(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マニピュレータの先端に取付けられたノズルからトンネルの壁面にコンクリートを吹付けるコンクリート吹付装置を備えたコンクリート吹付システムであって、
前記コンクリート吹付装置のトンネル内における位置及び姿勢を測量する測量装置を具備し、
前記コンクリート吹付装置は、
トンネルの設計データが記憶されている設計データ記憶部と、
前記測量装置による測量結果である測量データを受信する測量データ受信部と、
Ｘ−Ｙ平面移動レバーが設けられた操作盤と、
前記マニピュレータの複数の可動箇所を駆動するマニピュレータ駆動部と、
前記マニピュレータの複数の可動箇所における可動量をそれぞれ検出する可動量検出部と、
前記設計データ記憶部に記憶されているトンネルの設計データ、前記測量データ受信部によって受信された測量データ及び前記可動量検出部による検出結果に基づいて、トンネル軸と直交するＸ−Ｙ平面を算出し、前記Ｘ−Ｙ平面移動レバーが操作されると、前記マニピュレータ駆動部を駆動させ、算出したＸ−Ｙ平面上の前記Ｘ−Ｙ平面移動レバーで指示された方向に前記ノズルを移動させる座標変換制御部とを具備することを特徴とするコンクリート吹付システム。
【請求項２】
前記操作盤には、Ｚ軸移動レバーが設けられており、
前記座標変換制御部は、前記設計データ記憶部に記憶されているトンネルの設計データ、前記測量データ受信部によって受信された測量データ及び前記可動量検出部による検出結果に基づいて、トンネル軸と平行なＺ軸を算出し、前記Ｚ軸移動レバーが操作されると、前記マニピュレータ駆動部を制御して、算出したＺ軸上の前記Ｚ軸移動レバーで指示された方向に前記ノズルを移動させることを特徴とする請求項１記載のコンクリート吹付システム。
【請求項３】
前記Ｚ軸移動レバーの操作が終わって、前記ノズルが停止されると、前記座標変換制御部は、停止された前記ノズルの位置を通る、トンネル軸と直交するＸ−Ｙ平面を算出することで、前記Ｘ−Ｙ平面移動レバーの操作によって前記ノズルが移動されるＸ−Ｙ平面を更新させることを特徴とする請求項２記載のコンクリート吹付システム。
【請求項４】
前記マニピュレータは、
ベース部に上下及び左右に回動可能に取り付けられ、伸縮可能な第１アームと、
前記第１アームの先端側に上下及び左右に回動可能に取り付けられ、前記ノズルが先端に取り付けられている伸縮可能な第２アームとを備え、
前記座標変換制御部は、前記第２アームをトンネル軸と平行に維持した状態で、前記ノズルを移動させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のコンクリート吹付システム。
【請求項５】
前記操作盤には、前記第２アームの上下及び左右への回動を指示する第２アーム移動レバーが設けられており、
前記座標変換制御部は、前記Ｘ−Ｙ平面移動レバーの操作によっていずれの方向にも前記ノズルを移動させることができる間は、前記第２アーム移動レバーの操作による前記第２アームの回動を禁止させ、前記Ｘ−Ｙ平面移動レバーの操作による前記ノズルのいずれかの方向への移動が限界に達すると、前記第２アーム移動レバーの操作による第２アームの回動を許可させることを特徴とする請求項４に記載のコンクリート吹付システム。
【請求項６】
前記座標変換制御部は、前記第２アーム移動レバーの操作による前記第２アームの回動に際し、前記第２アームを伸縮させることで、前記ノズルを算出したＸ−Ｙ平面上で移動させることを特徴とする請求項５記載のコンクリート吹付システム。
【請求項７】
前記座標変換制御部は、前記第２アーム移動レバーの操作によって前記第２アームが回動された状態で、前記Ｘ−Ｙ平面移動レバーが操作されると、前記第２アームをトンネル軸と平行に回動させることを特徴とする請求項６記載のコンクリート吹付システム。
【請求項８】
前記マニピュレータは、
ベース部に上下及び左右に回動可能に取り付けられ、伸縮可能な第１アームと、
前記第１アームの先端側に上下及び左右に回動可能に取り付けられ、前記ノズルが先端に取り付けられている伸縮可能な第２アームとを備え、
前記操作盤には、第２アームの上下及び左右への回動を指示する第２アーム移動レバーが設けられており、
