JP7129873B2 - 自動均し作業ロボット - Google Patents

Description

本発明は、コンクリートを打設した床面に対して均しを行う作業ロボットに関する。

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の鏝仕上げ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。
特許文献５（特開平９－１１９２１３号公報）には、方位検出器で方位を検出し、制御装置で方位を一定とするよう制御するラジコン操縦によるコンクリート床仕上げ機が開示されている。

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 特開平９－１１９２１３号公報

本発明は、均し作業と移動を兼用する回転ブレードを備えた均し作業ロボットであって、自動走行できる均し作業ロボットを開発することを目的とする。

本発明は、自動走行してコンクリート打設面を均し作業する自動均し作業ロボットである。柔らかいコンクリートにも載せることができる小型軽量の機体であって、電気（電池）を動力とする静穏性を備えている。特に、回転するブレードが打設コンクリート面の均し作業と走行を兼用しているので、機体の回転を防止して、機体が自己位置を確認して正しい走行を行い、精度の高い均し作業を実施する自動均し作業ロボットである。

本発明は、次の構成を要旨とするものである。
１．複数の鏝装置を備えた打設コンクリート面の均し作業を行うモータ駆動型の自動均し作業ロボットにおいて、
鏝装置は、回転軸と回転軸に取り付けられた複数枚のブレードを備えており、鏝装置の回転軸は、傾きと回転数が制御可能であって、
機体の位置と姿勢を検知する検知センサと制御装置を搭載しており、
検知センサは、少なくとも、レーザレンジファインダ、ジャイロセンサであって、
レーザレンジファインダは、機体周囲の状況を検知し、ジャイロセンサは機体の回転を検知し、
ジャイロセンサによる回転検知は、機体の旋回角速度であり、
制御用コンピュータは、制御装置に設定された均し作業移動ルートと検知センサから得られた情報とによって、鏝装置の回転軸の回転数と傾きを制御して、設定ルートに沿って、均し作業を行いながら自動的に移動し、
さらに、制御装置は、各検知センサの情報に基づいて、鏝装置の回転軸の傾きと回転数を制御して、機体の位置と設定ルートの乖離を修正することを特徴とする自動均し作業ロボット。
２．打設コンクリート面及び／又は打設コンクリート面周囲の固定構造物をマーカとして設定し、レーザレンジファインダによって検知されたマーカに基づいて機体の現在位置と進行方向の修正量を決定することを特徴とする１．記載の自動均し作業ロボット。
修正量は、決定はＳＬＡＭ（Simultaneous Localization And Mapping）技術を適用することができる。例えば、レーザレンジファインダによって検知されたマーカに基づいてSLAM 技術により内部で地図を生成し、機体の現在位置と進行方向の修正量を決定する。
３．マーカとしての固定構造物は、特定の大きさの建物躯体とすることを特徴とする２．記載の自動均し作業ロボット。
４．自動均し作業ロボットに対する移動ルートの設定は、ティーチング又は設計情報を基礎にして作成された地図情報に設定された情報であることを特徴とする１．～３．のいずれかに記載の自動均し作業ロボット。
５．設定ルートに対して自動均し作業ロボットが蛇行する幅は、自動均し作業ロボットが折り返す幅以内に制御されることを特徴とする１．～４．のいずれかに記載の自動均し作業ロボット。
６．自動均し作業ロボットは、
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いることを特徴とする１．～５．のいずれかに記載の自動均し作業ロボット。
７．１．～６．のいずれかに記載された自動均し作業ロボットによる、次の工程を含むコンクリート打設面の均し、仕上げ方法。
第１工程：鉄筋が配筋された床面にコンクリートを流し込む工程
第２工程：コンクリートを粗均しする工程
第３工程：自動均し作業ロボットに走行ルートをティーチングする工程
第４工程：自動均し作業ロボットによる均し作業を行う工程

