JP2017007762A - 起立装置および起立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】立体物を容易に起立させる。【解決手段】起立装置１０は、立体物１が倒伏状態にあるとき立体物を側面側から支持する側面支持機構２０と、所定の支点３４ａに回転自在に接続され、側面支持機構と所定の位置関係にあるときに固定可能であり、立体物が起立状態にあるとき立体物を底面側から支持する底面支持機構３０と、底面支持機構における支点の反対側に回転自在に接続された連結部材４６と、連結部材に回転自在に接続された摺動部材４２と、摺動部材を、底面支持機構と連結部材との接続位置より鉛直下方において水平方向に摺動し、底面支持機構を起立させる起立シリンダ（アクチュエータ）４８と、を備えることを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、立体物を起立させる起立装置および起立方法に関する。

大型の立体物や重量が大きい立体物を組み立てる際、その立体物を起立状態や倒伏状態といった様々な姿勢に変化させて作業しなければならない場合がある。また、このような立体物が剛体ではなかったり、立体物の表面を強固に固定することができない場合、立体物の姿勢を変化させるために、起立状態の立体物を鉛直下方から支持する底面用定盤、および、倒伏状態の立体物を鉛直下方から支持する側面用定盤を準備しなければならないことがある。そして、底面用定盤と側面用定盤とを連結し、立体物を支持する定盤の姿勢を変化させることで、立体物自体に高い外圧をかけることなく、立体物を起立状態や倒伏状態に変化させることができる。

例えば、図１０を用いて立体物１を組み立てる例を示す。まず、図１０（ａ）に示すように、幅方向より高さ方向の長さが長い立体物１を倒伏状態とし、側面用定盤２に支持させる。このような倒伏状態では、立体物１の組立作業性を向上できる。側面用定盤２には、それぞれの端部が互いに回転自在となるように底面用定盤３が接続されている。倒伏状態での組立作業が完了すると、図１０（ｂ）のように底面用定盤３を立体物１の底面１ａに対応する位置まで起立させ、側面用定盤２と底面用定盤３との位置関係がＬ字形状になるように配置し、梁４を設けて側面用定盤２と底面用定盤３とを強固に固定する。そして、図１０（ｂ）において白抜き矢印で示すように、側面用定盤２および底面用定盤３の他方の端部それぞれをクレーン等で独立して弛張させ、図１０（ｃ）のように、支点Ａを中心に回転させて、立体物１を起立状態に変位させる。こうして起立状態で立体物１を加工することができる。

従来、このような立体物１を自動的に起立させる装置は検討されているが（例えば、特許文献１）、立体物１の大きさや重量が過大になると、その負荷を担う適切なアクチュエータがなく、単純な自動化は困難であった。

特開２０１４−１５２４７０号公報

このように、大型の立体物や重量が大きい立体物の場合、定盤を準備したり、定盤をＬ字形状に形成したりしなければならない場合があるので、その組み立ては人手を頼らざるを得なかった。しかし、立体物が大きければ大きいほど、また、重ければ重いほど作業者の安全面に配慮しなければならないので、その分、作業効率が低下していた。

そこで本発明は、このような課題に鑑み、立体物を容易に起立させることが可能な起立装置および起立方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の起立装置は、立体物が倒伏状態にあるとき立体物を側面側から支持する側面支持機構と、所定の支点に回転自在に接続され、側面支持機構と所定の位置関係にあるときに固定可能であり、立体物が起立状態にあるとき立体物を底面側から支持する底面支持機構と、底面支持機構における支点の反対側に回転自在に接続された連結部材と、連結部材に回転自在に接続された摺動部材と、摺動部材を、底面支持機構と連結部材との接続位置より鉛直下方において水平方向に摺動し、底面支持機構を起立させるアクチュエータと、を備えることを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の、立体物を側面側から支持する側面支持機構、立体物を底面側から支持する底面支持機構、および、底面支持機構を起立させるリンク機構を用いて立体物を起立させる起立方法は、側面支持機構に立体物を載置し、リンク機構により底面支持機構を起立させ、側面支持機構と底面支持機構を所定の位置関係で固定し、リンク機構により底面支持機構を倒伏させることで、立体物を起立させることを特徴とする。

