(57)【要約】【課題】作業員の遠隔操作により、土木構造物内の移動が可能で、補修対象箇所が障害物の近傍に存在する場合であっても、障害物との干渉を回避しつつ補修作業を可能とする補修システム及び補修方法を提供する。【解決手段】補修システム１は、構造体の補修対象箇所へ補修材を吐出する注入ガン８と、複数の関節部を支点とし任意の方向に変位可能であって注入ガン８を把持して所望の位置に移動可能とする多関節マニピュレータ６と、多関節マニピュレータ６を下方より支持し垂直方向に昇降可能とする昇降機構５を備えた自走式移動体３と、自走式移動体３と通信回線１２を介して接続され、自走式移動体３の走行、昇降機構５及び多関節マニピュレータ６の動作を遠隔制御する制御装置１４からなり、注入ガン６又は多関節マニピュレータ６に設置され、注入ガン８の移動方向前方に位置する対象物との距離又は形状を測定する計測装置を設け、計測装置による測定距離又は形状に基づき多関節マニピュレータ６を操作可能とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体の補修対象箇所へ補修材を吐出する注入ガンと、複数の関節部を支点とし任意の方向に変位可能であって、前記注入ガンを把持して所望の位置に移動可能とする多関節マニピュレータと、前記多関節マニピュレータを下方より支持し垂直方向に昇降可能とする昇降機構を備えた自走式移動体と、
前記自走式移動体と通信回線を介して接続され、前記自走式移動体の走行、前記昇降機構及び前記多関節マニピュレータの動作を遠隔制御する制御装置からなり、
前記注入ガン又は前記多関節マニピュレータに設置され、前記多関節マニピュレータにより移動される前記注入ガンの移動方向前方に位置する対象物との距離又は形状を測定する計測装置を設け、
前記計測装置による測定距離又は形状に基づき前記多関節マニピュレータを操作可能とすることを特徴とする補修システム。
【請求項２】
請求項１に記載の補修システムにおいて、
前記自走式移動体は、複数種類の補修材をそれぞれ収容する複数のタンクと、前記各補修材に対応する複数の注入ガンを備え、
前記制御装置は、前記計測装置による前記補修対象箇所の形状計測結果に基づき、当該補修対象箇所へ注入すべき補修材を選定することを特徴する補修システム。
【請求項３】
請求項２に記載の補修システムにおいて、
前記自走式移動体は、第１の移動体及び第２の移動体から構成され、
前記第１の移動体は、前記注入ガンを把持し所望の位置に移動させる多関節マニピュレータと前記昇降機構を備え、
前記第２の移動体は、前記複数種類の補修材を収容する複数のタンクと、前記注入ガンに対応する補修材を供給するポンプを備え、
前記第１の移動体及び第２の移動体、前記第２の移動体と前記制御装置は通信回線で相互に接続されたことを特徴とする補修システム。
【請求項４】
請求項２に記載の補修システムにおいて、
前記昇降機構は下方より作業基部を介して前記多関節マニピュレータを支持し、
前記作業基部上に前記各補修材に対応する複数の注入ガンを収容する収容部を備え、
前記制御装置により選定された補修材に対応する注入ガンを前記多関節マニピュレータにより把持し、前記補修対象箇所へ補修材を吐出すことを特徴とする補修システム。
【請求項５】
請求項２に記載の補修システムにおいて、
前記複数の注入ガンを所定の間隔にて配列し収容するホルダーを備え、
前記ホルダーの一つの側面には、前記各注入ガンの先端ノズルをホルダー外へ突出可能な開口が形成され、
一端が前記注入ガンに接続され、且つ、他端が前記ホルダーの異なる面より外部へ延伸するスライドレバーを前記注入ガン毎に有し、
前記スライドレバーが前記多関節マニピュレータにより前記開口方向へ移動することにより、一の注入ガンの先端ノズルを前記開口より突出させることを特徴とする補修システム。
【請求項６】
請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の補修システムにおいて、
前記各補修材をそれぞれ対応する注入ガンへ供給するホースを、１つのホース内に束ねて収容することを特徴とする補修システム。
【請求項７】
請求項５に記載の補修システムにおいて、
前記複数の補修材は、体積充填材、高流動性の接着材及び塗布材であって、
前記制御装置により選定された前記体積充填材、高流動性の接着材及び塗布材のうち何れか１つに対応する注入ガンに取り付けられたスライドレバーを前記多関節マニピュレータにより前記開口方向へ移動させることを特徴とする補修システム。
【請求項８】
請求項２に記載の補修システムにおいて、
前記計測装置は、前記対象物へレーザーを照射する照射部と前記対象物から反射されるレーザーを受光する受光部を有するレーザーレンジファインダーと、前記対象物を撮像する撮像装置からなることを特徴とする補修システム。
【請求項９】
請求項２に記載の補修システムを用いた構造体の補修方法であって、
前記計測装置により前記注入ガンと補修対象箇所との距離を測定し、
前記測定距離に基づき前記補修対象箇所の欠陥形状を測定し、
前記測定された欠陥形状に対応する補修材を前記複数の補修材より選定し、
前記選定された補修材に対応する注入ガンを前記多関節マニピュレータにより把持し、前記補修対象箇所へ前記選定された補修材を吐出することを特徴とする構造体の補修方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の構造体の補修方法において、
