Development of ground strength estimation method collaborating force and visual information during excavation to improve the efficiency of unmanned construction

开发挖掘过程中力与视觉信息协同的地基强度估算方法，提高无人施工效率

• 批准号: 22K04303
• 负责人: 里見 知昭
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04303/
• 关键词: 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; 掘削; 地盤強度; 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; 掘削; 地盤強度

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，地盤強度を推定する研究を行ってきた．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．バケット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，掘削抵抗力と土の破壊形状に及ぼす土の性状の影響について検討した．はじめに粒度が比較的揃っている砂質土を対象に，掘削時の土の破壊形状は土の性状に応じて変化し，土のせん断破壊線は含水比が高くなるにつれて不明瞭になり，同じ含水比の場合でも粒径の大きさによって異なることが認められた．コーン指数（建設機械のトラフィカビリティの評価指標）と平均掘削抵抗力の関係は正の相関関係を示すものの，その傾向は土の種類によって異なった．一方，土の破壊形状はコーン指数と調和的であることが示唆された．次に，粘土を含む一般的な土を対象に，土の破壊形状とコーン指数との関係における細粒分の影響を考察したところ，細粒分が多くなるとせん断破壊線が明瞭で多方向に現れた．砂質土地盤と同様に，コーン指数と平均掘削抵抗力の関係は正の相関関係を示すものの，その傾向は土の種類によって異なり，土の破壊形状はコーン指数と調和的であることが示された．

了解地面信息对于提高无人建筑的效率至关重要。因此，首席研究人员专注于液压挖掘机桶的力量，这些挖掘机桶总是在任何地点引入，并进行了估计地面强度的研究。但是，我已经意识到仅使用力信息可以显着提高估计准确性的困难。为了提高使用水桶的地面强度估算的准确性，这已经是至关重要的是，必须阐明在开挖过程中不时变化的土壤（视觉信息）之间的发掘抗性力（力信息）与破坏性形状（视觉信息）之间的相互作用。根据原始计划，今年我们对安装了力传感器和摄像机进行了铲斗挖掘模型实验，并检查了土壤特性对挖掘抗性和土壤破坏性形状的影响。首先，对于具有相对均匀谷物尺寸的沙质土壤，在开挖过程中土壤的破坏形状取决于土壤的特性，并且土壤的剪切裂缝线不清楚，随着水含量的增加，水含量的增加，即使水的含量比相同，它也会根据晶粒尺寸的大小而有所不同。尽管玉米指数（建筑机械的通行性指数）与平均发掘电阻之间的关系呈正相关，但趋势因土壤类型而异。另一方面，建议土壤的破坏性形状与锥体指数和谐。接下来，我们检查了细晶粒对土壤断裂形状与含有粘土一般土壤的玉米指数之间关系的影响，当增加细晶粒时，剪切裂缝线清晰地出现并沿多个方向出现。尽管玉米指数与平均挖掘抗性之间的关系显示出正相关，但趋势因土壤类型而异，但表明土壤的破坏形状与玉米指数和谐相比。