JPH1150700A - 鉄塔組立装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉄塔上の有人作業をなくして鉄塔の組立を行
う。 【解決手段】 鉄塔１１の中央部に昇降自在且つ旋回自
在に昇降フレーム１３を支持し、昇降フレーム１３に起
伏自在にスライディングガーダ１５を支持し、鉄塔１１
を構築するための部材１７を把持する把持ハンド１８及
び部材１７同士を結合するボルトの締付けを行う締結ハ
ンド１９を有するマニピュレータ１６をスライディング
ガーダ１５の先端に備え、部材１７と把持ハンド１８及
び締結ハンド１９との位置関係を検出する検出手段２０
を設け、地上からの遠隔操作によりマニピュレータ１６
の把持ハンド１８及び締結ハンド１９を操作することで
自動的に鉄塔１１を組み立て、作業員が直接鉄塔１１に
登り高所作業を行う必要をなくし鉄塔１１上の有人作業
をなくす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば送電線用の
鉄塔を組み立てるための鉄塔組立装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】送電線用の鉄塔は、図１８に示すよう
に、高さ100mから120mで上部に向かって細くなり、四角
形状をしている。このような鉄塔１の組立は、高所にて
長尺の重量物の部材を扱うため、安全面に細心の注意を
払う必要がある。

【０００３】図１９に基づいてこのような鉄塔１の組立
の状況を説明する。図１９に示すように、鉄塔１上に４
人程度の作業員２が登り、鉄塔１の中央に設置されたク
ライミングクレーン３で吊り上げられた部材４を作業員
２が手でつかみ、引き寄せて既設部材に対して位置合わ
せしてボルト締めしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】鉄塔１の高さは100mか
ら120mあり、このような高所での作業は作業能率が悪
く、重労働、危険作業となるため、作業員不足となって
いる。また、鉄塔１の組立作業は重労働で危険作業とな
るため、極力鉄塔上の有人作業をなくすことが望まれて
いる。

【０００５】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、鉄塔上の有人作業をなくすことができる鉄塔組立装
置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の構成は、鉄塔の中央部に昇降自在且つ旋回自在
に本体を支持し、前記本体に回動自在にビームの基端を
支持し、前記鉄塔を構築するための部材を把持する把持
ハンド及び前記部材同士を結合するボルトの締付けを行
うボルト締結ハンドを有するマニピュレータを前記ビー
ムの先端に備え、前記部材と前記把持ハンド及び前記ボ
ルト締結ハンドとの位置関係を検出する検出手段を設け
たことを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１には本発明の一実施形態例に
係る鉄塔組立装置により鉄塔を組み立てている状態の側
面、図２には鉄塔上部の構造説明、図３には鉄塔中間部
の構造説明、図４にはスライディングガーダの側面、図
５にはスライディングガーダの平面、図６にはマニピュ
レータの斜視、図７にはマニピュレータの側面、図８に
は把持ハンドの平面、図９にはボルト締結ハンドの平
面、図１０、図１１にはボルト締結ハンドの詳細状況を
示してある。

【０００８】図１に示すように、鉄塔１１の中央にはク
ライミングクレーン１２が設置されており、クライミン
グクレーン１２には昇降自在且つ旋回自在となる本体と
しての昇降フレーム１３がガイドローラを介して支持さ
れている。昇降フレーム１３には伸縮自在なブーム１４
の基端が回動自在（起伏自在）に支持され、昇降フレー
ム１３及びブーム１４によってスライディングガーダ１
５が構成されている。

【０００９】ブーム１４の先端にはマニピュレータ１６
が設けられ、マニピュレータ１６には鉄塔１１を構築す
るための部材１７を把持する把持ハンド１８及び部材１
７同士を結合するボルトの締付けを行うボルト締結ハン
ド（締結ハンド）１９が備えられている。また、部材１
７と把持ハンド１８及びボルト締結ハンド１９との位置
関係を検出する検出手段２０が備えられ、ブーム１４の
回動及び伸縮、マニピュレータ１６、把持ハンド１８、
ボルト締結ハンド１９の動作、及び検出手段２０の操作
は制御装置２１によって制御され、地上の遠隔操作盤２
２により遠隔で操作されるようになっている。