前記測定された欠陥形状のサイズに応じて体積充填材、流動性接着材及び塗布材のうち何れかを前記補修対象箇所へ吐出することを特徴とする構造体の補修方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の構造体の補修方法において
前記測定された欠陥形状のサイズが所定値以上のとき、前記補修対象箇所へ体積充填材を吐出し、
前記体積充填材が硬化した後、前記補修対象箇所へ更に流動性接着材を吐出し、
前記流動性接着材が硬化後の前記補修対象箇所へ塗布材を吐出することを特徴とする構造体の補修方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の構造体の補修方法において、
前記体積充填材はウレタンであることを特徴とする構造体の補修方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の構造体の補修方法において、
前記体積充填材は軽石または発砲スチロールであることを特徴とする構造体の補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高所、高温、放射線環境等、人の立ち入りが困難なエリアで、遠隔操作にて対象の補修作業を行う遠隔操作型補修システム及び補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高度経済成長期以降、トンネル、ダム、橋等の土木構造物が数多く建造されてきたが、近年、これらの土木構造物が老朽化し、補修のニーズが高まっている。また、化学、発電等の各種プラントにおいても、これらの建屋、建屋内のタンク、配管等が長期にわたって、使用されているため、老朽化しており、補修等のメンテナンスが不可欠とされている。 
しかし、トンネル等の構造物において、高所、高温といった危険等の理由で、人の立ち入りが困難な場所も存在する。そのような場所で、対象を補修するのに、有効な施工方法が必要とされており、これまで、作業員に代わって、遠隔操作により、作業装置（ロボット）を用いて、補修等の作業を行うことが検討されている。
【０００３】
遠隔操作により補修作業を行うものとして特許文献１に記載される装置が知られている。特許文献１では、トンネル内を自走する無人移動体に設置された垂直方向に昇降自在な昇降シャフト、その上端にトンネルの軸線方向（水平方向）に延縮自在な伸縮シャフト、伸縮シャフトの先端に取り付けられ、垂直方向に延伸自在であり且つその先端がトンネル内壁面と接触後、トンネル内壁面の周方向に沿って回転可能な伸縮回転ブームを備えている。そして、伸縮回転ブームにスプレーガンと共に取り付けられたモニタカメラで監視しつつ、スプレーガンよりコーティング剤を塗布するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１４５３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、カメラ搭載スプレーガンの移動は、垂直方向および水平方向に伸縮するシャフトにて行うものであり、例えば、補修対象箇所が障害物の近傍ないしは障害物の背面側に位置する場合、障害物と干渉することなくスプレーガンを補修対象箇所へ移動させることが困難となる。 
本発明は、作業員の遠隔操作により、土木構造物内の移動が可能で、補修対象箇所が障害物の近傍に存在する場合であっても、障害物との干渉を回避しつつ補修作業を可能とする補修システム及び補修方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の補修システムは、構造体の補修対象箇所へ補修材を吐出する注入ガンと、複数の関節部を支点とし任意の方向に変位可能であって、前記注入ガンを把持して所望の位置に移動可能とする多関節マニピュレータと、前記多関節マニピュレータを下方より支持し垂直方向に昇降可能とする昇降機構を備えた自走式移動体と、前記自走式移動体と通信回線を介して接続され、前記自走式移動体の走行、前記昇降機構及び前記多関節マニピュレータの動作を遠隔制御する制御装置からなり、前記注入ガン又は前記多関節マニピュレータに設置され、前記多関節マニピュレータにより移動される前記注入ガンの移動方向前方に位置する対象物との距離又は形状を測定する計測装置を設け、前記計測装置による測定距離又は形状に基づき前記多関節マニピュレータを操作可能とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、作業員の遠隔操作により、土木構造物内の移動が可能で、補修対象箇所が障害物の近傍に存在する場合であっても、障害物との干渉を回避しつつ補修作業を可能とする補修システム及び補修方法を提供できる。
【０００８】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例に係る補修システムの全体構成図である。
【図２】図１に示す補修システムによる作業状態を示す図である。
【図３】図１に示す注入ガンにレーザーレンジファインダーを取り付けた状態を示す図である。
【図４】図１に示す補修システムにより障害物近傍の補修対象箇所の補修作業の状態を示す図である。
【図５】図４に示す障害物近傍の拡大図である。
【図６】図１に示す補修システムによる欠陥形状に応じた補修方法を実行するフロー図である。
