JP3377761B2 - Elector control device, control method, method of assembling lining member, and tunnel excavator - Google Patents
Elector control device, control method, method of assembling lining member, and tunnel excavatorInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、既設トンネルの内
壁面にセグメントなどの覆工部材を組み付けるエレクタ
制御装置及び制御方法と覆工部材の組付方法、並びにこ
のエレクタ制御装置を搭載したトンネルボーリングマシ
ンやシールド掘削機などのトンネル掘削機に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an erector control device for assembling a lining member such as a segment on an inner wall surface of an existing tunnel, a control method and an assembling method for the lining member, and a tunnel boring equipped with this erector control device. Related to tunnel excavators such as machines and shield excavators.
【0002】[0002]
【従来の技術】例えば、従来のシールド掘削機におい
て、円筒形状をなす掘削機本体の前部にはカッタヘッド
が駆動モータによって回転自在に装着され、この掘削機
本体の後部には複数本のシールドジャッキが周方向に沿
って並設されると共に、エレクタ装置が装着されてい
る。従って、駆動モータによってカッタヘッドを回転駆
動させながら、各シールドジャッキを伸長して既設のセ
グメントへの押し付け反力によって掘削機本体を前進さ
せると、カッタヘッドが前方の地盤を掘削する。そし
て、掘削土砂を外部に排出すると共に、エレクタ装置に
よってセグメントを既設トンネルの内壁面にリング状に
組付けることで所定長さのトンネルを構築することがで
きる。2. Description of the Related Art For example, in a conventional shield excavator, a cutter head is rotatably mounted on a front portion of a cylindrical excavator body by a drive motor, and a plurality of shields are provided on a rear portion of the excavator body. The jacks are arranged side by side along the circumferential direction, and the erector device is attached. Therefore, when the shield head is rotated by the drive motor and each shield jack is extended and the excavator main body is advanced by the reaction force against the existing segment, the cutter head excavates the ground in front. Then, the excavated earth and sand are discharged to the outside, and a segment of a predetermined length can be constructed by assembling the segments in a ring shape on the inner wall surface of the existing tunnel by the erector device.
【0003】このようなトンネル掘削作業において、エ
レクタ装置は既設トンネル内に搬入されたセグメントを
保持して移動し、既設トンネルの内壁面の所定の位置に
保持したセグメントを組付けていく。この場合、セグメ
ントを既設トンネルの内壁面の所定の位置に確実に組付
けるために、エレクタ装置を高精度に制御する必要があ
る。In such tunnel excavation work, the erector device holds and moves the segment carried into the existing tunnel, and assembles the segment held at a predetermined position on the inner wall surface of the existing tunnel. In this case, in order to reliably assemble the segment at a predetermined position on the inner wall surface of the existing tunnel, it is necessary to control the erector device with high accuracy.
【0004】図20に従来のエレクタ制御装置の制御ブ
ロック、図21に従来のエレクタ制御装置によるセグメ
ントの位置決め制御を方法を表す概略を示す。FIG. 20 is a control block of a conventional erector control device, and FIG. 21 is a schematic diagram showing a method of segment positioning control by the conventional erector control device.
【0005】図21に示すように、エレクタ装置は、掘
削機本体の後部に既設トンネル内に搬入されたセグメン
トSを保持する保持機構を有しており、この保持機構
は、掘削機本体に対して既設トンネルの長手方向に沿っ
たX方向と、既設トンネルの周方向に沿ったY方向と、
既設トンネルの径方向に沿ったZ方向にそれぞれ移動自
在であると共に、θX 方向とθY 方向とθZ 方向にそれ
ぞれ揺動自在となっている。従来のエレクタ制御装置
は、エレクタ装置を制御することで、保持機構が保持し
たセグメントSをX方向、Y方向、Z方向、θX 方向、
θY 方向、θZ 方向にそれぞれ移動し、セグメントSの
位置決めを行っている。なお、図21にて、001はシー
ルドジャッキ、002はシールドジャッキの伸縮ロッド、0
03はスプレッダ、Sは保持セグメント、SS は既設セグ
メントである。As shown in FIG. 21, the erector device has a holding mechanism at the rear of the excavator main body for holding the segment S carried into the existing tunnel. The X direction along the longitudinal direction of the existing tunnel, the Y direction along the circumferential direction of the existing tunnel,
It is movable in the Z direction along the radial direction of the existing tunnel and is also swingable in the θ X direction, the θ Y direction, and the θ Z direction. The conventional erector control device controls the erector device to move the segment S held by the holding mechanism in the X direction, the Y direction, the Z direction, the θ X direction,
The segment S is positioned by moving in the θ Y direction and the θ Z direction respectively. In FIG. 21, 001 is the shield jack, 002 is the telescopic rod of the shield jack, 0
03 is a spreader, S is a holding segment, and S S is an existing segment.
【0006】即ち、図20及び図21に示すように、保
持機構が保持した保持セグメントSの中心である点Pを
基準点として、この保持セグメントS(保持機構)をX
方向とY方向とZ方向に移動する油圧ジャッキの変位X
C ,YC ,ZC を変位検出器011によって検出する。そ
して、減算器012によって変位目標値Xr ,Yr ,Zrと
この実際の変位値XC ,YC ,ZC との差を求め、変位
制御ゲイン013を乗じてX方向、Y方向、Z方向の移動
軸の修正速度をそれぞれ求める。一方、保持セグメント
SをθX 方向、θY 方向、θZ 方向に移動する油圧ジャ
ッキの変位を変位検出器014により検出して変換器015に
て変換してローリング角θXC、ピッチング角θYC、ヨー
イング角θZCを求める。そして、減算器016によってロ
ーリング角目標値θXr,ピッチング角目標値θYr,ヨー
イング角目標値θZrとこの実際のローリング角θXC、ピ
ッチング角θYC、ヨーイング角θZCとの差を求め、角度
制御ゲイン017を乗じてθX 方向、θY 方向、θZ 方向
のローリング軸、ピッチング軸、ヨーイング軸の修正速
度をそれぞれ求め、変換器018で回転軸速度から油圧ジ
ャッキの伸縮速度に変換される。That is, as shown in FIGS. 20 and 21, the point P, which is the center of the holding segment S held by the holding mechanism, is used as a reference point, and the holding segment S (holding mechanism) is set to X.
Displacement X of the hydraulic jack that moves in the Y, Z and Z directions
The displacement detector 011 detects C , Y C , and Z C. Then, the difference between the target displacement values X r , Y r , Z r and the actual displacement values X C , Y C , Z C is obtained by the subtractor 012, and the displacement control gain 013 is multiplied to obtain the X direction, the Y direction, The correction speed of the moving axis in the Z direction is calculated. On the other hand, the displacement of the hydraulic jack that moves the holding segment S in the θ X direction, the θ Y direction, and the θ Z direction is detected by the displacement detector 014 and converted by the converter 015 to obtain the rolling angle θ XC and the pitching angle θ YC. , Yaw angle θ ZC is calculated. Then, the subtractor 016 obtains the differences between the rolling angle target value θ Xr , the pitching angle target value θ Yr , the yawing angle target value θ Zr and the actual rolling angle θ XC , the pitching angle θ YC , and the yawing angle θ ZC , The angle control gain 017 is multiplied to find the correction speeds for the rolling axis, pitching axis, and yawing axis in the θ X direction, θ Y direction, and θ Z direction, respectively, and the converter 018 converts the rotary shaft speed into the expansion / contraction speed of the hydraulic jack. It
【0007】そして、制御装置019はX方向、Y方向、
Z方向の各移動軸の修正速度にてエレクタ装置020の各
油圧ジャッキを駆動制御し、変位値XC ,YC ,ZC が
変位目標値Xr ,Yr ,Zr となるように保持機構が保
持したセグメントSを位置決めすると共に、制御装置01
9はθX 方向、θY 方向、θZ 方向の各移動軸の修正速
度にてエレクタ装置020の各油圧ジャッキを駆動制御
し、ローリング角θXC、ピッチング角θYC、ヨーイング
角θZCがローリング角目標値θXr,ピッチング角目標値
θYr,ヨーイング角目標値θZrとなるように保持機構が
保持したセグメントSを位置決めする。Then, the control device 019 controls the X direction, the Y direction,
The hydraulic jacks of the elector device 020 are driven and controlled at the correction speeds of the moving axes in the Z direction, and the displacement values X C , Y C , and Z C are maintained so as to be the displacement target values X r , Y r , and Z r. Positioning the segment S held by the mechanism and controlling device 01
9 drives and controls each hydraulic jack of the elector device 020 at the correction speed of each moving axis in the θ X direction, θ Y direction, and θ Z direction, and the rolling angle θ XC , the pitching angle θ YC , and the yawing angle θ ZC are rolling. The segment S held by the holding mechanism is positioned so that the angle target value θ Xr , the pitching angle target value θ Yr , and the yawing angle target value θ Zr are obtained.
【0008】また、トンネルの掘削径やセグメントの形
状及び寸法、組付順序及び位置などは予め制御装置にデ
ータ(変位目標値Xr ,Yr ,Zr 、角度目標値θXr,
θYr,θZr)として入力されているが、セグメントSの
製造誤差や組付誤差などによって必ずしも所定の位置に
組付けられているとは限らず、組付時に保持セグメント
Sが既設セグメントSに接触して破損してしまう虞があ
り、センサが保持セグメントSと既設セグメントSとの
位置を把握しながら、所定の位置に組み付けることが望
ましい。従来は、このセンサを用いて保持セグメントS
と既設セグメントSとの段差や距離(隙間)を検出して
制御装置にフィードバックし、制御装置が目標値と計測
値とに基づいて、エレクタ装置を駆動制御している。Further, the excavation diameter of the tunnel, the shape and size of the segment, the assembling sequence and the position, etc. are previously stored in the control device (displacement target values X r , Y r , Z r , angle target values θ Xr ,
θ Yr , θ Zr ), but the segment S is not always assembled at a predetermined position due to manufacturing error, assembly error, etc. There is a risk of contact and damage, and it is desirable that the sensor be assembled in a predetermined position while grasping the positions of the holding segment S and the existing segment S. Conventionally, this sensor is used to hold the holding segment S.
And the distance (gap) between the existing segment S and the existing segment S are detected and fed back to the control device, and the control device drives and controls the erector device based on the target value and the measured value.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】このように従来のエレ
クタ制御装置にあっては、油圧ジャッキの変位XC ,Y
C ,ZC が変位目標値Xr ,Yr ,Zr となるように、
また、ローリング角θXC、ピッチング角θYC、ヨーイン
グ角θZCがローリング角目標値θXr,ピッチング角目標
値θYr,ヨーイング角目標値θZrとなるように各油圧ジ
ャッキを作動してセグメントSを位置決めしており、こ
の場合。ローリング角とピッチング角とヨーイング角の
位置決め制御は、保持機構の中心である点Pを基準点と
して、保持セグメントSを揺動させている。As described above, the conventional elements are
In the actuator control device, the displacement X of the hydraulic jackC, Y
C, ZCIs the target displacement value Xr, Yr, ZrSo that
Also, the rolling angle θXC, Pitching angle θYC, Yaw in
Angle θZCIs the rolling angle target value θXr, Pitching angle target
Value θYr, Target yaw angle θZrSo that each hydraulic
Operate the jack to position the segment S.
in the case of. Of rolling angle, pitching angle and yawing angle
Positioning control uses the point P, which is the center of the holding mechanism, as a reference point.
Then, the holding segment S is swung.
【0010】ところで、図21に示すように、保持セグ
メントSを既設セグメントSS に隣接した所定の組付位
置に位置決めする場合、保持セグメントSの端点Qが既
設セグメントSS の端点Rに同位置にくるように位置決
めしなければならない。しかし、従来のエレクタ制御装
置では、保持セグメントSを点Pを支点として揺動して
位置決めしているため、保持セグメントSを揺動するだ
びに保持セグメントSの端点Qと既設セグメントSS の
端点Rとがずれてしまい、保持セグメントSの位置決め
に時間がかかって作業性が良くないという問題があっ
た。By the way, as shown in FIG. 21, when positioning the holding segments S at a predetermined assembly position adjacent to the existing segment S S, the same position on the end point R of the end point Q is the existing segment S S of holding segments S Must be positioned so that However, in the conventional erector control device, since the holding segment S is rocked and positioned with the point P as a fulcrum, the holding segment S is rocked and the end point Q of the holding segment S and the end point of the existing segment S S are moved. There is a problem in that workability is not good because positioning of the holding segment S takes time because of a deviation from R.
【0011】また、従来は、保持セグメントSの移動を
停止させた状態で、センサをこの保持セグメントSと既
設セグメントSとの間に移動し、両者の段差や距離を計
測しており、セグメントSの位置決めに長時間を要して
しまい、セグメントSの組付作業能率が良くないという
問題があった。Further, conventionally, while the movement of the holding segment S is stopped, the sensor is moved between the holding segment S and the existing segment S to measure the step and distance between the two. However, it takes a long time to position and the assembly work efficiency of the segment S is not good.
【0012】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、覆工部材の位置決め精度の向上を図ると共に、
組付作業の作業能率を向上することで作業性の向上を図
ったエレクタ制御装置及び制御方法と覆工部材の組付方
法とトンネル掘削機を提供することを目的とする。The present invention solves such a problem by improving the positioning accuracy of the lining member and
An object of the present invention is to provide an erector control device and a control method, a method of assembling a lining member, and a tunnel excavator that improve workability by improving work efficiency of assembling work.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項1の発明のエレクタ制御装置は、トンネル内
に搬入された覆工部材を保持する保持手段と、該保持覆
工部材をトンネルの長手方向となるX軸方向に移動させ
るX軸移動手段と、前記保持覆工部材をトンネルの周方
向となるY軸方向に移動させるY軸移動手段と、前記保
持覆工部材をトンネルの径方向となるZ軸方向に移動さ
せるZ軸移動手段と、前記保持覆工部材を前記X軸回り
に揺動させるX軸揺動手段と、前記保持覆工部材を前記
Y軸回りに揺動させるY軸揺動手段と、前記保持覆工部
材を前記Z軸回りに揺動させるZ軸揺動手段と、前記保
持覆工部材をトンネル内壁面に組付けられた既設覆工部
材に接合するときの接合点における前記X軸とY軸とZ
軸方向の変位を検出する第1の変位検出手段と、前記接
合点における前記X軸とY軸とZ軸回りの変位を検出す
る第2の変位検出手段と、前記第1及び第2の変位検出
手段が検出した前記接合点からの変位に基づいて位置ベ
クトル及び姿勢ベクトルを演算する着目点位置姿勢演算
手段と、予め設定された位置目標値ベクトル及び姿勢目
標値ベクトルと前記着目点位置姿勢演算手段が演算した
実際の位置ベクトル及び姿勢ベクトルとに基づいて位置
偏差及び姿勢偏差を演算する位置姿勢偏差演算手段と、
該位置姿勢偏差演算手段が演算した前記接合点からの位
置偏差及び姿勢偏差に基づいて前記各移動手段及び前記
各揺動手段を駆動制御する制御手段とを具えたことを特
徴とするものである。According to another aspect of the present invention, there is provided an erector control device for holding an lining member carried in a tunnel, and a holding lining member for holding the lining member. An X-axis moving unit that moves in the X-axis direction that is the longitudinal direction of the tunnel, a Y-axis moving unit that moves the holding lining member in the Y-axis direction that is the circumferential direction of the tunnel, and the holding lining member of the tunnel. Z-axis moving means for moving in the radial Z-axis direction, X-axis swinging means for swinging the holding lining member around the X-axis, and swinging the holding lining member around the Y-axis. The Y-axis swinging means for swinging, the Z-axis swinging means for swinging the holding lining member around the Z-axis, and the holding lining member are joined to the existing lining member mounted on the inner wall surface of the tunnel. X-axis, Y-axis, and Z at the junction point when
First displacement detecting means for detecting axial displacement, second displacement detecting means for detecting displacement around the X-axis, Y-axis, and Z-axis at the joining point, and the first and second displacements Point-of-interest position and orientation calculation means for calculating a position vector and orientation vector based on the displacement from the joint detected by the detection means, preset position target value vector and orientation target value vector, and the target point position and orientation calculation A position / orientation deviation calculating means for calculating a position deviation and an attitude deviation based on the actual position vector and attitude vector calculated by the means;
It is characterized by further comprising: control means for driving and controlling the moving means and the swinging means based on the position deviation and the attitude deviation from the joint point calculated by the position and attitude deviation calculating means. .
【0014】また、請求項2の発明のエレクタ制御装置
では、前記各移動手段及び前記各揺動手段は油圧ジャッ
キであって、前記位置姿勢偏差演算手段が演算した基準
座標系での前記接合点からの位置偏差及び姿勢偏差を覆
工部材座標系での位置偏差及び姿勢偏差に変換する覆工
部材座標系変換手段と、前記覆工部材座標系での位置偏
差及び姿勢偏差を位置修正速度及び姿勢修正速度に変換
する速度変換手段と、前記覆工部材座標系での位置修正
速度をエレクタ座標系での前記X軸とY軸とZ軸方向の
位置修正速度に変換すると共に前記姿勢修正速度を前記
X軸とY軸とZ軸回りの姿勢修正速度に変換するエレク
タ座標系変換手段とを設け、前記制御手段が前記エレク
タ座標系での位置修正速度及び姿勢修正速度に基づいて
前記各油圧ジャッキを作動して前記保持覆工部材を前記
接合点を中心として位置制御及び姿勢制御することを特
徴としている。Further, in the erector control apparatus according to the invention of claim 2, the moving means and the swinging means are hydraulic jacks, and the joint points in the reference coordinate system calculated by the position / orientation deviation calculating means. Lining member coordinate system converting means for converting the position deviation and the posture deviation from the lining member coordinate system into the position deviation and the posture deviation in the lining member coordinate system, and the position deviation and the posture deviation in the lining member coordinate system A speed converting means for converting to a posture correction speed, and a position correction speed in the lining member coordinate system to a position correction speed in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions in the erector coordinate system, and the posture correction speed. Is provided to the posture correction speed around the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis, and the control means controls the hydraulic pressure based on the position correction speed and the posture correction speed in the erector coordinate system. Jack Is characterized in that the position control and the attitude control said retaining lining member is operated about the said junction point.
【0015】また、請求項3の発明のエレクタ制御装置
では、前記保持覆工部材に作用する前記X軸とY軸とZ
軸における軸方向圧力及び揺動方向圧力を検出する圧力
検出手段と、該圧力検出手段が検出した軸方向圧力及び
揺動方向圧力の圧力の変化に基づいて前記保持覆工部材
に作用する外力を演算する外力演算手段とを設け、前記
制御手段は、前記位置姿勢偏差演算手段が演算した前記
接合点からの位置偏差及び姿勢偏差に前記外力演算手段
が演算した覆工部材に作用する外力を加味して前記各移
動手段及び前記各揺動手段を駆動制御することを特徴と
している。Further, in the erector control device according to the invention of claim 3, the X-axis, the Y-axis and the Z-axis which act on the holding lining member.
A pressure detecting means for detecting the axial pressure and the swinging direction pressure on the shaft, and an external force acting on the holding lining member based on the change in the axial direction pressure and the swinging direction pressure detected by the pressure detecting means. An external force calculating means for calculating is provided, and the control means adds the external force acting on the lining member calculated by the external force calculating means to the position deviation and the attitude deviation from the joint point calculated by the position / orientation deviation calculating means. The moving means and the swinging means are drive-controlled.
【0016】また、請求項4の発明のエレクタ制御方法
は、トンネル内に搬入された覆工部材を保持し、保持し
た覆工部材をトンネルの長手方向となるX軸方向とトン
ネルの周方向となるY軸方向とトンネルの径方向となる
Z軸方向に移動自在に支持すると共に、前記X軸とY軸
とZ軸回りに揺動自在に支持するエレクタ装置におい
て、前記保持覆工部材をトンネル内壁面に組付けられた
既設覆工部材に接合するときの接合点における前記X軸
とY軸とZ軸方向の変位を検出すると共に、前記X軸と
Y軸とZ軸回りの変位を検出し、前記接合点からの変位
に基づいて位置ベクトル及び姿勢ベクトルを演算し、予
め設定された位置目標値ベクトル及び姿勢目標値ベクト
ルと前記位置ベクトル及び姿勢ベクトルとに基づいて位
置偏差及び姿勢偏差を演算し、該接合点からの位置偏差
及び姿勢偏差に基づいて前記保持覆工部材を前記接合点
を中心として位置制御及び姿勢制御するようにしたこと
を特徴ものである。In the erector control method according to the invention of claim 4, the lining member carried into the tunnel is held, and the held lining member is arranged in the longitudinal direction of the tunnel in the X-axis direction and in the circumferential direction of the tunnel. In the erector device that movably supports in the Y-axis direction and in the Z-axis direction, which is the radial direction of the tunnel, and swingably around the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis, the holding lining member is a tunnel. Detecting displacements in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions at the joining point when joining to an existing lining member assembled on the inner wall surface, and detecting displacements around the X-axis, Y-axis, and Z-axis. Then, the position vector and the attitude vector are calculated based on the displacement from the joint point, and the position deviation and the attitude deviation are calculated based on the preset position target value vector and attitude target value vector and the position vector and attitude vector. Calculated, those characterized in that the retaining lining member on the basis of the position deviation and attitude deviation from 該接 consent was to position control and the attitude control about said junction.
【0017】また、請求項5の発明の覆工部材の組付方
法は、トンネル内に搬入された覆工部材を保持し、該保
持覆工部材をトンネル内壁面に組付けられた既設覆工部
材に接合するときの接合点におけるトンネルの長手方向
となるX軸方向とトンネルの周方向となるY軸方向とト
ンネルの径方向となるZ軸方向の位置変位を検出すると
共に、該X軸とY軸とZ軸回りの姿勢変位を検出し、予
め設定された位置目標変位及び姿勢目標変位と前記位置
変位及び姿勢変位とに基づいて位置偏差及び姿勢偏差を
演算し、該位置偏差及び姿勢偏差に基づいて前記保持覆
工部材を前記接合点を中心として位置制御及び姿勢制御
しながら該保持覆工部材を既設覆工部材に対する所定の
位置に組み付けることを特徴とするものである。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for assembling a lining member, wherein the lining member carried into the tunnel is held, and the holding lining member is attached to the inner wall surface of the tunnel. At the time of joining to a member, positional displacements in the X-axis direction which is the longitudinal direction of the tunnel, the Y-axis direction which is the circumferential direction of the tunnel, and the Z-axis direction which is the radial direction of the tunnel are detected at the joining point and the X-axis and The posture displacement around the Y-axis and the Z-axis is detected, the position deviation and the posture deviation are calculated based on the preset position target displacement and posture target displacement, and the position displacement and posture displacement, and the position deviation and the posture deviation are calculated. Based on the above, the holding lining member is assembled at a predetermined position with respect to the existing lining member while controlling the position and the posture of the holding lining member about the joint point.
