JP6634463B2 - コンクリート仕上げ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、コンクリート仕上げ装置に関する。
特許文献1は、コンクリート床仕上機を開示する。このコンクリート床仕上機は、走行車両に仕上げ装置を取り付け、仕上装置を走行車両の周囲で回転させることにより、コンクリート床面を仕上げる。
特開昭61−270455号公報
当該分野では、表面を仕上げる作業(以下、単に「仕上げ作業」と呼ぶ)の省力化が検討されている。例えば、従来は作業者が木鏝や金鏝を用いて行っていた作業を、回転駆動する仕上げ機構によって代替する装置がある。さらに、このような装置には、作業者が移動させるものがある。さらに省力化の観点から、特許文献1のように、作業者が移動させることなく、走行ユニットを備えて自走する装置も検討されている。
特許文献1に示された装置にあっては、仕上げユニットや走行ユニット及びそれらを駆動するためのユニットが必要になり、装置が大型化する。そうすると、現場への搬入及び現場からの搬出には、クレーンといった揚重機械が必要となる。従って、装置の運搬に要する作業負荷が増大してしまう。
そこで、本発明は、容易に運搬し得るコンクリート仕上げ装置を提供することを目的とする。
本発明の一形態であるコンクリート仕上げ装置は、フレームに設けられた無限軌道を有する走行ユニットと、フレームに載置されて、走行ユニットに電力を供給する電源ユニットと、走行ユニットのフレーム又は電源ユニットに連結されて、コンクリート表面に接触しながら回転する仕上げ機構によってコンクリート表面を仕上げる仕上げユニットと、走行ユニットのフレーム又は電源ユニットに対して仕上げユニットを着脱可能に連結する第1連結部と、走行ユニットのフレームに対して電源ユニットを着脱可能に連結する第2連結部と、を備える。
コンクリート仕上げ装置は、走行ユニットと、仕上げユニットと、電源ユニットと、を有する。そして、仕上げユニットは、第1連結部を介して走行ユニットのフレーム又は電源ユニットに連結される。また、電源ユニットは、第2連結部を介して走行ユニットのフレームに連結される。ここで、第1連結部は、仕上げユニットを着脱可能にフレーム又は電源ユニットに連結する。同様に、第2連結部は、電源ユニットを着脱可能にフレームに連結する。その結果、コンクリート仕上げ装置は、走行ユニット、仕上げユニット及び電源ユニットに分解することが可能である。それぞれのユニットの重量は、一体化されたコンクリート仕上げ装置よりも軽量であるので、運搬を容易にすることができる。
第1連結部は、走行ユニットのフレームに対して仕上げユニットを着脱可能に連結してもよい。この構成によれば、走行ユニットは、仕上げユニットを好適に引っ張ることができる。
上記のコンクリート仕上げ装置は、コンクリート表面の状態に関する情報を得るセンサ部と、センサ部が得た情報を利用して、走行ユニット及び仕上げユニットの少なくとも一方のための制御信号を生成する制御部と、を更に備えてもよい。この構成によれば、コンクリート表面の状態に応じて、走行ユニット及び仕上げユニットのための制御信号が生成される。その結果、コンクリート表面を良好な状態に仕上げることができる。
仕上げ機構は、コンクリート表面に接触しながら回転するブレードと、ブレードが連結される回転軸と、回転軸を駆動するブレードモータと、を有し、ブレードは、回転軸に対して着脱可能に構成されてもよい。この構成によれば、コンクリート表面をさらに良好な状態に仕上げることができる。
制御部は、走行ユニットの移動速度、ブレードの回転速度、及びブレードがコンクリート表面に対してなすブレード角度のうち少なくとも一つを制御してもよい。この構成によれば、走行ユニットの移動速度、ブレードの回転速度、及びブレード角度の少なくとも一つが制御されるので、コンクリート表面を良好な状態に仕上げることができる。
制御部は、走行ユニットの移動速度、ブレードの移動軌跡、ブレードの回転速度、及びブレードがコンクリート表面に対してなすブレード角度のうち少なくとも一つを利用して、コンクリート表面の均し状況に関する情報を得る均し状況取得部を有し、制御部は、均し状況取得部が得た情報を利用して、制御信号を生成してもよい。この構成によれば、走行ユニットの移動速度、ブレードの移動軌跡及び回転速度に応じて、走行ユニット及び仕上げユニットの少なくとも一方の動作が制御される。その結果、コンクリート表面をいっそう良好な状態に仕上げることができる。
センサ部は、コンクリート表面の状態に関する情報としてのコンクリート表面の平滑度及びコンクリート表面の硬化度に関する情報の少なくとも一方を取得する表面センサを有し、制御部は、表面センサが得た情報を利用して、制御信号を生成してもよい。この構成によれば、コンクリート表面の平滑度及びコンクリート表面の硬化度に応じて、制御信号が生成される。その結果、コンクリート表面をいっそう良好な状態に仕上げることができる。
センサ部は、コンクリート表面において走行ユニットによる移動を妨げるように存在する障害物を検知する障害物検知センサをさらに有し、障害物検知センサは、障害物への接触により障害物を検知する接触センサと、障害物へ送信波を照射し、障害物からの反射波を利用して障害物を非接触で検知する非接触センサと、を含んでもよい。この構成によれば、作業領域の状態に応じて、コンクリート仕上げ装置を移動させることが可能になる。その結果、障害物が存在する作業領域においても、コンクリート仕上げ装置を好適に適用することができる。
仕上げ機構は、コンクリート表面に接触する接触部が空隙を有する円筒部材であり、走行ユニットの走行に伴って円筒部材の回転軸のまわりに回転することによりコンクリート表面を均してもよい。この構成によっても、コンクリート表面を良好な状態に仕上げることができる。
仕上げ機構は、コンクリート表面に接触する接触部が可撓性を有する第1ブレードと、コンクリート表面に接触する接触部が第1ブレードよりも高い剛性を有し、接触部の表面が凸面状である第2ブレードを含み、仕上げ機構は、仕上げ作業の内容に応じて第1ブレード及び第2ブレードが選択的に装着されてもよい。この構成によっても、コンクリート表面を良好な状態に仕上げることができる。
