JPH0978995A - セグメントの自動把持方法及び自動把持装置 - Google Patents

セグメントの自動把持方法及び自動把持装置

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JPH0978995A
JPH0978995A JP7235073A JP23507395A JPH0978995A JP H0978995 A JPH0978995 A JP H0978995A JP 7235073 A JP7235073 A JP 7235073A JP 23507395 A JP23507395 A JP 23507395A JP H0978995 A JPH0978995 A JP H0978995A
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grip
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宏毅 多形
Hisanori Hashimoto
久儀 橋本
Takami Kusaki
貴巳 草木
Yukihisa Hirasawa
幸久 平沢
Yasuo Mori
泰雄 森
Takeshi Kamei
亀井  健
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Abstract

(57)【要約】 【目的】複数箇所でエレクタのセグメント把持部とセグ
メントとの位置偏差量を検出して、把持作業に必要なエ
レクタの移動量及び把持姿勢を求め、精度良くセグメン
トを自動的に把持できる装置を提供する。 【構成】エレクタ4を所定位置に載置されたセグメント
19の上方まで移動させ、エレクタ上に設置した投光器
106から少なくともセグメント長辺部の2箇所と短辺
部の1箇所にスリット光を照射し、各々のスリット光像
をエレクタ上に設置したテレビカメラ107により撮像
し、得られた画像データからセグメントのエッジ部によ
り形成されたスリット光像の各端点座標を求め、偏差量
演算装置120で端点座標値を基にエレクタのセグメン
ト把持部と把持しようとするセグメントとの位置偏差量
を算出し、偏差量からセグメントの把持可能位置を求
め、エレクタ制御手段によりセグメントの把持部を把持
可能位置に移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シールド掘進機内に搬
入されたセグメントに対し、エレクタのセグメント把持
部を自動的に位置合わせして把持させるセグメントの自
動把持方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】シールド工事におけるセグメント組立作
業の省力化の一環として、エレクタにセグメントを自動
的に把持させようとする場合、エレクタの下方に置かれ
たセグメントとセグメント把持部の相対位置を何らかの
方法で検出し、その結果に基づき制御装置からの指令に
よりセグメント把持部を、セグメントが把持可能な位置
に移動させる必要がある。
【0003】従来、このようなセグメント自動把持装置
としては、日本建設機械化協会、昭和63年度建設機械
と施工法シンポジウム論文集P.20〜23“セグメント自動
組立システムの開発”に記載されているように、セグメ
ント把持部近傍に配置したビデオカメラにより、エレク
タの下方に置かれたセグメントのグラウトホールを映し
出し、その画像データから演算によってグラウトホール
の中心位置を求め、これを基にセグメント把持部とセグ
メントの相対位置を検出するものがある。
【0004】また、スリット光をグラウトホールに照射
し、その画像データからグラウトホールにより切断され
たスリット光像の端点座標を求め、基準値と比較してセ
グメント把持部とセグメントとの位置偏差量を算出する
ことが提案されている(特開平4−83098)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、何れ
にしても平面上の位置偏差しか求められず、把持姿勢ま
での調整が不可能である。例えば、セグメントが平面上
で斜めになっていてもそのことを検知できない。あるい
は、セグメント把持部自体が斜めになっていてもそのこ
