建設コンサルタンツ協会ホーム特集

4ロボット

協会誌トップページ〜未来のパートナー〜

261号目次なる丁張りを大幅に削減して施工を行うことも、夜間国土を支える作業も可能になる。さらに
ならは、均し作業の回数がオペ
レータ操作の場合より少な建設ロボットくて済むため機械の作業時間が短くなり、結果として工事に伴うCO2 の排出量を抑制してくれる。この種のMC技術はモーターグレーダに

建山 和由
TATEYAMA Kazuyoshiも搭載されており、作業員

立命館大学
理工学部/教授

図2 雲仙普賢岳における無人化施工システムの高齢化等で熟練オペレー

危険地域における災害復旧などで活躍する建設ロボット。実用性が重視される建設分野において、これらの技術は現場で磨かれてきた。建設ロボットに求められている役割、開発経緯、現状、そして将来性について考えたい。

タが不足しつつある舗装工事では、MC技術を搭載した建設機械を導入するケースが増えている。

土工事における無人化施工技術
1990年11月17日、長崎県の島原半島中央部にあ活躍する建設ロボット

は本来オペレータがすべき動作を機械が担ってくれる雲仙普賢岳が約200年ぶりに噴火活動を開始し我が国の建設分野でロボットの導入が議論され出るものであり、この意味からロボットの機能を十分にた。1991年6月3日に発生した火砕流は、報道や消防したのは、1970年代の後半からである。当時、日本果たしているといえる。このため、ここでは、ロボット関係者を中心に43名の死者を出す大惨事を引き起は高度成長期に入り、高速道路、鉄道、ダム、上下水技術の集大成的な狭義の自立型ロボットではなく、個こした。地元では、さらなる災害を防ぐために砂防道を始めとするインフラや住宅の建設に邁進してい別の実用的な要素技術を備えた建設に関わる機械堰堤を造る工事を行ったが、火山活動は引き続き活た時期で、建設に携わる労働者の不足は極めて深刻や機器をも含めて建設ロボットと呼ぶことにする。

発であったため、人が危険な区域に立ち入ることなな問題として捉えられていた。このため、建設工事その代表例は、情報化施工技術として認識されての自動化は、建設従事者不足を補う手段として必要いるマシンコントロール（MC）技術である。MC技術不可欠な技術と認識されていた。

は、機械自身やブレードなどの作業装置を3次元位

図2に雲仙普賢岳の砂防工事で用いられた無人化

1990年代に入り、いわゆるバブルがはじけると、人置情報に基づき自動制御することにより、操作性の施工技術システムを示す。火砕流による2次災害を手不足という問題が陰を潜める一方で、雲仙普賢岳改善をはかる技術である。図1は、ブレードをRTK-防ぐため、オペレータは離れた場所から堆積した土の噴火活動により大きな被害をもたらされた島原半GPSを利用して制御する機能を備えたMCブルドー

砂の除去、堰堤の建設などの作業を無線遠隔操作で島の防災対策で無人化施工が取り入れられたのをザである 1）。MCブルドーザでは、オペレータは機械行った。

機に、建設ロボットは危険な作業から人を守るため本体の移動操作は行わなければならないが、出来形

図3は、2011年9月に奈良県と和歌山県に大きなの技術として開発が続けられた。2011年発生した東に関する設計データがコンピュータ内に保有されて被害をもたらした豪雨災害の復旧工事として北股川日本大震災や紀伊半島の豪雨災害の復旧作業では、おり、所定の出来形になるようにブレードが自動で北股地区の河道閉塞緊急対策工事で使用された無この技術が活かされ、危険地域に人が入ることを極操作される。このため、現場において施工の目安と人化施工システムである。急傾斜地の危険な場所で力抑えた工事が行われた。この他、我が国では建設

図3 奈良県北股地区での災害復旧対策工事

く工事を行うことができる無人化施工技術が開発・導入された。

も作業を遠隔操作で行い得ることがわかる。

図4 油圧ショベルの誘導システム（熊谷組提供）に関わる様々な場面で建設ロボットといえる機械が遠隔操作による無人化施工技術は、雲仙普賢岳の使われている。現在使われている代表的な建設ロ時代から第4世代の無人化施工と呼ばれる北股の時の脳内に速やかに構築することができないからと考ボットの開発状況とその方向性を紹介する。

