JPWO2020132223A5 - - Google Patents
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Description
本発明は建設機械に関しており、より具体的には、作業現場での計画に従って、物体を運搬及び配置するための半自律アセンブリに関する。
建設は労働集約的で時間のかかる事業である。コンクリートスラブは、例えば、道路、橋梁、床、壁パネル、トンネル、陸橋、プレハブ建築要素やその他の室内外の表面のために作られ、通常は補強筋又は鉄筋の形態である、予め設計されたグリッドパターンで配置された補強材を用いた鉄筋コンクリートで作製されている。鉄筋は、道路、走路や橋梁の表面、トンネル、壁パネル、プレハブ建築要素、及び床等の表面の建設において現場の長さ及び幅に沿って配置される。例えば、通常、道路の幅は35フィートから数百フィートに及び、道路の長さは数マイルに及ぶ。橋梁デッキは、通常、車道ほど長くはないが、幅は、多くの場合、車道に匹敵する。橋梁及び車道は、特に進入路及び退出路では、カーブしている。コンクリートの道路及び橋梁の表面は、グリッドマットと呼ばれる、グリッドパターンの2層の鉄筋を通常必要としており、面の長さと幅に沿って十字に交差するようにバーが延びる。典型的な鉄筋の長さは40乃至50フィートであり、通常、最長で60フィートである。道路又は橋梁デッキの幅にわたって、互いにほぼ平行に配置された横方向の鉄筋のグリッド間隔は、4乃至14インチ離れており、多くの場合、5乃至12インチ離れている。グリッドマット層の間の間隔は、大抵の場合、2乃至8インチである。鉄筋長が出会う場所では、端部と端部を突き合わせて配置するのではなく、又は端部の間に隙間を設けるのではなく、補強の継続的な長さを生み出すために、それらの部分が互いに数インチ、又は数フィート重なり合わせて重ね継ぎで配置されて、連続的な長さの補強が生じている。鉄筋のグリッドは、構造的及び張力的な完全性をコンクリート構造物に与える。鉄筋は、炭素鋼、ステンレス鋼、又はファイバーグラスから作られており、むき出しであってよく、メッキされてよく、又はエポキシコーティングされてよい。
現在、鉄筋は手作業で配置されている。鉄筋の束は、予め所望の長さに切られている。作られた鉄筋は、通常はトラックで作業現場へ運ばれ、その後、進行中の作業現場の近くまでクレーンで移動する。そして、建設作業員は、施工計画に従って、各長さの鉄筋を、自分たちで個々に持ち上げ、移動させ、そして、必要とされる場所に配置する。それらの棒は重くて、時に扱い難く、でこぼこした表面を歩き回る作業を何時間も行った後では、特にそうである。
建設プロジェクトの過程で、鉄筋やその他の細長い物体を手作業で運んで配置することは、足首の捻挫、ギックリ腰、落下、並びにその他の関節及び筋肉の怪我に起因して負傷する重大なリスクを作業員に及ぼす。そのような仕事が労働者に課す身体的損害は、人口構造の変化と相まって、近年、建設現場に入る労働者の数を減少させている。従って、労働集約的な作業を行うための代替的な方法が必要とされている。
身体的損害を与える作業、例えば、鉄筋コンクリートスラブを必要とする多くの建設プロジェクトの幾つかにおける作業と関連した問題は、本明細書に記載されるシステム及び装置により対処される。
半自律装置は、作業現場において、予め計画された位置で細長い物体を持ち上げ、運搬し、配置するように開発されてきた。装置は概して、使用中に、作業現場の選択された部分に横方向にかかるブリッジ部材及びガントリー駆動システムを含むガントリーサブアセンブリと、ガントリーサブアセンブリに移動可能に装着されており、少なくとも1つのトラム及びトラム駆動システムを備えるトラムサブアセンブリと、動作アクチュエータ及びアクチュエータ駆動システムを備えており、トラムサブアセンブリに装着された作動サブアセンブリと、動作アクチュエータに動作可能に接続されたグリッパサブアセンブリと、制御システムと、を含む。
本発明の装置は、半自律アセンブリ及び装置に改良を与えるものであり、使用中に、作業現場の選択された部分に横方向にかかるブリッジ部材と、作業現場の選択された部分の第1経路に沿ったガントリーサブアセンブリの移動を実行するためのガントリー駆動システムを含むガントリーサブアセンブリと、ガントリーサブアセンブリに移動可能に装着されて、トラムと、ブリッジ部材のスパンに沿った第2経路に沿ったトラムの移動を実行させるためのトラム駆動システムとを備えるトラムサブアセンブリと、第2経路とほぼ垂直な第3経路に沿った移動を実行するための動作アクチュエータ及びアクチュエータ駆動システムを備えており、トラムサブアセンブリに装着された作動サブアセンブリとを含む。改良は、様々な態様において、グリッパサブアセンブリと制御システムとを含んでおり、当該グリッパサブアセンブリは、作動サブアセンブリの動作アクチュエータから吊り下げられ、動作アクチュエータと共に移動可能であり、グリッパサブアセンブリは、物体を掴む及び解放するための少なくとも1つのグリッパを含んでいる。制御システムは、感知機能、モデリング機能、及び実行機能を含む。感知機能は、感知信号を受信して少なくとも前記モデリング機能に伝達する。モデリング機能は、少なくとも作業現場に対するグリッパのポーズを動的に計算し、ポーズの計算結果を作業現場の複数の物体の配置計画と連係させて連係計算結果を生成し、当該連係計算結果を実行機能に伝達する。実行機能は、ガントリー駆動システム、トラム駆動システム、及びアクチュエータ駆動システムの1又は複数に夫々、第1,第2,及び第3経路の1又は複数に沿った連係動作のために動作信号を伝達し、複数の物体の持ち上げ、運搬、及び配置の1又は複数のためにグリッパサブアセンブリを配置する。
グリッパサブアセンブリは、動作アクチュエータに吊り下げられたアームと、アームに吊り下げられた複数のグリッパとを含んでよい。幾つかの態様では、動作アクチュエータにアームを吊り下げるコネクタと、コネクタを第3経路の軸回りに回転させるためのモータとがあってよい。
幾つかの態様では、各グリッパは、部分的に閉じて離間して互いに向いて付勢されている少なくとも一対の関節運動可能なフィンガーと、少なくとも一対のフィンガーを開閉するためのフィンガー作動部材を含んでよい。一対のフィンガーの各フィンガーは、ベース部とフリッパ部と含んでよく、ベース部とフリッパ部とが互いに枢動可能に接続されており、ベース部はフィンガー作動部材に動作可能に接続され、フリッパ部は物体と最初に係合するテーパー状端部を有する。各フィンガーは、フリッパ部をベース部に向けて付勢するための少なくとも1つのばね部材を含んでよい。フィンガー作動部材は、上面及び下面を有し、下面が物体と接するように構成されたベースプレートと、一組の従動歯車であって、第1方向への一組の従動歯車の動きにより一対のフィンガーが閉じ、第2方向への一組の従動歯車の動きにより一対のフィンガーが開くように一対のフィンガーと動作可能に接続された一組の従動歯車と、駆動歯車の動きが一組の従動歯車の動きに変換されるように、一組の従動歯車に動作可能に接続された駆動歯車と、を有しており、駆動歯車は、ベースプレートの上面に接続している底部、頂部、及び駆動歯車の頂部と底部の間に配置されたロック部を有しており、駆動歯車は、一対のフィンガーが開いているロック解除位置に向かって付勢されている。フィンガー作動部材はまた、ロック部材を有するアクチュエータを含んでよく、ロック部材は駆動歯車のロック部をアクチュエータのロック部材と揃えて、一対のフィンガーを閉じたロック位置に移動させるのに十分な力が、第3経路の方向で前記ベースプレートの下面に対して加えられることにより、駆動歯車のロック部と受動的にロック係合するために付勢されている。アクチュエータは、好ましくは、制御システムからの信号に応答して、ロック部材をロック部との係合から能動的に引き戻して、駆動歯車がロック解除位置に向かって移動するように解放する。
様々な態様において、アクチュエータはキャビティを有するソレノイドであってもよく、ロック部材はキャビティに摺動可能に装着されたプランジャであってよい。駆動歯車のロック部は、プランジャを受け入れるための開口の形態であってよい。フィンガー作動部材は、一組の従動歯車と少なくとも駆動歯車のロック部とを収容するための歯車ケースを更に含んでよい。歯車ケースは、駆動歯車のロック部が移動してアクチュエータのロック部材と揃えられる際に駆動歯車の頂部が通過する通路を有する上側プレートと、駆動歯車が歯車ケースを越えて移動できる距離を制限する止め具とを有してよい。アクチュエータは、互いに平行に離間した関係にある第1シャフト及び第2シャフトを更に含んでよく、一組の従動歯車の第1歯車は第1シャフトに装着され、一組の従動歯車の第2歯車は第2シャフトに装着される。第1フィンガーは第1シャフトに装着されてよく、第2フィンガーは第2シャフトに装着されてよい。駆動歯車は、第1歯車と移動可能に係合する第1端部と、第2歯車と移動可能に係合する第2端部とを有してよい。この構成では、第3経路の面における駆動歯車の上向きの動きによって、第1及び第2歯車並びに第1及び第2シャフトが第1方向に回転して、一対の第1及び第2フィンガーが閉じ、第3経路の面における駆動歯車の下向きの動きによって、第1及び第2歯車並びに第1及び第2シャフトが第2方向に回転して、第1及び第2フィンガーが開く。様々な態様では、二対のフィンガーがあってよく、各対は、駆動歯車及び第1従動歯車の両側にて第1シャフトに装着された第1フィンガーと、駆動歯車及び第2駆動歯車の両側にて第2シャフトに装着された第2フィンガーとを有する。
様々な態様では、作動サブアセンブリの動作アクチュエータは軸体を有し、当該軸体は、軸体を第3経路について動作させるために、アクチュエータ駆動システムに動作可能に結合されており、グリッパサブアセンブリは、更に軸体に取り付けられたコネクタと、コネクタプレートの両側から横方向に延びる2つのアームセクションと、各アームセクションから吊り下げられた少なくとも1つのグリッパとを更に含んでよい。この構成において、アクチュエータ駆動システムの動作アクチュエータは、軸体の直線及び回転運動を実行する。軸体はまた、軸体を直線、回転、及び枢転運動させるために、動作アクチュエータに枢動可能に接続されてよい。特定の態様では、アクチュエータ駆動システムの動作アクチュエータは軸体の直線運動を実行し、軸体回りの回転のためにコネクタが装着される。特定の態様では、回転運動は手作業で実行されてよい。代替的な態様では、回転運動はグリッパ駆動モータによって実行されてよい。
様々な態様では、各グリッパは、部分的に閉じて離間して互いに向いて付勢されている少なくとも一対の関節運動可能なフィンガーと、少なくとも一対のフィンガーを開閉するためのフィンガー作動部材を有してよい。フィンガー作動部材は、上面及び下面を有し、下面が物体と接するように構成されたベースプレートと、一組の従動歯車であって、第1方向への一組の従動歯車の動きにより一対のフィンガーが閉じ、第2方向への一組の従動歯車の動きにより一対のフィンガーが開くように一対のフィンガーと動作可能に接続された一組の従動歯車と、駆動歯車の動きが一組の従動歯車の動きに変換されるように、一組の従動歯車に動作可能に接続された駆動歯車であって、ベースプレートの上面に接続している底部、頂部、及び駆動歯車の頂部と底部の間に配置されたロック部を有しており、一対のフィンガーが開いているロック解除位置に向かって付勢されている駆動歯車と、ロック部材を有するアクチュエータであって、ロック部材は、駆動歯車のロック部をアクチュエータのロック部材と揃えて、一対のフィンガーが閉じたロック位置に移動させるのに十分な力が、第3経路の方向でベースプレートの下面に対して加えられることにより、駆動歯車のロック部と受動的にロック係合するために付勢されており、アクチュエータは、制御システムからの信号に応答してロック部材をロック部との係合から能動的に引き戻して、駆動歯車を解放してロック解除位置へと移動させる、アクチュエータとを含んでよい。
装置は、作業現場を事前に計測する必要なく、作業現場内又は作業現場の近くの適切な物体の三次元ポーズを感知してマッピングする少なくとも一対の立体カメラを含んでよい。
制御システムの感知機能は、画像データ源から感知信号を受信してよく、作業現場とガントリーサブアセンブリ、トラムサブアセンブリ、作動サブアセンブリ及びグリッパサブアセンブリの1又は複数の一部とに事前に配置されたマーカーを検出して、感知データを生成する。感知機能は、画像データ源、パルスレーザーセンサ、人間オペレータ制御入力、及びこれらの組合せからなる群より選択されるソースからの感知信号を受信してよい。
モデリング機能は、作業現場の感知されたモデルを画定するために位置特定及びマッピングをすることと、グリッパ、グリッパアーム、トラム、及びガントリーブリッジ部材構成要素の1又は複数の作業現場に対するポーズを推定することと、観察された障害物と計画に基づく予想との差を検出する障害監視の1又は複数を行うために、感知データを用いてよい。
実行機能は実行モジュールを含んでよく、当該実行モジュールは、作業現場の感知されたモデルと、グリッパ、グリッパアーム、トラム、及びガントリーブリッジ部材構成要素の1又は複数のポーズの前記作業現場に対する感知された関係とを、前記計画の前記戦略目的と組み合わせて、計画を実行するための動作信号を戦略的に決定及び指示する。実行モジュールは、連続的な配置に必要とされる物体を決定し、計画に従って進捗させるために物体の適切な配置場所を決定することにおいて実行モジュールを支援する配置計画モジュールと、モデリング機能によって生成された作業現場の三次元マップを用いて、作業現場における障害物の存在を検知する、障害物回避モジュールとを含んでよい。障害物回避モジュールは、グリッパ、グリッパアーム、トラム、及びガントリーブリッジ部材構成要素の1又は複数の所定の動作の軌道を変えることによって、障害物の検知に応答する。障害物回避モジュールは、追加又は代替的に、装置の動作を停止することによって、障害物の検知に応答してもよい。
作業現場において互いに実質的に隣接して平行に離間して配置される2つのアセンブリがあってよく、各アセンブリは、トラムサブアセンブリ、作動サブアセンブリ、グリッパサブアセンブリ、及び制御システムを備えており、有線又は無線接続によって動作可能にリンクされ、第1経路、第2経路、第3経路の1又は複数に沿った各アセンブリの連係動作を夫々同期し、複数の物体の持ち上げ、運搬、及び配置の1又は複数のためにグリッパサブアセンブリを配置する。
アセンブリは、ガントリーサブアセンブリのブリッジ部材に装着された少なくとも2つのトラムサブアセンブリを含んでよく、各トラムサブアセンブリは、それに装着された1つの作動サブアセンブリを有しており、各作動サブアセンブリは、そこから吊り下げられた1つのグリッパサブアセンブリを有しており、制御システムは、各トラムサブアセンブリの動作を第2経路に沿って連係させ、各作動サブアセンブリの動作を第3経路に沿って連係させ、前記複数の物体の連係された持ち上げ、運搬、及び配置の1又は複数のために各グリッパサブアセンブリを配置する。
本開示の特徴及び利点は、添付の図面を参照することでより良く理解される。
本明細書で使用される場合、単数形は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、複数の参照物を包含する。そのため、冠詞は、本明細書中ではその冠詞の1つ、又は1つ以上(つまり、少なくとも1つ)の文法上の目的語を参照する。一例として、「ある要素」は1つの要素又は1つ以上の要素を意味する。
本明細書で使用される方向的な語句、例えば、限定はしないが、頂、底、左、右、下、上、前、後、及びこれらの変形例は、そうでないことが明確に示されていない限り、添付の図面に示す要素の位置を示し、また、特許請求の範囲を限定しない。本明細書では、「動作可能に接続した」は、相互に直接的又は間接的に接続した、或いは無線接続した2つ以上の構成要素又は特徴を意味し、何れのケースでも、1つの構成要素又は特徴の動作若しくは起動は、動作可能に接続された構成要素又は特徴の動作又は操作に影響する。
