JP3778630B2

JP3778630B2 - Redundant parallel link control method and control apparatus

Info

Publication number: JP3778630B2
Application number: JP28871996A
Authority: JP
Inventors: 泉西澤
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1996-10-30
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2016-10-30
Also published as: JPH10131664A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ジャッキの本数が自由度を超える所謂冗長パラレルリンクの制御方法と制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自由度の数を超えるジャッキを備える冗長パラレルリンク機構において、ジャッキのストローク制御を行う場合、全てのジャッキについて制御機器、例えばセンサ，制御弁等を設けて制御する方法が一般的に知られている。また、自由度の数に等しい本数のジャッキがストローク制御され、残りのジャッキが補助油圧シリンダを用いて一定の力で制御される制御方法が特開平６−１０１３９４号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、全てのジャッキをストローク制御する方法では、制御機器の数がジャッキの増加に伴って増えるという問題点がある。また、このように制御機器が増えるために冗長パラレルリンク機構が大型になり、この機構を備える装置が大型化するという問題点もある。一方、ジャッキの数を減らして制御するのでは、１本当たりにかかる負荷が増大し、それに耐えるだけのジャッキを用意する必要があるためにジャッキが大きくなり、装置全体としても大型化してしまうという問題点がある。
【０００４】
また、特開平６−１０１３９４号公報に開示されている制御方法では、直線あるいは緩やかな曲線では自由度数に等しい本数のジャッキのみが作動し、残りのジャッキが使用されていないという問題点がある。さらに、ストローク制御されるジャッキの推力は、このジャッキにかかる負荷の大きさに応じて調整されるため、補助油圧ジャッキが一定の力で制御されていると負荷が小さい場合には補助油圧ジャッキの力がストローク制御されるジャッキの推力に勝ってしまい、方向制御が不可能となり、一方負荷が大きい場合には補助油圧ジャッキの力はストローク制御されるジャッキの推力に対して小さすぎて無駄であるという問題点もある。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたものであり、制御機器の数を減らしながらも適切な制御を行うことのできる冗長パラレルリンクの制御方法および制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
第１発明による冗長パラレルリンクの制御方法は、前記目的を達成するために、
固定体と、この固定体に対してある自由度で並進・回転運動可能な可動体とがその可動体の自由度より多い本数で、かつ線状ないしは環状に配置されるとともに、隣合う２本が「ハ」の字状に組み合わされる並列なジャッキにより連結されてなる冗長パラレルリンクの制御方法であって、
少なくとも可動体の自由度と等しく、かつジャッキ総数よりは少ない数のストローク制御されるジャッキが、ストローク制御されないジャッキの隣の隣に位置するいずれかまたは両方のジャッキとなるように、ストローク制御されるジャッキとストローク制御されないジャッキとが配置され、ストローク制御されないジャッキにはその隣の隣に位置するストローク制御されるジャッキのうちのいずれかのジャッキと同じ圧力を作用させることを特徴とするものである。
【０００７】
第１発明においては、可動体の位置・姿勢の例えば６自由度の動きを制御するためには６軸が必要十分条件であるため、少なくとも可動体の自由度と等しい数のジャッキがストローク制御されることにより、可動体の並進・回転の自由度は全て決定されて制御される。さらに、残るジャッキ（従属ジャッキ）の１つのジャッキについては、ストローク制御されるジャッキ（制御ジャッキ）のいずれかのジャッキと対応づけられているため、従属ジャッキには制御ジャッキと同じ圧力が作用する。したがって、制御ジャッキの負荷が大きくなれば従属ジャッキの推力も大きくなり、制御ジャッキの負荷が小さくなれば従属ジャッキの推力も低下する。つまり、この制御ジャッキの負荷の大小は可動体に作用する負荷の大小に概ね対応するため、可動体に作用する負荷の大小に応じて従属ジャッキの推力が増減する。
【０００８】
このように、従属ジャッキを制御ジャッキに対応づけて制御することにより、従属ジャッキの推力が制御ジャッキの動作を妨げたり、制御ジャッキの推力に対して小さすぎることがなくなるため、例えばセンサ，制御弁等の制御機器の数量を減らすことができる。したがって、ジャッキの総数を増やすことができるため、装置全体を小型化することができ、余分なコストを抑えることができる。
【０００９】
また、本発明によれば、隣合う２本のジャッキが「ハ」の字状に組み合わされて、ストローク制御されないジャッキ（従属ジャッキ）とストローク制御されるジャッキ（制御ジャッキ）の方向および位置が近くなるように、ジャッキが配置されているので、従属ジャッキに作用する負荷、つまり従属ジャッキが出すべき推力は制御ジャッキの負荷つまり推力に近い値となる。したがって、従属ジャッキに制御機器を設けていなくても制御ジャッキと同じ圧力で制御することにより必要な推力を得ることができる。
【００１０】
次に、第２発明による冗長パラレルリンクの制御方法は、
前胴と後胴とを備えるトンネル掘削機の後胴と、この後胴に対してある自由度で並進・回転運動可能な前胴とがその前胴の自由度より多い本数で、かつ線状ないしは環状に配置されるとともに、隣合う２本が「ハ」の字状に組み合わされる並列なジャッキにより連結されてなる冗長パラレルリンクの制御方法であって、
少なくとも可動体の自由度と等しく、かつジャッキ総数よりは少ない数のストローク制御されるジャッキが、ストローク制御されないジャッキの隣の隣に位置するいずれかまたは両方のジャッキとなるように、ストローク制御されるジャッキとストローク制御されないジャッキとが配置され、ストローク制御されないジャッキにはその隣の隣に位置するストローク制御されるジャッキのうちのいずれかのジャッキと同じ圧力を作用させることを特徴とするものである。
