JP7152771B2

JP7152771B2 - 自走式作業ロボット

Info

Publication number: JP7152771B2
Application number: JP2019022690A
Authority: JP
Inventors: 達也眞部; 治久井上; 浩三河上; 尚志松坂
Original assignee: Ken Robotech Corp
Current assignee: Ken Robotech Corp
Priority date: 2019-02-12
Filing date: 2019-02-12
Publication date: 2022-10-13
Anticipated expiration: 2039-02-12
Also published as: JP2020128681A

Description

本発明は、自走式作業ロボットに関し、詳細には、施工面に格子状に敷設した鉄筋の交差部に対して所定の作業を行う自走式作業ロボットに関する。

鉄筋コンクリート造の構造体では、コンクリート製の壁や床の内部に、格子状に組まれた鉄筋が埋設されている。これら格子状に組まれた鉄筋同士を固定するために、鉄筋の交差部分を結束する作業（鉄筋結束作業ともいう）が行われる。この作業は、過酷な環境下で行われることがあるので、自動化が望まれる。例えば、非特許文献１には、鉄筋の有無を検知可能な自走式作業ロボット（自動鉄筋結束ロボット）の技術が開示されている。

保坂ほか、「自動鉄筋結束ロボットの開発 ― 制御システムの設計開発 ―」、一般社団法人日本機械学会、ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集、１Ｐ２－Ｂ０３、２０１７年５月

非特許文献１に記載の技術では、第１の鉄筋（配力筋）がレールとして使用され、第１の鉄筋の下側に第２の鉄筋（主筋）が配置されて格子状に組まれている。そして、第２の鉄筋に向けてレーザを照射し、その反射光をセンサーで検出できない場合には鉄筋が無いと判定して走行を継続するのに対し、反射光をセンサーで検出できる場合には鉄筋があると判定して走行を停止する。

しかし、建築現場では鉄筋のうねりや施工のバラツキ等があり、第２の鉄筋が第１の鉄筋よりもかなり下方に位置する場合がある。このため、センサーから第２の鉄筋までの距離を一定に保つことが望まれる。
一方、第２の鉄筋の検出精度を上げるためには、センサーを第２の鉄筋にできるだけ近づけることが考えられる。しかし、センサーを単に下方に配置すると、センサーが第２の鉄筋に衝突するおそれがある。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、上記のような現場であっても、第２の鉄筋の検出精度を一定に維持する自走式作業ロボットを提供することを目的とする。

本請求項１に係る発明は、施工面に、所定の方向に延びた第１の鉄筋と該第１の鉄筋に交差する方向に延びて該第１の鉄筋の下側に配置された第２の鉄筋とによる格子状に敷設した前記第１の鉄筋と前記第２の鉄筋との交差部に対して所定の作業を行う自走式作業ロボットであって、前記第１の鉄筋上を走行する駆動ユニットと、前記第２の鉄筋を検知する鉄筋検知ユニットと、前記所定の作業を行う電動工具を操作する工具操作ユニットと、前記鉄筋検知ユニットが前記第２の鉄筋を検知した場合、前記駆動ユニットが停止し、前記工具操作ユニットが前記電動工具を操作することにより、前記交差部に対して前記所定の作業を行わせる制御ユニットと、を備え、前記鉄筋検知ユニットが、上下方向に移動して前記第２の鉄筋に乗り上げ可能に構成された接触子と、該接触子に設置されると共に、前記第１の鉄筋よりも下方に達する検出範囲を有して前記第２の鉄筋を検出する検出子とを備え、前記接触子が前記第２の鉄筋に乗り上げた場合にのみ、前記第２の鉄筋の上端が前記検出範囲内に含まれることを特徴としたものである。

本請求項２に係る発明は、請求項１に記載された自走式作業ロボットの構成に加えて、前記検出子の下端が、前記接触子の下端よりも上方に位置することを特徴としたものである。

本請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載された自走式作業ロボットの構成に加えて、前記電動工具は、結束線が供給される鉄筋結束可能空間を有し、該鉄筋結束可能空間における前記交差部を前記結束線で結束する鉄筋結束機であり、前記鉄筋結束可能空間が、前記交差部を前記結束線で結束する際に前記第１の鉄筋に当接する、前記鉄筋結束機の鉄筋当接面と、該鉄筋当接面よりも下方に位置して前記結束線が供給される前記結束線の湾曲下端までの距離で特定されており、前記接触子の下端と前記駆動ユニットの走行面の下端とを水平面に配置した場合の前記検出子の基準位置から下方への移動量が、前記鉄筋結束可能空間における前記鉄筋当接面から前記結束線の湾曲下端までの距離よりも短く設定されることを特徴としたものである。

