JPS61270499A

JPS61270499A - コンクリ−ト等吹付ロボツト

Info

Publication number: JPS61270499A
Application number: JP60112472A
Authority: JP
Inventors: 清長谷川
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1985-05-24
Filing date: 1985-05-24
Publication date: 1986-11-29

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、コンクリート等吹付ロボットに関し、さらに
詳しくは、坑道、法面等にコンクリート、アスファルト
、ロックウール等を吹付けるロボット装置に関する。

「従来の技術」従来のコンクリート等吹付ロボットとして、例えば特開
昭５９−１３２９５８号、特開昭５９−１３２９７１号
公報に開示のロボットがある。

これらのコンクリート等吹付ロボットは、基本的に、走
行台車に多関節型ロボットを搭載し、その搭載したロボ
ットの手首部に吹付ノズルを装着したものである。

吹付作業のための吹付ノズルの位置は、オペレータによ
り、ＦＴＰ教示されるようになっている。

「発明が解決しようとする問題点Ｊ上記従来のコンクリート等吹付ロボットでは、オペレー
タが吹付ノズル位置をＦＴＰ教示するようになっている
ため、オペレータの負担が大きい上に、作業能率も悪い
、という問題点がある。

特に吹付ロボットが移動する場合には、吹付ノズル位置
の座標原点となるべき吹付ロボットそれ自体の位置が床
面の状態により不側の変化をすることがあるから、教示
を吹付ロボットの移動の毎に行なわねばならない問題点
がある。

さらに、例えばＮＡＴＭトンネル工法においてはトンネ
ル内面に吹付けるコンクリートの厚みを正確に管理する
必要があるが、従来の吹付ロボットでは、吹付厚みの実
測が困難で、吹付厚みの管理を好適に行うことができな
い問題点がある。

本発明は、上記問題点を解消することを目的とする。

「問題点を解決するための手段」本発明のコンクリート等吹付ロボットは、コンクリート
等線はノズルを手首部に有する吹付ロボットにおいて、
吹付ノズルもしくはその近傍の手首部に距離測定手段を
取り付けると共に、吹付作業前のその距離測定手段での
測定値に基づいて吹付作業のための吹付ノズル位置を算
出する演算手段を設けたことを構成上の特徴とするもの
である。

「作用」距離測定手段により吹付作業面までの距離を数点で測定
すれば、吹付作業面の形状を演算により得ることができ
る。そこで、その吹付作業面に沿った好適な吹付ノズル
位置も演算で算出することができ、オペレータは教示の
負担から開放される。

さらに吹付作業の前後の測定値の差から吹付厚みの実測
が可能となる。

「実施例」以下、図に示す実施例に基づいて本発明を更に詳しく説
明する。ここに第１図は本発明の一実施例のコンクリー
ト吹付ロボットがトンネル内に置かれた状況を示す正面
図、第２図は同側面図、第３図は第１図に示すコンクリ
ート吹付ロボットの制御系統のブロック図、第４図は第
１図に示すコンクリート吹付ロボットにおける演算を説
明する説明図である。尚、この実施例により本発明が限
定されるものではない。

第１図および第２ＷＪに示すコンクリート吹付ロボット
１は、クローラで走行する台車２に、多関節型ロボット
３を搭載し、その多関節型ロボットの手首部Ａ、にコン
クリート吹付ノズル４および超音波センサ５を取り付け
てなっている。

走行台車２．多関節型ロボット３およびコンクリート吹
付ノズル４については、従来公知の構成と同様の構成で
ある。

注意すべき点は、手首部Ａ４に、距離測定手段として超
音波センサ５が設けられていることである。

この超音波センサ５は、常にコンクリート吹付ノズル４
と同方向を向くように取り付けられ、また、遠隔操作で
開閉されるシャッター６によって防護されている。すな
わち、距離測定をするときはシャッター６を開いている
（第１図実線）が、距離測定をしないときはシャッター
６を閉じて（第１図破線）、落下したコンクリート等が
超音波センサ５を破壊しないように防護している。

