JP2689250B2 - トンネル用掘進機の姿勢制御装置 - Google Patents
トンネル用掘進機の姿勢制御装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、トンネル用掘進機の姿勢を制御する装置に
関する。 〔従来の技術〕 トンネル用掘進機は地中を掘進するものであって、予
じめ定めた掘進計画線に沿って正しく掘進する必要があ
り、掘進機の位置、姿勢を検出し、それに基づいて方向
修正を迅速かつ適確に実施することが重要である。 そこで従来は、掘進機の位置（掘進計画線からのずれ
量）、姿勢角（ピッチング角、ヨーイング角）をそれぞ
れ検出し、それらに基づいて操作者が掘進機の姿勢を感
知して方向修正操作するようにしている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら従来は、位置、ピッチング角、ヨーイン
グ角をそれぞれ別個に表示しているので位置、ピッチン
グ角、ヨーイング角をそれぞれ独立した別個の情報とし
てしか得られず、操作者はこれら別個の情報から掘進機
の姿勢を感知することになり、正しく姿勢を感知するこ
とは非常に困難であるから、方向修正操作が面倒である
と共に、該操作し易く掘進機を掘進計画線に沿って正し
く掘進できないことがある。 そこで、本発明は上述の問題点を解決したトンネル用
掘進機の姿勢制御装置を提供することを目的とする。 〔問題点を解決するための手段及び作用〕 本発明は、掘進機11を本体１内にカッタヘッド２を上
部揺動ジャッキ３、側部揺動ジャッキ４で上下、左右に
揺動自在に取付けたものとし、 掘進計画線上の掘進機の位置及びピッチング角、ヨー
イング角を検出して検出信号を出力する方向検出部と、
各揺動ジャッキのジャッキストロークを検出して検出信
号を出力する揺動ジャッキストロークセンサと、前記方
向検出部と揺動ジャッキストロークセンサよりの検出信
号に基づいて掘進機の現在の位置、将来の位置、ピッチ
ング角、ヨーイング角、揺動量、揺動方向を演算する演
算処理部と、この演算処理部の演算結果に基づいて掘進
機の現在の位置、将来の位置、ピッチング角、ヨーイン
グ角、揺動量、揺動方向を表示する表示部と、各揺動ジ
ャキの操作部を設け、 前記表示部を、掘進計画線を原点とした座標軸を掘進
機の上下方向及び左右方向にとった２次元座標系を表示
し、この２次元座標系に掘進機の現在の位置及び将来の
位置、ピッチング角、ヨーイング角をそれぞれ図示表示
し、さらに揺動方向、揺動量に見合う揺動ベルトを２次
元座標系の原点より表示するものとし、 前記操作部を、掘進機の方向修正の向きと操作方向が
同一である操作レバを有するものとしたことを特徴とす
るトンネル用掘進機の姿勢制御装置である。 本発明によれば、表示部の２次元座標系は、掘進計画
線の原点とし座標軸を掘進機の上下方向及び左右方向に
とったものであるし、この２次元座標系に掘進機の現在
の位置、将来の位置、ピッチング角、ヨーイング角がそ
れぞれ図示表示されると共に、揺動ベクトルを図示表示
するから、操作者がその表示部を見ることで掘進機の掘
進計画線に対する状態を容易かつ適確に把握できるし、
掘進機を掘進計画線上に一致させるために掘進機の方向
修正の向きを直ちに知ることができる。 しかも、操作部は掘進機の方向修正の向きと操作方向
が同一である操作レバーを有するものであるから、前述
の表示部を見ながら操作レバーを掘進機の方向修正の向
きに操作することで掘進機の方向修正を早期、かつ適確
に行える。 〔実 施 例〕 以下本発明のトンネル用掘進機の方向制御装置の一実
施例を第１図〜第９図を参照して説明する。 第２図は全体説明図であり、発進立杭10より掘進機11
を小径管12を介してジャッキ13で順次地中に埋設するよ
うにして小径管埋設機械を構成していると共に、掘進機
11は第３図に示すように本体１内にカッタヘッド２を上
部揺動ジャッキ３、側部揺動ジャッキ４で上下、左右に
揺動自在に取付けたもので、その上部、側部揺動ジャッ
キ3,4をストロークしてカッタヘッド２を上下、左右に
揺動することで掘進方向を変更するようになり、その上
部、側部揺動ジャッキ3,4のストロークから揺動量と揺
動方向を判断できるようにしてある。つまり上部揺動ジ
ャッキ３を伸長すれば上方に揺動し、縮少すれば下法に
揺動すると共に、側部揺動シリンダ４を伸長すれば右方
に揺動し、縮少すれば左方に揺動すると共に、揺動ベク
トルは揺動量と等しい大きさを持ち、揺動方向を向きと
してもつ。 例えば、第４図に示すように上部揺動ジャッキ３をS1
だけ伸長すると共に、側部揺動ジャッキ４をS2だけ縮少
すると左斜め上に揺動して（ａ）で示す揺動ベクトルと
なる。 そして掘進機11内にはレーザ受光器14とローリングセ
ンサ15と上部揺動ジャッキストロークセンサ５、側部揺
動ジャッキストロークセンサ６とが設けられ、第２図に
示すように発進立杭10にはレーザ受光器14とによって方
向検出部となるレーザ投光器16が設けてあると共に、地
上に操作盤17が設けられ、該操作盤17は演算処理部18と
表示部、例えばCRT、LCD、ELパネル等の画像表示部19と
操作部20とを備えている。 前記レーザ受光器14は第３図、第５図に示すように、
ハウジング21内に第１、第２レーザ受光部22,23を並設
したものであり、第１、第２レーザ受光部22,23はレー
ザ光の入射位置に応じた電気信号を出力してレーザ光の
