(57)【要約】【課題】アタッチメントの作業範囲での迅速な動作とゆっくりとした動作とを両立するとともに、位置センサや位置検出スイッチなどを用いることなく、動作速度の切換に高い信頼性を有するマニピュレータ装置を提供する。【解決手段】このコンクリート吹付機（マニピュレータ装置）１は、第一の腕部３の先端側に油圧シリンダ２によって回動可能に第二の腕部４が連結されている。そして、そのアーム先端側に噴射ヘッド装置１０（アタッチメント）が装着される。そして、前記油圧シリンダ２は、一のシリンダチューブ９にその軸方向に伸縮可能な第一および第二シリンダロッド２４、２７を二組備えた複合油圧シリンダであり、この油圧シリンダ２を駆動させる油圧回路は、第一および第二シリンダロッド２４、２７それぞれを、別個に速度制御するようになっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基端側の第一の腕部と、その第一の腕部の先端側に支軸を介して回動可能に連結されるととともに自身の先端側にアタッチメントが装着される第二の腕部と、前記第一の腕部に対して前記第二の腕部を前記支軸まわりに回動させる油圧アクチュエータと、その油圧アクチュエータを駆動させる油圧回路とを備えるマニピュレータ装置であって、
前記油圧アクチュエータは、一のシリンダチューブにピストンおよびシリンダロッドを二組備えた複合油圧シリンダであり、前記一のシリンダチューブの一端側にその軸方向に伸縮可能に設けられた第一シリンダロッドと、前記シリンダチューブの他端側にその軸方向に伸縮可能に設けられた第二シリンダロッドとを有し、前記油圧回路は、前記第一シリンダロッドおよび第二シリンダロッドそれぞれを、別個に速度制御するように構成されていることを特徴とするマニピュレータ装置。
【請求項２】
前記油圧回路は、前記第一シリンダロッドの伸縮速度よりも前記第二シリンダロッドの伸縮速度をゆっくり伸縮させるように設定されており、
前記第二の腕部は、前記第一の腕部に対して延伸された側での回動範囲である第一の作業範囲と、前記第一の腕部に対して縮退された側での回動範囲である第二の作業範囲とに回動されるときに、前記第一の作業範囲にあっては、前記第一シリンダロッドの伸縮のみによって回動され、前記第二の作業範囲にあっては、前記第二シリンダロッドの伸縮のみによって回動されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータ装置。
【請求項３】
前記アタッチメントは、コンクリート等の噴射物を噴射する噴射ノズルを有する噴射ヘッド装置であることを特徴とする請求項２に記載のマニピュレータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自身の先端側にアタッチメントが装着されて、互いが支軸を介して回動可能に連結された複数のアーム状のメカニズムを有するマニピュレータ装置に係り、特に、前記アタッチメントとして、コンクリート等の噴射物を噴射する噴射ノズルを有する噴射ヘッド装置を搭載して、その噴射ヘッド装置で前記噴射物を壁面に対して吹付ける用途に好適なマニピュレータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自身のアーム先端側にアタッチメントが装着されるマニピュレータ装置を備えるものとしては、例えばトンネル内壁面等に、コンクリートやモルタル等をライニングするためのコンクリート吹付機を例示することができる（例えば特許文献１参照）。この種のコンクリート吹付機は、自身のアーム先端側に、アタッチメントとして、噴射ノズルからコンクリート等を吹き付ける噴射ヘッド装置が装着されており、その噴射ノズルから生コンクリート等を吹き出してトンネル内壁面等に吹き付けるようになっている。
【特許文献１】特開平８−３０３１９１号公報
