JP6795741B2 - 天井面への自動墨出し方法と自動墨出し用無人飛翔体 - Google Patents

Description

本発明は、既設構造物の天井面への自動墨出し方法と自動墨出し用無人飛翔体に関し、さらに言えば、天井面にシート貼り付け等の補修工事を行う際、その位置を天井面に明示する墨出し作業を、無人飛翔体を用いて自動的に行う天井面への自動墨出し方法と同方法に用いる自動墨出し用無人飛翔体の技術分野に属する。

近年、老朽化している橋梁の床版の補修工事が増加している。例えば、図４や図６に示したような橋梁Ｂの床版背面（天井面１７）を補修するに当たり、補強シートを貼り付ける作業時には、その貼り付け位置を明示するため、天井面１７を予め測位して墨出しを行っている。この墨出し作業は、作業員が狭所での上向き姿勢で且つ足場上の危険で困難な作業となる。しかも、足場を構築した後でないと、橋梁Ｂの床版の面積を調査できない。

墨出し作業に関しては、例えば特許文献１に、回転量の検出センサが付帯された走行輪と自由輪を有する移動台車と、この移動台車上に搭載され直交２軸方向の任意方向に位置移動が可能とされたＸＹ移動テーブルと、このＸＹ移動テーブルの移動中心に設置され天井方向に延長されて回転可能に取り付けられた支柱部と、当該支柱部の回転中心からの距離を可変とされ天井面へのマーキングをなす墨出し部と、所定の位置情報が入力される制御部とを有し、墨出し部を作動可能とした天井墨出し作業装置が開示されている（同文献１の請求項１、図１参照）。

一方、最近では所謂ドローン（ＵＡＶ）と称される無人飛翔体（無人飛行体）の技術が種々開発されてきている。例えば特許文献２には、電池と、前記電池から供給される電力で動作し複数のローターを回転させて当該無人飛行体を浮上および飛行させる複数のモーターと、前記複数のモーターを制御して当該無人飛行体の飛行制御を行う制御部と、当該無人飛行体の高度を少なくとも検出する位置検出部とを備えた無人飛行体が開示されている（同文献２の請求項１参照）。

特許第２７５０６６０号公報 特許第５８８７６４１号公報

上記特許文献１に記載の天井墨出し作業装置は、天井面に照明や空調設備等の設置のための位置を円形状に墨出しする作業には適している。しかし、長い直線や格子状等の所望位置を明示する墨出し作業には適していない。また、天井方向に延長された回転可能な支柱部を、移動台車上のＸＹ移動テーブルから天井面まで高く延ばしての墨出しは、作業を進める上で安定性に欠ける。しかも、その作業装置のＸＹ移動テーブルが搭載された移動台車を、平坦な床面上に設置して移動させねばならず作業効率が悪い。

特に、橋梁の床版に墨出しをするに際しては、足場を構築した後でないと、床版の面積を正確に実測調査できない。面積調査を終了した後には、複数の作業員が狭い場所で天井に向かって苦しい上向き作業をすることになり大変面倒である。このように格子状等の墨出し作業は困難を極めるため、自動化して作業効率を高めたいという要望がある。

一方、ドローン（無人飛翔体）を使用した遠隔操作により、天井の所望位置に、自動的に直接墨出しを正確に行うことができれば、作業効率が高まることは明らかである。

本発明は、上述した背景技術の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、天井面へのシートの貼り付け等の作業を行うに際し、事前に作業位置を天井面に明示する墨出しを、無人飛翔体を用いて自動的に効率よく正確に行え、省人化が図れる天井面への自動墨出し方法と、同方法に用いる自動墨出し用無人飛翔体を提供することである。

上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る天井面への自動墨出し方法は、
無人飛翔体により既設構造物の天井面へ墨出しする天井面の墨出し方法であって、
ａ）複数のローターと、天井面を任意方向に走行可能な車輪及びその駆動源と、天井面に印字自在な印字装置と、位置座標を認識する小型カメラと、前記ローターと車輪の動力源と印字装置と小型カメラを作動させる電源装置と、及び前記小型カメラによる現在位置の座標認識に基づき、墨出し位置への前記車輪の移動を制御するマイコン基盤と、前記ローターの高度と揚力を保持して水平移動を制御するマイコン基盤とを搭載した無人飛翔体を上昇させて天井面へ押し付ける工程と、
ｂ）作業床上に設置したマーカーを、前記天井面に押し付けられている無人飛翔体の小型カメラで識別し、当該無人飛翔体の位置座標を認識させる工程と、
ｃ）墨出し位置を前記無人飛翔体のマイコン基盤に指示するための座標確認ソフトウェアがインストールされ、割付図の座標を入力したコンピュータ装置によって、前記無人飛翔体を天井面の所望位置に移動させ、無人飛翔体の天井面への押し付け状態を維持しつつ、前記印字装置で天井面に墨出しする工程と、
から成ることを特徴とする。

