JP2566440B2 - 建設作業ロボットによる長尺構造物用直打コンクリート型枠のセット方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、用排水路等の長いコンクリート構造物を現
場打ちするための直打コンクリート型枠を建設作業ロボ
ットにより所定の位置にセットする方法に関するもので
ある。

［従来の技術］ 従来、用排水路等を現場にて直打する場合、構造物の
位置、形状、高さ等を示したやり形を仮設して、これに
張設した水糸に沿ってコンクリート型枠をセットしてい
た。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来方法では、型枠セットの作業
能率が悪く、多くの作業員と作業日数を要していた。

本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、予め組付けた長尺
構造物用直打コンクリート型枠を建設ロボットにより、
能率良く、しかも高精度にセットする方法を提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の建設作業ロボットによる長尺構造物用直打コ
ンクリート型枠のセット方法は、バックホー等の移動式
建設作業装置のアーム先端部にマニピュレータを取付け
て、該マニピュレータのグリッパに用排水路等の長尺構
造物用の直打コンクリート型枠を把持せしめ、上記グリ
ッパ又は直打コンクリート型枠に取付けたセンサーによ
り設置位置に向けて発射した基準レーザービームとのず
れを検知し、該ずれ信号により上記マニピュレータを制
御・作動せしめて上記直打コンクリート型枠を所定位置
にセットすることを特徴とするものである。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図に於て、１はバックホー等の移動式建設作業装
置であって、下部走行体1aに対して上部旋回体1bが左右
に旋回できるようになっている。

上記建設作業装置１の上部旋回体1bにはブーム1cおよ
びアーム1dが俯仰（上下方向に回動）自在に順次連結し
て設けられている。

上記アーム1dにはスライドアーム1eが長手方向に摺動
自在に取付られていて、その先端部にはベース板２が枢
着されており、枢着軸2aを中心に油圧シリンダ３により
傾動できるようになっている。

上記ベース板２の下側には固定基板４が一体的に固着
されている。尚、ベース板２と固定基板４は一体に形成
された部材であってもよい。

上記固定基板４の前後端部の下側には、案内部材4aが
一体的に取付けられていて、水平移動部材５の上側に設
けられたレール5aをＺ方向に摺動案内している。

上記案内部材4aとレール5aとの間には、第２図に示す
ように、鋼球６が介挿されていて、上記水平移動部材５
を円滑かつ高精度に移動案内できるようになっている。

上記前後の水平移動部材５は、各々の両端部が連結部
材７により相互に連結され、全体として矩形状の枠体を
構成している。

従って、上記水平移動部材５および連結部材７は一体
となって、油圧シリンダ８によりＺ方向に往復移動され
るようになっている。

９は横移動アームであって、上記連結部材７の長手方
向（水平移動部材５に対して直角方向）に沿って案内さ
れ、油圧シリンダ10によりＸ方向に往復移動されるよう
になっている。

尚、一方の横移動アーム９の上端部は、第３図に示す
ように、移動部材9a枢着軸9bに枢着されていて、該移動
部材9aは上記連結部材７のレール7aに案内されるように
なっており、上記横移動アーム９はγ方向に回動できる
ようになっている。

上記横移動アーム９の側方に設けられた移動部材9aに
は縦移動アーム11のレール11aが上下方向に案内されて
いて、油圧シリンダ12によりＹ方向に往復移動されるよ
うになっている。尚、上記移動部材9aとレール11aの間
にも鋼球が介挿されている。

第４図からも明らかなように、上記縦移動アーム11の
下端部にはボールジョイント11bが設けられていて、こ
れにグリッパ13の上端部が全方向に傾動可能に連結され
ている。

上記グリッパ13は逆Ｔ字状のグリッパ本体13aと把持
爪13bから構成されている。該把持爪13bは枢着軸13cを
中心に回動自在に取付けられており、直打コンクリート
型枠Ｆを両側から把持するようになっている。左右の把
持爪13bの基部は上記グリッパ本体13aの中央部に向けて
相互に向い合うように延設されており、その先端部には
溝穴13dが向い合うように形成されている。該溝穴13dに
は油圧シリンダ14のロッド先端部に取付けられているピ
ン14aが係合しており、油圧シリンダ14を作動させるこ
とにより両把持爪13b、13bを開閉作動させるようになっ
ている。

