JP2021066317A

JP2021066317A - 無人点検作業機

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Publication number: JP2021066317A
Application number: JP2019193086A
Authority: JP
Inventors: 幸明十田; Yukiaki Toda
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-10-23
Filing date: 2019-10-23
Publication date: 2021-04-30
Anticipated expiration: 2039-10-23
Also published as: JP7257307B2

Abstract

【課題】構造物の垂直壁面の状態を広範囲にわたり機動的に点検できる無人点検作業機を提供すること。【解決手段】無人点検作業機１は、垂直壁面とは反対方向に気流を形成することにより、その反動で当該無人点検作業機の本体１０を壁面に押し付ける方向に力を発生させる流体機械１１を備える。また、本体の自走手段が、それぞれ独立して回転駆動される複数の走行輪２１、２２、２３、２４を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、高層ビル、橋梁・橋脚、トンネル、高速道路等のインフラ構造物の点検・メンテナンス作業を無人で行う無人作業機に関する。特に、構造物の垂直な壁面を広範囲にわたり機動的に点検できる自走式の無人点検作業機に関する。

我が国の高度経済成長以降に多く建造された高層ビル、高速道路、橋、トンネル等の老朽化が進み、今後、それら社会インフラの点検・メンテナンス作業の需要が加速度的に増大するものと想定されている。その一方で、少子高齢化も加わり、高所での危険な作業を行える職能工の人員も減少傾向にある。そのような背景の下、インフラ点検やメンテナンス作業を「ロボット」により無人化し効率化する種々の技術開発が推進されている。

インフラ点検を無人で行える技術として、例えば、近年、マルチコプタ（いわゆるドローン）を利用して橋梁の画像を撮影して点検するシステムが検討されている。マルチコプタが自律飛行することにより、点検車が届かないような高所での撮影を広範囲にわたり効率よく行うことができる。

しかし、ホバリング中のマルチコプタから撮影された画像は、機体の揺れ等により画質が均一ではなく、一定指標での評価が必要な点検用としては課題があった。この課題に関連し、ワイヤーロープで水平方向の移動自由度が制限された無人機により、構造物の外壁面との距離を一定にしながら点検を行う無人作業システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。

また、マルチコプタは、構造物との衝突等による墜落の危険性も少なからずある。

また、構造物の点検には打音検査や超音波探傷検査も有効である。しかし、上述したマルチコプタは、基本的にはカメラによる損傷部の外観撮影検査しかできず、被検物に接触して行う打音検査等の作業には不向きであった。

超音波探傷検査を無人で行う装置としては、例えば橋梁等の鋼材に磁力により吸着しながら自走できる自走式探傷装置が開発されている（例えば特許文献２参照）。

特開２０１８−５２４２９号公報特開２０１２−９８１９３号公報

しかし、上述した特許文献２の装置では、磁力により吸着できない例えばコンクリート構造物の壁面の超音波探傷検査を行うことができない。

本発明は、被検物である構造物が如何なる素材で造られたものであっても、その壁面の状態を広範囲にわたり機動的に点検できる、自走式の無人点検作業機を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するため、本発明は、構造物の垂直壁面を自走しながら点検する無人点検作業機であって、前記垂直壁面とは反対方向に気流を形成することにより、その反動で当該無人点検作業機の本体を前記垂直壁面に押し付ける方向に力を発生させる流体機械を備えている無人点検作業機である。