代に至るまで多くの開発研究がなされ、大きく進化しえられている。作業対象物を3次元情報として捉えている。すなわち、1994年雲仙普賢岳で本格的な遠ることが難しいためであるが、この解決策として前述隔操作が開始され、1990年代後半からは中継車等のMC技術のような制御機能を遠隔操作に取り入れ

建設ロボットの定義は明確に定まっているわけでの導入により現地と現場との距離を拡大していき、ることにより、効率や施工精度の向上を図る技術のはない。一般にロボットというと自立的に動くための近年ではネットワーク技術を活用して遠隔操作の距開発も行われている。図4はその一例 2）で、油圧ショ機能の多くを具備した機械とイメージされているが、離を大幅に拡大することも試験的に行われている。

ベルに2セットのGPS、車体の傾きを測るピッチセン

建設分野では、建設機械の一部の機能の自動化をしかしながら依然、無人化施工における施工効率サ、ブーム・アーム・バケットの傾斜を測る3個の傾斜備えた機械も広く使われている。ロボットの基本的と精度は有人施工に及ばない。この原因は、遠隔操センサを取り付け、それらのセンサから送られてくる作ではオペレータが現場の3次元空間モデルを自分データを用いてコンピュータ上でバケットの姿勢まで建設ロボットの定義な役割が人のサポートにあるとすると、これらの機能
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図1 ブレード制御機能を備えたMCブルドーザ

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TVカメラトやブレードなど

検査ユニット
超音波探触子の作業部位を無駄
くもロボットなく動 か す 機 能 、
自らと他の機械や人を事故から守るための安全管理機

真空吸盤
球体面自動昇降検査装置（くもロボット）

レッカー車

仮設計器室

（くもロボット吊下げ用）

図5 トンネル覆工打音点検システム

図6 下水管調査用ミラーカメラ調査機

図7 球形ガスホルダー外面の点検・調査技術（東京ガス提供）
表1を算出し、表示するシステムである。この画像情報からオペレータは事前に入力したCADデータに沿ってバケットを操作することができるため、実際に目視できない場所での作業の効率・精度の低下を低減させ

作

図10 遠隔操縦型水中作業ショベル（右写真同じ）

図11 建設機械から建設ロボットへの進化

械が相互に連携しシールド工事で導入されている自動化技術
業

自動化技術の例
掘進管理システム、切羽安定制御システム、自動方向制御
掘削システム、同時裏込め注入システム、切羽崩壊探査システム
覆工 セグメント自動組立てシステム
掘削土砂搬出システム、セグメント・資材自動搬送システ
坑内搬送
ム、パイプ延伸システム、レール・枕木布設システム

能、多種多様な機ながら作業を行うめ用いる資材等も比較的種類が少ないこと等、自動群制御機能等である。これまでは、機械のオペレー化に適した工種といえ、これまで多くの自動化技術タが担っていたこれらの機能を建設ロボットでは機が取り入れられている。

械自身が行うことになる。

表1と図8、9に、現在のシールド工法に取り入れらこれらの機能全てを備えないと本格的な建設ロれている自動化技術の例を示す。これらは、実用的ボットと呼ぶことはできないかもしれないが、前述の東日本大震災の地震と津波で被災した福島第一な技術として一般化しつつあり、シールドマシンは地ように建設分野では一部の機能を施工の効率化や品原子力発電所では、放射能に汚染された環境下で下にトンネルを構築するための大きなロボットという質向上策として開発し、現場に適用してきた。先に瓦礫の除去や廃炉等の工事を行わなければならな段階まで到達している。

紹介したブレード制御機能付きのブルドーザは作業る効果が期待できる。

かった。ここで紹介した無人化施工技術はこの作業部位制御の事例、遠隔操作による無人化施工は誘海洋工事におけるロボット技術にすでに導入されており、実用的な技術として有効に使われている。
図8 掘進管理システム（熊谷組提供）ライフラインの維持管理で使われるロボット

導・作業部位制御の事例といえる。これらは、すで海域は、資源と空間の観点から無限ともいえる可に現場で利用されており、実使用を通してより高度な能性を秘めた領域であるが、水中であるがゆえに、技術になるべく改良が加えられている。福島第一原

