JP2019190270A - 塔及び柱の自動化された建設 - Google Patents

Abstract

【課題】塔又は柱を押し出すためのロボットを提供する。【解決手段】該ロボットが、押出ノズル、位置決めシステム、上昇装置、及び制御器を備え、押出ノズルは、未硬化建設材料を制御可能に押し出し、位置決めシステムは、制御可能に押出ノズルに塔又は柱の周囲層を横断させ、上昇装置は、制御可能にロボットに上昇させ、制御器は、自律的に、位置決めシステムに、ノズルに塔又は柱の周囲層を横断させるように指示し、ノズルに、横断の間に未硬化建設材料を押し出すように指示し、上昇装置に、ロボットを増加分を上昇させるように指示し、押し出された塔又は柱が所望の高さに達するまで、前述の位置決め工程、押出工程、及び上昇工程の各々を繰り返す。【選択図】図１

Description

本出願は、「Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｏｗｅｒｓ ａｎｄ ｃｏｌｕｍｎｓ」と題され、２０１４年４月１６日に出願された、整理番号０２８０８０−０９９６の米国仮特許出願６１／９８０，４２８号に基づくものであり、その優先権を主張する。本出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれている。

本開示は、風力タービン及び柱を支える塔、橋を支えるパイロン、並びにサイロ及び煙突のような、塔及び柱の建設に関する。

風力タービン塔は、工場で生産され多大な費用を掛けて現場に輸送され、特別なクレーンを用いて組み立てられる中空の鋼セグメントを用いて建設されている。建設は、高い高度で、ときには強い風の下、及び余裕のない作業環境の中で行われ得るので、非常に危険である可能性がある。落下、重い鋼セグメント間で切り傷を負うこと、及びクレーン、その積み荷、又は付属品によって打撃を受けることは、考えられる多くの危険に含まれる。

風力タービン塔組立品は、土台、塔、ナセル（発電機、ギアボックス、動力伝達装置、及びブレーキ・システム）、ヨー（ブレードを風に面した状態に保つことができる）並びにロータ（ブレード、ハブ、及びノーズ・コーン）を含むことがある。塔は、風力タービン組立品の最も高価な部分であり得る（約５００千ドル）。塔の大きな鋼セクションは、設置のために工場から風力発電所に輸送されなければならない可能性がある。それらは、輸送に特別な考慮を必要とし得る幅広の積み荷として分類され得る。問題は、より強い風の仰角に到達することができるより高い塔が望まれることによって悪化する可能性がある。

８５メートル超から１００メートルの高さに達する可能性のあるクレーンを建てることは非常に高価である可能性があるので、塔建設の現行の方法は、非常に高い塔を建てることをかなり困難にし得る。また、より高い塔は、道路における幅の制約及び高架によって課される高さ制限の観点で輸送することが難しい可能性のある大きな基部セグメントを必要とし得る。また、大きなクレーンは、送り届けるために風力発電所においてより幅広の道路を必要とし得る。現在、丘陵に富んだ風力発電所における道路建設の費用は、非常に高い可能性がある（例えば、設置数が約１００の風力発電所に関して約３０百万ドル）。

米国特許第７，８７８，７８９号明細書

ロボットは、塔又は柱を押し出し得る。ロボットは、押出ノズル、位置決めシステム、上昇装置、及び制御器を含んでいてもよい。押出ノズルは、未硬化建設材料を制御可能に押し出してもよい。位置決めシステムは、制御可能に、押出ノズルに塔又は柱の周囲層を横断させてもよい。上昇装置は、制御可能に、ロボットを上昇させてもよい。制御器は、自律的に、位置決めシステムに、ノズルに塔又柱の周囲層を横断させるように指示し、ノズルに、横断の間に未硬化建設材料を押し出すように指示し、上昇装置に、ロボットを一定増加量（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ ａｍｏｕｎｔ）だけ上昇させるように指示し、前述の位置決め工程、押出工程、及び上昇工程の各々を、押し出された塔又は柱が所望の高さに達するまで繰り返してもよい。

制御器は、上昇装置に、ロボットを塔の壁を一定増加量だけ上昇させるように指示する前に、位置決めシステムに、以前に押し出された層に各々重なる塔又は柱の多重の周囲層をノズルに横断させるように指示してもよい。

上昇装置は、１つ又は複数の回転トラックを各々有する、２つ、３つ又はそれより多いような多数のローバを含んでいてもよく、これはゴム製であってもよい。

各ローバは、少なくとも２つの、独立して操作可能なゴムトラックを有していてもよい。

各ローバは、上昇されるべき実質的に垂直な表面に対して各ローバを集合的に押し付ける実質的に水平なトラスに取り付けられた実質的に垂直なトラスによって支えられていてもよい。

各垂直トラスは、各垂直トラスに摺動可能に係合されていてもよい。ロボットは、各ローバが塔又は柱の壁を押すように、制御可能に内側に引くケーブルを各垂直トラス上に含んでいてもよい。

上昇装置は、塔又は柱の外壁或いは塔又は柱の内部の構造に対し、つかむことによって上昇する構成を有していてもよい。ロボットは、ロボットが塔又は柱の層を押し出すときと各々ほぼ同時に、塔又は柱の内側の構造を層状に押し出すように構成されていてもよい。

ロボットは、材料容器と、地面と塔又は柱の最上部との間で材料容器を制御可能に輸送するホイストと、を含んでいてもよい。

ロボットは、制御器の制御下で材料を材料容器から押出ノズルまで移送する自動化された材料移送装置を含んでいてもよい。

材料容器は、動かされたときに容器内の材料を追い出す内部ピストンを含んでいてもよい。ホイストは、材料容器に接続されるケーブルを含んでいてもよく、ピストンは、ケーブルに接続されてもよい。

材料容器は、ロックされたときにケーブルに加えられた力に応答してピストンの動きを防止し、ロック解除されたときにケーブルに加えられた力に応答してピストンの動きを可能にする、制御可能なロックを含んでいてもよい。

