JP2019039174A - 自走型鉄筋作業用ロボット、自走型鉄筋結束ロボット - Google Patents
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Abstract
【課題】鉄筋工事に使用できる作業用ロボットを開発すること。【解決手段】鉄筋コンクリート製構造物製造用に仕組まれた組鉄筋上を走行する自走型鉄筋作業用ロボットであって、縦方向移動手段、横方向移動手段と、周囲障害物検知センサー、機体前側鉄筋検知センサーと、作業機取り付け手段とを備えており、縦方向移動手段は、平行する鉄筋を走行レールとして走行する「Ｖ」字型テーパ付きの駆動車輪を備えている自走型鉄筋作業用ロボット。【選択図】図１
Description
本発明は、建設現場等で鉄筋コンクリートを製造するために用いられる鉄筋作業を行うロボットに関する。
重労働や労働力不足を背景に建設分野においても、機械化の必要性に迫られている。特に、日本は前例のない高齢社会に直面し、労働力の確保は喫緊の課題である。国内建設業は東京オリンピック、リニア新幹線及び先の震災復興等が重なり、労働力確保の問題が顕在化している。このような背景から、労働力を作業難度に応じて配分し、単純な繰返し作業にはロボットの活用が望まれる。
建設業におけるロボットの活用は、災害や危険箇所での無人化施工やシールドトンネルなどに採用されている。一方、建設施工での活用は、クレーンの他は釘打機等工具レベルにとどまっている。
このような現状から、躯体施工のうち、コンクリート施工において必須となる結束などの鉄筋作業をターゲットとしたロボット開発を検討した。限られた労働力は作業難度の高い作業に、ロボットには単純な繰返し作業に従事させ、生産性向上の実現を目指す方向性に沿うものである。
建設業におけるロボットの活用は、災害や危険箇所での無人化施工やシールドトンネルなどに採用されている。一方、建設施工での活用は、クレーンの他は釘打機等工具レベルにとどまっている。
このような現状から、躯体施工のうち、コンクリート施工において必須となる結束などの鉄筋作業をターゲットとしたロボット開発を検討した。限られた労働力は作業難度の高い作業に、ロボットには単純な繰返し作業に従事させ、生産性向上の実現を目指す方向性に沿うものである。
鉄筋作業の代表的なものに鉄筋結束がある。鉄筋結束に関する技術は、職人が手持ちで行う鉄筋結束機は実用化されており、普及している。一方、鉄筋結束を自動化する提案もいくつかなされている。自動化する提案は、いずれも、門形クレーンのように配筋された鉄筋の両側に走行レーンを設け、横断するフレームに結束機を取り付けて、結束機をフレームに沿って横移動させつつ結束を行う、一列が終了したら１つ前進して結束するタイプである。
特許文献１（特開平６−２１９４２０号公報）には、鉄筋枠体の結束金具を捻転して枠体を固定する鉄筋結束装置において、フレーム上に配筋支持治具を移動する配筋支持治具移動装置と、枠体の交差部に結束金具を供給する配筋支持治具の移動方向に対して直角方向に移動する結束金具供給装置と、供給された結束金具を捻転して鉄筋の交差部を結束固定する枠体の下方に配設され配筋支持治具の移動方向に対して直角方向に移動する結束金具捻転装置と、結束金具供給装置と結束金具捻転装置とにそれぞれ別々に移動する指令を出す制御装置からなる鉄筋結束機が開示されている。
特許文献２（特開平８−１０９７４４号公報）には、鉄筋を組立てるヤードにレール（８）上を自走する自走式治具台車（１）を設け、その治具台車（１）上に縦筋を配列する縦筋配列手段（２）と横筋を配列する横筋配列手段（３）と鉄筋を結束する鉄筋結束手段（４）と、組立てた鉄筋を建起こす鉄筋建起し手段（６）と建起した鉄筋を保管する鉄筋保管手段（７）とから構成される鉄筋プレファブ自動組立装置が開示されている。
特許文献３（特開２０１６−５３２６５号公報）には、鉄筋結束装置１０は、結束機を有した結束部２０と、結束部２０が取り付けられた架台１１と、架台１１を横方向に移動させる第１移動機構部１３と、結束部２０を、縦方向に移動させる第２移動機構部１４とを有している。結束部２０は、横方向において鉄筋を検出する第１距離センサー、縦方向において鉄筋を検出する第２距離センサーを備えている。そして、鉄筋結束装置１０を組み込んだ配筋結束装置の制御部は、架台１１を横方向に移動させて第１距離センサーが鉄筋を検知した場合に架台１１の移動を停止し、結束部２０を縦方向Ｂ１に移動させる。そして、第２距離センサーが鉄筋を検知した場合には、結束機の結束機構部を作動させて、鉄筋の交差部を結束する鉄筋結束装置が開示されている。
手持ち用の結束機としては、特許文献４（特許第４７４７４５５号公報）、特許文献５（特許第３０１０３５３号公報）など多数の提案がなされている。
特許文献１（特開平６−２１９４２０号公報）には、鉄筋枠体の結束金具を捻転して枠体を固定する鉄筋結束装置において、フレーム上に配筋支持治具を移動する配筋支持治具移動装置と、枠体の交差部に結束金具を供給する配筋支持治具の移動方向に対して直角方向に移動する結束金具供給装置と、供給された結束金具を捻転して鉄筋の交差部を結束固定する枠体の下方に配設され配筋支持治具の移動方向に対して直角方向に移動する結束金具捻転装置と、結束金具供給装置と結束金具捻転装置とにそれぞれ別々に移動する指令を出す制御装置からなる鉄筋結束機が開示されている。
特許文献２（特開平８−１０９７４４号公報）には、鉄筋を組立てるヤードにレール（８）上を自走する自走式治具台車（１）を設け、その治具台車（１）上に縦筋を配列する縦筋配列手段（２）と横筋を配列する横筋配列手段（３）と鉄筋を結束する鉄筋結束手段（４）と、組立てた鉄筋を建起こす鉄筋建起し手段（６）と建起した鉄筋を保管する鉄筋保管手段（７）とから構成される鉄筋プレファブ自動組立装置が開示されている。
特許文献３（特開２０１６−５３２６５号公報）には、鉄筋結束装置１０は、結束機を有した結束部２０と、結束部２０が取り付けられた架台１１と、架台１１を横方向に移動させる第１移動機構部１３と、結束部２０を、縦方向に移動させる第２移動機構部１４とを有している。結束部２０は、横方向において鉄筋を検出する第１距離センサー、縦方向において鉄筋を検出する第２距離センサーを備えている。そして、鉄筋結束装置１０を組み込んだ配筋結束装置の制御部は、架台１１を横方向に移動させて第１距離センサーが鉄筋を検知した場合に架台１１の移動を停止し、結束部２０を縦方向Ｂ１に移動させる。そして、第２距離センサーが鉄筋を検知した場合には、結束機の結束機構部を作動させて、鉄筋の交差部を結束する鉄筋結束装置が開示されている。
手持ち用の結束機としては、特許文献４（特許第４７４７４５５号公報）、特許文献５（特許第３０１０３５３号公報）など多数の提案がなされている。
本発明は、鉄筋工事に使用できる作業用ロボットを開発することを目的とする。
本発明は、主に次の構成からなる。
１．鉄筋コンクリート製構造物製造用に仕組まれた組鉄筋上を走行する自走型鉄筋作業用ロボットであって、
縦方向移動手段、横方向移動手段と、周囲障害物検知センサー、機体前側鉄筋検知センサーと、作業機取り付け手段とを備えており、
縦方向移動手段は、平行する鉄筋を走行レールとして走行する「Ｖ」字型テーパ付きの駆動車輪を備えていることを特徴とする自走型鉄筋作業用ロボット。
２．横方向移動手段は、平行する鉄筋間隔の１／ｎを単位とするステップ移動であることを特徴とする１．記載の自走型鉄筋作業用ロボット。
３．横方向移動手段は、クローラとすることを特徴とする１．記載の自走型鉄筋作業用ロボット。
４．走行制御として、「走行途中において鉄筋端部センサー又は障害物センサーの検知信号によって走行を停止し、横方向移動手段を作動して他の平行する鉄筋まで移動し、逆方向に走行し、鉄筋端部センサー又は障害物センサーの検知信号によって前進を停止する」ことを基本サイクルとすることを特徴とする１．〜３．のいずれかに記載の自走型鉄筋作業用ロボット。
５．走行が結束と前進の繰り返し走行であることを特徴とする４．記載の自走型鉄筋作業用ロボット。
６．１．〜５．のいずれかに記載の自走型鉄筋作業用ロボットに、１台以上の結束機を搭載したことを特徴とする自走型鉄筋結束ロボット。
７．縦方向の鉄筋と交差する横鉄筋を検知する交差鉄筋検知センサーを備え、
該交差鉄筋検知センサーが横鉄筋を検知した箇所を結束ポイントとして結束することを特徴とする６．記載の自走型鉄筋結束ロボット。
８．縦方向の鉄筋が走行レールであることを特徴とする７．記載の自走型鉄筋結束ロボット。
１．鉄筋コンクリート製構造物製造用に仕組まれた組鉄筋上を走行する自走型鉄筋作業用ロボットであって、
縦方向移動手段、横方向移動手段と、周囲障害物検知センサー、機体前側鉄筋検知センサーと、作業機取り付け手段とを備えており、
縦方向移動手段は、平行する鉄筋を走行レールとして走行する「Ｖ」字型テーパ付きの駆動車輪を備えていることを特徴とする自走型鉄筋作業用ロボット。
２．横方向移動手段は、平行する鉄筋間隔の１／ｎを単位とするステップ移動であることを特徴とする１．記載の自走型鉄筋作業用ロボット。
３．横方向移動手段は、クローラとすることを特徴とする１．記載の自走型鉄筋作業用ロボット。
４．走行制御として、「走行途中において鉄筋端部センサー又は障害物センサーの検知信号によって走行を停止し、横方向移動手段を作動して他の平行する鉄筋まで移動し、逆方向に走行し、鉄筋端部センサー又は障害物センサーの検知信号によって前進を停止する」ことを基本サイクルとすることを特徴とする１．〜３．のいずれかに記載の自走型鉄筋作業用ロボット。
５．走行が結束と前進の繰り返し走行であることを特徴とする４．記載の自走型鉄筋作業用ロボット。
６．１．〜５．のいずれかに記載の自走型鉄筋作業用ロボットに、１台以上の結束機を搭載したことを特徴とする自走型鉄筋結束ロボット。
７．縦方向の鉄筋と交差する横鉄筋を検知する交差鉄筋検知センサーを備え、
該交差鉄筋検知センサーが横鉄筋を検知した箇所を結束ポイントとして結束することを特徴とする６．記載の自走型鉄筋結束ロボット。
８．縦方向の鉄筋が走行レールであることを特徴とする７．記載の自走型鉄筋結束ロボット。
１．鉄筋上を縦横に移動できる自走型の鉄筋作業用ロボットを実現した。