無人点検作業機は、前記本体の自走手段が、それぞれ独立して回転駆動される複数の走行輪を備えていることが好ましい。

また、無人点検作業機は、前記自走手段の複数の走行輪が、第一前輪、第二前輪、第一後輪及び第二後輪であり、前記第一前輪及び前記第二前輪の各回転軸が同一の前輪軸線上にあり、前記第一後輪及び前記第二後輪の各回転軸が同一の後輪軸線上にあり、前記前輪軸線と前記後輪軸線とが互いに平行に配置されており、前記第一前輪には、当該第一前輪を前進方向に回転させたときには前記本体を前進方向に対して外側に向かわせる力ベクトル成分を生じさせ、当該第一前輪を後進方向に回転させたときには前記本体を後進方向に対して内側に向かわせる力ベクトル成分を生じさせるように斜めの溝が刻設されており、前記第二前輪には、当該第二前輪を前進方向に回転させたときには前記本体を前進方向に対して外側に向かわせる力ベクトル成分を生じさせ、当該第二前輪を後進方向に回転させたときには前記本体を後進方向に対して内側に向かわせる力ベクトル成分を生じさせるように斜めの溝が刻設されており、前記第一後輪には、当該第一後輪を前進方向に回転させたときには前記本体を前進方向に対して内側に向かわせる力ベクトル成分を生じさせ、当該第一後輪を後進方向に回転させたときには前記本体を後進方向に対して外側に向かわせる力ベクトル成分を生じさせるように斜めの溝が刻設されており、前記第二後輪には、当該第二後輪を前進方向に回転させたときには前記本体を前進方向に対して内側に向かわせる力ベクトル成分を生じさせ、当該第二後輪を後進方向に回転させたときには前記本体を後進方向に対して外側に向かわせる力ベクトル成分を生じさせるように斜めの溝が刻設されていることが好ましい。

本発明の無人点検作業機によれば、構造物の素材を選ばずにその壁面の状態を広範囲にわたり機動的に点検できる。

本発明の一実施形態による無人点検作業機を水平方向正面から見た平面図である。図１の無人点検作業機の側面図である。本発明の他の実施形態による無人点検作業機の側面図である。本発明の一実施形態による自走手段を説明するための図であって、（ａ）は本体の前進動作を示し、（ｂ）は本体の右並進動作を示している。本発明の他の実施形態による自走手段を示す図である。

図１は、本発明の一実施形態による無人点検作業機１を水平方向正面から見た平面図である。図２は、無人点検作業機１の側面図である。なお、図２において、被検物である構造物が断面で示されている。

これらの図に示されるように、無人点検作業機１は、主たる構成要素として本体１０と自走手段２０とを備えており、構造物の垂直な壁面Ｗを自走することにより、その壁面の状態を広範囲に点検することができる。その作業目的のために、無人点検作業機１の本体１０には、構造物の壁面Ｗの損傷等を撮影するためのカメラ１５と、壁内部の劣化の状況を把握するための例えば超音波探傷装置１６等の検査装置が搭載されている。

また、本体１０には、構造物の垂直な壁面Ｗとは反対方向に気流を形成することにより、その反動で無人点検作業機１の本体１０を壁面Ｗに押し付ける方向に力Ｆを発生させる流体機械１１を備えている。流体機械１１は、本体１０を抜けて壁面Ｗとは反対方向に気流を形成するものであれば特に限定されず、例えば送風機、ダクテッドファン、ブロア、気流噴射機等を採用することができる。流体機械１１が作動中に生じる押力Ｆは、自走手段２０の４個の走行輪（第一前輪２１、第二前輪２２、第一後輪２３、第二後輪２４）を介して壁面Ｗに作用する（例えば図２参照）。

図１及び２を参照して流体機械１１の一実施例を説明する。本実施例では、２個の送風ユニットが、互いに回転翼の回転軸位置を一致させて対向して設けられている。正面側の送風ユニットは、モータ１１１により回転する４枚のプロペラ（又はファン）１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄからなる第一送風ロータを備えている。背面側の送風ユニットは、モータ１１２により回転する４枚のプロペラ（又はファン）１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄからなる第二送風ロータを備えている。流体機械１１がこのような回転翼型送風機の場合、本体１０に生じる不必要な回転モーメントを打ち消すために、対向する２個の送風ロータの回転速度を一致させ、かつ、２個の送風ロータを互いに逆向きに回転させることが好ましい。

このような流体機械１１を備えることにより、強風等の外乱があっても、無人点検作業機１の本体１０を安定して壁面Ｗに接地させた状態で点検作業を行うことができる。検査対象の壁面Ｗとカメラ１５との距離間隔が常に一定となるので、評価画像の解像度が均一になり検査精度が向上する。また、無人点検作業機１が壁面Ｗに接触した状態で超音波探傷装置１６による探傷検査や打音検査も行うことが可能となる。また、被検物である構造物が、鋼材、コンクリート及びタイル等といった如何なる素材で造られたものであっても、無人点検作業機１はその壁面Ｗに接して移動することができる。

