JPH074779B2 - 壁面作業用ロボットによる作業方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、建築物や他の構造物などの壁面を対象とす
る高所作業などに好適な壁面作業用ロボットによる作業
方法に関し、壁面に存在する障害物を回避しながら能率
良く作業したり、予め作業対象溝を検出して作業ができ
るようにしたものである。

［従来の技術］ ビル、船舶、発電所、タンク、煙突、橋梁などの構造物
にあっては、建造中や建造後これらの外壁面などの清掃
や補修など、壁面に対して作業を行わなければならない
ことも多い。

従来、このような壁面作業に当たっては、屋上部分等か
らワイヤロープでゴンドラを吊下げ、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、専用ロボットが開発さ
れ、作業者に代わって窓拭きなどを行っているに過ぎ
ず、種々の壁面作業などが出来る壁面作業用ロボットの
開発が望まれている。

［発明が解決しようとする課題］ このような構造物の壁面作業をロボットによって行おう
とする場合、作業内容によっては、壁面上の障害物を避
けて作業しなければならない場合がある。

例えばウォータジェットによる塗膜の剥離や塗装吹付け
作業などでは、窓部分が障害物となり、これを避けて作
業する必要があり、従来は、この窓部分を通過する間だ
けウォータジェットを停止させたり、吹付けを停止し、
通過後再び動作させるようにしている。

このため障害物上を通過している間の動作が無駄とな
り、障害物が大きくなると、作業能率も悪化してしまう
という問題がある。

また、建築物などの壁面作業の一つに目地部分のシーリ
ング溝に対するシーリング材の剥離作業や充填作業があ
り、これを壁面作業用ロボットで行わせようとすると、
実際の目地部分が必ずしも水平や垂直でないことも多
く、スムーズに作業ができなくなる恐れがある。

この発明は、かかる現状に鑑みてなされたもので、作業
壁面に障害物があってもこれを回避して作業ができる壁
面作業用ロボットによる作業方法を提供しようとするも
のである。

また、この発明は、作業壁面上の溝を予め検出し、その
検出結果に基づいて作業ができる壁面作業用ロボットに
よる作業方法を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するためこの発明の壁面作業用ロボット
による作業方法は、壁面上部から索条及び巻取機を介し
て吊り下げられて昇降及び横移動されるとともに、壁面
に対して１つ以上の自由度をもって移動可能な壁面作業
用ロボットで壁面作業を行うに際し、予め壁面作業用ロ
ボットによる作業エリアを障害物のない場合に対するも
のと障害物がある場合に対するものとを定めておき、壁
面作業用ロボットと壁面との間の距離を検出しながら移
動させ、距離の変化により障害物を検出し、障害物が検
出されるまでは障害物がない作業エリアを移動しながら
作業を行う一方、障害物を検出した場合にはその点の座
標に基づき、移動幅を変えて障害物を除いた作業エリア
を移動しながら作業するようにしたことを特徴とするも
のである。

さらに、この発明の壁面作業用ロボットによる作業方法
は、壁面上部から索条及び巻取機を介して吊り下げられ
て昇降及び横移動されるとともに、壁面に対して１つ以
上の自由度をもって移動可能な壁面作業用ロボットで壁
面作業を行うに際し、予め作業対象となる溝の両端部で
この溝を横断するように壁面作業用ロボットを移動さ
せ、壁面間距離の変化から溝の両端部位置を読み取り、
これら溝位置の読取り値に基づき溝の軌跡を演算したの
ち、この演算結果にしたがって壁面作業用ロボットを移
動して作業するようにしたことを特徴とするものであ
る。

［作用］ この壁面作業用ロボットによる作業方法によれば、予め
定めた作業エリアを壁面間距離を検出しながら壁面作業
用ロボットを、作業エリアの横幅全体の移動と、移動端
での昇降方向のシフトとを組合せて移動しながら壁面作
業を行う場合に、壁面間の距離の変化から障害物を検出
し、障害物を検出した点の座標を読取り、この点までの
横移動幅でこれ以降の作業を行うようにしており、横移
動と昇降の組合わせで、障害物部分を通過させる無駄を
無くして能率良く作業することができるようにしてい
る。