１．本発明は、コンクリート打設面の均し作業と移動を兼用する回転ブレードを備えた均し作業ロボットであって、自動走行できる均し作業ロボットを開発することができた。特に、柔らかなコンクリートでも仕上げ作業ができる軽量小型化された均し作業ロボットであって、静穏性に優れた自動走行できる均し作業ロボットを開発することができた。自動均し作業ロボットは、機体の位置と機体の姿勢を検知するセンサ情報に基づいて鏝装置の回転軸や回転数を制御して、設定された移動ルートに沿って移動する自律走行ロボットである。さらに、固まり始める初期のコンクリートには硬度にムラがあって、鏝ブレードに抵抗差が生じ、機体が回転して、向きが安定しないところ、本発明の自動均し作業ロボットは、センサ情報に基づいて、設定ルートに沿って自動で均し作業を行うことができる。
生コンクリートの投入からコンクリート床面を平らに仕上げるまでには、打設、締め込み、粗均し、均し仕上げ作業等の工程を経る。トンボ鏝による均しや金鏝による仕上げ作業を数回～１０回程度行う必要がある。本発明の自動均し作業ロボットは、この仕上げ作業を自動化できる。
何回も繰り返される均し作業が自動化でき、腰を曲げた専門作業を軽減するとともに省力化できる。
２．本発明は、機体の姿勢を検知して、均し作業ロボットの機体に搭載したレーザレンジファインダによって周囲状況を検知して自己位置を見失うことなく、設定ルートに沿って、均し作業を行いながら自動的に移動できる自動均し作業ロボットである。
搭載される検知センサとして、機体の周囲情報を入手するレーザレンジファインダ、機体の回転を検知するジャイロセンサを少なくとも搭載している。鏝装置の回転するブレードで柔らかなコンクリート面を滑るように移動する機構では、機体の回転と傾きは進行方向に影響するので、この情報を加味して、レーザーレンジファンイダの情報をもとに目標進行方向に修正する制御を行う。
ジャイロセンサを搭載して、機体の回転を計測し、機体の姿勢を補正する機能を備えている。上述のように本自動均し作業ロボットは、回転ブレードというほぼ水平な平板で打設コンクリートに接地しているので、打設面の抵抗差（硬軟差）の影響を受けて、機体が回転しやすく、進行方向が狂いやすいが、ジャイロセンサを用いて、機体の回転角速度などに基づいて、補正する。
本自動均し作業ロボットは、ほぼ水平な平板である回転ブレードで打設されたコンクリートに接地している。
打設されたコンクリートが硬化し始める初期硬化の状態では、微妙な高度差が生じており、鏝ブレードに対して抵抗差が生じる。コンクリートの硬化程度の差は、左右の回転ブレードへの抵抗差となり、機体が回転する原因となる。機体が急に大きく回転すると、自動均し作業ロボットは、自分の位置を検知できず迷子状態となって、走行ルート（＝均し作業ルート）を大きく外れ、回復が困難になるので、本発明ではこのような事態に陥るのを回避できる。
３．広角に探査できるレーザレンジファインダを用いることにより、均し作業と走行の機能を併用して発揮する回転ブレードによる、走行の不安定性を修正することができる。柱、壁、梁等の固定されている構造物がマーカとして用いられる。
４．自動均し作業ロボットの移動ルート（＝均し作業ルート）の設定は、ティーチング作業によって行われる。ティーチング作業中に、レーザレンジファインダで得られた情報に基づいて地図が作成され、マーカも設定される。自動走行中に得られるレーザレンジファインダの情報とマーカを照合して走行中のロボットの位置を推定する。本発明では、柱などの建築躯体は、位置と大きさが決まっているので、その特定の建築躯体をマーカとし、走行中にレーザレンジファインダから得られる情報とマーカである建築躯体の情報とを照合して、ロボットの位置を正確に推定することができる。
ジャイロセンサによって、機体の旋回角度を監視することができ、所定の角度に維持されるようにフィードバック制御することにより、自動均し作業ロボットの姿勢が大きく乱れずに、設定ルートに沿った走行ができる。
ティーチングは、プロポセットによる無線操縦によって行う。作業員がコンクリート打設面に立ち入る必要がないので、柔らかなコンクリート打設面を乱すことがない。あるいは、設計データに基づいて、図上で移動ルートの設定を行うこともできる。
例えば、レーザレンジファインダによる計測は、０．００１秒で行うことができ、操縦系の性能にあわせて制御することができる。例えば、０．１秒程度で自動均し作業ロボットの制御を行うことができる。
走行軌跡そのものが均し作業の正確性に直結するので、設定ルートに沿うことが重要である。自動均し作業は、設定されたルートに対して蛇行するが、レーザレンジファインダとジャイロサンサを備えて、蛇行の許容幅を自動均し作業ロボットの折り返し幅以内に制御する。本例では、蛇行幅を機体幅の１／３程度に抑えることができたので、折り返し幅を機体幅の１／２に設定することができている。
５．本自動均し作業ロボットは、ジャイロセンサ、ＭＥＭＳセンサ、レーザレンジファインダなどのセンサからの情報を利用して、ロボットの姿勢が急にあるいは大きく変化する前に制御して補正できるので、姿勢制御性能が向上する。姿勢制御性能が向上すると、ロボット内に作成されている地図情報に対する現在の位置情報との整合が壊れることなく、移動精度が向上する。
自動均し作業ロボットは、均し作業を行う移動経路を、ティーチングあるいは設計図に基づく設定などの手段で、ロボット内に自律制御用の地図情報が作成されるが、急旋回などの姿勢の乱れが生ずるとロボットの現在の方向性情報が混乱し、現在情報と地図情報との照合に誤りが生じ、復旧が困難になるが、そのような事態が発生しないように、本発明では制御される。
建築設計では三次元ＣＡＤやＢＩＭなどの設計手法が用いられているので、これらを基礎情報として利用することが移動ルートの設定には有用である。
６．そして、本発明の自動均し作業ロボットは、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で、電動式による静穏性が確保され、屋内現場に対応できる大きさと重量と作業環境の維持を実現している。
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、打設直後に柔らかな生コンクリート上に載せることができず、かつ、搭載されたエンジンによる騒音と排気ガスによって、作業環境が悪化し、工事現場の他の作業にも悪影響を及ぼし、実用化できない装置であった。