前記座標変換制御部は、常時、前記第２アーム移動レバーの操作による前記第２アームの回動を許可させ、前記Ｘ−Ｙ平面移動レバーが操作されると、前記ノズルの移動に際し、前記第２アームのトンネル軸に対する姿勢を維持させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のコンクリート吹付システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤を削孔して形成したトンネルの壁面に、マニピュレータの先端に取付けられたノズルからコンクリートを吹付けるコンクリート吹付装置を備えたコンクリート吹付システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、地盤を削孔して形成したトンネルの壁面にコンクリートを吹付けて、トンネル壁面を補強している。トンネルの壁面へのコンクリートの吹付けには、図９に示すようなコンクリート吹付装置１が用いられる。コンクリート吹付装置１は、走行可能な台車２と、台車２の後方側に設けられたコンクリートポンプ３と、空気圧縮機４と、台車２の前方側に設けられたマニピュレータ１０と、マニピュレータ１０の先端に取付けられ、コンクリートポンプ３と空気圧縮機４とに連結されたノズル５とを備えている。なお、図９において、コンクリートポンプ３及び空気圧縮機４とノズル５とを連結するホースは省略されている。
【０００３】
マニピュレータ１０は、台車２の前方側に設けられたベース部２ａに上下及び左右に回動可能に取り付けられ、伸縮可能な第１アーム１１と、第１アーム１１の先端に取り付けられた先端アーム１２と、先端アーム１２に上下及び左右に回動可能に取り付けられ、伸縮可能な第２アーム１３とを備え、第２アーム１３の先端に、ノズル５が前後及び左右に揺動可能に取り付けられている。そして、第１アーム１１の上下方向の回動は第１アーム起伏シリンダ１４、第１アーム１１の左右方向の回動は第１アーム旋回シリンダ１５、第１アーム１１の伸縮は第１アーム伸縮シリンダ１６によってそれぞれ行うように構成されている。また、第２アーム１３の上下方向の回動は第２アーム起伏シリンダ１７、第２アーム１３の左右方向の回動は第２アーム旋回シリンダ１８、第２アーム１３の伸縮は第２アーム伸縮シリンダ１９によってそれぞれ行うように構成されている。さらに、ノズル５の前後方向の揺動はノズル前後揺動装置２０、ノズル５の左右方向の揺動はノズル左右揺動装置２１によってそれぞれ行うように構成されている。
【０００４】
作業員は、操作盤によりマニピュレータ１０を操作することでノズル５を移動させ、トンネルの内周面の所望箇所にコンクリートを吹き付ける。この際、コンクリートの吹付け距離は、適正な距離（１．５ｍ程度）に設定する必要がある。そこで、ノズル５の先端からコンクリートの吹付け対象面までの距離が、所定の範囲内であるか否かを判定し、所定の範囲外であると判定された場合に警報を発する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−９０５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図９に示すようなコンクリート吹付装置１のマニピュレータ１０は、第１アーム１１の「伸縮、上下、左右」、第２アーム１３の「伸縮、上下、左右」、ノズル５の[前後、左右」の動作要素を持ち、必要な(電気接点や油圧の)開閉操作点は１６点にも及ぶ。従って、操作盤３０には、図１０に示すように、１６点の開閉操作点を操作する４本の操作レバー（第１アーム移動レバー３１、第２アーム移動レバー３２、伸縮レバー３３、ノズル移動レバー３４）が必要となり、ノズル５を所望箇所に移動させるためには、４本の操作レバーを複合して操作しなければならない。このため、マニピュレータ１０の操作は熟練を要する煩雑な作業であり、経験の少ない作業員がコンクリート吹付装置１を操作した場合には、リバウンド増加による材料ロスと施エサイクルロス、仕上り面の品質低下、発生粉塵増加による作業環境悪化、作業効率の低下等の問題が発生してしまう。
【０００７】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上述の課題を解消し、マニピュレータを直感的に操作することができ、簡単な操作でノズルを所望箇所に移動させることができるコンクリート吹付システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のコンクリート吹付システムは、マニピュレータの先端に取付けられたノズルからトンネルの壁面にコンクリートを吹付けるコンクリート吹付装置を備えたコンクリート吹付システムであって、前記コンクリート吹付装置のトンネル内における位置及び姿勢を測量する測量装置を具備し、前記コンクリート吹付装置は、トンネルの設計データが記憶されている設計データ記憶部と、前記測量装置による