「株式会社イクシス」と「安藤ハザマ」が共同で開発したロボットとなりますが、株式会社イクシスでは以前に自律型ではない、手動式での床面のクラックを検知するロボット「Floor Doctor」をリリースされていました。

今回は自律型とのことで、より効率的な作業が可能になると思われます。

検査の自動化、記録書類作成作業の削減により検査業務を効率化

この度、株式会社イクシスと安藤ハザマが「自律走行式ひび割れ検査ロボット」を開発。大空間構造物の床面におけるひび割れ検査において、軽量な走行台車型の検査ロボットが自律走行を行います。

出典：安藤ハザマ

また、同時にAIにより撮影画像よりひび割れを検出し、その結果を自動的に図面に表示できるそうです。

開発背景

大空間の構造物の床面施工におけるコンクリートのひび割れ不具合は、竣工時や引き渡し後、一定期間が経過した後に検査が必要になります。

ひび割れの発生に関しては、材料の配合調整等によって減少の傾向にあるようですが、これまでの検査方法では、必要な知識を有する検査員が近接目視での実測を行って、それを写真や手書きスケッチで記録していましたので、一連の検査業務には多くの時間がかかります。

近年では、AIの画像認識によるひび割れの検出技術が開発されていますが、画像を取得するために人手をともなう作業が必要となります。

さらに取得した画像はその解像度の高さからデータ容量が大きくなっており、ひび割れ検出から記録書類の作成には相当の時間を要するので、作業の効率化が求められています。

開発された自律走行式ひび割れ検査ロボットの特長

そのような背景から、今回開発された検査ロボットは検査の自動化と記録書類の作成作業の削減を可能とし、検査業務の大幅な効率化を実現できるものとなっています。（従来方法と比較して約４０％もの時間短縮が可能とのこと）

５つの特長

1. 検査範囲を指定するだけで床の全面を一定間隔で撮影し、幅０.1mm以上のひび割れを0.1mm単位で自動検出することが可能。また、検出したひび割れはCAD図面上に幅ごと色分け表示して出力することが可能。
2. 検査ロボット専用の撮影装置は遮光カバーに覆われており、カメラと床面の距離やフラッシュライトによる照明の光量・角度が一定に保たれるため、外的要因に左右されずに常に同条件での画像取得が可能。画像認識によるひび割れ検出が高精度で実施できます。
3. SLAMによる自律走行を行うことにより、柱やその他の障害物を回避しながら1,500㎡を約6時間で検査可能。これにより大空間構造物における床面の一定範囲を一度に検査できます。
4. 撮影画像は無線LANによりパソコンに随時転送され、AIにてひび割れの検出をリアルタイムに行います。撮影画像をサーバーにアップロードして処理を行うという手間や時間が不要になるので、走行後にすぐに検査結果を図面にプロットして速やかな記録書類の作成が可能になります。
5. 検査ロボットとパソコンのみで位置情報の取得からひび割れ検出、図面の表示まで一連の検査業務を行うことが可能。また、検査ロボットは操作が容易で、全体の重量は35kgと軽量。さらに撮影装置と走行台車が分離可能なため、持ち運びも容易。

出典：安藤ハザマ

実機試験の結果

実機での試験において検査ロボットで自動検出したひび割れ箇所と、近接目視で実測したひび割れ箇所を比較したところ、幅0.1mm以上のひび割れに対し、適合率が９０％以上となることが確認できたとのこと。

出典：安藤ハザマ

まとめ

今後、このロボットはさらなる改良が加えられ、様々な大空間構造物の現場に導入していくとのこと。

クラックの取得から解析、そして結果の図面へのプロットまで自動的に行えるので、従来方法からかなりの効率化省力化が図れそうなシステムですね。

最近のドローンでの調査でも活用されてるSLAM（レーザーセンサーなどで取得した周辺環境情報から自己位置推定と地図作成を同時に行える技術）を搭載しているとのことで、SLAM技術もかなり使えるものになってきたという印象です。

業界には建物の外壁を打診調査する打診ロボットも登場していますが、そのようなロボットもSLAMを搭載し自動化できるようになったりしそうですね。

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本日は非GPSの環境であっても建物の内部の床面を自動撮影できるドローン技術と、コンクリートのひび割れを自動解析する技術で構成されたシステムをご紹介。

コンクリート床ひび割れ自動計測システムが開発される

本日ご紹介するのは「西松建設」と「株式会社自律制御システム研究所（ACSL）」が共同で開発した物で、コンクリート床のひび割れを自動計測できるというシステム。

このシステムは、非GPS環境の建物内を自律飛行して床面の写真を自動撮影するUAV（無人航空機）とコンクリートのひび割れを検出する画像解析技術で構成されています。

従来のコンクリート床ひび割れ図の作成方法に比べ、検査者の負担の低減や時間短縮などの省力化、ひび割れ検査の品質を向上させることができます。

開発の背景

従来のコンクリート床のひび割れ図の作成は検査者の目視による手書きスケッチや、クラックスケールによる計測が行われており、大型物流倉庫などの床面積が広い建物の場合、これらの作業は膨大な時間と手間が必要とされ、省力化が求められていたそうです。

