JP7131962B2

JP7131962B2 - 吹付支援装置

Info

Publication number: JP7131962B2
Application number: JP2018096319A
Authority: JP
Inventors: 純一永里; 義信古家; 征一宮越; 悠吉田
Original assignee: Obayashi Corp; Furukawa Rock Drill Co Ltd
Current assignee: Obayashi Corp; Furukawa Rock Drill Co Ltd
Priority date: 2018-05-18
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2022-09-06
Anticipated expiration: 2038-05-18
Also published as: JP2019199784A

Description

本発明は、トンネル工事に用いられるコンクリート吹付機に適用される吹付支援装置に関する。

従来、移動台車に取り付けられた支持部材と、支持部材に取り付けられ、吹付ノズルを有する吹付ヘッド装置と、を備えたコンクリート吹付機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載のコンクリート吹付機では、オペレータが、操縦レバー等を動かして、支持部材や吹付ヘッド装置の動作を手動操作するようになっている。
しかし、特許文献１に記載のコンクリート吹付機では、支持部材の根元側の回転関節を動作させると、吹付ノズルの先端位置が半球状に変化する。それゆえ、例えば、トンネル内の壁面や切羽にコンクリートを吹き付ける場合、オペレータに高い技術が必要となる。

特開平８－３０３１９１号公報

本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、コンクリートの吹付作業をより容易に実行可能な吹付支援装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、（ａ）移動台車に取り付けられ、４以上の関節が設けられた支持部材と、支持部材に取り付けられ移動台車に取り付けられ、複数の関節が設けられた支持部材と、支持部材に取り付けられ、吹付ノズルを有する吹付ヘッド装置とを備えたコンクリート吹付機における、吹付ノズルの先端部の位置の制御を支援する吹付支援装置であって、（ｂ）移動台車と支持部材の第１の構成部品との間に形成されて移動台車の鉛直方向に延びている軸を回転軸とする第１の回転関節の動作の指示入力、及び第１の構成部品と支持部材の第２の構成部品との間に形成されて移動台車の左右方向に延びている軸を回転軸とする第２の回転関節の動作の指示入力を受け付ける指示入力部と、（ｃ）第１及び第２の回転関節、及び第２の構成部品と支持部材の第３の構成部品との間に形成されて第２の構成部品の長手方向に延びている直同軸に沿って伸縮する直動関節の動作を検出する動作量検出部と、（ｄ）指示入力部で受け付けた指示入力に基づき、第１及び第２の回転関節の動作の目標値を算出するとともに、指示入力とは関係なく、動作量検出部の検出結果に基づき、吹付ノズルの先端部の位置を予め定められた平面内に維持させるための、直動関節の動作の目標値を算出する目標値演算部と、（ｅ）目標値演算部で算出した第１及び第２の回転関節、及び直動関節の動作の目標値に基づき、第１及び第２の回転関節、及び直動関節の動作のみを制御する関節動作制御部と、を備える吹付支援装置であることを要旨とする。

本発明によれば、吹付ノズルの先端部がある一定の平面内を移動するように、直動関節を自動的に伸縮させることができる。そのため、コンクリートの吹付作業をより容易に実行可能な吹付支援装置を提供することができる。

吹付支援装置とコンクリート吹付機との概略構成を表す概念図である。支持部材と吹付ヘッド装置とを説明するための説明図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。吹付実行処理を表すフローチャートである。支保工内面の天端、左端及び右端と基準平面とを説明するための説明図であり、（ａ）は図１のＡ方向から見た場合の図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ線での断面図である。

本発明の実施形態に係る吹付支援装置について図面を参照して説明する。
（構成）
図１に示すように、本発明の実施形態に係る吹付支援装置１は、トンネル内空壁の互いに隣り合う支保工２ａ、２ｂ間の円周壁面や切羽３に対しコンクリートを吹き付けるためのトンネル工事用作業用車両（以下「コンクリート吹付機４」とも呼ぶ）に搭載される。
本発明の実施形態に係るコンクリート吹付機４は、移動台車５と、移動台車５に取り付けられ、回転関節及び直動関節を含む複数の関節が設けられた支持部材６と、支持部材６に取り付けられ、吹付ノズル７ｈを有する吹付ヘッド装置７と、支持部材６の各関節（回転関節、直動関節）それぞれを駆動させる関節駆動装置８と、を備えている。

図２（ａ）（ｂ）に示すように、支持部材６は、移動台車５に取り付けられた第１の構成部品６ａと、第１の構成部品６ａに取り付けられた角筒状の第２の構成部品６ｂ（アウターブーム）と、第２の構成部品６ｂに挿入された角柱状の第３の構成部品６ｃ（インナーブーム）と、を備えている。また、第３の構成部品６ｃに取り付けられた第４の構成部品６ｄと、第４の構成部品６ｄに取り付けられた第５の構成部品６ｅと、を備えている。

