JP2001289638A

JP2001289638A - 自走式作業装置

Info

Publication number: JP2001289638A
Application number: JP2000109248A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Moriyama; 茂森山; Hiroshi Higashihama; 浩東▲濱▼
Original assignee: Sumitomo Densetsu Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Densetsu Co Ltd
Priority date: 2000-04-11
Filing date: 2000-04-11
Publication date: 2001-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】自己の位置座標を求めて予め入力した移動順
序に従って目標地点まで自走し、停止後、搭載した作業
機器の目標地点からのずれを修正し、その後、作業機器
による作業を実施する自走式作業装置を提供する。【解決手段】自走式台車２上にレーザ測距測角儀３
と、ＸＹテーブル４と、マーキングツール５を設ける。
出発点での自己位置同定を終えた台車２をコントローラ
６を通じて予め入力したプログラムに基づく制御を行っ
て目標地点に誘導し、このときに起こる不可避の位置ず
れをＸＹテーブル４で修正してマーキングツール５を目
標地点に迅速かつ高精度に位置決めするようにした。Ｘ
Ｙテーブルによる位置ずれの修正は、レーザ測距測角儀
３で台車２の位置座標を求めて予め設定した目標点から
のずれ量を演算して行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自己の位置座標
を求めて予め入力した移動順序に従って目標地点に向か
って走行し、目標地点近くで停止後、搭載した作業機器
（作業ツールや監視カメラなど）の目標地点からのずれ
を修正して目標地点で作業機器による作業を行う自走式
作業装置（いわゆるロボット）に関する。

【０００２】なお、この装置は、多数の目標地点で同じ
作業を繰り返すのに適している。そのような作業の代表
例として、躯体工事における墨出し（マーキング）があ
るので、以下の説明はその墨出しを例に挙げて行う。

【０００３】

【従来の技術】従来の躯体工事における墨出し方法は、
ビルの間仕切り等、全ての寸法の基準になる「通芯」か
ら１ｍ離れた型枠の床面上に基準線（いわゆる寄り墨）
が建築業者によって引かれているので、電気工事及び設
備工事業者は、この基準線を基に各器具類やボックス、
吊りボルト等のアンカー位置を巻き尺等で測定してマー
キングし、インサートスタッドやフィクスチャースタッ
ドを取付けている。また、建築業者も間仕切や扉、窓な
どの墨出しを同様な方法で行っている。

【０００４】また、建築躯体工事が完了し、型枠解体、
後片づけ、清掃終了後コンクリート床面に再度引かれた
基準線から各器具類の設置中心部までの寸法を巻き尺等
で測定し、下げ振りを使用して天井等に対する実際の器
具取付点を求めてマーキング（中心部１点又は四隅の４
点）を行っており、この作業に多くの手間と時間がかか
っている。

【０００５】最近では、レーザ光線で地墨、鉛直線、水
平点や水平、垂直ラインを表示する自動水平調整機構を
内蔵したレーザ墨出し装置が市販されており、これを使
用することで、天井、床、壁面等、あらゆる位置の墨出
しがある程度楽に行えるようになったが、建築、電気、
設備工事業者は、その装置によるレーザ表示ポイントか
らアンカー位置などを測定してマーキングを行ってお
り、作業の手間と時間を充分に削減できるまでには至っ
ていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
法による墨出し作業は、多くの手間と時間を要する。

【０００７】また、高所でのマーキングは脚立等を利用
して行うが、足場の悪い環境下で実測しながらマーキン
グを行う作業や、風雨に晒される高層ビルのデッキプレ
ート上での作業は効率が悪く、安全面でも問題がある。

【０００８】さらに、工事が輻輳し、他の工事との並行
作業が行えない場合には、手待ちになるか、夜間や休日
など他の工事と輻輳しない時間帯に作業を行わざるを得
ないが、夜間や休日の仕事は特別手当を要し、人件費が
高くつく。

【０００９】このほか、手作業による高精度の墨出しを
行える熟練者が少なく、人材確保にも苦労している。

【００１０】そこで、この発明は、自動墨出しは勿論、
穿孔やアンカー打込み、建築や設備工事に係わる他の作
業、照明の照度測定、機器類などの監視、点検と言った
各種の作業に利用でき、いずれの作業においても、合理
化や作業性、安全性の向上、人件費削減などの効果をも
たらす自動位置出し機能を備えた自走式作業装置を提供
することを課題としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、予め入力した移動プログラム
に従って作業地点に移動する自走式台車と、その台車の
荷台上に設ける電子式光波測距測角儀と、台車の荷台上
に設ける動力駆動のＸＹテーブルと、台車の荷台を水平
に保つ自動水平機構と、ＸＹテーブル上に設ける作業機
器と、台車の走行制御及びＸＹテーブル、作業機器の駆
動制御を行う制御部と、その制御部の一要素として含ま
せる遠隔操作用のコントローラとを備えさせて自走式作
業装置を構成する。