【図７（ａ）】空隙部が大きい場合の施工状態を示す図である。
【図７（ｂ）】空隙部が小さい場合の施工状態を示す図である。
【図７（ｃ）】空隙部が亀裂の場合の施工状態を示す図である。
【図８】図１に示す第１の移動体及び第２の移動体を一体化したときの構成図である。
【図９】本発明の他の実施例に係る複数台の注入ガンを収容するガンホルダーの正面図である。
【図１０】図９に示すガンホルダーの斜視図である。
【図１１】図１０に示すガンホルダーで第１の注入ガンが選択され使用可能な状態を示す図である。
【図１２】図１０に示すガンホルダーで第２の注入ガンが選択され使用可能な状態を示す図である。
【図１３（ａ）】本発明の他の実施例に係る体積止水材を充填した状態を示す図である。
【図１３（ｂ）】図１３（ａ）に示す状態から接着材を注入した状態を示す図である。
【図１３（ｃ）】図１３（ｂ）に示す状態から塗布材を塗布した状態を示す図である。
【図１４】本発明の他の実施例に係る補修材供給ホースの断面図である。
【図１５】本発明の他の実施例に係る注入ガンの外観図である。
【図１６（ａ）】本発明の他の実施例に係る体積填材を充填した状態を示す図である。
【図１６（ｂ）】図１６（ａ）に示す状態から接着材を注入した状態を示す図である。
【図１６（ｃ）】図１６（ｂ）に示す状態から塗布材を塗布した状態を示す図である。
【図１７（ａ）】体積止水材を充填した状態を示す図である。
【図１７（ｂ）】図１７（ａ）に示す状態から接着材を注入した状態を示す図である。
【図１７（ｃ）】図１７（ｂ）に示す状態からはみ出し部を切除した状態を示す図である。
【図１７（ｄ）】図１７（ｃ）に示す状態から塗布材を塗布した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について図面を参照し説明する。本明細書において遠隔操作型補修システムによる補修対象としてトンネルを例示するが、これに限られず、ダム、橋梁等の土木構造物、各種プラント設備における建屋、建屋内に設置されるタンク及び配管等の補修作業にも同様に適用可能である。
【実施例１】
【００１１】
図１に本発明の一実施例に係る補修システムの全体構成図を示す。図１に示されるように、補修システム１は、土木構造物内環境を移動し、補修対象への補修材７の充填、注入、塗布を主に行う自走式の第１の移動体３、第１の移動体へ補修材７を供給するため、補修材７を収容するタンク９とポンプ１０を搭載する自走式の第２の移動体４から構成される。
【００１２】
先頭を走行する第１の移動体３は、移動機構２の上方に配置される作業基部４７、作業基部４７を垂直方向に昇降可能とする昇降機構５、作業基部４７に搭載された多関節マニピュレータ６、多関節マニピュレータ６により把持され補修材７を補修対象箇所に吐出する注入ガン８を備えている。多関節マニピュレータ６は、自由度６又は自由度７のものが好適である。すなわち、関節数を６又は７とすることでトンネル内の補修対象箇所近傍において、３次元空間内で注入ガン８を所望の位置に移動できる。図１では、関節数を少なく記載している。
【００１３】
第１の移動体３の作業基部４７には、補修材７の種類に応じた複数の注入ガン８を収容するツールボックス４８が設けられている。多関節マニピュレータ６により所望の補修材用の注入ガン８を選択し把持することにより、補修対象箇所の状況に応じて所望の補修材７を注入可能としている。移動機構２は、例えば、無限軌道を周回するクローラなど踏破性に優れた機構が用いられるが、これに限らず、通常の車輪を用いてもよい。
【００１４】
第１の移動体３に追従しその後方を走行する第２の移動体４は、移動機構２の上方に配置された複数種の補修材７をその種類ごとに収容するタンク９、タンク９より第１の移動体３へ補修材７を供給するためのポンプ１０を備えている。第１の移動体３及び第２の移動体４は、第１の移動体３に設けられた複数の注入ガン８へ対応する補修材７を供給可能にホース１１にて連結されている。また、第１の移動体３及び第２の移動体４間は、通信線１４を介して連結されるとともに、第２の移動体４は、後述する制御装置１４と通信線１２を介して連結されている。これら通信線１２を介して制御装置１４より、第１の移動体３及び第２の移動体４を遠隔操作可能に構成されている。通信線１４は、優先の通信ケーブルに代えて、制御装置１４、第１の移動体３及び第２の移動体４に無線通信端末を搭載し、無線通信により制御信号を送受信可能としてもよい。
【００１５】
なお、図１に示していないが、補修システム１には、カメラが複数台搭載されており、移動機構２、多関節マニピュレータ６、注入ガン８等の位置、動作、方向を、制御装置１４の表示部にて作業員が確認できる構成となっている。
【００１６】
本実施例では第１の移動体３と第２の移動体４とで補修システム１を構成することにより、補修対象箇所へ補修材７の注入作業等を行う第１の移動体３を小型化できる。これにより、仮に、補修対象箇所がトンネル内壁面に形成された任意形状の狭隘部である場合であっても、狭隘部付近まで第１の移動体３が第２の移動体４と共に進行し、その後、狭隘部へ第１の移動体３に搭載された多関節マニピュレータ６により注入ガン８を狭隘部に移動させ作業を行うことが可能となる。
【００１７】
