JP5825720B2 - 観察ツール - Google Patents

Description

本発明は、天井裏、床下等の狭隘部に挿入してその様子を観察・撮影などするための観察ツールに関する。

従来、狭隘部を観察・撮影する技術として、以下のようなものがある。

（１）工業用ビデオスコープ
このものは、先端にＣＣＤカメラと照明を備えた細いケーブルを、作業者が手作業により、後ろ側から前方へ押し込みながら、主に配管内を観察・撮影するビデオスコープ（カメラ）である（図１７（Ａ））。先端部（長さ１０ｃｍ程度）を、手元のコントローラにより上下左右に曲げることができるように構成されたものもある。
さらに、このビデオスコープの後続ケーブルに振動するブラシを備え、このブラシの振動を利用して前進後退できるようにした装置（能動スコープカメラ）も知られている（図１７（Ｂ））。
また、特許文献１には、ファイバースコープを扁平状の薄型にすることで、円形断面のケーブルに比べて、狭いすき間を通過することを可能にすると共に、不規則なねじれを抑制して上下方向などの位置を特定し易くした狭隘部点検装置が記載されている。

（２）伸縮棒付カメラ
手で曲げて形状を保持できるフレキシブル部の先端にＣＣＤカメラと照明を備え、これらを長さの伸縮する棒の先端に接続したツールの基端側を作業者が保持して操作することで、狭隘部内の様子を、手元のモニタにより観察したり撮影したりすることが可能に構成されている（図１７（Ｃ）、特許文献２）。

（３）床下走行カメラ
遠隔操縦により走行する車両に、カメラと照明を搭載したツールである。主に空間に余裕があり障害物が少ない箇所に用いられる（図１７（Ｄ））。

（４）管内自走カメラ
先端にＣＣＤカメラと照明を備え、遠隔操縦により走行する管内観察・撮影用のカメラである（図１７（Ｅ））。この種の一例として、多数のアームと関節を有して構成され、関節によりアームを屈曲させることで曲がった管内についても走行可能としたものが、特許文献３に記載されている。

（５）天井裏走行台車
天井裏の軽鉄（軽量鉄骨材からなる天井下地材など）を乗り越えて走行する台車に観察・撮影用のカメラを搭載したような装置が知られている（図１７（Ｆ））。

（６）多関節ロボット等にカメラ等の撮像装置を搭載したもの
モータを内蔵したユニットが多数連結され、各関節の角度を変化させることでヘビのように姿勢を変え、障害物を乗り越えて狭隘部にアクセスすることのできるロボット（ヘビ型ロボット）が知られている（図１７（Ｇ））。そして、このロボットにカメラ等の撮像装置を搭載することが考えられる。

（７）超冗長性ロボットアーム
多数の関節を持つアームをワイヤの引張によって各関節を曲げることが可能なロボットがあるが、このものは根元（基端部）に駆動部が集中している（図１７（Ｈ））。そして、このロボットにカメラ等の撮像装置を搭載することが考えられる。

（８）オフセット関節型ロボットアーム
円筒を斜めに切断した複数のユニットを備え、これら複数のユニットを、その斜めに接断された断面で繋ぎ合せた構造をもつロボットアームであり、各ユニットを旋回させることによって様々な曲げ姿勢をとることができるようにしたものである（図１７（Ｉ））。そして、このロボットにカメラ等の撮像装置を搭載することが考えられる。

実公平８−５６４号公報 特開平８−３２８５０号公報 特開２００８−１４４４７号公報 特開２００１−１４７２８７号公報 特開２００１−２８１３８２号公報

ここで、上述した各種の装置には、以下のような実情がある。
（１）工業用ビデオスコープの場合
管内では管の内壁に沿って進む（方向が拘束されている）ため問題ないが、天井裏のような自由空間では後続ケーブルを押し込んでもケーブルがたわむので任意の方向にアクセス（到達）できるわけではない。天井裏の天井ボードに漏水跡が有るか無いかを確認したい場合、図１６（Ａ）に示すように空調ダクトや配管等の障害物をかわしたうえで上方から覗き込むことが必要だが、支持がないのでそのような姿勢をとることができない。

また、極先端部（１００ｍｍ程度）が上下左右に曲げられるタイプもあるが、これは管壁面を観察したり分岐管の方向を選ぶためのもので、やはり自由空間では任意の方向にアクセスさせることは困難である。例えば点検口が近くにない場合、梁下をくぐり抜けた後の空間の天井（躯体）や梁側面（梁の背面）を観察することは困難である（図１６（Ｂ）参照）。
ケーブルに蠕動運動するブラシを備えた能動スコープでも周囲の反力がとれないような自由空間では任意の方向に先端部をアクセスさせることは困難である。
なお、特許文献１に記載の狭隘部点検装置にも、上述したと同様の問題がある。