配筋誤差などに伴う鉄筋間隔の変動に対しても追従機構を備えた「Ｖ」字型のテーパ付き車輪によって、鉄筋上を脱輪せずに走行できる縦方向移動手段と他の縦鉄筋へ移動する横移動手段を備えることにより縦横に移動でき、鉄筋端部や障害物を検知した場合停止する機能を備えた、鉄筋エリア内を走行して作業できる自走型の作業用ロボットである。
鉄筋は基本ピッチによって縦横にマス目状に配筋されている。このマス目に沿って移動するので、位置制御の精度が上がり、鉄筋の配筋と走行が連動しているので、作業箇所へのアクセス、作業精度も向上させることができる。
上側の鉄筋を縦鉄筋として、平行する鉄筋を走行用レールとして利用しているので、ピッチ単位で車輪幅を設定でき、１ピッチ幅の走行機体まで小型化・軽量化することができた。これは、女性や高齢者でも建設現場で容易に持ち運びできる軽量・小型とすることができるものである。現在は、労働基準法第６２条第１項、第６４条の３第１項および第２項の規定により、一般女性作業員の継続作業重量制限は２０Ｋｇであり、十分にこの範囲内に収めることができた。
この自走型作業用ロボットは、各種の鉄筋作業の基本機体であり結束機などの作業機器を搭載することにより各種の作業ができる。
２．横移動手段として、ステップ単位を鉄筋ピッチの１／ｎとするステップ移動とすることにより、正確に次の縦鉄筋まで移動することができる。クローラを横移動手段とすることにより、迅速に次の縦鉄筋まで移動できる。あるいは、クローラは一方のみを駆動することにより固定側を軸として回動もできるので、回動や斜め移動も可能となる。
３．作業機として結束機を搭載することにより、自走型の鉄筋結束ロボットを実現した。特に、縦鉄筋上を走行するので、走行用鉄筋を結束対象とすることにより、縦鉄筋の検知は確実である。市販の結束機は結束した結び目が突出しており、これを折り曲げる作業を行うが、本発明では後の車輪が結び目を踏んで折り曲げることができ、結束の後作業もできる。結束機は１台に限らず複数セットして能率を上げることができる。
配筋誤差などに伴う鉄筋間隔の変動に対しても追従機構を備えた「Ｖ」字型のテーパ付き車輪によって、鉄筋上を脱輪せずに走行できる縦方向移動手段と他の縦鉄筋へ移動する横移動手段を備えることにより縦横に移動でき、鉄筋端部や障害物を検知した場合停止する機能を備えた、鉄筋エリア内を走行して作業できる自走型の作業用ロボットである。
鉄筋は基本ピッチによって縦横にマス目状に配筋されている。このマス目に沿って移動するので、位置制御の精度が上がり、鉄筋の配筋と走行が連動しているので、作業箇所へのアクセス、作業精度も向上させることができる。
上側の鉄筋を縦鉄筋として、平行する鉄筋を走行用レールとして利用しているので、ピッチ単位で車輪幅を設定でき、１ピッチ幅の走行機体まで小型化・軽量化することができた。これは、女性や高齢者でも建設現場で容易に持ち運びできる軽量・小型とすることができるものである。現在は、労働基準法第６２条第１項、第６４条の３第１項および第２項の規定により、一般女性作業員の継続作業重量制限は２０Ｋｇであり、十分にこの範囲内に収めることができた。
この自走型作業用ロボットは、各種の鉄筋作業の基本機体であり結束機などの作業機器を搭載することにより各種の作業ができる。
２．横移動手段として、ステップ単位を鉄筋ピッチの１／ｎとするステップ移動とすることにより、正確に次の縦鉄筋まで移動することができる。クローラを横移動手段とすることにより、迅速に次の縦鉄筋まで移動できる。あるいは、クローラは一方のみを駆動することにより固定側を軸として回動もできるので、回動や斜め移動も可能となる。
３．作業機として結束機を搭載することにより、自走型の鉄筋結束ロボットを実現した。特に、縦鉄筋上を走行するので、走行用鉄筋を結束対象とすることにより、縦鉄筋の検知は確実である。市販の結束機は結束した結び目が突出しており、これを折り曲げる作業を行うが、本発明では後の車輪が結び目を踏んで折り曲げることができ、結束の後作業もできる。結束機は１台に限らず複数セットして能率を上げることができる。
本発明は、鉄筋上を自力走行して結束などの各種の作業をするロボットである。
本発明の自走型鉄筋作業用ロボットは、「Ｖ」字型の車輪を備えた縦鉄筋上を移動する手段と横方向に移動する手段を備えて鉄筋エリア内を縦横に移動することができる。そして、鉄筋端部や周囲の障害物を検知するセンサーによって、走行を停止する制御を行い、鉄筋から脱落や障害物に衝突することなく安全に走行と作業をすることができる。
組鉄筋の上部側鉄筋を縦方向として、平行する鉄筋を走行レールとすることにより、マス目状に配筋されている組鉄筋エリアの位置を正確に検知できるので、走行制御および作業箇所の特定が容易かつ誤差が少ない制御ができる。
鉄筋作業として代表的な施工現場は、床スラブの配筋作業である。図１に示すように、超大型の建築物の床面積は数千ｍ２になり、縦横に同じ間隔で並べてマス目状に配筋し、上下の鉄筋を結束する。図１（ａ）に示すスラブに組み込まれる鉄筋は、山形に折り曲げられてトラス状の中間鉄筋とその上部に配筋される上部鉄筋がある。上部鉄筋を取り出すと図１（ｂ）に示すように、縦方向の鉄筋と横方向の鉄筋がマス目状に配置された状態となっており、これを結束する作業が必要になる。本明細書では、このマス目状の配筋を例に取って説明し、マス目を構成する上側の鉄筋を縦方向とし、下側の鉄筋を横方向として説明する。
鉄筋を結束する作業は、長時間腰をかがめて行うこととなり、重労働である。建築物は大型超高層ビル、大型の物流倉庫、運動施設など大面積のフロアを要する建築物が増加しており、本発明は、これらの建設に利用することができる。また、小型軽量であるので、一般建築物の鉄筋作業にも活用することができる。
図２〜１０に本発明の自走型鉄筋作業用ロボットの概略を示す。
本発明の自走型鉄筋作業用ロボットは、「Ｖ」字型の車輪を備えた縦鉄筋上を移動する手段と横方向に移動する手段を備えて鉄筋エリア内を縦横に移動することができる。そして、鉄筋端部や周囲の障害物を検知するセンサーによって、走行を停止する制御を行い、鉄筋から脱落や障害物に衝突することなく安全に走行と作業をすることができる。
組鉄筋の上部側鉄筋を縦方向として、平行する鉄筋を走行レールとすることにより、マス目状に配筋されている組鉄筋エリアの位置を正確に検知できるので、走行制御および作業箇所の特定が容易かつ誤差が少ない制御ができる。
鉄筋作業として代表的な施工現場は、床スラブの配筋作業である。図１に示すように、超大型の建築物の床面積は数千ｍ２になり、縦横に同じ間隔で並べてマス目状に配筋し、上下の鉄筋を結束する。図１（ａ）に示すスラブに組み込まれる鉄筋は、山形に折り曲げられてトラス状の中間鉄筋とその上部に配筋される上部鉄筋がある。上部鉄筋を取り出すと図１（ｂ）に示すように、縦方向の鉄筋と横方向の鉄筋がマス目状に配置された状態となっており、これを結束する作業が必要になる。本明細書では、このマス目状の配筋を例に取って説明し、マス目を構成する上側の鉄筋を縦方向とし、下側の鉄筋を横方向として説明する。
鉄筋を結束する作業は、長時間腰をかがめて行うこととなり、重労働である。建築物は大型超高層ビル、大型の物流倉庫、運動施設など大面積のフロアを要する建築物が増加しており、本発明は、これらの建設に利用することができる。また、小型軽量であるので、一般建築物の鉄筋作業にも活用することができる。
図２〜１０に本発明の自走型鉄筋作業用ロボットの概略を示す。
［ロボットの構造概略］
図２に本発明の自走型鉄筋作業用ロボットＡの概略を示す。
自走型鉄筋作業用ロボットＡは、機体１の前後にそれ駆動する「Ｖ」字型の車輪を備えた縦方向走行装置２と横方向に移動させる横方向移動装置３を備え、さらに前後にセンサー４、制御装置５を備えている。
この自走型鉄筋作業用ロボットＡは、縦横にマス目状に配筋されている上側の縦方向鉄筋３１０の上を車輪が走行するレールに使用する。
図示の例は車輪の中間に縦方向鉄筋が２本あるが、中間鉄筋を置かず隣接して平行する鉄筋を走行用レールとすることができ、最小車輪間隔は鉄筋配筋のピッチ幅である。したがって、この自走型鉄筋作業用ロボットＡの最小サイズは、ピッチ幅とすることができる。
鉄筋平面を構成する鉄筋はＪＩＳ規格で径の大きさが定められており、床スラブの配筋ピッチも１５０ｍｍ、２００ｍｍ、２５０ｍｍ と広く用いられる型が定まっているので、ロボットの最小サイズは１５０ｍｍとなる。また、３種類のピッチに対応できることを想定しても２５０ｍｍのサイズまで小型化、軽量化することができる。十分に２０Ｋｇ以下に収まり、女性でも持ち運びできる。
図２に本発明の自走型鉄筋作業用ロボットＡの概略を示す。
自走型鉄筋作業用ロボットＡは、機体１の前後にそれ駆動する「Ｖ」字型の車輪を備えた縦方向走行装置２と横方向に移動させる横方向移動装置３を備え、さらに前後にセンサー４、制御装置５を備えている。
この自走型鉄筋作業用ロボットＡは、縦横にマス目状に配筋されている上側の縦方向鉄筋３１０の上を車輪が走行するレールに使用する。
図示の例は車輪の中間に縦方向鉄筋が２本あるが、中間鉄筋を置かず隣接して平行する鉄筋を走行用レールとすることができ、最小車輪間隔は鉄筋配筋のピッチ幅である。したがって、この自走型鉄筋作業用ロボットＡの最小サイズは、ピッチ幅とすることができる。
鉄筋平面を構成する鉄筋はＪＩＳ規格で径の大きさが定められており、床スラブの配筋ピッチも１５０ｍｍ、２００ｍｍ、２５０ｍｍ と広く用いられる型が定まっているので、ロボットの最小サイズは１５０ｍｍとなる。また、３種類のピッチに対応できることを想定しても２５０ｍｍのサイズまで小型化、軽量化することができる。十分に２０Ｋｇ以下に収まり、女性でも持ち運びできる。
この自走型鉄筋作業用ロボットＡは、縦方向の移動は縦方向の鉄筋を走行レールとして駆動力を内蔵した車輪で走行し、横方向にはリンクとクランク機構やクローラ機構を利用した横方向移動装置で移動する。前後に設けられたセンサーは鉄筋の端部や障害物を検知する機能を持っており、これらのセンサーの検知によって走行を停止する。横移動して反対方向に走行する場合でも、進行方向前方にセンサーがあるので、前後方向不自由なく移動することができる。
この自走型鉄筋作業用ロボットＡは、マス目状に配筋された縦方向鉄筋３１０と横方向鉄筋３２０を座標として操行制御することができ、位置制御が正確で容易である。