【００１１】
第２発明においては、少なくとも前胴の自由度と等しい数のジャッキがストローク制御されているため、前胴の並進・回転の自由度はすべて制御されるとともに、残るジャッキの少なくとも１つについては、ストローク制御されるジャッキ（制御ジャッキ）のいずれかのジャッキと対応づけられているため、残るジャッキ（従属ジャッキ）には制御ジャッキと同じ圧力が作用する。前記制御ジャッキの負荷は、例えば地山状態等に影響されるが、制御ジャッキの負荷が大きくなれば従属ジャッキの推力も大きくなり、制御ジャッキの負荷が小さくなれば従属ジャッキの推力も低下する。したがって、従属ジャッキの推力が制御ジャッキの推力を妨げることがなくなるため、いかなる地山状態や線形等も掘削することができる。さらに、従属ジャッキを制御ジャッキに対応づけることにより、従属ジャッキを制御するための制御機器を減らすことができるため、冗長パラレルリンク機構を簡素化することができる。このため、例えば小型のトンネル掘削機等のスペースの少ない装置に用いることもでき、コストを抑えることができる。
【００１２】
また、本発明においても、隣合う２本のジャッキが「ハ」の字状に組み合わされて、ストローク制御されないジャッキ（従属ジャッキ）とストローク制御されるジャッキ（制御ジャッキ）の方向および位置が近くなるように、ジャッキが配置されているので、従属ジャッキに作用する負荷、つまり従属ジャッキが出すべき推力は制御ジャッキの負荷つまり推力に近い値となる。したがって、従属ジャッキに制御機器を設けていなくても制御ジャッキと同じ圧力で制御することにより必要な推力を得ることができる。
【００１３】
第３発明による冗長パラレルリンクの制御装置は、
固定体と、この固定体に対してある自由度で並進・回転運動可能な可動体とがその可動体の自由度より多い本数で、かつ線状ないしは環状に配置されるとともに、隣合う２本が「ハ」の字状に組み合わされる並列なジャッキにより連結されてなる冗長パラレルリンクの制御装置であって、
少なくとも可動体の自由度と等しく、かつジャッキ総数よりは少ない数のストローク制御されるジャッキが、ストローク制御されないジャッキの隣の隣に位置するいずれかまたは両方のジャッキとなるように、ストローク制御されるジャッキとストローク制御されないジャッキとが配置され、前記ストローク制御されるジャッキの押し側および引き側回路の流量を制御することによって、そのジャッキのストロークを制御するストローク制御系が設けられるとともに、ストローク制御されないジャッキの押し側および引き側の回路が前記ストローク制御されるいずれかのジャッキの押し側および引き側回路にそれぞれ接続されることを特徴とするものである。
【００１４】
第３発明においては少なくとも可動体の自由度と等しい数のジャッキ（制御ジャッキ）に、例えばストローク検出器と制御弁を設け、ストローク検出器の出力信号をフィードバックして制御弁を制御するようなストローク制御系が設けられており、このストローク制御系の制御弁により制御ジャッキの押し側および引き側回路の流量が制御されジャッキのストロークが制御されている。このように制御ジャッキのストロークが制御されることにより、可動体の位置や姿勢が制御される。さらに、残るジャッキ（従属ジャッキ）の押し側および引き側回路がいずれかの制御ジャッキの押し側および引き側回路に接続されることにより、従属ジャッキの圧力は制御ジャッキに等しくなる。このため、制御ジャッキの負荷が大きくなれば従属ジャッキの推力も大きくなり、制御ジャッキの負荷が小さくなれば従属ジャッキの推力も低下する。このように従属ジャッキの圧力は制御ジャッキの圧力と常に一致するように変化するので、従属ジャッキに制御機器を設ける必要がなくなる。したがって、ジャッキ総数が増えても制御機器の数は一定または減らすことができるため、冗長パラレルリンク機構は簡素化でき、コストダウンを図ることができる。
【００１５】
また、本発明によれば、隣合う２本のジャッキが「ハ」の字状に組み合わされて、ストローク制御されないジャッキ（従属ジャッキ）とストローク制御されるジャッキ（制御ジャッキ）の方向および位置が近くなるように、ジャッキが配置されているので、従属ジャッキに作用する負荷、つまり従属ジャッキが出すべき推力は制御ジャッキの負荷つまり推力に近い値となる。したがって、従属ジャッキに制御系を設けていなくても制御系と同じ圧力に保たれることにより従属ジャッキの必要な推力を得ることができるとともに、従属ジャッキの制御系を減らすことができる。また、全てのジャッキに制御系を設けていなくてもストローク制御されるジャッキの動作を妨げることなく、適切な方向制御を行うことができる。
【００１６】
次に、第４発明による冗長パラレルリンクの制御装置は、
前胴と後胴とを備えるトンネル掘削機の後胴と、この後胴に対してある自由度で並進・回転運動可能な前胴とがその前胴の自由度より多い本数で、かつ線状ないしは環状に配置されるとともに、隣合う２本が「ハ」の字状に組み合わされる並列なジャッキにより連結されてなる冗長パラレルリンクの制御装置であって、
少なくとも可動体の自由度と等しく、かつジャッキ総数よりは少ない数のストローク制御されるジャッキが、ストローク制御されないジャッキの隣の隣に位置するいずれかまたは両方のジャッキとなるように、ストローク制御されるジャッキとストローク制御されないジャッキとが配置され、前記ストローク制御されるジャッキの押し側および引き側回路の流量を制御することによって、そのジャッキのストロークを制御するストローク制御系が設けられるとともに、ストローク制御されないジャッキの押し側および引き側の回路が前記ストローク制御されるいずれかのジャッキの押し側および引き側回路にそれぞれ接続されることを特徴とするものである。
【００１７】
第４発明においては、少なくとも前胴の自由度と等しい数のジャッキ（制御ジャッキ）に例えばストローク検出器，制御弁を設け、ストローク検出信号をフィードバックさせて制御弁を制御するようなストローク制御系が設けられており、このストローク制御系の制御弁により制御ジャッキの押し側および引き側回路の流量が制御されジャッキのストロークが制御されている。さらに、残るジャッキの少なくとも１つについては押し側および引き側回路がいずれかの制御ジャッキの押し側および引き側回路に接続されることにより、従属ジャッキの圧力は制御ジャッキの圧力に等しくなる。このため、制御ジャッキの負荷が大きくなれば従属ジャッキの推力も大きくなり、制御ジャッキの負荷が小さくなれば従属ジャッキの推力も低下する。このように、従属ジャッキの圧力は、制御ジャッキの圧力と常に一致するように変化するので従属ジャッキに制御機器を設ける必要がなくなる。したがって、ジャッキ総数が増えても少なくとも自由度と等しい数のジャッキに制御系を設けることにより、並進・回転の自由度を制御することが可能となる。
