JP2585125B2 - 小口径管推進における自動方向制御装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、地中に小口径管推進させながら先端装置の
ヘッド傾動角を制御し、自動的に方向修正を行う小口径
管推進における自動方向制御装置およびその制御方法に
関するものである。

［従来の技術］ 第８図に従来の小口径管推進システムの構成図を示
す。本システムは、傾動角修正機能を有する先端装置
１、埋設管２、埋設管２を押し込む元押装置３、油圧装
置等から構成される動力装置４、操作盤５から構成され
る。なお、６はオペレータ、７は地表である。

そして、オペレータ６は、先端装置１のヘッド角を遂
次修正し、この先端装置１に接続されている埋設管２を
計画線に沿うように方向制御を行って推進させこの管２
の施行を行う。そしてこの方向制御は、オペレータ６が
先端装置１の位置並びに姿勢状態に関する情報を基に主
として経験から修正方向と修正量を決定し、これに応じ
て操作盤５から先端装置１のヘッド傾動角を先端ヘッド
ジャッキのストローク長とは別個に調整するようにして
方向制御を行うものとなっている。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した従来の小口径管推進システムの自動方向制御
装置は、熟練したオペレータと未熟なオペレータとで
は、制御上の判断およびそれに応じた操作に差異を生じ
これが埋設管２の施工精度に影響を与え、熟練したオペ
レータの少ない現状においては総合的にみて施工精度が
悪くなるという問題があった。

［課題を解決するための手段］ このような課題を解決するために本発明に係る小口径
管推進における自動方向制御装置は、ｘ軸に先端装置の
計画線からのずれ量を示す偏位およびｙ軸に先端装置の
計画線からのずれ角を示す偏角をとった偏位偏角線図に
おいて、偏角がゼロのときの偏位しきい値の座標を正，
負の順にP1,P2、偏位がゼロのときの偏角しきい値の座
標を正，負の順にQ1,Q2、座標P1とQ1とを通る曲線を表
す関数をｙ＝f1（ｘ）、座標P2とQ2とを通る曲線を表す
関数をｙ＝f2（ｘ）とし、ｙ＞f1（ｘ）,x＞P1,y＞Q1で
規定される領域とｘ＞P2で規定される領域とｙ＞Q2で規
定される領域とが重なった領域をE1、ｙ＜f2（ｘ）,x＜
P2,y＜Q2で規定される領域とｘ＜P1で規定される領域と
ｙ＜Q1で規定される領域とが重なった領域をE2、ｙ＜f1
（ｘ）かつｙ＞f2（ｘ）かつｘ＜P1かつｘ＞P2かつｙ＜
Q1かつｙ＞Q2で規定される領域をE3、ｘ＜P2かつｙ＞Q1
で規定される領域をE4、ｘ＞P1かつｙ＜Q2で規定される
領域をE5としたとき、水平方向の制御量としてｘ軸の正
側を推進方向に向かって右側,x軸の負側を推進方向に向
かって左側,y軸の正側を推進方向に向かって右向き,y軸
の負側を推進方向に向かって左向きと規定するとき、領
域E1に左向きの制御量，領域E2に右向きの制御量および
領域E3,E4,E5に中立の制御量を与える手段と、垂直方向
の制御量としてｘ軸の正側を推進方向に向かって上側,x
軸の負側を推進方向に向かって下側,y軸の正側を推進方
向に向かって上向き,y軸の負側を推進方向に向かって下
向きと規定するとき、領域E1に下向きの制御量，領域E2
に上向きの制御量および領域E3,E4,E5に中立の制御量を
与える手段とを備えたしきい値制御装置を設けたもので
ある。

また、本発明の制御方法は、水平方向の制御量として
ｘ軸の正側を推進方向に向かって右側,x軸の負側を推進
方向に向かって左側,y軸の正側を推進方向に向かって右
向き,y軸の負側を推進方向に向かって左向きと規定する
とき、領域E1に左向きの制御量，領域E2に右向きの制御
量および領域E3,E4,E5に中立の制御量を与え、垂直方向
の制御量としてｘ軸の正側を推進方向に向かって上側,x
軸の負側を推進方向に向かって下側,y軸の正側を推進方
向に向かって上向き,y軸の負側を推進方向に向かって下
向きと規定すると、領域E1に下向きの制御量，領域E2に
上向きの制御量および領域E3,E4,E5に中立の制御量を与
えるような制御方法である。

