JP2017110466A - 建設作業用ロボットおよび建設作業用ロボットの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部材の取付け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および建設作業用ロボットの制御方法を提供する。
【解決手段】部材１を母体２に取付けるために用いられる建設作業用ロボット１００であって、基台１０と、基台１０に設けられたマニピュレータ１４と、マニピュレータ１４の先端に着脱自在に設けられたエンドエフェクタ１６と、マニピュレータ１２の先端に設けられ、部材１および母体２の種別および位置を認識する認識手段と、エンドエフェクタ１６と母体２の位置関係を計測する計測手段とを備え、マニピュレータ１４は、予め設定した母体２の位置へマニピュレータ１４の先端を接近移動させる移動制御手段を有し、エンドエフェクタ１６は、部材保持手段と取付け操作手段と監視手段とを有するようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、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および建設作業用ロボットの制御方法に関するものである。

例えば従来の建物の天井工事においては、天井吊りボルトの取付け施工、天井ボードの取付け施工、乾式耐火被覆材の取付け施工が行われている。こうした施工作業は通常、作業員が高所作業車や足場等を利用して上向きの手作業により行っている。一般に、天井吊りボルトの取付け数量は多く、足場等の移動と高所でのボルト締結作業を多数回繰り返す必要がある。また、天井ボードや乾式耐火被覆材の取付け作業時には、足場等の移動と取付け作業が連続することに加え、天井に上げた天井ボードや乾式耐火被覆材を片手で保持しつつ、もう片方の手で工具を使い取付け作業を行う必要がある。

また、これらの作業は高所作業であることから転落等に対する安全対策等の配慮が求められるとともに、両手が塞がった状況での上向き作業であるため大きな労務負担となっていた。

そこで、こうした作業員の負担を軽減するため、高所における部材の取付け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望まれていた。

建設作業用ロボットに関する従来技術としては、例えば特許文献１に記載の自走式処理装置が知られている。これは、建物の天井を破砕するための破砕工具を備えた装置でありウォールクラッシャとして機能する。この装置によれば、作業員が重量物である破砕工具を保持する必要がないので、高所作業における作業員の負担を軽減することができる。

特開２００７−１５４６４３号公報

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、部材の取付け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および建設作業用ロボットの制御方法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、部材を母体に取付けるために用いられる建設作業用ロボットであって、基台と、基台に設けられた単数または複数台のマニピュレータと、マニピュレータの先端に着脱自在に設けられたエンドエフェクタと、マニピュレータの先端またはエンドエフェクタに設けられ、部材および母体の種別および位置を認識する認識手段と、マニピュレータの先端またはエンドエフェクタと母体の位置関係を計測する計測手段とを備え、マニピュレータは、予め設定した母体の位置へマニピュレータの先端を接近移動させる移動制御手段を有し、エンドエフェクタは、部材を保持する部材保持手段と、保持する部材を母体に取付け操作する取付け操作手段と、取付け状況を監視する監視手段とを有することを特徴とする。

また、本発明に係る建設作業用ロボットは、上述した発明において、基台は、遠隔制御または自動制御により自走可能な走行台車であり、この走行台車は、外部環境の情報を取得して、取得した情報と予め把握してある建設作業空間の情報とを照合して自己の位置を検出する自己位置検出手段と、予め設定した母体近傍へ自己を移動させる移動制御手段とを有することを特徴とする。

また、本発明に係る建設作業用ロボットは、上述した発明において、マニピュレータを昇降するための昇降手段をさらに備えることを特徴とする。

また、本発明に係る建設作業用ロボットは、上述した発明において、天井吊りボルト、天井ボード、システム天井材、耐火被覆材の少なくとも一つを所定の位置に取付けるために用いられることを特徴とする。

また、本発明に係る建設作業用ロボットの制御方法は、上述した建設作業用ロボットを制御する方法であって、建設作業エリアにおいて、部材と母体の種別を認識するとともに、エンドエフェクタと母体の位置関係を計測するように制御する第１工程と、予め設定した母体近傍にエンドエフェクタを接近移動するように制御する第２工程と、エンドエフェクタで部材を保持し、エンドエフェクタと母体の位置関係を計測するとともに取付け状況を監視しながら、部材を母体に取付けるように制御する第３工程とを備え、第２工程および第３工程を繰り返すように制御す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、部材を母体に取付けるために用いられる建設作業用ロボットであって、基台と、基台に設けられた単数または複数台のマニピュレータと、マニピュレータの先端に着脱自在に設けられたエンドエフェクタと、マニピュレータの先端またはエンドエフェクタに設けられ、部材および母体の種別および位置を認識する認識手段と、マニピュレータの先端またはエンドエフェクタと母体の位置関係を計測する計測手段とを備え、マニピュレータは、予め設定した母体の位置へマニピュレータの先端を接近移動させる移動制御手段を有し、エンドエフェクタは、部材を保持する部材保持手段と、保持する部材を母体に取付け操作する取付け操作手段と、取付け状況を監視する監視手段とを有するので、従来、作業員が手作業で行っていた部材の取付け作業を、この建設作業用ロボットで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。特に、取付け箇所が多数あり、取付け作業を多数回繰り返す必要がある場合には、作業員の負担を大幅に軽減することができるので、作業の省力化ないし省人化を図ることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る建設作業用ロボットによれば、基台は、遠隔制御または自動制御により自走可能な走行台車であり、この走行台車は、外部環境の情報を取得して、取得した情報と予め把握してある建設作業空間の情報とを照合して自己の位置を検出する自己位置検出手段と、予め設定した母体近傍へ自己を移動させる移動制御手段とを有するので、例えば、部材を取付ける母体が離れた位置に複数存在するような場合に、走行台車を母体近傍へ移動させることにより、マニピュレータの先端を母体に精度よく接近移動させることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る建設作業用ロボットによれば、マニピュレータを昇降するための昇降手段をさらに備えるので、例えば、そのままの状態ではマニピュレータの先端が届かないような高所での取付け作業を容易に行うことができるという効果を奏する。