入射位置をｘ、ｙ座標で表わす位置検出信号（x1,y1）
及び（x2,y2）として出力するようにしてある。前記操
作部20は第２図、第６図に示すように基部20aに操作レ
バー20bを上下（前後）、左右に揺動自在に取付け、上
方に揺動すると上部揺動ジャッキ３が伸長し、下方に揺
動すると縮少し、右に揺動すると側部揺動ジャッキ４が
伸長し、左に揺動すると縮少するように図示しない揺動
切換弁を切換えるようになり、操作方向と掘進機の揺動
方向が一致する。すなわち、例えば操作レバーを上に操
作すると、上部揺動ジャッキを伸長させる揺動切換弁が
選択され、操作レバーを上に操作している時間だけ上部
揺動ジャッキが伸長する。そして操作レバーを中立に戻
すと揺動切換弁はすべてOFFとなって揺動ジャッキはそ
のままの状態で停止する。このように操作レバーの操作
方向で揺動方向が決まり、操作レバーをその方向に操作
する時間で揺動量が決まる。 また、操作レバーを右下に操作すると、今度は上部揺
動ジャッキを縮少（下）させ、かつ、側部揺動ジャッキ
を伸長（右）させるように揺動切換弁が動作し、上下左
右の各々の向きに加え、右上、右下、左上、左下の向き
にも方向修正でき、これだけの機能があれば、操作レバ
ーを何回か操作することによって希望する揺動方向、揺
動量を設定することができ、しかも揺動ジャッキの動作
方向（伸長か、縮少か、停止か）を制御するには、一般
には方向制御弁を使用するので、揺動ジャッキの動作量
（揺動量）は、どのくらいの時間、揺動ジャッキの動作
方向を一定に保持しておくかで決まる。つまり、操作レ
バーをある向きに操作する時間で揺動量が決まってしま
う。また、一般に、トンネル用掘進機における方向生後
は方向修正している間は掘進機は掘進させない。このた
め方向修正に多少時間がかかっても何ら問題がない。 そして、第１図に示すように位置検出信号（x1,
y1）、（x2,y2）とローリング角検出信号θｒとジャッ
キストローク信号S1,S2は計測データ１次処理部24で信
号変換された後に計測データ出力部25、計測データ受信
部26を経て演算処理部18に入力される。 演算処理部18は下記の演算処理動作を行なう。 以下その演算処理動作を順次説明する。 第１、第２レーザ受光部22,23よりの位置検出信号（x
1,y1）、（x2,y2）に基づいて従来の公知の方法で掘進
機の現在の位置（xp、yp）及びピッチング角θｙ、ヨー
イング角θｘを演算する。 演算された現在の位置（xp、yp）、ピッチング角θ
ｙ、ヨーイング角θｘに基づいて、現在の姿勢のままで
現在の位置（xp、yp）よりｌだけ掘進機が掘進した時に
到達する将来の位置（xf,yf）を第７図に基づいて下記
式より演算する。 xf＝xp＋l tanθｘ ………（１） yf＝yp＋l tanθｙ ………（２） 第７図においてPLは掘進計画線である。 すなわち、現在の位置とピッチング角とヨーイング角
とが判れば、そのままの姿勢でｌだけ前進した時の位置
が判断できる。 上部、側部揺動ジャッキストロークセンサ4,5よりの
ジャッキストローク信号S1,S2から揺動量（大きさ）と
揺動方向（向き）、つまり揺動ベクトルを前述の第４図
の説明と同様にして演算する。 このようにして演算された掘進機の現在の位置（xp、
yp）、将来の位置（xf、yf）、ピッチング角θｘ、ヨー
イング角θｙ、揺動ベクトルはローリング角検出信号θ
ｒに基づいてローリング角θＲを演算することで、ロー
リングしていない時には第１図のようにモニタ処理部27
に出力され、ローリングしている場合にはローリング補
正する必要があるので演算処理部18に予じめ組み込まれ
たローリング補正機能によりローリング補正する。な
お、スイッチ、キーボードスイッチなどの外部入力手段
28でローリング補正機能を選択できるようにしても良
い。 なお、揺動ベクトルとなる揺動量と揺動方向について
は、これを大きさが揺動量に等しく向きが揺動方向に等
しい２次元ベクトルと考えれば、ローリング角θＲさえ
判れば計測基準線Ｘ−Ｙ（水平及び鉛直方向を軸とする
座標系）に対する関係が求まるのでローリング補正する
必要がない。 ローリング補正する場合には第８図のようにレーザ受
光器14が掘進機11の中心軸11′上にかつ中心軸と平行に
取り付けてあるオフセットなしの時と、第９図にように
レーザ受光器14が掘進機11の中心軸11′に対して平行に
かつ距離Ｌだけ離れて取り付けてあるオフセットありの
時で異なる。 第８図に示すようにオフセットなしの場合のローリン
グ補正について説明する。 レーザ受光器は掘進機に固定されているので掘進機と
共にローリングする。したがってレーザ受光器から出力
される電気信号をもとにして計算した、掘進機の位置、
ピッチング角、ヨーイング角は常にＸ−Ｙ座標系（揺動
基準系）で測った位置、ピッチング角、ヨーイング角と
なる。一方計画線にに対する、掘進線形の出来具合を知
りたい場合は、計測基準系Ｘ−Ｙ座標系で測った位置、
ピッチング角、ヨーイング角が施工上必要となるので、
掘進機がローリングしているときは上述のＸ−Ｙ座標系
で測った位置、ピッチング角、ヨーイング角の計測値を
Ｘ−Ｙ座標系で測った場合のデータに換算する（ローリ
ング補正する）必要がある。 第８図（ａ）のように、ローリングしていなければレ
ーザ光の入射位置ＡはＸ、Ｙ座標でそのまま検出できる
が、第８図（ｂ）のようにローリングしている時にはロ
