JP3395173B2 - セグメント組立位置決め方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド掘進機内に搬
入されたトンネル覆工用セグメントをリング状に組み立
てるセグメント組立位置決め方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年軟弱地盤にトンネルを掘削するシー
ルド工法において、掘削機械については大幅な改良が進
められているが、セグメント組立については相変わらず
作業者の目視、判断に頼っている部分が多々あり、シー
ルド工事の各種自動化を図る中で、セグメント組立の自
動化は早急に進めなければならない重要課題となってい
る。

【０００３】この課題に対処すべく、搬送装置により搬
送されたセグメントをセグメント組み付け装置に把持し
て位置決め制御し、ボルト・ナット自動締結機により締
結するようにしたセグメント自動組立装置が開発され、
円形トンネルのセグメントリングを自動組立する方法が
実施工に供されている。

【０００４】例えば、特開平４−２１３６９９号公報に
記載のように、シールド工事でセグメントの自動組立を
行なう場合、組立セグメントを既設セグメントに倣って
位置決めする技術が提案されている。この技術はエレク
タ上に設置された３組の投光器とテレビカメラからなる
視覚センサを用い、図１３に示すように、投光器からの
３本のスリット光を所定の組立位置近傍に粗位置決めさ
れた組立セグメント４２と既設セグメントの４１ａ〜４
１ｃのトンネル周方向に沿った境界部の２カ所とトンネ
ル軸方向に沿った境界部の１カ所に照射することによっ
て生じたスリット光像Ａ，Ａ’、Ｂ，Ｂ’、Ｃ，Ｃ’を
それぞれテレビカメラで撮影し、これらテレビカメラか
らの画像データを処理して得られた図１４，図１５，図
１６の各スリット光像の端点ａ，ａ’、ｂ，ｂ’、ｃ，
ｃ’の座標値から前記３カ所の段差・隙間を検出し、こ
の段差・隙間の情報を基にして組立・既設セグメントの
位置・姿勢偏差を求めその偏差を補正することによっ
て、組立セグメントを所定の位置に微位置決め使用とす
るものである。

【０００５】組立セグメントの位置決めは２段階に分け
て行われ、第１段階で予め制御装置に入力された組立セ
グメントの設計位置・姿勢と粗位置補正量から目標位置
・姿勢を演算し、エレクタを動かすことにより組み立て
セグメントを所定の位置に粗位置決めする。この後、第
２段階で、前述のように光切断法によって組立セグメン
トと既設セグメントの相対位置・姿勢の偏差を求め、そ
の偏差をなくすようにエレクタを動かして組立セグメン
トを所定の位置に微位置決めする。このような位置決め
制御を複数回繰り返すことにより１リング分のセグメン
トが組み立てられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】シールド掘進機内に設
置されたエレクタにより組み立てセグメントを把持して
所定の組立位置近傍に粗位置決めする際には、既設セグ
メントがエレクタ本体に対して固定された位置関係にあ
るものとして、エレクタ本体を数値制御により動作させ
るため、組立セグメントの把持時にエレクタ本体との間
に生じるずれや、既に組み立てられている既設セグメン
トの組立誤差の集積などにより、必ずしも計算通りに組
み立てセグメントが既設セグメントに対して所定範囲内
に粗位置決めされるとは限らないし、また、既設セグメ
ントとの接触を回避するため、元々組立セグメントを既
設セグメントから大きく離れて粗位置決めする場合もあ
る。

【０００７】このため、図１７に示すような光切断法を
用いて両セグメント４１、４２間の隙間と段差を検出す
る際、テレビカメラ４５ｄ、４５ｅの視野が狭いと、組
立セグメント４２を粗位置決めした段階で、既設セグメ
ント４１側のスリット光像がカメラ視野からはずれて、
隙間・段差の検出が不能となり、組立セグメント４２を
組み立て位置に自動位置決めすることができない事態が
生じる。また、このような事態を回避するため、テレビ
カメラ４５ｄ、４５ｅの結像レンズに広角レンズなどを
用いてカメラ視野を広くした場合には、画像処理上での
１画素あたりの分解能が低下して、隙間・段差の検出精
度が悪くなり、組立セグメントを組み立て位置に正確に
位置決めすることができないという問題があった。

