JP2017109294A

JP2017109294A - 建設作業用ロボット

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Publication number: JP2017109294A
Application number: JP2015247831A
Authority: JP
Inventors: 五十嵐　俊介; Shunsuke Igarashi; 俊介五十嵐; 正裕印藤; Masahiro Indo; 坂本　眞一; Shinichi Sakamoto; 眞一坂本; 在田　浩徳; Hironori Arita; 浩徳在田; 健吾岩田; Kengo Iwata
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2017-06-22
Anticipated expiration: 2035-12-18
Also published as: JP6638903B2

Abstract

【課題】作業員による運搬作業を代替もしくはアシストすることのできる建設作業用ロボットを提供する。【解決手段】多脚式ロボットからなる建設作業用のロボット１０であって、建設用の資機材１を搭載するための荷台１４と、荷台１４を支える少なくとも４つの脚２０と、荷台１４の水平状態を保持する水平保持機構１６と、段差上または斜面上を上り下り可能に自己の重心位置を制御し、脚２０の姿勢を制御する制御機構２２とを備えるようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、建設作業に用いられる建設作業用ロボットに関するものである。

従来、建設工事では、建設資材を所定の取付け位置やその近傍まで運搬する作業が必要不可欠なものとなっている。こうした建設資材の運搬作業は一般に、車両、台車、エレベーター、コンベヤなどの運搬手段により実施しているが、取付け場所への運搬経路などによっては、作業員が直接人力で運搬したり、台車等の小型の運搬手段を使って運搬する場合がある。例えば建設中の建物で天井ボードを下地材に取付ける場合には、台車などに天井ボードを積載して取付け位置まで運搬していた。このとき、運搬経路に段差や斜面が存在すると、段差や斜面を乗り越えるための力を台車に与えなければならず、作業員の負担となっていた。このため、作業員による運搬作業を代替もしくはアシストすることのできる建設作業用ロボットの開発が求められていた。

一方、多数の脚で歩行可能な多脚式ロボットが知られている（例えば、非特許文献１を参照）。非特許文献１は、法面補強工事において使用される法面作業ロボットであり、箱型の本体と、四つの同等な特性の脚と、整地を移動するための補助移動クローラと、牽引補助ワイヤを巻き取るためのウィンチと、削孔機構と、エンジンを水平に保つエンジンリフトを有している。また、このロボットは姿勢や斜面の勾配を計測するための姿勢センサ、地形を計測するための光学システムを有している。脚は昆虫型でロール・ピッチ・ピッチ型の３自由度を有しており、油圧シリンダによって駆動する。このロボットによれば、搬送トラックから工事現場である法面の近くまで整地をクローラで移動し、法面に近づいたら歩行に切り替えて平地から法面に乗り移り、法面を歩行して削孔機構を工事地点まで運び、削孔機の姿勢を脚で調整して、法面を削孔することができる。

程島竜一他、「４足歩行型法面作業ロボットTITAN XIの開発」、日本ロボット学会誌Vol.23 No.7,pp.847〜857,2005

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、作業員による運搬作業を代替もしくはアシストすることのできる建設作業用ロボットを提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る建設作業用ロボットは、多脚式ロボットからなる建設作業用のロボットであって、建設用の資機材を搭載するための荷台と、荷台を支える少なくとも４つの脚と、荷台の水平状態を保持する水平保持機構と、段差上または斜面上を上り下り可能に自己の重心位置を制御し、脚の姿勢を制御する制御機構とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他の建設作業用ロボットは、上述した発明において、脚の下端に設けられた車輪をさらに備え、この車輪は旋回して任意方向に移動可能なホイール、旋回せずに任意方向に移動可能なオムニホイール（登録商標）またはメカナムホイールからなることを特徴とする。

また、本発明に係る他の建設作業用ロボットは、上述した発明において、荷台を昇降させる昇降機構をさらに備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他の建設作業用ロボットは、上述した発明において、荷台の上に設けられた取付け作業用のマニピュレータおよびエンドエフェクタをさらに備えることを特徴とする。

本発明に係る建設作業用ロボットによれば、多脚式ロボットからなる建設作業用のロボットであって、建設用の資機材を搭載するための荷台と、荷台を支える少なくとも４つの脚と、荷台の水平状態を保持する水平保持機構と、段差上または斜面上を上り下り可能に自己の重心位置を制御し、脚の姿勢を制御する制御機構とを備えるので、作業員による資機材の運搬作業を代替もしくはアシストすることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の建設作業用ロボットによれば、脚の下端に設けられた車輪をさらに備え、この車輪は旋回して任意方向に移動可能なホイール、旋回せずに任意方向に移動可能なオムニホイール（登録商標）またはメカナムホイールからなるので、全方向に走行移動することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の建設作業用ロボットによれば、荷台を昇降させる昇降機構をさらに備えるので、荷台に積んだ資機材を昇降させることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の建設作業用ロボットによれば、荷台の上に設けられた取付け作業用のマニピュレータおよびエンドエフェクタをさらに備えるので、マニピュレータおよびエンドエフェクタで資材を所定の位置に取付けることができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る建設作業用ロボットの実施の形態を示す概略斜視図である。図２は、本発明に係る建設作業用ロボットの実施の形態を示す概略側面図である。図３は、本発明に係る建設作業用ロボットの実施の形態を示す概略側面図である。図４は、本発明に係る建設作業用ロボットの実施の形態を示す下部の概略透視平面図である。図５は、本発明に係る建設作業用ロボットの他の実施の形態を示す概略側面図である。図６は、本発明に係る建設作業用ロボットの他の実施の形態を示す概略側面図である。