第３図は上記コンクリート吹付ロボットｌの制御回路ｌ
Ｏを示すものである。

マイクロコンピュータを中枢とする中央制御部１１によ
って多関節型ロボット３の各アームＡ０、八ｌ　＝　Ａ
２　、Ａ３　＋　Ａ、が駆動され、また、それらアーム
Ａ０〜Ａ◆に内蔵する位置検出器の出力値がフィードバ
ックされる。更に、中央制御部１１は、吹付ノズル４か
らのコンクリートの吹付のオン・オフを！ＩＪ御し、シ
ャッター６の開閉を制御し、超音波センサ５を作動して
その測定値を読み取り、また制御盤１２．ＶＤＴ１３．
　プリンタ１４およびシャッタボタン１５を介してオペ
レータとの情報の交換を行う。

次に、第４図を参照して、上記コンクリート吹付ロボッ
ト１の作動を説明する。

まず、コンクリート吹付ロボット１は、トンネル内の所
定の位置に走行してくると、そこで停止し、アウトリガ
−を出して水平を保って静止する。

コンクリート吹付ロボット１がら見た空間の座標原点が
、多関節型ロボット３の第１の自由度θ１の回転軸β上
にあるものとし、これを第４図においてＱで示す、また
、トンネル断面の円弧の中心をＯで示す、このトンネル
中心０と前記座標原点Ｑとは一致しないのが普通である
。

コンクリート吹付ロボット１は、第１図および第２図に
示すように、超音波センサ５を適当な位置（第４図にＡ
で表示する。）で垂直上向きにしてトンネル天井面まで
の距離を測定する。これにより得られる距離は、第４図
におけるＡ、Ａ’間の距離である。第１の自由度θ１の
回転軸ｌから超音波センサ５までの距離すなわち第４図
におけるＱ、Ａ間の距離は多関節型ロボット３の自由度
θり、θ、により一意的に決められるがら、結局、これ
により第４図におけるＱ、　Ａ’間の距［ａが分かる。

Ａ′点は座標原点Ｑの垂直上方にあるから、Ａ′点の座
標は（０，ａ）ということになる。

次に、コンクリート吹付ロボットｌは、第１の自由度θ
１のみを回転させ、超音波センサを水平にして、第４図
におけるＢ、Ｂ’間の距離を測定する。上述したのと同
様にＱ、Ｂ間の距離は−！的に定まるから、結局、Ｑ、
Ｂ’間の距離すが得られることになる。Ｂ′点は座標原
点Ｑと水平であるから、点Ｂ′の座標は（−ｂ、　　Ｏ
）ということになる。

同様にして、点ＣからＣ′までの距離を計ることによっ
て、０７点の座標（ｃ、０）が得られる。

かくして得られた点Ａ’、Ｂ’、Ｃ’の座標（０、ａ）
、　　（−ｂ、Ｏ）、　　（ｃ、Ｏ）を、次式のＸ、Ｙ
に代入し連立方程式を解けば、’　Ｘ　６　＋　　７　
。

、Ｒが得られるが、（Ｘｏ、７ｏ）はトンネル中心０の
座標を表わし、Ｒはトンネルの円弧の半径を表わしてい
る。

（Ｘ−ｘ、）　２＋　（Ｙ　　Ｉｔ＞　）’　＝Ｒ’ま
た、かかる”６１　　Ｙｏ　、Ｒを逆に上式に代入する
と、コンクリート吹付ロボット１から見たトンネル壁面
の形状を表す一般式が得られる。

コンクリートの吹付作業は、トンネル壁面からαだけ離
した位置から行うものとすれば、そのとき手首部Ａ、が
移動すべき軌跡は、次式で算出される。

（Ｘ−ｘｏ　）　’　＋　（Ｙ−ｙｏ　）クー（Ｒ二α
）２中央制御部１１は、上式に基づいて公知の座標変換
法により、各アームＡ０〜Ａ１の自由度０１〜θうを換
算し、これに基づいて手首部Ａ、を移動しつつ、吹付ノ
ズル４からコンクリートを吹き付ける。

