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成果報告書詳細
管理番号20170000000826
タイトル平成26年度~平成28年度成果報告書 SIP(戦略的イノベーション創造プログラム)/インフラ維持管理・更新・マネジメント技術 モニタリングシステムの現場実証 3次元カメラと全方位型ロボットによる滑走路のクラック検知システムの研究開発
公開日2017/11/14
報告書年度2014 - 2016
委託先名エヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株式会社
プロジェクト番号P14031
部署名ロボット・AI部
和文要約件名:平成26年度~平成28年度成果報告書 3次元カメラと全方位型ロボットによる滑走路のクラック検知システムの研究開発

1.研究成果の総括
 平成28年度の開発は、社会実装を想定し、現場ニーズを盛込んだ開発を実施した。
特に短時間で多くのクラックをモニタリングできるようにするために、全方位型ロボットの全面的な見直しを行い、ロボット自体の軽量化、低重心化、及び、搭載する3次元カメラの振動を抑制するために取り付け位置をロボットの重心上部へ変更する開発を行った。この改造開発により、ロボットの直進安定性と移動速度の向上、及び、振動の低減を図ることができた。
 また、画像取得時間の短縮化に向けては、ロボットの移動、撮影、データ転送、データ処理アルゴリズムの見直しを行った。
 次に、データ表示機能の開発として、グーグルマップを利用して、測定点、測定データ、及び、測定結果のグラフ表示ができる機能の開発を行い、3次元カメラを使用した滑走路の撮影からクラックの抽出、クラックのグラフ表示、及び、クラックデータの比較表示までのモニタリングシステムとしての必要な機能の開発を実施した。

2. 開発目標と達成度
(1)全方位型ロボットの改造内容
・軽量化:構造、使用するモータ類の見直し、及び、フレームの材質の見直しにより、改良前の重量180kgを改良後80kgに低減することができた。
・構造の改良:ロボットの制御装置の設置位置を改良前の車輪の上部から、改良後の車軸の位置とすることで低重心化の図ることができた。また、搭載する3次元カメラの取り付け位置をロボットの重心上部とすることと、カメラの振動を抑制することができた。
・ロボットの自己位置はGPSから、移動量はオドメトリから取得し、移動補正にはSLAM技術を使用することで、指定したエリアの自動測定を実現した。課題としては、周辺に目印となる物(標識のポールなど)が無い場合に移動方向の補正が不完全となる点であり、オドメトリやジャイロによる補完機能の開発が必要である。
(2)画像処理機能の改良
・3次元画像1枚(70cm×50cm)の取得については、概ね計画値(1画像の取得時間:4秒)を達成できたが、滑走路の全面探査(幅60m×長さ3000m)においては、カメラ4台構成としても、50日程度掛かり、現場ニーズを満足することができなかった。
・滑走路の全面探査に掛かる時間を短縮化するためには、3次元カメラを動的な撮影が可能なものに変更していく必要がある。
(3)クラック抽出処理機能の改良
・クラック抽出処理時間の機能改良については、アルゴリズムの見直しにより3分/画像を25秒/画像に短縮することができた。
・滑走路全面探査の場合、カメラ4構成の全方位型ロボットを使用し、処理サーバを8台構成とした場合は、12.5時間で処理できる結果を得ることができた。
・使用するカメラの台数や処理サーバの台数が減った場合、処理時間が増大するという問題点があり、現場導入に向けては解決すべき課題である。

3.まとめ、及び 今後の取り組み
(1)H28年度の開発としては、全方位型ロボットの全面改良に時間がかかり、撮影時間の短縮化、データ処理の短縮化、及び、滑走路全面探査への適用の検討において、目標に達しない結果となった。また、3次元カメラによるクラックの深さデータを現場の点検業務にどのように活用するのかの検討が不十分であり、現場ニーズにフォーカスした開発を進めることができなかった。
(2)ステージゲート審査で、後半の開発に進むことができなかったため、これまでに開発したノウハウを活かして、滑走路以外の社会インフラ(道路、橋梁、トンネルなど)への適用先の開拓を進める。
英文要約Title:R&D of the crack detection system for runways with a 3D camera and all direction-moving robot (FY2014-FY2016) Final Report

1. Summary of research results
In the development of 2016, we assumed development of social implementation and implemented development that incorporates the on-site needs. Three things were done in order to be able to monitor many cracks in a short time.
・Rebuild the entire robot
・Reduce the weight of the robot itself and reduce the center of gravity
・The mounting position was changed to the upper center of gravity of the robot in order to suppress the vibration of the mounted 3D camera.
By this remodeling, it was possible to improve the straight running stability, the moving speed and the vibration of the robot. Furthermore, in order to shorten the image acquisition time, we modified the data processing algorithm of robot movement, shooting, and data transfer. Next, as a development of the data display function, we developed a function that can display graphs of measurement points, measurement data and measurement results by using a Google map. We also developed necessary functions as a monitoring system from the imaging of the runway using a 3D camera to the extraction of cracks, the graph display of cracks and the comparison display of crack data.

2. Development goals and achievement
(1)Modified contents of omnidirectional robot
・Weight saving:By improving the structure, the motors used, and the material of the frame, we could reduce the weight 180 kg before improvement to 80 kg after improvement.
・Improvement of structure:Low center of gravity has been achieved by changing the location of the control device of the robot from the upper part of the wheel to the axle position. Also, vibration of the camera was suppressed by setting the mounting position of the mounted 3D camera at the upper center of gravity of the robot.
・The self-position of the robot was acquired using GPS, the amount of movement was acquired from odometry, and SLAM technology was used for movement correction, thereby realizing automatic measurement of the specified area.

(2)Improvement of image processing function
・About acquisition of one 3-dimensional image (70 cm × 50 cm), it was possible to achieve planned value (acquisition time of one image: 4 sec).

(3)Improvement of crack extraction processing function
・The crack extraction processing time was shortened to 25 seconds per image, which required 3 minutes per image due to improved algorithm.

3. Summary and Future Initiatives
(1)In the development of 2016, it took time to improve the whole omnidirectional robot. It was impossible to achieve the goal in shortening the photographing time, shortening the data processing, and examining the application to the full run of the runway.

(2)We could not proceed to development next year at stage gate examination. Based on the development know-how until this year, we will pioneer applications to social infrastructure (roads, bridges, tunnels, etc.) other than the runway.
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