JPH074778B2 - 壁面作業用ロボットの移動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、建築物や他の構造物などの壁面を対象とす
る高所作業などに好適な壁面作業用ロボットの移動方法
に関し、壁面作業に必要な２つの移動機構であるワイヤ
及び巻取機による上部移動機構と壁面作業用ロボット側
独自の移動機構とを同期させるようにして安定した状態
で壁面移動ができるようにしたものである。

［従来の技術］ ビル、船舶、発電所、タンク、煙突、橋梁などの構造物
にあっては、建造中や建造後これらの外壁面などの清掃
や補修など、壁面に対して作業を行わなければならない
ことも多い。

従来、このような壁面作業に当たっては、屋上部分等か
らワイヤロープでゴンドラを吊下げ、ゴンドラ内に乗っ
た作業者によって作業を行うようにしており、窓拭き作
業など一部の作業については、専用ロボットが開発さ
れ、作業者に代わって窓拭きなどを行っているに過ぎ
ず、種々の壁面作業などが出来る壁面作業用ロボットの
開発が望まれている。

［発明が解決しようとする課題］ このような構造物の壁面作業をロボットによって行おう
とする場合、壁面作業用ロボットを壁面の任意の位置に
移動する必要がある。

この移動に際しては、通常、作業壁面は垂直になってい
たり、それに近い状態の場合が多く、このような状態で
も安全かつ確実に移動できるようにするには、壁面作業
用ロボット自体の吸着装置などを備えた移動機構を設け
るだけでは足りず、壁面の上部、例えば屋上のトロリー
から、ゴンドラの場合と同様に、ワイヤロープで吊り下
げて昇降と横移動できるようにすることが考えられる。

ところが、ワイヤロープ側と壁面作業用ロボット側にそ
れぞれ移動機構を設けるため、壁面作業用ロボットを壁
面の任意の位置に移動して作業を行おうとすると、２つ
の移動機構の干渉により、スムーズな移動ができなくな
ったり、一方の移動機構によって他方に無理な力が加わ
るなどの問題がある。

この発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたもの
で、汎用性のある壁面作業用ロボットの開発に必要不可
欠で、無理な力が加わること無く、安全かつスムーズな
移動ができる壁面作業用ロボットの移動方法を提供しよ
うとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するためこの発明の壁面作業用ロボット
の移動方法は、壁面上部から索条及び巻取機を介して吊
り下げられて当該壁面に沿って昇降及び横移動させる上
部移動機構とともに、少なくとも前記壁面に沿って移動
させる独自の移動機構を備えた壁面作業用ロボットを移
動するに際し、上部移動機構と壁面作業用ロボット側の
移動機構とのいずれか一方を主移動機構とするととも
に、他方の移動機構を従移動機構とし、主移動機構によ
る移動制御に追従させて従移動機構を同期して移動制御
することを特徴とするものである。

また、この発明の壁面作業用ロボットの移動方法は、請
求項１記載の構成に加え、前記上部移動機構を主移動機
構として巻上機による巻き上げで昇降する際に、前記巻
上機の回転をインバータによる回転制御を行ないなが
ら、壁面作業用ロボット側の移動機構を従移動機構とし
て駆動用のACサーボモータに電流制限によりトルク制御
を行って追従させるとともに、この壁面作業用ロボット
側に位置検出用エンコーダを設けて移動量を検出し、こ
の移動量によって前記インバータに制御信号を出力する
ようにしたことを特徴とするものである。

さらに、この発明の壁面作業用ロボットの移動方法は、
請求項１又は２記載の構成に加え、前記壁面移動後の壁
面作業用ロボットの傾斜を傾斜センサで検出し、この検
出信号に基づき壁面作業用ロボットを吊り下げる索条の
長さを巻取機で調整して姿勢を修正するようにしたこと
を特徴とするものである。

［作用］ この壁面作業用ロボットの移動方法によれば、壁面作業
用ロボットの移動に必要な索条及び巻取機の上部移動機
構と壁面作業用ロボット自体の移動機構の２つの移動機
構のうち、一方を主移動機構とし、他方を追従させて同
期移動するようにしており、スムーズな移動ができるよ
うにしている。