また、本発明に係る建設作業用ロボットによれば、天井吊りボルト、天井ボード、システム天井材、耐火被覆材の少なくとも一つを所定の位置に取付けるために用いられるので、作業員が高所で上向きに行う手作業を大幅に削減することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る建設作業用ロボットの制御方法によれば、上述した建設作業用ロボットを制御する方法であって、建設作業エリアにおいて、部材と母体の種別を認識するとともに、エンドエフェクタと母体の位置関係を計測するように制御する第１工程と、予め設定した母体近傍にエンドエフェクタを接近移動するように制御する第２工程と、エンドエフェクタで部材を保持し、エンドエフェクタと母体の位置関係を計測するとともに取付け状況を監視しながら、部材を母体に取付けるように制御する第３工程とを備え、第２工程および第３工程を繰り返すように制御するので、従来、作業員が手作業で行っていた部材の取付け作業を、この建設作業用ロボットで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。特に、取付け箇所が多数あり、取付け作業を多数回繰り返す必要がある場合には、作業員の負担を大幅に軽減することができるので、作業の省力化ないし省人化を図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１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１を示す制御装置の概略ブロック図である。 図３は、図１の部分拡大図である。 図４は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図５は、天井吊りボルトの施工位置を示す概略平面図である。 図６は、本発明に係る建設作業用ロボットの制御方法の実施の形態１を示す概略フローチャート図である。 図７は、本発明に係る建設作業用ロボットの実施の形態２を示す吸着時の概略斜視図である。 図８は、本発明に係る建設作業用ロボットの実施の形態２を示す取付け時の概略斜視図である。 図９は、本発明に係る建設作業用ロボットの制御方法の実施の形態２を示す概略フローチャート図である。 図１０は、本発明に係る建設作業用ロボットの実施の形態３を示す吸着時の概略斜視図である。 図１１は、本発明に係る建設作業用ロボットの実施の形態３を示す取付け時の概略斜視図である。 図１２は、本発明に係る建設作業用ロボットの制御方法の実施の形態３を示す概略フローチャート図である。

以下に、本発明に係る建設作業用ロボットおよび建設作業用ロボットの制御方法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。

（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１について説明する。
本実施の形態１は、本発明の建設作業用ロボットを天井吊りボルト施工用ロボットとして機能させる場合の例である。

図１に示すように、本実施の形態１に係る建設作業用ロボット１００は、天井吊りボルト１（部材）を天井に埋め込まれた雌ねじ状のインサート２（母体）に取付けるためのものであり、走行台車１０（基台）と、走行台車１０の荷台１２に設置されたマニピュレータ１４と、マニピュレータ１４の先端に着脱自在に設けられたエンドエフェクタ１６とを備える。

走行台車１０は、リモコンによる遠隔制御または自動制御により自走可能な台車であり、マニピュレータ１４などの各種作業機器を搭載する。図の例では、走行台車１０がクローラー式で構成される場合を示しているが、ホイール式で構成してもよい。この走行台車１０は荷台１２を上下に昇降するパンタグラフ式の昇降装置１８（昇降手段）を備えており、そのままの状態ではマニピュレータ１４の先端が届かないような高所での取付け作業を容易に行うことができる。この昇降装置１８は、走行台車１０が傾斜面上にある場合など、荷台１２が傾斜している場合に荷台１２を水平状態にする図示しない水平保持機構を有している。荷台１２の上には、マニピュレータ１４の台座２０と制御ボックス２２と作業員が搭乗可能な足場スペース２４が設けられており、荷台１２の周囲には柵２６が設けられている。制御ボックス２２の中には制御装置４０が設けられており、側面にはタブレットからなる操作盤２８が設けられている。荷台１２の隣には部材用荷台３０が固定されている。ここには、取付けに必要な数の吊りボルト１や、インサート２の孔を洗浄するためのタップ（不図示）が配備されている。なお、吊りボルト１の下部にはハンガー１ａが取付けられている。

この走行台車１０には、図１および図２に示すように、外部環境の情報を取得して、取得した情報と予め把握してある建設作業空間の情報とを照合して自己の位置を検出する自己位置検出手段３２と、予め設定したインサート２近傍へ走行台車１０（自己）を移動させる移動制御手段３４とが搭載されている。

自己位置検出手段３２は、全体俯瞰カメラ３６と図示しないセンサと自己位置検出部３８とからなる。なお、自己位置検出手段３２はこの構成に限らず、自己の位置を検出可能なものであればこれ以外の構成であってもよい。全体俯瞰カメラ３６は、制御ボックス２２の上部に設置され、周囲を撮影して走行台車１０の周囲全体を俯瞰する。全体俯瞰カメラ３６の設置位置は制御ボックス２２の上部に限定するものではなく、全体を俯瞰可能であればどこに設置してもよい。

