JP2019214086A - エンドエフェクタおよび部材取り付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】板状の部材の向きや傾きの調整作業を効率的に行うためのエンドエフェクタおよび部材取り付け方法を提供する。【解決手段】板状の部材１２を把持して所定の位置に取り付けるために用いられるエンドエフェクタ１０であって、部材１２を支持するための支持手段１４と、支持手段１４の端部に自在継手１６を介して設けられ、部材１２と接面して部材１２を支持する支持テーブル２０と、支持テーブル２０を面方向に挟んだ両側で面方向に直線移動可能に支持テーブル２０の基部１８に固定される把持手段２２と、支持手段１４に対する支持テーブル２０の傾斜角度を変更するための角度変更手段２４とを備えるようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば天井工事において、天井に取り付ける天井パネルを把持するのに好適なエンドエフェクタおよび部材取り付け方法に関するものである。

従来の建物の天井工事において、天井吊りボルトや天井パネルの取り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、天井パネルの取り付け作業時には、天井に上げた天井パネルを片手で保持しつつ、もう片方の手で工具を使うなどして取り付け作業を行う必要がある。

このような作業員の負担を軽減するために、本特許出願人は、既に特許文献１に記載の建設作業用ロボットを提案している。この建設作業用ロボットは、天井パネルのような部材をエンドエフェクタに吸着保持しつつマニピュレータで施工位置に上げて下地材（母材）に取り付けるものである。

特開２０１７−１１０４６６号公報

上記の特許文献１に記載の建設作業用ロボットで天井パネルを下地材にあてがう際には、作業の効率化を図るため、天井パネルの向きや傾きの調整作業を短時間で行えることが好ましい。このため、天井パネルの向きや傾きの調整作業を短時間で行うことのできる技術が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、板状の部材の向きや傾きの調整作業を効率的に行うためのエンドエフェクタおよび部材取り付け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、本発明に係るエンドエフェクタは、板状の部材を把持して所定の位置に取り付けるために用いられるエンドエフェクタであって、部材を支持するための支持手段と、支持手段の端部に自在継手を介して設けられ、部材と接面して部材を支持する支持テーブルと、支持テーブルを面方向に挟んだ両側で面方向に直線移動可能に支持テーブルの基部に固定される把持手段と、支持手段に対する支持テーブルの傾斜角度を変更するための角度変更手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他のエンドエフェクタは、上述した発明において、角度変更手段は、支持手段と支持テーブルの基部の間に設けられ、支持テーブルに対して略垂直な方向に伸縮して支持テーブルの基部を第１軸回りに回動可能な第１支持部材と、第１軸に直交する第２軸回りに回動可能な第２支持部材とにより構成されることを特徴とする。

また、本発明に係る他のエンドエフェクタは、上述した発明において、部材は矩形板状の部材であり、把持手段は部材の対辺側に設けられ、部材の対辺に係合するための係合部と、これらの係合部を互いに接近、離間する方向に移動させる移動手段と、係合部を格納する格納手段とを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、上述したエンドエフェクタを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る部材取り付け方法は、上述したエンドエフェクタを用いて矩形板状の部材を把持し、把持した部材を上方の格子状の支持材に取り付ける方法であって、部材の表面にエンドエフェクタの支持テーブルを当接した後、把持手段を動作して部材を把持するステップと、部材を把持したエンドエフェクタを支持材の近くまで移動するステップと、エンドエフェクタに把持された部材が支持材に囲まれた格子状の開口を下から上に通過可能なようにエンドエフェクタの向きを変更するステップと、エンドエフェクタに把持された部材を、支持材に囲まれた格子状の開口に下から上に通過移動させるステップと、格子状の開口を通過移動させた後、エンドエフェクタの向きを変更して、エンドエフェクタに把持された部材の向きを格子状の開口に合わせるステップと、部材の向きを格子状の開口に合わせた後、エンドエフェクタの高さおよび支持テーブルの傾斜角度を変更して、部材の一端を支持材の一端にあてがい、その後、把持手段を動作してエンドエフェクタによる部材の把持を解放するとともに把持手段を格納するステップと、エンドエフェクタを下げることによって支持テーブルを下げ、部材の他端を自ずと支持材の他端にあてがうステップとを備えることを特徴とする。