特許請求の範囲を含む本出願では、別段の指示がない限り、数量、値、又は特性を表す全ての数字は、全ての場合において用語「約」によって変更されているものとして理解されるべきである。そのため、数字は、数字と共に用語「約」が明示されていない場合であっても、用語「約」によって修飾されているものとして読まれてよい。従って、反対の意味で示されていない限り、以降の説明で述べられている数値パラメータは、本開示による構成及び方法により得ることが求められている所望の特質に応じて変動してよい。最低限、また、均等論の適用を請求の範囲に限定する試みとしてではなく、この説明で述べられている各々の数値パラメータは、報告された有効数字の数値に照らし、また、通常の概数技法を適用することによって、少なくとも考慮されるべきである。
更に、本開示において挙げられる任意の数値範囲は、これに包含される全ての部分範囲を含む。例えば、「1~10」の範囲は、挙げられた最小値1と挙げられた最大値10の間(及びこれらを含む)あらゆる全ての部分範囲を含む、つまり、1と等しい又はこれよりも大きい最小値と、10と等しい又はこれよりも小さい最大値を有するものである。
図1は、半自律運搬配置装置10の実施形態を示しており、半自律運搬配置装置10は、建設中の道路、橋梁、床、壁パネル、トンネル、陸橋、プレハブ建築要素及びその他の大きな鉄筋コンクリート面のような作業現場12で鉄筋マット50を作るために鉄筋のような細長い物体52,54を配置する。一般に、鉄筋52,54は、マガジン14又はその他の適切なコンテナから、グリッパサブアセンブリ400の1組のグリッパ402により持ち上げられる。次に、鉄筋は、鉄筋マット50を作るために、施工計画に従って装置10によって、指定場所へ運搬されて配置される。 指定場所の決定は、事前に計画された建設計画に従って事前に行われてよく、既存の鉄筋の位置に対して又は2つ以上のマークされた地点に対して決定された位置であってよく、或いは、プロジェクトが進むにつれて、又はプロジェクトの種々の段階が完了するにつれて指定場所が変更されるという点で動的であってよい。
本明細書に記載される装置10は概して、協働して、少なくとも主たる3方向への動きを提供する少なくとも4つのサブアセンブリを備える。ガントリー軸サブアセンブリ100は、作業現場12の第1の長さ方向経路(Y軸)に沿った動きをもたらす。トラム軸サブアセンブリ200は、横方向(X軸)の第2の経路に沿って、概ね第1の長さ方向経路を横切る動きをもたらす。アクチュエータ軸サブアセンブリ300は、第3の経路に沿って鉛直方向(Z軸)の運動をもたらす。アクチュエータサブアセンブリ300に動作可能に接続されたグリッパサブアセンブリ400は、細長い物体と係合し、それを保持し、信号を送られると、指定位置において細長い物体を解放する。幾つかの態様では、装置10は、トラムサブアセンブリ200に対するY軸に沿ったアクチュエータサブアセンブリ300の動きによって、第4の主たる軸に沿った動作を提供してもよい。幾つかの態様では、グリッパサブアセンブリ400は、Z軸回りの回転運動のために装備される。グリッパサブアセンブリ400は、細長い物体52,54を第1の経路に沿って長さ方向に、又は、第2の経路に沿って横方向に配置するように配備されてよく、或いは、傾斜及び湾曲したコンクリート面の計画に対応するために、第1、第2、又は第3の経路に対して傾斜した位置に細長い物体を配置するために、任意の角度及び/又は傾斜で鉛直Z軸回りに1又は複数の平面を通って回転してよい。
参照を容易にするために、動きの経路は夫々、Y軸(ガントリー軸)を又はそれに沿った平面を通る動き、X軸(トラム軸)を又はそれに沿った平面を通る動き、そして、Z軸(作動軸)を又はそれに沿った平面を通る動きと称されることがある。当業者は、本明細書で述べられる「平面」と動きの経路、特に、長さ方向又はY軸平面は、通常、数学的な平面である又は真っ直ぐではないことを理解するであろう。何故ならば、地面上であろうが、特に橋梁デッキ上であろうが、表面は通常、正確に平らでない、真っ直ぐでない、又は静的でさえないからである。建設中と建設後の使用中の両方において、橋梁デッキは、例えば、車両の重量に応じて揺れて曲がるので、路面は平らではない。コンクリートを注ぐ前に、鉄筋マット50は、作業員がその上を歩くと曲がってしまい、また、計画された道路勾配に対応するために意図的に傾斜させられ得る。Y軸平面が傾斜している場合には、X軸平面及びZ軸平面もまた傾斜していることがある。従って、本明細書では、長さ方向、横方向、及び垂直方向の経路又は方向は、道路などの作業現場の経路と方向を指しており、直線状、非直線状、平面状、非平面状、真っ直ぐな、湾曲した、及び角度のある経路又は方向の1又は任意の組合せを含むと理解されるべきである。装置10は、鉄筋マット50を敷設するために長さ方向経路の変化と建設計画の変化とを認識する知覚システム及びソフトウェアを用いてこれらの変数を処理する。
例示的知覚システム及び関連するソフトウェアを有しており、同様な経路に沿ってツールを操作するための例示的ガントリーサブアセンブリ及び関連するサブアセンブリは、米国特許第10,061,323号に開示されており、その関連箇所は、参照により本明細書の一部となる。本明細書に記載の装置は、米国特許第10,061,323号に記載のアセンブリとは幾つかの点において異なっており、主に、トラムサブアセンブリ200及びアクチュエータサブアセンブリ300の各々の改善と、鉄筋などの細長い物体を受動的に把持して、所与の作業現場12の建設計画に従って物体を運搬して配置するためのグリッパサブアセンブリ400の開発の点で異なっている。装置10は、様々な物体を持ち上げ、運搬し、配置することに使用できるが、装置10は細長い物体を持ち上げ、運搬し、配置することに適している。鉄筋を持ち上げる、運搬する、又は配置することに限定しないが、説明を容易にするために、本明細書に記載の装置は鉄筋を移動することに関連して説明される。当業者であれば、任意の細長い物体及びその他の様々な物体が、本明細書に記載される装置10、特にグリッパサブアセンブリ400により、持ち上げられ、運搬され、及び/又は配置されてよいことを理解するであろう。
グリッパサブアセンブリ400は、装置10及び改良されたサブアセンブリの主要な機能に不可欠であるので、グリッパサブアセンブリの詳細をまず初めに説明する。
<グリッパサブアセンブリ>
図17乃至19を参照すると、グリッパサブアセンブリは概して、少なくとも1つのグリッパアーム470と、複数のグリッパ402と、グリッパアーム470を作動サブアセンブリ300の軸体358に接続するコネクタ480とを含む。様々な態様において、持ち上げ、運搬し、配置する細長い物体の種類及び長さに応じて、グリッパサブアセンブリ400は、少なくとも2つのグリッパ402を有してよい。図17乃至19で示す実施形態では、4つのグリッパ402が、アーム470の2つのセクションに取り付けられており、アームの各セクションに2つのグリッパがある。
図17乃至19を参照すると、グリッパサブアセンブリは概して、少なくとも1つのグリッパアーム470と、複数のグリッパ402と、グリッパアーム470を作動サブアセンブリ300の軸体358に接続するコネクタ480とを含む。様々な態様において、持ち上げ、運搬し、配置する細長い物体の種類及び長さに応じて、グリッパサブアセンブリ400は、少なくとも2つのグリッパ402を有してよい。図17乃至19で示す実施形態では、4つのグリッパ402が、アーム470の2つのセクションに取り付けられており、アームの各セクションに2つのグリッパがある。
コネクタ480は、コネクタ480と一体的に接続された回転可能な上側プレート478を、或いは、コネクタ480に強固に又は着脱可能に接続された別個のプレートを含む。上側プレート478は、軸体358(図15及び図16を参照)と係合するための中央開口482を有しており、それにより、Z軸に沿った軸体358の直線運動及びZ軸回りの軸体358の回転が、プレート478及びコネクタ480の相応の動き及び回転へと変換される。作動サブアセンブリ300に取り付けられたモータは、軸体358の直線運動をもたらし、様々な態様において、軸体358の90度、好ましくは180度、更に好ましくは360度の回転をもたらす。角度又は回転の視覚的インジケータとして、或いは、回転角度を手動で調節できるようにするために、マークがプレート478の表面に設けられてよい。様々な態様では、軸体358は、Z軸に対してチルト可能なピボットジョイントによって、作動サブアセンブリ300に接続されてよい。ベースコネクタプレート480は、各アームセクション470の内側のスロット476内に嵌まる両端部を有しており、軸体358及びプレート478の直線運動、回転、及びチルトは、アームセクション470の直線運動、回転、及びチルトを引き起こす。それにより、グリッパサブアセンブリ400のアームセクション470及びグリッパ402は、360度回転でき、水平面に対して角度を付けて傾けられて(通常、90度未満、より現実的には45度未満、最も現実的には30度未満の鋭角)、グリッパ402及びグリッパ402によって保持されている鉄筋52,54などの細長い物体を、少なくとも2自由度以内で任意の所望の角度で配置することができる。加えて又は代替的に、様々な態様において、各グリッパ402は、回転のために個別に装着されてよい。
様々な態様において、各アームセクション470は、剛性連結を形成するために、キー付きタブ474により連結された複数の部分を含んでよく、また、図19で示すように、互いに離間して並置されて、キー付きタブ486により接続された2つ以上のアームセクションで構成されてよい。アームセクションの重量を軽くするために、アーム470に切り抜き472が形成されてよい。アームセクションはまた、剛体の棒又はその他の構造から作られてよく、それに、グリッパ402装着されてよく、又は吊り下げられてよい。
例示的なグリッパ402が図20に示されている。図示されたグリッパ402は、二対の、即ち4つのフィンガー404を含んでいる。グリッパ402は、4つのフィンガーを有するものに限定されない。メカニズムが細長い物体を掴んで保持できるのであれば、フィンガーの数は任意である。例示的なフィンガー404が図21に示されている。各フィンガー404は、フィンガーベース406及びフィンガーフリッパ408を含んでおり、それらは、フィンガーフリッパの開口414及びフィンガーベースの開口414’を貫通するコネクタ420によって枢転可能に接続されている。コネクタ420は、ベース及びフィンガーフリッパのピースを連結し、それらが互いに対して枢転することを可能にする適切なピンやボルトなどであってよい。各フィンガーフリッパ408の自由端は、テーパー状になっており、マガジン14の溝20から鉄筋52,54などの細長い物体を持ち上げるときに、物体の周囲及び下でのフィンガー404の操作が容易にされている。各フィンガー404はまた、その両側に少なくとも1つの、幾つかの態様では2つの引っ張りばね410を含んでよく、ピン412が穴416に装着されることで、引っ張りばね410の一端がフィンガーベース406に接続され、他端がフィンガーフリッパ408に接続されている。引っ張りばね410は、フィンガーフリッパ408を、それと対をなすフィンガー404に向かって、内向きに付勢する。フィンガーフリッパ408に接続されていない各フィンガーベース406の端部は、フィンガー404をシャフト422に枢動可能に装着するための孔422’を含む。各グリッパ402は、平行に離間した2つのシャフト422を有する。フィンガー404の対の各々は、その対の他方の部材に向いて、当該部材からオフセットするように2つのシャフトの異なるシャフトに装着されて、その結果、対をなす各フィンガー404のフィンガーフリッパ408のテーパー端部は、図20に示されているように、端と端が接触するのではなく、左右に離れて互いに向かって付勢される。
引っ張りばね410は、グリッパフィンガーを閉位置に付勢するための板ばね又はその他の適切な手段で置き換えられてよい。例えば、板ばね(図示せず)は、フィンガーベース406及びフィンガーフリッパ408の内部に入れられて、グリッパが鉄筋まで下がると鉄筋のセクションからの圧力によって強制的に開かれるまで、フリッパ408を閉位置で張力をかけた状態に置いてよい。
各グリッパ402は、対象とされた細長い物体を掴んで離すためにフィンガー404の対を開閉するためのフィンガー作動部材を含む。図20、図22及び図23に示される実施形態では、フィンガー作動部材は、ラック428を含んでおり、ラック428は、2つの歯車426の間に配置され、それら歯車426と係合するように構成されているラック428は、矩形板の形態であってよく、その中央部の各縁に沿った歯432と、その上部にあって、止めピン430を受け入れる開口と、中実の下部とを備有しており、歯のある中央部よりも幅が広く、ベースプレート438に接続され、ベースプレート438から上方に延び、ベースプレート438にほぼ垂直である。2つの歯車426の各々は、平行なシャフト422の別々のシャフトに装着され、同じシャフト422に装着されているフィンガー404の間に配置される。各歯車426は、ラックの歯432と歯合又は係合する歯434を含んでおり、一方の歯車426は、ラック428の一方の縁のラックの歯432に係合し、他方の歯車426はラック428の反対側の縁のラックの歯432に係合している。図20を参照すると、ラック428の各歯側に2つの歯車426があり、各歯車426は、フィンガーベース406の孔422’を貫通する別個のシャフト422に装着されている。
歯車426は、歯車ケース424に収容されている。歯車ケース424は、頂部436、側面492、及び底面496を有しており、ラック428の中実の下部が通過するスロット498と、ばね440の少なくとも一部を受け入れるためのキャビティ500とを含んでいる。スリーブ466の孔は、歯車ケース424の両側から延びており、それらを通って、シャフト422は、フィンガー作動部材のハウジングを提供する歯車ケース424を通る。頂部436は、ラック428と揃えられるスロット464を含む。波形ばねのようなばね440は、ラック428の下部を囲むように、ベースプレート438と歯車ケース424の底面496の外側キャビティ500との間に配置されている。ばね440は、ラック428のベースプレート438に対して下向きの力を及ぼし、それによって、フィンガー作動部材が静止していて、ばね440を圧縮するために他の力が加えられていない場合に、ベースプレート438を、歯車ケース424内のハウジング及びラック428から完全に伸びた状態に保つ。ラック428の頂部にあって頂部436の方にある止めピン430は、ラック428が歯車ケース426から滑り出ることを防ぐ。位置合わせピン442は、ベースプレート438の孔444を通って上方に延びており、歯車ケース424の底部496に設けられた孔494と摺動係合している。
