JP6573536B2 - 点検用ロボット及び構造物の点検方法 - Google Patents

Description

本発明は、構造物を点検する点検用ロボット及び構造物の点検方法に関する。

橋梁といった構造物は、定期的な点検作業がなされる。この点検作業には、例えば、構造物の表面を観察してひび割れ等の有無を確認する作業がある。構造物において点検の対象となる部分は、橋梁の路面のように容易に視認できる箇所の他に、橋梁の下面のように直接の視認が困難である箇所も含む。このような直接の視認が困難である箇所を点検する装置として、例えば、特許文献１に記載された橋梁設備点検装置が知られている。この装置は、橋梁の路面上を走行可能な台車を備える。台車には橋梁の下面まで延在するアームが取り付けられる。アームの先端には、橋梁の下面を点検するカメラが配置される。

特開２００５−９００７２号公報

特許文献１に記載された点検装置では、橋梁上に台車を配置する必要があるので、この台車が橋梁を利用する人や車両の通行を妨げる虞がある。そのため、点検作業に要する時間の短縮化が望まれている。一方、構造物の点検では、ひび割れなどの損傷の有無に関する情報を得る作業の他に、それら損傷が発生している位置に関する情報を得る作業が発生することもある。特に、直接の視認が困難である箇所の点検においては、点検位置の情報を得ることが重要である。

そこで、当該技術分野においては、点検に要する作業を効率よく行うことにより、点検作業に要する時間の短縮化が可能な点検装置及び構造物の点検方法が望まれていた。

本発明の一形態は、構造物に設けられた複数の基準点に取り付けられて、構造物を点検する点検用ロボットであって、基準点のそれぞれに一端が取り付けられる複数の綱状アームと、綱状アームの他端を保持する本体部と、を備え、本体部は、基準点から本体部までの綱状アームの長さを変更する長さ調整部と、基準点から本体部までの綱状アームの長さの情報を取得する長さ情報取得部と、綱状アームの長さを利用して、構造物の点検対象面に対して平行な二次元平面における本体部の位置情報を得る位置情報取得部と、を有する。

この点検用ロボットでは、綱状アームの一端が構造物に設けられた複数の基準点に対して取り付けられる。この綱状アームは、長さ調整部によって本体部から基準点までの長さが変更される。そうすると、複数の綱状アームの長さを調整することにより、基準点同士を結ぶ仮想的な直線によって囲まれる領域内の任意の位置に本体部を移動させることが可能になる。従って、本体部を移動させつつ点検対象面を点検することができる。そして、点検用ロボットでは、位置情報取得部によって、綱状アームの長さを利用して本体部の位置を得る。そうすると、本体部を点検領域内の任意の位置に移動させながら点検対象面の点検をさせ、且つ、その時の本体部の位置情報を得ることが可能である。従って、構造物の点検作業と点検作業を行っている箇所の位置情報の取得作業とを効率よく行えるので、点検作業に要する時間を短縮することができる。

基準点の数は、４個であり、綱状アームの数は、４本であってもよい。この構成によれば、本体部の移動可能な範囲が基準点を頂点とした矩形状の領域となる。従って、点検領域を拡大することができる。

長さ調整部は、綱状アームの他端が固定されて、綱状アームの巻取り及び巻出しが可能なリール装置を含んでもよい。この構成によれば、綱状アームの長さを容易に調整することができる。また、リール装置の回転角度情報を利用して、綱状アームの長さを得ることができる。

位置情報取得部は、綱状アームの長さを利用して、本体部から構造物までの距離を得てもよい。本体部を支持するアームは綱状であるので、綱状アームに鉛直下向きのたわみが生じる。そうすると、本体部は、各基準点と同一の平面内に配置されず、各基準点よりも下方に位置することがあり得る。この構成によれば、本体部から構造物までの距離が得られるので、鉛直下向き方向に沿った本体部の位置を補正することが可能になる。従って、点検時に要する位置情報の精度を高めることができる。

本体部は、点検対象面を撮像するカメラをさらに有してもよい。この構成によれば、点検対象面の表面状態が撮像された画像情報を得ることができる。

本発明の別の形態は、構造物に設けられた複数の基準点に取り付けられて、構造物を点検する点検用ロボットによる構造物の点検方法であって、点検用ロボットは、基準点のそれぞれに一端が取り付けられる複数の綱状アームと、綱状アームの他端を保持する本体部と、を備え、本体部は、基準点から本体部までの綱状アームの長さを変更する長さ調整部と、基準点から本体部までの綱状アームの長さの情報を取得する長さ情報取得部と、綱状アームの長さを利用して、構造物の点検対象面に対して平行な二次元平面における本体部の位置情報を得る位置情報取得部と、を有し、綱状アームを基準点に取り付ける工程と、綱状アームの長さを利用して、基準点の座標情報を得る工程と、綱状アームの長さを利用して本体部の位置情報を取得しながら、検査対象面を検査する工程と、を有する。

