JP6909588B2 - Wall moving device - Google Patents
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Description
本発明は、壁面(鉛直方向に延びる壁面の他に水平方向に延びる天井面や床面を含む)等の吸着相手面に吸着しながら移動可能な壁面移動装置に関する。 The present invention relates to a wall surface moving device that can move while adsorbing to a suction mating surface such as a wall surface (including a wall surface extending in the vertical direction as well as a ceiling surface and a floor surface extending in the horizontal direction).
上記のような壁面移動装置として、遠隔操作や自律制御によって、壁面に吸着可能な構成の吸着部材を先端部に有する複数の走行用アームを動かしながら壁面に沿って移動するものが知られている(例えば、特許文献1,2を参照)。このような壁面移動装置は、放射線量が多い場所や高い気圧環境下にある場所など、作業者が長時間滞在できない場所等において、所定の作業を行うのに適している。 As the wall surface moving device as described above, a device that moves along the wall surface while moving a plurality of traveling arms having a suction member having a structure capable of sucking on the wall surface at the tip portion by remote control or autonomous control is known. (See, for example, Patent Documents 1 and 2). Such a wall surface moving device is suitable for performing a predetermined work in a place where a worker cannot stay for a long time, such as a place having a large radiation dose or a place under a high atmospheric pressure environment.
壁面移動装置を壁面に沿って移動させるときは、複数の走行用アームの各先端部に設けられた吸着部材の幾つかを壁面から離し、その離した吸着部材を壁面内の次の吸着位置(「目標位置」とも称する)に移動させる動作が必要となる。このような動作を行う場合は、吸着部材の3次元空間内での位置(運動)を制御する必要があるが、特に、吸着部材を目標位置に正確に移動させるためには、壁面と平行な平面内(「平行面内」とも称する)での吸着部材の位置制御を高精度に行うことが重要となる。 When moving the wall surface moving device along the wall surface, some of the suction members provided at the tips of the plurality of traveling arms are separated from the wall surface, and the separated suction members are moved to the next suction position in the wall surface ( It is necessary to move it to the "target position"). When performing such an operation, it is necessary to control the position (movement) of the suction member in the three-dimensional space, but in particular, in order to accurately move the suction member to the target position, it is parallel to the wall surface. It is important to control the position of the suction member in a plane (also referred to as "in a parallel plane") with high accuracy.
しかし、上述した従来の壁面移動装置では、走行用アームが壁面に垂直な平面内(「垂直面内」とも称する)で揺動可能に構成されているので、アームを垂直面内で揺動させると吸着部材は、壁面に垂直な方向に位置が変動するだけではなく、平行面内でも位置が変動することとなる。このため、平行面内での吸着部材の位置制御を高精度に行うことが難しいという課題がある。 However, in the conventional wall surface moving device described above, since the traveling arm is configured to be swingable in a plane perpendicular to the wall surface (also referred to as "vertical plane"), the arm is swung in the vertical plane. And the suction member not only changes its position in the direction perpendicular to the wall surface, but also changes its position in the parallel plane. Therefore, there is a problem that it is difficult to control the position of the suction member in the parallel plane with high accuracy.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、アームの動作により位置が変動する吸着部材の、吸着相手面と平行な面内における位置制御を容易かつ高精度に行うことが可能な壁面移動装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and it is possible to easily and highly accurately control the position of a suction member whose position changes depending on the operation of the arm in a plane parallel to the suction mating surface. It is an object of the present invention to provide a wall surface moving device.
上記目的を達成するため、本発明に係る壁面移動装置(例えば、実施形態における天井走行ロボット60)は、ケーソンの底部に設けられた作業室内において、吸着相手面(例えば、実施形態における天井面5)に吸着しながら前記吸着相手面上を移動する壁面移動装置であって、本体部(例えば、実施形態における本体基部62)と、前記本体部に前記吸着相手面と垂直な方向に移動可能に取り付けられ、前記吸着相手面に吸着・離脱可能な構成の吸着部(例えば、実施形態における電磁石66)を一端部に有する本体側吸着部材(例えば、実施形態における本体部吸着体65)と、前記本体部に連結されて前記吸着相手面と平行な方向に延び、それぞれ前記吸着相手面と平行な平面内で揺動可能な複数の関節アーム(例えば、実施形態における走行用アーム70)と、前記関節アームの先端部にそれぞれ取り付けられた支持部(例えば、実施形態におけるユニット支持部81)と、前記支持部に前記垂直な方向に移動可能に取り付けられ、前記吸着相手面に吸着・離脱可能な構成の吸着部を一端部に有するアーム側吸着部材(例えば、実施形態におけるアーム部吸着体85)と、を備え、前記複数の関節アームは、前記垂直な方向に互いにずれて配置され、前記複数の関節アームのそれぞれの一部が前記垂直な方向に重なる状態で折り畳み可能に構成されており、前記複数の関節アームが折り畳まれた状態において、前記作業室と地上とを繋ぐ所定のシャフトを通って、前記作業室に対し搬入、搬出されるように構成される。
In order to achieve the above object, the wall surface moving device (for example, the
上記の壁面移動装置において、前記関節アームが複数の関節アーム構成部材(例えば、実施形態における走行用アーム第1構成部材74、走行用アーム第2構成部材77)を連結して構成され、これら複数の関節アーム構成部材が互いに前記平行な平面内で揺動可能に連結されていることが好ましい。
In the above-mentioned wall surface moving device, the joint arm is configured by connecting a plurality of joint arm constituent members (for example, a traveling arm first
上記の壁面移動装置において、3本の前記関節アームを有し、前記本体側吸着部材と前記3本の関節アームの先端部に設けられた3個の前記アーム側吸着部材を用いて、前記吸着相手面に吸着取り付け可能な構成とすることが好ましい。 In the wall surface moving device, the suction is performed by using the three joint arms, the main body side suction member, and the three arm-side suction members provided at the tips of the three joint arms. It is preferable that the structure is such that it can be sucked and attached to the mating surface.
