JP7152770B2 - 自走式作業ロボット - Google Patents
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Description
そして、格子状に配筋された鉄筋が相互に動かないように、結束線で鉄筋の交差部を結束する結束作業が発生する。
この結束作業は、等間隔に設けられた鉄筋の交差部ごとに行う必要があり、反復作業ではあるものの、使用する鉄筋の数が多ければ多い程、増えていく作業である。
さらに、結束作業は直射日光などがあたる屋外での作業や鉄筋が単に並び置かれた不安定な足場上などの過酷な環境下で行われる作業であるため、結束作業を行う作業員の労働環境には改善の余地があった。
この自動鉄筋結束ロボットは、鉄筋平面上を前後方向および左右方向に移動自在であると共に鉄筋の交差点を結束する鉄筋結束機構を備えている。
また、走行鉄筋上を走行する駆動輪とこの駆動輪を駆動させる駆動モーターとを有する駆動ユニットと、縦筋上を転動する補助輪と電動工具を保持する保持機構と電動工具を操作する操作機構とを有して駆動ユニットの左右一対に設けられる作業ユニットを備えていることにより、1本の走行鉄筋を走行する際に2本の縦筋に対して電動工具による所定作業を行えるため、自走式作業ロボットによる電動工具による所定作業の効率をさらに向上させることができる。
さらに、駆動ユニットと作業ユニットとを連結する連結機構を備え、連結機構が、駆動ユニットの走行方向と直交する方向に伸縮自在であることにより、異なる配筋ピッチに対応可能となるため、自走式作業ロボットの汎用性を増すことができる。
特に、連結機構の伸縮幅が離散化されており、連結機構が所定の伸縮幅に設定した場合においては、連結機構のみでは配筋ピッチずれを吸収できないため、自走式作業ロボットの安定した走行を実現するには極めて有効な構成となる。
特に、上記電動工具として鉄筋結束機を用いる場合は、マックス株式会社製の「RB-440T」であることが好ましい。
以下、図1A乃至図4に基づいて、本発明の一実施例である自走式作業ロボットである鉄筋結束ロボット100の概要を説明する。
図1は本発明の第1実施例である鉄筋結束ロボットの収縮状態の斜視図であり、図2は本発明の第1実施例である鉄筋結束ロボットの伸張状態の斜視図であり、図3は本発明の第1実施例である鉄筋結束ロボットの収縮状態の平面図であり、図4は本発明の第1実施例である鉄筋結束ロボットの伸張状態の底面図である。
なお、図2乃至図4では、説明の都合上、鉄筋結束ロボットから鉄筋結束機を取り外している。
ここで、鉄筋結束ロボット100の走行方向(すなわち、縦筋LRが伸びる方向)を「前後方向」とし、この走行方向と直交する水平方向を「左右方向」とし、鉛直方向を「上下方向」とする。
この鉄筋結束機RTは、結束線繰り出し機構等を有する本体部RT1と、この本体部RT1の前方側から延在して共に結束線を収納するマガジンホルダーRT2と、本体部RT1の後方側から延在するグリップRT3と、このグリップRT3の底部に着脱自在に取り付けられたバッテリーRT4とを有している。
本体部RT1の先端には、結束線に巻き癖をつけるアームRT5と、このアームRT5から送り出された結束線を本体部RT1の内部へ誘導するカールガイドRT6とが設けられている。
グリップRT3の前方側にはトリガーRT3aが設けられており、このトリガーRT3aを引くことで、アームRT5から結束線が繰り出される。
作業ユニット120は連結機構140により駆動ユニット110に対して伸縮自在となっており、図1のように作業ユニット120を駆動ユニット110に対して最も接近させた収縮状態や図2のように作業ユニット120を駆動ユニット110に対して最も遠ざけた伸張状態を取ることができる。
まず、図2乃至図4に基づいて、駆動ユニット110について説明する。
駆動ユニット110は、鉄筋結束ロボット100の有する様々なユニットが取り付けられるフレーム111と、このフレーム111の底部に設けられ走行鉄筋R1上を走行する駆動輪112と、この駆動輪112に連結される従動プーリー113と、駆動輪112を駆動させる駆動モーター114と、この駆動モーター114と従動プーリー113とを連結するベルト115と、駆動モーター114などの電力源となる二次電池116とを有している。