本請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載された自走式作業ロボットの構成に加えて、前記検出子が、磁気センサーであることを特徴としたものである。

本請求項５に係る発明は、請求項４に記載された自走式作業ロボットの構成に加えて、前記検出子は、前記駆動ユニットの走行方向で見て、前記電動工具による前記所定の作業を行う位置よりも後方にずれて配置されており、前記電動工具による前記所定の作業を行う位置が、前記検出子による前記検出範囲の前端付近に設定されていることを特徴としたものである。

本請求項１に係る発明の自走式作業ロボットによれば、検出子自体が接触子と共に上下方向に移動するので、第２の鉄筋の検出可能範囲が上下方向に広くなる。そして、接触子が第２の鉄筋に乗り上げた場合には、検出子は接触子と共に上方に移動する。よって、第２の鉄筋の検出可能範囲が広くなっても、検出子から第２の鉄筋の上端までの距離が、検出子の最適な検知距離のまま保持される。この結果、第２の鉄筋の検出精度を一定に維持できる。

本請求項２に係る発明の自走式作業ロボットによれば、請求項１に係る発明が奏する効果に加えて、検出子が第２の鉄筋に接近しても、検出子よりも先に接触子が第２の鉄筋に接触する。よって、検出子と第２の鉄筋との接触が回避されるため、検出子を保護できる。
本請求項３に係る発明の自走式作業ロボットによれば、請求項１または２に係る発明が奏する効果に加えて、検出子の下方への移動量を鉄筋結束可能空間内に設定すれば、第２の鉄筋が鉄筋結束可能空間に収まっているか否かを判別できるようになる。そして、第２の鉄筋が鉄筋結束可能空間内に収まる場合にのみ、交差部を結束線で結束できる。これに対し、仮に鉄筋のゆがみ等によって第１の鉄筋と第２の鉄筋との距離が遠くなっていた場合には、第２の鉄筋が鉄筋結束可能空間内に収まらないと判別でき、結束を禁止できる。これにより、第１の鉄筋のみが結束線で結束するような状況を回避できる。

本請求項４に係る発明の自走式作業ロボットによれば、請求項１から３のいずれか一つに係る発明が奏する効果に加えて、磁気センサーを用いれば、太陽光や風などの外部環境の影響を受けにくくなる。このため、自走式作業ロボットを屋外で使用しても、安定した第２の鉄筋の検知が可能になる。
本請求項５に係る発明の自走式作業ロボットによれば、請求項４に係る発明が奏する効果に加えて、検出子による検出開始箇所が電動工具の作業領域付近になるため、所定の作業を確実に行うことができる。

本発明の一実施例である自走式作業ロボットの全体斜視図（収縮）である。図１の自走式作業ロボットの全体斜視図（伸張）である。図２の底面図である。鉄筋検知ユニットの構造を説明するための図である。検出子の設置位置を説明するための図である。接触子のストローク幅を説明するための図である。（Ａ）は接触子が第２鉄筋の位置に到達する前の状態を示す図であり、（Ｂ）は接触子が第２鉄筋の位置に到達した状態を示す図である。（Ａ）は接触子が第２鉄筋の位置に到達する前の状態を示す図であり、（Ｂ）は接触子が第２鉄筋の位置に到達した状態を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の自走式作業ロボットの好適な実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施例である自走式作業ロボットの全体斜視図（収縮）である。また、図２は、図１の自走式作業ロボットの全体斜視図（伸張）であり、図３は、図２の底面図である。なお、図２、図３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。

本発明の実施例である鉄筋結束ロボット１００は、図１に示すように、複数の走行鉄筋ＬＲと複数の直交鉄筋ＴＲとを格子状に組んで敷設された施工面上を所定距離走行するごとに、鉄筋結束ロボット１００に保持された鉄筋結束機ＲＴにより所定作業である走行鉄筋ＬＲと直交鉄筋ＴＲとの交差部を結束線で結束する鉄筋結束作業を行う。鉄筋結束ロボット１００が本発明の自走式作業ロボットに相当する。

