JP3716161B2

JP3716161B2 - Segment fastening device

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Publication number: JP3716161B2
Application number: JP2000176669A
Authority: JP
Inventors: 誠鮫島; 義光熊尾
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-06-13
Filing date: 2000-06-13
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2020-06-13
Also published as: JP2001355399A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、既設セグメントに対して把持セグメントを弧状に組み付けて両者を締結するセグメント締結装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、一般的な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。
【０００３】
このようなトンネル掘削作業において、エレクタ装置はトンネル内に搬入されたセグメントを把持して移動し、トンネルの内壁面の所定の位置に把持したセグメントを組付けていく。この場合、エレクタ装置は組付けられたセグメント同士を締結してリング状に組付けられたトンネルを強固に固定する必要がある。従来、エレクタ装置にはセグメント締結装置としてボルト締結装置が設けられており、周方向に隣接するセグメント同士をボルト及びナットを用いて締結していた。
【０００４】
ところが、ボルト締結装置を用いてボルト及びナットにより隣接するセグメント同士を締結する場合、ナットを所定箇所に挿入して保持する装置と、ボルトを保持して所定箇所に挿入し、回転することでナットに螺合する装置などが必要となる。そのため、ボルト締結装置が大型で複雑なものとなることから、エレクタ装置全体が大型化して狭いトンネル内での作業が困難になってしまう。
【０００５】
そのため、周方向に隣接するセグメント同士をコッタを用いて締結するようにしたものが提案され、例えば、特開平７−２６９２９９号公報に開示されている。この公報に開示されたセグメント締結装置は、トンネルの周方向及び径方向に沿って移動自在に支持されたセグメント把持台に装着されており、一対のフックが楔継手を挾持してセグメント締結孔に挿入し、係止用突起がセグメントの凹部に係止した状態で締結ジャッキ機構により楔継手をセグメント締結孔に押し込んでセグメント同士を締結するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のセグメント締結装置にあっては、継手挾持用フックが楔継手を把持した状態で所定位置まで移動し、この楔継手をセグメント締結孔に押し込んでセグメント同士を締結している。この場合、継手挾持用フックは、トンネル内における楔継手の載置位置から、セグメントへの組付位置まで３次元的に移動する必要があり、複数のスライド機構を設けることから装置が複雑化並びに大型化してしまうと共に、作業性がよくないという問題がある。そして、トンネル内では、セグメント締結装置の周辺にセグメント組付装置やシールドジャッキ等が配設されており、各種の装置が干渉しないように配設することは困難であり、装置が複雑化して製造コストも増加してしまうという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するものであって、装置の簡素化を図ると共に作業性の向上を図ったセグメント締結装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【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の発明のセグメント締結装置は、既設セグメントに対して新設セグメントを把持して周方向に沿って弧状に組み付けた後、前記各セグメント同士の密着部側面に形成された係止孔に対してコッタを挿入して両者を連結固定するセグメント締結装置において、掘削機本体の後部にトンネルの長手方向と周方向と径方向とに移動自在に支持された移動体と、該移動体に装着されたコッタ容器と、基端部が前記移動体に支持されて先端部にコッタを把持可能な把持部を有して前記コッタ容器内に収納されたコッタを前記係止孔へ挿入可能な少なくとも６つの可動軸を有するマニプレータと、を具えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項２の発明のセグメント締結装置では、前記コッタ容器を前記移動体に着脱自在なカートリッジとしたことを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３の発明のセグメント締結装置では、前記マニプレータの先端部に、前記把持部と共にコッタ押込手段を設けたことを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４の発明のセグメント締結装置では、前記マニプレータの先端部の移動位置及び姿勢を教示データとして任意に記憶する記憶部と、該記憶部に記憶された前記教示データに基づいて前記マニプレータを駆動制御する駆動制御部とを設けたことを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５の発明のセグメント締結装置では、前記マニプレータの先端部に装着されたカメラと、該カメラにより撮影された画像に基づいて前記コッタと前記係止孔との隙間の位置データを求める画像処理部とを設けたことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項６の発明のセグメント締結装置では、前記画像処理部により求められた前記隙間の計測位置データと予め設定された所定の隙間位置データとの位置偏差を演算する第１補正部を設け、前記駆動制御部は該第１補正部が求めた前記位置偏差に基づいて前記教示データにおける移動位置データを補正することを特徴としている。
【００１４】
また、請求項７の発明のセグメント締結装置では、前記マニプレータの先端部に装着された少なくとも１つの距離計と、該距離計により計測された前記マニプレータの先端部から前記係止孔のあるセグメント端面までの距離データと予め設定された所定の距離データとの距離偏差を演算する第２補正部を設け、前記駆動制御部は該第２補正部が求めた前記距離偏差に基づいて前記教示データにおける移動位置データを補正することを特徴としている。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１に本発明の第１実施形態に係るセグメント締結装置の概略構成、図２に本実施形態のセグメント締結装置が適用されたエレクタ装置の正面視、図３にエレクタ装置の側面視、図４にセグメント締結装置を構成するマニプレータ先端部の概略、図５にマニプレータの制御ブロック、図６にセグメントの組付状態を表す概略、図７にセグメント締結部の概略、図８にコッタの概略を示す。
【００１７】
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。
【００１８】
まず、本実施形態にて適用するセグメントについて説明する。図６に示すように、トンネルＴは６つのセグメントＡ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｋを下方から順に周方向に接合することで１つのリングセグメントＳを組み立てて構成されており、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。そして、隣接するリングセグメントＳ同士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。
【００１９】
そして、図７に示すように、各セグメント（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｋセグメント）、例えば、Ａ１セグメントとＡ３セグメントとの周方向端面には、トンネル長手方向に沿って係止溝（係止孔）１１が形成されており、この係止溝１１にはテール側コッタ金具１２と切羽側コッタ金具１３とが固定されている。各コッタ金具１２，１３は矩形の係止溝１２ａ，１３ａと、この係止溝１２ａ，１３ａを開放する挿通溝１２ｂ，１３ｂと、を有し、係止溝１２ａ，１３ａを構成する側面には傾斜面１２ｃ，１３ｃが形成されている。そして、Ａ１セグメントとＡ３セグメントの各端面と共に対向する各コッタ金具１２，１３が密着したとき、テール側コッタ金具１２の溝幅Ｇ1 よりも切羽側コッタ金具１３の溝幅Ｇ2 の方がやや大きく形成されると共に、テール側コッタ金具１２の楔部１２ｄの前端幅Ｗ1 よりも切羽側コッタ金具１３の楔部１３ｄの後端幅Ｗ2 の方がやや小さく形成されている。