本発明に係るエンドエフェクタによれば、板状の部材を把持して所定の位置に取り付けるために用いられるエンドエフェクタであって、部材を支持するための支持手段と、支持手段の端部に自在継手を介して設けられ、部材と接面して部材を支持する支持テーブルと、支持テーブルを面方向に挟んだ両側で面方向に直線移動可能に支持テーブルの基部に固定される把持手段と、支持手段に対する支持テーブルの傾斜角度を変更するための角度変更手段とを備えるので、角度変更手段で支持テーブルの傾斜角度を変更することで、支持テーブル上の部材の傾きを調整することができる。また、エンドエフェクタ自身または支持手段をその軸回りに回動することで、外部の下地材などに対して支持テーブル上の部材の向きを調整することができる。このため、把持する部材の向きや傾きの調整作業に掛かる時間が短縮され、下地材などへの部材の取り付け作業を効率的に行うことができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他のエンドエフェクタによれば、角度変更手段は、支持手段と支持テーブルの基部の間に設けられ、支持テーブルに対して略垂直な方向に伸縮して支持テーブルの基部を第１軸回りに回動可能な第１支持部材と、第１軸に直交する第２軸回りに回動可能な第２支持部材とにより構成されるので、角度変更手段を簡単な構造で構成することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他のエンドエフェクタによれば、部材は矩形板状の部材であり、把持手段は部材の対辺側に設けられ、部材の対辺に係合するための係合部と、これらの係合部を互いに接近、離間する方向に移動させる移動手段と、係合部を格納する格納手段とを備えるので、収納位置から部材を把持する際に係合部を格納しておけば、部材を支持テーブルに当接配置する作業が容易にな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、上述したエンドエフェクタを備えるので、建設作業用ロボットによる部材の取り付け作業の効率化を図ることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る部材取り付け方法によれば、上述したエンドエフェクタを用いて矩形板状の部材を把持し、把持した部材を上方の格子状の支持材に取り付ける方法であって、部材の表面にエンドエフェクタの支持テーブルを当接した後、把持手段を動作して部材を把持するステップと、部材を把持したエンドエフェクタを支持材の近くまで移動するステップと、エンドエフェクタに把持された部材が支持材に囲まれた格子状の開口を下から上に通過可能なようにエンドエフェクタの向きを変更するステップと、エンドエフェクタに把持された部材を、支持材に囲まれた格子状の開口に下から上に通過移動させるステップと、格子状の開口を通過移動させた後、エンドエフェクタの向きを変更して、エンドエフェクタに把持された部材の向きを格子状の開口に合わせるステップと、部材の向きを格子状の開口に合わせた後、エンドエフェクタの高さおよび支持テーブルの傾斜角度を変更して、部材の一端を支持材の一端にあてがい、その後、把持手段を動作してエンドエフェクタによる部材の把持を解放するとともに把持手段を格納するステップと、エンドエフェクタを下げることによって支持テーブルを下げ、部材の他端を自ずと支持材の他端にあてがうステップとを備えるので、天井の下地材などへの部材の取り付け作業を効率的に行うことができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係るエンドエフェクタの実施の形態を示す概略斜視図である。 図２は、本発明に係るエンドエフェクタの実施の形態を示す側面図である。 図３は、本発明に係るエンドエフェクタの実施の形態を示す側面図である。 図４は、本発明に係るエンドエフェクタの実施の形態を示す上面図である。 図５は、本発明に係る部材取り付け方法の実施の形態を示す概略手順図である。

以下に、本発明に係るエンドエフェクタおよび部材取り付け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。

図１に示すように、本実施の形態に係るエンドエフェクタ１０は、矩形板状の天井パネル１２（部材）を把持して下地材（所定の位置）に取り付けるために用いられる。このエンドエフェクタ１０は、上述したような建設作業用ロボットのマニュピレータ（ロボットアーム）の先端に着脱自在に取り付けられる。

このエンドエフェクタ１０は、天井パネル１２を支持するための角棒状の支持手段１４を備えている。この支持手段１４の上端部には、自在継手１６を介して基部プレート１８（基部）が取り付けられている。基部プレート１８の上方には、支柱を介して支持テーブル２０が面平行に固定されている。支持テーブル２０は、天井パネル１２が上面に配置される円盤状のテーブルであり、その円の中心は、支持手段１４の軸線の延長上に位置している。

このエンドエフェクタ１０は、把持手段２２と、角度変更手段２４と、これらの動作を制御する図示しない制御手段をさらに備えている。

把持手段２２は、図２〜図４に示すように、支持テーブル２０をＸ軸方向（面方向）に挟んだ両側に設けられ、Ｘ軸方向に直線移動可能に基部プレート１８に固定されている。この把持手段２２は、天井パネル１２の両対辺側を支持するための一対のホルダー２６と、フック２８（係合部）と、エアシリンダ３０（格納手段）と、電動シリンダ３２（移動手段）とを備える。ホルダー２６、フック２８は、支持テーブル２０の円の中心の両側の対称位置に設けられる。