この方法によれば、本体部を点検領域内の任意の位置に移動させながら点検対象面の点検をさせ、且つ、その時の本体部の位置情報を得ることが可能である。従って、構造物の点検作業と点検作業を行っている箇所の位置情報の取得作業とを効率よく行えるので、点検作業に要する時間を短縮することができる。

本発明によれば、点検に要する作業を効率よく行うことが可能になるので、点検作業に要する時間を短縮化できる。

本発明の一形態に係る点検用ロボットを橋梁に取り付けた様子を示す斜視図である。 図１に示された点検用ロボットの機能ブロック図である。 点検用ロボットと基準点との位置関係を模式的に示す図である。 基準点の座標情報を取得する手法を説明するための模式図である。 点検用ロボットの位置情報を取得する手法を説明するための模式図である。 点検用ロボットを利用した点検方法の主要な工程を示すフロー図である。 図１に示された点検用ロボットを利用した点検方法の主要な工程を示す図である。 図１に示された点検用ロボットを利用した点検方法の主要な工程において、図７に示された工程に続く工程を示す図である。 変形例に係る位置情報取得部の動作を説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示されるように、点検用ロボット１は、橋梁１００といった構造物の外観点検に利用される。点検時において、橋梁１００の下部には、４本のワイヤロープ２が架け渡され、ワイヤロープ２のそれぞれが基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを形成する。点検用ロボット１は、ワイヤロープ２に吊り下げられる。点検用ロボット１は、本体部４と、複数のワイヤアーム（複数の綱状アーム）６と、を有する。点検用ロボット１は、４本のワイヤアーム６の長さを調整することにより、基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに囲まれた点検対象面Ｆ内の任意の位置に移動する。

複数のワイヤアーム６は、本体部４とワイヤロープ２とを連結する。複数のワイヤアーム６は、第１のワイヤアーム６Ａ、第２のワイヤアーム６Ｂ、第３のワイヤアーム６Ｃ、及び第４のワイヤアーム６Ｄ、を含む。複数のワイヤアーム６のそれぞれは、本体部４を吊り下げ可能な強度を有する。複数のワイヤアーム６は、それぞれの一端に設けられた連結部７を有する。連結部７は、複数のワイヤアーム６の一端を、ワイヤロープ２に対して着脱可能に連結する。ワイヤアーム６の他端は、本体部４に保持される。ワイヤアーム６は、本体部４によって巻取り及び巻き出されることにより、基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと本体部４との間の長さが変更される。複数のワイヤアーム６は、それぞれ独立して長さを変更可能である。また、本体部４において巻き取られている部分も含めたワイヤアーム６の全長は、一の基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄから、本体部４を挟んで点対称の位置にある別の基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄまでの距離よりも長い。

図２に示されるように、本体部４は、４個のリール装置（長さ調整部）８と、カメラ９と、制御装置１１とを有する。これらリール装置８、カメラ９、及び制御装置１１は、円盤状を有するケースに収容される。また、本体部４は、点検作業や点検作業に付随して行われる種々の作業に対応するための装置を備えていてもよい。

リール装置８は、基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄから本体部４までのワイヤアーム６の長さを調整する。リール装置８は、ケースの中心軸線を中心とした仮想円上に等間隔で配置される。具体的には、リール装置８同士の間隔は、９０°である。このようなリール装置８の配置によれば、ワイヤアーム６の張力が本体部４の中心軸線に対して点対称に作用する。従って、リール装置８を駆動したときに、本体部４に対して鉛直方向周りの不要なトルクが発生することを抑制できるので、本体部４の移動時における本体部４の姿勢を安定化させることができる。

リール装置８は、巻取り部８ａと、モータ８ｂと、角度センサ８ｃと、を有する。円筒状を呈する巻取り部８ａは、ワイヤアーム６の端部が固定される。巻取り部８ａは、モータ８ｂによって回転トルクが付与される。巻取り部８ａを一方に回転させると、ワイヤアーム６が巻き取られてワイヤアーム６の長さが短くなる。巻取り部８ａを逆方向に回転させると、ワイヤアーム６が巻き出されてワイヤアーム６の長さが長くなる。巻取り部８ａは、その回転軸線が鉛直方向に対して直交となるように配置される。角度センサ８ｃは、巻取り部８ａの回転角度の情報を取得し、この情報を制御装置１１に出力する。

カメラ９は、本体部４において橋梁１００と対面する側に配置される。カメラ９は、静止画像及び動画像を得る。カメラ９の撮像範囲は、点検対象面Ｆよりも小さい。従って、本体部４を移動させつつ、カメラ９によって複数枚の画像情報を取得することにより、点検対象面Ｆの全体の画像情報を得る。カメラ９によって取得された静止画像及び動画像の画像情報は、制御装置１１に出力される。なお、カメラ９は、そのレンズ光軸の方向が可変であってもよい。カメラ９におけるレンズ光軸の可変範囲は、光軸が点検対象面Ｆと直交する状態を基準として、９０度までの任意の角度に設定可能とされていてもよい。この構成によれば、カメラ９の撮像範囲を拡大することができる。