請求項２に記載した発明に係る天井面への自動墨出し方法は、前記割付図について、作業床上に設置した３Ｄレーザースキャナにより、天井面の点群画像データから作成することを特徴とする。

請求項３に記載した発明に係る天井面への自動墨出し用無人飛翔体は、天井面に押し付けられながら同天井面へ墨出しする無人飛翔体であって、
回転により揚力を発生して上昇し、天井面に当該無人飛翔体を押し付け自在な複数のローターと、天井面へ接して同天井面を任意方向に走行可能な複数の車輪及びその車輪の駆動源と、天井面に向けて印字自在な印字装置と、別設のマーカーを識別して当該無人飛翔体の位置座標を認識する小型カメラと、前記ローターと車輪の駆動源と印字装置と小型カメラを作動させる電源装置と、
前記小型カメラによる現在位置の座標認識に基づき、所望の墨出し位置へ前記車輪を移動させる制御を行うマイコン基盤と、前記ローターの高度と揚力を保持し、当該無人飛翔体を空中で水平移動させるための制御を行うマイコン基盤とが搭載され、
墨出し位置を前記マイコン基盤に指示するための座標確認ソフトウェアがインストールされたコンピュータ装置によって、前記ローターによる当該無人飛翔体の天井面への押し付け状態を維持しつつ、天井面の所望位置に前記印字装置で墨出し自在に構成されていることを特徴とする。

請求項４に記載した発明に係る天井面への自動墨出し用無人飛翔体は、前記印字装置がインクジェットであることを特徴とする。

本発明に係る天井面への自動墨出し方法と自動墨出し用無人飛翔体によれば、複数のローターと、天井面を任意方向に走行可能な車輪とその駆動源と、天井面に印字自在な印字装置と、位置座標を認識する小型カメラと、ローターと車輪の動力源と印字装置と小型カメラを作動させる電源装置と、小型カメラによる現在位置の座標認識に基づき、車輪移動や水平移動を制御するマイコン基盤等を搭載した無人飛翔体を運転し、地上から上昇させて既設構造物の天井面に押し付けつつ、印字装置で天井面への墨出しを行うため、天井面の補修工事の際に行われる事前の狭所で上向きの困難な墨出し作業を、自動的に効率よく正確に行えて、省人化に寄与する。よって、施工性、経済性、および作業効率性に非常に優れている。

本発明の天井面の自動墨出し方法の主要な工程を説明するための全体図である。 本発明の天井面の自動墨出し無人飛翔体を示した斜視図である。 自動墨出し無人飛翔体の位置座標の認識工程を示した説明図である。 ３Ｄレーザースキャナによる天井面の割付図の作成工程を示した説明図である。 割付図の座標の入力工程を示したコンピュータ装置の画面図である。 橋梁の床版への墨出し例を説明するための仰視図である。 天井面への格子状の墨出し状態を示した上面図である。 格子状の墨出しに沿って貼り付けられた炭素繊維シートを示した全体図である。

以下に、図示した本発明に係る天井面への自動墨出し方法と自動墨出し用無人飛翔体の実施形態を説明する。

図１は、対象となる既設構造物の天井面への自動墨出し方法の主要な工程を示している。先ずは、この自動墨出し方法に用いられる自動墨出し用無人飛翔体Ａの構成、機能について説明する。

図２に例示した自動墨出し用無人飛翔体Ａは、小型（一例として、最大幅寸が８０ｃｍ程度）で、天井面１７へ押し付けられながら同天井面１７に沿って水平移動して墨出しする構成である。全体的な形状は、平板状の中央基部１０から、放射状に６方向に延びる６本のアーム１１が、それぞれ等間隔で設けられている。この各アーム６の先端に、ローター１が取り付けられ、その下方に脚部１２が取り付けられている。

前記ローター１は、回転により揚力を発生して上昇し、天井面１７へ当該無人飛翔体Ａを押し付け自在な６枚羽根で構成されている。６枚羽根は飛行が安定してよいが、４枚羽根等で実施することも可能である。いずれにしても、隣り合うローター１、１（羽根）同士で回転方向が逆回転の構成で実施されている。

