JP2023173647A - 建設作業用ロボット - Google Patents

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卓 谷
Taku Tani
俊介 五十嵐
Shunsuke Igarashi
貴誉 八條
Takayoshi Hachijo
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【課題】支持脚の設置と支持脚高さの調整を同時に行う際において、支持脚の基材の共回りを確実に抑えることができる建設作業用ロボットを提供する。【解決手段】母体F側に配置される基材S1と、前記基材S1に取り付いたネジ軸S2と、前記ネジ軸S2に螺合して軸方向に移動可能な台座S3とを有する支持脚Sを所定の高さで前記母体Fに取付けるために用いられる建設作業用ロボット10であって、前記台座S3を前記ネジ軸S2周りに回転させて軸方向の前記支持脚Sの高さを調整する高さ調整手段28と、前記高さ調整手段28により前記台座S3を回転させた際の前記基材S1の共回りを防止する共回り防止手段29とを備えるようにする。【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に関するものである。
従来、建物の床内装工事において、床の上に別の床を設けて二重床を形成し、上下の床の間にネットワーク配線、換気等に利用可能な空間を確保するためのOAフロア(以下、二重床ということがある。)の支持脚やパネルの施工が行われている(例えば、特許文献1を参照)。こうした施工は、作業員が中腰で手作業により行っており、コンクリート床の不陸に対応するために現場に設置された回転レーザレベルを基準に高さを調節して水平平滑に施工している。一般に、二重床の施工数量は多く、資材の施工場所への運搬と取付けおよび高さ調整作業を多数繰り返す必要がある。
このような問題に対して、本特許出願人は特許文献2に記載の建設作業用ロボットを提案している。特許文献2の建設作業用ロボットは、支持脚を高さ調節しながら床などの母体に接着剤で取付けるためのものであって、マニピュレータと、マニピュレータの先端に設けられたエンドエフェクタと、支持脚と母体の位置を認識する認識手段と、支持脚と母体の位置関係を計測する計測手段とを備える。
支持脚は、母体側に配置されるベースプレートと、このベースプレート上に立設したネジ軸と、ネジ軸に螺合してネジ軸方向に移動可能な台座とを有する。台座の上に床パネルを設置することになる。エンドエフェクタは、支持脚を解放可能に把持する把持手段と、母体に接触した支持脚の台座をネジ軸周りに回転させて支持脚の高さを調整する高さ調整手段とを備える。
高さ調整手段は、把持手段に対して軸方向に摺動可能に設けられる摺動機構と、摺動機構と一体的に移動可能であるとともに支持脚の台座を回転させるための回転機構と、摺動機構と一体的に移動可能であるとともに支持脚の高さを認識する認識機構とを有し、認識機構で認識した高さに基づいて支持脚の台座を回転させて支持脚の高さを調整する。
特開2018-178473号公報 特開2021-62413号公報
しかし、上記の従来の特許文献2の建設作業用ロボットでは、支持脚の高さ調整時に台座を回転させると、ネジ軸に取り付いたベースプレート(基材)が共回りして高さ調整が困難になるおそれがあった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、支持脚の設置と支持脚高さの調整を同時に行う際において、支持脚の基材の共回りを確実に抑えることが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、母体側に配置される基材と、前記基材に取り付いたネジ軸と、前記ネジ軸に螺合して軸方向に移動可能な台座とを有する支持脚を所定の高さで前記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、前記台座を前記ネジ軸周りに回転させて軸方向の前記支持脚の高さを調整する高さ調整手段と、前記高さ調整手段により前記台座を回転させた際の前記基材の共回りを防止する共回り防止手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