JP6638903B2 - Construction work robot - Google Patents
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Description
本発明は、建設作業に用いられる建設作業用ロボットに関するものである。 The present invention relates to a construction work robot used for construction work.
従来、建設工事では、建設資材を所定の取付け位置やその近傍まで運搬する作業が必要不可欠なものとなっている。こうした建設資材の運搬作業は一般に、車両、台車、エレベーター、コンベヤなどの運搬手段により実施しているが、取付け場所への運搬経路などによっては、作業員が直接人力で運搬したり、台車等の小型の運搬手段を使って運搬する場合がある。例えば建設中の建物で天井ボードを下地材に取付ける場合には、台車などに天井ボードを積載して取付け位置まで運搬していた。このとき、運搬経路に段差や斜面が存在すると、段差や斜面を乗り越えるための力を台車に与えなければならず、作業員の負担となっていた。このため、作業員による運搬作業を代替もしくはアシストすることのできる建設作業用ロボットの開発が求められていた。 2. Description of the Related Art Conventionally, in construction work, an operation of transporting a construction material to a predetermined mounting position or its vicinity has been indispensable. In general, such construction materials are transported using vehicles, trolleys, elevators, conveyors, or other means of transport.However, depending on the transport route to the installation location, workers can directly transport the materials, They may be transported using small vehicles. For example, when a ceiling board is attached to a base material in a building under construction, the ceiling board is loaded on a trolley or the like and transported to an installation position. At this time, if there are steps or slopes in the transport route, a force must be applied to the bogie to get over the steps or slopes, which is a burden on the operator. For this reason, there has been a demand for the development of a construction work robot capable of substituting or assisting a transport work by a worker.
一方、多数の脚で歩行可能な多脚式ロボットが知られている(例えば、非特許文献1を参照)。非特許文献1は、法面補強工事において使用される法面作業ロボットであり、箱型の本体と、四つの同等な特性の脚と、整地を移動するための補助移動クローラと、牽引補助ワイヤを巻き取るためのウィンチと、削孔機構と、エンジンを水平に保つエンジンリフトを有している。また、このロボットは姿勢や斜面の勾配を計測するための姿勢センサ、地形を計測するための光学システムを有している。脚は昆虫型でロール・ピッチ・ピッチ型の3自由度を有しており、油圧シリンダによって駆動する。このロボットによれば、搬送トラックから工事現場である法面の近くまで整地をクローラで移動し、法面に近づいたら歩行に切り替えて平地から法面に乗り移り、法面を歩行して削孔機構を工事地点まで運び、削孔機の姿勢を脚で調整して、法面を削孔することができる。
On the other hand, a multi-legged robot that can walk with many legs is known (for example, see Non-Patent Document 1). Non-Patent
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、作業員による運搬作業を代替もしくはアシストすることの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。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a construction work robot capable of substituting or assisting a transportation work by a worker.
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、多脚式ロボットからなる建設作業用のロボットであって、建設用の資機材を搭載するための荷台と、荷台を支える少なくとも4つの脚と、荷台の水平状態を保持する水平保持機構と、段差上または斜面上を上り下り可能に自己の重心位置を制御し、脚の姿勢を制御する制御機構とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a construction work robot according to the present invention is a construction work robot including a multi-legged robot, and a carrier for mounting construction materials and equipment. And at least four legs supporting the carrier, a horizontal holding mechanism for maintaining a horizontal state of the carrier, a control mechanism for controlling the position of its own center of gravity so as to be able to go up and down on a step or on a slope, and controlling the posture of the legs. It is characterized by having.
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、脚の下端に設けられた車輪をさらに備え、この車輪は旋回して任意方向に移動可能なホイール、旋回せずに任意方向に移動可能なオムニホイール(登録商標)またはメカナムホイールからなることを特徴とする。 Further, another construction work robot according to the present invention, in the above-described invention, further comprises a wheel provided at a lower end of a leg, wherein the wheel is a wheel capable of turning and moving in an arbitrary direction, and an optional wheel without turning. It is characterized by comprising an omni wheel (registered trademark) or a mecanum wheel movable in a direction.
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、荷台を昇降させる昇降機構をさらに備えることを特徴とする。 Further, another construction work robot according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, a lifting mechanism for lifting and lowering the carrier is further provided.
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、荷台の上に設けられた取付け作業用のマニピュレータおよびエンドエフェクタをさらに備えることを特徴とする。 Further, another construction work robot according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, a manipulator for mounting work and an end effector provided on the carrier are further provided.
