができる。これは、ロボットの車輪スキャンに先立ち、車輪のすぐ前の領域をプレスキャンすることによって達成される。そのようにすることで、ロボットは、危険な向きに偶発的に作動することによる起こり得る衝突から自らを保護することができる。

図６は後輪のナットを取り外して再装着するための二速度ナットランナ６１を示す。二速度ナットランナ６１は、スピンドル６４、三方向ギヤボックス６５、高トルクナットランナ６６および高トルククラッチ６７を介して、または代替的には高速ナットランナ６８およびクラッチ６９から、二種類の速度で選択的に駆動され得るスピンドル延長部６３に取り付けられたナット係合用ソケット６２を含む。

図７は後輪クリートを取り外し、元に戻すための車輪クリート把持具を示す。車輪のナットを取り外すと、クリートは比較的自由に取り外せるが、それらのテーパおよび車輪の重量によって適所に固定され得る。工具７１は、強力な把持動作を適用し、上げる必要なく、クリートをその位置から引くことができる。工具７１は、トグル連結７３を介して空気圧式に作動される、把持具ジョー７２を有する効果的な特定の目的のプライヤである。工具の本体は、クリートに位置するための前方に突出する予備位置決め機７４と、クリートの側面を把持するために近接するジョー７２とを組み込んでいる。

クリートあたり１つの植込みボルトを有する前輪クリートの構成により、クリートをナットとともに取り外すことが可能になる。従って、図６に示される工具６１は、クリートがナット取り外しの間および締付けの間の両方で正しい向きに保持されるようにナットランナに取り付けられたクリート把持具７０を組み込んでいる。後輪工具の場合のようにナットランナは二速度ナットランナであるが、より短いナットランナスピンドルを有する。

図８は、一体型スペーサリング把持具および車輪ハブクリーニング工具８１を示し、それは空気圧式に作動する把持具ジョー８２と、回転研磨パッド８４を有する研磨ヘッド８３とを組み込んでいる。

ロボットは、車輪を装着する間、ナットをピックアップして、それらを再装着しなければならないので、ナットは既知の場所に保管されなければならない。さらに、ロボットは車輪を取り外す間にナットを取り外すと、ナットを運び、それを単純に落とすのではなく、他の動作を邪魔しない場所に置かなければならない。これら２つの目的を達成するために、ナットランナソケットは、ナットが外れている時ナットを保持するための１つ以上のばね負荷式移動止めを含み、ナットを位置付け、それらをナットランナソケットから取り外すために、短い植込みボルトを有するネストが使用される。これら短い植込みボルトを車輪の植込みボルトに近接して位置決めすることは、ロボットがナットを置くために移動しなければならない距離を制限し、ひいてはサイクル時間を削減する。これは、ハブに位置決めされる車輪の型ごとに異なるナットネストを使用することによって達成される。図９に示されるような後輪ナットネスト９１は、車輪の植込みボルトに近接して位置決めされる短い植込みボルト９２のリングを有する。このネストは、後輪工具パレットの上で保管および搬送され、ナット除去の前に、ロボットによってハブに置かれる。同様に、ネスト１０１は、クリートのために備えられ、それらが後の回収のためにロボットによって既知の場所に置かれることを可能にする。このネストは図１０に示され、車輪のクリートのセットを保管した状態で示されている。クリートのネストもまた後輪工具パレットに位置づけられる。

運搬トラックの前輪用のクリートあたり１つのナットを用いる構成によって、クリートおよびナットのネストは、図１１に示されるような単一のネストに一体化されることが可能になる。

運搬トラックの後輪および前輪の両方を取り外し、取り替えるための、示されているロボット装置によって実行される一連の作業を、次に図１２〜５１を参照して記載する。

後輪の取外し
一対の後輪をトラックから取り外すことは、以下の一連の作業を必要とする。

１．トラックを運転して、マーキングした位置の固い直立パッドの上に載せ、ブレーキをかけ、車輪を車輪止めで固定し、人を締め出し、既知の技法と機器を使用して後輪をパッド表面からジャッキアップする。作業者は後輪の近くを点検し、砂利または土の塊などを取り除く。

２．作業者は遠隔操作装置を使用してＭＢＵを後輪近くのマーキングされた位置まで運転し、ＭＢＵを地面まで下げながら車輪を持ち上げる。

３．ＭＢＵは運搬トラックの後輪に適合するように操作者によって設定され、ナットランナ工具の後輪延長部および後輪ナットおよびクリートネストはＭＢＵ車両に完全に装着されている。

４．ブレーキダストカバーが操作者によって取り除かれる。

５．操作者は排気装置をタイヤバルブに接続し、両タイヤの圧力は５ｐｓｉに向かって減り始める。注：運搬トラック車輪交換機は、タイヤが安全な圧力になる前に始動してもよく、従って時間が節約される。

６．操作者は次に以下を含む自動プロセスを開始する。
ａ．ブームが延伸してロボットを車輪の方へ移動させる（図１２）。
ｂ．ロボットは車輪までの経路が障害物、例えばホイールハンドラによって塞がれていないことを確認する。
ｃ．ロボットは車輪のレーザー式距離スキャンシーケンスを行う。レーザー式距離スキャンシーケンスは、車輪リムの平面および中心を特定するために水平および垂直スキャンを含み、ナットの角度の向きを判定するために車輪の植込みボルト上の半円形スキャンを含む（図１４）。
ｄ．ロボットブームが後退し、ロボットがナットネストをピックアップした後、ロボットがハブ上にネストを置く場所にブームが再び延伸する（図１５および１６）。
ｅ．ロボットブームが再び後退し、自動サイクルの完了を示すために照明が点灯され、ホイールハンドラが車輪を掴むために到着する準備が整う（図１６）。注：ロボット装置はホイールハンドラが存在しなくてもナットを緩めることができるので、ホイールハンドラは後で持ってくることができる。