【００１８】
また、本発明においても、隣合う２本のジャッキが「ハ」の字状に組み合わされて、ストローク制御されないジャッキ（従属ジャッキ）とストローク制御されるジャッキ（制御ジャッキ）の方向および位置が近くなるように、ジャッキが配置されているので、従属ジャッキに作用する負荷、つまり従属ジャッキが出すべき推力は制御ジャッキの負荷つまり推力に近い値となる。したがって、従属ジャッキに制御系を設けていなくても制御系と同じ圧力に保たれることにより従属ジャッキの必要な推力を得ることができるとともに、従属ジャッキの制御系を減らすことができる。また、全てのジャッキに制御系を設けていなくてもストローク制御されるジャッキの動作を妨げることなく、適切な方向制御を行うことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による冗長パラレルリンクの制御方法および制御装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
図１（ａ）に、本発明の一実施例に係る冗長パラレルリンク制御装置１を備えるトンネル掘進機２の断面図が示されており、図１（ｂ）には前記トンネル掘削機２の正面図が示されている。
【００２１】
本実施例のトンネル掘進機２は前胴部３と後胴部４とに前後に分割形成されており、この前胴部３と後胴部４とが冗長パラレルリンク機構５を介して互いに連結されている。この冗長パラレルリンク機構５は、互いに並列かつ環状に配置され、隣合う２本が「ハ」の字状に組み合わされてなる１２本のジャッキ６（６ａ〜６ｌ）と、これらジャッキを制御するための冗長パラレルリンク制御装置１により構成されている。前記後胴部４の後部には、セグメントエレクタ７が設置され、このセグメントエレクタ７により、セグメント８が組み立てられる。また、前胴部３の後部にはシールドジャッキ９が設けられており、このシールドジャッキ９を伸長させてセグメント８に反力をとることによりトンネル掘進機２を掘進させることができるようにされている。この掘進方向は、冗長パラレルリンク機構５により前胴部３の方向が制御されることにより決定される。この冗長パラレルリンク機構５を制御するための冗長パラレルリンク制御装置１の油圧回路図が図２に示されている。
【００２２】
この油圧回路図において、ジャッキ６ａはサーボバルブ１０ａにより制御され、サーボバルブ１０ａがＡポートに接続されている場合はジャッキ６ａの推力は増大し、Ｃポートに接続されている場合は推力が低下する。また、Ｂポートに接続されている場合は推力は保持される。このサーボバルブ１０ａはジャッキ６ａに設けられているストロークセンサ１１ａからのストローク信号１２ａがコントローラ１３ａに送信され、このコントローラ１３ａによって制御されている。このストロークセンサ１１ａを設けるジャッキ（制御ジャッキ）６ａの隣の隣のジャッキ（従属ジャッキ）６ｃは、ストローク制御されないで前記サーボバルブ１０ａに接続されており、制御ジャッキ６ａと同じ圧力で制御される。つまり、従属ジャッキ６ｃは制御ジャッキ６ａにかかる負荷が大きい場合に従属ジャッキ６ｃの出す推力も大きくなり、制御ジャッキ６ａにかかる負荷が小さい場合に従属ジャッキ６ｃの出す推力も低下するように制御されている。
【００２３】
同様に、制御ジャッキ６ｄおよび従属ジャッキ６ｂ，制御ジャッキ６ｅおよび従属ジャッキ６ｇ，制御ジャッキ６ｈおよび従属ジャッキ６ｆ，制御ジャッキ６ｉおよび従属ジャッキ６ｋ，制御ジャッキ６ｌおよび従属ジャッキ６ｊはそれぞれサーボバルブ１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆに接続され、制御ジャッキに設けられているストロークセンサ１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆによりストロークが検出され、コントローラ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆにより制御されている。全てのサーボバルブ１０は、油圧源１４および油圧タンク１５に接続されている。
【００２４】
次に、このような冗長パラレルリンク制御装置１を用いた各ジャッキの制御方法について説明する。ストロークセンサ１１ａにより検出されコントローラ１３ａに送信されるストローク信号１２ａがコントローラ１３ａに設定されているストローク目標値よりも大きい場合には、コントローラ１３ａによって、サーボバルブ１０ａのスプールが制御されて制御ジャッキ６ａの引き側に油が供給される。この結果、制御ジャッキ６ａのストロークは減少し、ストローク目標値に一致する。また、前記ストローク信号１２ａがストローク目標値よりも小さい場合には、コントローラ１３ａによりサーボバルブ１０ａのスプールが制御されて、制御ジャッキ６ａの押し側に油が供給され、制御ジャッキ６ａのストロークが増加してストローク目標値に一致する。このように制御ジャッキ６ａのストロークが制御される一方、制御ジャッキ６ａの圧力は、作用する負荷に釣り合う値として受働的に定まる。制御ジャッキ６ａと従属ジャッキ６ｃとは押し側回路同士、引き側回路同士がそれぞれ接続されているので、従属ジャッキ６ｃには制御ジャッキ６ａと同じ圧力が作用する。他の制御ジャッキ６ｄ，６ｅ，６ｈ，６ｉ，６ｌおよび従属ジャッキ６ｂ，６ｇ，６ｆ，６ｋ，６ｊについても同様に制御される。
【００２５】
このように、１つのサーボバルブ１０ａにより制御される制御ジャッキ６ａおよび従属ジャッキ６ｃは、ほぼ平行にかつ接近した位置に配置されているため、制御ジャッキ６ａにかかる負荷と従属ジャッキ６ｃにかかる負荷はほぼ等しく、出すべき推力を同圧にすることにより１本当たりに必要な推力を減らすことができるとともに、適切な制御を行うことが可能である。他の制御ジャッキ６ｄ，６ｅ，６ｈ，６ｉ，６ｌおよび従属ジャッキ６ｂ，６ｇ，６ｆ，６ｋ，６ｊについても同様である。
【００２６】
したがって、前胴部３の方向を制御してトンネル掘進機２の掘進方向を決定するために、すべてのジャッキ６（６ａ〜６ｌ）に制御機器（本実施例ではサーボバルブ，ストロークセンサ，コントローラ）を設ける必要がなくなる。このためジャッキ総数のみを増加させることが可能となり、ジャッキ総数を増やすことによりジャッキ１本当たりの推力を減らすことができるため、装置を全体として小型化することができる。また、制御ジャッキと従属ジャッキとの方向・位置が近いため、両者を同じ圧力で制御することになり適切な方向制御を行うことが可能となる。
【００２７】
