JPH0681580A - シールド掘進機の自動方向制御装置 - Google Patents
シールド掘進機の自動方向制御装置Info
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- JPH0681580A JPH0681580A JP23576192A JP23576192A JPH0681580A JP H0681580 A JPH0681580 A JP H0681580A JP 23576192 A JP23576192 A JP 23576192A JP 23576192 A JP23576192 A JP 23576192A JP H0681580 A JPH0681580 A JP H0681580A
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- rotational moment
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- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 土質変化の影響を受けずに施工精度の高い掘
進が可能なシールド掘進機の自動方向制御装置を提供す
ること。 【構成】 ずれ量計算装置１１は、掘削部に設定された
代表点Ｐの位置検出情報と姿勢検出情報と計画線情報と
から計画線からの位置ずれ量と角度ずれ量とを計算す
る。回転モーメント計算装置１２は、前記計算された位
置ずれ量と角度ずれ量とから回転モーメントの指令値を
計算する。片押し度計算装置１３は、前記回転モーメン
トの指令値とジャッキ推力の検出値とにもとづいて片押
し度を計算する。ジャッキパターン選定装置１４は、前
記片押し度にもとづいて最適なジャッキパターンの選定
を行う。前記回転モーメント計算装置は、あらかじめ定
められたモデルにもとづいてシールド掘進機の横ずれ量
や回転モーメントのオフセット値等をパラメータとして
これらのパラメータを学習させながら前記回転モーメン
トの指令値を計算する。
進が可能なシールド掘進機の自動方向制御装置を提供す
ること。 【構成】 ずれ量計算装置１１は、掘削部に設定された
代表点Ｐの位置検出情報と姿勢検出情報と計画線情報と
から計画線からの位置ずれ量と角度ずれ量とを計算す
る。回転モーメント計算装置１２は、前記計算された位
置ずれ量と角度ずれ量とから回転モーメントの指令値を
計算する。片押し度計算装置１３は、前記回転モーメン
トの指令値とジャッキ推力の検出値とにもとづいて片押
し度を計算する。ジャッキパターン選定装置１４は、前
記片押し度にもとづいて最適なジャッキパターンの選定
を行う。前記回転モーメント計算装置は、あらかじめ定
められたモデルにもとづいてシールド掘進機の横ずれ量
や回転モーメントのオフセット値等をパラメータとして
これらのパラメータを学習させながら前記回転モーメン
トの指令値を計算する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は地中にトンネル等の通路
をつくるためのシールド掘進機に関し、特にトンネル計
画線からの姿勢、位置ずれを最小にしながら掘進させる
ための自動方向制御装置に関する。
をつくるためのシールド掘進機に関し、特にトンネル計
画線からの姿勢、位置ずれを最小にしながら掘進させる
ための自動方向制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】大型のシールド掘進機においては、円形
の掘削部をその背後から複数のジャッキで支持して推進
させるようにしており、トンネル計画線に沿って推進さ
せるためには方向制御が必要である。方向制御は、周方
向に間隔をおいて配置された複数のジャッキにより掘削
部へ推進方向に対して回転モーメントを付与することで
行われ、この回転モーメントは複数のジャッキのうちど
れをオンとするかで変化させることができる。通常、ジ
ャッキの本数は１０本以上であり、オンとされるジャッ
キの組合わせはジャッキパターンと呼ばれ、例えば１６
本のジャッキの場合、ジャッキパターンの種類は２16個
に及ぶ。
の掘削部をその背後から複数のジャッキで支持して推進
させるようにしており、トンネル計画線に沿って推進さ
せるためには方向制御が必要である。方向制御は、周方
向に間隔をおいて配置された複数のジャッキにより掘削
部へ推進方向に対して回転モーメントを付与することで
行われ、この回転モーメントは複数のジャッキのうちど
れをオンとするかで変化させることができる。通常、ジ
ャッキの本数は１０本以上であり、オンとされるジャッ
キの組合わせはジャッキパターンと呼ばれ、例えば１６