また、本実施形態による無人点検作業機１は、本体１０の下部に揚力発生装置１２を備えている。推力発生装置１２は、本体１０の姿勢及び水平位置を維持するため、重力に抗する揚力を発生させる装置である。推力発生装置１２としては、例えば、ダクテッドファン、高出力ブロア、ジェット噴射機等を採用することができる。

また、無人点検作業機１は、例えば図３に示すように、上方に設置した吊上げ装置３０から吊り下げられたワイヤー３１に接続される実施形態であってもよい。吊上げ装置３０としては、例えばビルの屋上に設置したアーム式クレーン、自走可能なテレスコピッククローラクレーン、又はレール等の横行装置を有するホイスト式クレーン等とすることができる。

この吊り下げ式の実施形態によれば、無人点検作業機１の墜落の危険性をなくすことができ安全性を増すことことができる。また、ワイヤー３１に沿って配線した電源ケーブルを介して無人点検作業機１に有線給電すれば、無人点検作業機１の連続稼働時間を大幅に長くすることができる。

次に、無人点検作業機１に備えられる自走手段２０の一実施形態を、図４を参照して説明する。本実施形態による自走手段２０は、第一前輪２１、第二前輪２２、第一後輪２３及び第二後輪２４の４個の走行輪を有している。例えば、第一前輪２１は本体１０の前左部に配置され、第二前輪２２は本体１０の前右部に配置され、第一後輪２３は本体１０の後左部に配置され、第二後輪２４は本体１０の後右部に配置されている。各走行輪２１、２２、２３、２４は、ステアリング機構を有しておらず、それぞれが独立して回転駆動される。

第一前輪２１及び第二前輪２２の各回転軸は、本体１０の前部における同一の軸線２５上に配置されている。第一後輪２３及び第二後輪２４の各回転軸は、本体１０の後部における同一の軸線２６上に配置されている。前輪の軸線２５と後輪の軸線２６とは互いに平行している。

主に図４（ａ）を参照し、各走行輪２１、２２、２３、２４について更に説明する。

第一前輪２１には、当該第一前輪２１を前進方向に回転させたときには本体１０を前進方向に対して左外側に向かわせる力ベクトル成分を生じさせるように斜めの溝が刻設されている。反対に当該第一前輪２１を後進方向に回転させたときには本体１０を後進方向に対して右内側に向かわせる力ベクトル成分が生じる。

第二前輪２２には、当該第二前輪２２を前進方向に回転させたときには本体１０を前進方向に対して右外側に向かわせる力ベクトル成分を生じさせるように斜めの溝が刻設されている。反対に、図示はしないが、当該第二前輪２２を後進方向に回転させたときには本体１０を後進方向に対して左内側に向かわせる力ベクトル成分が生じる。

第一後輪２３には、当該第一後輪２３を前進方向に回転させたときには本体１０を前進方向に対して右内側に向かわせる力ベクトル成分を生じさせるように斜めの溝が刻設されている。反対に、図示はしないが、当該第一後輪２３を後進方向に回転させたときには本体１０を後進方向に対して左外側に向かわせる力ベクトル成分が生じる。

第二後輪２４には、当該第二後輪２４を前進方向に回転させたときには本体１０を前進方向に対して左内側に向かわせる力ベクトル成分を生じさせるように斜めの溝が刻設されている。反対に、当該第二後輪２４を後進方向に回転させたときには本体１０を後進方向に対して右外側に向かわせる力ベクトル成分が生じる。

無人点検作業機１を前進（上方向への移動）させるには、図４（ａ）に示すように、４個の走行輪２１、２２、２３、２４全てを同一の回転速度で前進方向に回転させればよい。それにより、各走行輪２１、２２、２３、２４により生じる力ベクトルの和が前を向き、無人点検作業機１は前進（上方向への移動）することができる。

反対に、無人点検作業機１を後進（下方向への移動）させるには、図示はしないが、４個の走行輪２１、２２、２３、２４全てを同一の回転速度で後進方向に回転させればよい。それにより、各走行輪２１、２２、２３、２４により生じる力ベクトルの和が後を向き、無人点検作業機１は後進（下方向への移動）することができる。

無人点検作業機１を右方向へ並進させるには、図４（ｂ）に示すように、第一前輪２１を後進方向に回転させ、第二前輪２２を前進方向に回転させ、第一後輪２３を前進方向に回転させ、第二後輪２４を後進方向に回転させる。４個の走行輪２１、２２、２３、２４の回転速度を、向きは異なるが同一とすることにより、各走行輪２１、２２、２３、２４により生じる力ベクトルの和が右を向く。それにより、無人点検作業機１は右方向へ並進することができる。

