JP7341837B2

JP7341837B2 - 建設作業用ロボット

Info

Publication number: JP7341837B2
Application number: JP2019186518A
Authority: JP
Inventors: 卓谷; 俊介五十嵐
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2019-10-10
Filing date: 2019-10-10
Publication date: 2023-09-11
Anticipated expiration: 2039-10-10
Also published as: WO2021070454A1; JP2021062413A; US20220379489A1

Description

本発明は、建設作業の省力化、省人化を図るための建設作業用ロボットに関するものである。

従来、建物の床内装工事において、床の上に別の床を設けて二重床を形成し、上下の床の間にネットワーク配線、換気等に利用可能な空間を確保するためのＯＡフロア（以下、二重床ということがある。）の支持脚やパネルの施工が行われている（例えば、特許文献１を参照）。こうした施工は、作業員が中腰で手作業により行っており、コンクリート床の不陸に対応するために現場に設置された回転レーザレベルを基準に高さを調節して水平平滑に施工している。一般に、二重床の施工数量は多く、資材の施工場所への運搬と取付けおよび高さ調整作業を多数繰り返す必要がある。

このような問題に対して、本特許出願人は特許文献２に記載の建設作業用ロボットを提案している。この特許文献２の建設作業用ロボットは、部材を母体に取付けるために用いられるロボットであって、基台と、基台に設けられた単数または複数台のマニピュレータと、マニピュレータの先端に着脱自在に設けられたエンドエフェクタと、マニピュレータの先端またはエンドエフェクタに設けられ、部材および母体の種別および位置を認識する認識手段と、マニピュレータの先端またはエンドエフェクタと母体の位置関係を計測する計測手段とを備えるものである。マニピュレータは、予め設定した母体の位置へマニピュレータの先端を接近移動させる移動制御手段を有し、エンドエフェクタは、部材を保持する部材保持手段と、保持する部材を母体に取付け操作する取付け操作手段と、取付け状況を監視する監視手段とを有する。

特開２０１８－１７８４７３号公報特開２０１７－１１０４６６号公報

ところで、上記の特許文献２の建設作業用ロボットを用いて二重床を施工する場合、エンドエフェクタで保持する支持脚を高さ調節しながら床に接着剤で固定する作業と、エンドエフェクタで二重床パネルを支持脚に取付ける作業に適用可能である。このうち、支持脚の施工作業の効率化を図るには、支持脚の設置とコンクリート床の不陸に対応した支持脚高さの調整を同時に行うことで作業を短時間で行う必要がある。このため、支持脚の設置と支持脚高さの調整を同時に行うことができる技術が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、支持脚の設置と支持脚高さの調整を同時に行うことができる建設作業用ロボットを提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る建設作業用ロボットは、高さを変更可能な部材を所定の高さで母体に取付けるために用いられる建設作業用ロボットであって、マニピュレータと、マニピュレータの先端に設けられたエンドエフェクタと、部材と母体の位置を認識する認識手段と、部材と母体の位置関係を計測する計測手段とを備え、エンドエフェクタは、部材を解放可能に把持する把持手段と、母体に接触した部材を母体に近づける方向もしくは母体から遠ざける方向に移動させて部材の高さを調整する高さ調整手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他の建設作業用ロボットは、上述した発明において、部材は、母体側に配置されるネジ軸と、ネジ軸に螺合してネジ軸方向に移動可能な台座とを有する支持脚であり、高さ調整手段は、支持脚の台座をネジ軸周りに回転させて支持脚の高さを調整することを特徴とする。

また、本発明に係る他の建設作業用ロボットは、上述した発明において、高さ調整手段は、把持手段に対して軸方向に摺動可能に設けられる摺動機構と、摺動機構と一体的に移動可能であるとともに支持脚の台座を回転させるための回転機構と、摺動機構と一体的に移動可能であるとともに支持脚の高さを認識する認識機構とを有し、認識機構で認識した高さに基づいて支持脚の台座を回転させて支持脚の高さを調整することを特徴とする。

