(57)【要約】【解決手段】自律アセンブリについて説明されており、当該自律アセンブリは、ガントリサブアセンブリと、ガントリサブアセンブリに動作可能に搭載されたキャリアサブアセンブリと、キャリアサブアセンブリに搭載されたツール作動サブアセンブリと、知覚サブシステム、動作計画サブシステム、動作制御サブシステムを含む自律制御システムとを含む。ガントリサブアセンブリは、作業現場の選択された区間に横方向にかかるブリッジ部材と、ガントリサブアセンブリが選択された作業現場区間の長さに沿って移動できるようにするガントリ駆動システムとを含む。キャリアサブアセンブリはキャリッジと、キャリッジがブリッジ部材に沿って移動できるようにするキャリッジ駆動システムとを含む。ツール作動サブアセンブリは、エンドエフェクタをブリッジ部材及びキャリッジに対して略垂直に直線移動させる。【選択図】図１
2020504254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガントリサブアセンブリであって、使用時に、作業現場の選択された区間に横方向にかかるブリッジ部材と、前記作業現場の前記選択された区間の第１経路に沿って前記ガントリサブアセンブリを移動させるガントリ駆動システムとを備えるガントリサブアセンブリと、
前記ガントリサブアセンブリに動作可能に取り付けたキャリアサブアセンブリであって、キャリッジと、前記ブリッジ部材の前記スパンに沿った第２経路に沿って前記キャリッジを移動させるキャリッジ駆動システムとを備えたキャリアサブアセンブリと、
前記キャリアサブアセンブリに取り付けられたツール作動サブアセンブリであって、動作アクチュエータと、前記動作アクチュエータに動作可能に接続されたエンドエフェクタと、前記第２経路に対して略垂直な第３経路に沿って前記エンドエフェクタを移動させるアクチュエータ駆動システムとを備えるツール作動サブアセンブリと、
知覚サブシステム、動作計画サブシステム、及び動作制御サブシステムを備えた自律制御システムと、
を備える、自律アセンブリ。
【請求項２】
前記ガントリサブアセンブリの前記ブリッジ部材は、
各々が先端及び終端を有する複数のモジュールセクションと、
前記ブリッジ部材が前記作業現場にかかる距離を選択的に延長するために、モジュールの先端を隣り合うモジュールの終端に連結するコネクタと、
を備える、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記ガントリサブアセンブリの前記ブリッジ部材は、前記ブリッジ部材の幅を延長する複数の延長部材を更に備える、請求項１及び請求項２の何れかに記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記ガントリサブアセンブリの前記ブリッジ部材は、第１端部及び第２端部を有しており、前記ブリッジ部材は、
前記ブリッジ部材の第１端部に配置された第１支持フレームと、
前記ブリッジ部材の第２端部に配置された第２支持フレームと、
少なくとも２本の脚であって、前記ブリッジ部材の前記第１端部及び前記第２端部の各々に１本の脚があり、各脚は上部及び下部を有する、少なくとも２本の脚と、
第１端部及び第２端部を有しており、前記第１端部において前記第１支持フレームと、前記第２端部にて前記第２支持フレームと繋がっている、トラスと、
を備えており、
各脚で各支持フレームの高さを選択的に変更するために、前記第１支持フレームは、第１脚の上部に調整可能に取り付けられ、前記第２支持フレームは、第２脚の上部に調整可能に取り付けられている、請求項１乃至請求項４の何れかに記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記ブリッジ部材の前記少なくとも２本の脚の各々は、その下部にて前記ガントリ駆動システムに動作可能に接続しており、前記ガントリ駆動システムは、
少なくとも１つのガントリ駆動モータと、
各脚及び前記少なくとも１つのガントリ駆動モータに動作可能に接続されている少なくとも１つのガントリ駆動ホイールと、
を備える、請求項４に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記トラスの第１及び第２端部の各々にある１対の脚と、
２つのブレース部材であって、一方は、前記ブリッジ部材の第１端部における前記１対の脚の各脚の下部に堅固に接続され、他方は。前記ブリッジ部材の前記第２端部における前記１対の脚の各脚の下部に接続されている、２つのブレース部材と、
各々の前記ブレース部材と、脚の各対の少なくとも１つのガントリ駆動ホイールとの間に配置されており、脚の各対に対して、各ガントリ駆動ホイールを回転動作させる、少なくとも１つの回転エフェクタと、
を更に備える、請求項５に記載のアセンブリ。
【請求項７】
各ブレース部材に回転可能に接続した従動ホイールと、
前記ガントリ駆動ホイールの動作パラメータを測定するために各々の前記ガントリ従動ホイールに取り付けられた少なくとも１つのエンコーダと、
を更に備える、請求項６に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記ガントリ駆動ホイールと前記ガントリ従動ホイールは夫々、使用時に、前記選択された作業現場の両側に沿って前記経路を画定するレール上を移動するように構成されている、請求項７に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記ガントリ駆動ホイールと前記ガントリ従動ホイールは夫々、グラウンド上を移動するように構成されている、請求項７に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記自律制御システムは、前記ブリッジ部材に取り付けられており、通信及び制御のために前記ガントリ駆動システムに動作可能に接続した少なくとも１つのコンピュータを備える、請求項１乃至請求項９の何れかに記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記ブリッジ部材は、互いに対して離間し第２経路を画定している１対のレールを有しており、前記キャリッジは、前記第２経路に沿って移動するために前記１対のレール上に搭載されている、請求項１乃至請求項１０の何れかに記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記キャリッジ駆動システムは、
キャリッジ駆動モータと、
前記キャリッジ駆動モータに動作可能に接続しており、前記ブリッジ部材の前記１対のレール上を移動するように構成されている少なくとも１対のキャリッジ駆動ホイールと、
前記少なくとも１対のキャリッジ駆動ホイールを接続している車軸と、
を備える、請求項１１に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記キャリアサブアセンブリは、前記ガントリ駆動モータ及び前記キャリッジ駆動モータに給電するために前記キャリッジに取り付けられた電源を更に備える、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記自律制御システムは、通信と制御のために前記キャリッジ駆動システム及び前記電源に動作可能に接続された前記キャリッジに搭載された少なくとも１つのコンピュータを備える、請求項１３に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記キャリッジ駆動システムは、動作センサを更に備える、請求項１４に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
前記動作センサは、少なくとも１つのエンコーダと、全地球測位システムとを備える、請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項１７】
前記キャリッジに取り付けられており、各々が前記ブリッジ部材レールを進むように構成された１対のキャリッジ従動ホイールを更に備える、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１８】
各キャリッジ従動ホイールは、前記キャリッジ駆動ホイールの動作パラメータを測定する少なくとも１つのエンコーダを有している、請求項１７に記載のアセンブリ。
【請求項１９】
前記ツール作動アセンブリは、前記動作アクチュエータを支持するために前記キャリッジにフレキシブルに取り付けられた少なくとも１つのフレキシブル支持プレートを更に備えており、前記少なくとも１つのフレキシブル支持プレートは、前記ツール作動サブアセンブリが、スライドし、前記キャリッジに対して２つの自由度でチルトできるようにする、請求項１乃至請求項１８の何れかに記載のアセンブリ。
【請求項２０】
前記第１経路は、直線若しくは非直線の一方、又は両方である、請求項１乃至請求項１９の何れかに記載のアセンブリ。
【請求項２１】
前記ツール作動サブアセンブリの前記アクチュエータ駆動システムは、
前記動作アクチュエータの動作に動力を供給するために前記電源に動作可能に接続されたアセンブリと、
直線動作のために前記動作アクチュエータに取り付けられ、下端部を有するフレームと、
前記フレームの下端部に取り付けられており、前記エンドエフェクタが配置されるツールと、
を更に備える、請求項１乃至請求項２０の何れかに記載のアセンブリ。
【請求項２２】
前記動作アクチュエータは、直動アクチュエータ、デルタアクチュエータ、平行運動アクチュエータ、及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項２１に記載のアセンブリ。
【請求項２３】
前記直動アクチュエータは、ベルト駆動システム、油圧シリンダ、歯車機構、及びこれらの組合せからなる群より選択される、請求項２２に記載のアセンブリ。
【請求項２４】
前記動作アクチュエータは直動アクチュエータであり、前記直動アクチュエータは、
縦方向開口を有するハウジングと、
前記ハウジング内に配置されたボールねじ部材であって、ねじと複数のボールベアリングを備えており、一部がナットで囲まれており、前記ねじは、その一端部で、前記ねじが回転できるように前記アセンブリに接続している、ボールねじ部材と、
前記ハウジングの前記開口を通って延びており、前記ナットの移動により前記フレーム前記ツールが直線移動できるように、前記ナットを前記フレーム部材に接続させる部材と、
を備えており、
前記ねじは、螺旋経路を画定する螺旋溝を有しており、前記ねじが、使用時に前記アセンブリの動きによって回転すると、前記複数のボールベアリングが前記ねじと前記ナットの間で、前記螺旋経路を移動し、前記複数のボールベアリングは、前記ナットを前記ねじの長さに沿って直線移動させる、請求項２１に記載のアセンブリ。
【請求項２５】
前記キャリッジに取り付けられ、前記コンピュータに通信接続している知覚センサを更に備えており、前記知覚センサは、前記作業現場の画像を撮影し、前記知覚サブシステムによる処理のために前記コンピュータに送るように配置されている、請求項２４に記載のアセンブリ。
【請求項２６】
前記知覚センサは、立体視覚を用いた３次元知覚カメラ、レーザ走査、レーザ飛行時間、及びこれらの組合せからなる群から選択された３次元知覚センサである、請求項２５に記載のアセンブリ。
【請求項２７】
前記知覚サブシステムは、前記ツールの前記エンドエフェクタを使用するために、前記知覚センサから送られた前記画像から前記作業現場の対象位置を計算し、前記対象位置を前記動作計画サブシステムに送り、前記動作計画サブシステムは、前記第１、第２、及び第３経路上での前記ガントリサブアセンブリ、キャリアサブアセンブリ、及びツール作動サブアセンブリの各々の移動の方向、量、及び速度を備えた移動命令を夫々計算して、記動作制御サブシステムへ送り、前記ガントリ駆動モータ、前記キャリッジ駆動モータ、前記ツール作動アセンブリを制御することで、前記計算された移動命令が実行される。請求項２５に記載のアセンブリ。
【請求項２８】
前記ガントリ、キャリア、及びツール作動サブシステムのうち１つ以上の手動又は自動制御のうち１つを選択するために、前記自律制御システムに無線通信接続された遠隔コントローラを更に備える、請求項１乃至２７の何れかに記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は建設機械に関し、より具体的には、広範囲にかけて反復機能を実施するための調整可能な自律アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
建設は労働集約的な事業である。特に、コンクリート製の道路、滑走路、床のような、道路、橋梁、その他の屋外内の面構造物の建設には、所定の間隔におけるスパイク又は他の固定具の打ち込みであれ、或いは、交差する鉄筋部分の連結であれ、多くの反復動作が伴う。例えば、通常、道路の幅は３５〜数百フィート、長さは数マイルにも及ぶ。橋梁デッキは通常、道路ほどは長くないが、多くの場合、幅は道路と一致する。橋梁及び道路、特に高速道路の出入路はカーブしている。コンクリート道路及び橋梁の表面は、典型的には、グリッドパターンの２層の鉄筋を必要としており、それらが交差する交差面の長さと幅に沿ってバーが延びている。鉄筋グリッドは、コンクリート構造物に構造的及び張力による統合性を与える。
【０００３】
鉄筋の各交差部を連結して鉄筋を適所に固定すべく、コンクリートの注入、締固め、定着、平滑化作業の最中に鉄筋の位置を固定する必要がある。通常、交差部は、交差したバーの周囲を巻着する金属又はプラスチック製のクリップによって、或いは、プラスチックコーティングされた金属タイによって連結される。作業員は、ワイヤスプールと１対のプライヤを用いて、又は電動鉄筋結束ツールを用いて鉄筋交差部を手作業で結束する。鉄筋用タイ又はクリップを付加するためのツールガンが市販されているが、建設作業員は依然として鉄筋グリッドの長さと幅に沿って歩き、各交差部にてその都度身をかがめ、各交差部にタイ又はクリップを付けるべくツールガンを作動させる必要がある。
【０００４】
