JP2623157B2

JP2623157B2 - 移動物体の操縦装置

Info

Publication number: JP2623157B2
Application number: JP2184133A
Authority: JP
Inventors: 勲藤森; 茂松森; 隆加納; 壽雄角
Original assignee: 株式会社イセキ開発工機
Priority date: 1990-07-13
Filing date: 1990-07-13
Publication date: 1997-06-25
Anticipated expiration: 2012-06-25
Also published as: KR950010751B1; KR920003133A; JPH0476607A; EP0466348A1; DE69105842D1; US5339241A; CN1029254C; CN1060887A; AU8039191A; DE69105842T2; ATE115681T1; CA2046848A1; EP0466348B1; AU652763B2

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は予め設定された基準線に沿って移動する移動
物体の操縦装置に関するものである。

＜従来の技術＞予め経由すべき経路を設定して基準線とし、この基準
線に沿って移動しつつ所定の作業を実施する移動物体と
しては、例えばトンネルの掘削或いは上水道管，下水道
管等を敷設するための掘進機や無人運搬車等がある。

前記掘進機或いは無人運搬車等は、一般に本体とこの
本体の移動方向を規定するための操向手段を有して構成
されており、本体を常に基準線に沿わせるように操向手
段を駆動している。

特に地中に種々の管を敷設するための掘進機にあって
は、地質の変化，水脈の有無等によって地盤の抵抗が異
なることがあり、このため、一定の力で推進しても抵抗
の小さい方向にズレることがある。このような場合、オ
ペレータが基準線に対するズレ量及び方向を視認し、こ
のズレ量及び方向に応じて操向手段を操作することで操
縦している。

ここで、掘進機に於ける操縦について具体的に説明す
る。

例えば本件出願人が開発した特開昭57−205698号公報
に示す掘進機にあっては、テール部とこのテール部の推
進方向先端に設けたヘッド部とを１つのロッド及び２つ
のジャッキによって接続して構成されている。前記テー
ル部の所定位置には目盛板が固定されており、この目盛
板と対向してヘッド部に固定され該ヘッド部のレール部
に対する偏向に伴って移動する指針が配設されている。
また前記目盛板をテレビカメラによって撮像し、該像を
モニターテレビに受像し得るように構成している。

またトンネルの掘削方向或いは敷設方向に沿って基準
線となるレーザー光等の直進性を有する可視光が照射さ
れている。そしてこの可視光を目盛板に投射し、オペレ
ータが掘進開始位置に於ける目盛板上の可視光の位置を
視認すると共に、掘進の進行に伴って生じる可視光のズ
レ量及びズレ方向を視認し、このズレ量及びズレ方向に
応じてジャッキを駆動することによって、掘進機の方向
修正、即ち、掘進機の操縦を行なっている。

＜発明が解決しようとする課題＞上記の如き掘進機に於ける操縦はオペレータの経験と
勘に基づく要素が多く、従って、高度の熟練度を要求さ
れるものである。このため、より容易に操縦し得る掘進
機が求められている。

本発明の目的は予め基準線が設定され、この基準線に
沿って移動することを要求される移動物体、例えば掘進
機，無人運搬車，無人航空機等の操縦装置を提供するこ
とにある。

＜課題を解決するための手段＞上記問題を解決するための本発明の移動物体の操縦装
置は、本体及び操向手段を有する移動物体と、前記操向
手段の本体に対する変位を初期値からの移動量で表示す
る発光部材と、予め設定された基準線に沿って照射され
た可視光と、前記本体の内部であって前記発光部材の後
方に配置され前記可視光を投影するためのインジケータ
と、前記インジケータと対向して配置されたカラー撮像
手段と、前記カラー撮像手段によって撮像された画像を
受像するためのカラー受像手段と、前記カラー受像手段
と接続され発光部材及びインジケータ上に投影された可
視光のスポット像の座標を演算するための画像処理手段
と、前記画像処理手段によって演算された可視光のスポ
ット像の初期値からのズレに応じて予め設定された前件
部のメンバーシップ関数及び後件部のメンバーシップ関
数に基づいて前記操向手段を最適に操作する操作量を演
算するためのファジイ演算手段と、前記ファジイ演算手
段によって演算された操作量と前記画像処理手段によっ
て演算された発光部材の座標値とを比較して最適操作量
に一致するように操向手段を駆動するための制御量を出
力するための比較手段と、前記比較手段から出力された
制御量に応じて前記操向手段を駆動するための駆動手段
とを有して構成されるものである。