制御装置１１は、アーム制御部（長さ情報取得部）１１ａと、座標情報取得部１１ｂと、位置情報取得部１１ｃと、情報保存部１１ｄと、を有する。アーム制御部１１ａは、リール装置８の角度センサ８ｃの情報を利用してワイヤアーム６の長さを得る。また、アーム制御部１１ａは、所望の位置に本体部４を移動させるためのワイヤアーム６の長さを算出して、リール装置８のモータ８ｂを駆動する。座標情報取得部１１ｂは、ワイヤアーム６の長さを利用して、各基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの座標情報を取得する。位置情報取得部１１ｃは、ワイヤアーム６の長さを利用して二次元的な本体部４の位置情報を算出する。情報保存部１１ｄは、位置情報とカメラ９から出力された画像情報とを関連付けて保存する。

アーム制御部１１ａは、角度センサ８ｃの情報を利用して、ワイヤアーム６の長さを算出する。図３に示されるように、点Ｅを本体部４の代表位置を示す点であるとすると、ワイヤアーム６の長さとは、基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄから代表位置（点Ｅ）までの長さである。従って、それぞれのワイヤアーム６における長さとは、次のように定義される。

第１のワイヤアーム６Ａの長さ（すなわち、点Ｅから基準点Ａまでの距離）：Ｌ_Ａ
第２のワイヤアーム６Ｂの長さ（すなわち、点Ｅから基準点Ｂまでの距離）：Ｌ_Ｂ
第３のワイヤアーム６Ｃの長さ（すなわち、点Ｅから基準点Ｃまでの距離）：Ｌ_Ｃ
第４のワイヤアーム６Ｄの長さ（すなわち、点Ｅから基準点Ｄまでの距離）：Ｌ_Ｄ

座標情報取得部１１ｂは、アーム制御部１１ａからワイヤアーム６の長さＬ_Ａ，Ｌ_Ｂ，Ｌ_Ｃ，Ｌ_Ｄに関する情報が入力される。座標情報取得部１１ｂは、ワイヤアーム６の長さＬ_Ａ，Ｌ_Ｂ，Ｌ_Ｃ，Ｌ_Ｄに関する情報を利用して基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの座標情報を取得する。座標情報取得部１１ｂは、基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのいずれか一つを原点とし、その原点を基準とした直交座標系を設定する。そして当該座標系における他の基準点の座標情報を得る。座標情報取得部１１ｂの動作について説明する。ここで各基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの座標を以下のように定義する。なお、以下の説明では、基準点Ａの座標を原点とし、基準点Ａと基準点Ｄとを結ぶ直線をＸ軸とする。
基準点Ａ（ｘ_Ａ，ｙ_Ａ）＝（０，０）
基準点Ｂ（ｘ_Ｂ，ｙ_Ｂ）
基準点Ｃ（ｘ_Ｃ，ｙ_Ｃ）
基準点Ｄ（ｘ_Ｄ，ｙ_Ｄ）＝（ｘ_Ｄ，０）

また、基準点間の距離を以下のように定義する。
基準点Ａから基準点Ｂまでの距離：Ｌ_ＡＢ
基準点Ａから基準点Ｃまでの距離：Ｌ_ＡＣ
基準点Ａから基準点Ｄまでの距離：Ｌ_ＡＤ
基準点Ｂから基準点Ｃまでの距離：Ｌ_ＢＣ
基準点Ｂから基準点Ｄまでの距離：Ｌ_ＢＤ
基準点Ｃから基準点Ｄまでの距離：Ｌ_ＣＤ

各基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの座標は、式（１）により示される。式（１）に各基準点間の距離Ｌ_ＡＢ，Ｌ_ＡＣ，Ｌ_ＡＤ，Ｌ_ＢＣ，Ｌ_ＢＤ，Ｌ_ＣＤを適用することにより基準点の座標情報が取得される。

ここで、上記距離Ｌ_ＡＢ，Ｌ_ＡＣ，Ｌ_ＡＤ，Ｌ_ＢＣ，Ｌ_ＢＤ，Ｌ_ＣＤは、図４の（ａ）部〜（ｄ）部に示されるような手法により取得される。まず、本体部４を、各基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの近傍までそれぞれ移動させる。「近傍まで移動」させた状態は、基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと代表位置（点Ｅ）との間の距離がゼロである状態と等価であるとする。そして、それぞれの状態において、ワイヤアーム６の長さＬ_Ａ，Ｌ_Ｂ，Ｌ_Ｃ，Ｌ_Ｄを取得する。