７．ホイールハンドラが車輪を掴むと、操作者は第２の自動サイクルを開始する。このサイクルは以下を含む。
ａ．ロボットがナットランナ工具をピックアップし、ブームがロボットを車輪に提示するために延伸する（図１７および１８）。
ｂ．ロボットはナットを徐々に緩めて取り外し、それらをナットネストの隣接する植込みボルトにねじ留めする（図１９〜２１）。
ｃ．ロボットブームは後退し、ロボットがクリート取外し工具をピックアップした後、ブームが再び延伸する（図２２）。
ｅ．ロボットは、徐々にクリートを把持して取り外し、クリートネストに接近すべく必要に応じてブームを後退させたり延伸したりしながら、それらをクリートネストに置く。クリートを取り外すことが特に難しい場合、クリートが外れるまで車輪を「軽く揺らす」ことをホイールハンドラの運転者に要求するために、ロボットの照明が点灯される（図２２）。
ｆ．最後のクリートが取り外されると、ブームは後退し、ロボットはクリート把持工具を置く（図２４）。

８．その後、ＭＢＵは点灯された照明によって「警報解除」の合図をホイールハンドラの運転者に出し、運転者は車輪の取外しに進む（図２５）。

９．外側の車輪が取り外されると、作業者は第３の自動サイクルを開始する。
ａ．ロボットがスペーサリング把持工具をピックアップし、ブームがロボットを車輪に提示するために延伸する（図２６）。
ｂ．ロボットはスペーサリング把持具を使用して車輪スペーサリングを把持し、それをハブから滑らせて引き抜く（図２７）。
ｃ．ブームが後退し、ロボットはリングを後輪パレットのリングクレードルに置く（図２８）。
ｄ．続いてＭＢＵがホイールハンドラの運転者に「警報解除」の合図を出す。

１０．次にホイールハンドラの運転者は、内側の車輪に近づき、掴み、取り外す。

１１．内側の車輪が取り外されると、作業者は４番目の自動サイクルを開始する。
ａ．ロボットが、空気作動式バフ研磨工具をピックアップする（図２９）。
ｂ．ブームがロボットをハブに提示するために延伸する。
ｃ．ロボットがハブのテーパおよびクリート領域を完全に研磨する（図３０）。
ｄ．ブームが後退し、ロボットはバフ研磨工具を下に置き、ＭＢＵは操作者に「警報解除」の合図を出す。

後輪の装着
後輪の再装着は、本質的に車輪の取外しの逆である。プロセスの簡潔な記載は以下の通りである。

１．ホイールハンドラが内側車輪をハブに配置する（図３１）。

２．ロボットがスペーサリングをハブに配置する（図３２）。

３．ホイールハンドラが外側車輪をハブに配置して保持し、ロボットはスペーサリング把持具を戻す（図３３）。

４．ロボットはクリート工具を集め、徐々にクリートを挿入する。クリートを所定の位置に押し込めない場合、車輪を「軽く揺らす」ように、点灯された照明がホイールハンドラの運転者に警告を出す（図３４および３５）。

５．ロボットはクリート工具を戻す（図３６）。

６．ロボットはナットランナ工具を集め、ナットを戻し、規則的なパターンにおいて所要トルクまでそれらに徐々にトルクを与える（図３７〜４０）。

７．ロボットはナットネストをＭＢＵに戻し、「警報解除」の合図を出す（図４１および４２）。

８．続いてホイールハンドラが車輪を離し、操作者は２つのタイヤを再び加圧することができる。

９．ＭＢＵを操作者によって走り去らせることができる。

１０．トラックを下ろすことができ、車輪止めが取り外され、トラックを硬い直立パッドから走り去らせる。

前輪の取外し、および装着
トラックから前輪を取り外すことは、以下のような単一の後輪の取外しと同様の一連の作業を必要とする。

１．トラックを駐車し、人を締め出し、ジャッキアップし、タイヤの空気を抜く。

２．ＭＢＵは前輪の交換用に設定され、前輪まで運転され、安全システムが設定される（図４３および４４）。

３．ロボットはナットの面、中心および向き、ならびにバルブステム位置の間隙を見つけるように車輪をスキャンする。

４．ロボットはナットおよびクリートネストを車輪ハブに配置する（図４５および４６）。

５．ホイールハンドラがタイヤを掴む。

６．ロボットがナットおよびクリートを一緒に取り外し、それらをネストに配置する（図４７〜５１）。

７．ホイールハンドラが車輪を取り外す。

８．ロボットがハブを清掃する。

９．ホイールハンドラが新しい車輪を配置して保持する。

１０．ロボットがクリートとナットを配置し、それらにトルクを掛け、ナットおよびクリートネストを取り外す。

１１．ＭＢＵを操作者によって走り去らせることができる。

１２．ホイールハンドラが離れ、タイヤに空気を入れることができ、トラックを下ろして、走り去らせることができる。

示された機械を使用することで、車輪交換の間、保守要員を健康上および安全上の危険に曝すことを大幅に低減できる。これら低減は以下を含む。
・車輪とホイールハンドラとの間の領域（破裂および破砕ゾーン）で操作者が作業することを要求される時間が、１時間超から５分未満に低減される。ナット、クリートおよび後輪スペーサリングに対する手作業に関連付けられるこのゾーンの全機能は排除される。
・ナット、クリートおよび手工具を取り扱うことに関連付けられる切断、捻挫、および打撲の危険性に作業者を曝すことが排除される。
・作業者の空気圧式インパクトドライバの使用、およびそれに関連するＶＷＦ、すなわちレイノー病の二次形態を引き起こす可能性が排除される。

また、示される機械によって、車輪のナットの締付け性能を大幅に改善することができ、それによって、正確な締付けおよび正確な車輪の装着のより優れた保証がもたらされる。これに関連する結果は以下のものを含む。
・全てのナットが所要トルクまで、一定の締付けパターンで確実に締め付けられる。ナットはまた、トルク制限内で指定された角度に締め付けられ得る。制御装置のデータ記録機能が、各ナットに実行されたトルクの文書化された証拠を提供する。現在、実行されたトルクは未知であり、各ナットで異なり、特定トルク未満の可能性もある。
・全てのトルクおよびトルク／距離プロファイルを文書化し、データベースに記録することができる。
・現在見過ごされているねじの損傷などの望ましくない様々な状態を、ナット装着時に生成されるトルクおよび角度プロファイルから認識することができる。

