JP2003253986A - Method and system for estimating condition of embedding pipe jacking machine - Google Patents

Method and system for estimating condition of embedding pipe jacking machine

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JP2003253986A
JP2003253986A JP2002056248A JP2002056248A JP2003253986A JP 2003253986 A JP2003253986 A JP 2003253986A JP 2002056248 A JP2002056248 A JP 2002056248A JP 2002056248 A JP2002056248 A JP 2002056248A JP 2003253986 A JP2003253986 A JP 2003253986A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable highly accurate grasp of condition of a highly accurate embedding pipe jacking machine irrespective of skillfulness of operators. <P>SOLUTION: A crease angle ϕ expressing a horizontal relative angle of the front cylinder of a leading body of an embedding jacking machine and the rear cylinder of the leading body, a horizontal correction value ηH expressing a horizontal relative angle of the cutter head and the front cylinder of the leading body, and a horizontal displacement X<SB>t</SB>of a laser photodetector installed at the rear end of the rear cylinder of the leading body to a planning line are input in a variable vector estimation instrument 407 of successive condition of a horizontal condition estimation instrument 402. A horizontal position posture parameter of the leading body 101 to the horizontal planning line and a parameter of an ARMAX model are online-estimated on the basis of the leading body horizontal revolving model 404 and the leading body horizontal propelling direction model 405. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、先導体前筒、この
先導体前筒と中折れ部を介して連結された先導体後筒、
及び前記先導体前筒の先端に設けられたカッターヘッド
から構成される先導体を有し、この先導体と先導体の後
方に順次継ぎ足される埋設管とを、カッターヘッドで周
囲地盤を掘削しながら発進立坑の元押装置により推進さ
せることにより管路を形成する埋設管推進機に係り、特
に埋設管推進機の位置・姿勢を逐次推定したり、現在よ
り先の挙動を予測したりすることの可能な状態推定方法
および状態推定装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a front conductor front cylinder, a front conductor rear cylinder connected to the front conductor front cylinder through a middle bent portion,
And a leading conductor composed of a cutter head provided at the tip of the leading conductor front cylinder, and starting this leading conductor and an embedded pipe successively added to the rear of the leading conductor while excavating the surrounding ground with the cutter head. It relates to a buried pipe propulsion device that forms a pipeline by propelling it with a vertical shaft pushing device, and in particular it is possible to successively estimate the position and orientation of the buried pipe propulsion device and predict the behavior beyond the present The present invention relates to a state estimation method and a state estimation device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、埋設管推進機では、先導体に内蔵
されたレーザ受光装置やピッチング計などの各種センサ
からの信号により求めた計画線からの変位量を地上に設
置された操作盤上に表示し、この変位量に基づいてオペ
レータがカッターヘッドの方向修正量を決定してカッタ
ーヘッド傾動用油圧ジャッキを操作していた。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a buried pipe propulsion device, a displacement amount from a planned line obtained from signals from various sensors such as a laser receiving device and a pitching meter built in a lead conductor is placed on a control panel installed on the ground. The operator determines the direction correction amount of the cutter head based on this displacement amount and operates the hydraulic jack for tilting the cutter head.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、得られ
るセンサ情報のみでは埋設管推進機の正しい位置・姿勢
を求めることができず、埋設管推進機の状態把握や方向
修正操作はオペレータの経験と技術に大きく依存してい
るという問題点があった。
However, it is not possible to obtain the correct position / orientation of the buried pipe propulsion machine only with the obtained sensor information, and the operator's experience and skill are required to grasp the state of the buried pipe propulsion machine and correct the direction. There was a problem that it relied heavily on.

【0004】本発明の目的は、オペレータの技術ヘの依
存性を極力低減して、オペレータが熟練者か非熟練者か
に関係なく、埋設管推進機の高精度な状態把握を可能に
することにある。
An object of the present invention is to reduce the dependence of the operator on the technology as much as possible to enable the operator to grasp the state of the buried pipe propulsion device with high accuracy regardless of whether the operator is skilled or unskilled. It is in.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、先導体前筒
(図1の104)、この先導体前筒と中折れ部(10
6)を介して連結された先導体後筒(105)、及び前
記先導体前筒の先端に設けられたカッターヘッド(10
2)から構成される先導体(101)と、この先導体の
後方に順次継ぎ足される埋設管(108)とを所定の水
平計画線の方向に推進させる埋設管推進機において、埋
設管推進機の水平位置・姿勢を推定する状態推定方法で
あって、前記先導体前筒と前記先導体後筒との水平相対
角である中折れ角(φ)を出力変数とし、前記カッター
ヘッドと前記先導体前筒との水平相対角である水平方向
修正量(ηH )を入力変数としたとき、単位推進長(L
p )毎に得られる前記入力変数と前記出力変数との関係
をARXモデルとして記述した水平旋回モデル式(式
(1))を予め設定する手順と、前記先導体前筒の水平
旋回曲率(ρH )に前記先導体前筒の長さ(Lf )を乗
じた項と、前記先導体後筒の水平旋回曲率(ρHr)に前
記先導体後筒の長さ(Lr )を乗じた項と、前記先導体
後筒の後端に設けられたレーザ受光装置(202)の水
平計画線に対する水平変位(Xt )を推進距離(L)に
関して微分した微分値の項との合計を、前記先導体の水
平推進方向とする水平推進方向モデル式(式(6))を
予め設定する手順と、前記水平変位と前記中折れ角と前
記水平方向修正量とを入力とし、前記水平旋回モデル式
と前記水平推進方向モデル式とに基づいて、水平計画線
に対する前記先導体の水平位置・姿勢パラメータ(θH
[k],Xh[k])と前記ARXモデルのパラメータ(aH
1,・・・,aHna ,bH1,・・・,bHnb )とを前記
埋設管推進機の推進と同時に推定する状態変数ベクトル
推定手順とを実行するようにしたものである。本発明で
は、埋設管掘進機の先導体の状態変化モデルを基にして
各種観測信号からオンラインで状態推定を行う。
According to the present invention, a front conductor front cylinder (104 in FIG. 1), a front conductor front cylinder and a middle bent portion (10) are provided.
6) and a cutter head (10) provided at the tip of the front conductor rear cylinder (105) and the front conductor front cylinder.
In a buried pipe propulsion device for propelling a front conductor (101) composed of 2) and a buried pipe (108) sequentially added to the rear of the front conductor in the direction of a predetermined horizontal planning line, A state estimation method for estimating a position / orientation, wherein a center bending angle (φ) which is a horizontal relative angle between the front conductor front cylinder and the front conductor rear cylinder is used as an output variable, and the cutter head and the front conductor front When the horizontal correction amount (ηH), which is the horizontal relative angle with the cylinder, is used as an input variable, the unit propulsion length (L
p), the procedure of presetting a horizontal turning model equation (Equation (1)) describing the relationship between the input variable and the output variable obtained as an ARX model, and the horizontal turning curvature (ρH) of the front conductor front cylinder. ) Multiplied by the length (Lf) of the front conductor front cylinder, and a term obtained by multiplying the horizontal turning curvature (ρHr) of the front conductor rear cylinder by the length (Lr) of the front conductor rear cylinder, The sum of the horizontal displacement (Xt) of the laser receiving device (202) provided at the rear end of the front conductor rear cylinder with respect to the horizontal plan line with respect to the propulsion distance (L) and the term of the differential value is calculated. The procedure for presetting a horizontal propulsion direction model formula (formula (6)) to be the propulsion direction, the horizontal displacement, the center bending angle, and the horizontal correction amount are input, and the horizontal turning model formula and the horizontal propulsion model are input. Based on the directional model formula, Position / attitude parameter (θH
[k], Xh [k]) and the parameters of the ARX model (aH
, ..., aHna, bH1, ..., bHnb) are executed simultaneously with the propulsion of the buried pipe propulsion unit, and a state variable vector estimation procedure is executed. In the present invention, the state is estimated online from various observation signals based on the state change model of the lead conductor of the buried pipe excavator.

【0006】また、本発明の埋設管推進機の状態推定方
法の1構成例において、前記状態変数ベクトル推定手順
は、前記水平旋回モデル式と前記水平推進方向モデル式
において、水平計画線に対する前記先導体後筒の水平傾
斜角が前記先導体前筒の水平傾斜角を一定距離遅らせた
値と等しいと仮定することにより得られる状態方程式
(式(1)、式(11))を基にして、水平計画線に対
する前記先導体の水平位置・姿勢パラメータと前記AR
Xモデルのパラメータとを同時に推定するようにしたも
のである。また、本発明の埋設管推進機の状態推定方法
の1構成例において、前記状態変数ベクトル推定手順
は、前記レーザ受光装置の水平計画線に対する水平変位
を推進距離に関して微分した微分値が前記先導体前筒の
水平傾斜角を一定距離遅らせた値と等しいと仮定するこ
とにより得られる状態方程式(式(1)、式(11)、
式(12))を基にして、水平計画線に対する前記先導
体の水平位置・姿勢パラメータと前記ARXモデルのパ
ラメータとを同時に推定するようにしたものである。ま
た、本発明の埋設管推進機の状態推定方法の1構成例
は、前記レーザ受光装置の水平計画線に対する水平変位
の代わりに、前記先導体に設けられた誘導磁界発生装置
(301)の水平計画線に対する水平変位(XD )を補
間した値を用いるようにしたものである。
Further, in one configuration example of the method of estimating the state of the buried pipe propulsion device of the present invention, the state variable vector estimating procedure is such that, in the horizontal turning model formula and the horizontal propulsion direction model formula, Based on the state equations (Equations (1) and (11)) obtained by assuming that the horizontal inclination angle of the back tube is equal to the value obtained by delaying the horizontal inclination angle of the front conductor front tube by a certain distance, The horizontal position / orientation parameter of the leading conductor with respect to the horizontal planning line and the AR
The parameters of the X model are estimated at the same time. Further, in one configuration example of the state estimation method for the buried pipe propulsion device of the present invention, in the state variable vector estimation procedure, a differential value obtained by differentiating a horizontal displacement of the laser light receiving device with respect to a horizontal planning line with respect to a propulsion distance is the leading conductor. A state equation (Equation (1), Equation (11), obtained by assuming that the horizontal tilt angle of the front cylinder is equal to a value delayed by a certain distance.
Based on the equation (12), the horizontal position / orientation parameter of the leading conductor with respect to the horizontal planning line and the parameter of the ARX model are simultaneously estimated. Further, in one configuration example of the method of estimating the state of the buried pipe propulsion device of the present invention, instead of the horizontal displacement of the laser receiving device with respect to the horizontal planned line, the horizontal direction of the induction magnetic field generating device (301) provided in the leading conductor is set. A value obtained by interpolating the horizontal displacement (XD) with respect to the planned line is used.

【0007】また、本発明は、先導体前筒、この先導体
前筒と中折れ部を介して連結された先導体後筒、及び前
記先導体前筒の先端に設けられたカッターヘッドから構
成される先導体と、この先導体の後方に順次継ぎ足され
る埋設管とを所定の垂直計画線の方向に推進させる埋設
管推進機において、埋設管推進機の垂直位置・姿勢を推
定する状態推定方法であって、前記先導体前筒の垂直旋
回曲率(ρV )を出力変数とし、前記カッターヘッドと
前記先導体前筒との垂直相対角である垂直方向修正量
(ηV )を入力変数としたとき、単位推進長(Lp )毎
に得られる前記入力変数と前記出力変数との関係をAR
Xモデルとして記述した垂直旋回モデル式(式(2
2))を予め設定する手順と、前記先導体前筒の垂直旋
回曲率に前記先導体前筒の長さ(Lf )を乗じた項と、
前記先導体後筒の垂直旋回曲率(ρVr)に前記先導体後
筒の長さ(Lr )を乗じた項と、前記先導体後筒の後端
に設けられたレーザ受光装置(202)の垂直計画線に
対する垂直変位(Yt )を推進距離(L)に関して微分
した微分値の項との合計を、前記先導体の垂直推進方向
とする垂直推進方向モデル式(式(23))を予め設定
する手順と、垂直計画線に対する前記先導体前筒の傾斜
角であるピッチング角(p又はθV )と前記垂直変位と
前記垂直方向修正量とを入力とし、前記垂直旋回モデル
式と前記垂直推進方向モデル式とに基づいて、垂直計画
線に対する前記先導体の垂直位置・姿勢パラメータ(θ
V[k],Yh[k])と前記ARXモデルのパラメータ(aV
1,・・・,aVna ,bV1,・・・,bVnb )とを前記
埋設管推進機の推進と同時に推定する状態変数ベクトル
推定手順とを実行するようにしたものである。本発明で
は、埋設管掘進機の先導体の状態変化モデルを基にして
各種観測信号からオンラインで状態推定を行う。
Further, the present invention comprises a front conductor front cylinder, a front conductor rear cylinder connected to the front conductor front cylinder via an intermediate bent portion, and a cutter head provided at the tip of the front conductor front cylinder. This is a state estimation method for estimating the vertical position / posture of a buried pipe propulsion machine in a buried pipe propulsion machine that propels a front conductor and a buried pipe that are sequentially added to the rear of the front conductor in the direction of a predetermined vertical planning line. Then, when the vertical turning curvature (ρV) of the front conductor front cylinder is used as an output variable and the vertical correction amount (ηV) which is a vertical relative angle between the cutter head and the front conductor front cylinder is used as an input variable, a unit The relation between the input variable and the output variable obtained for each propulsion length (Lp) is AR
The vertical turning model formula (Formula (2
2)) is preset, and a term obtained by multiplying the vertical turning curvature of the front conductor front cylinder by the length (Lf) of the front conductor front cylinder,
A term obtained by multiplying the vertical turning curvature (ρVr) of the front conductor rear cylinder by the length (Lr) of the front conductor rear cylinder, and the vertical of the laser receiving device (202) provided at the rear end of the front conductor rear cylinder. A vertical propulsion direction model equation (equation (23)) is set in advance, in which the sum of the vertical displacement (Yt) with respect to the planned line and the term of the differential value obtained by differentiating with respect to the propulsion distance (L) is the vertical propulsion direction of the preceding conductor. The procedure, the pitching angle (p or θV) that is the inclination angle of the front conductor front cylinder with respect to the vertical planning line, the vertical displacement, and the vertical direction correction amount are input, and the vertical turning model formula and the vertical propulsion direction model are input. The vertical position / orientation parameter (θ
V [k], Yh [k]) and the parameters of the ARX model (aV
, ..., aVna, bV1, ..., bVnb) are executed simultaneously with the propulsion of the buried pipe propulsion unit, and a state variable vector estimation procedure is executed. In the present invention, the state is estimated online from various observation signals based on the state change model of the lead conductor of the buried pipe excavator.

【0008】また、本発明の埋設管推進機の状態推定方
法の1構成例において、前記状態変数ベクトル推定手順
は、前記垂直旋回モデル式と前記垂直推進方向モデル式
において、垂直計画線に対する前記先導体後筒の垂直傾
斜角が前記先導体前筒の垂直傾斜角を一定距離遅らせた
値と等しいと仮定することにより得られる状態方程式
(式(24)、式(27))を基にして、垂直計画線に
対する前記先導体の垂直位置・姿勢パラメータと前記A
RXモデルのパラメータとを同時に推定するようにした
ものである。また、本発明の埋設管推進機の状態推定方
法の1構成例において、前記状態変数ベクトル推定手順
は、前記レーザ受光装置の垂直計画線に対する垂直変位
を推進距離に関して微分した微分値が前記先導体前筒の
垂直傾斜角を一定距離遅らせた値と等しいと仮定するこ
とにより得られる状態方程式(式(24)、式(2
7)、式(28))を基にして、垂直計画線に対する前
記先導体の垂直位置・姿勢パラメータと前記ARXモデ
ルのパラメータとを同時に推定するようにしたものであ
る。また、本発明の埋設管推進機の状態推定方法の1構
成例は、前記レーザ受光装置の垂直計画線に対する垂直
変位の代わりに、前記先導体に設けられた誘導磁界発生
装置の垂直計画線に対する垂直変位(Ys )を補間した
値を用いるようにしたものである。
Further, in one configuration example of the method of estimating the state of the buried pipe propulsion device of the present invention, the state variable vector estimating procedure is such that, in the vertical turning model formula and the vertical propulsion direction model formula, Based on the state equations (Equations (24) and (27)) obtained by assuming that the vertical inclination angle of the back tube is equal to the value obtained by delaying the vertical inclination angle of the front conductor front tube by a certain distance, The vertical position / orientation parameter of the leading conductor with respect to the vertical planning line and the A
The parameters of the RX model are estimated at the same time. Further, in one configuration example of the state estimation method of the buried pipe propulsion device of the present invention, in the state variable vector estimation procedure, a differential value obtained by differentiating a vertical displacement of the laser light receiving device with respect to a vertical planning line with respect to a propulsion distance is the leading conductor. A state equation (equation (24), equation (2) obtained by assuming that the vertical inclination angle of the front cylinder is equal to the value obtained by delaying the vertical distance by a certain distance.
7) and the equation (28)) are used to simultaneously estimate the vertical position / orientation parameters of the leading conductor with respect to the vertical planning line and the parameters of the ARX model. Further, in one configuration example of the method of estimating the state of the buried pipe propulsion device of the present invention, instead of the vertical displacement with respect to the vertical planning line of the laser light receiving device, the vertical planning line of the induction magnetic field generating device provided in the lead conductor is used. The value obtained by interpolating the vertical displacement (Ys) is used.

