特開 2024-70614 自動墨出しシステム及び自動墨出し方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024070614

(43)【公開日】2024-05-23

(54)【発明の名称】自動墨出しシステム及び自動墨出し方法

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/02 20060101AFI20240516BHJP

   G01C 15/00 20060101ALI20240516BHJP

   G05D 1/43 20240101ALI20240516BHJP

   B25H 7/04 20060101ALI20240516BHJP

   E04G 21/18 20060101ALI20240516BHJP

【ＦＩ】

G01C15/02

G01C15/00 104C

G05D1/02 W

B25H7/04 D

E04G21/18 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022181226

(22)【出願日】2022-11-11

(71)【出願人】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】599085633

【氏名又は名称】株式会社タマディック

(71)【出願人】

【識別番号】520190388

【氏名又は名称】株式会社ＲＯＢＯＳＨＩＮ

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】水谷 亮

(72)【発明者】

【氏名】三谷 哲史

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 義秀

(72)【発明者】

【氏名】加藤 洋祐

(72)【発明者】

【氏名】大森 永

(72)【発明者】

【氏名】押田 健一

(72)【発明者】

【氏名】栗城 秀春

(72)【発明者】

【氏名】平野 慎也

【テーマコード（参考）】

2E174

5H301

【Ｆターム（参考）】

2E174DA41

5H301AA01

5H301AA10

5H301BB03

5H301BB14

5H301CC10

5H301DD06

5H301DD07

5H301DD15

5H301GG17

5H301HH01

5H301HH15

5H301JJ01

(57)【要約】

【課題】墨出し面に自動的に墨出しを行う。
【解決手段】移動しながら墨出しを行う墨出し装置１０と、墨出し装置１０の三次元空間位置を計測可能な三次元計測装置５０と、墨出し装置１０の走行及び墨出しを制御する制御装置３０と、を備えた自動墨出しシステム１００において、墨出し装置１０は、墨出し面上を走行可能な走行部１２と、墨出し面に墨出しを行う墨出し部１８と、三次元計測装置５０により追尾されるターゲット部２０と、を有し、走行部１２は、回転方向及び回転速度がそれぞれ独立して制御される複数の全方向移動車輪を有し、制御装置３０は、墨出し装置１０の向きを変えることなく予め設定された目標墨出し位置に墨出し部１８が位置するように、複数の全方向移動車輪の回転をそれぞれ制御する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動しながら墨出し面に墨出しを行う墨出し装置と、前記墨出し装置を追尾し前記墨出し装置の三次元空間位置を計測可能な三次元計測装置と、前記三次元計測装置により計測された前記墨出し装置の三次元空間位置に基づいて前記墨出し装置の走行及び墨出しを制御する制御装置と、を備えた自動墨出しシステムであって、
前記墨出し装置は、
前記墨出し面上を走行可能な走行部と、
前記墨出し面に墨出しを行う墨出し部と、
前記三次元計測装置により追尾されるターゲット部と、を有し、
前記走行部は、回転方向及び回転速度がそれぞれ独立して制御される複数の全方向移動車輪を有し、
前記制御装置は、前記墨出し装置の向きを変えることなく予め設定された目標墨出し位置に前記墨出し部が位置するように、複数の前記全方向移動車輪の回転をそれぞれ制御する、
自動墨出しシステム。

【請求項2】

前記制御装置は、前記目標墨出し位置に対する前記墨出し装置の位置の調整を、複数の前記全方向移動車輪の回転方向を変えることなく回転速度を変えることによって行う、
請求項１に記載の自動墨出しシステム。

【請求項3】

複数の前記全方向移動車輪は、各車軸の軸方向が共通の中心点を向くように配置された３つのオムニホイールである、
請求項１または２に記載の自動墨出しシステム。

【請求項4】

前記三次元計測装置は、
前記ターゲット部までの距離を光学的に計測する光学計測部と、
前記墨出し面上を移動可能な台車部と、を有し、
前記制御装置は、前記光学計測部と前記ターゲット部との間に光を遮る部材が入り込まないように、前記台車部を制御して前記三次元計測装置を移動させる、
請求項１または２に記載の自動墨出しシステム。

【請求項5】

前記制御装置は、設計データから描画データを生成する描画データ生成部を有し、
前記描画データ生成部は、前記設計データに折れ線が含まれている場合、折れ線を構成する２本の線分を折れ点においてそれぞれ延長し、前記折れ点を前記２本の線分が交差する交点に変換する、
請求項１または２に記載の自動墨出しシステム。

【請求項6】

前記制御装置は、
設計データから描画データを生成する描画データ生成部と、
前記描画データに基づいて前記目標墨出し位置を設定する墨出し位置設定部と、を有し、
前記描画データ生成部は、
前記三次元計測装置により計測された前記ターゲット部の位置と前記描画データに基づいて予め求められた前記ターゲット部の目標位置との差分に応じて前記描画データをオフセットし、
前記墨出し位置設定部は、オフセットされた前記描画データに基づいて前記目標墨出し位置を設定する、
請求項１または２に記載の自動墨出しシステム。

【請求項7】

前記制御装置は、前記墨出し装置の姿勢を認識する姿勢認識部を有し、
前記姿勢認識部は、前記三次元計測装置により計測された前記ターゲット部の位置を受信した後、予め設定された方向へと前記墨出し装置を移動させ、移動前に受信した前記ターゲット部の位置と、移動後に受信した前記ターゲット部の位置と、に基づいて、前記墨出し装置の姿勢を認識する、
請求項１または２に記載の自動墨出しシステム。