ソレノイド450は、キャップの一方の側面492に配置されており、ねじ付き端部460及びねじ付きナット506を介して、側面492及び歯車ケース424に接続されている。ソレノイド450は、ソレノイド450のキャビティ454に摺動して出入りできるプランジャ452を含む。プランジャ452は、ラック428によって妨げられていないとキャビティ454から押し出されようにばね留めされている(図28に図示のばね510)。ばね510は、ソレノイドの電気的関与なしで、ソレノイドをロックさせる。ソレノイド450の閉端では、ワイヤ488が、例えばアクチュエータサブアセンブリ300にある電気回路に延びており、必要に応じて関与して、ラックのロック孔456のソレノイドプランジャ452のロックを解除する。ソレノイド450の他端には、キャビティ454に繋がる端部454を通る開口がある。プランジャ452の外端458は開口を通して延びている。ラック428は、グリッパフィンガー404を鉄筋52,54周りでロックするためにプランジャ452の端部458を受け止める大きさにされたロック孔456を含む。様々な態様において、ローラーベアリング502は、プランジャ452の外端458における摩擦を低減するために、ラック428の中間部に嵌め込まれている。様々な態様において、ローラーベアリング502は、組み立て時に、トラック468を介してラック428に挿入されてよい。第2のローラーベアリング504及びガイド512は、プランジャ端部458と少なくとも部分的に係合するように、歯車ケース424内に配置されており、プランジャ端部458が、歯車ケース424を通るソレノイド450とラック428のロック孔456との間を前後に移動する際に、摩擦を低減し、プランジャ端部458の位置を調整する。1又は複数のロックピン508は、ローラーベアリング502をロック孔456の近接した所定の位置で保持する。環状の止めリング490は、プランジャがソレノイド450から離れすぎないように、プランジャ452周りに配置されている。止めリング490は、例えば、止めリング490がガイド512に接すると、プランジャ452の移動を阻止する。
図44に示されているように、鉄筋52,54の束のストックは、通常手作業で、ストックパイル30から移動され、マガジン14へ配置される。作業に必要な適切なサイズの鉄筋で満たされたマガジンは、装置10によって作業現場12に近づくように移動される。マガジン14は、マガジンの中央、側面、又は隅に沿って細長いハンドルを含んでよく、それらハンドルは、グリッパが鉄筋を掴む方法と同じ方法で掴むことができる。或いは、装置10は、1又は複数のリフトアーム514によってマガジンを移動させてもよい。
図50に示した装置10の実施形態は、作動サブアセンブリ300の各側に1つずつ設けられた一対のリフトアーム514を含む。各リフトアーム514は、例えば、マガジン14のクロスバー524に設けられたブラケット526により取り付けられたハンドル516のラング518又は適切な補助的な係合部材と係合するフック520又は任意の適切な係合部材を含む。様々な態様において、各リフトアーム514は、Z軸に沿った上下方向の移動を容易にするために、作動サブアセンブリ300又はガントリートラス102のモータ付き歯車セット528に接続されてよい。マガジン14を持ち上げるために、リフトアーム514は、歯車セット528及び装置10の作動によって下降し、フック520がラング518の下方に入るまで、マガジン14へ十分近づけられる。次に、アーム514は、フック520がラング518と係合するまで持ち上げられ、その後、マガジン14を地面から持ち上げるために、更に持ち上げられる。次に、装置10は、作業現場12に移動し、マガジン14は下げられて、解放される。リフトアーム514は、ラング518から離され、グリッパサブアセンブリ400の作業経路から引き上げられる。
モータ付き歯車セット528は、当業者に公知の任意の適切な歯車の構成及び電源を含んでいてよい。当業者であれば、マガジン14又はその他のコンテナを昇降させるZ軸に沿ったリフトアーム514の動きは、モータ付き歯車セットの他に、油圧、空気圧、又はその他の直線作動エフェクタなどの手段により行われてよいことを理解するであろう。
図31及び図32で示されるように、作業現場12で使用できる状態の複数の鉄筋52,54は、ポスト16で高くなった溝18と、マガジン14の低い溝20とに配置される。高い溝及び低い溝により、グリッパの係合のための鉄筋間の必要な空間を維持しつつ、マガジン14の容量をできるだけ大きくする。通常、溝18及び溝20の両方とも、同じタイプの鉄筋を保持するであろう。様々な態様においては、しかしながら、長さ、直径、コーティングが異なる鉄筋など、異なる種類の鉄筋が、溝18又は20に別々に配置されてもよい。装置10は、グリッパサブアセンブリ400を鉄筋マガジン14にわたって配置し、複数(4つが図示されている)のグリッパ402の各々のフィンガー404が、鉄筋52又は54の周りで閉じる。作業現場では、装置10は事前にインストールされた施工計画に従って、グリッパサブアセンブリ400をY方向又はX方向に、或いは、X、Y及びZ平面に対して所望の角度又は傾きに方向付け、図24、図25A乃至25G及び図27乃至30に図示されるシーケンスに従い、鉄筋マット50を作製するために配置するために、鉄筋52又は54を一本ずつ持ち上げて運搬する。
シーケンスの開始時には、グリッパ402は開いており、拾い上げられる鉄筋52又は54の1つに接近するために作動サブアセンブリ300によりZ軸に沿って下げる準備ができている。図24で示すように、ソレノイド450のプランジャ452は、ラック428の側面を押しており、ベースプレート438は歯車ケースから完全に伸びている。ラック428(止めピン430を除く)は、歯車ケース424内に配置されている。止めピン430は頂部436と接しており、ばね440は、上述したように、わずかに圧縮されているか、静止している。グリッパフィンガー404は、完全に「閉じた状態」であり、引っ張りばね410により、その配置に維持されている。このロック解除位置では、ソレノイドプランジャ452は、引き込まれており、ラックのロック孔456を解放する。ソレノイドプランジャ452のばね510は、ラック428にプランジャ452を押しつける。
図25A及び25Bを参照すると、ベースプレート438が鉄筋52に向かって下向きに押されると、ラック428は上側キャッププレート436のスロット464を通って上向きに移動を始め、歯車の歯434と歯合しているラックの歯432が歯車426を回転させて、グリッパフィンガー404が鉄筋52に向かって回転し始める。図25C及び25Dに示されるように、フィンガーフリッパ408が十分に回転して鉄筋52と接触すると、引っ張りばね410が伸びる。ラック428は、図25E及びFに示されているようにソレノイドプランジャ452がロック孔456と整列するまで、図25Dに示されているように、スロット464を通って更に伸びてソレノイドプランジャ452に近づくようにロック孔456を移動させるように自由に移動し続ける。ラック428が完全に後退すると、ロック孔456がソレノイドプッシャー452と揃えられる。ロック位置では、ラック428は完全に閉位置に達する。ソレノイドプランジャ452は、ラック428のロック孔456に揃えられる。ソレノイドプランジャ452のばね510は、機構をロックしているラック428のロック孔456を通ってプランジャ452を押す。ソレノイドプランジャ452は、ロック孔456へ押し込まれ、フィンガー404は、そこで「閉」位置でロックされ、鉄筋52又は54が捕らえられたままにされる。図27及び28は、プランジャ452の断面図及び部分拡大断面図を示しており、プランジャ452は、キャビティ454から部分的に解放されており、プランジャの端部458はロック孔456でロックされている。
鉄筋52又は54が解放される位置になると、装置10はソレノイド450に、例えば、ワイヤ488を介して信号を送ってグリッパ402のロックを解除するソレノイド450が作動すると、プランジャ452はロック孔456から引き戻される。プランジャ452がラック428のロック孔456から外れると、機構は自由に開くことができるようになり、ラック428をハウジング内へと引き戻すことができる。ラック428が引き戻されると、ラックの歯432により歯車の歯434が歯車426を内向きに回転させて、グリッパ402のフィンガー404を外向きに回転させ、鉄筋52又は54が解放されて、作業現場12の予め予定されていた位置に落とされる。
当業者であれば、その他の方法が利用されてグリッパフィンガーが開閉されてよいことを理解するであろう。例えば、代替的設計では、ソレノイドの代わりに、電磁石を使用してラック428がロックされてよい。或いは、ラチェット/爪機構が用いられて、ラック428又は歯車426と係合してよい。別の代替的構成では、電気作動式、空圧作動式、又は油圧作動式のカムロックが使用されてよい。
図26A及び26Bを参照すると、フィンガー404の引っ張りばね410は、サイズが異なる鉄筋との係合を可能にしている。小径の鉄筋については、ばね410は、フィンガー404を閉状態で保持する。大径の鉄筋に対しては、鉄筋に抗して加えられる力がフィンガー404を開き、大径の鉄筋により広い空間を提供する。そうでない場合は、ロック及びロック解除の機構は、上述と同様に働く。
<ガントリーサブアセンブリ>
ガントリー軸サブアセンブリ100は、動力機械であって、第1経路に沿って装置10を移動させることで、様々な態様において、装置10は、建設中である道路又は橋梁デッキの長さ方向経路づたいに走る。ガントリー軸サブアセンブリ100は、トラス又はブリッジ構造102を備えており、それらは、様々な態様において、道路や橋梁デッキのような作業現場の幅にかかるように(つまり、第1経路を横断する方向に)連結されたモジュール118から形成されてよい。様々な態様において、ガントリー軸サブアセンブリ100は、コンクリート道路及び橋梁デッキの形成に通常使用される一般的な鋼鉄管製のスクリードレール58に支持されてよい。別の実施形態では、ガントリー軸サブアセンブリ100は、グラウンドに沿って走るための、ホイール、ローラ、トレッド、又戦車で使用されるような無限軌道を用いて構成されてよい。図9及び10を参照すると、ガントリー軸サブアセンブリ100は、ガントリー軸構成要素を動かす発電機148のような動力源と、システム制御のための二次電子機器ボックス160と、フィードバック制御駆動システムとを含んでおり、当該駆動システムは、レール58又はグラウンドに沿って長さ方向に、連続動作又はステップ・アンド・セトル(step-&-settle)動作の何れかで自立走行させる駆動モータ184を含んでいる。
ガントリー軸サブアセンブリ100は、動力機械であって、第1経路に沿って装置10を移動させることで、様々な態様において、装置10は、建設中である道路又は橋梁デッキの長さ方向経路づたいに走る。ガントリー軸サブアセンブリ100は、トラス又はブリッジ構造102を備えており、それらは、様々な態様において、道路や橋梁デッキのような作業現場の幅にかかるように(つまり、第1経路を横断する方向に)連結されたモジュール118から形成されてよい。様々な態様において、ガントリー軸サブアセンブリ100は、コンクリート道路及び橋梁デッキの形成に通常使用される一般的な鋼鉄管製のスクリードレール58に支持されてよい。別の実施形態では、ガントリー軸サブアセンブリ100は、グラウンドに沿って走るための、ホイール、ローラ、トレッド、又戦車で使用されるような無限軌道を用いて構成されてよい。図9及び10を参照すると、ガントリー軸サブアセンブリ100は、ガントリー軸構成要素を動かす発電機148のような動力源と、システム制御のための二次電子機器ボックス160と、フィードバック制御駆動システムとを含んでおり、当該駆動システムは、レール58又はグラウンドに沿って長さ方向に、連続動作又はステップ・アンド・セトル(step-&-settle)動作の何れかで自立走行させる駆動モータ184を含んでいる。
様々な態様におけるガントリー軸サブアセンブリ100は、両脚部に少なくとも1本、好ましくは2本である、少なくとも2本、好ましくは4本の脚104と、両脚部にあって、脚104が取り付けられる可調整支持フレーム106とトラス102のような、作業現場の幅にかかるブリッジ部材とを含んでいる。ブリッジ部材は、その両端にて支持フレーム106の1つに取り付けられている。ブリッジ部材は、モジュール118で作製されてよく、所与の作業現場の横寸法に合わせるべく、作業現場でブリッジ部材の長さを伸ばすことができる。延伸部材を設けて、建設現場にてブリッジ部材の幅を必要に応じて増加してもよい。本明細書で述べる構造要素に限定されないが、ブリッジ部材を図5乃至7に示すトラス102として説明する。当業者は、その他の構成であっても、所与の作業現場のスパンに橋渡しできて、トラムサブアセンブリ及び作動サブアセンブリの構成要素を搬送することができれば、足りることは理解するだろう。
例えば、図10は、予め開けられた孔110を含む、ガントリー軸サブアセンブリ100の脚104を示す。フレーム106及びトラス102を特定の作業現場に合った高さに上げ下げするために、ブラケット108及びピン112、又はその他の適切なコネクタが、脚104の所望の高さにて支持フレーム106を接続する。各ブラケット108は、少なくとも1つのフレームコネクタ部114と脚コネクタ部116とを有しており、各コネクタ部は、フレーム106及び脚104における予め開けられた孔110と夫々揃えられる予め開けられた孔154を有している。ピン112は、整列した孔を貫通して、ブラケット108のフレーム部114にフレーム106を、ブラケット108の脚部116に脚104を接続する。脚104及び支持フレーム106の各々は、複数の孔110を有してよく、これによって、フレーム106を脚104上で上下に(つまり、例えばZ軸に沿って、即ち、図示のように鉛直方向に)、又は、前後に(つまり、X軸に沿って、即ち、図示のように横方向に水平に)調整できるようになる。ねじとナットのような追加のロック固定具を使用して、フレーム106と脚104を固定してもよい。
図6及び図10に示すように、両端にて、トラス102は、2つの支持フレーム106のうちの1つから吊される。図5乃至7を参照すると、様々な態様において、トラス102は、上側横ビーム及び下側横ビーム120と、上側クロスバー124、前側直立バー及び後側直立バー122を有する矩形フレーム部材又は正方形フレーム部材と、対角バー126とで構成されてよい。上側横ビーム120は、支持フレーム106に溶接されるか、又は、ボルトやねじのような任意の適切な固定具によって接続されてよい。ビーム120とフレーム部材124、122、及び126との間のジョイント128に、補強材132が装着されてよい。
図7を参照すると、トラスモジュール118は、先端部又は前端部と終端部又は後端部とを有しているとして記載されてよく、ここで、モジュール118の先端部と終端部には、これらを互いに接続して隣り合うモジュール118に接続するための固定具が形成されているか、又は、固定具が取り付けられていてよい。様々な実施形態において、それらトラスモジュール118は、第1コネクタ136によって連結されてよく、第1コネクタ136は、例えば、トラス102の一方の長手側において、モジュール118の先端部の直立バー122の下縁に取り付けられた下側溝付き部材140と、トラス102の同じ側において、隣り合うモジュール118の終端部の直立バー122の下縁に取り付けられたシリンダ部材138とを備える。シリンダ部材138は、溝付き部材140の溝に配置される。隣り合うモジュールが連結されると、溝付き部材140の傾斜面は、シリンダ部材138の動きを可能とする。トラス102の反対側の長手側は、図7に示すように、シリンダ部材138が先端部に、溝付き部材140が終端部に位置するように反転された溝付き部材140及びシリンダ部材138を有する。或いは、両タイプのコネクタ部材が、同じ先端部又は終端部にあってもよい。第2コネクタ134は、例えば、モジュール118の直立バー122の上端に沿って配置されてよく、様々な態様では、直立バー122の先端部(トラス102の反対側の長手側の場合には、終端部)の上縁に取り付けられた分岐(forked)部材142と、隣り合うモジュール118の直立バー122の終端部(トラス102の反対側の長手側の場合には、先端部)の上縁に取り付けられたアイ(eye)部材144とを設けた上側ピンジョイントとを備えていてよい。アイ部材144は、分岐部材142の対向する面内に嵌合する。ピン146はアイ部材144を分岐部材142の面に接続して、隣り合うモジュール118の先端部と終端部をロックする。或いは、両タイプのコネクタ部材が、同じ先端部又は終端部にあってもよい。或いは、両タイプのコネクタ部材が、同じ先端部又は終端部にあってもよい。
