JP2009521630A - 複数のレンガで建築物を建設するための自動レンガ積みシステム - Google Patents

Abstract

複数のレンガ（１６）で建築物を建設するための自動レンガ積みシステム（１０）はレンガ積み／接着剤塗布ヘッド（１８）と、計測システム（１３）と、レンガ（１６）を所定位置に積むためロボット（１２）に制御データを提供する制御装置（１４）を備えたロボット（１２）を具備する。計測システム（１３）はヘッド （１８）の位置を実時間で測定し、制御装置（１４）に位置情報を発生する。制御装置（１４）は建設中の建築物の所定位置でレンガ（１６）を積むため位置データとヘッド（１８）の所定又は事前にプログラム化された位置間の比較に基いて制御データを発生する。生後装置（１４）は、レンガ（１６）が各所定位置で順次積載され、建築物全体の完成した段のレンガが次の段のレンガ積みの前に積載されるレンガ段毎に、建築物を建設するためにロボット（１２）を制御できる。

Description

本発明は複数のレンガで建築物を建設するための自動レンガ積みシステムに関する。

プログラマブルロボットのような自動又は半自動装置を使用して建築物の建設を自動化するために試行することの一般概念は周知であり、多数の先行特許及び特許出願の主題である。このような特許及び特許出願として、米国特許第３，９５０，９１４号（Ｌｏｗｅｎ）、米国特許第４，２４５，４５号（Ｔａｙｌｏｒ−Ｓｍｉｔｈ）、ドイツ特許第１９６００００６号（Ｂａｃｈａｕ）、米国特許第５，０１８，９２３号（Ｍｅｌａｎ）、国際公開公報ＷＯ２００４／０８３５４０（Ｓｔｅｅｎｂｅｒｇ）欧州特許第８３６６６４号（Ｍａｒｋｅｌ）が例示される。

上記文献は既知の自動又はロボットレンガ積み方法及び装置の種々の態様を示している。ある文献はレンガ把持機構の具体的な構造に集中している。他の文献は建築物が組み立てられる位置に搬送されるべき現場又は現場から離れて壁ごとにレンガ構造体を築くことに関する。

いずれの先行技術出版物がここで参照されても、このような出版物は当技術で、オーストラリアで、又は外国において共通一般知識の一部を形成することを承認するものでないことを理解すべきである。

この出願の請求項において及び本発明の記載において、文脈が明確な言語又は必要な言外の意味により要求する場合を除いて、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」又は「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」又は「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」のような変形は総称的な意味で使用され、即ち、記述された特徴の存在を特定するために使用され、本発明の種々の実施例に更なる特徴と存在又は追加を除外するものでない。

本明細書全般において、用語「レンガ」は建築物を建設できる任意の型のレンガ、又は、ブロックを表示することを意図している。典型的には、本用語は建築物又は同様な構造体を建設できるメーソンリー（石造建築）、泥 （日干し）レンガ、又はブロックを含む。しかしながら、レンガ又はブロックが造られる具体的な材料は本発明において重要でなく、本発明の実施例は耐熱材料、プラスチック材料、又は木材のような他の材料からなるレンガ又はブロックに適用できる。

この明細書全般において、用語「接着剤」は任意の化合物、混合物、化学物質、又は、固化可能な材料を表示するために使用され、即ち、上述されたように２つ又はそれ以上のレンガを接着するために使用できる。レンガがメーソンリーレンガである場合、典型的には、接着剤はモルタルである。

本発明の第１態様によれば、複数のレンガで建築物を建設するための自動レンガ積みシステムが提供され、レンガ積み／接着材塗布ヘッドを設けられたレンガ積みロボットと；前記ヘッドの実時間位置を計測し、対応する位置データを発生する計測システムと；前記位置データを受信し、前記位置データと前記建築物のために蓄積された所定位置にレンガを積むため前記ヘッドのための蓄積された所定位置間の比較に基いて制御データを発生する制御装置であり、さらに、完成したレンガ段が次の段のレンガのためのレンガ積みの前に積まれるシーケンスで各所定位置にレンガを積むために前記ロボットを制御するところの制御装置とを具備する。

前記ロボットはヘッドが支持された可動支持構造体を具備でき、前記制御装置は制御データに基いて支持構造体とヘッドの運動と位置を制御する。ロボットはさらに支持構造体が結合された地面に係合するベースを具備でき、制御装置はベースの位置を制御する。特に、制御装置は積まれている特有の段のデータ面のヘッドの位置を維持するためベースの位置を制御する。ベースの型に依存して、行使される制御は支持構造体によりベースに加えられた曲げ又はねじりモーメントを是正するためベースの１つ又は複数のジャッキの配置により示される。