測量結果である測量データを受信する測量データ受信部と、Ｘ−Ｙ平面移動レバーが設けられた操作盤と、前記マニピュレータの複数の可動箇所を駆動するマニピュレータ駆動部と、前記マニピュレータの複数の可動箇所における可動量をそれぞれ検出する可動量検出部と、前記設計データ記憶部に記憶されているトンネルの設計データ、前記測量データ受信部によって受信された測量データ及び前記可動量検出部による検出結果に基づいて、トンネル軸と直交するＸ−Ｙ平面を算出し、前記Ｘ−Ｙ平面移動レバーが操作されると、前記マニピュレータ駆動部を駆動させ、算出したＸ−Ｙ平面上の前記Ｘ−Ｙ平面移動レバーで指示された方向に前記ノズルを移動させる座標変換制御部とを具備していても良い。
さらに、本発明のコンクリート吹付システムは、前記操作盤には、Ｚ軸移動レバーが設けられており、前記座標変換制御部は、前記設計データ記憶部に記憶されているトンネルの設計データ、前記測量データ受信部によって受信された測量データ及び前記可動量検出部による検出結果に基づいて、トンネル軸と平行なＺ軸を算出し、前記Ｚ軸移動レバーが操作されると、前記マニピュレータ駆動部を制御して、算出したＺ軸上の前記Ｚ軸移動レバーで指示された方向に前記ノズルを移動させても良い。
さらに、本発明のコンクリート吹付システムは、前記Ｚ軸移動レバーの操作が終わって、前記ノズルが停止されると、前記座標変換制御部は、停止された前記ノズルの位置を通る、トンネル軸と直交するＸ−Ｙ平面を算出することで、前記Ｘ−Ｙ平面移動レバーの操作によって前記ノズルが移動されるＸ−Ｙ平面を更新させても良い。
さらに、本発明のコンクリート吹付システムは、前記マニピュレータは、ベース部に上下及び左右に回動可能に取り付けられ、伸縮可能な第１アームと、前記第１アームの先端側に上下及び左右に回動可能に取り付けられ、前記ノズルが先端に取り付けられている伸縮可能な第２アームとを備え、前記座標変換制御部は、前記第２アームをトンネル軸と平行に維持した状態で、前記ノズルを移動させても良い。
さらに、本発明のコンクリート吹付システムは、前記操作盤には、前記第２アームの上下及び左右への回動を指示する第２アーム移動レバーが設けられており、前記座標変換制御部は、前記Ｘ−Ｙ平面移動レバーの操作によっていずれの方向にも前記ノズルを移動させることができる間は、前記第２アーム移動レバーの操作による前記第２アームの回動を禁止させ、前記Ｘ−Ｙ平面移動レバーの操作による前記ノズルのいずれかの方向への移動が限界に達すると、前記第２アーム移動レバーの操作による第２アームの回動を許可させても良い。
さらに、本発明のコンクリート吹付システムは、前記座標変換制御部は、前記第２アーム移動レバーの操作による前記第２アームの回動に際し、前記第２アームを伸縮させることで、前記ノズルを算出したＸ−Ｙ平面上で移動させても良い。
さらに、本発明のコンクリート吹付システムは、前記座標変換制御部は、前記第２アーム移動レバーの操作によって前記第２アームが回動された状態で、前記Ｘ−Ｙ平面移動レバーが操作されると、前記第２アームをトンネル軸と平行に回動させても良い。
さらに、本発明のコンクリート吹付システムは、前記マニピュレータは、ベース部に上下及び左右に回動可能に取り付けられ、伸縮可能な第１アームと、前記第１アームの先端側に上下及び左右に回動可能に取り付けられ、前記ノズルが先端に取り付けられている伸縮可能な第２アームとを備え、前記操作盤には、第２アームの上下及び左右への回動を指示する第２アーム移動レバーが設けられており、前記座標変換制御部は、常時、前記第２アーム移動レバーの操作による前記第２アームの回動を許可させ、前記Ｘ−Ｙ平面移動レバーが操作されると、前記ノズルの移動に際し、前記第２アームのトンネル軸に対する姿勢を維持させても良い。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、トンネル軸と直交するＸ−Ｙ平面による空間把握概念を基本とした形で操作することができるため、マニピュレータを直感的、すなわち人が空間を感覚的に認識したイメージにより近い形で操作することができ、簡単な操作でノズルを所望箇所に移動させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るコンクリート吹付システムの第１実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【図２】図１に示すコンクリート吹付装置のマニピュレータの構成を示す図である。
【図３】図２に示すマニピュレータの動作を操作する操作盤の構成を示す斜視図である。