（２）伸縮棒付カメラ（特許文献２に記載の装置を含む）の場合
このものは、例えば高所もしくは橋の上から橋脚等の下部を観察・撮影するためのカメラであって伸縮棒が直線状のため、天井高の低い天井裏では点検口から近い箇所へ挿入することは可能だが、点検口から水平方向にある程度距離がある箇所を見る場合は、棒が天井躯体に干渉するので挿入できず観察は困難である。
また、カメラ角度を変えるため、カメラ直後にフレキシブルチューブが付いているが、予め手で曲げるものであって、挿入しながら任意に曲げることはできず不便である。

（３）床下走行カメラの場合
二重床で障害物の少ない床面を走行するためのもので、配管等障害物がある床や軽鉄が縦横に存在する天井裏の走行は困難である。

（４）管内自走カメラ（特許文献３に記載の装置を含む）の場合
管内を走行することに特化しており、管の無い状態では、軽鉄が縦横に存在する天井裏を走行させることは困難である。

（５）天井裏走行台車の場合
軽鉄を乗り越えて天井裏を走行できるが、配管や配線と干渉すると走行困難なため使用できる場所が限定される。

（６）多関節ロボット等（例えば、ヘビ型ロボット）にカメラ等の撮像装置を搭載した観察ツールの場合
障害物を乗り越えたり、自由空間で任意の姿勢をとることができるが、関節数が多く寸法や質量が大きくなりがちである。また、姿勢制御のためにＰＣ（パーソナルコンピュータ）と高度なソフトウェアが必要なため天井裏の点検ツール（観察ツール）としては大掛かりである。

（７）ワイヤ駆動式超冗長性ロボットアームを利用した観察ツールの場合
多関節をワイヤ駆動するため先端部は比較的小型軽量にできるが、駆動機構が複雑で駆動源が大きくなりがちである。また姿勢制御のためにPCと高度なソフトウェアが必要なため天井裏の点検ツール（観察ツール）としては大掛かりである。

（８）オフセット関節型ロボットアームを利用した観察ツールの場合
各モータを旋回させるだけで多様な曲げ姿勢をとることができるが、減速機を備えた旋回モータを各アームユニット内に内蔵するため寸法や重量が大きくなりがちである。また、姿勢制御のためにＰＣと高度なソフトウェアが必要なため天井裏の点検ツール（観察ツール）としては大掛かりである。

なお、特許文献４には、ガイドレールを設置し、そのガイドレールに沿って複数のリンクが結合された挿入機構を挿入し、挿入機構の先端に設置されている点検装置により、狭隘な場所等を点検することができるようにした遠隔点検検査システムが記載されている。

また、特許文献５には、ガイドパイプを設置し、そのガイドパイプに沿ってケーブルを挿入し、ケーブルの先端に設置されている点検ヘッドにより、狭隘な場所等を点検することができるようにした挿入式遠隔点検システムが記載されている。

特許文献４や特許文献５に記載の技術では、狭隘部内にガイドレールやガイドパイプを予め設置する必要があると共に、ガイドレールやガイドパイプに沿った比較的狭い範囲しか観察することができないため、天井裏や床下等を比較的広い範囲で観察したい場合には不十分であると共に、点検ツール（観察ツール）としては大掛かりとなる。

本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、簡単かつ低コストな構成でありながら、比較的障害物などが多い天井裏や床下などの狭隘部内の様子を比較的広い範囲で観察したり撮影したりすることができる観察ツールを提供することを目的とする。

このため、本発明は、
少なくとも２つの湾曲された腕と、
腕を枢動自在に接続する関節と、
関節廻りに腕を回転駆動及び停止させることが可能な駆動源と、
最先端の腕の先端に、腕の枢動平面において枢動可能であると共に、腕の枢動平面と交差する方向に枢動可能に取り付けられるカメラと、
が備えられた屈曲式アームを含んで構成される観察ツールであって、
前記少なくとも２つの腕は、湾曲方向が同じ方向となるように配設されると共に、
屈曲式アームの基端側を作業者が支持しながら前記駆動源を操作可能であると共に、前記カメラにより取得される映像を観察可能に構成され、
前記駆動源は、腕の湾曲中心と反対側の面に取り付けられることを特徴とする。

本発明において、前記湾曲された腕が３つであり、隣接する腕の間の各関節の枢軸が平行であることを特徴とすることができる。

本発明において、前記腕の湾曲形状がヘ字状であることを特徴することができる。

本発明において、前記カメラを腕の枢動平面において枢動させるためのチルトモータを基端側に配置することを特徴とすることができる。
また、本発明において、最先端の腕の先端に、照明が設けられること特徴とすることができる。
また、本発明において、
屈曲式アームの基端側に長手方向に並ぶ一対のガイドローラが設けられ、
該一対のガイドローラの上下面をガイドレールにより滑動可能に支持させることを特徴とすることができる。

本発明は、簡単かつ低コストな構成でありながら、比較的障害物などが多い天井裏や床下などの狭隘部内の様子を比較的広い範囲で観察したり撮影したりすることができる観察ツールを提供することができる。