この吹付時にはシャッター６を閉じてコンクリートのス
ラリの落下による超音波センサ５の破壊を防止する。

吹付中あるいは吹付後に、シャッター６を開き、超音波
センサ５で距離測定を行えば、そのときの距離とコンク
リート吹付前に得られた距離とを対応させることで、吹
付厚みを算出することは容易に行える。

中央制御部１１は、オペレータに作業状況を知らせるた
め、ＶＤＴ１３．プリンタ１４に、トンネルの半径Ｒ，
）ンネル中心０と吹付ロボットｌの座標原点ＱのずれＩ
　（’Ｃｏ　、Ｔｏ　）　、吹付厚み等を表示する。

なお、最初の距離測定において、超音波センサ５の位置
をコンクリート吹付ロボット１の第１の自由度０重の回
転軸ｌに一致せしめ、かつ座標原点Ｑとトンネル中心Ｏ
の高さの差を無視できるものとすれば、Ｂ”点の測定値
すと０７点の測定値Ｃの和のＡがトンネル半ＩＲを表し
、それらの差のＡがＸ方向のずれｌｘｏを表わすことに
なる。

また、前記半径ＲからＡ′点までの距Ｍａ−ｔ−減じた
ものがＹ方向のずれＩｔ　ｙ　ａとなる。

このように近似的な演算を用いれば、演算処理が簡単化
できる。

なお、演算により求めた吹付ノズル４の移動軌跡より意
図的にずらせて吹付厚を調節してもよいし、また、ノズ
ルを小刻みに振ることによって吹付９を調整してもよい
。

「発明の効果」本発明によれば、コンクリート等吹付ノズルを手首部に
有する吹付ロボットにおいて、吹付ノズルもしくはその
近傍の手首部に距離測定手段を取り付けると共に、吹付
作業前のその距離測定手段での測定値に基づいて吹付作
業のための吹付ノズル位置を算出する演算手段を設けた
ことを特徴とするコンクリート等線はロボットが提供さ
れ、これにより吹付ノズルと吹付対象の距離を正確にか
つ随時知ることができるようになるから、次のような効
果が得られる。

■　吹付対象面の形状等を自動的に測定しうるからオペ
レータが教示する負担を著しく軽減できる。

■　したがって作業能率が著しく向上する。

■　吹付厚みを容易に測定することができるから、所望
の吹付厚みに精度高くコントロールできる。

■　したがって例えばＮＡＴＭ）ンネルエ法における吹
付厚みの管理を好適に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のコンクリート吹付ロボット
がトンネル内に置かれた状況を示す正面図、第２図は同
側面図、第３図は第１図に示すコンクリート吹付ロボッ
トの制御系統のブロック図、第４図は第１図に示すコン
クリート吹付ロボットにおける演算を説明する説明図で
ある。（符号の説明）１・・・コンクリート吹付ロボット２・・・走行台車　　　　３・・・多関節型ロボット４
・・・コンクリート吹付ノズル５・・・超音波センサ６・・・シャッター　　１０・・・制御回路１１・・・
中央制御部。

Claims

【特許請求の範囲】１、コンクリート等吹付ノズルを手首部に有する吹付ロ
ボットにおいて、吹付ノズルもしくはその近傍の手首部
に距離測定手段を取り付けると共に、吹付作業前のその
距離測定手段での測定値に基づいて吹付作業のための吹
付ノズル位置を算出する演算手段を設けたことを特徴と
するコンクリート等吹付ロボット。２、距離測定手段が、超音波センサ式距離計である特許
請求の範囲第１項記載のコンクリート等吹付ロボット。３、距離測定手段が、遠隔操作で開閉される扉で防護さ
れてなる特許請求の範囲第１項または第２項のいずれか
に記載のコンクリート等吹付ロボット。４、演算手段が、吹付作業前の測定値と吹付作業後の測
定値の差に基づいて吹付量を算出する特許請求の範囲第
１項から第３項のいずれか一つに記載のコンクリート等
吹付ロボット。