全体俯瞰カメラ３６およびセンサで取得した撮影画像などの情報は、図２に示すような制御装置４０の自己位置検出部３８に送られるようになっている。自己位置検出部３８は、この撮影画像などの情報を画像解析し、データベース４２に格納されている建設作業空間の情報とを照合して自己の位置を検出する。画像やセンサを用いた位置の検出方法としては、例えばレーザー光の反射を用いたレーザーレンジファインダーなどの周知の位置検出方法を用いることができる。また、この建設作業空間の情報としては、例えばＢＩＭ（ビルディングインフォメーションモデル）などに含まれる図面データを用いることができる。

移動制御手段３４は、制御ボックス２２の中の制御装置４０に格納されている。移動制御手段３４は、データベース４２中のＢＩＭなどに含まれる図面データから部材（天井吊りボルト１）の取付け位置を示すインサート２の座標（取付け座標）を取得し、取得した座標に対応する位置の近傍へ走行台車１０を移動させる運転制御を行う。この運転制御は自己位置検出手段３２と連動して行われる。すなわち移動制御手段３４は、自己位置検出手段３２により検出された自己の位置に対応する座標をデータベース４２中のＢＩＭなどに含まれる図面データから抽出し、この座標と移動目標である取付け座標の差を求める。そして、この差を縮めるべく走行台車１０の駆動機構を介して走行台車１０の向きおよび走行速度を調整して、走行台車１０を移動させる運転制御を行う。この制御を所定の時間間隔で実行することで走行台車１０を取付け座標の近傍まで移動させることができる。

なお、各インサート２の位置が走行台車１０上のマニピュレータ１４から届く範囲にある場合には、走行台車１０を移動させる必要はない。しかし、インサート２が離れた位置に複数存在し、走行台車１０を移動させなければマニピュレータ１４の先端が届かないような場合には、取付け作業に移行する前に、まず移動制御手段３４により走行台車１０をインサート２近傍へ移動させるようにする。このようにすれば、マニピュレータ１４の先端をインサート２に精度よく接近移動させることができ、後続の取付け作業を効率的に行うことができる。

マニピュレータ１４は、各種作業を実施するための多関節ロボットアームであり、その先端に着脱自在に取付けられるエンドエフェクタ１６の位置および姿勢を制御する位置姿勢制御手段４４を備えている。マニピュレータ１４は伸縮可能な機構を備えてもよい。この位置姿勢制御手段４４は、予め設定した母体の位置へマニピュレータ１４の先端を接近移動させる移動制御手段として機能する。位置姿勢制御手段４４は、制御ボックス２２の中の制御装置４０に格納されている。位置姿勢制御手段４４は、データベース４２中のＢＩＭなどに含まれる図面データから部材（天井吊りボルト１）の取付け位置を示すインサート２の座標（取付け座標）を取得し、取得した座標に対応する位置へエンドエフェクタ１６を接近移動させる運転制御を行う。この運転制御は走行台車１０に備わる自己位置検出手段３２や昇降装置１８と連動して行われる。すなわち位置姿勢制御手段４４は、自己位置検出手段３２により検出された走行台車１０の位置に対応する座標をデータベース４２中のＢＩＭなどに含まれる図面データから抽出し、この座標に基づいてマニピュレータ１４の先端と移動目標である取付け座標の差を求める。そして、この差を縮めるべくマニピュレータ１４の先端を移動させる運転制御を行うことで、エンドエフェクタ１６を取付け座標まで接近移動させることができる。なお、位置姿勢制御手段４４は、マニピュレータ１４の先端を移動させるために必要に応じて走行台車１０に備わる昇降装置１８を動作させることもできる。

エンドエフェクタ１６は、各種作業を実施するための作業工具であり、マニピュレータ１４の先端に着脱自在に取付けられる。本実施の形態のエンドエフェクタ１６は、天井吊りボルト取付け作業に好適な機能を有しており、図３および図４に示すように、吊りボルト１を把持するボルト把持手段４６（部材保持手段）と、吊りボルト１をインサート２に取付け操作する取付け操作手段４８と、監視手段５０と、認識手段５２と、計測手段５４とを備える。

ボルト把持手段４６は、図４の断面図に示すように、基部と、基部５６に回転自在に固定された鋏状の一対の把持爪５８からなる。各把持爪５８の内面側は吊りボルト１を把持可能な凹部６０が形成されており、この凹部６０には取付け操作手段４８としての回転機構６２が設けられている。したがって、ボルト把持手段４６は回転機構６２を介して吊りボルト１を把持する。回転機構６２は、２つの回転軸６４間に掛け回された平断面視で略楕円状の無端ベルト６６と、無端ベルト６６を回転駆動させる図示しない回転駆動部とからなる。吊りボルト１を把持した状態で無端ベルト６６を回転すると、吊りボルト１は所定方向に回転する。吊りボルト１の延在方向を上下にしてインサート２に合わせた状態で回転機構６２を作動させることで、吊りボルト１の締結作業が行えるようになっている。なお、ボルト把持手段４６は、吊りボルト１の代わりにタップも把持可能となっている。

監視手段５０は、吊りボルト１やタップの取付け状況を監視するものであり、例えば力センサやトルクセンサなどのセンサと監視部６８により構成されている。監視部６８は制御ボックス２２の中の制御装置４０に収められている。監視部６８は、センサの検知量に基づいて吊りボルト１やタップのインサート２へのねじ込み状況を監視する。

