JP2876269B2 - シールド掘進機の姿勢制御装置 - Google Patents
シールド掘進機の姿勢制御装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は地中にトンネル等の通路
をつくるためのシールド掘進機に関し、特にトンネル計
画線からの姿勢、位置ずれを最小にするための姿勢制御
装置に関する。
をつくるためのシールド掘進機に関し、特にトンネル計
画線からの姿勢、位置ずれを最小にするための姿勢制御
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】シールド掘進機においては、円形の掘削
部をその背後から複数のジャッキで支持して推進させる
ようにしており、トンネル計画線に沿って推進させるた
めには姿勢制御が必要である。姿勢制御は、周方向に間
隔をおいて配置された複数のジャッキにより掘削部へ推
進方向に対して回転モーメントを付与することで行わ
れ、この回転モーメントは複数のジャッキのうちどれを
オンとするかで変化させることができる。通常、ジャッ
キの本数は１０本以上であり、オンとされるジャッキの
組合わせはジャッキパターンと呼ばれ、例えば１６本の
ジャッキの場合、ジャッキパターンの種類は２16個に及
ぶ。
部をその背後から複数のジャッキで支持して推進させる
ようにしており、トンネル計画線に沿って推進させるた
めには姿勢制御が必要である。姿勢制御は、周方向に間
隔をおいて配置された複数のジャッキにより掘削部へ推
進方向に対して回転モーメントを付与することで行わ
れ、この回転モーメントは複数のジャッキのうちどれを
オンとするかで変化させることができる。通常、ジャッ
キの本数は１０本以上であり、オンとされるジャッキの
組合わせはジャッキパターンと呼ばれ、例えば１６本の
ジャッキの場合、ジャッキパターンの種類は２16個に及
ぶ。
【０００３】これまでの姿勢制御装置について簡単に説
明すると、掘削部の姿勢角度θを計測すると共に、掘削
部に作用する回転モーメントＭを計算して姿勢角度変化
量Δθと回転モーメントデータを集積する。そして、シ
ールド１リング分（通常、約９０ｃｍ）の掘削が終了す
ると、オフラインで過去数リング〜数十リング分のデー
タをもとに、一次相関などの手法により統計解析して姿
勢角度変化量と回転モーメントとの相関モデルを更新モ
デルとして作成する。
明すると、掘削部の姿勢角度θを計測すると共に、掘削
部に作用する回転モーメントＭを計算して姿勢角度変化
量Δθと回転モーメントデータを集積する。そして、シ
ールド１リング分（通常、約９０ｃｍ）の掘削が終了す
ると、オフラインで過去数リング〜数十リング分のデー
タをもとに、一次相関などの手法により統計解析して姿
勢角度変化量と回転モーメントとの相関モデルを更新モ
デルとして作成する。
【０００４】以後の姿勢制御では、目標とする姿勢角度
と現在の姿勢角度との差をとり、この差を指令角度とし
て作成された更新モデルをもとに回転モーメントを割り
出し、割り出した回転モーメンドが得られるようなジャ
ッキパターンを選択する。
と現在の姿勢角度との差をとり、この差を指令角度とし
て作成された更新モデルをもとに回転モーメントを割り
出し、割り出した回転モーメンドが得られるようなジャ
ッキパターンを選択する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したような姿勢制
御ではトンネル施工中の直前の土質変化、シールド掘進
機そのものの機械的ガタ特性及び外乱などに対する変化
までとらえたモデルとなっていないため粗野な制御とな
ったり、追従性が悪くなるなどトンネル施工精度の悪化
または、姿勢制御そのものが困難となる場合があった。
御ではトンネル施工中の直前の土質変化、シールド掘進
機そのものの機械的ガタ特性及び外乱などに対する変化
までとらえたモデルとなっていないため粗野な制御とな
ったり、追従性が悪くなるなどトンネル施工精度の悪化
または、姿勢制御そのものが困難となる場合があった。
【０００６】それ故、本発明の課題は、きめ細かな姿勢
制御によりトンネル加工精度を向上させることのできる
シールド掘進機の姿勢制御装置を提供することにある。
制御によりトンネル加工精度を向上させることのできる
シールド掘進機の姿勢制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、掘削部を複数
のジャッキで推進しながらトンネルを掘削し、前記複数
