JP7243989B2 - 転圧ロボット - Google Patents

Description

本発明は、溝の中に配置された地中管路の上に被せた土を締め固める転圧ロボットに関するものである。

近年、都市における景観への配慮や安全性という観点から地中配線の普及が進んでいる。地中配線では、地中に配管（地中管路）を埋設し、かかる配管内に電力ケーブルや通信ケーブル等を敷設する。そして、配管の上面から３０ｃｍ程度の高さまで土を被せて砂埋めを行った後に、ランマーやタンパ等の転圧機器を用いて土を締め固める。

転圧機器としては、例えば特許文献１に開示されたタンピングランマーを挙げることができる。なお特許文献１のタンピングランマーの特徴は、エンジンもしくは機体内の燃料タンクとの間にオートコック機構を備えている。オートコック機構は、エンジンの回転もしくは機体内の機械的運動によって生ずる正圧・負圧の圧力変動により開閉して、燃料をエンジンへ供給する負圧バルブによって構成される。特許文献１によれば、オートコック機構を備えることにより、作業が終了した際に、燃料供給路を自動的に遮断することが可能であるとしている。

特開２００３-１７１９１０号公報

特許文献１のダンピングランマーのような転圧機器を用いた従来の作業は、作業員による人力の作業である。１台７０ｋｇ程度の重さを有する転圧機器を現場に搬入し、それを用いて振動作業を行うことは極めて重労働であり、作業員への負担が大きい。また転圧機器の取り扱いには作業員の経験と技量が求められると共に、現状では、転圧作業の完了の判断は作業員の経験に委ねられている。更に、転圧作業が作業員によって行われる作業であることにより、転圧作業を行っている間は、他の作業を行うことが可能な作業員の人数が減ってしまう。

本発明は、このような課題に鑑み、転圧作業を自動化し、作業員の負担の軽減を図ることが可能な転圧ロボット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、本発明にかかる転圧ロボットの代表的な構成は、溝の中に配置された地中管路の上に被せた土を締め固める転圧ロボットであって、本体部と、本体部の前後方向の一方側に配置された左右一対の車輪と、本体部の前後方向の他方側に配置され前記土を締め固めるブレード板と、前後方向の障害物を検出する前後センサと、左右方向の障害物を検出する左右センサと、左右一対の車輪を個別に駆動する駆動部と、駆動部を制御する制御部とを備え、制御部は、前後センサからの信号に基づいて進行方向を切り替え、左右センサからの信号に基づいて溝の壁面に倣いながら走行することを特徴とする。

上記構成によれば、溝の中の土上で転圧ロボットを走行させることにより、作業員による転圧作業を行うことなく、土を締め固めることができる。したがって、転圧作業を自動化し、作業員の負担の軽減を図ることが可能となる。特にブレード板を備えることにより、左右一対の車輪によって土を締め固めつつ、車輪の間の土をブレード板によってならしつつ締め固めることができる。したがって、溝の全体の土を均一且つ効率的に締め固められる。特に、転圧作業を自動化することにより、転圧作業と他の作業を並列処理することが可能となる。

また上記構成では前後センサおよび左右センサが設けられている。前後センサの信号を制御部によって検出することにより、前後方向の障害物を避けながら転圧ロボットを走行させることができる。そして、左右センサの信号を制御部によって検出することにより、転圧ロボットは溝の壁面に倣いながら走行することとなる。したがって、転圧ロボットを溝内において転回することなく自動的に往復させることが可能となる。

上記ブレード板は、地面に対向する底面と、底面の前端から上方に向かって傾斜する前斜面と、底面の後端から上方に向かって傾斜する後斜面とを有し、底面と前斜面との角度および底面と後斜面との角度は、一方が他方よりも大きいとよい。かかる構成によれば、走行する際には、角度が大きい（曲がりが小さい）方では土を締め固めることができ、角度が小さい（曲がりが大きい）方では土を引きならす（凹凸をなくする）ことができる。

上記底面は、前斜面または後斜面のいずれか一方に向かって上方に傾斜するとよい。これにより、転圧ロボットが走行する際に土に緩やかに乗り上げることができる。土に乗り上げることにより、引きならす（押しのける）よりも締め固めの作用を強めることができる。

当該転圧ロボットは、幅方向に回転自在であって本体部とブレード板とを連結するヒンジを備えるとよい。これにより、ブレード板は進行方向に向かって左右方向に傾く（回転する）ことができる。したがって、溝の幅方向で生じている地面の起伏にブレード板が追従することができる。大きな起伏に追従しつつ、細かな凹凸をならしながら往復することにより、土の抵抗を減らして、最終的には、土を平坦に締め固めることが可能となる。

