(57)【要約】【課題】大規模な検査設備を必要とせず、容易に橋梁下部を検査することができるようにする。【解決手段】橋梁に敷設された鉄道レール上に、橋梁検査ロボット３０の台車部を配置すると共に、検査対象位置まで橋梁検査ロボットを移動させる。第１アーム３６及び格納された第２アーム３８を枕木と鉄道レールとで形成された隙間に挿入させるように第１アームを伸張させる。橋梁下部において、第２アームを展開させる。支持部３４Ａ及び直動関節部３８Ａが、ビデオスコープ４４の位置をＸＹ平面内で移動させ、又は第１アームの伸縮直動関節部３６Ａが伸縮することによりビデオスコープ４４の位置をＺ方向に移動させる。ビデオスコープ４４が、橋梁下部を撮像することにより、橋梁下部を検査する。【選択図】図３
2011032641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの橋桁上に複数の枕木を所定間隔で配置して２本のレールが敷設されてなる鉄道用橋梁を検査する方法であって、２本のレールと隣接する枕木によって形成される空間から下方へ先端にビデオスコープを備えたアームを挿入し、前記ビデオスコープによって橋梁を撮像し、撮像された橋梁の画像を画像表示装置へ表示することによって前記橋梁の画像を検査画像として供給することを特徴とする橋梁の検査方法。
【請求項２】
上記橋梁の検査方法は、枕木の長さ方向両端より外側に形成された橋梁の空間部から下方へ前記ビデオスコープを備えたアームを挿入し、前記橋梁の外側面を撮像することを含むことを特徴とする請求項１に記載の橋梁の検査方法。
【請求項３】
２本のレールからなる鉄道レール上を移動するための台車部を備えた検査台と、前記検査台に設けられた支柱に一方の端部が支持され、かつ、前記検査台の上面に対して接近または後退するＺ方向に伸縮可能な第１アームと、画像を撮像する撮像装置を先端部に取り付けた第２アームと、前記第２アームを前記第１アーム側に折畳み又は展開可能に前記第１アームの他端に連結した関節部と、前記検査台の上面に平行なＸＹ平面内で前記撮像装置の位置を移動させる第１の移動機構とを含む橋梁検査装置であって、
前記第１アーム及び格納された前記第２アームを前記枕木と前記鉄道レールとで形成された隙間に挿入させ得る位置に設定された検査台の位置において、前記第１アームを前記橋梁下部方向へ移動させる手段と、
前記第２アームを展開させるとともに前記撮像部の位置を左右上下方向へ移動させる手段と、
前記撮像装置によって前記橋梁下部を撮像した画像を表示する手段と、
を備えたことを特徴とする橋梁検査装置。
【請求項４】
前記第１アームのＺ方向への伸縮位置を、レールの敷設方向と交差する方向であって、かつ、枕木の長さ方向両端より外側に形成された橋梁の空間部まで移動させる第２の移動機構を更に備えたことを特徴とする請求項３に記載の橋梁検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、橋梁の検査方法及び橋梁検査装置に係り、特に、鉄道レールが敷設された橋梁の橋梁下部を検査する検査方法及び橋梁検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
既存インフラ施設の保全・維持は、持続性のある社会において非常に重要である。近年、海外において橋梁の崩壊事故が相次いで起こっているが、日本においても、高度経済成長期に大量に建設された橋が耐用期限を迎える今日、橋梁の維持管理が大きな課題となっている。
【０００３】
橋梁を維持管理する上で、検査によりその実態を的確に把握することは非常に重要である。橋梁の検査対象は主に、橋梁の下部溶接構造である。橋梁検査は近接目視が原則だが、その方法は現場の条件により多種多様であり、足場の設置、橋梁点検車の導入などが挙げられる。例えば、大型車両である橋梁点検車を橋梁上に設置し、点検車に搭載されたブームを橋梁下部に伸ばすことで、ブームの先端に設けられたバスケット内の作業員が橋梁下部構造を近接目視して検査する方法がある。
【０００４】