【０００８】また、シールド掘進機テール部セグメント
を組み立てるときに真円であっても、トンネル内及び地
盤の中の諸条件の影響で、地盤の中では真円がずれてし
まうことがあり、そのため、出来上がったセグメントが
地盤の中でセグメントの本来あるべき設計形状及び設計
位置となるように、シールド掘進機テール部ではトンネ
ル内及び地盤の中で変形が想定される諸条件を見込んで
設計形状からずらした組立設定形状に設定する必要があ
った本発明の目的は、視覚センサの視野が狭くても、視
野からはずれることなく、セグメント間の隙間・段差を
検出し、組立セグメントを組み立て位置に正確に位置決
めすることができるセグメント組立位置決め方法を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、シールド掘進機内に設置されたエレクタ
により組立セグメントを既設セグメントの所定の組立位
置近傍に粗位置決めした後、所定位置に微位置決めする
セグメント組立位置決め方法において、前記粗位置決め
は、前記既設セグメントの最終位置・姿勢情報と、トン
ネル内及び地盤の中で変形が想定される諸条件を見込ん
で設定した組立セグメントの目標形状である組立設定形
状の値とを比較演算して粗位置決めすることを特徴とす
る。

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【作用】本発明によれば、既設セグメントの最終位置と
姿勢を予め計測・算出することにより、組立セグメント
を最終組立位置の近傍で既設セグメントを倣いながら目
標（所望）の組立設定形状、すなわち、トンネル内及び
地盤の中で変形が想定される諸条件を見込んで設定した
組立設定形状となるような位置に粗位置決めすることが
できる。

【００１３】また、予め記憶された既設リングの各セグ
メントを組み立てる時のエレクタの最終姿勢・位置デー
タに基づき、組立セグメントの組立位置と姿勢を予測演
算することができ、組立セグメントが所望の組立形状と
なるような最終組立位置の近傍で粗位置決めすることが
できる。

【００１４】このことにより、従来粗位置決めした段階
で、既設セグメントが視覚センサの視野からはずれて、
検出が不能となる事態を回避することができる。また、
目標（所望）の組立設定形状に効率よく組み立てること
ができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明に係る実施例について図１から
図１７を用いて説明する。なお、実施例を説明するのに
つき、同一部位については、同一の符号を付し、重複す
る説明は省略する。

【００１６】本発明の一実施例に係るセグメント組立位
置決め方法を説明する前に、セグメント組立位置決めに
用いられるエレクタ装置を図７〜図１１で説明する。セ
グメント自動組立に用いられるエレクタ本体１２は、円
筒状をしたシールド本体１１の後部に設置される。この
エレクタ本体１２は、大別して、旋回機構であるエレク
タリング１３と旋回モータ１６、押し付け機構である吊
りビーム２１と押し付けジャッキ２２、左右摺動機構で
ある横スライドフレーム２４と横スライドジャッキ２
５、前後摺動機構である横スライドフレーム２４と横ス
ライドジャッキ２５、前後摺動機構である前後スライド
フレーム２７と前後スライドジャッキ２８、ピッチン
グ、ローリング、ヨーイング等の姿勢制御機構である球
面フレーム２９と姿勢制御用ジャッキ３１，３２，３３
およびセグメント把持部３４とからなっている。

【００１７】エレクタリング１３は、シールド本体１１
の内周数カ所に設置された外周ガイドローラ１４と側面
がガイドローラ１５により案内され、シールド本体１１
に取り付けられた旋回モータ１６によりピニオン１７と
リングギヤ１８を介して旋回駆動される。これに伴い、
エレクタリング１３上に支持された以下の各部も同時に
左右旋回させられる。

【００１８】エレクタリング１３の左右アーム１９にガ
イドロッド２０を介して支持された吊りビーム２１は、
アーム１９との間に取り付けられた押し付けジャッキ２
２の伸縮によりＺ軸方向（エレクタリング１３の径方
向）に移動させられ、これに伴い吊りビーム２１上に支
持された以下の各部も同方向に移動する。