移動台車５と第１の構成部品６ａとの間には、鉛直方向（図２のＺ方向）に延びている軸を回転軸（以下、「第１の回転軸９ａ」とも呼ぶ）とする回転関節（以下、「第１の関節１０ａ」とも呼ぶ）からなるブームスイング機構が形成されている。また、第１の構成部品６ａと第２の構成部品６ｂとの間には、移動台車５の左右方向（水平方向）に延びている軸を回転軸（以下、「第２の回転軸９ｂ」とも呼ぶ）からなるブームチルト機構とする回転関節（以下、「第２の関節１０ｂ」とも呼ぶ）が形成されている。さらに、第２の構成部品６ｂと第３の構成部品６ｃとの間には、第２の構成部品６ｂの長手方向に延びている直動軸（以下、「第３の直動軸９ｃ」とも呼ぶ）に沿って伸縮する直動関節（以下、「第３の関節１０ｃ」とも呼ぶ）からなるブームスライド機構が形成されている。すなわち、第１の関節１０ａは移動台車５と第１の構成部品６ａとを相対変位可能とし、第２の関節１０ｂは第１の構成部品６ａと第２の構成部品６ｂとを相対変位可能とし、第３の関節１０ｃは第２の構成部品６ｂと第３の構成部品６ｃとを相対変位可能とする。

第３の構成部品６ｃと第４の構成部品６ｄとの間には、第２の回転軸９ｂと平行な移動台車５の左右方向に延びている軸を回転軸（以下、「第４の回転軸９ｄ」とも呼ぶ）とする回転関節（以下、「第４の関節１０ｄ」とも呼ぶ）からなるアームチルト機構が形成されている。また、第４の構成部品６ｄと第５の構成部品６ｅとの間には、第４の回転軸９ｄと直交する方向に延びている軸を回転軸（以下、「第５の回転軸９ｅ」とも呼ぶ）とする回転関節（以下、「第５の関節１０ｅ」とも呼ぶ）からなるアームスイング機構が形成されている。図２（ａ）（ｂ）の例では、第５の回転軸９ｅは、第１の回転軸９ａ（鉛直方向に延びている軸）と平行となっている。

吹付ヘッド装置７は、支持部材６の第５の構成部品６ｅに取り付けられた第６の構成部品７ｆと、第６の構成部品７ｆに取り付けられた第７の構成部品７ｇと、第７の構成部品７ｇに取り付けられ、コンクリートを噴射する吹付ノズル７ｈ（第８の構成部品）と、を備えている。第５の構成部品６ｅと第６の構成部品７ｆとの間には、第５の回転軸９ｅと直交する方向に延びている直動軸（以下、「第６の直動軸９ｆ」とも呼ぶ）に沿って伸縮する直動関節（以下、「第６の関節１０ｆ」とも呼ぶ）からなるノズルスライド機構が形成されている。図２（ａ）（ｂ）の例では、第６の直動軸９ｆは、第３の直動軸９ｃと平行となっている。第６の構成部品７ｆと第７の構成部品７ｇとの間には、第６の直動軸９ｆと平行な方向に延びている軸を回転軸（以下、「第７の回転軸９ｇ」とも呼ぶ）とする回転関節（以下、「第７の関節１０ｇ」とも呼ぶ）からなるノズルチルト機構が形成されている。また、第７の構成部品７ｇと吹付ノズル７ｈ（第８の構成部品）との間には、第７の回転軸９ｇと直交する方向に延びている軸を回転軸（以下、「第８の回転軸９ｈ」とも呼ぶ）とする回転関節（以下、「第８の関節１０ｈ」とも呼ぶ）からなるノズルスイング機構が形成されている。図２（ａ）（ｂ）の例では、第８の回転軸９ｈは、第２の回転軸９ｂ（左右方向に延びている軸）と平行となっている。

関節駆動装置８は、後述するコントローラ１７からの指令に従って、第１～第８の関節１０ａ～１０ｈを駆動（回転、伸縮）させる。関節駆動装置８としては、例えば、第１～第８の関節１０ａ～１０ｈのそれぞれに設けられた油圧シリンダや電動モータ等への油圧供給を制御して、第１～第８の関節１０ａ～１０ｈそれぞれを駆動可能な油圧制御装置を採用できる。具体的には、第１の関節１０ａの駆動には、油圧シリンダや電動モータ等として、スイングマスターシリンダ１１ａやブームスイングシリンダ１１ｂが用いられる。また、第２の関節１０ｂの駆動には、チルトマスターシリンダ１１ｃやブームチルトシリンダ１１ｄが用いられる。さらに、第３の関節１０ｃの駆動には、ブームスライドシリンダ１１ｅが用いられる。また、第４の関節１０ｄの駆動には、アームチルトシリンダ１１ｆが用いられる。さらに、第５の関節１０ｅの駆動には、アームスイングシリンダ１１ｇが用いられる。また、第６の関節１０ｆの駆動には、ノズルスライドシリンダ１１ｈが用いられる。さらに、第７の関節１０ｇの駆動には、ノズルスイングモータ１１ｉが用いられる。また、第８の関節１０ｈの駆動には、ノズルチルトシリンダ１１ｊが用いられる。