また、橋梁の下部にレールを敷設し、無線コントローラにより、レールに沿ってビデオカメラを配した台車を移動させ、ビデオカメラにて橋梁裏面を撮影し、この映像を外観画像モニタリングテレビに表示することにより、橋梁の点検を行う橋梁点検設備が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１２８０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の足場を設置する方法や橋梁点検車を導入する方法では、いずれも作業者にとっての作業環境が良いとは言えないことから、検査時間が長く掛かり、コストも高い、という問題がある。また、上記特許文献１に記載の技術では、橋梁の下部にレールを設置するのに時間がかかり、検査時間が長くなってしまう、という問題がある。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、大規模な検査設備を必要とせず、容易に橋梁下部を検査することができる橋梁の検査方法及び橋梁検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために本発明に係る橋梁の検査方法は、２つの橋桁上に複数の枕木を所定間隔で配置して２本のレールが敷設されてなる橋梁を検査する方法であって、２本のレールと隣接する枕木によって形成される空間から下方へ先端にビデオスコープを備えたアームを挿入し、前記ビデオスコープによって橋梁を撮像し、撮像された橋梁の画像を画像表示装置へ表示することによって前記橋梁の画像を検査画像として供給することを特徴としている。
【０００９】
また、上記橋梁の検査方法には、枕木の長さ方向両端より外側に形成された橋梁の空間部から下方へ前記ビデオスコープを備えたアームを挿入し、前記橋梁の外側面を撮像することを含んでも良い。
【００１０】
また、上記目的を達成するための本発明に係る橋梁検査装置は、２本のレールからなる鉄道レール上を移動するための台車部を備えた検査台と、前記検査台に設けられた支柱に一方の端部が支持され、かつ、前記検査台の上面に対して接近または後退するＺ方向に伸縮可能な第１アームと、画像を撮像する撮像装置を先端部に取り付けた第２アームと、前記第２アームを前記第１アーム側に折畳み又は展開可能に前記第１アームの他端に連結した関節部と、前記検査台の上面に平行なＸＹ平面内で前記撮像装置の位置を移動させる第１の移動機構とを含む橋梁検査装置であって、前記第１アーム及び格納された前記第２アームを前記枕木と前記鉄道レールとで形成された隙間に挿入させ得る位置に設定された検査台の位置において、前記第１アームを前記橋梁下部方向へ移動させる手段と、前記第２アームを展開させるとともに前記撮像部の位置を左右上下方向へ移動させる手段と、前記撮像装置によって前記橋梁下部を撮像した画像を表示する手段とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
また、前記橋梁検査装置は、更に、前記第１アームのＺ方向への伸縮位置を、レールの敷設方向と交差する方向であって、かつ、枕木の長さ方向両端より外側に形成された橋梁の空間部まで移動させる第２の移動機構を備えると良い。  
【００１２】
本発明に係る橋梁の検査方法並びに橋梁検査装置によれば、先端部にビデオスコープを備えたアームを、枕木と鉄道レールとで形成された隙間から挿入させて、橋梁下部において、ビデオスコープの位置を、左右上下方向に移動させて、橋梁下部を撮像することにより、大規模な検査設備を必要とせず、容易に橋梁下部を検査することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明の橋梁の検査方法によれば、先端部にビデオスコープを備えたアームを、枕木と鉄道レールとで形成された隙間から挿入させて、橋梁下部において、ビデオスコープの位置を、左右上下方向に移動させて、橋梁下部を撮像することにより、大規模な検査設備を必要とせず、容易に橋梁下部を検査することができる。
【００１４】
また本発明の橋梁検査装置によれば、第１アーム及び格納された第２アームを、枕木と鉄道レールとで形成された隙間から挿入させて、橋梁下部において、第２アームを展開させ、第２アームに取り付けられた撮像部の位置を、左右上下方向に移動させて、橋梁下部を撮像することにより、大規模な検査設備を必要とせず、容易に橋梁下部を検査することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る検査対象の橋梁の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る検査対象の橋梁の構造（側部構造を除く）を示す上面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る橋梁検査ロボットの構成を示すモデル図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る橋梁検査ロボットの全体構成を示す斜視図である。