さらに、作業対象となる溝の両端部を横断するように移
動しながら壁面間距離を検出し、溝幅の両端部の位置を
読み取って演算で溝の軌跡を求めようにし、この軌跡に
基づいて溝に対する作業を行うようにしており、幅の狭
い溝であっても無駄な動きを排除して能率良く壁面作業
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を参照して詳細に説明
する。

この発明の作業方法が適用される壁面作業用ロボット10
は、第１図に概略斜視図を示すように、上部移動機構11
を介して吊り下げられており、この上部移動機構11によ
って昇降及び横移動ができるようになっている。

この壁面作業用ロボット10全体を移動させる上部移動機
構11は、壁面作業用のゴンドラのものと同様に構成され
ている。屋上などパラペット部分に図示しない回転支持
部を固定してレール支持台12を垂直軸回りに回転できる
ように取付け、このレール支持台12に作業壁面の上部に
沿って仮設横行レール13が取付られる。この仮設横行レ
ール13には、２台の横行トロリ14が走行可能に装着され
ており、各横行トロリ14から索条としてのワイヤ15が吊
下げられている。それぞれのワイヤ15には、巻取機（エ
ンドレスワインダ）16を介して壁面作業用ロボット10が
吊り下げられるようになっている。

したがって、ワイヤ15を介して吊り下げられた壁面作業
用ロボット10は、巻取機16によるワイヤ15の巻取り、巻
戻しによって昇降ができるとともに、横行トロリ14の移
動によって横移動ができる。

なお、横移動は、横行トロリ14内に駆動用モータおよび
制御装置を設置して自走するようにしたり、無駆動とし
て壁面作業用ロボット10の横移動に追従するようにして
も良い。

壁面作業ロボット10は、第１図及び第２図に示すよう
に、直交座標系３軸（X,Y,Z）と手首１軸（β）の計４
軸の自由度を有して構成され、Ｙ軸及びＺ軸について
は、アームを付加して作業範囲の拡大を図るようにして
いる。

Ｘ軸系:X軸モジュール 作業壁面と平行な水平軸方向に移動するＸ軸モジュール
20は、ガイドレール21とこれに沿って走行するＸ軸スラ
イダ22で構成されており、ガイドレール21の両端部に巻
取機16が連結されてワイヤ15で吊下られた状態となって
いる。

Ｘ軸スライダ22を移動するため、ガイドレール21には、
ラック23が取付けてあり、これと噛み合うピニオン（図
示せず）がＸ軸スライダ22に固定されたACサーボモータ
24によって駆動され、Ｘ軸方向に移動できるようになっ
ている。

Ｙ軸系:Y軸モジュール 作業壁面と平行な垂直軸方向に移動するＹ軸モジュール
30は、Ｘ軸モジュール20のＸ軸スライダ22の背面にガイ
ド31が取付けられ、その内部にボールねじ32が設置され
てACサーボモータ33で直結駆動されるようになってい
る。

このボールねじ32には、ボールナットが取付けられたＹ
軸スライダ34がねじ込まれてＹ軸方向に移動できるよう
になっている。

Ｚ軸系:Z軸モジュール 作業壁面と垂直な軸方向に移動するＺ軸モジュール40
は、Ｙ軸モジュール30のＹ軸スライダ34の側面にガイド
41が取付けられ、その内部にボールねじ（図示せず）が
設置されてACサーボモータ42で直結駆動されるようにな
っている。

このボールねじには、ボールナットが取付けられたＺ軸
スライダ43がねじ込まれてＺ軸方向に移動できるように
なっている。

アームモジュール アームモジュール50は、Ｙ軸モジュール30及びＺ軸モジ
ュール40の作業範囲を拡大するためのもので、平行リン
ク型のアームで構成されている。

Ｚ軸スライダ43に第１アーム51が回動可能に支持されて
原動部とされ、これと平行な第２アーム52がＸ軸スライ
ダ22に固定されたブラケット53にその上端部が回動可能
に支持されて支点とされる。そして、第２アーム52の中
間部と第１アーム51の上端部とがそれぞれ回動可能に第
３アーム54で連結されている。また、第１アーム51及び
第２アーム52の先端部には、壁面作業用の第４アーム55
が回動可能に連結されている。

したがって、第１アーム51の上端部がＹ軸モジュール30
及びＺ軸モジュール40によってＹ軸方向およびＺ軸方向
に移動されると、その移動量がアームの拡大比率、例え
ば5:1に拡大されて第４アーム55の先端部が移動され
る。