本発明に係る建設作業用ロボットによれば、多脚式ロボットからなる建設作業用のロボットであって、建設用の資機材を搭載するための荷台と、荷台を支える少なくとも4つの脚と、荷台の水平状態を保持する水平保持機構と、段差上または斜面上を上り下り可能に自己の重心位置を制御し、脚の姿勢を制御する制御機構とを備えるので、作業員による資機材の運搬作業を代替もしくはアシストすることができるという効果を奏する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the construction work robot which concerns on this invention, it is a construction work robot which consists of a multi-legged robot, Comprising: A loading platform for mounting construction equipment, at least four legs supporting a loading platform, and a loading platform. The equipment is equipped with a horizontal holding mechanism that maintains the horizontal state of the robot, and a control mechanism that controls the position of the center of gravity of the vehicle so as to be able to move up and down on a step or on a slope, and controls the posture of the legs. Can be replaced or assisted.
また、本発明に係る他の建設作業用ロボットによれば、脚の下端に設けられた車輪をさらに備え、この車輪は旋回して任意方向に移動可能なホイール、旋回せずに任意方向に移動可能なオムニホイール(登録商標)またはメカナムホイールからなるので、全方向に走行移動することができるという効果を奏する。 Further, according to another construction work robot according to the present invention, a wheel provided at a lower end of a leg is further provided, and this wheel is a wheel that can turn and move in an arbitrary direction, and moves in an arbitrary direction without turning. Since it is made of a possible Omni Wheel (registered trademark) or Mecanum Wheel, it is possible to travel in all directions.
また、本発明に係る他の建設作業用ロボットによれば、荷台を昇降させる昇降機構をさらに備えるので、荷台に積んだ資機材を昇降させることができるという効果を奏する。 Further, according to another construction work robot according to the present invention, since the lifting mechanism for raising and lowering the bed is further provided, it is possible to raise and lower the equipment loaded on the bed.
また、本発明に係る他の建設作業用ロボットによれば、荷台の上に設けられた取付け作業用のマニピュレータおよびエンドエフェクタをさらに備えるので、マニピュレータおよびエンドエフェクタで資材を所定の位置に取付けることができるという効果を奏する。 Further, according to another construction work robot according to the present invention, since the robot further includes a mounting manipulator and an end effector provided on the loading platform, the material can be mounted at a predetermined position by the manipulator and the end effector. It has the effect of being able to.
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。 Hereinafter, embodiments of a construction work robot according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the embodiment.
図1および図2に示すように、本発明に係る建設作業用ロボット10は、多脚式ロボットからなる建設作業用のロボットであって、直方体状の本体12と、建設用の資機材としての天井ボード1(例えば横幅90cm、縦幅180cm、重量10kg程度の板材)を搭載するための荷台14と、荷台14の水平状態を保持する水平保持機構16と、4つの脚20と、制御機構22とを備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
脚20は、上部脚20Aと下部脚20Bとこれらを回転自在に連結する間接軸部24と、上部脚20Aの上端を回転自在に本体12に固定する固定部26とを有する。固定部26は、本体12の下面の四隅に設けられている。
The
脚20の下端には、それぞれ任意方向に旋回可能なホイール18(車輪)が設けられている。図4に示すように、ホイール14の操舵角は、それぞれ任意方向に変更可能となっている。これにより、建設作業用ロボット10は床面上を前後左右斜めの任意の方向に走行移動可能である。各ホイール18の操舵角および回転数は制御機構22により駆動制御される。なお、ホイール18の代わりに、旋回せずに任意方向に移動可能なオムニホイール(登録商標)やメカナムホイールを用いてもよい。この場合、各ホイールの動作を制御することにより、建設作業用ロボット10が前後左右斜めの任意の方向に走行移動可能なようにしてもよい。