本のジャッキの場合、ジャッキパターンの種類は２16個
に及ぶ。
【０００３】これまでの方向制御装置について簡単に説
明すると、シールド掘進機の現在の位置、方向と、予め
定める計画路線の位置、方向とを比較して、そのずれ量
を入力とし、ファジイ推論によってそのずれ量を少なく
するような片押し度変化量を求めるファジイ制御装置を
使用し、このファジイ制御装置に対して、過去の掘進前
の位置、方向と、掘進後のそれらの位置、方向の各移動
量に応じては、方向制御の精度をあげるように、片押し
度変化量を表すメンバシップ関数を修正し、その修正さ
れたメンバシップ関数より求められた片押し度変化量に
基づき、周方向に複数個設けられているジャッキのう
ち、推力駆動すべきジャッキを選択するようにしたもの
がある（例えば、特開平２−１８６０９７号）。
明すると、シールド掘進機の現在の位置、方向と、予め
定める計画路線の位置、方向とを比較して、そのずれ量
を入力とし、ファジイ推論によってそのずれ量を少なく
するような片押し度変化量を求めるファジイ制御装置を
使用し、このファジイ制御装置に対して、過去の掘進前
の位置、方向と、掘進後のそれらの位置、方向の各移動
量に応じては、方向制御の精度をあげるように、片押し
度変化量を表すメンバシップ関数を修正し、その修正さ
れたメンバシップ関数より求められた片押し度変化量に
基づき、周方向に複数個設けられているジャッキのう
ち、推力駆動すべきジャッキを選択するようにしたもの
がある（例えば、特開平２−１８６０９７号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな自動方向制御装置では、ファジイ制御装置における
初期のメンバシップ関数の設定によってはシールド掘進
機の進行に蛇行を生じたりする問題点がある。また、土
質の変化に対してはメンバシップ関数のパラメータを変
更することで対応するようにしているが、因果関係が明
確でないために、土質の変化が頻繁に生ずるような地層
の掘削においては計画線に沿った進行が困難となる場合
がある。
うな自動方向制御装置では、ファジイ制御装置における
初期のメンバシップ関数の設定によってはシールド掘進
機の進行に蛇行を生じたりする問題点がある。また、土
質の変化に対してはメンバシップ関数のパラメータを変
更することで対応するようにしているが、因果関係が明
確でないために、土質の変化が頻繁に生ずるような地層
の掘削においては計画線に沿った進行が困難となる場合
がある。
【０００５】それ故、本発明の課題は土質変化の影響を
受けずに施工精度の高い掘進が可能なシールド掘進機の
自動方向制御装置を提供することにある。
受けずに施工精度の高い掘進が可能なシールド掘進機の
自動方向制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、掘削部を複数
のジャッキで推進しながらトンネルを掘削し、前記複数
のジャッキのうちどのジャッキをオンとするかを規定す
るジャッキパターンを適宜選定しながら前記掘削部を計
画線に沿って推進せしめるためのシールド掘進機の自動
方向制御装置であり、あらかじめ定められた距離Ｌを一
区間として定め、該１区間の終点で前記掘削部に設定さ
れた代表点Ｐの位置検出情報と姿勢検出情報と計画線情
報とから前記計画線からの位置ずれ量と角度ずれ量とを
計算するずれ量計算部と、前記計算された位置ずれ量と
角度ずれ量とから回転モーメントの指令値を計算する回
転モーメント計算部と、前記回転モーメントの指令値と
ジャッキ推力の検出値とにもとづいて片押し度を計算す
る片押し度計算部と、前記片押し度にもとづいて最適な
ジャッキパターンの選定を行うジャッキパターン選定部
とを含み、前記回転モーメント計算装置は、あらかじめ
定められたモデルにもとづいてシールド掘進機の横ずれ
量や回転モーメントのオフセット値等をパラメータとし
てこれらのパラメータを学習させながら前記回転モーメ
ントの指令値を計算することを特徴とする。
のジャッキで推進しながらトンネルを掘削し、前記複数
のジャッキのうちどのジャッキをオンとするかを規定す
るジャッキパターンを適宜選定しながら前記掘削部を計
画線に沿って推進せしめるためのシールド掘進機の自動
方向制御装置であり、あらかじめ定められた距離Ｌを一
区間として定め、該１区間の終点で前記掘削部に設定さ
れた代表点Ｐの位置検出情報と姿勢検出情報と計画線情
報とから前記計画線からの位置ずれ量と角度ずれ量とを
計算するずれ量計算部と、前記計算された位置ずれ量と
角度ずれ量とから回転モーメントの指令値を計算する回
転モーメント計算部と、前記回転モーメントの指令値と
ジャッキ推力の検出値とにもとづいて片押し度を計算す
