JP5332042B2 - 線路保守装置及び線路保守システム - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には回転軸を回動させることでガードレールを本線レールに沿った脱輪防止位置と、本線レールから離れた退避位置とに容易に配置変更できるようにして、線路等のメンテナンス性を向上させる技術が提案されている。
従来、ガードレールの転換作業は人手で行なわれているが、ボルト締結された部分が多数存在する上、ガードレールの重量が大きいため作業者に大きな負担となっている。
かかる作業者の負担軽減と作業性の向上のために、ガードレールの転換作業を自動化することが求められている。
本願発明(請求項1)にかかる線路保守装置は、正規位置と保守作業用位置とに配置変更可能なガードレールが本線レールに沿って設置された線路においての線路保守装置であって、前記本線レール上を走行する車体と、前記車体の前方側に設置された第1マニピュレータと、前記車体の後方側に設置された第2マニピュレータと、前記車体に設置され前記第1マニピュレータと前記第2マニピュレータとを協業させて前記ガードレールを配置変更させるロボットコントローラと、を有していることを特徴としている。
また、前記ロボットコントローラは、前記ガードレールを配置変更させる際には、前記ガードレールの回転角度が予め設定された第1角度に達するまでは、前記第1マニピュレータと前記第2マニピュレータとの両方で前記ガードレールの一方側を支持し、前記回転角度が前記第1角度を過ぎて予め設定された第2角度に達するまでは、前記第1マニピュレータ及び前記第2マニピュレータの一方で前記一方側を支持するとともに、他方で前記一方側の反対側である他方側を支持し、前記回転角度が前記第2角度を過ぎると、前記第1マニピュレータと前記第2マニピュレータとの両方で前記他方側を支持させることが好ましい(請求項3)。
また、前記ボルト加工装置は、前記線路保守装置により前記ガードレールが正規位置から保守作業用位置へと配置変更されるのに先立って、前記ガードレールを固定する前記ボルトの除去作業を実行することが好ましい(請求項6)。
また、前記ボルト加工装置は、前記線路保守装置により前記ガードレールが保守作業用位置から正規位置へと配置変更された後、前記ガードレールを固定する前記ボルトの設置作業を実行することが好ましい(請求項7)。
また、本線レール上を走行する車体に設けられた2つのマニピュレータが協業してガードレールを配置変更させることで、ガードレールの荷重を2つのマニピュレータで分担するため、各マニピュレータをより小型のものを使用することができる上、本線レール上を走行する車体によって容易に運搬することができる。
即ち、ガードレールを回動軸周りに回動させていく場合、ガードレールの重心位置が回動軸を超える位置(境界点)を境にガードレールの重量を支持するべき方向(回転軸周りの方向)が反対となる。このため、ガードレールの一方側のみを支持していた場合、境界点に達するとガードレールが支持されず重力によって激しく回動してしまう。
さらに、ガードレールの回転角度が第2角度に達すると、境界点を確実に過ぎた状態で再び両方のマニピュレータによってガードレールを支持するため、各マニピュレータにかかる負荷を軽減することができる。
第1マニピュレータ及び第2マニピュレータによりガードレールのような重量物を把持できる高価な把持機構等を設けることなく、ガードレール4を安定して回動させることができる。
本願発明(請求項7)によれば、ガードレールが保守作業用位置から正規位置へと配置変更された後でボルトの設置作業を実行することで線路保守作業にかかる負担軽減と作業性の向上を図ることができる。
以下、本発明の一実施形態について図を参照して説明する。
図2に示すように、本実施形態にかかる線路保守システム100は、転換作業台車(本発明の線路保守装置に対応)101とボルト加工台車(ボルト加工装置)102から構成されている。転換作業台車101及びボルト加工台車102はいずれも線路1上に走行可能に設置されており、転換作業台車101はボルト加工台車102よりも後方側に配置されている。そして、転換作業台車101よりもさらに後方には線路を保守するための保守作業用台車(図示省略)が配置されている。