示される装置を単に例として提示してきたが、構造的な詳細は様々な特定用途に対して修正されてもよい。本発明は車輪交換作業に限定されず、ホイールローダの車輪ナットの再トルク付加または各種重量物におけるナットまたは他の締結具の取外し／装着など、他の反復作業を実行するために適用されてもよい。従って、本発明は示された装置の詳細に限定されないこと、および多くの修正形態および変更形態が添付の例示的請求項の範囲内にあることは理解されよう。

本発明は、車両の車輪、例えば採掘現場用運搬トラックなどの大型車両の車輪を交換する技術に関する。

露天の鉱山では一般に超大型の採掘現場用運搬トラックの車両隊が利用される。そのようなトラックの車輪は、タイヤが摩耗するか損傷を受けるので定期的に交換しなければならない。車輪の交換は時間を要しかつ危険な作業である。従来、車輪とホイールハンドラとの間の領域で作業する作業者によって、車輪のナットと保持具クリート（ｃｌｅａｔ）を取り外し、元に戻すために手工具が使用される。ホイールハンドラはナットとクリートが取り外されると車輪を掴んで取り外すように運転される。本発明により、作業者がこの危険な領域で作業する必要のない車輪交換が可能になる。

本発明によれば、ナットおよび保持具クリートによって車両に保持される車輪の交換方法が提供され得、方法は、
車輪ナットおよび保持具クリートを取り外し、元に戻す移動式ロボットを、車輪を掴んで取り外しかつロボットによって車輪ナットおよびクリートが元に戻される前に取替え用の車輪を位置決めする移動式の機械的ホイールハンドラの使用と組み合わせて使用することを含む。

本発明はさらに、車輪ナットおよび保持具クリートの位置を特定するために車輪をレーザースキャンするステップと、そのように決定された位置に従ってロボットの作動を制御するステップとを含み得る。

本発明はまた、ナットおよび保持具クリートによって車両に保持される車輪の交換方法にも広がり、
車輪ナットと保持具クリートの位置を特定するために車輪をレーザースキャンするステップと、
車輪ナットと保持具クリートを取り外すように移動式ロボットを作動させるステップと、
車輪を取り外し、それを取替用の車輪と取り替えるために機械的ホイールハンドラを作動させるステップと、
車輪の保持具クリートおよびナットを元に戻すように移動式ロボットを作動させるステップと、
を含む。

ホイールハンドラは、車輪掴みジョーを備えたオペレータにより運転される車両であり得る。

レーザースキャンは、レーザースキャナ工具を操作するように作動する移動式ロボットによって実行され得る。

移動式ロボットは、レーザースキャンによって決定されたナットおよびクリートの位置に従って、１つ以上の取外し工具を操作することによって車輪ナットおよび保持具クリートを取り外し得る。

１つ以上の取外し工具は、ナットを取り外し、元に戻すように作動するナットランナと、クリートを取り外し、元に戻すために車輪クリートを把持するクリート把持具とを含み得る。

ナットランナと車輪クリート把持具は、１つの取外し工具に一体化されてもよく、または別個の取外し工具として実現されてもよい。

取外しにおいて、各ナットおよびクリートは、ロボットおよび各取外し工具を作動することによって、そのようなナットおよびクリートに固有の個々の保管位置に置かれてもよく、その後元に戻す際、各ナットおよびクリートは、各保管位置からロボットによって回収されてもよい。

ナットおよびクリートの保管位置は１つ以上の保管ネスト（ｎｅｓｔ）によって提供され得る。

ナットの保管位置は、ナットおよびクリートの取外しの前に、ロボットによって車輪ハブに配置されるナットネストによって提供され得る。

ナットネストは、ホイールハンドラを運転することによって車輪を取り外す間および取替え用車輪で取り替える間、車輪ハブに残ったままでもよい。

クリートの保管位置は、ロボットによって車輪に隣接する地面に位置決めされるクリートネストによって提供され得る。

クリートネストは、ナットが取り外されてナット保管ネストに配置された後、ロボットによって地面に位置決めされ得る。

あるいは、クリートネストは移動式ロボットに隣接して位置付けられ得る。

クリートネストはより大型の工具保管パレットの一部を形成し得る。

あるいは、ナットおよびクリート保管位置は、移動式ロボットに隣接して位置付けられるナットおよびクリート保管ネストによって提供され得る。

一体化されたナットおよびクリートネストが、より大型の工具保管パレットの一部を形成し得る。

あるいは、ナットおよびクリートの保管位置は、ナットおよびクリートの取外しの前に、ロボットによって車輪ハブに配置される一体化ナットおよびクリート保管ネストによって提供され得る。その場合、ナットおよびクリート保管ネストは、ホイールハンドラの運転によって車輪を取り外す間および取替用車輪で取り替える間、車輪ハブに残ったままでもよい。

