JP7244315B2 - Soil layer investigation device, control device for soil layer investigation device, control method for soil layer investigation device, and soil layer investigation method - Google Patents
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Description
本発明は、土層調査装置、土層調査装置の制御装置、土層調査装置の制御方法、及び土層調査方法に関する。 The present invention relates to a soil layer investigation device, a soil layer investigation device control device, a soil layer investigation device control method, and a soil layer investigation method.
建築物の地盤の評価等のために、従来から土層の調査が行われている。土層の調査には、標準貫入試験が行なわれることがある(例えば、非特許文献1参照。)。標準貫入試験は、土層の強度や土層の成分の調査のための試験であり、所定の深さまで地盤を掘削して形成した試験孔の底の土層を調査するものである。具体的には、決められた質量(63.5kg±0.5kg)のハンマーを76cm±1cmの高さから自由落下させることによる打撃により試験孔底の土層にサンプラーを貫入し、規定貫入量である30cmの深さまでサンプラーを打ち込むのに要する打撃回数(=N値)を求める(例えば、特許文献1参照。)。このN値は、土層の強度や固さを評価する指標として広く用いられている。 Investigation of soil layers has been conventionally carried out for evaluation of the ground of buildings and the like. A standard penetration test may be performed for investigation of the soil layer (see, for example, Non-Patent Document 1). The standard penetration test is a test to investigate the strength of the soil layer and the composition of the soil layer, and investigates the soil layer at the bottom of a test hole formed by excavating the ground to a predetermined depth. Specifically, the sampler was penetrated into the soil layer at the bottom of the test hole by hitting a hammer with a predetermined mass (63.5 kg ± 0.5 kg) free fall from a height of 76 cm ± 1 cm, and the specified penetration amount The number of hits (=N value) required to drive the sampler to a depth of 30 cm is obtained (see, for example, Patent Document 1). This N value is widely used as an index for evaluating the strength and hardness of soil layers.
また、サンプラーには、土層採取用の孔が形成されており、標準貫入試験において試験孔底の土層にサンプラーが貫入される際に、このサンプラーの土層採取用の孔に土層が入り込み、サンプラーに試料として土層が採取される。土層の成分を判別するためには、採取された土層に対して、粒度分布測定や含水比測定等が行われている。 In addition, the sampler has a hole for sampling the soil layer, and when the sampler penetrates the soil layer at the bottom of the test hole in the standard penetration test, the soil layer passes through the hole for sampling the soil layer of this sampler. A soil layer is collected as a sample by a sampler. In order to discriminate the composition of the soil layer, particle size distribution measurement, moisture content measurement, and the like are performed on the sampled soil layer.
しかしながら、サンプラーによって採取された土層を解析する場合、土中に存在する状態の土層の性質を直接測定してはいないため、土層を必ずしも正確に測定できない場合がある。 However, when analyzing a soil layer sampled by a sampler, the properties of the soil layer as it exists in the soil are not directly measured, so the soil layer may not always be measured accurately.
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、土層をより正確に測定することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to measure soil layers more accurately.
上記目的を達成するため、本発明の一態様の土層調査装置は、
土層を掘削するための作業部材と、
前記作業部材を回転させる回転駆動部と、
前記作業部材に推力を与える推進駆動部と、
前記回転駆動部による前記作業部材の回転速度を目標回転速度に制御する回転制御部と、
前記推進駆動部による前記作業部材の推力を目標推力に制御する推進制御部と、
前記目標回転速度で回転され、かつ、前記目標推力で推進されている前記作業部材に土層から入力する反力に関する情報を取得する測定結果取得部と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a soil layer investigation device according to one aspect of the present invention includes:
a working member for excavating a soil layer;
a rotary drive unit that rotates the working member;
a propulsion drive unit that applies thrust to the working member;
a rotation control unit that controls the rotation speed of the working member by the rotation drive unit to a target rotation speed;
a propulsion control unit that controls the thrust of the working member by the propulsion drive unit to a target thrust;
a measurement result acquisition unit that acquires information about a reaction force input from a soil layer to the working member that is rotated at the target rotation speed and propelled by the target thrust;
characterized by comprising
本発明によれば、土層をより正確に測定することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to measure a soil layer more correctly.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
[本発明の基本的概念]
本発明に係る土層調査装置においては、土層を掘削するための回転抵抗体をロッドの先端に設置し、ロッドを回転軸として回転抵抗体を回転させながら、土層に対する推力を与えることで、土層の掘削において回転抵抗体が土層から受ける反力(回転トルク)を取得する。
このとき、速度または位置のエネルギーと力のエネルギーとを独立に取り扱うことが可能な位置・力制御方法(例えば、特許第6382203号公報に記載された位置・力制御方法)を応用し、回転抵抗体の回転(回転速度等)及び推力(土層に対する押圧力等)を制御することで、土層からの反力が加わる状況においても、回転抵抗体の回転及び推力の正確な制御を図っている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Basic concept of the present invention]
In the soil layer investigation device according to the present invention, a rotary resistor for excavating a soil layer is installed at the tip of a rod, and thrust is applied to the soil layer while rotating the rotary resistor around the rod as a rotation axis. , acquires the reaction force (rotational torque) that the rotary resistor receives from the soil layer during excavation of the soil layer.
At this time, a position/force control method capable of handling velocity or position energy and force energy independently (for example, the position/force control method described in Japanese Patent No. 6382203) is applied to reduce rotational resistance. By controlling the rotation (rotational speed, etc.) and thrust (pressing force against the soil layer, etc.) of the body, the rotation and thrust of the rotary resistor can be accurately controlled even in situations where the reaction force from the soil layer is applied. there is
そのため、本発明に係る土層調査装置においては、土層の掘削時に回転抵抗体が土層から受ける反力をより正確に取得できることから、取得された反力を解析することで、土層の性質をより正確に把握することができる。
即ち、本発明に係る土層調査装置によれば、土層をより正確に測定することが可能となる。
なお、位置と速度(または加速度)あるいは角度と角速度(または角加速度)は、微積分演算により置換可能なパラメータであるため、位置あるいは角度に関する処理を行う場合、適宜、速度あるいは角速度等に置換することが可能である。また、土層の測定を行うために、回転抵抗体が受ける反力(回転トルク)を取得することの他、土層の性質を把握できる他のパラメータ(例えば、角速度あるいは角加速度等)を取得することとしてもよい。
Therefore, in the soil layer investigation device according to the present invention, the reaction force received by the rotary resistor from the soil layer during excavation of the soil layer can be obtained more accurately. properties can be more accurately grasped.
That is, according to the soil layer investigation device according to the present invention, it becomes possible to measure the soil layer more accurately.
Note that position and velocity (or acceleration) or angle and angular velocity (or angular acceleration) are parameters that can be replaced by calculus, so when performing processing related to position or angle, replace them with velocity or angular velocity as appropriate. is possible. In addition to acquiring the reaction force (rotational torque) received by the rotary resistor in order to measure the soil layer, other parameters (such as angular velocity or angular acceleration) that can grasp the properties of the soil layer are acquired. It is also possible to
[位置・力制御方法]
上述したように、本発明に係る土層調査装置においては、速度または位置のエネルギーと力のエネルギーとを独立に取り扱うことが可能な位置・力制御方法を用いて、土層の測定を行う。
以下、本発明で用いる位置・力制御方法について、具体的に説明する。
[Position/force control method]
As described above, the soil layer survey apparatus according to the present invention measures soil layers using a position/force control method that can handle velocity or position energy and force energy independently.
The position/force control method used in the present invention will be specifically described below.
本発明で用いる位置・力制御方法については、例えば、特許第6382203号公報に記載された以下の座標変換に基づいて、その具体的な意義を説明することができる。
即ち、本発明で用いる位置・力制御方法の基本となる座標変換として、制御対象システムの機能の基準となる値(基準値)と、制御されるアクチュエータの現在位置とを入力とする座標変換を定義することができる。この座標変換は、一般に、基準値及び現在速度(位置)を要素とする入力ベクトルを速度(位置)の制御目標値を算出するための速度(位置)からなる出力ベクトルに変換するとともに、基準値及び現在の力を要素とする入力ベクトルを力の制御目標値を算出するための力からなる出力ベクトルに変換するものである。具体的には、本発明で用いる位置・力制御方法の基本となる座標変換は、次式(1)及び(2)のように一般化して表される。
The specific significance of the position/force control method used in the present invention can be explained based on, for example, the following coordinate transformation described in Japanese Patent No. 6382203.