人が踏み入ることが難しく、そのほとんどは未開拓と子力発電所で無人化施工技術が有効に利用された

上下水道・電気・ガス・電話（通信）・道路・鉄道・地いえる。このため、ロボットの利用は海域の利用範囲のは、関連する技術が実用の場で磨かれてきたから下鉄などのライフラインの維持管理は、新設よりも遙を拡大する上で最も有効な手段といえ水中ロボットであり、それが建設ロボット開発の特徴といえる。建かに難しい技術といえる。広域な地域から劣化箇所の開発と普及に向けた取り組みが行われている。

設分野では有用性が強く求められ、建設ロボット開を探し出し、劣化の原因を特定し、確実に補修・補水中で作業するロボットは大きく分けて、調査のた強することのできる施工法を選択し、かつ供用しなめのロボットと実際に作業を行うロボットに分けられがら直さなければならないからである。さらに、上る。一般に海域などの水中における人の活動は大き下水道などのインフラは作業員が入ることのできなく制限されるため、調査用ロボットは現場の状況をい小さな空間であることが多い。こういった状況に把握する上で有効な手段となる。また、水深の深い

当初、建設従事者不足への対応からスタートした対応するため、以前から個々の目的に特化したロボ

海底においては、ダイバーによる作業では作業時間

建設ロボット開発は、その後、災害復旧における安全や施工可能領域が大きく制限されるため、地上もしく性の確保と維持管理の高度化に軸足を移している。

は船上から遠隔で操作を行う作業ロボットが効果をこの方向性は当面は変わることはないと考えられ発揮する。

る。人類の技術がいかに進歩しても自然災害を無くットが開発・使用されている。
図5はトンネルの覆工構造の健全性を検知する機

図9 セグメント自動搬送システム（清水建設提供）

械である。図6は下水管の劣化を調べるカメラロボットである。これらの機械を使うことにより、効率や検知精度を向上させるとともに、人が入ることのできない場所の調査も行うことが可能となる。
図7は、ガスタンクの外壁の健全性を調査するために使用されたロボットである。この作業は人力でも2012年の中央自動車道笹子トンネルの天井板落下作を行うこともできるが、深度が大きい水中で作業明らかに増え続けるからである。今後、建設ロボット事故以来、構造物の維持管理の重要性が再認識さを行う場合は、陸上から遠隔で操作を行うことがで技術はますます磨きをかけて、我々が直面する大きれ、ロボット等を使った調査、モニタリング、補修の技きる。

な課題の解決に寄与することが期待される。
なお、本稿は公益社団法人土木学会建設用ロボッ術はますます必要性が高くなると予想される。

建設ロボット開発の現状と将来性
トンネル工事におけるロボット技術

図11は、一般の建設機械が建設ロボットに進化す

都市の地下にトンネルを構築するシールド工法は、る際に具備すべき機能を示している。広大で、かつな構造物の健全性をスポット試験の繰り返しで延々高度成長期の日本において地下鉄や下水などの社会時々刻々変化する現場において、自分の位置座標をとする調査は、人力よりも機械で行う方が効率も精基盤を構築するための技術として発展してきた。シ

正確に把握して目的地へ自分自身を誘導する機能、度も向上する。こういった調査は、ロボット製作のイールド工法は、限られた空間での作業、比較的単純岩や土など不規則性が高い作業対象物の形状や力ニシャルコストを要したとしても、経済的にも成り立な作業を繰り返す工程からなっていること、このた学特性を把握する機能、作業対象物に応じてバケッ

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VOL.261 October 2013期待される建設ロボット

すことはできず、また今後維持管理すべき構造物は様の調査は土木構造物には数多くある。非常に広範

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強く求められる。

図10は水中ショベルである。潜水夫が乗車して操つと思われる。

可能であるが、危険が伴い、コストと時間を要するため、ロボット等を使った調査を行う場合が多い。同発には「普段使いの中での開発」の仕組みの継続がト委員会の活動を主体にまとめたものであることを記載しておく3）。
＜参考文献＞
1）地盤工学会：建設工事における環境保全技術、第8章、2009年
2）北原成郎、周藤健：無人情報化施工システムの開発と導入、建設機械と施工法シンポジウム論文集、2007年
3）建山和由：土木学会 建設用ロボット委員会の取り組み、建設マネジメント技術、
2013年6月号、pp.37〜44

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