JP2609010B2 - Automatic segment assembly equipment - Google Patents

Automatic segment assembly equipment

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JP2609010B2
JP2609010B2 JP3127212A JP12721291A JP2609010B2 JP 2609010 B2 JP2609010 B2 JP 2609010B2 JP 3127212 A JP3127212 A JP 3127212A JP 12721291 A JP12721291 A JP 12721291A JP 2609010 B2 JP2609010 B2 JP 2609010B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、シールド工事用のセグ
メント自動組立装置に係り、特に1リング組立の最後に
既設セグメント間に挿入されるくさび形状のセグメント
を既設セグメントの位置、姿勢に合わせて位置決めする
手段に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic segment assembling apparatus for shielding work, and more particularly to a wedge-shaped segment inserted between existing segments at the end of one ring assembly in accordance with the position and posture of the existing segments. It relates to means for positioning.

【0002】[0002]

【従来の技術】シールド工事でセグメントの自動組立を
行う場合、組立セグメントと既設セグメントの相対的位
置・姿勢の偏差量を検出する手段として、図19に示す
ような光切断法を用いることが提案されている。
2. Description of the Related Art When segments are automatically assembled in a shield work, it is proposed to use a light cutting method as shown in FIG. 19 as a means for detecting a deviation amount of a relative position / posture between an assembled segment and an existing segment. that has been.

【0003】これは、図示しない投光器からの3本のス
リット光を所定の組立位置近傍に粗位置決めされた組立
セグメント72と既設セグメント71a,71bのトン
ネル軸方向およびトンネル周方向の各境界部に照射し、
図20の(a)〜(c)に示す各境界部のスリット光像
73a〜73cを図示しないテレビカメラで撮像し、こ
れらテレビカメラからの画像データを画像処理して得ら
れた各スリット光像の端点A,A′,B,B′,C,
C′の座標値から各境界部の段差、隙間を求め、その段
差、隙間情報を基にして既設セグメント71a,71b
と組立セグメント72の相対的位置、姿勢の偏差と補正
量を演算し、組立セグメント72の位置決め補正をしよ
うとするものである。
[0003] In this method, three slit lights from a projector (not shown) are radiated to the boundaries of the assembly segment 72 and the existing segments 71a and 71b roughly positioned in the vicinity of a predetermined assembly position in the tunnel axial direction and the tunnel circumferential direction. And
The slit light images 73a to 73c at the respective boundaries shown in FIGS. 20A to 20C are captured by a television camera (not shown), and the slit light images obtained by performing image processing on image data from the television cameras. End points A, A ', B, B', C,
Steps and gaps at the boundaries are obtained from the coordinate values of C ', and the existing segments 71a and 71b are determined based on the step and gap information.
The deviation of the relative position and attitude of the assembly segment 72 and the amount of correction are calculated, and the positioning of the assembly segment 72 is corrected.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記方法は、組立セグ
メントが既設セグメントと2辺で接する場合に用いられ
る手法であり、この場合は、既設セグメントの位置、姿
勢の計測結果などの数値データを基にした最初の粗位置
決めがそれほど正確にできなくても、段差、隙間の検出
手段であるテレビカメラの全てに組立セグメントと既設
セグメントが映る位置へ組立セグメントを一度で位置決
めすることが可能である。
The above-mentioned method is a method used when the assembled segment is in contact with the existing segment on two sides. In this case, the method is based on numerical data such as measurement results of the position and posture of the existing segment. Even if the first rough positioning cannot be performed so accurately, it is possible to position the assembly segment at a time at a position where the assembly segment and the existing segment are reflected on all of the television cameras which are step and gap detecting means.

【0005】しかし、図7に示すように組立セグメント
42がトンネル軸方向にテーパを持つくさび形状をして
おり、既設セグメント41a,41b,41cと3辺で
接する状態で組み立てる場合には、組立時の拘束条件が
多くなる、既設セグメントの組立形状があらかじめ設定
された設計データよりずれているなどの理由により、前
記の数値データだけを基にして、段差、隙間の検出手段
であるテレビカメラの全てに組立セグメントと既設セグ
メントが映る位置へ一度に組立セグメントを粗位置決め
することは困難であり、組立セグメントが既設セグメン
トに当たって位置決め不能となったり、セグメントを損
傷する可能性が大きい。
However, as shown in FIG. 7, the assembling segment 42 has a wedge shape having a taper in the tunnel axial direction, and when assembling with the existing segments 41a, 41b, 41c in contact with three sides, the assembling time is reduced. Due to the increased constraint conditions, the assembly shape of the existing segment is deviated from the design data set in advance, and so on, based on only the above numerical data, all of the TV cameras which are step and gap detecting means are used. It is difficult to roughly position the assembly segment at a time to a position where the assembly segment and the existing segment are reflected at once, and there is a high possibility that the assembly segment will hit the existing segment and cannot be positioned, or the segment will be damaged.

【0006】本発明の目的は、くさび形状のセグメント
を既設セグメントに当たることなく粗位置決めし、かつ
既設セグメントとの位置、姿勢の偏差を自動的に補正し
て所定の組立位置に位置決めできるセグメント自動組立
装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to automatically position a wedge-shaped segment without hitting an existing segment and automatically correct a deviation in position and posture from the existing segment to position the segment at a predetermined assembly position. It is to provide a device.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、図1に示すように、組立セグメントとトン
ネル周方向両側の既設セグメントとの境界部の段差、隙
間を検出する第1の検出手段1と組立セグメントと既設
セグメントとのトンネル軸方向境界部の段差、隙間を検
出する第2の検出手段2と、前記第1の検出手段による
段差、隙間の検出が可能で、かつ既設セグメントと接触
しない組立セグメントの一次粗位置を演算する一次粗位
置決め用演算手段3と、組立セグメントの一次粗位置決
め後に、前記第1の検出手段により検出された組立セグ
メントとトンネル周方向両側の既設セグメントとの隙間
量を設定値と比較して、両側の隙間量共に設定値以上で
あれば、その隙間量とセグメント形状から組立セグメン
トを既設セグメントに近付けるように組立セグメントの
トンネル軸方向の移動量を演算し、両側の隙間量のいず
れか一方が設定値未満であれば、両側の隙間量共に設定
値以上となるように組立セグメントのトンネル周方向の
移動量を演算する操作を、第1、第2の検出手段の全て
による段差、隙間の検出が可能な位置へ組立セグメント
が到達するまで繰り返し行う二次粗位置決め用演算手段
4と、組立セグメントの二次粗位置決め後に、前記第
1、第2の検出手段により検出された前記各境界部の段
差、隙間から組立セグメントと既設セグメントの相対的
位置、姿勢の偏差をなくするための補正量を演算する微
位置決め用演算手段5と、前記各演算手段の出力値に基
づいてアクチュエータ7を制御し、組立セグメントを目
標の位置、姿勢に移動させる制御手段6とを備えたこと
を特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention, as shown in FIG. 1, employs a first method for detecting a step or a gap at a boundary between an assembly segment and an existing segment on both sides in the circumferential direction of the tunnel. Detecting means 1 and a second detecting means 2 for detecting a step and a gap at a boundary portion in the tunnel axial direction between the assembling segment and the existing segment; and a step and a gap can be detected by the first detecting means. A primary coarse positioning calculating means for calculating a primary coarse position of the assembly segment which does not contact the segment; and an existing segment on both sides in the tunnel circumferential direction and the assembly segment detected by the first detecting means after the primary coarse positioning of the assembly segment. Compare the gap amount with the set value, and if the gap amount on both sides is equal to or greater than the set value, the assembly segment is divided into the existing segment based on the gap amount and the segment shape. Calculate the amount of movement of the assembly segment in the direction of the tunnel axis so as to approach the distance. If one of the clearances on both sides is less than the set value, the tunnel circumference of the assembly segment is set so that both clearances on both sides are greater than the set value. A secondary coarse positioning calculating means 4 for repeatedly performing an operation of calculating the moving amount in the direction until the assembly segment reaches a position where a step and a gap can be detected by all of the first and second detecting means; After the secondary coarse positioning of the segment, a correction amount for eliminating a deviation of the relative position and posture of the assembled segment and the existing segment from the steps and gaps at the respective boundaries detected by the first and second detection means. And control means for controlling the actuator 7 based on the output value of each of the calculation means to move the assembly segment to a target position and posture. Characterized by comprising and.