一実施例において、ヘッドはレンガをその所定位置に把持し且つ積むために且つ接着剤を所定位置の建築物に塗布するために配置された少なくとも１つのマニピュレータを具備する。このような実施例において、前記又は各マニピュレータは接着剤を所定位置の水平及び垂直面に塗布する。

しかしながら、自動レンガ積みシステムの変形実施例において、レンガ積み／接着剤塗布ヘッドが第１及び第２マニピュレータを具備でき、各マニピュレータは（ａ）レンガを所定位置で把持し且つ積むため及び（ｂ）接着剤を積むべきレンガに塗布するように配置される。

第１マニピュレータは第２マニピュレータにより積まれるレンガに接着剤を塗布でき、同様に、第２マニピュレータは第１マニピュレータにより積まれるレンガに接着剤を塗布できる。

自動レンガ積みシステムの一形態において、レンガが積まれると、積まれたレンガと同一の段に事前に積まれたレンガの垂直面と積まれたレンガと積まれたレンガが支持される構造体の水平面間の位置に接着剤を塗布する。マニピュレータが垂直面間に接着剤を塗布すると、マニピュレータの一方は積まれているレンガと以前に積んだレンガの垂直面間の接着剤を圧縮するためにある方向に積まれたレンガに力を加えられる。この実施例において、他方のマニピュレータは以前に積まれたレンガを保持し、その間、圧縮力が加えられている。

自動レンガ積みシステムはさらにレンガ供給源からヘッドに各レンガを搬送するコンベアシステムを具備する。供給源からコンベアシステム上にレンガを自動的に積み込む自動レンガローダーも設けられる。一実施例において、コンベアシステムは１つ又は複数台のエンドレスループコンベアを具備している。

自動レンガ積みシステムはさらに建築物の所定位置で積み込むために要求される形状にレンガを切断するためレンガ切断装置を具備している。この切断装置はのこぎり又は裁断機の形態を取れる。切断装置はコンベアシステムの上流に配置できる。

しかしながら、想定される更なる実施例において、コンベアシステムの代わりに、ヘッドはさらに積まれるレンガの供給を保持するレンガ搬送装置を具備している。例えば、供給はレンガ用のパレットである。

自動レンガ積みシステムの一実施例において、ベースは建設される建築物の周辺壁部外に配置される。ベースはさらに複数のジャッキ及び／又は制御装置により制御される可動平衡錘を具備する。可動支持構造体はスカラアーム、伸縮自在ブーム、ガントリー又はクレーン状構造物のいくつかの他の形態からなるグループの一つを具備できる。

本発明の更なる態様によると、複数のレンガで建築物を建設するための自動レンガ積みシステムを提供する。本システムは第１及び第２マニピュレータを具備し、少なくとも第１マニピュレータはレンガを把持し且つ積むように配置され、少なくとも第２マニピュレータは第１マニピュレータにより保持されたレンガに接着剤を塗布するように配置される。

本発明のこの態様において、第１及び第２マニピュレータの各々は（ａ）所定の位置でレンガを把持し且つ積むように且つ（ｂ）積まれたレンガに接着剤を塗布するように配置される。さらに、本システムは完成したレンガ段が次のレンガ段のためのレンガ積みの前に積まれるシーケンスにおいて各所定位置にレンガを積むために第１及び第２マニピュレータを制御する制御装置を具備できる。

本発明の更なる態様によると、複数のレンガで建築物を建設するための自動レンガ積みシステムを提供する。本システムは建設される建築物の全領域に伸びるように適合された可動支持構造体と、この可動支持構造体の端部に結合されたレンガ積み／接着剤塗布ヘッドを設けられたレンガ積みロボットと；ヘッドの実時間位置を計測し且つ対応する位置データを発生する計測システムと；及び位置データを受信し且つ、位置データと、建築物の所定位置にレンガを積むためヘッドのための蓄積された所定位置間の比較に基いて制御データを発生する制御装置であり、更に、ヘッドの粗位置決めを提供するために可動支持構造体を制御し、且つレンガの精密位置決めを提供するため前記又は各マニピュレータを制御する制御装置を具備する。

本発明のこの態様において、制御装置は低速動的応答性で動かすために可動支持構造体を制御し且つ高速動的応答性で動かすために前記又は各マニピュレータを制御できる。

本発明の更なる態様によると、複数のレンガで建築物を建設する自動化方法が提供される。本方法はレンガ積み／接着剤塗布ヘッドを有するレンガ積みロボットを設ける工程と；ヘッドの実時間位置を計測し、対応する位置データを発生する工程と；位置データと、建築物の所定位置にレンガを積むためにヘッドの蓄積された所定位置間の比較に基いて制御データを発生する工程と；及び完成したレンガ段が次のレンガ段のレンガを積む前に積まれるシーケンスにおいて各所定位置にレンガを積むためロボットを制御する工程とを具備する。

