1NEDO特別講座セミナー

インフラ点検・メンテナンスロボットの開発と災害対応への転用について
産業競争力懇談会(COCN) プロジェクト「災害対応ロボットと運用システムのあり方」
WG3：インフラ点検・メンテナンスロボット
WG3 主査大石 直樹（新日鐵住金株式会社 設備・保全技術センター 機械技術部長）
2013年 4月 23日 （ 16:10 - 16:30 ）東京大学（本郷キャンパス）工学部11号館講堂
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COCNプロジェクト「災害対応ロボットと運用システムのあり方」【プロジェクトＷＧ３メンバー】
リーダー
淺間 一
東京大学大学院教授
サブリーダー 田所 諭
東北大学大学院教授
主査
大石 直樹 新日鐵住金(株)設備・保全技術センター機械技術部長
企業委員（会員）

企業委員（会員外）

学識経験者
団体
省庁事務局
COCN担当実行委員

機関名

氏名

鹿島建設
新日鐵住金
東芝
熊谷組
大林組
トピー工業
新日本非破壊検査
早稲田大学
日本ロボット工業会
経済産業省
文部科学省
新エネルギー・産業技術総合開発機構
ＣＯＣＮ事務局
製造科学技術センター
東京大学

宮崎 康信
礒原 豊司雄、高田 亮平
久保 智彰
松村 修治
井上 文宏
津久井 慎吾
和田 秀樹
岩田 浩康
冨士原 寛、 濱田 彰一、三浦 敏道
北島 明文、中坊 嘉宏
立元 恵
真野 敦史
中塚 隆雄
瀬戸屋 英雄、加藤 雅弘、 間野 隆久
有信 睦弘

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１．インフラ点検・メンテナンスロボットに関する課題【WG3テーマ】

狙い：産業競争力強化の観点からの提言
着目点１： 自然災害における生産設備やインフラストラクチャーの被害を防ぎ、かつ産業事故等の発生を予防⇒ 設備の構造体の強度低下や老朽化の程度を把握
着目点２： “装置産業”（大規模装置を持つ産業。鉄鋼、土建、石油化学など）、社会インフラの“産業競争力”向上 ＝ 計画的設備メンテナンス⇒ ロボット技術を利用して点検、保全作業
着目点３： 設備点検ロボットは、その機能、技術的特徴から、災害や事故発生時において有効に活用可能⇒ 災害対応ロボットへの転用性
ＷＧ３の活動： さまざまなインフラ点検、メンテナンスに適用可能なロボットとそれに関する技術について、現状と課題、および産業化の状況と今後の方策の提言
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２． 現状のニーズとその課題認識
２－１．最近の事故例

天井板落下事故（２０１２年１２月２日、山梨県大月市の中央自動車道笹子トンネル。 天井板のコンクリート板がおよそ１３０ｍにわたって落下）において、同トンネルは交通量が多く大量の換気が必要とされていたため、天井板からトンネル最上部まで５．３ｍもあり、他のトンネル（多くは３ｍ以下）と比べて点検が困難だったという。

5.3 m

図１．天井板が崩落した状態（模式図）（出典：毎日新聞２０１２年１２月０９日大阪朝刊記事での東大大学院・藤野陽三教授（社会基盤学）の指摘。

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5２－２．製造業・非製造業の設備ビンテージ状況
内閣府資料（図２）において、日本の製造業のビンテージ（設備装置の平均的な経過年齢）は１９９３年度以降で上昇に転じて２０１０年度で１３～１４年に達してなお上昇し続け
さらに２００９年度以降では上昇率も増大して、老朽化が加速

図２．わが国における設備ビンテージの推移
2010年12月10日 – 内閣府「国富調査」、「民間企業資本ストック」により作成
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6２－３． “コンビナート・クライシス”
最近のテレビ報道でも取り上げられているが、石油コンビナートでは老朽化に比例して事故件数の増加が懸念されている。 概ね十年間で数倍の件数増である。

図３．石油コンビナート等特別防災区域の特定事業所における事故概要
2012年8月10日– 総務省消防庁特殊災害室より作成。
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7２－４． 老朽化するインフラ設備に対するメンテナンスのあり方【保全のPDCA】
・点検して補修の優先順位を付け、補修計画を立て補修実行。その結果を評価し、次の点検・計画へとつなげる。
適切に点検して、予
防保全をす
れば、
低
コス
ト・低リス
ク

