JPH1061192A - 鉄骨組立工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】組立位置に揚重されてくるクレーンに吊持され
た鉄骨の固有の振れに対して、ロボットを最適の装備位
置に位置させる。ロボットの耐荷重性を高める。 【解決手段】鉄骨３を吊持して揚重するクレーン１と、
既に組立てられた鉄骨３である柱，梁等４に装備されク
レーン１に吊持された鉄骨３の３次元的な位置，姿勢を
検出する視覚センサ８を備えて鉄骨３を捕捉するロボッ
ト２とを協動させる。鉄骨３を組立位置Ａにまで運搬す
る際に、視覚センサ８の検出信号から鉄骨３の振れを予
測する演算手段を有するコントローラによりロボット２
を鉄骨３の振れに同調させて捕捉する。ロボット２に
柱，梁等４に沿って移動可能な移動機構と装備位置Ｂで
の耐荷重性を補強するアウトリガ６とを備え、視覚セン
サ８の検出信号からロボット２の最適な装備位置Ｂを選
定する演算手段を有するコントローラによりロボット２
を最適な装備位置Ｂにまで移動させてアウトリガ６を動
作させた後、ロボット２を鉄骨３の振れに同調させて捕
捉する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビル等の建設工事
において鉄骨を組立位置にまで運搬する鉄骨組立工法に
係る技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ビル等の建設工事においては、
構築するビル周りに足場を設けて作業員を配置してお
き、クレーンで鉄骨を吊持して揚重し、作業員の介助作
業で鉄骨を組立位置まで運搬することが行われている。
然しながら、作業員の安全性の確保や鉄骨の運搬効率等
の見地から、作業員に代わってのロボットの使用が検討
されている。

【０００３】従来、ロボットを使用した鉄骨組立工法と
しては、例えば、鹿島技術研究所年報第４３号１９９５
年１２月２０日の第２７５頁〜第２８０頁に所載の「吊
荷の振れを予測し把持するロボットシステムの開発」に
記載のものが知られている。

【０００４】この従来の鉄骨組立工法は、鉄骨を吊持し
て揚重するクレーンと、既に組立てられた鉄骨である
柱，梁等に装備されクレーンに吊持された鉄骨の３次元
的な位置，姿勢を検出する視覚センサを備えて鉄骨を捕
捉するロボットとを協動させ、鉄骨を組立位置にまで運
搬する際に、視覚センサの検出信号から鉄骨の振れを予
測する演算手段を有するコントローラによりロボットを
鉄骨の振れに同調させて捕捉するものである。なお、視
覚センサとしては、２本のスリット光を利用してＣＣＤ
カメラの撮像面の画素の座標，法線ベクトルのヒストグ
ラムから、鉄骨の３次元的な位置，姿勢を検出するもの
が採用されている（特開平６−２８１４３３号公報参
照）。

【０００５】この従来の鉄骨組立工法では、鉄骨の振れ
に対してロボットが同調するため、鉄骨を捕捉する際の
ロボットに掛かる衝撃，荷重が減衰される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来の鉄骨組立
工法では、組立位置近くの経験上最適と思われる柱，梁
等の適当な箇所にロボットの装備位置が選定される。然
しながら、その装備位置では、組立位置に揚重されてく
るクレーンに吊持された鉄骨の固有の振れに対して、位
置的にロボットの同調が不可能になったり不充分になっ
たりすることがある。このため、ロボットの装備位置を
変更しなければならなくなって、組立作業が非効率的に
なるという問題点がある。

【０００７】さらに、突風や吊持具のスリップ等の突発
的な要因により、鉄骨を捕捉したロボットに急激に大き
な衝撃，荷重が掛かると、ロボットが損傷してしまうと
いう問題点がある。

【０００８】本発明は、このような問題点を考慮してな
されたもので、組立位置に揚重されてくるクレーンに吊
持された鉄骨の固有の振れに対して、ロボットを最適の
装備位置に位置させることができ、しかもロボットの耐
荷重性を高めることのできる鉄骨組立工法を提供するこ
とを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明に係る鉄骨組立工法は、次のような手段を採
用する。

