JP2018199953A - Concrete floor finishing robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自律走行してコンクリート床面を平滑に仕上げるコンクリート床仕上げロボットに関するものである。 The present invention relates to a concrete floor finishing robot that autonomously travels to finish a concrete floor surface smoothly.
エンジン駆動の回転するブレードでコンクリート床の仕上げをする機械はトロウェル呼ばれ数多くの建設現場で活躍している。このトロウェルには人間が長いハンドルで操作する方式と、騎乗して操縦する方式があり、両方式ともエンジン駆動のトロウェルである。エンジンは燃料を追加するだけで長時間稼働ができる上に単位重量当たりの出力が大きいメリットがある。しかし、エンジンは排ガスや、騒音が大きいことで、市街地の現場では使用を制限される事が多くなっている。 A machine that uses engine-driven rotating blades to finish the concrete floor is called Trowell and is used in many construction sites. There are two types of trowells: a human-operated method with a long handle and a riding and maneuvering method, both of which are engine-driven trowells. The engine can be operated for a long time just by adding fuel, and has the advantage of high output per unit weight. However, the use of the engine is often restricted in urban areas due to the large amount of exhaust gas and noise.
先願の特願平7−277998のコンクリート床仕上げ機は、2つある回転軸の傾きをそれぞれ自在に制御することで前後進、回転動作を実現させている。回転軸の制御にはX軸方向の回転軸傾斜変更のサーボモータと、Y軸方向の回転軸傾斜変更のサーボモータをそれぞれ回転軸毎に2個ずつ合計4個のサーボモータが使用されている。その機構で前後進、左右回転、速度制御を行うことができるが、複雑な機構のため重量が増加し、高出力のエンジンと高度な制御方式を必要とする。 The concrete floor finishing machine of Japanese Patent Application No. 7-277998 of the prior application realizes forward and backward movement and rotation operation by freely controlling the inclination of two rotation shafts. For the control of the rotation axis, a total of four servo motors are used, one for each rotation axis, one servo motor for changing the rotation axis inclination in the X-axis direction, and two servo motors for changing the rotation axis inclination in the Y-axis direction. . The mechanism can perform forward / backward, left / right rotation, and speed control, but the complicated mechanism increases weight and requires a high-power engine and an advanced control method.
本来のコンクリート床仕上げは、左官工がコンクリート面に鏝を滑らせる作業で、大きな力を必要としない。エンジン駆動のトロウェルは重量が大きく、ブレードを大きくしないとトロウェルがコンクリート床に沈み込むことがある。ブレードを大きくするとコンクリートとブレードの摩擦が大きくなり、より高出力のエンジンが必要になる。そのためトロウェル重量とエンジン出力の妥協点が現状のエンジン搭載のトロウェルのサイズを決まる要素となっている。騎乗タイプのトロウェルでは人間が乗ることにより、さらに重量が増した大型装置となっている。 The original concrete floor finish is a work that a plasterer slides a fence on the concrete surface and does not require great force. Engine-driven trowells are heavy and the trowells can sink into the concrete floor unless the blades are made large. Larger blades increase the friction between the concrete and the blades and require a higher power engine. Therefore, the trade-off between trowell weight and engine output is a factor that determines the size of the trowell equipped with the current engine. The riding type Trowell is a large-sized device that is further increased in weight by humans.
解決しようとする課題は、エンジン駆動のコンクリート床仕上げ機の回転軸の複雑な傾斜角度制御機構をなくし、回転軸の支承機構を簡素化して軽量化を図り、さらにコンクリート床仕上げロボットを自在に移動させる手段を得ることである。 The problem to be solved is to eliminate the complicated tilt angle control mechanism of the rotating shaft of the engine-driven concrete floor finishing machine, simplify the rotating shaft support mechanism and reduce the weight, and move the concrete floor finishing robot freely It is to get the means to make.
