1地面電氣控制工程在施工機械與地面之間的交互作用及其在建筑機器人學(xué)中的應(yīng)用K.Tateyama,*,S.Ashida,R.Fukagawa,H.TakahashibCollegeofScienceandEngineering,RitsumeikanUniversity,1-1-1,Nozi-higashi,Kusatsu,Shiga525-8577,JapanbDepartmentofEnvironmentalStudies,TohokuUniversity,6-6-20,Aoba,Aramaki,Aoba,Sendai980-8579,JapanReceived29September2004；receivedinrevisedform7April2005；accepted16May2005Availableonline27October2005摘要：在“地面電氣控制工程”技術(shù)領(lǐng)域中，地面技術(shù)與電氣控制技術(shù)相結(jié)合，而“電氣控制技術(shù)”是一種用電氣控制機械的技術(shù)領(lǐng)域。在“地面電氣控制工程”的領(lǐng)域中，一臺建筑機器可以辨別出土壤和巖石，并自動評價他們的特性和地面的條件狀況，同時最大限度的確定用以控制地面和機器相互作用的有效方法。在這篇論文中，一些研究被引用過來，并將以發(fā)展的觀點對在該技術(shù)領(lǐng)域的研究進行闡述。關(guān)鍵詞：地面電氣控制工程；建筑機器人；土壤與機械的相互作用；地面條件評價；機械控制1介紹作為以加工如土壤,砂礫,巖石等等為對象的建筑機械的操作者，應(yīng)大體上對地面的狀況作出評價，并針對該條件作出最合適的運作方法。當(dāng)建筑機器人在工地做同樣的工作時，他應(yīng)具有評價地面狀況，并由此決定最好的自我控制方法的功能。建筑機器人所具有的地面條件評價和自我進行控制加工過程的功能有望在未來的幾年中成為最重要的功能。作者認(rèn)為，在“地面電氣控制工程”技術(shù)領(lǐng)域中，地面技術(shù)與電氣控制技術(shù)相結(jié)合，而“電氣控制技術(shù)”是一種用電氣控制機械的技術(shù)領(lǐng)域。在“地面電氣控制工程”的領(lǐng)域中，一臺建筑機器可以辨別出土壤和巖石，并自動評價他們的特性和2地面的條件狀況，同時最大限度的確定用以控制地面和機器相互作用的有效方法。在這篇論文中，一些研究被引用過來，并將以發(fā)展的觀點對在該技術(shù)領(lǐng)域的研究進行闡述。2.地面電氣控制工程在DJM方法中的應(yīng)用2.1.噴射混合方法噴射混合方法(DJM)是一種代表性的方法，被用來改善建筑施工現(xiàn)場場地的深軟土壤。圖1和2分別展示出了用于DJM中的機器結(jié)構(gòu)和該機器的施工過程,攪拌葉片附著在一繞軸線旋轉(zhuǎn)的正方形鋼管上，它被旋轉(zhuǎn)著驅(qū)動到地下，當(dāng)葉片接觸到堅硬的地層時，他們被反轉(zhuǎn)拔出，再此過程中，一種化學(xué)藥劑混合物刀刃大使隨員到正方形鋼管是旋轉(zhuǎn)在管的軸和是受驅(qū)策的到地面，之后刀刃達到堅挺的土壤層,他們是拔出地面的。化學(xué)的代理是然后送向下的穿用高壓空氣沿正方形管道注入到柔軟地層中。這種試劑與軟土壤混合并其中的水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成一種堅固的圓柱狀物。這種方法堅固土壤，還用于做各種不同結(jié)構(gòu)的地基。在DJM方法中，需要開發(fā)一種控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠根據(jù)地面土壤狀況來控制使化學(xué)藥劑的注入總量達到最優(yōu)，從而有效的使生成的堅硬柱狀物的各部分成分一致。在“地面電氣控制工程”技術(shù)領(lǐng)域中，作者建議具有在建筑施工過程中對地面土壤狀況可以進行適時性評價的系統(tǒng)應(yīng)有效的被應(yīng)用到機械的自我控制和建筑施工的最優(yōu)化設(shè)計中來。2.2.地面評價在DJM方法在DJM方法,從測量機械的載荷和測量控制機械的參數(shù)可以適時性評價出地面土壤的特性。前者是作用在葉片上的攪拌扭矩和穿透抵抗力，后者是葉片的攪拌旋轉(zhuǎn)速度和穿透速度。為完成地面評價系統(tǒng)，地面條件與機械載荷的關(guān)系以及機器的控制參數(shù)對該關(guān)系的作用必須要知道清楚。在這個問題上，有兩種普通的方法，被應(yīng)用到評3價過程中，用以來對待不明的地面條件和地面與機器的交互作用中1。第二種方法是，運用土壤的切削理論進行理論討論來研究土壤的特性和旋轉(zhuǎn)扭矩的關(guān)系2。4在本論文中，用后者的方法來解釋，因此，在理論上地面土壤的特性用混合旋轉(zhuǎn)扭矩模T和穿透速度v來評價。2.3.土壤切斷圖3給出了切削土壤的切削刀刃的草圖，Hata3提出了關(guān)于水平切削阻力Ha的經(jīng)驗關(guān)系式如下：Ha=1.82*B*t2*RS10_ma+B*b*(dt/dx)tan,B代表刀片的寬度(m)，t是刀刃的高度(m),x是水平移動刀刃的距離(m),RS是特定的切斷反抗阻力(N/m3),a是刀刃傾斜角(rad),b是穿透反抗阻力的系數(shù)(N/m2),是土壤和刀刃之間的摩擦角(rad),m是與土壤有關(guān)的常數(shù)。右邊第一部分表示當(dāng)水平切削土壤時的切斷，第二部分是刺入地面時作用在刀尖上的反抗阻力，特殊切斷反抗阻力RS在等式(1)中表示為土壤對刀具的抵抗力，盡管它經(jīng)常在