図２に、本実施例の補修システム１による作業状態を示す。トンネル１３の内壁面から内部へ伸展する空隙部（巣）１６あるいは亀裂１５が存在し、空隙部（巣）１６の補修作業を行っている状態を示している。補修システム１を構成する制御装置１４はトンネル１３の外部に設置され、制御装置１４により作業員は、通信線１２を介して接続された第２の移動体４及び第１の移動体３を遠隔操作する。トンネル１３内の空隙部１６付近へ第１の移動体３及び第２の移動体４を移動させ、その後、第１の移動体３に設けられた昇降機構５を駆動し、昇降機構５の上部に配置された作業基部４７を空隙部１６が存在する高さ付近まで上昇させる。作業基部４７に搭載された多関節マニピュレータ６により、注入ガン８を上下及び前後方向に移動させ、補修対象箇所である空隙部１６へ到達させる。このとき上述の通り、多関節マニピュレータ６の自由度に応じて、注入ガン８を複数のルートで空隙部１６へ到達させることができる。
【００１８】
図２に示すように、トンネル１３の内壁面には、亀裂１５、空隙部（巣）１６ が所々に存在し、作業員が届かないような高さにも存在する。このような亀裂１５、空隙部（巣）１６から、漏水が発生するが、補修対象箇所は、形状や大きさがさまざまであり、不具合に応じた施工方法が必要である。上記のように、第１の移動体３及び第２の移動体４を遠隔操作し、注入ガン８を補修対象箇所の近傍まで近づけることによって、補修材７を注入することができ、補修作業が可能となる。なお、昇降機構５は、図１に示すように、複数のＸ字状で構成されるアームを、上下に伸展することで昇降するパンタ方式が望ましいが、同軸で、外径が異なる、複数の円管を上下に伸展することによって、昇降するマスト方式でもよい。
【００１９】
ここで、注入ガン８を補修対象箇所近傍へ到達させるため用いられる機構について説明する。第１の移動体３に搭載された多関節マニピュレータ６により把持される注入ガン８には、補修対象箇所の形状又は補修対象箇所と注入ガン８との距離を測定する測定装置が設置されている。測定装置として、例えば、レーザーレンジファインダーが用いられる。図３にレーザーレンジファインダー３０（以下、ＬＲＦ３０）を注入ガン８に取り付けた例を示す。図３に示されるように、ＬＲＦ３０は、レーザー３１を発射する照射部及び対象物から反射されるレーザー３２を受光する受光部から構成される。注入ガン８の先端の上部に設置したＬＲＦ３０の照射部より発射されたレーザー３１は、トンネル１３の内壁面に発生した空隙部１６に照射され、空隙部１６により反射されたレーザー３２は受光部にて取り込まれる。これにより注入ガン８の先端から空隙部１６までの距離と、空隙部１６の開口部の形状を計測することができる。この形状計測は寸法（サイズ）を測定できる。寸法計測可能なことにより、後述する補修対象箇所の欠陥形状が、亀裂及び空隙のいずれであるか識別できる。
【００２０】
なお、注入ガン８の先端部には、ＬＲＦ３０に加え撮像装置としてＩＴＶカメラを設置することで、注入ガン８の多関節マニピュレータ６による移動途中の前方の画像が制御装置１４の表示部に表示され、作業員は、移動途中の注入ガン８の周囲の状況を確認できると共に、注入ガン８の前方（進行方向）の内壁面との距離及び内壁面に存在する障害物等との距離も確認することができる。これにより作業員は、制御装置１４の入力部を介して多関節マニピュレータ６へ移動量を指示入力可能となる。
【００２１】
図４にトンネル１３の内壁面に設置された障害物６０の近傍に位置する空隙部１６の補修作業状態を示し、図５に障害物６０が存在する領域の拡大図を示す。図４に示されるように、トンネル１３の内壁面には、トンネル１３内の喚起を行うためファンなどの空調設備が上方に設置されている。図４に示すように、補修対象箇所である空隙部１６がこの空調設備の近傍に位置する場合、空調設備は、注入ガン８を空隙部１６の近くへ多関節マニピュレータ６により移動する上で障害物６０となる。従って、図５に示されるように、障害物６０との干渉を回避し注入ガン８を空隙部１６付近に移動させる必要がある。
【００２２】
本実施例における補修システム１では、制御装置１４により、第１の移動体３及び第２の移動体４をトンネル内の空隙部１６が存在する内壁面付近まで床面を走行させる。その後、制御装置１４の表示部に表示されたＩＴＶカメラによる撮像画像及びＬＲＦ３０により測定された距離を確認しつつ、作業員により指示入力される上昇量に応じて昇降機構５が上昇する。作業基部４７、多関節マニピュレータ６及び注入ガン８の全てが障害物６０の底面と衝突しない位置まで上昇し停止する。その後、ＬＲＦ３０により逐次測定される注入ガン８の先端部と障害物６０の対向面との距離を参照し、注入ガン８の先端部が対向面と接触することなく多関節マニピュレータ６により上方へ移動され、その後、空隙部１６へと移動される。これにより、仮に、補修対象箇所付近に障害物６０が存在する場合においても、注入ガン８を障害物６０と干渉することなく補修対象箇所まで移動させることができる。
【００２３】
図４及び図５では、障害物６０の上方に補修対象箇所が存在する場合を例に説明したが、障害物６０が補修対象箇所とほぼ同様の高さに位置する場合、すなわち障害物６０の後方に補修対象箇所が位置する場合であっても、内壁面と障害物６０との間に注入ガン８が通過可能な間隙が存在すれば、上記と同様に、多関節マニピュレータ６により障害物６０を乗越えその背面側へ注入ガン８を移動させることができる。
【００２４】
補修システム１を用いて、不具合対象に応じた施工方法について説明する。補修方法を自動で選定する補修システムの例を説明する。図６に補修対象となる欠陥形状に応じた補修方法を実行するフロー図を示す。