この自走型鉄筋作業用ロボットＡを基本台車として、これに結束機などの各種の作業機を取り付けることにより、マス目状に配筋された鉄筋上で作業箇所に正確にアクセスでき、容易に作業を行うことができる。
この自走型鉄筋作業用ロボットＡは、平行に並べられた鉄筋であれば、走行できるので、建物のフロア用のスラブ鉄筋だけでなく、屋外の平面上に配筋される駐車場や路面、ダムサイト、護岸工事などにも活用できる。
この自走型鉄筋作業用ロボットＡは、マス目状に配筋された縦方向鉄筋３１０と横方向鉄筋３２０を座標として操行制御することができ、位置制御が正確で容易である。
この自走型鉄筋作業用ロボットＡを基本台車として、これに結束機などの各種の作業機を取り付けることにより、マス目状に配筋された鉄筋上で作業箇所に正確にアクセスでき、容易に作業を行うことができる。
この自走型鉄筋作業用ロボットＡは、平行に並べられた鉄筋であれば、走行できるので、建物のフロア用のスラブ鉄筋だけでなく、屋外の平面上に配筋される駐車場や路面、ダムサイト、護岸工事などにも活用できる。
［縦方向移動手段について］
縦方向移動手段は、鉄筋を走行レーンとするので、丸い鉄筋から脱輪しないようにすることと、基本的に鉄筋は真っ直ぐで平行しているが、配置誤差があり、許容誤差の範囲内で鉄筋間隔がばらつき、また鉄筋端部では二本になっているので、これらの状況に十分に対応する車輪を考案する必要がある。
本発明では、車輪方式を採用し、各車輪はサーボモータなどの駆動力を備えた車輪であり、機体の前後に４個設けて、自力走行性能を備えている。
車輪の接地面は「Ｖ」字型のテーパ面として、「Ｖ」の開口幅は鉄筋の配筋許容誤差以上として脱輪を防止している。また、１つの車輪が、二本になっている鉄筋の部分に載ると機体にひねりが生じて、脱輪の危険があるので、車輪は、左右に微小移動可能な微小移動機構を設けて取り付ける。「Ｖ」字テーパとこの微小移動機構を組み合わせによって、車輪がテーパの途中に乗ると、車輪は移動して、「Ｖ」字の谷の部分に鉄筋が接触することとなり、ロボットは脱輪することなく走行することができる。この微調整機構を備えた車輪は、少なくとも左右の一方に設ける。車輪は合成樹脂製や金属製とする。重量や対摩耗性、摩擦性などを考慮して製作する。
なお、「Ｖ」は「Ｕ」も含む。中央部が谷部、その両部にテーパが形成されている形状を「Ｖ」字状と称する。
また、鉄筋のピッチ間隔の変更にあわせて、車輪幅を変更できる機構を備えることによって、各種のピッチ幅に対応できる汎用性を備える。ピッチ間隔に対応する取付け位置を複数設け、取り付ける箇所を選択して車輪を機体に取り付ける。
ピッチ対応の調整機構は、ピッチに応じた取付け位置にピンー穴などの固定手段を設けるほか、ラックーピニオン、ピストンーロッドなどの任意位置固定手段など作業環境に応じて採用することができる。
縦方向移動手段は、鉄筋を走行レーンとするので、丸い鉄筋から脱輪しないようにすることと、基本的に鉄筋は真っ直ぐで平行しているが、配置誤差があり、許容誤差の範囲内で鉄筋間隔がばらつき、また鉄筋端部では二本になっているので、これらの状況に十分に対応する車輪を考案する必要がある。
本発明では、車輪方式を採用し、各車輪はサーボモータなどの駆動力を備えた車輪であり、機体の前後に４個設けて、自力走行性能を備えている。
車輪の接地面は「Ｖ」字型のテーパ面として、「Ｖ」の開口幅は鉄筋の配筋許容誤差以上として脱輪を防止している。また、１つの車輪が、二本になっている鉄筋の部分に載ると機体にひねりが生じて、脱輪の危険があるので、車輪は、左右に微小移動可能な微小移動機構を設けて取り付ける。「Ｖ」字テーパとこの微小移動機構を組み合わせによって、車輪がテーパの途中に乗ると、車輪は移動して、「Ｖ」字の谷の部分に鉄筋が接触することとなり、ロボットは脱輪することなく走行することができる。この微調整機構を備えた車輪は、少なくとも左右の一方に設ける。車輪は合成樹脂製や金属製とする。重量や対摩耗性、摩擦性などを考慮して製作する。
なお、「Ｖ」は「Ｕ」も含む。中央部が谷部、その両部にテーパが形成されている形状を「Ｖ」字状と称する。
また、鉄筋のピッチ間隔の変更にあわせて、車輪幅を変更できる機構を備えることによって、各種のピッチ幅に対応できる汎用性を備える。ピッチ間隔に対応する取付け位置を複数設け、取り付ける箇所を選択して車輪を機体に取り付ける。
ピッチ対応の調整機構は、ピッチに応じた取付け位置にピンー穴などの固定手段を設けるほか、ラックーピニオン、ピストンーロッドなどの任意位置固定手段など作業環境に応じて採用することができる。
（微小間隔調整機構）
バネを利用した微小調整機構の例を図３に示す。
門型の車輪フレーム２４に調整車輪２２が取り付けられており、車輪フレームの横フレーム２５を機体１にスライド可能に取り付けることにより、左右に移動できる構成としている。さらに、横フレームには左右にバネ２６ａ、２６ｂを介装して、車輪を中央位置に安定させる機能を設けている。
図３（ａ）は平常時の状態を示し、調整車輪２２は、「Ｖ」字の谷部で鉄筋３１２ａに接触し、左右のバネが均衡している。図３（ｂ）は、鉄筋３１２ａとは少しずれた鉄筋３１２ｂに変更された状態を示し、このような箇所では、鉄筋３１２ｂと調整車輪２２は傾斜部で接触し、車輪は谷部で鉄筋を受け止める方向に付勢される。図３（ｃ）は、調整車輪２２の谷部が鉄筋３１２ｂに接触する位置に調整移動された状態を示している。バネ２６ｂが縮み、バネ２６ａが伸びた状態となっている。
バネを利用した微小調整機構の例を図３に示す。
門型の車輪フレーム２４に調整車輪２２が取り付けられており、車輪フレームの横フレーム２５を機体１にスライド可能に取り付けることにより、左右に移動できる構成としている。さらに、横フレームには左右にバネ２６ａ、２６ｂを介装して、車輪を中央位置に安定させる機能を設けている。
図３（ａ）は平常時の状態を示し、調整車輪２２は、「Ｖ」字の谷部で鉄筋３１２ａに接触し、左右のバネが均衡している。図３（ｂ）は、鉄筋３１２ａとは少しずれた鉄筋３１２ｂに変更された状態を示し、このような箇所では、鉄筋３１２ｂと調整車輪２２は傾斜部で接触し、車輪は谷部で鉄筋を受け止める方向に付勢される。図３（ｃ）は、調整車輪２２の谷部が鉄筋３１２ｂに接触する位置に調整移動された状態を示している。バネ２６ｂが縮み、バネ２６ａが伸びた状態となっている。
（ピッチ調整機構）
機体に対して取り付け位置を変更可能にしたピッチ調整機構の例を図４に示す。
機体１にリニアガイド２３設け、このリニアガイド２３を介して調整車輪２２を取り付ける。リニアガイド２３には、所定の車輪間隔に対応した取付け箇所が設けられており、それに合わせて調整車輪２２を取り付けることにより、鉄筋ピッチの変更に対応する。
取付け位置は例えば、車輪はスライド可能性取り付け、スライドフレームに穴をあけて、ピンを挿入して車輪の位置を固定するなどの方法がある。また、調整手段としては、ラックとピニオン、ピストン・ロッドなどの手段を採用することができる。
図４（ａ）は横方向鉄筋３２１の上に縦方向鉄筋３１１、３１２がピッチＤａの間隔で平行に配置され、その上にそれぞれ固定車輪２１と調整車輪２２が乗っている状態を示している。図４（ｂ）には、ピッチＤａから縦方向鉄筋３１１と縦方向鉄筋３１３に間隔が狭まり、ピッチＤｂに縮小される場合を示しており、このような場合にはリニアガイド２３に対する調整車輪２２の取付け位置を変更して、対応することができる。
本例では、左右の片方の車輪を固定とし、一方を調整用車輪としているが、両方を調整可能としても問題はない。微小間隔調整機構とピッチ調整機構を同じ調整車輪に持たせることもできるが、別々の車輪とすることもできる。
機体に対して取り付け位置を変更可能にしたピッチ調整機構の例を図４に示す。
機体１にリニアガイド２３設け、このリニアガイド２３を介して調整車輪２２を取り付ける。リニアガイド２３には、所定の車輪間隔に対応した取付け箇所が設けられており、それに合わせて調整車輪２２を取り付けることにより、鉄筋ピッチの変更に対応する。
取付け位置は例えば、車輪はスライド可能性取り付け、スライドフレームに穴をあけて、ピンを挿入して車輪の位置を固定するなどの方法がある。また、調整手段としては、ラックとピニオン、ピストン・ロッドなどの手段を採用することができる。
図４（ａ）は横方向鉄筋３２１の上に縦方向鉄筋３１１、３１２がピッチＤａの間隔で平行に配置され、その上にそれぞれ固定車輪２１と調整車輪２２が乗っている状態を示している。図４（ｂ）には、ピッチＤａから縦方向鉄筋３１１と縦方向鉄筋３１３に間隔が狭まり、ピッチＤｂに縮小される場合を示しており、このような場合にはリニアガイド２３に対する調整車輪２２の取付け位置を変更して、対応することができる。
本例では、左右の片方の車輪を固定とし、一方を調整用車輪としているが、両方を調整可能としても問題はない。微小間隔調整機構とピッチ調整機構を同じ調整車輪に持たせることもできるが、別々の車輪とすることもできる。
この自走型鉄筋作業用ロボットＡは、微小間隔調整機構とピッチ調整機構を備え、駆動する「Ｖ」字型車輪を備えることにより、平行する鉄筋上を脱線することなく走行し、鉄筋ピッチの変更にも対応できる汎用性を備えている。
走行方向は、前後どちらの方向も可能であり、４つの各車輪を制動してコントロールすることができる。
走行方向は、前後どちらの方向も可能であり、４つの各車輪を制動してコントロールすることができる。
［横方向移動手段について］
この自走型鉄筋作業用ロボットＡは、横移動する手段を備えて、自力で次の走行レールとなる縦方向鉄筋まで移動することができる。
横方向鉄筋の上に縦方向鉄筋が載っており、「Ｖ」字型の車輪を縦鉄筋から上方に離すように機体を持ち上げて、横移動することとなる。
持ち上げて移動する手段として、例えば、回転リンク機構とクランクを利用する方法や昇降するクローラ手段を用いることができる。昇降機構を備えたクローラ機構としては、本出願人が先に提案した特許第５５４２０９２号公報に開示されているサブクローラの機構を援用することができる。
この自走型鉄筋作業用ロボットＡは、横移動する手段を備えて、自力で次の走行レールとなる縦方向鉄筋まで移動することができる。
横方向鉄筋の上に縦方向鉄筋が載っており、「Ｖ」字型の車輪を縦鉄筋から上方に離すように機体を持ち上げて、横移動することとなる。