本発明によれば、立体物を容易に起立させることが可能となる。

起立装置の概略的な構成を示す説明図である。 起立方法の処理の流れを説明したフローチャートである。 起立方法の各処理を説明するための説明図である。 起立方法の各処理を説明するための説明図である。 起立方法の各処理を説明するための説明図である。 起立方法の各処理を説明するための説明図である。 起立方法の各処理を説明するための説明図である。 起立シリンダの必要出力を説明するための説明図である。 起立シリンダの必要出力を説明するための説明図である。 立体物を組み立てる従来例を示した説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

大型の立体物や重量が大きい立体物を組み立てる際、その立体物を起立状態や倒伏状態といった様々な姿勢に変化させて作業する。その際、以下のような制限がある場合がある。すなわち、立体物が剛体ではなかったり、立体物の表面を強固に固定することができない場合、立体物の姿勢を切り換えるために、底面用定盤および側面用定盤をＬ字形状に固定し、起立状態および倒伏状態にある立体物をそれぞれ支持しなければならない。ただし、最初からＬ字形状に固定すると、立体物の倒伏状態において、底面用定盤が邪魔になり、立体物の底面に対する作業ができなくなる。そこで、倒伏状態ではＬ字形状を解除しておき、立体物を起立させる直前でＬ字形状に固定しなければならない。したがって、作業者は、底面用定盤の起立と、立体物を含む両定盤の起立といった２段階の作業を強いられる。

また、このような起立作業に単なる起立装置を用いようにも、リンク機構によっては、その負荷を許容する適切なアクチュエータを準備することができなかった。さらに、上記の底面用定盤の起立と、立体物を含む両定盤の起立といった２段階それぞれに起立装置を準備するとなると、コストが増大するばかりでなく、占有領域の制限により配置自体ができないといった問題が生じうる。そこで、本実施形態では、安全面に配慮し、簡易な構成で立体物を容易に起立させることが可能な起立装置を提供することを目的としている。

（起立装置１０）
図１は、起立装置１０の概略的な構成を示す説明図であり、このうち、図１（ａ）は、起立装置１０の平面図を示し、図１（ｂ）は、起立装置１０の正面図を示す。ここでは起立装置１０を説明するため、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向を図１のように定義する。また、起立対象となる立体物１は、幅方向より高さ方向の長さが長いとし、幅方向の面を側面、高さ方向の底に相当する面を底面とする。起立装置１０は、立体物１を側面側から支持する側面支持機構２０と、立体物１を底面側から支持する底面支持機構３０と、側面支持機構２０と底面支持機構３０を変位させて、最終的に立体物１を起立させるリンク機構４０とを含んで構成される。

側面支持機構２０は、側面用定盤２２と、側面用ベース２４と、位置調整シリンダ２６とを含んで構成される。側面用定盤２２は、ｘｙ平面に沿った平板形状で複数（例えば、ここでは側面用定盤２２ａ、２２ｂ、２２ｃの３つ）設けられており、それぞれにおいて、立体物１が倒伏状態（高さ方向が水平方向）となっている間、立体物１を側面側から支持する。ここでは、立体物１を倒伏させて側面用定盤２２に載置し、作業者は、倒伏状態で可能な作業、例えば、立体物１の組立作業を実行する。

側面用ベース２４は、図１中、側面用定盤２２の鉛直下方から、側面用定盤２２を、ｘ方向およびｚ方向への移動を制限しつつｚ方向に支持する。このように３つの側面用定盤２２ａ、２２ｂ、２２ｃ全てを、ｘ、ｚ方向への移動を制限して側面用ベース２４に支持させることで、３つの立体物１を一度に連動して起立させることができる。また、側面用ベース２４は、後述する支点３４ａに対し回転自在に接続されている。