以上説明した機構は把持した直打コンクリート型枠Ｆ
の姿勢・位置を制御するマニピュレーター部であって、
直打コンクリート型枠Ｆを前後（Ｘ方向）、上下（Ｙ方
向）、左右（Ｚ方向）に移動させる制御の他に、垂直面
上での回転（β方向傾斜）および水平面上での回転（α
方向傾斜）制御を行なう、いわゆる５自由度で制御操作
することができるものである。

上記グリッパ13にはセンサー筒15,16が取付けられて
いる。

第５図から明らかなように、上記センサー筒15にはハ
ーフミラー17とセンサーユニット18がセットされてい
る。上記ハーフミラー17はレーザービームＲの発射方向
に対して45゜の傾斜角で配置されている。センサーユニ
ット18は上記ハーフミラー17の反射方向に配置されてい
て、上記ハーフミラー17により分光されて反射されるレ
ーザービームＲ′を受光するようになっている。

一方、上記センサー筒16にセットされたセンサーユニ
ット（図示せず）は、上記ハーフミラー17を透過した分
光レーザービームＲ″を受光するようになっている。上
記反射ビーム受光用のセンサーユニット18と透過ビーム
受光用のセンサーユニットとは、ハーフミラー17からの
距離が各々異なって（本実施例ではセンサーユニット18
がハーフミラー17に近い）いて、第５図に仮想線で示す
ようにハーフミラー17の後方にセンサーユニット18の虚
像が位置するようになっている。従って、センサーユニ
ット18はセンサー筒15の中心線上の虚像位置に配設され
ているものとして機能する。

19はレーザービーム発信器、20は円周上に多数の小穴
20aを一定間隔であけて配列した回転円板のチョッパ、
および21はセンサー回路である。上記チョッパ20は、例
えば20個の小穴20aをあけて、50Hzで回転させると、レ
ーザービームＲを1KHzのパルス光に変えることができ
る。

上記センサーユニット18は、第6A図および第6B図に示
すように、円筒内を十字隔壁18aにより断面扇状の４個
の受光室18bに分割され、各受光室18bの表面にはすりガ
ラス状塩ビシート等から成る拡散スクリーン18cが張装
されていて、レーザービームＲを拡散して受光室18b内
に導入するようになっている。

各受光室18bの底部には各室３個ずつのフォトダイオ
ード18dが配置されていて、上記センサー回路21に電気
的に接続されている。18eは干渉フィルターである。

尚、センサー筒16内にセットされているセンサーユニ
ットも上記センサーユニット18と同様の構造となってい
る。

次に、上記実施例装置による直打コンクリート型枠の
セット方法について説明する。

まず、直打コンクリート型枠Ｆの両側部をグリッパ13
の把持爪13bにより把持せしめると共に、上記建設作業
装置１の上部旋回体1bの旋回運動、ブーム1cやアーム1d
の俯仰運動、或いはベース板２の傾動運動等の各制御機
構により手動で、第８図に示すように、直打コンクリー
ト型枠Ｆのセット箇所の基準レーザービームＲ位置に近
い所まで近づける。

直打コンクリート型枠Ｆの設置位置には、予め基準レ
ーザービームＲのパルス光がレーザービーム発信器19か
ら発射されているので、上記直打コンクリート型枠Ｆが
所定の設置位置に近づくと、第５図に示すように、レー
ザービームＲの一部はハーフミラー17により反射されて
センサーユニット18方向に分光され、他部はハーフミラ
ー17を透過してセンサー筒16方向に直進する。

センサーユニット18に到達したレーザービームＲは、
第6A図および第6B図に示すように、十字隔壁18aにより
仕切られた受光室18bのいずれか１室に入光する。この
際、レーザービームＲは拡散スクリーン18cにより拡散
されて底部のフォトダイオード18dに受光される。この
時干渉フィルター18eにより、レーザービームＲ以外の
太陽光等の不要な光線は透過せず、フォトダイオード18
dに受光されないようになっている。