【0009】また、本発明の埋設管推進機の状態推定装
置は、前記先導体前筒と前記先導体後筒との水平相対角
である中折れ角を出力変数とし、前記カッターヘッドと
前記先導体前筒との水平相対角である水平方向修正量を
入力変数としたとき、単位推進長毎に得られる前記入力
変数と前記出力変数との関係をARXモデルとして記述
した水平旋回モデル(図4の404)と、前記先導体前
筒の水平旋回曲率に前記先導体前筒の長さを乗じた項
と、前記先導体後筒の水平旋回曲率に前記先導体後筒の
長さを乗じた項と、前記先導体後筒の後端に設けられた
レーザ受光装置の水平計画線に対する水平変位を推進距
離に関して微分した微分値の項との合計を、前記先導体
の水平推進方向とする水平推進方向モデル(405)
と、前記水平変位と前記中折れ角と前記水平方向修正量
とを入力とし、前記水平旋回モデル式と前記水平推進方
向モデル式とに基づいて、水平計画線に対する前記先導
体の水平位置・姿勢パラメータと前記ARXモデルのパ
ラメータとを前記埋設管推進機の推進と同時に推定する
逐次状態変数ベクトル推定器(407)とを有するもの
である。
Further, in the state estimating apparatus for a buried pipe propulsion device of the present invention, the middle bending angle, which is a horizontal relative angle between the front conductor front cylinder and the front conductor rear cylinder, is used as an output variable, and the cutter head and the leader are used. A horizontal turning model in which the relationship between the input variable and the output variable obtained for each unit propulsion length is described as an ARX model when a horizontal correction amount which is a horizontal relative angle with the front cylinder is used as an input variable (FIG. 4). 404), the horizontal swirl curvature of the front conductor front cylinder multiplied by the length of the front conductor front cylinder, and the horizontal swirl curvature of the front conductor rear cylinder multiplied by the length of the front conductor rear cylinder. And the term of the differential value obtained by differentiating the horizontal displacement of the laser receiving device provided at the rear end of the front conductor rear cylinder with respect to the horizontal plan line with respect to the propulsion distance, as the horizontal propulsion direction of the front conductor. Propulsion direction model (405)
And the horizontal displacement, the center bending angle, and the horizontal correction amount as inputs, and based on the horizontal turning model formula and the horizontal propulsion direction model formula, the horizontal position / posture of the leading conductor with respect to a horizontal planning line. And a sequential state variable vector estimator (407) for estimating the parameters and the parameters of the ARX model simultaneously with the propulsion of the buried pipe propulsion machine.

【0010】また、本発明の埋設管推進機の状態推定装
置の1構成例において、前記逐次状態変数ベクトル推定
器は、前記水平旋回モデル式と前記水平推進方向モデル
式において、水平計画線に対する前記先導体後筒の水平
傾斜角が前記先導体前筒の水平傾斜角を一定距離遅らせ
た値と等しいと仮定することにより得られる状態方程式
を基にして、水平計画線に対する前記先導体の水平位置
・姿勢パラメータと前記ARXモデルのパラメータとを
同時に推定するものである。また、本発明の埋設管推進
機の状態推定装置の1構成例において、前記逐次状態変
数ベクトル推定器は、前記レーザ受光装置の水平計画線
に対する水平変位を推進距離に関して微分した微分値が
前記先導体前筒の水平傾斜角を一定距離遅らせた値と等
しいと仮定することにより得られる状態方程式を基にし
て、水平計画線に対する前記先導体の水平位置・姿勢パ
ラメータと前記ARXモデルのパラメータとを同時に推
定するものである。また、本発明の埋設管推進機の状態
推定装置の1構成例において、前記逐次状態変数ベクト
ル推定器は、前記レーザ受光装置の水平計画線に対する
水平変位の代わりに、前記先導体に設けられた誘導磁界
発生装置の水平計画線に対する水平変位を補間した値を
用いるものである。
In addition, in one configuration example of the state estimating apparatus for a buried pipe propulsion device of the present invention, the sequential state variable vector estimator is the horizontal turning model formula and the horizontal propulsion direction model formula, and Based on the equation of state obtained by assuming that the horizontal inclination angle of the front conductor rear cylinder is equal to the value obtained by delaying the horizontal inclination angle of the front conductor front cylinder by a certain distance, the horizontal position of the front conductor with respect to the horizontal planning line. The posture parameter and the parameter of the ARX model are estimated at the same time. Further, in one configuration example of the state estimating device for a buried pipe propulsion device of the present invention, the sequential state variable vector estimator is configured such that a differential value obtained by differentiating a horizontal displacement of the laser receiving device with respect to a horizontal planning line with respect to a propulsion distance is the lead. Based on the equation of state obtained by assuming that the horizontal tilt angle of the front cylinder is equal to the value obtained by delaying the horizontal distance by a certain distance, the horizontal position / posture parameter of the leading conductor with respect to the horizontal planning line and the parameter of the ARX model are calculated. It is estimated at the same time. In addition, in one configuration example of the state estimating device for a buried pipe propulsion device of the present invention, the sequential state variable vector estimator is provided in the leading conductor instead of the horizontal displacement of the laser receiving device with respect to the horizontal planning line. A value obtained by interpolating the horizontal displacement with respect to the horizontal planning line of the induction magnetic field generator is used.

【0011】また、本発明の埋設管推進機の状態推定装
置は、前記先導体前筒の垂直旋回曲率を出力変数とし、
前記カッターヘッドと前記先導体前筒との垂直相対角で
ある垂直方向修正量を入力変数としたとき、単位推進長
毎に得られる前記入力変数と前記出力変数との関係をA
RXモデルとして記述した垂直旋回モデル(図7の50
4)と、前記先導体前筒の垂直旋回曲率に前記先導体前
筒の長さを乗じた項と、前記先導体後筒の垂直旋回曲率
に前記先導体後筒の長さを乗じた項と、前記先導体後筒
の後端に設けられたレーザ受光装置の垂直計画線に対す
る垂直変位を推進距離に関して微分した微分値の項との
合計を、前記先導体の垂直推進方向とする垂直推進方向
モデル(505)と、垂直計画線に対する前記先導体前
筒の傾斜角であるピッチング角と前記垂直変位と前記垂
直方向修正量とを入力とし、前記垂直旋回モデル式と前
記垂直推進方向モデル式とに基づいて、垂直計画線に対
する前記先導体の垂直位置・姿勢パラメータと前記AR
Xモデルのパラメータとを前記埋設管推進機の推進と同
時に推定する逐次状態変数ベクトル推定器(507)と
を有するものである。
The state estimating apparatus for a buried pipe propulsion apparatus according to the present invention uses the vertical turning curvature of the front conductor front cylinder as an output variable,
When a vertical correction amount which is a vertical relative angle between the cutter head and the front conductor front cylinder is used as an input variable, the relationship between the input variable and the output variable obtained for each unit propulsion length is represented by A
Vertical turning model described as RX model (50 in FIG. 7)
4), a term obtained by multiplying the vertical turning curvature of the leading conductor front cylinder by the length of the leading conductor front tube, and a term obtained by multiplying the vertical turning curvature of the leading conductor rear tube by the length of the leading conductor rear tube. And a term of a differential value obtained by differentiating the vertical displacement of the laser receiving device provided at the rear end of the front conductor from the vertical planning line with respect to the propulsion distance, the sum of the term and the term of the differential value is the vertical propulsion direction of the front conductor. The vertical turning model formula and the vertical propulsion direction model formula are input by inputting the direction model (505), the pitching angle that is the inclination angle of the front conductor front cylinder with respect to the vertical planning line, the vertical displacement, and the vertical direction correction amount. The vertical position / orientation parameter of the leading conductor with respect to the vertical planning line and the AR
And a sequential state variable vector estimator (507) for estimating the parameters of the X model and the propulsion of the buried pipe propulsion machine at the same time.

【0012】また、本発明の埋設管推進機の状態推定装
置の1構成例において、前記逐次状態変数ベクトル推定
器は、前記垂直旋回モデル式と前記垂直推進方向モデル
式において、垂直計画線に対する前記先導体後筒の垂直
傾斜角が前記先導体前筒の垂直傾斜角を一定距離遅らせ
た値と等しいと仮定することにより得られる状態方程式
を基にして、垂直計画線に対する前記先導体の垂直位置
・姿勢パラメータと前記ARXモデルのパラメータとを
同時に推定するものである。また、本発明の埋設管推進
機の状態推定装置の1構成例において、前記逐次状態変
数ベクトル推定器は、前記レーザ受光装置の垂直計画線
に対する垂直変位を推進距離に関して微分した微分値が
前記先導体前筒の垂直傾斜角を一定距離遅らせた値と等
しいと仮定することにより得られる状態方程式を基にし
て、垂直計画線に対する前記先導体の垂直位置・姿勢パ
ラメータと前記ARXモデルのパラメータとを同時に推
定するものである。また、本発明の埋設管推進機の状態
推定装置の1構成例において、前記逐次状態変数ベクト
ル推定器は、前記レーザ受光装置の垂直計画線に対する
垂直変位の代わりに、前記先導体に設けられた誘導磁界
発生装置の垂直計画線に対する垂直変位を補間した値を
用いるものである。
Further, in one configuration example of the state estimating device for a buried pipe propulsion device of the present invention, the sequential state variable vector estimator is characterized in that, in the vertical turning model formula and the vertical propulsion direction model formula, Based on the equation of state obtained by assuming that the vertical inclination angle of the front conductor rear cylinder is equal to the value obtained by delaying the vertical inclination angle of the front conductor front cylinder by a certain distance, the vertical position of the front conductor with respect to the vertical planning line. The posture parameter and the parameter of the ARX model are estimated at the same time. Further, in one configuration example of the state estimating device for a buried pipe propulsion device of the present invention, the sequential state variable vector estimator is configured such that a differential value obtained by differentiating a vertical displacement of the laser receiving device with respect to a vertical planning line with respect to a propulsion distance is the lead. Based on the equation of state obtained by assuming that the vertical inclination angle of the front cylinder is equal to a value obtained by delaying the vertical distance by a certain distance, the vertical position / posture parameter of the leading conductor with respect to the vertical planning line and the parameter of the ARX model are calculated. It is estimated at the same time. Further, in one configuration example of the state estimating device for a buried pipe propulsion device of the present invention, the sequential state variable vector estimator is provided on the leading conductor instead of the vertical displacement of the laser receiving device with respect to the vertical planning line. A value obtained by interpolating vertical displacement with respect to the vertical planning line of the induction magnetic field generator is used.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の方向
制御装置の制御対象となる掘削型埋設管推進機の全体構
成を示す側面図である。図1に示す埋設管推進機は、先
導体101の先端に設けられたカッターヘッド102に
より周囲の地盤109を掘削しながら前進し、一定長の
埋設管108を順次継ぎ足していくことにより管路を形
成する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view showing an overall configuration of an excavation-type buried pipe propulsion machine which is a control target of the direction control device of the present invention. The buried pipe propulsion machine shown in FIG. 1 moves forward while excavating the surrounding ground 109 by a cutter head 102 provided at the tip of a leading conductor 101, and successively adds buried pipes 108 of a certain length to form a pipeline. Form.

【0014】先導体101は、地盤109を掘削するカ
ッターヘッド102と、先端にカッターヘッド102が
取り付けられた方向修正部103と、先端に方向修正部
103が取り付けられた先導体前筒104と、先導体前
筒104と中折れ部106を介して連結された先導体後
筒105とから構成される。
The lead conductor 101 includes a cutter head 102 for excavating the ground 109, a direction correction portion 103 having the tip end attached with the cutter head 102, and a front conductor front cylinder 104 having the direction correction portion 103 attached at the tip end. It is composed of a front conductor front cylinder 104 and a front conductor rear cylinder 105 connected via a middle bent portion 106.

【0015】先導体101と埋設管108とを前進させ
る推進力は、地盤109に垂直に形成された発進立抗1
10内の元押装置107によって生じる。また、埋設管
推進機の推進方向は、方向修正部103に内蔵された後
述する方向修正ジャッキにより方向修正部103(カッ
ターヘッド102)を上下左右に傾動させることにより
制御することができる。
The propulsive force for advancing the front conductor 101 and the buried pipe 108 is the starting standing force 1 formed perpendicularly to the ground 109.
It is generated by the former pushing device 107 in 10. The propulsion direction of the buried pipe propulsion unit can be controlled by tilting the direction correcting unit 103 (cutter head 102) vertically and horizontally by a direction correcting jack incorporated in the direction correcting unit 103, which will be described later.

【0016】図2は直線施工時のレーザターゲット法に
よる水平位置検知及び垂直位置検知システムを示してい
る。発進立抗110内に設けられたレーザセオドライト
201が発するレーザ光が先導体後筒105に配置され
たレーザ受光装置202のターゲット面に照射される
と、その照射位置からレーザ光(基準線、すなわち後述
する計画線)に対するレーザ受光装置202の変位を求
めることができる。
FIG. 2 shows a horizontal position detection system and a vertical position detection system by the laser target method during straight line construction. When the laser light emitted by the laser theodolite 201 provided in the launching stand 110 is irradiated to the target surface of the laser light receiving device 202 arranged in the front conductor rear cylinder 105, the laser light (reference line, that is, the reference line, from the irradiation position) is irradiated. The displacement of the laser light receiving device 202 with respect to a planning line described later) can be obtained.

【0017】一方、レーザ光に対する先導体後筒105
の傾斜角は直接得られないため、レーザ光に対するレー
ザ受光装置202の現在の変位と埋設管推進機が数10
cm推進した後の同変位とを比較したときの変分から近
似的に水平および垂直方向の傾斜角を求めている。
On the other hand, the front conductor rear cylinder 105 for the laser light
Since the inclination angle of is not directly obtained, the current displacement of the laser light receiving device 202 with respect to the laser light and the buried pipe propulsion machine are several tens of
The inclination angles in the horizontal and vertical directions are approximately obtained from the variation when compared with the same displacement after propelling by cm.

【0018】ただし、このときの傾斜角は、埋設管推進
機が数10cm推進する間、先導体101が回転運動を
しないという仮定に基づいているために必ずしも正確な
値ではない。この傾斜角から中折れ部106の水平変位
及び垂直変位を求めることができる。
However, the inclination angle at this time is not necessarily an accurate value because it is based on the assumption that the lead conductor 101 does not make a rotational motion while the buried pipe propulsion machine is propelling for several tens of centimeters. The horizontal displacement and the vertical displacement of the center bent portion 106 can be obtained from this inclination angle.

【0019】さらに、先導体前筒104と先導体後筒1
05の水平方向の相対角を検出する中折れ角センサ20
4の値を用いることにより、方向修正部103の水平位
置が求まる。また、先導体前筒104に設置されたピッ
チング計203によって先導体前筒104の垂直位置が
求まり、ローリング計205によって先導体前筒104
の回転角度が求まる。また、前述のように、方向修正部
103には方向修正ジャッキ111が内蔵されている。
Further, the front conductor front cylinder 104 and the front conductor rear cylinder 1
Bending angle sensor 20 for detecting the horizontal relative angle of 05
By using the value of 4, the horizontal position of the direction correction unit 103 can be obtained. Also, the vertical position of the front conductor front cylinder 104 is obtained by the pitching meter 203 installed in the front conductor front cylinder 104, and the rolling conductor 205 is used by the rolling meter 205.
The rotation angle of is obtained. Further, as described above, the direction correcting unit 103 has the direction correcting jack 111 built therein.

【0020】図3は曲線施工時の電磁法による水平位置
検知システムと液圧差法による垂直位置検知システムを
示している。水平方向に関しては、先導体101に内蔵
された誘導磁界発生装置301が生成する誘導磁界を地
上に設置された誘導磁界検出装置302によって検知す
ることにより、埋設管推進機の推進基準線(計画線)か
らの水平変位を求めることができる。
FIG. 3 shows a horizontal position detection system by an electromagnetic method and a vertical position detection system by a hydraulic pressure difference method when a curve is constructed. Regarding the horizontal direction, the induced magnetic field generated by the induced magnetic field generator 301 built in the lead conductor 101 is detected by the induced magnetic field detector 302 installed on the ground, so that the propulsion reference line (planned line) of the buried pipe propulsion machine (planned line) is detected. ) From the horizontal displacement.