のジャッキのうちどのジャッキをオンとするかを規定す
るジャッキパターンを適宜選定しながら前記掘削部を目
標とする姿勢角度で推進せしめるためのシールド掘進機
の姿勢制御装置において、あらかじめ定められた距離Ｌ
を１区間として定め、最新の掘削区間Ｌn をｋ等分した
微小距離Ｌ／ｋだけ前進する毎に前記掘削部に作用する
回転モーメントＭを計算する手段と、前記掘削区間Ｌn
の終点での姿勢角度θとその区間Ｌn の平均回転モーメ
ントＭn を求めると共に一つ前の区間の終点における姿
勢角度との差を姿勢角度変化量Δθn として求め、これ
らの値と前記掘削区間Ｌn より前の過去の数区間分の平
均回転モーメント及び姿勢角度変化量とによる複数種類
のデータを用いて前記回転モーメントと姿勢角度変化量
との一次式近似モデルを作成するモデル作成手段と、最
新の姿勢角度θと目標とする姿勢角度との差ｅθを演算
する手段と、前記差ｅθを用いて前記作成されたモデル
から修正回転モーメントを作成する修正モーメント作成
手段とを含み、前記修正回転モーメントにもとづいて最
適なジャッキパターンを選択するようにしたことを特徴
とする。
のジャッキで推進しながらトンネルを掘削し、前記複数
のジャッキのうちどのジャッキをオンとするかを規定す
るジャッキパターンを適宜選定しながら前記掘削部を目
標とする姿勢角度で推進せしめるためのシールド掘進機
の姿勢制御装置において、あらかじめ定められた距離Ｌ
を１区間として定め、最新の掘削区間Ｌn をｋ等分した
微小距離Ｌ／ｋだけ前進する毎に前記掘削部に作用する
回転モーメントＭを計算する手段と、前記掘削区間Ｌn
の終点での姿勢角度θとその区間Ｌn の平均回転モーメ
ントＭn を求めると共に一つ前の区間の終点における姿
勢角度との差を姿勢角度変化量Δθn として求め、これ
らの値と前記掘削区間Ｌn より前の過去の数区間分の平
均回転モーメント及び姿勢角度変化量とによる複数種類
のデータを用いて前記回転モーメントと姿勢角度変化量
との一次式近似モデルを作成するモデル作成手段と、最
新の姿勢角度θと目標とする姿勢角度との差ｅθを演算
する手段と、前記差ｅθを用いて前記作成されたモデル
から修正回転モーメントを作成する修正モーメント作成
手段とを含み、前記修正回転モーメントにもとづいて最
適なジャッキパターンを選択するようにしたことを特徴
とする。
【０００８】なお、前記モデル作成手段は、前記複数種
類のデータが前記一次式近似に適するように分散してい
るかどうかを判定して、前記一次式近似に適するように
分散している場合に、これら複数種類のデータから一次
式近似直線の傾きαと回転モーメントのオフセット値Ｍ
ofとを求め、しかも求められた前記傾きαが所定の範囲
内にあるかどうかを判定して、前記傾きαが所定の範囲
内にあれば該傾きαと前記オフセット値Ｍofとを最新の
一次式近似モデルの値として用いるステップと、前記複
数種類のデータが前記一次式近似に適するように分散し
ていない場合あるいは前記傾きαが所定の範囲から外れ
ている場合に、前記傾きαとして前回の一次式近似モデ
ルの値を用い、かつ前記姿勢角度変化量Δθn が許容範
囲内にあるかどうかを判定して、所定範囲内にあれば回
転モーメントオフセット値も前回の一次式近似モデルの
値を用いるステップと、該ステップにおいて前記姿勢角
度変化量Δθn が許容範囲から外れている場合に、前記
平均回転モーメントＭn と前記最新の姿勢角度変化量Δ
θn と前記傾きαとから回転モーメントのオフセット値
Ｍofを求めるステップとを含む。
類のデータが前記一次式近似に適するように分散してい
るかどうかを判定して、前記一次式近似に適するように
分散している場合に、これら複数種類のデータから一次
式近似直線の傾きαと回転モーメントのオフセット値Ｍ
ofとを求め、しかも求められた前記傾きαが所定の範囲
内にあるかどうかを判定して、前記傾きαが所定の範囲
内にあれば該傾きαと前記オフセット値Ｍofとを最新の
一次式近似モデルの値として用いるステップと、前記複
数種類のデータが前記一次式近似に適するように分散し
ていない場合あるいは前記傾きαが所定の範囲から外れ
ている場合に、前記傾きαとして前回の一次式近似モデ
ルの値を用い、かつ前記姿勢角度変化量Δθn が許容範
囲内にあるかどうかを判定して、所定範囲内にあれば回
転モーメントオフセット値も前回の一次式近似モデルの
値を用いるステップと、該ステップにおいて前記姿勢角
度変化量Δθn が許容範囲から外れている場合に、前記
平均回転モーメントＭn と前記最新の姿勢角度変化量Δ
