JP2024519960A - 地下掘削リグトラミング制御 - Google Patents

Abstract

本発明の例示的な態様によれば、地下掘削リグを制御するための方法であって、入力計画に従って掘削ユニットの少なくとも目標姿勢を示す目標姿勢情報を受信することと、掘削リグのトラミング中に、キャリアの向きを示すキャリア姿勢情報を検出することと、掘削リグのトラミング中に、検出されたキャリア姿勢情報に基づいて掘削ユニットの向きを決定することと、目標姿勢情報および掘削ユニットの決定された向きに基づいてトラミング支援情報を生成することと、を含む方法が提供される。【選択図】図２

Description

本発明は、地下掘削リグのトラミングを制御することに関する。

掘削リグは、地下コンストラクトおよび採掘現場で使用される。掘削発破ベースの方法では、岩石はラウンドで掘削される。いくつかの連続するラウンドは、トンネル面を有するトンネルを生成する。第１の掘削孔がトンネル面に掘削され、その後、掘削された孔が装薬され、発破される。１回の発破時に１つのラウンド分の岩石物質が剥離される。剥離された岩石物質は、さらなる処理のためにトンネルから運び出される。

岩石を掘削するために、少なくとも１つの掘削パターンまたは掘削孔パターンを含み得る掘削計画が事前に設計され、例えば、岩石のタイプに関する情報が決定される。典型的には、掘削パターンは、各ラウンドの事務作業として設計される。パターンは、目標孔、したがって掘削リグによって実行される作業タスクを決定している。パターンは、岩石掘削リグが所望のラウンドおよびトンネルプロファイルを達成することができるように岩石に孔を掘削するために提供される。

掘削ラウンドを実行するために、掘削リグは、掘削計画で決定された目標孔パターンに従って、掘削されるトンネル面の近傍でトラミングされる。トラミングとは、一般に、リグを駆動することを指し得る。掘削のためにリグをトンネル内の位置にトラミングした後、リグを安定させる必要があり、典型的にはキャリアに連結されたブームに連結されたフィードビームに削岩機を備える掘削リグの掘削ユニットは、掘削を開始する前に適切な位置および向きに位置決めされる必要がある。リグが、トラミング段階の終わりで、掘削ユニットの正確な位置決めができない姿勢で停止されている場合、リグは、掘削ユニットを正確に位置決めするための適切な姿勢を得るために前後に駆動される必要がある。これは、衛星ベースの測位データが利用できず、大きな掘削リグの再位置決めが地上作業現場よりも実質的に困難である狭い地下トンネルでは特に困難である。

本発明は、独立請求項の特徴によって決定される。いくつかの特定の実施形態は、従属請求項に決定されている。

第１の態様によれば、キャリア、キャリアの第１の端部に取り付けられた少なくとも１つのブーム、ブームの第２の端部に取り付けられた掘削ユニット、ならびに制御手段を備える移動式地下掘削リグであって、制御手段が、入力計画に従って掘削ユニットの少なくとも目標姿勢を示す目標姿勢情報を受信し、掘削リグのトラミング中に、キャリアの向きを示すキャリア姿勢情報を検出し、掘削リグのトラミング中に、検出されたキャリア姿勢情報に基づいて掘削ユニットの向きを決定し、かつ目標姿勢情報および掘削ユニットの決定された向きに基づいてトラミング支援情報を生成するように構成されている、移動式地下掘削リグが提供される。

第２の態様によれば、キャリアと、キャリアの第１の端部に取り付けられた少なくとも１つのブームと、ブームの第２の端部に取り付けられた掘削ユニットと、を備える地下掘削リグを制御するための方法であって、入力計画に従って掘削ユニットの少なくとも目標姿勢を示す目標姿勢情報を受信することと、掘削リグのトラミング中に、キャリアの向きを示すキャリア姿勢情報を検出することと、掘削リグのトラミング中に、検出されたキャリア姿勢情報に基づいて掘削ユニットの向きを決定することと、目標姿勢情報および掘削ユニットの決定された向きに基づいてトラミング支援情報を生成することと、を含む方法が提供される。

第３の態様によれば、方法または方法の実施形態を実行するための手段を備える、地下掘削リグを制御するための制御装置が提供される。手段は、少なくとも１つのプロセッサ、コンピュータプログラムコードを含む少なくとも１つのメモリを備え得、少なくとも１つのメモリおよびコンピュータプログラムコードは、少なくとも１つのプロセッサを用いて、装置に少なくとも方法または方法の実施形態を実行させるように構成されている。

第４の態様によれば、データ処理装置で実行されたときに、装置に方法またはその実施形態を実行させるためのコンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラム、コンピュータプログラム製品、または（非有形）コンピュータ可読媒体が提供される。

掘削リグの一例を示す。 掘削リグおよびトンネル掘削の上面図の例を示す。 少なくともいくつかの実施形態による方法を示す。 例示的な表示ビューを示す。 少なくともいくつかの実施形態をサポートすることができる例示的な装置を示す。

実施形態のうちの少なくともいくつかが採用され得る装置の一例として、図１は、キャリア２と、キャリアに回転可能に取り付けられた少なくとも１つの（掘削）ブーム３と、ブーム３の他端に回転可能に取り付けられた掘削ユニット４と、を備える岩石掘削リグ１を示している。この例では、キャリアは、ジョイント８によって連結された２つの部分、すなわち第１の／前方部分２ａおよび第２の／後方部分２ｂを備える。単一部品のブームの代わりに、ブーム３は、ジョイントによって連結された２つ以上の部品または部分を備えてもよい。

ブーム３は、少なくとも１つのジョイントによって掘削ユニット４にさらに連結されている。掘削ユニット４はフィードビーム５を備え、フィードビーム５上の岩石掘削機６はフィードデバイスによって移動することができる。さらに、掘削機５にはツール７が連結可能であり、このツールによって、岩石掘削機の打撃デバイスによって与えられた衝撃パルスが掘削される岩石に伝達される。