自動均し作業ロボット概略図 自動均し作業ロボット構成概略図 ティーチングによる移動地図情報の作成概略図 鏝装置の回転軸の回転と傾きによる機体の基本移動を示す図 機体の前後左右移動と鏝装置の回転軸の傾きとの関係を示す図 姿勢の異常と修正制御の例を示す図 デバック作業により 半身移動に修正する例を示す図 軽量・静穏・小型自動均し作業ロボット機体の斜視図 軽量・静穏・小型自動均し作業ロボット機体の側面図 軽量・静穏・小型自動均し作業ロボット機体の平面図 軽量・静穏・小型自動均し作業ロボット機体の正面図 軽量・静穏・小型自動均し作業ロボット機体のフレーム 軽量・静穏・小型自動均し作業ロボット機体のフレーム平面図 軽量・静穏・小型自動均し作業ロボット機体のバッテリーを除く機体側面図

本発明は、複数の鏝装置を備えた打設コンクリート面を仕上げる電動の均し作業ロボットにおいて、鏝装置は回転軸と回転軸に取り付けられた複数枚のブレードを備えており、鏝装置の回転軸は傾きと回転数が制御可能であって、鏝装置の回転軸の回転数と傾きを制御して均し制御と走行制御がなされる均し作業ロボットであって、レーザレンジファインダが機体に搭載されており、レーザレンジファインダによって検知される周囲状況によって、設定ルートに沿って、均し作業を行いながら自動的に移動する自動均し作業ロボットである。
さらに、ジャイロセンサを搭載して、回転を補正する制御を行って、機体の姿勢の乱れを防止して、移動制御の精度を向上させた自動均し作業ロボットである。プロポセットによる無線操縦機能を備えており、その場合にＭＥＭＳセンサによって、回転を検知して、マニュアルによる方向制御を行う。
また、さらに可搬性に優れた軽量、小型を実現したもので、打設後の柔らかいコンクリートにも対応でき、静穏性も備えた実用性に優れた自動均し作業ロボットである。

本発明は、均し作業と移動を兼用する回転ブレードを備えた均し作業ロボットであって、自動走行できる均し作業ロボットを開発することができた。特に、柔らかなコンクリートでも均しと仕上げ作業ができる軽量小型化された均しロボットであって、自動走行できる均しロボットである。
本発明は、均しロボットの機体に搭載したレーザレンジファインダによって周囲状況を検知して自己位置を見失うことなく、設定ルートに沿って、均し作業を行いながら自動的に移動できる自動均し作業ロボットである。さらにジャイロセンサによって、回転（旋回角速度）を検知して、機体の方向性を制御する。
そして、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で、電動式による静穏性が確保され、屋内現場に対応できる大きさと重量と作業環境維持を実現している。
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、打設直後の柔らかな生コンクリート上に載せることができず、かつ、搭載されたエンジンによる騒音と排気ガスによって、作業環境が悪化し、工事現場の他の作業にも悪影響を及ぼし、実用化できない装置であった。
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を自動的に行う自動均し作業ロボットである。建設現場への搬送性と自動的な均し作業が可能となった軽量で実用性に優れた床仕上げ用の自動均し作業ロボットである。
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、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が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鏝仕上げ装置を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未満でも幅が１４００ｍｍあるなど現場への搬入も困難でかつ柔らかい打設コンクリート面には載せられないなど実用性に欠けるものであった。さらに、歩行型では足跡の処理が発生し、乗用タイプでは、さらに重量が重くなる。
本発明の自律走行型の自動均し作業ロボットは、プロポセットを用いて無線操縦でティーチングを行うことができ、人がコンクリート打設面に立ち入る必要はない。また、走行ルートの設定に設計図由来の情報を利用する場合は、なおのこと、コンクリート打設面に作業員が立ち入る必要がなく、柔らかなコンクリート打設面に踏み跡などによる凹凸を発生させない。