幅広い道路面に沿って鉄筋を結束することは反復的で、時間がかかり、大変な労力を要する作業である。更に、特に作業現場が高所の橋梁デッキである場合、未結束の鉄筋の上を数名の作業員が歩きながらこれらの作業を行うことは危険である。これまで鉄筋結束を自動化する努力がなされてきた。鉄筋結束用のツールガンに加えて、より大規模な鉄筋グリッドの調製への試みも提案されてきた。例えば、米国特許第３，４７７，３５１号は、長さ方向鉄筋を上昇させ、横方向鉄筋を長さ方向鉄筋に交差させて結束する鉄筋結束機械を開示している。キャリア上で横方向に移動する結束機械が、横方向鉄筋の一部を長さ方向鉄筋に結束する。日本特許出願公開第２００５−１８８０６４号は、鉄筋交差部の底部と頂部に機械構成要素を配置する必要がある、グリッド上の鉄筋を結束する自動結束装置について記載している。この装置は屋内使用向けに設計されており、交差部から交差部へと横方向に移動する。
【０００５】
自動鉄筋結束は、１０年以上向上していない。これら及びその他の反復的建設作業は、作業員を危険な状況に晒しかねない、非常に骨の折れる、かなりの手作業である。鉄筋結束のような反復的で大変な労力を要する作業を実施するための改善された方法及びシステムが必要である。
【発明の概要】
【０００６】
本明細書に記載するシステム及び装置は、例えば道路及び橋梁デッキ建設における反復的で大変な労力を要する作業に関した問題に対処する。
【０００７】
本明細書は、概して、ガントリサブアセンブリと、ガントリサブアセンブリに動作可能に搭載されたキャリアサブアセンブリと、キャリアサブアセンブリに搭載されたツール作動サブアセンブリと、自律制御システムを含む自律アセンブリとについて記載している。ガントリサブアセンブリは、作業現場の選択された区間に横方向にかかるブリッジ部材と、ガントリサブアセンブリを第１経路に沿って移動させるガントリ駆動システムとを備えてよい。キャリアサブアセンブリは、キャリッジと、ブリッジ部材に沿った第２経路に沿ってキャリッジを移動させるキャリッジ駆動システムとを備えてよい。ツール作動サブアセンブリは動作アクチュエータと、動作アクチュエータに動作可能に接続されたエンドエフェクタと、第２経路に対して略垂直な第３経路に沿ってエンドエフェクタを直線移動させるアクチュエータ駆動システムとを備えてよい。自律制御システムは、知覚サブシステムと、動作計画サブシステムと、動作制御サブシステムとを備えてよい。
【０００８】
ガントリ駆動システムは、概して、少なくとも１つのガントリ駆動モータと、少なくとも１つのガントリ駆動モータに動作可能に接続した少なくとも１つのガントリ駆動ホイールとを含んでよい。様々な態様におけるブリッジ部材は、少なくとも２本の脚を有しており、また、様々な態様において２対の脚を有しており、ここで、１本又は１対の脚は、ブリッジ部材の第１及び第２端部の各々に取り付けられている。ブリッジ部材は、互いに離間して第２経路を画定している１対のレールを更に含んでよい。キャリッジは、第２経路に沿って移動するためにレールに搭載されてよい。
【０００９】
様々な態様において、キャリッジ駆動システムは、キャリッジ駆動モータと、キャリッジ駆動モータに動作可能に接続され、１対のブリッジ部材レール上を移動するように構成された少なくとも１対のキャリッジ駆動ホイールとを含んでよい。車軸が１対のキャリッジ駆動ホイールを互いに接続しており、ブリッジ部材レールに沿った協調運動を行えるようにしている。キャリアサブアセンブリは、ガントリ駆動モータ及びキャリッジ駆動モータに給電するために、キャリッジに搭載された電源を更に含んでよい。
【００１０】
様々な態様において、ツール作動サブアセンブリは、動作アクチュエータを支持するためにキャリッジにフレキシブルに取り付けられた少なくとも１つのフレキシブル支持プレートを含んでよい。フレキシブルプレートは、キャリッジに対する少なくとも２つの自由度で、ツール作動サブアセンブリをスライド又はチルトさせることができる。ツール作動サブアセンブリのアクチュエータ駆動システムは、様々な態様において、動作アクチュエータの動作に動力を供給するために動力源に動作可能に接続された駆動アセンブリを含んでよい。駆動アセンブリは駆動モータを含んでよい。動作アクチュエータには直線動作のためのフレームが取り付けられてよい。様々な態様において、フレームの下端部にツールが着脱可能に取り付けられてよい。ツールには、作業現場の対象地点にて所望の機能を実行するためのエンドエフェクタが配置される。
【００１１】
少なくとも１つの知覚センサがキャリッジに取り付けられ、アセンブリに搭載されたコンピュータに動作可能に接続されてよい。様々な態様において、作業現場の画像を撮影し、この画像を知覚ソフトウェアサブシステムによる処理のためにコンピュータに通信するべく、少なくとも１つの知覚センサが配置されてよい。様々な態様において、知覚センサは、シーンを３次元画像化する、立体視覚、レーザ走査、レーザ飛行時間、又は任意の他の手段を利用した、任意の適切な３次元知覚カメラであってよい。知覚センサは、例えば、１対の立体視カメラを含んでよい。
【００１２】
様々な態様において、知覚ソフトウェアサブシステムは、知覚センサから伝達された画像からエンドエフェクタを使用するための作業現場の対象位置の場所を計算し、この対象位置を動作計画サブシステムに伝達すると、様々な態様において、動作計画サブシステムは、第１、第２、及び第３経路の夫々でのガントリサブアセンブリ、キャリアサブアセンブリ、ツール作動サブアセンブリの各々の移動の方向、量、及び速度を備えた移動命令を計算し、これを動作制御サブシステムに伝達して、計算された移動命令がガントリ駆動モータ、キャリッジ駆動モータ、及びツール作動駆動モータの制御により実行されるようにする。
【００１３】
本明細書では、本アセンブリの様々な態様の例示的な実施形態のこれら及びその他の特徴がより詳細に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本開示の特徴及び利点は、添付の図面を参照することでより十分に理解される。
【００１５】
【図１】例示的な非直線状の建設現場で使用する自律装置の実施形態の部分斜視図である。
【図２】例示的な非直線状の建設現場における図１の自律装置の鳥瞰図である。
【図３】図１の装置のアセンブリの主要構成要素の図である。
【図４】自律装置の実施形態の略側部立面図である。
【図５】例示的な直線状の作業現場における図４の装置の略平面図である。
【図６】モジュールを備えた装置のトラスの実施形態の図である。
【図７】装置のトラス部分の一端部の図であり、トラスモジュール間の例示的なコネクタを示す。
【図８】トラスモジュール間のコネクタのより接近した図である。
【図９】装置のガントリサブアセンブリの特定の脚、支持フレーム、トラス構成要素の部分端面図である。
【図１０】図１の装置の部分側部斜視図である。
【図１１】図１の装置のガントリサブアセンブリの従動ホイールの図である。
【図１２】長さ方向における装置の直線的又は非直線的移動を実施するための、図１の装置のガントリサブアセンブリの駆動ホイールと駆動モータの図である。
【図１３】図１の装置のキャリアサブアセンブリの実施形態の一側部の斜視図である。
【図１４】キャリアサブアセンブリ用の駆動システムの部分図であり、キャリアサブアセンブリにガントリサブアセンブリのトラス部分を横切って横方向に移動させるための駆動ホイール、駆動モータ、歯車を示す。
【図１５】図１３のキャリアサブアセンブリの端面図である。
【図１６】図１３のキャリアサブアセンブリの正面図である。
【図１７】図１３のキャリアサブアセンブリの底面図である。
【図１８】キャリアサブアセンブリのための代替的な駆動ホイール配列の部分斜視図である。
【図１９】図１３のキャリアサブアセンブリ上の電子機器ボックスの実施形態の図である。
【図２０】キャリアサブアセンブリに搭載された装置のツール作動サブアセンブリの側面図である。
【図２１】図２０のツール作動サブアセンブリの部分斜視図である。
【図２２】本装置のキャリア及びツール作動サブアセンブリの端面図である。
【図２３】動作アクチュエータの１つの実施可能な実施形態の略図であり、ツール作動サブアセンブリのＺ軸上での直線動作を実行するための、ツール作動サブアセンブリ内のボールねじシステムの例示的な構成要素を示す。図２３Ａは、ボールねじシステムの断面図を示す。図２３Ｂは、図２３Ａの線Ｂ−Ｂで破断した断面図である。
【図２４】図２３のボールねじとナットの溝を移動するボールベアリングの実施形態の拡大図であり、溝内と、ボールデフレクタ及び戻り路内のボールベアリングを示す。
【図２５】キャリアサブアセンブリに搭載された知覚センサの立体視カメラ実施形態の正面図である。
【図２６】図２５の立体カメラの背面図である。
【図２７】立体カメラの視野の重複部分の図である。
【図２８】立体カメラの視野の重複部分の斜視図である。
【図２９】立体カメラの視野の重複していないパターンの平面図である。
【図３０】ツール作動サブアセンブリにおけるツール取付台及びツールの実施形態の斜視図である。
【図３１】図３０のツールの図である。
【図３２】作動サブアセンブリの端部に取り付けられたツールの実施形態の図である。
【図３３】所望のツール使用場所とツールを揃えるためのアライメント要素の実施形態を示す。
【図３４】例示的なツールと、ツールを所望のツール使用場所と揃えるためのアライメント要素の代替的実施形態との側部斜視図を示す。
【図３５】図３４のアライメント要素の底部斜視図である。
【図３６】図３４のアライメント要素の部分透視図である。
【図３７】本装置のオペレータが使用する遠隔コントローラの実施形態を示す。
【図３８】本装置のオペレータが使用する緊急停止遠隔コントローラの実施形態を示す。
【図３９】本装置の自律動作を制御するソフトウェアの主要機能を要約した表である。
【図４０】本装置の自律動作の機能を実行する様々なモジュールを示すフローチャートである。
【図４１】本装置のソフトウェアのグリッドマップモジュールを生成及び更新するステップを示すフローチャートである。
【図４２】本装置を動作させるために行う特定のステップのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本明細書中で使用される場合、単数形は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、複数の参照物を包含する。そのため、冠詞は、本明細書中ではその冠詞の１つ、又は１つ以上（つまり、少なくとも１つ）の文法上の目的語を参照する。一例として、「要素」は１つの要素又は１つ以上の要素を意味する。
【００１７】
本明細書で使用される方向的な語句、例えば、限定はしないが、頂、底、左、右、下、上、前、後、及びこれらの応用形は、そうでないことが明確に示されていない限り、添付の図面に示す要素の位置を示し、また、特許請求の範囲を限定しない。本明細書で使用される場合、「動作可能に接続した」は、相互に直接的又は間接的に接続した、或いは無線接続した２つ以上の構成要素又は特徴を意味し、何れのケースでも、１つの構成要素又は特徴の動作若しくは起動は、動作可能に接続された構成要素又は特徴の動作又は操作に影響する。
【００１８】
特許請求の範囲を含む本出願では、別段の指示がない限り、数量、値、又は特性を表す全ての数字は、全ての場合において用語「約」によって変更されているものとして理解されるべきである。そのため、数字は、数字と共に用語「約」が明示されていない場合であっても、用語「約」によって修飾されているものとして読まれてよい。従って、反対の意味で示されていない限り、以降の説明で述べられている数値パラメータは、本開示による構成及び方法により得ることが求められている所望の特質に応じて変動してよい。最低限、また、均等論の適用を請求の範囲に限定する試みとしてではなく、この説明で述べられている各々の数値パラメータは、報告された有効数字の数値に照らし、また、通常の概数技法を適用することによって、少なくとも考慮されるべきである。
【００１９】
更に、本開示において挙げられる任意の数値範囲は、これに包含される全てのサブ範囲を含む。例えば、「１〜１０」の範囲は、挙げられた最小値１と挙げられた最大値１０の間（及びこれらを含む）あらゆる全てのサブ範囲を含む、つまり、１と等しい又はこれよりも大きい最小値と、１０と等しい又はこれよりも小さい最大値を有するものである。
【００２０】
図１は、図２に示すような作業現場で使用される装置１０の実施形態の一部を示す。図示の作業現場は非直線状のカーブした道路であり、この道路は、グラウンド上にあるか、又は高架の橋梁デッキであってよい。作業現場は、図示のもの以外にも、直線状、傾斜状、不均一、非直線状、及び／又は、より緩やか或いはより急な曲線状であってもよい。このような各ケースにおいて、建設作業員は、スクリードレール５８と、長さ方向鉄筋５２及び横方向鉄筋５４のセクションとを予め配置し、十分な数の鉄筋交差部、即ち連結部５６を結束し、個々の鉄筋マット５０を所望のマットパターンに据え付ける。例えば、鉄筋交差部５６の約１０パーセントは、本明細書で述べるロボット装置及びシステムを設置又は使用する前に、作業員によりプライヤ又は結束ガンのような電動工具で手作業にて結束又はクリッピングされてよい。作業現場の両側の縦縁には、通常、コンクリートの敷設及び平滑化を見越して、柱６０に取り付けられたスクリードレール５８が沿設される。
【００２１】
図３に、装置１０の構成要素の一般的な構成のアセンブリの概要を示す。図４及び図５に示すように、ここで述べる装置１０は概して、協働して主要３方向への動きを提供する少なくとも次の３つのサブアセンブリを備える。作業現場の長さ方向経路に沿った動作をもたらすガントリ軸サブアセンブリ１００と、長さ方向経路と略横断する横方向への動作をもたらすキャリア軸サブアセンブリ２００と、鉛直方向への動作をもたらすツールアクチュエータ軸サブアセンブリ３００とである。参照を容易にするために、動作経路は夫々、Ｘ軸（ガントリ軸）の面、Ｙ軸（キャリア軸）の面、及びＺ軸（ツール作動軸）の面を通る動きで呼ばれてよい。当業者は、本明細書の「面」及び動作経路、また特に長さ方向又はＸ軸面は、通常は数学的な平坦又は直線でないことを理解するだろう。面は、グラウンド上であろうと又は特に橋梁デッキ上であろうと、厳密に平坦、直線状、又は静的でないからである。建設中と竣工後使用時との両方において、橋梁デッキは、例えば車両の重量に反応して振動及び湾曲し、グラウンド面は平らでなくなる。コンクリート注入前に、鉄筋マット５０は、作業員が上を歩行することで湾曲し、また、道路の計画的な傾斜に適応するために意図的に傾斜していることがある。そのため、長さ方向経路とは、ここで用いる場合には道路のような作業現場の経路を意味しており、直線、非直線、平坦、非平坦、直線、カーブ付き、及び角度付きの経路のうちの１つ又はこれらの任意の組合せを含むものと理解される。これらの変動要因を、装置１０は、デブリやその他の回避すべき物といった障害物を示す、長さ方向経路での変化と鉄筋マット５０の変動とを認識する特有の知覚システム及びソフトウェアを用いて、また、知覚した経路変化及び障害物に応答して動作するサブアセンブリ及びサブシステムを用いて取り扱う。