計画
点検

補修
評価

【図４出典】
ライフサイクルマネジメントのための海岸保全施設維持管理マニュアル（案）～堤防・護岸・胸壁の点検・診断～
平成２０年２月

図４．ライフサイクル・マネジメントの概念と保全対策

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農林水産省農村振興局防災課、農林水産省水産庁防災漁村課、国土交通省河川局海岸室、国土交通省港湾局海岸・防災課

8２－５． 点検・メンテナンスの市場規模
現在、産業向けメンテナンス・サービス市場は年間８千億円規模
具体的な点検対象の市場規模
・コンクリート建屋（ビル）の外壁検査：３年に一回の外壁検査が法的に義務付けられている。 平均的には毎年、約９万棟の外壁点検が必要であるが、実際の工事は6万棟程度と言われている。 １０階建てビル1棟あたり検査費は３０～１００万円程度である。
（国土交通省資料・定期報告実施状況（平成２２年度）、公益法人全国ビルメンテナンス協会 平成１５年度特定建築物棟数データ、他より）・橋梁点検：国内に１５万橋程度あり、鋼橋４０％、コンクリート橋５７％。 いずれも底面の亀裂、腐食などの点検必要。（「道路統計年報」（平成１８年４月１日現在）より）
・トンネル点検：国内に９千程度あり、老朽化した壁面の剥離、構造物の脱落などの点検が必要。 （「道路統計年報」（平成１８年４月１日現在）より）
・石油化学プラントの大型塔槽類の鉄鋼架構、鉄鋼プラントの大型ベルト・コンベアの架構、高所エネルギー配管や、ガス、水道の地中配管など、殆どの構造物に鉄鋼材料が用いられ、腐食、高荷重による亀裂などの点検作業が必須。
→ 機械化、遠隔化による点検作業の効率化が期待される
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9２－６． 点検・メンテナンスの現状の課題
１）環境要因人手では点検困難であった個所の点検でロボット化のニーズがある。
・高所；鋼構造物、橋梁、ビルなど足場構築が必要。
・狭隘：パイプラインや橋脚の背面など。 直径３００ｍｍ以下のパイプの内部。
・有害環境：危険なガス環境（人体毒性、爆発性、すなわち、ＣＯガス、シランガス、引火性可燃ガス）
・水中：配管内やタンク・槽の内側からの点検
・地中：配管などの埋設物は、長期使用後や地震、風水害後とくに点検ニーズ高い
・高温：炉設備近傍など
・高電圧：電力設備には上空架線、災害時には高電圧が露出している場合も
２）計測・測定方法
計測の機械化に適した手法が増え、一方人手に替わるための課題も残っている
・画像撮影；機器内部などのｃｍ，ｍｍオーダーの撮影には接近必要
・打診（打音）点検：高所や狭隘部などの難アクセス環境での接触作業
・残厚計測（単一プローブ）：超事前処理や接触操作、かつ精密計測
・内部欠陥検査（複数プローブ）：工事的で装置搬入に機械化必要
・サーモグラフィ装置：微小な漏洩ガス検知にも適用可能となり設備点検用途拡大しているが、大型（数キログラムの重量物）でハンドリング難
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10３．現状のシーズと課題
３－１．現在実用化している点検システムの実例
個別の点検対象に応じたシステム提案を具体化でき、コスト対効果の高い分野では商業的に成立している領域もある。
例えば、高所点検の足場構築などの事前準備作業の省略・低減効果（工費削減、工期短縮）が得られる点検・補修作業などである。 これらは、ソリューションビジネス、つまり適用システム込みでの販売で成立する例が多い。
・例：橋梁点検カメラシステム：ポールカメラシステム。 一直線の伸縮型やコの字型アームを橋梁上や建屋近傍で支持して、橋梁“裏面”、屋根面をデジカメで撮像しコンクリートや構造鋼、屋根材の劣化を判断。 （図５）・例：配管内点検ロ
ボット：配管点検では法的規制による定期点検が求められるた
め、管内走行型+ケーブルにて画像点検が主流。（図６）
図５ 橋梁点検システム
インテス社提供
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図６ 管内点検ロボット
新日本非破壊検査社提供