コンクリート打設面を均して仕上げる方法は次のようにして行われる。
鉄筋が配筋された床面にコンクリートを流し込み、バイブレーションなどを用いて均一にコンクリートを鉄筋内部まで充填する。その後、コンクリートの表面が水平になるようにトンボ鏝などを用いて粗均しを行う。その後、金鏝などを用いて、コンクリート表面を水平で緻密に仕上げる、仕上げの均し作業が行われる
本発明の、自動均し作業ロボットは、粗均しから均し仕上げ工程に活用される。特に、均し仕上げは、数回から１０回程度行われるので、この工程に活用される。

自動均し作業ロボットＡの構成を図１、２に示す。図１に示す自動均し作業ロボットＡは、簡略化して示してある。図２は、制御装置と姿勢制御関係のセンサに関する概略図である。
自動均し作業ロボットＡには、機体１の左右に鏝装置２、２を備えている。鏝装置２は回転軸２２と回転軸２２の下端に４枚の平板状のブレード２１が取り付けられている。これらの装置は主フレーム１１に搭載され、主フレーム１１に接続される保護フレーム１２が機体１の外周に配置されている。
この自動均し作業ロボットＡには、制御装置である制御用コンピュータ５を搭載し、姿勢制御用センサ３としてレーザレンジファインダ３１、ＭＥＭＳセンサ３２、ジャイロセンサ３３を備え、機外にプロポセット６を備えている。

自動均し作業ロボットＡは、ブレード２１が打設されたコンクリート面に接地して、移動しながら均し作業を行う。
自動均し作業ロボットＡは、ティーチングなどの操作を、プロポセット６を用いて行って移動経路が設定される。
レーザレンジファインダ３１は、広角スキャン（例えば、水平方向２７０度）を行って、広範囲の二次元又は三次元距離計測を行う。均し作業を行う現場にある建築物の柱などを検知したデータに基づいて移動用のマーカに設定しながら地図情報が作成される。
ジャイロセンサ３３は、自動均し作業ロボットＡの機体の回転を検出し、機体の方向性を補正する情報となる。
ＭＥＭＳセンサ３２も機体の回転を検出し、プロポセットによる操縦の際に利用される。

図３にティーチングによる移動ルートの作成概要を示す。
このコンクリート打設面７は、長方形で柱７２が４本建っている。プロポセット６を用いて、この図面上に自動均し作業ロボットＡが均し作業を行いながら移動する経路を設定するティーチングを行う。図示の例では、始点７５Ｓを左下として、右上の終点７５Ｅまで、柱７２を避けて、折り返して、コンクリート打設面７全体の均し作業が行われるように移動経路７５をティーチングする。
均し作業は、ブレードで全面を隈無く平らに仕上げる作業なので、隙間ができないように移動経路７５が設定される。また、均し作業は、複数回繰り返し行って、水平性と表面の緻密性を仕上げる作業であるので、ムラの無いようにする必要がある。
本出願人は、均し作業をしながら水平性を計測する技術を発明し、別途出願しており、水平面仕上げ操作も自動で行うことができる。
作業ロボットの移動経路の設定は、設計データを利用して行うこともできる。設計データが三次元ＣＡＤやＢＩＭによって、電子データ化されている場合は、設計データを活用して平面データの他、立体データを取得することができる。また、測量などの手段で現地情報から入手することもできる。このような設計データを利用して、コンピュータ上で移動径路の設定を行い、自動均し作業ロボットに移植することができる。

