橋梁梁底狹小空間檢測工具加值應用及技術轉移

目 錄

中文摘要 I

英文摘要 II

目 錄 III

圖目錄 VI

表目錄 IX

第一章 緒論 1-1

1.1 背景分析 1-1

1.2 研究目的 1-5

1.2.1 橋梁檢測設備適用之橋梁數量 1-6

1.3 計畫範圍與對象 1-8

1.4 進度甘梯圖(Gantt Chart) 1-9

1.5 計畫架構及工作項目 1-11

1.5.1 面臨問題與需求 1-11

1.5.2 解決方案 1-12

1.5.3 系統架構 1-13

1.5.4 工作項目 1-14

1.5.5 交付項目 1-15

第二章 文獻回顧 2-1

2.1 橋梁檢測設備現況 2-1

2.1.1 吊籃式 2-1

2.1.2 衍架通道式 2-2

2.1.3 無人載具 2-4

2.1.4 輕便型橋梁檢測輔助設備 2-8

2.2 本計畫前期橋梁檢測設備之研發成果 2-11

2.2.1 推車型橋梁檢測設備架構 2-12

2.2.2 檢測桿 2-13

2.2.3 桿前端攝影裝置 2-14

2.3 技術移轉 2-15

2.3.1 法令依據 2-15

2.3.2 研發成果授權推廣契約書 2-16

第三章 設計成果 3-1

3.1 (測試用雛形機)梁底機器人設計與機電測試 3-1

3.1.1 期初C桿鋁擠型極限測試及雛形設計 3-1

3.1.2 超輕量C桿材質選用 3-4

3.1.3 繩排伸縮滑輪關鍵模組設計 3-7

3.1.4 專業攝影三軸穩定器應用 3-9

3.1.5 (測試用雛形機)立柱-A桿-B桿設計 3-13

3.1.6 測試用雛型機實測成果 3-18

3.2 影像資料庫系統架構(本案協商不使用影像資料庫系統) 3-21

3.3 5G影像加值應用(本案最終評估不推薦使用) 3-23

3.3.1 5G簡介 3-23

3.3.2 5G基礎設施與佈建區域 3-25

3.3.3 5G通訊涵蓋範圍現況 3-26

3.4.4 5G影像應用例 3-27

3.4 水下檢測加值應用評估報告 3-29

3.4.1 消費型水下無人機 3-29

3.4.2 水下檢測功能評估 3-30

3.4.3 水下檢測加值應用結論 3-35

3.5 (期末成果)第一代機梁底機器人技術移轉工程化設計 3-36

3.5.1 (期末成果)第一代機C桿設計 3-37

3.5.2 (期末成果)第一代機立柱/A桿/B桿設計 3-40

3.5.3 (期末成果)電控系統設計 3-50

3.5.4 (期末成果)適用條件 3-54

3.5.5 (期末成果)系統規格與操作程序 3-55

第四章 場勘訪談及實地測試成果 4-1

4.1 協同黎明工程顧問股份有限公司實際場勘(臨港二號橋) 4-1

4.2 協同黎明工程顧問股份有限公司實際場勘(台61?榔大排) 4-3

4.3 大同大學專家訪談 4-5

4.4 成功大學專家訪談 4-8

4.5橋梁選址與實測成果 4-11

4.5.1 實地測試選址 4-12

4.5.2 實測成果 4-14

第五章 結論與建議 5-1

5.1 結論 5-1

5.2 建議 5-2

5.3 研究成果與效益 5-3

5.4 技術移轉模式 5-3

5.5 推廣應用情形 5-4

參考文獻 參-1

附錄一 期中報告審查意見及處理情形 附錄1-1

附錄二 期末報告審查意見及處理情形 附錄2-1

附錄三 工作會議記錄摘要 附錄3-1

附錄四 交通部運輸研究所研發成果授權推廣契約書(草案) 附錄4-1

附錄五 期末報告簡報資料 附錄5-1



圖 目 錄

圖1.1 台17線臺南北門段鯤鯓橋橋梁底座鏽蝕與龜裂現象 1-2

圖1.2 鯤鯓橋橋梁底座及橋墩長期浸在河中 1-3

圖1.3 橋檢人員搭乘船艇檢測 1-4