β軸系：β軸モジュール このβ軸モジュール60はアームモジュール50の先端部に
設けられて作業壁面と平行な水平軸回りの回転軸であ
り、これによってアームモジュール50を作業アームとし
たり、走行脚とするための切り替えを行うものである。

このβ軸モジュール60はアームモジュール50の第４アー
ム55の先端部に両端部が突き出して回転可能な回転軸61
が設けられ、第２アーム52の回動支点が支持されたブラ
ケット53に取付けたACサーボモータ62により第２アーム
52及び第４アーム55内に配置されたチェーン（図示せ
ず）を介して反転駆動されるようになっている。

この回転軸61の両端部には、第３図に平面状態を示すよ
うに、コ字状のツールブラケット63がそれぞれ取付けら
れており、各ツールブラケット63の一端部には、真空吸
着パッド64が取付けられるとともに、他端部には、自動
工具交換装置65とセンシング用の超音波センサ66が取付
けられている。

この壁面作業用ロボット10には、壁面作業時の固定状態
の確保及び壁面移動の際の一方の脚となる固着装置70が
設けられ、Ｘ軸モジュール20のガイドレール21の両端部
に取付けられている。

この固着装置70は、第１図及び第２図に示すように、支
持台71が作業壁面と垂直なＺ軸方向に取付けられ、左右
両側の２組の平行リンク72で固着アーム73が支持されて
おり、内側の１組の平行リンク72に空気圧シリンダ74の
ロッドが連結され、往復駆動できるようになっている。

そして、固着アーム73の先端部には、その中心軸（Ｚ軸
と平行な軸）を中心に回転する回動軸75を介して２つの
真空吸着パッド76が取付けられており、回動軸75の回動
によって真空吸着パッド76の位置を90度変えることがで
きるようになっている。

次に、この壁面作業用ロボット10の制御を行うための制
御装置について、第４図により説明する。

この制御装置80では、左右の巻取機16のモータ、Ｘ軸モ
ジュール20のACサーボモータ24、Ｙ軸モジュール30のAC
サーボモータ33、Ｚ軸モジュール40のACサーボモータ42
及びβ軸モジュール60のACサーボモータ62をコントロー
ラ81によって数値制御するようにしてある。

左右の巻取機16のモータはそれぞれインバータ82によっ
て速度制御が行われるとともに、両巻取機16の特性差に
よる左右の傾きが傾斜角センサ（図示せず）により検出
され、自動傾斜補正83が行われる。

モジュール４軸（X,Y,Z,β）のACサーボモータ24,33,4
2,62は、コントローラ81からの指令により専用のサーボ
ドライバ84で駆動され、位置検出は内蔵のエンコーダ2
5,35,44,67で行われ、例えば、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
84として偏差カウンタを内蔵し、パルス列入力により各
ACサーボモータ24,33,42,62を制御する。

さらに、ACサーボモータで制御される各軸（X,Y,Z,β）
には、それぞれ原点用のリミットスイッチ85及びオーバ
ラン防止用のリミットスイッチ86が取付けられ、コント
ローラ81に入力されるようになっている。

また、壁面作業用ロボッット10の各部には、作業に必要
なセンサ類が取付けられるが、例えば作業壁面までの距
離を一定に保つための距離センサとして超音波センサ66
が取付けられ、A/D変換器87を介してコントローラ81に
入力されるようになっている。

さらに、必要に応じて作業を地上から監視するためのテ
レビカメラなどが搭載される。

また、コントローラ81には、予めパソコン88を用いてオ
フ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88でのプログラミングは、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
トへの教示動作を行わせ、完成したプログラムをコント
ローラ81に入力するようになっており、教示結果はシミ
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ト10の汎用性を高めてい
る。

このように構成した壁面作業用ロボット10による壁面へ
の作業方法について制御装置80の動作とともに説明す
る。

（１） 障害物の回避動作 壁面作業用ロボット10として必要な障害物の回避には、
大きく分けて二つのものがあり、その一つが作業時の障
害物の回避で、もう一つが壁面移動の際の吸着時の障害
物の回避である。