That is, as the coordinate transformation that is the basis of the position/force control method used in the present invention, a coordinate transformation that inputs a value (reference value) that serves as a reference for the function of the controlled system and the current position of the actuator to be controlled is performed. can be defined. In general, this coordinate transformation converts an input vector whose elements are a reference value and current velocity (position) into an output vector consisting of velocity (position) for calculating a control target value of velocity (position). and converts an input vector having the current force as an element into an output vector composed of force for calculating the force control target value. Specifically, the coordinate transformation that is the basis of the position/force control method used in the present invention is generalized as shown in the following equations (1) and (2).
ただし、式(1)において、x’1~x’n(nは1以上の整数)は速度の状態値を導出するための速度ベクトルであり、x’a~x’m(mは1以上の整数)は、基準値及びアクチュエータの作用に基づく速度(アクチュエータの移動子の速度またはアクチュエータが移動させる対象物の速度)を要素とするベクトル、h1a~hnmは機能を表す変換行列の要素である。また、式(2)において、f’’1~f’’n(nは1以上の整数)は力の状態値を導出するための力ベクトルであり、f’’a~f’’m(mは1以上の整数)は、基準値及びアクチュエータの作用に基づく力(アクチュエータの移動子の力またはアクチュエータが移動させる対象物の力)を要素とするベクトルである。 However, in formula (1), x' 1 to x' n (n is an integer of 1 or more) are velocity vectors for deriving the state value of velocity, and x' a to x' m (m is 1 or more). ) is a vector whose elements are the reference value and the speed based on the action of the actuator (the speed of the slider of the actuator or the speed of the object moved by the actuator), h 1a to h nm are the elements of the conversion matrix representing the function is. Further, in equation (2), f″ 1 to f″ n (n is an integer of 1 or more) are force vectors for deriving force state values, and f″ a to f″ m ( m is an integer equal to or greater than 1) is a vector whose elements are the force based on the reference value and the action of the actuator (the force of the mover of the actuator or the force of the object moved by the actuator).
さらに、式(1)及び(2)で表される位置・力制御のための座標変換をマスタ・スレーブ間のバイラテラル制御に用いる場合、式(3)及び(4)で表される座標変換として表すことができる。なお、本発明は、マスタ装置とスレーブ装置とを必要とするものではないが、ここでは説明の便宜のために、マスタ・スレーブ間のバイラテラル制御を想定するものとする。 Furthermore, when the coordinate transformations for position/force control represented by equations (1) and (2) are used for bilateral control between the master and slave, coordinate transformations represented by equations (3) and (4) can be expressed as Although the present invention does not require a master device and a slave device, here, for convenience of explanation, bilateral control between master and slave is assumed.
ただし、式(3)において、x’pは速度(位置)の状態値を導出するための速度、x’fは力の状態値に関する速度である。また、x’masterは基準値(マスタ装置からの入力)の速度(マスタ装置の現在位置の微分値)、x’slaveはスレーブ装置の現在の速度(現在位置の微分値)である。また、式(4)において、fpは速度(位置)の状態値に関する力、ffは力の状態値を導出するための力である。また、fmasterは基準値(マスタ装置からの入力)の力、fslaveはスレーブ装置の現在の力である。 However, in equation (3), x'p is the velocity for deriving the state value of velocity (position), and x'f is the velocity related to the force state value. Also, x'master is the velocity of the reference value (input from the master device) (differential value of the current position of the master device), and x'slave is the current velocity of the slave device (differential value of the current position). In equation (4), f p is a force related to the velocity (position) state value, and f f is a force for deriving the force state value. Also, f master is the reference value (input from the master device) force, and f slave is the current force of the slave device.
本発明に係る土層調査装置において、回転抵抗体(ロッド)の回転速度が設定値(例えば、一定速度あるいは周期変化する速度等)となるように制御する場合、式(3)及び(4)で表される座標変換を応用することにより、より正確な回転速度の制御を行うことができる。
具体的には、式(3)及び(4)において、速度の制御に関する行列の要素を有効とし、力の制御に関する行列の要素を無効とする(例えば0とする)ことにより、回転速度の制御を実現することができる。そして、基準値として回転速度の設定値を表す位置の情報(マスタの角速度θm’)を入力することで、回転抵抗体(ロッド)の回転速度(スレーブの角速度θs’)を設定値に制御することができる。
この場合、回転速度の制御を行うための座標変換は、例えば、次式(5)として表すことができる。
In the soil layer investigation device according to the present invention, when controlling the rotation speed of the rotary resistor (rod) to a set value (eg, a constant speed or a speed that changes periodically), equations (3) and (4) By applying the coordinate transformation expressed by , it is possible to control the rotational speed more accurately.
Specifically, in equations (3) and (4), by validating the elements of the matrix related to speed control and invalidating (for example, setting to 0) the elements of the matrix related to force control, the rotational speed control can be realized. Then, by inputting the position information (angular velocity θ m ' of the master) representing the set value of the rotational speed as the reference value, the rotational speed of the rotary resistor (rod) (angular velocity θ s ' of the slave) is set to the set value. can be controlled.
In this case, the coordinate transformation for controlling the rotational speed can be represented by the following equation (5), for example.
同様に、本発明に係る土層調査装置において、回転抵抗体(ロッド)の推力が設定値(例えば、一定の推力等)となるように制御する場合、式(3)及び(4)で表される座標変換を応用することにより、より正確な推力(押圧力)の制御を行うことができる。
具体的には、式(3)及び(4)において、力の制御に関する行列の要素を有効とし、速度の制御に関する行列の要素を無効とする(例えば0とする)ことにより、力の制御を実現することができる。そして、基準値として推力の設定値を表す力の情報(便宜的に想定されるマスタのトルクτm)を入力することで、回転抵抗体(ロッド)の推力(便宜的に想定されるスレーブのトルクτs)を設定値に制御することができる。
この場合、推力の制御を行うための座標変換は、例えば、次式(6)として表すことができる。
Similarly, in the soil layer survey device according to the present invention, when controlling the thrust of the rotary resistor (rod) to a set value (for example, a constant thrust), it is expressed by equations (3) and (4). By applying the coordinate transformation that is performed, it is possible to control the thrust (pressing force) more accurately.
Specifically, in equations (3) and (4), by validating the elements of the matrix relating to force control and invalidating (for example, setting to 0) the elements of the matrix relating to speed control, force control can be performed. can be realized. Then, by inputting force information (torque τ m of the master assumed for convenience) representing the set value of the thrust as a reference value, the thrust of the rotary resistor (rod) (torque of the slave assumed for convenience torque τ s ) can be controlled to a set value.
In this case, the coordinate transformation for controlling thrust can be represented by the following equation (6), for example.
即ち、式(5)及び(6)に基づいて、回転抵抗体の回転及び推力を制御することにより、土層から受ける反力の影響を抑制しつつ、回転抵抗体の回転速度及び推力を正確に制御することが可能となる。
そして、このように制御された回転抵抗体に土層から入力される反力(回転に対する抵抗力)を取得することで、土層の性質(粒度や粘度等)を適確に反映したパラメータを取得することができる。
即ち、取得されたパラメータを解析することで、土層の性質をより正確に測定することが可能となる。
以下、本発明に係る土層調査装置の具体的な実施形態について説明する。
That is, by controlling the rotation and thrust of the rotary resistor based on the equations (5) and (6), the rotational speed and thrust of the rotary resistor can be accurately controlled while suppressing the influence of the reaction force received from the soil layer. It is possible to control
By acquiring the reaction force (resistance to rotation) input from the soil layer to the rotary resistor controlled in this way, parameters that accurately reflect the properties of the soil layer (particle size, viscosity, etc.) can be obtained. can be obtained.