図４に、鏝装置の回転軸の回転と傾きによる自動均し作業ロボットＡの機体の基本移動を示す。この回転と傾きによって、均し作業と進行方向が制御される。
図４（ａ）の上段は自動均し作業ロボットＡの平面図に鏝装置２の回転軸の回転方向を矢印で示す表示例である。左右の鏝の回転軸２２が内回りしているので、ブレード２１も同様に内回り回転である。下段は、自動均し作業ロボットＡのブレードの回転方向を矢印で示す表示例である。左右のブレード２１は、逆回転に設定されている。
図４（ｂ）は、自動均し作業ロボットＡが平面的に左回転あるいは右回転する状態を示している。図４（ｃ）は、図４（ｂ）において、左回転する場合を示し、回転軸２２が右に傾き、ブレード２１は右上がりになっている。図４（ｄ）は、図４（ｂ）において、右回転する場合を示し、回転軸２２が左に傾き、ブレード２１は左上がりになっている。

図５に自動均し作業ロボットＡの前後左右移動と鏝装置の回転軸の傾きとの関係を示す。
図５（ａ）は、自動均し作業ロボットＡが前後左右に移動する方向を示している。鏝装置の回転軸の回転方向は、図４（ａ）と同様に設定されている。
図５（ｂ）は、左右の鏝装置の回転軸２２を内向きに傾けると左右のブレード２１の外側が接地し、内側が浮いている状態を示し、機体は前に移動する。
図５（ｃ）は、左右の鏝装置の回転軸２２を外向きに傾けると左右のブレード２１の内側が接地し、外側が浮いている状態を示し、機体は後に移動する。
図５（ｄ）は、機体を右（鏝装置Ｂ側）から見た図を示し、鏝装置Ｂの回転軸２２を後側に傾け、鏝装置Ａの回転軸２２を前側に傾けた状態を示し、鏝装置Ａのブレード２１が後側接地、鏝装置Ｂのブレード２１が前側接地となるので、接地部で両方のブレードは右方向に回転しており、機体は左に移動する。
図５（ｅ）は、機体を右側面からみた図を示し、鏝装置Ｂの回転軸２２を前側に傾け、鏝装置Ａの回転軸２２を後側に傾けた状態を示し、鏝装置Ａのブレード２１が前側接地、鏝装置Ｂのブレード２１が外側接地となるので、接地部で両方のブレードは左方向に回転しており、機体は右に移動する。

本発明の自動均し作業ロボットAは、打設直後の柔らかなコンクリートの上を回転する平らなブレードで移動するので、小さな凹凸や傾きに影響されて進行方向が狂ってくる。正しく設定されたルートを移動しないと均し作業の精度が低下するので、狂いを修正する必要がある。特に、自動均し作業ロボットでは、鏝装置の複数のブレート間にあっても、コンクリート表面の硬化度合いによってブレードとコンクリート表面との間で摩擦抵抗値が異なるために、レーザレンジファインダ３１やジャイロセンサ３３を設置し、制御用コンピュータを用いて、鏝装置２の回転軸２２の回転数と傾きを制御して、自動均し作業ロボットの直進性が保持される点に特徴がある。
図６にずれと修正の例を示す。
図６（ａ）は、直進している機体が右にずれていく場合は、図６（ｂ）に示すように、素早く検知して左に修正する必要がある例を示している。
図６（ｃ）は、直進している機体が右回転していく場合は、図６（ｄ）に示すように、素早く検知して左回転して修正する必要がある例を示している。特に、回転すると方向の目印を失うので大きく回転する前に修正されるようにする。

レーザレンジファインダは、広範囲の二次元や三次元に距離計測（水平方向270度、距離３０ｍ）を行うセンサである。このセンサによる広範囲な距離計測によって、検出された周囲の物体と地図データとを照合しつつ、自律移動ロボットの走行制御システムを構成することができる。修正量は、レーザレンジファインダで検知されたマーカに基づいてＳＬＡＭ（Simultaneous Localization And Mapping）技術を用いて内部で地図を生成し、機体の現在位置と進行方向の修正量を決定することができる。本発明の自動均し作業ロボットでは、ジャイロセンサを利用して、機体の回転を素早く検知して、レーザレンジファインダの情報とあわせて修正量を決定し、鏝装置の回転軸の傾きや回転数を制御して、進行方向を修正する。
そして、レーザレンジファインダで検知された柱や梁の計測データと、インプットされている柱や梁のデータとを照合して、機体位置を特定することができるので、実際の位置が設定された走行ルートから外れていても、修正が容易である。また、レーザレンジファインダは、雨などの天候に左右されるが、コンクリート打設は雨を避ける作業、あるいは、屋内で行われる作業であるので、レーザレンジファインダは均し作業ロボットの制御に適している。