上記の壁面移動装置において、前記本体側吸着部材および前記アーム側吸着部材のうちの3個を前記吸着相手面に吸着させるとともに残りの1個を前記吸着相手面から離して前記垂直な方向に移動させ、前記関節アームの前記平行な平面内での揺動に応じて前記壁面移動装置を前記吸着相手面に沿って移動させる構成とすることが好ましい。 In the wall surface moving device, three of the main body side suction member and the arm side suction member are sucked to the suction mating surface, and the remaining one is separated from the suction mating surface and moved in the vertical direction. It is preferable that the wall surface moving device is moved along the suction mating surface in response to the swing of the joint arm in the parallel plane.
上記の壁面移動装置において、前記本体側吸着部材と当該本体側吸着部材を保持する部材(例えば、実施形態における本体側吸着体保持部64)が前記垂直な方向を含む任意の平面内で揺動可能に連結されており、前記アーム側吸着部材と当該アーム側吸着部材を保持する部材(例えば、実施形態におけるアーム側吸着体保持部84)が前記垂直な方向を含む任意の平面内で揺動可能に連結されている構成とすることが好ましい。
In the wall surface moving device, the main body side suction member and the member holding the main body side suction member (for example, the main body side suction
上記の壁面移動装置において、前記本体側吸着部材と当該本体側吸着部材を保持する部材が前記垂直な方向に延びる軸線の周りに回転可能に連結されており、前記アーム側吸着部材と当該アーム側吸着部材を保持する部材が前記垂直な方向に延びる軸線の周りに回転可能に連結されている構成とすることが好ましい。 In the wall surface moving device, the main body side suction member and the member holding the main body side suction member are rotatably connected around the axis extending in the vertical direction, and the arm side suction member and the arm side are connected. It is preferable that the member holding the suction member is rotatably connected around the axis extending in the vertical direction.
本発明によれば、本体部に吸着相手面と垂直な方向に移動可能に取り付けられた本体側吸着部材と、本体部に連結されて吸着相手面と平行な平面内で揺動可能な複数の関節アームと、関節アームの一端部に支持部を介して吸着相手面と垂直な方向に移動可能に取り付けられたアーム側吸着部材とを備えて壁面移動装置が構成される。壁面移動装置を吸着相手面に沿って移動させるときは、本体側吸着部材及びアーム側吸着部材の3次元空間内での位置を制御する必要があるが、本発明では、これらの吸着部材の3次元空間内での位置制御を、吸着部材を吸着相手面と垂直な方向に移動させる1次元での位置制御と、関節アームを吸着相手面と平行な平面内で揺動させる際の2次元での位置制御とに分けて、別個独立に行うことが可能となる。すなわち、吸着部材の吸着相手面と垂直な方向の位置が変動しても、吸着部材の吸着相手面と平行な面内での位置は変動しない(逆も同様)。このため、吸着部材の吸着相手面と平行な面内における位置制御を容易かつ高精度に行うことが可能となる。 According to the present invention, a main body-side suction member attached to the main body so as to be movable in a direction perpendicular to the suction mating surface, and a plurality of main body-side suction members connected to the main body and swingable in a plane parallel to the suction mating surface. A wall surface moving device is configured by including a joint arm and an arm-side suction member attached to one end of the joint arm so as to be movable in a direction perpendicular to the suction mating surface via a support portion. When moving the wall surface moving device along the suction mating surface, it is necessary to control the positions of the main body side suction member and the arm side suction member in the three-dimensional space. Position control in the dimensional space is one-dimensional position control that moves the suction member in the direction perpendicular to the suction mating surface, and two-dimensional when the joint arm is swung in a plane parallel to the suction mating surface. It is possible to perform the position control separately and independently. That is, even if the position of the suction member in the direction perpendicular to the suction mating surface fluctuates, the position of the suction member in the plane parallel to the suction mating surface does not change (and vice versa). Therefore, it is possible to easily and highly accurately control the position of the suction member in the plane parallel to the suction mating surface.
本発明において、上記関節アームが複数の関節アーム構成部材を連結して構成され、これら複数の関節アーム構成部材が互いに上記平行な平面内で揺動可能に連結されている構成とすれば、関節アームを1個の関節アーム構成部材で構成した場合に比べて、関節アーム先端部に設けられたアーム側吸着部材の上記平行な平面内での可動範囲を広げることが可能となる。 In the present invention, if the joint arm is configured by connecting a plurality of joint arm constituent members, and the plurality of joint arm constituent members are oscillatingly connected to each other in the parallel plane, the joint is formed. Compared with the case where the arm is composed of one joint arm constituent member, it is possible to widen the movable range of the arm-side suction member provided at the tip of the joint arm in the parallel plane.