【００１２】また、この装置は、工事原図（これはＣＡ
Ｄで作成されたものを利用できる）を転写した環境モデ
ルと、その環境モデル内における作業地点の座標と、台
車の移動、作業機器の位置出し及び作業メニューに関す
るプログラムを前記制御部のコンピュータに予め入力
し、出発点での自己位置同定を終えた台車を作業地点に
向かって移動させ、さらに、前記光波測距測角儀で床面
の基準点に配置した反射ターゲットまでの距離を測定し
て作業地点の近くに停止した台車と作業点との間のずれ
量を演算し、そのずれを前記ＸＹテーブルで修正して作
業機器を作業地点に位置決めし、その後、作業機器によ
る作業を実施するようにしておく。

【００１３】なお、搭載する作業機器の種類によって
は、台車の荷台を水平にする自動水平調整機構に代えて
台車の傾き角を検出するセンサを設け、作業地点の近く
に移動して停止した台車と作業地点間のずれ量の演算が
前記センサで検出した台車の傾きによる誤差分を補正し
てなされ、その補正後の演算値に基づいてＸＹテーブル
による作業機器の位置決めがなされるようにしておくこ
ともできる。

【００１４】台車は、車輪又はクローラで走行するもの
がスムーズな移動が行えて好ましい。中でもクローラで
移動するものは、作業時の安定性が良くて好ましい。

【００１５】

【作用】コンピュータに入力した環境モデル内の目標点
（作業地点）に向けて移動体を、誘導電波等に頼らずに
プログラムに基づいて移動させる場合には、内的要因或
いは外的要因による不可避の位置ずれが起こる。その目
標点からの位置ずれを墨出し等における許容誤差内に収
めるのは現状技術では不可能である。近年普及している
誘導技術にＧＰＳ（汎世界測位システム）を利用したナ
ビゲーションシステムがあるが、これとて数メートルの
誤差があり、許容誤差を小さく抑える要求には応え得な
い。

【００１６】そこで、この発明では、位置ずれが起こる
ことを前提にして台車を移動させ、その台車が目的地に
停止した後に発生したずれを修正する。それを可能なら
しめるために電子式光波測距測角儀を備えさせている。
この光波測距測角儀で床面の基準点に配置した反射ター
ゲットまでの距離を測定して台車の自己位置を求める。
これにより、環境モデル内に設定した作業地点から台車
までのずれ量を演算することが可能になる。また、こう
してずれ量を求めても、緻密な位置制御が難しい台車を
動かしてずれを修正しようとすると迅速な位置出しが望
めない。

【００１７】そこで、ＸＹテーブルを用いてそのＸＹテ
ーブルでずれを修正し、ＸＹテーブル上に設けた作業機
器を作業地点に位置決めする。これにより、最終的な位
置ずれを悪くても数ｍｍ以内に納めることができる。こ
の値は、墨出し等では許容される範囲内にある。

【００１８】台車の作業地点からの位置ずれがＸＹテー
ブルによる修正能力（テーブルの移動範囲）を超えてい
る場合には、当然のことながら、ずれがＸＹテーブルに
よる修正能力の範囲内に収まるところまで台車を動か
し、その後、ＸＹテーブルによる修正を行う。

【００１９】こうして作業機器を位置決めしたら、その
作業機器による作業を実施する。また、作業終了後、台
車がプログラムに基づいて次の作業地点に移動し、そこ
での位置ずれ演算、ずれ修正、作業実施の動作を繰り返
す。

【００２０】なお、荷台の自動水平機構が無く、停止し
た台車の荷台が傾いていると、台車と作業地点間のずれ
量が正確に求まらない。このため、荷台の自動水平機構
を持たない装置については、荷台の傾き角を検出するセ
ンサを備えさせ、荷台の傾きによる誤差を補正してずれ
量の演算がなされるようにしておく。