At the lower ends of the
また、本実施の形態では、脚20の下端にホイール18が設けられている場合を例にとり説明するが、本発明はこれに限るものではなく、脚20の下端にホイール18などの車輪を有さない構成であってもよい。
Further, in the present embodiment, the case where the
脚20は、段差上および斜面S上を建設作業用ロボット10が安定して上り下り可能なように姿勢を制御される。この制御は、本体12に備わる制御機構22により、図示しない油圧シリンダ等を介して上部脚20A、下部脚20B等を駆動制御することで行われる。脚20の制御の具体的な方法としては、例えば上記の従来の多脚式ロボットの脚の制御と同様な方法を用いることができる。
The posture of the
水平保持機構16は、荷台14の水平状態を保持するものであり、本実施の形態では、荷台14の水平からの傾斜角を検知する図示しないセンサと、脚20と、制御機構22とにより構成している。もちろん水平保持機構16の構成はこれに限るものではなく、他の周知の水平保持手段により構成してもよい。水平面上を走行中の建設作業用ロボット10が図2に示すような傾斜角θ(例えばθ=30度)の斜面S上に進入した場合には、荷台12の傾斜角が水平から変化する。センサがこの傾斜角の変化を検知すると、制御機構22は荷台14が水平状態を保持するよう脚20の姿勢および建設作業用ロボット10の重心位置を図のように調整する。この結果、荷台14は水平状態を保持するようになり、搭載されている天井ボード1が荷台14から滑り落ちることはない。この状態で、制御機構22がホイール18を駆動制御することで天井ボード1を搭載する建設作業用ロボット10は斜面S上を上り下りして運搬することができる。
The horizontal holding mechanism 16 is for holding the horizontal state of the
ここで、制御機構22は、図3に示すように、建設作業用ロボット10が段差Gを上り下り可能なように制御することもできる。段差Gを上る場合には、進行方向の脚20の左右いずれか一方のホイール18を進行方向に回転させるとともに、対応する脚20の姿勢を段差Gを乗り越えるように調整する。他の脚20の姿勢は現状を維持する。なお、この制御中、図示しないセンサの検知に基づいて荷台14の水平状態を保持するように制御する。他のホイール18は停止または現状の回転数および操舵角を維持する。これにより前方いずれか一方のホイール18が段差Gを乗り越える。同様に、前方の他方の脚20の姿勢およびホイール18を制御して段差Gを乗り越える。進行に応じて全ての脚20の姿勢およびホイール18を制御することで、荷台14の水平状態を保持しながら、建設作業用ロボット10が段差Gを乗り越えることができる。なお、建設作業用ロボット10が段差Gを下る場合については、同様の制御で実施可能である。
Here, as shown in FIG. 3, the control mechanism 22 can also control the
したがって、本実施の形態によれば、建設作業用ロボット10を使って、作業員による天井ボード1のような資機材の運搬作業を代替もしくはアシストすることができる。
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to use the
上記の実施の形態において、図5に示すように、本体12または荷台14の上に台座32を介して取付け作業用のマニピュレータ28を設置するとともに、マニピュレータ28の先端にエンドエフェクタ30を着脱自在に設け、天井ボード1の取付け作業を行えるようにしてもよい。この場合、エンドエフェクタ30で天井ボード1を吸着保持させた後、マニピュレータ28の姿勢を制御してエンドエフェクタ30を図示しない下地材に接近移動させてもよい。そして、台座32上に別に設けたマニピュレータ34を操作して天井ボード1にビスを打ち付け、下地材に取付けてもよい。これらの制御は制御機構22で行うようにしてもよい。また、このように別のマニピュレータ34を用いずに、荷台14の上に作業員が乗ってビス打ちを行ってもよい。なお、このような取付け操作の際には、マニピュレータ28等の姿勢や作業員の搭乗位置に応じて荷台14を回転させようとするモーメントが作用する。したがって、このようなモーメントを検知するセンサを設け、センサの検知に基づいて脚20の姿勢等を制御することで作業時の荷台14の安定性を確保してもよい。
In the above embodiment, as shown in FIG. 5, the
上記の実施の形態において、図6に示すように、荷台14を昇降させる昇降機構36をさらに備えてもよい。こうすることで、荷台14に積んだ天井ボード1あるいはマニピュレータ28の先端のエンドエフェクタ30で吸着保持した天井ボード1を作業員が届かないような高い位置(例えば床面から5m程度)まで昇降させることができるので、作業可能範囲が拡大する。昇降機構36としては、例えば図に示すようなパンタグラフ式で構成してもよいし、油圧式等の他の方式で構成してもよい。
In the above embodiment, as shown in FIG. 6, a
また、上記の実施の形態においては、荷台に載せる建設用の資機材が天井ボードである場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、天井吊りボルトや乾式耐火被覆材などの資材、作業工具などの機材を運搬する構成であってもよく、このようにしても上記と同様の作用効果を奏することができる。 Further, in the above embodiment, the case where the construction material to be placed on the cargo bed is a ceiling board has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, a configuration may be adopted in which materials such as ceiling suspension bolts and dry-type refractory covering materials and equipment such as work tools are transported. In this case, the same operation and effect as described above can be achieved.