【0021】垂直方向に関しては、先導体101に内蔵
された圧力センサ303で測定された液圧と地上に設置
された基準液圧測定装置304で測定された基準液圧と
の差を検知することにより、埋設管推進機の深度を求め
ることができる。なお、埋設管推進機の構成を明瞭に記
載するため、図2、図3では別々に記載しているが、埋
設管推進機及び埋設管推進機の外部には、図2、図3に
示した各構成が同時に設置されている。
In the vertical direction, it is necessary to detect the difference between the hydraulic pressure measured by the pressure sensor 303 built in the lead conductor 101 and the reference hydraulic pressure measured by the reference hydraulic pressure measuring device 304 installed on the ground. Thus, the depth of the buried pipe propulsion device can be obtained. 2 and 3 are separately shown in order to clearly describe the configuration of the buried pipe propulsion device, but the buried pipe propulsion device and the outside of the buried pipe propulsion device are shown in FIGS. 2 and 3. Each configuration is installed at the same time.

【0022】[第1の実施の形態]以下、埋設管推進機
の水平方向の位置・姿勢を推定する水平方向状態推定装
置について説明する。図4は、本発明の第1の実施の形
態となる水平方向状態推定装置の構成を示すブロック図
である。図4の各要素の具体的構成法を述べるため、最
初に埋設管推進機の水平方向修正量に対する先導体10
1の旋回特性を表すマシン状態変化モデルの設計法につ
いて述べる。その後、直線施工時のレーザターゲット法
および曲線施工時の誘導磁界検知法それぞれの観測手段
による埋設管推進機の水平方向に関する状態変化モデル
パラメータのオンライン推定法について説明する。
[First Embodiment] A horizontal state estimating device for estimating the horizontal position / orientation of a buried pipe propulsion device will be described below. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of the horizontal direction state estimation device according to the first embodiment of the present invention. In order to describe the concrete configuration method of each element in FIG. 4, first, the lead conductor 10 with respect to the horizontal correction amount of the buried pipe propulsion machine is described.
A method of designing a machine state change model representing the turning characteristic of No. 1 will be described. Then, the online estimation method of the state change model parameter regarding the horizontal direction of the buried pipe propulsion device by the respective observation means of the laser target method during straight line construction and the induction magnetic field detection method during curved construction will be described.

【0023】図5は埋設管推進機の水平方向の運動を表
すための各部位の位置や角度の定義を示している。水平
計画線(基線)からみたカッターヘッド102の先端部
の水平変位をXc 、水平計画線からみた方向修正部10
3の水平変位をXh 、水平計画線からみた中折れ部10
6の水平変位をXm 、水平計画線からみたレーザ受光装
置202の水平変位をXt とする。
FIG. 5 shows the definition of the position and angle of each part for representing the horizontal movement of the buried pipe propulsion device. The horizontal displacement of the tip portion of the cutter head 102 as seen from the horizontal planning line (base line) is Xc, and the direction correcting unit 10 as seen from the horizontal planning line.
Xh is the horizontal displacement of 3 and the center folding part 10 is seen from the horizontal planning line.
The horizontal displacement of 6 is Xm, and the horizontal displacement of the laser light receiving device 202 seen from the horizontal planning line is Xt.

【0024】また、水平計画線に対する先導体前筒10
4の傾斜角(ヨーイング角)をθH、水平計画線に対す
る先導体後筒105の傾斜角をθHr、先導体前筒104
を基準としたときの方向修正部103の傾斜角(ヘッド
角)である水平方向修正量をηH 、先導体後筒105を
基準とした前筒104の傾斜角(中折れ角)をφとす
る。また、先導体前筒104の長さをLf 、カッターヘ
ッド102を含む方向修正部103の長さをLh 、先導
体後筒105の長さをLr とする。
Further, the front conductor front cylinder 10 with respect to the horizontal planning line
The inclination angle (yaw angle) of 4 is θH, the inclination angle of the front conductor rear cylinder 105 with respect to the horizontal planning line is θHr, and the front conductor front cylinder 104.
Η H is the horizontal correction amount, which is the inclination angle (head angle) of the direction correction portion 103 with reference to, and the inclination angle (center bending angle) of the front cylinder 104 with respect to the front conductor rear cylinder 105 is φ. . Further, the length of the front conductor front cylinder 104 is Lf, the length of the direction correcting portion 103 including the cutter head 102 is Lh, and the length of the front conductor rear cylinder 105 is Lr.

【0025】先導体101の旋回運動は、元押装置10
7の発生する推進力とカッターヘッド102を含む方向
修正部103が周囲地盤より受ける反力により大きく左
右され、埋設管推進機の方向修正は先導体前筒104と
方向修正部103の相対角である方向修正量を制御して
地盤からの反力の影響を調整することにより実現される
ものと考えられる。
The turning motion of the leading conductor 101 is caused by the original pushing device 10.
7 is greatly affected by the propulsive force generated by the rotor 7 and the reaction force received by the direction correction unit 103 including the cutter head 102 from the surrounding ground. The direction of the buried pipe propulsion machine is corrected by the relative angle between the front conductor front cylinder 104 and the direction correction unit 103. It is considered to be realized by controlling a certain direction correction amount and adjusting the influence of the reaction force from the ground.

【0026】また、埋設管推進機の構造から明らかなよ
うに先導体101の急旋回は不可能であり、水平計画線
に対する傾斜角を変化させるには方向修正の後ある程度
の推進距離を必要とする。ある一定の方向修正量を与え
て推進を続けると、先導体前筒104が同一方向へ傾斜
を始め中折れ角が生じ、仮にその後の地盤の性質が一定
であるとすると先導体101は理想的には一定の折れ角
を保ちながらある一定の曲率で旋回しようとする。
Further, as is clear from the structure of the buried pipe propulsion device, the steep turning of the front conductor 101 is impossible, and a certain propulsion distance is required after the direction correction to change the inclination angle with respect to the horizontal planning line. To do. If a certain amount of direction correction is given and the propulsion is continued, the front conductor front cylinder 104 begins to incline in the same direction and a middle bending angle occurs, and assuming that the property of the ground thereafter is constant, the front conductor 101 is ideal. Tries to turn with a certain curvature while maintaining a constant bending angle.

【0027】そこで、先導体101の水平旋回曲率と密
接な関係があり、かつ内部センサにより計測可能な中折
れ角φを出力変数とし、水平方向修正量ηH を入力変数
として、それぞれ単位推進長Lp 毎にサンプリングした
時系列データに関して次式のようなARX(Auto-Regre
ssive eXogenous )モデルを導入することにより埋設管
推進機の運動モデルを記述することを考える。 φ[k+1]+aH1φ[k]+・・・+aHnaφ[k-na+1]=bH1ηH[k]+・・・+bHnb ηH[k-nb+1]+wH[k] ・・・(1)
Therefore, the central bending angle φ which is closely related to the horizontal turning curvature of the lead conductor 101 and can be measured by the internal sensor is used as an output variable, and the horizontal correction amount ηH is used as an input variable. The time-series data sampled for each ARX (Auto-Regre
Consider describing the motion model of a buried pipe propulsion machine by introducing the ssive eXogenous model. φ [k + 1] + aH1φ [k] + ・ ・ ・ + aHnaφ [k-na + 1] = bH1ηH [k] + ・ ・ ・ + bHnb ηH [k-nb + 1] + wH [k] (1)

【0028】ARXモデルについては、例えば文献「I.
D.Landau,“System Identificationand Control Desig
n”,PrenticeHall(1990)」、文献「足立修一,“ユーザ
のためのシステム同定理論”,計測自動制御学会(199
3)」に記載されている。折れ角の自己回帰成分を考慮す
るのは方向修正部103の剛性が極めて高いのに対し、
中折れ部106には埋設管推進機の旋回を容易にするた
めのコンプライアンスが存在すると考えられるためであ
る。式(1)において、kはマシンデータのサンプリン
グ回数、aHi(i=1,・・・,na),bHj(j=
1,・・・,nb)は周囲の地盤の性質によって変化す
る埋設管推進機の旋回特性に関するパラメータ、w[k]
は上記ダイナミクスに作用する白色システムノイズを意
味している。
Regarding the ARX model, for example, reference "I.
D. Landau, “System Identification and Control Desig
n ”, Prentice Hall (1990)”, Reference “Shuichi Adachi,“ System Identification Theory for Users ”, The Society of Instrument and Control Engineers (199
3) ”. Taking into account the autoregressive component of the bending angle, the rigidity of the direction correcting unit 103 is extremely high, while
This is because it is considered that the middle bent portion 106 has compliance for facilitating the turning of the buried pipe propulsion device. In Expression (1), k is the number of times machine data is sampled, aHi (i = 1, ..., Na), bHj (j =
1, ..., Nb) is a parameter relating to the turning characteristics of the buried pipe propulsion machine, which varies depending on the properties of the surrounding ground, w [k]
Means white system noise acting on the above dynamics.

【0029】次に、先導体101の推進方向に関するモ
デリングについて考える。図6は推進中の先導体101
の各部の移動ベクトルを示したものである。前述のとお
り、方向修正部103の剛性は非常に大きいため、カッ
ターヘッド102から先導体前筒104までを一体とし
て埋設管推進機の旋回運動に伴う瞬間的な回転中心をC
f 、中折れ部106を介して接続される先導体後筒10
5に関する瞬間回転中心をCr とする。
Next, modeling regarding the propulsion direction of the leading conductor 101 will be considered. FIG. 6 shows a leading conductor 101 being propelled.
3 shows the movement vector of each part of. As described above, since the rigidity of the direction correcting portion 103 is very large, the instantaneous center of rotation associated with the swiveling motion of the buried pipe propulsion unit is C from the cutter head 102 to the front conductor front cylinder 104 as a unit.
f, the front conductor rear cylinder 10 connected through the middle bent portion 106
Let Cr be the instantaneous center of rotation for 5.

【0030】また、瞬間回転中心Cf から先導体前筒1
04へ降ろした垂線の足から方向修正部103までの距
離をDf 、カッターヘッド102から先導体前筒104
までを一体とする旋回運動の曲率半径を1/ρH 、瞬間
回転中心Cr から先導体後筒105へ降ろした垂線の足
から中折れ部106までの距離をDr 、先導体後筒10
5の旋回運動の曲率半径を1/ρHrとする。ただし、ρ
H は先導体前筒104の水平旋回曲率、ρHrは先導体後
筒105の水平旋回曲率であり、これら曲率ρH ,ρHr
は右方向への旋回時を正と定義しておく。
Further, from the instantaneous center of rotation Cf to the front conductor front cylinder 1
Df is the distance from the foot of the perpendicular dropped to 04 to the direction correcting portion 103, and the cutter head 102 to the front conductor front cylinder 104.
Is 1 / ρH, the distance from the foot of the perpendicular drawn from the instantaneous center of rotation Cr to the front conductor rear cylinder 105 to the middle bent portion 106 is Dr, and the front conductor rear cylinder 10
The radius of curvature of the turning motion of 5 is 1 / ρHr. However, ρ
H is the horizontal turning curvature of the front conductor front cylinder 104, ρHr is the horizontal turning curvature of the front conductor rear cylinder 105, and these curvatures ρH and ρHr
Is defined as positive when turning to the right.

【0031】先導体前筒104と先導体後筒105は中
折れ部106を共有しているので、先導体前筒104に
おいて定義される中折れ部106の移動ベクトルは、先
導体後筒105で定義されるものと一致しなければなら
ない。このとき、中折れ部106、瞬間回転中心Cfお
よび瞬間回転中心Crは一直線上に並び、次式が成立す
る。 θH+β=θHr+βr ・・・(2)
Since the front conductor front cylinder 104 and the front conductor rear cylinder 105 share the middle bent portion 106, the movement vector of the middle bent portion 106 defined in the front conductor front cylinder 104 is the same as that of the front conductor rear cylinder 105. Must match what is defined. At this time, the middle folding portion 106, the instantaneous rotation center Cf, and the instantaneous rotation center Cr are aligned on a straight line, and the following equation is established. θH + β = θHr + βr (2)

【0032】図6に示すように、βは先導体前筒104
を基準とする中折れ部106の移動ベクトルの傾き、β
r は先導体後筒105を基準とする中折れ部106の移
動ベクトルの傾きである。式(2)は各曲率半径を用い
て次のように表すことができる。 θH−(Lf−Df)ρH=θHr+DrρHr ・・・(3)
As shown in FIG. 6, β is the front conductor front cylinder 104.
The inclination of the movement vector of the center-folded portion 106 with respect to
r is the inclination of the movement vector of the middle bent portion 106 with respect to the front conductor rear cylinder 105. Equation (2) can be expressed as follows using each radius of curvature. θH- (Lf-Df) ρH = θHr + DrρHr (3)

【0033】一方、図6に示すように先導体後筒105
を基準とするレーザ受光装置202の移動ベクトルの傾
きをγとするとき、γ=−(Lr−Dr)ρHrであること
から、レーザ受光装置202の移動ベクトルの水平方向
の勾配∂Xt/∂L (≪1)は先導体後筒105の回転
中心と曲率半径に関して次式のような境界条件を与え
る。 θHr−(Lr−Dr)ρHr=∂Xt/∂L ・・・(4)
On the other hand, as shown in FIG. 6, the front conductor rear cylinder 105
Where γ = − (Lr−Dr) ρHr, where γ is the inclination of the movement vector of the laser light receiving device 202 with reference to, the horizontal gradient ∂Xt / ∂L of the movement vector of the laser light receiving device 202. (<< 1) gives the following boundary conditions regarding the rotation center and the radius of curvature of the front conductor rear cylinder 105. θHr− (Lr−Dr) ρHr = ∂Xt / ∂L (4)

【0034】式(4)において、Lは埋設管推進機の累
積距離を表す。さて、先導体101の推進方向は、ここ
では方向修正部103の移動ベクトルの水平方向の勾配
∂Xh/∂L (≪1)で代表させることにすれば次式で
表現できる。 ∂Xh/∂L=θH+α=θH+DfρH ・・・(5) 式(5)において、αは図6に示すように先導体前筒1
04を基準とする方向修正部103の移動ベクトルの傾
きである。
In equation (4), L represents the cumulative distance of the buried pipe propulsion unit. Now, the propelling direction of the front conductor 101 can be expressed by the following equation if it is represented by the horizontal gradient ∂Xh / ∂L (<< 1) of the movement vector of the direction correcting unit 103. ∂Xh / ∂L = θH + α = θH + DfρH (5) In equation (5), α is the front conductor front cylinder 1 as shown in FIG.
This is the inclination of the movement vector of the direction correction unit 103 with reference to 04.

【0035】ここで、式(5)へ式(3)と式(4)を
代入して整理すれば、結局、先導体101の推進方向に
関して次の式が導かれる。 ∂Xh/∂L=LfρH+LrρHr+∂Xt/∂L ・・・(6) 以上で、先導体101の水平旋回と推進方向に関する基
本的な運動モデルが導入された。
Here, by substituting the equations (3) and (4) into the equation (5) and rearranging the equations, the following equation is finally derived with respect to the propulsion direction of the leading conductor 101. ∂Xh / ∂L = LfρH + LrρHr + ∂Xt / ∂L (6) With the above, a basic motion model of the horizontal swiveling and propulsion direction of the front conductor 101 was introduced.

【0036】一方、中折れ角φを各旋回曲率に結び付
け、先導体101の水平計画線に対する位置・姿勢やA
RXモデルの係数を同時に推定するにはさらなる条件を
導入する必要がある。 <仮定A>先導体後筒105の運動に関しては、先導体
前筒104の水平計画線に対する角度の軌跡を一定距離
遅れてトレースするように振舞う。
On the other hand, the center bending angle φ is linked to each turning curvature, and the position / posture of the leading conductor 101 with respect to the horizontal planning line and A
Additional conditions need to be introduced to simultaneously estimate the RX model coefficients. <Assumption A> Regarding the movement of the front conductor rear cylinder 105, the behavior of the angle of the front conductor front cylinder 104 with respect to the horizontal planning line is traced with a delay of a certain distance.

【0037】すなわち、ある地点での水平計画線に対す
る先導体前筒104の角度がθH とすると、このときの
先導体前筒104の中心位置をその後に先導体後筒10
5の中心が通過したとき、先導体後筒105の傾斜角θ
HrはθH に一致するものとする。いま、(Lf+Lr)/
(2Lp )の小数点第一位を四捨五入した整数をmdと
すると、上記の仮定Aは次式で表現できる。
That is, when the angle of the front conductor front cylinder 104 with respect to the horizontal planning line at a certain point is θH, the center position of the front conductor front cylinder 104 at this time is followed by the front conductor rear cylinder 10
When the center of 5 passes, the inclination angle θ of the front conductor rear cylinder 105
Hr shall correspond to θH. Now, (Lf + Lr) /
Assuming that md is an integer obtained by rounding the first decimal place of (2Lp), the above assumption A can be expressed by the following equation.