本発明に係る一実施の形態の観察ツールの全体構成を示した斜視図である。 同上実施の形態に係る観察ツールの湾曲部付屈曲式アーム（屈曲式アーム）を示す斜視図である。 同上実施の形態に係る湾曲部付屈曲式アームの前腕に取り付けられたＣＣＤカメラの水平方向の首振り動作について説明するための図であり、（Ａ）は図中左方向に最大に揺動させた状態を示す斜視図であり、（Ｂ）は図中右方向に最大に揺動させた状態を示す斜視図である。 同上実施の形態に係る湾曲部付屈曲式アームの前腕に取り付けられたＣＣＤカメラの鉛直方向の首振り動作について説明するための図であり、（Ａ）は図中上方向に揺動させた状態を示す斜視図であり、（Ｂ）は図中下方向に揺動させた状態を示す斜視図である。 （Ａ）は同上実施の形態に係る湾曲部付屈曲式アームの前腕の鉛直方向揺動の様子を示す斜視図であり、（Ｂ）は同湾曲部付屈曲式アームの上腕の鉛直方向揺動の様子を示す斜視図である。 天井裏へ観察ツールを挿入する様子を示す側面図（各関節の揺動平面と直交する方向から見た図）であり、（Ａ）は前腕の途中まで天井裏に挿入された状態を示す側面図であり、（Ｂ）は前腕の全体及び上腕の途中まで天井裏に挿入された状態を示す側面図であり、（Ｃ）は前腕の全体、腕の全体、及び体幹の途中まで天井裏に挿入された状態を示す側面図である。 単なる直線状のアームを連結した構成の観察ツールが、開口部の縁または天井躯体に干渉して奥まで挿入できない様子を示す側面図である。 同上実施の形態に係る観察ツールが、開口部の縁または天井躯体に干渉することなく挿入可能な様子を示す側面図である。 同上実施の形態に係る観察ツールにおけるアームコントロールボックス及び各モニタを拡大して示すと共に、湾曲部付屈曲式アームの動作の様子を撮影する小型カメラの設置場所を示す図である。 同上各小型カメラのうちのどの小型カメラの撮像をモニタに表示させるかを選択するための切替スイッチの一態様を示す図である。 同上実施の形態に係るＣＣＤカメラ５０により撮影された画像に天の位置を表示させるためのフィルタを説明するための図である。 同上実施の形態に係る観察ツールの先端のＣＣＤカメラ（及び照明）を、天井裏において障害物等との干渉を避けつつ観察したい箇所へ到達させ、見たい方向へ向けた様子を示す斜視図である。 同上実施の形態に係る観察ツール基端部を収容して滑動可能にするガイドレールを説明する斜視図である。 同上実施の形態に係る観察ツールを、梁の下を通して梁の背面側を見たい場合や床下へ挿入する際に、屈曲式アームの裏面を上側（逆へ字状配置）として挿入する様子を示す図である。 （Ａ）は延長棒を作業者の体に固定する保持用ハーネスの一例を示す図であり、（Ｂ）は延長棒を三脚で支持する様子の一例を示す図であり、（Ｃ）は延長棒を脚立に取り付けて支持する様子の一例を示す図であり、（Ｄ）は脚立に一人が載って二人で作業している様子を示す図である。 （Ａ）は狭隘部（天井裏）における障害物（空調ダクト）の向こう側を観察したい場合について説明する斜視図であり、（Ｂ）は梁の下を通過した後、その梁の側面（背面）等を観察したい場合について説明する側面図である。 従来の種々の装置例を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明に係る一実施の形態の観察ツール１の全体構成を示した図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る観察ツール１は、本発明に係る屈曲式アームに相当する湾曲部付屈曲式アーム１０と、湾曲部付屈曲式アーム１０の屈曲度合いを主に制御するアームコントローラ（駆動用充電池内蔵）２０と、ＣＣＤカメラ５０を制御するカメラコントローラ３０と、アームコントローラ２０に対する作業者からの指示等を入力するためのアームコントロールボックス４０と、ＣＣＤカメラ５０により撮影された像を表示する録画機能付モニタ４５と、ＣＣＤカメラ５０と、照明（ＬＥＤ等、電池式）６０と、延長棒（着脱および交換可能）７０と、カメラ用充電池８０と、を含んで構成されている。

なお、場合によっては、照明６０は省略することも可能である。また、図１ではケーブルを介して、アームコントローラ２０、アームコントロールボックス４０、録画機能付モニタ４５等を接続しているが、無線その他の通信を利用することでケーブルを省略することも可能である。

カメラコントローラ３０は、ＣＣＤカメラ５０の信号処理を行うもので、ＣＣＤカメラ５０を小型化するために分離されている。カメラ電源の入切やオートゲインコントロールおよびホワイトバランス保持の切替ができる。

なお、カメラ用充電池８０については、アームコントローラ２０に内蔵される電池からＣＣＤカメラ５０へ電力を供給することができる場合には省略することもできる。

本実施の形態に係る湾曲部付屈曲式アーム１０は、図２に示すように、前腕１１と、上腕１２と、体幹１３と、が関節（前腕関節１４及び上腕関節１５）を介して連結されて構成されている。なお、前腕関節１４の枢軸と、上腕関節１５の枢軸と、は略平行に配設される。