１つ以上の取外し工具は１つ以上のスペーサリングを取り外すための把持工具を含み得る。

車輪ハブのバフ研磨は、別個のバフ研磨工具によって実現され得る。

あるいは、スペーサ把持具およびバフ研磨工具は、一体工具によって提供され得る。

ロボットは自走式かつ操舵可能な車両に取り付けられ得る。

自走式車両は１つ以上のレールの上を移動し得る。

本発明がより完全に説明され得るように、大型の採掘現場用運搬トラックの車輪を交換するための１つの特定的な車輪交換方法を、添付の図面を参照して詳細に記載する。

図１は、複式の後輪と単一の前輪とを有する典型的な採掘場運搬トラックを示す。 図２は、運搬トラックの前輪の締結構造を示す。 図３は、後輪の締結構造を示す。 図４は、運搬トラックの車輪交換に必要な機能を自動的に実行するように設計されたロボット装置を示す。 図５は、ロボット装置のレーザースキャンツールを示す。 図６は、運搬トラックの前輪および後輪に関連して使用するための一体化されたナットランナおよびクリート把持工具を示す。 図７は、後輪のクリートを取り外すための車輪クリート取外し工具を示す。 図８は、一体化されたスペーサリング把持具および車輪ハブクリーニング工具を示す。 図９は、後輪を取り外す間使用するナットネストを示す。 図１０は、後輪クリート用のクリートネストを示す。 図１１は、前輪のナットおよびクリートネストを示す。 図１２は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図１３は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図１４は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図１５は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図１６は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図１７は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図１８は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図１９は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図２０は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図２１は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図２２は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図２３は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図２４は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図２５は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図２６は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図２７は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図２８は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図２９は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図３０は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図３１は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図３２は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図３３は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図３４は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図３５は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図３６は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図３７は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図３８は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図３９は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図４０は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図４１は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図４２は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図４３は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図４４は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図４５は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図４６は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図４７は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図４８は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図４９は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図５０は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。 図５１は、車輪交換作業の連続ステップの１つを概略的に示す。

図１は、鉱石運搬箱１２、運転室１３を有し、複式の後輪１４と単一の前輪１５とを装着した典型的な採掘場運搬トラック１１を示す。

図２に示されるように、運搬トラックの単一の前輪は、植込みボルト２２とクリート２３とを締め付けることによって、テーパ型車輪ハブ２１に締結される。

図３に示されるように、運搬トラックの複式の後輪は、植込みボルト３２とクリート３３とによってテーパ型後輪ハブ３１に固定され、この時スペーサリング３４が各対の内側車輪と外側車輪との間に延在している。運搬トラックの前輪または後輪を取り替えるために、各植込みボルト（２２または３２）およびクリート（２３または３３）を取り外し、元に戻さなければならない。後輪の場合、外側車輪を取り去った後および最も内側の車輪を取り外す前にスペーサリング３４も取り外さなければならない。

ナットおよびクリートを取り外し、元に戻す間、車輪が落下する可能性を排除するために、車輪をホイールハンドラで保持しなければならない。慣習的に、これは、破裂および破砕ゾーン（ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ａｎｄ ｃｒｕｓｈ ｚｏｎｅ）と呼ばれる車輪とホイールハンドラとの間の空間において手工具で作業することを作業者に要求する。車輪の植込みボルトとクリートの取り外しおよびその他の車輪交換機能が、作業者が車輪に近接して作業する必要なくロボット制御により実行されることを可能するために、図４に概略的に示されるロボット装置４１が開発された。ロボット装置４１は、いくつかのロボット軸の周りを回転可能なロボットアームを有する工具マニピュレータ４４を含むロボット４３を運ぶ移動可能な車両４２の形態の移動式ベースユニット（ＭＢＵ：Ｍｏｂｉｌｅ Ｂａｓｅ Ｕｎｉｔ）を含む。ロボットは車両から延伸および後退可能な延伸式ビーム４５に取り付けられる。車両４２はロボット制御箱４６を組み込み、制御システムが電気格納装置４７の中に内蔵されている。

ロボットは、位置の正確さを達成するために、しっかり取り付けられることに依存している。ロボットが車両のサスペンションまたはタイヤに起因する動きに曝されないことを保証するため、車両の車輪は、車両を地面まで、３つの調整可能なパッド４８の上に下げながら後退する油圧式に作動される枢軸に取り付けられる。

作業中、図１２〜５１を参照して詳細に記載する車輪交換作業の間必要とされる様々な機能を実行するために、ロボットは多数の工具をピックアップし、操作し、作動させる。具体的には、図５に示されるレーザースキャンツール５１、図６に示されるような前輪ナットランナ／クリート把持具および後輪ナットランナ６１、図７に示されるような後輪クリート把持工具７１、図８に示されるような後輪スペーサリング把持具および車輪ハブクリーニング工具８１がある。

図４に示されるように、車両４２は、非使用時にナットランナを格納するための工具格納ネスト４９を有する。図４はまた、ロボット車両に取り付け可能であり、図９および１０に示されるようなナットおよびクリートネスト９１、１０１を保持する後部車輪ナットおよびクリートネストパレット５０を示す。前輪を交換するために、パレット５０を取り去り、図１１に示されるような組合せ型前輪クリートおよびナットネスト１１１が装着された前輪交換パレットで置き換える。前輪および後輪ナットおよびクリートネストの機能は、図１２〜６３を参照するロボット機能の説明の中で明らかになる。

図５に示されるようなレーザースキャナツール５１は、ロボットの位置を測定し、それに応じて所定の動きを調整するレーザー式距離測定装置の形態にある。レーザー式距離測定システムは、より低い費用、照明条件による出力の違いがない、色の変化による出力の違いがない、埃、霧等による出力の違いがより少ない、などの視覚システムよりも多くの利点を有する。レーザー式距離測定システムは外部照明を必要とせず、視覚システムより保守が簡単である。車輪の型がロボットに選択される場合、中央軸における車輪リムの面の位置を、互いに直角な２本の線においてリムとタイヤの外面をスキャンすることによって測定することができる。続いてロボット制御器は、ナット座ピッチ直径（ＰＣＤ：ｎｕｔ Ｐｉｔｃｈ Ｃｉｒｃｌｅ Ｄｉａｍｅｔｅｒ）の位置を計算することができる。ナットまたは植込みボルト周りの３番目のスキャンによりクリートの角度の向きとバルブステムの位置とが決定される。それによってまた、車輪の型の正確な選択が確かめられる。

クリートおよびバルブステムの角度の向きにおけるリムの面および軸を測定した後、それに従ってロボット制御器はその後のロボットの動きを調整することができる。

また、レーザー式測定装置を使用して、ホイールハンドラが存在するかどうか、およびロボットがそのアームのもとに安全に操作できるかどうか、を判断することができる。これは、ロボットの車輪スキャンに先立ち、車輪のすぐ前の領域をプレスキャンすることによって達成される。そのようにすることで、ロボットは、危険な向きに偶発的に作動することによる起こり得る衝突から自らを保護することができる。

