JP6851741B2 - 床仕上げロボット - Google Patents

Description

本発明は、コンクリートを打設した床面均しを行う床仕上げロボットに関する。

床スラブ用にコンクリートを打設した場合、平に仕上げるために鏝仕上げが行われる。腰をかがめて広いビルの床面を手作業で行うことは辛い作業であり、職人の確保も容易ではない。
鏝作業用の機器の開発はいくつか行われている。
特許文献１（特公平７−９４１号公報）には、走行台車とトロウェルを備え、さらに走行台車の接地圧を下げるために打設面に空気を噴射する床仕上げ装置が提案されている。
特許文献２、４（特許第２７６１７６４号公報、実公平８−９３１９号公報）には、トロウェルの上方にエンジンを載せた歩行制御型のコンクリート床均し装置が提案されている。
特許文献３（特許第２９３６４３２号公報）には、鏝の回転、駆動軸の角度などを制御可能にすることにより、非乗用型で操行制御可能としたコンクリート床仕上げ機が提案されている。

１９８０年代頃に床仕上げ装置の研究開発が盛んに行われた時期があるが、歩行型の仕上げ装置以外は実用化が進んでいない。
床仕上げは、打設した生コンクリートが柔らかい状態で均し作業を行うのが良いが、過去に開発された装置は重量があって、硬めのコンクリートには使用できても、通常の柔らかな状態では使用困難であった。

特公平７−９４１号公報 特許第２７６１７６４号公報 特許第２９３６４３２号公報 実公平８−９３１９号公報

本発明は、柔らかなコンクリートでも仕上げ作業ができる床仕上げ用ロボットを開発することを目的とする。

本発明は、小型・軽量化を実現した床仕上げ用ロボットである。

本発明は、次の構成を要旨とするものである。
１．駆動用モータと回転する鏝機構を備えた鏝装置とバッテリーとを機体フレームに装着した床仕上げ用ロボットであって、
機体フレームと、
機体フレームの中央で、下方に駆動用モータを配置し、
機体フレームの長手方向の前後に鏝装置を配置し、
機体フレームの上方側であって、前後の鏝装置間にバッテリーを着脱自在に搭載しており、
駆動シャフトが、駆動用モータの上方であって、バッテリーの下方に配置されており、
機体フレームは、駆動用モータと鏝装置が取り付けられる鉄製の主フレームと機体の外周に設けられたアルミニウム製又は樹脂製の保護フレームを備えていることを特徴とする床仕上げ用ロボット。
２．主フレームは、長方形状の枠体であり、保護フレームは該枠体の下方側に連結されていることを特徴とする１.記載の床仕上げ用ロボット。
３．主フレームは、上面側に駆動軸固定用の取付け部材を前後に配置し、該駆動軸固定用の取付け部材の直上にバッテリーが着脱自在に搭載されており、
当該主フレームの下側に駆動用モータの取付け部材が設置され、駆動モータが該取付け部材に取り付けられていることを
特徴とする１.又は２.記載の床仕上げ用ロボット。
４．機体フレームは、主フレームと保護フレームがステイを介して接続されており、ステイの一方端側の上面を主フレームの下面に当接して取り付け、他端を保護フレームに接続されており、
ステイの中間上面に取っ手が設けられていることを特徴とする１.〜３.のいずれかに記載の床仕上げ用ロボット。
５．機体重量は、二名の人力で搬送可能な重さであって、バンタイプの軽自動車に搭載できる大きさであることを特徴とする１.〜４.のいずれかに記載の床仕上げ用ロボット。
６．無線操縦される１.〜５.のいずれかに記載の床仕上げ用ロボット。

