JPH01222878A

JPH01222878A - 建設作業ロボットによる長尺物据付け方法

Info

Publication number: JPH01222878A
Application number: JP4582488A
Authority: JP
Inventors: Saburoku Satou; 三禄佐藤; Yasushi Kamimoto; 神本　安司; Motoyuki Takasu; 鷹巣　征行; Sumio Fukuda; 澄男福田
Original assignee: Tokyu Construction Co Ltd
Current assignee: Tokyu Construction Co Ltd
Priority date: 1988-03-01
Filing date: 1988-03-01
Publication date: 1989-09-06
Anticipated expiration: 2010-10-04
Also published as: JPH0790476B2

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】１産業上の利用分野】本発明は、ヒユーム管等の長尺据付物を所定の据付は位
置に自動的にセットするｌｆ！設作業ロボッＦによる長
尺物据付は方法に関するものである。

［従来の技術ｌ従来、上下水道等の配管に使用されるヒユーム管の敷設
は、ＩＫ！設用のパワーシャベルを用いて２〜３人の作
業具により行なわれていた。

［発明が解決しようとする課Ｈ１１しかしながら、上記従来方法では、敷設作業能率が悪く
、危険な作業であるばかりでなく、ヒユーム管を所定の
敷設位置に正確に据付けることが困難である等の問題点
があった。

本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされた
もので、その目的とするところは、ヒユーム管等の長尺
据付物を能率良く、しかも高精度に且つ自動的に裾付け
ることのできる建設作業ロボットによる長尺物据付は方
法を提供することにある。

［５題を解決するための手段１本発明の建設作業ロボットによる長尺物据付は方法は、
バックホー等の移動式建設作業装置の７一ム先端部に、
ヒユーム管等の長尺据付物を把持しながら姿勢および位
置制御を行なうマニピュレータを取付けると共に、上記
長尺据付物にセットしたセンサーにより、据付は位置に
発射した基準レーザービームを検知して上記マニピュレ
ータに制御信号を発信するようにしたことを特徴とする
ものである。

［実施例１以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図に於て、１はバックホー等の移動式建設作業装置
であって、下部走行体１ａに対して上部旋回体１ｂが左
右に旋回でさるようになっている。

上記１１！設作業ｖｔｒ！ｔ１の上部旋回体１ｂにはブ
ーム１ｃおよび７−ム１ｄが俯仰（上下方向に回！１１
Ｊ）自在に順次連結して設けられている。

上記７−ム１ｄにはスライドアーム１ｅが長手方向に摺
動自在に取付られていて、その先端部にはベース板２が
枢着されており、枢着軸２ａを中心に油圧シリング３に
より傾動できるようになっている。

上記ベース板２の下側には固定基板４が一体的に固着さ
れている。尚、ベース＠２と固定基板４は一体に形成さ
れた部材であってもよい。

上記固定基板４の前後端部の下側には、案内ブロック４
ａが一体的に取付けられていて、水平移動部材５の上側
に設けられたレール５ａをＸ方向に摺動案内している。

上記案内ブロック４ａとレール５ａとの間には、Ｐｔ５
２図に示すように、鋼球６が介挿されていて、上記水平
移動部材５を円滑かつ高精度に移動案内できるようにな
っている。

上記前後の水平移動部材５は、各々の両端部が連結部材
７により相互に連結され、全体として矩形状の枠体をｈ
ｔｔ＋、、でいる。

従って、上記水平移動部材５および連結部材７は一体と
なって、油圧シリング８によりＸ方向に往復移動される
ようになっている。

９は横移動アームであって、上記連結部材７の長手方向
（水平移動部材５に対して直角方向）に沿って案内され
、油圧シリンダ１０によりＸ方向に往復移動されるよう
になっている。

尚、一方の横移動アーム９の上端部は、第３図に示すよ
うに、移動ブロック９ａ枢着紬９ｂに枢着されていて、
該移動ブロック９ａは上記連結部材７のレール７ａに案
内されるようになっており、上記横移動７−ム９はｒ方
向に回動できるようになっている。