ここで、鉄筋結束ロボット１００の走行方向（すなわち、走行鉄筋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（すなわち、走行鉄筋ＬＲの下側で直交鉄筋ＴＲが伸びる方向）を「左右方向」とし、これら「前後方向」および「左右方向」と直交する鉛直方向を「上下方向」とする。走行鉄筋ＬＲが本発明の第１の鉄筋に、直交鉄筋ＴＲが本発明の第２の鉄筋にそれぞれ相当する。

鉄筋結束機ＲＴは、作業者が手に持って使用する電動工具、いわゆる、手持ち式の電動工具であり、結束線を鉄筋の交差部に巻き付けて鉄筋の交差部を結束線で結束する。
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。例えば、本発明で用いる電動工具は、作業者が手持ちできてバッテリーで駆動する手持ち式の電動工具であれば、鉄筋結束機、タッカー、ピンタッカー（ピンネイラー）等、如何なるものであってもよい。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。

本体部ＲＴ１の先端には、結束線に巻き癖をつけるアームＡＭと、このアームＡＭ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ＣＧとが設けられている。
グリップＲＴ３の前方側にはトリガーＢＴが設けられており、このトリガーＢＴを引くことで、アームＡＭからカールガイドＣＧに向けて結束線が繰り出される。

そして、鉄筋結束ロボット１００は、複数の走行鉄筋ＬＲのうち任意の１本の走行鉄筋ＬＲ上を走行する駆動ユニット１１０と、この駆動ユニット１１０の左右一対に設けられ、駆動ユニット１１０が走行する走行鉄筋ＬＲとは異なる走行鉄筋ＬＲ上を転動する共に鉄筋結束機ＲＴを保持する作業ユニット１２０と、駆動ユニット１１０および作業ユニット１２０を制御する制御ユニット１３０と、駆動ユニット１１０と作業ユニット１２０とを連結する連結機構１４０とを備えている。

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採ることができる。

図２に示すように、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ＬＲ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の上端には、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が設置されている。

さらに、図３に示すように、駆動ユニット１１０は、直交鉄筋ＴＲを検知する鉄筋検知機構１７０と、走行鉄筋ＬＲの端部を検知する端部検知機構１１８とを有している。なお、鉄筋検知機構１７０が本発明の鉄筋検知ユニットに相当する。
フレーム１１１は、正面視および背面視においてＵ字状であり、底部と頂部が前後方向に伸びるフレーム本体１１１ａと、このフレーム本体１１１ａの底部に取り付けられた平板状のベースプレート１１１ｂと、フレーム本体１１１ａの頂部の前後方向中央付近に取り付けられた上部プレート１１１ｃとを有している。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。

駆動輪１１２は、フレーム本体１１１ａに懸架されており、前方側に配置される前方駆動輪１１２ｆと後方側に配置される後方駆動輪１１２ｒとをからなる。
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、その左右方向の幅は図３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。

駆動モーター１１４は、ベースプレート１１１ｂにＬ字状の座金１１４ａを介して取り付けられている。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。

端部検知機構１１８は、フレーム本体１１１ａに懸架された接触式の検知ユニットであり、前方駆動輪１１２ｆの前方に配置された前方端部検知機構１１８ｆと、後方駆動輪１１２ｒの後方に配置された後方端部検知機構１１８ｒとからなる。
運搬用持ち手１１９は、フレーム本体１１１ａの上部に取り付けられており、前方側に配置された前方運搬用持ち手１１９ｆと、後方側に配置された後方運搬用持ち手１１９ｒとからなる。

次に、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。

作業ユニット１２０は、作業ユニット１２０の有する様々な部材が取り付けられるフレーム１２１と、このフレーム１２１の底部に設けられ、走行鉄筋ＬＲ上を転動する補助輪１２２と、障害物との衝突を検知する衝突検知機構１２３とを有している。
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１２４と、この結束機駆動機構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１２５とを有している。結束機駆動機構１２４が本発明の工具操作ユニットに相当する。

フレーム１２１は、側面視において台形状であり、その上部は連結機構１４０と連結されている。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。

補助輪１２２は、フレーム１２１の取付金具１２１ａに懸架されており、前方側に配置される前方補助輪１２２ｆと、後方側に後方補助輪１２２ｒとから構成されている。前方補助輪１２２ｆと後方補助輪１２２ｒとは、その左右方向の幅は図３に示すようにほぼ一致している。
加えて、補助輪１２２は、図２に示すように、断面形状が鼓型の補助輪本体１２２ａと、この補助輪本体１２２ａを軸支すると共にフレーム１２１の取付金具１２１ａと接続される補助輪保持部材１２２ｂとを有している。

