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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-04
(45)【発行日】2022-10-13
(54)【発明の名称】自走式作業ロボット
(51)【国際特許分類】
   E04G 21/12 20060101AFI20221005BHJP
   E04C 5/18 20060101ALI20221005BHJP
   B21F 15/06 20060101ALI20221005BHJP
   B25B 25/00 20060101ALI20221005BHJP
【FI】
E04G21/12 105E
E04C5/18 103
B21F15/06
B25B25/00 A
【請求項の数】 5
(21)【出願番号】P 2019022690
(22)【出願日】2019-02-12
(65)【公開番号】P2020128681
(43)【公開日】2020-08-27
【審査請求日】2021-10-07
(73)【特許権者】
【識別番号】513192742
【氏名又は名称】建ロボテック株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002343
【氏名又は名称】弁理士法人 東和国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】眞部 達也
(72)【発明者】
【氏名】井上 治久
(72)【発明者】
【氏名】河上 浩三
(72)【発明者】
【氏名】松坂 尚志
【審査官】土屋 保光
(56)【参考文献】
【文献】特開昭64-014471(JP,A)
【文献】特開2016-053265(JP,A)
【文献】特開2019-039174(JP,A)
【文献】自動で鉄筋を結束する自律型鉄筋結束ロボット「T-iROBO Rebar(ティーアイロボ・リバー)」プレス発表,[online],学校法人千葉工業大学,2017年10月16日,インターネット<URL:https://www.furo.org/ja/works/t_irobo_rebar/20171016.html>
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
E04G 21/12
E04C 5/16,5/18
B21F 1/00 - 99/00
B25B 25/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
施工面に、所定の方向に延びた第1の鉄筋と該第1の鉄筋に交差する方向に延びて該第1の鉄筋の下側に配置された第2の鉄筋とによる格子状に敷設した前記第1の鉄筋と前記第2の鉄筋との交差部に対して所定の作業を行う自走式作業ロボットであって、
前記第1の鉄筋上を走行する駆動ユニットと、前記第2の鉄筋を検知する鉄筋検知ユニットと、前記所定の作業を行う電動工具を操作する工具操作ユニットと、前記鉄筋検知ユニットが前記第2の鉄筋を検知した場合、前記駆動ユニットが停止し、前記工具操作ユニットが前記電動工具を操作することにより、前記交差部に対して前記所定の作業を行わせる制御ユニットと、を備え、
前記鉄筋検知ユニットが、上下方向に移動して前記第2の鉄筋に乗り上げ可能に構成された接触子と、該接触子に設置されると共に、前記第1の鉄筋よりも下方に達する検出範囲を有して前記第2の鉄筋を検出する検出子とを備え、
前記接触子が前記第2の鉄筋に乗り上げた場合にのみ、前記第2の鉄筋の上端が前記検出範囲内に含まれることを特徴とする自走式作業ロボット。
【請求項2】
前記検出子の下端が、前記接触子の下端よりも上方に位置することを特徴とする請求項1に記載の自走式作業ロボット。
【請求項3】
前記電動工具は、結束線が供給される鉄筋結束可能空間を有し、該鉄筋結束可能空間における前記交差部を前記結束線で結束する鉄筋結束機であり、
前記鉄筋結束可能空間が、前記交差部を前記結束線で結束する際に前記第1の鉄筋に当接する、前記鉄筋結束機の鉄筋当接面と、該鉄筋当接面よりも下方に位置して前記結束線が供給される前記結束線の湾曲下端までの距離で特定されており、
前記接触子の下端と前記駆動ユニットの走行面の下端とを水平面に配置した場合の前記検出子の基準位置から下方への移動量が、前記鉄筋結束可能空間における前記鉄筋当接面から前記結束線の湾曲下端までの距離よりも短く設定されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の自走式作業ロボット。
【請求項4】
前記検出子が、磁気センサーであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の自走式作業ロボット。
【請求項5】
前記検出子は、前記駆動ユニットの走行方向で見て、前記電動工具による前記所定の作業を行う位置よりも後方にずれて配置されており、
