(57)【要約】      （修正有）【課題】建築用構成要素の製造に関し、特に、大規模な建築用コンクリート層状パネルを重合系フォーム材の上にて製造するコンピュータ制御システムを提供する。【解決手段】コンピータ制御式ロボットアームシステムは、１つ以上の可動でかつ関節動作式ロボットアーム１０に選択的に取り付けたエンドエフェクタを使用することを通じて付加及び削除型製造過程を採用する。ロボットアーム１０は、ガイド１２に結合した制御可能に可動のキャリッジの上に装着されている。該ロボットアーム１０は、コンピータ制御式ポジショナーと協働して作用し、ロボットアームに対し加工物を位置決めする。該ポジショナーは、加工物を装着しかつ本考案のシステムに対して運動の回転軸を追加する回転テーブル１４を有する。【選択図】図１
0003201809.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
三次元的成形物から建築用構成要素を製造するコンピュータ制御ステムにおいて、
三次元的成形物を支持しかつ動かす支持テーブルであって、平行移動及び／又は回転動作可能な構造とされた前記支持テーブルと、
基部と、末端とを有し、該基部は、支持テーブルの基端側にて経路に沿って制御された動きをする構造とされたマルチタスクのロボットアームであって、該マルチタスクのロボットアームの前記末端は、前記基部に対して延伸し、平行移動しかつ／又は回転する構造とされ、かつ前記支持テーブルにて前記成形物に連続的な材料層を付与しかつ／又は該成形物から材料を除去するエンドエフェクタを含む更なる構造とされた、前記マルチタスクのロボットアームと、
選択的に、前記基部が装着された線状のレールと、
命令を保持するコンピータプロセッサであって、前記命令は、前記支持テーブル、前記基部の各々、及びマルチタスクのロボットアームの前記末端の一連の動きを制御すると共に、前記三次元的成形物に対する材料の層を決定し、かつ連続的に付与しかつ／又は該三次元的成形物から材料を逐次的に除去して、所定の形状及び寸法の建築用構成要素を形成する、前記コンピータプロセッサとを備える、コンピータ制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記三次元的成形物は、膨張ポリスチレンにて形成されている、システムステム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記エンドエフェクタは、
前記三次元的成形物から材料を除去する成形物の熱線発泡体カッタと、
穴あけ、リーマー仕上げ、ザグリ加工、フライス加工、ルーティング、ネットトリミング、衝撃加工及び締結具の取り付けから成る群から選択された少なくとも１つの動作を実行するための機械加工エンドエフェクタとを備える、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記エンドエフェクタは、ある物質を前記三次元的成形物の表面に噴霧する構造とされる、システム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記物質は、油、ワックス、ポリマー、セメント、石膏（ｇｙｐｓｕｍ）、粘土、人造大理石及びコンクリートから成る群から選ばれる、システム。
【請求項６】
請求項４に記載のシステムにおいて、
前記物質は、ワックスであり、
前記システムは、
前記噴霧ヘッドと上記貯蔵容器の前記出口を接続する加熱したワックスの移送管と、
該貯蔵容器及び前記噴霧ヘッドの少なくとも一方に閉塞可能に接続された加圧ガスシステムと、を備え、
該ワックスの貯蔵容器は内部ミキサーを備え、
前記エンドエフェクタは、
噴霧ヘッドと、
内部に保持された物質を加熱する構造とされた貯蔵容器と、を備え、前記貯蔵容器は、上記噴霧ヘッドに流体的に連通した出口を備える、システム。
【請求項７】
請求項４に記載のシステムにおいて。
前記エンドエフェクタは、初期定着時間が１０秒と５分との間にあることを特徴とする建築用材料を前記三次元的成形物に噴霧する構造とされている、システム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムにおいて。
前記エンドエフェクタは、コンクリートの噴霧装置を備え、該噴霧装置は、噴霧ヘッドを備える、システム。
【請求項９】
請求項８に記載のシステムにおいて。
前記噴霧ヘッドは、少なくとも三つの噴霧ヘッドの入口を備え、
前記コンクリートの噴霧装置は、
第一の噴霧ヘッドの入口と流体的に接続した出口を有する第一の混合チャンバと、
前記第一の混合チャンバの少なくとも一部分を振動させ得るように前記第一の混合チャンバと機械的に接続された振動手段と、
少なくとも１つの入口と、第二の噴霧ヘッドの入口と流体的に接続した出口とを有する第二の混合チャンバと、
少なくとも１つの入口と、第三の噴霧ヘッドの入口と流体的に接続した出口とを有する第三の混合チャンバと、を備え、
前記噴霧ヘッドの形態は、前記第一の噴霧ヘッド、前記第二の噴霧ヘッドの入口及び前記第三の噴霧ヘッドの入口の少なくとも１つを通って材料が前記噴霧ヘッドに同時に入るとき、前記第一の噴霧ヘッドの入口から前記噴霧のヘッドに入る材料の少なくとも一部分は、前記噴霧ヘッドに入る材料が通る任意のその他の噴霧ヘッドの入口から入る材料に遭遇する形態とされ、
前記第一の混合チャンバと前記第一の噴霧ヘッドの入口との間の前記流体接続部は、可撓性のホースを備え、該可撓性のホースは、選択的に、前記振動手段と機械的に接続されるような構造とされている、システム。
【請求項１０】
請求項１に記載のシステムにおいて。
前記コンピュータの命令は、次の（ａ）〜（ｄ）の群から選択された少なくとも１つのソフトウェアパッケージを備える、即ち、
（ａ）    システムが（ａ）二つの構成要素が衝突させられるような経路にて動くことと、（ｂ）二つの要素が互いに所定の距離以内にあることと、（ｃ）１つの構成要素が自己衝突する経路上にあることとから成る群から選ばれた少なくとも１つの状況を自動的に検出することを可能にする構造とされたリアルタイムの衝突検出ソフトウェアと、
（ｂ）    オペレータが前記システムの少なくとも１つの構成要素の動きのシミュレーションを視認することを可能にする構造とされたリアルタイムのシミュレーションソフトウェアと、
（ｃ）    前記コンピュータプロセッサからシステムの任意のその他の構成要素に無限定の数の点を移送することを許容する構造とされたインターフェースと、
（ｄ）    前記三次元的形態の所望の幾何学的形態を入力として受け取ると共に、システムのオペレータの介入無しにて、前記入力から建築用構成要素の最終的な構造物まで前記システムを制御する構造とされたソフトウェアと、を備える、システム。
【請求項１１】
コンクリートを調成しかつ噴霧するコンクリートの噴霧装置において、
噴霧ヘッドと、
第一の噴霧ヘッドの入口と流体的に接続した出口を有する第一の混合チャンバと、
少なくとも１つの入口と第二の噴霧ヘッドの入口と流体的に接続した出口とを有する第二の混合チャンバと、
少なくとも１つの入口と第三の噴霧ヘッドの入口と流体的に接続した出口とを有し、該出口は、オプションとして、可撓性のホースを備える第三の混合チャンバと、
前記第一の混合チャンバ及び／又は前記ホースと機械的に接続された、オプションとしての振動手段であって、前記第一の混合チャンバ及び／又は前記ホースの少なくとも一部分を振動させる前記オプションとしての振動手段と、を備え、
更に、前記噴霧ヘッドの形態は、材料が、前記第一の噴霧ヘッドの入口と、前記第二の噴霧ヘッドの入口及び前記第三の噴霧ヘッドの入口の少なくとも一方とを通って同時に前記噴霧ヘッドに入るときに、前記第一の噴霧ヘッド入口から前記噴霧ヘッドに入る材料の少なくとも一部分が、前記噴霧ヘッドに入るときに通るその他の任意の噴霧ヘッドの入口から入る材料と遭遇するような形態とされた、システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[１］本考案は、その内容の全体を参考として引用し、本明細書に含めた、２０１４年、７月２８日に出願した米国仮特許出願第６２／０２９，６１２号に基づく優先権を主張するものである。
【０００２】
[２］本考案は、全体として、建築用構成要素の製造に関し、特に、大規模な建築用コンクリート層状パネルを重合系フォーム材の上にて製造するコンピータ制御式ロボットアームの使用方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