認識手段５２は、吊りボルト１やタップ（部材）およびインサート２（母体）の種別および位置を認識するものであり、カメラ７０と図示しないセンサと認識部７２とで構成されている。カメラ７０はエンドエフェクタ１６の上部に設置され、吊りボルト１やタップの上端およびインサート２の位置を撮影する。カメラ７０の設置位置はエンドエフェクタ１６の上部に限定するものではなく、マニピュレータ１４の先端など部材および母材の種別および位置を認識可能であればどこに設置してもよい。

カメラ７０およびセンサで取得した撮影画像などの情報は、制御ボックス２２の中の制御装置４０の認識部７２に送られるようになっている。認識部７２は、この情報とデータベース４２に格納されている部材および母体の情報とを照合して吊りボルト１、タップおよびインサート２の種別および位置を検出し、検出した結果を認識結果とする。この部材および母体の情報としては、例えばＢＩＭなどに含まれる図面データを用いることができる。

計測手段５４は、エンドエフェクタ１６とインサート２（母体）の位置関係、インサート２の形状および色、インサート２、吊りボルト１、タップの径、傾斜角度などを計測するものであり、制御ボックス２２の中の制御装置４０に収められている。計測手段５４は、認識手段５２による認識結果および監視手段５０による監視結果に基づいてこれら計測対象を計測する。なお、上記の認識手段５２および計測手段５４の代わりに、周知のビジョンセンサを用いてもよい。

次に、上述した建設作業用ロボット１００を用いた天井吊りボルト取付け作業の手順について説明する。

図５に示すように、施工中の建物の空間（施工エリアＳ）の天井のコンクリートには、吊りボルト装着用のインサート２が複数個、既に埋め込み設置されているものとする。図の例ではインサート２が格子点状に連続的に所定間隔（例えば９０ｃｍ）で多数設置されているが、インサート２の配置態様はこれに限るものではない。

図６に示すように、まず、人力またはリモコン操作にて施工エリアＳの入口に建設作業用ロボット１００を配置する（ステップＳ１０１）。次に、建設作業用ロボット１００の操作盤２８を介して制御装置４０を作動させ、走行台車１０に備わる全体俯瞰カメラ３６およびセンサで外部環境の情報を取得するとともに、自己位置検出手段３２によりＢＩＭなどの図面データと照合して自己位置を検出する（ステップＳ１０２）。次に、移動制御手段３４により、施工エリアＳ中の吊りボルト取付け座標をＢＩＭなどの図面データから取得し、取得した取付け座標近傍のポイントである作業エリア（建設作業エリア）へ走行台車１０を移動させる（ステップＳ１０３）。

走行台車１０が作業エリアに到着したら、位置姿勢制御手段４４によりマニピュレータ１４を動かしてエンドエフェクタ１６を取付け座標に接近させ、認識手段５２に備わるカメラ７０およびセンサにより作業対象となるインサート２を認識させる（ステップＳ１０４：第１工程）。続いて、計測手段５４によりインサート２の径、エンドエフェクタ１６との相対座標を計測する。次に、位置姿勢制御手段４４によりマニピュレータ１４を動かしてエンドエフェクタ１６を部材用荷台３０に接近移動させる。続いて、計測した径に適合するタップを認識手段５２で認識して、このタップをエンドエフェクタ１６のボルト把持手段４６で把持する。把持したタップの位置、傾斜角度を認識手段５２および計測手段５４で認識、計測しながら、タップをインサート２に合わせて挿入する。エンドエフェクタ１６の取付け操作手段４８の回転機構６２でタップを回転してインサート２の孔を洗浄する（ステップＳ１０５）。この際、監視手段５０に備わる力センサおよび計測手段５４によりインサート２の傾斜角度を計測する。

次に、マニピュレータ１４およびエンドエフェクタ１６を動かしてタップを部材用荷台３０に戻す。そして、計測した径に適合する吊りボルト１をエンドエフェクタ１６のボルト把持手段４６で把持してインサート２に対する位置と向きを合わせる（ステップＳ１０６：第２工程）。エンドエフェクタ１６の取付け操作手段４８の回転機構６２により吊りボルト１をインサート２に締結する（ステップＳ１０７：第３工程）。この際、監視手段５０によりねじ込み深さ、トルクを計測する。また、認識手段５２に備わるカメラ７０およびセンサおよび計測手段５４により吊りボルト１の下部のハンガー１ａの向きを計測する。エンドエフェクタ１６の取付け操作手段４８の回転機構６２によりハンガー１ａの向きを調整する。次に、走行台車１０に備わる移動制御手段３４により、次の吊りボルト取付け座標をＢＩＭなどの図面データから取得し、取得した取付け座標近傍の作業エリアへ走行台車１０を移動させる（ステップＳ１０８）。以降、取付け箇所数に応じて上記のステップＳ１０４〜Ｓ１０８を繰り返す。

このように、本実施の形態によれば、従来、作業員が手作業で行っていた天井吊りボルト（部材）の取付け作業を、この建設作業用ロボット１００で代替もしくはアシストすることができる。特に、作業員が高所で上向きに行う手作業を大幅に削減することができる。また、吊りボルトの取付け箇所が多数あり、取付け作業を多数回繰り返す必要がある場合には、作業員の負担を大幅に軽減することができるので、作業の省力化ないし省人化を図ることができる。このため、作業に係る労務コストを削減することができる。