図１は簡略化されており、かつブームが比較的長い掘削リグの一例を表していることに留意されたい。今開示されている特徴は多種多様な岩石掘削リグに適用され得、そのいくつかの例には、トンネル開発、長孔、サポート、インザホール、およびトップハンマー掘削リグのタイプが含まれることを理解されたい。例えば、長孔削岩機の場合、ブームは掘削ユニットの（比較的短い）サポートおよび連結構造を指し得る。掘削リグのタイプに応じて、リグ１および掘削ユニット４は、ロッドハンドリングカセット、サポートラック、シリンダ、ダスト除去ユニット、さらなる掘削サポート要素などの様々なさらなるユニットおよびデバイスを備え得る。

掘削リグ１は、燃焼エンジンおよび／または電気モータなどのモータ９をさらに備える。掘削リグ１は、典型的には、ブーム３およびフィードビーム５などを作動させるなど、機械の様々な部分を動作させるための油圧を発生させるためのポンプのシステムを備える。掘削リグ１は、アキュムレータ、水素コンテナ、燃料タンクなどの１つ以上の他のエネルギー源を備えてもよい。

岩石掘削リグ１は、例えば、岩石掘削リグ１のアクチュエータを制御するように構成された少なくとも１つの制御ユニット１０をさらに備える。制御ユニット１０は、メモリに記憶されたコンピュータプログラムコードを実行する１つ以上のプロセッサを備え得る。制御ユニットは、制御ユニット１０へのオペレータコマンドおよび情報を受信するための、かつリグのオペレータのための表示ビューおよび他の出力を生成するためのディスプレイデバイスおよびオペレータ入力インターフェイスを有する、ユーザインターフェイスを備えるか、またはそれに接続され得る。いくつかの実施形態では、制御ユニット１０は、少なくともトラミング制御関連動作を実行するように構成されており、他の動作を制御するために、リグ内に１つ以上の他の制御ユニットが存在する場合がある。

掘削リグ作業手順またはサイクルのトラミング段階では、リグ１は作業現場の掘削位置まで方向ＴＤに向かってトラミングし得る。特定のトラミングモードまたはブームおよび／もしくは掘削ユニット位置が適用され得ることに留意されたい。例えば、掘削ユニット４は、ブーム３の頂部上で部分的に枢動され得る。

図１はまた、互いに対するリグ部分の利用可能な移動の例を示しており、矢印ａは、リグ部分２ａ、２ｂ間の（水平／横平面またはｘｙ方向の）移動／関係を示しており、ｂは、前方キャリア部分２ａとブーム３との間の（水平／横平面またはｘｙ方向の）移動／関係を示しており、ｃは、前方キャリア部分２ａとブーム３との間の（垂直平面またはｚ方向の）移動を示しており、ｄおよびｅは、ブーム３と掘削ユニット４との間の（それぞれ水平面内および垂直平面内の）移動／関係を示している。リグ部分間にはより多くのまたはより少ないジョイントおよび移動方向があってもよく、ジョイントの順序は図１の例に示されているものとは異なっていてもよいことを理解されたい。例えば、ボルタリグは、掘削ユニット内にさらなるジョイントを備え得、長孔掘削リグは、ｂ方向の移動を提供するジョイントなしで構成され得る。

ブーム３またはその一部の現在の位置および方向を判定するために、１つ以上のセンサ１１が配置され得る。掘削ユニット４の現在の位置および方向を判定するために、１つ以上のセンサが配置され得る。図１は単一のセンサ１１のみを示しているが、複数のセンサが存在し得ることが理解されよう。そのようなセンサは、キャリア２、ブーム３、および／または掘削ユニット４内に位置決めされ得る。検知データは、適切な計算を実行し得る制御ユニット１０（または位置決めのための別の制御ユニット）に提供され得る。例示的な実施形態では、ジョイントにはジョイント位置センサが装備されている。そのようなセンサからの、キャリア２と掘削ユニット４との間の複数のジョイントのジョイント位置センサデータは、キャリア２に対する掘削ユニット４の位置および向きを決定するために適用される。掘削ユニット４の向きは、フィードビーム５および掘削機６（およびツール７）の向きも決定し得る。

掘削リグ１は、トンネルプロファイルを走査するための少なくとも１つのスキャナ１２を備え得る。例示的な実施形態では、スキャナ１２は３Ｄスキャナであり、その場合、例えば点群データなどの３Ｄ走査データが生成される。例えば、リグは、環境を通常の前方駆動方向ＴＤに向かって（かつ必然的にスキャナのリーチ内の側面に向かって）走査するように構成された前方スキャナを備え得る。リグはまた、ＴＤとは反対の方向、すなわち車両の後方に向かって環境を走査するように構成された後方スキャナを備え得る。スキャナ１２は、車両の障害物および障害物までの距離を判定するのに適した、レーザスキャナまたは４Ｄもしくは別のタイプのレーダなどの別のタイプのセンサデバイスであってもよい。

掘削リグ１は、基地局および／またはユーザデバイスとのデータ転送のために構成された無線通信ユニット１３などの様々なさらなるユニットを備え得る。したがって、通信デバイスは、例えば、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）および／またはセルラー通信ネットワーク（例えば、４Ｇ、５Ｇ、または別の世代のセルラーネットワーク）を備える無線アクセスシステムの無線アクセスポイントまたは基地局１４を介して、作業現場の通信システムに接続され得る。例えば、掘削リグは、掘削リグからの状態データおよび遠隔コントローラユニットからの制御データに基づいて遠隔で監視および制御され得る。

図１は一例のみを提供しており、多くの他の構成が適用可能であることを理解されたい。例えば、１つのブームの代わりに、単一の掘削リグ内に３つまたはさらには４つのブームなど、２つのブームまたは３つ以上のブームがあってもよい。ブーム３には、他の種類の作業機、例えばボルト締めユニット、コンクリート噴霧器、プラットホーム、スケーリングユニット、爆薬装填ユニットなどが取り付けられてもよい。掘削リグは無人であり得ることにも留意されたい。したがって、ユーザインターフェイスは、リグから離れていてもよく、リグは、トンネル内の、もしくは作業現場エリアの制御室内の、またはさらには通信ネットワークを介して作業現場から遠く離れたオペレータによって遠隔制御されてもよい。