【００２１】穿孔等を行う装置は、荷台自体が傾くと作
業機器も傾くので不具合が生じるが、点検、監視等を行
う装置は、荷台が多少傾いても作業を支障無く行えるこ
とがある。そのような装置は、荷台の自動水平機構は必
須ではなく、それに代わる安価なセンサで傾き角を検出
してずれ量の補正演算を行う方が得策である。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、添付図に基づいて、この発
明の自走式作業装置の実施形態について述べる。

【００２３】図１乃至図３に示す自走式作業装置１は、
床面の墨出しを行うものを例に挙げている。この作業装
置１は、荷台の自動水平機構（図示せず）を内蔵した自
走式台車２と、電子式レーザ測距測角儀３と、動力駆動
のＸＹテーブル４と、そのＸＹテーブル上に設けるマー
キングツール５と、コンピュータで前述の各要素の駆動
制御を行う制御部と、その制御部の一要素として含ませ
る遠隔操作用のコントローラ６と、台車２とコントロー
ラ６との間で通信を行う無線通信器７とを備えて成る。
台車２にはバッテリー（図示せず）を搭載しており、そ
こから供給される電力で装置の運転がなされる。

【００２４】台車２は、図２に示すように、車体２ａが
傾いても自動水平機構が働いて荷台２ｂが常に水平に保
たれるようにしてある。自動水平機構は、重力で荷台２
ｂが自然に水平になるものが簡単かつ安価で好ましい
が、荷台の４隅を動力駆動のジャッキで支え、そのジャ
ッキをコンピュータで制御して荷台を水平に保つものな
どであってもよい。

【００２５】レーザ測距測角儀３は、市販品を一部改造
して搭載している。このレーザ測距測角儀３は、自動水
平機構によって水平に保たれる測距部３ａを有してお
り、その測距部３ａ内の発光ダイオードを設定周波数で
点滅させて明暗を繰り返す光を基準点に設けた反射ター
ゲットに向けて送光し、その送光信号と反射して戻った
受光信号の位相差を検出し、位相差が発生している間の
クロックパルス数から距離を計算するようになってい
る。測距精度は数十ｍ先（最大２ｋｍ）の対象物に対
し、誤差が１ｍｍ程度であり、不足はない。このレーザ
測距測角儀３は、縦軸を支点に旋回して方位角も測定
し、従って、複数の基準点に置かれた反射ターゲットと
の間の距離を求めて三角測量法で台車２の位置座標を求
め、かつ、そのときの台車の向きも知ることができる。
なお、使用する測距測角儀はレーザ以外の光波を利用す
るものであってもよい。

【００２６】ＸＹテーブル４は、第１、第２摺動テーブ
ル４ａ、４ｂをそれぞれサーボモータ等（図示せず）で
駆動して第２摺動テーブル４ｂ上のマーキングツール５
を目標地点に高精度に位置決めする。

【００２７】マーキングツール５は、図３に示すマーカ
５ａとそのマーカの駆動装置５ｂとから成る。マーカ５
ａはカラーマーカ、色鉛筆、インクジェット式印字機な
ど適当なものを利用できる。駆動装置５ｂは、マーカ５
ａを上げ下げする。この機能のほかに、十字や円を画け
る機能を持つものや表示色の切替えができるものが好ま
しい。

【００２８】マーカ５ａは、ＸＹテーブル４による位置
制御でＸ軸及びＹ軸方向に動く。その際の干渉を避ける
ために、ここでは、図３に示すように、台車の車体２
ａ、荷台２ｂ、第１摺動テーブル４ａに孔をあけてい
る。第１摺動テーブル４ａの孔は台車の前後方向に延び
る長孔である。

【００２９】上述した台車２、レーザ測距測角儀３、Ｘ
Ｙテーブル４、マーキングツール５は、レーザ測距測角
儀３からの測距情報を制御部に取込み、予め設定したプ
ログラムに基づいて制御する。

【００３０】制御部の一要素として含ませるコントロー
ラ６は、携帯型のパーソナルコンピュータ（いわゆるノ
ートパソコン）などを利用できる。

【００３１】以上の如く構成した自走式作業装置の運転
操作の一例を以下に記す。

【００３２】先ず、コントローラ６を操作して必要なデ
ータを入力する。データとして必要なものは第１に環境
モデルである。工事原図の写しや作業現場に引かれてい
る基準線などを入力して環境モデルを作成し、その環境
モデル中に各墨出し点の座標を入力する。また、実環境
の床面に引かれている基準線の各交点部に反射ターゲッ
トを設置する。環境モデルはＣＡＤで作成された図面の
データを入力して作ると手間が省けて好ましい。