図４の（ａ）部は、本体部４の代表位置（点Ｅ）を基準点Ａの近傍に移動させた様子を示す。この場合には、第１のワイヤアーム６Ａの長さＬ_Ａはゼロであり、本体部４の代表位置（点Ｅ）の座標と、基準点Ａの座標とが等価であるとみなせる。また、第２のワイヤアーム６Ｂの長さＬ_Ｂは距離Ｌ_ＡＢと等しく、第３のワイヤアーム６Ｃの長さＬ_Ｃは距離Ｌ_ＡＣと等しく、第４のワイヤアーム６Ｄの長さＬ_Ｄは距離Ｌ_ＡＤと等しい。従って、距離Ｌ_ＡＢ，Ｌ_ＡＣ，Ｌ_ＡＤが得られる。

図４の（ｂ）部は、本体部４の代表位置（点Ｅ）を基準点Ｂの近傍に移動させた様子を示す。この場合には、第２のワイヤアーム６Ｂの長さＬ_Ｂはゼロであり、代表位置（点Ｅ）の座標と、基準点Ｂの座標とが等価であるとみなせる。また、第１のワイヤアーム６Ａの長さＬ_Ａは距離Ｌ_ＡＢと等しく、第３のワイヤアーム６Ｃの長さＬ_Ｃは距離Ｌ_ＢＣと等しく、第４のワイヤアーム６Ｄの長さＬ_Ｄは距離Ｌ_ＢＤと等しい。従って、距離Ｌ_ＡＢ，Ｌ_ＢＣ，Ｌ_ＢＤが得られる。

図４の（ｃ）部は、本体部４の代表位置（点Ｅ）を基準点Ｃの近傍に移動させた様子を示す。この場合には、第３のワイヤアーム６Ｃの長さＬ_Ｃはゼロであり、代表位置（点Ｅ）の座標と、基準点Ｃの座標とが等価であるとみなせる。また、第１のワイヤアーム６Ａの長さＬ_Ａは距離Ｌ_ＡＣと等しく、第２のワイヤアーム６Ｂの長さＬ_Ｃは距離Ｌ_ＢＣと等しく、第４のワイヤアーム６Ｄの長さＬ_Ｄは距離Ｌ_ＣＤと等しい。従って、距離Ｌ_ＡＣ，Ｌ_ＢＣ，Ｌ_ＣＤが得られる。

図４の（ｄ）部は、本体部４の代表位置（点Ｅ）を基準点Ｄの近傍に移動させた様子を示す。この場合には、第４のワイヤアーム６Ｄの長さＬ_Ｄはゼロであり、代表位置（点Ｅ）の座標と、基準点Ｄの座標とが等価であるとみなせる。また、第１のワイヤアーム６Ａの長さＬ_Ａは距離Ｌ_ＡＤと等しく、第２のワイヤアーム６Ｂの長さＬ_Ｃは距離Ｌ_ＢＤと等しく、第３のワイヤアーム６Ｃの長さＬ_Ｃは距離Ｌ_ＣＤと等しい。従って、距離Ｌ_ＡＤ，Ｌ_ＢＤ，Ｌ_ＣＤが得られる。

なお、本体部４の代表位置（点Ｅ）は基準点Ａと基準点Ｃとを結ぶ直線と、基準点Ｂと基準点Ｄとを結ぶ直線と、の交点である。点Ｅの座標は、式（２）により示される。

なお、ｘ_Ｃ≠０、又は、ｘ_Ｂ＝ｘ_Ｄのときは、ｘ_Ｅ＝ｘ_Ｂである。

位置情報取得部１１ｃは、アーム制御部１１ａからワイヤアーム６の長さＬ_Ａ，Ｌ_Ｂ，Ｌ_Ｃ，Ｌ_Ｄに関する情報が入力される。位置情報取得部１１ｃは、ワイヤアーム６の長さＬ_Ａ，Ｌ_Ｂ，Ｌ_Ｃ，Ｌ_Ｄと基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの座標とを利用して本体部４の位置情報を取得する。位置情報取得部１１ｃの動作について説明する。位置情報は、３個の基準点座標と、３個のワイヤアーム６の長さとを利用して算出される。以下の説明では、３個の基準点は同じ水平面内に配置されているものと仮定する。すなわち、基準点間における高さの差異はゼロであるとする。また、ワイヤアーム６のたわみは無視する。なお、これらの条件は、処理に利用してもよい。また、本体部４の代表位置（点Ｅ）は、４本のワイヤアーム６を延長したと仮定したとき、それぞれの延長線同士が交差する点であるとする。

基準点Ａ，Ｃ，Ｄを選択した場合を例に説明する。図５に示されるように、基準点Ａの座標を原点とし、鉛直下向き方向を負のＺ軸方向とする。そして、基準点Ａと基準点Ｄとを結ぶ直線をＸ軸とする。また、本体部４の代表位置は、点Ｅとする。そうすると、それぞれの点の座標は以下のように示される。
基準点Ａ：（０，０，０）
基準点Ｃ：（Ｘ_Ｃ，ｙ_Ｃ，ｚ_Ｃ）
基準点Ｄ：（Ｘ_Ｄ，０，ｚ_Ｄ）
点Ｅ（本体部の代表位置）：（ｘ_Ｅ，ｙ_Ｅ，ｚ_Ｅ）