上記移動物体の操縦装置に於いて、発光部材と可視光
とが異なる色彩を有することが好ましい。またファジイ
演算手段が、予めインジケータ上のスポット原点と可視
光スポットとの離隔距離に対応したメンバーシップ関数
を記憶し入力された離隔距離データに基づいて所定の演
算処理を行って有効度を出力するための前件部演算部
と、予め操向手段を最適に操作する操作量に対応したメ
ンバーシップ関数を記憶し前件部演算部から出力された
有効度に基づいて操作量を出力するための後件部演算部
とからなり、前記後件部演算部では操作量に対応するメ
ンバーシップ関数が夫々三角形で与えられ、前記三角形
を入力された有効度に応じて割引きし、割引きされた三
角形に於ける面積と横軸上の重心位置との積によって定
義する回転モーメントを求めると共に夫々三角形に関す
る回転モーメントの値を合算し、この回転モーメントの
合算値を割引きされた夫々の三角形の面積を合算した合
算値で除算する演算を行って操作量を出力するように構
成したものであることが好ましい。

＜作用＞上記移動物体の操縦装置（以下、単に『操縦装置』と
いう）によれば、オペレーターのノウハウとしての本体
と基準線との離隔量に応じた操向手段に対する操作量の
データを蓄積して、離隔量に対応するデータをファジィ
演算手段に於ける前件部のメンバーシップ関数として記
憶させると共に前記離隔量に応じた操作量のデータを後
件部のメンバーシップ関数として記憶させ、本体と基準
線との離隔量と方向を測定して離隔量に対応するデータ
をファジイ演算手段に入力することで、前件部演算部で
は入力されたデータに応じたメンバーシップ関数の有効
度を演算し、この有効度を後件部演算部に出力すること
が出来る。そして後件部演算部では前記有効度に基づい
てメンバーシップ関数の割引き及び重心の合成に関する
演算を行なって、その結果を操作量として出力すること
が出来る。

また本体に対する操向手段の変位量と方向を測定する
ことによって、測定時点に於ける操縦量と方向を測定
し、この操縦量と前記操作量とを比較してその差を制御
量として操向手段を駆動することで、移動物体を常に基
準線に沿わせた状態に操縦することが出来る。

上記操縦装置に於いて、本体にインジケータを配置
し、基準線に沿って可視光を照射すると共に操向手段の
変位を表示する発光部材を設け、前記インジケータに可
視光を投影し且つ発光部をインジケータの前方に配置す
ることによって、本体と基準線との離隔距離と方向及び
本体に対する操向手段の変位量と方向を測定することが
出来る。

即ち、インジケータを基準線と交叉する平面上に配置
すると共にこのインジケータに可視光としてのレーザー
光を投影することによって、該インジケータ上にレーザ
ースポットを形成することが出来る。そして移動物体の
移動開始位置に於けるインジケータ上のレーザースポッ
トの位置をスポット原点とし、移動物体の前進に伴って
インジケータ面に於いてレーザースポットがスポット原
点から移動した場合、この移動量が移動物体の基準線か
らの離隔量となり、また移動方向が移動物体の基準線か
らの離隔方向となる。

また本体に対する操向手段の変位に伴って発光部材が
インジケータ上を移動することで、操向手段の変位量と
変位方向を測定することが出来る。

即ち、操向手段が本体に対し中立位置にあるときのイ
ンジケータに対する発光部材の位置を指標原点とする
と、本体に対する操向手段の変位に伴って発光部材はイ
ンジケータ上を移動する。従って、指標原点に対する発
光部材の偏位量と偏位方向を測定することによって、現
在の操縦量と操縦方向を測定することが出来る。

従って、移動物体の移動に伴ってインジケータをカラ
ー撮像手段によって撮像し、この画像をカラー受像機を
介して接続された画像処理手段で処理することで、スポ
ット原点とレーザースポットとの離隔量と離隔方向を座
標表示することが出来、且つ指標原点と発光部材との偏
位量と偏位方向を座標表示することが出来る。前記座標
表示は例えば掘進機等の三次元的な移動物体にあって
は、スポット原点に対するレーザスポットの離隔量と離
隔方向、及び指標原点に対する発光部材の偏位量と偏位
方向をインジケータ面に於ける水平方向をＸとし、垂直
方向をＹとするＸ−Ｙ直交座標系で表示することが出来
る。

そして前記離隔量をファジイ演算手段の前件部演算部
に入力することによって、該前件部に記憶されたメンバ
ーシップ関数の有効度を演算して後件部演算部に出力
し、後件部演算部に於いて、入力された有効度に基づい
て後件部に記憶されたメンバーシップ関数を割引き演算
すると共に横軸上の重心位置の演算を行なって、その結
果を操作量として出力することが出来る。

