JPH06100017B2

JPH06100017B2 - 建設作業ロボツト

Info

Publication number: JPH06100017B2
Application number: JP28839485A
Authority: JP
Inventors: 政彦金子; 外志夫長原
Original assignee: 株式会社日平トヤマ
Priority date: 1985-12-20
Filing date: 1985-12-20
Publication date: 1994-12-12
Anticipated expiration: 2009-12-12
Also published as: JPS62146358A

Description

【発明の詳細な説明】発明の技術分野本発明は、ビルや橋梁などのコンクリート打設工事にお
いて、型枠取り外し後のコンクリート表面を平らに修正
して仕上げるための作業ロボットに関する。

従来技術この種のコンクリート表面の修正加工は、ディスク・グ
ラインダなどの修正用工具を用いて作業員によって行わ
れている。すなわち、作業員は、重さ５〜6kg程度の重
い修正工具を手で支えながら、規準面より出ている突起
部分を目視により判別し、その部分に修正工具の回転部
分を押しつけ、削り落とすという作業を行なっている。

このような作業では、修正用工具が重く、またその修正
加工面が天井などの高い位置の場合に、不安定な姿勢で
の作業が余儀なくされることから、疲労のためにごく短
時間しか作業が継続できず、連続作業が行えない状況に
ある。

また、修正用工具に防塵カバーなどが装着されていたと
しても、その防塵機能が完全な状態でないため、それら
の作業が塵埃による汚れた空気の中で進められる結果と
なり、人体に悪影響が現れ、衛生管理上の問題が残る。

発明の目的したがって、本発明の目的は、上記の作業上の問題点を
解決するために、上記のような修正加工や削り落とし作
業を機械的に自動化し、またその修正工具の位置や切削
速度などを自動的に制御し、修正加工面を連続的に仕上
げられるようにすることである。

発明の解決手段そこで、本発明は、修正加工面に対し平行な状態でＸ軸
方向およびＹ軸方向に移動可能なコラムを含むテーブ
ル、このコラムにＺ軸方向に移動可能な状態で組み込ま
れた回転手段およびロボット手首によってロボットハン
ドを支持し、このロボットハンルに修正用工具を取り付
けることにより、修正用工具を修正加工面に沿って任意
の位置に移動できるようにしている。

この修正用工具は、目標の修正加工面の位置まで移動
し、その位置で規準面よりも突出している部分を負荷の
変動によって検出し、その突出部分の削り落とし量を自
動的に調節して行く。

このようなロボットの所定の運動は、予め制御装置に工
事現場毎に作業プログラムとして入力されており、それ
にもとづいて連続的に行なわれる。

本発明は、このような作業を自動的に行なうために、Ｘ
−Ｙ軸のテーブルの組み立て、コラムの移動手段、姿勢
変換手段、さらに修正用工具の運動などに工夫をし、必
要な修正作業を自動的に行えるようにしている。

発明の構成第１図ないし第３図は、本発明の建設作業ロボット１を
示している。

この建設作業ロボット１は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に
移動可能なコラム15を含むテーブル２に組み込まれてい
る。このテーブル２は、向かい合って平行な状態で並べ
られた２本のＸ軸方向のフレーム３と、これに直行する
方向で架け渡された１本のＹ軸方向のフレーム４とで構
成されている。

一対のＸ軸方向のフレーム３は、両端部の連結パイプ５
によって、ねじその他の連結手段により、解体可能な状
態で組み立てられている。また、一対のフレーム３の両
端部には、切削作業中に、テーブル２を修正加工面に対
して平行に保持するために、例えば油圧式の支持ジャッ
キ６、およびこの支持ジャッキ６よりも下方に突出し、
テーブル２を走行可能な状態で保持する車輪７およびこ
の車輪の走行方向を変えるために垂直方向に回転可能な
ブラケット８が組み込まれている。

また、上記Ｙ軸方向のフレーム４は、２つのチャンネル
材を組み合わせて構成されており、それらの両端部に設
けられた２つのローラ９によって、チャンネル材のフレ
ーム３に沿って移動可能な状態で組み合わせられてお
り、それぞれＸ軸方向のフレーム３の近くでボールナッ
ト10によってボールねじ11にねじ対偶によって連結され
ている。これらのボールねじ11は、それぞれフレーム３
と平行な状態で、両端の軸受け12によって回転自在に支
持されており、一端で軸受け12に固定されたＸ軸方向の
送りモータ13に連結されている。