【0018】また、請求項6の発明のエレクタ制御装置
は、トンネル内に搬入された覆工部材を保持する保持手
段と、該保持覆工部材をトンネルの長手方向となるX軸
方向に移動させるX軸移動手段と、前記保持覆工部材を
トンネルの周方向となるY軸方向に移動させるY軸移動
手段と、前記保持覆工部材をトンネルの径方向となるZ
軸方向に移動させるZ軸移動手段と、前記保持覆工部材
を前記X軸回りに揺動させるX軸揺動手段と、前記保持
覆工部材を前記Y軸回りに揺動させるY軸揺動手段と、
前記保持覆工部材を前記Z軸回りに揺動させるZ軸揺動
手段と、前記保持覆工部材の所定の基準点における前記
X軸とY軸とZ軸方向の変位を検出する第1の変位検出
手段と、前記基準点における前記X軸とY軸とZ軸回り
の変位を検出する第2の変位検出手段と、前記第1及び
第2の変位検出手段が検出した前記基準点の変位に基づ
いて位置ベクトル及び姿勢ベクトルを演算する位置姿勢
演算手段と、前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との
段差及び距離を検出する段差距離検出手段と、該段差距
離検出手段が検出した段差及び距離に基づいて前記X軸
とY軸とZ軸方向の補正量及び前記X軸とY軸とZ軸回
りの補正量を演算する位置姿勢補正量演算手段と、予め
設定された位置目標値ベクトル及び姿勢目標値ベクトル
に前記位置姿勢補正量演算手段が演算した位置補正量及
び姿勢補正量を加算する補正加算手段と、該補正加算手
段によって補正量が加算された位置目標値ベクトル及び
姿勢目標値ベクトルと前記位置姿勢演算手段が演算した
実際の位置ベクトル及び姿勢ベクトルとに基づいて位置
偏差及び姿勢偏差を演算する位置姿勢偏差演算手段と、
該位置姿勢偏差演算手段が演算した位置偏差及び姿勢偏
差に基づいて前記各移動手段及び前記各揺動手段を駆動
制御する制御手段とを具えたことを特徴とするものであ
る。Further, in the erector control device according to the invention of claim 6, the holding means for holding the lining member carried into the tunnel and the holding lining member are moved in the X-axis direction which is the longitudinal direction of the tunnel. X-axis moving means, Y-axis moving means for moving the holding lining member in the Y-axis direction which is the circumferential direction of the tunnel, and Z holding the holding lining member in the radial direction of the tunnel.
Z-axis moving means for axially moving, X-axis rocking means for rocking the holding lining member around the X-axis, and Y-axis rocking for rocking the holding lining member around the Y-axis. Means and
Z-axis swinging means for swinging the holding lining member around the Z axis, and first displacement detecting means for displacing the holding lining member in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions at a predetermined reference point of the holding lining member. Displacement detecting means, second displacement detecting means for detecting displacement around the X-axis, Y-axis and Z-axis at the reference point, and displacement of the reference point detected by the first and second displacement detecting means. The position / orientation calculating means for calculating the position vector and the attitude vector based on the above, the step distance detecting means for detecting the step and distance between the holding lining member and the existing lining member, and the step distance detecting means Position / orientation correction amount calculation means for calculating a correction amount in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and a correction amount around the X-axis, Y-axis, and Z-axis based on a step and a distance, and a preset position target The position and orientation corrections are added to the value vector and the orientation target value vector. Correction adding means for adding the position correction amount and the attitude correction amount calculated by the amount calculating means, the position target value vector and the attitude target value vector to which the correction amount is added by the correction adding means, and the position and attitude calculating means A position / orientation deviation calculating means for calculating the position deviation and the attitude deviation based on the actual position vector and the attitude vector;
The present invention is characterized by comprising control means for driving and controlling the moving means and the swinging means on the basis of the position deviation and the attitude deviation calculated by the position / orientation deviation calculating means.
【0019】また、請求項7の発明のエレクタ制御装置
では、前記保持覆工部材の所望に組付位置に応じたオフ
セット量を設定するオフセット設定手段を設け、前記位
置姿勢補正量演算手段は前記段差距離検出手段が検出し
た段差及び距離と前記オフセット設定手段が設定したオ
フセット量に基づいて前記X軸とY軸とZ軸方向の補正
量及び前記X軸とY軸とZ軸回りの補正量を演算するこ
とを特徴としている。Further, in the erector control device according to the invention of claim 7, there is provided an offset setting means for setting an offset amount according to a desired assembling position of the holding lining member, and the position / orientation correction amount computing means is provided with the offset setting means. A correction amount in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and a correction amount around the X-axis, Y-axis, and Z-axis based on the step and distance detected by the step distance detecting unit and the offset amount set by the offset setting unit. It is characterized by calculating.
【0020】また、請求項8の発明のエレクタ制御装置
では、前記段差距離検出手段は前記保持覆工部材と前記
既設覆工部材との対向するエッジを撮影する撮影手段を
有し、該撮影手段の撮影画像に基づいて前記保持覆工部
材と前記既設覆工部材との各エッジがレンジ内にあるか
どうかを判定するレンジ内外判定手段と、該レンジ内外
判定手段の判定結果に基づいて前記補正加算手段に出力
する位置補正量及び姿勢補正量を補正するレンジ外補正
手段とを設けたことを特徴としている。Further, in the erector control device according to the invention of claim 8, the step distance detecting means has a photographing means for photographing an edge of the holding lining member and the existing lining member facing each other. A range inside / outside determination means for determining whether each edge of the holding lining member and the existing lining member is within the range based on the captured image of the image, and the correction based on the determination result of the range inside / outside determination means. An out-of-range correction unit for correcting the position correction amount and the posture correction amount output to the adding unit is provided.
【0021】また、請求項9の発明のエレクタ制御装置
では、前記位置姿勢偏差演算手段へ入力する位置目標値
ベクトル及び姿勢目標値ベクトルと前記基準点の位置を
手動によって設定する手動操作装置を設けたことを特徴
としている。Further, in the erector control device according to the invention of claim 9, there is provided a manual operation device for manually setting the position target value vector and the attitude target value vector input to the position / orientation deviation calculating means and the position of the reference point. It is characterized by that.
【0022】また、請求項10の発明のトンネル掘削機
は、筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体の前部に回
転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを
駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記掘削機本体
を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の後部に
装着されてトンネル内に搬入された覆工部材を保持して
トンネルの長手方向となるX軸方向とトンネルの周方向
となるY軸方向とトンネルの径方向となるZ軸方向に移
動可能で且つX軸とY軸とZ軸回りに揺動自在に支持す
るエレクタ装置と、前記保持覆工部材をトンネル内壁面
に組付けられた既設覆工部材に接合するときの接合点に
おける前記X軸とY軸とZ軸方向の変位を検出する第1
の変位検出手段と、前記接合点における前記X軸とY軸
とZ軸回りの変位を検出する第2の変位検出手段と、前
記第1及び第2の変位検出手段が検出した前記接合点の
変位に基づいて該接合点の位置ベクトル及び姿勢ベクト
ルを演算する着目点位置姿勢演算手段と、予め設定され
た位置目標値ベクトル及び姿勢目標値ベクトルと前記着
目点位置姿勢演算器が演算した実際の位置ベクトル及び
姿勢ベクトルとに基づいて位置偏差及び姿勢偏差を演算
する位置姿勢偏差演算手段と、該位置姿勢偏差演算手段
が演算した前記接合点からの位置偏差及び姿勢偏差に基
づいて前記各移動手段及び前記各揺動手段を駆動制御す
る制御手段と、前記カッタヘッドの掘削によって発生し
た掘削土砂を外部に排出する排土手段とを具えたことを
特徴とするものである。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a tunnel excavating machine, a tubular excavating machine main body, a cutter head rotatably mounted on a front portion of the excavating machine main body, and the cutter head driven to rotate. A cutter head driving means, a propulsion jack for advancing the excavator main body, an X-axis direction which is a longitudinal direction of the tunnel by holding a lining member mounted on a rear portion of the excavator main body and carried into the tunnel. An erector device that is movable in the Y-axis direction that is the circumferential direction of the tunnel and the Z-axis direction that is the radial direction of the tunnel and that is swingably supported around the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis, and the holding lining member. A first detecting displacement in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions at a joining point when joining to an existing lining member assembled on the inner wall surface of the tunnel
Displacement detecting means, second displacement detecting means for detecting displacements around the X-axis, Y-axis, and Z-axis at the joining point, and the joining point detected by the first and second displacement detecting means. A target point position / orientation calculating means for calculating the position vector and the attitude vector of the joint point based on the displacement, a preset position target value vector and a posture target value vector, and an actual position calculated by the target point position / orientation calculator. A position / orientation deviation calculating means for calculating a position deviation and an attitude deviation based on the position vector and the attitude vector, and each moving means based on the position deviation and the attitude deviation from the joint point calculated by the position / orientation deviation calculating means. And a control means for driving and controlling each of the rocking means, and an earth discharging means for discharging the excavated earth and sand generated by the excavation of the cutter head to the outside. That.
【0023】また、請求項11の発明のトンネル掘削機
は、筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体の前部に回
転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを
駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記掘削機本体
を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の後部に
装着されてトンネル内に搬入された覆工部材を保持して
トンネルの長手方向となるX軸方向とトンネルの周方向
となるY軸方向とトンネルの径方向となるZ軸方向に移
動可能で且つX軸とY軸とZ軸回りに揺動自在に支持す
るエレクタ装置と、前記保持覆工部材の所定の基準点に
おける前記X軸とY軸とZ軸方向の変位を検出する第1
の変位検出手段と、前記基準点における前記X軸とY軸
とZ軸回りの変位を検出する第2の変位検出手段と、前
記第1及び第2の変位検出手段が検出した前記基準点の
変位に基づいて位置ベクトル及び姿勢ベクトルを演算す
る位置姿勢演算手段と、前記保持覆工部材と前記既設覆
工部材との段差及び距離を検出する段差距離検出手段
と、該段差距離検出手段が検出した段差及び距離に基づ
いて前記X軸とY軸とZ軸方向の補正量及び前記X軸と
Y軸とZ軸回りの補正量を演算する位置姿勢補正量演算
手段と、予め設定された位置目標値ベクトル及び姿勢目
標値ベクトルに前記位置姿勢補正量演算手段が演算した
位置補正量及び姿勢補正量を加算する補正加算手段と、
該補正加算手段によって補正量が加算された位置目標値
ベクトル及び姿勢目標値ベクトルと前記位置姿勢演算手
段が演算した実際の位置ベクトル及び姿勢ベクトルとに
基づいて位置偏差及び姿勢偏差を演算する位置姿勢偏差
演算手段と、該位置姿勢偏差演算手段が演算した位置偏
差及び姿勢偏差に基づいて前記各移動手段及び前記各揺
動手段を駆動制御する制御手段と、前記カッタヘッドの
掘削によって発生した掘削土砂を外部に排出する排土手
段とを具えたことを特徴とするものである。Further, in the tunnel excavator according to the invention of claim 11, a cylindrical excavator main body, a cutter head rotatably mounted on a front portion of the excavator main body, and the cutter head are driven to rotate. A cutter head driving means, a propulsion jack for advancing the excavator main body, an X-axis direction which is a longitudinal direction of the tunnel by holding a lining member mounted on a rear portion of the excavator main body and carried into the tunnel. An erector device that is movable in the Y-axis direction that is the circumferential direction of the tunnel and the Z-axis direction that is the radial direction of the tunnel and that is swingably supported around the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis, and the holding lining member. A first detecting displacement in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions at a predetermined reference point
Displacement detection means, second displacement detection means for detecting displacements around the X-axis, Y-axis, and Z-axis at the reference point, and the reference points detected by the first and second displacement detection means. A position / orientation calculating means for calculating a position vector and an attitude vector based on displacement, a step distance detecting means for detecting a step and a distance between the holding lining member and the existing lining member, and the step distance detecting means A position / orientation correction amount calculation means for calculating a correction amount in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and a correction amount around the X-axis, Y-axis, and Z-axis based on the level difference and the distance, and a preset position. Correction addition means for adding the position correction amount and the posture correction amount calculated by the position / orientation correction amount calculation means to the target value vector and the posture target value vector,
Position and orientation for calculating the position deviation and orientation deviation based on the position target value vector and orientation target value vector to which the correction amount has been added by the correction addition means and the actual position vector and orientation vector calculated by the position and orientation calculation means. Deviation calculating means, control means for driving and controlling the moving means and the rocking means based on the position deviation and the attitude deviation calculated by the position and attitude deviation calculating means, and excavated earth and sand generated by excavating the cutter head. It is characterized in that it is provided with a soil discharging means for discharging the.
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【0025】図1に本発明の第1実施形態に係るエレク
タ制御装置の制御ブロック、図2に本実施形態のエレク
タ制御装置によるセグメントの位置決め制御を方法を表
す概略、図3に本実施形態のエレクタ装置の概略、図4
にエレクタ装置の正面視、図5にエレクタ装置の側面視
を示す。FIG. 1 is a control block of an erector control device according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic showing a method of segment positioning control by the erector control device of the present embodiment, and FIG. Schematic of the elector device, FIG.
FIG. 5 shows a front view of the erector device, and FIG. 5 shows a side view of the erector device.
【0026】本実施形態のシールド掘削機において、掘
削機本体は円筒形状をなし、前部に円盤形状のカッタヘ
ッドが回転自在に装着され、駆動モータによって回転駆
動可能となっており、前面部に多数のカッタビットが取
付けられている。そして、この掘削機本体の後部に複数
本のシールドジャッキが周方向に沿って並設されると共
に、覆工部材としてのセグメントを既設トンネルの内壁
面に組み付けるエレクタ装置が装着されている。In the shield excavator of this embodiment, the excavator main body has a cylindrical shape, a disk-shaped cutter head is rotatably mounted on the front portion, and can be rotationally driven by a drive motor, and a front portion is provided. Many cutter bits are installed. Then, a plurality of shield jacks are arranged side by side along the circumferential direction at the rear portion of the excavator body, and an erector device that attaches a segment as a lining member to the inner wall surface of the existing tunnel is mounted.
【0027】ここで、このエレクタ装置について説明す
る。図3乃至図5に示すように、エレクタ装置11は、
掘削機本体12の後部に設けられており、このエレクタ
装置11はシールドジャッキ13によって前進した掘削
機本体12と既設セグメントS(図3では、A1,A
2,A3,B1,B2,Kで表している。)との間の空
所に新しいセグメントを組み付けるものである。Here, the elector device will be described. As shown in FIGS. 3 to 5, the elector device 11 is
The erector device 11 is provided at the rear of the excavator body 12, and the erector device 11 is moved forward by the shield jack 13 and the existing segment S (A1, A in FIG. 3).
2, A3, B1, B2, K. ) Is to assemble a new segment in the space between.
【0028】即ち、掘削機本体12の後部に設けられた
支持リング14には回転リング15が回転自在に支持さ
れ、この回転リング15は複数の油圧モータ(Y軸移動
手段)16によって回転可能となっている。この回転リ
ング15の外周部には昇降台17がガイドロッド18に
より既設トンネルの径方向となるZ軸方向に沿って昇降
自在に支持され、昇降ジャッキ(Z軸移動手段)19に
よって昇降可能となっている。そして、この昇降台17
の左右には制御装置20や油圧ユニット21が設置され
ると共に、上部にはカウンタウエイト22が取付けられ
ている。That is, a rotary ring 15 is rotatably supported on a support ring 14 provided at the rear of the excavator body 12, and the rotary ring 15 can be rotated by a plurality of hydraulic motors (Y-axis moving means) 16. Has become. An elevating table 17 is supported on the outer peripheral portion of the rotating ring 15 by a guide rod 18 so as to be vertically movable along the Z axis direction which is the radial direction of the existing tunnel, and can be vertically moved by an elevating jack (Z axis moving means) 19. ing. And this lift 17
A control device 20 and a hydraulic unit 21 are installed on the left and right sides of the counter, and a counterweight 22 is mounted on the upper part.
【0029】この昇降台17には既設トンネルの長手方
向となるX軸方向に沿って第1移動体23が移動自在に
支持され、移動ジャッキ(X軸移動手段)24によって
移動可能となっている。この第1移動体23には既設ト
ンネルの周方向となるY軸方向に沿って第2移動体25
が移動自在に支持され、移動ジャッキ(Y軸移動手段)
26によって移動可能となっている。この第2移動体2
5には回転筒27が回転自在に支持され、この回転筒2
7の下部にはサポート部材としてのセグメントサポート
28が揺動自在に支持されている。そして、第2移動体
25と回転筒27との間にはセグメントサポート28を
Z軸回りに揺動させる左右一対のヨーイングジャッキ
(Z軸揺動手段)29が架設されている。また、回転筒
27とセグメントサポート28との間にはこのセグメン
トサポート28をX軸回りに揺動させる左右一対のロー
リングジャッキ(X軸揺動手段)30が架設され、回転
筒28とセグメントサポート28との間にはこのセグメ
ントサポート28をY軸回りに揺動させる左右一対のピ
ッチングジャッキ(Y軸揺動手段)31が架設されてい
る。A first moving body 23 is movably supported on the elevating table 17 along the X-axis direction which is the longitudinal direction of the existing tunnel, and can be moved by a moving jack (X-axis moving means) 24. . The first moving body 23 has a second moving body 25 along the Y-axis direction which is the circumferential direction of the existing tunnel.
Is movably supported, and a moving jack (Y-axis moving means)
It is movable by 26. This second moving body 2
A rotary cylinder 27 is rotatably supported on the rotary cylinder 5.
A segment support 28 as a support member is swingably supported on the lower part of the unit 7. A pair of left and right yawing jacks (Z-axis swinging means) 29 for swinging the segment support 28 around the Z-axis is provided between the second moving body 25 and the rotary cylinder 27. Further, a pair of left and right rolling jacks (X-axis swinging means) 30 for swinging the segment support 28 around the X-axis is provided between the rotary barrel 27 and the segment support 28, and the rotary barrel 28 and the segment support 28. A pair of left and right pitching jacks (Y-axis swinging means) 31 for swinging the segment support 28 around the Y-axis are provided between and.
【0030】そして、セグメントサポート28には既設
トンネル内に搬入されたセグメントを保持するセグメン
ト保持機構32が装着されている。このセグメント保持
機構32はセグメントの中心部に固定されたボルト33
を係止部34が掴持し、保持ジャッキ35を収縮してセ
グメントをセグメントサポート28に押し付けること
で、このセグメントを保持できるようになっている。ま
た、このセグメントサポート28にはセグメント同志を
連結固定するためのボルト締結機36が装着されてい
る。A segment holding mechanism 32 for holding the segment carried into the existing tunnel is attached to the segment support 28. The segment holding mechanism 32 includes a bolt 33 fixed to the center of the segment.
Is held by the locking portion 34, and the holding jack 35 is contracted to press the segment against the segment support 28, whereby the segment can be held. Further, a bolt fastening machine 36 for connecting and fixing the segments to each other is mounted on the segment support 28.
【0031】従って、保持機構32がセグメントを保持
した状態で、昇降ジャッキ19を伸縮すると保持セグメ
ントをZ軸方向に移動でき、移動ジャッキ24を伸縮す
ると保持セグメントをX軸方向に移動でき、移動ジャッ
キ26を伸縮すると保持セグメントをY軸方向に移動で
きる。また、ローリングジャッキ30を伸縮すると保持
セグメントをX軸回りに揺動でき、ピッチングジャッキ
31を伸縮すると保持セグメントをY軸回りに揺動で
き、ヨーイングジャッキ29を伸縮すると保持セグメン
トをZ軸回りに揺動できる。Therefore, when the holding mechanism 32 holds the segment, the elevating jack 19 can be expanded and contracted to move the holding segment in the Z-axis direction, and the movable jack 24 can be expanded and contracted to move the holding segment in the X-axis direction. When 26 is expanded or contracted, the holding segment can be moved in the Y-axis direction. Further, when the rolling jack 30 is expanded or contracted, the holding segment can be swung around the X axis, when the pitching jack 31 is expanded or contracted, the holding segment can be swung around the Y axis, and when the yawing jack 29 is expanded or swung, the holding segment is swung around the Z axis. Can move.
【0032】ここで、上述したエレクタ装置11の制御
装置及びその方法について説明する。エレクタ制御装置
は、図1及び図2に示すように、変位検出器(第1の変
位検出手段、第2の変位検出手段)101,102と、油圧ジ
ャッキ変位/回転角度変換器103と、着目点位置姿勢演
算器104と、位置姿勢偏差演算器105と、基準座標/セグ
メント座標速度変換器106と、変位制御ゲイン107と、セ
グメント座標/エレクタ移動軸速度変換器108と、回転
軸速度/油圧ジャッキ速度変換器109と、制御装置110と
から構成されている。Now, the control device and method for the above-mentioned erector device 11 will be described. As shown in FIGS. 1 and 2, the erector control device includes displacement detectors (first displacement detection means, second displacement detection means) 101 and 102, a hydraulic jack displacement / rotation angle converter 103, and Point / posture calculator 104, position / posture deviation calculator 105, reference coordinate / segment coordinate velocity converter 106, displacement control gain 107, segment coordinate / erector movement axis velocity converter 108, rotation axis velocity / hydraulic pressure It is composed of a jack speed converter 109 and a control device 110.