【請求項8】

移動しながら墨出し面に墨出しを行う墨出し装置と、前記墨出し装置を追尾し前記墨出し装置の三次元空間位置を計測可能な三次元計測装置と、前記三次元計測装置により計測された前記墨出し装置の三次元空間位置に基づいて前記墨出し装置の走行及び墨出しを制御する制御装置と、を備えた自動墨出しシステムによる自動墨出し方法であって、
回転方向及び回転速度がそれぞれ独立して制御される複数の全方向移動車輪を有する前記墨出し装置の走行部を制御することにより、予め設定された目標墨出し位置に前記墨出し装置の墨出し部が位置するように、前記墨出し装置の向きを変えることなく前記墨出し装置を移動させる、
自動墨出し方法。

【請求項9】

前記目標墨出し位置に対する前記墨出し装置の位置の調整は、複数の前記全方向移動車輪の回転方向を変えることなく回転速度を変えることによって行われる、
請求項８に記載の自動墨出し方法。

【請求項10】

複数の前記全方向移動車輪は、各車軸の軸方向が共通の中心点を向くように配置された３つのオムニホイールである、
請求項８または９に記載の自動墨出し方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動墨出しシステム及び自動墨出し方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、墨出し面にマーキングを行う墨出しロボットを備えた自動墨出しシステムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－２８４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された自動墨出しシステムは、墨出しロボットを指定された目標点へと移動させて、目標点にスタンプを押してマーキングを作成するものである。このため、マーキング同士を結ぶ墨出し線については、別途、墨出し作業を作業員が行う必要があり、作業員の作業負担を十分に軽減するには至っていない。

【0005】

本発明は、墨出し面に自動的に墨出しを行うことが可能な自動墨出しシステム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】

【0006】

本発明は、移動しながら墨出し面に墨出しを行う墨出し装置と、墨出し装置を追尾し墨出し装置の三次元空間位置を計測可能な三次元計測装置と、三次元計測装置により計測された墨出し装置の三次元空間位置に基づいて墨出し装置の走行及び墨出しを制御する制御装置と、を備えた自動墨出しシステムであって、墨出し装置は、墨出し面上を走行可能な走行部と、墨出し面に墨出しを行う墨出し部と、三次元計測装置により追尾されるターゲット部と、を有し、走行部は、回転方向及び回転速度がそれぞれ独立して制御される複数の全方向移動車輪を有し、制御装置は、墨出し装置の向きを変えることなく予め設定された目標墨出し位置に墨出し部が位置するように、複数の全方向移動車輪の回転をそれぞれ制御する。

【0007】

また、本発明は、移動しながら墨出し面に墨出しを行う墨出し装置と、墨出し装置を追尾し墨出し装置の三次元空間位置を計測可能な三次元計測装置と、三次元計測装置により計測された墨出し装置の三次元空間位置に基づいて墨出し装置の走行及び墨出しを制御する制御装置と、を備えた自動墨出しシステムによる自動墨出し方法であって、回転方向及び回転速度がそれぞれ独立して制御される複数の全方向移動車輪を有する墨出し装置の走行部を制御することにより、予め設定された目標墨出し位置に墨出し装置の墨出し部が位置するように、墨出し装置の向きを変えることなく墨出し装置を移動させる。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、自動墨出しシステムによって、墨出し面に自動的に墨出しを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る自動墨出しシステムによって行われる墨出し作業のイメージを示したイメージ図である。

【図2】本発明の実施形態に係る自動墨出しシステムの墨出し装置の概略構成を示した平面図である。

【図3】本発明の実施形態に係る自動墨出しシステムの全体構成を示すブロック図である。

【図4】描画データについて説明するための図である。

【図5】本発明の実施形態に係る自動墨出しシステムによって行われる墨出し作業の手順を示したフローチャートである。

【図6】墨出し装置の姿勢認識方法について説明するための図である。

【図7】墨出しを行う際の墨出し装置の姿勢について説明するための図である。

【図8A】目標墨出し位置への墨出し装置の移動について説明するための図である。

【図8B】目標墨出し位置への墨出し装置の移動について説明するための図である。

【図9A】目標墨出し位置に対する墨出し装置の位置調整方法について説明するための図である。

【図9B】目標墨出し位置に対する墨出し装置の位置調整方法について説明するための図である。

【図10】描画データのオフセットについて説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る自動墨出しシステム及び自動墨出し方法について説明する。

【0011】

本発明の実施形態に係る自動墨出しシステム１００は、建築物の床面に工事の基準となる墨出し線等を自動的にマーキングするシステムであり、図１に示すように、移動しながら墨出し面である床面１に墨出しを行う墨出し装置１０と、墨出し装置１０を追尾し墨出し装置１０の三次元空間位置を計測可能な三次元計測装置５０と、三次元計測装置５０により計測された墨出し装置１０の三次元空間位置に基づいて墨出し装置１０の走行及び墨出しを制御する制御装置３０と、を備える。なお、以下では、制御装置３０が墨出し装置１０に内蔵されている場合について説明するが、制御装置３０は、三次元計測装置５０に内蔵されていてもよいし、墨出し装置１０及び三次元計測装置５０とは別に設けられていてもよい。

【0012】

墨出し装置１０は、外部からの操作を必要としない自律走行型ロボットであり、図２に示されるように、墨出し面である床面１上を走行するための走行部１２と、床面１に墨出しを行う墨出し部１８と、三次元計測装置５０により追尾されるターゲット部２０と、これら走行部１２、墨出し部１８及びターゲット部２０が取り付けられるベース部２４と、を有する。図２は、墨出し装置１０を上方から見た平面図であり、走行部１２及び墨出し部１８を覆うようにベース部２４に取り付けられるカバー部材２５が取り外された状態を示している。

【0013】

走行部１２は、回転方向及び回転速度がそれぞれ独立して制御される３つのオムニホイール１３（全方向移動車輪）を有する。各オムニホイール１３は、車軸１４を介して電動モータ１５により回転駆動される。なお、車軸１４と電動モータ１５とは、図示しない減速機を介して連結されていてもよい。