前腕１１、上腕１２、体幹１３は、それぞれ「略ヘ字状」に湾曲されて構成され、略ヘ字状の中央付近の凸部が、同じ方向となるように連結されている（図２、図６等参照）。

図２に示すように、前腕１１の先端側（狭隘部へ挿入される側）の略へ字状の凸側の面（表面）に、ＣＣＤカメラ５０と、照明６０と、が設けられている。

更に、前腕１１には、ＣＣＤカメラ５０を関節（枢軸）５１Ａを介して水平方向に首振り（図３の水平首振り方向を参照）させるためのパンモータ５１と、ＣＣＤカメラ５０を鉛直方向に首振りさせるためのチルトモータ５２と、が設けられている。なお、チルトモータ５２は、前腕１１の基端側に設けられており、そこからチルト伝達棒（リンクロッド）５２Ｂを介して、ＣＣＤカメラ５０をチルト関節（枢軸）５２Ａを介して鉛直方向に首振り（図４の鉛直首振り方向を参照）させる構成となっている。

このように、比較的重量のあるチルトモータ５２を基端側に配置することで、前腕モータ１１１および上腕モータ１２１に作用するモーメントを小さくすることができ、より出力の小さい小型モータを使用することができる。さらに基端側を支える作業者に作用するモーメントを小さくすることができるため、作業者への負担を軽減することができる。

なお、前腕１１（或いは上腕１２）は、図５（Ａ）（或いは図５（Ｂ））に示すように、前腕関節（枢軸）１４（或いは上腕関節（枢軸）１５）の廻りを、上腕１２（或いは体幹１３）に対して揺動（枢動）可能であるが、その揺動平面方向と同じ面内での首振り方向が、ここでの「鉛直方向」に相当し、前記揺動平面と略直交する面内での首振り方向がここでの「水平方向」に相当する（以下、同様である）。なお、前腕１１と上腕１２の揺動平面は略同一若しくは平行な面である。

本実施の形態では、図２や図６等に示したように、上腕１２に対して前腕１１を鉛直方向に曲げるための前腕モータ１１１が上腕１２に備えられていると共に、体幹１３に対して上腕１２を鉛直方向に曲げるための上腕モータ１２１が体幹１３に備えられている。

チルトモータ５２、前腕モータ１１１、上腕モータ１２１などの突起物は、前腕１１、上腕１２、体幹１３の端部付近において略ヘ字状の凸側の面に取り付けられている。

これにより、チルトモータ５２、前腕モータ１１１、上腕モータ１２１などの突起物が、湾曲部付屈曲式アーム１０を水平面に置いたときに、略ヘ字状の前腕１１、上腕１２、体幹１３の連結点（関節）付近に形成される窪みとなる部分に収容されるような配置となる（図６（Ｃ）等参照）。

すなわち、このような配置方法によれば、湾曲部付屈曲式アーム１０を水平面に置いたときに、その高さ（図６（Ｃ）の上下方向）が湾曲部がない直線状のアームに突起物が配置された場合の高さとほぼ同様になるので、高さ方向における隙間等への侵入能力を阻害することがない。

なお、パンモータ５１、チルトモータ５２、前腕モータ１１１、上腕モータ１２１は減速機内蔵のエンコーダ付サーボモータを採用することができ、所望の回転角度位置まで回転駆動可能であると共に所望の回転角度位置で停止維持可能に構成されていると共に、それぞれ対応する回転リンク機構を介して各腕を枢動させると共にその位置に停止維持することができるように構成されている。

本実施の形態に係る観察ツール１は、天井裏を観察対象の一つとしているが、天井裏といっても天井高（天井裏内の高さ）には１００ｍｍから１ｍ近いものまでさまざまである。天井裏にある空調ダクトや配管、梁を回避して、その向こう側を見ることを考慮して、関節に挟まれた各アームユニット（前腕１１、上腕１２、体幹１３が相当）の長さを３００ｍｍとし、本実施の形態では、ユニット数を３（前腕１１、上腕１２、体幹１３が相当）とした。

また、各アームユニット（前腕１１、上腕１２、体幹１３が相当）は、既述したように、長手方向略中央が略ヘ字状に湾曲しており、小さい点検口（開口部）から高さ方向に余裕のない空間にも挿入することができるように構成されている。なお、前腕１１、上腕１２、体幹１３の略ヘ字状の凹側の面（裏面：湾曲中心側面）には突起物がないので、狭隘部への挿入の際に円滑な挿入が可能となっている。

すなわち、例えば、天井裏へ挿入する際には、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示すように、屈曲式アーム１０の裏面を下側とすることで、この屈曲式アーム１０の裏面が、点検口などの開口部のエッジなどに当接しても円滑に滑らせながら奥まで挿入することが可能となる。

一方で、例えば、梁の下を通して梁の背面側を見たいような場合や床下へ挿入する際には、図１４に示すように、屈曲式アーム１０の裏面を上側（逆へ字状配置）とすることで、この屈曲式アーム１０の裏面が、点検口などの開口部のエッジなどに当接しても円滑に滑らせながら奥まで挿入することが可能となる。