ロボットは、押出ノズルの場所を制御する多関節アームを含んでいてもよい。多関節アームは、押出ノズルを垂直及び水平の両方に制御可能に動かしてもよい。

位置決めシステムは、定位置参照光線を提供するレーザを含んでいてもよい。

これらは、他の構成要素、工程、特徴、対象、利益、及び利点と同様に、以下、例示的な実施例、付随する図面、及び特許請求の範囲の以下の詳細な説明から明らかになる。

図面は、例示的な実施例のものである。それらは全ての実施例を示しているわけではない。他の実施例は、付加的に又は代わりに使用されてもよい。明らか又は不必要であり得る詳細は、場所の節約のため、又はより効果的な例示のため、省略されている可能性がある。幾つかの実施例は、追加の構成要素又は工程を使用して、及び／又は説明された構成要素又は工程の全てを使用せずに、実施されてもよい。異なる図面に同一の数字が示された場合、それは同一の又は同様の構成要素又は工程を指す。

ロボットの実例によって建設されている塔の実例を示す図である。 塔及びロボットの一部の拡大図を示し、制御器の制御下で垂直トラス上で引き、それらを支える対応する水平トラスにおけるトラック内でそれらを内側に摺動させてもよいケーブルをよりよく示す図である。 塔及びロボットの一部の拡大図を示し、どのように１つを除き全ての水平トラスが中心垂直ポールの周囲を回転し得るかをよりよく示す図である。 塔及びロボットの一部の拡大図を示し、ローバと垂直トラスとの間の接続をよりよく示す図である。 塔及びロボットの一部の拡大図を示し、バケツ（即ち、材料容器）の機能をよりよく示す図である。 図５に示されるバケツの実例の詳細を示す、内部の光景を明らかにするためにその側壁の一部が切り除かれた状態の、図である。 図５に示されるバケツの実例の詳細を示す、内部の光景を明らかにするためにその側壁の一部が切り除かれた状態の、図である。 塔及びロボットの一部の拡大図を示し、充填された押出ノズルタンクの異なる光景を示す図である。 塔及びロボットの一部の拡大図を示し、充填された押出ノズルタンクの異なる光景を示す図である。 塔及びロボットの一部の拡大図を示し、存在する場合に塔１０１の壁における垂直テーパを埋め合わせるために垂直トラスがケーブルによって中心ポールに向かって内側に引かれていてもよい、より高い高度での建設の実例を示す図である。 塔及びロボットの一部の拡大図を示し、存在する場合に塔１０１の壁における垂直テーパを埋め合わせるために垂直トラスがケーブルによって中心ポールに向かって内側に引かれていてもよい、より高い高度での建設の実例を示す図である。 塔及びロボットの一部の拡大図を示し、存在する場合に塔１０１の壁における垂直テーパを埋め合わせるために垂直トラスがケーブルによって中心ポールに向かって内側に引かれていてもよい、より高い高度での建設の実例を示す図である。 切り除かれた塔及びロボットの一部の拡大図を示し、ノズルを使用可能にするために下に持ってくるための手順の実例を示す図である。 ローバのうちの１つを可能なサービスのために地面に対して低くするウインチと関連して使用されてもよいホイスト・ケーブルを含む塔及びロボットを示す図である。 サービス提供の目的又は塔の完成の後のいずれかでの、クレーンでのロボット全体の吊り上げを示す図である。 塔の内側の様々なシステムの構成要素の可能なサービスのために、オペレータを塔の上部に送るための代替的な手法を示す図である。 塔の内側の様々なシステムの構成要素の可能なサービスのために、オペレータを塔の上部に送るための代替的な手法を示す図である。 ロボット（図１３には示されない）を使用して完成され、塔に取り付けられた張力ケーブルを有する、塔の実例を示す図である。 ロボット（図１３には示されない）を使用して完成され、塔に取り付けられた張力ケーブルを有する、塔の実例を示す図である。 強風の存在下で建設されている際に、張り鋼ワイヤによって塔を支えるために使用されてもよい配置を示す図である。 強風の存在下で建設されている際に、張り鋼ワイヤによって塔を支えるために使用されてもよい配置を示す図である。 強風の存在下で建設されている際に、張り鋼ワイヤによって塔を支えるために使用されてもよい配置を示す図である。 別の種類のロボットによって建設されている塔の実例を示す図である。 別の種類のロボットによって建設されている塔の実例を示す図である。 別の種類のロボットによって建設されている塔の実例を示す図である。 それらを周回するケーブルによって塔に対して押し付けられるローバを使用して建設されている塔の異なる光景を示す図である。 それらを周回するケーブルによって塔に対して押し付けられるローバを使用して建設されている塔の異なる光景を示す図である。 建設の初期段階の間に使用されてもよい基部建設プロセスを示す図である。 建設の初期段階の間に使用されてもよい基部建設プロセスを示す図である。 建設の初期段階の間に使用されてもよい基部建設プロセスを示す図である。

以下、例示的な実施例について説明する。他の実施例が付加的に又は代わりに使用されてもよい。明らか又は不必要であり得る詳細は、場所の節約のため、又はより効果的な提示のために、省略されている可能性がある。いくつかの実施例は、追加の構成要素又は工程を使用して、及び／又は説明された構成要素又は工程の全てを使用せずに、実施されてもよい。

以下、高いコンクリート塔を自律的に建設するロボットについて説明する。これらは、風力タービンを支えるものを含む任意の種類の塔又は柱に関係して使用されてもよい。

そのような塔を建設するロボットは、一連の協調される垂直上昇ローバ、押出ノズル組立品、電子的運動制御器、及びセメント系材料送達システムを含んでいてもよい。そのようなシステムは、あらゆる種類のコンクリート塔、煙突、サイロ、水タンク、及び高い柱（例えば橋柱）を建設するために使用されてもよい。以下、そのようなロボットの例について説明する。