トンネルおよび掘削リグ１の上面図を示す図２を参照すると、（破線で示す）掘削計画は、掘削される孔２００の位置および向きを決定し得る。掘削される孔は、複数の掘削孔列に配置されてもよい。

計画は、孔の位置および向きなど、掘削ユニット４の複数の目標姿勢を決定し得る。計画は、オフラインおよびオフサイトで、例えばオフィス内で、または掘削リグに搭載して設計され得る。そのような計画は、制御ユニット１０によるアクセスのために、有線または無線接続を介して岩石掘削リグ１のメモリに送信され得るか、またはそうでなければ岩石掘削リグ１のメモリにロードされ得る。

掘削リグ１は、掘削計画で決定された目標孔パターンに従って、掘削されるトンネル面の近傍でトラミングされ得る。トラミング段階の後、位置決め段階が実行され得る。したがって、ブーム３および掘削ユニット４は、計画で決定された孔の位置および向きの情報に基づいて、適切な位置および位置合わせで、決定された孔／目標姿勢で掘削ユニット４、典型的にはフィードビーム５を位置決めするように制御される。掘削リグ１はまた、典型的には一組の地上支持体が地面に押し付けられることにより、掘削のために安定化される。掘削ユニットおよび／またはフィードビームは、安定化後に位置決めされ得るか、または安定化後に再位置決めされて、掘削計画に従って第１の計画孔を掘削するための正しい姿勢を確実にし得る。

掘削リグ１は、掘削作業サイクルの動作のうちの少なくともいくつかなど、少なくともいくつかの動作を自律的に動作するように構成され得る。掘削リグ１は、その自律動作モードにおいて、連続的なユーザ制御を必要とせずに独立して動作し得るが、例えば、オペレータの警告または自動動作の終了に応答して外部制御下に置かれてもよい。

掘削ユニット４の目標姿勢を達成するためのブームおよび／またはフィードビームの位置決めは、自動化され得る。したがって、目標姿勢、すなわち平面の孔の位置および向きの情報、ならびにフィードビームの現在の位置および向きの検出された情報に基づいて、制御ユニット１０（または別の制御ユニット）は、目標姿勢に到達するために必要な（キャリア２、ブーム３、および／またはフィードビーム５についての）移動制御アクションを計算し得、関連する制御信号を生成し得、関連するアクチュエータまたは制御システム要素の制御信号を送信し得る。しかしながら、掘削リグ１（およびそのキャリア）の駐車位置がトンネル壁によって制限されていることによって、計装が掘削ユニット４の目標姿勢を達成することができない場合、自律位置決めが失敗し、オペレータの介入を必要とし、生産の遅延を引き起こす。

いくつかの実施形態では、掘削リグ１は、自動掘削サイクルを実行するように構成されている。掘削計画およびパターンは、掘削リグ１の自動制御のための入力として使用され得る。掘削計画における孔の位置データおよびスキャナユニットからの位置データに基づいて、制御ユニット１０は、目標孔の近くで掘削リグをトラミングするために車輪を動作させるための操縦命令および関連する制御信号を生成し得る。

特に遠隔制御された掘削リグの場合、特に経験の浅いオペレータにとって、掘削ユニット４が目標姿勢に適切に位置決めおよび位置合わせされ得る正しい駐車位置への遠隔監視グラフィカルユーザインターフェイス（ＧＵＩ）ビューに基づいて、トンネル壁に衝突することなく狭いトンネルで掘削リグ１を制御することは困難であり得る。リグがトラミング段階の終わりで停止し、掘削ユニットの位置決め段階で最適ではない姿勢が検出された場合、または掘削ユニットの正しい位置決めが不可能である姿勢が検出された場合、大型リグの周りには、掘削ユニットを正しく位置決めするための適切な姿勢を得るためにトンネルの典型的には非常に狭い端部で前後に駆動するためのスペースはあまりないことが多い。ここで、以下にさらに示される、トラミング制御のためのさらなる改善が提供される。

図３は、いくつかの実施形態による方法を示している。方法は、掘削リグ１の制御ユニット１０など、掘削リグを制御するための装置によって実行され得る。

方法は、入力計画、いくつかの実施形態では掘削計画に従って、掘削ユニット４などの掘削ユニットの少なくとも目標姿勢を示す目標姿勢情報を受信すること３００を含む。

目標姿勢情報は、内部もしくは外部メモリから、または遠隔コントローラユニットもしくは作業現場制御システム装置などの別の装置から受信され得る。目標姿勢情報は、少なくともトンネルラインおよび／または他のトンネルパラメータを示すデータを含むトンネル計画ファイルなど、受信された掘削計画または別のタイプのトンネルシステムまたは鉱山計画もしくはモデルの一部として受信され得る。計画の適切なデータは、目標姿勢についてブロック３００で選択的に（自動的に）取得され得る。例示的な実施形態では、これはリグによって実行される次の掘削タスクに基づいており、目標姿勢情報は、掘削される次のラウンドの孔シーケンスデータを含み得るか、またはそれに基づき得る。目標姿勢情報の受信／検索は、リグ１の現在の場所を示す受信された位置決めデータに基づいてもよい。

掘削リグのトラミング中に、掘削リグのキャリアの向きを示すキャリア姿勢情報が検出される３１０。この情報は、ジャイロスコープまたは磁力計などのキャリア姿勢情報源から受信され得る。

ブロック３２０は、掘削リグのトラミング中に、検出されたキャリア姿勢情報に基づいて掘削ユニットの向きを決定することを含む。これは、掘削ユニットとキャリアとの間の現在の向き関係に基づいて掘削ユニットの向きを計算することを含み得、一実施形態では、キャリアと掘削ユニットとの間の複数のジョイントの現在の位置に基づいて計算される。ブロック３３０は、目標姿勢情報および掘削ユニットの向きに基づいてトラミング支援情報を生成することを含む。