前記中央基部１０の上部に、下記の車輪２及び同車輪２の動力源３、墨出し用のインクジェット４（印字装置）、小型カメラ５、並びにマイコン基盤７、８等が搭載されている。ここで、マイコン基盤７は、前記小型カメラ５による現在位置の座標認識に基づいて、車輪２を所望の隅出し位置へ移動させる制御を行うものである（後述参照）。マイコン基盤８は、前記ローター１の高度と揚力を保持する回転数と、当該無人飛翔体Ａを空中で水平移動させるための制御を行うためのものである。

前記車輪２は、軽量なアルミ製の全方向車輪であり、当該無人飛翔体Ａの中央基部１０上に、上向きに前記ローター１よりも高い位置に３基設置されている。よって、この車輪２が天井面１７へ接して同天井面１７を任意方向に走行可能な構成とされている。また、当該車輪２の動力源３として、ギア付きＤＣモーターが車輪２の近傍に備わっている（詳細図は省略）。

墨出しする印字装置４としては、インクジェットが好適である。中央基部１０の中央に、インクジェットのノズルが上向きに設置され、天井面１７に向けて印字自在に構成されている。当該ノズルのヘッド寸法は、一例として、３０×３０×７０ｍｍ程度であり、ドットのサイズは、１．５ｍｍ程度である。天井面１７との離隔（距離）は１０ｍｍぐらいが好ましい。印字速度は、本実施例では最大７００ドット／秒を採用し、コンクリート面に対して印字可能な性能とされている。

前記インクジェット（印字装置４）へインクを供給して補充するインク供給装置４０が下方の作業床１８に設置され（図１参照）、同インク供給装置４０に接続されたインク供給チューブ４１が無人飛翔体Ａの前記インクジェットに接続され、間断なく墨出し作業が行えるようになっている。なお、このインク供給装置４０は印字操作のコントローラを兼ねている。

前記小型カメラ５は、ＣＣＤカメラ等により下向きとして中央基部１０に複数台取り付けられている。作業床１８上等に置かれたマーカー９を識別して、当該無人飛翔体Ａの位置座標Ｓ（図５参照）を認識するためである。また、この小型カメラ５による現在位置の座標Ｓの認識に基づき、所望の墨出し位置Ｐ（図７参照）へ車輪２を移動させる制御を行う前記マイコン基盤７は、下記のコンピュータ装置１３からのリモートコントロールにより制御コマンドを受けて、車輪２を駆動する信号を出力する。

さらに、前記ローター１と車輪２の動力源３とインクジェット（印字装置４）と小型カメラ５を作動させる電源装置６が作業床１８上に設置され、送電ケーブル６０を通じて電源が供給されている（図１参照）。前記したような外部固定電源によるほか、図示を省略したバッテリーを無人飛翔体Ａに搭載させた各装置に付属させておき、電源を供給する構成としても実施可能である。

前記コンピュータ装置１３には、墨出し位置Ｐを前記マイコン基盤７に指示するためのＣＡＤ等の座標確認ソフトウェア１４がインストールされている。また、このコンピュータ装置１３には、後述する３Ｄレーザ−スキャナ１５により作成された割付図１６の座標Ｓが入力される（図４、図５参照）。
なお、前記コンピュータ装置１３と前記マイコン基盤７、８とは、ケーブル、或いは通信装置によりコンピュータ装置１３からデータ伝送可能に接続されている。ここでいうコンピュータ装置１３は、デスクトップやタブレットＰＣ、ノートブック等を含む広い概念を指す。

次に、上記構成の無人飛翔体Ａを用いた天井面１７への自動墨出し方法について、以下に説明する。

先ず、図６に例示したように、橋梁Ｂの床版背面（天井面１７）へ墨出しを行うに際しては、図４に例示したように、作業床１８上に設置した３Ｄレーザースキャナ１５を用いて、天井面１７の点群画像データから割付図１６を作成する実施形態が好ましい（図５参照）。なお、作業床１８から天井面１７までの高さは、一般的に５〜１０ｍ程度であるがこれに限定されず、無人飛翔体Ａの性能等に応じて適宜設計変更可能である。

次に、作業床１８上の前記無人飛翔体Ａを、天井面１７に向けて上昇させ、同天井面１７へ押し付ける（図１参照）。そして、図３に示したように、作業床１８上に設置したマーカー９を、前記天井面１７に押し付けられた無人飛翔体Ａの小型カメラ５で識別し、当該無人飛翔体Ａの位置座標Ｓを認識させる。