[３］現在、建設業界は、現場の人的労働力の使用に非常に依存している。この過程は、人的資源及び材料を浪費し、コストの超過、納期の遅れ、及び建造物の再工事となることが多い点にて極めて非効率的である。３Ｄプリンティング技術の登場は、有望であるように思われるが、現在の３Ｄ技術は、重合系又は熱可塑性材料を連続的に層状に形成することを通じて付加（ａｄｄｉｉｖｅ）印刷過程を採用するから、製造の規模及び質の点に問題がある。更に、３Ｄプリンティング過程は、全体として、大型の建築用構造体を製造し又は任意の建築用規模のものの上にクラッデング構成要素を形成するのに適しない。コンピータ数値制御（ＣＮＣ）工作機械は、大型の加工物に対して作用することができる。しかし、ＣＮＣ工作機械は、加工物の幾何学的形態及び材料に関して厳しい制約を課す。顧客は、例えば、曲線状の形状を有し又は複合的材料にて出来た構造体のような、より複雑でかつ製造が困難な建築用構造体を要求することが益々増えている。このため、当該技術にて現在既知のデジタル製造技術及び大量生産技術の基本的な制約は、これらの方法が上記に概説した問題点の解決策となる範囲を制限することになる。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
[４］このため、経済的であり、且つ工場又は建築現場にて採用可能であり、また、設計、幾何学的形態、又は材料の建築家の選択により制限されず、しかも、最初の設計から最終的な製造（現場又は現場以外の）まで容易でかつ迅速な実現化を可能にする、自動化した製造技術が必要とされている。
【０００５】
[５］本考案の１つの目的は、ロボットアーム及びエンドエフェクタを使用して、所望の形状及び構造の建築用構成要素を製造するコンピータ利用システムを提供することである。特別製造の成形品から建築用構成要素を製作するシステムが開示されており、この場合、建築用材料（適当な建築用材料の非限定的な例は、石膏、コンクリート、人造大理石及び粘土を含む）を特別製造の三次元的成形物の表面にて層状に形成する。
【０００６】
[６］このため、本考案の目的は、三次元的成形物から建築用構成要素を製造するコンピュータ制御式システムであって、三次元的成形物を支持しかつ動かす支持テーブルであって、平行移動及び／又は回転動作可能な構造とされた上記の支持テーブルと、基部と、末端とを有し、該基部は、支持テーブルの基端側にて経路に沿って制御された動きをする構造とされたマルチタスクのロボットアームであって、該マルチタスクのロボットアームの上記末端は、上記基部に対して延伸し、平行移動しかつ／又は回転する構造とされ、かつ上記の支持テーブルにて上記の成形物に連続的な材料層を付与しかつ／又は該成形物から材料を除去するエンドエフェクタを含む更なる構造とされた、上記のマルチタスクのロボットアームと、選択的に、上記の基部が装着された線状のレールと、上記支持テーブル、上記基部の各々、及びマルチタスクのロボットアームの上記末端の一連の動きを制御すると共に、上記三次元的成形物に対する材料の層を決定し、かつ連続的に付与しかつ／又は該三次元的成形物から材料を逐次的に除去して、所定の形状及び寸法の建築用構成要素を形成する命令を保持するコンピータプロセッサとを備える、上記のシステムを開発することである。
【０００７】
[７］本考案の幾つかの好ましい実施の形態において、上記の三次元的成形物は、膨張ポリスチレンにて形成されている。
【０００８】
[８］本考案の幾つかの好ましい実施の形態において、上記のエンドエフェクタは、（ａ）上記三次元的成形物から材料を除去する成形物の熱線カッタと、（ｂ）穴あけ、リーマー仕上げ、穴沈め加工、フライス加工、穿ち加工、ネットトリミング、衝撃加工及び締結具の取り付けから成る群から選択された少なくとも１つの動作を実行するための機械加工エンドエフェクタとを備えている。
【０００９】
[９］本考案の幾つかの幾つかの実施の形態において、上記のエンドエフェクタは、ある物質を上記の三次元的成形物の表面に噴霧する構造とされている。本考案の幾つかの好ましい形態において、上記の物質は、油、ワックス、ポリマー、セメント、石膏、粘土、人造大理石及びコンクリートから成る群から選ばれる。
【００１０】
[１０］本考案の更なる目的は、上述の任意なものに規定したシステムを開発することであり、この場合、上記エンドエフェクタは、ある物質を上記の三次元的成形物の表面に噴霧する構造とされており、該物質は、ワックスであり、上記システムは、（ａ）上記噴霧ヘッドと上記貯蔵容器の上記出口を接続する加熱したワックスの移送管と、（ｂ）該貯蔵容器及び上記噴霧ヘッドの少なくとも一方に閉塞可能に接続された加圧ガスシステムと、を備え、該ワックスの貯蔵容器は内部ミキサーを備え、上記エンドエフェクタは、（ａ）噴霧ヘッドと、（ｂ）内部に保持された物質を加熱する構造とされた貯蔵容器と、を備え、上記貯蔵容器は、上記噴霧ヘッドと流体的に連通した出口を備えている。
【００１１】
[１１］本考案の更なる目的は、上述の何れかに規定したシステムを開発することであり、この場合、上記エンドエフェクタは、ある物質を上記の三次元的成形物の表面に噴霧する構造とされており、該エンドエフェクタは、初期定着時間が１０秒と５分との間にあることを特徴とする建築用材料を上記の三次元的成形物に噴霧する構造とされている。
【００１２】
[１２］本考案の更なる目的は、上述の何れかに規定したシステムを開発することであり、この場合、上記エンドエフェクタは、コンクリートの噴霧装置を備え、該噴霧装置は、噴霧ヘッドを備えている。本考案の幾つかの好ましい実施の形態において、上記の噴霧ヘッドは、少なくとも三つの噴霧ヘッドの入口を備え、該コンクリートの噴霧装置は、（ａ）第一の噴霧ヘッドの入口と流体的に接続した出口を有する第一の混合チャンバと、（ｂ）上記の第一の混合チャンバの少なくとも一部分を振動させ得るように上記の第一の混合チャンバと機械的に接続された振動手段と、（ｃ）少なくとも１つの入口と、第二の噴霧ヘッドの入口と流体的に接続した出口とを有する第二の混合チャンバと、（ｄ）少なくとも１つの入口と、第三の噴霧ヘッドの入口と流体的に接続した出口とを有する第三の混合チャンバと、を備え、該噴霧ヘッドは、上記噴霧家ヘッドに上記の第一の噴霧ヘッド、上記第二の噴霧ヘッドの入口及び上記第三の噴霧ヘッドの入口の少なくとも１つを通って材料が上記噴霧ヘッドに同時に入るとき、上記の第一の噴霧ヘッドの入口から上記噴霧のヘッドに入る材料の少なくとも一部分は、材料が上記の噴霧ヘッドに入るときに通る任意のその他の噴霧ヘッドの入口から入る材料に遭遇し、上記第一の混合チャンバと上記第一の噴霧ヘッドの入口との間の上記の流体接続部は、可撓性のホースを備え、該可撓性のホースは、選択的に、上記の振動手段と機械的に接続されるような構造とされている。
【００１３】
[１３］本考案の更なる目的は、上述の何れかに規定したシステムを開発することであり、この場合、上記命令は、（ａ）システムが（ｉ）二つの構成要素が衝突させるような経路にて動くことと、（ｉｉ）二つの要素が互いに所定の距離以内にあることと、（ｉｉｉ）１つの要素が自然に衝突する経路上にあることとから成る群から選ばれた少なくとも１つの状況を自動的に検出することを可能にする構造とされたリアルタイムの衝突検出ソフトウェアと、（ｂ）オペレータが上記システムの少なくとも１つの構成要素の動きのシミュレーションを視認することを可能にする構造とされたリアルタイムのシミュレーションソフトウェアと、（ｃ）上記のコンピュータプロセッサからシステムの任意のその他の構成要素に無限定の数の点を移送することを許容する構造とされたインターフェースと、（ｄ）上記の三次元的形態の所望の幾何学的形態を入力として受け取ると共に、システムのオペレータの介入無しにて、上記の入力から建築用構成要素の最終的な構造物まで上記システムを制御する構造とされたソフトウェアとから成る群から選択された少なくとも１つのソフトウェアパッケージを備えている。
【００１４】
[１４］本考案の更なる目的は、コンクリートを調合しかつ噴霧するコンクリートの噴霧装置を開発することであり、この場合、上記のコンクリートの噴霧装置は、噴霧ヘッドと、第一の噴霧ヘッドの入口と流体的に接続した出口を有する第一の混合チャンバと、少なくとも１つの入口と第二の噴霧ヘッドの入口と流体的に接続した出口とを有する第二の混合チャンバと、少なくとも１つの入口と第三の噴霧ヘッドの入口と流体的に接続した出口とを有し、該出口は、選択的に、可撓性のホースを備える第三の混合チャンバと、上記の第一の混合チャンバ及び／又は上記のホースの少なくとも一部分を振動させるよう、上記の第一の混合チャンバ及び／又は上記のホースと機械的に接続された振動手段と、を備え、更に、上記噴霧ヘッドは、上記の第一の噴霧ヘッドの入口を通りかつ上記の第二の噴霧ヘッドの入口と、上記状第三の噴霧ヘッドの入口との少なくとも一方を通って材料が同時に上記噴霧ヘッドに入るときに、上記第一の噴霧ヘッド入口から上記噴霧ヘッドに入る材料の少なくとも一部分が上記の噴霧ヘッドに入るときに材料が通る任意のその他の噴霧ヘッドの入口から入る材料に遭遇するような構造とされている。
