JPS60143860A - 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ート。

断熱材、防音材等を吹き付け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、且つ正確に移動させることができ、且
つ特殊な運転条件の変更を可能となしたコンクリート等
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等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
断面内にあワ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、上記任意断面内に
あって上記２個の水平点位置の中間にある任意の坑道掘
削面上の点より一定の吹き付は距離だけ内側にある１個
の垂直点の位置座標と、上記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はノズルを移
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ず、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上下方向に任意
の距離偏心した状態で設置された場合でも、坑道掘削面
から一定距離離れた吹き付は円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、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
れた制御方法であって、自動運転中に簡単に運転条件の
変更を可能としたコンクリート等吹き付はロボットの制
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ｉ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且つ自動再生中に入力される運
転条件変更指令に応じて割り込み処理を施し、随時運転
条件の変更を行うことを可能とした点であるコンクリー
ト等吹付ロボット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、吹き付りノズルを坑道軸芯
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適用した実施
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順を示す概略図、
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
ｆ＃ＬＶＩｆｉ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ｌはロボット
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ｌを持ち上げ、その進出量によってロ
ボット本体ｌ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０１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Ａ、の
先端には上記支軸７と平行の支軸８を中心に前記第１７
−ムＡ１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１７−ムＡ１の中間に設けた支点ビ
ン９と主旋回台６に設けた支点ビンＩＯとは、油圧シリ
ンダ１１によって連結されており、油圧シリンダ１１の
出没量によっ゛ζ第１アームＡ１の主旋回軸４に対する
旋回角度θ２−／Ｉ＜ルＬ市六ｈスーすト笛９７−去ム
７の冷山ｔ＝ｉ昏り十た支点ビン１２と主旋回台６に設
けた支点ビン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１アームＡ、に対する旋回角度θ３が決定され
る。第２７−ムＡ２の先端に取り付けた支軸１５には該
支軸１５を中心として上記第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２アー
ムＡ２と平行の平行リンク１７′及び第１アームＡ、と
平行の平行リンク１７“によって席時軸芯４に対して一
定角度を紺持するようにその揺動角度が規制されている
。

上記ノズル取り付はアーム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１６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２１はその先端に取り付けた傘
歯車２２と、これに直角に喰み合う傘歯車２３と、該傘
歯車２３と同軸の軸２４を介して該軸２４の先端に取り
付けた第３図の紙面に直角の方向の吹き付はノズル１９
２：連結されており、揺動モータ２０の回転によって吹
き（づけノズル１９が軸２４を中心としてθ斗の方向に
揺動可能である。更にノズル取り付はアーム１６の根元
に取り付けた旋回モータ２５によって回転される歯車２
６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と噛み合い、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２６．２Ｂ、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０５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Ａ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アーム八８
、第２アームＡ２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関節して主旋回軸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、）
ｑ弧上のトンネル内面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Ｊ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。

Ｉ・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上半分を掘削し
、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
ンクリート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、その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」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。

十記のように構成したティーチング、プレイハック型ロ
ボットを用いて坑道内面のコンクリート吹き付けを行う
場合 （ｉ）コンクリートの付着状況 （−１）コンクリ−１・の送給聞のバラツキ（ｉｉｉ’
　）坑道面の凹凸 （１ｖ）コンクリート吹き付は時の剥離（Ｖ）吹き付は
範囲の変更 等の種々の状況変化があり、これに対応して自動運転中
においても、運転条件の変更を必要とする場合がある。

その為本実施例におけるロボットでは以下の機能を有し
ている。

（ａ’）コンクリート吹き付は距離の変更（ｂ）コンク
リ−１・吹き付り範囲の変更（Ｃ）コンクリート吹き付
はノズルの振幅の変更（ｄ）コンクリート吹き付はノズ
ルの振り形態の変更 ＜６）アームの移動速度の変更 （ｆ）アームの移動ピンチの変更 次に上記コンクリート吹き付はロボットの制御装置の概
略を第１２図を用いて説明する。当該制御装置は、プロ
グラムに従って論理演算を行うｃｐＵ、ロボット本体Ｒ
ＢとＣｐＵとの間でデータのやり取りを行う場合の入力
インターフェース回路１１、出力インターフェース回路
Ｉ２．ノズル１９の駆動パターンを選択する回路０１及
び遠隔操作盤ＲＣＢとＣＰＵとの間のパラレル／シリア
ル変換器＋３＋　スイッチングユニットｓＵ及び図示セ
ぬ記憶装置を主要な構成要素としており、ロボットＲＢ
のアームの位置情報は各アームに取り付けたポテンショ
メータ等よりなる位置検出器ｓｓ□からＡ／Ｄコンバー
タを介してｃＰＵに久方される。これによりアームの現
在位置の情報が２進符号のディジタル信号に変更されて
ＣＰＵに読み込まれる。遠隔操作盤ＲＣＢからの操作指
令信号は、パラレル／シリアル変換器夏３でパラレル信
号、又はシリアル信号に変換されたｕＪｔｃＰＵに伝達
される。