手法は、コンクリートを使用し、塔が建設されている際に塔に上昇することのできるロボットシステムを使用して塔を自動的に建設し得る。ロボットシステムは、それが運ぶ建設機器を、十分に位置合わせされ最終的な塔が完璧に近い幾何学的形状及び／又は水平に対する幾何学的配置を有するようになるように保ってもよい。ＧＰＳセンサ、加速度計及び／又はジャイロスコープのようなセンサが、この位置合わせに役立つように使用されてもよい。

この手法の利点は、完全に自律性の操作、鋼セグメントに対する工場の作業の必要性を除外する押出コンクリートの使用（塔材料として、又はコンクリートから作り出されるそのような構造の従来の建設において使用されるスリップキャスト構成要素として、使用される）、困難な輸送、危険な高度及び風の強い条件での人間の仕事を除外することによる安全な操作、低費用の材料輸送、及び非常に高い塔（例えば、１５０メートル超又は２００メートル）を建てる能力を含んでもよい。

図１は、ロボット１０３の実例によって建設されている塔１０１の実例を示す。図１に示されるように、ロボットは、多数のローバ１０５（本実例では３つであり、そのうちの１つは、図において塔１０１の背後にある）、ローバのうちの１つを各々支える多数の垂直トラス１０７（本実例では３つ）、垂直トラスのうちの１つを各々支える多数の水平トラス１０９（本実例では３つ）、押出ノズル１１１、押出ノズル１１１に接続された多関節アーム１１３、バケツ１１７、構成要素区画１１９、及びレーザ源１２０を含んでいてもよい。

各ローバ１０５は、その関連する垂直トラス１０７及び水平トラス１０９によって塔１０１に押し付けられていると同時に、塔１０１を上下に及び／又は他の方向に制御可能に動くように構成されていてもよい。各ローバ１０５は、塔１０１の表面と高い摩擦を有するようにゴムのような柔らかい材料で作られている可能性がある２つの回転する円形の駆動トラック（ベルト）を含んでいてもよい。各回転駆動トラックは、各ローバ１０５の内側のモータによって別個に制御されてもよい。各モータは、制御器（示されない）によって制御されてもよい。制御器は、本明細書に記載された１つ又は複数の方法で各ローバ１０５を動かすように、各ローバ１０５内で各モータを制御するように構成されていてもよい。

押出ノズル１１１は、建てられている塔１０１の上部周囲縁上に建設材料を押し出すように構成されていてもよい。押出ノズル１１１は、未硬化セメント系材料又は未硬化ポリマーのような、塔１０１の形成に有用であり得る任意の種類の建設材料を押し出すように構成されていてもよい。押出ノズル１１１は、未硬化材料のバッチを貯蔵するためのノズル上方の貯蔵区画を含んでいてもよい。押出ノズル１１１は、必要とされる場合にのみ押出ノズルに材料を押し出させるように制御器によって制御されていてもよい材料を押出ノズル１１１が押し出すときを制御することができる弁を含んでいてもよい。押出ノズル１１１は、ノズルにおける押出オリフィスを通って材料を汲み上げるポンプを含んでいてもよい。

多関節アーム１１３は、建てられている塔１０１の上端の外周の周辺を水平に及び垂直に、など、様々な場所に押出ノズル１１１を制御可能に動かすように構成されていてもよい。多関節アーム１１３は、バケツ１１７のような他の場所へ押出ノズル１１１を制御可能に動かすように構成されていてもよい。多関節アーム１１３は、多関節アーム１１３が塔１０１の上端の外周の周辺を他の場所と同様に制御可能に動くように、制御器によって制御されてもよい。

レーザ１２０は、地面の上の一定の場所に置かれていて、押出ノズル１１１に据え付けられたセンサ（示されない）によって受け取られてもよい垂直レーザ・ビーム１２１を放射してもよい。ビームの向きは、塔１０１の垂直壁における任意の所望の傾斜に対応するように傾斜されていてもよい。センサからの情報は、制御器に提供されてもよく、したがって、押出ノズル１１１が垂直レーザ・ビーム１２１の直接上方に位置決めされたときを制御器が知ることができる。ロボット１０３の動きにもかかわらず固定されたままである垂直レーザ・ビーム１２１は、したがって、地面に対する参照点としての機能を果たしてもよく、制御器によって使用されて、押出ノズル１１１の位置決めに役に立つことができる。

塔１０１は、土台１０６を含んでいてもよい。押出ノズルは制御器の制御の下で塔１０１の上部周囲の周辺を多関節アーム１１３によって回転させられるので、共に、押出ノズル１１１によって押し出される材料によって塔の寸法が増大する前に建設されてもよい。塔１０１の基部セグメントは、従来通り土台１０６の上に建てられてもよく、最初は各垂直軸１０７の高さをわずかに超えていてもよい。

塔１０１の基部セグメント及び土台１０６は共にモノリシックであり、並びに、風塔の土台が今日一般に建てられる方法と同様に、コンクリート・モールドを使用する従来のコンクリート・キャスティングによって建てられてもよい。基部セグメントは、ローバが押すための出発壁を提供する初期塔として機能し、塔の残部が建設されるにつれてシステムを上に動かしてもよい。或いは、土台１０６及び塔１０１は、ロボット１０３によって建設され、一方、ロボット１０３の垂直トラス１０７は、取り除かれ、下の地面に置かれる短い垂直ポスト（示されない）によって置き換えられてもよい。土台１０６及び／又は塔１０１は、開口部１２２のような、塔の内部へのアクセスを可能にする１つ又は複数の開口部を有していてもよい。

水平トラス１０９は、中心垂直ポール１２３に取り付けられていてもよい。水平トラス１０９のうちの１つは、中心垂直ポール１２３に堅固に装着されていてもよく、一方、その他のものは、中心垂直ポール１２３の周りを水平面内で回転することが可能とされていてもよい。多数の水平トラス１０９間の角度は、制御器によって塔の周囲の各ローバの位置を制御することによって、実質的に等しく保たれていてもよい。３つが使用されるとき、例えば、角度は各々約１２０°であってもよい。