【0014】

３つのオムニホイール１３は、共通円の円周上に等間隔（１２０°間隔）で配置されており、それらの車軸１４の軸方向は、共通円の中心を向いている。換言すれば、３つのオムニホイール１３は、各車軸１４の軸方向が共通の中心点を向くように配置されている。

【0015】

各電動モータ１５は、制御装置３０によって回転方向および回転速度がそれぞれ別々に制御される。つまり、３つのオムニホイール１３は、回転方向及び回転速度がそれぞれ独立して制御される。

【0016】

なお、走行部１２は、４つのオムニホイール１３を有するものであってもよい。この場合も４つのオムニホイール１３は、共通円の円周上に等間隔（９０°間隔）で配置されるとともに、各車軸１４の軸方向が共通の中心点を向くように配置される。但し、オムニホイール１３を４つとした場合、床面１が平らではなく凹凸があると、何れかのオムニホイール１３が接地せず、走行安定性が低下するおそれがあることから、オムニホイール１３の数は３つとすることが好ましい。

【0017】

また、走行部１２の全方向移動車輪は、オムニホイール１３に限定されず、車軸１４の軸線方向へも墨出し装置１０の移動を可能とする車輪であればどのような構成のものであってもよく、例えば、メカナムホイールやメビウスホイールであってもよい。

【0018】

このように走行部１２を複数の全方向移動車輪を有する構成とすることによって、墨出し装置１０は、旋回することなく、全方向へと円滑に移動することができる。

【0019】

墨出し部１８は、所定の墨出し可能幅Ｗ１を有するインクジェット式の印字装置であり、床面１に対してインクを吐出可能なノズルが所定の微小な間隔で複数設けられた図示しないノズルヘッドと、ノズルヘッドにインクを供給する図示しないインク供給部と、を有する。ノズルヘッドは、墨出し可能幅Ｗ１方向に沿って複数のノズルが並ぶようにベース部２４に取り付けられている。

【0020】

したがって、墨出し可能幅Ｗ１方向に直交する方向に墨出し装置１０を走行させた場合、墨出し可能幅Ｗ１内に文字や線を自由に描き出すことが可能である。なお、墨出し可能幅Ｗ１方向と同じ方向に墨出し装置１０を走行させた場合であっても、比較的早い速度でノズルからインクを吐出することにより墨出し装置１０の移動方向に沿って線を描き出すことができる。また、墨出し可能幅Ｗ１方向に沿ってノズルヘッドを複数配置することによって、墨出し可能幅Ｗ１を必要に応じて拡大することも可能である。

【0021】

ここで、上述のように、墨出し装置１０は、全方向へと自由に移動することが可能であって、特に「前方」という概念はないが、以下では、説明の便宜上、上述のように墨出し部１８を介して床面１に文字や線を自由に描き出すことが可能となる墨出し可能幅Ｗ１方向に略直交する走行方向を墨出し装置１０の基本走行方向とする。また、基本走行方向に墨出し装置１０を走行させる際に車軸１４が回転しない第１オムニホイール１３Ａ側（図２中の右側）を墨出し装置１０の「前方」とし、前方に配置された第１オムニホイール１３Ａを墨出し装置１０の移動方向を操舵する「操舵輪」とする。なお、墨出し装置１０の「前方」の定義はこれに限定されるものではない。

【0022】

ターゲット部２０は、三次元計測装置５０から照射されたレーザ光を反射可能な指向性プリズムであり、三次元計測装置５０を常時指向するようにターゲット回転部２１によって回転される。ターゲット回転部２１は、サーボモータであり、その回転角度は制御装置３０によって後述のように制御される。なお、ターゲット部２０は、３６０度プリズムであってもよく、この場合、ターゲット回転部２１は設けられなくともよい。

【0023】

墨出し装置１０のベース部２４には、上述の走行部１２、墨出し部１８及びターゲット部２０以外に、走行中の墨出し装置１０の姿勢を検知可能な姿勢検知部２６と、三次元計測装置５０や外部のサーバ１２０とデータの送受信を行うための通信部２７と、走行部１２やその他の電装品に電力を供給するバッテリ２８と、が設けられている。また、ベース部２４には、制御装置３０も設置されている。

【0024】

姿勢検知部２６は、墨出し装置１０の姿勢を検知可能な加速度センサ、ジャイロセンサ及び地磁気センサがユニット化された、いわゆる、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）であり、例えば、墨出し装置１０が走行している方向に対して墨出し装置１０の「前方」がどちらを向いているのか、すなわち、墨出し装置１０の走行方向に対して墨出し可能幅Ｗ１方向がどの程度傾いた状態となっているかを検知することが可能である。

【0025】

通信部２７は、ＢＬＥ（Bluetooth（登録商標） Low Energy）やＷｉ－Ｆｉ（登録商標）といった近距離無線通信機器であり、主に三次元計測装置５０とデータを送受信する際に用いられる。なお、通信部２７は、インターネット回線を介してデータを送受信可能な一般的な無線通信機器を備えていてもよい。

【0026】

三次元計測装置５０は、図１に示すように、墨出し面である床面１上を移動可能な台車部６０と、ターゲット部２０に照射されたレーザ光の反射光に基づいてターゲット部２０の三次元空間位置を計測可能な光学計測部５５と、を備える。

【0027】

台車部６０は、墨出し装置１０の走行部１２と同様に、３つのオムニホイール６１と、オムニホイール６１毎に設けられた図示しないモータと、モータに電力を供給する図示しないバッテリと、を有する。これにより三次元計測装置５０は、墨出し装置１０と同様に、旋回することなく、全方向へと円滑に移動することが可能である。

【0028】

なお、台車部６０は、４つのオムニホイール６１を有するものであってもよい。また、台車部６０の車輪は、オムニホイール６１に限定されず、メカナムホイールやメビウスホイールであってもよい。また、台車部６０の移動は、墨出し装置１０ほど頻繁ではないことから、台車部６０は、前後左右に自走可能であって所定の位置へと移動することが可能な一般的な走行装置であってもよい。