【0038】[0038]

【数1】 [Equation 1]

【0039】また、式(7)を用いれば、先導体前筒1
04の中折れ角φは次のように表すことができる。
If equation (7) is used, the front conductor front cylinder 1
The center bending angle φ of 04 can be expressed as follows.

【0040】[0040]

【数2】 [Equation 2]

【0041】式(8)を式(1)へ代入すれば、水平計
画線に対する先導体101の傾斜角に関する状態変化モ
デルが次式のように与えられる。
By substituting equation (8) into equation (1), a state change model relating to the inclination angle of the front conductor 101 with respect to the horizontal planning line is given by the following equation.

【0042】[0042]

【数3】 [Equation 3]

【0043】さらに、方向修正部103の移動ベクトル
の勾配∂Xh/∂L を水平計画線からみた方向修正部1
03の水平変位Xh の後退差分で1次近似すれば、次式
が得られる。
Further, the direction correction unit 1 in which the gradient ∂Xh / ∂L of the movement vector of the direction correction unit 103 is viewed from the horizontal plan line.
When the first-order approximation is performed by the backward difference of the horizontal displacement Xh of 03, the following equation is obtained.

【0044】[0044]

【数4】 [Equation 4]

【0045】そして、方向修正部103の水平変位Xh
に関する次の状態変化モデルが導かれる。
Then, the horizontal displacement Xh of the direction correction unit 103
The following state change model for is derived.

【0046】[0046]

【数5】 [Equation 5]

【0047】このとき、式(1)と式(11)を組み合
わせれば、レーザ受光装置202の移動ベクトルの水平
方向の勾配∂Xt/∂L を外部入力とするカルマンフィ
ルタを構成することにより、先導体101の位置姿勢
(θH[k],Xh[k])や旋回運動に関するARXモデルの
パラメータ(aH1,・・・,aHna ,bH1,・・・,b
Hnb )をオンライン推定する逐次状態変数ベクトル推定
器407を構成することが可能となる。
At this time, if the equations (1) and (11) are combined, a leading edge is formed by constructing a Kalman filter using the horizontal gradient ∂Xt / ∂L of the movement vector of the laser light receiving device 202 as an external input. Parameters (aH1, ..., aHna, bH1, ..., b) of the ARX model relating to the position and orientation (θH [k], Xh [k]) of the body 101 and the turning motion.
It is possible to configure the sequential state variable vector estimator 407 that estimates Hnb) online.

【0048】一方、上記のような推定法においてレーザ
受光装置202の移動ベクトルの勾配∂Xt/∂L が直
接観測できることはまれである。水平計画線からみたレ
ーザ受光装置202の水平変位Xt のデータのみで直接
その微分値が得られない場合は例えばXt のデータに適
当な曲線を当てはめて微分操作を行うこと等が考えられ
るが、ノイズの影響もあって正確な近似値を得るのは難
しい。
On the other hand, in the above estimation method, it is rare that the gradient ∂Xt / ∂L of the movement vector of the laser receiving device 202 can be directly observed. When the differential value of the horizontal displacement Xt of the laser receiving device 202 as viewed from the horizontal plan line cannot be obtained directly, it is conceivable to apply an appropriate curve to the data of Xt and perform the differential operation. It is difficult to obtain an accurate approximate value due to the influence of.

【0049】そこで、Xt は先導体101が描く線形で
あり、ある地点における勾配はその直前の先導体後筒1
05の水平計画線に対する水平傾斜角が遅れて現れたも
のと考えて、Xt の微分値に関して次のような仮定をお
くことにする。 <仮定B>レーザ受光装置202の移動ベクトルの水平
方向の勾配∂Xt/∂Lは、先導体後筒105の水平計
画線に対する水平傾斜角の軌跡を一定距離遅れてトレー
スするように変化する。
Therefore, Xt is a linear shape drawn by the front conductor 101, and the gradient at a certain point is the front conductor rear cylinder 1 immediately before that.
Considering that the horizontal tilt angle with respect to the horizontal planning line of 05 appears with a delay, the following assumption is made regarding the differential value of Xt. <Assumption B> The horizontal gradient ∂Xt / ∂L of the movement vector of the laser light receiving device 202 changes so as to trace the trajectory of the horizontal inclination angle of the front conductor rear cylinder 105 with respect to the horizontal planning line with a certain distance delay.

【0050】すなわち、ある地点での水平計画線に対す
る先導体後筒105の傾斜角がθHrとすると、このとき
の先導体後筒105の中心位置をその後にレーザ受光装
置202が通過したときの移動ベクトルの勾配∂Xt/
∂L はθHrに一致するものとする。なお、仮定Aと組
み合わせると、レーザ受光装置202の移動ベクトルの
水平方向の勾配∂Xt/∂L は、先導体前筒104の水
平計画線に対する水平傾斜角の軌跡を一定距離遅れてト
レースすることになる。仮定Aと組み合わせた場合、
(Lf+2Lr)/(2Lp )の小数点第一位を四捨五入
した整数をnd とすると、上記の仮定Bは次式で表現で
きる。
That is, assuming that the inclination angle of the front conductor rear cylinder 105 with respect to the horizontal planning line at a certain point is θHr, the laser receiver 202 moves after the center position of the front conductor rear cylinder 105 at this time. Vector gradient ∂Xt /
∂L matches θHr. When combined with Assumption A, the horizontal gradient ∂Xt / ∂L of the movement vector of the laser light receiving device 202 should be traced with a certain distance behind the trajectory of the horizontal inclination angle of the front conductor front cylinder 104 with respect to the horizontal planning line. become. When combined with Assumption A,
Assuming that an integer obtained by rounding off the first decimal point of (Lf + 2Lr) / (2Lp) is nd, the above assumption B can be expressed by the following equation.

【0051】[0051]

【数6】 [Equation 6]

【0052】式(1)と式(11)の状態変化モデルに
式(12)を組み合わせれば、外部入力項のないカルマ
ンフィルタを用いて先導体101の位置・姿勢及び水平
旋回に関するARXモデルの各係数が求められ、さらに
その後の運動を予測するための状態方程式表現やこれに
基づく方向修正制御のためのフィードバック制御則が直
ちに導出可能となる。以下、この場合のカルマンフィル
タを用いた逐次状態変数ベクトル推定器407の構成法
について述べる。
Combining equation (12) with the state change models of equations (1) and (11), a Kalman filter having no external input term is used to determine the position / posture of the leading conductor 101 and each of the ARX models relating to horizontal rotation. The coefficient is obtained, and further, the state equation expression for predicting the subsequent motion and the feedback control law for the direction correction control based on this can be immediately derived. The method of constructing the sequential state variable vector estimator 407 using the Kalman filter in this case will be described below.

【0053】まず、以下のように推定すべき状態変数ベ
クトルXH ∈R(nd+2+na+nb)×1を定義する。
Firstly, following the state variable vector to be estimated as XH ∈R (nd + 2 + na + nb) defining a × 1.

【0054】[0054]

【数7】 [Equation 7]

【0055】このとき、式(1)、式(11)は式(1
2)の下で次の状態方程式により表すことができる。
At this time, the expressions (1) and (11) are changed to the expression (1
It can be represented by the following equation of state under 2).

【0056】[0056]

【数8】 [Equation 8]

【0057】式(14)において、Oi×j,Ikはそれ
ぞれi行j列の零行列とk次元単位行列を示している。
ωH[k]はE(ωH)=0,E(ωH[k]ωTH[k'])=ΣωHδ
kk'のシステムノイズを表している。ここで、E(・)は
期待値、δkk' はクロネッカのδを意味している。
In the equation (14), O i × j and I k respectively represent a zero matrix of row i and column j and a k-dimensional unit matrix.
ωH [k] is E (ωH) = 0, E (ωH [k] ω T H [k ']) = ΣωHδ
It represents the system noise of kk '. Here, E (•) means an expected value, and δkk 'means Kronecker δ.

【0058】一方、水平計画線からみたレーザ受光装置
202の水平変位Xt は、水平計画線からみた方向修正
部103の水平変位Xh と水平計画線に対する先導体前
筒104の水平傾斜角θH と水平計画線に対する先導体
後筒105の水平傾斜角θHrを用いれば、次式で表され
る。 Xt=Xh−LfθH−LrθHr ・・・(15)
On the other hand, the horizontal displacement Xt of the laser light receiving device 202 when viewed from the horizontal planning line is the horizontal displacement Xh of the direction correcting portion 103 when viewed from the horizontal planning line and the horizontal inclination angle θH of the front conductor front cylinder 104 with respect to the horizontal planning line. If the horizontal inclination angle θHr of the front conductor rear cylinder 105 with respect to the planned line is used, it is expressed by the following equation. Xt = Xh-LfθH-LrθHr (15)

【0059】式(15)と先導体前筒104の中折れ角
φに関する式(8)とレーザ受光装置202の変位の微
分値に関する仮定式(12)とを組み合わせれば、次の
観測式が導かれる。
By combining the equation (15), the equation (8) regarding the center bending angle φ of the front conductor front cylinder 104, and the hypothetical equation (12) regarding the differential value of the displacement of the laser receiving device 202, the following observation equation is obtained. Be guided.

【0060】[0060]

【数9】 [Equation 9]

【0061】式(16)において、υH[k]はE(υH)=
0,E(υH[k]υTH[k'])=ΣυHδkk' の観測ノイズを
表している。いま、E(ωH[k]υTH[k'])=O
(nd+2+na+nb)×3と仮定すると、以下のようなカルマン
フィルタが構成され、未知変数ベクトルXH[k]の推定値
ハットXH[k]を求めることが可能になる。以下、同様に
文字上に付した「∧」をハットと呼ぶ。
In equation (16), υH [k] is E (υH) =
0, E (υH [k] υ T H [k '] represents the observation noise) = ΣυHδkk'. Now E (ωH [k] υ T H [k ']) = O
Assuming (nd + 2 + na + nb) × 3 , the following Kalman filter is configured, and the estimated value hat XH [k] of the unknown variable vector XH [k] can be obtained. Hereinafter, the “∧” added above the letters is called a hat.

【0062】[0062]

【数10】 [Equation 10]

【0063】[0063]

【数11】 [Equation 11]

【0064】[0064]

【数12】 [Equation 12]

【0065】[0065]

【数13】 [Equation 13]

【0066】[0066]

【数14】 [Equation 14]

【0067】式(17)、式(18)はフィルタ方程
式、式(19)はカルマンゲイン、式(20)、式(2
1)は誤差の共分散行列方程式である。
Equations (17) and (18) are filter equations, Equation (19) is a Kalman gain, Equations (20) and (2)
1) is the error covariance matrix equation.

【0068】一方、レーザターゲット法が使用できない
曲線施工時の埋設管推進機の水平位置検知は、図3に示
すとおり埋設管推進機に内蔵された誘導磁界発生装置3
01が作り出す磁界を誘導磁界検出装置302で検知す
ることにより、水平計画線との変位XD (誘導磁界発生
装置301の位置)を求めている。
On the other hand, the horizontal position detection of the buried pipe propulsion machine at the time of curved construction where the laser target method cannot be used is performed by the induction magnetic field generator 3 built in the buried pipe propulsion machine as shown in FIG.
By detecting the magnetic field generated by 01 with the induction magnetic field detection device 302, the displacement XD (position of the induction magnetic field generation device 301) with respect to the horizontal planning line is obtained.

【0069】このとき、埋設管1本程度の長さ毎に検知
されるコイル位置XD を先導体101のローリング情報
を基に補正した後、適当な曲線で補間してゆけば、レー
ザ受光部相当位置の水平変位とその微分値を逐次求める
ことができる。これらを式(16)のデータベクトルと
して提供すれば前述のカルマンフィルタで状態推定を行
うことができる。
At this time, if the coil position XD detected for each length of about one buried pipe is corrected based on the rolling information of the leading conductor 101 and then interpolated by an appropriate curve, it corresponds to a laser receiving portion. The horizontal displacement of the position and its differential value can be sequentially obtained. If these are provided as the data vector of Expression (16), the state estimation can be performed by the above-mentioned Kalman filter.

【0070】次に、図4に示した水平方向状態推定装置
402の構成の構成について説明する。水平方向状態推
定装置402は、マシン状態方程式生成部403と、レ
ーザ受光部水平変位微分器406と、逐次状態変数ベク
トル推定器407とから構成される。マシン状態方程式
生成部403は、先導体水平旋回モデル404と、先導
体水平推進方向モデル405とを有する。
Next, the configuration of the horizontal state estimating device 402 shown in FIG. 4 will be described. The horizontal state estimation device 402 includes a machine state equation generation unit 403, a laser light receiving unit horizontal displacement differentiator 406, and a sequential state variable vector estimator 407. The machine state equation generation unit 403 includes a leading conductor horizontal turning model 404 and a leading conductor horizontal propulsion direction model 405.

【0071】なお、先導体101と埋設管108とを水
平方向修正量ηH に基づいて水平計画線の方向に推進さ
せる方向制御装置は、以上の水平方向状態推定装置40
2と観測信号切替器401と図示しない水平方向制御器
とから構成される。
The direction control device for propelling the lead conductor 101 and the buried pipe 108 in the direction of the horizontal planning line based on the horizontal correction amount η H is the horizontal state estimation device 40 described above.
2, an observation signal switch 401, and a horizontal controller (not shown).

【0072】水平計画線の方向を示す水平計画線情報
は、オペレータによって設定され、水平方向状態推定装
置402と図示しない水平方向制御器に入力される。埋
設管推進機に設けられたレーザ受光装置202は、レー
ザ光(計画線)に対する自装置の水平変位Xt を示す観
測信号を出力する。地上に設置された誘導磁界検出装置
302は、埋設管推進機に設けられた誘導磁界発生装置
301の計画線に対する水平変位XD を示す観測信号を
出力する。
The horizontal planning line information indicating the direction of the horizontal planning line is set by the operator and is input to the horizontal state estimating device 402 and a horizontal controller (not shown). The laser light receiving device 202 provided in the buried pipe propulsion device outputs an observation signal indicating the horizontal displacement Xt of its own device with respect to the laser light (planned line). The induction magnetic field detection device 302 installed on the ground outputs an observation signal indicating the horizontal displacement XD with respect to the planned line of the induction magnetic field generation device 301 provided in the buried pipe propulsion device.

【0073】観測信号切替器401は、直線施工のとき
は、レーザ受光装置202から出力された水平変位観測
信号を選択出力し、曲線施工の場合は、誘導磁界検出装
置302から出力された水平変位観測信号を選択出力す
る。
The observation signal switch 401 selectively outputs the horizontal displacement observation signal output from the laser light receiving device 202 in the case of straight line construction, and the horizontal displacement output from the induced magnetic field detection device 302 in the case of curved construction. Selectively output the observation signal.

【0074】水平方向状態推定装置402は、観測信号
切替器401の出力信号と、埋設管推進機の中折れ角セ
ンサ204から出力された、先導体前筒104と先導体
後筒105との水平方向の相対角(中折れ角)φを示す
中折れ角信号と、水平方向制御器から出力された現時点
での水平方向修正量ηH と、前記水平計画線情報とを入
力信号とする。
The horizontal direction state estimating device 402 detects the output signal of the observation signal switch 401 and the horizontal direction of the front conductor front cylinder 104 and the front conductor rear cylinder 105 output from the center bending angle sensor 204 of the buried pipe propulsion machine. An input signal is a center bending angle signal indicating a relative angle (center bending angle) φ, a horizontal correction amount ηH output from a horizontal controller at the present time, and the horizontal planned line information.

【0075】レーザ受光部水平変位微分器406は、直
線施工時の場合、観測信号切替器401の出力を基に、
レーザ受光装置の水平計画線に対する水平変位Xt を推
進距離Lに関して微分した微分値∂Xt/∂L を求め
る。また、レーザ受光部水平変位微分器406は、曲線
施工時の場合、観測信号切替器401の出力(誘導磁界
発生装置301の計画線に対する水平変位XD )を先導
体101のローリング情報を基に補正した後補間して、
水平変位Xt に相当する変位を求め、求めた変位を推進
距離Lに関して微分した微分値を求める。
The laser light receiving section horizontal displacement differentiator 406 determines, based on the output of the observation signal switching device 401, in the case of straight line construction.
The differential value ∂Xt / ∂L obtained by differentiating the horizontal displacement Xt of the laser receiving device with respect to the horizontal planning line with respect to the propulsion distance L is obtained. Further, the laser light receiving unit horizontal displacement differentiator 406 corrects the output of the observation signal switch 401 (horizontal displacement XD with respect to the planned line of the induction magnetic field generator 301) based on the rolling information of the leading conductor 101 in the case of curve construction. And then interpolate,
A displacement corresponding to the horizontal displacement Xt is obtained, and the obtained displacement is differentiated with respect to the propulsion distance L to obtain a differential value.