圖1.4 橋檢人員涉水檢測 1-4

圖1.5 無塵室天車(Overhead Hoist Transfer，OHT)技術 1-12

圖1.6 橋檢工具系統架構圖 1-13

圖2.1 吊籃式橋梁檢測工具 2-2

圖2.2 衍架通道式橋梁檢測工具 2-3

圖2.3 固定式衍架通道橋梁檢測工具 2-4

圖2.4 無人飛行載具及其應用 2-5

圖2.5 無人水下載具及其應用 2-6

圖2.6 無人地面載具及其應用 2-8

圖2.7 日本「首都高技術株式會社」輕量級立桿檢測設備 2-9

圖2.8 固定型長桿檢測設備 2-10

圖2.9 國內自行組立研發之長桿檢測設備 2-11

圖2.10 本計畫前期研發之推車型檢測設備 2-12

圖2.11 本計畫前期研發之檢測桿模組總承 2-13

圖2.12 本計畫前期研發之檢測桿推送機構 2-14

圖2.13 本計畫前期研發之桿前攝影裝置 2-15

圖2.14 研究成果管理運用執行流程圖 2-17

圖3.1 長懸臂(10公尺)變形量模擬分析圖 3-1

圖3.2 長懸臂(10公尺)變形量實測圖 3-2

圖3.3 上方張力索實測圖 3-2

圖3.4 改裝左右張力索實測圖 3-3

圖3.5 模組化C桿滑輪組設計圖 3-4

圖3.6 高荷重鋁擠型C桿滑輪組裝測試圖 3-4

圖3.7 超輕量C桿材質靈感示意圖 3-5

圖3.8 C桿材質重量實測圖 3-6

圖3.9 鋁擠型橢圓平管及鋁擠型八角管選用圖 3-7

圖3.10 電機與齒條齒元件示意圖 3-7

圖3.11 起重機吊臂伸?原理圖(一) 3-8

圖3.12 起重機吊臂伸?原理圖(二) 3-8

圖3.13 工研院設計C桿伸縮原理圖 3-9

圖3.14 三軸穩定器及Gopro攝影機 3-9

圖3.15 任務艙系統架構圖 3-10

圖3.16 三軸穩定器特性探討 3-11

圖3.17 雛形C桿動態伸縮與刻意搖晃情境 3-12

圖3.18 擷取動態影像圖仍維持清晰 3-12

圖3.19 Gopro影像擷取特性測試 3-13

圖3.20 桿件名稱定義圖 3-14

圖3.21 原立柱ABC桿架構設計 3-14

圖3.22 參考前案設計將軌道移往橋面 3-15

圖3.23 立柱-A桿-B桿關鍵尺寸圖 3-15

圖3.24 立柱-A桿-B桿架設程序說明圖 3-16

圖3.25 立柱ABC桿系統架構圖 3-17

圖3.26 C桿雛型機電整合測試圖 3-18

圖3.27 立柱/A/B桿組裝圖 3-19

圖3.28 B桿垂降及旋轉測試圖 3-19

圖3.29 C桿伸縮測試Gopro實際取像測試圖 3-20

圖3.30 C桿伸縮測試_無3軸穩定器對比測試圖 3-20

圖3.31 影像資料庫系統架構圖 3-22

圖3.32 第五代行動通訊(5G)說明圖 3-24

圖3.33 5G基礎設施與佈建區域說明 3-25

圖3.34 5G通訊涵蓋範圍現況說明圖 3-26

圖3.35 5G遠距遙控無人機空中監控巡檢 3-27

圖3.36 5G AIoT即時監控產線改善生產良率 3-28

圖3.37 深圳鰭源科技FIFISH水下機器人 3-29

圖3.38 北北基橋墩沖銷及橋底面狀況檢查 3-30

圖3.39 水下檢測功能評估說明 3-30

圖3.40 水面上與水面尺寸及色彩差異分水圖 3-34

圖3.41 一般鏡頭於水下介質視角差異說明 3-34

圖3.42 一般鏡頭水下介質色散說明 3-35

圖3.43 設計理念與需求確認(一) 3-36

圖3.44 設計理念與需求確認(二) 3-37

圖3.45 第一代C桿設計要點 3-38

圖3.46 第一代C桿設計問題與追蹤(一) 3-39

圖3.47 第一代C桿設計問題與追蹤(二) 3-40

圖3.48 立柱原型採用手推車升降機 3-41