前記電動工具による前記所定の作業を行う位置が、前記検出子による前記検出範囲の前端付近に設定されていることを特徴とする請求項4に記載の自走式作業ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自走式作業ロボットに関し、詳細には、施工面に格子状に敷設した鉄筋の交差部に対して所定の作業を行う自走式作業ロボットに関する。
【背景技術】
【0002】
鉄筋コンクリート造の構造体では、コンクリート製の壁や床の内部に、格子状に組まれた鉄筋が埋設されている。これら格子状に組まれた鉄筋同士を固定するために、鉄筋の交差部分を結束する作業(鉄筋結束作業ともいう)が行われる。この作業は、過酷な環境下で行われることがあるので、自動化が望まれる。例えば、非特許文献1には、鉄筋の有無を検知可能な自走式作業ロボット(自動鉄筋結束ロボット)の技術が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【文献】保坂ほか、「自動鉄筋結束ロボットの開発 ― 制御システムの設計開発 ―」、一般社団法人 日本機械学会、ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集、1P2-B03、2017年5月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
非特許文献1に記載の技術では、第1の鉄筋(配力筋)がレールとして使用され、第1の鉄筋の下側に第2の鉄筋(主筋)が配置されて格子状に組まれている。そして、第2の鉄筋に向けてレーザを照射し、その反射光をセンサーで検出できない場合には鉄筋が無いと判定して走行を継続するのに対し、反射光をセンサーで検出できる場合には鉄筋があると判定して走行を停止する。
【0005】
しかし、建築現場では鉄筋のうねりや施工のバラツキ等があり、第2の鉄筋が第1の鉄筋よりもかなり下方に位置する場合がある。このため、センサーから第2の鉄筋までの距離を一定に保つことが望まれる。
一方、第2の鉄筋の検出精度を上げるためには、センサーを第2の鉄筋にできるだけ近づけることが考えられる。しかし、センサーを単に下方に配置すると、センサーが第2の鉄筋に衝突するおそれがある。
【0006】
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、上記のような現場であっても、第2の鉄筋の検出精度を一定に維持する自走式作業ロボット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】
【0007】
本請求項1に係る発明は、施工面に、所定の方向に延びた第1の鉄筋と該第1の鉄筋に交差する方向に延びて該第1の鉄筋の下側に配置された第2の鉄筋とによる格子状に敷設した前記第1の鉄筋と前記第2の鉄筋との交差部に対して所定の作業を行う自走式作業ロボットであって、前記第1の鉄筋上を走行する駆動ユニットと、前記第2の鉄筋を検知する鉄筋検知ユニットと、前記所定の作業を行う電動工具を操作する工具操作ユニットと、前記鉄筋検知ユニットが前記第2の鉄筋を検知した場合、前記駆動ユニットが停止し、前記工具操作ユニットが前記電動工具を操作することにより、前記交差部に対して前記所定の作業を行わせる制御ユニットと、を備え、前記鉄筋検知ユニットが、上下方向に移動して前記第2の鉄筋に乗り上げ可能に構成された接触子と、該接触子に設置されると共に、前記第1の鉄筋よりも下方に達する検出範囲を有して前記第2の鉄筋を検出する検出子とを備え、前記接触子が前記第2の鉄筋に乗り上げた場合にのみ、前記第2の鉄筋の上端が前記検出範囲内に含まれることを特徴としたものである。
【0008】
本請求項2に係る発明は、請求項1に記載された自走式作業ロボットの構成に加えて、前記検出子の下端が、前記接触子の下端よりも上方に位置することを特徴としたものである。
【0009】
本請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載された自走式作業ロボットの構成に加えて、前記電動工具は、結束線が供給される鉄筋結束可能空間を有し、該鉄筋結束可能空間における前記交差部を前記結束線で結束する鉄筋結束機であり、前記鉄筋結束可能空間が、前記交差部を前記結束線で結束する際に前記第1の鉄筋に当接する、前記鉄筋結束機の鉄筋当接面と、該鉄筋当接面よりも下方に位置して前記結束線が供給される前記結束線の湾曲下端までの距離で特定されており、前記接触子の下端と前記駆動ユニットの走行面の下端とを水平面に配置した場合の前記検出子の基準位置から下方への移動量が、前記鉄筋結束可能空間における前記鉄筋当接面から前記結束線の湾曲下端までの距離よりも短く設定されることを特徴としたものである。
【0010】
本請求項4に係る発明は、請求項1から3のいずれか一項に記載された自走式作業ロボットの構成に加えて、前記検出子が、磁気センサーであることを特徴としたものである。
【0011】
本請求項5に係る発明は、請求項4に記載された自走式作業ロボットの構成に加えて、前記検出子は、前記駆動ユニットの走行方向で見て、前記電動工具による前記所定の作業を行う位置よりも後方にずれて配置されており、前記電動工具による前記所定の作業を行う位置が、前記検出子による前記検出範囲の前端付近に設定されていることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【0012】
