JP7104534B2 - Curved drilling method and curved drilling system - Google Patents
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Description
本発明は、構造物下の地盤改良等に用いられる曲がり削孔方法及び曲がり削孔システムに関する。 The present invention relates to a curved drilling method and a curved drilling system used for improving the ground under a structure.
一般に、地盤の液状化防止工法として、地表より地盤中に薬液注入作業孔を形成し、この薬液注入作業孔を通して地盤中に薬液を注入することにより地盤改良する方法が知られている。 Generally, as a method for preventing liquefaction of the ground, a method is known in which a chemical solution injection work hole is formed in the ground from the ground surface and the chemical solution is injected into the ground through the chemical solution injection work hole to improve the ground.
この液状化防止工法を構造物下の地盤に施工するにあたっては、薬液注入作業用孔を、対象構造物周囲の地表より構造物下に向けて斜めに削孔した後、構造物直下において水平方向に向きを変えて削孔する曲がり削孔方法が用いられている(例えば特許文献1及び2)。 When applying this liquefaction prevention method to the ground under the structure, the holes for chemical injection work are drilled diagonally from the ground surface around the target structure toward the bottom of the structure, and then in the horizontal direction directly under the structure. A curved drilling method is used in which the holes are drilled in different directions (for example, Patent Documents 1 and 2).
この曲がり削孔方法に用いられる装置(以下、削孔機という)は、可撓性を有する掘削ロッドと、掘削ロッドの先端に支持された削孔ビットと、削孔ビット先端の噴射ノズルに掘削用水を供給する送水部と、掘削ロッドを介して削孔ビットを回転させる回転駆動部と、掘削ロッドを介して削孔ビットを推進させる推進駆動部とを備えている。 The device used for this bending drilling method (hereinafter referred to as a drilling machine) is a flexible drilling rod, a drilling bit supported at the tip of the drilling rod, and a drilling nozzle at the tip of the drilling bit. It includes a water supply unit that supplies water, a rotary drive unit that rotates the drilling bit via the excavation rod, and a propulsion drive unit that propels the drilling bit via the excavation rod.
また、削孔ビットは、片側にテーパ面が形成されているとともに、先端にテーパ面と平行な延長方向に向けた掘削用ジェット水噴射ノズルが備えられ、地上の送水部(掘削用泥水圧送ポンプ)より、ロッドを通してベントナイト泥水からなる掘削用水が供給され、噴射ノズルから高圧で噴射されるようになっている。 In addition, the drilling bit has a tapered surface formed on one side and is equipped with a jet water injection nozzle for excavation at the tip in the extension direction parallel to the tapered surface. ), The excavation water consisting of bentonite muddy water is supplied through the rod and is injected at high pressure from the injection nozzle.
この削孔ビットは、回転させないで押し込むことにより、テーパ面の延長方向に曲り削孔がなされ、回転させつつ押し込むことにより直進削孔がなされるようになっている。 By pushing the bit without rotating it, a curved hole is made in the extension direction of the tapered surface, and by pushing it while rotating, a straight hole is made.
また、この曲がり削孔機には、掘削ロッドの先端部に配置され、削孔ビットの位置及び姿勢を示す位置姿勢パラメータを時間経過とともに測定する位置姿勢測定手段を備え、削孔ビットの位置及び削孔ビットの回転角、傾斜角等を操作画面上で逐次確認しながら、送水部、回転駆動部及び推進駆動部を操作画面の数値等を視認しつつ操作し、所定の計画削孔ラインに沿って削孔するようになっている。 Further, this bending drilling machine is provided with a position / orientation measuring means arranged at the tip of the drilling rod and measuring a position / orientation parameter indicating the position and orientation of the drilling bit over time, and the position of the drilling bit and the position of the drilling bit. While sequentially checking the rotation angle, tilt angle, etc. of the drilling bit on the operation screen, operate the water supply unit, rotation drive unit, and propulsion drive unit while visually recognizing the numerical values on the operation screen to reach the predetermined planned drilling line. It is designed to drill holes along.
しかしながら、上述の如き従来の技術では、作業画面上に表示された削孔ビットの位置及び削孔ビットの回転角、傾斜角等の情報を視認した操作者の判断に従って、感覚的に送水部、回転駆動部及び推進駆動部を操作していた。 However, in the conventional technique as described above, the water supply unit sensuously follows the judgment of the operator who visually recognizes the information such as the position of the drilling bit and the rotation angle and inclination angle of the drilling bit displayed on the work screen. The rotary drive unit and the propulsion drive unit were operated.
従って、従来の技術では、操作者の熟練度によって削孔速度や精度が異なり、経験の浅い操作者では、所定の削孔速度によって高品質の削孔を実現することが困難であるという問題があった。 Therefore, in the conventional technique, the drilling speed and accuracy differ depending on the skill level of the operator, and it is difficult for an inexperienced operator to realize high-quality drilling at a predetermined drilling speed. there were.
そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み、操作者の熟練度に依存せずに所定の削孔速度で高品質の削孔を行うことができる曲がり削孔方法及び曲がり削孔システムの提供を目的としてなされたものである。 Therefore, in view of such a conventional problem, the present invention presents a curved drilling method and a curved drilling system capable of performing high-quality drilling at a predetermined drilling speed without depending on the skill level of the operator. It was made for the purpose of providing.