【0033】従って、エレクタ装置11はセグメント保
持機構32がトンネル内に搬入されたセグメントSを保
持すると、所定の位置に移動して組み付けるが、このと
き、変位検出器101は保持セグメントSを既設セグメン
トSに接合する際、既設セグメントSの端点Rに合致す
る端点(接合点)Qの変位XC ,YC ,ZC を、各ジャ
ッキ19,24,26のストロークから検出する。ま
た、変位検出器102はこの端点Qの変位を各ジャッキ2
9,30,31のストロークから検出し、変換器103が
この検出値を変換してローリング角θXC、ピッチング角
θYC、ヨーイング角θZCを求める。Therefore, when the segment holding mechanism 32 holds the segment S carried into the tunnel, the erector device 11 moves to a predetermined position and assembles it. At this time, the displacement detector 101 installs the holding segment S into the existing segment. When joining to S, the displacements X C , Y C and Z C of the end points (joint points) Q that match the end points R of the existing segment S are detected from the strokes of the jacks 19, 24 and 26. Further, the displacement detector 102 detects the displacement of the end point Q from each jack 2
The strokes of 9, 30, and 31 are detected, and the converter 103 converts the detected values to obtain the rolling angle θ XC , the pitching angle θ YC , and the yawing angle θ ZC .
【0034】着目点位置姿勢演算器104は、端点Qの変
位XC ,YC ,ZC とローリング角θXC、ピッチング角
θYC、ヨーイング角θZCとに基づき、O−XC YC ZC
基準座標系からみた保持セグメントSの端点Qの位置ベ
クトルP(PX ,PY ,PZ)及び姿勢ベクトルN(N
X ,NY ,NZ ),O(OX ,OY ,OZ ),A
(A X ,AY ,AZ )を演算する。なお、ここで、O−
XC YC ZC 基準座標系からみたXsg方向の向きがN
(NX ,NY ,NZ )で、Ysg方向の向きがO(OX ,
OY ,OZ )で、Zsg方向の向きがA(AX ,AY ,A
Z )となる。The point of interest position / orientation calculator 104 changes the end point Q.
Rank XC, YC, ZCAnd rolling angle θXC, Pitching angle
θYC, Yawing angle θZCBased on andCYCZC
The position of the end point Q of the holding segment S viewed from the reference coordinate system
Cuttle P (PX, PY, PZ) And the attitude vector N (N
X, NY, NZ), O (OX, OY, OZ), A
(A X, AY, AZ) Is calculated. Here, O-
XCYCZCX seen from the reference coordinate systemsgDirection is N
(NX, NY, NZ), YsgDirection is O (OX,
OY, OZ), ZsgDirection is A (AX, AY, A
Z).
【0035】そして、位置姿勢偏差演算器105は、この
O−XC YC ZC 基準座標系からみた保持セグメントS
の端点Qの位置ベクトルP及び姿勢ベクトルN,O,A
と、予め設定された位置目標値ベクトルPr 及び姿勢目
標値ベクトルNr ,Or ,A r とに基づき、端点Qから
の位置偏差ΔPc 及び姿勢偏差ΔNc ,ΔOc ,ΔA c
を演算する。この位置偏差ΔPc 及び姿勢偏差ΔNc ,
ΔOc ,ΔAc は基準座標/セグメント座標速度変換器
106で、セグメント座標系であるQ−XsgYsgZsg座標
系からみた位置偏差ΔPsg及び姿勢偏差ΔNsg,Δ
Osg,ΔAsgに変換する。更に、この位置偏差ΔPsg及
び姿勢偏差ΔNsg,ΔOsg,ΔAsgに変位制御ゲイン10
7を乗じてQ−XsgYsgZsg座標系からみた位置修正速
度Vxsg ,Vy sg ,Vzsg 及び姿勢修正速度Wxsg ,W
ysg ,Wzsg に変換する。Then, the position / orientation deviation calculator 105
OXCYCZCHolding segment S viewed from the reference coordinate system
Position vector P and posture vector N, O, A of the end point Q of the
And a preset position target value vector PrAnd posture eyes
Threshold vector Nr, Or, A rFrom the end point Q based on
Position deviation ΔPcAnd attitude deviation ΔNc, ΔOc, ΔA c
Is calculated. This position deviation ΔPcAnd attitude deviation ΔNc,
ΔOc, ΔAcIs the standard coordinate / segment coordinate velocity converter
In 106, the segment coordinate system Q-XsgYsgZsgCoordinate
Position deviation ΔP seen from the systemsgAnd attitude deviation ΔNsg, Δ
Osg, ΔAsgConvert to. Furthermore, this position deviation ΔPsgOver
And posture deviation ΔNsg, ΔOsg, ΔAsgDisplacement control gain 10
Multiply by 7 and Q-XsgYsgZsgPosition correction speed viewed from the coordinate system
Degree Vxsg, Vy sg, VzsgAnd posture correction speed Wxsg, W
ysg, WzsgConvert to.
【0036】更に、この位置修正速度Vxsg ,Vysg ,
Vzsg はヤコビ逆行列であるセグメント座標/エレクタ
移動軸速度変換器108で、X軸修正速度Vx 、Y軸修正
速度Vy 、Z軸修正速度Vz に変換すると共に、姿勢修
正速度Wxsg ,Wysg ,Wzs g はローリング軸修正速度
Wx 、ピッチング軸修正速度Wy 、ヨーイング軸修正速
度Wz に変換する。そして、ローリング軸修正速度
Wx 、ピッチング軸修正速度Wy 、ヨーイング軸修正速
度Wz は回転軸速度/油圧ジャッキ速度変換器109に
て、ローリングジャッキ29の伸縮速度Wxjとピッチン
グジャッキ30の伸縮速度Wyjとヨーイングジャッキ3
1の伸縮速度Wzjに変換する。Further, the position correction speeds V xsg , V ysg ,
V zsg is a segment coordinate / erector movement axis speed converter 108 which is a Jacobian inverse matrix, and is converted into an X-axis correction speed V x , a Y-axis correction speed V y , and a Z-axis correction speed V z, and also an attitude correction speed W xsg. , W ysg , W zs g are converted into a rolling axis correction speed W x , a pitching axis correction speed W y , and a yawing axis correction speed W z . Then, the rolling axis correction speed W x , the pitching axis correction speed W y , and the yawing axis correction speed W z are calculated by the rotary shaft speed / hydraulic jack speed converter 109 by the expansion / contraction speed W xj of the rolling jack 29 and the expansion / contraction of the pitching jack 30. Speed W yj and yawing jack 3
Convert to the expansion / contraction speed W zj of 1.
【0037】従って、制御装置110はX,Y,Z軸の各
修正速度度Vx ,Vy ,Vz 及びローリング軸、ピッチ
ング軸、ヨーイング軸の各伸縮速度Wxj,Wyj,Wzjに
基づき、エレクタ装置11の各油圧ジャッキ19,2
4,26,29,30,31を作動して保持機構29が
保持した保持セグメントSを端点Qの位置を中心として
位置制御及び姿勢制御を行う。そのため、既設セグメン
トSs の端点Rに対して保持セグメントSの端点Qを容
易に合致させることができ、作業効率を向上できる。Therefore, the controller 110 sets the correction speeds V x , V y , V z for the X, Y, Z axes and the expansion / contraction speeds W xj , W yj , W zj for the rolling axis, pitching axis, and yawing axis, respectively. Based on the hydraulic jacks 19 and 2 of the erector device 11,
4, 26, 29, 30, 31 are operated to perform position control and attitude control of the holding segment S held by the holding mechanism 29 with the position of the end point Q as the center. Therefore, the end point Q of the holding segment S can be easily matched with the end point R of the existing segment S s , and the work efficiency can be improved.
【0038】図6に本発明の第2実施形態に係るエレク
タ制御装置の制御ブロックを示す。FIG. 6 shows a control block of the erector control device according to the second embodiment of the present invention.
【0039】なお、この第2実施形態で説明する各実施
形態のエレクタ制御装置は、シールド掘削機やエレクタ
装置の基本的な構成は前述した第1実施形態のものと同
様であり、前述した実施形態で説明したものと同様の機
能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は
省略する。また、本実施形態のエレクタ制御装置の構成
は、前述した第1実施形態の構成になじみ機能を付加し
たものであり、他の構成は同様であるため、同一の符号
を付して重複する説明は省略する。The erector control device of each of the embodiments described in the second embodiment has the same basic construction of the shield excavator and the erector device as that of the first embodiment described above. Members having the same functions as those described in the embodiments are designated by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted. Further, the configuration of the erector control device according to the present embodiment has a familiar function added to the configuration of the first embodiment described above, and other configurations are the same, and therefore, the same reference numerals are given and redundant description is given. Is omitted.
【0040】本実施形態のエレクタ装置11の制御装置
は、図6に示すように、変位検出器101,102と、油圧ジ
ャッキ変位/回転角度変換器103と、着目点位置姿勢演
算器104と、位置姿勢偏差演算器105と、基準座標/セグ
メント座標速度変換器106と、変位制御ゲイン107と、セ
グメント座標/エレクタ移動軸速度変換器108と、回転
軸速度/油圧ジャッキ速度変換器109と、制御装置110
と、圧力検出器111と、エレクタ移動軸力トルク変換器1
12と、スイッチ113と、メモリ114と、減算器115と、セ
グメント座標力トルク変換器116と、力制御ゲイン117
と、加算器118とから構成されている。As shown in FIG. 6, the control device for the erector device 11 according to the present embodiment comprises displacement detectors 101, 102, a hydraulic jack displacement / rotation angle converter 103, a target point position / orientation calculator 104, Position / orientation deviation calculator 105, reference coordinate / segment coordinate speed converter 106, displacement control gain 107, segment coordinate / erector moving axis speed converter 108, rotating axis speed / hydraulic jack speed converter 109, and control Device 110
, Pressure detector 111, and eclectic moving axial force torque converter 1
12, switch 113, memory 114, subtractor 115, segment coordinate force torque converter 116, and force control gain 117.
And an adder 118.
【0041】従って、エレクタ装置11の保持機構32
がセグメントSを保持すると、変位検出器101は保持セ
グメントSの端点Qの変位XC ,YC ,ZC を各ジャッ
キ19,24,26のストロークから検出し、変位検出
器102は端点Qの変位を各ジャッキ29,30,31か
ら検出し、変換器103がローリング角θXC、ピッチング
角θYC、ヨーイング角θZCに変換する。着目点位置姿勢
演算器104は、端点Qの変位XC ,YC ,ZC とローリ
ング角θXC、ピッチング角θYC、ヨーイング角θZCとに
基づき、O−XC YC ZC 基準座標系からみた保持セグ
メントSの端点Qからの位置ベクトルP及び姿勢ベクト
ルN,O,Aを演算する。Therefore, the holding mechanism 32 of the elector device 11
When the segment S holds the segment S, the displacement detector 101 detects the displacement X C , Y C , Z C of the end point Q of the holding segment S from the strokes of the jacks 19, 24 and 26, and the displacement detector 102 detects the displacement of the end point Q. The displacement is detected from each of the jacks 29, 30, 31 and the converter 103 converts the displacement into a rolling angle θ XC , a pitching angle θ YC and a yawing angle θ ZC . The target point position / orientation calculator 104 determines the O-X C Y C Z C reference coordinates based on the displacements X C , Y C and Z C of the end point Q and the rolling angle θ XC , the pitching angle θ YC and the yawing angle θ ZC. The position vector P and the posture vectors N, O, A from the end point Q of the holding segment S viewed from the system are calculated.
【0042】そして、位置姿勢偏差演算器105は、保持
セグメントSの端点Qの位置ベクトルP及び姿勢ベクト
ルN,O,Aと、位置目標値ベクトルPr 及び姿勢目標
値ベクトルNr ,Or ,Ar とに基づいて位置偏差ΔP
c 及び姿勢偏差ΔNc ,ΔO c ,ΔAc を演算する。続
いて、基準座標/セグメント座標速度変換器106で位置
偏差ΔPc 及び姿勢偏差ΔNc ,ΔOc ,ΔAc をセグ
メント座標系であるQ−XsgYsgZsg座標系からみた位
置偏差ΔPsg及び姿勢偏差ΔNsg,ΔOsg,ΔAsgに変
換し、変位制御ゲイン107を乗じてQ−XsgYsgZsg座
標系からみた位置修正速度Vxsg ,Vysg ,Vzsg 及び
姿勢修正速度Wxsg ,Wysg ,Wzsg に変換する。The position / orientation deviation calculator 105 holds
Position vector P of end point Q of segment S and posture vector
Le N, O, A and position target value vector PrAnd posture target
Value vector Nr, Or, ArPosition deviation ΔP based on
cAnd attitude deviation ΔNc, ΔO c, ΔAcIs calculated. Continued
Position in the standard coordinate / segment coordinate velocity converter 106
Deviation ΔPcAnd attitude deviation ΔNc, ΔOc, ΔAcSeg
Ment coordinate system Q-XsgYsgZsgPosition from the coordinate system
Positional deviation ΔPsgAnd attitude deviation ΔNsg, ΔOsg, ΔAsgStrange
Then, the displacement control gain 107 is multiplied to obtain Q-X.sgYsgZsgseat
Position correction speed seen from the standard system Vxsg, Vysg, Vzsgas well as
Posture correction speed Wxsg, Wysg, WzsgConvert to.
【0043】また、圧力検出器111は各ジャッキ19,
24,26,29,30,31の圧力(X軸とY軸とZ
軸における軸方向圧力及び揺動方向圧力)を検出し、エ
レクタ移動軸力トルク変換器112は点Pを基点としたX
軸、Y軸、Z軸における軸方向及び揺動方向の力トルク
に変換する。一方、エレクタ装置11の保持機構32が
保持した保持セグメントSの粗位置決めが完了するとス
イッチ53が一瞬ONとなり、この時点での各ジャッキ
19,24,26,29,30,31の力トルク(保持
セグメントSを含んだ自重)がメモリ114に記憶され
る。保持セグメントSの粗位置決めの際、この保持セグ
メントSの位置及び姿勢の変動は小さいので、この変動
に伴う力トルクの変動も小さいと仮定し、減算器115に
て、エレクタ移動軸力トルク変換器112から出力された
各ジャッキ19,24,26,29,30,31の力ト
ルクと、メモリ114に記憶された力トルクとの差を求め
ると、これが保持セグメントSに作用する外力ΔFとな
る。The pressure detector 111 includes the jacks 19,
24, 26, 29, 30, 31 pressure (X axis and Y axis and Z
Axial pressure and rocking direction pressure in the shaft) are detected, and the erector moving axial force torque converter 112 uses the point P as a base point for X.
It is converted into force torque in the axial direction and the swinging direction in the axis, Y axis, and Z axis. On the other hand, when the rough positioning of the holding segment S held by the holding mechanism 32 of the erector device 11 is completed, the switch 53 is momentarily turned ON, and the force torque (holding force of each jack 19, 24, 26, 29, 30, 31 at this point is The weight including the segment S) is stored in the memory 114. When the holding segment S is roughly positioned, the position and orientation of the holding segment S change little, so it is assumed that the change in the force torque due to this change is also small. When the difference between the force torque of each of the jacks 19, 24, 26, 29, 30, 31 output from 112 and the force torque stored in the memory 114 is obtained, this is the external force ΔF acting on the holding segment S.
【0044】そして、セグメント座標力トルク変換器11
6は外力ΔFをセグメント座標系Q−XsgYsgZsg座標
系からみた力トルクΔFsgに変換し、力制御ゲイン57
を乗じてQ−XsgYsgZsg座標系からみた力修正速度V
Fxsg,VFysg,VFzsg及びトルク修正速度WTxsg,W
Tysg,WTzsgに変換する。そして、加算器118にて、変
位制御ゲイン107の出力に力制御ゲイン117の出力を加算
することで、位置修正速度Vxsg +VFxsg,Vysg +V
Fysg,Vzsg +VFzsg及び姿勢修正速度Wxsg +
WTxsg,Wysg +WTysg,Wzsg +WTzsgを演算する。Then, the segment coordinate force torque converter 11
6 is an external force ΔF converted into a force torque ΔF sg as seen from the segment coordinate system Q-X sg Y sg Z sg coordinate system, and the force control gain 57 is used.
Multiplying by Q-X sg Y sg Z sg Force correction speed V seen from the coordinate system
Fxsg , V Fysg , V Fzsg and torque correction speed W Txsg , W
Convert to Tysg and W Tzsg . Then, the adder 118 adds the output of the force control gain 117 to the output of the displacement control gain 107 to obtain the position correction speeds V xsg + V Fxsg and V ysg + V.
Fysg , V zsg + V Fzsg and posture correction speed W xsg +
W Txsg , W ysg + W Tysg , W zsg + W Tzsg are calculated.
【0045】その後、セグメント座標/エレクタ移動軸
速度変換器108が、位置修正速度Vx sg +VFxsg,V
ysg +VFysg,Vzsg +VFzsg及び姿勢修正速度Wxsg
+WTxs g,Wysg +WTysg,Wzsg +WTzsgを、X軸修
正速度Vx 、Y軸修正速度Vy、Z軸修正速度Vz 及び
ローリング軸修正速度Wx 、ピッチング軸修正速度
Wy、ヨーイング軸修正速度Wz に変換し、回転軸速度
/油圧ジャッキ速度変換器109にて、ローリングジャッ
キ29の伸縮速度Wxjとピッチングジャッキ30の伸縮
速度Wyjとヨーイングジャッキ31の伸縮速度Wzjに変
換する。After that, the segment coordinate / elector movement axis velocity converter 108 determines the position correction velocity V x sg + V Fxsg , V
ysg + V Fysg , V zsg + V Fzsg and attitude correction speed W xsg
+ W Txs g , W ysg + W Tysg , W zsg + W Tzsg , X-axis correction speed V x , Y-axis correction speed V y , Z-axis correction speed V z, and rolling axis correction speed W x , pitching axis correction speed W y , The yaw axis correction speed W z is converted into the expansion / contraction speed W xj of the rolling jack 29, the expansion / contraction speed W yj of the pitching jack 30 and the expansion / contraction speed W zj of the yawing jack 31 by the rotary axis speed / hydraulic jack speed converter 109. Convert.
【0046】従って、制御装置110はX,Y,Z軸の各
修正速度度Vx ,Vy ,Vz 及びローリング軸、ピッチ
ング軸、ヨーイング軸の各伸縮速度Wxj,Wyj,Wzjに
基づき、エレクタ装置11の各油圧ジャッキ19,2
4,26,19,30,31を作動して保持セグメント
Sを端点Qの位置を中心として位置制御及び姿勢制御を
行う。この場合、図2に示すように、保持セグメントS
を組み付けるときに、この保持セグメントSがYsgに移
動して既設セグメントSに接触すると、保持セグメント
Sに−Ysg方向の外力が作用する。前述した力制御ゲイ
ン117は正に設定するのでVFysg<0となり、保持セグ
メントSのYsg方向の移動速度が減少する。これは位置
目標値ベクトルPr で与えられた位置目標値よりも手前
(−Ysg)に既設セグメントSs が組付けられていたと
き、保持セグメントSが既設セグメントSs に接触する
ことによりなじみ動作が実現することとなる。そのた
め、既設セグメントSs に対して保持セグメントSを組
み付ける場合、視覚センサ精度以下の微小な位置ずれを
吸収することが可能となり、組付時間の短縮が可能とな
る。なお、同一の大きさの外力に対して力制御ゲイン11
7を大きく設定するほど、VFysgも大きくなるのでより
なじみ易くなる。Therefore, the controller 110 sets the correction speeds V x , V y , V z of the X, Y, Z axes and the expansion / contraction speeds W xj , W yj , W zj of the rolling axis, the pitching axis, and the yawing axis, respectively. Based on the hydraulic jacks 19 and 2 of the erector device 11,
4, 26, 19, 30, 31 are operated to perform position control and attitude control of the holding segment S with the position of the end point Q as the center. In this case, as shown in FIG.
When the holding segment S moves to Y sg and comes into contact with the existing segment S when assembling, the external force in the −Y sg direction acts on the holding segment S. Since the force control gain 117 described above is set to be positive, V Fysg <0, and the moving speed of the holding segment S in the Y sg direction decreases. This is because the holding segment S contacts the existing segment S s when the existing segment S s is assembled before (−Y sg ) the position target value given by the position target value vector P r. The operation will be realized. Therefore, when assembling the holding segment S with respect to the existing segment S s , it becomes possible to absorb a minute positional deviation equal to or lower than the accuracy of the visual sensor, and the assembling time can be shortened. The force control gain 11
The larger the value of 7 is set, the larger V Fysg becomes.
【0047】また、上述した各実施形態において、着目
点位置姿勢演算器104 、基準座標/セグメント座標速度
変換器106、セグメント座標/エレクタ移動軸速度変換
器108、セグメント座標力トルク変換器115 の変換デー
タに、エレクタ装置11の機構や寸法データを入れ換え
ることで、シリアルリンク構成、パラレルリンク構成、
シリアル/パラレルリンク混在構成を問わず、種々の機
構のエレクタ装置に対応が可能となる。Further, in each of the above-described embodiments, conversion of the point-of-interest position calculator 104, the reference coordinate / segment coordinate velocity converter 106, the segment coordinate / erector movement axis velocity converter 108, and the segment coordinate force torque converter 115. By exchanging the mechanism and dimension data of the erector device 11 in the data, the serial link configuration, the parallel link configuration,
Regardless of the serial / parallel link mixed configuration, it is possible to support erector devices having various mechanisms.
【0048】なお、上述した各実施形態では、保持機構
32が保持した保持セグメントSを既設セグメントSに
組み付ける場合、保持セグメントSをYsg方向に移動し
て既設セグメントSの端点Qが既設セグメントSs の端
点Rに一致するように位置及び姿勢制御したが、保持セ
グメントSを−Ysg方向に移動して既設セグメントSの
端点Tが対応する既設セグメントSの端点に一致するよ
うに位置及び姿勢制御してもよい。In each of the above-described embodiments, when the holding segment S held by the holding mechanism 32 is assembled to the existing segment S, the holding segment S is moved in the Y sg direction so that the end point Q of the existing segment S becomes the existing segment S. The position and attitude were controlled so as to match the end point R of s , but the position and attitude were adjusted so that the holding segment S was moved in the −Y sg direction so that the end point T of the existing segment S matched the end point of the corresponding existing segment S. You may control.