また、上記しきい値制御装置には偏位がゼロのときの
偏角しきい値，偏角がゼロのときの偏位しきい値を任意
の数だけ設定可能とする手段を備えたものである。

上記しきい値制御装置は先端装置の先端ヘッド推力の
制御に対する効果の程度により自動的にしきい値・制御
量の設定値を変更する手段を備えたものである。

また、上記しきい値制御装置の出力に基づいて先端装
置のヘッド傾動角を自動制御する自動傾動角制御装置を
備えたものである。

［作用］ 先端装置への水平および垂直方向の制御量がしきい値
制御装置によって制御される。この結果、地中に管を推
進させて施工する先端装置の方向制御が自動的に行われ
る。

また、偏角しきい値および偏位しきい値の数を任意の
数だけ設定でき、この結果、制御量の段階的な設定が可
能となる。

また、効果の程度に応じて自動的にしきい値・制御量
の設定値を変更でき、この結果、地中の土質の硬軟に応
じた管の推進が可能となる。

また、先端装置のヘッド傾動角が自動制御され、この
結果、オペレータによる調整の手間が不要となる。

［実施例］ 以下、本発明の小口径管推進における自動方向制御装
置の一実施例について図面を参照して説明する。

まず、この自動方向制御装置を構成するしきい値制御
装置について説明する。第２図は、しきい値管理を説明
する説明図である。従来の方向制御は、ずれ量（偏位）
および偏角に対して別々の判断基準を有していたが、本
発明のしきい値制御装置は、水平・垂直方向の偏位，偏
角に対し、この第２図に示すしきい値管理図に基づく制
御規則を用いて適切な水平・垂直方向の傾動角および制
御方向を制御量として出力できるものである。

すなわち、本発明のしきい値制御装置に適用される方
法は、水平方向・垂直方向それぞれについて、第２図の
ようい横軸（ｘ軸）にずれ量を示す偏位，縦軸（ｙ軸）
にずれ角を示す偏角をとった２次元平面（偏位偏角線
図）上で表現される。このしきい値制御方法は、目標推
進精度と安全率から決定されるしきい値の座標P1,P2,Q
1,Q2を曲線（図上では直線で表現されている）で結んで
できる領域E1〜E5に対し、これに応じた制御内容を設定
するものである。これらの領域E1〜E5のうちの領域E3〜
E5は、その範囲内でのずれ量・偏角を許容する領域、す
なわち制御を行わない（傾動角＝０）中立領域である。
また、領域E1〜E5のうちの領域E1,E2は、先端装置を中
立領域に戻すような制御を行う領域である。

そして、これらの領域E1〜E5それぞれに対し、制御方
向と制御量（ヘッド傾動角）を制定する。すなわち、水
平方向については、ｘ軸の正側を推進方向に向かって右
側,x軸の負側を推進方向に向かって左側,y軸の正側を推
進方向に向かって右向き,y軸の負側を推進方向に向かっ
て左向きと規定するとき、E1を左向きの制御領域、E2を
右向きの制御領域とする。また、垂直方向については、
ｘ軸の正側を推進方向に向かって上側,x軸の負側を推進
方向に向かって下側,y軸の正側を推進方向に向かって上
向き,y軸の負側を推進方向に向かって下向きと規定する
とき、E1を下向き制御領域、E2を上向き制御領域とす
る。ただし、符号を逆に規定し場合は、制御方向も逆方
向に設定すれば、本発明と同様な効果が得られる。

また、これらの方向制御は、後述する先端装置１のず
れ量と偏角の組み合わせを先端装置１の状態量とする
と、この状態量が第２図の図中のどの領域に属するかを
判別し、それぞれ対応する領域において設定された制御
内容に基づいて行われる。ここで、しきい値の組は、座
標P1,P2,Q1,Q2で示す組の他にも任意の数だけ設定可能
である。しきい値の設定数は、多ければ多いほどきめ細
かい制御を行うことができる。さらに、本発明において
は、土の硬さを先端ヘッド推力の大きさで判断し、推力
の大きさの範囲としきい値・制御量の設定値との対応表
を参照することにより、また、方向制御に対する効果を
計測し、効果の程度としきい値・制御量の設定値との対
応表を参照することにより自動的に適用されるしきい値
・制御量の設定値を変更する機能を有するため、土質の
変化に柔軟に対応した小口径管の推進およびその施工が
可能となる。