本請求項1に係る発明の自走式作業ロボットによれば、検出子自体が接触子と共に上下方向に移動するので、第2の鉄筋の検出可能範囲が上下方向に広くなる。そして、接触子が第2の鉄筋に乗り上げた場合には、検出子は接触子と共に上方に移動する。よって、第2の鉄筋の検出可能範囲が広くなっても、検出子から第2の鉄筋の上端までの距離が、検出子の最適な検知距離のまま保持される。この結果、第2の鉄筋の検出精度を一定に維持できる。
【0013】
本請求項2に係る発明の自走式作業ロボットによれば、請求項1に係る発明が奏する効果に加えて、検出子が第2の鉄筋に接近しても、検出子よりも先に接触子が第2の鉄筋に接触する。よって、検出子と第2の鉄筋との接触が回避されるため、検出子を保護できる。
本請求項3に係る発明の自走式作業ロボットによれば、請求項1または2に係る発明が奏する効果に加えて、検出子の下方への移動量を鉄筋結束可能空間内に設定すれば、第2の鉄筋が鉄筋結束可能空間に収まっているか否かを判別できるようになる。そして、第2の鉄筋が鉄筋結束可能空間内に収まる場合にのみ、交差部を結束線で結束できる。これに対し、仮に鉄筋のゆがみ等によって第1の鉄筋と第2の鉄筋との距離が遠くなっていた場合には、第2の鉄筋が鉄筋結束可能空間内に収まらないと判別でき、結束を禁止できる。これにより、第1の鉄筋のみが結束線で結束するような状況を回避できる。
【0014】
本請求項4に係る発明の自走式作業ロボットによれば、請求項1から3のいずれか一つに係る発明が奏する効果に加えて、磁気センサーを用いれば、太陽光や風などの外部環境の影響を受けにくくなる。このため、自走式作業ロボットを屋外で使用しても、安定した第2の鉄筋の検知が可能になる。
本請求項5に係る発明の自走式作業ロボットによれば、請求項4に係る発明が奏する効果に加えて、検出子による検出開始箇所が電動工具の作業領域付近になるため、所定の作業を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
図1】本発明の一実施例である自走式作業ロボットの全体斜視図(収縮)である。
図2図1の自走式作業ロボットの全体斜視図(伸張)である。
図3図2の底面図である。
図4】鉄筋検知ユニットの構造を説明するための図である。
図5】検出子の設置位置を説明するための図である。
図6】接触子のストローク幅を説明するための図である。
図7】(A)は接触子が第2鉄筋の位置に到達する前の状態を示す図であり、(B)は接触子が第2鉄筋の位置に到達した状態を示す図である。
図8】(A)は接触子が第2鉄筋の位置に到達する前の状態を示す図であり、(B)は接触子が第2鉄筋の位置に到達した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、添付図面を参照しながら本発明の自走式作業ロボットの好適な実施形態について説明する。図1は、本発明の一実施例である自走式作業ロボットの全体斜視図(収縮)である。また、図2は、図1の自走式作業ロボットの全体斜視図(伸張)であり、図3は、図2の底面図である。なお、図2図3では、説明の都合上、鉄筋結束ロボットから鉄筋結束機を取り外している。
【0017】
本発明の実施例である鉄筋結束ロボット100は、図1に示すように、複数の走行鉄筋LRと複数の直交鉄筋TRとを格子状に組んで敷設された施工面上を所定距離走行するごとに、鉄筋結束ロボット100に保持された鉄筋結束機RTにより所定作業である走行鉄筋LRと直交鉄筋TRとの交差部を結束線で結束する鉄筋結束作業を行う。鉄筋結束ロボット100が本発明の自走式作業ロボットに相当する。
【0018】
ここで、鉄筋結束ロボット100の走行方向(すなわち、走行鉄筋LRが伸びる方向)を「前後方向」とし、この走行方向と直交する水平方向(すなわち、走行鉄筋LRの下側で直交鉄筋TRが伸びる方向)を「左右方向」とし、これら「前後方向」および「左右方向」と直交する鉛直方向を「上下方向」とする。走行鉄筋LRが本発明の第1の鉄筋に、直交鉄筋TRが本発明の第2の鉄筋にそれぞれ相当する。
【0019】
鉄筋結束機RTは、作業者が手に持って使用する電動工具、いわゆる、手持ち式の電動工具であり、結束線を鉄筋の交差部に巻き付けて鉄筋の交差部を結束線で結束する。
この鉄筋結束機RTは、結束線繰り出し機構等を有する本体部RT1と、この本体部RT1の前方側から延在して結束線を収納するマガジンホルダーRT2と、本体部RT1の後方側から延在するグリップRT3と、このグリップRT3の底部に着脱自在に取り付けられたバッテリーRT4とを有している。例えば、本発明で用いる電動工具は、作業者が手持ちできてバッテリーで駆動する手持ち式の電動工具であれば、鉄筋結束機、タッカー、ピンタッカー(ピンネイラー)等、如何なるものであってもよい。特に、上記電動工具として鉄筋結束機を用いる場合は、マックス株式会社製の「RB-440T」であることが好ましい。
【0020】
本体部RT1の先端には、結束線に巻き癖をつけるアームAMと、このアームAMから送り出された結束線を本体部RT1の内部へ誘導するカールガイドCGとが設けられている。