また、作業に伴う施工情報（例えば、吊りボルトの取付け位置座標や作業時間、出来高数量など）を建設作業用ロボット１００に備わるデータベース４２のような記録装置に自動的に記録することにより、施工管理を効率化することも可能である。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施の形態２は、本発明の建設作業用ロボットを天井ボード施工ロボットとして機能させる場合の例である。

図７は天井ボードを吸着保持する際の建設作業用ロボットの概略図、図８は天井に取付ける際の概略図である。これらの図に示すように、本実施の形態２に係る建設作業用ロボット２００は、天井ボード３（部材）を吊りボルトのハンガーなどに固定した図示しない下地材４（母体）に取付けるためのものであり、走行台車１０と、マニピュレータ１４と、エンドエフェクタ１６Ａとを備える。走行台車１０およびマニピュレータ１４の構成は上記の実施の形態１と同様である。本実施の形態のエンドエフェクタ１６Ａは上記の実施の形態１とは異なり、天井ボード３の取付けに好適な種々の機構を有している。なお、走行台車１０の部材用荷台３０には吊りボルト１の代わりに矩形の天井ボード３（例えば、横幅９０ｃｍ、縦幅１８０ｃｍ程度）が複数配備されている。

エンドエフェクタ１６Ａは、天井ボード３を吸着して保持するボード保持手段４６Ａ（部材保持手段）と、天井ボード３を下地材４に取付け操作する取付け操作手段４８Ａと、監視手段５０Ａと、認識手段５２Ａと、計測手段５４Ａとを備える。ボード保持手段４６Ａは、例えばバキュームグリッパなどの吸着保持手段により構成することができる。取付け操作手段４８Ａは、例えば図示しない別のマニピュレータとその先端に設けられたビス打ち機構により構成することができる。この場合、荷台１２に部材保持用のマニピュレータ（エンドエフェクタ）と部材取付け用のマニピュレータ（エンドエフェクタ）を設け、部材保持作業と取付け作業を複数台のマニピュレータ（エンドエフェクタ）で分業してもよい。

監視手段５０Ａは、天井ボード３の取付け状況を監視するものであり、例えば力センサなどのセンサと監視部６８Ａにより構成されている。監視部６８Ａは制御ボックス２２の中の制御装置４０に収められている。監視部６８Ａは、これらセンサの検知量に基づいて天井ボード３の下地材４への取付け状況や隣合う天井ボード３間の突合せ状況などを監視する。

認識手段５２Ａは、天井ボード３（部材）および下地材４（母体）の種別および位置を認識するものであり、図示しないカメラとセンサと認識部７２Ａとで構成されている。カメラはエンドエフェクタ１６Ａに設置され、施工済みの天井ボード３や下地材４を撮影する。

カメラおよびセンサで取得した撮影画像などの情報は、制御ボックス２２の中の制御装置４０の認識部７２Ａに送られるようになっている。認識部７２Ａは、この情報とデータベース４２に格納されている部材および母体の情報とを照合して天井ボード３および下地材４の種別および位置を検出し、検出した結果を認識結果とする。この部材および母体の情報としては、例えばＢＩＭなどに含まれる図面データを用いることができる。

計測手段５４Ａは、エンドエフェクタ１６Ａと下地材４と施工済み天井ボード３の端部の位置関係などを計測するものであり、制御ボックス２２の中の制御装置４０に収められている。計測手段５４Ａは、認識手段５２Ａによる認識結果および監視手段５０Ａによる監視結果に基づいてこれら計測対象を計測する。なお、上記の認識手段５２Ａおよび計測手段５４Ａの代わりに、周知のビジョンセンサを用いてもよい。

次に、上述した建設作業用ロボット２００を用いた天井ボード取付け作業の手順について説明する。

図９に示すように、まず、人力またはリモコン操作にて施工エリアＳの入口に建設作業用ロボット２００を配置する（ステップＳ２０１）。次に、建設作業用ロボット２００の操作盤２８を介して制御装置４０を作動させ、走行台車１０に備わる全体俯瞰カメラ３６およびセンサで外部環境の情報を取得するとともに、自己位置検出手段３２によりＢＩＭなどの図面データと照合して自己位置を検出する（ステップＳ２０２）。次に、移動制御手段３４により、施工エリアＳ中の天井ボード取付け座標をＢＩＭなどの図面データから取得し、取得した取付け座標近傍のポイントである作業エリア（建設作業エリア）へ走行台車１０を移動させる（ステップＳ２０３）。

