JP7426748B1 - 自走式作業ロボットの走行制御方法及び走行制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】鉄筋格子上を鉄筋に沿って自走する自走式作業ロボットを施工面の所望の位置に移動させる際に、目印の設置などの事前準備を必要とせず、天候や時間帯等の外部環境要因に依存せず、確実に目標位置に到達する自走式作業ロボットの走行制御方法及び走行制御システムを提供すること。【解決手段】制御部が、駆動部を駆動制御して第一の方向に走行している場合に鉄筋検知部が第二鉄筋を検知して発信する検知信号を受信するたびに記憶部に記録されている現在位置情報の第一変数の値を所定値増減する書換制御を行い、駆動部を駆動制御して第二の方向に走行している場合に鉄筋検知部が第一鉄筋を検知して発信する検知信号を受信するたびに記憶部に記録されている現在位置情報の第二変数の値を所定値増減する書換制御を行う。【選択図】図５

Description

本発明は、鉄筋格子上を鉄筋に沿って自走する自走式作業ロボットの走行を制御する自走式作業ロボットの走行制御方法及び走行制御システムに関するものである。

従来、鉄筋格子上を自走して所望の位置に移動する自走式作業ロボットについては、複数の鉄筋上を走行する自走式作業ロボットが、鉄筋に直交配置するトラバースレール上を転動する台車と鉄筋との相互間で乗降自在に移載するもの（特許文献１参照）、自走式作業ロボット自身がクローラ機構を備えるもの（参考文献２参照）が知られている。

特開第２０２２－１８３２８号公報 特開第２０１９－３９１７４号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の自走式作業ロボットを、施工面の所望の位置まで走行させるために関連する従来技術を採用する場合には、以下の問題の発生が予測される。

まず、一般的な無人搬送車：ＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）の構成を採用する場合には、磁気テープやＱＲコード（登録商標）などの目印を走行ラインに沿って設置する必要があるため、鉄筋格子の施工前にこれらの目印を施工面に設置し、又は施工中の鉄筋格子をいったん撤去した上で施工面に目印を設置する必要が生じて煩雑であり、工数増大や作業遅延が発生する。

次に、自律走行搬送ロボット：ＡＭＲ（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｍｏｂｉｌｅ Ｒｏｂｏｔ）の構成を採用する場合には、エリア設定、ルート設定等の事前準備が必要であるため、建設現場のように日々変化する環境では、目標地点まで走行させようとする度にこれらの設定を変更する必要が生じて煩雑であり、工数増大や作業遅延が発生する。

また、全地球測位システム：ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いる場合には、民生用のシステムでは屋外であっても建築現場に必要な精度を得ることができず、ましてや屋内では位置情報を取得できず、又は精度が著しく低下するため使用に耐えない。

さらに、無線ＬＡＮ等の無線通信を用いる場合には、位置情報の基準となるルーターなどの親機の設置が必要となり、何らかの理由で親機の設置位置が変わった際には、自走式作業ロボットの基準位置が狂ってしまうため、目標位置への到達精度を高めるために再設定の作業が発生する。また、電波強度が不安定な場合や、都市部において周囲に無関係な電波源が多数存在する場合には、通信不良により到達確度が低下する問題が生じ得る。

その上、光学カメラや光学検知測距：ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）の利用により位置情報を取得する場合には、光学カメラは夜間や暗所での使用ができず、一方で、ＬｉＤＡＲはレーザー光照射による散乱光を測定するため、雨天時や霧天時には精度が低下し、また、太陽光の散乱が存在する晴天の屋外では使用ができず、いずれの場合にも使用条件が天候や時間帯等の外部環境要因に依存して限定的である。

そこで、本発明は、前述したような従来技術の問題を解決するものであって、すなわち、本発明の目的は、鉄筋格子上を鉄筋に沿って自走する自走式作業ロボットを施工面の所望の位置に移動させる際に、目印の設置などの事前準備を必要とせず、天候や時間帯等の外部環境要因に依存せず、確実に目標位置に到達する自走式作業ロボットの走行制御方法及び走行制御システムを提供することである。

請求項１に係る発明は、施工面に第一の方向に等間隔に並列敷設された複数の第一鉄筋と該第一鉄筋に交差する第二の方向に延びて等間隔に敷設された第二鉄筋とからなる鉄筋格子の上を前記第一の方向及び前記第二の方向に走行する走行部と、該走行部を駆動する駆動部と、外部からの入力を受ける入力部と、前記第一鉄筋及び前記第二鉄筋を検知する鉄筋検知部と、現在位置情報及び目標位置情報を記録する記憶部と、前記入力部からの入力内容及び前記鉄筋検知部からの検知信号に応じて前記駆動部及び前記記憶部を制御する制御部とを備えている自走式作業ロボットの走行制御方法であって、前記制御部が、前記入力部から原点設定指示が入力された場合であって、前記鉄筋検知部が前記第二鉄筋を検知していないときには前記駆動部を駆動制御して前記第一の方向に移動して前記鉄筋検知部が前記第二鉄筋を検知して発信した検知信号を受信した際に停止制御し、前記鉄筋検知部が前記第一鉄筋を検知していないときには前記駆動部を駆動制御して前記第二の方向に移動して前記鉄筋検知部が前記第一鉄筋を検知して発信した検知信号を受信した際に停止制御し、更に、前記記憶部に記録されている前記現在位置情報の第一変数及び第二変数の値をそれぞれ初期値に設定した後に、前記制御部が、前記駆動部を駆動制御して前記第一の方向に走行している場合に前記鉄筋検知部が前記第二鉄筋を検知して発信する検知信号を受信するたびに前記記憶部に記録されている前記現在位置情報の前記第一変数の値を所定値増減する書換制御を行い、前記駆動部を駆動制御して前記第二の方向に走行している場合に前記鉄筋検知部が前記第一鉄筋を検知して発信する検知信号を受信するたびに前記記憶部に記録されている前記現在位置情報の前記第二変数の値を所定値増減する書換制御を行い、前記制御部が、前記駆動部を駆動制御して前記第一の方向に走行している場合に前記記憶部に記録されている前記現在位置情報及び前記目標位置情報を読み出して前記現在位置情報の前記第一変数が前記目標位置情報の第一変数と一致したときに前記駆動部を停止制御して前記第一の方向への走行を停止させ、前記駆動部を駆動制御して前記第二の方向に走行している場合に前記記憶部に記録されている前記現在位置情報及び前記目標位置情報を読み出して前記現在位置情報の前記第二変数が前記目標位置情報の第二変数と一致したときに前記駆動部を停止制御して前記第二の方向への走行を停止させることにより、前述した課題を解決するものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の自走式作業ロボットの走行制御方法の発明の構成に加えて、前記制御部が、前記入力部から入力された前記目標位置情報を前記記憶部に記録する記憶制御を行った後に前記記憶部に記録されている前記現在位置情報の前記書換制御を行うことにより、前述した課題を解決するものである。