第1連結部は、鉛直方向に沿った可撓性を有する弾性部材を有すると共に、仕上げユニットの重量によって鉛直方向に変形してもよい。この構成によれば、第1連結部は、走行ユニットに対して仕上げユニットの鉛直方向への相対的な移動を許す。その結果、走行ユニットが走行する表面と仕上げユニットが仕上げている表面との間に高さの差が存在する場合に、第1連結部が変形することによりその高さの差を吸収することが可能になる。従って、第1連結部によれば、仕上げユニットを鉛直方向に移動させて表面に沿わせることが可能であるので、コンクリート表面に対して均等な圧力を与えることができる。
走行ユニットは、電源ユニットと電気的に接続されて、電源ユニットから供給される電力を利用して駆動する第1モータによって無限軌道を駆動し、仕上げユニットは、電源ユニットと電気的に接続されて、電源ユニットから供給される電力を利用して駆動する第2モータによって仕上げ機構を駆動してもよい。この構成によれば、コンクリート仕上げ装置は、外部からの電力供給を必要としない。その結果、外部からの電力供給方式では、電源ケーブルの段取り作業及び捌き作業が発生していたところ、コンクリート仕上げ装置はそのような作業が発生しない。従って、仕上げ作業に対してコンクリート仕上げ装置を容易に適用することができる。
走行ユニットは、コンクリート表面と接触する無限軌道の接触面に対するコンクリートの付着を抑制するコンクリート付着抑制部を有し、コンクリート付着抑制部は、接触面に対して付着抑制物を供給してもよい。この構成によれば、無限軌道へのコンクリートの付着が抑制される。その結果、コンクリート表面に対する無限軌道の滑りが抑制されるので、移動軌跡からのずれを低減することができる。
本発明によれば、運搬を容易にし得るコンクリート仕上げ装置が提供される。
図1は、実施形態に係るコンクリート仕上げ装置の斜視図である。 図2は、実施形態に係るコンクリート仕上げ装置を別の視点から見た分解斜視図である。 図3は、ベルトの形状を示す拡大図である。 図4は、トロウェル連結部の分解斜視図である。 図5は、コンクリート仕上げ装置を説明するための機能ブロック図である。 図6は、アマ出しユニットを示す斜視図である。 図7は、アマ出しユニットの変形例を示す斜視図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
コンクリート表面を仕上げる作業においては、まず、打設されたコンクリートに対して、いわゆるレベル出しと呼ばれる作業を行い、大まかな水平な表面を形成する。次に、コンクリートが中締りと呼ばれる状態になるまで待機する。そして、中締りであることを確認したのちに、不陸調整作業を行う。不陸調整作業は、表面に残る凹凸をなくす作業である。その後、いわゆるアマ出し作業を行う。アマ出し作業は、滑らかな表面を形成するために、細かい粒子を含むモルタルを表面に浮かび上がらせる作業である。以下の説明において、仕上げ作業とは、不陸調整作業とアマ出し作業とを含む作業を意味するものとする。
図1に示すコンクリート仕上げ装置1は、打設後の未硬化状態であるコンクリート床の表面を仕上げる装置である。すなわち、コンクリート仕上げ装置1は、上述した不陸調整作業と、アマ出し作業とを含む仕上げ作業を行う。
さらに、コンクリート仕上げ装置1は、予め設定された作業領域内において、仕上げ作業を機械的かつ自律的に行う。具体的には、コンクリート仕上げ装置1は、事前情報(例えば、作業領域の縦寸法及び横寸法)に基づいて、移動軌跡を算出し、当該移動軌跡に沿って自律的に移動する。従って、コンクリート仕上げ装置1を用いた不陸調整作業及びアマ出し作業において、作業者が行うべき作業は、タブレット型コンピュータといった操作端末10(図5参照)を用いた事前情報の入力であり、その後はコンクリート仕上げ装置1の自律的な動作に任せることができる。その結果、作業者は、必要に応じて、監視や手動操作などの作業を行えばよいので、これらの作業に要する負荷が著しく低減される。
図1に示すように、コンクリート仕上げ装置1は、主要な構成要素として、クローラフレーム2(走行ユニット)と、トロウェル3(仕上げユニット)と、電装フレーム4(電源ユニット)と、を有する。トロウェル3は、トロウェル連結部6(第1連結部、図2参照)によってクローラフレーム2に着脱可能に取り付けられる。電装フレーム4は、電装フレーム連結部7(第2連結部)によってクローラフレーム2に着脱可能に取り付けられる。つまり、コンクリート仕上げ装置1は、必要に応じてクローラフレーム2、トロウェル3及び電装フレーム4の3個の部分に分解できる。
<クローラフレーム>
クローラフレーム2は、コンクリート仕上げ装置1のベースであるとともに、トロウェル3を牽引する。クローラフレーム2は、フレーム8と、バンパー9と、クローラユニット11A、11Bと、を有する。
図2に示すように、フレーム8は、平面視して矩形の枠状を呈する。フレーム8には、バンパー9、クローラユニット11A、11B、さらには電装フレーム4及びトロウェル3が取り付けられる。フレーム8の一方の長辺には、バンパー9が取り付けられる。このバンパー9が取り付けられた側は、コンクリート仕上げ装置1における前方(進行方向)である。フレーム8の他方の長辺には、トロウェル3が取り付けられる。このトロウェル3が取り付けられた側は、コンクリート仕上げ装置1における後方である。フレーム8の一対の短辺には、それぞれクローラユニット11A、11Bが取り付けられる。フレーム8の中央部、換言すると、クローラユニット11の間には、電装フレーム4が取り付けられる。
バンパー9は、コンクリート仕上げ装置1を平面視したとき、コンクリート仕上げ装置1の前方における最外縁を構成する。また、バンパー9は、前方における最外縁に加えて、コンクリート仕上げ装置1の左右前方における最外縁を構成してもよい。例えば、コンクリート仕上げ装置1が前進し、その進行方向に何らかの障害物が存在する場合、当該障害物はバンパー9に接触することがあり得る。従って、バンパー9は、障害物との接触を検知する接触センサ37a(図5参照)が設けられている。コンクリート仕上げ装置1は、この接触センサ37aの出力を利用して移動軌跡の更新を行ってもよい。