さらに、駆動ユニット110は、横筋HRを検知する鉄筋検知機構117と、走行鉄筋R1の端部を検知する端部検知機構118とを有している。
さらに、駆動ユニット110は、鉄筋結束ロボット100を運搬する際の持ち手となる運搬用持ち手119を有している。
なお、本実施例において、フレーム本体111aの断面形状は、矩形状になっている。
この前方駆動輪112Fと後方駆動輪112Rとは共に円筒状であり、その左右方向の位置は図4に示すようにほぼ一致している。
従動プーリー113は、前方駆動輪112Fに連結している前方従動プーリー113Fと、後方駆動輪112Rに連結している後方従動プーリー113Rとを有している。
また、この駆動モーター114の先端には駆動プーリー114bが取り付けられており、この駆動プーリー114bは駆動モーター114と一体に回転する。
ベルト115は、駆動プーリー114bと従動プーリー113とに掛けられており、駆動モーター114による動力を駆動輪112に伝達している。
二次電池116は、ベースプレート111bの前方側と後方側に1つずつ載置されている。
また、この鉄筋検知機構117は、図4に示すように、フレーム本体111aの左右に1つずつ設けられており、その前後方向の位置がずれている。
次に、図2乃至図4に基づいて、作業ユニット120について説明する。
作業ユニット120は、駆動ユニット110の左側に連結された左側作業ユニット120Lと、駆動ユニット110の右側に連結された右側作業ユニット120Rとからなる。
左側作業ユニット120Lと右側作業ユニット120Rとは、駆動ユニット110に対してほぼ点対称に配置されているのみで、構造は同様である。
したがって、以下、特段の場合を除き、右側作業ユニット120Rで作業ユニット120の構造を説明する。
さらに作業ユニット120は、鉄筋結束機RTを操作する結束機駆動機構(操作機構)124と、この操作機構124に取り付けられて鉄筋結束機RTを着脱自在に保持する結束機保持機構(保持機構)125とを有している。
また、フレーム121の下部には、補助輪122がL字状の取付金具121aを介して取り付けられている。
さらに、フレーム121の上部前方側(左側作業ユニット120Lにおいては上部後方側)には、作業ユニット120を駆動ユニット110に対して伸縮させる際の持ち手となる伸縮用持ち手121bが設けられている。
前方補助輪122Fと後方補助輪122Rとは、その左右方向の位置が図3および図4に示すように、ほぼ一致している。
すなわち、図4に示すように、左側前方補助輪の回転軸ALFと右側前方補助輪の回転軸ARFとが前後方向に相互にずれて配置されている。
同様に、左側後方補助輪の回転軸ALRと右側後方補助輪の回転軸ARRとについても前後方向に相互にずれて配置されている。
さらに、図4に示すように、補助輪122の回転軸(ALF、ARF、ALR、ARR)は、駆動ユニット110の駆動輪112の回転軸ADとも前後方向に相互にずれて配置されている。
そしてこの操作機構124は、図2および図3に示すように、後述する種々の部材が取り付けられると共にフレーム121と連結されるベースプレート124aと、このベースプレート124aに取り付けられたモーター124bと、このモーター124bの出力により鉛直方向に上下動する昇降部124cとを有している。
この保持機構125は、図2や図4に示すように、鉄筋結束機RTのマガジンホルダーRT2が載置されると共に鉄筋と当接する受け部材125aと、鉄筋結束機RTを上方から押さえる押さえ部材125bと、鉄筋結束機RTの側方への飛び出しを押さえる側方保持部材125cとを備えている。
さらに、保持機構125は、受け部材125aが横筋HRに当接した後に鉄筋結束機RTのトリガーRT3aと当接する結束機操作部材125dを有している。
制御ユニット130は、制御基板等を内部に有する制御ユニット本体131と、鉄筋結束ロボット100を操作する操作部132とを有している。
この制御ユニット本体131の内部に設けられた制御基板は、駆動ユニット110の駆動モーター114、二次電池116、鉄筋検知機構117、端部検知機構118と接続されている。
さらに、制御基板は作業ユニット120の衝突検知機構123および操作機構124に加え、後述する操作部132とも接続されている。
これにより、駆動モーター114や操作機構124は、鉄筋検知機構117、端部検知機構118、衝突検知機構123や操作部132からの入力によって駆動する。