【００１５】
[１５］本考案の更なる目的は、上述の何れかに規定したシステムを開発することであり、この場合、上記のエンドエフェクタは、上記の三次元的成形物から材料を除去する成形物の熱線カッタを含む。本考案の幾つかの好ましい実施の形態において、該システムは、成形物の熱線カッタにより材料が除去された後、三次元的形態物をフライス加工するためのフライス加工エンドエフェクタを備えている。
【００１６】
[１６］本考案の更なる目的は、上述の何れかに規定したシステムを開発することであり、この場合、上記のエンドエフェクタは、穴あけ、リーミング、穴埋め加工、フライス加工、穿ち加工、ネットトリミング、衝撃加工、及び締結具の取り付けから成る群から選択された少なくとも１つの動作を実行する機械加工エンエフェクタを含む。
【００１７】
[１７］本考案の更なる目的は、上述の何れかに規定したシステムを開発することであり、この場合、上記のエンドエフェクタは、上記三次元的成形物の表面にある物質を噴霧する構造とされている。本考案の幾つかの好ましい実施の形態において、上記のエンドエフェクタは、２から３ｍｍの範囲の厚さを有する層にて上記三次元的成形物の表面にある物質材料を噴霧する構造とされている。本考案の幾つかの好ましい実施の形態において、上記のエンドエフェクタは、１つ以上のポリマー成分を組み合わせかつ／又は混合して単一のポリマーとする共に、該単一のポリマーを上記の三次元的成形物の表面に噴霧する構造とされている。本考案の幾つかの好ましい実施の形態において、上記の物質は、油、ワックス、ポリマー、石膏、及びコンクリートから成る群から選ばれる。本考案の幾つかの好ましい実施の形態において、上記物質は、油、ワックス、それらの組み合わせ及びそれらの混合体から成る群から選ばれる。
【００１８】
[１８］上記のエンドエフェクタが上記三次元的形態物の表面にある物質を噴霧する構造とされたシステムの幾つかの好ましい実施の形態において、上記のエンドエフェクタは、噴霧ヘッドと、その内部に保持された物質を加熱する構造とされた貯蔵容器とを備え、該貯蔵容器は、上記の噴霧ヘッドと流体的に連通した出口を備えている。該システムの幾つかの好ましい実施の形態において、該システムは、上記の噴霧ヘッド及び上記の貯蔵容器の上記出口を接続する加熱したワックス移送管を備えている。本考案の幾つかの好ましい実施の形態において、上記の貯蔵容器は、内部ミキサーを備えている。本考案の幾つかの好ましい実施の形態において、該システムは、上記貯蔵容器及び上記噴霧ヘッドの少なくとも一方と閉塞可能に接続された加圧ガスシステムを備えている。
【００１９】
[１９］本考案の更なる目的は、上述の任意なものに規定したシステムを開発することであり、この場合、上記のエンドエフェクタは、コンクリートの噴霧装置を備え、該コンクリートの噴霧装置は、噴霧ヘッドを備えている。本考案の幾つかの好ましい実施の形態において、上記噴霧ヘッドは、少なくとも三つの噴霧ヘッド入口を備え、上記コンクリートの噴霧装置は、第一の噴霧ヘッドの入口と流体的に接続した出口を有する第一の混合チャンバと、少なくとも１つの入口と第二の噴霧ヘッドの入口と流体的に接続した出口とを有する第二の混合チャンバと、少なくとも１つの入口と第三の噴霧ヘッドの入口と流体的に接続した出口とを有する第三の混合チャンバと、を備え、更に、上記の噴霧ヘッドは、上記第一の噴霧ヘッド入口を通り、かつ上記第二の噴霧ヘッド入口及び上記第三の噴霧ヘッド入口の少なくとも１つを通って材料が同時に上記噴霧ヘッドに入るとき、上記噴霧ヘッドから上記噴霧ヘッドに入る材料の少なくとも一部分は、上記噴霧ヘッドに入るときに材料が通る任意のその他の噴霧ヘッドの入口から入る材料と遭遇するような構造とされている。該システムの幾つかの実施の形態において、該システムは、上記第一の混合チャンバの少なくとも一部分を振動させ得るように上記第一の混合チャンバと機械的に接続された振動手段を更に備えている。該システムの幾つかの実施の形態において、上記混合チャンバの少なくとも１つは、上記混合チャンバの内身を混合させる混合手段を備えている。該システムの幾つかの実施の形態において、上記の第一の混合チャンバと上記第一の噴霧ヘッド入口との間の上記流体接続部は、可撓性のホースを備えている。本考案の幾つかの好ましい実施の形態の形態において、上記の可撓性のホースは、上記振動手段と機械的に接続されている。
【００２０】
[２０］本考案の更なる目的は、上述の何れかに規定したシステムを開発することであり、この場合、上記命令は、（ａ）二つの構成要素が該構成要素を衝突させるような経路にて動くことと、（ｂ）二つの構成要素が互いに所定の距離以内にあることとから成る群から選ばれた少なくとも１つの状況を自動的に検出することを可能にする構造とされたリアルタイムの衝突検出ソフトウェアを備えている。
【００２１】
[２１］本考案の更なる目的は、上述の何れかに規定したシステムを開発することであり、この場合、上記命令は、オペレータが上記システムの少なくとも１つの構成要素の動きのシミュレーションを視認することを可能にする構造とされたリアルタイムのシミュレーションソフトウェアを備えている。
【００２２】
[２２］本考案の更なる目的は、上述の何れかに規定したシステムを開発することであり、この場合、上記命令は、上記のコンピュータプロセッサからシステムの任意のその他の構成要素に無限定の数のポイントを移送することを許容する構造とされたインターフェースを備えている。
【００２３】
[２３］本考案の更なる目的は、上述の何れかに規定したシステムを開発することであり、この場合、上記命令は、上記三次元的成形物の所望の幾何学的形態を入力として受け取ると共に、システムのオペレータの介入無しにて、上記の入力から建築用構成要素の最終的な構造まで上記システムを制御する構造とされたソフトウェアを備えている。
【００２４】
[２４］本考案の更なる目的は、コンクリートを調合しかつ噴霧するコンクリートの噴霧装置を開発することであり、この場合、上記のコンクリートの噴霧装置は、噴霧ヘッドと、第一の噴霧ヘッドの入口と流体的に接続した出口を有する第一の混合チャンバと、少なくとも１つの入口と第二の噴霧ヘッドの入口と流体的に接続した出口とを有する第二の混合チャンバと、少なくとも１つの入口と第三の噴霧ヘッドの入口と流体的に接続した出口とを有する第三の混合チャンバと、を備え、更に、上記噴霧ヘッドは、上記の第一の噴霧ヘッドの入口を通りかつ上記の第二の噴霧ヘッドの入口と、上記状第三の噴霧ヘッドの入口の少なくとも一方を通って材料が同時に上記噴霧ヘッドに入るとき、上記第一の噴霧ヘッドの入口から上記噴霧ヘッドに入る材料の少なくとも一部分が上記の噴霧ヘッドに入るときに材料が通る任意のその他の噴霧ヘッドの入口から入る材料に遭遇するような構造とされている。
【００２５】
[２５］コンクリートの噴霧装置の幾つかの実施の形態において、該噴霧装置は、上記第一の混合チャンバの少なくとも一部分を振動させ得るように上記第一の混合チャンバと機械的に接続された振動手段を更に備えている。該コンクリートの噴霧装置の幾つかの実施の形態において、上記混合チャンバの少なくとも１つは、上記混合チャンバの内身を混合させる混合手段を備えている。該コンクリートの噴霧装置の幾つかの実施の形態において、上記の第一の混合チャンバと上記第一の噴霧ヘッドの入口との間の上記流体接続部は、可撓性のホースを備えている。幾つかの好ましい実施の形態の形態において、上記第一の混合チャンバと上記第一の噴霧ヘッドの入口との間の上記流体接続部は、上記振動手段と機械的に接続された可撓性のホースを備えている。
【００２６】
[２６］本考案の別の目的は、付加（ａｄｄｉｔｉｖｅ）及び削除（ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ）手段を採用して、コンクリート利用の建築用構成要素を製造するため、ポリスチレンにて出来たものであることが好ましい加工物から成形品を形成するシステムを提供することである。
【００２７】
[２７］別の目的は、コンピータプロセッサ及び関係したソフトウェアからの命令に応答して、経路に沿って動きかつ回転、延伸及び平行移動を含む動作に関与するロボットアーム及び支持テーブルを提供することである。該支持テーブルは、ロボットアームが付加及び／又は削除過程を採用して、建築用構成要素を建造するための建築用成形品又は加工物を支持する構造とされている。該支持テーブルは、回転動作するよう回転テーブルの構造とされることが好ましい。
【００２８】
