成果報告書詳細
管理番号20160000000626
タイトル平成26年度ー平成27年度成果報告書 インフラ維持管理・更新等の社会課題対応システム開発プロジェクト インフラ維持管理用ロボット技術・非破壊検査装置開発 マルチコプタを利用した橋梁点検システムの研究開発
公開日2016/7/27
報告書年度2014 - 2015
委託先名川田テクノロジーズ株式会社 株式会社エンルート 大日本コンサルタント株式会社 国立研究開発法人産業技術総合研究所
プロジェクト番号P14011
部署名ロボット・AI部
和文要約要約
本研究開発では、点検していない橋の撲滅と定められた点検サイクルの履行が確実に担保された社会の早期の実現を最終目的として、橋梁下面(床版下面、桁外面、下部工外面、支承部)の近接目視点検作業の支援を行う橋梁点検用マルチコプタ(マルコTM)の開発とデータハンドリング支援システムに関する検討を実施した。
 橋梁点検用マルチコプタに関しては、橋梁下面の画像を網羅的且つ迅速に取得する高精細画像取得用マルチコプタの開発と、橋梁を把持し安定して細部の画像を取得する橋梁脱着型マルチコプタの開発を行った。
 このうち高精細画像取得用マルチコプタは橋面から機体を懸吊して運用するマルチコプタシステムであり、マルチコプタ上のジンバル雲台に載せた高精細カメラを用いて短時間で網羅的に点検対象の画像を取得するものである。本研究開発では、機体本体の開発の他、操縦の簡便化を図る操作方式として、カメラとマーカを用いた位置認識と自動飛行制御による操縦方式を開発した。また距離センサを用いて橋梁部材との距離を一定に保持しつつ飛行する制御と、突風等の外乱で生じる予期せぬ機体の挙動の変化に対応できる外乱抑制制御の開発を行い、実用に耐えうるシステムを構築した。さらに、マルチコプタの長時間飛行と安全性の確保を実現するための有線給電システムと係留システムの開発を行った。
 一方橋梁脱着型マルチコプタは、飛行して橋梁下面にアプローチした後、鋼I桁に磁着し、カメラを撮影対象に近接させて詳細な点検画像を取得するマルチコプタシステムである。本研究開発では、桁への磁着・移動機構、展開してカメラを橋梁に近接させることのできるアーム機構、およびそれらを統合した飛行体システムを開発した。また機体位置を計測するポール式位置計測センサ、有線給電システムと係留システム、橋上からの機器操作を簡便に行うための操作インタフェイスを開発した。これらのシステムについて実橋での実証試験を行い、磁着、画像取得、離脱、回収の一連の機能が橋上から実現できることを確認した。
 データハンドリング支援システムについては、橋梁脱着型で得られた画像を取得したカメラの位置を後処理にて算出し表示するソフトウェアを作成した。また高精細画像取得用マルチコプタで取得した画像を点検者がストレスなくハンドリングできる画像ハンドリングシステムの仕様検討を行った。
 開発したシステムに関する実証試験は委託期間を通じて合計6回実施した。一連の実証試験によりシステムの機能・性能に関する検証を行い、システムの有効性を確認した。同時に実用化に向けての技術的課題や運用面での課題を抽出した。なお、平成27年11月に行われた国交省実証試験では、高精細画像取得用マルチコプタについて、「課題の解決を前提とした試行的導入を認める」という評価を得ることができた。
英文要約Summary
The ultimate goal of this research and development was to establish the early realization of the prescribed regular bridge inspection cycle scheme to ensure that no uninspected bridge exists. To achieve this goal, we developed a bridge inspection multicopter system (MURCOTM) to support close-range visual inspection processes on the under surface of the bridge (slab, girders, substructures and shoes) and examined a data processing system.
For bridge inspection multicopter systems, we developed a multicoper for obtaining high-definition images which can comprehensively and quickly obtain images of the under surface of the bridge and a bridge mounting multicopter system which holds on to the bridge and stably obtains detailed images.
The multicoper for obtaining high-definition images is a multicopter system which is suspended from a bridge, uses a high-definition camera mounted on a gimbal platform installed on the multicopter and obtains comprehensive images of the inspection target in a short period of time by remote operation from the top of the bridge. In this study, in addition to the device’s main body, we developed a control method using a camera marker positioning system enabling autonomous flight control for ease of flight control. We also developed a control system to allow the flight to maintain a constant distance from the bridge using range sensors and a disturbance suppression control system that can cope with the drift of the device caused by turbulence such as gusty wind, making it feasible for practical use. Furthermore, we developed a mooring device for wired power feeding to realize prolonged flight time and safety of the multicopter.
The other system, the bridge mounting multicopter system, is a multicopter which flies and approaches the under surface of the bridge, and then attaches to the steel I-girder by means of magnets. Then, it will move the camera close to the target to obtain detailed inspection images. In this study, we developed a magnetic attachment system to the girder and a camera moving system, i.e., a robotic arm system which can extend the arm and move the camera close to the bridge, and a flight control system which integrates the above devices. We also developed a local positioning system, a mooring system for wired power feeding, and a control interface for easy control of the device from the top surface of the bridge. We conducted a verification test for this system on the real bridge and confirmed that the remote operation form the top of the bridge was possible for the overall functions , including magnetic attachment, image acquisition, takeoff, and recovery.
 As for the data processing support system, we wrote a piece of software which calculates the camera positions of the images obtained by the bridge mounting multicopter. We investigated the required specifications for the software such that the inspector can handle the images obtained by the multicoper for obtaining high-definition images without stress.
 We conducted a total of six demonstrations on the real bridges during this project. We inspected the functions and performance of the system through the demonstrations and confirmed the effectiveness of the system. At the same time, we found technical and operational issues to be solved before actual implementation. In the demonstration held in November 2015 at the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism, we received the valuation stating “The ministry will admit the trial introduction to the real inspection site on condition that some issues should resolve”.
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