１．本発明は、小型・軽量化によって、柔らかなコンクリートでも仕上げ作業ができる床仕上げ用ロボットを実現できた。
バンタイプの軽自動車にも乗せることができる大きさであって、搬送して打設現場に持ち込むことができる重量とすることができ、特別の機器を必要とせずに、現場対応できる大きさと重量を実現した。なお、過去に開発された床仕上げ装置は、重量２００〜３００ｋｇであるために、人力で搬送することは困難であり、このまま打設直後に柔らかな生コンクリート上に載せることもできない装置であった。
２．機体フレームは、主フレーム構造を長方形の枠型で高強度の鉄系材料で構成し、その前後と上下に機器を配置し、保護フレームはアルミニウムや樹脂等の軽量素材を使用して、軽量とした。高強度の主フレームの上下に主要機器を設置して、低重心で、バランスの良い床仕上げ用ロボットを実現した。
３．重量１００ｋｇ未満、長さ１５００ｍｍ以下、巾１０００ｍｍ以下のサイズに床仕上げ用ロボットを仕上げることができ、軽自動車の荷台に収容して移動し、作業現場では、二名の作業員が、工事現場内を持ち運んで作業箇所に設置することができ、左官職人が現実に活用できる床仕上げ用ロボットである。

全体斜視図 概略図（ａ）平面図、（ｂ）側面図 概略機構図 （ａ）平面図、（ｂ）側面図、透視機構概略（ｃ） 実施例斜視図 実施例側面図 実施例平面図 実施例正面図 フレーム構造図、（ａ）機体フレーム、（ｂ）保護フレーム、（ｃ）フレーム 機体フレームの例を示す図 実施例機体側面例（バッテリー除く）を示す図

本発明は、床スラブ用に生コンクリートを打設した柔らかなコンクリートでも鏝仕上げ作業ができる小型で軽量な床仕上げ用ロボットである。軽自動車でも十分に搬送でき、人が持ち運びできる大きさと重量とした、実用性に優れた床仕上げ用ロボットである。
生コンクリートを打設した床仕上げは、鏝で均す左官作業であって、左官職人による手作業が基本であり、左官業の多くは零細企業であって大きな設備を備えていない。床仕上げ用ロボットを大型化し、可搬型ではなく、特殊な搬送手段や大きな荷台を備えた運送車を準備することは、ロボットの直接導入費にさらに、間接費用も必要になるので、一般的に零細な左官業者が導入することは非現実的で実用化が困難である。
また、機体の重量が大きいことは、打設後の柔らかいコンクリート面に載せると沈み込むので、打設後時間をおくことが必要となるので、作業効率がさほど改良されない。
大面積の床仕上げは、コンクリート打設終了後に行うこととなるので、特に冬季は夜間作業になりやすく、開始時間が遅れると終了時間も遅くなり、騒音の発生する作業に制約を受けている場合は、鏝装置を使用できないこととなり、鏝仕上げ装置を必要とする大面積ほど使いにくいという問題を抱えている。
従来開発された床仕上げ用ロボットは、重量２００〜３００ｋｇあり、長さが１５００ｍｍ未満でも巾が１４００ｍｍあるなどバンタイプの軽自動車の荷台の長さと巾に納まらず、可搬性に欠けるものである。

本発明の床仕上げ用ロボットは、主フレームと機体周囲に配置される保護フレームを有する機体フレームを備えている。
主フレームを枠部材で長方形に構成し、この主フレームの中央下方に駆動用モータを配置し、左右に鏝装置を配置し、主モータから左右の鏝装置に伝える駆動軸を設け、その上にバッテリーを搭載した。
主フレームは強度を重視して、鉄製とし、保護フレームはアルミニウム製や合成樹脂製を採用して、軽量化を実現した。他の部品も可能な限りアルミニウムや合成樹脂を採用して、軽量化した。
バッテリーは、モータの上方で、機体中央に配置されており、ロボット全体として重心を中央で下方に下げて安定した操縦性能を発揮する。
機体周囲に配置される保護フレームは、ステイを介して主フレームに接続する。ステイには取っ手を取り付けて、持ち運びできるようにする。ステイは、一端が主フレームの下面側に当接して取り付ける。ステイを把持して持ち上げたときに、機器重量が載った主フレームを下から支えることができるようにする。
バッテリーは、バッテリーケースに収納し、着脱型とし、一人でも容易に運搬できる重量とする。
本床仕上げ用ロボットは、二名の作業員で移動して設置することができる重量で、軽自動車に搭載することができる大きさであって、打設後早期に鏝作業を開始することができる。