グリップRT3の前方側にはトリガーBTが設けられており、このトリガーBTを引くことで、アームAMからカールガイドCGに向けて結束線が繰り出される。
【0021】
そして、鉄筋結束ロボット100は、複数の走行鉄筋LRのうち任意の1本の走行鉄筋LR上を走行する駆動ユニット110と、この駆動ユニット110の左右一対に設けられ、駆動ユニット110が走行する走行鉄筋LRとは異なる走行鉄筋LR上を転動する共に鉄筋結束機RTを保持する作業ユニット120と、駆動ユニット110および作業ユニット120を制御する制御ユニット130と、駆動ユニット110と作業ユニット120とを連結する連結機構140とを備えている。
【0022】
作業ユニット120は連結機構140により駆動ユニット110に対して伸縮自在となっており、図1のように作業ユニット120を駆動ユニット110に対して最も接近させた収縮状態や図2のように作業ユニット120を駆動ユニット110に対して最も遠ざけた伸張状態を採ることができる。
【0023】
図2に示すように、駆動ユニット110は、鉄筋結束ロボット100の有する様々なユニットが取り付けられるフレーム111と、このフレーム111の底部に設けられ、走行鉄筋LR上を走行する駆動輪112と、この駆動輪112に連結される従動プーリー113と、駆動輪112を駆動させる駆動モーター114と、この駆動モーター114と従動プーリー113とを連結するベルト115と、駆動モーター114などの電力源となる二次電池116とを有している。さらに、駆動ユニット110の上端には、鉄筋結束ロボット100を運搬する際の持ち手となる運搬用持ち手119が設置されている。
【0024】
さらに、図3に示すように、駆動ユニット110は、直交鉄筋TRを検知する鉄筋検知機構170と、走行鉄筋LRの端部を検知する端部検知機構118とを有している。なお、鉄筋検知機構170が本発明の鉄筋検知ユニットに相当する。
フレーム111は、正面視および背面視においてU字状であり、底部と頂部が前後方向に伸びるフレーム本体111aと、このフレーム本体111aの底部に取り付けられた平板状のベースプレート111bと、フレーム本体111aの頂部の前後方向中央付近に取り付けられた上部プレート111cとを有している。なお、本実施例において、フレーム本体111aの断面形状は、矩形状になっている。
【0025】
駆動輪112は、フレーム本体111aに懸架されており、前方側に配置される前方駆動輪112fと後方側に配置される後方駆動輪112rとをからなる。
この前方駆動輪112fと後方駆動輪112rとは共に円筒状であり、その左右方向の幅は図3に示すようにほぼ一致している。
従動プーリー113は、前方駆動輪112fに連結している前方従動プーリー113fと、後方駆動輪112rに連結している後方従動プーリー113rとを有している。
【0026】
駆動モーター114は、ベースプレート111bにL字状の座金114aを介して取り付けられている。また、この駆動モーター114の先端には駆動プーリー114bが取り付けられており、この駆動プーリー114bは駆動モーター114と一体に回転する。
ベルト115は、駆動プーリー114bと従動プーリー113とに掛けられており、駆動モーター114による動力を駆動輪112に伝達している。
二次電池116は、ベースプレート111bの前方側と後方側に1つずつ載置されている。
【0027】
端部検知機構118は、フレーム本体111aに懸架された接触式の検知ユニットであり、前方駆動輪112fの前方に配置された前方端部検知機構118fと、後方駆動輪112rの後方に配置された後方端部検知機構118rとからなる。
運搬用持ち手119は、フレーム本体111aの上部に取り付けられており、前方側に配置された前方運搬用持ち手119fと、後方側に配置された後方運搬用持ち手119rとからなる。
【0028】
次に、作業ユニット120は、駆動ユニット110の左側に連結された左側作業ユニット120Lと、駆動ユニット110の右側に連結された右側作業ユニット120Rとからなる。
左側作業ユニット120Lと右側作業ユニット120Rとは、駆動ユニット110に対してほぼ点対称に配置されているのみで、構造は同様である。したがって、以下、特段の場合を除き、右側作業ユニット120Rで作業ユニット120の構造を説明する。
【0029】
作業ユニット120は、作業ユニット120の有する様々な部材が取り付けられるフレーム121と、このフレーム121の底部に設けられ、走行鉄筋LR上を転動する補助輪122と、障害物との衝突を検知する衝突検知機構123とを有している。
さらに作業ユニット120は、鉄筋結束機RTを操作する結束機駆動機構124と、この結束機駆動機構124に取り付けられて鉄筋結束機RTを着脱自在に保持する結束機保持機構125とを有している。結束機駆動機構124が本発明の工具操作ユニットに相当する。
【0030】