ホルダー２６の上面は、支持テーブル２０の上面と面一、またはそれよりも若干低い面となっている。フック２８は、天井パネル１２の対辺に係合するためのものであり、ホルダー２６の外側端に設けられる。

エアシリンダ３０は、ホルダー２６およびフック２８を格納するためのものであり、各ホルダー２６に対応して設けられる。エアシリンダ３０のロッド３０Ａは、ホルダー２６の内側端の基部２６Ａに連結している。エアシリンダ３０のロッド３０ＡがＺ軸方向に伸縮すると、ホルダー２６がＺ軸方向に移動する。例えば、エアシリンダ３０のロッド３０Ａが収縮すると、図２に示すように、ホルダー２６とともにフック２８がＺ軸方向下向きに移動する。このため、天井パネル１２を把持しないときは、ホルダー２６およびフック２８を支持テーブル２０よりも下側に格納しておくことができる。また、天井パネル１２を支持テーブル２０に当接配置する際にフック２８を格納しておけばフック２８の干渉を防ぐことができるので、天井パネル１２を容易に支持テーブル２０の上面に配置することができる。

電動シリンダ３２は、天井パネル１２の把持動作と解放動作のために、フック２８を互いに接近、離間する方向にホルダー２６を移動させるものであり、各ホルダー２６に対応して設けられる。電動シリンダ３２のロッド３２Ａは、エアシリンダ３０の本体に連結している。電動シリンダ３２の本体は、基部プレート１８に固定されている。電動シリンダ３２のロッド３２ＡがＸ軸方向に伸縮すると、エアシリンダ３０を介してホルダー２６およびフック２８がＸ軸方向に移動する。例えば、電動シリンダ３２のロッド３２Ａが収縮すると、ホルダー２６、フック２８がＸ軸方向に互いに接近するように移動し、両フック２８が天井パネル１２の両対辺に当接係合して天井パネル１２を把持する。把持力については、例えば、天井パネル１２の寸法に応じてロッド３２Ａの伸縮長を事前に設定することで適宜調整することができる。一方、電動シリンダ３２のロッド３２Ａが伸張すると、ホルダー２６、フック２８がＸ軸方向に互いに離間するように移動し、両フック２８が天井パネル１２の両対辺から離れる。これにより、天井パネル１２の把持を解放する。その後、エアシリンダ３０のロッド３０Ａを収縮してホルダー２６およびフック２８を下側に移動させた後、電動シリンダ３２のロッド３２Ａを収縮して把持手段２２を支持テーブル２０の下側に格納する。すなわち、電動シリンダ３２は、天井パネル１２の把持機能以外に、天井パネル１２設置後に把持手段２２を格納する機能を有している。把持手段２２を格納することで、格子状に組まれた天井の下地材Ｐに把持手段２２が接触する事態を未然に防ぐことができる。

角度変更手段２４は、支持手段１４の軸線に対する支持テーブル２０の傾斜角度を変更するためのものであり、電動シリンダ３４（第１支持部材）と、電動シリンダ３６（第２支持部材）とからなる。図１〜図３に示すように、電動シリンダ３４、３６は、支持手段１４と基部プレート１８の間に設けられる。図２および図３に示すように、電動シリンダ３４の本体は、支持手段１４のＹ軸方向の側面に対してＸ軸周りに回動可能に固定される。電動シリンダ３６の本体は、支持手段１４のＸ軸方向の側面に対してＹ軸周りに回動可能に固定される。ロッド３４Ａ、３６Ａはそれぞれ自在継手３８を介して基部プレート１８に固定される。

図３に示すように、ロッド３４Ａが略Ｚ軸方向（略上下方向）に伸縮することで、支持テーブル２０をＸ軸（第１軸）回りに回動可能である。図２に示すように、ロッド３６Ａが略Ｚ軸方向（略上下方向）に伸縮することで、支持テーブル２０をＹ軸（第２軸）回りに回動可能である。

この角度変更手段２４で支持テーブル２０の傾斜角度を変更することで、支持テーブル２０上の天井パネル１２の傾きを調整することができる。また、エンドエフェクタ１０自身または支持手段１４をその軸回りに回動することで、外部の下地材などに対して支持テーブル２０上の天井パネル１２の向きを調整することができる。このため、本実施の形態によれば、把持する天井パネル１２の向きや傾きの調整作業に掛かる時間が短縮され、下地材などへの天井パネル１２の取り付け作業を効率的に行うことができる。