【００１９】横スライドフレーム２４にリニアベアリン
グ２６を介して支持された前後スライドフレーム２７
は、横スライドフレーム２４との間に取り付けられた前
後スライドジャッキ２８の伸縮により横スライドフレー
ム２４上をＸ軸方向（シールド軸方向）に前後スライド
させられ、これに伴い前後スライドフレーム２７上に支
持された以下の各部も同方向に移動する。

【００２０】前後スライドフレーム２７の球面ガイド部
２７ａに組み込まれた球面フレーム２９は、前後スライ
ドフレーム２７との間に取り付けられた２本の姿勢制御
用ジャッキ３１、３２の伸縮により次のような動きをす
る。図９において、２本のジャッキ３１、３２を同時に
伸長または収縮させた場合、球面フレーム２９は球面中
心Ｇを含むＸ軸の回りに傾けられ、この動きはセグメン
ト把持部３４のローリング制御に用いられる。またジャ
ッキ３１、３２のいずれか一方を伸長させ他方を収縮さ
せた場合は、球面フレーム２９は球面中心Ｇを含むＺ軸
回りに左右旋回させられ、この動きはセグメント把持部
３４のヨーイング制御に用いられる。

【００２１】球面フレーム２９の中心軸３０に吊り下げ
られたセグメント把持部３４は、球面フレーム２９との
間に取り付けられた姿勢制御用ジャッキ３３の伸縮によ
り中心軸３０の回りに傾けられ、この動きはセグメント
把持部３４のピッチング制御に用いられる。

【００２２】セグメント把持部３４は、組立セグメント
４２のグラウト穴４３に合致する雄ねじが切られたネジ
軸３５を備えている。またセグメント把持部３４には、
ネジ軸３５を回転させる駆動モータ３６とネジ軸３５を
駆動モータ３６、軸受けブラケット３７と共に昇降動作
させる昇降ジャッキ３８が装備されており、図示しない
位置決めセンサにより、エレクタ下に置かれた組立セグ
メント４２のグラウト穴４３にネジ軸３５を合わせした
後、該ネジ３５を回転させながらセグメント４２に向か
って突き出し、グラウト穴４３へのねじ込み完了後セグ
メント４２がセグメント把持部３４の端面に当たるまで
ネジ軸３５を引き戻すことによりセグメント４２を把持
する。

【００２３】エレクタ本体１２は以上のように構成さ
れ、組立セグメント４２を把持して最終的に所定の組立
位置に位置決めし、図示しないボルト締結装置により既
設セグメント４１に組み付ける機能を有している。

【００２４】図１２は、セグメント位置決めに用いる段
差・隙間検出手段と組立セグメントと既設セグメントと
の位置関係およびシステム構成を示したものである。１
２はエレクタ本体を模式的に表している。４２は粗位置
決めされた組立セグメントを、４１ａ、４１ｂは組立セ
グメント４２とトンネル軸方向に隣接する既設セグメン
トを、４１ｃは組立セグメント４２とトンネル周方向に
接する既設セグメントをそれぞれ表している。これら組
立・既設セグメント間の段差・隙間を検出するために、
３組の投光器４４ａ、４４ｂ、４４ｃとテレビカメラ４
５ａ、４５ｂ、４５ｃからなる視覚センサがエレクタ本
体１２のセグメント把持部３４に剛体（図示せず）を介
して固定されている。したがって、投光器４４ａ〜４４
ｃ、テレビカメラ４５ａ〜４５ｃと把持部３４および組
立セグメント４２と相対的な位置・姿勢はエレクタの動
きによらず把持中は一定である。投光器４４ａ、４４ｂ
は組立セグメント４２と既設セグメント４１ａ、４１ｂ
のトンネル周方向に沿った境界部の２カ所に、投光器４
４ｃは組立セグメント４２と既設セグメント４１ｃのト
ンネル軸方向に沿った境界部の１箇所にそれぞれスリッ
ト光を照射し、各セグメント上に生じたスリット光像
Ａ，Ａ’、Ｂ，Ｂ’、Ｃ，Ｃ’はテレビカメラ４５ａ，
４５ｂ，４５ｃによりそれぞれ撮像される。図１３にお
いて、４６ａ，４６ｂ，４６ｃはテレビカメラ４５ａ，
４５ｂ，４５ｃのカメラ視野を、図１４の４７ａ，図１
５の４７ｂ，図１６の４７ｃはテレビカメラ４５ａ，４
５ｂ，４５ｃに映ったカメラ像を示す。