【0008】[0008]

【作用】本発明のセグメント自動組立装置により、くさ
び形状をした組立セグメントを3辺が拘束された状態で
既設セグメント間に組み込む場合、最初の数値データに
よる位置決め(一次粗位置決め)はそれほど正確にでき
ないので、組立セグメントは既設セグメントに接触しな
いように、トンネル軸方向に大きく離して位置決めされ
る。この段階では、第2の検出手段による組立セグメン
トと既設セグメントのトンネル軸方向境界部の段差、隙
間の検出はできなくても、第1の検出手段による組立セ
グメントとトンネル周方向両側の既設セグメントとの境
界部の段差、隙間の検出は可能な状態にあるので、第2
の検出手段で検出されたトンネル周方向両側の隙間量を
設定値と比較して、両側の隙間量共に設定値以上であれ
ば、組立セグメントを既設セグメントに近付けるように
トンネル軸方向に移動させ、両側の隙間量のいずれか一
方が設定値未満であれば、両側の隙間量共に設定値以上
となるように組立セグメントをトンネル周方向に移動さ
せる操作を繰り返すことによって、第1、第2の検出手
段の全てが段差、隙間を検出できる位置(二次粗位置)
まで組立セグメントを既設セグメントに近付けることが
できる。そして、全ての検出手段からの段差、隙間情報
を用いて組立セグメントと既設セグメントの相対的位
置、姿勢の偏差と補正量を演算し、その演算結果を基に
組立セグメントの最終的な位置決め(微位置決め)をす
ることが可能となる。
When a wedge-shaped assembly segment is assembled between existing segments with three sides constrained by the automatic segment assembling apparatus of the present invention, positioning using the first numerical data (primary coarse positioning) cannot be performed so accurately. Therefore, the assembly segments are positioned far apart in the axial direction of the tunnel so as not to contact the existing segments. At this stage, even if it is not possible to detect a step or a gap between the assembled segment and the existing segment in the tunnel axial direction boundary by the second detection means, the first detection means and the existing segment on both sides in the tunnel circumferential direction cannot be detected. Since it is possible to detect the step and the gap at the boundary of
Compare the gap amount on both sides of the tunnel circumferential direction detected by the detection means with the set value, if both gap amounts on both sides are equal to or more than the set value, move the assembly segment in the tunnel axial direction so as to approach the existing segment, If either one of the gap amounts on both sides is less than the set value, the operation of moving the assembly segment in the circumferential direction of the tunnel so that both the gap amounts on both sides are equal to or more than the set value is repeated, thereby performing the first and second detections. Position where all means can detect steps and gaps (secondary coarse position)
The assembly segment can be brought closer to the existing segment. Then, using the step and gap information from all the detecting means, the relative position, the deviation of the posture and the correction amount between the assembly segment and the existing segment are calculated, and the final positioning (fine adjustment) of the assembly segment is performed based on the calculation result. Positioning).

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0010】図2〜図6に示すように、セグメント自動
組立に用いられるエレクタ本体12は、円筒状をしたシ
ールド本体11の後部に設置される。このエレクタ本体
12は、大別して、旋回機構であるエレクタリング13
と旋回モータ16、押付機構である吊りビーム21と押
付ジャッキ22、左右摺動機構である横スライドフレー
ム24と横スライドジャッキ25、前後摺動機構である
前後スライドフレーム27と前後スライドジャッキ2
8、ピッチング、ローリング、ヨーイング等の姿勢制御
機構である球面フレーム29と姿勢制御用ジャッキ3
1,32,33およびセグメント把持部34とからなっ
ている。
As shown in FIGS. 2 to 6, an erector main body 12 used for automatic segment assembly is installed at a rear portion of a shield main body 11 having a cylindrical shape. The erector body 12 is roughly divided into an erector ring 13 serving as a turning mechanism.
And a swing motor 16, a suspension beam 21 and a pressing jack 22 as a pressing mechanism, a horizontal slide frame 24 and a horizontal slide jack 25 as a left and right sliding mechanism, a front and rear slide frame 27 and a front and rear slide jack 2 as a front and rear sliding mechanism.
8. Spherical frame 29 as attitude control mechanism for pitching, rolling, yawing, etc., and attitude control jack 3
1, 32, 33 and a segment gripper 34.

【0011】エレクタリング13は、シールド本体11
の内周数箇所に設置された外周ガイドローラ14と側面
ガイドローラ15により案内され、シールド本体11に
取り付けられた旋回モータ16によりピニオン17とリ
ングギヤ18を介して旋回駆動される。これに伴い、エ
レクタリング13上に支持された以下の各部も同時に左
右旋回させられる。
The electric ring 13 is provided on the shield body 11.
Is guided by an outer guide roller 14 and a side guide roller 15 installed at several locations on the inner circumference of the vehicle, and is turned by a turning motor 16 mounted on the shield body 11 via a pinion 17 and a ring gear 18. Along with this, the following components supported on the electoring ring 13 are simultaneously turned left and right.

【0012】エレクタリング13の左右のアーム19に
ガイドロッド20を介して支持された吊りビーム21
は、アーム19との間に取り付けられた押付ジャッキ2
2の伸縮によりZ軸方向(エレクタリング13の径方
向)に移動させられ、これに伴い吊りビーム21上に支
持された以下の各部も同方向に移動する。
A suspension beam 21 supported on left and right arms 19 of the electoring ring 13 via guide rods 20
Is the pressing jack 2 attached between the arm 19 and
2 is moved in the Z-axis direction (radial direction of the electoring ring 13) by extension and contraction, and accordingly, the following parts supported on the suspension beam 21 also move in the same direction.

【0013】吊りビーム21にリニアベアリング23を
介して支持された横スライドフレーム24は、吊りビー
ム21との間に取り付けられた横スライドジャッキ25
の伸縮により吊りビーム21上をY軸方向に移動させら
れ、これに伴い横スライドフレーム24上に支持された
以下の各部も同方向に移動する。
A horizontal slide frame 24 supported by the suspension beam 21 via a linear bearing 23 includes a horizontal slide jack 25 mounted between the suspension beam 21 and the suspension frame 21.
Is moved in the Y-axis direction on the suspension beam 21 by the expansion and contraction of the suspension, and accordingly, the following components supported on the horizontal slide frame 24 also move in the same direction.

