JP2021017795A - レールカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】橋梁は国が定める統一的な基準で検査が義務付けられており、下面の検査には点検車両やドローン等が用いられるが、点検車両は車両台数が限られ高コストで、ドローンによる撮影は熟練した操縦者が必要であり、点検の経費や人手不足が問題となっている。【解決手段】略垂直に配置したロッドに片方を角度可変で接続され、もう片方を２重反転ローターの推力により支持されたレールに沿ってモータで移動できるカメラを用いて橋梁下面を撮影できるレールカメラ装置。【選択図】図１

Description

橋梁下面の点検において容易に使用でき、下面奥側の任意の場所を真下から撮影できるレールカメラに関する。

全国約７３万橋の橋梁のうち、７割以上となる約５２万橋が市町村道にあり、建築後５０年を経過した橋梁の割合は、１０年後には５０％と増加する。橋梁は国が定める統一的な基準で５年に一度、近接目視またはそれに変わる方法による全数監視を実施しなければならない。

橋梁下面の点検には、例えば非特許文献１に示す橋梁点検車（ブリッジカー）、クレーン車などの点検車両が用いられる。より簡便な方法としては、非特許文献２に示すＬ型のアーム型カメラを使った撮影がある。

近年は、ドローンと呼ばれる無人航空機の上部に撮影用カメラを設置して点検を行うことも一般的である。また、特許文献１に示すメカナムホイールを使って橋梁下面に接触しながら移動撮影ができるドローンも開発されている。

特開２０１８−１０８８１８

"高架道路・橋梁点検車（ブリッジチェッカー）｜株式会社タダノ"［令和元年６月２４日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔａｄａｎｏ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｐｕｒｐｏｓｅ／ｂｔ／〉 "点検カメラシステム｜株式会社インテス"［令和元年６月２４日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｉｎｔｅｓ．ｃｏ．ｊｐ／ｔｙｏｕｓａ．ｈｔｍｌ＃ｔａｂ２〉

点検車両は台数が限られており人件費も高額になる。目視点検であり信頼性は高いが高コストである。ドローンによる撮影は熟練した操縦者が必要であり、ドローンの構造物の衝突落下の危険性について配慮されなければならない。簡便なアーム型カメラについては任意の箇所の撮影に困難があり、カメラの荷重を支えるのに労力を要する。橋梁の定期的な検査は急務であるが、点検の経費や人手不足が問題となっている。

本発明は前期課題に鑑みてなされたもので、簡便な操作で橋梁下面の任意の箇所を撮影することができるレールカメラ装置である。

本発明の態様の１つは、橋梁等構造物の下面まで略垂直に配置したロッドに、片方を角度可変で接続され、もう片方を２重反転ローターの推力により支持された、レールに沿ってモータで移動でき橋梁等構造物の下面を撮影できるレールカメラ装置である。レールの重量の半分はローターの推力により支えられているため、使用時にはロッドを全荷重の半分の力で垂直下方に保持するだけでよいのでアーム型カメラよりも労力少ない利点がある。レールの支持条件としては両持ちとなるため、レールや手持ちのロッドの剛性に対する要求が低く、軽量な部材が使用可能である。

本発明の他の態様の１つは、略垂直に配置したロッドに片方を角度可変で接続され、もう片方を２重反転ローターの推力により支持されたレールに沿ってモータで移動できるレールカメラ装置において、橋梁等構造物の下面を撮影することを特徴とする制御方法である。ジャイロスコープ等のセンサ情報をもとにレールの角度を検出し、ローターの推力により指定された角度でレールを保持する制御を行い、レール上のカメラ指示台の位置を計測し、ロッド上部にＧＰＳを備えれば撮影場所の正確な位置情報の記録を取ることも可能である。

本発明の他の態様の１つは、略垂直に配置したロッドに片方を角度可変で接続され、もう片方を２重反転ローターの推力により支持されたレールに沿ってモータで移動できるレールカメラ装置による橋梁等構造物の下面の撮影において、またはあらかじめ設定された撮影条件のもとにレール上の移動とその地点での撮影条件を自動で変えて撮影を行う制御プログラムである。

