JPH0230476A

JPH0230476A - 壁面作業用ロボット

Info

Publication number: JPH0230476A
Application number: JP63176295A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Otsuki; 大槻　繁
Original assignee: NIPPON BISOO KK
Current assignee: NIPPON BISOO KK
Priority date: 1988-07-15
Filing date: 1988-07-15
Publication date: 1990-01-31
Anticipated expiration: 2012-08-25
Also published as: US4993913A; JP2646008B2

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］この発明は、建築物や他のｆｆ４造物などの壁面を対象
とする高所作業に好適な壁面作業用ロボットに関し、ワ
イヤて吊り下げられるゴンドラなどを本体モジュールと
し、作業に必要なアームや手首等をモジュール化して組
み合わぜて使用できるようにしたものである。

［従来の技術］ピル、船舶、発電所、タンク、煙突、橋梁などの構造物
にあっては、建造後これらの外壁面などの清掃や補修な
どを行わな（つれはならないことも多い。

従来、このような壁面作業に当たっては、屋Ｊ二部分等
からワイヤロープて二ｌン１ヘラを吊下げ、ゴンドラ内
に乗った作業者によって作業を行うようにしており、窓
拭き作業など一部の作業については、専用口ボッ１〜が
開発され、作業者に代わって窓拭きなどを行っている。

［発明が解決しようとする課題］構造物の壁面作業の一つとして行われる塗装工事では、
壁面の状態を検査した後、壁面を清掃し、この後、吹付
は塗装などを行うようにするのが般であり、壁面検査ロ
ボッ１〜など一部を機械化したものもあるが、これらの
作業を全て出来るようなロボットなどの作業機械はなく
その開発が望まれている。

また、窓拭きロボットや壁面検査ロボッ１〜などは対象
構造物の壁面に合わせて設Ｊイされており、専用ロボッ
トであるため他の作業ノ＼の転用がてきないのは勿論、
別な構造物に運んて使用することも難しく、工事のたび
に移動して使用することができないという問題もあっな
。

この発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされた
ちのて、モジュール化したものの組み合わせで多目的な
用途に使用てきるとともに、可搬性もある壁面作業用ロ
ボットを提供しようとするとともに、作業時や移動中の
姿勢を安定させることもできる壁面作業用ロボットを提
供しようとするものである。

［課題を解決するだめの手段」」１記課題を解決するためこの発明の壁面作業用四ボッ
１〜の第１の手段は、索条に吊り下げられ作業壁面の任
意の位置に昇降及び横移動される本体モジュールと、こ
の本体モジュールに搭載され作業壁面に対し１つ以」二
の自由度をもって移動可能なアームモジュールと、この
アームモジュールの先端部に取り付けられ作業に必要な
自由度を備えるとともに作業に必要な工具か着脱自在に
取り付りられる自動工具交換機構を飾えた手首モジュー
ルとからなることを特徴とし、さらに、第２の手段は、
索条に吊り下けられ作業壁面の任意の位置に昇降及び横
移動される本体モジュールと、この本体モジュールに搭
載され作業壁面に対し３つの自由度をもって移動可能な
アームモジュールと、このアームモジュールの先端部に
取り付目られ作業に必要な自由度を備えるとともに作業
に必要な工具か着脱自在に取り付ｃ−ｔられる自動工具
交換機構を備えた手首モジュールと、前記本体モジュー
ルに設けられ本体モジュールを作業壁面に固定保持する
固着装置と、前記手首モジュールの自動工具交換ｍ′！
ｆ４に着脱され移動時の姿勢を安定させる交換式固着工
具とからなることを特徴とするものである。

１作用］このように構成された壁面作業用ロボットによれは、各
構成要素がモジュール化してあり、作業に必要なものを
着脱して使用することができ、多目的に１吏用すること
かできる。

また、本体モジュールによって作業壁面の１千意の位置
に移動することかできるのみならず、この本体モジュー
ルにアームモジュールを取り付けて３つの自由度を持な
ぜており、手首モジュールとの組合せであらゆる壁面作
業ができるようにしている。

さらに、本体モジュールに固着装置を取り付けるととも
に、交換式固着工具を手首モジュールに取り付けること
ができるようにしており、手首モジュールによる作業中
にあっては、固着装置で姿勢を安定させることかでき、
移動中には、固着装置と交換式固着工具との協働によっ
て安全に移動させることができるようにしている。