次に、本発明の自動方向制御装置を構成する自動傾動
角制御装置の概要についてについて説明する。

この自動傾動角制御装置は、しきい値制御装置から出
力される制御量に応じて油圧機構を動作させて先端装置
１のヘッド傾動角を自動的に制御するべく後述する先端
ヘッドジャッキのストローク長を調整して先端装置１の
ヘッドを動作させるものである。

次に、小口径管推理における自動方向制御装置の構成
図を第１図に示す。同図において、第８図に従来の構成
図と同等部分は同一符号を付してその説明を省略する。
第１図において、11は先端装置１の水平位置および垂直
位置を検出するとともにこの装置１の姿勢角，回転角，
推力および推進距離を検出するセンサ部、12は信号処理
装置、13はしきい値の制御機能，しきい値設定機能およ
びしきい値変更機能を有する上述のしきい値制御装置、
14は先端装置１の先端ジャッキストローク長を計算する
先端ジャッキストローク長を計算装置、15は先端装置１
のヘッド1aの傾動角を自動制御するために計算装置14い
より計算されたストローク長に基づいて先端装置１の先
端ジャッキストロークを制御する上述の傾動角制御装
置、ａは偏位，偏角および推力等のデータ信号、ｂは制
御量および制御方向を示す制御指示信号、ｃは算出され
た先端装置の先端ジャッキのストローク長を示すデータ
信号である。

そして、先端装置１に搭載されるセンサ部11から得ら
れるセンサデータをもとに算出された偏角，偏位等のデ
ータ信号ａは、信号処理装置12を介してしきい値制御装
置13に伝達される。一方、しきい値制御装置13は、上記
したしきい値制御方法をもとに、ヘッド傾動角の制御量
を決定するしきい値制御機能，しきい値を任意の数だけ
設定できるしきい値設定機能および土質の変化を推力の
大きさの変化で判断し、これに対応して、またこれらの
制御に対する効果の程度に応じて自動的に適用されるし
きい値・制御量の変更を行うしきい値変更機能を有して
おり、ヘッド1aの傾動角の制御量および制御方向を内容
とする制御指示信号ｂを出力して先端ジャッキストロー
ク計算装置14にこれを伝達する。

ジャッキストローク計算装置14は、伝達された制御指
示内容に基づいてこれに必要な先端ヘッドジャッキスト
ローク長を各先端ジャッキ毎に回転角を考慮して計算
し、この計算されたストローク長のデータ信号ｃを信号
処理装置12を介して、傾動角制御装置15に伝達する。傾
動角制御装置は、伝達されたジャッキストローク長に応
じて油圧機構を動作させる。この結果、先端装置１の推
進方向が制御される。以上のような一連の流れを自動的
に繰り返しながら推進を実施することにより、方向制御
を自動的に行うことができ、小口径管の高精度の地中推
進およびその施工が実現できる。

次に、第７図は、先端装置１の方向修正機構をの動作
を説明する説明図である。同図において、1bは先端ジャ
ッキ、1cは先端ジャッキストローク機構である。そし
て、同図の（ａ）図では傾動角制御装置15により先端ジ
ャッキストローク機構1cが制御されて矢印の向きに先端
ヘッド1aの首振り動作が行われる。そして、その後、
（ｂ）図に示されるように、矢印の向きに先端ジャッキ
1cが推進され、その後、（ｃ）図の矢印の向きのように
元押ジャッキにより先端装置１が地中に推進され、この
結果、先端装置１に接続される小口径管も推進されて施
工される。

次に、第３図はしきい値管理図上で方向制御される先
端装置１の軌跡を説明する説明図、第４図は先端装置１
の断面図、第５図は計画線10に沿って方向制御される先
端装置１の軌跡を説明する説明図、第６図は第３図およ
び第５図の説明図上の各地点において先端装置１の制御
される方向を示す説明図である。

次に、第３図のしきい値管理図上の軌跡に基づいて第
６図の（ａ）〜（ｆ）図および第５図に示される先端装
置１の方向制御動作とこの動作結果による軌跡とを説明
する。

はじめに、先端装置１の状態は、第４図および第６図
の（ａ）図に示すような状態とする。すなわち、先端装
置１は計画線10の右側にあって傾動角θだけ右方向に傾
いているものとし、この状態をとする。そして、この
ような状態にあっては、矢印の向き、すなわち左向きの
制御が行われている。その後、先端装置１が推進される
が、第６図の（ｂ）図および（ｃ）図に示すような状態
および状態の間においても依然として左向きの制御
が行われている。すなわち、状態〜の地点は第３図
の領域E1内にあるので左向き制御が行われる。