【００２０】
一方、隣接する各セグメント（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｋセグメント）同士を連結固定するコッタは、図８に示すように、テール側コッタ金具１２に対応するテール側コッタ１４と、切羽側コッタ金具１３に対応する切羽側コッタ１５がある。各コッタ１４，１５は係止溝１２ａ，１３ａに係止する楔状の係止部１４ａ，１５ａと、この係止部１４ａ，１５ａを連結する水平部１４ｂ，１５ｂと、取手部１４ｃ，１５ｃと、を有し、各取手部１４ｃ，１５ｃには把持用の切欠１４ｄ，１５ｄが穿設されている。なお、１４ｅ，１５ｅは重量軽減用の貫通孔である。そして、図７及び図８に示すように、Ａ１セグメントとＡ３セグメントの各端面と共に対向する各コッタ金具１２，１３が密着したとき、係止溝１１からテール側コッタ１４を挿入すると、係止部１４ａは切羽側コッタ金具１３の係止溝１３ａを挿通し、テール側コッタ金具１２の係止溝１２ａに係止し、切羽側コッタ１５は係止部１５ａが切羽側コッタ金具１３の係止溝１３ａに係止するようになっている。即ち、テール側コッタ１４の係止部１４ａはテール側コッタ金具１２の係止溝１２ａとほぼ同形状であり、切羽側コッタ１５の係止部１５ａは切羽側コッタ金具１３の係止溝１３ａとほぼ同形状となっている。また、テール側コッタ１４の取手部１４ｃの長さはコッタ金具１２，１３の間隔よりもやや短く形成されている。
【００２１】
次に、本実施形態のエレクタ装置について説明する。図２及び至図３に示すように、エレクタ装置２１は、掘削機本体２２の後部に設けられており、このエレクタ装置２１はシールドジャッキ２３によって前進した掘削機本体２２と既設リングセグメントＳ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。
【００２２】
即ち、掘削機本体２２の後部に設けられた支持リング２４には回転リング２５が回転自在に支持され、この回転リング２５は複数の油圧モータ（図示略）によって回転可能となっている。この回転リング２５の外周部には昇降台２６が一対のガイドロッド２７により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２８によって昇降可能となっている。そして、この昇降台２６の左右には制御装置２９や油圧ユニット３０が設置されると共に、上部にはカウンタウエイト（図示略）が取付けられている。
【００２３】
この昇降台２６にはトンネルの長手方向となるＸ軸方向に沿って第１移動部材３１が移動自在に支持され、移動ジャッキ３２によって移動可能となっている。この第１移動部材３１にはトンネルの周方向となるＹ軸方向に沿って第２移動部材３３が移動自在に支持され、移動ジャッキ３４によって移動可能となっている。この第２移動部材３３には回転筒３５が回転自在に支持され、この回転筒３５の下部には移動体としてのセグメントサポート３６が揺動自在に支持されている。そして、第２移動部材３３と回転筒３５との間にはセグメントサポート３６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３７が架設されている。また、回転筒３５とセグメントサポート３６との間にはこのセグメントサポート３６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３８が架設され、回転筒３５とセグメントサポート３６との間にはこのセグメントサポート３６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３９が架設されている。
【００２４】
そして、セグメントサポート３６にはトンネル内に搬入されたセグメントを把持するセグメント把持機構４０が装着されている。このセグメント把持機構４０はセグメントの中心部に固定されたボルト４１を係止部４２が掴持し、把持ジャッキ４３を収縮してセグメントをセグメントサポート３６に押し付けることで、このセグメントを把持できるようになっている。
【００２５】
従って、セグメント把持機構４０がセグメントを把持した状態で、昇降ジャッキ２８を伸縮すると把持セグメントをＺ軸方向に移動でき、移動ジャッキ３２を伸縮すると把持セグメントをＸ軸方向に移動でき、移動ジャッキ３４を伸縮すると把持セグメントをＹ軸方向に移動できる。また、ローリングジャッキ３８を伸縮すると把持セグメントをＸ軸回りに揺動でき、ピッチングジャッキ３９を伸縮すると把持セグメントをＹ軸回りに揺動でき、ヨーイングジャッキ３７を伸縮すると把持セグメントをＺ軸回りに揺動できる。
【００２６】
また、このセグメントサポート３６には把持セグメントを既設セグメントに連結して固定するための左右一対のセグメント締結装置５１，５２が装着されている。このセグメント締結装置５１，５２は、前述したコッタ１４，１５を保持してセグメントの係止溝１１へ挿入するためにそれぞれ６つの可動軸を有するマニプレータ５３，５４を有すると共に、この係止溝１１へ挿入されたコッタ１４，１５を押し込んでテール側コッタ金具１２及び切羽側コッタ金具１３に係止する図示しないコッタ押込装置を有している。なお、このセグメント締結装置５１，５２は左右対称でほぼ同様の構成をなしているため、一方のセグメント締結装置５１についてのみ説明する。
【００２７】
セグメント締結装置５１において、図１及び図２に示すように、セグメントサポート３６の前部には円形の基盤５５が固定され、この基盤５５には回転台５６が第１軸Ａ回りに回転自在に支持されており、この回転台５６には先端がセグメントの係止溝１１側に延出された第１アーム５７の基端部が第２軸Ｂ回りに回転自在に支持されている。この第１アーム５７の先端部には支持部５８ａと２つの支持板５８ｂとからなる第２アーム５８の基端部が第３軸Ｃ回りに回転自在に支持されており、この第２アーム５８の先端部には第３アーム５９の基端部が第４軸Ｄ回りに回転自在に支持されている。そして、この第３アーム５９の先端部には支持部６０ａと２つの支持板６０ｂとからなる第４アーム６０の基端部が第５軸Ｅ回りに回転自在に支持されており、この第４アーム６０の先端部に工具アーム６１が第６軸Ｆ回りに回転自在に支持されており、この工具アーム６１にコッタ１４，１５を把持可能な把持部６２が装着されている。この把持部６２は、上下一対の把持レバー６３，６４と、下方の把持レバー６４を昇降する把持ジャッキ６５とからなり、把持レバー６４上昇することで把持レバー６３，６４によりコッタ１４，１５の取手部１４ｃ，１５ｃを把持可能となっている。なお、把持レバー６３，６４の対向面には凹部が形成され、この凹部が取手部１４ｃ，１５ｃの切欠１４ｄ，１５ｄを係止することで、確実に把持できる。
【００２８】
また、セグメントサポート３６の側部には取付台６６によりコッタ容器としてのカートリッジ６７が着脱自在に装着されている。このカートリッジ６７は切羽側に開口し、内部にテール側コッタ１４及び切羽側コッタ１５が３個ずつ収納されている。そして、６個のコッタ１４，１５を使用した後は、空のカートリッジ６７を６個のコッタ１４，１５を収納した新しいカートリッジと交換可能となっている。なお、カートリッジ６７を固定として６個のコッタ１４，１５を新しく収容するようにしてもよい。
【００２９】
なお、図示しないが、各マニプレータ５３，５４に隣接して前述したコッタ押込装置が設けられており、このコッタ押込装置は圧入ジャッキを有しており、係止溝１１の対向位置まで移動して圧入ジャッキを伸長することでコッタ１４，１５の取手部１４ｃ，１５ｃの後端部を押圧することができる。
【００３０】
ところで、このセグメント締結装置５１，５２におけるマニプレータ５３，５４は、教示データにより自動制御が可能となっている。即ち、図４に示すように、マニプレータ５３の先端部にはカメラ201が装着されており、このカメラ201により撮影された画像に基づいてコッタ１４，１５と係止溝１１との隙間を求めることができる。また、このマニプレータ５３の先端部には距離計202が装着されており、この距離計202によりマニプレータ５３の先端部から係止溝１１のあるセグメント端面までの距離を計測できる。
【００３１】
そして、図５に示すように、カメラ201には画像処理装置203が接続され、この画像処理装置203はカメラ201により撮影された画像に基づいてコッタ１４，１５と係止溝１１との隙間データを画像処理により求めることができる。更に、画像処理装置203にはＸ−Ｙ方向位置補正部（第１補正部）204が接続され、このＸ−Ｙ方向補正部204は、画像処理装置203により求められた隙間の計測データと予め設定された所定の隙間データとを比較して両者の位置偏差を演算する。一方、距離計202にはＺ方向位置補正部（第２補正部）205が接続され、このＺ方向補正部205は、距離計202により求められたマニプレータ５３の先端部から係止溝１１のあるセグメント端面までの距離データと予め設定された所定の距離データとを比較して両者の距離偏差を演算する。
【００３２】