本請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に係る発明の自走式作業ロボットの走行制御方法の発明の構成に加えて、前記制御部が、前記駆動部を停止制御して前記第一の方向及び前記第二の方向への走行を停止させた後に前記記憶部に記録されている前記現在位置情報の第一変数及び第二変数の値をそれぞれ初期値に設定して前記目標位置情報が更新されるまで待機することにより、前述した課題をさらに解決するものである。

本請求項４に係る発明は、施工面に第一の方向に等間隔に並列敷設された複数の第一鉄筋と該第一鉄筋に交差する第二の方向に延びて等間隔に敷設された第二鉄筋とからなる鉄筋格子と、該鉄筋格子の上を前記第一の方向及び前記第二の方向に走行する走行部と該走行部を駆動する駆動部と外部からの入力を受ける入力部と前記第一鉄筋及び前記第二鉄筋を検知する鉄筋検知部と現在位置情報及び目標位置情報を記録する記憶部とを備えて前記駆動部と前記記憶部とを制御する自走式作業ロボットとからなる自走式作業ロボットの走行制御システムであって、前記自走式作業ロボットが、前記入力部から原点設定指示が入力された場合であって、前記駆動部を駆動制御して前記第一方向又は前記第二方向にそれぞれ移動して前記鉄筋検知部が前記第二鉄筋を検知して発信した検知信号を受信したときに前記駆動部を制御して前記第一方向への走行を停止させ、前記鉄筋検知部が前記第一鉄筋を検知して発信した検知信号を受信したときに前記駆動部を制御して前記第二方向への走行を停止させて、前記記憶部に記録されている前記現在位置情報の第一変数及び第二変数の値をそれぞれ初期値に設定した後に、前記駆動部を駆動制御して前記第一の方向に走行している際に前記鉄筋検知部が前記第二鉄筋を検知して発信する検知信号を受信するたびに前記記憶部に記録されている前記現在位置情報の前記第一変数の値を所定値増減する書換制御を行い、前記駆動部を駆動制御して前記第二の方向に走行している際に前記鉄筋検知部が前記第一鉄筋を検知して発信する検知信号を受信するたびに前記記憶部に記録されている前記現在位置情報の前記第二変数の値を所定値増減する書換制御を行い、前記記憶部に記録されている前記現在位置情報及び前記目標位置情報を読み出して比較して前記現在位置情報の前記第一変数が前記目標位置情報の第一変数と一致した際に前記駆動部を停止制御して前記第一の方向への走行を停止させ、前記現在位置情報の前記第二変数が前記目標位置情報の第二変数と一致した際に前記駆動部を停止制御して前記第二の方向への走行を停止させる 制御部を備えていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。

本発明の請求項１に係る発明の自走式作業ロボットの走行制御方法によれば、施工面に第一の方向に等間隔に並列敷設された複数の第一鉄筋とこの第一鉄筋に交差する第二の方向に延びて等間隔に敷設された第二鉄筋とからなる鉄筋格子の上を第一の方向及び第二の方向に走行する走行部と、この走行部を駆動する駆動部と、外部からの入力を受ける入力部と、第一鉄筋及び第二鉄筋を検知する鉄筋検知部と、現在位置情報及び目標位置情報を記録する記憶部と、入力部からの入力内容及び鉄筋検知部からの検知信号に応じて駆動部及び記憶部を制御する制御部とを備えていることにより、自走式作業ロボットの走行を制御することができるばかりでなく、本発明の以下の構成により、本発明に固有の以下の効果を奏することができる。

まず、制御部が、入力部から原点設定指示が入力された場合であって、鉄筋検知部が第二鉄筋を検知していないときには駆動部を駆動制御して第一の方向に移動して鉄筋検知部が第二鉄筋を検知して発信した検知信号を受信した際に停止制御し、鉄筋検知部が第一鉄筋を検知していないときには駆動部を駆動制御して第二の方向に移動して鉄筋検知部が第一鉄筋を検知して発信した検知信号を受信した際に停止制御し、更に、記憶部に記録されている現在位置情報の第一変数及び第二変数の値をそれぞれ初期値に設定することにより、鉄筋格子上の任意の位置に自走式作業ロボットを載置して入力部から原点設定指示を入力するだけで自動的に最寄りの格子点を原点とするため、目印の設置などの事前準備を必要とせずに自ら設定した原点を基準位置として施工面を自走する準備を整えることができる。

次に、制御部が、記憶部に記録されている現在位置情報の第一変数及び第二変数の値をそれぞれ初期値に設定した後に、駆動部を駆動制御して第一の方向に走行している場合に鉄筋検知部が第二鉄筋を検知して発信する検知信号を受信するたびに記憶部に記録されている現在位置情報の第一変数の値を所定値増減する書換制御を行い、駆動部を駆動制御して第二の方向に走行している場合に鉄筋検知部が第一鉄筋を検知して発信する検知信号を受信するたびに記憶部に記録されている現在位置情報の第二変数の値を所定値増減する書換制御を行うことにより、鉄筋格子上を自走しながら通過した第一鉄筋及び第二鉄筋をそれぞれカウントして現在位置情報の第一変数及び第二変数を書換え更新するため、天候や時間帯等の外部環境要因に依存せずに作業中の任意の時点における現在位置を鉄筋格子により規定される座標系を基準とする現在位置情報として正確に記録することができる。

