JPH01230822A - 建設作業ロボットに於ける長尺物据付け位置の自動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、ヒユームＷ等の長尺据付物を所定の４２１：
イ］け位置に自動的にセットする建設作業ロボントに於
ける長尺物据付は位置の自動制御装置に関Ｆ　７Ｊもの
である。

ｌ従来の技術］ 従来、１丁水道等の配管に使用されるヒユーム管の敷設
は、建設用のパワーシャベルを用いて２〜３べのｌ′１
ｄ！貝により行なわれていた。

Ｉ発明が解決しようとする課題１ しかしながら、」二元従来方法では、敷設作業能Ｖが悪
く、危険な作業であるばかりでなく、ヒユーム管を所定
の敷設位置に正確に据付けることが困難である等の問題
点があった。

本発明は、上記従来の問題点を解決（るためになされた
もので、その［１的とするところは、ヒユーム管等の長
尺据付物を能率良く、しかも高精度に［１つ自動的に据
付けることのできる１１！設作業ロボントに於ける長尺
物据付は位置の自動制ａｌｌ装置を４２（共すること１
こある。

１課題を解決するための手段１ 本発明の１！！設作業ロボットに於ける１更尺物据イ：
１け位置の自動制御装置は、バックホー等の移りｊ式建
設作業装置のアーム先端部に、ヒユーム管等の長尺据付
物を把持しながら姿勢および位１ｎ制御を行なうマニピ
ユレータを取付けた建設作業ロボットに於いて、据イ・
１け位置に向けて基壁レーザービームを発射するレーザ
ービーム発信器と、］二二元尺据付物にセットされるセ
ンサーユニットと、［該センサーユニットからの信号に
より位置ずれのｈｌや７ｊ向を算出して制御（３号を出
力する演ｔｙ、装置と、該演算装置からの脂分により上
記マニピュレータの駆動手段を作動せしめるサーボモー
ターから成ることを特徴とするものである。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図に於て、１はバックホー等の移動式建設作業ＶＣ
置であって、下部走行体１ａに対して上部旋回体１ｂが
左右に旋回できるようになっている。

上記建設作業装置１の−Ｌ部旋回体１１〕にはブーム１
ｃおよびアーム１ｄが俯仰（−ヒ下刃向に回動）自（１
，に順次連結して設けられている。

に記アーム１ｄにはスライドアーム１ｅが長手）ｊ向に
摺動自在に取付られていて、その先端部にはベース板２
が枢着されており、枢着軸２ａを中心に油圧シリング３
によＩ）傾動できるようになっている。

に記ベース板２の下側には固定基板４が一体的に固着さ
れている。尚、ベース板２と固定基板４は一体に形成さ
れた部材であってもよい。

Ｊ二元固定Ｗ板４の前後端部の下側には、案内ブロック
４ａが一体的に取付けられていて、水平移動部材５の＋
側に設けられたレール５ａをＸ方向に摺動案内している
。

■−記案内ブロック４ａとレール５ａとの開には、第２
図に示すように、鋼球６が介挿されていて、上記水平移
動部材５を円滑かつ高精度に移動案内できるようになっ
ている。

七記萌後の水平移動部材５は、各々の両端部が連結部材
７により相互に連結され、全体として矩形状の枠体を構
成している。

従つ１・］−記水平移坦ＪｉＴ’５々第５”よび連本〜
部ヰオ７は一体となって、油圧シリング８によりＸ方向
に往復移動されるようになっている。

９は横移動アームであって、上記連結部材７の長手方向
（水平移動部材５に対して直角方向）に沿って案内され
、油圧シリング１（）によりＸ方向に往復移動されるよ
うになっている。

尚、−力の横移動アーム９の上端部は、第３図に示すよ
うに、移動ブロック９ａ枢Ｈ＄１１１９　ｂに枢着され
ていて、該移動ブロック９ａは上記連結部材７のレール
７ａに案内されるようになっており、上記横移動アーム
９はγ方向に回動できるようになっている。