上述の如き従来の問題を解決するための請求項1に記載の発明の特徴は、可撓性を有する掘削ロッドと、該掘削ロッドの先端に支持された削孔ビットと、該削孔ビット先端の噴射ノズルに掘削用水を供給する送水部と、前記掘削ロッドを介して前記削孔ビットを回転させる回転駆動部と、前記掘削ロッドを介して前記削孔ビットを推進させる推進駆動部とを備えた削孔機を使用して地盤を削孔する曲がり削孔方法において、 前記削孔ビットの位置及び姿勢を示す位置姿勢パラメータを時間経過とともに記録し、位置姿勢パラメータのデータを蓄積する位置姿勢パラメータデータ収集と、前記送水部、前記回転駆動部及び前記推進駆動部を制御するための送水圧、ロッドの回転圧・回転角度及び推進圧を操作パラメータとして時間経過とともに記録し、操作パラメータのデータを蓄積する操作パラメータデータ収集と、
別々に測定された位置姿勢パラメータと操作パラメータとを同一時刻となるように同期させ、機械学習用データを生成し、過去の作業で蓄積したデータ群を機械学習し、入力された計画削孔ライン、位置姿勢パラメータ及び操作パラメータに対応する次のステップにおける最適な操作パラメータを算出する解析手段を構築しておく事前学習とを経た後、前記削孔機に搭載された前記解析手段に計画削孔ライン、同一時刻となるように同期させた位置姿勢パラメータ及び操作パラメータを入力し、次のステップにおける最適な操作パラメータを目標操作パラメータとして出力し、該目標操作パラメータを表示又は前記目標操作パラメータに基づいて前記送水部、前記回転駆動部及び前記推進駆動部を自動制御することにある。
The feature of the invention according to claim 1 for solving the conventional problem as described above is a flexible drilling rod, a drilling bit supported by the tip of the drilling rod, and the tip of the drilling bit. A water supply unit that supplies excavation water to the injection nozzle, a rotary drive unit that rotates the drilling bit via the excavation rod, and a propulsion drive unit that propels the drilling bit via the excavation rod. In the curved drilling method in which the ground is drilled using a drilling machine, the position / orientation parameter indicating the position and orientation of the drilling bit is recorded over time, and the position / orientation parameter data is accumulated. Data collection, the water supply pressure for controlling the water supply unit, the rotation drive unit, and the propulsion drive unit, the rotation pressure / rotation angle of the rod, and the propulsion pressure are recorded as operation parameters over time, and the operation parameter data is recorded. Collecting operational parameter data to be accumulated and
The separately measured position / orientation parameters and operation parameters are synchronized so that they are at the same time, machine learning data is generated, the data group accumulated in the past work is machine-learned, and the input planned drilling line is entered. After pre-learning to construct an analysis means for calculating the optimum operation parameter in the next step corresponding to the position / orientation parameter and the operation parameter, the analysis means mounted on the hole drilling machine is used for planned drilling. The line, the position / orientation parameter and the operation parameter synchronized so as to be at the same time are input, the optimum operation parameter in the next step is output as the target operation parameter, and the target operation parameter is displayed or based on the target operation parameter. The purpose is to automatically control the water supply unit, the rotation drive unit, and the propulsion drive unit.
請求項2に記載の発明の特徴は、請求項1の構成に加え、前記事前学習は、熟練操作者に係る機械学習用データを機械学習し、入力された計画削孔ライン、前記位置姿勢パラメータ及び前記操作パラメータに対する前記熟練操作者の操作に倣った最適な操作パラメータを出力する解析手段を構築することにある。
The feature of the invention according to
請求項3に記載の発明の特徴は、請求項1又は2の構成に加え、前記事前学習は、収集された位置姿勢パラメータ及び操作パラメータの経歴と次のステップの削孔ビット位置又は削孔形状との関係を機械学習し、入力された位置姿勢パラメータ及び操作パラメータの経歴から次のステップの削孔ビット位置又は削孔形状を予測する予測手段を構築するとともに、想定されるその後の操作パラメータの推移に基づいて前記予測手段によって多数の削孔ビット位置の候補又は多数の仮想削孔形状を予測し、該多数の削孔ビット位置の候補又は各位置各仮想削孔形状の中から計画削孔形状に適応するものを選択し、該選
択された削孔ビット位置の候補又は仮想削孔形状に基づいて次のステップにおける最適な操作パラメータを決定し、出力する解析手段を構築することにある。
The feature of the invention according to
請求項4に記載の発明の特徴は、可撓性を有する掘削ロッドと、該掘削ロッドの先端に支持された削孔ビットと、該削孔ビット先端の噴射ノズルに掘削用水を供給する送水部と、前記掘削ロッドを介して前記削孔ビットを回転させる回転駆動部と、前記掘削ロッドを介して前記削孔ビットを推進させる推進駆動部と、前記掘削ロッドの先端部に配置され、前記削孔ビットの位置及び姿勢を示す位置姿勢パラメータを時間経過とともに測定する位置姿勢測定手段と、前記送水部、前記回転駆動部及び前記推進駆動部を制御するための送水圧、ロッドの回転圧・回転角度及び推進圧を操作パラメータとして時間経過とともに測定する操作値測定手段とを備えた削孔機を使用する曲がり削孔システムにおいて、前記位置姿勢パラメータと前記操作パラメータとを記録するデータロガーを備え、記録された前記位置姿勢パラメータ及び前記操作パラメータのデータ群に基づいて別々に測定された前記位置姿勢パラメータと前記操作パラメータとを同一時刻となるように同期させた機械学習用データ及び解析手段入力用データを生成するデータ生成部を備えるとともに、過去の作業で蓄積されたデータ群を機械学習し、その結果に基づいて構築され、入力された計画削孔ライン、前記位置姿勢パラメータ及び前記操作パラメータに対応する次のステップの最適な操作パラメータを算出する解析手段を備え、前記解析手段は、前記削孔機に搭載され、前記最適な操作パラメータを目標操作パラメータとして表示又は前記目標操作パラメータに基づいて前記送水部、前記回転駆動部及び前記推進駆動部を自動制御するようにしたことにある。 The feature of the invention according to claim 4 is a flexible drilling rod, a drilling bit supported at the tip of the drilling rod, and a water supply unit that supplies drilling water to an injection nozzle at the tip of the drilling bit. A rotary drive unit that rotates the drilling bit via the drilling rod, a propulsion drive unit that propels the drilling bit via the drilling rod, and a tip portion of the drilling rod are arranged to perform the drilling. Position / orientation measuring means for measuring position / orientation parameters indicating the position and orientation of the hole bit over time, water supply pressure for controlling the water supply unit, the rotation drive unit, and the propulsion drive unit, and rotation pressure / rotation of the rod. In a bending drilling system using a drilling machine equipped with an operating value measuring means for measuring an angle and a propulsion pressure with the passage of time as operating parameters , a data logger for recording the position / orientation parameter and the operating parameter is provided. For machine learning data and analysis means input in which the position / orientation parameter and the operation parameter measured separately based on the recorded data group of the position / orientation parameter and the operation parameter are synchronized so as to be at the same time. It is equipped with a data generation unit that generates data, machine-learns the data group accumulated in the past work, and is constructed based on the result, and is used for the input planned drilling line, the position / orientation parameter, and the operation parameter. An analysis means for calculating the optimum operation parameter of the corresponding next step is provided, and the analysis means is mounted on the drilling machine and displays the optimum operation parameter as a target operation parameter or is based on the target operation parameter. The water supply unit, the rotation drive unit, and the propulsion drive unit are automatically controlled.
