掘進機械のロボット化に関する基礎研究

• 研究課題/領域番号: 03555133
• 研究種目: 試験研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 資源開発工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 大久保 誠介 東京大学, 工学部, 教授 (90092155)
• 研究分担者: 秋山 政雄 東京大学, 工学部, 助手 (00011172) ; 西松 裕一 東京大学, 工学部, 教授 (70010741)
• 研究期間 (年度): 1991 – 1992
• 研究課題ステータス: 完了 (1992年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 6,500千円); 1992年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円); 1991年度: 5,300千円 (直接経費: 5,300千円)
• キーワード: 掘削機械 / 自動化 / 力-変位制御 / レーザ変位計 / 油圧ラム / 計算機実験 / 岩石 / 掘進 / ロボット / 力・変位制御 / トンネル掘進機 / ブ-ムヘッダ

研究概要

まず、ロボット化に関して常に問題となりがちな、センサー、その内、特に変位計に関する基礎研究を行なった。取付け・取り扱いの点で有利と思われる非接触式変位計の内、代表的な渦電流式変位計、レーザ変位計、超音波距離計について検討を加えた。その結果、いずれも要求仕様を満たし充分使用可能であることがわかったが、測定範囲が適当でかつ小さな測定対象でも測定可能な、レーザ変位計を第一候補とし、さらに詳しい検討を加えた。
通常の機械類では、変位を制御することが多い。しかしながら、人間が手・指を使用して作業する時には、変位(位置)のみでなく、力(反力)を同時に検知している。そのため、壊れやすいものを扱えたり、微妙な位置調整ができる。このような観点から、力-変位制御の掘削機械への必要性が最近指摘されている。そこで、微妙な位置調整を可能とし、無理な力を避けることの出来る、力-変位制御に向けた、アクチュエータの開発、さらにその基礎理論の検討、ミニチュアモデルでの検討を行なった。力-変位制御に適したアクチェータ(ラム)を開発するための基礎研究を実施したが、その結果、アクチュエータに装着した圧力計を利用した力の検出は可能であることがわかった。殊に、改良型のアクチェータでは、ピストン-シリンダ間の摩擦抵抗が充分小さく、実用に供しえると考える。
また、簡単な実験装置を作成し、室内実験を実施したところ、応用出来る可能性のあることがわかった。力-変位制御を採用すれば、取付け・保守の難しい変位計を減らせる上、微妙な動作を迅速・確実に行なえる可能性があると考える。計算機を用いた計算機実験もあわせて行ない、実験ではカバーし難い、広い範囲での適用可能性についても検討した。