【0049】図7に本発明の第3実施形態に係るエレク
タ制御装置の制御ブロック、図8に位置姿勢補正量演算
器の構成を表す制御ブロック、図9にセンサヘッドを表
す概略、図10センサヘッドの取付位置を表すセグメン
トサポートの平面視、図11に保持セグメントと既設セ
グメントとの段差及び距離の算出方法を表す概略、図1
2にセグメントの組付状態を表す概略を示す。FIG. 7 is a control block of the erector control device according to the third embodiment of the present invention, FIG. 8 is a control block showing the configuration of a position / orientation correction amount calculator, FIG. 9 is a schematic view showing a sensor head, and FIG. 1 is a plan view of a segment support showing the mounting position of the head, FIG. 11 is a schematic view showing a method of calculating a step and a distance between a holding segment and an existing segment, and FIG.
2 shows the outline of the assembled state of the segments.
【0050】本実施形態では、図12に示すように、6
つのセグメントをトンネルの周方向に接合することで1
つのリングセグメントを組み立てることができるように
なっている。この場合、各セグメントは下方から順に組
み付けていくものであり、最下部にA1セグメント、そ
の両側にA2セグメント及びA3セグメント、その上部
にB1セグメント及びB2セグメント、そして、最上部
にKセグメントを組み付ける。各セグメントはその形状
が異なっており、特に、Kセグメントは平面視が台形状
をなし、トンネルの前方から後方に移動しながら組付け
を行うようにようになっており、B1、B2セグメント
はこのKセグメントに合わせた形状となっている。隣接
するリングセグメント同志で周方向の接合部を所定距離
ずらしてトンネルの強度が低下しないようにしている。In this embodiment, as shown in FIG.
1 by joining two segments in the circumferential direction of the tunnel
It is possible to assemble two ring segments. In this case, the respective segments are assembled in order from the bottom, and the A1 segment is assembled at the bottom, the A2 segment and the A3 segment are arranged at both sides thereof, the B1 segment and the B2 segment are assembled at the top thereof, and the K segment is assembled at the top. The shape of each segment is different, and in particular, the K segment has a trapezoidal shape in plan view and is designed to be assembled while moving from the front to the rear of the tunnel. The shape matches the K segment. The strength of the tunnel is prevented from deteriorating by displacing the joint in the circumferential direction by a predetermined distance between adjacent ring segments.
【0051】まず、エレクタ装置11を駆動制御するエ
レクタ制御装置におけるセンサヘッドの構成について説
明する。図9及び図10に示すように、セグメントサポ
ート28の外周部から5つのブラケット41〜45が外
方に延設され、各ブラケット41〜45に第1〜第5セ
ンサヘッド46〜50が装着されている。第1センサヘ
ッド46はセグメントサポート28の中央部から掘進方
向後方に延設されたブラケット41に装着され、セグメ
ントまでの高さを測定する超音波センサ51と、セグメ
ント同志の接合部あるいはセグメントの表面に貼り付け
られたマーカを撮影するCCDカメラ61とから構成さ
れており、この超音波センサ51とCCDカメラ61と
で周方向位置検出手段を構成している。なお、この第1
センサヘッド46はセグメントサポート28のトンネル
周方向長さにおける中央部に位置している。First, the structure of the sensor head in the erector control device for driving and controlling the erector device 11 will be described. As shown in FIGS. 9 and 10, five brackets 41 to 45 are extended outward from the outer peripheral portion of the segment support 28, and the first to fifth sensor heads 46 to 50 are attached to the brackets 41 to 45, respectively. ing. The first sensor head 46 is mounted on a bracket 41 extending from the center of the segment support 28 to the rear in the excavation direction, and an ultrasonic sensor 51 for measuring the height to the segment and a joint between the segments or the surface of the segment. A CCD camera 61 for photographing the marker attached to the ultrasonic sensor 51 and the CCD camera 61 constitute a circumferential position detecting means. In addition, this first
The sensor head 46 is located at the center of the segment support 28 in the length of the tunnel circumferential direction.
【0052】また、第2〜第4センサヘッド47〜50
はほぼ同様の構造をなしており、第2及び第3センサヘ
ッド47,48は、セグメントサポート28の両隅部か
ら掘進方向後方に延設されたブラケット42,43にそ
れぞれ装着され、保持セグメントまでの高さを測定する
超音波センサ52a,53aと、保持セグメントとトン
ネル長手方向に隣接する既設セグメントまでの高さを測
定する超音波センサ52b,53bと、保持セグメント
と既設セグメントとのエッジを撮影するCCDカメラ6
2,63とから構成されており、超音波センサ52a,
52bと超音波センサ53a,53bがそれぞれ高さ測
定手段を構成し、CCDカメラ62,63が撮影手段を
構成している。Further, the second to fourth sensor heads 47 to 50
Have substantially the same structure, and the second and third sensor heads 47, 48 are mounted on brackets 42, 43 extending from both corners of the segment support 28 rearward in the excavation direction to the holding segment. Ultrasonic sensors 52a and 53a for measuring the height of the holding segment, ultrasonic sensors 52b and 53b for measuring the height to the existing segment adjacent to the holding segment in the tunnel longitudinal direction, and the edges of the holding segment and the existing segment. CCD camera 6
2, 63, and the ultrasonic sensor 52a,
52b and ultrasonic sensors 53a and 53b constitute height measuring means, respectively, and CCD cameras 62 and 63 constitute photographing means.
【0053】更に、第3及び第4センサヘッド49,5
0は、セグメントサポート28の両側部からトンネル周
方向に延設されたブラケット44,45にそれぞれ装着
され、保持セグメントまでの高さを測定する超音波セン
サ54a,55aと、保持セグメントとトンネル周方向
に隣接する既設セグメントまでの高さを測定する超音波
センサ54b,55bと、保持セグメントと既設セグメ
ントとのエッジを撮影するCCDカメラ64,65とか
ら構成されており、超音波センサ54a,54bと超音
波センサ55a,55bがそれぞれ高さ測定手段を構成
し、CCDカメラ64,65が撮影手段を構成してい
る。なお、この第4、第5センサヘッド49,50はセ
グメントサポート28のトンネル長手方向長さにおける
中央部に位置している。Furthermore, the third and fourth sensor heads 49, 5
0 is attached to brackets 44 and 45 extending from both sides of the segment support 28 in the tunnel circumferential direction, respectively, and ultrasonic sensors 54a and 55a for measuring the height to the holding segment, the holding segment and the tunnel circumferential direction. The ultrasonic sensors 54b and 55b for measuring the height up to the existing segment adjacent thereto and the CCD cameras 64 and 65 for photographing the edges of the holding segment and the existing segment, and ultrasonic sensors 54a and 54b. The ultrasonic sensors 55a and 55b constitute height measuring means, and the CCD cameras 64 and 65 constitute photographing means. The fourth and fifth sensor heads 49, 50 are located at the center of the segment support 28 in the length of the tunnel longitudinal direction.
【0054】また、第2及び第3センサヘッド47,4
8の各ブラケット42,43にはトンネル周方向に分岐
ブラケット42a,43aがそれぞれ延設され、各分岐
ブラケット42a,43aには超音波センサ52a,5
2bと対をなすように、保持セグメントとトンネル周方
向に隣接する既設セグメントまでの高さを測定する超音
波センサ52c,53cが装着されている。Further, the second and third sensor heads 47, 4
Branch brackets 42a and 43a are extended in the tunnel circumferential direction on the brackets 42 and 43, respectively, and ultrasonic sensors 52a and 5 are provided on the branch brackets 42a and 43a.
Ultrasonic sensors 52c and 53c for measuring the height to the existing segment adjacent to the holding segment in the tunnel circumferential direction are mounted so as to form a pair with 2b.
【0055】そして、各センサヘッド46〜50は演算
処理装置70に接続され、超音波センサ51,52a,
52b・・・55a,55bの検出結果やCCDカメラ
61,62・・65の撮影画像が演算処理装置70に入
力する。この演算処理装置70では、各検出結果と撮影
画像に基づいて既設セグメントと保持セグメントとの段
差及び距離を算出し、算出結果を前述した制御装置20
に出力し、この制御装置20が段差及び距離に基づいて
各ジャッキ19,24,26,29,30,31を駆動
制御し、保持したセグメントを既設セグメントに適正に
密着した位置に位置決めする。なお、制御装置20には
運転管理装置71が接続され、作業者はこの運転管理装
置71を用いて各種のデータを入力することができる。The sensor heads 46 to 50 are connected to the arithmetic processing unit 70, and the ultrasonic sensors 51, 52a,
The detection results of 52b ... 55a, 55b and the captured images of the CCD cameras 61, 62, ... 65 are input to the arithmetic processing unit 70. In this arithmetic processing unit 70, the step and distance between the existing segment and the holding segment are calculated based on each detection result and the captured image, and the calculation result is described above in the control unit 20.
This control device 20 drives and controls the respective jacks 19, 24, 26, 29, 30, 31 based on the step and the distance, and positions the held segment at a position where it is properly closely attached to the existing segment. An operation management device 71 is connected to the control device 20, and an operator can use the operation management device 71 to input various data.
【0056】ここで、演算処理装置70による既設セグ
メントと保持セグメントとの段差及び距離の算出方法に
ついて説明する。各超音波センサ51,52a,52b
・・・55a,55bは、保持セグメントあるいは既設
セグメントに向けた超音波の発射と反射との時間差から
その距離を検出している。一方、CCDカメラ61,6
2・・65は、撮影した取込画像から保持セグメントと
既設セグメントとの対向するエッジを検出している。Here, a method of calculating the step and the distance between the existing segment and the holding segment by the arithmetic processing unit 70 will be described. Each ultrasonic sensor 51, 52a, 52b
... 55a and 55b detect the distance from the time difference between the emission and the reflection of the ultrasonic wave toward the holding segment or the existing segment. On the other hand, CCD cameras 61 and 6
2 ... 65 detects the opposing edges of the holding segment and the existing segment from the captured image captured.
【0057】即ち、図9及び図11に示すように、例え
ば、第5センサヘッド50の場合について、CCDカメ
ラ65のカメラ撮影中心Oから光軸が既設セグメント側
に角度φずれ、その画角が2θ0 であって画像メモリ画
素数が2w0 であり、一方、超音波センサ55a,55
bの原点とCCDカメラ65のカメラ撮影中心Oと高さ
差がL0 (h0 )であるとする。That is, as shown in FIG. 9 and FIG. 11, for example, in the case of the fifth sensor head 50, the optical axis deviates from the camera photographing center O of the CCD camera 65 to the existing segment side, and the angle of view thereof changes. 2θ 0 and the number of image memory pixels is 2w 0 , while the ultrasonic sensors 55a and 55 are
It is assumed that the height difference between the origin of b and the camera photographing center O of the CCD camera 65 is L 0 (h 0 ).
【0058】このような設定で、まず、各超音波センサ
55a,55bにより保持セグメントまでの距離L5−
1(h1 )が測定されると共に、既設セグメントまでの
距離L5−2(h2 )が測定される。また、CCDカメ
ラ65によって保持セグメントと既設セグメントとの対
向するエッジが撮影され、画像上での隙間Δiが画素数
として検出される。そして、この隙間Δiに基づいてC
CDカメラ65の光軸(画像メモリの中心)から保持セ
グメントのエッジまでの画角θ1 と画素数w1が求めら
れると共に、CCDカメラ65の光軸(画像メモリの中
心)から既設セグメントのエッジまでの画角θ2 と画素
数w2 が求められる。With such a setting, first, the distance L5 to the holding segment by each of the ultrasonic sensors 55a and 55b is set.
1 (h 1 ) is measured, and the distance L5-2 (h 2 ) to the existing segment is measured. Further, the CCD camera 65 photographs the opposite edges of the holding segment and the existing segment, and the gap Δi on the image is detected as the number of pixels. Then, based on this gap Δi, C
The angle of view θ 1 from the optical axis of the CD camera 65 (center of the image memory) to the edge of the holding segment and the number of pixels w 1 are obtained, and the edge of the existing segment from the optical axis of the CCD camera 65 (center of the image memory). The angle of view θ 2 and the number of pixels w 2 are calculated.
【0059】このように求められた各データから下記式
(1)を用いて保持セグメントと既設セグメントとの段
差d5sと保持セグメントと既設セグメントとの距離
(隙間)C5を算出することができる。From each data thus obtained, the step d5s between the holding segment and the existing segment and the distance (gap) C5 between the holding segment and the existing segment can be calculated using the following equation (1).
【数1】 [Equation 1]
【0060】ここで、tan θi =(wi/w0)tan θ0
であることから、これを上記式(1)に代入すると、下
記式(2)となる。なお、tan θ0 、tan φ、h0 は未
知数であり、キャリブレーションにより決定する。Here, tan θ i = (w i / w 0 ) tan θ 0
Therefore, when this is substituted into the above equation (1), the following equation (2) is obtained. Note that tan θ 0 , tan φ, and h 0 are unknowns and are determined by calibration.
【数2】 [Equation 2]
【0061】以下、このように構成された各センサヘッ
ド46〜50によるセグメントの位置決め方法について
説明するが、ここではA2セグメントについてのみ説明
する。Hereinafter, a method of positioning a segment by each of the sensor heads 46 to 50 configured as described above will be described, but here, only the A2 segment will be described.
【0062】図9に示すように、まず、トンネル内にA
2セグメントが搬入されてエレクタ装置11のセグメン
ト保持機構32がこれを保持すると、油圧モータ16や
各ジャッキ19,24,26を駆動することで、A2セ
グメントの粗位置決めを行う(図1に示す位置)。次
に、このA2セグメントの精位置決めを行うが、ここで
使用するセンサヘッドは第2、第3、第5センサヘッド
47,48,50のみであり、この各センサヘッド4
7,48,50を作動して超音波センサ52a,52
b,53a,53b,55a,55bの検出結果とCC
Dカメラ62,63,65の撮影画像を演算処理装置7
0に入力する。As shown in FIG. 9, first, in the tunnel, A
When the two segments are loaded and held by the segment holding mechanism 32 of the erector device 11, the hydraulic motor 16 and the jacks 19, 24, 26 are driven to perform rough positioning of the A2 segment (the position shown in FIG. 1). ). Next, the A2 segment is precisely positioned. The sensor heads used here are only the second, third and fifth sensor heads 47, 48 and 50.
7, 48, 50 are operated to activate the ultrasonic sensors 52a, 52
b, 53a, 53b, 55a, 55b detection result and CC
The processing images of the captured images of the D cameras 62, 63 and 65
Enter 0.
【0063】即ち、第2、第3センサヘッド47,48
の各超音波センサ52a,53aが保持セグメント(A
2セグメント)の高さL2−1,L3−1を検出すると
共に、各超音波センサ52b,53bが既設セグメント
(A1セグメント、A2セグメント)の高さL2−2,
L3−2を検出し、また、CCDカメラ62,63が保
持セグメント(A1セグメント)と既設セグメント(A
1セグメントとA2セグメント)とのエッジを撮影し、
演算処理装置70に入力する。一方、第3、第5センサ
ヘッド48,50の超音波センサ53a,55aが保持
セグメント(A2セグメント)の高さL5−1を検出す
ると共に、超音波センサ53c,55bが周方向に隣接
する既設セグメント(A1セグメント)の高さL5−2
を検出し、また、CCDカメラ65が保持セグメント
(A2セグメント)と既設セグメント(A1セグメン
ト)とのエッジを撮影し、演算処理装置70に入力す
る。演算処理装置70では、前述した演算方法により、
各位置での既設セグメントと保持セグメントとの段差d
2s,d3s,d5s及び距離C2,C3,C5を算出
し、制御装置20がこの段差d2s,d3s,d5s及
び距離C2,C3,C5に基づいてエレクタ装置11を
駆動制御し、保持したA2セグメントを所定の位置に位
置決めし、ボルト締結機36によってボルト締結する。That is, the second and third sensor heads 47, 48
Each ultrasonic sensor 52a, 53a of the holding segment (A
2 segments) height L2-1, L3-1 is detected, and each ultrasonic sensor 52b, 53b is height L2-2 of the existing segment (A1 segment, A2 segment).
L3-2 is detected, and the CCD cameras 62 and 63 detect the holding segment (A1 segment) and the existing segment (A1 segment).
Take the edge of 1 segment and A2 segment),
Input to the arithmetic processing unit 70. On the other hand, the ultrasonic sensors 53a and 55a of the third and fifth sensor heads 48 and 50 detect the height L5-1 of the holding segment (A2 segment), and the ultrasonic sensors 53c and 55b are adjacent to each other in the circumferential direction. Height of segment (A1 segment) L5-2
Is detected, the CCD camera 65 photographs the edges of the holding segment (A2 segment) and the existing segment (A1 segment), and inputs them to the arithmetic processing unit 70. In the arithmetic processing unit 70, by the arithmetic method described above,
Step d between the existing segment and the holding segment at each position
2s, d3s, d5s and distances C2, C3, C5 are calculated, and the control device 20 drives and controls the elector device 11 based on the steps d2s, d3s, d5s and the distances C2, C3, C5, and holds the held A2 segment. It is positioned at a predetermined position and bolted by the bolt fastening machine 36.
【0064】なお、上述の実施形態では、既設セグメン
トと保持セグメントとの各位置での段差d2s,d3
s,d5s及び距離C2,C3,C5が所定値になるよ
うに保持セグメントを移動したが、セグメントのエッジ
にはセグメント同志の接合部にシール剤を挿入すること
から、コーキング溝が形成されており、エッジ同志は完
全には密着しないため、段差d2s,d3s,d5s及
び距離C2,C3,C5が所定値となるまで保持セグメ
ントを移動するようにしている。In the above embodiment, the steps d2s and d3 at the positions of the existing segment and the holding segment are different.
Although the holding segment was moved so that s, d5s and the distances C2, C3, C5 were predetermined values, a caulking groove was formed at the edge of the segment because the sealant was inserted at the joint between the segments. Since the edges do not completely adhere to each other, the holding segment is moved until the steps d2s, d3s, d5s and the distances C2, C3, C5 reach predetermined values.
【0065】また、上述の実施形態では、既設セグメン
トを保持セグメントに対して1/2だけ周方向にずれた
位置に位置決めしたが、リングセグメントの強度を考慮
すると、1/3あるいは1/4ずらすことが望ましい。
この場合、既設セグメントに予めマーカMを貼り付けて
おき、このマーカMをCCDカメラ61が検出するよう
にすると良い。Further, in the above-described embodiment, the existing segment is positioned at a position displaced by 1/2 in the circumferential direction with respect to the holding segment. However, considering the strength of the ring segment, it is displaced by 1/3 or 1/4. Is desirable.
In this case, it is advisable to attach the marker M to the existing segment in advance and allow the CCD camera 61 to detect the marker M.
【0066】同様に、A1セグメント、A3セグメン
ト、B1セグメント、B2セグメント、Kセグメントの
精位置決めをそれぞれ行うが、使用するセンサヘッド4
6〜50が異なるだけで、作動は前述のものと同じであ
る。このようにしてKセグメントが組付けられると、6
つのセグメントによってリングセグメントが組み立てら
れる。この繰り返しによってリングセグメントを連続し
て組み立てることで、所定長さのトンネルを構築するこ
とができる。Similarly, the A1 segment, A3 segment, B1 segment, B2 segment, and K segment are precisely positioned, respectively, but the sensor head 4 to be used
Operation is the same as described above, with the only difference being 6-50. When the K segment is assembled in this way, 6
The ring segment is assembled by one segment. By repeatedly assembling the ring segments by repeating this, a tunnel of a predetermined length can be constructed.
【0067】ここで、上述したエレクタ装置11の制御
装置及びその方法について説明する。エレクタ制御装置
は、図7及び図8に示すように、変位検出器101,102
と、油圧ジャッキ変位/回転角度変換器103と、着目点
位置姿勢演算器104と、位置姿勢偏差演算器105と、基準
座標/セグメント座標速度変換器106と、変位制御ゲイ
ン107と、セグメント座標/エレクタ移動軸速度変換器1
08と、回転軸速度/油圧ジャッキ速度変換器109と、制
御装置110と、位置姿勢補正量演算器121と、位置決め制
御ゲイン122と、姿勢変換器123と、積分器124,125と、
加算器126,127とから構成されている。Now, the control device and method of the above-described erector device 11 will be described. As shown in FIG. 7 and FIG. 8, the erector control device uses the displacement detectors 101, 102.
A hydraulic jack displacement / rotation angle converter 103, a target point position / orientation calculator 104, a position / orientation deviation calculator 105, a reference coordinate / segment coordinate velocity converter 106, a displacement control gain 107, a segment coordinate / Electa moving axis speed converter 1
08, rotary axis speed / hydraulic jack speed converter 109, control device 110, position / orientation correction amount calculator 121, positioning control gain 122, attitude converter 123, and integrators 124 and 125,
It is composed of adders 126 and 127.
【0068】従って、エレクタ装置11の保持機構32
がセグメントSを保持すると、変位検出器101は保持セ
グメントSの端点Qの変位XC ,YC ,ZC を各ジャッ
キ19,24,26のストロークから検出し、変位検出
器102は端点Qの変位を各ジャッキ29,30,31か
ら検出し、変換器103がローリング角θXC、ピッチング
角θYC、ヨーイング角θZCに変換する。着目点位置姿勢
演算器104は、端点Qの変位XC ,YC ,ZC とローリ
ング角θXC、ピッチング角θYC、ヨーイング角θZCとに
基づき、O−XC YC ZC 基準座標系からみた保持セグ
メントSの端点Qからの位置ベクトルP及び姿勢ベクト
ルN,O,Aを演算する。Therefore, the holding mechanism 32 of the elector device 11
When the segment S holds the segment S, the displacement detector 101 detects the displacement X C , Y C , Z C of the end point Q of the holding segment S from the strokes of the jacks 19, 24 and 26, and the displacement detector 102 detects the displacement of the end point Q. The displacement is detected from each of the jacks 29, 30, 31 and the converter 103 converts the displacement into a rolling angle θ XC , a pitching angle θ YC and a yawing angle θ ZC . The target point position / orientation calculator 104 determines the O-X C Y C Z C reference coordinates based on the displacements X C , Y C and Z C of the end point Q and the rolling angle θ XC , the pitching angle θ YC and the yawing angle θ ZC. The position vector P and the posture vectors N, O, A from the end point Q of the holding segment S viewed from the system are calculated.