図２は、塔１０１及びロボット１０３の一部の拡大図を示し、制御器の制御下で垂直トラス１０７の上で引き、それらを支える対応する水平トラス１０９におけるトラック内でそれらを内側に摺動させ得るケーブル２０１をよりよく示す。この引きは、それらの夫々のローバ１０５を塔１０１の外壁に対してきつく押し付けてもよい。制御器の制御下の１つ又は複数の電動式ウインチ（示されないが、構成要素区画１１９内にあり得る）は、この引きを達成し、垂直トラス１０７の各々が塔１０１の中心アクセスから等距離にあることを保証してもよい。遊び滑車は、ケーブルに対して９０度の偏向を提供してそれらをウインチに向けるために中心垂直ポール１２３の下部で使用されてもよく、構成要素区画１１９内に位置していてもよい。

制御器は、多関節アーム１１３に、塔１０１の上部縁の直上に押出ノズル１１１を位置決めさせ、次いで、押出ノズル１１１に材料を押し出すように指示しながら、この上部縁の周辺を回転させるように構成されていてもよい。これにより、材料の追加の層が塔１０１の既存の縁の上部に押し出され得る。制御器は、次に、多関節アーム１１３に、押し出された最新の層の直上に押出ノズル１１１を上げさせ、次いで押出ノズル１１１に、同一の方法で更なる層を押し出させるように構成されていてもよい。

このプロセスは、多関節アームがその可能な限り高い点に到達するまで、繰り返してもよい。この点において、制御器は、ローバ１０５に、塔１０１の外壁に沿って所定の一定増加量だけ這い上がるように命令してもよい。ロボット１０３がこの這い上がりを完了した後、制御器は、多関節アーム１１３に、その最低位置まで動くように命令し、次いで、多関節アーム１１３及び押出ノズル１０３に、同一の方法で層の次のセットを押し出すように命令してもよい。

代替的な構成において、制御器は、多関節アーム１１３に、同一水平面に留まり各層が堆積された後に、次いで押出ノズル１１１を増分的に上げるよりもむしろ、スパイラルパターンで押出ノズル１１１を回転させるように命令してもよい。

代替的な構成において、制御器は、多関節アーム１１３に、押出ノズル１１１が層を押し出した後に押出ノズル１１１を上げるように命令しなくてもよいが、代わりに、ローバ１０５に、各々が一定増加量で層を押し出した後に塔１０１の壁を這い上がるように命令してもよい。

制御器は、これらのプロセスのうちの１つを、塔が所望の高さに到達するまで、繰り返してもよい。

ロボット１０３は、中心ポールの上部の上に位置決めされる主要な構成要素区画１１９内に位置していてもよくローバ１０５の場所及び動きを検知する、加速度計、ジャイロスコープ、及びＧＰＳモジュールのようなセンサを含んでいてもよい。この情報に基づき、制御器は、多関節アーム１１３の各垂直這い上がり又は垂直の動きの後に、ローバ１０５の全てを同一水平レベルとなるようにしてもよい。

押出ノズル１１１における貯蔵区画は、単一層又は複数の層の全て又は部分を押し出すのに足りる材料を貯蔵するのに十分にすることができる。

押出ノズル１１１は、各押し出された層の側面を滑らかにする方向に置かれた、押出ノズルの各側に１つのように、１つ又は複数のこてを含んでいてもよい。押出ノズルは、その内容が参照により本明細書に組み込まれている特許文献１に開示された種類のうちのいずれかのような、任意の種類のものであってもよい。

図２に示されるように、垂直レーザ・ビーム１２１は、塔壁の鉛直角に相当してもよい特定の傾斜角度で塔１０１の壁に沿って上向きに照射してもよい。押出ノズル１１１の下のセンサは、押出ノズルが多関節アーム１１３によって周りを回転させられている際にレーザを検知し、したがって、ローバ１０５（及びそれらが接続された垂直トラス１０７）の横の位置にかかわらず、制御器に各新しい層の開始を登録してもよい。したがって、ローバ１０５は、最初は、建設の精度に感知され得る影響を与えずに横に漂っていてもよく、したがって、ローバ１０５の最初の横の位置を重要性が低いものとする。

図３は、塔１０１及びロボット１０３の一部の拡大図を示し、どのように１つを除き全ての水平トラス１０９が中心垂直ポール１２３の周りを回転し得るかをよりよく示す図である。図２に示されるように、１つを除き全ての水平トラスは、中心垂直ポール１２３の周りを旋回してもよい。水平トラス１０９のうちの１つは、中心垂直ポール１２３の自由回転を防止するために、ロッキング・ピン１２５で中心垂直ポール１２３にロックされていてもよい。これによって、他のローバ１０５に力を及ぼすことなく、あらゆるローバ１０５が塔１０１のどちらの側にも自由に移動することを可能にすることができる。この横への動きを自由にすることによって、ローバ１０５を正しい進路に進ませ保つために、軍用戦車及びブルドーザーにおいて使用されるような単純な駆動チェーン・ステアリングの使用を可能にすることができる。

図４は、塔１０１及びロボット１０３の一部の拡大図を示し、ローバ１０５と垂直トラス１０７との間の接続をよりよく示す図である。図４に示されるように、ローバ１０５と垂直トラス１０７との間の接続点の位置は、最大圧力を生じさせてローバ１０５を塔１０１の表面でローバの下側に向かうようにさせてもよく、したがって、硬化するための殆どの時間を費やした塔１０１の領域に最大の圧力を加える。

押出ノズル１１１によって押し出されるべき材料は、ホイストによって上下に動かされるバケツを使用してバッチの形態で押出ノズル１１１に送達されてもよい。

図５は、塔１０１及びロボット１０３の一部の拡大図を示し、バケツ１１７の機能をよりよく示す。ホイストとして動作するウインチは、構成要素区画１１９内にあってもよい。ウインチは、制御器の制御の下、バケツ１１７に接続されているホイスト・ケーブル５０１を、空のときに延ばし、それによってバケツ１１７が地面に戻ることを可能にし、そこでバケツ１１７は押し出す材料で満たされ又は満ちた別のバケツに交換されてもよい。図１に示されるように、塔の基部セグメントは、開口部１２２を含んでいてもよく、それを通って材料がバケツに送達され、又はそれを通って交換バケツが動かされ、それに続いて、ウインチは、満たされたバケツ１１７を上げるように命令されてもよい。