本発明の実施例は以下に添付の図面を参照し単に一例として説明される。

図１及び図７は本発明による自動レンガ積み（ＡＢＬ）システム１０の実質的実施例を示す。特に、図１は
ＡＢＬシステムの一実施例におけるレンガ積みロボット１２、計測システム１３、及び制御装置１４を示し、図７はＡＢＬシステム１０により実施される動作又は機能の全体像を示す。広義において、複数のレンガ１６で建築物を建設するためのＡＢＬシステム１０はレンガ積み／接着剤塗布ヘッド１８、計測システム１３、レンガ１６を所定の位置に積むためロボット１２に制御データを提供する制御装置１４を備えたレンガ積みロボット１２を具備する。計測システム１３は実時間でヘッド１８の位置を計測し、制御装置１４のための位置データを発生する。制御装置１４は位置データと建設中の建築物の所定位置にレンガ１６を積むためにヘッド１８の所定又は事前に決定された位置間の比較に基いて制御データを発生する。制御データを入力する制御装置１４の制御で、ロボット１２は建築物を構築する。レンガの所定位置及びロボット１２の座標データを保持する（図７に示される）データベース１２はＡＢＬシステム１０が段毎に建築物を構築するように構成される。ここで、レンガ１６は建築物全体のための完成したレンガ段が次のレンガ段の積み上げの前に載置される各所定位置で順次積載される。

計測システム１３は（実際には多数の）自動総括ステーション（ＡＴＳ）２０及び付随のターゲット２１を内蔵できる。計測システム１３はヘッド１８の空間位置に関する実時間位置データを提供し、この位置データを、典型的には、無線通信リンクで（但し、任意の型の通信リンクが使用可）、制御装置１４に送信する。

ロボット１２は建設及び／又はロボット産業で知られた汎用部品の組合せを具備している。図１を参照すると、ロボット１２はトラクター又は車輪に基づく車両の形態のベース２２、一端をベース２２に結合され且つ反対端部でレンガ積み／接着剤塗布ヘッド１８に結合されたスカラ（多関節）アーム２４の形態の可動支持構造体を具備している。ヘッド１８は第１及び第２マニピュレータ２８及び３０を具備する。マニピュレータは、グリッパー（掴む部）を設けられた、多数の市販で入手でき又は特別に組立てられたロボットアームの形態を有する。このようなグリッパーの一例はFESTO HGPT-63-A-G1平行グリッパーである。PUTZMEISTER MP25 ｍｉｘｉｔミキサーポンプに制約されないが、例えば、接着剤配送システムの出口は建設中の建築物がメーソンリー（石造）レンガで実施される場合にはモルタルの送出のためにマニピュレータ２８及び３０の各々に取付けられる。スカラアーム２４は一端部でベース２２に結合された第１レングス３２、一端部でレングス３２の反対側の端部に結合された第２レングス３４、及び第２レングス３４の反対側のアームからヘッド１８に伸びる第３レングス３６を具備する。第３レングス３２はベース２２のエレベータ３８に結合される。エレベータ３８は全体アーム２４が垂直面で移動するのを可能にする。

当業者により理解されるように、レングス３２は垂直ピボット軸周囲でエレベータ３８に結合され、第２レングス３４は各垂直ピボット軸周囲のその反対側の端部でレングス３２及び３６に結合される。このように、全体のスカラアーム２４は各垂直ピボット軸の周囲でレングス３２、３４及び３６の相対旋回運動することにより水平面で折りたたみ且つ展開できる。さらに、エレベータ３８に対するアーム３２の結合により、全体のスカラアーム２４は垂直面で可動する。マニピュレータ２８及び３０の各々は少なくとも５又は６度の移動自由度を与えられる。

コンベアシステム４０はレンガの供給源又は保管場所からヘッド２６にレンガ１６を（典型的には、複数のレンガパレットの形態で）搬送するためにスカラアーム２４に沿って設けられる。コンベアシステム４０はスカラアームのレングス３２、３４及び３６の各々用の複数の個別エンドレスループコンベア４２、４４及び４６を具備する。コンベアシステム４０はヘッド１８の既知の位置にレンガを供給するので、レンガがヘッド１８に供給されるごとに、ヘッド１８に対するその正確な位置が認識される。このように、レンガがマニピュレータ２８及び３０により取り上げられると、マニピュレータ２８、３０に対する既知の位置に持ち上げられる。