【００１０】クライミングクレーン１２で吊り上げられ
てくる部材１７（斜材ブロック）をマニピュレータ１６
の把持ハンド１８でつかみ、既設の部材１７に対して所
定位置にセットしてボルト締結ハンド１９によりボルト
締めを行って組み立て作業を実施する。マニピュレータ
１６等の操作は、検出手段２０（カメラ等）でモニタし
ながら地上からの遠隔操作盤２２により遠隔操作され
る。

【００１１】尚、図１中の符号で、２３はクライミング
クレーン１２のジャッキ装置、２４は吊り具支柱、２５
は吊りロープ、２７は吊り部姿勢制御装置である。

【００１２】図２、図３に基づいて鉄塔組立装置で組み
立てられる鉄塔１１を説明する。鉄塔１１は、多数の主
柱材３１をフランジ部３２を介して結合し、主柱材３１
に対して腹材３３及び水平材３４をガセットプレート３
５を介して結合して構成されている。鉄塔組立装置で
は、主柱材３１、腹材３３及び水平材３４の位置決め及
びフランジ部３２、ガセットプレート３５でのボルト締
め作業を実施する。鉄塔１１は上部ほど細くなり四角形
であるため、中心から既設部材までの距離が一定ではな
い。このため、スライディングガーダ１５は伸縮自在で
基端が起伏自在となったブーム１４を備えている。

【００１３】図４、図５に基づいてスライディングガー
ダ１５の構成を説明する。図に示すように、クライミン
グクレーン１２のマスト４１には一対の昇降フレーム１
３がガイドローラ４２を介して旋回自在に支持され、そ
れぞれの昇降フレーム１３にはブーム１４が起伏装置４
３を介して回動自在に支持されている。ブーム１４は昇
降フレーム１３に支持される基端側の起伏ブーム４４
と、起伏ブーム４４に対して伸縮する伸縮ブーム４５と
で構成されている。伸縮ブーム４５は伸縮駆動装置４６
によって伸縮駆動される。伸縮ブーム４５の先端にはマ
ニピュレータ１６が設けられ、起伏装置４３及び伸縮駆
動装置４６の駆動により、鉄塔１１の高さや半径に応じ
てマニピュレータ１６が所定位置に位置決めされる。
尚、図４中の符号で４７は起伏イコライザであり、４８
は昇降用のワイヤロープである。

【００１４】図６に基づいてマニピュレータ１６の構成
を説明する。

【００１５】マニピュレータ１６のアーム５１には既設
の部材17a に対して位置決めされる部材17b を把持する
把持ハンド１８が設けられると共に、アーム５１には締
結アーム５２を介して締結ハンド１９が設けられてい
る。また、アーム５１の基端側には、マニピュレータ１
６の先端と部材17b との相対的な３次元位置を検出する
ための検出手段２０としての３次元位置検出装置５３が
設けられている。更に、アーム５１の先端側には、把持
ハンド１８で把持した部材17b と既設の部材17aとの相
対的な２次元位置を検出するための検出手段２０として
の２次元位置検出装置５４が設けられている。

【００１６】図７乃至図１１に基づいて把持ハンド１８
及び締結ハンド１９の構成を説明する。

【００１７】図７、図８に示すように、アーム５１の先
端の基台５０の上面にはａ軸と同軸回りでハンド本体５
５が回動自在に支持されている。ハンド本体５５にはａ
軸に直交するｂ軸回りでハンド部５６が回動自在に支持
され、ハンド本体５５及びハンド部５６により把持ハン
ド１８が構成されている。基台５０、ハンド本体５５及
びハンド部５６の回動は、それぞれ独立して速度及び角
度が制御されるようになっている。ハンド部５６はマニ
ピュレータ１６のアーム５１に対してａ軸回り及びｂ軸
回りで回動して所望の姿勢にされて部材１７を把持す
る。