上記横移動アーム９の側方に設けられたブロック９ａに
は縦移動アーム１１のレールｌｌａが一ヒ下方向に案内
されていて、油圧シリング】２によりＹ方向に往復移動
されるようになっている。尚、」二元ブロック９ａとレ
ールｌｌａの間にも鋼球が介挿されている。

第４図からも明らかなように、上記縦移動アーム１１の
下端部１こはボールツタインド１１ｄがａ衡けられてい
て、これ（こグリッパ１３の１−、端部が全／ｊ向に傾
動Ｉｒ口尼に連結されている。

上記グリッパ１３は逆Ｔ字状のグリッパ本体１；）ａと
把持爪１３ｂｈ’？を構成されている。該把持爪１３ｂ
は枢着軸１３ｃを中心に回動自在に取付けられており、
ヒユーム管Ｐを両側から把持するようになっている。左
右の把持爪１３ｂの基部は上記グリッパ本体１３ａの中
央部に向けて相互に向い合うように延設されており、そ
の先端部には溝穴＋３ｄが向い合うように形成されてい
る。

該溝穴１３ｄには油圧シリング１４のロッド先端部に取
付けられているビン１４ａが係合しており、油圧シリン
グ１４を作動させることにより両把持爪１３１１．１３
ｂを開閉作動させるようになっている。

以」二説明した機構は把持したヒユーム管Ｐの姿勢・位
置を制御するマニピュレータ一部であって、ヒユーム管
Ｐを前後（Ｘ方向）、上下（Ｙ方向）、左右（Ｘ方向）
に移動させる制御の他に、垂１α面上での回Ｉ販（β方
向何（斜）および水平面−Ｉ−での回転（ａ方向傾斜）
制御を行なう、いわゆる５自由度でヒユーム管Ｐを制御
操作することができるものである。

１゛記ヒユーム１？Ｐ内には、第５図からも明らかなよ
うに、センサー筒１５が抜差し自在に挿設されていて、
その軸方向にヒユーム管Ｐの姿勢・位置の基準となるレ
ーザービームｌが通過するようになっている。

Ｌ記センサー筒１５にはハーフミラ−１６と２個のセン
サー二二ノ）　１７．１８がセ、トサれている。上記ハ
ーフミラ−１６はレーザービームＩ３の２財方向に近い
前）１部に４５°傾斜角で配置されている。−力のセン
サーユニット】７は、上記ハーフミラ−１６の反射方向
のセンサー筒１５から外ｒｔた位置に配置されていて、
上記ハーフミラ−１６により分光されて反射されるレー
ザービーム１３′　を受光するようになっている。他力
のセンサーユニット１８は、センサー筒１５の中心線上
の後力部に配置されていて、ハーフミラ−１６を透過し
た分光レーザービームＢ”を受光するようになっている
。１−記反射ビーム受光用のセンサーユニｙ　１１７　
ト透ＩＡビーム受光用のセンサーユニット】；３とは、
バー７ミー７−１６からのＮＥ離が各々異なって（本実
施例ではセンサーユニット１７の力がハーフミラ−１６
に近い）いて、第５図に仮想線で示すようにハーフミラ
〜】６とセンサーユニット１８との開にセンサーユニッ
ト１７の虚像が位置するようになっている。従って、セ
ンサーユニット】７はセンサー筒１５の中心線１−の虚
像位ｆＹに配設されているものとして機能する。

１９はレーザービーム発信器、２０は円周上に多数の小
穴２０ａを一定間隔であけて配列した回転円板のチョッ
パ、および２１はセンサー回路である。上記チョッパ２
０は、例えば２０個の小穴２（）ａをあけて、５０Ｈｚ
で回転させると、レーザービーム１３をＩＫＦ−１ｚの
パルス光に変えることができる。

ト記センサーユニント１７は、第６Ａ図および第６Ｂ図
に示すように、円筒内を十字隔１！ｌ！１７　ａにより
断面Ａ＋１状の４個の受光室１７））に分′Ｍされ、各
受光室７７１Ｊの表１ｍにはすりグラス状塩ビシート４
ｙから成る拡散スクリーン］７ｃが張装されていて、レ
ーザービームＢを拡散して受光室１７ｂ内にｌ淳人する
ようになっている。