前記操作量はスポット原点とレーザースポットとの離
隔量に応じた値であって、現在の操作量は加味されてい
ない。従って、比較手段に於いて現在の操縦量（操作
量）である指標原点と発光部材との偏位量とファジイ演
算手段から出力された最適操作量とを比較することで、
その差を操向手段を駆動する制御量として出力すること
が出来る。そして前記制御量に応じて駆動手段を駆動し
て操向手段を変位させることによって、移動物体を基準
線に沿わせて操縦することが出来る。

また発光部材と可視光とを異なる色彩とした場合に
は、画像処理手段に於ける画像処理操作を容易に行なう
ことが出来る。

またファジイ演算手段を、予め原点と可視光との離隔
距離に対応したメンバーシップ関数を記憶し、入力され
た離隔距離データに基づいて所定の演算処理を行なって
有効度を出力する前件部演算部と、予め操作量に対応し
たメンバーシップ関数を記憶し、前件部演算部から出力
された有効度に基づいて操作量を演算する後件部演算部
とを有し、後件部演算部では操作量に対応したメンバー
シップ関数が夫々三角形で与えられ、前記三角形を入力
された有効度に応じて割引きし、割引きされた三角形に
於ける面積と横軸上の重心位置との積によって定義する
回転モーメントを求めると共に夫々の三角形に関する回
転モーメントの値を合算し、この回転モーメントの合算
値を割引きされた夫々の三角形の面積の合算値で除算す
る演算を行なって操作量を出力するように構成した場合
には、操作量の演算（デファジフィケーション）を簡単
な装置で且つ短時間に実施することが出来る。

即ち、後件部に記述された操作量に関するファジイ集
合のメンバーシップ関数を三角形で与え、これらの三角
形を制御規則に応じて横軸上に並列させると、各三角形
に於ける底辺の長さ及び横軸上の重心位置は一義的に定
まる。従って、三角形で表された後件部のメンバーシッ
プ関数を前件部から出力された有効度で割引きしても、
割引きされた三角形に於ける底辺の長さ、及び横軸上の
重心位置は変化しない。また割引きされた三角形の面積
は元の三角形の底辺の長さ及び有効度によって容易に計
算することが出来る。

従って、割引きされた個々の三角形に於ける面積と横
軸上の重心位置との積によって回転モーメントを求める
と共に夫々の三角形に関する回転モーメントの値を合算
し、この回転モーメントの合算値を割引きされた夫々の
三角形の面積を合算した値で除算することによって、合
成された重心位置を演算することが出来る。そして前記
重心位置の値を操作量として出力することが出来る。

＜実施例＞以下、上記手段を移動物体としての掘進機に適用した
場合の操縦装置の一実施例について図を用いて説明す
る。

第１図は掘進機の模式説明図、第２図は操縦装置のブ
ロック説明図、第３図は受像機から可視光及び発光部材
のデータを取り出すためのブロック説明図、第４図はイ
ンジケータの説明図、第５図（ａ）〜（ｃ）は掘進機の
前進に伴って該掘進機が基準線から偏位した場合の説明
図、第６図は掘進機を操縦する場合の前件部のメンバー
シップ関数の説明図、第７図は第６図に対応する後件部
のメンバーシップ関数の説明図、第８図（ａ）〜（ｄ）
は後件部に於ける三角形の重心位置の説明図、第９図は
後件部に於けるメンバーシップ関数の三角形を有効度で
割引きしたときの説明図である。

本発明に係る移動物体の操縦装置は、例えば地中に上
水道管や下水道管を敷設するための掘進機Ａが地中を前
進する際に、地盤の抵抗値の変化等の原因によって予め
設定された管路の計画線からズレた場合、計画線と掘進
機Ａとの離隔量及び方向を測定し、この離隔量，方向に
応じて掘進機Ａを操縦して計画線に沿って前進させるた
めのものである。

掘進機Ａは第５図（ａ）に示すように、管路Ｂの敷設
開始位置に形成したピットから地中に所定の深さ及び方
向にセットされる。そして図に於ける右側（以下『後
方』という）から推進されて左側（以下『前方』とい
う）に前進する。このとき、前方側に於ける地盤の抵抗
値が異なる場合、掘進機Ａは一定の力で推進されるにも
関わらず同図（ｂ）に示すように基準線に沿って照射さ
れたレーザー光10bからズレることがある。本発明は、
このとき掘進機Ａの本体１内に設けたインジケータ７を
テレビカメラ８によって撮像すると共に、この画像を処
理してレーザースポット10のスポット原点o₁からの離隔
量と方向を測定し、この離隔量，方向に応じて同図
（ｃ）に示すようにジャッキ3,4を操作することによっ
てヘッド２を本体１に対して変位させてレーザー光10b
に沿わせるように操縦するものである。