【００１０】即ち、請求項１では、鉄骨を吊持して揚重
するクレーンと、既に組立てられた鉄骨である柱，梁等
に装備されクレーンに吊持された鉄骨の３次元的な位
置，姿勢を検出する視覚センサを備えて鉄骨を捕捉する
ロボットとを協動させ、鉄骨を組立位置にまで運搬する
際に、視覚センサの検出信号から鉄骨の振れを予測する
演算手段を有するコントローラによりロボットを鉄骨の
振れに同調させて捕捉する鉄骨組立工法において、ロボ
ットに柱，梁等に沿って移動可能な移動機構と装備位置
での耐荷重性を補強するアウトリガとを備え、視覚セン
サの検出信号からロボットの最適な装備位置を選定する
演算手段を有するコントローラによりロボットを最適な
装備位置にまで移動させてアウトリガを動作させた後、
ロボットを鉄骨の振れに同調させて捕捉することを特徴
とする。

【００１１】この手段では、組立位置に揚重されてくる
クレーンに吊持された鉄骨の固有の振れに対して、視覚
センサの検出信号から鉄骨を捕捉する際のロボットの最
適の装備位置を選定してロボットを移動させる。アウト
リガを動作させると、ロボットの耐荷重性が補強され
る。

【００１２】また、請求項２では、請求項１の鉄骨組立
工法において、ロボットに柱，梁等に取付いて自重を支
える作動状態とそれを解放する解除状態とがそれぞれ選
択される少なくとも２つのハンド部を備え、ハンド部を
鉄骨の捕捉とロボットの移動とに兼用することを特徴と
する。

【００１３】この手段では、ハンド部の兼用化によりロ
ボットがコンパクト化される。

【００１４】また、請求項３では、請求項１または２の
鉄骨組立工法において、ロボットに捕捉した鉄骨から掛
かる荷重を検出する荷重センサを備え、捕捉した鉄骨か
らロボットに許容範囲を超える荷重が掛かった際に鉄骨
を解放することを特徴とする。

【００１５】この手段では、捕捉した鉄骨を一旦開放す
ることにより、ロボットの損傷が避けられる。

【００１６】また、請求項４では、請求項１〜３のいず
れかの鉄骨組立工法において、ロボットに鉄骨へ鉄骨組
立用のボルトを挿通するボルト挿通用マニュピレータを
搭載し、組立位置にまで運搬された鉄骨のロボットによ
る捕捉を維持して、鉄骨に鉄骨組立用のボルトを挿通す
ることを特徴とする。

【００１７】この手段では、ロボットによる鉄骨の捕捉
を仮止として、鉄骨にボルトが挿通される。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る鉄骨組立工法
の実施の形態を図面に基いて説明する。

【００１９】この実施の形態は、前述の従来例と同様
に、クレーン１とロボット２とを協動させるものを示し
てある。

【００２０】クレーン１は、一般的な建築揚重タイプか
らなるもので、鉄骨３を吊持して揚重するものである。

【００２１】ロボット２は、既に組立てられた鉄骨３で
ある柱，梁等４に取付くように装備されるタイプからな
るもので、柱，梁等４に沿って移動しクレーン１に吊持
された鉄骨３に同調して捕捉するものである。

【００２２】このロボット２は、図１に詳細に示される
ように、２つのハンド部２ａを本体部２ｂで連結してな
る。ハンド部２ａは、Ｌ字形の１対の挟持片２ａ’を接
近，離間可能に支持枠２ａ”に組付けてなるもので、挟
持片２ａ’の接近で鉄骨３（柱，梁等４）挟付けたり挟
付けを解除したりすることができるようになっている。
本体部２ｂは、直交方向に配置された２つの軸２ｃ，２
ｄを介して、両端部にそれぞれ回動可能にハンド部２ａ
を連結してなるもので、自らを２分割して長さを変更す
ることができるようになっている。従って、このロボッ
ト２は、７自由度を備えた多関節ロボットを構成してい
る。なお、７自由度を可変するアクチュエータ５ａは、
図１には示されていないが、ハンド部２ａ，本体部２ｂ
および軸２ｄに内蔵されている。