【００２５】これらテレビカメラからの画像データはカ
メラ切替器４８と画像入力装置４９を介して画像メモリ
５０に取り込まれる。５１は画像メモリ５０に格納され
た画像データを処理してスリット光の端点座標を求める
画像処理装置、５２は画像処理装置５１で求められた端
点座標または事前に入力された数値データをもとにして
後述する位置決め制御演算を行い、その結果を指令値と
してサーボ制御装置５３へ出力するエレクタの本体制御
装置であり、サーボ制御装置５３は、その指令に従って
エレクタ本体の旋回モータ１６および油圧ジャッキ２
２、２５、２８、３１、３２、３３を含む７軸のアクチ
ュエータを制御する。

【００２６】次に、本発明の一実施例に係るセグメント
組立位置決めの制御方法を図１〜図４を用いて説明す
る。

【００２７】本体制御装置５２で実行する位置決め制御
は、大きく分けて粗位置決め制御と微位置決め制御の２
段階からなっている。

【００２８】まず、粗位置決め制御について説明する。
粗位置決め制御のフローチャートを図１に示す。

【００２９】始めに手順１０１で既設セグメントが組み
立てられた最終位置・姿勢を計測・算出して格納する。
計測・算出して格納は、図２に示すように、既設リング
組立時のボルト締結後に、エレクタ本体（図示せず）に
搭載されている３組の投光器４４ａ、４４ｂ、４４ｃと
テレビカメラ４５ａ、４５ｂ、４５ｃからなる視覚セン
サにより、既設セグメント４１ａの段差と隙間を計測
し、本体制御装置５２の位置姿勢演算装置５２１で位置
と姿勢を算出して、組立情報として本体制御装置５２の
メモリ５２３に格納する。

【００３０】次に目標（所望）の組立設定形状の値を算
出・入力する（１０３）。

【００３１】次に手順１０５の粗位置演算では、前記メ
モリ５５に格納された既設セグメントの最終位置・姿勢
と目標（所望）の組立設定形状の値から組立セグメント
が位置決めされるであろう目標位置を予測演算し、その
目標位置を基にして図１３に示す組立セグメント４２お
よび既設セグメント４１ａ，４１ｂ，４１ｃ上のスリッ
ト光像Ａ，Ａ’、Ｂ，Ｂ’、Ｃ，Ｃ’がテレビカメラ４
５ａ，４５ｂ，４５ｃのカメラ視野に入り、かつ組立セ
グメント４２と既設セグメント４１ａ，４１ｂ，４１ｃ
が接触することのないエレクタ位置・姿勢（以下、粗位
置と記す）を演算する。エレクタ位置・姿勢とは、エレ
クタ本体１２のセグメント把持部３４の位置・姿勢を意
味し、把持中の組立セグメントの位置・姿勢と同じであ
る。粗位置はエレクタの旋回角度と図７に示すエレクタ
座標系（ｘ、ｙ、ｚ）で表される。

【００３２】次に、手順１０７のアクチュエータ指令値
演算で、先に求めた粗位置から旋回モータ１６を含む各
アクチュエータ指令値を演算し、手順で１０９のアクチ
ュエータ制御で、サーボ制御装置５３へ指令値を出力
し、サーボ制御装置５３がアクチュエータを制御し終え
るのを待つ。これで、粗位置決め制御が終了する。