各アームユニット（前腕１１、上腕１２、体幹１３が相当）は、図２や図６等に示したように、鉛直方向に関して（前腕１１や上腕１２の揺動平面と略同一な平面において）、同一方向を向いた略ヘ字状に湾曲されている。このように、同一方向に湾曲されていることで、関節５１Ａ、５２Ａ、１４、１５廻りの枢動（揺動）と相俟って、比較的小さな曲率から大きな曲率まで、各アームユニット（前腕１１、上腕１２、体幹１３が相当）の曲率を適宜に変更することが可能となっている。

天井裏や床下等にアクセスするための点検口は、通常３００ｍｍ角以上のものが多いが、点検口がない場合、ダウンライト（照明機器）などの設備機器を仮に（一時的に）取り外し、取り外し後の空いたスペースから挿入する場合もある。このような場合では、開口は最小約１００ｍｍ角程度である。

例えば、天井（躯体）から天井ボード（化粧板）までの距離１００ｍｍ、開口１２０ｍｍの場合、図７に示すような「単なる直線状のアームを連結した構成」では、開口部の縁または天井躯体に干渉して奥まで挿入できないが、本実施の形態のように、前腕１１、上腕１２、体幹１３を、同一方向を向いた略ヘ字状に湾曲させておくことで、図８に示すように、奥まで挿入することが可能である。

なお、本実施の形態に係る前腕１１、上腕１２、体幹１３は、対応するモータとリンク機構を取り外し可能に構成し、挿入する狭隘部の状況に合った長さや形状の前腕１１、上腕１２、体幹１３に交換することで、様々な状況に応じて挿入可能とすることができる。

次に、本実施の形態に係るアームコントロールボックス４０について説明する。
本実施の形態に係るアームコントロールボックス４０は、図９に示すように、パンスイッチ４１、上下スイッチ４２、関節切替スイッチ４３などを含んで構成されている。
パンスイッチ（ＳＷ）４１は、ＣＣＤカメラ５０を水平方向（左右）に首振りさせるためのスイッチである。
上下スイッチ４２は、各関節（カメラチルト含む）を鉛直方向（上下）に首振りさせるためのスイッチである。
関節切替スイッチ４２は、上下スイッチ４２で操作する関節（チルト関節５２Ａ、前腕関節１４、上腕関節１５）を選択するスイッチである。

アームコントロールボックス４０は、録画機能付モニタ４５の右脇もしくは左脇にマジックテープ（登録商標）等で固定し一体化され、作業者は片手で保持しながらスイッチ操作可能な構成としている（図９、図１５等参照）。

次に、本実施の形態に係るアーム姿勢確認用カメラ及びアーム姿勢確認用モニタについて説明する。
湾曲部付屈曲式アーム（以下、屈曲式アームとも称する）１０は、狭隘部に挿入されて操作されることから、作業者は屈曲式アーム１０の曲げ姿勢を目視できないことが多い。

ＣＣＤカメラ５０からの映像のみでは屈曲式アーム１０が障害物を避けられるかどうか判断したり、屈曲式アーム１０を狭隘部から抜き出す際に干渉するのかどうか判断するのが困難である。

そこで、本実施の形態では、図９に示すように、現在の屈曲式アーム１０の曲げ姿勢を確認するための小型カメラ９１を前腕１１の根元（基端）付近の側面に取り付けると共に、同様の小型カメラ９２を上腕１２の根元（基端）付近の側面に取り付け、更に、同様の小型カメラ９３を体幹１３の根元（基端）付近の側面にそれぞれ装着している。

小型カメラ９１、９２、９３は、それぞれ前腕１１より先、上腕１２より先、体幹１３より先の映像を取得し、アーム姿勢確認用モニタ９５（アームコントロールボックス４０脇に配置）でアーム姿勢および周囲の障害物の状況を確認することができるようにしている。

本来であれば、３台の小型カメラ９１、９２、９３のそれぞれに独立したアーム姿勢確認用モニタが必要であるが、どのカメラの映像がどのアーム姿勢確認用モニタに映っているのか瞬時に判断することは困難である。

そこで、図１０に示すように、アームコントロールボックス４０の関節切替スイッチ４２に連動させてアーム姿勢確認用モニタに映す映像を切り替えることで、アーム姿勢確認用モニタ９５には、操作する関節によって動く部位の映像のみを表示させるような構成とすることができる（図９参照）。これにより、作業者等が確認したい必要な映像のみ表示されるので分かり易く、誤操作等を抑制することができる。

次に、取得された画像の角度認識について説明する。
従来の工業用ビデオスコープはケーブルが柔軟なため、観察・撮影した画像の天地が確定せず、画像から判断するのが困難な場合がある。そこで工業用ビデオスコープの一部の機種には、観察・撮影した画像の天地がわかるように重力方向検出センサを用いて画像表示する機能をもつタイプもある。