【図５】検査台の詳細な構成を示す拡大図である。
【図６】（Ａ）通常時のスライド部の位置を示す図、及び（Ｂ）下部構造を検査するときのスライド部の位置を示す図である。
【図７】（Ａ）第１アームの１段目の構成を示す図、及び（Ｂ）第１アームの２段目の構成を示す図である。
【図８】第１アームが伸張する様子を示す図である。
【図９】第２アームの詳細な構成を示す斜視図である。
【図１０】（Ａ）カムの形状を示す図、及び（Ｂ）カムの径と第２アームの回転角度との関係を示すグラフである。
【図１１】（Ａ）第２アームの展開時の関節部の詳細な構成を示す拡大図、及び（Ｂ）第２アームの格納時の関節部の詳細な構成を示す拡大図である。
【図１２】モータ部の詳細な構成を示す図である。
【図１３】操作部の盤面におけるスイッチ配置を示す図である。
【図１４】橋梁検査ロボットの制御機構を示すブロック図である。
【図１５】橋梁検査ロボットの制御のための座標系を示す図である。
【図１６】第２アームの先端部の移動範囲を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、新幹線用橋梁の下部構造の検査に、本発明を適用した場合を例に説明する。
【００１７】
図１の断面図に示すように、新幹線の線路の橋梁部１０は、２本の鉄道レール２０と、枕木１８を支持する２つの下部構造（橋桁）１２と、２つの橋桁１２を所定間隔で繋ぐ繋板１４と、橋桁１２の左右に設けられた側部構造１６とを備えている。なお、図１に示す橋梁部は新幹線の走行方向に延びている。
【００１８】
新幹線の走行方向と直交する方向に延び、かつ、２つの橋桁１２を跨ぐように設けられた複数の枕木１８が、橋桁１２上に配置されている。枕木１８上には、新幹線の走行方向に延びた２本ペアのレールで構成される鉄道レール２０が敷設されている。また、図２に示すように、枕木１８は、鉄道レール２０の敷設方向に所定間隔で複数配置されている。
【００１９】
図２は、側部構造１６を除く橋梁部を上方から見た図面である。この図２に示すように、２本のレール２０，２０は複数の枕木１８，１８，…，１８によって支持され、それらの枕木１８は橋桁１２，１２によって支持されている。このために、レール２０，２０と枕木１８，１８とが成す矩形部分と、レール２０と枕木１８，１８と側部構造１６とが成す矩形部分は、垂直方向に空間部分を形成する。本発明は、この空間部分を有効に使用して、橋梁の検査を行うものである。
【００２０】
次に、橋梁検査に用いる橋梁検査ロボットの構造について説明する。
【００２１】
図３に示すモデル図、及び図４に示す外観斜視図のように、橋梁検査ロボット３０は、鉄道レール２０のレール間を跨ぐように設置されるもので、橋梁検査ロボット３０の土台となる検査台３２と、検査台３２に設けられた支柱３４と、支柱３４によって上端が支持された第１アーム３６と、第２アーム３８と、第１アーム３６と第２アーム３８とを連結する関節部４０と、第２アーム３８の先端部に取り付けられたビデオスコープ４４とを備えている。また、橋梁検査ロボット３０は、伸縮直動関節部３６Ａ及び直動関節部３８Ａを備えている。
【００２２】
図５は検査台３２の外観斜視図を示す。図５に示すように、検査台３２は、２本のフレーム３２Ａと、それらのフレームをそれぞれ両端で接続し、それらのフレームを所定間隔で維持する固定板３２Ｂと、各固定板３２Ｂに２個ずつ取り付けられた車輪３２Ｃとから成り、台車構造とされている。この台車構造の検査台３２は、前記車輪３２Ｃによって鉄道レール２０上を移動することができるようになっている。
【００２３】
そして、図５に示すように、検査台３２は、鉄道レール２０の敷設方向と直交する方向にスライド可能なスライド部３３を備えている。スライド部３３には支柱３４が検査台３２の上面方向へ垂直に固定されており、スライド部３３がスライドすることにより、支柱３４及び支柱３４に支持された第１アーム３６もスライドする。
【００２４】