【００３３】次に、組立セグメントの微位置決め制御に
ついて説明する。

【００３４】図３に微位置決め制御のフローチャートを
示す。先に説明した粗位置決め制御において、組立セグ
メント４２は図１３に示す位置に粗位置決めされたとす
る。この状態で抽出された前記３箇所のスリット光像
Ａ、Ａ’、Ｂ、Ｂ、’Ｃ、Ｃ’の画像座標系（ｘｖ、ｙ
ｖ）上での端点座標ａ（ａｘ、ａｙ）、ａ’（ａｘ’、
ａｙ’）、ｂ（ｂｘ、ｂｙ）、ｂ’（ｂｘ’、ｂ
ｙ’）、ｃ（ｃｘ、ｃｙ）、ｃ’（ｃｘ’、ｃｙ’）を
用いて、手順２０１の微位置決め用偏差検出演算を行
う。手順２０１では、これらの端点座標値から組立・既
設セグメント間の段差△ｚａ、△ｚｂ、△ｚｃと隙間△
ｘａ、△ｘｂ、△ｙｃが次式により算出される。

【００３５】 △ｘａ＝（ａｘ’−ａｘ）・ｋｙ （１．１） △ｘｂ＝（ｂｘ’−ｂｘ）・ｋｘ （１．２） △ｙｃ＝（ｃｙ’−ｃｙ）・ｋｙ （１．３） △ｚａ＝（ａｙ’−ａｙ）・ｋｚ （１．４） △ｚｂ＝（ｂｙ’−ｂｙ）・ｋｚ （１．５） △ｚｃ＝（ｃｘ’−ｃｘ）・ｋｚ （１．６） ここで、ｋｘ、ｋｙ、ｋｚは画像データをｍｍ単位の数
値に変換するための係数である。

【００３６】これらの段差・隙間を基にして組立セグメ
ント４２と既設セグメント４１ａ〜４１ｃとの位置・姿
勢偏差量を演算する。偏差量演算の簡単な例を次式に示
す。 ｅｄｘ＝(△ｘａ＋△ｘｂ)/２ （２．１） ｅｄｙ＝△ｙｃ （２．２） ｅｄｚ＝(△ｚａ＋△ｚｃ)/２ （２．３） ｅδｘ＝(△ｚｂ−△ｚａ)/(Ｌｙａ＋Ｌｙｂ) （２．４） ｅδｙ＝{(△ｚａ＋△ｚｂ)/２−△ｚｃ}/(Ｌｘａ＋Ｌｘｃ) （２．５） ｅδｚ＝(△ｘｂ＋△ｘａ)/(Ｌｙａ＋Ｌｙｂ) （２．６） ここで、ｅｄｘ、ｅｄｙ、ｅｄｚはそれぞれ図４に示す
ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の位置偏差を、ｅδｘ、
ｅδｙ、ｅδｚ、はそれぞれｘ軸回り、ｙ軸回り、ｚ軸
回りの姿勢偏差を表す。また、Ｌｘａ、Ｌｘｃ、Ｌｙ
ａ、Ｌｙｂは、図４に示すように、組立セグメント４２
に把持中心ｏから組立セグメント上のスリット光像Ａ、
Ｂ、Ｃの各端点ａ、ｂ、ｃまでのｘ軸方向およびｙ軸方
向の距離を表している。手順２０２で目標（所望）の組
立設定形状の値を算出・入力する。

【００３７】手順２０３の補正量算出では、これら偏差
量と組立設定形状の値から位置・姿勢の補正量ｄｘ、ｄ
ｙ、ｄｚ、δｘ、δｙ、δｚが次式により求められる。 ｄｘ＝−ｅｄｘ （３．１） ｄｙ＝−ｅｄｙ （３．２） ｄｚ＝−ｅｄｚ （３．３） δｘ＝−ｅδｘ （３．４） δｙ＝−ｅδｙ （３．５） δｚ＝−ｅδｚ （３．６） 手順２０４のエレクタ目標位置・姿勢演算で、粗位置決
め後の組立セグメントの位置・姿勢に先に求めた補正量
を加算し、既設セグメントとの位置・姿勢偏差をなくす
るためにエレクタ目標位置・姿勢を求める。エレクタ目
標位置・姿勢とは、エレクタ本体のセグメント把持部３
４の目標位置・姿勢を意味し、把持中の組立セグメント
の目標位置・姿勢と同じである。手順２０５では、演算
したエレクタ目標位置・姿勢から、あらかじめ本体制御
装置５２に入力された目標（所望）の組立設定形状の値
を減算し、その差を別にさだめたしきい値と比較する。