トラミング支援情報は、一般に、リグのトラミングを支援するために、掘削リグのトラミング中に適用される情報を指す。適用される実装形態に応じて、掘削リグが手動で動作させられるかまたは自律的にトラミングする場合、オペレータがリグのトラミングおよび操縦を制御するのを支援するために、または掘削リグを自律的に操縦するために制御ユニットによって使用されるために、トラミング支援情報が生成され得る３３０。ブロック３２０はまた、掘削ユニットの位置を決定することを含み得（またはさらなるブロックが存在してもよい）、ブロック３３０のトラミング支援情報は、（掘削計画に基づく）掘削ユニットの目標姿勢の位置に対する掘削ユニットの位置を含み得るか、またはそれに基づき得る。

トラミング支援情報を用いて、地下掘削リグ１は、トラミング段階中に既に今後の掘削タスクのために掘削ユニット４の適切な姿勢を可能にするなど、位置決めおよび向きが合わせられるようにさらに操縦され得る。すなわち、トラミング支援情報は、典型的には非常に狭いトンネル条件で、すなわちリグを停止し、掘削される孔へのブームおよび／またはフィードビームの（細かい）位置決めを開始する前に、キャリアに対する掘削位置とも呼ばれ得る掘削のための駐車位置に接近しているときに駆動中に適用され得る。手動の動作の場合、トラミング支援情報がオペレータに対して表示されたとき、オペレータは、キャリア２を掘削位置に操縦しているときに、トラミング段階中に既に支援され得る。オペレータには、狭いトンネル面エリアでの今後の掘削タスクのために最適に掘削位置に接近するために、典型的には大きな掘削リグをどのように操縦すべきかを示すトラミング支援情報が提供され得る。トラミング支援情報、または支援情報に基づくＧＵＩは、目標姿勢に対する掘削ユニットの現在の姿勢を示し得る。したがって、オペレータは、掘削ユニットが現在どのように孔プロファイル（またはパターン）に対して位置決めされているかを即座に検出し得る。

本特徴により、掘削ユニット位置決め段階中に掘削位置で停止した後のキャリアの移動もしくは再駐車、または掘削ユニットの位置決めの失敗によりトラミング段階に再進入しなければならないことを低減または回避することが可能になる。トラミング支援情報は、オペレータに対して、掘削ユニットを目標姿勢にするために、または既にトラミング段階の終わりにある目標姿勢に近い目標姿勢にするために、補正操縦および／または他のリグアクチュエータアクションが実行される必要があり得るかどうか、およびさらなる実施形態では何の補正操縦および／または他のリグアクチュエータアクションが実行される必要があり得るかを示し得る。掘削ユニットの向きはキャリアの向きに基づいて決定されるため、向きセンサは損傷をより受けやすいであろう掘削ユニット（またはブーム）では回避され得る。いくつかのさらなる例示的な実施形態を、図１の例示的な掘削リグ１をまた参照し、掘削計画を入力計画として適用しながら以下に示す。

入力計画における位置および／または向き情報、特に目標姿勢情報と、１つ以上の掘削リグ部分の現在の位置および／または向きとの間の偏差が決定され得、トラミング支援情報を生成するために適用され得る。

ブロック３２０とブロック３３０との間には、掘削ユニットの決定された（３２０）向きおよび検出された（３００）目標姿勢情報に基づいて、少なくとも１つの目標姿勢からの掘削ユニット４の（現在の）向きの偏差を決定する追加のブロックが存在し得る。トラミング支援情報は、掘削計画に従って目標姿勢からの掘削ユニットの向きの決定された偏差に基づいて生成され得る３３０。偏差は、掘削ユニット４の現在の向きと、（同じ基準系内の）掘削ユニットの目標の向きとの間の角度差に基づいて決定され得る。偏差はさらに、位置偏差に基づいてもよく、掘削ユニットの現在位置と、今後の掘削タスクを開始するための掘削ユニットの目標位置との間の計算された差／距離に基づいて決定されてもよく、掘削計画に基づいて（目標姿勢において）決定されてもよい。

方法は、ブロック３３０中または後に、少なくとも掘削ユニット４の現在の向きおよび／または位置ならびに少なくとも１つの目標姿勢を示すＧＵＩビューを生成することを含み得る。したがって、ＧＵＩビューは、接近する作業タスクおよび掘削される孔を考慮して、掘削ユニットが現在どのように位置決めされているかを示し得る。例えば、少なくとも図２に示す要素を含むＧＵＩビューが生成され得る。ＧＵＩビューは、オペレータに提供されるトラミング支援情報であり得るか、またはそれを含み得る。オペレータがトラミング段階中に既にこの関係を認識しているとき、リグを停止し、掘削される孔への掘削ユニットの位置決めを開始する前に、オペレータは既に予防的な補正制御アクションを行ってもよい。

目標姿勢に対する他のリグ部分、特にキャリア２および／またはブーム３の位置および向きもまた決定および表示され得る。これにより、掘削される孔に対してリグ１がどのような姿勢になっているかをさらに認識すること、およびリグが最適な姿勢で掘削位置に接近するように制御するのを支援することが可能になる。

掘削計画の１つ以上の部分、一実施形態では、掘削される次のラウンドの少なくとも１つの孔のプロファイルが、トラミング段階中に選択的に表示され得る。様々な表示効果が利用されてもよい。例えば、掘削順序が掘削計画で決定されている場合、掘削される第１の孔が表示用に選択されるか、または例えば表示されている他の孔から区別された特定の色で強調表示される。

したがって、キャリア２、ブーム３、および掘削ユニット４などの掘削リグの少なくともいくつかの部分をモデル化または示すＧＵＩ要素は、それぞれの部分の現在の位置および向きに従って、掘削計画の少なくともいくつかの情報とともに、およびそれに関連してＧＵＩビュー内に位置決めされ得る。目標姿勢は、例えば、掘削ユニットの形態と同様の形態を適用することによってディスプレイ内に視覚化され得、掘削される孔の位置および向きに従ってディスプレイ内に位置決めされ向きが合わせられ得る。

