JPS60132667A - コンクリ−ト等吹付ロボツトの制御方法 - Google Patents

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】 本発明は断面略円筒状に掘削されたトンネル。

竪坑、擁壁、その他の坑道内面にコンクリ−１・。

断熱材、防音材等を吹き付りる為のロボットの制御方法
に係り、特にロボットが坑道軸芯上になく、坑道軸芯か
ら偏心した位置にある場合であっても、コンクリート等
の吹き付は用のノズルを坑道軸芯に平行の吹き付は円筒
面に沿って簡単、且つ正確に移動さセることのできるコ
ンクリート等吹き付はロボットの制御方法に関するもの
である。

従来かかるコンクリート吹付ロボットにおいては、特開
昭５６−１０５１００号公報に見られるように、先端に
コンクリート吹き付はノズルを設けた旋回アームの伸縮
機構がトンネルの軸芯を通る垂直面内に存在することが
条件であるが、トンネル等の工事現場で一般にクローラ
付き台車やタイヤ走行形台車に搭載されて移動するロボ
ットの旋回軸をトンネル軸芯に確実に一致した状態で移
動させる事は極めて困難な作業であり、トンネルの掘削
工事の能率を著しく低下させるものであると共に、前記
アームの旋回中心がトンネル軸芯から左右に偏心した状
態でコンクリート等の吹き付は作業が行われてしまう結
果、吹き付は距離が大幅に変化してコンクリート等の吹
き付は斑を生じていたのである。

かかる従来の欠点を解決する為本発明者は、坑道内の任
意の位置に設置したコンクリート等吹付ロボットの多関
節アーム先端に取り付けたノズルによって円弧状の坑道
内にコンクリート等を吹き付ける為のコンクリート等吹
付ロボットの制御方法において、坑道軸芯に直角の任意
断面内にあってロボットの主旋回軸の軸芯を通る水平線
が坑道掘削面と交わる点より一定の吹き付は距離だけ内
面にある２個の水平点の位置座標と、−１−記任意断面
内にあって」−記２個の水平点位置の中間にある任意の
坑道掘削面」−の点より一定の吹き付は距離だけ内側に
ある１ｔｌｌｉｌの垂直点の位置座標と、−に記３個の
何れかの点から坑道軸芯方向に任意の距離だけ隔たった
１個の奥行き点の位置座標の４個の位置座標を教示する
ことにより、坑道軸芯に平行の吹き付は円筒面に沿って
吹き付りノズルを移動させることを特徴とするコンクリ
ート等吹き付は用ロボットの制御方法について開発し既
に出願した（特願昭５８−６３７７）。

しかしながらこの方法では、上記のようにロボットの主
旋回軸の軸芯を通る水平面における２点の位置を教示す
ることを条件としている為、例えば−上記水平面内の位
置にロボットの周辺機器や電源装置等が存在する場合や
、その部分の坑道内面に岩盤の壊れ等による穴がおいて
いるような場合には適切な位置を教示することができな
いという欠点があった。また上記の方法では主旋回軸の
軸芯を通る水平面よりも下方の位置については教示する
ことができず、上記水平面下の坑道内面については、マ
ニュアル運転で吹き付は作業をせざるを得ないと共に、
任意の狭い角度範囲についてのみ吹き付けを行う場合に
も、水平点、垂直点の教示を行わざるを得す、教示作業
に無駄が多い等の不都合をも有していた。

従って本発明はコンクリート等吹付ロボットのアーム旋
回中心が坑道軸芯に対して左右方向及び−１−下方向に
任意の距離偏心した状態で設置された場合でも、坑道掘
削面から一部距離離れた吹き付けＦ＋］筒面に沿って吹
き付はノズルを自動的に移動させることができ、しかも
トンネル軸芯方向、即ち奥行き方向に対してもノズルを
自動的に前記吹き付は円筒面に沿って移動させることの
できるコンクリート等吹付ロボットの制御方法であって
、しかも教示点を任意に選択することができるように改
良された制御方法を提供することを目的とし、その要旨
とする処が、ロボッ１−の主旋回軸芯に直角の平面内に
おける任意の３点の位置を、各点から主旋回軸芯までの
距離と、各点の主旋回軸芯を中心として主旋回軸芯を迫
る一定平面からの角度とを検出することにより教示する
と共に、上記上旋回軸芯の坑道軸芯方向の水平線に対す
る傾斜角度を検出し、これらの３点の位置データ及び傾
斜角度データを用いて吹き付はノズルを坑道軸芯に直角
な任意平面に沿って円弧状に移動させるようになした点
であるコンクリ−１・等吹付ロボソ１−の制御方法を提
供するとともに、更にこのようなロボットに上記３点を
含む平面からの奥行き距離を教示することにより、吹き
付はノズルを坑道軸芯に平行な任意半径の吹き付は円筒
面に沿って移動可能となしたコンクリート等吹付ロボッ
トの制御方法を提供するものである。