図１から明らかであるように、ＡＢＬシステム１０は実際の建設現場で動作し又は配備される。ここで、建設現場４８はＡＢＬシステム１０により積まれたレンガ１６を支持される前に敷かれたフーチング（基礎低盤）５０が作られる。この実施例で、ベース２２は建設されるべき建築物の周辺壁部の外部であることが注目される。しかしながら、変形実施例において、特に、長方形貯蔵庫のような規則的に成形された大型建築物を建設中である場合、ベース２２が周辺壁部内に配置される。しかしながら、ベース２２が周辺壁部内にある場合、このベース２２が建築物の建設後に除去されるのを可能にするためにアクセス可能でなければならない。

ベース２２は、ロボット１２の残りのコンポーネントに適切な動力を供給するために、種々のモータ、ポンプ、及びコンプレッサ、例えば、ディーゼルモータ、油圧モータ、電気モータ、及び空気コンプレッサを含む。ベース２２は産業用制御装置も含み、又は、産業用制御装置に対する接続がロボット１２の要求された運動及び作用に影響を与える制御信号を伝送するのを可能にするためにプラグ及び／又はジャックを提供する。

計測システム１３はヘッド１８又は支持構造体／アーム２４上のターゲット２１の近傍に配置された慣性航法システム５１を具備できる。慣性航法システム５１は加速度計及びジャイロ、及び制御装置１４に空間位置データを提供するため加速度を積分するマイクロプロセッサを含むを多数の市販された装置の何れかである。慣性航法システムデータは低帯域幅（即ち、低更新速度）ＡＴＳ２０からの測定値間の広帯域幅（即ち、高更新速度）位置データストリームを提供するために使用される。高データ速度はアーム２４の構造的動的効果及びたわみの実時間訂正を可能にするように制御装置１４により要求される。典型的には、慣性航法システムは位置出力ドリフト誤差（即ち、時間と共に増加する誤差）に悩まされる。しかしながら、ＡＴＳ２０からの実際の位置の周波数更新（典型的には、５−８０Ｈｚ）で、この問題の効果は減少又は解消できる。

実際には、計測システム１３の代案実施例は慣性航法システム５１のみが、位置エンコーダを介してアーム２４の相対位置の測定と、アーム２４のたわみの動的成分を決定するためブームコンポーネントの位置に基づくルックアップテーブル又は公式に基づく静的たわみ推定に関連して、使用される場合に可能であることを想定している。

図７はシステム１０の動作の一般的概要を示す。初期工程５２で、構造的ＣＡＤ図がシステム１０に対する初期入力データとして提供される。図は工程５４で各レンガの位置を特定する一連のレンガ座標に変更される。レンガ座標は工程５６でＡＳＣＩＩレンガ配置ファイルに変更される。

レンガ積みのためロボット１２の動作以前に、制御装置１４は建設現場４８の実際の状況、特に、建設の開始前にフーチング５０の位置及び形状を考慮するために、必要であれば、位置ファイル５６を調整するためにルーチン６０を実施する。ルーチン６０、計測システム１３を、特にこの実施例において実施するために、ＡＴＳ２０は建築現場４８の調査を行うため設けられる。これは標準的な調査技術を使用して実施される。無線リンク６２はＡＴＳ２０からＡＴＳインターフェース６４及び通信バス６６を介してルーチン６０を実行する制御装置１４に調査データを伝達する。ルーチン６０の実行で、制御装置は、もし必要であれば、積まれるレンガの座標データを含み且つレンガ１６を積むためロボット用のデータベース７０を修正する。ロボット用の座標データは、建築物の所定位置にレンガを積むため、アーム２４とマニピュレータ２８及び３０の結合部の軸位置に関するデータからなる。

人間機械インターフェース（図示せず）は設計されたフーチング／建築物位置及び実際のフーチング設計及び／又は建築物位置間の変動を考慮するために要求される２つ以上の建築物設計変化間の選択のようにオペレータの介入を可能にするように設けられる。

現場で、ＡＴＳ２０はスカラアーム２４の端部のターゲット２１（図１を参照）を見ることによりヘッド１８の空間位置の実時間計測実施する。コンベアシステム４０により搬送されたレンガはマニピュレータ２８及び３０により掴むために既知の位置で渡されるので、ヘッド１８の位置を知ることはマニピュレータ２８及び３０により把持されるべきレンガの位置がわかることを意味する。さらに、グリッパー２８及び３０の各々の構成が既知であり、これらの動きが制御されると、グリッパー２８及び３０により保持されたレンガの位置はマニピュレータ２８及び３０の運動にかかわらず常に既知である。もちろん、一般的であるように、マニピュレータ２８及び３０は回転及び線形エンコーダーのような位置変換器を設けられるので、これらの空間位置は認識され且つ制御装置１４にフィードバックされる。