本発明において、3本の関節アームを有し、本体側吸着部材と3本の関節アームの先端部に設けられた3個のアーム側吸着部材を用いて、吸着相手面に吸着取り付け可能な構成とすれば、本体側吸着部材と3個のアーム側吸着部材との計4個の吸着部材により壁面移
動装置を吸着相手面に安定して吸着取り付けすることが可能となる。また、4本以上の関節アームを備えた構成の場合よりも、本体側吸着部材及びアーム側吸着部材の位置制御を容易に行うことが可能となり、製造コストも抑制することが可能となる。
In the present invention, a configuration having three joint arms, which can be suction-attached to the suction mating surface by using a main body-side suction member and three arm-side suction members provided at the tips of the three joint arms. Then, the wall surface moving device can be stably sucked and attached to the suction mating surface by a total of four suction members, that is, the main body side suction member and the three arm side suction members. Further, the positions of the main body side suction member and the arm side suction member can be easily controlled as compared with the case of the configuration provided with four or more joint arms, and the manufacturing cost can be suppressed.
本発明において、本体側吸着部材およびアーム側吸着部材のうちの3個を吸着相手面に吸着させるとともに残りの1個を吸着相手面から離して上記垂直な方向に移動させ、関節アームの上記平行な平面内での揺動に応じて壁面移動装置を吸着相手面に沿って移動させる構成とすれば、壁面移動装置が移動する際には、常に3個の吸着部材により吸着相手面に吸着した状態を維持することができるので、壁面移動装置を安定して移動させることが可能となる。また、吸着相手面から離して上記垂直な方向に移動させた吸着部材は、吸着相手面から所定距離離れた状態となるので、壁面移動装置が移動する際に、吸着相手面に段差等の障害物が存在する場合でも、吸着相手面から離した吸着部材がこのような障害物に接触することを回避することが可能となる。 In the present invention, three of the main body side suction member and the arm side suction member are sucked to the suction mating surface, and the remaining one is separated from the suction mating surface and moved in the vertical direction to move the joint arm in the parallel direction. If the wall surface moving device is configured to move along the suction mating surface in response to the swing in a flat surface, when the wall surface moving device moves, it is always sucked to the suction mating surface by three suction members. Since the state can be maintained, the wall surface moving device can be stably moved. Further, since the suction member moved away from the suction partner surface in the vertical direction is in a state of being separated from the suction partner surface by a predetermined distance, an obstacle such as a step on the suction partner surface is obstructed when the wall surface moving device moves. Even when an object is present, it is possible to prevent the adsorption member separated from the adsorption mating surface from coming into contact with such an obstacle.
本発明において、本体側吸着部材と当該本体側吸着部材を保持する部材が上記垂直な方向を含む任意の平面内で揺動可能に連結されており、アーム側吸着部材と当該アーム側吸着部材を保持する部材が上記垂直な方向を含む任意の平面内で揺動可能に連結されている構成とすれば、吸着部材を吸着させる位置における吸着相手面が傾斜している場合でも、吸着部材を吸着相手面に確実に吸着させることが可能となる。 In the present invention, the main body side suction member and the member holding the main body side suction member are swingably connected in an arbitrary plane including the vertical direction, and the arm side suction member and the arm side suction member are connected. If the members to be held are oscillatingly connected in an arbitrary plane including the vertical direction, the suction member is sucked even if the suction mating surface at the position where the suction member is sucked is inclined. It is possible to reliably adsorb to the mating surface.
本発明において、本体側吸着部材と当該本体側吸着部材を保持する部材が上記垂直な方向に延びる軸線の周りに回転可能に連結されており、アーム側吸着部材と当該アーム側吸着部材を保持する部材が上記垂直な方向に延びる軸線の周りに回転可能に連結されている構成とすれば、壁面移動装置が移動する際に、吸着相手面に吸着している吸着部材に、上記垂直な方向に延びる軸線周りの回転モーメントが生じても、吸着相手面に吸着したまま吸着部材が回転することができる。このため、吸着部材と吸着相手面との吸着状態を安定的に維持することが可能である。 In the present invention, the main body side suction member and the member holding the main body side suction member are rotatably connected around the axis extending in the vertical direction, and the arm side suction member and the arm side suction member are held. If the members are rotatably connected around the axis extending in the vertical direction, when the wall surface moving device moves, the members are attracted to the suction mating surface in the direction perpendicular to the suction member. Even if a rotational moment around the extending axis is generated, the suction member can rotate while being sucked on the suction mating surface. Therefore, it is possible to stably maintain the suction state between the suction member and the suction mating surface.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。まず、本発明に係る壁面移動装置が設置されるニューマチックケーソン工法の主要設備について図1を用いて説明する。ニューマチックケーソン工法は、掘削設備E1、艤装設備E2、排土設備E3、送気設備E4および予備・安全設備E5を用いて、鉄筋コンクリート製のケーソン1を地中に沈下させていくことにより、地下構造物を構築するように構成されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the main equipment of the pneumatic caisson method in which the wall surface moving device according to the present invention is installed will be described with reference to FIG. In the pneumatic caisson method, the reinforced concrete caisson 1 is submerged underground by using the excavation equipment E1, the equipment equipment E2, the soil removal equipment E3, the air supply equipment E4, and the reserve / safety equipment E5. It is configured to build a structure.