【図４】図２に示すマニピュレータの動作を制御する制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示す座標変換制御部によって算出されるＸ−Ｙ平面及びＺ軸を示す説明図である。
【図６】本発明に係るコンクリート吹付システムの第２実施形態におけるマニピュレータの動作を操作する操作盤の構成を示す斜視図である。
【図７】本発明に係るコンクリート吹付システムの第２実施形態におけるマニピュレータの動作を制御する制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図８】図７に示す制御装置によるマニピュレータの動作制御を説明する説明図である。
【図９】従来のコンクリート吹付装置の構成を示す図である。
【図１０】図９に示すマニピュレータの動作を操作する操作盤の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
第１実施形態のコンクリート吹付システムは、図１に示すように、コンクリート吹付装置１ａと、測量装置４０とを備えている。
【００１３】
コンクリート吹付装置１ａは、走行可能な台車２と、台車２の後方側に設けられたコンクリートポンプ３と、空気圧縮機４と、台車２の前方側に設けられたマニピュレータ１０ａと、マニピュレータ１０ａの先端に取付けられ、コンクリートポンプ３と空気圧縮機４とに連結されたノズル５とを備えている。なお、図１において、コンクリートポンプ３及び空気圧縮機４とノズル５とを連結するホースは省略している。
【００１４】
台車２には、位置検出用のプリズム５０ａ、５０ｂ、５０ｃが互いに間隔をおいて取り付けられている。測量装置４０は、自動視準・自動追尾の機能を備えたトータルステーションであり、トンネル内の基準点に配置される。測量装置４０は、プリズム５０ａ、５０ｂ、５０ｃとの距離及び測定角度をそれぞれ計測することで、プリズム５０ａ、５０ｂ、５０ｃの三次元座標をそれぞれ測定する。そして、測量装置４０は、測定したプリズム５０ａ、５０ｂ、５０ｃの三次元座標を測量データとしてコンクリート吹付装置１ａに送信する。
【００１５】
マニピュレータ１０ａは、図２を参照すると、台車２の前方側に設けられたベース部２ａに上下及び左右に回動可能に取り付けられ、伸縮可能な第１アーム１１と、第１アーム１１の先端に取り付けられた先端アーム１２と、先端アーム１２に上下及び左右に回動可能に取り付けられ、伸縮可能な第２アーム１３とを備え、第２アーム１３の先端に、ノズル５が前後及び左右に揺動可能に取り付けられている。
【００１６】
第１アーム１１の上下方向の回動は第１アーム起伏シリンダ１４、第１アーム１１の左右方向の回動は第１アーム旋回シリンダ１５、第１アーム１１の伸縮は第１アーム伸縮シリンダ１６によってそれぞれ行うように構成されている。すなわち、第１アーム起伏シリンダ１４、第１アーム旋回シリンダ１５及び第１アーム伸縮シリンダ１６は、第１アーム１１の３つの可動箇所を動かして第１アーム１１を動作させる第１アーム駆動部として機能する。そして、第１アーム１１の３つの可動箇所における可動量をそれぞれ検出する第１アーム可動量検出部として、第１アーム１１の上下方向の回動角を検出する第１アーム上下回動角検出センサ２２と、第１アーム１１の左右方向の回動角を検出する第１アーム左右回動角検出センサ２３と、第１アーム１１の伸縮長を検出する第１アーム伸縮長検出センサ２４とが設けられている。
【００１７】
また、第２アーム１３の上下方向の回動は第２アーム起伏シリンダ１７、第２アーム１３の左右方向の回動は第２アーム旋回シリンダ１８、第２アーム１３の伸縮は第２アーム伸縮シリンダ１９によってそれぞれ行うように構成されている。すなわち、第２アーム起伏シリンダ１７、第２アーム旋回シリンダ１８及び第２アーム伸縮シリンダ１９は、第２アーム１３の３つの可動箇所を動かして第２アーム１３を動作させる第２アーム駆動部として機能する。そして、第２アーム１３の３つの可動箇所の可動量をそれぞれ検出する第２アーム可動量検出部として、第２アーム１３の上下方向の回動角を検出する第２アーム上下回動角検出センサ２５と、第２アーム１３の左右方向の回動角を検出する第２アーム左右回動角検出センサ２６と、第２アーム１３の伸縮長を検出する第２アーム伸縮長検出センサ２７とが設けられている。さらに、ノズル５の前後方向の揺動はノズル前後揺動装置２０、ノズル５の左右方向の揺動はノズル左右揺動装置２１によってそれぞれ行うように構成されている。
【００１８】