【００２５】
ＬＲＦ３０により注入ガン８と補修対象との距離を計測する（ステップＳ１００）。ＬＲＦ３０により計測された距離と、上述のＩＴＶカメラによる撮像画像に基づき、補修対象の欠陥形状を測定する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１で測定される欠陥形状には、上述のとおり欠陥のサイズ（寸法）も含まれる。
【００２６】
ステップＳ１０１で計測された欠陥サイズにより、例えば、欠陥の開口幅が１０ｍｍ以上か否かを判定する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２にて、開口幅が１０ｍｍ以上と判定された場合、ステップＳ１０４へ進み、開口幅が１０ｍｍ未満の場合ステップＳ１０３へ進む。ステップＳ１０４では、補修材７に発泡性、充填性が高いウレタンなどの発泡系材料（体積充填材１７）を選定する。そして、注入ガン８を発泡材用の注入ガンに変更し（ステップＳ１０５）、充填作業を開始する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０５では、現在、多関節マニピュレータ６に把持されている注入ガン８が発泡材用の注入ガンである場合には、第２の移動体４に設けられたポンプ１０を起動し、ホース１１を介して体積充填材１７を補修対象箇所へ充填する。また、 現在把持されている注入ガン８が発泡材用の注入ガンと異なる場合、ツールボックス４８内に収容される発泡材用の注入ガンに取り換えた後、体積充填材１７を充填する。    
ステップＳ１０３では、欠陥の開口幅が２ｍｍ以上１０ｍｍ未満か判定し、開口幅が２ｍｍ以上１０ｍｍ未満と判定されるとステップＳ１０７へ進み、２ｍｍ未満との判定結果の場合にはステップＳ１１０へ進む。ステップＳ１０７では、補修材７に流動性が高い接着材１８を選定する。同様に、注入ガン８を接着材用の注入ガンに変更し（ステップＳ１０８）、注入作業を開始する（ステップＳ１０９）。
【００２７】
ステップＳ１１０では、欠陥の開口幅が２ｍｍ未満であることから亀裂と判断し、補修材７に被覆性が高い塗布材２０を選定する。同様に、注入ガン８を塗布材用の注入ガンに変更し（ステップＳ１１１）、補修対象箇所への塗布作業を開始する（Ｓ１１２）。
【００２８】
以上の各ステップのうち、ステップＳ１００〜ステップＳ１０３、ステップＳ１０４、及びステップＳ１０７は、制御装置１４内の図示しない記憶装置に格納されたプログラムにより実行されることにより、補修対象箇所の形状に応じて自動で補修材７の選定が可能となる。
【００２９】
なお、測定装置としてのＬＲＦ３０は、注入ガン８に設置しなくても、単独ツールとして、使用してもよい。この場合、ＬＲＦ３０を把持する多関節マニピュレータ６の把持部に支持機構を介して設置し、ＬＲＦ３０と注入ガン８の先端部との間隔を予め記憶装置に記憶することで、ＬＲＦ３０に測定距離を注入ガン８の先端部と補修対象箇所との距離に変換できる。また、同様に撮像装置としてのＩＴＶカメラも単独ツールとして使用してもよい。
【００３０】
次に、図６の選定フローで示した、欠陥の開口幅に応じた各補修方法を図７（ａ）〜７ （ｃ）で説明する。図７（ａ）は、補修対象である欠陥の開口部が１０ｍｍ以上（空隙部（巣）１６と大きい場合の補修方法の一例を示しており、注入ガン８から、空隙部（巣）１６に体積充填材１７を充填注入する施工方法である。図７（ｂ）は、欠陥の開口部が２ｍｍ以上１０ｍｍ未満（空隙部（隙間）１６）と小さい場合の補修方法の例を示しており、注入ガン８から、空隙部（隙間）１６に接着材１８を注入する施工方法である。また、図７（ｃ）は、欠陥の開口部が２ｍｍ未満（亀裂１５）とさらに小さい場合の補修方法の例を示しており、 例えば、コンクリート外壁など、構造物の壁１９の表面に注入ガン８からのスプレーにより、塗布材２０を噴きつける施工方法である。この施工は、狭隘箇所へ補修材７を塗布するだけでなく、広範囲に塗布することも可能である。
【００３１】
上述したように、１種の補修材７毎に、注入ガン８、ホース１１、ポンプ１０及び補修材７を収容するタンク９からなるセットを複数備えた構成とし、複数の補修材７を各々に対応する注入ガン８を使い分け、注入ガンを持ち替えることによって、空隙（巣）１６の欠陥の大きさに応じて、補修材を充填することができ、遠隔操作による補修が可能となる。
【００３２】
なお、補修材７を収容するタンク９は、必ずしも第２の移動体４に搭載する必要はなく、トンネル内の床等に固定された状態で配置し、延長ホースに接続して第１の移動体３へ供給する構成としてもよい。例えば、タンク９を固定して設置できる環境であれば、タンク９の容量を増やすことで、液交換の頻度を減らし、長時間の作業も可能となる。
【００３３】
さらに、補修システム１を、図８に示すように、第１の移動体３及び第２の移動体４を一体化する構成としてもよい。この場合、１つの移動体に昇降機構５、作業基部４７、多関節マニピュレータ６、ツールボックス４８、タンク９及びポンプ１０を搭載することで装置全体をコンパクトにすることができる。また１つの移動体のみを走行操作すればよいため、操作性も容易となり、また、部品点数も減るため、コストを抑えることができる。
【００３４】