フレーム121は、側面視において台形状であり、その上部は連結機構140と連結されている。また、フレーム121の下部には、補助輪122がL字状の取付金具121aを介して取り付けられている。さらに、フレーム121の上部前方側(左側作業ユニット120Lにおいては上部後方側)には、作業ユニット120を駆動ユニット110に対して伸縮させる際の持ち手となる伸縮用持ち手121bが設けられている。
【0031】
補助輪122は、フレーム121の取付金具121aに懸架されており、前方側に配置される前方補助輪122fと、後方側に後方補助輪122rとから構成されている。前方補助輪122fと後方補助輪122rとは、その左右方向の幅は図3に示すようにほぼ一致している。
加えて、補助輪122は、図2に示すように、断面形状が鼓型の補助輪本体122aと、この補助輪本体122aを軸支すると共にフレーム121の取付金具121aと接続される補助輪保持部材122bとを有している。
【0032】
また、左側作業ユニット120Lの補助輪122と右側作業ユニット120Rの補助輪122とでは、前後方向に相互にずれて配置されている。すなわち、図3に示すように、左側の前方補助輪122fの回転軸ALFと右側の前方補助輪122fの回転軸ARFとが前後方向に相互にずれて配置されている。同様に、左側の後方補助輪122rの回転軸ALRと右側の後方補助輪122rの回転軸ARRとについても前後方向に相互にずれて配置されている。さらに、補助輪122の各回転軸ALF、ARF、ALR、ARRは、駆動ユニット110の駆動輪112の回転軸ADとも前後方向に相互にずれて配置されている。
【0033】
衝突検知機構123は、補助輪本体122aに取り付けられた接触センサーであり、前方補助輪122f側については補助輪本体122aの前方側、後方補助輪122r側については補助輪本体12aの後方側にそれぞれ取り付けられている。
結束機駆動機構124は、図2に示すように、フレーム121の上部後方側(左側作業ユニット120Lにおいては上部前方側)に取り付けられている。そして、この結束機駆動機構124は、フレーム121と連結されるベースプレート124aと、このベースプレート124aに取り付けられたモーター124bと、このモーター124bの出力により鉛直方向に上下動する昇降部124cとを有している。
【0034】
結束機保持機構125は、結束機駆動機構124の昇降部124cに取り付けられており、モーター124bの出力に応じて昇降自在となっている。
この結束機保持機構125は、図2図3に示すように、鉄筋結束機RTのマガジンホルダーRT2が載置されると共に鉄筋と当接する受け部材125aと、鉄筋結束機RTを上方から押さえる押さえ部材125bと、鉄筋結束機RTの側方への飛び出しを押さえる側方保持部材125cとを備えている。さらに、結束機保持機構125は、受け部材125aが鉄筋に当接した後に鉄筋結束機RTのトリガーBTと当接する結束機操作部材125dを有している。
【0035】
制御ユニット130は、制御基板等を内部に有する制御ユニット本体131と、鉄筋結束ロボット100を操作する操作部132とを有している。
制御ユニット本体131は、フレーム本体111aの前方に据え付けられている。この制御ユニット本体131の内部に設けられた制御基板は、駆動ユニット110の駆動モーター114、二次電池116、鉄筋検知機構170、端部検知機構118、作業ユニット120の衝突検知機構123、結束機駆動機構124、操作部132と電気的に接続される。この制御基板には、CPUやメモリ等が設けられており、メモリの例えばROMに格納されている各種プログラムやデータをRAMにロードし、各種プログラムを実行する。例えば、駆動モーター114や結束機駆動機構124は、鉄筋検知機構170、端部検知機構118、衝突検知機構123や操作部132からの入力によって駆動する。
【0036】
ところで鉄筋検知機構170は、フレーム本体111aに懸架されており、直交鉄筋TRを検知可能に構成される。
具体的には、図3に示すように、鉄筋検知機構170は、フレーム本体111aの下面の例えば中央位置であって、前方駆動輪112fと後方駆動輪112rとの間に設けられている。
【0037】
図4は、鉄筋検知機構170の構造を説明するための図であり、図1のIV-IV線で見た要部拡大図である。なお、図4以降では、鉄筋検知機構170を説明するために、図3などに示したベルト115の図示を省略している。
図4では、鉄筋結束ロボット100を右側(図1図3の右側)から見ており、鉄筋検知機構170は、スペーサー171Rと、センサー172Rとを有する。スペーサー171Rが本発明の接触子に相当し、センサー172Rが本発明の検出子に相当する。
【0038】
スペーサー171Rは例えば円盤状に形成され、その表面171aが鉄筋結束ロボット100の右側に設置された鉄筋結束機RTに対峙するように配置される。スペーサー171Rの裏面171bは、駆動ユニット110が走行する走行鉄筋LRに対峙するように配置されており、スペーサー171Rの外周面177が直交鉄筋TRに乗り上げ可能である。
なお、本実施例では上下動可能なスペーサー171Rの例を挙げて説明するが、スペーサー171Rは上下動すると共に回転可能であってもよい。この場合、外周面177と直交鉄筋TRとの接触箇所が同じ箇所にならないので、耐久性のあるスペーサー171Rを提供できる。