【特許文献２】特開平１−２６１５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、この種のコンクリート吹付機では、噴射ヘッド装置が装着されたアームを作動させる際に、コンクリート等の吹付け作業を行うときには、迅速な作業が要求されるため、高速な動作速度が望ましい。これに対し、噴射ヘッド装置のメンテナンス等をするために、噴射ヘッド装置の格納作業を行うときには、噴射ヘッド装置やアームを周囲のものに衝突させないように、あるいは噴射ヘッド装置やアーム自身の衝突による損傷等を防止するために、ゆっくりとした余裕をもった動作速度であることが望ましい。
【０００４】
しかしながら、この種のコンクリート吹付機において、噴射ヘッド装置が装着されたアームを作動させるためのアクチュエータには、従来、単動の油圧シリンダが用いられていた。そのため、上述のように、吹付け作業のときには迅速な作業が要求されることから、迅速な作業にあわせた高速な動作速度でアームを作動させるように設定した場合、格納作業においてもその動作速度が早くなってしまい、ゆっくりと余裕をもった格納を行うことが逆に難しくなる。そのため、オペレータは、操作を加減して注意深い格納作業が必要になる。
【０００５】
特に、この種のコンクリート吹付機として、例えば図４（ａ）に例示するコンクリート吹付機１００のように、リンク機構の構成上、油圧シリンダ１０２のストロークに対し、急激に第一の腕部３の回転速度が増す区間が存在するものにあっては、油圧シリンダ１０２の僅かなシリンダロッド１０２ｓの動作に対して、第一の腕部３の先端が大きく移動してしまう。そのため、オペレータの操作が一層難しいものになっていた。なお、図４に例示するコンクリート吹付機１００のリンク機構の構成（中折り式）は、上記例示した特許文献１に記載のコンクリート吹付機でのリンク機構の構成（つづら折り式）と同じ例ではない。
【０００６】
詳しくは、図４（ａ）に例示するコンクリート吹付機１００は、基端側の第一の腕部３と、その第一の腕部３の先端側に支軸５を介して回動可能に連結されるととともに自身の先端側にアタッチメントとして噴射ヘッド装置１０が装着される第二の腕部４と、第一の腕部３に対して第二の腕部４を支軸５まわりに回動させるアクチュエータである油圧シリンダ１０２と、を備えるものである。
【０００７】
そして、この油圧シリンダ１０２は、その基端部が、第一の腕部３の略中央下部に支軸３ａを介して枢支されている。また、そのシリンダロッド１０２ｓの先端は、連結リンク６の支軸６ａに枢支されている。この連結リンク６は、二つのリンク６ｂ、６ｃを有し、これら二つのリンク６ｂ、６ｃは、各リンク６ｂ、６ｃの両端が、第一の腕部３の基端部と第二の腕部４の先端部とにそれぞれ枢支されている。そして、これら二つのリンク６ｂ、６ｃの他端同士が支軸６ａを介して回動可能に連結されている。なお、同図（ｂ）に示すように、このコンクリート吹付機１００の油圧回路１２０は、方向制御弁１４１が速度制御弁１３１を介して上記油圧シリンダ１０２に接続しており、この速度制御弁１３１を適宜調節することによって、所望の動作速度によって油圧シリンダ１０２を駆動させる。
【０００８】
このようなリンク機構を備えたコンクリート吹付機１００は、油圧シリンダ１０２のストロークに対し、急激に第一の腕部３の回転速度が増す区間（同図の例では、格納作業範囲Ｋが該当する）が存在する。そのため、この格納作業範囲Ｋでは、油圧シリンダ１０２の僅かなシリンダロッド１０２ｓの動作に対して、第一の腕部３の先端が大きく移動してしまうため、オペレータの格納作業の操作が一層難しいものになっているのである。
【０００９】
ここで、例えば特許文献２には、高圧用と低圧用の二つの油圧ポンプを用いることによって、一のシリンダロッドを有する油圧シリンダを、異なる二つの動作速度で動作させる技術が開示されている。そこで、上記例示したコンクリート吹付機１００において、オペレータの格納作業の操作を容易にするための方策として、特許文献２に記載の技術を採用すれば、迅速な動作とゆっくりとした動作との切換が可能である。その際に、一のシリンダロッドを異なる二つの動作速度で動作させるにあたって、二つの動作速度を所望のシリンダストロークの位置で確実に切替えるためには、例えば図４（ａ）に例示する格納作業範囲Ｋに対応した位置に、位置センサや位置検出スイッチなどをマニピュレータ装置に付設し、これにより格納作業範囲Ｋを検出することが考えられる。