る片押し度計算部と、前記片押し度にもとづいて最適な
ジャッキパターンの選定を行うジャッキパターン選定部
とを含み、前記回転モーメント計算装置は、あらかじめ
定められたモデルにもとづいてシールド掘進機の横ずれ
量や回転モーメントのオフセット値等をパラメータとし
てこれらのパラメータを学習させながら前記回転モーメ
ントの指令値を計算することを特徴とする。
【０００７】
【実施例】図１は本発明の一実施例の構成を示し、ずれ
量計算装置１１、回転モーメント計算装置１２、片押し
度計算装置１３、ジャッキパターン選定装置１４を含ん
でいる。ずれ量計算装置１１は、設定装置（図示せず）
から入力された計画線を示す計画線情報とシールド掘進
機本体１５に搭載されたジャイロ、傾斜計等の測定機器
から送られてくる位置検出情報と姿勢検出情報とを用い
て計画線からの水平方向、垂直方向に関する位置ずれ量
ｄH ，ｄV と角度ずれ量θH ，θV とを計算する。回転
モーメント計算装置１２は、前記計算された位置ずれ量
と角度ずれ量とから掘削部に作用させるべき水平方向、
垂直方向の回転モーメントＭH ，ＭVを計算する。
量計算装置１１、回転モーメント計算装置１２、片押し
度計算装置１３、ジャッキパターン選定装置１４を含ん
でいる。ずれ量計算装置１１は、設定装置（図示せず）
から入力された計画線を示す計画線情報とシールド掘進
機本体１５に搭載されたジャイロ、傾斜計等の測定機器
から送られてくる位置検出情報と姿勢検出情報とを用い
て計画線からの水平方向、垂直方向に関する位置ずれ量
ｄH ，ｄV と角度ずれ量θH ，θV とを計算する。回転
モーメント計算装置１２は、前記計算された位置ずれ量
と角度ずれ量とから掘削部に作用させるべき水平方向、
垂直方向の回転モーメントＭH ，ＭVを計算する。
【０００８】片押し度計算装置１３は、計算された回転
モーメントＭH ，ＭV とジャッキ推力の検出値とを用い
て水平方向、垂直方向の片押し度ＦH ，ＦV を計算す
る。ジャッキパターン選定装置１４は、計算された片押
し度ＦH ，ＦV を用いてジャッキパターンテーブルの中
から最適なジャッキパターンを選定する。
モーメントＭH ，ＭV とジャッキ推力の検出値とを用い
て水平方向、垂直方向の片押し度ＦH ，ＦV を計算す
る。ジャッキパターン選定装置１４は、計算された片押
し度ＦH ，ＦV を用いてジャッキパターンテーブルの中
から最適なジャッキパターンを選定する。
【０００９】以上のような構成により、単位距離掘進す
る毎に計画線情報とシールド掘進機の位置検出情報とを
用いて順次所定の計算を行なって最終的に最適なジャッ
キパターンを選択し、そのジャッキパターンをシールド
掘進機本体１５に指令値として送り、次の単位距離の掘
進を行う。
る毎に計画線情報とシールド掘進機の位置検出情報とを
用いて順次所定の計算を行なって最終的に最適なジャッ
キパターンを選択し、そのジャッキパターンをシールド
掘進機本体１５に指令値として送り、次の単位距離の掘
進を行う。
【００１０】はじめに、ずれ量計算装置１１について詳
しく説明する。図２（ａ）に示すように、シールド掘進
機本体１５に代表点Ｐ（例えば、掘削部の切刃面の中心
点）を設定し、この代表点Ｐから計画線Ｓに下した垂線
と計画線Ｓとの交点をＯとする。次に、図２（ｂ）に示
すように、Ｏを原点とし、計画線Ｓに垂直な面をＨ（Ｈ
ｏｒｉｚｏｎｔａｌ）−Ｖ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ）平面と
定義する。この時、代表点ＰのＨ−Ｖ平面内での座標を
（ｄH ，ｄV ）とし、ｄH ，ｄV をそれぞれ水平方向の
位置ずれ量、垂直方向の位置ずれ量とする。
しく説明する。図２（ａ）に示すように、シールド掘進
機本体１５に代表点Ｐ（例えば、掘削部の切刃面の中心
点）を設定し、この代表点Ｐから計画線Ｓに下した垂線
と計画線Ｓとの交点をＯとする。次に、図２（ｂ）に示
すように、Ｏを原点とし、計画線Ｓに垂直な面をＨ（Ｈ
ｏｒｉｚｏｎｔａｌ）−Ｖ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ）平面と
定義する。この時、代表点ＰのＨ−Ｖ平面内での座標を
（ｄH ，ｄV ）とし、ｄH ，ｄV をそれぞれ水平方向の
位置ずれ量、垂直方向の位置ずれ量とする。
【００１１】次に、図２（ｃ）に示すように、計画線Ｓ
と水平線Ｈとを含むＨ−Ｓ平面を想定し、シールド掘進
機本体１５をＨ−Ｓ平面に投影した時のシールド掘進機
本体１５の進行方向と計画線Ｓとの間の角度をθH とす
る。同様に、図２（ｄ）に示すように、計画線Ｓと垂直
線Ｖとを含むＶ−Ｓ平面を想定し、シールド掘進機本体