各受光室１７ｂの底部には各室３個ずつのフォトダイオ
ード１７ｄが配置されていて、上記センサー回路２１に
７［気的に接続されている。１７ｅは１′−渉フイルタ
ーである。

１”ｌＹ］　、（？　ンサーユニノ）１Ｂも一ト記セン
サーユニット１７と同様の補遺となっている。

次に、−１−記実施例装置による作用について説明する
。

まず、建設作業装置１をヒユームＷＰの現場ストックヤ
ードまで走行させて、第７図に示すような、電磁ｆｆ−
２２をオペレーターが手で操作して、グリッパ１３の油
圧シリング１４を作動せしめ、ヒユーム管Ｐの１ｉ１ｉ
ｉ’Ｒｔ部をグリッパ１３の把持爪１３ｂにより把持廿
しめる。

ヒユーム管Ｐを把持した状態で上記建設作業装置１を管
敷設個所まで移動させると共に、−１−記ヒューム管Ｐ
内にセンサー筒１５をセットする。尚、センサー？、’
３１５のセット時期はヒユーム管Ｐの移動中または移動
１前であってもよい。

続いて、ト記建設作業装置１の上部旋回体１ｂの旋回運
動、ブーム１ｃやアーム１ｄの俯仰連動、或いはベース
板２の傾動運動等の各制御代講により手動で、第８図に
示すように、既に敷設されているヒユームＩｒ？′Ｐ′
の接続側の基準レーザービーム［３位１４に近い所まで
近づける。

ヒユームＦ　ｐの接続敷設位置の中心には、上述のよう
に予め基準レーザービームＩ３のパルス光がレーザービ
ーム発信器１９から発射されているので、−上記ヒユー
ム管Ｐが所定の接続敷設位置に近づくと、第５図に示す
ように、レーザービームＢの一部はハーフミラ−１６に
より反射されてセンサーユニント１７方向に分光され、
池部はハーフミラ−１６を透過してセンサーユニント１
８方向に直進する。

センサーユニット１７に到達したレーザービームＢは、
第６Δ図およ’ｖｔｐ、６Ｂ図に示すように、Ｉ゛字隔
！！１ｔ１７ａにより仕切られた受光室１７１）のいず
れか１室に入光する。この際、レーザービームＢは拡散
スクリーン１７ｃにより拡散されて底部の７オトダイオ
ード１７ｄに受光される。この時＝Ｆ渉フィルター１７
ｅにより、レーザービームＢ以外の太陽光等の不要な光
線は透過せず、７オトダイオード１７ｄに受光されない
ようになっている。

受光されたレーザービームＢのパルス尤はフォトダイオ
ード１７ｄにより電流に変換され、第′〕図に示すよう
に、電流電圧変換回路２３、バンドパスフィルター２４
、反転増幅回路２５、検波回路２６を経てコンパレータ
２７に入り、ここで基準電圧と比較され、基準電圧を越
えた場合には、例えば＋１（）■が出力され、越えない
場合には一１０Ｖが出力される。

ところで、例えば第１（）図（Ａ＞に示すように、レー
ザービームＢのビームスボッ）ｂが第１受光室１７＋３
１に入光して、７オトダイオード１７ｄに受光されると
、ビームスボッ）ｂが矢印方向に移動するように制御が
なされる。

従って、上記コンパレータ２７から出力された受光イ、
τ号は、第１１図に示すように、比較回路２２目二人り
、サーボアンプ２９を経てサーボ弁３０を作動させる。

例えば第１０図（Ａ）の矢印方向をＸ方向の制御とすれ
ば、上記サーボ弁３０によりＸ方向のシリング１０が作
動する（第７図参照）。シリング１（）の位ｉ′Ｉｅは
ポテンショメータ３１により検知され、その検知信号・
は上記比較回路２８にフィードバンクされる。

シリング１（）の作用によりヒユーム管Ｐのセンサーユ
ニット１７１１ＩＩｌがＸ方向に移動されて、ビームス
ボッ）ｂが第１（）図（Ｂ）に示すように受光室１７ｂ
２に移ると、受光室１７ｂ、内の７ｔ）グイオード１７
ｄからの非受光信号（例えば−１０■）により上記サー
ボバルブ３０が働いてシリング−１０の作動は停止し、
次に第１０図（Ｂ）の実線矢印のようにＸ方向の制御が
行なわれる。