図１〜図３を参照して、本床仕上げ用ロボットの概略を説明する。
床仕上げロボットの斜視図を図１に示す。
主フレームを含む機体フレーム１と該機体フレームに駆動モータと駆動シャフトを含む駆動系２と２つの鏝装置を機体フレームの左右側に設けた鏝装置系４と該鏝装置を制御する制御系３を鏝装置の上に配置し、左右の制御機器の間で機体フレームの上方中央にバッテリーケースを含むバッテリー系を配置し、機体の周囲に配備されるバンパーを含む保護フレーム６が設けられている。バッテリーは、例えばリチウムバッテリー２５．６Ｖを使用する。

図２は、本床仕上げ用ロボットの概略図であって、平面図（ａ）と側面図（ｂ）である。
平面的には、機体中央部にバッテリー５があり、その左右に制御系３と鏝装置系４が配置され、機体の周囲を保護フレーム６が取り囲んでいる。
側面的には、機体の上部側左右に制御系３、３とそれらに駆動力を伝える駆動系２、上部中央にバッテリー５が配置されており、機体下方には打設コンクリート面に接地する鏝装置４、４が左右に配置され、機体下方で鏝装置のブレードよりは上部に位置する保護フレーム６が配置されている。駆動モータは中央部の駆動装置系２の下方に位置し、保護フレームに隠れて表示されていない。また、機体フレームも重なりがあって表示が複雑になるので省略してある。
側面図（ｂ）において、旧タイプの床仕上げ用ロボットで、バッテリー５００が制御装置の上方に配置し、駆動用モータ６００も上部にあった例を破線で示しているが、重い機器類が高い位置にあり、また左右に配置されていることは、重心が高くなるため、回転慣性が大きくなり、姿勢制御及び操縦性能が悪く、不安定となることが試験結果により確認されている。

図３は、本床仕上げ用ロボットの概略機構図であって、平面図（ａ）と側面図（ｂ）である。
平面的には、中央部に駆動用モータ２１とギアボックス２２を配置して、ギアボックス２２から左右の鏝装置４、４に動力を伝える駆動シャフト２３を延ばし、駆動シャフトの両端にはベベルギア２４、２４を設けて垂直に延びる鏝装置の駆動軸へ動力を伝達し、機体の周囲には保護フレーム６を配置している。機体フレーム１には、左右端側がベベルギア２４、２４を少し越えて延び、駆動用モータ２１やベベルギアボックスを載せること
ができる巾を備えた、略長方形の枠体で構成される主フレーム１０がある。
側面視的には、接地面側に鏝装置４、４が左右に配置され、鏝装置の駆動軸の上部側にはベベルギア２４、２４が配置され、ベベルギアの周囲には鏝装置を制御するサーボモータ３１、３１が配置され、左右のベベルギア２４、２４を両端とする駆動シャフト２３が水平に設けられ、該駆動シャフト２３の中間に駆動モータからの動力を受けるギアボックス２２を配置し、駆動シャフト２３の下方に駆動用モータ２１を配置し、駆動用モータ２１の出力軸を、ギアボックス２２を介して駆動シャフト２３が伝達している。左右のベベルギア２４、２４の間で駆動シャフト２３の上部にバッテリーケース５１を配置するスペースを設けている。保護フレーム６は、鏝装置の接地部材よりも上方側に配置されている。
無線操縦用のアンテナ３３が機体に取り付けられている。

機構を透視した概略を図３（ｃ）に示す。
水平方向に平行して延びる２本の縦フレーム１１、１１と２本の縦フレーム１１、１１を左右の端部で連結する横フレーム１２、１２を含む長方形の主フレーム１が形成されている。縦主フレーム１１には支持部材１３、１３が両側に設けられており、駆動シャフト２３を支持している。主フレームの中央付近には支持板１３を取り付けて、駆動用モータ２１の取付け用の支持部材としている。
主フレームの左右端側下方に鏝装置４、４を取り付けて、鏝を回転させ、回転軸を傾動操作することにより操行操縦することとなる。
このようにすることにより、中央部に重いモータとバッテリーを配置して、重心を中央、下方にして、移動する機体の安定性を向上させ、回転慣性を小さくしている。
鏝作業は、矢印に示すように回転、反転等の旋回摺動作業であって、鏝装置が仕上げ作業と移動の２つの機能を果たすこととなり、機体の安定性と操行性能は重要な要素であるので、鏝装置以外の重量物を中央側で下方に集めるようにしている。