クローラユニット11A、11B(無限軌道)は、ベルト12と、モータ13(第1モータ、図5参照)と、散水装置14(コンクリート付着抑制部)と、を有する。ベルト12及びモータ13は、コンクリート仕上げ装置1の走行機構である。一対のクローラユニット11A、11Bは、それぞれ独立してベルト12の回転方向及び回転速度を制御する。モータ13の回転角度及び回転速度(つまり、クローラユニット11の移動速度)は、モータ13の回転軸に設けられたロータリエンコーダといったモータセンサ13a(走行センサ、図5参照)により得られる。
ベルト12を採用するクローラユニット11A、11Bによれば、コンクリート表面Sに対する接地面積を大きくすることができる。例えば、走行方式として、タイヤ方式よりもクローラ方式が接地面積は大きくなるので、コンクリート表面Sに対する設置圧がより小さくなる。そうすると、コンクリート表面Sが比較的軟らかい状態でも仕上げ作業を開始することが可能になる。従って、クローラ方式を採用するコンクリート仕上げ装置1は、タイヤ方式を採用する仕上げ装置よりも、早いタイミングで仕上げ作業に利用することができる。
ベルト12は、正面視したとき、コンクリート表面Sに対して凸状の形状を呈する(図3参照)。つまり、ベルト12は、主として中央部分がコンクリート表面Sに対して接触する。そして、ベルト12のエッジ12aは、コンクリート表面Sからわずかに離間してもよい。この構成によれば、コンクリート仕上げ装置1がその方向を転換するときに、エッジ12aがコンクリート表面Sに接触することが抑制される。従って、仕上げ後のコンクリート表面Sを保護することができる。
散水装置14は、ベルト12の表面に対するコンクリートの付着を抑制する。具体的には、散水装置14は、コンクリート表面と接触するベルト12の表面に対して付着抑制物としての水を供給する。散水装置14は、例えば、仕上げ作業中に常に水を供給するものとしてもよいし、制御装置33から出力される制御信号により供給と停止とを制御することとしてもよい。このベルト12の表面に水分の膜が形成されると、この水分の膜によってコンクリートの付着が抑制される。例えば、散水装置14として、霧吹き方式を採用してもよい。この構成によれば、ベルト12へのコンクリートの付着が抑制される。その結果、コンクリート表面Sに対するベルト12の滑りが抑制されるので、移動軌跡からのずれを低減することができる。
なお、散水装置14が提供する付着抑制物は、水に限定されず、例えば、薬剤、ペースト物、泡などであってもよい。
<トロウェル>
トロウェル3は、ブレードモータ15(第2モータ)と、2組のブレードユニット16A、16B(仕上げ機構)と、バンパー17と、を有する。ブレードモータ15は、電装フレーム4から提供される駆動電流と制御信号とに基づいてブレードユニット16A、16Bを回転させるトルクを発生する。ブレードモータ15によるブレードユニット16A、16Bの駆動によれば、例えばエンジンによる駆動に比べてその騒音を著しく低減することができる。その結果、作業現場周辺への騒音対策を簡易にすることができる。
ブレードユニット16A、16Bは、シャフト18とブレード19とを有する。シャフト18は、ブレードモータ15から提供されるトルクを受けて回転する。シャフト18の下端には、3枚のブレード19が等間隔(120度)をもって連結されている。ブレード19の基端は、シャフト18に対して容易に着脱可能とされている。具体的には、ブレード19とシャフト18は、シャフト18の下端に取り付けられたローターに棒状の取付具を介してブレードと連結されている。
バンパー17は、平面視して、ブレード19が回転する範囲を覆うように設けられる。バンパー17は、コンクリート仕上げ装置1の後方における最外縁を構成する。このバンパー17も、バンパー9のように接触センサを有していてもよい。
<トロウェル連結部>
トロウェル連結部6は、クローラフレーム2にトロウェル3を着脱可能に連結する。トロウェル連結部6は、クローラユニット11及びトロウェル3に設けられた部品群により構成される。このトロウェル連結部6は、クローラユニット11の前方への駆動力をトロウェル3に伝える。つまり、クローラユニット11はトロウェル3を引っ張る。さらに、トロウェル連結部6は、クローラフレーム2とトロウェル3との間の縁を切る。換言すると、トロウェル連結部6は、ある程度の自由度を持たせつつ、クローラユニット11にトロウェル3を連結する。
具体的には、トロウェル3は、クローラフレーム2に対して鉛直方向V及び水平方向Hへの相対的な移動を許す。例えば、クローラフレーム2のベルト12が走行するコンクリート表面Sとトロウェル3が仕上げているコンクリート表面Sとの間に高さの差が存在する場合を想定する。トロウェル3がトロウェル連結部6を介することなくクローラフレーム2に連結されていると、トロウェル3とコンクリート表面Sとの間に隙間が生じることがあり得る。一方、トロウェル連結部6によれば、相対的な移動を許すので、トロウェル3は鉛直方向Vに移動してコンクリート表面Sに沿える。その結果、コンクリート表面Sに対して均等な圧力を与えることが可能になる。
図4に示すように、トロウェル連結部6は、ガイド20と、連結板21、22と、4個のばねユニット23A、23B、23C、23Dと、スナップ錠24と、を有する。
ガイド20は、クローラフレーム2に対してトロウェル3を位置決めする。ガイド20は、クローラフレーム2の連結部26に設けられた一対のガイド穴26aと、連結板22に設けられたガイド穴22aと、それらのガイド穴22a、26aに挿通されるピン28と、を含む。
連結板21、22は、一対の板材である。一方の連結板21は、トロウェル3に対して固定される。他方の連結板22はばねユニット23A、23B、23C、23Dを介して一方の連結板21に連結される。そして、他方の連結板22には、ガイド穴22aが設けられる。
ばねユニット23A、23B、23C、23Dは、配置される位置が互いに異なる。具体的には、ばねユニット23A、23Bは、軸線が鉛直方向に対して平行となるように、連結板21、22に固定される。ばねユニット23C、23Dは、軸線が水平方向に対して平行となるように、連結板21、22に固定される。従って、平面視すると、ばねユニット23A、23B、23C、23Dは、矩形状をなすように配置される。この配置によれば、鉛直方向及び水平方向へのずれを好適に許容することができる。なお、ばねユニット23A、23B、23C、23Dの配置は、その構成に応じて適宜変更してよい。
