こんな分野にも自動化の流れ
コンクリート吹付機の自動化
株式会社ニッコム

ニッコム紹介• ソフトウェアの受託開発をやっています。
• 委託先が見つかり難かった（見つからなかった？）案件が多く、内容的には組込的な開発案件が多数。
今回のお話も正にこのパターン。
• エンドのお客様は研究機関や、研究開発部門が主。

• ハードウェアもデバッグ調査や修正など対応。ハード開発が必要な場合はEMSのパートナー会社さんご紹介。
• 生産管理システムや自社動画配信サービス（今はやって無い）など少しクラウドっぽいこともやったりします。
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トンネルの作り方の一つ“山岳トンネル工事”• 他によく聞くのは、“シールド工法”。
※左図は鹿島建設「A4CSEL for Tunnel」コンセプト図
https://www.kajima.co.jp/news/press/202106/30c1-j.htm

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コンクリート吹付機※写真と動画は鹿島建設プレスリリースおよび開発プロジェクトより。
https://www.kajima.co.jp/news/press/202106/30c1-j.htm
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コンクリート吹付けの実際※動画は鹿島建設開発プロジェクトより。
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支保工_吹付け(60s）

吹付け目標座標 (半径R㎜)

終点(deg)

離隔距離(㎜)

吹付け_入射角(deg)C

速度(cm/s)
開始(deg)3_支保工_吹付け(15s)

吹付け_入射角(deg)

平面C

3D

6可動部の位置・速度制御による吹付け=①ブーム旋回・➁起伏・③伸縮、④アーム伸縮・⑤⑥ノズル回
転起伏立面

アームのモデル化• 産業用ロボットと異なり、既存の（人が使ってる）機械を自動化している。

吹付機のリンク座標XY

EZ2Z

DC2Z1LaZ3 410CF
ノズル先端
Y3 820

X1Y2B

AY1O

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アームのモデル式
吹付機のリンクパラメータ 点O～点C、点C2CθCα –Sθ CθSα -aSθCθ SθSα aCθ
-Sα0Cαd000
1

i-1T = CαSθi

※吹付機に合わせてY軸基準として考察。
1)zi-1軸 ま わ りにθiの 回 転 させ,yi-1軸 とyi軸 を 同方 向 に す る.

吹付機のリンク座標
Z23)yi軸 方 向 に aiだけ 平 行 移 動 させ る.
F
ノズル先端

D

Z3 410Y3 820○点O ブームスイング軸中心：原点○点A ブーム起伏軸中心①式より0T =1○点B アーム起伏軸中心 ①式よりi= 2 ai =Lb αi =0 di =0 θi=boomPitch(bp)

LaC2Z1CX1Y2 BAY1OLbi= 1 ai =Y1 αi =90 di =0 θi=boomSwing(bs)Lb = L1min + L1XYZE2)zi-1軸 方 向 にdiだ け 平 行 移 動 させ,yi-1軸 とyi軸を一 致 させ る.
4)y軸 ま わ りにαi回 転 させ る.

①

1T =200-10–Sbs Cbs -Y1Sbs
Cbs Sbs Y1Cbs
00000
1Cbp –Sbp
Sbp Cbp0000○点C アームスイング軸中心 ①式より

2T =3i= 3 ai = Y2 αi =-90 di =X1 θi=armPitch(ap)0 -LbSbp
0 LbCbp10010 –Sap -Cap -Y2Sap
0 Cap -Sap Y2Cap
100
X1000
1