また、左側作業ユニット１２０Ｌの補助輪１２２と右側作業ユニット１２０Ｒの補助輪１２２とでは、前後方向に相互にずれて配置されている。すなわち、図３に示すように、左側の前方補助輪１２２ｆの回転軸ＡＬＦと右側の前方補助輪１２２ｆ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、左側の後方補助輪１２２ｒの回転軸ＡＬＲと右側の後方補助輪１２２ｒ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、補助輪１２２の各回転軸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。

衝突検知機構１２３は、補助輪本体１２２ａに取り付けられた接触センサーであり、前方補助輪１２２ｆ側については補助輪本体１２２ａの前方側、後方補助輪１２２ｒ側については補助輪本体１２ａの後方側にそれぞれ取り付けられている。
結束機駆動機構１２４は、図２に示すように、フレーム１２１の上部後方側（左側作業ユニット１２０Ｌにおいては上部前方側）に取り付けられている。そして、この結束機駆動機構１２４は、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。

結束機保持機構１２５は、結束機駆動機構１２４の昇降部１２４ｃに取り付けられており、モーター１２４ｂの出力に応じて昇降自在となっている。
この結束機保持機構１２５は、図２や図３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、結束機保持機構１２５は、受け部材１２５ａが鉄筋に当接した後に鉄筋結束機ＲＴのトリガーＢＴ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。
制御ユニット本体１３１は、フレーム本体１１１ａの前方に据え付けられている。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１７０、端部検知機構１１８、作業ユニット１２０の衝突検知機構１２３、結束機駆動機構１２４、操作部１３２と電気的に接続される。この制御基板には、ＣＰＵやメモリ等が設けられており、メモリの例えばＲＯＭに格納されている各種プログラムやデータをＲＡＭにロードし、各種プログラムを実行する。例えば、駆動モーター１１４や結束機駆動機構１２４は、鉄筋検知機構１７０、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。

ところで鉄筋検知機構１７０は、フレーム本体１１１ａに懸架されており、直交鉄筋ＴＲを検知可能に構成される。
具体的には、図３に示すように、鉄筋検知機構１７０は、フレーム本体１１１ａの下面の例えば中央位置であって、前方駆動輪１１２ｆと後方駆動輪１１２ｒとの間に設けられている。

図４は、鉄筋検知機構１７０の構造を説明するための図であり、図１のＩＶ－ＩＶ線で見た要部拡大図である。なお、図４以降では、鉄筋検知機構１７０を説明するために、図３などに示したベルト１１５の図示を省略している。
図４では、鉄筋結束ロボット１００を右側（図１～図３の右側）から見ており、鉄筋検知機構１７０は、スペーサー１７１Ｒと、センサー１７２Ｒとを有する。スペーサー１７１Ｒが本発明の接触子に相当し、センサー１７２Ｒが本発明の検出子に相当する。

スペーサー１７１Ｒは例えば円盤状に形成され、その表面１７１ａが鉄筋結束ロボット１００の右側に設置された鉄筋結束機ＲＴに対峙するように配置される。スペーサー１７１Ｒの裏面１７１ｂは、駆動ユニット１１０が走行する走行鉄筋ＬＲに対峙するように配置されており、スペーサー１７１Ｒの外周面１７７が直交鉄筋ＴＲに乗り上げ可能である。
なお、本実施例では上下動可能なスペーサー１７１Ｒの例を挙げて説明するが、スペーサー１７１Ｒは上下動すると共に回転可能であってもよい。この場合、外周面１７７と直交鉄筋ＴＲとの接触箇所が同じ箇所にならないので、耐久性のあるスペーサー１７１Ｒを提供できる。

鉄筋検知機構１７０は、上下方向に延びた板状のユニット支持部１７３を有する。ユニット支持部１７３は、スペーサー１７１Ｒの表面１７１ａに対峙する位置に設けられており、ユニット支持部１７３の上端はフレーム本体１１１ａに固定されている。
ユニット支持部１７３はキー溝１７４を有する。キー溝１７４は、上下方向に延びてユニット支持部１７３の表裏を貫通して形成される。