マニピュレータ１０ａの動きを操作する操作盤３０ａは、図３に示すように、ノズル５の揺動を操作するノズル移動レバー３４と、トンネル軸と直交するＸ−Ｙ平面上でのノズル５の移動を操作するＸ−Ｙ平面移動レバー３５と、トンネル軸と平行なＺ軸方向へのノズル５の移動を操作するＺ軸移動レバー３６とを備えている。
【００１９】
また、図４を参照すると、コンクリート吹付装置１ａは、設計データ記憶部６０と、測量データ受信部７０と、マニピュレータ１０ａの動作を制御する制御装置８０とを備えている。
【００２０】
設計データ記憶部６０は、半導体メモリ等の不揮発性の記憶手段であり、トンネルの設計データが記憶されている。
【００２１】
測量データ受信部７０は、無線もしくは有線で測量装置４０と接続され、測量装置４０との間で各種データを送受信する機能を有している。測量データ受信部７０は、測量装置４０から測量データとしてプリズム５０ａ、５０ｂ、５０ｃのそれぞれの三次元座標を受信する。
【００２２】
制御装置８０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたマイクロコンピューター等の情報処理部である。ＲＯＭには制御プログラムが記憶されている。制御装置８０は、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムを読み出し、制御プログラムをＲＡＭに展開させて実行することで、姿勢特定部８１、座標変換制御部８２、ノズル制御部８３として機能する。
【００２３】
図５を参照すると、姿勢特定部８１は、設計データ記憶部６０に記憶されているトンネルの設計データと、測量データ受信部７０によって受信された測量データ（プリズム５０ａ、５０ｂ、５０ｃのそれぞれの三次元座標）とに基づいて、ベース部２ａ（台車２）のトンネル内における位置と、ベース部２ａ（台車２）のトンネル軸に対する姿勢ベクトルとを特定する。
【００２４】
そして、座標変換制御部８２は、姿勢特定部８１によって特定されたベース部２ａ（台車２）のトンネル内における位置と、第１アーム上下回動角検出センサ２２、第１アーム左右回動角検出センサ２３、第１アーム伸縮長検出センサ２４、第２アーム上下回動角検出センサ２５、第２アーム左右回動角検出センサ２６及び第２アーム伸縮長検出センサ２７の検出結果とに基づいて、ノズル５のトンネル内における位置を特定する。そして、座標変換制御部８２は、特定したノズル５の位置と、設計データ記憶部６０に記憶されているトンネルの設計データとに基づいて、特定したノズル５の位置を通る、トンネル軸と平行なＺ軸方向と、トンネル軸と直交する切羽面と平行なＸ−Ｙ平面を算出する。
【００２５】
座標変換制御部８２は、Ｘ−Ｙ平面移動レバー３５が操作されると、第１アーム起伏シリンダ１４、第１アーム旋回シリンダ１５、第１アーム伸縮シリンダ１６、第２アーム起伏シリンダ１７、第２アーム旋回シリンダ１８及び第２アーム伸縮シリンダ１９を複合させて駆動することで、第２アーム１３をトンネル軸（算出したＺ軸）と平行に維持した状態で、算出したＸ−Ｙ平面上のＸ−Ｙ平面移動レバー３５で指示された方向にノズル５を移動させる。なお、第２アーム１３を算出したＺ軸と平行に維持する制御は、算出した姿勢ベクトルと、トンネルの設計データとに基づいて行われる。
【００２６】
座標変換制御部８２は、Ｚ軸移動レバー３６が操作されると、第１アーム起伏シリンダ１４、第１アーム旋回シリンダ１５、第１アーム伸縮シリンダ１６、第２アーム起伏シリンダ１７、第２アーム旋回シリンダ１８及び第２アーム伸縮シリンダ１９を複合させて駆動することで、算出したＺ軸上のＺ軸移動レバー３６で指示された方向にノズル５を移動させる。Ｚ軸移動レバー３６の操作が終わって、ノズル５が停止されると、座標変換制御部８２は、停止されたノズル５の位置を通る、トンネル軸と直交する切羽面と平行なＸ−Ｙ平面を算出する。これにより、Ｘ−Ｙ平面移動レバー３５の操作によってノズル５が移動されるＸ−Ｙ平面が更新される。
【００２７】
ノズル制御部８３は、ノズル移動レバー３４が操作されると、ノズル前後揺動装置２０もしくはノズル左右揺動装置２１を駆動することで、ノズル移動レバー３４で指示された方向にノズル５を移動させる。
【００２８】