【００１８】図７乃至図９に示すように、基台５０の下
面にはａ軸回りでブロック５７が回転自在に支持されて
おり、ブロック５７にはａ軸及びｂ軸に直交するｃ軸回
りで第１締結アーム５８の基端が回動自在に支持れてい
る。第１締結アーム５８の先端にはｃ軸と平行なｄ軸回
りで第２締結アーム５９の基端が回動自在に支持されて
いる。第２締結アーム５９の先端には、互いに直交する
ｅ軸、ｆ軸、ｇ軸、ｈ軸回りで第１旋回アーム６０、第
２旋回アーム６１、第３旋回アーム６２及び第４旋回ア
ーム６３が回動自在に支持されている。

【００１９】第４旋回アーム６３にはボルト締結ハンド
部６４が備えられており、締結ハンド１９が構成されて
いる。第１締結アーム５８、第２締結アーム５９及び第
１乃至第４旋回アーム６０，６１，６２，６３の回動
は、それぞれ独立して速度及び角度が制御されるように
なっている。ボルト締結ハンド部６４は、マニピュレー
タ１６のアーム５１に対してａ軸、ｃ軸、ｄ軸、ｅ軸、
ｆ軸、ｇ軸、ｈ軸回りで回動して所望の姿勢にされてボ
ルトの締結を行う。

【００２０】ボルト締結ハンド部６４は、ボルト保持部
６５とナット保持回転部６６とで構成され、ボルト保持
部６５及びナット保持回転部６６は互いに接近離遠自在
となっている。図１０に示すように、ボルト保持部６５
にはボルト頭部用孔６７が設けられている。また、図１
１に示すように、ナット保持回転部６６にはナット用孔
６８が設けられ、ナット用孔６８は駆動モータ６９、ギ
ヤ列７０及びシャフト７１を介して回転駆動される。ナ
ット用孔６８の回転及びボルト保持部６５とナット保持
回転部６６との接近移動により、ボルト締結が実施され
る。

【００２１】上述したマニピュレータ１６により既設の
部材17a に対して部材17b を位置決めして締結する動作
を図６に基づいて説明する。３次元位置検出装置５３で
マニピュレータ１６の先端と部材17b の相対的な３次元
位置を検出し、把持ハンド１８の姿勢を合わせて部材17
b を把持する。部材17b の把持を完了した後、２次元位
置検出装置５４で既設の部材17a に対して把持した部材
17b の相対的な２次元位置を検出する。

【００２２】ここで、既設の部材17a が設計通りに組み
立てられていれば、所定の精度内で３次元位置を特定す
ることができる。既設の部材17a の３次元位置が特定で
きれば、３次元位置検出装置５３で検出した部材17b と
の相対的な３次元位置は計算によって求めることが可能
である。しかし、既設の部材17a はある程度の設計誤差
を有した状態で組み立てられている可能性があるため、
２次元位置検出装置５４によって既設の部材17a に対し
て把持した部材17b の相対的な２次元位置を検出する。

【００２３】位置を検出した後、把持ハンド１８の移動
により既設の部材17a と部材17b の相対位置を確認して
部材17b の位置を微調整し、フランジ部３２を合致させ
る。そして、締結ハンド１９を所望の状態に位置決めし
てボルト締結を実施する。これにより、既設の部材17a
に対して部材17b を自動的に連結固定することが可能と
なる。尚、２次元位置検出装置５４としては３次元位置
検出装置を用いることも可能で、また、３次元位置検出
装置５３として２台の２次元位置検出装置を用いること
も可能である。具体的にはステレオカメラが考えられ
る。

【００２４】マニピュレータ１６の把持ハンド１８及び
締結ハンド１９の位置決め動作を実施する際には、起伏
ブーム４４の回動動作や伸縮ブーム４５の伸縮動作、マ
ニピュレータ１６の各間接部の回動動作等が、制御装置
２１からの速度指令により各部分が独立して制御され
る。