続いて添付した図面を参照しつつ、本発明をトンネル内
面にコンクリートを吹き付けるロボットに通用した実施
例について詳述し本発明の説明に供する。ここに第１図
は多関節形のコンクリート吹付ロボットの坑道内におけ
るコンクリート吹き付は状態を示す背面図、第２図は同
多関節形のコンクリート吹付ロボットの側面図、第３図
は同ステップに用いる吹き付はノズル取り付は用アーム
の側断面図、第４図（ａ）及び（、ｂ）は同ロボットを
坑道軸芯方向に芯出しする為の作業工程を示すブロック
図、第４図（Ｃ）は同工程を示すフローチャート、第５
図はトンネル軸に直角の断面内においてノズルを円弧状
に移動させる為の演算過程を示す概略図、第６図は、ト
ンネル軸に沿った奥行き方向にノズルを移動させる演算
処理過程を示す概念図、第７図（ａ）及び（ｂ）は手動
運転時における作業手順を示す概念図、第８ＴＩ！Ｉは
前記第５図に示した円弧を演算する為のフローチャート
、第９図は第６図に示したトンネル奥行き方向のノズル
移動軌跡の演算過程を示すフローチャート、第１０図（
ａ）及び（ｂ）は、夫々主旋回軸芯がトンネル軸に対し
て傾斜した状態で再生運転する場合の作業手順を示す概
略図、第１１図は同じく主族、同軸をトンネル軸芯に対
して傾斜した状態でトンネル奥行方向にノズルを移動さ
せる為の軌跡の演算過程を示すフローチャートである。

まず第２図を参照して多関節形のコンクリート吹付ロボ
ットの構造について説明する。図において１ばロボット
本体でクローラ２によって走行し、その前端部、又は前
端部及び後端部に油圧によって作動するアウトリガ−を
有している。このアウトリガ−３は再生時に下方に進出
してロボット本体１を持ち」−げ、その進出量によって
ロボット本体１の軸芯４を任意の一定角度の方向に傾斜
させる為のもので、一般にはトンネルの軸芯方向にロボ
ット本体１を指向させる役目を果たす。ロボット本体１
の前面にはモータ５によって軸芯４の回りにθ１の方向
に旋回可能の主旋回台６が取り付けられており、該主旋
回台６に取り付けられた上記軸芯（以下主旋回軸と記す
）４と直行する支軸７には該支軸７を中心として揺動可
能の第１アームＡ、が取り付けられ、該第１アームＡＩ
の先端には一卜記支軸７と平行の支軸８を中心に前記第
１アームＡ、の旋回面内で揺動可能な第２アームＡ２が
取り付けられている。第１アームＡ１の中間に設けた支
点ビン９と主旋回台６に設けた支点ピン１０とは、油圧
シリンダＸ１によって連結されており、油圧シリンダ１
１の出没量によって第１アームＡ１の主旋回軸４に対す
る旋回角度θ２が決定される。また第２７−ムＡ２の途
中に設けた支点ビン１２と主旋回台６に設けた支点ピン
１３とは油圧シリンダ１４によって連結されており、油
圧シリンダ１４の伸縮によって第２アームＡ２の第１７
−ムＡ、に対する旋回角度θ３が決定される。第２アー
ムＡ２の先端に取り付けた支軸１５には該支軸１５を中
心として−に記第１、第２アームの旋回面内において揺
動可能のノズル取り付はアーム１６が取り付けられてお
り、該ノズル取、り付はアーム１６は第２７−ムＡ２と
平行の平行リンク１７′及び第１アームＡ１と平行の平
行リンク１７“によって常時軸芯４に対して一定角度を
細持するようにその揺動角度が規制されている。

十記ノズル取り付はアーノ、１６の先端には、該ノズル
取り付はアーム１６の軸芯１７の回りに旋回可能で、且
つ紙面に直角の軸１８の回りに揺動可能の吹き付はノズ
ル１９が取り付けられている。

即ちノズル取り付はアーム１Ｇは第３図に示すようにそ
の根元に取り付けた揺動モータ２０に連結された軸２１
をその軸芯上に有し、軸２Ｉはその先端に取りイリけた
傘歯車２２と、これに直角に１自み合う傘歯車２３と、
該全山車２３と同軸の軸２４を介して該軸２４の先端に
取り付けた第３１！２１の紙面に直角の方向の吹きイ」
けノズ月月９と連結されており、揺動モータ２０の回転
によって吹き付はノズル１９が軸２４を中心としてθ、
の方向に揺動可能である。更にノズル取りイ］けアーム
１６の根元に取りイ」けた旋回モータ２５によって回転
される歯１ｉ２６は、前記軸２１を内部に同軸に有する
中空軸２７の末端に固着した歯車２８と噛め合い、該中
空軸２７はその先端に、該軸２４を回転自在に支承する
軸受２９を有するケーシング３０を一体的に有している
ことにより、旋回モータ２５が回転すると歯車２６．２
８．中空軸２７を介してケーシング３０が、ノズル取り
付はアーム１６の軸芯１７を中心に旋回し、該ケーシン
グ３０と一体的に旋回する軸２４及び該軸２４に取り付
けた吹き付はノズル１９が軸芯１７の回りにθ５の方向
に旋回するものである。第１図は上記のようなコンクリ
ート吹付ロボットを第２図において矢印への方向から見
た背面図であり、ロボット本体１の主旋回軸４の回りに
第１アームＡ：、第２アームＡ、及びノズル取り付はア
ーム１６を旋回させつつ各アームの旋回角度を調節して
主旋回軸４からノズル１９の先端までの距離を調整する
ことにより、円弧−ヒのトンネル内面Ｋ（坑道掘削面）
から、ノズル１９を一定の吹き付は距離だけ隔てた吹き
付は円筒面４１に沿って移動させつつ坑道掘削面Ｋに対
するコンクリートの吹き付けを行っている状態を示すも
のである。