Ｘ方向の制御では、サーボ弁３２が働いてシリング１２
を作動させると、ビームスボッ）　Ｉ）は再び受光室１
７ｈ、に入るので、上述と同様にシリング１０によるＸ
ｌｉ向制御が行なわれ、以下、第１０図（Ｃ）（Ｄ）に
示すように順次制御が行なわれてビームスボッ）ｂはセ
ンサーユニット１７の中心に近づいて、ヒユーム管Ｐの
センサーユニット１７側の位置制御が行なわれる。

尚、ヒユーム管Ｐのセンサーユニット１）ＩＩＩＩｌｌ
でも同様の制御が行なわれ、その結果、ヒユーム管Ｐの
中心軸は基糸レーザービームＢに一致して正しい接続敷
設姿勢に制御される（第８図参照）。

尚、上記Ｘ方向の制御に際して、左右のシリング１２°
は通常独立して作動するので、第１２図に示すように、
ヒユーム管Ｐは垂直面上で傾斜する。

この場合、上記ジヨイント９ｂおよびジヨイント１１ｂ
の働きにより上記傾斜姿勢の制御は無理な力がかかるこ
となく、円滑に行なわれる。

また、Ｘ方向の制御に際して、左右のシリング１０も通
常独立して作動するので、第１３図に示すように、ヒユ
ーム？？’Ｐは水平面上で傾斜する。

この場合にも、ツタイン）ｌｌｂにより上記傾斜姿勢の
制御は円滑に行なわれる。

以上のようにして、基準レーザービームＢとヒユーム管
Ｐの中心位置のずれがｆｌｉＩＥされると、シリング８
を作動せしめて基準レーザービームＢ方向（Ｚ７７向）
にヒユーム管Ｐを移動して、上記既設のヒユーム管Ｐ′
に自動的に接続する。

尚、油圧回路の油圧源としては建設作業装置１の油圧源
を利用するとよい。

上記センサーユニット１７に於けるレーザービームＢの
位置決め方式の別の実施例としては、第１４図に示すよ
うに、上記チジッパ２０からのパルス状のレーザービー
ムＢを回転体３３の回転中心に設けたミラー３３ａと、
所定半径位置に設けたミラー３３ｂにより順次反射させ
てセンサーユニット１７に投射し、上記回転体３３を一
定のスピードで回転させると、第１５図に示すように、
センサーユニット１７にはレーザービーム）ｂの軌跡が
所定１−径をもって一定スピードで回転するように描か
れる。この場合、受光室１７ｂ１と１７ｂ１、受光室１
７ｔ〕、と】７ｂ、を討とし、レーザービームＢが受光
室１７１ｇと１７１ｇを通過するに妥する時間（パルス
数でもよい）の、ηを電圧に変えてＸ方向移動指令出力
とすると共に、受光室１７ｂ２と１７ｂ、を通過するに
要する時間（パルス数でもよい）の差を電圧に変えてＹ
方向移動指令出力としてもよい。

各通過時間差（又は、パルス数の差）が等しくなった時
、基やレーザービームＢがセンサーユニット１７の中心
に位置することになり、位置および姿勢制御が効果的に
なされる。