以下に、本発明に係る建設作業用ロボットの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１および図２に示すように、本発明に係る建設作業用ロボット１０は、多脚式ロボットからなる建設作業用のロボットであって、直方体状の本体１２と、建設用の資機材としての天井ボード１（例えば横幅９０ｃｍ、縦幅１８０ｃｍ、重量１０ｋｇ程度の板材）を搭載するための荷台１４と、荷台１４の水平状態を保持する水平保持機構１６と、４つの脚２０と、制御機構２２とを備える。

脚２０は、上部脚２０Ａと下部脚２０Ｂとこれらを回転自在に連結する間接軸部２４と、上部脚２０Ａの上端を回転自在に本体１２に固定する固定部２６とを有する。固定部２６は、本体１２の下面の四隅に設けられている。

脚２０の下端には、それぞれ任意方向に旋回可能なホイール１８（車輪）が設けられている。図４に示すように、ホイール１４の操舵角は、それぞれ任意方向に変更可能となっている。これにより、建設作業用ロボット１０は床面上を前後左右斜めの任意の方向に走行移動可能である。各ホイール１８の操舵角および回転数は制御機構２２により駆動制御される。なお、ホイール１８の代わりに、旋回せずに任意方向に移動可能なオムニホイール（登録商標）やメカナムホイールを用いてもよい。この場合、各ホイールの動作を制御することにより、建設作業用ロボット１０が前後左右斜めの任意の方向に走行移動可能なようにしてもよい。

また、本実施の形態では、脚２０の下端にホイール１８が設けられている場合を例にとり説明するが、本発明はこれに限るものではなく、脚２０の下端にホイール１８などの車輪を有さない構成であってもよい。

脚２０は、段差上および斜面Ｓ上を建設作業用ロボット１０が安定して上り下り可能なように姿勢を制御される。この制御は、本体１２に備わる制御機構２２により、図示しない油圧シリンダ等を介して上部脚２０Ａ、下部脚２０Ｂ等を駆動制御することで行われる。脚２０の制御の具体的な方法としては、例えば上記の従来の多脚式ロボットの脚の制御と同様な方法を用いることができる。

水平保持機構１６は、荷台１４の水平状態を保持するものであり、本実施の形態では、荷台１４の水平からの傾斜角を検知する図示しないセンサと、脚２０と、制御機構２２とにより構成している。もちろん水平保持機構１６の構成はこれに限るものではなく、他の周知の水平保持手段により構成してもよい。水平面上を走行中の建設作業用ロボット１０が図２に示すような傾斜角θ（例えばθ＝３０度）の斜面Ｓ上に進入した場合には、荷台１２の傾斜角が水平から変化する。センサがこの傾斜角の変化を検知すると、制御機構２２は荷台１４が水平状態を保持するよう脚２０の姿勢および建設作業用ロボット１０の重心位置を図のように調整する。この結果、荷台１４は水平状態を保持するようになり、搭載されている天井ボード１が荷台１４から滑り落ちることはない。この状態で、制御機構２２がホイール１８を駆動制御することで天井ボード１を搭載する建設作業用ロボット１０は斜面Ｓ上を上り下りして運搬することができる。

ここで、制御機構２２は、図３に示すように、建設作業用ロボット１０が段差Ｇを上り下り可能なように制御することもできる。段差Ｇを上る場合には、進行方向の脚２０の左右いずれか一方のホイール１８を進行方向に回転させるとともに、対応する脚２０の姿勢を段差Ｇを乗り越えるように調整する。他の脚２０の姿勢は現状を維持する。なお、この制御中、図示しないセンサの検知に基づいて荷台１４の水平状態を保持するように制御する。他のホイール１８は停止または現状の回転数および操舵角を維持する。これにより前方いずれか一方のホイール１８が段差Ｇを乗り越える。同様に、前方の他方の脚２０の姿勢およびホイール１８を制御して段差Ｇを乗り越える。進行に応じて全ての脚２０の姿勢およびホイール１８を制御することで、荷台１４の水平状態を保持しながら、建設作業用ロボット１０が段差Ｇを乗り越えることができる。なお、建設作業用ロボット１０が段差Ｇを下る場合については、同様の制御で実施可能である。