持ち上げて移動する手段として、例えば、回転リンク機構とクランクを利用する方法や昇降するクローラ手段を用いることができる。昇降機構を備えたクローラ機構としては、本出願人が先に提案した特許第５５４２０９２号公報に開示されているサブクローラの機構を援用することができる。
（回転リンク方式横方向移動手段）
回転リンクとクランクを組み合わせた横移動機構である横移動装置３の例を図５に示す。
横移動装置３は、鉄筋に接触するステップバー３２を機体１に取り付けられている駆動軸３６とリンク３４、３５とクランク３３とを介して接続した構造である。リンク３４はステップバー３２から直立して固定されており、回転軸３７を介して回動リンク３５に接続している。回転リンク３５は駆動軸に取り付けられており、駆動軸３６を回転するとステップバー３２は歩行するようにステップ移動するのでこの移動機構を歩行機構３１とする。
回転リンクとクランクを組み合わせた横移動機構である横移動装置３の例を図５に示す。
横移動装置３は、鉄筋に接触するステップバー３２を機体１に取り付けられている駆動軸３６とリンク３４、３５とクランク３３とを介して接続した構造である。リンク３４はステップバー３２から直立して固定されており、回転軸３７を介して回動リンク３５に接続している。回転リンク３５は駆動軸に取り付けられており、駆動軸３６を回転するとステップバー３２は歩行するようにステップ移動するのでこの移動機構を歩行機構３１とする。
図５（ａ）は、ステップバー３２が上方に引き上げられた状態であって、走行中や停止中はこのポジションにある。自力走行する自走型鉄筋作業用ロボットＡは、移動開始期において走行用レールである縦方向鉄筋３１１、３１２に走行用車輪が接地した状態である。この状態から駆動軸３６を回し始めると図５（ｂ）に示すように縦方向鉄筋３１１、３１２、３１３に接地して機体１を持ち上げて、駆動軸３６の回動に伴って機体は移動し、駆動軸が１回転してステップバーが上昇位置に来た時を１サイクルとする。このサイクルをいくつか繰り返して次の走行用の縦方向鉄筋に車輪が接地するまで移動する。この例では、１サイクルの移動距離は５０ｍｍに設定されている。鉄筋ピッチＤａが１００ｍｍなので４回繰り返して隣接する縦方向鉄筋３１２、３１３に走行用の車輪２１、２２が接地するまで４サイクル必要になる。この５０ｍｍサイクルは、標準的な床スラブの鉄筋ピッチである１５０ｍｍ、２００ｍｍ、２５０ｍｍに３、４、５サイクルで対応できる設定である。
［センサー］
センサーは、走行制御用として鉄筋の端部を検知するセンサーと周囲の障害物を検知するセンサーを搭載している。鉄筋は組み合わされて複雑に入り組んでいるので、誤検知しないようにする必要があり、本発明ではレーザーセンサーを使用している。
その他、作業機器に応じて必要なセンサー類を搭載することができる。
鉄筋端部センサーの例を図６に示す。
自走型鉄筋作業用ロボットＡの機体の先端に鉄筋端部検知センサー４１を取付け、鉄筋を探知するレーザー４２を照射する。図５（ａ）に縦方向鉄筋３１１を検知している状態を示している。走行時は常時鉄筋を検知し、鉄筋の端部に至り、鉄筋を検知しないときに非検知として走行を停止する。図５（ｂ）に縦方向鉄筋３１１の鉄筋端部３１１ｅｄを検知して自走型鉄筋作業用ロボットＡが停止した状態を示している。
この鉄筋端部検知センサー４１の取付け箇所は、走行用鉄筋を検知するために、走行車輪の前方で走行用鉄筋の直上に取り付けるのが適している。
センサーは、走行制御用として鉄筋の端部を検知するセンサーと周囲の障害物を検知するセンサーを搭載している。鉄筋は組み合わされて複雑に入り組んでいるので、誤検知しないようにする必要があり、本発明ではレーザーセンサーを使用している。
その他、作業機器に応じて必要なセンサー類を搭載することができる。
鉄筋端部センサーの例を図６に示す。
自走型鉄筋作業用ロボットＡの機体の先端に鉄筋端部検知センサー４１を取付け、鉄筋を探知するレーザー４２を照射する。図５（ａ）に縦方向鉄筋３１１を検知している状態を示している。走行時は常時鉄筋を検知し、鉄筋の端部に至り、鉄筋を検知しないときに非検知として走行を停止する。図５（ｂ）に縦方向鉄筋３１１の鉄筋端部３１１ｅｄを検知して自走型鉄筋作業用ロボットＡが停止した状態を示している。
この鉄筋端部検知センサー４１の取付け箇所は、走行用鉄筋を検知するために、走行車輪の前方で走行用鉄筋の直上に取り付けるのが適している。
自走型鉄筋作業用ロボットＡの周囲にある障害物を検知する障害物センサー設けた例を図７に示す。図示の例は、四隅に機体の斜め側方に向けてレーザーを発信する例であるが、これに限らず、機体側部から前方に向けて発信するレーザーセンサーや、接触式センサーなどを用いることができる。
図７（ａ）は、機体１の四隅に斜め前方及び斜め側方に向けてレーザーを発信する障害物センサーを設けた例である。機体前方の障害物を検知する前方障害物センサー４３ａ、４３ｂ、後方障害物センサー４３ｃ、４３ｄ、及び左側方の障害物を検知する側方障害物センサー４４ａ、４４ｃ、右側方の障害物を検知する側方障害物センサー４４ｂ、４４ｄである。進行方向には障害物３５０が存在することを想定している。
図７（ｂ）は、自走型鉄筋作業用ロボットＡが前進走行して、左側前方の前方障害物センサー４３ａが障害物３５０を検知した状態を示している。この検知信号によって自走型鉄筋作業用ロボットＡは前進を停止する。
この障害物センサーによって、作業員との衝突あるいは物品との衝突を防止でき、安全に走行できる。また、障害物を、作業エリアを規定する目印とすることにより、自走型鉄筋作業用ロボットＡの作業エリアの設定とすることができる。
図７（ａ）は、機体１の四隅に斜め前方及び斜め側方に向けてレーザーを発信する障害物センサーを設けた例である。機体前方の障害物を検知する前方障害物センサー４３ａ、４３ｂ、後方障害物センサー４３ｃ、４３ｄ、及び左側方の障害物を検知する側方障害物センサー４４ａ、４４ｃ、右側方の障害物を検知する側方障害物センサー４４ｂ、４４ｄである。進行方向には障害物３５０が存在することを想定している。
図７（ｂ）は、自走型鉄筋作業用ロボットＡが前進走行して、左側前方の前方障害物センサー４３ａが障害物３５０を検知した状態を示している。この検知信号によって自走型鉄筋作業用ロボットＡは前進を停止する。
この障害物センサーによって、作業員との衝突あるいは物品との衝突を防止でき、安全に走行できる。また、障害物を、作業エリアを規定する目印とすることにより、自走型鉄筋作業用ロボットＡの作業エリアの設定とすることができる。
［走行制御］
自走型鉄筋作業用ロボットＡは、走行する鉄筋端部あるいは障害物を検知して、走行を停止し、横移動し、逆方向に走行することを基本走行制御とする。これを繰り返すことにより、作業エリア内を自走して、結束作業などを全体に行うことができる。
自走型鉄筋作業用ロボットＡの基本的な走行制御について図８に示す。
組鉄筋３００上に障害物３５０及び貫通孔部など鉄筋が配筋されないホール部３６０が存在する組鉄筋３００上を走行することを想定している。
自走型鉄筋作業用ロボットＡが左下隅の位置にあるＡ１１からスタートして、結束など作業をしながら前進し、障害物３５０を障害物センサーが検知して停止した箇所をＡ１２で示し、ここから横移動してＡ１３の位置に至り、逆方向に結束などの作業をしながら進行し、ホール部を鉄筋端部検知センサーが検知して停止した箇所をＡ１４で示している。
自走型鉄筋作業用ロボットＡは、走行する鉄筋端部あるいは障害物を検知して、走行を停止し、横移動し、逆方向に走行することを基本走行制御とする。これを繰り返すことにより、作業エリア内を自走して、結束作業などを全体に行うことができる。
自走型鉄筋作業用ロボットＡの基本的な走行制御について図８に示す。
組鉄筋３００上に障害物３５０及び貫通孔部など鉄筋が配筋されないホール部３６０が存在する組鉄筋３００上を走行することを想定している。
自走型鉄筋作業用ロボットＡが左下隅の位置にあるＡ１１からスタートして、結束など作業をしながら前進し、障害物３５０を障害物センサーが検知して停止した箇所をＡ１２で示し、ここから横移動してＡ１３の位置に至り、逆方向に結束などの作業をしながら進行し、ホール部を鉄筋端部検知センサーが検知して停止した箇所をＡ１４で示している。
［作業機（結束）の例］
自走型鉄筋作業用ロボットＡは、鉄筋上で作業するベース機体として、これに作業機を取り付けることにより、各種の作業を行うことができる。
作業機は着脱自在であって、使用する作業機に応じて、作業機取り付け用の手段は変更されることとなる。
代表的な例として結束機の例を図９、１０に示す。
図９は自走型鉄筋作業用ロボットＡに取り付けた結束機の結束動作を示す図である。
自走型鉄筋作業用ロボットＡの機体に作業機取付け手段７を設置し、この作業機取付け手段７に結束機２００を取付ける。結束機は市販の結束機を用いることができる。
作業機取付け手段７には、結束機２００を操作する回動軸７５と作業機操作アーム７１及び結束機２００の結束アーム２０２を鉄筋に正確にアクセスさせる案内ガイド７２が設けられている。採用した結束機では結束箇所の鉄筋に正確にアクセスするために案内ガイドを斜めに設けている。
結束機２０１は作業機操作アーム７１に取り付けられ、回動軸を駆動して操作アームを案内ガイド７２に沿って操作する。
リンク、斜め案内するガイドを採用することにより、結束機の昇降機構をシンプルでコンパクトにできている。また、鉄筋上を走行するので、結束対象の鉄筋と結束機高さ位置関係は一定であるので、結束に際して結束機の高さ調整を行う必要はない。
自走型鉄筋作業用ロボットＡは、鉄筋上で作業するベース機体として、これに作業機を取り付けることにより、各種の作業を行うことができる。
作業機は着脱自在であって、使用する作業機に応じて、作業機取り付け用の手段は変更されることとなる。
代表的な例として結束機の例を図９、１０に示す。
図９は自走型鉄筋作業用ロボットＡに取り付けた結束機の結束動作を示す図である。
自走型鉄筋作業用ロボットＡの機体に作業機取付け手段７を設置し、この作業機取付け手段７に結束機２００を取付ける。結束機は市販の結束機を用いることができる。
作業機取付け手段７には、結束機２００を操作する回動軸７５と作業機操作アーム７１及び結束機２００の結束アーム２０２を鉄筋に正確にアクセスさせる案内ガイド７２が設けられている。採用した結束機では結束箇所の鉄筋に正確にアクセスするために案内ガイドを斜めに設けている。