That is, by analyzing the acquired parameters, it becomes possible to more accurately measure the properties of the soil layer.
A specific embodiment of the soil layer investigation device according to the present invention will be described below.
[第1実施形態]
[土層調査装置の構成]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る土層調査装置1の構成を概略的に示す図である。また、図2は、土層調査装置1の機能的構成を示すブロック図である。なお、図2においては、土層調査装置1の機能的構成のうち、本発明に関連する主要な機能構成を示している。
[First embodiment]
[Structure of Soil Layer Investigation Device]
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a soil
図1,2に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る土層調査装置1は、土層を掘削するための作業部材11と、作業部材11を駆動する作業部材駆動部12とを有し、作業部材11を動かして調査対象の土層に対する作業を行う作業部10と、作業部材11の位置を検出する位置検出部20と、操作情報を有する操作部30とを備えている。また、土層調査装置1は、土層調査装置1の各部を制御する制御装置50を有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, a soil
作業部材駆動部12は、作業部材11を回転させる回転駆動部としてのトルク発生部13と、作業部材11に推力を与える推進駆動部としての推力発生部14とを有している。トルク発生部13は、電動モータ等のアクチュエータを有しており、作業部材11に軸線x周りのトルクを与える。推力発生部14は、電動モータ等のアクチュエータを有しており、作業部材11に軸線x方向の推力を与える。
The work
操作部30は、操作情報を有する。操作情報は、作業部10の作業を指定するための情報や作業部材11の動きを規定するための情報である。具体的に、操作情報は、後述する回転抵抗体16の目標推力の情報と、回転抵抗体16の目標回転速度の情報とを含む。
The
操作部30は、制御装置50に通信可能に接続されており、制御装置50との間で信号の送受信を行うことが可能になっている。また、操作部30は、操作情報等の情報の入力が可能になっており、調査者は操作部30の操作によって操作部30に操作情報や値等の情報を入力することができる。
The
土層調査装置1においては、操作情報に対応した回転速度で作業部材11が回転し、また、操作情報に対応した推力で作業部材11が押し付けられるようになっている。操作部30は、例えば調査者が操作可能な端末であり、より具体的にはパーソナルコンピューター等である。例えば、調査者が操作部30を操作して操作情報を入力することにより、操作部30と接続された制御装置50に、作業部材11の推力の目標値と作業部材11の回転速度の目標値が設定される。
In the soil
作業部10は、図1に示すように、軸線x方向に往復移動可能に、また、軸線x周りに回動可能に構成された作業部材11を有しており、作業部材11は、例えば、一端に回転抵抗体16を有する軸線x方向に延びるロッド15を有している。ロッド15は、軸線x周りに回転可能になっており、例えば、直線状に延びる棒状の部材である。回転抵抗体16は、例えば、図1に示すように、円柱状の基体部16aを有しており、基体部16aはロッド15の先端15aに接続されており、基体部16aのロッド15との接続部分とは反対の側に、ロッド15(回転抵抗体16)の回転方向に面する面を有する羽根部16bを少なくとも1つ有している。このように、回転抵抗体16が土層に押し付けられてロッド15が回転させられると、羽根部16bが土層を掻き分けるように土層内を回転して移動し、回転抵抗体16が回転に対して抵抗となり抵抗力(トルク)が発生するようになっている。ロッド15の構造は、上述の構造に限られず、軸線x周りに回転可能となるものであればよい。また、回転抵抗体16も、上述の構造に限られず、ロッド15の回転に対して土層から抵抗を受けるものであればよい。例えば回転抵抗体16は、羽根部16bを有していなくてもよい。
As shown in FIG. 1, the working
トルク発生部13は、電動モータ等のアクチュエータを有しており、制御装置50からの制御値の入力に応じて、ロッド15に軸線x周りのトルクを与え、ロッド15を軸線x周りに回動可能にしている。トルク発生部13は、例えば、推力発生部14の後述する可動部材14aに設けられ、その出力軸13aが接続部材13bを介してロッド15の後端15bに接続されている。接続部材13bは、例えばソケットであり、トルク発生部13の出力軸13aの先端とロッド15の後端15bとを接続する部材であり、トルク発生部13の出力軸13aとロッド15とを相対回動不能に接続する。トルク発生部13は、ロッド15の後端15bにトルクを伝達する。また、推力発生部14は、電動モータ等のアクチュエータを有しており、制御装置50からの制御値の入力に応じて、ロッド15にその延び方向(軸線x方向において後端15bから先端15aに向かう方向)の力(推力)を与え、ロッド15を軸線xに沿って往復移動可能にしている。推力発生部14は、例えば図1に示すように、軸線xに沿って往復移動する可動部材14aとアクチュエータ14bとを有している。推力発生部14において、可動部材14aは、アクチュエータ14bの動力を受けて軸線x方向に往復移動するようになっている。アクチュエータ14bは、例えばリニアモータアクチュエータであり、可動部材14aに固定された可動子14cと、後述する保持部材17に固定された軸線x方向に延びる軸14dとを有している。アクチュエータ14bにおいて、可動子14cは、制御装置50からの制御値の入力に応じて軸14dに沿って移動する。この可動子14cの駆動により、可動部材14aが軸線x方向に移動する。アクチュエータ14bは、リニアモータアクチュエータに限られず、他のアクチュエータであってもよい。
The
また、作業部10は、図1に示すように、作業部材11及び作業部材駆動部12(トルク発生部13及び推力発生部14)を保持する保持部材17を有している。保持部材17は、平面(接地面)に設置可能になっており、接地面に対して軸線xが垂直又は略垂直となるように、作業部材11及び作業部材駆動部12を保持するように形成されている。また、保持部材17において推力発生部14は、回転抵抗体16が接地面に接触する位置よりも更に下方に回転抵抗体16を移動できるように保持されている。なお、下方とは、軸線x方向において、ロッド15の後端15bから先端15aに向かう方向である。また、保持部材17は、推力発生部14によって回転抵抗体16が接地面に押し付けられた際に、反力によって推力発生部14が上方に移動しないようになっている。保持部材17は、例えば、図1に示すように、アクチュエータ14bを保護するためのカバー17aを有しており、アクチュエータ14bはカバー17aによって覆われている。カバー17aの左右の側面には、可動部材14aの移動を案内する貫通孔17bが形成されている。なお、可動部材14aは、背面、左右の側面及び前面を構成する部材によって筒状に形成され、前面にトルク発生部13が設置されている。可動部材14aの背面は、左右の貫通孔17bを通ってカバー17aを貫通し、可動部材14aの左右の側面及び前面と共に、カバー17aの奥行方向における前面側を囲んでいる。また、可動部材14aの背面には、アクチュエータ14bの可動子14cが固定されている。即ち、可動部材14aはカバー17aの前面側を囲い込む構造となっており、アクチュエータ14bの可動子14cの駆動により、可動部材14aがカバー17aの前面側の形状に案内されながら軸線x方向に移動する。これにより、可動部材14aとカバー17aとの間でがたつきが発生することを抑制できるため、可動部材14aの軸線x方向における移動を安定させ、トルク発生部13の動作(ロッド15の回動)により可動部材14aに生じる反動を抑制することができる。
In addition, as shown in FIG. 1, the working
図2に示すように、土層調査装置1は、位置検出部20を有しており、位置検出部20は、作業部材11の軸線x方向における位置を検出する推進位置検出部21と、作業部材11の軸線x周りの位置(回転位置)を検出する回転位置検出部22とを有している。具体的には、推進位置検出部21は、位置センサであり、ロッド15又は回転抵抗体16の軸線x方向における位置を検出する。推進位置検出部21は、例えば、回転抵抗体16の軸線x方向における位置を検出する位置センサであり、所定の基準位置に対する位置を検出可能にする。また、回転位置検出部22は、具体的には、位置センサであり、ロッド15又は回転抵抗体16の軸線x周りの位置を検出する。回転位置検出部22は、例えば、軸線xを中心とする回転方向における回転抵抗体16の回転位置を検出する回転位置センサであり、所定の基準回転位置に対する回転位置(回転角度)を検出可能にする。推進位置検出部21は、作業部10に取り付けられていてもよく、作業部10に取り付けられていなくてもよい。同様に、回転位置検出部22は、作業部10に取り付けられていてもよく、作業部10に取り付けられていなくてもよい。
As shown in FIG. 2, the soil
制御装置50は、図2に示すように、作業部材駆動部12及び位置検出部20に通信可能に接続されており、図1に示すように、作業部10に取り付けられている。制御装置50は、作業部10に取り付けられていなくてもよく、操作部30に組み込まれていてもよく、また、作業部10及び操作部30とは別体として構成されていてもよい。制御装置50は、作業部10、位置検出部20、及び操作部30に通信可能に接続されていればよい。
The
制御装置50には、調査者による操作部30に対する入力操作によって設定された操作情報と、位置検出部20によって検出された情報とが入力される。また、制御装置50には、土層の状態が変化したか否かの判定基準等の情報が入力されてもよい。