請求項5に記載の発明の特徴は、請求項4の構成に加え、前記操作パラメータに前記削孔機の操作具の操作量を含むことにある。
The feature of the invention according to
本発明に係る曲がり削孔方法は、請求項1に記載の構成を具備することによって、所定の削孔速度で高品質の削孔を行うことができる。また、本発明において、別々に測定される位置姿勢パラメータ及び操作パラメータを的確に関連付け、正確なデータを生成することができる。 The bending drilling method according to the present invention can perform high quality drilling at a predetermined drilling speed by providing the configuration according to claim 1. Further, in the present invention, it is possible to accurately associate the separately measured position / orientation parameters and operation parameters to generate accurate data.
さらに、本発明において、請求項2に記載の構成を具備することによって、熟練の操作者による削孔と同等の結果を得ることができる。
Further, in the present invention, by providing the configuration according to
さらにまた、本発明において、請求項3に記載の構成を具備することによって、刻々と変化する状況に対応して最適な削孔を行うことができる。
Furthermore, in the present invention, by providing the configuration according to
本発明に係る曲がり削孔システムは、請求項4に記載の構成を具備することによって、所定の削孔速度で高品質の削孔を行うことができる。また、本発明において、機械学習用のデータ及び解析手段に入力するデータを効率よく収集することができる。さらに、別々に測定される位置姿勢パラメータ及び操作パラメータを的確に関連付け、正確なデータを生成することができる。 The curved drilling system according to the present invention can perform high quality drilling at a predetermined drilling speed by providing the configuration according to claim 4 . Further, in the present invention, data for machine learning and data to be input to the analysis means can be efficiently collected. Furthermore, it is possible to accurately associate the position / orientation parameters and the operation parameters that are measured separately to generate accurate data.
さらに、本発明において、請求項5に記載の構成を具備することによって、最適な操作方法を定量的に案内することができる。
Further, in the present invention, by providing the configuration according to
次に、本発明に係る曲がり削孔方法及び曲がり削孔システムの実施態様を図1~図5に示した実施例に基づいて説明する。 Next, an embodiment of the bending hole drilling method and the bending hole drilling system according to the present invention will be described based on the examples shown in FIGS. 1 to 5.
この曲がり削孔方法は、過去の作業において蓄積されたデータから機械学習用のデータを収集するデータ収集と、その収集されたデータ群に基づいた事前学習とを経た後、実際に曲がり削孔システムを用いて地盤を曲がり削孔する本作業を行うようになっている。 This bending drilling method is an actual bending drilling system after undergoing data collection that collects data for machine learning from the data accumulated in the past work and pre-learning based on the collected data group. This work is to be performed by bending the ground and drilling holes using.
曲がり削孔システムは、曲がり削孔機1を使用して地盤を削孔するものであり、過去の作業で蓄積したデータ群を機械学習し、その結果に基づいて構築された解析手段12を削孔機1に搭載することによって、削孔機1の制御に関する最適な制御値、即ち、操作パラメータを目標操作パラメータとして表示又はその目標操作パラメータに基づいて削孔機1を自動制御するようになっている。 The curved drilling system drills the ground using the curved drilling machine 1, machine-learns the data group accumulated in the past work, and drills the analysis means 12 constructed based on the result. By mounting on the drilling machine 1, the optimum control value for controlling the drilling machine 1, that is, the operation parameter is displayed as a target operation parameter, or the drilling machine 1 is automatically controlled based on the target operation parameter. ing.