また、この発明によれば、上部移動機構を主移動機構と
してインバータによる回転制御を行い、壁面作業用ロボ
ット側の移動機構のACサーボモータを電流制限によるト
ルク制御を行って追従させるとともに、壁面作業用ロボ
ットの移動量を位置検出用エンコーダで検出するように
しており、この移動量によってインバータに制御信号を
出力することで、主移動機構と従移動機構のスムーズな
移動ができるとともに、簡単な機構で制御できるように
している。

さらに、壁面移動後の壁面作業用ロボットの傾斜を傾斜
センサで検出し、巻取機で索条の長さを調整するように
しており、壁面作業用ロボットの姿勢を修正できるよう
にし、移動にともなう傾斜などを防止するようにしてい
る。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明
する。

この発明の移動方法が適用される壁面作業用ロボット10
は、第１図に概略斜視図を示すように、上部移動機構11
を介して吊り下げられており、この上部移動機構11によ
って昇降及び横移動ができるようになっている。

この壁面作業用ロボット10全体を移動させる上部移動機
構11は、壁面作業用のゴンドラのものと同様に構成され
ている。屋上などパラペット部分に図示しない回転支持
部を固定してレール支持台12を垂直軸回りに回転できる
ように取付け、このレール支持台12に作業壁面の上部に
沿って仮設横行レール13が取付られる。この仮設横行レ
ール13には、２台の横行トロリ14が走行可能に装着され
ており、各横行トロリ14から索条としてのワイヤ15が吊
下げられている。それぞれのワイヤ15には、巻取機（エ
ンドレスワインダ）16を介して壁面作業用ロボット10が
吊り下げられるようになっている。

したがって、ワイヤ15を介して吊り下げられた壁面作業
用ロボット10は、巻取機16によるワイヤ15の巻取り、巻
戻しによって昇降ができるとともに、横行トロリ14の移
動によって横移動ができる。

なお、横移動は、横行トロリ14内に駆動用モータおよび
制御装置を設置して自走するようにしたり、無駆動とし
て壁面作業用ロボット10の横移動に追従するようにして
も良い。

壁面作業ロボット10は、第１図及び第２図に示すよう
に、直交座標系３軸（X,Y,Z）と手首１軸（β）の計４
軸の自由度を有して構成され、Ｙ軸及びＺ軸について
は、アームを付加して作業範囲の拡大を図るようにして
いる。

Ｘ軸系:X軸モジュール 作業壁面と平行な水平軸方向に移動するＸ軸モジュール
20は、ガイドレール21とこれに沿って走行するＸ軸スラ
イダ22で構成されており、ガイドレール21の両端部に巻
取機16が連結されてワイヤ15で吊下られた状態となって
いる。

Ｘ軸スライダ22を移動するため、ガイドレール21には、
ラック23が取付けてあり、これと噛み合うピニオン（図
示せず）がＸ軸スライダ22に固定されたACサーボモータ
24によって駆動され、Ｘ軸方向に移動できるようになっ
ている。

Ｙ軸系:Y軸モジュール 作業壁面と平行な垂直軸方向に移動するＹ軸モジュール
30は、Ｘ軸モジュール20のＸ軸スライダ22の背面にガイ
ド31が取付けられ、その内部のボールねじ32が設置され
てACサーボモータ33で直結駆動されるようになってい
る。

このボールねじ32には、ボールナットが取付けられたＹ
軸スライダ34がねじ込まれてＹ軸方向に移動できるよう
になっている。

Ｚ軸系:Z軸モジュール 作業壁面と垂直な軸方向に移動するＺ軸モジュール40
は、Ｙ軸モジュール30のＹ軸スライダ34の側面にガイド
41が取付けられ、その内部にボールねじ（図示せず）が
設置されてACサーボモータ42で直結駆動されるようにな
っている。

このボールねじには、ボールナットが取付けられたＺ軸
スライダ43がねじ込まれてＺ軸方向に移動できるように
なっている。

アームモジュール アームモジュール50は、Ｙ軸モジュール30及びＺ軸モジ
ュール40の作業範囲を拡大するためのもので、平行リン
ク型のアームで構成されている。

Ｚ軸スライダ43に第１アーム51が回動可能に支持されて
原動部とされ、これと平行な第２アーム52がＸ軸スライ
ダ22に固定されたブラケット53にその上端部が回動可能
に支持されて支点とされる。そして、第２アーム52の中
間部と第１アーム51の上端部とがそれぞれ回動可能に第
３アーム54で連結されている。また、第１アーム51及び
第２アーム52の先端部には、壁面作業用の第４アーム55
が回動可能に連結されている。