なお、ここで前方側とは、線路の保守作業を実行する際に作業が進行する方向である。後方側とは前方側とは反対向きを指す。
図2に示すように、線路1には、まくらぎ2が所定の間隔毎に並置されており、まくらぎ2には一対のレール材(本線レール)3が設置されている。
各レール材3の内側にそれぞれレール材3の延在方向に沿ってガードレール4が設けられている。なお、ここでは一対のレール材3の間(即ち、線路1の中央0側)を内側といい、一対のレール材3の両側を外側という。
ガードレール支持機構5は、まくらぎ2に固定された固定部材6に設けられた回転ヒンジ(回動軸)7と、この回転ヒンジ7を中心として揺動する可動部材8とからなり、可動部材8とガードレール4とがボルト接合されている。
ガードレール4はこの回転ヒンジ7を中心に揺動することで、正規位置(図3中実線で示す位置)と保守作業用位置(図3中破線で示す位置)とに配置変更できるようになっている。なお、平常時には、図5に示すように固定部材6と可動部材8とは固定用ボルトナット(ボルト)9によって連結されており、ガードレール4は正規位置に固定されている。
図1に示すように、転換作業台車101は、車体20,前方側ロボット(第1マニピュレータ)21,後方側ロボット(第2マニピュレータ)22,コントローラ(ロボットコントローラ)23,電源24から構成されている。
また、図3に示すように車体20は、車台25と車台25の前方側及び後方側にそれぞれ突設された一対のマニピュレータ載置台26と、車台25の四隅付近にそれぞれ配置されレール材3上を走行可能な車輪27を有している。各車輪27は図示省略の電動機によって駆動可能となっており電動機はコントローラ23によって制御されるようになっている。
なお、車輪27を駆動させる電動機はコントローラ23とは別体の制御装置によって制御されるように構成してもよい。
前方側ロボット21及び後方側ロボット22はそれぞれ同様に構成されており、基台31がマニピュレータ載置台26にボルトによって固定されている。
電源24は、転換作業台車101に電力を供給するものであり、バッテリや発電機等によって構成されている。
コントローラ23には、第1マニピュレータ21及び第2マニピュレータ22の動作軌道(教示データ)が記憶されている。また、コントローラ23には教示データとともに、後述するように、ガードレール4の正規位置からの回転角度の閾値である第1角度θ1と第2角度θ2とが記憶されている。なお、第1角度θ1,第1角度θ2は、第1マニピュレータ21及び第2マニピュレータ22の後述するサーボモータの回転位置として記憶されていてもよい。
図1,図3に示すように、第2マニピュレータ22は基台31,第1アーム32,第2アーム33,フランジ34及び一対の支持板(支持部材,ハンド部)35から構成されている。
なお、各回転軸はいずれも平行(ここでは前後方向)に設定されている。即ち、第2マニピュレータ22は3軸の水平多関節ロボットとして構成されている。各可動部の回転位置がコントローラ23に入力されるようになっている。また、各サーボモータの動作はコントローラからの信号によって制御されるようになっている。
次にボルト加工台車102の構成について説明する。
ボルト加工台車102は、車体40,4つのボルト作業マニピュレータ41〜44,コントローラ(ロボットコントローラ)45,電源46から構成されている。
車体40は、転換作業台車101と同様に車台47の四隅付近にそれぞれ配置されレール材3上を走行可能な車輪48を有している。また、各車輪48は図示省略の電動機によって駆動可能となっており電動機はコントローラ45によって制御されるようになっている。
なお、車輪48を駆動させる電動機はコントローラ45とは別体の制御装置によって制御されるように構成してもよい。
各ボルト作業マニピュレータ41〜44は、いずれも同様に構成された垂直多関節型のマニピュレータであり、それぞれ車台47に基台が固定され、基台から先端にかけて複数の回転関節を有するアーム部を有している。アーム部には回転関節を駆動する図示省略のサーボモータが内蔵されており、各サーボモータの駆動はコントローラ45により制御されるようになっている。