ばねユニット23A、23B、23C、23Dは、単体の構成は共通である。そこで、ばねユニット23Aについて詳細に説明する。ばねユニット23Aは、ワイヤばね23a(弾性部材)と、一対のベース23bと、を有する。ワイヤばね29aは、所定の剛性を有するワイヤがらせん状に塑性変形されたものである。ワイヤばね23aには、例えば、ワイヤロープ防振材を利用できる。ワイヤばね23aは、一対のベース23bの間に挟み込まれる。
ばねユニット23Aは、軸線方向及び径方向に沿ったばね性を発揮する。例えば、ばねユニット23Aは、径方向に沿って輪をつぶす又は引っ張るような力に対して変形可能である。さらに、軸線に沿ったせん断力に対して変形可能である。つまり、一方の連結板21、22に対して他方の連結板21、22が鉛直方向にずれたとき、ばねユニット23Aは鉛直方向に変形することにより、そのずれを許容する。
一対のスナップ錠24は、レバー24aと突起24bとを有する。レバー24aは、連結板22に設けられる。突起24bは、フレーム8の連結部26に設けられる。このスナップ錠24によれば、クローラフレーム2とトロウェル3とにおける連結状態と解除状態とを容易に切り替えることができる。従って、トロウェル3は、クローラフレーム2に対して容易に取り付けることができ、さらに、容易に取り外すことができる。
なお、本実施形態では、トロウェル連結部6の主要部分を構成する連結板21、22及びばねユニット23がトロウェル3側に設けられた例を説明した。この主要部分は、クローラフレーム2に設けてもよい。
<電装フレーム>
図5に示すように、電装フレーム4は、電源装置31と、センサ装置32(センサ部)と、制御装置33(制御部)と、を有する。
電源装置31は、電池34と電力変換回路36とを有する。電池34は、例えばリチウムイオン電池である。また、電力変換回路36は、いわゆるインバータ回路であり、電池34から提供される直流電流をクローラフレーム2及びトロウェル3のための交流電流に変換する。そして、電源装置31は、クローラフレーム2に電気的に接続されて、当該交流電流をクローラフレーム2に提供する。同様に、電源装置31は、トロウェル3に電気的に接続されて、当該交流電流をトロウェル3に提供する。
つまり、コンクリート仕上げ装置1は、外部からの電力供給を必要としない。その結果、外部からの電力供給方式では、電源ケーブルの段取り作業及び捌き作業が発生していたところ、コンクリート仕上げ装置1はそのような作業が発生しない。従って、仕上げ作業に対してコンクリート仕上げ装置1を容易に用いることができる。
センサ装置32は、クローラフレーム2及びトロウェル3の制御のための各種情報を取得する。センサ装置32は、障害物検知センサ37と、表面センサ38と、カメラ39と、を有する。
障害物検知センサ37及びカメラ39は、クローラフレーム2のための情報を得る。障害物検知センサ37は、接触センサ37a及び非接触センサ37bを含む。接触センサ37aは、バンパー9、17に設けられる。非接触センサ37bは、例えば、電装フレーム4の筐体5に設けられる。具体的には、筐体5の前側左右に一対の非接触センサ37bが設けられる。非接触センサ37bは、例えば、超音波あるいはレーザ光といった送信波をコンクリート仕上げ装置1の進行方向に照射する。そして、照射範囲に障害物が存在する場合には、当該障害物において送信波が反射するので、非接触センサ37bは反射波を受信することにより、障害物の存在を検知する。この構成によれば、作業領域の状態に応じて、コンクリート仕上げ装置1を移動させることが可能になる。その結果、障害物が存在する作業領域においても、コンクリート仕上げ装置1を好適に適用することができる。
カメラ39は、コンクリート仕上げ装置1の進行方向及び後ろ方向の様子を撮像する。カメラ39は、筐体5の前側上方に設けられる。カメラ39による画像情報は、制御装置33における各種制御に提供される。例えば、画像情報に基づく画像処理によって、仕上げ状態(均し状態)が充分であるか否かを判定してもよい。また、画像情報は、操作端末10に送信されて、操作端末10の画面に表示されてもよい。この構成によれば、操作端末10を操作する作業者は、カメラ画像を介した目視により、コンクリート表面Sの状態を確認できる。例えば、コンクリート表面Sの仕上げ状態(均し状態)が充分であるか否かを判定することができる。
表面センサ38及びカメラ39は、トロウェル3のための情報を得る。表面センサ38は、トロウェル3の前方におけるコンクリート表面Sの状態に関する情報を得る。従って、表面センサ38は、筐体5の前方底部に設けられる。コンクリート表面Sの状態に関する情報とは、例えば、コンクリート表面Sにおける不陸の有無及びその程度(即ち表面平滑度)やコンクリートの硬化度を含んでよい。例えば、表面センサ38としては、レーザースキャナー等非接触方式の3Dスキャナーや、表面硬度計等を用いることができる。
ここで、平滑度とは、コンクリート表面Sのざらつき、表面粗さを定量的に評価した指標である。一般的にはコンクリート表面Sの凹凸の差、つまり山から谷までの深さを一定の領域内で3Dスキャナーやレーザーセンサ等の測定したものである。また、硬化度とは、仕上げ作業の各段階に適したコンクリート硬化の進行度の指標である。一般的には支圧力(固さ)として評価される。硬化度を得る方法としては、物理的にコンクリート表面Sを押したときあるいは突き刺したときの変位と力との関係を測定する方法、コンクリート表面Sに外力を加えたときの周辺の変位を測定する方法、コンクリート表面Sの水分量から予測する方法、温度変化を利用して予測する方法などがある。
制御装置33は、センサ装置32、ブレードセンサ18a及びモータセンサ13aから提供された各種情報に基づいてクローラフレーム2及びトロウェル3を制御するための信号を出力する。なお、制御装置33は、散水装置14の動作を制御するための信号を出力してもよい。制御装置33は、入出力部33aと、移動軌跡算出部33bと、クローラ制御部33cと、トロウェル制御部33dと、を有する。制御装置33は、例えば、コンピュータ上において所定のプログラムを実行することにより実現してよい。つまり、制御装置33としては、携帯型のパーソナルコンピュータ、マイクロコンピュータ等を利用してよい。