決定された偏差に基づいて、入力計画に従って少なくとも１つの目標姿勢からの掘削ユニット４の現在の向きの偏差を示すＧＵＩ要素が生成され得る。（偏差）ＧＵＩ要素は、オペレータに提供されるトラミング支援情報として機能し得、掘削計画の少なくとも一部に対する掘削リグの少なくともいくつかの部分２、３、４の位置および向きを示すＧＵＩビュー内に含まれ得る。偏差は、様々な方法で視覚化され得る。単純な例では、偏差は、（掘削計画に基づいて）掘削ユニットの目標姿勢に対する掘削リグの少なくともいくつかの部分の位置および向きに基づいて決定される。

（掘削ユニットの）目標姿勢は、入力計画で決定された目標トンネルラインに基づいて示され得るかまたは決定され得る。例えば、図２のライン２１０は中間（目標）トンネルラインを示し得、これに対して目標姿勢が決定され得る。目標トンネルラインは、トラミング中に表示されるＧＵＩで視覚化され得る。キャリア２および／または掘削ユニット４などのリグ１の少なくともいくつかの部分の位置および向きは、トンネルライン２１０に対して表示され得る。

別の例では、例えばトラミング位置にある長孔リグの前方キャリア部分２ａおよび掘削ユニット４の上面図を示す、図４の例示的なＧＵＩビューが参照される。ＧＵＩビューは、（中央）トンネルライン２１０を含み得、これにより、入力計画に従って、掘削ユニット４の現在の目標姿勢が表され得る。ＧＵＩビューは、例えば掘削リグ１の現在位置に関連するトンネルモデルの一部に基づいて表示され得るトンネル壁２２０ａ、２２０ｂを含み得る。さらに、掘削ユニットの現在の向きの支援インジケータ４００が生成され、トラミング中にＧＵＩビュー内に表示される。したがって、オペレータは、ライン２１０、４００をさらに位置合わせするために操縦アクションを実行するように促され得る。

ＧＵＩビューはまた、掘削リグ１を掘削位置に向かってトラミングする際にオペレータを支援するさらなる情報を含み得る。例えば、リグ部分の壁までの距離が示され得、警告インジケータが表示され得、かつ／または操縦誘導インジケータが表示され得る。視覚的なトラミング支援に加えて、関連する掘削リグまたは遠隔制御ＵＩシステムは、ブロック３３０に基づいて音声および／または触覚出力を生成してオペレータを支援するように構成され得る。

ＧＵＩビューおよびその様々なトラミング支援要素／インジケータは、掘削計画に従って掘削動作を実行するための掘削位置への掘削リグのトラミングおよび位置決めを（乗車した、または遠隔の）オペレータが制御するのを支援するために、掘削リグ１のトラミング中に表示され得、継続的に更新され得る。

したがって、ブロック３３０は、オペレータを誘導するための支援情報を生成することを含み得る。支援情報は、トラミング中にオペレータがリグ１、特にキャリア２をどのように制御して最適な方法（および姿勢）で位置に接近すべきかを示し得る。単純な例では、オペレータおよび／またはＵＩ要素（例えば、ジョイスティック）に表示されるビューは、キャリア２などの関連するリグ部分が制御されるべき方向などの、目標姿勢に接近するための少なくとも１つの制御アクションを示し得る。

例示的な実施形態では、トラミング支援情報は、リグ部分３、４、５の（現在）利用可能な移動範囲またはリーチの入力パラメータデータに基づいて、トラミング段階中に生成および表示される。制御ユニット１０は、キャリア２と掘削ユニット４との間のジョイントの利用可能な範囲に基づいて、掘削ユニット４の現在の最大リーチを計算し得る。キャリアの現在の位置および向きに基づいて、利用可能なリーチを示す情報がトラミング支援情報として生成され得る。したがって、ブロック３２０は、キャリアの検出された向きに基づいて、例えば利用可能な向きの範囲として、利用可能な向きを決定することを含み得る。利用可能なリーチ情報および目標姿勢は処理されて、現在のキャリアの向きで目標姿勢を達成することができるかどうかを決定し得る。利用可能なリーチ情報は、ＧＵＩビュー内に表示されてもよく、かつ／または自動化されたトラミング制御に使用されてもよい。これは、オペレータが、キャリアの現在の姿勢で掘削ユニットを掘削される孔の位置および向きに適切に位置決めすることが可能かどうかを即座に検出するのを支援する。表示ビューは継続的に更新され、オペレータがキャリアを正確に操縦したとき、オペレータは、更新されたリーチ指示に基づいて、操縦アクションが掘削ユニット２で孔に到達するのに十分であったかどうかに即座に気付き得る。別の例では、ＧＵＩビューは、キャリアの現在の姿勢で目標姿勢に到達できないかどうかを示す。

そのようなリーチ指示は、掘削位置の前のトラミングの最後のメートルに対して特に有用である。そのようなリーチ指示は、例えばリグが掘削位置から５メートル未満のときに、リグ位置情報に基づいて作動され得る。

トラミング支援情報は、掘削計画の少なくとも一部に関連するリグ１の今後の経路の指示を含み得る。指示は、キャリア２の現在の位置、向き、および操縦角または関節角などの掘削リグ部分の現在の状態に基づいて決定され得る。これにより、掘削計画に対して、さらなる制御アクションなしでトラミングが継続される場合にリグがどこで移動することになるかを示すことが可能になる。ＧＵＩビューは、例えば特定のスプラインまたは他のタイプのＧＵＩ要素によってキャリアおよび掘削ユニット４の将来の経路を示して、それぞれのリグ部分の将来の占有エリアを視覚化し得る。