位置調整シリンダ２６は、複数（例えば、ここでは位置調整シリンダ２６ａ、２６ｂの２つ）設けられ、ローラーユニットまたは直動ベアリングによって側面用定盤２２ａ、２２ｃをそれぞれ独立してｙ方向およびｙ方向の逆方向に摺動し、側面用定盤２２ｂに対する側面用定盤２２ａ、２２ｃの相対位置を調整する。かかる位置調整シリンダ２６によって、側面用定盤２２ａ、２２ｂ、２２ｃそれぞれが支持する３つの立体物１の間隔を調整することが可能となる。

底面支持機構３０は、底面用定盤３２と、底面用ベース３４とを含んで構成される。底面用定盤３２は、ｘｙ平面に沿った平板形状で形成され、後述するように、立体物１が起立状態（高さ方向が鉛直方向）となっている間、立体物１を底面側から支持する。底面用ベース３４は、図１中、底面用定盤３２の鉛直下方においてｘｙ平面に延在し、底面用定盤３２をｚ方向に固定的に支持する。また、底面用ベース３４は、側面用ベース２４と共通の支点３４ａに対し回転自在に接続されている。

リンク機構４０は、摺動部材４２と、レール４４と、連結部材４６と、起立シリンダ４８と、シリンダベース５０とを含んで構成される。摺動部材４２は、アンカーボルト等により基礎に固定され水平方向（ｘ方向）に延在するレール４４に対し、直動ベアリングを通じて移動自在に案内される。連結部材４６は、その一方の端部４６ａが摺動部材４２に回転自在に接続され、他方の端部４６ｂが底面支持機構３０における支点３４ａの反対側に回転自在に接続される。起立シリンダ（アクチュエータ）４８は、底面支持機構３０のｙ方向前後に設けられ、それぞれ、基礎に固定されたシリンダベース５０に支持された状態で水平方向に配置される。また、起立シリンダ４８は、底面支持機構３０とリンク機構４０との接続位置（連結部材４６の他方の端部４６ｂの位置）より鉛直下方において、ピストンロッド４８ａの伸縮により、摺動部材４２をレール４４に沿ってｘ方向に摺動させる。

リンク機構４０では、このように起立シリンダ４８によって摺動部材４２を摺動させることで、少なくとも底面支持機構３０を倒伏状態と起立状態とのいずれかに切り換える。例えば、ピストンロッド４８ａが収縮した状態では、底面支持機構３０は倒伏状態となっており、ピストンロッド４８ａが伸張することで摺動部材４２が摺動し、連結部材４６の一方の端部４６ａがｘ方向に引張される。すると、底面支持機構３０における連結部材４６の他方の端部４６ｂとの係合部分（接続位置）がｘ方向に引張され、基礎に固定された支点３４ａを中心に回転して底面支持機構３０が起立状態となる。

また、後述するように、側面用固定部２４ａと底面用固定部３４ｂとが所定の位置関係にあるとき（ここではＬ字形状）、互いに連結することで、側面支持機構２０と底面支持機構３０とをＬ字形状に固定できる。そして、リンク機構４０は、そのＬ字形状に形成された側面支持機構２０と底面支持機構３０とを一体的に変位させることができる。この場合、側面支持機構２０と底面支持機構３０との姿勢はトレードオフの関係となる。すなわち、ピストンロッド４８ａが伸張すると、側面支持機構２０が倒伏状態、底面支持機構３０が起立状態となり、ピストンロッド４８ａが収縮すると、側面支持機構２０が起立状態、底面支持機構３０が倒伏状態となる。以下に、リンク機構４０の動作に応じた側面支持機構２０および底面支持機構３０の姿勢変化について詳述する。