【0069】一方、位置姿勢補正量演算器121には、セ
ンサヘッド46〜50の検出結果に基づいて保持セグメ
ントと既設セグメントとの隙間検出値C2(CCDカメ
ラ62),C3(CCDカメラ63),C4(CCDカ
メラ64),C5(CCDカメラ65)と、距離検出値
L1(超音波センサ51),L2−1(超音波センサ5
2a),L2−2(超音波センサ52b),L2−3
(超音波センサ52c),L3−1(超音波センサ53
a),L3−2(超音波センサ53b),L3−3(超
音波センサ53c),L4−1(超音波センサ54
a),L4−2(超音波センサ54b),L5−1(超
音波センサ55a),L5−2(超音波センサ55b)
と、保持セグメントと既設セグメントとの段差d2r
(超音波センサ52a,52b),d2s(超音波セン
サ52b,52c),d3r(超音波センサ53a,5
3b),d3s(超音波センサ53b,53c),d4
s(超音波センサ54a,54b),d5s(超音波セ
ンサ55a,55b)とが入力される。そして、組立セ
グメント判定器130から入力されたセグメントの種類A
1,A2,A3,B1,B2,Kに応じた各軸XYZ補
正量から、セグメント座標系における回転補正量
θxsg ,θysg ,θzsg と、基準座標系における並進補
正量Xsg,Ysg,Zsgが算出される。On the other hand, the position / orientation correction amount calculator 121 uses the detection values C2 (CCD camera 62), C3 (CCD camera 63), between the holding segment and the existing segment, based on the detection results of the sensor heads 46 to 50. C4 (CCD camera 64) and C5 (CCD camera 65), and distance detection values L1 (ultrasonic sensor 51) and L2-1 (ultrasonic sensor 5)
2a), L2-2 (ultrasonic sensor 52b), L2-3
(Ultrasonic sensor 52c), L3-1 (Ultrasonic sensor 53
a), L3-2 (ultrasonic sensor 53b), L3-3 (ultrasonic sensor 53c), L4-1 (ultrasonic sensor 54)
a), L4-2 (ultrasonic sensor 54b), L5-1 (ultrasonic sensor 55a), L5-2 (ultrasonic sensor 55b)
And the step d2r between the holding segment and the existing segment
(Ultrasonic sensor 52a, 52b), d2s (Ultrasonic sensor 52b, 52c), d3r (Ultrasonic sensor 53a, 5)
3b), d3s (ultrasonic sensors 53b, 53c), d4
s (ultrasonic sensors 54a and 54b) and d5s (ultrasonic sensors 55a and 55b) are input. Then, the type A of the segment input from the assembly segment determiner 130
1, A2, A3, B1, B2, K according to the respective axis XYZ correction amounts, the rotation correction amounts θ xsg , θ ysg , θ zsg in the segment coordinate system and the translation correction amounts X sg , Y sg in the reference coordinate system. , Z sg is calculated.
【0070】そして、位置決め変位制御ゲイン122を乗
じてゲイン調整を行い、姿勢変換器123で回転補正量θ
xsg ,θysg ,θzsg をセグメント座標系から基準座標
系に変換した後、積分器124で補正量を積分して移動補
正量(姿勢補正量ベクトルΔNr,ΔOr,ΔAr)と
し、また、並進補正量Xsg,Ysg,Zsgを積分器125と
で積分して位置補正量(位置補正量ベクトルΔPr)と
する。加算器126,127では、位置目標値ベクトルPr 及
び姿勢目標値ベクトルNr ,Or ,Ar にそれぞれ位置
補正量ベクトルΔPr及び姿勢補正量ベクトルΔNr,
ΔOr,ΔArを加算して最終的な位置目標値ベクトル
Pr 及び姿勢目標値ベクトルNr ,Or ,Ar とする。Then, the positioning displacement control gain 122 is multiplied to adjust the gain, and the posture converter 123 adjusts the rotation correction amount θ.
After converting xsg , θ ysg , and θ zsg from the segment coordinate system to the reference coordinate system, the integrator 124 integrates the correction amount to obtain a movement correction amount (posture correction amount vector ΔNr, ΔOr, ΔAr), and translation correction. The quantities X sg , Y sg , and Z sg are integrated by the integrator 125 to obtain a position correction amount (position correction amount vector ΔPr). The adder 126 and 127, the position target value vector P r and orientation target vector N r, O r, respectively A r position correction amount vector ΔPr and orientation compensation amount vector .DELTA.Nr,
ΔOr and ΔAr are added to obtain the final position target value vector P r and attitude target value vector N r , O r , A r .
【0071】位置姿勢偏差演算器105は、保持セグメン
トSの端点Qの位置ベクトルP及び姿勢ベクトルN,
O,Aと、位置目標値ベクトルPr 及び姿勢目標値ベク
トルN r ,Or ,Ar とに基づいて位置偏差ΔPc 及び
姿勢偏差ΔNc ,ΔOc ,ΔA c を演算する。続いて、
基準座標/セグメント座標速度変換器106で位置偏差Δ
Pc 及び姿勢偏差ΔNc ,ΔOc ,ΔAc をセグメント
座標系であるQ−XsgY sgZsg座標系からみた位置偏差
ΔPsg及び姿勢偏差ΔNsg,ΔOsg,ΔAsgに変換し、
変位制御ゲイン107を乗じてQ−XsgYsgZsg座標系か
らみた位置修正速度Vxsg ,Vysg ,Vzsg 及び姿勢修
正速度Wxsg ,Wysg ,Wzsg に変換する。The position / orientation deviation calculator 105 is a holding segment
The position vector P of the end point Q of the toe S and the posture vector N,
O, A and position target value vector PrAnd posture target value
Toll N r, Or, ArPosition deviation ΔP based oncas well as
Attitude deviation ΔNc, ΔOc, ΔA cIs calculated. continue,
Standard coordinate / segment coordinate Velocity converter 106 position deviation Δ
PcAnd attitude deviation ΔNc, ΔOc, ΔAcThe segment
Coordinate system Q-XsgY sgZsgPosition deviation seen from the coordinate system
ΔPsgAnd attitude deviation ΔNsg, ΔOsg, ΔAsgConverted to
Multiply the displacement control gain 107 to Q-XsgYsgZsgCoordinate system
Position correction speed Vxsg, Vysg, VzsgAnd posture modification
Positive speed Wxsg, Wysg, WzsgConvert to.
【0072】更に、この位置修正速度Vxsg ,Vysg ,
Vzsg はヤコビ逆行列であるセグメント座標/エレクタ
移動軸速度変換器108で、X軸修正速度Vx 、Y軸修正
速度Vy 、Z軸修正速度Vz に変換すると共に、姿勢修
正速度Wxsg ,Wysg ,Wzs g はローリング軸修正速度
Wx 、ピッチング軸修正速度Wy 、ヨーイング軸修正速
度Wz に変換する。そして、ローリング軸修正速度
Wx 、ピッチング軸修正速度Wy 、ヨーイング軸修正速
度Wz は回転軸速度/油圧ジャッキ速度変換器109に
て、ローリングジャッキ29の伸縮速度Wxjとピッチン
グジャッキ30の伸縮速度Wyjとヨーイングジャッキ3
1の伸縮速度Wzjに変換する。Further, the position correction speeds V xsg , V ysg ,
V zsg is a segment coordinate / erector movement axis speed converter 108 which is a Jacobian inverse matrix, and is converted into an X-axis correction speed V x , a Y-axis correction speed V y , and a Z-axis correction speed V z, and also an attitude correction speed W xsg. , W ysg , W zs g are converted into a rolling axis correction speed W x , a pitching axis correction speed W y , and a yawing axis correction speed W z . Then, the rolling axis correction speed W x , the pitching axis correction speed W y , and the yawing axis correction speed W z are calculated by the rotary shaft speed / hydraulic jack speed converter 109 by the expansion / contraction speed W xj of the rolling jack 29 and the expansion / contraction of the pitching jack 30. Speed W yj and yawing jack 3
Convert to the expansion / contraction speed W zj of 1.
【0073】従って、制御装置110はX,Y,Z軸の各
修正速度度Vx ,Vy ,Vz 及びローリング軸、ピッチ
ング軸、ヨーイング軸の各伸縮速度Wxj,Wyj,Wzjに
基づき、エレクタ装置11の各油圧ジャッキ19,2
4,26,29,30,31を作動して保持機構32が
保持した保持セグメントSを端点Qの位置を中心として
位置制御及び姿勢制御を行う。そのため、既設セグメン
トSs の端点Rに対して保持セグメントSの端点Qを容
易に合致させることができ、作業効率を向上できる。Therefore, the controller 110 sets the correction speeds V x , V y , V z of the X, Y, Z axes and the expansion / contraction speeds W xj , W yj , W zj of the rolling axis, the pitching axis, and the yawing axis, respectively. Based on the hydraulic jacks 19 and 2 of the erector device 11,
4, 26, 29, 30, 31 are operated to perform position control and attitude control of the holding segment S held by the holding mechanism 32 with the position of the end point Q as the center. Therefore, the end point Q of the holding segment S can be easily matched with the end point R of the existing segment S s , and the work efficiency can be improved.
【0074】なお、制御装置110の入力側には操作切換
器128が介装され、この操作切換器128に手動操作装置12
9が切換可能に接続されている。エレクタ装置11の自
動運転が不要であったり、自動運転に不具合が生じた場
合には、手動運転に切り換えることで手動操作装置129
による操作が可能となる。An operation selector 128 is provided on the input side of the control device 110, and the manual operation device 12 is connected to the operation selector 128.
9 is switchably connected. When the automatic operation of the erector device 11 is not necessary or when a problem occurs in the automatic operation, the manual operation device 129 is switched to the manual operation.
Can be operated.
【0075】図13に本発明の第4実施形態に係るエレ
クタ制御装置の制御ブロック、図14に位置姿勢補正量
演算器の構成を表す制御ブロックを示す。FIG. 13 shows a control block of the erector controller according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 14 shows a control block showing the configuration of the position / orientation correction amount calculator.
【0076】本実施形態のエレクタ制御装置は、図13
及び図14に示すように、変位検出器101,102と、油圧
ジャッキ変位/回転角度変換器103と、着目点位置姿勢
演算器104と、位置姿勢偏差演算器105と、基準座標/セ
グメント座標速度変換器106と、変位制御ゲイン107と、
セグメント座標/エレクタ移動軸速度変換器108と、回
転軸速度/油圧ジャッキ速度変換器109と、制御装置110
と、位置姿勢オフセット量設定器131と、シール厚み加
算器132と、位置姿勢補正量演算器121と、位置決め制御
ゲイン122と、姿勢変換器123と、積分器124,125と、加
算器126,127とから構成されている。The erector control device of this embodiment is shown in FIG.
As shown in FIG. 14, the displacement detectors 101 and 102, the hydraulic jack displacement / rotation angle converter 103, the target point position / orientation calculator 104, the position / orientation deviation calculator 105, and the reference coordinate / segment coordinate velocity are shown. A converter 106, a displacement control gain 107,
Segment coordinate / erector movement axis speed converter 108, rotation axis speed / hydraulic jack speed converter 109, and control device 110
A position / orientation offset amount setter 131, a seal thickness adder 132, a position / orientation correction amount calculator 121, a positioning control gain 122, a posture converter 123, integrators 124 and 125, and an adder 126, It is composed of 127 and.
【0077】従って、エレクタ装置11の保持機構32
がセグメントSを保持すると、各ジャッキ19,24,
26から検出した端点Qの変位XC ,YC ,ZC とロー
リング角θXC、ピッチング角θYC、ヨーイング角θZCに
基づき、着目点位置姿勢演算器104がO−XC YC ZC
基準座標系における端点Qからの位置ベクトルP及び姿
勢ベクトルN,O,Aを演算する。Therefore, the holding mechanism 32 of the elector device 11
Holds the segment S, each jack 19, 24,
Based on the displacements X C , Y C , and Z C of the end point Q detected from 26 and the rolling angle θ XC , the pitching angle θ YC , and the yawing angle θ ZC , the focus point position / orientation calculator 104 determines O−X C Y C Z C
The position vector P and the posture vectors N, O, A from the end point Q in the reference coordinate system are calculated.
【0078】一方、位置姿勢オフセット量設定器131
は、土圧の大きさなどに応じてセグメントの組付位置を
トンネルの径方向にずらすオフセット設定値Xf0,Y
f0,Zf0,θxf0,θyf0,θzf0を設定す
る。また、シール厚み加算器132は、後にセグメントを
シールドジャッキによって既設セグメントに押し付ける
ためにトンネルの長手方向にずらすシール厚み設定値X
s0,Ys0を設定する。そして、位置姿勢補正量演算
器121は、このオフセット設定値Xf0,Yf0,Zf
0,θxf0,θyf0,θzf0と、シール厚み設定
値Xs0,Ys0と、演算処理装置70からの隙間検出
値C2〜C5、距離検出値L1〜L5−2、段差d2r
〜d5sとに基づいてセグメント座標系における回転補
正量θxsg,θysg ,θzsg 及び基準座標系における並
進補正量Xsg,Ysg,Zsgを算出する。On the other hand, the position / orientation offset amount setting unit 131
Is an offset setting value Xf0, Y that shifts the assembly position of the segment in the radial direction of the tunnel according to the magnitude of earth pressure.
Set f0, Zf0, θxf0, θyf0, and θzf0. Further, the seal thickness adder 132 shifts the segment in the longitudinal direction of the tunnel in order to push the segment against the existing segment by the shield jack later, and the seal thickness setting value X
Set s0 and Ys0. The position / orientation correction amount calculator 121 then determines the offset set values Xf0, Yf0, Zf.
0, θxf0, θyf0, θzf0, seal thickness setting values Xs0 and Ys0, gap detection values C2 to C5, distance detection values L1 to L5-2, step d2r from the arithmetic processing unit 70.
Based on .about.d5s , rotation correction amounts θ xsg , θ ysg , θ zsg in the segment coordinate system and translation correction amounts X sg , Y sg , Z sg in the reference coordinate system are calculated.
【0079】そして、位置決め変位制御ゲイン122、姿
勢変換器123、積分器124,125によって姿勢補正量ベク
トルΔNr,ΔOr,ΔAr及び位置補正量ベクトルΔ
Prを求め、加算器126,127にて、位置目標値ベクトル
Pr 及び姿勢目標値ベクトルN r ,Or ,Ar にそれぞ
れ位置補正量ベクトルΔPr及び姿勢補正量ベクトルΔ
Nr,ΔOr,ΔArを加算して最終的な位置目標値ベ
クトルPr 及び姿勢目標値ベクトルNr ,Or ,Ar と
する。Then, the positioning displacement control gain 122, the figure
Posture correction amount check by force converter 123 and integrators 124, 125
Tor ΔNr, ΔOr, ΔAr and position correction amount vector Δ
Pr is calculated, and the position target value vector is added by the adders 126 and 127.
PrAnd posture target value vector N r, Or, ArTo that
The position correction amount vector ΔPr and the posture correction amount vector Δ
Nr, ΔOr, and ΔAr are added to obtain the final position target value
Cutle PrAnd posture target value vector Nr, Or, ArWhen
To do.
【0080】その後、位置姿勢偏差演算器105、基準座
標/セグメント座標速度変換器106、変位制御ゲイン10
7、セグメント座標/エレクタ移動軸速度変換器108、回
転軸速度/油圧ジャッキ速度変換器109によって修正速
度度Vx ,Vy ,Vz 及びローリング軸、ピッチング
軸、ヨーイング軸の各伸縮速度Wxj,Wyj,Wzjが求め
られ、制御装置110はX,Y,Z軸の各修正速度度
Vx ,Vy ,Vz 及びローリング軸、ピッチング軸、ヨ
ーイング軸の各伸縮速度Wxj,Wyj,Wzjに基づき、エ
レクタ装置11の各油圧ジャッキ19,24,26,2
9,30,31を作動して保持機構32が保持した保持
セグメントSを端点Qの位置を中心として位置制御及び
姿勢制御を行う。After that, the position / orientation deviation calculator 105, the reference coordinate / segment coordinate velocity converter 106, the displacement control gain 10
7. Corrected speeds V x , V y , V z and expansion / contraction speeds W xj of rolling axis, pitching axis, yawing axis by segment coordinate / elector moving axis speed converter 108 and rotating axis speed / hydraulic jack speed converter 109. , W yj , W zj are calculated, and the control device 110 controls the correction speeds V x , V y , V z of the X, Y, and Z axes and the expansion / contraction speeds W xj , W of the rolling axis, the pitching axis, and the yawing axis. Based on yj and W zj , the respective hydraulic jacks 19, 24, 26, 2 of the erector device 11
Position control and attitude control are performed with the holding segment S held by the holding mechanism 32 as the center by operating 9, 30, 31.
【0081】図15に本発明の第5実施形態に係るエレ
クタ制御装置の制御ブロック、図16にレンジ内外判定
器の構成を表す制御ブロック、図17にレンジ外処理器
の処理内容の具体例を表す概略を示す。FIG. 15 is a control block of the erector control device according to the fifth embodiment of the present invention, FIG. 16 is a control block showing the configuration of the inside / outside range determination device, and FIG. An outline is shown.
【0082】本実施形態のエレクタ制御装置は、図15
乃至図17に示すように、変位検出器101,102と、油圧
ジャッキ変位/回転角度変換器103と、着目点位置姿勢
演算器104と、位置姿勢偏差演算器105と、基準座標/セ
グメント座標速度変換器106と、変位制御ゲイン107と、
セグメント座標/エレクタ移動軸速度変換器108と、回
転軸速度/油圧ジャッキ速度変換器109と、制御装置110
と、レンジ内外判定器141と、レンジ外処理器142と、切
換器143と、位置姿勢補正量演算器121と、位置決め制御
ゲイン122と、姿勢変換器123と、積分器124,125と、加
算器126,127とから構成されている。The erector control device of this embodiment is shown in FIG.
17, the displacement detectors 101 and 102, the hydraulic jack displacement / rotation angle converter 103, the point of interest position / orientation calculator 104, the position / orientation deviation calculator 105, and the reference coordinate / segment coordinate velocity A converter 106, a displacement control gain 107,
Segment coordinate / erector movement axis speed converter 108, rotation axis speed / hydraulic jack speed converter 109, and control device 110
A range inside / outside determiner 141, a range outside processor 142, a switch 143, a position / orientation correction amount calculator 121, a positioning control gain 122, a posture converter 123, integrators 124 and 125, and an adder. It is composed of vessels 126 and 127.
【0083】従って、エレクタ装置11の保持機構32
がセグメントSを保持すると、各ジャッキ19,24,
26から検出した端点Qの変位XC ,YC ,ZC とロー
リング角θXC、ピッチング角θYC、ヨーイング角θZCに
基づき、着目点位置姿勢演算器104がO−XC YC ZC
基準座標系における端点Qからの位置ベクトルP及び姿
勢ベクトルN,O,Aを演算する。Therefore, the holding mechanism 32 of the elector device 11
Holds the segment S, each jack 19, 24,
Based on the displacements X C , Y C , and Z C of the end point Q detected from 26 and the rolling angle θ XC , the pitching angle θ YC , and the yawing angle θ ZC , the focus point position / orientation calculator 104 determines O−X C Y C Z C
The position vector P and the posture vectors N, O, A from the end point Q in the reference coordinate system are calculated.
【0084】一方、演算処理装置70からの隙間検出値
C2〜C5がレンジ内外判定器141に入力し、ここで、
保持セグメントに対して既設セグメントがCCDカメラ
61〜65のレンジ内に入ったかどうかを判定してい
る。この場合、図16に詳細に示すように、各セグメン
トA1,A2,A3,B1,B2,Kに応じて全てのレ
ンジ内外判定ケースが設定されており、レンジ内外判定
器141が既設セグメントをレンジ外であると判定する
と、切換器143を動作してレンジ外処理器142が各ケース
に応じた動作指令を発令する。On the other hand, the gap detection values C2 to C5 from the arithmetic processing unit 70 are input to the inside / outside determination unit 141, where
It is determined whether the existing segment has entered the range of the CCD cameras 61 to 65 with respect to the holding segment. In this case, as shown in detail in FIG. 16, all the range inside / outside determination cases are set according to each segment A1, A2, A3, B1, B2, K, and the range inside / outside determination unit 141 sets the existing segment to the range. When it is determined that the value is outside the range, the switch 143 is operated and the out-of-range processor 142 issues an operation command according to each case.
【0085】例えば、図17に詳細に示すように、セグ
メントA3に関して説明すると、レンジ内外判定器141
がケース1のように隙間検出値C2,C3,C4の全て
がレンジ外であると判定すると、レンジ外処理器142は
保持セグメントのヨーイングを停止し、所定速度でX軸
方向(トンネル長手方向前方)へスライドすると共に、
Y軸方向(トンネル周方向)へ微小旋回移動する。この
動作により隙間検出値C2,C3,C4の少なくとも1
つがレンジ内に入ってくる。そして、ケース7のように
隙間検出値C2,C3がレンジ内であって隙間検出値C
4のみがレンジ外であると判定すると、レンジ外処理器
142は保持セグメントのX軸方向へのスライドを停止す
ると共に所定速度でヨーイングさせ、所定速度でY軸方
向へ微小旋回移動する。この動作により隙間検出値C
2,C3,C4の全てがレンジ内に入ってくる。For example, as will be described in detail with reference to FIG. 17, the segment A3 will be described.
When it is determined that all of the clearance detection values C2, C3, C4 are out of the range as in case 1, the out-of-range processor 142 stops yawing the holding segment and moves at a predetermined speed in the X-axis direction (forward in the tunnel longitudinal direction). ) And slide
A small turning movement is made in the Y-axis direction (tunnel circumferential direction). By this operation, at least 1 of the clearance detection values C2, C3, C4
One comes into the range. Then, as in case 7, the gap detection values C2 and C3 are within the range and the gap detection value C
If only 4 is out of range, out-of-range processor
Reference numeral 142 stops the slide of the holding segment in the X-axis direction, yaws it at a predetermined speed, and finely moves it in the Y-axis direction at a predetermined speed. By this operation, the gap detection value C
All of 2, C3 and C4 come into the range.