本実施形態のコンクリート仕上げ装置1では、制御装置33は、電装フレーム4に設けられている。しかし、制御装置33は、この構成に限定されない。例えば、制御装置33は、トロウェル3に設けられてもよい。また、操作端末10において、プログラムを実行することにより、制御装置33が実現されてもよいし、操作端末10とは別のコンピュータであってコンクリート仕上げ装置1にも搭載されていないコンピュータによって実現されてもよい。
入出力部33aは、操作端末10、センサ装置32、ブレードセンサ18a及びモータセンサ13aから各種情報を受け入れる。例えば、入出力部33aは、操作端末10から移動軌跡の算出に要する情報を受け入れる。この情報として、例えば、仕上げ領域の大きさ(縦長さ及び横長さ)及び重複範囲がある。重複範囲とは、一の軌跡に沿った移動により仕上げられる範囲と、当該軌跡に隣り合う別の軌跡により仕上げられる範囲との重複する部分をいう。また、入出力部33aは、障害物検知センサ37から提供される障害物の有無に関する情報、表面センサ38から提供されるコンクリート表面Sの状態(例えば不陸の程度)に関する情報、及び、カメラ39から提供されるコンクリート表面Sの画像に関する情報を受け入れる。
また、入出力部33aは、制御装置33で生成された制御信号をクローラフレーム2及び/又はトロウェル3に出力する。さらに、入出力部33aは、作業の監視に供する情報を操作端末10に出力してもよい。この情報は、例えば操作端末10に表示される。そして、操作端末10に表示される情報には、表面センサ38から提供されるコンクリート表面Sの状態に関する情報やカメラ39から提供されるコンクリート表面Sの画像があり得る。つまり、入出力部33aは、コンクリート表面Sの状態に関する情報及びコンクリート表面Sの画像情報などを操作端末10に送信する。
移動軌跡算出部33bは、コンクリート仕上げ装置1の移動軌跡を算出する。移動軌跡とは、コンクリート仕上げ装置1が通る予定経路を示す軌跡である。既に述べたように、コンクリート仕上げ装置1は、操作端末10によって入力された情報に基づいて、移動軌跡を自動的に算出する。例えば、移動軌跡算出部33bは、仕上げ領域の大きさ(縦長さ及び横長さ)及び重複範囲を利用して、移動軌跡を算出する。
クローラ制御部33cは、クローラフレーム2の動作を制御するための制御信号を提供する。クローラ制御部33cは、移動軌跡算出部33bが提供する情報に基づいて制御信号を生成する。具体的には、クローラフレーム2におけるモータ13の回転を制御する信号を提供する。まず、クローラ制御部33cは、移動軌跡算出部33bから提供される移動軌跡情報に基づいて、移動軌跡に沿ってコンクリート仕上げ装置1を移動させるようにモータ13の回転開始、回転速度及び回転停止を制御する。さらに、クローラ制御部33cは、障害物が存在する場合において当該障害物を回避するようにコンクリート仕上げ装置1を移動させる。例えば、クローラ制御部33cは、障害物検知センサ37又はカメラ39から提供された情報により、障害物の存在が検知され、当該障害物によってコンクリート仕上げ装置1の移動が妨げられると判断されたとき、当該障害物を回避する移動軌跡を算出し、当該軌跡に沿ってコンクリート仕上げ装置1が移動するようにクローラフレーム2のモータ13を制御する。つまり、コンクリート仕上げ装置1は、予めプログラムされた移動軌跡に沿って自律的に走行する。
ところで、コンクリート仕上げ装置1は、上述のとおり移動軌跡に沿って走行する。しかし、例えば、ベルト12とコンクリート表面Sとの間の滑りなどに起因して、移動軌跡上の位置と実際の位置とがずれることがあり得る。
そこで、クローラ制御部33cは、プログラムされた経路に基づく自律的な走行に加えて、割り込み操作による制御を行ってもよい。つまり、コンクリート仕上げ装置1は、作業者が操作端末10を操作して、コンクリート仕上げ装置1の移動を直接に操作してもよい。
また、クローラ制御部33cは、作業領域におけるコンクリート仕上げ装置1の実際の位置に関する情報をフィードバックして、移動軌跡を修正する制御を行ってもよい。例えば、ジオメータといった計測装置を作業領域の周囲に配置し、当該計測装置から提供される情報を無線通信によってコンクリート仕上げ装置1に送信する。ジオメータとは、追尾型トータルステーションのシステム名称であり、連続的に三次元位置の情報を得ることができる。そして、コンクリート仕上げ装置1は、入出力部33aを介して位置情報を受信し、クローラ制御部33cが当該情報を利用して制御信号を適宜調整してもよい。なお、コンクリート仕上げ装置1の実際の位置に関する情報を得る構成は、トータルステーションを用いる構成に限定されない。例えば、コンクリート仕上げ装置1に取り付けたレーザ測距計と作業領域の周囲に配置された、いくつかのミラーとを用いた位置計測システムを用いてもよい。さらに、クローラ制御部33cは、GNSSを含む外界センサ情報、モータ13に設けられたロータリエンコーダに基づく走行履歴情報、及びジオメータ等による位置計測情報を組み合わせて、総合的にコンクリート仕上げ装置1の走行を制御することとしてもよい。
さらに、クローラ制御部33cは、センサ装置32から提供される情報を利用して移動軌跡を更新してもよい。例えば、クローラ制御部33cは、接触センサ37a、非接触センサ37b及びカメラ39から提供される情報を用いて、移動軌跡に沿ったコンクリート仕上げ装置1の移動を妨げる障害物に関する情報を得る。そして、クローラ制御部33cは、当該障害物を避けるような移動軌跡を再設定する。なお、障害物に関する情報は、クローラ制御部33cとは別の要素によって生成されて、クローラ制御部33cに与えられたものであってもよい。
トロウェル制御部33dは、ブレード19の動作を制御するための制御信号を提供する。例えば、トロウェル制御部33dは、予め設定された所定の回転速度となるように、モータ13を駆動してブレード19の回転速度を制御してもよい。つまり、ブレード19の回転速度とは、モータ13の回転速度と等価であるともいえる。また、トロウェル制御部33dは、表面状態評価部33e及び/又は均し状況取得部33fが提供する情報に基づいて、ブレード19の回転速度を制御してもよい。また、トロウェル制御部33dは、表面状態評価部33e及び/又は均し状況取得部33fが提供する情報に基づいて、ブレード角度を制御してもよい。ここで、ブレード角度とは、コンクリート表面Sとブレード19との間の鋭角側の角度である。