【0029】

また、台車部６０には、光学計測部５５を台車部６０に設置するための設置台６２が設けられる。なお、図１に示される設置台６２は、単なる柱状構造であるが、上下方向に伸縮自在な構成であってもよい。

【0030】

光学計測部５５は、レーザ光を照射する発光部５６と、発光部５６と同じ位置に設けられ、反射したレーザ光を受光する受光部５７と、を有し、ターゲット部２０等の計測対象物に向けてレーザ光が照射されてから反射したレーザ光が受光されるまでの時間に基づいて計測対象物までの距離を測定し、その三次元空間位置座標を計測することが可能な、いわゆるレーザートラッカや追尾式トータルステーションといった、三次元座標測量器である。

【0031】

発光部５６及び受光部５７は、鉛直方向軸Ｃ１を中心に水平方向に回転可能であるとともに、水平方向軸Ｃ２を中心に鉛直方向に回動可能な構成となっている。これにより、光学計測部５５は、ターゲット部２０が移動する場合であってもターゲット部２０で反射されたレーザ光を常に受光部５７において受光することが可能な構成、すなわち、ターゲット部２０を追尾することが可能な構成となっている。なお、ターゲット部２０に対する追従性を向上させるためにカメラが設けられていてもよい。

【0032】

また、三次元計測装置５０は、図３に示されるように、制御部５１としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）や、記憶部５２としてのＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータと、墨出し装置１０や外部のサーバ１２０とデータの送受信を行うための通信部５３と、を有する。

【0033】

制御部５１は、制御装置３０からの指令に基づいて、台車部６０や光学計測部５５の作動を制御し、光学計測部５５によって計測された計測値を墨出し装置１０や外部のサーバ１２０へと通信部５３を介して送信する。

【0034】

記憶部５２には、制御部５１で実行される制御プログラム等が予め記憶されているとともに、光学計測部５５で計測された計測値や通信部５３を通じて外部のサーバ１２０等から取得されたデータが記憶される。

【0035】

通信部５３は、墨出し装置１０の通信部２７と同様の近距離無線通信機器であり、主に墨出し装置１０とデータを送受信する際に用いられる。なお、通信部５３は、インターネット回線を介してデータを送受信可能な一般的な無線通信機器を備えていてもよい。

【0036】

このように構成された三次元計測装置５０は、墨出し装置１０の走行に伴って移動するターゲット部２０を光学計測部５５によって追尾し、墨出しが行われる空間内におけるターゲット部２０の三次元空間位置（位置座標）を計測する。

【0037】

光学計測部５５は、墨出しが行われる空間内に予め設置された複数の基準プリズムまでの距離及び角度を計測することにより、空間内における自己位置を自動的に特定する。また、光学計測部５５は、三次元計測装置５０が移動して停止する度に、自己位置を自動的に更新する。このように光学計測部５５は、墨出しが行われる空間内における自己位置座標を常に把握していることから、墨出しが行われる空間内におけるターゲット部２０の三次元空間位置座標を常時、計測することができる。

【0038】

なお、三次元計測装置５０からは、予め設定された座標系におけるターゲット部２０の位置座標が制御装置３０に送信されてもよいし、ターゲット部２０の位置座標を算出するために必要な距離及び角度等のデータが制御装置３０に送信されてもよい。また、三次元計測装置５０から制御装置３０へは、ターゲット回転部２１の回転角度を制御するために必要な光学計測部５５の俯角及び旋回角が送信される。

【0039】

制御装置３０は、三次元計測装置５０により計測された墨出し装置１０の三次元空間位置と、予め読み込まれた設計データと、に基づいて、墨出し装置１０の走行部１２や墨出し部１８の作動を制御する。制御装置３０が行う具体的な制御については、床面１に自動的に墨出しを行う後述の自動墨出し方法の説明において詳述する。

【0040】

制御装置３０は、図３に示されるように、制御部３１としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）や、記憶部３２としてのＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータである。

【0041】

制御部３１は、墨出し装置１０の姿勢を認識する姿勢認識部３３と、墨出し装置１０の三次元空間位置を認識する位置認識部３４と、設計データから描画データを生成する描画データ生成部３５と、描画データに基づいて目標墨出し位置を設定する墨出し位置設定部３６と、を有する。なお、これら姿勢認識部３３等は、制御部３１の各機能を、仮想的なユニットとして示したものであり、物理的に存在することを意味するものではない。また、上記機能は、制御部３１が実行する制御の一部であり、制御部３１では、これら以外の機能に関連する制御も随時実行される。

【0042】

姿勢認識部３３は、墨出し装置１０の姿勢を検知可能な姿勢検知部２６の検出値に基づいて、走行中の墨出し装置１０の「前方」がどちらを向いているかを認識する。

【0043】

ここで、墨出し装置１０のターゲット部２０の三次元空間位置は、三次元計測装置５０によって計測されるが、床面１に墨出しを行う墨出し部１８は、墨出し装置１０内において、ターゲット部２０が設けられた位置から所定の距離だけ離れた位置に配置されている。このため、墨出し部１８の三次元空間位置を特定するには、三次元空間位置が特定されたターゲット部２０を基準として墨出し装置１０の「前方」がどちらを向いているかを把握する必要がある。

【0044】

このため、姿勢認識部３３では、姿勢検知部２６で検出された検出値に基づいて公知の自律航法（ＤＲ：Dead Reckoning）により、墨出し装置１０の姿勢を常時認識するようにしている。なお、墨出し装置１０が墨出し作業を始める前の初期姿勢については、後述の姿勢認識工程において認識される。