受光されたレーザービームＲのパルス光はフォトダイ
オード18dにより電流に変換され、第９図に示すよう
に、電流電圧変換回路23、バンドパスフィルター24、反
転増幅回路25、検波回路26を経てコンパレータ27に入
り、ここで基準電圧と比較され、基準電圧を越えた場合
には、例えば＋10Vが出力され、越えない場合には−10V
が出力される。

ところで、例えば第10図（Ａ）に示すように、レーザ
ービームＲのビームスポットｒが第１受光室18b₁に入光
して、フォトダイオード18dに受光されると、ビームス
ポットｒが矢印方向に移動するように制御がなされる。

従って、上記コンパレータ27から出力された受光信号
は、第11図に示すように、比較回路28に入り、サーボア
ンプ29を経てサーボ弁30を作動させる。

例えば第10図（Ａ）の矢印方向をＸ方向の制御とすれ
ば、上記サーボ弁30によりＸ方向のシリンダ10が作動す
る（第７図参照）。シリンダ10の位置はポテンシヨメー
タ31により検知され、その検知信号は上記比較回路28に
フィードバックされる。

シリンダ10の作用によりセンサー筒15のセンサーユニ
ット18側がＸ方向に移動されて、ビームスポットｒが第
10図（Ｂ）に示すように受光室18b₂に移ると、受光室18
b₁内のフォトダイオード18dからの非受光信号（例えば
−10V）により上記サーボバルブ30が働いてシリンダー1
0の作動は停止し、次に第10図（Ｂ）の実線矢印のよう
にＹ方向の制御が行なわれる。

Ｙ方向の制御では、サーボ弁32が働いてシリンダ12を
作動させると、ビームスポットｒは再び受光室18b₁に入
るので、上述と同様にシリンダ10によるＸ方向制御が行
なわれ、以下、第10図（Ｃ）（Ｄ）に示すように順次制
御が行なわれてビームスポットｒはセンサーユニット18
の中心に近づいて、センサー筒15側の位置制御が行なわ
れる。

尚、センサー筒16側でも同様の制御が行なわれ、その
結果、直打コンクリート型枠Ｆの中心線は正しい設置姿
勢に制御される（第８図参照）。

尚、上記Ｙ方向の制御に際して、左右のシリンダ12は
通常独立して作動するので、第12図に示すように、直打
コンクリート型枠Ｆの中心線は垂直面上で傾斜する。こ
の場合、上記ジョイント9bおよびジョイント11bの働き
により上記傾斜姿勢の制御は無理な力がかかることな
く、円滑に行なわれる。

また、Ｘ方向の制御に際して、左右のシリンダ10も通
常独立して作動するので、第13図に示すように、直打コ
ンクリート型枠Ｆの中心線は水平面上で傾斜する。この
場合にも、ジョイント11bにより上記傾斜姿勢の制御は
円滑に行なわれる。

以上のようにして、基準レーザービームＲと直打コン
クリート型枠Ｆの中心線のずれが修正されて、直打コン
クリート型枠Ｆが正しい位置に正しい姿勢で設置され
る。

尚、油圧回路の油圧源としては建設作業装置１の油圧
源を利用するとよい。

上記センサーユニット18に於けるレーザービームＲの
位置決め方式の別の実施例としては、第14図に示すよう
に、上記チョッパ20からのパルス状のレーザービームＲ
を回転体33の回転中心に設けたミラー33aと、所定半径
位置に設けたミラー33bにより順次反射させてセンサー
ユニット18に投射し、上記回転体34を一定のスピードで
回転させると、第15図に示すように、センサーユニット
18にはレーザースポットｒの軌跡が所定半径をもって一
定スピードで回転するように描かれる。この場合、受光
室18b₁と18b₃、受光室18b₂と18b₄を対とし、レーザービ
ームＲが受光室18b₁と18b₃を通過するに要する時間（パ
ルス数でもよい）の差を電圧に変えてＸ方向移動指令出
力とすると共に、受光室18b₂と18b₄を通過するに要する
時間（パルス数でもよい）の差を電圧に変えてＹ方向移
動指令出力としてもよい。

