JPH0565766A - 建設ロボツトシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 建築作業現場において、機能の異なる複数の
作業ロボットに対し、環境条件をロボット自身が判断し
これに応じて高速で効率良く各作業ロボットを制御可能
とし、以て人手による建設現場の危険な高所作業を回避
して工事の安全性を高めるとともに作業の確実性、信頼
性を向上させ、また工事現場の省力化を図って労働力不
足に対処可能な建設ロボットシステムを提供する。 【構成】 建築構造物を組立るための機能の異なる複数
の作業ロボット２〜４と各作業ロボットに指示を与える
指令ロボット１からなり、各ロボット同士１〜４を通信
ネットワークで連結した建設ロボットシステム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建築構造物を構築する
ためのシステムに関し、特に建設ロボットを用いた建設
システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、建築物の建設作業現場では、鉄骨
等の組立構築作業や床張り、塗装仕上等は、とび職等の
現場作業員を高所に配置して作業が行われていた。この
ような高所作業は作業者に対し大きな危険が伴い、また
人手による作業であるため作業ミスや不完全作業が発生
する場合も多く、また安全性確保の点から工期短縮を図
ることが出来ない場合もある。さらにこのような危険を
伴いかつ熟練を要する高所建設現場での作業員が減少し
人手不足となって産業界に影響を及ぼす社会問題へと発
展している。

【０００３】一方、コンピュータによる通信ネットワー
クとしてＬＡＮ（Local Area Network）が開発実用化さ
れている。このＬＡＮは、比較的狭い地域内に分散配置
された各種コンピュータ、データ端末、ワークステーシ
ョン等を構内私設網で相互接続する構内通信ネットワー
クであり、コンピュータや端末機器の機能および負荷を
分散してリアルタイムの高速伝送を可能とするシステム
である。

【０００４】また、各種製造業分野において、労働者の
手作業を機械化、自動化するために、製造用産業ロボッ
トが用いられている。このような産業用ロボットは、一
般に工場内でロボット本体の位置が固定され、単純な作
業手順を予め教示したティーチングプレイバック方式の
ロボットである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の建築作業現場に
おいて、労働者に代えてロボットを用いて作業を行おう
とすれば、このような建設ロボットは移動可能でなけれ
ばならず従来の産業用ロボットをそのまま適用すること
はできず、また鉄骨等の組立進行状態や障害物の有無そ
の他の環境条件をある程度認識してロボット自身が必要
な最適作業を判断してこれに基づいて作業を進行させる
ことが望ましい。また、現場の各作業、例えば鉄骨等の
資材搬送作業、組立資材同士の位置合せ作業、ボルトあ
るいは溶接による資材接合作業などを一台のロボットで
行うとすれば構造が大型で複雑化し作業効率が悪く制御
も面倒になる。従って、各作業専用の作業ロボット群に
より建設ロボットシステムを構築することが望ましい。

【０００６】しかしながら、このような作業ロボット群
に対しリアルタイムで環境条件を判断し作業指令を発し
て高速で効率良く駆動制御可能でかつ充分な安全性を有
する建設ロボットシステムは未だ開発されていない。

【０００７】本発明は、上記の点に鑑みなされたもので
あって、建築作業現場において、機能の異なる複数の作
業ロボットに対し、環境条件をロボット自身が判断しこ
れに応じて高速で効率良く各作業ロボットを制御可能と
し、以て人手による建設現場の危険な高所作業を回避し
て工事の安全性を高めるとともに作業の確実性、信頼性
を向上させ、また工事現場の省力化を図って労働力不足
に対処可能な建設ロボットシステムの提供を目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る建設ロボットシステムは、建築構造物
を組立るための機能の異なる複数の作業ロボットと各作
業ロボットに指示を与える指令ロボットからなり、各ロ
ボット同士を通信ネットワークで連結している。好まし
い実施例においては、前記通信ネットワークとして、無
線方式のＬＡＮを用いる。

【０００９】さらに好ましい実施例においては、前記作
業ロボットは、ロボットおよび資材を搬送するクレーン
ロボットと、資材を位置決め固定保持する位置合せロボ
ットと、資材同士を連結固定する接合ロボットを含んで
構成される。