更に、制御部が、記憶部に記録されている現在位置情報の第一変数及び第二変数の値をそれぞれ初期値に設定した後に、駆動部を駆動制御して第一の方向に走行している場合に記憶部に記録されている現在位置情報及び目標位置情報を読み出して現在位置情報の第一変数が目標位置情報の第一変数と一致したときに駆動部を停止制御して第一の方向への走行を停止させ、駆動部を駆動制御して第二の方向に走行している場合に記憶部に記録されている現在位置情報及び目標位置情報を読み出して現在位置情報の第二変数が目標位置情報の第二変数と一致したときに駆動部を停止制御して第二の方向への走行を停止させることにより、自走しながら現在位置と目標地点との異同判定を行うため、目標地点で自動的に走行を停止して確実に目標位置に到達することができる。

本発明の請求項２に係る発明の自走式作業ロボットの走行制御方法によれば、請求項１に係る発明の自走式作業ロボットの走行制御方法の発明が奏する効果に加えて、制御部が、入力部から入力された目標位置情報を記憶部に記録する記憶制御を行った後に記憶部に記録されている現在位置情報の書換制御を行うことにより、目標位置情報を確実に設定した後に自動走行と現在位置情報の書換え更新を行うため、目標位置と現在位置との異同判定を誤差なく行って正確に目標位置に到達することができる。

本請求項３に係る発明の自走式作業ロボットの走行制御方法によれば、請求項１又は請求項２に係る発明の自走式作業ロボットの走行制御方法の発明が奏する効果に加えて、制御部が、駆動部を停止制御して第一の方向及び第二の方向への走行を停止させた後に記憶部に記録されている現在位置情報の第一変数及び第二変数の値をそれぞれ初期値に設定して目標位置情報が更新されるまで待機することにより、停止した後の現在位置を改めて原点に設定するため、自走式作業ロボットの現在位置を基準にして新たな目標位置を相対的かつ容易に設定して入力、更新することができる。

本請求項４に係る発明の自走式作業ロボットの走行制御システムによれば、施工面に第一の方向に等間隔に並列敷設された複数の第一鉄筋とこの第一鉄筋に交差する第二の方向に延びて等間隔に敷設された第二鉄筋とからなる鉄筋格子と、この鉄筋格子の上を第一の方向及び第二の方向に走行する走行部とこの走行部を駆動する駆動部と外部からの入力を受ける入力部と第一鉄筋及び第二鉄筋を検知する鉄筋検知部と現在位置情報及び目標位置情報を記録する記憶部とを備えて駆動部と記憶部とを制御する自走式作業ロボットとからなることにより、自走式作業ロボットの走行を制御することができるばかりでなく、本発明の以下の構成により、本発明に固有の以下の効果を奏することができる。

まず、自走式作業ロボットが、入力部から原点設定指示が入力された場合であって、駆動部を駆動制御して第一方向又は第二方向にそれぞれ移動して鉄筋検知部が第二鉄筋を検知して発信した検知信号を受信したときに駆動部を制御して第一方向への走行を停止させ、鉄筋検知部が第一鉄筋を検知して発信した検知信号を受信したときに駆動部を制御して第二方向への走行を停止させて、記憶部に記録されている現在位置情報の第一変数及び第二変数の値をそれぞれ初期値に設定する制御部を備えていることにより、鉄筋格子上の任意の位置に自走式作業ロボットを載置して入力部から原点設定指示を入力するだけで自動的に最寄りの格子点を原点とするため、目印の設置などの事前準備を必要とせずに自ら設定した原点を基準位置として施工面を自走する準備を整えることができる。

次に、自走式作業ロボットが、記憶部に記録されている現在位置情報の第一変数及び第二変数の値をそれぞれ初期値に設定した後に、駆動部を駆動制御して第一の方向に走行している際に鉄筋検知部が第二鉄筋を検知して発信する検知信号を受信するたびに記憶部に記録されている現在位置情報の第一変数の値を所定値増減する書換制御を行い、駆動部を駆動制御して第二の方向に走行している際に鉄筋検知部が第一鉄筋を検知して発信する検知信号を受信するたびに記憶部に記録されている現在位置情報の第二変数の値を所定値増減する書換制御を行う制御部を備えていることにより、鉄筋格子上を自走しながら通過した第一鉄筋及び第二鉄筋をそれぞれカウントして現在位置情報の第一変数及び第二変数を書換え更新するため、天候や時間帯等の外部環境要因に依存せずに作業中の任意の時点における現在位置を鉄筋格子により規定される座標系を基準とする現在位置情報として正確に記録することができる。

更に、自走式作業ロボットが、記憶部に記録されている現在位置情報の第一変数及び第二変数の値をそれぞれ初期値に設定した後に、記憶部に記録されている現在位置情報及び目標位置情報を読み出して比較して現在位置情報の第一変数が目標位置情報の第一変数と一致した際に駆動部を停止制御して第一の方向への走行を停止させ、現在位置情報の第二変数が目標位置情報の第二変数と一致した際に駆動部を停止制御して第二の方向への走行を停止させる制御部を備えていることにより、自走しながら現在位置と目標地点との異同判定を行うため、目標地点で自動的に走行を停止して確実に目標位置に到達することができる。

本発明に係る自走式作業ロボットが施工面に敷設された鉄筋格子上を自走する様子を示す模式図。 図１を横方向から見た状態を示す模式図。 図２の鉄筋格子を上から見た状態を示す模式図。 本発明に係る鉄筋検知部を示す模式的説明図。 本発明に係る鉄筋検知部を示す模式的説明図。 本発明に係る自走式作業ロボットの構成を示す機能ブロック図。 本発明に係る制御の流れを示すフロー図。 本発明に係る制御の流れを示すフロー図。 本発明に係る制御の流れを示すフロー図。