本発明では排ガスや騒音を出すエンジンの代わりにモータ駆動で自律走行する静粛でクリーンなコンクリート床仕上げロボットを最も主要な特徴とする。 The most important feature of the present invention is a quiet and clean concrete floor finishing robot that autonomously runs by motor drive instead of an engine that generates exhaust gas and noise.
本発明のコンクリート床仕上げロボットは、モータの回転方向と回転速度を制御するだけで、自在に前進後進や左右回転の変更が行える構成としたため軽量化と制御論理の簡素化が達成でき、その結果低出力モータを使用することにより、バッテリでの長時間運転を実現する。 The concrete floor finishing robot of the present invention is configured to be able to freely move forward and backward and change the left and right rotation by simply controlling the rotation direction and rotation speed of the motor, so that it can achieve light weight and simplification of the control logic. By using a low-power motor, long-term operation with a battery is realized.
部品を支持するシャーシ1と、シャーシ1の長手のX軸方向に於いて、回転軸中心線11の上部が鉛直線12よりもシャーシ1の中心部から遠ざかる方向に数度の傾斜角θで支持された2本の回転軸4と、正転、逆転、回転数変更をできるモータ3と、モータの回転数を変え回転軸4を回転させるギアボックス2と、回転軸4の下部に回転軸4に直角で放射状の複数のブレード取付アーム6と、ブレード取付アーム6に支持され回転方向の両縁が上がっているトレー形状のブレード5と、自律走行センサ32と、自律走行センサ32の情報でモータ3の正転、逆転、回転数変化させ、前進、後進、回転、進行方向ずれを制御する制御装置34で構成される。
The
本発明のコンクリート床仕上げロボットは軽量化を図っているため、コンクリート床7の硬化具合によっては、コンクリート床7を押し下げる効果が不足する場合がある。そのためコンクリート床仕上げロボットの中央部に設けた振動モータ13の振動により、ブレード5がコンクリート床7をより強く押すことが可能となる。なお振動モータ13の振動数をロボットの固有振動数と同じにし、共振現象を起こさせれば振動モータ13の効果が大きくなる。
Since the concrete floor finishing robot of the present invention is reduced in weight, the effect of pushing down the
図2は図1のA−A線から見た平面図である。夫々の回転軸4を中心に回転するブレード5は、シャーシの中央部で接触しない間隔で設けられ、ブレード5は外縁部の方に傾いているためブレード5の回転によって生じるコンクリート床強圧摺動跡10がシャーシ1の外縁部の方に三日月型に発生する。コンクリート床強圧摺動跡10とブレード5の摩擦によりコンクリート床仕上げロボットは前後進や左右回転が可能となる。
FIG. 2 is a plan view seen from the line AA in FIG. The
図3は図2のB−B線から見た側面図であり、回転軸4は鉛直でブレード5は水平に回転する。
FIG. 3 is a side view as seen from the line B-B in FIG. 2, in which the rotating shaft 4 is vertical and the
図4は図2の平面図にブレード5の回転方向と回転数とシャーシ1の進行と回転方向20の例を追加し、各条件を列挙した説明図である。移動方向は地図と同様の東西南北表記で説明する。
(a)図に示すように右回転軸4の回転方向22を右回り、左回転軸4の回転方向21を左回りにした場合、シャーシ1の進行移動または回転方向20は北方向に進行する。
(b)図に示すように右回転軸4の回転方向22左回り、左回転軸4の回転方向21を右回りにした場合、シャーシ1の進行移動または回転方向20は南方向に進行する。
(c)図に示すように右回転軸4の回転方向22を右回り、左回転軸4の回転方向21を左回りで回転数を少なくした場合、シャーシ1の進行移動または回転方向20は北西方向に進行する。
(d)図に示すように右回転軸4の回転方向22を右回りで回転数を少なくし、左回転軸4の回転方向21を左回りにした場合、シャーシ1の進行移動または回転方向20は北西方向に進行する。
(e)図に示すように右回転軸4の回転方向22を右回り、左回転軸4の回転方向21を右回りにした場合、シャーシ1の進行移動または回転方向20は左回転をする。
(f)図に示すように右回転軸4の回転方向22を左回り、左回転軸4の回転方向21を左回りにした場合、シャーシ1の進行移動または回転方向20は右回転をする。
(g)図に示すように右回転軸4の回転方向22を左回りで回転数を少なくし、左回転軸4の回転方向21を右回りにした場合、シャーシ1の進行移動または回転方向20は南西方向に進行する。
(h)図に示すように右回転軸4の回転方向22を左回り、左回転軸4の回転方向21を右回りで回転数を少なくした場合、シャーシ1の進行移動または回転方向20は南東方向に進行する。
