JPH0138956B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、トンネル等の堀さくにおいて切羽面
にさく孔をする際、さく孔装置を乗架したブーム
を切羽面の所定のさく孔位置に自動的に位置決め
するための制御システムに関し、特に位置決め制
御のための処理時間の短縮化対策に関する。

（従来技術） 一般に、トンネル等の堀さくする場合、切羽面
の所定位置を所定方向にさく孔し、この多数さく
孔された孔に爆薬を仕掛けて発破することによつ
て堀さくすることが行われている。そのため、上
記さく孔の際、さく孔装置を乗架したブームを切
羽面の所定の位置に位置決めする必要がある。

このようなブームの位置決め手段として、従
来、手動装置により予め位置決め作業（テイーチ
ング作業）を行い、これを記憶した後に再生する
という再生制御方式（プレイバツク方式）が広く
採用されている。しかし、上記テイーチング作業
が人間の技能によるため、作業能率が極めて悪
く、また位置決めの正確性に欠けるものであつ
た。

このため、これに代わるものとして、最近、特
公昭57−51518号公報に示されるように数値入力
制御方式（NC制御方式）が採用されつつある。
この数値入力制御方式は、さく孔装置を乗架した
ブームを駆動するブーム駆動手段を対し、切羽面
直前に直角座標系で与えられたさく孔面上で設定
される多数のさく孔点の位置および方向を記憶し
たメモリー手段と、該メモリー手段から直角座標
系で与えられるさく孔点の値をブームの座標系で
得られる値に演算変換する演算手段と、該演算手
段からの値に応じて上記ブーム駆動手段を作動制
御する位置決めサーボ制御手段と、該ブーム駆動
手段の作動量を上記位置決めサーボ制御手段にフ
イードバツクするフイードバツク手段とを備え
て、切羽面上で直角座標系で表示されたさく孔点
をブームの座標系に変換し、該ブームの先端位置
を数値にて指定して、ブームを所定位置にフイー
ドバツク制御により位置決めすることにより、ブ
ームの位置決めを自動的に正確かつ迅速に行うよ
うにしたものである。

そして、上記の数値入力制御方式では、切羽面
上で直角座標系で与えられたさく孔点の値をブー
ムの座標系（球面座標系）で得られる値に変換す
る場合、通常、漸近計算法という演算手段が採ら
れている。すなわち、さく孔点の座標系とブーム
の座標系との間での連立方程式を解くために漸近
計算法により、ある初期値を代入して解の漸化式
を繰返し計算し、正解値に収束させるように演算
するものである。

このため、この演算処理にはコンピユータによ
る演算であつてもかなりの時間がかかり、また
個々のさく孔点毎に演算が必要であるので、処理
時間が長いものとなり、特に初期値が適正でない
ときには顕著である。そして、このような演算処
理は、切羽面の岩盤の軟、硬質等によるさく孔パ
ターンの変更や、さく孔装置の機種の変更などに
応じてその都度初期値を設定して行わねばなら
ず、汎用性がないため、その作業が極めて煩雑で
ある。

（発明の目的） 本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、上記の如き数値入力制御
方式での漸近計算法による演算処理においては初
期値を適正に選定してやれば正解値への収速速度
が速くなることに着目し、そのことにより、切羽
面におけるブームの移動領域を多数のエリアに分
割し、各エリア毎に適正初期値を求めておき、さ
く孔点の情報によりその点に対応するエリアの適
正初期値を検索し、この適正初期値を用いて漸近
計算法による演算処理を行うことにより、演算速
度を速めてブームの位置決め処理時間を短縮化す
るとともに、さく孔パターン等の変更に応じても
汎用性を持たせることにある。

（発明の構成） 上記の目的を達成するため、本発明の構成は、
第１図に示すように、さく孔装置１３を乗架した
ブーム４を駆動するブーム駆動手段１７と、切羽
面直前に直角座標系で与えられたさく孔面上で設
定される多数のさく孔点の位置および方向を該直
角座標系の値で記憶する第１メモリー手段２２
と、切羽面におけるブーム４の移動領域を多数の
エリアに分割し、各エリア毎に適正初期値を上記
直角座標系の値で記憶する第２メモリー手段２３
と、上記第１メモリー手段２２から与えられるさ
く孔点の情報により第２メモリー手段２３の対応
するエリアにおける適正初期値を検索する検索手
段２４と、該検索手段２４により検索した適正初
期値に基づいて上記第１メモリー手段２２から直
角座標系で与えられるさく孔点の値をブーム４の
座標系で得られる値に演算変換する演算手段２５
と、該演算手段２５からの値に応じて上記ブーム
駆動手段１７を作動させる位置決めサーボ制御手
段１８と、該ブーム駆動手段１７の作動した値を
検出する検出部１９を有し、該検出部１９で検出
した値を上記位置決めサーボ制御手段１８にフイ
ードバツクするフイードバツク手段２７と、上記
ブーム駆動手段１７のさく孔装置１３を作動させ
るさく孔装置制御手段９と、上記位置決めサーボ
制御手段１８からの位置決め完了信号を受けて上
記さく孔装置制御手段９を作動させるとともに、
該さく孔装置制御手段９からの作業終了信号を受
けて上記第１メモリー手段２２に作動用の指令信
号を出力する中央処理手段２８とを備えたもので
ある。