る他の建設作業用ロボットは、上述した発明において、前記共回り防止手段は、前記高さ調整手段に対して軸方向に移動可能に設けられる第一移動機構と、第一移動機構に対して軸方向に直交する方向に移動可能に設けられる第二移動機構と、第二移動機構に設けられ、前記基材に係合して前記基材の回転を防止可能な回転防止部とを有す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、前記支持脚を解放可能に把持する把持手段をさらに備え、前記高さ調整手段は、前記把持手段に対して軸方向に摺動可能に設けられる摺動機構と、前記摺動機構と一体的に移動可能であるとともに前記台座を回転させるための回転機構と、前記摺動機構と一体的に移動可能であるとともに前記支持脚の高さを認識する認識機構とを有し、前記認識機構で認識した高さに基づいて前記台座を回転させて前記支持脚の高さを調整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、母体側に配置される基材と、前記基材に取り付いたネジ軸と、前記ネジ軸に螺合して軸方向に移動可能な台座とを有する支持脚を所定の高さで前記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、前記台座を前記ネジ軸周りに回転させて軸方向の前記支持脚の高さを調整する高さ調整手段と、前記高さ調整手段により前記台座を回転させた際の前記基材の共回りを防止する共回り防止手段とを備えるので、支持脚の設置と支持脚高さの調整を同時に行う際において、支持脚の基材の共回りを確実に抑え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、前記共回り防止手段は、前記高さ調整手段に対して軸方向に移動可能に設けられる第一移動機構と、第一移動機構に対して軸方向に直交する方向に移動可能に設けられる第二移動機構と、第二移動機構に設けられ、前記基材に係合して前記基材の回転を防止可能な回転防止部とを有するので、第一移動機構、第二移動機構、回転防止部を介して、支持脚の基材の共回りを確実に抑え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、前記支持脚を解放可能に把持する把持手段をさらに備え、前記高さ調整手段は、前記把持手段に対して軸方向に摺動可能に設けられる摺動機構と、前記摺動機構と一体的に移動可能であるとともに前記台座を回転させるための回転機構と、前記摺動機構と一体的に移動可能であるとともに前記支持脚の高さを認識する認識機構とを有し、前記認識機構で認識した高さに基づいて前記台座を回転させて前記支持脚の高さを調整するので、支持脚の設置と支持脚高さの調整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、本発明に係る建設作業用ロボットの実施の形態を示す図であり、(1)は正面図、(2)は側面図である。 図2は、本実施の形態による施工手順1、2を示す図であり、(1)は手順1の正面図、(2)は手順1の側面図、(3)は手順2の正面図、(4)は手順2の側面図である。 図3は、本実施の形態による施工手順3、4を示す図であり、(1)は手順3の正面図、(2)は手順3の側面図、(3)は手順4の正面図、(4)は手順4の側面図である。 図4は、本実施の形態による施工手順5、6を示す図であり、(1)は手順5の正面図、(2)は手順5の側面図、(3)は手順6の正面図、(4)は手順6の側面図である。 図5は、本実施の形態による施工手順7、8を示す図であり、(1)は手順7の正面図、(2)は手順7の側面図、(3)は手順8の正面図、(4)は手順8の側面図である。
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に示すように、本実施の形態に係る建設作業用ロボット10は、二重床の支持脚Sを所定の高さでコンクリート床F(母体)に取付けるために用いられる。この建設作業用ロボット10は、マニピュレータ12と、マニピュレータ12の先端に設けられた支持脚施工ユニット14(エンドエフェクタ)と、カメラ16(認識手段)と、レーザ距離センサ18(計測手段)とを備える。マニピュレータ12は、支持脚施工ユニット14をハンドリングするロボットアームである。