本発明の自走式作業ロボットの走行制御方法は、施工面に第一の方向に等間隔に並列敷設された複数の第一鉄筋とこの第一鉄筋に交差する第二の方向に延びて等間隔に敷設された第二鉄筋とからなる鉄筋格子の上を第一の方向及び第二の方向に走行する走行部と、この走行部を駆動する駆動部と、外部からの入力を受ける入力部と、第一鉄筋及び第二鉄筋を検知する鉄筋検知部と、現在位置情報及び目標位置情報を記録する記憶部と、入力部からの入力内容及び鉄筋検知部からの検知信号に応じて駆動部及び記憶部を制御する制御部とを備えている自走式作業ロボットの走行制御方法であって、制御部が、入力部から原点設定指示が入力された場合であって、鉄筋検知部が第二鉄筋を検知していないときには駆動部を駆動制御して第一の方向に移動して鉄筋検知部が第二鉄筋を検知して発信した検知信号を受信した際に停止制御し、鉄筋検知部が第一鉄筋を検知していないときには駆動部を駆動制御して第二の方向に移動して鉄筋検知部が第一鉄筋を検知して発信した検知信号を受信した際に停止制御し、更に、記憶部に記録されている現在位置情報の第一変数及び第二変数の値をそれぞれ初期値に設定した後に、駆動部を駆動制御して第一の方向に走行している場合に鉄筋検知部が第二鉄筋を検知して発信する検知信号を受信するたびに記憶部に記録されている現在位置情報の第一変数の値を所定値増減する書換制御を行い、駆動部を駆動制御して第二の方向に走行している場合に鉄筋検知部が第一鉄筋を検知して発信する検知信号を受信するたびに記憶部に記録されている現在位置情報の第二変数の値を所定値増減する書換制御を行い、駆動部を駆動制御して第一の方向に走行している場合に記憶部に記録されている現在位置情報及び目標位置情報を読み出して現在位置情報の第一変数が目標位置情報の第一変数と一致したときに駆動部を停止制御して第一の方向への走行を停止させ、駆動部を駆動制御して第二の方向に走行している場合に記憶部に記録されている現在位置情報及び目標位置情報を読み出して現在位置情報の第二変数が目標位置情報の第二変数と一致したときに駆動部を停止制御して第二の方向への走行を停止させることにより、鉄筋格子上を鉄筋に沿って自走する自走式作業ロボットを施工面の所望の位置に移動させる際に、目印の設置などの事前準備を必要とせず、天候や時間帯等の外部環境要因に依存せず、確実に目標位置に到達するものであれば、その具体的な実施態様は、如何なるものであっても構わない。

また、本発明の自走式作業ロボットの走行制御システムは、施工面に第一の方向に等間隔に並列敷設された複数の第一鉄筋とこの第一鉄筋に交差する第二の方向に延びて等間隔に敷設された第二鉄筋とからなる鉄筋格子と、この鉄筋格子の上を第一の方向及び第二の方向に走行する走行部とこの走行部を駆動する駆動部と外部からの入力を受ける入力部と第一鉄筋及び第二鉄筋を検知する鉄筋検知部と現在位置情報及び目標位置情報を記録する記憶部とを備えて駆動部と記憶部とを制御する自走式作業ロボットとからなる自走式作業ロボットの走行制御システムであって、制御部が、入力部から原点設定指示が入力された場合であって、鉄筋検知部が第二鉄筋を検知していないときには駆動部を駆動制御して第一の方向に移動して鉄筋検知部が第二鉄筋を検知して発信した検知信号を受信した際に停止制御し、鉄筋検知部が第一鉄筋を検知していないときには駆動部を駆動制御して第二の方向に移動して鉄筋検知部が第一鉄筋を検知して発信した検知信号を受信した際に停止制御し、更に、記憶部に記録されている現在位置情報の第一変数及び第二変数の値をそれぞれ初期値に設定した後に、駆動部を駆動制御して第一の方向に走行している場合に鉄筋検知部が第二鉄筋を検知して発信する検知信号を受信するたびに記憶部に記録されている現在位置情報の第一変数の値を所定値増減する書換制御を行い、駆動部を駆動制御して第二の方向に走行している場合に鉄筋検知部が第一鉄筋を検知して発信する検知信号を受信するたびに記憶部に記録されている現在位置情報の第二変数の値を所定値増減する書換制御を行い、駆動部を駆動制御して第一の方向に走行している場合に記憶部に記録されている現在位置情報及び目標位置情報を読み出して現在位置情報の第一変数が目標位置情報の第一変数と一致したときに駆動部を停止制御して第一の方向への走行を停止させ、駆動部を駆動制御して第二の方向に走行している場合に記憶部に記録されている現在位置情報及び目標位置情報を読み出して現在位置情報の第二変数が目標位置情報の第二変数と一致したときに駆動部を停止制御して第二の方向への走行を停止させることにより、鉄筋格子上を鉄筋に沿って自走する自走式作業ロボットを施工面の所望の位置に移動させる際に、目印の設置などの事前準備を必要とせず、天候や時間帯等の外部環境要因に依存せず、確実に目標位置に到達するものであれば、その具体的な実施態様は、如何なるものであっても構わない。