掘削設備E1は、ケーソン1の底部に設けられた作業室2内に設置される掘削機100(以下、ケーソンショベル100と称する)と、ケーソンショベル100により掘削され
た土砂を円筒状のアースバケット31に積み込む土砂自動積込装置11と、ケーソンショベル100の作動を地上から遠隔操作する遠隔操作装置12を備える地上遠隔操作室13とを有して構成されている。掘削設備E1は、発電装置(図示せず)から電力の供給を受けて作動するようになっている。この発電装置からの電力は、艤装設備E2、排土設備E3および送気設備E4にも供給されている。
The excavation equipment E1 includes an excavator 100 (hereinafter referred to as a caisson excavator 100) installed in a
艤装設備E2は、作業者が作業室2へ出入りするために地上と作業室2とを繋ぐ円筒状のマンシャフト21と、マンシャフト21に設けられて作業室2内の気圧低下を抑えつつ作業者を作業室2の内外に通過させるマンロック22(エアロック)と、土砂自動積込装置11により土砂が積み込まれたアースバケット31を地上に運び出すために地上と作業室2とを繋ぐ円筒状のマテリアルシャフト23と、マテリアルシャフト23に設けられて作業室2内の気圧低下を抑えつつアースバケット31を作業室2の内外に通過させるマテリアルロック24(エアロック)とを有して構成されている。マンシャフト21内には、螺旋階段25が設けられており、この螺旋階段25を用いて作業者は地上と作業室2とを行き来することができるようになっている。マンロック22およびマテリアルロック24はそれぞれ二重扉構造となっており、作業室2内の気圧が変化することを抑えて作業者やアースバケット31を作業室2へ出入りさせることができるように構成されている。
The equipment E2 has a
排土設備E3は、ケーソンショベル100により掘削された土砂が積み込まれるアースバケット31と、このアースバケット31をマテリアルシャフト23を介して地上まで引き上げて運び出すためのキャリア装置32と、アースバケット31およびキャリア装置32により地上に運び出された土砂を一時的に貯めておく土砂ホッパー33とを有して構成されている。
The soil removal equipment E3 includes an
送気設備E4は、送気管41およびケーソン1に形成された送気路3を介して作業室2内に圧縮空気を送る空気圧縮機42と、空気圧縮機42により送り込む圧縮空気を浄化する空気清浄装置43と、作業室2内の気圧が地下水圧と略等しくなるように空気圧縮機42から作業室2内へ送る圧縮空気の量(圧力)を調整する送気圧力調整装置44と、マンロック22内の気圧を減圧する自動減圧装置45とを有して構成されている。作業室内の空気を循環させるため、作業室内の空気は適宜、排気路4を介して地上へと排出されている。
The air supply equipment E4 includes an
予備・安全設備E5は、空気圧縮機42の故障や点検などの時に空気圧縮機42に代わって作業室2内に圧縮空気を送ることが可能な非常用空気圧縮機51と、上記発電装置に代わって掘削設備E1、艤装設備E2、排土設備E3および送気設備E4に電力を供給することが可能な非常用発電機(図示せず)と、作業室2内で作業を行った作業者が入り、当該作業者の身体を徐々に大気圧に慣らしていくためのホスピタルロック53(減圧室)とを有して構成されている。
The spare / safety equipment E5 includes an
次に、本発明に係る壁面移動装置の一実施形態としての天井走行ロボット60の構成について、図2〜4を追加参照して説明する。この天井走行ロボット60は、図2に示すように、作業室2の天井面5(鋼板で構成されている)に沿って移動しながら所定の作業を行うものであり、本体部吸着ユニット61と、本体部吸着ユニット61から横方向(水平方向)に延びる3本(図3を参照)の走行用アーム70と、3本の走行用アーム70の各先端部に設けられたアーム部吸着ユニット80と、本体部吸着ユニット61の下端部に設けられた作業用アーム90とを備えて構成されている。
Next, the configuration of the
本体部吸着ユニット61は、図3に示すように、六角柱状に形成された本体基部62と、本体基部62の上端側に設けられた本体部吸着装置63とを備えており、本体部吸着装置63は、本体基部62に対して上下方向(天井面5に垂直な方向(図中の軸線Z1の方
向)をいう。以下同様)に直動可能(直線的に移動可能)な本体側吸着体保持部64と、本体側吸着体保持部64の先端部に保持された本体部吸着体65とを備えて構成されている。本体基部62の内部には、サーボモータ等の動力源やボールネジ等により構成される動力伝達機構(いずれも図示略)が設けられており、本体側吸着体保持部64は、動力源からの動力によって駆動される動力伝達機構を介して、本体基部62に対して上下方向に直動可能に構成されている。本体部吸着体65は、本体側吸着体保持部64の先端部に、ボールジョイントやユニバーサルジョイント等の自在継手(図示略)を介して保持されており、天井面5に垂直な方向(軸線Z1)を含む任意の平面内で揺動自在に、かつ軸線Z1の周りに回転自在に構成されている(いずれも受動的に動作可能な構成である)。なお、本体部吸着体65(本体側吸着体保持部64)の上下方向の位置を検出する内界センサや、本体部吸着体65が天井面5等に接触したことや、接近したことを検出する外界センサ等を適宜設けてもよい。
As shown in FIG. 3, the main
本体部吸着体65は、図4に示すように、複数個(図示の態様では6個であるが任意に変更可)の電磁石66を備えた構成とすることができる。各電磁石66は、円板状のプレート65a上に設置された円筒状の外郭部67と、外郭部67内の中心部に立設されたコア部68と、コア部68に巻回された巻線部(図示略)と、外郭部67とコア部68との間に充填された樹脂部69とから構成され、巻線部に電流を供給することによりコア部68の上面に磁力による吸着力を発生させて天井面5に吸着し、巻線部への電流供給を停止することにより天井面5から離脱可能となっている。
As shown in FIG. 4, the