作業時の障害物回避 壁面作業用ロボット10による作業は種々のものが考えら
れるが、例えば塗膜の剥離・塗装吹付作業などでは、窓
部分を避けて作業する必要が生じ、この場合には、窓部
分が作業の障害物となる。

そこで、通常、窓部分などの障害物は、作業壁面に対し
て段差（突き出ているか、窪んでいる）があることか
ら、既に説明した距離センサとしての超音波センサ66を
用いて障害物を検出しながら作業を行うようにする。

このための回避動作の一例の概要と制御のフローチャー
トを第５図及び第６図に示した。

この障害物の回避は、第５図に示すように、予め定めた
作業エリアX1,X2,Y1,Y2内に窓部分などの障害物Ａがあ
る場合、障害物Ａの上部P-1については作業エリアの幅
全体X1-X2の間で往復移動しながらY1-Y2方向にシフト量
Ｑを与えて作業を行う。

そして、超音波センサ66で障害物が検出されると、その
X,Y座標が記憶され、今度は作業エリアの幅がX2-Q1まで
の範囲とされて障害物Ａの横部分の作業エリアP-2でY1-
Y2方向のシフト量Ｑを与えながら作業が行われる。

作業が進み障害物Ａの下のQ2までくると、上部の場合と
同様に、障害物Ａの下部P-3については作業エリアの幅
全体X1-X2の間で往復移動しながらY1-Y2方向にシフト量
Ｑを与えて作業を行ない、作業エリアの隅に当たる（X
1,Y2）まで作業する。

最後に、障害物Ａの横の残った部分P-4についての作業
をP-2の場合と同様にして行い、全ての作業が完了す
る。

なお、障害物Ａの位置によっては、障害物Ａの上部P-1
の後、障害物Ａの左横の部分P-5から障害物Ａの下の部
分P-6の作業を行い、最後に左横部分P-7の作業を行うよ
うにしても良い。この場合のP-5,P-6,P-7については作
業順序が異なるのみである。

このような作業の制御は、第６図に示すように、 まず、初期設定としてコントローラ81に作業エリアX
1,X2,Y1,Y2及び工具91の大きさによって定まるY1-Y2方
向のシフト量Ｑを設定しておく。

工具91を壁面に近付けるようにＺ軸方向に移動し、
作業を開始する。

これと同時に、X1方向への移動の指令とともに、a:超
音波センサ66によるセンシング開始の信号を出力し、移
動中常時センシングを行う。

そして、超音波センサ66で障害物Ａが検出されると、工
具91の移動が停止すると同時にセンシングを停止し作業
エリアの制御プログラムがP-1からP-2に変更される。

この制御プログラムP-2の変更の際の初期設定時に障害
物検出位置Q1の座標が読み込まれ、その座標に従いプロ
クラムが実行される。

一方、障害物Ａが検知されない場合には、X1まで移動さ
れた後、Y1-Y2方向へのシフト量Ｑが出力されたの
ち、X2方向への移動及び作業が行われると同時に、c:
再び、超音波センサ66によるセンシング開始の信号を出
力し、移動中常時センシングを行う。

このX2方向への移動中に障害物Ａが検出されると、工具
91の移動が停止すると同時にセンシングを停止し作業エ
リアの制御プログラムがP-1からP-5に変更される。

そして、制御プログラムP-5の初期設定時に障害物検出
位置Q1′の座標が読み込まれ、その座標に従いプロクラ
ムが実行される。

一方、障害物Ａが検知されない場合には、X2まで移動さ
れた後、Y1-Y2方向へのシフト量Ｑが出力されたの
ち、X2方向への移動及び作業が行われる。

このような動作を繰り返して、窓部分などの障害物Ａを
回避しながら作業が行われる。

したがって、従来のように移動パターンをP-1のまま障
害物Ａの範囲だけ塗装などを停止させる場合に比べ、無
駄な動作がなく、能率良く作業を行うことができる。

また、作業エリア内であれば、どの位置に障害物Ａがあ
っても、制御プログラムをP-1〜P-7などに分割すること
で、これを回避して作業することができる。

作業対象溝の検出と動作軌跡の創成 壁面作業の中には、劣化したシーリング材の除去、清掃
やシーリング材の充填作業などがあり、作業対象となる
シーリング溝を検出し、工具をシーリング溝に沿って移
動させなければならない。

