JPH0826664B2 - ロボットを用いた柱組立方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、クレーンロボットにより搬送されて把た鉄
骨部材を把持して既に建込みした鉄骨に取付けるための
ロボットを用いた柱組立方法に関する。

〔従来の技術〕 中高層建築の工法は、大きく区分すると鉄骨組立、鉄
筋組立、型枠組立、コンクリート打設、型枠解体の各作
業からなっている。そのうち柱や梁の鉄骨組立作業で
は、部材搬送、仮接合、建て入れ直し、本接合の作業が
ある。これらの作業では、先ずクレーンを使って鉄骨を
所定の位置まで揚重、搬送して例えば仮締めボルトによ
り各部材間を仮接合し、しかる後３軸方向の位置決め、
歪み直しを行って溶接やボルトにより鉄骨を最終的に固
定（本接合）している。従来の鉄骨組立におけるこれら
の作業は、鉄骨の運搬時にクレーンを使う以外、接合時
に若干の治具を使う程度で、ほとんど鳶職等の人手によ
る作業となっている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のように従来の鉄骨工事は、クレーンを使って鉄
骨を所定の位置に揚重、搬送した後は、ほとんど鳶職人
による高所作業になるため、危険な上、作業時間もかか
り、精度の面で高度な熟練技術を必要とするという問題
があった。

この問題を解決するために、特開昭62−244971号公報
においては、上部足場と下部足場とをテレスコープ式ブ
ームにより結合して上下方向に移動可能にした移動足場
ロボット、上部足場と下部足場とに積載される鉄骨組立
作業ロボット、及び垂直度測定手段を備えた鉄骨建方装
置と、クレーンロボットと、鉄骨建方装置及びクレーン
ロボットを制御する制御装置とを備えることにより、鉄
骨建方を自動化し入手による高所作業をなくす提案をし
ている。

前記特開昭62−244971号公報においては、クレーンロ
ボットは、既に建て込みされた下部柱の位置データに基
づいて、組み立てられる上部柱をおおよその位置まで搬
送した後、上部柱の下部を仮接合ロボットで把持した状
態で位置を調整する方法を採用している。しかしなが
ら、仮接合ロボットのみで柱の荷重を負担することはで
きないため、クレーンロボットで柱の上部を吊り荷重を
負担した状態で仮接合ロボットにより調整を行う必要が
あり、クレーンロボットによる柱上部の位置制御と仮接
合ロボットによる柱下部の位置制御を行わなければなら
ず、制御が複雑になるとともに位置合わせに要する時間
が長くなるという問題を有している。

本発明は上記問題を解決するものであって、簡単な制
御で短時間に柱の姿勢を調整し、柱を自動的に組み立て
ることができるロボットを用いた柱組立方法を提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ そのために本発明のロボットを用いた柱組立方法は、
上床フレーム30と下床フレーム39の間に油圧シリンダに
より伸縮する脚伸縮機構と、上床フレームと下床フレー
ムのそれぞれに大梁を把持する把持装置33、37を有し、
一方の床フレームの把持装置により大梁を把持して脚伸
縮機構を伸縮させることによりセルフクライミングする
移動足場ロボット21と、前記上床フレームに移動自在に
設置される回転テーブル１及び位置決めロボット24と、
前記上床フレームに設置され、既に建て込みされた下部
柱の位置データを測定する撮像装置と、前記回転テーブ
ル上に大梁および柱を揚重するクレーンロボット28と、
前記クレーンロボットに設置され、組み立てられる上部
柱の位置データを測定する撮像装置とを備え、前記クレ
ーンロボットにより柱を揚重し前記回転テーブル上に柱
をセットした状態で、既に建て込みされた下部柱の位置
データと組み立てられる上部柱の位置データを比較演算
し両者が一致するように回転テーブルを回転させ、次い
で前記位置決めロボットにより上部柱を把持した後、ク
レーンロボットと位置決めロボットの協調作業により上
部柱を持ち上げ回転テーブルを退避させ下部柱に上部柱
を差し込むことを特徴とする。

なお、上記構成に付加した番号は、本発明の理解を容
易にするために図面と対比させるものであり、これによ
り本発明の構成が何ら限定されるものではない。

［作用］ 本発明においては、先ず、柱が揚重されてくる前に下
部柱の位置データを上床フレーム30に設置された撮像装
置で測定すると共に、クレーンロボット28に設置された
撮像装置により上部柱の位置データを測定し、クレーン
ロボット28により回転テーブル１上に上部柱をセットす
る。次いで、下部柱の位置データと上部柱の位置データ
を比較演算し両者が一致するように回転テーブル１を回
転させ、次いで位置決めロボット24により上部柱を把持
した後、クレーンロボット28と位置決めロボット24の協
調作業により上部柱を持ち上げ回転テーブル１を退避さ
せ下部柱に上部柱を差し込む。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