しかしながら、このような技術を本実施の形態に係る観察ツール１に適用しようとすると、重力方向検出センサをＣＣＤカメラ５０の付近に装着することが必要なため、先端部の寸法が大きくなり、また配線本数が増加するのでケーブルが太くなりアームや関節部が太くなるため、狭隘部を通すツールとしてはデメリットが大きい。

なお、本実施の形態に係る観察ツール１の場合、パン以外の関節は鉛直方向（上下方向）に対してのみ可動のため、比較的天地が分かり易いが、本観察ツール１を傾斜させて挿入した場合など、ＣＣＤカメラ５０により得られる画像の上端が必ずしも天とは限らない。

そこで、本実施の形態では、重力方向検出センサを使用せずに画像の天を表すため、光学式の簡易なフィルタ１００を備えた構成とした。

フィルタ１００は、図１１に示すように、対面する二枚の透明な板（アクリル板、ガラス板など）と、その周囲を覆う側板と、からなる密閉容器に透明な液体を満たし、比重の小さい別の着色液体または気泡を封入する。着色液体または気泡は常に当該密閉容器の天に位置する。

当該密閉容器からなるフィルタ１００を、ＣＣＤカメラ５０の前面に装着すれば、着色液体または気泡が画像の天に位置し、この天の位置を、ＣＣＤカメラ５０は、狭隘部を撮像した画像に映し込むことができ、これらを一つの画像として取得することができる。

なお、フィルタ１００を構成する透明板（ガラス板等）の寸法形状は、ＣＣＤカメラ５０の画像の範囲にほぼ等しいものとし、着色液体または気泡の大きさは、画像として確認ができかつ邪魔にならない程度とする。

上述したような構成を有する本実施の形態によれば、目視およびデジタルカメラによる撮影が困難な天井裏等の狭隘部の躯体や設備・配管等の状況を観察・撮影するための簡便な観察ツール、点検ツール（カメラを見たい場所に送り込むための多関節アーム）を提供することができる。

本実施の形態に係る観察ツール１は、複数のアーム（前腕１１、上腕１２、体幹１３）と関節（関節５１Ａ、チルト関節５２Ａ、前腕関節１４、上腕関節１５、）を備え、作業者は録画機能付モニタ４５などのモニタを見ながら手元のアームコントロールボックス４０の各種スイッチを操作することにより、図１２に示すように、先端のＣＣＤカメラ５０（及び照明６０）を障害物との干渉を避けつつ観察したい箇所へ到達させ、見たい方向へ向けることができる。

更に、各アーム（前腕１１、上腕１２、体幹１３）が湾曲して構成されているので、天井ボード（天井仕上板、天井化粧板等）と躯体との間隙が小さい場合も、限られた寸法の開口（点検口）から挿入可能である（図６等参照）。

なお、図１、図６等に示したように、屈曲式アーム１０だけでは届かないような箇所を観察・撮影したい場合には、適切な長さの延長棒７０（手で保持可能）を屈曲式アーム１０の根元（基端部）に取り付けて使用することができる。

作業者が手で保持するのが困難な（例えば、屈曲式アーム１０の長さが１ｍを超えるような）場合、図１３に示すように、ガイドレール２００を支持面（床下スラブ上、または天井裏軽鉄の上、天井仕上材の上等）に仮り置きしておく一方で、屈曲式アーム１０にガイドローラ２１０を設け、ガイドローラ２１０がガイドレール２００内面に沿って滑動できるように設置し、屈曲式アーム１０の後端（基端）に連結した棒または硬度・強度のあるフレキシブルチューブ２２０等で屈曲式アーム１０を奥に押し込んで観察・撮影したい箇所に到達させることも可能である。
なお、ガイドローラ２１０（２１０Ａ，２１０Ｂ）は、図１３において示したように、体幹基端側に備えられると共に、ガイドレール２００の鍔部（内側への突出部）２０１により、ガイドローラ２１０Ｂの上方への移動が規制され、ガイドローラ２１０Ａ廻りのモーメントが作用してもこれに抗することができるので、前腕・上腕の上方向への立ち上げを可能とする。
図１３中符号９４は、照明用電池の一例である。

また、本実施の形態では、狭隘な空間に屈曲式アーム１０を挿入する際、先端のＣＣＤカメラ５０からの映像だけでは既に通過した障害物やアーム姿勢が確認できないため操作が困難であるが、図９に示したように、各関節付近にアーム姿勢確認用小型カメラ９１、９２、９３を個別に備え、アームコントロールボックス４０で各関節を切り替えて操作する際、アーム姿勢確認用のモニタ（１台）に映像を連動させて切替えて表示させるようにしたので、大幅に操作性を向上させることができる。

また、本実施の形態では、図１１に示したように、ＣＣＤカメラ５０のレンズ正面に、透明な液体を満たし一部に気泡または比重の異なる色付液体を内包するフィルタ１００を装着したので、映像の天地方向を分かり易くすることができる。