ーリング角θＲにより第８図（ｃ）のようにレーザ光の
入射位置Ａ（X,Y）がＸ、Ｙ座標に対してずれることに
なるから、Ａ（X,Y）座標をローリング角θＲでＡ（X,
Y）に補正する。 すなわち、Ｘ−Ｙ座標で測った場合の位置、ピッチン
グ角、ヨーイング角のデータは小文字のX,Yかまはた、
小文字のX,Yの添字を付け、またＸ−Ｙ座標で測った場
合は大文字のX,Yかまたは大文字X,Yの添字を付けて区別
して説明すると、第８図（ｃ）でＸ、Ｙ軸は水平方向及
び鉛直方向に各々平行で掘進計画線を原点とする座標系
であり、ｘ−ｙ軸は掘進機の揺動方向に各々平行で掘進
計画線を原点とする揺動基準座標系であって掘進機とと
もにローリングする。 したがって、次式によってローリング補正できる。 Xi＝xicosθＲ＋yisinθＲ（ｉ＝ｐまたはｆ） ……
（３） Yi＝xisinθＲ＋yicosθＲ（ｉ＝ｐまたはｆ） ……
（４） すなわち、ローリング角θＲに基づいて第１、第２受
光部22,23の出力信号（x1,y1）、（x2,y2）を補正して
前述の（１）、（２）式を行なえば良いことになり、そ
のローリング補正した値がモニタ処理部27に出力する。 第９図のようにオフセットしている場合のローリング
補正について説明する。 第９図（ａ）、（ｂ）に示すようにローリングしてい
ない時とローリングしている時ではレーザ光の入射位置
ＡのＸ、Ｙ座標がオフセットしていない時と同様に異な
るが、Ｌだけオフセットしている分だけローリング補正
が複雑となる。 第９図（ｃ）において、Ｘ′−Ｙ′軸は水平方向及び
鉛直方向に各々平行で掘進計画線を原点とする座標系、
Ｘ−Ｙ軸は水平方向及び鉛直方向に各平行で掘進計画線
に対して距離Ｌだけはなれた平行線を原点とする座標
系、ｘ′−ｙ′軸はＸ′−Ｙ′軸をＯのまわりにθＲだ
けローリングさせた座標系、ｘ−ｙ軸はＸ−Ｙ軸をＯの
まわりにθＲだけローリングさせた座標系で掘進機の揺
動方向と各々平行となっている。 したがって、次式でローリング補正することができ
る。 ｉ＝ｆまたはｐ 〔Xi＝Xi′、xi＝xi′、 Yi＝Yi′＋Ｌ、yi＝yi′＋Ｌ ……（９） このようにしてローリング補正した値はモニタ処理部
27に出力される。 前述のようにして演算された現在の位置（xp、yp）ま
たは（Xp,Yp）、将来の位置（xf、yf）または（Xf,Y
f）、ピッチング角θｘまたはθＸ、ヨーク角θｙまた
はθＹ、ローリング角θＲ、揺動方向、揺動量は電気信
号としてモニタ処理部27に送られて後述する画像処理が
行なわれ、モニタ出力部29より画像表示装置19に出力さ
れる。 画像表示装置19では入力された電気信号に基づいて画
面上に、現在の位置、将来の位置、及び例えば現在の位
置と将来の位置を結ぶ線分そして大きさが揺動量に等し
く向きが揺動方向に等しい揺動ベクトル（線分）や座標
軸が表示される。 第10図（ａ）に示すようにローリング補正なしの場合
には、画像表示装置19の画面19a上に、例えば許容され
る施工精度（計画線からのずれ量）の範囲又はレーザ受
光器の検出可能範囲をとして表示すると共に、掘進機
の現在の位置をとして表示し、将来の位置をとして
表示し、揺動方向、揺動量を表わす揺動ベクトルをと
して表示し、ピッチング角、ヨーイング角をとして表
示し、掘進計画線PLを原点とし揺動方向（上下、左右方
向）にそれぞれ平行な座標系をとして表示する。 このようにすれば、操作者は画面19aを見ることでｘ
−ｙ軸に対しての現在の位置、将来の位置、ピッチング
角、ヨーイング角、揺動ベクトルを感知できるから、操
作部20の操作レバ20bを現在の位置、及び将来の位置を
掘進計画線PLに戻すように操作して方向修正を容易に実
施できる。ローリング補正ある場合には第10図（ｂ）
に示すように、画面19a上に掘進機の断面の同心円で掘
進機をローリング角度θＲだけ回転変位した状態でに
示すように表示し、その中心位置をで示し、将来の位
置をで示すと共に、ピッチング角、ヨーイング角を
で示し、その座標系をで示すと共に、揺動ベクトルを
で表示すると共に、掘進計画線を原点とし水平方向お
よび鉛直方向に平行な座標系をとして示す。 また、第11図に示すように操作盤17にプリンター30を
設け、第13図に示すように演算処理部18で演算した各値
をプリント処理部31よりプリント出力部32からプリンタ
ー30に出力してプリントアウトするようにしても良い。 例えば第13図（ａ）に示すように、一枚のプリント用
紙33に掘進距離、垂直方向及び水平方向の位置、傾き、
揺動量を数字データとして印字すると共に、現在の位置
と将来の位置を矢印で印字すると共に、揺動量と揺動
方向を矢印で印字するか、第13図（ｂ）に示すように
一枚のプリント用紙33に掘進距離と、現在の位置、将来
の位置、揺動量、揺動方向と、これらの変化を一つのグ
ラフとして印字しても良い。 このようにすれば、掘進機の現在位置に加えて将来位
置がプリントアウトされるので掘進機の姿勢（位置と傾
き）を表現でき、さらに現在位置と将来位置との間を線
分で結ぶことによって、掘進機の姿勢を容易に把握でき
ると共に、掘進機の揺動量と揺動方向がプリントアウト
されるので、掘進機の姿勢情報と対比することによって
方向修正の効き具合を把握することができ、しかも掘進
機の現在位置と姿勢角（将来位置）と揺動方向と揺動量
と、これらの掘進距離に応じた変化を一つのグラフにま
とめ表示するので掘進機の方向検出及び方向制御を含め