【0014】横スライドフレーム24にリニアベアリン
グ26を介して支持された前後スライドフレーム27
は、横スライドフレーム24との間に取り付けられた前
後スライドジャッキ28の伸縮により横スライドフレー
ム24上をX軸方向(シールド軸方向)に前後スライド
させられ、これに伴い前後スライドフレーム27上に支
持された以下の各部も同方向に移動する。
A front-rear slide frame 27 supported on a horizontal slide frame 24 via a linear bearing 26
Is moved back and forth on the horizontal slide frame 24 in the X-axis direction (shield axis direction) by expansion and contraction of a front and rear slide jack 28 attached to the horizontal slide frame 24, and accordingly, supported on the front and rear slide frame 27. The following parts moved also move in the same direction.

【0015】前後スライドフレーム27の球面ガイド部
27aに組み込まれた球面フレーム29は、前後スライ
ドフレーム27との間に取り付けられた2本の姿勢制御
用ジャッキ31,32の伸縮により次のような動きをす
る。図4において、2本のジャッキ31,32を同時に
伸長または収縮させた場合、球面フレーム29は球面中
心Gを含むX軸の回りに傾けられ、この動きはセグメン
ト把持部34のローリング制御に用いられる。また、ジ
ャッキ31,32のいずれか一方を伸長させ、他方を収
縮させた場合は、球面フレーム29は球面中心Gを含む
Z軸の回りに左右旋回させられ、この動きはセグメント
把持部34のヨーイング制御に用いられる。
The spherical frame 29 incorporated in the spherical guide portion 27a of the front and rear slide frame 27 moves as follows due to the expansion and contraction of the two attitude control jacks 31 and 32 attached to the front and rear slide frame 27. do. In FIG. 4, when the two jacks 31 and 32 are extended or contracted at the same time, the spherical frame 29 is tilted around the X axis including the spherical center G, and this movement is used for rolling control of the segment gripper 34. . When one of the jacks 31 and 32 is extended and the other is contracted, the spherical frame 29 is turned left and right around the Z axis including the spherical center G, and this movement is caused by the yawing of the segment gripper 34. Used for control.

【0016】球面フレーム29の中心軸30に吊り下げ
られたセグメント把持部34は、球面フレーム29との
間に取り付けられた姿勢制御用ジャッキ33の伸縮によ
り中心軸30の回りに傾けられ、この動きはセグメント
把持部34のピッチング制御に用いられる。
The segment holding portion 34 hung on the central axis 30 of the spherical frame 29 is tilted around the central axis 30 by expansion and contraction of an attitude control jack 33 attached to the spherical frame 29, and this movement is performed. Are used for pitching control of the segment gripper 34.

【0017】セグメント把持部34は、組立セグメント
42のグラウト穴42aに合致する雄ねじが切られたね
じ軸35を備えている。また、セグメント把持部34に
は、ねじ軸35を回転させる駆動モータ36と、ねじ軸
35を駆動モータ36、軸受ブラケット37と共に昇降
動作させる昇降ジャッキ38が装備されており、図示し
ない位置決めセンサにより、エレクタ下に置かれた組立
セグメント42のグラウト穴42aにねじ軸35を心合
わせした後、該ねじ軸35を回転させながらセグメント
42に向かって突き出し、グラウト穴42aへのねじ込
み完了後、セグメント42がセグメント把持部34の端
面に当たるまでねじ軸35を引き戻すことにより、セグ
メント42を把持する。
The segment gripper 34 has a male threaded screw shaft 35 corresponding to the grout hole 42a of the assembly segment 42. The segment gripping portion 34 is equipped with a drive motor 36 for rotating the screw shaft 35, and a lifting jack 38 for raising and lowering the screw shaft 35 together with the drive motor 36 and the bearing bracket 37. After centering the screw shaft 35 on the grout hole 42a of the assembly segment 42 placed under the erector, projecting toward the segment 42 while rotating the screw shaft 35, after the screwing into the grout hole 42a is completed, the segment 42 is The segment 42 is gripped by pulling back the screw shaft 35 until it hits the end face of the segment gripper 34.

【0018】エレクタ本体は以上のように構成され、組
立セグメント42を把持して最終的に所定の組立位置に
位置決めし、図示しないボルト締結装置により既設セグ
メント43に組み付ける機能を有している。
The erector main body is constructed as described above, and has a function of gripping the assembly segment 42 and finally positioning it at a predetermined assembly position, and assembling it with the existing segment 43 by a bolt fastening device (not shown).

【0019】図7は本発明のセグメント自動組立装置に
おける段差、隙間の検出手段と組立セグメント、既設セ
グメントの位置関係とシステム構成を示したものであ
る。12はエレクタ本体を模式的に表わしている。42
はくさび形状をした組立セグメントを、41aは組立セ
グメント42とトンネル軸方向に隣接する既設セグメン
トを、41b,41cは組立セグメント42とトンネル
周方向に隣接する既設セグメントをそれぞれ表わしてい
る。本図には段差、隙間の検出手段として光切断法を用
いた例を示しており、投光器43b,43cとテレビカ
メラ44b,44cは前記第1の検出手段1に、投光器
43aとテレビカメラ44aは前記第2の検出手段2に
それぞれ対応している。これらの投光器43a〜43
c、テレビカメラ44a〜44cは、エレクタ12に設
けられた図示しない把持部34に剛体12a〜12cを
介して固定されている。したがって、投光器43a〜4
3c、テレビカメラ44a〜44cと把持部34および
組立セグメント42の相対的な位置、姿勢はエレクタの
動きによらず、把持中は一定である。投光器43b,4
3cは組立セグメント42とトンネル周方向両側の既設
セグメント41b,41cの各境界部にスリット光を、
投光器43aは組立セグメント42と既設セグメント4
1aのトンネル軸方向境界部にスリット光をそれぞれ照
射し、これらによって生じたスリット光像(以下、光切
断像と記す)45a〜45cはテレビカメラ44a〜4
4cでそれぞれ撮像される。46a〜46cはテレビカ
メラ44a〜44cの視野を表わしている。
FIG. 7 shows the positional relationship between the step and gap detecting means, the assembling segment and the existing segment, and the system configuration in the automatic segment assembling apparatus of the present invention. Numeral 12 schematically shows the erector main body. 42
The wedge-shaped assembly segment, 41a represents an existing segment adjacent to the assembly segment 42 in the tunnel axial direction, and 41b and 41c represent existing segments adjacent to the assembly segment 42 in the tunnel circumferential direction. This figure shows an example in which the light section method is used as the step and gap detecting means. The light projectors 43b and 43c and the television cameras 44b and 44c are connected to the first detecting means 1, and the light projector 43a and the television camera 44a are connected to the first detecting means 1. Each corresponds to the second detection means 2. These light projectors 43a to 43
c, The television cameras 44a to 44c are fixed to a holding portion 34 (not shown) provided on the erector 12 via rigid bodies 12a to 12c. Therefore, the projectors 43a to 43a-4
3c, the relative positions and postures of the television cameras 44a to 44c, the grip 34, and the assembly segment 42 are constant during the grip, regardless of the movement of the erector. Floodlights 43b, 4
3c is a slit light at each boundary between the assembly segment 42 and the existing segments 41b and 41c on both sides in the tunnel circumferential direction.
The floodlight 43a is composed of the assembly segment 42 and the existing segment 4.
1a is illuminated with slit light at a tunnel axial direction boundary portion, and slit light images (hereinafter, referred to as light cut images) 45a to 45c generated by these light beams are transmitted from television cameras 44a to 4c.
The images are respectively taken at 4c. 46a to 46c represent the visual fields of the television cameras 44a to 44c.