支持脚Sは、床Fに接地されるベースプレートS1(基材)と、ベースプレートS1上に立設したネジ軸S2(高さ調整ネジ)と、ネジ軸S2の上側に螺合した盤状の台座S3とを有する。台座S3をネジ軸S2周りに回転することで台座S3をネジ軸S2方向に移動し、支持脚Sの高さHを調整することができる。
カメラ16およびレーザ距離センサ18は、支持脚施工ユニット14の基部20から側方に張り出したセンサベース22に取付けられ、カメラ軸およびセンサ軸はそれぞれ支持脚施工ユニット14の軸方向Cの先端側に向けられている。カメラ16は、所定の時間間隔で画像を取得する。取得した画像を図示しない制御部で解析処理することにより、支持脚Sと床Fの基準墨(位置)を認識することができる。レーザ距離センサ18は、レーザ光を利用して支持脚高さHや床レベルを計測するものである。このレーザ距離センサ18により、支持脚Sと床Fの位置関係を把握することができる。
支持脚施工ユニット14は、支持脚把持シリンダ24と、支持脚把持部26と、支持脚把持部延長シリンダ27と、支持脚高さ調整部28と、支持脚ベース回転防止部29とを有する。
支持脚把持シリンダ24は、基部20の先端フランジ30の下方に間隔をあけてこれと平行に配置された支持脚高さ調整部28の矩形のプレート31の下方に配置され、軸方向Cに直交する向きに伸縮可能なシリンダからなる。支持脚把持シリンダ24の伸縮動作は、図示しない制御部によって制御される。支持脚把持シリンダ24の両端は、プレート31の両端中央部に固定された支持脚把持部延長シリンダ27に固定部材33を介して取り付けられており、支持脚把持部延長シリンダ27の動作によって軸方向Cに移動可能である。
支持脚把持部26は、支持脚Sの台座S3を解放可能に把持する把持手段であり、支持脚把持シリンダ24の両端から軸方向Cの先端側に延びて内側に屈曲した正面視で略L字状の部材で構成される。支持脚把持シリンダ24を収縮すると、支持脚把持部26の内側に屈曲した凹状の爪部が互いに接近する向きに動いて台座S3の両縁を上下から挟み込む。これにより、支持脚Sを掴むことができる。一方、支持脚把持シリンダ24を伸張すると、爪部が互いに離れる向きに動いて台座S3の両縁から離れる。これにより、支持脚Sを解放することができる。
支持脚把持部延長シリンダ27は、軸方向Cに伸縮可能なシリンダからなり、プレート31の両端中央部に固定される。支持脚把持部延長シリンダ27は、固定部材33を介して支持脚把持シリンダ24の両端を支持している。支持脚把持部延長シリンダ27を収縮すると、支持脚把持シリンダ24がプレート31の下面に接近する向きに動く。一方、支持脚把持部延長シリンダ27を伸張すると、支持脚把持シリンダ24がプレート31の下面から離れる向きに動く。支持脚把持シリンダ24が軸方向Cに移動することで、支持脚把持部26をプレート31に対して軸方向Cに移動させることができる。支持脚把持部延長シリンダ27の伸縮動作は、図示しない制御部によって制御される。
支持脚高さ調整部28は、床Fに接触した支持脚Sを床Fに近づける方向もしくは床Fから遠ざける方向に移動させて支持脚Sの高さHを調節するための高さ調整手段であり、摺動機構32と、支持脚回転機構34と、回転レーザレベル受光器36とを備える。
摺動機構32は、基部20の先端フランジ30における基部20の周囲の4箇所に設けられる。この摺動機構32は、先端フランジ30に対して軸方向Cに摺動可能に貫通配置された摺動ポール38と、基部20側において各摺動ポール38に巻き付けられたコイルばね40とを有する。コイルばね40は、摺動ポール38の基部20側の一端と先端フランジ30との間に配置され、摺動ポール38の一端と先端フランジ30とを引き離す方向に付勢可能に設けられる。摺動ポール38の他端には、プレート31が固定している。支持脚高さ調整部28は、摺動ポール38を介して基部20側と接続されるため、軸方向Cにのみ1次元的にフリー動作し、その自重で摺動することで高さHの変化する支持脚Sの動きに追従する。なお、本実施の形態では、摺動機構32の構成要素として摺動ポールを使用する場合を例にとり説明するが、本発明は摺動ポールに限るものではない。例えば、リニアガイド等のスライダなどを使用しても同様のことが可能である。