これらの情報はＣＰＵによって演算処理が施され、その
演算結果のディジタル信号が、Ｄ／Ａコンバータを経て
ＳＶＤ基板Ｃ１ヘアナログ信号として伝達され、毎−ボ
パルプＳ／Ｖに指令を与え、ロボットＲＢを駆動する。

このようにしてアームが移動し、ある特定の位置におい
て遠隔操作盤ＲＣ’Ｂから発っセられるティーチング指
令により位置検出器ＳＳ、からの位置情報がＣＰＵに接
続された記憶装置に記憶される。

ＣＰＬＩはこの記憶された点の位置情報と奥行き距離情
報とを用いて以下に述べる軌跡演算により、ノズル１９
を移動させるべき円筒状軌跡を算出し、再生時の作業軌
跡とする。

また後述する割り込み指令を受けた場合には、その時の
位置情報を新たなティーチング情報として記憶し、これ
に従って再生運転を行う・。

続いてまず上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（曲線）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臭へ進んだ
点の位ｗ、Ｄを教示することにより行う（ステップ５Ａ
１（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点の位置の教示は、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１
６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
係から周知の演算処理を用いて前記主旋回軸４の軸芯０
１から各点Ａ、Ｂ、Ｃまでの距離ａ、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、Ａ
Ｏ＋　、ＢＯ＋　、ＧＯ＋とのなす角度α、β、γをめ
ることにより行う。−り配水平線からの仰角α、β、γ
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
によって得ることができる。

今トンネルの中心を原点Ｏとし」ユ記主旋回軸４に直角
のｘ−ｙ平面を考え、主旋回軸４の位置座標を（ｘ、ｙ
）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−ａｃｏｓα、ｙ＋ａｓｉｎα）Ｂ　（−ｘ、−
ｂｃｏｓβ、ｙ＋ｂｓｉｎβ）Ｃ（−ｘ−ｃｃｏｓ　Ｔ
、　ｙ十ｃｓｉｎ　Ｔ）で表され、各点Ａ、Ｂ、Ｃの原
点０がら距離（半径）をＲとすると （−ｘ　−ａｃｏｓ　α）２＋　（ｙ　＋　ａｓｉｎ　
ａ）２＝Ｒ２（−ｘ−ｂｃｏｓ　β）２　ｊ（ｙ　＋　
ｂｓｉｎ　βン２　＝　Ｒ２（ｘ−ｃｃｏｓ　ｒ？　＋
　（ｙ＋ｃｓｉｎ　ｒ）”　＝Ｒ２これを解くと（ＳＡ
２．３Ａ３　） こうして教示作業が終了すると、続いて上記の工程で得
た偏心量（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、
設計上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３
１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３１
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Ａ１．
Ａ２、ノズル取り付はアーム１６の旋口角度を調整して
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７図に示したロボット本体ｌ、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、（以下ステンプ番号を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α２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α２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α１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α２−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。

−α１との差の信号によって油圧シリンダ３６が駆動さ
れ（Ｓ５）、この差が０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３６のＷＪｒきにより
アウトリガ−３が進出し、ロボット本体】の軸芯、即ち
主旋回軸４が設計止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のピストンロンドに取り付
けたボテンシジメータ等によって油圧シリンダ３６の伸
ｌ１ｉｉｌに応じた電圧を発生させる如き形式のものを
用いることができる。

上述の第４図（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Ｗ３４から送出される掘削傾斜目標角度α１と、走行
台車３１に取り付けた角度検出器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
るオープ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ｌ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１ｉｌｌｒ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０（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、これらの値を目標値として
各駆動モータを制御することにより行う。

即ち上記ｘ、ｙの値等によって点０．０．を通る直線の
傾きＧＪ＋点ｏ、Ｏ，間の距＠Ｇ、並びに吹き付は円筒
面Ｊがらトンネル軸芯０までの距離（半径）Ｒが、 Ｇａ　＝Ｌａｎ　（ｙ／　ｘ）　−（３）ａ＝ｆｉ−箇
？　・・・（４） によって得られ（第８図（ＳＡ、））　、こうして得ら
れたＧＪ、Ｇ、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＠ｉかによってθの関数として
得られる（ＳＡｓ）−こうして上記の肩算によってトン
ネル軸芯０を中心とし゛ご任意の角度０（ＩＪｉいた位
置Ｐにおける主旋回軸芯０１から吹き付は円筒Ｊ上の円
弧軌跡を移動するノズル１９の先端までの距ｍｒＰ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（ＳＡら）。

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θ２、θ３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付は円
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３−８又は３９で示す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せて、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、、Ａ、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だけ進んだ位置にお
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０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ＯＬと第２７
−ムＡ２の先端とを結ぶ直線と、第２７−ムＡ２とのな
す角度をζ、ｆｆ１ｔアームＡ、と第２アームＡ２とが
なす角度をη（第２図における０３）、第１アー五八１
の関節角度をρ、第１アームＡＩの長さをＬｌ、第２ア
ームＡ２の長さをＬ２、点ＯＬから第２アームＡ２の先
端までの距離を！とし、上記各記号に付する添字１〜′
３は基準位Ｗ（上記基準平面内における位置）における
ものを１とし、基準位置から２分臭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ｐ、及びη２が知られている（ＳＢ＋）、またＬｌ
、Ｌ２が知られている為、により１２がめられ、更にこ
うして得られた！、を用いて で示すようにζ２が算出されると共に、更にζ。