【００３８】手順２０６では、該当する軸についてのみ
先に求めたエレクタ目標位置・姿勢からしきい値ｋ１〜
ｋ６を減算し、新たなエレクタ目標位置・姿勢を求め
る。

【００３９】この後、手順２０８へ進む。手順２０８の
アクチュエータ指令値演算では、手段２０４で求めたエ
レクタ目標位置・姿勢もしくは手順２０６で求めた新た
なエレクタ目標位置・姿勢からアクチュエータ指令値を
演算し、手順２０９のアクチュエータ制御で、サーボ制
御装置５３へ指令値を出力し、サーボ制御装置５３がア
クチュエータを制御し終えるのを待つ。これで、微位置
決め制御が終了し、組立セグメントは組立位置に最終的
に位置決めされる。

【００４０】次に、本発明の他の実施例に係るセグメン
ト組立位置決めの制御方法を図５、図６を用いて説明す
る。

【００４１】まず、粗位置決め制御について説明する。
粗位置決め制御のフローチャートを図５に示す。

【００４２】始めに手順１１１で予め本体制御装置５２
に記憶されていた既設セグメントの最終組立位置・姿勢
情報を入力し、次に目標（所望）の組立設定形状の値を
算出・入力する（１１３）。

【００４３】次に手順１１５の粗位置演算では、入力さ
れた既設セグメントの最終組立位置・姿勢と目標（所
望）の組立設定形状の値から組立セグメントが位置決め
されるであろう目標位置を予測演算し、その目標位置を
基にして図１３に示す組立セグメント４２および既設セ
グメント４１ａ，４１ｂ，４１ｃ上のスリット光像Ａ，
Ａ’、Ｂ，Ｂ’、Ｃ，Ｃ’がテレビカメラ４５ａ，４５
ｂ，４５ｃのカメラ視野に入り、かつ組立セグメント４
２と既設セグメント４１ａ，４１ｂ，４１ｃが接触する
ことのないエレクタ位置・姿勢（以下、粗位置と記す）
を演算する。エレクタ位置・姿勢とは、エレクタ本体１
２のセグメント把持部３４の位置・姿勢を意味し、把持
中の組立セグメントの位置・姿勢と同じである。粗位置
はエレクタの旋回角度と図７に示すエレクタ座標系
（ｘ、ｙ、ｚ）で表される。

【００４４】次に、手順１１７のアクチュエータ指令値
演算で、先に求めた粗位置から旋回モータ１６を含む各
アクチュエータ指令値を演算し、手順で１１９のアクチ
ュエータ制御で、サーボ制御装置５３へ指令値を出力
し、サーボ制御装置５３がアクチュエータを制御し終え
るのを待つ。これで、粗位置決め制御が終了する。

【００４５】次に、組立セグメントの微位置決め制御に
ついて説明する。

【００４６】図６に微位置決め制御のフローチャートを
示す。先に説明した粗位置決め制御において、組立セグ
メント４２は図１３に示す位置に粗位置決めされたとす
る。この状態で抽出された前記３箇所のスリット光像
Ａ，Ａ’、Ｂ，Ｂ’、Ｃ，Ｃ’の画像座標系（ｘｖ、ｙ
ｖ）上での端点座標ａ（ａｘ、ａｙ）、ａ’（ａｘ’、
ａｙ’）、ｂ（ｂｘ、ｂｙ）、ｂ’（ｂｘ’、ｂ
ｙ’）、ｃ（ｃｘ、ｃｙ）、ｃ’（ｃｘ’、ｃｙ’）を
用いて、手順２０１の微位置決め用偏差検出演算を行
う。手順２０１では、これらの端点座標値から組立・既
設セグメント間の段差△ｚａ、△ｚｂ、△ｚｃと隙間△
ｘａ、△ｘｂ、△ｙｃが次式により算出される。