図3に示すように、3本の走行用アーム70はそれぞれ、本体基部62の外側面部に取り付けられた基端側保持部71に第1関節部72(上下一対のプレート部材73や不図示の軸部等から構成される)を介して、図中の軸線Z2(軸線Z1と平行な軸線)の周りに揺動旋回可能に連結された走行用アーム第1構成部材74と、走行用アーム第1構成部材74の先端部に第2関節部75(上下一対のプレート部材76や不図示の軸部等から構成される)を介して、図中の軸線Z3(軸線Z1,Z2と平行な軸線)の周りに揺動旋回可能に連結された走行用アーム第2構成部材77と、を備えて構成される。第1関節部72及び第2関節部75は、サーボモータ等の動力源及び歯車等により構成される動力伝達機構により回転動作可能に構成されており、その回転位置がロータリエンコーダ等の内界センサにより検出されるようになっている。
As shown in FIG. 3, each of the three traveling
アーム部吸着ユニット80は、図3に示すように、走行用アーム70(走行用アーム第2構成部材77)の先端部に固定された矩形箱状のユニット支持部81と、ユニット支持部81の上端側に設けられたアーム部吸着装置83とを備えており、アーム部吸着装置83は、ユニット支持部81に対して上下方向に(図中の軸線Z4に沿って)直動可能なアーム側吸着体保持部84と、アーム側吸着体保持部84の先端部に保持されたアーム部吸着体85とを備えて構成されている。ユニット支持部81の内部には、サーボモータ等の動力源やボールネジ等により構成される動力伝達機構(いずれも図示略)が設けられており、アーム側吸着体保持部84は、動力源からの動力によって駆動される動力伝達機構を介して、ユニット支持部81に対して上下方向に直動可能に構成されている。アーム部吸着体85は、アーム側吸着体保持部84の先端部に、自在継手(図示略)を介して保持されており、天井面5に垂直な方向(軸線Z4)を含む任意の平面内で揺動自在に、かつ軸線Z4の周りに回転自在に構成されている(いずれも受動的に動作可能な構成である)。なお、アーム部吸着体85は、本体部吸着体65と同様に、複数個の電磁石を備え、磁力により天井面5に吸着・離脱可能な構成とすることができる。また、アーム部吸着体85(アーム側吸着体保持部84)の上下方向の位置を検出する内界センサや、アーム部吸着体85が天井面5等に接触したことや接近したことを検出する外界センサ等を適宜設けてもよい。
As shown in FIG. 3, the arm
作業用アーム90は、図3に示すように、本体基部62の底面部に取り付けられた保持基部91と、保持基部91に回転可能(上下方向に延びる図中の軸線Z5の周りに回転可能)に連結された基端側保持部92と、基端側保持部92に揺動旋回可能(軸線Z5と垂直な図中の軸線P1の周りに揺動旋回可能)に連結された作業用アーム第1構成部材93と、作業用アーム第1構成部材93の先端部に揺動旋回可能(軸線Z5と垂直な図中の軸線P2の周りに揺動旋回可能)に連結された作業用アーム第2構成部材94と、作業用アーム第2構成部材94の先端部に揺動旋回可能(軸線Z5と垂直な図中の軸線P3の周りに揺動旋回可能)に連結された作業用アーム第3構成部材95と、作業用アーム第3構成部材95の先端部に回転可能(作業用アーム第3構成部材95の軸線P4の周りに回転可能)に連結された作業用アームハンド部96と、作業用アームハンド部96に軸線P4を含む任意の平面内で揺動可能(軸線P4とそれぞれ直交する図中の軸線P5の周り及び軸線P6の周りに揺動回転可能)に連結された作業具保持部97と、を備えて構成される。
As shown in FIG. 3, the working
基端側保持部92と作業用アーム第1構成部材93との連結部、作業用アーム第1構成部材93と作業用アーム第2構成部材94との連結部、作業用アーム第2構成部材94と作業用アーム第3構成部材95との連結部、作業用アーム第3構成部材95と作業用アームハンド部96との連結部、及び作業用アームハンド部96と作業具保持部97との連結部はそれぞれ、サーボモータ等の動力源及び歯車等により構成される動力伝達機構により回転動作可能に構成されており、その回転位置がロータリエンコーダ等の内界センサにより検出されるようになっている。また、作業具保持部97が作業対象物等に接近したことや、作業具保持部97に保持された作業具が作業対象物等に接触したことを検出する外界センサ等を適宜設けてもよい。
Connecting portion between the base end
作業用アーム90は、基端側保持部92の回転による1自由度と、作業用アーム第1乃至第3構成部材93〜95の上下方向の移動による2自由度と、作業用アームハンド部96の回転による1自由度と、作業具保持部97の2軸(軸線P5,P6)周りの各揺動による2自由度とを合わせた計6自由度を持ち、この6自由度により、作業室2内における作業具保持部97の位置及び姿勢を能動的に制御可能である。作業具保持部97は、各種の作業具がアタッチメントごと交換して着脱できるように構成されており、天井走行ロボット60(作業用アーム90)は、装着された作業具に応じた作業を実行できるようになっている。例えば、電動ドライバーやスパナ等を装着してネジやボルト等の取付け・取外しの作業を行ったり、グリスガンを装着してケーソンショベル100などの重機等のメンテナンスとしてグリスアップ等の作業を行ったり、カッターやニブラ等を装着して切断作業を行ったり、物を掴むことができる作業ツールを装着して作業対象物を保持したり落下物を拾ったりする作業を行うことが可能である。また、専用の作業具を装着して重機等の組立て補助作業(油圧ホースや電線の着脱作業)を行ったり、位置センサ等を装着して周囲の状況(掘削面の形状等)を計測したり、カメラ等の視覚センサや集音マイク等の聴覚センサを装着して周囲の状況を確認する作業を行ったりすることも可能である。
The
以下、上述のように構成された天井走行ロボット60の作用について、図5〜8を追加参照して説明する。天井走行ロボット60の3本の走行用アーム70と、4個の吸着ユニット(1個の本体部吸着ユニット61と3個のアーム部吸着ユニット80)の関節構造は、簡略化すると図5に示すように構成されている。
Hereinafter, the operation of the
すなわち、3本の走行用アーム70はそれぞれ、第1関節部72の軸線Z2及び第2関節部75の軸線Z3を揺動中心として、上下方向と垂直な平面内において揺動移動可能に構成され、各走行用アーム70の先端部に設けられたアーム部吸着ユニット80は、アーム部吸着体85が軸線Z4に沿って上下方向に直動可能に構成されている。また、本体部吸着ユニット61は、本体部吸着体65が軸線Z1に沿って上下方向に直動可能に構成されている。これにより、天井走行ロボット60は、アーム部吸着体85の位置自由度とし