１５をＶ−Ｓ平面に投影した時のシールド掘進機本体１
５の進行方向と計画線Ｓとの間の角度をθV とする。こ
の時、θH ，θV はそれぞれ、水平方向の角度ずれ量、
垂直方向の角度ずれ量となる。
と水平線Ｈとを含むＨ−Ｓ平面を想定し、シールド掘進
機本体１５をＨ−Ｓ平面に投影した時のシールド掘進機
本体１５の進行方向と計画線Ｓとの間の角度をθH とす
る。同様に、図２（ｄ）に示すように、計画線Ｓと垂直
線Ｖとを含むＶ−Ｓ平面を想定し、シールド掘進機本体
１５をＶ−Ｓ平面に投影した時のシールド掘進機本体１
５の進行方向と計画線Ｓとの間の角度をθV とする。こ
の時、θH ，θV はそれぞれ、水平方向の角度ずれ量、
垂直方向の角度ずれ量となる。
【００１２】ずれ量計算装置１１は、計画線情報とジャ
イロ、傾斜計等の測定機器から送られてくる現在地を表
わす情報や進行方向を表わす情報、更にはシールド掘進
機本体１５の傾きを表わす情報等を含む位置検出情報と
により、上記Ｈ−Ｖ平面、Ｈ−Ｓ平面を用いて位置ずれ
量ｄH ，ｄV と角度ずれ量θH ，θV とを算出して回転
モーメント計算装置１２に出力する。
イロ、傾斜計等の測定機器から送られてくる現在地を表
わす情報や進行方向を表わす情報、更にはシールド掘進
機本体１５の傾きを表わす情報等を含む位置検出情報と
により、上記Ｈ−Ｖ平面、Ｈ−Ｓ平面を用いて位置ずれ
量ｄH ，ｄV と角度ずれ量θH ，θV とを算出して回転
モーメント計算装置１２に出力する。
【００１３】次に、本発明の特徴部分である回転モーメ
ント計算装置１２について説明する。回転モーメント計
算装置１２は、以下に述べるようなアルゴリズムにもと
づいて水平方向、垂直方向に関する回転モーメント
ＭH ，ＭV を算出するが、回転モーメンＭH ，ＭV の計
算方法は同じであるので、ここでは水平方向の回転モー
メントＭH のみについて説明する。
ント計算装置１２について説明する。回転モーメント計
算装置１２は、以下に述べるようなアルゴリズムにもと
づいて水平方向、垂直方向に関する回転モーメント
ＭH ，ＭV を算出するが、回転モーメンＭH ，ＭV の計
算方法は同じであるので、ここでは水平方向の回転モー
メントＭH のみについて説明する。
【００１４】シールド掘進機のある単位距離位置ｉでの
位置ずれ量をｄHi、角度のずれ量をθHi、その時に加え
られた回転モーメントをＭHiとすると、回転モーメント
計算装置１２の目的は、単位距離Ｌ（例えば４０ｍｍ）
だけ掘進した次の単位距離位置（ｉ＋１）での回転モー
メントＭH,i+1 を算出することにある。まず、シールド
掘進機の挙動モデルとして図８のモデルを仮定する。
位置ずれ量をｄHi、角度のずれ量をθHi、その時に加え
られた回転モーメントをＭHiとすると、回転モーメント
計算装置１２の目的は、単位距離Ｌ（例えば４０ｍｍ）
だけ掘進した次の単位距離位置（ｉ＋１）での回転モー
メントＭH,i+1 を算出することにある。まず、シールド
掘進機の挙動モデルとして図８のモデルを仮定する。
【００１５】この挙動モデル中で加えられた回転モーメ
ントＭHiからこれによって生ずる角度変化量ΔθHiには
一定の関係があると考えられ、これを比例関係とすれ
ば、角度変化量ΔθHiは次の数式１で表わされる。
ントＭHiからこれによって生ずる角度変化量ΔθHiには
一定の関係があると考えられ、これを比例関係とすれ
ば、角度変化量ΔθHiは次の数式１で表わされる。
【００１６】
【数１】 ここで、Ｋ1 は比例定数、ＭHof は一定の姿勢角度を維
持するために必要なモーメントである。本発明ではこの
Ｍ−Δθの関係を表すＫ1 、ＭHof を掘進中の掘進機の
挙動から逐次計算している。この方式を以下に述べる。
持するために必要なモーメントである。本発明ではこの
Ｍ−Δθの関係を表すＫ1 、ＭHof を掘進中の掘進機の
挙動から逐次計算している。この方式を以下に述べる。
【００１７】図３は角度θと回転モーメントの一例を示
し、ここでは区間６が最新の区間で、この間に回転モー
メントの計算値としてＭ11〜Ｍ14が得られたものとす
る。なお、θ0 は区間５における角度検出値、θ4 は区
間６における終点の角度検出値である。
し、ここでは区間６が最新の区間で、この間に回転モー
メントの計算値としてＭ11〜Ｍ14が得られたものとす
る。なお、θ0 は区間５における角度検出値、θ4 は区
間６における終点の角度検出値である。
【００１８】最新の区間６の終点で、区間６の平均回転
モーメントＭH6、角度変化量ΔθH6を次の数式２，数式
３により求める。
モーメントＭH6、角度変化量ΔθH6を次の数式２，数式
３により求める。
【００１９】
【数２】
【００２０】
【数３】