図６は後輪のナットを取り外して再装着するための二速度ナットランナ６１を示す。二速度ナットランナ６１は、スピンドル６４、三方向ギヤボックス６５、高トルクナットランナ６６および高トルククラッチ６７を介して、または代替的には高速ナットランナ６８およびクラッチ６９から、二種類の速度で選択的に駆動され得るスピンドル延長部６３に取り付けられたナット係合用ソケット６２を含む。

図７は後輪クリートを取り外し、元に戻すための車輪クリート把持具を示す。車輪のナットを取り外すと、クリートは比較的自由に取り外せるが、それらのテーパおよび車輪の重量によって適所に固定され得る。工具７１は、強力な把持動作を適用し、上げる必要なく、クリートをその位置から引くことができる。工具７１は、トグル連結７３を介して空気圧式に作動される、把持具ジョー７２を有する効果的な特定の目的のプライヤである。工具の本体は、クリートに位置するための前方に突出する予備位置決め機７４と、クリートの側面を把持するために近接するジョー７２とを組み込んでいる。

クリートあたり１つの植込みボルトを有する前輪クリートの構成により、クリートをナットとともに取り外すことが可能になる。従って、図６に示される工具６１は、クリートがナット取り外しの間および締付けの間の両方で正しい向きに保持されるようにナットランナに取り付けられたクリート把持具７０を組み込んでいる。後輪工具の場合のようにナットランナは二速度ナットランナであるが、より短いナットランナスピンドルを有する。

図８は、一体型スペーサリング把持具および車輪ハブクリーニング工具８１を示し、それは空気圧式に作動する把持具ジョー８２と、回転研磨パッド８４を有する研磨ヘッド８３とを組み込んでいる。

ロボットは、車輪を装着する間、ナットをピックアップして、それらを再装着しなければならないので、ナットは既知の場所に保管されなければならない。さらに、ロボットは車輪を取り外す間にナットを取り外すと、ナットを運び、それを単純に落とすのではなく、他の動作を邪魔しない場所に置かなければならない。これら２つの目的を達成するために、ナットランナソケットは、ナットが外れている時ナットを保持するための１つ以上のばね負荷式移動止めを含み、ナットを位置付け、それらをナットランナソケットから取り外すために、短い植込みボルトを有するネストが使用される。これら短い植込みボルトを車輪の植込みボルトに近接して位置決めすることは、ロボットがナットを置くために移動しなければならない距離を制限し、ひいてはサイクル時間を削減する。これは、ハブに位置決めされる車輪の型ごとに異なるナットネストを使用することによって達成される。図９に示されるような後輪ナットネスト９１は、車輪の植込みボルトに近接して位置決めされる短い植込みボルト９２のリングを有する。このネストは、後輪工具パレットの上で保管および搬送され、ナット除去の前に、ロボットによってハブに置かれる。同様に、ネスト１０１は、クリートのために備えられ、それらが後の回収のためにロボットによって既知の場所に置かれることを可能にする。このネストは図１０に示され、車輪のクリートのセットを保管した状態で示されている。クリートのネストもまた後輪工具パレットに位置づけられる。

運搬トラックの前輪用のクリートあたり１つのナットを用いる構成によって、クリートおよびナットのネストは、図１１に示されるような単一のネストに一体化されることが可能になる。

運搬トラックの後輪および前輪の両方を取り外し、取り替えるための、示されているロボット装置によって実行される一連の作業を、次に図１２〜５１を参照して記載する。

後輪の取外し
一対の後輪をトラックから取り外すことは、以下の一連の作業を必要とする。

１．トラックを運転して、マーキングした位置の固い直立パッドの上に載せ、ブレーキをかけ、車輪を車輪止めで固定し、人を締め出し、既知の技法と機器を使用して後輪をパッド表面からジャッキアップする。作業者は後輪の近くを点検し、砂利または土の塊などを取り除く。

２．作業者は遠隔操作装置を使用してＭＢＵを後輪近くのマーキングされた位置まで運転し、ＭＢＵを地面まで下げながら車輪を持ち上げる。

３．ＭＢＵは運搬トラックの後輪に適合するように操作者によって設定され、ナットランナ工具の後輪延長部および後輪ナットおよびクリートネストはＭＢＵ車両に完全に装着されている。

４．ブレーキダストカバーが操作者によって取り除かれる。

５．操作者は排気装置をタイヤバルブに接続し、両タイヤの圧力は５ｐｓｉに向かって減り始める。注：運搬トラック車輪交換機は、タイヤが安全な圧力になる前に始動してもよく、従って時間が節約される。

６．操作者は次に以下を含む自動プロセスを開始する。
ａ．ブームが延伸してロボットを車輪の方へ移動させる（図１２）。
ｂ．ロボットは車輪までの経路が障害物、例えばホイールハンドラによって塞がれていないことを確認する。
ｃ．ロボットは車輪のレーザー式距離スキャンシーケンスを行う。レーザー式距離スキャンシーケンスは、車輪リムの平面および中心を特定するために水平および垂直スキャンを含み、ナットの角度の向きを判定するために車輪の植込みボルト上の半円形スキャンを含む（図１４）。
ｄ．ロボットブームが後退し、ロボットがナットネストをピックアップした後、ロボットがハブ上にネストを置く場所にブームが再び延伸する（図１５および１６）。
ｅ．ロボットブームが再び後退し、自動サイクルの完了を示すために照明が点灯され、ホイールハンドラが車輪を掴むために到着する準備が整う（図１６）。注：ロボット装置はホイールハンドラが存在しなくてもナットを緩めることができるので、ホイールハンドラは後で持ってくることができる。