第１図により掘進機Ａとその周辺装置の概略構成につ
いて説明する。

図に示す掘進機Ａは、地中に上水道管或いは下水道管
等の管路Ｂを敷設するためのものであって、該掘進機Ａ
の前方側に設けたカッターヘッドＣを回転させて土砂を
掘削し、この土砂を掘進機Ａ内に設けたポンプによって
外部に排出しつつ、後方側に配置した推進装置Ｄによっ
て付勢して前進させ、掘進機Ａの前進に伴って該掘進機
Ａの後方に管を継ぎ足しながら所定の管路Ｂを構成する
ものである。

掘進機Ａは、図示しない計器類やポンプ等を設けた本
体１と、この本体１の進行方向を規定するために該本体
１の前方側に設けた操向手段となるヘッド２とを有して
構成されている。前記本体１とヘッド２は、掘進機Ａの
軸心と一致した中心を有する円周上に等間隔で配設され
た２本のジャッキ3,4及びロッド５を介して接続されて
いる。前記各ジャッキ3,4及びロッド５は夫々端部にユ
ニバーサルジョイント3a,4a,5aを設けて本体１及びヘッ
ド２に取り付けられている。従って、ジャッキ3,4を所
望量駆動することによって、ヘッド２をロッド５のジョ
イント5aを中心として本体１に対し所望の方向に変位さ
せることが可能である。

本実施例に於いて、ジャッキ3,4として油圧シリンダ
ーを用いている。そして前記ジャッキ3,4は本体１に設
けた油圧ユニット及び圧油の流量制御ユニット等からな
る駆動装置６と接続されている。

本体１の所定位置にはインジケータ７が設けられてお
り、このインジケータ７と対向して撮像手段となるテレ
ビカメラ８が配置されている。前記インジケータ７に
は、後述する発光部材９及び基準線に沿って照射された
レーザー10bが投影されている。そしてインジケータ７
をテレビカメラ８によって撮像すると共に、撮像した画
像を後述する画像処理装置22によって処理することで、
本体１のレーザー光10bからの離隔量，離隔方向、及び
本体１に対するヘッド２の変位量，変位方向を検出する
ことが可能となる。

ヘッド２の所定位置にはインジケータ７に達するバー
9aが固着されており、該バー9aの先端であって且つ掘進
機Ａの軸心と一致する位置にはインジケータ７の前方側
に位置するように発光部材９が取り付けられている。こ
の発光部材９はヘッド２の本体１に対する変位に伴って
インジケータ７の表面に沿って偏位するものである。前
記発光部材９としては、例えば十字状に形成した指針を
用いることが可能であり、またLED等の発光素子を用い
ることも可能である。

本実施例ではグリーン（Ｇ）に発光するLED9を用いて
いる。

掘進機Ａの後方側にはレーザートランシット等のレー
ザー発振器10aが配置されており、該発振器10aから予め
計画された管路Ｂの敷設中心を基準線とし該基準線と一
致して或いは平行に可視光となるレーザー光10bが照射
されている。そしてレーザー光10bがインジケータ７に
投射されたとき、このインジケータ７にレーザースポッ
ト10を形成している。

本実施例ではレーザー光の色彩が赤色光（Ｒ）となる
He−Neレーザーを用いている。

従って、インジケータ７には第４図に示すようにレー
ザー光10bの投射による赤色のレーザースポット10が形
成される。このレーザースポット10は必ずしもインジケ
ータ７の中心と一致する必要はなく、画像処理装置22に
於いて掘進機Ａの前進開始位置に於けるレーザースポッ
ト10の位置をスポット原点o₁として記憶し、以後掘進機
Ａの前進に伴うレーザースポット10とスポット原点o₁と
の離隔距離と方向を測定することで、本体１とレーザー
光10bとの離隔量，方向を測定することが可能である。
またヘッド２が本体１に対し中立位置にある場合、イン
ジケータ７のテレビカメラ８側に配置されたLED9は掘進
機Ａの軸心と一致した位置となる。従って、掘進機Ａの
前進開始位置に於けるLED9の位置が指標原点o₂となる。