以上説明したように、第１実施形態は、マニピュレータ１０ａの先端に取付けられたノズル５からトンネルの壁面にコンクリートを吹付けるコンクリート吹付装置１ａを備えたコンクリート吹付システムであって、コンクリート吹付装置１ａのトンネル内における位置及び姿勢を測量する測量装置４０を具備し、コンクリート吹付装置１ａは、トンネルの設計データが記憶されている設計データ記憶部６０と、測量装置４０による測量結果である測量データを受信する測量データ受信部７０と、Ｘ−Ｙ平面移動レバー３５が設けられた操作盤３０ａと、マニピュレータ１０ａの複数の可動箇所を駆動するマニピュレータ駆動部（第１アーム起伏シリンダ１４、第１アーム旋回シリンダ１５、第１アーム伸縮シリンダ１６、第２アーム起伏シリンダ１７、第２アーム旋回シリンダ１８、第２アーム伸縮シリンダ１９）と、マニピュレータ１０ａの複数の可動箇所における可動量をそれぞれ検出する可動量検出部（第１アーム上下回動角検出センサ２２、第１アーム左右回動角検出センサ２３、第１アーム伸縮長検出センサ２４、第２アーム上下回動角検出センサ２５、第２アーム左右回動角検出センサ２６、第２アーム伸縮長検出センサ２７）と、設計データ記憶部６０に記憶されているトンネルの設計データ、測量データ受信部７０によって受信された測量データ及び可動量検出部による検出結果に基づいて、トンネル軸と直交するＸ−Ｙ平面を算出し、Ｘ−Ｙ平面移動レバー３５が操作されると、マニピュレータ駆動部を駆動させ、算出したＸ−Ｙ平面上のＸ−Ｙ平面移動レバー３５で指示された方向にノズル３５を移動させる座標変換制御部８２とを具備している。
この構成により、トンネル軸と直交するＸ−Ｙ平面による空間把握概念を基本とした形で操作することができるため、マニピュレータ１０ａを直感的、すなわち人が空間を感覚的に認識したイメージにより近い形で操作することができ、簡単な操作でノズル５を所望箇所に移動させることができる。従って、リバウンドが低減されるため材料と施エサイクルロスとが低減されてコストを削減することができる。また、仕上り面の平滑性や、支保工背面へのコンクリート充填等の品質向上も期待できる。さらに、発生粉塵減少によって作業環境が改善されると共に、複合動作は機械側で行うため、オペレータによる複数レバーの同時操作が不要となり、負担が軽減される。
【００２９】
さらに、第１実施形態によれば、操作盤３０ａには、Ｚ軸移動レバー３６が設けられており、座標変換制御部８２は、設計データ記憶部６０に記憶されているトンネルの設計データ、測量データ受信部７０によって受信された測量データ及び可動量検出部による検出結果に基づいて、トンネル軸と平行なＺ軸を算出し、Ｚ軸移動レバー３６が操作されると、マニピュレータ駆動部を制御して、算出したＺ軸上のＺ軸移動レバー３６で指示された方向にノズル５を移動させる。
この構成により、トンネル軸と並行なＺ軸による空間把握概念を基本とした形で操作することができるため、マニピュレータ１０ａを直感的、すなわち人が空間を感覚的に認識したイメージにより近い形で操作することができ、簡単な操作でノズル５を所望箇所に移動させることができる。
【００３０】
さらに、第１実施形態によれば、Ｚ軸移動レバー３６の操作が終わって、ノズル５が停止されると、座標変換制御部８２は、停止されたノズル５の位置を通る、トンネル軸と直交するＸ−Ｙ平面を算出することで、Ｘ−Ｙ平面移動レバー３５の操作によってノズル５が移動されるＸ−Ｙ平面を更新させる。
この構成により、ノズル５が停止された位置でトンネル軸と直交するＸ−Ｙ平面が更新されるため、トンネルがカーブしていても、簡単な操作でノズル５を所望箇所に移動させることができる。
【００３１】
さらに、第１実施形態によれば、マニピュレータ１０ａは、ベース部２ａに上下及び左右に回動可能に取り付けられ、伸縮可能な第１アーム１１と、第１アーム１１の先端側に上下及び左右に回動可能に取り付けられ、ノズル５が先端に取り付けられている伸縮可能な第２アーム１３とを備え、座標変換制御部８２は、第２アーム１３をトンネル軸と平行に維持した状態で、ノズル５を移動させる。
この構成により、第２アーム１３をＺ軸と平行にした状態でマニピュレータ１０ａを直感的に操作することができる。
【００３２】
（第２実施形態）
第２実施形態のコンクリート吹付装置１ｂは、図６及び図７に示すように、操作盤３０ｂとして、第１実施形態の操作盤３０の構成に加え、第２アーム１３の上下左右への回動を操作する第２アーム移動レバー３２と、Ｚ軸スイッチ３７とを備えている。Ｚ軸スイッチ３７は、第２アーム１３をＺ軸と平行に維持する制御をオンする「Ｚ軸維持」と、第２アーム１３をＺ軸と平行に維持する制御をオフする「Ｚ軸解除」とを切り換えるスイッチである。
【００３３】