【００１０】
しかし、このようなスイッチ類をマニピュレータ装置に付設することは故障の原因となり易く、検討の余地がある。特に、上記例示したコンクリート吹付機は、その使用環境が、トンネルや、坑道、ケーブルダクト等の内壁をコンクリートやモルタルでライニングする等の過酷な環境下で用いられるものなので、より高い信頼性を有する構成が望まれる。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、装備されるアタッチメントの作業範囲での迅速な動作とゆっくりとした動作とを両立するとともに、位置センサや位置検出スイッチなどを用いることなく、動作速度の切換に高い信頼性を有するマニピュレータ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、基端側の第一の腕部と、その第一の腕部の先端側に支軸を介して回動可能に連結されるととともに自身の先端側にアタッチメントが装着される第二の腕部と、前記第一の腕部に対して前記第二の腕部を前記支軸まわりに回動させる油圧アクチュエータと、その油圧アクチュエータを駆動させる油圧回路とを備えるマニピュレータ装置であって、前記油圧アクチュエータは、一のシリンダチューブにピストンおよびシリンダロッドを二組備えた複合油圧シリンダであり、前記一のシリンダチューブの一端側にその軸方向に伸縮可能に設けられた第一シリンダロッドと、前記シリンダチューブの他端側にその軸方向に伸縮可能に設けられた第二シリンダロッドとを有し、前記油圧回路は、前記第一シリンダロッドおよび第二シリンダロッドそれぞれを、別個に速度制御するように構成されていることを特徴としている。
【００１２】
本発明に係るマニピュレータ装置によれば、アタッチメントが装着される第二の腕部が、一のシリンダチューブにピストンおよびシリンダロッドを二組備えた複合油圧シリンダで回動され、この複合油圧シリンダを駆動する油圧回路は、第一シリンダロッドおよび第二シリンダロッドそれぞれを、別個に速度制御するようになっているので、第二の腕部の回動範囲において、例えば、迅速な作業が要求される第一の作業範囲と、ゆっくりとした余裕をもった動作速度が要求される第二の作業範囲とがある場合であっても、第一および第二の作業範囲それぞれに対し、第一シリンダロッドおよび第二シリンダロッドそれぞれの動作を別個に割り当てることができる。したがって、アタッチメントの作業範囲での迅速な動作とゆっくりとした動作とを両立させることができる。そして、位置センサや位置検出スイッチなどを用いることなく構成可能なので、動作速度の切換に高い信頼性をもたせることができる。
【００１３】
ここで、本発明に係るマニピュレータ装置において、前記油圧回路は、前記第一シリンダロッドの伸縮速度よりも前記第二シリンダロッドの伸縮速度をゆっくり伸縮させるように設定されており、前記第二の腕部は、前記第一の腕部に対して延伸された側での回動範囲である第一の作業範囲と、前記第一の腕部に対して縮退された側での回動範囲である第二の作業範囲とに回動されるときに、前記第一の作業範囲にあっては、前記第一シリンダロッドの伸縮のみによって回動され、前記第二の作業範囲にあっては、前記第二シリンダロッドの伸縮のみによって回動されるようになっていることは好ましい。
【００１４】
このような構成であれば、第一の作業範囲が、例えば、装備されたアタッチメントでの迅速な作業が要求されて、高速な動作速度が望ましい作業範囲であり、これに対し、第二の作業範囲が、例えば、アタッチメントのメンテナンス等の格納作業を行うときに、アタッチメントやアームを周囲のものに衝突させないようにしたり、あるいはアタッチメントやアーム自身の衝突による損傷等を防止したりするために、ゆっくりとした余裕をもった動作速度が望ましい作業範囲であるようなマニピュレータ装置に、本発明に係るマニピュレータ装置を用いる上で好適である。
【００１５】
また、本発明に係るマニピュレータ装置において、前記アタッチメントは、コンクリート等の噴射物を噴射する噴射ノズルを有する噴射ヘッド装置であることは好ましい。