図６Ａ及び図６Ｂは、内部の光景を明らかにするためにその側壁の一部が切り除かれた状態の、図５に示されるバケツ１１７の実例の詳細を示す。図６Ａは、その下部にピストン６０１を有するバケツ１１７を示し、一方、図６Ｂは、真ん中の位置にきたピストン６０１を有するバケツ１１７を示す。

図６Ａに示されるように、ピストン６０１は、バケツが満たされているときにバケツ１１７の下部としての役目を果たしてもよい。バケツは、入力／出力パイプ６０３を通して満たされてもよい。ピストン６０１は、入力／出力パイプ６０３から追い出すことによってバケツ１１７の中の材料を空にするために、後でバケツ１１７の内部で上げられてもよい。

制御器の制御の下、ソレノイドは、バケツが満ちた後、及びバケツ１１７がホイストによって塔１０１の上部に上げられている間、ピン６０５に、ホイスト・ケーブル５０１をバケツ１１７にロックさせ、したがって、ホイストの間にピストンがバケツ１１７内で上昇するのを防止してもよい。バケツ１１７が塔１０１の上部に到達すると、制御器は、ソレノイドに、ピン６０５にホイスト・ケーブル５０１をバケツ１１７からロック解除させるように命令してもよい。制御器の制御の下ホイストによってホイスト・ケーブル５０１を更に上方に引き寄せることは、次いで、バケツ１１７内の材料を入力／出力パイプ６０３から退出させ得る。これは、ピストン６０１が最終的にバケツ１１７の上部に到達するまでピストン６０１をバケツ１１７内で上昇させることによって、バケツ１１７を空にし得る。この構成を用いて、ホイストは、バケツ輸送機能及び材料ポンプ機能の両方を行う。

バケツによって未硬化材料を輸送する代わりに、材料は、代わりに、長いホースを通して又は任意の他の手段によって押出ノズル１１１に送達されてもよい。

図７Ａ及び図７Ｂは、塔１０１及びロボット１０３の一部の拡大図を示し、充填された押出ノズル１１１の異なる光景を示す図である。これらの図に示されるように、制御器の制御下の多関節アーム１１３は、ソレノイドがピン６０５にバケツ１１７をホイストのホイスト・ケーブル５０１からロック解除させる前に、バケツ１１７の入力／出力パイプ６０３が押出ノズル１１１の上部の入力開口部７０１に入るように、押出ノズル１１１を動かしてもよい。ホイストは、次いで再び、ホイスト・ケーブル５０１を引き寄せ、したがって、バケツ１１７内の材料をバケツ１１７から出し、押出ノズル１１７の材料貯蔵区画に入れてもよい。前述の通り、制御器の制御下の多関節アーム１１３は、また、中心ポールの周りを回転し、したがって、この押出ノズル１１７に材料の追加の層を塔１０１の上部縁の上に押し出させてもよい。図７Ａに示されるように、多関節アーム１１３は、サーボ・モータ７０３及び７０５のような１つ又は複数のサーボ・モータによって制御されてもよい。

図８Ａ及び図８Ｂは、塔１０１及びロボット１０３の一部の拡大図を示し、存在する場合に塔１０１の壁における垂直テーパを埋め合わせるために垂直トラスがケーブル２０１によって中心ポールに向かって内側に引かれてもよい、より高い高度での建設の実例を示す。

材料をバケツ１１７から押出ノズル１１１に送達する代替的な方法は、制御器の制御下で動作してもよい、図８Ｃに示されるような伸縮式チューブ８０１によるものであってもよい。この構成において、押出ノズル１１１は、能動的なポンプ能力を有する必要がなくてもよいときに、受動機構であってもよい。材料は、この構成において、依然として、図６に示され上述されたように、ピストン６０１を上げることによって押出ノズル１１１にポンプされてもよい。

図９は、塔１０１及びロボット１０３の切り除かれた一部の拡大図を示し、押出ノズル１１１を使用可能にするための手順の実例を示す。押出ノズル１１１内で材料が誤って硬化された場合、又はその構成要素のうちの１つが機能しない場合のような、押出ノズル１１１がサービスを必要とする場合、制御器は、多関節アーム１１３が押出ノズル１１１を入力／出力パイプ６０３に取り付けた後に、押出ノズル１１１を多関節アーム１１３から係合解除してもよい。押出ノズル１１１は、次いで、ホイストを使用してバケツ１１７を低くすることによって、地面に対してゆっくりと低くされてもよい。押出ノズル１１１は、次いで、修理され又は交換されてもよい。修理され又は交換された押出ノズルは、次いで、ホイストを使用してバケツ１１７を上げることによって上げられ、上部に到達すると、再び制御器の制御の下、多関節アーム１１３に再結合されてもよい。押出プロセスは、次いで制御器によって再開されてもよい。

また、バケツ１１７を輸送するホイストは、システムの構成要素を修理又は交換するために人間のオペレータの存在が必要とされる場合には、ケージの中の修理工を吊り上げるために使用されてもよい。

図１０Ａは、可能なサービスのためにローバ１０５のうちの１つを地面に対して低くするためにウインチと関連して使用されてもよいホイスト・ケーブル１００１を含む塔１０１及びロボット１０３を示す。下降する前に、ローバ１０５は、制御器の制御下で垂直トラス１０７から係合解除されてもよい。他のローバ１０５は、同一の方法で一斉に低くされてもよい。