[２８］本考案の更なる目的は、ポリスチレン成形品の上に噴霧されかつ複雑な従来型式でないシェルを形成することのできる薄いコンクリート層から成る軽量でかつ丈夫な層状コンクリートパネルを提供することである。
【００２９】
[２９］本考案の１つの特徴によれば、ロボットアームの基部は、ガイドレール上に装着され、ロボットアームの末端は、延伸し、平行移動し、かつ／又は回転する構造とされ、更に、材料（例えば、コンクリート又はポリマー）の噴霧又は機械加工工程（例えば、フライス加工、穴あけ，穴沈め加工、熱線工程）又は締結具の取り付けのため、エンドエフェクタを受け入れる構造とされている。ロボットアーム及び支持テーブルの選択的な動きは、コンピータコンビプロセッサに作用可能に接続されたステッパーモータ及び／又は液圧アクチュエータを使用して実現することができる。
【００３０】
[３０］本考案の別の特徴によれば、該システムは、連続的な位置に配置された１つ以上のロボットアームを利用して、材料を可動の支持テーブル上にて建築用成形品の１つ以上の側部に連続的に層状に形成する（例えば、コンクリート層の噴霧）と共に、噴霧した層の間にて逐次的な機械加工工程（例えば、コンピータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工工程）を行い、複雑で従来型式でない所要形状の建築用構成要素を形成する。
【００３１】
[３１］１つの実施の形態に従い、三次元的建築用成形品から建築用構成要素を建造するコンピータ制御式システムは、（ａ）三次元的成形品を回転可能に支持しかつ動かす回転テーブルであって、平行移動及び／又は回転動作し得る構造とされた上記の回転テーブルと、（ｂ）基部と、末端とを有し、該基部は、支持テーブルの基端側にて経路に沿って制御された動きをするような構造とされたマルチタスクのロボットアームであって、その末端が基部に対して延伸し、平行移動し、かつ／又は回転する構造とされると共に、支持テーブルにて建築用成形品に対して連続的な材料の層を付与しかつ／又は該建築用成形品から材料を除去するエンドエフェクタを含む更なる構造とされた上記のロボッ式アームと、（ｃ）支持テーブル、基部及びマルチタスクのロボットアームの各々の一連の動きを制御すると共に、建築用成形品に対して材料層を決定しかつ逐次的に付与し、かつ／又は建築用成形品から材料を逐次的に除去し、建築用成形品から所定の形状及び寸法の建築用構成要素を形成する命令を保持するコンピータプロセッサとを備えている。
【００３２】
[３２］本考案のその他の目的及び特徴は、添付図面と共に、以下の詳細な説明を参照することにより明らかになるであろう。しかし、図面は、単に、説明のためにのみ呈示したものであり、本考案の限界を規定するものではないと理解すべきであり、本考案の限定は、添付した請求項を参照して判断されるべきである。図面は、特段の記載がない限り、必ずしも正確な縮尺にて描いたものではなく、図面は、本明細書に記載された構造及び方法を概念的にのみ示すことを意図するものであることを更に理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
[３３］本考案は、図面に関して説明する。
【図１】ロボットアーム及び支持テーブルを示す。
【図２】本明細書にて開示したシステムの使用を示すフローチャートを示す線図である。
【図３Ａ】熱線エンドエフェクタの１つの実施の形態を概略図にて示す。
【図３Ｂ】熱線エンドエフェクタの１つの実施の形態を概略図にて示す。
【図３Ｃ】熱線エンドエフェクタの１つの実施の形態を概略図にて示す。
【図３Ｄ】熱線エンドエフェクタの１つの実施の形態を概略図にて示す。
【図３Ｅ】熱線エンドエフェクタの１つの実施の形態を概略図にて示す。
【図４】フライス加工エンドエフェクタの１つの実施の形態を概略図にて示す。
【図５Ａ】ポリマー噴霧エンドエフェクタの１つの実施の形態を概略図にて示す。
【図５Ｂ】ポリマー噴霧エンドエフェクタの１つの実施の形態を概略図にて示す。
【図５Ｃ】ポリマー噴霧エンドエフェクタの１つの実施の形態を概略図にて示す。
【図６Ａ】コンクリート噴霧エンドエフェクタの１つの実施の形態を概略図にて示す。
【図６Ｂ】コンクリート噴霧エンドエフェクタの１つの実施の形態を概略図にて示す。
【図７Ａ】コンクリート噴霧エンドエフェクタの第二の実施の形態を概略図にて示す。
【図７Ｂ】コンクリート噴霧エンドエフェクタの第二の実施の形態を概略図にて示す。
【図８】本明細書にて開示したシステムの自動化した制御の論理流れを概略図にて示す。
【図９】本明細書にて開示したシステムの一例としての実施の形態を概略図にて示す。
【００３４】
[４３］以下の説明において、本考案の各種の特徴に関して説明する。説明の目的のため、本考案を完全に理解し得るようにすべく特定の詳細について説明する。当業者には、本考案の必須の性質に影響を与えないが、詳細の点にて相違する、本考案その他の実施の形態が存在することが理解されよう。このため、本考案は、図面に示しかつ本明細書に最初に記載したことにより限定されるものではなく、添付図面に示したことに関してのみ記載するものであり、正確な範囲は、請求の範囲の記載によってのみ判断されるべきである。
【００３５】
[４４］本明細書にて使用したように、「建築用構成要素」という語句は、建物又は構造物の建造にて使用され又は取り付けることのできる任意の構成要素を意味する。この語句は、機能可能であり、また、建築用材料のパネルのみならず、純粋に装飾的な構成要素を意味するために用いることができる。
【００３６】
[４５］本明細書にて使用したように、「建築用材料」という語句は、建物又は構造物の建造にて使用され又は取り付けることのできる任意の材料、特に、使用する前に混合しなければならない複数の成分から成る材料を意味する。その語句が使用するように、建築用材料の非限定的な例は、セメント及びコンクリートを含む。
【００３７】
[４６］本明細書にて使用したように、「三次元的成形物」とは、建築用構成要素を形成するため、建築用材料が層状に付与される少なくとも１つの表面を有する物品を意味する。三次元的成形物は、層状の材料から除去されたとき、所望の形状及び寸法の建築用構成要素を生じさせる、成形品又は任意の所要形状の物品でよい。成形物の関心のある表面が部分的に又は全体的に平坦である場合は、当該考案により本明細書に記載した語句の範囲に属することに注目すべきである。
【００３８】
[４７］本明細書にて使用したように、「Ｂｅｙｏｎ３Ｄ」は、建築用構成要素を製造するため本明細書にて開示したシステム又は方法を意味する。
【００３９】
[４８］本考案は、建築用構成要素（好ましい実施の形態において、特別設計でかつ製造した構成要素）を製造するコンピータ制御式ロボットアームシステムに関する。該システムは、１つ以上の可動でかつ関節動作式ロボットアームに選択的に取り付けたエンドエフェクタを使用することを通じて付加及び削除型製造過程を採用する。該エンドエフェクタは、加工物の表面を制御可能にかつ選択的に三次元的成形物（例えば、成形品）の形状にし、該成形品の表面を調製し（好ましい実施の形態において、ワックスー油混合体のような重合系材料の層を成形品の表面に噴霧し、これにより該表面を密封することにより）、次に、コンクリート（例えば、自己凝固性コンクリート）、石膏、粘土、人造大理石等のような建築用材料の薄い層を調製した成形物の表面に付与し、これにより、建築用材料の層から成る建築用構成要素を形成する。建築用材料が硬化した後、下部構造体は、例えば、パネル内に埋め込んだ締結ボルト及びナットをロボットアームにより使用することにより構成要素に取り付けることができる。構成要素は、下部構造体及び取り付けた構成要素を成形物から引き出すことにより、成形物から取り外される。該下部構造体は、構成要素と既存の建物構造体との間のインターフェースを提供し又は建築用構成要素に対して追加的な強度及び剛性を提供すべく使用することができる。望ましくは、本考案の過程は、土木技術者及び建築家に対して、それが簡単な平坦パネル、又は複雑な曲線状の形状体であるかどうかを問わず、任意の所望の形状を有する丈夫で軽量なコンクリート又はセメントの建築用構成要素に対する経済的な解決策を提供するものである。
【００４０】