次に、上記のエンドエフェクタ１０を用いた天井パネル１２の取り付け方法について、図５および図１を参照しながら説明する。なお、図５（２）〜（５）では便宜上、エンドエフェクタ１０の図示を省略している。また、エンドエフェクタ１０の移動操作は、図示しないマニピュレータによって行われるものとする。

まず、図１に示すように、天井パネル１２の表面にエンドエフェクタ１０の支持テーブル２０を当接した後、把持手段２２を動作して天井パネル１２を把持する。

次に、図５（１）に示すように、マニピュレータを操作してエンドエフェクタ１０の向きを変更して、把持する天井パネル１２の表面を上向きにする。さらに、このエンドエフェクタ１０を天井面の下に正方形格子状に架設してある下地材Ｐ（支持材）の近くまで移動する。続いて、図５（２）に示すように、マニピュレータを操作して、天井パネル１２の一辺が下地材Ｐに囲まれた正方形開口の対角線に対して平行かつ略正対するようにエンドエフェクタ１０の向きを変更する。続いて、マニピュレータおよび角度変更手段２４を操作して、天井パネル１２の一辺側が斜め上側に、対辺側が斜め下側になるように、天井パネル１２を水平に対して斜めに傾斜させる。こうすることで、天井パネル１２が正方形開口の対角線の位置を斜め下側から斜め上側に向けて通過可能なようにする。

次に、図５（３）に示すように、マニピュレータを操作してエンドエフェクタ１０を斜め上方に上げることによって、天井パネル１２の一辺側を正方形開口の対角線の位置から挿入し、天井パネル１２の全体を下地材Ｐの上方に上げ越す。続いて、図５（４）に示すように、マニピュレータおよび角度変更手段２４を操作して、天井パネル１２の向きを正方形開口に合わせた後、エンドエフェクタ１０の高さおよび支持テーブル２０の傾斜角度を変更して、天井パネル１２の一辺側を下地材Ｐの一辺にあてがう。次に、図５（５）に示すように、把持手段２２を動作して天井パネル１２の把持を解放した後、把持手段２２を支持テーブル２０の下側に格納する。把持手段２２を格納することで、把持手段２２が下地材Ｐに接触する事態を未然に防止することができる。その後、エンドエフェクタ１０を下げることによって支持テーブル２０を下げる。これにより、天井パネル１２の対辺側が自ずと下地材Ｐにあてがわれる。本実施の形態によれば、把持する天井パネル１２の向きや傾きの調整作業に掛かる時間が短縮され、下地材Ｐへの天井パネル１２の取り付け作業を効率的に行うことができる。

以上説明したように、本発明に係るエンドエフェクタによれば、板状の部材を把持して所定の位置に取り付けるために用いられるエンドエフェクタであって、部材を支持するための支持手段と、支持手段の端部に自在継手を介して設けられ、部材と接面して部材を支持する支持テーブルと、支持テーブルを面方向に挟んだ両側で面方向に直線移動可能に支持テーブルの基部に固定される把持手段と、支持手段に対する支持テーブルの傾斜角度を変更するための角度変更手段とを備えるので、角度変更手段で支持テーブルの傾斜角度を変更することで、支持テーブル上の部材の傾きを調整することができる。また、エンドエフェクタ自身または支持手段をその軸回りに回動することで、外部の下地材などに対して支持テーブル上の部材の向きを調整することができる。このため、把持する部材の向きや傾きの調整作業に掛かる時間が短縮され、下地材などへの部材の取り付け作業を効率的に行うことができる。

また、本発明に係る他のエンドエフェクタによれば、角度変更手段は、支持手段と支持テーブルの基部の間に設けられ、支持テーブルに対して略垂直な方向に伸縮して支持テーブルの基部を第１軸回りに回動可能な第１支持部材と、第１軸に直交する第２軸回りに回動可能な第２支持部材とにより構成されるので、角度変更手段を簡単な構造で構成することができる。

また、本発明に係る他のエンドエフェクタによれば、部材は矩形板状の部材であり、把持手段は部材の対辺側に設けられ、部材の対辺に係合するための係合部と、これらの係合部を互いに接近、離間する方向に移動させる移動手段と、係合部を格納する格納手段とを備えるので、収納位置から部材を把持する際に係合部を格納しておけば、部材を支持テーブルに当接配置する作業が容易になる。