この場合、窓などの障害物Ａの場合と異なり、溝幅が小
さいことから、障害物回避と同一の制御では、無駄な動
作が増えてしまう。

そこで、まず、シーリング溝の検出のみを行い、求めた
シーリング溝の軌跡に基づいて作業を行うようにする。

このための検出動作の一例の概要と制御のフローチャー
トを第７図及び第８図に示した。

シーリング溝92の検出は、シーリング溝92の存在が予想
される上部と下部に対応して超音波センサ66を横移動さ
せてシーリング溝92の両端縁を検出し、それぞれの座標
値からシーリング溝92の軌跡を演算によって求める。

すなわち、初期設定で、シーリング溝92の上部の位置
P1′,P1″と下部の位置P2′,P2″を設定しておく。

予め定めたP1′点に超音波センサ66を移動して壁面に
対して所定の距離Ｓに近付け、Ｐ″方向に移動する信
号を出力すると同時に、a:超音波センサ66によるセンシ
ングを開始する信号を出力し、移動中常時センシングを
行う。

そして、シーリング溝92の一方の縁が検出されたとこ
ろでその座標値P5を読み取る。

さらに移動しながら、b:センシングして、次の段差
部の検出でシーリング溝92の他方の縁の座標値P6を読み
取る。

この後、同様にしてシーリング溝92の下部についてもセ
ンシングを行ってシーリング溝92の縁に対応するそれぞ
れの座標値P7及びP8を読み取る。

こうして読み取った座標値P5〜P8からシーリング溝92の
中心の座標P1,P2を求め、さらに、これら上下の中心の
座標P1,P2からシーリング溝92の軌跡を直線補間して求
める。

こうしてシーリング溝92の軌跡が求められた後、ツール
ブラケット63にシーリング材を剥離するための工具91を
取付けて作業を行ったり、シーリング材の充填用の工具
91を取付けるなどして所定の作業を行う。

このようにシーリング溝92のような細い溝に対する作業
を、溝の検出とその検出結果に基づいて得られた軌跡に
よる作業に分けて２段階で行うようにすることで、能率
良く作業することができる。

吸着歩行時の障害物回避 外壁面の段差や目地などの影響で真空吸着パッド64,76
を壁面に押し当てたとき、正常な真空圧が得れない場合
が想定される。

このため真空吸着パッド64,76に設けた圧力センサ（図
示せず）によって真空圧異常を検知後、回避動作を行
い、再度吸着できるようにする必要がある。

まず、固定脚となる固着装置70では、既に説明したよう
に、真空吸着パッド76が回動軸75を介して取付けられて
おり、真空圧異常が検知されると、コントローラ81から
真空吸着パッド76を90度回転（２つの真空吸着パッド76
が横に並んだ状態から縦に並んだ状態）して再び吸着さ
せるように制御信号を出力する。

可動脚となるアームモジュール50先端部の真空吸着パッ
ド64では、β軸モジュール60の回転軸61の回転によって
も吸着位置を変えることは出来ないため、コントローラ
81に予め真空吸着パッド64内の真空圧異常が生じた場合
のアームモジュール50先端の移動量（例えば、上または
下、あるいは左または右への移動量）を入力してあり、
この設定値に基づき真空吸着パッド64の位置を移動して
再吸着する。

このアームモジュール50の先端の位置を移動すると、壁
面移動の際の歩幅が変化するが、この変化分をコントロ
ーラ81内の演算で補正して壁面移動の制御を行うように
し、その影響を取り除くようにしている。

このような真空吸着パッド64,76の吸着位置を変えるよ
うにコントローラ81で制御することで、吸着異常を回避
して完全に吸着することができる。

このような障害物の回避を行いながら壁面作業が行われ
るほか、この壁面作業用ロボット10では、次のような各
種の動作や制御が行われる。

（１） 壁面上での作業位置への移動 壁面上での作業位置への移動は、アームモジュール50の
先端部のβ軸モジュール60の回転軸61を回転して壁面と
対向するように位置させた真空吸着パッド64と、固着装
置70の真空吸着パッド76とを交互に吸着させて、第９図
に上昇移動の場合を示すように、いわゆる「尺取り虫方
式」で行われる。