（起立方法）
図２は、起立方法の処理の流れを説明したフローチャートであり、図３〜図７は起立方法の各処理を説明するための説明図である。起立方法では、図２のように、立体物形成処理Ｓ１００、底面支持機構起立処理Ｓ１０２、側面支持機構起立処理Ｓ１０４、側面支持機構倒伏処理Ｓ１０６、底面支持機構倒伏処理Ｓ１０８の順で処理が進行する。以下、起立方法の各処理を詳述する。

（立体物形成処理Ｓ１００）
起立装置１０は、初期状態で、図３に示すように、側面支持機構２０および底面支持機構３０がいずれも安定かつ安全な姿勢である倒伏状態となっている。また、起立装置１０は全体としてフラットな姿勢となっているので、メンテナンス性に優れ、カバー等で被覆し易くなっている。

作業者は、まず、位置調整シリンダ２６を通じて、３つの立体物１同士の間隔、すなわち、３つの側面用定盤２２ａ、２２ｂ、２２ｃの間隔を調整する。３つの側面用定盤２２ａ、２２ｂ、２２ｃの間隔が所望する間隔になると、作業者は、かかる状態で、側面用定盤２２上で３つの立体物１をそれぞれ組み立てる（加工する）。このとき、立体物１の底面１ａには、まだ、底面用定盤３２が近接していないので、作業者は、３つの立体物１の底面１ａ同士を接合する等、底面１ａの加工が可能である。

（底面支持機構起立処理Ｓ１０２）
また、側面支持機構２０および底面支持機構３０は、いずれもｘ方向の相手が存在する側の端部が支点３４ａに対して回転自在に接続され、また、支点３４ａが基礎に固定されているのに対し、両機構２０、３０は基礎に固定されていない。

倒伏状態での立体物１の加工が完了すると、作業者は、リンク機構４０を通じて、底面支持機構３０を倒伏状態から起立状態に切り換える。すなわち、図４に示すように、起立シリンダ４８がピストンロッド４８ａを伸張することで摺動部材４２がレール４４上をｘ方向に摺動し、連結部材４６の一方の端部４６ａがｘ方向に引張される。すると、底面支持機構３０における連結部材４６の他方の端部４６ｂとの係合部分がｘ方向に引張され、基礎に固定された支点３４ａを中心に底面支持機構３０が回転して起立状態となる。

こうして、側面支持機構２０と底面支持機構３０との位置関係がＬ字形状になり、底面用定盤３２が立体物１の底面１ａに近接する。このとき、側面用固定部２４ａと底面用固定部３４ｂとは、それぞれに設けられた連結孔が一致する位置関係となり、作業者は、図４において黒丸で示すように、側面用固定部２４ａと底面用固定部３４ｂとを連結ピンで連結することで、側面支持機構２０と底面支持機構３０とをＬ字形状に固定することができる。

（側面支持機構起立処理Ｓ１０４）
続いて、作業者は、リンク機構４０を通じて、側面支持機構２０とＬ字形状に固定された底面支持機構３０を起立状態から倒伏状態に戻す。すなわち、図５に示すように、起立シリンダ４８がピストンロッド４８ａを収縮することで摺動部材４２がレール４４上をｘ方向と逆方向に摺動し、連結部材４６の一方の端部４６ａがｘ方向の逆方向に押圧される。すると、底面支持機構３０における連結部材４６の他方の端部４６ｂとの係合部分がｘ方向の逆方向に押圧され、基礎に固定された支点３４ａを中心に底面支持機構３０が回転して倒伏状態となる。

ただし、ここでは、側面支持機構２０と底面支持機構３０とが固定されているので、側面支持機構２０と底面支持機構３０とは一体的に回転し、側面支持機構２０と底面支持機構３０との姿勢がトレードオフの関係となる。すなわち、底面支持機構３０が倒伏状態となると、それに伴い側面支持機構２０が起立状態となる。したがって、側面用定盤２２に支持されていた立体物１も図５のように起立状態となる。こうして、作業者は、３つの立体物１の天面１ｂ同士を接合する等、立体物１の起立状態での作業が可能となる。