また、マニプレータ５３の６つの作動軸（回転台５６、第１アーム５７、第２アーム５８、第３アーム５９、第４アーム６０、工具アーム６１）からなるマニプレータ駆動装置206の駆動を制御する制御装置207が設けられており、この制御装置207には操作装置208及びメモリ209が接続されている。作業者は操作装置208を操作することで制御装置207を介してマニプレータ駆動装置206の駆動を手動で制御可能となっており、作業者が操作装置208の操作によりマニプレータ駆動装置206を駆動制御したデータは教示データ（移動位置データＸ，Ｙ，Ｚ及び姿勢データθX ，θY ，θZ ）としてメモリ209に記憶させることができる。そして、作業者が操作装置208により自動制御を選択すると、制御装置207はメモリ209に記憶されている教示データに基づいてマニプレータ駆動装置206を自動制御するようになっている。このとき、制御装置207にはＸ−Ｙ方向位置補正部204から位置偏差が入力されると共に、Ｚ方向位置補正部205から距離偏差が入力されており、制御装置207はこの位置偏差及び距離偏差に基づいて教示データにおける移動位置データを補正し、メモリ209に書き換えることができる。
【００３３】
なお、マニプレータ５３の先端部に複数の距離計202を装着し、マニプレータ５３の先端部から係止溝１１のあるセグメント端面までの異なる位置での複数の距離データと隙間データとに基づいて姿勢偏差を求め、制御装置207がこの姿勢偏差に基づいて教示データにおける姿勢データを補正してもよい。
【００３４】
このように構成された本実施形態のエレクタ装置２１によってセグメントの組付作業を行うには、図１乃至図３に示すように、トンネル内にセグメントが搬入されると、セグメント把持機構４０がこのセグメントを把持し、昇降ジャッキ２８、移動ジャッキ３２、ローリングジャッキ３８、ピッチングジャッキ３９、ヨーイングジャッキ３７をそれぞれ伸縮することで、把持セグメントを所定の位置に組み付ける。そして、セグメント締結装置５１，５２を用いて既設セグメントに把持セグメントを連結して固定する。
【００３５】
即ち、既設のＡ１セグメントに対してセグメント把持機構４０がＡ３セグメントを把持して端面を既設のＡ１セグメントの端面に密着させると、セグメント締結装置５１がＡ１セグメントとＡ３セグメントとの密着部の係止溝１１の上方位置に位置するため、このセグメント締結装置５１を用いてコッタ１４，１５によりＡ１セグメントとＡ３セグメントとを接合する。この場合、マニプレータ５３の作動制御は接合するセグメントの種類に応じて予めプログラムされており、前述したように、制御装置207はメモリ209に記憶された教示データに基づいてマニプレータ駆動装置206を介して自動制御する。このとき、カメラ201は係止溝１１の周辺部を撮影し、距離計202はマニプレータ５３の先端部から係止溝１１のあるセグメント端面までの距離を計測しており、制御装置207には各補正部204，205から位置偏差及び距離偏差が入力され、制御装置207はこの位置偏差及び距離偏差により教示データを補正（フィードバック制御）しながら、マニプレータ駆動装置206を自動制御する。
【００３６】
即ち、基準位置Ｐ1 には把持レバー６３，６４がカートリッジ６７内に収納されているテール側コッタ１４を把持し、基準位置Ｐ2 に後退してから基準位置Ｐ3 に下降して係止溝１１と対向する位置に移動し、基準位置Ｐ4 に前進してテール側コッタ１４を係止溝１１に挿入する。そして、基準位置Ｐ4 、Ｐ3 、Ｐ2 、Ｐ1 と逆に移動してカートリッジ６７内に収納されている切羽側コッタ１５を把持する。
【００３７】
一方、テール側コッタ１４が係止溝１１に挿入されると、コッタ押込装置はマニプレータ５３が切羽側コッタ１５を取りにいっている間に、圧入ジャッキが係止溝１１との対向位置に移動し、圧入ジャッキを伸長してテール側コッタ１４を押圧して押込み、係止部１４ａを切羽側コッタ金具１３の係止溝１３ａに通過させてテール側コッタ金具１２の係止溝１２ａに係止し、その後に退避する。すると、マニプレータ５３は基準位置Ｐ1 にて把持した切羽側コッタ１５を、基準位置Ｐ2 、Ｐ3 、Ｐ4 と移動して係止溝１１に挿入し、続いて圧入ジャッキがこの切羽側コッタ１５を押込んで係止部１５ａを切羽側コッタ金具１３の係止溝１３ａに係止する。このような作業の繰り返しによりセグメント締結装置５１，５２により６つのセグメントＡ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｋを全て締結する。
【００３８】
このように本実施形態のエレクタ装置２１では、セグメント締結装置５１，５２を６軸のマニプレータ５３，５４によって構成し、このマニプレータ５３，５４の教示動作により把持レバー６３，６４がカートリッジ６７内のコッタ１４，１５を把持し、セグメント同士の端面にトンネル長手方向に沿って形成された係止溝１１に対して切羽側から挿入し、圧入ジャッキがコッタ１４，１５を押し込んで係止部１４ａ，１５ａをコッタ金具１２，１３の係止溝１２ａ，１３ａに係止することでセグメント同士を締結するようにしている。
【００３９】
従って、マニプレータ５３，５４の作動によりカートリッジ６７内のコッタ１４，１５をセグメントの係止溝１１まで移動して挿入することができ、複数のスライド機構を設けることなく簡素化された装置により容易にセグメント締結作業を行うことができ、装置の簡素化及び作業性の向上を図ることができる。
【００４０】
また、制御装置207は教示データに基づいて、且つ、位置偏差及び距離偏差によりこの教示データを補正しながら、マニプレータ駆動装置206によりマニプレータ５３，５４を作動してコッタ１４，１５を係止溝１１に対して挿入してセグメント同士を締結するようにしている。従って、セグメントの締結作業を用意に短時間で行うことができる。
【００４１】
図９に本発明の第２実施形態に係るセグメント締結装置の概略を示す。なお、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。
【００４２】
本実施形態において、図７に示すように、セグメントサポート３６には左右一対のセグメント締結装置７１，７２が装着されており、６つの可動軸を有するマニプレータ７３，７４により構成され、ほぼ同様の構成となっている。
【００４３】
セグメント締結装置７１において、セグメントサポート３６の前部には円形の基盤５５が固定され、この基盤５５には回転台５６、第１アーム５７、第２アーム５８、第３アーム５９、第４アーム６０、工具アーム６１からなるマニプレータ７３が装着され、この工具アーム６１に把持部６２とコッタ押込部７５が装着されている。把持部６２は把持レバー６３，６４と把持ジャッキ６５とからなり、コッタ１４，１５の取手部１４ｃ，１５ｃを把持可能となっている。一方、コッタ押込部７５にて、工具アーム６１に固定された取付板７６には一対の係止レバー７７が係止ジャッキ７８により開閉可能に装着され、先端部を係止溝１１に挿入したときに切羽側コッタ金具１３の係止凹部（図示略）に係止可能となっている。また、取付板７６には圧入ジャッキ７９が装着され、駆動ロッドが係止レバー７７の間から前方に延出して先端部にコッタ１４，１５の取手部１４ｃ，１５ｃの後端部を押圧する押圧部８０が固定されている。
【００４４】
従って、セグメント締結装置７１にて、マニプレータ７３の把持部６２がカートリッジ６７内のテール側コッタ１４を把持して所定位置に作動し、このコッタ１４を係止溝１１に挿入して後退すると、工具アーム６１がほぼ９０度水平回動してコッタ押込部７５を係止溝１１に対向させる。そして、コッタ押込部７５が前進すると共に圧入ジャッキ７９を伸長して押圧部８０によりテール側コッタ１４を押圧して押込み、係止部１４ａを切羽側コッタ金具１３の係止溝１３ａに通過させてテール側コッタ金具１２の係止溝１２ａに係止し、その後に退避する。同様に、マニプレータ５３は把持部６２が切羽側コッタ１５を把持して移動し、係止溝１１に挿入した後、圧入ジャッキ７９を作動して切羽側コッタ１５を押込んで係止部１５ａを切羽側コッタ金具１３の係止溝１３ａに係止する。
【００４５】
このように本実施形態では、セグメント締結装置７１，７２を６軸のマニプレータ５３，５４によって構成し、このマニプレータ５３，５４の教示動作により把持部６２がカートリッジ６７内のコッタ１４，１５を把持し、セグメントの係止溝１１に挿入し、続いて圧入ジャッキ７９がこのコッタ１４，１５を押し込んでセグメント同士を締結するようにしている。従って、マニプレータ５３，５４の教示動作により係止溝１１へのコッタ１４，１５の挿入と押込を連続して行うことができ、セグメント締結作業の作業性を向上することができる。
【００４６】
図１０に本発明の第３実施形態に係るセグメント締結装置の概略を示す。なお、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。
【００４７】
本実施形態にて、図１０に示すように、隣接するＡ１セグメントとＡ３セグメントとが密着する内周面には、トンネル径方向に沿って２つの係止溝（係止孔）101が形成されており、各係止溝101は先細形状となっている。一方、この係止溝101に圧入されてセグメント同士を連結固定するコッタ102はこの係止溝101と同形状をなしている。セグメントサポート３６には左右一対のセグメント締結装置８１（一方は図示略）が装着されており、６つの可動軸を有するマニプレータ８２により構成されており、このコッタ102を把持して係止溝101に挿入可能となっている。