７．ホイールハンドラが車輪を掴むと、操作者は第２の自動サイクルを開始する。このサイクルは以下を含む。
ａ．ロボットがナットランナ工具をピックアップし、ブームがロボットを車輪に提示するために延伸する（図１７および１８）。
ｂ．ロボットはナットを徐々に緩めて取り外し、それらをナットネストの隣接する植込みボルトにねじ留めする（図１９〜２１）。
ｃ．ロボットブームは後退し、ロボットがクリート取外し工具をピックアップした後、ブームが再び延伸する（図２２）。
ｅ．ロボットは、徐々にクリートを把持して取り外し、クリートネストに接近すべく必要に応じてブームを後退させたり延伸したりしながら、それらをクリートネストに置く。クリートを取り外すことが特に難しい場合、クリートが外れるまで車輪を「軽く揺らす」ことをホイールハンドラの運転者に要求するために、ロボットの照明が点灯される（図２２）。
ｆ．最後のクリートが取り外されると、ブームは後退し、ロボットはクリート把持工具を置く（図２４）。

８．その後、ＭＢＵは点灯された照明によって「警報解除」の合図をホイールハンドラの運転者に出し、運転者は車輪の取外しに進む（図２５）。

９．外側の車輪が取り外されると、作業者は第３の自動サイクルを開始する。
ａ．ロボットがスペーサリング把持工具をピックアップし、ブームがロボットを車輪に提示するために延伸する（図２６）。
ｂ．ロボットはスペーサリング把持具を使用して車輪スペーサリングを把持し、それをハブから滑らせて引き抜く（図２７）。
ｃ．ブームが後退し、ロボットはリングを後輪パレットのリングクレードルに置く（図２８）。
ｄ．続いてＭＢＵがホイールハンドラの運転者に「警報解除」の合図を出す。

１０．次にホイールハンドラの運転者は、内側の車輪に近づき、掴み、取り外す。

１１．内側の車輪が取り外されると、作業者は４番目の自動サイクルを開始する。
ａ．ロボットが、空気作動式バフ研磨工具をピックアップする（図２９）。
ｂ．ブームがロボットをハブに提示するために延伸する。
ｃ．ロボットがハブのテーパおよびクリート領域を完全に研磨する（図３０）。
ｄ．ブームが後退し、ロボットはバフ研磨工具を下に置き、ＭＢＵは操作者に「警報解除」の合図を出す。

後輪の装着
後輪の再装着は、本質的に車輪の取外しの逆である。プロセスの簡潔な記載は以下の通りである。

１．ホイールハンドラが内側車輪をハブに配置する（図３１）。

２．ロボットがスペーサリングをハブに配置する（図３２）。

３．ホイールハンドラが外側車輪をハブに配置して保持し、ロボットはスペーサリング把持具を戻す（図３３）。

４．ロボットはクリート工具を集め、徐々にクリートを挿入する。クリートを所定の位置に押し込めない場合、車輪を「軽く揺らす」ように、点灯された照明がホイールハンドラの運転者に警告を出す（図３４および３５）。

５．ロボットはクリート工具を戻す（図３６）。

６．ロボットはナットランナ工具を集め、ナットを戻し、規則的なパターンにおいて所要トルクまでそれらに徐々にトルクを与える（図３７〜４０）。

７．ロボットはナットネストをＭＢＵに戻し、「警報解除」の合図を出す（図４１および４２）。

８．続いてホイールハンドラが車輪を離し、操作者は２つのタイヤを再び加圧することができる。

９．ＭＢＵを操作者によって走り去らせることができる。

１０．トラックを下ろすことができ、車輪止めが取り外され、トラックを硬い直立パッドから走り去らせる。

前輪の取外し、および装着
トラックから前輪を取り外すことは、以下のような単一の後輪の取外しと同様の一連の作業を必要とする。

１．トラックを駐車し、人を締め出し、ジャッキアップし、タイヤの空気を抜く。

２．ＭＢＵは前輪の交換用に設定され、前輪まで運転され、安全システムが設定される（図４３および４４）。

３．ロボットはナットの面、中心および向き、ならびにバルブステム位置の間隙を見つけるように車輪をスキャンする。

４．ロボットはナットおよびクリートネストを車輪ハブに配置する（図４５および４６）。

５．ホイールハンドラがタイヤを掴む。

６．ロボットがナットおよびクリートを一緒に取り外し、それらをネストに配置する（図４７〜５１）。

７．ホイールハンドラが車輪を取り外す。

８．ロボットがハブを清掃する。

９．ホイールハンドラが新しい車輪を配置して保持する。

１０．ロボットがクリートとナットを配置し、それらにトルクを掛け、ナットおよびクリートネストを取り外す。

１１．ＭＢＵを操作者によって走り去らせることができる。

１２．ホイールハンドラが離れ、タイヤに空気を入れることができ、トラックを下ろして、走り去らせることができる。

示された機械を使用することで、車輪交換の間、保守要員を健康上および安全上の危険に曝すことを大幅に低減できる。これら低減は以下を含む。
・車輪とホイールハンドラとの間の領域（破裂および破砕ゾーン）で操作者が作業することを要求される時間が、１時間超から５分未満に低減される。ナット、クリートおよび後輪スペーサリングに対する手作業に関連付けられるこのゾーンの全機能は排除される。
・ナット、クリートおよび手工具を取り扱うことに関連付けられる切断、捻挫、および打撲の危険性に作業者を曝すことが排除される。
・作業者の空気圧式インパクトドライバの使用、およびそれに関連するＶＷＦ、すなわちレイノー病の二次形態を引き起こす可能性が排除される。

また、示される機械によって、車輪のナットの締付け性能を大幅に改善することができ、それによって、正確な締付けおよび正確な車輪の装着のより優れた保証がもたらされる。これに関連する結果は以下のものを含む。
・全てのナットが所要トルクまで、一定の締付けパターンで確実に締め付けられる。ナットはまた、トルク制限内で指定された角度に締め付けられ得る。制御装置のデータ記録機能が、各ナットに実行されたトルクの文書化された証拠を提供する。現在、実行されたトルクは未知であり、各ナットで異なり、特定トルク未満の可能性もある。
・全てのトルクおよびトルク／距離プロファイルを文書化し、データベースに記録することができる。
・現在見過ごされているねじの損傷などの望ましくない様々な状態を、ナット装着時に生成されるトルクおよび角度プロファイルから認識することができる。