【0020】これらテレビカメラからの画像データはカ
メラ切換器47と画像入力装置48を介して画像メモリ
49へ取り込まれる。50は画像メモリ49に格納され
た画像データを処理して光切断像の端点座標を求める画
像処理装置、51は画像処理装置50で求められた光切
断像の端点座標値または事前に入力された数値データか
ら後述する位置決め制御演算を行い、その結果を指令値
としてサーボ制御装置52へ出力するエレクタ本体の制
御装置(以下、本体制御装置と記す)であり、サーボ制
御装置52は、その指令に基づいてエレクタ本体の旋回
モータ16および油圧ジャッキ22,25,28,3
1,32,33を含む7軸のアクチュエータを制御す
る。
Image data from these television cameras is taken into an image memory 49 via a camera switch 47 and an image input device 48. Reference numeral 50 denotes an image processing apparatus for processing image data stored in the image memory 49 to obtain end point coordinates of the light section image. Reference numeral 51 denotes an end point coordinate value of the light section image obtained by the image processing apparatus 50 or input in advance. A controller for the erector main body (hereinafter, referred to as a main body control device) that performs a positioning control operation described later from the numerical data and outputs the result to the servo control device 52 as a command value, and the servo control device 52 The rotation motor 16 and the hydraulic jacks 22, 25, 28, 3 of the
It controls seven-axis actuators including 1, 32 and 33.

【0021】以下、くさび形状をした組立セグメントを
3辺が拘束された形状で位置決めする場合の制御手順を
図8〜図18を用いて説明する。
Hereinafter, a control procedure for positioning the wedge-shaped assembly segment in a shape in which three sides are restricted will be described with reference to FIGS.

【0022】図8は本体制御装置51の大まかな制御手
順を示したものである。図に示すように、制御は大きく
分けて3つの手順からなっている。
FIG. 8 shows a rough control procedure of the main body controller 51. As shown in the figure, the control is roughly divided into three procedures.

【0023】まず、図8における手順100の一次粗位
置決め制御について図9、図10を用いて説明する。一
次粗位置決め制御の詳細な手順を図9に示す。手順10
1の粗位置演算において、設計時のセグメント位置、姿
勢データ、もしくは既設セグメントの位置、姿勢計測結
果から組立セグメントが最終的に位置決めされるであろ
う目標位置を演算し、この目標位置を基にして、図7に
示す既設セグメント41b,41c上の光切断像がカメ
ラ視野46b,46cに入り、かつ組立セグメント42
と既設セグメント41a,41b,41c,が接触しな
いエレクタ位置、姿勢(以下、一次粗位置と記す)を演
算する。エレクタ位置、姿勢とは、エレクタ本体12の
セグメント把持部34の位置、姿勢を意味し、把持中の
組立セグメントの位置、姿勢と同じである。なお、一次
粗位置は、エレクタ本体の旋回角度と後述するエレクタ
座標系で表わされる。
First, the primary coarse positioning control of procedure 100 in FIG. 8 will be described with reference to FIGS. FIG. 9 shows a detailed procedure of the primary coarse positioning control. Step 10
In the coarse position calculation (1), a target position where the assembly segment will be finally positioned is calculated from the segment position at the time of design, posture data, or the position and posture measurement results of the existing segment, and based on this target position. 7, the light cut images on the existing segments 41b and 41c shown in FIG.
And the position and posture of the erector in which the existing segments 41a, 41b, 41c do not contact each other (hereinafter, referred to as a primary coarse position). The position and posture of the erector mean the position and posture of the segment gripper 34 of the erector main body 12, and are the same as the position and posture of the assembly segment being gripped. The primary coarse position is represented by the turning angle of the erector body and an erector coordinate system described later.

【0024】図10は絶対座標系とエレクタ座標系と手
先座標系の位置関係を示したもので、絶対座標系(X
r,Yr,Zr)のXr軸とエレクタ座標系(X,Y,
Z)のX軸とはエレクタ本体12の旋回中心軸に重なっ
ており、手先座標系(dx,dy,dz)の原点は組立
セグメント42のグラウト穴42aの中心線上で、かつ
組立セグメント42の厚みを二等分する点(組立セグメ
ントの中心点)に位置する。
FIG. 10 shows the positional relationship among the absolute coordinate system, the erector coordinate system, and the hand coordinate system.
r, Yr, Zr) and the Erector coordinate system (X, Y,
The X-axis of Z) overlaps with the turning center axis of the erector body 12, and the origin of the hand coordinate system (dx, dy, dz) is on the center line of the grout hole 42a of the assembly segment 42 and the thickness of the assembly segment 42. Is bisected (the center point of the assembly segment).

【0025】手順102のアクチュエータ指令値演算で
は、先に演算した一次粗位置から旋回モータ16を含む
7軸全てのアクチュエータの目標値を演算する。そし
て、手順103のアクチュエータ制御では、演算された
目標値をサーボ制御装置52へ出力し、サーボ制御装置
52が各アクチュエータを制御し終えるのを待つ。
In the actuator command value calculation in step 102, the target values of the actuators of all the seven axes including the turning motor 16 are calculated from the previously calculated primary coarse position. Then, in the actuator control in step 103, the calculated target value is output to the servo control device 52, and it waits for the servo control device 52 to finish controlling each actuator.

【0026】次に、図8における手順200の二次粗位
置決め制御について説明する。手順100の一次粗位置
決め制御が終了した状態での組立セグメント42と既設
セグメント41a〜41cの位置関係を図11に、この
とき3台のテレビカメラ44a〜44cに映る画像を図
12に拡大して示す。この状態では、テレビカメラ44
b,44cには組立セグメント42とトンネル周方向両
側の既設セグメント41b,41cの両方の光切断像4
5b,45cが映っており、この光切断像からトンネル
周方向境界部の段差、隙間は検出できる。しかし、テレ
ビカメラ44aにはトンネル軸方向の既設セグメント4
1a上の光切断像が映っておらず、トンネル軸方向境界
部の段差、隙間は検出できない。このため、次の手順3
00の微位置決め制御が行えない。手順200の二次粗
位置決め制御では、テレビカメラ44aに既設セグメン
ト41a上の光切断像が映る位置(二次粗位置)まで組
立セグメント42を既設セグメント41aに近付ける操
作を行う。
Next, the secondary coarse positioning control in step 200 in FIG. 8 will be described. FIG. 11 shows the positional relationship between the assembly segment 42 and the existing segments 41a to 41c in a state where the primary coarse positioning control of the procedure 100 has been completed. FIG. 12 is an enlarged view of the images shown on the three television cameras 44a to 44c at this time. Show. In this state, the TV camera 44
b and 44c show light cut images 4 of both the assembly segment 42 and the existing segments 41b and 41c on both sides in the tunnel circumferential direction.
5b and 45c are shown, and the steps and gaps at the boundary in the tunnel circumferential direction can be detected from the light-section image. However, the television camera 44a has an existing segment 4 in the tunnel axis direction.
Since the light cut image on 1a is not shown, no step or gap at the boundary in the tunnel axial direction can be detected. Therefore, the next step 3
00 fine positioning control cannot be performed. In the secondary coarse positioning control in the procedure 200, an operation is performed to bring the assembly segment 42 closer to the existing segment 41a up to a position (secondary coarse position) where the light cut image on the existing segment 41a is reflected on the television camera 44a.