θn と前記傾きαとから回転モーメントのオフセット値
Ｍofを求めるステップとを含む。
【０００９】また、シールド掘進機は各掘削区間の掘削
を終了する毎に前記モデルを更新する。
を終了する毎に前記モデルを更新する。
【００１０】
【実施例】図１は本発明による姿勢制御装置における要
部の構成を示し、シールド掘進機本体１０における掘削
部の姿勢角度を計測する姿勢角度検出器（図示せず）か
らの姿勢角度θと、掘削部に作用している回転モーメン
トを計算する回転モーメント計算装置１４、１５からの
回転モーメントＭと、姿勢角度の目標値とを用いて後述
するステップで処理を行う。本制御装置は、姿勢制御の
ための処理を掘削部の上下方向に関して行う上下方向処
理部１１と姿勢制御のための処理を掘削部の左右方向に
関して行う左右方向処理部１２とを有するが、これらは
実際にはマイクロコンピュータ等により実現される。
部の構成を示し、シールド掘進機本体１０における掘削
部の姿勢角度を計測する姿勢角度検出器（図示せず）か
らの姿勢角度θと、掘削部に作用している回転モーメン
トを計算する回転モーメント計算装置１４、１５からの
回転モーメントＭと、姿勢角度の目標値とを用いて後述
するステップで処理を行う。本制御装置は、姿勢制御の
ための処理を掘削部の上下方向に関して行う上下方向処
理部１１と姿勢制御のための処理を掘削部の左右方向に
関して行う左右方向処理部１２とを有するが、これらは
実際にはマイクロコンピュータ等により実現される。
【００１１】上下方向処理部１１は、上下方向の姿勢角
度の目標値θVSと姿勢角度検出器で検出された上下方向
の姿勢角度検出値θV との差ｅθV を計算する上下方向
演算部１１１と、上下方向の姿勢角度検出値θV と回転
モーメント計算装置１４で計算された上下方向の回転モ
ーメントＭV とから、姿勢角度変化量ΔθV と回転モー
メントＭV との一次式近似モデルを上下方向モデルとし
て作成する上下方向モデル作成部１１２と、作成された
上下方向モデルと差ｅθV とから上下方向の修正回転モ
ーメントＭV ′を作成する上下方向修正モーメント作成
部１１３とから成る。
度の目標値θVSと姿勢角度検出器で検出された上下方向
の姿勢角度検出値θV との差ｅθV を計算する上下方向
演算部１１１と、上下方向の姿勢角度検出値θV と回転
モーメント計算装置１４で計算された上下方向の回転モ
ーメントＭV とから、姿勢角度変化量ΔθV と回転モー
メントＭV との一次式近似モデルを上下方向モデルとし
て作成する上下方向モデル作成部１１２と、作成された
上下方向モデルと差ｅθV とから上下方向の修正回転モ
ーメントＭV ′を作成する上下方向修正モーメント作成
部１１３とから成る。
【００１２】左右方向処理部１２は、左右方向の姿勢角
度の目標値θHSと左右方向の姿勢角度検出値θH との差
ｅθH を計算する左右方向演算部１２１と、左右方向の
姿勢角度検出値θH と回転モーメント計算装置１５で計
算された左右方向の回転モーメントＭH とから，姿勢角
度変化量ΔθH と回転モーメントＭH との一次式近似モ
デルを左右方向モデルとして作成する左右方向モデル作
成部１２２と、作成された左右方向モデルと差ｅθH と
から左右方向の修正回転モーメントＭH ′を作成する左
右方向修正モーメント作成部１２３とから成る。
度の目標値θHSと左右方向の姿勢角度検出値θH との差
ｅθH を計算する左右方向演算部１２１と、左右方向の
姿勢角度検出値θH と回転モーメント計算装置１５で計
算された左右方向の回転モーメントＭH とから，姿勢角
度変化量ΔθH と回転モーメントＭH との一次式近似モ
デルを左右方向モデルとして作成する左右方向モデル作
成部１２２と、作成された左右方向モデルと差ｅθH と
から左右方向の修正回転モーメントＭH ′を作成する左
右方向修正モーメント作成部１２３とから成る。
【００１３】ジャッキパターン生成部１３は、上下方向
及び左右方向の修正回転モーメントＭV ′，ＭH ′にも
とづいて最適なジャッキパターンを選択するものであ
る。
及び左右方向の修正回転モーメントＭV ′，ＭH ′にも
とづいて最適なジャッキパターンを選択するものであ
る。
【００１４】次に、図２をも参照して本制御装置の処理
動作について説明する。本装置ではシールド掘進機の移
動距離に関してあらかじめ定められた距離Ｌ（本例では
４０ｍｍ）を１区間として定め、これをｋ等分（本例で
は４等分）した微小距離Ｌ／ｋ（本例では１０ｍｍ）だ
け前進する毎（ステップＳ１）に回転モーメント計算装