結束機２０１は作業機操作アーム７１に取り付けられ、回動軸を駆動して操作アームを案内ガイド７２に沿って操作する。
リンク、斜め案内するガイドを採用することにより、結束機の昇降機構をシンプルでコンパクトにできている。また、鉄筋上を走行するので、結束対象の鉄筋と結束機高さ位置関係は一定であるので、結束に際して結束機の高さ調整を行う必要はない。
図９（ａ）に結束操作を示す。走行用の鉄筋である縦方向鉄筋３１１と横方向鉄筋３２１とを結束する場合を示している。
結束箇所で自走型鉄筋作業用ロボットＡが停止した状態を（１）に示している。この位置から回動軸７５を回転して、折れ曲がるリンク機構を備えた作業機操作アーム７１を操作して案内ガイド７２に沿って結束機２００を鉄筋の交差位置をめがけて下降させる。この下降状態を（２）に示す。結束機２００の結束機本体２０１の先端に設けられた２本の結束アーム２０２の間に鉄筋が入った段階で、トリガー信号を発して、結束用のワイヤ２１０で縦方向鉄筋３１１と横方向鉄筋３２１の交差部を結束する。この状態を（３）に示す。採用した結束機は、結束ポイントの真上から降すと、結束アームに衝突するので、本例ではガイドを斜めにした。
そのまま回転軸を回転、あるいは、逆転して結束機を初期姿勢へ戻す。
採用した結束機は、作業員が手持ちで操作して、鉄筋に押し当ててトリガーを引いて結束動作を行う形式であり、本発明では、トリガーの操作を、信号で行うように改良している。信号は、結束機が案外ガイドの特定位置に来たときに発するように設定するなど適宜、結束できる状態を検知して信号を出すようにする。
結束箇所で自走型鉄筋作業用ロボットＡが停止した状態を（１）に示している。この位置から回動軸７５を回転して、折れ曲がるリンク機構を備えた作業機操作アーム７１を操作して案内ガイド７２に沿って結束機２００を鉄筋の交差位置をめがけて下降させる。この下降状態を（２）に示す。結束機２００の結束機本体２０１の先端に設けられた２本の結束アーム２０２の間に鉄筋が入った段階で、トリガー信号を発して、結束用のワイヤ２１０で縦方向鉄筋３１１と横方向鉄筋３２１の交差部を結束する。この状態を（３）に示す。採用した結束機は、結束ポイントの真上から降すと、結束アームに衝突するので、本例ではガイドを斜めにした。
そのまま回転軸を回転、あるいは、逆転して結束機を初期姿勢へ戻す。
採用した結束機は、作業員が手持ちで操作して、鉄筋に押し当ててトリガーを引いて結束動作を行う形式であり、本発明では、トリガーの操作を、信号で行うように改良している。信号は、結束機が案外ガイドの特定位置に来たときに発するように設定するなど適宜、結束できる状態を検知して信号を出すようにする。
図９（ｂ）に結束箇所に障害物があった場合の回避機構を設けた例を示す。
本例では、作業機操作アーム７１に自由回動する回動軸７５を設け、これに結束機２００の機体本体を回動自由に取り付けることにより、結束機の結束アーム２０２が障害物に当接した場合に、反転して逃げることができるように構成した。なお、回動軸には低負荷の回転抵抗をかけて、結束機がふらつかずに安定するようにすることが好ましい。低負荷なので障害物による反転は可能である。
図９ｂ（１）（２）の状態は図９（ａ）と同じであって、（３）において、下降途中に障害物３５２に結束アーム２０２が当接し、さらに機体が下降を続けると、機体は反転して結束アームの損傷や結束不良を回避する。
本例では、作業機操作アーム７１に自由回動する回動軸７５を設け、これに結束機２００の機体本体を回動自由に取り付けることにより、結束機の結束アーム２０２が障害物に当接した場合に、反転して逃げることができるように構成した。なお、回動軸には低負荷の回転抵抗をかけて、結束機がふらつかずに安定するようにすることが好ましい。低負荷なので障害物による反転は可能である。
図９ｂ（１）（２）の状態は図９（ａ）と同じであって、（３）において、下降途中に障害物３５２に結束アーム２０２が当接し、さらに機体が下降を続けると、機体は反転して結束アームの損傷や結束不良を回避する。
鉄筋の結束箇所を検出について、図１０に示す。
結束する鉄筋は縦方向の鉄筋３１１と横方向の鉄筋３２１の交差部Ｂｐである。本例では、縦方向鉄筋３１１は走行用レールであり、鉄筋端部センサー常時検知されている鉄筋である。走行用レールの鉄筋の左右側に横方向の鉄筋を検知する交差鉄筋検知センサー４５ａ、４５ｂを配置する。交差鉄筋検知センサーは１個でも検知できるが、本例では２個で同時検出することにより、機体に対して正確に横鉄筋があることを確認している。走行にしたがって、交差部に至ると交差鉄筋検知センサーは、横方向に延びる鉄筋３２１を検知し、その位置が交差部Ｂｐとなる。
図１０（ａ）は自走型鉄筋作業用ロボットＡが交差部の手前を走行している状態を示し、（ａ）図（１）は自走型鉄筋作業用ロボットＡの側面図、（２）は平面図を示している。側面視の（１）では機体１の前方に鉄筋端部検知センサー４１（図６参照）が走行用レールである縦方向の鉄筋３１１を検知している状態を示し、平面視の（２）では機体の中間で縦方向鉄筋３２１の上に２つの交差鉄筋検知センサー４５ａ、４５ｂが配置されている状態を示している。
図１０（ｂ）は自走型鉄筋作業用ロボットＡが交差部Ｂｐに至った状態を示している。この場所では、交差鉄筋検知センサー４５ａ、４５ｂが横方向の鉄筋３２１を検知し、交差部であることを認知して、自走型鉄筋作業用ロボットＡは停止し、結束機を操作して結束を行うこととなる。結束終了後自走型鉄筋作業用ロボットＡは、前進する。
結束機の場合、結束と前進を繰り返すので、速い走行スピードは不要であり、交差部検知あるいは鉄筋端部を検知しても十分に停止できる程度の速度である。
結束する鉄筋は縦方向の鉄筋３１１と横方向の鉄筋３２１の交差部Ｂｐである。本例では、縦方向鉄筋３１１は走行用レールであり、鉄筋端部センサー常時検知されている鉄筋である。走行用レールの鉄筋の左右側に横方向の鉄筋を検知する交差鉄筋検知センサー４５ａ、４５ｂを配置する。交差鉄筋検知センサーは１個でも検知できるが、本例では２個で同時検出することにより、機体に対して正確に横鉄筋があることを確認している。走行にしたがって、交差部に至ると交差鉄筋検知センサーは、横方向に延びる鉄筋３２１を検知し、その位置が交差部Ｂｐとなる。
図１０（ａ）は自走型鉄筋作業用ロボットＡが交差部の手前を走行している状態を示し、（ａ）図（１）は自走型鉄筋作業用ロボットＡの側面図、（２）は平面図を示している。側面視の（１）では機体１の前方に鉄筋端部検知センサー４１（図６参照）が走行用レールである縦方向の鉄筋３１１を検知している状態を示し、平面視の（２）では機体の中間で縦方向鉄筋３２１の上に２つの交差鉄筋検知センサー４５ａ、４５ｂが配置されている状態を示している。
図１０（ｂ）は自走型鉄筋作業用ロボットＡが交差部Ｂｐに至った状態を示している。この場所では、交差鉄筋検知センサー４５ａ、４５ｂが横方向の鉄筋３２１を検知し、交差部であることを認知して、自走型鉄筋作業用ロボットＡは停止し、結束機を操作して結束を行うこととなる。結束終了後自走型鉄筋作業用ロボットＡは、前進する。
結束機の場合、結束と前進を繰り返すので、速い走行スピードは不要であり、交差部検知あるいは鉄筋端部を検知しても十分に停止できる程度の速度である。
自走型鉄筋作業用ロボットＡに結束機を搭載した自走型鉄筋結束ロボットの例を図１１から２１に示す。本実施例は、マックス社製結束機リバータイヤ（登録商標）を利用して、自走型鉄筋結束ロボットＡ１０を構成した。自走型鉄筋結束ロボット１０Ａの実証モデルの写真を図１９、２０に示す。
図１１から図１３に自走型鉄筋結束ロボットＡ１０の全体図を示す。
自走型鉄筋結束ロボットＡ１０は、機体１１０の前後にそれ駆動する「Ｖ」字型の車輪を備えた縦方向走行装置１２０と横方向に移動させる横方向移動装置１３０を備え、さらに縦方向走行装置１２０の先端に鉄筋端部検知センサー１４１、前後の隅部と側面にそれぞれ障害物検知センサーである前方障害物センサー１４３、側方障害物センサー１４４を設け、制御装置１５０を備えている。
この自走型鉄筋作業用ロボットＡ１０は、縦横にマス目状に配筋されている組鉄筋３００の上側の縦方向鉄筋３１０の上を車輪が走行するレールに使用する。鉄筋はＤ１３（径１３ｍｍ）とＤ１０（径１０ｍｍ）である。ただし、本実施例では、Ｄ１０〜Ｄ１６まで対応できることは、確認されている。
図示の例は車輪が隣接して平行する鉄筋を走行用レールとする例であり、機体１００の両サイドの設けたサイドフレーム１１５も含めて、ほぼ鉄筋３ピッチの大きさである。
この鉄筋ピッチを標準的な２００ｍｍとすると、車輪の間隔は１ピッチであり、サイドフレームを入れても自走型鉄筋結束ロボットＡ１０は６００ｍｍ角の大きさにまとまっており、重量も２０Ｋｇ以下にすることができており、十分に、両手で抱えて、持ち運びできる大きさである。
図１１から図１３に自走型鉄筋結束ロボットＡ１０の全体図を示す。
自走型鉄筋結束ロボットＡ１０は、機体１１０の前後にそれ駆動する「Ｖ」字型の車輪を備えた縦方向走行装置１２０と横方向に移動させる横方向移動装置１３０を備え、さらに縦方向走行装置１２０の先端に鉄筋端部検知センサー１４１、前後の隅部と側面にそれぞれ障害物検知センサーである前方障害物センサー１４３、側方障害物センサー１４４を設け、制御装置１５０を備えている。
この自走型鉄筋作業用ロボットＡ１０は、縦横にマス目状に配筋されている組鉄筋３００の上側の縦方向鉄筋３１０の上を車輪が走行するレールに使用する。鉄筋はＤ１３（径１３ｍｍ）とＤ１０（径１０ｍｍ）である。ただし、本実施例では、Ｄ１０〜Ｄ１６まで対応できることは、確認されている。
図示の例は車輪が隣接して平行する鉄筋を走行用レールとする例であり、機体１００の両サイドの設けたサイドフレーム１１５も含めて、ほぼ鉄筋３ピッチの大きさである。
この鉄筋ピッチを標準的な２００ｍｍとすると、車輪の間隔は１ピッチであり、サイドフレームを入れても自走型鉄筋結束ロボットＡ１０は６００ｍｍ角の大きさにまとまっており、重量も２０Ｋｇ以下にすることができており、十分に、両手で抱えて、持ち運びできる大きさである。
自走型鉄筋結束ロボットＡ１０の平面構成（図１１参照）は次のとおりである。