前記のようにジャッキの本数をトンネル掘進機２の円周上に配置できる範囲内で増やして１本当たりの推力を小さくする方が自由度と同じ数のジャッキを用いるよりも機内スペースの点からは望ましい。このため、トンネル掘進機では自由度を超えるジャッキを装備し、冗長な機構となることが避けがたい場合が多い。したがって、本発明の制御方法は特にトンネル掘進機へ適用した場合に効果が大きい。
【００２８】
本実施例においては、１２本のジャッキ６を用いたが自由度（本実施例では６）の数以上であれば何本でもよい。その場合、方向・位置の近いものを同じサーボバルブで制御するのが好ましい。
【００２９】
本実施例において、自由度６（並進３・回転３）として６本の制御ジャッキを用いているが、６本以上であればよい。また、自由度６の場合だけに限られず、その場合は制御ジャッキは少なくとも自由度の数あればよい。
【００３０】
本実施例においては、トンネル掘進機２に冗長パラレルリンク制御方法を適用したものを説明したが、本発明の制御方法は一般の固定体と可動体との間に設けられる冗長パラレルリンク機構に用いてもよい。例えば、図３に本実施例の変形例である冗長パラレルリンク機構が示されている。この例では、固定体１６と可動体１７とが直線上に配置されている８本のジャッキ１８（１８ａ〜１８ｈ）を介して互いに連結されており、可動体１７は平面内を動くことができる。このジャッキ１８は、隣合う２本が「ハ」の字状に組み合わされている。
【００３１】
本変形例においては、可動体１７の自由度が３であるのに対してジャッキ１８の本数が８本であるので冗長である。このため、本実施例と同様にジャッキ１８ａ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｈは制御ジャッキとされてそれら各ジャッキにそれぞれ１つずつ計４つのストロークセンサが設けられて、ストローク制御されている。また、残りのジャッキ１８ｂ，１８ｃ，１８ｆ，１８ｇは本実施例と同様に従属ジャッキとされて、ジャッキ１８ｃは隣の隣の制御ジャッキ１８ａに、ジャッキ１８ｂは隣の隣の制御ジャッキ１８ｄに、ジャッキ１８ｇは隣の隣の制御ジャッキ１８ｅに、ジャッキ１８ｆは隣の隣の制御ジャッキ１８ｈに接続され、従属ジャッキの圧力は接続される制御ジャッキの圧力と等しくなる。この制御ジャッキとその制御ジャッキに接続される従属ジャッキとは、ほぼ平行でかつ接近した位置に配置されているため、可動体１７に作用する負荷が増大して従属ジャッキが大きな推力を出す必要が生じた場合には、その従属ジャッキと位置・方向の近い制御ジャッキにも大きな負荷がかかる。したがって、制御ジャッキの推力は上昇し、同様に従属ジャッキの推力も上昇させることができる。また、可動体にかかる負荷が減少する場合も同様である。本変形例の油圧回路図は、本実施例の油圧回路図とほぼ同様に構成されているため省略する。
【００３３】
本変形例においては、自由度３（並進２・回転１）として４本の制御ジャッキを用いているが、３本でもよく３本以上であればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の一実施例に係る冗長パラレルリンク制御装置を備えたトンネル掘削機の断面図であり、図１（ｂ）は前記トンネル掘進機の正面図である。
【図２】図２は、本実施例の油圧回路図である。
【図３】図３は、本実施例の変形例である冗長パラレルリンク機構の概略図である。
【符号の説明】
１冗長パラレルリンク制御装置
２トンネル掘進機
３前胴部
４後胴部
６ジャッキ
１０サーボバルブ
１１ストロークセンサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control method and control device for a so-called redundant parallel link in which the number of jacks exceeds the degree of freedom.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a redundant parallel link mechanism having jacks exceeding the number of degrees of freedom, when jack stroke control is performed, a method of controlling all jacks by providing control devices such as sensors and control valves is generally known. ing. Japanese Patent Laid-Open No. 6-101394 discloses a control method in which the number of jacks equal to the number of degrees of freedom is stroke-controlled and the remaining jacks are controlled with a constant force using an auxiliary hydraulic cylinder.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the method of controlling the stroke of all jacks has a problem that the number of control devices increases as the number of jacks increases. In addition, since the number of control devices increases in this way, the redundant parallel link mechanism becomes large, and there is a problem that the apparatus including this mechanism becomes large. On the other hand, if the control is performed by reducing the number of jacks, the load applied to each jack increases, and it is necessary to prepare a jack that can withstand it, so that the jack becomes large and the entire apparatus is also enlarged. There is a problem.