【００２１】図４ａは区間６より前で既に掘削を終了し
ている区間１〜５で前述の方法により求められた平均回
転モーメントと角度変化量との関係をＭ−Δθ平面上に
プロット（Ｐ１〜Ｐ５）したものであり、図４ｂは図４
ａに区間６で求められた平均回転モーメントＭH6と角度
変化量ΔθH6との関係をＰ６として加えたものである。
なお、区画６におけるＭ−Δθモデル作成のために利用
される過去のデータは、ここでは最新の区間６より前の
４区間２，３，４，５であり、したがって図４ｂでは区
間１のデータは削除されている。
ている区間１〜５で前述の方法により求められた平均回
転モーメントと角度変化量との関係をＭ−Δθ平面上に
プロット（Ｐ１〜Ｐ５）したものであり、図４ｂは図４
ａに区間６で求められた平均回転モーメントＭH6と角度
変化量ΔθH6との関係をＰ６として加えたものである。
なお、区画６におけるＭ−Δθモデル作成のために利用
される過去のデータは、ここでは最新の区間６より前の
４区間２，３，４，５であり、したがって図４ｂでは区
間１のデータは削除されている。
【００２２】このようにして、区間６のＭ−Δθモデル
作成を、最新の区間６のデータとそれより前の区間２〜
５の各データとを合わせた５区間５点のデータから、数
式１で表わされる一次式近似直線を作成し、比例定数Ｋ
1 を一次式近似直線の傾き、モーメントＭHof をオフセ
ット値としてそれぞれ以下に述べる方法により求める。
作成を、最新の区間６のデータとそれより前の区間２〜
５の各データとを合わせた５区間５点のデータから、数
式１で表わされる一次式近似直線を作成し、比例定数Ｋ
1 を一次式近似直線の傾き、モーメントＭHof をオフセ
ット値としてそれぞれ以下に述べる方法により求める。
【００２３】図５を参照して、ステップＳＳ１では５点
のデータの散らばり具合を判定する。これは５点のデー
タパターンが後述する直接計算方法を適用できるパター
ンであるかどうかを判定するものである。直接計算方法
は、５点のデータから一次式近似直線を推定する方法で
あり、５点のデータが１点に集中するような場合には適
用できず、ある程度以上の範囲に、ある程度以上の相関
関係をもってデータ点が散らばっている必要がある。５
点のデータが適当に散らばっている場合には、処理はス
テップＳＳ２に進む。
のデータの散らばり具合を判定する。これは５点のデー
タパターンが後述する直接計算方法を適用できるパター
ンであるかどうかを判定するものである。直接計算方法
は、５点のデータから一次式近似直線を推定する方法で
あり、５点のデータが１点に集中するような場合には適
用できず、ある程度以上の範囲に、ある程度以上の相関
関係をもってデータ点が散らばっている必要がある。５
点のデータが適当に散らばっている場合には、処理はス
テップＳＳ２に進む。
【００２４】ステップＳＳ２では、図４ｂに示されるよ
うな５点のデータから直接、一次式近似直線の傾きＫ1
とオフセット値ＭHof とを計算により求める。計算手法
としては、最小自乗法が代表的な例としてあげられる
が、他の方法でも良い。傾きＫ1 とオフセット値ＭHof
が計算されると、傾きＫ1 に対して図６に示す所定の範
囲Ｋ1 max （上限値）、Ｋ1 min （下限値）内におさま
っているかどうかの判定が行われる（ステップＳＳ３，
ＳＳ４）。そして、傾きＫ1 がＫ1 min ＜Ｋ1 ＜Ｋ
1 max の条件を満たしていれば、一次式近似モデルΔθ
＝Ｋ1 （Ｍ−ＭHof ）が確定する（ステップＳＳ５）。
うな５点のデータから直接、一次式近似直線の傾きＫ1
とオフセット値ＭHof とを計算により求める。計算手法
としては、最小自乗法が代表的な例としてあげられる
が、他の方法でも良い。傾きＫ1 とオフセット値ＭHof
が計算されると、傾きＫ1 に対して図６に示す所定の範
囲Ｋ1 max （上限値）、Ｋ1 min （下限値）内におさま
っているかどうかの判定が行われる（ステップＳＳ３，
ＳＳ４）。そして、傾きＫ1 がＫ1 min ＜Ｋ1 ＜Ｋ
1 max の条件を満たしていれば、一次式近似モデルΔθ
＝Ｋ1 （Ｍ−ＭHof ）が確定する（ステップＳＳ５）。
【００２５】一方、ステップＳＳ１においてデータの散
らばり具合が適当でないと判定された場合、あるいはス
テップＳＳ３，ＳＳ４において傾きＫ1 が所定の範囲を
越えていると判定された場合、傾きは区間５において求
められたものを用いる（ステップＳＳ６）。
らばり具合が適当でないと判定された場合、あるいはス
テップＳＳ３，ＳＳ４において傾きＫ1 が所定の範囲を
越えていると判定された場合、傾きは区間５において求
められたものを用いる（ステップＳＳ６）。
【００２６】次に、ステップＳＳ７では、区間６の終点