この場合、壁面作業用ロボット10は上部移動機構11の２
台の巻取機16を介してワイヤ15で吊り下げられており、
スムーズな上下動を行うためには、脚として機能させる
壁面作業用ロボット10側の動作と上部移動機構11の巻取
機16との同期回転が必要となる。

このため、巻取機16側の上部移動機構11と壁面作業用ロ
ボット10の移動機構のいずれかを主移動機構とし、他方
を従移動機構として追従させるようにする。

そこで、この壁面移動の１つである昇降動作のみについ
て、その制御ブロックを抽出して示した第10図および制
御のフローチャートを示した第11図により説明する。

例えば上部移動機構11を主移動機構とし、壁面作業用ロ
ボット10側を追従させるようにする場合、可動脚として
機能させるアームモジュール50の真空吸着パッド64を壁
面に吸着させた後、主たる上昇・下降動作を巻取機16で
行い、Ｙ軸モジュール30のACサーボモータ33に電流制限
によるトルク制御を行い巻取機16による昇降動作に追従
させるようにする。

そして、昇降位置の検出はＹ軸モジュール30のACサーボ
モータ33に内蔵したエンコーダ35で行い、この検出値に
よって巻取機16の速度制御を行うインバータ82にON−OF
Fサーボ制御の信号を出力する。

すなわち、上昇すべき位置や１回の歩幅などの初期設
定を行った後、アームモジュール50の先端部の真空吸
着パッド64を上昇させ、所定の位置に吸着させる。

この後、固着装置70の真空吸着パッド76による吸着を
開放して壁面作業用ロボット10を移動可能とする。

Ｙ軸モジュール30のACサーボモータ33に電流制限の信
号を出力し、自重とバランスする程度の状態にしてお
く。

巻取機16のモータに上昇の回転信号を出力すると同時
に、可動脚としてのアームモジュール50の先端位置を
保持した状態のままＹ軸モジュール30を追従させながら
上昇する。

この場合の上昇量はＹ軸モジュール30のACサーボモータ
33に内蔵したエンコーダ35で検出し、１回の歩幅とし
て設定した位置となって位置決めが完了したところで、
巻取機16に停止信号を出力する。

この後、固定脚としての固着装置70の真空吸着パッド
76による真空吸着を行い、可動脚としてのアームモジ
ュール50先端の真空吸着パッド64を開放する。

そして、さらに上昇が必要な場合には、可動脚としての
アームモジュール50のアーム先端部を上方に移動し上記
〜の動作を繰り返す。

こうして所定の位置まで上昇し固定脚としての固着装置
70の真空吸着パッド76で壁面作業用ロボット10の固定状
態が確保されたのち、自動傾斜補正83を行う。

この自動傾斜補正は、図示しない傾斜センサによる検出
値に基づき、作業壁面と平行な水平軸回りの傾斜、すな
わちＸ軸回りの倒れの修正であり、２台の巻取機16を同
時に操作して２本のワイヤ15の長さを調整することで行
う。

なお、壁面に対する横移動の場合には、第12図に右方向
への移動の場合を示すようにアームモジュール50の先端
部の真空吸着パッド64をＸ軸モジュール20の右端に位置
させて壁面に吸着させた後、Ｘ軸モジュール20のACサー
ボモータ24を動かし、通常とは逆にピニオンに対してラ
ック23を右に移動させる。

そして、アームモジュール50がガイドレール21の予め定
めた１回の横移動幅に対する位置となったところでACサ
ーボモータ24を停止する。

この後、固着装置70の真空吸着パッド76を吸着させてア
ームモジュール50をＸ軸モジュール20の所定位置に動か
して１回の横移動幅に対応した横移動が完了する。

このように横移動についても、可動脚としてのアームモ
ジュール50と真空吸着パッド64と、固定脚としての固着
装置70の真空吸着パッド76の交互の吸着を繰り返すこと
で所定の位置まで移動することができる。

なお、横移動について、上部移動機構11の横行トロリー
14に駆動機構を設けない場合には、ワイヤ15を介して横
行トロリー14を追従させるが、横移動を駆動装置によっ
て行う場合には、Ｘ軸モジュール20側のACサーボモータ
24を主移動機構とし、横行トロリー14を追従させるよう
にするか、あるいは主従を逆にするようにすれば良い。