したがって、第１アーム51の上端部がＹ軸モジュール30
及びＺ軸モジュール40によってＹ軸方向およびＺ軸方向
に移動されると、その移動量がアームの拡大比率、例え
ば5:1に拡大されて第４アーム55の先端部が移動され
る。

β軸系：β軸モジュール このβ軸モジュール60はアームモジュール50の先端部に
設けられて作業壁面と平行な水平軸回りの回転軸であ
り、これによってアームモジュール50を作業アームとし
たり、走行脚とするための切り替えを行うものである。

このβ軸モジュール60はアームモジュール50の第４アー
ム55の先端部に両端部が突き出して回転可能な回転軸61
が設けられ、第２アーム52の回動支点が支持されたブラ
ケット53に取付けたACサーボモータ62により第２アーム
52及び第４アーム55内に配置されたチェーン（図示せ
ず）を介して反転駆動されるようになっている。

この回転軸61の両端部には、第３図に平面状態を示すよ
うに、コ字状のツールブラケット63がそれぞれ取付けら
れており、各ツールブラケット63の一端部には、真空吸
着パッド64が取付けられるとともに、他端部には、自動
工具交換装置65とセンシング用の超音波センサ66が取付
けられている。

この壁面作業用ロボット10には、壁面作業時の固定状態
の確保及び壁面移動の際の一方の脚となる固着装置70が
設けられ、Ｘ軸モジュール20のガイドレール21の両端部
に取付けられている。

この固着装置70は、第１図及び第２図に示すように、支
持台71が作業壁面と垂直なＺ軸方向に取付けられ、左右
両側の２組の平行リンク72で固着アーム73が支持されて
おり、内側の１組の平行リンク72に空気圧シリンダ74の
ロッドが連結され、往復駆動できるようになっている。

そして、固着アーム73の先端部には、その中心軸（Ｚ軸
と平行な軸）を中心に回転する回動軸75を介して２つの
真空吸着パッド76が取付けられており、回動軸75の回動
によって真空吸着パッド76の位置を90度変えることがで
きるようになっている。

次に、この壁面作業用ロボット10の制御を行うための制
御装置について、第４図により説明する。

この制御装置80では、左右の巻取機16のモータ、Ｘ軸モ
ジュール20のACサーボモータ24、Ｙ軸モジュール30のAC
サーボモータ33、Ｚ軸モジュール40のACサーボモータ42
及びβ軸モジュール60のACサーボモータ62をコントロー
ラ81によって数値制御するようにしてある。

左右の巻取機16のモータはそれぞれインバータ82によっ
て速度制御が行われるとともに、両巻取機16の特性差に
よる左右の傾きが傾斜角センサ（図示せず）により検出
され、自動傾斜補正83が行われる。

モジュール４軸（X,Y,Z,β）のACサーボモータ24,33,4
2,62は、コントローラ81からの指令により専用のサーボ
ドライバ84で駆動され、位置検出は内蔵のエンコーダ2
5,35,44,67で行われ、例えば、セミクローズド方式のフ
ィードバック制御が行われるとともに、サーボドライバ
84として偏差カウンタを内蔵し、パルス列入力により各
ACサーボモータ24,33,42,62を制御する。

さらに、ACサーボモータで制御される各軸（X,Y,Z,β）
には、それぞれ原点用のリミットスイッチ85及びオーバ
ラン防止用のリミットスイッチ86が取付けられ、コント
ローラ81に入力されるようになっている。

また、壁面作業用ロボット10の各部には、作業に必要な
センサ類が取付けられるが、例えば作業壁面までの距離
を一定に保つための距離センサとして超音波センサ66が
取付けられ、A/D変換器87を介してコントローラ81に入
力されるようになっている。さらに、必要に応じて作業
を地上から監視するためのテレビカメラなどが搭載され
る。

また、コントローラ81には、予めパソコン88を用いてオ
フラインで入力された教示内容によって制御される。こ
のパソコン88でのプログラミングは、建物の外形図など
に基づき、外部環境を予めモデル化した状態で、ロボッ
トへの教示動作を行わせ、完成したプログラムをコント
ローラ81に入力するようになっており、教示結果はシミ
ュレーシヨンによって確認する方式などが採用され、教
示の容易化と壁面作業用ロボット10の汎用性を高めてい
る。