【0027】手順200の詳細な内容を図13に示す。
以下、図13に従い手順200を説明する。まず、手順
201において、カメラ切換器47によりテレビカメラ
44aからの画像データを選択して画像メモリ49に取
り込み、その画像データを画像処理装置50で処理して
光切断像の端点を抽出することにより、既設セグメント
41a上の光切断像がテレビカメラ44aに映っている
かどうかを判定する。そして、既設セグメント41a上
の光切断像が映っている場合は、手順200が終了した
として手順300へ移る。また、既設セグメント41a
上の光切断像が移っていない場合は、手順202へ移
る。
FIG. 13 shows the details of the procedure 200.
Hereinafter, the procedure 200 will be described with reference to FIG. First, in step 201, the image data from the television camera 44a is selected by the camera switch 47 and taken into the image memory 49, and the image data is processed by the image processing device 50 to extract the end point of the light-section image. It is determined whether or not the light cut image on the existing segment 41a is reflected on the television camera 44a. If the light-section image on the existing segment 41a is shown, the procedure 200 is determined to be completed, and the procedure moves to the procedure 300. In addition, the existing segment 41a
If the upper light-section image has not moved, the process proceeds to step 202.

【0028】手順202では、テレビカメラ44b,4
4cに映った組立セグメント42と既設セグメント41
b,41cとの隙間edybまたはedycがあらかじ
め設定した値α未満になったかどうかを判定する。ここ
で、隙間edyb,edycは、テレビカメラ44b,
44cからの画像データをカメラ切換器47で順次切り
換えて画像メモリ49に取り込み、これらの画像データ
を画像処理装置50で処理して得られた光切断像45
b,45cの端点座標値B(bx,by),B′(b
x′,by′),C(cx,cy),C′(cx′,c
y′)から次式により演算される。
In step 202, the television cameras 44b, 4
4c and the existing segment 41
It is determined whether the gap edyb or edyc between b and 41c is less than a preset value α. Here, the gaps edyb and edyc are the TV cameras 44b and
The image data from 44c is sequentially switched by the camera switch 47 and stored in the image memory 49, and the image data 45 is processed by the image processing device 50 to obtain a light section image 45.
b, 45c, the end point coordinate values B (bx, by), B '(b
x ', by'), C (cx, cy), C '(cx', c
y ′) is calculated by the following equation.

【0029】[0029]

【数1】 (Equation 1)

【0030】ただし、kyは画像データをmm単位で数
値に変換する係数である。
Here, ky is a coefficient for converting image data into numerical values in mm units.

【0031】設定値αは、トンネル周方向に組立セグメ
ント42と既設セグメント41b,41cが近付き過ぎ
ない範囲の数値に決める。
The set value α is set to a value within a range in which the assembling segment 42 and the existing segments 41b and 41c do not come too close in the tunnel circumferential direction.

【0032】手順202でedyb,edyc共に設定
値α未満でないと判定されると、手順203の軸方向移
動量演算に移る。図14に示すように組立セグメント4
2がトンネル軸方向にテーパを持つくさび形状をしてい
るため、既設セグメント41b,41cとのトンネル周
方向境界部の隙間をedyb,edyc、既設セグメン
ト41aとのトンネル軸方向境界部の隙間をedxaと
すると、edyb,edycとedxaとはセグメント
42のテーパ比に応じた比例関係にある。そこで、手順
203では、組立セグメント42のトンネル軸方向の移
動量dx1を次式により演算する。
If it is determined in step 202 that both edyb and edyc are not less than the set value α, the process proceeds to the calculation of the axial movement amount in step 203. As shown in FIG.
2 has a wedge shape having a taper in the tunnel axis direction, the gap at the boundary in the tunnel circumferential direction with the existing segments 41b and 41c is eddyb, edyc, and the gap at the boundary in the tunnel axial direction with the existing segment 41a is edxa. Then, edyb, edyc, and edxa are in a proportional relationship according to the taper ratio of the segment 42. Therefore, in step 203, the movement amount dx1 of the assembly segment 42 in the tunnel axis direction is calculated by the following equation.

【0033】[0033]

【数2】 (Equation 2)

【0034】ここで、ktは組立セグメント42のテー
パ比により決まる値である。ただし、ktを実際のテー
パ比とした場合は、移動途中で組立セグメント42が既
設セグメント41b,41cに当たる可能性があるの
で、ktは実際のテーパ比より大きくするのが良い。ま
たedyb,edycの最小値を選ぶのも、組立セグメ
ント42が既設セグメント41b,41cに当たらない
ように安全を考慮したためである。
Here, kt is a value determined by the taper ratio of the assembly segment 42. However, when kt is set to the actual taper ratio, the assembly segment 42 may hit the existing segments 41b and 41c during the movement. Therefore, kt is preferably set to be larger than the actual taper ratio. The reason why the minimum values of edyb and edyc are selected is that safety is considered so that the assembly segment 42 does not hit the existing segments 41b and 41c.

【0035】手順202でedyb,edycのどちら
かが設定値α未満であると判定されると、手順204の
周方向移動量演算へ移る。この状態は、組立セグメント
42がトンネル周方向の既設セグメント41b,41c
のどちらか一方に近付き過ぎている状態である。そこ
で、手順204では、組立セグメント42が両方の既設
セグメント41b,41cの中心位置にくるようにトン
ネル周方向の移動量dy1を次式により演算する。
If it is determined in step 202 that either of edyb or edyc is less than the set value α, the process proceeds to step 204 to calculate the amount of movement in the circumferential direction. In this state, the assembling segment 42 is the existing segment 41b, 41c in the circumferential direction of the tunnel.
Is too close to either of them. Therefore, in step 204, the movement amount dy1 in the tunnel circumferential direction is calculated by the following equation so that the assembly segment 42 is located at the center of both the existing segments 41b and 41c.

【0036】[0036]

【数3】 (Equation 3)

【0037】手順203、204が終了すると、手順2
05に移る。
When the procedures 203 and 204 are completed, the procedure 2
Move to 05.

【0038】手順205のエレクタ目標位置、姿勢の演
算、手順206のアクチュエータ指令値演算について図
15を用いて説明する。位置姿勢演算部60では、旋回
モータ16を除いた6軸の各アクチュエータの現在のス
トロークJ1〜J6を用いて、エレクタ座標系で表わし
た手先座標の位置、姿勢x,y,z,θ1,θ2,θ3
を演算する。さらに、これを手先座標の正変換部61に
おいて正変換し、手先座標の位置、姿勢を表わす手先座
標行列Tを求める。ここで、エレクタ座標系に対する手
先座標の方向を3つのベクトルn,o,aで、また手先
座標の位置をベクトルpで表わす。n,o,aはそれぞ
れdx,dy,dz軸方向のベクトルであり、エレクタ
座標系でn,o,aを表わすと、次式となる。
The calculation of the target position and posture of the erector in step 205 and the calculation of the actuator command value in step 206 will be described with reference to FIG. The position / orientation calculation unit 60 uses the current strokes J1 to J6 of the six-axis actuators excluding the swing motor 16 to determine the position, orientation x, y, z, θ1, θ2 of the hand coordinates expressed in the erector coordinate system. , Θ3
Is calculated. Further, this is forward-transformed by a forward-point coordinate forward conversion unit 61 to obtain a hand-side coordinate matrix T representing the position and orientation of the hand-side coordinates. Here, the direction of the hand coordinates with respect to the erector coordinate system is represented by three vectors n, o, a, and the position of the hand coordinates is represented by vector p. n, o, and a are vectors in the dx, dy, and dz axis directions, respectively, and when n, o, and a are represented in the erector coordinate system, the following equation is obtained.