【0039】
鉄筋検知機構170は、上下方向に延びた板状のユニット支持部173を有する。ユニット支持部173は、スペーサー171Rの表面171aに対峙する位置に設けられており、ユニット支持部173の上端はフレーム本体111aに固定されている。
ユニット支持部173はキー溝174を有する。キー溝174は、上下方向に延びてユニット支持部173の表裏を貫通して形成される。
【0040】
また、鉄筋検知機構170は、上下方向に延びた丸棒状のガイドレール175を有する。ガイドレール175は、スペーサー171Rの裏面171bに対峙する位置に設けられ、ガイドレール175の上端もフレーム本体111aに固定される。
スペーサー171Rは、ガイドレール175に沿って上下方向に移動可能である。具体的には、スペーサー171Rの裏面171bの中央には、矩形状のスペーサー把持部176が設置されている。スペーサー把持部176は、上下方向に貫通した孔(図示省略)を有し、この孔に、鍔付きの筒状メンバー178を介してガイドレール175が挿通されている。これにより、スペーサー把持部176は、スペーサー171Rと共に、ガイドレール175に沿って、キー溝174の形成範囲内を上下方向に移動できる。
【0041】
センサー172Rは、検出範囲が下方に向くように設置されており、非接触で直交鉄筋TRを検出可能である。また、センサー172Rは、スペーサー171Rの表面171a側に配置され、センサー172Rの下端が、スペーサー171Rの下端よりも上方に位置している。これにより、スペーサー171Rが直交鉄筋TRに接近しても、センサー172Rよりも先にスペーサー171Rが直交鉄筋TRに接触する。よって、センサー172Rと直交鉄筋TRとの接触が回避されるため、センサー172Rを保護できる。なお、センサー172Rから延びた配線172bは制御ユニット130に電気的に接続される。
【0042】
センサー172Rは、例えば渦電流式の磁気センサーであり、センサーヘッドとドライバ(図示省略)で構成される。センサーヘッドは、接近した直交鉄筋TRに向けて高周波磁束を発生可能である。このセンサーヘッドに直交鉄筋TRが近づくと、渦電流損が大きくなって発振振幅が小さくなる。この発振振幅を整流して、直交鉄筋TRまでの距離を直流電圧の変化で検出している。このように、磁気センサーを用いれば、太陽光や風などの外部環境の影響を受けにくくなる。よって、鉄筋結束ロボット100を屋外で使用しても、安定した直交鉄筋TRの検知が可能になる。
【0043】
センサー172Rの前に直交鉄筋TRがあるか否かは、制御ユニット130で判別する。そして、センサー172Rの前に直交鉄筋TRが無いと判定した場合、制御ユニット130は、駆動ユニット110の走行を継続させる。これに対し、センサー172Rの前に直交鉄筋TRがあると判定した場合、駆動ユニット110の走行を停止させ、結束機駆動機構124を駆動させる。これにより、鉄筋結束機RTが下降して、交差部に対して結束作業が行われる。
【0044】
センサー172Rは、検出範囲の下端が走行鉄筋LRよりも下方に達するように、センサー支持部179を用いてスペーサー171Rに設置される。センサー支持部179は、例えば平面視で略U字状に形成され、略U字状の一端が、スペーサー171Rの裏面171b側に延びて、スペーサー把持部176の側面に連結されている。一方、略U字状の他端は、ユニット支持部173に重なるように延びている。この略U字状の他端は、裏面がキー溝174内でスペーサー171Rの表面171aの中心を把持する。また、この略U字状の他端は、表面171aの把持位置からさらに下方に延びた位置に、センサー172Rを固定するためのセンサー固定部179aを有している。
【0045】
なお、図4に示した鉄筋検知機構170は、鉄筋結束ロボット100の右側(図1図3の右側)から見えた一例(スペーサー171Rの表面171aやセンサー172Rが見える)を挙げて説明した。しかし、後述するセンサー172Rの設置位置を除き、鉄筋結束ロボット100の左側から見える鉄筋検知機構170(スペーサー171L、センサー172L)も同様に構成されており、スペーサー171Lの裏面171bは、走行鉄筋LRを挟んでスペーサー171Rの裏面171bに対峙する位置に設けられる。このため、スペーサー171Lも本発明の接触子に、センサー172Lも本発明の検出子にそれぞれ相当する。
【0046】
上述のように、本実施例ではセンサー172Rに磁気センサーを用いている。検出範囲が下方に向いた磁気センサーの場合、図5(A)に色付きの台形状で示すように、その検出範囲Sの下端は、センサー口径よりも駆動ユニット110の進行方向で見て前後方向に広くなる。つまり、直交鉄筋TRがセンサー172Rの真下に到達するよりも前に、直交鉄筋TRを検出可能である。そこで、センサー172Rに磁気センサーを用いた場合には、鉄筋結束機RTの作業位置よりも、センサー固定部179aを、駆動ユニット110の進行方向で見て後方にずれた位置に設定している。
【0047】