とを検知できない。また、把持位置が複数である場合あ
るいは把持位置がセグメントの上面にない場合も対応し
難くなる。
【0006】本発明の目的は、複数箇所でエレクタのセ
グメント把持部とセグメントとの位置偏差量を検出し
て、把持作業に必要なエレクタの移動量及び把持姿勢を
求め、確実にセグメントを自動的に把持する方法及び装
置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、エレクタ制御手段によりシールド掘進機内
に設置されたエレクタを制御して、シールド掘進機内に
搬入され所定の位置に載置されたセグメントの把持部を
自動的に把持するセグメント自動把持方法において、エ
レクタを前記所定位置に載置されたセグメントの上方ま
で移動させ、エレクタ上に設置した投光器から少なくと
もセグメントの長辺部と短辺部を含む複数箇所にスリッ
ト光を照射し、各々のスリット光像をエレクタ上に設置
した撮像手段により撮像して、得られた画像データから
前記セグメントのエッジ部により形成された前記スリッ
ト光像の各端点座標を求め、前記端点座標値を基にエレ
クタのセグメント把持部と把持しようとするセグメント
との位置偏差量を算出し、前記偏差量からセグメント把
持可能位置を求め、前記エレクタ制御手段により前記セ
グメント把持部を前記セグメント把持可能位置に移動さ
せることにある。
【0008】本発明の他の特徴は、シールド掘進機内に
設置されたエレクタにより、シールド掘進機内に搬入さ
れ所定の位置に載置されたセグメントを自動的に把持し
組立て位置まで搬送するセグメント自動把持装置におい
て、エレクタを前記所定位置に載置されたセグメントの
上方まで移動させ、エレクタ上に設置した投光器から少
なくともセグメントの長辺部と短辺部を含む複数箇所に
スリット光を照射し、各々のスリット光像をエレクタ上
に設置した撮像手段により撮像して、得られた画像デー
タから前記セグメントのエッジ部により形成された前記
スリット光像の各端点座標を求める、スリット光像端点
抽出手段と、前記端点座標値を基にエレクタのセグメン
ト把持部と把持しようとするセグメントとの位置偏差量
を演算する偏差量演算手段と、前記偏差量演算手段の演
算結果に基づきセグメント把持可能位置を求める、把持
位置演算手段と、前記把持位置演算手段の演算結果に基
づき前記セグメント把持部を前記セグメント把持可能位
置に移動させるエレクタ制御手段とを備えたことにあ
る。
【0009】
【作用】エレクタに設置されたスリット光投光器及び撮
像手段は、エレクタの下方に置かれたセグメントのエッ
ジ部に対し、斜めの方向からスリット光を照射し、その
スリット光像を撮像する。この場合、スリット光はセグ
メントのエッジ部に切断されるため、撮像手段で撮像さ
れたスリット光の端点がセグメントエッジ部の端点とな
る。従って、画像メモリ上のスリット光像の端点座標か
らエレクタ上の所定の基準点に対するスリット光像端点
の絶対座標値を演算により求め、この絶対座標値と予め
求めておいた基準値(セグメント把持部がセグメントを
把持可能な位置に存在する場合のスリット光像端点の絶
対座標値)との差を取ることにより、セグメント把持部
とセグメントの相対位置を検出し、エレクタのセグメン
ト把持部の移動距離及び把持するために必要な姿勢を演
算して、正しい姿勢でセグメントを把持することができ
る。
【0010】
【実施例】以下、図に従って本発明の一実施例を説明す
る。まず、図2〜図10で、本発明が適用されるエレク
タ170について説明する。1はシールド本体、2はリ
ングガーダーである。4はエレクタリングであり、ベア
リング3を介してリングガーダー2に旋回可能に取り付
けられている。5はアームであり、エレクタリング4に
左右一対取り付けられシールド本体軸線(Z軸)方向に
延びている。6はスライドフレームであり、ガイドとし
てのアーム5に直線ベアリング8を介して取り付けら
れ、前後駆動装置7によりZ軸方向に移動する。10
は、A、Bセグメント19(図6参照)を把持する把持
フレームAであり、吊りビームA17に直線ベアリング
A11を介して取り付けられている。12は、Kセグメ
ント20(図6参照)を把持する把持フレームBであ
り、吊りビームB18に直線ベアリングB13を介して
取り付けられている。
【0011】吊りビームA17には、両側にロッドA9