示される装置を単に例として提示してきたが、構造的な詳細は様々な特定用途に対して修正されてもよい。本発明は車輪交換作業に限定されず、ホイールローダの車輪ナットの再トルク付加または各種重量物におけるナットまたは他の締結具の取外し／装着など、他の反復作業を実行するために適用されてもよい。従って、本発明は示された装置の詳細に限定されないこと、および多くの修正形態および変更形態が添付の例示的請求項の範囲内にあることは理解されよう。

Claims (45)

1. ナットおよび保持具クリートによって車両に保持される車輪の交換方法において、
   車輪ナットおよび保持具クリートを取り外し、元に戻す移動式ロボットを、車輪を掴んで取り外しかつ前記ロボットによって前記車輪ナットおよびクリートが元に戻される前に取替え用の車輪を位置決めする移動式の機械的ホイールハンドラの使用と組み合わせて使用することを含むことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記車両ハンドラが、車輪掴みジョーを備えたオペレータにより運転される車両であることを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、前記車輪ナットおよび前記保持具クリートの位置を特定するために前記車輪をレーザースキャンするステップと、そのように決定された位置に従って前記ロボットの作動を制御するステップとをさらに含むことを特徴とする方法。
4. 請求項３に記載の方法において、前記ロボットが、ナットおよびクリート取外し工具を、前記ナットおよびクリートの決定された位置まで連続的に移動させ、前記ナットおよびクリートを取り外し、元に戻すようにこれら工具を操作することを特徴とする方法。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法において、取外しの際、各ナットおよびクリートが、そのようなナット又はクリートに固有の個々の保管位置に前記ロボットによって置かれ、元に戻す際、各ナットおよびクリートが、前記各保管位置から前記ロボットによって回収されることを特徴とする方法。
6. 請求項５に記載の方法において、前記ナットおよびクリートの前記保管位置が、１つ以上の保管ネストによって提供されることを特徴とする方法。
7. ナットおよび保持具クリートによって車両に保持される車輪の交換方法において、
   前記車輪ナットと保持具クリートの位置を特定するために前記車輪をレーザースキャンするステップと、
   前記車輪ナットと保持具クリートを取り外すように移動式ロボットを作動させるステップと、
   前記車輪を取り外し、それを取替用の車輪と取り替えるために機械的ホイールハンドラを作動させるステップと、
   前記車輪の保持具クリートおよび前記ナットを元に戻すように前記移動式ロボットを作動させるステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の方法において、前記ホイールハンドラが、車輪掴みジョーを備えたオペレータにより運転される車両であることを特徴とする方法。
9. 請求項７又は８に記載の方法において、前記レーザースキャンが、レーザースキャナツールを操作するように作動する前記移動式ロボットによって実行されることを特徴とする方法。
10. 請求項９に記載の方法において、前記移動式ロボットが、前記レーザースキャンによって決定された前記ナットおよびクリートの位置に従って、１つ以上の取外し工具を操作することによって前記車輪ナットおよび保持具クリートを取り外すことを特徴とする方法。
11. 請求項１０に記載の方法において、前記１つ以上の取外し工具が、前記ナットを取り外し、元に戻す作業用のナットランナと、前記クリートを取り外し、元に戻すために前記車輪クリートを把持するクリート把持具とを含むことを特徴とする方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、前記ナットランナと前記車輪クリート把持具が、１つの取外し工具に一体化されることを特徴とする方法。
13. 請求項７乃至１２の何れか１項に記載の方法において、取外しの際、各ナットおよびクリートが、前記ロボットおよび各取外し工具の操作によって、そのようなナット又はクリートに固有の個々の保管位置に置かれ、取り替えるために、各ナットおよびクリートが、その個々の保管位置から前記ロボットによって回収されることを特徴とする方法。
14. 請求項１３に記載の方法において、前記ナットおよびクリートの前記保管位置が１つ以上の保管ネストによって提供されることを特徴とする方法。
15. 請求項１４に記載の方法において、前記ナットの保管位置が、前記ナットおよびクリートの取外しの前に前記ロボットによって前記車輪ハブに配置されるナットネストによって提供されることを特徴とする方法。
16. 請求項１５に記載の方法において、前記ナットネストが、前記ホイールハンドラの運転によって前記車輪を取り外す間および取替え用車輪で取り替える間、前記車輪ハブに残ったままであることを特徴とする方法。
17. 請求項１４乃至１６の何れか１項に記載の方法において、前記クリートの保管位置が、前記ロボットによって前記車輪に隣接する地面に位置決めされるクリートネストによって提供されることを特徴とする方法。
18. 請求項１７に記載の方法において、前記クリートネストは、前記ナットが取り外されて前記ナット保管ネストに配置された後、前記ロボットによって地面に位置決めされることを特徴とする方法。
19. 請求項１４乃至１８の何れか１項に記載の方法において、前記ナットおよびクリートの保管位置が、前記ナットおよびクリートの取外しの前に前記ロボットによって前記車輪ハブに配置される一体化されたナットおよびクリート保管ネストによって提供されることを特徴とする方法。
20. 請求項１９に記載の方法において、前記ナットおよびクリート保管ネストが、前記ホイールハンドラの運転によって前記車輪を取り外す間および取替え用車輪と取り替える間、前記車輪ハブに残ったままであることを特徴とする方法。
21. 請求項１乃至２０の何れか１項に記載の方法において、前記ロボットが自走式かつ操舵可能な車両に取り付けられることを特徴とする方法。
22. 請求項１０に記載の方法において、前記１つ以上の取外し工具が１つ以上のスペーサリングを取り外すためのリング把持工具を含むことを特徴とする方法。
23. 請求項７乃至２２の何れか１項に記載の方法において、前記ロボットによって操作されるバフ研磨工具によって実行される前記車両の前記ハブのバフ研磨を特徴とする方法。