トンネル掘削工事においては、まず、ポーリングや発破
作業によって略半円筒状のトンネルの一ト半分を掘削し
、その部分にコンクリートを吹き付けた後、下半分の掘
削及びコンクリート吹き付けを行い更に奥部の掘削−コ
ンクリ−１・吹き付けを繰り返して徐々に前進する上半
断面掘削工法や略半円筒状のトンネル全体をまず掘削形
成しておき、そｄ後トンネルの上半分及び下半分に一連
の作業によりコンクリートの吹き付けを行い、これを奥
行き方向に繰り返す連続掘削吹き付は工法が採用されて
いるが、後者の方が能率が良く、本発明は上記後者の工
法を自動的に行うことのでき方法を提供するものである
。

続いて−Ｉ−記のように構成した吹き付はロボットに作
業軌跡を教示する手順について第５図、第８図を参照し
て説明する。教示は第５図に示す如く、まずロボット本
体１の先端に取り付けられた前記支軸７を通って主旋回
軸４に直角の平面と、坑道掘削面にとの交線（曲１ｊｉ
ｌ）より一定の吹き付は距離Δｒだけ内側に存在する任
意の３点Ａ、Ｂ。

Ｃの位置、及びこの平面から一定の距離奥へ進んだ点の
位置りを教示することにより行う（ステップＳＡ皿　（
第８図））。この３点Ａ、Ｂ、Ｃは上記平面上の任意の
点を選ぶことができるから、機器等の存在する場所や、
壁面の穴のあいた場所等を避けて自由に選ぶことができ
る。

上記３点の位置の教示εよ、オペレータが遠隔操作盤を
操作してアームＡ　Ｉ　、Ａ２　＋　ノズル取付アーム
１６を揺動させることによりノズル１９の先端を点Ａ、
Ｂ、Ｃの位置へ誘導し、その各位置における各アームＡ
、、Ａ２．１６の揺動角度を各アーム駆動用のモータ（
図示せず）の回転角度を検出するエンコーダからの信号
により検出し、これらの角度信号と各アームの長さとの
関係から周知の／’ＡＷ処理を用いて前記主旋回軸４の
軸芯Ｏ５から各点Ａ、Ｂ、Ｃまでの距１ｉｉｌＩａ、ｂ
、Ｃをめると共に、任意の基準平面（第５図示の場合は
水平面）と、ＡＯ＋　、ＢＯ＋　、ＣＯ＋　とのなす角
度α、β、γをめることにより行う。上記水平線からの
仰角α、β、Ｔは走行台車３１に固有の基準面に対する
主旋回軸４の旋回角度と、上記基準面の水平面に対する
傾斜角度との加算によって得られる。当該傾斜角度は主
旋回軸４に取り付けられ、その旋回によって揺動するや
じろべえ形の振子によって駆動されるポテンショメータ
からの出力信号によって得られることができる。

今トンネルの中心を原点０とし上記主旋回軸４に直角の
Ｘ−Ｙ平面を考え、主旋回軸４の位置座標を（Ｘ、Ｖ＞
とする。すると前記教示点Ａ、　Ｂ、ＣのＸ−Ｙ平面内
での座標は、 Ａ　（−ｘ−ａｃｏｓＬｙ、ｙ十ａｓｉｎα）１３（−
ｘ−ｂｃｏｓβ、ｙ十ｂｓｉｎβ）Ｃ（−Ｘ　−ｃ、ｃ
ｏｓ　γ、ｙ＋ｃｓｉｎ　γ）で表され、各点Ａ、Ｂ、
Ｃの原点Ｏから距離（半径）をＲとすると （〜ｘ−ａｃｏｓα）　＋（ｙ＋　ａｓｉｎα）”＝Ｒ
’（−ｘ−ｂｃｏｓβ）　＋Ｃ’／　＋ｂｓｉｎβ）２
−Ｒ２（−Ｘ−ＣＣＯＳ　７ｆ　４−　（ｙ十ｃｓｉｎ
　Ｔ）’　＝Ｒ２これを解くと（ＳＡ、、ＳＡ３　） こうして教示作業が終了すると、続いて上記の工程で冑
た偏心Ｍ（ｘ、ｙ）及び奥行書を用いて再生（吹き付け
）作業が開始される。

吹き付はロボットの走行台車が走行する地面は常に平坦
な水平面であるとは限らず、特に発破作業後の走行台車
が走行する地面は発破によって放出された岩石等によっ
て傾斜するズリと呼ばれる傾斜面を形成し、その上に設
置される走行台車は水平面若しくはトンネル軸芯に対し
て種々の傾きをもって設置されるものであるが、吹き付
はノズル１９の移動軌跡である前記吹き付は円筒面は、
設計１−のトンネル軸芯に平行でなければならないから
、何等かの方法でトンネル軸芯の方向に対する走行台車
３１の軸芯（主旋回軸４の軸芯と一致）の傾きを補正す
る必要がある。このような補止は■教示時に走行台車３
１を傾斜させることによって行ってもよいが、■再生時
に走行台車３１を傾斜させることにより行っても、また
■走行台車３１の傾斜はそのままにして、各アームＡ、
、Ａ。