制御装置１４はレンガ積みヘッド１８、特に、マニピュレータ２８及び３０を制御するためのプロセス８４；スカラアーム２４の位置及び運動を制御するためのプロセス８６；及びベース２２を制御するためのプロセス８８を実行する。ヘッド１８、スカラアーム２４、及びベース２２の制御信号は通信バス６６により提供される。

図８は図７に示されるプロセス８４のための主プロセスフローを示す。プロセス８４の第１工程９２はデータベース７０からレンガ情報を読み込むことである。次に、工程８４で、マニピュレータ２８及び３０のどちらかが次のレンガを積むことであることに関して決定がなされる。ここから、ルーチン８４はアーム２８に対するサブルーチン９６及びアーム３０に対するサブルーチン９８からなる２つのミラーイメージサブルーチンに分割する。

次の記載において、アーム９６のサブルーチンのみが詳細に説明される。工程１００で、アーム２８は次のレンガを取り上げることを指示する信号を入力され、同時に、工程１０２で、アーム３０は、実質的に、積まれるべき次のレンガのための接着剤（例えば、モルタル）を塗布することを通知される。次の工程１００で、工程１０４の制御装置１４はアーム２８により取り上げられたレンガが積まれる位置を決定する。この位置の決定において、工程１０４はアーム２４の先端の実時間位置に関するデータを供給される。ＡＴＳ２０から順々に導出されたこのデータは工程１０６を介して引き出される。工程１０６により提供される位置データはレンガ積みプロセス中にロボット１２の動きを考慮して連続的に更新される。ロボット１２の動きを、特に、マニピュレータ２８及び３０を制御するために積まれるべきレンガの位置を決定する場合、制御データを構成において制御装置１４はデータベース７０から引き出された情報、ヘッド１８の実時間位置、及び計測システム１３により得られる実時間位置計測値間の期間中でのマニピュレータ２８、３０により保持されるレンガの予測位置を考慮する。特に、制御装置１４はヘッド１８の計測位置を比較し、この計測位置を所定又は事前にプログラム化された位置で積まれるレンガ用にデータベース７０に蓄積されたヘッド１８の予期位置と比較する。もしこれらの位置が一致するか許容範囲内にあると、制御装置１４により使用され又は発生する制御データはデータベース７０内のロボット座標データに対応する。もしこれらの位置が（例えば、風圧又はアーム２４のたわみにより）一致せず又は許容範囲内でなければ、制御装置はロボット座標を修正し、レンガが建築物内のその所定位置に積まれるのを保証するように制御データを発生する。

工程１０６で、工程１０２に継続して、制御装置はモルタルの塗布のためマニピュレータ３０の位置を決定する。本プロセスは工程１０４のプロセスと本質的に同一であり、工程１０６から引き出された位置データを入力として利用する。

工程１０８に続いて、アーム３０は工程１１０でアーム２８により積まれるレンガを受ける位置でモルタルを敷くように制御される。典型的には、モルタルが同じ段に事前に積まれたレンガの垂直面及び下層段の２個の近傍のレンガの水平面の半分に塗られる。（当然、積まれた第１段の場合、モルタルの水平層の塗布は単にレンガの任意のレンガ積み段上よりフーチング上にある。）

アーム３０がそのモルタルを敷いた後、工程１１２で事前に積まれたレンガの保持を要求するかに関して決定する。これは、例えば、事前に積まれたレンガが壁部の角又は端部にある場合に生じる。モルタルが近傍のレンガの垂直面間に塗られると、マニピュレータは垂直面間のモルタルに圧縮力を加えるために次のレンガを載せる。この力はレンガが保持されていない場合には事前に積まれたレンガを動かし又は取り除くことができる。必要条件として、レンガの積載中に壁部の角又は端部に続く第１の少数のレンガが保持するのを要求してもよい。

しかしながら、モルタル又は接着剤が垂直面に塗布されず、例えば、垂直面を結合した状態のレンガが使用される建築物において、事前に積まれたレンガを保持する必要がないことも想定される。工程１１２で、事前に積まれたレンガの保持の要求が決定される場合に、工程１１４で、制御装置１４は事前に積まれたレンガを保持するためにマニピュレータ３０を制御する。その間に、工程１１６で、マニピュレータ２８は次のレンガを積むために制御される。ブロック積みは検出され、工程９２でファイルされたレンガ位置は積まれる次のレンガの位置情報を提供するために更新される。