本実施例によれば、作業員の遠隔操作により、トンネル等の土木構造物内の移動が可能で、任意形状の狭隘路または補修対象箇所との間の障害物との干渉を回避しつつ補修作業を行うことが可能な補修システムを実現できる。
【実施例２】
【００３５】
図９に本発明の実施例２に係る複数台の注入ガンを収容するガンホルダーの正面図を示し、図１０にその斜視図を示す。
【００３６】
本実施例では、複数台の注入ガンを１つガンホルダー内に収容し、コンパクト化した点が実施例１と異なる。その他の構成は、実施例１と同様であり、以下では、ガンホルダーの構成及びその操作について説明する。
【００３７】
図９に示されるように、ガンホルダー２１は、例えば直方体状の形状を有する筐体内に横方向に３台の注入ガン、第１の注入ガン２２、第２の注入ガン２３及び第３の注入ガン２４を横方向に相互に間隔を狭めて整列配置し収容する。ガンホルダー２１の一側面、すなわち、補修対象箇所と対向する面には、３つの開口が形成されたノズル出口３３が設けられている。各ノズル出口３３に対応する位置に、第１の注入ガン２２の先端ノズル２８−１、第２の注入ガン２３の先端ノズル２８−２及び第３の注入ガン２４の先端ノズル２８−３が配置されている。図１０に示されるように、第１の注入ガン２２の側面にスライドバー２５、第２の注入ガン２３の上面にスライドバー２６、第３の注入ガン２４の側面にスライドバー２７が取り付けられている。これらスライドバーが相互に干渉しないよう、ガンホルダー２１の両側面及び上面より各スライドバーの一方端がガンホルダー２１の外部へ延伸するよう配置されており、第１の注入ガン２２、第２の注入ガン２３及び第３の注入ガン２４を前後方向に移動できるよう構成されている。なお、ガンホルダー２１内には、各注入ガンがそれぞれのスライドバーにより前後方向に移動できるようガイドが設けられている。
【００３８】
ガンホルダー２１内では、第１の注入ガン２２〜第３の注入ガン２４が横方向に整列配置されるため、各注入ガンの間隔が狭いと、隣接配置される注入ガンの間に多関節マニピュレータ６の把持部である指が入らず、注入ガンの持ち手を握ることが困難となる。そのため、上述のように注入ガンに取り付けられるスライドバーを、注入ガンの持ち手がその外部へ延伸するガンホルダー２１の下面以外の両側面及び上面にスライドバーの一方端が外部へ延伸するよう配置している。
【００３９】
このような構成とすることによって、各注入ガンから補修対象箇所へ吐出される補修材の吐出方向を同一方向とし、ガンホルダー２１を固定すれば、多関節マニピュレータ６により所望の注入ガンに取り付けられたスライドバーを操作することで、所望の注入ガンのみを前方向に、注入ガンの持ち手が多関節マニピュレータ６で握られる位置まで、スライドさせることができる。そして、注入ガンの持ち手を握り、補修材を噴射することができる。なお、第１の注入ガン２２の背面には補修材を供給するホース４０が接続されている。また、第２の注入ガン２３の背面には同様にホース４１が、また、第３の注入ガン２４の背面にはホース４３が接続されており、これらホースを束ねておくと、ホース同士が絡まるのを防止することができ、ホースのハンドリングが容易となる。
【００４０】
以下、ガンホルダー２１を操作し所望の注入ガンを使用可能とするツールチェンジの方法を説明する。図１０では、ガンホルダー２１内に全ての注入ガンの先端ノズルが収容された状態、すなわち、第１の注入ガン２２の先端ノズル２８−１、第２の注入ガン２３の先端ノズル２８−２及び第３の注入ノズル２４の先端ノズル２８−３がノズル出口３３に到達することなく収容された初期状態（セットポジション）を示した。
【００４１】
ガンホルダー２１のノズル出口３３側の一部を、図示しない、例えば、作業基部４７上に固定配置された治具（ツールボックス相当）等に一時的に載置し、載置した状態で多関節マニピュレータ６によるスライドバーの操作及び注入ガンの持ち替えが可能に構成されている。治具は、例えは、ガンホルダー２１が載置されたとき、少なくともガンホルダー２１の前後の移動を阻止し得るようガンホルダー２１と係合する構造を備えていればよい。
【００４２】
図１１に第１の注入ガン２２が選択され使用可能な状態を示す。例えば、図６において説明したステップＳ１０２及びステップＳ１０４にて、使用すべき補修材として体積充填材１７が選定され、体積充填材１７を吐出可能な注入ガンが第１の注入ガン２２である場合を想定する。多関節マニピュレータ６は、ガンホルダー２１を上述の治具に載置し、第１の注入ガン２２に取り付けられたスライドバー２５のみをノズル出口３３へ向かう前方へ移動させる。このときの移動量は、第１の注入ガン２２の先端ノズル２８−１がノズル出口３３よりガンホルダー２１の外部へ突出し、第１の注入ガン２２の持ち手を多関節マニピュレータ６により把持することが可能な位置まで移動させるのに十分な移動量が設定される。その後、多関節マニピュレータ６により第１の注入ガン２２の持ち手を把持し、ガンホルダー２１を治具より取り外すことで、補修対象箇所へ体積充填材１７を注入することが可能となる。
【００４３】
図１２は第２の注入ガン２３が選択され使用可能な状態を示す。ここで例えば、第１の注入ガン２２による体積充填材１７の作業が終了し、その後、図６に示すステップＳ１０３及びステップＳ１０７にて補修材として接着材１８が選定され、接着材用の注入ガンが第２の注入ガン２３である場合を想定する。第１の注入ガン２２の先端ノズル２８−１がノズル出口３３より突出した状態のガンホルダー２１を多関節マニピュレータ６により把持し治具に載置する。その後、スライドバー２５を把持し後方へ移動させることで、第１の注入ガン２２の先端ノズル２８−１をガンホルダー２１内に収容状態とする。