装置の配置によって機体のバランスの向上を図ったほか、機体の軽量化を図った。
縦フレームと横フレーム等の強度が必要な部材は鉄系角形鋼管とし、曲げ強度耐性を大きくしている。
保護フレーム（バンパー）、鏝取付け部材、ギアボックス、トロウェルボックス、鏝外装シャフト、サーボモータ取付け部材、サーボモータステアリング、ドライブシャフトカップリング、バッテリーケース、モータギアボックス等にアルミニウム素材を採用して軽量化を図った。
強度や靱性が必要な機材として、鏝ブレード、ボルト、ピン、ベアリング、ジンバル、ドライブシャフト、ステイ、主フレームに対する機器取付け部材・プレートは鉄系素材を採用した。
これらの工夫の結果、作業現場での位置調整などの持ち運びを二名の作業員で行うことができて、十分にバンタイプの軽自動車の荷台に積むことができる大きさの床仕上げ用ロボットを完成し、実用的な装置を実現した。

図４〜１０に本発明の床仕上げ用ロボットの実施例を説明する。
図４に斜視図、図５に側面図、図６に平面図、図７に正面図をそれぞれ示す。
角形鋼管製の縦フレーム１１と縦フレーム１１の両端側に連接されている横フレーム１３とを含む主フレーム１０を構成する。
主フレーム１０の両端側下方に鏝装置系４、４を取り付ける。機体フレームの側端上方には鏝装置の制御系３、３駆動系を配置する。
駆動用モータ２が主フレーム１０の中央下部に取り付けられており、その上方にバッテリーケース５１が取り付け可能になっており、バッテリー５が備えられる。
バッテリーケースと駆動用モータの間には駆動系が配置されている。
機体の周囲を囲むバンパー６１が、ステイを介して主フレーム１０に取り付けられて、保護フレーム６を構成している。

図５の側面図によると、主フレーム１０を水平の基準として、駆動用モータ２１とギアボックス２２が主フレームからやや低い位置に取り付けられている。主フレームの直上には、駆動用モータから伝達するギアボックス２２を介して設けられた駆動シャフト２３、駆動シャフトの両端にはベベルギア２４、２４が接続され、ベベルギアを介して、鉛直方向に鏝装置の駆動力が伝達される。
ベベルギアボックスの外周にサーボモータ３１ａ、３１ｂが配置されている。サーボモータは、鏝装置の駆動軸を傾動制御して、床仕上げ用ロボットの操行を制動する。鏝装置のシャフトの中心部には鏝ブレードの角度調整用シャフトがあって、その上端にはブレードの接地角度を調整する角度調整ハンドル３２が取り付けられている。角度調整ハンドル３２は手動操作され、ブレードの接地傾斜角度が変わって、接地圧が調整できるので、仕上げ作業を行うコンクリートの柔らかさに応じて最初に調整する。
駆動シャフト２３の上方で両側のベベルギア２４、２４の間で機体中央にバッテリーケース５１が取り付けられている。

主フレーム１０の下方側には、鏝装置４、４が左右端側に配置され、主フレームからステイ６２を前後左右に斜め下方に延のばしてバンパー６１を取り付ける。左右端側のステイ６２には、取っ手６３を設けて、両側から持ち上げることができるようにする。

図６に示す平面図には、機体中央部にバッテリーケース５１が取り付けられていることがよく分かる。バッテリーケース５１には取っ手５２が左右について設けられている。
バッテリーケースには２４Ｖのリチウムイオン電池を搭載し、３０ｋｇ以下に抑えて、３時間以上の稼働時間を確保し、全体の軽量化に寄与している。なお、作業員が二名で持ち運びできる重量にすることで、駆動用モータも小型化して、電池の容量モータサイズ、フレーム全体の軽量化など総合的に軽量化に寄与している。
バンバー６１は、鏝ブレードの外周よりも大きく設定されており、アルミニウム製或いは樹脂製であって同形状の４部材を組み合わせて構成する。同形状の部材を組み合わせることで、部品点数を減らし、交換用部品のストックも少なくて済む。
左右のステイ６２には取っ手６３を２組取り付けて、二名の作業員が持ち運んで、位置調整ができるようにしている。
接地部材として、４枚のブレード４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ有する鏝装置を設けた。
図７は、正面図を表している。