[４９］次に、本明細書に開示したシステムの１つの実施の形態の概略図を示す、図１に関して説明する。図１Ａには、６軸動作（図面にて二重頭矢印にて図示）を行うことのできるコンピータ制御式ロボットアーム１０が図示されている。図１Ｂに図示するように、ロボットアーム１０は、ガイド１２に結合した制御可能に可動のキャリッジの上に装着されている。好ましい実施の形態において、該ロボットアームは、コンピータ制御式ポジショナーと協働して作用し、ロボットアームに対し加工物を位置決めする。該ポジショナーは、加工物を装着しかつ本考案のシステムに対して運動の回転軸を追加する回転テーブル１４を提供する。本明細書にて開示した本考案の過程の１つの特徴によれば、該加工物は、以下に記載した過程に従って、削除型過程により、成形品の所要形状とされ、該成形品から付加及び削除型過程を通じて建築用構成要素を製造することができる本明細書にて開示したシステムは、任意の市販のコンピータ制御式ロボット式製造システムと共に作動可能である万能型システムである。本明細書に開示したシステムと適合可能である市販の構成要素の非限定的な例は、Ｋｕｋａ  ＫＲ  Ｑｕａｎｔｅｃ  Ｅｘｔｒａ  ＨＡ  ロボットアーム、Ｋｕｌａ  ＫＬ  １５００−３  線形ガイドレール、及びＫｕｌａ  ＫＰＩ−ＭＢ  コンピータ制御式ポジショナーである。
【００４１】
[５０］次に、本明細書に開示したシステムの使用状態を示すフローチャートを示す、図２に関して説明する。該図面には、ロボットセル２０、すなわち、市販のＢｅｙｏｎ３Ｄソフトウェアモジュール２４を含むコントローラ２２から伝送された命令に従って建築用構成要素を製造するためロボットアーム１０が可動である規定されたスペースが概略図にて図示されている。原材料２６は、ロボットセル及びロボットアームに提供されて、エンドエフェクタにより施される。原材料は、コンクリート又は石膏、構成要素又はその前駆体（例えば、セメント）、ポリマー、ワックス、油等のような建築用材料でよい。
【００４２】
[５１］建築用材料を層状に形成すべき成形物が市販のものでない実施の形態において、該システムを使用して、三次元的成形物（例えば、成形品）を製造することができる。成形物を形成すべき加工物は、回転テーブル１４に取り付けることができる。該加工物は、任意の適当な材料、すなわち、本明細書に開示した過程の条件の下にてその形状を保持し、また、所望のレベルの表面の滑らかさに形成することのできるものである。好ましい実施の形態において、加工物は、重合性材料（例えば、プラスチック又は熱プラスチック）材料又は重合性材料の組み合わせにて製造される。最も好ましい実施の形態において、加工物は、膨張ポリスチレン（ＥＰＳ）にて製造される。ステップ３２にて、ロボットアーム（１０）の末端における熱線エンドエフェクタを使用して、加工物の表面を所要形状にし、Ｂｅｙｏｎ３Ｄソフトウェアモジュール２４を介してコントローラ２２により伝送された幾何学的形態又は幾何学的基準２８に従って成形物（成形品）３０を生産する。この過程は、所望の幾何学的形態に近似したものを生産する、「粗加工」と称される。本考案の好ましい実施の形態において、各切断後、この切断により生じた切屑材料は、好ましくは、真空把持器により除去されるものとする。
【００４３】
[５２］本考案の幾つかの実施の形態において、三次元的成形物の位置は、例えば、システムの制御ソフトウェアと連通したカメラによって連続的に監視される。
【００４４】
[５３］好ましい実施の形態において、フライス加工エンドエフェクタは、所望であれば、所要形状の表面をフライス加工して、その所要形状の表面を一層、精緻なものにする。本考案の好ましい実施の形態において、フライス加工中に生じた切屑材料は、好ましくは、支持テーブルの近くに配置された選択的な真空システムからの吸引力により除去されるものとする。
【００４５】
[５４］所望であれば、表面に対し、追加的な調製又は仕上げが行われる。好ましい実施の形態において、この追加的な調製は、ロボットアームの末端のポリマー噴霧エンドエフェクタを使用して実行される。表面は、ポリマー噴霧エンドエフェクタからシーラント（好ましくは、少なくとも１つのポリマーから成る組成物）の所定の厚さ（好ましい実施の形態において、２−３ｍｍ）の層を成形物の所要形状の外面に付与し又は噴霧することより行われる。本考案の好ましい実施の形態において、ポリマーは、ワックスである。より好ましい実施の形態において、ポリマーは、パラフィンワックスと油、好ましくは、Ｃａｎｏｌａ  ｏｉｌの９０／１０（ｗ／ｗ）の混合体である。ポリマー層は、成形物を仕上げ、亀裂を密封し、かつ成形物の表面のその他の傷を埋め、一回以上の鋳造に使用することのできる滑らかなで剛性な成形品を形成する。本考案の好ましい実施の形態において、仕上がった表面は鏡面仕上げとなる。この過程を使用して、より高価な高密度ＥＰＳを必要とする当該技術にて既知の過程と異なり、高密度又は低密度の何れかのＥＰＳ成形物を所要形状とし、高品質の成形物とすることができる。
【００４６】
[５５］本考案の好ましい実施の形態において、三次元的成形物の表面の質は、表面の高さマップを作成することにより決定される。かかる高さマップは、表面の高さマップを作成する３Ｄスキャナにより表面を分析することにより作成することができ、その後、その高さマップを標準的な統計手段により数学的に処理して表面の滑らかさを決定することができる。本考案のその他の実施の形態において、表面の質は、機械的なプラフィロフメータ（ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ）を使用して決定することができる。表面の質が不十分であるならば、追加的な円滑化加工を実施することができる。
【００４７】
[５６］次の段階は、コンクリートのような建築用材料の層を成形物に付与して、所要形状の建築用構成要素を形成することである。コンクリートの噴霧エンドエフェクタを使用して、ロボットアームは、本考案のシステムと共に使用するのに適した建築用材料を仕上がった表面に噴霧する。本考案の好ましい実施の形態において、特別製造のコンクリートミックスを使用する。本考案の幾つかの実施の形態において、自己圧密型コンクリートミックスを使用する。本考案の幾つかの好ましい実施の形態において、建築用材料は、１０秒から５分の初期定着時間を有する。本考案のその他の好ましい実施の形態において、建築用材料は、３分以下の初期定着時間を有し、本考案のより好ましい実施の形態において、該材料は、１分以下の初期定着時間を有する。本考案のより好ましい実施の形態において、セメントの粘度は、その鋳造後、最初の３分にて、少なくとも５０％ｍｉｎ−１だけ増加する。これらの望ましい特性を有するセメントは、当該技術にて周知である。本考案の幾つかの実施の形態において、建築用材料の構成要素の重量は、それらを混合する前に、自動的に決定する。
【００４８】
[５７］建築用材料は、成形物の仕上がった表面に噴霧し、所望の全体的な厚さが実現される迄、建築用材料の多層を形成し、これにより、層状の建築用構成要素を形成する。本考案の好ましい実施の形態において、各層は、厚さが１ｍｍ以下であり、本考案のより好ましい実施の形態において、各層の厚さは、０．５ｍｍから１ｍｍである。特別製造のコンクリートミックスは、混合体の粘度及び流動性を制御することにより、優れた加工性を維持しつつ、高品質の表面仕上げを実現する設計とされている。
【００４９】
[５８］本考案の幾つかの実施の形態において、仕上がった建築用構成要素の表面の質を上述したものと類似した方法により分析し、三次元的成形物の表面の質を決定する。本考案の幾つかの実施の形態において、建築用材料のその他の物理的特性（例えば、その厚さ又はその厚さプロファイル）は、建築用材料を成形物に噴霧した後に測定する。
【００５０】
[５９］本考案の幾つかの実施の形態において、建築用構成要素の調製後、構造体の支持造体支持フレームを構成要素に定着させる。ロボットアームは、アンカー５０の穴沈め加工をし、（好ましくは、フライス加工又は穴あけエンドエフェクタを使用することにより）該アンカーをステップ５２及び５４にて、締結ボルトにより構造体支持フレームに取り付ける。ステップ５６において、構造体フレーム５８は、ロボットアームによりアンカーを使用して建築用構成要素に取り付ける。
【００５１】
[６０］次に、建築用構成要素及び構造体フレームの組立体（存在するならば）は、成形物から分離させて、建物構造物に取り付ける（ステップ６０）。
【００５２】
[６１］ロボットアームは、建築用構成要素を製造する間、各種のエンドエフェクタを使用する。本考案の各種の実施の形態にて使用されるエンドエフェクタの非限定的な例は、熱線エンドエフェクタ、フライス加工エンドエフェクタ、ポリマー噴霧エンドエフェクタ、及びコンクリート噴霧エンドエフェクタを含む。本考案の幾つかの実施の形態において、該システムは、必要に応じてエンドエフェクタを交換する自動ツール交換機を備えている。システムが自動ツール交換機を備える好ましい実施の形態において、エンドエフェクタは、制御ソフトウェアの指令の下に交換する。
【００５３】