置１４、１５により回転モーメントＭを計算する（ステ
ップＳ２）。この計算はシールド掘進機が１区間前進す
るまで繰り返される。
動作について説明する。本装置ではシールド掘進機の移
動距離に関してあらかじめ定められた距離Ｌ（本例では
４０ｍｍ）を１区間として定め、これをｋ等分（本例で
は４等分）した微小距離Ｌ／ｋ（本例では１０ｍｍ）だ
け前進する毎（ステップＳ１）に回転モーメント計算装
置１４、１５により回転モーメントＭを計算する（ステ
ップＳ２）。この計算はシールド掘進機が１区間前進す
るまで繰り返される。
【００１５】シールド掘進機が１区間の終点に達すると
（ステップＳ３）姿勢角度θの検出値が出力され、上下
方向モデル作成部１１２と左右方向モデル作成部１２２
とがそれぞれ姿勢角度検出値θと４回分の回転モーメン
トＭとを用いて上下方向モデル、左右方向モデルを作成
する（ステップＳ４）。続いて、上下方向演算部１１
１、左右方向演算部１２１がそれぞれ姿勢角度検出値と
目標値との間の差（誤差）ｅθを計算する（ステップＳ
５）。
（ステップＳ３）姿勢角度θの検出値が出力され、上下
方向モデル作成部１１２と左右方向モデル作成部１２２
とがそれぞれ姿勢角度検出値θと４回分の回転モーメン
トＭとを用いて上下方向モデル、左右方向モデルを作成
する（ステップＳ４）。続いて、上下方向演算部１１
１、左右方向演算部１２１がそれぞれ姿勢角度検出値と
目標値との間の差（誤差）ｅθを計算する（ステップＳ
５）。
【００１６】ステップＳ６では、上下方向修正モーメン
ト作成部１１３、左右方向修正モーメント作成部１２３
がそれぞれ、作成されたモデルと差ｅθとから上下方向
の修正回転モーメントＭV ′と左右方向の修正回転モー
メントＭH ′とを作成する。ジャッキパターン生成部１
３では、作成された上下方向及び左右方向の修正回転モ
ーメントとから最適なジャッキパターンを生成する（ス
テップＳ７）。以下、同様にして１区間毎にステップＳ
１〜Ｓ７が繰り返される。
ト作成部１１３、左右方向修正モーメント作成部１２３
がそれぞれ、作成されたモデルと差ｅθとから上下方向
の修正回転モーメントＭV ′と左右方向の修正回転モー
メントＭH ′とを作成する。ジャッキパターン生成部１
３では、作成された上下方向及び左右方向の修正回転モ
ーメントとから最適なジャッキパターンを生成する（ス
テップＳ７）。以下、同様にして１区間毎にステップＳ
１〜Ｓ７が繰り返される。
【００１７】次に、図３〜図７をも参照して本発明の特
徴部分であるモデル作成のためのステップＳ４について
詳しく説明する。なお、ここでは説明をわかり易くする
ために上下方向処理部１１のみについて説明する。図２
のステップＳ１において、一定距離（４０ｍｍ）進む間
に姿勢角度がθ0 からθ4 に変化した場合、姿勢角度変
化量Δθは（θ4 −θ0 ）で表わされる。そして、この
間に作用した回転モーメントＭが一定であれば、姿勢角
度変化量Δθと回転モーメントＭとの間には一定の関係
があると考えられ、これを比例関係とすれば、姿勢角度
変化量Δθは次の数式１で表わされる。
徴部分であるモデル作成のためのステップＳ４について
詳しく説明する。なお、ここでは説明をわかり易くする
ために上下方向処理部１１のみについて説明する。図２
のステップＳ１において、一定距離（４０ｍｍ）進む間
に姿勢角度がθ0 からθ4 に変化した場合、姿勢角度変
化量Δθは（θ4 −θ0 ）で表わされる。そして、この
間に作用した回転モーメントＭが一定であれば、姿勢角
度変化量Δθと回転モーメントＭとの間には一定の関係
があると考えられ、これを比例関係とすれば、姿勢角度
変化量Δθは次の数式１で表わされる。
【００１８】
【数１】
【００１９】ここで、αは比例定数、Ｍofは一定の姿勢
角度を維持するために必要なモーメントである。
角度を維持するために必要なモーメントである。
【００２０】図３は姿勢角度と回転モーメントの値の一
例を示し、ここでは区間６が最新の区間で、この間に回
転モーメントの計算値としてＭ11〜Ｍ14が得られたもの
とする。なお、θ0 、θ4 はそれぞれ、区間５、区間６
における終点の姿勢角度検出値である。
例を示し、ここでは区間６が最新の区間で、この間に回
転モーメントの計算値としてＭ11〜Ｍ14が得られたもの
とする。なお、θ0 、θ4 はそれぞれ、区間５、区間６
における終点の姿勢角度検出値である。
【００２１】図２のステップＳ４では、最新の区間６を
前進する間に作用した回転モーメントと姿勢角度の変化