例えば、自走式作業ロボットの作業内容は、鉄筋結束作業の他に、配筋検査、タッカー作業、ピンタッカー（ピンネイラー）作業、螺子止め又は荷物運搬等、鉄筋格子の上で行う作業であれば如何なるものであってもよい。
また、鉄筋検知部を構成するセンサは、磁気センサの他に、接触センサ、フォトマイクロセンサ（光学センサ）等の公知のセンサを用いることができる。
左右走行ユニットは、第二鉄筋に沿って走行するものであれば、一対のクローラから構成する以外に、二対の駆動輪から構成してもよい。
入力部は、外部から送信される電波を受信する通信装置の他に、タッチパネルやボタンなどの入力装置であってもよく、これらを併設してもよい。また、入力部から目標位置を入力して指定する際には、鉄筋間隔（メートル）と目標相対位置（メートル）をそれぞれ入力して、乗り越える鉄筋の本数によって規定される左右移動数と前後移動数とを計算する方式の他に、乗り越える鉄筋の本数によって規定される左右移動数と前後移動数とを直接入力する構成としてもよい。
鉄筋格子を構成する第一鉄筋と第二鉄筋との配置は、直交以外にやや斜交していてもよく、第一鉄筋同士又は第二鉄筋同士が平行を保っている限り、緩やかにカーブしていても構わない。

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、本発明に係る自走式作業ロボットが施工面に敷設された鉄筋格子上を自走する様子を示す模式図であり、図２は、図１を横方向から見た状態を示す模式図であり、図３は、図２の鉄筋格子を上から見た状態を示す模式図であり、図４Ａ及び図４Ｂは、本発明に係る鉄筋検知部を示す模式的説明図であり、図５は、本発明に係る自走式作業ロボットの構成を示す機能ブロック図である。なお、図４Ａ及び図４Ｂでは、説明の都合上、鉄筋結束機等の記載を省略している。

本発明の一実施例である走行制御システム１００は、図１及び図２に示すように、自走式作業ロボット１１０と、複数の第一鉄筋１２０ａと複数の第二鉄筋１２０ｂとを直交させて格子状に組んだ鉄筋格子１２０とから構成されている。

本実施例の自走式作業ロボット１１０は、所定作業として鉄筋結束作業を行うものであり、鉄筋格子１２０が敷設された施工面上を自動走行しながら、自走式作業ロボット１１０に保持された市販の鉄筋結束機により第一鉄筋１２０ａと第二鉄筋１２０ｂとの交差部の鉄筋結束作業を行う。

ここで、図３に示すように、複数の第一鉄筋１２０ａは等間隔で相互に平行に配設されており、この第一鉄筋１２０ａの長手方向を「前後方向」とし、複数の第二鉄筋１２０ｂは等間隔で相互に平行に配設されており、この第二鉄筋１２０ｂの長手方向を「左右方向」とし、これら「前後方向」及び「左右方向」と直交する鉛直方向を「上下方向」とする。

本実施例においては、「前後方向」が「第一の方向」に、「左右方向」が「第二の方向」に、「Ｙ」が「第一変数の値」、「Ｘ」が「第二変数」の値に対応する。

自走式作業ロボット１１０は、図２、図４Ａ、図４Ｂ及び図５に示すように、鉄筋格子１２０上を走行する走行部１１１と、この走行部を駆動するための駆動部１１２と、自走式作業ロボットに対する外部からの指示を受けるための入力部１１３と、鉄筋格子１２０上を走行中に第一鉄筋１２０ａ及び第二鉄筋１２０ｂを検知するための鉄筋検知部１１４と、現在位置及び目標位置を記録するための記憶部１１５と、駆動部１１２、入力部１１３、鉄筋検知部１１４及び記憶部１１５を制御するための制御部１１６とを備えている。

走行部１１１は、複数の第一鉄筋１２０ａのうち任意の１本の第一鉄筋１２０ａ及びその近傍の他の第一鉄筋１２０ａの上をこれらの第一鉄筋１２０ａに沿って走行する前後走行ユニット１１１ａと、複数の第二鉄筋１２０ｂの上をこれらの第二鉄筋１２０ｂに沿って走行する不図示の左右走行ユニット１１１ｂとからなる。

前後走行ユニット１１１ａは、例えば、自走式作業ロボット１１０の本体に懸架された二対の駆動輪から構成されている。また、不図示の左右走行ユニット１１１ｂは、一対のクローラから構成されている。

駆動部１１２は、前後走行ユニット１１１ａを駆動して前後方向に走行させる前後走行モータ１１２ａと、左右走行ユニット１１１ｂを駆動して左右方向に走行させる左右走行モータ１１２ｂとを備えている。

入力部１１３は、初期位置座標の設定指示、鉄筋間隔の入力、目標位置の入力、移動の開始・再開指示等の入力を、外部から送信される電波を受信する通信装置から構成されている。

鉄筋検知部１１４は、鉄筋格子１２０上を前後方向に走行中に第二鉄筋１２０ｂを検知するための前後移動時鉄筋センサ１１４ａと、鉄筋格子１２０上を左右方向に走行中に第一鉄筋１２０ａを検知するための不図示の左右走行時鉄筋センサ１１４ｂを備えている。

前後移動時鉄筋センサ１１４ａは、図２、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、自走式作業ロボット１１０の下面の前後方向略中央位置であって、前方駆動輪と後方駆動輪との間に設けられている。

前後移動時鉄筋センサ１１４ａは、円盤状のスペーサーと、このスペーサーに連動して上下動する磁気センサ素子１１４ａａとを備えている。前後移動時鉄筋センサ１１４ａのスペーサーの円盤面は、その法線が磁気センサ素子１１４ａａの検出対象である第二鉄筋１２０ｂの長手方向と平行となるように配置されており、スペーサーの円弧状の外周面が第二鉄筋１２０ｂに接触した際にキー溝１１４ａｂに沿って上下方向に移動して第二鉄筋１２０ｂに接触しながら乗り上げる構成となっている。

特に、第一鉄筋１２０ａと第二鉄筋１２０ｂとが直交して構成している鉄筋格子１２０上を走行する場合には、前後移動時鉄筋センサ１１４ａのスペーサーの円盤面は、第一鉄筋１２０ａの長手方向と平行に配置されることとなる。

磁気センサ素子１１４ａａは、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、その検出範囲Ｓが下方に向くように設置されており、非接触で第二鉄筋１２０ｂを検出可能である。磁気センサ素子１１４ａａの下端は、円盤状のスペーサーの下端よりも上方に位置しており、第二鉄筋１２０ｂに接近した際には磁気センサ素子１１４ａａよりも先にスペーサーが第二鉄筋１２０ｂに接触して磁気センサ素子１１４ａａを保護する。