[0004]
Further, the control method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-101394 has a problem that only a number of jacks equal to the number of degrees of freedom operate on a straight line or a gentle curve, and the remaining jacks are not used. Furthermore, since the thrust of the jack whose stroke is controlled is adjusted according to the load applied to the jack, when the auxiliary hydraulic jack is controlled with a constant force, the load of the auxiliary hydraulic jack is reduced. The force exceeds the thrust of the jack that is stroke controlled, and direction control becomes impossible. On the other hand, when the load is large, the force of the auxiliary hydraulic jack is too small and wasted relative to the thrust of the jack that is stroke controlled. There is also a problem.
[0005]
The present invention has been made to solve such problems, and provides a redundant parallel link control method and control apparatus capable of performing appropriate control while reducing the number of control devices. Objective.
[0006]
[Means for solving the problems and actions / effects]
In order to achieve the above object , a redundant parallel link control method according to a first aspect of the present invention is provided.
A fixed body and a movable body capable of translational and rotational movement with a certain degree of freedom relative to the fixed body are arranged in a linear or annular manner with more than the freedom degree of the movable body , and two adjacent bodies Is a method for controlling redundant parallel links connected by parallel jacks combined in a "C" shape ,
Stroke control is performed so that a jack whose stroke is controlled at least equal to the degree of freedom of the movable body and less than the total number of jacks is one or both of the jacks located next to the jack that is not stroke-controlled. A jack and a jack that is not stroke-controlled are arranged, and a jack that is not stroke-controlled is subjected to the same pressure as any one of the jacks that are positioned next to the stroke-controlled jack. .
[0007]
In the first aspect of the invention, for example, six axes are necessary and sufficient conditions to control the movement of the movable body in the position / posture of, for example, six degrees of freedom. Therefore, at least the number of jacks equal to the degree of freedom of the movable body is stroke controlled. As a result, the degrees of freedom of translation and rotation of the movable body are all determined and controlled. Furthermore, since one jack of the remaining jacks (subordinate jacks) is associated with one of the jacks of the stroke controlled jack (control jack), the same pressure as the control jack acts on the subordinate jack. Therefore, the thrust of the dependent jack increases as the load of the control jack increases, and the thrust of the dependent jack decreases as the load of the control jack decreases. That is, the magnitude of the load on the control jack generally corresponds to the magnitude of the load acting on the movable body, so that the thrust of the dependent jack increases or decreases according to the magnitude of the load acting on the movable body.
[0008]
In this way, by controlling the dependent jack in association with the control jack, the thrust of the dependent jack does not hinder the operation of the control jack or is too small with respect to the thrust of the control jack. The number of control devices such as can be reduced. Therefore, since the total number of jacks can be increased, the entire apparatus can be reduced in size, and extra costs can be suppressed.
[0009]
In addition, according to the present invention, two adjacent jacks are combined in a “C” shape so that the direction and position of the jack not controlled by the stroke (subordinate jack) and the jack controlled by the stroke (control jack) are close. Thus, since the jack is arranged, the load acting on the dependent jack, that is, the thrust to be output by the dependent jack becomes a value close to the load of the control jack, that is, the thrust. Therefore, even if the control device is not provided in the subordinate jack, the necessary thrust can be obtained by controlling with the same pressure as the control jack.
[0010]
Next, the control method of the redundant parallel link according to the second invention is as follows.
The number of rear trunks of tunnel excavator with front and rear trunks, and front trunks capable of translational and rotational movement with a certain degree of freedom with respect to the rear trunks are more than the degree of freedom of the front trunks and are linear. Or a method for controlling a redundant parallel link, which is arranged in a ring and connected by a parallel jack in which two adjacent ones are combined in a letter C shape,
Stroke control is performed so that a jack whose stroke is controlled at least equal to the degree of freedom of the movable body and less than the total number of jacks is one or both of the jacks located next to the jack that is not stroke-controlled. A jack and a jack that is not stroke-controlled are arranged, and a jack that is not stroke-controlled is subjected to the same pressure as any one of the jacks that are positioned next to the stroke-controlled jack. .
[0011]
In the second invention, since the number of jacks at least equal to the degree of freedom of the front cylinder is stroke controlled, all the degrees of freedom of translation and rotation of the front cylinder are controlled, and at least one of the remaining jacks is Since it is associated with any one of the jacks (control jacks) to be stroke controlled, the same pressure as the control jack is applied to the remaining jacks (subordinate jacks). Although the load of the control jack is influenced by, for example, the ground condition, the thrust of the dependent jack increases as the load of the control jack increases, and the thrust of the dependent jack decreases as the load of the control jack decreases. Therefore, since the thrust of the subordinate jack does not interfere with the thrust of the control jack, any ground condition, alignment, etc. can be excavated. Further, by associating the dependent jacks with the control jacks, it is possible to reduce the number of control devices for controlling the dependent jacks, thereby simplifying the redundant parallel link mechanism. For this reason, for example, it can also be used for apparatuses with little space, such as a small tunnel excavator, and cost can be held down.