が取り付けられ、ロッドA9はスライドフレーム6に摺
動可能に取り付けられており、半径方向駆動装置A15
によりY軸方向に移動する。吊りビームB18には、両
側にロッドB14が取り付けられ、ロッドB14はスラ
イドフレーム6に摺動可能に取り付けられており、半径
方向駆動装置B16によりY軸方向に移動する。
【0012】22は回転駆動装置であり、エレクタリン
グ4またはアーム5に取り付けられ、カップリング23
を介してねじ棒25を回転駆動する。26はボールねじ
であり、スライドフレーム6に取り付けられ、ねじ棒2
5のおねじとはめあうめねじ(原理的にはボルト、ナッ
トの関係)となっている。従ってねじ棒25の回転に伴
ってボールねじ26はねじ棒25に沿って移動し、つま
り、スライドフレーム6はZ軸方向に移動する。吊りビ
ーム17,18には把持フレーム10、12が取付けら
れ、各把持フレームにはセグメント締結装置としてのボ
ルト締結装置29が取り付けられている。
【0013】次に上記エレクタ170の動作について説
明する。図2、図3、図4において、エレクタリング4
はベアリング3によりリングガーダー2に支持され、図
示してないモーターにより旋回される。エレクタリング
4からはZ軸方向に2本のアームを突出させ、このアー
ム5にZ軸方向に移動可能な直線ベアリング8を取り付
ける。この直線ベアリング8にスライドフレーム6を取
付け、前後方向駆動装置7によりZ軸方向に移動可能と
しておく。このスライドフレーム6に直径方向対称に一
対の吊りビーム(吊りビームA17、吊りビームB1
8)を取り付ける。吊りビームには両側にロッド(ロッ
ドA9、ロッドB14)が取り付けられており、スライ
ドフレーム6にあけられた孔にはめあい、Y軸方向に移
動する。
【0014】吊りビームA17と吊りビームB18は共
にスライドフレーム6に取り付けられているため、前後
駆動装置7により一緒に移動する。吊りビームには把持
フレーム(把持フレームA10、把持フレームB12)
を取付け、各把持フレームにはボルト締結装置29を取
り付けておく。把持フレームA10、把持フレームB1
2はそれぞれ直線ベアリングA11、直線ベアリングB
13によりX軸方向に移動可能である。なお、図ではア
ームを2本Z軸方向に突出させたが、アームの役目は直
線ベアリング8をZ軸方向に取付け、それにかかる荷重
を受けることであり、形状はそれにかなう物なら良い。
例えばエレクターリング4から円筒状に突出させる、ま
たは半円筒状に突出させる等。また、Y軸方向の移動の
ガイドとしてロッドを用いたが、これもZ軸方向と同様
に直線ベアリングを用いてもよい。
【0015】次に、本発明の特徴部分である、エレクタ
制御手段160の実施例を図1及び図11〜図13によ
り説明する。エレクタ制御手段160全体構成は図1に
示す通りで、セグメント把持部70の下方に置かれたセ
グメント19に対し、長辺のエッジ部へスリット光を照
射する投光器106a、106bと短辺のエッジ部へス
リット光を照射する投光器106c、各々のスリット光
像を撮像するテレビカメラ(撮像手段)107a、10
7bと107cを有している。さらに、テレビカメラか
らの映像信号を入出力する画像入出力装置100、この
画像データを格納する画像メモリ110、この画像メモ
リ110上の画像データに対し画像処理を実行し、かつ
演算によりエレクタのセグメント把持部70とセグメン
ト19との位置偏差量を求め出力する偏差量演算装置1
20、偏差量演算装置120の偏差量出力に基づきセグ
メント19を把持するために必要な移動距離及び把持姿
勢を演算する把持位置演算装置150、及び把持位置演
算装置150の出力に基づきセグメント把持部70をセ
グメント19の把持可能な位置に移動させるようにエレ
クタのジャッキ等の動作を指令する制御装置130を備
えている。また、画像処理結果などの状況は画像モニタ
140により監視できるようになっている。
【0016】セグメント把持部70は図1のx、y、z
軸各方向(図2,3の座標系とは異なる)に移動可能な
ようにエレクタの吊りビーム17に取り付けられる。本
実施例では、セグメント把持部70は図示しない回転機
構により回転させられるネジ軸71を有しており、この
ネジ軸71をグラウトホール200にねじ込むことによ