【0039】[0039]

【数4】 (Equation 4)

【0040】また、エレクタ座標系でpを表わすと、次
式となる。
When p is expressed in the erector coordinate system, the following equation is obtained.

【0041】[0041]

【数5】 (Equation 5)

【0042】数4、数5のnx〜nz,ox〜oz,a
x〜azおよびpx〜pzを用いて手先座標行列Tを次
式で表わす。
Nx to nz, ox to oz, a in Equations 4 and 5
The hand coordinate matrix T is expressed by the following equation using x to az and px to pz.

【0043】[0043]

【数6】 (Equation 6)

【0044】光切断像から求めた補正量をdx〜δzと
すると、これを微小変化の正変換部62において正変換
して得られた手先座標の微小移動量dTは次式で表わせ
る。
Assuming that the correction amount obtained from the light-section image is dx to δz, the minute movement amount dT of the hand coordinates obtained by performing the forward conversion in the forward converter 62 for the minute change can be expressed by the following equation.

【0045】[0045]

【数7】 (Equation 7)

【0046】数6、数7より、手先座標の目標位置、姿
勢を表わす手先座標の目標値行列Tref は次式で求めら
れる。
From the equations (6) and (7), the target value matrix Tref of the hand coordinates representing the target position and posture of the hand coordinates is obtained by the following equation.

【0047】[0047]

【数8】 (Equation 8)

【0048】これを手先座標の逆変換部63において逆
変換し、エレクタ座標系で表わした手先座標の目標位
置、姿勢xref ,yref ,zref ,θ1ref ,θ2ref
,θ3ref を演算する。二次位置決め制御では、補正
量dx,dyに数2、数3で求めたdx1またはdy1
を、他の補正量に零を代入することによって、エレクタ
の目標位置、姿勢を演算できる。次に、手順206のア
クチュエータ指令値演算において、先に求めたエレクタ
の目標位置、姿勢と、一次粗位置決め制御で求めた一次
粗位置での旋回角度から各アクチュエータの指令値を演
算する。そして、手順207のアクチュエータ制御で
は、演算された各アクチュエータの指令値をサーボ制御
装置52へ出力し、サーボ制御装置52が各アクチュエ
ータを制御し終えるのを待つ。アクチュエータ制御を終
えた後、さらに手順201へ戻り、手順201におい
て、テレビカメラ44aに既設セグメント41a上の光
切断像が映るまで手順200を繰り返し行う。
This is inversely transformed by a hand coordinate inverse transformation unit 63, and the target position, posture xref, yref, zref, θ1ref, θ2ref of the hand coordinates expressed in the erector coordinate system.
, Θ3ref. In the secondary positioning control, the correction amounts dx and dy are calculated as dx1 or dy1 obtained by Expressions 2 and 3.
By substituting zero into another correction amount, the target position and posture of the erector can be calculated. Next, in the actuator command value calculation of step 206, the command value of each actuator is calculated from the target position and posture of the eleta obtained earlier and the turning angle at the primary coarse position obtained by the primary coarse positioning control. Then, in the actuator control of step 207, the calculated command value of each actuator is output to the servo control device 52, and the servo control device 52 waits for the control of each actuator to be completed. After the actuator control is completed, the procedure returns to the procedure 201, and in the procedure 201, the procedure 200 is repeated until the light cut image on the existing segment 41a is displayed on the television camera 44a.

【0049】次に、図16〜図18を用いて手順300
の微位置決め制御について説明する。図16は手順30
0の詳細な内容を、図17は二次粗位置決め制御が終了
した状態での組立セグメント42と既設セグメント41
aから41cの位置関係を、図18はこのとき3台のテ
レビカメラ44a〜44cに映る画像を拡大して示した
ものである。
Next, a procedure 300 will be described with reference to FIGS.
Will be described. FIG.
17 shows the details of the assembly segment 42 and the existing segment 41 in a state where the secondary coarse positioning control is completed.
FIG. 18 is an enlarged view of the positional relationship between a and 41c, and images shown in the three television cameras 44a to 44c at this time.

【0050】図16に示す手順301の微位置決め用偏
差検出演算では、テレビカメラ44a〜44cを用いて
組立セグメント42と既設セグメント41a〜41c上
の光切断像45a〜45cを撮像し、カメラ切換器47
により映像を選択して順次画像メモリ49に取り込む。
そして、画像処理装置50で画像メモリ49に格納され
た画像データを処理して、図18の(a)〜(c)に示
す光切断像の端点A,A′〜C,C′の座標値を求め
る。同図に示すように、端点A,A′、B,B′、C,
C′の座標をそれぞれ(ax,ay)、(ax′,a
y′)、(bx,by)、(bx′,by′)、(c
x,cy)、(cx′,cy′)とすると、組立セグメ
ント42と既設セグメント41a,41b,41cとの
段差edza,edzb,edzc、隙間edya,e
dyb,edxcは次式により求められる。
In the calculation of the deviation for fine positioning in the procedure 301 shown in FIG. 16, the television cameras 44a to 44c take images of the assembly segment 42 and the light cut images 45a to 45c on the existing segments 41a to 41c. 47
Are selected and sequentially taken into the image memory 49.
Then, the image data stored in the image memory 49 is processed by the image processing device 50, and the coordinate values of the end points A, A 'to C, and C' of the light-section images shown in FIGS. Ask for. As shown in the figure, the end points A, A ', B, B', C,
Let the coordinates of C 'be (ax, ay), (ax', a
y '), (bx, by), (bx', by '), (c
x, cy) and (cx ', cy'), steps edza, edzb, edzc between the assembly segment 42 and the existing segments 41a, 41b, 41c, and gaps edya, e
dyb and edxc are obtained by the following equations.

【0051】[0051]

【数9】 (Equation 9)

【0052】ただし、kx,ky,kzは画像データを
mm単位の数値に変換するための係数である。
Here, kx, ky, and kz are coefficients for converting image data into numerical values in mm units.

【0053】ここで、図17に示すように、投光器43
b、43cで照射されてできる組立セグメント42上の
光切断像の端点間距離をL1、投光器43b、43cで
照射されてできる組立セグメント42上の光切断像の端
点を結んだ線から、投光器43aで照射されてできる組
立セグメント42上の光切断像の端点までのX軸方向の
距離をL2とすると、組立セグメント42の中心点にお
ける既設セグメント41a〜41cとの位置、姿勢の偏
差は次式で求められる。
Here, as shown in FIG.
b, L1 is the distance between the end points of the light cut images on the assembly segment 42 illuminated by the light emitters 43b and 43c, and the light projector 43a is obtained from the line connecting the end points of the light cut images on the assembly segments 42 illuminated by the light projectors 43b and 43c. Assuming that the distance in the X-axis direction to the end point of the light-section image on the assembly segment 42 illuminated by the above is L2, the deviation of the position and posture of the center point of the assembly segment 42 from the existing segments 41a to 41c is represented by the following equation. Desired.