先ず、本発明の鉄骨工事用位置決めロボットを搭載す
る移動足場ロボットについて説明する。

第３図は各種作業ロボットを搭載した移動足場ロボッ
トの外観図、第４図は移動足場ロボットの側面図、第５
図は移動足場ロボットの平面図である。図中、21は移動
足場ロボット、22は小梁、取付装置設置位置、23は溶接
ロボット、24は位置決めロボット、25は回転ロボット、
26はセンシング装置、27は移動台車、28はクレーンロボ
ット、30は上床フレーム、31はクランプ装置、32はガイ
ドレール、33と37は把持装置、34はターンテーブル、35
と36は油圧シリンダ、39は下床フレームを示す。

第３図において、鉄骨工事用移動足場ロボット21は、
上床フレーム30と下床フレーム39の側面に昇降のための
大梁の把持装置33、37を有すると共に上床フレーム30と
下床フレーム39の間に油圧シリンダにより伸縮する脚伸
縮機構を有するものであり、さらに、上下床面の縮小機
構を有し、運搬時にはコンパクトなサイズに縮小させる
ことによって、トラックで容易に運搬できるようにして
いる。移動足場ロボット21の移動は、移動台車27に積載
して行われ、移動台車27は、移動足場ロボット21の長辺
と平行な向きで移動足場ロボット21の短辺を積載して人
手によって運転される。

移動足場ロボット21の上床面には、溶接ロボット23や
位置決めロボット24、回転ロボット25のような各種の作
業ロボット、センシング装置26が搭載される。各作業ロ
ボットのうち、クレーンロボット28は、柱や梁鉄骨の揚
重を行うとともに撮像装置（ITV）28aにより柱鉄骨の姿
勢の測定を行う。回転ロボット25は、柱および大梁鉄骨
の姿勢調整を行い、位置決めロボット24は、柱および大
梁鉄骨を支持し既存の鉄骨に位置決めを行うものであ
る。また、センシング装置26は、撮像装置（ITV）を備
え梁両端のピンと仕口部ピン穴の測定、柱鉄骨の中心位
置と姿勢の測定を行うものである。

このように移動足場ロボット21は、各種の作業ロボッ
トを搭載し、把持装置33、37と油圧シリンダを使ってセ
ルフクライミングしながら、大梁および柱鉄骨の組立作
業を行うものであり、組立作業では、移動足場ロボット
21上に設置された位置決めロボット24、回転ロボット25
がクレーンロボット28と協調しながらそれぞれの作業を
行う。

鉄骨工事用移動足場ロボットは、第４図および第５図
に示すように上床フレーム30の上面に沿ってガイドレー
ル32を敷設すると共に、隅にはターンテーブル34を配置
し、第３図に示したような溶接ロボット23や位置決めロ
ボット24、回転ロボット25等が上床フレーム30上を自由
に移動できるようにする。そして、ロボット作業位置で
ある各辺中央および隅のターンテーブル34には、回転ロ
ボット上に部材荷重がかかったときのためにロボット基
礎部のクランプ装置31が設けられる。脚伸縮機構は、図
示のようにそれぞれ２基の油圧シリンダ35、36で３段の
ブームを伸縮させるようになっている。したがって、把
持装置37により大梁を把持して下床フレーム39を固定
し、油圧シリンダ35、36を伸長させることによって上床
フレーム30を上の階まで上昇させることができ、上床フ
レーム30の把持装置33により大梁を把持して上床フレー
ム30を上階の大梁の位置に固定し、油圧シリンダ35、36
を縮小させることによって下床フレーム39を次の階まで
上昇させることができる。

第１図は本発明に使用される位置決めロボットの１実
施例を示す一部断面図である。

位置決めロボット24は、慨略、走行ハウジング101、
移動ハウジング102、上下動軸103、旋回装置104、摺動
軸105、回転軸106、107、108、把持装置109から構成さ
れる。

走行ハウジング101は、下部に車輪を有し図示しない
モータによりガイドレール32（第５図）上を移動可能に
なっている。走行ハウジング101には、上下動軸103の下
降を許す貫通孔101aが形成されている。

移動ハウジング102は、リニアガイド110および軸受11
1により走行ハウジング101上を移動可能に支持され、電
動モータ112の回転をラック113、ピニオン114に伝達さ
せることによりＸ軸上を移動する。また、移動ハウジン
グ102は、走行ハウジング101に固定されたクランプ115
により、把持装置109に荷重が作用した時の反力を支持
するようにしている。

さらに、移動ハウジング102には、軸受116により上下
動軸103が上下動可能に支持され、該上下動軸103は、電
動モータ117およびラック・ピニオン機構119により上下
（Ｚ軸方向）に移動する。