Operation information set by an investigator's input operation to the
[機能的構成]
次に、土層調査装置1の機能的構成について説明する。
図2に示すように、土層調査装置1は、制御装置50において、回転目標設定部100と、推進目標設定部200と、回転制御部300と、推進制御部400と、測定結果取得部500と、状態判定部600と、を備えている。これらの機能ブロックは、例えば、上述した制御装置50を構成するマイクロコントローラ、コントローラ、およびモータドライバ等のハードウェア資源と、当該マイクロコントローラおよびコントローラ等に記憶されているプログラム(ソフトウェア資源)とが協働することによって実現される。
[Functional configuration]
Next, the functional configuration of the soil
As shown in FIG. 2, the soil
回転目標設定部100は、調査者の入力操作に従って、回転抵抗体16の目標回転速度を設定する。回転抵抗体16の目標回転速度は、回転制御部300が式(5)に基づく制御を実行する場合に、基準値として用いられる回転速度の設定値である。本実施形態においては、回転抵抗体16を一定速度で回転させる場合の速度及び回転抵抗体16の速度を周期変化させる場合の速度のそれぞれが目標回転速度として設定される。なお、回転抵抗体16の目標回転速度は、調査者の入力操作に従って設定することができる他、目標回転速度が記述された設定ファイルを読み込むこと等によっても設定することができる。
The rotation
推進目標設定部200は、調査者の入力操作に従って、回転抵抗体16の目標推力を設定する。回転抵抗体16の目標推力は、推進制御部400が式(6)に基づく制御を実行する場合に、基準値として用いられる推力の設定値である。本実施形態においては、回転抵抗体16を一定の推力で推進させる場合の推力が目標推力として設定される。なお、回転抵抗体16の目標推力は、調査者の入力操作に従って設定することができる他、目標推力が記述された設定ファイルを読み込むこと等によっても設定することができる。
The propulsion
回転制御部300は、回転目標設定部100によって設定された目標回転速度及び回転抵抗体16の現在の角度(位置)を入力として、式(5)に基づく座標変換を行い、回転抵抗体16の角度及び回転トルクを逐次算出することにより、回転抵抗体16の回転動作を制御する。本実施形態において、回転制御部300は、土層の測定を行う際の標準の制御においては、回転抵抗体16の回転速度を一定とし、状態判定部600から回転抵抗体16の回転速度を周期変化させるための指示信号が入力された場合には、回転抵抗体16の回転速度を一時的に周期変化させる(例えば、一定時間あるいは一定の推進距離の間だけ周期変化させる。)。なお、回転制御部300の詳細な機能的構成については後述する。
The
推進制御部400は、推進目標設定部200によって設定された目標推力及び回転抵抗体16の現在の推力(アクチュエータの現在の出力トルク)を入力として、式(5)に基づく座標変換を行い、回転抵抗体16の位置(掘削方向の位置)及び推力(アクチュエータの出力)を逐次算出することにより、回転抵抗体16の推進動作を制御する。なお、推進制御部400の詳細な機能的構成については後述する。
The
測定結果取得部500は、回転抵抗体16が土層から受ける反力(または土層の性質を把握できる他のパラメータ)を取得し、取得した反力を半導体メモリ等からなる記憶部に記憶する。また、測定結果取得部500は、記憶した反力に基づいて、土層の性質を表す各種パラメータ(粘度、水分特性等)を算出し、算出したパラメータを記憶部に記憶する。このように算出されたパラメータは、土層の測定結果を表すものとなる。
The measurement
状態判定部600は、測定結果取得部500によって取得された反力(または算出されたパラメータ)に基づいて、土層の状態に変化があるか否かを判定する。そして、状態判定部600は、土層の状態に変化があると判定した場合、回転制御部300に対し、目標回転速度を周期変化する回転速度に変更するための指示信号を出力する。なお、土層に含まれる砂や砂利の粒度が大きく変化する等、土層の状態が変化した場合には、回転抵抗体16の回転速度を一定として土層を測定しても、適切な測定結果が得られ難い。そこで、本実施形態においては、回転抵抗体16の回転速度を周期的に変化させることで、土層のより適切な測定を図ることとしている。
The
[回転制御部300の機能的構成]
次に、回転制御部300の詳細な機能的構成について説明する。
図3は、回転制御部300の詳細な機能的構成を示すブロック図である。
図3に示すように、回転制御部300は、回転位置取得部301と、第1座標変換部302と、第1力領域演算部303と、第1位置領域演算部304と、第1逆変換部305と、回転用アクチュエータ制御部306と、を備えている。
[Functional Configuration of Rotation Control Unit 300]
Next, a detailed functional configuration of the
FIG. 3 is a block diagram showing a detailed functional configuration of the
As shown in FIG. 3, the
回転位置取得部301は、回転抵抗体16の回転位置に関する情報を逐次取得する。回転抵抗体16の回転位置に関する情報としては、回転方向における現在の角度を取得することができる他、回転方向における現在の角速度、現在の角加速度等を取得することとしてもよい。
第1座標変換部302は、回転目標設定部100によって設定された目標回転速度及び回転抵抗体16の回転方向における現在の角度(位置)を入力として、式(5)に基づく座標変換を実行する。
A rotational
The first coordinate
第1力領域演算部303は、第1座標変換部302における座標変換の結果に基づいて、力の領域における演算を実行する。本実施形態において、回転抵抗体16の回転動作は、設定された回転速度と一致するよう制御されるため、回転トルクについては、システムが許容する範囲内で、回転速度を目標回転速度と一致させるための任意の値が算出される。
第1位置領域演算部304は、第1座標変換部302における座標変換の結果に基づいて、位置の領域における演算を実行する。本実施形態において、第1位置領域演算部304は、式(5)で座標変換された位置領域の状態値が、制御目標値(ここではゼロ)となるための位置の領域の値を算出する。即ち、第1位置領域演算部304は、回転抵抗体16の回転位置が目標回転速度から定まる位置と一致するための位置の領域の値を算出する。
The first force
The first position
第1逆変換部305は、第1力領域演算部303によって算出された力及び第1位置領域演算部304によって算出された位置の領域の値を回転用アクチュエータへの入力の領域の値(電流の指令値等)に変換する。
回転用アクチュエータ制御部306は、第1逆変換部305によって変換された回転用アクチュエータへの入力の領域の値に基づいて、回転用アクチュエータの制御信号を出力する。
The first
The rotary
[推進制御部400の機能的構成]
次に、推進制御部400の詳細な機能的構成について説明する。
図4は、推進制御部400の詳細な機能的構成を示すブロック図である。
図4に示すように、推進制御部400は、推進位置取得部401と、第2座標変換部402と、第2力領域演算部403と、第2位置領域演算部404と、第2逆変換部405と、推進用アクチュエータ制御部406と、を備えている。
[Functional Configuration of Propulsion Control Unit 400]
Next, a detailed functional configuration of the
FIG. 4 is a block diagram showing a detailed functional configuration of the
As shown in FIG. 4, the
推進位置取得部401は、回転抵抗体16の推進位置に関する情報を逐次取得する。回転抵抗体16の推進位置に関する情報としては、掘削方向における現在の位置を取得することができる他、掘削方向における現在の速度、現在の加速度等を取得することとしてもよい。
第2座標変換部402は、推進目標設定部200によって設定された目標推力及び回転抵抗体16の掘削方向における現在の位置を入力として、式(6)に基づく座標変換を実行する。なお、回転抵抗体(ロッド)16の推力は、回転抵抗体16の掘削方向における現在の位置(加速度)から算出することができ、回転抵抗体16の推力と推進用アクチュエータの回転トルクτsとは互いに換算可能なパラメータであるため、式(6)においては推進用アクチュエータの回転トルクτsが入力として用いられる。
The propulsion
The second coordinate
第2力領域演算部403は、第2座標変換部402における座標変換の結果に基づいて、力の領域における演算を実行する。本実施形態において、第2力領域演算部403は、式(6)で座標変換された力領域の状態値が、制御目標値(ここではゼロ)となるための力の領域の値を算出する。
第2位置領域演算部404は、第2座標変換部402における座標変換の結果に基づいて、位置の領域における演算を実行する。本実施形態において、回転抵抗体16の推進動作は、設定された推力と一致するよう制御されるため、掘削方向における位置については、システムが許容する範囲内で、推力を目標推力と一致させるための任意の値が算出される。
The second force
The second position
第2逆変換部405は、第2力領域演算部403によって算出された力及び第2位置領域演算部404によって算出された位置の領域の値を推進用アクチュエータへの入力の領域の値(電流の指令値等)に変換する。
推進用アクチュエータ制御部406は、第2逆変換部405によって変換された推進用アクチュエータへの入力の領域の値に基づいて、推進用アクチュエータの制御信号を出力する。
The second
The propulsion
[動作]
次に、土層調査装置1の動作を説明する。
図5は、土層調査装置1の制御装置50が実行する土層調査処理の流れを示すフローチャートである。