【００３３】さらに、台車２の運転モード、移動手順、
マーキングツールの位置決め、マーキングツールによる
作業手順などに関するプログラムも予め入力する。

【００３４】以上の下準備を整えたら台車２をホームポ
ジションから出発点に移動させ、レーザ測距測角儀３で
各反射ターゲットまでの距離を測定して出発点での自己
位置同定（ゼロ点調整）を行う。また、台車２の姿勢
（向き）修正が必要ならそれも行う。その姿勢修正を行
ったときには再度自己位置同定を行い、その後、移動順
序を決定してオペレータがコントローラ６経由で台車２
に移動指令を出す。その指令を受けた台車２は、出発時
の自己位置と到達目標点から算出される指令値に基づい
て自動走行する。

【００３５】走行中の軌道修正は行わない。原理的には
可能であるが、走行中の位置のモニタリングは高度な技
術を要し、好ましくない。

【００３６】出発時に算出した指令値に基づき、途中で
の軌道修正を行わずに台車２を自動走行させると、台車
精度などの内的要因、及び床面の傾き、凹凸などの外的
要因により停止点が到達目標点からずれる。

【００３７】そこで、レーザ測距測角儀３による測距を
実施して目標点近くに停止した台車の自己位置を求め
る。

【００３８】台車の自己位置が求まれば、環境モデル内
に設定した到達目標点までのずれ量も求まる。そのずれ
量を演算し、ＸＹテーブル４でマーキングツール５を正
しく位置決めする。例えば、今、図３において環境モデ
ル内に設定した墨出し点がＡ、演算して求めたずれ量が
ΔＳとすると、ΔＳのずれをＸＹテーブル４で迅速かつ
高精度に修正することができる。停止点のずれがＸＹテ
ーブル４の修正能力を超える可能性は小さいが、仮にそ
のような状況が起こったら台車２を先に動かしてその後
にＸＹテーブル４による位置決めを行う。

【００３９】マーキングツール５を墨出し点に位置決め
したら作業プログラムに基づいて墨出しを実施する。ま
た、その作業を終了したら、そこで再度の姿勢修正、自
己位置同定を行い、オペレータからの指令で次の墨出し
点に移動して上記の動作を繰り返す。オペレータは事故
防止のために装置の挙動も監視し、必要ならば、自動制
御を止めて手動操作による制御を行う。作業現場の状況
によっては、オペレータによる移動制御が必要になるこ
ともあり、従って自動制御とセミオート制御を切替えて
実施できるようにしておくと好ましい。

【００４０】図４に、前述の墨出し作業に関するフロー
チャートの一例を示す。

【００４１】図５は、コントローラ（パソコン）６での
画面表示の一例である。画面（Ｉ）は、工事原図を転写
して作成された装置内の環境モデルを表示している。図
中Ｒ ₀は作業装置を、Ｔｒ１は床面の基準点に配置した
反射ターゲットを、Ｐｉｊは墨出し点を各々表してい
る。

【００４２】画面（Ｉ）の内、作業実施領域を指定する
とその部分（点線枠内）を拡大表示した（II）の画面に
変わり、同時に右肩窓に環境モデルの全体が縮小表示さ
れる。

【００４３】この画面（II）上で、作業装置の移動順序
を指示する。指定箇所をクリックすると画面（III ）に
示すように出発点（ここでは画面（Ｉ）内の左下の反射
ターゲット設置点）からの最適移動ルートが自動的に設
定されて矢印で表示されるようにしておくと好ましい。
同時に左窓にルート中の各ポイントの座標が表示される
ようにしておいてもよい。

【００４４】また、必要に応じ、画面（IV）に示すよう
に、作業装置の予想姿勢（図はポイントＰ３４到達時の
予想姿勢）や次の墨出し点の予想位置を表示する機能な
どを付加しておくこともできる。

【００４５】画面（Ｖ）は、作業装置の実際の移動状況
を示している。作業装置が通過すると各ポイントの表示
色が変わり、それによって作業装置がどこまで進んだか
が判る。作業装置がＰ３４に到達し、そこでの作業が実
施されると画面（Ｖ）の右肩窓に作業状況が表示され
る。図の表示はＸＹテーブルによる位置決めが完了し、
現在墨出し作業中であることを示している。この状況で
は、作業装置に移動指令が出されてもインターロックが
働いて指令に従わない。