本体部４の代表位置（点Ｅ）の座標（ｘ_Ｅ，ｙ_Ｅ，ｚ_Ｅ）は、ワイヤアーム６の長さに関する連立方程式（式（３））から導出される。

上記連立方程式を本体部４の代表位置（点Ｅ）の座標（ｘ_Ｅ，ｙ_Ｅ，ｚ_Ｅ）について解く。そうすると、式（４）を得る。

ただし、ｙ_Ｂ≠０である。

式（３）とワイヤアーム６の長さＬ_Ａ，Ｌ_Ｂ，Ｌ_Ｃと、基準点間の距離Ｌ_ＡＤとを利用することにより、本体部４の代表位置（点Ｅ）の座標（ｘ_Ｅ，ｙ_Ｅ，ｚ_Ｅ）が得られる。

上述したように、本体部４の代表位置（点Ｅ）の座標は、３個の基準点と３個のワイヤアーム６の長さを利用して算出される。ここで、本実施形態の点検用ロボット１は、４本のワイヤアーム６を有する。そうすると、本体部４の位置座標を算出するための組み合わせとして、互いに異なる四組の基準点の組み合わせが設定できる。具体的には、基準点Ａ，Ｂ，Ｃの組み合わせ、基準点Ａ，Ｂ，Ｄの組み合わせ、基準点Ａ，Ｃ，Ｄ及び基準点Ｂ，Ｃ，Ｄの組み合わせ、の四組である。そして、それぞれの組み合わせにおいて本体部４の代表位置（点Ｅ）の座標を算出した後に、それぞれの平均値を算出することにより座標の算出精度を高める処理を行ってもよい。

アーム制御部１１ａは、式（４）を利用して、本体部４を所望の位置へ移動させるためのワイヤアーム６の長さを算出する。まず、式（４）を、ワイヤアーム６の長さＬ_Ａ，Ｌ_Ｂ，Ｌ_Ｃについて解く。そして、代表位置（点Ｅ）の座標（ｘ_Ｅ，ｙ_Ｅ，ｚ_Ｅ）を決定し、その座標（ｘ_Ｅ，ｙ_Ｅ，ｚ_Ｅ）を代入することによりワイヤアーム６の長さＬ_Ａ，Ｌ_Ｂ，Ｌ_Ｃが得られる。そして、アーム制御部１１ａは、算出した情報をリール装置８のモータ８ｂに出力する。モータ８ｂは、入力された情報に基づいて巻取り部８ａを回転させ、ワイヤアーム６の長さを変更する。

情報保存部１１ｄは、カメラ９から画像情報が入力され、位置情報取得部１１ｃから位置情報が入力される。情報保存部１１ｄは、画像情報と位置情報とを関連付けて情報記録媒体に記録する。

続いて、図６を参照しつつ、点検用ロボット１を用いた構造物の点検方法について説明する。以下、橋梁１００の裏面を点検する場合を例に点検方法について説明する。

まず、点検用ロボット１を橋梁１００に配置する工程Ｓ１を実施する。具体的には、基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを構成するワイヤロープ２を架け渡す（図７の（ａ）部参照）。次に、ワイヤロープ２に点検用ロボット１を取り付ける（図７の（ｂ）部参照）。次に、点検用ロボット１を橋梁１００の縁部から下方に吊り提げる（図８の（ａ）部参照）。次に、４本のワイヤロープ２のうち、２本のワイヤロープ２を引っ張る。そうすると、図８の（ｂ）部に示されるように、点検用ロボット１の配置が完了する。

続いて、基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの座標を得る工程Ｓ２を実施する。この工程Ｓ２は、座標情報取得部１１ｂにより実施される。工程Ｓ２を実施することにより、基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各座標が得られる。

続いて、点検対象面Ｆを点検する工程Ｓ３を実施する。この工程Ｓ３は、アーム制御部１１ａ、位置情報取得部１１ｃ、及び情報保存部１１ｄにより実施される。工程Ｓ３では、本体部４の移動軌跡が予めプログラムされており、その軌跡に沿って本体部４を移動させつつ（工程Ｓ３ａ）、カメラ９を利用して点検対象面の画像情報を得る（工程Ｓ３ｂ）。また、本体部４の移動中において、位置情報取得部１１ｃによって位置情報を逐次取得する（工程Ｓ３ｃ）。取得された画像情報と位置情報とは、情報保存部１１ｄにおいて関連付けられた後に、保存される（工程Ｓ３ｄ）。

この工程Ｓ３では、上述したように、カメラ９により画像情報を取得して視認可能なひび割れ等の有無を観察してもよい。また、超音波センサを用いて探傷点検を行ってもよい。すなわち、構造物の点検に要する所望の点検を実施してよい。