【００１０】

【実施例】図１は本発明に係る建設ロボットシステムを
採用した建設現場の概念図である。ロボット群を監視し
各種作業指令を与えるインテリジェント指令ロボット１
は、既に組立締結し終わった部分の鉄骨構造体７に固定
保持される。この指令ロボット１は、クレーンロボット
３ｂにより重量を支持されかつ搬送される。従って、鉄
骨構造体７に対しては、位置を固定するための適当なク
ランプ手段（図示しない）により固定保持され、指令ロ
ボットの荷重は大部分クレーンロボット３ｂに支持され
鉄骨構造体７にはほとんど作用しない。

【００１１】指令ロボット１には周囲を監視するための
ＴＶカメラ６が備る。このＴＶカメラ６からの撮像信号
をコンピュータにより画像処理し、資材や各ロボットの
位置および作業進行状況を判断する。画像処理装置は指
令ロボット１内に装備してもよいし、あるいはオペレー
タが勤務する監視室内に設けてもよい。画像処理信号は
監視室内のディスプレイに入力し画像をモニタできるよ
うに構成することが望ましい。また、監視室内のオペレ
ータが鉄骨構造体７上の臨場感を得られるテレイグジス
タンス方式を採用してもよい。この場合、監視画像の距
離情報を容易にかつ正確に得るために、ＴＶカメラを２
台またはそれ以上設けてもよい。また、このような周囲
状況判断用のＴＶカメラは、ロボットに装着するのに代
えてまたはこれとともに建設現場内の予め定めた数箇所
の位置に固定して設けておいてもよい。

【００１２】位置合せロボット２は、指令ロボット１と
同様にクレーンロボット３ｂ（または別のクレーンロボ
ット）により移動かつ支持され鉄骨構造体７に対し作業
中一時的に固定保持される。この位置合せロボット２
は、組立るべき鉄骨等の資材５を設計図の位置に合せて
固定保持するためのものである。設計図から資材５の適
正位置を読取り位置合せを行う機能は、指令ロボット１
内のコンピュータに持たせてもよいし、または位置合せ
ロボット２自体に持たせてもよい。あるいは後述の実施
例のように予め位置データとしてコンピュータ内に記憶
させておいてもよい。機能を分散し高速処理化を図るた
めには、位置合せロボット２に位置データおよび制御機
能を持たせることが望ましい。この場合、指令ロボット
１と位置合せロボット２は後述のように相互にネットワ
ークで結ばれ相互のデータ交換により総合的に状況判断
が行われる。

【００１３】接合ロボット４は、鉄骨構造体７上に装着
され、鉄骨材同士（例えば梁と柱）をボルトあるいは溶
接により連結し接合する。この接合ロボット４は、軽量
の場合には自力走行手段を備えて鉄骨上を移動可能な構
成としてもよいし、または前述の指令ロボットや位置合
せロボットと同様にクレーンロボットにより自重を支持
してもよい。

【００１４】組立るべき資材５はクレーンロボット３ａ
により吊り上げられて支持され所定位置に搬送される。
この資材５は、位置合せロボット２により位置決めされ
て保持（あるいは仮止め）され、接合ロボット４により
締結固定される。

【００１５】指令ロボット１は、各作業ロボット（位置
合せロボット２、クレーンロボット３ａ、３ｂ、接合ロ
ボット４）と、図２に示すように、無線で通信する。指
令ロボット１は、クレーンロボット３ｂに対し、指令ロ
ボット１自身の移動を指示し（信号ａ）、また位置合せ
ロボット２の移動を指示する（信号ｂ）。また、クレー
ンロボット３ａに対して、接合ロボット４の移動を指示
し（信号ｃ）、また資材５の移動を指示する（信号
ｄ）。また、資材５の位置を監視しその位置を位置合せ
ロボット２に対して指示する（信号ｅ）。さらに、資材
５の位置が所定の位置に位置決めされたことが確認され
ると、位置合せロボット２に対し資材５の固定保持を指
示する（信号ｆ）。また、接合ロボット４に対して、資
材５の溶接またはボルト接合作業を指示する（信号
ｇ）。