[６２］次に、熱線エンドエフェクタ２００の１つの実施の形態を概略図にて示す、図３に関して説明する。図３Ａには、ロボットアーム１０への熱線エンドンエフェクターの取り付け状態、及び空気圧ピストンへの空気の供給入口２０００の位置及び熱線加熱要素に対する電気導線２０１０の位置が示されている。図３Ｂには、幅調節手段２０２０、熱線供給導線２０３０、及び線テンソル２０４０の位置が示されている。図３Ｃには、幅調節手段２０２０のより詳細な概略図が示されている。エンドエフェクタ２０２１（好ましい実施の形態において、１００ｘ５０ｍｍのアルミニュムトラック）及び２０２５（好ましい実施の形態において、５０ｘ５０ｍｍのアルミニュムトラック）の二つのアームが図示されている。破線で示した矢印の方向へのアーム２０２５の動きは、プーリー２０２３の上を通るばね２０２３の上に装着した線を巻き取り又は巻き戻すことによりアーム２０２５をトラックに沿って押すモータ２０２２を介して実現される。図３Ｄには、プーリー２０３１と、線を所要位置に固定するアクチュエータ２０３２と、熱線を操作するモータ２０３３とを備える、熱線供給導線の詳細図が概略図的に示されている。線テンソルの概略図が図３Ｅに図示されている。空気圧ピストン２０４１は、アクチュエータ２０４２により制御される。
【００５４】
[６３］次に、ロボットアーム１０に取り付けたフライス加工エンドエフェクタ３００の１つの実施の形態を概略図にて示す図４に関して説明する。フライス加工エンドエフェクタは、特に、ブレーキ抵抗保護、熱保護、自動的ブースト、スリップ補償、スピンドルの欠点の検出及び速度の制御を実現するデジタル信号を変換するデジタルインバータ３０１０と、コンプレッサ（図示せず）と接続された空気圧制御キャビネット３０２０とを備えている。該空気圧制御キャビネットは、調整弁と、ツール解放ソレノイドと、空気圧スイッチと、スピンドルの冷却制御装置とを備えている。モータ（図面に図示せず）は、デジタルインバータ及び空気圧制御装置と接続されている。フライス加工エンドエフェクタは、また、スピンドル及びその他の標準的なツールを保持するコレットを含むことができる。
【００５５】
[６４］次に、三次元的成形物の表面を仕上げるポリマー噴霧エンドエフェクタ４００を概略図にて示す図５に関して説明する。図５Ａには、ロボットアーム１０に取り付けた（通常、アダプタフランジにより）ポリマー噴霧エンドエフェクタの全体的な概略図が図示されている。図示した実施の形態において、エンドエフェクタは、噴霧ノズル４０１０と、噴霧ノズルと流体的に接続し、ポリマーの成分が噴霧ノズルに進む前に混合される、混合チャンバ４０２０と、成分の貯蔵容器４０３０と、システム内の加圧ガス（例えば、空気）の圧力を制御する空気圧チャンバ４０４０と、該成分の空気圧貯蔵タンクを混合チャンバと接続する入口管４０５０とを備えている。本考案の好ましい実施の形態において、該混合チャンバは、可能な限りノズルに近い位置に配置される。
【００５６】
[６５］次に、図５Ａに示した実施の形態の混合チャンバ及びノズルの拡大図概略図を示す図５Ｂに関して説明する。ポリマーは、管４０５１（ポリマーの二つの成分の第二の成分が管４０５２を通って同時に流れる実施の形態において）を通って流れる一方、圧縮空気又はその他の不活性ガスは、入口管４０５３を通って流れる。ポリマーが二つの成分を含む実施の形態において、ポリマーの成分は、混合チャンバ内にて混合されて最終の硬化可能な単一のポリマー混合体になる。ポリマーは、次に、ノズルを通してガス圧力により成形物の表面に押し出される。本考案の幾つかの実施の形態において、使用されるポリマーは、ワックスである。本考案の好ましい実施の形態において、ワックス及び油の混合体が使用される。本考案のより好ましい実施の形態において、ワックス及びＣａｎｏｌａ  ｏｉｌの９０：１０（ｗ／ｗ）の混合体が使用される。
【００５７】
[６６］図５Ｃには、ワックスを貯蔵容器４０３０から噴霧ノズル４０１０まで移送するワックスの移送システムの１つの好ましい実施の形態が概略図にて示されている。該ワックスは、幾つかの実施の形態にて、固体のワックスとして加熱したタンク４０３０に供給される。システムが使用されているとき、貯蔵容器は、ワックスを溶融させるのに十分な温度まで加熱される。当該技術にて既知の任意の適当な加熱システムを使用することができる。好ましい実施の形態において、タンク４０３０の本体、キャップ、フランジ及び接続具は、ステンレススチールにて出来ており、また、貯蔵容器は断熱されている。典型的な実施の形態において、容器の直径は、１２．７ｃｍ（５インチ）であり、容器の底部は排液のため、円錐形（通常、３０°）をしている。容器には、浮力スイッチ、圧力スイッチ等を取り付けてワックスの低レベル状態に対する警報フィードバックを提供することができる。容器は、ワックスが溶融した後、ワックスを撹拌するミキサー４０３１を保持している。当該技術にて既知の任意の適当なミキサーを使用することができる。本考案の好ましい実施の形態において、ワックスは、通常、空気圧により又は電気的に駆動される自動化した供給システムにより貯蔵容器内に導入される。加圧ガス（通常、空気）が供給源４０３３からシステムに供給される。加圧ガスは、供給管３０３４を介してワックスの移送システムの構成要素に供給される。液体ワックスは、供給管４０３５を介してノズルに移送される。好ましい実施の形態において、供給管４０３５は、外部からから加熱され、また、断熱されている。滴下防止キャップ４０３６が噴霧ノズルに取り付けられて、噴霧ノズルから滴下するすべての液滴を捉える。滴下防止キャップは、遠隔操作のため、モータ作動式とすることができる。ワックスの移送システムは、ポリマー噴霧エンドエフェクタのシャーシィに固定されかつ好ましくは、線形及び角度の双方が調節可能であるマウントによりポリマー噴霧エンドエフェクタに向けられた加熱ランプ４０３７を組み込んでいる。好ましい実施の形態において。加熱ランプは、ランプをワックス及びその他の材料から清浄に保つカバーキャップ４０３８によりカバーされている。該カバーキャップは、遠隔操作可能にモータ作動式とし、また、溶融したワックスの温度（通常、約１００℃）の温度に耐えることのできる任意の適当な材料にて製造することができる。
【００５８】
[６７］シーラントが液体として三次元的成形物を被覆することは本考案の範囲に属するが、本考案の好ましい実施の形態において、シーラント（ワックス）は、三次元的成形物に移送される間に凝固し且つ成形物を固体紛体の層として被覆する。次に、固体紛体の層は、少なくとも一部分が液化する迄、加熱し（例えば、赤外線加熱要素により）、その温度にて、加熱を停止し、これにより、シーラントの流れは、シーラントの均一で滑らかな固体層を形成する。
【００５９】
[６８］次に、コンクリート噴霧エンドエフェクタ５００の１つの実施の形態を概略図で示す、図６に関して説明する。図６Ａには、ロボットアーム１０に取り付けたコンクリート噴霧エンドエフェクタの概略線図が示されている。コンクリートの入口管５１０は、噴霧可能なコンクリート組成物（又はその他の噴霧可能な建築用材料）を建築用材料の貯蔵容器５３０からコンクリート噴霧ノズル５２０に供給する。図示した実施の形態の場合、貯蔵容器５３０は、コンクリートミキサーを備えている。図示した実施の形態において、蠕動ポンプ５４０は、コンクリート成形物をコンクリートミキサーからコンクリートの入口管まで動かす。加圧空気（又はその他のガス）は、加圧ガス源（図面に図示せず）から空気の入口管５６０を介してコンクリート噴霧ノズルに供給される。加圧ガスは、空気圧制御キャビネット５５０から制御される。本考案の好ましい実施の形態において、加圧ガス及び建築用材料は、建築用材料をコンクリートの噴霧ノズルに５２０に導入する前に、混合チャンバ５２５内にて混合される。貯蔵容器５３０及び蠕動ポンプ５４０は、コンクリート噴霧エンドエフェクタと並行してトラック１２ａに沿って動く。
【００６０】
[６９］混合チャンバ及びコンクリート噴霧ノズルの好ましい実施の形態の拡大図の概略図が図６Ｂに示されている。この実施の形態において、コンクリート噴霧ノズルは、二重ノズルシステムを構成する。建築用材料は、入口管５１０を通って第一のノズル５２０ａを介して混合チャンバ５２５に入る。これと同時に、加圧ガスは、入口管５６０を介して混合チャンバに入る。混合チャンバ内のガスの圧力は、噴霧可能な建築用材料を混合ノズル５２０ｂを通して押し出すことになる。好ましくは、混合ノズルは、Ｏ−リング５７０及び着脱可能なキャップ５８０により密封されるものとする。
【００６１】
[７０］次に、コンクリート噴霧エンドエフェクタの第二の実施の形態の構成要素を示す図７に関して説明する。この実施の形態は、建築用材料の成分が現場にて混合されるとき、急速硬化型の建築用材料に特に有用であり、これにより、急速硬化型の材料が硬化するための時間が経過する前に、これらの材料を付着させることを可能にする。
【００６２】
