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成果報告書詳細
管理番号20190000000303
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 自在適応桁で支えられる橋梁点検ロボットシステムの研究開発
公開日2019/6/27
報告書年度2014 - 2018
委託先名株式会社建設技術研究所 国立大学法人東京工業大学 株式会社ハイボット
プロジェクト番号P14031
部署名ロボット・AI部
和文要約本開発は、橋梁の床版の下に点検ロボットをワイヤで吊り下げ、ワイヤ長さとロボットのアームの姿勢制御により、橋梁のすべての場所を写真撮影して、レポートを生成できる新しい橋梁点検装置であるBridgeviewと呼ぶ装置に関するものである。これまで橋梁の点検には長大なアームを伸ばす橋梁点検車で行われている。近年はドローンを使う方式が多く試みられているが、これには、風の影響を受けやすい、計測部分の位置座標が分かり難い、などの問題が残されると考えられる。それに対し本装置はそのような問題点を解決して、全天候的に安定した点検業務が可能であり、橋梁全体の上質な計測データを取得可能な装置である。
開発したBridgeviewの主な構成と動作は、高欄部と橋梁側面の地覆とに仮設される4本の支持ロッドと、ロッド上部に設置される電動リールから支持ロッド下部プーリを介して橋梁下部に伸ばされる4本のワイヤ(現状最大長さ60m)で吊り下げ検査装置を支え、ロボットの3次元位置を安定して制御できる装置である。吊り下げられるロボット本体は、姿勢の安定性を向上させため、ワイヤ先端に長尺のロッドと先端に特殊な関節が設けられ、4つの関節の運動自由度を相互に拘束する新しい機構を導入している。また吊り下げ装置にはロール角とピッチ角の2自由度の姿勢角度を変える自由度と新しいワイヤ駆動系で1mから2.5mまで伸展可能なロッドを有している。そのロッド先端には2自由度運台に30倍ズーム付き2000万画素の点検用カメラと、被写体までの距離を測定する距離センサが装備されている。この様な構造によりBridgeviewは床版に接近した位置、あるいは支承部の内部にカメラを運び、安定した姿勢で点検を実施可能である。
開発したBridgeviewの特徴は以下の通りである。1)車道の交通規制をほとんど必要としない。これは支持ロッドなどの橋上に設置する装置が、高欄と路肩内0.5mに設置できる特性によって実現されている。2)耐風性能がある。これはワイヤ4本で支持される構造であり風の影響を受けにくいためである。これまでの実験で11m/secの風で問題なく点検が実施できた実績がある。3)点検可能範囲は1回の設置で道路幅員30mの橋梁で長さ30mの領域の領域を計測可能である。さらに支持ロッドの位置を変更しながら同様の点検作業を繰り返すことで径間が長い橋梁でも橋梁全体が点検可能である。4)橋梁のすべての部位の画像をリアルタイムでモニタしながらデータが取得できる。つまり、床版だけでなく支承周辺の狭隘部、橋脚下部までワイヤの操作とカメラロッドの操作でカメラをアプローチさせ画像データが取得可能である。5)計測精度は0.1mm幅のひびわれを計測でき、さらにワイヤの長さ計測で計測位置の座標を付加したデータベースが構築可能である。6)設置点検に必要な人員は、現状ロボット操作業務を含み、点検員1名・点検補助員3名、交通誘導員2名で操作可能であるが、今後点検補助員はさらに減員可能である、などである。
5年にわたる開発では、初年度基本的な駆動方式をロッド支持からワイヤ支持方式に変更したり、軽量化を必要とする搬送性と大きな安全率を有する機器の耐張力性という両立し難い設計課題を解決したりするための思いのほか開発に時間が掛かったが、幸久橋、戸沢橋、不動大橋などの実橋梁での点検実験を繰り返すことで実用化状態に近い装置を実現できた。今後は、さらに設置時間短縮化のための改良などを実施し、さらに多くの実橋梁での実験を繰り返して実用機として仕上げていく予定である。
英文要約This document describes the development of BridgeView, a robotic system created for inspection of bridges. It consists of an inspection device that is suspended by four wires, and by controlling the attitude of the inspection device, it is possible to inspect the entire lower side of bridges without causing disruptions to traffic. Nowadays, this type of inspection is carried out with very long arms extended from especially designed trucks. There is also ongoing research aiming at using drones for bridge inspection. BridgeView solves the problems, such as the lack of stability with strong winds, and difficulty to obtain inspection data with precise coordinates, enables inspection to be carried out even in adverse weather, and has the capability to acquire data in higher resolution of the entire bridge.
BridgeView is mostly composed of 4 support rods that are temporarily attached to the sides of the bridge (side rails or side walls). On top of each support rod there is an electric winch containing a cable that will be sent down along the support rod, and then toward the inspection device, under the bridge. The inspection device is suspended by these four cables, and can be moved in three dimensions in a stable manner. Mechanisms to control the roll and pitch angles of the inspection device were added, as well as a new expandable arm expanding from 1m to 2.5m. At the tip of this expandable arm there is a 2-DOF mobile base holding a 20Mpixel camera equipped with a 30x optical zoom and a distance sensor. This way, by moving the camera close to the bottom of the bridge, or by inserting the camera in narrow spaces, it is possible to acquire high resolution images while maintaining a stable posture.
The special features of BridgeView are listed next: 1)There is practically no need to restrict traffic on the bridge during inspection. 2)The system can be used even with string winds. 3)The area that can be inspected with one setup is up to 30m (width) x 30m (length). 4)All sections of the bridge can be inspected and visualized in real time from the control unit. 5)The inspection camera can register cracks of 0.1mm of width. In addition, it is possible to create a database with high resolution images associated to their correct coordinates. 6)The system requires one inspector and three assistants to be assembled and operated.
During this 5-year development, it was necessary to design the entire system while solving apparently contradictory problems, such as: high portability, light weight, ease of installation, mechanical strength and safety of operation. BridgeView has been tested several times at Sakiku Bridge, Tozawa Bridge and Fudoo Bridge, resulting in invaluable feedback in terms of transportation, assembly, operation and safety. BridgeView is now very close to seeing practical use, and the plan from now on is to keep on improving it, in order to reduce the assembly time, and to use it in more bridges to acquire more data.
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