【００２５】マニピュレータ１６の駆動方法（制御方
法）を具体的に説明する。マニピュレータ１６の把持ハ
ンド１８及び締結ハンド１９の位置及び姿勢（目標位置
及び目標角度）が与えられると、把持ハンド１８及び締
結ハンド１９の目標位置及び目標角度に応じて、現在位
置からの目標移動量が計算される。目標移動量に基づい
て各駆動部の駆動量が演算され、各駆動部の現在位置と
目標駆動量とのずれ量に応じて各駆動部のそれぞれの速
度パターンを計算し、各駆動部は刻々と出力される駆動
速度パターンにしたがって駆動される。

【００２６】また、把持ハンド１８及び締結ハンド１９
が目標位置及び目標角度にある程度近づいたら（所定の
距離以内になった際）、把持ハンド１８及び締結ハンド
１９の目標位置及び目標角度が２次元位置検出装置５４
の検出情報に基づいた検出値に切り換わり、検出値（真
の目標位置及び目標角度までのずれ）が０になるよう
に、各駆動部の位置と速度あるいは角度と角速度がフィ
ードバックされて制御される。そして、目標位置に対す
る相対ずれ量とフィードバック値の線型和から各駆動部
の速度指令値が演算される。

【００２７】これにより、スライディングガーダ１５や
マニピュレータ１６と部材１７との相対位置関係が変動
しても、把持ハンド１８や締結ハンド１９を所定の作業
位置に速やかに移動させることができる。

【００２８】図１２、図１３に基づいて検出手段２０の
他の例を説明する。図１２には他の検出手段を備えたマ
ニピュレータの概略構成、図１３には検出手段の制御ブ
ロックを示してある。

【００２９】図１２に示すように、マニピュレータ１６
のアーム５１には既設の部材17a に対して位置決めされ
る部材17b を把持する把持ハンド１８が設けられると共
に、アーム５１には締結アーム５２を介して締結ハンド
１９が設けられている。また、アーム５１の基端側に
は、検出手段２０としてのCCD カメラ７５及び単波長光
源７６が設置されている。更に、アーム５１の先端側に
は、CCD カメラ７７、単波長光源７８、距離計７９及び
反射板８０が設置されている。また、既設の部材17a に
は反射板８１が設けられ、把持ハンド１８で把持して位
置決めされる部材17b には反射板８２が設けられてい
る。

【００３０】図１２、図１３に示すように、単波長光源
７６で部材17b の反射板８２とアーム５１の先端側の反
射板８０を照明し、反射光をCCD カメラ７５で撮影して
画像処理装置８３で画像処理し、上位演算器８５でアー
ム５１側の反射板８０と部材17b の反射板８２の２次元
位置を検出する機能及び距離計７９で部材17b までの距
離を計測して上位演算器８５で測定する機能が備えられ
ている。また、単波長光源７８で既設の部材17a の反射
板８１と部材17b の反射板８２を照明し、反射光をCCD
カメラ７７で撮影して画像処理装置８４で画像処理し、
上位演算器８５で反射板８１，８２の２次元位置を検出
する機能が備えられている。

【００３１】尚、反射板８０，８１，８２は、ペイント
マークや発光体（LED やレーザ光源等）を用いることも
可能である。

【００３２】上述した検出手段では、単波長光源７６で
部材17b の反射板８２とアーム５１の先端側の反射板８
０を照明し、反射光をCCD カメラ７５で撮影して画像処
理装置８３で反射板８０，８２の２次元位置を検出し、
更に、距離計７９で部材17bまでの距離を測定する。こ
れにより、作業員はアーム５１の先端部と部材17b との
相対的な３次元位置を把握し、マニピュレータ１６の把
持ハンド１８によって部材17b を把持する。

【００３３】部材17b の把持を完了すると、単波長光源
７８で既設の部材17a の反射板８１と部材17b の反射板
８２を照明し、反射光をCCD カメラ７７で撮影して画像
処理装置８４で反射板８１，８２の２次元位置を検出す
る。作業員はマニピュレータ１６を操作して既設の部材
17a のフランジ部と部材17b のフランジ部との位置を微
調整して合わせ、締結ハンド１９によって自動的にボル
ト締めを行い、既設の部材17a と部材17b とを連結す
る。