11３－１．現在実用化している点検システムの実例（続き）
・例：鋼構造物点検ロボット：磁性を持った車輪、連続履帯などの移動機構＋ケーブル（給電・データ伝送）で鋼構造物の溶接部などを撮像点検、接触式探傷計測する。点検作業請負社の自主開発ロボットが多い。 やはり国内数社が営業している。（図７）

図７ 鋼構造物点検ロボット
新日本非破壊検査社提供

・例：床下点検ロボット・システム：小型クローラ型無線遠隔操作システム。 国内では１～３社が開発販売し、多くはリフォーム業者の営業活動用に供されている。（図８）

過去の例では、人の作業代替としてロボット適用を考えると、多くが費用対効果の不足を経験している。 点検も同様で、人のアクセス可能な場所でのロボット化は、人手作業に対するコスト競争となり優位性が確保できない場合が多い。
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図８ 床下点検ロボット
トピー工業社提供

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３－２．壁面移動技術の適用例
・磁力の有効利用/脚型化については一部実機化
・製鉄所構内でのテスト運用、および適用実績あり （図９、動画）
いずれもアクセス能力、運用システム化の不足が今後の課題である

図９ 磁石車輪型点検ロボット
磁力で鋼構造物の外壁面に吸着して点検
左：鋼構造物リベット部の乗り越え走行状況、 右：釜石#5号岸壁ｸﾚｰﾝ橋脚部点検（2011.7.21）
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４．開発目標と課題
４－１．最終的なビジョンと目標仕様○難アクセスエリア（高所、狭隘、悪性ガス等）の点検頻度の向上：インフラ・工場設備でアクセスしにくいために、長期間放置されている部品、部位(溶接線等) を網羅する。
○コスト・所要時間：人手作業と同等以下、より経済的に点検可能である。
○災害対応ロボットへの転用性：災害時にもインフラ点検ロボットの持つアクセス機能、点検機能を活かし被災後の状況把握に利用

４－２．基盤技術研究課題
１）複合型アクセスシーズの開発
・走行機能と飛行機能の融合型によるアクセス能力の拡大･･･障害物回避能力（図１０）・飛行型ロボットの制御ソフトの共用化（オープンソース化）
により、既存の形状多様なインフラ・鋼構造物を、迅速に一次点検可能

図１０．４ローターヘリ+車輪複合型点検ロボット
寄り付き・障害物回避は飛行モード、車輪移動で点検

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14１）複合型アクセスシーズの開発（つづき）

逸走防止ワイヤー・運用システム
通常の点検作業では逸走防止ワイヤー、命綱等の安全装置が必要である。

飛行ロボットによる遠隔点検

また、ワイヤー給電や信号伝達などの機能で長時間作業等を可能と出来るが、稼働領域の制約は大きくなる。

鋼管（外面）点検ロボットは、平時は落下防止などを備えて亀裂などのミクロ点検作業を行う。
発災時は単独飛行しマクロカメ
ラで被災状況の把握を優先する.

走行ロボットによる遠隔点検（超音波厚み計測）

安全性、データ伝送など、総合的な機能はロボット単体では実現困難でありシステムとしての開発が必要。（図１１）
遠隔操作盤
逸走防止ワイヤー

図１１．インフラ点検ロボットの運用システム
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15２）壁面移動技術の開発
・既存技術の組み合わせによる運用システムの構築と運用技術の確立は実証レベルにある。（図１２）・負圧吸着による壁面吸着装置
・複合ウインチシステムによる壁面移動装置
・これらに積載された検査計測モジュールによる点検も実証○今後、如何に経済的システムとして成立するかが課題

図１２．ビル外壁の点検システムの例

吸着機能+移動機能+ワイヤー牽引で点検・検査
左：外壁点検ロボットの概念図、 右：大手ゼネコン社（鹿島建設）での実証例
出典：（社）建築業協会 ロボット専門部会報告書（Ｈ１７年度）

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16３）インフラ点検ロボットと災害対応ロボット（災害救助）の転用性
発災時に、最初に必要とされる情報収集、とりわけ被災者捜索は、飛行型、走行型、水中型、複合型など点検ロボットの転用が可能であり、経済性では有意義と考えられる。
点検ロボット