走行台車１０が作業エリアに到着したら、位置姿勢制御手段４４によりマニピュレータ１４を動かしてエンドエフェクタ１６Ａを取付け座標に接近させ、認識手段５２Ａに備わるカメラおよびセンサにより作業対象となる下地材４、施工済み天井ボード端部、天井ボード未施工箇所を認識させる（ステップＳ２０４：第１工程）。続いて、計測手段５４Ａにより施工済み天井ボード端部とエンドエフェクタ１６Ａとの相対座標を計測し、設置座標とする。次に、位置姿勢制御手段４４によりマニピュレータ１４を動かしてエンドエフェクタ１６Ａを部材用荷台３０に接近移動させる。次に、天井ボード３をエンドエフェクタ１６Ａのボード保持手段４６Ａで吸着保持して設置座標近傍へ移動させ、天井ボード３を鉛直上方に持ち上げて下地材４に接触させて位置合わせを行う（ステップＳ２０５：第２工程）。この際、監視手段５０Ａの力センサの検知に基づいてエンドエフェクタ１６Ａを動かすことで接触力を制御する。続いて、エンドエフェクタ１６Ａを水平方向へ動かして天井ボード３を施工済み天井ボードの端部に接触させる。この際、監視手段５０Ａの力センサの検知に基づいてエンドエフェクタ１６Ａを動かすことで接触力を制御する。ビス打ちにより天井ボード３を下地材４に取付ける（ステップＳ２０６：第３工程）。この場合、取付け操作手段４８Ａによるビス打ちを行ってもよいし、走行台車１０の荷台１２に乗った作業員がビス打ちを行ってもよい。従来の天井ボードの取付け作業では、上向きで天井ボード３を支える作業員と、ビス打ちする作業員の少なくとも２人が必要であったが、本実施の形態によれば作業員の数を少なくとも１人減らすことができる。次に、走行台車１０に備わる移動制御手段３４により、次の取付け座標をＢＩＭなどの図面データから取得し、取得した取付け座標近傍の作業エリアへ走行台車１０を移動させる（ステップＳ２０７）。以降、取付け箇所数に応じて上記のステップＳ２０４〜Ｓ２０７を繰り返す。

このように、本実施の形態によれば、従来、作業員が手作業で行っていた天井ボード（部材）の取付け作業を、この建設作業用ロボット２００で代替もしくはアシストすることができる。特に、作業員が高所で上向きに行う手作業を大幅に削減することができる。また、天井ボードの取付け箇所が多数あり、取付け作業を多数回繰り返す必要がある場合には、作業員の負担を大幅に軽減することができるので、作業の省力化ないし省人化を図ることができる。このため、作業に係る労務コストを削減することができる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施の形態３は、本発明の建設作業用ロボットを乾式耐火被覆材施工ロボットとして機能させる場合の例である。

図１０は乾式耐火被覆材を吸着保持する際の建設作業用ロボットの概略図、図１１は天井の梁部材に取付ける際の概略図である。これらの図に示すように、本実施の形態３に係る建設作業用ロボット３００は、シート状の乾式耐火被覆材５（部材）を天井のＨ形鋼からなる梁部材６（母体）に取付けるためのものであり、走行台車１０と、マニピュレータ１４と、エンドエフェクタ１６Ｂとを備える。走行台車１０およびマニピュレータ１４の構成は上記の実施の形態１と同様である。本実施の形態のエンドエフェクタ１６Ｂは上記の実施の形態１とは異なり、乾式耐火被覆材５の取付けに好適な種々の機構を有している。なお、走行台車１０の部材用荷台３０には吊りボルト１の代わりに乾式耐火被覆材５が配備されている。本実施の形態では、耐火被覆材が乾式耐火被覆材である場合を例にとり説明するが、耐火被覆材が半湿式耐火被覆材である場合にも適用可能である。この場合、半湿式耐火被覆材の吹付けに好適な機構を有するエンドエフェクタを用いればよい。

エンドエフェクタ１６Ｂは、乾式耐火被覆材５を吸着して保持する保持手段４６Ｂ（部材保持手段）と、乾式耐火被覆材５を梁部材６に取付け操作する取付け操作手段４８Ｂと、監視手段５０Ｂと、認識手段５２Ｂと、計測手段５４Ｂとを備える。保持手段４６Ｂは、例えばバキュームグリッパなどの吸着保持手段により構成することができる。取付け操作手段４８Ｂは、例えば図示しない別のマニピュレータとその先端に設けられた固定ピン溶着機構により構成することができる。この固定ピン溶着機構は、例えば、固定ピンを保持する保持部と、保持した固定ピンを乾式耐火被覆材５に貫通して梁部材６の上下フランジ６Ａ、６Ｂに溶着可能な機構により構成することができる。上記の場合、荷台１２に乾式耐火被覆材保持用のマニピュレータ（エンドエフェクタ）と固定ピン溶着用のマニピュレータ（エンドエフェクタ）を設け、乾式耐火被覆材保持作業と固定ピン溶着作業を複数台のマニピュレータ（エンドエフェクタ）で分業してもよい。

監視手段５０Ｂは、乾式耐火被覆材５の取付け状況を監視するものであり、例えば力センサなどのセンサにより構成されている。監視手段５０Ｂは、これらセンサの検知量に基づいて乾式耐火被覆材５の梁部材６への取付け状況、固定ピンの梁部材への接触状況、溶着状況などを監視する。

認識手段５２Ｂは、乾式耐火被覆材５（部材）および梁部材６（母体）の種別および位置を認識するものであり、図示しないカメラとセンサと認識部とで構成されている。カメラはエンドエフェクタ１６Ｂに設置され、乾式耐火被覆材５や梁部材６を撮影する。

カメラおよびセンサで取得した撮影画像などの情報は、制御ボックス２２の中の制御装置４０の認識部７２Ｂに送られるようになっている。認識部７２Ｂは、この情報とデータベース４２に格納されている部材および母体の情報とを照合して乾式耐火被覆材５および梁部材６の種別および位置を検出し、検出した結果を認識結果とする。この部材および母体の情報としては、例えばＢＩＭなどに含まれる図面データを用いることができる。

計測手段５４Ｂは、エンドエフェクタ１６Ｂと梁部材６と施工済み乾式耐火被覆材５の端部の位置関係などを計測するものであり、制御ボックス２２の中の制御装置４０に収められている。計測手段５４Ｂは、認識手段５２Ｂによる認識結果および監視手段５０Ｂによる監視結果に基づいてこれら計測対象を計測する。なお、上記の認識手段５２Ｂおよび計測手段５４Ｂの代わりに、周知のビジョンセンサを用いてもよい。