積載プロセス中にマニピュレータ３０が事前に積まれたレンガを保持し又は保持を要求されないかどうかに関係なく、工程１１８で、マニピュレータ３０は積まれる次のレンガを拾い上げるためにある位置に駆動される。その後、ルーチンはそれ自身を繰り返すが、サブルーチン９８及びミラード工程１００ｍ−１１８ｍに続くミラードイメージ状態で繰り返す。従って、レンガを事前に積むアームはモルタルを敷くアームになり、その間、モルタルを事前に敷くアームは次のレンガを積むアームになる。

図９は図７で参照される支持構造体位置決めルーチン８６での主プロセスを示す。このルーチンは次のブロックを積むためヘッド１８に要求される位置を得るためにデータベース７０がアクセスされる場合の工程１３０で開始する。工程１３２で、更なるルーチンが、例えば、図１において、アーム２４とヘッド１８の全構造体を垂直面で持ち上げるためにエレベータを動作させることによりこれらの高さを調節する場合、アーム２４とヘッド１８の高さの変化がレンガの新しい段を積むために要求されることを工程１３０で導出された位置が指示すると、制御装置はアーム２４とヘッド１８の動きを停止させる。しかしながら、変形実施例において、以後より詳細に説明されるように、このプロセスはベース２２を上昇させるためジャッキの動作により得られる。

工程１３４で、ルーチン８６はアーム２４の動きを制御するために使用される機能ブロックをアクセスし、この機能ブロックは２点間を移動するためアーム２４の好ましい動きを計算する。これに関して、レングス３２、３４及び３６の複数のピボット軸を考慮すると、レングスはアームの先端、即ち、ヘッド１８が特定の位置に動くように多数の異なる方式で個別に可動されることを認識すべきである。工程１３４はヘッド１８の所望の位置を得るために個別のレングス３２、３４、３６の最も効率的な動きを決定する。

工程１３８で、制御装置１４はアーム２４の動きを開始する。次に、工程１４０において、計測システム１３からの位置データが求められ、（ヘッド１８の位置に相当する）アーム２４の端部の位置を決定する。続いて、工程１５０で、アーム２４の先端が次のレンガ積みの所望の範囲又は領域内のある位置であるかどうかを決定するためにテストされる。例えば、要求されたレンガ積み位置から１００ｍｍの半径を有する仮想球体内にアーム２４の先端、即ち、ヘッド１８を配置することが望まれる。従って、実質的に、ルーチン８６は次のレンガ積みの位置のための“粗制御”を提供する。積まれるレンガの位置決めに関するロボット１２の“微制御”は図７及び図８に示される前述のルーチン８４により得られる。特に、図１がアーム２４により実施される支持構造体は比較的大きな距離であるが比較的低位置精度及び低動的応答性をカバーするように制御される。対照的に、ヘッド１８、さらに、マニピュレータ２８及び３０は小距離であるが高位置精度及び高速動的応答性をカバーし、且つ支持構造体の任意のたわみ又は位置誤差を訂正する方法で制御される。

工程１５０で、もしブームが所定の位置範囲内であると決定されると、工程１５２で、ポインターは次のレンガ積みのためアーム２４／ヘッド１８の先端に要求される次の位置及び空間を指示するためデータベース７４内で増分される。ルーチンは工程１３０で再開始する。ルーチン８６は実際にはアーム２４を特定の位置に保持でき、その間、工程１５０で、アーム２４の先端が次のレンガ積みの所定範囲内にあると決定されると、数個のレンガが積載される。

図７に示されるベース制御プロセス８８は図１０により詳細に示される。プロセス８８はセットアップルーチンがベース２２に要求される工程１６０で開始する。このルーチンはベース２２を現場４８の特定の位置に配置し、アーム２４とヘッド１８の垂直位置と共に位置を計測する工程を含んでいる。次に、工程１６２で、積まれる次のレンガの位置に関する情報はデータベース７２から読み出される。工程１６４で、積まれるレンガが前のレンガとして同一段上であるか次段の第１レンガであるかに関して決定される。もしレンガが次段の第１レンガであると、工程１６６で、ロボット１２の現在の重心及び重量分布が計算される。この計算を実施するため、アーム２４の先端の位置はＡＴＳ２０を使用して工程１６８で導出され、工程１６６に対して入力として提供される。工程１６８からの引出された情報は工程１６４で積まれるレンガが事前に積まれたレンガとして同一段にあると決定される場合にプロセス８８が進む工程である工程１７０に対して入力として提供される。