【００４８】
このセグメント締結装置８１において、セグメントサポート３６の側部には円形の基盤５５が固定され、この基盤５５には回転台５６、第１アーム５７、第２アーム５８、第３アーム５９、第４アーム６０、工具アーム６１からなるマニプレータ８２が装着され、この工具アーム６１に把持部８３が装着されている。この把持部８３は把持レバー８４，８５と把持ジャッキ８６とからなり、コッタ102の中央凹部102aを把持可能となっている。また、セグメントサポート３６の側部には取付台８７によりカートリッジ８８が固定されている。このカートリッジ８８は上方に開口し、内部にコッタ102が収納されている。
【００４９】
従って、セグメント締結装置８１にて、マニプレータ８２の把持部８３がカートリッジ８８内のコッタ102を把持して所定位置に作動し、このコッタ102を係止溝１１に挿入して後退すると、図示しないコッタ押込装置がこのコッタ102を押圧して押込み、セグメントを連結固定することができる。
【００５０】
このように本実施形態では、セグメント締結装置８１にあっては、セグメントの内周面に形成された係止溝101に対して、セグメントの内周面からコッタ102を挿入することができ、マニプレータ８２をどのようなコッタに対しても利用することができ、汎用性を向上することができる。
【００５１】
なお、この実施形態では、工具アーム６１に把持部８３のみを装着したが、第２実施形態と同様に、工具アーム６１に把持部８３とコッタ押込部を装着して切換可能としてもよい。
【００５２】
【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の発明のセグメント締結装置によれば、既設セグメントに対して新設セグメントを把持して周方向に沿って弧状に組み付けた後、前記各セグメント同士の密着部側面に形成された係止孔に対してコッタを挿入して両者を連結固定するセグメント締結装置において、掘削機本体の後部にトンネルの長手方向と周方向と径方向とに移動自在に支持された移動体と、該移動体に装着されたコッタ容器と、基端部が前記移動体に支持されて先端部にコッタを把持可能な把持部を有して前記コッタ容器内に収納されたコッタを前記係止孔へ挿入可能な少なくとも６つの可動軸を有するマニプレータと、を具えたので、マニプレータの教示動作によりカートリッジ内のコッタをセグメントの係止孔まで移動して挿入することができ、複数のスライド機構を設けることなく簡素化された装置により容易にセグメント締結作業を行うことができ、装置の簡素化及び作業性の向上を図ることができる。
【００５３】
また、請求項２の発明のセグメント締結装置によれば、コッタ容器を移動体に着脱自在なカートリッジとしたので、収納したコッタを使用した後に、空のカートリッジとコッタを収納した新しいカートリッジとを交換可能することで作業性の向上を図ることができる。
【００５４】
また、請求項３の発明のセグメント締結装置によれば、マニプレータの先端部に把持部と共にコッタ押込手段を設けたので、マニプレータの教示動作により係止孔へのコッタの挿入作業と押込作業を連続して行うことができ、セグメント締結作業の作業性を向上することができる。
【００５５】
また、請求項４の発明のセグメント締結装置によれば、マニプレータの先端部の移動位置及び姿勢を教示データとして任意に記憶し、駆動制御部が記憶された教示データに基づいてマニプレータを駆動制御するようにしたので、マニプレータを自動的に駆動制御することで作業性の向上を図ることができる。
【００５６】
また、請求項５の発明のセグメント締結装置によれば、マニプレータの先端部に装着されたカメラにより撮影された画像に基づいてコッタと係止孔との隙間の位置データを求めるようにしたので、係止孔に対するコッタの挿入作業を円滑に行うことができる。
【００５７】
また、請求項６の発明のセグメント締結装置によれば、コッタと係止孔との隙間の計測位置データと予め設定された所定の隙間位置データとの位置偏差を演算し、この位置偏差に基づいて教示データにおける移動位置データを補正するようにしたので、係止孔に対するコッタの挿入位置制御をフィードバック制御することで、作業精度の向上を図ることができる。
【００５８】
また、請求項７の発明のセグメント締結装置によれば、マニプレータの先端部に装着された距離計により計測されたマニプレータの先端部から係止孔のあるセグメント端面までの距離データと予め設定された所定の距離データとの距離偏差を演算し、この距離偏差に基づいて教示データにおける移動位置データを補正するようにしたので、係止孔に対するコッタの挿入位置制御をフィードバック制御することで、作業精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るセグメント締結装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態のセグメント締結装置が適用されたエレクタ装置の正面図である。
【図３】エレクタ装置の側面図である。
【図４】セグメント締結装置を構成するマニプレータ先端部の概略図である。
【図５】マニプレータの制御ブロック図である。
【図６】セグメントの組付状態を表す概略図である。
【図７】セグメント締結部の概略図である。
【図８】コッタの概略図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るセグメント締結装置の概略図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るセグメント締結装置の概略図である。
【符号の説明】
１１係止溝（係止孔）
１２テール側コッタ金具
１３切羽側コッタ金具
１２ａ，１３ａ係止溝
１４テール側コッタ
１５切羽側コッタ
１４ａ，１５ａ係止部
１４ｃ，１５ｃ取手部
２１エレクタ装置
２２掘削機本体
２３シールドジャッキ
３６セグメントサポート（移動体）
５１，５２セグメント締結装置
５３，５４マニプレータ
５５基盤
５６回転台
５７第１アーム
５８第２アーム
５９第３アーム
６０第４アーム
６１工具アーム
６２把持部
６７カートリッジ
７１，７２セグメント締結装置
７３，７４マニプレータ
７５コッタ押込部
７９圧入ジャッキ
８１セグメント締結装置
８２マニプレータ
８３把持部
101 係止溝（係止孔）
102 コッタ
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｋセグメント
201 カメラ
202 距離計
204 Ｘ−Ｙ方向位置補正部（第１補正部）
205 Ｚ方向位置補正部（第２補正部）
206 マニプレータ駆動装置
207 制御装置
208 操作装置
209 メモリ（記憶部）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a segment fastening device that attaches a gripping segment in an arc shape to an existing segment and fastens them together.
[0002]
[Prior art]
For example, in a general shield excavator, a cutter head is rotatably mounted by a drive motor on the front part of a cylindrical excavator body, and a plurality of shield jacks are arranged in the circumferential direction on the rear part of the excavator body And an erector device is mounted. Therefore, when the cutter head is rotated by the drive motor and each shield jack is extended and the excavator body is advanced by the reaction force of pressing against the existing segment, the cutter head excavates the ground in front. Then, the excavated earth and sand are discharged to the outside, and the segment is removed by the erector device. tunnel A tunnel of a predetermined length can be constructed by assembling it in a ring shape on the inner wall surface.