そして、計画線10に近接して第６図の（ｄ）図に示さ
れるような状態になると、傾動角θが０となって中立
制御が行われ、先端装置１の地中の推進が続行される。
すなわち、このとき先端装置１は第３図の中立制御領域
E5内にあるので中立制御が行われる。

また、第６図の（ｅ）図に示されるように先端装置１
が計画線10に通過するような状態の場合は、右向きの
制御が行われ（このとき先端装置１は第３図の領域E2内
にあり従って右向き制御される）、その後、第６図の
（ｆ）図に示すような状態になると、中立制御が行わ
れる（このとき先端装置１は第３図の中立制御領域E3内
にある）。この結果、こうして方向制御された先端装置
１の軌跡は、第５図に示されるような軌跡となる。

以上説明したように、ずれ量と偏角それぞれに対し別
々に制御判断を行っていた従来例を比較して、本発明
は、ずれ量と偏角を組み合わせたものに対して制御判断
を下すことができるため、非常に高精度の小口径管の地
中推進を達成できる。さらに、本発明では段階的に制御
量を設定できるため、徐々に計画線に沿わしていくよう
な制御を実現できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の小口径管推進における
自動方向制御装置は、しきい値制御装置を設け、先端装
置に対する水平および垂直方向の制御量をこのしきい値
制御装置によって制御するようにしたので、地中に管を
推進させて施工する先端装置の自動的な方向制御が可能
になり、オペレータの熟練度に無関係に、一定した施工
精度が得られるという効果がある。

また、偏角しきい値および偏位しきい値の数を任意の
数だけ設定できるので、制御量の段階的な設定が可能と
なり、この結果高精度の小口径管の地中推進を達成でき
るという効果がある。