支持脚回転機構34は、摺動機構32と一体的に移動可能であるとともに支持脚Sの台座S3を回転させるための回転機構である。この支持脚回転機構34は、高さ調整プレート42に設けられ、支持脚回転用サーボモータ44、ベルト46、プーリ48、50、回転子52を有する。高さ調整プレート42は、プレート31の下方に間隔をあけてこれと平行に配置され、プレート31の各辺の中央部から軸方向Cに延びる固定部材43を介してプレート31に固定される。支持脚回転用サーボモータ44は、高さ調整プレート42の上面に固定され、その出力軸は高さ調整プレート42の下に延びてプーリ48に連結している。ベルト46はプーリ48、50間に巻き掛けられている。プーリ50は回転子52に連結している。回転子52は、基部20の軸線(軸方向C)と同軸に設けられており、支持脚Sの台座S3の端部に係合可能である。図示しない制御部で支持脚回転用サーボモータ44を駆動し、ベルト46、プーリ48、50、回転子52を介して支持脚Sの台座S3をネジ軸S2周りに回転させることで支持脚高さHを調整することができる。また、それによる支持脚高さHの変化にも支持脚高さ調整部28は追従可能である。
回転レーザレベル受光器36は、摺動機構32と一体的に移動可能であるとともに支持脚高さHを認識する認識機構を構成する。この回転レーザレベル受光器36は、高さ調整プレート42に設けられる。この回転レーザレベル受光器36は、施工場所に設置された図示しない回転レーザレベルからのレーザ光を受光し、これを基準にして支持脚高さHをリアルタイムに検出する。支持脚回転用サーボモータ44の動作は、回転レーザレベル受光器36が検出した高さHに基づいて、図示しない制御部を介して制御される。この制御部は、回転レーザレベル受光器36が検出した高さHに基づいて、支持脚回転用サーボモータ44を駆動して支持脚Sの台座S3を回転させ、あらかじめ設定された支持脚施工高さになるように、支持脚高さHを調整する。
支持脚ベース回転防止部29は、支持脚高さHを調整する際に、支持脚回転機構34が台座S3を回転させたときのベースプレートS1の共回りを防止するための共回り防止手段である。この支持脚ベース回転防止部29は、支持脚高さ調整部28の高さ調整プレート42の縁側の下面に設けられた垂直シリンダ54(第一移動機構)と、水平シリンダ56(第二移動機構)と、回転防止部58を有する。垂直シリンダ54は、高さ調整プレート42から軸方向Cに沿って下向きに伸縮可能なシリンダであり、例えば、エアシリンダで構成することができる。水平シリンダ56は、垂直シリンダ54の下端に設けられ、軸方向Cに直交する側方向に伸縮可能なシリンダである。水平シリンダ56の伸縮方向は、回転子52の回転軸に向いている。垂直シリンダ54および水平シリンダ56の伸縮動作は、図示しない制御部によって制御される。
回転防止部58は、水平シリンダ56の下面に沿って移動可能に設けられたスライダ60と、スライダ60の下面に設けられ、回転子52の回転軸に向けて張り出した平面視で略U字状の凹部を有する張出プレート62と、張出プレート62の内端側の下面に設けられた接触部材64とを有する。接触部材64は、例えば、ゴムなどの材料で構成することができる。スライダ60は、水平シリンダ56の伸縮方向に移動可能である。この回転防止部58は、垂直シリンダ54および水平シリンダ56の動作によって移動する。U字状の張出プレート62の凹部が間隔をあけて支持脚Sのネジ軸S2を挟み込むように配置するとともに、接触部材64が支持脚SのベースプレートS1の上面に当接(係合)するように配置した後、垂直シリンダ54が下方向に伸張して接触部材64をベースプレートS1に押し当てることで、ベースプレートS1の回転を防止する。
次に、上記のように構成した建設作業用ロボット10を用いた支持脚の施工手順について説明する。
まず、図1に示すように、マニピュレータ12で支持脚施工ユニット14を例えば資材置き場の支持脚把持位置近傍まで移動させ、カメラ16とレーザ距離センサ18を使用し、支持脚把持位置を検出する。
