JP2000179298A - セグメント組立装置 - Google Patents

セグメント組立装置

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JP2000179298A
JP2000179298A JP10354147A JP35414798A JP2000179298A JP 2000179298 A JP2000179298 A JP 2000179298A JP 10354147 A JP10354147 A JP 10354147A JP 35414798 A JP35414798 A JP 35414798A JP 2000179298 A JP2000179298 A JP 2000179298A
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Japan
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posture
deviation
corners
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JP10354147A
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Kazumasa Miyamoto
一正 宮本
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】把持するセグメントの姿勢制御を行い、セグメ
ント組立の際に自動ボルト締結が可能なセグメント組立
装置を提供する。 【解決手段】セグメントを、その上面中心位置を中心に
回転自在に把持する把持部と、セグメントの4隅の位置
を撮像する撮像部と、撮像されたセグメントの4隅の座
標と、それぞれに対応する4つの参照座標との各偏差に
基づいて、把持部に把持されているセグメントの姿勢を
制御する制御部とを備えることを特徴とするセグメント
組立装置が提供される。具体的には、制御部は、上記偏
差から、セグメントの位置座標と参照座標とを一致させ
るための把持部の回転角を求め、この回転角に基づい
て、把持部の回転を制御する。従って、セグメントは、
正しい姿勢でトンネル内面に配置されるので、セグメン
トのボルト穴の位置ずれがなくなり、自動ボルト締結が
実現される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル掘削機の
シールド機械において、トンネル内面をシールドするセ
グメントを把持し、所定位置で組み立てるセグメント組
立装置に関し、特に、把持されたセグメントの姿勢を適
切に制御して、セグメント組み立てにおけるボルト締結
の自動化が可能となるセグメント組立装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は、従来のセグメント組立装置の構
成図である。セグメント組立装置は、トンネル掘削機に
より掘削されたトンネル内面をコンクリート製のセグメ
ントによってシールドする際に用いられる装置であっ
て、セグメント供給位置で、セグメントを把持し、それ
をトンネル内面の所定位置に配置し、シールド壁を組み
立てる装置である。
【0003】図3において、アーム11から延びるグリ
ップ10が、セグメント受台12の位置で、図示されな
いセグメントの上面中心位置に取り付けられた把持金具
を把持する。アーム11は、旋回リング13に取り付け
られている昇降装置14によって上下動し、さらに、旋
回リング13は、旋回油圧モータ15の駆動によって、
旋回する。これらの動作により、グリップ10により把
持されているセグメントは、所定位置まで移動される。
そして、所定位置に位置決めされたセグメントは、既設
のセグメント及び隣接セグメントに対して、ボルト締結
装置9によってボルト締めされて、固定される。
【0004】図4は、図3のアーム11の部分に設けら
れているセグメント把持機構部2の概略図である。図4
に示すように、セグメント把持機構部2は、まず、セグ
メント把持機構部2前方に取り付けられた撮像カメラ
(画像センサ)4を用いて、セグメント1を撮像し、そ
の上面重心位置Cを検出する。そして、セグメント把持
機構部2は、その中心位置と、セグメント1の上面重心
位置Cとの中心が一致するように移動する。そして、セ
グメント把持機構部2の中心から延びるグリップ(図4
に図示せず)が、上面重心位置Cに装着されている把持
金具3を把持することによって、セグメント1が把持さ
れる。
【0005】そして、セグメント把持機構部2は、油圧
シリンダなどで構成されるアクチュエータ(図示せず)
を備え、そのアクチュエータによって、グリップによっ
て把持されているセグメント1の姿勢を、その上面中心
位置Cを中心に回転自在に制御される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図4に示したように、
従来方式でセグメント1を把持する場合、これから把持
しようとするセグメント1が必ずしも一定の姿勢で所定
の位置に置かれている訳ではない。そのため、単にセグ
メント1の上面中心位置CをCCDなどによる撮像カメ
ラ4の映像信号を画像処理することによって検出し、セ
グメント把持機構部2の中心と一致させて把持していた
だけでは、セグメント1をトンネル内面の所定位置に配
置するとき、把持されたセグメント1のセグメント把持
機構部2に対する姿勢が一定になっているという保証は
ない。即ち、セグメント把持機構部2は、セグメント1