本実施例は、バンパー６１を巾７５０ｍｍ、長さ１４００ｍｍ、バッテリーケース蓋部までの機高５２０ｍｍを実現することができている。バッテリーケース５１を外すとさらに機高が低くなり、軽自動車等の小型車輌による輸送及び作業現場での移動調整が容易となる。
実施例の床仕上げ用ロボットは、受信アンテナ３３を備えており、無線操縦することができる。屋外だけでなく屋内の床仕上げにも使用する機器であるので、屋外のようにＧＰＳなどは使用することができず、また、位置確認用の発信機などを準備することは、事前作業が繁雑になるので、コントローラを用いた、無線操縦とすることで十分に作業効率が向上する。

起動モータから駆動力を鏝装置へ伝達する駆動系は、シャフトと歯車による伝動系である。
駆動シャフトから鏝装置への動力伝達はベベルギアを使用している。
鏝装置は、４枚のブレードをトロウェルボックス４２に取り付けて、鏝装置を駆動する機構はジンバル機構を採用し、中心部にブレードの角度調整用のシャフト７を有する筒状シャフトを介してトロウェルボックスを回転させる機構である。トロウェルボックス４２にブレード用シャフト７２を取り付けて、ブレードの取り付け構造としている。
鏝装置の操縦は、筒状シャフトの傾きをサーボモータで制御して行われる。操縦は、コントローラを用いて行うことができる。ブレードの角度調整用シャフトの上端に設けられた手動ハンドルで調整し、作業対象の打設コンクリートにあわせて接地圧が調整される。
鏝装置の各機構は既存のトロウェル装置を活用することができる。

機体フレーム実施例

機体フレームの実施例を図８〜図１０に示す。
図８は、フレーム斜視図であって機体フレーム（ａ）保護フレーム（ｂ）、組み合わせたフレーム（ｃ）を示し、図９は機体フレーム平面図、図１０はバッテリー除く機体側面図を示す。

機体フレーム１を構成する主フレーム１０の構造は、角形鋼管製の２本の長い縦フレーム１１ａ、１１ｂと短い横フレーム１２ａ、１２ｂによって、長方形の枠体に構成され、枠体の上部に４つの支持部材１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが設けられ、枠体の内側で両側方側に鏝装置取付け部材１４、１４、枠体中央部にモータ支持部材１５が設けられている。
保護フレーム６は、機体の外周を周回するバンパー６１と、このバンパー６１を機体に取り付けるステイ６２を備えている。ステイ６２は、バンパーの短手部設けられる縦ステイ６２ａ、６２ａと長手部に設けられる６２ｂ、６２ｂを備えている。
取っ手６３ａ、６３ｂが縦ステイ６２ａに取り付けられている。取っ手は、両側に２つずつあって、両側から作業員が持ち運びできる。
各ステイの一端部はバンパー６１の内周面に取り付けられ、長手部のステイ６２ｂの他端は主フレーム１１ａの底面に取り付けられ、短手部のステイ６２ａは、主フレーム１１ａの端部下面に取り付けられている。
本床仕上げ用ロボットの各装置を取り付ける主フレームは、図９に平面的に示されるように、長方形の枠体で構成されたシンプルな構造であって、強固である。

図１０にバッテリーを除く各装置を取り付けた状態を示している。
主フレーム１０を中心に、上部左右に鏝装置の制御系３、３が設けられ、中央部に水平方向に駆動力伝達経路が配置され、その上部にバッテリー設置用空間が設けられている。
主フレーム１０の中央部やや下方には重量のある駆動用モータ２１が取り付けられ、左右の下方には鏝装置４、４が設けられている。鏝装置４、４には４枚のブレードが設けられており、回転して鏝仕上げ作業が行われる。
主フレーム１０からの左右に設置されたステイには取っ手６３が取り付けられており、両側から作業員が持ち運びできるようになっている。