[0012]
Also in the present invention, two adjacent jacks are combined in a “C” shape so that the direction and position of the jack not controlled by the stroke (subordinate jack) and the jack controlled by the stroke (control jack) become closer. Thus, since the jack is arranged, the load acting on the dependent jack, that is, the thrust to be output by the dependent jack becomes a value close to the load of the control jack, that is, the thrust. Therefore, even if the control device is not provided in the subordinate jack, the necessary thrust can be obtained by controlling with the same pressure as the control jack.
[0013]
The control device for the redundant parallel link according to the third invention is:
A fixed body, the fixed body capable translational and rotational motion degrees of freedom with respect to a movable body is in the number greater than the degree of freedom of the movable body, and while being arranged in a linear or circular, two adjacent Is a control device for redundant parallel links connected by parallel jacks combined in a "C" shape ,
Stroke control is performed so that a jack whose stroke is controlled at least equal to the degree of freedom of the movable body and less than the total number of jacks is one or both of the jacks located next to the jack that is not stroke-controlled. jack and the jack not stroke control is arranged, said by controlling the flow rate of the press side and the pulling circuit of the jack being stroke control, stroke control system is provided to control the stroke of the jack Rutotomoni, stroke control The push-side and pull-side circuits of the jack that are not connected are connected to the push-side and pull-side circuits of any of the jacks that are stroke controlled .
[0014]
In the third invention, for example, a stroke detector and a control valve are provided in at least the number of jacks (control jack) equal to the degree of freedom of the movable body, and the stroke is such that the output signal of the stroke detector is fed back to control the control valve. A control system is provided, and the stroke of the jack is controlled by controlling the flow rate of the push-side and pull-side circuits of the control jack by the control valve of the stroke control system. By controlling the stroke of the control jack in this way, the position and posture of the movable body are controlled. Furthermore, the pressure of the subordinate jack becomes equal to the control jack by connecting the push side and pull side circuits of the remaining jack (subordinate jack) to the push side and pull side circuits of any control jack. For this reason, if the load of the control jack increases, the thrust of the subordinate jack also increases, and if the load of the control jack decreases, the thrust of the subordinate jack also decreases. In this way, the pressure of the subordinate jack changes so as to always coincide with the pressure of the control jack, so there is no need to provide a control device on the subordinate jack. Therefore, since the number of control devices can be constant or reduced even if the total number of jacks increases, the redundant parallel link mechanism can be simplified and the cost can be reduced.
[0015]
In addition, according to the present invention, two adjacent jacks are combined in a “C” shape so that the direction and position of the jack not controlled by the stroke (subordinate jack) and the jack controlled by the stroke (control jack) are close. Thus, since the jack is arranged, the load acting on the dependent jack, that is, the thrust to be output by the dependent jack becomes a value close to the load of the control jack, that is, the thrust. Therefore, even if the control system is not provided in the subordinate jack, the necessary thrust of the subordinate jack can be obtained by maintaining the same pressure as the control system, and the control system of the subordinate jack can be reduced. Further, even if all jacks are not provided with a control system, appropriate direction control can be performed without hindering the operation of the jack whose stroke is controlled.
[0016]
Next, a control device for a redundant parallel link according to a fourth aspect of the present invention provides:
The number of rear trunks of tunnel excavator with front and rear trunks, and front trunks capable of translational and rotational movement with a certain degree of freedom with respect to the rear trunks are more than the degree of freedom of the front trunks and are linear. Or a controller for a redundant parallel link, which is arranged in a ring and connected by a parallel jack in which two adjacent ones are combined in a “C” shape ,
Stroke control is performed so that a jack whose stroke is controlled at least equal to the degree of freedom of the movable body and less than the total number of jacks is one or both of the jacks located next to the jack that is not stroke-controlled. A jack and a non-stroke-controlled jack are arranged, and a stroke control system for controlling the stroke of the jack is provided by controlling the flow rate of the push-side and pull-side circuits of the jack whose stroke is controlled, and the stroke is not controlled. The push-side and pull-side circuits of the jack are connected to the push-side and pull-side circuits of any one of the jacks that are stroke controlled.
[0017]
In the fourth aspect of the invention, there is provided a stroke control system in which, for example, a stroke detector and a control valve are provided in at least a number of jacks (control jacks) equal to the degree of freedom of the front trunk, and the control valve is controlled by feeding back a stroke detection signal The stroke of the jack is controlled by controlling the flow rate of the push-side and pull-side circuits of the control jack by the control valve of the stroke control system. Furthermore, for at least one of the remaining jacks, the pusher and puller circuits are connected to the pusher and puller circuits of any control jack so that the pressure of the subordinate jack is equal to the pressure of the control jack. For this reason, if the load of the control jack increases, the thrust of the subordinate jack also increases, and if the load of the control jack decreases, the thrust of the subordinate jack also decreases. In this manner, the pressure of the subordinate jack changes so as to always coincide with the pressure of the control jack, so that it is not necessary to provide a control device on the subordinate jack. Therefore, even if the total number of jacks increases, it is possible to control the degree of freedom of translation and rotation by providing a control system for at least the number of jacks equal to the degree of freedom.