次に、支持脚把持部26を開き、マニピュレータ12で支持脚施工ユニット14を支持脚S直上からアプローチして支持脚把持位置に移動させ、支持脚Sと回転子52が接触し摺動ポール38が一定量摺動した後、支持脚把持部26を閉じることで支持脚Sを把持する。
次に、図2(1)、(2)に示すように、マニピュレータ12で支持脚Sを接着剤塗布部に移動させ、レーザ距離センサ18で接着剤液面の高さ位置を認識した後、支持脚把持部延長シリンダ27によって支持脚把持部26を延長する。図2(3)、(4)に示すように、計測した接着剤位置に支持脚Sを移動させることで支持脚SのベースプレートS1下面に接着剤を塗布する。その後、支持脚把持部延長シリンダ27によって支持脚把持部26を短縮する。支持脚把持部延長シリンダ27を用いることで、支持脚施工ユニット14に接着剤が付着しにくくなる。
次に、図3(1)、(2)に示すように、マニピュレータ12で支持脚Sを支持脚施工位置近傍に移動させ、床Fに事前施工された支持脚設置位置基準墨をカメラ16で認識する。なお、支持脚把持部26が支持脚高さ調整部28に具備されているので、支持脚Sを床Fに設置する際に、レーザ距離センサ18で床レベルを正確に認識する必要はない。カメラ16で認識された位置に支持脚Sを移動するだけでよいことから、作業のサイクルタイムが短縮される。
次に、マニピュレータ12で支持脚Sを認識済の支持脚設置位置の上部に移動させる。続いて、図3(3)、(4)に示すように、マニピュレータ12で支持脚SのベースプレートS1を床Fに接地させた後、摺動ポール38が縮んで支持脚高さ調整部28が先端フランジ30側に近付いたところで停止し、図4(1)、(2)に示すように、支持脚把持部26を開く。こうすることで、支持脚Sを床Fに設置することができる。
次に、図4(3)、(4)に示すように、支持脚ベース回転防止部29の水平シリンダ56を動作し、回転防止部58のスライダ60を介して張出プレート62を回転子52の回転軸に接近させて、張出プレート62の凹部がネジ軸S2を挟み込むように配置する。その後、図5(1)、(2)に示すように、垂直シリンダ54を伸長して、張出プレート62を下に移動させ、張出プレート62の下面の接触部材64をベースプレートS1の上面に押し当てて、一定の押圧力を付与する。
そして最後に、図5(3)、(4)に示すように、施工場所に設置された図示しない回転レーザレベルからのレーザ光を回転レーザレベル受光器36で検出して、これを基準に支持脚高さHを認識する。続いて、あらかじめ設定された支持脚施工高さになるように、支持脚回転用サーボモータ44を駆動し、回転子52によって支持脚Sの台座S3をネジ軸S2周りに回転させることで支持脚高さHを調整する。なお図5の例では、支持脚高さHを低くする場合を示している。高くする場合はこれとは逆方向に回転させればよい。
垂直シリンダ54は、エアシリンダで構成することが好ましい。支持脚高さHの変化に追従して垂直シリンダ54が伸縮することで、ベースプレートS1への押圧力を一定に維持することができる。これにより、台座S3を回転操作した際にベースプレートS1が共回りすることをより確実に防止することができる。
以上の手順により、床Fに対する支持脚Sの設置と支持脚高さHの調整を同時に行うことができる。設置終了後は、上記の手順とは逆の手順で、事前に設定したホームポジションに戻り、次の作業に進む。
本実施の形態によれば、床Fに対する支持脚Sの設置と支持脚高さHの調整を同時に行う際において、支持脚ベース回転防止部29の作用により、支持脚SのベースプレートS1の共回りを確実に抑えることができる。これにより、効率的で信頼性の高い施工作業が可能になる。
なお、上記の実施の形態においては、OAフロアのような二重床の支持脚の施工に用いる場合を例にとり説明したが、本発明の建設作業用ロボットはこのような用途に限るものではなく、高さを変更可能な支持脚を所定の高さで母体に取付ける施工作業であれば、いかなる作業にも適用可能である。
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、母体側に配置される基材と、前記基材に取り付いたネジ軸と、前記ネジ軸に螺合して軸方向に移動可能な台座とを有する支持脚を所定の高さで前記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、前記台座を前記ネジ軸周りに回転させて軸方向の前記支持脚の高さを調整する高さ調整手段と、前記高さ調整手段により前記台座を回転させた際の前記基材の共回りを防止する共回り防止手段とを備えるので、支持脚の設置と支持脚高さの調整を同時に行う際において、支持脚の基材の共回りを確実に抑えることができる。