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、多脚式ロボットからなる建設作業用のロボットであって、建設用の資機材を搭載するための荷台と、荷台を支える少なくとも4つの脚と、荷台の水平状態を保持する水平保持機構と、段差上または斜面上を上り下り可能に自己の重心位置を制御し、脚の姿勢を制御する制御機構とを備えるので、作業員による資機材の運搬作業を代替もしくはアシストすることができる。 As described above, according to the construction work robot according to the present invention, a construction work robot including a multi-legged robot, and a carrier for mounting construction materials and equipment, at least supporting the carrier. The worker is provided with four legs, a horizontal holding mechanism for maintaining the horizontal state of the loading platform, and a control mechanism for controlling the position of the center of gravity of the vehicle so as to be able to ascend and descend on a step or a slope and controlling the posture of the legs. Can substitute or assist the work of transporting materials and equipment.
また、本発明に係る他の建設作業用ロボットによれば、脚の下端に設けられた車輪をさらに備え、この車輪は旋回して任意方向に移動可能なホイール、旋回せずに任意方向に移動可能なオムニホイール(登録商標)またはメカナムホイールからなるので、全方向に走行移動することができる。 Further, according to another construction work robot according to the present invention, a wheel provided at a lower end of a leg is further provided, and this wheel is a wheel that can turn and move in an arbitrary direction, and moves in an arbitrary direction without turning. It consists of a possible Omni Wheel® or Mecanum Wheel so that it can travel in all directions.
また、本発明に係る他の建設作業用ロボットによれば、荷台を昇降させる昇降機構をさらに備えるので、荷台に積んだ資機材を昇降させることができる。 Further, according to another construction work robot according to the present invention, since the lifting mechanism for raising and lowering the bed is further provided, the equipment loaded on the bed can be moved up and down.
また、本発明に係る他の建設作業用ロボットによれば、荷台の上に設けられた取付け作業用のマニピュレータおよびエンドエフェクタをさらに備えるので、マニピュレータおよびエンドエフェクタで資材を所定の位置に取付けることができる。 Further, according to another construction work robot according to the present invention, since the robot further includes a mounting manipulator and an end effector provided on the loading platform, the material can be mounted at a predetermined position by the manipulator and the end effector. it can.
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、建設資材を所定の取付け位置やその近傍まで運搬する作業に適している。 As described above, the construction work robot according to the present invention is useful for a construction work robot for labor saving and labor saving of the construction work, and in particular, the construction material is attached to a predetermined mounting position or its vicinity. Suitable for carrying work.
1 天井ボード(資機材)
10 建設作業用ロボット
12 本体
14 荷台
16 水平保持機構
18 ホイール(車輪)
20 脚
20A 上部脚
20B 下部脚
22 制御機構
24 間接軸部
26 固定部
28,34 マニピュレータ
30 エンドエフェクタ
32 台座
36 昇降機構
G 段差
S 斜面
1 ceiling board (materials and equipment)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
建設用の資機材を搭載するための荷台と、
荷台を支える少なくとも4つの脚と、
荷台の水平状態を保持する水平保持機構と、
段差上または斜面上を上り下り可能に自己の重心位置を制御し、脚の姿勢を制御する制御機構とを備え、
前記4つの脚は、上部脚と下部脚とこれらを回転自在に連結する間接軸部と、上部脚の上端を回転自在に前記荷台に固定する固定部とを有し、いずれの脚も上部脚と下部脚が間接軸部で前記荷台の前後方向内側に屈曲していることを特徴とする建設作業用ロボット。 A construction work robot comprising a multi-legged robot,
A loading platform for loading construction equipment,
At least four legs supporting the carrier,
A horizontal holding mechanism for holding the horizontal state of the carrier,
Controlling the position of the center of gravity of itself to be able to go up and down on a step or on a slope, with a control mechanism that controls the posture of the legs ,
Each of the four legs has an upper leg, a lower leg, an indirect shaft portion that rotatably connects the upper leg and the lower leg, and a fixing portion that rotatably fixes the upper end of the upper leg to the loading platform. construction work robot where the lower leg is characterized that you have bent in the longitudinal direction inside the bed by indirect shank with.
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