また、本発明の実施形態に係る吹付支援装置１は、図１に示すように、動作量検出部１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、傾き度合い検出部１３と、指示入力部１４と、モード切替スイッチ１５と、位置検出ボタン１６、コントローラ１７と、を備えている。
動作量検出部１２ａは、第１の関節１０ａによる第１の構成部品６ａの回転角度を検出する。動作量検出部１２ａとしては、例えば、ブームスイング角度センサを採用できる。また、動作量検出部１２ｂは、第２の関節１０ｂによる第２の構成部品６ｂの回転角度を検出する。動作量検出部１２ｂとしては、例えば、ブームリフトセンサ（傾斜計）を採用できる。さらに、動作量検出部１２ｃは、第３の関節１０ｃによる伸縮量を検出する。動作量検出部１２ｃとしては、例えば、ブームスライド長センサ（油圧）を採用できる。そして、動作量検出部１２ａ～１２ｃは、検出結果をコントローラ１７に出力する。

傾き度合い検出部１３は、移動台車５の前後・左右方向への傾き度合いを検出する。傾き度合い検出部１３としては、例えば、移動台車５に搭載した２軸の傾斜計を採用できる。そして、傾き度合い検出部１３は、検出結果をコントローラ１７に出力する。
なお、本発明の実施形態に係る吹付支援装置１では、動作量検出部１２ａ～１２ｃ、傾き度合い検出部１３として、傾斜計や油量計を用いる例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、同様の数値を検出可能な他のセンサを採用してもよい。
指示入力部１４は、オペレータからの第１～第８の関節１０ａ～１０ｈの回転や収縮の指示入力を受け付ける。そして、受け付けた指示入力をコントローラ１７に出力する。

モード切替スイッチ１５は、オペレータからの動作モードの切り替えの指示入力を受け付ける。動作モードとしては、例えば、第１～第８の関節１０ａ～１０ｈを手動操作可能とする通常モードと、第１及び第２の関節１０ａ、１０ｂを手動操作可能としつつ、吹付ノズル７ｈの先端部の位置が図４（ａ）（ｂ）に示した予め定められた平面（以下、「基準平面１８」とも呼ぶ）内を移動するように、第３の関節１０ｃを自動的に伸縮させる吹付モードとを有している。そして、受け付けた指示入力をコントローラ１７に出力する。
位置検出ボタン１６は、基準平面１８の設定のために、吹付ノズル７ｈ先端部の位置検出の指示入力を受け付ける。そして受け付けた指示入力をコントローラ１７に出力する。

コントローラ１７は、Ａ/Ｄ(Analog to Digital)変換回路、Ｄ/Ａ(Digital to Analog)変換回路、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)及びＲＡＭ(Random Access Memory)等から構成した集積回路を備える。ＲＯＭは、ＣＰＵで実行される各種処理のプログラムを記憶している。ＣＰＵは、モード切替スイッチ１５が通常モードを表す指示入力を出力している場合に、ＲＯＭが記憶しているプログラムに従って、指示入力部１４が出力する第１～第８の関節１０ａ～１０ｈの動作の指示入力に基づき、第１～第８の関節１０ａ～１０ｈのそれぞれを動作させる指令を関節駆動装置８に出力する。これにより、オペレータは、第１～第８の関節１０ａ～１０ｈを手動操作可能となる。
また、ＣＰＵは、ＲＯＭが記憶しているプログラムに従って、目標値演算部１７ａと、関節動作制御部１７ｂと、位置検出部１７ｃと、平面設定部１７ｄとを実現する。そして、これら目標値演算部１７ａと、関節動作制御部１７ｂと、位置検出部１７ｃと、平面設定部１７ｄとにより、後述する吹付実行処理を実行する。

（吹付実行処理）
次に、コントローラ１７（目標値演算部１７ａ、関節動作制御部１７ｂ、位置検出部１７ｃ、平面設定部１７ｄ）が実行する吹付実行処理について説明する。吹付実行処理は、モード切替スイッチ１５が吹付モードを表す指示入力を出力している場合に実行される。
図３に示すように、まず、ステップＳ１０１では、目標値演算部１７ａは、指示入力部１４が出力する第１の関節１０ａ、第２の関節１０ｂ及び第３の関節１０ｃの動作の指示入力に基づき、第１の関節１０ａ、第２の関節１０ｂ及び第３の関節１０ｃの動作の目標値を算出する。本発明の実施形態に係る吹付支援装置１では、第１の関節１０ａの動作の目標値としては、例えば、第１の関節１０ａの角速度の目標値dθ₁ref/dtを採用できる。同様に、第２の関節１０ｂの動作の目標値としては、例えば、第２の関節１０ｂの角速度の目標値dθ₂ref/dtを採用できる。また、第３の関節１０ｃの動作の目標値としては、例えば、第３の関節１０ｃの伸縮速度の目標値dＬ₃ref/dtを採用できる。