【００２３】このロボット２の一方のハンド部２ａに
は、ハンド部２ａと鉄骨３（柱，梁等４）との間で支持
脚のような構造になるアウトリガ６が備えられている。
また、他方のハンド部２ａには、ハンド部２ａに掛かる
荷重を検出する荷重センサ７が備えられている。また、
本体部２ｂには、クレーン１に吊持された鉄骨３の３次
元的な位置，姿勢を検出する視覚センサ８（前述の従来
例と同様）と、鉄骨３へ鉄骨組立用のボルトを挿通する
ボルト挿通用マニュピレータ９およびボルト挿通用マニ
ピュレータのアクチュエータ５ｂとが備えられている。

【００２４】このロボット２を制御するコントローラ１
０には、図２に詳細に示されるように、ＣＰＵ１０ａ
と、ロボット２のアクチュエータ５ａ，５ｂに駆動指令
を発信するドライバ１０ｂと、入力部１１に接続して各
種の情報が入力蓄積されるメモリ１０ｃとを備えてい
る。このＣＰＵ１０ａには、ロボット２に備えられてい
る荷重センサ７，視覚センサ８の検出信号が伝送される
ようになっている。そして、ＣＰＵ１０ａと視覚センサ
８との間には、２つの演算手段１０ｄ，１０ｅが介装さ
れている。１つの演算手段１０ｄは、視覚センサ８の検
出信号からクレーン１に吊持された鉄骨３の振れを予測
して、鉄骨３の振れにロボット２を同調させて捕捉する
ためのアクチュエータ５ａの動作選択，動作量等を算出
する回路構成を備えている。また、他の１つの演算手段
１０ｅは、視覚センサ８の検出信号からクレーン１に吊
持された鉄骨３の振れを予測して、鉄骨３の振れにロボ
ット２を同調させて捕捉するためのロボット２の最適な
装備位置を選定する回路構成を備えている。

【００２５】この実施の形態によると、鉄骨組立てに際
して、入力部１１からコントローラ１０のメモリ１０ｃ
に各種の情報を入力しておく。この情報としては、建築
するするビル等の鉄骨組立設計図，組立位置（接続ポイ
ント），各部の鉄骨３の重量，寸法等である。

【００２６】そして、鉄骨３を組立てようとする組立位
置Ａを入力部１１等を利用してコントローラ１０に指示
する。このとき、ロボット２は、先に組立を行った組立
位置Ａ’の近くの装備位置Ｂ’に待機している。

【００２７】組立位置Ａがコントローラ１０に指示され
ると、図３に示すように、ロボット２の視覚センサ８が
組立位置Ａを確認する。そして、コントローラ１０のＣ
ＰＵ１０ａとメモリ１０ｂとの間でロボット２のアクチ
ュエータ５ａの動作選択，動作量等を算出し、ドライバ
１０ｂを介してアクチュエータ５ａに駆動指令を発信す
る。

【００２８】アクチュエータ５ａが駆動されると、ロボ
ット２は、一方のハンド部２ａで柱，梁等４を挟持して
取付き、他方のハンド部２ａ，本体部２ｂを回動，伸縮
させながら組立位置Ａに近づく柱，梁等４の別の位置に
延びて、他方のハンド部２ａで柱，梁等４を挟持して取
付く。そして、先に柱，梁等４を挟持して取付いていた
一方のハンド部２ａを柱，梁等４から離して、他方のハ
ンド部２ａと同様に動作させる。この結果、ロボット２
は、尺取虫のように柱，梁等４に沿って移動して組立位
置Ａに近づき、組立位置Ａ近くで停止する。