また、本発明に係る建設作業用ロボットによれば、上述したエンドエフェクタを備えるので、建設作業用ロボットによる部材の取り付け作業の効率化を図ることができる。

また、本発明に係る部材取り付け方法によれば、上述したエンドエフェクタを用いて矩形板状の部材を把持し、把持した部材を上方の格子状の支持材に取り付ける方法であって、部材の表面にエンドエフェクタの支持テーブルを当接した後、把持手段を動作して部材を把持するステップと、部材を把持したエンドエフェクタを支持材の近くまで移動するステップと、エンドエフェクタに把持された部材が支持材に囲まれた格子状の開口を下から上に通過可能なようにエンドエフェクタの向きを変更するステップと、エンドエフェクタに把持された部材を、支持材に囲まれた格子状の開口に下から上に通過移動させるステップと、格子状の開口を通過移動させた後、エンドエフェクタの向きを変更して、エンドエフェクタに把持された部材の向きを格子状の開口に合わせるステップと、部材の向きを格子状の開口に合わせた後、エンドエフェクタの高さおよび支持テーブルの傾斜角度を変更して、部材の一端を支持材の一端にあてがい、その後、把持手段を動作してエンドエフェクタによる部材の把持を解放するとともに把持手段を格納するステップと、エンドエフェクタを下げることによって支持テーブルを下げ、部材の他端を自ずと支持材の他端にあてがうステップとを備えるので、天井の下地材などへの部材の取り付け作業を効率的に行うことができる。

以上のように、本発明に係るエンドエフェクタおよび部材取り付け方法は、建物の天井工事において天井パネルを下地材に取り付ける作業に有用であり、特に、取り付け作業を短時間で行うのに適している。

１０ エンドエフェクタ
１２ 天井パネル（部材）
１４ 支持手段
１６ 自在継手
１８ 基部プレート（基部）
２０ 支持テーブル
２２ 把持手段
２４ 角度変更手段
２６ ホルダー
２６Ａ 基部
２８ フック（係合部）
３０ エアシリンダ（格納手段）
３０Ａ，３２Ａ ロッド
３２ 電動シリンダ（移動手段）
３４ 電動シリンダ（第１支持部材）
３６ 電動シリンダ（第２支持部材）
３４Ａ，３６Ａ ロッド
Ｐ 下地材（支持材）

Claims (5)

1. 板状の部材を把持して所定の位置に取り付けるために用いられるエンドエフェクタであって、
   部材を支持するための支持手段と、支持手段の端部に自在継手を介して設けられ、部材と接面して部材を支持する支持テーブルと、支持テーブルを面方向に挟んだ両側で面方向に直線移動可能に支持テーブルの基部に固定される把持手段と、支持手段に対する支持テーブルの傾斜角度を変更するための角度変更手段とを備えることを特徴とするエンドエフェクタ。
2. 角度変更手段は、支持手段と支持テーブルの基部の間に設けられ、支持テーブルに対して略垂直な方向に伸縮して支持テーブルの基部を第１軸回りに回動可能な第１支持部材と、第１軸に直交する第２軸回りに回動可能な第２支持部材とにより構成されることを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
3. 部材は矩形板状の部材であり、把持手段は部材の対辺側に設けられ、部材の対辺に係合するための係合部と、これらの係合部を互いに接近、離間する方向に移動させる移動手段と、係合部を格納する格納手段とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のエンドエフェクタ。
4. 請求項１〜３のいずれか一つに記載のエンドエフェクタを備えることを特徴とする建設作業用ロボット。
5. 請求項１〜３のいずれか一つに記載のエンドエフェクタを用いて矩形板状の部材を把持し、把持した部材を上方の格子状の支持材に取り付ける方法であって、
   部材の表面にエンドエフェクタの支持テーブルを当接した後、把持手段を動作して部材を把持するステップと、
   部材を把持したエンドエフェクタを支持材の近くまで移動するステップと、
   エンドエフェクタに把持された部材が支持材に囲まれた格子状の開口を下から上に通過可能なようにエンドエフェクタの向きを変更するステップと、
   エンドエフェクタに把持された部材を、支持材に囲まれた格子状の開口に下から上に通過移動させるステップと、
   格子状の開口を通過移動させた後、エンドエフェクタの向きを変更して、エンドエフェクタに把持された部材の向きを格子状の開口に合わせるステップと、
   部材の向きを格子状の開口に合わせた後、エンドエフェクタの高さおよび支持テーブルの傾斜角度を変更して、部材の一端を支持材の一端にあてがい、その後、把持手段を動作してエンドエフェクタによる部材の把持を解放するとともに把持手段を格納するステップと、
   エンドエフェクタを下げることによって支持テーブルを下げ、部材の他端を自ずと支持材の他端にあてがうステップとを備えることを特徴とする部材取り付け方法。

Images