続いてステップＳ１０２に移行して、関節動作制御部１７ｂは、ステップＳ１０１で算出した第１の関節１０ａ、第２の関節１０ｂ及び第３の関節１０ｃの動作の目標値、及び動作量検出部１２ａ～１２ｃの検出結果と、傾き度合い検出部１３の検出結果とに基づき、第１の関節１０ａ、第２の関節１０ｂ及び第３の関節１０ｃを目標値と等しくするための指令を関節駆動装置８に出力する。例えば、第１の関節１０ａの角速度の目標値dθ₁ref/dt、第２の関節１０ｂの角速度の目標値dθ₂ref/dt、第３の関節１０ｃの伸縮速度の目標値dＬ₃ref/dt、動作量検出部１２ａ～１２ｃの検出結果及び傾き度合い検出部１３の検出結果に基づき、第１の関節１０ａの角速度dθ₁/dt、第２の関節１０ｂの角速度dθ₂/dt及び第３の関節１０ｃの伸縮速度dＬ₃/dtを目標値dθ₁ref/dt、dθ₂ref/dt、dＬ₃ref/dtと等しくするための指令を関節駆動装置８に出力する。これにより、関節駆動装置８が、コントローラ１７からの指令に従って、第１～３の関節１０ａ～１０ｃを駆動することで、吹付ノズル７ｈの先端部の位置を操作可能とする。

これらステップＳ１０１、Ｓ１０２では、オペレータは、吹付ノズル７ｈの先端部が図４（ａ）（ｂ）に示した基準平面１８内の任意の３点に順番に接触するように吹付ノズル７ｈの先端部の位置を操作する。基準平面１８の３点としては、例えば、図４（ａ）（ｂ）に示すように、コンクリート吹付機４側の支保工２ｂの内面の天端１８ａ、左端１８ｂ及び右端１８ｃを採用できる。また、例えば、吹付ノズル７ｈの先端部を支保工２ｂの内面の天端１８ａ、左端１８ｂ及び右端１８ｃに接触させず、それらの近傍それぞれに順番に移動するように吹付ノズル７ｈの先端部の位置を操作するようにしてもよい。

続いてステップＳ１０３に移行して、位置検出部１７ｃは、位置検出ボタン１６の出力に基づき、位置検出ボタン１６が操作されたかを判定する。そして、位置検出ボタン１６が操作されたと判定した場合には（Ｙｅｓ）ステップＳ１０４に移行する。一方、位置検出ボタン１６が操作されていないと判定した場合には（Ｎｏ）ステップＳ１０１に戻る。
続いてステップＳ１０４に移行して、位置検出部１７ｃは、動作量検出部１２ａ～１２ｃの検出結果と、傾き度合い検出部１３の検出結果とに基づき、吹付ノズル７ｈの先端部の位置（座標）を検出する。

続いてステップＳ１０５に移行して、位置検出部１７ｃは、ステップＳ１０４で検出された位置が合計３つ以上になったかを判定する。すなわち、位置検出部１７ｃで３点の位置が検出されたかを判定する。そして、３つ以上になったと判定した場合には（Ｙｅｓ）、位置検出部１７ｃで３点の位置が検出されたと判定し、ステップＳ１０６に移行する。一方、３つ未満であると判定した場合には（Ｎｏ）、位置検出部１７ｃで１点または２点の位置しか検出されていないと判定し、ステップＳ１０１に戻る。
ステップＳ１０６では、平面設定部１７ｄは、ステップＳ１０４で検出された３点の位置に基づき、その位置を含む平面を基準平面１８として設定する。

続いてステップＳ１０７に移行して、目標値演算部１７ａは、指示入力部１４が出力する第１及び第２の関節１０ａ、１０ｂの動作の指示入力に基づき、第１の関節１０ａ及び第２の関節１０ｂの動作の目標値を算出する。例えば、第１の関節１０ａの角速度の目標値dθ₁ref/d及び第２の関節１０ｂの角速度の目標値dθ₂ref/dtを算出する。
続いてステップＳ１０８に移行して、目標値演算部１７ａは、動作量検出部１２ａ～１２ｃの検出結果と、傾き度合い検出部１３の検出結果とに基づき、吹付ノズル７ｈの先端部の位置を基準平面１８内に維持させるための、第３の関節１０ｃの動作の目標値を算出する。例えば、動作量検出部１２ａ～１２ｃの検出結果と、傾き度合い検出部１３の検出結果とに基づき、吹付ノズル７ｈの先端部の速度の、基準平面１８の法線方向の成分がゼロとなるように第３の関節１０ｃの伸縮速度の目標値dＬ₃ref/dtを算出する。