図5は、検出子の設置位置を説明するための図であり、図1のV-V線で見た要部拡大図である。図5(A)に示すように、鉄筋結束ロボット100の右側から見えるセンサー172Rは、鉄筋結束機RTの作業位置a(図中に1点鎖線で示す)よりも、駆動ユニット110の進行方向で見て後方にずれた位置に固定されている。これに対し、図5(B)に示すように、鉄筋結束ロボット100の左側から見えるセンサー172Lは、鉄筋結束機RTの作業位置a(図中に1点鎖線で示す)よりも、駆動ユニット110の進行方向で見て後方にずれた位置に固定されている。
【0048】
つまり、センサー172L,172Rが磁気センサーの場合、駆動ユニット110が図5(A)の右方向(図1の後退方向)に進行するときには、鉄筋結束機RTの作業位置a(図中に1点鎖線で示す)よりも前方に位置するセンサー172Lを例えばオフ状態にし、この作業位置aよりも後方に位置するセンサー172Rをオン状態にする。そして、駆動ユニット110が図5(A)の右方向に進行するときには、この作業位置aを、センサー172Rによる検出範囲Sの前端付近で検出する。これにより、センサー172Rによる直交鉄筋TRの検出開始箇所が鉄筋結束機RTの作業領域付近になるため、結束線による結束を確実に行うことができる。
【0049】
一方、駆動ユニット110が図5(B)の左方向(図1の前進方向)に進行するときには、鉄筋結束機RTの作業位置a(図中に1点鎖線で示す)よりも前方に位置するセンサー172Rを例えばオフ状態にし、この作業位置aよりも後方に位置するセンサー172Lをオン状態にする。そして、駆動ユニット110が図5(B)の左方向に進行するときには、この作業位置aを、センサー172Lによる検出範囲Sの前端付近で検出する。これにより、センサー172Lによる直交鉄筋TRの検出開始箇所が鉄筋結束機RTの作業領域付近になる。
【0050】
なお、本実施例では磁気センサーを搭載した例で説明したが、本発明の検出子は、接触子と相俟ってセンサー172Rから直交鉄筋TRまでの距離を一定にできるものであるため、フォトマイクロセンサー(光学センサー)等の公知のセンサーを搭載することもできる。センサー172L,172Rが光学センサーの場合には、その検出範囲はセンサー口径とほぼ同じになる。よって、センサーを鉄筋結束機RTの作業位置a(図5(A),(B)に1点鎖線で示す)に対してずらして配置しなくてもよい。センサーの位置をこの作業位置aに一致させるので、鉄筋検知機構170は、センサー172Lあるいはセンサー172Rのいずれかで一方で足りる。
【0051】
また、スペーサー171Rやセンサー172Rは、キー溝174の上端から下端までの間を移動できる。しかし、センサー172Rのストローク幅と鉄筋結束機RTの結束動作領域BAとの関係を求めておけば、制御ユニット130では、走行鉄筋LRよりも下方に位置する直交鉄筋TRが結束動作領域BAに収まっているか否かを判別できるようになる。
詳しくは、図6(A)に示すように、後方駆動輪112r(あるいは図5で説明した前方駆動輪112f)とスペーサー171Rを水平な地面に置いた場合(例えば図中にGLで示す)のセンサー172Rの高さを基準高さhとし、この基準高さhから下方に向かうセンサー172Rの移動量をストローク幅STとする。
【0052】
一方、鉄筋結束機RTの結束動作領域BAは、図6(B)に示すように、鉄筋結束機RTの前端にC字状に形成されており、アームAMからカールガイドCGに向けて繰り出された結束線(図中に2点鎖線で示す)で示すことができる。結束機駆動機構124の駆動によって下降した鉄筋結束機RTが走行鉄筋LRの上端に当接する面を鉄筋当接面BUとすると、結束動作領域BAは、鉄筋当接面BUから結束線の湾曲下端BDまでの距離BBで規定することができる。
【0053】
そして、図6(A)に示したストローク幅STが、図6(B)に示した鉄筋当接面BUから結束線の湾曲下端BDまでの距離BBよりも短く設定されている。
このように、センサー172Rの基準高さから下方へのストローク幅STを結束動作領域BA内に設定すれば、直交鉄筋TRが結束動作領域BAに収まっているか否かを判別できるようになる。直交鉄筋TRが結束動作領域BA内に収まる場合にのみ、走行鉄筋LRと直交鉄筋TRの交差部を結束線で結束できる。仮に鉄筋のゆがみ等によって走行鉄筋LRと直交鉄筋TRとの距離が遠くなっていた場合には、センサー172Rで直交鉄筋TRが検出されないので、直交鉄筋TRが結束動作領域BA内に収まらないと判別でき、結束を禁止できる。これにより、走行鉄筋LRのみが結束線で結束するような状況を確実に回避できる。
【0054】
駆動ユニット110が走行鉄筋LR上を後退(後方駆動輪112rや前方駆動輪112fが図7(A)の右方向に進行)している場合を想定すると、スペーサー171Rは、センサー172Rと共に右方に移動する。次いで、スペーサー171Rが直交鉄筋TRに接触すると、スペーサー171Rは、キー溝174に沿って上方に移動しながら、センサー172Rと共に右方向に移動する。その後、図7(B)に示すように、スペーサー171Rが直交鉄筋TRに乗り上げて、センサー172Rの検出範囲S内に直交鉄筋TRが到達する。これにより、渦電流損が大きくなって発振振幅が小さくなるので、制御ユニット130は、直交鉄筋TRを検知(鉄筋あり)していると判定する。この結果、鉄筋結束ロボット100の自走が停止される。