［実施例］以下、この発明の一実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。

第１図〜第５図はこの発明の壁面作業用ロボッ１〜の一
実施例にかかり、第１図は斜視図、第２図は正面図、第
３図は側面図、第４図は平面図、第５図は手首モジュー
ルの分解斜視図である。

この壁面作業用ロボット１０は、本体モジュール１１が
横移動機構を備えたゴンドラ１２で構成されており、建
築構造物などの外壁面の任意の位置に移動できるように
なっている。

このゴンドラ１２は、屋」二などパラペッＩ一部分に回
転支持部を固定し、この回転支持部にレール支持台を垂
直軸回りに回転できるように取り（＝Ｉは、このレール
支持台に仮設横行レール１３を取り（＝Ｊけるようにし
、この仮設＃！行レール１３に二つの横行１−ロリ１４
を走行するように取り付け、横行ｌ−ロリ］４を介して
２本のワイヤ１５てゴンドラ１２か吊下げられている。

そして、横移動は横行１ヘロリ１４内に設置された駆動
用モータによって行われ、昇降は２木のワイヤ１５をゴ
ンドラ１２に取りイ」（ツである２台の巻取機（エンド
レスワインタ）１６によって行われるようになっている
。

このようなボン１〜う１２て構成された本体モジュール
１１には、このゴンドラ１２に設置されて任意の位置に
移動することができる３つの自由度を備えたアームモジ
ュール１７が搭載されるようになっている。

このアームモジュール１７は、ゴンドラ１２の幅方向に
横行用のスライドベース１８が取りイ１けられ、このス
ライドベース１８上を横移動するスライド台１つか移動
可能に取り付けられ、このスライド台１つに横移動方向
と直角な平面内に位置する平行リンク式のアーム２０が
取り付けてあり、アーム２０によってその先端を作業壁
面に接近させたり、離反させることができるとともに、
上下方向に移動することもできるようになっており、ゴ
ンドラ１２上でアーム２０先端を任意の位置に移動でき
る。

そして、これらアームモジュール１７の３つの軸に対す
る駆動がアーム用ザーボモータによってそれぞれ行われ
るようになっている。

このようなアームモジュール１７の先端部には、作業壁
面に対して行う作業内容によって必要な手首モジュール
２１が取り付けられる。

この手首モジュール２１としては、例えば塗装膜を剥離
する作業を行う場合、第５図に示すような手首２２が設
けられ、アーム２０の先端部に垂直軸周りに回動する第
１回動部２３が取りイ・１りられ、この第１回動部２３
に水平軸回りに回動する第２回動部２４が取り付けられ
、さらに、この第２回動部２４にその中心軸回りに回動
する第３回動部２５が取り付けられており、第３回動部
２５の先端を任意の位置に向けることがてきるようにな
っている。

これら各回動部２３，２４．２５には、それぞれサーボ
モータか取り付けられ、各回動軸回りの回動を行うよう
になっている。

このような手首モジュール２１の先端部には、工具自動
交換ａ構２６が取り付けてあり、この工具自動交換機構
２６を介してウォータッジェッ１〜ノスル２７が着脱自
在に取り付けられ、高圧水を塗装膜に吹きつけることて
、塗装膜の剥離を行うようになっている。

また、この壁面作業用ロボット１０にあっては、本体モ
ジュール１１を構成するゴンドラ１２の作業中の揺れ及
びゴンドラ１２の移動中の揺れを防止して安全に作業が
できるようにするなめ固着装置２８がゴンドラ１２の両
側に設けである。

この固着装置２８は作業壁面に対して直角な方向に伸縮
するエアシリンダ２９とその先端部に取付けられたバキ
ュームパッド３０とで構成されており、エアシリンダ２
つを伸長させてバキュームパッド３０を壁面に当てた後
、バキュームパッド３０内を真空にして吸着させること
でゴンドラ１２の揺れを防止するようになっている。

さらに、ゴンドラ１２の移動時の揺れを防止するため手
首モジュール２１に取り付ける工具として交換式固着工
具３１を用意し、この交換式固着工具３］を自動工具交
換機構２６を介して取り付けることで、移動時の足とし
て手首モジュール２１を利用するようになっている。