【００２２】
ガントリ軸サブアセンブリ１００は、動力機械であって、第１経路に沿って装置１０を移動させることで、様々な態様において、装置１０は、建設中である道路又は橋梁デッキの長さ方向経路づたいに走る。ガントリ軸サブアセンブリ１００は、トラス構造１０２を備えており、トラス構造１０２は、様々な態様において、道路や橋梁デッキのような作業現場の幅にかかるように（つまり、第１経路を横断する方向に）連結されたモジュール１１８から形成されてよい。様々な態様において、ガントリ軸サブアセンブリ１００は、コンクリート道路及び橋梁デッキの形成に通常使用される一般的な鋼鉄管製スクリードレール５８に支持されてよい。別の実施形態では、ガントリ軸サブアセンブリ１００は、グラウンドに沿って走るホイールを用いて構成されてよい。ガントリ軸サブアセンブリ１００は、ガントリ軸構成要素を動かすモータ１４８のような動力源と、システム制御のための二次電子機器ボックス１６０と、フィードバック制御駆動システムとを含んでおり、当該駆動システムは、レール５８又はグラウンドに沿って長さ方向に、連続動作又はステップ・アンド・セトル（step-&-settle）動作の何れかで自立走行させる駆動モータ１８４を含んでいる。
【００２３】
キャリア軸サブアセンブリ２００は、第２経路に沿って、ガントリ軸サブアセンブリ１００の横断スパンに渡って動くキャリッジ２０２を備えており、様々な態様において、このキャリッジ２０２は、ガントリ軸サブアセンブリ１００が動く第１経路に対して実質的に垂直である。ガントリが動く第１の長さ方向経路は常に直線ではないため、第１経路を横切る第２経路は、第１経路に対して常に９０°の角度にはならない。図２に示すように、第１経路はカーブしており、第２経路は、第１経路から角度θで延びている。
【００２４】
キャリア軸サブアセンブリ２００は、第２経路に対し略垂直な第３経路に沿って、例えばＺ軸の面に沿ってツールアクチュエータサブアセンブリ３００を運ぶ。キャリア軸アセンブリ３００は、動力源と、横方向軸に沿って自立走行するためのフィードバック制御駆動システム２０６と、主システム制御電子機器ボックス２０４と、知覚センサ３４０とを含んでいる。知覚センサ３４０は、ツールが動作する具体的な場所を特定する。道路の建設に装置１０及びシステムを使用する態様においては、知覚センサ３４０は、例えば鉄筋グリッドの交差部５６を特定する。様々な態様において、知覚センサ３４０は、鉄筋マット５０を観測して、通常は、鉄筋パターン（例えば、向き）を検出して、鉄筋交差部５６を検出、位置を特定し、鉄筋又はグリッドマットパターンの不規則性を検出し、また、既に結束された鉄筋交差部５６を検出する。
【００２５】
ツールアクチュエータ軸サブアセンブリ３００は、キャリア軸サブアセンブリ２００で動く構造体である。ツールアクチュエータ軸サブアセンブリ３００は、位置・力フィードバック制御駆動システム３２０を含んでおり、鉄筋マット５０のようなツール動作場所と係合するべく、キャリア２０２の下で第３経路に沿って自立走行する。ツールアクチュエータ軸サブアセンブリ３００は、ツール動作場所との係合に関連したツールエンドエフェクタ３０４及び任意のインターフェースメカニクスを装備している。
【００２６】
ツールエンドエフェクタ３０４は、ツールアクチュエータ軸サブアセンブリの経路のフレーム３０２に装備されており、例えば鉄筋交差部５６であり得るツール動作場所と自己整列する。エンドエフェクタ３０４は、対象場所の上の位置へ移動して、意図した機能に従って動作する。ツールエンドエフェクタ３０４が鉄筋結束ツールである態様では、ツールの動作は、鉄筋交差部５６の周囲にワイヤを巻着して結束することである。次に、各サブアセンブリの様々な態様について説明する。
【００２７】
［ガントリサブアセンブリ］
様々な態様におけるガントリ軸サブアセンブリ１００は、両脚部に少なくとも１本、好ましくは２本である、少なくとも２本、好ましくは４本の脚１０４と、両脚部にあって、脚１０４が取り付けられる可調整支持フレーム１０６と、トラス１０２のような、作業現場の幅にかかるブリッジ部材とを含んでいる。ブリッジ部材は、その両端にて支持フレーム１０６の１つに取り付けられている。ブリッジ部材は、モジュール１１８で作製されてよく、所与の作業現場の横寸法に合わせるべく、作業現場でブリッジ部材の長さを伸ばすことができる。延伸部材を設けて、建設現場にてブリッジ部材の幅を必要に応じて増加してもよい。本明細書で述べる構造要素に限定されないが、ブリッジ部材を図６〜図８に示すトラス１０２として説明する。当業者は、その他の構成であっても、所与の作業現場のスパンに橋渡しできて、キャリア及びツール作動サブシステムの構成要素を搬送することができれば、足りることは理解するだろう。
【００２８】
例えば、図１及び図１０は、予め開けられた孔１１０を含む、ガントリ軸サブアセンブリ１００の脚１０４を示す。図９に更に示すように、フレーム１０６及びトラス１０２を特定の作業現場に合った高さに上げ下げするために、ブラケット１０８及びピン１１２、又はその他の適切なコネクタが、脚１０４の所望の高さにて支持フレーム１０６を接続する。各ブラケット１０８は、少なくとも１つのフレームコネクタ部１１４と脚コネクタ部１１６とを有しており、各コネクタ部は、フレーム１０６及び脚１０４における予め開けられた孔と夫々揃えられる予め開けられた孔１５４を有している。ピン１１２は、整列した孔を貫通して、ブラケット１０８のフレーム部１１４にフレーム１０６を、ブラケット１０８の脚部１１６に脚１０４を接続する。脚１０４及び支持フレーム１０６の各々は、複数の孔１１０を有してよく、これによって、フレーム１０６を脚１０４上で上下に（つまり、例えばＺ軸の面上で、即ち、図示のように鉛直方向に）、又は、前後に（つまり、例えば、Ｙ軸の面に沿って、即ち、図示のように横方向に水平に）調整できるようになる。図９に示すように、ねじとナットのような追加のロック固定具１９８を使用して、フレーム１０６と脚１０４を固定してもよい。
【００２９】
図１、図２、及び図１０に示すように、両端にて、トラス１０２は、２つの支持フレーム１０６のうちの１つから吊される。図６〜図８を参照すると、様々な態様において、トラス１０２は、上側横ビーム及び下側横ビーム１２０と、上側クロスバー１２４、前側直立バー及び後側直立バー１２２を有する矩形フレーム部材又は正方形フレーム部材と、対角バー１２６とで構成されてよい。上側横ビーム１２０は、支持フレーム１０６に溶接されるか、又は、図９に示すようにボルトやねじ１８８のような任意の適切な固定具によって接続されてよい。ビーム１２０とフレーム部材１２４、１２２、及び１２６との間の連結部１２８に、補強材１３２が取り付けられてよい。図８を参照すると、トラスモジュール１１８は、先端部又は前端部と終端部又は後端部とを有しているとして記載されてよく、ここで、モジュール１１８の先端部と終端部には、これらを互いに接続して隣り合うモジュール１１８に接続するための固定具が形成されているか、又は、固定具が取り付けられていてよい。様々な実施形態において、それらトラスモジュール１１８は、第１コネクタ１３６によって連結されてよく、第１コネクタ１３６は、例えば、トラス１０２の１つの長手側において、モジュール１１８の先端部の直立バー１２２の下縁に取り付けられた下側溝付き部材１４０と、トラス１０２の同じ側において、隣り合うモジュール１１８の終端部の直立バー１２２の下縁に取り付けられたシリンダ部材１３８とを備える。シリンダ部材１３８は、溝付き部材１４０の溝に配置される。隣り合うモジュールが連結されると、溝付き部材１４０の傾斜面は、シリンダ部材１３８の動きを可能とする。トラス１０２の反対側の長手側は、図８に示すように、シリンダ部材１３８が先端部に、溝付き部材１４０が終端部に位置するように反転された溝付き部材１４０及びシリンダ部材１３８を有する。或いは、両タイプのコネクタ部材が、同じ先端部又は終端部にあってもよい。第２コネクタ１３４は、例えば、モジュール１１８の直立バー１２２の上端に沿って配置されてよく、様々な態様では、直立バー１２２の先端部（トラス１０２の反対側の長手側の場合には、終端部）の上縁に取り付けられた分岐（forked）部材１４２と、隣り合うモジュール１１８の直立バー１２２の終端部（トラス１０２の反対側の長手側の場合には、先端部）の上縁に取り付けられたアイ（eye）部材１４４とを設けた上側ピン連結部とを備えていてよい。アイ部材１４４は、分岐部材１４２の対向する面内に嵌合する。ピン１４６はアイ部材１４４を分岐部材１４２の面に接続して、隣り合うモジュール１１８の先端部と終端部をロックする。或いは、両タイプのコネクタ部材が、同じ先端部又は終端部にあってもよい。
【００３０】
ピン連結部を通るピン１４６は、モジュール１１８の上隅でのピンの平面内の動きを制約する。隣り合うモジュール１１８を組み合わせるために、ピン連結部（１４２、１４４）のピン孔が整列してピン１４６を挿入できるようになるまで、シリンダ１３８が溝１４０内で回転する。シリンダ１３８、溝付き部材１４０、アイ部材１４４、及び分岐部材１４２は、夫々の位置において、隣り合うモジュール１１８の両端部で直立フレームバー１２２に溶接されるか、又は、ボルトや同等の固定具のような適切な公知の手段によりしっかりと接続されてよい。
【００３１】
様々な態様において、（例えば、バー１２２、１２４、及び１２６で形成された）フレーム部材の各側の下側横ビーム１２０の内側に沿って、レール１３０が延びている。レール１３０は、下側横ビーム１２０に溶接されてよく、又は、ボルトやねじのような適切な強力な固定具で接続されてもよい。或いは、レール１３０は、製造時に、下側ビーム１２０の一体部品としてＬ字型ビームに形成されてもよい。記載されている構成は、ガントリトラス１０２のモジュール１１８を配列するための動的インターフェースを提供する。或いは、レール１３０は、隣り合うモジュール１１８の隣り合うレール間で斜め継目を有してよく、これにより、キャリアサブシステム２００のホイール２１２がガントリモジュール１１８にわたってスムーズに動き、各モジュールの各縁でぶつかることがないようにしてよい。図１８に、更に別の代替的なレール構成を示す。
【００３２】
図１０〜図１２を参照すると、ガントリサブシステム１００の各脚１０４は、クロスブレース１６２の上に載っており、且つクロスブレース１６２にしっかりと接続されている。クロスブレース１６２の下側からは、上側プレート１６６に取り付けられたスイベル軸ポスト１６４のような回転エフェクタが下方へ延びている。スイベル軸ポストが右回り方向及び左回り方向に回転するとホイール１５０、１５２が脚１０４に対して回転することで、ホイールがレールに沿って移動すると、ホイール１５０、１５２の位置がスクリードレール５８の曲線に追随するように調整される。各上側プレート１６６からは、サイドプレート１６８が下方に延びている。サイドプレート１６８から垂直に、上側プレート１６６の下側で且つこれと略平行に、車軸１７２が延びている。
【００３３】
歯車駆動ホイール１５０が、トラス１０２の各側で少なくとも１本の車軸に取り付けられてよく、また、先端部又は終端部の何れかに配置されてよい。ガントリサブシステム１００は、第１経路に沿って前方及び後方の両方に移動できて、先端部及び終端部の位置は移動方向に応じて変化する。様々な態様において、歯車駆動ホイール１５０は、列車のホイールのように構成されており、円筒形又は円錐形ホイール１７６の各側に、少なくとも１つ（様々な態様においては２つ）のフランジ１７４を有しており、フランジ１７４は、作業現場の各縁のスクリードレール５８と係合するように構成されている。そのため、シリンダは、スクリードレールの円筒形状上に最小の摩擦で適切に設置されるように、その断面が凹状であってよい。スクリードレール５８のホイール郭が矩形状又は正方形状である場合には、ホイール１７６上のシリンダのホイール郭が似たような形状されて、ガントリがスクリードレールに沿って移動する際にスムーズな回転係合が行われるようにする。
【００３４】
歯車駆動ホイール１５０は、車軸１７２に動作可能に接続されており、フランジ１７４の一方の側にある歯車１７８を含む。歯車１７８の歯が従動歯車１８２の歯と係合し、従動歯車１８２の歯が駆動歯車１８０の歯と係合する。駆動歯車１８０は、モータ１８４により駆動される駆動ロッド１８６に取り付けられている。モータ１８４は、電気モータやガス駆動モータであってよく、又は特定の態様では油圧モータであってよい。以下で説明するように、コンピュータ１９０又は２１４のうちの１つにフィードバックするために、トラス１０２の各側にて、２つの直交エンコーダが、各従動ホイール１５２に１つ、各駆動ホイール１５０に１つ配置されている。
【００３５】
電源が設けられている。電源は、ディーゼル発電機のような発電機１４８や、ガソリン、天然ガス、又は、バッテリ駆動式の発電機であってよい。電源は、液圧式であってよい。発電機１４８は、例えば、他のガントリ軸電子装置に必要な電力に加え、ガントリ駆動モータ１８４に必要な電力出力を提供するために使用されてよい。様々な態様において、モータ１８４（各々の駆動ホイールに１つ）を高ｒｐｍで駆動し、高い電力効率を維持するために、駆動システムは、通常９６Ｖの直流電力で動作してよい。モータ１８４は、交流モータ、又は油圧発電機が用いられる場合には油圧モータのような、任意の適切なモータであってよい。適切な発電機は、既成品の２ｋＷクラスの交流発電機、既成品の船舶グレードの直流発電機を非限定的に含む。
【００３６】
様々な態様において、図示されているように、発電機１４８は、電子機器ボックス１６０内の電源に電気的に接続されていてよい。図１、図１０、及び図１２を参照すると、モータ１８４による駆動ロッド１８６の回転は、歯車１８０、１８２、及び１７８によって歯車駆動ホイール１５０の順方向又は逆方向への動作に変換され、そして、車軸１７２は、プレート１６８、１６６から、スイベル軸ポスト１６４、クロスバー１６２、及び脚１０４、支持フレーム１０６とトラス１０２に繋がっているので、ガントリサブシステム１００が、第１経路のスクリードレール５８の長さに沿って移動する。ホイールは、鋼鉄やその他の適切な強固で耐天候性がある材料から成ってよい。例えばゴム製の安全バンパ（図示せず）を追加して、動作中における駆動アセンブリ構成要素へのアクセスを遮断してよい。