、ノズル取り付はアーム１６の旋回角度を調整してノズ
ル１９がトンネル軸芯に直角の平面内で移動するように
してもよい。

第４図（Ｃ）に示した手順は上記■の方法による補正手
順である。即ち第２図に示したロボット本体１、クロー
ラ及び多関節形のアーム等よりなる走行台車３１をトン
ネル内に設置しくステップＳ、（以下ステップ番号をＳ
で表す））た後、走行台車３１の水平線に対する角度α
２を検出する。

このようなαりの角度検出器３２は、やじろべえ形の振
子によって水平状態からの傾斜角度を検出するポテンシ
ョメータ形の角度検出装置等が用いられ、第４図（ｂ）
に示すように検出角度α９に相当する信号は差分演算器
３３に送出される（Ｓ２）。又、制御装置３４からは、
設計上予め定められた掘削傾斜目標角度α、が上記差分
演算器３３に送出され（Ｓ３）、差分演算器３３におい
てα、−α１が演算され（Ｓ４）、この差分の信号が比
較器３５に送られる（Ｓ４）。前記第２図に示したアウ
トリガ−３を出没させる油圧シリンダ３６の進出量は、
第４図（ｂ）に示した例では、進出量検出器３７によっ
て検出され、この進出量に応じた信号が比較器３５に帰
還され１、前記αり一α１との差の信号によって油圧シ
リンダ３６が駆動され（Ｓ５）、この斧がＯになるまで
油圧シリンダ３６が作動する。こうして油圧シリンダ３
６の働きによりアウトリガ−３が進出し、ロボット本体
１の軸芯、即ち主旋回軸４が設計」一定められたトンネ
ル軸芯に対して平行となるまで走行台車３１が傾斜され
る。上記伸縮量検出器３７は油圧シリンダ３６のピスト
ンロッドに取り付けたポテンショメータ等によって油圧
シリンダ３６の伸縮量に応した電圧を全件させる如き形
式のものを用いることができる。

子連の第４ＵＡ（ｂ）に示した制御装置では油圧シリン
ダ３６の伸縮量を帰還させるクローズドタイプの制御機
構となっているが、これは第４図（ａ）に示すように制
御装置３４から送出される掘削傾斜目標角度α電と、走
行台車３１に取り付いた角度検出器３２から送出される
傾斜角α２との差分によって油圧シリンダ３６を駆動さ
せるオーブンタイプの制御機構であってもよい。

こうしてステップ８１〜Ｓ５の操作によってロボット本
体１の主旋回軸４がトンネル軸芯の方向に指向されると
、再生作業を開始し、コンクリートの吹き付けを行う。

再生に当たってはまずロボットの軸芯（主旋回軸４の軸
芯０＋　（ｘ、ｙ）から３個の教示点Ａ。

Ｂ、Ｃを通る円弧（吹き付は円筒面Ｊ）上の任意の点Ｐ
までの距離丁を算出すると共に、その点Ｐのトンネル軸
芯０における仰角θ（第５図）を算出し、主旋回軸４の
旋回角度及び各アームの揺動角度（距離ｒから座標変換
してめる）を決定し、これらの（ｉＮｉを目標値として
各駆Ｗｔｌ＋モータを制御することにより行う。

即ちＩ−記ｘ、ｙの値等によって点０２０１を通る直線
の傾きＧＪ１点０，０貫間の距離Ｇ、並びに吹き付は円
筒面Ｊからトンネル軸芯０までの距！１ｉｌＩ　（半径
）Ｒが、 Ｇ、４　＝ｊａｎ−’　（ｙ／　ｘ）　−（３）Ｇ−Ｇ
〒７　・・・（４） によって得られ（第８図（ＳＡ、））　、こうして得ら
れたＣ、、、Ｃ，及びＲを用いてトンネルの中心を基点
とする任意の角度θだけ傾いた位置における主旋回軸４
から吹き付は円筒Ｊ迄の距離ｅがｒ＝　Ｇ２＋Ｒ２−２
ＧＲＣＯ９（θ−Ｇａ　）　・−（５）によってθの関
数として得られる（ＳＡ、）。こうして」−記の演算に
よってトンネル軸芯０を中心として任意の角度θ傾いた
位置Ｐにおける主旋回軸芯０Ｉから吹き付は円筒Ｊ上の
円弧！ＩＬ跡を移動するノズル１９の先端までの距離ｒ
ｐが算出される。またノズル１９の先端を点Ｐへ誘導す
る為に必要な主旋回軸４の旋回角度θ。は、 で与えられる（ＳＡｒ、）。