【0076】そして、水平方向状態推定装置402の逐
次状態変数ベクトル推定器407は、中折れ角φを出力
変数とし水平方向修正量ηH を入力変数としたとき、単
位推進長Lp 毎に得られる入力変数と出力変数との関係
をARXモデルとして記述した先導体水平旋回モデル4
04(式(1))と、先導体前筒104の水平旋回曲率
ρH に先導体前筒104の長さLf を乗じた項と、先導
体後筒105の水平旋回曲率ρHrに先導体後筒105の
長さLr を乗じた項と、レーザ受光装置202の水平計
画線に対する水平変位Xt を推進距離Lに関して微分し
た微分値の項との合計を、先導体101の水平推進方向
とする先導体水平推進方向モデル405(式(6))
と、レーザ受光部水平変位微分器406の出力と、前記
入力信号とに基づいて、水平計画線に対する先導体10
1の水平位置・姿勢パラメータθH[k],Xh[k]とARX
モデルのパラメータaH1,・・・,aHna ,bH1,・・
・,bHnb とをオンライン推定(すなわち、埋設管推進
機の推進と同時に推定)する。
Then, the sequential state variable vector estimator 407 of the horizontal direction state estimating device 402 has an input obtained for each unit propulsion length Lp when the middle bending angle φ is an output variable and the horizontal direction correction amount ηH is an input variable. Lead conductor horizontal turning model 4 in which the relationship between variables and output variables is described as an ARX model
04 (equation (1)), a term obtained by multiplying the horizontal turning curvature ρH of the front conductor front cylinder 104 by the length Lf of the front conductor front cylinder 104, and the horizontal turning curvature ρHr of the front conductor rear cylinder 105 to the front conductor rear cylinder. The sum of the term multiplied by the length Lr of 105 and the term of the differential value obtained by differentiating the horizontal displacement Xt of the laser light receiving device 202 with respect to the horizontal planning line with respect to the propulsion distance L is the horizontal propulsion direction of the front conductor 101. Horizontal propulsion direction model 405 (equation (6))
And the output of the laser light receiving unit horizontal displacement differentiator 406 and the input signal, the front conductor 10 for the horizontal planning line.
1 horizontal position / posture parameters θH [k], Xh [k] and ARX
Model parameters aH1, ..., aHna, bH1, ...
., BHnb and online estimation (that is, at the same time as the propulsion of the buried pipe propulsion machine).

【0077】図示しない水平方向制御器は、逐次状態変
数ベクトル推定器407によって推定された水平方向状
態変数ベクトル推定値に基づいて次の水平方向修正量η
H を計算する。水平方向制御器で計算された水平方向修
正量ηH は、埋設管推進機に入力され、この水平方向修
正量ηH に基づいて方向修正ジャッキ111が駆動され
る。こうして、先導体101が水平計画線の方向に前進
するよう方向制御が行われる。
The horizontal controller (not shown) uses the horizontal state variable vector estimation value estimated by the sequential state variable vector estimator 407 to calculate the next horizontal correction amount η.
Calculate H. The horizontal correction amount ηH calculated by the horizontal controller is input to the buried pipe propulsion device, and the direction correction jack 111 is driven based on the horizontal correction amount ηH. In this way, direction control is performed so that the leading conductor 101 advances in the direction of the horizontal planning line.

【0078】なお、水平方向状態推定装置402は、演
算装置、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュ
ータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラム
によって実現することができる。このようなコンピュー
タでは、マシン状態方程式生成部403は記憶装置に格
納される。以上のようにして、オペレータの熟練度に依
存せず、均質で高精度な埋設管推進機の状態推定を実現
できる。
The horizontal state estimating device 402 can be realized by a computer having an arithmetic unit, a storage device and an interface, and a program for controlling these hardware resources. In such a computer, the machine state equation generation unit 403 is stored in the storage device. As described above, the state estimation of the buried pipe propulsion device can be realized with high accuracy and without depending on the skill level of the operator.

【0079】[第2の実施の形態]次に、埋設管推進機
の垂直方向の位置・姿勢を推定する垂直方向状態推定装
置について説明する。図7は、本発明の第2の実施の形
態となる垂直方向状態推定装置の構成を示すブロック図
である。図7の各要素の具体的構成法を述べるため、最
初に埋設管推進機の垂直方向修正量に対する先導体10
1の旋回特性を表すマシン状態変化モデルの設計法につ
いて述べる。その後、直線施工時のレーザターゲット法
および曲線施工時の誘導磁界検知法それぞれの観測手段
による埋設管推進機の垂直方向に関する状態変化モデル
パラメータのオンライン推定法について説明する。
[Second Embodiment] Next, a vertical direction estimation device for estimating the vertical position / orientation of the buried pipe propulsion device will be described. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the vertical direction state estimation device according to the second embodiment of the present invention. In order to describe a concrete configuration method of each element of FIG. 7, first, the front conductor 10 with respect to the vertical correction amount of the buried pipe propulsion machine is described.
A method of designing a machine state change model representing the turning characteristic of No. 1 will be described. After that, the online estimation method of the state change model parameter in the vertical direction of the buried pipe propulsion device by each of the laser target method during straight line construction and the induced magnetic field detection method during curved construction will be described.

【0080】図8は埋設管推進機の垂直方向の運動を表
すための各部位の位置や角度の定義を示している。垂直
計画線(基線)から見たカッターヘッド102の先端部
の垂直変位をYc 、垂直計画線から見た方向修正部10
3の垂直変位をYh 、垂直計画線から見た中折れ部10
6の垂直変位をYm 、垂直計画線から見たレーザ受光装
置202の垂直変位をYt とする。
FIG. 8 shows the definition of the position and angle of each part for expressing the vertical motion of the buried pipe propulsion device. The vertical displacement of the tip of the cutter head 102 as seen from the vertical planning line (base line) is Yc, and the direction correction unit 10 as seen from the vertical planning line
The vertical displacement of 3 is Yh, and the middle bent part 10 is seen from the vertical planning line.
The vertical displacement of 6 is Ym, and the vertical displacement of the laser receiving device 202 seen from the vertical planning line is Yt.

【0081】また、垂直計画線に対する先導体前筒10
4の傾斜角(ピッチング角)をθV、垂直計画線に対す
る先導体後筒105の傾斜角をθVr、先導体前筒104
を基準としたときの方向修正部103の傾斜角(ヘッド
角)である垂直方向修正量をηV とする。
The front conductor front cylinder 10 for the vertical planning line
The inclination angle (pitching angle) of 4 is θV, the inclination angle of the front conductor rear cylinder 105 with respect to the vertical planning line is θVr, and the front conductor front cylinder 104.
Let .eta.V be the vertical correction amount that is the tilt angle (head angle) of the direction correction unit 103 with reference to.

【0082】先導体101の垂直方向の旋回運動に関し
ても前述の水平旋回時の挙動がそのまま当てはまる。た
だし、垂直運動については先導体前筒104に内蔵され
たピッチング計により垂直方向の旋回曲率ρV が算出で
きるので、これに関する次式のようなARXモデルを使
用する。 ρV[k+1]+aV1ρV[k]+・・・+aVnaρV[k-na+1] =bV1ηV[k]+・・・+bVnbηV[k-nb+1]+wV[k] ・・・(22)
With respect to the vertical turning motion of the front conductor 101, the above-described behavior at the time of horizontal turning applies as it is. However, for the vertical movement, since the vertical turning curvature ρV can be calculated by the pitching meter built in the front conductor front cylinder 104, the ARX model as the following equation relating to this can be used. ρV [k + 1] + aV1ρV [k] + ・ ・ ・ + aVnaρV [k-na + 1] = bV1ηV [k] + ・ ・ ・ + bVnbηV [k-nb + 1] + wV [k] ・ ・ ・ (22)

【0083】式(22)において、aVi(i=1,・・
・,na),bVj(j=1,・・・,nb)は周囲の地
盤の性質によって変化する埋設管推進機の旋回特性に関
するパラメータ、wV[k] は上記ダイナミクスに作用す
る白色システムノイズを意味している。
In the equation (22), aVi (i = 1, ...
, Na), bVj (j = 1, ..., Nb) are parameters relating to the turning characteristics of the buried pipe propulsion machine that change depending on the properties of the surrounding ground, and wV [k] is the white system noise that acts on the above dynamics. I mean.

【0084】先導体101の推進方向に関するモデリン
グについても、図6の水平旋回運動に伴う各部の移動ベ
クトルの算出法と同様の考え方を用いることができる。
結局、先導体101の垂直運動における推進方向に関し
て次の式が導かれる。 ∂Yh/∂L=LfρV+LrρVr+∂Yt/∂L ・・・(23)
For the modeling of the propulsion direction of the leading conductor 101, the same idea as the method of calculating the movement vector of each part associated with the horizontal turning motion in FIG. 6 can be used.
After all, the following equation is derived for the propulsion direction in the vertical movement of the leading conductor 101. ∂Yh / ∂L = LfρV + LrρVr + ∂Yt / ∂L (23)

【0085】ただし、ρV ,ρVrはそれぞれ先導体前筒
104と先導体後筒105の垂直旋回曲率、Yh,Ytは
それぞれ方向修正部103とレーザ受光装置202の垂
直計画線に対する垂直変位を表す。以上で、先導体10
1の垂直方向の旋回運動と推進方向に関する基本的な運
動モデルが導入された。
Here, ρV and ρVr are vertical turning curvatures of the front conductor front cylinder 104 and the front conductor rear cylinder 105, respectively, and Yh and Yt are vertical displacements of the direction correcting portion 103 and the laser receiving device 202 with respect to the vertical planned line. With the above, the leading conductor 10
A basic motion model for vertical swivel motion and propulsion direction of 1 was introduced.

【0086】垂直方向の運動に関してはピッチングデー
タが直接得られるため、先導体101の垂直計画線に対
する姿勢やARXモデルの係数の推定値は直ちに求める
ことができる。実際、式(22)の左辺第一項を先導体
前筒104の傾斜角θV に関する後退差分で1次近似す
れば、垂直計画線に対する先導体101の垂直傾斜角に
関する次のような状態変化モデルが導かれる。
Since the pitching data is directly obtained for the movement in the vertical direction, the posture of the leading conductor 101 with respect to the vertical planning line and the estimated value of the coefficient of the ARX model can be immediately obtained. Actually, if the first term on the left side of the equation (22) is linearly approximated by the backward difference with respect to the inclination angle θV of the front conductor front cylinder 104, the following state change model regarding the vertical inclination angle of the front conductor 101 with respect to the vertical planning line is obtained. Is guided.

【0087】[0087]

【数15】 [Equation 15]

【0088】ただし、方向修正部103などの垂直変位
等を同時に推定するには水平運動時と同様さらなる条件
を導入する必要がある。すなわち、前述の<仮定A>と
同様の仮定が垂直方向の運動に関しても成立するものと
仮定する。 <仮定A’>先導体後筒105の垂直運動に関しては、
先導体前筒104の垂直計画線に対する角度の軌跡を一
定距離遅れてトレースするように振舞う。
However, in order to simultaneously estimate the vertical displacement and the like of the direction correcting unit 103 and the like, it is necessary to introduce a further condition as in the horizontal movement. That is, it is assumed that the same assumption as <Assumption A> described above holds for the vertical motion. <Assumption A '> Regarding the vertical movement of the front conductor rear cylinder 105,
It behaves so that the trajectory of the angle of the front conductor front cylinder 104 with respect to the vertical planning line is traced with a delay of a certain distance.

【0089】すなわち、ある地点での垂直計画線に対す
る先導体前筒104の垂直方向の角度がθV とすると、
このときの先導体前筒104の中心位置をその後に先導
体後筒105の中心位置が通過したとき、先導体後筒1
05の傾斜角θVrはθV に一致するものとする。前述と
同様、(Lf+Lr)/(2Lp )の小数点第一位を四捨
五入した整数をmd とすると、上記の仮定A’は次式で
表現できる。
That is, if the vertical angle of the front conductor front cylinder 104 with respect to the vertical planning line at a certain point is θV,
When the center position of the front conductor front cylinder 104 at this time then passes through the center position of the front conductor rear cylinder 105, the front conductor rear cylinder 1
The inclination angle θVr of 05 corresponds to θV. Similarly to the above, if the integer rounded to the first decimal place of (Lf + Lr) / (2Lp) is m d, the above assumption A ′ can be expressed by the following equation.

【0090】[0090]

【数16】 [Equation 16]

【0091】このとき、次式を考慮する。At this time, the following equation is considered.

【0092】[0092]

【数17】 [Equation 17]

【0093】式(26)を考慮することにより、方向修
正部103の垂直変位Yh に関する次の状態変化モデル
が得られる。
By considering the equation (26), the following state change model regarding the vertical displacement Yh of the direction correcting unit 103 can be obtained.

【0094】[0094]

【数18】 [Equation 18]

【0095】ここで、式(24)と式(27)を組み合
わせれば、レーザ受光装置202の移動ベクトルの垂直
方向の勾配∂Yt/∂L を外部入力とするカルマンフィ
ルタを構成することにより、先導体101の位置姿勢
(θV[k],Yh[k])や旋回運動に関するARXモデルの
パラメータ(aV1,・・・,aVna ,bV1,・・・,b
Vnb )をオンライン推定する逐次状態変数ベクトル推定
器507を構成することが可能となる。
Here, if the equations (24) and (27) are combined, a leading edge is formed by constructing a Kalman filter having the vertical gradient ∂Yt / ∂L of the movement vector of the laser receiving device 202 as an external input. Parameters (aV1, ..., aVna, bV1, ..., b) of the ARX model relating to the position and orientation (θV [k], Yh [k]) of the body 101 and the turning motion.
It is possible to configure the sequential state variable vector estimator 507 that estimates Vnb) online.

【0096】一方、レーザ受光装置202の移動ベクト
ルの垂直方向の勾配∂Yt/∂L に関しても水平方向の
ときと同様な仮定をおくことにする。 <仮定B’>レーザ受光装置202の移動ベクトルの垂
直方向の勾配∂Yt/∂L は、先導体後筒105の垂直
計画線に対する垂直傾斜角の軌跡を一定距離遅れてトレ
ースするように変化する。
On the other hand, the same assumption is made for the vertical gradient ∂Yt / ∂L of the movement vector of the laser receiving device 202 as in the horizontal direction. <Assumption B ′> The vertical gradient ∂Yt / ∂L of the movement vector of the laser light receiving device 202 changes so as to trace the locus of the vertical inclination angle of the front conductor rear cylinder 105 with respect to the vertical planning line with a certain delay. .

【0097】すなわち、ある地点での垂直計画線に対す
る先導体後筒105の傾斜角がθVrとすると、このとき
の先導体後筒105の中心位置をその後にレーザ受光装
置202が通過したときの移動ベクトルの垂直方向の勾
配∂Yt/∂L はθVrに一致するものとする。なお、仮
定A’と組み合わせると、レーザ受光装置202の移動
ベクトルの垂直方向の勾配∂Yt/∂L は、先導体前筒
104の垂直計画線に対する垂直傾斜角の軌跡を一定距
離遅れてトレースすることになる。仮定A’と組み合わ
せた場合、(Lf+2Lr)/(2Lp )の小数点第一位
を四捨五入した整数をnd とすると、上記の仮定B’は
次式で表現できる。
That is, assuming that the inclination angle of the front conductor rear cylinder 105 with respect to the vertical planning line at a certain point is θVr, the laser receiver 202 moves at the center position of the front conductor rear cylinder 105 at this time. The vertical gradient ∂Yt / ∂L of the vector is assumed to coincide with θVr. When combined with the assumption A ′, the vertical gradient ∂Yt / ∂L of the movement vector of the laser light receiving device 202 traces the locus of the vertical inclination angle of the front conductor front cylinder 104 with respect to the vertical planning line with a certain delay. It will be. When combined with the assumption A ', the above assumption B'can be expressed by the following equation, where nd is an integer obtained by rounding off the first decimal place of (Lf + 2Lr) / (2Lp).

【0098】[0098]

【数19】 [Formula 19]

【0099】式(24)と式(27)の状態変化モデル
に式(28)を組み合わせれば、外部入力項のないカル
マンフィルタを用いて先導体101の位置・姿勢及び垂
直旋回に関するARXモデルの各係数が求められ、さら
にその後の運動を予測するための状態方程式表現やこれ
に基づく方向修正制御のためのフィードバック制御則が
直ちに導出可能となる。以下、この場合のカルマンフィ
ルタを用いた逐次状態変数ベクトル推定器507の構成
法について述べる。
Combining equation (28) with the state change models of equations (24) and (27), a Kalman filter having no external input term is used to determine the position / posture of the lead conductor 101 and each of the ARX models relating to vertical turning. The coefficient is obtained, and further, the state equation expression for predicting the subsequent motion and the feedback control law for the direction correction control based on this can be immediately derived. The method of constructing the sequential state variable vector estimator 507 using the Kalman filter in this case will be described below.