【００３７】
様々な態様において、各側に歯車駆動ホイールが１つしかない実施形態では、トラス１０２の各側にて、追加の従動又はフォロアホイール１５２が、脚１０４のうちの１つの概ね下側に配置される。図１０及び図１１に示すように、従動ホイール１５２は、歯車がなくまたモータに接続されていない点を除き、歯車駆動ホイール１５０と同じような構造を有している。従動ホイール１５２は、ホイール１７６を包囲する少なくとも１つ、好ましくは２つのフランジ１７４を含み、その形状は、駆動ホイール１５２の形状と同様に、可能な限り小さい摩擦でスクリードレール５８とスムーズに係合するように構成されている。従動ホイール１５２は、車軸１７２を介して、上側プレート１６６から下方に延びるサイドプレート１６８に、スイベル軸ポスト１６４から脚１０４が取り付けられたクロスバー１６２へと繋がっていることによって、トラス１０２の各側の脚１０４のうちの１つに動作可能に接続されている。従動ホイール１５２は、レールに沿った駆動ホイールの滑りを計測するエンコーダ（図示せず）を装備していてよい。加えて、レール曲線センサ（図示せず）が、駆動ホイールと従動ホイールを脚１０４に取り付けるスイベル軸ピボットポスト１６４に組み込まれてよい。先端部又は終端部の一方又は両方における従動ホイール１５２及び駆動ホイール１５０の上側プレート１６６からは、動作中にホイール構成要素をデブリから保護するための端板１７０又は泥除けが延びてよい。
【００３８】
ガントリ電子機器は、例えば支持フレーム１０６に取り付けられた１つ以上の電子機器ハウジング又はボックス１６０を備えている。電子機器ボックス１６０は、以下で十分に述べるように、キャリア軸サブシステム２００のコンピュータ２１４のスレーブとして動作する中央処理ユニット（例えば、コンピュータ１９０）と、駆動軸動作コントローラ１９２と、ガントリ側安全ウォッチドッグタイマ（図示せず）と、電力継電器１９４と、センサインターフェース電子機器１９６と、アクチュエータインターフェース中継器（図示せず）と、電力変換電子機器１９５とを格納してよい。ガントリコンピュータ１９０は、ガントリ軸動作コントローラ１９２と、発電機の遠隔起動とに指令する。ガントリコンピュータ１９０は、インシデントカメラ（図示せず）から安全ビデオを記録し、レール曲線センサ１６４の入力を処理し、安全近接センサの入力（図示せず）を処理してよい。ガントリ電子機器用の電子機器部品は、全てよく知られており、市販されている構成要素であるので、本明細書では詳細な説明を省く。当業者は、その機能及び構造について知得しているか、又は文献から容易に確認することができる。
【００３９】
様々な態様において、安全機能が、アセンブリ１０に含められてよい。例えば、脚１０４及び１又は複数の電子機器ボックス１６０には、ロボット状態警告灯（例えば、スタックライト）及び手動式緊急停止ボタン（図示せず）が取り付けられてよい。加えて、安全関連の出来事の記録を取り込むために、脚１０４付近の範囲のビデオを記録できる光学低解像度ビデオカメラ（図示せず）が設けられてよい。また、近接センサ（図示せず）が設けられて、物体又は障害物が動作方向からガントリサブシステム脚１０４に接近すると、動作制御障害をトリガできるようにしてもよい。
【００４０】
ガントリサブシステム１００の電源、１又は複数の電子機器ボックス１６０、センサ、動作コントローラの間の電気配線は、耐久性シールドケーブルを設けた単一の格納ケーブルリールでトラス１０２にわたって配線されてよい。或いは、ガントリサブシステムスレーブコンピュータ１９０とキャリアサブアセンブリマスタコンピュータ２１４との間の信号は、無線周波数（ＲＦ）又は光学リンクのような無線リンクにより伝送されてよい。別の代替的構成において、電子通信は、動的な自己格納式ケーブルリールを用いて実施されてよい。
【００４１】
［キャリアサブアセンブリ］
図１０及び図１３〜図２２に示すキャリアサブアセンブリ２００は、様々な態様において、上側フレームバー２１６、サイドフレームバー２１８、及び下側フレームバー２２０を備えた堅いフレーム又はキャリッジ２０２を含んでよく、それらフレームバーは、箱状の構造を形成するために、相互に溶接されてよく、又は、任意の適切な手段で相互に接続されてよい。しかしながら、サブアセンブリ構成要素の搬送を可能にする任意の適切な形状であれば十分である。図示の構造では、キャリッジ２０２の少なくとも２つの対向する側部に、側部ブレースバー２３８が更に設けられてよく、各端部が、溶接又は任意の他の適切な手段によって、隣接するサイドフレームバー２１８に接続される。側部ブレースバー２３８は、キャリッジ２０２に構造安定性を追加する。
【００４２】
図１３及び図１６に示すように、上側フレックスプレート２０８は、溶接や固定具（例えば、ボルト、ねじなど）のような任意の適切な手段によって、２本の対向する上側フレームバー２１６に接続されている。図１３及び図１７に示すように、下側フレックスプレート２１０が設けられており、例えば、任意の適切な手段によって、２本の対向する側部ブレースバー２３８に接続されてよい。フレックスプレート２０８、２１０は、以下でより詳細に記載される、キャリッジ２０２で搬送されるツール作動サブアセンブリ３００の構成要素に、撓みサポートを与える。フレックスプレート２０８、２１０は、様々な態様において、例えば、屋外の天候条件への露出に適したステンレス鋼や他の金属のような、精密カットされた金属で構成されてよい。この精密カットは、相互接続した撓み部分２５６のパターン（図１６、図１７を参照）を形成し、撓み部分２５６は、少なくとも２度の自由度での移動（即ち、ピッチとロール、つまり、上側フレームバー２１６及び下側フレームバー２２０と平行な面から任意方向への上下チルティング）を可能にして、ツール起動段階にスプリングセンタ動作を与える。或いは、上側フレックスプレート２０８及び下側フレックスプレート２１０は、互いに溶接又はボルト留めされて撓み構造を形成した複数の別々の部分から形成されてよい。
【００４３】
キャリアサブアセンブリ２００は駆動システム２０６を含む。図１４を参照すると、駆動システム２０６は、駆動モータ２２６は、キャリッジに又は別のブレースバー２３８（図示せず）のようなキャリッジフレーム部材に取り付けられた駆動モータ２２６と、駆動ロッド２３２と、駆動歯車２２８と、従動歯車２３０とを含む。従動歯車２３０は駆動ホイール軸２２４に取り付けられている。キャリッジ２０２の各側には、隣り合うサイドフレームバー２１８間において、サイドプレート２３６が配置されている。駆動軸２２４の両端部は、サイドプレート２３６の適切なサイズの孔を通って延びて、駆動ホイール２１２に接続しており、プレート２５８とボルト２６０を取り付けて保持されている。電線２６２（図示を容易にするために一部のみ示す）は、主キャリア電源２２２に電気的に接続している。主キャリア電源２２２は、様々な態様において、ディーゼル電気発電機や、ガソリン、天然ガス、又はバッテリ駆動式の発電機のような別の発電機であってよい。電源は油圧式であってよい。キャリア電源２２２は、キャリッジ２０２に搭載されてよい。キャリアサブアセンブリ２００用の第２発電機２２２を設けることで、ガントリサブアセンブリ１００とキャリアサブアセンブリ２００の間での動的な電力配線の必要性が排除される。第２発電機２２２は任意の適切な発電機であってよいが、様々な態様では、メンテナンスを容易にするために、ガントリサブシステムのもの、つまり発電機１４８と実質的に同一のものであってよい。発電機からの電力が駆動モータ２２６に給電し、駆動ロッド２３２を介して駆動歯車２２８を回転させる。駆動歯車２２８の歯２６６は、従動歯車２３０の歯２６８と噛み合う。駆動歯車２２８の動作が従動歯車２３０を動かし、これにより車軸２２４が回転することで、駆動ホイール２１２が回転する。
【００４４】
キャリアサブアセンブリの駆動ホイール２１２は、鋼鉄製であって、ガントリサブアセンブリ１００の下側横バー１２０にあるトラス１０２のレール１３０上を進むように配置されることが好ましい。レール１３０は、鋼鉄で作られて、摩擦をできるだけ大きくし、スリップ力とラッキング力（racking force）の両方をできるだけ小さくしてよい。様々な態様では、図１５に示すように、２つのキャリッジ支持ホイール２５４が、サイドプレート２３６に接続された回転可能ロッド２６４に取り付けられてよい。支持ホイール２５４は駆動ホイールであり、ガントリサブアセンブリホイール１５２と類似している。キャリッジ２０２の各側に、１つの支持ホイール２５４が、駆動ホイール２１２と共に配置されており、駆動システム２０６により動力付与されて、キャリッジ２０２とその構成要素が第２のＹ軸動作経路に沿ってトラス１０２にかけて横方向に移動する際に、支持ホイール２５４は、キャリアサブアセンブリ２００の構成要素をレール１３０上で支持する。様々な態様において、支持ホイール２５４は、アイドラーフィードバック（idler feedback）として働くようにエンコードされてよく、蓄積したスリップ又はラッキングを経時的に追跡できることで、必要に応じてソフトウェアのアクティブな修正を行えるようになる。
【００４５】
図１８に駆動ホイール配置の代替的実施形態を概略的に示す。駆動ホイール２１２´と支持ホイール２５４´は、表面が鉛直面にあるレール１３０´に沿って、進むように配置されており、これらのホイールの回転軸は、鉛直方向にあって、これらのホイールの円筒面は、先述のホイール配置に対して９０°を形成する。駆動モータ２２６´は、支持プレート２７０の上方に取り付けられており、駆動ロッド（図示せず）によって駆動ホイール２１２´に接続されている。駆動モータ２２６´には、動作制御増幅器２７５が動作可能に接続されている。一連の予め組み込まれているバネ２７２が、ホイール２１２´、２５４´をレール１３０´に向けて付勢しており、レール１３０´とホイール２１２´、２５４´との間の接触を維持する。一体型モータブレーキ２７４が、駆動モータ２２６´に動作可能に接続されている。駆動モータ２２６´は、上述した駆動モータ２２６と同様に、発電機２２２及びコンピュータ２１４に電気的に接続されている。
【００４６】
図１５及び図１９を参照すると、キャリア電子機器は、ガントリサブシステムコンピュータ１９０のマスタとして機能する中央処理ユニット又はコンピュータ２１４を内蔵しており、例えばサイドフレームバー２１８に取り付けられており、ドア２８０を有している１つ以上の電子機器ハウジング又はボックス２０４と、コンピュータ２１４及びセンサのための電力変換電子機器２４４と、コンピュータ２１４用の電力変換電子機器２５０と、イーサネット（登録商標）スイッチ２４８と、センサインターフェース電子機器２４２と、ツール３６０用の電力変換電子機器２５２と、モータ駆動電力供給部２４０（４個を図示）用の１つ以上の電力変換電子機器と、配電バスバー２４６と、ウォッチドッグタイマ及びツールアクチュエータインターフェースのための中継器２４３とを含んでよい。様々な態様では、各運動軸について１つの駆動電源２４０が設けられてよい。図示されたアセンブリの実施形態では、計４つの駆動電源２４０が設けられており、トラス１０２の両側の各駆動モータ１８４に１つずつ、キャリアアセンブリ駆動モータ２２６に１つ、ツールアクチュエータ駆動モータ３１５に１つ設けられている。電力変換電子機器は、交流電流（ＡＣ）を受け入れて直流電流（ＤＣ）に変換し、これを、動作制御を行う動作制御増幅器と、必要に応じてより高い電流を印加する小型の動力電源の中継器とに供給する。例えば、動作制御増幅器は、キャリッジ２０２が移動した距離と必要な電力とを判定するために、駆動ホイールモータエンコーダ及び従動ホイールエンコーダからのエンコーダフィードバックを読み取ってよい。モータへの電流は、所望の速度又は電圧出力の何れかを達成することにより調整できる。動作制御増幅器は、モータに必要な電力量を判定し、これに従い、従動ホイール及び駆動ホイールモータエンコーダとホール効果センサからの入力に応答して電力出力を調整する。動作制御増幅器は市販されており、任意の適切な増幅器であれば十分である。キャリアサブシステムのコンピュータ２１４は、キャリッジ動作コントローラ及びアクチュエータサブシステム動作コントローラに命令して、発電機２５６を遠隔起動させて、全ての主要な自律システム機能を、例えば、知覚、局所、計画、ヘルス及びステータスメッセージ、コントローラ無線通信、知覚センサ通信、及びその他のシステム機能を実行させる。
【００４７】
キャリッジ２０２と電子機器ボックス２０４には、１つ以上のロボット状態警告灯（例えば、スタックライト）と１つ以上の手動式緊急停止ボタンとが取り付けられてよい。加えて、安全関連の事故の記録を取り込むために、キャリッジの前後範囲のビデオを記録することができる低解像度ビデオカメラを設けてよい。物体又は障害物が動作方向からキャリッジ２０２に接近する場合に動作制御障害をトリガできるように、任意選択的にキャリッジ２０２に近接センサ（図示せず）を設けてもよい。
【００４８】
キャリア電子機器ボックス２０４とガントリサブアセンブリ電子機器ボックス１６０の両方には、当業者に知られている屋外での使用に適した市販の構成要素が用いられてよい。
【００４９】
キャリッジ２０２の内部フレーム構造２１６、２１８、２２０は、組立てとメンテナンスの容易化が可能な開放構造として維持されることが好ましい。しかしながら、環境条件及び事故接触から構成要素を保護するために、キャリッジ２０２全体をハウジング（図示せず）で取り囲むか、側部及び頂部が覆れてよい。
【００５０】
キャリアサブシステム２００は知覚センサ３４０を更に含む。様々な態様では、知覚センサ３４０は、景色を３次元画像化する、立体視覚、レーザスキャン、レーザ飛行時間、又は、任意のその他の手段を利用した、任意の適切な３次元認識カメラであってよい。知覚センサは、例えば、１対の立体視カメラ３４２を含んでよい。詳細な説明のために、知覚センサ３４０を立体視カメラ３４２として説明及び図示しているが、当業者はその他の３次元センサに代えられることを理解するだろう。
【００５１】
様々な態様では、少なくとも１つ、好ましくは２つ以上のカラー立体視カメラ３４２、例えばＭｕｌｔｉＳｅｎｓｅ  Ｓ７カメラが設けられてよい。例示的なステレオカメラシステムは、係属中の米国公開特許出願第ＵＳ２０１６／０２２７１９３号に開示されている。それらカメラは、取付ブラケット３３８を用いてキャリッジ２０２のフレームに互いから一定間隔を空けて取り付けられているので、各カメラ３４２からの画像間の精密な距離が分かっており、システムソフトウェアの知得機能にプログラムされている。