における角度変化量ΔθH6が図７に破線で示すような、
許容範囲内に入っているかどうかを判定し、許容範囲内
に入っていればオフセット値も区間５において求められ
たものを用いる（ステップＳＳ８）。これは、前回作成
されたＭ−Δθモデルに対し、すべてのデータが一定の
許容範囲内に入っていれば、前回モデルは十分にＭ−Δ
θ特性を表しておりモデルの変更を必要としないという
理由による。
における角度変化量ΔθH6が図７に破線で示すような、
許容範囲内に入っているかどうかを判定し、許容範囲内
に入っていればオフセット値も区間５において求められ
たものを用いる（ステップＳＳ８）。これは、前回作成
されたＭ−Δθモデルに対し、すべてのデータが一定の
許容範囲内に入っていれば、前回モデルは十分にＭ−Δ
θ特性を表しておりモデルの変更を必要としないという
理由による。
【００２７】これに対し、ステップＳＳ７で角度変化量
ΔθH6が、図７に点Ｐ６で示すように、所定範囲から外
れている場合には、ステップＳＳ９に進んで一次式近似
直線を平行移動させるようにし、オフセット値で調整を
行う。この場合、傾きＫ1 は前回の値で既知であるか
ら、図７の点Ｐ６を通る直線のオフセット値ＭHof6は次
の数式４で求められる。
ΔθH6が、図７に点Ｐ６で示すように、所定範囲から外
れている場合には、ステップＳＳ９に進んで一次式近似
直線を平行移動させるようにし、オフセット値で調整を
行う。この場合、傾きＫ1 は前回の値で既知であるか
ら、図７の点Ｐ６を通る直線のオフセット値ＭHof6は次
の数式４で求められる。
【００２８】
【数４】
【００２９】このようにして求めた最新の区間６を含む
数区間のオフセット値の平均をもって最新モデルのオフ
セット値ＭHof とする。例えば、数区間を３区間とすれ
ば、最新モデルのオフセット値ＭHof は次の数式５で求
められる。
数区間のオフセット値の平均をもって最新モデルのオフ
セット値ＭHof とする。例えば、数区間を３区間とすれ
ば、最新モデルのオフセット値ＭHof は次の数式５で求
められる。
【００３０】
【数５】 但し、ＭH4，ＭH5はそれぞれ、区間４，５におけるモデ
ル作成により求められた回転モーメントであり、Δ
θH4，ΔθH5はそれぞれ、区間４，５の終点における角
度変化量である。
ル作成により求められた回転モーメントであり、Δ
θH4，ΔθH5はそれぞれ、区間４，５の終点における角
度変化量である。
【００３１】次に、位置ｉから位置（ｉ＋１）の間で変
化する位置ずれ量ｄH の変化量ΔｄHiは次の数式６で表
せる。
化する位置ずれ量ｄH の変化量ΔｄHiは次の数式６で表
せる。
【００３２】
【数６】
【００３３】ここで、Ｋ2 は比例定数で理論的には１で
あるが、土質によって変化する。また、θHof はシール
ド掘進機が図９のように横すべりしている場合のオフセ
ット値である。これらのパラメータＫ2 ，θHof は、シ
ールド掘進機の過去の挙動（過去１リング（通常９００
ｍｍ）〜数リング分程度）から回帰分析等の手法を用い
て算出する。そして、１リング毎に更新してゆくことで
土質の変化に追従させるが、これは１リング分より短か
くても良い。
あるが、土質によって変化する。また、θHof はシール
ド掘進機が図９のように横すべりしている場合のオフセ
ット値である。これらのパラメータＫ2 ，θHof は、シ
ールド掘進機の過去の挙動（過去１リング（通常９００
ｍｍ）〜数リング分程度）から回帰分析等の手法を用い
て算出する。そして、１リング毎に更新してゆくことで
土質の変化に追従させるが、これは１リング分より短か
くても良い。
【００３４】そこで、図８の挙動モデルの逆モデルを図
１０に示すように作成し、回転モーメントＭH,i+1 を計
算する。図１０中、Ｋθ，Ｋd は角度ずれ量、位置ずれ
量に関しての補正ゲインであり、理想的には１である
が、蛇行が大きい場合には１以下の値に設定する。これ
は、シールド掘進機の初期調整時に行われる。
１０に示すように作成し、回転モーメントＭH,i+1 を計
算する。図１０中、Ｋθ，Ｋd は角度ずれ量、位置ずれ
量に関しての補正ゲインであり、理想的には１である
が、蛇行が大きい場合には１以下の値に設定する。これ
は、シールド掘進機の初期調整時に行われる。
【００３５】以上のような処理方法により、土質によっ
て変化する横ずれ量θHof や、回転モーメントのオフセ
ット値ＭHof を、掘進しながら変更してゆくことがで
き、土質の変化に適応した回転モーメントの指令値ＭH
を出力する。垂直方向の回転モーメントの指令値ＭV に
ついても同様に算出して出力する。
て変化する横ずれ量θHof や、回転モーメントのオフセ