土層調査処理は、土層調査装置1において、土層調査処理の実行を指示する操作が行われることに対応して開始される。
[motion]
Next, the operation of the soil
FIG. 5 is a flow chart showing the flow of soil layer investigation processing executed by the
The soil layer investigation process is started in the soil
ステップS1において、回転目標設定部100は、調査者の入力操作に従って、回転抵抗体16の目標回転速度を設定する。また、推進目標設定部200は、調査者の入力操作に従って、回転抵抗体16の目標推力を設定する。
ステップS2において、回転制御部300は、回転目標設定部100によって設定された目標回転速度(一定の回転速度)及び回転抵抗体16の現在の角度(位置)を入力として、式(5)に基づく座標変換を行い、回転抵抗体16の角度及び回転トルクを逐次算出することにより、回転抵抗体16の回転動作を制御する。また、推進制御部400は、推進目標設定部200によって設定された目標推力及び回転抵抗体16の現在の推力(アクチュエータの現在の出力トルク)を入力として、式(5)に基づく座標変換を行い、回転抵抗体16の位置(掘削方向の位置)及び推力(アクチュエータの出力)を逐次算出することにより、回転抵抗体16の推進動作を制御する。
In step S1, the rotation
In step S2, the
ステップS3において、測定結果取得部500は、回転抵抗体16が土層から受ける反力(または土層の性質を把握できる他のパラメータ)を取得し、取得した反力を半導体メモリ等からなる記憶部に記憶する。また、測定結果取得部500は、記憶した反力に基づいて、土層の性質を表す各種パラメータ(粘度、水分特性等)を算出し、算出したパラメータを記憶部に記憶する。
In step S3, the measurement
ステップS4において、状態判定部600は、測定結果取得部500によって取得された反力(または算出されたパラメータ)に基づいて、土層の状態に変化があるか否かを判定する。
土層の状態に変化がない場合、ステップS4においてNOと判定されて、処理はステップS7に移行する。
一方、土層の状態に変化がある場合、ステップS4においてYESと判定されて、処理はステップS5に移行する。
In step S<b>4 , the
If there is no change in the state of the soil layer, NO is determined in step S4, and the process proceeds to step S7.
On the other hand, if there is a change in the condition of the soil layer, YES is determined in step S4, and the process proceeds to step S5.
ステップS5において、状態判定部600は、回転制御部300に対し、目標回転速度を周期変化する回転速度に変更するための指示信号を出力する。これにより、回転制御部300は、回転抵抗体16の回転速度を一時的に周期変化させる。
ステップS6において、測定結果取得部500は、回転抵抗体16が土層から受ける反力(または土層の性質を把握できる他のパラメータ)を取得し、取得した反力を半導体メモリ等からなる記憶部に記憶する。また、測定結果取得部500は、記憶した反力に基づいて、土層の性質を表す各種パラメータ(粘度、水分特性等)を算出し、算出したパラメータを記憶部に記憶する。
In step S5, the
In step S6, the measurement
ステップS7において、制御装置50は、土層調査処理の終了が指示されたか否か(停止ボタンが操作されたか否か等)を判定する。
土層調査処理の終了が指示されていない場合、ステップS7においてNOと判定されて、処理はステップS2に移行する。
一方、土層調査処理の終了が指示された場合、ステップS7においてYESと判定されて、土層調査処理は終了となる。
In step S7, the
If the termination of the soil layer investigation process has not been instructed, a determination of NO is made in step S7, and the process proceeds to step S2.
On the other hand, when the end of the soil layer investigation process is instructed, YES is determined in step S7, and the soil layer investigation process ends.
このような処理により、土層調査装置1においては、回転抵抗体16の回転(回転速度等)及び推力(土層に対する押圧力等)が制御され、土層からの反力が加わる状況においても、回転抵抗体16の回転及び推力の正確な制御が図られる。
そのため、土層の掘削時に回転抵抗体16が土層から受ける反力をより正確に取得できることから、取得された反力を解析することで、土層の性質をより正確に把握することができる。
即ち、本発明に係る土層調査装置に1よれば、土層をより正確に測定することが可能となる。
Through such processing, in the soil
Therefore, since the reaction force that the
That is, according to the soil
本土層調査方法によって、ロッド15を回転させるトルクの値は、例えば図6に示すように検出される。図6に示すように、ロッド15を一定の回転速度で回転させるトルク値は、一定ではなく変動する。このトルク値の変動の様子は、土層の成分に応じて異なってくると考えられる。具体的には、検出されたトルクの最大値と最小値との比であるトルク変動係数と、土層の最大粒径との間には相関があり、土層の最大粒径が大きいほどトルク変動係数が増加すると考えられる。このため、ロッド15の土層への押し付け力を一定に保った状態でロッド15を回転させるトルク値の変動を検出することにより、トルク変動係数に基づいて土層の最大粒径を予測することができ、予測された土層の最大粒径から土層の成分を予測することができる。
The value of the torque for rotating the
また、本土層調査方法によって、ロッド15を押し付ける推力の値とロッド15を回転させるトルクの値との関係から、土層の内部摩擦角を予測することができる。つまり、ロッド15を押し付ける推力の大きさを変化させ、各々の推力の値において所定の一定の回転速度でロッド15を回転させるトルクの値を検出することにより、図7に示すように、調査対象の土層毎に推力とトルクとの関係を得ることができる。この得られた推力値とトルク値との関係から、土層の内部摩擦角を予測することができる。
Further, the internal friction angle of the soil layer can be predicted from the relationship between the thrust value for pressing the
本発明の実施形態に係る土層調査装置1においては、上述のように、制御装置50の制御により、回転抵抗体16が土層に押し付けられる力を一定にすることができる。このため、回転抵抗体16が土層から受ける抵抗トルクを正確に検出することができる。
In the soil
このように、本発明の実施形態に係る土層調査装置1、土層調査装置1の制御装置50、土層調査装置1の制御方法、及び土層調査方法によれば、試験試料の採取を必要とすることなく土層の調査を行うことができる。
As described above, according to the soil
上述の本発明の実施形態に係る土層調査装置1において、操作部30において設定された操作情報は、ロッド15の回転速度の基準値としてロッド15を一定の回転速度で回転させるようにする情報を有しているとしたが、操作情報は、これに限られない。例えば、操作情報は、ロッド15の回転速度の基準値として、ロッド15の回転速度が所定の周期で変化するようにロッド15を回転させるようにする情報を有していてもよい。例えば、ロッド15の回転速度が、三角関数の周期で変化するようにする操作情報を操作部30が有していてもよい。このように、ロッド15の回転速度が所定の周期で変化するようにロッド15を回転させるようにすることにより、調査対象の土層の粘土を調査することができる。
In the soil
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記本発明の実施形態に限定されるものではなく、本発明の概念及び特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題及び効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせてもよい。例えば、上記実施形態における、各構成要素の形状等の形態は、本発明の具体的使用態様によって適宜変更され得る。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments of the present invention, and includes all aspects included in the concept of the present invention and the scope of claims. Moreover, each configuration may be selectively combined as appropriate so as to achieve at least part of the above-described problems and effects. For example, the form such as the shape of each component in the above-described embodiment may be appropriately changed according to the specific usage of the present invention.