図１０Ｂは、サービス提供の目的又は塔の完成の後のいずれかでの、クレーンでのロボット１０３全体の吊り上げを示す。

図１１及び図１２は、塔の内側の様々なシステムの構成要素の可能なサービスのために、オペレータを塔の上部に送るための代替的な手法を示す。この構成において、ケーブル１１０１は、図１１Ａに示されるような水平トラス１０９の１つに取り付けられてもよい。重り１１０３は、遠隔操作されるラッチを用いて解放されて落ちることができるケーブル１１０１に取り付けられていてもよい。ケーブル１１０１の他端１１０５は、地面まで吊り下げられていてもよく、そこで、自由に回転するスプールに接続されていてもよい。修理人が上部で必要とされるとき、重りは遠隔的に解放されてもよく、塔１０１の内側にケーブル１１０１を下ろしてもよい。これは、ケーブルの地面端１１０５が引かれ、解放されて、重り１１０３を保持するラッチ（示されない）を係合解除したときになされてもよい。

図１２に示されるように、ケーブルが塔１０１の内側の地面レベルにあるとき、ケーブルはケージ１２０１に接続されていてもよく、その他端１１０５（これは塔１０１の外側であってもよい）は、ウインチによって引かれてケージ１２０１を引き上げてもよい。水平トラス１０９の各々は、ケージ１２０１を上部の任意のセクションに送ることを可能にするために、同一種類の２つの滑車及びケーブル・セットを備えていてもよい。

図１３Ａ及び図１３Ｂは、ロボット１０３（図１３には示されない）を使用して完成され、その実例が張力ケーブル１３０３である塔に取り付けられた張力ケーブルを有する、塔１３０１の実例を示す。図１３Ａは塔１３０１全体を示し、一方、図１３Ｂは上部部分のクローズアップを示す。塔１３０１の押出が完了し構造が完全に硬化された後、ケーブル１３０３のような取り付けられたケーブルを有するリング１３０５は、建設された塔の上部にクレーン又はヘリコプタを用いて置かれてもよい。塔の建設後の張力掛けのために、リングが設置されると、ケーブルのより低い端は、塔の内側のコンクリートの床（土台）にしっかりと固定され、次いで伸ばされることにより張力が掛けられてもよい。コンクリートの内側の鋼補強を超える利点として、張力ケーブルは、検査及び保守（例えば、腐食に対する保護のための定期的な塗装）に利用可能にすることができる。

塔建設の過程で様々な塔の高度で多数の鋼リングを用いて、多段階の補強が使用されてもよい。ケーブル張力掛けは、隣接リング間で、又は塔全体に沿って、又は重複するケーブルセクションに関して、実施されてもよい。

図１４Ａから図１４Ｃは、強風の存在下で建設されている際に、張り鋼ワイヤによって塔を支えるために使用されてもよい配置を示す。建設されている間、塔は、張力ケーブルによって補強されていなくてもよく、したがって、その最も弱い引張強度の状態であってもよい。極度の風速（嵐におけるような）の場合、塔の新たに建てられたセクションは、風の力の下、壊れる可能性がある。予防措置のために、図１４Ａから図１４Ｃに示される配置が使用されてもよい。

この配置において、各ローバ１０５は、強いケーブル又はロープ１４０３を通すことができる１つ又は複数の木製又はポリマー製のログ１４０１を運んでもよい。ローバ１０５が所望の高さに到達したとき、地面までずっと吊り下がっているケーブル又はロープ１４０３の固定されていない端１４０５は、塔の周りのそれらのループが締まるように引かれてもよい。ケーブルの端１４０５は、次いで、地面のアンカに縛られて、張り鋼ワイヤを形成してもよい。ローバは、次いで、制御器の制御の下、ケーブル又はロープを解放してもよく、塔の残部の建設が進むにつれ上方に上昇し続けてもよい。これによって、建設の間、張り鋼ワイヤによって塔を固定することができ、これは、起こり得る嵐の強い力に対して塔を保護し得る。

ロボット１０３によって押し出される塔は、様々な形状を有していてもよい。例えば、塔は、円筒状、様々な数の辺（例えば、３、４、又は５）を有する角錐状、楕円形の断面を持つ円錐状、又は他の任意の形状であってもよい。制御器は、所望の形状になるようにプログラムするだけでよい。

ローバのための開始上昇構造を提供してもよい、塔１０１の最初の部分は、他の手法を使用して建てられてもよい。例えば、ローバ１０５及び垂直トラス１０７は、最初に取り除かれてもよい。この構成において、垂直ポールが、代わりに、水平トラス１０７の各々の外側の端に取り付けられ、基部の周りの地面の上に安定的に置かれてもよい。各ポールは、水平トラス１０９の端がその上に置かれてもよい電動式リフト・システムを有していてもよい。これは、ノズルが層のような形状の基部構造を建てる間に、ロボット１０３全体が地面レベルから基部の上部まで引き上げられることを可能にすることができる。

図１５から図１７は、別の種類のロボット１５０３によって建設されている塔１５０１の実例を示す。この手法において、ロボット１５０３は、塔の外側よりもむしろ塔１５０１の内側を上昇するように構成されていてもよい。内側の上昇を可能にするために、押出ノズル１５０９によって塔１５０１が押し出される際に、建設される塔の基部の直径よりも小さい直径を有する円筒１５０５（又は他の断面形状）が、押出ノズル１５０７によって押し出されるようになっていてもよい。２つの押出ノズル１５０７及び１５０９は、塔及び内側の円筒状構造の両方を同時に建てるために、材料を一斉に押し出してもよい。

ロボット１５０３は、３セット以上の回転駆動トラック１５１１を円筒構造の内側の壁に対して外側に押すことによって上昇してもよい。ロボット１５０３の他の全ての態様は、ロボット１０３に関係して上述したものと同一であってもよい。また、材料送達は、先に述べた同一バッチ法によってなされることができる。

内側円筒１５０５の位置を固定するために、様々な構造が押出ノズル１５０７及び１５０９のいずれか又は両方によって押し出されてもよい。例えば、図１７に示されるように、リブ・スペーサ１７０１のようなリブ・スペーサが、塔１５０１の内側に押し出されてもよい。制御器は、同様に、これらのスペーサの押出を命令するように構成されていてもよい。