各通過時間差（又は、パルス数の差）が等しくなった
時、基準レーザービームＲがセンサーユニット18の中心
に位置することにより、位置および姿勢制御が効果的に
なされる。

尚、センサー筒16におけるセンサーユニットに於いて
も全く同様の制御が可能である。

［発明の効果］ バックホー等の移動式建設作業装置のアーム先端部に
マニピュレータを取付けて、該マニピュレータのグリッ
パに用排水路等の長尺構造物用の直打コンクリート型枠
を把持せしめ、上記グリッパ又は直打コンクリート型枠
に取付けたセンサーにより設置位置に向けて発射した基
準レーザービームとのずれを検知し、該ずれ信号により
上記マニピュレータを制御・作動せしめて上記直打コン
クリート型枠を所定位置にセットするようにしたので、
直打コンクリート型枠を能率良く、しかも高精度にセッ
トすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の建設作業ロボットの一実施例を示す全
体斜視図、第２図および第３図は第１図の要部の拡大説
明図、第４図はグリッパの側面図、第５図はセンサー部
の構成図、第6A図はセンサーユニットの平面図、第6B図
はセンサーユニットの半断面図、第７図はシリンダ作動
用の油圧回路図、第８図は直打コンクリート型枠のセッ
ト概念図、第９図はセンサーユニット電気回路図、第10
図（Ａ）〜（Ｄ）はセンサーユニットによる位置決め原
理図、第11図は電気・油圧サーボ機構のブロック図、第
12図は垂直面での直打コンクリート型枠の回転制御説明
図、第13図は水平面での直打コンクリート型枠の回転制
御説明図、第14図および第15図はセンサーユニットによ
る他の位置決め原理図である。 １……移動式建設作業装置、1a……下部走行体、1b……
上部旋回体、1c……ブーム、1d……アーム、1e……スラ
イドアーム、２……ベース板、2a……枢着軸、３……油
圧シリンダ、４……固定基板、4a……案内部材、５……
水平移動部材、5a……レール、６……鋼球、７……連結
部材、7a……レール、８……油圧シリンダ、９……横移
動アーム、9a……移動部材、9b……枢着軸、10……油圧
シリンダ、11……縦移動アーム、11a……レール、11b…
…ボールジョイント、12……油圧シリンダ、13……グリ
ッパ、13a……グリッパ本体、13b……把持爪、13c……
枢着軸、13d……溝穴、14……油圧シリンダ、14a……ピ
ン、15,16……センサー筒、17……ハーフミラー、18…
…センサーユニット、18a……十字隔壁、18b,18b₁,18
b₂,18b₃,18b₄……受光室、18c……拡散スクリーン、18d
……フォトダイオード、18e……干渉フィルター、19…
…レーザービーム発信器、20……チョッパ、20a……小
穴、21……センサー回路、22……電磁弁、23……電流電
圧変換回路、24……バンドパスフィルター、25……反転
増幅回路、26……検波回路、27……コンパレータ、28…
…比較回路、29……サーボアンプ、30……サーボ弁、31
……ポテンシヨメータ、32……サーボ弁、33……回転
体、34a,34b……ミラー、Ｆ……直打コンクリート型
枠、R,R′,R″……レーザービーム、ｒ……ビームスポ
ット。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バックホー等の移動式建設作業装置のアー
   ム先端部にマニピュレータを取付けて、該マニピュレー
   タのグリッパに用排水路等の長尺構造物用の直打コンク
   リート型枠を把持せしめ、上記グリッパ又は直打コンク
   リート型枠に取付けたセンサーにより設置位置に向けて
   発射した基準レーザービームとのずれを検知し、該ずれ
   信号により上記マニピュレータを制御・作動せしめて上
   記直打コンクリート型枠を所定位置にセットすることを
   特徴とする建設作業ロボットによる長尺構造物用直打コ
   ンクリート型枠のセット方法。