【００５２】
図２５及び図２６を参照すると、図示した各カメラ３４２は、２つの固定焦点距離レンズ３４８とライト３５０を有しており、各ライトは、広範囲を照明するために、電球や発光ダイオード（ＬＥＤ）のような複数の光源３５２を設けることが好ましい。加えて、又は代替的に、ガントリサブアセンブリ１００若しくはキャリアサブアセンブリ２００に広範囲照明を取り付けてもよい。カメラの背面には、イーサネットネットワークスイッチ２４８そしてコンピュータ２１４に直接又は間接的に接続するための入出力ケーブル（図示せず）を取り付けるためのコネクタ３５４を含む。知覚センサ電力が電力変換電子機器（例えば２４４）のうちの１つから受け取られる。
【００５３】
知覚システムは、色を感知する能力を含んでもよい。色感知を追加することにより、ソフトウェアオブジェクティブ（software objective）が鉄筋マット５０の結束済みの交差部５６を特定できるようになる（例えば、緑色又は青色のエポキシ樹脂塗布された鉄筋５２、５４上の黄色のワイヤを特定する）。図２７〜図２９に示すように、第２立体カメラ３４２のような第２知覚センサ３４０を追加することで視野２９０、２９２が拡大し、図２７及び図２８に示すように、様々な態様において、重複フィールド２９４によって、エンドエフェクタ３０４の周囲で対称的に交差部５６の特定が拡大する。この配置により、キャリッジ２０２が作業現場の幅にわたって横方向に前後しても、エンドエフェクタの動作のターゲット位置の各々を使用前に見ることが可能となる。例えば、動作のターゲット位置が鉄筋交差部５６であって、エンドエフェクタ３０４が結束ガンである場合には、２台のカメラ３４２を用いることで、視野２９０、２９２が拡大し、交差部５６の位置の正確性が増加し、動作中における鉄筋の動きへの感受性が低下する。１台以上のカメラ３４２を設けることにより、危険知覚の低下と経路計画によってシステムの信頼性が高まる。加えて、キャリッジ２０２に強度可変ライトを追加することにより、任意選択的に夜間動作が可能となる。
【００５４】
［ツール作動サブアセンブリ］
キャリッジ２０２は、ツール作動サブアセンブリ３００を搭載している。ツール作動サブアセンブリ３００は動作アクチュエータを含み、これは直動アクチュエータ、デルタアクチュエータ、又は、平行運動アクチュエータであってよい。典型的な直動アクチュエータは、当該分野でよく知られているベルト駆動システム、油圧シリンダ、又は歯車機構を用いたものを含む。図２３及び図２４に、ボールねじアクチュエータである典型的な直線アクチュエータを示す。当業者は、任意の適切な公知の直線アクチュエータが使用されて、図面中で実質的に鉛直方向として示された、ほぼｚ軸に沿った第３経路に沿ってツールアクチュエータの動作を案内してよいことを理解するだろう。詳細な説明にするために、典型的な耐天候性の工業用ボールねじアクチュエータを図示及び説明する。図２０〜図２４を参照すると、直線動作ステージの実施形態が示されている。様々な態様において、直線動作ステージは、細長い中空のカラム又はハウジング３０８を含んでおり、それは、ブラケット２０７によって、キャリアサブアセンブリ２００の上側フレックスプレート２０８に、また、ブラケット２１１によって下側フレックスプレート２１０に取り付けられている。アクチュエータ駆動システムが設けられており、これは、駆動モータ３１５と、直動アクチュエータに動作可能に接続しており、歯車ボックス３１７に内蔵された歯車アセンブリとを含んでよい。
【００５５】
ハウジング３０８は、その長さの一部に沿っており、様々な態様においてその長さの大半に沿っているスロット３１２と、ハウジング３０８の長さの少なくとも一部に沿った細長い内部空洞３１０とを含む。スライドブロック３０６は、外側セクション３１６、内側セクション３１８、及びナット３２２を含む。ハウジング３０８内に直線ベアリング４６０が設けられており、動作アクチュエータに荷重容量を与える。直線ベアリング４６０に沿ってブロック３０６が動くことができる。ナット３２２は、ボールねじアセンブリの一部であり、その１つの実施可能な実施形態は図２４Ａ、図２４Ｂ、及び図２５に概略的に示されている。ボールねじアセンブリは、ねじ３２４を更に含む。ねじ３２４とナット３２２の各々は、対応する螺旋溝３３２、３３４を設けている。ボールベアリング３２６は、溝３３２、３３４の間で回転して、ナット３２２とねじ３２４の間に唯一の接触を提供する。ねじ３２４が回転すると、ボール３２６は、向きデフレクタ３２８により向き変更されてナットのボール戻り路３３０に入り、戻り機構を介して移動して、連続経路におけるナット３２２の反対側の端部に到達する。ボールねじ機構及びボール戻りの代替的実施形態はよく知られており、市販されている。任意の適切な実施形態が間に合うであろう。図２４に示す実施形態では、ボール３２６はボール戻り路３３０から出てボールねじ及び雌ねじ軌道内に連続的に入り、閉経路内で再循環する。
【００５６】
ねじ３２４の一端部は歯車３３６に接続しており、当該歯車は、シャフト３１４を介して歯車ボックス３１７に接続している。歯車ボックス３１７は、歯車及びベベルの任意の適切な機構であってよく、例えば、適切な歯車比を持つ遊星歯車（図示せず）であって、モータ３１５の駆動軸に動作可能に接続している歯車３１１の回転を変換して、ねじ３２４の回転を生じさせる。ねじ３２４の回転は、溝軌道内でボール３２６が回転することで、ナット３２２の直線動作に変換され、ナット３２２をねじ３１４上で上下に移動させる。ブロック３０６の外側セクション３１６は、第１側部３５４を有しており、第１側部３５４は、ハウジング３０８の外側に配置されてハウジング３０８と対向しており、ハウジング３０８から十分な距離で離間しているので、ナット３２２がねじ３２４に沿って移動する際に、外側セクション３１６は、障害なくハウジング３０８の長さに沿って上下に移動できる。この間隔は、若干の空隙であってよく、或いは、空隙がなくて、代わりにハウジング３０８と外側ブロックセクション３１６の間に、低摩擦接触面（例えば、研磨された金属面や潤滑面）があってよい。外側セクション３１６、内側セクション３１８、及びナット３２２は、１つの金属片で一体に形成されるか、又は、別個のセクションどうしを溶接するか堅固に連結して形成されてよい。
【００５７】
ブロック３０６の外側セクション３１６は、ハウジング３０８の反対側に向いた第２側部３５６を含む。第２側部３５６には、フレーム部材３０２が堅固に取り付けられる。フレーム部材３０２の底端部３６２には、回転可能なコネクタ３６４と、コネクタ３６４に取り付けられて下方に延びているクレードル３５８とが設けられており、クレードル３５８には、エンドエフェクタ３０４を設けたツール３６０が取り付けられる。本明細書で述べる実施形態において、ツール３６０は、鉄筋交差部５６の周囲でワイヤを結束する又はクリップをクランプするためのワイヤ結束具やクリップガンであってよい。図３０〜図３２に、例示的なツール３６０を示す。
【００５８】
上述したように、ツールアクチュエータサブアセンブリ３００は、受動的アライメント機構を用いてキャリッジ２０２に取り付けられているため、より低い面内力でより長く移動でき、より高い信頼性が得られる。図１３及び図１６は、上側フレックスプレート２０８を示しており、図１３及び図１７は、下側フレックスプレート２１０を示している。フレックスプレート２０８、２１０により、ツールアクチュエータステージ全体（ハウジング３０８、ブロック３０６、フレーム３０２、クレードル３５８、及びツール３６０）が、期待される０．５インチ以内の精度で、係合した交差部５６と自己整列することができる。図１３に示すように、上側フレックスプレート２０８は、ブラケット２０７によりハウジング３０８に接続されている。上側プレート２０８と下側プレート２１０は、ボルト又はねじのような追加の固定具３９８を使用してキャリッジ２０２に固定されてよい。
【００５９】
様々な態様では、迅速な取り外しと交換のため、そして、各種ツールを所与の作業環境に合わせて使用できるようにするために、ツール３６０は、着脱可能にクレードル３５８に取り付けられてよい。ツールの電気的特性は、屋外環境における起伏の存在に対応するために、自律アセンブリ１０を用いて、ツール電力、トリガ及びステータスを組み合わせるように修正されてよい。加えて、エンドエフェクタ３０４にワイヤ結束を供給するために、ツール自体にワイヤスプール３７６が設けられてよい。更に、任意選択的に、オフボードのワイヤスプール３７６´が作動サブアセンブリ３００に組み合わされて、再装填間に得られる結束の数が増やされてもよい。
【００６０】
クレードル３５８に取り付けられて、着脱可能な電気接続により電子機器ボックス２０４内の電気コントローラに配線されるように構成された市販のツール３６０が使用されてよい。或いは、ツール３６０は、ＲＦ波によって、又は他の適切な既知の制御システムによって遠隔制御されてよい。図３０及び図３１は、クレードル３５８に搭載されたツール３６０の１つの実施形態を示す。ツール３６０は、ハンドル３６６と、オンインテグラルバッテリ３９６と、ツール本体３６８とを有するハンドヘルド型ツールガンで作られている。ツール３６０は、図示にあるように、鉄筋５２、５４、又は交差部５６に係合するためのジョーを含んだエンドエフェクタ３０４を含む。それらのジョーは、鉄筋交差部５６が嵌まる凹領域３７４を見せて、広がっている。図３２は、代替的なツール３６０を示す。
【００６１】
アセンブリ１０とエンドエフェクタを用いて鉄筋を結束又はクリップできる実施形態では、鉄筋表面を、エンドエフェクタとの接触による損傷から保護する特徴を含めるようにすることが有益である。そのために、様々な態様では、ツールエンドエフェクタ−鉄筋間インターフェース脚３７０が設けられて、これがエンドエフェクタ３０４よりも前に鉄筋５２又は５４に係合し、フレックスプレート２０８、２１０がもたらす受動的アライメント特徴に不整合力を伝達てよい。
【００６２】
図３３に、ツールエンドエフェクタ−鉄筋間インターフェース脚３７０の１つの実施形態を示す。図３４〜図３６に、インターフェース脚３７０´の代替的実施形態を示す。各実施形態において、インターフェース脚３７０又は３７０´は、任意選択的に、ツール３６０の端部に取り付けられてよく、そして、鋭い縁がなく、中実で滑りやすい軟質プラスチック材料で構成されてよく、鉄筋エポキシコーティングを損傷から保護し、インターフェース脚が予期せぬ形状に引っかかってしまうことが防止されてよい。インターフェース脚３７０又は３７０´は夫々、鉄筋５２又は５４と係合するように構成された、傾斜部３７２又は３７２´と、凹部３７４及び３７４´とを含んでいる。凹部は、中央よりも外側の方で広くなっているので、鉄筋が凹部３７４又は３７４´と正確に揃わない場合に、インターフェース脚３７０又は３７０´が位置を調整できる。傾斜部３７２又は３７２´は、鉄筋を凹部３７４又は３７４´へと滑らせるか、又は、エンドエフェクタ機構を鉄筋の周囲で撓ませることで（少なくとも一部は、フレックスプレート２０８、２１０により可能である）鉄筋コーティングを保護する。図３４〜図３６に示す実施形態は、２つの交差した凹部３７４´を含んでおり、小さい範囲の鉄筋サイズ（例えば＃５及び＃６）を、これよりも大きなサイズの小さな隙間によって受容する。インターフェース脚３７０´が鉄筋交差部５６とより十分に係合すると、凹部の幅が徐々に減少するので、ワイヤ結束ガン３６０が交差部５６上で徐々にセンタリングされる。任意選択的に幾つかの相互交換可能なバージョンのインターフェース脚３７０、３７０´が制作されてよく、特定の鉄筋マット５０の特定の鉄筋サイズ、マット高さ、及び形状の変化に適合することができる。
【００６３】
ワイヤ結束ガンクレードル３５８は、力フィードバック安全センサ設備を含んでよい。力フィードバックセンサが、フレーム３０２とクレードル３５８の間に配置されるか、コネクタ３６４の内部に配置されてよく、超過力限界（over-force-limit）動作停止保護を実行する動作制御ソフトウェアにリアルタイム信号を提供して、未確認障害物への衝突による損傷を防止し、現場条件におけるシステム信頼性を向上させる。力フィードバックセンサは、市販されている任意の適切なセンサで十分であろう。
【００６４】
［遠隔コントローラ］
現場オペレータは、任意の適切な市販の又は特別に設計されたコントローラ３８０を使用して、アセンブリ１０及びサブアセンブリ１００、２００、３００を遠隔制御してよく、例えば、コントローラ３８０は、屋外用、産業用、及び建築用の無線コントローラの広範な市場から選択された安全定格無線コントローラである。図３７に例示的なコントローラ３８０を示す。コントローラ３８０は、ガントリとキャリアサブアセンブリの動作を制御するためのハンドグリップ３９２及び複数のジョイスティック３８４と、エンドエフェクタ及びツールへの電力に目的の制御をするためのトグルスイッチ３９０とを含む。コンピュータにより中継されたデータ又はその他の情報表示するためのスクリーン３９４を設けてよい。コントローラ３８０は、モード選択ノブ３９１によって、任意のサブアセンブリの限定された手動制御をトリガするために、又は、アセンブリ１０の自動動作を生じさせるために使用されてよい。アセンブリは、緊急停止ボタン３９３を起動させることにより急停止されてよい。
【００６５】
コントローラ３８０は、非テザリング式（つまり無線式）又はバッテリ駆動式であってよい。コントローラ３８０は、遠隔緊急停止機能、手動ロボットモード制御（つまり、手動又は自動モード）、手動式軸ジョグ制御（つまり、３軸ジョイスティック（図示せず））を含んでよく、また、操作を容易化するために人間可読なステータス及び他のメッセージを表示する能力を有してよい。加えて、図３８に示すような別個の遠隔緊急停止コントローラ３８２が、オペレータや監督者のような作業現場の２次労働者により操作されてよい。緊急停止コントローラ３８２は、アンテナ３８８と、１つの緊急停止押しボタン３８６と、本体及びハンドグリップの組合せ３７８とを含んでよい。
【００６６】
電子機器ボックス１６０又は２０４の一方の上にあるアンテナ２８２（例えば、図４を参照）が、コントローラ３８０、３８２との間で信号を送受信する。アンテナ２８２は、一方又は両方のコンピュータ１９０、２１４に配線されており、コントローラ３８０から手動制御信号を、コントローラ３８２から動作停止信号を読み出し、応答して、更に、人間可読な形式で画面３９４に表示する状態データをコントローラ３８０に返信する。
【００６７】