ピンジョイントを通るピン146は、モジュール118の上隅でのピンの平面内の動きを制約する。隣り合うモジュール118を組み合わせるために、ピンジョイント(142,144)のピン孔が整列してピン146を挿入できるようになるまで、シリンダ138が溝140内で回転する。シリンダ138、溝付き部材140、アイ部材144、及び分岐部材142は、夫々の位置において、隣り合うモジュール118の両端部で直立フレームバー122に溶接されるか、又は、ボルトや同等の固定具のような適切な公知の手段によりしっかりと接続されてよい。
様々な態様において、(例えば、バー122、124、及び126で形成された)フレーム部材の各側の下側横ビーム120の内側に沿って、レール130が延びている。レール130は、下側横ビーム120に溶接されてよく、又は、ボルトやねじのような適切な強力な固定具で接続されてもよい。或いは、レール130は、製造時に、下側ビーム120の一体部品としてL字型ビームに形成されてもよい。記載されている構成は、ガントリートラス102のモジュール118を配列するための動的インターフェースを提供する。或いは、レール130は、隣り合うモジュール118の隣り合うレール間で斜め継目を有してよく、これにより、トラムサブシステム200のホイール212がガントリーモジュール118にわたってスムーズに動き、各モジュールの各縁でぶつかることがないようにしてよい。当業者であれば、代替的なホイール及びレールの構成が使用できることを理解するであろう。
図8乃至10を参照すると、ガントリーサブシステム100の各脚104は、クロスブレース162の上に載っており、且つクロスブレース162にしっかりと接続されている。クロスブレース162の下側からは、上側プレート166に取り付けられたスイベル軸ポスト164のような回転エフェクタが下方へ延びている。スイベル軸ポストが右回り方向及び左回り方向に回転するとホイール150及び152が脚104に対して回転することで、ホイールがレールに沿って移動すると、ホイール150,152の位置がスクリードレール58の湾曲に追随するように調整される。各上側プレート166からは、サイドプレート168が下方に延びている。サイドプレート168から垂直に、上側プレート166の下側で且つこれと略平行に、車軸172が延びている。
歯車駆動ホイール150が、トラス102の各側で少なくとも1本の車軸に装着されてよく、また、先端部又は終端部の何れかに配置されてよい。ガントリーサブシステム100は、第1経路に沿って前方及び後方の両方に移動できて、先端部及び終端部の位置は移動方向に応じて変化する。様々な態様において、歯車駆動ホイール150は、列車のホイールのように構成されており、円筒形又は円錐形ホイール176の各側に、少なくとも1つ(様々な態様においては2つ)のフランジ174を有しており、フランジ174は、作業現場12の各縁のスクリードレール58と係合するように構成されている。そのため、シリンダは、スクリードレールの円筒形状上に最小の摩擦で適切に設置されるように、その断面が凹状であってよい。スクリードレール58の形状が矩形状又は正方形状である場合には、ホイール176上のシリンダのホイールの形状が似たように形作られて、ガントリーがスクリードレールに沿って移動する際にスムーズな回転係合が行われるようにする。
歯車駆動ホイール150は、車軸172に動作可能に装着されており、フランジ174の一方の側にある歯車178を含む。歯車178の歯が従動歯車182の歯と係合し、従動歯車182の歯が駆動歯車180の歯と係合する。駆動歯車180は、モータ184により駆動される駆動ロッド186に取り付けられている。モータ184は、電気モータやガス駆動モータであってよく、又は特定の態様では油圧モータであってよい。以下で説明するように、ガントリーコンピュータ190又はトラムコンピュータのうちの1つにフィードバックするために、トラス102の各側にて、2つの直交エンコーダが、各従動ホイール152に1つ、各駆動ホイール150に1つ配置されている。
電源が設けられている。電源は、ディーゼル発電機のような発電機148や、ガソリン、天然ガス、又は、バッテリー駆動式の発電機であってよい。電源は、液圧式であってよい。発電機148は、例えば、他のガントリー軸電子装置に必要な電力に加え、ガントリー駆動モータ184及びトラム駆動モータに必要な電力出力を提供するために使用されてよい。発電機148は、装置10全体に必要な電力を提供してもよい。様々な態様において、モータ184(各々の駆動ホイールに1つ)を高rpmで駆動し、高い電力効率を維持するために、駆動システムは、通常96Vの直流電力で動作してよい。モータ184は、交流モータ、又は油圧発電機が用いられる場合には油圧モータのような、任意の適切なモータであってよい。適切な発電機は、既成品の2kWクラスの交流発電機、既成品の船舶グレードの直流発電機を非限定的に含む。
様々な態様において、図10に示されているように、発電機148は、電子機器ボックス160内の電源に電気的に接続されていてよい。図8、図9、及び図10を参照すると、モータ184による駆動ロッド186の回転は、歯車180、182、及び178によって駆動ホイール150の順方向又は逆方向への動作に変換され、そして、車軸172は、プレート168、166から、スイベル軸ポスト164、クロスバー162、及び脚104、支持フレーム106とトラス102に繋がっているので、ガントリーサブシステム100が、第1経路のスクリードレール58の長さに沿って移動する。ホイールは、鋼鉄やその他の適切な強固で耐天候性がある材料から成ってよい。例えばゴム製の安全バンパ(図示せず)を追加して、動作中における駆動アセンブリ構成要素へのアクセスを遮断してよい。
様々な態様において、各側に駆動ホイールが1つしかない実施形態では、トラス102の各側にて、追加の従動又はフォロアホイール152が、脚104のうちの1つの概ね下側に配置される。図8及び図10に示すように、従動ホイール152は、歯車がなくまたモータに接続されていない点を除き、駆動ホイール150と同じような構造を有している。従動ホイール152は、ホイール176を包囲する少なくとも1つ、好ましくは2つのフランジ174を含み、その形状は、駆動ホイール152の形状と同様に、可能な限り小さい摩擦でスクリードレール58とスムーズに係合するように構成されている。従動ホイール152は、車軸172を介して、上側プレート166から下方に延びるサイドプレート168に、スイベル軸ポスト164から脚104が装着されたクロスバー162へと繋がっていることによって、トラス102の各側の脚104のうちの1つに動作可能に接続されている。従動ホイール152は、レールに沿った駆動ホイールの滑りを計測するエンコーダ(図示せず)を装備していてよい。加えて、レール曲率センサ(図示せず)が、駆動ホイールと従動ホイールを脚104に装着するスイベル軸ピボットポスト164に組み込まれてよい。先端部又は終端部の一方又は両方における従動ホイール152及び駆動ホイール150の上側プレート166からは、動作中にホイール構成要素をデブリから保護するための端板170又は泥除けが延びてよい。
ガントリー電子機器は、例えば支持フレーム106に装着された1つ以上の電子機器ハウジング又はボックス160を備えている。電子機器ボックス160は、以下で十分に述べるように、トラム軸サブアセンブリ200のトラムコンピュータのスレーブとして動作する中央処理ユニット(例えば、コンピュータ190)と、駆動軸動作コントローラ192と、ガントリー側安全ウォッチドッグタイマ(図示せず)と、電力継電器194と、センサインターフェース電子機器196と、アクチュエータインターフェース中継器(図示せず)と、電力変換電子機器195とを格納してよい。ガントリーコンピュータ190は、ガントリー軸動作コントローラ192と、発電機の遠隔起動とに指令する。ガントリーコンピュータ190は、インシデントカメラ(図示せず)から安全ビデオを記録し、レール曲率センサ164の入力を処理し、安全近接センサの入力(図示せず)を処理してよい。ガントリー電子機器用の電子機器部品は、全てよく知られており、市販されている構成要素であるので、本明細書では詳細な説明を省く。当業者は、その機能及び構造について知得しているか、又は文献から容易に確認することができる。
様々な態様において、安全機能が、装置10に含められてよい。例えば、脚104及び1又は複数の電子機器ボックス160には、ロボット状態警告灯(例えば、スタックライト)及び手動式緊急停止ボタン(図示せず)が取り付けられてよい。加えて、安全関連の出来事の記録を取り込むために、脚104付近の範囲のビデオを記録できる光学低解像度ビデオカメラ(図示せず)が任意選択的に設けられてよい。また、近接センサ(図示せず)が設けられて、物体又は障害物が動作方向からガントリーサブアセンブリの脚104に接近すると、動作制御障害をトリガできるようにしてもよい。
ガントリーサブシステム100の電源、1又は複数の電子機器ボックス160、センサ、動作コントローラの間の電気配線は、ガントリーの各セクションのケーブルの配線済みセクションにあってよく、トラスセクションが接続される際に、端と端とが接続される。或いは、ガントリーサブシステムスレーブコンピュータ190とトラムサブアセンブリマスタコンピュータ(電源ボックス或いは電子機器ボックス204又は205に格納されている)との間の信号は、無線周波数(RF)又は光学リンクのような無線リンクにより伝送されてよい。別の代替的構成において、電子通信は、動的な自己格納式ケーブルリールを用いて実施されてよい。
<トラムサブアセンブリ>
図10乃至15に示すトラムサブアセンブリ200は、上側フレームバー216、サイドフレームバー218、及び下側フレームバー220を備えた堅いフレーム又はトラム202を含んでよく、それらフレームバーは、箱状の構造を作るために、相互に溶接されてよく、又は、任意の適切な手段で相互に接続されてよい。しかしながら、サブアセンブリ構成要素の搬送を可能にする任意の適切な形状であれば十分である。図示の構造では、ブレースバー238が更に設けられてよく、トラム202に構造安定性を追加する。
図10乃至15に示すトラムサブアセンブリ200は、上側フレームバー216、サイドフレームバー218、及び下側フレームバー220を備えた堅いフレーム又はトラム202を含んでよく、それらフレームバーは、箱状の構造を作るために、相互に溶接されてよく、又は、任意の適切な手段で相互に接続されてよい。しかしながら、サブアセンブリ構成要素の搬送を可能にする任意の適切な形状であれば十分である。図示の構造では、ブレースバー238が更に設けられてよく、トラム202に構造安定性を追加する。
トラムサブアセンブリ200は、X軸に沿って、作業現場12を横切って横方向にトラム202を第2経路に沿って移動させるための駆動システムを含む。図11乃至14で示されているように、トラム駆動システムは、トラム202又は別のブレースバー238(図示せず)などのトラムフレーム部材に装着された駆動モータ226と、モータ226から延びる駆動ロッド232と、駆動歯車228と、従動歯車230とを含む。従動歯車230は、駆動ホイール車軸224に装着される。様々な態様において、歯車チェーン278は、駆動歯車228を従動歯車230に動作可能に接続する。駆動ロッド232が回転することで、駆動歯車228が回転し、そして、チェーン278により従動歯車230に、そして車軸224へと伝えられる。
サイド部材236は、トラム202の両側に配置され、例えば、フレームバー218又は220に装着される。駆動車軸224の各端部は、サイド部材236における適切な大きさにされた孔を通って延びており、スリーブ264を通って駆動ホイール212に接続する。
様々な態様において、図16で示されるように、トラム駆動システムの駆動歯車228及び従動歯車230は、直接接続しており、歯車チェーン278により接続されなくてよい。駆動歯車228の歯266は、従動歯車230の歯268と歯合する。駆動歯車228が動くことにより従動歯車230が動き、従動歯車230の動きが、次に車軸224を回転させ、それにより駆動ホイール212が回る。電気配線262(説明を容易にするため、図16では部分的に図示される)は、トラムの電源に電気的に接続されており、当該電源は、様々な態様において、ディーゼル発電機、ガソリン、天然ガス、又はバッテリー駆動式発電機などの第2発電機であってよい。発電機からの電力は、駆動モータ226に電力を提供し、駆動ロッド232を介して駆動歯車228を回転させる。発電機からの電力は、駆動モータ226に電力を提供し、駆動ロッド232を介して駆動歯車228を回転させる。様々な態様において、電源は油圧式であってよい。
或いは、図11乃至13で示されるように、電力は、摺動コンダクタ248を通って、ガントリーの主電源からトラム202へ供給されてよい。摺動コンダクタ248は、バー216からトラム202の上方に向かって延び、トラスの上側横ビーム120内又は上に形成されたレールに沿って摺動し、上側ビームのレールから電力を受け取る。電力は、ワイヤ242により、電力ボックス205の駆動システム構成要素へ送られる。
トラムサブアセンブリ駆動ホイール212は、鋼鉄製であって、ガントリーサブアセンブリ100の下側横バー120にあるトラス102のレール130上を進むように配置されることが好ましい。レール130は、鋼鉄で作られて、摩擦をできるだけ大きくし、スリップ力とラッキング力(racking force)の両方をできるだけ小さくしてよい。様々な態様では、図10乃至15に示すように、2つのトラム支持ホイール254は、スリーブ264を介して接続ロッド288に装着されてよい。支持ホイール254はフォロアホイールであり、ガントリーサブアセンブリホイール152と類似している。トラム202の各側に、1つの支持ホイール254が、駆動ホイール212と共に配置されており、駆動システム206により動力付与されて、トラム202とその構成要素が第2のX軸動作経路に沿ってトラス102にかけて横方向に移動する際に、支持ホイール254は、トラムサブアセンブリ200の構成要素をレール130上で支持する。様々な態様において、支持ホイール254は、アイドラーフィードバック(idler feedback)として働くようにエンコードされてよく、蓄積したスリップ又はラッキングを経時的に追跡できることで、必要に応じてソフトウェアのアクティブな修正を行えるようになる。
テンションホイール272が、トラスレール130の下側と揃えられるようにトラム202の各側に1つずつ配置されてよい。テンションホイール272は、その中央にて枢動バー284の一端と接続される。枢動バー284はピボットピン286でブラケット274に装着されており、ブラケット274は作動サブアセンブリ300のためのフレームの一部に装着されている。ばね336又はその他の付勢部材は、各ブラケット274に収容されており、ラケット274の頂部と接触して、ホイール272がレール130と接するように付勢する。ばね及び枢動構成要素により、ホイール272がレール130の下側に沿って移動する際に、テンションホイール272の自動調整が可能にされている。テンションホイール272は、トラム202がレール130をスキップすることを防ぐ。
トラムの電子機器は、装置10の操作に必要な電子機器及びプロセッサを含む、1又は複数の電子機器ハウジング又はボックス204及びボックス205を備えてよい。図示されたトラム202の実施形態において、ボックス204及びボックス205は、互いに離間しており、以下で詳述するが、Z軸アクチュエータ306が、トラム202のY軸に沿って自由に移動するための空間を提供する。
