2020 .11.11

振動・衝撃でも安心!ICT建機、ロボット建機に必須のFRABAのセンサ

先進的な「i-Constraction」で新たなフェーズに入った土木・建設業界

こんにちは。村松です。今回のコラムでは、国内における土木・建設機械の最新動向とトレンドについて解説し、この分野で弊社が皆様に貢献できる製品についてご紹介したいと思います。

 
少子高齢化にともない、日本の労働人口は減少の一途をたどっています。そのため近い将来、業界や業種を問わずに、人手不足が深刻になるものと予想されています。しかも特定業種では、経験や技能が必要なことも多いため、人材育成も喫緊の課題になります。
そこで、これからの時代は個人の経験やスキルに関わらず、誰が仕事をやっても効率を落とさずに、最終的に同じ仕上がりになるような工夫が求められます。その代表的な業界の1つに土木・建設業界があります。
この業界は、従来までは人を中心に、測量から維持・管理までの作業をアナログ的に回していました。しかし最近では、「土木女子」(ドボジョ)という新しい言葉も生まれています。以前は土木と無縁と思われていた女性でも、建機に乗り込んで難しい作業をスイスイと行えるような時代が到来しているのです。

こういった背景には、ICTやロボット技術を各工程で積極的に活用する先進的な「i-Constraction」が、国土交通省を中心に進められていることも大きな要因として考えられています。 i-Constractionは、「ICTの全面的な活用」(ICT土工)によって、建設システム全体の生産性を向上し、魅力のある建設現場を目指す取り組みです。これにより、測量・設計・施工計画の段階から、実際の施工、検査までの作業をデジタル化し、各プロセスで3次元データを共有することで、施工全体の効率化を実現できるようになりました。

たとえば、ドローンを活用すれば、従来の丁張(ちょうはり)を省いて、手間いらずで測量が行えます。技能が求められる法面(のりめん)の作業も、測量済の3次元データを元に、最新ICT建機によって半自動化、自動化して、容易に施工が行えるようになりました。これにより経験が浅くても、熟練者と同等に作業効率と作業精度を高められるのです。 このように半自動化が進むICT建機ですが、このためにはまず3次元データを取得するセンサが必要になります。実際、最新のICT建機には、さまざまなセンサが取り付けられています。

弊社が取り扱っているFRABA社POSITALの高性能な傾斜センサ、リニアセンサ、エンコーダなどはこのICT建機のセンサとして大きく活用することが可能です。
まず、FRABAのセンサは、IP69保護クラスの高い防水・防護性能を有しています。以前にもご紹介しましたが、土木・建設のように外で使用する機械に取り付けるセンサには、ヘビー・デューティ仕様のタフなデザインが求められますので、こういった高い保護クラスを取得しているセンサは建機に最適です。
また場合によっては、トンネル内などの危険をともなう環境で作業することもあるでしょう。そこで安全に動作できる防爆仕様のエンコーダや傾斜計なども用意しています。

 

最新のICT建機を支えるFRABAの高度なセンシング技術と製品群

では、具体的にFRABAのセンサをどのようにご利用いただけるのか、具体的なICT建機への組込み、実装シーンを見ていきましょう。たとえば、建機のクレーン車やコンクリートポンプ車には、長いブーム延長部を備えた移動式クレーンが装備されています。
このクレーンの位置を把握したり、制御するためには【★写真1】の■1のように、回転ジョイントなどにFRABAの「IXARCアブソリュート・ロータリエンコーダ」を直接取り付けます。同社のエンコーダは、バックアップ用電源が不要のバッテリレス型(ウィーガンドワイヤー式)が大きな特徴になっており、マルチターンにも対応します。これにより最大16ビットの高精度なデータが得られるようになります。耐軸荷重も300Nまであり、耐衝撃性も300Gを有しています。耐塩水のステンレス鋼仕様で、温度範囲も-40 ℃~+ 85 ℃と幅広いレンジで使用いただけます。 また【★写真1】の■2のように、ブームアームの位置をモニタしたり、ベースのレベル調整を正確に測定するために、TILTIX傾斜計「ACSシリーズ」があります。こちらの製品は1軸タイプ(計測範囲360°)や2軸タイプ(同±80°)が用意されています。(https://www.kmecs.com/techplus/fraba/20170901_000048.html)

ACSシリーズは、±0.1°の高精度と0.01°の高分解能を有しています。MEMS(Micro Electro Mechanical System)技術によって、センサの可動部分が保護され、取り付けが簡単で、環境保護性が高いというメリットもあります。
このほか【★写真1】の■3では、アウトリガーを立てる際の位置や、ブーム長を計測するために、多目的の「ドローワイヤセンサ」(リニアセンサ)を使えます。こちらは最長15mまでの計測が可能です。

【★写真1】クレーン車やコンクリートポンプ車におけるFRABA製品の適用。■1にアブソリュート・ロータリエンコーダ、■2に傾斜計、■3にドローワイヤセンサを導入できる。

 

ダイナミックな(動的)測定が可能な補正機能付きの傾斜計も用意!

さて、前出のモバイルクレーンでは、アウトリガーによって本体を固定し、静止状態で作業していました。一方で、エクスカベーター(パワーショベル)のように、移動しながら土を掘り起こす場合は、作業時にかなりの振動や衝撃が発生します。そこでダイナミック(動的)な測定を可能にする傾斜計が求められます【★写真2】。
FRABAには、激しく動くような場所でも、安定して傾斜を計測できるダイナミックTILTIX傾斜計「AKSシリーズ」(https://www.kmecs.com/techplus/fraba/20170927_000055.html)
の1軸タイプ(計測範囲360°)や2軸タイプ(同±90°)が用意されています【★写真3】。

【★写真2】エクセバータ(パワーショベル)におけるFRABA製品の適用。⇒のようなバケットなど、衝撃や振動の激しい場所にダイナミック補償機能付の「AKSシリーズ」を導入できる。

 

【★写真3】安定して傾斜を計測できるダイナミックTILTIX傾斜計・AKSシリーズ。本体に3次元MEMSの加速度計とジャイロスコープを内蔵した自信作。

 

これは、同社が5年の歳月をかけて開発した自信作です。本体に3次元MEMS加速度計とMEMSジャイロスコープが内蔵され、独自アルゴリズムによって、急速な動きで生じる加速度や振動、衝撃に対して、補正をかけてくれます。ダイナミック補償機能付の傾斜計は、外乱を受けても出力が安定し、0.01°の高分解能、±0.3°の精度に収まります【★写真4】。
いずれもインターフェイスは「CANopen」や、これをベースにした「J1939」です。J1939は最近、建機でよく使われている規格なので、業界の方はご存知かと思います。

【★写真4】ダイナミック補正機能の有無によって、実際の出力が、どのように異なるのかを示したグラフ。補償機能がある場合は、あきらかに安定した出力になっていることが分かる。

 

このようにFRABAでは、ICT建機を陰で支える高度なセンサ群をご用意しています。今後、政府もi-Constractionを強力に推進していく方針なので、ぜひFRABAの製品を選択肢の1つに加え、ICT建機の高度化にお役立ていただければ幸いです。

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