【0086】このようにレンジ内外判定器141のレンジ
外判定によってレンジ外処理器142が各ケースに応じた
動作指令を発令することで、各主の検出値が検出される
と、位置姿勢補正量演算器121は、演算処理装置70か
らの隙間検出値C2〜C5、距離検出値L1〜L5−
2、段差d2r〜d5sとに基づいてセグメント座標系
における回転補正量θxsg ,θysg ,θzsg 及び基準座
標系における並進補正量X sg,Ysg,Zsgを算出する。
そして、位置決め変位制御ゲイン122、姿勢変換器123、
積分器124,125によって姿勢補正量ベクトルΔNr,Δ
Or,ΔAr及び位置補正量ベクトルΔPrを求め、加
算器126,127にて、位置目標値ベクトルPr及び姿勢目
標値ベクトルNr ,Or ,Ar にそれぞれ位置補正量ベ
クトルΔPr及び姿勢補正量ベクトルΔNr,ΔOr,
ΔArを加算して最終的な位置目標値ベクトルPr 及び
姿勢目標値ベクトルNr ,Or ,Ar とする。In this way, the range of the inside / outside range determiner 141
Out-of-range processor 142 responded to each case by outside judgment
The detection value of each master is detected by issuing the operation command.
And the position / orientation correction amount calculator 121 is
The gap detection values C2 to C5 and the distance detection values L1 to L5-
2. Segment coordinate system based on steps d2r to d5s
Rotation correction amount atxsg, Θysg, ΘzsgAnd the standard seat
Translation correction amount X in the standard system sg, Ysg, ZsgTo calculate.
Then, the positioning displacement control gain 122, the posture converter 123,
Attitude correction amount vectors ΔNr, Δ by integrators 124, 125
Or, ΔAr and position correction amount vector ΔPr are calculated and added.
The position target value vector P in the calculators 126 and 127rAnd posture eyes
Threshold vector Nr, Or, ArPosition correction amount
Cutler ΔPr and attitude correction amount vector ΔNr, ΔOr,
The final position target value vector P by adding ΔArras well as
Posture target value vector Nr, Or, ArAnd
【0087】その後、位置姿勢偏差演算器105、基準座
標/セグメント座標速度変換器106、変位制御ゲイン10
7、セグメント座標/エレクタ移動軸速度変換器108、回
転軸速度/油圧ジャッキ速度変換器109によって修正速
度度Vx ,Vy ,Vz 及びローリング軸、ピッチング
軸、ヨーイング軸の各伸縮速度Wxj,Wyj,Wzjが求め
られ、制御装置110はX,Y,Z軸の各修正速度度
Vx ,Vy ,Vz 及びローリング軸、ピッチング軸、ヨ
ーイング軸の各伸縮速度Wxj,Wyj,Wzjに基づき、エ
レクタ装置11の各油圧ジャッキ19,24,26,2
9,30,31を作動して保持機構32が保持した保持
セグメントSを端点Qの位置を中心として位置制御及び
姿勢制御を行う。After that, the position / orientation deviation calculator 105, the reference coordinate / segment coordinate velocity converter 106, the displacement control gain 10
7. Corrected speeds V x , V y , V z and expansion / contraction speeds W xj of rolling axis, pitching axis, yawing axis by segment coordinate / elector moving axis speed converter 108 and rotating axis speed / hydraulic jack speed converter 109. , W yj , W zj are calculated, and the control device 110 controls the correction speeds V x , V y , V z of the X, Y, and Z axes and the expansion / contraction speeds W xj , W of the rolling axis, the pitching axis, and the yawing axis. Based on yj and W zj , the respective hydraulic jacks 19, 24, 26, 2 of the erector device 11
Position control and attitude control are performed with the holding segment S held by the holding mechanism 32 as the center by operating 9, 30, 31.
【0088】図18に本発明の第6実施形態に係るエレ
クタ制御装置の制御ブロック、図19に手動操作装置の
操作パネルを示す。FIG. 18 shows a control block of the erector control device according to the sixth embodiment of the present invention, and FIG. 19 shows an operation panel of the manual operation device.
【0089】本実施形態のエレクタ制御装置は、図18
に示すように、変位検出器101,102と、油圧ジャッキ変
位/回転角度変換器103と、着目点位置姿勢演算器104
と、位置姿勢偏差演算器105と、基準座標/セグメント
座標速度変換器106と、変位制御ゲイン107と、セグメン
ト座標/エレクタ移動軸速度変換器108と、回転軸速度
/油圧ジャッキ速度変換器109と、制御装置110と、位置
姿勢補正量演算器121と、位置決め制御ゲイン122と、姿
勢変換器123と、積分器124,125と、加算器126,127
と、手動操作装置151と操作切換部152とから構成されて
いる。The erector controller of this embodiment is shown in FIG.
As shown in FIG. 3, the displacement detectors 101 and 102, the hydraulic jack displacement / rotation angle converter 103, and the focus point position / orientation calculator 104
A position / orientation deviation calculator 105, a reference coordinate / segment coordinate velocity converter 106, a displacement control gain 107, a segment coordinate / erector movement axis velocity converter 108, a rotary axis velocity / hydraulic jack velocity converter 109, , Controller 110, position / orientation correction amount calculator 121, positioning control gain 122, attitude converter 123, integrators 124 and 125, and adders 126 and 127.
And a manual operation device 151 and an operation switching unit 152.
【0090】従って、運転管理装置71によって操作切
換部152が自動運転に切り換えられていると、エレクタ
装置11の保持機構32がセグメントSを保持し、各ジ
ャッキ19,24,26から検出した端点Qの変位
XC ,YC ,ZC とローリング角θXC、ピッチング角θ
YC、ヨーイング角θZCに基づき、着目点位置姿勢演算器
104がO−XC YC ZC 基準座標系における端点Qから
の位置ベクトルP及び姿勢ベクトルN,O,Aを演算す
る。一方、位置姿勢補正量演算器121は、演算処理装置
70からの隙間検出値C2〜C5、距離検出値L1〜L
5−2、段差d2r〜d5sとに基づいてセグメント座
標系における回転補正量θxsg ,θysg ,θ zsg 及び基
準座標系における並進補正量Xsg,Ysg,Zsgを算出す
る。そして、位置決め変位制御ゲイン122、姿勢変換器1
23、積分器124,125によって姿勢補正量ベクトルΔN
r,ΔOr,ΔAr及び位置補正量ベクトルΔPrを求
め、加算器126,127にて、位置目標値ベクトルPr 及び
姿勢目標値ベクトルNr ,Or ,Ar にそれぞれ位置補
正量ベクトルΔPr及び姿勢補正量ベクトルΔNr,Δ
Or,ΔArを加算して最終的な位置目標値ベクトルP
r 及び姿勢目標値ベクトルNr ,Or ,Ar とする。Therefore, the operation management device 71 disables the operation.
When the converter 152 is switched to automatic operation,
The holding mechanism 32 of the device 11 holds the segment S and
Displacement of end point Q detected from jacks 19, 24, 26
XC, YC, ZCAnd rolling angle θXC, Pitching angle θ
YC, Yawing angle θZCBased on the point of interest position and orientation calculator
104 is OXCYCZCFrom the end point Q in the reference coordinate system
Position vector P and posture vector N, O, A of
It On the other hand, the position and orientation correction amount calculator 121 is an arithmetic processing unit.
Gap detection values C2 to C5, distance detection values L1 to L from 70
5-2, the segment seat based on the steps d2r to d5s
Rotation correction amount in standard system θxsg, Θysg, Θ zsgAnd base
Translational correction amount X in the quasi-coordinate systemsg, Ysg, ZsgCalculate
It Then, the positioning displacement control gain 122 and the posture converter 1
23, posture correction amount vector ΔN by integrators 124, 125
Obtain r, ΔOr, ΔAr and position correction amount vector ΔPr
Therefore, the position target value vector P is added by the adders 126 and 127.ras well as
Posture target value vector Nr, Or, ArTo each position
Positive amount vector ΔPr and attitude correction amount vector ΔNr, Δ
Or and ΔAr are added to obtain the final position target value vector P
rAnd posture target value vector Nr, Or, ArAnd
【0091】その後、位置姿勢偏差演算器105、基準座
標/セグメント座標速度変換器106、変位制御ゲイン10
7、セグメント座標/エレクタ移動軸速度変換器108、回
転軸速度/油圧ジャッキ速度変換器109によって修正速
度度Vx ,Vy ,Vz 及びローリング軸、ピッチング
軸、ヨーイング軸の各伸縮速度Wxj,Wyj,Wzjが求め
られ、制御装置110はX,Y,Z軸の各修正速度度
Vx ,Vy ,Vz 及びローリング軸、ピッチング軸、ヨ
ーイング軸の各伸縮速度Wxj,Wyj,Wzjに基づき、エ
レクタ装置11の各油圧ジャッキ19,24,26,2
9,30,31を作動して保持機構32が保持した保持
セグメントSを端点Qの位置を中心として位置制御及び
姿勢制御を行う。After that, the position / orientation deviation calculator 105, the reference coordinate / segment coordinate velocity converter 106, the displacement control gain 10
7. Corrected speeds V x , V y , V z and expansion / contraction speeds W xj of rolling axis, pitching axis, yawing axis by segment coordinate / elector moving axis speed converter 108 and rotating axis speed / hydraulic jack speed converter 109. , W yj , W zj are calculated, and the control device 110 controls the correction speeds V x , V y , V z of the X, Y, and Z axes and the expansion / contraction speeds W xj , W of the rolling axis, the pitching axis, and the yawing axis. Based on yj and W zj , the respective hydraulic jacks 19, 24, 26, 2 of the erector device 11
Position control and attitude control are performed with the holding segment S held by the holding mechanism 32 as the center by operating 9, 30, 31.
【0092】一方、エレクタ装置11の自動運転が不要
であったり、センサによる各種の検出ができなかったな
どの自動運転に不具合が生じた場合には、運転管理装置
71によって操作切換部152が手動運転に切り換えら
れ、作業者は手動操作装置151を用いて保持セグメント
Sの位置姿勢制御を行う。On the other hand, when the automatic operation of the erector device 11 is not necessary, or when a problem occurs in the automatic operation such that various kinds of detection cannot be performed by the sensor, the operation control unit 71 causes the operation switching unit 152 to manually operate. After switching to operation, the operator uses the manual operation device 151 to control the position and orientation of the holding segment S.
【0093】この手動操作装置151は、図19に示すよ
うに、スライド操作スイッチ161(移動ジャッキ24)
と、ヨーイング操作スイッチ162(ヨーイングジャッキ
29)と、ピッチング操作スイッチ163(ピッチングジ
ャッキ31)と、ローリング操作スイッチ164(ローリ
ングジャッキ30)と、把持フリースイッチ165(保持
ジャッキ35)と、スライドフリースイッチ166と、ヨ
ーイングフリースイッチ167と、速度調整スイッチ168
と、昇降操作スイッチ169(昇降ジャッキ19)と、旋
回操作スイッチ170(油圧モータ16)と、把持伸縮操
作スイッチ171と、旋回微調整操作スイッチ172(移動ジ
ャッキ26)と、操作基準点変更スイッチ173a,173b,
173cと、確認ランプ174a,174b,174cと、操作禁止スイ
ッチ175とを有している。As shown in FIG. 19, this manual operation device 151 has a slide operation switch 161 (moving jack 24).
, Yawing operation switch 162 (yawing jack 29), pitching operation switch 163 (pitching jack 31), rolling operation switch 164 (rolling jack 30), grip free switch 165 (holding jack 35), and slide free switch 166. , Yawing free switch 167, speed adjustment switch 168
A lift operation switch 169 (lift jack 19), a swing operation switch 170 (hydraulic motor 16), a grip extension / contraction operation switch 171, a swing fine adjustment operation switch 172 (moving jack 26), and an operation reference point change switch 173a. 173b,
173c, confirmation lamps 174a, 174b, 174c, and an operation prohibiting switch 175.
【0094】従って、作業者はこの手動操作装置151を
用いて着目点となる操作基準点(図2にてP,Q,T)
を操作基準点変更スイッチ173a,173b,173cを用いて決
定する。そして、エレクタ装置11の保持機構32がセ
グメントSを保持すると、各ジャッキ19,24,26
から検出した基準点の変位XC ,YC ,ZC とローリン
グ角θXC、ピッチング角θYC、ヨーイング角θZCに基づ
き、着目点位置姿勢演算器104がO−XC YC ZC 基準
座標系における基準点からの位置ベクトルP及び姿勢ベ
クトルN,O,Aを演算する。Therefore, the operator uses the manual operation device 151 to set an operation reference point (P, Q, T in FIG. 2) as a target point.
Is determined using the operation reference point change switches 173a, 173b, 173c. When the holding mechanism 32 of the erector device 11 holds the segment S, each jack 19, 24, 26
Based on the displacements X C , Y C , and Z C of the reference point detected from the rolling angle θ XC , the pitching angle θ YC , and the yawing angle θ ZC , the focus point position / orientation calculator 104 determines the O-X C Y C Z C reference. A position vector P and a posture vector N, O, A from a reference point in the coordinate system are calculated.
【0095】そして、手動操作装置151を用いて位置目
標値ベクトルPr 及び姿勢目標値ベクトルNr ,Or ,
Ar を設定すると、自動運転と同様に、位置姿勢偏差演
算器105、基準座標/セグメント座標速度変換器106、変
位制御ゲイン107、セグメント座標/エレクタ移動軸速
度変換器108、回転軸速度/油圧ジャッキ速度変換器109
によって修正速度度Vx ,Vy ,Vz 及びローリング
軸、ピッチング軸、ヨーイング軸の各伸縮速度Wxj,W
yj,Wzjが求められ、制御装置110はX,Y,Z軸の各
修正速度度Vx ,Vy ,Vz 及びローリング軸、ピッチ
ング軸、ヨーイング軸の各伸縮速度Wxj,Wyj,Wzjに
基づき、エレクタ装置11の各油圧ジャッキ19,2
4,26,29,30,31を作動して保持機構32が
保持した保持セグメントSを設定した基準点の位置を中
心として位置制御及び姿勢制御を行う。Then, using the manual operation device 151, the position target value vector P r and the attitude target value vector N r , O r ,
When A r is set, the position / orientation deviation calculator 105, the reference coordinate / segment coordinate speed converter 106, the displacement control gain 107, the segment coordinate / erector movement axis speed converter 108, the rotary axis speed / hydraulic pressure are set as in the automatic operation. Jack speed converter 109
According to the modified velocities V x , V y , V z, and the expansion / contraction speeds W xj , W of the rolling axis, the pitching axis, and the yawing axis, respectively.
yj and W zj are obtained, and the control device 110 controls the correction speed degrees V x , V y and V z of the X, Y and Z axes and the expansion and contraction speeds W xj and W yj of the rolling axis, the pitching axis and the yawing axis, respectively. Based on W zj , each hydraulic jack 19, 2 of the erector device 11
4, 26, 29, 30, 31 are operated to perform position control and attitude control centered on the position of the reference point where the holding segment S held by the holding mechanism 32 is set.
【0096】なお、上述の各実施形態において、エレク
タ装置11の各油圧ジャッキ19,24,26,29,
30,31を作動して保持セグメントSを端点Qの位置
を中心として位置制御及び姿勢制御を行って組み付けた
が、セグメントの種類により端点はPまたはTとなる。
また、段差距離検出手段としてセンサヘッド46〜50
を適用し、このセンサヘッド46〜50を超音波センサ
とCCDカメラによって構成したが、超音波センサに代
えてレーザ計測センサや接触式変位計等であってもよ
く、センサヘッド46〜50として投光器及びカメラを
適用することでできる。更に、覆工部材をセグメントと
したが、セメントを打設するための型枠であってもよ
い。In each of the above-described embodiments, the hydraulic jacks 19, 24, 26, 29 of the elector device 11 are
Although the holding segment S was assembled by performing position control and attitude control centering on the position of the end point Q by operating 30, 31, the end point is P or T depending on the type of segment.
Further, the sensor heads 46 to 50 are used as the step distance detecting means.
The sensor heads 46 to 50 are configured by the ultrasonic sensor and the CCD camera, but a laser measuring sensor, a contact type displacement meter, or the like may be used instead of the ultrasonic sensor. And it can be done by applying a camera. Further, although the lining member is a segment, it may be a formwork for placing cement.
【0097】[0097]
【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように請求項1の発明のエレクタ制御装置によれば、覆
工部材を保持する保持手段を、X軸、Y軸、Z軸移動手
段により各軸方向に沿って移動自在に支持すると共に、
X軸、Y軸、Z軸揺動手段により各軸回りに揺動自在に
支持し、覆工部材の接合点の各軸方向の変位と各軸回り
の変位を検出する第1、第2の変位検出手段と、この接
合点の変位に基づいて位置ベクトル及び姿勢ベクトルを
演算する着目点位置姿勢演算手段と、位置目標値ベクト
ル及び姿勢目標値ベクトルと実際の位置ベクトル及び姿
勢ベクトルとに基づいて接合点からの位置偏差及び姿勢
偏差を演算する位置姿勢偏差演算手段と、この位置偏差
及び姿勢偏差に基づいて各移動手段及び各揺動手段を駆
動制御する制御手段とを設けたので、保持覆工部材を接
合点の位置を中心として位置制御及び姿勢制御を行うこ
ととなり、既設覆工部材の接合点に対して保持覆工部材
の接合点を容易に一致させることができ、覆工部材の位
置決め精度を向上することができると共に、位置決め作
業の作業性の向上を図ることができる。As described above in detail in the embodiment, according to the erector control device of the invention of claim 1, the holding means for holding the lining member is constituted by the X-axis, Y-axis and Z-axis moving means. While supporting movably along each axial direction,
The first and second axes are supported by X-axis, Y-axis, and Z-axis swinging means so as to be swingable about each axis, and the displacement of each joining point of the lining member in each axis direction and the displacement around each axis are detected. Displacement detection means, point-of-interest position / orientation calculation means for calculating a position vector and orientation vector based on the displacement of the junction point, based on a position target value vector / orientation target value vector and an actual position vector / orientation vector Since the position / orientation deviation calculating means for calculating the position deviation and the attitude deviation from the joint point and the control means for driving and controlling the moving means and the swinging means on the basis of the position deviation and the attitude deviation are provided, the holding cover is provided. The position control and the posture control of the working member are performed around the position of the joining point, so that the joining point of the holding lining member can be easily matched with the joining point of the existing lining member. Improved positioning accuracy Rukoto it is, it is possible to improve the workability of the positioning operation.
【0098】また、請求項2の発明のエレクタ制御装置
によれば、各移動手段及び各揺動手段を油圧ジャッキと
し、基準座標系での接合点からの位置偏差及び姿勢偏差
を覆工部材座標系に変換する覆工部材座標系変換手段
と、覆工部材座標系での位置偏差及び姿勢偏差を位置修
正速度及び姿勢修正速度に変換する速度変換手段と、こ
の位置修正速度をエレクタ座標系でのX軸とY軸とZ軸
方向の位置修正速度に変換すると共に姿勢修正速度をX
軸とY軸とZ軸回りの姿勢修正速度に変換するエレクタ
座標系変換手段とを設け、制御手段がエレクタ座標系で
の位置修正速度及び姿勢修正速度に基づいて各油圧ジャ
ッキを作動して保持覆工部材を接合点を中心として位置
制御及び姿勢制御するようにしたので、各油圧ジャッキ
を容易に作動制御して作業性の向上を図ることができ
る。According to the erector control device of the second aspect of the present invention, each moving means and each swinging means are hydraulic jacks, and the position deviation and the attitude deviation from the joint point in the reference coordinate system are used as the lining member coordinates. Lining member coordinate system conversion means for converting into a system, speed conversion means for converting position deviation and attitude deviation in the lining member coordinate system into position correction speed and attitude correction speed, and this position correction speed in the erector coordinate system. Position correction speed in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions of
Erector coordinate system conversion means for converting the attitude correction speed around the axes, the Y axis, and the Z axis is provided, and the control means operates and holds each hydraulic jack based on the position correction speed and the attitude correction speed in the erector coordinate system. Since the position and the posture of the lining member are controlled around the joining point, the workability can be improved by easily controlling the operation of each hydraulic jack.
【0099】また、請求項3の発明のエレクタ制御装置
によれば、保持手段が保持した覆工部材に作用するX軸
とY軸とZ軸における軸方向圧力及び揺動方向圧力を検
出する圧力検出手段と、軸方向圧力及び揺動方向圧力の
圧力の変化に基づいて覆工部材に作用する外力を演算す
る外力演算手段とを設け、駆動制御手段が接合点からの
位置偏差及び姿勢偏差に、外力演算手段が演算した覆工
部材に作用する外力を加味して各移動手段及び各揺動手
段を駆動制御するようにしたので、既設の覆工部材に対
して保持した覆工部材を組み付けるとき、微小な位置ず
れを吸収することが可能となり、覆工部材の組付時間を
短縮することができる。According to the erector control device of the third aspect of the present invention, the pressure for detecting the axial pressure and the swinging pressure in the X-axis, Y-axis and Z-axis acting on the lining member held by the holding means is detected. Detecting means and external force calculating means for calculating an external force acting on the lining member based on changes in the pressure in the axial direction and the pressure in the swinging direction are provided, and the drive control means detects the position deviation and the attitude deviation from the joint point. Since the moving means and the swinging means are drive-controlled in consideration of the external force acting on the lining member calculated by the external force calculating means, the held lining member is assembled to the existing lining member. At this time, it becomes possible to absorb a minute positional deviation, and the assembly time of the lining member can be shortened.
【0100】また、請求項4の発明のエレクタ制御方法
によれば、保持覆工部材をトンネル内壁面に組付けられ
た既設覆工部材に接合するときの接合点におけるX軸と
Y軸とZ軸方向の変位を検出すると共に、X軸とY軸と
Z軸回りの変位を検出し、接合点からの変位に基づいて
位置ベクトル及び姿勢ベクトルを演算し、予め設定され
た位置目標値ベクトル及び姿勢目標値ベクトルと位置ベ
クトル及び姿勢ベクトルとに基づいて位置偏差及び姿勢
偏差を演算し、接合点からの位置偏差及び姿勢偏差に基
づいて保持覆工部材を接合点を中心として位置制御及び
姿勢制御するようにしたので、保持覆工部材を接合点の
位置を中心として位置制御及び姿勢制御を行うこととな
り、既設覆工部材の接合点に対して保持した覆工部材の
接合点を容易に一致させることができ、覆工部材の位置
決め精度を向上することができると共に、位置決め作業
の作業性の向上を図ることができる。According to the erector control method of the invention of claim 4, the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis at the joining point when the holding lining member is joined to the existing lining member assembled to the tunnel inner wall surface In addition to detecting the displacement in the axial direction, the displacement around the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis is detected, the position vector and the posture vector are calculated based on the displacement from the joint point, The position deviation and the attitude deviation are calculated based on the attitude target value vector and the position vector and the attitude vector, and based on the position deviation and the attitude deviation from the joining point, the holding lining member is position-controlled and attitude-controlled around the joining point. Therefore, the position control and the posture control of the holding lining member are performed with the position of the joining point as the center, and the joining point of the lining member held relative to the joining point of the existing lining member can be easily adjusted. Is to be able, it is possible to improve the positioning accuracy of the lining member, it is possible to improve the workability of the positioning operation.