制御装置33は、さらに、表面状態評価部33eと、均し状況取得部33fと、を有する。
表面状態評価部33eは、表面センサ38及びカメラ39から提供された情報を利用して、ブレード19の回転速度を適宜変更してもよい。例えば、表面状態評価部33eは、表面センサ38が、コンクリート表面Sにおける不陸(起伏)を検出した場合、当該不陸に関する情報を用いて、仕上げ作業の内容を制御する。不陸に関する情報として、例えば、コンクリート表面Sにおける平滑度が挙げられる。そして、平滑度を利用してコンクリート仕上げ装置1の移動速度を制御してもよい。例えば、コンクリート表面Sの平滑度が粗い場合(閾値よりも大きい場合)には、移動速度を相対的に遅くする。また、平滑度を利用してトロウェル3におけるブレード19の回転速度を制御してもよい。なお、所定の平滑度に達しない場合は再仕上げを行ってもよい。
また、表面状態評価部33eは、コンクリート表面Sにおける不陸(起伏)に関する情報の他に、コンクリートの硬化度を利用してコンクリート仕上げ装置1におけるブレード19の動作を制御してもよい。例えば、コンクリートの硬化度が高くなるに従って、ブレード19の回転速度を上げる。また、コンクリートの硬化度が高くなるに従い、ブレード19のブレード角度を増加させる。この制御によれば、コンクリート表面Sの硬化に従い、効率的な仕上げができる。
つまり、表面状態評価部33eは、表面状態評価部の平滑度及びコンクリートの硬化度に応じて、走行ユニットの移動速度及び仕上げ機構の回転速度の少なくとも一方を制御する。その結果、さらに良好な仕上げ面を得ることができる。
なお、表面状態評価部33eは、表面センサ38及びカメラ39から提供された情報を利用してコンクリート表面Sに関する情報を生成し、当該情報を当該情報をクローラ制御部33c及びトロウェル制御部33dに提供してもよい。この場合には、クローラ制御部33c及びトロウェル制御部33dは、制御信号の生成に、コンクリート表面Sに関する情報を利用する。
ブレード計測部33gは、トロウェル3におけるブレード19の回転位置、回転速度及びブレード角度に関する情報を提供する。具体的には、ブレード計測部33gは、トロウェル3のシャフト18にそれぞれ設けられたロータリエンコーダといったブレードセンサ18aの出力を利用して、ブレード19の回転位置及び回転速度を得る。
ブレード軌跡取得部33h(仕上げ機構軌跡取得部)は、各ブレード19の移動軌跡を算出する。ここでブレード19の移動軌跡とは、ブレード19の先端が形成する軌跡である。ブレード19は、それ自身が回転軸RA、RBのまわりに回転すると共に、トロウェル3がクローラフレーム2に引っ張られる。この2つの動作によって、各ブレード19の先端は、螺旋状の軌跡を描く。ブレード軌跡取得部33hは、ブレード計測部33gが提供するブレード19の位置及び回転速度、さらに、クローラフレーム2が提供するモータ13の駆動パルス等を利用して、各ブレード19の軌跡を算出する。
均し状況取得部33f(表面均し状態取得部)は、ブレード計測部33g及びブレード軌跡取得部33hが提供する情報を利用して均し状況情報を生成し、当該情報をクローラ制御部33c、トロウェル制御部33dに提供する。ブレード計測部33g及びブレード軌跡取得部33hが提供する情報は、均し状況情報を構成する。つまり、均し状況情報とは、ブレード19の位置、回転数、軌跡に関する情報を含む。具体的には、ブレード計測部33gは、ブレード19の回転速度、回転位置、ブレード角度の情報を提供する。ブレード軌跡取得部33hは、ブレード19の移動軌跡に関する情報を提供する。均し状況取得部33fは、これらの情報の一つ又は複数を利用して、均し状況に関する情報を生成する。従って、均し状況情報は、回転速度や回転位置といった項目の数値を含む情報であってもよい。
例えば、均し状況取得部33fは、ブレード19の位置、回転数、軌跡に関する情報を利用して、1回目のコテ軌跡では仕上げができない影の部分を検出する。そして、2回目の均し作業では、コンクリート仕上げ装置1の進行方向を1回目の均し作業における進行方向に対して90°となる方向に設定する。この移動方向の制御によれば、影の部分をつぶすような仕上げ制御を行うことができる。なお、移動方向の変更は、3回目以降の均し作業において行ってもよい。
また、カメラ39を用いてコンクリート表面Sを撮像し、当該撮像によって得た画像を処理することによりコテ模様に関する情報を得る。そして、コテ模様の程度が閾値を越えないように、コンクリート仕上げ装置1の移動速度、ブレード19の回転速度及びブレード19の設置角度(ブレード角度)のうち少なくとも一つを選択して、コテ模様が出ないような仕上げ制御を行ってもよい。
さらに、電装フレーム4は、いくつかの部品を有する。電装フレーム4は、一対のランプ4aと、アウトリガ4bと、を有する。また、なお、電装フレーム4は、非常停止ボタン、回転灯などを必要に応じて備えてよい。
<電装フレーム連結部>
電装フレーム連結部7は、フレーム8に電装フレーム4を着脱可能に連結する。電装フレーム4は、フレーム8の長手方向における略中央に載置され、電装フレーム連結部7によって固定される。電装フレーム連結部7は、4組のピン孔ユニット25を有する。それぞれのピン孔ユニット25は、フレーム8に固定されたピン孔板25aと、電装フレーム4に固定されたピン孔板25bと、ピン孔板25a、25bに挿し込まれるピン25cと、を有する。ピン孔板25aは、例えば、幅方向の中心軸線を挟んでフレーム8の前辺部に2個設けられると共に、フレーム8の後辺部にさらに2個設けられる。そして、別のピン孔板25bは、電装フレーム4の裏面において、ピン孔板25aに対応する位置にそれぞれ固定されている。その結果、電装フレーム連結部7は、電装フレーム4及びクローラフレーム2のフレーム8に設けられている。
ピン孔板25a、25bには、水平方向Hに平行な貫通穴が設けられており、当該貫通穴にピン25cが差し込まれる。この構成によって、電装フレーム4がフレーム8に連結される。また、電装フレーム4を取り外すときには、ピン25cを引き抜けばよい。従って、電装フレーム4は、クローラフレーム2に対して容易に取り付けることができ、さらに、容易に取り外すことができる。