量のデータと区間２〜５のデータから、回転モーメント
と姿勢角度変化量との関係を一次式に近似してモデル化
する。モデル化に使用するデータは次のようにして求め
る。
前進する間に作用した回転モーメントと姿勢角度の変化
量のデータと区間２〜５のデータから、回転モーメント
と姿勢角度変化量との関係を一次式に近似してモデル化
する。モデル化に使用するデータは次のようにして求め
る。
【００２２】最新の区間６の終点で、区間６の平均回転
モーメントＭV6と姿勢角度変化量ΔθV6を次の数式２，
３により求める。
モーメントＭV6と姿勢角度変化量ΔθV6を次の数式２，
３により求める。
【００２３】
【数２】
【００２４】
【数３】
【００２５】図４ａは区間６より前で既に掘削を終了し
ている区間１〜５で前述の方法により求められた平均回
転モーメントと姿勢角度変化量との関係をＭ−Δθ平面
上にプロット（Ｐ１〜Ｐ５）したものであり、図４ｂは
図４ａに区間６で求められた平均回転モーメントＭV6と
姿勢角度変化量ΔθV6との関係をＰ６として加えたもの
である。なお、区間６におけるモデル作成のために利用
される過去のデータは、ここでは最新の区間６より前の
４区間２，３，４，５であり、したがって図４ｂでは区
間１のデータは削除されている。
ている区間１〜５で前述の方法により求められた平均回
転モーメントと姿勢角度変化量との関係をＭ−Δθ平面
上にプロット（Ｐ１〜Ｐ５）したものであり、図４ｂは
図４ａに区間６で求められた平均回転モーメントＭV6と
姿勢角度変化量ΔθV6との関係をＰ６として加えたもの
である。なお、区間６におけるモデル作成のために利用
される過去のデータは、ここでは最新の区間６より前の
４区間２，３，４，５であり、したがって図４ｂでは区
間１のデータは削除されている。
【００２６】このようにして、本例では区間６のモデル
作成を、最新の区間６のデータとそれより前の区間２〜
５の各データとを合わせた５区間５点のデータから、数
式１で表わされる一次式近似モデルを作成し、比例定数
αを一次式近似直線の傾き、モーメントＭofをオフセッ
ト値としてそれぞれ以下に述べる方法により求める。
作成を、最新の区間６のデータとそれより前の区間２〜
５の各データとを合わせた５区間５点のデータから、数
式１で表わされる一次式近似モデルを作成し、比例定数
αを一次式近似直線の傾き、モーメントＭofをオフセッ
ト値としてそれぞれ以下に述べる方法により求める。
【００２７】図５を参照して、ステップＳＳ１では５点
のデータの散らばり具合を判定する。これは５点のデー
タパターンが後述する直接計算方法を適用できるパター
ンであるかどうかを判定するものである。直接計算方法
は、５点のデータから一次式近似直線を推定する方法で
あり、５点のデータが１点に集中するような場合には適
用できず、ある程度以上の範囲に、ある程度以上の相関
関係をもってデータ点が散らばっている必要がある。５
点のデータが適当に散らばっている場合には、処理はス
テップＳＳ２に進む。
のデータの散らばり具合を判定する。これは５点のデー
タパターンが後述する直接計算方法を適用できるパター
ンであるかどうかを判定するものである。直接計算方法
は、５点のデータから一次式近似直線を推定する方法で
あり、５点のデータが１点に集中するような場合には適
用できず、ある程度以上の範囲に、ある程度以上の相関
関係をもってデータ点が散らばっている必要がある。５
点のデータが適当に散らばっている場合には、処理はス
テップＳＳ２に進む。
【００２８】ステップＳＳ２では、図４ｂに示されるよ
うな５点のデータから直接、一次式近似直線の傾きαと
オフセット値Ｍofとを計算により求める。計算手法とし
ては、最小自乗法が代表的な例としてあげられるが、他
の方法でも良い。傾きαとオフセット値Ｍofが計算され
ると、傾きαに対して図６に示す所定の範囲αmax （上
限値）、αmin （下限値）内におさまっているかどうか
の判定が行われる（ステップＳＳ３，ＳＳ４）。そし
て、傾きαがαmin ＜α＜αmax の条件を満たしていれ
ば、一次式近似モデルΔθ＝α（Ｍ−Ｍof）が確定する
（ステップＳＳ５）。
うな５点のデータから直接、一次式近似直線の傾きαと
オフセット値Ｍofとを計算により求める。計算手法とし
ては、最小自乗法が代表的な例としてあげられるが、他
の方法でも良い。傾きαとオフセット値Ｍofが計算され
ると、傾きαに対して図６に示す所定の範囲αmax （上
限値）、αmin （下限値）内におさまっているかどうか