これらの機体フレーム等では、縦フレーム１１、横フレーム１２は角形鋼管を用いて、高強度の枠型フレームを実現している。この枠型フレームを中心に、機器をバランス良く配置している。
バンパー、鏝取付け部材、ギアボックス、トロウェルボックス、鏝外装シャフト、サーボモータ取付け部材、サーボモータステアリング、ドライブシャフトカップリング、バッテリーケース、モータギアボックスなどをアルミニウム製として、機器の軽量化を図り、高強度の枠部材で支持できるようにしている。
強度が必要な部品である鏝ブレード、ボルト、ピン、ベアリング、ジンバル、ドライブシャフト、バンパーステイ、主フレームに対する機器取付け部材・プレートなどは鉄製としている。
これらの工夫の結果、床仕上げ用ロボットの小型化、軽量化を実現することができ、打設直後の柔らかなコンクリートにも鏝仕上げを適用することができ、二名の作業員が持ち運び可能で、軽自動車の荷台に乗せて搬送することができることとなり、左官職人が床仕上げ用ロボット以外の付帯設備を特に準備することなく導入できる実用性に優れた装置となった。

１ 機体フレーム
１０ 主フレーム
１１、１１ａ、１１ｂ 縦フレーム
１２、１２ａ、１２ｂ 横フレーム
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ 支持部材（駆動シャフト、バッテリー）
１４ 鏝装置取付け部材
１５ （駆動用）モータ支持部材

２ 駆動系
２１ 駆動用モータ
２２ ギアボックス
２３ 駆動シャフト
２４ ベベルギア
２５ａ、２５ｂ （駆動用）シャフト取付け部材

３ 制御系
３１ サーボモータ
３１ａ サーボモータａ
３１ｂ サーボモータｂ
３２ 角度調整ハンドル
３３ アンテナ

４ 鏝装置
４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ ブレード
４２ トロウェルボックス

５ バッテリー
５１ バッテリーケース
５２ （バッテリーケース）取っ手
５３ （バッテリー蓋）取っ手

６ 保護フレーム
６１ バンパー
６２ ステイ
６２ａ 縦ステイ
６２ｂ 横ステイ
６３、６３ａ、６３ｂ （機体）取っ手

５００ バッテリーケース
６００ 駆動用モータ

Claims (6)

1. 駆動用モータと回転する鏝機構を備えた鏝装置とバッテリーとを機体フレームに装着した床仕上げ用ロボットであって、
   機体フレームと、
   機体フレームの中央で、下方に駆動用モータを配置し、
   機体フレームの長手方向の前後に鏝装置を配置し、
   機体フレームの上方側であって、前後の鏝装置間にバッテリーを着脱自在に搭載しており、
   駆動シャフトが、駆動用モータの上方であって、バッテリーの下方に配置されており、
   機体フレームは、駆動用モータと鏝装置が取り付けられる鉄製の主フレームと機体の外周に設けられたアルミニウム製又は樹脂製の保護フレームを備えていることを特徴とする床仕上げ用ロボット。
2. 主フレームは、長方形状の枠体であり、保護フレームは該枠体の下方側に連結されていることを特徴とする請求項１記載の床仕上げ用ロボット。
3. 主フレームは、上面側に駆動軸固定用の取付け部材を前後に配置し、該駆動軸固定用の取付け部材の直上にバッテリーが着脱自在に搭載されており、
   当該主フレームの下側に駆動用モータの取付け部材が設置され、駆動モータが該取付け部材に取り付けられていることを
   特徴とする請求項１又は２記載の床仕上げ用ロボット。
4. 機体フレームは、主フレームと保護フレームがステイを介して接続されており、ステイの一方端側の上面を主フレームの下面に当接して取り付け、他端を保護フレームに接続されており、
   ステイの中間上面に取っ手が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の床仕上げ用ロボット。
5. 機体重量は、二名の人力で搬送可能な重さであって、バンタイプの軽自動車に搭載できる大きさであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の床仕上げ用ロボット。
6. 無線操縦される請求項１〜５のいずれかに記載の床仕上げ用ロボット。

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