【0101】また、請求項5の発明のエレクタ制御方法
によれば、トンネル内に搬入された覆工部材を保持し、
保持覆工部材をトンネル内壁面に組付けられた既設覆工
部材に接合するときの接合点におけるトンネルの長手方
向となるX軸方向とトンネルの周方向となるY軸方向と
トンネルの径方向となるZ軸方向の位置変位を検出する
と共に、X軸とY軸とZ軸回りの姿勢変位を検出し、予
め設定された位置目標変位及び姿勢目標変位と位置変位
及び姿勢変位とに基づいて位置偏差及び姿勢偏差を演算
し、位置偏差及び姿勢偏差に基づいて保持覆工部材を接
合点を中心として位置制御及び姿勢制御しながら保持覆
工部材を既設覆工部材に対する所定の位置に組み付ける
ようにしたので、保持覆工部材を接合点の位置を中心と
して位置制御及び姿勢制御を行うこととなり、既設覆工
部材の接合点に対して保持した覆工部材の接合点を容易
に一致させることができ、覆工部材の位置決め精度を向
上することができると共に、位置決め作業の作業性の向
上を図ることができる。According to the erector control method of the invention of claim 5, the lining member carried into the tunnel is held,
When the holding lining member is joined to the existing lining member mounted on the inner wall surface of the tunnel, the X-axis direction which is the longitudinal direction of the tunnel, the Y-axis direction which is the circumferential direction of the tunnel, and the radial direction of the tunnel at the junction point. The position displacement in the Z-axis direction is detected, the posture displacement around the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis is detected, and the position is determined based on the preset position target displacement and posture target displacement, and position displacement and posture displacement. Deviation and posture deviation are calculated, and the holding lining member is assembled at a predetermined position with respect to the existing lining member while controlling the position and the posture of the holding lining member around the joint point based on the position deviation and the posture deviation. Therefore, the holding lining member is position-controlled and posture-controlled around the position of the joining point, and the joining point of the held lining member can be easily matched with the joining point of the existing lining member. Can, it is possible to improve the positioning accuracy of the lining member, it is possible to improve the workability of the positioning operation.
【0102】また、請求項6の発明のエレクタ制御装置
によれば、覆工部材を保持する保持手段を、X軸、Y
軸、Z軸移動手段により各軸方向に沿って移動自在に支
持すると共に、X軸、Y軸、Z軸揺動手段により各軸回
りに揺動自在に支持し、覆工部材の接合点の各軸方向の
変位と各軸回りの変位を検出する第1、第2の変位検出
手段と、基準点の変位に基づいて位置ベクトル及び姿勢
ベクトルを演算する位置姿勢演算手段と、保持覆工部材
と既設覆工部材との段差及び距離を検出する段差距離検
出手段と、段差及び距離に基づいてX軸とY軸とZ軸方
向の補正量及びX軸とY軸とZ軸回りの補正量を演算す
る位置姿勢補正量演算手段と、予め設定された位置目標
値ベクトル及び姿勢目標値ベクトルにこの位置補正量及
び姿勢補正量を加算する補正加算手段と、補正量が加算
された位置目標値ベクトル及び姿勢目標値ベクトルと位
置姿勢演算手段が演算した実際の位置ベクトル及び姿勢
ベクトルとに基づいて位置偏差及び姿勢偏差を演算する
位置姿勢偏差演算手段と、演算した位置偏差及び姿勢偏
差に基づいて各移動手段及び各揺動手段を駆動制御する
制御手段とを設けたので、保持覆工部材と既設覆工部材
との段差及び距離を把握しながら位置目標値ベクトル及
び姿勢目標値ベクトルを補正して覆工部材の位置制御及
び姿勢制御を行うこととなり、覆工部材の位置決め精度
を向上することができると共に、位置決め作業の作業性
の向上を図ることができる。According to the erector control device of the invention of claim 6, the holding means for holding the lining member is constituted by the X-axis and the Y-axis.
Axial and Z-axis moving means movably support each axial direction, and X-axis, Y-axis, and Z-axis oscillating means oscillatably support each axis, so that the joint point of the lining member First and second displacement detecting means for detecting the displacement in each axial direction and the displacement around each axis, a position / orientation computing means for computing a position vector and a posture vector based on the displacement of the reference point, and a holding lining member. Difference detecting means for detecting a step and a distance between the existing lining member and the existing lining member, correction amounts in the X-axis, Y-axis and Z-axis directions and correction amounts around the X-axis, Y-axis and Z-axis based on the step and the distance. A position / orientation correction amount calculating means, a correction adding means for adding the position correction amount and the attitude correction amount to a preset position target value vector and the attitude target value vector, and a position target value to which the correction amount is added. Vector and posture target value vector and position and posture calculation means Position / orientation deviation calculating means for calculating the position deviation and attitude deviation based on the calculated actual position vector and attitude vector, and drive control of each moving means and each rocking means based on the calculated position and attitude deviation. Since the control means is provided, the position control and the posture control of the lining member are performed by correcting the position target value vector and the posture target value vector while grasping the step and the distance between the holding lining member and the existing lining member. As a result, the positioning accuracy of the lining member can be improved and the workability of the positioning work can be improved.
【0103】また、請求項7の発明のエレクタ制御装置
によれば、保持覆工部材の所望に組付位置に応じたオフ
セット量を設定するオフセット設定手段を設け、位置姿
勢補正量演算手段は段差距離検出手段が検出した段差及
び距離とオフセット設定手段が設定したオフセット量に
基づいてX軸とY軸とZ軸方向の補正量及びX軸とY軸
とZ軸回りの補正量を演算するようにしたので、保持覆
工部材をオフセット量に基づいて所望に組付位置に組み
付けることができ、汎用性が高くなる。According to the seventh aspect of the present invention, there is provided the offset setting means for setting the offset amount according to the desired assembling position of the holding lining member, and the position / orientation correction amount calculating means is a step. A correction amount in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and a correction amount around the X-axis, Y-axis, and Z-axis are calculated based on the step and distance detected by the distance detection unit and the offset amount set by the offset setting unit. Therefore, the holding lining member can be assembled at a desired assembly position based on the offset amount, and the versatility is enhanced.
【0104】また、請求項8の発明のエレクタ制御装置
によれば、段差距離検出手段に保持覆工部材と既設覆工
部材との対向するエッジを撮影する撮影手段を設け、撮
影手段の撮影画像に基づいて保持覆工部材と既設覆工部
材との各エッジがレンジ内にあるかどうかを判定するレ
ンジ内外判定手段と、レンジ内外判定手段の判定結果に
基づいて補正加算手段に出力する位置補正量及び姿勢補
正量を補正するレンジ外補正手段とを設けたので、保持
覆工部材と既設覆工部材との各エッジがレンジ内にない
ときには補正加算手段に出力する位置補正量及び姿勢補
正量を補正し、保持覆工部材と既設覆工部材との各エッ
ジがレンジ内にあったときに、段差距離検出手段がその
段差及び距離を検出することとなり、制御の信頼性を向
上することができる。Further, according to the erector control device of the present invention, the step distance detecting means is provided with the photographing means for photographing the edges of the holding lining member and the existing lining member facing each other, and the photographed image of the photographing means is provided. Based on, the range inside / outside determination means for determining whether each edge of the holding lining member and the existing lining member is within the range, and the position correction output to the correction addition means based on the determination result of the range inside / outside determination means Since the out-of-range correction means for correcting the amount and the attitude correction amount are provided, the position correction amount and the attitude correction amount output to the correction addition means when the edges of the holding lining member and the existing lining member are not within the range. When the edges of the holding lining member and the existing lining member are within the range, the step distance detecting means detects the step and the distance, thereby improving the control reliability. Can .
【0105】また、請求項9の発明のエレクタ制御装置
によれば、位置姿勢偏差演算手段へ入力する位置目標値
ベクトル及び姿勢目標値ベクトルと基準点の位置を手動
によって設定する手動操作装置を設けたので、自動運転
が不要であったり、センサによる各種の検出ができなか
ったなどの自動運転に不具合が生じた場合には、作業者
が手動操作装置を用いて保持覆工部材の位置姿勢制御を
行うことができ、安全性の向上を図ることができる。According to the erector control device of the invention of claim 9, there is provided a manual operation device for manually setting the position target value vector input to the position / orientation deviation calculating means, the attitude target value vector and the position of the reference point. Therefore, if a problem occurs in automatic operation such as automatic operation is not necessary or various kinds of detection cannot be performed by the sensor, the operator uses the manual operation device to control the position and orientation of the holding lining member. It is possible to improve the safety.
【0106】また、請求項10の発明のトンネル掘削機
によれば、掘削機本体の前部にカッタヘッドを装着して
カッタヘッド駆動手段により駆動回転可能とすると共
に、推進ジャッキによって前進可能とし、覆工部材を保
持する保持手段が既設トンネルの長手方向となるX軸方
向と既設トンネルの周方向となるY軸方向と既設トンネ
ルの径方向となるZ軸方向に移動可能で且つX軸とY軸
とZ軸回りを揺動可能となるように掘削機本体の後部に
エレクタ装置を支持し、覆工部材の接合点におけるX軸
とY軸とZ軸方向の変位を検出すると共にX軸とY軸と
Z軸回りの変位を検出する第1及び第2変位検出手段
と、接合点からの変位に基づいて位置ベクトル及び姿勢
ベクトルを演算する着目点位置姿勢演算手段と、位置目
標値ベクトル及び姿勢目標値ベクトルと実際の位置ベク
トル及び姿勢ベクトルとに基づいて接合点からの位置偏
差及び姿勢偏差を演算する位置姿勢偏差演算手段と、こ
の位置偏差及び姿勢偏差に基づいて各移動手段及び各揺
動手段を駆動制御する制御手段とを設けたので、保持覆
工部材を接合点の位置を中心として位置制御及び姿勢制
御を行うこととなり、既設覆工部材の接合点に対して保
持覆工部材の接合点を容易に一致させることができ、覆
工部材の位置決め精度を向上することができると共に、
位置決め作業の作業性の向上を図ることができる。その
結果、トンネル掘削作業効率を向上することができる。According to the tunnel excavator of the tenth aspect of the present invention, the cutter head is mounted on the front portion of the excavator main body so that the cutter head can be driven and rotated by the cutter head drive means, and can be moved forward by the propulsion jack. The holding means for holding the lining member is movable in the X-axis direction that is the longitudinal direction of the existing tunnel, the Y-axis direction that is the circumferential direction of the existing tunnel, and the Z-axis direction that is the radial direction of the existing tunnel, and the X-axis and the Y axis. The excavator body is supported at the rear part of the excavator main body so as to be swingable about the axis and the Z axis, and displacements in the X axis, Y axis, and Z axis directions at the joint points of the lining members are detected, and at the same time as the X axis. First and second displacement detection means for detecting displacements about the Y-axis and Z-axis, a target point position / orientation operation means for calculating a position vector and an attitude vector based on the displacement from the joint point, a position target value vector, and posture Position / orientation deviation calculation means for calculating the position deviation and attitude deviation from the joint point based on the standard value vector and the actual position vector and attitude vector, and each moving means and each swing based on the position and attitude deviation Since the control means for driving and controlling the means is provided, the position control and the posture control of the holding lining member are performed centering on the position of the joining point, and the holding lining member of the holding lining member is attached to the joining point of the existing lining member. The joining points can be easily matched, the positioning accuracy of the lining member can be improved, and
The workability of the positioning work can be improved. As a result, the tunnel excavation work efficiency can be improved.
【0107】また、請求項11の発明のトンネル掘削機
によれば、掘削機本体の前部にカッタヘッドを装着して
カッタヘッド駆動手段により駆動回転可能とすると共
に、推進ジャッキによって前進可能とし、覆工部材を保
持する保持手段が既設トンネルの長手方向となるX軸方
向と既設トンネルの周方向となるY軸方向と既設トンネ
ルの径方向となるZ軸方向に移動可能で且つX軸とY軸
とZ軸回りを揺動可能となるように掘削機本体の後部に
エレクタ装置を支持し、覆工部材の基準点におけるX軸
とY軸とZ軸方向の変位を検出すると共にX軸とY軸と
Z軸回りの変位を検出する第1及び第2変位検出手段
と、基準点からの変位に基づいて位置ベクトル及び姿勢
ベクトルを演算する位置姿勢演算手段と、保持覆工部材
と既設覆工部材との段差及び距離を検出する段差距離検
出手段と、段差及び距離に基づいてX軸とY軸とZ軸方
向の補正量及びX軸とY軸とZ軸回りの補正量を演算す
る位置姿勢補正量演算手段と、予め設定された位置目標
値ベクトル及び姿勢目標値ベクトルに位置補正量及び姿
勢補正量を加算する補正加算手段と、補正量が加算され
た位置目標値ベクトル及び姿勢目標値ベクトルと実際の
位置ベクトル及び姿勢ベクトルとに基づいて位置偏差及
び姿勢偏差を演算する位置姿勢偏差演算手段と、この位
置偏差及び姿勢偏差に基づいて各移動手段及び各揺動手
段を駆動制御する制御手段とを設けたので、保持覆工部
材と既設覆工部材との段差及び距離を把握しながら位置
目標値ベクトル及び姿勢目標値ベクトルを補正して覆工
部材の位置制御及び姿勢制御を行うこととなり、覆工部
材の位置決め精度を向上することができると共に、位置
決め作業の作業性の向上を図ることができる。その結
果、トンネル掘削作業効率を向上することができる。According to the eleventh aspect of the tunnel excavator of the present invention, the cutter head is mounted on the front portion of the excavator main body so that the cutter head can be driven and rotated by the cutter head driving means and can be moved forward by the propulsion jack. The holding means for holding the lining member is movable in the X-axis direction that is the longitudinal direction of the existing tunnel, the Y-axis direction that is the circumferential direction of the existing tunnel, and the Z-axis direction that is the radial direction of the existing tunnel, and the X-axis and the Y axis. The excavator body is supported at the rear of the excavator body so as to be swingable about the axis and the Z-axis, and displacements in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions at the reference point of the lining member are detected and the X-axis and First and second displacement detection means for detecting displacements about the Y-axis and Z-axis, a position / orientation calculation means for calculating a position vector and an attitude vector based on the displacement from a reference point, a holding lining member and an existing cover. Steps with engineering members And a step distance detecting means for detecting a distance, and a position / orientation correction amount calculation for calculating a correction amount in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and a correction amount around the X-axis, Y-axis, and Z-axis based on the step and the distance. Means, a correction addition means for adding the position correction amount and the posture correction amount to the preset position target value vector and the posture target value vector, and the position target value vector and the posture target value vector to which the correction amount is added and the actual A position / orientation deviation calculating means for calculating the position deviation and the attitude deviation based on the position vector and the attitude vector, and a control means for driving and controlling each moving means and each swinging means based on the position deviation and the attitude deviation are provided. Therefore, the position control and posture control of the lining member should be performed by correcting the position target value vector and the posture target value vector while grasping the step and distance between the holding lining member and the existing lining member. Becomes, it is possible to improve the positioning accuracy of the lining member, it is possible to improve the workability of the positioning operation. As a result, the tunnel excavation work efficiency can be improved.
【図1】本発明の第1実施形態に係るエレクタ制御装置
の制御ブロック図である。FIG. 1 is a control block diagram of an erector control device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本実施形態のエレクタ制御装置によるセグメン
トの位置決め制御を方法を表す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a method of segment positioning control by the erector control device of the present embodiment.
【図3】本実施形態のエレクタ装置の概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of an elector device according to the present embodiment.
【図4】エレクタ装置の正面図である。FIG. 4 is a front view of the erector device.
【図5】エレクタ装置の側面図である。FIG. 5 is a side view of the erector device.
【図6】本発明の第2実施形態に係るエレクタ制御装置
の制御ブロック図である。FIG. 6 is a control block diagram of an erector control device according to a second embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第3実施形態に係るエレクタ制御装置
の制御ブロック図である。FIG. 7 is a control block diagram of an erector control device according to a third embodiment of the present invention.
【図8】位置姿勢補正量演算器の構成を表す制御ブロッ
ク図である。FIG. 8 is a control block diagram showing a configuration of a position / orientation correction amount calculator.
【図9】センサヘッドを表す概略図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing a sensor head.
【図10】センサヘッドの取付位置を表すセグメントサ
ポートの平面図である。FIG. 10 is a plan view of a segment support showing a mounting position of a sensor head.
【図11】保持セグメントと既設セグメントとの段差及
び距離の算出方法を表す概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a method of calculating a step and a distance between a holding segment and an existing segment.
【図12】セグメントの組付状態を表す概略図である。FIG. 12 is a schematic view showing an assembled state of segments.
【図13】本発明の第4実施形態に係るエレクタ制御装
置の制御ブロック図である。FIG. 13 is a control block diagram of an erector control device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図14】位置姿勢補正量演算器の構成を表す制御ブロ
ック図である。FIG. 14 is a control block diagram showing a configuration of a position / orientation correction amount calculator.
【図15】本発明の第5実施形態に係るエレクタ制御装
置の制御ブロック図である。FIG. 15 is a control block diagram of an erector control device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図16】レンジ内外判定器の構成を表す制御ブロック
図である。FIG. 16 is a control block diagram showing a configuration of a range inside / outside determiner.
【図17】レンジ外処理器の処理内容の具体例を表す概
略図である。FIG. 17 is a schematic diagram illustrating a specific example of the processing content of the out-of-range processor.
【図18】本発明の第6実施形態に係るエレクタ制御装
置の制御ブロック図である。FIG. 18 is a control block diagram of an erector control device according to a sixth embodiment of the present invention.
【図19】手動操作装置の操作パネル図である。FIG. 19 is an operation panel diagram of the manual operation device.
【図20】従来のエレクタ制御装置の制御ブロック図で
ある。FIG. 20 is a control block diagram of a conventional erector control device.
【図21】従来のエレクタ制御装置によるセグメントの
位置決め制御を方法を表す概略図である。FIG. 21 is a schematic view showing a method of segment positioning control by a conventional erector control device.