本発明に係る建設作業用ロボットによれば、高さを変更可能な部材を所定の高さで母体に取付けるために用いられる建設作業用ロボットであって、マニピュレータと、マニピュレータの先端に設けられたエンドエフェクタと、部材と母体の位置を認識する認識手段と、部材と母体の位置関係を計測する計測手段とを備え、エンドエフェクタは、部材を解放可能に把持する把持手段と、母体に接触した部材を母体に近づける方向もしくは母体から遠ざける方向に移動させて部材の高さを調整する高さ調整手段とを備えるので、支持脚などの部材の設置と、部材高さの調整を同時に行うことができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の建設作業用ロボットによれば、部材は、母体側に配置されるネジ軸と、ネジ軸に螺合してネジ軸方向に移動可能な台座とを有する支持脚であり、高さ調整手段は、支持脚の台座をネジ軸周りに回転させて支持脚の高さを調整するので、支持脚の設置と支持脚高さの調整を同時に行うことができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の建設作業用ロボットによれば、高さ調整手段は、把持手段に対して軸方向に摺動可能に設けられる摺動機構と、摺動機構と一体的に移動可能であるとともに支持脚の台座を回転させるための回転機構と、摺動機構と一体的に移動可能であるとともに支持脚の高さを認識する認識機構とを有し、認識機構で認識した高さに基づいて支持脚の台座を回転させて支持脚の高さを調整するので、支持脚の設置と支持脚高さの調整を同時に行うことができ、効率的な施工が可能になるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る建設作業用ロボットの実施の形態を示す図であり、（１）は正面図、（２）は側面図である。図２は、本実施の形態による施工手順１を示す図であり、（１）は正面図、（２）は側面図である。図３は、本実施の形態による施工手順２を示す図であり、（１）は正面図、（２）は側面図である。図４は、本実施の形態による施工手順３を示す図であり、（１）は正面図、（２）は側面図である。

以下に、本発明に係る建設作業用ロボットの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１に示すように、本実施の形態に係る建設作業用ロボット１０は、二重床の支持脚Ｓ（高さを変更可能な部材）を所定の高さでコンクリート床Ｆ（母体）に取付けるために用いられる。この建設作業用ロボット１０は、マニピュレータ１２と、マニピュレータ１２の先端に設けられた支持脚施工ユニット１４（エンドエフェクタ）と、カメラ１６（認識手段）と、レーザ距離センサ１８（計測手段）とを備える。マニピュレータ１２は、支持脚施工ユニット１４をハンドリングするロボットアームである。

支持脚Ｓは、床Ｆに接地されるベースプレートＳ１と、ベースプレートＳ１上に立設したネジ軸Ｓ２（高さ調整ネジ）と、ネジ軸Ｓ２の上側に螺合した台座Ｓ３とを有する。台座Ｓ３をネジ軸Ｓ２周りに回転することで台座Ｓ３をネジ軸Ｓ２方向に移動し、支持脚Ｓの高さＨを調整することができる。

カメラ１６およびレーザ距離センサ１８は、支持脚施工ユニット１４の基部２０から側方に張り出したセンサベース２２に取付けられ、カメラ軸およびセンサ軸はそれぞれ支持脚施工ユニット１４の軸方向Ｃの先端側に向けられている。カメラ１６は、所定の時間間隔で画像を取得する。取得した画像を図示しない制御部で解析処理することにより、支持脚Ｓと床Ｆの基準墨（位置）を認識することができる。レーザ距離センサ１８は、レーザ光を利用して支持脚高さＨや床レベルを計測するものである。このレーザ距離センサ１８により、支持脚Ｓと床Ｆの位置関係を把握することができる。

支持脚施工ユニット１４は、支持脚把持シリンダ２４と、支持脚把持部２６と、支持脚高さ調整部２８とを有する。

支持脚把持シリンダ２４は、基部２０の先端フランジ３０に設けられ、軸方向Ｃに直交する向きに伸縮可能なシリンダからなる。支持脚把持シリンダ２４の伸縮動作は、図示しない制御部によって制御される。

支持脚把持部２６は、支持脚Ｓの台座Ｓ３を解放可能に把持する把持手段であり、支持脚把持シリンダ２４の両端から軸方向Ｃの先端側に延びて内側に屈曲した正面視でＬ字状の部材で構成される。支持脚把持シリンダ２４を収縮すると、支持脚把持部２６の内側に屈曲した爪部が互いに接近する向きに動いて台座Ｓ３の両縁の下側に入り込む。これにより、支持脚Ｓを掴むことができる。一方、支持脚把持シリンダ２４を伸張すると、爪部が互いに離れる向きに動いて台座Ｓ３の両縁から離れる。これにより、支持脚Ｓを解放することができる。

支持脚高さ調整部２８は、床Ｆに接触した支持脚Ｓを床Ｆに近づける方向もしくは床Ｆから遠ざける方向に移動させて支持脚Ｓの高さＨを調節するための高さ調整手段であり、摺動機構３２と、支持脚回転機構３４と、回転レーザレベル受光器３６とを備える。