ここで、本実施の形態に係る観察ツール１の設定方法或いは操作方法について説明する。
（１）天井裏の観察・撮影の場合
（ｉ）天井高と開口部寸法が小さい場合
屈曲式アーム１０の前腕１１、上腕１２、体幹１３の湾曲部を、図６や図８等に示したような向き（へ字状）に設定して、開口部の縁と天井躯体に、屈曲式アーム１０が干渉しないように挿入していく。
（ｉｉ）開口部が大きいが、低い梁下を通過しなければならない場合
屈曲式アーム１０の前腕１１、上腕１２、体幹１３の湾曲部を、図１４に示すような向き（逆「へ」の字）に設定して、梁と天井仕上材等に屈曲式アーム１０が干渉しないように、図１４（Ａ）の状態から図１４（Ｂ）の状態、更には図１４（Ｃ）の状態へと徐々に、屈曲式アーム１０を梁と天井仕上材のすき間などに挿入していく。

そして、屈曲式アーム１０を十分に挿入した後、その状態で前方を観察することができることに加え、例えば、図１４（Ｄ）のように、屈曲式アーム１０の先端側（前腕１１）を上方に立ち上げると共に、ＣＣＤカメラ５０の鉛直方向での首振り動作を行わせることで、梁の背面側なども観察することも可能である。

（２）横向きに屈曲させたい場合
例えば、鉄道構造物の支承部等に関し、横向きに屈曲式アーム１０を屈曲させて支障物の観察・撮影を行う場合、ＣＣＤカメラ５０を９０°回転させて固定する（或いはパン機能を利用してＣＣＤカメラ５０を９０°回転維持させる）ことで対応可能となる。

（３）延長棒等の保持具および支持具・ガイドレールについて
天井裏等高所に観察ツール１を挿入する場合、伸縮可能な延長棒７０を用いることができる。
なお、図１５（Ａ）に示すように、延長棒７０を作業者の体に固定する保持用ハーネス７１を用いると作業性が一層改善可能である。
また、図１５（Ｂ）に示すように、延長棒７０を三脚７２で支持したり、図１５（Ｃ）に示すように、脚立７３に取り付けて支持させるようにすることもできる。
さらに、図１５（Ｄ）に示すように、脚立７３に一人が載って、二人で作業するような場合も考えられる。
このように、作業箇所や作業パターンに応じて、最適な保持具もしくは支持具を選択することで、作業性を高めることができる。

なお、屈曲式アーム１０の湾曲部の曲がり程度、関節数、関節間の距離は、観察・撮影対象や現場環境によって変更することができる。そのためには、屈曲式アーム（前腕、上腕、体幹）以外をモジュール化しておき、目的に応じて屈曲式アーム（前腕、上腕、体幹）を交換することができる構成としておくことができる。

また、図１３で説明したガイドレール２００についても所定長さ毎にユニット化しておいて、観察したい部位までの距離や点検口の大きさなどに応じて適宜に接続して延長できるようにしておくことで、作業性を一層高めることができる。

更に、図１３に示したように、ガイドレール２００が横向き（長軸廻り）にねじれて転倒などしないように、横に張り出した張出部２３０をガイドレール２００に設けておくといった構成を採用することもできる。張出部２３０は、ガイドレール２００の長手方向に沿って複数備えることもできる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、簡単かつ低コストな構成でありながら、比較的障害物などが多い天井裏や床下などの狭隘部内の様子を比較的広い範囲で観察したり撮影したりすることができる観察ツールを提供することができる。

また、本実施の形態によれば、上述した各種の作用効果と共に、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）狭隘部の状況把握が可能になり顧客の信頼を獲得できる。
図１６（Ａ）に示すような狭隘部（天井裏）における障害物（空調ダクト）の向こう側を観察したい場合や、図１４や図１６（Ｂ）に示すように、梁の下を通過した後、その梁の側面（背面）等を観察したい場合に、今まで目視やデジタルカメラによる撮影が困難だったが、本実施の形態に係る観察ツール１によれば、観察・撮影を可能にすることができる。これにより、直接目視できない狭隘部の様子を的確に観察することができこれを情報として伝えることができるため、顧客の不安を解消したり、よりきめ細かい情報を提供することで顧客の信頼を獲得できるようになる。
また、天井の染みや水漏れ等の建物のトラブルの原因を調べる場合、既設の点検口からでは障害物等で確認できない時など、従来天井や床の一部を破壊して調査することがあったが、本観察ツール１によれば、非破壊で調査が可能になるので顧客満足度を高めることができる。

（２）小型軽量で専門家でなくても使用できる。
小型軽量（湾曲部付屈曲式アームの長さ約１ｍ、質量２ｋｇ：延長棒除く）で、作業者はモニタを見ながら片手でアーム操作できるため、高度な熟練を要することがなく、比較的簡単な操作で観察・撮影を１名ないし２名で行うことができる。
また、電力源は充電池（或いはＡＣ→ＤＣ変換器などを利用することができる）であり、特別な電源設備などを必要としないため、使用場所の制限などがなく使い勝手に優れる。
更に、高度なロボットと違い、普段建物を点検する作業員や社員が簡単に使用可能である。

