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成果報告書詳細
管理番号20190000000113
タイトル平成26年度―平成30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/維持管理ロボット・災害対応ロボットの開発/橋梁・トンネル点検用打音検査飛行ロボットシステムの研究開発
公開日2019/6/14
報告書年度2014 - 2018
委託先名日本電気株式会社 株式会社自律制御システム研究所 国立研究開発法人産業技術総合研究所 一般財団法人首都高速道路技術センター
プロジェクト番号P14031
部署名ロボット・AI部
和文要約国道や自治体が管理する橋梁やトンネルは5年に一度の定期点検が求められている。高所の打音検査を実施するには、高所作業をするにあたって危険が伴うという課題や、足場を設置する費用が高いという課題がある。本課題を解決するために、飛行ロボットを活用し打音検査を実施する点検システムの研究開発に取り組んだ。
本報告書では打音検査飛行ロボットの開発成果について報告をする。
システム全体の設計とセンサ部の開発を日本電気株式会社が担当した。飛行ロボットの開発を株式会社自律制御システム研究所が担当した。安全運用に関する検討を国立研究開発法人産業技術総合研究所が担当した。飛行ロボットの点検の運用方法と要求仕様の設計、開発した点検システムの評価を一般財団法人首都高速道路技術センターが担当した。
本研究では飛行ロボットによる打音検査を実現するために、(1)飛行制御、(2)打音・状況検知、(3)運用向上の3つの研究テーマを設定し、それぞれの課題を抽出した。次に、実際の点検作業における飛行ロボットによる点検のありかたを検討し、橋梁およびトンネルでの飛行ロボットによる点検システムの要求仕様案を設計した。首都高速道路技術センターの点検事業者としての知見を活用し、現状行われている点検作業の内容、運用の制約などを整理した上で飛行ロボットによる点検システムの要求仕様案を設計した。
設計した要求仕様案に基づき、打音検査飛行ロボットの飛行制御、打音・状況検知、運用向上に関する研究開発の取り組みを報告した。高さ10m以上の打音検査するためのGPSを利用しないトータルステーションによる位置制御と打音検査部の安定した接触制御を実現した。±10cmの範囲に打音をした状態で5秒以上とどまり、80%以上のコンクリートの打音を発生させることを実現し、さらに飛行ロボットの打音を点検員が聴音し清音か濁音かの判別ができた。また、風洞を用いた風速8m/sでの飛行性の評価を実施した。さらに各務原大橋をターゲットとした橋梁上からアプローチする点検方式を開発した。
実際に開発したシステムを利用し、茨城県幸久橋、岐阜県各務原大橋、岐阜県美濃市下橋で実際に打音検査飛行ロボットによる打音検査を実施した結果を報告した。茨城県幸久橋では1径間の床版下面、橋桁の側面と下面の点検を実施し、点検調書を作成した。また、岐阜県美濃市下橋では上流側橋桁の側面の点検を実施し、点検調書を作成した。さらに岐阜県各務原大橋では、P1、P9の2つの橋脚の側面の打音検査を実施した。P9については橋梁上からアプローチした点検を実施した。各務原大橋ではドローンによる建造物の点検の実績のある点検事業者と協力し、社会実装に向けた運用上の課題を抽出した。
最後に今回開発したシステムの仕様、性能、点検可能な条件を整理した。そして今後の社会実装に向けた取り組みの計画について述べた。
英文要約National road and road managed by local governments must be subject of regular scheduled inspection every five years. In this project, the goal is to develop inspection system utilizing flying robot to replace ordinary inspection method applied to high locations which involves high risk and cost due to the need to build of scaffold along the inspection site. This report introduces development result of this project.
NEC developed overall system architecture design and inspection sensor. ACSL developed flying robot. AIST developed safety consideration for the operating the system. Highway Technology Research Center (HTRC) provided testing site to support the evaluation of the system.
First, problem statement, overview, and technical challenges are stated. To tackle this problem and technical challenges effectively, the research is breakup into three subtopics; 1. Flight control, 2. Hammering inspection method and analysis, 3. Operational improvement. Once problem, and technical challenge is identified, specification of the system is derived based on the actual inspection method. HTRC has organized current rules and examined how this could be applied to the system from the inspector point of view.
Second, the technical development, including flight control algorithm, hammering inspection sensor, and safety operation rules to achieve the specification is stated. Total-station position estimation and safe wall-contact algorithm enabled stable and precise hammering inspection under GPS-denied environment at locations higher than 10m. For flight control, ±10cm precision position control for more than 5 seconds was achieved. For inspection, more than 80% of determination of anomaly was achieved. In addition to this, the flying robot was subject to 8m/s wind in wind-tunnel to prove its wind durability. Moreover, deployment method to do inspection from above the bridge was developed to conduct inspection at Kakamigahara-bridge.
Lastly, the results of system evaluation at Sakiku-bidge, Ibaraki prefecture, Kakamigahara-bridge, Kakamigahara city, Gifu prefecture, and Shimo-bridge, Mino city, Gifu prefecture is introduced. At Shimo-bridge, Gifu prefecture, the system conducted hammering inspection. At Sakiku-bridge, Ibaraki prefecture, inspection record was generated based on inspection done at lower plane of bridge, lower and side of bridge girder. At Kakamigahara-bridge, Kakamigahara city, Gifu prefecture, inspection was done for bridge pier P1, P2. For bridge pier P9, inspection was done by system deployed above the bridge. On the same location, system evaluation was conducted jointly with inspection company that has operated flying robot.
In the conclusion, the specification, area of application, and future plan for social implementation of the inspection system utilizing flying robot is discussed.
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