とｐ２により ψ２Ｉ＝ρ２−ζ２・・・（８） で示すようにψ２が算出される（ＳＢ２　）−こうして
ψ、が得られると １（＝１２ｃｏｓψ、　・　（９） ｚ−ｆｆｉ２ｓｉｎψ２　ｇｌｌｓｓｎψｌ・　（１０
）によってｌＩ及び２の値が算出されることになる（Ｓ
Ｂ３）− また０点より任意の距離Δ２だけ奥へノズルが侵入した
状態におけるψ３及び１３は ｊ！、　＝　（Ｊ＋ｓｉｒ＄＋ｉｚ耳ｒ、”　・（１２
）で与えられ、これはΔ２のｌＩ数である。こうして得
られた！３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ρ９．η３は、ρ・」−ψ３＋ζ３
・・・（１４） より演算され（ＳＢ＋）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Ａ。

先端を吹き付は円筒面上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（固
のアームＡ、、Ａ２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
軌跡が設定できれば、ノズル取り付はアーム１６の先端
の軌跡も自動的に得られる。

但し第５図に示すようにノズル１９の方向を第１アーム
Ａ１及び第２アームＡ２の揺動面内に固定した場合には
、ＯＩ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、吹き付は斑を生じること
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θ１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ば で演算される（ＳＢ５　）。

以上の説明によって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付は円
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
手動操作によゲζ吹き付はノズルを任意の位置に移動さ
せることができる。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Ｏ，からＮまでの距Ｍ１１は、（５）式％式％
（１７） で与えられる。この時のρ１が第１アームＡ１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 ζ＝　ｃｍｓ’旦イ」　・・・（１８）２Ｌ、７！、 で与えられ、ことρを用いて ｘ＝ｎｌｃｏｓ（ρ−ζ）・　（１９）ｚ＝７！１．ｓ
ｉｎ　（ρ−ζ）・・・（２ｏ）により現在位置におけ
る！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Ａ２の
先端を移動させる場合のψ及び１１はｔｐ　−ｔａｎ　
Ｔ−（２１） Ｈ−ｆｆ−１−Δｙ １１−５り了・・・（２２） によゲζ与えられ、これらの値を用いてρ−ψ＋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アーム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１１
．ζ、ρ、２は前記と同様（１８）〜（２１）式で与え
られ、設定位置におけるψ、ｐ１は φ＝ｊａｎ　−２；−・（２６） 、”、−ＦＷ劉７７　・・・（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
おけるζ、μ、ρは ρ−ψ＋ζ・・・　（３０） によって演算される。

辺土の説明においては、ロボット本体あ主旋回軸４を［
・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
を一致させることなく、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１θ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ψ３及び旋回中心０．から点Ｎま
での距ａ１３はここにα重は設計上のｉ・ンネル中心線
の水平線に対する傾斜角度でデータ入力され、αｔ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。

上記ψ３．β３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。

次に吹き付は距離を変える場合、即ちロボットアーム先
端点ＮをΔｙ゛だけトンネルの半径方向に移動させる場
合（第７図（ａ）に対応）社は、ψ３．１３は第１０図
（ａ）に示す如（ 以上よりψ３．１３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ップＳＢ、’においてψ
３，１３を導出すに式に傾斜角度α１、αプを考慮した
点、及びノズル１９の傾斜角度をα１．α２を考慮して
αり＋９０−αｔとする点である。

以上述べた手順によって自動モードによる吹き付は作業
が行われるが、一般に坑道内面へのコンクリート吹き付
は作業においては、自動運転中においても、運転条件を
種々迅速に変更しなければならない場合がある。これら
の運転条件変更作業を行う場合、本発明においては自動
による吹き付、　け作業中に前記（ａ）〜（ｆ）の条件
変更をオペレータが遠隔操作盤ＲＣＢ４−操作すること
により行う。遠隔操作盤ＰＣＢには第１３図に示す如く
、自動モードを選択する為のスイッチ群１００．と、ア
ームの駆動パターンを指令するスイッチ群１００しと、
ノズルの駆動パターンを指定するスイッチ［１１００Ｃ
と、ティーチング時に教示点Ａ。