【0055】
これに対し、同じく駆動ユニット110が走行鉄筋LR上を後退(後方駆動輪112rや前方駆動輪112fが図8(A)の右方向に進行)し、スペーサー171Rが、センサー172Rと共に右方に移動している場合において、スペーサー171Rが直交鉄筋TRに接触しないときには、図8(B)に示すように、スペーサー171Rは直交鉄筋TRに乗り上げず、センサー172Rの検出範囲S内に直交鉄筋TRが到達しないため、スペーサー171Rは右方向にそのまま移動する。このときには、渦電流損が小さくなって発振振幅が大きいままであるので、制御ユニット130は直交鉄筋TRを検知しない(鉄筋無し)と判定する。この結果、鉄筋結束ロボット100の自走が継続される。
【0056】
このように、センサー172R自体がスペーサー171Rと共に上下方向に移動するので、直交鉄筋TRの検出可能範囲が上下方向に広くなる。そして、スペーサー171Rが直交鉄筋TRに乗り上げた場合、センサー172Rはスペーサー171Rと共に上方に移動して、直交鉄筋TRの上端がセンサー172Rの検出範囲S内に含まれる。これに対し、スペーサー171Rが直交鉄筋TRに乗り上げていない場合、直交鉄筋TRの上端がセンサー172Rの検出範囲S内に含まれない。よって、直交鉄筋TRの検出可能範囲が広くなっても、センサー172Rから直交鉄筋TRの上端までの距離が、センサー172Rの最適な検知距離のまま保持される。この結果、直交鉄筋TRの検出精度を一定に維持できる。
【0057】
上記実施例では、鉄筋結束ロボットの例を挙げて説明した。しかし、本発明はこの例に限定されない。直交鉄筋TRを検知可能な鉄筋検知機構を有すればよいので、本発明は、例えば、配筋検査用のロボットのような、建設作業用のロボットに適用することができる。
【符号の説明】
【0058】
100 ・・・ 鉄筋結束ロボット
110 ・・・ 駆動ユニット
111 ・・・ フレーム
111a・・・ フレーム本体
111b・・・ ベースプレート
111c・・・ 上部プレート
112 ・・・ 駆動輪
112f・・・ 前方駆動輪
112r・・・ 後方駆動輪
113 ・・・ 従動プーリー
113f・・・ 前方従動プーリー
113r・・・ 後方従動プーリー
114 ・・・ 駆動モーター
114a・・・ 座金
114b・・・ 駆動プーリー
115 ・・・ ベルト
116 ・・・ 二次電池
118 ・・・ 端部検知機構
118f・・・ 前方端部検知機構
118r・・・ 後方端部検知機構
119 ・・・ 運搬用持ち手
119f・・・ 前方運搬用持ち手
119r・・・ 後方運搬用持ち手
120 ・・・ 作業ユニット
120L・・・ 左側作業ユニット
120R・・・ 右側作業ユニット
121 ・・・ フレーム
121a・・・ 取付金具
121b・・・ 伸縮用持ち手
122 ・・・ 補助輪
122f・・・ 前方補助輪
122r・・・ 後方補助輪
122a・・・ 補助輪本体
122b・・・ 補助輪保持部材
123 ・・・ 衝突検知機構
124 ・・・ 結束機駆動機構
124a・・・ ベースプレート
124b・・・ モーター
124c・・・ 昇降部
125 ・・・ 結束機保持機構
125a・・・ 受け部材
125b・・・ 押さえ部材
125c・・・ 側方保持部材
125d・・・ 結束機操作部材
130 ・・・ 制御ユニット
131 ・・・ 制御ユニット本体
132 ・・・ 操作部
140 ・・・ 連結機構
150 ・・・ 揺動機構
150L・・・ 左側揺動機構
150R・・・ 右側揺動機構
170 ・・・ 鉄筋検知機構
171L・・・ スペーサー
171R・・・ スペーサー
171a・・・ 表面
171b・・・ 裏面
172L・・・ センサー
172R・・・ センサー
172b・・・ 配線
173 ・・・ ユニット支持部
174 ・・・ キー溝
175 ・・・ ガイドレール
176 ・・・ スペーサー把持部
177 ・・・ 外周面
178 ・・・ 筒状メンバー
179 ・・・ センサー支持部
179a・・・ センサー固定部
ALF ・・・ 左側前方補助輪の回転軸
ARF ・・・ 右側前方補助輪の回転軸
ALR ・・・ 左側後方補助輪の回転軸
ARR ・・・ 右側後方補助輪の回転軸
AD ・・・ 駆動輪の回転軸
RT ・・・ 鉄筋結束機
RT1 ・・・ 本体部
RT2 ・・・ マガジンホルダー
RT3 ・・・ グリップ
BT ・・・ トリガー
RT4 ・・・ バッテリー
AM ・・・ アーム
BA ・・・ 結束動作領域
BU ・・・ 鉄筋当接面
BD ・・・ 結束線の湾曲下端
BB ・・・ 鉄筋当接面BUから結束線の湾曲下端BDまでの距離
CG ・・・ カールガイド
GL ・・・ 走行面の下端
ST ・・・ ストローク幅
LR ・・・ 走行鉄筋
TR ・・・ 直交鉄筋
a ・・・ 鉄筋結束機の作業位置
h ・・・ センサーの基準高さ
S ・・・ 磁気センサーの検出範囲
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8