［ソフトウェアシステム］
様々な態様において、自律アセンブリ１０は、アセンブリとサブアセンブリの機能を動作制御するためのソフトウェアシステムを含んでよい。図３９を参照すると、本システムソフトウェアによって実行される４つの主要機能：知覚、モデリング、計画、及び実行、がある。知覚機能：その幾つかの特徴は、立体カメラ３４２のような知覚センサに関連して上述されており、カメラ３４２を介して鉄筋マット５０（又は、その他の対象の作業現場）を知覚する。マットを検出し、関連のグリッドを特定し、鉄筋交差部５６の場所を特定するために、カメラからコンピュータ２１４に画像が送信される。関連するグリッドは、前景（foreground）をセグメント化するステップと、グリッドの向きを検出するステップと、交差部を検出するステップの３つのステップで特定される。更に知覚システムは、鉄筋マットに障害物がある場合には、グリッドの上方又は下方の障害物を検出し、障害物の場所を特定することによりこれを知覚する。
【００６８】
モデリング機能は、知覚した交差部と障害物位置のデータを保存することにより鉄筋マップのモデルを維持し、アセンブリが移動してより多くの画像が処理されるに従って、交差部５６の位置を含んだ、鉄筋、又は作業現場のグリッドマップが構成されてゆく。検出した障害物の位置も、発展中のグリッドマップに保存される。
【００６９】
計画機能は、自律機能（autonomous functions）と安全機能を含む。自律機能は、第１、第２、及び第３経路に沿った３本の運動軸を座標化するステップを含む。３つのサブアセンブリの周期的又は連続的な安全モニタリングによって、ペイロードモニタモジュールが、エンドエフェクタの経路において交差部５６にて障害物が検出されたというような、安全でないと考えられる状況に応答して、ツールを使用するために動作を完全に中止したり、又は少なくとも交差部５６をスキップしたりすることが可能になる。実行機能は、人間操作遠隔コントローラ３８０とのインターフェースと、ガントリ、キャリア、ツール起動の３つの主軸の動作制御とを含み、自律機能は、軸動作の座標化と、鉄筋交差部５６の係合とを含み、安全機能は、緊急停止機構と、ウォッチドッグタイマと、連続的な組み込み試験（built-in-testing）と、各々のサブアセンブリユニットの監視とを含んでいる。組み込み試験は、全ての通信特徴が機能しており、特定の物理接続が完全ことをチェックすることにより、安全機能を提供する。
【００７０】
動作制御機能は、様々な実施形態においては約７００フィート以上までの移動距離にわたる、非直線状の長さ方向ガントリ軸経路（つまり、第１経路）を通して動作制御精度を維持する。アセンブリ１０に設けられた知覚システムソフトウェアは、システム信頼性を向上させるために用いられてよく、交差部検出を向上し、マット５０内の障害物により妨害された交差部を検出及び排除し、互いに近接しすぎているためにインターフェース脚３７０又は３７０´と適切に係合しない交差部５６を検出及び排除する。加えて、このソフトウェアは、システム生産性を向上させる特徴を含んでよく、必要に応じて、動作制御ステップ・アンド・セトル速度を制御して、作業面条件に応答してリアルタイムで速度を上げる。ダブルラスタ（double-raster）動作計画アルゴリズムは、デュアル立体カメラセンサを用いて可能とされて、様々な実施形態に含まれてよく、アセンブリ動作の生産性及び信頼性に寄与する。
【００７１】
そのソフトウェアは、初期込み合い領域安全機能（incipient crowded field safety functions）を組み込んでよく、例えば、ツールアクチュエータ軸でのリアルタイムの力フィードバックを用いて、エンドエフェクタで付加される力を制限して、先端安全の危険要素を排除し、デュアルウォッチドッグタイマを与えて、キャリアサブアセンブリ２００のマスタコンピュータ２１６、ガントリスレーブコンピュータ１９０、又はこれらの間の通信リンクの任意のソフトウェア又はハードウェア障害が、アセンブリ１０の緊急停止をトリガすることを確実にする。近接センサが、ガントリ軸サブアセンブリ１００とキャリア軸サブアセンブリ２００の動作停止応答、並びに、任意の動作の周囲のビデオのインシデントカメラロギング又は緊急停止障害イベントをもとにして組み込まれてよい。
【００７２】
図４０に、アセンブリ１０を動作させるソフトウェアアーキテクチャについてのより詳細な概要を示す。このソフトウェアは、互いにデータを通信、即ち送受信する多数のモジュールで構成されている。ナビゲーションインフラストラクチャシステムの中心はスーパーバイザ４００であり、これは様々なソースからデータを受信して種々のモジュールに送るインターセクションとして機能する。スーパーバイザ４００は、様々なモジュール間でアクションを調整し、アセンブリ全体の状態を維持する。ナビゲーションインフラストラクチャは、位置追跡モジュール４０８を含んでおり、当該モジュールは、電流変換ネットワークを維持して、アセンブリ１０の構成要素が所与の時間にどこにあるかを様々な位置ソースからのフィードバックに基づいて報告する。位置追跡モジュール４０８は、ガントリ従動ホイール１５２やキャリア従動ホイール２５４のような様々な位置ソースから、そして鉄筋グリッドマップモジュール４１０からデータを受信する。従動ホイール１５２からのフィードバックは、従動ホイールフィードバックにより提供された絶対位置と合うように、駆動ホイール１５０の位置を修正するためのデータを提供する。
【００７３】
知覚サブシステムモジュール４１４は、立体カメラモジュール４０６からデータを受信して、そのデータを交差部位置決定モジュール４１２に通信する。交差部位置決定モジュール４１２は、交差部の存在を検出し、その情報（つまり、特定の位置での鉄筋交差部５６の有無）をグリッドマップモジュール４１０に報告する。様々な態様における知覚サブシステムの主たる目標は、グリッドマップ上で鉄筋交差部を認識し、それらの位置特定することである。
【００７４】
使用時には、立体カメラ３４２の各々は、カメラ下の視野２９０、２９２内の画像を同時に取り込み、この画像データをビデオプロセッサを介して送信する。ビデオプロセッサは、画像の特徴を特定し、２つの画像間の距離と、カメラと画像中の特徴が先の画像からどれだけ移動したかとを決定する。そのソフトウェアは、データに三角測量を施し、対象位置及びその周囲の３次元（３Ｄ）ビューを提供する。この３Ｄ画像は、レンジ分割（range segmentation）を用いて処理される。即ち、ソフトウェアは、予め選択された平面内で、画像を又は空間内の点を「見て」、この範囲の外にある全ての特徴をキャンセルする。この予め選択された範囲内の画像は、鉄筋交差部５６のような、特定の作業位置の特徴を特定するために２次元画像に平坦化される。
【００７５】
この計算は、ハフ変換アルゴリズム、好ましくはハフ線変換アルゴリズムを用いて行われる。ハフ変換は当業者に周知であって、ポール・ハフ（Ｐａｕｌ  Ｈｏｕｇｈ）による著作（米国特許第３，０６９，６５４号を参照）に由来しており、任意形状の位置を特定するべく発展されており（Ｄｕｄａ，  Ｒ．  Ｏ及びＰ．  Ｅ．  Ｈａｒｔ著  “Ｕｓｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｈｏｕｇｈ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔ  Ｌｉｎｅｓ  ａｎｄ  Ｃｕｒｖｅｓ  ｉｎ  Ｐｉｃｔｕｒｅｓ，”  Ｃｏｍｍ．  ＡＣＭ，  Ｖｏｌ．１５，  ｐｐ．１１−１５  （Ｊａｎｕａｒｙ，  １９７２）を参照）、後にコンピュータビジョンに適用されている（Ｄ．Ｈ．  Ｂａｌｌａｒｄ，  “Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｈｏｕｇｈ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  ｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔ  Ａｒｂｉｔｒａｒｙ  Ｓｈａｐｅｓ”，  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，  Ｖｏｌ．  １３，  Ｎｏ．２，  ｐ．１１１−１２２，  １９８１を参照）。大まかに述べると、これは、画像分析、コンピュータビジョン、及びデジタル画像処理において用いられる特徴抽出技術である。この技術は、ソフトウェアメモリに記憶されている予め選択された特定クラスの形状内で、オブジェクトの不完全インスタンスを、投票手続（voting procedure）を用いて見つける。投票手続は、予め選択された空間範囲内で実行され、この空間範囲内からオブジェクト候補が、ハフ変換を計算するアルゴリズムにより明確に構成された所謂アキュムレータ空間内の極大として得られる。
【００７６】
様々な態様では、ハフ変換は、知覚された画像内の最も有力な線を判定し、画像内でこれらの線が交差する位置を特定するために用いられてよい。つぶれた画像（collapsed image）内の交差位置に鉄筋が存在するかどうか、チェックがなされる。次のステップで、特定領域内の交差部に十分な数の独立した同一性が存在していたかどうかについて投票を行われて、その後、交差位置が報告される。
【００７７】
直線ハフ変換アルゴリズムは、アキュムレータと呼ばれる２次元アレイを用いて、ｒ＝ｘｃｏｓθ＋ｙｓｉｎθで表される線の存在を検出する。アキュムレータの次元は、ペア（ｒ，θ）の量子化値ｒ及びθを踏まえると、未知のパラメータの数（つまり２）と等しい。（ｘ，ｙ）とその付近における各々の画素について、ハフ変換アルゴリズムは、その画素に、直線の十分な証拠があるかどうかを判定する。証拠がある場合、その線のパラメータ（ｒ，θ）を計算し、次に、このパラメータが分類されるアキュムレータのビンを探し、そのビンの値を増分する。値が最も大きいビンを見つけることで、一般にはアキュムレータ空間内の極大を見つけることで、最も有力な線を抽出して、その（おおよその）幾何学的な定義を読み取ることができる。これらのピークを見つける最も簡単な方法は、何らかの形態の閾値を適用する、例えば、どの線が何本見つかったかを決定することによる。戻された線は、長さ情報を含んでいないことから、多くの場合、次のステップで、画像のどの部分がどの線と合致するかを見つけることが必要である。直線ハフ変換の最終結果は、アキュムレータと類似した２次元アレイ（マトリックス）となる。マトリックスの１次元は量子化された角度θであり、もう一つの次元は量子化された距離ｒである。マトリックスの各要素は、量子化されたパラメータ（ｒ，θ）で表される線に位置するポイント又は画素の合計と等しい値である。故に、最も高い値を持つ要素は、入力された画像中で最も表された直線を示す。
【００７８】
直線ハフ変換の最終結果は、アキュムレータに類似した２次元アレイ（マトリックス）であって、このマトリックスの１次元は、量子化された角度θであり、別の次元は量子化された距離ｒである。マトリックスの各要素は、量子化されたパラメータ（ｒ，θ）で表される線上のポイント又は画素の合計と等しい値を有する。故に、最も高い値を持つ要素は、入力された画像内で最も表された直線を示す。円、楕円、その他の形状についての計算も文献から周知である。Ｄｕｄａ  ａｎｄ  Ｈａｒｔ，Ｃｏｍｍ．ＡＣＭ（１９７２）ｓｕｐｒａを参照されたい。カメラ画像データは、コンピュータ２１４に送られる。コンピュータ２１４には、ハフ及びその他の適切なコンピュータビジョン処理アルゴリズムを実行するモジュールを含んだ知覚システムソフトウェアが実装されている。
【００７９】
１つの例示的な方法としてハフ変換を説明したが、当業者は、その他のアルゴリズムを用いて３次元データから交差部を特定し、その位置を決定できることを理解するだろう。
【００８０】
知覚サブシステムは、マルチセンス（multi-sense）データを用いて生成された画像の視差（disparities）を検出し、それら画像を３次元ポイントのクラウドに変換する。生成されたポイントのクラウドをセグメント化して、鉄筋マット５０を周囲の環境から別離することができる。上で述べたハフ変換は、交差位置を決定するために、閾値ポイントのクラウドのつぶれた表示（collapsed representation）に対して実行される。知覚サブシステムは、生成された信頼値と実際の鉄筋の位置を表す画像とに基づいて交差部を確証する。知覚サブシステムにより検出された交差部の位置は、鉄筋グリッドマップモジュール４１０に報告され、鉄筋交差部５６の最新で更新中のマップに追加される。
【００８１】
グリッドマップは、動的データ構造であって、画像データが受信及び分析されると、情報がグリッドマップに追加及び記憶される。グリッドマップは、モジュール４０６から知覚サブシステム４１４に通信された、立体カメラ３４２の視野内における、結束済み及び未結束の全ての交差部５６の位置のリストを維持する。図４１を参照すると、フローチャートがグリッドマップを作成する１つの方法を示している。当業者であれば、エンドエフェクタ機能について対象ポイントを追跡するべく、知覚構造マップを用いて繰り返し適用される別の方法が存在しており、プログラムできることを理解するだろう。開始時には、手作業で結束された交差部と多くの未結束の交差部とがあるだろう。カメラ３４２はＸ軸に沿ってスイープして、鉄筋画像を長さ方向に捉えて、データポイントを収集する。二重の結束を避けるために、カラー知覚センサは結束済みの交差部を特定してよい。しかしながら、所々の交差部を二重結束することは許容される。ポイント又は交差リストが空である場合には、カメラは、横方向鉄筋５４の方向にＹ軸に沿って増分的に鉄筋画像を撮影するよう命令されるだろう。この工程中に、知覚サブシステムは、知覚したポイントをポイントリストに追加する。最初のカメラ通過は、グリッドマップモジュール４１０のポイントリストのシードを設定する役割を持つ。
【００８２】