また、本発明に係る他の建設作業用ロボットによれば、前記共回り防止手段は、前記高さ調整手段に対して軸方向に移動可能に設けられる第一移動機構と、第一移動機構に対して軸方向に直交する方向に移動可能に設けられる第二移動機構と、第二移動機構に設けられ、前記基材に係合して前記基材の回転を防止可能な回転防止部とを有するので、第一移動機構、第二移動機構、回転防止部を介して、支持脚の基材の共回りを確実に抑えることができる。
また、本発明に係る他の建設作業用ロボットによれば、前記支持脚を解放可能に把持する把持手段をさらに備え、前記高さ調整手段は、前記把持手段に対して軸方向に摺動可能に設けられる摺動機構と、前記摺動機構と一体的に移動可能であるとともに前記台座を回転させるための回転機構と、前記摺動機構と一体的に移動可能であるとともに前記支持脚の高さを認識する認識機構とを有し、前記認識機構で認識した高さに基づいて前記台座を回転させて前記支持脚の高さを調整するので、支持脚の設置と支持脚高さの調整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、二重床施工における支持脚を効率的に施工するのに適している。
10 建設作業用ロボット
12 マニピュレータ
14 支持脚施工ユニット(エンドエフェクタ)
16 カメラ(認識手段)
18 レーザ距離センサ(計測手段)
20 基部
22 センサベース
24 支持脚把持シリンダ
26 支持脚把持部(把持手段)
27 支持脚把持部延長シリンダ
28 支持脚高さ調整部(高さ調整手段)
29 支持脚ベース回転防止部(共回り防止手段)
30 先端フランジ
31 プレート
32 摺動機構
33,43 固定部材
34 支持脚回転機構
36 回転レーザレベル受光器
38 摺動ポール
40 コイルばね
42 高さ調整プレート
44 支持脚回転用サーボモータ
46 ベルト
48,50 プーリ
52 回転子
54 垂直シリンダ(第一移動機構)
56 水平シリンダ(第二移動機構)
58 回転防止部
60 スライダ
62 張出プレート
64 接触部材
C 軸方向
F 床(母体)
H 支持脚高さ
S 支持脚
S1 ベースプレート(基材)
S2 ネジ軸
S3 台座

Claims (3)

  1. 母体側に配置される基材と、前記基材に取り付いたネジ軸と、前記ネジ軸に螺合して軸方向に移動可能な台座とを有する支持脚を所定の高さで前記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、
    前記台座を前記ネジ軸周りに回転させて軸方向の前記支持脚の高さを調整する高さ調整手段と、
    前記高さ調整手段により前記台座を回転させた際の前記基材の共回りを防止する共回り防止手段とを備えることを特徴とする建設作業用ロボット。
  2. 前記共回り防止手段は、前記高さ調整手段に対して軸方向に移動可能に設けられる第一移動機構と、第一移動機構に対して軸方向に直交する方向に移動可能に設けられる第二移動機構と、第二移動機構に設けられ、前記基材に係合して前記基材の回転を防止可能な回転防止部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. 前記支持脚を解放可能に把持する把持手段をさらに備え、前記高さ調整手段は、前記把持手段に対して軸方向に摺動可能に設けられる摺動機構と、前記摺動機構と一体的に移動可能であるとともに前記台座を回転させるための回転機構と、前記摺動機構と一体的に移動可能であるとともに前記支持脚の高さを認識する認識機構とを有し、前記認識機構で認識した高さに基づいて前記台座を回転させて前記支持脚の高さを調整す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。
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