このことにより、中央処理手段２８からの作動
指令信号により第１メモリー手段２２から所定の
さく孔点の情報が呼出されると、このさく孔点情
報により第２メモリー手段２３から対応するエリ
アの適正初期値を検索し、この適正初期値を用い
て上記さく孔点の直角座標系で与えられた値を漸
近計算法によりブーム４の座標系で得られる値に
演算変換し、このブーム座標系の値に基づいてブ
ーム４先端をフイードバツク制御により上記さく
孔点に位置決めするようにしたものである。

（発明の効果） したがつて、本発明によれば、数値入力制御方
式のさく孔装置の制御システムにおいて、直角座
標系の値で与えられたさく孔点の情報を、漸近計
算法を用いてブームの座標系で得られる値に変換
するに際し、切羽面におけるブームの移動領域を
多数のエリアに分割し、各エリア毎に適正初期値
を求めておき、上記さく孔点の情報により対応す
るエリアの適正初期値を検索し、この適正初期値
を用いて上記漸近計算法の演算を行うようにした
ので、演算速度が速くなり、ブームの位置決め処
理時間ひいてはさく孔時間を著しく短縮化でき
る。しかも、各エリア毎の適正初期値の記憶によ
り、さく孔パターンの変更やさく孔装置の機種の
変更等に対しても対応でき、よつて汎用性があ
り、迅速かつ正確にブームを自動的に位置決めで
きるシステムを提供することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第２図以下の図面に基
づいて説明する。

第２図〜第７図は本発明をトンネル堀さくのた
めに切羽面Ｋの所定位置にさく孔をする場合に適
用した実施例を示す。第２図は全体概略構成を示
し、１は作業台車、２は該作業台車１を地面に固
定する支脚であり、作業台車１上にはロータリー
アクチユエータ３が設置されている。４は第１ブ
ーム５と第２ブーム６とからなるブームであつ
て、該ブーム４の第１ブーム５の後端は上記ロー
タリーアクチユエータ３に回転自在に軸支されて
おり、該第１ブーム５の先端には第２ブーム６の
後端が前後移動自在に支持され、さらに該第２ブ
ーム６の先端にはセルマウンテイング７を介して
ガイドセルスライド用のシリンダ８が固定されて
いる。該シリンダ８には、後端に後述のさく孔装
置１３を作動制御するフイードモータよりなるさ
く孔装置制御手段（図示せず）を装着したガイド
セル１０が摺動自在に載架されていて、上記シリ
ンダ８の作動によりガイドセル１０を前後進させ
るようにしているとともに、該ガイドセル１０上
には、ビツト１１を先端に有するロツド１２を取
付けたさく孔装置１３が摺動自在に乗架されてい
て、さく孔作業時に上記さく孔装置制御手段（フ
イードモータ）によりさく孔装置１３を前後進さ
せるようにしている。さらに、上記ブーム４に
は、ガイドセルスイング用のシリンダ（図示せ
ず）と、ブームリフト用のシリンダ１４と、ブー
ムエクステンシヨン用のシリンダ１５と、ガイド
セルリフト用のシリンダ１６とが取付けられてい
る。よつて、第３図に示すように、ブーム４は作
業台車１に対し、ロータリーアクチユエータ３に
より図中ｚ軸周囲方向に、かつブームリフト用シ
リンダ１４により図中ｘ軸周囲方向にそれぞれ変
位可能に設けられており、またさく孔装置１３を
乗架したガイドセル１０はブーム４に対し、ガイ
ドセルリフト用シリンダ１６により図中ｘ軸周囲
方向に、ガイドセルスイング用シリンダにより図
中ｙ軸周囲方向に、ブームエクステンシヨン用シ
リンダ１５により図中ｚ軸方向に、かつガイドセ
ルスライド用シリンダ８により図中ｚ軸方向にそ
れぞれ変位可能に設けられている。この各変位量
は、ブーム４及びガイドセル１０の伸長が０で、
ブーム４及びガイドセル１０がｚ方向に平行であ
るときを原点位置とたとき、図示の如く、ブーム
リフト角BL゜、ローテンシヨン角RO゜、ガイドセ
ルスイング角SS゜、ガイドセルリフト角SL゜、ブ
ームエクステンシヨン長lex、ガイドセルスライ
ド長lsで表わされる。このことから、ロータリー
アクチユエータ３とブーム４との軸支点を原点と
した球面座標系において、ブーム４の先端位置
（つまりガイドセル１０の先端位置）は（θ₁、θ₂、
θ₃、θ₄、ls、lex）で表わされることになり、さく
孔装置１３を乗架したブーム４を該球面座標系
（θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、ls、lex）で自在に変位させる
ように駆動するブーム駆動手段１７を構成してい
る。