各アーム部の先端には、エンドエフェクタ41A〜44Aが取り付けられている。
なお、ボルトナット9が線路1から取り除かれることにより、回転ヒンジ7が揺動可能となる。
まず、図6(A)に示すように、先行するボルト加工台車102の図示しない電動機が駆動され、ボルト加工台車102が予め設定された位置に停止される。
そして、コントローラ45は各ボルト作業マニピュレータ41〜44を動作させてガードレール支持機構5の固定部材6と可動部材8とを固定しているボルトナット9の除去作業が実行される。線路1から除去されたボルトナット9は、ボルト置き台49に収納される。なお、ボルト加工台車102の車台47の前後方向の長さは、まくらぎ2の5個分よりも短く、まくらぎ2の3個分よりも長く設定されている。
図6(B)の位置において、各ボルト作業マニピュレータ41〜44によるボルトナット9の除去作業が完了すると、ボルト加工台車102はまくらぎ2を6つ分の距離だけ前進して再び停止する。このようにすることで、再び図6(A)に示すように未作業のガードレール支持機構5が各ボルト作業マニピュレータ41〜44の近傍に位置することとなり4つのボルト作業用マニピュレータ41〜44を用いて効率良く作業が実行される。
即ち、図7(A)に示すように、第1マニピュレータ21及び第2マニピュレータ22を同様に動作させて、一対の支持板35の間にガードレール4を収めるようにして一方側の支持板35の内側の面(即ち、一対の支持板35が互いに向かいあう面)でガードレール4の一方側(ガードレール4が正規位置にある状態でのフランジ部の下側)と接触し、ガードレール4を重力に抗してを支持する。その状態で図7(B)に示すように、第1マニピュレータ21及び第2マニピュレータ22を同様に動作させて、ガードレール4を引き起こして回転ヒンジ7を中心に揺動させる。
なお、θ1<θ<θ2の区間において、ガードレール4及びガードレール支持機構5の重心の位置が回転ヒンジ7を通過する。即ち、θ1<θ<θ2の区間において重力に起因して回転ヒンジ7にかかるモーメントの方向が反対になるように第1角度θ及び第2角度θ2が設定されている。
その後、もう1つのガードレール4についても同様の手順で正規位置から保守作業用位置まで揺動させてガードレール転換作業が行なわれる。
そして、ガードレール転換作業が完了すると、転換作業台車101に続いて進行してくる保守作業用台車により線路1の本格的な保守作業が実行される。
そして、重力に抗してガードレール4を支持しながら図7(A)に示すように正規位置までガードレール4を揺動させる。
そして、ボルト作業マニピュレータ41〜44により、ボルトナット9の設置作業が実行されガードレール支持機構5の固定部材6と可動部材8とを固定し、ガードレール4が正常な状態にセットアップされる。
また、転換作業台車101及びボルト加工台車102がいずれも本線レール3上を自走することができるため、線路保守システム100にかかる装置等の運搬が容易であるという利点もある。
それに加え、マニピュレータを小型で軽量化することで、転換作業台車101あるいはボルト加工台車102を構成する各装置(例えば、車台25や車輪27を駆動する電動機等)までも小型化及び軽量化することができるので、遠方にある線路保守区間への移動時には転換作業台車101を一旦解体してトラック等の搬送手段に搬送し、現地で転換作業台車101ないしボルト加工台車102を組み立てることも容易となり線路保守作業がより効率的になるという利点もある。
例えば、上述の実施形態では、ボルト作業マニピュレータを4つ有するものとしているがボルト作業マニピュレータの数量は必ずしもこれに限定されるものではなく、1つでもよい。
さらに、実施形態ではボルト作業マニピュレータにより、ボルト緩める動作とボルトの取りのぞき動作とを行なうようにしているが、ボルト作業マニピュレータはボルト緩める動作あるいはボルトの取りのぞき動作のいずれかを実行するものでもよい。いずれにしてもボルト作業マニピュレータはボルトを取り外してガードレールの固定を解除するものであればよい。