た掘進機のトータルな掘進状態を容易に把握できるの
で、操作者は容易に迅速かつ適確な判断をすることが可
能で操作者の負担を軽減できる。 また、第14図（ａ）に示すように、ローリングなしの
場合にレーザー光の入射位置Ａが掘進機11及びレーザー
受光器14の中心Ｂより左にl1だけずれている時には、第
14図（ｂ）に示すように画像表示装置19の表示部19aに
レーザ光を中心とする座標を表示すると共に、この座標
上に第１、第２受光部22,23のレーザー光入射位置をO,X
で表示し、第15図（ａ）に示すようにローリングしてい
る場合には前述のローリング補正式（３），（４）で補
正して第１、第２受光部22,23のレーザー光入射位置を
O,Xで表示すると共に、ローリング角度だけ揺動した揺
動座標をＣで表示するようにしても良い。 このようにすれば、第２受光部23の表示位置Ｘを第１
受光部22の表示位置Ｏに合せる方向及び揺動座標Ｃの揺
動と反対方向に操作レバー20bを操作することで方向修
正できる。 〔発明の効果〕 表示部の２次元座標系は、掘進計画線を原点とし座標
軸を掘進機の上下方向及び左右方向にとったものである
し、この２次元座標系に掘進機の現在の位置、将来の位
置、ピッチング角、ヨーイング角がそれぞれ図示表示さ
れると共に、揺動ベクトルを図示表示するから、操作者
がその表示部を見ることで掘進機の掘進計画線に対する
状態を容易かつ適確に把握できるし、掘進機を掘進計画
線上に一致させるために掘進機の方向修正の向きを直ち
に知ることができる。 しかも、操作部は掘進機の方向修正の向きと操作方向
が同一である操作レバーを有するものであるから、前述
の表示部を見ながら操作レバーを掘進機の方向修正の向
きに操作することで掘進機の方向修正を早期、かつ適確
に行える。 したがって、掘進機を掘進計画線に沿って精度良く掘
進できると共に、操作者の負担を軽減できる。
関する。 〔従来の技術〕 トンネル用掘進機は地中を掘進するものであって、予
じめ定めた掘進計画線に沿って正しく掘進する必要があ
り、掘進機の位置、姿勢を検出し、それに基づいて方向
修正を迅速かつ適確に実施することが重要である。 そこで従来は、掘進機の位置（掘進計画線からのずれ
量）、姿勢角（ピッチング角、ヨーイング角）をそれぞ
れ検出し、それらに基づいて操作者が掘進機の姿勢を感
知して方向修正操作するようにしている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら従来は、位置、ピッチング角、ヨーイン
グ角をそれぞれ別個に表示しているので位置、ピッチン
グ角、ヨーイング角をそれぞれ独立した別個の情報とし
てしか得られず、操作者はこれら別個の情報から掘進機
の姿勢を感知することになり、正しく姿勢を感知するこ
とは非常に困難であるから、方向修正操作が面倒である
と共に、該操作し易く掘進機を掘進計画線に沿って正し
く掘進できないことがある。 そこで、本発明は上述の問題点を解決したトンネル用
掘進機の姿勢制御装置を提供することを目的とする。 〔問題点を解決するための手段及び作用〕 本発明は、掘進機11を本体１内にカッタヘッド２を上
部揺動ジャッキ３、側部揺動ジャッキ４で上下、左右に
揺動自在に取付けたものとし、 掘進計画線上の掘進機の位置及びピッチング角、ヨー
イング角を検出して検出信号を出力する方向検出部と、
各揺動ジャッキのジャッキストロークを検出して検出信
号を出力する揺動ジャッキストロークセンサと、前記方
向検出部と揺動ジャッキストロークセンサよりの検出信
号に基づいて掘進機の現在の位置、将来の位置、ピッチ
ング角、ヨーイング角、揺動量、揺動方向を演算する演
算処理部と、この演算処理部の演算結果に基づいて掘進
機の現在の位置、将来の位置、ピッチング角、ヨーイン
グ角、揺動量、揺動方向を表示する表示部と、各揺動ジ
ャキの操作部を設け、 前記表示部を、掘進計画線を原点とした座標軸を掘進
機の上下方向及び左右方向にとった２次元座標系を表示
し、この２次元座標系に掘進機の現在の位置及び将来の
位置、ピッチング角、ヨーイング角をそれぞれ図示表示
し、さらに揺動方向、揺動量に見合う揺動ベルトを２次
元座標系の原点より表示するものとし、 前記操作部を、掘進機の方向修正の向きと操作方向が
同一である操作レバを有するものとしたことを特徴とす
るトンネル用掘進機の姿勢制御装置である。 本発明によれば、表示部の２次元座標系は、掘進計画
線の原点とし座標軸を掘進機の上下方向及び左右方向に
とったものであるし、この２次元座標系に掘進機の現在
の位置、将来の位置、ピッチング角、ヨーイング角がそ
れぞれ図示表示されると共に、揺動ベクトルを図示表示
するから、操作者がその表示部を見ることで掘進機の掘
進計画線に対する状態を容易かつ適確に把握できるし、
掘進機を掘進計画線上に一致させるために掘進機の方向
修正の向きを直ちに知ることができる。 しかも、操作部は掘進機の方向修正の向きと操作方向
が同一である操作レバーを有するものであるから、前述
の表示部を見ながら操作レバーを掘進機の方向修正の向
きに操作することで掘進機の方向修正を早期、かつ適確
に行える。 〔実 施 例〕 以下本発明のトンネル用掘進機の方向制御装置の一実
施例を第１図〜第９図を参照して説明する。 第２図は全体説明図であり、発進立杭10より掘進機11
を小径管12を介してジャッキ13で順次地中に埋設するよ