【0100】まず、以下のように推定すべき状態変数ベ
クトルXH ∈R(nd+2+na+nb+1)×1を定義する。
First, the state variable vector XH ∈ R (nd + 2 + na + nb + 1) × 1 to be estimated is defined as follows.

【0101】[0101]

【数20】 [Equation 20]

【0102】このとき、式(24)、式(27)は式
(28)の下で次の状態方程式により表すことができ
る。
At this time, the equations (24) and (27) can be expressed by the following state equations under the equation (28).

【0103】[0103]

【数21】 [Equation 21]

【0104】式(29)に表す状態変数ベクトルには未
知の量であるピッチング計のオフセットp0 が含まれて
いる。また、ωV[k]はE(ωV)=0,E(ωV[k]ωTV
[k'])=ΣωVδkk' のシステムノイズを表している。
The state variable vector expressed by the equation (29) includes an unknown amount of pitch meter offset p0. In addition, ωV [k] is E (ωV) = 0, E (ωV [k] ω T V
[k ']) = system noise of ΣωVδkk'.

【0105】一方、垂直計画線からみたレーザ受光装置
202の垂直変位Yt は、垂直計画線からみた方向修正
部103の垂直変位Yh と垂直計画線に対する先導体前
筒104の垂直傾斜角θV と垂直計画線に対する先導体
後筒105の垂直傾斜角θVrを用いれば、次式で表され
る。 Yt=Yh−LfθV−LrθVr ・・・(31)
On the other hand, the vertical displacement Yt of the laser receiving device 202 as viewed from the vertical planning line is perpendicular to the vertical displacement Yh of the direction correcting portion 103 as viewed from the vertical planning line and the vertical inclination angle θV of the front conductor front cylinder 104 with respect to the vertical planning line. If the vertical inclination angle θVr of the front conductor rear cylinder 105 with respect to the planned line is used, it is expressed by the following equation. Yt = Yh-LfθV-LrθVr (31)

【0106】式(31)とピッチング計出力p(=θV
+p0)とレーザ受光装置202の変位の微分値に関す
る仮定式(28)とを組み合わせれば、次の観測式が導
かれる。
Formula (31) and pitching meter output p (= θV
By combining + p0) with the hypothetical expression (28) regarding the differential value of the displacement of the laser light receiving device 202, the following observation expression is derived.

【0107】[0107]

【数22】 [Equation 22]

【0108】式(32)において、υV[k]はE(υV)=
0,E(υV[k]υTV[k'])=ΣυVδkk' の観測ノイズを
表している。いま、E(ωV[k]υTV[k'])=O
(nd+2+na+nb+1)× 3と仮定すると、以下のようなカルマ
ンフィルタが構成され、未知変数ベクトルXV[k]の推定
値ハットXV[k]を求めることが可能になる。
In the equation (32), υV [k] is E (υV) =
0, E (υV [k] υTV [k ']) = ΣυVδkk'
It represents. Now, E (ωV [k] υTV [k ']) = O
(nd + 2 + na + nb + 1)× 3Assuming that
Of the unknown variable vector XV [k]
It becomes possible to obtain the value hat XV [k].

【0109】[0109]

【数23】 [Equation 23]

【0110】[0110]

【数24】 [Equation 24]

【0111】[0111]

【数25】 [Equation 25]

【0112】[0112]

【数26】 [Equation 26]

【0113】[0113]

【数27】 [Equation 27]

【0114】式(33)、式(34)はフィルタ方程
式、式(35)はカルマンゲイン、式(36)、式(3
7)は誤差の共分散行列方程式である。
Equations (33) and (34) are filter equations, Equation (35) is a Kalman gain, Equations (36) and (3)
7) is the error covariance matrix equation.

【0115】一方、レーザターゲット法が使用できない
曲線施工時の埋設管推進機の垂直位置検知は、図3に示
すとおり埋設管推進機に内蔵された圧力センサ303に
より垂直計画線との垂直変位(深度データ)Ys を求め
ている。
On the other hand, in detecting the vertical position of the buried pipe propulsion machine at the time of curved construction where the laser target method cannot be used, as shown in FIG. 3, the pressure sensor 303 built into the buried pipe propulsion machine detects a vertical displacement ( Depth data) Ys is required.

【0116】このとき、単位推進長Lp 毎に圧力センサ
303により検知される深度データYs を先導体101
のローリング情報を基に補正した後、適当な曲線で補間
してゆけば、レーザ受光部相当位置の垂直変位とその微
分値を逐次求めることができる。これらを式(32)の
データベクトルとして提供すれば前述のカルマンフィル
タで状態推定を行うことができる。
At this time, the depth data Ys detected by the pressure sensor 303 for each unit propulsion length Lp is obtained as the front conductor 101.
After the correction is performed based on the rolling information of 1, the vertical displacement of the position corresponding to the laser light receiving portion and its differential value can be sequentially obtained by interpolating with an appropriate curve. If these are provided as the data vector of Expression (32), the state estimation can be performed by the above-mentioned Kalman filter.

【0117】次に、図7に示した垂直方向状態推定装置
502の構成の構成について説明する。垂直方向状態推
定装置502は、マシン状態方程式生成部503と、レ
ーザ受光部垂直変位微分器506と、逐次状態変数ベク
トル推定器507とから構成される。マシン状態方程式
生成部503は、先導体垂直旋回モデル504と、先導
体垂直推進方向モデル505とを有する。
Next, the configuration of the vertical direction state estimation device 502 shown in FIG. 7 will be described. The vertical direction state estimation device 502 includes a machine state equation generation unit 503, a laser light receiving unit vertical displacement differentiator 506, and a sequential state variable vector estimator 507. The machine state equation generation unit 503 includes a leading conductor vertical turning model 504 and a leading conductor vertical propulsion direction model 505.

【0118】なお、先導体101と埋設管108とを垂
直方向修正量ηV に基づいて垂直計画線の方向に推進さ
せる方向制御装置は、以上の垂直方向状態推定装置50
2と観測信号切替器501と図示しない垂直方向制御器
とから構成される。
The direction control device for propelling the lead conductor 101 and the buried pipe 108 in the direction of the vertical planned line based on the vertical correction amount ηV is the vertical state estimation device 50 described above.
2, an observation signal switch 501 and a vertical controller (not shown).

【0119】垂直計画線の方向を示す垂直計画線情報
は、オペレータによって設定され、垂直方向状態推定装
置502と図示しない垂直方向制御器に入力される。埋
設管推進機に設けられたレーザ受光装置202は、レー
ザ光(計画線)に対する自装置の垂直変位Yt を示す観
測信号を出力する。埋設管推進機に設けられた圧力セン
サ303は、地上の基準液圧測定装置304で測定され
た基準液圧と自センサで測定した液圧との差に基づい
て、自センサの計画線に対する垂直変位Ys を示す観測
信号を出力する。
The vertical planning line information indicating the direction of the vertical planning line is set by the operator and input to the vertical direction state estimating device 502 and a vertical direction controller (not shown). The laser light receiving device 202 provided in the buried pipe propulsion device outputs an observation signal indicating the vertical displacement Yt of the device itself with respect to the laser light (planned line). The pressure sensor 303 provided in the buried pipe propulsion device is based on the difference between the reference hydraulic pressure measured by the reference hydraulic pressure measuring device 304 on the ground and the hydraulic pressure measured by the own sensor, and is perpendicular to the planned line of the own sensor. An observation signal indicating the displacement Ys is output.

【0120】観測信号切替器501は、直線施工のとき
は、レーザ受光装置202から出力された垂直変位観測
信号を選択出力し、曲線施工の場合は、圧力センサ30
3から出力された垂直変位観測信号を選択出力する。
The observation signal switch 501 selectively outputs the vertical displacement observation signal output from the laser light receiving device 202 in the case of straight line construction, and the pressure sensor 30 in the case of curved construction.
The vertical displacement observation signal output from 3 is selectively output.

【0121】垂直方向状態推定装置502は、観測信号
切替器501の出力信号と、埋設管推進機のピッチング
計203から出力された、垂直計画線に対する先導体前
筒104の傾斜角(ピッチング角)p(=θV+p0)を
示すピッチング角信号と、垂直方向制御器から出力され
た現時点での垂直方向修正量ηv と、前記垂直計画線情
報とを入力信号とする。
The vertical direction state estimating device 502 has an output signal from the observation signal switching device 501 and an inclination angle (pitching angle) of the front conductor front cylinder 104 with respect to the vertical planning line output from the pitching meter 203 of the buried pipe propulsion device. The pitching angle signal indicating p (= θV + p0), the current vertical correction amount ηv output from the vertical controller, and the vertical planned line information are used as input signals.

【0122】レーザ受光部垂直変位微分器506は、直
線施工時の場合、観測信号切替器501の出力を基に、
レーザ受光装置の垂直計画線に対する垂直変位Yt を推
進距離Lに関して微分した微分値∂Yt/∂L を求め
る。また、レーザ受光部垂直変位微分器506は、曲線
施工時の場合、観測信号切替器401の出力(圧力セン
サ303の計画線に対する垂直変位Ys )を先導体10
1のローリング情報を基に補正した後補間して、垂直変
位Yt に相当する変位を求め、求めた変位を推進距離L
に関して微分した微分値を求める。
The laser light receiving unit vertical displacement differentiator 506, based on the output of the observation signal switch 501, in the case of straight line construction,
A differential value ∂Yt / ∂L obtained by differentiating the vertical displacement Yt of the laser receiving device with respect to the vertical planning line with respect to the propulsion distance L is obtained. In addition, the laser light receiving unit vertical displacement differentiator 506 outputs the output of the observation signal switch 401 (vertical displacement Ys with respect to the planned line of the pressure sensor 303) to the front conductor 10 in the case of curve construction.
After making a correction based on the rolling information of 1, the displacement corresponding to the vertical displacement Yt is obtained, and the obtained displacement is the propulsion distance L.
Differentiate with respect to.

【0123】そして、垂直方向状態推定装置502の逐
次状態変数ベクトル推定器507は、先導体前筒104
の垂直旋回曲率ρV を出力変数とし垂直方向修正量ηV
を入力変数としたとき、単位推進長Lp 毎に得られる入
力変数と出力変数との関係をARXモデルとして記述し
た先導体垂直旋回モデル504(式(22))と、先導
体前筒104の垂直旋回曲率ρV に先導体前筒104の
長さLf を乗じた項と、先導体後筒105の垂直旋回曲
率ρVrに先導体後筒105の長さLr を乗じた項と、レ
ーザ受光装置202の垂直計画線に対する垂直変位Yt
を推進距離Lに関して微分した微分値の項との合計を、
先導体101の垂直推進方向とする先導体垂直推進方向
モデル505(式(23))と、レーザ受光部垂直変位
微分器506の出力と、前記入力信号とに基づいて、垂
直計画線に対する先導体101の垂直位置・姿勢パラメ
ータθV[k],Yh[k]とARXモデルのパラメータaV1,
・・・,aVna ,bV1,・・・,bVnb とをオンライン
推定する。
Then, the sequential state variable vector estimator 507 of the vertical direction state estimation device 502 uses the front conductor front cylinder 104.
The vertical turning curvature ρV of
Is the input variable, the front conductor vertical turning model 504 (equation (22)) describing the relationship between the input variable and the output variable obtained for each unit propulsion length Lp as the ARX model, and the front conductor front cylinder 104 vertical A term obtained by multiplying the turning curvature ρV by the length Lf of the front conductor front tube 104, a term obtained by multiplying the vertical turning curvature ρVr of the front conductor rear tube 105 by the length Lr of the front conductor rear tube 105, and a term of the laser receiving device 202. Vertical displacement Yt with respect to the vertical planning line
Is differentiated with respect to the driving distance L by the term of the differential value,
Based on the front conductor vertical propulsion direction model 505 (equation (23)) which is the vertical propulsion direction of the front conductor 101, the output of the laser light receiving unit vertical displacement differentiator 506, and the input signal, the front conductor for the vertical planning line 101 vertical position / orientation parameters θV [k], Yh [k] and ARX model parameter aV1,
..., aVna, bV1, ..., bVnb are estimated online.

【0124】図示しない垂直方向制御器は、逐次状態変
数ベクトル推定器507によって推定された垂直方向状
態変数ベクトル推定値に基づいて次の垂直方向修正量η
V を計算する。垂直方向制御器で計算された垂直方向修
正量ηV は、埋設管推進機に入力され、この垂直方向修
正量ηV に基づいて方向修正ジャッキ111が駆動され
る。こうして、先導体101が垂直計画線の方向に前進
するよう方向制御が行われる。
The vertical controller (not shown) uses the vertical state variable vector estimated value estimated by the sequential state variable vector estimator 507 to calculate the next vertical correction amount η.
Calculate V. The vertical correction amount ηV calculated by the vertical controller is input to the buried pipe propulsion device, and the direction correction jack 111 is driven based on the vertical correction amount ηV. In this way, direction control is performed so that the leading conductor 101 advances in the direction of the vertical planning line.

【0125】なお、垂直方向状態推定装置502は、演
算装置、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュ
ータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラム
によって実現することができる。このようなコンピュー
タでは、マシン状態方程式生成部503は記憶装置に格
納される。以上のようにして、オペレータの熟練度に依
存せず、均質で高精度な埋設管推進機の状態推定を実現
できる。
The vertical state estimating device 502 can be realized by a computer having an arithmetic unit, a storage device and an interface, and a program for controlling these hardware resources. In such a computer, the machine state equation generation unit 503 is stored in the storage device. As described above, the state estimation of the buried pipe propulsion device can be realized with high accuracy and without depending on the skill level of the operator.

【0126】[0126]

【発明の効果】本発明によれば、水平変位と中折れ角と
水平方向修正量とを入力とし、水平旋回モデル式と水平
推進方向モデル式とに基づいて、水平計画線に対する先
導体の水平位置・姿勢パラメータとARXモデルのパラ
メータとを埋設管推進機の推進と同時に推定するように
したことにより、埋設管掘進機の先導体の状態変化モデ
ルを基にして各種観測信号からオンラインで状態推定を
行うようにしたので、先導体の水平計画線に対する位置
・姿勢や周囲地盤の性質に見合った埋設管推進機の旋回
特性を求めることが可能となり、オペレータが熟練者か
非熟練者かに関係なく、埋設管推進機の均質で高精度な
状態推定を行うことができ、現在より先の予測情報を提
供することができる。
According to the present invention, the horizontal displacement, the center bending angle, and the horizontal correction amount are input, and the horizontal of the front conductor with respect to the horizontal planning line is set based on the horizontal turning model formula and the horizontal propulsion direction model formula. By estimating the position / orientation parameters and the parameters of the ARX model at the same time as the propulsion of the buried pipe propulsion machine, the state is estimated online from various observation signals based on the state change model of the lead conductor of the buried pipe excavator. Since it is possible to obtain the turning characteristics of the buried pipe propulsion machine that matches the position and posture of the conductor with respect to the horizontal planning line and the properties of the surrounding ground, it is possible to determine whether the operator is skilled or unskilled. In addition, it is possible to perform a homogeneous and highly accurate state estimation of the buried pipe propulsion device, and it is possible to provide prediction information ahead of the present.

【0127】また、水平旋回モデル式と水平推進方向モ
デル式において、水平計画線に対する先導体後筒の水平
傾斜角が先導体前筒の水平傾斜角を一定距離遅らせた値
と等しいと仮定することにより得られる状態方程式を基
にすることにより、水平計画線に対する先導体の水平位
置・姿勢パラメータとARXモデルのパラメータとを同
時に推定することができる。
In the horizontal turning model formula and the horizontal propulsion direction model formula, it is assumed that the horizontal tilt angle of the front conductor rear cylinder with respect to the horizontal planning line is equal to a value obtained by delaying the horizontal tilt angle of the front conductor front cylinder by a certain distance. The horizontal position / orientation parameter of the front conductor with respect to the horizontal planning line and the parameter of the ARX model can be estimated at the same time based on the state equation obtained by

【0128】また、レーザ受光装置の水平計画線に対す
る水平変位を推進距離に関して微分した微分値が先導体
前筒の水平傾斜角を一定距離遅らせた値と等しいと仮定
することにより得られる状態方程式を基にすることによ
り、水平計画線に対する先導体の水平位置・姿勢パラメ
ータとARXモデルのパラメータとを同時に推定するこ
とができる。
Further, the state equation obtained by assuming that the differential value obtained by differentiating the horizontal displacement of the laser light receiving device with respect to the horizontal planning line with respect to the propulsion distance is equal to the value obtained by delaying the horizontal tilt angle of the front conductor front cylinder by a certain distance. Based on this, it is possible to simultaneously estimate the horizontal position / orientation parameter of the leading conductor with respect to the horizontal planning line and the parameter of the ARX model.