また、第２の実施の形態のコンクリート吹付装置１ｂは、図７に示すように、設計データ記憶部６０と、測量データ受信部７０と、マニピュレータ１０ａの動作を制御する制御装置８０ａとを備え、制御装置８０ａは、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムを読み出し、制御プログラムをＲＡＭに展開させて実行することで、姿勢特定部８１、座標変換制御部８２ａ、ノズル制御部８３、第２アーム制御部８４として機能する。第２アーム制御部８４は、第２アーム移動レバー３２が操作されると、第２アーム起伏シリンダ１７もしくは第２アーム旋回シリンダ１８を駆動することで、第２アーム移動レバー３２で指示された方向に第２アームを回動させる。
【００３４】
まず、Ｚ軸スイッチ３７が「Ｚ軸維持」に切り換えられている状態での、座標変換制御部８２ａの動作について説明する。
座標変換制御部８２ａは、Ｘ−Ｙ平面移動レバー３５が操作されると、第１実施形態と同様に、Ｘ−Ｙ平面上でのノズル５の移動に際し、第２アーム１３をＺ軸と平行に維持制御する。
【００３５】
また、座標変換制御部８２ａは、第２アーム制御部８４を制御することで、Ｘ−Ｙ平面移動レバー３５の操作によって算出したＸ−Ｙ平面上のいずれの方向にもノズル５を移動させることができる間は、第２アーム移動レバー３２の操作による第２アーム１３の回動を禁止させ、Ｘ−Ｙ平面移動レバー３５の操作によるノズル５のいずれかの方向（Ｘ方向右、Ｘ方向左、Ｙ方向上もしくはＹ方向下）への移動が限界に達すると、第２アーム移動レバー３２の操作による第２アーム１３の回動を許可する。そして、座標変換制御部８２ａは、第２アーム移動レバー３２の操作による第２アーム１３の回動に際し、第２アーム伸縮シリンダ１９を連動させて駆動して第２アーム１３を伸縮させることで、ノズル５を算出したＸ−Ｙ平面上で移動させる。
【００３６】
図８（ａ）には、Ｘ−Ｙ平面移動レバー３５によるノズル５の移動がＸ右方向で限界に達した状態が示されている。その後、図８（ｂ）に示すように、第２アーム移動レバー３２の操作によって第２アーム１３が右方向に回動させることで、Ｘ−Ｙ平面上でのノズル５の移動範囲を拡大させることができる。
【００３７】
第２アーム移動レバー３２の操作によって第２アーム１３が回動した状態で、Ｘ−Ｙ平面移動レバー３５が操作されると、座標変換制御部８２ａは、第１アーム起伏シリンダ１４、第１アーム旋回シリンダ１５、第１アーム伸縮シリンダ１６、第２アーム起伏シリンダ１７、第２アーム旋回シリンダ１８及び第２アーム伸縮シリンダ１９を複合させて駆動することで、第２アーム１３をトンネル軸（Ｚ軸）と平行に回動させ、算出したＸ−Ｙ平面上のＸ−Ｙ平面移動レバー３５で指示された方向にノズル５を移動させる。これにより、作業員は、第２アーム１３をＺ軸と平行にした状態でマニピュレータ１０ａを直感的に操作することができ、簡単な操作でノズル５を所望箇所に移動させることができる。
【００３８】
次に、Ｚ軸スイッチ３７が「Ｚ軸解除」に切り換えられている状態での、座標変換制御部８２ａの動作について説明する。
座標変換制御部８２ａは、常時、第２アーム移動レバー３２の操作による第２アーム１３の回動を許可している。そして、座標変換制御部８２ａは、Ｘ−Ｙ平面移動レバー３５が操作されると、Ｘ−Ｙ平面移動レバー３５によるＸ−Ｙ平面上のノズル５を移動に際し、第２アーム１３のトンネル軸に対する姿勢を維持制御する。これにより、第２アーム移動レバー３２の操作によって第２アーム１３を回動させた状態で、ノズル５をＸ−Ｙ平面上を移動させることができ、Ｘ−Ｙ平面上でのノズル５の移動範囲を拡大させることができる。
【００３９】
以上説明したように、第２実施形態は、マニピュレータ１０ａの先端に取付けられたノズル５からトンネルの壁面にコンクリートを吹付けるコンクリート吹付装置１ｂを備えたコンクリート吹付システムであって、コンクリート吹付装置１ｂのトンネル内における位置及び姿勢を測量する測量装置４０を具備し、コンクリート吹付装置１ｂは、トンネルの設計データが記憶されている設計データ記憶部６０と、測量装置４０による測量結果である測量データを受信する測量データ受信部７０と、Ｘ−Ｙ平面移動レバー３５と第２アーム１３の上下及び左右への回動を指示する第２アーム移動レバー３２とが設けられた操作盤３０ｂと、マニピュレータ１０ａの複数の可動箇所を駆動するマニピュレータ駆動部（第１アーム起伏シリンダ１４、第１アーム旋回シリンダ１５、第１アーム伸縮シリンダ１６、第２アーム起伏シリンダ１７、第２アーム旋回シリンダ１８、第２アーム伸縮シリンダ１９）と、マニピュレータ１０ａの複数の可動箇所における可動量をそれぞれ検出する可動量検出部（第１アーム上下回動角検出センサ２２、第１アーム左右回動角検出センサ２３、第１アーム伸縮長検出センサ２４、第２アーム上下回動角検出センサ２５、第２アーム左右回動角検出センサ２６、第２アーム伸縮長