知覚サブシステム４１４は更に、ポイントクラウドセグメンテーション技術を用いて画像の視差を検出し、画像データを解釈して、対象ポイントを予め選択したフィールド内の所望の面に限定し、画像空間を圧縮して最大化する。観測された視差データは、障害物位置決定モジュール４１６へ通信され、このモジュールはこのデータを用いて、交差部における、又は３つの経路若しくは移動軸の何れかにおける有力な障害物の存在を計算する。障害物位置データは、マップを新しいグリッドデータで更新するために、鉄筋マップグリッドモジュール４１０に通信される。交差位置とグリッドマップ作成のために生成されたデータとは位置追跡サブシステム４０８に通信される。鉄筋グリッドマップモジュール４１０からのデータはスーパーバイザ４００に通信され、必要に応じて他のモジュールへ転送される。障害物を検出するために、本システムは、実際に観測され計算された鉄筋位置上で交差部が置かれると予測される位置を特定する。交差部を検証するために最新画像が通信されるが、この最新画像が予測される鉄筋交差部の画像と合致しない場合、システムはこの予期しない画像を障害物であると判断する。判断された障害物の存在は、スーパーバイザ４００により協調動作制御モジュール４２０へ通信される。
【００８３】
スーパーバイザモジュール４００は、計画生成器モジュール４１９の経路計画機能を起動させる。計画生成器は、ポイントＡ又はポイントＢに到達しなければならないような計画を生成する役割をし、当該計画は、その後、障害物のような要因を評価することで改良される。計画生成器４１８は、スーパーバイザ４００からグリッドマップに関するデータを受信し、サブアセンブリ動作軸が行く場所を決定する。計画生成器は、スーパーバイザ４００を通じて位置追跡モジュール４０８を介して受信したグリッドマップモジュールからのデータを確認して、例えば、次の交差部５６を探し、そこに障害物があるかどうかを問う。交差部５６が存在し、障害物がない場合には、計画生成器モジュール４１９は、協調動作制御モジュール４２０にグリッドマップ上の次の交差位置へ進むための経路計画を送信する。
【００８４】
グリッドマップ内の複数のポイントを一続きにするための１つのアプローチは、グリッドマップ内のポイントリストが空でない場合である。リストが、結束する必要がある交差部を定義するデータポイントを含んでいる場合、システムは、例えばグリッドの最下列の（そして、黙示的に、実際の鉄筋マット５０上である）最左ポイントまで進んでいるグリッドマップを読み出す。このポイントは、最下のＹ軸位置を持つ列の最下のＸ軸位置を持つポイントであって、最も近い鉄筋交差部５６に対応しているはずである。全ての移動はＺ軸の上端で起こるため、そのポイントは、エンドエフェクタ３０４をＺ軸に沿った適切な位置へ下げることを意味する。ここで、エンドエフェクタ３０４は、結束スプール３７６のタイ（tie）をツールのジョーの開口内に配置するようにトリガされ、これにより、交差部の上にジョーが配置され、交差部が結束される。交差部が結束されたら、エンドエフェクタをＺ軸の高い位置へ持ち上げ、交差部が結束されたばかりのポイントをグリッドマップのポイントリストから除去する。計画生成器は、グリッドマップリストをチェックし、リストが空であるかを問う。空でない場合には、次のポイント（ここでも、ポイントリスト上のＸ／Ｙ位置の最下）が結束される。ポイントリストが空の場合は、既に述べたように、グリッドマップ内の交差ポイントリストにデータを追加するために、カメラがＸ軸とＹ軸に沿ってスイープを行うように向けられる。
【００８５】
協調動作制御モジュール４２０は、複数の軸の状態を監視し、障害が発生した場合にはスーパーバイザ４００に報告する。協調動作制御モジュール４２０は、計画生成器モジュール４１８から複数のポイントとして協調動作制御モジュール４２０に送られた動作計画を実行する。協調動作制御モジュール４２０は、位置追跡モジュール４０８からのデータを受信して、３つのＸ、Ｙ、Ｚ軸の現在の位置（長さ方向で通常非直線の第１経路に沿ったトラス位置、横方向の略水平な第２経路に沿ったキャリッジ位置、垂直な第３経路に沿ったツール位置）を計算し、次にグリッドマップ上のどこに行くかを判断し、各軸が次の計画位置に到達するために移動すべき距離を計算する。
【００８６】
位置追跡モジュール４０８がチェックされて、３つの軸があるべき位置にあることを確認して、最新の位置データに基づいて調整が行われた後、計画された次の交差部５６に到達するために各軸が夫々の経路に沿って移動すべき距離が（もしあれば）、軸動作モニタ４２２、４２４、４２６、４２８に送られ、次にこれらを介して軸制御及びフィードバックモジュール４３２、４３４、４３６、４３８、４４０に送られる。各軸動作モニタは、協調動作制御モジュール４２０からの動作命令を、駆動モータ付近の動作制御増幅器２４０に繋がれた軸制御モジュール及びフィードバックモジュールに送る。そのソフトウェアは、動作制御増幅器に、１つ以上の駆動モータ１８４、２２６に送られた電流を変換するよう命令する。更に、ツールインターフェースモジュール４３０も設けられており、ツールフィードバックモジュール４３２からフィードバックデータを受信し、その情報をスーパーバイザ４００に戻す。スーパーバイザ４００は、例えば結束ガン又はクリップガンインターフェースのようなツールインターフェースに、結束／クリップする、又は結束／クリップしないように命令する。或いは、協調制御モジュール４２０は、ポイント動作によってこの機能を実行してよい。
【００８７】
スーパーバイザ４００は、データ送信のためにブリッジインターフェース４４２に更に接続しており、当該インターフェースは、遠隔コントローラ４４４からデータを受信する。ペイロードモニタ４４６が接続されて、ウォッチドッグタイマ４４８にデータ送信し、更にスーパーバイザ４００に返送する。ペイロードモニタはパルスを送信し、ウォッチドッグタイマ４４８は、当該パルスを待っている。ウォッチドッグタイマ４４８は、パルスを受信しない場合、動作制御増幅器への電力を短時間（例えば、１００ミリ秒未満）内で遮断する。従って、ウォッチドッグタイマはシステムソフトウェアを注視し、ソフトウェア障害が生じた場合にシステムを「助ける」べく機能する。
【００８８】
ペイロードモニタモジュール４４６は、アセンブリ１０の全体的な調子及びステータスを監視し、エラーや障害をスーパーバイザモジュール４００に報告する。ペイロードモニタモジュール４４６は、パルス信号をスーパーバイザ４００に送信することにより機能してよく、スーパーバイザ４００はパルス信号を他の構成要素のモジュールに送信して、これらの構成要素が機能しているかどうか判定する。機能している構成要素は、スーパーバイザに返信信号を送信する。障害のある構成要素は返信信号を送信しない。返信信号の受信に障害が生じた場合には、動作制御システムへの電力が遮断される。
【００８９】
知覚モジュールは、知覚センサ３４０からの画像を取り込み、そこからポイントグラウド形態の３次元画像を抽出する。ポイントクラウドは、その後セグメント化されて、鉄筋グリッドの平面中のポイントだけが選択される。セグメント化されたポイントクラウドは、交差部４１２を検出及び位置決定し、更に、所与の知覚センサ画像フレームからの他の物体（例えば障害物４１６）を検出及び位置決定するために用いられる。
【００９０】
様々な態様では、交差部を検出する第２の方法が追加されてよい。この特徴により、特定の交差部の２要因評価、誤検知交差部の低減、システム信頼性の向上が可能になる。マット内障害物検出機能が与えられて、交差部の方向には障害物がないが、マット内障害物に近過ぎる交差部が回避されてよい。知覚ソフトウェアは、互いに接近し過ぎた交差部を評価及び回避し、ツールインターフェース脚３７０又は３７０´を効果的にブロックする。作業中のマット内での鉄筋の小さな動き（ロボット又は作業員の動作による）に対するシステムのロバスト性を向上させるために、本ソフトウェアは、交差部移動後における交差位置の正確性を維持するために、古い検出よりもより最近の交差部検出を優先させるように設計されてよい。
【００９１】
鉄筋マット５０の知覚は、色知覚センサ３４０に、信頼性と精度がより高い交差部５６の特定及び位置決定を実現させてよい。例えば、カラーセンサを用いることで、結束済の交差部をワイヤータイの色に基づいて検出できるようになる。鉄筋マット５０の平面方向パラメータに、知覚センサ３４０の自動検出及びリアルタイム調整が適用されてよく、上ぞりしたマット上でのロバストな交差部検出を可能にする。知覚システムは、エンドエフェクターから立体カメラのキャリブレーションを迅速に実行し、現場におけるツール交換間のロバストで生産性のある動作を確保する。夜間、非常に曇った日などの暗闇の中で交差部を効果的に知覚できるように、或いはトンネル内やその他の自然光が遮られるエリアで使用するために、動的な照明制御がなされてよい。
【００９２】
ガントリステアリングモデルが用いられて、スクリードレール５８の直近の湾曲を密接に追従するように、ガントリ脚１０４の駆動速度が調整されてよい。ガントリサブアセンブリ１００の各側は、独立駆動されてよい。これは、各レール５８の相対曲率を検出するレール追従センサ（図示にはないが、任意選択的に従動ホイール１５２に配置される）により命令されてよい。加えて又は代替的に、レール５８又はその他のマーカの曲線の前方画像を提供するために、ガントリサブアセンブリ１００の前方に向いたカメラが設けられてよい。前方画像データは、スーパーバイザ４００に報告され、計画生成器モジュール４１８と連携して、モジュール４３８、４４０を介した駆動モータ１８４への動作制御命令を調整して、各駆動モータ１８４への種々の動作をもたらす。カーブの外側におけるトラス１０２の一方の側での駆動ホイール１５０の移動距離は、カーブの内側におけるトラス１０２の他方の側での駆動ホイール１５０の移動距離よりも長い。ソフトウェアは、鉄筋ラインとレールラインとの間の差を認識して、レールの曲率を正確に特定し計算するように記述されている。
【００９３】
或いは、脚１０４に、又は、トラス１０２或いは支持フレーム１０６の前方に向いた部分に飛行時間カメラが搭載されてよく、レーザパルスを送出し、フィードバックを受信し、スーパーバイザ４００にデータを送って、上述したように動作制御命令が調整される。
【００９４】
別の代替的な実施形態では、知覚センサ３４０を用いてレール曲率が実測されてよい。立体カメラ３４２のようなセンサ３４０が、それらの視野内の画像を知覚サブシステムモジュール４１４に送ると、知覚サブシステムモジュール４１４が上述のアルゴリズムを用いて視野内の線と角度を特定し、長さ方向の鉄筋５２のラインについてこれらの画像をグリッドマップデータと比較する。小さい増分で移動している場合、変化する曲率が測定できる。鉄筋はスクリードレールに追従しており、長さ方向鉄筋の曲率はスクリードレール５８の曲率に近いと仮定されてよい。これらの変化が用いられて、動作制御サブシステムモジュールから駆動モータ１８４、及びガントリ脚１０４の駆動ホイールへの動作命令を調整することができる。全地球測位システム（ＧＰＳ）ユニットを採用して、鉄筋に対するガントリトラスの位置が調整されてよい。
【００９５】
ツール位置追跡機能は、多くの態様において、例えばモジュール４０４を介した、従動エンコーダフィードバックに基づく自動スリップ修正を含んでよい。ＧＰＳセンサフィードバックが、様々な態様において組み込まれて、ソフトウェア再起動動作（つまり、シフト変更）の前と後でのグリッドマップ位置間の相関が維持されてよい。これらセンサの入力の全ては、位置追跡フィルタモジュール４０８を介してグリッドマップに集められる。
【００９６】
アセンブリの安全性は、ガントリ軸及びキャリア軸でデュアルウォッチドッグ安全タイマを実施することで高められてよい。安全タイマの各々は、コンピュータ１９０、２１４により頻繁にリセットされる。コンピュータハードウェア、ソフトウェア、又はデータ通信リンクが何らかの理由で故障と、ウォッチドッグタイマがロボット動作コントローラから電力を解除して、望ましくない動作を阻止する。この二重の予防措置によって安全な動作が確保されることで、ガントリ軸とキャリア軸の間の無線イーサネットデータリンクが可能になり、ダイナミックケーブル信頼性（例えば、間欠的な短絡）の危険が排除される。
【００９７】
本ソフトウェアの故障対処機能は、調子及びステータスのモニタ機能を向上させることで、任意選択的に拡張されてよい。追加の起動ハードウェアチェック、動作パフォーマンスチェック、ユーザ起動ステータスチェックを実施して、欠陥のあるハードウェア、接続、又はサブシステムを迅速に特定及び位置決定することで、現場でのエラー状態に対する信頼性の高いトラブルシューティングが促進される。
【００９８】
図４５に、システムの機能的なフローを概略的に示す。アセンブリの電源がオンされた後、ペイロードモニタモジュール４４６による全てのアセンブリ構成要素の調子及びステータスの監視が開始し、アセンブリの動作中にわたって継続する。開始時には、ハードウェアの較正と、鉄筋マットの知覚と、サブアセンブリ軸の位置の追跡とが行われる。或いは、まずグリッドマップが初期化されて、図４４で概要を述べた初期化手順を実施して、鉄筋グリッドマップのポイントリストを生成する必要があるかも知れない。マップに十分にデータが蓄積されて開始の準備ができたら、サブアセンブリ軸の位置が追跡される。各ケースにおいて、上で述べた様々なシステムモジュールは、自動結束機能を実施するべく３つの軸及び関連する構成要素を配置するために用いられている。結束機能は、作業員によって監視され、当該作業員は、遠隔コントローラを携帯し、軸の再配置の命令を含む任意の動作を停止及び再開できる技量を持っている。
【００９９】
アセンブリ１０とその自律動作を制御するために使用されるソフトウェアシステムが、以下の動作において使用されてよい。ステップ１では、現場の作業員がスクリードレール５８を敷設し、長さ方向鉄筋５２と横方向鉄筋５４を備えた底鉄筋マット５０を配置する。作業員は、鉄筋重複交差部を含む交差部５６の約１０％を手作業で結束する。ステップ２では、アセンブリ１０が建設現場に搬送され、設置される。通常、アセンブリ１０は、セグメントの状態で建設現場に到着し、それらセグメントは、作業現場の一端（例えば、道路デッキ）でクレーンで吊り上げられて、アセンブリオペレータの監督の下、作業員によって手作業で組み立てられるであろう。道路デッキ上のトラス１０２の高さの調整は、脚１０４及び支持フレーム１０６上のブラケット１０８の位置を調整することで行われる。トラス１０２の幅も、手動で調整され、ツールアクチュエータ軸サブアセンブリ３００が道路デッキ面上の障害物に全くぶつかることなく引き込み位置にある状態で、キャリッジ２０２がマット５０の全幅を横断できるように、必要な数のトラスモジュール１１８が揃えられる。
【０１００】