また、鉄筋検知機構１７０は、上下方向に延びた丸棒状のガイドレール１７５を有する。ガイドレール１７５は、スペーサー１７１Ｒの裏面１７１ｂに対峙する位置に設けられ、ガイドレール１７５の上端もフレーム本体１１１ａに固定される。
スペーサー１７１Ｒは、ガイドレール１７５に沿って上下方向に移動可能である。具体的には、スペーサー１７１Ｒの裏面１７１ｂの中央には、矩形状のスペーサー把持部１７６が設置されている。スペーサー把持部１７６は、上下方向に貫通した孔（図示省略）を有し、この孔に、鍔付きの筒状メンバー１７８を介してガイドレール１７５が挿通されている。これにより、スペーサー把持部１７６は、スペーサー１７１Ｒと共に、ガイドレール１７５に沿って、キー溝１７４の形成範囲内を上下方向に移動できる。

センサー１７２Ｒは、検出範囲が下方に向くように設置されており、非接触で直交鉄筋ＴＲを検出可能である。また、センサー１７２Ｒは、スペーサー１７１Ｒの表面１７１ａ側に配置され、センサー１７２Ｒの下端が、スペーサー１７１Ｒの下端よりも上方に位置している。これにより、スペーサー１７１Ｒが直交鉄筋ＴＲに接近しても、センサー１７２Ｒよりも先にスペーサー１７１Ｒが直交鉄筋ＴＲに接触する。よって、センサー１７２Ｒと直交鉄筋ＴＲとの接触が回避されるため、センサー１７２Ｒを保護できる。なお、センサー１７２Ｒから延びた配線１７２ｂは制御ユニット１３０に電気的に接続される。

センサー１７２Ｒは、例えば渦電流式の磁気センサーであり、センサーヘッドとドライバ（図示省略）で構成される。センサーヘッドは、接近した直交鉄筋ＴＲに向けて高周波磁束を発生可能である。このセンサーヘッドに直交鉄筋ＴＲが近づくと、渦電流損が大きくなって発振振幅が小さくなる。この発振振幅を整流して、直交鉄筋ＴＲまでの距離を直流電圧の変化で検出している。このように、磁気センサーを用いれば、太陽光や風などの外部環境の影響を受けにくくなる。よって、鉄筋結束ロボット１００を屋外で使用しても、安定した直交鉄筋ＴＲの検知が可能になる。

センサー１７２Ｒの前に直交鉄筋ＴＲがあるか否かは、制御ユニット１３０で判別する。そして、センサー１７２Ｒの前に直交鉄筋ＴＲが無いと判定した場合、制御ユニット１３０は、駆動ユニット１１０の走行を継続させる。これに対し、センサー１７２Ｒの前に直交鉄筋ＴＲがあると判定した場合、駆動ユニット１１０の走行を停止させ、結束機駆動機構１２４を駆動させる。これにより、鉄筋結束機ＲＴが下降して、交差部に対して結束作業が行われる。

センサー１７２Ｒは、検出範囲の下端が走行鉄筋ＬＲよりも下方に達するように、センサー支持部１７９を用いてスペーサー１７１Ｒに設置される。センサー支持部１７９は、例えば平面視で略Ｕ字状に形成され、略Ｕ字状の一端が、スペーサー１７１Ｒの裏面１７１ｂ側に延びて、スペーサー把持部１７６の側面に連結されている。一方、略Ｕ字状の他端は、ユニット支持部１７３に重なるように延びている。この略Ｕ字状の他端は、裏面がキー溝１７４内でスペーサー１７１Ｒの表面１７１ａの中心を把持する。また、この略Ｕ字状の他端は、表面１７１ａの把持位置からさらに下方に延びた位置に、センサー１７２Ｒを固定するためのセンサー固定部１７９ａを有している。

なお、図４に示した鉄筋検知機構１７０は、鉄筋結束ロボット１００の右側（図１～図３の右側）から見えた一例（スペーサー１７１Ｒの表面１７１ａやセンサー１７２Ｒが見える）を挙げて説明した。しかし、後述するセンサー１７２Ｒの設置位置を除き、鉄筋結束ロボット１００の左側から見える鉄筋検知機構１７０（スペーサー１７１Ｌ、センサー１７２Ｌ）も同様に構成されており、スペーサー１７１Ｌの裏面１７１ｂは、走行鉄筋ＬＲを挟んでスペーサー１７１Ｒの裏面１７１ｂに対峙する位置に設けられる。このため、スペーサー１７１Ｌも本発明の接触子に、センサー１７２Ｌも本発明の検出子にそれぞれ相当する。