様々な態様において、ボックス204は、一般的な構成要素を含んでおり、例えば、ガントリーサブアセンブリコンピュータ190及び無線又はその他の受信機や通信構成要素のマスタとして機能する中央処理ユニット又はトラムコンピュータと、トラムコンピュータ及びセンサ用の電力変換電子機器と、イーサネットスイッチと、センサインターフェース電子機器とを含んでよい。ボックス205は、駆動構成要素用電子機器と、グリッパサブアセンブリ用の電力変換電子機器と、モータ駆動電源用の電力変換電子機器と、配電バスバーと、タイマー及びアクチュエータインターフェース用の中継器とを含んでよい。アンテナ270は、電子機器ボックス204及び電力ボックス205の各々に装着される。様々な態様において、各動作軸に対して1つの駆動電源があってよい。電力変換電子機器は、交流電流(AC)を受け入れて直流電流(DC)に変換し、これを、動作制御を行う動作制御増幅器と、必要に応じてより高い電流を印加する小型の動力電源の中継器とに供給する。例えば、動作制御増幅器は、トラム202が移動した距離と必要な電力とを判定するために、駆動ホイールモータエンコーダ及び従動ホイールエンコーダからのエンコーダフィードバックを読み取ってよい。モータへの電流は、所望の速度又は電圧出力の何れかを達成することにより調整できる。動作制御増幅器は、モータに必要な電力量を判定し、これに従い、従動ホイール及び駆動ホイールモータエンコーダとホール効果センサからの入力に応答して電力出力を調整する。動作制御増幅器は市販されており、任意の適切な増幅器であれば十分である。上記した、様々な電子機器及び電力の構成要素は市販されている。図示はされていないが、当業者であれば、本明細書に記載した様々な電子機器及び電力の構成要素並びにその他の要素が、装置10に電力を提供することに使用できること、更に、効率的な操作又は組立てを容易にするために、構成要素は任意の適切な方法で、ボックス204及びボックス205に配置されてよく、また、単一の電子機器ボックスに収容されてよいことは、当業者であれば理解できるであろう。
トラム202がトラス102の端部に衝突する場合にトラム202及びその構成要素を保護するために、バンパーパッド326が、下側フレームバー220にてトラム202の各端部に配置されている。更なる安全性は、トラム202の両端に設けられた近接センサ328又は移動制限スイッチにより提供される。近接センサ328は、例えば、フレームバー220及びフレームバー218の隅にてブラケットに取り付けられてもよい。センサは、トラム202がトラス102の端部に近づいたのを感知し、トラム電子機器ボックス204に信号を送信して、トラム202が更に横方向に動くことを止めさせる。
トラムサブアセンブリ200は知覚センサを更に含む。様々な態様では、知覚センサは、任意の適切な三次元知覚センサであってよく、当該知覚センサは、立体視覚、レーザスキャン、レーザ飛行時間、又は、三次元の景色を知覚し、伝達するためのデータを合成するためのその他の手段を利用する。知覚センサは、例えば、一対の立体視カメラ342を含んでよい。詳細な説明のために、知覚センサを立体視カメラ342として説明及び図示しているが、当業者はその他の三次元センサに代えられることを理解するだろう。
様々な態様では、少なくとも1つ、好ましくは2つ以上の立体視カメラ342、例えばMultiSense S7カメラが設けられてよい。例示的な立体カメラシステムは、係属中の米国公開特許出願第US2016/0227193号に開示されている。
図34を参照すると、図示した各カメラ342は、固定焦点距離レンズ348とライト350を有する2つの撮像装置を含んでおり、各ライトは、広範囲を照明するために、電球や発光ダイオード(LED)のような複数の光源を設けることが好ましい。加えて、又は代替的に、ガントリーサブアセンブリ100或いはトラムサブアセンブリ200に広範囲照明が装着されてもよい。知覚センサの電力は、電力変換電子機器のうちの1つから受け取られる。
知覚システムは、色を感知する機能を含んでもよい。色感知を追加することにより、ソフトウェアオブジェクティブ(software objective)がタイプの異なる鉄筋を特定できるようになる(例えば、緑色又は青色のエポキシ樹脂塗布された鉄筋52,54)。図33乃至34に示すように、第2立体カメラ342のような第2知覚センサを追加することで視野290及び292が拡大し、図33に示すように、様々な態様において、重複フィールド294によって、対称的な鉄筋の特定が拡大する。この配置により、トラム202が作業現場12の幅にわたって横方向に前後しても、グリッパアセンブリの動作のターゲット位置の各々を使用前に見ることが可能となる。2台のカメラ342を用いることで、視野290及び292が拡大し、位置の正確性が増加し、動作中における鉄筋の動きへの感受性が低下する。1つ以上のカメラ342を設けることにより、危険知覚の低下と経路計画によってシステムの信頼性が高まる。加えて、トラム202に強度可変ライトを追加することにより、任意選択的に夜間動作が可能となる。
<作動サブアセンブリ>
トラム202は、作動サブアセンブリ300を搭載している。図11乃至13及び図15で例示されているように、作動サブアセンブリ300はZ軸動作アクチュエータを含んでよく、これは直動アクチュエータ、デルタアクチュエータ、又は、平行運動アクチュエータであってよい。典型的な直動アクチュエータは、当該分野でよく知られているベルト駆動システム、油圧シリンダ、又は歯車機構を用いたものを含む。当業者は、任意の適切な公知の直線アクチュエータが使用されて、図面中で実質的に鉛直方向として示された、ほぼZ軸に沿った第3経路に沿ってアクチュエータの動作を案内してよいことを理解するだろう。様々な態様において、作動サブアセンブリ300は、トラム202に対してY軸に沿って移動することも可能であってもよい。これにより、ガントリーのY軸のみに沿って移動することで達成されるよりも更に優れた、作業現場12のY軸上でグリッパを配置するための分解能が得られる。グリッパアーム及びグリッパは、図11でRと示された回転運動でZ軸回りに回転してもよい。
トラム202は、作動サブアセンブリ300を搭載している。図11乃至13及び図15で例示されているように、作動サブアセンブリ300はZ軸動作アクチュエータを含んでよく、これは直動アクチュエータ、デルタアクチュエータ、又は、平行運動アクチュエータであってよい。典型的な直動アクチュエータは、当該分野でよく知られているベルト駆動システム、油圧シリンダ、又は歯車機構を用いたものを含む。当業者は、任意の適切な公知の直線アクチュエータが使用されて、図面中で実質的に鉛直方向として示された、ほぼZ軸に沿った第3経路に沿ってアクチュエータの動作を案内してよいことを理解するだろう。様々な態様において、作動サブアセンブリ300は、トラム202に対してY軸に沿って移動することも可能であってもよい。これにより、ガントリーのY軸のみに沿って移動することで達成されるよりも更に優れた、作業現場12のY軸上でグリッパを配置するための分解能が得られる。グリッパアーム及びグリッパは、図11でRと示された回転運動でZ軸回りに回転してもよい。
作動サブアセンブリ300は、鉛直フレーム部材302及び下側水平フレーム部材304を含むフレームを含む。鉛直フレーム部材302の頂部は、トラム202のフレーム部材220に溶接されてよく、或いは、作動サブアセンブリのフレームをトラム202に強固に連結するように適切な留め具又はその他のコネクタにより接続されてよい。Z軸に沿った直線運動は、プーリーに結合したモータ及び歯車ボックスを有するベルト駆動アクチュエータ、又はボールねじリニアアクチュエータのような適切で公知の手段により達成されてもよい。図示されているように、摺動レール部材306は、固定されたZ軸部材308に装着される。固定されたZ軸部材308に装着されたZ軸モータ310は、Z軸に沿った第3経路に沿って上下する摺動レール部材306の動きの動力を与える。
様々な態様において、アクチュエータサブアセンブリ300は、トラムY軸動作アクチュエータを含んでよい。固定レール312が2つの鉛直フレーム部材302に装着され、それらに跨がっている。Z軸の固定部材308に装着された摺動プレート314は、固定レール312上で相補的な軌道を摺動するように構成されている。Y軸モータ316は、エンドキャップ320にてY軸固定レール312の一端に装着される。モータ316は、レール312に沿った摺動プレート314及び固定Z軸部材308のY軸方向の動きの動力を与える。Z軸摺動レール306が固定部材308に接続されているため、レール312に沿ったトラムのY軸上でのプレート314及び固定部材308の前後の動きは、Z軸レール306をトラムのY軸上で前後に移動させる。トラム202の電子機器ボックス204及び電子機器ボックス205の間の空間は、Z軸レールがトラムY軸上を移動するための自由な空間を提供する。
回転(Zヨー(Yaw))運動R(図11を参照)は、様々な態様において、摺動レール306の下端322に装着された回転モータ318によりもたらされる。ポスト358が、グリッパサブアセンブリ400をZ軸摺動レール306の下部322に接続してよい。或いは、Z軸摺動レール306は、下端322にキャビティを有しており、当該キャビティがコネクタ358を受け入れて、グリッパサブアセンブリ400が作動サブアセンブリ300に接続されてよい。何れの構成においても、Z軸摺動レール306がZ軸を上下に移動する、又はトラムY軸を前後に移動すると、或いは、ポスト又はコネクタ358がZ軸回りに回転すると、或いは、これらの動作の任意の組合せにより、グリッパアーム470は同一の方向へ移動する。Z軸摺動レール306の下端322は、基準マーカーを含んでよい。
ライト332が下側フレームバー304に取り付けられて、鉄筋が配置されている場所を集中して照らしてよい。ライト332用の配線を収容するための配電ボックス334は、図11及び図13に示されている。
装置10の様々な構成要素への電源及び通信源の接続の例示的な構成は、図49のブロック図に示されている。トラムサブアセンブリのプロセッサ又はコンピュータは、例えば、カメラ342及びエンコーダへのイーサネット接続を介してセンサデータを受信する。トラムコンピュータは、そのセンサデータを使用して、動作コントローラに返信される動作コマンドを生成し、動作コントローラは、ガントリーサブアセンブリのモータ184、トラムサブアセンブリのモータ226、及び作動サブアセンブリのモータ310,316,318の動きを連係させてガントリーY、トラムY,X,Z、及びZヨー経路での動きを夫々実行して、装置10を適切に配置する。トラムコンピュータはまた、動作コマンドを生成し、当該動作コマンドは、例えば、イーサネット接続、コントローラエリアネットワーク(CAN)バス、又はデジタル信号により、グリッパサブアセンブリの受信機へ送信され、ソレノイド450のロック解除を実行する。
トラム202は、ガントリー及び/又は第2トラム202との通信のためのハードウェアを含む。これは、図49で示されるWi-Fi無線及びアンテナ270により、或いはCAN等のその他の有線又は無線通信を介して達成されてよい。トラムコンピュータは、イーサネットを介して知覚立体カメラ及び動作コントローラと直接通信する。動作コントローラは、動作コマンドをX,Y,Z、Yトラム、及びZヨーのモータ制御の個々の車軸駆動に伝える。グリッパモジュールへの電力及び制御信号は、電子機器筐体から、車軸に沿ったケーブルを通じてグリッパアームへ配信される。例えば、様々な態様において、電力ケーブルは、ケーブルウェイ管理ガイド324に搭載されてもよい。
<遠隔コントローラ>
現場オペレータは、任意の適切な市販の又は特別に設計されたコントローラ380を使用して、装置10及びサブアセンブリ100、200、300、及び400を遠隔制御してよく、例えば、コントローラ380は、屋外用、産業用、及び建築用の無線コントローラの広範な市場から選択された安全定格無線コントローラである。図36に例示的なコントローラ380を示す。コントローラ380は、ガントリーとトラムサブアセンブリの動作を制御するためのハンドグリップ392及び複数のジョイスティック384と、エンドエフェクタ及びツールへの電力に目的の制御をするためのトグルスイッチ390とを含む。コンピュータにより中継されたデータ又はその他の情報を表示するためのスクリーン394を設けてよい。コントローラ380は、モード選択ノブ391によって、任意のサブアセンブリの限定された手動制御をトリガするために、又は、装置10の自動動作を生じさせるために使用されてよい。装置は、緊急停止ボタン393を起動させることにより急停止されてよい。
現場オペレータは、任意の適切な市販の又は特別に設計されたコントローラ380を使用して、装置10及びサブアセンブリ100、200、300、及び400を遠隔制御してよく、例えば、コントローラ380は、屋外用、産業用、及び建築用の無線コントローラの広範な市場から選択された安全定格無線コントローラである。図36に例示的なコントローラ380を示す。コントローラ380は、ガントリーとトラムサブアセンブリの動作を制御するためのハンドグリップ392及び複数のジョイスティック384と、エンドエフェクタ及びツールへの電力に目的の制御をするためのトグルスイッチ390とを含む。コンピュータにより中継されたデータ又はその他の情報を表示するためのスクリーン394を設けてよい。コントローラ380は、モード選択ノブ391によって、任意のサブアセンブリの限定された手動制御をトリガするために、又は、装置10の自動動作を生じさせるために使用されてよい。装置は、緊急停止ボタン393を起動させることにより急停止されてよい。
コントローラ380は、非テザリング式(つまり無線式)又はバッテリー駆動式であってよい。コントローラ380は、遠隔緊急停止機能、手動ロボットモード制御(つまり、手動又は自動モード)、手動式軸ジョグ制御(つまり、3軸ジョイスティック(図示せず))を含んでよく、また、操作を容易化するために人間可読なステータス及び他のメッセージを表示する能力を有してよい。加えて、図35に示すような別個の遠隔緊急停止コントローラ382が、オペレータや監督者のような作業現場12の2次労働者により操作されてよい。緊急停止コントローラ382は、アンテナ388と、1つの緊急停止押しボタン386と、本体及びハンドグリップの組合せ378とを含んでよい。電子機器ボックス160又は204の一方の上にあるアンテナ282(例えば、図4を参照)が、コントローラ380,382との間で信号を送受信する。アンテナ282は、スレーブコンピュータ190及びトラムコンピュータの一方又は両方に配線されており、コントローラ380から手動制御信号を、コントローラ382から動作停止信号を読み出し、応答して、更に、人間可読な形式でスクリーン394に表示する状態データをコントローラ380に返信する。
<ソフトウェアシステム>