災害対応ロボット

類似と相違

対象物

設備不具合

人の安否－

環境

設備、装置、
社会インフラ一般←

似：ロボットとして求められるのは人のアクセス困難個所発生頻度

継続的

まれ

似：ロボットの経済性評価

ベネフィット（便益）

連続的で個別には小さい

単発的で大きい違：災害救助対応は迅速性が必要で便益大きい

故障時の環境リスク

生産障害発生リスクが大きい

経路妨害
リスクは小さい違：災害対応ロボットの環境リスクは相対的に小さい

リスク対策

回収ロープ等

自己退避機能違：災害対応時はリスク対策
より、迅速性が優先★点検時と災害時で、要求される「作業安全レベル」と「収集すべきデータ」が変化⇒ 環境変化に応じ、安全装置の解除、操作方式変更（有線→無線）で迅速な活動が必要⇒ 災害（特に被災者救助）用途では、ミクロ撮影→マクロ撮影（センシング機器の換装）
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17３）インフラ点検ロボットと災害対応ロボット（災害救助）の転用性（つづき）
点検ロボットから災害対応ロボットへの転用に際しては、迅速な活動を実現するため、作業確実性を犠牲にしてもアクセス能力を向上させることが重要。
作業
確
実性

インフラ点検ロボット（経済性、普及性）
ワイヤー駆動壁面ロボット

災害対応ロボット
クローラ駆動
地上ロボット飛行ロボット★構造物の破壊（瓦礫化）
かつ、被災者探索ではより複雑なエリアの探索必要↓
アクセス機能の拡張必要
アクセス能力図１３．ロボットに要求されるアクセス能力と作業確実性の関係
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18３）インフラ点検ロボットと災害対応ロボット（災害救助）の転用性（つづき）
工場内での通常の生産における点検作業において、点検ロボットは、高所、有害環境などで利用される、腐食や亀裂などの設備劣化情報の把握などが主要な役割。

走行ロボットによる設備の清掃作業

飛行ロボットによる溶接部の点検

複合ロボットによる配管の劣化調査

図１４．通常生産時の設備点検ロボットの役割
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通常の工場生産設備の点検は、操業休止状態で設備の健全性の調査。
人のアクセス困難なエリアで点検ロボットを使うが、回収性確保、作業安全性のため逸走防止ロープ等が必須となる事が多い。
点検診断情報は、各ロボットにて収集後、点検者に提供。

19３）インフラ点検ロボットと災害対応ロボット（災害救助）の転用性（つづき）
工場生産設備が被災した想定で、飛行ロボット、走行ロボットが複数作業しているイメージ。多数のロボットが利用されるが、高所からの状況把握などの情報収集が主な役割。
飛行ロボットによる被災者の探索
走行ロボットによる被災設備の調査、作業

遠隔点検ロボット

飛行ロボットによる漏洩ガスの調査

遠隔点検ロボット

遠隔作業ロボット

センサ

火災

望遠カメ
ラ断裂

複合ロボットによる被災設備の調査

遠隔点検ロボット
倒壊

アンテナ

工場生産設備が被災した想定で、飛行ロボット、走行ロボットが複数個作業しているシステム。
例えば：鋼構造物点検ロボットのカメラを望遠に替えて、遠方からの状況を把握し中央での情報集約をはかる。

無線中継局

災害情報

図１５．災害発生時の設備点検ロボットの役割
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20４）移動体防爆基準の策定と移動ロボット防爆技術の開発
災害現場適用では防爆性の課題は重要であり、産業応用でも防爆エリアは多く存在して、人の立ち入りを回避して点検できるメリットは大きい。（図１６）＜災害ロボットと防爆機能＞
移動体の防爆性に関する研究開発事例の少なさから、今日でも移動体の防爆性に関する技術情報は乏しい。
→ 規格として要望される防爆レベルの使用環境による分類を検討し、それを実現する各段階の技術開発を進めるべき。
・分類の目的：発災時においては、ロボットの遠隔点検
誘爆リスクと救助ベネフィットとが、通常の工業ロボット生産環境とは異なる事
可燃性ガス（操作者の立ち会いのもと、救助ベネフィットが大きい環境では構造上下位の防爆構造でも利遠隔作業用すべきである）
ロボット
・防爆技術は、現状規定では構造的規定である引火性が、高圧ボンベと不活性ガスによる周囲ガスと液体の機体内点火源の遮断と、今日のセンサ技術による遮断機能モニタリングによって、新たな防爆基準の策定を目指すべきである。
図１６ 災害ロボットと防爆機能
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５．点検ロボットの本格実用化への支援体制（産業化提言）（１）防災ロボットセンター○インフラ点検ロボットの本格実用化と経済的確立→ 防災ロボットセンターで開発／転用の支援
通常生産時、発災時・災害復旧時、自然災害の前後全てのフェーズに対応○発災時の使用環境の変化や、被災者捜索等の高いアクセス機能への転用→ 発災時の災害環境に対応するロボット機能情報（運用情報）や制御ソフト、部品レベルからの支援により円滑な高性能化/転用を可能とする（２）防災ロボットセンターの平時の機能○平時でのロボット開発の支援機 ⇒ ロボットの作業機能認定→ 特にシミュレータ／テストベッド等による能力認定試験機関（アクセス性、防爆性等の評価）
ロボット作業の品質、達成度をモニタリングする第三者機関
人に代替する試験作業能力の実証により、利用の普及を促進する（ロボットの開発と使用市場の形成が促進）→ 上記認証、試験機関は、スタートからの営利的経営が成立し難いため、公的な資金にて先行実施する
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22（３）防災ロボットセンターの機能（図解）