このように立体物１の加工が進行し、起立装置１０での作業が完了すると、作業者は、例えば、クレーン等を通じて、一体形成された３つの立体物１を起立させた状態のまま起立装置１０から外部に移動させる。

（側面支持機構倒伏処理Ｓ１０６）
立体物１の移動が完了すると、作業者は、リンク機構４０を通じて、底面支持機構３０を、再度、倒伏状態から起立状態に切り換える。すなわち、図６に示すように、起立シリンダ４８がピストンロッド４８ａを伸張することで摺動部材４２がレール４４上をｘ方向に摺動し、連結部材４６の一方の端部４６ａがｘ方向に引張される。すると、底面支持機構３０における連結部材４６の他方の端部４６ｂとの係合部分がｘ方向に引張され、基礎に固定された支点３４ａを中心に底面支持機構３０が回転して起立状態となる。

また、側面支持機構２０と底面支持機構３０とがまだ固定されている状態なので、側面支持機構２０と底面支持機構３０とは一体的に回転し、底面支持機構３０が起立状態となると、それに伴い側面支持機構２０が倒伏状態となる。ただし、ここでは、立体物１が載置されていない。

底面支持機構３０が起立状態になると（側面支持機構２０が倒伏状態になると）、作業者は、図６において黒丸で示した連結ピンを外し、側面用固定部２４ａと底面用固定部３４ｂとの連結を解除する。こうして、側面支持機構２０と底面支持機構３０とのＬ字形状の固定が解除される。

（底面支持機構倒伏処理Ｓ１０８）
続いて、作業者は、リンク機構４０を通じて、側面支持機構２０から固定が解除された底面支持機構３０のみを起立状態から倒伏状態に戻す。すなわち、図７に示すように、起立シリンダ４８がピストンロッド４８ａを収縮することで摺動部材４２がレール４４上をｘ方向と逆方向に摺動し、連結部材４６の一方の端部４６ａがｘ方向の逆方向に押圧される。すると、底面支持機構３０における連結部材４６の他方の端部４６ｂとの係合部分がｘ方向の逆方向に押圧され、基礎に固定された支点３４ａを中心に底面支持機構３０が回転して倒伏状態となる。

こうして、起立装置１０は、初期状態の、側面支持機構２０および底面支持機構３０がいずれも安定かつ安全な姿勢である倒伏状態に戻る。かかる起立方法では、立体物１の組み立てと連結ピンの挿入以外の作業を起立装置１０により自動的に行うことができる。

かかる起立装置１０および起立方法によれば、以下のような作用、効果を有する。すなわち、立体物１の底面に対する作業のため、立体物１を起立させる際、底面支持機構３０の起立処理（底面支持機構起立処理Ｓ１０２）と、側面支持機構２０の起立処理（側面支持機構起立処理Ｓ１０４）の２つの処理が必要となるが、それを１つのリンク機構４０のみによって実現している。したがって、起立装置１０の占有領域を最小限に抑えつつ、効率的に立体物１を起立させることが可能となる。

また、リンク機構４０において起立シリンダ４８やレール４４を、底面支持機構３０とリンク機構４０との接続位置より鉛直下方において水平に配置する構成により、摺動部材４２を、剛性を確保できる基礎近傍で地面に水平に摺動でき、摺動部材４２の剛性と安全性を両立させることができる。また、基礎に固定する部位はあるものの、起立装置１０自体は全て地面より上方に位置しているので、装置を埋設するための地面の掘削を要さず、その配置自体を容易に変更することが可能となる。

さらに、起立シリンダ４８への負荷が高い側面支持機構起立処理Ｓ１０４の起立開始時点では、起立シリンダ４８の力の方向と、支点３４ａを中心とする回転方向との角度差が小さいので、起立シリンダ４８の力を立体物１の起立に効率良く費やすことができる。したがって、過大な力を要すことなく、立体物１を容易に起立させることが可能となる。換言すれば、立体物１を起立させるのに要する力を小さく見積もることができるので、起立シリンダ４８自体の容量（出力）を抑えることができる。