また、上述の実施形態において、特許第6382203号公報に記載された位置・力制御方法を応用して制御を行う場合を例に挙げて説明したが、制御方法はこれに限られない。即ち、本発明を実施する場合、回転抵抗体16の回転速度を目標回転速度に制御しつつ、必要な回転トルクを与えることができ、回転抵抗体16の推力を目標推力に制御しつつ、必要な速度を与えることができるものであれば、他の制御方法を用いることも可能である。
Further, in the above-described embodiment, the case where control is performed by applying the position/force control method described in Japanese Patent No. 6382203 has been described as an example, but the control method is not limited to this. That is, when the present invention is carried out, it is possible to apply a necessary rotational torque while controlling the rotation speed of the
本発明に係る土層調査装置、土層調査装置の制御装置、土層調査装置の制御方法、及び土層調査方法は、本発明に係る土層調査装置を上述のように調査対象の土層に設置して行う土層調査のみではなく、機械に取り付けられて用いられてもよい。本発明に係る土層調査装置、土層調査装置の制御装置、土層調査装置の制御方法、及び土層調査方法は、例えば、土層を調査するロボットに適用されてもよく、掘削機に適用されてもよい。掘削機に適用される場合は、例えば、シールドチャンバー内の土砂の性状を検出するために、本発明に係る土層調査装置、土層調査装置の制御装置、土層調査装置の制御方法、及び土層調査方法は用いられ、検出結果は例えば加泥材や気泡の注入管理に使用される。 A soil layer investigation device, a soil layer investigation device control device, a soil layer investigation device control method, and a soil layer investigation method according to the present invention provide a soil layer investigation device according to the present invention as described above. It may be used by being attached to a machine as well as being installed on a machine for soil layer survey. INDUSTRIAL APPLICABILITY The soil layer investigation device, the control device for the soil layer investigation device, the control method for the soil layer investigation device, and the soil layer investigation method according to the present invention may be applied, for example, to a robot for investigating a soil layer, or to an excavator. may be applied. When applied to an excavator, for example, in order to detect the properties of the earth and sand in the shield chamber, the soil layer investigation device according to the present invention, the soil layer investigation device control device, the soil layer investigation device control method, and A soil survey method is used, and the detection results are used, for example, for the injection management of mud addition materials and air bubbles.
また、回転抵抗体16は、基体部16aを有しておらず、羽根部16bのみを有していてもよい。また、回転抵抗体16は羽根部16bを有していなくてもよく、この場合、基体部16aのロッド15との接続部とは反対側の端面は、土層から抵抗を受けるような形状や性状(表面粗さ等)に形成されている。
Further, the
また、上述の実施形態における制御装置50の処理は、ハードウェア及びソフトウェアのいずれにより実行させることも可能である。即ち、上述の処理を実行できる機能が制御装置50に備えられていればよく、この機能を実現するためにどのような機能構成及びハードウェア構成とするかは上述の例に限定されない。上述の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータにネットワークや記憶媒体からインストールされる。
Also, the processing of the
プログラムを記憶する記憶媒体は、配布可能なリムーバブルメディア、あるいは、制御装置50に予め組み込まれた記憶媒体等で構成される。リムーバブルメディアは、例えば、フラッシュメモリ、磁気ディスク、光ディスク、または光磁気ディスク等により構成される。光ディスクは、例えば、CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disk),Blu-ray Disc(登録商標)等により構成される。光磁気ディスクは、MD(Mini-Disk)等により構成される。また、制御装置50本体に予め組み込まれた記憶媒体は、例えば、プログラムが記憶されているROMやハードディスク等で構成される。
A storage medium for storing the program is composed of a distributable removable medium, a storage medium pre-installed in the
1…土層調査装置、10…作業部、11…作業部材、12…作業部材駆動部、13…回転駆動部(トルク発生部)、13a…出力軸、13b…接続部材、14…推進駆動部(推力発生部)、14a…可動部材、14b…アクチュエータ、14c…可動子、14d…軸、15…ロッド、15a…先端、15b…後端、16…回転抵抗体、16a…基体部、16b…羽根部、17…保持部材、17a…カバー、17b…貫通孔、20…位置検出部、21…推進位置検出部、22…回転位置検出部、30…操作部、50…制御装置、100…回転目標設定部、200…推進目標設定部、300…回転制御部、301…回転位置取得部、302…第1座標変換部、303…第1力領域演算部、304…第1位置領域演算部、305…第1逆変換部、306…回転用アクチュエータ制御部、400…推進制御部、401…推進位置取得部、402…第2座標変換部、403…第2力領域演算部、404…第2位置領域演算部、405…第2逆変換部、406…推進用アクチュエータ制御部、500…測定結果取得部、600…状態判定部。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記作業部材を回転させる回転駆動部と、
前記作業部材に推力を与える推進駆動部と、
前記回転駆動部による前記作業部材の回転速度を目標回転速度に制御する回転制御部と、
前記推進駆動部による前記作業部材の推力を目標推力に制御する推進制御部と、
前記目標回転速度で回転され、かつ、前記目標推力で推進されている前記作業部材に土層から入力する反力に関する情報を取得する測定結果取得部と、
を備え、
前記回転制御部は、
前記作業部材の回転方向における回転位置に関する情報を取得する回転位置取得部と、
前記目標回転速度及び前記作業部材の回転方向における現在の回転位置に基づいて、前記作業部材の回転の制御における位置及び力の領域への制御エネルギーの変換を行う第1変換部と、
前記第1変換部の変換結果に基づいて、位置の領域における演算を行う第1位置領域演算部と、
前記作業部材が前記目標回転速度で回転するための力の領域における値を算出する第1力領域演算部と、
前記第1位置領域演算部及び前記第1力領域演算部の演算結果に基づいて、前記回転駆動部の入力への変換を行う第1逆変換部と、
を備えることを特徴とする土層調査装置。 a working member for excavating a soil layer;
a rotary drive unit that rotates the working member;
a propulsion drive unit that applies thrust to the working member;
a rotation control unit that controls the rotation speed of the working member by the rotation drive unit to a target rotation speed;
a propulsion control unit that controls the thrust of the working member by the propulsion drive unit to a target thrust;
a measurement result acquisition unit that acquires information about a reaction force input from a soil layer to the working member that is rotated at the target rotation speed and propelled by the target thrust;
with
The rotation control unit is
a rotational position acquisition unit that acquires information about the rotational position of the working member in the rotational direction;
a first conversion unit that converts control energy into a position and force domain in controlling rotation of the working member based on the target rotational speed and the current rotational position in the direction of rotation of the working member;
a first position area calculation unit that performs calculation in a position area based on the conversion result of the first conversion unit;
a first force region calculator that calculates a value in a force region for rotating the working member at the target rotational speed;
a first inverse transforming unit that transforms into an input of the rotation driving unit based on the computation results of the first position area computing unit and the first force area computing unit;
A soil layer investigation device comprising:
前記作業部材を回転させる回転駆動部と、
前記作業部材に推力を与える推進駆動部と、
前記回転駆動部による前記作業部材の回転速度を目標回転速度に制御する回転制御部と、
前記推進駆動部による前記作業部材の推力を目標推力に制御する推進制御部と、
前記目標回転速度で回転され、かつ、前記目標推力で推進されている前記作業部材に土層から入力する反力に関する情報を取得する測定結果取得部と、
を備え、
前記推進制御部は、
前記作業部材の掘削方向における推進位置に関する情報を取得する推進位置取得部と、
前記目標推力及び前記作業部材の掘削方向における現在の位置に基づいて、前記作業部材の推進の制御における位置及び力の領域への制御エネルギーの変換を行う第2変換部と、
前記第2変換部の変換結果に基づいて、力の領域における演算を行う第2力領域演算部と、
前記作業部材が前記目標推力で推進するための位置の領域における値を算出する第2位置領域演算部と、
前記第2力領域演算部及び前記第2位置領域演算部の演算結果に基づいて、前記推進駆動部の入力への変換を行う第2逆変換部と、
を備えることを特徴とする土層調査装置。 a working member for excavating a soil layer;
a rotary drive unit that rotates the working member;
a propulsion drive unit that applies thrust to the working member;
a rotation control unit that controls the rotation speed of the working member by the rotation drive unit to a target rotation speed;
a propulsion control unit that controls the thrust of the working member by the propulsion drive unit to a target thrust;
a measurement result acquisition unit that acquires information about a reaction force input from a soil layer to the working member that is rotated at the target rotation speed and propelled by the target thrust;
with
The propulsion control unit is
a propulsion position acquisition unit that acquires information about the propulsion position of the working member in the excavation direction;
a second conversion unit for converting control energy into a region of position and force in controlling propulsion of the work member based on the target thrust and the current position of the work member in the digging direction;
a second force region calculation unit that performs calculations in the force region based on the conversion result of the second conversion unit;