なお、電装フレーム連結部7は、ピン25cによる連結構造に限定されることはない。固定状態と解除状態とを容易に切り替え可能な機構を電装フレーム連結部7として採用してよい。
上記のコンクリート仕上げ装置1は、クローラフレーム2と、トロウェル3と、電装フレーム4と、を有する。そして、トロウェル3は、トロウェル連結部6を介してクローラフレーム2のフレーム8に連結される。また、電装フレーム4は、電装フレーム連結部7を介してクローラフレーム2のフレーム8に連結される。ここで、トロウェル連結部6は、トロウェル3を着脱可能にフレーム8に連結する。同様に、電装フレーム連結部7は、電装フレーム4を着脱可能にフレーム8に連結する。その結果、コンクリート仕上げ装置1は、クローラフレーム2、トロウェル3及び電装フレーム4に分解することが可能である。従って、それぞれのユニットの重量は、一体化されたコンクリート仕上げ装置1よりも軽量であるので、運搬を容易にすることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態に限定されることなく様々な形態で実施してよい。
<アマ出しユニット>
図6に示すように、トロウェル3には、付加的な部品としてアマ出しユニット41を取り付けてもよい。上述したように、アマ出しとは、いわゆる荒均しを意味し、「アマ」とはセメントを水に溶かしたセメントペーストであるノロをいう。アマ出し作業では、微粒分を浮き上がらせてコンクリート表面Sにモルタルを主成分として含む層を形成する。従来は、このアマ出し作業は、木鏝を用いて作業者が行っていた。
アマ出しユニット41は、2枚のアマ出し円盤42、43を含む。アマ出し円盤42は、一方のブレードユニット16Aに取り付けられる。アマ出し円盤43は、他方のブレードユニット16Bに取り付けられる。アマ出し円盤42、43は、取り付けられるブレードユニット16A、16Bが異なるだけであり、単体の構成は互いに共通する。以下、アマ出し円盤42について詳細に説明し、アマ出し円盤43の説明は省略する。
アマ出し円盤42は、円盤部44と、係合部46と、を有する。円盤部44は、底盤44aと、底盤44aの縁部から起立する壁部44bとを含む。円盤部44の直径は、ブレードユニット16Aの回転軸RAからブレードユニット16Bの回転軸RBまでの距離の1/2より小さい。従って、円盤部44の直径は、ブレードユニット16Aの直径(ブレード19が回転したときに均される円状の領域における直径)よりも小さい。また、2個のアマ出し円盤42、43をブレードユニット16A、16Bに取り付けたとき、アマ出し円盤42、43の間には隙間が生じる。
コンクリートと接する底盤44aの接触面は、断面視してコンクリート表面Sに向かう緩やかな凸状を呈する。また、接触面に対して逆側の面には、3個の係合部46が設けられる。係合部46は、断面視してL字状を呈する。係合部46は、円盤部44の中心線まわりに等間隔(120度間隔)をもって円盤部44に固定される。この係合部46にブレード19が係合することにより、ブレード19の回転に伴って、アマ出し円盤42、43が回転する。このとき、トロウェル3の自重によって、コンクリート表面Sが押圧される。つまり、アマ出しユニット41を用いた作業では、コンクリート表面Sに所定の圧力を加えつつ、そのコンクリート表面Sを均す。
なお、アマ出し円盤は、円板状のものに限定されない。図7に示されるように、例えば、変形例に係るアマ出しユニット41Aのアマ出し盤42A、43Aは、略三角形の平面形状(手裏剣型)を有するものであってもよい。そして、アマ出し盤42A、43Aの間における領域を、アマ出し盤42A、43Aの頂部が交互に通過するように配置する。換言すると、アマ出し盤42A、43Aは互いに位相をずらして配置される。この構成によれば、アマ出し盤42A、43Aの間には、常にアマ出し盤42A、43Aの何れか一方が通る。その結果、未仕上げの部分を生じることがない。
さらに、アマ出しユニットとしては、上記のアマ出し円盤42、43とは別の部品を用いてもよい。例えば、円筒状のアマ出し筒(円筒部材)を用いてもよい。このアマ出し筒は、コンクリート表面S上において円筒の回転軸のまわりに回転させることにより転がす。アマ出し筒の円周面である接触部は、空隙を有する網状である。このようなアマ出し筒を用いる場合には、クローラフレーム2からトロウェル3を取り外し、アマ出し筒を回転可能に連結してもよい。この際、連結部にアマ出し筒がコンクリート表面Sを押す力を調節する機能を備えさせることもできる。
また、アマ出しユニットとしては、コンクリートとの接触面が球面上であるアマ出し部品を用いてもよい。このアマ出し部品も、アマ出し筒と同様に、アタッチメントを介してブレードユニット16A、16Bのシャフト18に取り付けられる。アマ出し部品の場合には、回転ではなく、コンクリート表面Sに平行な方向に沿った往復振動を行う。この往復振動は、アタッチメントにより発生させてもよい。
また、上記実施形態に係るコンクリート仕上げ装置1では、トロウェル3(仕上げユニット)がクローラフレーム2(走行ユニット)に連結されていた。例えば、トロウェル3は、クローラフレーム2に代えて、電装フレーム4(電源ユニット)に連結されてもよい。
つまり、トロウェル連結部は、トロウェル3を電装フレーム4に連結するものとしてもよい。
また、アマ出しユニットとしては、トロウェル3のブレード19(第1ブレード)をアマ出し用のアマ出しブレード(第2ブレード)に交換してもよい。アマ出しブレードは、不陸調整作業に用いるブレード19に対して剛性が高く、また、コンクリートと接触する面の断面が緩やかな凸面状となっている。ブレードユニット16A、16Bは、仕上げ作業の内容に応じてブレード19又はアマ出しブレードが選択的に装着される。つまり、不陸調整作業時には、ブレード19が装着される。そして、アマ出し作業時には、アマ出しブレードが装着される。