（２） 多工程の壁面作業 予め定めた作業開始位置まで壁面移動した後、アームモ
ジュール50を可動脚から作業アームに切り替えて使用す
るため、β軸モジュール60のACサーボモータ62でツール
ブラケット63を180度反転させて自動工具交換装置65お
よび超音波センサ66を前方にする。

そして、予めＸ軸モジュール20のガイドレール21などに
設定してある工具ホルダ（図示せず）に収納された工具
のところにアームモジュール50の先端部を移動して必要
な工具を把持し、作業を開始する。

この場合の自動工具交換装置65への工具の把持の確認や
工具ホルダへの工具の受け渡しの確認などは、近接スイ
ッチにより電気的インターロックの処理が成されること
で行われる。

したがって、工具ホルダに収納された工具を着脱するこ
とで、複数工程の作業を行うことができ、汎用性に優れ
る。

なお、これらの工具の自動交換やこれら工具を用いて多
工程の作業を行う場合の制御は、全てコントローラ８に
予めプログラミングされた内容に基づいて行われる。

（３） センシング動作 この壁面作業用ロボット10では、壁面作業を最適な状態
で行ったり、予め教示した動作だけでなく、壁面作業用
ロボット10自身で障害物を回避しながら作業したり、所
定の作業位置を捜し出し、この作業位置に基づいて作業
することなどができるようにする必要があり、このため
にセンシング動作が行われる。

壁面と工具間の距離の一定保持 作業対象となる壁面は、外観上は平面のように見えて
も、実際上は若干の傾斜や段差などがあり、最適な作業
を行うためには壁面と工具との距離を一定に保つ必要が
ある。

このため、第３図で説明したように、距離センサとして
の超音波センサ66を用い、例えば第13図に示すように、
距離Ｓに比例して得られる微弱電流をアンプ90で増幅し
A/Dコンバータ87を介してデジタル量へ変換し8bitパラ
レル信号の形でコントローラ81に入力される。

この超音波センサ66からの検出信号は、リアルタイムで
予め定めた設定値Ｓと比較演算され、Ｚ軸モジュール40
のACサーボモータ42にフィードバック量が出力される。

この結果、作業壁面の傾斜や段差にかかわらず、アーム
モジュール50の先端部の工具91を壁面から一定の位置Ｓ
に保持することができ、常に壁面に対して最適な状態で
作業を行うことができる。

以上説明したような全ての制御を行うようにすること
で、種々の壁面作業をロボットにより行うことができ、
作業範囲も多工程のものを含め大巾に拡大することがで
きる。

この実施例の壁面作業用ロボット10によれば、各構成要
素がモジュール化してあり、作業に必要な工具を着脱し
て使用することができ、多目的に使用することができ
る。

また、各軸モジュールによって作業壁面の任意の位置に
移動することができるのみならず、さらにアームモジュ
ールを取付けて作業範囲を拡大するようにしており、汎
用性の高い壁面作業ができる。

さらに、壁面作業用ロボットに固着装置を取付けて固定
脚とするとともに、アームモジュールを可動脚として使
用できるようにしており、作業中にあっては、固着装置
で姿勢を安定させることができ、移動に際しては、交互
に吸着させることで、「尺取り虫式」に移動することが
できる。

したがって、従来から使用されている作業者が搭乗して
行うゴンドラにかえ、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、作業の省力化を図ることができ
る。

また、壁面に凹凸などの障害物があってもこれらを回避
して真空吸着や壁面作業を行うようにロボットを制御す
ることもできるので、汎用性に優れ、壁面作業を能率良
く、しかも安全に行うことができる。

なお、上記実施例で説明した壁面作業用ロボットでは、
４自由度のものを例に説明したが、これに限らず少なく
とも１つ以上の自由度があれば良く、さらに自由度を増
すなどすることもできる。

また、壁面作業に対する障害物は窓部分に限るものでな
い。

さらに、この発明の要旨を変更しない範囲で各構成要素
に変更を加えても良い。

［発明の効果］ 以上、一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る作業方法によれば、次の
ような効果がある。

この壁面作業用ロボットによる作業方法によれば、
予め定めた作業エリアを壁面間距離を検出しながら壁面
作業用ロボットを移動するようにし、距離の変化から障
害物を検出し、検出された障害物を除く他の作業エリア
内を移動させて作業することができる。