旋回装置104は、上下動軸103に軸受120により回転自
在に支持されると共に、摺動軸105を軸受121により水平
方向に移動可能に支持しており、摺動軸105は、電動モ
ータ122およびギヤ123により旋回すると共に、電動モー
タ125およびボールネジ機構126により水平方向（Ｙ軸）
に移動する。

把持装置109は、摺動軸105に回転軸106、107、108を
介して連結され、回転軸106、107、108は図示しない電
動モータにより図示のように回転する。この把持装置10
9は、油圧シリンダ127により移動して鉄骨を把持する。
この把持の確認は磁気センサ等のタッチセンサにより行
う。また、負荷検出センサが設けられ、クレーンロボッ
ト28から伝達される過負荷を検出するようにしている。

上記各電動モータには、エンコーダが設けられてい
て、センシング装置で検知された取付位置のデータに基
づいて各電動モータを駆動させ、回転ロボット25上に受
けた大梁または柱を把持装置109にて把持し、センシン
グ装置で検知された取付位置まで搬送するものである。
この際、大梁または柱の吊り上げ用ワイヤーは結合した
ままとし、各重量はクレーンロボット28に負担させる。

次に第２図により、本発明に関連する回転ロボットに
ついて説明する。回転ロボット25は、前記走行ハウジン
グ101上に位置決めロボット24と共に配設される。

第２図（ａ）において、回転テーブル１は、部材を載
せた場合の振れを防止するために例えば硬質ゴム等のク
ッション材２を用いたものであり、下部が円筒コロ軸受
６で回転自在に軸支され、サーボモータ７、減速機８に
よりタイミングベルト５を介して回転が制御される。そ
して、リニアガイド11、リニア軸受12により上下に摺動
可能に支持され、サーボモータ９、減速機10により角ね
じ13を介して上下移動できるような構造となっている。
円筒コロ軸受14、サーボモータ15、減速機16、ギヤ17
は、さらにこの鉄骨工事用回転ロボット全体を回転可能
に支持するものである。このように垂直の旋回軸から水
平に腕を出し、回転テーブル１が部材取り付け位置上方
にくるような寸法、構造となっている。したがって、走
行ハウジング101上で前記位置決めロボットとも連結す
ると、昇降および旋回機構により大梁や柱を位置決めロ
ボットで把持した後は、回転テーブルが下降し退避する
ことができる。

上記鉄骨工事用回転ロボットを使った姿勢の調整は、
第２図（ｂ）に示すように２個の距離センサ（超音波セ
ンサ）３が取り付け方向Ｘと平行に配置されているとす
ると、大梁18を回転テーブル１に仮受けし、２個の距離
センサ３でそれぞれ部材までの距離l₁、l₂を計測する。
そして、両センサの距離差分が０になるまで回転テーブ
ル１を回転させる。

次に、本発明の柱組立システムについて説明する。第
６図は柱骨組立順序を説明するための図である。

先ず、柱が揚重されてくる前に、下部柱の中心位置お
よび向きを移動足場ロボット21上のセンシング装置26で
測定する（ｉ）。これは、第７図（ａ）に示すように、
下部柱の上方に撮像装置（ITV）を移動させ、第７図
（ｂ）に示すように、柱断面の中心位置（Ｘ、Ｙ）およ
び向きθを測定演算することにより行われる。

次いで、柱部材は、大梁と比較して重量が大きいの
で、下部柱の上に回転ロボット25の回転テーブル１を乗
せる。そして、クレーンロボット28においては、自己の
位置と前記下部柱の中心位置とを比較演算し、回転テー
ブル１上に上部柱をセットする（ii）。次いで、回転テ
ーブル１上での上部柱の姿勢調整を行う（iii）。これ
は、クレーンロボット28の撮像装置（ITV）28aにより、
第７図の説明と同様に柱断面の中心位置（Ｘ、Ｙ）およ
び向きθを測定演算し、これを下部柱のそれと比較し両
者が一致するように、回転テーブル１を回転させる。

次いで、位置決めロボット24に柱断面の中心位置
（Ｘ、Ｙ）および向きθのデータを出力し、各電動モー
タを駆動させて把持装置109を所定の位置にセットした
後、第８図（ａ）に示すように、回転テーブル１上の上
部柱を把持する（iv）。次いで、クレーンロボット28と
位置決めロボット24の協調作業により、上部柱を持ち上
げ下部柱の所定距離上方に位置決めした後（ｖ）、第８
図（ｂ）に示すよう回転テーブル１を下部柱の頂部から
退避させる。

次に、ステップ（vi）で、上下の柱断面の相対位置を
測定し最終確認を行い。要修正であれば位置決めロボッ
ト24により柱の位置・向きを修正し、ワーク不良であれ
ば警報を発し、OKであれば、第８図（ｃ）に示すように
柱を差し込む。そして、最後に位置決めロボット24の最
終目標位置データや把持装置の負荷をチェックし、組立
を完了する。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものでな
く、種類の変化が可能である。