工程１６６に続いて、ルーチン１７２は次のブロック段を積むためアーム２４を垂直に上昇させるように配置される。ベース２２の型に依存して、これはアーム２４の垂直位置を増分させるためエレベータ３８を動作させることにより達成でき、又は、もしベース２２が地面に係合したジャッキを取付けられると、このプロセスはベース及びアーム２４を上昇させるためジャッキを動作させる工程を含む。このプロセス中に、もちろんアーム２４及び／又はベースの上昇で変化するロボット１２全体の重心が考慮される。

工程１７４で、工程１７０及び１７２からの情報を入力として使用して、ベース２２の設置場所が動的に平衡化される。これは平衡錘の動き及び／又はジャッキ又はスタビライザーの動作を含む。最終的に、工程１７６で、アーム２４の端部のゆがみ、ねじれ、及び傾斜を考慮するためベース２２が更に調整される。

図７−図１０に示される位置決めシステム１４は広範囲の異なる型のロボット１２で使用される。図２は図１に示されるロボット１２として同一機能を実施するロボット１２ａの変形を示すが、スカラアーム２４は伸縮自在ブーム２４ａに置換される。ヘッド１８ａは車両２２ａから離れたブーム２４ａの端部に結合され、図１に示されたものと同様なマニピュレータ２８及び３０に設けられる。

図３は第１多関節レングス３２ｂ及び第２多関節レングス３４ｂからなる複合ブーム２４ｂを取付けられたトラックに基づく車両２２ｂからなるロボット１２ｂの更なる変形を示し、レングス３４ｂは伸縮自在アームからなる。図１に示されるヘッド１８に類似するヘッド１８ｂはレングス２４ｂの端部に設けられる。

図４は、ロボット１２ｃの更なる変形を示し、ベース２２ｃは複数のジャッキ２３に支持されたプラットフォーム、及び図１のヘッド１８に対する構造及び動作に類似するヘッド１８ｃを支持する、スカラアームの代わりの、ガントリー２４ｃの形態にある。

図５はロボット１２ｄの更なる変形例を示し、支持構造体はヘッド１８と類似の構成のヘッド１８ｄが結合されるタワー型クレーンの形態である。この実施例において、コンベアシステム４０はレンガをヘッド１８ｄに供給搬送するレンガエレベータ４０ｄを具備する。

図６は自動レンガ積みシステム１０に組み込まれたレンガ載荷システムを示す概略図である。このレンガ載荷システム２００は列のレンガを掴める端部で把持機構２０４を有するロボットアーム２０２を具備する。このロボットアーム２０２はレンガ切断装置２０８を通過させるコンベア２０６にレンガを搭載する。レンガ切断装置２０８は位置決めシステム１４で制御され、必要に応じて、レンガを切断するように動作する。レンガを切断するかどうかに関する情報はレンガ位置データベース７２から得られる。レンガはレンガの搭載シーケンスに従って切断される。レンガの切断は裁断機又はのこぎりの使用により達成される。切断機２４を出たレンガは更なるロボットアーム２１０により搬送システム４０に搬送される。このように、切断は搬送システム４０の上流で実施される。

安全性を増すために、外周照明カーテンが建築現場４８に対する無許可の立ち入りを防止するために設けられる。もし照明カーテンが外れると、ロボット１２の動きが停止される。システム１０が１人のオペレータのみを要求することが更に予測される。オペレータはシステム１０により認識されるＲＦトランスポンダ又は認識表を与えられ、ヘッド１８に取付けられたセンサー類により検出できる。もし認識票を付けているオペレータがセンサーの危険距離内に居ることを検出されると、ロボットは停止する。

本発明の実施例において、システム１０が重力、風、及び動的応答性（即ち、ブーム自身の運動）によるアーム／支持構造体２４のたわみを計測し且つ考慮することにより正確なレンガ積みを実施することは上記記載から理解されるであろう。ドア及び窓枠、まぐさ石、及び建設されている建築物に要求される他の建築素材はこのような素子の直上のレンガの段積み前にオペレータにより適正な場所に単純に落下されるか挿入される。これを目的として、データベース７０はドア、窓、及び他の開口部の位置に関する情報を含み、このような素子が建設されている壁部に残された空間内に落とされるのを可能にするためブロック積みを自動的に停止させる。ＡＢＬシステム１０は要求された建築素子を挿入するための必要性についてオペレータに警報を出す音声及び／又は映像メッセージも発生できる。一可能な実施例のこの目的のため、マニピュレータ２８及び３０は掴まれたレンガの正確な位置を確認するため光学近接センサーを取付け可能で、まぐさ石、窓枠、又は他の部品が配置されたことをチェックするためこのようなセンサーを使用できる。制御装置１４は物品を越えて（レンガ無しの）グリッパーを必然的に動かす“配置された物品のチェック”サブルーチンを備えられるので、近接センサーはその存在を検出でき、もし部品が無ければ、オペレータに警報が発せられ、もし物品があれば、プログラムは継続する。