【0129】また、レーザ受光装置の水平計画線に対す
る水平変位の代わりに、先導体に設けられた誘導磁界発
生装置の水平計画線に対する水平変位を補間した値を用
いることにより、レーザターゲット法が使用できない曲
線施工時についても、先導体の水平位置・姿勢パラメー
タとARXモデルのパラメータとを同時に推定すること
ができる。
Further, the laser target method is used by using a value obtained by interpolating the horizontal displacement with respect to the horizontal planning line of the induction magnetic field generator provided in the leading conductor, instead of the horizontal displacement with respect to the horizontal planning line of the laser receiving device. Even when a curved line cannot be constructed, it is possible to simultaneously estimate the horizontal position / orientation parameter of the conductor and the parameter of the ARX model.

【0130】また、ピッチング角と垂直変位と垂直方向
修正量とを入力とし、垂直旋回モデル式と垂直推進方向
モデル式とに基づいて、垂直計画線に対する先導体の垂
直位置・姿勢パラメータとARXモデルのパラメータと
を埋設管推進機の推進と同時に推定するようにしたこと
により、埋設管掘進機の先導体の状態変化モデルを基に
して各種観測信号からオンラインで状態推定を行うよう
にしたので、先導体の垂直計画線に対する位置・姿勢や
周囲地盤の性質に見合った埋設管推進機の旋回特性を求
めることが可能となり、オペレータが熟練者か非熟練者
かに関係なく、埋設管推進機の均質で高精度な状態推定
を行うことができ、現在より先の予測情報を提供するこ
とができる。
Further, the pitching angle, the vertical displacement, and the vertical direction correction amount are input, and based on the vertical turning model formula and the vertical propulsion direction model formula, the vertical position / posture parameters of the front conductor with respect to the vertical planning line and the ARX model. By estimating the parameters of and at the same time as the propulsion of the buried pipe propulsion machine, the state is estimated online from various observation signals based on the state change model of the lead conductor of the buried pipe excavator. It is possible to obtain the swivel characteristics of the buried pipe propulsion machine that match the position and orientation of the conductor to the vertical planning line and the properties of the surrounding ground, regardless of whether the operator is an expert or an unskilled operator. A homogeneous and highly accurate state estimation can be performed, and the prediction information ahead of the present can be provided.

【0131】また、垂直旋回モデル式と垂直推進方向モ
デル式において、垂直計画線に対する先導体後筒の垂直
傾斜角が先導体前筒の垂直傾斜角を一定距離遅らせた値
と等しいと仮定することにより得られる状態方程式を基
にすることにより、垂直計画線に対する先導体の垂直位
置・姿勢パラメータとARXモデルのパラメータとを同
時に推定することができる。
In the vertical turning model formula and the vertical propulsion direction model formula, it is assumed that the vertical inclination angle of the front conductor rear cylinder with respect to the vertical planning line is equal to a value obtained by delaying the vertical inclination angle of the front conductor front cylinder by a certain distance. The vertical position / orientation parameter of the front conductor with respect to the vertical planning line and the parameter of the ARX model can be simultaneously estimated based on the equation of state obtained by

【0132】また、レーザ受光装置の垂直計画線に対す
る垂直変位を推進距離に関して微分した微分値が先導体
後筒の垂直傾斜角を一定距離遅らせた値と等しいと仮定
することにより得られる状態方程式を基にすることによ
り、垂直計画線に対する先導体の垂直位置・姿勢パラメ
ータとARXモデルのパラメータとを同時に推定するこ
とができる。
A state equation obtained by assuming that the differential value obtained by differentiating the vertical displacement of the laser receiving device with respect to the vertical planning line with respect to the driving distance is equal to the value obtained by delaying the vertical inclination angle of the front conductor rear cylinder by a certain distance. Based on this, it is possible to simultaneously estimate the vertical position / orientation parameter of the leading conductor with respect to the vertical planning line and the parameter of the ARX model.

【0133】また、レーザ受光装置の垂直計画線に対す
る垂直変位の代わりに、先導体に設けられた誘導磁界発
生装置の垂直計画線に対する垂直変位を補間した値を用
いることにより、レーザターゲット法が使用できない曲
線施工時についても、先導体の垂直位置・姿勢パラメー
タとARXモデルのパラメータとを同時に推定すること
ができる。
The laser target method is used by using the value obtained by interpolating the vertical displacement with respect to the vertical planning line of the induction magnetic field generator provided in the leading conductor, instead of the vertical displacement with respect to the vertical planning line of the laser receiving device. The vertical position / orientation parameters of the leading conductor and the parameters of the ARX model can be estimated at the same time even when the curve cannot be constructed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の方向制御装置の制御対象となる掘削
型埋設管推進機の全体構成を示す側面図である。
FIG. 1 is a side view showing an overall configuration of an excavation-type buried pipe propulsion machine that is a control target of a direction control device of the present invention.

【図2】 掘削型埋設管推進機の直線施工時の位置検知
システムであるレーザターゲット法による位置検知シス
テムの構成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a position detection system by a laser target method, which is a position detection system at the time of straight-line construction of an excavation-type buried pipe propulsion machine.

【図3】 掘削型埋設管推進機の曲線施工時の位置検知
システムである誘導磁界検出装置による水平位置検知シ
ステム及び液圧差法による垂直位置検知システムの構成
を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing configurations of a horizontal position detection system by an induction magnetic field detection device and a vertical position detection system by a hydraulic pressure difference method, which are position detection systems at the time of curve construction of an excavation-type buried pipe propulsion machine.

【図4】 本発明の第1の実施の形態となる水平方向状
態推定装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a horizontal state estimation device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】 埋設管推進機の水平方向の状態変化モデルを
記述するための座標系の定義法を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a method of defining a coordinate system for describing a horizontal state change model of a buried pipe propulsion device.

【図6】 埋設管推進機の旋回運動に伴う先導体各部の
移動ベクトルを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a movement vector of each part of the leading conductor associated with the turning motion of the buried pipe propulsion device.

【図7】 本発明の第2の実施の形態となる垂直方向状
態推定装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a vertical direction state estimation device according to a second embodiment of the present invention.

【図8】 埋設管推進機の垂直方向の状態変化モデルを
記述するための座標系の定義法を示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a method of defining a coordinate system for describing a vertical state change model of a buried pipe propulsion device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…先導体、102…カッターヘッド、103…方
向修正部、104…先導体前筒、105…先導体後筒、
106…中折れ部、107…元押装置、108…埋設
管、109…地盤、110…発進立抗、111…方向修
正ジャッキ、201…レーザセオドライト、202…レ
ーザ受光装置、203…ピッチング計、204…中折れ
角センサ、205…ローリング計、301…誘導磁界発
生装置、302…誘導磁界検出装置、303…圧力セン
サ、304…基準液圧測定装置、401…観測信号切替
器、402…水平方向状態推定装置、403…マシン状
態方程式生成部、404…先導体水平旋回モデル、40
5…先導体水平推進方向モデル、406…レーザ受光部
水平変位微分器、407…逐次状態変数ベクトル推定
器、501…観測信号切替器、502…垂直方向状態推
定装置、503…マシン状態方程式生成部、504…先
導体垂直旋回モデル、505…先導体垂直推進方向モデ
ル、506…レーザ受光部垂直変位微分器、507…逐
次状態変数ベクトル推定器。
101 ... Lead conductor, 102 ... Cutter head, 103 ... Direction correction part, 104 ... Lead conductor front cylinder, 105 ... Lead conductor rear cylinder,
Reference numeral 106 ... Middle bent portion, 107 ... Original pushing device, 108 ... Buried pipe, 109 ... Ground, 110 ... Start resisting, 111 ... Direction correction jack, 201 ... Laser theodolite, 202 ... Laser receiving device, 203 ... Pitching meter, 204 ... Middle bending angle sensor, 205 ... Rolling gauge, 301 ... Induction magnetic field generation device, 302 ... Induction magnetic field detection device, 303 ... Pressure sensor, 304 ... Reference hydraulic pressure measurement device, 401 ... Observation signal switch, 402 ... Horizontal direction Estimating device, 403 ... Machine state equation generation unit, 404 ... Lead conductor horizontal turning model, 40
5 ... Leading conductor horizontal propulsion direction model, 406 ... Laser light receiving unit horizontal displacement differentiator, 407 ... Sequential state variable vector estimator, 501 ... Observation signal switcher, 502 ... Vertical direction state estimating device, 503 ... Machine state equation generating unit , 504 ... Lead conductor vertical turning model, 505 ... Lead conductor vertical propulsion direction model, 506 ... Laser light receiving unit vertical displacement differentiator, 507 ... Sequential state variable vector estimator.