の判定が行われる（ステップＳＳ３，ＳＳ４）。そし
て、傾きαがαmin ＜α＜αmax の条件を満たしていれ
ば、一次式近似モデルΔθ＝α（Ｍ−Ｍof）が確定する
（ステップＳＳ５）。
【００２９】一方、ステップＳＳ１においてデータの散
らばり具合が適当でないと判定された場合、あるいはス
テップＳＳ３，ＳＳ４において傾きαが所定の範囲を越
えていると判定された場合、傾きは区間５において求め
られたものを用いる（ステップＳＳ６）。
らばり具合が適当でないと判定された場合、あるいはス
テップＳＳ３，ＳＳ４において傾きαが所定の範囲を越
えていると判定された場合、傾きは区間５において求め
られたものを用いる（ステップＳＳ６）。
【００３０】次に、ステップＳＳ７では、区間６の終点
における姿勢角度変化量ΔθV6が図７に破線で示すよう
な、許容範囲内に入っているかどうかを判定し、許容範
囲内に入っていればオフセット値も区間５において求め
られたものを用いる（ステップＳＳ８）。これは、前回
作成されたモデルに対し、すべてのデータが一定の許容
範囲内に入っていれば、前回モデルは十分に挙動特性を
表しておりモデルの変更を必要としないという理由によ
る。
における姿勢角度変化量ΔθV6が図７に破線で示すよう
な、許容範囲内に入っているかどうかを判定し、許容範
囲内に入っていればオフセット値も区間５において求め
られたものを用いる（ステップＳＳ８）。これは、前回
作成されたモデルに対し、すべてのデータが一定の許容
範囲内に入っていれば、前回モデルは十分に挙動特性を
表しておりモデルの変更を必要としないという理由によ
る。
【００３１】これに対し、ステップＳＳ７で姿勢角度変
化量ΔθV6が、図７に点Ｐ６で示すように、所定範囲か
ら外れている場合には、ステップＳＳ９に進んで一次式
近似直線を平行移動させるようにし、オフセット値で調
整を行う。この場合、傾きαは前回の値で既知であるか
ら、図７の点Ｐ６を通る直線のオフセット値Ｍof6 は次
の数式４で求められる。
化量ΔθV6が、図７に点Ｐ６で示すように、所定範囲か
ら外れている場合には、ステップＳＳ９に進んで一次式
近似直線を平行移動させるようにし、オフセット値で調
整を行う。この場合、傾きαは前回の値で既知であるか
ら、図７の点Ｐ６を通る直線のオフセット値Ｍof6 は次
の数式４で求められる。
【００３２】
【数４】
【００３３】このようにして求めた最新の区間６を含む
数区間のオフセットの平均をもって最新モデルのオフセ
ット値Ｍofとする。例えば、数区間を３区間とすれば、
最新モデルのオフセット値Ｍofは次の数式５で求められ
る。
数区間のオフセットの平均をもって最新モデルのオフセ
ット値Ｍofとする。例えば、数区間を３区間とすれば、
最新モデルのオフセット値Ｍofは次の数式５で求められ
る。
【００３４】
【数５】
【００３５】但し、ＭV4，ＭV5はそれぞれ、区間４，５
におけるモデル作成により求められた回転モーメントで
あり、ΔθV4，ΔθV5はそれぞれ、区間４，５の終点に
おける姿勢角度変化量である。
におけるモデル作成により求められた回転モーメントで
あり、ΔθV4，ΔθV5はそれぞれ、区間４，５の終点に
おける姿勢角度変化量である。
【００３６】以上のようにして一次式近似モデルが作成
されると、図２で説明したように、最新の姿勢角度θ4
と目標値との差ｅθV が求められる。そして、この差ｅ
θVと一次式近似モデルとから修正回転モーメントＭV
´が作成される。差ｅθV を次の１区間で０にするため
に必要な回転モーメントＭは、差ｅθV ×（−１）の角
度変化Δθを生ずる回転モーメントであるから、一次式
近似モデルから逆算して次の数式６で求められる。
されると、図２で説明したように、最新の姿勢角度θ4
と目標値との差ｅθV が求められる。そして、この差ｅ
θVと一次式近似モデルとから修正回転モーメントＭV
´が作成される。差ｅθV を次の１区間で０にするため
に必要な回転モーメントＭは、差ｅθV ×（−１）の角
度変化Δθを生ずる回転モーメントであるから、一次式
近似モデルから逆算して次の数式６で求められる。
【００３７】
【数６】
【００３８】以上説明してきたように、本発明ではシー
ルド掘進機が短距離の１区間（例えば４０ｍｍ）掘進す
る毎に、過去の４区間分のデータと現在の最新データと
により最小自乗法等を用いてモデルを区間毎に演算作成
し、このモデルにより次に出力すべき回転モーメントを
求め、この回転モーメントに最適なジャッキパターンを
選択して次の区間の掘進を行う。なお、実施例では、４