続いてステップＳ１０９に移行して、関節動作制御部１７ｂは、ステップＳ１０７で算出した第１の関節１０ａ及び第２の関節１０ｂの動作の目標値、ステップＳ１０８で算出した第３の関節１０ｃの動作の目標値、動作量検出部１２ａ～１２ｃの検出結果、及び傾き度合い検出部１３の検出結果に基づき、第１の関節１０ａ、第２の関節１０ｂ及び第３の関節１０ｃを目標値と等しくするための指令を関節駆動装置８に出力した後、ステップＳ１０７に戻る。例えば、第１の関節１０ａの角速度の目標値dθ₁ref/dt、第２の関節１０ｂの角速度の目標値dθ₂ref/dt、第３の関節１０ｃの伸縮速度の目標値dＬ₃ref/dt、動作量検出部１２ａ～１２ｃの検出結果、及び傾き度合い検出部１３の検出結果に基づき、第１の関節１０ａの角速度dθ₁/dt、第２の関節１０ｂの角速度dθ₂/dt及び第３の関節１０ｃの伸縮速度dＬ₃/dtを目標値dθ₁ref/dt、dθ₂ref/dt、dＬ₃ref/dtと等しくするための指令を関節駆動装置８に出力する。これにより、関節駆動装置８が、コントローラ１７からの指令に従って、第１～３の関節１０ａ～１０ｃを駆動することで、吹付ノズル７ｈの先端部の位置を基準平面１８内に維持しつつ、基準平面１８内における、吹付ノズル７ｈの先端部の位置をオペレータが操作可能とする。

（動作その他）
次に、実施形態に係る吹付支援装置１の動作について説明する。
まず、オペレータが、図１に示したモード切替スイッチ１５を操作し、動作モードを通常モードから吹付モードに切り替えたとする。そして、図１に示した指示入力部１４を操作し、図２（ａ）（ｂ）に示した吹付ノズル７ｈの先端部の位置を維持させる任意の平面（図４（ｂ）に示した基準平面１８）の図４（ａ）に示した天端１８ａに図２（ａ）（ｂ）に示した吹付ノズル７ｈの先端部が移動するように、図２（ａ）（ｂ）に示した第１の関節１０ａ、第２の関節１０ｂ及び第３の関節１０ｃを動作させる指示入力を行ったとする。すると、図１に示したコントローラ１７が、図３に示した吹付実行処理を開始し、図１に示した指示入力部１４が出力する指示入力に基づき、図２（ａ）（ｂ）に示した第１の関節１０ａ、第２の関節１０ｂ及び第３の関節１０ｃの動作の目標値を算出する。

続いて、図１に示したコントローラ１７が、算出された図２（ａ）（ｂ）に示した第１の関節１０ａ、第２の関節１０ｂ及び第３の関節１０ｃの動作の目標値、図１に示した動作量検出部１２ａ～１２ｃの検出結果、及び図１に示した傾き度合い検出部１３の検出結果とに基づき、図２（ａ）（ｂ）に示した第１の関節１０ａ、第２の関節１０ｂ及び第３の関節１０ｃを目標値と等しくするための指令を関節駆動装置８に出力する。これにより、図１に示した関節駆動装置８が、図１に示したコントローラ１７からの指令に従って、図２（ａ）（ｂ）に示した第１～第３の関節１０ａ～１０ｃを駆動させる。それゆえ、図１に示した指示入力部１４が出力した指示入力に従って、図２（ａ）（ｂ）に示した吹付ノズル７ｈの先端部の位置が移動される。

また、上記フローが繰り返され、図４（ｂ）に示した基準平面１８の天端１８ａに図２（ａ）（ｂ）に示した吹付ノズル７ｈの先端が移動したとする。そして、オペレータが、図１に示した位置検出ボタン１６を操作したとする。すると、図１に示したコントローラ１７が、位置検出ボタン１６が操作されたと判定し、図１に示した動作量検出部１２ａ～１２ｃの検出結果と、傾き度合い検出部１３の検出結果とに基づき図２（ａ）（ｂ）に示した吹付ノズル７ｈの先端部の位置を検出する。これにより、図４（ｂ）に示した基準平面１８の天端１８ａの位置を検出する。続いて、検出された位置の合計が３未満であると判定し、上記フローが繰り返される。