【００４７】 △ｘａ＝（ａｘ’−ａｘ）・ｋｙ （１．１） △ｘｂ＝（ｂｘ’−ｂｘ）・ｋｘ （１．２） △ｙｃ＝（ｃｙ’−ｃｙ）・ｋｙ （１．３） △ｚａ＝（ａｙ’−ａｙ）・ｋｚ （１．４） △ｚｂ＝（ｂｙ’−ｂｙ）・ｋｚ （１．５） △ｚｃ＝（ｃｘ’−ｃｘ）・ｋｚ （１．６） ここで、ｋｘ、ｋｙ、ｋｚは画像データをｍｍ単位の数
値に変換するための係数である。

【００４８】これらの段差・隙間を基にして組立セグメ
ント４２と既設セグメント４１ａ〜４１ｃとの位置・姿
勢偏差量を演算する。偏差量演算の簡単な例を次式に示
す。

【００４９】 ｅｄｘ＝(△ｘａ＋△ｘｂ)/２ （２．１） ｅｄｙ＝△ｙｃ （２．２） ｅｄｚ＝(△ｚａ＋△ｚｃ)/２ （２．３） ｅδｘ＝(△ｚｂ−△ｚａ)/(Ｌｙａ＋Ｌｙｂ) （２．４） ｅδｙ＝{(△ｚａ＋△ｚｂ)/２−△ｚｃ}/(Ｌｘａ＋Ｌｘｃ) （２．５） ｅδｚ＝(△ｘｂ＋△ｘａ)/(Ｌｙａ＋Ｌｙｂ) （２．６） ここで、ｅｄｘ、ｅｄｙ、ｅｄｚはそれぞれ図４に示す
ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の位置偏差を、ｅδｘ、
ｅδｙ、ｅδｚ、はそれぞれｘ軸回り、ｙ軸回り、ｚ軸
回りの姿勢偏差を表す。また、Ｌｘａ、Ｌｘｃ、Ｌｙ
ａ、Ｌｙｂは、図４に示すように、組立セグメント４２
に把持中心ｏから組立セグメント上のスリット光像Ａ、
Ｂ、Ｃの各端点ａ、ｂ、ｃまでのｘ軸方向およびｙ軸方
向の距離を表している。手順２０２で目標（所望）の組
立設定形状の値を算出・入力する。

【００５０】手順２０３の補正量算出では、これら偏差
量と組立設定形状の値から位置・姿勢の補正量ｄｘ、ｄ
ｙ、ｄｚ、δｘ、δｙ、δｚが次式により求められる。

【００５１】 ｄｘ＝−ｅｄｘ （３．１） ｄｙ＝−ｅｄｙ （３．２） ｄｚ＝−ｅｄｚ （３．３） δｘ＝−ｅδｘ （３．４） δｙ＝−ｅδｙ （３．５） δｚ＝−ｅδｚ （３．６） 手順２０４のエレクタ目標位置・姿勢演算で、粗位置決
め後の組立セグメントの位置・姿勢に先に求めた補正量
を加算し、既設セグメントとの位置・姿勢偏差をなくす
るためにエレクタ目標位置・姿勢を求める。エレクタ目
標位置・姿勢とは、エレクタ本体のセグメント把持部３
４の目標位置・姿勢を意味し、把持中の組立セグメント
の目標位置・姿勢と同じである。手順２０５では、演算
したエレクタ目標位置・姿勢から、あらかじめ本体制御
装置５２に入力された目標（所望）の組立設定形状の値
を減算し、その差を別にさだめたしきい値と比較する。

