JPH01263384A

JPH01263384A - 建設作業ロボットによる重量長尺物の据付け方法

Info

Publication number: JPH01263384A
Application number: JP9010388A
Authority: JP
Inventors: Mitsuyoshi Satou; 三禄佐藤; Yasushi Kamimoto; 神本　安司; Motoyuki Takasu; 鷹巣　征行; Sumio Fukuda; 澄男福田
Original assignee: Tokyu Construction Co Ltd
Current assignee: Tokyu Construction Co Ltd
Priority date: 1988-04-12
Filing date: 1988-04-12
Publication date: 1989-10-19
Anticipated expiration: 2011-08-21
Also published as: JP2527356B2

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］本発明は、ヒユーム管等の重くて長い据付物を所定の据
付は位置にセットする建設作業ロボットによる重量長尺
物の据付は方法に関するものである。

［従来の技術］本発明者等は、上下水道等の配管に使用されるヒユーム
管の敷設を能率よく、しかも高精度に且つ自動的に据付
けることのできる建設作業ロボットとして、バックホー
等の移動式建設作業装置のアーム先端部に、ヒユーム管
等の重量長尺据付物を把持しながら姿勢および位置制御
を行うマニピュレータを取付けると共に、上記据付物に
セットしたセンサーにより、据付は位置に向けて発射し
た基準レーザービームを検知して」１記マニピュレータ
に制御信号を発信するようにした装置を開発した。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記従来方法では、建設作業ロボットが
取扱うヒユーム管等が相当重くて長いため、マニピュレ
ータ等の制御機構を頑強に構成しなければならず、その
結果、マニピュレータ等の重量も重くなり、装置が大型
で正確に１ｉｉ付けることか困姉である等の問題点かあ
らな、。

本発明は、−Ｊｚ記従来の問題点を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、マニピュレータ
等をコンパクトで軽量にすることができるだけでなく、
ヒエーム管等の重景伎尺据（＝１物を能率良く、しかも
高精度に据付けることのできる建設作業ロボットによる
重量長尺物の据付は方法を提供することｌこある。

［課題を解決するための手段１本発明の建設作業ロボットによる重量長尺物の据（＝ｌ
け方法は、バックホー等の移動式建設作業装置のアーム
先端部にマニピュレータを取イτＩけて、該マニピュレ
ータのグリッパにヒユーム管等の重量長尺物の受台ブロ
ックを把持せしめ、上記グリッパ又は受台ブロックに取
付けたセンサーにより設置位置に向けて発射した基準レ
ーザービームとのずれを検知し、該ずれ信号により」１
記マニピュレータを制御・作動せしめて上記受台ブロッ
クを所定位置に位置付け、該受台ブロックに重量長尺物
を据付け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はバンクホー等の移動式建設作業装置
であって、下部走行体１ａに対して上部旋回体１１〕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の上部旋回体１．　ｂにはブーム１
ｃおよびアーム１ｄか俯仰（上下方向に回動）自在に順
次連結して設けられている。

上記アーム１ｄにはスライドアーム１ｅが長手方向に摺
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
より傾動できるようになっている。

」１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。

上記固定基板４の前後端部の下側には、案内部４４’　
４　ａが一体的に取付けられていて、水平移動部材５の
上側に設けられたレール５ａをＸ方向に摺動案内してい
る。

上記案内部材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
。

−Ｊ二足前後の水平移動部材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。

従って、上記水平移動部材５および連結部祠７は一体と
なって、油圧シリング８Ｉこより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、」二記連結部材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１０によりＸ方向に往復移動されるよ
うになっている。

尚、一方の横移動アーム９の上端部は、第３図に示すよ
うに、移動部材９ａ枢着軸９１）に枢着されていて、該
移動部材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でいる。