続いて、オペレータが、図１に示した指示入力部１４を操作し、図４（ｂ）に示した基準平面１８の左端１８ｂに図２（ａ）（ｂ）に示した吹付ノズル７ｈの先端部の位置を移動させた後、図１に示した位置検出ボタン１６を操作することで、図１に示したコントローラ１７が、図２（ａ）（ｂ）に示した吹付ノズル７ｈの先端部の位置を検出し、図４（ｂ）に示した基準平面１８の左端１８ｂの位置を検出する。続いて、オペレータが、図１に示した指示入力部１４を操作し、図４（ｂ）に示した基準平面１８の右端１８ｃに図２（ａ）（ｂ）に示した吹付ノズル７ｈの先端部の位置を移動させた後、図１に示した位置検出ボタン１６を操作することで、図１に示したコントローラ１７が、図２（ａ）（ｂ）に示した吹付ノズル７ｈの先端部の位置を検出し、図４（ｂ）に示した基準平面１８の右端１８ｃの位置を検出する。すると、図１に示したコントローラ１７が、検出された位置の合計が３つ以上であると判定する。そして、検出された３点の位置に基づき、それらの位置を含む平面を、図４（ｂ）に示した基準平面１８として設定する。

続いて、オペレータが、図１に示したコンクリート吹付機４を操作し、図２（ａ）（ｂ）に示した吹付ノズル７ｈにコンクリートを噴出させ、トンネル内空壁の互いに隣り合う支保工２ａ、２ｂ間の円周壁面に対するコンクリートの吹き付けを開始させる。そして、図１に示した指示入力部１４を操作し、円周壁面のうちのコンクリートが吹き付けられていない位置に吹付ノズル７ｈの先端部が移動するように、図２（ａ）（ｂ）に示した第１の関節１０ａ及び第２の関節１０ｂを動作させる指示入力を行ったとする。すると、図１に示したコントローラ１７が、図１に示した指示入力部１４が出力する図２（ａ）（ｂ）に示した第１の関節１０ａ及び第２の関節１０ｂの動作の指示入力に基づき、図２（ａ）（ｂ）に示した第１の関節１０ａ及び第２の関節１０ｂの動作目標値を算出する。続いて、図１に示した動作量検出部１２ａ～１２ｃの検出結果と、傾き度合い検出部１３の検出結果とに基づき、図２（ａ）（ｂ）に示した吹付ノズル７ｈの先端部の位置を図４（ｂ）に示した基準平面１８内に維持させるための、図２（ａ）（ｂ）に示した第３の関節１０ｃの動作の目標値を算出する。

続いて、図１に示したコントローラ１７が、算出された図２（ａ）（ｂ）に示した第１の関節１０ａ、第２の関節１０ｂ及び第３の関節１０ｃの動作の目標値、図１に示した動作量検出部１２ａ～１２ｃの検出結果、及び図１に示した傾き度合い検出部１３の検出結果に基づき、図２（ａ）（ｂ）に示した第１の関節１０ａ、第２の関節１０ｂ及び第３の関節１０ｃを目標値と等しくするための指令を図１に示した関節駆動装置８に出力する。これにより、図１に示した関節駆動装置８が、図１に示したコントローラ１７からの指令に従って、図２（ａ）（ｂ）に示した第１～３の関節１０ａ～１０ｃを駆動させる。それゆえ、図１に示した吹付ノズル７ｈの先端部の位置が図４（ｂ）に示した基準平面１８内に維持されるように、図２（ａ）（ｂ）に示した第３の関節１０ｃが自動的に伸縮される。そのため、オペレータは、図２（ａ）（ｂ）に示した第１の関節１０ａ及び第２の関節１０ｂを操作するだけでよく、コンクリートが吹き付けられていない位置に吹付ノズル７ｈの先端部を比較的容易に移動できる。

以上、本実施形態では、図２（ａ）（ｂ）の第１の関節１０ａが第１の回転関節を構成する。以下同様に、図２（ａ）（ｂ）の第２の関節１０ｂが第２の回転関節を構成する。また、図２（ａ）（ｂ）の第３の関節１０ｃが直動関節を構成する。

（１）このように、本発明の実施形態に係る吹付支援装置１では、動作量検出部１２ａ～１２ｃの検出結果に基づき、吹付ノズル７ｈの先端部の位置を予め定められた平面（基準平面１８）内に維持させるための、第３の関節１０ｃの動作の目標値を算出するようにした。そして、算出した目標値に基づき、第３の関節１０ｃの動作（伸縮速度等）を制御するようにした。それゆえ、吹付ノズル７ｈの先端部がある一定の平面（基準平面１８）内を移動するように、第３の関節１０ｃを自動的に伸縮させることができる。そのため、コンクリートの吹付作業をより容易に実行可能な吹付支援装置１を提供することができる。

ちなみに、例えば、第１～第３の関節１０ａ～１０ｃの動作をすべて手動操作する従来の方法では、操作が難しいため、オペレータの技量が未熟であると、時間がかかったり、吹き付け厚さがムラになったり、コンクリートが付着せず落下するリバウンドが増加したりする。そのため、熟練の技量が必要とされるが、習熟には多くの時間がかかる。
これに対し、本実施形態に係る吹付支援装置１では、コンクリートの吹付作業をより容易に行うことができるため、技量が未熟なオペレータでも、作業時間を短縮でき、吹き付け厚さのムラを抑制することができ、リバウンドを抑制することができる。また、熟練の技量を持つオペレータには、操作の省力化をもたらすことができる。