基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに囲まれた点検対象面Ｆの全領域において点検が終了すると、構造物全体の点検が終了したか否かを判断する（工程Ｓ４）。構造物全体の点検が終了したと判断された場合（工程Ｓ４：ＹＥＳ）には、点検用ロボット１及びワイヤロープ２を回収して、点検作業を終了する。構造物全体の点検が終了していないと判断された場合（工程Ｓ４：ＮＯ）には、ワイヤロープ２を次の点検場所に配置（工程Ｓ１）して、上述した同様の作業（工程Ｓ２、工程Ｓ３、工程Ｓ４）を実施する。すなわち、構造物全体の点検が完了するまで、工程Ｓ１〜Ｓ４が繰り返し行われる。

この点検用ロボット１では、ワイヤアーム６の一端が橋梁１００に掛け渡されたワイヤロープ２に設定された複数の基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対して取り付けられる。このワイヤアーム６は、リール装置８によって本体部４から基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄまでの長さが変更される。そうすると、複数のワイヤアーム６の長さを調整することにより、基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ同士を結ぶ仮想的な直線によって囲まれる点検対象面Ｆ内の任意の位置に本体部４を移動させることが可能になる。従って、本体部４を移動させつつ点検対象面Ｆを点検することができる。そして、点検用ロボット１では、位置情報取得部１１ｃによって、ワイヤアーム６の長さを利用して本体部４の位置を得る。そうすると、本体部４を点検対象面Ｆ内の任意の位置に移動させながら点検対象面Ｆの点検をさせ、且つ、その時の本体部４の位置情報を得ることが可能である。従って、橋梁１００の点検作業と点検作業を行っている箇所の位置情報の取得作業とを効率よく行えるので、点検作業に要する時間を短縮することができる。

上述したように点検用ロボット１によれば、点検作業に要する時間が短縮されるので、橋梁１００の点検時に、車両及び人の通行を規制する時間を短縮できる。従って、交通規制に伴う交通渋滞を緩和することができる。また、点検用ロボット１の検査では、足場を設置する必要がないので、点検作業の全体に要する時間が短縮化され、且つ、周囲の自然環境への負荷を低減することができる。ひいては、点検用ロボット１によれば、点検作業に要する負荷が軽減されるので、確実且つ継続的な点検が容易となり、構造物の長寿命化に寄与し得る。

基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの数は、４個であり、ワイヤアーム６の数は、４本である。この構成によれば、本体部４の移動可能な範囲が基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを頂点とした矩形状の領域となる。従って、点検対象面Ｆを拡大することができる。

点検用ロボット１は、ワイヤアーム６の他端が固定されて、ワイヤアーム６の巻取り及び巻出しが可能なリール装置８を有する。この構成によれば、ワイヤアーム６の長さを容易に調整することができる。また、リール装置８の回転角度情報を利用して、ワイヤアーム６の長さを得ることができる。

位置情報取得部１１ｃは、ワイヤアーム６の長さを利用して、本体部４から構造物までの距離を得てもよい。本体部４を支持するワイヤアーム６は綱状であるので、ワイヤアーム６に鉛直下向きのたわみが生じる。そうすると、本体部４は、各基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと同一の平面内に配置されず、各基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄよりも下方に位置することがあり得る。この構成によれば、本体部４から構造物までの距離が得られるので、鉛直下向き方向に沿った本体部４の位置を補正することが可能になる。従って、点検時に要する位置情報の測定精度を高めることができる。

本体部４は、カメラ９を有する。この構成によれば、点検対象面Ｆの表面状態が撮像された画像情報を得ることができる。

ところで、構造物の外観点検を行う場合には、作業者やカメラを点検対象面の近くに配置することが困難である場合がある。このような場合には、点検用の足場などを構築することがあるが、足場の構築は時間と労力を要する。また、水上の構造物のように、足場を構築することがそもそも困難であることもあり得る。そこで、近年、ドローンと呼ばれる遠隔操作や自律制御によって飛行できる飛行体などを構造物の点検に利用することが検討されている。カメラなどを搭載した飛行体を飛行させることにより、作業者などが容易に近づけない箇所の点検を、足場などを構築する必要なく行うことができると考えられるためである。

しかし、飛行体は、雨や風といった天候の影響により、飛行中の姿勢を安定させることが難しい。従って、構造物における点検位置の精度が低下しやすい。また、構造物に囲まれたような場所では、ＧＰＳといった衛星測距システムによる位置精度も低下しやすい。これらのような事情により、飛行体による構造物の点検には種々の制約が存在すると考えられている。

一方、本実施形態の点検用ロボット１は、構造物に対して物理的に取り付けられるものである。従って、飛行体と比べて姿勢の安定性が高くなり、点検位置の精度も向上させやすい。また、点検用ロボット１の運用には、飛行体の操縦のように高い熟練度を必要としない。さらに、複数のワイヤアーム６によって本体部４が吊り下げられているので、本体部４が落下を防止することが容易であり、安全性が高い。