装置10は、様々な態様において、サブアセンブリの機能を動作制御するためのソフトウェアシステムを含んでよい。図45を参照すると、ソフトウェアコンポーネント図表が、3×3のグリッドで示されている。グリッドの各レイヤーは、時間スケールの違いを表し、様々な態様においては、プラットフォームの違いも表す。各レイヤーは、外部入力(例えば、センサ、人為的な入力、又はデータベース)及び出力(例えば、アクチュエータ、人間可読な表示、又はデータログ)を有してよい。戦略的計画レイヤーは、大部分がオフラインであって、例えばWINDOWS(登録商標)ベースであり、実行シーケンスにおける各「役割」(例えば、キャリア、プレイサー、アシスタントプレイサー等)について計画をブレイクダウンすることによって、人間可読な橋梁計画及び作業現場12の基準マーカー70の実測値を、ソフトウェア及び装置10の構成要素が処理できる計画に変えることを含む。戦術実行レイヤーは、ロボット構成要素の大半を有し、感知、モデル、アクションサイクルを経る。このレイヤーの構成要素は、通常約10Hzで動作する。動作制御レイヤーは高帯域幅のアクチュエータ制御のほとんどを担い、専用のハードリアルタイムハードウェア上で50Hz乃至1000Hzで動作して、実際に装置10を動かす。多くの場合、異なるレイヤーは異なるコンピューティングプラットフォームを意味するので、レイヤーとレイヤーとの間で伝達される情報は通常限定され、構造化されている。例えば、戦術レイヤーはLINUXオペレーティングシステム上で作動するROSを使用してよく、動作制御レイヤーは、Trioモータコントローラであって、異なるオペレーティングシステム間及び/又は異なるレイヤーのコンピュータ言語間での通信に所定のネットワーク又はインターフェースを用いてよい。しかしながら、レイヤー内で情報がどのように流れるかについて設計上の制約はない。ソフトウェア設計の当業者は、レイヤー内とレイヤー間の情報フローは、任意の適切な方法で十分であることを理解するであろう。
装置10は、様々な態様において、サブアセンブリの機能を動作制御するためのソフトウェアシステムを含んでよい。図45を参照すると、ソフトウェアコンポーネント図表が、3×3のグリッドで示されている。グリッドの各レイヤーは、時間スケールの違いを表し、様々な態様においては、プラットフォームの違いも表す。各レイヤーは、外部入力(例えば、センサ、人為的な入力、又はデータベース)及び出力(例えば、アクチュエータ、人間可読な表示、又はデータログ)を有してよい。戦略的計画レイヤーは、大部分がオフラインであって、例えばWINDOWS(登録商標)ベースであり、実行シーケンスにおける各「役割」(例えば、キャリア、プレイサー、アシスタントプレイサー等)について計画をブレイクダウンすることによって、人間可読な橋梁計画及び作業現場12の基準マーカー70の実測値を、ソフトウェア及び装置10の構成要素が処理できる計画に変えることを含む。戦術実行レイヤーは、ロボット構成要素の大半を有し、感知、モデル、アクションサイクルを経る。このレイヤーの構成要素は、通常約10Hzで動作する。動作制御レイヤーは高帯域幅のアクチュエータ制御のほとんどを担い、専用のハードリアルタイムハードウェア上で50Hz乃至1000Hzで動作して、実際に装置10を動かす。多くの場合、異なるレイヤーは異なるコンピューティングプラットフォームを意味するので、レイヤーとレイヤーとの間で伝達される情報は通常限定され、構造化されている。例えば、戦術レイヤーはLINUXオペレーティングシステム上で作動するROSを使用してよく、動作制御レイヤーは、Trioモータコントローラであって、異なるオペレーティングシステム間及び/又は異なるレイヤーのコンピュータ言語間での通信に所定のネットワーク又はインターフェースを用いてよい。しかしながら、レイヤー内で情報がどのように流れるかについて設計上の制約はない。ソフトウェア設計の当業者は、レイヤー内とレイヤー間の情報フローは、任意の適切な方法で十分であることを理解するであろう。
更に、システム構成要素は、図の縦方向に、感知、モデリング、実行機能に分けて表されている。この分類は単に情報を提供するものであり、レイヤーの構成要素に何らかの制限や構造を課すものではない。「典型的な」データの流れは、左から右へ、感知から実行への流れである。実際には、レイヤーの中の全てのものが、他の任意のものと通信する可能性がある。「逆」の情報フローが必要な場合もある。即ち、作業現場の現在のモデルによって、又は実行されている現在のアクションによって、感知が指示され、又はパラメータ化される場合である。更に、システムモジュールはカテゴリーを横断することができる。例えば、マッピングモジュールは未処理のセンサ入力を直接処理し統合しながら、世界のグローバルモデルを構築する。
図45は、左から右へ向かって、システムへの情報入力からシステムの出力までを図示している。図45はまた、装置構成要素の現実世界での動きをリストしてグリッドの下部にまとめて、システムによって実行される各機能において具現化される概念を示している。初めに、例えば、道路、橋梁デッキ、又はその他の表面建設用の既知の工学的要件に基づいて建設計画を立てるため(戦略的事前計画)、作業現場12を調査してマーカー(図43に示す基準マーカー70等)を配置する、及び/又は、マーカー間の距離を測定するため(感知)、測定値を建設計画と相関させるため(モデリング)、そして、USBドライブ又は他の電子ソースからのダウンロードのような適切な既知の方法で計画を装置10のシステムソフトウェアに入力するために、人による入力が必要とされる。このレイヤーの出力は、装置10の運転において種々の戦術的構成要素が果たすべき一連の戦略的目標及び役割割当である(実行)。戦略レイヤーは、(非常に低い帯域幅で)装置10の進捗をモニターするためのツールをユーザに提供し、計画の戦略的な実行の際に直面する予期せぬ問題に対して、ユーザが、調整された新しい戦略的計画を立てることを可能にする。
次のレベルの「戦略的実行」では、建設計画が、装置10の構成要素の構造と予想される互いに対する位置及び方向(即ち、ポーズ)とに関するデータと共に、システムに入力され、ソフトウェアシステムに伝達される。様々な態様において、人間オペレータ制御ユニット入力、視覚センサからの入力、及びLIDARセンサからの入力のような装置センサからの更なる入力があってよい。LIDARセンサは、市販のセンサであり、パルスレーザの形式で光を用いて可変の距離を測定する。パルスは、他のデータと組み合わされて、表面特性についての正確な三次元情報を生成する。感知機能は、例えばカメラ342又は他の画像データ源を用いて作業現場12及び装置構成要素の一部(摺動レール306の底部322等)に配置された基準マーカー70を見つけて、そのデータを、表面推定、鉄筋の位置の決定及び確認、障害物の検知、及び知覚診断のために用いてよい。感知データは、モデリング機能(位置特定及びマッピング等)と、装置10の種々の構成要素(グリッパ402及びグリッパアーム470、トラム202及びガントリートラス102等)の作業現場12に対するポーズの推定と、保存された構成要素の構造及び配置図に照らして予想されたものと異なる故障や障害物を検知する故障監視とに使用されてよい。例えば、上記の立体カメラ342等の知覚センサは、鉄筋マット50(又は目的となる他の作業現場)及び基準マーカー70を知覚して位置を計算する。図43に示すように、カメラは、マーカー70から位置信号72を受信し、画像データをカメラからマスターコンピュータに送って、マガジン14、マガジンの中の鉄筋セグメント52,54、目的のマット50を検知し、所望の間隔が維持されるような鉄筋の配置位置を特定することができる。
任意の時点で実行される動作、例えば、鉄筋マット50の形成において、鉄筋を持ち上げてこれを特定の配置場所に運搬する等の動作は、実行モジュールによって調整される。実行モジュールは、オペレータ制御ユニット(OCU)を用いて現場のシステムと対話する人間オペレータの綿密な管理に基づいて、安全なシステム運用を維持する間中、感知された作業現場のモデル、及び、システムの感知された作業現場に対する関係を、計画の戦略的目的と組み合わせて、任意の特定の時点においてシステムが何をすべきかを正確に戦略的に決定する。実行モジュールは、種々の特別な計画構成要素を用いて戦略的目的を達成する。例えば、配置計画モジュールは、実行モジュールが次の配置に必要となる鉄筋のタイプを決定するのを助け、計画の実際の進捗から判断してそれを配置する最適な位置を決定する。これに加えて、障害物回避モジュールが含まれてよく、このモジュールは、モデリング構成要素によって構築された環境の詳細な3Dマップを用いて、鉄筋マット50の上方に突出する障害物があるか否かを判断する。障害物回避モジュールは、装置10の任意の構成要素について所定の動作の軌道を変えることができ、単に軌道を変えるだけでは物体を避けるのに不十分であると判断される場合には、システムは、装置10の進行を停止し、OCUを用いた人間の介入を要求することができる。
システムは、動作及び進捗の統計を収集し、当該統計は、作業完了後に分析されてよく、又は、条件や優先順位の変化に応じて戦略的橋梁計画を修正するために管理者にフィードバックされてよい。更に、戦略的実行レイヤーからのより詳しいデータログが後の分析のために保存されてよい。
システムの動作制御レイヤーにおいて、動作制御を支援するために、ガントリー従動ホイール152及びキャリア従動ホイール254、並びにジョイントなどに設けられたエンコーダと、グリッパアーム470及びグリッパジョイントに設けられたトルクセンサと、温度センサとが用いられてよい。感知機能はセンサからデータ入力を読み取り、モデリング機能は、入力を組み合わせてデータを統合及び選別して、X、Y及びZ、Yトラム軸、並びにZヨーの任意の軸における装置の各構成要素の移動状態又はそこからの逸脱を算出し、動作中の任意の時点における、グリッパ402等のエンドエフェクタの位置を推定する。このようにして作成されたモデルは、関連する全ての構成要素について動作軸を連係させて制御するため、及び、グリッパサブアセンブリ400を制御するために用いられる。関連する構成要素に信号が出力されて、建設計画の完成に必要なステップを実行するための動作が行われる。
ガントリーステアリングモジュールを使用して、スクリードレール58の直近の曲率に追随するようにガントリー脚104の駆動速度が調整されてよい。ガントリーサブアセンブリ100の各側は独立に駆動されてよい。これは、各レール58の相対的な曲率を検知するレール追随センサ(図示しないが、任意選択的に従動ホイール152に配置される)によって指示されてよい。これに加えて、又は代替的に、ガントリーサブアセンブリ100の前方に向けてカメラが設けられて、レール58の曲率又は他のマーカーの画像が事前に提供されてよい。事前の画像データは、管理者に報告され、計画生成モジュールと連係して、モジュールを介した駆動モータ184への動作制御指示が調整されて、各駆動モータ184ごとに異なる動作が実現される。曲線の外側にあるトラス102の一方の側の駆動ホイール150の移動距離は、曲線の内側にあるトラス102の他方の側の駆動ホイール150の移動距離よりも大きい。ソフトウェアは、鉄筋ラインとレールラインとの違いを見分け、レールの曲率を正確に特定して計算するように記述されている。
或いは、レーザーパルスを送り、フィードバックを受けて、データを管理者に通信して上記の方法で動作制御指示を調整するために、脚104、又は、トラス102若しくは支持フレーム106の前面部分にToFカメラが装着されてよい。
別の実施形態では、知覚センサを用いてレール曲率が観察されてよい。立体カメラ342等のセンサは、その視界内の画像を知覚サブシステムモジュールに通信し、当該モジュールは、様々な態様において、本明細書で説明したアルゴリズムを用いて視界内の線及び角度を認識し、それらの画像を、長手方向の鉄筋52のラインについてグリッドマップデータと比較する。少しずつ移動させることで、変化する曲率を測定することができる。鉄筋はスクリードレールに追従しているので、長手方向の鉄筋ラインの曲率はスクリードレール58の曲率に近いものになることが推測される。これらの変化を利用して、動作制御サブシステムモジュールからガントリー脚104の駆動モータ184及び駆動ホイール150への動作指示が調整されてよい。グローバルポジショニングシステム(GPS)を用いて、鉄筋に対するガントリートラスの位置が調整されてよい。
使用中、立体カメラ342の各対は、一方が290をカバーし、他方が292をカバーする同期した一対の画像を取り込み、この画像データをビデオプロセッサを介して送信し、ビデオプロセッサは、データに三角測量を施し、各ステレオペアについて対象位置及びその周囲の三次元(3D)レンジ画像を構築する。レンジ画像の各行及び列の要素は、センサからその地点までの距離を測る。レンジ画像は、主に2つの目的で処理される。第1の目的は、鉄筋セグメントの3D位置及び方向を抽出してマガジンからの拾い上げをガイドし、適切な配置間隔を案内すること、第2の目的は、カメラの視界にある領域のエレベーションマップを作成することである。
鉄筋セグメントの抽出は、立体カメラによって提供されるレンジ画像を取得し、適切に調整されたエッジフィルタをレンジ画像に適用して、得られたエッジ画像にハフ変換ライン検出アルゴリズムを用いることによって行われてよい。ハフ変換は当業者に周知であって、ポール・ハフ(Paul Hough)による研究(米国特許第3,069,654号を参照)に由来しており、任意形状の位置を特定するべく発展されており(Duda,R.O及びP.E.Hart著 “Use of the Hough Transformation to Detect Lines and Curves in Pictures,”Comm.ACM,Vol.15,pp.11-15(January,1972)を参照)、後にコンピュータビジョンに応用されている(D.H.Ballard,“Generalizing the Hough Transform to Detect Arbitrary Shapes”,Pattern Recognition,Vol.13,No.2,p.111-122,1981を参照)。大まかに述べると、これは、画像分析、コンピュータビジョン、及びデジタル画像処理において用いられる特徴抽出技術である。
エレベーションマップは、レンジ画像の各地点を、世界基準系における2DのX,Y地点の高度に変換することによって構築されてよい。次に、各地点の高度は、カメラの下にある目が粗い2DのX-Yグリッドのセルに挿入されてよく、これらの地点の統計的ロバスト解析を行い、予想される各セル表面の最大高度を算出することができる。得られたエレベーションマップは、システムが回避する障害物を決定するために直接使用されてよく、また、予想される平均的平面をカメラの下に設けるために用いられてよく、当該平面は、鉄筋セグメント抽出に基づくハフ変換に焦点を置いて検証するために用いられてよく、これによって、鉄筋の検出は、ロバストな動作のための如何なる事前較正ステップも必要としなくなる。
カメラ画像データは、ハフアルゴリズム及び他の適切なコンピュータビジョン処理アルゴリズムを実行するためのモジュールを含む知覚システムソフトウェアが配置されているコンピュータ、例えばトラムマスターコンピュータに送られる。ハフ変換及びエレベーションマップアキュムレータが例示的な方法として記載されているが、当業者は、他のアルゴリズムを用いて、三次元入力から鉄筋セグメントを特定して、カメラの下の面を特徴付けることができることを理解するであろう。
カメラ342からの未加工カメラ画像データが用いられて、ロボット構成要素の実際の位置のモデルが構築される。例えば、基準マーカーは、時折立体センサ342の視界に入るように、グリッパサブアセンブリ400のアーム470に装着されてよい。これらが視界にあると、基準マーカーの位置及び方向が画像から抽出されて、カメラに対するアーム470の相対位置が確定される。故に、システムはアーム470の実際のポーズ(即ち、位置及び方向)を経時的に正確に追跡することができ、設置のばらつきや制御不能な機械コンプライアンスの原因を説明することができる。基本的に、システムは連続的に自己較正を行うことで、動作前の較正ステップの必要性を排除し、システムを明らかに再較正する必要なくグリッパアーム及びカメラを入れ替えることを容易にし、システムがグリッパアーム470のエフェクタ、領域、そのセンサ間の実際の関係を常に感知していることを知っているので、ジョイントにおける機械的で制御されないコンプライアンスの使用を促す。