また、本発明の実施形態に係る吹付支援装置１では、第１の関節１０ａ及び第２の関節１０ｂの動作の指示入力を受け付ける指示入力部１４を備えるようにした。そして、指示入力部１４で受け付けた指示入力に基づき第１の関節１０ａ及び第２の関節１０ｂの動作の目標値を算出するようにした。それゆえ、コンクリートの付着状況を見つつ、吹付ノズル７ｈを動かすことができ、コンクリートをより適切に吹き付けることができる。
ちなみに、例えば、吹付ノズル７ｈを自動的に一定周期で往復運動させる方法では、操作負荷を低減できるが、吹き付け厚さがムラになったり、リバウンドが増加したりする。

（２）また、本発明の実施形態に係る吹付支援装置１では、吹付ノズル７ｈの先端部の位置を検出する位置検出部１７ｃを備えるようにした。そして、位置検出部１７ｃで検出された３点の位置に基づき、それらの位置を含む平面を、予め定められた平面（基準平面１８）として設定するようにした。それゆえ、吹付ノズル７ｈの先端部を移動させ、位置検出部１７ｃに位置検出させることで、基準平面１８をより容易に設定できる。
ちなみに、例えば、移動台車５の車軸と直交する方向に基準平面１８を設定する方法では、基準平面１８を容易に設定できるが、トンネル進行方向に対し移動台車５の車軸が曲がった状態で停止すると、吹付ノズル７ｈの先端部の位置が誤った平面内に維持される。

（３）さらに、本発明の実施形態に係る吹付支援装置１では、動作量検出部１２ａ～１２ｃは、第１の関節１０ａ、第２の関節１０ｂ及び第３の関節１０ｃの動作量を検出するようにした。それゆえ、動作量検出部１２ａ～１２ｃの検出結果を基に、吹付ノズル７ｈの先端部の位置を検出することができる。そのため、吹付支援装置１を実現できる。したがって、例えば、複数の関節１０ａ～１０ｈの全部の動作を検出する方法、つまり、複数の関節１０ａ～１０ｈの全部にセンサを設ける方法に比べ、センサの数が少なくて済み、耐故障性を向上できる。また、価格を低減でき、吹付支援装置１の実現がより容易となる。なお、少ないセンサで演算するためには、第１～第３の関節１０ａ～１０ｃの動作しか許容されない。すなわち、その他の第４～第８の関節１０ｄ～１０ｈの動作は禁止される。
ちなみに、例えば、複数の関節１０ａ～１０ｈ全部にセンサを設ける方法では、使用環境が劣悪なため故障のリスクが高く、また、センサの数が増えるため価格が高価となる。

（４）また、本発明の実施形態に係る吹付支援装置１では、移動台車５の傾き度合いを検出する傾き度合い検出部１３を備えるようにした。そして、目標値演算部１７ａは、動作量検出部１２ａ～１２ｃの検出結果と、傾き度合い検出部１３の検出結果とに基づき、吹付ノズル７ｈの先端部の位置を基準平面１８内に維持させるための、第３の関節１０ｃの動作の目標値を算出するようにした。それゆえ、第３の関節１０ｃをより適切に制御することができ、吹付ノズル７ｈの先端部の位置をより適切に制御することができる。

（変形例）
（１）なお、本実施形態では、動作量検出部１２ａ～１２ｃで、第１の関節１０ａ、第２の関節１０ｂ及び第３の関節１０ｃの動作量、移動台車５の傾き度合い、つまり、複数の関節１０ａ～１０ｈの一部の動作を検出する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、全ての関節１０ａ～１０ｈにセンサを内蔵し、複数の関節１０ａ～１０ｈの全部の動作を検出する構成としてもよい。この場合、コンクリートの吹付の実行中に、第４～第８の関節１０ｄ～１０ｈも手動操作可能とすることができる。そのため、例えば、第６の関節１０ｆを伸縮させ、吹付ノズル７ｈを往復運動させることで、互いに隣り合う支保工２ａ、２ｂ間の円周壁面にコンクリートを容易に吹き付けることができる。