[0003]
In such tunnel excavation work, the erector device is tunnel Grasping and moving the segment carried in, tunnel The gripped segment is assembled at a predetermined position on the inner wall surface. In this case, the erector device is attached to the assembled segment. Mutual Fastened and assembled in a ring shape tunnel Must be firmly fixed. Conventionally, an erector device has been provided with a bolt fastening device as a segment fastening device. Mutual Was fastened using bolts and nuts.
[0004]
However, adjacent segments by bolts and nuts using a bolt fastening device Mutual When fastening the nut, a device for inserting and holding the nut in a predetermined location, a device for holding the bolt, inserting the nut in the predetermined location, and rotating the nut into the nut are required. Therefore, since the bolt fastening device is large and complicated, the entire erector device becomes large and it becomes difficult to work in a narrow tunnel.
[0005]
Therefore, circumferentially adjacent segments Mutual Has been proposed using a cotter, and is disclosed, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 7-269299. The segment fastening device disclosed in this publication is tunnel Is attached to a segment gripper that is supported so as to be movable along the circumferential direction and the radial direction, and a pair of hooks hold a wedge joint and insert it into the segment fastening hole, and a locking projection is formed in the recess of the segment. In the locked state, the wedge joint is pushed into the segment fastening hole by the fastening jack mechanism, and the segment Mutual Is concluded.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional segment fastening device described above, the joint holding hook moves to a predetermined position while holding the wedge joint, and the wedge joint is pushed into the segment fastening hole to Mutual Is concluded. In this case, the joint holding hook is tunnel It is necessary to move three-dimensionally from the position where the wedge joint is placed to the position where it is attached to the segment. Since a plurality of slide mechanisms are provided, the apparatus becomes complicated and large, and the workability is good. There is no problem. And tunnel Inside, there are segment assembly devices and shield jacks around the segment fastening device, so it is difficult to arrange various devices so that they do not interfere with each other, making the device complicated and increasing manufacturing costs. There is a problem of end up.
[0007]
The present invention solves such a problem, and an object of the present invention is to provide a segment fastening device that simplifies the device and improves workability.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the segment fastening device of the invention of claim 1 is provided for an existing segment. Hold the new segment Along the circumferential direction Arc After assembling, each segment Mutual Adhering part side In the segment fastening device that inserts a cotter into the locking hole formed in tunnel A movable body supported movably in a longitudinal direction, a circumferential direction, and a radial direction, and a cotter container attached to the movable body, , Group The end is supported by the moving body and the tip Cotter The Gripping part that can be gripped And stored in the cotter container Cotter And a manipulator having at least six movable shafts that can be inserted into the locking holes.
[0009]
The segment fastening device according to a second aspect of the invention is characterized in that the cotter container is a cartridge detachably attached to the movable body.
[0010]
In the segment fastening device according to the invention of claim 3, the tip of the manipulator Grip part A cotter pushing means is also provided.
[0011]
Moreover, in the segment fastening device of the invention of claim 4, the tip portion of the manipulator A storage unit that arbitrarily stores the movement position and orientation of the robot as teaching data, and a drive control unit that drives and controls the manipulator based on the teaching data stored in the storage unit It is characterized by providing.
[0012]
Further, in the segment fastening device according to the invention of claim 5, a gap between the cotter and the locking hole based on an image photographed by the camera mounted on the tip of the manipulator and the camera Position data And an image processing unit for obtaining the image.
[0013]
In the segment fastening device according to the invention of claim 6, the gap measured by the image processing unit is measured. position Data and a preset gap position A first correction unit that calculates a position deviation from the data is provided, and the drive control unit corrects the movement position data in the teaching data based on the position deviation obtained by the first correction unit.
[0014]
Further, in the segment fastening device according to the invention of claim 7, at least one distance meter attached to the distal end portion of the manipulator, and a segment end face having the locking hole from the distal end portion of the manipulator measured by the distance meter A second correction unit that calculates a distance deviation between the distance data up to and a predetermined distance data set in advance, and the drive control unit uses the distance data obtained by the second correction unit based on the distance deviation It is characterized by correcting the movement position data.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
1 is a schematic configuration of a segment fastening device according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view of an erector device to which the segment fastening device of the present embodiment is applied, FIG. 3 is a side view of the erector device, and FIG. Fig. 5 shows the outline of the manipulator tip constituting the segment fastening device, Fig. 5 shows the control block of the manipulator, Fig. 6 shows the assembly state of the segment, Fig. 7 shows the outline of the segment fastening portion, and Fig. 8 shows the outline of the cotter. .
[0017]
In the shield excavator of this embodiment, the excavator body has a cylindrical shape, a disk-shaped cutter head is rotatably mounted on the front part, and can be driven to rotate by a drive motor. A bit is installed. A plurality of shield jacks are juxtaposed along the circumferential direction at the rear of the excavator body, and segments as lining members are provided. tunnel An erector device to be assembled to the inner wall surface is mounted.
[0018]
First, the segment applied in this embodiment will be described. As shown in FIG. tunnel T is composed of six segments A1, A2, A3, B1, B2, and K joined in order from the bottom in the circumferential direction to assemble one ring segment S, with the A1 segment at the bottom and A2 on both sides. A segment and an A3 segment, a B1 segment and a B2 segment at the top, and a K segment at the top are assembled. Each segment has a different shape. In particular, the K segment has a trapezoidal shape in plan view and is assembled while moving from the front to the rear of the tunnel. like The B1 and B2 segments are shaped to match this K segment. And adjacent ring segment S Mutual Thus, the circumferential joint is shifted by a predetermined distance so that the tunnel strength does not decrease.
[0019]
Then, as shown in FIG. 7, each segment (A1, A2, A3, B1, B2, K segment), for example, a circumferential end surface of the A1 segment and the A3 segment has a locking groove along the tunnel longitudinal direction. A (locking hole) 11 is formed, and a tail-side cotter fitting 12 and a face-side cotter fitting 13 are fixed to the locking groove 11. Each cotter metal fitting 12, 13 has rectangular locking grooves 12 a, 13 a and insertion grooves 12 b, 13 b that open the locking grooves 12 a, 13 a, and on the side surfaces constituting the locking grooves 12 a, 13 a Inclined surfaces 12c and 13c are formed. When the cotter fittings 12 and 13 facing each other together with the end faces of the A1 segment and the A3 segment are in close contact with each other, the groove width G2 of the face-side cotter fitting 13 is formed to be slightly larger than the groove width G1 of the tail-side cotter fitting 12. In addition, the rear end width W2 of the wedge portion 13d of the face side cotter fitting 13 is formed to be slightly smaller than the front end width W1 of the wedge portion 12d of the tail side cotter fitting 12.
[0020]
On the other hand, each adjacent segment (A1, A2, A3, B1, B2, K segment) Mutual As shown in FIG. 8, there are a tail side cotter 14 corresponding to the tail side cotter fitting 12 and a face side cotter 15 corresponding to the face side cotter fitting 13. Each of the cotters 14 and 15 has wedge-shaped locking portions 14a and 15a locked in the locking grooves 12a and 13a, horizontal portions 14b and 15b connecting the locking portions 14a and 15a, handle portions 14c and 15c, The grip portions 14c and 15c are provided with notches 14d and 15d for gripping. 14e and 15e are through holes for weight reduction. 7 and 8, when the cotter fittings 12 and 13 facing each other together with the end faces of the A1 segment and the A3 segment are in close contact with each other, when the tail side cotter 14 is inserted from the locking groove 11, 14 a is inserted through the locking groove 13 a of the face-side cotter metal fitting 13 and is engaged with the locking groove 12 a of the tail-side cotter metal 12, and the face-side cotter 15 has an engaging part 15 a and an engaging groove of the face-side cotter metal fitting 13. 13a is to be locked. That is, the locking portion 14 a of the tail side cotter 14 has substantially the same shape as the locking groove 12 a of the tail side cotter fitting 12, and the locking portion 15 a of the face side cotter 15 is in contact with the locking groove 13 a of the face side cotter fitting 13. It has almost the same shape. The length of the handle portion 14c of the tail side cotter 14 is formed slightly shorter than the distance between the cotter fittings 12 and 13.