【００３４】これにより、地上からの遠隔操作で既設の
部材17a と部材17b との連結を実施することができる。

【００３５】図１及び図１４(a) 〜(d) 、図１５(a) 〜
(d) に基づいて上述した鉄塔組立装置を用いた鉄塔１１
の組立作業例を説明する。図１４、図１５には鉄塔１１
の組立作業工程を示してある。

【００３６】図１に示すように、２台のスライディング
ガーダ１５を備えた昇降フレーム１３をクライミングク
レーン１２に取付ける。スライディングガーダ１５は旋
回、起伏及び伸縮機能を有し、先端にはマニピュレータ
１６が備えられている。マニピュレータ１６には部材17
b をつかむ把持ハンド１８及び既設の部材17a と部材17
b とを連結する締結ハンド１９が備えられ、把持ハンド
１８及び締結ハンド１９も旋回及び伸縮が自在となって
いる。

【００３７】このため、スライディングガーダ１５の昇
降及び旋回、起伏、伸縮と、把持ハンド１８及び締結ハ
ンド１９の旋回及び伸縮を組み合わせることにより、高
さ方向で部材17b の取付け位置が変化する鉄塔１１であ
っても、自由に任意の位置にマニピュレータ１６の先端
を移動して作業を行うことができる。また、検出手段２
０により地上から作業の状況をモニターし、遠隔操作盤
２２によって鉄塔１１の組立作業を遠隔操作で行う。

【００３８】図１４(a) は組立開始時の状況を示してあ
り、クライミングクレーン１２が最も低い状態である。
図１４(b) はクライミングクレーン１２で１本の主支柱
３１を吊り上げ、主支柱３１の端部を一方のマニピュレ
ータ１６の把持ハンド１８で支持し、他方のマニピュレ
ータ１６の締結ハンド１９でボルト締めを実施している
状態である。このように、２台のマニピュレータ１６を
協調的に制御することにより長尺の主支柱３１を安定し
て支えることができる。図１４(c) は引き続いて３本の
主支柱３１を立てている状態を示し、図１４(d) は４側
面に腹材３３を組み立てている状態を示してある。

【００３９】図１５(a) は水平材３４を組み立てている
状態を示し、図１５(b) はクレーンブロックを追加して
ジャッキアップし、クライミングクレーン１２の吊り部
の位置を高くした状態を示してある。図１５(c) は次の
ステップ高さ位置で主支柱３１を受け取り、組み立てて
いる状態を示してある。主支柱３１を受け取る時は、２
台のマニピュレータ１６の把持ハンド１８で主支柱３１
の両端部近傍をつかみ、主支柱３１を組み立てる時は、
一方のマニピュレータ１６の把持ハンド１８で支持し、
他方のマニピュレータ１６の締結ハンド１９でボルト締
めを実施する。図１５(d) は引き続いて主支柱３１を立
てている状態を示してある。

【００４０】上述した図１４(a) 〜(d) 及び図１５(a)
〜(d) の工程を繰り返し、２台のマニピュレータ１６を
協調的に制御して遠隔操作で次々と高さを高くし、鉄塔
１１の頂上まで主支柱３１、腹材３３及び水平材３４を
組み立てていく。

【００４１】把持ハンド１８及び締結ハンド１９を備え
たマニピュレータ１６を用いることにより、既設の主支
柱３１、腹材３３、水平材３４（部材17a)に対して主支
柱３１等（部材17b)を自動的に連結することができる。
また、駆動速度パターンにしたがってマニピュレータ１
６の各駆動部をフィードバック制御しているので、把持
ハンド１８及び締結ハンド１９を所望の作業位置に速や
かに移動させることができる。また、２台のマニピュレ
ータ１６を協調的に制御しているため、長尺の部材であ
っても安全な作業を行うことができる。

【００４２】上述した鉄塔組立装置では、地上からの遠
隔操作によって自動的に鉄塔１１を組み立てることがで
きるので、作業員が直接鉄塔に登り高所作業を行う必要
がなく安全性が向上し、寒暑等の気候に拘らず安定した
作業が可能となる。また、高所作業員不足が生じても問
題がない。