ってセグメント19を把持する。把持したセグメントを
吊り上げ、旋回させて所定の位置に組み込むことは通常
のエレクタと同様である。
【0017】セグメント19は、図1のx軸方向より搬
入され、その長手方向が同図y軸方向に沿うように床上
の所定位置に載置される。この後、セグメント把持制御
装置による制御がなされる。図11により、セグメント
把持制御装置の動作を説明する。
【0018】まず、セグメント把持制御に先立って、セ
グメント19上に照射したスリット光A、BとCをそれ
ぞれテレビカメラで撮像する。すなわち、セグメント把
持部70とグラウトホール200とのx−y平面上の相
対位置を検出するため、同図y−z平面上で投光器10
6aと106b、同図x−z平面上で投光器106cよ
りスリット光を照射し、セグメント19上に照射したス
リット光A、BとCをそれぞれテレビカメラ107a、
107bと107cで撮像する。
【0019】次に、セグメント把持制御のためにスリッ
ト光像の端点抽出がなされる(ステップ131〜13
2)。テレビカメラ107a、107bと107cによ
り撮像されたスリット光像はそれぞれ図12の(a)、
(b)と(c)に示すようになる。セグメント19のエ
ッジ部に照射されたスリット光をそれぞれA、B、Cで
表すと、これらと対応するスリット光像は、左側の一部
がカットされてA’、B’とC’となる。また、同図で
はスリット光像A’、B’とC’の端点位置をa’、
b’とc’で表す。この端点位置a’、b’、c’は、
図1において、スリット光A、B、Cがそれぞれセグメ
ント19のエッジ部と交差する点である。端点抽出がで
きなかったときは、把持検出不能信号が出力される(ス
テップ133)。
【0020】次に、抽出された端点と基準点との差が求
められ(ステップ134)、さらに、エレクタの位置と
姿勢の偏差量の算出がなされる(ステップ135)。図
12において、セグメント把持部がセグメントを把持可
能な位置に存在する場合のスリット光像端点の絶対座標
値(基準点位置)をa0、b0とc0で表すとすると、こ
の時、テレビカメラ107aと107bによりセグメン
ト19のx方向とy方向での端点a’、b’と基準点a
0、b0との差を、テレビカメラ107cによりセグメン
ト19のx方向とy方向での端点c’と基準点c0との
差を算出して、演算によりエレクタのセグメント把持部
70をセグメントを把持可能な位置に移動させるために
必要な位置補正量を求めることが可能となる。
【0021】以下に、位置補正量の計算式を示す。図1
2に示すように、テレビカメラで撮られたスリット光像
の端点座標と基準点位置との差を画面座標系xv−yv
で表すと、次のようになる。
【0022】 △xa=(ax0−ax’)・k1 △ya=(ay0−ay’)・k2 △xb=(bx0−bx’)・k1 △yb=(by0−by’)・k2 △xc=(cx0−cx’)・k1 △yc=(cy0−cy’)・k2 ………………(数1) ただし、k1、k2は画像データをmm単位の数値に変
換するための係数である。
【0023】画面上の差に基づいて、エレクタのセグメ
ント把持部をセグメントの把持可能な位置まで移動させ
るために必要な移動量及び姿勢は、例えば次式により求
めることができる。
【0024】 edx=(△xa+△xb)/2 edy= △yc eδz=(△xb−△xa)/(Lya+Lyb)………… (数2) ここで、edx,edyはそれぞれ図13に示すx軸方
向、y軸方向の位置偏差を、eδzはz軸回りの姿勢偏
差を表す。また、Lxa,Lxc,Lya,Lybは、
図13に示すように、組立セグメント19の中心(座標
原点o)から組立セグメント上のスリット光A,B,C
の各端点a,b,cまでのx軸方向及びy軸方向の距離
を表している。
【0025】これらの偏差量から位置・姿勢の補正量d
x,dy,δzが次式により求められる。
【0026】 dx=−edx dy=−edy δz=−eδz (数3) 次に、求められた位置・姿勢の補正量が所定のしきい値
以内に有るか否かが判定される(ステップ136)。補
正量がしきい値以内であれば、制御不能なためセグメン
ト把持制御装置による制御は終了する(ステップ14
0)。もし、補正量がしきい値を越えていれば、求めら
れた位置・姿勢の補正量から、エレクタの目標位置、姿
