2023 Fiscal Year Research-status Report
Development of ground strength estimation method collaborating force and visual information during excavation to improve the efficiency of unmanned construction
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22K04303
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
里見 知昭 東北大学, 環境科学研究科, 助教 (80588020)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 地盤情報施工 / バケット掘削 / 掘削実験 / 力覚 / 視覚 / 掘削抵抗力 / 土の破壊形状 / 土の性状 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
無人化施工の効率向上には地盤情報の把握が不可欠である．そこで研究代表者は，どの現場でも必ず導入されている油圧ショベルのバケットの力覚情報に注目し，力覚情報から地盤強度を推定する研究を進めてきた．しかし，力覚情報のみでは推定精度を大幅に向上させる難しさを実感してきた．そこで，バケット掘削を応用した地盤強度推定の精度を向上させるためには，掘削時に刻々と変化する掘削抵抗力（力覚情報）と土の破壊形状（視覚情報）の相互作用の解明が不可欠であるという考えに至った．今年度は当初の計画にもとづき，力覚センサおよびビデオカメラを設置したバケット掘削模型実験を行い，特に土の破壊形状を画像処理で定量化して，抽出された視覚指標とコーン指数（建設機械のトラフィカビリティの評価指標）との関係について検討した．
昨年度のバケット掘削模型実験を通じて，掘削時の土の破壊形状（土の破壊せん断線）は土の種類や含水状態に応じて変化することが認められた．そこで，砂質土から粘性土までの幅広い土を対象に，掘削時の土の破壊せん断線を画像処理で検出して，土の性状が画像処理で得られた特徴量に及ぼす影響を明らかにした．そして，画像処理で得られた特徴量とコーン指数との関係はおおむね正の相関関係を示し，視覚情報からコーン指数を推定できる可能性が示唆された．よって，バケット掘削時の力覚情報と視覚情報を連携して地盤強度を推定するための基盤を構築することができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画どおり，バケット掘削時の土の破壊形状を画像処理で定量化して，抽出された視覚指標とコーン指数（建設機械のトラフィカビリティの評価指標）との関係について検討した．その結果，画像処理で得られた特徴量とコーン指数との関係はおおむね正の相関関係を示すことを見いだし，視覚情報からコーン指数を推定できる可能性が示唆された．よって，バケット掘削時の力覚情報と視覚情報を連携して地盤強度を推定するための基盤構築につながり，土と機械の力学的相互作用を取り扱うテラメカニクス研究における新たな知見である．以上の研究成果は国内の関連学会およびシンポジウムにて発表および発表予定であることを鑑みて，おおむね順調に進展していると自己評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，バケット掘削模型実験および土質力学試験を継続し，バケット掘削時の掘削抵抗力（力覚情報）と土の破壊形状（視覚情報）から地盤強度を推定するモデル構築を行う．推定モデル構築と並行して，X線CT対応型コーン貫入試験を行い，土の性状がコーン貫入時の貫入抵抗の変動と土の変形破壊に及ぼす影響を明らかにし，コーン指数と土の性状との関係を明示する．なお，以上の計画は当初の計画どおりである．
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| Causes of Carryover |
2023年度は，バケット掘削時の土の破壊形状を画像処理で定量化するという当初の計画どおりにおおむね進行できた．しかし，Ｘ線CT対応型コーン貫入試験装置の設計・製作に必要な部品の納期に時間を要することが分かった．そのため，2023年度に使用する助成金を次年度使用額に充てることにした．本助成金は，Ｘ線CT対応型コーン貫入試験装置にかかる部品購入費および材料加工費とともに，当初計画の成果発表参加費とその旅費に充てて，本研究課題を遂行する．
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