この交換式固着工具３１は、支持部の先端にバキューム
パッド３２が取り付けられて構成されており、支持部を
介して自動工具交換ｆｉｍ２６に取り（ｔｔ　＋−］る
ことかできるとともに、バキュームパッド３２を作業壁
面に当てた後、真空にすることで吸着させることができ
るようになっている。

このような壁面作業川口ボン１〜１０の制御を１Ｊうな
め、例えば第６図に示すような制御装置４０か使用され
る。

この制御装置４０は、左右の巻取１１！Ｊ　］、　６の
モータ、横行Ｉ−ロリ１４の駆動用のモータ、平行リン
ク式のアーム２０のアーム用サーボモータ、手首２２の
３つの回動部２３．２４．２５を駆動するサーボモータ
を数値制御するようにしてあり、コン１ヘローラ４１を
介して制御されるようになっている。

そして、本体モジュール１１を構成するゴンドラ１２及
び横行１〜ロリ１４はインバータ４２により速度制御か
行われる。

また、アームモジュール１７を構成するアーム２０の３
つのサーボモータ及び手首モジュール２１を構成する手
首２２の３つのサーボモータは、いずれもエンコータ４
３　（”Ｊきのものが使用され、セミクローズド方式の
フィードバック制御が行われるとともに、サーボドライ
バ４４として（扁差カウンタを内蔵し、パルス列入力に
より各サーボモータを制御するＪ：うにしである。

さらに、サーボモータて制御される軸には、それぞれ原
点用のリミッ１〜スイッチ４５及びオーバラン防止用の
りミツトスイッチ４６か取り付けられ、コント１コーラ
４１に入力されるようになっている。

また、コン１へ１７−ラ４１には、地上におかれる地」
二局４７から制御信号が無線で送られるようになってお
り、予めパソコン１１８を用いてオンラインで入力され
た教示内容によって制御される。このパソコン４８には
、建物の外形図などに基づき、外部環境を予めモデル化
した状態で、ロボットへの教示動作をパソコン４８に入
力するようになっており、教示結果をシミュレーション
によって確認する方式などが採用され、教示の容易化と
壁面作業用ロボッ）〜１０の汎用性を高めている。

さらに、壁面作業用ロボンッ１〜１０の各部には、作業
に必要なセンサか取り付けられ、例えばウォータシェラ
１〜ノズル２７などの工具と作業壁面まての距離を一定
に保つための距離センサ４９が取り付げられ、Ａ／Ｄ変
換器５０を介してコンｌ−ｔコーラ４１に入力されるよ
うになっている。

また、作業を地上から監視するためゴンドラ１２にテレ
ビカメラ５１か搭載されており、地上局４７から、無線
操縦できるようになっており、作業前後の壁面状態や壁
面作業川口ボンＩ・１０の初期位置および動作状態など
を確認できるようにしである。

さらに、地上局／４７から直接遠隔操作したり、：ｌン
ｌ−ローラ４１に直接教示できるように構成されている
。

このように構成した壁面作業用ロボッ１〜１０による塗
装膜の剥離作業は、次のようにして行われる。

予めパソコン４８に作業内容を教示した後、建物に横行
レール１３を仮設するとともに、ゴンドラ１４にアーム
モジュール１７や手首モジュール２１など作業に必要な
工具などをセットし、ワイヤ１５を介して作業壁面に沿
うように吊下げる。

こうして準備ができた後、予め定めた作業開始位置まで
手動で移動し、その後、自動運転を開始する。

すると、予め教示したプログラムにそってゴンドラ１２
の横移動及び昇降が行われるとともに、アームモジュー
ル１７及び手首モジュール２１の動作によって塗装膜の
剥離作業が行われる。

これらの作業の間に行われるゴンドラ１２の横移動を安
定させた状態で行うため、第７図に示すように、固着装
置２８及び交換式固着工具３１が使用される。

まず、ゴンドラ１２を横移動する必要か生しなところで
、ウォータジェットノズル２７を工具自動交換ｍ’１１
４２６を用いて取り外し、交換式固着工具３１に取り替
えておく。