図１−図６に示される実施例において、供給源からヘッド１８にレンガ１６を運ぶためのコンベアシステム４０が示される。しかしながら、図１１に示されるように、交互配列において、コンベアシステム４０はヘッド１８に組み込まれたレンガ搬送装置４０ａにより置換できる。本装置４０ａはマニピュレータが把持できるレンガの供給を保持する。この実施例はまたヘッドが２台のマニピュレータよりむしろ単一のマニピュレータ２８を具備する更なる変形例を示す。それにもかかわらず、２台又はそれ以上のマニピュレータがレンガ搬送装置４０ａと共に使用可能であることが理解されるであろう。

本発明の実施例が詳細に説明されたので、多数の変更及び改造が基本発明概念から逸脱することなく実施されることは通常の当業者において明らかであろう。例えば、記載された実施例において、ヘッド１８が２本のロボットアーム又はマニピュレータ２８及び３０を具備するものとして示される。しかしながら、ヘッド１８は単一のマニピュレータのみ、又は、２台以上のマニピュレータを取付可能である。さらに、記載された実施例は位置計測用の自動総括ステーション２０を採用している。しかしながら、垂直位置計測を提供するため走査レーザー及び／又はブームのたわみに関する計測データを提供する歪ゲージの使用と組み合わせた差動ＧＰＳのようなＡＴＳ２０の代わりに、又は、との組合せで、他の型の位置計測システムが使用できる。当業者にとって明らかである他の形態と共にこのような全ての変更及び改造は本質的に上述の記載及び添付の特許請求の範囲から決定される本発明の範囲内であると判断される。

図１は本発明による自動レンガ積みシステムの第１実施例のレンガ積みロボットを示す概略図である。 図２は自動レンガ積みシステムの第２実施例のレンガ積みロボットを示す概略図である。 図３は自動レンガ積みシステムの第３実施例のレンガ積みロボットを示す概略図である。 図４は自動レンガ積みシステムの第４実施例のレンガ積みロボットを示す概略図である。 図５は自動レンガ積みシステムの第５実施例のレンガ積みロボットを示す概略図である。 図６は自動レンガ積みシステムの実施例を内蔵したレンガ積みロボットを示す概略図である。 図７は自動レンガ積みシステムの一般全般図である。 図８はレンガ積みロボットのレンガ積みヘッドを制御する一方法を示すプロセスフロー図である。 図９はレンガ積みロボットのブームを制御するための一方法の実施例を示すプロセスフロー図である。 図１０はレンガ積みロボットのベースを制御する方法を示すプロセスフロー図である。 図１１はレンガ積みシステムの第６実施例に内蔵されたレンガ積み／接着剤塗布ヘッドを示す概略図である。

符号の説明

１０ 自動レンガ積み （ＡＢＬ）システム
１２ レンガ積みロボット
１３ 計測システム
１４ 制御装置
１６ レンガ
１８ ヘッド
２０ 自動総括ステーション（ＡＴＳ）
２１ ターゲット
２２ ベース
２４ スカラ（ｓｃａｒａ）アーム
２８、３０ マニピュレータ
３２、３４、３６ レングス（長尺物）
３８ エレベータ
４２、４４、４６ コンベアシステム
４８ 現場
５０ フーチング（基礎低盤）
５１ 慣性航法システム
６０ ルーチン
６４ ＡＴＳインターフェース
６６ 通信バス
７０ データベース

Claims (1)

1. 複数のレンガで建築物を建設するための自動レンガ積みシステムにおいて、
   レンガ積み／接着剤塗布ヘッドを備えたレンガ積みロボットと；
   前記ヘッドの実時間の位置を計測し、対応する位置データを発生する計測システムと;
   前記位置データを受信し、前記建築物のためにレンガを所定位置に積むため、前記位置データと蓄積された前記ヘッドの所定位置間の比較に基いて制御データを発生する制御装置であり、完成したレンガの段が次段のレンガ積載の前に積載されるシーケンスでこれらの各所定位置にレンガを積むために前記ロボットを制御するところの制御装置と；
   を具備することを特徴とする自動レンガ積みシステム。

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