Ｂ、Ｃ，Ｄ等を指定する為のスイッチ群１０〇−−等が
設けられている。

これらの運転条件は初期的には教示作業時に設定される
。

まず教示作業を行うに当たってオペレータは遠隔操作盤
ＲＣＢのスイッチ群１００□における切換スイッチ１０
５をティーチングの位置に切換えると共に、スイッチ群
１００トの前後スイッチ１０８を操作してアームをトン
ネル軸芯方向へ前進又は後退させることにより、第６図
に示すようにアームを前後方向の吹き付は位置へ誘導し
、更に左右スイッチ１１０（主旋回軸４の回転指令を出
力するスイッチ）及び伸縮スイッチ１０９を操作して、
ノズル１９を所望の移動軌跡位置に誘導する。このノズ
ル１９の誘導は、前記したように任意の３個の吹き付は
位９Ａ、Ｂ、Ｃ点へノズルを誘導することにより行い、
Ａ点に誘導した時にティーチング用スイッチ群１００−
の教示スイッチ１１６を押してその位置情報を記憶し、
続いてＢ点、０点に順次ノズルを誘導して、夫々の点に
付き教示スイッチ１１８．１２０を押すことにより、Ａ
点、Ｂ点、０点についての位置情報を教示する。この時
自動的にＡ点の位置座標が左鰻大限界の位置座標として
記憶され、且つ０点の位置座標が右最大限界の位置座標
として記憶される。第５図ではＡ点及び０点の位置を、
トンネル中心０を含む水平面よりもかなり上方に選択し
た場合を示しているが、前記したように点Ａ、Ｂ、Ｃは
任意に選択することができ、第５図に示した吹き付は範
囲Ａ、Ｃよりも当然広くも、また狭くもとることができ
る。

こうして点Ａ、Ｂ、Ｃの位置座標の教示を終了すると、
次に第６図に示した奥行き点りの点にノズル１９を誘導
し、奥行き点りの位置座標を教示するか、又は奥行き距
離２をデータ入力する。点りのイ）７置を教示する場合
は、その位置にノズルを誘導した後、スイッチ１２１を
押すことによりその位置座標を記憶する。上記のような
教示作業中はティーチング表示ランプ１１５が点灯し、
奥行き方向のティーチングを行う場合にはスイッチ１２
３を同時に操作する。

続いて再生運転に移るのであるが、実際の再生運転は自
動の場合と手動の場合があり、スイッチ１０５の切換え
によって選択する、又アーム及びノズルの駆動モードと
して、一平面内における円弧状の吹き付は作業と、奥行
きを含めた円筒面に対する吹き付は作業及びｔａ工の根
元に対しての吹き付けを行う（この場合ノズルを吹き付
は面に対し°ζ一定角度傾ける必要がある）作業の３つ
の作業がスイッチ１０５の切換えによって選択される。

又奥行きを含めた円筒面に対する吹き付けを行う場合に
は、ノズルをジグザクに（矩形波状に）移動させる必要
があり、その時のピッチはスイッチ１０６により選択さ
れ、又ノズルの移動速度はスイッチ１０７の切換えによ
り選択される。

更にノズル１９自身についても種々の揺動パターンを選
択することができ、前後にジグザク運動させるか、左右
にジグザク運動させるか、又は落石等により生じた穴の
部分を埋める為の播粉木状円錐運動を行わせるかの３つ
のパターンをスイッチ１１２の切換えにより選択するこ
とができ、その時の振幅の大小はスイッチ１１１によっ
て２段階によって調整することができる。又前記したよ
うに支保工に対する吹き付は等のようにノズルだけをあ
る一定の方向に傾けなければならない作業に対応するべ
くノズルの前後方向又は左右方向への傾き角度をスイッ
チ１１３又は１１４によって調整することができる。

」１記のような各スイッチの操作によって運転条件が全
て定められると、統いて自動スイッチ１０３を自動側に
投入することにより、自動運転による吹き付は作業が開
始される。

続いてこれらのスイッチ群を操作して行う条件変更の手
順について説明する。これらの手順は全て自動運転中に
行われる。

（ａ）コンクリート吹き付は距離の変更第５図に示す坑
道内面Ｋに落石による穴がおいているような場合には、
その部分につい゛ζノズル１９を進出させ適正な吹き付
は距離を得る必要がある。この場合オペレータはアーム
駆動用のスイッチ群１ｏｔｈの内のアーム伸縮スイッチ
１０９を１蒐作してアームを伸ばすか（吹き付は距離Δ
ｒを小さくする）、又はアームを縮める（Δｒを大きく
する）ようにスイッチ１０９を操作する。スイッチ１Ｏ
１９が、例えば伸びる方向に押されている間はアームが
一定速度で伸びていく、この時の吹き付は距離の変化量
Δｙと、これに対応するアームの旋回角度ｐ及びηの変
化量は、第７図（ａ）又は第１０図（、ａ）に示した処
理手順により処理される。尚第７図（ａ）に示した手順
は手動によるものであるが、自動運転中においても同様
の処理手順が採用される。

（ｂ）コンクリート吹き付は範囲の変更これは例えば第
５図において、当初点Ａから点Ｃの範囲で吹き付けを行
っていた場合、これを更に範囲を広げたり、又は点Ａ、
Ｂ’間に範囲を狭ばめたりすると共に、奥行き方向吹き
付は距離（第１図におけるＦ又は第６図おける２の距離
）を自動運転中に割り込み制御により変更する場合であ
る。第１４図はこのような左右方向（円周方向）の吹き
付は範囲変更手順を示すフローチャートであり、第１５
図は奥行き方向の運転条件変更手順を示すフローチャー
トである。まず第５図及び第１４図を用いて左右方向の
吹き付は範囲を変更する手順に付き説明する０図中ＳＣ
Ｉ、ＳＣ２，・・・は手順（ステップ）の番号を示す。