【0045】

このように姿勢認識部３３よって常時認識される墨出し装置１０の姿勢は、三次元計測装置５０によって計測されるターゲット部２０の三次元空間位置と共に、墨出しが行われる空間内における墨出し装置１０の三次元空間位置を認識する位置認識部３４において用いられる。位置認識部３４では、ターゲット部２０の三次元空間位置と墨出し装置１０の姿勢とに基づいて、床面１に墨出しを行う墨出し部１８の三次元空間位置座標が求められる。

【0046】

また、外部のサーバ１２０等から制御装置３０に予め送信され、記憶部３２に記憶された設計データには、墨出しを行うべき箇所に関するデータが含まれているが、これらのデータは、墨出し装置１０による墨出し作業の効率等を考慮して作成されたものではないため、設計データに忠実に墨出しを行おうとすると、作業時間が長くなってしまう場合がある。

【0047】

そこで、描画データ生成部３５は、設計データを墨出し装置１０による墨出しに適した描画データに変換している。

【0048】

具体的には、例えば、図４の左側に示されるような折れ線を正確に描き出すには、折れ点ＢＰ１，ＢＰ２の手前から墨出し装置１０を十分に減速させて折れ点ＢＰ１，ＢＰ２において一旦停止させた後、墨出し装置１０の走行方向を変更することになる。しかしながら、折れ点ＢＰ１，ＢＰ２上に墨出し装置１０の墨出し部１８を厳密に位置させた状態で墨出し装置１０を一旦停止させることは難しく、設計上の折れ点ＢＰ１，ＢＰ２の位置に対して墨出しによって描き出された折れ線の頂点の位置がずれてしまうおそれがある。

【0049】

一方で、所定の長さの線分を墨出し装置１０によって精度よく墨出しすることは比較的容易である。

【0050】

このため、図４の左側に示されるように設計データに折れ点ＢＰ１，ＢＰ２を有する折れ線が含まれている場合は、折れ線を構成する２本の線分Ｌ１，Ｌ２を第１折れ点ＢＰ１においてそれぞれ延長して、第１折れ点ＢＰ１を２本の線分Ｌ１，Ｌ２が交差する第１交点ＩＰ１へと変換し、折れ線を構成する２本の線分Ｌ２，Ｌ３を第２折れ点ＢＰ２においてそれぞれ延長して、第２折れ点ＢＰ２を２本の線分Ｌ２，Ｌ３が交差する第２交点ＩＰ２へと変換することによって、図４の右側に示されるような描画データを生成することが好ましい。

【0051】

このように描画データ生成部３５により生成される描画データに、折れ線が含まれないようにすることによって、墨出しの作業効率を向上させることができるとともに、設計上の折れ点ＢＰ１，ＢＰ２の位置に対して墨出しによって描き出された交点の位置をほぼ一致させることが可能となる。描画データ生成部３５によって設計データから生成された描画データは、記憶部３２に記憶される。

【0052】

このように描画データ生成部３５によって生成された描画データに基づいて、墨出し装置１０の墨出し部１８が墨出しを行う目標墨出し位置（目標位置座標）が、墨出し位置設定部３６により設定される。墨出し装置１０は、墨出し位置設定部３６によって設定された目標墨出し位置をなぞって墨出し部１８が進むように、制御装置３０により制御される。換言すれば、制御装置３０は、墨出し位置設定部３６によって設定された目標墨出し位置（目標位置座標）と、位置認識部３４において求められた墨出し部１８の三次元空間位置座標と、が常に一致するように、墨出し装置１０の走行部１２を制御する。

【0053】

また、ターゲット部２０が光学計測部５５側を向いていない場合、三次元計測装置５０によってターゲット部２０の三次元空間位置を計測することができず、結果として、墨出し装置１０を目標墨出し位置に沿って走行させることもできなくなってしまう。

【0054】

このため、制御部３１は、ターゲット部２０が常に光学計測部５５側を向くように、三次元計測装置５０から送信される光学計測部５５の角度データに基づいてターゲット回転部２１の回転角度を制御している。

【0055】

続いて、図５～９を参照し、上記構成の自動墨出しシステム１００によって、床面１に自動的に墨出しを行う自動墨出し方法について説明する。図５は、自動墨出しシステム１００が自動的に墨出し作業を行う際の手順を示したフロー図であり、図６は、墨出し装置１０の姿勢を認識する方法について説明するための図であり、図７は、墨出しを行う際の墨出し装置１０の姿勢について説明するための図である。また、図８Ａ及び図８Ｂは、目標墨出し位置への墨出し装置１０の移動について説明するための図であり、図９Ａ及び図９Ｂは、目標墨出し位置に対して墨出し装置１０の位置を調整する方法について説明するための図であり、図１０は、描画データのオフセットについて説明するための図である。

【0056】

まず、ステップＳ１１において、制御装置３０は、ＢＩＭ（Building Information Modeling）等の墨出し作業が行われる空間の設計データを外部のサーバ１２０等から読み込む。ここで読み込まれる設計データには、墨出しを行うべき箇所に関するデータが含まれている。なお、設計データは、予め制御装置３０の記憶部３２に記憶されていてもよい。

【0057】

次に、ステップＳ１２において、制御装置３０は、ステップＳ１１で読み込まれた設計データから描画データを描画データ生成部３５により生成する。そして、生成された描画データに基づいて、墨出し装置１０の墨出し部１８により墨出しが行われる目標墨出し位置（目標位置座標）が墨出し位置設定部３６によって設定される。

【0058】

ステップＳ１２において目標墨出し位置が設定されると、続くステップＳ１３において、三次元計測装置５０により墨出し装置１０が捕捉される。具体的には、三次元計測装置５０の光学計測部５５により墨出し装置１０のターゲット部２０の三次元空間位置（位置座標）が計測される。

