成果報告書詳細
管理番号20160000000688
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 複合センサ搭載ワーム型多関節ロボットの研究開発
公開日2016/7/27
報告書年度2014 - 2015
委託先名株式会社タウ技研
プロジェクト番号P14011
部署名ロボット・AI部
和文要約要約(和文)
研究開発課題「複合センサ搭載ワーム型多関節ロボットの研究開発」
 トンネル災害における現場調査やガス検知においては小さな断面積を持ちがれきなどの形状に合わせて進行中に形状を変えることができ、外部動力によって進行するロボットとその先端に複合センサが装備されたシステムが有効である。笹子トンネル事故や八箇峠トンネル爆発事故などにおいて管理者や消防隊にヒアリングを実施した結果、天井版の落下した路面との数十センチの隙間、トンネル型枠とトンネル壁46cm隙間の箇所などを進入できる手段の必要性が示され、同時にそのような箇所に到達しうる踏破性を持つこれら索状体の運搬手段が必要であることも示された。
これらの知見から、直径150mmのモジュールの試作により、ロボットの内部構造の検討を開始した。この試作によってロボットの基本的構成、すなわちギアボックス一体型モーター、通信機能を持つCPUつきドライバ、べべルギアシステムなどを決定した。
断面積は小さければ小さいほどがれき中への進入は容易になると考えられるが内部の構造、モーター、ギアのサイズによる限界がある。そこで市販モーターを使用する条件でできる限り断面積を削減した直径98mmのモジュール試作へと進んだ。小型化によって質量と駆動系の許容最大トルクの問題が明らかとなった。直径は98mmと小型化したが、試作は少量のためアルミ無垢材からの削り出しとならざるを得ず、1モジュールが約3kgと重いモジュールとなったため、モーターのトルク、動力伝達系の見直しが必要であった。最終的には軽量化と強靭化のため市販モーターを改造しギアボックスと一体化することによって課題に対応し1軸あたり3モジュール持ち上げ可能なトルクを実現できた。これらにより今後の実用化における専用のモーター、ギアシステムの開発、小型で強靭な駆動系を構成するための知見を集積した。
こうしたワーム型ロボットの開発と同時に様々なセンサヘッドの試作も進めた。リモートコントロール可能なズームカメラを内蔵しガス検知と映像に特化したヘッド、レーダーアンテナを搭載しパルスレーダーによる観測とガス検知、画像取得を可能とした多用途のものを設計試作した。
これらと新たに設計した外部動力によるワーム推進装置を用いて平成27年度下期から現場投入試験を開始した。神奈川県消防学校での9月のフィールド試験において、1m程度の段差を超えて20cmほどの隙間にワームロボットを進入させ閉鎖空間内部の状況・情報を取得可能であることが実証された。一方で、国土交通省による現場実証プロジェクトでは、国総研実大トンネル内での要素技術実証試験に臨んだが、狭隘部進入可能性は実証できたが、暗闇での操作性、可搬性に課題が残った。平成27年年末にはワームロボット運搬車両の一次試作を行い、暗闇での操作性も向上させ、自己サイトにおいてリモコンによる、「車両全体の移動・ワームロボットの展開・リモコン操作による周辺状況の探索」という一連の動作確認を行い、国土交通省実証の際の課題のうち操作性と可搬性については大きな改善を確認した。しかしながら、がれき内進行に欠かすことのできない進行に伴いワームロボットが前方の形状に倣いながら進入するという機能についてはこの期間中にソフトウエア試作に留まり実験、改善、実証といったステップを行うことができなかった。ハードの開発に時間を要しソフトウエアの検証にまで進むことができなかったからである。
英文要約要約(英文)
Title: Development of the Worm-like mobile robot equipped with compound sensors
Long articulated mobile robots such as snake and/or worm-type robots which possess small cross-sectional area, have ability to move along narrow paths and even through inside of rubbles.
We have proposed an externally driven motion concept for a long worm-type robot to be used during tasks like maintenance and inspection of infrastructures such as tunnels and so on. This robot is equipped with compound sensors comprising of gas sensor, cameras and radars.
We conducted the hearing with Central Nippon Expressway Company, the company operating the Sasago Tunnel, and with Minami Uonuma Fire Fighting Department, a fire brigade dispatched to Hakka Toge Tunnel explosion accident. We were able to convince the companies during the hearing that our R&D will be greatly useful for such disaster management.
1. The development of the first mechanical prototype.
The diameter of the first experimental module is 150mm. The distance between yaw axis and pitch axis is 260mm. The total length of module is 500mm. Each axis has one pair of spiral bevel gear , pinion gears and motors which is equipped with the reduction gears and the planetary gears.
2. The development of the second mechanical prototype.
Since, the first experimental module is still too big and heavy, for the second experiment we manufactured the equipment with reduce diameter and weight. The second experimental module has diameter of 98mm, and the distance between the yaw and the pitch axis is 230mm. The total length of module is 320mm. Finally, each driven axis generates torque of more than 3 modules can be lifted up after various improvements.
3. The development of the compound sensors head.
We developed two types of sensor head: one has 4 LED lamps, has a gas intake for combustible gas detector and also a 12x zoom video camera with auto focusing function for high resolution image. Another has 4 LED lamps, a gas intake, a non-zoom video camera, and a pulse radar system.
4. The designation of propulsion system for worm robot and the first carrying vehicle.
To propel long articulated body robots, we have designed propulsion system using three caterpillars. As a carrying vehicle we chose 4 wheel drive buggy type vehicle which has four 17inches tires, having high running-through performance on off-roads.
5. Field validation tests.
On 17th Sep. 2015, we started the series of field tests at the various test sites. In general, performance was good when experimented inside narrow space, however, the software needs an update to achieve the function to follow the sensor head motion inside of debris and also to inspect spaces inside of debris.
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