【００４４】
次に、多関節マニピュレータ６によりスライドバー２６のみをノズル出口３３へ向かう前方へ移動させ、先端ノズル２８−２をノズル出口３３より突出させる。その後、多関節マニピュレータにより第２の注入ガン２３の持ち手も把持し、治具より取り外すことで、補修対象箇所へ接着材を注入することが可能となる。
【００４５】
本実施例では、ガンホルダー２１内で所望の注入ガンを多関節マニピュレータ６により移動可能とするため、スライドバーを備える構成としたが、これに限られず、例えば、各注入ガンの背面にホースと干渉しないよう電動アクチュエータ等を配置し、各注入ガンガンホルダー内で前後に移動可能とするよう構成してもよい。この場合、多関節マニピュレータ６による注入ガンの移動操作は不要とできる。
【００４６】
以上のように、本実施例によれば、複数台の注入ガンをガンホルダー２１内に収容することによりコンパクト化が可能となり、実施例１におけるツールボックス４８へのアクセスが不要となり、ホースの絡みもなくなり、ハンドリング性を向上できる。
【実施例３】
【００４７】
本実施例では、実施例１または実施例２の補修システム１を用い、補修対象箇所に複数種の補修材を組み合わせて適用し、漏水のような不具合に対して、止水効果を向上できる補修方法の例を説明する。
【００４８】
図１３（ａ）〜 図１３（ｃ）に、複数種の補修材を用いて補修作業を実施する補修工程を示す。例えば、第一段階では、図１３（ａ）に示すように、補修対象箇所の空隙部（巣）１６に、軽量で、充填性の高い体積止水材４９を注入ガン８により充填する。さらに、第二段階では、図１３（ｂ）に示すように、注入ガン８を変更し、体積止水材４９と空隙部（巣）１６の内壁との隙間に侵入可能な接着止水材５０を注入することによって、空隙部（巣）１６全体を止水材で固める。さらに、第三段階では、図１３（ｃ）に示すように、注入ガン８を変更し、空隙部（巣）１６の表面に塗布止水材５１を塗布し、補修対象箇所を補修する。なお、注入ガン８の変更操作については、上述の実施例１または実施例２と同様に実行される。
【００４９】
本実施例によれば、１つの補修対象箇所に、３種類の補修材を用いて補修作業を行うことにより、遠隔操作により、対象物に止水材を多層に形成して、補修することができ、しかも、止水効果を向上させることができる。なお、補修材の組合せは、３種すべてを用いなくても、欠陥の大きさによって２種であってもよい。例えば、図７（ｂ）に示したように、開口幅の小さな空隙１６の場合は、接着止水材５０及び塗布止水材５１の２種のみ用いればよい。
【実施例４】
【００５０】
本実施例では、上述の実施例１及び実施例２において用いた複数種類の補修材を注入ガンへ供給するため、個別に設けられたホースの絡まり防止を可能とする構成を説明する。図１４に本実施例による補修材供給用ホースの断面を示す。補修材として２種の止水材（主剤と硬化剤）を混合し補修対象箇所に注入する場合、 図１４に示すように、主剤を供給するホース３５と硬化剤を供給するホース３６を所定の間隔で束ねて収容する大ホース３４により補修材供給用ホースを形成する。補修材供給用ホースの一方端は対応する注入ガンへ個別に接続可能にホース３５及びホース３６が分岐し、他方端は主剤、硬化剤に対応する各ポンプへ接続可能にホース３５及びホース３６が分岐する。
【００５１】
図１４においては、２種の補修材を用いる例を示すが、実施例１及び実施例２で説明した３種の補修材を用いる場合は、同様に、３種の補修材を供給するホースを大ホース３４内に束ねて収容すればよい。
【００５２】
本実施例によれば、複数種の補修材を注入ガンへ供給するホースの絡まりが防止され、多関節マニピュレータ６による注入ガンのハンドリング性を向上できる。
【実施例５】
【００５３】
本実施例では、注入ガンの先端上部に加工機を備えた点が実施例１及び実施例２と異なり、その他の構成は実施例１及び実施例２と同様であるため説明を省略する。
【００５４】
図１５に本実施例の注入ガンの外観図を示す。図１５に示されるように、注入ガン８の先端上部には電動ドリル３８を備える穴あけ加工機３７を備えている。土木構造体等の例えば、筐体５６の所望の領域５５に補修材として止水材を充填する場合、実施例１または実施例２で説明したように、多関節マニピュレータ６により注入ガン８を筐体５６の所望の領域５５に移動させ、注入ガン８の先端上部に設けられた穴あけ加工機３７の電動ドリル３８を用いることによって、所望の領域５５の表面に穴あけ加工を施すとともに、形成された穴に注入ガン８を移動せることで、補修材としての止水材を注入することが可能となる。
【００５５】
なお、穴あけ加工機３７は、注入ガン８の周辺に追加しなくても、単独ツールとして、用いてもよい。
【００５６】
本実施例によれば、実施例１または実施例２による効果に加え、補修材を注入する領域への前処理としての穴あけ加工等を容易に行うことができる。
【実施例６】
【００５７】
本実施例では、実施例１または実施例２の補修システム１を用い、補修対象箇所の空隙部の領域が大である場合における補修作業に好適な補修方法を説明する。
【００５８】