上記横移動アーム９の側方に設けられた移動部材９ａに
は縦移動アーム１１のレール１．１．ａが上下方向に案
内されていて、油圧シリング１２によりＹ方向に往復移
動されるようになっている。尚、上記移動部材９ａとレ
ールｌｉａの開にも鋼球が介挿されでいる。

第４図からも明らかなように、上記縦移動アーム１１の
下端部にはポールジョインｌ”　１１．　ｌ〕が設けら
れていで、これ１こグリッパ１３の上端部が全方向に傾
動可能に連結されている。

」二記グリッパ１３は逆Ｔ字状のグリッパ本体１３ａと
把持爪１３）〕から構成されている。該把持爪１３１）
は枢着軸１３ｃを中心に回動自在に取付けられており、
受台ブロックＢを両側から把持するようになっている。

左右の把持爪１３Ｉ）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１３ｄ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］４のロンド先端部に取
付けられているピン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１３１〕、１３
１〕を開閉作動させるようになっている。

以上説明した機構は把持した受台ブロックＢの姿勢・位
置を制御するマニピュレータ一部であって、受台ブロッ
クＢを前後（Ｘ方向）、上下（Ｘ方向）、左右（Ｘ方向
）に移動させる制御の他に、垂直面上での回転（β方向
傾斜）および水平面上での回転（α方向傾斜）制御を行
なう、いわゆる５自由度で制御操作することができるも
のである。

上記グリッパ１３にはセンサー筒１．５．１６が数個け
られている。

第５図から明らかなように、上記センサー筒１５にはハ
ーフミラ−１７とセンサーユニッ）・１８がセットされ
ている。上記ハーフミラ−１７はレーザービームＲの発
射方向に対しで４５°の傾斜角で配置されている。セン
サー二二ント１８は上記ハーフミラ−１７の反射方向に
配置されていで、」二部ハーフミラ−］７により分光さ
れて反射されるレーザービームＲ′を受光するようにな
っている。

一方、」二部センサー筒１６にセン１されたセンサー二
二ン）・（図示せず）は、」二部ハーフミラ−１７を透
過した分光レーザービームＲ”を受光するようになって
いる。−に記反射ビーム受光用のセンサーユニット１Ｂ
と透過ビーム受光用のセンサーユニットとは、ハーフミ
ラ−１７からの距離が各々異なって〈本実施例ではセン
サーユニッ）１８がハーフミラ−１７に近い）いて、第
５図に仮想線で示すようにハーフミラ−１７の後方にセ
ンサーユニット１８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］８はセンサー筒１５の中
心線上の虚像位置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」二に多数の
小穴２０ａを一定間隔であげ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。−ヒ記チョン
パ２０は、例えば２０個の小穴２０ａをあけて、５０Ｈ
ｚで回転させると、レーザービームＲをＩＫＨｚのパル
ス光に変えることができる。

−に記センサーユニン）・１８は、第６Ａ図および第６
Ｂ図に示すように、円筒内を十字隔壁１８ａにより断面
扇状の４個の受光室１８１〕に分割され、各受光室１８
［〕の表面にはすりガラス状塩ビシート等から成る拡散
スクリ一ン１８ｃが張装されていて、レーザービームＲ
を拡散して受光室１８１〕内に導入するようになってい
る。

各受光室１８１）の底部には各室３個ずつの７オトグイ
オード１８ｄが配置されていて、上記センサー回路２１
に電気的に接続されている。１８ｅは干渉フィルターで
ある。

尚、センサー筒１６内にセン）・すれているセンサーユ
ニットも上記センサーユニット１８と同様の構造となっ
ている。

次に、上記実施例装置によるヒユーム管の据付は方法に
ついて説明する。

まず、受台ブロックＢの両側部をグリッパ１３の把持爪
１３１〕により把持ぜしめると共に、上記建設作業装置
Ｊの」二部旋回体１１〕の旋回運動、ブーム１ｃやアー
ム１ｄの俯仰運動、或いはベース板２の傾動運動等の各
制御機構により手動で、第８図に示すように、ヒユーム
管Ｐの敷設箇所の基準レーザービームＲ位置に近い所ま
で近づける。