【0059】

この時点では、まだ墨出し装置１０の姿勢、すなわち、三次元空間位置が特定されたターゲット部２０を基準として墨出し装置１０の「前方」がどちらを向いているのかが不明である。

【0060】

このため、続くステップＳ１４では、制御装置３０の姿勢認識部３３において、墨出し装置１０の姿勢の認識が行われる（姿勢認識工程）。

【0061】

具体的には、図６に示すように、ステップＳ１３において三次元計測装置５０により墨出し装置１０が捕捉された位置、すなわち、墨出し装置１０の「前方」がどちらを向いているのかまだわからない位置から予め設定された方向、例えば、墨出し装置１０において「前方」として定義された方向に墨出し装置１０を所定の距離だけ移動させる。

【0062】

例えば、「前方」と定義された方向に配置された第１オムニホイール１３Ａを電動モータ１５によって回転駆動させることなく、他の二つのオムニホイール１３を第１オムニホイール１３Ａに向けて同じ回転速度で回転駆動することにより、「前方」として定義された方向に向けて墨出し装置１０を移動させることが可能である。

【0063】

そして、墨出し装置１０を移動させる前に制御装置３０が三次元計測装置５０から受信したターゲット部２０の位置座標と、墨出し装置１０を移動させた後に制御装置３０が三次元計測装置５０から受信したターゲット部２０の位置座標と、の差分から求められる墨出し装置１０が移動した方向が、現時点における墨出し装置１０の「前方」として姿勢認識部３３により認識される。また、このとき姿勢検知部２６によって検知された方向が墨出し装置１０の「前方」として設定され、これ以降の墨出し装置１０の姿勢を求めるための基準とされる。

【0064】

これにより、墨出しが行われる空間内において、墨出し装置１０の「前方」が現時点においてどちらを向いているかを認識することができ、また、これ以降の墨出し装置１０の姿勢の変化については、姿勢検知部２６により検知された検出値に基づいて推定することが可能となる。なお、墨出し装置１０の初期姿勢を認識する方法は、上記方法に限定されず、墨出し装置１０を所定の方向に移動させる前後に計測されたターゲット部２０の位置座標の差分に基づいて特定する方法であれば、どのような方法であってもよい。

【0065】

このように墨出し装置１０の姿勢（向き）が把握されることによって、三次元計測装置５０により計測されたターゲット部２０の三次元座標に基づいて、墨出し部１８の三次元座標を求めることが可能となる。つまり、ステップＳ１２において設定された目標墨出し位置に沿って墨出し部１８を移動させることが可能な状態となる。

【0066】

したがって、続くステップＳ１５において、墨出し装置１０による墨出しが開始される。

【0067】

具体的には、図７に示すように、ステップＳ１２において設定された目標墨出し位置をなぞるように墨出し部１８が位置するように、墨出し装置１０の走行部１２が制御装置３０によって制御される。

【0068】

上述のように、墨出し装置１０の走行部１２は、複数のオムニホイール１３（全方向移動車輪）を有する構成となっており、墨出し装置１０は、旋回することなく、全方向へと円滑に移動することが可能である。したがって、図７に示すように、目標墨出し位置に鋭角または鈍角に折れ曲がるような部分があっても、墨出し装置１０は、旋回や切り返し動作を行うことなく、「前方」と定義された側面を常に同じ方向に向けた状態で走行し、墨出しを行うことができる。

【0069】

このように墨出し装置１０は、その姿勢（向き）が変わることなく、予め設定された目標墨出し位置に墨出し部１８が位置するように、制御装置３０によって複数のオムニホイール１３の回転がそれぞれ制御される。つまり、墨出しを行う過程において、墨出し装置１０は、旋回して向きを変えたり、切り返しを行って向きを変えたりすることがないことから、墨出し作業に要する時間が短縮され、結果として、床面１へと効率よく自動的に墨出しを行うことができる。なお、図７には、目標墨出し位置が直線状である場合が示されているが、目標墨出し位置は、曲線状であってもよい。

【0070】

また、墨出し装置１０は、旋回することなく、全方向へと円滑に移動することができることから、例えば、指定された目標墨出し位置へ向かって速やかに移動することも可能である。

【0071】

具体的には、墨出し装置の走行部が全方向移動車輪を有するものではなく、図８Ａに示すように、墨出し装置の前方に配置された前輪を転舵することによって、墨出し装置の移動方向を変える一般的な走行装置である場合、指定された目標墨出し位置へと向かうには、前輪を転舵して墨出し装置の「前方」を一旦、目標墨出し位置へと向けた状態で走行した後、再度、前輪を転舵して墨出し装置の「前方」が目標墨出し位置に沿った方向を向くようにする必要がある。

【0072】

つまり、墨出し装置の走行部が一般的な走行装置である場合、墨出し装置の「前方」を目標に向ける動作、すなわち、墨出し装置の姿勢（向き）を変える動作を行う必要があるため、目標墨出し位置への到達に時間がかかってしまったり、墨出し部を目標墨出し位置に位置させることができなかったりするおそれがある。

【0073】

これに対して本実施形態に係る墨出し装置１０は、走行部１２の３つのオムニホイール１３の回転方向及び回転速度がそれぞれ別々に制御装置３０によって制御されることにより、図８Ｂに示すように、その姿勢（向き）が変わることなく、「前方」と定義された側面を常に同じ方向に向けた状態で、指定された目標墨出し位置へ向かって移動し、墨出し部１８を目標墨出し位置に速やかに位置させることが可能である。また、墨出し中に墨出し装置１０の位置がずれた場合も速やかに正しい位置へと戻すことができる。

