JPS62146358A

JPS62146358A - 建設作業ロボツト

Info

Publication number: JPS62146358A
Application number: JP28839485A
Authority: JP
Inventors: 金子　政彦; 長原　外志夫
Original assignee: Nippei Toyama Corp
Current assignee: Nippei Toyama Corp
Priority date: 1985-12-20
Filing date: 1985-12-20
Publication date: 1987-06-30
Anticipated expiration: 2009-12-12
Also published as: JPH06100017B2

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】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５〜６　ｋｇ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商い位置の場合に、不安定な姿勢で
の作業が余ｆ＆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Ｘ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、このロボットハンドに修正用工具を取り付け
ることにより、（１ト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
る方向で架は渡された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、例えば油圧穴の支持ジヤツ
キ６、およびこの支持ジヤツキ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の近くでボールナツト
１０によってボールねじ１１にねし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Ｘ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、下方のボールナツト１７でボールねじ１８にはま
り、しかも、そのほぼ中心で、Ｘ軸方向のコラムロッド
１９をＸ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、コラムフレーム１６の
上部の部分で、滑り軸受け２２にょうて摺動自在に支持
されており、かつ下端に固定された送りす・ノド２３に
より、Ｘ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Ｘ
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。

サラに、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でおり、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３
０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の上端部分は、ロボットハ
ンド３９となっており、この部分でロードセル４０を介
在させながらディスク・グラインダなどの修正用工具４
１を固定的に保持している。

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Ｘ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、または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、ＲＯＭ４
８、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５
２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エイス５０．’実、水準検
出器２７．２８、送りモータ１３．２１の負荷検出器５
３．５４、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、Ｘ軸方向の送りモータ２６
、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１１ｔｌ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人力されている。

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、四隅位置の支持ジヤツキ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、Ｘ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、修正人力を促す。

修正用工具４１が適当な高さに設定された後、ＣＰＵ４
７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、ＣＰｔＪ４５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４工は、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（
１１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
動し、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ていく。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、その据え付は位置での一
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、ＣＰ
Ｕ４７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、必要なイ１８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の高さく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
ルの据え付は位置で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、修正用工具に
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。

さらに各実施態様では、次の効果がある。

テーブルの据え付は時に、支持ジヤツキがテーブルを不
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る
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。

ロボット手首が４節平行リンク機構され、またＺ軸方向
の変位量が検出されるから、修正加工面の凹凸が作業中
に吸収でき、またその変位量から修正限界があらかじめ
知られ、再修正などに備えることもできる。

【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・・連結バイブ、６・・支持ジヤツキ、７
・・車輪、１５・・コラム、１６・・コラムフレーム、
１９・・コラムロンド、２３・・送りナツト、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、３
５．３６・・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。特許　出　願人　株式会社日平トヤマ代　　　理　　　人　弁理士　中　川　國　男第７図第２図第３図第４図第６図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（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、上記旋回台上でＺ軸か
ら所定の距離だけ離れた位置でＺ軸方向に運動可能なロ
ボット手首と、このロボット手首に取り付けられた修正
加工用工具とからなることを特徴とする建設作業ロボッ
ト。
（２）上記テーブルに加工面と平行に走行可能な車輪、
およびその車輪に代わってテーブルを不動の状態で支持
ジャッキを付設し、かつその支持ジャッキでテーブルの
姿勢を調節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。
（３）テーブルにＸ軸方向およびＹ軸方向の水準検出器
を取り付けてなることを特徴とする特許請求の範囲第１
項または第２項記載の建設作業ロボット。
（４）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、
第２項または第３項記載の建設作業ロボット。
（５）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。
（６）上記ロボット手首を４節平行リンク機構により構
成し、こ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。
（７）上記４節平行リンクにロボット手首の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６項記載の建設作業ロボッ
ト。