うにして小径管埋設機械を構成していると共に、掘進機
11は第３図に示すように本体１内にカッタヘッド２を上
部揺動ジャッキ３、側部揺動ジャッキ４で上下、左右に
揺動自在に取付けたもので、その上部、側部揺動ジャッ
キ3,4をストロークしてカッタヘッド２を上下、左右に
揺動することで掘進方向を変更するようになり、その上
部、側部揺動ジャッキ3,4のストロークから揺動量と揺
動方向を判断できるようにしてある。つまり上部揺動ジ
ャッキ３を伸長すれば上方に揺動し、縮少すれば下法に
揺動すると共に、側部揺動シリンダ４を伸長すれば右方
に揺動し、縮少すれば左方に揺動すると共に、揺動ベク
トルは揺動量と等しい大きさを持ち、揺動方向を向きと
してもつ。 例えば、第４図に示すように上部揺動ジャッキ３をS1
だけ伸長すると共に、側部揺動ジャッキ４をS2だけ縮少
すると左斜め上に揺動して（ａ）で示す揺動ベクトルと
なる。 そして掘進機11内にはレーザ受光器14とローリングセ
ンサ15と上部揺動ジャッキストロークセンサ５、側部揺
動ジャッキストロークセンサ６とが設けられ、第２図に
示すように発進立杭10にはレーザ受光器14とによって方
向検出部となるレーザ投光器16が設けてあると共に、地
上に操作盤17が設けられ、該操作盤17は演算処理部18と
表示部、例えばCRT、LCD、ELパネル等の画像表示部19と
操作部20とを備えている。 前記レーザ受光器14は第３図、第５図に示すように、
ハウジング21内に第１、第２レーザ受光部22,23を並設
したものであり、第１、第２レーザ受光部22,23はレー
ザ光の入射位置に応じた電気信号を出力してレーザ光の
入射位置をｘ、ｙ座標で表わす位置検出信号（x1,y1）
及び（x2,y2）として出力するようにしてある。前記操
作部20は第２図、第６図に示すように基部20aに操作レ
バー20bを上下（前後）、左右に揺動自在に取付け、上
方に揺動すると上部揺動ジャッキ３が伸長し、下方に揺
動すると縮少し、右に揺動すると側部揺動ジャッキ４が
伸長し、左に揺動すると縮少するように図示しない揺動
切換弁を切換えるようになり、操作方向と掘進機の揺動
方向が一致する。すなわち、例えば操作レバーを上に操
作すると、上部揺動ジャッキを伸長させる揺動切換弁が
選択され、操作レバーを上に操作している時間だけ上部
揺動ジャッキが伸長する。そして操作レバーを中立に戻
すと揺動切換弁はすべてOFFとなって揺動ジャッキはそ
のままの状態で停止する。このように操作レバーの操作
方向で揺動方向が決まり、操作レバーをその方向に操作
する時間で揺動量が決まる。 また、操作レバーを右下に操作すると、今度は上部揺
動ジャッキを縮少（下）させ、かつ、側部揺動ジャッキ
を伸長（右）させるように揺動切換弁が動作し、上下左
右の各々の向きに加え、右上、右下、左上、左下の向き
にも方向修正でき、これだけの機能があれば、操作レバ
ーを何回か操作することによって希望する揺動方向、揺
動量を設定することができ、しかも揺動ジャッキの動作
方向（伸長か、縮少か、停止か）を制御するには、一般
には方向制御弁を使用するので、揺動ジャッキの動作量
（揺動量）は、どのくらいの時間、揺動ジャッキの動作
方向を一定に保持しておくかで決まる。つまり、操作レ
バーをある向きに操作する時間で揺動量が決まってしま
う。また、一般に、トンネル用掘進機における方向生後
は方向修正している間は掘進機は掘進させない。このた
め方向修正に多少時間がかかっても何ら問題がない。 そして、第１図に示すように位置検出信号（x1,
y1）、（x2,y2）とローリング角検出信号θｒとジャッ
キストローク信号S1,S2は計測データ１次処理部24で信
号変換された後に計測データ出力部25、計測データ受信
部26を経て演算処理部18に入力される。 演算処理部18は下記の演算処理動作を行なう。 以下その演算処理動作を順次説明する。 第１、第２レーザ受光部22,23よりの位置検出信号（x
1,y1）、（x2,y2）に基づいて従来の公知の方法で掘進
機の現在の位置（xp、yp）及びピッチング角θｙ、ヨー
イング角θｘを演算する。 演算された現在の位置（xp、yp）、ピッチング角θ
ｙ、ヨーイング角θｘに基づいて、現在の姿勢のままで
現在の位置（xp、yp）よりｌだけ掘進機が掘進した時に
到達する将来の位置（xf,yf）を第７図に基づいて下記
式より演算する。 xf＝xp＋l tanθｘ ………（１） yf＝yp＋l tanθｙ ………（２） 第７図においてPLは掘進計画線である。 すなわち、現在の位置とピッチング角とヨーイング角
とが判れば、そのままの姿勢でｌだけ前進した時の位置
が判断できる。 上部、側部揺動ジャッキストロークセンサ4,5よりの
ジャッキストローク信号S1,S2から揺動量（大きさ）と
揺動方向（向き）、つまり揺動ベクトルを前述の第４図
の説明と同様にして演算する。 このようにして演算された掘進機の現在の位置（xp、
yp）、将来の位置（xf、yf）、ピッチング角θｘ、ヨー
イング角θｙ、揺動ベクトルはローリング角検出信号θ
ｒに基づいてローリング角θＲを演算することで、ロー
リングしていない時には第１図のようにモニタ処理部27
に出力され、ローリングしている場合にはローリング補
正する必要があるので演算処理部18に予じめ組み込まれ
たローリング補正機能によりローリング補正する。な
お、スイッチ、キーボードスイッチなどの外部入力手段
28でローリング補正機能を選択できるようにしても良