次に、図2、図5、図6に基づいて、連結機構140について説明する。
図5は図3のV-V線から見た鉄筋結束ロボットの要部斜視断面図であり、図6は図3のVI-VI線から見た鉄筋結束ロボットの要部側面断面図である。
連結機構140は、前方側の前方スライド機構140Fと、後方側の後方スライド機構140Rとから構成されているが、構造は同様である。
したがって、以下、特段の場合を除き、後方スライド機構140Rで連結機構140の構造を説明する。
アウターメンバー142は、左右方向に伸びる部材であり、ベースプレート141の前方側および後方側にそれぞれ2つずつ取り付けられている。
アウターメンバー142のうち、互いに対向するアウターメンバー142を内側アウターメンバー142aとし、それ以外のアウターメンバー142を外側アウターメンバー142bとする。
インナーメンバー143は、左右方向に伸びる部材であり、内側アウターメンバー142aと係合する内側インナーメンバー143aと、外側アウターメンバー142bと係合する外側インナーメンバー143bとからなる。
さらに、懸架部材144は、左側作業ユニット120Lを懸架する左側懸架部材144Lと、右側作業ユニット120Rを懸架する右側懸架部材144Rとからなる。
また、懸架部材144は、鉛直方向に伸びると共にインナーメンバー143と接合されている鉛直部144aと、この鉛直部144a間を繋ぎ前後方向にほぼ水平に伸びる水平部144bとを有している。
左側懸架部材144Lの鉛直部144aは図2に示すように外側インナーメンバー143bと、右側懸架部材144Rの鉛直部144aは図5に示すように内側インナーメンバー143bと接合されている。
これにより、左右の懸架部材144は、アウターメンバー142に対して(すなわち、駆動ユニット110のフレーム本体111aに対して)可動自在となっている。
したがって、連結機構140が左右方向に伸縮自在であるため、作業ユニット120は図1に示すような収縮状態から図2に示すような伸張状態を取り得る。
すなわち、連結機構140は、左右方向に作業ユニット120を位置決め調整自在になっている。
連結機構140は、これまでに説明した構造では、図1に示す状態から図2に示す状態までの間を無段階に伸縮自在となっていることから、鉄筋上を走行している最中に発生する振動により伸縮幅が変わってしまう恐れがある。
そこで、連結機構140は、さらに、自身の伸縮幅を離散化すると共に伸縮幅を所定量に制限する伸縮幅離散化手段145を有している。
この伸縮幅離散化手段145は、駆動ユニット110の上部プレート111cに挿通されたインデックスプランジャ145aと、駆動ユニット110のフレーム本体111aに取り付けられ上部プレート111cの可能に設けられたインデックスプランジャ固定板材145bと、このインデックスプランジャ145aが係合する係合板材145cとからなる。
インデックスプランジャ固定板材145bが駆動ユニット110のフレーム本体111aに取り付けられていることにより、インデックスプランジャ145aは駆動ユニット110と一体になっている。
この嵌合部145c3には、プランジャピン145a1の挿通されるピン嵌合穴145c4が等間隔に複数設けられている。
懸架部材144が作業ユニット120に取り付けられていることにより、係合板材145cは作業ユニット120と一体になっている。
よって、作業ユニット120が駆動ユニット110に対して固定され、鉄筋結束ロボット100が鉄筋上を走行している最中に振動が発生したとしても、連結機構140の伸縮を防ぐことができる。
また、ピン嵌合穴145c4が等間隔に複数設けられていることから、連結機構140の伸縮幅はインデックスプランジャ145aのプランジャピン145a1が係合板材145cのピン嵌合穴145c4に挿入される位置に限定されるので、連結機構140の伸縮幅は複数の所定幅に限定される。
以上説明した構造では、鉄筋結束ロボット100における作業ユニット120の駆動ユニット110に対する伸縮幅がピン嵌合穴145c4の設けられた位置に限定される。
このままでは、縦筋LR自体がゆがんでいたり、縦筋LRに施工誤差が生じていたりする場合に作業ユニット120が縦筋LRに追従できずに縦筋LRから脱輪してしまう恐れがある。
このような恐れを防ぐために、鉄筋結束ロボット100は、作業ユニット120を連結機構140に対して(すなわち、駆動ユニット110に対して)揺動自在にする揺動機構150をさらに備えている。