なお、上述した実施形態は本発明に係る点検用ロボット及び点検方法の一例を示すものである。本発明に係る点検用ロボット及び点検方法は、実施形態に係る点検用ロボット及び点検方法に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、実施形態に係る点検用ロボット及び点検方法を変形し又は他のものに適用したものであってもよい。

点検用ロボット１は、橋梁１００の点検への適用に限定されることはない。点検用ロボット１は、特に、直接の視認が困難である箇所の点検に好適に用いることができる。例えば、ビルの壁面などの点検にも適用できる。

上記実施形態では、点検作業終了後に点検用ロボット１とワイヤロープ２とは橋梁１００から取り外した。点検用ロボット１は、点検作業終了後に必ずしも取り外す必要は無い。例えば、点検用ロボット１を恒常的に構造物に配置しておき、構造物について長期間の監視に利用してもよい。

上記実施形態では、基準点は一時的に設置されるワイヤロープに設定された。例えば、基準点は、埋め込みボルトのように構造物に恒久的に配置される部品を利用することもできる。この構成によれば、点検作業ごとに基準点を設置する作業を実施する必要がない。従って、効率よく点検作業を行うことができる。

上記実施形態では、点検用ロボット１は、点検のための装置としてカメラ９を備えていた。例えば、点検用ロボット１は、鋼材などの腐食速度や腐食量を測定する腐食センサを備えていてもよい。また、点検用ロボット１は、ひび割れの程度を測定するセンサを備え、当該センサによってコンクリートのひび割れ幅の測定を行ってもよい。さらに、これらセンサの測定結果を利用して、構造物の劣化判断を自動で行うこととしてもよい。

上記実施形態では、点検用ロボット１は、取得した位置情報及び画像情報を本体部４の情報保存部１１ｄに保存していた。例えば、点検用ロボット１は、位置情報及び画像情報を外部に送信する送信手段を備えていてもよい。

点検用ロボット１は、構造物の自動計測に利用してもよい。点検用ロボット１は、本体部４の位置情報を得る位置情報取得部１１ｃを有する。この位置情報を利用することにより、コンピュータ上に構造物を再現する三次元モデル情報を取得することができる。さらに、点検用ロボット１は、構造物を撮像するカメラ９を有するので、この三次元モデル情報に画像情報を適用することにより、点検により取得された構造物の情報を含む詳細な三次元モデル情報を取得することができる。定期的な点検においてこのような三次元モデル情報を取得し蓄積することにより、劣化の進行度合いを客観的に判断することが可能になる。

点検用ロボット１は、本体部４の可動範囲（すなわち点検対象面Ｆ）内に配置された給電装置を備えていてもよい。給電装置は、外部電源と接続されている。本体部４は、内蔵電源の電圧が所定値よりも下回った場合に、給電装置まで移動する。そして、本体部４の内蔵電源は、給電装置によって充電される。この給電装置によれば、点検用ロボット１を長期間の点検に用いることができる。

点検用ロボット１は、異なる位置から撮像された複数枚の画像情報を利用して、点検対象面Ｆの立体的な凹凸を取得することも可能である。点検用ロボット１では、画像情報に位置情報が関連付けられて保存されている。そうすると、点検対象面Ｆの一部は、互いに異なる位置から撮像された複数枚の画像情報に含まれることがある。この場合には、いわゆるステレオ法などの画像処理手法を利用することにより、点検対象面Ｆの立体的な凹凸を取得することができる。

点検用ロボット１は、構造物の点検のための装置の他に構造物の点検対象面Ｆに対してメンテナンス作業を行うため装置を備えていてもよい。例えば、点検用ロボット１は、空気を吹き出すことによって点検対象面Ｆにおける付着物を除去するブロワや、水を吹き出すことによって点検対象面Ｆにおける汚れを除去するノズルなどを備えていてもよい。また、点検用ロボット１は、点検対象面Ｆにマーキングを付すためのスプレーを備えていてもよい。

点検対象面Ｆが垂直壁面である場合、点検用ロボット１は、点検作業中に強い風にさらされることもあり得る。そこで、この場合には、点検用ロボット１は、空気抵抗を低減可能な形状を有するケースを備えていてもよい。

作業効率の観点からすると、点検用ロボット１が複数の作業を実施できるように種々の装置を本体部４に有することが望ましい。しかし、本体部４の搭載機器が増えると本体部４の重量が増加してしまう。そこで、本体部４は、本体部４の重量を支持するための構成を備えていてもよい。例えば、本体部４の下部にリング状のバルーンを取り付けることにより、本体部４の重量の一部をバルーンに負担させることができる。