そして、この交換式固着工具３１をアームモジュール１
７によってゴンドラ１２の移動方向先端側（図示例ては
、ゴンドラ１２を右に移動することから右端）のスライ
ドベース１８上に移動し、この状態で、バキュームパッ
ド３２を動作させて作業壁面に吸着させる。

この後、横行トロリ１４による横行と同期させてスライ
ド台１つをスライドベース１８にそって移動させ、移動
端（スライドベース１８の他端部）のところで停止し、
ゴンドラ１２側の固着装置２８を動作させてバキューム
パッド３０を作業壁面に吸着させる。

こうしてゴンドラ１２の移動が終わった後、再び工具に
待ち代えて作業を継続するようにする。

このとき、ゴンドラ１２の両側に設置しである固着装置
２８によってゴンドラ１２が固定されているのて、安定
した姿勢で作業を行うことができる。

一方、ゴンドラ１２を昇降する場合には、第８図に示す
ように、まず、ゴンドラ１２を昇降移動する必要か生じ
たところて、ウォータジェッ１〜ノスル２７を工具自動
交換機′！ｐｉ２６を用いて取り外し、交換式固着工具
３１に取り替えておくのは、横移動の場合と同様である
。

そして、この交換式固着工具３１をアームモジュール１
７によってゴンドラ１２の移動方向先端側（図示例では
、ゴンドラ１２を上に移動することから上方に一杯に伸
ばしたところ）に−杯に仲はした位置の作業壁面上に位
置させ、この状態て、バキュームパッド３２を動作させ
て作業壁面に吸着させる。

この後、ゴンドラ１２の上昇と同期させてアームモジュ
ール１７のアーム２０を下方に移動させ、最下端（アー
ムモジュール１７が下に一杯に延びたところ）て、ゴン
ドラ１２の移動を停止し、ゴンドラ１２側の固着装置２
８を動作させてバキュームパッド３０を作業壁面に吸着
させる。

こうしてゴンドラ１２の移動中でも交換式固着工具３１
を作業壁面に吸着させるようにするので、安全である。

そして、ゴンドラ１２の移動が終わった後、再び］二具
に持ち代えて作業を継続するようにする。

このようにして塗装膜の剥離作業を行うことで、本体モ
ジュール１１がゴンドラ１２で構成され、ワイヤ１５で
吊下げられ、揺れるようなものでも安全に作業を行うこ
とができる。

そして、手首モジュール２１の先端部に取っ付ける工具
としてつ間−タジェット２７たけてなく、塗装用の吹付
はカンやローラ式のブラシ、あるいは、壁面検査用ツー
ルなどをたくさん用意しておき、これらを取り替えて使
用するようにずれは、壁面の補修などに必要な全ての作
業を壁面作業用ロボッ１〜１０−台なげて行うことかで
きる。

次に、この発明の壁面作業用ロボッｌ〜の曲の一゛実施
例について、第９図により説明する。

この実施例では、アームモジュール１７の構成が異なっ
ており、互いに直行する３つのスライドベース６１，６
２．６３と３つのスライド台６４６５．６６とでなる直
行座標系が採用されている。

そして、スライド台６６に手首モジュール２１か取り付
けられるようになっており、既に説明した手首モジュー
ル２１などが取り付りられる。

また、このゴンドラ１２に取り１寸けられる固着装置６
７は、クローラ式のもので、クローラ６８の外側面に形
成された真空室によって作業壁面に吸着させるようにす
るものであり、横方向の移動時にも機能するようゴンド
ラ１２に回動可能に取り付けられて、横方向にも向ける
ことができるようになっている。

尚、その他の構成は既に説明したものと同一であるので
説明は省略する。

このように直行座標系を用いても同様に自動的に壁面作
業を行うことができる。

また、第１の実施例の平行リンク式のアーム２０を作業
壁面と平行な面内に設置し、このアーム２０の先端部に
作業壁面に接近あるいは、離反するスライ）ぐベースな
どを設けて構成するようにしても良く、３つの自由度を
持つアームモジュールであればその構成は任意に選択す
ることができ、図示例のような平行リンク式にするよう
にすれば、先端部か直行座標系の場合と同じ様に移動す
ることから制御系を簡単にすることができる。