このように構成した壁面作業用ロボット10による壁面作
業について制御装置80の動作とともに説明する。

（１） 壁面上での移動 壁面上での移動は、アームモジュール50の先端部のβ軸
モジュール60の回転軸61を回転して壁面と対向するよう
に位置させた真空吸着パッド64と、固着装置70の真空吸
着パッド76とを交互に吸着させて、第５図に上昇移動の
場合を示すように、いわゆる「尺取り虫方式」で行われ
る。

この場合、壁面作業用ロボット10は上部移動機構11の２
台の巻取機16を介してワイヤ15で吊り下げられており、
スムーズな上下動を行うためには、脚として機能させる
壁面作業用ロボット10側の動作と上部移動機構11の巻取
機16との同期回転が必要となる。

このため、巻取機16側の上部移動機構11と壁面作業用ロ
ボット10の移動機構のいずれかを主移動機構とし、他方
を従移動機構として追従させるようにする。

そこで、この壁面移動の１つである昇降動作のみについ
て、その制御ブロックを抽出して示した第６図および制
御のフローチャートを示した第７図により説明する。

例えば上部移動機構11を主移動機構とし、壁面作業用ロ
ボット10側を追従させるようにする場合、可動脚として
機能させるアームモジュール50の真空吸着パッド64を壁
面に吸着させた後、主たる上昇・下降動作を巻取機16で
行い、Ｙ軸モジュール30のACサーボモータ33に電流制限
によるトルク制御を行い巻取機16による昇降動作に追従
させるようにする。

そして、昇降位置の検出はＹ軸モジュール30のACサーボ
モータ33に内蔵したエンコーダ35で行い、この検出値に
よって巻取機16の速度制御を行うインバータ82にON−OF
Fサーボ制御の信号を出力する。

すなわち、上昇すべき位置や１回の歩幅などの初期設
定を行った後、アームモジュール50の先端部の真空吸
着パッド64を上昇させ、所定の位置に吸着させる。

この後、固着装置70の真空吸着パッド76による吸着を
開放して壁面作業用ロボット10を移動可能とする。

Ｙ軸モジュール30のACサーボモータ33に電流制限の信
号を出力し、自重とバランスする程度の状態にしてお
く。

巻取機16のモータに上昇の回転信号を出力すると同時
に、可動脚としてのアームモジュール50の先端位置を
保持した状態のままＹ軸モジュール30を追従させながら
上昇する。

この場合の上昇量はＹ軸モジュール30のACサーボモータ
33に内蔵したエンコーダ35で検出し、１回の歩幅とし
て設定した位置となって位置決めが完了したところで、
巻取機16に停止信号を出力する。

この後、固定脚としての固着装置70の真空吸着パッド
76による真空吸着を行い、可動脚としてのアームモジ
ュール50の先端の真空吸着パッド64を開放する。

そして、さらに上昇が必要な場合には、可動脚としての
アームモジュール50のアーム先端部を上方に移動し上記
〜の動作を繰り返す。

こうして所定の位置まで上昇し固定脚としての固着装置
70の真空吸着パッド76で壁面作業用ロボット10の固定状
態が確保されたのち、自動傾斜補正83を行う。

この自動傾斜補正は、図示しない傾斜センサによる検出
値に基づき、作業壁面と平行な水平軸回りの傾斜、すな
わちＸ軸回りの倒れの修正であり、２台の巻取機16を同
時に操作して２本のワイヤ15の長さを調整することで行
う。

なお、壁面に対する横移動の場合には、第８図に右方向
への移動の場合を示すようにアームモジュール50の先端
部の真空吸着パッド64をＸ軸モジュール20の右端に位置
させて壁面に吸着させた後、Ｘ軸モジュール20のACサー
ボモータ24を動かし、通常とは逆にピニオンに対してラ
ック23を右に移動させる。

そして、アームモジュール50がガイドレール21の予め定
めた１回の横移動幅に対する位置となったところでACサ
ーボモータ24を停止する。

この後、固着装置70の真空吸着パッド76を吸着させてア
ームモジュール50をＸ軸モジュール20の所定位置に動か
して１回の横移動幅に対応した横移動が完了する。

このように横移動についても、可動脚としてのアームモ
ジュール50と真空吸着パッド64と、固着脚としての固着
装置70の真空吸着パッド76の交互の吸着を繰り返すこと
で所定の位置まで移動することができる。