い。 なお、揺動ベクトルとなる揺動量と揺動方向について
は、これを大きさが揺動量に等しく向きが揺動方向に等
しい２次元ベクトルと考えれば、ローリング角θＲさえ
判れば計測基準線Ｘ−Ｙ（水平及び鉛直方向を軸とする
座標系）に対する関係が求まるのでローリング補正する
必要がない。 ローリング補正する場合には第８図のようにレーザ受
光器14が掘進機11の中心軸11′上にかつ中心軸と平行に
取り付けてあるオフセットなしの時と、第９図にように
レーザ受光器14が掘進機11の中心軸11′に対して平行に
かつ距離Ｌだけ離れて取り付けてあるオフセットありの
時で異なる。 第８図に示すようにオフセットなしの場合のローリン
グ補正について説明する。 レーザ受光器は掘進機に固定されているので掘進機と
共にローリングする。したがってレーザ受光器から出力
される電気信号をもとにして計算した、掘進機の位置、
ピッチング角、ヨーイング角は常にＸ−Ｙ座標系（揺動
基準系）で測った位置、ピッチング角、ヨーイング角と
なる。一方計画線にに対する、掘進線形の出来具合を知
りたい場合は、計測基準系Ｘ−Ｙ座標系で測った位置、
ピッチング角、ヨーイング角が施工上必要となるので、
掘進機がローリングしているときは上述のＸ−Ｙ座標系
で測った位置、ピッチング角、ヨーイング角の計測値を
Ｘ−Ｙ座標系で測った場合のデータに換算する（ローリ
ング補正する）必要がある。 第８図（ａ）のように、ローリングしていなければレ
ーザ光の入射位置ＡはＸ、Ｙ座標でそのまま検出できる
が、第８図（ｂ）のようにローリングしている時にはロ
ーリング角θＲにより第８図（ｃ）のようにレーザ光の
入射位置Ａ（X,Y）がＸ、Ｙ座標に対してずれることに
なるから、Ａ（X,Y）座標をローリング角θＲでＡ（X,
Y）に補正する。 すなわち、Ｘ−Ｙ座標で測った場合の位置、ピッチン
グ角、ヨーイング角のデータは小文字のX,Yかまはた、
小文字のX,Yの添字を付け、またＸ−Ｙ座標で測った場
合は大文字のX,Yかまたは大文字X,Yの添字を付けて区別
して説明すると、第８図（ｃ）でＸ、Ｙ軸は水平方向及
び鉛直方向に各々平行で掘進計画線を原点とする座標系
であり、ｘ−ｙ軸は掘進機の揺動方向に各々平行で掘進
計画線を原点とする揺動基準座標系であって掘進機とと
もにローリングする。 したがって、次式によってローリング補正できる。 Xi＝xicosθＲ＋yisinθＲ（ｉ＝ｐまたはｆ） ……
（３） Yi＝xisinθＲ＋yicosθＲ（ｉ＝ｐまたはｆ） ……
（４） すなわち、ローリング角θＲに基づいて第１、第２受
光部22,23の出力信号（x1,y1）、（x2,y2）を補正して
前述の（１）、（２）式を行なえば良いことになり、そ
のローリング補正した値がモニタ処理部27に出力する。 第９図のようにオフセットしている場合のローリング
補正について説明する。 第９図（ａ）、（ｂ）に示すようにローリングしてい
ない時とローリングしている時ではレーザ光の入射位置
ＡのＸ、Ｙ座標がオフセットしていない時と同様に異な
るが、Ｌだけオフセットしている分だけローリング補正
が複雑となる。 第９図（ｃ）において、Ｘ′−Ｙ′軸は水平方向及び
鉛直方向に各々平行で掘進計画線を原点とする座標系、
Ｘ−Ｙ軸は水平方向及び鉛直方向に各平行で掘進計画線
に対して距離Ｌだけはなれた平行線を原点とする座標
系、ｘ′−ｙ′軸はＸ′−Ｙ′軸をＯのまわりにθＲだ
けローリングさせた座標系、ｘ−ｙ軸はＸ−Ｙ軸をＯの
まわりにθＲだけローリングさせた座標系で掘進機の揺
動方向と各々平行となっている。 したがって、次式でローリング補正することができ
る。 ｉ＝ｆまたはｐ 〔Xi＝Xi′、xi＝xi′、 Yi＝Yi′＋Ｌ、yi＝yi′＋Ｌ ……（９） このようにしてローリング補正した値はモニタ処理部
27に出力される。 前述のようにして演算された現在の位置（xp、yp）ま
たは（Xp,Yp）、将来の位置（xf、yf）または（Xf,Y
f）、ピッチング角θｘまたはθＸ、ヨーク角θｙまた
はθＹ、ローリング角θＲ、揺動方向、揺動量は電気信
号としてモニタ処理部27に送られて後述する画像処理が
行なわれ、モニタ出力部29より画像表示装置19に出力さ
れる。 画像表示装置19では入力された電気信号に基づいて画
面上に、現在の位置、将来の位置、及び例えば現在の位
置と将来の位置を結ぶ線分そして大きさが揺動量に等し
く向きが揺動方向に等しい揺動ベクトル（線分）や座標
軸が表示される。 第10図（ａ）に示すようにローリング補正なしの場合
には、画像表示装置19の画面19a上に、例えば許容され
る施工精度（計画線からのずれ量）の範囲又はレーザ受
光器の検出可能範囲をとして表示すると共に、掘進機
の現在の位置をとして表示し、将来の位置をとして
表示し、揺動方向、揺動量を表わす揺動ベクトルをと
して表示し、ピッチング角、ヨーイング角をとして表
示し、掘進計画線PLを原点とし揺動方向（上下、左右方
向）にそれぞれ平行な座標系をとして表示する。 このようにすれば、操作者は画面19aを見ることでｘ
−ｙ軸に対しての現在の位置、将来の位置、ピッチング
角、ヨーイング角、揺動ベクトルを感知できるから、操
作部20の操作レバ20bを現在の位置、及び将来の位置を
掘進計画線PLに戻すように操作して方向修正を容易に実
施できる。ローリング補正ある場合には第10図（ｂ）
に示すように、画面19a上に掘進機の断面の同心円で掘