レールを懸垂するロッドは手持ちでなく、橋梁に固定または可動可能に設置しても良い。本発明のレールカメラを橋梁に平行に移動可能なレールに設置すれば、橋梁全面を自動で検査する装置とすることもできる。

レールカメラ装置のレールを保持する角度については水平とは限らず、垂直方向や傾斜を持っていてもよい。どのような角度に保持された場合においても、レールに沿った移動ができるレールカメラ装置として実現可能である。

従来手法では多大なコストを要し、取扱いの不便な装置による橋梁等構造物の点検について、本発明の適応できる一部の橋梁等建造物の下面検査においては、点検車両による方法より低コストで、簡便な操作と少ない労力で任意の箇所を写真・動画等の撮影を実現できる。

ドローンやアームカメラなどの先行技術では、操縦者と点検者の二名以上が必要だが、本発明品は軽量に製造できるので片手で重量を支え、もう一方の手で操作が可能であるため、操作を含めた点検作業が一人で可能となる。手元から有線で装置に給電できることからドローンと比較してバッテリーの容量による作業時間の制約もない。

第１の実施形態に係るレールカメラ装置の外観を示す斜視図である。 第１の実施形態に係るケーブルカム装置の使用状況を示す模式図である。 コントローラの機能の概略を説明するブロック図である。

図１は、実施形態に係るレールカメラ装置の外観を示す斜視図である。レールカメラ装置１００は、概略、コントロールボタン４を備えたグリップ５、ロッド２と接続軸Ａにより角度可変で接続されたレール３に備えられた２重反転ローター（図１においては２つのローター１ａと１ｂ）、カメラ移動台６、カメラ移動用連続回転サーボ７、コントローラ及び制御回路２０、電源１０を備える。電源１０は、ローター１ａと１ｂ、カメラ移動用連続回転サーボ７、及びコントローラ及び制御回路２０に対して電力を供給する。カメラ移動台６はレール摺動部Ｂによってレール３上を摺動可能に接続されている。

カメラ移動用連続回転サーボ７の回転はプーリー８にかけられたワイヤ９を介してカメラ移動台６に伝えられる。カメラ移動用連続回転サーボ７はワイヤ９と十分に大きな摩擦を持つものであるか、または噛み合わせを持つもので、正転・逆転によりカメラ移動台６がレール３上を双方向に移動可能である。

図２はケーブルカム装置の使用状況を示す模式図である。橋梁２００上から作業員３００が橋梁下面の点検のためにレールカメラ装置１００を使用する。作業員３００は図２（ａ）のようにグリップ５を持ちレールカメラ装置１００を垂下したのち、コントロールボタン４の操作により２重反転ローターを駆動する。図２（ｂ）のようにローターの推力Ｆにより接続軸Ａより先の部分が接続軸Ａを支点にして、水平に持ち上げられる。図２（ｃ）に示すように、レールの角度は必ず水平でなく任意の角度としてもよい。

２個のローターを同軸で反転させて使用することにより，ローターの反力を打ち消すことができる。また２個のローターの推力が異なる場合は反力の差を生じロッド２に対して回転力を生じさせることもできるので、方位センサ等と組み合わせてレールを一定方向に制御することもできる。

カメラ移動台６に撮影用カメラ３０を搭載することで、レール３上の可動範囲で任意の位置での撮影を行うことができる。レールカメラ装置に搭載するのは一般の静止画撮影カメラ、動画撮影カメラに限定することはなく、赤外線カメラ、レーザー計測装置など、構造物点検に用いられる各種センサでもよい。

ロッド２とレール３の材質、形状、寸法は、様々なものを採用可能であるが、軽量であってモータやローターの振動に影響を受けにくい剛性を持つものが望ましい。ロッドの長さを伸縮させる機構を持たせることで、橋梁の規模に応じた範囲の撮影ができる。

更に、照明を付け加えるなど撮影の便宜面での付加装置も考えられる。ローター周辺にセンサを搭載してローター部が橋桁にぶつからないように制御するほか、安全面でローター部カバー設置なども有用である。