尚、第１図に於いてＥは掘進機A,推進装置Ｄ等を制御
するための制御装置，モニター受像機等を設けた制御盤
である。

次に上記掘進機Ａを操縦するための構成について第２
図及び第３図を用いて説明する。

図に於いて、テレビカメラ８は受像機21と接続されて
いる。受像機21は第３図に示すように、受像部21aと色
彩分離部21bとによって構成されている。受像部21aは通
常のテレビ受像機と同様に構成されており、テレビカメ
ラ８によって撮像したインジケータ７の映像を表示して
モニター画面としての機能を有している。また色彩分離
部21bはテレビカメラ８によって撮像したインジケータ
７の画像からLED9の色彩Ｇ信号、及びレーザースポット
10の色彩Ｒ信号を分離してこれらの信号を画像処理装置
22に伝送するための機能を有している。

即ち、受像部21aのＲマトリクス部の出力信号と同期
分離部の信号とをＲ＋同期部に入力してＲ信号を画像信
号と同期させると共に出力インピーダンス調整部に於い
て増幅することで、撮像されたインジケータ７の画像か
らレーザースポット10に対するＲ信号を分離し、線23a
を介して画像処理装置22に伝送し得るように構成してい
る。またLED9に対応するＧ信号も同様にしてインジケー
タ７の画像から分離され、線23bを介して画像処理装置2
2に伝送される。

画像処理装置22は受像機21から伝送されたＧ信号及び
Ｒ信号の座標値を演算するものであって、公知の画像処
理装置によって構成されている。

画像処理装置22には記憶部及び制御部等を有する画像
処理制御装置24が接続されており、掘進機Ａの前進開始
位置に於けるインジケータ７の画像から第４図及び第５
図に示すスポット原点o₁,指標原点o₂のデータを記憶す
るとともに、伝送されたＲ信号のスポット原点o₁に対す
る座標データをファジイ演算装置25に出力し、また伝送
されたＧ信号の指標原点o₂に対する座標データを比較装
置26に出力するものである。

従って、画像処理装置22に於いてＲ信号のスポット原
点o₁に対する座標値を演算することによって、レーザー
光10bと本体１との離隔距離及び離隔方向を測定するこ
とが可能となり、またＧ信号の指標原点o₂に対する座標
値を演算することによって本体１に対するLED9の偏位量
及び偏位方向、即ち、本体１に対するヘッド２の変位量
と変位方向を測定することが可能となる。

本実施例に於いて、画像処理制御装置24から画像処理
装置22に対し定時的に画像ホールド信号が伝送され、該
タイミングに於ける画像情報がホールドされる。前記画
像に於いて、レーザースポット10はスポット原点o₁を原
点とし、インジケータ上の水平方向をＸ、垂直方向をＹ
とするＸ−Ｙ直交座標系によって座標値を演算され、ま
たLED9は指標原点o₂を原点とし、同じくインジケータ上
の水平方向をＸ、垂直方向をＹとするＸ−Ｙ直交座標系
によって座標値を演算される。そしてレーザースポット
10のＸ座標のデータがファジイ演算装置25に出力される
と同時にLED9のＸ座標のデータが比較装置26に出力され
る。またレーザースポット10,LED9のＸ座標のデータが
出力されて所定時間経過した後、レーザースポット10の
Ｙ座標のデータがファジイ演算装置25に出力されると同
時にLED9のＹ座標のデータが比較装置26に出力される。

このように、レーザースポット10及びLED9にX,Y座標
のデータを順にファジイ演算装置25及び比較装置26に出
力することによって、該演算装置25に於いて水平方向の
離隔量（Ｘ）と垂直方向の離隔量（Ｙ）に応じた操作量
を順に演算し得るように構成している。

ファジイ演算装置25は、前件部演算部25a,前件部メン
バーシップ関数記憶部25b,後件部演算部25c,後件部メン
バーシップ関数記憶部25d等からなり、画像処理装置22
から伝送されたＲ信号の座標データを観測量として対応
するメンバーシップ関数から有効度を演算して後件部演
算部に出力し、後件部演算部では前件部に於けるメンバ
ーシップ関数と対応したメンバーシップ関数の割引き演
算と横軸上の重心位置を演算してこの重心位置に応じた
量を操作量として出力するものである。

前記ファジイ演算装置25に於ける演算方法については
後述する。

ファジイ演算装置25から出力された操作量の信号は比
較装置26に伝送される。この比較装置26は、レーザー光
10bと本体１との離隔量に応じた最適な操作量、及び現
在本体１に与えられている方向修正量（操作量）を比較
することによって、最適な操作量になるように操向手段
を制御するための制御量を演算して出力するものであ
る。

インターフェース27は比較装置26から出力される制御
量としての信号を操向手段の駆動装置６に於ける圧油の
流量制御ユニットに対するバルブの開閉量を制御するた
めの信号に変換するものであり、これにより、ジャッキ
3,4に対する圧油の供給量を制御してヘッド２を本体１
に対し比較装置26からの制御量に応じて変位させるもの
である。