圖3.49 手推車升降機改裝成果 3-42

圖3.50 新式A桿(四連桿)設計概念說明圖 3-44

圖3.51 第一代機A桿設計要點說明圖 3-44

圖3.52 頂桿應力超乎預期導致變形問題說明 3-45

圖3.53 雙頂桿設計扭斷問題說明 3-45

圖3.54 雙頂桿無法承受運送衝擊導致齒崩問題說明 3-46

圖3.55 B桿原型採用工程用伸縮一字梯 3-48

圖3.56 B桿底部旋轉軸採用輕量且高剛性的中空旋轉軸架構 3-49

圖3.57 B桿頂部捲揚器的2種失敗方案 3-49

圖3.58 B桿頂部捲揚器最終方案 3-50

圖3.59 彈簧線材應用於B桿 3-52

圖3.60 電控箱設計 3-52

圖3.61 PLC人機操作畫面(一)_量測操作 3-53

圖3.62 PLC人機操作畫面(二)_C桿平衡重心校正 3-53

圖3.63 PLC人機操作畫面(三)_電機參數設定 3-54

圖3.64 系統操作適用條件說明圖 3-54

圖3.65 系統操作程序說明圖 3-56

圖3.66 系統操作程序_出發前準備要項說明圖 3-56

圖3.67 系統操作程序_車後座架設狀況 3-57

圖3.68 系統操作程序_車頂架長度確認是否違規(一) 3-58

圖3.69 系統操作程序_車頂架長度確認是否違規(二) 3-59

圖3.70 系統操作程序_現場架設需先安放交通錐 3-59

圖3.71 系統操作程序_電控上電並鎖固各部件 3-60

圖3.72 系統操作程序_控制A桿舉昇跨過護欄 3-60

圖3.73 系統操作程序_控制B桿垂降 3-61

圖3.74 系統操作程序_C桿旋轉90度開始量測 3-62

圖4.1 臨港二號橋實際場勘圖 4-2

圖4.2 台61?榔大排實際場勘圖 4-4

圖4.3 大同大學專家訪談會議 4-5

圖4.4 大同大學專家訪談照片紀錄 4-7

圖4.5 成功大學專家訪談會議 4-8

圖4.6 新竹市香山客雅溪_福樹橋 4-12

圖4.7 新竹市公道五路_公道五路橋 4-12

圖4.8 新竹市竹美路附近_關馨大橋 4-12

圖4.9 新竹市芎林鄉_石孔橋 4-13

圖4.10 第一次現地實測前準備工作 4-15

圖4.11 第一次現地實測問題與對策 4-15

圖4.12 第二次現地實測問題與對策 4-16

圖4.13 第三次現地實測問題與對策 4-17

圖4.14 第四次現地實測問題與對策 4-17

圖4.15 第四次現地實測順利取得第一批影像(一) 4-18

圖4.16 第四次現地實測順利取得第一批影像(二) 4-18

圖4.17 第五次現地實測成果 4-19

圖5.1 線上成果推廣 5-5



表 目 錄

表1-1 全國車行橋梁總數 1-6

表1-2 本橋檢工具適用之車行橋梁數量統計 1-8

表1-3 進度甘梯圖 1-9

表1-4 工作項目表 1-14

表3-1 C桿材料特性表 3-5

表3-2 行動通訊世代演進說明表 3-24

表3-3 IP代碼異物防護等級說明表 3-32

表3-4 水面下機電元件列表 3-33

表3-5 水面上機電元件列表 3-33

表3-6 第一代機C桿設計要點及規格表 3-37

表3-7 C桿設計檢討與改善問題追蹤表 3-39

表3-8 第一代機立柱設計要點及規格表 3-40

表3-9 第一代機A桿設計要點及規格表 3-42

表3-10 第一代機B桿設計要點及規格表 3-46

表3-11 電控系統設計要點列表 3-50

表3-12 橋檢工具系統規格表 3-55

表4-1 實測橋梁列表 4-11

表4-2 橋梁實測問題及對策表 4-13

表4-3 橋梁實測成果影片網址 4-14

表5-1 設備改良部件比較表 5-2

表5-2 研究成果推廣及技術移轉模式列表 5-4