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 先導体前筒、この先導体前筒と中折れ部
を介して連結された先導体後筒、及び前記先導体前筒の
先端に設けられたカッターヘッドから構成される先導体
と、この先導体の後方に順次継ぎ足される埋設管とを所
定の水平計画線の方向に推進させる埋設管推進機におい
て、埋設管推進機の水平位置・姿勢を推定する状態推定
方法であって、 前記先導体前筒と前記先導体後筒との水平相対角である
中折れ角を出力変数とし、前記カッターヘッドと前記先
導体前筒との水平相対角である水平方向修正量を入力変
数としたとき、単位推進長毎に得られる前記入力変数と
前記出力変数との関係をARXモデルとして記述した水
平旋回モデル式を予め設定する手順と、 前記先導体前筒の水平旋回曲率に前記先導体前筒の長さ
を乗じた項と、前記先導体後筒の水平旋回曲率に前記先
導体後筒の長さを乗じた項と、前記先導体後筒の後端に
設けられたレーザ受光装置の水平計画線に対する水平変
位を推進距離に関して微分した微分値の項との合計を、
前記先導体の水平推進方向とする水平推進方向モデル式
を予め設定する手順と、 前記水平変位と前記中折れ角と前記水平方向修正量とを
入力とし、前記水平旋回モデル式と前記水平推進方向モ
デル式とに基づいて、水平計画線に対する前記先導体の
水平位置・姿勢パラメータと前記ARXモデルのパラメ
ータとを前記埋設管推進機の推進と同時に推定する状態
変数ベクトル推定手順とを実行することを特徴とする埋
設管推進機の状態推定方法。
1. A front conductor comprising a front conductor front cylinder, a front conductor rear cylinder connected to the front conductor front cylinder via an intermediate bent portion, and a cutter head provided at a tip of the front conductor front cylinder. A state estimation method for estimating a horizontal position / posture of a buried pipe propulsion device in a buried pipe propulsion device for propelling a buried pipe successively added to the rear of the leading conductor in a direction of a predetermined horizontal planning line, When the output variable is the center bending angle which is the horizontal relative angle between the front cylinder and the front conductor rear cylinder, and the input variable is the horizontal correction amount which is the horizontal relative angle between the cutter head and the front conductor front cylinder. , A procedure of presetting a horizontal turning model expression that describes the relationship between the input variable and the output variable obtained for each unit propulsion length as an ARX model, and the horizontal turning curvature of the front conductor front tube to the front conductor front tube. The term multiplied by the length of Differentiate the term obtained by multiplying the horizontal turning curvature of the front conductor rear cylinder by the length of the front conductor rear cylinder and the horizontal displacement of the laser receiving device provided at the rear end of the front conductor rear cylinder with respect to the horizontal plan line with respect to the propulsion distance. The sum of the derivative value term and
A procedure for presetting a horizontal propulsion direction model expression that is the horizontal propulsion direction of the lead conductor, and the horizontal displacement model expression and the horizontal propulsion direction using the horizontal displacement, the center bending angle, and the horizontal correction amount as inputs. Executing a state variable vector estimation procedure for estimating the horizontal position / orientation parameter of the leading conductor with respect to a horizontal planning line and the parameter of the ARX model simultaneously with the propulsion of the buried pipe propulsion machine based on the model equation. A method for estimating the condition of a buried pipe propulsion device.
【請求項2】 請求項1記載の埋設管推進機の状態推定
方法において、 前記状態変数ベクトル推定手順は、前記水平旋回モデル
式と前記水平推進方向モデル式において、水平計画線に
対する前記先導体後筒の水平傾斜角が前記先導体前筒の
水平傾斜角を一定距離遅らせた値と等しいと仮定するこ
とにより得られる状態方程式を基にして、水平計画線に
対する前記先導体の水平位置・姿勢パラメータと前記A
RXモデルのパラメータとを同時に推定することを特徴
とする埋設管推進機の状態推定方法。
2. The method for estimating the state of a buried pipe propulsion device according to claim 1, wherein the state variable vector estimation procedure is performed in the horizontal turning model equation and the horizontal propulsion direction model equation after the front conductor with respect to a horizontal planning line. Based on the equation of state obtained by assuming that the horizontal tilt angle of the cylinder is equal to a value obtained by delaying the horizontal tilt angle of the front conductor front cylinder by a certain distance, the horizontal position / orientation parameter of the front conductor with respect to the horizontal planning line. And the above A
A method for estimating the state of a buried pipe propulsion device, which comprises simultaneously estimating the parameters of an RX model.
【請求項3】 請求項2記載の埋設管推進機の状態推定
方法において、 前記状態変数ベクトル推定手順は、前記レーザ受光装置
の水平計画線に対する水平変位を推進距離に関して微分
した微分値が前記先導体前筒の水平傾斜角を一定距離遅
らせた値と等しいと仮定することにより得られる状態方
程式を基にして、水平計画線に対する前記先導体の水平
位置・姿勢パラメータと前記ARXモデルのパラメータ
とを同時に推定することを特徴とする埋設管推進機の状
態推定方法。
3. The embedded pipe propulsion machine state estimation method according to claim 2, wherein in the state variable vector estimation procedure, a differential value obtained by differentiating a horizontal displacement of the laser light receiving device with respect to a horizontal planning line with respect to a propulsion distance is used as the lead. Based on the equation of state obtained by assuming that the horizontal tilt angle of the front cylinder is equal to the value obtained by delaying the horizontal distance by a certain distance, the horizontal position / posture parameter of the leading conductor with respect to the horizontal planning line and the parameter of the ARX model are calculated. A method for estimating the state of a buried pipe propulsion device, which is characterized by simultaneous estimation.
【請求項4】 請求項1記載の埋設管推進機の状態推定
方法において、 前記レーザ受光装置の水平計画線に対する水平変位の代
わりに、前記先導体に設けられた誘導磁界発生装置の水
平計画線に対する水平変位を補間した値を用いることを
特徴とする埋設管推進機の状態推定方法。
4. The method for estimating the state of a buried pipe propulsion device according to claim 1, wherein instead of the horizontal displacement of the laser receiving device with respect to the horizontal planning line, the horizontal planning line of the induction magnetic field generating device provided in the leading conductor. A method for estimating the state of a buried pipe propulsion device, which uses a value obtained by interpolating the horizontal displacement of
【請求項5】 先導体前筒、この先導体前筒と中折れ部
を介して連結された先導体後筒、及び前記先導体前筒の
先端に設けられたカッターヘッドから構成される先導体
と、この先導体の後方に順次継ぎ足される埋設管とを所
定の垂直計画線の方向に推進させる埋設管推進機におい
て、埋設管推進機の垂直位置・姿勢を推定する状態推定
方法であって、 前記先導体前筒の垂直旋回曲率を出力変数とし、前記カ
ッターヘッドと前記先導体前筒との垂直相対角である垂
直方向修正量を入力変数としたとき、単位推進長毎に得
られる前記入力変数と前記出力変数との関係をARXモ
デルとして記述した垂直旋回モデル式を予め設定する手
順と、 前記先導体前筒の垂直旋回曲率に前記先導体前筒の長さ
を乗じた項と、前記先導体後筒の垂直旋回曲率に前記先
導体後筒の長さを乗じた項と、前記先導体後筒の後端に
設けられたレーザ受光装置の垂直計画線に対する垂直変
位を推進距離に関して微分した微分値の項との合計を、
前記先導体の垂直推進方向とする垂直推進方向モデル式
を予め設定する手順と、 垂直計画線に対する前記先導体前筒の傾斜角であるピッ
チング角と前記垂直変位と前記垂直方向修正量とを入力
とし、前記垂直旋回モデル式と前記垂直推進方向モデル
式とに基づいて、垂直計画線に対する前記先導体の垂直
位置・姿勢パラメータと前記ARXモデルのパラメータ
とを前記埋設管推進機の推進と同時に推定する状態変数
ベクトル推定手順とを実行することを特徴とする埋設管
推進機の状態推定方法。
5. A front conductor comprising a front conductor front cylinder, a front conductor rear cylinder connected to the front conductor front cylinder via an intermediate bent portion, and a cutter head provided at a tip of the front conductor front cylinder. A state estimation method for estimating a vertical position / posture of a buried pipe propulsion device in a buried pipe propulsion device for propelling a buried pipe successively added to the rear of the leading conductor in a direction of a predetermined vertical planning line, When the vertical turning curvature of the body front cylinder is used as an output variable and the vertical direction correction amount that is the vertical relative angle between the cutter head and the front conductor front cylinder is used as an input variable, the input variable obtained for each unit propulsion length A step of presetting a vertical turning model expression in which a relationship with the output variable is described as an ARX model; a term obtained by multiplying a vertical turning curvature of the front conductor front cylinder by a length of the front conductor front cylinder; Before the vertical turning curvature of the rear cylinder A term obtained by multiplying the length of the lead body after barrel, the sum of the term of the differential value obtained by differentiating with respect to promote distance vertical displacement relative to the vertical plan line of the laser light receiving device provided at the rear end of the leading body after pipe,
Input a procedure for presetting a vertical propulsion direction model formula that is the vertical propulsion direction of the lead conductor, and a pitching angle, which is an inclination angle of the front conductor front cylinder with respect to a vertical plan line, the vertical displacement, and the vertical correction amount. Based on the vertical turning model formula and the vertical propulsion direction model formula, the vertical position / attitude parameter of the leading conductor with respect to the vertical planning line and the parameter of the ARX model are estimated simultaneously with the propulsion of the buried pipe propulsion machine. And a state variable vector estimating procedure for performing a state estimating method for a buried pipe propulsion machine.
【請求項6】 請求項5記載の埋設管推進機の状態推定
方法において、 前記状態変数ベクトル推定手順は、前記垂直旋回モデル
式と前記垂直推進方向モデル式において、垂直計画線に
対する前記先導体後筒の垂直傾斜角が前記先導体前筒の
垂直傾斜角を一定距離遅らせた値と等しいと仮定するこ
とにより得られる状態方程式を基にして、垂直計画線に
対する前記先導体の垂直位置・姿勢パラメータと前記A
RXモデルのパラメータとを同時に推定することを特徴
とする埋設管推進機の状態推定方法。
6. The state estimation method for a buried pipe propulsion device according to claim 5, wherein the state variable vector estimation procedure is performed in the vertical turning model equation and the vertical propulsion direction model equation after the front conductor after the front planning line. Based on the equation of state obtained by assuming that the vertical inclination angle of the cylinder is equal to the value obtained by delaying the vertical inclination angle of the front conductor front cylinder by a certain distance, the vertical position / orientation parameter of the front conductor with respect to the vertical planning line. And the above A
A method for estimating the state of a buried pipe propulsion device, which comprises simultaneously estimating the parameters of an RX model.
【請求項7】 請求項6記載の埋設管推進機の状態推定
方法において、 前記状態変数ベクトル推定手順は、前記レーザ受光装置
の垂直計画線に対する垂直変位を推進距離に関して微分
した微分値が前記先導体前筒の垂直傾斜角を一定距離遅
らせた値と等しいと仮定することにより得られる状態方
程式を基にして、垂直計画線に対する前記先導体の垂直
位置・姿勢パラメータと前記ARXモデルのパラメータ
とを同時に推定することを特徴とする埋設管推進機の状
態推定方法。
7. The buried pipe propulsion machine state estimation method according to claim 6, wherein in the state variable vector estimation procedure, a differential value obtained by differentiating a vertical displacement of the laser light receiving device with respect to a vertical planning line with respect to a propulsion distance is used as the lead. Based on the equation of state obtained by assuming that the vertical inclination angle of the front cylinder is equal to a value obtained by delaying the vertical distance by a certain distance, the vertical position / posture parameter of the leading conductor with respect to the vertical planning line and the parameter of the ARX model are calculated. A method for estimating the state of a buried pipe propulsion device, which is characterized by simultaneous estimation.
【請求項8】 請求項5記載の埋設管推進機の状態推定
方法において、 前記レーザ受光装置の垂直計画線に対する垂直変位の代
わりに、前記先導体に設けられた誘導磁界発生装置の垂
直計画線に対する垂直変位を補間した値を用いることを
特徴とする埋設管推進機の状態推定方法。
8. The method of estimating the state of a buried pipe propulsion device according to claim 5, wherein instead of the vertical displacement with respect to the vertical planning line of the laser receiving device, the vertical planning line of the induction magnetic field generating device provided in the leading conductor. A method for estimating the state of a buried pipe propulsion machine, which uses a value obtained by interpolating the vertical displacement of
【請求項9】 先導体前筒、この先導体前筒と中折れ部
を介して連結された先導体後筒、及び前記先導体前筒の
先端に設けられたカッターヘッドから構成される先導体
と、この先導体の後方に順次継ぎ足される埋設管とを所
定の水平計画線の方向に推進させる埋設管推進機におい
て、埋設管推進機の水平位置・姿勢を推定する状態推定
装置であって、 前記先導体前筒と前記先導体後筒との水平相対角である
中折れ角を出力変数とし、前記カッターヘッドと前記先
導体前筒との水平相対角である水平方向修正量を入力変
数としたとき、単位推進長毎に得られる前記入力変数と
前記出力変数との関係をARXモデルとして記述した水
平旋回モデルと、 前記先導体前筒の水平旋回曲率に前記先導体前筒の長さ
を乗じた項と、前記先導体後筒の水平旋回曲率に前記先
導体後筒の長さを乗じた項と、前記先導体後筒の後端に
設けられたレーザ受光装置の水平計画線に対する水平変
位を推進距離に関して微分した微分値の項との合計を、
前記先導体の水平推進方向とする水平推進方向モデル
と、 前記水平変位と前記中折れ角と前記水平方向修正量とを
入力とし、前記水平旋回モデル式と前記水平推進方向モ
デル式とに基づいて、水平計画線に対する前記先導体の
水平位置・姿勢パラメータと前記ARXモデルのパラメ
ータとを前記埋設管推進機の推進と同時に推定する逐次
状態変数ベクトル推定器とを有することを特徴とする埋
設管推進機の状態推定装置。
9. A front conductor comprising a front conductor front cylinder, a front conductor rear cylinder connected to the front conductor front cylinder through an intermediate bent portion, and a cutter head provided at a tip of the front conductor front cylinder. A state estimation device for estimating the horizontal position / posture of the embedded pipe propulsion device, in the embedded pipe propulsion device for propelling the embedded pipe sequentially added to the rear of the leading conductor in the direction of a predetermined horizontal planning line, When the output variable is the center bending angle which is the horizontal relative angle between the front cylinder and the front conductor rear cylinder, and the input variable is the horizontal correction amount which is the horizontal relative angle between the cutter head and the front conductor front cylinder. A horizontal turning model describing the relationship between the input variable and the output variable obtained for each unit propulsion length as an ARX model; and the horizontal turning curvature of the front conductor front cylinder multiplied by the length of the front conductor front cylinder. And the horizontal rotation of the front conductor rear cylinder Between a term obtained by multiplying the curvature by the length of the front conductor rear cylinder, and a term of a differential value obtained by differentiating the horizontal displacement with respect to the horizontal plan line of the laser receiving device provided at the rear end of the front conductor rear cylinder with respect to the propulsion distance. Total
Based on the horizontal turning model formula and the horizontal propulsion direction model formula, with the horizontal propulsion direction model as the horizontal propulsion direction of the lead conductor, the horizontal displacement, the center bending angle, and the horizontal direction correction amount being input. And a sequential state variable vector estimator for estimating the horizontal position / posture parameters of the preceding conductor with respect to a horizontal planning line and the parameters of the ARX model at the same time as the propulsion of the embedded pipe propulsion machine. State estimation device.
【請求項10】 請求項9記載の埋設管推進機の状態推
定装置において、 前記逐次状態変数ベクトル推定器は、前記水平旋回モデ
ル式と前記水平推進方向モデル式において、水平計画線
に対する前記先導体後筒の水平傾斜角が前記先導体前筒
の水平傾斜角を一定距離遅らせた値と等しいと仮定する
ことにより得られる状態方程式を基にして、水平計画線
に対する前記先導体の水平位置・姿勢パラメータと前記
ARXモデルのパラメータとを同時に推定することを特
徴とする埋設管推進機の状態推定装置。
10. The buried pipe propulsion machine state estimating apparatus according to claim 9, wherein the sequential state variable vector estimator is the forward conductor with respect to a horizontal planning line in the horizontal turning model equation and the horizontal propulsion direction model equation. Based on the equation of state obtained by assuming that the horizontal inclination angle of the rear cylinder is equal to the value obtained by delaying the horizontal inclination angle of the front conductor by a certain distance, the horizontal position / posture of the front conductor with respect to the horizontal planning line. A state estimation device for a buried pipe propulsion device, which simultaneously estimates a parameter and a parameter of the ARX model.
【請求項11】 請求項10記載の埋設管推進機の状態
推定装置において、 前記逐次状態変数ベクトル推定器は、前記レーザ受光装
置の水平計画線に対する水平変位を推進距離に関して微
分した微分値が前記先導体前筒の水平傾斜角を一定距離
遅らせた値と等しいと仮定することにより得られる状態
方程式を基にして、水平計画線に対する前記先導体の水
平位置・姿勢パラメータと前記ARXモデルのパラメー
タとを同時に推定することを特徴とする埋設管推進機の
状態推定装置。
11. The buried pipe propulsion machine state estimating apparatus according to claim 10, wherein the sequential state variable vector estimator differentiates a horizontal displacement of the laser receiving apparatus with respect to a horizontal planning line with respect to a propulsion distance. Based on the equation of state obtained by assuming that the horizontal inclination angle of the front conductor front cylinder is equal to a value delayed by a certain distance, the horizontal position / orientation parameter of the front conductor with respect to a horizontal planning line and the parameters of the ARX model. A state estimation device for a buried pipe propulsion device, which is characterized by simultaneously estimating
【請求項12】 請求項9記載の埋設管推進機の状態推
定装置において、 前記逐次状態変数ベクトル推定器は、前記レーザ受光装
置の水平計画線に対する水平変位の代わりに、前記先導
体に設けられた誘導磁界発生装置の水平計画線に対する
水平変位を補間した値を用いることを特徴とする埋設管
推進機の状態推定装置。
12. The buried pipe propulsion machine state estimating apparatus according to claim 9, wherein the sequential state variable vector estimator is provided on the leading conductor instead of a horizontal displacement of the laser receiving apparatus with respect to a horizontal planning line. A state estimation device for a buried pipe propulsion device, which uses a value obtained by interpolating a horizontal displacement of the induction magnetic field generator with respect to a horizontal planning line.
【請求項13】 先導体前筒、この先導体前筒と中折れ
部を介して連結された先導体後筒、及び前記先導体前筒
の先端に設けられたカッターヘッドから構成される先導
体と、この先導体の後方に順次継ぎ足される埋設管とを
所定の垂直計画線の方向に推進させる埋設管推進機にお
いて、埋設管推進機の垂直位置・姿勢を推定する状態推
定装置であって、 前記先導体前筒の垂直旋回曲率を出力変数とし、前記カ
ッターヘッドと前記先導体前筒との垂直相対角である垂
直方向修正量を入力変数としたとき、単位推進長毎に得
られる前記入力変数と前記出力変数との関係をARXモ
デルとして記述した垂直旋回モデルと、 前記先導体前筒の垂直旋回曲率に前記先導体前筒の長さ
を乗じた項と、前記先導体後筒の垂直旋回曲率に前記先
導体後筒の長さを乗じた項と、前記先導体後筒の後端に
設けられたレーザ受光装置の垂直計画線に対する垂直変
位を推進距離に関して微分した微分値の項との合計を、
前記先導体の垂直推進方向とする垂直推進方向モデル
と、 垂直計画線に対する前記先導体前筒の傾斜角であるピッ
チング角と前記垂直変位と前記垂直方向修正量とを入力
とし、前記垂直旋回モデル式と前記垂直推進方向モデル
式とに基づいて、垂直計画線に対する前記先導体の垂直
位置・姿勢パラメータと前記ARXモデルのパラメータ
とを前記埋設管推進機の推進と同時に推定する逐次状態
変数ベクトル推定器とを有することを特徴とする埋設管
推進機の状態推定装置。
13. A front conductor comprising a front conductor front cylinder, a front conductor rear cylinder connected to the front conductor front cylinder via an intermediate bent portion, and a cutter head provided at the tip of the front conductor front cylinder. A state estimation device for estimating a vertical position / posture of a buried pipe propulsion device in a buried pipe propulsion device for propelling a buried pipe successively added to the rear of the leading conductor in a direction of a predetermined vertical planning line, When the vertical turning curvature of the body front cylinder is used as an output variable and the vertical direction correction amount that is the vertical relative angle between the cutter head and the front conductor front cylinder is used as an input variable, the input variable obtained for each unit propulsion length A vertical swirl model describing the relationship with the output variable as an ARX model, a term obtained by multiplying the vertical swirl curvature of the front conductor front cylinder by the length of the front conductor front cylinder, and the vertical swirl curvature of the front conductor rear cylinder. The length of the front conductor rear cylinder A term obtained by multiplying the sum of the term of the differential value obtained by differentiating with respect to promote distance vertical displacement relative to the vertical plan line of the laser light receiving device provided at the rear end of the leading body after pipe,
A vertical propulsion direction model that is the vertical propulsion direction of the lead conductor, a pitching angle that is an inclination angle of the front conductor front cylinder with respect to a vertical plan line, the vertical displacement, and the vertical direction correction amount, and the vertical turning model. Sequential state variable vector estimation for estimating vertical position / posture parameters of the leading conductor with respect to a vertical planning line and parameters of the ARX model simultaneously with the propulsion of the buried pipe propulsion machine based on the equation and the vertical propulsion direction model equation. State estimating device for a buried pipe propulsion device, comprising:
【請求項14】 請求項13記載の埋設管推進機の状態
推定装置において、 前記逐次状態変数ベクトル推定器は、前記垂直旋回モデ
ル式と前記垂直推進方向モデル式において、垂直計画線
に対する前記先導体後筒の垂直傾斜角が前記先導体前筒
の垂直傾斜角を一定距離遅らせた値と等しいと仮定する
ことにより得られる状態方程式を基にして、垂直計画線
に対する前記先導体の垂直位置・姿勢パラメータと前記
ARXモデルのパラメータとを同時に推定することを特
徴とする埋設管推進機の状態推定装置。
14. The state estimating apparatus for a buried pipe propulsion device according to claim 13, wherein the sequential state variable vector estimator is the front conductor with respect to a vertical planning line in the vertical turning model formula and the vertical propulsion direction model formula. Based on the equation of state obtained by assuming that the vertical inclination angle of the rear cylinder is equal to the value obtained by delaying the vertical inclination angle of the front conductor front cylinder by a certain distance, the vertical position / posture of the front conductor with respect to the vertical planning line. A state estimation device for a buried pipe propulsion device, which simultaneously estimates a parameter and a parameter of the ARX model.
【請求項15】 請求項14記載の埋設管推進機の状態
推定装置において、 前記逐次状態変数ベクトル推定器は、前記レーザ受光装
置の垂直計画線に対する垂直変位を推進距離に関して微
分した微分値が前記先導体前筒の垂直傾斜角を一定距離
遅らせた値と等しいと仮定することにより得られる状態
方程式を基にして、垂直計画線に対する前記先導体の垂
直位置・姿勢パラメータと前記ARXモデルのパラメー
タとを同時に推定することを特徴とする埋設管推進機の
状態推定装置。
15. The buried pipe propulsion machine state estimation apparatus according to claim 14, wherein the sequential state variable vector estimator is a differential value obtained by differentiating a vertical displacement of the laser receiving apparatus with respect to a vertical planning line with respect to a propulsion distance. Based on the equation of state obtained by assuming that the vertical inclination angle of the front conductor front cylinder is equal to a value obtained by delaying the vertical distance by a certain distance, the vertical position / orientation parameter of the front conductor with respect to the vertical planning line and the parameter of the ARX model A state estimation device for a buried pipe propulsion device, which is characterized by simultaneously estimating
【請求項16】 請求項13記載の埋設管推進機の状態
推定装置において、 前記逐次状態変数ベクトル推定器は、前記レーザ受光装
置の垂直計画線に対する垂直変位の代わりに、前記先導
体に設けられた誘導磁界発生装置の垂直計画線に対する
垂直変位を補間した値を用いることを特徴とする埋設管
推進機の状態推定装置。
16. The buried pipe propulsion machine state estimating apparatus according to claim 13, wherein the sequential state variable vector estimator is provided in the leading conductor instead of a vertical displacement of the laser receiving apparatus with respect to a vertical planning line. A state estimation device for a buried pipe propulsion device, which uses a value obtained by interpolating a vertical displacement of the induction magnetic field generator with respect to a vertical planning line.
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