[７１］コンクリート噴霧エンドエフェクタ及び建築用材料の成分を成形物にする手段の概略図が図７Ａに示されている。建築用材料の少なくとも１つの成分（又は、十分に低粘度の液体である場合は、成分自体）から成る溶液をノズル混合チャンバ５２５と流体的に接続した第一の混合チャンバ５２５０と流体的に接続した第一の貯蔵容器５３０５内に入れる。建築用材料を構成する成分の数に依存して、少なくとも１つの第二の成分から成る第二の溶液をノズル混合チャンバと流体的に接続した（第一の混合チャンバと独立的に）第二の混合チャンバ５２５５と流体的に接続した第二の貯蔵容器５３０７に入れることができる。必要であれば、追加的な貯蔵容器及び混合チャンバを追加することができる。貯蔵容器は、加圧ガス管５６００と流体的に接続することができる。ガス圧力は、溶液を混合チャンバ内に推進し、そこから、ノズル混合チャンバ内に、さらにそこから、ノズルセル内に推進する。
【００６３】
[７２］建築用材料の成分は、入口５３０５を介して第三の混合チャンバ５３００内に導入される。本考案の一例としての実施の形態において、ドライセメントミックス、骨材相（例えば、砂）、セルロース，超可塑剤及び水を所望の物理的性質（例えば、定着時間及び粘度）を有するセメントを生じる比率にて第三の混合チャンバに追加する。該第三の混合チャンバは、成分を混合してスラリーにし、かつ第三の混合チャンバの中身を一定の撹拌状態に保つミキサー５３１０を備えている。該スラリーは、第一の混合チャンバから、好ましくは、可撓性のホース５３５０を介してノズル混合チャンバ５２５内に流れる。本考案の好ましい実施の形態において、振動手段が第三の混合チャンバ、可撓性のホース及び噴霧ノズルの頂部の少なくとも１つと物理的に接続されて、粒子の沈殿、相互の付着が生じないことを保証する。
【００６４】
[７３］追加の成分（例えば、定着時間促進剤及び粘度調整剤）の溶液及び分散液をノズル混合チャンバ内に導入する。これらの成分は、雲状にし又は噴霧して、溶液又は分散液の最大の分散を保証することが好ましい。これらの成分は、ノズル混合チャンバの異なる（好ましくは，対向した）側から導入して、二つの溶液の流れ又は噴霧がノズル混合チャンバ内にて相互作用するようにすることができる。セメントスラリーが第三の混合チャンバからノズル混合チャンバを通って流れるとき、該スラリーは、その他の成分の流れ又は噴霧を通って流れ、これにより、成分がノズル混合チャンバを通ってノズル内に流れるとき、現場にて、硬化可能な流体の建築用材料を形成する。該硬化可能な流体の建築用材料は、ノズルを介して成形物の上に噴霧し、そこで、硬化する。この過程は、図７Ｂに概略図にて示されている。このようにして生産することのできる建築用材料の型式の非限定的な例として、Ａｌ（ＯＨ）３のような定着時間促進剤及びＲｈｅｏｍａｔｒｉｘ１５０のような増粘剤から成る分散液は、第二の混合チャンバから第二の入口を介してノズル混合チャンバ内に独立的に流れる一方、市販のボルトランドセメントミックス、石英砂のような骨材、セルロース、超可塑剤及び水から成るスラリーは、第三の混合チャンバから第三の入口を介してノズル混合チャンバ内に流れる。ノズル混合チャンバ内にて、紛体化した固体成分の流れは、二つの溶液の流れ又は噴霧と相互作用し、これにより、これらと混合しかつ急速硬化型コンクリートを形成し、該コンクリートは、その後、セメント噴霧ノズルから噴霧される。
【００６５】
[７４］本考案の非限定的な好ましい実施の形態一例において、本考案の噴霧過程は、コンプレッサを使用して、第一の高粘度ポンプを起動しコンクリートミックスをロボットアーム１０に対するコンクリート噴霧エンドエフェクタに送る。同一又は異なるものでもよいコンプレッサを使用して、第二の高粘度ポンプを起動してコーティング材料の１つ以上の成分をロボットアーム１０に対するポリマー噴霧エンドエフェクタに送ることもできる。最適な流量を実現するための制御パラメータは、空気圧、流量、コンクリート及びポリマー成分の混合組成物を含む。
【００６６】
[７５］上述したように、本考案の好ましい実施の形態において、該システムは、三次元的成形物の製造及び建築用構成要素の製造の双方のため、コンピータ制御の下にある。該コンピータ制御は、上記に簡単に説明した市販のＢｅｙｏｎ３Ｄソフトウェアパッケージにより行われる。ソフトウェアモジュール２４（図２）は、最小の６調節可能な軸ロボットセルを有する万能型ロボットセルに対する簡単でユーザが使い易く、かつ直覚的なユーザインターフェースを備える設計とされている。該ユーザインターフェースは、訓練を受けていないオペレータでも使用することができる。該ソフトウェアモジュールは、オペレータ側にて介入、又は何らかの型式の手動の作業を必要とせずに、製品の過程に対する完全な幾何学的形態を生成させ（ロボットツールパスの生成）かつ監視する。
【００６７】
[７６］該ソフトウェアモジュールは、ユーザが製造過程の全体を特別設計のものとすることを許容する、本考案の過程の三つの段階に対する三つのサブモジュールを提供する。すなわち、（ａ）ロボットセルのセッティング用サブモジュール２４１０、（ｂ）タスク形態用サブモジュール２４２０、及び（ｃ）シミュレーション／コントローラへの出力用サブモジュール２４３０である。該ソフトウェアは、ソフトウェアとロボット装置の各種の要素との間の万能型インターフェースである万能型ロボットコントローラにおけるリアルタイム衝突検出器及びライブサブモジュールを更に提供する。
【００６８】
[７７］オペレータは、セルセッティング用サブモジュール２４１０を使用して各種のロボット型の所要形態のセルを選び、ロボットアームが動くことを許容される作用セル又はスペース（非限定的な例としてデカルト座標系にて）を規定すると共に、該作用セルに対するロボットアームの位置を規定する。これらのタスクを完了したとき、セルのセッティング用サブモジュールは、空間的制限及び制御データを出力する。
【００６９】
[７８］オペレータは、タスク形態用サブモジュール２４２０を使用して、幾つかの実施の形態において、ライブラリー又はデータベースから所望の製造過程を選ぶ。該所望の製造過程は、現在のセルの形態に従ってソフトウェアによりユーザに対し提案することができ、該ソフトウェアは、利用可能なエンドエフェクタの型式を含み、また、作業スペースの位置及び寸法を規定する。
【００７０】
[７９］すべての以前の段階からの情報は、シミュレーション／コントローラへの出力機能用サブモジュール２４３０に入力され、該サブモジュールは、製造過程が所定のパラメータ範囲外のタスクに従事するようプログラム化されている場合、又は、１つ以上のシステムの構成要素が規定された境界又はパラメータの範囲外の経路上を動き又はタスクに従事するようプログラム化されている場合、オペレータが観察しかつエラーメッセージを提供するようにロボットアームのシミュレーションを出力する。シミュレーションが成功裏に完了したならば、サブモジュールは、ロボットセルインターフェースーライブサブモジュールに対するロボットアーム及びエンドエフェクタのための最終的な製造パラメータ及びセッティングを出力する。このモジュールは、ソフトウェアがロボットアーム、エンドエフェクタ、可動の台場及び加工物の動きを制御し、かつ、ロボット装置の現在の位置を検索し、リアルタイムの衝突検出を行うことを許容し、可能な衝突をリアルタイムにて検出しかつこれらの衝突をリアルタイムにてバイパスする。更に、機能用サブモジュールは、オペレータに対してロボットセルのリアルタイムのシミュレーションを連続的に示し、現在の活動及び製造過程をリアルタイムにて観察しかつ監視することを可能にする。
【００７１】
[８０］ライブサブモジュールは、単一のインターフェースにてロボットをその他のシミュレーションと一体化するソフトウェアパッケージである。該ライブサブモジュールは、使用されるロボット装置に適した任意の言語にて書き表すことができる。該ライブサブモジュールは、ロボットセルの完全な制御を許容し、かつポイントの数のような、任意の局所的なロボットコントローラの制限に関係無く、製造タスクを創出することを許容する。すなわち、当該技術にて既知のソフトウェアシステムと異なり、制御３Ｄソフトウェアのライブサブモジュールは、無限定な数のポイントをロボットコントローラに送ることを許容する。
【００７２】
[８１］ソフトウェア制御の論理流れを示すフローチャートが図８に図示されている。
【００７３】
[８２］次に、本考案の過程の非限定的な適用例を概略図にて示す図９に関して説明する。図示したように、レールガイド１２上に装着されたロボットアーム１０は、噴霧ノズル３００を有するコンクリート噴霧エンドエフェクタを備えている。コンクリートミキサー３４０は、ノズル３００がコンクリートミキサーから三次元的成形物３０の表面にコンクリート層を付与するとき、コンクリートミックスを供給する。多層のコンクリートを付与して、コントローラ２２のＢｅｙｏｎ３Ｄソフトウェアモジュール２４により決定された所望の厚さを実現することができる。