上記横移動アーム９の側力に設けられたブロック９ａに
は縦移動アーム１１のレールｌｌａが上下方向に案内さ
れていて、油圧シリンダ１２によりＹ方向に往復移動さ
れるようになっている。尚、上記ブロック９ａとレール
ｌｌａの間にも鋼球が介挿されている。

第４図からも明らかなように、上記縦移動アーム１１の
下端部にはボールジヨイント１１ａが設けられていて、
これにグリッパ１３の上端部が全力向に傾動可能に連結
されている。

上記グリッパ１３は逆Ｔ字状のグリッパ本体１３ａと把
持爪１３ｂから構成されている。該把持爪１３１＋は枢
着軸１３ｃを中心に回動自在に取付けられており、ヒユ
ーム管Ｐを両側から把持するようになっている。左右の
把持爪１３ｂの基部は上記グリッパ本体１３ａの中央部
に向けて相互に向い合うように延設されており、その先
４邪には溝穴１３ｄが向い合うように形成されている。

該溝穴１３ｄには油圧シリンダ１４のロッド先端部に取
付けられているピン１４ａが係合しており、油圧シリン
グ１４を作動させることにより両把持爪１３１＋、１３
ｂを開田作動させるようになっている。

以上説明した機構は把持したヒユーム管Ｐの姿勢・位置
を制御するマニピエレーク一部であって、ヒユームＷＰ
を前後（Ｘ方向）、上下（Ｙ方向）、左右（Ｘ方向）に
移動させる制御の他に、垂直面上での回転（β方向傾斜
）および水平面上での回転（ａ方向傾斜）制御を行なう
、いわゆる５０由度でヒユーム管Ｐを制御操作すること
ができるものである。

上記ヒエーム管Ｐ内には、第５図からも明らかなように
、センサーｆｉ２１１５が抜差し自在に挿設されていて
、その軸方向にヒユーム管Ｐの姿勢・位置の基準となる
レーザービームＢが通過するようになっている。

上記センサー！１５にはハーフミラ−１６と２個のセン
サーユニツ）　１７．１８がセットされている。上記ハ
ーフミラ−１６はレーザービームＢの発射方向に近い前
方部に４５°傾斜角で配置されている。一方のセンサー
ユニット１７は、上記ハーフミラ−１６の反射方向のセ
ンサー筒１５から外れた位置に配置されていて、上記ハ
ーフミラ−１６により分光されて反射されるレーザービ
ームＢ′を受光するようになっている。他方のセンサー
ユニット１８は、センサーｆｔｆｌ１５の中心線上の後
方部に配置されていて、バー、７ミラー１６を透過した
分光レーザービームＢ″を受光するようになっている。

上記反射ビーム受光用のセンサーユニット１７と１８ビ
ーム受光用のセンサーユニット１８とは、ハーフミラ−
１６からの距離が各々異なって（本実施例ではセンサー
ユニット１７の方がハーフミラ−１６に近い）いて、第
５図に仮想線で示すようにハーフミラ−１６とセンサー
二二ット１８との間にセンサーユニット１７の虚像が位
置するようになっている。従って、センサーユニット１
７はセンサーｆｆＲ１５の中心線上の虚像位置に配設さ
れているものとして機能する。

１９はレーザービーム発ｆｊ器、２０は円周上に多数の
小穴２０ａを一定間隔であけて配列した回転円板のチョ
ッパ、および２１はセンサー回路である。上記チ信ツバ
２０は、例えば２０個の小穴２０ａをあけて、５０１１
ｚで回覧させると、レーザービームＢをＩＫｔｌｚのパ
ルス光に変えることができる。