11 エレクタ装置
12 掘削機本体
13 シールドジャッキ
17 昇降台
19 昇降ジャッキ(Z軸移動手段)
20 制御装置
23 第1移動体
24 移動ジャッキ(Y軸移動手段)
25 第2移動体
26 移動ジャッキ(Z軸移動手段)
28 セグメントサポート
29 ヨーイングジャッキ(Z軸揺動手段)
30 ローリングジャッキ(X軸揺動手段)
31 ピッチングジャッキ(Y軸揺動手段)
32 セグメント保持機構
46,47,48,49,50 センサヘッド(段差距
離検出手段)
51,52a,52b,52c,53a,53b,53
c,54a,54b,55a,55b 超音波センサ
61,62,63,64,65 CCDカメラ(撮影手
段)
70 演算処理装置
71 運転管理装置
101 変位検出器(第1の変位検出手段)
102 角度検出器(第2の変位検出手段)
103 油圧ジャッキ変位/回転角度変換器
104 着目点位置姿勢演算器
105 位置姿勢偏差演算器
106 基準座標/セグメント座標速度変換器
107 変位制御ゲイン
108 セグメント座標/エレクタ移動軸速度変換器
109 回転軸速度/油圧ジャッキ速度変換器
110 制御装置
111 圧力検出器
112 エレクタ移動軸力トルク変換器
113 スイッチ
114 メモリ
115 減算器
116 セグメント座標力トルク変換器
117 力制御ゲイン
118 加算器
121 位置姿勢補正量演算器
122 位置決め制御ゲイン
123 姿勢変換器
124,125 積分器
126,127 加算器
131 位置姿勢オフセット量設定器(オフセット設定手
段)
132 シール厚み加算機
141 レンジ内外判定器
142 レンジ外補正処理器
143 切換器
151 手動運転操作装置(手動操作装置)
152 操作切換部11 Erector Device 12 Excavator Main Body 13 Shield Jack 17 Lifting Platform 19 Lifting Jack (Z-axis moving means) 20 Control Device 23 First Moving Body 24 Moving Jack (Y-axis Moving Means) 25 Second Moving Body 26 Moving Jack (Z-axis) Moving means) 28 Segment support 29 Yawing jack (Z-axis swinging means) 30 Rolling jack (X-axis swinging means) 31 Pitching jack (Y-axis swinging means) 32 Segment holding mechanism 46, 47, 48, 49, 50 Sensor Heads (step difference detecting means) 51, 52a, 52b, 52c, 53a, 53b, 53
c, 54a, 54b, 55a, 55b Ultrasonic sensor 61, 62, 63, 64, 65 CCD camera (imaging means) 70 Arithmetic processing device 71 Operation management device 101 Displacement detector (first displacement detection means) 102 Angle detection Device (second displacement detecting means) 103 Hydraulic jack displacement / rotation angle converter 104 Point of interest position / orientation calculator 105 Position / orientation deviation calculator 106 Reference coordinate / segment coordinate velocity converter 107 Displacement control gain 108 Segment coordinate / erector movement Shaft speed converter 109 Rotating shaft speed / hydraulic jack speed converter 110 Control unit 111 Pressure detector 112 Elector moving shaft force torque converter 113 Switch 114 Memory 115 Subtractor 116 Segment coordinate force torque converter 117 Force control gain 118 Adder 121 Position and posture correction amount calculator 122 Positioning control gain 123 Posture converters 124 and 125 Integrators 126 and 127 Adder 131 Position and posture offset amount setter (OFF (Set setting means) 132 Seal thickness adder 141 Range inside / outside judgment device 142 Outside range correction processor 143 Switching device 151 Manual operation operating device (manual operating device) 152 Operation switching unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 拓志 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目1番1号 三菱重工業株式会社 高砂研究所内 (72)発明者 森 輝幸 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番 1号 三菱重工業株式会社 神戸造船所 内 (56)参考文献 特開 平4−213699(JP,A) 特開 平9−217596(JP,A) 特開 平8−121095(JP,A) 特開 平2−308097(JP,A) 特開 平4−213700(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E21D 11/40 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takushi Sato 1-1-1, Niihama, Arai-cho, Takasago-shi, Hyogo Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Takasago Research Institute (72) Teruyuki Mori Inventor, Wadazaki-cho, Hyogo-ku, Kobe-shi, Hyogo 1-1-1, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Kobe Shipyard (56) Reference JP-A-4-213699 (JP, A) JP-A-9-217596 (JP, A) JP-A-8-121095 (JP, A) ) JP-A-2-308097 (JP, A) JP-A-4-213700 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) E21D 11/40
Claims (11)
する保持手段と、該保持覆工部材をトンネルの長手方向
となるX軸方向に移動させるX軸移動手段と、前記保持
覆工部材をトンネルの周方向となるY軸方向に移動させ
るY軸移動手段と、前記保持覆工部材をトンネルの径方
向となるZ軸方向に移動させるZ軸移動手段と、前記保
持覆工部材を前記X軸回りに揺動させるX軸揺動手段
と、前記保持覆工部材を前記Y軸回りに揺動させるY軸
揺動手段と、前記保持覆工部材を前記Z軸回りに揺動さ
せるZ軸揺動手段と、前記保持覆工部材をトンネル内壁
面に組付けられた既設覆工部材に接合するときの接合点
における前記X軸とY軸とZ軸方向の変位を検出する第
1の変位検出手段と、前記接合点における前記X軸とY
軸とZ軸回りの変位を検出する第2の変位検出手段と、
前記第1及び第2の変位検出手段が検出した前記接合点
からの変位に基づいて位置ベクトル及び姿勢ベクトルを
演算する着目点位置姿勢演算手段と、予め設定された位
置目標値ベクトル及び姿勢目標値ベクトルと前記着目点
位置姿勢演算手段が演算した実際の位置ベクトル及び姿
勢ベクトルとに基づいて位置偏差及び姿勢偏差を演算す
る位置姿勢偏差演算手段と、該位置姿勢偏差演算手段が
演算した前記接合点からの位置偏差及び姿勢偏差に基づ
いて前記各移動手段及び前記各揺動手段を駆動制御する
制御手段とを具えたことを特徴とするエレクタ制御装
置。1. A holding means for holding a lining member carried into a tunnel, an X-axis moving means for moving the holding lining member in an X-axis direction which is a longitudinal direction of the tunnel, and the holding lining member. Is moved in the Y-axis direction which is the circumferential direction of the tunnel, Z-axis moving means which moves the holding lining member in the Z-axis direction which is the radial direction of the tunnel, and the holding lining member X-axis swinging means for swinging around the X-axis, Y-axis swinging means for swinging the holding and covering member around the Y-axis, and Z for swinging the holding and covering member around the Z-axis. A first means for detecting a displacement in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions at a joining point when joining the shaft oscillating means and the holding lining member to an existing lining member assembled to the inner wall surface of the tunnel. Displacement detecting means, and the X-axis and Y at the joint point
Second displacement detecting means for detecting displacement around the axis and the Z-axis,
Point-of-interest position / orientation calculating means for calculating a position vector and an attitude vector based on the displacement from the joint detected by the first and second displacement detecting means, and a preset position target value vector and attitude target value A position / orientation deviation calculating means for calculating a position deviation and an attitude deviation based on a vector and an actual position vector and attitude vector calculated by the point-of-interest position / orientation calculating means, and the joint point calculated by the position / orientation deviation calculating means. An erector control device comprising: a control unit that drives and controls each of the moving unit and each of the swinging units based on the position deviation and the posture deviation from
て、前記各移動手段及び前記各揺動手段は油圧ジャッキ
であって、前記位置姿勢偏差演算手段が演算した基準座
標系での前記接合点からの位置偏差及び姿勢偏差を覆工
部材座標系での位置偏差及び姿勢偏差に変換する覆工部
材座標系変換手段と、前記覆工部材座標系での位置偏差
及び姿勢偏差を位置修正速度及び姿勢修正速度に変換す
る速度変換手段と、前記覆工部材座標系での位置修正速
度をエレクタ座標系での前記X軸とY軸とZ軸方向の位
置修正速度に変換すると共に前記姿勢修正速度を前記X
軸とY軸とZ軸回りの姿勢修正速度に変換するエレクタ
座標系変換手段とを設け、前記制御手段が前記エレクタ
座標系での位置修正速度及び姿勢修正速度に基づいて前
記各油圧ジャッキを作動して前記保持覆工部材を前記接
合点を中心として位置制御及び姿勢制御することを特徴
とするエレクタ制御装置。2. The erector control device according to claim 1, wherein each of the moving means and each of the swinging means are hydraulic jacks, and from the joint point in the reference coordinate system calculated by the position / orientation deviation calculating means. Lining member coordinate system conversion means for converting the position deviation and the posture deviation of the lining member coordinate system into the position deviation and the posture deviation in the lining member coordinate system, and the position correction speed and the posture for the position deviation and the posture deviation in the lining member coordinate system. Speed conversion means for converting to a correction speed, and position correction speed in the lining member coordinate system to position correction speed in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions in the erector coordinate system, and the posture correction speed. The X
Erector coordinate system conversion means for converting the attitude correction speed around the axes, the Y-axis, and the Z-axis is provided, and the control means operates each hydraulic jack based on the position correction speed and the attitude correction speed in the erector coordinate system. Then, the erector control device is characterized in that the holding lining member is position-controlled and attitude-controlled about the joint point.
て、前記保持覆工部材に作用する前記X軸とY軸とZ軸
における軸方向圧力及び揺動方向圧力を検出する圧力検
出手段と、該圧力検出手段が検出した軸方向圧力及び揺
動方向圧力の圧力の変化に基づいて前記保持覆工部材に
作用する外力を演算する外力演算手段とを設け、前記制
御手段は、前記位置姿勢偏差演算手段が演算した前記接
合点からの位置偏差及び姿勢偏差に前記外力演算手段が
演算した覆工部材に作用する外力を加味して前記各移動
手段及び前記各揺動手段を駆動制御することを特徴とす
るエレクタ制御装置。3. The erector control device according to claim 1, wherein pressure detecting means for detecting axial pressure and rocking direction pressure on the X-axis, Y-axis and Z-axis acting on the holding lining member, An external force calculating means for calculating an external force acting on the holding lining member based on changes in the axial pressure and the swinging direction pressure detected by the pressure detecting means is provided, and the control means calculates the position / orientation deviation. The moving means and the swinging means are drive-controlled by adding an external force acting on the lining member calculated by the external force calculating means to the position deviation and the posture deviation from the joining point calculated by the means. Electa control device.
し、保持した覆工部材をトンネルの長手方向となるX軸
方向とトンネルの周方向となるY軸方向とトンネルの径
方向となるZ軸方向に移動自在に支持すると共に、前記
X軸とY軸とZ軸回りに揺動自在に支持するエレクタ装
置において、前記保持覆工部材をトンネル内壁面に組付
けられた既設覆工部材に接合するときの接合点における
前記X軸とY軸とZ軸方向の変位を検出すると共に、前
記X軸とY軸とZ軸回りの変位を検出し、前記接合点か
らの変位に基づいて位置ベクトル及び姿勢ベクトルを演
算し、予め設定された位置目標値ベクトル及び姿勢目標
値ベクトルと前記位置ベクトル及び姿勢ベクトルとに基
づいて位置偏差及び姿勢偏差を演算し、該接合点からの
位置偏差及び姿勢偏差に基づいて前記保持覆工部材を前
記接合点を中心として位置制御及び姿勢制御するように
したことを特徴とするエレクタ制御方法。4. A lining member carried into a tunnel is held, and the held lining member is in the longitudinal direction of the tunnel in the X-axis direction, in the circumferential direction of the tunnel in the Y-axis direction, and in the radial direction of the tunnel. An erector device that movably supports in the Z-axis direction and swingably supports about the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis, in the existing lining member in which the holding lining member is assembled to the tunnel inner wall surface. The displacements in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions at the joining point when joining are detected, and the displacements around the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis are detected, and based on the displacements from the joining point, The position vector and the attitude vector are calculated, the position deviation and the attitude deviation are calculated based on the preset position target value vector and the attitude target value vector and the position vector and the attitude vector, and the position deviation from the joint point and Posture bias An erector control method characterized in that the holding lining member is position-controlled and attitude-controlled centering on the joint point based on the difference.
し、該保持覆工部材をトンネル内壁面に組付けられた既
設覆工部材に接合するときの接合点におけるトンネルの
長手方向となるX軸方向とトンネルの周方向となるY軸
方向とトンネルの径方向となるZ軸方向の位置変位を検
出すると共に、該X軸とY軸とZ軸回りの姿勢変位を検
出し、予め設定された位置目標変位及び姿勢目標変位と
前記位置変位及び姿勢変位とに基づいて位置偏差及び姿
勢偏差を演算し、該位置偏差及び姿勢偏差に基づいて前
記保持覆工部材を前記接合点を中心として位置制御及び
姿勢制御しながら該保持覆工部材を既設覆工部材に対す
る所定の位置に組み付けることを特徴とする覆工部材の
組付方法。5. A longitudinal direction of a tunnel at a joining point when a lining member carried into a tunnel is held and the holding lining member is joined to an existing lining member assembled to a tunnel inner wall surface. The positional displacement in the Y-axis direction, which is the X-axis direction and the circumferential direction of the tunnel, and the Z-axis direction, which is the radial direction of the tunnel, is detected, and the posture displacement around the X-axis, Y-axis, and Z-axis is detected, and preset. The position deviation and the attitude deviation are calculated on the basis of the determined position target displacement and attitude target displacement and the position displacement and attitude displacement, and the holding lining member is centered on the joint point based on the position deviation and the attitude deviation. A method for assembling a lining member, characterized in that the holding lining member is assembled at a predetermined position with respect to an existing lining member while controlling the position and the attitude.
する保持手段と、該保持覆工部材をトンネルの長手方向
となるX軸方向に移動させるX軸移動手段と、前記保持
覆工部材をトンネルの周方向となるY軸方向に移動させ
るY軸移動手段と、前記保持覆工部材をトンネルの径方
向となるZ軸方向に移動させるZ軸移動手段と、前記保
持覆工部材を前記X軸回りに揺動させるX軸揺動手段
と、前記保持覆工部材を前記Y軸回りに揺動させるY軸
揺動手段と、前記保持覆工部材を前記Z軸回りに揺動さ
せるZ軸揺動手段と、前記保持覆工部材の所定の基準点
における前記X軸とY軸とZ軸方向の変位を検出する第
1の変位検出手段と、前記基準点における前記X軸とY
軸とZ軸回りの変位を検出する第2の変位検出手段と、
前記第1及び第2の変位検出手段が検出した前記基準点
の変位に基づいて位置ベクトル及び姿勢ベクトルを演算
する位置姿勢演算手段と、前記保持覆工部材と前記既設
覆工部材との段差及び距離を検出する段差距離検出手段
と、該段差距離検出手段が検出した段差及び距離に基づ
いて前記X軸とY軸とZ軸方向の補正量及び前記X軸と
Y軸とZ軸回りの補正量を演算する位置姿勢補正量演算
手段と、予め設定された位置目標値ベクトル及び姿勢目
標値ベクトルに前記位置姿勢補正量演算手段が演算した
位置補正量及び姿勢補正量を加算する補正加算手段と、
該補正加算手段によって補正量が加算された位置目標値
ベクトル及び姿勢目標値ベクトルと前記位置姿勢演算手
段が演算した実際の位置ベクトル及び姿勢ベクトルとに
基づいて位置偏差及び姿勢偏差を演算する位置姿勢偏差
演算手段と、該位置姿勢偏差演算手段が演算した位置偏
差及び姿勢偏差に基づいて前記各移動手段及び前記各揺
動手段を駆動制御する制御手段とを具えたことを特徴と
するエレクタ制御装置。6. Holding means for holding the lining member carried into the tunnel, X-axis moving means for moving the holding lining member in the X-axis direction which is the longitudinal direction of the tunnel, and the holding lining member. Is moved in the Y-axis direction which is the circumferential direction of the tunnel, Z-axis moving means which moves the holding lining member in the Z-axis direction which is the radial direction of the tunnel, and the holding lining member X-axis swinging means for swinging around the X-axis, Y-axis swinging means for swinging the holding and covering member around the Y-axis, and Z for swinging the holding and covering member around the Z-axis. Axis oscillating means, first displacement detecting means for detecting displacements of the holding lining member in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions at predetermined reference points, and the X-axis and Y at the reference points.
Second displacement detecting means for detecting displacement around the axis and the Z-axis,
A position / orientation calculating means for calculating a position vector and an attitude vector based on the displacement of the reference point detected by the first and second displacement detecting means, a step between the holding lining member and the existing lining member, and A step distance detecting means for detecting a distance, a correction amount in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and a correction around the X-axis, Y-axis, and Z-axis based on the step and the distance detected by the step distance detecting means. A position / orientation correction amount calculation means for calculating the amount, and a correction addition means for adding the position correction amount and the attitude correction amount calculated by the position / orientation correction amount calculation means to a preset position target value vector and attitude target value vector. ,
Position and orientation for calculating the position deviation and orientation deviation based on the position target value vector and orientation target value vector to which the correction amount has been added by the correction addition means and the actual position vector and orientation vector calculated by the position and orientation calculation means An erector control device comprising: deviation calculating means; and control means for driving and controlling the moving means and the swinging means based on the position deviation and the attitude deviation calculated by the position and attitude deviation calculating means. .
て、前記保持覆工部材の所望に組付位置に応じたオフセ
ット量を設定するオフセット設定手段を設け、前記位置
姿勢補正量演算手段は前記段差距離検出手段が検出した
段差及び距離と前記オフセット設定手段が設定したオフ
セット量に基づいて前記X軸とY軸とZ軸方向の補正量
及び前記X軸とY軸とZ軸回りの補正量を演算すること
を特徴とするエレクタ制御装置。7. The erector control device according to claim 6, further comprising offset setting means for setting an offset amount according to a desired assembly position of the holding lining member, and the position / orientation correction amount calculation means includes the step. A correction amount in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and a correction amount around the X-axis, Y-axis, and Z-axis are calculated based on the step and distance detected by the distance detection unit and the offset amount set by the offset setting unit. An erector control device characterized by performing calculation.
て、前記段差距離検出手段は前記保持覆工部材と前記既
設覆工部材との対向するエッジを撮影する撮影手段を有
し、該撮影手段の撮影画像に基づいて前記保持覆工部材
と前記既設覆工部材との各エッジがレンジ内にあるかど
うかを判定するレンジ内外判定手段と、該レンジ内外判
定手段の判定結果に基づいて前記補正加算手段に出力す
る位置補正量及び姿勢補正量を補正するレンジ外補正手
段とを設けたことを特徴とするエレクタ制御装置。8. The eclectic control device according to claim 6, wherein the step distance detecting means has a photographing means for photographing an edge of the holding lining member and the existing lining member facing each other. Range inside / outside determining means for determining whether each edge of the holding lining member and the existing lining member is within the range based on a captured image, and the correction addition based on the determination result of the range inside / outside determining means And an out-of-range correction means for correcting the position correction amount and the attitude correction amount output to the means.
て、前記位置姿勢偏差演算手段へ入力する位置目標値ベ
クトル及び姿勢目標値ベクトルと前記基準点の位置を手
動によって設定する手動操作装置を設けたことを特徴と
するエレクタ制御装置。9. The erector control device according to claim 6, further comprising a manual operation device for manually setting the position target value vector and the attitude target value vector input to the position / orientation deviation calculation means, and the position of the reference point. An erector control device characterized by the above.
体の前部に回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カ
ッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前
記掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機
本体の後部に装着されてトンネル内に搬入された覆工部
材を保持してトンネルの長手方向となるX軸方向とトン
ネルの周方向となるY軸方向とトンネルの径方向となる
Z軸方向に移動可能で且つX軸とY軸とZ軸回りに揺動
自在に支持するエレクタ装置と、前記保持覆工部材をト
ンネル内壁面に組付けられた既設覆工部材に接合すると
きの接合点における前記X軸とY軸とZ軸方向の変位を
検出する第1の変位検出手段と、前記接合点における前
記X軸とY軸とZ軸回りの変位を検出する第2の変位検
出手段と、前記第1及び第2の変位検出手段が検出した
前記接合点の変位に基づいて該接合点の位置ベクトル及
び姿勢ベクトルを演算する着目点位置姿勢演算手段と、
予め設定された位置目標値ベクトル及び姿勢目標値ベク
トルと前記着目点位置姿勢演算器が演算した実際の位置
ベクトル及び姿勢ベクトルとに基づいて位置偏差及び姿
勢偏差を演算する位置姿勢偏差演算手段と、該位置姿勢
偏差演算手段が演算した前記接合点からの位置偏差及び
姿勢偏差に基づいて前記各移動手段及び前記各揺動手段
を駆動制御する制御手段と、前記カッタヘッドの掘削に
よって発生した掘削土砂を外部に排出する排土手段とを
具えたことを特徴とするトンネル掘削機。10. An excavator main body having a tubular shape, a cutter head rotatably mounted on a front portion of the excavator main body, a cutter head drive means for driving and rotating the cutter head, and the excavator main body. A propulsion jack for advancing, and a lining member attached to the rear portion of the excavator body and carried into the tunnel to hold the X-axis direction that is the longitudinal direction of the tunnel and the Y-axis direction that is the circumferential direction of the tunnel. An erector device that is movable in the Z-axis direction, which is the radial direction of the, and swingably supported around the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis, and an existing lining in which the holding lining member is assembled on the inner wall surface of the tunnel. First displacement detecting means for detecting displacements in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions at the joining point when joining the members, and displacements around the X-axis, Y-axis, and Z-axis at the joining points. Second displacement detecting means, and the first And a point of interest position / orientation calculating means for calculating a position vector and an attitude vector of the joining point based on the displacement of the joining point detected by the second displacement detecting means,
Position / posture deviation calculating means for calculating a position deviation and a posture deviation based on a preset position target value vector and posture target value vector and the actual position vector and posture vector calculated by the point-of-interest position / posture calculator. Control means for driving and controlling the moving means and the swinging means based on the position deviation and the attitude deviation from the joint point calculated by the position and attitude deviation calculating means, and excavated earth and sand generated by excavating the cutter head. A tunnel excavator, which is provided with a soil discharging means for discharging the soil to the outside.
体の前部に回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カ
ッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前
記掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機
本体の後部に装着されてトンネル内に搬入された覆工部
材を保持してトンネルの長手方向となるX軸方向とトン
ネルの周方向となるY軸方向とトンネルの径方向となる
Z軸方向に移動可能で且つX軸とY軸とZ軸回りに揺動
自在に支持するエレクタ装置と、前記保持覆工部材の所
定の基準点における前記X軸とY軸とZ軸方向の変位を
検出する第1の変位検出手段と、前記基準点における前
記X軸とY軸とZ軸回りの変位を検出する第2の変位検
出手段と、前記第1及び第2の変位検出手段が検出した
前記基準点の変位に基づいて位置ベクトル及び姿勢ベク
トルを演算する位置姿勢演算手段と、前記保持覆工部材
と前記既設覆工部材との段差及び距離を検出する段差距
離検出手段と、該段差距離検出手段が検出した段差及び
距離に基づいて前記X軸とY軸とZ軸方向の補正量及び
前記X軸とY軸とZ軸回りの補正量を演算する位置姿勢
補正量演算手段と、予め設定された位置目標値ベクトル
及び姿勢目標値ベクトルに前記位置姿勢補正量演算手段
が演算した位置補正量及び姿勢補正量を加算する補正加
算手段と、該補正加算手段によって補正量が加算された
位置目標値ベクトル及び姿勢目標値ベクトルと前記位置
姿勢演算手段が演算した実際の位置ベクトル及び姿勢ベ
クトルとに基づいて位置偏差及び姿勢偏差を演算する位
置姿勢偏差演算手段と、該位置姿勢偏差演算手段が演算
した位置偏差及び姿勢偏差に基づいて前記各移動手段及
び前記各揺動手段を駆動制御する制御手段と、前記カッ
タヘッドの掘削によって発生した掘削土砂を外部に排出
する排土手段とを具えたことを特徴とするトンネル掘削
機。11. A cylindrical excavator main body, a cutter head rotatably mounted on a front portion of the excavator main body, a cutter head drive means for driving and rotating the cutter head, and the excavator main body. A propulsion jack for advancing, and a lining member attached to the rear portion of the excavator main body and carried into the tunnel to hold the X-axis direction, which is the longitudinal direction of the tunnel, and the Y-axis direction, which is the circumferential direction of the tunnel. And an X-axis and a Y-axis at a predetermined reference point of the holding lining member, which is movable in the Z-axis direction, which is the radial direction of the X-axis, and swingably supported around the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis. And first displacement detection means for detecting displacement in the Z-axis direction, second displacement detection means for detecting displacement around the X-axis, Y-axis, and Z-axis at the reference point, and the first and second displacement detection means. The displacement of the reference point detected by the displacement detection means A position / orientation calculating means for calculating a position vector and an attitude vector based on the step, a step distance detecting means for detecting a step and a distance between the holding lining member and the existing lining member, and a step detected by the step distance detecting means. And a position / orientation correction amount calculation means for calculating a correction amount in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and a correction amount around the X-axis, Y-axis, and Z-axis based on the distance, and a preset target position value. A correction addition means for adding the position correction amount and the posture correction amount calculated by the position / orientation correction amount calculation means to the vector and the posture target value vector, and the position target value vector and the posture target to which the correction amount is added by the correction addition means. A position / orientation deviation calculating means for calculating a position deviation and an attitude deviation based on a value vector and an actual position vector and attitude vector calculated by the position / orientation calculating means; Control means for driving and controlling the moving means and the rocking means based on the position deviation and the attitude deviation calculated by the calculating means, and a discharging means for discharging the excavated soil generated by the excavation of the cutter head to the outside. A tunnel excavator characterized by being equipped with.
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JP32893398 | 1998-11-19 | ||
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20021112 |
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