一方、近年ではコンクリートのひび割れを検出技術にAIを活用することで、AIがひび割れを認識しひび割れの幅や長さを自動で計測できるタイプの画像解析ツールが実用化されています。

この技術を活用してコンクリート床のひび割れ図作成の省力化を図るためには、床面を効率よく分割撮影することが必要となり、ドローンによる自動撮影が有力な手段の１つとして考えられました。

しかし、非GPS環境である屋内では自己位置を正確に把握することが困難であり、ドローンによる自動撮影が行えないという状況だったそうです。

システムの概要

システムを構成するUAV（ドローン）は、大型物流倉庫等の環境に適した飛行制御技術とし、LiDARやToFセンサー等の各種センサーを融合させ、自己位置の推定、地図作成及び飛行制御を行うことで、建物内の柱・壁・床などを認識し非GPS環境においても、自律飛行を可能としています。

出典：西松建設

自律飛行では、あらかじめフライトプランを作成し、撮影ポイントの移動と床面の分割撮影を自動で行うことが可能。また、カメラ部分はデジタル一眼カメラを採用。ひび割れを検出する画像解析技術によって、0.1mm幅のコンクリートひび割れを計測することができるとのこと。

出典：西松建設

撮影された写真には、ドローンと同期した撮影時間が記録され、フライト記録との比較によって撮影位置情報も付与することもできるそうです。

ドローンの特徴

・LiDARやToFセンサー等のセンサーを融合し、自己位置の推定、地図作成及び飛行制御実現
・非GPS環境下での自律飛行によるひび割れの写真撮影
・万一、障害物があった場合、１ｍ手前で衝突を自動回避

期待される効果

①分割撮影の自動化
・撮影ポイントへすばやく正確に移動し、床面の分割撮影を自動で行なえます。

②写真合成作業の効率化
・分割撮影された写真には位置情報が付与され、写真合成を効率よく行えます。

③ひび割れ図作成の省力化
・ドローンとひび割れ検出技術を組み合わせることで、ひび割れ図作成作業の多くが自動化され、検査者の負担低減や時間短縮などの省力化が期待できます。

出典：西松建設

まとめ

物流倉庫などの床の調査用に、自動ではなく手押し式の調査ロボットが出てきたというのを以前にご紹介したことがありました。

上記のものも解析はAIですが、作業自体は自動ではなく作業員による手押しです。しかし規模によりこちらの方が良い場合もありそうですね。

大型倉庫の場合は当然ながらドローン自律飛行が最も効率が良いでしょう。

今回ご紹介したシステムですが、当面の間は西松建設の現場にて適用し、実運用を通じて現場環境に応じた最適な撮影条件の蓄積や検査計画から報告書等の成果物までのスキームの確立を進めていくとのことです。

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見た目にいかにも頑丈そうなタフパッドというタブレット製品をベースに、離れた所からでも撮影するだけでひび割れ（クラック）の長さを計測できてしまうというソリューション製品になります。

撮影するだけでひび割れを計測

出典：パナソニック：タフパッド 空間採寸ソリューション

メジャーなどで計測する必要もなく、また計測場所が高所の場合、足場や脚立などを用意することなく、離れた所からタブレットで撮影をおこなうだけで長さが計れてしまうのは便利ですね。高所の場合は安全面でも不安があるので事故防止には有効です。

出典：パナソニック：タフパッド 空間採寸ソリューション

このタフパッドですが、タブレットに付いている普通のカメラを使うのではなく、専用にインテル社の「Intel® RealSense™ テクノロジー」という3Dカメラ技術が使用されており、２つのカメラで素早く正確に計測が可能です。距離は最短約40cm～撮影可能で、最長距離は約10mまで対応しているそうです。

この業界にはこのような撮影するだけでクラック計測できる機材が他にもありますが、当然性能面ではそれらの高額な機材に劣る部分があるかもしれませんが、手軽さと作業の早さではタブレットに勝るものはないでしょう。手軽な計測にはうってつけの製品と言えます。

出典：パナソニック：タフパッド 温度センシングソリューション

FLIRの赤外線カメラも搭載

さらにこのタフパッドには、スギテックでも使用している赤外線カメラのメーカーでもあるFLIR System社の赤外線サーモカメラも搭載されており、-10℃～450℃の範囲での温度測定が可能になっています。

流石に赤外線外壁調査に使用しているカメラとは、性能面で比較にならないので用途は限られてきますが、それでも熱源・発熱異常検知などに使用可能なので、点検施設によっては非常に有用でしょう。

こうしたカメラモジュールやコンピュータ内蔵のチップなどは年々進化しています。どこまで高性能・小型化が進むかは想像が付きませんが、そのうちタブレットの形ですら無くなる日も近いのかもしれません。ともあれ、進化して効率化が図れるに越したことはありませんね。