上記センサーユニット１７は、第６Ａ図および第６Ｂ図
に示すように、円筒内を十字隔壁１７ａにより断面扇状
の４個の受光室１７ｂに分割され、各受光室１７ｂの表
面にはすりガラス状塩ビシート等から成る拡散スクリー
ン１７ｅが張装されていて、レーザービームＢを拡散し
て受光室１７ｂ内に導入するようになっている。

各受光室１７ｂの底部には各室３個ずつの７オトダイオ
ード１７ｄが配置されていて、上記センサー回路２１に
電気的に接続されている。１７ｅは干渉フィルターであ
る。

尚、センサーユニット１８も上記センサーユニット１７
と同様の構造となっている。

次に、上記実施例装置による作用について説明する。

まず、建設作業帽１をヒユーム管Ｐの現場ストックヤー
ドまで走行させて、第７図に示すような、電磁弁２２を
オペレーターが手で操作して、グリッパ１３の油圧シリ
ング１４を作動せしめ、ヒユーム管Ｐの両端部をグリッ
パ１３の把持爪１３ｂにより把持せしめる。

ヒユーム管Ｐを把持した状態で上記建設作業装ｒ！１１
を管敷設個所まで移動させると共に、上記ヒ１−ム？？
Ｐ内にセンサー１ｉＪ１５をセットする。尚、センサー
筒１５のセット時期はヒユーム管Ｐの移動中または移Ｉ
ＩＩＩＲであってもよい。

続いて、上記建設作業装置１１の上部旋回体１ｂの旋回
運動、プームｌｃやアーム１ｄの俯仰運動、或いはベー
ス＠２の傾動運動等の各制御機構により手動で、ｔＩＳ
８図に示すように、既に敷設されているヒユーム管Ｐ′
の接続側の基準レーザーピー４Ｂ位置に近い所まで近づ
ける。

ヒユーム管Ｐの接続敷設位置の中心には、上述のように
予め基準レーザービームＢのパルス光がレーザービーム
発信器１９がら発射されているので、上記しニーム管Ｐ
が所定の接続敷設位置に近づくと、第５図に示すように
、レーザービームＢの一部はハーフミラ−１６により反
射されてセンサーユニット１７方向に分光され、他部は
ハーフミラ−１６を透過してセンサーユニット１８方向
に直進する。

センサーユニット１７に到達したレーザービームＢは、
ｌｌＡ図および第６Ｂ図に示すように、十字隔９１７ａ
により仕切られた受光室１７ｂのいずれか１室に入光す
る。この際、レーザービームＢは拡散スクリーン１７ｃ
により拡散されて底部の７オトダイオード１７ｄに受光
される。この時干渉フィルター１７ｅにより、レーザー
ビームＢ以外の太陽光等の不要な光線は透過せず、７オ
トダイオード１７ｄに受光されないようになっている。

受光されたレーザービームＢのパルス光は７オトダイオ
ード１７ｄにより電流に変換され、第９図に示すように
、電流電圧変換回路２３、バンドパスフィルター２４、
反転増幅回路２５、検波回路２６を経てコンパレータ２
７に入り、ここで基準電圧と比較され、基準電圧を越え
た場合には、例えば＋ＩＯＶが出力され、越えない場合
には一１０Ｖが出力される。

ところで、例えば第１０図（Ａ）に示すように、レーザ
ービームＢのビームスポットｂが第１受光室１７ｂ１に
入光して、フォトダイオード１７ｄに受光されると、ビ
ームスボッ）　＋３が矢印方向に移動するように制御が
なされる。

従って、上記コンパレータ２７から出力された・受光信
号は、第１１図に示すように、比較回路２８に入り、サ
ーボアンプ２９を経てサーボ弁３０を作動させる。

例えば第１０図（Ａ）の矢印方向をＸ方向の制御とすれ
ば、上記サーボ弁３０によりＸ方向のシリング１０が作
動する（第７図参照）。シリング１０の位置はポテンシ
ョメータ３１により検知され、その検知信号は上記比較
回路２８にフィードパγりされる。