このような構成であれば、コンクリート吹付機のような、トンネルや、坑道、ケーブルダクト等の内壁をコンクリートやモルタルでライニングする等の過酷な環境下で用いられ、高い信頼性を有する構成が望まれるマニピュレータ装置に、本発明に係るマニピュレータ装置を用いる上で好適である。
【発明の効果】
【００１６】
上述のように、本発明によれば、装備されるアタッチメントの作業範囲での迅速な動作とゆっくりとした動作とを両立するとともに、位置センサや位置検出スイッチなどを用いることなく、動作速度の切換に高い信頼性を有するマニピュレータ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係るマニピュレータ装置の一実施形態であるコンクリート吹付機について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、上記図４に例示したコンクリート吹付機と同様の構成については同一の符号を付して説明する。
図１示すように、このコンクリート吹付機１は、ベース７と、そのベース７に基端側が支軸７ａで枢支された第一の腕部３とを有している。そして、この第一の腕部３は、第一の腕部３の途中部分とベース７とに両端がそれぞれ枢支された回動用の油圧シリンダ８によって相互が連結されている。これにより、この第一の腕部３は、回動用の油圧シリンダ８を駆動することによって、上記支軸７ａまわりに回動可能になっている。
【００１８】
さらに、この第一の腕部３には、その先端側に、支軸５を介して第二の腕部４が連結されている。この第二の腕部４には、自身の先端側にアタッチメントとしての噴射ヘッド装置１０が装着されている。この噴射ヘッド装置１０は、コンクリート等の噴射物を噴射する噴射ノズル１０ａを有する。そして、その噴射ノズル１０ａからコンクリート等の噴射物を壁面に対して吹付けて、トンネル内壁面等に、コンクリートやモルタル等をライニング可能なものである。
【００１９】
そして、この第二の腕部４と第一の腕部３とは、第一の腕部３に対して第二の腕部４を支軸５まわりに回動させる油圧アクチュエータである油圧シリンダ２によって相互に連結されている。この油圧シリンダ２は、一のシリンダチューブ９にピストンおよびシリンダロッドを二組備えた複合油圧シリンダであり、図１に示すように、シリンダチューブ９の一端側（同図での左側）には、その軸方向に伸縮可能に設けられた第一シリンダロッド２４を有し、他端側（同図での右側）には、その軸方向に伸縮可能に設けられた第二シリンダロッド２７を有している。
【００２０】
そして、この油圧シリンダ２は、第二シリンダロッド２７の先端が、第一の腕部３の略中央下部に支軸３ａを介して枢支されている。また、第一シリンダロッド２４の先端が、連結リンク６の支軸６ａに枢支されている。この連結リンク６は、二つのリンク６ｂ、６ｃを有して構成されており、これら二つのリンク６ｂ、６ｃは、支軸５の両側の位置に、リンク６ｂの先端が第一の腕部３の基端部に枢支され、リンク６ｃの先端が第二の腕部４の先端部に枢支されている。そして、これらリンク６ｂ、６ｃの反対側の端部が、支軸６ａを介して回動可能に相互に連結されている。
【００２１】
これにより、第一の腕部３は、油圧シリンダ２を駆動することによって、上記支軸５まわりに回動する。そして、このコンクリート吹付機１は、第二の腕部４が支軸５まわりに回動する範囲が、第一の腕部３に対して延伸された側での回動範囲である第一の作業範囲であって、コンクリート等の吹付け作業を行う作業範囲である主作業範囲Ｆと、第一の腕部３に対して縮退された側での回動範囲である第二の作業範囲であって、噴射ヘッド装置１０の格納作業を行うために回動される範囲である格納範囲Ｋとに回動されるようになっている。
【００２２】
ここで、上述のように、コンクリート吹付機は、主作業範囲Ｆにあっては、迅速な作業が要求されるため、高速な動作速度が望まれ、これに対し、格納範囲Ｋにあっては、ゆっくりとした余裕をもった動作速度が望まれる。そこで、このコンクリート吹付機１は、第二の腕部４を回動させる油圧シリンダ２を複合油圧シリンダとし、その第一シリンダロッド２４および第二シリンダロッド２７それぞれを、別個に速度制御している。そして、その第一シリンダロッド２４の伸縮速度よりも第二シリンダロッド２７の伸縮速度をゆっくり伸縮させるように設定している。