【0054】[0054]

【数10】 (Equation 10)

【0055】ここで、edx,edy,edzはそれぞ
れX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の位置偏差を表わし、
eδx,eδyはそれぞれX軸回り、Y軸回りの姿勢偏
差を表わす。
Here, edx, edy, and edz represent positional deviations in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, respectively.
eδx and eδy represent attitude deviations around the X-axis and Y-axis, respectively.

【0056】したがって、偏差をなくするための補正量
は次式となる。
Therefore, the correction amount for eliminating the deviation is given by the following equation.

【0057】[0057]

【数11】 [Equation 11]

【0058】次に、演算した補正量dx〜δyが所定の
しきい値未満であるかどうかを手順302で判断し、し
きい値未満であれば制御を終了する。しきい値未満でな
ければ、手順303のエレクタ目標位置、姿勢の演算、
手順304のアクチュエータ指令値演算、手順305の
アクチュエータ制御を行う。そして、アクチュエータ制
御終了後、手順301に戻り、手順301で演算した補
正量がしきい値未満になるまで手順300を繰り返す。
手順303から手順305までの一連の演算、制御は、
図13に示した手順205〜207と同様である。
Next, it is determined in step 302 whether or not the calculated correction amounts dx to δy are smaller than a predetermined threshold value. If not less than the threshold value, the calculation of the target position and posture of the erector in step 303,
The actuator command value calculation in step 304 and the actuator control in step 305 are performed. Then, after the actuator control ends, the procedure returns to the step 301, and the step 300 is repeated until the correction amount calculated in the step 301 becomes less than the threshold value.
A series of operations and controls from step 303 to step 305 are performed as follows.
This is the same as the procedures 205 to 207 shown in FIG.

【0059】上記実施例では、説明を簡単にするため、
手順300の微位置決め制御において、組立セグメント
42のZ軸回りの姿勢偏差は無視できるものとして、そ
の偏差検出を省略したが、投光器とテレビカメラを1組
追加して、組立セグメント42と既設セグメント41a
のトンネル軸方向境界部の段差、隙間を2点で検出し、
各点の隙間量の差を求めることにより、組立セグメント
のZ軸回りの姿勢偏差の検出、補正を行うことも可能で
ある。
In the above embodiment, to simplify the description,
In the fine positioning control in the procedure 300, the attitude deviation of the assembly segment 42 around the Z axis is assumed to be negligible, and the deviation detection is omitted. However, one set of a projector and a television camera is added, and the assembly segment 42 and the existing segment 41a are added.
Step and gap at the tunnel axial boundary are detected at two points,
By calculating the difference between the gap amounts at the respective points, it is possible to detect and correct the posture deviation of the assembly segment around the Z axis.

【0060】また、一次粗位置決めの段階で組立セグメ
ントの既設セグメントに対する姿勢偏差が大きく、二次
粗位置への移動途中で既設セグメントに当たる懸念があ
る場合には、一次粗位置決めの直後に、別の手段(特願
平2−308740参照)を用いて組立セグメントの既
設セグメントに対する姿勢偏差を検出し、その姿勢偏差
を補正した後に前述の二次位置決め制御を行うようにす
ればよい。
If the assembly segment has a large attitude deviation with respect to the existing segment at the time of the primary coarse positioning, and there is a concern that the assembled segment will hit the existing segment during the movement to the secondary coarse position, another assembly is performed immediately after the primary coarse positioning. Means (see Japanese Patent Application No. 2-308740) may be used to detect the attitude deviation of the assembled segment with respect to the existing segment, correct the attitude deviation, and then perform the above-described secondary positioning control.

【0061】なお、図9の手順101は図1の一次粗位
置決め用演算手段3に、図13の手順201〜204は
図1の二次粗位置決め用演算手段4に、図16の手順3
01は図1の微位置決め用演算手段5にそれぞれ対応
し、また図9の手順102、103、図13の手順20
5〜207、図16の手順302〜305および図7の
サーボ制御装置52は図1の制御手段6に対応してい
る。
The procedure 101 in FIG. 9 corresponds to the primary coarse positioning calculating means 3 in FIG. 1, the procedures 201 to 204 in FIG. 13 correspond to the secondary coarse positioning calculating means 4 in FIG. 1, and the procedure 3 in FIG.
Numeral 01 corresponds to the fine positioning calculation means 5 in FIG. 1, respectively, and also corresponds to steps 102 and 103 in FIG. 9 and step 20 in FIG.
5 to 207, the procedures 302 to 305 in FIG. 16, and the servo control device 52 in FIG. 7 correspond to the control means 6 in FIG.

【0062】[0062]

【発明の効果】本発明によれば、くさび形状をした組立
セグメントを3辺が拘束された状態で組み立てる場合、
最初の数値データによる粗位置決めがそれほど正確にで
きなくて、全ての検出手段による組立セグメントと既設
セグメントとのトンネル周方向およびトンネル軸方向の
各境界部の段差、隙間の検出ができない状態であって
も、自動的に全ての検出手段で各境界部の段差、隙間の
検出ができる位置まで組立セグメントを既設セグメント
に近付け、全ての検出手段からの段差、隙間情報を用い
て組立セグメントを正確に微位置決めすることができ
る。
According to the present invention, when a wedge-shaped assembly segment is assembled with three sides constrained,
The rough positioning based on the first numerical data cannot be performed so accurately, and it is impossible to detect the steps and gaps at the boundary between the assembly segment and the existing segment in the tunnel circumferential direction and the tunnel axial direction by all the detecting means. Also, the assembly segment is brought close to the existing segment to a position where the steps and gaps at each boundary can be automatically detected by all the detection means, and the assembly segments are accurately fined using the step and gap information from all the detection means. Can be positioned.

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

【図1】本発明の概要図。FIG. 1 is a schematic diagram of the present invention.

【図2】シールド掘進機内に設置されたエレクタ本体の
一部切断した正面図。
FIG. 2 is a partially cutaway front view of an erector main body installed in the shield machine.

【図3】図2のIII−III断面図。FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III in FIG. 2;

【図4】図2のIV−IV断面図FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. 2;

【図5】図2のV−V断面図FIG. 5 is a sectional view taken along line VV of FIG. 2;

【図6】図2のセグメント把持部34の拡大断面図。FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a segment grip portion 34 of FIG.

【図7】本発明に用いる段差、隙間の検出手段と組立セ
グメント、既設セグメントの位置関係とシステム構成の
一例を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a positional relationship between a step and gap detecting means, an assembly segment, and an existing segment and a system configuration used in the present invention.

【図8】本体制御装置51の大まかな制御手順を示す
図。
FIG. 8 is a diagram showing a rough control procedure of the main body control device 51;

【図9】一次粗位置決め制御の詳細な手順を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a detailed procedure of primary coarse positioning control.

【図10】絶対座標系とエレクタ座標系と手先座標系の
位置関係を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing a positional relationship among an absolute coordinate system, an elector coordinate system, and a hand coordinate system.

