JP6439846B1 - ゴンドラ装着用建築物外壁作業機械化システム - Google Patents

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【課題】建築が高層化する一方で、外壁作業は屋上から懸架されたゴンドラでの作業者による手作業が多い。従来、外壁作業機械化は外壁レール設置や機械専用ゴンドラへの交換などが考案されてきたが容易ではない。【解決手段】既設の人員用ゴンドラの手摺、床など構造部分にクランプなどで確実に固定する機構を備えた１つ以上のユニットからなる作業システムを提供する。単一の作業ユニットでゴンドラ全幅に対応できない場合は複数の作業ユニットで領域を分担する。あるいはゴンドラ自体の骨格構造に固定・設置されたレールに沿って作業ユニットが横方向に能動的に移動して必要な幅に対応する。この場合、ゴンドラ懸架機構に余分な負荷をもたらす重心移動を相殺するために作業ユニットとは逆方向に協調しながら能動的に移動するバランサー機構も追加できる。【選択図】図５

Description

ゴンドラ装着用建築物外壁作業機械化システム
従来、建築物とくに高層建築での窓拭きなど外壁作業ロボットについては、多くの提案が行なわれているが、その多くは、ビルの外壁に敷設されているガイドレールに昇降車輪をかみあわせながら上昇、下降するものであったり、人員用ゴンドラをそれと同様の大きさの巨大な作業ロボットと取り替えるようになっている。
ガイドレールを使う場合、既存ビルの外壁構造に改変を必要とする。ゴンドラ型作業ロボットでは既設ゴンドラは掃除など特定の用途目的だけではなく他の用途に供される場合もあり、人員用ゴンドラの併存を余儀なくされることがあり、既設の人員用ゴンドラとあわせて複数台のゴンドラを保有、待機する必要が生じ屋上などの留置用スペースを無駄に占拠してしまう。また高所懸架体としてのゴンドラは安全性維持のため保守点検を要し、このための経費が複数生じることは経済的にも不利である。
特開平６−３４３５８１ 特開平８−２５６９５３ 特開２００３−１９５９４５
建築物の外壁全体に作業用ロボット用のガイドレールを一定間隔で設置すると、多数のガイドレールを設けたことによって建築物の外観が損なわれることがある。また既存の建築物にガイドレールを追加することは必ずしも容易ではない。本発明は、係る問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、作業ロボット用のガイドレールの備わっていない既存のビルでも、窓拭き用などの作業用ゴンドラが既設されている場合には、既設ゴンドラを有効に活用し、ガイドレール設置など外壁改変費用を抑制し、ゴンドラ作業の無人化を図ることでより高い安全性を提供することにある。
すなわち、本発明の外壁作業ロボットは、ビルに既設のゴンドラおよび屋上に敷設された走行レールと自走するルーフカーを含む既設懸架機構をゴンドラの上下方向昇降および水平方向移動に利用する。本発明は直接操作、遠隔操作あるいは全自動で作動する作業ユニットを人員用作業ゴンドラに設置し、風などの影響で動揺するゴンドラ内で各ユニットが不要に動くことのないようゴンドラ自体の骨格構造に確実に固定することを特徴とする。
例えば窓清掃を目的とする作業ユニットは清掃の実作業を行うブラシを伸縮および方向変換可能な支持アームを備えた清掃作業ユニットを用意し一定の面積に対して作業をするが、ゴンドラ横幅全体を対象にするには複数台を並列配置して作業範囲を必要な面積まで拡大する。
