a second position area calculation unit that calculates a value in a position area for propelling the working member with the target thrust;
a second inverse transforming unit that transforms into the input of the propulsion drive unit based on the computation results of the second force area computing unit and the second position area computing unit;
A soil layer investigation device comprising :
前記回転制御部は、前記状態判定部によって土層の状態に変化があると判定された場合に、前記作業部材の目標回転速度を周期変化する回転速度に設定することを特徴とする請求項1または2に記載の土層調査装置。 Further comprising a state determination unit that determines whether there is a change in the state of the soil layer based on the information about the reaction force acquired by the measurement result acquisition unit,
2. The rotation control unit sets the target rotation speed of the working member to a rotation speed that periodically changes when the state determination unit determines that the state of the soil layer has changed. 3. The soil layer investigation device according to 2 .
前記回転駆動部は、前記ロッドに軸線周りのトルクを与え、前記推進駆動部は、前記回転抵抗体を前記土層に押し付ける前記推力を前記ロッドに与えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の土層調査装置。 the working member comprises an axially extending rod having a rotational resistance at one end;
4. The method according to any one of claims 1 to 3 , wherein the rotation drive section applies torque about the axis to the rod, and the propulsion drive section provides the rod with the thrust that presses the rotation resistor against the soil layer. The soil layer investigation device according to any one of the above items.
前記制御装置は、
前記回転駆動部による前記作業部材の回転速度を目標回転速度に制御する回転制御部と、
前記推進駆動部による前記作業部材の推力を目標推力に制御する推進制御部と、
前記目標回転速度で回転され、かつ、前記目標推力で推進されている前記作業部材に土層から入力する反力に関する情報を取得する測定結果取得部と、を備え、
前記回転制御部は、
前記作業部材の回転方向における回転位置に関する情報を取得する回転位置取得部と、
前記目標回転速度及び前記作業部材の回転方向における現在の回転位置に基づいて、前記作業部材の回転の制御における位置及び力の領域への制御エネルギーの変換を行う第1変換部と、
前記第1変換部の変換結果に基づいて、位置の領域における演算を行う第1位置領域演算部と、
前記作業部材が前記目標回転速度で回転するための力の領域における値を算出する第1力領域演算部と、
前記第1位置領域演算部及び前記第1力領域演算部の演算結果に基づいて、前記回転駆動部の入力への変換を行う第1逆変換部と、
を備えることを特徴とする土層調査装置の制御装置。 A control device for a soil layer investigation device having a work member for excavating a soil layer, a rotation drive section for rotating the work member, and a propulsion drive section for applying thrust to the work member,
The control device is
a rotation control unit that controls the rotation speed of the working member by the rotation drive unit to a target rotation speed;
a propulsion control unit that controls the thrust of the working member by the propulsion drive unit to a target thrust;
a measurement result acquisition unit that acquires information about a reaction force input from the soil layer to the working member rotated at the target rotational speed and propelled by the target thrust ,
The rotation control unit is
a rotational position acquisition unit that acquires information about the rotational position of the working member in the rotational direction;
a first conversion unit that converts control energy into a position and force domain in controlling rotation of the working member based on the target rotational speed and the current rotational position in the direction of rotation of the working member;
a first position area calculation unit that performs calculation in a position area based on the conversion result of the first conversion unit;
a first force region calculator that calculates a value in a force region for rotating the working member at the target rotation speed;
a first inverse transforming unit that transforms into an input of the rotation driving unit based on the computation results of the first position area computing unit and the first force area computing unit;
A control device for a soil investigation device, comprising:
前記制御装置は、The control device is
前記回転駆動部による前記作業部材の回転速度を目標回転速度に制御する回転制御部と、a rotation control unit that controls the rotation speed of the working member by the rotation drive unit to a target rotation speed;
前記推進駆動部による前記作業部材の推力を目標推力に制御する推進制御部と、a propulsion control unit that controls the thrust of the working member by the propulsion drive unit to a target thrust;
前記目標回転速度で回転され、かつ、前記目標推力で推進されている前記作業部材に土層から入力する反力に関する情報を取得する測定結果取得部と、を備え、a measurement result acquisition unit that acquires information about a reaction force input from the soil layer to the working member rotated at the target rotational speed and propelled by the target thrust,
前記推進制御部は、The propulsion control unit is
前記作業部材の掘削方向における推進位置に関する情報を取得する推進位置取得部と、a propulsion position acquisition unit that acquires information about the propulsion position of the working member in the excavation direction;
前記目標推力及び前記作業部材の掘削方向における現在の位置に基づいて、前記作業部材の推進の制御における位置及び力の領域への制御エネルギーの変換を行う第2変換部と、a second conversion unit for converting control energy into a region of position and force in controlling propulsion of the work member based on the target thrust and the current position of the work member in the digging direction;
前記第2変換部の変換結果に基づいて、力の領域における演算を行う第2力領域演算部と、a second force region calculation unit that performs calculations in the force region based on the conversion result of the second conversion unit;
前記作業部材が前記目標推力で推進するための位置の領域における値を算出する第2位置領域演算部と、a second position area calculation unit that calculates a value in a position area for propelling the working member with the target thrust;
前記第2力領域演算部及び前記第2位置領域演算部の演算結果に基づいて、前記推進駆動部の入力への変換を行う第2逆変換部と、a second inverse transforming unit that transforms into the input of the propulsion drive unit based on the computation results of the second force area computing unit and the second position area computing unit;
を備えることを特徴とする土層調査装置の制御装置。A control device for a soil investigation device, comprising:
前記回転制御部によって、前記回転駆動部による前記作業部材の回転速度を目標回転速度に制御させるステップと、
前記推進制御部によって、前記推進駆動部による前記作業部材の推力を目標推力に制御させるステップと、
前記測定結果取得部によって、前記目標回転速度で回転され、かつ、前記目標推力で推進されている前記作業部材に土層から入力する反力に関する情報を取得させるステップと、
を含み、
前記作業部材の回転速度を目標回転速度に制御させるステップは、
前記作業部材の回転方向における回転位置に関する情報を取得する回転位置取得ステップと、
前記目標回転速度及び前記作業部材の回転方向における現在の回転位置に基づいて、前記作業部材の回転の制御における位置及び力の領域への制御エネルギーの変換を行う第1変換ステップと、
前記第1変換ステップの変換結果に基づいて、位置の領域における演算を行う第1位置領域演算ステップと、
前記作業部材が前記目標回転速度で回転するための力の領域における値を算出する第1力領域演算ステップと、
前記第1位置領域演算ステップ及び前記第1力領域演算ステップにおける演算結果に基づいて、前記回転駆動部の入力への変換を行う第1逆変換ステップと、
を含むことを特徴とする土層調査装置の制御方法。 A work member for excavating a soil layer, a rotation drive section for rotating the work member, a propulsion drive section for applying thrust to the work member, a rotation control section, a propulsion control section, and a measurement result acquisition section. A control method for a soil investigation device comprising:
a step of controlling the rotation speed of the working member by the rotation drive unit to a target rotation speed by the rotation control unit;
a step of controlling the thrust of the working member by the propulsion drive unit to a target thrust by the propulsion control unit;
a step of acquiring, by the measurement result acquiring unit, information about a reaction force input from a soil layer to the working member rotated at the target rotational speed and propelled by the target thrust;
including
The step of controlling the rotation speed of the working member to a target rotation speed includes:
a rotational position obtaining step of obtaining information about the rotational position of the working member in the rotational direction;
a first transformation step of transforming control energy into the domain of position and force in controlling the rotation of the working member based on the target rotational speed and the current rotational position in the direction of rotation of the working member;
a first position area calculation step of performing calculation in the position area based on the conversion result of the first conversion step;
a first force region calculation step of calculating a value in a force region for rotating the working member at the target rotation speed;
a first inverse transformation step of performing transformation to the input of the rotary drive unit based on the computation results of the first position region computation step and the first force region computation step;
A control method for a soil investigation device, comprising :
前記回転制御部によって、前記回転駆動部による前記作業部材の回転速度を目標回転速度に制御させるステップと、a step of controlling the rotation speed of the working member by the rotation drive unit to a target rotation speed by the rotation control unit;
前記推進制御部によって、前記推進駆動部による前記作業部材の推力を目標推力に制御させるステップと、a step of controlling the thrust of the working member by the propulsion drive unit to a target thrust by the propulsion control unit;
前記測定結果取得部によって、前記目標回転速度で回転され、かつ、前記目標推力で推進されている前記作業部材に土層から入力する反力に関する情報を取得させるステップと、a step of acquiring, by the measurement result acquiring unit, information about a reaction force input from a soil layer to the working member rotated at the target rotational speed and propelled by the target thrust;
を含み、including
前記作業部材の推力を目標推力に制御させるステップは、The step of controlling the thrust of the working member to a target thrust includes:
前記作業部材の掘削方向における推進位置に関する情報を取得する推進位置取得ステップと、a propulsion position acquisition step of acquiring information about the propulsion position of the working member in the excavating direction;
前記目標推力及び前記作業部材の掘削方向における現在の位置に基づいて、前記作業部材の推進の制御における位置及び力の領域への制御エネルギーの変換を行う第2変換ステップと、a second transformation step of transforming control energy into a region of position and force in controlling propulsion of the work member based on the target thrust and the current position of the work member in the digging direction;
前記第2変換ステップの変換結果に基づいて、力の領域における演算を行う第2力領域演算ステップと、a second force region calculation step of performing calculations in the force region based on the conversion result of the second conversion step;
前記作業部材が前記目標推力で推進するための位置の領域における値を算出する第2位置領域演算ステップと、a second position area calculation step of calculating a value in a position area for the working member to be propelled with the target thrust;
前記第2力領域演算ステップ及び前記第2位置領域演算ステップにおける演算結果に基づいて、前記推進駆動部の入力への変換を行う第2逆変換ステップと、a second inverse transformation step of performing transformation to the input of the propulsion drive unit based on the computation results of the second force region computation step and the second position region computation step;
を含むことを特徴とする土層調査装置の制御方法。A control method for a soil investigation device, comprising:
前記回転制御部によって、前記回転駆動部による前記作業部材の回転速度を目標回転速度に制御し、controlling the rotation speed of the working member by the rotation drive unit to a target rotation speed by the rotation control unit;
前記推進制御部によって、前記推進駆動部による前記作業部材の推力を目標推力に制御し、controlling the thrust of the work member by the propulsion drive unit to a target thrust by the propulsion control unit;
前記測定結果取得部によって、前記目標回転速度で回転され、かつ、前記目標推力で推進されている前記作業部材に土層から入力する反力に関する情報を取得し、Acquiring information about a reaction force input from the soil layer to the working member rotated at the target rotation speed and propelled with the target thrust by the measurement result acquisition unit;
前記回転制御部が前記作業部材の回転速度を目標回転速度に制御するステップにおいて、In the step in which the rotation control unit controls the rotation speed of the working member to a target rotation speed,
前記作業部材の回転方向における回転位置に関する情報を取得し、obtaining information about the rotational position of the working member in the direction of rotation;
前記目標回転速度及び前記作業部材の回転方向における現在の回転位置に基づいて、前記作業部材の回転の制御における位置及び力の領域への制御エネルギーの変換である第1変換を行い、performing a first transformation of control energy into a field of position and force in controlling the rotation of the work member based on the target rotational speed and the current rotational position in the direction of rotation of the work member;
前記第1変換の変換結果に基づいて、位置の領域における演算である第1位置領域演算を行い、Performing a first position area calculation, which is an operation in the position area, based on the transformation result of the first transformation;
前記作業部材が前記目標回転速度で回転するための力の領域における値を算出する演算である第1力領域演算を行い、performing a first force region calculation, which is a calculation for calculating a value in a force region for the working member to rotate at the target rotational speed;
前記第1位置領域演算及び前記第1力領域演算における演算結果に基づいて、前記回転駆動部の入力への変換である第1逆変換を行うことを特徴とする土層調査方法。A soil layer survey method, wherein a first inverse transformation, which is a transformation to an input of the rotary drive unit, is performed based on the computation results of the first position region computation and the first force region computation.
前記回転制御部によって、前記回転駆動部による前記作業部材の回転速度を目標回転速度に制御し、controlling the rotation speed of the working member by the rotation drive unit to a target rotation speed by the rotation control unit;
前記推進制御部によって、前記推進駆動部による前記作業部材の推力を目標推力に制御し、controlling the thrust of the work member by the propulsion drive unit to a target thrust by the propulsion control unit;
前記測定結果取得部によって、前記目標回転速度で回転され、かつ、前記目標推力で推進されている前記作業部材に土層から入力する反力に関する情報を取得し、Acquiring information about a reaction force input from the soil layer to the working member rotated at the target rotation speed and propelled with the target thrust by the measurement result acquisition unit;
前記推進制御部が前記作業部材の推力を目標推力に制御するステップにおいて、In the step in which the propulsion control unit controls the thrust of the working member to a target thrust,
前記作業部材の掘削方向における推進位置に関する情報を取得し、obtaining information about the propulsion position of the working member in the digging direction;
前記目標推力及び前記作業部材の掘削方向における現在の位置に基づいて、前記作業部材の推進の制御における位置及び力の領域への制御エネルギーの変換である第2変換を行い、performing a second transformation of control energy to a domain of position and force in controlling propulsion of the work member based on the target thrust and the current position of the work member in the digging direction;
前記第2変換の変換結果に基づいて、力の領域における演算である第2力領域演算を行い、performing a second force region calculation, which is a calculation in the force region, based on the transformation result of the second transformation;
前記作業部材が前記目標推力で推進するための位置の領域における値を算出する演算である第2位置領域演算を行い、performing a second position region calculation, which is a calculation for calculating a value in a position region for propelling the working member with the target thrust;
前記第2力領域演算及び前記第2位置領域演算における演算結果に基づいて、前記推進駆動部の入力への変換である第2逆変換を行うことを特徴とする土層調査方法。A soil layer survey method, wherein a second inverse transformation, which is a transformation to an input of the propulsion drive unit, is performed based on the computation results of the second force region computation and the second position region computation.
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- 2019-03-19 JP JP2019051762A patent/JP7244315B2/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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