上述のように、本実施例ではセンサー１７２Ｒに磁気センサーを用いている。検出範囲が下方に向いた磁気センサーの場合、図５（Ａ）に色付きの台形状で示すように、その検出範囲Ｓの下端は、センサー口径よりも駆動ユニット１１０の進行方向で見て前後方向に広くなる。つまり、直交鉄筋ＴＲがセンサー１７２Ｒの真下に到達するよりも前に、直交鉄筋ＴＲを検出可能である。そこで、センサー１７２Ｒに磁気センサーを用いた場合には、鉄筋結束機ＲＴの作業位置よりも、センサー固定部１７９ａを、駆動ユニット１１０の進行方向で見て後方にずれた位置に設定している。

図５は、検出子の設置位置を説明するための図であり、図１のＶ－Ｖ線で見た要部拡大図である。図５（Ａ）に示すように、鉄筋結束ロボット１００の右側から見えるセンサー１７２Ｒは、鉄筋結束機ＲＴの作業位置ａ（図中に１点鎖線で示す）よりも、駆動ユニット１１０の進行方向で見て後方にずれた位置に固定されている。これに対し、図５（Ｂ）に示すように、鉄筋結束ロボット１００の左側から見えるセンサー１７２Ｌは、鉄筋結束機ＲＴの作業位置ａ（図中に１点鎖線で示す）よりも、駆動ユニット１１０の進行方向で見て後方にずれた位置に固定されている。

つまり、センサー１７２Ｌ，１７２Ｒが磁気センサーの場合、駆動ユニット１１０が図５（Ａ）の右方向（図１の後退方向）に進行するときには、鉄筋結束機ＲＴの作業位置ａ（図中に１点鎖線で示す）よりも前方に位置するセンサー１７２Ｌを例えばオフ状態にし、この作業位置ａよりも後方に位置するセンサー１７２Ｒをオン状態にする。そして、駆動ユニット１１０が図５（Ａ）の右方向に進行するときには、この作業位置ａを、センサー１７２Ｒによる検出範囲Ｓの前端付近で検出する。これにより、センサー１７２Ｒによる直交鉄筋ＴＲの検出開始箇所が鉄筋結束機ＲＴの作業領域付近になるため、結束線による結束を確実に行うことができる。

一方、駆動ユニット１１０が図５（Ｂ）の左方向（図１の前進方向）に進行するときには、鉄筋結束機ＲＴの作業位置ａ（図中に１点鎖線で示す）よりも前方に位置するセンサー１７２Ｒを例えばオフ状態にし、この作業位置ａよりも後方に位置するセンサー１７２Ｌをオン状態にする。そして、駆動ユニット１１０が図５（Ｂ）の左方向に進行するときには、この作業位置ａを、センサー１７２Ｌによる検出範囲Ｓの前端付近で検出する。これにより、センサー１７２Ｌによる直交鉄筋ＴＲの検出開始箇所が鉄筋結束機ＲＴの作業領域付近になる。

なお、本実施例では磁気センサーを搭載した例で説明したが、本発明の検出子は、接触子と相俟ってセンサー１７２Ｒから直交鉄筋ＴＲまでの距離を一定にできるものであるため、フォトマイクロセンサー（光学センサー）等の公知のセンサーを搭載することもできる。センサー１７２Ｌ，１７２Ｒが光学センサーの場合には、その検出範囲はセンサー口径とほぼ同じになる。よって、センサーを鉄筋結束機ＲＴの作業位置ａ（図５（Ａ），（Ｂ）に１点鎖線で示す）に対してずらして配置しなくてもよい。センサーの位置をこの作業位置ａに一致させるので、鉄筋検知機構１７０は、センサー１７２Ｌあるいはセンサー１７２Ｒのいずれかで一方で足りる。

また、スペーサー１７１Ｒやセンサー１７２Ｒは、キー溝１７４の上端から下端までの間を移動できる。しかし、センサー１７２Ｒのストローク幅と鉄筋結束機ＲＴの結束動作領域ＢＡとの関係を求めておけば、制御ユニット１３０では、走行鉄筋ＬＲよりも下方に位置する直交鉄筋ＴＲが結束動作領域ＢＡに収まっているか否かを判別できるようになる。
詳しくは、図６（Ａ）に示すように、後方駆動輪１１２ｒ（あるいは図５で説明した前方駆動輪１１２ｆ）とスペーサー１７１Ｒを水平な地面に置いた場合（例えば図中にＧＬで示す）のセンサー１７２Ｒの高さを基準高さｈとし、この基準高さｈから下方に向かうセンサー１７２Ｒの移動量をストローク幅ＳＴとする。