検出センサ２７）と、設計データ記憶部６０に記憶されているトンネルの設計データ、測量データ受信部７０によって受信された測量データ及び可動量検出部による検出結果に基づいて、トンネル軸と直交するＸ−Ｙ平面を算出し、Ｘ−Ｙ平面移動レバー３５が操作されると、マニピュレータ駆動部を駆動させ、算出したＸ−Ｙ平面上のＸ−Ｙ平面移動レバー３５で指示された方向にノズル３５を移動させる座標変換制御部８２ａとを具備し、マニピュレータ１０ａは、ベース部２ａに上下及び左右に回動可能に取り付けられ、伸縮可能な第１アーム１１と、第１アーム１１の先端側に上下及び左右に回動可能に取り付けられ、ノズル５が先端に取り付けられている伸縮可能な第２アーム１３とを備え、座標変換制御部８２ａは、第２アーム２をトンネル軸と平行に維持した状態で、ノズル５を移動させ、Ｘ−Ｙ平面移動レバー３５の操作によっていずれの方向にもノズル５を移動させることができる間は、第２アーム移動レバー３２の操作による第２アーム１３の回動を禁止させ、Ｘ−Ｙ平面移動レバー３５の操作によるノズル５のいずれかの方向への移動が限界に達すると、第２アーム移動レバー３２の操作による第２アーム１３の回動を許可させる。
この構成により、第２アーム１３をＺ軸と平行にした状態でマニピュレータ１０ａを直感的に操作した後に、第２アーム移動レバー３２の操作によってノズル５の移動範囲を拡大させることができる。
【００４０】
さらに、第２実施形態によれば、座標変換制御部８２ａは、第２アーム移動レバー３２の操作による第２アーム１３の回動に際し、第２アーム１３を伸縮させることで、ノズル５を算出したＸ−Ｙ平面上で移動させる。
この構成により、第２アーム移動レバー３２の操作によってＸ−Ｙ平面上でのノズル５の移動範囲を拡大させることができる。
【００４１】
さらに、第２実施形態によれば、座標変換制御部８２ａは、第２アーム移動レバー３２の操作によって第２アーム１３が回動された状態で、Ｘ−Ｙ平面移動レバー３５が操作されると、第２アーム１３をトンネル軸と平行に回動させる。
この構成により、第２アーム１３をＺ軸と平行にした状態でマニピュレータ１０ａを直感的に操作することができ、簡単な操作でノズル５を所望箇所に移動させることができる。
【００４２】
また、第２実施形態によれば、Ｚ軸スイッチ３７が「Ｚ軸解除」に切り換えられている状態では、座標変換制御部８２ａは、常時、第２アーム移動レバー３２の操作による第２アーム１３の回動を許可させ、Ｘ−Ｙ平面移動レバー３５が操作されると、ノズル５の移動に際し、第２アーム１３のトンネル軸に対する姿勢を維持させる。
この構成により、第２アーム移動レバー３２の操作によって第２アーム１３を回動させた状態で、ノズル５をＸ−Ｙ平面上を移動させることができ、Ｘ−Ｙ平面上でのノズル５の移動範囲を拡大させることができる。
【００４３】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【００４４】
１、１ａ、１ｂ  コンクリート吹付装置
２  台車
２ａ  ベース部
３  コンクリートポンプ
４  空気圧縮機
５  ノズル
１０、１０ａ  マニピュレータ
１１  第１アーム
１２  先端アーム
１３  第２アーム
１４  第１アーム起伏シリンダ
１５  第１アーム旋回シリンダ
１６  第１アーム伸縮シリンダ
１７  第２アーム起伏シリンダ
１８  第２アーム旋回シリンダ
１９  第２アーム伸縮シリンダ
２０  ノズル前後揺動装置
２１  ノズル左右揺動装置
２２  第１アーム上下回動角検出センサ
２３  第１アーム左右回動角検出センサ
２４  第１アーム伸縮長検出センサ
２５  第２アーム上下回動角検出センサ
２６  第２アーム左右回動角検出センサ
２７  第２アーム伸縮長検出センサ
３０、３０ａ、３０ｂ  操作盤
３１  第１アーム移動レバー
３２  第２アーム移動レバー
３３  伸縮レバー
３４  ノズル移動レバー
３５  Ｘ−Ｙ平面移動レバー
３６  Ｚ軸移動レバー
３７  Ｚ軸スイッチ
４０  測量装置
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ  プリズム
６０  設計データ記憶部
７０  測量データ受信部
８０、８０ａ  制御装置
８１  姿勢特定部
８２、８２ａ  座標変換制御部
８３  ノズル制御部
８４  第２アーム制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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