ここで、ファジイ演算装置25に於ける操作量の推論演
算について、掘進機Ａを水平方向に操縦する場合につい
て具体的に説明する。

前件部メンバーシップ関数記憶部25bには第６図に示
すメンバーシップ関数が記憶されている。このメンバー
シップ関数はレーザー光10bに対する本体１の水平方向
のスポット原点o₁からの離隔量に関するものである。従
って、前件部メンバーシップ関数記憶部25bには垂直方
向の離隔量に対応したメンバーシップ関数も記憶されて
いる。

以下、水平方向の離隔量に対応した操作量の推論方法
について説明するが、垂直方向の離隔量に対する操作量
の推論も同様な方法で行なわれる。

第６図に示すメンバーシップ関数は、オペレータが受
像機21の画面によりスポット原点o₁とレーザースポット
10の実際のズレを観測したとき、このズレが大きい量と
して感ずるか、または中或いは小として感ずるかの度合
いを表すものである。

図に示すメンバーシップ関数及び後述する後件部に於
けるメンバーシップ関数は、多くのオペレーターのノウ
ハウを集積して設定されている。

例えばレーザースポット10がスポット原点o₁から左側
に7mm離隔しているとき、このズレに対し小さいズレで
あると感じるオペレーターと、中位のズレであると感じ
るオペレーターがあることを示している。そしてズレが
小であると感じる度合い、及び中であると感じる度合い
が夫々有効度となる。

画像処理装置22に於いてレーザースポット10のスポッ
ト原点o₁からの離隔量が測定され、この離隔量に応じた
データが前件部演算部25aに伝送されると、該演算部25a
では記憶された前件部のメンバーシップ関数に基づいて
有効度を演算する。この演算は、例えば離隔量が7mmで
あり、且つ離隔方向が左であったとすると、第６図の左
7mmに於けるメンバーシップ関数の値を演算して有効度
とするものであり、即ち、同図から左向小に対応する有効度α_１＝0.75 左向中に対応する有効度α_２＝0.25 を得るものである。そしてこの有効度α₁,α_２を後件部
演算部25cに出力する。

後件部メンバーシップ関数記憶部25dには第７図に示
すメンバーシップ関数が記憶されている。このメンバー
シップ関数は、熟練オペレーターがスポット原点o₁とレ
ーザースポット10のズレを観測したとき、このズレに応
じてヘッド２を変位させる量、即ち操作量を示すもので
あり、個々の三角形は第６図に示す前件部のメンバーシ
ップ関数と対応したものである。

また第７図に於ける操作方向は測定された離隔方向に
対し反対の方向となる。

同図に示すように、後件部に於けるメンバーシップ関
数を横軸上に並列した三角形で表したとき、これらの三
角形の横軸上の位置及び形状は一義的に設定される。

第８図（ａ）〜（ｄ）は後件部に於けるメンバーシッ
プ関数の右向き部分を構成する４つの三角形B₁〜B₄の横
軸上の重心位置（三角形B₁〜B₄の重心の横軸に対する投
影位置）G₁〜G₄と底辺長さW₁〜W₄の説明図である。

同図に示すように、各三角形B₁〜B₄の高さは全て等し
く、且つ個々の三角形の底辺長さW₁〜W₄は熟練オペレー
ターへの調査により一義的に設定される。従って、個々
の三角形に於ける横軸上の重心位置G₁〜G₄は、通常の代
数計算によって容易に求めることが可能である。

第９図はスポット原点o₁とレーザースポット10の離隔
量を7mmとしたとき、前件部演算部から出力された有効
度α₁,α_２によって、この有効度と対応するメンバーシ
ップ関数の三角形B₂,B₃を割引いたときの三角形B₂′,
B₃′の説明図である。

図に示すように、割引きされた三角形B₂′,B₃′は元
の三角形B₂,B₃に対し頂点が底辺W₂,W₃に対し垂直方向に
移動して接近したものである。このため、元の三角形
B₂,B₃と割引きされた三角形B₂′,B₃′に於ける底辺W₂,W
₃は共通であり、且つ各三角形B₂,B₂′及びB₃,B₃′に於
ける横軸上の重心位置G₂,G₃は変化しない。

従って、三角形B₂,B₃の横軸上の重心位置をG₂,G₃と
し、割引きされた三角形B₂′,B₃′の面積を重さとして
両者の積によって定義する回転モーメトを夫々の三角形
B₂′,B₃′について計算すると共に得られた回転モーメ
ントを合算し、合算された値を割引きされた三角形
B₂′,B₃′の面積の合算値で除算して横軸上の重心Y₀を
求めると、 Y₀＝｛（G₂・α_１・W₂＋G₃・α_２・W₃）/2｝／｛（α_１・W₂＋α_２・W₃）/2｝となる。