【００４６】Ｐ３４での墨出し作業が完了すると、左窓
に合否が表示される。この後、Ｐ３６に向かうために装
置の向きを修正し、そこでの自己位置同定を終えたらオ
ペレータから移動指示を出して次の作業を進める。以上
の動作を繰り返すと各墨出し点での墨出しが全て完了す
る。

【００４７】なお、ここで述べた画面表示はあくまでも
一例であって、装置の使用法を制限するものではない。

【００４８】また、搭載する作業機器もマーキングツー
ルに限定されない。穿孔用のドリル、アンカー打込み
機、照明灯の照度測定用センサ、配電盤などの点検、監
視用のカメラなどを搭載して墨出し以外の作業を実施さ
せるようにしてもよい。

【００４９】

【発明の効果】以上述べたように、この発明の作業装置
は、台車の目標地点からの位置ずれを台車に搭載したＸ
Ｙテーブルで修正して台車上に搭載した作業機器を目標
地点に迅速かつ高精度に位置決めできるようにしたの
で、これまで人手に頼らざるを得なかった墨出し等の作
業もこの装置を用いて自動化することができ、作業の合
理化による作業能率の向上、労力、人件費の削減、安全
性の向上などが図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の作業装置の実施形態を示す斜視図

【図２】同上の装置の車体傾斜状態の正面図

【図３】マーキングツール設置部の断面図

【図４】図１の装置による墨出し作業の一例を示すフロ
ーチャート

【図５】コントローラの画面表示例を示す図

【符号の説明】

１自走式作業装置２台車２ａ車体２ｂ荷台３レーザ測距測角儀３ａ測距部４ＸＹテーブル４ａ第１摺動テーブル４ｂ第２摺動テーブル５マーキングツール５ａマーカ５ｂ駆動装置６コントローラ７無線通信器Ｒ₀ 画面上の作業装置Ｔｒ１反射ターゲットＰｉｊ墨出し点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２５Ｊ 13/08 Ｂ２５Ｊ 13/08 ＡＥ０４Ｇ 21/18 Ｅ０４Ｇ 21/18 ＢＧ０１Ｃ 15/00 Ｇ０１Ｃ 15/00 ＡＧ０５Ｄ 1/02 Ｇ０５Ｄ 1/02 ＹＦターム(参考） 2E174 DA37 DA41 3F059 AA08 AA11 BB07 BC07 CA06 DA02 DA05 DA09 DB04 DB08 DC08 DD01 DD08 DD11 DE06 FA03 FA05 FA10 FB01 FB12 FB16 FB26 FC02 FC13 FC14 3F060 AA00 CA13 CA23 CA26 GA05 GD14 HA02 HA16 HA35 5H301 AA01 BB03 CC03 CC06 CC09 DD01 DD06 FF06 GG08 JJ06 JJ10 KK02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】予め入力した移動プログラムに従って作
業地点に移動する自走式台車と、その台車の荷台上に設
ける電子式光波測距測角儀と、台車の荷台上に設ける動
力駆動のＸＹテーブルと、台車の荷台を水平に保つ自動
水平機構と、ＸＹテーブル上に設ける作業機器と、台車
の走行制御及びＸＹテーブル、作業機器の駆動制御を行
う制御部と、その制御部の一要素として含ませる遠隔操
作用のコントローラとを有し、工事原図を転写した環境モデルと、その環境モデル内に
おける作業地点の座標と、台車の移動、作業機器の位置
出し及び作業メニューに関するプログラムを前記制御部
のコンピュータに予め入力し、出発点での自己位置同定
を終えた台車を作業地点に向かって移動させ、さらに、
前記光波測距測角儀で床面の基準点に配置した反射ター
ゲットまでの距離を測定して作業地点の近くに停止した
台車と作業地点との間のずれ量を演算し、そのずれを前
記ＸＹテーブルで修正して作業機器を作業地点に位置決
めし、その後、作業機器による作業を実施するように構
成された自走式作業装置。
【請求項２】請求項１記載の自走式台車、電子式光波
測距測角儀、ＸＹテーブル、作業機器、制御部及びコン
トローラと、台車の傾き角を検出するセンサとを有し、
作業地点の近くに移動して停止した台車と作業地点間の
ずれ量の演算が前記センサで検出した台車の傾きによる
誤差分を補正してなされ、その補正後の演算値に基づい
てＸＹテーブルによる作業機器の位置決めがなされるよ
うにした自走式作業装置。
【請求項３】前記台車をクローラで移動するものにし
た請求項１又は２記載の自走式作業装置。