即ちＳＣＩにおいて自動スイッチ１０３が自動側にＯＮ
状態である場合には、ＳＣ２で主旋回軸４が第５図にお
ける右回転（時計方向）か、左回転（反時計方向）かを
判断する。主旋回軸４が右回転の場合には、右フラグが
１にセントされ、左回転の場合には０にセットされる。

−従ってＳＣ２においては右フラグが１か否かを判断す
る０周旋回軸４が右回転中である場合には、続＜ＳＣ３
において右最大限界（第５図の場合点Ｃの位置にノズル
Ｉ９が来ているか否か）にアームが来ているか否かを判
断し、右最大限界位置に来ている場合には、ＳＣ４で左
右方向への指令スイッチ１１０が右方向へ倒れているか
、即ち右スイッチＯＮの状態であるか否かを判断する。

この実施例では、教示によって得られた右最大限界（点
Ｃ）よりもノズルを右に旋回させることはできない条件
になっているので、ＳＣ４でＹｅｘの場合にはオペレー
タの指令が誤っていると判断し、ロボ−／　）を停止さ
せると共に、スイッチ群１００−のエラー表示ランプ１
１７を点灯し、ＳＣ２のステップへ戻る。ＳＣ４でＮｏ
の場合には、ＳＣ５において指令スイッチｚｔ＋が中立
状態であるか否か判断し、中立状態の場合にはその位置
から主旋回軸４を左方向に反転させた後、右フラグを０
にセントし、ステップＳＣ２へ戻る。ＳＣ５でＮｏの場
合にはＳＣ６において指令スイッチ１１０が左側へ倒さ
れているが、即ち左スイッチＯＮの状態であるか否かを
判断し、Ｎｏの場合には、動作が矛盾しているので、ロ
ボットを停止させると共に、エラー表示ランプ１１７を
点灯し、ステップＳＣ２へ戻る。また左スイッチＯＮの
場合には、オペレータがその位置から左方向への旋回を
指令したのであるから、この点で旋回方向を左へ反転し
、右フラグを０にセントしＳＣ２へ戻る。ＳＣ３で右最
大限界位置ではないと判断された場合には、ＳＣ７にお
いてノズルが右限界位置に来ているか否かを判定する。

右限界位置及び左限界位置は教示時における右最大限界
（Ｃ）と左最大限界（Ａ）との間で、オペレータの指令
により任意の位置に設定することができ、アームがこう
して定められた右限界と左限界との間で円弧状の往復運
動を行うことになる。但し始動時にはこの右限界及び左
限界は、夫々教示時における右最大限界と左最大限界に
一致するように自動的にセットされ、その後の再生運転
時における後記する手順によって右最大限界と左最大限
界との間で、任意の位置にセットすることができる。こ
こで便宜上現在の右限界の位置をＣ６とじ、左限界の位
置をＡ、とする。

ＳＣ７において、現在右限界Ｃ０の位置にアームが回動
してきていると判断された場合には、次にＳ０８でアー
ムを更に右方向へ旋′何するべくオペレータが右スイッ
チをＯＮにしているか否かを判断する。もしこの位置で
右スイッチＯＮであれば、オペレータが右限界Ｃ０を更
に右の方向へ拡大しようとしている意志の表れであり、
この場合には現在の右限界位置Ｃ６とじて記憶されてい
るＣ、の位置座標をクリアし、（ＳＣ９）ＳＣ１０にお
いて更に右方向に回転を続行し、ＳＣ２へ戻る。

ＳＣ８でるスイッチがＯＮでないと判断された場合には
、５ｃｉｉで左スイッチＯＮであるか否かを判断し、こ
こでＹｅｓの場合には、アームが右限界に到達したと同
時に、オペレータが左スイッチをＯＮとしたのであるか
ら、この右限界に修正を加えることになく左回転に反転
し、右フラグを０とした後ステップＳ０２へ戻ればよい
。また５Ｃ１１でＮＯの場合には、５Ｃ１２で指令スイ
ッチ１１０が中立位置にあるか否かを判断し、中立位置
にあれば右限界位置Ｃ０で反転し、右フラグを０にセッ
トした後ＳＣ２へ戻る。ここでＮｏの場合には操作上の
矛盾を生じていると判断されるので、基台停止、及びエ
ラー表示を行う。

ＳＣ７において未だ右限界位置Ｃ９に到達していないと
判断された場合には、その状態で左スイッチがＯＮであ
るか否かを５Ｃ１３で判定する。ここでもし左スイッチ
がＯＮの場合には、オペレータがその位置からアームを
左方向へ反転させると共に、その位置を新たな右限界に
指定する意志を表しているものである為、３０１４で右
限界位ＷＣ０の修正を行い、その位置から左方向へ反転
し、右フラグを０にセットした後、ＳＣ２へ戻る。ここ
で、右限界の修正は、５Ｃ１３で左スイ・ノチがＯＮと
された位置を新たな右限界位置として記憶すると共に、
それまでの右限界位置をクリアすることにより行う。ま
た５Ｃ１３でＮｏの場合には、更に右方向へ回転するこ
とが許されているわけであり、スデソブ５Ｃ１５におい
て、右スイ・ノチがＯＮであるか否かを判定し、Ｙｅｓ
であれば５ＣＩＯでる回転を続行すると共に、ＮＯであ
れば５Ｃ１６において１行令スイッチ１１０が中立状態
であるか否かを判断し、’／ｅｓであれば５ＣＩＯで右
回転を続行する。またＮＯであれば論理的に判断ミスと
解されるので、ロボ・ノドの停止及びエラー表示を行う
。