また前項とは異なる対応として、ゴンドラ骨格構造にガイドレールを固定・設置し一般的なインクジェットプリンターのヘッドのように横方向に能動的に移動可能な架台を設け、これに固定した作業ユニットがゴンドラ内を横方向に移動できる機構を備えれば１台あるいは少数の作業ユニットで必要とされる作業領域幅に対応できる。
前項の方法で作業ユニットがゴンドラ内を横方向に能動的に移動する場合、ゴンドラ全体の総重量は変化しないものの、重心位置は主に横方向に変動する。ゴンドラ両端で懸架しているワイヤーロープあるいは屋上のルーフカーなど懸架機構に負担をかけることが懸念される。作業ユニットの横方向移動の重心移動を打ち消すためにバランス用の重量物バランサーをやはり横方向に設置した別のレール上を作業ユニットとは逆方向に能動的かつ協調的に移動させることで重心位置の大きな変動による懸架機構への動的負荷を軽減できる。
本発明は、建築物に既設されている人員用ゴンドラシステムを有効活用するものである。ゴンドラの無人化は安全性を飛躍的に高める。作業安全性の重要な部分はゴンドラシステムの耐加重を厳守することでほとんど実現できる。またゴンドラ懸架機構への負担となりうるゴンドラ内での重心移動についても対応可能である。
日本国内のみならず世界各地で建築の高層化が加速度的に進んでいる。また建築物の外形は意匠性を競うかのように旧来の単純な直方体あるいは上に行くほど幅が単調に小さくなる錐とは掛け離れた奇抜な形状のものが多く見受けられる。中には部分的ながら上に行くほどに広がっている構造もあり単純に懸架されたゴンドラからの人的作業では対応が困難と思われるケースも見受ける。加えてそうした作業困難な箇所は地上数百メートルに位置することも珍しくない。このような高所の外壁に仮にガイドレールを設けたとしてもガイドレールのメンテナンスそのものが困難なものとなる。本発明では従来のゴンドラを懸架機構として流用し危険作業領域の無人化を可能とする。
窓拭きユニット 窓拭きユニット１台をゴンドラに装着した様子 複数台（この場合は3台）の窓拭きユニットをゴンドラに装着した様子 ゴンドラ横幅方向に移動可能なレール架台に作業ユニットを装着した様子 ゴンドラ内に設置したバランサーを装備したレール架台に作業ユニットを装着した様子。ゴンドラ柵を一部除去し内部のバランサーが見えるようにしている。 ゴンドラ内に設置したバランサーを装備したレール架台に作業ユニットを装着し、作業ユニットが左に移動した時にバランサーが右に移動した様子。ゴンドラ柵を一部除去し内部のバランサーが見えるようにしている。 ゴンドラ内に設置したバランサーを装備したレール架台に作業ユニットを装着し、作業ユニットが右に移動した時にバランサーが左に移動した様子。ゴンドラ柵を一部除去し内部のバランサーが見えるようにしている。
ゴンドラに搭載可能であれば作業機材一式は単体でもよいし、機能的に分割された複数のユニットから構成されてもよい。例えば窓清掃を目的とする作業機材は清掃の実作業を行うブラシを伸縮および方向変換可能な支持アームを備えた清掃作業ユニットと洗浄液の供給用タンク、洗浄後の液を貯める廃液タンク、電源ユニット、制御・通信ユニットなどに分割して構成することもできる。これらを一筐体で構成することも可能だが、ゴンドラへの搭載作業は屋上で行われることもあるので、人の手による作業を考慮すると人力で運びやすいサイズ・重量に分解できることが望まれる。液体類のタンクは複数用意し必要に応じて迅速に交換できると全体の作業効率も向上する。これらユニット間は電力・光ファイバーなどの信号ケーブルや配線あるいは流動体移動用のパイプで相互に接続される。
作業ユニットだけで対応できる範囲は横幅、上下の高さともに制限があるので、ゴンドラそのものの昇降、水平方向移動と組み合わせて作業が進められるが、ゴンドラの移動は最小限にとどめることが安全上望ましい。人の作業では横長のゴンドラ上で人が移動することで水平方向に関してはゴンドラ幅とほぼ同じ範囲を作業対象とできる。しかしゴンドラの幅は数メートルに及ぶ場合もある。単体ユニットを使って作業アームの伸縮などでカバーすることは限界もありうる。そこで数１０ｃｍから３ｍ程度の幅を作業範囲とできる作業ユニットを複数台ゴンドラ上に並べて搭載し有効な作業領域幅を確保することで対応できる。
また前項とは異なる対応として、ゴンドラ骨格構造にガイドレールを固定・設置し一般的なインクジェットプリンターのヘッドのように作業ユニットがゴンドラ内を横方向に能動的に移動できる機構を備えれば１台あるいは少数の作業ユニットで必要とされる作業領域幅に対応できる。
前項に記したゴンドラ内で横方向に作業ユニットがレール上を能動的に移動する場合、ゴンドラ全体の総重量は変化しないものの、重心位置は主に横方向に変動する。ゴンドラ両端で懸架しているワイヤーロープあるいは屋上のルーフカーなど懸架機構に負担をかけることが懸念される。作業ユニットの横方向移動の重心移動を打ち消すためにバランス用の重量物バランサーをやはり横方向に設置した別のレール上を作業ユニットとは逆方向に能動的かつ協調的に移動させることで重心位置の大きな変動による懸架機構への動的負荷を軽減できる機構を提供できる。
完全な自動運用ではなくてもゴンドラ内が無人化できることで建築物によっては夜間の作業が可能となり、例えば高層オフィスビルなどでは就業時間を避けてメンテナンスが可能となる。敷地内の人員数が少ない時間帯の作業はさらなる安全性も期待できる。
また外壁作業の大半を占めるのは清掃作業であるが、それ以外の目的たとえばコーティングを含む塗装作業、防水工事、イルミネーションランプの交換など頻度は低いものの重要な外壁作業は多岐にわたる、今後も新たな作業ジャンルが出現する可能性がある。このような多種多様な作業のうち特定の作業に対応する機械・ロボットの開発を得意とする企業がその機能専用の高所作業ゴンドラ製作にも精通しているとは限らない。作業ロボット開発企業が機材の重量や部品脱落対策あるいは外部構造への装着方法と強度確保など地上での通常使用でも求められる一般的な性能・仕様を確保した上で、ゴンドラへの装着方法にアタッチメントなどで対応できれば高所作業にも新機能を投入できる環境が提供できるので、多くの業種の参入を容易なものとし、より多彩なサービスの創出を促すことになる。
１１ 回転ブラシ
１２ 伸縮アーム
１３ 自在関節
２１ ゴンドラ
２２ 懸架ワイヤー
２３、４１ 作業ユニット（この図では窓拭きユニット）
４２ レール上を能動的に移動する架台
４３ レール
５１ 可動架台に乗せた作業ユニット
５２ バランサー
５３ バランサー用レール

Claims (2)

  1. 単一の作業ユニットの作業範囲を越えてゴンドラの全幅までの範囲内で作業を提供するために、１台あるいは複数の作業ユニットを手摺を含むゴンドラ全体の構造物に設置・固定したレールに沿って水平方向に能動的に移動することで対応可能とする作業システムであって、レール移動ユニットと固定ユニットとが混在する複数台の作業ユニットを並列搭載可能であることを特徴とする作業システム。
  2. 単一の作業ユニットの作業範囲を越えてゴンドラの全幅までの範囲内で作業を提供するために、１台あるいは複数の作業ユニットを手摺を含むゴンドラ全体の構造物に設置・固定したレールに沿って水平方向に能動的に移動することで対応可能とする作業システムであって、機構の実装に際して、作業ユニットの重量移動によるゴンドラ内での重心移動による懸架機構への影響を最小化するために、作業ユニットの移動軸と平行に能動的に移動できるバランサーを備え、作業ユニットの移動と逆方向に作業ユニットと協調的に移動することで、重心位置の変動を低減する機構を備えることを特徴とする作業システム。
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