【0074】

このように墨出し装置１０は、その姿勢（向き）が変わることなく、予め設定された目標墨出し位置に墨出し部１８が位置するように、制御装置３０によって複数のオムニホイール１３の回転がそれぞれ制御される。つまり、目標墨出し位置への移動過程において、墨出し装置１０は、旋回して向きを変えたり、切り返しを行って向きを変えたりすることがないことから、移動に要する時間が短縮され、結果として、床面１へと効率よく墨出しを行うことができる。なお、墨出し装置１０が目標墨出し位置へと移動する状況としては、所定の箇所への墨出しが完了し、新たな目標墨出し位置へと移動する場合の他、例えば、何らかの要因で墨出し装置１０が目標墨出し位置から離れてしまった後、目標墨出し位置へと戻るために移動する場合などがある。

【0075】

ここで、上述のように墨出し部１８から目標墨出し位置へと墨出しを行う際の墨出し精度を向上させるには、墨出し装置１０の位置、特に墨出し部１８の位置を目標墨出し位置に対して正確に合わせる必要がある。

【0076】

目標墨出し位置に対して墨出し装置１０の位置を調整する方法としては、図９Ａに示すように、目標墨出し位置と墨出し部１８の位置との間に差分が生じた場合にのみ、差分が無くなる方向に操舵輪である第１オムニホイール１３Ａを電動モータ１５によって回転駆動させる方法が考えられる。

【0077】

しかしながら、図９Ａに示す例では、差分が生じる方向に応じて、第１オムニホイール１３Ａの回転方向が切り換わることになる。一般的に回転方向の切換時には減速機のバックラッシュ等に起因するタイムラグが生じることから、墨出し部１８の位置と目標墨出し位置との差分を十分に小さくすることができず、結果的に墨出し精度が低下してしまうおそれがある。

【0078】

これに対して、本実施形態では、図９Ｂに示すように、目標墨出し位置と墨出し部１８の位置との間に差分が生じているか否かに関わらず、操舵輪である第１オムニホイール１３Ａを電動モータ１５によって所定の回転方向に常に回転駆動させるようにしている。

【0079】

具体的には、図９Ｂの左側に示されるように、墨出し部１８の位置が目標墨出し位置に一致した状態において、操舵輪である第１オムニホイール１３Ａの位置が目標墨出し位置から所定の距離だけ離れた姿勢で墨出し装置１０を走行させている。換言すると、第１オムニホイール１３Ａの車軸１４の軸線方向と目標墨出し位置との間に所定の大きさの傾斜角度αが形成されるように、墨出し装置１０の「前方」が進行方向に対して水平方向に傾けられた姿勢で走行させている。

【0080】

このように墨出し装置１０の「前方」を進行方向に対して傾けた状態で走行させることによって、目標墨出し位置に対する墨出し装置１０の位置の調整は、すべてのオムニホイール１３の回転方向を変えることなく、その回転速度のみを変えることによって行うことが可能となる。

【0081】

例えば、墨出し部１８の位置が目標墨出し位置から傾斜角度αが形成された方向にずれた場合には、第１オムニホイール１３Ａの回転速度が上昇される一方、傾斜角度αが形成された方向とは反対側に墨出し部１８の位置が目標墨出し位置からずれた場合には、第１オムニホイール１３Ａの回転速度が低下される（図９Ｂ参照）。

【0082】

このように図９Ｂに示す例では、第１オムニホイール１３Ａの回転方向が切り換わることなく、差分が生じる方向に応じて、第１オムニホイール１３Ａの回転速度が調整されることになる。このため、回転方向の切換によるタイムラグが生じることがないことから、目標墨出し位置への墨出し部１８の位置の収束性を向上させることが可能となり、結果として、墨出し部１８から目標墨出し位置へと精度よく墨出しを行うことができる。

【0083】

また、墨出し部１８から目標墨出し位置への墨出し精度を向上させるために、図１０に示すように、三次元計測装置５０により計測されたターゲット部２０の三次元空間位置と、描画データに基づいて求められたターゲット部２０の目標位置と、の差分ｅに応じて描画データをオフセットさせてもよい。

【0084】

通常、墨出し部１８からの墨出しは、墨出し部１８の中央付近で行われ、描画データも墨出しが墨出し部１８の中央付近で行われることを想定して描画データ生成部３５により生成される。したがって、墨出し精度を確保するには、墨出し部１８の中心位置を目標墨出し位置に一致させる必要がある。

【0085】

一方で、墨出し部１８は、上述のように、所定の墨出し可能幅Ｗ１内において床面１に対して墨出しを行うことが可能である。つまり、図１０に示されるように、墨出し部１８の中心位置が目標墨出し位置と一致していない場合であっても、目標墨出し位置が墨出し可能幅Ｗ１内にあれば、目標墨出し位置に対して墨出しすることができる。

【0086】

このため、例えば、操舵輪である第１オムニホイール１３Ａの回転数を調整して墨出し部１８の位置を目標墨出し位置へと近づけている途中であり、まだ、墨出し部１８の中心位置が目標墨出し位置に一致していない場合であっても、描画データ生成部３５により生成された描画データを、三次元計測装置５０により計測されたターゲット部２０の三次元空間位置と、描画データに基づいて求められたターゲット部２０の目標位置と、の差分ｅだけオフセットし、このオフセットされた描画データに基づいて墨出し部１８から墨出しを行うことによって、目標墨出し位置へと墨出しを行うことが可能である。

【0087】

このように差分ｅに応じて描画データをオフセットさせることに加えて、上述のように、差分ｅが生じる方向に応じて、第１オムニホイール１３Ａの回転速度を調整するようにすることによって、目標墨出し位置へと精度よく墨出しを行うことができる。

【0088】

以上のような墨出し精度及び墨出し効率を向上させるための手段を用いて墨出し装置１０により墨出しが行われている間、制御装置３０は、ステップＳ１６において、三次元計測装置５０と走行する墨出し装置１０との間に仕切壁等の既設部材が入り込むことによって、装置間が遮断されるおそれがあるか否かを判定する。