以上の説明で、主旋回軸４が右回転状態にある場合の条
件変更手順が理解されたが、要するに右回転途中に指令
スイッチ１’ＩＯを左側へ倒せば、その（１シ置が新た
な右限界となり、以後この右限界以上に右方向に旋回す
ることができず、こうして設定された右限界を更に右方
向に拡大しようとする場合には、アームが現在設定され
ている右限界を通過する時点でオペレータが指令スイッ
チ１１０を右側に倒すと共に、その後適当な位置で左側
に９Ｊ換えてやれば、その位置が新たな右眼界に設定さ
れるものであり、新たな右限界を設定せずに指令スイッ
チ１１０を中立位置に保てば、右最大限界が右＋ａ界と
なるものである。

以上は右側の吹き付は限界位置の変更手順についての説
明であるが、左回転時の左方向の限界位置の変更手順に
ついても全く同様であり、これは第１４図（ｂ）を参照
すれば理解できるのでここでは説明を省略する。

次に奥行き距離２を変更する手順について、第１５図を
参照して説明する。第１５図（ａ）において５Ｃ２０で
自動スイッチ１０３がＯＮであると判断されると、５Ｃ
２１に移り、前進フラグが１であるか否か判断する。ノ
ズルが前進中（第６図における角度ψが増加中）の場合
には前進フラグを１にセットし、逆に減少中には０にセ
ントする。ノズル１９が前進中の場合には、５Ｃ２２で
ノズルが最奥点（！！ｉ行き距離２分だけ奥に入った点
）に到達しているか否かを判断し、Ｙｅｓであれば前後
指令スイッチ（第１３図）が前進側に倒れているか、即
ちｎ；１進スイツチＯＮ状態であるか否かを判断ずる。

ノズルはこの最奥点以上に前進することはできないので
、５Ｃ２３でＹｅｓと判断された場合にはロボットを停
止させて（ＳＣ２４）、エラー表示ランプ１７を点灯し
く５Ｃ２５）ステップ５Ｃ２１に戻る。、５０２３でＮ
Ｏを判断された場合には、５０２６において指令スイッ
チ１０８が中立状態であるか否か、即ち中立スイッチＯ
Ｎか否かを判断し、’ｙ’ｅｓの場合には自動的にこの
点からノズルの進行方向を反転すべくアームの後退運動
を開始しく５ｃ２７）、後退状態であることを示すべく
前進フラグを０にセント（ＳＣ２Ｂ）して５Ｃ２１に戻
る。

また５−Ｃ２６においてＮｏと判断された場合には、指
令スイッチ１０Ｂが後退側に倒れているか、即ち後退ス
イッチＯＮであるか台かを判断し、Ｙ、ｅＳの場合には
５Ｃ２７，５Ｃ２８を経て５Ｃ２１に戻る。

またＮｏの場合には、論理判断ミスとして５Ｃ２４，５
Ｃ２５の停止エラー表示の処理を行う。

５Ｃ２２においてＮＯと判断された場合、即らノズル１
９が前進途中である場合には、５Ｃ３０において現イ１
前進ＩＪｉ大結置に到達１．ているか否かを判断する。

このような前進限界及び後退限界は、例えば第６図に示
すような教示時に得られた最奥点りと最、手前点Ｃとの
間で、吹き付は範囲を任意に定め得るようにオペレータ
によって設定されるもので、その位置は後述する手順に
よってセットされる。但し再生運転開始時点では、前進
限界及び後退限界は夫々最奥点り及び最手前点Ｃに一致
して設定されている。５Ｃ３０でＮｏの場合、即ち更に
前進することが許されている場合には、５ｃ３１おいて
後退スイッチがＯＮか否かを判断し、ここでＹｅｓの場
合には、この位置を新たな前進限界に設定する修正作業
を行うと共にアームを後退させ（ＳＣ２７）　、５Ｃ２
Ｂを経て５Ｃ２１に戻る。また５Ｃ３１でＮｏを判断さ
れた場合には、５Ｃ３３で前進スイッチがＯＮか否か判
断し、Ｙｅｓの場合には５Ｃ３４で更に前進駆動すると
共に、５Ｃ２１に戻る。５Ｃ３３でＮｏと判断された場
合には、５Ｃ３４で前後スイッチ１０日が中立状態か否
かを判定し、Ｙｅｓの場合には５Ｃ３４で更に前進を続
行し、ＮＯの場合には、５Ｃ２４，５Ｃ２５においてス
トップ及びエラー表示の処理を行う。

