JP2815606B2 - コンクリート床仕上ロボットの制御方式 - Google Patents

コンクリート床仕上ロボットの制御方式

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、コンクリート打ち込み後に床面を平坦に仕
上げるコンクリート床仕上ロボットの制御方式に関す
る。
［従来の技術］ 近年、建築現場でコクリート打ちした床を平坦に仕上
げるために使用するコンクリート床仕上ロボットの実用
化が進められている。
このコンクリート床仕上ロボットにあっては、走行輪
により走行可能なロボット本体の後部にトロウェルとし
て知られた回転ごてを設け、回転ごてを回転駆動させな
がらコンクリート打ちが済んだ床を走行して平坦に仕上
げる。
ロボットの走行運転は手動運転と自動運転が選択で
き、自動運転については、例えば第８図に示すように、
コンクリート打ちを行なう壁等で仕切られる区画10内に
横幅Lx及び奥行きLyの指定により施工範囲12を設定し、
この施工範囲内12にジグザグ走行パターン14を設定し、
この走行パターン14に沿ってロボットを自動運転する。
ここで走行パターン14の設定は、ロボットを走行開始
点Ｓに位置決めして正しく走行方向に向け、このときジ
ャイロコンパス等で検出されている方位を基準方位とし
てセットし、また最初の旋回方向を例えば左方向にセッ
トし、更に奥行き方向の走行距離となるラップ幅Ｗをセ
ットすることで施工範囲内14に図示のジグザグ走行パタ
ーンを設定することができる。
尚、ラップ幅Ｗとしては、ロボットに設けた回転ごて
の作業幅以内の距離を設定することで未作業領域を生じ
ないようにする。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来のコンクリート床面仕
上ロボットの制御方式にあっては、異なる形状の施工範
囲をもつ複数の区画を作業する場合、施工範囲の幅、奥
行、旋回方向が施工範囲に対するコンクリート打設の順
番により様々に変わるため、その都度、ジグザク走行パ
ターンを決める幅、奥行、最初の旋回方向を設定変更す
る必要があった。一般に奥行きの値についてはコンクリ
ートの硬化の様子を見ながら自動運転の停止再開を繰り
返すので、設定値を大きめにしておき、オペレータが奥
行きを管理するケースが多い。特に幅と旋回方向につい
ては、頻繁に設定変更が要求されるために設定操作が繁
雑になる問題があった。
また第８図のように、奥行きの途中で横幅が柱等の障
害物16により変化する場合には、例えばＰ点で自動運転
を停止して新たな施工範囲12−１を設定してから自動運
転を開始し、更に施工範囲12−１の走行終了点となるＰ
点で再び自動運転を停止して元の施工範囲12に設定変更
しなければならない。このため施工範囲が矩形とならず
に途中に柱等の張り出しがある場合には、施工範囲を決
めるための測定作業が繁雑になると共に施工範囲の設定
変更を繁雑に必要とするという問題があった。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
もので、ジグザク走行パターンの初期設定が簡単且容易
にできるコンクリート床仕上ロボットの制御方式を提供
することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ まず本発明は、走行自在なロボット本体にコンクリー
ト打ちされた床を平坦に仕上げる回転ごてを設け、幅及
び奥行きで決まる所望の施工範囲内に設定したジグザク
走行走行パターンに従って自動運転されるコンクリート
床仕上ロボットを対象とする。
このようなコンクリート床仕上ロボットについて本発
明の制御方式にあっては、前記走行パターンに従った直
進走行と該直進走行に続く旋回動作を手動運転で行なっ
た際に検出される走行距離及び旋回方向を前記走行パタ
ーンの初期値として設定して自動運転に移行させる教示
手段を設けるようにしたものである。
［作用］ このような構成を備えた本発明によるコンクリート床
仕上げロボットの制御方式にあっては、ロボットを施工
範囲内の走行開始点に位置決めして進行方向を走行パタ
ーンの直進方向に向け、この状態で教示モードを設定し
て手動運転を開始すると、走行パターンに従った最初の
直進走行とこの直進走行に続く旋回動作を手動運転によ
り行なった際に、この手動運転で得られた走行距離及び
旋回方向が前記走行パターンの初期値として自動設定さ
れ、最初の旋回動作終了時点から自動運転に移行するこ
とができる。
従って、施工範囲の幅や走行開始点がコンクリート打
設の順番等により変化しても、最初の直進走行及び旋回