【００２９】組立位置Ａ近くで停止したロボット２は、
図４に示すように、視覚センサ８でクレーン１に吊持さ
れた鉄骨３の３次元的な位置，姿勢を検出する。この視
覚センサ８の検出信号は、コントローラ１０の演算手段
１０ｅに伝送され、メモり１０ｃの鉄骨３等に係る情報
と演算されて、クレーン１に吊持された鉄骨３の振れを
予測して、鉄骨３の振れにロボット２を同調させて捕捉
するためのロボット２の最適（即ち、鉄骨３を捕捉する
際の衝撃，荷重を最も減衰できる）な装備位置Ｂを選定
する。そして、コントローラ１０のＣＰＵ１０ａとメモ
リ１０ｂとの間でロボット２のアクチュエータ５ａの動
作選択，動作量等を算出し、ドライバ１０ｂを介してア
クチュエータ５ａに駆動指令を発信する。一方、この視
覚センサ８の検出信号は、コントローラ１０の別の演算
手段１０ｄにも伝送され、メモり１０ｃの鉄骨３等に係
る情報と演算されて、クレーン１に吊持された鉄骨３の
振れを予測して、鉄骨３の振れにロボット２を同調させ
て捕捉するためのロボット２のアクチュエータ５ａの動
作選択，動作量等を算出する。

【００３０】アクチュエータ５ａが駆動されると、ロボ
ット２は、装備位置Ｂに移動する。なお、この移動は、
極めて短い距離である。

【００３１】装備位置Ｂに移動したロボット２は、クレ
ーン１に吊持された鉄骨３の捕捉のために、荷重センサ
７が設けられているハンド部２ａを柱，梁等４から離
す。同時に、別のハンド部２ａに設けられているアウト
リガ６を動作させる。

【００３２】続いて、装備位置Ｂに移動したロボット２
は、直ちに、ドライバ１０ｂからのアクチュエータ５ａ
への駆動指令により、クレーン１に吊持された鉄骨３の
振れに同調してスイング動作等し、クレーン１に吊持さ
れた鉄骨３を捕捉する。この鉄骨３の捕捉は、ハンド部
２ａの柱，梁等４の挟持と同様の動作で行われる。

【００３３】クレーン１に吊持された鉄骨３を捕捉する
と、ロボット２は、荷重センサ７で鉄骨３からロボット
２に係る荷重を検出する。

【００３４】荷重センサ７から伝送された検出信号がロ
ボット２の許容範囲を超える荷重である場合には、コン
トローラ１０のＣＰＵ１０ａがドライバ１０ｂに鉄骨３
の開放のためのロボット２のハンド部２ａの挟付けを解
除する指示する。この結果、大きな荷重等が掛かってロ
ボット２を損傷することがない。その後は、視覚センサ
８でクレーン１に吊持された鉄骨３の３次元的な位置，
姿勢を検出し直して、再び前述の装備位置Ｂへの移動，
同調，捕捉が行われる。

【００３５】荷重センサ７から伝送された検出信号がロ
ボット２の許容範囲内の荷重である場合には、ドライバ
１０ｂからのアクチュエータ５ａへの駆動指令により、
クレーン１と協動して捕捉した鉄骨３を組立位置Ａにま
で運搬する。このとき、突発的な要因等でロボット２に
大きな荷重等が掛かっても、アウトリガ６でロボット２
の耐荷重性が補強されているため、ロボット２はその姿
勢を崩すことなく、また損傷することもない。

【００３６】組立位置Ａにまで運搬された鉄骨３に対し
ては、ドライバ１０ｂからのアクチュエータ５ｂへの駆
動指令により、ボルト挿通用マニュピレータ９で鉄骨３
へ鉄骨組立用のボルトが挿通される。このとき、ロボッ
ト２のハンド部２ａによる鉄骨３の捕捉を維持して、鉄
骨３を仮止する機能を奏させる。