通常生産

災害復旧
発災、避難、救助

製造現場

生産設備

工場、住居、市街地
使
用者

点検請負会社

装置

インフラ点検ロボット
作業機能認定防爆機能認定
試験機関

転用

災害時

運用機関

災害対応
救急救助

ロボット
用ロボット

設備エンジ会社
点検請負会社
転用

被害探索ロボット
インフラ点検ロボット

防災ロボット センター
機体転用
出動 指示

情報集約

建設

支援転用情報機能認定

企業（ロボット開発／製造／販売）
図１７ 設備点検ロボットと防災ロボットセンターの関係
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表1 防災ロボットセンターの認証機能例： 移動体防爆基準
関連法規：労働安全衛生法（厚生労働省所管） 、消防法（総務省所管 各自治体消防署）、電気事業法（経済産業省所管）☆規制緩和：移動ロボットに適合した防爆規準の新設 （適用環境の階層化）☆技術開発：移動ロボット特有の防爆機能の開発（機能防爆技術）
爆発性雰囲気分類
意味

使用できる防爆構造
現行基準
新設 ＜発災時＞

Zone0（0種危険場所）

通常の状態で、連 ●本質安全防爆構造
続して又は長時間 （Exia ,Exib）：点火源とならにわたって、もしく ないように、使用エネルギーは頻繁に存在する （電気）を抑制したもの。

Zone1（1種危険場所）

しばしば生成する可能性がある（通常の状態にて）Zone2（2種危険場所）●耐圧防爆構造（Exｄ）：周囲の危険ガスが侵入して爆発が起きても、周囲に爆発が波及しないようにした構造●内圧防爆構造（Exp）：容器で囲み陽圧保護ガスを満たすことによって、周囲の可燃性ガスと点火源を隔離する。
生成する可能性が ■ その他
小さく、又生成した ･安全増防爆構造（Exe）
場合でも短時間し ・油入防爆構造（Exo）
か持続しない（通常状態）

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●本質安全防爆構造（Exia ,Exib）○ロボット型耐圧防爆構造（Exd*）○ロボット型内圧防爆構造（Exp*）●耐圧防爆構造（Exｄ）●内圧防爆構造（Exp）○ロボット型耐圧防爆構造（Exd*）○ロボット型内圧防爆構造（Exp*）■ その他･安全増防爆構造（Exe）
・油入防爆構造（Exo）

防災ロボットセン
ターの役割

・装置の認証・構造及び安全の検証
・防爆試験

・構造及び安全の評価

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６．結言
（１）インフラ点検／メンテナンスロボット開発・活用
・社会インフラや設備の老朽化が進展
・事故や災害の予防、およびメンテナンス市場の拡大に対する対応
・複合型アクセス・シーズの開発（飛行ロボットの点検用制御ソフト開発など）→難アクセスエリア（高所、狭隘、悪性ガス等）へのアクセス技術の開発
・壁面移動技術の開発
・移動体防爆基準の策定と移動ロボット防爆技術の開発（２）防災ロボットセンター
・インフラ点検ロボット技術は、災害対応ロボットとしての転用化を促進するため、以下の開発を支援する・システム化/規格化/標準化/汎用化/コスト削減
・悪環境に適用可能にする機能拡張
・防爆機能の認定
これらの機能開発の支援基地として防災ロボットセンターが重要

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