当該転圧ロボットは、本体部に搭載された太陽光パネルを備えるとよい。これにより、太陽光パネルによって発電した電力を転圧ロボットの動力源とすることができる。したがって、ガソリンや軽油等の化石燃料のみを動力源とした場合に比して、燃料を削減しつつ、駆動時間を長くすることが可能となる。

当該転圧ロボットは、締め固める地面を撮影するカメラと、カメラで撮影した映像を送信する通信部とを備えるとよい。これにより、転圧ロボットが走行する地面の状態を作業員が目視で観察することが可能となる。

上記課題を解決するために、本発明にかかる転圧システムの代表的な構成は、上記の転圧ロボットを用いた転圧システムであって、転圧ロボットを操作する操作端末を含み、転圧ロボットは、通信部を介して前記カメラで撮影した映像を操作端末に送信し、操作端末は、転圧ロボットから送信された映像を表示することを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかる転圧方法の代表的な構成は、上記の転圧ロボットを用いた転圧方法であって、前後センサによって前後方向の障害物を検出しつつ、左右センサによって左右方向の障害物を検出し、前後センサからの信号に基づいて進行方向を切り替え、左右センサからの信号に基づいて溝の壁面に倣いながら、溝内で転圧ロボットを往復走行させることにより、溝内の土を締め固めることを特徴とする。

上述した転圧ロボットにおける技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該転圧システムおよび転圧方法にも適用可能である。

本発明によれば、転圧作業を自動化し、作業員の負担の軽減を図ることが可能な転圧ロボットを提供することができる。

地中管路の埋設工事について説明する図である。 本実施形態にかかる転圧ロボットを説明する図である。 本実施形態にかかる転圧ロボットを説明する図である。 転圧ロボットの走行時の動きを説明する図である。 ブレード板について説明する図である。 転圧ロボットのヒンジを説明する図である。 転圧ロボットのバリエーションを説明する図である。 本実施形態の転圧ロボットによる転圧作業の密度試験結果を説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、地中管路１６の埋設工事について説明する図である。地中管路１６の埋設工事では、まず掘削機１０によって地中を掘削して溝１２を形成し、溝１２内に土留１４を設置する。そして、溝１２内に地中管路１６を設置し、地中管路１６の上面から３０ｃｍ程度の高さまで土１８を被せて砂埋めを行った後に、転圧ロボット１００を用いて土１８を締め固める。その後、締め固めた土１８の上に路盤材２０を敷き、アスファルト２２によって舗装する。

説明の便宜上、上記作業のうち、地中を掘削して溝１２を形成する作業が行われている領域を掘削エリアと称する。土１８の締め固めの作業が行われている領域を締め固めエリアと称する。路盤材２０の敷設およびアスファルト２２による舗装が行われている領域を舗装エリアと称する。

図２および図３は、本実施形態にかかる転圧ロボット１００を説明する図である。図２は、本実施形態の転圧ロボット１００を側方から観察した状態を示す図である。図３（ａ）は、本実施形態の転圧ロボット１００を上方から観察した状態を示す図であって、天板１１２および太陽光パネル１１４を透過表示にしている。図３（ｂ）は、本実施形態の転圧ロボット１００を前方から観察した状態を示す図である。図３（ｃ）は、本実施形態の転圧ロボット１００を後方から観察した状態を示す図である。

図２および図３に示す転圧ロボット１００は、溝１２の中に配置された地中管路１６の上に被せた土１８（図１参照）を締め固める。転圧ロボット１００は本体部１１０を有し、本体部１１０の前後方向の一方側（本実施形態では後側）には左右一対の車輪１２０が配置されている。

なお本実施形態では４つの車輪１２０を備えるように図示しているが、左右２つずつの車輪１２０が組になっていて、２個と２個で一対になっている。左右一対の車輪１２０は駆動部１４０によって個別に駆動される。駆動部１４０はバッテリー１４２の電力で動作し、制御部１５０によって制御される。また本実施形態では２個１組の車輪１２０を左右一対に配置しているがこの数は例示に過ぎず、数については任意に変更してもよい。

本体部１１０の前後方向の他方側（本実施形態では前側）には、土１８を締め固めるブレード板１３０が配置されている。本実施形態では、本体部１１０の前側にブレード板１３０を、後側に車輪１２０を配置する構成を例示したが、これらの位置は逆であってもよい。

本体部１１０には、前後方向の障害物を検出する前後センサ１６０、および左右方向の障害物を検出する左右センサ１７０が取り付けられている。前後センサ１６０および左右センサ１７０の信号は制御部１５０によって検出される。これにより、制御部１５０はその信号に基づいて転圧ロボット１００の走行を制御する。