の供給位置からセグメント1を把持した後に、そのセグ
メント1を配置する位置まで移動する。その間、セグメ
ント把持機構2は、セグメント1の把持金具3の部分だ
けを把持しているので、セグメント把持機構部2に対す
るセグメント1の姿勢がずれたり、変化する場合があ
る。
【0007】そして、セグメント1に対するセグメント
把持機構部2の把持姿勢が変化すると、セグメント1の
配置のとき、隣接セグメント7や既設セグメント8に対
するセグメント1の配置位置や姿勢がずれてしまう。こ
のような場合は、ボルト締結装置9が、セグメント1の
ボルト穴1Hにボルトを挿入できない。このような場
合、従来、マニュアル操作により、セグメント1の姿勢
を補正する必要があった。即ち、自動でシールドリング
を組み立てることができなくなる。従って、ボルト締結
装置9が、自動的に、ボルト穴1Hにボルトを挿入でき
るためには、セグメント1を把持する段階において、セ
グメント把持機構部2のセグメント1に対する重心回り
の姿勢制御を行う必要がある。
【0008】従って、本発明の目的は、セグメント1を
把持する際に、その姿勢制御を行うセグメント組立装置
を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明のセグメント組立装置の構成は、セグメント
を、その上面中心位置を中心に回転自在に把持する把持
部と、セグメントの4隅の位置を撮像する撮像部と、撮
像されたセグメントの4隅の座標と、それぞれに対応す
る4つの参照座標との各偏差に基づいて、把持部に把持
されているセグメントの姿勢を制御する制御部とを備え
ることを特徴とするセグメント組立装置が提供される。
【0010】具体的には、制御部は、上記偏差から、セ
グメントの位置座標と参照座標とを一致させるための把
持部の回転角を求め、この回転角に基づいて、把持部の
回転を制御する。従って、セグメントは、正しい姿勢で
トンネル内面に配置されるので、セグメントのボルト穴
の位置ずれがなくなり、自動ボルト締結が実現される。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲が、本
実施の形態に限定されるものではない。
【0012】図1は、本発明の実施の形態におけるセグ
メント組立装置のセグメント把持機構部の概略構成図で
ある。図1において、セグメント把持機構部2から延び
るグリップ(図1に図示せず)は、セグメント1の上面
中心位置Cに取り付けられた把持金具3を把持する。そ
して、油圧シリンダなどで構成されるアクチュエータ6
が、グリップに把持されるセグメントの姿勢を回転自在
に調整する。具体的には、アクチュエータ6は、セグメ
ント1の上面をXY平面とするXYZ座標におけるZ軸
を軸とする回転角θy(ヨー)、X軸を軸とする回転角
θp(ピッチ)、Y軸を軸とする回転角θr(ロール)を
制御する。
【0013】本発明のセグメント把持機構部2の4隅に
は、CCD(電荷結合素子)などの撮像素子から構成さ
れる撮像カメラ5a、5b、5c及び5dが設けられ
る。各撮像カメラ5a、5b、5c及び5dは、把持さ
れたセグメント1の各隅が各撮像視野に入るように配置
される。
【0014】図2は、把持されたセグメント1を上から
見た図であって、各撮像カメラ5a、5b、5c及び5
dの撮像視野を示す図である。図2において、実線で示
されたセグメント1は、正しい姿勢で把持されている場
合のセグメントの位置であって、点線で示されたセグメ
ント1’は、ずれた姿勢で把持されている場合のセグメ
ントの位置を示す。そして、各撮像カメラ5a、5b、
5c及び5dの視野における、正しい姿勢で把持された
場合のセグメント1の4隅の座標(参照座標)が、あら
かじめ (Rxa,Rya), (Rxb,Ryb), (Rxc,Ryc), (Rxd,Ryd)
として与えられる。また、実際に把持されているセグメ
ントの4隅の座標(実際座標)を(xa,ya), (xb,yb), (x
c,yc), (xd,yd)とすると、これらの座標は、撮像カメラ
から出力される画像信号を、所定の画像処理回路により
処理することにより求めることができる。
【0015】そして、本発明の実施の形態では、実際の
座標(xa,ya), (xb,yb), (xc,yc), (xd,yd)と、参照座標
(Rxa,Rya), (Rxb,Ryb), (Rxc,Ryc), (Rxd,Ryd)とが一致
するように、アクチュエータ6が回転角θy(ヨー)、
回転角θp(ピッチ)、回転角θr(ロール)を制御する
ことによって、セグメント1の姿勢が正しい位置に制御
される。
【0016】以下に、セグメント1の姿勢を正しい位置
にするための回転角θy(ヨー)、回転角θp(ピッ
チ)、回転角θr(ロール)を求める方法について説明
する。この方法は、例えば、セグメント把持機構部2に
設けられる図示しないマイクロコンピュータのROMに
格納された演算プログラムとして与えられ、それをCP
Uが実行する。そして、アクチュエータ6は、このCP
Uの制御に基づいて、求められた回転角だけ、セグメン
ト1を回転動作させる。
【0017】まず、参照座標(Rxa,Rya), (Rxb,Ryb), (R
xc,Ryc), (Rxd,Ryd)に対する実際の隅の座標(xa,ya),
(xb,yb), (xc,yc), (xd,yd)の偏差をそれぞれ以下のよ
うに定義する。 偏差を上記のように定義すると、各回転角θy、θp、θ
rにおけるずれ角Δθy、Δθp、Δθrは、以下の式から