削孔機1は、図2に示すように、可撓性を有する掘削ロッド2と、掘削ロッド2の先端に支持された削孔ビット3と、削孔ビット3先端の噴射ノズル4に掘削用水を供給する送水部5と、掘削ロッド2を介して削孔ビット3を回転させる回転駆動部と、掘削ロッド2を介して削孔ビット3を推進させる推進駆動部とを備えている。尚、図中符号6は、回転駆動部及び推進駆動部を構成する削孔機本体6である。
As shown in FIG. 2, the drilling machine 1 has a
また、削孔ビット3には、図3に示すように、片側にテーパ面3aが形成されているとともに、先端にテーパ面3aと平行な延長方向に向けた掘削用ジェット水噴射ノズル4が備えられ、地上の送水部5(掘削用泥水圧送ポンプ)より、ロッド2を通してベントナイト泥水からなる掘削用水が供給され、噴射ノズル4から高圧で噴射されるようになっている。
Further, as shown in FIG. 3, the
この削孔ビット3は、回転させないで押し込むことにより、図3(a)に示すようにテーパ面3aの延長方向に曲り削孔がなされ、回転させつつ押し込むことにより図3(b)に示すように直進削孔がなされるようになっている。
By pushing the
また、削孔機1には、図2、図4に示すように、掘削ロッド2の先端部に配置され、削孔ビット3の位置及び姿勢を示す位置姿勢パラメータを時間経過とともに測定する位置姿勢測定手段7を備え、削孔ビット3の位置及び削孔ビット3の回転角、傾斜角等の位置姿勢パラメータを操作画面13上で逐次確認しつつ、回転駆動部及び推進駆動部を操作画面13の制御値等を視認しつつ操作又は自動制御し、所定の計画削孔ラインに沿って削孔できるようになっている。
Further, as shown in FIGS. 2 and 4, the drilling machine 1 is arranged at the tip of the
位置姿勢測定手段7は、ロッド2の先端部、例えば、ロッド2先導部分にジャイロや角度計等の計測器を内蔵させ、その計測値より削孔ビット3の位置、回転角及び傾斜角を測定できるようになっている。
The position / orientation measuring means 7 incorporates a measuring instrument such as a gyro or an angle meter in the tip of the
さらに、この削孔機1には、送水部5、回転駆動部及び推進駆動部を制御するための制御値(送水圧、ロッド2の回転圧・回転速度、推進圧等)、即ち、操作パラメータを時間経過とともに測定する操作値測定手段8を備えている。
Further, the drilling machine 1 has a control value (water supply pressure, rotation pressure / rotation speed of the
操作値測定手段8は、送水部5、回転駆動部及び推進駆動部を制御する制御部に内蔵され、操作パラメータ、即ち、送水圧、ロッド2の回転圧・回転速度、推進圧等を測定するようになっている。
The operation value measuring means 8 is built in the
尚、操作パラメータには、削孔機1の操作具、例えば、送水部5、回転駆動部及び推進駆動部を操作するレバー、ダイヤル、スイッチ、数値入力用のテンキー等の操作量を含むようにし、その操作量をセンサやエンコーダ等で定量化して測定するようにしてもよい。
The operation parameters include the amount of operation of the operation tool of the drilling machine 1, for example, the lever, dial, switch for operating the
また、この削孔機1には、位置姿勢パラメータと操作パラメータとを記録するデータロガー9を備え、削孔作業の際に計測された削孔ビット3の位置及び削孔ビット3の回転角、傾斜角等の位置姿勢パラメータを時間経過とともに記録できるとともに、回転駆動部及び推進駆動部を制御するための制御値、即ち、操作パラメータを時間経過とともに記録できるようになっている。
Further, the drilling machine 1 is provided with a
また、この曲がり削孔システムは、記録された位置姿勢パラメータ及び操作パラメータのデータ群に基づいて機械学習用データ及び解析手段入力用データを生成するデータ生成部10を備え、別々に測定された位置姿勢パラメータと操作パラメータとを同一時刻となるように同期させた機械学習用データ及び解析手段入力用データを生成し、そのデータを機械学習部11に出力又は解析手段12に出力するようになっている。尚、機械学習部11への出力は、データ転送装置によって送信してもよく、USBメモリ等の着脱式のデータ記憶装置を用いてもよい。
Further, this bending hole drilling system includes a
機械学習部11は、削孔機1とは別体のコンピュータ機器によって構成され、過去の作業において記録され、蓄積された位置姿勢パラメータ及び操作パラメータのデータ群を基に機械学習することによって、入力された計画削孔ライン、位置姿勢パラメータ及び操作パラメータに対応する次のステップの最適な操作パラメータを算出するアルゴリズムを導き出し、それを体現する解析用プログラムP1,P2,…を構築するようになっている。
The
機械学習は、特に手法は限定されず、例えば、多変量解析の手法、サポートベクターマシーンの手法、ニューラルネットワークの手法等を用いている。 The method of machine learning is not particularly limited, and for example, a method of multivariate analysis, a method of a support vector machine, a method of a neural network, and the like are used.
解析手段12は、演算処理を行う演算装置12aと、演算装置12aによって実行される解析用プログラムP1,P2,…を記憶する記憶装置12bとを備え、演算装置12aによって解析用プログラムP1,P2,…を実行することによって、手動入力、位置姿勢測定手段7、操作値測定手段8又はデータ生成部10より入力された位置姿勢パラメータ及び操作パラメータに対応する次のステップの最適な操作パラメータを算出し、操作画面13又は自動制御装置に出力されるようになっている。
The analysis means 12 includes a
また、この曲がり削孔システムは、削孔機1の操作を行う操作パネルやコンピュータ機器に操作画面13を備え、解析手段12によって算出された最適な操作パラメータを目標操作パラメータとして表示するようになっている。
Further, in this bending drilling system, an
次に、このような曲がり削孔システムを用いた曲がり削孔方法の具体的な手順について説明する。尚、上述の実施例と同様の構成には、同一符号を付して説明を省略する。 Next, a specific procedure of the bending hole drilling method using such a bending hole drilling system will be described. The same components as those in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
(データ収集)
データ収集は、実際の曲がり削孔作業において、削孔ビット3の位置及び姿勢を示す位置姿勢パラメータを時間経過とともに記録し、位置姿勢パラメータのデータを蓄積する位置姿勢パラメータデータ収集と、送水部5、回転駆動部及び推進駆動部を制御するための操作パラメータを時間経過とともに記録し、操作パラメータのデータを蓄積する操作パラメータデータ収集とを行う。
(Data collection)
In the data collection, in the actual bending drilling work, the position / orientation parameter indicating the position and orientation of the
通常、実際の曲がり削孔作業は、以下のような手順で行い、その時系列とともに各ステップにおける位置姿勢パラメータ及び操作パラメータを測定し、記録する。 Usually, the actual bending hole drilling work is performed by the following procedure, and the position / orientation parameter and the operation parameter in each step are measured and recorded together with the time series.