なお更なる構成において、追加の内部構造は、何ら提供されない。むしろ、ローバ１０５は、建設の間、塔の内壁を外側に押してこれを這い上がるような方向に置かれていてもよい。

示されるように、ロボットは、本明細書において検討されたような押出ノズル、垂直トラス、水平トラス、バケツ、及びホイストの機能の全てを制御し達成するように構成された電子的制御器を含んでいてもよい。電子的制御器は、構成要素区画１１９内、ロボット上の別の場所、又は他のどこかに位置していてもよい。電子的制御器は、それが制御する各構成要素と電線を通して又は無線で通信するように構成されていてもよい。電子的制御器が全ての動作を所望の方法で達成することができるように、電子的制御器の命令を実行し／又はこれらの命令の結果を検出するために、適当に位置するセンサ、サーボ、他の動きを引き起こす及び／又は検知する装置、又はこれらの任意の組合せがあってもよい。

電子的制御器は、電子的制御器に関して本明細書において説明されてきた機能を実施するように構成されたコンピュータ・システムで実行されてもよい。コンピュータ・システムは、１つ又は複数のプロセッサ、有形メモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、及び／又はプログラム可能な読み取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）、有形記憶装置（例えば、ハードディスク・ドライブ、ＣＤ／ＤＶＤドライブ、及び／又はフラッシュメモリ）、システム・バス、映像処理構成要素、ネットワーク通信構成要素、入力／出力ポート、及び／又はユーザ・インターフェースデバイス（例えば、キーボード、ポインティング・デバイス、ディスプレイ、マイクロホン、音声再生システム、及び／又はタッチスクリーン）を含んでいてもよい。

コンピュータ・システムは、ソフトウエア（例えば、１つ又は複数のオペレーティング・システム、デバイス・ドライバ、アプリケーション・プログラム、及び／又は通信プログラム）を含んでいてもよい。ソフトウエアが含まれる場合、ソフトウエアは、プログラミング命令を含み、関連したデータ及びライブラリを含んでいてもよい。含まれる場合、プログラミング命令は、本明細書に記載されるように、コンピュータ・システムの１つ又は複数の機能を実行する１つ又は複数のアルゴリズムを実行するように構成される。また、各コンピュータ・システムによって実施される各機能の説明は、その機能を実施する１つ又は複数のアルゴリズムの説明を構成する。

ソフトウエアは、１つ又は複数のハードディスク・ドライブ、ＣＤ、ＤＶＤ、及び／又はフラッシュメモリのような１つ又は複数の持続性の有形記憶装置の上又は中に格納されてもよい。ソフトウエアは、ソースコード及び／又はオフジェクトコードフォーマットでもよい。関連したデータは、任意の種類の揮発性及び／又は不揮発性メモリに格納されていてもよい。ソフトウエアは、持続性メモリに読み込まれ、１つ又は複数のプロセッサによって実行されてもよい。

検討されてきた構成要素、工程、特徴、対象、利益、及び利点は、単に例示的なものに過ぎない。それらの全て又はそれらに関連する検討は、いずれも、どんな形であっても、保護の範囲を限定することを意図するものではない。また、多数の他の実施例が考えられる。これらは、より少ない、追加の、及び／又は異なる構成要素、工程、特徴、対象、利益、及び／又は利点を有する実施例を含む。また、これらは、構成要素及び／又は工程が、異なるように配置され及び／又は順序付けられた実施例を含む。

例えば、図１８Ａ及び図１８Ｂに示されるように、ローバ１０５は、それらを周回し各ローバに取り付けられた滑車１８０３を越えるケーブル１８０１によって塔１０１に対して押し付けられてもよい。ローバのうちの１つは、システムがテーパ付きの塔を上昇する際にケーブルを張った状態に保持するウインチ１８０５を有していてもよい。

図１９Ａから図１９Ｂに示されるように、３つの垂直ポスト１９０１は、土台１９０３の周囲に安定的に設置されていてもよい。水平トラス１０９の端は、垂直ポスト１９０１の垂直トラック内に摺動可能に係合されていてもよい。各垂直ポスト１９０１は、塔基部の各層が押出ノズル１１７によって押し出された後に、基部の所望の高さに到達するまで、各垂直ポストが支える水平トラス１０９を引き上げるための電動式リフト・システムを備えていてもよい。垂直ポストは、次いで、取り去られてもよく、ローバ１０５及び塔に対してローバ１０５を押す垂直トラス１０７は、加えられてもよく、塔の基部セグメントを越える建設は、図１９Ｃに示され及び上述されたように、継続してもよい。

特に明示されない限り、以下の特許請求の範囲を含めてこの明細書に説明される、全ての測定、値、評価、位置、大きさ、寸法、及び他の仕様は、おおよそであり厳密ではない。それらは、それらが関係する機能及びそれらが属する技術分野において慣習とされるものと矛盾のない妥当な範囲を有するように意図される。

本開示に引用された全ての文献、特許、特許出願、及び他の刊行物は、参照により本明細書に組み込まれている。

請求項において使用される場合に、表現「ための手段」は、説明された対応する構造及び材料及びそれらの均等物を包含することが意図され及びそのように解釈されるべきである。同様に、請求項において使用される場合に、表現「ための工程」は、説明された対応する行動及びそれらの均等物を包含することが意図されており、そのように解釈されるべきである。請求項におけるこれらの表現の不在は、特許請求の範囲がこれらの対応する構造、材料、又は行動、又はそれらの均等物に限定されることを意図せず、そのように解釈されるべきではないことを意味する。

保護の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。本明細書及び以降に続く審査経過に照らして解釈されたとき、特別な意味が説明されている場合を除き、範囲は、特許請求の範囲において使用される言語の通常の意味と矛盾のない限り広いこと、及び、全ての構造的及び機能的均等物を包含することが意図されており、そのように解釈されるべきである。