前記位置座標Ｓを認識させた後、墨出し位置Ｐを前記無人飛翔体Ａのマイコン基盤７に指示するため、コンピュータ装置１３（図５参照）に、前記３Ｄレーザースキャナ１５により作成された割付図１６の座標Ｓを入力する。そうすると、天井面１７に押し付けられた前記無人飛翔体Ａが、天井面１７の所望の墨出し位置Ｐに移動され、天井面１７への押し付け状態を維持しつつ、無人飛翔体Ａに搭載されたインクジェット（印字装置４）の上向きのノズルから天井面１７に向けて、微量のインクをドットで多数噴射し、天井面１７の所望位置Ｐへの墨出しが行われる。

図７は、前記工程を経て、縦と横に長い直線が交差する格子状の墨出し位置Ｐに墨出しを行った例を示している。同図７中、黒く塗った四角部分を点検用の窓部１９として確保しておく。それ以外の天井面１７に、墨出し位置Ｐに沿って規則的に補強用の炭素繊維シート２０が貼り付けられる（図８参照）。

したがって、上記した天井面の自動墨出し方法によれば、上記構成の無人飛翔体Ａを上昇させて天井面１７へ押し付けつつ、印字装置４で天井面１７の墨出しを所望の位置に正確に軽便に行うことができる。よって、天井面１７の補修工事の際に行われる事前の狭所で且つ上向きの困難な墨出し作業を、自動的に機械化して効率よく正確に行うことができる。

以上に本発明の実施例を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のために言及する。

Ａ 無人飛翔体
１ ローター
２ 車輪
３ 駆動源
４ 印字装置
５ 小型カメラ
６ 電源装置
７ マイコン基盤
８ マイコン基盤
９ マーカー
１３ コンピュータ装置
１４ 座標確認ソフトウェア
１５ ３Ｄレーザースキャナ
１６ 割付図
１７ 天井面
１８ 作業床
２０ 炭素繊維シート
Ｓ 座標
Ｐ 墨出し位置

Claims (4)

1. 無人飛翔体により既設構造物の天井面へ墨出しする天井面の墨出し方法であって、
   ａ）複数のローターと、天井面を任意方向に走行可能な車輪及びその駆動源と、天井面に印字自在な印字装置と、位置座標を認識する小型カメラと、前記ローターと車輪の動力源と印字装置と小型カメラを作動させる電源装置と、及び前記小型カメラによる現在位置の座標認識に基づき、墨出し位置への前記車輪の移動を制御するマイコン基盤と、前記ローターの高度と揚力を保持して水平移動を制御するマイコン基盤とを搭載した無人飛翔体を上昇させて天井面へ押し付ける工程と、
   ｂ）作業床上に設置したマーカーを、前記天井面に押し付けられている無人飛翔体の小型カメラで識別し、当該無人飛翔体の位置座標を認識させる工程と、
   ｃ）墨出し位置を前記無人飛翔体のマイコン基盤に指示するための座標確認ソフトウェアがインストールされ、割付図の座標を入力したコンピュータ装置によって、前記無人飛翔体を天井面の所望位置に移動させ、無人飛翔体の天井面への押し付け状態を維持しつつ、前記印字装置で天井面に墨出しする工程と、
   から成ることを特徴とする、天井面への自動墨出し方法。
2. 前記割付図は、作業床上に設置した３Ｄレーザースキャナにより、天井面の点群画像データから作成することを特徴とする、請求項１に記載した天井面への自動墨出し方法。
3. 天井面に押し付けられながら同天井面へ墨出しする無人飛翔体であって、
   回転により揚力を発生して上昇し、天井面に当該無人飛翔体を押し付け自在な複数のローターと、天井面へ接して同天井面を任意方向に走行可能な複数の車輪及びその車輪の駆動源と、天井面に向けて印字自在な印字装置と、別設のマーカーを識別して当該無人飛翔体の位置座標を認識する小型カメラと、前記ローターと車輪の動力源と印字装置と小型カメラを作動させる電源装置と、
   前記小型カメラによる現在位置の座標認識に基づき、所望の墨出し位置へ前記車輪を移動させる制御を行うマイコン基盤と、前記ローターの高度と揚力を保持し、当該無人飛翔体を空中で水平移動させるための制御を行うマイコン基盤とが搭載され、
   墨出し位置を前記マイコン基盤に指示するための座標確認ソフトウェアがインストールされたコンピュータ装置によって、前記ローターによる当該無人飛翔体の天井面への押し付け状態を維持しつつ、天井面の所望位置に前記印字装置で墨出し自在に構成されていることを特徴とする、天井面の自動墨出し用無人飛翔体。
4. 前記印字装置は、インクジェットであることを特徴とする、請求項３に記載した天井面の自動墨出し用無人飛翔体。
   

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