スライド部３３は、図５では詳細を省略されているが、２本のフレーム３２Ａのそれぞれに組み込まれた３節２段伸縮スライド機構３３Ａ、例えばリニアモーションガイド機構を２段重ねしたスライド機構と、それを駆動するベルトドライブ式モータ機構３３Ｂとを有し、前記ベルトドライブ式モータ機構３３Ｂが有する第１モータ部７０のモータにて前記スライド機構３３Ａをテレスコピック状に伸縮することで、前記スライド機構３３Ａに固定された基台３３Ｃをフレーム３２Ａ方向、すなわち２本のレール２０に直行する方向（図３のＹ方向）へ移動することができるようになっている。なお、基台３３Ｃは板状部材からなり、中央部に第１アーム３６の挿入・退避用の穴が形成されている。
【００２５】
図６はレール２０上に配置された検査台３２を示し、図６（Ａ）は検査が２本のレール２０と枕木１８との間の空間から成される時のスライド部３３の位置を、また図６（Ｂ）は橋桁１２の外側を検査する時のスライド部３３の位置を示している。図６（Ａ）に示すように、スライド部３３は、通常時、レール間をまたぐ検査台３２のフレーム３２Ａ内に納まっているが、橋桁１２の外側を検査する時は、図６（Ｂ）に示すように、３節２段伸縮スライド機構３３Ａによりフレーム３２Ａの両端からそれぞれ７００ｍｍ程度伸びることで、結果として、左右レールの中心から受動的に±１５００ｍｍスライドする。これにより、側部構造１６より外側にまで、スライド部３３をスライドさせることができる。したがって、スライド部３３に設けられた支柱３４により支持された第１アーム３６を、側部構造１６の外側にあり、橋梁下部方向へ空間が形成された位置へ移動させることができる。
【００２６】
次に、支柱３４に設けられた検査用アーム機構について説明する。図４に示すように、スライド部３３に立設された支柱３４の上端に張り出して設けられた支持部３４Ａによって第１アーム３６が支持されている。
【００２７】
支柱３４の上端部に設けられた支持部３４Ａは、第１アーム３６の上端を支持するとともに、第１アームを回転させることが可能に構成されている。詳しくは、第１アーム３６の長さ方向の軸を中心に、第１アーム３６を回転させることができる。この第１アーム回転機構３４Ｂは、第２モータ部７１に収容されたモータの出力軸に固定された歯車と、支持部３４Ａによって回転可能に支持された第１アームへ取り付けられた歯車とによって構成されている。そして、この第１アーム回転機構３４Ｂのモータを駆動することで、第１アーム３６を任意の角度回転させることができるようになっている。なお、この第１アーム回転機構３４Ｂが、図３に示すＸＹ平面内で撮像部の位置を移動させる移動機構の一つである。
【００２８】
次に、第１アーム３６について説明する。第１アーム３６は５節４段の伸縮機構として構成され、この５節４段伸縮機構から成る第１アーム伸縮機構３６Ａを１個のモータで駆動することで、第１アームの下端部をレール上方から橋桁１２の下部まで直線的に移動することができるようになっている。なお、第１アーム３６は、検査時には伸張し、一方、携帯時には収縮して、鉄道レール２０の上方に退避される。
【００２９】
詳しくは、第１アーム３６は、例えば、長さが７００ｍｍ程度のリンク５節によって構成される。第１アーム３６は、４段に伸縮し、その全てを第１アーム３６の上端部に設けられた第３モータ部７２に設けられたモータで駆動する。モータの動力伝達には、タイミングベルトを用いて、先端の位置計算を容易にしている。
【００３０】
第１アーム伸縮機構３６Ａは、図７（Ａ）に示すように、第１アーム３６の機構として、第１アーム支持部３６Ｂに支持された１段目のスライドレール３６Ｃと、このスライドレール３６Ｃに固定された連結具３６Ｄと、この連結具３６Ｄに連結されたタイミングベルト機構３６Ｅとを有し、このタイミングベルト機構をモータで駆動することで１段目のスライドレール３６Ｃを矢印方向へ移動するようになっている。そして、図７（Ｂ）に示すように、１段目のスライドレール３６Ｃ上に２段目のスライドレール３６Ｆを配置し、２段目のタイミングベルト機構３６Ｇを設置し、２段目のスライドレール３６Ｆを、１段目のタイミングベルト機構とは逆側に連結する。
【００３１】