先ず、削孔開始位置の地盤表層部に削孔機1を設置するとともに、必要に応じてガイド管を設置し、削孔機本体6の回転駆動軸にロッド2を連結し、削孔ビット3を回転推進または推進のみにより地盤に挿入し、削孔を開始する。また、ロッド2を通して送水部5よりベントナイト泥水等の掘削水の送水を開始する。
First, the drilling machine 1 is installed on the ground surface layer at the drilling start position, a guide pipe is installed as necessary, the
その際、位置姿勢測定手段7による位置姿勢パラメータの測定、即ち、削孔ビット3の三次元位置、回転角及び傾斜角の測定を開始し、随時データロガー9に送信するとともに、操作値測定手段8による操作パラメータの測定、即ち、送水部5による掘削水の送水圧、回転駆動部のロッド2の回転圧・回転速度、推進駆動部のロッド2の推進圧の測定を開始し、随時データロガー9に送信する。また、必要に応じて、それらを操作する際の操作具の操作量を測定し、随時データロガー9に送信する。
At that time, the position / orientation parameter measurement by the position / orientation measuring means 7, that is, the measurement of the three-dimensional position, the rotation angle, and the inclination angle of the
そして、ロッド2を構成する管体をそれぞれ継ぎ足しながら、削孔機本体6によりロッド2に回転力および推進力を与え、ロッド2先端の削孔ビット3により削孔しながら所定の位置まで地中を直線的に推進させる。
Then, while adding the pipes constituting the
その際、地盤の状態等によって推進方向や推進速度に変化が生じた場合には、計画された削孔ライン及び削孔速度となるように、回転駆動部のロッド2の回転圧・回転速度、推進駆動部の推進圧及び送水部5の送水圧を調節する。
At that time, if the propulsion direction or the propulsion speed changes due to the condition of the ground, etc. The propulsion pressure of the propulsion drive unit and the water supply pressure of the
そして、作業が行われている間、位置姿勢測定手段7は、位置姿勢パラメータ、即ち、削孔ビット3の位置、回転角及び傾斜角が時間経過とともに随時測定し、データロガー9に送信する。
Then, while the work is being performed, the position / orientation measuring means 7 measures the position / orientation parameter, that is, the position, the rotation angle, and the inclination angle of the
また、操作値測定手段8は、変化する回転駆動部のロッド2の回転圧・回転速度、推進駆動部の推進圧及び送水部5の送水圧を時間経過とともに測定し、データロガー9に送信する。尚、必要に応じて、調節の際に操作した操作具の操作量も定量的に測定し、データロガー9に送信する。
Further, the operation value measuring means 8 measures the changing rotational pressure / rotational speed of the
一方、曲線推進を行うときには、回転駆動部のロッド2の回転圧・回転速度を調節して、削孔ビット3の回転角を所望の位置に合わせてロッド2の回転を停止させ、その状態で掘削水を噴射しつつ、推進駆動部の推進圧を調節してロッド2に推進力のみを与える。
On the other hand, when performing curve propulsion, the rotation pressure and rotation speed of the
その際、図3(a)に示すように、削孔ビット3のテーパ面3aに地盤より作用する力により削孔ビット3の推進方向が徐々に変化し、送水部5の送水圧、推進駆動部の推進圧を調節しつつ計画された所定の削孔ラインに沿って地中を曲線的に推進させる。また、必要に応じて回転駆動部のロッド2の回転圧・回転速度を調節する。
At that time, as shown in FIG. 3A, the propulsion direction of the
そして、作業が行われている間、位置姿勢測定手段7は、位置姿勢パラメータ、即ち、削孔ビット3の位置、回転角及び傾斜角を時間経過とともに随時測定し、データロガー9に送信する。
Then, while the work is being performed, the position / orientation measuring means 7 measures the position / orientation parameter, that is, the position, the rotation angle, and the inclination angle of the
また、操作値測定手段は、操作によって変化する回転駆動部のロッド2の回転圧・回転速度、推進駆動部の推進圧及び送水部5の送水圧を時間経過とともに随時測定し、データロガー9に送信する。尚、必要に応じて、調節の際に操作した操作具の操作量も定量的に測定し、データロガー9に送信する。
Further, the operation value measuring means measures the rotation pressure / rotation speed of the
次に、削孔ビット3が所定の方向に向けられたら、回転駆動部のロッド2の回転圧・回転速度、推進駆動部の推進圧及び送水部5の送水圧を調節し、当該所定の方向に向けた直進的な推進に移行し、同様に位置姿勢パラメータ及び操作パラメータの測定を行う。
Next, when the
このように計画された削孔ラインに合わせて、直進推進と曲線推進とを行っていき、各時点での位置姿勢パラメータ及び操作パラメータをそれぞれ時間経過とともに測定し、データロガー9に送信して記録する。
Straight-ahead propulsion and curve propulsion are performed according to the drilling line planned in this way, and the position-posture parameters and operation parameters at each time point are measured with the passage of time and transmitted to the
(データ生成)
一方、データ生成部10は、別々に測定され、データロガー9に送信された位置姿勢パラメータと操作パラメータとを同一時刻となるように同期させ、機械学習用データを生成し、保存する。
(Data generation)
On the other hand, the
上述のデータ取集で収集されたデータ群は、機械学習用データとして生成され、機械学習部11に登録される。
The data group collected by the above-mentioned data collection is generated as machine learning data and registered in the
(事前学習)
事前学習では、蓄積された過去の作業における位置姿勢パラメータと操作パラメータとのデータ群を機械学習し、本作業の際に入力された計画削孔ライン、位置姿勢パラメータ及び操作パラメータに対応する次のステップにおける最適な操作パラメータを算出する解析手段12を構築する。
(Pre-learning)
In the pre-learning, the accumulated data group of the position / orientation parameter and the operation parameter in the past work is machine-learned, and the following corresponding to the planned drilling line, the position / orientation parameter, and the operation parameter input at the time of this work. An analysis means 12 for calculating the optimum operation parameters in the step is constructed.