例えば上記の実施例では、柱の組立について説明して
いるが、大梁の組立に適用してもよく、この場合には、
第２図（ｂ）で説明したように回転テーブル１により大
梁の姿勢調整をした後、位置決めロボット24で大梁を把
持し、検出した梁仕口のピン穴位置まで移動させ、大梁
を梁仕口に取付けるものである。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ク
レーンロボットにより柱を揚重し前記回転テーブル上に
柱をセットした状態で、回転テーブルを回転させること
により、下部柱と上部柱の位置決めを行うことができる
ので、従来のようにクレーンロボットで柱の上部を吊り
荷重を負担した状態で調整を行う必要がなくなり、簡単
な制御で短時間に柱の姿勢を調整し、柱を自動的に組み
立てることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いられる位置決めロボットの１実施
例を示す一部断面図、第２図（ａ）は本発明に用いられ
る回転ロボットの１実施例を示す図、同図（ｂ）は鉄骨
の姿勢検出、調整を説明するための図、第３図は各種作
業ロボットを搭載した移動足場ロボットの外観図、第４
図は移動足場ロボットの側面図、第５図は移動足場ロボ
ットの平面図、第６図および第８図は柱部材の組立工程
の例を説明するための図、第７図は柱部材の位置測定方
法を説明するための図である。 21…移動足場ロボット、24…位置決めロボット、28…ク
レーンロボット、28a…撮像装置、33、37…把持装置。

フロントページの続き (71)出願人 999999999 佐藤工業株式会社 富山県富山市桜木町１番11号 (71)出願人 999999999 清水建設株式会社 東京都中央区京橋２丁目16番１号 (71)出願人 999999999 大成建設株式会社 東京都新宿区西新宿１丁目25番１号 (71)出願人 999999999 株式会社竹中工務店 大阪府大阪市中央区本町４丁目１番13号 (71)出願人 999999999 戸田建設株式会社 東京都中央区京橋１丁目７番１号 (71)出願人 999999999 株式会社フジタ 東京都渋谷区千駄ヶ谷４丁目６番15号 (71)出願人 999999999 株式会社小松製作所 東京都港区赤坂２丁目３番６号 (71)出願人 999999999 日立造船株式会社 大阪府大阪市西区江戸堀１丁目６番14号 (72)発明者 長谷川 幸男 東京都新宿区大久保３―４―１ 早稲田大 学システム科学研究所内 (72)発明者 中村 俊男 東京都千代田区内神田１―15―11 久保田 ビル６Ｆ (72)発明者 宮嶋 俊和 東京都調布市飛田給２―19―１ (72)発明者 松下 祐輔 東京都新宿区築地町16 ライオンズマンシ ョン102号 (72)発明者 山下 伸二 神奈川県厚木市三田47―３ (72)発明者 奥山 信博 東京都港区芝浦４―15―33 芝浦清水ビル ４Ｆ (72)発明者 西村 正宏 東京都新宿区西新宿１―25―１ (72)発明者 星野 春夫 東京都江東区南砂２―５―14 株式会社竹 中工務店技術研究所内 (72)発明者 篠崎 徹 東京都中央区京橋１―３―３ 柏原ビル５ 階 (72)発明者 吉武 亮二 東京都渋谷区千駄ケ谷４―６―15 (72)発明者 浅野 寛 神奈川県平塚市万田1200 (72)発明者 寺尾 雅之 大阪府大阪市西区江戸堀１丁目６番14号 日立造船株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−244971（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上床フレームと下床フレームの間に油圧シ
   リンダにより伸縮する脚伸縮機構と、上床フレームと下
   床フレームのそれぞれに大梁を把持する把持装置を有
   し、一方の床フレームの把持装置により大梁を把持して
   脚伸縮機構を伸縮させることによりセルフクライミング
   する移動足場ロボットと、 前記上床フレームに移動自在に設置される回転テーブル
   及び位置決めロボットと、 前記上床フレームに設置され、既に建て込みされた下部
   柱の位置データを測定する撮像装置と、 前記回転テーブル上に大梁および柱を揚重するクレーン
   ロボットと、 前記クレーンロボットに設置され、組み立てられる上部
   柱の位置データを測定する撮像装置とを備え、 前記クレーンロボットにより柱を揚重し前記回転テーブ
   ル上に柱をセットした状態で、既に建て込みされた下部
   柱の位置データと組み立てられる上部柱の位置データを
   比較演算し両者が一致するように回転テーブルを回転さ
   せ、次いで前記位置決めロボットにより上部柱を把持し
   た後、クレーンロボットと位置決めロボットの協調作業
   により上部柱を持ち上げ回転テーブルを退避させ下部柱
   に上部柱を差し込むことを特徴とするロボットを用いた
   柱組立方法。