０ｍｍ毎にモデルを作成するようにしているが、これを
２０ｍｍ、１０ｍｍというように小さくしてゆくことに
より、より連続制御に近い形となり、より正確なモデル
を作成してトンネル施工精度を向上させることができ
る。
ルド掘進機が短距離の１区間（例えば４０ｍｍ）掘進す
る毎に、過去の４区間分のデータと現在の最新データと
により最小自乗法等を用いてモデルを区間毎に演算作成
し、このモデルにより次に出力すべき回転モーメントを
求め、この回転モーメントに最適なジャッキパターンを
選択して次の区間の掘進を行う。なお、実施例では、４
０ｍｍ毎にモデルを作成するようにしているが、これを
２０ｍｍ、１０ｍｍというように小さくしてゆくことに
より、より連続制御に近い形となり、より正確なモデル
を作成してトンネル施工精度を向上させることができ
る。
【００３９】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば次のような効果が得られる。
ば次のような効果が得られる。
【００４０】最新の数ｃｍ間のデータのみで土質を評
価し、モデルを常時更新することにより、過去のデータ
に影響されることなく、土質の変化にすばやく追従す
る。また、外乱の影響も速かに除去される。
価し、モデルを常時更新することにより、過去のデータ
に影響されることなく、土質の変化にすばやく追従す
る。また、外乱の影響も速かに除去される。
【００４１】限定された領域のデータからモデルを導
き、これを順次更新してゆくことで、最新の土質特性を
捉えることができる。
き、これを順次更新してゆくことで、最新の土質特性を
捉えることができる。
【００４２】モデルを常時更新するため、土質の急変
にも対応できる。
にも対応できる。
【００４３】常に、現象そのものに基づいてモデルが
作られるため、その時々の土質状態に忠実なモデルが得
られ、制御精度の向上が期待できる。
作られるため、その時々の土質状態に忠実なモデルが得
られ、制御精度の向上が期待できる。
【００４４】手順が簡略化され、特別に人間が判断、
修正する必要がなく、容易に自動化できる。
修正する必要がなく、容易に自動化できる。
【図１】本発明の一実施例における要部の構成を示した
図である。
図である。
【図２】本発明による姿勢制御動作を説明すするための
フローチャート図である。
フローチャート図である。
【図３】本発明において計測された姿勢角度と回転モー
メントの経時的変化を示した図である。
メントの経時的変化を示した図である。
【図４】本発明において作成されるモデルの例を示した
図である。
図である。
【図５】図２に示されたステップＳ４の詳細な動作を説
明するためのフローチャート図である。
明するためのフローチャート図である。
【図６】図５に示されたステップＳＳ３，ＳＳ４の動作
を説明するための図である。
を説明するための図である。
【図７】本発明におけるモデル作成動作を説明するため
の図である。
の図である。
１１ 上下方向処理部 １２ 左右方向処理部 １３ ジャッキパターン生成部 １４、１５ 回転モーメント計算装置 １１１ 上下方向演算部 １１２ 上下方向モデル作成部 １１３ 上下方向修正モーメント作成部 １２１ 左右方向演算部 １２２ 左右方向モデル作成部 １２３ 左右方向修正モーメント作成部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−107093（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−63391（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) E21D 9/06 302 E21D 9/06 301
Claims (3)
- 【請求項１】 掘削部を複数のジャッキで推進しながら
トンネルを掘削し、前記複数のジャッキのうちどのジャ
ッキをオンとするかを規定するジャッキパターンを適宜
選定しながら前記掘削部を目標とする姿勢角度で推進せ
しめるためのシールド掘進機の姿勢制御装置において、
あらかじめ定められた距離Ｌを１区間として定め、最新
の掘削区間Ｌn をｋ等分した微小距離Ｌ／ｋだけ前進す
る毎に前記掘削部に作用する回転モーメントＭを計算す
る手段と、前記掘削区間Ｌn の終点での姿勢角度θとそ
の区間Ｌn の平均回転モーメントＭn を求めると共に一
つ前の区間の終点における姿勢角度との差を姿勢角度変
化量Δθn として求め、これらの値と前記掘削区間Ｌn