システムは、経時的に情報を蓄積し、領域及び領域に関連付けられた種々の構成要素の位置の正確な3Dモデルを作成する。SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)のプロセスは当業者に周知である。この実施形態では、SLAMプロセスが立体カメラ342からのリアルタイム情報と、ガントリー及びトラムからのオドメトリ(odometry)と、ガントリー脚104に装着された安全レーザースキャナからの情報とを組み合わせて、領域及びシステムの比較的正確で最新の3Dモデルを構築してよい。橋梁の形状に関する先験的な情報を、知覚システムが感知して位置を特定できるGPS又は測量された基準マーカーと組み合わせて用いることによって、領域及び半自律装置10の絶対的に正確で最新の3Dモデルが得られ、それを、グローバルベースの戦略的な動作計画と共に用いることで、どの鉄筋セグメントをどこに配置するかについて、瞬時に適切な戦術的動作を実行することができる。
<例示的動作>
半自律装置10を作業現場で使用するために設定する際の最初のステップは、ガントリートラス102の高さ及びスパンの調整であってよい。作業現場12にかかるトラス102の高さは、脚104及び支持フレーム106でブラケット108の位置を調整することによって調整されてよい。トラス102のスパンは、作動サブアセンブリ300が格納位置にある状態で、トラム202が作業現場12の表面上の如何なる障害物にも衝突せずにマット50の全幅を横断できるように、必要な数のトラスモジュール118を整列させることによって手動で調整されてよい。
半自律装置10を作業現場で使用するために設定する際の最初のステップは、ガントリートラス102の高さ及びスパンの調整であってよい。作業現場12にかかるトラス102の高さは、脚104及び支持フレーム106でブラケット108の位置を調整することによって調整されてよい。トラス102のスパンは、作動サブアセンブリ300が格納位置にある状態で、トラム202が作業現場12の表面上の如何なる障害物にも衝突せずにマット50の全幅を横断できるように、必要な数のトラスモジュール118を整列させることによって手動で調整されてよい。
グリッパサブアセンブリ400に関して前述したように、典型的にはクレーン32、又は重くて扱いにくい物を持ち上げて移動するための他の適切な機材によって、鉄筋52,54の大量のストックがストックパイル30から移動され、マガジン14又はこれに相当するコンテナに配置される。作業に必要な適切なサイズの鉄筋で満たされたマガジン14は、上記のように、装置10によって作業現場12に近づくように移動される。マガジン14の適切な位置は、鉄筋が配置される位置に隣接していてよく、マガジン14の鉄筋の長軸は、鉄筋52又は54が鉄筋マット50に配置される方向に対して概ね平行である。
図1乃至3は、作業現場12のY軸の面に沿って、長手方向経路に沿って鉄筋52を配置する装置10の配置を示す。この配置では、グリッパアセンブリ400のアーム470は、Y軸の面に沿って長手方向経路の方向に向いている。図40は、鉄筋が、作業現場12のX軸の面に沿って、横向きに置かれている構成を示す。この構成では、グリッパサブアセンブリのアーム470が回転し、アームセクション470及びグリッパ402が装置10の横軸に沿って揃えられる。何れの構成においても、グリッパ402は鉄筋まで下げられ、図25A乃至25Fに示す上記のグリッパシーケンスを用いてマガジン14から鉄筋を掴み、上記の作動サブアセンブリ300の直線動作を用いて鉄筋を持ち上げ、予めインストールされた建設計画に従って、選択された鉄筋52又は54を鉄筋マット50の所望の位置に運搬する。運搬は、トラム202をガントリートラス102に沿って適正な位置に移動させ、鉄筋を下げて開放することによって行われる。これは、作動サブアセンブリ300の直線動作を用い、そして、ソレノイド450を作動させて、グリッパフィンガー404のロックを解除し、プランジャ452を後退させ、フィンガー404を開いて鉄筋52又は54を開放することで、鉄筋を下げて開放することによって行われる。
1つの装置10によって安全に運ぶことができる鉄筋の長さを決定するため、そして、片持ちされた又は吊り下げられた鉄筋のスパンに使用中に発生するであろう垂れの量を知るために、試験を行った。図46及び図47を参照すると、垂れ試験は、サイズが♯4,♯5,♯6,♯7,及び♯8である、50フィートのバーについて行った。例えば、♯4の鉄筋は直径が0.5インチであり、バーのサイズ番号の整数が増加するごとに、直径が1/8インチ増加する。従って、♯5の鉄筋は直径が5/8インチであり、♯8の鉄筋は直径が1インチである。各バーは、16フィートの間隔(B)をあけて配置された2つの8フィートの支持構造物上に置かれ、バーの9フィートは各支持の外側端部から突出している((A)及び(C))。図47の表は、各バーサイズについて、試験設定の区間Bの垂れ、及び、区間AとCの垂れの平均値をインチで示したものである。♯4のバーについては、区間Bにてバーの中央は3インチ垂れて、9フィートの各端部は平均で19インチ垂れた。♯8のバーについては、区間Bにてバーの中央は1インチ垂れて、9フィートの各端部は平均で10インチ垂れた。
片持ち状態でのバーの垂れを測定する試験については、サイズが♯3から♯8であって、片持ち部分の長さが2乃至16フィートの鉄筋を用いた。固定された端部が平らであることを確実にするために、各バーは48インチの水平な支持物にクランプされた。図48の表は、バーのサイズ及び長さごとに、垂れをインチで示したものである。例えば、2フィートの片持ち端部を有する♯3のバーは全く垂れなかったが、8フィートの片持ち端部を有する♯3のバーは18.75インチ垂れた。2フィートの片持ち端部は、♯4バーで僅かに0.875インチ垂れたことを除いて、ほとんどのバーで垂れなかった。4フィートの片持ち端部を有する♯8バーは0.5インチ垂れ、14フィートの片持ち端部を有する♯8バーは26.5インチ垂れた。垂れの量が最も大きかったのは、10フィートの♯4バーでの30インチであり、14フィートの♯7バーでの30.25インチであった。
垂れ試験の結果から、ある状況においては、より長い鉄筋を安全に運搬し配置するためには、1つの装置10に2つのグリッパサブアセンブリ400を設けるか、又は、2つの装置10を設けるのが最適であると考えられる。2つの装置10を用いて長い鉄筋を長手方向に配置する構成を図37乃至39に示す。2つのガントリーは、1つの駆動ガントリーが機械的リンク部品40によって受動ガントリーを押す(又は引っ張る)受動型、又は、両方のガントリーの駆動モータが機械的に又は無線でリンクしている協調型等、様々な方法で連係してよい。機械的にリンクしたガントリーは、2つのガントリーを接続し、それらの間の連係動作を支援する、固定式又は関節式の機械的リンク部品40を含んでよい。機械的に結合されたガントリーシステムにおいては、ガントリーは、例えばCAN、直列リンク(RS-232/485/422等)、イーサネット、イーサキャット、又は他の有線通信プロトコル等の有線リンクによって、互いに通信できる。
無線リンクされたガントリーは、無線ラジオリンクによって互いに動作を連係させる2つのガントリーを含んでよい。この場合、1つの主たるガントリーが動作計画コマンドを作成し、それらを従たるガントリーに送信する。主たるガントリーは、(センサを通して)従たるガントリーを観察することによって、又は、従たるガントリーがその位置を報告することによって、従たるガントリーの位置を確認する。無線接続されたガントリーシステムでは、ガントリーは、(Wi-Fi 802.11 b/g/n若しくは無線CAN、又はその他の)無線ラジオリンクによって通信できる。
各ガントリーは、そのトラム又は複数のトラムと無線又は有線通信によって通信する必要があるだろう。無線通信は、スタンダードWi-Fi(802.11 b/g/n)、又は他の専用の無線ネットワーク(例えば、無線CAN)を用いてよい。有線通信には、導体レールを通して、又はフェストンケーブルを介して、RS-485又は同様なものを用いてよい。
2つのグリッパアセンブリ400を有する1つの装置10を用いる装置10の構成を、図41乃至42に示す。2つのグリッパアセンブリは、別個のトラム202から吊り下げられ、各トラムは、1つのトラス102のレールに乗っている。この構成では、グリッパが回転し、より長い鉄筋を持ち上げて、作業現場12のX軸の面に沿った横向きの経路に運搬して配置する。より長いセクションの鉄筋を支持するために、1つの大きなマガジン14又は2つのマガジン14が提供されてよい。
半自律装置、サブアセンブリ、システム及びサブシステムについて、限定ではなく全ての態様において例証的であることを意図する幾つかの実施例に従って説明された。故に、本発明は、詳細な実施において多くの変形が可能であり、それらが、本明細書に含まれる説明から当業者によって導き出すことができる。
様々な態様において、本明細書に記載した装置は以下を含む:(i)使用時に作業現場の選択された部分にかかるブリッジ部材と、作業現場の選択された部分の第1経路に沿ってガントリーの移動を実行するガントリー駆動システムとを備える、ガントリーサブアセンブリ;(ii)ガントリーサブアセンブリに移動可能に装着されており、トラムと、ブリッジ部材のスパンに沿った第2経路に沿ってトラムの移動を実行するトラム駆動システムとを備えるトラムサブアセンブリ;(iii)トラムサブアセンブリに装着されており、動作アクチュエータと、アクチュエータ駆動システムとを備える作動サブアセンブリであって、アクチュエータ駆動システムが、第2経路に略垂直な第3経路に沿った移動と、第1経路に平行な経路上の直線的な移動と、第3経路の軸回りの回転移動とを実行する、作動サブアセンブリ;(iv)作動サブアセンブリの動作アクチュエータから吊り下げられて、これと共に移動可能なグリッパサブアセンブリであって、グリッパサブアセンブリは、動作アクチュエータから吊り下げられたアームと、アームから吊り下げられて物体を把持し解放する複数のグリッパとを備えており、各グリッパは、部分的に閉じて離間して互いに向けて付勢されている少なくとも一対の関節動作可能なフィンガーと、少なくとも一対のフィンガーを開閉するためのフィンガー作動部材とを備える、グリッパサブアセンブリ;(v)感知機能、モデリング機能、及び実行機能を備える自律制御システムであって、感知機能は、感知信号を受信し、少なくともモデリング機能へ感知信号を伝達し、モデリング機能は、少なくとも、少なくとも1つのグリッパの作業現場に対する位置を動的に計算し、ポーズの計算結果を作業現場の複数の物体の配置計画マップと連係させて連係計算結果を生成し、連係計算結果を実行機能へと伝達し、実行機能は、第1経路、第2経路、第3経路、平行経路、及び回転軸の1又は複数に沿った連係した動きのために、ガントリー駆動システム、トラム駆動システム、及びアクチュエータ駆動システムの1又は複数に動作信号を送って、複数の物体の持ち上げ、運搬、及び配置のうちの1又は複数を行うためにグリッパサブアセンブリを配置する。
第1経路は、直線的であってよく、及び/又は非直線的であってよい。動作アクチュエータは、直動アクチュエータ、デルタアクチュエータ、平行運動アクチュエータ、及びこれらの組合せからなる群から選択されるのが好ましい。動作アクチュエータは、直動アクチュエータである場合には、ベルト駆動システム、水圧シリンダ、空気圧システム、電磁システム、歯車機構、及びこれらの組合せからなる群から選択されてよい。
装置は、トラム又はガントリーの一方に装着されて、通信のためにコンピュータに接続された知覚センサを更に含んでよく、当該知覚センサは、作業現場の画像データを処理のために取得してコンピュータに送るために配置される。
装置は、ガントリー、トラム、作動アセンブリ及びグリッパサブアセンブリの1又は複数について手動又は自動制御の1つを選択するための制御システムに無線通信するための遠隔コントローラを更に含んでよい。
本明細書中で述べられた実施形態は、開示された本発明の様々な実施形態の様々な詳細の例証的な特徴を提供するものとして理解される。従って、特に指定がない限り、可能な範囲で、開示された発明の範囲から逸脱することなく、開示された実施形態の1つ以上の特徴、要素、構成要素、成分、構造、モジュール、及び/又は態様を、開示された実施形態の1つ以上のその他の特徴、要素、構成要素、成分、構造、モジュール、及び/又は態様と、又はそれらに対して、組み合わせ、分離し、相互交換し、及び/又は再編成してよいと理解されるべきである。従って、当業者は、本発明の範囲から逸脱せずに、あらゆる例示的な実施形態の様々な代替、変更、組合せを行えると理解される。加えて、当業者は、本明細書を検討することで、本明細書の開示の様々な実施形態への多数の均等物を認識すること、又は、慣例の実験のみを用いて確かめることができるだろう。そのため、本発明は様々な実施形態の記載によってではなく、特許請求の範囲によって限定される。
本明細書で述べられた全ての特許、特許出願、公報、又はその他の開示資料は、参照されることで個々の文献が明確に組み込まれているかのように、それらの全体が参照により本明細書の一部となる。参照により本明細書の一部となると述べられた全ての文献、資料、又はそれらの一部は、本開示で述べられた既存の定義、記載、又はその他の開示資料と矛盾しない範囲でのみ本明細書の一部となる。そのため、必要な範囲で、本明細書に記載されている開示内容は、参照により本明細書の一部となる矛盾する事項に優先し、本願明細書に明示的に記載されている開示内容が支配する。
Claims (37)
- ガントリーサブアセンブリであって、(i)使用時に作業現場の選択された部分に横方向にかかるブリッジ部材と、(ii)前記作業現場の選択された部分の第1経路に沿って前記ガントリーサブアセンブリを移動させるガントリー駆動システムとを備えるガントリーサブアセンブリと、
前記ガントリーサブアセンブリに移動可能に装着されたトラムサブアセンブリであって、(i)トラムと、(ii)前記ブリッジ部材のスパンに沿った第2経路に沿って前記トラムを移動させるトラム駆動システムとを備えるトラムサブアセンブリと、
前記トラムサブアセンブリに装着された作動サブアセンブリであって、(i)動作アクチュエータと、(ii)前記第2経路に対して略垂直な第3経路に沿った移動を実行するアクチュエータ駆動システムとを備える作動サブアセンブリと、
前記作動サブアセンブリの前記動作アクチュエータから吊り下げられ、前記動作アクチュエータと共に移動可能なグリッパサブアセンブリであって、前記グリッパサブアセンブリは、物体を掴む及び解放するための少なくとも1つのグリッパを備える、グリッパサブアセンブリと、
(i)感知機能、(ii)モデリング機能、及び(iii)実行機能を備える制御システムと、
を備えたアセンブリにおいて、
前記感知機能は、感知信号を受信して、前記感知信号を少なくとも前記モデリング機能に伝達し、
前記モデリング機能は、少なくとも前記作業現場に対する前記少なくとも1つのグリッパのポーズを動的に計算し、前記ポーズの計算結果を前記作業現場に複数の物体を配置する計画と連係させて連係計算結果を生成し、前記連係計算結果を前記実行機能に伝達し、
前記実行機能は、前記ガントリー駆動システム、前記トラム駆動システム、及び前記アクチュエータ駆動システムの1又は複数に夫々、前記第1経路、前記第2経路、及び前記第3経路の1又は複数に沿った連係動作のために動作信号を伝達し、前記複数の物体の持ち上げ、運搬、及び配置の1又は複数のために前記グリッパサブアセンブリを配置する、アセンブリ。 - 前記作動サブアセンブリは、