図８に第１アーム３６の伸縮機構３６Ａの模式図を示す。図８に示すように、１段目のタイミングベルト３６Ｅと１段目のスライドレール３６Ｃが連結され、また１段目のスライドレール３６Ｃと２段目のタイミングプーリの回転軸が固定され、また１段目のスライドレール３６Ｃと２段目のタイミングベルト３６Ｇが連結される。このようなタイミングプーリとスライドレールとタイミングベルトの連結が図８に示すように成されることで、１段目のタイミングプーリを第３のモータ部７２によって駆動することで、第１アーム３６はテレスコピック状に伸縮動作を行うことができる。なお、１段目のスライドレールの直線運動を第２段目のタイミングベルト機構の動力として伝達する機構は図８に示すようなスライドレールの移動から得るほかに、例えばラックアンドピニオン機構のようなものを用いても良い。なお、図８では簡略化のために３段伸縮機構を示している。
【００３２】
次に、第２アーム３８について説明する。第２アーム３８は、ビデオスコープ４４が撮影状態におけるアームの伸縮動作と、第２アームを検査台上方へ退避させる際の折畳動作を行うことができるように構成されている。このために、第１アーム３６と第２アーム３８の連結部に関節部４０が設けられている。また第２アーム自体は伸縮可能に構成されている。関節部４０は、第２アームを折畳み又は展開可能に、第１アーム３６の先端（下端）と第２アーム３８とを連結している。第２アーム３８は、ビデオスコープ４４が取り付けられた先端部の位置を、関節部４０に対してスライドさせる直動関節部３８Ａを備えている。ここで、第２アーム３８の展開・折畳用のモータを関節部４０に、先端スライド用のモータを直動関節部３８Ａに、独立に１つずつ設置した場合、先端付近なので、系全体の慣性モーメントが増加し、系を支える根元リンクのモータの巨大化に繋がる。また、消費電力量も増大してしまい、ロボットの携帯性、汎用性が失われてしまう。そこで、本実施の形態では、図９に示すように、関節部４０及び直動関節部３８Ａについて、直動運動用に設けた第４モータ部７３に配置した１個のモータで駆動できるように構成されている。直動関節部３８Ａは、タイミングプーリ３８Ｂ、タイミングベルト３８Ｃ、ベルト保持部３８Ｅ、及び第４モータ部７３によって構成されている。検査時、第４モータ部７３を駆動し、タイミングプーリ３８Ｂ、タイミングベルト３８Ｃ、及びベルト保持部３８Ｅにより、第２アーム３８を直線的に運動させて、先端部と関節部４０との間の距離を調節する。
【００３３】
また、関節部４０は、図１０（Ａ）に示すような、第２アーム３８の直動運動を回転運動に変換するカム４０Ａを備えている。図１０（Ｂ）に示すように、カム４０Ａは中心から円弧（カム径）までの距離がカムの角度に対し単調に変化する。そして、図１１（Ａ）に示すように、このカム４０Ａは、第１アーム３６の下端に固定されている。第２アーム３８を展開した状態で図示左方向へ移動すると、第２アーム３８の基端部に固定されたストッパ３８Ｄがカム４０Ａに当接する。更に第２アーム３８を左方向へ移動させると、第２アーム３８の基端部に固定されたストッパ３８Ｄがカム４０Ａに沿って動く。このとき、関節部４０の回転中心からストッパ３８Ｄまでの距離の関係を表すグラフ（図１０（Ｂ）参照）より、第２アーム３８の先端部と関節部４０との距離を、ストッパ３８Ｄがカム４０Ａに当接した状態（図１０（Ｂ）の２０ｍｍ）から更に約３０ｍｍ伸張すれば、関節部４０が第２アーム３８を９０ｄｅｇ回転させ、第２アーム３８を第１アーム３６側に折畳む。これによって、第１アーム３６と第２アーム３８とが平行な状態となる。
【００３４】
また、図１１（Ｂ）に示すように、第２アーム３８を折畳んだ状態から、第２アーム３８の先端部と関節部４０との距離を収縮していくと、カム４０Ａに沿って、ストッパ３８Ｄが動くことにより、第１アーム３６と第２アーム３８が直角になるように第２アーム３８が展開される。直動関節部３８Ａによる直動運動時（スライド時）は、もうひとつのストッパ（図示省略）がレールとかみ合い、関節部４０の回転を抑止する。これにより直動運動と、回転運動を混同することなく行われる。
【００３５】
次に、第１モータ部７０〜第４モータ部７３について説明する。  
【００３６】
第１モータ部７０〜第４モータ部７３の各々は、図１２に示すように、ＤＣモータ５０、ポテンショメータ５２、出力軸５４、カップリング５６、ギア５８、ベアリング５９により構成される。ギア５８によりモータの回転をポテンショメータ５２に伝達し、モータ５０の回転をポテンショメータ５２で読み取り、ＰＩＤフィードバック制御する。
【００３７】