シリング１０の作用によりヒユーム管Ｐのセンサーユニ
ット１７側がＸ方向に移動されて、ビームスボッ）１＋
が第１０図（Ｂ）に示すように受光室１７ｂ２に移ると
、受光室１７ｂ１内のフォトダイオード１７ｄからの非
受光信号（例えば−１０■）により上記サーボパルプ３
０が働いてシリングー１０の作動は停止し、次に第１０
図（Ｂ）の実線矢印のようにＸ方向の制御が行なわれる
。

Ｘ方向の制御では、サーボ弁３２が働いてシリング１２
を作動させろと、ビームスポットｂは再び受光室１７ｂ
１に入るので、上述と同様にシリング１０によるＸ方向
制御が行なわれ、以下、第１０図（Ｃ）（Ｄ）に示すよ
うに順次制御が行なわれてビームスボッ）ｂはセンサー
ユニット１７の中心に近づいて、ヒユーム管Ｐのセンサ
ーユニット１７１の位置制御が行なわれる。

尚、ヒユーム管Ｐのセンサーユニット１８ｍ％でも同様
の制御が行なわれ、その結果、ヒユーム管Ｐの中心軸は
基準レーザービームＢに一致して正しい接続敷設姿勢に
制御される（第８図参照）。

尚、上記Ｘ方向の制御に際して、左右のシリング１２は
通常独立して作動するので、第１２図に示すように、ヒ
ユームＷＰは垂直面上で傾斜する。

この場合、上記ジａインド９ｂおよＶシクイント１１ｂ
の働きにより上記傾斜姿勢の制御は無理な力がかかるこ
とな（、円滑に行なわれる。

また、Ｘ　ｌｊ向の制御に際して、左右のンりング１０
も通常独立して作動するので、第１３図に示すように、
ヒユーム管Ｐは水平面上で傾斜する。

この場合にら、シタイン）１１ｔ＋により上記傾斜姿勢
の制御は円滑に行なわれる。

以上のようにして、基準レーザービームＢとヒユームＷ
Ｐの中心位置のずれが修正されると、シリング８を作動
せしめて基準レーザービームＢ方向（Ｘ方向）にヒユー
ムＷＰを移動して、上記既設のヒ二−ム？ＩＩＰ’　に
自動的に接続する。

尚、油圧回路の油圧源としては建設作業装ａ１の油圧源
を利用するとよい。

上記センサーユニット１７に於けるレーザービームＢの
位置決め方式の別の実施例としては、第１４図に示すよ
うに、上記チ１ツバ２０からのパルス状のレーザービー
ムＢを回転体３３の回転中心に設けたミラー３３ａと、
所定半径位置に設けたミラー３３ｂにより順次反射させ
てセンサーユニット１７に投射し、上記回転体３３を一
定のスピードで回転させると、第１５図に示すように、
センサーユニット１７にはレーザービーム）ｂの軌跡が
所定半径をもって一定スピードで回転するように描かれ
る。この場合、受光室１７ｂ、と１７ｂ１、受光室１７
ｂ２と１７ｂ、を対とし、レーザービームＢが受光ｖ１
７ｂ、と１７ｂ、を通過するに要する時ｆｌｒｌ（パル
ス数でもよい）の差を電圧に変えてＸ方向移動指令出力
とすると共に、受光室１７ｂ２と１７ｂ、を通過するに
要する時間（パルス数でもよい）の差を電圧に変えてＸ
方向移動指令出力としてもよい。

各通過時間差（又は、パルス数の燈）が等しくなっり時
、基準レーザービームＢがセンサーユニー／　）１７の
中心に位置することになり、位置および姿勢制御が効果
的になされる。