（２）また、本実施形態では、吹付ノズル７ｈの先端部の位置が基準平面１８内に維持されるように、第３の関節１０ｃの動作を制御する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、第３の関節１０ｃ（ブームスライド機構）に加えて、第６の関節１０ｆ（ノズルスライド機構）の動作を制御する構成としてもよい。この場合、目標値演算部１７ａが、動作量検出部１２ａ～１２ｃの検出結果と、傾き度合い検出部１３の検出結果とに基づき、吹付ノズル７ｈの先端部の位置を基準平面１８内に維持させるための、第３の関節１０ｃ（ブームスライド機構）の動作量の目標値と、第６の関節１０ｆ（ノズルスライド機構）の動作量の目標値とを算出する。そして、関節動作制御部１７ｂが、目標値演算部１７ａで算出した目標値に基づき、第３の関節１０ｃ（ブームスライド機構）の動作と第６の関節１０ｆ（ノズルスライド機構）の動作とを制御する。なお、第６の関節１０ｆ（ノズルスライド機構）は、互いに隣り合う支保工２ａ、２ｂ間で吹付ノズル７ｈを往復運動させるのに用いられ、伸び切ってしまうと吹付作業に支障をきたすので、第３の関節（ブームスライド機構）の動作のみを制御する構成のほうが好ましい。

１…吹付支援装置、２ａ、２ｂ…支保工、３…切羽、４…コンクリート吹付機、５…移動台車、６…支持部材、６ａ…第１の構成部品、６ｂ…第２の構成部品、６ｃ…第３の構成部品、６ｄ…第４の構成部品、６ｅ…第５の構成部品、７…吹付ヘッド装置、７ｆ…第６の構成部品、７ｇ…第７の構成部品、７ｈ…吹付ノズル、８…関節駆動装置、９ａ…第１の回転軸、９ｂ…第２の回転軸、９ｃ…第３の直動軸、９ｄ…第４の回転軸、９ｅ…第５の回転軸、９ｆ…第６の直動軸、９ｇ…第７の回転軸、９ｈ…第８の回転軸、１０ａ…第１の関節、１０ｂ…第２の関節、１０ｃ…第３の関節、１０ｄ…第４の関節、１０ｅ…第５の関節、１０ｆ…第６の関節、１０ｇ…第７の関節、１０ｈ…第８の関節、１１ａ…スイングマスターシリンダ、１１ｂ…ブームスイングシリンダ、１１ｃ…チルトマスターシリンダ、１１ｃ…ブームチルトシリンダ、１１ｅ…ブームスライドシリンダ、１１ｆ…アームチルトシリンダ、１１ｇ…アームスイングシリンダ、１１ｈ…ノズルスライドシリンダ、１１ｉ…ノズルスイングモータ、１１ｊ…ノズルチルトシリンダ、１２ａ～１２ｃ…動作量検出部、１３…傾き度合い検出部、１４…指示入力部、１５…モード切替スイッチ、１６…位置検出ボタン、１７…コントローラ、１７ａ…目標値演算部、１７ｂ…関節動作制御部、１７ｃ…位置検出部、１７ｄ…平面設定部、１８…基準平面、１８ａ…天端、１８ｂ…左端、１８ｃ…右端

Claims

移動台車に取り付けられ、４以上の関節が設けられた支持部材と、前記支持部材に取り付けられ、吹付ノズルを有する吹付ヘッド装置とを備えたコンクリート吹付機における、前記吹付ノズルの先端部の位置の制御を支援する吹付支援装置であって、
前記移動台車と前記支持部材の第１の構成部品との間に形成されて前記移動台車の鉛直方向に延びている軸を回転軸とする第１の回転関節の動作の指示入力、及び前記第１の構成部品と前記支持部材の第２の構成部品との間に形成されて前記移動台車の左右方向に延びている軸を回転軸とする第２の回転関節の動作の指示入力を受け付ける指示入力部と、
前記第１及び第２の回転関節、及び前記第２の構成部品と前記支持部材の第３の構成部品との間に形成されて前記第２の構成部品の長手方向に延びている直同軸に沿って伸縮する直動関節の動作を検出する動作量検出部と、
前記指示入力部で受け付けた指示入力に基づき、前記第１及び第２の回転関節の動作の目標値を算出するとともに、前記指示入力とは関係なく、前記動作量検出部の検出結果に基づき、前記吹付ノズルの先端部の位置を予め定められた平面内に維持させるための、前記直動関節の動作の目標値を算出する目標値演算部と、
前記目標値演算部で算出した前記第１及び第２の回転関節、及び前記直動関節の動作の目標値に基づき、前記第１及び第２の回転関節、及び前記直動関節の動作のみを制御する関節動作制御部と、を備えることを特徴とする吹付支援装置。
前記吹付ノズルの先端部の位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部で検出された３点の位置に基づき、それらの位置を含む平面を、前記予め定められた平面として設定する平面設定部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の吹付支援装置。
前記位置検出部は、前記動作量検出部の検出結果に基づき、前記吹付ノズルの先端部の位置を検出することを特徴とする請求項２に記載の吹付支援装置。
前記移動台車の傾き度合いを検出する傾き度合い検出部を備え、
前記目標値演算部は、前記動作量検出部の検出結果と、前記傾き度合い検出部の検出結果とに基づき、前記吹付ノズルの先端部の位置を前記平面内に維持させるための、前記直動関節の動作の目標値を算出することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の吹付支援装置。