第１モータ部７０は、検査台３２のスライド部３３を駆動し、第２モータ部７１は、第１アーム３６の回転を駆動する。第３モータ部７２は、第１アーム３６の伸縮機構３６Ａを駆動し、第４モータ部７３は、第２アーム４２の直動関節部３８Ａ及び関節部４０をそれぞれ駆動する。
【００３８】
また、橋梁検査ロボット３０には、図１３に示すような、第１モータ部７０〜第４モータ部７３の各々の駆動を操作するための操作部６０が接続されている。操作部６０の盤面には、４つのロータリースイッチ６２Ａ〜６２Ｄ、ジョイスティック６４、リニアポテンショメータレバー６６、及びロータリースイッチ６８を備えている。
【００３９】
ロータリースイッチ６８が最も左側の位置に切り替えられている場合、ロータリースイッチ６２Ａ〜６２Ｄの各々を回すことで、対応する第１モータ部７０〜第４モータ部７３が駆動する。このとき、スライド部３３のスライド、支持部３４Ａの回転、第１アーム３６の伸縮機構３６Ａの伸縮、及び関節部４０の回転又は第２アーム３８の直動関節部３８Ａの直動運動は、独立に制御可能となっている。
【００４０】
ロータリースイッチ６８を１つ右側に切り替えると、後述する、第２アーム３８の先端部の位置を逆運動方程式によって制御する制御モードとなる。この制御モードの時は、ジョイスティック６４、リニアポテンショメータレバー６６、及びロータリースイッチ６２Ａにより操作される。ジョイスティック６４の上下方向が、Ｙ軸正負方向に対応し、ジョイスティック６４の左右方向が、Ｘ軸正負方向に対応しており、さらに、リニアポテンショメータレバー６６の上下方向がＺ軸正負方向に対応して、それらの座標値が入力されることで、支持部３４Ａの回転、第１アーム３６の伸縮機構３６Ａの伸縮、及び第２アーム３８の直動関節部３８Ａの直動運動の各々を制御する。なお、ジョイスティック６４は８方向入力が可能となっている。  
【００４１】
次に、橋梁検査ロボット３０を制御する制御機構について説明する。図１４は、この制御機構のブロック構成図である。図１４に示すように、橋梁検査ロボット３０の制御機構として、コントローラ部８０が設けられており、コントローラ部８０は、上述した操作部６０、操作部６０の操作に応じて橋梁検査ロボット３０を制御する制御部８２、及び橋梁検査ロボット３０のビデオスコープ４４により撮像された画像を表示する表示部８４を備えている。なお、コントローラ部８０は、検査時、橋梁本体１４上に配置され、検査者によって操作される。
【００４２】
制御部８２は、ポテンショメータ５２によって読み取られた第１モータ部７０〜第４モータ部７３の各々の回転、及び操作部６０の操作に基づいて、ＰＩＤフィードバック制御を行って、第１モータ部７０〜第４モータ部７３の各々を駆動させるモータドライバ８６〜８９を制御する。
【００４３】
ここで、制御部８２における逆運動方程式による制御モードについて説明する。まず、図１５に示す仮想の座標系を、橋梁検査ロボット３０に対し設定する。次に、ジョイスティック６４により第２アーム３８の先端部の位置座標を示すベクトルＰを取得する。そして、取得した位置座標を示すベクトルＰについて、以下の（１）式に示す逆運動方程式を解くことで、支持部３４Ａの回転、第１アーム３６の伸縮直動関節部３６Ａの伸縮、及び第２アーム３８の直動関節部３８Ａの直動運動の各々の制御量θ、Ｌ２、Ｌ３を算出する。
【００４４】
【数１】
2011032641.tif 000003
【００４５】
また、操作部６０のポテンショメータ６２Ａにより、スライド部３３のスライドをリアルタイムに設定し、座標系の並行移動、つまり、橋梁との距離調節を行う。これにより、ビデオスコープ４４の画像に対し、直感的な操作が可能となる。
【００４６】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００４７】
まず、検査員が、橋梁検査ロボット３０を、橋梁１０の鉄道レール２０上に配置し、橋梁検査ロボット３０の台車３２により、検査員が、橋梁検査ロボット３０を、鉄道レール２０上の検査対象位置まで移動させる。
【００４８】
検査員が操作部６０のロータリースイッチ６２Ａを操作することにより、第１モータ部７０を駆動させて、橋梁検査ロボット３０のスライド部３３をスライドさせて、鉄道レール２０の敷設方向に直交する左右方向に移動させて、スライド部３３を左右方向の所定位置に配置させる。なお、ここまで、第１アーム３６は収縮された状態となっている。