[0021]
Next, the erector apparatus of this embodiment is demonstrated. As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the erector device 21 is provided at the rear part of the excavator main body 22, and the erector device 21 is connected to the excavator main body 22 advanced by the shield jack 23 and the existing ring segment S. A new segment is assembled in the space between.
[0022]
That is, a rotating ring 25 is rotatably supported on a support ring 24 provided at the rear portion of the excavator body 22, and the rotating ring 25 can be rotated by a plurality of hydraulic motors (not shown). On the outer periphery of the rotating ring 25, a lifting platform 26 is provided by a pair of guide rods 27. tunnel Is supported so as to be able to move up and down along the Z-axis direction, which is the radial direction. A control device 29 and a hydraulic unit 30 are installed on the left and right of the elevator 26, and a counterweight (not shown) is attached to the upper part.
[0023]
On this lift 26 tunnel The first moving member 31 is movably supported along the X-axis direction, which is the longitudinal direction, and can be moved by the moving jack 32. The first moving member 31 includes tunnel The second moving member 33 is supported so as to be movable along the Y-axis direction that is the circumferential direction, and can be moved by the moving jack 34. A rotating cylinder 35 is rotatably supported on the second moving member 33, and a segment support 36 as a moving body is swingably supported below the rotating cylinder 35. A pair of left and right yawing jacks 37 are installed between the second moving member 33 and the rotating cylinder 35 to swing the segment support 36 around the Z axis. A pair of left and right rolling jacks 38 are installed between the rotary cylinder 35 and the segment support 36 to swing the segment support 36 about the X axis. A pair of left and right pitching jacks 39 for swinging the support 36 around the Y axis is provided.
[0024]
And segment support 36 tunnel A segment gripping mechanism 40 that grips the segment carried in is mounted. The segment gripping mechanism 40 is configured such that the locking portion 42 grips the bolt 41 fixed to the center of the segment, the grip jack 43 is contracted, and the segment is pressed against the segment support 36 so that the segment can be gripped. It has become.
[0025]
Therefore, when the segment gripping mechanism 40 grips the segment, the gripping segment can be moved in the Z-axis direction when the lifting jack 28 is extended or contracted, and when the moving jack 32 is expanded or contracted, the gripping segment can be moved in the X-axis direction. When extended or contracted, the gripping segment can be moved in the Y-axis direction. Further, when the rolling jack 38 is extended and contracted, the gripping segment can be swung around the X axis, when the pitching jack 39 is expanded and contracted, the gripping segment can be swung around the Y axis, and when the yawing jack 37 is expanded and contracted, the gripping segment is swung around the Z axis. I can move.
[0026]
The segment support 36 is provided with a pair of left and right segment fastening devices 51 and 52 for connecting and fixing a gripping segment to an existing segment. The segment fastening devices 51 and 52 have manipulators 53 and 54 each having six movable shafts for holding the cotters 14 and 15 and inserting the cotters 14 and 15 into the segment locking grooves 11. A cotter pushing device (not shown) that pushes the cotters 14 and 15 inserted into the head and engages with the tail-side cotter fitting 12 and the face-side cotter fitting 13 is provided. In addition, since these segment fastening apparatuses 51 and 52 are bilaterally symmetrical and have substantially the same configuration, only one segment fastening apparatus 51 will be described.
[0027]
In the segment fastening device 51, as shown in FIGS. 1 and 2, a circular base 55 is fixed to the front portion of the segment support 36, and a turntable 56 is rotatable around the first axis A on the base 55. A base end portion of a first arm 57 having a distal end extending toward the locking groove 11 of the segment is supported on the turntable 56 so as to be rotatable about the second axis B. A base end portion of a second arm 58 composed of a support portion 58a and two support plates 58b is supported at the tip end portion of the first arm 57 so as to be rotatable about the third axis C. The base end portion of the third arm 59 is supported at the tip end portion thereof so as to be rotatable about the fourth axis D. A base end portion of a fourth arm 60 composed of a support portion 60a and two support plates 60b is supported at the tip end portion of the third arm 59 so as to be rotatable around the fifth axis E. A tool arm 61 is supported at the tip of the arm 60 so as to be rotatable about the sixth axis F, and a grip portion 62 capable of gripping the cotters 14 and 15 is mounted on the tool arm 61. The gripping part 62 includes a pair of upper and lower gripping levers 63 and 64 and a gripping jack 65 for raising and lowering the lower gripping lever 64. When the gripping lever 64 is raised, the gripping levers 63 and 64 handle the cotters 14 and 15. The parts 14c and 15c can be gripped. A concave portion is formed on the opposing surfaces of the grip levers 63 and 64, and the concave portion can be securely gripped by engaging the notches 14d and 15d of the handle portions 14c and 15c.
[0028]
Further, a cartridge 67 as a cotter container is detachably mounted on the side portion of the segment support 36 by a mounting base 66. The cartridge 67 is open to the face side, and the tail side cotter 14 and the face side cotter 15 are housed in three each. Then, after using six cotters 14, 15, an empty cartridge 67 is replaced with a new cartridge containing six cotters 14, 15. When It can be exchanged. The cartridge 67 may be fixed and the six cotters 14 and 15 may be newly accommodated.
[0029]
Although not shown, the cotter pushing device described above is provided adjacent to each of the manipulators 53 and 54. The cotter pushing device has a press-fit jack and moves to a position facing the locking groove 11. By extending the press-fitting jack, the rear ends of the handle portions 14c and 15c of the cotters 14 and 15 can be pressed.
[0030]
By the way, the manipulators 53 and 54 in the segment fastening devices 51 and 52 can be automatically controlled by the teaching data. That is, as shown in FIG. 4, a camera 201 is attached to the tip of the manipulator 53, and the clearance between the cotters 14 and 15 and the locking groove 11 is obtained based on an image taken by the camera 201. Can do. A distance meter 202 is attached to the distal end portion of the manipulator 53, and the distance meter 202 can measure the distance from the distal end portion of the manipulator 53 to the segment end face with the locking groove 11.
[0031]
As shown in FIG. 5, an image processing device 203 is connected to the camera 201, and the image processing device 203 uses the gap 201 between the cotters 14 and 15 and the locking groove 11 based on an image taken by the camera 201. Can be obtained by image processing. Further, the image processing apparatus 203 has an XY direction. position A correction unit (first correction unit) 204 is connected, and the XY direction correction unit 204 compares the gap measurement data obtained by the image processing device 203 with predetermined gap data set in advance. The position deviation of is calculated. On the other hand, distance meter 202 has Z direction position Correction part (No. 2 The correction unit 205 is connected to the Z direction correction unit 205. The Z direction correction unit 205 calculates the distance data from the tip of the manipulator 53 to the segment end surface where the locking groove 11 is located and the predetermined distance data set in advance. And the distance deviation between them is calculated.
[0032]
Further, the control for controlling the driving of the manipulator driving device 206 including the six operating shafts of the manipulator 53 (the rotary table 56, the first arm 57, the second arm 58, the third arm 59, the fourth arm 60, and the tool arm 61). A device 207 is provided, and an operation device 208 and a memory 209 are connected to the control device 207. The operator can manually control the driving of the manipulator driving device 206 via the control device 207 by operating the operating device 208, and the operator controls the manipulator driving device 206 by operating the operating device 208. The data can be stored in the memory 209 as teaching data (movement position data X, Y, Z and attitude data θX, θY, θZ). When the operator selects automatic control using the operation device 208, the control device 207 automatically controls the manipulator driving device 206 based on the teaching data stored in the memory 209. At this time, the control device 207 has XY directions. position The position deviation is input from the correction unit 204, and the Z direction position A distance deviation is input from the correction unit 205, and the control device 207 can correct the movement position data in the teaching data based on the position deviation and the distance deviation and rewrite it in the memory 209.