ブロック３３０は、トラミング中に掘削リグ１の少なくともいくつかの部分を自律的に制御するために、トラミング中にリグ操縦制御命令を生成することを含み得る。追加的または代替的に、ブロック３３０は、掘削リグを制御するようにオペレータを誘導するための操縦制御支援情報を生成することを含み得る。そのような制御命令は、掘削ユニット４の現在の位置および向きと目標姿勢の位置および向きとの間の差に基づいて生成され得る。そのような制御命令は、キャリア２の操縦システムを制御するための操縦動作制御命令であり得る。ブロック３３０は、リグを掘削位置までトラミングするための操縦制御命令を生成する自律トラミングまたは駆動制御モジュールによって実行され得る。制御モジュールは、例えば、リグに事前決定されたルートを適用し得、ルートのルートポイントまでリグを操縦し得る。

リグ制御命令は、掘削ユニット４の目標姿勢に到達する（ことができるようにする）ために、または少なくともブロック３３０で決定された偏差を低減するために、キャリアの必要な移動経路、すなわち軌道を決定することを含み得る。したがって、自律トラミングまたは駆動制御モジュールは、目標姿勢、キャリアの向き、および利用可能なリーチ情報を適用して、キャリア（またはキャリア部分）の操縦アクション制御向きを決定し、それによって、掘削ユニットを目標姿勢に位置合わせすることを容易にし得る。リグ制御命令に基づいて、ブロック３３０中または後に、操縦制御システムアクチュエータなどの関連するアクチュエータのために制御信号が生成され得る。次いで、制御信号は、関連するアクチュエータまたは制御システム要素に対して送信され得る。例えば、制御ユニット１０からジョイント８のアクチュエータに制御信号が送信されて、リグの関節角および駆動方向を変更し、それによって、掘削ユニットを目標姿勢に位置合わせすることを容易にする。

さらに、図３の方法を実行する装置または制御ユニットは、オペレータの注意を必要とする事前決定されたトリガ条件が満たされていることに応答して、自律トラミング中にオペレータに通知および／またはオペレータを誘導するように構成され得る。これは、ブロック３２０に基づく情報に基づき得る。例えば、（自律駆動モードでは）目標姿勢に到達できないことを制御モジュールが検出したことに応答して、制御ユニット１０は、オペレータが掘削リグを手動で制御するように指示し得る。別の例では、制御ユニット１０は、掘削リグの１つ以上の構成要素の補正制御アクションを決定し、その後、目標姿勢に掘削ユニットを位置決めするための軌道が生成され得るように構成されている。

目標姿勢は、掘削計画で決定された一組の孔または孔のパターンの孔を掘削するためのフィードビーム５の目標の向きを示し得るか、またはそれに基づいて決定され得る。（ブロック３１０、３２０、および／もしくは３３０における、またはそのための）計算は、ローカル掘削リグ基準系などの（位置決め）基準系と、作業現場またはグローバル基準系との間で変換を必要とする場合がある。したがって、座標系間の１つ以上の変換が実行され得る。

目標姿勢は、グローバル座標系に基づき得る鉱山またはトンネル座標系であり得る作業現場／鉱山基準系において孔の位置および向きを決定し得る。目標姿勢は、キャリア（部分）、ブーム、および掘削ユニット４などのリグ部分の位置および向きが決定され得ることに関連して、リグ座標系であり得る機械／掘削リグ基準系に変換される必要がある場合がある。別の実施形態では、作業現場／鉱山基準系における掘削ユニットの向き（および位置）は、関連するリグ部分とリグ部分の寸法データとの間の角度関係に基づいて、ローカル掘削リグ基準系に基づいて計算される。

キャリア２は、ジャイロスコープを備え得る。掘削ユニット４の向きは、ジャイロスコープから取得されたキャリア２の受信された向き、およびキャリア２ｂと掘削ユニット４との間の複数のジョイントのジョイント位置情報に基づいて、ブロック３２０で決定され得る。例えば、後方部分２ｂはジャイロスコープ１５を備え得る。したがって、キャリアジョイント８の位置は、掘削ユニット４の向きを決定するための入力として使用される。例えば、向きは方位として決定され得、図１の例では、ａ～ｅで示す移動範囲の現在のジョイント位置に基づいて計算される。非関節式キャリアを有する掘削リグの場合、向きは、必然的に、キャリアと掘削ユニットとの間のジョイントの位置に基づいて計算され得る。

様々なさらなる特徴は、上記の実施形態のうちの少なくともいくつかを補完または差別化し得ることを理解されたい。例えば、オペレータが例えば目標姿勢にどのように接近するかを検出し、トラミング中の問題を克服するための適切なアクションを選択し、掘削リグおよびその様々な部分２、３、４を制御することを容易にするなどの、トラミング段階をさらに支援するさらなるユーザ対話および／または自動化機能性があってもよい。

電子回路を備える電子デバイスは、図３に関連して示す方法など、上記で示された少なくともいくつかの実施形態を実現するための装置であり得る。装置は、岩石掘削リグの制御システムに接続された、または統合された少なくとも１つの計算デバイスに含まれ得る。そのような制御システムは、油圧システム、モータ、削岩機などの岩石掘削リグの様々なサブシステムの動作を制御するインテリジェントな機上制御システムであり得る。そのような制御システムは、多くの場合分配されており、例えば、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）ノードのバスシステムによって接続された多くの独立したモジュールを含む。

図５は、本発明の少なくともいくつかの実施形態をサポートすることができる簡略化された例示的な装置を示している。図示されているのは、上述の掘削リグのトラミング関連動作に関する実施形態のうちの少なくともいくつかを実行するように構成され得るデバイス５０である。デバイス５０は、制御ユニット１０を備え得るか、または実装し得る。

デバイス５０内には、例えばシングルコアプロセッサまたはマルチコアプロセッサを含み得るプロセッサ５１が備えられている。プロセッサ５１は、１つ以上のプロセッサを含み得る。プロセッサは、少なくとも１つの特定用途向け集積回路であるＡＳＩＣを含み得る。プロセッサは、少なくとも１つのフィールドプログラマブルゲートアレイであるＦＰＧＡを含み得る。プロセッサは、少なくとも部分的に、アクションを実行するためのコンピュータ命令によって構成され得る。