動作を手動運転で行なうだけで走行パターンに従った自
動運転に入ることができ、走行パターンを決めるための
設定操作を不要にできる。
また横幅や奥行きが途中で変化する施工範囲について
は、横幅や奥行きが変った位置で自動運転を停止し、教
示モードの設定による手動運転を行なうことで施工幅の
変更に対し簡単に走行パターンを変更して自動運転を行
なうことができる。
［実施例］ 第１（Ａ）図は本発明の制御方式の原理説明図であ
る。
第１（Ａ）図において、12は壁等で仕切られた区画内
に設定された施工範囲であり、施工範囲12は幅Lxと奥行
きLyを決めることにより設定することができる。この施
工範囲12内には、ジグザグ走行パターン14が設定され
る。走行パターン14は施工範囲12の走行開始点Ｓにロボ
ットを移動して位置決めし、ロボットの進行方向を最初
の直進走行パターン14−１の方向に向ける。このように
走行開始点Ｓにロボットを位置決めした状態でロボット
に搭載したジャイロ等の方位検出手段で検出されている
進行方向を示す検出方位を基準方位としてセットし、ま
た最初の旋回点P1における旋回方向、この場合には左方
向をセットし、更に奥行き方向のラップ幅Ｗをセットす
ることで、施工範囲12内の走行開始点Ｓから不図示の走
行終了点Ｅに至るジグザグ走行パターン14の設定を行な
うことができる。
そして走行開始点Ｓからロボットの自動運転を開始す
ると、設定されたジグザグ走行パターン14に従った自動
運転が行なわれる。即ち、走行開始点Ｓから最初の旋回
点P1までは設定された基準方位とロボットの検出信進行
方位との偏差を零とするように走行制御が行なわれる。
ロボットの走行距離Ｌは走行距離センサにより検出され
ており、走行開始点Ｓから最初の旋回点P1までの走行距
離がLx−（ロボット全長）で与えられることから、検出
距離ＬがＬ＝（Lx−ロボット全長）となった時に旋回点
P1への到達を判別し、予め設定された最初の旋回方向、
即ち左方向に90゜旋回してラップ幅Ｗとなる奥行き走行
を行なう。旋回点P1の左旋回の走行距離Ｌがラップ幅Ｗ
に一致すると旋回点P2への到達を知って左90゜旋回を行
なう。以下同様の幅方向及び奥行き方向の走行を繰り返
す。ここで最初の旋回点P1が左方向にセットされると、
第1B図に示すように旋回方向は左−左−右−右−左−左
−，・・・の繰り返しとなる。一方、最初の旋回点P1が
右旋回であれば第1C図に示すように右−右−左−左−，
・・・の繰り返しとなる。
このようなジグザグ走行パターン14に従った自動運転
について本発明の制御方式にあっては、教示モードを設
定した状態で走行パターン14の初期段階について手動運
転を行なうことで、幅及び最初の旋回方向の設定操作を
必要とすることなく自動運転に移行することができる。
即ち、施工範囲12の走行開始点Ｓにロボットを位置決
めして自動運転開始時と同様に進行方向を最初の直進走
行パターン14−１となる方向に向け、その状態で教示モ
ードを設定して手動運転を行なう。走行開始点Ｓからの
手動運転により直進走行パターン14−１の走行を行なっ
て最初の旋回点P1で手動により左90゜の旋回を行なう
と、最初の直進走行で得られた走行距離Ｌと最初の旋回
点P1での旋回方向、即ち左方向がジグザグ走行パターン
14の初期値として自動設定され、最初の旋回点P1での左
旋回動作が終了した後、走行パターン14に従った自動運
転に移行するようになる。
第２図は本発明の制御方式が適用されるコンクリート
床仕上げロボットの一実施例を示した平面図であり、第
３図に側面図を示す。
第2,3図において、28はロボット本体であり、独立し
たモータにより駆動される走行輪30R,30Lを左右に備え
る。ロボット本体28の後部にはトロウェル部32が連結さ
れ、トロウェルモータ34により左右の設けた一対の回転
ごて36を低速回転駆動してコンクリートを平坦になら
す。
ロボット本体28の前部にはバンパー部38が設けられ、
バンパー部38はロボット本体28側のフレーム40に対し板
バネ42を介してバンパー44を支持しており、フレーム40
とバンパー44の間隔はワイヤ46で決められる。バンパー
44には柱等の障害物への衝突で動作する障害物センサが
内蔵されている。
更に第３図から明らかなようにロボット本体28の上部
にはポール48により支持された電源ケーブル50が施工範
囲の外側から接続されている。
第４図は本発明の制御方式を実現するためのシステム
構成を示した実施例構成図である。
第４図において、52はCPUを用いたコントローラであ
り、手動運転、自動運転、教示モードに従った自動運転
等の各種の制御を行なう。コントローラ52に対しては障