一方、鉄筋結束機ＲＴの結束動作領域ＢＡは、図６（Ｂ）に示すように、鉄筋結束機ＲＴの前端にＣ字状に形成されており、アームＡＭからカールガイドＣＧに向けて繰り出された結束線（図中に２点鎖線で示す）で示すことができる。結束機駆動機構１２４の駆動によって下降した鉄筋結束機ＲＴが走行鉄筋ＬＲの上端に当接する面を鉄筋当接面ＢＵとすると、結束動作領域ＢＡは、鉄筋当接面ＢＵから結束線の湾曲下端ＢＤまでの距離ＢＢで規定することができる。

そして、図６（Ａ）に示したストローク幅ＳＴが、図６（Ｂ）に示した鉄筋当接面ＢＵから結束線の湾曲下端ＢＤまでの距離ＢＢよりも短く設定されている。
このように、センサー１７２Ｒの基準高さから下方へのストローク幅ＳＴを結束動作領域ＢＡ内に設定すれば、直交鉄筋ＴＲが結束動作領域ＢＡに収まっているか否かを判別できるようになる。直交鉄筋ＴＲが結束動作領域ＢＡ内に収まる場合にのみ、走行鉄筋ＬＲと直交鉄筋ＴＲの交差部を結束線で結束できる。仮に鉄筋のゆがみ等によって走行鉄筋ＬＲと直交鉄筋ＴＲとの距離が遠くなっていた場合には、センサー１７２Ｒで直交鉄筋ＴＲが検出されないので、直交鉄筋ＴＲが結束動作領域ＢＡ内に収まらないと判別でき、結束を禁止できる。これにより、走行鉄筋ＬＲのみが結束線で結束するような状況を確実に回避できる。

駆動ユニット１１０が走行鉄筋ＬＲ上を後退（後方駆動輪１１２ｒや前方駆動輪１１２ｆが図７（Ａ）の右方向に進行）している場合を想定すると、スペーサー１７１Ｒは、センサー１７２Ｒと共に右方に移動する。次いで、スペーサー１７１Ｒが直交鉄筋ＴＲに接触すると、スペーサー１７１Ｒは、キー溝１７４に沿って上方に移動しながら、センサー１７２Ｒと共に右方向に移動する。その後、図７（Ｂ）に示すように、スペーサー１７１Ｒが直交鉄筋ＴＲに乗り上げて、センサー１７２Ｒの検出範囲Ｓ内に直交鉄筋ＴＲが到達する。これにより、渦電流損が大きくなって発振振幅が小さくなるので、制御ユニット１３０は、直交鉄筋ＴＲを検知（鉄筋あり）していると判定する。この結果、鉄筋結束ロボット１００の自走が停止される。

これに対し、同じく駆動ユニット１１０が走行鉄筋ＬＲ上を後退（後方駆動輪１１２ｒや前方駆動輪１１２ｆが図８（Ａ）の右方向に進行）し、スペーサー１７１Ｒが、センサー１７２Ｒと共に右方に移動している場合において、スペーサー１７１Ｒが直交鉄筋ＴＲに接触しないときには、図８（Ｂ）に示すように、スペーサー１７１Ｒは直交鉄筋ＴＲに乗り上げず、センサー１７２Ｒの検出範囲Ｓ内に直交鉄筋ＴＲが到達しないため、スペーサー１７１Ｒは右方向にそのまま移動する。このときには、渦電流損が小さくなって発振振幅が大きいままであるので、制御ユニット１３０は直交鉄筋ＴＲを検知しない（鉄筋無し）と判定する。この結果、鉄筋結束ロボット１００の自走が継続される。

このように、センサー１７２Ｒ自体がスペーサー１７１Ｒと共に上下方向に移動するので、直交鉄筋ＴＲの検出可能範囲が上下方向に広くなる。そして、スペーサー１７１Ｒが直交鉄筋ＴＲに乗り上げた場合、センサー１７２Ｒはスペーサー１７１Ｒと共に上方に移動して、直交鉄筋ＴＲの上端がセンサー１７２Ｒの検出範囲Ｓ内に含まれる。これに対し、スペーサー１７１Ｒが直交鉄筋ＴＲに乗り上げていない場合、直交鉄筋ＴＲの上端がセンサー１７２Ｒの検出範囲Ｓ内に含まれない。よって、直交鉄筋ＴＲの検出可能範囲が広くなっても、センサー１７２Ｒから直交鉄筋ＴＲの上端までの距離が、センサー１７２Ｒの最適な検知距離のまま保持される。この結果、直交鉄筋ＴＲの検出精度を一定に維持できる。

