成果報告書詳細
管理番号20160000000602
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 可変構成型水中調査用ロボットの研究開発
公開日2016/9/10
報告書年度2014 - 2015
委託先名株式会社キュー・アイ 国立研究開発法人産業技術総合研究所 株式会社日立製作所
プロジェクト番号P14011
部署名ロボット・AI部
和文要約件名: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/可変構成型水中調査用ロボットの研究開発
1.研究開発の目的
現在,ダム施設や河川施設等の社会インフラ設備は老朽化が進行しつつあり,その急速な機能低下が危惧されている.不慮の災害によるインフラ設備の崩壊を原因とする多大な被害と犠牲を未然に防ぐため,インフラ設備の状態を幅広く正確に調査する必要がある.
 現在のダム調査は,主に潜水士による目視により行われている.しかしこの方法は,沢山のリスクを含んでいる上に膨大な費用がかかる.この問題を解決するために,広範囲に渡る調査のための可変構成型ロボットシステムの開発を提案する.
可変構成型ロボットシステムは以下の水中作業を行うことができる..
1)ダムのゲート設備,堤体のコンクリートについて潜水士による近接目視調査を代替する
2)河床や橋脚の洗掘について流水中で効率的に把握する
2.研究開発内容
(1)ロボットプラットフォーム及び操作インターフェースの開発
 ロボットプラットフォームは水上ロボットと水中ロボットにより構成される.水上ロボットは制御ユニットと各種センサーより成る,主胴体によって構成される.主胴体はメインフレームとスラスタ(推進器),浮力体と制御ボックスを含み,制御ユニットはテレメトリ(遠隔測定装置)とロボット制御基板を内包する.各種センサーはGPS,IMU(姿勢・位置計測装置)とTVカメラ,レーザー距離計及び超音波距離計,深度計を含む.
(2)計測対象と自己の位置認識及び自律・半自律航行技術の開発
 水上ロボットと水中ロボットは100mの電力・通信複合ケーブルによって繋がれている.これにより,常時それぞれのロボットが計測対象と自己の位置認識を行う.また,自律・半自律航行時に水上ロボットと水中ロボット両方を同時に制御することが可能になる.
(3)水中環境認識センサと環境地図作製技術の開発
 水中環境認識センサは高精細TVカメラ及び水中音響イメージングソーナーを含む.高精細TVカメラはダム堤体面のひび割れ調査のための役割を担い,水中音響イメージングソーナーはパン&チルト装置に装着し,ダム貯水湖及び河川水底面の地形把握調査のための役割を担う.
(4)流水環境対応用アタッチメントの開発
 水上ロボットは流速の速い河での調査において,漂流または沈没してしまう可能性がある.その原因はスラスタ(推進器)とその制御機器のトラブル及び出力不足が考えられる.この問題を解決するために流水環境対応用アタッチメントの開発を行った.これらは流水環境対応用スラスタ(推進器)と川岸から水上ロボットを支援・制御するための係留装置で構成される.
(5)水中作業用アタッチメントの開発
 ロボットアームと,いくつかのエンドエフェクタを水中ロボットに搭載する.これらの水中作業用アタッチメントは,ダム堤体面の水中作業において,清掃や触診を行うために用いる.ブラシヘッド,グラインダ(砥石)ヘッド,採泥器等をエンドエフェクタとして採用した.
英文要約Title: Development of underwater inspection robot system with variable configuration. (FY2014-FY2015) Final Report
1. Purpose of research and development
The deterioration of social infrastructure such as a dam or river facilities is currently in progress, and it is expected that their performance will degrade rapidly. To prevent a casualty with great loss or sacrifice caused by collapse of the infrastructure, it is necessary to investigate their state precisely and widely. At present, the inspection into dams is mainly carried out by viewing with divers. However this method costs a great deal with many risks. In order to solve this problem, we propose to develop the robot system with variable configuration for a wide range of inspection.
The variable configuration robot system is capable
1)To replace a visual inspection by diver into the gate equipment or concrete body.
2)To obtain a perspective image of a riverbed-scour or a bridge-scour in running water, effectively.
2. Contents and result of research and development
(1)Development of a robot platform and an operation interface.
The robot platform consists of a surface-robot and an underwater-robot. The surface-robot consists of a main body, control units and sensors. The main body includes a frame assembly, thrusters, floats and control containers. The control units include a telemetry and robot control PCBs. The sensors include GPS, IMU, TV camera, laser & acoustic range finders, a depth sensor, etc.
(2)Development of the position recognition technology between the robot and target, and the navigation control technology in autonomous / semi-autonomous mode.
The surface-robot and the underwater-robot are connected with a 50m cable. It is necessary to recognize an accurate position of each robots and inspection target at any moment. And also, it is necessary to navigate both the surface-robot and the underwater-robot side by side in autonomous / semi-autonomous mode.
In this period,
(3)Development of underwater sensors and an environmental mapping technology.
Underwater sensors including a high resolution camera are needed to recognize a crack of the dam, while an imaging sonar mounted on a pan & tilt unit is needed to grasp a bottom geography of a dam lake or a river.
(4)Development of optional attachments for running water environment.
The surface-robot may not be recovered from a fast-running river when it drifts or sinks due to power saturation or trouble of its thruster/controller. To solve this problem, we have developed optional attachments suci as floats, thrust unit, and mooring device that can support the motion of the surface-robot from river bank.
(5)Development of optional attachments for underwater works.
The robot arm and several kinds of end-effecter attached to the underwater robot are necessary for underwater works such as cleaning or palpation of a dam body. The brushing head, the grinding head, the mud sampler device, etc. are adopted for end-effecter.
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