デバイス５０は、メモリ５２を備え得る。メモリは、ランダムアクセスメモリおよび／または永続メモリを含み得る。メモリは、プロセッサ５１に少なくとも部分的にアクセス可能であり得る。メモリは、少なくとも部分的にプロセッサ５１に含まれ得る。メモリは、少なくとも部分的にデバイス５０の外部にあるが、デバイスにアクセス可能であり得る。メモリ５２は、デバイスの動作に影響を及ぼすパラメータ５４などの情報を記憶する手段であり得る。パラメータ情報は、特に、例えば閾値など、図３の動作に影響を及ぼすパラメータ情報を含み得る。

メモリ５２は、プロセッサ５１が実行するように構成されたコンピュータ命令を含むコンピュータプログラムコード５３を含む非一時的なコンピュータ可読媒体であり得る。プロセッサに特定のアクションを実行させるように構成されたコンピュータ命令がメモリに記憶されており、デバイス全体が、メモリからのコンピュータ命令を使用してプロセッサの指示の下で動作するように構成されている場合、プロセッサおよび／またはその少なくとも１つの処理コアは、該特定のアクションを実行するように構成されているとみなされ得る。プロセッサは、メモリおよびコンピュータプログラムコードとともに、デバイス内の上記の方法ステップのうちの少なくともいくつかを実行するための手段を形成し得る。

デバイス５０は、送信機および／または受信機を備える通信ユニット５５を備え得る。送信機および受信機は、それぞれ、すなわち、掘削リグ１内または掘削リグ１外部のデータおよび制御コマンドを送信および受信するように構成され得る。送信機および／または受信機は、例えば、グローバルシステムフォーモバイルコミュニケーションズであるＧＳＭ、広帯域符号分割多元接続であるＷＣＤＭＡ、ロングタームエボリューションであるＬＴＥ、３ＧＰＰ新無線アクセス技術（Ｎ－ＲＡＴ）、無線ローカルエリアネットワークであるＷＬＡＮ、および／またはイーサネット規格に従って動作するように構成され得る。デバイス５０は、近距離無線通信であるＮＦＣトランシーバを備え得る。ＮＦＣトランシーバは、ＮＦＣ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、または同様の技術などの少なくとも１つのＮＦＣ技術をサポートし得る。

デバイス５０は、ＵＩコンポーネントを備え得るか、またはＵＩコンポーネントに接続され得る。ＵＩは、ディスプレイ５６、スピーカ、キーボードなどの入力デバイス５７、ジョイスティック、タッチスクリーン、および／またはマイクロフォンのうちの少なくとも１つを含み得る。ＵＩは、上記の例示された実施形態に基づいてビューを表示するように構成され得る。ユーザは、デバイスを動作させ得、上記に示す特徴のうちの少なくともいくつかを制御し得る。いくつかの実施形態では、ユーザは、ＵＩを介して装置３０またはリグ１を制御して、例えばブームを手動で動作させる、キャリア２の操縦制御アクションを入力する、掘削リグの動作モードを、例えば、トラミングモードから掘削位置での自動位置決めに変更する、表示ビューを変更する、ユーザ認証およびユーザに関連付けられた適正な権利に応答してパラメータ５４を修正するなどを行い得る。

デバイス５０は、デバイス５０および／またはジョイント位置検出センサデバイスの環境を検知する１つ以上のセンサデバイス５８などのさらなるユニット、デバイス、およびシステムをさらに備え得、かつ／またはそれらに接続され得る。

プロセッサ５１、メモリ５２、通信ユニット５５、およびＵＩは、多数の異なる方法でデバイス５０の内部の導線によって相互接続され得る。例えば、前述のデバイスの各々は、デバイスの内部のマスタバスに別個に接続されて、デバイスが情報を交換することを可能にする。しかしながら、当業者には理解されるように、これは一例にすぎず、実施形態に応じて、本発明の範囲から逸脱することなく、前述のデバイスのうちの少なくとも２つを相互接続する様々な方法が選択され得る。

開示された本発明の実施形態は、本明細書に開示された特定の構造、プロセスステップ、または材料に限定されず、当業者によって認識されるようにその均等物に拡張されることを理解されたい。本明細書で採用された術語は、単に特定の実施形態を説明する目的で使用されており、限定することを意図するものではないことも理解すべきである。

本明細書を通して１つの実施形態または一実施形態への言及は、実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体の様々な箇所における「１つの実施形態では」または「一実施形態では」という語句の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指すとは限らない。例えば、約または実質的になどの用語を使用して数値に言及された場合、正確な数値もまた開示される。

さらに、説明された特徴、構造、または特性は、１つ以上の実施形態において任意の好適な方法で組み合わせられ得る。前述の説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するために、長さ、幅、形状などの例など、多数の具体的な詳細が提供されている。しかしながら、当業者であれば、本発明は、具体的な詳細のうちの１つ以上なしで、または他の方法、構成要素、材料などを用いて実施することができることを認識するであろう。他の例では、周知の構造、材料、または動作は、本発明の態様を不明瞭にすることを避けるために詳細に図示または説明されていない。

「備える、含む（ｔｏ ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｔｏ ｉｎｃｌｕｄｅ）」という動詞は、本文書では、列挙されていない特徴の存在を除外も要求もしないオープンな制限として使用されている。従属請求項に列挙された特徴は、特に明記されない限り、相互に自由に組み合わせることができる。さらに、本文書を通して、「ａ」または「ａｎ」、すなわち単数形の使用は、複数を除外しないことを理解されたい。

前述の例は、１つ以上の特定の用途における本発明の原理を例示するものであるが、以下に記載される特許請求の範囲によって決定される本発明の原理および概念から逸脱することなく多くの修正を行うことができることは当業者には明らかであろう。

Claims (15)