1…コンクリート仕上げ装置、2…クローラフレーム(走行ユニット)、3…トロウェル(仕上げユニット)、4…電装フレーム(電源ユニット)、4a…ランプ、4b…アウトリガ、5…筐体、6…トロウェル連結部(第1連結部)、7…電装フレーム連結部(第2連結部)、8…フレーム、9…バンパー、10…操作端末、11…クローラユニット(無限軌道)、12…ベルト、13…モータ(第1モータ)、13a…モータセンサ(走行センサ)、12a…エッジ、14…散水装置、15…ブレードモータ(第2モータ)、16A,16B…ブレードユニット(仕上げ機構)、17…バンパー、18…シャフト、18a…ブレードセンサ、19…ブレード、20…ガイド、21,22…連結板、22a…ガイド穴、23A,23B,23C,23D…ばねユニット、23a…ワイヤばね(弾性部材)、23b…ベース、24…スナップ錠、24a…レバー、24b…突起、25…ピン孔ユニット、25a,25b…ピン孔板、25c…ピン、26…連結部、26a…ガイド穴、28…ピン、31…電源装置、32…センサ装置、33…制御装置、33a…入出力部、33b…移動軌跡算出部、33c…クローラ制御部、33d…トロウェル制御部、33e…表面状態評価部、33f…均し状況取得部、33g…ブレード計測部、33h…ブレード軌跡取得部(仕上げ機構軌跡取得部)、34…電池、36…電力変換回路、37…障害物検知センサ、37a…接触センサ、37b…非接触センサ、38…表面センサ、39…カメラ、41…アマ出しユニット、42,43…アマ出し円盤、44…円盤部、44a…底盤、44b…壁部、46…係合部、V…鉛直方向、H…水平方向、S…コンクリート表面。

Claims (12)

  1. フレームに設けられた無限軌道を有する走行ユニットと、
    前記フレームに載置されて、前記走行ユニットに電力を供給する電源ユニットと、
    前記走行ユニットの前記フレーム又は前記電源ユニットに連結されて、コンクリート表面に接触しながら回転する仕上げ機構によって前記コンクリート表面を仕上げる仕上げユニットと、
    前記走行ユニットの前記フレーム又は前記電源ユニットに対して前記仕上げユニットを着脱可能に連結する第1連結部と、
    前記走行ユニットの前記フレームに対して前記電源ユニットを着脱可能に連結する第2連結部と、を備え
    前記走行ユニットは、前記仕上げユニットを引っ張るように配置され、
    前記第1連結部は、鉛直方向に沿った可撓性を有する弾性部材を有すると共に、前記仕上げユニットの重量によって鉛直方向に変形することにより、前記走行ユニットの前記フレーム又は前記電源ユニットに対する前記仕上げユニットの鉛直方向への相対的な移動を許す、コンクリート仕上げ装置。
  2. 前記第1連結部は、前記走行ユニットの前記フレームに対して前記仕上げユニットを着脱可能に連結する、請求項1に記載のコンクリート仕上げ装置。
  3. 前記コンクリート表面の状態に関する情報を得るセンサ部と、
    前記センサ部が得た情報を利用して、前記走行ユニット及び前記仕上げユニットの少なくとも一方のための制御信号を生成する制御部と、を更に備える、請求項1又は2に記載のコンクリート仕上げ装置。
  4. 前記仕上げ機構は、前記コンクリート表面に接触しながら回転するブレードと、前記ブレードが連結される回転軸と、前記回転軸を駆動するブレードモータと、を有し、
    前記ブレードは、前記回転軸に対して着脱可能に構成される、請求項3に記載のコンクリート仕上げ装置。
  5. 前記制御部は、前記走行ユニットの移動速度、前記ブレードの回転速度、及び前記ブレードが前記コンクリート表面に対して成すブレード角度のうち少なくとも一つを制御する、請求項4に記載のコンクリート仕上げ装置。
  6. 前記制御部は、前記走行ユニットの移動速度、前記ブレードの移動軌跡、前記ブレードの回転速度、及び前記ブレードが前記コンクリート表面に対してなすブレード角度のうち少なくとも一つを利用して、前記コンクリート表面の均し状況に関する情報を得る均し状況取得部を有し、
    前記制御部は、前記均し状況取得部が得た情報を利用して、前記制御信号を生成する、請求項4又は5に記載のコンクリート仕上げ装置。
  7. 前記センサ部は、前記コンクリート表面の状態に関する情報としての前記コンクリート表面の平滑度及び前記コンクリート表面の硬化度に関する情報の少なくとも一方を取得する表面センサを有し、
    前記制御部は、前記表面センサが得た情報を利用して、前記制御信号を生成する、請求項4〜6の何れか一項に記載のコンクリート仕上げ装置。
  8. 前記センサ部は、前記コンクリート表面において前記走行ユニットによる移動を妨げるように存在する障害物を検知する障害物検知センサをさらに有し、
    前記障害物検知センサは、
    前記障害物への接触により前記障害物を検知する接触センサと、
    前記障害物へ送信波を照射し、前記障害物からの反射波を利用して前記障害物を非接触で検知する非接触センサと、を含む、請求項4〜7の何れか一項に記載のコンクリート仕上げ装置。
  9. 前記仕上げ機構は、前記コンクリート表面に接触する接触部が空隙を有する円筒部材であり、前記走行ユニットの走行に伴って前記円筒部材の回転軸のまわりに回転することにより前記コンクリート表面を均す、請求項1〜3の何れか一項に記載のコンクリート仕上げ装置。
  10. 前記仕上げ機構は、
    前記コンクリート表面に接触する接触部が可撓性を有する第1ブレードと、
    前記コンクリート表面に接触する接触部が前記第1ブレードよりも高い剛性を有し、前記接触部の表面が凸面状である第2ブレードを含み、
    前記仕上げ機構は、仕上げ作業の内容に応じて前記第1ブレード及び前記第2ブレードが選択的に装着される、請求項1〜3の何れか一項に記載のコンクリート仕上げ装置。
  11. 前記走行ユニットは、前記電源ユニットと電気的に接続されて、前記電源ユニットから供給される電力を利用して駆動する第1モータによって前記無限軌道を駆動し、
    前記仕上げユニットは、前記電源ユニットと電気的に接続されて、前記電源ユニットから供給される電力を利用して駆動する第2モータによって前記仕上げ機構を駆動する、請求項1〜10の何れか一項に記載のコンクリート仕上げ装置。
  12. 前記走行ユニットは、前記コンクリート表面と接触する前記無限軌道の接触面に対する前記コンクリートの付着を抑制するコンクリート付着抑制部を有し、
    前記コンクリート付着抑制部は、前記接触面に対して付着抑制物を供給する、請求項1〜11の何れか一項に記載のコンクリート仕上げ装置。
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