【００１６】上記指令ロボット１および各作業ロボット
２〜４同士は、無線方式のＬＡＮにより相互に連結して
通信可能とすることができる。図３は、このような無線
ＬＡＮの例を示す。Ｎ個のワークステーションＷＳ１〜
Ｎが無線ネットワークによるＬＡＮで結ばれる。ＷＳ１
を例えばＣＰＵを組込んだ指令ロボットとし、他の作業
ロボットを各々ＷＳ２〜Ｎにより構成する。各ワークス
テーションにデータベースおよびパーソナルコンピュー
タ等を設けて機能および負荷を分散させかつ各ワークス
テーション同士を通信可能とすることによりデータ伝
送、情報処理等の高速化およびＣＰＵのダウンサイジン
グが図られる。これにより、リアルタイムで状況を判断
しこれに対処することができ、効率よく作業を行うこと
ができるとともに危険防止に対する迅速な処置ができ安
全性を高めることが可能になる。

【００１７】次に、本発明に係るロボット群からなる建
設ロボットシステムによる鉄骨組立作業の例を述べる。

【００１８】部材（建設資材）の組立順序は、工事施工
の設計段階で決められ、工事前に予めメインのコンピュ
ータ（例えば指令ロボット）にそのデータが記憶され
る。

【００１９】すべてのロボットは、無線ＬＡＮによって
ネットワークを構成し、どのロボットとの間でも相互に
通信可能である。また、各ロボットには、リアルタイム
かつネットワーク対応のＯＳ（オペレーティングシステ
ム）が搭載されている。このＬＡＮとネットワークＯＳ
により、コンピュータの分野で言ういわゆる分散処理コ
ンピュータシステムに似た「分散統合ロボットシステ
ム」が構成される。

【００２０】システムの信頼性および作業の安全のため
には、１００％の自動化ではなく、作業全体の流れや重
要な作業指示はオペレータが行い、その後の作業はロボ
ットが自動で判断して行うという、人間とロボットの協
調作業方式を採用する。そのため、オペレータには、監
視ロボット（指令ロボット）からテレイグジスタンス技
術によって、あたかも自分が作業現場にいるかのよう
に、作業状況が伝えられる。これには、無線ＬＡＮとは
別の通信チャンネルが使われる。

【００２１】作業指示が与えられると、各ロボットはメ
インのコンピュータから作業データを受取り、以後メイ
ンコンピュータと連携して各ロボット間の同期を取りな
がら、自動的に作業を進める。

【００２２】以下、図４の作業現場概略図および図５の
鉄骨組立作業のフローチャートに基づいて具体的な作業
工程の一例について説明する。以下の説明は、鉄骨があ
る程度組立られた状態から作業を開始する場合の作業フ
ローである。

【００２３】まず、クレーンロボット８が、監視ロボッ
ト９を組立手順のデータに従って所定の位置に引上げる
（ステップ１５）。引上げられた監視ロボット９は既に
組み上がった鉄骨１０の上に自分自身を固定し、自分の
正確な位置を記憶する（ステップ１６）。正確な位置を
出すために鉄骨の数箇所の位置に超音波発信器等を取付
けておく。クレーンロボット８は、引続き２台の位置決
めロボット１１（位置合せロボット２；前述の図１では
１台のみ図示）を位置合せ作業ができる位置まで引上げ
る（ステップ１７）。位置決めロボット１１も監視ロボ
ット９と同じように自身を鉄骨の上に固定する（ステッ
プ１８）。

【００２４】クレーンロボット１２は、組立るべき部材
１３を組立位置まで引上げる（ステップ１９）。監視ロ
ボット９は、部材１３の位置を計測し、目標位置との偏
差をリアルタイムでクレーンロボット１２に教え、この
情報に基づいてクレーンロボット１２は、部材１３を正
確に所定の位置に近づける。部材１３が位置決めロボッ
ト１１の腕の届く範囲まで近づいたら、２台の位置決め
ロボット１１はそれぞれ部材１３の端部を掴み、クレー
ンロボット１２と連携を取りながら位置合せを行う（ス
テップ２０）。位置決めロボット１１は、部材１３の位
置が合ったところでボルト等により仮付けを行う（ステ
ップ２１）。なお、部材１３にはロボットが認識しやす
いような位置合せ用の電磁的等の位置合せマークを設け
ておくことが望ましい。