従ってθを徐々に変化させることにより、ノズル１９を
点Ｐへ誘引する為主旋回軸４の旋回角度θ、（（５）’
式）と、各アームの関節角度θり１　Ｂ３が得られる。

こうしてロボット本体の中心軸がトンネル軸芯よりも任
意の距離垂直及び水平方向に偏心している場合でも、Ａ
、Ｂ、Ｃの３点を教示することによりノズルを吹きイ１
け円筒に沿って連続的に移動することができる。

実際のコンクリート吹き付は作業においては、第１図に
矢印３８又は３９で示ずようにトンネル軸芯に沿って奥
行き方向にＦの幅を持つ立体的な吹き付は円筒に沿って
ノズルをジグザグに移動さセて、立体的な吹き付は内面
に対する吹き付けを行う。その為この立体的な吹き付は
円筒の座標を定める必要があり、前記り点の教示はこの
為のものである。但し単に奥行距離Ｆを教示又はデータ
入力してもよい。今簡略化の為に第６図に示す如く、２
関節Ａ、、Ａ２を有するロボットについて奥行き方向の
教示及びそれより任意の距離Δ２だげ進んだ位置におけ
る各関節角度の演算操作について述べる。第６図は第５
図におけるＭ、−Ｍ矢視図であり、その操作手順を第９
図に示す。図中点Ａ、Ｂ、Ｃが存在する基準平面内にノ
ズル１９を誘導した状態におけるアームＡ、、Ａ２を実
線で示し、ノズルをＤで示す教示点に誘導した状態にお
けるアームを一点鎖線で示し、ノズルＣ点から任意の距
離Δ２だけ奥方向へ進出した状態における各アームを二
点鎖線で示す。又、点０．と第２アームＡ２の先端とを
結ぶ直線と、垂直線とのなす角度をψ、点０Ｉと第２ア
ームＡ２の先端とを結ぶ直線と、第２アームＡ２とのな
す角度をζ、第１アームＡ１と第２７−ムＡ２とがなす
角度をη（第２図におけるＢ３）、第１アームＡ１の関
節角度をρ、第１アームＡ１の長さを１５１、第２アー
ムＡ２の長さをＢ９、点０．から第２アームＡ２の先端
までの距離をｐとし、−上記各記号に付する添字１〜３
は基準位ｗ（」−旧基準平面内における（ｉ’７．　Ｗ
　）におけるものを１とし、基準位置から２分奥へ進出
した位置におけるものを２とし、更にΔ２だけ奥へ進出
した状態のものを３とする。

上記のように０点及びＤ点を教示することによって関節
角度ρ２及びＢ２が知られている（ｓ１３゜）。またり
、、Ｂ２が知られている為、１！ｑ　＝Ｔ−ｊ　＋Ｌ「
２０〒２　ＣＯ５肩・・・（６）によりＢ２がめられ、
更にこうして得られたＢ２を用いて で示すようにζつが算出されると共に、更にζ２とＢ２
により ψ、−ρ２−ζ２・・・（８） で示すようにψ２が算出される（ＳＢ２　）。こうして
ψ７が得られると β１−ρワｃｏｓ　ψ２　・・・（９）ｚ＝４２ｓｉｎ
　φ２　’＋５ｉｎ（Ｊ、、・・（１０）によって４１
及びＺの値が算出されることになる（ＳＢ３）。

また０点より任意の距離△Ｚだけ奥へノズルが侵入した
状態におけるψ３及びβ３は 帖−石７蚕置〒肩百７　・・・（１２）で与えられ、こ
れ番才Δ２の関数である。こうして（りられたβ３に基
づいて よりζ３が得られる。従って０点よりΔ２分前進した位
置における関節角度ρ３．η３は、ρ、−ψ３＋ζ３・
・・（１４） より演算され（ＳＢ４）全てΔ２の関数となり、任意の
距離Δ２だけノズルを前進させる為の関節角度がΔ２に
対応して得られることになり、こうしてθとΔ２を与え
ることにより、第２アームＡ２先端を吹き付は円筒面一
ヒの任意の位置に移動させる為の関節角度が全て得られ
る。

第６図及び第９図に示した２方向の演算処理は、２個の
アームＡ、　、　／＋１．についてのみ示したものであ
るが、第２図に示したような多関節形のロボットについ
てはノズル取り付はアーム１６の長さ、及びその角度が
平行リンクの作用により既知である為、第２アームＡ２
先端の！ｌＬ跡が設定できれば、ノズル取りイ１けアー
ム１６の先端のｉ？Ｉｔ跡も自動的に得られる。

倒し第５図に示すようにノズル１９の方向を第１アーム
Δ１及び第２アームＡ、の揺動面内に固定した場合には
、０Ｉの位置がトンネル中心Ｏから偏心している場合、
ノズル１９がトンネル掘削面Ｋに対して常に鉛直となる
とは限らず、ノズル１９のトンネル掘削面に対する角度
が直角でないと、トンネル掘削面に吹き付けられたコン
クリートがトンネル掘削面に付着する率が低下し、トン
ネル掘削面で跳ね返される為、吹き付は斑を生しること
になる。このような不都合を解消する為に、アームの旋
回角度θＩに対応して主旋回軸４に直角な平面内におけ
るノズルの方向を補正する必要があり、このノズル角度
の補正は第３図に示した旋回モータ２５の駆動によりケ
ーシング３０及びこれと一体的に旋回する軸２４、及び
これに固着した吹き付はノズル１９をθの方向に旋回さ
せることにより行う。この場合の補正すべき角度μは で演算される（ＳＢ、）。