次に、上述した建設作業用ロボット３００を用いた乾式耐火被覆材取付け作業の手順について説明する。

図１２に示すように、まず、人力またはリモコン操作にて施工エリアＳの入口に建設作業用ロボット３００を配置する（ステップＳ３０１）。次に、建設作業用ロボット３００の操作盤２８を介して制御装置４０を作動させ、走行台車１０に備わる全体俯瞰カメラ３６およびセンサで外部環境の情報を取得するとともに、自己位置検出手段３２によりＢＩＭなどの図面データと照合して自己位置を検出する（ステップＳ３０２）。次に、移動制御手段３４により、施工エリアＳ中の乾式耐火被覆材取付け座標をＢＩＭなどの図面データから取得し、取得した取付け座標近傍のポイントである作業エリア（建設作業エリア）へ走行台車１０を移動させる（ステップＳ３０３）。

走行台車１０が作業エリアに到着したら、位置姿勢制御手段４４によりマニピュレータ１４を動かしてエンドエフェクタ１６Ｂを取付け座標に接近させ、認識手段５２Ｂに備わるカメラおよびセンサにより作業対象となる梁部材６、施工済み乾式耐火被覆材５の端部、乾式耐火被覆材未施工箇所を認識させる（ステップＳ３０４：第１工程）。続いて、計測手段５４Ｂにより梁部材６の上下フランジ６Ａ、６Ｂの端面、施工済み乾式耐火被覆材５の端部とエンドエフェクタ１６Ｂとの相対座標を計測し、設置座標とする。次に、位置姿勢制御手段４４によりマニピュレータ１４を動かしてエンドエフェクタ１６Ｂを部材用荷台３０に接近移動させる。次に、乾式耐火被覆材５をエンドエフェクタ１６Ｂの保持手段４６Ｂで吸着保持する。この場合、作業員が乾式耐火被覆材５を保持手段４６Ｂに取付けてもよい。

次に、エンドエフェクタ１６Ｂで保持された乾式耐火被覆材５を設置座標の近傍へ移動させ、梁部材６の上フランジ６Ａ位置に接触させ、位置合わせを行って押し付ける（ステップＳ３０５：第２工程）。この際、監視手段５０Ｂの力センサの検知に基づいてエンドエフェクタ１６Ｂを動かすことで接触力を制御する。続いて、乾式耐火被覆材５を上フランジ６Ａに押し付けた状態で、取付け操作手段４８Ｂの固定ピン溶着機構により固定ピンを乾式耐火被覆材５に挿し込み上フランジ６Ａに接触させる。この際、監視手段５０Ｂの力センサの検知に基づいて固定ピンの上フランジ６Ａとの接触力を制御しながら固定ピン溶着機構を作動させて固定ピンを上フランジ６Ａに溶着する。次に、固定ピン溶着機構を梁部材６の下フランジ６Ｂ位置へ移動させ、固定ピンを乾式耐火被覆材５に挿し込み下フランジ６Ｂに接触させ、上フランジ６Ａの場合と同様にして固定ピンを下フランジ６Ｂに溶着する。このようにして、乾式耐火被覆材５を梁部材６に取付ける（ステップＳ３０６：第３工程）。次に、走行台車１０に備わる移動制御手段３４により、次の取付け座標をＢＩＭなどの図面データから取得し、取得した取付け座標近傍の作業エリアへ走行台車１０を移動させる（ステップＳ３０７）。以降、取付け箇所数に応じて上記のステップＳ３０４〜Ｓ３０６を繰り返す。なお、固定ピンの溶着作業は、取付け操作手段４８Ｂの固定ピン溶着機構により行う代わりに、走行台車１０の荷台１２に乗った作業員が昇降装置１８を利用して行ってもよい。

このように、本実施の形態によれば、従来、作業員が手作業で行っていた乾式耐火被覆材（部材）の取付け作業を、この建設作業用ロボット３００で代替もしくはアシストすることができる。特に、作業員が高所で上向きに行う手作業を大幅に削減することができる。また、乾式耐火被覆材の取付け箇所が多数あり、取付け作業を多数回繰り返す必要がある場合には、作業員の負担を大幅に軽減することができるので、作業の省力化ないし省人化を図ることができる。このため、作業に係る労務コストを削減することができる。

上記の実施の形態において、走行台車１０を多数の脚部を有する多脚式ロボットで構成し、斜面や段差を通過する際に荷台の水平状態を維持しながら移動可能に構成してもよい。

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、部材を母体に取付けるために用いられる建設作業用ロボットであって、基台と、基台に設けられた単数または複数台のマニピュレータと、マニピュレータの先端に着脱自在に設けられたエンドエフェクタと、マニピュレータの先端またはエンドエフェクタに設けられ、部材および母体の種別および位置を認識する認識手段と、マニピュレータの先端またはエンドエフェクタと母体の位置関係を計測する計測手段とを備え、マニピュレータは、予め設定した母体の位置へマニピュレータの先端を接近移動させる移動制御手段を有し、エンドエフェクタは、部材を保持する部材保持手段と、保持する部材を母体に取付け操作する取付け操作手段と、取付け状況を監視する監視手段とを有するので、従来、作業員が手作業で行っていた部材の取付け作業を、この建設作業用ロボットで代替もしくはアシストすることができる。特に、取付け箇所が多数あり、取付け作業を多数回繰り返す必要がある場合には、作業員の負担を大幅に軽減することができるので、作業の省力化ないし省人化を図ることができる。