FIG. 4 is an explanatory diagram listing the conditions by adding examples of the rotational direction and rotational speed of the
(A) As shown in the figure, when the rotation direction 22 of the right rotation shaft 4 is rotated clockwise and the rotation direction 21 of the left rotation shaft 4 is rotated counterclockwise, the forward movement of the
(B) As shown in the figure, when the rotation direction 22 of the right rotation shaft 4 is counterclockwise and the rotation direction 21 of the left rotation shaft 4 is clockwise, the forward movement of the
(C) As shown in the figure, when the rotation direction 22 of the right rotation shaft 4 is rotated clockwise and the rotation direction 21 of the left rotation shaft 4 is rotated counterclockwise and the number of rotations is reduced, the forward movement of the
(D) As shown in the figure, when the rotation direction 22 of the right rotation shaft 4 is rotated clockwise and the rotation number is decreased and the rotation direction 21 of the left rotation shaft 4 is rotated counterclockwise, the
(E) As shown in the figure, when the rotation direction 22 of the right rotation shaft 4 is rotated clockwise and the rotation direction 21 of the left rotation shaft 4 is rotated clockwise, the forward movement of the
(F) As shown in the figure, when the rotation direction 22 of the right rotation shaft 4 is counterclockwise and the rotation direction 21 of the left rotation shaft 4 is counterclockwise, the forward movement of the
(G) As shown in the figure, when the rotational direction 22 of the right rotating shaft 4 is rotated counterclockwise and the rotational speed is decreased and the rotating direction 21 of the left rotating shaft 4 is rotated clockwise, the forward movement of the
(H) As shown in the figure, when the rotation direction 22 of the right rotation shaft 4 is counterclockwise and the rotation direction 21 of the left rotation shaft 4 is clockwise and the rotation number is decreased, the forward movement of the
図5(a)は回転軸4から放射上に取り付けられたブレード取付アーム6の延長方向から見た場合の正面図である。ブレード5はシャーシ1の前進時と後進時で回転方向が変わるため、ブレード5の回転方向の形状は両端が持ち上がったトレー形状とし、ブレード固定金具51はブレード5の中心部に固着し、ブレード取付アーム6を回動するブレードアーム回転金具61にブレード固定金具51を固定手段のブレード固定ボルト52で締め付け固定する。
FIG. 5A is a front view when seen from the extending direction of the
平板状のブレード5の形状では回転を反対にした場合は、ブレード5の後端がコンクリート床7に食い込みコンクリート床7を荒らしてしまうため、ブレード5の傾斜角は、前進している時と後進している時ではブレード5の傾斜は水平線に対して反対にしなくてはいけない。ブレード5の回転方向を変更する都度、ブレード5の傾斜角を変更する手段に動力を使って作動させる方法があるが、サーボモータや機構部品の追加が必要となる。
In the shape of the