図８、図９は、起立シリンダ４８の必要出力を説明するための説明図である。ここで、図８は、側面支持機構起立処理Ｓ１０４の開始時を示し、図９は、図８における摺動部材４２の位置がｘ方向の逆方向に向かって変位し、立体物１（正確には、立体物１＋側面支持機構２０＋底面支持機構３０）が起立させられる間の起立シリンダ４８の最低必要出力を示す。

起立シリンダ４８は、立体物１を起立させるべく、ピストンロッド４８ａを収縮して、摺動部材４２をｘ＝Ｄの位置からｘ＝０まで変位させる。ここで、ｘ＝０は、立体物形成処理Ｓ１００が実行される初期状態における摺動部材の位置であり、ｘ＝Ｄは、底面支持機構起立処理Ｓ１０２が実行され、底面支持機構３０が起立状態にあるときの摺動部材４２の位置である。

このように摺動部材４２がｘ＝Ｄからｘ＝０に変位すると、起立シリンダ４８の最低必要出力は図９に示すような軌跡となる。

ここでは、立体物１の重心座標と支点３４ａとの関係により、摺動部材４２がｘ＝Ｄからｘ＝０に変位する途中のＥ地点で、起立シリンダ４８の力の方向が反転する。すなわち、摺動部材４２がｘ＝Ｄからｘ＝Ｅに変位する間は、ピストンロッド４８ａを収縮する方向に出力が働くが、ｘ＝Ｅからｘ＝０に変位する間は、ピストンロッド４８ａを収縮しつつ、その収縮を抑制する方向に出力が働いている。ただし、いずれの方向においても、最低必要出力の絶対値は所定の値Ｐ以下となり、最低必要出力を極めて小さく抑えられることが理解できる。

以上、説明したように、本実施形態の起立装置１０では、リンク機構４０を用いることで、立体物１を容易に起立させ、安全性を確保しつつ、作業時間を大幅に短縮することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態では、側面支持機構２０と底面支持機構３０とが共通する支点３４ａに回転自在に接続されている例を挙げて説明したが、側面支持機構２０は底面支持機構３０に、梁等、様々な手段で固定され、底面支持機構３０の回転に伴って起立状態となれば足り、側面支持機構２０自体が回転自在に設けられる必要はない。

本発明は、立体物を起立させる起立装置および起立方法に利用することができる。

１ 立体物
１０ 起立装置
２０ 側面支持機構
３０ 底面支持機構
３４ａ 支点
３４ｂ 底面用固定部
４０ リンク機構
４２ 摺動部材
４６ 連結部材
４８ 起立シリンダ（アクチュエータ）

Claims (2)

1. 立体物が倒伏状態にあるとき該立体物を側面側から支持する側面支持機構と、
   所定の支点に回転自在に接続され、前記側面支持機構と所定の位置関係にあるときに固定可能であり、前記立体物が起立状態にあるとき該立体物を底面側から支持する底面支持機構と、
   前記底面支持機構における前記支点の反対側に回転自在に接続された連結部材と、
   前記連結部材に回転自在に接続された摺動部材と、
   前記摺動部材を、前記底面支持機構と前記連結部材との接続位置より鉛直下方において水平方向に摺動し、前記底面支持機構を起立させるアクチュエータと、
   を備えることを特徴とする起立装置。
2. 立体物を側面側から支持する側面支持機構、該立体物を底面側から支持する底面支持機構、および、該底面支持機構を起立させるリンク機構を用いて該立体物を起立させる起立方法であって、
   前記側面支持機構に立体物を載置し、
   前記リンク機構により前記底面支持機構を起立させ、
   前記側面支持機構と前記底面支持機構を所定の位置関係で固定し、
   前記リンク機構により前記底面支持機構を倒伏させることで、前記立体物を起立させることを特徴とする起立方法。

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