上記実施形態では、本体部４の代表位置（点Ｅ）を取得する際に、基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは同一の水平面内に配置されており、鉛直方向に沿った高さの違いはないものとした。しかし、実際には、基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは鉛直方向に沿った高さが互いに異なることがあり得る。そこで、基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは鉛直方向に沿った高さ、本体部４の代表位置（点Ｅ）の取得に利用してもよい。図９の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、基準点Ａの高さをゼロとする。基準点Ｂは、基準点Ａに対して距離Ｚ_Ｂだけ鉛直下方向にあるものとし、これを基準点Ｂ’とする。基準点Ｃは、基準点Ａに対して距離Ｚ_Ｃだけ鉛直下方向にあるものとし、これを基準点Ｃ’とする。基準点Ｄは、基準点Ａに対して距離Ｚ_Ｄだけ鉛直下方向にあるものとし、これを基準点Ｄ’とする。そうすると、同一水平面内に存在する各基準点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ間の距離Ｌ_ＡＢ，Ｌ_ＡＣ，Ｌ_ＡＤ，Ｌ_ＢＣ，Ｌ_ＢＤ，Ｌ_ＣＤは、式（５）によって示される。

式（５）を本体部４の代表位置（点Ｅ）の座標（ｘ_Ｅ，ｙ_Ｅ，ｚ_Ｅ）で解くと、式（６）を得る。式（６）によれば、鉛直方向に沿った距離の違いを考慮して代表位置（点Ｅ）の座標を取得することができる。

ここで、Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｃ_４、ａ，ｂ，ｃは式（７）により示される。

上述したように、点検用ロボット１は、ワイヤアーム６の長さを利用して、自己の位置を取得する機能を有する。点検用ロボット１は、この位置を取得する機能を補助するための種々のセンサを備えてもよい。例えば、点検用ロボット１は、加速度計の機能及びジャイロの機能を有するＭＥＭＳセンサや、ＧＰＳ装置を備えていてもよい。これらセンサの出力を組み合わせることにより、本体部４の位置情報の精度を向上させることができる。

１…点検用ロボット、２…ワイヤロープ、４…本体部、６…ワイヤアーム、６Ａ…第１のワイヤアーム、６Ｂ…第２のワイヤアーム、６Ｃ…第３のワイヤアーム、６Ｄ…第４のワイヤアーム、７…連結部、８…リール装置（長さ調整部）、８ａ…巻取り部、８ｂ…モータ、８ｃ…角度センサ、９…カメラ、１１…制御装置、１１ａ…アーム制御部（長さ情報取得部）、１１ｂ…座標情報取得部、１１ｃ…位置情報取得部、１１ｄ…情報保存部、１００…橋梁、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…基準点、Ｆ…点検対象面。

Claims (6)

1. 構造物に設けられた複数の基準点に取り付けられて、前記構造物を点検する点検用ロボットであって、
   前記基準点を含み、前記構造物に架け渡されることにより前記構造物に対して前記基準点を設ける複数のワイヤロープと、
   前記基準点のそれぞれに一端が取り付けられる複数の綱状アームと、
   前記綱状アームの他端を保持する本体部と、を備え、
   前記本体部は、
   前記基準点から前記本体部までの前記綱状アームの長さを変更する長さ調整部と、
   前記基準点から前記本体部までの前記綱状アームの長さの情報を取得する長さ情報取得部と、
   前記綱状アームの長さを利用して、前記構造物の点検対象面に対して平行な二次元平面における前記本体部の位置情報を得る位置情報取得部と、を有する、点検用ロボット。
2. 前記基準点の数は、４個であり、
   前記綱状アームの数は、４本である、請求項１に記載の点検用ロボット。
3. 前記長さ調整部は、前記綱状アームの他端が固定されて、前記綱状アームの巻取り及び巻出しが可能なリール装置を含む、請求項１又は２に記載の点検用ロボット。
4. 前記位置情報取得部は、前記綱状アームの長さを利用して、前記本体部から前記構造物までの距離を得る、請求項１〜３のいずれか一項に記載の点検用ロボット。
5. 前記本体部は、前記点検対象面を撮像するカメラをさらに有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の点検用ロボット。
6. 構造物に設けられた複数の基準点に取り付けられて、前記構造物を点検する点検用ロボットによる構造物の点検方法であって、
   前記点検用ロボットは、
   前記基準点を含み、前記構造物に架け渡されることにより前記構造物に対して前記基準点を設ける複数のワイヤロープと、
   前記基準点のそれぞれに一端が取り付けられる複数の綱状アームと、
   前記綱状アームの他端を保持する本体部と、を備え、
   前記本体部は、
   前記基準点から前記本体部までの前記綱状アームの長さを変更する長さ調整部と、
   前記基準点から前記本体部までの前記綱状アームの長さの情報を取得する長さ情報取得部と、
   前記綱状アームの長さを利用して、前記構造物の点検対象面に対して平行な二次元平面における前記本体部の位置情報を得る位置情報取得部と、を有し、
   前記綱状アームを前記ワイヤロープの前記基準点に取り付ける工程と、
   前記綱状アームが取り付けられた前記ワイヤロープを前記構造物に架け渡す工程と、
   前記綱状アームの長さを利用して、前記基準点の座標情報を得る工程と、
   前記綱状アームの長さを利用して前記本体部の位置情報を取得しながら、前記点検対象面を検査する工程と、を有する、構造物の点検方法。

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