Bの時にX1ずらすのでdiの移動になり、①が使える。

※点C2 アームスイング軸中心垂線とアーム中心線の交点）①式より、
i= 4 ai =0 αi =0 di =Z1 θi=03T =410000
10000
1000Z1
19アームのモデル式
点Oから点Dへの同時変換行列 点Cからの変換行列
Mathmatica 算出式 0T3 3T4 S=bs, P=bp, A=ap, X=X1, Y=Y1, W=Y2, L=Lb, M=La, B=as, Z1{{cosS, -(cosA cosP sinS) + sinA sinP sinS, cosP sinA sinS + cosA sinP sinS, -(cosP L sinS) - cosA cosP sinS W + sinA sinP sinS W + cosS X - sinS Y}, {sinS, cosA cosPcosS - cosS sinA sinP, -(cosP cosS sinA) - cosA cosS sinP, cosP cosS L + cosA cosP cosS W - cosS sinA sinP W + sinS X + cosS Y}, {0, cosP sinA + cosA sinP, cosA cosP sinA sinP, L sinP + cosP sinA W + cosA sinP W}, {0, 0, 0, 1}}. {{cosB, -sinB, 0, -M sinB}, {sinB, cosB, 0, M cosB}, {0, 0, 1, Z1}, {0, 0, 0, 1}} ={{cosB cosS + sinB (-(cosA cosP sinS) + sinA sinP sinS), -(cosS sinB) + cosB (-(cosA cosP sinS) + sinA sinP sinS), cosP sinA sinS + cosA sinP sinS, -(cosS M sinB) - cosP
L sinS + cosB M (-(cosA cosP sinS) + sinA sinP sinS) - cosA cosP sinS W + sinA sinP sinS W + cosS X - sinS Y + (cosP sinA sinS + cosA sinP sinS) Z1}, {sinB (cosA cosPcosS - cosS sinA sinP) + cosB sinS, cosB (cosA cosP cosS - cosS sinA sinP) - sinB sinS, -(cosP cosS sinA) - cosA cosS sinP, cosP cosS L + cosB M (cosA cosP cosS - cosS
sinA sinP) - M sinB sinS + cosA cosP cosS W - cosS sinA sinP W + sinS X + cosS Y + (-(cosP cosS sinA) - cosA cosS sinP) Z1}, {sinB (cosP sinA + cosA sinP), cosB (cosPsinA + cosA sinP), cosA cosP - sinA sinP, L sinP + cosB M (cosP sinA + cosA sinP) + cosP sinA W + cosA sinP W + (cosA cosP - sinA sinP) Z1}, {0, 0, 0, 1}}
0T = 0T 3T =43 4{{CasCbs + Sas(-CapCbpSbs + SapSbpSbs), -CbsSas + Cas(-CapCbpSbs + SapSbpSbs), CbpSapSbs + CapSbpSbs, -LaCbsSas - Lb
CbpSbs + LaCasSbs(SapSbp - CapCbp) + Y2Sbs(SapSbp - CapCbp) + X1Cbs - Y1Sbs + Z1Sbs(CbpSap + CapSbp)},{Sas(CapCbpCbs - CbsSapSbp) + CasSbs, CasCbs(CapCbp - SapSbp) - SasSbs, -CbpCbsSap - CapCbsSbp, LbCbpCbs + LaCas(CapCbpCbs - CbsSapSbp) - LaSasSbs + Y2Cbs(CapCbp - SapSbp) + X1Sbs + Y1Cbs – Z1Cbs(CbpSap + CapSbp)},{Sas(CbpSap + CapSbp), Cas(CbpSap + CapSbp), CapCbp - SapSbp, LbSbp + LaCas(CbpSap + CapSbp) + Y2(CbpSap + CapSbp) +Z1(CapCbp - SapSbp)}, {0, 0, 0, 1}}※検算済20200817

D点 = ((- LbCbpSbs - Y1Sbs) - Y2Sbs(CapCbp - SapSbp) + X1Cbs + LaCasSbs(SapSbp - CapCbp) - LaCbsSas+ Z1Sbs(CbpSap + CapSbp),(LbCbpCbs + Y1Cbs) + Y2Cbs(CapCbp - SapSbp) + X1Sbs + LaCasCbs (CapCbp - SapSbp) - LaSasSbs- Z1Cbs(CbpSap + CapSbp),
LbSbp + Y2(CbpSap + CapSbp) + LaCas(CbpSap + CapSbp) + Z1(CapCbp - SapSbp) )③

D点 = ((-LbCbp - Y1)Sbs - Y2SbsC(ap+bp) + X1Cbs - LaCasSbsC(ap+bp) - LaCbsSas + Z1SbsS(ap+bp),(LbCbp + Y1)Cbs + Y2CbsC(ap+bp) + X1Sbs + LaCasCbsC(ap+bp) - LaSasSbs – Z1CbsS(ap+bp),
LbSbp + Y2S(ap+bp) + LaCasS(ap+bp) + Z1C(ap+bp) )

④10

切羽吹き

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支保工吹き2023/2/27

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坑壁吹き

2023/2/27

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システム構成
タフブック(Windows10)

LAN

制御画面

測量PC

・センサ値：表示、描画・ステップ実行

ログ・センサ値：記録シミュレート結果？

センサ値等

計算エラー

吹付けパラメータ
コマンド、設定パラメータ

BoxPC(Windows10 Embed)
計算アプリ

LANCAN

リアルタイムコントローラー

計算結果表示
計算結果シミュレート
実行中描画
RCとのCAN通信、AutoControl、LAN通信

油圧機器類
センサー類

現状と将来• 現在は、山を実際に掘ってトンネルを作る、という実地検証中。
• 実際の現場、地質、地形に対しては、様々な機能調整が発生。
• 事前に予測しきれない歪み、たわみ等も難題。
→ AI的に画像を用いて補正支援などができそう。
（過去には環境が悪くて無理と言われたそうだが。）• 2本アームの2号機を開発中（次頁）。
• 吹付けコンクリート厚さは規格を満たす必要があるため、どの様なパラメーター（角度、コンクリート圧力他様々な設定）が最適かを予測する、シミュレーションも研究開発中。
→ 実験データが蓄積出来れば、AIやデータ分析による向上が図れそう。
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２号機
• コンクリート吹付けアーム 2本• エレクター 2本
支保工を掴んで設置する腕。
• バスケット 2本
人が乗って、ボルト接合などの高所作業をする。
※画像は鹿島建設プレスリリースより。

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