図４は、転圧ロボット１００の走行時の動きを説明する図である。図４（ａ）は、走行時の転圧ロボット１００を上方から観察した状態を示す図であって、天板１１２および太陽光パネル１１４を透過表示にしている。図４（ｂ）は、走行時の転圧ロボット１００を後方から観察した状態を示す図であって、制御部１５０を透過表示にしている。以下、転圧ロボット１００の動作を詳述しながら、転圧システムおよび転圧方法についても併せて説明する。

本実施形態では、上述した制御部１５０は、前後センサ１６０からの信号に基づいて進行方向を切り替え、左右センサ１７０からの信号に基づいて溝１２の壁面１２ａに倣いながら走行する。

前後センサ１６０が前方および後方の障害物を検知したら、制御部１５０は、進行方向の前後を切り替える。これにより、障害物への転圧ロボット１００の衝突を防ぐことができると共に、自動的に往復走行することができる。制御部１５０は左右センサ１７０によって溝の壁面１２ａとの距離を測定し、近づきすぎたらその壁面１２ａの反対側の駆動部１４０の速度を落とすように制御し、離れ始めたら速度を戻すように制御する。これにより壁面１２ａに衝突せずに、溝１２の壁面１２ａに倣って走行するように転圧ロボット１００を制御することができる。

上述した転圧ロボット１００が溝１２内を走行することにより、図４（ｂ）に示すように車輪１２０によって土１８が締め固められる。車輪１２０から土１８に加えられる圧力は拡散するので、車輪１２０の間の土も締め固められる。ブレード板１３０は、土の凹凸をならす役割と、車重によって締め固める役割の両方を有する。したがって、溝１２内で転圧ロボット１００を往復させることにより、作業員による転圧作業を行うことなく、土１８を効率的に締め固めることができる。その結果、転圧作業を自動化し、作業員の負担の軽減を図ることが可能となる。

特に本実施形態の転圧ロボット１００では、溝１２内の左右の壁面１２ａに倣いながら走行する際に、図４（ａ）に示すようにジグザグ状に走行する。したがって、溝１２内の土１８を均一に締め固めることが可能となる。

図５は、ブレード板１３０について説明する図である。図５に示すように、本実施形態の転圧ロボット１００では、ブレード板１３０は、地面に対向する底面１３２と、底面１３２の前端から上方に向かって傾斜する前斜面１３４と、底面１３２の後端から上方に向かって傾斜する後斜面１３６とを有する。そして、底面１３２と前斜面との角度θ１および底面１３２と後斜面１３６との角度θ２は、一方が他方よりも大きくなっている（本実施形態では、底面１３２と後斜面１３６との角度θ２（例えば１５０°）を、底面１３２と前斜面１３４との角度θ１（例えば１３５°）よりも大きくしている）。

上記構成によれば、転圧ロボット１００が走行する際に、角度が大きい（曲がりが小さい）方（後斜面）では土を締め固めることができ、角度が小さい（曲がりが大きい）方（前斜面）では土を引きならす（凹凸をなくする）ことができる。

また底面１３２は、前斜面１３４または後斜面１３６のいずれか一方に向かって上方に傾斜している（本実施形態では、後斜面に向かって角度θ３（例えば５°）だけ上方に傾斜している）。これにより、転圧ロボット１００が走行する際に土に緩やかに乗り上げることができる。そして、転圧ロボット１００が土に乗り上げることにより、引きならす（押しのける）よりも締め固めの作用を強めることができる。

図６は、転圧ロボット１００のヒンジ１８０を説明する図である。図６では、転圧ロボット１００を前方から観察した状態を示している。本実施形態の転圧ロボット１００では、本体部１１０に固定されたブラケット１８２と、ブレード板１３０に固定された金具１８４とが、ボルト１８６によって連結されてヒンジ１８０を構成している。ボルト１８６はダブルナット１８８によって締め付けられずに固定されているため、ヒンジ１８０は図６に示すように幅方向に回転自在に連結されている。

上記構成によれば、ブレード板１３０は転圧ロボット１００の進行方向に向かって左右方向に傾く（回転する）ことができる。したがって、溝１２の幅方向で生じている地面の大きな起伏にブレード板１３０が追従することができる。その結果、大きな起伏に追従しつつ、細かな凹凸をならしながら往復し、土の抵抗を減らして、最終的には、土を平坦に締め固めることが可能となる。

また本実施形態では、図２に示すように、本体部１１０の天板１１２の上には太陽光パネル１１４が搭載されている。太陽光パネル１１４で発電した電力は、バッテリー１４２に蓄えられるか、または駆動部１４０に直接供給される。かかる構成によれば、太陽光パネル１１４によって発電した電力を転圧ロボット１００の動力源とすることができる。したがって、ガソリンや軽油等の化石燃料のみを動力源とした場合に比して、燃料を削減しつつ、駆動時間を長くすることが可能となる。