【００４９】
そして、検査員が操作部６０のロータリースイッチ６２Ｃを操作することにより、第３モータ部７２を駆動させて、第２アーム３８を格納させた状態で、第１アーム３６を伸張させて、鉄道レール２０と枕木１８とで形成される隙間から、第１アーム３６及び第２アーム３８を挿入させて、橋梁１０の下部まで降下させる。
【００５０】
第１アーム３６側に格納された第２アーム３８が、橋梁１０の下部まで降下した状態で、検査員が操作部６０のロータリースイッチ６２Ｄを操作することにより、第４モータ部７３を駆動させて、関節部４０の回転により、第２アーム３８の長さ方向が、第１アーム３６の長さ方向（上下方向）に対して直角になるように、第２アーム３８を展開させる。
【００５１】
そして、検査員が操作部６０のロータリースイッチ６８を右側に切り替えた後、ジョイスティック６４を操作することにより、第２モータ部７１、第３モータ部７２、及び第４モータ部７３を駆動させて、支持部３４Ａの回転、第１アーム３６の伸縮機構３６Ａの伸縮、及び第２アーム３８の直動関節部３８Ａの直動運動により、第２アーム３８の先端部の位置をＸＹＺ方向に移動させながら、ビデオスコープ４４により、橋梁下部構造１２の状態を撮像する。また、検査員が操作部６０のロータリースイッチ６２Ａを操作することにより、第１モータ部７０を駆動させて、スライド部３３のスライドにより、第２アーム３８の先端部の位置をＹ方向に移動させながら、ビデオスコープ４４により、橋桁１２の状態を撮像する。
【００５２】
上記のように第２アーム３８の先端部の位置を移動させることにより、図１６に示すように、第２アーム３８の先端部は、橋桁１２の内側の広い範囲を移動することができ、橋桁１２の内側に、ビデオスコープ４４を近接させることができる。
【００５３】
ビデオスコープ４４によって撮像された橋桁１２の状態を表わす画像は、表示部８４に表示され、検査員によって、橋桁１２の状態が確認される。このように、橋桁１２の内側が検査される。
【００５４】
そして、第１アーム３６及び第２アーム３８を挿入させた鉄道レール２０と枕木１８との隙間に応じた検査が終了した場合には、検査員が操作部６０のロータリースイッチ６８を一番左側に切り替えた後、操作部６０のロータリースイッチ６２Ｄを操作することにより、第４モータ部７３を駆動させて、関節部４０の回転により、第２アーム３８の長さ方向が、第１アーム３６の長さ方向（上下方向）に対して平行になるように、第２アーム３８を格納させる。
【００５５】
そして、検査員が操作部６０のロータリースイッチ６２Ｃを操作することにより、第３モータ部７２を駆動させて、第２アーム３８を格納させた状態で、第１アーム３６を収縮させて、鉄道レール２０と枕木１８とで形成される隙間から、第１アーム３６及び第２アーム３８を引き上げる。
【００５６】
また、橋桁１２の外側を検査する場合には、以下のように検査が行われる。
【００５７】
第１アーム３６及び格納された第２アーム３８が、鉄道レール２０の上方に位置するように第１アーム３６が収縮された状態で、検査員が操作部６０のロータリースイッチ６２Ａを操作することにより、第１モータ部７０を駆動させて、橋梁検査ロボット３０のスライド部３３をスライドさせて、鉄道レール２０の敷設方向に直交する左右方向に移動させて、スライド部３３に固定された支柱３４、及び支柱３４に上端が支持された第１アーム３６を、枕木１８の端部より外側に配設された左右方向の側部構造１６より外側の空間位置に配置させる。
【００５８】
そして、検査員が操作部６０のロータリースイッチ６２Ｃを操作することにより、第３モータ部７２を駆動させて、第２アーム３８を格納させた状態で、第１アーム３６を伸張させて、側部構造１６の外側から、第１アーム３６及び第２アーム３８を、橋梁１０の下部まで降下させる。
【００５９】
第１アーム３６側に格納された第２アーム３８が、橋梁１０の下部まで降下した状態で、検査員が操作部６０のロータリースイッチ６２Ｄを操作することにより、第４モータ部７３を駆動させて、関節部４０の回転により、第２アーム３８の長さ方向が、第１アーム３６の長さ方向（上下方向）に対して直角になるように第２アーム３８を展開させる。
【００６０】