て、上下方向に1自由度、上下方向と垂直な平面(以下「水平面」とも称する)内での2自由度と合わせて3自由度を有し、本体部吸着体65の位置自由度として、上下方向に1自由度を有している。すなわち、各アーム部吸着体85の3自由度と本体部吸着体65の1自由度と合わせて計10自由度の位置自由度を持っており、これにより、4個の吸着体65,85の3次元空間(作業室2)内での位置制御を行うことが可能となっている。
That is, each of the three traveling
アーム部吸着体85の3次元空間内での位置制御は、軸線Z4に沿った上下方向1次元での位置制御と、走行用アーム70による水平面内2次元の位置制御とに分けて、別個独立に行うことが可能である。このため、走行用アーム70を上下方向(天井面5と垂直な面内)で揺動可能に構成した場合に比べて、アーム部吸着体85の水平面内での位置制御を容易かつ高精度に行うことが可能である。また、走行用アーム70は、水平多関節型(スカラ型)に構成されており、このため天井走行時における上下方向の剛性を高くすることが可能となっている。さらに、走行用アーム70は、走行用アーム第1構成部材74と走行用アーム第2構成部材77とにより構成されており、このため、図6に示すように、水平面内でのアーム部吸着体85の可動範囲(図中の斜線部が1本の走行用アーム70に設けられたアーム部吸着体85の可動範囲)を、広く設定することが可能となっている。
The position control of the
また、3本の走行用アーム70と作業用アーム90を折り畳むと、天井走行ロボット60をかなり小型化することが可能となる。図7は、これらのアーム70,90を折り畳んだ状態の天井走行ロボット60を、作業用アーム90側から見た状態を示しているが、図示のように、天井走行ロボット60は平面視においてコンパクトな三角形状に構成される。この折り畳まれた状態での天井走行ロボット60は、マテリアルシャフト23(図1を参照)を通過可能な大きさとなり、この状態でマテリアルシャフト23を通って、作業室2内に搬入したり作業室2内から搬出したりすることが可能となっている。また、3本の走行用アーム70は、折り畳まれた状態において、それぞれの一部が上下方向に重なるように構成されている。これは、図3に示すように、基端側保持部71の本体基部62への取付位置が、3本の走行用アーム70ごとに上下方向にずれて配置されていることにより可能となっている。
Further, by folding the three traveling
また、この基端側保持部71の本体基部62への取付位置のずれに応じて、アーム部吸着ユニット80におけるユニット支持部81の走行用アーム70先端部への取付位置も、3本の走行用アーム70ごとに上下方向にずれて配置されている。これは、3本の走行用アーム70におけるアーム部吸着体85が、ユニット支持部81に対して上下方向の基準位置(例えば、ユニット支持部81側に最も接近した位置)にあるときは、各アーム部吸着体85の高さ(上下方向の位置)が揃うようにするためである。本実施形態ではさらに、本体部吸着体65が上下方向の基準位置(例えば、本体基部62側に最も接近した位置)にあるときは、その高さが、同じく基準位置にあるときの各アーム部吸着体85の高さと一致するように構成されている。これにより、本体部吸着体65及び3本のアーム部吸着体85の上下方向の位置制御が容易となっている。
Further, according to the deviation of the mounting position of the base end
天井走行ロボット60の天井面5に沿った移動動作(歩容動作)は、例えば、図8に示すように行うことが可能である。図8においては、3本の走行用アームを区別するために、各々に対して70A,70B,70Cの番号を付している。同様に、3個のアーム部吸着体を区別するために、各々に対して85A,85B,85Cの番号を付している。また、3個のアーム部吸着体85A,85B,85Cにおいて、グレー色で表しているものは天井面5に吸着している状態を示し、白色で表しているものは天井面5から離脱している状態を示している。この点は、本体部吸着体65についても同様である。
The movement motion (gait motion) along the
図8において、最も左側に示す天井走行ロボット60は、天井面5の或る位置に吸着固定した状態にある。このとき、本体部吸着体65と3個のアーム部吸着体85A,85B
,85Cは、いずれも磁力により天井面5に吸着している(作業を行うときは通常この状態となる)。この状態から、アーム部吸着体85Aの吸着力(磁力)を解除し、アーム部吸着体85Aを天井面5から離脱するように下方(紙面手前側)に移動させ、さらに、天井面5から離れたアーム部吸着体85Aを移動したい方向(紙面内上方)に移動させるように、走行用アーム70Aを伸展する(左から2番目の状態図を参照)。
In FIG. 8, the
, 85C are all attracted to the
次いで、アーム部吸着体85Aを天井面5に当接するように上方(紙面奥側)に移動させ、当接させた状態においてアーム部吸着体85Aを磁力により天井面5に吸着させる。なお、アーム部吸着体85Aは、天井面5に垂直な方向を含む任意の平面内で揺動自在に保持されている。このため、吸着させる位置における天井面5が多少傾斜している場合でも、アーム部吸着体85Aを天井面5に当接させる際に、アーム部吸着体85Aが天井面5の傾斜に倣うように受動的に揺動して、天井面5に確実に吸着することが可能である(アーム部吸着体85B,85C、本体部吸着体65についても同様)。また、アーム部吸着体85Aを移動させるとき、アーム部吸着体85Aは天井面5から離れた位置を通るので、天井面5に段差等の障害物があるような場合でもそれに接触せずに、アーム部吸着体85Aを移動させることが可能である(アーム部吸着体85B,85C、本体部吸着体65についても同様)。
Next, the arm
次に、本体部吸着体65の吸着力を解除し、本体部吸着体65を天井面5から離脱するように下方(紙面手前側)に移動させ、さらに、走行用アーム70Aを屈曲させるとともに走行用アーム70B,70Cを伸展させ、本体部吸着体65(本体部吸着ユニット61)を移動したい方向(紙面内上方)に移動させる(左から3番目の状態図を参照)。このとき、アーム部吸着体85A〜85Cには、走行用アーム70A〜70Cの状態変化及び本体部吸着体65の位置変動に伴い、天井面5に垂直な軸線周りの回転モーメントが生じる。しかし、アーム部吸着体85A〜85Cは、上記軸線Z4(図3を参照)の周りに回転自在に保持されているので、このような回転モーメントが発生しても天井面5に吸着したまま受動的に回転することができる。このため、吸着状態を安定的に維持することが可能である(本体部吸着体65についても同様)。