この事前学習は、実際の作業におけるいくつもの状況を想定し、当該想定と位置姿勢パラメータ及び操作パラメータのデータ群とを関連づけて機械学習し、各状況における最適な操作パラメータを算出する法則を導き出すようになっている。 This pre-learning assumes a number of situations in actual work, machine-learns by associating the assumption with the data group of position / orientation parameters and operation parameters, and derives the law to calculate the optimum operation parameters in each situation. It has become.
例えば、データ生成において熟練操作者のデータを分類して集約し、熟練操作者に係る機械学習用データを、ニューラルネットワーク等を用いて機械学習し、入力された計画削孔ライン、位置姿勢パラメータ及び操作パラメータに対する熟練操作者の操作に倣った最適な操作パラメータを出力する解析式(解析用プログラムP1)を構築する。 For example, in data generation, the data of a skilled operator is classified and aggregated, the machine learning data related to the skilled operator is machine-learned using a neural network or the like, and the input planned drilling line, position / orientation parameter, and position / orientation parameter are used. An analysis formula (analysis program P1) that outputs the optimum operation parameters that follow the operations of a skilled operator for the operation parameters is constructed.
また、一方では、収集された位置姿勢パラメータ及び操作パラメータの経歴と次のステップの削孔ビット3位置又は削孔形状との関係を機械学習し、位置姿勢パラメータ及び操作パラメータの経歴から次のステップの削孔ビット3位置又は削孔形状との因果関係を導き出し、その関係に基づいて入力された計画削孔ライン、位置姿勢パラメータ及び操作パラメータの経歴から予測される操作パラメータの推移、即ち、どのような操作がされるかを予測し、次のステップの削孔ビット3位置又は削孔形状を予測する予測手段(法則)を導き出す。
On the other hand, the relationship between the collected position / orientation parameter and operation parameter history and the
そして、想定されるその後の操作パラメータの推移に基づいて予測手段によって多数の削孔ビット3位置の候補又は多数の仮想削孔形状を予測し、多数の削孔ビット3位置の候補又は各位置各仮想削孔形状の中から計画削孔形状に適応するものを選択し、選択された削孔ビット3位置の候補又は仮想削孔形状に基づいて次のステップにおける最適な操作パラメータを決定し、出力する解析式(解析用プログラムP2)を構築する。
Then, a large number of candidate drilling bit 3 positions or a large number of virtual drilling shapes are predicted by the predicting means based on the expected transition of the subsequent operation parameters, and a large number of candidates for the large number of drilling bit 3 positions or each position. Select the virtual drilling shape that matches the planned drilling shape, determine the optimum operation parameter in the next step based on the selected
そして、構築された各解析式(解析用プログラムP1,P2,…)は、解析手段12の記憶部12bに格納され、その解析手段12を本作業に用いられる削孔機1に搭載する。
Then, each of the constructed analysis formulas (analysis programs P1, P2, ...) Is stored in the
(本作業)
先ず、図2に示すように、削孔開始位置の地盤表層部に削孔機本体6を設置するとともに、解析手段12に計画された削孔ライン(以下、計画削孔ラインという)を入力する(s1)。
(Main work)
First, as shown in FIG. 2, the drilling machine
また、必要に応じてガイド管を設置し、削孔機本体6の回転駆動軸にロッド2を連結し、削孔ビット3を回転推進または推進のみにより地盤に挿入し、削孔を開始する。また、ロッド2を通して送水部5よりベントナイト泥水等の掘削水の送水を開始する。
Further, if necessary, a guide pipe is installed, the
その際、位置姿勢パラメータ、即ち、削孔ビット3の三次元位置、回転角及び傾斜角を位置姿勢測定手段7によって測定を開始し、随時データロガー9に送信するとともに、操作パラメータ、即ち、送水部5による掘削水の送水圧、回転駆動部のロッド2の回転圧・回転速度、推進駆動部のロッド2の推進圧及びそれらを操作する際の操作具の操作量を操作値測定手段によって測定を開始し、随時データロガー9に送信する(s2・s3)。
At that time, the position / orientation parameter, that is, the three-dimensional position, rotation angle, and inclination angle of the
データロガー9に送信された位置姿勢パラメータ及び操作パラメータのデータは、データ生成部10によって、同一時刻となるように同期させることによって、機械学習用データ及び解析手段入力用データを生成し、機械学習用データを保存するとともに、解析手段入力用データを順次リアルタイムに解析手段12に出力する(s4)。
The position / orientation parameter and operation parameter data transmitted to the
解析手段12は、データ生成部10より送信された解析手段入力用データを各解析用プログラムP1,P2,…に入力し、各解析用プログラムP1,P2,…が次のステップにおける最適な操作パラメータを算出し、その操作パラメータを目標操作パラメータとして出力する(s5・s6)。
The analysis means 12 inputs the analysis means input data transmitted from the
出力された目標操作パラメータは、操作画面13に表示され、操作者はその目標操作パラメータに合わせて送水部5、回転駆動部及び推進駆動部を操作し、掘削水の送水圧、ロッド2の回転圧及び回転速度、ロッド2の推進圧を調整する(s7)。尚、自動制御の場合には、目標操作パラメータのデータが送水部5、回転駆動部及び推進駆動部を制御する制御装置に出力され、その目標操作パラメータに基づいて各部が自動制御される。
The output target operation parameters are displayed on the
そして、次のステップに移行し、掘削ロッド2は、操作に従って推進されるとともに、推進後の位置姿勢パラメータ及び操作パラメータがそれぞれ測定され、上記のデータ生成、解析、目標操作パラメータの出力及び送水部5、回転駆動部及び推進駆動部の操作を繰り返す(s8)。
Then, in the next step, the
また、解析手段12は、入力された位置姿勢パラメータ及び操作パラメータの経歴を記録し、想定されるその後の操作パラメータの推移に基づいて予測手段によって多数の削孔ビット3位置の候補又は多数の仮想削孔形状を予測する。 Further, the analysis means 12 records the history of the input position / orientation parameter and the operation parameter, and is a candidate for a large number of drilling bit 3 positions or a large number of virtuals by the prediction means based on the expected transition of the operation parameter thereafter. Predict the drilling shape.