機体１１０は、機体本体１１１の両脇にサイドフレーム１１５を備え、機体本体１１１の前方と後方の下面に縦方向鉄筋３１１と３１２の直上に位置する箇所に車輪１２１、１２２を備えた縦方向走行装置１２０が取り付けられ、この走行装置の１２０の内側に横方向移動装置１３０が取り付けられている。機体本体１１１は、一部を切り欠いた方形であり、この切欠き部から結束機が結束部にアクセスできるようにしている。機体本体の形状は、作業機などに応じて、変更できる。
縦方向走行装置１２０の先端に鉄筋端部検知センサー１４１が設置され、サイドフレーム１１５の前端には前方障害物センサー１４３、中間には側方障害物センサー１４４が設置されている。機体の中間には交差鉄筋検知センサー１４５が設置されている。
機体本体１１１の上面には、アンテナ１４６、全方位センサー１４７、制御装置１５０、作業機取付け装置１７０、バッテリーＬｉＰｗ、結束機２００、カメラ２４０など必要とする機器が設置されている。なお、これらの機器は、必要に応じて設置されるものである。
機体１１０は、機体本体１１１の両脇にサイドフレーム１１５を備え、機体本体１１１の前方と後方の下面に縦方向鉄筋３１１と３１２の直上に位置する箇所に車輪１２１、１２２を備えた縦方向走行装置１２０が取り付けられ、この走行装置の１２０の内側に横方向移動装置１３０が取り付けられている。機体本体１１１は、一部を切り欠いた方形であり、この切欠き部から結束機が結束部にアクセスできるようにしている。機体本体の形状は、作業機などに応じて、変更できる。
縦方向走行装置１２０の先端に鉄筋端部検知センサー１４１が設置され、サイドフレーム１１５の前端には前方障害物センサー１４３、中間には側方障害物センサー１４４が設置されている。機体の中間には交差鉄筋検知センサー１４５が設置されている。
機体本体１１１の上面には、アンテナ１４６、全方位センサー１４７、制御装置１５０、作業機取付け装置１７０、バッテリーＬｉＰｗ、結束機２００、カメラ２４０など必要とする機器が設置されている。なお、これらの機器は、必要に応じて設置されるものである。
図１２に自走型鉄筋結束ロボットＡ１０の正面視を示す。
機体本体１１１は、機体フレーム１１２を備え、機体フレーム１１２の下部に接地バー１１６、サイドに取付け部材１４９を介してサイドフレーム１１５を備えている。
機体フレーム１１２の前面には、隣接する縦方向鉄筋３１１と縦方向鉄筋３１２に設置する固定車輪１２１と調整車輪１２２を有する縦方向走行装置１２０が設置され、縦方向走行装置の先端に鉄筋端部検知センサー１４１が設けられ、縦方向走行装置１２０の奥には駆動軸３６とクランク３３、ステップバー１３２を備えた横方向移動装置１３０が取り付けられている。
機体フレーム１１２の上面には、バッテリーＬｉＰｗ、結束機２００、アンテナ１４６、作業機操作アーム１７１と案内ガイド１７２を備えた作業機取付装置１７０が、取り付けられている。
サイドフレーム１１５の先端には前方障害物センサー１４３、側方障害物センサー１４４が設置されている。
機体本体１１１は、機体フレーム１１２を備え、機体フレーム１１２の下部に接地バー１１６、サイドに取付け部材１４９を介してサイドフレーム１１５を備えている。
機体フレーム１１２の前面には、隣接する縦方向鉄筋３１１と縦方向鉄筋３１２に設置する固定車輪１２１と調整車輪１２２を有する縦方向走行装置１２０が設置され、縦方向走行装置の先端に鉄筋端部検知センサー１４１が設けられ、縦方向走行装置１２０の奥には駆動軸３６とクランク３３、ステップバー１３２を備えた横方向移動装置１３０が取り付けられている。
機体フレーム１１２の上面には、バッテリーＬｉＰｗ、結束機２００、アンテナ１４６、作業機操作アーム１７１と案内ガイド１７２を備えた作業機取付装置１７０が、取り付けられている。
サイドフレーム１１５の先端には前方障害物センサー１４３、側方障害物センサー１４４が設置されている。
図１３に自走型鉄筋結束ロボットＡ１０の側面視を示す。
機体本体１１１は、フレームからなる機体フレーム１１２を備え、機体フレーム１１２の前面には一部屈曲部を備えたサイドフレーム１１５を備えている。
機体フレーム１１２の前後には先端に鉄筋端部検知センサー１４１が取り付けられた縦方向走行装置１２０が設置され、その内側に横方向移動装置１３０が設けられている。また、サイドフレーム１１５の先端には前方障害物センサー１４３が設置され、中間部には側方障害物センサー１４４が設置されている。
機体本体１１１の上面にはバッテリーＬｉＰｗ、結束機２００、全方位センサー１４７、カメラ２４０、作業機取付装置１７０が、取り付けられている。
バッテリーは充電式であって、着脱式とし、交換・補充可能とすることにより、長時間の連続使用が可能となる。また、バッテリーやカメラは分離して、持ち運びすることにより、一層ロボット本体を軽量化することができる。
機体本体１１１は、フレームからなる機体フレーム１１２を備え、機体フレーム１１２の前面には一部屈曲部を備えたサイドフレーム１１５を備えている。
機体フレーム１１２の前後には先端に鉄筋端部検知センサー１４１が取り付けられた縦方向走行装置１２０が設置され、その内側に横方向移動装置１３０が設けられている。また、サイドフレーム１１５の先端には前方障害物センサー１４３が設置され、中間部には側方障害物センサー１４４が設置されている。
機体本体１１１の上面にはバッテリーＬｉＰｗ、結束機２００、全方位センサー１４７、カメラ２４０、作業機取付装置１７０が、取り付けられている。
バッテリーは充電式であって、着脱式とし、交換・補充可能とすることにより、長時間の連続使用が可能となる。また、バッテリーやカメラは分離して、持ち運びすることにより、一層ロボット本体を軽量化することができる。
［縦方向移動手段について］
本実施例は、縦方向移動手段である縦方向移動装置１２０を備え、接地面は「Ｖ」字型のテーパ面とする鼓型の車輪１２１とこの車輪を鉄筋ピッチに合わせて調整するピッチ調整機構、配筋される鉄筋の間隔誤差などに車輪が追従する微小間隔調整機構を備えている。本実施例では、縦鉄筋はＤ１０（径１０ｍｍ）であり、その配筋誤差は左右に鉄筋の直径分を見込み、２０ｍｍとして、調整代をその倍の４０ｍｍに設定した。本例では、左右の片方を固定した固定縦方向移動装置１２０ａ、他方を調整縦方向移動装置１２０ｂとしている。
本実施例は、縦方向移動手段である縦方向移動装置１２０を備え、接地面は「Ｖ」字型のテーパ面とする鼓型の車輪１２１とこの車輪を鉄筋ピッチに合わせて調整するピッチ調整機構、配筋される鉄筋の間隔誤差などに車輪が追従する微小間隔調整機構を備えている。本実施例では、縦鉄筋はＤ１０（径１０ｍｍ）であり、その配筋誤差は左右に鉄筋の直径分を見込み、２０ｍｍとして、調整代をその倍の４０ｍｍに設定した。本例では、左右の片方を固定した固定縦方向移動装置１２０ａ、他方を調整縦方向移動装置１２０ｂとしている。
（車輪の構成）
調整用車輪の調整構成が図１６に示されている。この図に記載の車輪を参照して、調整縦方向移動装置１２０ｂの構成について、説明する。調整車輪１２２は門型フレーム１２４に軸支されている。
車輪は鼓型の調整車輪１２２であって、外面は「Ｖ」字型のテーパ部１２７であり、ドライブモーター１２８で駆動される。テーパ部１２７は、中央の谷部である接地部１２７ａ、その外側の傾斜部がガイド部１２７ｂを構成する。「Ｖ」字型のテーパ部１２７は、中央部の谷部の接地部１２７ａは鉄筋に接地して通常走行する部分であり、耐摩耗性のある樹脂で形成し、傾斜部は滑りやすい樹脂素材で形成している。
鉄筋は通常節が設けられており、表面が凸凹しているので、節部でも滑らずに乗り越えることが求められる。本自走型鉄筋結束ロボットＡ１０は、小型軽量であるので、大きな径の車輪を使うことができないので、スリップせずに乗り越えられる素材を選択する。例えば、ＭＣナイロン、ＡＢＳ樹脂やウレタンなどを用いる。
この車輪は、門型フレーム１２４に取り付けられている。そして、車輪フレームには、サーボモータを採用した車輪駆動用のドライブモーター１２８が取り付けられている。
鉄筋幅が変動すると、車輪の傾斜部と鉄筋が接触することなり、この状態が続くとこの接触部の回転スピードが谷部より速いので、左右や前後の車輪とスピード差が生じ、脱線の危険が生ずる。これを避けてスリップした方が、安全性が高くなる。また、車輪は微調整機構によって、谷部で受けるようにスライドする。ガイド部１２７ｂは、このスライドを素早く円滑に行うために滑り性の高い素材を採用した。
本例では、前後左右に４つの車輪が配置されており、調整用の車輪は片側の２つの車輪としている。左右とも調整用車輪とすることもできる。
調整用車輪の調整構成が図１６に示されている。この図に記載の車輪を参照して、調整縦方向移動装置１２０ｂの構成について、説明する。調整車輪１２２は門型フレーム１２４に軸支されている。
車輪は鼓型の調整車輪１２２であって、外面は「Ｖ」字型のテーパ部１２７であり、ドライブモーター１２８で駆動される。テーパ部１２７は、中央の谷部である接地部１２７ａ、その外側の傾斜部がガイド部１２７ｂを構成する。「Ｖ」字型のテーパ部１２７は、中央部の谷部の接地部１２７ａは鉄筋に接地して通常走行する部分であり、耐摩耗性のある樹脂で形成し、傾斜部は滑りやすい樹脂素材で形成している。
鉄筋は通常節が設けられており、表面が凸凹しているので、節部でも滑らずに乗り越えることが求められる。本自走型鉄筋結束ロボットＡ１０は、小型軽量であるので、大きな径の車輪を使うことができないので、スリップせずに乗り越えられる素材を選択する。例えば、ＭＣナイロン、ＡＢＳ樹脂やウレタンなどを用いる。
この車輪は、門型フレーム１２４に取り付けられている。そして、車輪フレームには、サーボモータを採用した車輪駆動用のドライブモーター１２８が取り付けられている。
鉄筋幅が変動すると、車輪の傾斜部と鉄筋が接触することなり、この状態が続くとこの接触部の回転スピードが谷部より速いので、左右や前後の車輪とスピード差が生じ、脱線の危険が生ずる。これを避けてスリップした方が、安全性が高くなる。また、車輪は微調整機構によって、谷部で受けるようにスライドする。ガイド部１２７ｂは、このスライドを素早く円滑に行うために滑り性の高い素材を採用した。
本例では、前後左右に４つの車輪が配置されており、調整用の車輪は片側の２つの車輪としている。左右とも調整用車輪とすることもできる。