ここで、 M₂＝G₂・W₂,M₃＝G₃・W₃とすると、 Y₀＝｛（M₂・α_１＋M₃・α_２・W₃）/2｝／｛（α_１・W₂＋α_２・W₃）/2｝となり、得られたY₀の値が三角形B₂′,B₃′を合成した
横軸上の重心位置となる。従って、前記Y₀の値を操作量
として出力することが可能となる。

上記の如くして、操作量を演算するための一般式を得ることが出来る。

次に掘進機Ａの操縦方法について第５図（ａ）〜
（ｃ）により説明する。

同図（ａ）は前進開始位置に於ける掘進機Ａを示して
いる。このとき、ヘッド２は本体１に対し中立状態を維
持しており、従って、インジケータ７に対するLED9の位
置は掘進機Ａの軸心と一致している。インジケータ７は
テレビカメラ８によって常に撮像され、この画像は画像
処理装置22によって定時的に測定される。そして掘進機
Ａの前進開始位置に於けるLED9の位置が指標原点o₂とし
て、またこのときのレーザースポット10の位置がスポッ
ト原点o₁として夫々画像処理制御装置24に記憶される。

掘進機Ａの前進に伴い、同図（ｂ）に示すように該掘
進機Ａがレーザー光10bから離隔すると、インジケータ
７に於けるレーザースポット10はスポット原点o₁から離
隔する。そして画像処理装置22に於いてＸ−Ｙ座標系に
対応したＸ座標データ,Y座標データに変換されてファジ
イ演算装置25に出力される。画像処理装置22では同時に
LED9の指標原点o₂からの偏位量，方向が測定され、この
ときのLED9の偏位量がＸ−Ｙ座標系に対応したＸ座標デ
ータ,Y座標データに変換されて比較回路26に出力され
る。但し、同図（ｂ）ではヘッド２は本体１に対し中立
状態を維持しており、従って、LED9に対応するＸ座標デ
ータ,Y座標データは０として出力される。

画像処理装置22に於いて測定したレーザースポット10
とスポット原点o₁との離隔量が7mmであり、離隔方向が
左である場合、前件部演算部25aから左向小に対応する
有効度α_１＝0.75、左向中のメンバーシップ関数に対応
する有効度α_２＝0.25が出力される。

次に後件部のメンバーシップ関数の右向小，右向中に
対応する三角形B₂,B₃を夫々有効度α_１＝0.75とα_２＝
0.25を用いて割引きすることによって、第９図に示す三
角形B₂′,B₃′を得る。

また第８図（ｂ）から三角形B₂の底辺長さW₂＝30,横
軸上の重心位置G₂＝13.3,M₂＝G₂×W₂＝400であり、且つ
同図（ｃ）から三角形B₃の底辺長さW₃＝40,横軸上の重
心位置G₃＝25.0,M₃＝G₃×W₃＝1000である。

従って、M₂・α_１＋M₃・α_２＝400×0.75＋1000×0.25 の計算を行なって＝550 を得る。

また、W₂・α_１＋W₃・α_２＝30×0.75＋40×0.25 の計算を行なって＝32.5 を得る。

そして前記値から、水平方向の操作量として 550÷32.5＝16.923（分）なる値を得る。即ち、掘進器Ａの本体１と該本体１の前
方側に設けた操向手段となるヘッド２の各々の軸線をな
す角度が16.923分になるように油圧ジャッキ3,4を操作
するのが最適であると結論付けるのである。

この値はファジイ演算装置25から比較装置26に伝送さ
れ、この比較装置26に於いてLED9の偏位量の水平方向の
座標データと比較される。このとき、LED9の偏位量が０
であることから、前記操作量が制御量としてインターフ
ェース27を介して駆動装置６に伝達され、駆動装置６に
於ける圧油の流量制御ユニットを駆動してジャッキ3,4
を所定量操作し、ヘッド２を本体１に対して左方向に1
6.923分の角度となるように変位させる。

掘進機Ａが更に前進して第５図（ｃ）の位置に達した
とき、上記と同様にしてレーザースポット10のスポット
原点o₁からの離隔量，方向を測定すると共にLED9の指標
原点o₂からの偏位量，方向を測定し、レーザースポット
10のＸ座標データ,Y座標データをファジイ演算装置25に
出力し、操作量を演算して比較装置26に出力し、同時に
LED9のＸ座標データ,Y座標データを比較装置26に出力す
る。そして比較装置26に於いてこれらのデータを比較し
てその差を制御量としてインターフェース27を介して駆
動装置６に伝達する。