【００５２】手順２０６では、該当する軸についてのみ
先に求めたエレクタ目標位置・姿勢からしきい値ｋ１〜
ｋ６を減算し、新たなエレクタ目標位置・姿勢を求め
る。

【００５３】この後、手順２０８へ進む。手順２０８の
アクチュエータ指令値演算では、手段２０４で求めたエ
レクタ目標位置・姿勢もしくは手順２０６で求めた新た
なエレクタ目標位置・姿勢からアクチュエータ指令値を
演算し、手順２０９のアクチュエータ制御で、サーボ制
御装置５３へ指令値を出力し、サーボ制御装置５３がア
クチュエータを制御し終えるのを待つ。これで、微位置
決め制御が終了し、組立セグメントは組立位置に最終的
に位置決めされる。手順２１０では、この最終位置・姿
勢を本体制御装置５２に記憶して、次のセグメントを組
み立てるときに使う。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、組立セグメントを目標
（所望）の組立設定形状となるような組立位置の近傍に
粗位置決めすることにより、狭い視野を持っている視覚
センサでも、視野からはずれることなく、常にセグメン
ト間の段差と隙間を正確に検出することができるので、
組立セグメントを目標（所望）の組立設定形状に効率よ
く組み立てることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るセグメント組立位置決
め方法の粗位置決め制御のフローチャート図である。

【図２】図１の粗位置決め制御における既設セグメント
測定の一例を示す図である。

【図３】図１の粗位置決め制御に関連する微位置決め制
御のフローチャート図である。

【図４】図３及び図６における微位置決め用偏差検出演
算の説明図である。

【図５】本発明の他の実施例に係るセグメント組立位置
決め方法の粗位置決め制御のフローチャート図である。

【図６】図５の粗位置決め制御に関連する微位置決め制
御のフローチャート図である。

【図７】シールド掘進機内に設置されたエレクタの一部
切断した正面図である。

【図８】図７のIII−III断面図である。

【図９】図７のIV−IV断面図である。

【図１０】図７のＶ−Ｖ断面図である。

【図１１】図７のセグメント把持部３４の詳細断面図で
ある。

【図１２】セグメント位置決めに用いる投光器，テレビ
カメラと組立セグメント，既設セグメントの位置関係を
示す図である。

【図１３】粗位置決め終了した状態での組立セグメント
と既設セグメントとスリット光像の位置関係およびカメ
ラ画像を示す図である。

【図１４】テレビカメラ４５ａに映ったカメラ画像を示
す図である。

【図１５】テレビカメラ４５ｂに映ったカメラ画像を示
す図である。

【図１６】テレビカメラ４５ｃに映ったカメラ画像を示
す図である。

【図１７】従来技術の問題点の説明図である。

【符号の説明】

１１…シールド本体、１２…エレクタ本体、４１ａ〜４
１ｃ…既設セグメント、４２…組立セグメント、４４ａ
〜４４ｅ…投光器、４５ａ〜４５ｅ…テレビカメラ、４
６ａ〜４６…カメラ視野、４７ａ〜４７ｃ…カメラ画
像、４８…カメラ切換器、４９…画像入力装置、５０…
画像メモリ、５１…画像処理装置、５２…本体制御装
置、５２１…位置・姿勢演算装置、５２３…メモリ、５
３…サーボ制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 泰雄 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社 土浦工場内 (72)発明者 亀井 健 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社 土浦工場内 (56)参考文献 特開 平５−287995（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−127392（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 11/40

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド掘進機内に設置されたエレクタに
   より組立セグメントを既設セグメントの所定の組立位置
   近傍に粗位置決めした後、所定位置に微位置決めするセ
   グメント組立位置決め方法において、 前記粗位置決めは、前記既設セグメントの最終位置・姿
   勢情報と、トンネル内及び地盤の中で変形が想定される
   諸条件を見込んで設定した組立セグメントの目標形状で
   ある組立設定形状の値とを比較演算して粗位置決めする
   ことを特徴とするセグメント組立位置決め方法。
2. 【請求項２】請求項１において、前記組立設定形状は、
   前記シールド掘進機外の地盤の中で組立後の前記セグメ
   ントが本来あるべき設計形状となるように、シールド掘
   進機内ではトンネル内及び地盤の中で変形が想定される
   諸条件を見込んで、前記設計形状とは異なる形状に設定
   することを特徴とするセグメント組立位置決め方法。