害物センサ54、移動距離センサ56及び方位センサ58の検
出出力が与えられる。障害物センサ54は第2,3図に示し
たバンパー44に内蔵され、柱等の障害物への衝突でセン
サ出力をコントローラ52に供給し、運転動作を停止させ
る。移動距離センサ56はロボットの走行距離Ｌを検出す
る。方位センサ58は例えばジャイロコンパスが用いら
れ、磁北を基準としたロボットの進行方位θを検出す
る。
またコントローラ52に対しては、設定パネル60か設け
られる。この設定パネル60は例えば第５図に示す設定ス
イッチを備える。
第５図において、設定パネル60には施工範囲設定部74
と施工条件設定部76が設けられる。
施工範囲設定部74には、幅設定スイッチ78と奥行き設
定スイッチ80が設けられ、設定スイッチ78,80は小数点
以下第１を含む三桁のデジタルスイッチで構成され、幅
及び奥行きのそれぞれについて０〜99.9mの範囲で設定
することができる。
また、施工条件設定部76には施工速度設定スイッチ8
2、基準方位設定スイッチ84、ラップ幅設定スイッチ8
6、更に旋回方向設定スイッチ88が設けられる。施工速
度設定スイッチ82は二桁のデジタルスイッチであり、０
〜99cm/sの範囲で施工速度を設定できる。基準方位設定
スイッチ84にはロボットを走行開始点Ｓで施工方向に向
けた時の方位センサ58で検出された進行方位を読み取っ
て０゜〜360.0゜の範囲で設定する。ラップ幅設定スイ
ッチ86は二桁のデジタルスイッチであり、０〜99cmの範
囲でラップ幅Ｗを設定することができる。更に旋回方向
設定スイッチ88は走行パターンにおける最初の旋回方向
として左または右のいずれかを設定する。
再び第４図を参照するに、コントローラ52に対しては
表示パネル62が設けられ、表示パネル62には方位センサ
58で検出されたロボットの進行方位がリアルタイムで表
示されると共に、手動または自動の運転状態、教示モー
ド設定状態、方位センサ58としてのジャイロコンパスの
動作状態等の運転モードが表示される。従って、表示パ
ネル62に表示される方位センサ58による検出方位を読み
取ることで走行開始点でロボットを進行方向に向けた時
の基準方位を読み取って第５図に示す基準方位設定スイ
ッチ84による基準方位設定を行なうことができる。
一方、コントローラ52の駆動対象して左右の走行輪30
L,30Rのモータ66L,66Rを制御する駆動装置64L,64Rが設
けられ、駆動装置64L,64Rの駆動制御によりロボットの
直進、旋回運動を行なう。また、トロウェル駆動装置72
が設けられ、トロウェル駆動装置72によりトロウェルモ
ータ34を駆動してトロウェル部32に設けた回転ごてを定
速回転する。このトロウェル駆動装置72によるトロウェ
ルモータ34の駆動は手動運転または自動運転の開始に先
立って行なわれ、運転終了後、停止する。
更に、施工範囲の外側からロボットを遠隔操作するた
め、オペレータがハンドセットとして携帯する無線送信
機70が設けられ、この無線送信機70からの操作信号を受
信してコントローラ52に与えるため、無線受信機68が設
けられる。
第６図は第４図に示したオペレータがハンドセットと
して携帯する無線送信機70の説明図である。
第６図において、無線送信機70にはスイッチSW1〜SW1
2が設けられる。即ち、手動スイッチSW1で手動運転が選
択され、自動スイッチSW2で自動運転が選択される。手
動スイッチSW1により手動運転が選択された状態で前進
スイッチSW3、後退スイッチSW4、左旋回スイッチSW5、
右旋回スイッチSW6を操作することで手動運転ができ、
これらのスイッチSW3〜SW6はスイッチを押している間そ
れぞれの運転動作が有効となる。
一方、自動スイッチSW2で自動運転を選択した場合に
は、開始スイッチSW7の操作で自動運転が開始され、停
止スイッチSW8を操作すると自動運転が一時的に中断さ
れる。この自動運転の中断状態で再開スイッチSW9を押
すと、再び自動運転が開始される。
教示スイッチSW10は自動スイッチSW2で自動運転を選
択した状態で操作することにより、教示モードを設定す
ることができる。教示スイッチSW10により教示モードを
設定すると、スイッチSW3〜SW6による手動運転が可能と
なる。
解除スイッチSW11はバンパーに設けた障害物センサ54
の検出出力で運転が停止した状態で操作すると、障害物
センサ54の検出出力が解除されて手動運転を可能とす
る。更に非常スイッチSW12は非常停止用であり、自動運
転中または手動運転中に非常スイッチSW12を押すこと
で、非常停止することができる。
次に第７図のフローチャートを参照して本発明による