[0018]
Also in the present invention, two adjacent jacks are combined in a “C” shape so that the direction and position of the jack not controlled by the stroke (subordinate jack) and the jack controlled by the stroke (control jack) become closer. Thus, since the jack is arranged, the load acting on the dependent jack, that is, the thrust to be output by the dependent jack becomes a value close to the load of the control jack, that is, the thrust. Therefore, even if the control system is not provided in the subordinate jack, the necessary thrust of the subordinate jack can be obtained by maintaining the same pressure as the control system, and the control system of the subordinate jack can be reduced. Further, even if all jacks are not provided with a control system, appropriate direction control can be performed without hindering the operation of the jack whose stroke is controlled.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, specific embodiments of a redundant parallel link control method and control apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0020]
FIG. 1A shows a cross-sectional view of a tunnel excavator 2 including a redundant parallel link control device 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. The figure is shown.
[0021]
The tunnel machine 2 according to the present embodiment is divided into a front body portion 3 and a rear body portion 4 in the front and rear portions, and the front body portion 3 and the rear body portion 4 are connected to each other via a redundant parallel link mechanism 5. Has been. This redundant parallel link mechanism 5 is arranged in parallel and annularly with each other, twelve jacks 6 (6a to 6l) in which two adjacent ones are combined in a “C” shape, and these jacks are controlled. The redundant parallel link control device 1 is configured. A segment erector 7 is installed at the rear part of the rear body 4, and the segment 8 is assembled by the segment erector 7. Further, a shield jack 9 is provided at the rear part of the front trunk portion 3, and the tunnel excavator 2 can be dug by extending the shield jack 9 and taking a reaction force on the segment 8. Yes. The direction of digging is determined by controlling the direction of the front body portion 3 by the redundant parallel link mechanism 5. A hydraulic circuit diagram of the redundant parallel link control device 1 for controlling the redundant parallel link mechanism 5 is shown in FIG.
[0022]
In this hydraulic circuit diagram, the jack 6a is controlled by the servo valve 10a. When the servo valve 10a is connected to the A port, the thrust of the jack 6a increases, and when the servo valve 10a is connected to the C port, the thrust decreases. . Further, the thrust is retained when connected to the B port. In the servo valve 10a, a stroke signal 12a from a stroke sensor 11a provided in the jack 6a is transmitted to the controller 13a, and is controlled by the controller 13a. The adjacent jack (subordinate jack) 6c adjacent to the jack (control jack) 6a provided with the stroke sensor 11a is connected to the servo valve 10a without being stroke controlled, and is controlled with the same pressure as the control jack 6a. That is, the sub jack 6c is controlled so that the thrust output from the sub jack 6c increases when the load applied to the control jack 6a is large, and the thrust output from the sub jack 6c decreases when the load applied to the control jack 6a is small. Yes.
[0023]
Similarly, control jack 6d and slave jack 6b, control jack 6e and slave jack 6g, control jack 6h and slave jack 6f, control jack 6i and slave jack 6k, control jack 6l and slave jack 6j are servo valves 10b, 10c, Strokes are detected by stroke sensors 11b, 11c, 11d, 11e, and 11f connected to 10d, 10e, and 10f, and are controlled by controllers 13b, 13c, 13d, 13e, and 13f. All servo valves 10 are connected to a hydraulic source 14 and a hydraulic tank 15.
[0024]
Next, the control method of each jack using such a redundant parallel link control device 1 will be described. When the stroke signal 12a detected by the stroke sensor 11a and transmitted to the controller 13a is larger than the stroke target value set in the controller 13a, the controller 13a controls the spool of the servo valve 10a to control the control jack 6a. Oil is supplied to the pull side. As a result, the stroke of the control jack 6a decreases and matches the stroke target value. When the stroke signal 12a is smaller than the target stroke value, the spool of the servo valve 10a is controlled by the controller 13a, oil is supplied to the pushing side of the control jack 6a, and the stroke of the control jack 6a increases. To match the stroke target value. In this way, the stroke of the control jack 6a is controlled, while the pressure of the control jack 6a is passively determined as a value commensurate with the acting load. Since the control jack 6a and the sub jack 6c are connected to each other on the push side circuit and on the pull side circuit, the same pressure as the control jack 6a acts on the sub jack 6c. The other control jacks 6d, 6e, 6h, 6i, 6l and subordinate jacks 6b, 6g, 6f, 6k, 6j are similarly controlled.
[0025]
As described above, the control jack 6a and the dependent jack 6c controlled by the one servo valve 10a are disposed substantially in parallel and close to each other. Therefore, the load applied to the control jack 6a and the load applied to the dependent jack 6c are as follows. By making the thrust to be output substantially equal, the thrust required per one can be reduced and appropriate control can be performed. The same applies to the other control jacks 6d, 6e, 6h, 6i, 6l and the subordinate jacks 6b, 6g, 6f, 6k, 6j.
[0026]
Therefore, in order to control the direction of the front trunk 3 and determine the direction of tunnel tunneling machine 2, the control devices (servo valves, stroke sensors, controllers in this embodiment) are connected to all jacks 6 (6a to 6l). Need not be provided. For this reason, it becomes possible to increase only the total number of jacks, and by increasing the total number of jacks, the thrust per jack can be reduced, so that the apparatus can be downsized as a whole. Further, since the direction and position of the control jack and the dependent jack are close to each other, both are controlled with the same pressure, and appropriate direction control can be performed.
[0027]
As described above, the number of jacks is increased within the range that can be arranged on the circumference of the tunnel machine 2 and the thrust per one is made smaller from the point of space in the machine than using the same number of jacks as the degree of freedom. Is desirable. For this reason, tunnel excavators often have a jack that exceeds the degree of freedom, and it is often difficult to avoid a redundant mechanism. Therefore, the control method of the present invention is particularly effective when applied to a tunnel machine.
[0028]
In the present embodiment, twelve jacks 6 are used. In that case, it is preferable to control the thing with a close direction and position with the same servo valve.
[0029]
In the present embodiment, six control jacks are used as the degree of freedom 6 (translation 3 / rotation 3). Moreover, it is not restricted only to the case of 6 degrees of freedom, In that case, the control jack should just have the number of freedom degrees at least.