勢の演算を行い(ステップ137)、さらにアクチュエ
ータ指令値の演算を行い(ステップ138)、その結果
をエレクタの制御装置に出力して、エレクタの制御装置
によりセグメント把持部の把持位置と姿勢を調整する
(ステップ139)。このようにして、セグメントを確
実に把持することができる。
【0027】なお、セグメントの組立て方法において、
図8に示すようにセグメントが不等分割の場合、まず図
14に示すように、吊りビームA17によりAセグメン
トまたはBセグメント19を把持し、次に図15に示す
ように所定位置まで旋回した後、A、Bセグメント19
を位置決めし、ボルト締結する。さらに、図16に示す
ように、吊りビームB18によりKセグメント20を把
持し、図17に示すように所定位置まで旋回した後、位
置決めし、ボルト締結する。このようにすれば、一台の
装置で、A、B、Kの各種セグメントを無理なく締結で
きる。
【0028】また、図15に示したBセグメント19の
組立時、吊りビームB18は下部にあり、従って下部で
供給されるKセグメント20を取りに行く時間が少なく
てすむ。
【0029】一方、図6に示すように、セグメントが等
分割の場合、吊りビームA17と吊りビームB18、把
持フレームA10と把持フレームB12は同じものとす
る。このようにすれば組立終了後、下部で供給される次
のセグメントピースを取りに行く時、吊りビームA、B
のうち、近い方が取りに行けば良いので1リングの組立
時間はその分短縮される。セグメント外径が大きいほど
この効果は大きい。
【0030】セグメントが等分割で異なったものが使わ
れる場合、それぞれのセグメントに適合する組立装置を
吊りビームA、Bにそれぞれ装着すれば良い。例えば平
板セグメントと中子セグメントが使われる場合、吊りビ
ームAには平板セグメント用の組立装置を、吊りビーム
Bには中子セグメント用の組立装置を装着すれば良い。
このようにすれば異なったセグメントが使われても自動
組立が可能である。
【0031】セグメントを自動組立しようとする場合、
X、Y、Z方向の位置と、X軸回り、Y軸回り、Z軸回
りの姿勢の制御が必要である。各々に高精度が要求され
るため剛性が高く、規模が大きいものとなる。本実施例
においては、Z軸方向の移動を吊りビームAとBで共用
としているため、吊りビームの構造がシンプルになり、
エレクタの有効内空が大きくとれ、また安価にもでき
る。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、セグメントのエッジ部
に切断されたスリット光像の端点部からセグメント把持
部とセグメントとの相対位置の偏差量を演算により求め
るようにしたため、この偏差量に基づき把持位置だけで
はなく、把持姿勢も同時に補正することにより、セグメ
ントの把持を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるセグメント自動把持装置の全体構
成図である。
【図2】本発明のエレクタの正面図である。
【図3】図2のI−I矢視図である。
【図4】図2のII−II矢視図である。
【図5】前後駆動装置の詳細図である。
【図6】等分割セグメント図である。
【図7】不等分割セグメント図である。
【図8】本発明によるセグメント自動把持装置の動作を
説明するフロー図である。
【図9】セグメントエッジ部に切断されたスリット光像
を表す説明図である。
【図10】図1の位置・姿勢偏差量演算の説明図であ
る。
【図11】本発明のエレクタの動作説明図である。
【図12】本発明のエレクタの動作説明図である。
【図13】本発明のエレクタの動作説明図である。
【図14】本発明のエレクタの動作説明図である。
【符号の説明】
1…シールド本体、2…リングガーダー、4…エレクタ
リング、5…アーム、6…スライドフレーム、7…前後
駆動装置、10…把持フレームA、12…把持フレーム
B、16…半径方向駆動装置、22…回転駆動装置、2
9…ボルト締結装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平沢 幸久 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 森 泰雄 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 亀井 健 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エレクタ制御手段によりシールド掘進機内