そして、ロッド2を構成する管体をそれぞれ継ぎ足しながら、削孔機本体6によりロッド2に回転力および推進力を与え、ロッド2先端の削孔ビット3により削孔しながら所定の位置まで地中を直線的に推進させる。
Then, while adding the pipes constituting the
一方、曲線推進を行うときには、上述のs2~s8と同様の手順を実行しながら、回転駆動部のロッド2の回転圧・回転速度を調節して、削孔ビット3の回転角を所望の位置に合わせてロッド2の回転を停止させ、その状態で掘削水を噴射しつつ、推進駆動部の推進圧を調節してロッド2に推進力のみを与える。
On the other hand, when performing curve propulsion, the rotation pressure and rotation speed of the
それに伴い、位置姿勢測定手段7及び操作値測定手段8は、それぞれ測定した位置姿勢パラメータ、操作パラメータをデータロガー9に送信し、データ生成部10で機械学習用データ及び解析手段入力用データを生成する。
Along with this, the position / orientation measuring means 7 and the operating value measuring means 8 transmit the measured position / orientation parameters and operating parameters to the
そして、解析手段12は、データ生成部10より送信された解析手段入力用データを各解析用プログラムP1,P2,…に入力し、各解析用プログラムP1,P2,…が曲線推進における次のステップの最適な操作パラメータを算出し、その操作パラメータを目標操作パラメータとして出力する。
Then, the analysis means 12 inputs the analysis means input data transmitted from the
よって、操作者は、操作画面13に表示された目標操作パラメータに従って、送水部5の送水圧、推進駆動部の推進圧を調節することによって、削孔ビット3のテーパ面3aにかかる力により削孔ビット3の推進方向が徐々に変化し、所定のラインに沿って地中を曲線的に推進する。
Therefore, the operator adjusts the water supply pressure of the
また、作業が行われている間、位置姿勢測定手段7は、位置姿勢パラメータ、即ち、削孔ビット3の位置、回転角及び傾斜角が時間経過とともに随時測定し、データロガー9に送信し、操作値測定手段は、変化する回転駆動部のロッド2の回転圧・回転速度、推進駆動部の推進圧及び送水部5の送水圧を時間経過とともに測定し、データロガー9に送信する。また、必要に応じて、調節の際に操作した操作具の操作量も定量的に測定し、データロガー9に送信する。
Further, while the work is being performed, the position / orientation measuring means 7 measures the position / orientation parameter, that is, the position, the rotation angle, and the inclination angle of the
そして、次のステップに移行すると、ロッド2先端の削孔ビット3は、操作に従って曲線的に推進されるとともに、推進後の位置姿勢パラメータ及び操作パラメータがそれぞれ測定され、上記のデータ生成、解析、目標操作パラメータの出力及び送水部5、回転駆動部及び推進駆動部の操作を繰り返す。
Then, when moving to the next step, the
一方、削孔ビット3の位置が計画削孔ラインより逸脱した場合等には、削孔開始から現時点までの入力された位置姿勢パラメータ及び操作パラメータの経歴を記録しているので、その経歴から想定されるその後の操作パラメータの推移、即ち、どのような操作をするかによって異なる多数の削孔ビット3位置の候補又は多数の仮想削孔形状を予測し、多数の削孔ビット3位置の候補又は各仮想削孔形状の中から計画削孔形状に適応するものを選択する。
On the other hand, when the position of the
そして、選択された削孔ビット3位置の候補又は仮想削孔形状に基づいて次のステップにおける最適な操作パラメータを決定し、その操作パラメータを目標操作パラメータとして出力する。
Then, the optimum operation parameter in the next step is determined based on the candidate of the selected
よって、操作者は、目標操作パラメータに従って操作することによって、逸脱した位置から最短で計画削孔ラインに復帰することができる。 Therefore, the operator can return to the planned drilling line in the shortest time from the deviated position by operating according to the target operation parameter.
このように構成された曲がり削孔方法及び曲がり削孔システムでは、出力された目標操作パラメータに従って作業することによって、熟練度に関係なく、所定の削孔速度で高品質の削孔を行うことができる。 In the curved drilling method and the curved drilling system configured in this way, high quality drilling can be performed at a predetermined drilling speed regardless of the skill level by working according to the output target operation parameters. can.
尚、本作業において記録された機械学習用データは、データ転送装置又は着脱式の記憶装置によって機械学習部11に送ることができ、このデータを過去の作業におけるデータとして、上述のデータ収集、事前学習に還元されることによって、構築される解析用プログラムP1,P2,…の精度が向上する。
The machine learning data recorded in this work can be sent to the
また、本作業においては、既に完成した解析手段12を搭載することによって、データ収集、事前学習を繰り返すことなく作業を行うことができる。 Further, in this work, by mounting the already completed analysis means 12, the work can be performed without repeating data collection and pre-learning.