息子の説明によってＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ点及び旋回角度θ、
転入距離Δ２を指定することによりノズルを吹きイ」け
円筒面に沿って自動的に移動させる為の作業手順が理解
される。

上記したロボット構造を用いれば、更に下記するように
手動操作によって吹き付はノズルを任意の位置に移動さ
せることがでセる。第７図はその原理を示す為の図で第
６図と同様第１図におけるＭ−Ｍ矢視図である。まず図
に実線で示した第２アームＡ２の先端Ｎの位置を更にΔ
ｙだけ上方向に手動で移動させる為の操作について説明
する。

この時の０１からＮまでの距離ｐ、は、（５）式％式％
（１７） で与えられる。この時のρ、が第１アームＡ、と垂直線
とのなす角度であり、これらの値を用いて現在位置にお
けるζが で与えられ、ことρを用いて ｐ＝ｐ１ｃｏｓ（ρ−ζ）・・・（１９）ｚ＝Ｉ！１ｓ
ｉｎ（ρ−ζ）−（２０）により現在位置におけるβ及
び２が与えられる。

次に点ＮからΔｙだけ離れたＮ′まで第２アームＡ、の
先端を移動させる場合のψ及び１は７！、　、−、ｌ四
１７・・・’（２２）によって与えられ、これらの値を
用いてρ−φ→−ζ・・・（２５） により、その時の関節角度ζ、η、ρが決定される。

また手動によって第７図（ｂ）に実線で示した位置から
２点鎖線で示した位置まで第２ア−ムＡ２の先端を移動
させる場合について説明すると、現在位置におけるβ１
．ζ、Ｘ、Ｚは前記と同様（１８）〜（２１）式で与え
られ、設定位置におけるψ、７！１は １！、＝７・・・（２７） で与えられる。従ってこれらの値に基づいて設定位置に
おりるζ、メ１．ρは ρ−ψ＋ζ・・・　（３０） によって演算される。

以上の説明においては、ロボット本体の主旋回軸４をト
ンネル軸芯に平行な状態に保つことを前提としたが、前
記主旋回軸のトンネル軸芯に対する傾斜角度は、前記の
ように角度検出器３２によって正確に検出されるので、
設計条件によって定まるトンネル軸芯の傾斜角度を予め
入力すると共にこの検出値を用いて各アームの関節角度
を補正しつつ坑道掘削面Ｋに対するコンクリートの吹き
付けを行ってもよい。

以下にアウトリガ−でロボットの傾きを補正せず、再生
時に専ら補正演算を行って主旋回軸４とトンネル軸芯と
を一致さセることなく、吹き付は円筒面Ｊに沿って正確
にノズルを誘導する為の制御手順につき説明する。

今トンネル軸芯の方向へ距離６２分だけロボットアーム
先端点Ｎを誘導する場合を第１０図（ｂ）を参照して考
える。これは前記第７図（ｂ）に示した手順に対応し、
符号は全て共通したものを用いる。この場合の主旋回軸
４に対する点Ｎの仰角ψ、及び旋回中心ｏ１から点Ｎま
での距ｌ１Ｉｌｔ１３は１、：涯し７冒；；コア・・・
（３２）ここにα電は設針上のトンネル中心線の水平線
に対する傾斜角度でデータ久方され、α２は角度検出器
３２　（第４図）によって検出される主旋回軸４の傾斜
角度である。

一上記ψ３，１３よりノズル１９を吹き付は円筒面Ｊに
沿って奥行きΔ２移動させる時の各アームの所要揺動角
度がめられる。この計算は主旋回軸４をトンネル軸芯に
平行に置いた場合の計算式を用いてめられる。

次に吹き付は距２１１を変える場合、即ちロボットアー
ム先端点ＮをΔｙだＩｔ　）ン不ルの半径方向に移動さ
せる場合（第７図（ａ）に対応）には、ψ３、ｌ、は第
１０図（ａ）に示す如く 以上よりψ３．ｊ！３がめられると、各アームの所要揺
動角度は、主旋回軸４をトンネルの軸芯に平行に置いた
場合の計算式を用いてめられる。

従ってこの場合の制御手順は第１１図で示され、第９図
示の制御手順と異なる点はステ・ノブＳＢ、’において
φ３．ｅ、を導出すに式に傾斜角度α１、α２を考慮し
た点、及びノズル１９の傾斜角度をα１．α２を考慮し
てα２＋９０−α１とする点である。

面上記実施例はコンクリート吹付ロボ・７トについて記
載したが、本発明はこれに限定されず、断熱材、防音材
その他の材料を坑道内面に吹き付けるロボットの制御方
法に適用可能であることば言うまでもない。