進機をローリング角度θＲだけ回転変位した状態でに
示すように表示し、その中心位置をで示し、将来の位
置をで示すと共に、ピッチング角、ヨーイング角を
で示し、その座標系をで示すと共に、揺動ベクトルを
で表示すると共に、掘進計画線を原点とし水平方向お
よび鉛直方向に平行な座標系をとして示す。 また、第11図に示すように操作盤17にプリンター30を
設け、第13図に示すように演算処理部18で演算した各値
をプリント処理部31よりプリント出力部32からプリンタ
ー30に出力してプリントアウトするようにしても良い。 例えば第13図（ａ）に示すように、一枚のプリント用
紙33に掘進距離、垂直方向及び水平方向の位置、傾き、
揺動量を数字データとして印字すると共に、現在の位置
と将来の位置を矢印で印字すると共に、揺動量と揺動
方向を矢印で印字するか、第13図（ｂ）に示すように
一枚のプリント用紙33に掘進距離と、現在の位置、将来
の位置、揺動量、揺動方向と、これらの変化を一つのグ
ラフとして印字しても良い。 このようにすれば、掘進機の現在位置に加えて将来位
置がプリントアウトされるので掘進機の姿勢（位置と傾
き）を表現でき、さらに現在位置と将来位置との間を線
分で結ぶことによって、掘進機の姿勢を容易に把握でき
ると共に、掘進機の揺動量と揺動方向がプリントアウト
されるので、掘進機の姿勢情報と対比することによって
方向修正の効き具合を把握することができ、しかも掘進
機の現在位置と姿勢角（将来位置）と揺動方向と揺動量
と、これらの掘進距離に応じた変化を一つのグラフにま
とめ表示するので掘進機の方向検出及び方向制御を含め
た掘進機のトータルな掘進状態を容易に把握できるの
で、操作者は容易に迅速かつ適確な判断をすることが可
能で操作者の負担を軽減できる。 また、第14図（ａ）に示すように、ローリングなしの
場合にレーザー光の入射位置Ａが掘進機11及びレーザー
受光器14の中心Ｂより左にl1だけずれている時には、第
14図（ｂ）に示すように画像表示装置19の表示部19aに
レーザ光を中心とする座標を表示すると共に、この座標
上に第１、第２受光部22,23のレーザー光入射位置をO,X
で表示し、第15図（ａ）に示すようにローリングしてい
る場合には前述のローリング補正式（３），（４）で補
正して第１、第２受光部22,23のレーザー光入射位置を
O,Xで表示すると共に、ローリング角度だけ揺動した揺
動座標をＣで表示するようにしても良い。 このようにすれば、第２受光部23の表示位置Ｘを第１
受光部22の表示位置Ｏに合せる方向及び揺動座標Ｃの揺
動と反対方向に操作レバー20bを操作することで方向修
正できる。 〔発明の効果〕 表示部の２次元座標系は、掘進計画線を原点とし座標
軸を掘進機の上下方向及び左右方向にとったものである
し、この２次元座標系に掘進機の現在の位置、将来の位
置、ピッチング角、ヨーイング角がそれぞれ図示表示さ
れると共に、揺動ベクトルを図示表示するから、操作者
がその表示部を見ることで掘進機の掘進計画線に対する
状態を容易かつ適確に把握できるし、掘進機を掘進計画
線上に一致させるために掘進機の方向修正の向きを直ち
に知ることができる。 しかも、操作部は掘進機の方向修正の向きと操作方向
が同一である操作レバーを有するものであるから、前述
の表示部を見ながら操作レバーを掘進機の方向修正の向
きに操作することで掘進機の方向修正を早期、かつ適確
に行える。 したがって、掘進機を掘進計画線に沿って精度良く掘
進できると共に、操作者の負担を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
第１図〜第10図は本発明の実施例を示し、第１図は線図
的構成説明図、第２図はトンネル掘進機の全体図、第３
図（ａ），（ｂ），（ｃ）は掘進機の説明図、第４図は
揺動方向と揺動量の説明図、第５図はレーザ受光器の第
１、第２受光部の説明図、第６図は操作部の斜視図、第
７図は将来位置の検出動作説明図、第８図（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）はオフセットなしの場合の演算説明図、
第９図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はオフセット有りの場合
の演算説明図、第10図（ａ）、（ｂ）は表示動作説明
図、第11図、第12図は第２実施例の全体図、線図的構成
説明図、第13図（ａ），（ｂ）は、そのプリントの一例
を示す説明図、第14図（ａ），（ｂ）及び第15図
（ａ），（ｂ）は第３実施例の動作及び表示説明図であ
る。
的構成説明図、第２図はトンネル掘進機の全体図、第３
図（ａ），（ｂ），（ｃ）は掘進機の説明図、第４図は
揺動方向と揺動量の説明図、第５図はレーザ受光器の第
１、第２受光部の説明図、第６図は操作部の斜視図、第
７図は将来位置の検出動作説明図、第８図（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）はオフセットなしの場合の演算説明図、
第９図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はオフセット有りの場合
の演算説明図、第10図（ａ）、（ｂ）は表示動作説明
図、第11図、第12図は第２実施例の全体図、線図的構成
説明図、第13図（ａ），（ｂ）は、そのプリントの一例
を示す説明図、第14図（ａ），（ｂ）及び第15図