そして、検査員が操作部６０のロータリースイッチ６８を右側に切り替えた後、ジョイスティック６４を操作することにより、第２モータ部７１、第３モータ部７２、及び第４モータ部７３を駆動させて、支持部３４Ａの回転、第１アーム３６の伸縮直動関節部３６Ａの伸縮、及び第２アーム３８の直動関節部３８Ａの直動運動により、第２アーム３８の先端部の位置をＸＹＺ方向に移動させながら、ビデオスコープ４４によって、橋桁１２の状態を撮像する。また、検査員が操作部６０のポテンショメータ６２Ａを操作することにより、第１モータ部７０を駆動させて、スライド部３３のスライドにより、第２アーム３８の先端部の位置をＹ方向に移動させながら、ビデオスコープ４４によって、橋桁１２の状態を撮像する。また、検査員が操作部６０を操作することにより、第２モータ部７１を駆動させて、支持部３４Ａの回転により、第２アーム３８の先端部の位置を移動させながら、ビデオスコープ４４によって、橋桁１２の状態を撮像する。
【００６１】
上記のように第２アーム３８の先端部の位置を移動させることにより、上記図１６に示すように、第２アーム３８の先端部は、橋桁１２の外側の広い範囲を移動することができ、橋桁１２の外側に、ビデオスコープ４４を近接させることができる。
【００６２】
ビデオスコープ４４によって撮像された橋桁１２の状態を表わす画像は、表示部８４に表示され、検査員によって、橋桁１２の状態が確認される。このように、橋桁１２の外側が検査される。
【００６３】
検査員が、橋梁検査ロボット３０の台車部３２Ｂにより、鉄道レール２０上を所定間隔で移動させる毎に、上記の橋桁１２の内側及び外側の検査を行って、橋梁１０全体の橋桁１２の状態が検査される。
【００６４】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば第１アームをレールと交差する方向へ移動させる機構として、上記実施形態では第１アームとそれを支持する支柱と移動基台とを採用したが、それに代えて、支柱上部へ水平方向に伸縮するアーム、例として医療機器等の分野で公知のテレスコピックアームや、更にはラックアンドピニオン機構による単一のアームを移動させる機構を用いても良い。
【００６５】
また、上記の実施の形態では、３直動・２回転関節のロボットを用いて、橋梁下部構造を検査する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、他の構成のロボットを用いても良い。例えば、ビデオスコープ４４が２軸周りで回転するための関節を更に設けた構成にしてもよい。
【００６６】
以上説明したように、本実施の形態に係る橋梁検査ロボットを用いた橋梁の検査方法によれば、第１アーム及び格納された第２アームを、枕木と鉄道レールとで形成された隙間から挿入させて、橋梁下部において、第２アームを展開させ、第２アームに取り付けられたビデオスコープの位置を、ＸＹＺ方向に移動させて橋梁下部構造に近接し、橋梁下部構造を撮像することにより、大規模な検査設備を必要とせず、容易に橋梁下部構造を検査することができる。鉄道レールの下に潜り込む必要はなく、また、足場の設置や危険を伴う作業を必要とせずに、橋梁下部構造を検査することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１０   橋梁
１２   橋桁
１４   繋板
１６   側部構造
１８   枕木
２０   鉄道レール
３０   橋梁検査ロボット
３２   検査台
３２Ａ  フレーム
３２Ｂ  固定版
３２Ｃ  車輪
３３  スライド部
３３Ｃ  基台
３４   支柱
３４Ａ  支持部
３４Ｂ  第１アーム回転機構
３６   第１アーム
３６Ａ  第１アーム伸縮機構
３８   第２アーム
３８Ａ  直動関節部
４０   関節部
４０Ａ  カム
４４   ビデオスコープ
６０   操作部
６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄ  ロータリースイッチ
６４   ジョイスティック
６６  リニアポテンショメータレバー
６８  ロータリースイッチ
７０   第１モータ部
７１   第２モータ部
７２   第３モータ部
７３   第４モータ部
８０   コントローラ部
８２   制御部
８４   表示部
８６   モータドライバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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