制御動作を説明する。
第７図において、まずステップS1で施工範囲及び施工
条件を設定する。このステップS1の施工条件及び施工範
囲の設定については、例えば第1A図に示す施工範囲12の
走行開始点Ｓにロボットを手動運転により移動して位置
決めし、且つロボットの進行方向を走行パターン14にお
ける最初の直進走行パターン14−１の方向に向ける。
まず、施工範囲については第５図の施工範囲設定部74
に示すように幅設定スイッチ78を使用して幅Lxの値をセ
ットし、また奥行き設定スイッチ80を使用して奥行きLy
の値を設定する。次に施工条件設定部76に設けた施工速
度設定スイッチ82により適宜の走行速度を設定し、また
基準方位設定スイッチ84を使用して、その時ロボット本
体の表示パネル62に表示されている方位センサ58による
検出方位の値を基準方位としてセットする。また、ラッ
プ幅設定スイッチ86を使用して所望のラップ幅Ｗを設定
し、更に旋回方向設定スイッチ88を使用して最初の旋回
点P1における旋回方向として、左方向を設定する。
以上の設定操作を終了した状態で、第６図に示す自動
スイッチSW2及び開始スイッチSW7の操作により自動運転
を開始すると、次のステップS2で自動運転が判別され、
更にステップS3で教示モードか否か判定する。この時、
教示モードを選択していなければ、そのままステップS4
に進み、自動運転制御を行なう。ステップS4の自動運転
制御にあっては、設定された基準方位と実際に検出され
た進行方位との偏差を零に保つ運転制御を行なう。また
旋回点到達を判別するため、幅方向については設定幅Lx
に基づく設定距離、奥行き方向についてはラップ幅Ｗと
走行距離との比較を行なっており、走行距離が設定幅ま
たはラップ幅Ｗに一致すると、旋回点への到達を判別し
て最初の旋回点P1で決まる旋回方向のパターンに従った
90゜旋回動作が行なわれる。
ステップS4の自動運転制御の処理にあってはステップ
S5で停止の有無をチェックしながら自動運転を続けてお
り、停止スイッチSW8の操作または障害物センサ54の検
出出力が得られるとステップS6に進み、走行パターンの
終了点Ｅでなければ再びステップS2に戻る。
一方、ステップS2で自動運転でない場合にはステップ
S7に進んで手動運転か否かチェックし、手動運転であれ
ばステップS8で手動運転制御を行なう。この手動運転制
御は、手動運転開始時の方位センサ58による進行方位を
基準方位としてセットし、前進スイッチSW3または後退
スイッチSW4を押し続けている間、基準方位と検出方位
との偏差を零に保つように走行制御が行なわれる。勿
論、右旋回スイッチSW5または左旋回スイッチSW6の操作
時にあっては各スイッチを押している間、左方向または
右方向の旋回動作を行なう。ステップS8の手動運転制御
中の停止の有無はステップS9で判別されており、停止操
作または障害物センサ54の検出出力が得られると、手動
運転制御を解除してステップS6に進む。
尚、手動運転及び自動運転のいずれも設定されていな
い場合には、ステップS2,S7の処理を繰り返す待機状態
となる。
次に自動運転と同時に教示モードを設定した場合の動
作を説明する。この教示モードの設定時のステップS1に
おける設定操作としては、施工範囲の奥行き、施工条件
としての施工速度及びラップ幅Ｗのみを初期設定してお
けば良く、それ以外は特に必要ない。
まずステップS2で自動運転が判別されてステップS3に
進み、ステップS3で第６図に設けた教示スイッチSW10の
操作による教示モードが判別されてステップS10に進
む。
ステップS10にあっては手動運転モードを設定し、こ
の後に手動運転可能状態が作り出される。続いてステッ
プS11においてオペレータは第1A図の走行開始点Ｓで最
初の直進走行パターン14−１の方向に向けて位置決めし
ているロボットの手動運転制御を開始する。具体的には
第６図に設けた無線送信機70に設けている前進スイッチ
SW3を押し続ければ良い。前進スイッチSW3を押すとステ
ップS8の手動運転制御と同様、スイッチ操作時に方位セ
ンサ58で検出されている進行方位が基準方位としてセッ
トされ、それ以降、検出方位と基準方位との偏差を零に
保つように運転制御が行なわれる。
手動による直進走行を開始したならば、オペレータは
最初の旋回ポイントP1に達した状態で第６図の左旋回ス
イッチSW5を押すことでロボットを左方向に90゜旋回動
作させる。
この旋回動作はステップS12で監視されており、旋回
動作が終了するとステップS13に進み、走行開始点Ｓか
ら最初の旋回点P1までの直進走行で検出されている走行
距離Ｌをジグザグ走行パターン14の幅方向の走行距離と