【００２３】
以下、上記油圧シリンダ２およびこの油圧シリンダ２を駆動させる油圧回路について、図２および図３を適宜参照しつつより詳しく説明する。
この油圧シリンダ２は、図２に示すように、第一シリンダ部２１および第二シリンダ部２２を直列に有している。第一シリンダ部２１は、第一シリンダロッド２４およびピストン２３を備え、また、第二シリンダ部２２は、第二シリンダロッド２７およびピストン２６を備えて構成されている。そして、図３に示すように、この油圧シリンダ２を駆動するための油圧回路２０は、上記第一シリンダロッド２４および第二シリンダロッド２７それぞれを、別個に速度制御するようになっている。
【００２４】
すなわち、この油圧回路２０は、第一シリンダ用方向制御弁４１が、第一シリンダ用速度制御弁３１を介して上記油圧シリンダ２の第一シリンダ部２１に接続しており、また、第二シリンダ用方向制御弁４２が、第二シリンダ用速度制御弁３２を介して上記油圧シリンダ２の第二シリンダ部２２に接続している。これにより、この油圧回路２０は、第一および第二シリンダ用速度制御弁３１、３２を適宜調節することによって、各シリンダ部２１、２２のシリンダロッド２４、２７の動作速度を、所望の動作速度で駆動可能になっている。
【００２５】
そして、このコンクリート吹付機１は、油圧回路２０の第一および第二シリンダ用速度制御弁３１、３２を、第一シリンダロッド２４の伸縮速度よりも第二シリンダロッド２７の伸縮速度をゆっくり伸縮させるように設定している。
さらに、第一シリンダ用方向制御弁４１および第二シリンダ用方向制御弁４２は、第二の腕部４を、主作業範囲Ｆと格納範囲Ｋとに油圧シリンダ２で回動するときに、主作業範囲Ｆにあっては、第一シリンダロッド２４の伸縮のみによって回動させ、格納範囲Ｋにあっては、第二シリンダロッド２７の伸縮のみによって回動させるように不図示の制御部からの信号によって制御される。
【００２６】
次に、このコンクリート吹付機の作用・効果について説明する。
上述のように、このコンクリート吹付機１は、油圧シリンダ２のストロークに対し、格納作業範囲Ｋで急激に第一の腕部３の回転速度が増すようなリンク構成であり、この格納作業範囲Ｋでは、油圧シリンダ２のシリンダロッドの僅かな動作に対して、第二の腕部４の先端が大きく移動してしまう。
【００２７】
しかし、このコンクリート吹付機１によれば、その油圧シリンダ２が、一のシリンダチューブ９にピストン２３、２６およびシリンダロッド２４、２７を二組備えた複合油圧シリンダであり、シリンダチューブ９の一端側にその軸方向に伸縮可能に設けられた第一シリンダロッド２４と、シリンダチューブ９の他端側にその軸方向に伸縮可能に設けられた第二シリンダロッド２７とを有している。そして、油圧回路２０は、第一シリンダロッド２４および第二シリンダロッド２７それぞれを、別個に速度制御するようになっているので、第二の腕部４の回動範囲において、迅速な作業が要求される主作業範囲Ｆと、ゆっくりとした余裕をもった動作速度が要求される格納範囲Ｋとがある場合であっても、主作業範囲Ｆおよび格納範囲Ｋそれぞれに対し、第一シリンダロッド２４および第二シリンダロッド２７それぞれの動作を別個に割り当てることができる。
【００２８】
したがって、噴射ヘッド装置１０の作業範囲での迅速な動作とゆっくりとした動作とを両立させることができる。そして、このコンクリート吹付機１によれば、位置センサや位置検出スイッチなどを用いることなく、噴射ヘッド装置１０の作業範囲での迅速な動作とゆっくりとした動作とを両立させる構成が可能なので、動作速度の切換に高い信頼性をもたせることができる。
【００２９】