24. 移動式車両と、
    前記車両によって運ばれ、工具マニピュレータを含むロボットと、
    目標範囲内の位置における特徴物のセットを前記車両から特定するために、前記工具マニピュレータによって操作可能であり前記ロボットによって作動可能なスキャナツールと、
    複数の前記位置において特定作業を実行するために、前記工具マニピュレータによって操作可能であり前記ロボットによって繰り返し作動可能な特定作業工具と、
    を含むことを特徴とするロボット装置。
25. 請求項２４に記載の装置において、非使用時に前記スキャナツールを保持するスキャナツールホルダーをさらに含み、前記工具マニピュレータが、前記スキャナツールをピックアップし、そのツールを前記特徴物のセットを特定するように作動し、その後前記スキャナツールを前記スキャナツールホルダーに戻すように作動可能であることを特徴とする装置。
26. 請求項２５に記載の装置において、前記スキャナツールホルダーが前記車両上にある、または前記車両に取付け可能なトロリー上にあることを特徴とする装置。
27. 請求項２４乃至２６の何れか１項に記載の装置において、前記スキャナツールがレーザースキャナツールであることを特徴とする装置。
28. 請求項２４乃至２７の何れか１項に記載の装置において、非使用時に前記特定作業工具を保持する特定作業工具ホルダーをさらに含み、前記工具マニピュレータは、前記スキャナツールが前記特徴物のセットを特定した後、前記特定作業工具をピックアップし、前記複数の位置のそれぞれにおいて前記特定作業を実行するように前記複数の位置に前記特定作業工具を連続的に移動させるように作動可能であることを特徴とする装置。
29. 請求項２８に記載の装置において、前記特定作業工具ホルダーが前記車両上に取り付けられる、または前記車両に取付け可能なトロリー上に取り付けられることを特徴とする装置。
30. 請求項２４乃至２９の何れか１項に記載の装置において、前記特定作業工具が、ナットと係合して回転させるナットランナであることを特徴とする装置。
31. 請求項３０に記載の装置において、前記ナットランナが、ナット係合ヘッド部と、異なる速度およびトルクで前記ヘッド部を回転させる多速度ヘッドドライバとを有することを特徴とする装置。
32. 請求項３１に記載の装置において、前記多速度ヘッドドライバが、前記ナット係合ヘッド部に接続された駆動スピンドルと、前記スピンドルと選択的に結合可能な高速および低速駆動モータとを含むことを特徴とする装置。
33. 請求項２４乃至３２の何れか１項に記載の装置において、前記特定作業工具が、複数の前記位置のそれぞれで各々異なる特定作業を実行するように前記工具マニピュレータによって操作可能でありかつ前記ロボットによって作動可能である複数の工具の１つであることを特徴とする装置。
34. 請求項３３に記載の装置において、前記特定作業工具のそれぞれに特定作業工具保管ホルダーがあり、前記工具マニピュレータが、選択された各位置で各特定作業を実行するように前記特定作業工具を連続的にピックアップして操作し、その後前記特定作業工具を前記各ホルダーに戻すように選択的に作動可能であることを特徴とする装置。
35. 車輪交換作業で必要な特定作業をロボット制御で実行する請求項３３又は３４に記載の装置において、前記特定作業工具の１つが、前記クリートを取り外し、元に戻すために車輪保持具クリートを把持する車輪クリート把持具を含むことを特徴とする装置。
36. 車輪交換作業に必要な特定作業をロボット制御で実行するためのロボット装置において、
    取り外される車輪に近接して位置決め可能な移動式車両と、
    前記車両によって運ばれ、工具マニピュレータを含むロボットと、
    前記車輪上の車輪保持具ナットと車輪保持具クリートのセットを特定するように、および前記ナットおよびクリートの位置を決定するように前記工具マニピュレータによって操作可能でありかつ前記ロボットによって作動可能なレーザースキャナツールと、
    前記車輪から前記ナットおよびクリートを取り外すように前記工具マニピュレータによって操作可能でありかつ前記ロボットによって作動可能な１つ以上の特定作業工具と、
    を含むことを特徴とするロボット装置。
37. 請求項３６に記載の装置において、前記１つ以上の特定作業工具が、前記ナットと係合し回転させるナットランナと、クリートを取り外し、元に戻すために前記車輪保持具クリートを把持する車輪クリート把持具とを含むことを特徴とする装置。
38. 請求項３７に記載のロボット装置において、前記ナットランナと前記車輪クリート把持具が１つの特定作業工具に一体化されることを特徴とするロボット装置。
39. 請求項３７に記載のロボット装置において、前記ナットランナが第１の特定作業工具に組み込まれ、前記車輪クリート把持具が、前記ナットランナ工具の作動の後に連続的に作動可能な第２の特定作業工具に組み込まれることを特徴とするロボット装置。
40. 請求項３６乃至３９の何れか１項に記載のロボット装置において、前記車両が自走式でありかつ操舵可能であることを特徴とするロボット装置。
41. 車輪上の車輪保持具ナットおよび／またはクリートの位置を検出するための位置感知装置において、
    レーザー式距離測定装置と、
    車輪リムの面を特定するための二方向スキャンおよび前記ナットおよび／またはクリートの角度の向きを特定するための弓状スキャンで前記レーザー式距離測定装置を移動させるためのマニピュレータと、
    を含むことを特徴とする装置。
42. 請求項４１に記載の装置において、前記マニピュレータがロボットによって作動可能であり、また、車輪交換を容易にするためにナットおよび／またはクリートを取り外し、元に戻す作業を実行するように作動可能であることを特徴とする装置。
43. 請求項４２に記載の装置において、前記ロボットが、前記車輪ナットおよび／またはクリートの位置を示す前記レーザー距離測定装置からの信号を受け取り、続いて前記ナットおよび／またはクリートを取り外し、元に戻す作業を実行するように前記ロボットを制御する制御装置を有することを特徴とする装置。
44. 請求項４２又は４３に記載の装置において、前記ロボットが前記車輪に隣接して位置付け可能なロボット車両に取り付けられることを特徴とする装置。
45. 請求項４４に記載の装置において、前記ロボット車両が自走式でありかつ操舵可能であることを特徴とする装置。

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