なお、揺動機構150は、図2に示すように、連結機構140と左右の作業ユニット120の間に左側揺動機構150L、右側揺動機構150Rとして設けられているが、この左右の揺動機構150は構造が同様である。
したがって、以下、特段の場合を除き、右側揺動機構150Rで揺動機構150の構造を説明する。
さらに揺動機構150は、連結軸151のフレーム121側の一端に形成されたネジ孔151aにネジ止めされる抜け止めネジ154と、連結軸151の周囲を囲むと共に抜け止めネジ154とブッシュ152とに当接する上部バネ155とを有している。
そして、この連結軸151は、フレーム121と当接する段部151bをネジ孔151aと反対側に有している。
そして、このブッシュ152は、懸架部材144の水平部144bに挿通される挿通部152aと、懸架部材144の水平部144bに当接する鍔部152bと、貫通孔152cとを有している。
また、ブッシュ152の貫通孔152cと連結軸151との間には隙間Hが形成されている。
これにより、連結軸151はブッシュ152に対して上下前後左右に移動自在になっている。
したがって、連結軸151と一体になっている作業ユニット120は、ブッシュ152と一体になっている連結機構140に対して上下前後左右に移動自在、すなわち揺動自在に懸架されている。
すなわち、右側揺揺動機構150Rについては前方側にのみ設けられており、左側揺動機構150Lについては後方側にのみ設けられている、
上部バネ155は、平面視において操作機構124の近傍に設けられている。
すなわち、右側揺動機構150Rについては後方側にのみ設けられており、左側揺動機構150Lについては前方側にのみ設けられている。
そして、揺動機構150が下部バネ153と上部バネ155とを有していることにより、作業ユニット120の連結機構140に対する揺動は所定の基準位置に対しての揺動となっている。
上述した本実施例である鉄筋結束ロボット100によれば、電動工具である鉄筋結束機RTに不具合があった場合に予備の鉄筋結束機RTに付け替えるだけで作業を再開できるため、修理対応時間を短縮でき、鉄筋結束ロボット100による鉄筋結束機RTによる所定作業の効率を向上させることができる。
また、1本の走行鉄筋R1を走行する際に2本の縦筋LRに対して鉄筋結束機RTによる所定作業を行えるため、鉄筋結束ロボット100による鉄筋結束機RTによる所定作業の効率をさらに向上させることができる。
さらに、異なる配筋ピッチに対応可能となるため、鉄筋結束ロボット100の汎用性を増すことができる。
特に、連結機構140の伸縮幅が離散化されており、連結機構140が所定の伸縮幅に設定した場合においては、連結機構140のみでは配筋ピッチずれを吸収できないため、鉄筋結束ロボット100の安定した走行を実現するには極めて有効な構成となる。
110 ・・・駆動ユニット
111 ・・・フレーム
111a ・・・フレーム本体
111b ・・・ベースプレート
111c ・・・上部プレート
112 ・・・駆動輪
112F ・・・前方駆動輪
112R ・・・後方駆動輪
113 ・・・従動プーリー
113F ・・・前方従動プーリー
113R ・・・後方従動プーリー
114 ・・・駆動モーター
114a ・・・座金
114b ・・・駆動プーリー
115 ・・・ベルト
116 ・・・二次電池
117 ・・・鉄筋検知機構
117a ・・・接触子
117b ・・・磁気センサー
118 ・・・端部検知機構
118F ・・・前方端部検知機構
118R ・・・後方端部検知機構
119 ・・・運搬用持ち手
119F ・・・前方運搬用持ち手
119R ・・・後方運搬用持ち手
120 ・・・作業ユニット
120L ・・・左側作業ユニット
120R ・・・右側作業ユニット
121 ・・・フレーム
121a ・・・取付金具
121b ・・・収縮用持ち手
122 ・・・補助輪
122F ・・・前方補助輪
122R ・・・後方補助輪
122a ・・・補助輪本体
122b ・・・補助輪保持部材
123 ・・・衝突検知機構
124 ・・・結束機駆動機構(操作機構)
124a ・・・ベースプレート
124b ・・・モーター
124c ・・・昇降部
125 ・・・結束機保持機構(保持機構)
125a ・・・受け部材
125b ・・・押さえ部材