摺動機構３２は、基部２０の先端フランジ３０における基部２０の周囲の４箇所に設けられる。この摺動機構３２は、先端フランジ３０に対して軸方向Ｃに摺動可能に貫通配置された摺動ポール３８と、基部２０側において各摺動ポール３８に巻き付けられたコイルばね４０とを有する。コイルばね４０は、摺動ポール３８の基部２０側の一端と先端フランジ３０との間に配置され、摺動ポール３８の一端と先端フランジ３０とを引き離す方向に付勢可能に設けられる。摺動ポール３８の他端には、高さ調整プレート４２が固定している。支持脚高さ調整部２８は、摺動ポール３８を介して基部２０側と接続されるため、軸方向Ｃにのみ１次元的にフリー動作し、その自重で摺動することで高さＨの変化する支持脚Ｓの動きに追従する。

支持脚回転機構３４は、摺動機構３２と一体的に移動可能であるとともに支持脚Ｓの台座Ｓ３を回転させるための回転機構である。この支持脚回転機構３４は、高さ調整プレート４２に設けられ、支持脚回転用サーボモータ４４、ベルト４６、プーリ４８、５０、回転子５２を有する。支持脚回転用サーボモータ４４の出力軸はプーリ４８に連結し、ベルト４６はプーリ４８、５０間に巻き掛けられている。プーリ５０は回転子５２に連結している。回転子５２は、軸方向Ｃと同軸に設けられており、支持脚Ｓの台座Ｓ３の端部に係合可能である。図示しない制御部で支持脚回転用サーボモータ４４を駆動し、ベルト４６、プーリ４８、５０、回転子５２を介して支持脚Ｓの台座Ｓ３をネジ軸Ｓ２周りに回転させることで支持脚高さＨを調整することができる。また、それによる支持脚高さＨの変化にも支持脚高さ調整部２８は追従可能である。

回転レーザレベル受光器３６は、摺動機構３２と一体的に移動可能であるとともに支持脚高さＨを認識する認識機構を構成する。この回転レーザレベル受光器３６は、高さ調整プレート４２に設けられる。この回転レーザレベル受光器３６は、施工場所に設置された図示しない回転レーザレベルからのレーザ光を受光し、これを基準にして支持脚高さＨをリアルタイムに検出する。支持脚回転用サーボモータ４４の動作は、回転レーザレベル受光器３６が検出した高さＨに基づいて、図示しない制御部を介して制御される。この制御部は、回転レーザレベル受光器３６が検出した高さＨに基づいて、支持脚回転用サーボモータ４４を駆動して支持脚Ｓの台座Ｓ３を回転させ、あらかじめ設定された支持脚施工高さになるように、支持脚高さＨを調整する。

次に、上記のように構成した建設作業用ロボット１０を用いた支持脚の施工手順について説明する。

まず、マニピュレータ１２で支持脚施工ユニット１４を例えば資材置き場の支持脚把持位置近傍まで移動させ、カメラ１６とレーザ距離センサ１８を使用し、支持脚把持位置を検出する。

次に、支持脚把持部２６を開き、マニピュレータ１２で支持脚施工ユニット１４を支持脚Ｓ直上からアプローチして支持脚把持位置に移動させ、支持脚Ｓと回転子５２が接触し摺動ポール３８が一定量摺動した後、支持脚把持部２６を閉じることで支持脚Ｓを把持する。

次に、マニピュレータ１２で支持脚Ｓを接着剤塗布部に移動させ、レーザ距離センサ１８で接着剤液面の高さ位置を認識し、そこに支持脚Ｓを移動させることで支持脚ＳのベースプレートＳ１下面に接着剤を塗布する。

次に、マニピュレータ１２で支持脚Ｓを支持脚施工位置近傍に移動させ、カメラ１６で事前施工された支持脚設置位置基準墨を、レーザ距離センサ１８で床レベルを認識する。

次に、マニピュレータ１２で支持脚Ｓを支持脚設置位置に移動させ、図２に示すように、支持脚ＳのベースプレートＳ１を床Ｆに接地させた後、図３に示すように、支持脚把持部２６を開く。こうすることで、支持脚Ｓを床Ｆに設置することができる。

次に、施工場所に設置された図示しない回転レーザレベルからのレーザ光を回転レーザレベル受光器３６で検出して、これを基準に支持脚高さＨを認識する。続いて、図４に示すように、あらかじめ設定された支持脚施工高さになるように、支持脚回転用サーボモータ４４を駆動し、回転子５２によって支持脚Ｓをネジ軸Ｓ２周りに回転させることで支持脚高さＨを調整する。なお図４の例では、支持脚高さＨを低くする場合を示している。高くする場合はこれとは逆方向に回転させればよい。