尚、センサーユニット１８に於いても全く同様の制御が
可能である。

［発明の効果１バックホー等の移動式建設作業装置のアーム先端部に、
ヒユーム管等の長尺据付物を把持しながら姿勢および位
置制御を行なうマニピュレータを取付けると共に、上記
長尺据付物にセットしたセンサーにより、据付は位置に
発射した基準レーザービームを検知して上記マニピュレ
ータに制御信号を発信するようにしたので、艮尺物の据
付は作業を容易に自動化することができ、その結果、高
精度で能率良くヒユーム管等の艮尺物を所定の据付は位
置にセットすることができる。

【図面の簡単な説明】

Ｐｔ５１図は本発明の建設作業ロボットの一寅施例を示
す全体斜視図、ｍ２図および第３図は第１図の要部の拡
大説明図、第４図はグリッパの側面図、第５図はセンサ
一部の構成図、第６Ａ図はセンサーユニットの平面図、
第６Ｂ図はセンサー二二ツトの半断面図、第７図はシリ
ング作動用の油圧回路図、第８図はヒユーム管敷設概念
図、第９図はセンサー二二ツ）？ｆ！気回路図、第１０
図（Ａ）〜（Ｄ）はセンサーユニットによる位置決め原
理図、ｔｊＳ１１図は電気・油圧サーボ機構のブロック
図、第１２図は垂直面でのヒユーム管の回転制御説明図
、第１３図は水平面でのヒユーム管の回転制御説明図、
第１４図および第１５図はセンサーユニットによる他の
位置決め原理図である。１・・・移動式建設作業装置、１ａ・・・下部走行体、
１ｂ・・・上部旋回体、１ｃ・・・ブーム、１ｄ・・・
アーム、１ｅ・・・スライドアーム、２・・・ベース板
、２ａ・・・枢着軸、３・・・油圧シリング、４・・・
固定基板、４ａ・・・案内ブロック、５・・・水平移動
部材、５＆・・・レール、６・・・鋼球、７・・・連結
部材、７ａ・・・レール、８・・・油圧シリング、９・
・・横移動アーム、９ａ・・・移動ブロック、９ｂ・・
・枢着軸、ｌＯ・・・油圧シリング、１１・・・縦移動
アーム、ｌｌａ・・・レール、１１ｂ・・・ボールジ層
インド、１２・・・油圧シリング、１３・・・グリッパ
、１３ａ・・・グリッパ本体、１３ｂ・・・把持爪、１
３ｃ・・・枢着軸、１３ｄ・・・溝穴、１４・・・油圧
シリング、１４ａ・・・ピン、１５・・・センサー筒、
１６・・・ハーフミラ−１１フ、１８・・・センサーユ
ニット、１７ａ−十字隔壁、１フｂ、１フｂ、、１７ｂ
２，１７ｂ３，１７ｂ４−・・受光室、１７ｃ・・・拡
散スクリーン、１フｄ・・・フォトダイオード、１７ｅ
・・・モ渉フィルター、１９・・・レーザービーム発信
器、２０・・・チタッパ、２０ａ・・・小穴、２１・・
・センサー回路、２２・・・電磁弁、２３・・・電流電
圧変換回路、２４・・・バンドパスフィルター、２５・
・・反転増幅回路、２６・・・検波回路、Ｚ７・・・コ
ンパレータ、２８・・・比較回路、２９・・・サーボア
ンプ、３０・・・サーボ弁、３１・・・ポテンショメー
タ、３３・・・回転体、３３ｍ、３３ｂ・・・ミラー、
Ｂ、Ｂ’　、Ｂ”・・・レーザービーム、ｂ・・・ビー
ムスポット、Ｐ、Ｐ’・・・ヒユーム管。

Claims

【特許請求の範囲】

バックホー等の移動式建設作業装置のアーム先端部に、
ヒューム管等の長尺据付物を把持しながら姿勢および位
置制御を行なうマニピュレータを取付けると共に、上記
長尺据付物にセットしたセンサーにより、据付け位置に
発射した基準レーザービームを検知して上記マニピュレ
ータに制御信号を発信するようにしたことを特徴とする
建設作業ロボットによる長尺物据付け方法。