（ａ），（ｂ）は第３実施例の動作及び表示説明図であ
る。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭60−212593（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−126295（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−135298（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−243314（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−170612（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．掘進機11を本体１内にカッタヘッド２を上部揺動ジ
ャッキ３、側部揺動ジャッキ４で上下、左右に揺動自在
に取付けたものとし、 掘進計画線上の掘進機の位置及びピッチング角、ヨーイ
ング角を検出して検出信号を出力する方向検出部と、各
揺動ジャッキのジャッキストロークを検出して検出信号
を出力する揺動ジャッキストロークセンサと、前記方向
検出部と揺動ジャッキストロークセンサよりの検出信号
に基づいて掘進機の現在の位置、将来の位置、ピッチン
グ角、ヨーイング角、揺動量、揺動方向を演算する演算
処理部と、この演算処理部の演算結果に基づいて掘進機
の現在の位置、将来の位置、ピッチング角、ヨーイング
角、揺動量、揺動方向を表示する表示部と、各揺動ジャ
キの操作部を設け、 前記表示部を、掘進計画線を原点とした座標軸を掘進機
の上下方向及び左右方向にとった２次元座標系を表示
し、この２次元座標系に掘進機の現在の位置及び将来の
位置、ピッチング角、ヨーイング角をそれぞれ図示表示
し、さらに揺動方向、揺動量に見合う揺動ベルトを２次
元座標系の原点より表示するものとし、 前記操作部を、掘進機の方向修正の向きと操作方向が同
一である操作レバを有するものとしたことを特徴とする
トンネル用掘進機の姿勢制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62224177A JP2689250B2 (ja) | 1987-09-09 | 1987-09-09 | トンネル用掘進機の姿勢制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62224177A JP2689250B2 (ja) | 1987-09-09 | 1987-09-09 | トンネル用掘進機の姿勢制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6471996A JPS6471996A (en) | 1989-03-16 |
| JP2689250B2 true JP2689250B2 (ja) | 1997-12-10 |
Family
ID=16809731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62224177A Expired - Lifetime JP2689250B2 (ja) | 1987-09-09 | 1987-09-09 | トンネル用掘進機の姿勢制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2689250B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02140393A (ja) * | 1988-11-22 | 1990-05-30 | Shimizu Corp | シールド機 |
| JPH07103781B2 (ja) * | 1990-04-19 | 1995-11-08 | 株式会社小松製作所 | 小口径管地中掘進機の操作方法 |
| JP2597919B2 (ja) * | 1990-06-04 | 1997-04-09 | 株式会社大林組 | 掘削機の位置検出装置 |
| JP2657594B2 (ja) * | 1992-02-08 | 1997-09-24 | 株式会社奥村組 | トンネル掘削機の曲線トンネル掘進状況表示方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58135298A (ja) * | 1982-02-05 | 1983-08-11 | 日立建機株式会社 | 管理設機の方向修正装置 |
| JPS60212593A (ja) * | 1984-04-06 | 1985-10-24 | 株式会社小松製作所 | シ−ルド掘進機の方向検出方法 |
| JPS61126295A (ja) * | 1984-11-22 | 1986-06-13 | 日本電信電話株式会社 | 管埋設機における掘進状態監視装置 |
-
1987
- 1987-09-09 JP JP62224177A patent/JP2689250B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6471996A (en) | 1989-03-16 |
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