ット値ＭHof を、掘進しながら変更してゆくことがで
き、土質の変化に適応した回転モーメントの指令値ＭH
を出力する。垂直方向の回転モーメントの指令値ＭV に
ついても同様に算出して出力する。
【００３６】片押し度計算装置１３では、シールド掘進
機本体１５で計測されたジャッキ推力と回転モーメント
指令値ＭH ，ＭV により、次の数式７、数式８で表わさ
れる水平方向、垂直方向の片押し度（力点座標）ＦH ，
ＦV を計算する。
機本体１５で計測されたジャッキ推力と回転モーメント
指令値ＭH ，ＭV により、次の数式７、数式８で表わさ
れる水平方向、垂直方向の片押し度（力点座標）ＦH ，
ＦV を計算する。
【００３７】
【数７】
【００３８】
【数８】
【００３９】但し、ｎは掘進に使用しているジャッキの
本数、ｒはジャッキの取付け半径、ＦJ はジャッキ１本
あたりのジャッキ推力で（ジャッキへの供給油圧×ジャ
ッキシリンダ面積）で計算される。
本数、ｒはジャッキの取付け半径、ＦJ はジャッキ１本
あたりのジャッキ推力で（ジャッキへの供給油圧×ジャ
ッキシリンダ面積）で計算される。
【００４０】ジャッキパターン選定装置１４は、片押し
度ＦH ，ＦV にもとづいてこれらの組合わせに対応して
あらかじめ用意されているジャッキパターンテーブルよ
り最適なジャッキパターンを選択する。
度ＦH ，ＦV にもとづいてこれらの組合わせに対応して
あらかじめ用意されているジャッキパターンテーブルよ
り最適なジャッキパターンを選択する。
【００４１】以上説明してきたように、本発明ではシー
ルド掘進機が短距離の１区間（例えば４０ｍｍ）掘進す
る毎に、過去の４区間分のデータと現在の最新データと
により最小自乗法等を用いてモデルを区間毎に演算作成
し、このモデルにより次に出力すべき回転モーメントを
求め、この回転モーメントに最適なジャッキパターンを
選択して次の区間の掘進を行う。なお、実施例では、４
０ｍｍ毎にモデルを作成するようにしているが、これを
２０ｍｍ、１０ｍｍというように小さくしてゆくことに
より、より連続制御に近い形となり、より正確なモデル
を作成してトンネル施工精度を向上させることができ
る。
ルド掘進機が短距離の１区間（例えば４０ｍｍ）掘進す
る毎に、過去の４区間分のデータと現在の最新データと
により最小自乗法等を用いてモデルを区間毎に演算作成
し、このモデルにより次に出力すべき回転モーメントを
求め、この回転モーメントに最適なジャッキパターンを
選択して次の区間の掘進を行う。なお、実施例では、４
０ｍｍ毎にモデルを作成するようにしているが、これを
２０ｍｍ、１０ｍｍというように小さくしてゆくことに
より、より連続制御に近い形となり、より正確なモデル
を作成してトンネル施工精度を向上させることができ
る。
【００４２】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、土質の変化に対応しながら自動方向制御を行うこと
ができ、施工精度の向上を図ることができる。また、熟
練度を必要とするような特別な作業無しで、自動方向制
御を行うことができ、初心者でもオペレータとして従事
させることができる。
ば、土質の変化に対応しながら自動方向制御を行うこと
ができ、施工精度の向上を図ることができる。また、熟
練度を必要とするような特別な作業無しで、自動方向制
御を行うことができ、初心者でもオペレータとして従事
させることができる。
【図１】本発明の実施例の構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図２】図１に示されたずれ量計算装置１１を説明する
ためにシールド掘進機本体と計画線との関係を示した図
である。
ためにシールド掘進機本体と計画線との関係を示した図
である。
【図３】図１に示された回転モーメント計算装置１２を
説明するために掘進距離と角度ずれ量、回転モーメント
を示した図。
説明するために掘進距離と角度ずれ量、回転モーメント
を示した図。
【図４】図１に示された回転モーメント計算装置１２の
動作を説明するために回転モーメントと角度ずれ量との
関係を示した図。
動作を説明するために回転モーメントと角度ずれ量との
関係を示した図。
【図５】図１に示された回転モーメント計算装置１２の
パラメータ変更動作を説明するためのフローチャート
図。
パラメータ変更動作を説明するためのフローチャート
図。
【図６】図１に示された回転モーメント計算装置１２の
パラメータ変更動作の各種条件設定を説明するための
図。
パラメータ変更動作の各種条件設定を説明するための
図。
【図７】図１に示された回転モーメント計算装置１２の
パラメータ変更動作に必要な各種条件設定の原理を説明
するための図。