以卜述べたように本発明は、坑道内の任意の位置に設置
したコンクリート等吹付ロボットの多関節アーム先端に
取り付けたノズルによって円弧状の坑道内面にコンクリ
ート等を吹き付ける為のコンクリート等吹付ロボットの
制御方法において、ロボットの主旋回軸芯に直角の平面
内における任意の３点の位置を各点から主旋回軸芯まで
の距離と、各点の主旋回軸芯を中心として主旋回軸芯を
通る一定平面からの角度とを検出することにより教示す
ると共に、上記主旋回軸芯の坑道軸芯方向の水平線に対
する傾斜角度を検出し、これらの３点の位置データ及び
傾斜角度データを用いて吹き付はノズルを坑道軸芯に直
角な任意平面に沿って円弧状に移動させることを特徴と
するコンクリ−１・等吹付ロボットの制御方法であるか
ら、コンクリート等吹き付は用のロボットの軸芯が坑道
の軸芯から偏心した状態でコンクリート等の吹き付けを
行う場合にも、単にノズルの位置について坑道掘削面に
沿って任意の３１Ｉ１１の位置を教示するだけで正確に
立体的な吹き付は円筒面の軌跡を教示することができる
ので、トンネル工事現場等のようにロボット位置あ正確
な芯出しが困雛な状況下においても、極め簡単に跳ね返
りや吹き付は斑等のないコンクリート等の吹き付は工事
を可能とし、且つ教示位ＷｌＩ！−任意に選び得るので
、特定位置に教示作業を妨げる穴や機器が存在する場合
でも、問題なく正確な教示を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は多関節形のコンクリート吹付ロボットの坑道内
におけるコンクリート吹き付は上記を示す背面図、第２
図は同多関節形のコンクリート吹付ロボットの側面図、
第３図は同ステップに用いる吹き付はノズル取り付は用
アームの側断面図、第４図（ａ）及び（ｂ）は同ロボッ
トを坑道軸芯方向に芯出しする為の作業工程を示すブロ
ック図、第４図（Ｃ）は同工程を示すフローチャート、
第５図はトンネル軸に直角の断面内においてノズルを円
弧状に移動させる為の演算過程を示す概略図、第６図は
、トンネル軸に沿った奥そき方向にノズルを移動させる
演算処理過程を示す概念図、第７図（ａ）及び（ｂ）は
手動運転時における作業手順を示す概略図、第８図は前
記第５図に示した円弧を演算する為のフローチャート、
第９図は第６図に示したトンネル奥行き方向のノズル移
動軌跡の演算過程を示すフローチャート、第１０図（ａ
）及び（ｂ）は、夫々主旋回軸芯がトンネル軸に対して
傾斜した状態で再生運転する場合の作業手ｈＩＱを示す
概略図、第１１図は同じく主旋回軸をトンネル軸芯に対
して傾斜した状態でトンネル奥行方向にノズルを移動さ
せる為の軌跡の演算過程を示すフローチャー１・である
。 （符号の説明） ３１・・・コンクリート吹付ロボット Ａ、、Ａ２・・・ロポ・ソトアーム ４・・・主旋回軸　Ｋ・・・坑道掘削面Ａ、Ｂ、Ｃ・・
・教示点　Ｄ・・・奥行点Ｊ・・・吹き付は円筒面 １９・・・吹き付はノズル　３・・・アウトリガ−３６
・・・油圧シリンダ　３２・・・角度検出器３４・・・
制御装置　３５・・・比較器３３・・・差分演算器。 出廓人　株式会社神戸製鋼所 代理人　弁理士　本庄　武男 第７図　（ａ） 第８図 第９図 特許庁長官殿 １、事件の表示　昭和５８年特許願第２４２８８４号２
、発明の名称 コンクリ−１・等吹付ロボットの制御方法３、補正をす
る者 、事件との関係　特許出廓人 住所　〒６５１　神戸市中央区脇浜町１丁目３番１８号
名称　（１１９）株式会社　宇車戸製ｆｉ岡所代表者　
４女　冬　彦 ４、代理人　〒５３０ ５、補正命令の日付　自発 ７、補正の内容 ■、発明の詳細な説明の欄に次の補正を行う。 （１）第１５ページ第２行目の「ｙ−・・・」とあるの
を に訂正する。 （２）同ページ第４行目に「奥行量」とあるのを「奥行
量」に訂正する。 （３）同第１９ページ第７行目に「Ｒ−・・・」とある
のを に訂正する。 （４）同ページ第１１行目に「ａが」とあるのを［ｒｐ
が」に訂正する。 （５）同ページ第１２行目に「ｒ−・・・・・・（５）
」とあるのを 「ｒ　ｐ−０２＋Ｒ２２Ｇ　Ｒｃｏｓ　（θ−〇ａ　）
　−（５）Ｊに訂正する。 （６）同第２０ページ第３行目に［θ０−・・・・・・
（５）′」とあるのを に訂正する。 （７）同ページ第８行目に「θり、Ｂ３が」とあるのを
「ρ、ηが」に訂正する。 （８）同第２１ページ第１７行目に「第２アームＡ２」
とあるのを「第１アームＡＩＪに訂正する。 （９）同第２２ページ第７行目〜第１７行目に［−上記
のように・・・・・・算出される（ＳＢ２）。こう」と