反対に、無人点検作業機１を左方向へ並進させるには、図示はしないが、第一前輪２１を前進方向に回転させ、第二前輪２２を後進方向に回転させ、第一後輪２３を後進方向に回転させ、第二後輪２４を前進方向に回転させる。４個の走行輪２１、２２、２３、２４の回転速度を、向きは異なるが同一とすることにより、各走行輪２１、２２、２３、２４により生じる力ベクトルの和が左を向く。それにより、無人点検作業機１は左方向へ並進することができる。

以上の自走手段２０の構成から容易に分かるように、左側の走行輪２１、２３と、左側の走行輪２２、２４の回転速度のバランスを変えることにより、無人点検作業機１を左右に旋回移動させることもできる。

このように本実施形態の自走手段２０を備える無人点検作業機１によれば、走行輪にステアリング機構がなくても、各走行輪２１、２２、２３、２４を独立に駆動制御することで、前進、後進、左右並進及び旋回といった自由度の高い機動的な走行動作が可能である。

なお、各走行輪２１、２２、２３、２４の回転軸の向きを、例えば図５に示すように上下・左右対称斜めに設定した場合でも、上述の実施形態と同様に前進、後進、左右並進及び旋回といった機動的な走行動作が可能となる。

以上説明した実施形態の無人点検作業機１によれば、被検物である構造物が如何なる素材で造られたものであっても、その壁面Ｗを広範囲にわたり機動的に走行でき、そして壁面Ｗの状態を安全に、効率よく、そして高精度に点検することができる。

１無人点検作業機
１０本体
１１流体機械
１２揚力発生装置
１５カメラ
１６超音波探傷装置
２０自走手段
２１第一前輪
２２第二前輪
２３第一後輪
２４第二後輪
２５前輪の軸線
２６後輪の軸線
３０吊上げ装置
３１ワイヤー
１１１、１１２モータ
１１１ａ〜ｄ、１１２ａ〜ｄプロペラ又はファン

Claims

構造物の垂直壁面を自走しながら点検する無人点検作業機であって、前記垂直壁面とは反対方向に気流を形成することにより、その反動で当該無人点検作業機の本体を前記垂直壁面に押し付ける方向に力を発生させる流体機械を備えている無人点検作業機。
前記本体の自走手段が、それぞれ独立して回転駆動される複数の走行輪を備えている、請求項１に記載の無人点検作業機。
前記自走手段の複数の走行輪が、第一前輪、第二前輪、第一後輪及び第二後輪であり、
前記第一前輪及び前記第二前輪の各回転軸が同一の前輪軸線上にあり、前記第一後輪及び前記第二後輪の各回転軸が同一の後輪軸線上にあり、
前記前輪軸線と前記後輪軸線とが互いに平行に配置されており、
前記第一前輪には、当該第一前輪を前進方向に回転させたときには前記本体を前進方向に対して外側に向かわせる力ベクトル成分を生じさせ、当該第一前輪を後進方向に回転させたときには前記本体を後進方向に対して内側に向かわせる力ベクトル成分を生じさせるように斜めの溝が刻設されており、
前記第二前輪には、当該第二前輪を前進方向に回転させたときには前記本体を前進方向に対して外側に向かわせる力ベクトル成分を生じさせ、当該第二前輪を後進方向に回転させたときには前記本体を後進方向に対して内側に向かわせる力ベクトル成分を生じさせるように斜めの溝が刻設されており、
前記第一後輪には、当該第一後輪を前進方向に回転させたときには前記本体を前進方向に対して内側に向かわせる力ベクトル成分を生じさせ、当該第一後輪を後進方向に回転させたときには前記本体を後進方向に対して外側に向かわせる力ベクトル成分を生じさせるように斜めの溝が刻設されており、
前記第二後輪には、当該第二後輪を前進方向に回転させたときには前記本体を前進方向に対して内側に向かわせる力ベクトル成分を生じさせ、当該第二後輪を後進方向に回転させたときには前記本体を後進方向に対して外側に向かわせる力ベクトル成分を生じさせるように斜めの溝が刻設されている、請求項２に記載の無人点検作業機。