補修対象箇所の空隙の領域が大であり大量の補修材を必要とする場合、例えば、止水材のみを空隙部に充填する補修法では耐震強度の影響を受ける可能性がある。そこで本実施例では、耐震強度の影響を極力抑えることを可能とする補修方法を説明する。図１６（ａ）〜（ｃ）に本実施例による補修工程を示す。本実施例の補修システムでは、体積充填材４６を加圧して、ホース内で圧送するコンプレッサー５２及び体積充填材４６を収容する収容容器５４を新たに設けている。
【００５９】
図１６（ａ）で示すように、多関節マニピュレータ６に把持され空隙部（巣）１６の近くに移動された注入ガン５３から、軽石、もしくは、発泡スチロール等の軽量、かつ、塊状の体積充填材４６を空隙部（巣）１６に向け、噴射し、空隙部（巣）１６全体に体積充填材４６を充填注入する。体積充填材４６は、小石のような塊であり塊同士が密集しても隙間が生じるため、この状態では止水できない。
【００６０】
そこで、図１６（ｂ）で示すように、このような塊の隙間を埋めるために、隙間に流動性が高い接着止水材５０を注入ガン５３より注入し、硬化させることによって、止水性を確保することができる。 続いて、図１６（ｃ）で示すように、硬化後の接着止水材５０にて覆われた空隙部（巣）１６の開口部に、注入ガン５３により密着性が高い塗布止水材５１を塗布する。これにより、さらに、止水効果を高めることが可能となる。
【００６１】
次に、補修対象箇所である空隙部(巣)１６の表面に、補修材としての止水材を段差なく、塗布でき、シール性の向上を可能とする補修方法を説明する。図１７（ａ）〜（ｄ）に、本実施例の補修工程を示す。例えば、図１７（ａ）で示すように、空隙部（巣）１６に 発泡性のウレタンなどの体積止水材４９を注入ガン８より注入すると、図１７（ｂ）で示すように、表面にウレタンのはみ出し部４５が発生する場合がある。体積止水材４９を充填しても、空隙部（巣）１６内に隙間が生じる可能性もあるため、図１７（ｂ）で示すように、流動性の高い接着止水材５０を、体積止水材４９と空隙部（巣）１６の内壁面との隙間に注入する。接着止水材５０が硬化することにより、はみ出し部４５が固定されるため、多関節マニピュレータ６により電動カッター等を操作し、図１７（ｃ）で示すように、体積止水材４９のはみ出し部４５を切除する。切除した後、その端面は平坦面４６になるので、図１７（ｄ）で示すように、表面に塗布止水材５１を噴きつけることによって、補修対象表面に段差なく止水材を塗布することができ、止水効果を高めることができる。
【００６２】
以上のように本実施例によれば、補修対象箇所の充填に、軽量で塊状の体積充填材４６と、体積充填材４６を圧送するコンプレッサー５２を適用することによって、止水材を充填した後でも、補修後の補修対象箇所に強度を持たせることができ、しかも、材料が軽量であるため、地震等の耐震に対する影響を極力抑えながら、止水することができる。 
本発明は上記した実施に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００６３】
また、ケーブル、ホース等の制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。
【符号の説明】
【００６４】
１・・・補修システム、２・・・移動機構、３・・・第１の移動体、４・・・第２の移動体、５・・・昇降機構、６・・・多関節マニピュレータ、７・・・補修材、８・・・注入ガン、９・・・タンク、１０・・・ポンプ、１１・・・ホース、１２・・・通信線、１３・・・トンネル、１４・・・制御装置、１５・・・亀裂、１６・・・空隙部（巣）、１７・・・体積充填材、２０・・・塗布材、２１・・・ガンホルダー、２２・・・第１の注入ガン、２３・・・第２の注入ガン、２４・・・第３の注入ガン、２５，２６，２７・・・スライドバー、２８−１，２８―２，２８−３・・・先端ノズル、３３・・・ノズル出口、４７・・・作業基部
【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（ａ）】
2015124496.tif 000009
【図７（ｂ）】
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【図７（ｃ）】
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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（ａ）】
2015124496.tif 000017
【図１３（ｂ）】
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【図１３（ｃ）】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６（ａ）】
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【図１６（ｂ）】
2015124496.tif 000023
【図１６（ｃ）】
2015124496.tif 000024
【図１７（ａ）】
2015124496.tif 000025
【図１７（ｂ）】
2015124496.tif 000026
【図１７（ｃ）】
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【図１７（ｄ）】
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