なお、横移動について、上部移動機構11の横行トロリー
14に駆動機構を設けない場合には、ワイヤ15を介して横
行トロリー14を追従させるが、横移動を駆動装置によっ
て行う場合には、Ｘ軸モジュール20側のACサーボモータ
24を主移動機構とし、横行トロリー14を追従させるよう
にするか、あるいは主従を逆にするようにすれば良い。

このような壁面移動のほか、この壁面作業用ロボット10
では、次のような各種の動作や制御が行われる。

（２） 多工程の壁面作業 予め定めた作業開始位置まで壁面移動した後、アームモ
ジュール50を可動脚から作業アームに切り替えて使用す
るため、β軸モジュール60のACサーボモータ62でツール
ブラケット63を180度反転させて自動工具交換装置65お
よび超音波センサ66を前方にする。

そして、予めＸ軸モジュール20のガイドレール21などに
設置してある工具ホルダ（図示せず）に収納された工具
のところにアームモジュール50の先端部を移動して必要
な工具を把持し、作業を開始する。

この場合の自動工具交換装置65への工具の把持の確認や
工具ホルダへの工具の受け渡しの確認などは、近接スイ
ッチにより電気的インターロックの処理が成されること
で行われる。

したがって、工具ホルダに収納された工具を着脱するこ
とで、複数工程の作業を行うことができ、汎用性に優れ
る。

なお、これらの工具の自動交換やこれら工具を用いて多
工程の作業を行う場合の制御は、全てコントローラ81に
予めプログラミングされた内容に基づいて行われる。

（３） センシング動作 この壁面作業用ロボット10では、壁面作業を最適な状態
で行ったり、予め教示した動作だけでなく、壁面作業用
ロボット10自身で障害物を回避しながら作業したり、所
定の作業位置を捜し出し、この作業位置に基づいて作業
することなどができるようにする必要があり、このため
にセンシング動作が行われる。

１） 壁面と工具間の距離の一定保持作業対象となる壁
面は、外観上は平面のように見えても、実際上は若干の
傾斜や段差などがあり、最適な作業を行うためには壁面
と工具との距離を一定に保つ必要がある。

このため、第３図で説明したように、距離センサとして
の超音波センサ66を用い、例えば第９図に示すように、
距離Ｓに比例して得られる微弱電流をアンプ90で増幅し
A/Dコンバータ87を介してデジタル量へ変換し8bitパラ
レル信号の形でコントローラ81に入力される。

この超音波センサ66からの検出信号は、リアルタイムで
予め定めた設定値Ｓと比較演算され、Ｚ軸モジュール40
のACサーボモータ42にフィードバック量が出力される。

この結果、作業壁面の傾斜や段差にかかわらず、アーム
モジュール50の先端部の工具91を壁面から一定の位置Ｓ
に保持することができ、常に壁面に対して最適な状態で
作業を行うことができる。

２） 障害物の回避動作 壁面作業用ロボット10として必要な障害物の回避には、
大きく分けて二つのものがあり、その一つが壁面移動の
際の吸着時の障害物の回避で、もう一つが作業時の障害
物の回避である。

吸着歩行時の障害物回避 外壁面の段差や目地などの影響で真空吸着パッド64,76
を壁面に押し当てたとき、正常な真空圧が得れない場合
が想定される。

このため真空吸着パッド64,76に設けた圧力センサ（図
示せず）によって真空圧異常を検知後、回避動作を行
い、再度吸着できるようにする必要がある。

まず、固定脚となる固着装置70では、既に説明したよう
に、真空吸着パッド76が回動軸75を介して取付けられて
おり、真空圧異常が検知されると、コントローラ81から
真空吸着パッド76を90度回転（２つの真空吸着パッド76
が横に並んだ状態から縦に並んだ状態）して再び吸着さ
せるように制御信号を出力する。

可動脚となるアームモジュール50先端部の真空吸着パッ
ド64では、β軸モジュール60の回転軸61の回転によって
も吸着位置を変えることは出来ないため、コントローラ
81に予め真空吸着パッド64内の真空圧異常が生じた場合
のアームモジュール50先端の移動量（例えば、上または
下、あるいは左または右への移動量）を入力してあり、
この設定値に基づき真空吸着パッド64の位置を移動して
再吸着する。