図３はレールカメラ装置１００のコントローラの機能の概略を説明するブロック図である。同図に示すように、コントローラ２０は制御用コンピュータ２１、ジャイロセンサ２２、加速度センサ２３を備えている。コントローラには、３軸ジャイロセンサ、３軸加速度センサを搭載する市販のマルチコプター（いわゆるドローン）のコントローラを流用してもよい。制御用コンピュータ２１は、内蔵するメモリに記録された制御プログラムによりローター１ａと１ｂの回転数や、カメラ移動用連続回転サーボ７の回転方向及び回転速度を制御する。制御用コンピュータ２１の出力回路２７ａ〜２７ｃには、それぞれローター１ａと１ｂのモータアンプ２４と２５、連続回転サーボ２６がそれぞれ接続されている。

コントローラ２０は、主にジャイロセンサ２２の出力する角速度の積算により得られる角度情報を用いてレール３の傾きを検出する。またコントローラ２０は、ジャイロセンサ２２のオフセット量を、加速度センサ２３の出力する静的な傾き情報を用いて補正する。これにより、コントローラ２０はレール３の傾きを正確に検出し制御することができる。

コントローラ２０はレールの傾きを検出して制御を行うものなので、十分な剛性のあるレールであればレール上のどの部分に配置しても良い。ローターに近いレール先端部ではローターの機械的振動がセンサの読み取り誤差の要因にもなりえるが，レールの角度変化に対する変位はレール先端部が大きくなるため，ジャイロセンサ２２や加速度センサ２３をレール上の分離した場所に設置するなどして誤差を軽減することも考えられる。

カメラ移動台６のレール３上の位置により支点となる接続軸Ａからの距離が異なりカメラ移動台がローター１ａと１ｂに近づくほどレール３を水平に維持するために必要な推力Ｆは大きくなるが、推力Ｆのオフセット値を制御するプログラムをコントローラ２０に持つとよい。

レールカメラ装置１００はあらかじめ設定された通りにレール３の角度とカメラ移動台６の位置を移動して撮影を行う装置としてもよく、ジャイロセンサによる角度とカメラ移動用連続回転サーボの計数値から自動撮影を行う制御プログラムをコントローラ２０に持つとよい。更にグリップ５上部にＧＰＳを備えれば、撮影場所の正確な位置情報の記録を取ることも可能である。

これまで説明してきた、レールカメラ装置は２個以上のローターを有し姿勢制御を行うことができるものの、飛行体ではないので航空法の制約を受けることはない。

１ａ〜１ｂ…モータおよびローター、２…ロッド、３…レール、４…コントロールボタン、５…グリップ、６…カメラ移動台、７…カメラ移動用連続回転サーボ、８…プーリー、９…ワイヤ、１０…電源、１１…外部電源、２０…コントローラ及び制御回路、２１…制御用コンピュータ、２２…３軸ジャイロセンサ、２３…３軸加速度センサ、２４…モータアンプ１、２５…モータアンプ２、２６…連続回転サーボ、２７ａ〜２７ｃ…制御出力、３０…撮影用カメラ、１００…レールカム装置、２００…橋梁、３００…作業員、Ａ…接続軸、Ｂ…レール摺動部、Ｆ…推力

Claims (4)

1. 略垂直に配置したロッドに、片方を角度可変で接続され、もう片方を２重反転ローターの推力により支持された、レールに沿ってモータで移動でき橋梁等構造物の下面を撮影できるレールカメラ装置。
2. 請求項１に記載のレールカメラ装置であって、各種センサを用いてレールの角度を維持し、レール上のカメラの位置を可変して橋梁等構造物の下面を撮影することを特徴とする制御方法。
3. 請求項１に記載のレールカメラ装置であって、あらかじめ設定された撮影条件のもとにレール上の移動とその地点での撮影条件を自動で変えて撮影を行う制御プログラム。
4. 請求項１に記載のレールカメラ装置であって、懸垂するロッドを橋梁等構造物に固定または可動可能に設置した装置。