自動均し作業ロボットAの制御機器構成が図２に示されている。機体１には、距離センサであるレーザレンジファインダ３１、回転を検知するMEMSセンサ３２、ジャイロセンサ３３などの姿勢制御用センサ３、制御用コンピュータ５が搭載され、プロポセット６が外付けされている。プロポセット６を用いて、自動均し作業ロボットをマニュアル操縦することができ、ティーチングなどに利用される。

図７は、自動均し作業ロボットＡの均し移動ルートの設定と折り返しのシフト量について説明する。
コンクリート打設面７全面を効率的に均し作業を行うとすれば、機体幅分を折り返せばよいのであるが、本自動均し作業ロボットＡは、前述のとおり回転ブレードで接地して均しと移動が行われるので、蛇行することが避けられない。
本発明では、制御によって、この蛇行幅ｄを機体幅（鏝幅）Ｄの１／３程度に抑えられることができることとなった。この結果を受けて、折り返すシフト量を機体幅（鏝幅）Ｄの１／２に設定した。ティーチングのルート設定も機体幅Ｄの１／２でシフト折り返しとすることができる。
この蛇行の大きさの制御は、各センサの検知データをどれだけフィードバックするかにもよるので、細かく制御したい場合は折り返しシフト量をより大きくすることができる。
また、打設されたコンクリートの性質にもよるので、実走行にしたがって、折り返しシフト量を修正することができる。
均し作業は、数回繰り返す必要があるので、適切な折り返し量を学習することもできる。

自動均し作業ロボットＡは、プロポセットなどを用いたティーチングにより、コンクリート打設面における均し作業のための移動ルートが設定される。
自動均し作業ロボットＡには、ジャイロセンサ、レーザレンジファインダ、ＭＥＭＳセンサなどの機体の姿勢や位置を検知するセンサが搭載されている。機体には、制御用コンピュータが搭載されており、鏝装置の回転軸の回転数と傾きを制御して進行方向をコントロールする。
自動均し作業ロボットＡは、走行するコンクリートの硬軟などによる回転ブレードに作用する抵抗差や機体の傾き等によって、設定されたルートに対して蛇行することとなるので、均し残しがないように往復する際にスライド量を決定する必要がある。折り返す際のスライド幅は、機体の幅以内とする。作業経路の設定は、往復の外、周回方式をとることもできる。
均し作業は、軟らかいコンクリート面に載せて行われる作業であり、他の施工作業が並行していることと屋内作業であるので、軽量で静かであることが重要である。また、コンクリート打設箇所にしたがって作業現場も移るので、搬送しやすい大きさにまとめることも重要である。

自動均し作業ロボットによるコンクリート打設床面の均し仕上げ作業方法は、次の工程で行われる。
第１工程：鉄筋が配筋された床面にコンクリートを流し込む工程
第２工程：コンクリートを粗均しする工程
第３工程：自動均し作業ロボットに走行ルートをティーチングする工程
第４工程：自動均し作業ロボットによる均し作業を行う工程
第１工程では、生コンクリートをデッキプレートの上に配筋されている鉄筋の上から流し込み、均一に充填されるように、バイブレーション等をかけながら、鉄筋のかぶり厚の厚さが確保される量が供給される。
第２工程では、コンクリートが全体に水平レベルになるように粗均しが行われる。この工程では、熟練作業員がトンボ鏝などを用いて行う。本発明の自動均し作業ロボットもこの工程から投入することができる。
第３工程では、均し作業を行う走行ルートを設定するティーチングをプロポセットを用いた無線操縦によって行う。この工程では、走行ルートの設定のほか、レーザレンジファインダの情報による地図も作成され、セグメンテーション技術により、柱などの建築特定の構造物をマーカに設定する。
第４工程では、自動均し作業ロボットが自律移動して、均し作業を行う。

自動均し作業ロボットは、ティーチング作業によって移動する間に、レーザレンジファインダによって検出された物体を地図に追加記録しながら地図を作成する。そして、地図作成と同時にこれまで記録した地図における自己位置と姿勢を推定することにより、通過した軌跡を位置座標の点列として記録する。この点列は走行ルート（＝均し作業のための移動ルート）になる。ティーチング作業中に検出された物体をセグメンテーション技術で分析して、柱などの構造躯体をマーカとする。均し作業をする場所が広大で適切な構造躯体が無い場合は、マーカとなる仮設構造物を配置する。
作業員のプロポセットによるティーチング作業が一通り完了すると、自動均し作業ロボットは目標の位置姿勢、速度および回転（旋回角速度）が得られるように、ブレードの回転軸の傾斜を自動的に制御して、設定された走行ルートに沿って繰り返し均し作業を行う。