図１８に配筋誤差などにより鉄筋間隔が変化した場合に、調整例を図１８に示す。
図１８（ａ）は、鉄筋間隔が狭くなって、両方の車輪の最大径部分が鉄筋に接地するような状態を示している。この状態が続くと、調整用車輪の微調整機構が働き、図１８（ｂ）に示すように車輪間隔が開き始めガイド部１２７ｂをスライドしていき、図１８（ｃ）に示すように接地部１２７ａで鉄筋に接地するようになる。
図１８（ａ）は、鉄筋間隔が狭くなって、両方の車輪の最大径部分が鉄筋に接地するような状態を示している。この状態が続くと、調整用車輪の微調整機構が働き、図１８（ｂ）に示すように車輪間隔が開き始めガイド部１２７ｂをスライドしていき、図１８（ｃ）に示すように接地部１２７ａで鉄筋に接地するようになる。
（調整縦方向移動装置）
調整縦方向移動装置２００ｂは、微調整機構とピッチ調整機構を備えている。
なお、微調整機構とピッチ調整機構を別々の車輪に備えることもできる。すなわち、左右一方が微調整機構を備え、他方がピッチ調整機構を備えるように構成することもできる。あるいは、双方とも微調整機構とピッチ調整機構を備えることもできる。
本例は、微調整機構を備えた移動装置にさらにピッチ調整機構を加えている。
調整縦方向移動装置２００ｂは、微調整機構とピッチ調整機構を備えている。
なお、微調整機構とピッチ調整機構を別々の車輪に備えることもできる。すなわち、左右一方が微調整機構を備え、他方がピッチ調整機構を備えるように構成することもできる。あるいは、双方とも微調整機構とピッチ調整機構を備えることもできる。
本例は、微調整機構を備えた移動装置にさらにピッチ調整機構を加えている。
（微調整機構）
微調整機構は、門型フレーム１２４を機体側にスライド可能に取り付けて左右に移動可能にするのが基本構成である。この基本構成により、車輪のガイド面に鉄筋が乗り上げた場合に谷部に滑り落ちるように移動して、車輪の中央部が走行用鉄筋と当接する。
本実施例では、さらに、バネ１２６を介装して通常走行では中央位置に安定するように付勢している。このバネの強さは、車輪のガイド部で滑り落ちるより、小さな力に設定する。
本例の構造は、吊りレールと外吊りレールに垂下するように取り付けた門型フレーム１２４と門型フレームにスライド可能に取り付けたピン受部材１６１を備えており、機体側にはピッチ固定部材１１８が設けてある。ピン受部材１６１は、バネ１２６を取り付けるバネ軸１２６ｃが貫通しており、バネは左右に２分されて右バネ１２６ａ、左バネ１２６ｂとなっている。この門型フレーム側ピン受部材１６１と機体側のピッチ固定部材１１８に調整ピン１２９を差し込まれて、ピン受部材１６１は固定される。これによって、門型フレーム１２４は、通常は左右のバネの均衡した位置に付勢されることになる。
図１６は、微調整の間隔を左右２０ｍｍとした例が示されており、本来は調整ピン１２９が固定で、門型フレーム１２４が左右動するが、相対移動なので、わかり易いように調整ピン１２９を仮想的に移動するように表している、右に移動した場合を調整ピン１２９Ｒとし、左に移動した場合は１２９Ｌで表している。ただし、実際には、門型フレーム１２４は逆移動状態になる。
調整車輪１２２が微調整機構により左右動する状態は、図１５に示されている。
微調整機構は、門型フレーム１２４を機体側にスライド可能に取り付けて左右に移動可能にするのが基本構成である。この基本構成により、車輪のガイド面に鉄筋が乗り上げた場合に谷部に滑り落ちるように移動して、車輪の中央部が走行用鉄筋と当接する。
本実施例では、さらに、バネ１２６を介装して通常走行では中央位置に安定するように付勢している。このバネの強さは、車輪のガイド部で滑り落ちるより、小さな力に設定する。
本例の構造は、吊りレールと外吊りレールに垂下するように取り付けた門型フレーム１２４と門型フレームにスライド可能に取り付けたピン受部材１６１を備えており、機体側にはピッチ固定部材１１８が設けてある。ピン受部材１６１は、バネ１２６を取り付けるバネ軸１２６ｃが貫通しており、バネは左右に２分されて右バネ１２６ａ、左バネ１２６ｂとなっている。この門型フレーム側ピン受部材１６１と機体側のピッチ固定部材１１８に調整ピン１２９を差し込まれて、ピン受部材１６１は固定される。これによって、門型フレーム１２４は、通常は左右のバネの均衡した位置に付勢されることになる。
図１６は、微調整の間隔を左右２０ｍｍとした例が示されており、本来は調整ピン１２９が固定で、門型フレーム１２４が左右動するが、相対移動なので、わかり易いように調整ピン１２９を仮想的に移動するように表している、右に移動した場合を調整ピン１２９Ｒとし、左に移動した場合は１２９Ｌで表している。ただし、実際には、門型フレーム１２４は逆移動状態になる。
調整車輪１２２が微調整機構により左右動する状態は、図１５に示されている。
（ピッチ調整機構）
ピッチ調整機構は図１４、図１１を参照する。
本実施例では、機体フレーム１１２からピッチ固定部材１１８を三つ突出して設け（図１１参照）、それぞれ、ピッチ幅１５０ｍｍ、２００ｍｍ、２５０ｍｍとなる位置にピッチ固定部材１１８ａ、ピッチ固定部材１１８ｂ、ピッチ固定部材１１８ｃを設けている。
このピッチ固定部材１１８には、貫通孔が設けられており、調整ピン１２９を差し込むことができるようになっている。
また、機体本体１１２にはピッチ固定部材１１８の下側に車輪の門型フレームと係合する吊りレールが設けられておいる。車輪の門型フレーム１２４には機体本体側の吊りレールに係合する懸下部材が設けられている。この吊りレールと懸下部材を係合して門型フレームは左右にスライドすることができる。この吊りレールはピッチ固定部材１１８ｂ、ピッチ固定部材１１８ｃの三つの固定部材それぞれに設けてある。
門型フレーム１２４には上部中央にピン受部材１６１をスライド可能に取り付けてある。ピン受部材１６１には、調整ピン１２９を差し込むことができる穴があいている。
ピッチ調整は、ピッチ固定部材１１８ｂ、ピッチ固定部材１１８ｃのいずれかの１つに対応する吊りレールに門型フレーム１２４の懸下部材を係合し、ピッチ固定部材の穴とピン受部材１６１の穴の位置を合わせて、調整ピン１２９を差し込んで、接続する。
この接続関係により、上記した微調整機構を備えた門型フレームは、鉄筋ピッチに合わせた箇所で微調整可能に取り付けられている。
これによって、ピッチ固定部材１１８とピン受部材１６１の位置は調整ピンによって固定され、門型フレーム１２４は微調整に左右動でき、バネ１２６の作用により中央に付勢されている。
ピッチ調整機構は図１４、図１１を参照する。
本実施例では、機体フレーム１１２からピッチ固定部材１１８を三つ突出して設け（図１１参照）、それぞれ、ピッチ幅１５０ｍｍ、２００ｍｍ、２５０ｍｍとなる位置にピッチ固定部材１１８ａ、ピッチ固定部材１１８ｂ、ピッチ固定部材１１８ｃを設けている。
このピッチ固定部材１１８には、貫通孔が設けられており、調整ピン１２９を差し込むことができるようになっている。
また、機体本体１１２にはピッチ固定部材１１８の下側に車輪の門型フレームと係合する吊りレールが設けられておいる。車輪の門型フレーム１２４には機体本体側の吊りレールに係合する懸下部材が設けられている。この吊りレールと懸下部材を係合して門型フレームは左右にスライドすることができる。この吊りレールはピッチ固定部材１１８ｂ、ピッチ固定部材１１８ｃの三つの固定部材それぞれに設けてある。
門型フレーム１２４には上部中央にピン受部材１６１をスライド可能に取り付けてある。ピン受部材１６１には、調整ピン１２９を差し込むことができる穴があいている。
ピッチ調整は、ピッチ固定部材１１８ｂ、ピッチ固定部材１１８ｃのいずれかの１つに対応する吊りレールに門型フレーム１２４の懸下部材を係合し、ピッチ固定部材の穴とピン受部材１６１の穴の位置を合わせて、調整ピン１２９を差し込んで、接続する。
この接続関係により、上記した微調整機構を備えた門型フレームは、鉄筋ピッチに合わせた箇所で微調整可能に取り付けられている。
これによって、ピッチ固定部材１１８とピン受部材１６１の位置は調整ピンによって固定され、門型フレーム１２４は微調整に左右動でき、バネ１２６の作用により中央に付勢されている。
［横方向移動手段について］
横移動手段の例が図１７に記載されている。図１７はステップバーを引き上げている状態が実線で、ステップバーを下方に降ろしている途中の状態を一点鎖線で示している。
横移動装置１３０は、鉄筋に接触するステップバー１３２を機体フレーム１１１に取り付けられている駆動軸１３６とリンク１３４、１３５（図１２、図１３参照）で形成されるクランク１３３とを介して接続した構造である。リンク１３４はステップバー１３２から直立して固定されており、回転軸１３７を介して回動リンク１３５に接続している。回転リンク１３５は駆動軸に取り付けられていて、駆動軸１３６を回転するとステップバー１３２は歩行するようにステップ移動する。
横移動手段の例が図１７に記載されている。図１７はステップバーを引き上げている状態が実線で、ステップバーを下方に降ろしている途中の状態を一点鎖線で示している。
横移動装置１３０は、鉄筋に接触するステップバー１３２を機体フレーム１１１に取り付けられている駆動軸１３６とリンク１３４、１３５（図１２、図１３参照）で形成されるクランク１３３とを介して接続した構造である。リンク１３４はステップバー１３２から直立して固定されており、回転軸１３７を介して回動リンク１３５に接続している。回転リンク１３５は駆動軸に取り付けられていて、駆動軸１３６を回転するとステップバー１３２は歩行するようにステップ移動する。
自走型鉄筋結束ロボットＡ１０は、駆動軸１３６の回転に従って、クランク１３３の機能により、ステップバー１３２は鉄筋に接地し、機体を持ち上げて移動させ、駆動軸の回転にしたがって、ステップバー１３２は鉄筋から離れ、上昇位置に戻る。駆動軸が１回転してステップバーが下降して元の上昇位置に来た時を１サイクルとする。サイクル途中でステップバーが上昇している間は接地バー１１６が設置している。このサイクルをいくつか繰り返して次の走行用の縦方向鉄筋に車輪が接地するまで移動する。この例では、１サイクルの移動距離は５０ｍｍに設定されており、３サイクルで１５０ｍｍの鉄筋ピッチに、４サイクルで２００ｍｍピッチに、５サイクルで２５０ｍｍピッチに対応できる。