    に設置されたエレクタを制御して、シールド掘進機内に
    搬入され所定の位置に載置されたセグメントの把持部を
    自動的に把持するセグメント自動把持方法において、 エレクタを前記所定位置に載置されたセグメントの上方
    まで移動させ、エレクタ上に設置した投光器から少なく
    ともセグメントの長辺部と短辺部を含む複数箇所にスリ
    ット光を照射し、各々のスリット光像をエレクタ上に設
    置した撮像手段により撮像して、得られた画像データか
    ら前記セグメントのエッジ部により形成された前記スリ
    ット光像の各端点座標を求め、 前記端点座標値を基にエレクタのセグメント把持部と把
    持しようとするセグメントとの位置偏差量を算出し、前
    記偏差量からセグメント把持可能位置を求め、前記エレ
    クタ制御手段により前記セグメント把持部を前記セグメ
    ント把持可能位置に移動させることを特徴とするセグメ
    ントの自動把持方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載のセグメントの自動把持方法
    において、前記偏差量は、エレクタ上に固定された複数
    個の撮像手段の視野内に予め求めておいた、セグメント
    把持部がセグメントを把持可能な位置に存在する場合の
    スリット光像端点位置を基準位置として、撮像手段によ
    り得られた前記スリット光像の端点座標と該撮像手段の
    基準位置との偏差をエレクタのセグメント把持部と把持
    しようとするセグメントとの位置偏差量として算出する
    ことを特徴とするセグメントの自動把持方法。
  3. 【請求項3】シールド掘進機内に設置されたエレクタに
    より、シールド掘進機内に搬入され所定の位置に載置さ
    れたセグメントを自動的に把持し組立て位置まで搬送す
    るセグメント自動把持装置において、 エレクタを前記所定位置に載置されたセグメントの上方
    まで移動させ、エレクタ上に設置した投光器から少なく
    ともセグメントの長辺部と短辺部を含む複数箇所にスリ
    ット光を照射し、各々のスリット光像をエレクタ上に設
    置した撮像手段により撮像して、得られた画像データか
    ら前記セグメントのエッジ部により形成された前記スリ
    ット光像の各端点座標を求める、スリット光像端点抽出
    手段と、前記端点座標値を基にエレクタのセグメント把
    持部と把持しようとするセグメントとの位置偏差量を演
    算する偏差量演算手段と、 前記偏差量演算手段の演算結果に基づきセグメント把持
    可能位置を求める、把持位置演算手段と、 前記把持位置演算手段の演算結果に基づき前記セグメン
    ト把持部を前記セグメント把持可能位置に移動させるエ
    レクタ制御手段とを備えたことを特徴とするセグメント
    の自動把持装置。
  4. 【請求項4】請求項3記載のセグメントの自動把持装置
    において、前記偏差量演算手段は、エレクタ上に固定さ
    れた複数個の撮像手段の視野内に予め求めておいた、セ
    グメント把持部がセグメントを把持可能な位置に存在す
    る場合のスリット光像端点位置を基準位置として、撮像
    手段により得られた前記スリット光像の端点座標と該撮
    像手段の基準位置との偏差をエレクタのセグメント把持
    部と把持しようとするセグメントとの位置偏差量として
    演算することを特徴とするセグメントの自動把持装置。
  5. 【請求項5】請求項3記載のセグメントの自動把持装置
    において、前記把持位置演算手段は、求められた前記セ
    グメント把持部とセグメントとの位置偏差量に基づき、
    セグメントを把持するために必要なエレクタの移動量と
    把持姿勢を演算することを特徴とするセグメントの自動
    把持装置。
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