前記ステップ５Ｃ３０において、Ｙｅｓの場合、前記５
Ｃ３２において設定された前進限界位置にノズル１９が
到達したことを示しており、この時点で５Ｃ３６におい
て前進スイッチがＯＮ状態であるか否かを判定する。こ
こでＹ　ｅ　’ｓの場合には、その前進限界を越えて更
に前進することが指令されているので、記憶されている
前進限界位置データを消去しくＳ　Ｃ３７）　、Ｓ　Ｃ
３４の前進ステップを経て５Ｃ２１に戻る。また５Ｃ３
０においてＮｏと判断された場合には、５Ｃ３８で後退
スイッチがＯＮか否かを判断し、Ｙｅｓの場合には５Ｃ
２７，５Ｃ２Ｂを経て、後退及び前進フラグを０にセン
トし５Ｃ２１に戻る。またここでＮＯの場合には、前後
スイッチ１０Ｂが中立状態か否かを５Ｃ３９で判断する
。

ここで’／ｅｓの場合には通常の前進限界位置での反転
となり、５Ｃ２７，５Ｃ２Ｂを経て５Ｃ２１に戻り、後
退動作に入る。またここでＮｏの場合にはエラーとみな
し、Ｓ　Ｃ２４，、’Ｓ　Ｃ２５を経てＳＣ：２１に戻
る。

原子の説明でノズルが前進状態にある場合のトンネル軸
芯方向の吹き付は範囲変更手順について理解された。５
Ｃ２１においてＮＯと判断された場合、即ち後退状態に
おける条件変更は第１５図（ｂ　−）に示すフローチャ
ー１・で明らかである。この場合第１５図（ａ）゛に示
した前進状態における論理判断と同様であるのでここで
は説明を省略する。

＜ｃ、＞その他の条件変更 前記したように実際のコンクリート吹き付は作業におい
てはノズルを細か（揺動させることにより、ノズル１９
にウィービング動作を行わせて吹き付りを確実に行わせ
る。この場合の揺動振幅等は第３し１に示す機構を用い
てモータ２０及び２５の回転角度を変更することにより
行う。またノズルの振り形態の変更は、前記したように
スイッチ１１２を切換えることにより行い、この信号に
よって第１２図に示したマルチパスインターフェース回
路Ｃ，が作動し、ノズルのジグザグ運動や円錐運動を選
択する。更にアームの移Ｗｒ速度を変更したい場合には
、前記第１３図に示した速度切換えス　−インチ１０７
を切り換えることにより行う、但し゛この場合のノズル
の移動速度は第５図に示す円周方向と第６図に示すトン
ネル軸方向の速度ベクトルの和を演算することにより、
これを指示された速度に保つように制御する。またアー
ムの移動ピンチの変更はスイッチ１０６の切換えにより
行う。

これらノズルの振幅、ノズルの振り形態、移動速度、移
動ピッチ等の変更も全て自動運転中に変更可能とする。

尚上記実施例はコンクリート吹き付はロボットについて
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Ｓ
し制御方法に適用可能であることは言うまでもない。

以−上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、且つ
自動再生運転中に入力される運転条件変更指令に応じて
割り込み処理を施し、随時運転条件の変更を行うことを
可能とした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３個の位置を教示す
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、トンネル工事現場等のようにロボット位
置の正確な芯出しが困難な状況下においても、極めて簡
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、且つ教示位置を任意に選び得る
ので、特定位置に教示作業を妨げる穴や礪器が存在する
場合でも、問題なく正確な教示を行うことができると共
に、自動運転中に運転条件を変更することができるので
、途中で吹き付は範囲が広がったり、坑道壁部に穴があ
ったりしてもその都度作業を中断することなく、連続的
に条件変更を行いつつ運転することができ、作業能率の
向上に著大な効果を奏するものである。