磁気センサ素子１１４ａａは、渦電流式の磁気センサであり、接近した第二鉄筋１２０ｂに向けて高周波磁束を発生可能である。図４Ｂに示すように、この磁気センサ素子１１４ａａに第二鉄筋１２０ｂ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、第二鉄筋１２０ｂ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、自走式作業ロボット１１０を屋外で使用しても、安定して第二鉄筋１２０ｂを検知することができる。

また、磁気センサ素子１１４ａａは、前後走行ユニット１１１ａよりも下方に突出して設置されているため、自走式作業ロボット１１０が左右方向に走行する際には、第一鉄筋１２０ａに接触する可能性がある。これを避けるために、前後移動時鉄筋センサ１１４ａは、必要に応じて上側に移動して、自走式作業ロボット１１０内に収納される構成となっている。

図４Ａ及び図４Ｂに示した前後移動時鉄筋センサ１１４ａは、自走式作業ロボット１１０の右側に設置されているが、自走式作業ロボット１１０の左側にも同様の前後移動時鉄筋センサ１１４ａが、右側と対称な位置に設置されている。

不図示の左右走行時鉄筋センサ１１４ｂは、前後移動時鉄筋センサ１１４ａと同様の構成となっており、自走式作業ロボット１１０が左右方向に走行している際に、第一鉄筋１２０ａを検知する。

記憶部１１５は、現在位置を記憶する現在位置メモリ１１５ａと目標位置を記憶する目標位置メモリ１１５ｂとを備えている。

制御部１１６は、駆動部１１２を駆動制御又は停止制御して走行または停止させ、入力部１１３からの入力に従って目標位置メモリ１１５ｂを書換制御して記憶内容を更新し、鉄筋検知部１１４からの検知信号に従って現在位置メモリ１１５ａを書換制御して記憶内容を更新する。

次に、自走式作業ロボット１１０が鉄筋格子１２０の上を走行する際に制御部１１６が実行する制御の内容とその流れを説明する。図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃは、本発明に係る制御の流れを示すフロー図である。

まず、図３に示すように、鉄筋格子１２０のＡ点近傍でＡ点よりもやや後方かつやや左方に自走式作業ロボット１１０を搭載した後に、Ａ点を出発位置として目標位置であるＢ点まで移動する際の制御を説明する。

＜初期位置原点設定＞
初期位置原点設定指示待ち（Ｓ０１）において、入力部１１３から原点設定指示として初期位置座標設定指示が入力されるまでループして待機し（Ｓ０２）、初期位置原点指示が入力されたら、前後移動時鉄筋センサ１１４ａが第二鉄筋１２０ｂを検知しているか否か判断し（Ｓ０３）、検知していない場合には、前後走行モータ１１２ａを駆動制御して前後走行ユニット１１１ａにより前進し（Ｓ０４）、第二鉄筋１２０ｂを検知するまでループして待機し（Ｓ０５）、検知したら前後走行モータ１１２ａを停止制御して前移動を停止する（Ｓ０６）。また、Ｓ０３において第二鉄筋１２０ｂを検知している場合には、前後移動時鉄筋センサ１１４ａの位置に基づく自走式作業ロボット１１０の前後位置が第一鉄筋１２０ａに一致しているため、前移動することなく停止している（Ｓ０６）。

次に、左右移動時鉄筋センサ１１４ｂが第一鉄筋１２０ａを検知しているか否か判断し（Ｓ０７）、検知していない場合には、左右走行モータ１１２ｂを駆動制御して左右走行ユニット１１１ｂにより右に移動し（Ｓ０８）、第一鉄筋１２０ａを検知するまでループして待機し（Ｓ０９）、検知したら左右走行モータ１１２ｂを停止制御して右移動を停止する（Ｓ１０）。また、Ｓ０７において第一鉄筋１２０ａを検知している場合には、左右移動時鉄筋センサ１１４ａの位置に基づく自走式作業ロボット１１０の左右位置が第二鉄筋１２０ｂに一致しているため、左後移動することなく停止している（Ｓ０６）。

以上の動作により、自走式作業ロボット１１０の位置が、第一鉄筋１２０ａと第二鉄筋１２０ｂとの格子点であるＡ点に一致するため、この段階で初期位置原点設定として、現在位置メモリ１１５ａを書換制御して、現在位置情報として記憶される現在位置座標（Ｘ，Ｙ）を（０，０）に更新する。

続いて、鉄筋配置間隔入力待ち（Ｓ１２）において、入力部１１３から鉄筋間隔Ｐｘ、Ｐｙ（例えば、それぞれ０．４メートル）が入力されるまでループして待機し（Ｓ１３）、入力があったら鉄筋間隔メモリ１１５ｃを記憶制御して鉄筋間隔Ｐｘ、Ｐｙを記憶させてＳ１４に進む。

なお、Ｓ１０からＳ１４までのプロセスにおいては自走式作業ロボット１１０が停止しているので、自走式作業ロボット１１０が荷物運搬作業を行う場合には、この間に作業者が荷上げ作業を行う。

＜目標位置設定＞
次に、入力部１１３からも目標相対位置（Ｘｅ，Ｙｅ）が入力されるまでループして待機し（Ｓ１５）、入力があったら記憶部１１５を記憶制御して記憶させてＳ１６に進む。なお、Ｘｅは、Ａ点からＢ点までの左右方向の相対距離（メートル）であり、Ｙｅは、Ａ点からＢ点までの前後方向の相対距離（メートル）である。