したがって、本実施の形態によれば、建設作業用ロボット１０を使って、作業員による天井ボード１のような資機材の運搬作業を代替もしくはアシストすることができる。

上記の実施の形態において、図５に示すように、本体１２または荷台１４の上に台座３２を介して取付け作業用のマニピュレータ２８を設置するとともに、マニピュレータ２８の先端にエンドエフェクタ３０を着脱自在に設け、天井ボード１の取付け作業を行えるようにしてもよい。この場合、エンドエフェクタ３０で天井ボード１を吸着保持させた後、マニピュレータ２８の姿勢を制御してエンドエフェクタ３０を図示しない下地材に接近移動させてもよい。そして、台座３２上に別に設けたマニピュレータ３４を操作して天井ボード１にビスを打ち付け、下地材に取付けてもよい。これらの制御は制御機構２２で行うようにしてもよい。また、このように別のマニピュレータ３４を用いずに、荷台１４の上に作業員が乗ってビス打ちを行ってもよい。なお、このような取付け操作の際には、マニピュレータ２８等の姿勢や作業員の搭乗位置に応じて荷台１４を回転させようとするモーメントが作用する。したがって、このようなモーメントを検知するセンサを設け、センサの検知に基づいて脚２０の姿勢等を制御することで作業時の荷台１４の安定性を確保してもよい。

上記の実施の形態において、図６に示すように、荷台１４を昇降させる昇降機構３６をさらに備えてもよい。こうすることで、荷台１４に積んだ天井ボード１あるいはマニピュレータ２８の先端のエンドエフェクタ３０で吸着保持した天井ボード１を作業員が届かないような高い位置（例えば床面から５ｍ程度）まで昇降させることができるので、作業可能範囲が拡大する。昇降機構３６としては、例えば図に示すようなパンタグラフ式で構成してもよいし、油圧式等の他の方式で構成してもよい。

また、上記の実施の形態においては、荷台に載せる建設用の資機材が天井ボードである場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、天井吊りボルトや乾式耐火被覆材などの資材、作業工具などの機材を運搬する構成であってもよく、このようにしても上記と同様の作用効果を奏することができる。

以上説明したように、本発明に係る建設作業用ロボットによれば、多脚式ロボットからなる建設作業用のロボットであって、建設用の資機材を搭載するための荷台と、荷台を支える少なくとも４つの脚と、荷台の水平状態を保持する水平保持機構と、段差上または斜面上を上り下り可能に自己の重心位置を制御し、脚の姿勢を制御する制御機構とを備えるので、作業員による資機材の運搬作業を代替もしくはアシストすることができる。

また、本発明に係る他の建設作業用ロボットによれば、脚の下端に設けられた車輪をさらに備え、この車輪は旋回して任意方向に移動可能なホイール、旋回せずに任意方向に移動可能なオムニホイール（登録商標）またはメカナムホイールからなるので、全方向に走行移動することができる。

また、本発明に係る他の建設作業用ロボットによれば、荷台を昇降させる昇降機構をさらに備えるので、荷台に積んだ資機材を昇降させることができる。

また、本発明に係る他の建設作業用ロボットによれば、荷台の上に設けられた取付け作業用のマニピュレータおよびエンドエフェクタをさらに備えるので、マニピュレータおよびエンドエフェクタで資材を所定の位置に取付けることができる。

以上のように、本発明に係る建設作業用ロボットは、建設作業の省力化、省人化を図るための建設作業用ロボットに有用であり、特に、建設資材を所定の取付け位置やその近傍まで運搬する作業に適している。

１天井ボード（資機材）
１０建設作業用ロボット
１２本体
１４荷台
１６水平保持機構
１８ホイール（車輪）
２０脚
２０Ａ上部脚
２０Ｂ下部脚
２２制御機構
２４間接軸部
２６固定部
２８，３４マニピュレータ
３０エンドエフェクタ
３２台座
３６昇降機構
Ｇ段差
Ｓ斜面

Claims

多脚式ロボットからなる建設作業用のロボットであって、
建設用の資機材を搭載するための荷台と、
荷台を支える少なくとも４つの脚と、
荷台の水平状態を保持する水平保持機構と、
段差上または斜面上を上り下り可能に自己の重心位置を制御し、脚の姿勢を制御する制御機構とを備えることを特徴とする建設作業用ロボット。
脚の下端に設けられた車輪をさらに備え、この車輪は旋回して任意方向に移動可能なホイール、旋回せずに任意方向に移動可能なオムニホイール（登録商標）またはメカナムホイールからなることを特徴とする請求項１に記載の建設作業用ロボット。
荷台を昇降させる昇降機構をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の建設作業用ロボット。
荷台の上に設けられた取付け作業用のマニピュレータおよびエンドエフェクタをさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の建設作業用ロボット。