Next, the suction force of the
次いで、本体部吸着体65を天井面5に当接するように上方(紙面奥側)に移動させ、当接させた状態において本体部吸着体65を磁力により天井面5に吸着させる。続いて、アーム部吸着体85Bの吸着力(磁力)を解除し、アーム部吸着体85Bを天井面5から離脱するように下方(紙面手前側)に移動させ、さらに、天井面5から離れたアーム部吸着体85Bを移動したい方向(紙面内上方)に移動させるように、走行用アーム70Bを屈曲する(左から4番目の状態図を参照)。アーム部吸着体85Bを移動させた後、アーム部吸着体85Bを天井面5に当接するように上方(紙面奥側)に移動させ、当接させた状態においてアーム部吸着体85Bを磁力により天井面5に吸着させる。この状態から、アーム部吸着体85Cの吸着力(磁力)を解除し、アーム部吸着体85Cを天井面5から離脱するように下方(紙面手前側)に移動させ、さらに、天井面5から離れたアーム部吸着体85Cを移動したい方向(紙面内上方)に移動させるように、走行用アーム70Cを屈曲する(最も右側の状態図を参照)。
Next, the
以上のような動作を繰り返すことにより、天井走行ロボット60を天井面5に沿って任意の方向に移動させることが可能となる。なお、天井走行ロボット60は、無線LAN等の通信システムを利用して、地上遠隔操作室13(図1を参照)内の作業員が遠隔操作できるように構成することが可能である。この場合、作業室2内における天井走行ロボット60の状態(位置や姿勢等)や周囲の状況を確認できるような画像を撮像するためのカメラを作業室2内や天井走行ロボット60に設け、そのカメラにより撮像された画像を作業員が確認しながら天井走行ロボット60を遠隔操作するようにしてもよい。一方、作業室2内の作業員が天井走行ロボット60を遠隔操作するように構成してもよいし、天井走行
ロボット60を自律制御可能なロボットとして構成してもよい。
By repeating the above operation, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、走行用アームが3本、作業用アームが1本であるが、走行用アーム及び作業用アームの本数は適宜変更することが可能であり、それらの関節数についても適宜増減することが可能である。また、上述の実施形態において、本体部吸着ユニット61が全体的に、走行用アーム70に対して相対的に天井面5に垂直な方向に移動するように構成することや、アーム部吸着ユニット80が全体的に、走行用アーム70に対して相対的に天井面5に垂直な方向に移動するように構成することも可能である。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, in the above-described embodiment, the number of traveling arms is three and the number of working arms is one, but the number of traveling arms and working arms can be changed as appropriate, and the number of joints thereof can also be changed as appropriate. It can be increased or decreased as appropriate. Further, in the above-described embodiment, the main
また、上述の実施形態では、電磁石が発生する磁力により吸着力を得るように構成しているが、永久磁石の磁力により吸着力を得るようにしてもよい。この場合、永久磁石を吸着相手面から離脱させるための機構(従来公知のものでもよい)を備えることが好ましい。また、磁力ではなく、吸盤のように内外の気圧差(差圧)により吸着力を得るように構成してもよい。この場合、上述の作業室2内のように大気圧よりも高い気圧環境下で使用する場合には、大気圧を吸着体(吸盤)内に導くことにより吸着力を得ることが可能となり、作業室2内の気圧を吸着体内に導くことにより吸着力を解除することが可能となる。
Further, in the above-described embodiment, the attractive force is obtained by the magnetic force generated by the electromagnet, but the attractive force may be obtained by the magnetic force of the permanent magnet. In this case, it is preferable to provide a mechanism (which may be conventionally known) for separating the permanent magnet from the suction mating surface. Further, the suction force may be obtained not by the magnetic force but by the pressure difference (differential pressure) between the inside and the outside like a suction cup. In this case, when the product is used in an environment higher than the atmospheric pressure as in the