しかし、本実施例では上記の形状のブレード5がブレード取付アーム6を中心に自動回転する支持機構のため、シャーシ1が前進している場合の回転するトレー形状のブレード5はコンクリート床7の反力でブレード5の回転先端部は持ち上げられる。シャーシ1が後進する場合はブレード5の回転が反対になり、ブレード5の回転先端部は反対側に移り、コンクリート床7の反力で水平線を基準にした場合、前進時の傾斜と反対の傾斜は自動でブレード5の角度調整ができる機構となっている。
However, in this embodiment, since the
図5(b)はシャーシ1が後進している場合のコンクリート床7とブレード5の関係を示す図である。コンクリート床7を摺動するブレード5の回転先端部はコンクリートの反力によって持ち上げられコンクリート床を荒らすことがなくなる。
FIG. 5B is a diagram showing the relationship between the
また前進時にブレード5の回転先端部の上がり過ぎを防止するために、ブレード5の傾斜角を制限できるストッパ機構を設けることでブレード5の過度の傾斜を防止できる。またストッパの傾斜角の制限角度を調整できるとコンクリートの硬度に合わせたブレード5の傾斜角を得ることができる。
Further, in order to prevent the rotating tip portion of the
図6の制御システムのブロック図を説明する。無線操縦装置31はコンクリート床7の仕上げロボットに前後進、左右回転、速度変更、停止などの指示を無線で無線受信機33に送信する。無線受信機33は受信した指示を制御装置34に伝達し、制御装置34は指示に従ってモータ3の回転方向と回転速度を2個のモータ3に指示する。モータ3は指示内容を実行するが、コンクリート床7の状況によりシャーシ1の蛇行が生じる。自律走行センサ32は蛇行を検出した時、修正指示を制御装置34に送り、制御装置34は蛇行を修正する指示をモータに指示し直線走行を戻す対応をする。また自律走行センサ32はコンクリート床7の境界を検知し、境界検知情報を制御装置34に伝達する。制御装置34は境界回避論理でモータ3に回転方向と回転速度を指示し、コンクリート床7の仕上げロボットは境界回避行動の後、次のコンクリート床7仕上げエリアの作業に進む。
A block diagram of the control system of FIG. 6 will be described. The wireless control device 31 wirelessly transmits instructions to the finishing robot for the
複雑な形状のコンクリート床7の部分の仕上げや緊急時は、自律走行に代わって人間が無線操縦で対応できる機能を持たせる。
In the case of finishing the
コンクリート床7の硬度によってブレード5がコンクリート床7を抑える力が異なる要求がされるため、制御装置34は振動モータ13の振動周期を変えコンクリート床7を抑える力を調整する。
Since the force with which the
図7の実施例は、シャーシ1のX軸方向に於いて、回転軸中心線11の上部が鉛直線12よりもシャーシ1の中心部に近づく方向に数度の傾斜角θで支持された2本の回転軸4で構成するコンクリート床仕上げ装置の正面図である。
In the embodiment of FIG. 7, in the X-axis direction of the
図8は図7のB−B線から見た側面図であり、この形状場合のコンクリート床強圧摺動跡10はシャーシ1の中央部に発生するため、シャーシ1中央に対する回転モーメントが小さく回転力が著しく低下するため実用性は低い。
FIG. 8 is a side view seen from the line B-B in FIG. 7. Since the concrete floor strong
近年は建設現場で働く労働者の絶対量が少なくなっている上に、中腰でのコンクリート床の仕上げ作業は過酷な労務であるため、作業員は大幅に不足している。自律走行のできるコンクリート床の仕上げロボットは建設現場の労働力不足の改善や過酷な労務の減少ができるなどの点で活躍が期待できる。 In recent years, the absolute amount of workers working at construction sites has decreased, and the concrete floor finishing work at the middle waist is a harsh labor, so there is a significant shortage of workers. The concrete floor finishing robot that can run autonomously can be expected to play an active role in reducing labor shortages at construction sites and reducing severe labor.
1 シャーシ
2 ギアボックス
3 モータ
4 回転軸
5 ブレード
6 ブレード取付アーム
7 コンクリート床
8 電源
9 制御装置
10 コンクリート床強圧摺動跡
11 回転軸中心線
12 鉛直線
13 振動モータ
20 移動又は回転方向
21 左回転軸の回転方向
22 右回転軸の回転方向
31 無線操縦装置
32 自律走行センサ
33 無線受信機
34 制御装置
51 ブレード固定金具
52 ブレード固定ボルト
61 ブレードアーム回転金具
θ 傾斜角
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