（３）低コストで保有・運用が容易である。
汎用の模型用サーボモータやコントローラ等を使用し、特殊なセンサやＰＣ、高度なソフトウェアが不要なため低コストである。従来の高価な工業用ビデオスコープやロボットと比較し、保有や運用が容易である。

（４）洗浄や情報取得ツールへの応用も可能である。
湾曲部付屈曲式アームや動力を強化して、高圧水または防錆剤を吹き付けるノズルを搭載し、ＣＣＤカメラを防水仕様とすれば、例えば鉄道支承部等の洗浄や維持にも応用可能である。
また、別の用途として、ＣＣＤカメラの他にＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）読取書込装置を搭載すれば狭隘部の設備や部材に貼り付けまたは組み込まれたＲＦＩＤタグとの情報交換が可能になる。
また、ＢＩＭ（Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ：ビルディング インフォメーション モデリング）との連携により構造物や設備機器の位置形状に基づいて、見たい箇所へ障害物を避けるように姿勢を変える動作を自動化することも可能である。

本実施の形態では、湾曲部付屈曲式アーム１０の前腕１１、上腕１２、体幹１３をそれぞれ略へ字状に湾曲させたものを例示して説明したが、これに限定されるものではなく、所定の曲率をもって弧状に湾曲されたもの、或いは、３以上の複数の直線的な形状が所定角度をもって接続されたもの（多角形の一部を切り出したようなもの）などとすることができる。

また、本実施の形態では、湾曲部付屈曲式アーム１０の前腕１１、上腕１２、体幹１３の湾曲方向がすべて同じ向きとなるようにして説明したが、これに限定されるものではなく、場合によっては、隣接する腕ごとに湾曲の向きを逆向きにすることなども可能であるし、隣接する幾つかの腕の湾曲の向きを同じとして、それに隣接する腕の湾曲の向きを先ほどの向きとは逆向きとすることもできる。

また、すべての腕の湾曲の曲率を同じとする場合に限定されるものではなく、異なる曲率で湾曲された腕を含んで構成することもでできる。

また、本実施の形態では、湾曲部付屈曲式アーム１０の前腕１１、上腕１２、体幹１３の３つの腕を備えた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、前腕１１、上腕１２の少なくとも２つの腕を備えた場合も本発明の範囲に含まれるものである。

以上で説明した本発明に係る実施の形態は、本発明を説明するための例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは可能である。

１ 観察ツール
１０ 湾曲部付屈曲式アーム（屈曲式アーム）
１１ 前腕（腕：アーム）
１２ 上腕（腕：アーム）
１３ 体幹（腕：アーム）
１４ 前腕関節（枢動自在な関節）
１５ 上腕関節（枢動自在な関節）
２０ アームコントローラ
３０ カメラコントローラ
４０ アームコントロールボックス
４１ パンスイッチ
４２ 上下スイッチ
４３ 関節切替スイッチ
４５ 録画機能付モニタ
５０ ＣＣＤカメラ
５１ パンモータ
５１Ａ 関節（枢軸：水平首振り）
５２ チルトモータ
５２Ｂ チルト伝達棒（リンクロッド）
５２Ａ チルト関節（枢軸：鉛直首振り）
６０ 照明
７０ 延長棒
８０ カメラ用充電池
９１〜９３ 小型カメラ
９４ 照明用電池
９５ アーム姿勢確認用モニタ
１００ フィルタ
１１１ 前腕モータ（駆動源）
１２１ 上腕モータ（駆動源）
２００ ガイドレール
２０１ 鍔部
２１０ ガイドローラ
２２０ フレキシブルチューブ
２３０ 張出部

Claims (6)

1. 少なくとも２つの湾曲された腕と、
   腕を枢動自在に接続する関節と、
   関節廻りに腕を回転駆動及び停止させることが可能な駆動源と、
   最先端の腕の先端に、腕の枢動平面において枢動可能であると共に、腕の枢動平面と交差する方向に枢動可能に取り付けられるカメラと、
   が備えられた屈曲式アームを含んで構成される観察ツールであって、
   前記少なくとも２つの腕は、湾曲方向が同じ方向となるように配設されると共に、
   屈曲式アームの基端側を作業者が支持しながら前記駆動源を操作可能であると共に、前記カメラにより取得される映像を観察可能に構成され、
   前記駆動源は、腕の湾曲中心と反対側の面に取り付けられることを特徴とする観察ツール。
2. 前記湾曲された腕が３つであり、隣接する腕の間の各関節の枢軸が平行であることを特徴とする請求項１に記載の観察ツール。
3. 前記腕の湾曲形状がへ字状であることを特徴する請求項１又は請求項２に記載の観察ツール。
4. 前記カメラを腕の枢動平面において枢動させるためのチルトモータを基端側に配置することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一つに記載の観察ツール。
5. 最先端の腕の先端に、照明が設けられること特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一つに記載の観察ツール。
6. 屈曲式アームの基端側に長手方向に並ぶ一対のガイドローラが設けられ、
   該一対のガイドローラの上下面をガイドレールにより滑動可能に支持させることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか一つに記載の観察ツール。