125c ・・・側方保持部材
125d ・・・結束機操作部材
130 ・・・制御ユニット
131 ・・・制御ユニット本体
132 ・・・操作部
132a ・・・操作ボタン
132b ・・・操作レバー
140 ・・・連結機構
140F ・・・前方スライド機構
140R ・・・後方スライド機構
141 ・・・ベースプレート
142 ・・・アウターメンバー
142a ・・・内側アウターメンバー
142b ・・・外側アウターメンバー
143 ・・・インナーメンバー
143a ・・・前側インナーメンバー
143b ・・・後側インナーメンバー
144 ・・・懸架部材
144L ・・・左側懸架部材
144R ・・・右側懸架部材
144a ・・・鉛直部
144b ・・・水平部
145 ・・・伸縮幅離散化手段
145a ・・・インデックスプランジャ
145a1・・・プランジャピン
145a2・・・基材
145a3・・・バネ
145b ・・・インデックスプランジャ固定板材
145c ・・・係合板材
145c1・・・水平部
145c2・・・立ち上がり部
145c3・・・嵌合部
145c4・・・ピン嵌合穴
150 ・・・揺動機構
150L ・・・左側揺動機構
150R ・・・右側揺動機構
151 ・・・連結軸
151a ・・・ネジ孔
151b ・・・段部
152 ・・・ブッシュ
152a ・・・挿通部
152b ・・・鍔部
152c ・・・貫通孔
153 ・・・下部バネ
154 ・・・抜け止めネジ
155 ・・・上部バネ
H ・・・隙間
RT ・・・鉄筋結束機
RT1 ・・・本体部
RT2 ・・・マガジンホルダー
RT3 ・・・グリップ
RT3a ・・・トリガー
RT4 ・・・バッテリー
RT5 ・・・アーム
RT6 ・・・カールガイド
ALF ・・・左側前方補助輪の回転軸
ARF ・・・右側前方補助輪の回転軸
ALR ・・・左側後方補助輪の回転軸
ARR ・・・右側後方補助輪の回転軸
AD ・・・駆動輪の回転軸
LR ・・・縦筋
HR ・・・横筋
R1 ・・・走行鉄筋
Claims (5)
- 施工面に格子状に敷設された複数の鉄筋上を走行すると共に電動工具を着脱自在に保持して該電動工具により所定作業を行う自走式作業ロボットであって、
前記複数の鉄筋のうち任意の1本の鉄筋である走行鉄筋上を走行する駆動輪と該駆動輪を駆動させる駆動モーターとを有する駆動ユニットと、
前記走行鉄筋に対して並置された縦筋上を転動する補助輪と前記電動工具を保持する保持機構と前記電動工具を操作する操作機構とを有して前記駆動ユニットの左右一対に設けられる作業ユニットと、
前記駆動ユニットと前記作業ユニットとを連結する連結機構とを備え、
前記連結機構が、前記駆動ユニットの走行方向と直交する方向に伸縮自在であることを特徴とする自走式作業ロボット。 - 前記連結機構が、伸縮幅を離散化する伸縮幅離散化手段を有していることを特徴とする請求項1に記載の自走式作業ロボット。
- 前記作業ユニットが、前記連結機構に対して揺動自在に懸架されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の自走式作業ロボット。
- 前記作業ユニットの補助輪の回転軸と前記駆動ユニットの駆動輪の回転軸とが、前記駆動ユニットの走行方向に相互にずれて配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の自走式作業ロボット。
- 前記左右一対の作業ユニットにそれぞれ設けた補助輪の回転軸が、前記駆動ユニットの走行方向に相互にずれて配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の自走式作業ロボット。
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○伊東 稔明, 保坂 謙史郎, 西村 健志, 米田 完(千葉工大),自動鉄筋結束ロボットの開発,ロボティクスメカトロニクス講演会2017講演会論文集 2017 JSME Conference on Robotics and Mechatronics ,一般社団法人 日本機械学会 The Japan Society of Mechanical Engineers |
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