したがって、障害物部分を通過させること無く、作業を
行うことができ、無駄を無くし能率良く作業ができ、作
業エリア内であれば、どの位置に障害物Ａがあっても、
これを回避して作業することができる。

また、この発明によれば、作業エリアの横幅全体の
移動と、移動端での昇降方向のシフトとを組合わせて移
動しながら壁面作業を行う場合に、障害物を検出した点
の座標を読取り、この点までの横移動幅でこれ以降の作
業を行うようにしており、横移動と昇降の組合わせで無
駄な動きを無くして作業ができる。

さらに、作業対象となる溝の両端部を横断するよう
に移動しながら壁面間距離を検出し、溝幅の両端部の位
置を読み取って演算で溝の軌跡を求めようにし、この軌
跡に基づいて溝に対する作業を行うようにしており、幅
の狭い溝であっても無駄な動きを排除して能率良く壁面
作業ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はこの発明の壁面作業用ロボットによる
作業方法が適用される壁面作業用ロボットの一実施例に
かかり、第１図は全体の斜視図、第２図は右側面図、第
３図はアームモジュール先端の部分平面図である。 第４図はこの発明の壁面作業用ロボットの制御装置の全
体構成図である。 第５図及び第６図はこの発明の壁面作業用ロボットによ
る作業方法の一実施例にかかる障害物回避動作の説明図
及び制御のフローチャートである。 第７図及び第８図はこの発明の壁面作業用ロボットによ
る作業方法の一実施例にかかる溝検出動作と軌跡創成動
作の説明図及び制御のフローチャートである。 第９図〜第11図はこの発明の壁面作業用ロボットによる
移動方法の一実施例にかかり、第９図は昇降動作の説明
図、第10図は制御のブロック図、第11図は制御のフロー
チャートである。 第12図および第13図はこの発明の壁面作業用ロボットの
種々の制御方法にかかり、第12図は横移動動作の説明
図、第13図は壁面との距離の一定制御の説明図である。 10:壁面作業用ロボット、11:上部移動機構、13:仮設横
行レール、14:横行トロリー、15:ワイヤ、16:巻取機、2
0:X軸モジュール、21:ガイドレール、22:X軸スライダ、
30:Y軸モジュール、31:ガイド、33:ACサーボモータ、4
0:Z軸モジュール、42:ACサーボモータ、50:アームモジ
ュール、60:β軸モジュール、62:ACサーボモータ、63:
ツールブラケット、64:真空吸着パッド、65:自動工具交
換装置、66:超音波センサ、70:固着装置、76:真空吸着
パッド、80:制御装置、81:コントローラ、82:インバー
タ、83:自動傾斜補正、84:サーボドライバ、85,86:リミ
ットスイッチ、87:A/D変換器、88:パソコン、91:工具、
92:シーリング溝。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】壁面上部から索条及び巻取機を介して吊り
   下げられて昇降及び横移動されるとともに、壁面に対し
   て１つ以上の自由度をもって移動可能な壁面作業用ロボ
   ットで壁面作業を行うに際し、予め壁面作業用ロボット
   による作業エリアを障害物のない場合に対するものと障
   害物がある場合に対するものとを定めておき、壁面作業
   用ロボットと壁面との間の距離を検出しながら移動さ
   せ、距離の変化により障害物を検出し、障害物が検出さ
   れるまでは障害物がない作業エリアを移動しながら作業
   を行う一方、障害物を検出した場合にはその点の座標に
   基づき、移動幅を変えて障害物を除いた作業エリアを移
   動しながら作業するようにしたことを特徴とする壁面作
   業用ロボットによる作業方法。
2. 【請求項２】壁面上部から索条及び巻取機を介して吊り
   下げられて昇降及び横移動されるとともに、壁面に対し
   て１つ以上の自由度をもって移動可能な壁面作業用ロボ
   ットで壁面作業を行うに際し、予め作業対象となる溝の
   両端部でこの溝を横断するように壁面作業用ロボットを
   移動させ、壁面間距離の変化から溝の両縁部位置を読み
   取り、これら両端部の溝位置の読取り値に基づき溝の軌
   跡を演算して求めたのち、この演算結果にしたがって壁
   面作業用ロボットを溝に沿って移動しながら作業するよ
   うにしたことを特徴とする壁面作業用ロボットによる作
   業方法。