また、実施形態では、ガードレールの正規位置から保守作業用位置までの配置変更時における第1角度θ1と第2角度θ2とを、反対動作である、保守作業用位置から正規位置までの配置変更時では、入れ替えて使用したが、かかる本発明における第1角度、第2角度は、ガードレールの動作方向に応じて別々の角度閾値として設定してもよい。
2 まくらぎ
3 レール材(本線レール)
4 ガードレール
5 ガードレール支持機構
6 固定部材
7 回転ヒンジ(回動軸)
8 可動部材
9 ボルトナット(ボルト)
10 ボルトナット
20 車体
21 前方側ロボット(第1マニピュレータ)
22 後方側ロボット(第2マニピュレータ)
23 コントローラ
24 電源
25 車台
26 マニピュレータ載置台
27 車輪
31 基台
32 第1アーム
33 第2アーム
34 フランジ
35 支持板(支持部材,ハンド部)
40 車体
41〜44 ボルト作業マニピュレータ
41A〜44A エンドエフェクタ
45 コントローラ
46 電源
47 車台
48 車輪
49 ボルト置き台
100 線路保守システム
101 転換作業台車(線路保守装置)
102 ボルト加工台車(ボルト加工装置)
Claims (7)
- 正規位置と保守作業用位置とに配置変更可能なガードレールが本線レールに沿って設置された線路においての線路保守装置であって、
前記本線レール上を走行する車体と、
前記車体の前方側に設置された第1マニピュレータと、
前記車体の後方側に設置された第2マニピュレータと、
前記車体に設置され前記第1マニピュレータと前記第2マニピュレータとを協業させて前記ガードレールを配置変更させるロボットコントローラと、を有している
ことを特徴とする、線路保守装置。 - 前記ガードレールは、水平方向の回動軸に軸支され前記回動軸を中心に回動することで前記正規位置と前記保守作業用位置とに配置変更される
ことを特徴とする、請求項1記載の線路保守装置。 - 前記ロボットコントローラは、前記ガードレールを配置変更させる際には、
前記ガードレールの回転角度が予め設定された第1角度に達するまでは、前記第1マニピュレータと前記第2マニピュレータとの両方で前記ガードレールの一方側を支持し、
前記回転角度が前記第1角度を過ぎて予め設定された第2角度に達するまでは、前記第1マニピュレータ及び前記第2マニピュレータの一方で前記一方側を支持するとともに、他方で前記一方側の反対側である他方側を支持し、
前記回転角度が前記第2角度を過ぎると、前記第1マニピュレータと前記第2マニピュレータとの両方で前記他方側を支持させる
ことを特徴とする、請求項2記載の線路保守装置。 - 前記第1マニピュレータ及び前記第2マニピュレータの先端にはそれぞれ、
互いに離間して前記マニピュレータに固設された一対の支持部材からなるハンド部が設けられている
ことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の線路保守装置。 - 本線レールに沿って設置され、ボルト固定されるガードレールを有する線路における線路保守システムであって、
前記ボルトの設置又は除去作業を行なうボルト作業マニピュレータを搭載し、前記本線レール上を走行するボルト加工装置と、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の線路保守装置と、からなる
ことを特徴とする、線路保守システム。 - 前記ボルト加工装置は、
前記線路保守装置により前記ガードレールが正規位置から保守作業用位置へと配置変更されるのに先立って、前記ガードレールを固定する前記ボルトの除去作業を実行する
ことを特徴とする、請求項5記載の線路保守システム。 - 前記ボルト加工装置は、
前記線路保守装置により前記ガードレールが保守作業用位置から正規位置へと配置変更された後、前記ガードレールを固定する前記ボルトの設置作業を実行する
ことを特徴とする、請求項5又は6記載の線路保守システム。
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