そして、上記Ｙ軸方向のフレーム４は、チャンネル材の
両開口面から内部に嵌るローラ14によって、Ｘ−Ｙ軸平
面に対し、垂直なＺ軸方向のコラム15をＹ軸方向に移動
可能な状態で支持している。すなわち、このコラム15
は、台形のコラムフレーム16によって構成されており、
下方のボールナット17でボールねじ18にはまり、しか
も、そのほぼ中心で、Ｚ軸方向のコラムロッド19をＺ軸
方向に移動可能な状態で支持している。なお、ボールね
じ18は、フレーム４の両端部で、軸受け20により支持さ
れ、送りモータ21によって駆動される。このコラムロッ
ド19は、コラムレーム16の上部の部分で、滑り軸受け22
によって摺動自在に支持されており、かつ下端に固定さ
れた送りナット23により、Ｚ軸方向の送りねじ24に連結
されている。この送りねじ24は、下端部分でコラムフレ
ーム16に固定された軸受け25に対し回転自在に支持され
ており、かつ上端部分で、コラムフレーム16に取り付け
られたＺ軸方向の送りモータ26に連結されている。な
お、各フレーム３、４にＸ軸およびＹ軸方向の水準検出
器27、28が取り付けられている。

さらに、このコラムロッド19は、上端部分で、旋回手段
として回転支持部29により、例えば円盤状の旋回台30を
旋回可能な状態で支持しており、さらに、ロボット手首
31は、中心の固定リンク32、この固定リンク32、および
これに平行な支持リンク33に対し、ピン34によって連結
された同じ長さのリンク35、36からなる４節平行リンク
で構成されている。上記旋回台30は、コラムロッド19を
中心として、その回りに旋回するための旋回用アクチュ
エータ37、および180度だけ旋回して方向を転換するた
めの方向転換用のアクチュエータ38を備えている。

そして、上記支持リンク33は、Ｔ字状であり、支持リン
ク33の上端部分は、平たん面で、ロードセル40を介在さ
せながら、ロボットハンド39と一体となっている。ロボ
ットハンド39は、例えば筒状であり、その内部でディス
ク・グラインダなどの修正用工具41を固定状態として保
持している。

なお、上方のピン34、下方のピン34との間に付勢手段と
して引きスプリング42が組み込まれており、またそのリ
ンク35、36の回動角は、旋回台30に取り付けられた下限
ストッパー43と固定リンク32に取り付けられた上限スト
ッパー44とによって、ある範囲に規制されている。

また支持リンク33のＺ軸方向の変位量は、例えば旋回台
30に取り付けられた変位量検出器45によって電気的に、
また物理的に検出される。

第４図は、上記建設作業ロボット１の制御装置46を示し
ている。この制御装置46は、制御用マイクロコンピュー
タによって構成されており、CPU47、ROM48、RAM49、入
力インターフェイス50、および出力インターフェイス51
を備えており、それらはバス52によって相互に接続され
ている。

そして、上記入力インターフェイス50は、水準検出器2
7、28、送りモータ13、21の負荷検出器53、54、変位量
検出器45、キーボード57およびロードセル40に接続され
ている。また、出力インターフェイス51は、修正用工具
41、旋回用アクチュエータ37、Ｚ軸方向の送りモータ2
6、送りモータ13、21の速度制御回路55、56にそれぞれ
接続されている。

発明の作用次に、第５図は上記建設作業ロボット１の動作順序を示
している。

この建設作業ロボット１は、作業員によって、所定の作
業位置まで送り込まれる。そこで、作業員は、その作業
状況に応じ、修正用工具41の作業高さやＸ軸−Ｙ軸方向
の送り軌跡のパターンを予めキーボード57の操作により
入力し、制御装置46のRAM49に格納する。もちろん、こ
の制御装置46のROM48には所定の作業プログラムが予め
入力されている。

作業員が建設作業ロボット１を所定の位置に設置し、起
動指令を与えると、制御装置46は、作業プログラムを自
動的に開始する。まず、最初のステップで、テーブル２
が水平に設置されているかどうかの判断が行われる。テ
ーブル２が水平な状態に設定されておれば、次のステッ
プに直接移るが、テーブル２が許容範囲外で水平でない
とき、CPU47は、水準検出器27、28から必要な信号を取
り入れ、四隅位置の支持ジャッキ６を個別的に駆動する
ことによって、テーブル２について水平方向の補正動作
を実行していく。