より前の過去の数区間分の平均回転モーメント及び姿勢
角度変化量とによる複数種類のデータを用いて前記回転
モーメントと姿勢角度変化量との一次式近似モデルを作
成するモデル作成手段と、最新の姿勢角度θと目標とす
る姿勢角度との差ｅθを演算する手段と、前記差ｅθを
用いて前記作成されたモデルから修正回転モーメントを
作成する修正モーメント作成手段とを含み、前記修正回
転モーメントにもとづいて最適なジャッキパターンを選
択するようにしたことを特徴とするシールド掘進機の姿
勢制御装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の姿勢制御装置において、
前記モデル作成手段は、 前記複数種類のデータが前記一次式近似に適するように
分散しているかどうかを判定して、前記複数種類のデー
タが前記一次式近似に適するように分散している場合
に、これら複数種類のデータから一次式近似直線の傾き
αと回転モーメントのオフセット値Ｍofとを求め、しか
も求められた前記傾きαが所定の範囲内にあるかどうか
を判定して、前記傾きαが所定の範囲内にあれば該傾き
αと前記オフセット値Ｍofとを最新の一次式近似モデル
の値として用いるステップと、 前記複数種類のデータが前記一次式近似に適するように
分散していない場合あるいは前記傾きαが所定の範囲か
ら外れている場合に、前記傾きαとして前回の一次式近
似モデルの値を用い、かつ前記姿勢角度変化量Δθn が
許容範囲内にあるかどうかを判定して、所定範囲内にあ
れば回転モーメントのオフセット値も前回の一次式近似
モデルの値を用いるステップと、 該ステップにおいて前記姿勢角度変化量Δθn が許容範
囲から外れている場合に、前記平均回転モーメントＭn
と前記姿勢角度変化量Δθn と前記傾きαとから回転モ
ーメントのオフセット値Ｍofを求めるステップとを含む
ことを特徴とするシールド掘進機の姿勢制御装置。 - 【請求項３】 請求項１あるいは２に記載の姿勢制御装
置において、シールド掘進機は各掘削区間の掘削を終了
する毎に前記モデルを更新することを特徴とするシール
ド掘進機の姿勢制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4219118A JP2876269B2 (ja) | 1992-08-18 | 1992-08-18 | シールド掘進機の姿勢制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4219118A JP2876269B2 (ja) | 1992-08-18 | 1992-08-18 | シールド掘進機の姿勢制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0666083A JPH0666083A (ja) | 1994-03-08 |
| JP2876269B2 true JP2876269B2 (ja) | 1999-03-31 |
Family
ID=16730531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4219118A Expired - Lifetime JP2876269B2 (ja) | 1992-08-18 | 1992-08-18 | シールド掘進機の姿勢制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2876269B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111353416B (zh) * | 2020-02-26 | 2023-07-07 | 广东温氏种猪科技有限公司 | 基于牲畜三维测量的姿态检测方法、系统及存储介质 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0765459B2 (ja) * | 1989-09-19 | 1995-07-19 | 株式会社トキメック | シールド掘進機の自動方向制御方法 |
-
1992
- 1992-08-18 JP JP4219118A patent/JP2876269B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0666083A (ja) | 1994-03-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19981209 |