あるのを下記のように訂正する。 ［Ｆ記のように０点及びＤ点を教示することによって関
節角度１．及びη１が知られている（ＳＢ、）。 またＬＩ＋Ｉ−２が知られている為、 ７！Ｈ＝　Ｌ？　＋ＬＳ　−２Ｊ−１’Ｌ２　ｃｏｓ　
）７＋　−（６）により７！直がめられ、更にこうして
得られた７！１を用いて で示すようにζＩが算出される。更にρり及びηグが知
られているため、 Ｉ！、　−（７下〒Ｌ％　２　Ｌｌ　Ｌ２　ｃｏｓη２
で示すようにζ２が算出される。更にζ１．ζ、とρ菫
、ρ２により ψ１　＝ρ１−ζ１ ψ、−ρ、−ζ、　・・・（８） で示すようにψ１．ψりが算出される（ＳＢ２）。 こう」 （］０）同第２３ページ第１行目〜第４行目に「してψ
りが得られると・・・ことになる」とあるのを「してψ
２が得られると ７、、＝７！１ｃｏｓ　ψ＋　−（９）ｚｘ＝ｊ！２ｓ
ｉｎ　ψ２　Ｊｓｉｎ　ψ＋　・＝（１０）によってｒ
ｃ及びｚｘの値が算出されることになる」（１１）同第
２５ページ第１３行目に「θの方向Ｊとあるのを「Ｂ５
の方向」に訂正する。 （１２）同ページ第８行目に［μ−・・・・・・（１６
）　Ｊとあるのを に訂正する。 （１３）同第２６ページ第１４行目に「Ｂ１が」とある
のを「ρが」に訂正する。 （１４）同第２７ページ第１行目〜第１３行目に「で与
えられ、・・・ρ−ψ＋ζ・・・（２５）」とあるのを
次にように訂正する。 ［で与えられ、ことρを用いて γ−ｊ！Ｉｃｏｓ（ρ−ζ）　・・・（１９）ｚｘ＝１
．１ｓｉｎ　（ρ−ζ）　・（２０）により現在位置る
おけるＴ及び２Ｘが与えられる。 次に点ＮからΔｙだけ離れたＮ′まで第２アームＡ２の
先端を移動させる場合のψ′及びｌＩ′はψ’−ｊａｎ
″ｆｉ　・（２１） Ｈ＝γ＋Δｙ ｐ、・−石］りＷ　・・・（２２） によって与えられ、これらの値を用いてρを一ψ十ζ　
・・・（２５）　Ｊ （１５）同第２８ページ第６行目〜第１４行目に［在位
置におＩＪる・・・（２９）　Ｊとあるのを次のように
訂正する。 「在位置におけるｐＩ、ζ、γ、ＺＸは前記と同様（１
７）〜（２０）式で与えられ、設定位置におけるψ′、
ｐ１′は ψ’＝ｔ・・−２μ　・・・（２６） ｐ、′−Ｆ７５曹７〒７　・・・（２７）で与えられる
。従ってこれらの仙に基づいて設定位置における４′１
　η′、ρｌは （１６）同第２９ページ第１行目に 「ρ−ψ＋ζ」とあるのを 「ρ′−ψ′→−ζ′」に訂正する。 （１７）同第３０ページ第３行目に「ψ３＝・・・・・
・（３１）」とあるのを に訂正する。 ■、図面中「第５図〜第１１図」を別紙のように訂正す
る。 ８、添付ＷＦ類の目録 （１）し１而　１ｉＪ１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■坑道内の任意の位置に設置したコンクリート等吹付ロ
   ボットの多関節アーム先端に取り付けたノズルによって
   円弧状の坑道内面にコンクリート等を吹き付ける為のコ
   ンクリート等吹付ロボットの制御方法において、ロボッ
   トの主旋回軸芯に直角の平面内における任意の３点の位
   置を各点から主旋回軸芯までの距離と、各点の主旋回軸
   芯を中心として主旋回軸芯を通る一定平面からの角度と
   を検出することにより教示すると共に、上記主旋回軸芯
   の坑道軸芯方向の水平線に対する傾斜角度を検出し、こ
   れらの３点の位置データ及び傾斜角度データを用いて吹
   き付はノズルを坑道軸芯に直角な任意平面に沿って円弧
   状に移動させることを特徴とするコンクリート等吹付ロ
   ボットの制御方法。 ■坑道内の任意の位置に設置したコンクリート等吹付ロ
   ボットの多関節アーム先端に取り付けたノズルによって
   円弧状の坑道内面にコンクリート等を吹き付ける為のコ
   ンクリート等吹付ロボットの制御方法において、ロボッ
   トの主旋回軸芯に直角の平面内における任意の３点の位
   置を各点から主旋回軸芯までの距離と、各点の主旋回軸
   芯を中心として主旋回軸芯を通る一定平面からの角度と
   を検出することにより教示すると共に、上記主旋回軸芯
   の坑道軸芯方向の水平線に対する傾斜角度の検出及び上
   記３点を含む平面からの奥行き距離の教示を行い、これ
   らの３点の（ｉ７．　ｇデータ、　ＩＩＪ！斜角度デー
   タ及び奥行き距離データを用いて吹き付はノズルを坑道
   軸芯に平行な任意半径の吹き付は円筒面に沿って移動さ
   せることを特徴とするコンクリート等吹付ロボットの制
   御方法。