【００２５】クレーンロボット８は、位置決めロボット
１１を少し移動させ（ステップ２２）、その後側へ、ク
レーンロボット１２が、別の鉄骨上で作業を終えて待機
している溶接ロボット１４を矢印のように上の階へ引上
げて設置する（ステップ２３）。溶接ロボット１４は自
身を鉄骨の上に固定する（ステップ２４）。クレーンロ
ボット８は、溶接ロボット１４の電源ケーブルや副資材
等（図示しない）を引上げ（ステップ２５）、溶接ロボ
ット１４の近くにいる位置決めロボット１１が電源ケー
ブル等を溶接ロボット１４に接続する（ステップ２
６）。準備の整った溶接ロボット１４は、監視ロボット
９の指令の下に溶接作業を行う（ステップ２７）。

【００２６】溶接が終了すると、予定していた全ての鉄
骨の溶接作業が終了したかどうかが判別される（ステッ
プ２８）。全作業が終了すれば、メインコンピュータに
作業完了を報告するとともに、各ロボットは次の作業指
示を受け取る。全作業が終了していない場合には、以
後、同様の作業を繰り返す。

【００２７】なお、上記説明では、予め作業手順がデー
タとして記憶され、現場に搬入された資材を用いて作業
を進める場合について述べたが、ロボット自身で設計図
面を基に必要な資材や日程、作業スケジュール等を作成
するように構成することも可能である。

【００２８】また、現場の安全性を第１に考慮し、異常
事態が発生した場合には、直ちにオペレータに通報する
とともに、各機能を停止しロボットや各資材等の落下を
防止するための処置（例えば移動機構のクランプ）を取
るように構成する。

【００２９】また、上記実施例では、鉄骨組立作業につ
いて述べたが、配線作業、配管作業、床、天井構築作
業、塗装作業等各作業専用の機能を有するロボットを準
備して指令ロボットとともに複数の作業ロボット群によ
るネットワークを構成すれば、あらゆる建設作業をロボ
ットシステムにより行うことができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る建設
ロボットシステムにおいては、機能の異なる複数のロボ
ット群を用い各ロボットを相互に通信可能なネットワー
クで連結したため、機能や負荷の分散ができ、リアルタ
イムの情報交換可能なロボット群が実現でき、従って充
分な安全性が確保され、建設作業が効率よく自動的に行
われ、省力化を達成して建築現場の作業性、生産性を高
めることができる。また、このようなロボットを用いる
ことにより、危険な高所作業から人間を解放し、労働力
不足に対処して建築産業界全体の発達に寄与することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る建設ロボットシステムを用いた
建設現場の作業を説明するための概念図である。

【図２】 図１のロボット群の通信機能の説明図であ
る。

【図３】 本発明に適用される無線ＬＡＮの説明図であ
る。

【図４】 本発明に係る建設ロボットシステムを用いた
建設現場の別の作業例を説明するための概念図である。

【図５】 図４の作業例のフローチャートである。

【符号の説明】

１；指令ロボット、２；位置合せロボット、３ａ、３
ｂ；クレーンロボット、４；接合ロボット、５；資材、
６；ＴＶカメラ、７；鉄骨構造体。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 建築構造物を組立るための機能の異なる
   複数の作業ロボットと各作業ロボットに指示を与える指
   令ロボットからなり、各ロボット同士を通信ネットワー
   クで連結した建設ロボットシステム。
2. 【請求項２】 前記通信ネットワークとして、無線方式
   のＬＡＮを用いたことを特徴とする請求項１の建設ロボ
   ットシステム。
3. 【請求項３】 前記作業ロボットは、ロボットおよび資
   材を搬送するクレーンロボットと、資材を位置決め固定
   保持する位置合せロボットと、資材同士を連結固定する
   接合ロボットを含むことを特徴とする請求項１の建設ロ
   ボットシステム。