また、本発明に係る建設作業用ロボットによれば、基台は、遠隔制御または自動制御により自走可能な走行台車であり、この走行台車は、外部環境の情報を取得して、取得した情報と予め把握してある建設作業空間の情報とを照合して自己の位置を検出する自己位置検出手段と、予め設定した母体近傍へ自己を移動させる移動制御手段とを有するので、例えば、部材を取付ける母体が離れた位置に複数存在するような場合に、走行台車を母体近傍へ移動させることにより、マニピュレータの先端を母体に精度よく接近移動させることができる。

また、本発明に係る建設作業用ロボットによれば、マニピュレータを昇降するための昇降手段をさらに備えるので、例えば、そのままの状態ではマニピュレータの先端が届かないような高所での取付け作業を容易に行うことができる。

また、本発明に係る建設作業用ロボットによれば、天井吊りボルト、天井ボード、システム天井材、耐火被覆材の少なくとも一つを所定の位置に取付けるために用いられるので、作業員が高所で上向きに行う手作業を大幅に削減することができる。

また、本発明に係る建設作業用ロボットの制御方法によれば、上述した建設作業用ロボットを制御する方法であって、建設作業エリアにおいて、部材と母体の種別を認識するとともに、エンドエフェクタと母体の位置関係を計測するように制御する第１工程と、予め設定した母体近傍にエンドエフェクタを接近移動するように制御する第２工程と、エンドエフェクタで部材を保持し、エンドエフェクタと母体の位置関係を計測するとともに取付け状況を監視しながら、部材を母体に取付けるように制御する第３工程とを備え、第２工程および第３工程を繰り返すように制御するので、従来、作業員が手作業で行っていた部材の取付け作業を、この建設作業用ロボットで代替もしくはアシストすることができる。特に、取付け箇所が多数あり、取付け作業を多数回繰り返す必要がある場合には、作業員の負担を大幅に軽減することができるので、作業の省力化ないし省人化を図ることができる。

以上のように、本発明に係る建設作業用ロボットおよび建設作業用ロボットの制御方法は、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、天井吊りボルトなどの部材の取付け作業を代替もしくはアシストするのに適している。

１ 天井吊りボルト（部材）
２ インサート（母体）
３ 天井ボード（部材）
４ 下地材（母体）
５ 乾式耐火被覆材（部材）
６ 梁部材（母体）
１０ 走行台車（基台）
１２ 荷台
１４ マニピュレータ
１６ エンドエフェクタ
１８ 昇降装置（昇降手段）
２０ 台座
２２ 制御ボックス
２４ 足場スペース
２６ 柵
２８ 操作盤
３０ 部材用荷台
３２ 自己位置検出手段
３４ 移動制御手段
３６ 全体俯瞰カメラ
３８ 自己位置検出部
４０ 制御装置
４２ データベース
４４ 位置姿勢制御手段（移動制御手段）
４６ ボルト把持手段（部材保持手段）
４８ 取付け操作手段
５０ 監視手段
５２ 認識手段
５４ 計測手段
５６ 基部
５８ 把持爪
６０ 凹部
６２ 回転機構
６４ 回転軸
６６ 無端ベルト
６８ 監視部
７０ カメラ
７２ 認識部
１００，２００，３００ 建設作業用ロボット
Ｓ 施工エリア

Claims (5)

1. 部材を母体に取付けるために用いられる建設作業用ロボットであって、
   基台と、基台に設けられた単数または複数台のマニピュレータと、マニピュレータの先端に着脱自在に設けられたエンドエフェクタと、マニピュレータの先端またはエンドエフェクタに設けられ、部材および母体の種別および位置を認識する認識手段と、マニピュレータの先端またはエンドエフェクタと母体の位置関係を計測する計測手段とを備え、
   マニピュレータは、予め設定した母体の位置へマニピュレータの先端を接近移動させる移動制御手段を有し、
   エンドエフェクタは、部材を保持する部材保持手段と、保持する部材を母体に取付け操作する取付け操作手段と、取付け状況を監視する監視手段とを有することを特徴とする建設作業用ロボット。
2. 基台は、遠隔制御または自動制御により自走可能な走行台車であり、
   この走行台車は、外部環境の情報を取得して、取得した情報と予め把握してある建設作業空間の情報とを照合して自己の位置を検出する自己位置検出手段と、予め設定した母体近傍へ自己を移動させる移動制御手段とを有す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。
3. マニピュレータを昇降するための昇降手段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。
4. 天井吊りボルト、天井ボード、システム天井材、耐火被覆材の少なくとも一つを所定の位置に取付けるために用いられ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。
5. 請求項１〜４のいずれか一つに記載の建設作業用ロボットを制御する方法であって、
   建設作業エリアにおいて、部材と母体の種別を認識するとともに、エンドエフェクタと母体の位置関係を計測するように制御する第１工程と、
   予め設定した母体近傍にエンドエフェクタを接近移動するように制御する第２工程と、
   エンドエフェクタで部材を保持し、エンドエフェクタと母体の位置関係を計測するとともに取付け状況を監視しながら、部材を母体に取付けるように制御する第３工程とを備え、
   第２工程および第３工程を繰り返すように制御することを特徴とする建設作業用ロボットの制御方法。

Images