さらに、手首モジュールについては、３自由度のもので
説明したが、作業に必要な自由度かあればよく、Ｏ〜３
自由度の範囲で適当に選択して構成ずれば良い。

また、本体モジュールとしてゴンドラを用いたが、ゴン
ドラに限らず、ワイヤなどの索条て吊下げるものてあれ
ばよく、その横移動や昇降機構なども本体モジュール自
体に搭載するものに限らない。

さらに、アームモジュールや手首モジュールなどは、−
組に限らす、複数組み設りるようにしても良い。

［発明の効果１以上、実施例とともに具体的に説明したようにこの発明
の壁面作業用ロボットによれば、各構成要素がモジュー
ル化してあり、作業に必要なものを着脱して使用するこ
とがてき、多目的に使用づることができる。

また、本体モジュールによって作業壁面の任意の位置に
移動することがてきるのみならず、この本体モジュール
にアームモジュールを取り付（Ｊて３つの自由度を持た
せており、手首モジュールとの組合せてあらゆる壁面作
業がてきる。

さらに、本体モジュールに固着装置を取りイ・１けると
ともに、交換式固着工具を手首モジュールに取り（（げ
ることがてきるようにしており、手首モジュールによる
作業中にあっては、固着装置て姿勢を安定させることが
でき、移動中には、固着装置と交換式固着工具との協働
によって安全に移動さぜることかてきる。

したがって、従来から使用されているゴンドラを本体モ
ジュールとして使用するようにずれは、簡単に高所作業
をロボット化することができるとともに、作業の省力化
を計ることができる。

また、壁面に凹凸なとかあってもこれらに対応してロボ
ットを制御することもてきるので、汎用性が高く、作業
の必要な場所に移動して使用することも簡単にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図はこの発明の壁面作業用ロボッ１〜の一
実施例にかかり、第１図は斜視図、第２図は正面図、第
３図は側面図、第４図は平面図、第５図は手首モジュー
ルの分解斜視図、第６図は制御装置の概略構成図、第７
図及び第８図は横移動１つ及び昇降動作の説明図、第９図はこの発明の壁面作業用
口ボッ１〜の他の一実施例の分解斜視図である。１０：壁面作業用ロボッ１−１１］：本体モジュール、
１２ζ：ゴンドラ、１３：仮設横行レール、１４：横行
トロリ、１５：ワイヤ、１６：巻取機、１７：アームモ
ジュール、１８ニスライドベース、１９ニスライド台、
２０：平行リンク式多関節アーム、２１：手首モジュー
ル、２２−手首、２３２４．２５：第１〜第３回動部、
２６：エ具自動交換機桶、２７：ウオータシエツトノズ
ル、２８二固着装置、２つ：エアシリンダ、３０，３２
：バキュームパッド、３１：交換式固着工具、４０：制
御装置、４１：コントローラ、４２．インバータ、４３
：エンコータ、４４：サーボドライバ、４５，４６：リ
ミツ１〜スイッチ、４７．地上局、４８：パソコン、４
９：距離センサ、５０：Ａ／Ｄ変換器、５１：テレビカ
メラ。ズラＡド曾ライドベース＼

Claims

【特許請求の範囲】

（１）索条に吊り下げられ作業壁面の任意の位置に昇降
及び横移動される本体モジュールと、この本体モジュー
ルに搭載され作業壁面に対し１つ以上の自由度をもって
移動可能なアームモジュールと、このアームモジュール
の先端部に取り付けられ作業に必要な自由度を備えると
ともに作業に必要な工具が着脱自在に取り付けられる自
動工具交換機構を備えた手首モジュールとからなること
を特徴とする壁面作業用ロボット。
（２）索条に吊り下げられ作業壁面の任意の位置に昇降
及び横移動される本体モジュールと、この本体モジュー
ルに搭載され作業壁面に対し３つの自由度をもって移動
可能なアームモジュールと、このアームモジュールの先
端部に取り付けられ作業に必要な自由度を備えるととも
に作業に必要な工具が着脱自在に取り付けられる自動工
具交換機構を備えた手首モジュールと、前記本体モジュ
ールに設けられ本体モジュールを作業壁面に固定保持す
る固着装置と、前記手首モジュールの自動工具交換機構
に着脱され移動時の姿勢を安定させる交換式固着工具と
からなることを特徴とする壁面作業用ロボット。