上記実施例では、鉄筋結束ロボットの例を挙げて説明した。しかし、本発明はこの例に限定されない。直交鉄筋ＴＲを検知可能な鉄筋検知機構を有すればよいので、本発明は、例えば、配筋検査用のロボットのような、建設作業用のロボットに適用することができる。

１００・・・鉄筋結束ロボット
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
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・・・伸縮用持ち手
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
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
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
１４０・・・連結機構
１５０・・・揺動機構
１５０Ｌ・・・左側揺動機構
１５０Ｒ・・・右側揺動機構
１７０・・・鉄筋検知機構
１７１Ｌ・・・スペーサー
１７１Ｒ・・・スペーサー
１７１ａ・・・表面
１７１ｂ・・・裏面
１７２Ｌ・・・センサー
１７２Ｒ・・・センサー
１７２ｂ・・・配線
１７３・・・ユニット支持部
１７４・・・キー溝
１７５・・・ガイドレール
１７６・・・スペーサー把持部
１７７・・・外周面
１７８・・・筒状メンバー
１７９・・・センサー支持部
１７９ａ・・・センサー固定部
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
ＲＴ・・・鉄筋結束機
ＲＴ１・・・本体部
ＲＴ２・・・マガジンホルダー
ＲＴ３・・・グリップ
ＢＴ・・・トリガー
ＲＴ４・・・バッテリー
ＡＭ・・・アーム
ＢＡ・・・結束動作領域
ＢＵ・・・鉄筋当接面
ＢＤ・・・結束線の湾曲下端
ＢＢ・・・鉄筋当接面ＢＵから結束線の湾曲下端ＢＤまでの距離
ＣＧ・・・カールガイド
ＧＬ・・・走行面の下端
ＳＴ・・・ストローク幅
ＬＲ・・・走行鉄筋
ＴＲ・・・直交鉄筋
ａ・・・鉄筋結束機の作業位置
ｈ・・・センサーの基準高さ
Ｓ・・・磁気センサーの検出範囲

Claims

施工面に、所定の方向に延びた第１の鉄筋と該第１の鉄筋に交差する方向に延びて該第１の鉄筋の下側に配置された第２の鉄筋とによる格子状に敷設した前記第１の鉄筋と前記第２の鉄筋との交差部に対して所定の作業を行う自走式作業ロボットであって、
前記第１の鉄筋上を走行する駆動ユニットと、前記第２の鉄筋を検知する鉄筋検知ユニットと、前記所定の作業を行う電動工具を操作する工具操作ユニットと、前記鉄筋検知ユニットが前記第２の鉄筋を検知した場合、前記駆動ユニットが停止し、前記工具操作ユニットが前記電動工具を操作することにより、前記交差部に対して前記所定の作業を行わせる制御ユニットと、を備え、
前記鉄筋検知ユニットが、上下方向に移動して前記第２の鉄筋に乗り上げ可能に構成された接触子と、該接触子に設置されると共に、前記第１の鉄筋よりも下方に達する検出範囲を有して前記第２の鉄筋を検出する検出子とを備え、
前記接触子が前記第２の鉄筋に乗り上げた場合にのみ、前記第２の鉄筋の上端が前記検出範囲内に含まれることを特徴とする自走式作業ロボット。
前記検出子の下端が、前記接触子の下端よりも上方に位置す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。
前記電動工具は、結束線が供給される鉄筋結束可能空間を有し、該鉄筋結束可能空間における前記交差部を前記結束線で結束する鉄筋結束機であり、
前記鉄筋結束可能空間が、前記交差部を前記結束線で結束する際に前記第１の鉄筋に当接する、前記鉄筋結束機の鉄筋当接面と、該鉄筋当接面よりも下方に位置して前記結束線が供給される前記結束線の湾曲下端までの距離で特定されており、
前記接触子の下端と前記駆動ユニットの走行面の下端とを水平面に配置した場合の前記検出子の基準位置から下方への移動量が、前記鉄筋結束可能空間における前記鉄筋当接面から前記結束線の湾曲下端までの距離よりも短く設定され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。
前記検出子が、磁気センサーであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の自走式作業ロボット。
前記検出子は、前記駆動ユニットの走行方向で見て、前記電動工具による前記所定の作業を行う位置よりも後方にずれて配置されており、
前記電動工具による前記所定の作業を行う位置が、前記検出子による前記検出範囲の前端付近に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の自走式作業ロボット。