JP6216090B1 - コンクリート床仕上げロボット - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリート床仕上げロボットを排ガスがなく、静かで、軽量化し長時間稼働を可能とする。【解決手段】モータの正逆回転や回転数増減ができる特性を生かし、コンクリート床を平滑にする回転ブレードを正逆転方向ができる両縁が持ち上がったトレー形状とし、ブレードの傾斜角は正逆転方向ごとに自動で傾斜角を修正する構造とし、コンクリート床仕上げロボットの進行方向や回転方向に応じてブレードの回転方向と回転スピードを制御することで、軽量化して長時間運転を可能にする。【選択図】図１

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。

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。

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。

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。

特願平７−２７７９９８

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。

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。

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。

コンクリート床仕上げロボットの実施方法を示した正面図である。（実施例１） 図１のＡ−Ａ線における平面図である。（実施例１） 図２のＢ−Ｂ線における側面図である。（実施例１） コンクリート床仕上げロボットの回転軸の回転方向と移動の関連を示した説明図である。 コンクリート床仕上げロボットのブレード部の説明図である。 コンクリート床仕上げロボットの制御システムブロック構成図である。 コンクリート床仕上げロボットの回転不良が生じる実施例を示した正面図である。（実施例２） 図７のＣーＣ線における平面図である（実施例２）

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (3)

1. 部品を支持するシャーシと、シャーシの長手方向に於いて、回転軸中心線の上部が鉛直線よりもシャーシの中心部から遠ざかる方向に数度の傾斜角で支持された２本の回転軸と、正転、逆転、回転数変更をできるモータと、モータの回転数を変え回転軸を回転させるギアボックスと、回転軸の下部に回転軸に直角で放射状の複数の回転方向の両縁が上がっているトレー形状のブレードと、自律走行センサと、自律走行センサの情報でモータの正転、逆転、回転数変化させ、前進、後退、回転、進行方向のずれを制御する制御装置で構成されるコンクリート床仕上げロボット
2. ブレード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、ブレード固定金具はブレードの中心部に固着し、ブレード取付アームを回動するブレードアーム回転金具にブレード固定金具を固定手段で固定する形状を特徴とする請求項１記載のコンクリート床仕上げロボット
3. シャーシの中央部に振動モータを固定した形状を特徴とする請求項１又は請求項２記載のコンクリート床仕上げロボット

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