そして、このコンクリート吹付機１によれば、油圧回路２０は、第一シリンダロッド２４の伸縮速度よりも第二のシリンダロッド２７の伸縮速度をゆっくり伸縮させるように第一および第二シリンダ用速度制御弁３１、３２が設定されており、第二の腕部４は、第一の腕部３に対して延伸された側での回動範囲である主作業範囲Ｆと、噴射ヘッド装置１０の格納作業を行うために第一の腕部３に対して縮退された側での回動範囲である格納範囲Ｋとに回動されるときに、主作業範囲Ｆにあっては、第一シリンダロッド２４の伸縮のみによって回動され、格納範囲Ｋにあっては、第二シリンダロッド２７の伸縮のみによって回動されるように設けられているので、主作業範囲では、第二の腕部４を高速な動作速度で動作させて、噴射ヘッド装置１０を所望の位置に位置させることによって迅速な作業が可能である。
【００３０】
そして、噴射ヘッド装置１０のメンテナンス等の格納作業を行うときに、格納範囲Ｋでは、第二の腕部４をゆっくりとした余裕をもった動作速度で動作させることができるため、オペレータの格納作業の操作が容易なものになっている。したがって、噴射ヘッド装置１０やアーム（第一および第二の腕部３、４）を周囲のものに衝突させないように余裕をもって操作でき、噴射ヘッド装置１０やアーム自身の衝突による損傷等を防止できる。
【００３１】
以上説明したように、このコンクリート吹付機によれば、位置センサや位置検出スイッチなどを用いることなく、噴射ヘッド装置１０の作業範囲での迅速な動作とゆっくりとした動作とを両立することができる。
なお、本発明に係るマニピュレータ装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
【００３２】
例えば、上記実施形態では、本発明に係るマニピュレータ装置として、噴射ヘッド装置１０を搭載したコンクリート吹付機１を例に説明したが、これに限定されず、本発明に係るマニピュレータ装置は、自身の先端側にアタッチメントが装着されて、互いが支軸を介して回動可能に連結された複数のアーム状のメカニズムを有するマニピュレータ装置であれば、種々のマニピュレータ装置に適用することができる。また、自身の先端側に装備されるアタッチメントについても噴射ヘッド装置１０に限定されず、種々のアタッチメントを装着可能なことは勿論である。
【００３３】
しかし、上述のように、コンクリート吹付機は、その使用環境が、トンネルや、坑道、ケーブルダクト等の内壁をコンクリートやモルタルでライニングする等の過酷な環境下で用いられるものなので、高い信頼性を有する構成が望まれるとともに、主作業範囲Ｆでの迅速な動作と格納作業範囲Ｋでのゆっくりとした動作との切換が望まれるものであるため、本発明を適用するマニピュレータ装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係るマニピュレータ装置の一実施形態であるコンクリート吹付機の側面図である。
【図２】本発明に係るマニピュレータ装置の油圧アクチュエータの一実施形態である油圧シリンダの縦断面図である。
【図３】図２に示す油圧シリンダを駆動する油圧回路を説明する図である。
【図４】従来のマニピュレータ装置の一例であるコンクリート吹付機の説明図であり、同図（ａ）はその側面図、また、同図（ｂ）は同図（ａ）での油圧シリンダを駆動する従来の油圧回路を説明する図である。
【符号の説明】
【００３５】
１    コンクリート吹付機（マニピュレータ装置）
２    油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）
３    第一の腕部
４    第二の腕部
５    支軸
６    連結リンク
７    ベース
８    回動用の油圧シリンダ
９    シリンダチューブ
１０    噴射ヘッド装置（アタッチメント）
２０    油圧回路
２１    第一シリンダ部
２２    第二シリンダ部
２３    第一ピストン
２４    第一シリンダロッド
２６    第二ピストン
２７    第二シリンダロッド
３１    第一シリンダ用速度制御弁
３２    第二シリンダ用速度制御弁
４１    第一シリンダ用方向制御弁
４２    第二シリンダ用方向制御弁
Ｋ    格納範囲（第二の作業範囲）
Ｆ    主作業範囲（第一の作業範囲）
【図１】
2008279530.tif 000003
【図２】
2008279530.tif 000004
【図３】
2008279530.tif 000005
【図４】
2008279530.tif 000006