このように、建設作業用ロボット１０を用いて支持脚Ｓを施工することで、床Ｆに対する支持脚Ｓの設置と支持脚高さＨの調整を同時に行うことができる。これにより、効率的な施工が可能になる。

なお、上記の実施の形態においては、ＯＡフロアのような二重床の支持脚の施工に用いる場合を例にとり説明したが、本発明の建設作業用ロボットはこのような用途に限るものではなく、高さを変更可能な部材を所定の高さで母体に取付ける施工作業であれば、いかなる作業にも適用可能である。

以上説明したように、本発明に係る建設作業用ロボットによれば、高さを変更可能な部材を所定の高さで母体に取付けるために用いられる建設作業用ロボットであって、マニピュレータと、マニピュレータの先端に設けられたエンドエフェクタと、部材と母体の位置を認識する認識手段と、部材と母体の位置関係を計測する計測手段とを備え、エンドエフェクタは、部材を解放可能に把持する把持手段と、母体に接触した部材を母体に近づける方向もしくは母体から遠ざける方向に移動させて部材の高さを調整する高さ調整手段とを備えるので、支持脚などの部材の設置と、部材高さの調整を同時に行うことができる。

また、本発明に係る他の建設作業用ロボットによれば、部材は、母体側に配置されるネジ軸と、ネジ軸に螺合してネジ軸方向に移動可能な台座とを有する支持脚であり、高さ調整手段は、支持脚の台座をネジ軸周りに回転させて支持脚の高さを調整するので、支持脚の設置と支持脚高さの調整を同時に行うことができる。

また、本発明に係る他の建設作業用ロボットによれば、高さ調整手段は、把持手段に対して軸方向に摺動可能に設けられる摺動機構と、摺動機構と一体的に移動可能であるとともに支持脚の台座を回転させるための回転機構と、摺動機構と一体的に移動可能であるとともに支持脚の高さを認識する認識機構とを有し、認識機構で認識した高さに基づいて支持脚の台座を回転させて支持脚の高さを調整するので、支持脚の設置と支持脚高さの調整を同時に行うことができ、効率的な施工が可能になる。

以上のように、本発明に係る建設作業用ロボットは、建設作業の省力化、省人化を図るための建設作業用ロボットに有用であり、特に、二重床施工における支持脚を効率的に施工するのに適している。

１０建設作業用ロボット
１２マニピュレータ
１４支持脚施工ユニット（エンドエフェクタ）
１６カメラ（認識手段）
１８レーザ距離センサ（計測手段）
２０基部
２２センサベース
２４支持脚把持シリンダ
２６支持脚把持部（把持手段）
２８支持脚高さ調整部（高さ調整手段）
３０先端フランジ
３２摺動機構
３４支持脚回転機構
３６回転レーザレベル受光器
３８摺動ポール
４０コイルばね
４２高さ調整プレート
４４支持脚回転用サーボモータ
４６ベルト
４８，５０プーリ
５２回転子
Ｃ軸方向
Ｆ床（母体）
Ｈ支持脚高さ
Ｓ支持脚（部材）
Ｓ１ベースプレート
Ｓ２ネジ軸
Ｓ３台座

Claims

高さを変更可能な部材を所定の高さで母体に取付けるために用いられる建設作業用ロボットであって、
マニピュレータと、マニピュレータの先端に設けられたエンドエフェクタと、部材と母体の位置を認識する認識手段と、部材と母体の位置関係を計測する計測手段とを備え、
エンドエフェクタは、部材を解放可能に把持する把持手段と、母体に接触した部材を母体に近づける方向もしくは母体から遠ざける方向に移動させて部材の高さを調整する高さ調整手段とを備え、
部材は、母体側に配置されるネジ軸と、ネジ軸に螺合してネジ軸方向に移動可能な台座とを有する支持脚であり、高さ調整手段は、支持脚の台座をネジ軸周りに回転させて支持脚の高さを調整することを特徴とする建設作業用ロボット。
高さ調整手段は、把持手段に対して軸方向に摺動可能に設けられる摺動機構と、摺動機構と一体的に移動可能であるとともに支持脚の台座を回転させるための回転機構と、摺動機構と一体的に移動可能であるとともに支持脚の高さを認識する認識機構とを有し、認識機構で認識した高さに基づいて支持脚の台座を回転させて支持脚の高さを調整することを特徴とする請求項１に記載の建設作業用ロボット。