「第１の」及び「第２の」等のような関係する用語は、単に、１つの存在物又は行動を別のものと区別するためにのみ使用されてもよく、それらの間の何らかの実際の関係又は順序を必ずしも必要とせず又は暗示しない。用語「含む（「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」）」、「含んでいる（「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」）」、及びそれらの他の任意の変形は、明細書又は特許請求の範囲における要素の列挙に関係して使用されるとき、列挙は排他的ではないこと、及び他の要素が含まれていてもよいことを示すことが意図される。同様に、「１つの（「ａ」又は「ａｎ」）」によって先行される要素は、更なる制約無しに、同一の種類の追加の要素の存在を排除する。

特許請求の範囲のいずれも、米国特許法第１０１条、第１０２条又は第１０３条の要件を満たすことのできない主題を受け入れるものではないことを意図し、また、それらはそのように解釈されるべきではない。そのような主題の意図されない包含はいずれも、ここに、請求権が放棄される。本段落において今述べられたものを除いて、述べられ又は示されてきたもののみが、それが特許請求の範囲に記載されているかいないかにかかわらず、公衆への任意の構成要素、工程、特徴、対象、利益、利点、又は均等物の貢献をもたらすことが意図されており、又はそのように解釈されるべきである。

要約書は、技術的開示の性質を読み手が素早く確認するのを助けるために提供される。それは、それが特許請求の範囲及び意味を解釈し又は限定するために使用されるのではないという理解で提出される。加えて、前述の詳細な説明における様々な特徴は、開示を簡素化するために、様々な実施例に一緒にグループ化されている。この開示の方法は、要求される特許請求に係る実施例を、各請求項に明示的に記載されるよりも多くの特徴を必要とするものとして解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、発明の主題は、開示された単一の実施例の全ての特徴よりも少ないところにある。したがって、以下の特許請求の範囲は、これにより詳細な説明に組み込まれ、各請求項は、別々に特許請求される主題として自立する。

Claims (20)

1. 塔又は柱を押し出すためのロボットであって、
   未硬化建設材料を制御可能に押し出す押出ノズルと、
   制御可能に前記押出ノズルに前記塔又は柱の周囲層を横断させる位置決めシステムと、
   制御可能に前記ロボットに上昇させる上昇装置と、
   自律的に、
   前記位置決めシステムに、前記ノズルに前記塔又は柱の前記周囲層を横断させるように指示し、
   前記ノズルに、前記横断の間に未硬化建設材料を押し出すように指示し、
   前記上昇装置に、前記ロボットに増加分を上昇させるように指示し、並びに、
   押し出された前記塔又は柱が所望の高さに達するまで、前述の位置決め工程、押出工程、及び上昇工程の各々を繰り返す
   制御器と
   を備えるロボット。
2. 前記制御器は、前記ロボットに前記塔の壁を増加分にて上昇させるように、前記上昇装置に指示する前に、各々が以前に押し出された層の上部にある、前記塔又は柱の複数の周囲層を前記押出ノズルに横断させるように、前記位置決めシステムに指示する、請求項１に記載のロボット。
3. 前記上昇装置は、複数のローバを含み、各ローバは、１つ又は複数の回転駆動トラックを有する、請求項１に記載のロボット。
4. 前記上昇装置は、少なくとも２つのローバを含み、各ローバは、１つ又は複数の回転駆動トラックを有する、請求項３に記載のロボット。
5. 前記上昇装置は、少なくとも３つのローバを含み、各ローバは、１つ又は複数の回転駆動ベルトを有する、請求項３に記載のロボット。
6. 各ローバは、少なくとも２つの、独立して操作可能な回転駆動トラックを有する、請求項３に記載のロボット。
7. 各ローバは、上昇されるべき実質的に垂直な表面に対して各ローバを集合的に押し付ける実質的に水平なトラスに取り付けられた実質的に垂直なトラスによって支持されている、請求項３に記載のロボット。
8. 各垂直トラスは、各水平トラスに摺動可能に係合されている、請求項４に記載のロボット。
9. 各ローバに前記塔又は柱の壁に対して押させるように、各垂直トラス上に制御可能に内側に引くケーブルを更に備える、請求項９に記載のロボット。
10. 前記上昇装置は、前記塔又は柱の外壁につかまることによって上昇する構成を有する、請求項１に記載のロボット。
11. 前記上昇装置は、前記塔又は柱の内側の構造につかまることによって上昇する構成を有する、請求項１に記載のロボット。
12. 前記ロボットが前記塔又は柱の層を押し出すときと各々ほぼ同時に、前記塔又は柱の内側の構造を層状に押し出す第２の押出ノズルを含む、請求項１に記載のロボット。
13. 材料容器と、地面と前記塔又は柱の上部との間で前記材料容器を制御可能に輸送するホイストとを更に含む、請求項１に記載のロボット。
14. 前記制御器の制御によって、前記材料容器から前記押出ノズルに材料を移送する自動化された材料移送装置を更に含む、請求項１３に記載のロボット。
15. 前記材料容器は、動かされたときに前記材料容器内の材料を押し出す内部ピストンを含む、請求項１３に記載のロボット。
16. 前記ホイストは、前記材料容器に接続されたケーブルを含み、前記ピストンは、前記ケーブルに接続されている、請求項１５に記載のロボット。
17. 前記材料容器は、ロックされたときに前記ケーブルに加えられた力に応答した前記ピストンの動作を防止し、ロック解除されたときに前記ケーブルに加えられた力に応答した前記ピストンの動作を可能にする、制御可能なロックを含む、請求項１６に記載のロボット。
18. 前記押出ノズルの場所を制御する多関節アームを更に含む、請求項１に記載のロボット。
19. 前記多関節アームは、前記押出ノズルを垂直及び水平の両方に制御可能に動かすことができる、請求項１８に記載のロボット。
20. 前記位置決めシステムは、定位置参照光を提供するレーザを含む、請求項１に記載のロボット。