また、効果の程度に応じて自動的にしきい値・制御量
の設定値を変更できるので、地中の土質の硬軟に応じた
管の推進ができるという効果がある。

また、先端装置のヘッド傾動角を自動制御する自動傾
動角制御装置を設けたので、オペレータによる調整の手
間が不要となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る小口径管推進における自動方向制
御装置の一実施例を示す構成図、第２図はしきい値管理
を説明する説明図、第３図はしきい値管理図上で方向制
御される先端装置の軌跡を説明する説明図、第４図は先
端装置の断面図、第５図は計画線に沿って方向制御され
る先端装置の軌跡を説明する説明図、第６図は第３図お
よび第５図の説明図上の各地点における先端装置の制御
される方向を示す説明図、第７図は先端装置の方向修正
機構をの動作を説明する説明図第８図は従来の小口径推
進システムの構成図である。 １……先端装置、1a……ヘッド、1b……先端ジャツキス
トローク調節機構、1c……先端ジャッキ、10……計画
線、11……センサ部、12……信号処理装置 、13……しきい値制御装置、14……先端ジャッキストロ
ーク長計算装置、15……傾動角制御装置、θ……傾動
角、E1……左制御領域、E2……右制御領域、E3〜E5……
中立制御領域、P1,P2,Q1,Q2……座標。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ｘ軸に先端装置の計画線からのずれ量を示
   す偏位及びｙ軸に先端装置からのずれ角を示す偏角をと
   った偏位偏角線図において、 偏角がゼロのときの偏位しきい値の座標を正，負の順に
   P1,P2、偏位がゼロのときの偏角しきい値の座標を正，
   負の順にQ1,Q2、座標P1とQ1とを通る曲線を表す関数を
   ｙ＝f1（ｘ）、座標P2とQ2とを通る曲線を表す関数をｙ
   ＝f2（ｘ）として、ｙ＞f1（ｘ）,x＞P1,y＞Q1で規定さ
   れる領域とｘ＞P2で規定される領域とｙ＞Q2で規定され
   る領域とが重なった領域をE1、ｙ＜f2（ｘ）,x＜P2,y＜
   Q2で規定される領域とｘ＜P1で規定される領域とｙ＜Q1
   で規定される領域とが重なった領域をE2、ｙ＜f1（ｘ）
   かつｙ＞f2（ｘ）かつｘ＜P1かつｘ＞P2かつｙ＜Q1かつ
   ｙ＞Q2で規定される領域E3、ｘ＜P2かつｙ＞Q1で規定さ
   れる領域をE4、ｘ＞P1かつｙ＜Q2で規定される領域をE5
   としたとき、水平方向の制御量としてｘ軸の正側を推進
   方向に向かって右側,x側の負側を推進方向に向かって左
   側,y軸の正側を推進方向に向かって右向き,y軸の負側を
   推進方向に向かって左向きと規定するとき、領域E1に左
   向きの制御量，領域E2に右向きの制御量及び領域E3,E4,
   E5に中立の制御量を与える手段と、垂直方向の制御量と
   してｘ軸の正側を推進方向に向かって上側,x軸の負側を
   推進方向に向かって下側,y軸の正側を推進方向に向かっ
   て上向き,y軸の負側を推進方向に向かって下向きと規定
   するとき、領域E1に下向きの制御量，領域E2に上向きの
   制御量及び領域E3,E4,E5に中立の制御量を与える手段と
   を備え、水平方向及び垂直方向の制御量の出力を行うし
   きい値制御装置を備えたことを特徴とする小口径管推進
   における自動方向制御装置。
2. 【請求項２】ｘ軸に先端装置の計画線からのずれ量を示
   す偏位及びｙ軸に先端装置からのずれ角を示す偏角をと
   った偏位偏角線図において、 偏角がゼロのときの偏位しきい値の座標を正，負の順に
   P1,P2、偏位がゼロのときの偏角しきい値の座標を正，
   負の順にQ1,Q2、座標P1とQ1とを通る曲線を表す関数を
   ｙ＝f1（ｘ）、座標P2とQ2とを通る曲線を表す関数をｙ
   ＝f2（ｘ）とし、ｙ＞f1（ｘ）,x＞P1,y＞Q1で規定され
   る領域とｘ＞P2で規定される領域とｙ＞Q2で規定される
   領域とが重なった領域をE1、ｙ＜f2（ｘ）,x＜P2,y＜Q2
   で規定される領域とｘ＜P1で規定される領域とｙ＜Q1で
   規定される領域とが重なった領域をE2、ｙ＜f1（ｘ）か
   つｙ＞f2（ｘ）かつｘ＜P1かつｘ＞P2かつｙ＜Q1かつｙ
   ＞Q2で規定される領域E3、ｘ＜P2かつｙ＞Q1で規定され
   る領域をE4、ｘ＞P1かつｙ＜Q2で規定される領域をE5と
   したとき、水平方向の制御量としてｘ軸の正側を推測方
   向に向かって右側,x軸の負側を推進方向に向かって左
   側,y軸の正側を推進方向に向かって右向き,y軸の負側を
   推進方向に向かって左向きと規定するとき、領域E1に左
   向きの制御量，領域E2に右向きの制御量及び領域E3,E4,
   E5に中立の制御量を与え、垂直方向の制御量としてｘ軸
   の正側を推進方向に向かって上側,x軸の負側を推進方向
   に向かって下側,y軸の正側を推進方向に向かって上向
   き,y軸の負側を推進方向に向かって下向きと規定すると
   き、領域E1に下向きの制御量，領域E2に上向きの制御量
   及び領域E3,E4,E5に中の制御量を与えるような制御方式
   に基づき水平方向及び垂直方向の制御量を出力するよう
   にした小口径管推進における自動方向制御装置の制御方
   法。
3. 【請求項３】請求項１において、 前記しきい値制御装置は偏位がゼロのときの偏角しきい
   値，偏角がゼロのときの偏位しきい値を任意の数だけ設
   定可能とする手段を備え、制御量を段階的に設定できる
   ようにしたことを特徴とする小口径管推進における自動
   方向制御装置。
4. 【請求項４】請求項１において、 前記しきい値制御装置は前記先端装置の先端ヘッド推力
   の制御に対する効果の程度により自動的にしきい値・制
   御量の設定値を変更する手段を備えたことを特徴とする
   小口径管推進における自動方向制御装置。
5. 【請求項５】請求項１において、 前記しきい値制御装置の出力に基づいて前記先端装置の
   ヘッド傾動角を自動制御する自動傾動角制御装置を備え
   たことを特徴とする小口径管推進における自動方向制御
   装置。