【図11】一次粗位置決め制御を終了した状態での組立
セグメントと既設セグメントの位置関係を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing a positional relationship between an assembly segment and an existing segment in a state where primary coarse positioning control has been completed.

【図12】図11の状態で3台のテレビカメラに映る画
像の拡大図。
FIG. 12 is an enlarged view of an image reflected by three television cameras in the state of FIG. 11;

【図13】二次粗位置決め制御の詳細な手順を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a detailed procedure of secondary coarse positioning control.

【図14】図11の状態でのトンネル周方向とトンネル
軸方向の隙間の関係を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing a relationship between a gap in a tunnel circumferential direction and a tunnel axial direction in the state of FIG. 11;

【図15】エレクタの目標位置、姿勢演算のブロック
図。
FIG. 15 is a block diagram for calculating the target position and posture of the erector.

【図16】微位置決め制御の詳細な手順を示す図。FIG. 16 is a diagram showing a detailed procedure of fine positioning control.

【図17】二次粗位置決め制御を終了した状態での組立
セグメントと既設セグメントの位置関係を示す図。
FIG. 17 is a diagram showing a positional relationship between an assembly segment and an existing segment in a state where secondary coarse positioning control has been completed.

【図18】図17の状態で3台のテレビカメラに映る画
像の拡大図。
FIG. 18 is an enlarged view of an image reflected on three television cameras in the state of FIG. 17;

【図19】従来の光切断法による組立セグメントと既設
セグメントの相対的位置、姿勢検出の説明図。
FIG. 19 is an explanatory diagram of relative position and orientation detection of an assembly segment and an existing segment by a conventional light cutting method.

【図20】テレビカメラに映った図19の光切断像を示
す図。
FIG. 20 is a diagram showing a light section image of FIG. 19 reflected on a television camera.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…第1の検出手段、2…第2の検出手段、3…一次粗
位置決め用演算手段、4…二次粗位置決め用演算手段、
5…微位置決め用演算手段、6…制御手段、7…アクチ
ュエータ、12…エレクタ本体、41a〜41c…既設
セグメント、42…組立セグメント、43a〜43c…
スリット光投光器、44a〜44c…テレビカメラ、4
5a〜45c…光切断像、47…カメラ切換器、48…
画像入力装置、49…画像メモリ、50…画像処理装
置、51…本体制御装置、52…サーボ制御装置、10
1…一次粗位置決め用演算手段3に対応する制御手順、
201〜204…二次粗位置決め用演算手段4に対応す
る制御手順、301…微位置決め用演算手段5に対応す
る制御手順、102,103,205〜207,302
〜305…制御手段6に対応する制御手順
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st detection means, 2 ... 2nd detection means, 3 ... Calculation means for primary coarse positioning, 4 ... Calculation means for secondary coarse positioning,
5: Fine positioning arithmetic means, 6: Control means, 7: Actuator, 12: Elector main body, 41a to 41c: Existing segment, 42: Assembly segment, 43a to 43c
Slit light projector, 44a-44c ... TV camera, 4
5a to 45c: light cut image, 47: camera switching device, 48:
Image input device, 49 image memory, 50 image processing device, 51 body control device, 52 servo control device, 10
1. Control procedure corresponding to the primary coarse positioning calculation means 3
201 to 204... Control procedures corresponding to the secondary coarse positioning calculation means 4, 301... Control procedures corresponding to the fine positioning calculation means 5, 102, 103, 205 to 207, 302
To 305: control procedure corresponding to the control means 6

フロントページの続き (72)発明者 東海林 宏明 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社 土浦工場内 (72)発明者 森 泰雄 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社 土浦工場内 (72)発明者 小澤 肇 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社 土浦工場内 (72)発明者 中島 吉男 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (72)発明者 服部 誠 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内Continuing from the front page (72) Inventor Hiroaki Tokaibayashi 650, Kandate-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref.Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. (72) Inventor Hajime Ozawa 650, Kandate-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Makoto Hattori 502, Kandate-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 シールド掘進機内に設置され、組立セグ
メントを既設セグメントの位置、姿勢に合わせて組み立
てるセグメント自動組立装置において、組立セグメント
とトンネル周方向両側の既設セグメントとの境界部の段
差、隙間を検出する第1の検出手段と、組立セグメント
と既設セグメントとのトンネル軸方向境界部の段差、隙
間を検出する第2の検出手段と、前記第1の検出手段に
よる段差、隙間の検出が可能で、かつ既設セグメントと
接触しない組立セグメントの一次粗位置を演算する一次
粗位置決め用演算手段と、組立セグメントの一次粗位置
決め後に、前記第1の検出手段により検出された組立セ
グメントとトンネル周方向両側の既設セグメントとの隙
間量を設定値と比較して、両側の隙間量共に設定値以上
であれば、その隙間量とセグメント形状から組立セグメ
ントを既設セグメントに近付けるように組立セグメント
のトンネル軸方向の移動量を演算し、両側の隙間量のい
ずれか一方が設定値未満であれば、両側の隙間量共に設
定値以上となるように組立セグメントのトンネル周方向
の移動量を演算する操作を、前記第1、第2の検出手段
の全てによる段差、隙間の検出が可能な位置へ組立セグ
メントが到達するまで繰り返し行う二次粗位置決め用演
算手段と、組立セグメントの二次粗位置決め後に、前記
第1、第2の検出手段により検出された前記各境界部の
段差と隙間から組立セグメントと既設セグメントの相対
的位置、姿勢の偏差をなくするための補正量を演算する
微位置決め用演算手段と、前記各演算手段の出力値に基
づいてアクチュエータを制御し、組立セグメントを目標
の位置、姿勢に移動させる制御手段とを備えたことを特
徴とするセグメント自動組立装置。
1. A segment automatic assembling apparatus which is installed in a shield machine and assembles an assembly segment in accordance with the position and posture of an existing segment, wherein a step and a gap at a boundary between the assembly segment and the existing segment on both sides in a tunnel circumferential direction are reduced. A first detecting means for detecting, a second detecting means for detecting a step and a gap at a boundary portion in a tunnel axial direction between the assembly segment and the existing segment, and a step and a gap by the first detecting means can be detected. And a primary coarse positioning calculating means for calculating a primary coarse position of the assembly segment that does not contact the existing segment; and, after the primary coarse positioning of the assembly segment, the assembly segment detected by the first detection means and both sides of the tunnel circumferential direction. Compare the gap amount with the existing segment with the set value. The amount of movement of the assembly segment in the tunnel axis direction is calculated from the amount and the segment shape so that the assembly segment approaches the existing segment. If either of the clearance amounts on both sides is less than the set value, the clearance amount on both sides is the set value. The operation of calculating the amount of movement of the assembly segment in the circumferential direction of the tunnel as described above is repeated until the assembly segment reaches a position where the steps and gaps can be detected by all of the first and second detection means. Calculating means for secondary coarse positioning, after the secondary coarse positioning of the assembly segment, relative positions of the assembly segment and the existing segment from the steps and gaps of the respective boundaries detected by the first and second detection means, Fine positioning calculating means for calculating a correction amount for eliminating the deviation of the posture; and an actuator controlled based on an output value of each of the calculating means for assembling. Position of the target segment, segment automatic assembling apparatus being characterized in that a control means for moving the posture.
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