次のステップで、Ｚ軸方向の送りモータ26が自動的に回
転し、送りねじ24を回転させるため、旋回台30、ロボッ
ト手首31および修正用工具41は、設定された高さまで移
動する。このようにして、修正用工具41は、作業位置の
高さまで自動的に設定される。なおこの状態で、ロード
セル40に過大な圧力が加わっているとき、CPU47は、そ
の状態を検出し、高さの設定不適当として、一連のプロ
グラムを中止し、修正入力を促進す。

修正用工具41が適当な高さに設定された後、CPU47は、
修正用工具41のモータを起動させるとともに、旋回用ア
クチュエータ37を始動させることによって、旋回台30に
所定の旋回角の範囲で、Ｚ軸を中心として往復旋回運動
を与える。

その後に、CPU47は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の送りモ
ータ13、21を所定の速度で回転させ、コラム15に所定の
送り運動を与える。この送り運動は、第６図に示すよう
に、例えばコラム15のＸ軸方向およびＹ軸方向の移動範
囲内で、ジグザグ状の運動として与えられる。この結
果、修正用工具41は、ジグザグ状の送り運動の軌跡にし
たがって、往復旋回運動を行いながら、研削用工具を天
井などの修正加工面に連続的に押しあてて行くことにな
る。この間に、CPU47は、Ｘ軸およびＹ軸方向の負荷検
出器53、54によって、送りモータ13、21の負荷変動を検
出し、天井などの修正加工面の突出部分を間接的に検知
していく。例えば、Ｘ軸方向の送り運動中に、Ｘ軸方向
の送りモータ13に大きな負荷がかかっているときには、
少なくともＸ軸方向の修正加工面に突出部分があるもの
と判断し、しかもその負荷が許容値の範囲から外れたと
き、CPU47は、それを識別し、速度制御回路55に指令を
与え、Ｘ方向の送りモータ13を定常時の送り速度よりも
低い速度で回転させる。この結果、修正用工具41は、低
速度で移し、その突出部分での加工時間を長くすること
により、その突出部分を他よりも多く削り落としてい
く。このような動作は、Ｙ軸方向の送り運動時にも同様
に行われる。

コラム15が折り返し点にきたとき、方向転換用のアクチ
ュエータ38は、最初に旋回台30を90度だけ回転させるこ
とによって、Ｙ軸方向の送り運動に合わせ、その後に、
さらに90度回転させることによって、再び逆方向のＸ軸
方向の運動に合わせいく。このようにして、修正用工具
41は、固定的なテーブル２のＸ−Ｙ軸平面の全範囲につ
いて、修正加工面の修正作業を連続的に行っていく。

このような送り運動中に、修正加工面の凹凸部分は、ロ
ボット手首31の上下方向の動きによって吸収される。し
かし、支持リンク33が許容範囲以上に下降し、その許容
値から外れると、変位量検出器45は、CPU47に信号を送
り、再加工のフラグをその送り座標とともに発生させて
いく。

一連の送り運動が完了すると、その据え付け位置での一
連の修正動作が終了することになる。

しかし、上記再加工のフラグが発生しているとき、CPU4
7は、その再加工フラグのＸ−Ｙ軸上の座標を読み取
り、その位置に修正用工具41を再び移動させ、そこで修
正加工動作を再び継続していく。

このような修正作業が終わった時点で、作業員は、再び
建設作業ロボット１を次の修正作業位置に移動させ、そ
こで、再び一連の修正動作を繰り返す。このようにし
て、建設作業ロボット１は、必要な修正作業を連続的に
行っていく。

発明の変形例上記実施例は、修正用工具41の高さ（Ｚ軸方向の移動
量）を修正位置毎に入力しているが、その高さが作業範
囲全部で共通であれば、最初に入力するだけで足り、ま
たその修正加工面が曲面として形成されているときに
は、その曲面の関数がROM48に予め入力され、その関数
を読み込みながら、必要な高さを演算によって割り出し
ていく。

また、上記実施例は、建設作業ロボット１の移動を人力
によって行っているが、このような移動および位置決め
は、遠隔制御技術を利用して、離れた地点から行うこと
もできる。