【0089】

上述のように、三次元計測装置５０は、走行する墨出し装置１０に対してレーザ光を照射することによって、その三次元空間位置を測定しているため、仕切壁等によってレーザ光が遮られると墨出し装置１０の三次元空間位置を測定することができなくなり、結果として、墨出し装置１０は精度よく墨出しを継続することができなくなってしまう。

【0090】

このため、制御装置３０は、墨出し装置１０により墨出しが行われている間中、墨出し作業が行われる空間内の仕切壁等の位置データが含まれるＢＩＭ等の設計データと、現在の三次元計測装置５０の位置と、墨出し装置１０の走行予定経路と、に基づいて、三次元計測装置５０と墨出し装置１０との間に仕切壁等の既設部材が入り込むおそれがあるか否かを常時監視する。

【0091】

ステップＳ１６において、装置間が遮断されるおそれがあると判定されると、ステップＳ１７において、制御装置３０は、墨出し装置１０による墨出しを一時停止させる。

【0092】

続くステップＳ１８において、制御装置３０は、三次元計測装置５０の台車部６０を制御し、三次元計測装置５０と墨出し装置１０との間に仕切壁等の既設部材が入り込むおそれがない位置へと三次元計測装置５０を移動させる。

【0093】

移動が完了し停止した三次元計測装置５０は、上述のように、墨出しが行われる空間内における自己位置を自動的に更新し、ターゲット部２０の三次元空間位置を計測することが可能な状態となる。

【0094】

このようにターゲット部２０の三次元空間位置を三次元計測装置５０により計測可能な状態となったことが確認されると、ステップＳ１９に進み、制御装置３０は、墨出し装置１０による墨出しを再開させる。

【0095】

なお、三次元計測装置５０と墨出し装置１０との間に仕切壁等の既設部材が入り込むか否かは、三次元計測装置５０を停止させる停止予定位置と墨出し装置１０の走行予定経路とに基づいて、予測することが可能である。このため、三次元計測装置５０の移動は計画的に行われてもよく、例えば、墨出し装置１０が予定された走行経路の所定の位置に到達したことを条件として、三次元計測装置５０を移動させるようにしてもよい。

【0096】

ステップＳ１９において墨出し装置１０による墨出しが再開した後、または、ステップＳ１６において、装置間が遮断されるおそれがないと判定されると、ステップＳ２０に進み、制御装置３０は、予定されていた墨出し作業がすべて完了したか否かを判定する。

【0097】

予定されていた墨出し作業がすべて完了した場合、処理を終了し、次の作業の指示をサーバ１２０から受信するまで墨出し装置１０は待機状態となる。

【0098】

一方、予定されていた墨出し作業がまだ完了していない場合、ステップＳ１６へと戻り、墨出し作業が継続される。以降、上述のような工程を経て、予定されていた墨出し作業が完了するまで墨出し作業が行われる。

【0099】

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

【0100】

上記構成の自動墨出しシステム１００において、制御装置３０は、墨出し装置１０の姿勢（向き）を変えることなく、予め設定された目標墨出し位置に墨出し部１８が位置するように、複数のオムニホイール１３（全方向移動車輪）の回転をそれぞれ制御する。また、制御装置３０は、移動する墨出し装置１０の墨出し部１８から予め設定された目標墨出し位置に墨出しが行われるように、墨出し部１８を制御するとともに、墨出し装置１０が向きを変えることなく目標墨出し位置に沿って走行するように、複数のオムニホイール１３（全方向移動車輪）の回転をそれぞれ制御する。

【0101】

墨出し装置１０の走行部１２は、複数のオムニホイール１３を有する構成となっており、墨出し装置１０は、旋回することなく、全方向へと円滑に移動することが可能である。したがって、目標墨出し位置に鋭角または鈍角に折れ曲がるような部分があっても、墨出し装置１０は、旋回や切り返し動作を行うことなく、例えば「前方」と定義された側面を常に同じ方向に向けた状態で走行し、墨出しを行うことができる。また、指定された目標墨出し位置へ向かって移動する場合も、墨出し装置１０は、「前方」と定義された側面を常に同じ方向に向けた状態で走行し、予め設定された目標墨出し位置に対して墨出し部１８を速やかに位置させることができる。

【0102】

このように墨出し装置１０は、その向きを変えることなく目標墨出し位置に沿って走行するように、制御装置３０によって複数のオムニホイール１３の回転がそれぞれ制御される。つまり、墨出しを行う過程や移動する過程において、墨出し装置１０は、旋回して向きを変えたり、切り返しを行って向きを変えたりすることがないことから、墨出し作業に要する時間が短縮され、結果として、床面１へと効率よく自動的に墨出しを行うことができる。

【0103】

なお、次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。

【0104】

上記実施形態では、１台の三次元計測装置５０により１台の墨出し装置１０の三次元空間位置を計測している。これに代えて三次元計測装置５０は、複数台の墨出し装置１０の三次元空間位置を計測してもよい。このように複数台の墨出し装置１０の三次元空間位置を１台の三次元計測装置５０によって計測する場合、何れか１つの墨出し装置１０の三次元空間位置が計測される間は、他の墨出し装置１０の三次元空間位置が一時的に計測されないことになるが、墨出し装置１０は、慣性計測装置（ＩＭＵ）を姿勢検知部２６として備えていることから、三次元空間位置が計測されない間は、自律航法（ＤＲ）を用いて、目標墨出し位置に沿って走行し、墨出しを行うことが可能である。

【0105】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【符号の説明】

【0106】

１００・・・自動墨出しシステム
１・・・床面（墨出し面）
１０・・・墨出し装置
１２・・・走行部
１３，１３Ａ・・・オムニホイール（全方向移動車輪）
１４・・・車軸
１８・・・墨出し部
２０・・・ターゲット部
２６・・・姿勢検知部
３０・・・制御装置
５０・・・三次元計測装置
５５・・・光学計測部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10】