掘進機械のロボット化に関する基礎研究

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03555133
• 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, 助教授 (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)
• キーワード: 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

1.力の測定方法の開発掘削機械には静的な力の他に衝撃力が加わる。このため通常のロ-ドセルを取り付けると破損することが多い。そこで、まず、アクチュエ-タに2個の圧力計を取り付け、その測定値より力を計算することを試みた。その結果ある程度は力を求めることが出来るものの、ピストン・シリンダ間の摩擦力を差し引く必要のあることが分かった。そのための基礎デ-タの収集と、力を計算するための計算機プログラムの開発を行なった。
2.距離計(変位計)の評価試験超音波、渦電流、レ-ザ式距離計の性能評価試験を行なった。その結果、超音波距離計は比較的ノイズが混入し易く、使用に当たっては充分な注意の必要なことが分かった。渦電流、レ-ザ式距離計は、短期的な常温、常圧下での評価試験では良好な結果を示した。そこで、実際の使用環境に近いと思われる温度、湿度での長期耐久試験を実施した。その結果、一ヶ月程度では問題の無いことが分かった。ただし、温度が急激に変化した場合には、しばらくの間、測定値の安定しない点が見い出されたので、対策を検討している。
3.アクチュエ-タの制御アルゴリズムの検討従来、アクチュエ-タは変位を制御しつつ動作させることが多かった。しかしながら、この方式を採用するには、高精度の変位計(距離計)が必要となる。変位計の使用される環境が極めて厳しいことを考えると、多少精度を犠牲にして、堅牢な変位計を採用せざるをえない。この場合、過負荷を防ぎ、滑らかな動作を保証するには力・変位制御が勝れている。そこでサ-ボ弁を使用した制御システムを前提とし、実験的、理論的に力・変位制御を検討し、掘進機械に適用可能なことを示した。