さらに、上記のような水平度の補正動作は、補正演算に
よって自動的に行ってもよく、また作業員によってその
つど設定するようにしてもよい。

発明の効果本発明では、下記の特有の効果がある。

ロボット手首がＸ−Ｙ軸方向の平面に沿って移動でき、
またそのＺ軸方向の高さが調整可能であるから、テーブ
ルの据え付け位置でＸ−Ｙ軸方向の移動範囲内で、連続
的な修正加工ができる。また、動作中に、修正工具に往
復旋回運動が与えられるため、その往復運動の範囲で作
業員による研削作業と同じ修正作業が実現できる。

ロボット手首が４節平行リンク機構により構成され、修
正用工具が平行移動可能な状態で支持されているため、
修正加工面に凹凸があったとしても、４節平行リンク機
構によりその凹凸にともなう修正用工具の変位が吸収で
き、またこのときに、修正用工具が平行移動によって、
その姿勢を変えないため、修正用工具による修正加工の
方向が変わらず、修正加工面の凹凸変化に対しても同じ
方向から加工が継続できる。

さらに各実施態様では、次の効果がある。

テーブルの据え付け時に、支持ジャッキがテーブルを不
動の状態に設定するから、修正作業が安定にできる。し
かも、テーブルが水準検出器によって水平に設置できの
で、床などの設置面に傾きがあっても、Ｚ軸方向が正確
に規制できる。

ロボット手首としての４節平行リング機構により修正用
工具が平行移動可能な状態で支持されており、そのＺ軸
方向の変位量が変位量検出器によって検出されるため、
修正加工面の研削作業の過程で、そのＺ軸方向の変位量
から修正限界があらじめ検出でき、この検出結果にもと
づいて再修正などに備えることも可能となる。

【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部破断正面
図、第２図は建設作業ロボットの一部破断側面図、第３
図はその平面図、第４図は制御装置のブロック線図、第
５図は一連の制御順序のフローチャート図、第６図は送
り運動および往復旋回運動の説明図である。１……建設作業ロボット、２……テーブル、３、４……
フレーム、５……連結パイプ、６……支持ジャッキ、７
……車輪、15……コラム、16……コラムフレーム、19…
…コラムロッド、23……送りナット、24……送りねじ、
26……送りモータ、27、28……水準検出器、30……旋回
台、31……ロボット手首、32……固定リンク、33……支
持リンク、34……ピン、35、36……リンク、39……ロボ
ットハンド、41……修正用工具、42……引きスプリン
グ、43……下限ストッパー、44……上限ストッパー、45
……変位量検出器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加工面に対し、平行な面内で移動走行可能
なテーブルと、このテーブルに載置されＸ軸およびＹ軸
方向に移動可能でＺ軸方向に高さをもつコラムと、上記
テーブルとこのコラムとの間に設けられたＸ軸およびＹ
軸方向の送り手段と、上記コラムに設けられＺ軸方向の
中心線を軸として機械的に回転し、かつＺ軸に沿って位
置決め可能に上下に移動する旋回台と、上記旋回台に取
り付けられた固定リンクおよびこの固定リンクに対して
所定の距離だけ離れた位置で２本のリンクにより連結さ
れＺ軸方向に運動可能な支持リンクを含む４節平行リン
ク機構からなるロボット手首と、このロボット手首に取
り付けられた修正用工具とからなることを特徴とする建
設作業ロボット。
【請求項２】テーブルをＸ軸方向移動用のフレームとＹ
軸方向移動用のフレームとで２分割型式に構成し、両者
を連結パイプによって組み合わせ、必要なときには簡単
に分解組み合わせることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の建設作業ロボット。
【請求項３】上記コラムを、テーブルに載置したコラム
フレーム、Ｚ軸方向に移動可能なコラムロッド、および
このコラムロッドを移動させる駆動手段により構成する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の建設作業
ロボット。
【請求項４】上記ロボット手首としての４節平行リンク
機構の対向角の間に付勢手段を設け、リンクの動きを制
限規制するために上限ストッパーおよび下限ストッパー
を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
建設作業ロボット。
【請求項５】上記４節平行リンク機構にロボット手首の
Ｚ軸方向の変位量を検出する変位量検出器を組み込んで
なることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の建設
作業ロボット。