受台ブロックＢの設置位置には、予め基準レーザービー
ムＲ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、」二足受台ブロンクＢが所定の設置位置
に近づくと、第５図に示すように、レーザービームＲの
一部はハーフミラ−１７により反射されてセンサーユニ
ット１８方向に分光され、他部はハーフミラ−１７を透
過してセンサー筒１６方向に直進する。

センサーユニット１８に到達したレーザービームＲは、
第６Ａ図および１６Ｂ図に示すように、十字隔壁１．８
ａにより仕切られた受光室１８１〕のいずれか１室に入
光する。この際、レーザービームＲは拡散スクリーン１
８ｃにより拡散されて底部の７オトグイオード１８ｄに
受光される。この時上棟フィルター１．８ｅにより、レ
ーザービームＲ以外の太陽光等の不要な光線は透過せず
、７オトグイオード１８ｄ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Ｒのパルス光は７オトダイオ
ードＪ８ｄにより電流に変換され、第９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２
７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＋１０■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＃１０図（Ａ）に示すように、レーザ
ービームＲのビームスボッ）ｒが第１受光室１８ｂ、に
入光して、７オトグイオード１８ｄに受光されると、ビ
ームスボッ）ｒ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がら出力された受光信号
は、第１１図に示すように、比較回路２８に入り、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１０の位置はボテンン
ヨメータ３１により検知され、その検知信号は上記比較
回路２８にフィードバックされる。

シリング１０の作用によりセンサー筒１５のセンサーユ
ニット１８側がＸ方向に移動されて、ビームスボッ）ｒ
が第１０図（Ｂ）に示すように受光室１．８１１２に移
ると、受光室１８ｂ、内のフォトダイオード１８ｄから
の非受光信号（例えば−１０Ｖ）により」１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４ｆ＃１いてシリン
グ１２を作動させると、ビームスボンドｒは再び受光室
１８１１．に入るので、上述と同様にシリング１０によ
るＸ方向制御が行なわれ、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ポットｒは
センサーユニット１８の中心に近づいて、センサー筒１
５側の位置制御が行なわれる。

尚、センサー筒１６側でも同様の制御が行なわれ、その
結果、受台ブロックＢの中心線は正しい設置姿勢に制御
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３２図に示すように、受
台ブロックＢの中心線は垂直面」二で傾斜する。この場
合、上記ジョイン）９１）およびノヨイン）　１１．　
Ｉｔの働ぎ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、受台
ブロックＢの中心線は水平面」二で傾斜する。この場合
にも、ジヨイント１１１〕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Ｒと受台ブロッ
クＢの中心線のずれが修正されて、第１４図（Ａ）に示
すように、受台ブロックＢが正しい位置に正しい姿勢で
設置されると、別の建設作業機械によりヒエーム管Ｐを
搬入して、第１４図（Ｂ）に示すように、」二記受台ブ
ロックＢに据え付ける。

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）１８に於けるレーザービームＲの
位置決め方式の別の実施例としては、第１５図に示すよ
うに、」二記チョッパ２０がらのパルス状のレーザービ
ームＲ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３３１）により順次反射
させてセンサーユニット１８に投射し、上記回転体３４
を一定のスピードで回転させると、第１６図に示すよう
に、センサーユニット１８にはレーザースポラｌ−ｒの
軌跡が所定半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１．８１）ｌと１８１３、
受光室１８ｂ２と１８１１．を討とし、レーザービーム
Ｒが受光室１８ｂ、と１．８１）３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Ｘ方向移
動指令出力とすると共に、受光室１８ｂ２と１８１〕、
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
、基準レーザービームＲがセンサーユニット１８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、センサー筒１６におけるセンサーユニットに於いて
も全く同様の制御が可能である。