[0033]
A plurality of distance meters 202 are attached to the distal end portion of the manipulator 53, and the posture deviation is based on a plurality of distance data and gap data at different positions from the distal end portion of the manipulator 53 to the segment end face where the locking groove 11 is located. The control device 207 corrects the posture data in the teaching data based on this posture deviation. Even Good.
[0034]
In order to perform the assembly work of the segment by the erector apparatus 21 of the present embodiment configured as described above, as shown in FIG. 1 to FIG. tunnel When the segment is carried in, the segment gripping mechanism 40 grips the segment, and the lifting and lowering jacks 28, the moving jacks 32, the rolling jacks 38, the pitching jacks 39, and the yawing jacks 37 are expanded and contracted, respectively. Attach to position. Then, the gripping segments are connected and fixed to the existing segments using the segment fastening devices 51 and 52.
[0035]
That is, when the segment gripping mechanism 40 grips the A3 segment with respect to the existing A1 segment and the end surface is brought into close contact with the end surface of the existing A1 segment, the segment fastening device 51 locks the contact portion between the A1 segment and the A3 segment. Since it is located above the groove 11, the segment fastening device 51 is used to join the A1 segment and the A3 segment by the cotters 14 and 15. In this case, the operation control of the manipulator 53 is programmed in advance according to the type of segment to be joined, and as described above, the control device 207 is based on the teaching data stored in the memory 209 via the manipulator driving device 206. Automatic control. At this time, the camera 201 images the peripheral part of the locking groove 11, and the distance meter 202 measures the distance from the tip of the manipulator 53 to the segment end surface where the locking groove 11 is located. Position deviations and distance deviations are input from the correction units 204 and 205, and the control device 207 automatically controls the manipulator driving device 206 while correcting (feedback control) teaching data based on the position deviations and distance deviations.
[0036]
That is, at the reference position P1, the grip levers 63 and 64 grip the tail side cotter 14 accommodated in the cartridge 67, retreat to the reference position P2, and then descend to the reference position P3 to face the locking groove 11. To the reference position P4 and the tail side cotter 14 is inserted into the locking groove 11. Then, it moves opposite to the reference positions P4, P3, P2, P1, and grips the face side cotter 15 accommodated in the cartridge 67.
[0037]
On the other hand, when the tail-side cotter 14 is inserted into the locking groove 11, the press-in jack of the cotter pushing device moves to a position facing the locking groove 11 while the manipulator 53 takes the face-side cotter 15. The press-fit jack is extended to press and push the tail side cotter 14, and the locking portion 14 a is passed through the locking groove 13 a of the face side cotter metal 13 to be locked to the locking groove 12 a of the tail side cotter metal 12. Then evacuate. Then, the manipulator 53 moves the face side cotter 15 gripped at the reference position P1 to the reference positions P2, P3, P4 and inserts it into the locking groove 11, and then the press-fit jack pushes the face side cotter 15 into. The locking portion 15 a is locked in the locking groove 13 a of the face side cotter fitting 13. By repeating such operations, the six segments A1, A2, A3, B1, B2, and K are all fastened by the segment fastening devices 51 and 52.
[0038]
As described above, in the erector apparatus 21 of the present embodiment, the segment fastening devices 51 and 52 are constituted by the six-axis manipulators 53 and 54, and the grip levers 63 and 64 are moved by the teaching operation of the manipulators 53 and 54. 14 and 15 and segment Mutual Is inserted from the face side into the locking groove 11 formed along the longitudinal direction of the tunnel, and the press-fitting jack pushes the cotters 14 and 15 into the locking portions 14a and 15a. Segment by locking in grooves 12a and 13a Mutual To conclude.
[0039]
Accordingly, the cotters 14 and 15 in the cartridge 67 can be moved and inserted to the locking groove 11 of the segment by the operation of the manipulators 53 and 54, and can be easily performed by a simplified device without providing a plurality of slide mechanisms. The segment fastening operation can be performed, and the apparatus can be simplified and the workability can be improved.
[0040]
Further, the control device 207 operates the manipulators 53 and 54 by the manipulator driving device 206 and corrects the cotters 14 and 15 based on the teaching data and while correcting the teaching data by the position deviation and the distance deviation. Insert segment for Mutual To conclude. Accordingly, the segment fastening operation can be easily performed in a short time.
[0041]
FIG. 9 shows an outline of a segment fastening device according to the second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as what was demonstrated in embodiment mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[0042]
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, a pair of left and right segment fastening devices 71 and 72 are attached to the segment support 36, and are constituted by manipulators 73 and 74 having six movable shafts, and substantially the same configuration. It has become.
[0043]
In the segment fastening device 71, a circular base 55 is fixed to the front portion of the segment support 36, and the base 55 has a turntable 56, a first arm 57, a second arm 58, a third arm 59, and a fourth arm 60. A manipulator 73 including a tool arm 61 is attached, and a gripping portion 62 and a cotter pushing portion 75 are attached to the tool arm 61. The gripping part 62 includes gripping levers 63 and 64 and a gripping jack 65, and can grip the handle parts 14 c and 15 c of the cotters 14 and 15. On the other hand, when a pair of locking levers 77 are attached to the mounting plate 76 fixed to the tool arm 61 by the cotter pressing portion 75 so as to be opened and closed by a locking jack 78, and the tip portion is inserted into the locking groove 11. Further, it can be locked in a locking recess (not shown) of the face side cotter fitting 13. A press-fit jack 79 is attached to the mounting plate 76, and the drive rod extends forward from between the locking levers 77 and presses the rear end portions of the handle portions 14c, 15c of the cotters 14, 15 to the front end portions. The part 80 is fixed.
[0044]
Therefore, in the segment fastening device 71, the gripping portion 62 of the manipulator 73 grips the tail side cotter 14 in the cartridge 67 and operates to a predetermined position. When the cotter 14 is inserted into the locking groove 11 and retracted, the tool The arm 61 is horizontally rotated by approximately 90 degrees so that the cotter pushing portion 75 faces the locking groove 11. Then, the cotter pushing portion 75 moves forward, the press-fitting jack 79 is extended, the tail side cotter 14 is pushed and pushed by the pushing portion 80, and the locking portion 14a is passed through the locking groove 13a of the face side cotter fitting 13. The tail side cotter fitting 12 is locked in the locking groove 12a and then retracted. Similarly, in the manipulator 53, after the gripping portion 62 moves while gripping the face-side cotter 15, and inserted into the locking groove 11, the press-in jack 79 is actuated to push the face-side cotter 15 into the locking portion 15a. The side cotter fitting 13 is locked in the locking groove 13a.
[0045]
As described above, in this embodiment, the segment fastening devices 71 and 72 are configured by the six-axis manipulators 53 and 54, and the gripping portion 62 grips the cotters 14 and 15 in the cartridge 67 by the teaching operation of the manipulators 53 and 54. Then, it is inserted into the locking groove 11 of the segment, and then the press-fit jack 79 pushes the cotters 14 and 15 into the segment. Mutual To conclude. Accordingly, the teaching operation of the manipulators 53 and 54 can continuously insert and push the cotters 14 and 15 into the locking groove 11 and improve the workability of the segment fastening operation.
[0046]
FIG. 10 shows an outline of a segment fastening device according to the third embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as what was demonstrated in embodiment mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[0047]
In this embodiment, as shown in FIG. 10, two locking grooves (locking holes) 101 are formed along the tunnel radial direction on the inner peripheral surface where the adjacent A1 segment and A3 segment are in close contact with each other. Each locking groove 101 has a tapered shape. On the other hand, the segment is press-fitted into this locking groove 101 Mutual The cotter 102 that connects and fixes the same shape as the locking groove 101. The segment support 36 is provided with a pair of left and right segment fastening devices 81 (one of which is not shown) and is composed of a manipulator 82 having six movable shafts. It can be inserted.