更に本実施形態の転圧ロボット１００では、本体部１１０には、締め固める地面を撮影するカメラ１９０が搭載されている（図３（ａ）（ｂ）参照）。カメラ１９０によって撮影された画像は、制御部１５０に格納されている通信部１９２（図２参照）を経由して作業者の操作端末（不図示）に送信される。そして操作端末には、転圧ロボット１００から送信された映像が表示される。これにより、転圧ロボット１００が走行する地面の状態を作業員が目視で観察することが可能となる。

図７は、転圧ロボット１００のバリエーションを説明する図である。転圧ロボット１００には、図７（ａ）に示すようにブレード板１３０に固定されるキャスター１１６を着脱可能に設けてもよい。これにより、図７（ｂ）に示すように転圧ロボット１００がアスファルトやコンクリートなどの路面上も走行することが可能となり、転圧ロボット１００を溝１２まで好適に自走させることが可能となる。

図８は、本実施形態の転圧ロボット１００による転圧作業の密度試験結果を説明する図である。密度試験（ＪＩＳ試験：Ａ１２１４ 砂置換法による密度試験）では、転圧ロボット１００を土上で１０往復させた場合、１５往復させた場合、２０往復させた場合の締め固め度（％）および山中式土壌硬度を測定した。

図８に示すように、車輪１２０（右車輪部および左車輪部）が通過する領域では、締め固め度９０％以上と、極めて良好に土が締め固められていた。そして中央部すなわち左右の車輪１２０の間の領域においても締め固め度はほぼ９０％程度であった。このように、車輪１２０が通過しない領域も土を好適に締め固めできるのは、車輪１２０の圧力が拡散すること、およびブレード板１３０によって均しと締め固めを行うためと考えられる。また山中式土壌硬度も、いずれの往復回数においても３６ｍｍ以上の硬度が得られた。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、溝の中に配置された地中管路の上に被せた土を締め固める転圧ロボットに利用することができる。

１０…掘削機、１２…溝、１２ａ…壁面、１４…土留、１６…地中管路、１８…土、２０…路盤材、２２…アスファルト、１００…転圧ロボット、１１０…本体部、１１２…天板、１１４…太陽光パネル、１２０…車輪、１３０…ブレード板、１４０…駆動部、１４２…バッテリー、１５０…制御部、１６０…前後センサ、１７０…左右センサ、１８０…ヒンジ、１８２…ブラケット、１８４…金具、１８６…ボルト、１８８…ダブルナット

Claims (8)

1. 溝の中に配置された地中管路の上に被せた土を締め固める転圧ロボットであって、
   本体部と、
   前記本体部の前後方向の一方側に配置された左右一対の車輪と、
   前記本体部の前後方向の他方側に配置され前記土を締め固めるブレード板と、
   前後方向の障害物を検出する前後センサと、
   左右方向の障害物を検出する左右センサと、
   前記左右一対の車輪を個別に駆動する駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記前後センサからの信号に基づいて進行方向を切り替え、前記左右センサからの信号に基づいて溝の壁面に倣いながら走行することを特徴とする転圧ロボット。
2. 前記ブレード板は、地面に対向する底面と、該底面の前端から上方に向かって傾斜する前斜面と、該底面の後端から上方に向かって傾斜する後斜面とを有し、
   前記底面と前記前斜面との角度および前記底面と前記後斜面との角度は、一方が他方よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の転圧ロボット。
3. 前記底面は、前記前斜面または前記後斜面のいずれか一方に向かって上方に傾斜することを特徴とする請求項２に記載の転圧ロボット。
4. 幅方向に回転自在であって前記本体部と前記ブレード板とを連結するヒンジを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の転圧ロボット。
5. 前記本体部に搭載された太陽光パネルを備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の転圧ロボット。
6. 締め固める地面を撮影するカメラと、
   前記カメラで撮影した映像を送信する通信部とを備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の転圧ロボット。
7. 請求項６に記載の転圧ロボットを用いた転圧システムであって、
   前記転圧ロボットを操作する操作端末を含み、
   前記転圧ロボットは、前記通信部を介して前記カメラで撮影した映像を前記操作端末に送信し、
   前記操作端末は、前記転圧ロボットから送信された映像を表示することを特徴とする転圧システム。
8. 請求項１から６のいずれか１項に記載の転圧ロボットを用いた転圧方法であって、
   前記前後センサによって前後方向の障害物を検出しつつ、前記左右センサによって左右方向の障害物を検出し、
   前記前後センサからの信号に基づいて進行方向を切り替え、前記左右センサからの信号に基づいて溝の壁面に倣いながら、前記溝内で前記転圧ロボットを往復走行させることにより、溝内の土を締め固めることを特徴とする転圧方法。

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