このアームモジュール50の先端の位置を移動すると、壁
面移動の際の歩幅が変化するが、この変化分をコントロ
ーラ81内の演算で補正して壁面移動の制御を行うように
し、その影響を取り除くようにしている。

このような真空吸着パッド64,76の吸着位置を変えるよ
うにコントローラ81で制御することで、吸着異常を回避
して完全に吸着することができる。

作業時の障害物回避 壁面作業用ロボット10による作業は種々のものが考えら
れるが、例えば塗膜の剥離・塗装吹付作業などでは、窓
部分を避けて作業する必要が生じ、この場合には、窓部
分が作業の障害物となる。

そこで、通常、窓部分などの障害物は、作業壁面に対し
て段差（突き出ているか、窪んでいる）があることか
ら、既に説明した距離センサとしての超音波センサ66を
用いて障害物を検出しながら作業を行うようにする。

このために回避動作の一例の概要と制御のフローチャー
トを第10図及び第11図に示した。

この障害物の回避は、第10図に示すように、予め定めた
作業エリアX1,X2,Y1,Y2内に窓部分などの障害物Ａがあ
る場合、障害物Ａの上部P-1については作業エリアの幅
全体X1-X2の間で往復移動しながらY1-Y2方向にシフト量
Ｑを与えて作業を行う。

そして、超音波センサ66で障害物が検出されると、その
座標が記憶され、今度は作業エリアの幅がX2-Q1までの
範囲とされて障害物Ａの横部分の作業エリアP-2でY1-Y2
方向のシフト量Ｑを与えながら作業が行われる。

作業が進み障害物Ａの下のQ2までくると、上部の場合と
同様に、障害物Ａの下部P-3については作業エリアの幅
全体X1-X2の間で往復移動しながらY1-Y2方向にシフト量
Ｑを与えて作業を行ない、作業エリアの隅に当たる（X
1,Y2）まで作業する。

最後に、，障害物Ａの横の残った部分P-4についての作
業をP-2の場合と同様にして行い、全ての作業が完了す
る。

なお、障害物Ａの位置によっては、障害物Ａの上部P-1
の後、障害物Ａの左横の部分P-5から障害物Ａの下の部
分P-6の作業を行い、最後に左横部分P-7の作業を行うよ
うにしても良い。この場合のP-5,P-6,P-7については作
業順序が異なるのみである。

このような作業の制御は、第11図に示すように、ま
ず、初期設定としてコントローラ81に作業エリアX1,X2,
Y1,Y2及び工具91の大きさによって定まるY1-Y2方向のシ
フト量Ｑを設定しておく。

工具91を壁面に近付けるようにＺ軸方向に移動し、
作業を開始する。

これと同時に、X1方向への移動の指令とともに、a:超
音波センサ66によるセンシング開始の信号を出力し、移
動中常時センシングを行う。

そして、超音波センサ66で障害物Ａが検出されると、工
具91の移動が停止すると同時にセンシングを停止し作業
エリアの制御プログラムがP-1からP-2に変更される。

この制御プログラムP-2の変更の際の初期設定時に障害
物検出位置Q1の座標が読み込まれ、その座標に従いプロ
クラムが実行される。一方、障害物Ａが検知されない場
合には、X1まで移動された後、Y1-Y2方向へのシフト
量Ｑが出力されたのち、X2方向への移動及び作業が行
われると同時に、c:再び、超音波センサ66によるセンシ
ング開始の信号を出力し、移動中常時センシングを行
う。

このX2方向への移動中に障害物Ａが検出されると、工具
91の移動が停止すると同時にセンシングを停止し作業エ
リアの制御プログラムがP-1からP-5に変更される。

そして、制御プログラムP-5の初期設定時に障害物検出
位置Q1′の座標が読み込まれ、その座標に従いプログラ
ムが実行される。

一方、障害物Ａが検知されない場合には、X2まで移動さ
れた後、Y1-Y2方向へのシフト量Ｑが出力されたの
ち、X2方向への移動及び作業が行われる。

このような動作を繰り返して、窓部分などの障害物Ａを
回避しながら作業が行われる。

したがって、従来のように移動パターンをP-1のまま障
害物Ａの範囲だけ塗装などを停止させる場合に比べ、無
駄な動作がなく、能率良く作業を行うことができる。

また、作業エリア内であれば、どの位置に障害物Ａがあ
っても、制御プログラムをP-1〜P-7などに分割すること
で、これを回避して作業することができる。

作業対象溝の検出と動作軌跡の創成 壁面作業の中には、劣化したシーリング材の除去、清掃
やシーリング材の充填作業などがあり、作業対象となる
シーリング溝を検出し、工具をシーリング溝に沿って移
動させなければならない。