軽量・静穏・小型の自動均し作業ロボット用の機体の例を説明する。
図８～１４に本発明の自動均し作業ロボット用の機体の例を説明する。
図８に斜視図、図９に側面図、図１０に平面図、図１１に正面図をそれぞれ示す。
角形鋼管製の縦フレーム１１１と縦フレーム１１１の両端側に連接されている横フレーム１１２とを含む主フレーム１１０を構成する。
主フレーム１１０の両端側下方に鏝装置１４０、１４０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１３０、１３０を配置する。
駆動系１２０が主フレーム１１０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１５１が取り付け可能になっており、バッテリー１５０が備えられる。
バッテリーケースと駆動用モータ１２１の間には駆動系１２０が配置されている。
機体の周囲を囲むバンパー１６１が、ステイ１６２を介して主フレーム１１０に取り付けられて、保護フレーム１６０を構成している。
この機体に制御用コンピュータと姿勢制御用センサを搭載して、自律走行して均し作業を行う。また、無線操縦することもできる。

図９の側面図によると、主フレーム１１０を水平の基準として、駆動用モータ１２１とギアボックス１２２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１２１から伝達するギアボックス１２２を介して設けられた駆動シャフト１２３、駆動シャフトの両端にはベベルギア１２４、１２４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１３１ａ、１３１ｂ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、自動均し作業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１３２が取り付けられている。角度調整ハンドル１３２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１２３の上方で、両側のベベルギア１２４、１２４の間で機体中央にバッテリーケース１５１が取り付けられている。

主フレーム１１０の下方側には、鏝装置１４０、１４０が左右端側に配置され、主フレームからステイ１６２を前後左右に斜め下方に延ばしてバンパー１６１を取り付ける。左右端側のステイ１６２には、取っ手１６３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１０に示す平面図には、機体中央部にバッテリーケース１５１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１５１には取っ手１５２が左右について設けられている。
バンパー１６１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１６２には取っ手１６３を２組取り付けて、二名の作業員で持ち運んで、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１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄを有する鏝装置を設けた。
図１１は、正面図を表している。

本例は、バンパー１６１の長さが１２１０ｍｍにすることができている。バッテリーケース１５１は外すことができるのでさらに小型、軽量になり、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。
自動均し作業ロボット用の機体は、自律走行あるいは、アンテナ１３３を備えており、無線操縦することができる。

駆動用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１４２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１７０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１４２にブレード用シャフト１７２を取り付けて、ブレードを取り付ける構造としている。
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。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。

機体フレームを図１２～図１４に示す。
図１２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１３は機体フレーム平面図、図１４はバッテリー除く機体側面図を示す。

機体フレーム１００を構成する主フレーム１１０の構造は、角形鋼管製の２本の長い縦フレーム１１１ａ、１１１ｂと短い横フレーム１１２ａ、１１２ｂ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１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄが設けられ、枠体の内側で両側方側に鏝装置取付け部材１１４、１１４、枠体中央部にモータ支持部材１１５が設けられている。
保護フレーム１６０は、機体の外周を周回するバンパー１６１と、このバンパー１６１を機体に取り付けるステイ１６２を備えている。ステイ１６２は、バンパーの短手部に設けられる縦ステイ１６２ａ、１６２ａと長手部に設けられる１６２ｂ、１６２ｂを備えている。
取っ手１６３ａ、１６３ｂが縦ステイ１６２ａ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１６１の内周面に取り付けられ、長手部のステイ１６２ｂの他端は縦フレーム１１１ａの底面に取り付けられ、短手部のステイ１６２ａは、縦フレーム１１１ａの端部下面に取り付けられている。
ロボットの機体の各装置を取り付ける主フレームは、図１３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１４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１１０を中心に、上部左右に鏝装置の制御系１３０、１３０が設けられ、中央部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１１０の中央部やや下方には重量のある駆動用モータが取り付けられ、左右の下方には鏝装置１４０、１４０が設けられている。鏝装置１４０、１４０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１１０の左右に設置されたステイには取っ手１６３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１１１、横フレーム１１２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、鏝装置取付け部材、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、ロボット機体の小型化、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、二名の作業員により持ち運び可能で、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、左官職人が自動均し作業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。