[0030]
In the present embodiment, the redundant parallel link control method is applied to the tunnel machine 2; however, the control method of the present invention is used for a redundant parallel link mechanism provided between a general fixed body and a movable body. May be. For example, FIG. 3 shows a redundant parallel link mechanism which is a modification of the present embodiment. In this example, the fixed body 16 and the movable body 17 are connected to each other via eight jacks 18 (18a to 18h) arranged on a straight line, and the movable body 17 can move in a plane. . Two adjacent jacks 18 are combined in a “C” shape.
[0031]
In this modification, the movable body 17 has three degrees of freedom, whereas the number of jacks 18 is eight, which is redundant. For this reason, the jacks 18a, 18d, 18e, and 18h are control jacks as in this embodiment, and a total of four stroke sensors are provided for each of these jacks, and the stroke is controlled. Further, the remaining jacks 18b, 18c, 18f, and 18g are subordinate jacks in the same manner as in the present embodiment, the jack 18c is adjacent to the adjacent control jack 18a, the jack 18b is adjacent to the adjacent control jack 18d, and the jack is 18g is connected to the next adjacent control jack 18e, and the jack 18f is connected to the next adjacent control jack 18h, and the pressure of the subordinate jack becomes equal to the pressure of the connected control jack. Since the control jack and the subordinate jack connected to the control jack are arranged substantially in parallel and close to each other, the load acting on the movable body 17 is increased and the subordinate jack needs to generate a large thrust. When this occurs, a large load is also applied to the control jack whose position and direction are close to the dependent jack. Therefore, the thrust of the control jack is increased, and similarly, the thrust of the subordinate jack can be increased. The same applies when the load on the movable body decreases. The hydraulic circuit diagram of this modification is omitted because it is configured in substantially the same manner as the hydraulic circuit diagram of this embodiment.
[0033]
In this modification, four control jacks are used with a degree of freedom of 3 (translation 2 / rotation 1), but may be 3 or 3 or more.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 (a) is a sectional view of a tunnel excavator provided with a redundant parallel link control device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 (b) is a front view of the tunnel excavator. .
FIG. 2 is a hydraulic circuit diagram of the present embodiment.
FIG. 3 is a schematic diagram of a redundant parallel link mechanism which is a modification of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Redundant parallel link control apparatus 2 Tunnel digging machine 3 Front trunk | drum 4 Rear trunk | drum 6 Jack 10 Servo valve 11 Stroke sensor

Claims

A fixed body and a movable body capable of translational and rotational movement with a certain degree of freedom relative to the fixed body are arranged in a linear or annular manner with more than the freedom degree of the movable body , and two adjacent bodies Is a method for controlling redundant parallel links connected by parallel jacks combined in a "C" shape ,
Stroke control is performed so that a jack whose stroke is controlled at least equal to the degree of freedom of the movable body and less than the total number of jacks is one or both of the jacks located next to the jack that is not stroke-controlled. A redundant parallel link characterized in that a jack and a non-stroke-controlled jack are arranged, and a non-stroke-controlled jack is subjected to the same pressure as any one of the jacks of the stroke-controlled jack located next to the jack. Control method.

And the body after the tunneling machine and a front cylinder and a rear cylinder, with the number and translational and rotational motion can be pre-cylinder is greater than the degree of freedom in front torso degrees of freedom with respect to the following cylinder, and linear Or a method for controlling a redundant parallel link, which is arranged in a ring and connected by a parallel jack in which two adjacent ones are combined in a letter C shape ,
Stroke control is performed so that a jack whose stroke is controlled at least equal to the degree of freedom of the movable body and less than the total number of jacks is one or both of the jacks located next to the jack that is not stroke-controlled. A redundant parallel link characterized in that a jack and a non-stroke-controlled jack are arranged, and a non-stroke-controlled jack is subjected to the same pressure as any one of the jacks of the stroke-controlled jack located next to the jack. Control method.

A fixed body and a movable body capable of translational and rotational movement with a certain degree of freedom relative to the fixed body are arranged in a linear or annular manner with more than the freedom degree of the movable body , and two adjacent bodies Is a control device for redundant parallel links connected by parallel jacks combined in a "C" shape ,
Stroke control is performed so that a jack whose stroke is controlled at least equal to the degree of freedom of the movable body and less than the total number of jacks is one or both of the jacks located next to the jack that is not stroke-controlled. jack and the jack not stroke control is arranged, said by controlling the flow rate of the press side and the pulling circuit of the jack being stroke control, stroke control system is provided to control the stroke of the jack Rutotomoni, stroke control A redundant parallel link control device, wherein a push-side and pull-side circuit of a jack that is not connected is connected to a push-side and pull-side circuit of any jack that is stroke controlled .

And the body after the tunneling machine and a front cylinder and a rear cylinder, with the number and translational and rotational motion can be pre-cylinder is greater than the degree of freedom in front torso degrees of freedom with respect to the following cylinder, and linear Or a controller for a redundant parallel link, which is arranged in a ring and connected by a parallel jack in which two adjacent ones are combined in a “C” shape ,
Stroke control is performed so that a jack whose stroke is controlled at least equal to the degree of freedom of the movable body and less than the total number of jacks is one or both of the jacks located next to the jack that is not stroke-controlled. jack and the jack not stroke control is arranged, said by controlling the flow rate of the press side and the pulling circuit of the jack being stroke control, stroke control system is provided to control the stroke of the jack Rutotomoni, stroke control A redundant parallel link control device, wherein a push-side and pull-side circuit of a jack that is not connected is connected to a push-side and pull-side circuit of any jack that is stroke controlled .