[0048]
In this segment fastening device 81, a circular base 55 is fixed to the side of the segment support 36, and the base 55 is provided with a turntable 56, a first arm 57, a second arm 58, a third arm 59, a fourth arm. 60, a manipulator 82 including a tool arm 61 is attached, and a gripping portion 83 is attached to the tool arm 61. The gripping portion 83 includes gripping levers 84 and 85 and a gripping jack 86, and can grip the central recess 102a of the cotter 102. A cartridge 88 is fixed to the side of the segment support 36 by a mounting base 87. The cartridge 88 is opened upward, and the cotter 102 is accommodated therein.
[0049]
Accordingly, in the segment fastening device 81, when the gripping portion 83 of the manipulator 82 grips the cotter 102 in the cartridge 88 and operates to a predetermined position and inserts the cotter 102 into the locking groove 11 and moves backward, the cotter (not shown) The pushing device pushes and pushes the cotter 102 to connect and fix the segments.
[0050]
Thus, in this embodiment, in the segment fastening device 81, the cotter 102 can be inserted from the inner peripheral surface of the segment into the locking groove 101 formed on the inner peripheral surface of the segment, and the manipulator 82 can be used for any cotter, and versatility can be improved.
[0051]
In this embodiment, only the gripping portion 83 is mounted on the tool arm 61. However, similarly to the second embodiment, the gripping portion 83 and the cotter pushing portion may be mounted on the tool arm 61 so as to be switchable.
[0052]
【The invention's effect】
As described above in detail in the embodiment, according to the segment fastening device of the invention of claim 1, After gripping the new segment with respect to the existing segment and assembling it in an arc along the circumferential direction, a cotter is inserted into the locking hole formed on the side of the close contact portion between the segments, and both are connected and fixed. In the segment fastening device, a movable body supported at the rear part of the excavator body so as to be movable in a longitudinal direction, a circumferential direction, and a radial direction of the tunnel, a cotter container attached to the movable body, and a base end portion are moved. A manipulator having at least six movable shafts having a gripping portion supported by the body and capable of gripping the cotter at the tip, and capable of inserting the cotter housed in the cotter container into the locking hole. Therefore, the cotter in the cartridge can be moved and inserted to the segment locking hole by the teaching operation of the manipulator, and the segment fastening operation can be easily performed by a simplified device without providing a plurality of slide mechanisms. It is possible to simplify the apparatus and improve workability.
[0053]
According to the segment fastening device of the second aspect of the present invention, since the cotter container is a cartridge that is detachable from the moving body, after using the stored cotter, an empty cartridge is replaced with a new cartridge storing the cotter. By making it possible, workability can be improved.
[0054]
According to the segment fastening device of the invention of claim 3, the tip of the manipulator Grip part In addition, since the cotter pushing means is provided, the work of inserting the cotter into the locking hole and the pushing work can be continuously performed by the teaching operation of the manipulator, and the workability of the segment fastening work can be improved.
[0055]
According to the segment fastening device of the invention of claim 4, the movement position and posture of the tip portion of the manipulator are arbitrarily stored as teaching data, and the drive control unit drives and controls the manipulator based on the stored teaching data. As described above, workability can be improved by automatically driving and controlling the manipulator.
[0056]
According to the segment fastening device of the fifth aspect of the present invention, the gap between the cotter and the locking hole is based on an image taken by a camera attached to the tip of the manipulator. Position data Therefore, the cotter can be smoothly inserted into the locking hole.
[0057]
Moreover, according to the segment fastening device of the invention of claim 6, measurement of the gap between the cotter and the locking hole. position Data and a preset gap position Since the position deviation from the data is calculated and the movement position data in the teaching data is corrected based on this position deviation, the cotter insertion position control with respect to the locking hole is feedback-controlled to improve the work accuracy. Can be planned.
[0058]
According to the segment fastening device of the seventh aspect of the present invention, the distance data from the distal end portion of the manipulator to the segment end surface having the locking hole measured by the distance meter attached to the distal end portion of the manipulator is set in advance. Since the distance deviation from the predetermined distance data is calculated and the movement position data in the teaching data is corrected based on this distance deviation, the work accuracy is controlled by feedback control of the cotter insertion position control with respect to the locking hole. Can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a segment fastening device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of an erector device to which the segment fastening device of the present embodiment is applied.
FIG. 3 is a side view of the erector apparatus.
FIG. 4 is a schematic diagram of a tip portion of a manipulator constituting a segment fastening device.
FIG. 5 is a control block diagram of a manipulator.
FIG. 6 is a schematic diagram showing an assembled state of segments.
FIG. 7 is a schematic view of a segment fastening portion.
FIG. 8 is a schematic view of a cotter.
FIG. 9 is a schematic view of a segment fastening device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic view of a segment fastening device according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
11 Locking groove (Locking hole)
12 Tail side cotter bracket
13 Face side cotter bracket
12a, 13a Locking groove
14 Tail side cotter
15 Face side cotter
14a, 15a Locking part
14c, 15c Handle part
21 Electa device
22 Excavator body
23 Shield Jack
36 segment support (mobile)
51,52 Segment fastening device
53, 54 Manipulator
55 base
56 turntable
57 First arm
58 Second arm
59 3rd arm
60 4th arm
61 Tool arm
62 Grip part
67 cartridge
71, 72 segment fastening device
73, 74 Manipulator
75 Cotta push-in part
79 Press-fit jack
81 segment fastening device
82 Manipulator
83 Gripping part
101 Locking groove (Locking hole)
102 cotters
A1, A2, A3, B1, B2, K segments
201 camera
202 rangefinder
204 XY direction position Correction unit (first correction unit)
205 Z direction position Correction part (No. 2 Correction part)
206 Manipulator drive
207 Controller
208 Controller
209 Memory (storage unit)

Claims

After assembling an arc shape along the circumferential direction to grip the new segment relative to the existing segment, fixedly connected to each other by inserting the cotter said relative locking hole formed in the contact portion side of each segment between In the segment fastening device, a movable body supported movably in a longitudinal direction, a circumferential direction, and a radial direction of the tunnel at the rear portion of the excavator body, a cotter container attached to the movable body, and a base end portion A manipulator having a gripping portion supported by a movable body and capable of gripping a cotter at a tip portion, and having at least six movable shafts into which the cotter housed in the cotter container can be inserted into the locking hole. A segment fastening device characterized by that.

2. The segment fastening device according to claim 1, wherein the cotter container is a cartridge detachably attached to the movable body.

2. The segment fastening device according to claim 1, wherein a cotter pushing means is provided at the distal end portion of the manipulator together with the grip portion .

2. The segment fastening device according to claim 1, wherein a storage unit that arbitrarily stores, as teaching data, a movement position and posture of a tip portion of the manipulator, and driving control of the manipulator based on the teaching data stored in the storage unit. A segment fastening device comprising a drive control unit that performs the above-described operation.

5. The segment fastening device according to claim 4, wherein a camera attached to a tip of the manipulator and an image processing unit for obtaining position data of a gap between the cotter and the locking hole based on an image photographed by the camera. And a segment fastening device.

6. The segment fastening device according to claim 5, further comprising a first correction unit that calculates a position deviation between the measurement position data of the gap obtained by the image processing unit and predetermined gap position data set in advance. The control unit corrects the movement position data in the teaching data based on the position deviation obtained by the first correction unit.

2. The segment fastening device according to claim 1, wherein at least one distance meter attached to a distal end portion of the manipulator, and a distance from the distal end portion of the manipulator measured by the distance meter to an end surface of the segment having the locking hole. A second correction unit for calculating a distance deviation between the data and predetermined distance data set in advance, and the drive control unit moves position data in the teaching data based on the distance deviation obtained by the second correction unit. A segment fastening device for correcting