【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５ｙＪ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、トンネル軸に沿う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
゛ζ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図は同軸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ト、第１２図
は同ロボットの制御回路を示すブロック図、第１３図は
遠隔操作盤上のスイッチの配列を示す平面図、第１４図
、第ｔＳＷは吹き付は範囲の変更手順を示すフローチャ
ートである。 （符号の説明） ３１・・・コンクリート吹付ロボット Ａ、、Ａ、・・・ロボット７−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・−４
ｌｉ制御装置　３５・・・比較器３３・・・差分演算器
　１０３・・・自動スイッチ１０４・・・運転モード切
換スイッチ １０５・・・自動−教示切換スイッチ １０８・・・前後指令スイッチ １０９・・・伸縮１１令スイツチ １１Ｏ・・・左右指令スイッチ １１６．１１８，１２０，１２１・・・教示スイッチ。 出願人　株式会社神戸製鋼所 代理人　弁理士　本庄　武男 昭和５９年　４月１　日 特許庁長官殿 １、事件の表示　昭和５８年特許願第２４９２８３号２
、発明の名称 コンクリート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　特許出願人 住所　〒ｅｓｔ　？Ｉ％市中央区脇浜町１丁目３番１８
号名称　（１１９）株式会社　？１１ｓ　戸製＆岡所代
表壱　牧冬彦 ４、代理人　〒５３０ ５、補正命令の日付　自発 ６、補正の対象 ７、補正の自溶 ｌ、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２２ページ第１０行目にｒＲ＝・・・」とあ
るのを に訂正する。 （４）同ページ第４行目に「ｌが」とあるのを「ｒｐ力
月に訂正する。 （５）同ページ第４行目にｒｒ＝・・・・・・（５）」
とあるのを 「ｒｐ　＝　Ｇ’＋Ｒ’−ｊＧＲｃｏｓ肩７丁ＧＪ　）
　＝（５）Ｊに訂正する。 （６）同第２３ページ第６行目に「θ。＝・・・・・・
（５）′」とあるのを （７）１’、ｊ３ページ第１０行目〜第１１行目に「θ
２゜θ、が」とあるのを「ｐ、ηが」に訂正する。 （８）同第２４ページ第２０行目に「第２７−ムＡ２」
とあるのを「第１アームＡｌｌに訂正する。 （９）同第２５ページ第１０行目〜第２６ページ第７行
目に「上記のように・・・・・・ことになる」とあるの
を下記のように訂正する。 ［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ρ１及びη１が知られている（Ｓ［３＋）。 また１、、、１．２が知られている為、１２Ｉ＝　Ｌ：
　＋Ｌ”１　２　ＬＩ　Ｌ２　ｃｏｓ　７７＋　・”　
（６）によりｌ、がめられ、更にこうして得られたｉＩ
を用いて で示すようにζ１が算出される。更にρ２及びζ２で示
すようにζ２が算出される。更にζｉ、ζ２とρ１．ρ
２により ψＩ　”ｌ’ｌ　−ζ電 ψ２＝ρ２−ζ２　・・・（８） で示すようにψ８．ψ２が算出される（ＳＢ２）。 こうしてψ２が得られるど ｙｃ＝ｊ！１ｃｏｓ　ψ１　・・・（９）ｚｘ＝ｆｆｉ
２ｓｉｎψ２−ｆｆｉｌｓｆｎψ＋　＝（１０）によっ
てγ。及びｚｘの値が算出されることになる」（１０）
同第２８ページ第１５行目に「θの方向」とあるのを「
θ５の方向」に訂正する。 （１１）同ページ第１８行目に［μ＝・・・・・・（１
６）　Ｊとあるのを に訂正する。 （１２）同第２９ページ第１６行目に「ρ１が」とある
のを「ｐが」に訂正する。 （１３）同第３０ページ第２行目〜第３１ページ第２行
目に ［で与えられ、・・・ｐ＝ψ＋ζ・・・　（２５）　Ｊ
とあるのを次にように訂正する。 「で与えられ、ことｐを用いて γ−′ｊ！１ｃｏｓ（ρ−ζ）　・・・（１９）ｚｘ”
１１ｓｉｎ　Ｃｐ−ζ）　・（２０）により現在位置に
おけるγ及びｚｘが与えられる。 次に点ＮからΔｙだけ離れたＮ′まで第２７−ムＡ２の
先端を移動させる場合のψ′及びｉ、／はψ’＝　ｊａ
ｎ−’　”−−（２１） Ｈ＝ｒ＋Δｙ １、’＝ｒ〒１　・・・（２２） によって与えられ、これらの値を用いてｐ′−ψ＋ζ　
・・・（２５）　Ｊ （１４）同第３１ページ第８行目〜第３２ページ第２行
目に 「在位′ｆＮ、における・・・・・・・・・（３０）　
Ｊとあるのを次のように訂正する。 「左位置におけるＪＩ＋　ζ、γ、２には前記と同様（
１７）〜（２０）式で与えられ、設定位置におけるψ′
９１１′は ψ’　＝ｔａｎ−’圧　・・・（２６）１、　’　＝　
（ｚ＋島矛＋ｒ”　−（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けるψ’、１７’、ｐ
’は ρ′＝ψ′＋ζ′　・・・（３０）　Ｊに訂正する （１５）同第３４ページ第５行目に「φ３＝・・・・・
・（３２）」とあるのを に訂正する。 （１６）間第３７ペ一ジ第７行目に「入力する。」とあ
るのを「入力（固定データでも良い）」に訂正する。 （１７）同第３７ページ第１９行目に「支保工」とある
のを「支保」に訂正する。 （１８）同第３８ページ第１６行目に「支保工」とある
のを「支保」に訂正する。 （１９）同第３９ページ第３行目に「投入する」とある
のを［投入し、スイッチ１０８，１１０で自動運転の開
始方向を指示する」に訂正する。 （２０）同第４１ページ第２行目に「（反時計方向）か
を判断する。」とあるのを「（反時計方向）かをアーム
１ｉｉｉ　Ｉｌｔスイッチ１０８で指示する。」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、添イ寸書類の目録 （１）図面１ｉＩｒＩ

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、且つ自動再生運転中に人力される運転条
   件変更指令に応じて割り込み処理を施し、随時運転条件
   の変更を行うことを可能とした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−等を吹きイ（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点の位置データ、ｔｔｔ＋斜角度データ及び
   巣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、且
   つ自動再生運転中に入力される運転条件変更指令に応じ
   て割り込み処理を施し、随時運転条件の変更を行うこと
   を可能とした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。