この場合、窓などの障害物Ａの場合と異なり、溝幅が小
さいことから、障害物回避と同一の制御では、無駄な動
作が増えてしまう。

そこで、まず、シーリング溝の検出のみを行い、求めた
シーリング溝の軌跡に基づいて作業を行うようにする。

このための検出動作の一例の概要と制御のフローチャー
トを第12図及び第13図に示した。

シーリング溝92の検出は、シーリング溝92の存在が予想
される上部と下部に対応して超音波センサ66を横移動さ
せてシーリング溝92の両端縁を検出し、それぞれの座標
値からシーリング溝92の軌跡を演算によって求める。

すなわち、初期設定で、シーリング溝92の上部の位置
P1′,P1″と下部の位置P2′,P2″を設定しておく。

予め定めたP1点に超音波センサ66を移動して壁面に対
して所定の距離Ｓに近付け、P1″方向に移動する信号
を出力すると同時に、a:超音波センサ66によるセンシン
グを開始する信号を出力し、移動中常時センシングを行
う。

そして、シーリング溝92の一方の縁が検出されたとこ
ろでその座標値P5を読み取る。

さらに移動しながら、b:センシングして、次の段差
部の検出でシーリング溝92の他方の縁の座標値P6を読み
取る。

この後、同様にしてシーリング溝92の下部についてもセ
ンシングを行ってシーリング溝92の縁に対応するそれぞ
れの座標値P7及びP8を読み取る。

こうして読み取った座標値P5〜P8からシーリング溝92の
中心の座標P1,P2を求め、さらに、これら上下の中心の
座標P1,P2からシーリング溝92の軌跡を直線補間して求
める。

こうしてシーリング溝92の軌跡が求められた後、ツール
ブラケット63にシーリング材を剥離するための工具91を
取付けて作業を行ったり、シーリング材の充填用の工具
91を取付けるなどして所定の作業を行う。

このようにシーリング溝92のような細い溝に対する作業
を、溝の検出とその検出結果に基づいて得られた軌跡に
よる作業に別けて２段階で行うようにすることで、能率
良く作業することができる。

以上説明したような全ての制御を行うようにすること
で、種々の壁面作業をロボットにより行うことができ、
作業範囲も多工程のものを含め大巾に拡大することがで
きる。

この実施例の壁面作業用ロボットによれば、各構成要素
がモジュール化してあり、作業に必要な工具を着脱して
使用することができ、多目的に使用することができる。

また、各軸モジュールによって作業壁面の任意の位置に
移動することができるのみならず、さらにアームモジュ
ールを取付けて作業範囲を拡大するようにしており、汎
用性の高い壁面作業ができる。

さらに、壁面作業用ロボットに固着装置を取付けて固定
脚とするとともに、アームモジュールを可動脚として使
用できるようにしており、作業中にあっては、固着装置
で姿勢を安定させることができ、移動に際しては、交互
に吸着させることで、「尺取り虫式」に移動することが
できる。

したがって、従来から使用されている作業者が搭乗して
行うゴンドラにかえ、簡単に高所作業をロボット化する
ことができるとともに、作業の省力化を図ることができ
る。

また、壁面に凹凸などの障害物があってもこれらを回避
して真空吸着や壁面作業を行うようにロボットを制御す
ることもできるので、汎用性に優れ、壁面作業を能率良
く、しかも安全に行うことができる。

なお、上記実施例で説明した壁面作業用ロボットは最も
基本的な機能を持たせたものに過ぎず、さらに自由度を
増すなどすることもできる。

また、壁面作業用ロボットの移動方法についても一方を
主移動機構とし、他方を従移動機構とするものであれ
ば、実施例に限定するものでない。

さらに、この発明の要旨を変更しない範囲で各構成要素
に変更を加えても良い。

［発明の効果］ 以上、一実施例とともに具体的に説明したようにこの発
明の壁面作業用ロボットの移動方法によれば、次のよう
な効果がある。

この壁面作業用ロボットの移動方法によれば、壁面
作業用ロボットの移動に必要な索条及び巻取機の上部移
動機構と壁面作業用ロボット自体の移動機構の２つの移
動機構のうち、一方を主移動機構とし、他方を追従させ
て同期移動するようにしたので、スムーズな移動がで
き、互いに無理な力が加わることもなく安全に移動でき
る。