Ｓ１６では、目標位置メモリ１１５ｂに記憶されている目標相対位置（Ｘｅ，Ｙｅ）と鉄筋間隔メモリ１１５ｃに記憶されている鉄筋間隔Ｐｘ、Ｐｙとを読み出して目標位置情報として記憶される移動数（Ｘｃ，Ｙｃ）を演算し、移動数メモリ１１５ｄに記憶させる。ここで、左右移動数Ｘｃ及び前後移動数Ｙｃは、Ｘｃ＝Ｘｅ／Ｐｘ，Ｙｃ＝Ｙｅ／Ｐｙの計算式により求めることができる。本実施例で、Ａ点を出発地Ｂ点点を目標地点として走行する場合には、（Ｘｅ，Ｙｅ）＝（－１．２，３．２）、（Ｘｃ，Ｙｃ）＝（－３，８）となる。

＜目標位置への走行＞
＜左右移動＞
Ｓ１７ではＸｃの値に基づいて左右移動の要否を判断する。ここで、Ｘｃ≠０の場合、すなわち、左右移動がある場合には、現在位置メモリ１１５ａを書換制御して、現在位置座標（Ｘ，Ｙ）について、改めてＸ＝０に更新する。

次にＸｃの値の正負の符号により左右の移動の向きを判断する(Ｓ１９)。ここでＸｃ＞０の場合、すなわち目標相対位置が現在位置よりも右にある場合には、左右走行モータ１１２ｂを駆動制御して左右走行ユニット１１１ｂにより第一鉄筋１２０ａを検知するまで右移動し（Ｓ２０）、左右移動時鉄筋センサ１１４ｂが第一鉄筋１２０ａを検知するたびに（Ｓ２１）、現在位置メモリ１１５ａを書換制御して、現在位置座標（Ｘ，Ｙ）のうちＸの値を１（所定値）だけ大きい値に更新する（Ｓ２２）。

次に、移動数メモリ１１５ｄに記憶されているＸｃと現在位置メモリ１１５ａに記憶されているＸとを比較して（Ｓ２３）、Ｘ＝Ｘｃとなるまで右移動を継続し、Ｘ＝Ｘｃとなったら左右移動を停止する（Ｓ２８）。

なお、Ｓ１９において、Ｘｃ＜０の場合、すなわち目標相対位置が現在位置よりも左にある場合には、移動方向が左移動となり、第一鉄筋１２０ａを検知するたびにＸの値を１（所定値）だけ小さい値に更新する以外は、右移動の場合と同じ動作を行う（Ｓ２４～Ｓ２８）。

また、Ｓ１７で、Ｘｃ＝０の場合、すなわち、左右移動がない場合には、左右移動のプロセスを経ずに左右移動を停止する（Ｓ２８）。

＜前後移動＞
次に、Ｙｃの値に基づいて前後移動の要否を判断する（Ｓ２９）。ここでＹｃ＞０の場合、すなわち目標相対位置が現在位置よりも前にある場合には、前後走行モータ１１２ａを駆動制御して前後走行ユニット１１１ａにより第二鉄筋１２０ｂを検知するまで前進移動し（Ｓ３２）、前後移動時鉄筋センサ１１４ａが第二鉄筋１２０ｂを検知するたびに（Ｓ３３）、現在位置メモリ１１５ａを書換制御して、現在位置座標（Ｘ，Ｙ）のうちＹの値を１（所定値）だけ大きい値に更新する（Ｓ３４）。

次に、移動数メモリ１１５ｄに記憶されているＹｃと現在位置メモリ１１５ａに記憶されているＹとを比較して（Ｓ３５）、Ｙ＝Ｙｃとなるまで前進移動を継続し、Ｙ＝Ｙｃとなったら前後移動を停止する（Ｓ４０）。

なお、Ｓ３１において、Ｙｃ＜０の場合、すなわち目標相対位置が現在位置よりも後ろにある場合には、移動方向が後進移動となり、第二鉄筋１２０ｂを検知するたびＹの値を１（所定値）だけ小さい値に更新する以外は、前進移動の場合と同じ動作を行う（Ｓ３６～Ｓ４０）。

また、Ｓ２９で、Ｙｃ＝０の場合、すなわち、前後移動がない場合には、前後移動のプロセスを経ずに前後移動を停止する（Ｓ４０）。

以上で、Ａ点を出発位置として目標位置であるＢ点までの移動が完了したこととなるので、この段階で改めて現在位置原点設定として、現在位置メモリ１１５ａを書換制御して、記録内容である現在位置座標（Ｘ，Ｙ）を（０，０）に更新して、Ｓ１４に戻る。

なお、Ｓ４０からＳ１４までのプロセスにおいては自走式作業ロボット１１０が停止しているので、自走式作業ロボット１１０が荷物運搬作業を行っていた場合には、この間に作業者が荷下し作業を行う。

＜現在位置原点設定＞
以上の動作により、自走式作業ロボット１１０の位置が、第一鉄筋１２０ａと第二鉄筋１２０ｂとの格子点であるＢ点と一致して停止しており、現在位置座標（Ｘ，Ｙ）が（０，０）となっている。本実施例で、Ｂ点を新たな出発点とし、Ｃ点を新たな目標位置として移動する際には、（Ｘｅ，Ｙｅ）＝（２，－３．６）、（Ｘｃ，Ｙｃ）＝（５，－９）と再設定されることとなる。

１００ 自走式作業ロボット走行システム
１１０ 自走式作業ロボット
１１１ 走行部
１１１ａ 前後走行ユニット
１１１ｂ 左右走行ユニット
１１２ 駆動部
１１２ａ 前後走行モータ
１１２ｂ 左右走行モータ
１１３ 入力部
１１４ 鉄筋検知部
１１４ａ 前後移動時鉄筋センサ
１１４ａａ 磁気センサ素子
１１４ａｂ キー溝
１１４ｂ 左右走行時鉄筋センサ
１１５ 記憶部
１１５ａ 現在位置メモリ
１１５ｂ 目標位置メモリ
１１６ 制御部
１２０ 鉄筋格子
１２０ａ 第一鉄筋
１２０ｂ 第二鉄筋
Ｘｃ 左右移動数
Ｙｃ 前後移動数
Ｘｅ 左右方向の相対距離
Ｙｅ 前後方向の相対距離
Ｐｘ、Ｐｙ 鉄筋間隔
Ｓ 磁気センサ素子の検出範囲