してセットし、同時に旋回点P1における旋回方向、即ち
左方向をセットする。
このステップS13における最初の直進走行距離及び最
初の旋回方向のセットにより第５図に示した設定パネル
60で施工範囲の幅及び施工条件としての基準方位を設定
したと同じ設定状態が得られる。
続いてステップS13からS4の自動運転制御に進み、以
下自動運転モードを選択した場合と同様、走行パターン
14に従った自動運転に移行するようになる。
尚、上記の実施例は最初の直進走行と最初の旋回動作
のみを手動運転で行ない走行パターンの初期値として設
定したが、最初の旋回動作後、次の旋回動作（第1A図P2
点）までを手動運転し、ラップ幅も設定することができ
る。又、Ｓ→P1→Ｅと手動運転し、その走行距離を施工
範囲として教示することができる。
更に、第７図の教示モードによる自動運転は、走行開
始点Ｓからロボット運転を開始した場合を例にとるもの
であったが、自動運転の途中で例えば第８図に示すよう
に柱16等の存在により幅が変化する場合に近づいた時に
自動運転を一旦停止し、教示モードに切り換えて手動運
転により運転開始点に続く最初の直進走行を行なって旋
回動作を完了すると、幅が変った新たな施工範囲に適合
した走行パターンへの設定変更が自動的に行なわれ、新
たな自動運転に移行する。
また第７図の教示モードにあっては、自動運転を選択
した状態で教示モードの選択を行なうようにしている
が、自動運転の選択の有無に関係なく教示モードの設定
でステップS10〜S13の処理を行なってステップS4の自動
運転制御に移行するようにしても良いことは勿論であ
る。
［発明の効果］ 以上説明したきたように本発明によれば、コンクリー
ト打設の順番により施工開始点が変っても、施工開始点
からの最初の直進走行と最初の旋回動作について教示モ
ードが設定状態で手動運転を行なうと、自動的に施工範
囲に適合したジグザグ走行パターンによる自動運転に移
行することができ、施工範囲が変わるたびに幅測定をそ
の都度行なう必要がなく、教示モードにより必要な情報
を自動設定することができる。
更に、ジグザグ走行パターンを得るための直進走行距
離及び旋回方向はロボット自身が搭載した移動距離セン
サ及び方位センサの検出結果を使用して走行パターンを
決めているため、経年変化やコンクリートの状態により
距離センサや方位センサの精度が変化しても、測定系と
実際の運転制御に用いる検出系とが同じであることか
ら、移動距離センサ及び方位センサの精度変化に影響さ
れることなく走行パターンに従った自動運転ができる。
【図面の簡単な説明】
第1A,1B,1C図は本発明の制御原理を示した説明図； 第2,3図は本発明のコンクリート床仕上ロボットの実施
例構成図； 第４図は本発明の制御方式の実施例構成図； 第５図は本発明のロボット操作に使用するリモコン用無
線送信機の説明図； 第６図は本発明で用いる設定パネルの説明図； 第７図は本発明の運転制御を示したフローチャート； 第８図はジクザク走行パターンの説明図である。 12:施工範囲 14:ジグザグ走行パターン 14−1:最初の直進走行パターン 28:ロボット本体 30R,30L:走行輪 32:トロウェル部 34:トロウェルモータ 36:回転ごて 38:バンパー部 40:フレーム 42:板バネ 44:バンパ 46:ワイヤ 48:ポール 50:電源ケーブル 54:障害物センサ 52:コントローラ 56:移動距離センサ 58:方位センサ 60:設定パネル 62:表示パネル 66R,66L:モータ 64R,64L:駆動装置 72:トロウェル駆動装置 68:無線受信機 70:無線送信機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０５Ｄ 1/02 Ｇ０５Ｄ 1/02 Ｈ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】走行自在なロボット本体にコンクリート打
    ちされた床面を平坦に仕上げる回転ごてを設け、幅及び
    奥行で決まる所望の施工範囲内に設定したジグザグ走行
    パターンに従って自動運転されるコンクリート床仕上ロ
    ボットに於いて、 前記走行パターンに従った直進走行と該直進走行に続く
    旋回動作を手動運転で行なった際に検出される走行距離
    及び旋回方向を前記走行パターンの初期値として設定し
    て自動運転に移行させる教示手段を設けたことを特徴と
    するコンクリート床仕上げロボットの制御方式。
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