【００７４】
[８３］上述したように、本考案の製造過程は、熱線エンドエフェクタにより寸法設定されかつ粗加工されて所要の形状となった、ＥＰＳで出来たものであることが好ましい加工物にて開始し、その後、二つの異なる段階にてフライス加工エンドエフェクタを使用して仕上げが施され、これにより、成形品（三次元的成形物）を形成する。ポリマーの密封層を成形品上に噴霧し、低密度ＥＰＳの使用に起因する不良部分を滑らかにし、これにより成形物が再使用可能であることを保証する。次に、建築用材料（例えば、コンクリート）を必要とされる厚さが実現される迄、連続的な層にて噴霧する。このようにして、建築家又は技術者は、Ｒｈｉｎｏ３Ｄのような従来の市販のソフトウェアを使用して建築用構成要素を迅速に設計することができ、また、モデリングソフトウェアからの任意のモデル化した幾何学的形態をソフトウェアモジュール２４によりロボットアームに対する製造命令に翻訳する。これにより、新たに設計した建築用構成要素は、開示した新規なシステム及び過程によって製造される。望ましくは、開示した考案のシステム及び過程を使用して、建物構造体に対する複雑な曲線状の形状体（非反復的な形状体を含む）を製造することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年10月22日(2015.10.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
三次元的成形物から建築用構成要素を製造するコンピュータ制御ステムにおいて、
三次元的成形物を支持しかつ動かす支持テーブルであって、平行移動及び／又は回転動作可能な構造とされた前記支持テーブルと、
基部と、末端とを有し、該基部は、支持テーブルの基端側にて経路に沿って制御された動きをする構造とされたマルチタスクのロボットアームであって、該マルチタスクのロボットアームの前記末端は、前記基部に対して延伸し、平行移動しかつ／又は回転する構造とされ、かつ前記支持テーブルにて前記成形物に連続的な材料層を付与しかつ／又は該成形物から材料を除去するエンドエフェクタを含む更なる構造とされた、前記マルチタスクのロボットアームと、
選択的に、前記基部が装着された線状のレールと、
命令を保持するコンピータプロセッサであって、前記命令は、前記支持テーブル、前記基部の各々、及びマルチタスクのロボットアームの前記末端の一連の動きを制御すると共に、前記三次元的成形物に対する材料の層を決定し、かつ連続的に付与しかつ／又は該三次元的成形物から材料を逐次的に除去して、所定の形状及び寸法の建築用構成要素を形成する、前記コンピータプロセッサとを備える、コンピータ制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記三次元的成形物は、膨張ポリスチレンにて形成されている、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記エンドエフェクタは、
前記三次元的成形物から材料を除去する成形物の熱線発泡体カッタと、
穴あけ、リーマー仕上げ、ザグリ加工、フライス加工、ルーティング、ネットトリミング、衝撃加工及び締結具の取り付けから成る群から選択された少なくとも１つの動作を実行するための機械加工エンドエフェクタとを備える、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記エンドエフェクタは、ある物質を前記三次元的成形物の表面に噴霧する噴霧ヘッドを有する構造とされる、システム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムにおいて、前記物質は、油、ワックス、ポリマー、セメント、石膏（ｇｙｐｓｕｍ）、粘土、人造大理石及びコンクリートから成る群から選ばれる、システム。
【請求項６】
請求項４に記載のシステムにおいて、
前記物質は、ワックスであり、
前記システムは、
前記噴霧ヘッドとワックスの貯蔵容器の出口とを接続する加熱したワックスの移送管と、
該貯蔵容器及び前記噴霧ヘッドの少なくとも一方に閉塞可能に接続された加圧ガスシステムと、を備え、
該ワックスの貯蔵容器は内部ミキサーを備え、
前記エンドエフェクタは、
前記噴霧ヘッドと、
内部に保持された前記ワックスを加熱する構造とされた前記貯蔵容器と、を備え、前記貯蔵容器は、上記噴霧ヘッドに流体的に連通した出口を備える、システム。
【請求項７】
請求項４に記載のシステムにおいて、
前記エンドエフェクタは、初期定着時間が１０秒と５分との間にあることを特徴とする建築用材料を前記三次元的成形物に噴霧する構造とされている、システム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記エンドエフェクタは、コンクリートの噴霧装置を備え、該噴霧装置は、噴霧ヘッドを備える、システム。
【請求項９】
請求項８に記載のシステムにおいて、
前記噴霧ヘッドは、少なくとも三つの噴霧ヘッドの入口を備え、
前記コンクリートの噴霧装置は、
第一の噴霧ヘッドの入口に対して流体接続部を介して流体的に接続した出口を有する第一の混合チャンバと、
前記第一の混合チャンバの少なくとも一部分を振動させ得るように前記第一の混合チャンバと機械的に接続された振動手段と、
少なくとも１つの入口と、第二の噴霧ヘッドの入口に対して流体的に接続した出口とを有する第二の混合チャンバと、
少なくとも１つの入口と、第三の噴霧ヘッドの入口に対して流体的に接続した出口とを有する第三の混合チャンバと、を備え、
前記噴霧ヘッドの形態は、前記第一の噴霧ヘッドの入口と前記第二の噴霧ヘッドの入口及び前記第三の噴霧ヘッドの入口の少なくとも一方とを通って、材料が前記噴霧ヘッドに同時に入るとき、前記第一の噴霧ヘッドの入口から前記噴霧のヘッドに入る材料の少なくとも一部分は、前記噴霧ヘッドに入る材料が通る任意のその他の噴霧ヘッドの入口から入る材料に遭遇する形態とされ、
前記第一の混合チャンバと前記第一の噴霧ヘッドの入口との間の前記流体接続部は、可撓性のホースを備え、該可撓性のホースは、選択的に、前記振動手段と機械的に接続されるような構造とされている、システム。
【請求項１０】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記コンピュータの命令は、次の（ａ）〜（ｄ）の群から選択された少なくとも１つのソフトウェアパッケージを備える、即ち、
（ａ）    システムが（ｉ）二つの構成要素が衝突させられるような経路にて動くことと、（ｉｉ）二つの要素が互いに所定の距離以内にあることと、（ｉｉｉ）１つの構成要素が自己衝突する経路上にあることとから成る群から選ばれた少なくとも１つの状況を自動的に検出することを可能にする構造とされたリアルタイムの衝突検出ソフトウェアと、
（ｂ）    オペレータが前記システムの少なくとも１つの構成要素の動きのシミュレーションを視認することを可能にする構造とされたリアルタイムのシミュレーションソフトウェアと、
（ｃ）    前記コンピュータプロセッサからシステムの任意のその他の構成要素に無限定の数の点を移送することを許容する構造とされたインターフェースと、
（ｄ）    前記三次元的形態の所望の幾何学的形態を入力として受け取ると共に、システムのオペレータの介入無しにて、前記入力から建築用構成要素の最終的な構造物まで前記システムを制御する構造とされたソフトウェアと、を備える、システム。
【請求項１１】
コンクリートを調成しかつ噴霧するコンクリートの噴霧装置において、
噴霧ヘッドと、
第一の噴霧ヘッドの入口と流体的に接続した出口を有する第一の混合チャンバと、
少なくとも１つの入口と第二の噴霧ヘッドの入口と流体的に接続した出口とを有する第二の混合チャンバと、
少なくとも１つの入口と第三の噴霧ヘッドの入口と流体的に接続した出口とを有し、該出口は、オプションとして、可撓性のホースを備える第三の混合チャンバと、
前記第一の混合チャンバ及び／又は前記ホースと機械的に接続された、オプションとしての振動手段であって、前記第一の混合チャンバ及び／又は前記ホースの少なくとも一部分を振動させる前記オプションとしての振動手段と、を備え、
更に、前記噴霧ヘッドの形態は、材料が、前記第一の噴霧ヘッドの入口と、前記第二の噴霧ヘッドの入口及び前記第三の噴霧ヘッドの入口の少なくとも一方とを通って同時に前記噴霧ヘッドに入るときに、前記第一の噴霧ヘッド入口から前記噴霧ヘッドに入る材料の少なくとも一部分が、前記噴霧ヘッドに入るときに通るその他の任意の噴霧ヘッドの入口から入る材料と遭遇するような形態とされた、装置。