上記操作を定時的に行なうことによって、掘進機Ａを
レーザ光10に沿わせて操縦することが可能となる。

尚、掘進機Ａを操縦するには、インジケータ７に於け
るレーザースポット10のスポット原点o₁からの離隔量，
方向のみを測定し、この座標データをファジイ演算装置
25に入力して操作量を演算させても良く、この場合には
オープン制御方式の操縦方法となる。

＜発明の効果＞以上詳細に説明したように本発明に係る移動物体の操
縦装置によれば、移動物体が基準線からズレた場合であ
っても、蓄積したオペレーターの操縦ノウハウに基づい
て、該移動物体を基準線に沿わせるように前進方向を修
正して操縦することが出来る。このため、ベテランオペ
レーターを必要とすることなく、移動物体を容易に操縦
することが出来る等の特徴を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は掘進機の模式説明図、第２図は操縦装置のブロ
ック説明図、第３図は受像機から可視光及び発光部材の
データを取り出すためのブロック説明図、第４図はイン
ジケータの説明図、第５図（ａ）〜（ｃ）は掘進機の前
進に伴って該掘進機が基準線から偏位した場合の説明
図、第６図は掘進機を操縦する場合の前件部のメンバー
シップ関数の説明図、第７図は第６図に対応する後件部
のメンバーシップ関数の説明図、第８図（ａ）〜（ｄ）
は後件部に於ける三角形の重心位置の説明図、第９図は
後件部に於けるメンバーシップ関数の三角形を有効度で
割引きしたときの説明図である。Ａは掘進機、Ｂは管路、Ｃはカッターヘッド、Ｄは推進
装置、Ｅは制御盤、１は本体、２はヘッド、3,4はジャ
ッキ、５はロッド、６は駆動装置、７はインジケータ、
８はテレビカメラ、９はLED、10はレーザースポット、1
0bはレーザー光、21は受像機、22は画像処理装置、24は
画像処理制御装置、25はファジイ演算装置、25aは前件
部演算部、25bは前件部メンバーシップ関数記憶部、25c
は後件部演算部、25dは後件部メンバーシップ関数記憶
部、26は比較装置、27はインターフェースである。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】本体及び操向手段を有する移動物体と、前
記操向手段の本体に対する変位を初期値からの移動量で
表示する発光部材と、予め設定された基準線に沿って照
射された可視光と、前記本体の内部であって前記発光部
材の後方に配置され前記可視光を投影するためのインジ
ケータと、前記インジケータと対向して配置されたカラ
ー撮像手段と、前記カラー撮像手段によって撮像された
画像を受像するためのカラー受像手段と、前記カラー受
像手段と接続され発光部材及びインジケータ上に投影さ
れた可視光のスポット像の座標を演算するための画像処
理手段と、前記画像処理手段によって演算された可視光
のスポット像の初期値からのズレに応じて予め設定され
た前件部のメンバーシップ関数及び後件部のメンバーシ
ップ関数に基づいて前記操向手段を最適に操作する操作
量を演算するためのファジイ演算手段と、前記ファジイ
演算手段によって演算された操作量と前記画像処理手段
によって演算された発光部材の座標値とを比較して最適
操作量に一致するように操向手段を駆動するための制御
量を出力するための比較手段と、前記比較手段から出力
された制御量に応じて前記操向手段を駆動するための駆
動手段とを有することを特徴とした移動物体の操縦装
置。
【請求項２】前記発光部材と可視光とが異なる色彩を有
することを特徴とした請求項１記載の移動物体の操縦装
置。
【請求項３】前記ファジイ演算手段が、予めインジケー
タ上のスポット原点と可視光スポットとの離隔距離に対
応したメンバーシップ関数を記憶し入力された離隔距離
データに基づいて所定の演算処理を行って有効度を出力
するための前件部演算部と、予め操向手段を最適に操作
する操作量に対応したメンバーシップ関数を記憶し前件
部演算部から出力された有効度に基づいて操作量を出力
するための後件部演算部とからなり、前記後件部演算部
では操作量に対応するメンバーシップ関数が夫々三角形
で与えられ、前記三角形を入力された有効度に応じて割
引きし、割引きされた三角形に於ける面積と横軸上の重
心位置との積によって定義する回転モーメントを求める
と共に夫々の三角形に関する回転モーメントの値を合算
し、この回転モーメントの合算値を割引きされた夫々の
三角形の面積を合算した合算値で除算する演算を行って
操作量を出力するように構成したものであることを特徴
とした請求項１記載の移動物体の操縦装置。