また、上述の実施形態では、ニューマチックケーソン工法の作業室内の天井面に沿って移動する天井走行ロボットに本発明を適用した例を示しているが、本発明の壁面移動装置は、高気圧環境下での使用に限定されるものではなく、屋外であるか屋内であるかを問わず、種々の場所で使用できるように構成することが可能である。また、吸着相手面も天井面に限定されるものではなく、鉛直方向や鉛直方向に対し傾斜して延びる壁面や、水平な床面に沿って移動するように構成することも可能である。 Further, in the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a ceiling traveling robot that moves along the ceiling surface in the work room of the pneumatic caisson method is shown, but the wall surface moving device of the present invention is in a high pressure environment. It is not limited to use in various places, and can be configured to be used in various places regardless of whether it is outdoors or indoors. Further, the suction mating surface is not limited to the ceiling surface, and can be configured to move along a wall surface extending in a vertical direction or an inclined direction with respect to the vertical direction, or a horizontal floor surface.
1 ケーソン
2 作業室
4 排気路
5 天井面
13 地上遠隔操作室
60 天井走行ロボット
61 本体部吸着ユニット
62 本体基部
64 本体側吸着体保持部
65 本体部吸着体
66 電磁石
70(70A〜70C) 走行用アーム
72 第1関節部
74 走行用アーム第1構成部材
75 第2関節部
77 走行用アーム第2構成部材
80 アーム部吸着ユニット
81 ユニット支持部
83 アーム部吸着装置
84 アーム側吸着体保持部
85(85A〜85C) アーム部吸着体
90 作業用アーム
1
Claims (6)
本体部と、
前記本体部に前記吸着相手面と垂直な方向に移動可能に取り付けられ、前記吸着相手面に吸着・離脱可能な構成の吸着部を一端部に有する本体側吸着部材と、
前記本体部に連結されて前記吸着相手面と平行な方向に延び、それぞれ前記吸着相手面と平行な平面内で揺動可能な複数の関節アームと、
前記関節アームの先端部にそれぞれ取り付けられた支持部と、
前記支持部に前記垂直な方向に移動可能に取り付けられ、前記吸着相手面に吸着・離脱可能な構成の吸着部を一端部に有するアーム側吸着部材と、を備え、
前記複数の関節アームは、前記垂直な方向に互いにずれて配置され、前記複数の関節アームのそれぞれの一部が前記垂直な方向に重なる状態で折り畳み可能に構成されており、
前記複数の関節アームが折り畳まれた状態において、前記作業室と地上とを繋ぐ所定のシャフトを通って、前記作業室に対し搬入、搬出されるように構成されていることを特徴とする壁面移動装置。 A wall surface moving device that moves on the suction mating surface while adsorbing to the suction mating surface in a work chamber provided at the bottom of the caisson.
With the main body
A main body-side suction member that is attached to the main body so as to be movable in a direction perpendicular to the suction mating surface and has a suction portion at one end that can be sucked and detached from the suction mating surface.
A plurality of joint arms that are connected to the main body and extend in a direction parallel to the suction mating surface and can swing in a plane parallel to the suction mating surface, respectively.
Supports attached to the tips of the joint arms and
An arm-side suction member that is attached to the support portion so as to be movable in the vertical direction and has a suction portion at one end having a structure that allows suction and detachment from the suction mating surface .
The plurality of joint arms are arranged so as to be offset from each other in the vertical direction, and a part of each of the plurality of joint arms is configured to be foldable so as to overlap in the vertical direction.
A wall surface movement characterized in that, in a folded state, the plurality of joint arms are configured to be carried in and out of the work room through a predetermined shaft connecting the work room and the ground. Device.
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