1. キャリア（２）、前記キャリアの第１の端部に取り付けられた少なくとも１つのブーム（３）、および前記ブームの第２の端部に取り付けられた掘削ユニット（４）、ならびに制御手段を備える移動式地下掘削リグ（１）であって、前記制御手段が、
   入力計画に従って前記掘削ユニットの少なくとも目標姿勢を示す目標姿勢情報を受信し（３００）、
   前記掘削リグのトラミング中に、前記キャリアの向きを示すキャリア姿勢情報を検出し（３１０）、
   前記掘削リグのトラミング中に、前記キャリアの前記向きを示す前記検出されたキャリア姿勢情報に基づいて前記掘削ユニットの向きを決定し（３２０）、かつ
   前記掘削リグのトラミング中に、前記目標姿勢情報および前記掘削ユニットの前記決定された向きに基づいてトラミング支援情報を生成する（３３０）
   ように構成されている、移動式地下掘削リグ（１）。
2. 前記掘削ユニット（４）が、前記ブーム（３）に回転可能に連結されたフィードビーム（５）に取り付けられた削岩機（６）を備え、前記入力計画が、掘削される一組の孔の各孔の目標の位置および向きを含む掘削計画を含み、前記目標姿勢情報が、前記一組の孔の孔を掘削するための前記フィードビームの目標の向きを示すか、またはそれに基づいて決定されている、請求項１に記載の掘削リグ。
3. 前記制御手段が、前記掘削ユニットの前記決定された向きおよび前記目標姿勢情報に基づいて、少なくとも１つの目標姿勢からの前記掘削ユニット（４）の偏差を決定し、かつ前記少なくとも１つの目標姿勢からの前記掘削ユニットの前記向きの前記決定された偏差に基づいて、前記トラミング支援情報を生成するように構成されている、請求項１または２に記載の掘削リグ。
4. 前記制御手段が、前記キャリアに備えられたジャイロスコープから前記キャリア（２）の向きに関する情報を受信し、かつ前記受信された前記キャリアの向きに関する情報、および前記キャリアと前記掘削ユニットとの間の複数のジョイントのジョイント位置情報に基づいて、前記掘削ユニット（４）の前記向きを決定するように構成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の掘削リグ。
5. 前記キャリア（２）が、キャリアジョイント（８）によって相互連結された第１のキャリア部分（２ａ）および第２のキャリア部分（２ｂ）を備え、前記キャリア姿勢情報が、前記第１のキャリア部分の向きを示し、前記制御手段が、前記キャリアジョイントの位置に関する情報を、前記掘削ユニットの前記向きを決定するための入力として使用するように構成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の掘削リグ。
6. 前記制御手段が、少なくとも前記掘削ユニットの前記向きおよび少なくとも１つの目標姿勢を示すグラフィカルユーザインターフェイスビューを生成し、かつ
   掘削計画に従って掘削動作を実行するための掘削位置への前記掘削リグの前記トラミングをオペレータが制御するのを支援するために、前記掘削リグの前記トラミング中に前記グラフィカルユーザインターフェイスビューを表示するように構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の掘削リグ。
7. 前記トラミング支援情報を生成する（３３０）ことが、自律操縦動作のための、または前記掘削リグの操縦を制御するようにオペレータを誘導するための操縦制御命令を決定することを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の掘削リグ。
8. キャリア（２）と、前記キャリアの第１の端部に取り付けられた少なくとも１つのブーム（３）と、前記ブームの第２の端部に取り付けられた掘削ユニット（４）と、を備える地下掘削リグ（１）を制御するための方法であって、
   入力計画に従って前記掘削ユニットの少なくとも目標姿勢を示す目標姿勢情報を受信すること（３００）と、
   前記掘削リグのトラミング中に、前記キャリアの向きを示すキャリア姿勢情報を検出すること（３１０）と、
   前記掘削リグのトラミング中に、前記キャリアの前記向きを示す前記検出されたキャリア姿勢情報に基づいて前記掘削ユニットの向きを決定すること（３２０）と、
   前記掘削リグのトラミング中に、前記目標姿勢情報および前記掘削ユニットの前記決定された向きに基づいてトラミング支援情報を生成すること（３３０）と、
   を含む、方法。
9. 前記掘削ユニットが、前記ブーム（３）に回転可能に連結されたフィードビーム（５）に取り付けられた削岩機（６）を備え、前記入力計画が、掘削される一組の孔の各孔の目標の位置および向きを含む掘削計画を含み、前記目標姿勢情報が、前記一組の孔の孔を掘削するための前記フィードビームの目標の向きを示すか、またはそれに基づいて決定されている、請求項８に記載の方法。
10. 前記掘削ユニットの前記決定された向きおよび前記目標姿勢情報に基づいて、少なくとも１つの目標姿勢からの前記掘削ユニット（４）の偏差を決定することと、前記少なくとも１つの目標姿勢からの前記掘削ユニットの前記向きの前記決定された偏差に基づいて、前記トラミング支援情報を生成することと、を含む、請求項８または９に記載の方法。
11. 前記キャリア（２）に備えられたジャイロスコープから前記キャリアの向きを受信することと、前記キャリアの前記受信された向き、および前記キャリアと前記掘削ユニットとの間の複数のジョイントのジョイント位置情報に基づいて、前記掘削ユニット（４）の前記向きを決定することと、を含む、請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記キャリア（２）が、キャリアジョイント（８）によって相互連結された第１のキャリア部分（２ａ）および第２のキャリア部分（２ｂ）を備え、前記キャリア姿勢情報が、前記第１のキャリア部分の向きを示し、前記キャリアジョイントの位置に関する情報が、前記掘削ユニットの前記向きを決定するための入力として使用される、請求項８から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 少なくとも前記掘削ユニットの前記向きおよび少なくとも１つの目標姿勢を示すグラフィカルユーザインターフェイスビューを生成することと、
    掘削計画に従って掘削動作を実行するための掘削位置への前記掘削リグの前記トラミングをオペレータが制御するのを支援するために、前記掘削リグの前記トラミング中に前記グラフィカルユーザインターフェイスビューを表示することと、を含む、請求項８から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記トラミング支援情報を生成することが、自律操縦動作のための、または前記掘削リグの操縦を制御するようにオペレータを誘導するための操縦制御命令を決定することを含む、請求項８から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. データ処理装置（５０）で実行されたときに請求項８から１４のいずれか一項に記載の方法を実行させるためのコードを含む、コンピュータプログラム。

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