【００４３】図１６、図１７に基づいて本発明の鉄塔組
立装置の応用使用例を説明する。図１６には鉄塔を組み
立てている状態の側面、図１７には鉄塔を組み立ててい
る状態の平面を示してある。

【００４４】図示の例は、スライディングガーダ１５を
鉄塔１１の中央に配し、部材吊り上げ用のクレーン９１
を鉄塔１１の外側に配した例である。主柱材３１等の部
材は運搬コンベア９２でクレーン９１の下まで運ばれて
くる。尚、鉄塔組立装置の使用例は、図に示した形態だ
けでなく、他の形態であっても遠隔操作による組立が可
能である。また、マニピュレータ１６に溶接ハンド等
（溶接治具やトーチ等）の他の作業用のハンドを備えて
鉄塔１１の組立を行うようにすることも可能である。

【００４５】

【発明の効果】本発明の鉄塔組立装置は、鉄塔の中央部
に昇降自在且つ旋回自在に本体を支持し、前記本体に回
動自在にビームの基端を支持し、前記鉄塔を構築するた
めの部材を把持する把持ハンド及び前記部材同士を結合
するボルトの締付けを行うボルト締結ハンドを有するマ
ニピュレータを前記ビームの先端に備え、前記部材と前
記把持ハンド及び前記ボルト締結ハンドとの位置関係を
検出する検出手段を設けたので、地上からの遠隔操作に
よりマニピュレータの把持ハンド及びボルト締結ハンド
を操作することで自動的に鉄塔を組み立てることができ
る。この結果、作業員が直接鉄塔に登り高所作業を行う
必要がなく鉄塔上の有人作業をなくすことができ安全性
が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態例に係る鉄塔組立装置によ
り鉄塔を組み立てている状態の側面図。

【図２】鉄塔上部の構造説明図。

【図３】鉄塔中間部の構造説明図。

【図４】スライディングガーダの側面図。

【図５】スライディングガーダの平面図。

【図６】マニピュレータの斜視図。

【図７】マニピュレータの側面図。

【図８】把持ハンドの平面図。

【図９】ボルト締結ハンドの平面図。

【図１０】ボルト締結ハンドの詳細図。

【図１１】ボルト締結ハンドの詳細図。

【図１２】他の検出手段を備えたマニピュレータの概略
構成図。

【図１３】検出手段の制御ブロック図。

【図１４】鉄塔の組立作業工程図。

【図１５】鉄塔の組立作業工程図。

【図１６】応用例により鉄塔を組み立てている状態の側
面図。

【図１７】応用例により鉄塔を組み立てている状態の平
面図。

【図１８】鉄塔の全体図。

【図１９】従来の組立状況説明図。

【符号の説明】

１１ 鉄塔 １２ クライミングクレーン １３ 昇降フレーム １４ ブーム １５ スライディングガーダ １６ マニピュレータ １７ 部材 １８ 把持ハンド １９ 締結ハンド ２０ 検出手段 ２１ 制御装置 ２２ 遠隔操作盤 ３１ 主柱材 ３３ 腹材 ３４ 水平材 ４４ 起伏ブーム ４５ 伸縮ブーム ５５ ハンド本体 ５６ ハンド部 ６５ ボルト保持部 ６６ ナット保持回転部

フロントページの続き (72)発明者 村田 五雄 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 千蔵 孝 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 国光 智 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄塔の中央部に昇降自在且つ旋回自在に
   本体を支持し、前記本体に回動自在にビームの基端を支
   持し、前記鉄塔を構築するための部材を把持する把持ハ
   ンド及び前記部材同士を結合するボルトの締付けを行う
   ボルト締結ハンドを有するマニピュレータを前記ビーム
   の先端に備え、前記部材と前記把持ハンド及び前記ボル
   ト締結ハンドとの位置関係を検出する検出手段を設けた
   ことを特徴とする鉄塔組立装置。