尚、センサーユニット１８に於いても全（同様の制御が
可能である。

［発明の効果１ バンクホー等の移動式建設作業装置のアーム先端部に、
ヒユーム管等の艮尺裾付物を把持しながら姿勢および位
置制御を行なうマニピュレータを取付けた建設作業ロボ
ットに於いて、据付は位置に向けて基準レーザービーム
を発射するレーザービーム発信器と、」―記長尺据付物
にセットされるセンサーユニットと１．該センサーユニ
ットからのＧＥ　’ｆにより１−装置ずれの量や方向を
算、出して制御信−ｊ°を出力−Ｖるれ１（痒’Ａ　ｉ
ｆｆと、該演算装置からの指令によりに記マニピュレー
タの駆動手段を作動せしめるサーボモーターにより構成
したので、長尺物の据付は作貰を容易に自動化すること
ができ、その結果、高精度で能率良くヒユーム管等の長
尺物を所定の据（・［け位置にセ・ン卜することがでさ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の建設作業ロボットの一実施例を示すや
体斜視図、第２図および第３図は第１図の要部の拡大説
明図、第４図はグリッパのｊｌｌｌ１面図、第５図はセ
ンサ一部の構成図、第６Ａ図はセンサーＬ　二ントｔ７
＞平ＷＪ図、ｔｔｓ　Ｇ　Ｂ　図ハセンサーユニソトの
゛１″断面図、第７図はシリング作動用の油圧回路図、
第８図はヒユーム管敷設概念図、第９図はセンサーユニ
ット電気回路図、第１０図（Ａ）〜（Ｄ）はセンサーユ
ニ、）による位置決め原理図、第１１図は電気・油圧サ
ーボ磯構のブロンク図、第１２図は准直面でのヒユーム
管の回転制御説明図、第１３図は水平面でのヒユームＷ
　ノｌｎ１転制御１説明図、第１４図および第１５Ｃ２
１はセンサーユニットによる他の位置決め原理図である
。 １・・移動式建設作業装置、１ａ・・・下部走行（ド、
］１」・・・１・部旋回体、１ｃ・・・ブーム、１ｄ・
・・アーム、１ｅ・・・スライドアーム、２・・・ベー
ス板、　２ａ−６枢着軸、３・・・油圧シリング、４・
・・固定基板、４ａ、＝案内ブロンク、５・・・水平移
動部材、５ａ・・・レール、６・・・鋼球、７・・・連
結部材、７ａ・・・レール、訃・・油圧シリング、９・
・・横移動アーム、９ａ・・・移動ブロンク、９ｈ・・
・枢７ｒ軸、１０・・・油圧シリング、１１・・・縦移
動アーム、Ｉｌａ・・・レール、１１ｂ・・・ポールツ
タインド、１２・・・油圧シリング、１３・・・グリン
パ、１３ａ・・・グリッパ本体、＋３ｂ・・・把持爪、
１３ｃ・・・枢着軸、１３ｄ・・・溝穴、１４・・・油
圧シリング、１４ａ・・・ビン、＋５・・センサ一部、
１６・・・ハーフミラ−、１７，１８・・・センサーユ
ニット、１７ａ−１−字隔壁、１７ｂ、１７ｂ、　、　
＋７１１２．１７ｂｚ、　１７１＋、−受光室、１７ｃ
・・・拡散スクリーン、１７ｄ・・・７オトダイオード
、１７（・・・何゛−渉フイルター、１９・・・レーザ
ービーム発イ１：器、２０・・チラッパ、２０ａ・・・
小穴、２１・・・センサー回路、２２・・電磁弁、２３
・・・電流電圧変換回路、２４・・バンドパスフィルタ
ー、２５・・・反転増幅回路、２６・検波回路、２７・
・・コンパレータ、２８・・比較回路、２９・サーボア
ンプ、３０・・・サーボ弁、３１・・・ポテンショメー
タ、３：（・・・回転体、３３ａ、３３ｂ・・・ミラー
、＋３．＋３′、Ｂ”・・・レーザービーム、ｂ・・・
ビームスポット、ｐ、Ｐ′　・・ヒユーム管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. バックホー等の移動式建設作業装置のアーム先端部に、
   ヒューム管等の長尺据付物を把持しながら姿勢および位
   置制御を行なうマニピュレータを取付けた建設作業ロボ
   ットに於いて、据付け位置に向けて基準レーザービーム
   を発射するレーザービーム発信器と、上記長尺据付物に
   セットされるセンサーユニットと、該センサーユニット
   からの信号により位置ずれの量や方向を算出して制御信
   号を出力する演算装置と、該演算装置からの指令により
   上記マニピュレータの駆動手段を作動せしめるサーボモ
   ーターから成ることを特徴とする長尺物据付け位置の自
   動制御装置。