［発明の効果］バックホー等の移動式建設作業装置のアーム先端部にマ
ニピュレータを取付けて、該マニピュレータのグリッパ
にヒユーム管等の重量長尺物の受台ブロックを把持せし
め、上記クリッパ又は受台ブロックに取付けたセンサー
により設置位置に向けで発射した基準レーザービームと
のずれを検知し、該ずれ信号により上記マニピュレータ
を制御・作動せしめて上記受台ブロックを所定位置に位
置付け、該受台ブロックに重量長尺物を据付けるように
したので、マニピュレータ等をコンパクトで軽量にする
ことができるだけでなく、ヒユーム管等の重量長尺物を
能率良く、しかも高精度に据付けることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の建設作業ロボントの一実施例を示す全
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図はグリッパの側面図、第５図はセンサ一部
の構成図、第６Ａ図はセンサーユニットの平面図、＄６
Ｂ図はセンサーユニットの半断面図、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）はセンサーユニットによる位置決め原理図、第
１１図は電気・油圧サーボ機構のブロック図、第１２図
は垂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管の回転制御説明図、第１４図（Ａ
）（Ｂ）は受台ブロック−のヒユーム管の据付は作業を
順次示す説明図、第１４Ａ図は第１４図（Ａ）のＡ−Ａ
Ｍに沿った断面図、第１５図および第１６図はセンサー
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・・下部走行体、１
１〕・・−］二部旋回体、１ｃ・・・ブーム、］ｄ・・
アーム、１ｅ・・・スライドアーム、２・・・ベース板
、２ａ・・・枢着軸、３・・・油圧シリング、４・・・
固定基板、４ａ・・・案内部材、５・・・水平移動部材
、５ａ・・・レール、６・・鋼球、７・・連結部材、７
ａ・・・レーノペ　８・・・油圧シリング、９・・横移
動アーム、９ａ・・・移動部拐、９ｂ・・・枢着軸、１
０・・油圧シリング、］１・・縦移動アーム、１．１ａ
・・レール、１１．１）・・・ポールノヨイン１．１２
・・・油圧シリング、］３・・・クリッパ、１３ａ・・
・グリッパ本体、］３１〕・・・把持爪、＋３ｃ・・・
枢着軸、１３ｄ・・溝穴、１４・・・油圧シリング、１
４ａ・・ピン、］、　５　、１．６・・・センサー筒、
１７・・ハーフミラ−１１８・・・センサーユニット、
１８ａ・・七字隔壁、１８ｂ、　１８１）１１１８ｂ２
，１８１〕３，１８１）ｔ・＝受光室、１．８ｃｍ拡散
スクリーン、１８ｄ・・・７ｔｌ・ダイオード、］、＋
８ｃ・干渉フィルター、１９・・・レーザービーム発信
器、２０・・チョッパ、２０ａ・・・小穴、２トセンサ
一回路、２２・・電磁弁、＝１６− 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・コンパレーク、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、３２・・サーボ弁、３３・・・回転体
、３４ａ、３４１）・・ミラー、Ｂ・・・受台ブロック
、Ｒ，Ｒ’、Ｒ″・・・レーザービーム、ｒ・・・ビ゛
−ムスポット、Ｐ・・・ヒユーム管。

Claims

【特許請求の範囲】

バックホー等の移動式建設作業装置のアーム先端部にマ
ニピュレータを取付けて、該マニピュレータのグリッパ
にヒューム管等の重量長尺物の受台ブロックを把持せし
め、上記グリッパ又は受台ブロックに取付けたセンサー
により設置位置に向けて発射した基準レーザービームと
のずれを検知し、該ずれ信号により上記マニピュレータ
を制御・作動せしめて上記受台ブロックを所定位置に位
置付け、該受台ブロックに重量長尺物を据付けることを
特徴とする建設作業ロボットによる重量長尺物の据付け
方法。