1 削孔機
2 ロッド
3 削孔ビット
4 噴射ノズル
5 送水部
6 削孔機本体
7 位置姿勢測定手段
8 操作値測定手段
9 データロガー
10 データ生成部
11 機械学習部
12 解析手段
13 操作画面
1
Claims (5)
前記削孔ビットの位置及び姿勢を示す位置姿勢パラメータを時間経過とともに記録し、位置姿勢パラメータのデータを蓄積する位置姿勢パラメータデータ収集と、
前記送水部、前記回転駆動部及び前記推進駆動部を制御するための送水圧、ロッドの回転圧・回転角度及び推進圧を操作パラメータとして時間経過とともに記録し、操作パラメータのデータを蓄積する操作パラメータデータ収集と、
別々に測定された位置姿勢パラメータと操作パラメータとを同一時刻となるように同期させ、機械学習用データを生成し、過去の作業で蓄積したデータ群を機械学習し、入力された計画削孔ライン、位置姿勢パラメータ及び操作パラメータに対応する次のステップにおける最適な操作パラメータを算出する解析手段を構築しておく事前学習とを経た後、
前記削孔機に搭載された前記解析手段に計画削孔ライン、同一時刻となるように同期させた位置姿勢パラメータ及び操作パラメータを入力し、次のステップにおける最適な操作パラメータを目標操作パラメータとして出力し、該目標操作パラメータを表示又は前記目標操作パラメータに基づいて前記送水部、前記回転駆動部及び前記推進駆動部を自動制御することを特徴とする曲がり削孔方法。 The drilling rod having flexibility, a drilling bit supported at the tip of the drilling rod, a water supply unit for supplying drilling water to the injection nozzle at the tip of the drilling bit, and the drilling rod via the drilling rod. In a curved drilling method in which a drilling machine including a rotary drive unit for rotating a bit and a propulsion drive unit for propelling the drilling bit via the excavation rod is used to drill a hole in the ground.
Position and orientation parameter data collection that records the position and orientation parameters indicating the position and orientation of the drilling bit with the passage of time and accumulates the position and orientation parameter data.
Operation parameters that record the water supply unit, the rotation drive unit, the water supply pressure for controlling the propulsion drive unit, the rotation pressure / rotation angle of the rod, and the propulsion pressure as operation parameters over time, and accumulate the operation parameter data. Data collection and
The separately measured position / orientation parameters and operation parameters are synchronized so that they are at the same time, machine learning data is generated, the data group accumulated in the past work is machine-learned, and the input planned drilling line is entered. After the pre-learning, the analysis means for calculating the optimum operation parameter in the next step corresponding to the position / orientation parameter and the operation parameter is constructed.
The planned drilling line, the position / orientation parameter synchronized so as to be at the same time, and the operation parameter are input to the analysis means mounted on the drilling machine, and the optimum operation parameter in the next step is output as the target operation parameter. A bending hole drilling method, characterized in that the target operation parameter is displayed or the water supply unit, the rotation drive unit, and the propulsion drive unit are automatically controlled based on the target operation parameter.
想定されるその後の操作パラメータの推移に基づいて前記予測手段によって多数の削孔ビット位置の候補又は多数の仮想削孔形状を予測し、該多数の削孔ビット位置の候補又は各位置各仮想削孔形状の中から計画削孔形状に適応するものを選択し、該選択された削孔ビット位置の候補又は仮想削孔形状に基づいて次のステップにおける最適な操作パラメータを決定し、出力する解析手段を構築する請求項1又は2に記載の曲がり削孔方法。 In the pre-learning, the relationship between the collected position / orientation parameter and operation parameter history and the drilling bit position or drilling shape in the next step is machine-learned, and the input position / orientation parameter and operation parameter history are used for machine learning. In addition to constructing a predictive means for predicting the drilling bit position or drilling shape in the next step,
A large number of drilling bit position candidates or a large number of virtual drilling shapes are predicted by the prediction means based on the expected transition of the subsequent operation parameters, and the large number of drilling bit position candidates or each virtual drilling at each position. Analysis that selects a hole shape that is suitable for the planned drilling shape, determines the optimum operation parameter in the next step based on the selected drilling bit position candidate or virtual drilling shape, and outputs it. The bending hole drilling method according to claim 1 or 2 , wherein the means is constructed.
前記位置姿勢パラメータと前記操作パラメータとを記録するデータロガーを備え、記録された前記位置姿勢パラメータ及び前記操作パラメータのデータ群に基づいて別々に測定された前記位置姿勢パラメータと前記操作パラメータとを同一時刻となるように同期させた機械学習用データ及び解析手段入力用データを生成するデータ生成部を備えるとともに、
過去の作業で蓄積されたデータ群を機械学習し、その結果に基づいて構築され、入力された計画削孔ライン、前記位置姿勢パラメータ及び前記操作パラメータに対応する次のステップの最適な操作パラメータを算出する解析手段を備え、
前記解析手段は、前記削孔機に搭載され、前記最適な操作パラメータを目標操作パラメータとして表示又は前記目標操作パラメータに基づいて前記送水部、前記回転駆動部及び前記推進駆動部を自動制御するようにしたことを特徴とする曲がり削孔システム。 The drilling rod has flexibility, a drilling bit supported at the tip of the drilling rod, a water supply unit for supplying drilling water to the injection nozzle at the tip of the drilling bit, and the drilling rod via the drilling rod. A rotational drive unit that rotates the bit, a propulsion drive unit that propels the drilling bit via the drilling rod, and a position / orientation parameter that is arranged at the tip of the drilling rod and indicates the position and orientation of the drilling bit. With the passage of time, the position / orientation measuring means for measuring the above time, the water supply pressure for controlling the water supply unit, the rotation drive unit, and the propulsion drive unit, and the rotation pressure / rotation angle and propulsion pressure of the rod as operating parameters. In a curved drilling system using a drilling machine equipped with a means for measuring an operating value to be measured,
A data logger for recording the position / orientation parameter and the operation parameter is provided, and the position / orientation parameter and the operation parameter measured separately based on the recorded position / orientation parameter and the data group of the operation parameter are the same. It is equipped with a data generation unit that generates machine learning data and analysis means input data synchronized so that the time is set.
The data group accumulated in the past work is machine-learned, and the optimum operation parameter of the next step corresponding to the input planned drilling line, the position / orientation parameter, and the operation parameter, which is constructed based on the result, is obtained. Equipped with analysis means to calculate
The analysis means is mounted on the drilling machine so as to display the optimum operation parameter as a target operation parameter or automatically control the water supply unit, the rotation drive unit, and the propulsion drive unit based on the target operation parameter. A curved drilling system characterized by the fact that it has been made.
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