パラメータ変更動作に必要な各種条件設定の原理を説明
するための図。
【図８】図１における回転モーメント計算装置１２の動
作を説明するためのシールド掘進機の挙動モデル図であ
る。
作を説明するためのシールド掘進機の挙動モデル図であ
る。
【図９】シールド掘進機における横ずれ量を説明するた
めの図である。
めの図である。
【図１０】図１における回転モーメント計算装置１２に
適用されるモデル図で図８の逆モデル図である。
適用されるモデル図で図８の逆モデル図である。
１１ ずれ量計算装置 １２ 回転モーメント計算装置 １３ 片押し度計算装置 １４ ジャッキパターン選定装置 １５ シールド掘進機本体
Claims (1)
- 【請求項１】 掘削部を複数のジャッキで推進しながら
トンネルを掘削し、前記複数のジャッキのうちどのジャ
ッキをオンとするかを規定するジャッキパターンを適宜
選定しながら前記掘削部を計画線に沿って推進せしめる
ためのシールド掘進機の自動方向制御装置において、あ
らかじめ定められた距離Ｌを一区間として定め、該１区
間の終点で前記掘削部に設定された代表点Ｐの位置検出
情報と姿勢検出情報と計画線情報とから前記計画線から
の位置ずれ量と角度ずれ量とを計算するずれ量計算部
と、前記計算された位置ずれ量と角度ずれ量とから回転
モーメントの指令値を計算する回転モーメント計算部
と、前記回転モーメントの指令値とジャッキ推力の検出
値とにもとづいて片押し度を計算する片押し度計算部
と、前記片押し度にもとづいて最適なジャッキパターン
の選定を行うジャッキパターン選定部とを含み、前記回
転モーメント計算装置は、あらかじめ定められたモデル
にもとづいてシールド掘進機の横ずれ量や回転モーメン
トのオフセット値等をパラメータとしてこれらのパラメ
ータを学習させながら前記回転モーメントの指令値を計
算するものであることを特徴とするシールド掘進機の自
動方向制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23576192A JPH0681580A (ja) | 1992-09-03 | 1992-09-03 | シールド掘進機の自動方向制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23576192A JPH0681580A (ja) | 1992-09-03 | 1992-09-03 | シールド掘進機の自動方向制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0681580A true JPH0681580A (ja) | 1994-03-22 |
Family
ID=16990849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23576192A Pending JPH0681580A (ja) | 1992-09-03 | 1992-09-03 | シールド掘進機の自動方向制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0681580A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023516213A (ja) * | 2021-03-22 | 2023-04-18 | 中▲鉄▼九局集▲団▼第四工程有限公司 | シールド掘進姿勢のずれ修正制御の方法及び装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04209295A (ja) * | 1990-11-30 | 1992-07-30 | Konoike Constr Ltd | シールド掘進機における推進ジャッキの制御方法 |
-
1992
- 1992-09-03 JP JP23576192A patent/JPH0681580A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04209295A (ja) * | 1990-11-30 | 1992-07-30 | Konoike Constr Ltd | シールド掘進機における推進ジャッキの制御方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023516213A (ja) * | 2021-03-22 | 2023-04-18 | 中▲鉄▼九局集▲団▼第四工程有限公司 | シールド掘進姿勢のずれ修正制御の方法及び装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19980715 |