また、この発明によれば、上部移動機構を主移動機
構としてインバータによる回転制御を行い、壁面作業ロ
ボット側の移動機構のACサーボーモータを電流制限によ
るトルク制御を行って追従させるようにしたので、スム
ーズな移動ができるとともに、制御を簡単に行うことが
できる。

さらに、壁面移動の位置検出を壁面作業用ロボット
側の位置検出用エンコーダで行うようにし、これによっ
て巻取機側の上部移動機構を制御するようにしたので、
簡単な機構で制御することができる。

また、壁面と平行な水平軸回りの回転位置を検出
し、この検出信号により壁面作業用ロボットの姿勢を修
正するようにしたので、移動にともなう傾斜などを防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はこの発明の壁面作業用ロボットの移動
方法が適用される壁面作業用ロボットの一実施例にかか
り、第１図は全体の斜視図、第２図は右側面図、第３図
はアームモジュール先端の部分平面図である。 第４図はこの発明の壁面作業用ロボットの制御装置の全
体構成図である。 第５図〜第７図はこの発明の壁面作業用ロボットの移動
方法の一実施例にかかり、第５図は昇降動作の説明図、
第６図は制御のブロック図、第７図は制御のフローチャ
ートである。 第８図〜第13図はこの発明の壁面作業用ロボットの種々
の制御方法にかかり、第８図は横移動動作の説明図、第
９図は壁面との距離の一定制御の説明図、第10図及び第
11図は障害物回避動作の説明図及び制御のフローチャー
ト、第12図及び第13図は溝検出動作と軌跡創成動作の説
明図及び制御のフローチャートである。 10:壁面作業用ロボット、11:上部移動機構、13:仮設横
行レール、14:横行トロリー、15:ワイヤ、16:巻取機、2
0:X軸モジュール、21:ガイドレール、22:X軸スライダ、
30:Y軸モジュール、31:ガイド、33:ACサーボモータ、4
0:Z軸モジュール、42:ACサーボモータ、50:アームモジ
ュール、60:β軸モジュール、62:ACサーボモータ、63:
ツールブラケット、64:真空吸着パッド、65:自動工具交
換装置、66:超音波センサ、70:固着装置、76:真空吸着
パッド、80:制御装置、81:コントローラ、82:インバー
タ、83:自動傾斜補正、84:サーボドライバ、85,86:リミ
ットスイッチ、87:A/D変換器、88:パソコン、91:工具、
92:シーリング溝。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】壁面上部から索条及び巻取機を介して吊り
   下げられて当該壁面に沿って昇降及び横移動させる上部
   移動機構とともに、少なくとも前記壁面に沿って移動さ
   せる独自の移動機構を備えた壁面作業用ロボットを移動
   するに際し、上部移動機構と壁面作業用ロボット側の移
   動機構とのいずれか一方を主移動機構とするとともに、
   他方の移動機構を従移動機構とし、主移動機構による移
   動制御に追従させて従移動機構を同期して移動制御する
   ことを特徴とする壁面作業用ロボットの移動方法。
2. 【請求項２】前記上部移動機構を主移動機構として巻上
   機による巻き上げで昇降する際に、前記巻上機の回転を
   インバータによる回転制御を行ないながら、壁面作業用
   ロボット側の移動機構を従移動機構として駆動用のACサ
   ーボモータに電流制限によるトルク制御を行って追従さ
   せるとともに、この壁面作業用ロボット側に位置検出用
   エンコーダを設けて移動量を検出し、この移動量によっ
   て前記インバータに制御信号を出力するようにしたこと
   を特徴とする請求項１記載の壁面作業用ロボットの移動
   方法。
3. 【請求項３】前記壁面移動後の壁面作業用ロボットの傾
   斜を傾斜センサで検出し、この検出信号に基づき壁面作
   業用ロボットを吊り下げる索条の長さを巻取機で調整し
   て姿勢を修正するようにしたことを特徴とする請求項１
   または２に記載の壁面作業用ロボットの移動方法。