ステップ３では、アセンブリ１０が、底マット５０層を結束する。アセンブリオペレータは、マット５０でのアセンブリ１０の初期化を行い、次に、連続的又は断続的な結束作業を開始する。オペレータは、まずガントリ軸とキャリア軸を遠隔制御でマット５０の開始部分に配置することでアセンブリ１０の初期化を行う。オペレータは次に、マット５０と適切な力で十分係合させるべく、ツールアクチュエータ軸のストロークを手作業で検証又は調整し、所望のストロークを設定する。
【０１０１】
オペレータは、最初の自動追尾（homing）サイクルをトリガして、自律システムは、知覚センサ３４０をマット５０の狭いエリアにわたって縦横に動かし、自律システムの運動軸に対するマットパターンを確立させる。
【０１０２】
アセンブリ１０とシステムをマット５０について初期化した後に、オペレータは連続した結束動作を開始する。アセンブリ１０は、知覚センサ３４０を利用して、到達可能な鉄筋交差部５６を結束のために検出及び位置決定する。アセンブリ１０は、ガントリ軸サブアセンブリ１００とキャリア軸サブアセンブリ２００を移動させて、到達可能な交差部５６上にエンドエフェクタ３０４を配置する。アセンブリ１０は、アクチュエータ軸フレーム３０２及び取り付けられたツールを伸ばして、エンドエフェクタ３０４を鉄筋交差部５６に係合させ、交差部５６を結束する。この工程中にエラーが検出された場合には、オペレータにエラーが報告される。このようにすることで、アセンブリ１０は、全ての到達可能な交差部を結束しつつ、橋梁デッキにわたってキャリア軸を進める。横キャリア軸（例えば、キャリッジ２０２）が終端に到達すると、長さ方向ガントリ軸（例えば、駆動ホイール１５０が脚１０４、そしてトラス１０２を動かす）が次の横方向鉄筋５４の列へ前に進み、キャリア軸（例えば、キャリッジ２０２）が、作業現場を逆に横切って交差部５６に進み、横キャリア軸が、タイが必要であって、結束動作を妨害しそうな障害物がない次の交差部へ増分的に移動すると、ツール作業軸（例えば、ハウジング３０８、フレーム３０２、ツール３６０）は、各交差部５６へと、或いは、各交差部５６から離れるように下降又は上昇して、結束又は他のツール機能を実行する。
【０１０３】
結束動作中に、アセンブリオペレータは、アセンブリ１０の後ろから安全な距離を空けてついて歩き、アセンブリが到達できないとわかった交差部５６を手作業で結束する。オペレータは、遠隔コントローラ３８０又は３８２を使って結束動作をいつでも一時停止又は停止できる。オペレータは、結束動作を定期的に一時停止し、結束ワイヤスプール３７６を再充填してよい。アセンブリ１０が底マットの結束を完了して道路デッキの遠端に到達したら、オペレータはアセンブリ１０の電源を落とす。
【０１０４】
ステップ４では、現場の作業員が上層の鉄筋マット５０を配置し、重複交差部を含む交差部５６の１０％を結束する。ステップ５では、オペレータがアセンブリの電源を入れ、アセンブリ１０を上側マット５０に初期化し、連続結束動作を開始し、ステップ３を反復する。最終ステップでは、現場の作業員が、アセンブリオペレータの監視の下でアセンブリ１０を分解し、サブアセンブリ構成要素を搬送のためにしっかり固定する。
【０１０５】
まとめると、様々なサブアセンブリが製造されて、個別に販売されてよく、様々な態様において他のアセンブリと共に使用されてよい。様々なサブアセンブリは、それ故に以下のように特徴付けられ得る。
【０１０６】
ガントリサブアセンブリは、使用時に、作業現場の選択された部分に横方向にかかり、第１端部及び第２端部を有しているブリッジ部材と、ブリッジ部材の第１及び第２端部の各々にあって、各々が上端部及び下端部を有する少なくとも１本、好ましくは１対の脚と、作業現場の選択された部分の経路に沿ってアセンブリを移動させる駆動システムと、駆動システムを制御する自律制御システムと、を備えるアセンブリとして記述されてよい。ガントリアセンブリ制御システムは、知覚サブシステム、動作計画サブシステム、及び動作制御サブシステムを備えてよい。ガントリアセンブリ制御システムは、有線又は無線通信の少なくとも何れかと、制御とを行うために駆動システムに動作可能に接続されたコンピュータを更に備えてよい。
【０１０７】
ガントリアセンブリは、立体視カメラのような知覚センサを更に含んでよく、当該知覚センサは、制御システムとの有線又は無線の少なくとも何れかでの通信のために接続されており、画像を撮影し、知覚サブシステムで処理するためにこの画像を制御システムに通信するように配置されている。知覚サブシステムは、知覚センサが送った画像から経路の方向を計算し、この方向を動作計画サブシステムに送ると、動作計画サブシステムは、この方向と、駆動システムの移動量及び移動速度とを含む移動命令を計算して送って、計算された移動命令は、駆動モータを制御することで実施される。ガントリアセンブリは更に、ブリッジ部材の第１、第２端部の何れか一方に配置された少なくとも１つの支持フレームを含んでいる。少なくとも１つの支持フレームは、１本又は１対の脚に調整可能に取り付けられており、支持フレームの横位置及び高さ位置の一方又は両方は、支持フレームが取り付けられた１対の脚に対して選択的に変更される。ブリッジ部材の高さを１対の脚に対して選択的に変更するために、ブリッジ部材は、各脚に、又は１対の脚の各々に取り付けられてよい。２つの支持フレームが設けられてよく、第１支持フレームは、ブリッジ部材の第１端部に配置され、第２支持フレームはブリッジ部材の第２端部に配置される。第１、第２支持フレームの各々は、支持フレームの横位置及び上昇位置の一方又は両方を支持フレームが取り付けられた脚に対して選択的に変更するために、第１及び第２脚、又は１対の脚に夫々調整可能に取り付けられてよい。ブリッジ部材は、その第１端部にて第１支持フレームに、その第２端部にて第２支持フレームに接続されてよい。ブリッジ部材の各脚又は１対の脚は、その下端部にて駆動システムに動作可能に接続されてよい。駆動システムは、少なくとも１つの駆動モータと、１つの駆動ホイールとを備えてよく、当該駆動ホイールは、各脚又は１対の脚に、そして、少なくとも１つの駆動モータに動作可能に接続されている。２つのブレース部材が設けられてよく、一方のブレース部材は、ブリッジ部材の第１端部で各脚又は１対の脚の各々の下部に堅固に接続され、一方のブレース部材は、ブリッジ部材の第２端部で各脚又は１対の脚の各々の下部に接続されている。少なくとも１つの回転エフェクタが、各脚又は１対の脚の、各ブレース部材と少なくとも１つの駆動ホイールとの間に配置されて、脚の各対に対する各駆動ホイールの回転動作をもたらしてよい。駆動システムは、各ブレース部材に回転可能に接続した従動ホイールと、脚の各対に対する各従動ホイールの回転動作をもたらすために、各ブレース部材と、脚の各対の少なくとも１つの駆動ホイールとの間に配置された少なくとも１つの回転エフェクタと、駆動ホイールの動作パラメータを測定するために各従動ホイールに取り付けられた少なくとも１つのエンコーダと、を更に含んでよい。駆動ホイールと従動ホイールは夫々、選択された作業現場の両側に沿った経路を使用時において画定するレール上を移動するように構成されてよい。或いは、駆動ホイールと従動ホイールは夫々、グラウンド上を移動するように構成されてよい。移動経路は、直線状及び非直線状の一方又は両方であってよい。遠隔コントローラが設けられて、自律制御システムに無線通信して、ブリッジ部材駆動モータ及び制御システムの手動又は自律制御が選択されてよい。
【０１０８】
キャリアサブアセンブリは、ガントリに動作可能に搭載されたキャリアを備えるアセンブリとして記載され得る。キャリアは、ガントリのスパンに沿った経路に沿ってキャリアを移動させるための駆動システムと、経路に沿ったキャリアの動作を制御するための自律制御システムとを有している。キャリアアセンブリ制御システムは、知覚サブシステム、動作計画サブシステム、及び動作制御サブシステムを備えてよい。制御システムは、有線又は無線通信の少なくとも一方と、制御とを行うべく駆動システムに動作可能に接続されたコンピュータを含んでよい。キャリアアセンブリは、制御システムへの有線又は無線通信の少なくとも一方を行うために接続された、立体視カメラのような１対の知覚センサを更に含んでよい。立体視カメラは、画像を撮影し、知覚サブシステムで処理するためにこの画像を制御システムに通信するように配置されている。知覚サブシステムは、知覚センサか送られた画像から経路の方向を計算し、この方向を動作計画サブシステムに送ると、動作計画サブシステムがこの方向と、駆動システムの移動量及び移動速度とを含む移動命令を計算して送って、これにより、計算された移動命令が、駆動モータが制御されることで実施される。駆動システムは、駆動モータと、駆動モータに動作可能に接続されており、経路に沿って移動するように構成された少なくとも１対の駆動ホイールとを備えてよい。キャリアは、駆動モータに給電するために搭載された電源を更に備えてよい。自律制御システムは、キャリアに搭載されたコンピュータを備えてよく、当該コンピュータは、有線又は無線通信及び制御のために駆動システム並びに電源に動作可能に接続されている。駆動システムは、少なくとも１つ、好ましくは２つの従動ホイールを更に備えてよい。各従動ホイールは、少なくとも１つの駆動ホイールの動作パラメータを測定し、測定値を制御システムに通信するための少なくとも１つのエンコーダを有してよい。キャリアアセンブリは、キャリア及び駆動システムの手動又は自動制御の一方を選択するために制御システムに無線通信するための遠隔コントローラを含んでよい。
【０１０９】
ツールアクチュエータサブアセンブリは、動作アクチュエータと、動作アクチュエータに動作可能に接続されたエンドエフェクタと、動作アクチュエータに沿ったエンドエフェクタの直線移動をもたらす駆動システムと、エンドエフェクタの直線移動と動作を制御するための自律制御システムと備えるアセンブリとして記載され得る。アクチュエータ制御システムは知覚サブシステム、動作計画サブシステム、動作制御サブシステムを含んでよい。制御システムは、有線又は無線通信及び制御のために駆動システムに動作可能に接続されたコンピュータを含んでよい。アクチュエータアセンブリは、有線又は無線通信のために制御システムに接続された、１対の立体視カメラのような知覚センサを更に含んでよい。知覚センサは、画像を撮影し、これを知覚サブシステムによる処理のために制御システムに送るように配置されている。アクチュエータ知覚サブシステムは、知覚センサから送られた画像から、エンドエフェクタを使用する作業現場の対象位置を計算してよく、この対象位置を動作計画サブシステムに通信してよい。動作計画サブシステムは、経路上でのアクチュエータの移動の方向、量、及び速度を含む移動命令を計算し、通信動作制御サブシステムに送られて、計算された移動命令は、駆動モータが制御されて実行される。アクチュエータアセンブリは、支持部材と、直動アクチュエータを支持するべく支持部材にフレキシブルに取り付けられた少なくとも１つのフレキシブル支持プレートとを更に備ており、フレキシブルプレートにより、アクチュエータが支持部材の面に対して少なくとも２つの自由度でチルトできるようになる。アクチュエータ駆動システムは、電源と、直動アクチュエータの動作に動力を供給するべく電源に動作可能に接続されたアセンブリと、直線動作のため動作アクチュエータに取り付けられたフレームとを含んでよい。フレームは、下端部と、フレームの下端部に着脱可能に取り付けられたツールとを有しており、ツールにはエンドエフェクタが配置される。動作アクチュエータは、直動アクチュエータであってよく、縦方向開口を有してよいハウジングと、ハウジング内に配置されており、細長いねじと、複数のボールベアリングとを備えており、一部がナットで囲まれているボールねじ部材とを備えており、ねじの一端は、ねじを回転させるための歯車アセンブリに接続されている。ねじは、螺旋経路を画定する螺旋形溝を有してよく、使用時にねじが歯車アセンブリの動きによって回転すると、ボールベアリングがねじとナットの間で移動して、ボールベアリングは、ねじの長さに沿ってナットを直線移動させる。シャフトの開口を通って延びて、ナットをフレームに接続する部材が設けられて、ナットの動作で、フレーム及びツールが直線動作してよい。動作アクチュエータ、エンドエフェクタ、駆動システムの手動又は自動制御のうち一方を選択するために、自律制御システムと無線通信を行う遠隔コントローラが設けられてよい。
【０１１０】
アセンブリ、サブアセンブリ、システム及びサブシステムについて、限定ではなく全ての態様において例証的であることを意図する幾つかの実施例に従って説明された。故に、当業者により本明細書中の記載から導出され得る本発明の多くの変形が、詳細な実施において可能である。
【０１１１】
本明細書で述べられた全ての特許、特許出願、公報、又はその他の開示資料は、参照されることで個々の文献が明確に組み込まれているかのように、それらの全体が参照により援用される。参照により本明細書に援用されると述べられている全ての文献、資料、又はそれらの一部は、本開示で述べられた既存の定義、記載、又はその他の開示資料と矛盾しない範囲でのみ本明細書に援用される。このように、また必要な範囲で、本明細書の開示は、参照により本明細書に組み込まれているあらゆる矛盾する資料と、本出願の対照物で明示的になされた開示とに優先する。
【０１１２】
アセンブリ、サブアセンブリ、システム及びサブシステムを、様々な例示的及び例証的な実施形態を参照して説明した。本明細書中で述べられた実施形態は、開示された本発明の様々な実施形態の様々な詳細の例証的な特徴を提供するものとして理解され；従って、特に指定がない限り、可能な限り、開示された実施形態の１つ以上の特徴、要素、構成要素、構成要素、成分、構造、モジュール、及び／又は態様を、開示された発明の範囲から逸脱せずに、開示された実施形態の１つ以上のその他の特徴、要素、構成要素、構成要素、成分、構造、モジュール、及び／又は態様と、又はこれに関連して、組み合わせられ、分離され、相互交換され、及び／又は再編成されてよいと理解されるべきである。従って、当業者は、本発明の範囲から逸脱せずに、あらゆる例示的な実施形態の様々な代替、修正、組み合わせを行えると理解される。加えて、当業者は、本明細書を検討することで、本明細書の開示の様々な実施形態への多数の均等物を認識すること、又は、日常的な実験のみを用いて確かめることができるだろう。そのため、本発明は様々な実施形態の記載によってではなく、特許請求の範囲によって限定される。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【国際調査報告】
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