Ａ 自動均し作業ロボット
Ｄ 枠体の幅
ｄ 最大ずれ量
１／２×Ｄ ティーチング半身移動

１ 機体
１１ 主フレーム
１２ 保護フレーム
２ 鏝装置
２１ ブレード
２２ 回転軸
３ 姿勢制御用センサ
３１ レーザレンジファインダ
３１ａ 探査範囲
３２ ＭＥＭＳセンサ
３３ ジャイロセンサ
５ 制御用コンピュータ
６ プロポセット
７ コンクリート打設面
７２ 柱
７５ 移動経路
７５Ｓ 始点
７５Ｅ 終点

１００ 機体フレーム
１０１ 機体フレーム
１１０ 主フレーム
１１１、１１１ａ、１１１ｂ 縦フレーム
１１２、１１２ａ、１１２ｂ 横フレーム
１１３、１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄ 支持部材（駆動シャフト、バッテリー）
１１４ 鏝装置取付け部材
１１５ （駆動用）モータ支持部材

１２０ 駆動系
１２１ 駆動用モータ
１２２ ギアボックス
１２３ 駆動シャフト
１２４ ベベルギア

１３０ 制御系
１３１ サーボモータ
１３１ａサーボモータａ
１３１ｂサーボモータｂ
１３２ 角度調整ハンドル
１３３ アンテナ

１４０ 鏝装置
１４１、１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄ ブレード
１４２ トロウェルボックス

１５０ バッテリー
１５１ バッテリーケース
１５２ （バッテリーケース）取っ手
１５３ （バッテリー蓋）取っ手

１６０ 保護フレーム
１６１ バンパー
１６２ ステイ
１６２ａ縦ステイ
１６２ｂ横ステイ
１６３、１６３ａ、１６３ｂ （機体）取っ手
１７０ シャフト
１７２ ブレード用シャフト

Claims (7)

1. 複数の鏝装置を備えた打設コンクリート面の均し作業を行うモータ駆動型の自動均し作業ロボットにおいて、
   鏝装置は、回転軸と回転軸に取り付けられた複数枚のブレードを備えており、鏝装置の回転軸は、傾きと回転数が制御可能であって、
   機体の位置と姿勢を検知する検知センサと制御装置を搭載しており、
   検知センサは、少なくとも、レーザレンジファインダ、ジャイロセンサであって、
   レーザレンジファインダは、機体周囲の状況を検知し、ジャイロセンサは機体の回転を検知し、
   ジャイロセンサによる回転検知は、機体の旋回角速度であり、
   制御用コンピュータは、制御装置に設定された均し作業移動ルートと検知センサから得られた情報とによって、鏝装置の回転軸の回転数と傾きを制御して、設定ルートに沿って、均し作業を行いながら自動的に移動し、
   さらに、制御装置は、各検知センサの情報に基づいて、鏝装置の回転軸の傾きと回転数を制御して、機体の位置と設定ルートの乖離を修正することを特徴とする自動均し作業ロボット。
2. 打設コンクリート面及び／又は打設コンクリート面周囲の固定構造物をマーカとして設定し、レーザレンジファインダによって検知されたマーカに基づいて機体の現在位置と進行方向の修正量を決定することを特徴とする請求項１記載の自動均し作業ロボット。
3. マーカとしての固定構造物は、特定の大きさの建物躯体とすることを特徴とする請求項２記載の自動均し作業ロボット。
4. 自動均し作業ロボットに対する移動ルートの設定は、ティーチング又は設計情報を基礎にして作成された地図情報に設定された情報であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の自動均し作業ロボット。
5. 設定ルートに対して自動均し作業ロボットが蛇行する幅は、自動均し作業ロボットが折り返す幅以内に制御されることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の自動均し作業ロボット。
6. 自動均し作業ロボットは、
   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いることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の自動均し作業ロボット。
7. 請求項１～６のいずれかに記載された自動均し作業ロボットによる、次の工程を含むコンクリート打設面の均し、仕上げ方法。
   第１工程：鉄筋が配筋された床面にコンクリートを流し込む工程
   第２工程：コンクリートを粗均しする工程
   第３工程：自動均し作業ロボットに走行ルートをティーチングする工程
   第４工程：自動均し作業ロボットによる均し作業を行う工程

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