求めることができる。 Δθy= k1×√(-(Δxa×Δxc+Δya×Δyc+Δxb×Δxd+Δyb×Δyd)/4) (if Δxa+Δxb < 0) …(1) Δθy=−k1×√(-(Δxa×Δxc+Δya×Δyc+Δxb×Δxd+Δyb×Δyd)/4) (if Δxa+Δxb > 0) …(2) Δθp= k2×(Δya+Δyb+Δyc+Δyd) / 4 …(3) Δθr= k3×(Δxa+Δxb+Δxc+Δxd) / 4 …(4) ここで、左辺の各Δθの単位はラジアンであって、左辺
の各Δx及びΔyの単位は、画素数(ピクセル)であ
る。従って、左辺のk1、k2、k3は、撮像カメラの1画素
(1ピクセル)の実長さをPとし、セグメント1の上面
中心位置Cからセグメントの隅までの距離をR(図1参
照)とすると、P/Rで与えられる定数となる。本来、
Δθは、上面中心位置Cを中心とし、実際の座標(xi,y
j)と参照座標(Rxi,Ryj)とを結ぶ円弧の長さにより定義
されるが、Δθの値が小さい場合は、この円弧の長さに
代わって、実際の座標と参照座標との直線距離(偏差)
を近似的に用いることができる。
【0018】また、上記(1)式及び(2)式は、セグ
メント1が左回り方向(矢印A)及び右回り(矢印B)
にずれている場合にそれぞれ対応する式である。即ち、
上記(1)式と(2)式における平方根(√)の中身
は、セグメント1が矢印A側にずれている場合とB側に
ずれている場合とで同じ値であるが、回転方向は、反対
である。一方、矢印A側にずれている場合は、Δxa及び
Δxbは、ともに負となり、矢印B側にずれている場合
は、Δxa及びΔxbはともに正となる。Δxa及びΔxbは、
常に同じ符号であるので、どちらか一方の正負判定で、
回転方向を判定してもよいが、誤差を見込んで、両者の
和に基づいて、回転方向を判定する。
【0019】また、Δθy、Δθp、Δθrの正方向は、
それぞれ、右手座標系XYZのZ軸に右ねじが進行する
方向、X軸に右ねじが進行する方向、Y軸に右ねじが進
行する方向である。
【0020】そして、上記(1)、(2)、(3)、
(4)式からΔθy、Δθp、Δθrが求められると、ア
クチュエータ6を駆動して、それぞれ−Δθy、−Δθ
p、−Δθr分だけセグメント1を回転させれば、セグメ
ント1の姿勢を参照座標の位置と一致させることができ
る。これにより、セグメント1を組み立てる際に、自動
的に、セグメント1は正しい姿勢で位置決めされる。従
って、ボルト締結装置9は、自動的に、セグメント1の
ボルト穴1Hにボルトを挿入することができる。
【0021】
【発明の効果】以上、本発明によれば、セグメントの上
面中心位置を回転自在に把持する把持部と、セグメント
の4隅の位置を撮像する撮像部と、撮像されたセグメン
トの4隅の座標と、それぞれに対応する所定の参照座標
との偏差に基づいて、把持部に把持されているセグメン
トの姿勢を制御する制御部とを備えることを特徴とする
セグメント組立装置が提供される。
【0022】これにより、供給されたセグメントを把持
し、所定位置に配置するまでの間に、セグメントの姿勢
に変化が生じた場合であっても、セグメントはあらかじ
め決められた正しい姿勢に一致するように制御される。
従って、セグメントは、隣接セグメント及び既設セグメ
ントに対して、常に正しい姿勢で配置される。即ち、セ
グメントの姿勢をマニュアルで調節することなく、自動
的に、ボルト締結装置がボルト穴にボルトを挿入するこ
とができる位置に、セグメントは位置決めされるので、
自動ボルト締結が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態におけるセグメント組立装
置のセグメント把持機構部の概略構成図である。
【図2】撮像カメラ5の視野を説明する図である。
【図3】セグメント組立装置の全体構成図である。
【図4】従来のセグメント把持機構部の構成図である。
【符号の説明】
1 セグメント 2 セグメント把持機構部 3 把持金具 4 撮像カメラ 5a、5b、5c、5d 撮像カメラ 6 アクチュエータ 9 ボルト締結装置 10 グリップ 11 アーム

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】掘削されたトンネルをシールドするための
    セグメントを把持し、所定位置で組み立てるセグメント
    組立装置において、 該セグメントを、その上面中心位置を中心に回転自在に
    把持する把持部と、 該セグメントの4隅の位置を撮像する撮像部と、 該撮像されたセグメントの4隅の位置座標と、それぞれ
    に対応する4つの参照座標との各偏差に基づいて、該把
    持部に把持されているセグメントの姿勢を制御する制御
    部とを備えることを特徴とするセグメント組立装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、 前記制御部は、前記偏差から、セグメントの位置座標と
    前記参照座標とを一致させるための前記把持部の回転角
    を求め、該回転角に基づいて、前記把持部の回転を制御
    することを特徴とするセグメント組立装置。
JP10354147A 1998-12-14 1998-12-14 セグメント組立装置 Withdrawn JP2000179298A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100766008B1 (ko) 2006-01-13 2007-10-11 주식회사 가림티에스 백라이트 유닛 부품조립장치
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