［鉄筋結束］
実施例の結束機については図１１、１２、１３、１４を参照できる。
結束機２００は、市販の結束機（マックス社製 リバータイヤ（登録商標））を改良してトリガー機能を制御するように取り付けている。
結束機２００は、機体本体１１１を切り欠いた部分に臨むように作業機取付け装置１７０に取り付けてある。
作業機取付け装置１７０は、取付けブロック１７９を機体本体に固定し、この取り付けブロック１７９に駆動する回動軸１７５を設け、作業機操作アーム１７１及び結束機２００の結束アーム２０２を鉄筋に正確にアクセスさせる案内ガイド１７２が設けている。案内ガイド１７２は、結束箇所の鉄筋に正確にアクセスするために斜めに設けている。
結束機２０１は作業機操作アーム１７１に取り付けられ、回動軸１７５で操作アームを案内ガイド７２に沿って操作する。
実施例の結束機については図１１、１２、１３、１４を参照できる。
結束機２００は、市販の結束機（マックス社製 リバータイヤ（登録商標））を改良してトリガー機能を制御するように取り付けている。
結束機２００は、機体本体１１１を切り欠いた部分に臨むように作業機取付け装置１７０に取り付けてある。
作業機取付け装置１７０は、取付けブロック１７９を機体本体に固定し、この取り付けブロック１７９に駆動する回動軸１７５を設け、作業機操作アーム１７１及び結束機２００の結束アーム２０２を鉄筋に正確にアクセスさせる案内ガイド１７２が設けている。案内ガイド１７２は、結束箇所の鉄筋に正確にアクセスするために斜めに設けている。
結束機２０１は作業機操作アーム１７１に取り付けられ、回動軸１７５で操作アームを案内ガイド７２に沿って操作する。
結束箇所は、例えば図１１では縦方向鉄筋と横方向鉄筋の交差部である。結束機２００は、斜め上方に位置しており、このポジションから案内ガイドに従って斜めに下降し、鉄筋交差部を２本の結束アーム２０２の間に挟み込み、トリガー信号を出して、結束ワイヤを繰り出して、結束動作を行って上昇する。
結束した状態を図２２ａに示す。結束直後は、捻られた結束ワイヤが直立している状態となっている。結束終了後自走型鉄筋結束ロボットＡ１０を前進させると後ろの車輪がこの直立ワイヤを押しつぶして曲げることとなる。押しつぶして曲げられた状態を図２２ｂに示す。この曲げ動作は、ワイヤが飛び出ないように職人も行うことと同様に、本実施例でも実現できた。
結束機を複数設ける場合は、結束ワイヤを押し曲げ操作をする車輪も設けることとなる。この押し曲げ用車輪は、駆動する必要はない。
結束した状態を図２２ａに示す。結束直後は、捻られた結束ワイヤが直立している状態となっている。結束終了後自走型鉄筋結束ロボットＡ１０を前進させると後ろの車輪がこの直立ワイヤを押しつぶして曲げることとなる。押しつぶして曲げられた状態を図２２ｂに示す。この曲げ動作は、ワイヤが飛び出ないように職人も行うことと同様に、本実施例でも実現できた。
結束機を複数設ける場合は、結束ワイヤを押し曲げ操作をする車輪も設けることとなる。この押し曲げ用車輪は、駆動する必要はない。
Ａ ：自走型鉄筋作業用ロボット
Ａ１０ ：自走型鉄筋結束ロボット
Ｂｐ ：交差部
Ｄａ ：ピッチ
Ｄｂ ：ピッチ
ＬｉＰｗ ：バッテリー
１ ：機体
１０ ：自走型鉄筋結束ロボット
２ ：縦方向走行装置
２１ ：固定車輪
２２ ：調整車輪
２３ ：リニアガイド
２４ ：車輪フレーム
２５ ：横フレーム
２６ａ ：バネ
２６ｂ ：バネ
３ ：横移動装置
３１ ：歩行機構
３２ ：ステップバー
３３ ：クランク
３４ ：リンク
３５ ：回動リンク
３６ ：駆動軸
３７ ：回転軸
４ ：センサー
４１ ：鉄筋端部検知センサー
４２ ：レーザー
４３ａ ：前方障害物センサー
４３ｂ ：前方障害物センサー
４３ｃ ：後方障害物センサー
４３ｄ ：後方障害物センサー
４４ａ ：側方障害物センサー
４４ｂ ：側方障害物センサー
４４ｃ ：側方障害物センサー
４４ｄ ：側方障害物センサー
４５ａ ：交差鉄筋検知センサー
４５ｂ ：交差鉄筋検知センサー
５ ：制御装置
７ ：作業機取付け手段
７１ ：作業機操作アーム
７２ ：案内ガイド
７５ ：回動軸
１１０ ：機体
１１１ ：機体本体
１１２ ：機体フレーム
１１５ ：サイドフレーム
１１６ ：接地バー
１１８ ：ピッチ固定部材
１１８ａ ：ピッチ固定部材
１１８ｂ ：ピッチ固定部材
１１８ｃ ：ピッチ固定部材
１２０ ：縦方向走行装置
１２１ ：車輪
１２２ ：調整車輪
１２４ ：門型フレーム
１２６ ：バネ
１２６ａ ：右バネ
１２６ｂ ：左バネ
１２６ｃ ：バネ軸
１２７ ：テーパ部
１２７ａ ：接地部
１２７ｂ ：ガイド部
１２８ ：ドライブモーター
１２９ ：調整ピン
１３０ ：横方向移動装置
１３２ ：ステップバー
１３３ ：クランク
１３４ ：リンク
１３５ ：回動リンク
１３６ ：駆動軸
１３７ ：回転軸
１４１ ：鉄筋端部検知センサー
１４３ ：前方障害物センサー
１４４ ：側方障害物センサー
１４５ ：交差鉄筋検知センサー
１４６ ：アンテナ
１４７ ：全方位センサー
１４９ ：取付け部材
１５０ ：制御装置
１６１ ：ピン受部材
１７０ ：作業機取付け装置
１７１ ：作業機操作アーム
１７２ ：案内ガイド
１７５ ：回動軸
１７９ ：取付けブロック
２００ ：結束機
２００ｂ ：調整縦方向移動装置
２０１ ：結束機
２０２ ：結束アーム
２１０ ：ワイヤ
２４０ ：カメラ
３００ ：組鉄筋
３１０ ：縦方向鉄筋
３１１ ：縦方向鉄筋
３１１ｅｄ：鉄筋端部
３１２ ：縦方向鉄筋
３１２ａ ：鉄筋
３１２ｂ ：鉄筋
３１３ ：縦方向鉄筋
３２０ ：横方向鉄筋
３２１ ：横方向鉄筋
３５０ ：障害物
３５２ ：障害物
３６０ ：ホール部
Ａ１０ ：自走型鉄筋結束ロボット
Ｂｐ ：交差部
Ｄａ ：ピッチ
Ｄｂ ：ピッチ
ＬｉＰｗ ：バッテリー
１ ：機体
１０ ：自走型鉄筋結束ロボット
２ ：縦方向走行装置
２１ ：固定車輪
２２ ：調整車輪
２３ ：リニアガイド
２４ ：車輪フレーム
２５ ：横フレーム
２６ａ ：バネ
２６ｂ ：バネ
３ ：横移動装置
３１ ：歩行機構
３２ ：ステップバー
３３ ：クランク
３４ ：リンク
３５ ：回動リンク
３６ ：駆動軸
３７ ：回転軸
４ ：センサー
４１ ：鉄筋端部検知センサー
４２ ：レーザー
４３ａ ：前方障害物センサー
４３ｂ ：前方障害物センサー
４３ｃ ：後方障害物センサー
４３ｄ ：後方障害物センサー
４４ａ ：側方障害物センサー
４４ｂ ：側方障害物センサー
４４ｃ ：側方障害物センサー
４４ｄ ：側方障害物センサー
４５ａ ：交差鉄筋検知センサー
４５ｂ ：交差鉄筋検知センサー
５ ：制御装置
７ ：作業機取付け手段
７１ ：作業機操作アーム
７２ ：案内ガイド
７５ ：回動軸
１１０ ：機体
１１１ ：機体本体
１１２ ：機体フレーム
１１５ ：サイドフレーム
１１６ ：接地バー
１１８ ：ピッチ固定部材
１１８ａ ：ピッチ固定部材
１１８ｂ ：ピッチ固定部材
１１８ｃ ：ピッチ固定部材
１２０ ：縦方向走行装置
１２１ ：車輪
１２２ ：調整車輪
１２４ ：門型フレーム
１２６ ：バネ
１２６ａ ：右バネ
１２６ｂ ：左バネ
１２６ｃ ：バネ軸
１２７ ：テーパ部
１２７ａ ：接地部
１２７ｂ ：ガイド部
１２８ ：ドライブモーター
１２９ ：調整ピン
１３０ ：横方向移動装置
１３２ ：ステップバー
１３３ ：クランク
１３４ ：リンク
１３５ ：回動リンク
１３６ ：駆動軸
１３７ ：回転軸
１４１ ：鉄筋端部検知センサー
１４３ ：前方障害物センサー
１４４ ：側方障害物センサー
１４５ ：交差鉄筋検知センサー
１４６ ：アンテナ
１４７ ：全方位センサー
１４９ ：取付け部材
１５０ ：制御装置
１６１ ：ピン受部材
１７０ ：作業機取付け装置
１７１ ：作業機操作アーム
１７２ ：案内ガイド
１７５ ：回動軸
１７９ ：取付けブロック
２００ ：結束機
２００ｂ ：調整縦方向移動装置
２０１ ：結束機
２０２ ：結束アーム
２１０ ：ワイヤ
２４０ ：カメラ
３００ ：組鉄筋
３１０ ：縦方向鉄筋
３１１ ：縦方向鉄筋
３１１ｅｄ：鉄筋端部
３１２ ：縦方向鉄筋
３１２ａ ：鉄筋
３１２ｂ ：鉄筋
３１３ ：縦方向鉄筋
３２０ ：横方向鉄筋
３２１ ：横方向鉄筋
３５０ ：障害物
３５２ ：障害物
３６０ ：ホール部
Claims (8)
- 鉄筋コンクリート製構造物製造用に仕組まれた組鉄筋上を走行する自走型鉄筋作業用ロボットであって、
縦方向移動手段、横方向移動手段と、周囲障害物検知センサー、機体前側鉄筋検知センサーと、作業機取り付け手段とを備えており、
縦方向移動手段は、平行する鉄筋を走行レールとして走行する「Ｖ」字型テーパ付きの駆動車輪を備えていることを特徴とする自走型鉄筋作業用ロボット。 - 横方向移動手段は、平行する鉄筋間隔の１／ｎを単位とするステップ移動であることを特徴とする請求項１記載の自走型鉄筋作業用ロボット。
- 横方向移動手段は、クローラとすることを特徴とする請求項１記載の自走型鉄筋作業用ロボット。
- 走行制御として、「走行途中において鉄筋端部センサー又は障害物センサーの検知信号によって走行を停止し、横方向移動手段を作動して他の平行する鉄筋まで移動し、逆方向に走行し、鉄筋端部センサー又は障害物センサーの検知信号によって前進を停止する」ことを基本サイクルとすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の自走型鉄筋作業用ロボット。
- 走行が結束と前進の繰り返し走行であることを特徴とする請求項４記載の自走型鉄筋作業用ロボット。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の自走型鉄筋作業用ロボットに、１台以上の結束機を搭載したことを特徴とする自走型鉄筋結束ロボット。
- 縦方向の鉄筋と交差する横鉄筋を検知する交差鉄筋検知センサーを備え、
該交差鉄筋検知センサーが横鉄筋を検知した箇所を結束ポイントとして結束することを特徴とする請求項６記載の自走型鉄筋結束ロボット。 - 縦方向の鉄筋が走行レールであることを特徴とする請求項７記載の自走型鉄筋結束ロボット。
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