【００３７】その後には、ロボット２のハンド部２ａに
よる鉄骨３の捕捉とアウトリガ６の動作とを解除して、
ロボット２を次の組立位置，装備位置へ移動させること
になる。

【００３８】以上、図示した実施の形態の外に、コント
ローラ１０でクレーン１の動作を制御することも可能で
ある。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る鉄骨組立工
法は、組立位置に揚重されてくるクレーンに吊持された
鉄骨の固有の振れに対して、視覚センサの検出信号から
鉄骨を捕捉する際のロボットの最適の装備位置を選定し
てロボットを移動させることから、位置的にロボットの
同調が不可能になったり不充分になったりすることがな
く、ロボットの装備位置の変更が必要になることがない
ため、組立作業を効率的に行うことができる効果があ
る。

【００４０】さらに、ロボットの耐荷重性がアウトリガ
によって補強されるため、突発的な要因等でロボットが
姿勢変化することもなく、損傷することがないという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る鉄骨組立工法の実施の形態を示す
一工程の斜視図である。

【図２】本発明に係る鉄骨組立工法の実施の形態の要部
であるロボットの制御ブロック図である。

【図３】図１に先行する工程の斜視図である。

【図４】図３に続く工程の斜視図である。

【図５】本発明に係る鉄骨組立工法の実施の形態の各部
の動作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ クレーン ２ ロボット ２ａ ハンド部 ３ 鉄骨 ４ 柱，梁等 ５ａ，５ｂ アクチュエータ ６ アウトリガ ７ 荷重センサ ８ 視覚センサ ９ ボルト挿通用マニュピレータ １０ コントローラ １０ｄ，１０ｅ 演算手段 Ａ，Ａ’ 組立位置 Ｂ，Ｂ’ 装備位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小笠原 桂 東京都調布市飛田給二丁目19番１号 鹿島 建設株式会社技術研究所内 (72)発明者 内村 裕 東京都調布市飛田給二丁目19番１号 鹿島 建設株式会社技術研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄骨を吊持して揚重するクレーンと、既
   に組立てられた鉄骨である柱，梁等に装備されクレーン
   に吊持された鉄骨の３次元的な位置，姿勢を検出する視
   覚センサを備えて鉄骨を捕捉するロボットとを協動さ
   せ、鉄骨を組立位置にまで運搬する際に、視覚センサの
   検出信号から鉄骨の振れを予測する演算手段を有するコ
   ントローラによりロボットを鉄骨の振れに同調させて捕
   捉する鉄骨組立工法において、ロボットに柱，梁等に沿
   って移動可能な移動機構と装備位置での耐荷重性を補強
   するアウトリガとを備え、視覚センサの検出信号からロ
   ボットの最適な装備位置を選定する演算手段を有するコ
   ントローラによりロボットを最適な装備位置にまで移動
   させてアウトリガを動作させた後、ロボットを鉄骨の振
   れに同調させて捕捉することを特徴とする鉄骨組立工
   法。
2. 【請求項２】 請求項１の鉄骨組立工法において、ロボ
   ットに柱，梁等に取付いて自重を支える作動状態とそれ
   を解放する解除状態とがそれぞれ選択される少なくとも
   ２つのハンド部を備え、ハンド部を鉄骨の捕捉とロボッ
   トの移動とに兼用することを特徴とする鉄骨組立工法。
3. 【請求項３】 請求項１または２の鉄骨組立工法におい
   て、ロボットに捕捉した鉄骨から掛かる荷重を検出する
   荷重センサを備え、捕捉した鉄骨からロボットに許容範
   囲を超える荷重が掛かった際に鉄骨を解放することを特
   徴とする鉄骨組立工法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかの鉄骨組立工法
   において、ロボットに鉄骨へ鉄骨組立用のボルトを挿通
   するボルト挿通用マニュピレータを搭載し、組立位置に
   まで運搬された鉄骨のロボットによる捕捉を維持して、
   鉄骨に鉄骨組立用のボルトを挿通することを特徴とする
   鉄骨組立工法。