前記グリッパサブアセンブリを前記第3経路の軸回りで回転させるために、前記グリッパサブアセンブリに動作可能に接続された回転動作アクチュエータを更に備える、請求項1に記載のアセンブリ。 - 前記作業現場の事前計測を行わなかった場合に、前記作業現場における関連物体の三次元のポーズを感知しマッピングするための少なくとも一対の立体カメラを更に備える、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記感知機能が画像データ源から感知信号を受信し、前記作業現場と前記ガントリーサブアセンブリ、前記トラムサブアセンブリ、前記作動サブアセンブリ及び前記グリッパサブアセンブリの1又は複数の一部とに事前に配置されたマーカーを検出して、感知データを生成する、請求項1に記載のアセンブリ。
- 作業現場において互いに実質的に隣接して平行に離間して配置される2つのアセンブリを有しており、各アセンブリは、前記ガントリーサブアセンブリ、前記トラムサブアセンブリ、前記作動サブアセンブリ、前記グリッパサブアセンブリ、及び前記制御システムを備えており、有線又は無線接続によって動作可能にリンクされ、前記第1経路、前記第2経路、前記第3経路の1又は複数に沿った各アセンブリの連係動作を夫々同期し、前記複数の物体の持ち上げ、運搬、及び配置の1又は複数のために前記グリッパサブアセンブリを配置する、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記アセンブリは、前記ガントリーサブアセンブリの前記ブリッジ部材に装着された少なくとも2つのトラムサブアセンブリを備えており、各トラムサブアセンブリは、それに装着された1つの作動サブアセンブリを有しており、各作動サブアセンブリは、そこから吊り下げられた1つのグリッパサブアセンブリを有しており、前記制御システムは、(i)各トラムサブアセンブリの動作を前記第2経路に沿って連係させ、(ii)各作動サブアセンブリの動作を前記第3経路に沿って連係させ、前記複数の物体の連係された持ち上げ、運搬、及び配置の1又は複数のために各グリッパサブアセンブリを配置する、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記作動サブアセンブリは、
前記グリッパサブアセンブリを、第4経路に沿って、前記第2経路と同じ方向に前記トラムサブアセンブリに対して移動させる第2動作アクチュエータを更に備える、請求項1に記載のアセンブリ。 - 前記作動サブアセンブリは、
前記グリッパサブアセンブリを前記第3経路の軸回りで回転させるために、前記グリッパサブアセンブリに動作可能に接続された回転動作アクチュエータを更に備える、請求項7に記載のアセンブリ。 - 前記グリッパサブアセンブリは、
前記動作アクチュエータから吊り下げられたアームと、
前記アームから吊り下げられた複数のグリッパと、
を備える、請求項1に記載のアセンブリ。 - 前記動作アクチュエータから前記アームが吊り下げられるためのコネクタと、
前記コネクタを前記第3経路の軸回りで回転させるモータと、
を更に備える、請求項9に記載のアセンブリ。 - 各グリッパは、
部分的に閉じて離間して互いに向けて付勢されている少なくとも一対の関節運動(articulatable)可能なフィンガーと、
前記少なくとも一対のフィンガーを開閉するためのフィンガー作動部材と、
を備える、請求項9に記載のアセンブリ。 - 前記一対のフィンガーの各フィンガーは、
ベース部と、
フリッパ部であって、前記ベース部と前記フリッパ部とが互いに枢動可能に接続されており、前記ベース部は前記フィンガー作動部材に動作可能に接続され、前記フリッパ部は前記物体と最初に係合するためのテーパー状端部を有する、フリッパ部と、
前記フリッパ部を前記ベース部に向けて付勢するための少なくとも1つのばね部材と、
を更に備える、請求項11に記載のアセンブリ。 - 前記フィンガー作動部材は、
上面及び下面を有するベースプレートであって、前記下面が前記物体と接触するように構成されている、ベースプレートと、
一組の従動歯車であって、前記一組の従動歯車が第1方向へ移動することによって前記一対のフィンガーが閉じ、前記一組の従動歯車が第2方向へ移動することによって前記一対のフィンガーが開くように前記一対のフィンガーに動作可能に接続された、一組の従動歯車と、
駆動歯車であって、前記駆動歯車の動作が前記一組の従動歯車の動作に変換されるように、前記一組の従動歯車に動作可能に接続されており、前記駆動歯車は、前記ベースプレートの上面に接続する底部と、頂部と、前記駆動歯車の頂部及び底部の間に配置されたロック部とを有しており、前記駆動歯車は、前記一対のフィンガーが開いているロック解除位置に向けて付勢されている、駆動歯車と、
ロック部材を有するアクチュエータであって、前記ロック部材は、前記駆動歯車のロック部を前記アクチュエータの前記ロック部材と揃えて、前記一対のフィンガーが閉じたロック位置に移動させるのに十分な力が、前記第3経路の方向で前記ベースプレートの下面に対して加えられることにより、前記駆動歯車のロック部と受動的にロック係合するために付勢されており、前記アクチュエータは、前記制御システムからの信号に応答して前記ロック部材を前記ロック部との係合から能動的に引き戻して、前記駆動歯車を解放してロック解除位置へと移動させる、アクチュエータと、
を備える、請求項11に記載のアセンブリ。 - 前記アクチュエータはキャビティを有するソレノイドであり、前記ロック部材は前記キャビティに摺動可能に取り付けられたプランジャであり、前記駆動歯車の前記ロック部は、前記プランジャを受容するための開口である、請求項13に記載のアセンブリ。
- 前記一組の従動歯車と、前記駆動歯車の少なくともロック部とを収容する歯車ケースであって、前記歯車ケースは、前記駆動歯車のロック部が移動して前記アクチュエータのロック部材と揃えられる際に前記駆動歯車の頂部が通過する通路を有する上側プレートを有する、歯車ケースと、
前記駆動歯車が前記歯車ケースを越えて移動できる距離を制限する止め具と、
を更に備える、請求項13に記載のアセンブリ。 - 互いに平行に離間した第1シャフト及び第2シャフトと、
前記第1シャフトに装着された前記一組の従動歯車の第1歯車と、前記第2シャフトに装着された前記一組の従動歯車の第2歯車と、
前記第1シャフトに装着された前記少なくとも一対のフィンガーの第1フィンガーと、前記第2シャフトに装着された前記少なくとも一対のフィンガーの第2フィンガーと、
を更に備えており、
前記駆動歯車は、前記第1歯車と移動可能に係合する第1端部と、前記第2歯車と移動可能に係合する第2端部とを有しており、
前記第3経路の面における前記駆動歯車の上向きの動きによって、前記第1及び第2歯車並びに前記第1及び第2シャフトが前記第1方向に回転して、前記対の前記第1及び第2フィンガーが閉じ、前記第3経路の面における前記駆動歯車の下向きの動きによって、前記第1及び第2歯車並びに前記第1及び第2シャフトが前記第2方向に回転して、前記第1及び第2フィンガーが開く、
請求項13に記載のアセンブリ。 - 二対のフィンガーを有し、各対は、前記駆動歯車及び前記第1歯車の両側にて前記第1シャフトに装着された第1フィンガーと、前記駆動歯車及び前記第2歯車の両側にて前記第2シャフトに装着された第2フィンガーとを有する、請求項16に記載のアセンブリ。
- 前記作動サブアセンブリの前記動作アクチュエータは軸体を有し、前記軸体は、前記軸体を前記第3経路について動作させるために、前記アクチュエータ駆動システムに動作可能に結合されており、
前記グリッパサブアセンブリは、前記軸体に装着されたコネクタと、前記コネクタの両側から横方向に延びる2つのアームセクションと、各アームセクションから吊り下げられた少なくとも1つのグリッパとを更に備える、請求項1に記載のアセンブリ。 - 各グリッパは、
部分的に閉じて離間して互いに向けて付勢されている少なくとも一対の関節運動可能なフィンガーと、
前記少なくとも一対のフィンガーを開閉するためのフィンガー作動部材と、
を備える、請求項18に記載のアセンブリ。 - 前記フィンガー作動部材は、
上面及び下面を有するベースプレートであって、前記下面が前記物体と接触するように構成されている、ベースプレートと、
一組の従動歯車であって、前記一組の従動歯車が第1方向へ移動することによって前記一対のフィンガーが閉じ、前記一組の従動歯車が第2方向へ移動することによって前記一対のフィンガーが開くように前記一対のフィンガーに動作可能に接続された、一組の従動歯車と、
駆動歯車であって、前記駆動歯車の動作が前記一組の従動歯車の動作に変換されるように、前記一組の従動歯車に動作可能に接続されており、前記駆動歯車は、前記ベースプレートの上面に接続する底部と、頂部と、前記駆動歯車の頂部及び底部の間に配置されたロック部とを有しており、前記駆動歯車は、前記一対のフィンガーが開いているロック解除位置に向けて付勢されている、駆動歯車と、
ロック部材を有するアクチュエータであって、前記ロック部材は、前記駆動歯車のロック部を前記アクチュエータの前記ロック部材と揃えて、前記一対のフィンガーが閉じたロック位置に移動させるのに十分な力が、前記第3経路の方向で前記ベースプレートの下面に対して加えられることにより、前記駆動歯車のロック部と受動的にロック係合するために付勢されており、前記アクチュエータは、前記制御システムからの信号に応答して前記ロック部材を前記ロック部との係合から能動的に引き戻して、前記駆動歯車を解放してロック解除位置へと移動させる、アクチュエータと、
を備える、請求項19に記載のアセンブリ。 - 前記アクチュエータ駆動システムの前記動作アクチュエータは、前記軸体を直線及び回転移動させる、請求項18に記載のアセンブリ。
- 前記軸体は、前記軸体を直線、回転、及び枢転運動させるために、前記動作アクチュエータに枢動可能に接続される、請求項21に記載のアセンブリ。
- 前記アクチュエータ駆動システムの前記動作アクチュエータは、前記軸体を直線移動させる、請求項18に記載のアセンブリ。
- 前記コネクタの前記軸体回りの回転が、手動でもたらされる、請求項23に記載のアセンブリ。
- 前記コネクタの前記軸体回りの回転が、グリッパ駆動モータによってもたらされる、請求項23に記載のアセンブリ。
- 前記感知機能が、画像データ源、パルスレーザーセンサ、人間オペレータ制御入力、及びこれらの組合せからなる群より選択されるソースからの感知信号を受信して、感知データを生成する、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記モデリング機能は、(i)前記作業現場の感知されたモデルを画定するために位置特定及びマッピングをすることと、(ii)前記グリッパ、グリッパアーム、トラム、及びガントリーブリッジ部材構成要素の1又は複数の前記作業現場に対するポーズを推定することと、(iii)観察された障害物と前記計画に基づく予想との差を検出する障害監視を行うことの1又は複数のために、前記感知データを用いる、請求項26に記載のアセンブリ。
- 前記実行機能は実行モジュールを備えており、前記実行モジュールは、前記作業現場の感知されたモデルと、前記グリッパ、グリッパアーム、トラム、及びガントリーブリッジ部材構成要素の1又は複数のポーズの前記作業現場に対する感知された関係とを、前記計画の戦略目的と組み合わせて、前記計画を実行するための前記動作信号を戦略的に決定及び指示する、請求項27に記載のアセンブリ。
- 前記実行機能は、
連続的な配置に必要とされる物体を決定し、前記計画に従って進捗させるために前記物体の適切な配置場所を決定することにおいて前記実行モジュールを支援する配置計画モジュールと、
前記モデリング機能によって生成された前記作業現場の三次元マップを用いて、前記作業現場における障害物の存在を検知する、障害物回避モジュールと、
を更に備える、請求項28に記載のアセンブリ。 - 前記障害物回避モジュールは、前記グリッパ、グリッパアーム、トラム、及びガントリーブリッジ部材構成要素の1又は複数の所定の動作の軌道を変えることによって、障害物の検知に応答する、請求項29に記載のアセンブリ。
- 前記障害物回避モジュールは、前記アセンブリの動作を停止させることによって、障害物の検知に応答する、請求項29に記載のアセンブリ。
- ガントリーサブアセンブリであって、
使用時に作業現場の選択された部分に横方向にかかるブリッジ部材と、
前記作業現場の選択された部分の第1経路に沿って前記ガントリーサブアセンブリを移動させるガントリー駆動システムと、
を備えるガントリーサブアセンブリと、
前記ガントリーサブアセンブリに移動可能に装着されたトラムサブアセンブリであって、
トラムと、
前記ブリッジ部材のスパンに沿った第2経路に沿って前記トラムを移動させるトラム駆動システムと、
を備えるトラムサブアセンブリと、
前記トラムサブアセンブリに装着された作動サブアセンブリであって、
動作アクチュエータと、
前記第2経路に対して略垂直な第3経路に沿った移動と、前記第1経路に平行な経路での直線運動と、前記第3経路の軸回りの回転運動とを実行するアクチュエータ駆動システムとを備える作動サブアセンブリと、
前記作動サブアセンブリの前記動作アクチュエータから吊り下げられ、前記動作アクチュエータと共に移動可能なグリッパサブアセンブリであって、前記グリッパサブアセンブリは、
前記動作アクチュエータから吊り下げられたアームと、
物体を把持及び解放するために前記アームから吊り下げられた複数のグリッパであって、各グリッパは、部分的に閉じて離間して互いに向けて付勢されている少なくとも一対の関節運動可能なフィンガーと、前記少なくとも一対のフィンガーを開閉するためのフィンガー作動部材とを備える、複数のグリッパと、
を備える、
グリッパサブアセンブリと、
感知機能、モデリング機能、及び実行機能を備える自律制御システムと、
を備えた装置において、
前記感知機能は、感知信号を受信して、前記感知信号を少なくとも前記モデリング機能に伝達するための受信機を有しており、
前記モデリング機能は、少なくとも前記作業現場に対する前記少なくとも1つのグリッパの位置を動的に計算し、前記位置の計算結果を前記作業現場に複数の物体を配置するための計画のマップと連係させて連係計算結果を生成し、前記連係計算結果を前記実行機能に伝達し、
前記実行機能は、前記ガントリー駆動システム、前記トラム駆動システム、及び前記アクチュエータ駆動システムの1又は複数に夫々、前記第1経路に沿った動作、前記第2経路に沿った動作、前記第3経路に沿った動作、前記平行な経路に沿った動作、及び前記軸回りの回転の1又は複数のために動作信号を伝達し、前記複数の物体の持ち上げ、運搬、及び配置の1又は複数のために前記グリッパサブアセンブリを配置する、装置。 - 前記トラムに取り付けられ、コンピュータとの通信のために接続された知覚センサを更に備えており、前記知覚センサは、前記作業現場の画像データを取得して、処理のために前記コンピュータに伝達するように配置されている、請求項32に記載の装置。
- 前記ガントリーサブアセンブリ、前記トラムサブアセンブリ、前記作動サブアセンブリ、及び前記グリッパサブアセンブリの1又は複数の手動制御又は自動制御の一方を選択するための前記自律制御システムとの無線通信のためのリモートコントローラを更に備える、請求項32に記載の装置。
- 前記第1経路は、直線的及び非直線的の一方又は両方である、請求項32に記載の装置。
- 前記動作アクチュエータは、直動アクチュエータ、デルタアクチュエータ、平行運動アクチュエータ、及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項35に記載の装置。
- 前記直動アクチュエータは、ベルト駆動システム、油圧シリンダ、空気圧システム、電磁システム、歯車機構、及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項36に記載の装置。
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