Claims (4)

1. 施工面に第一の方向に等間隔に並列敷設された複数の第一鉄筋と該第一鉄筋に交差する第二の方向に延びて等間隔に敷設された第二鉄筋とからなる鉄筋格子の上を前記第一の方向及び前記第二の方向に走行する走行部と、該走行部を駆動する駆動部と、外部からの入力を受ける入力部と、前記第一鉄筋及び前記第二鉄筋を検知する鉄筋検知部と、現在位置情報及び目標位置情報を記録する記憶部と、前記入力部からの入力内容及び前記鉄筋検知部からの検知信号に応じて前記駆動部及び前記記憶部を制御する制御部とを備えている自走式作業ロボットの走行制御方法であって、
   前記制御部が、前記入力部から原点設定指示が入力された場合であって、前記鉄筋検知部が前記第二鉄筋を検知していないときには前記駆動部を駆動制御して前記第一の方向に移動して前記鉄筋検知部が前記第二鉄筋を検知して発信した検知信号を受信した際に停止制御し、前記鉄筋検知部が前記第一鉄筋を検知していないときには前記駆動部を駆動制御して前記第二の方向に移動して前記鉄筋検知部が前記第一鉄筋を検知して発信した検知信号を受信した際に停止制御し、更に、前記記憶部に記録されている前記現在位置情報の第一変数及び第二変数の値をそれぞれ初期値に設定した後に、
   前記制御部が、前記駆動部を駆動制御して前記第一の方向に走行している場合に前記鉄筋検知部が前記第二鉄筋を検知して発信する検知信号を受信するたびに前記記憶部に記録されている前記現在位置情報の前記第一変数の値を所定値増減する書換制御を行い、前記駆動部を駆動制御して前記第二の方向に走行している場合に前記鉄筋検知部が前記第一鉄筋を検知して発信する検知信号を受信するたびに前記記憶部に記録されている前記現在位置情報の前記第二変数の値を所定値増減する書換制御を行い、
   前記制御部が、前記駆動部を駆動制御して前記第一の方向に走行している場合に前記記憶部に記録されている前記現在位置情報及び前記目標位置情報を読み出して前記現在位置情報の前記第一変数が前記目標位置情報の第一変数と一致したときに前記駆動部を停止制御して前記第一の方向への走行を停止させ、前記駆動部を駆動制御して前記第二の方向に走行している場合に前記記憶部に記録されている前記現在位置情報及び前記目標位置情報を読み出して前記現在位置情報の前記第二変数が前記目標位置情報の第二変数と一致したときに前記駆動部を停止制御して前記第二の方向への走行を停止させることを特徴とする自走式作業ロボットの走行制御方法。
2. 前記制御部が、前記入力部から入力された前記目標位置情報を前記記憶部に記録する記憶制御を行った後に前記記憶部に記録されている前記現在位置情報の前記書換制御を行う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の走行制御方法。
3. 前記制御部が、前記駆動部を停止制御して前記第一の方向及び前記第二の方向への走行を停止させた後に前記記憶部に記録されている前記現在位置情報の第一変数及び第二変数の値をそれぞれ初期値に設定して前記目標位置情報が更新されるまで待機することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自走式作業ロボットの走行制御方法。
4. 施工面に第一の方向に等間隔に並列敷設された複数の第一鉄筋と該第一鉄筋に交差する第二の方向に延びて等間隔に敷設された第二鉄筋とからなる鉄筋格子と、該鉄筋格子の上を前記第一の方向及び前記第二の方向に走行する走行部と該走行部を駆動する駆動部と外部からの入力を受ける入力部と前記第一鉄筋及び前記第二鉄筋を検知する鉄筋検知部と現在位置情報及び目標位置情報を記録する記憶部とを備えて前記駆動部と前記記憶部とを制御する自走式作業ロボットとからなる自走式作業ロボットの走行制御システムであって、
   前記自走式作業ロボットが、前記入力部から原点設定指示が入力された場合であって、前記鉄筋検知部が前記第二鉄筋を検知していないときには前記駆動部を駆動制御して前記第一の方向に移動して前記鉄筋検知部が前記第二鉄筋を検知して発信した検知信号を受信した際に停止制御し、前記鉄筋検知部が前記第一鉄筋を検知していないときには前記駆動部を駆動制御して前記第二の方向に移動して前記鉄筋検知部が前記第一鉄筋を検知して発信した検知信号を受信した際に停止制御し、更に、前記記憶部に記録されている前記現在位置情報の第一変数及び第二変数の値をそれぞれ初期値に設定した後に、前記駆動部を駆動制御して前記第一の方向に走行している場合に前記鉄筋検知部が前記第二鉄筋を検知して発信する検知信号を受信するたびに前記記憶部に記録されている前記現在位置情報の前記第一変数の値を所定値増減する書換制御を行い、前記駆動部を駆動制御して前記第二の方向に走行している場合に前記鉄筋検知部が前記第一鉄筋を検知して発信する検知信号を受信するたびに前記記憶部に記録されている前記現在位置情報の前記第二変数の値を所定値増減する書換制御を行い、前記駆動部を駆動制御して前記第一の方向に走行している場合に前記記憶部に記録されている前記現在位置情報及び前記目標位置情報を読み出して前記現在位置情報の前記第一変数が前記目標位置情報の第一変数と一致したときに前記駆動部を停止制御して前記第一の方向への走行を停止させ、前記駆動部を駆動制御して前記第二の方向に走行している場合に前記記憶部に記録されている前記現在位置情報及び前記目標位置情報を読み出して前記現在位置情報の前記第二変数が前記目標位置情報の第二変数と一致したときに前記駆動部を停止制御して前記第二の方向への走行を停止させる制御部を備えていることを特徴とする自走式作業ロボットの走行制御システム。