さらに、１８は上記ブーム駆動手段１７を作動
制御する位置決めサーボ制御手段であつて、ブー
ム駆動手段１７の各アクチユエータ（ロータリー
アクチユエータ３および各シリンダ８，１４〜１
６）に接続されている。また、19は上記ブーム駆
動手段１７の各アクチユエータの作動量を検出す
るエンコーダよりなる検出部である。そして、上
記ブーム駆動手段１７の各アクチユエータ、位置
決めサーボ制御手段１８、検出部１９およびさく
孔装置制御手段はそれぞれインターフエイス２０
を介してマイクロコンピユータ２１に信号の授受
可能に接続されている。

上記マイクロコンピユータ２１の内部は、第４
図に示すように構成されている。すなわち、第４
図において、２２は第１メモリー手段であつて、
切羽面Ｋ直前に直角座標系で与えられるさく孔面
上に設定される多数のさく孔点Ｐの位置（ｘ、
ｙ、ｚ）および方向（φx、φy、φz）が該直角座
標系の値（ｘ、ｙ、ｚ、φx、φy、φz）で入力さ
れて記憶されている。２３は第２メモリー手段で
あつて、切羽面Ｋにおけるブーム先端の移動領域
（ｘ、ｙ）を例えば第７図に示すように多数のエ
リアＡ、Ａ…に分割し、各エリアＡ毎に後述の演
算手段２５における漸近計算法の演算での適正初
期値（例えば第７図中のPa点）が前記球面座標
系の値（a₁、a₂、…a₆）で入力されて記憶されて
いる。２４は、上記第１メモリー手段２２から与
えられるさく孔点Ｐ情報のｘ、ｙ値により上記第
２のメモリー手段２３からそのｘ、ｙ値に対応す
るエリアＳにおける適正初期値（a₁、a₂、…a₆）
を検索する検索手段であり、さく孔点Ｐの情報に
対して漸近計算法の演算での適正初期値を与える
ようにしている。さらに、２５は、上記検索手段
２４により検索した第２メモリー手段２３からの
適正初期値（a₁、a₂、…a₆）を用いて、上記第１
メモリー手段２２から直角座標系で与えられるさ
く孔点Ｐの値（ｘ、ｙ、ｚ、φx、φy、φz）を漸
近計算法によりブーム４の球面座標系で得られる
値（θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、ls、lex）に演算変換する演
算手段であつて、該演算手段２５で変換されたブ
ーム座標系での値（θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、ls、lex）は
レジスタ２６に記憶されるとともに上記位置決め
サーボ制御手段１８に出力される。そして、該位
置決めサーボ制御手段１８により上記ブーム座標
系の値（θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、ls、lex）に基づいてブ
ーム駆動手段１７が作業制御されるとともに、該
ブーム駆動手段１７の作動した値（θ₁′、θ₂′、θ₃
′、
θ₄′、ls′、lex′）が検出部１９によつて検出され、
この検出した値（θ₁′、θ₂′、θ₃′、θ₄′、ls′、
lex′）
が位置決めサーボ制御手段１８にフイードバツク
されることにより、ブーム４の先端（ガイドセル
１０の先端）が上記ブーム座標系の値（θ₁、θ₂、
θ₃、θ₄、ls、lex）の位置および方向に位置決めさ
れるようフイードバツク制御するフイードバツク
手段２７が構成されている。また、２８は、上記
位置決めサーボ制御手段１８からの位置決め完了
信号を受けてさく孔装置制御手段９（フイードモ
ータ）を作動させ、所定のさく孔点Ｐのさく孔を
行わせるとともに、操作入力信号および該さく孔
装置制御手段９からの作業終了信号を受けて上記
第１メモリー手段２２を作動させるよう指令信号
を出力する中央処理手段である。

次に、上記マイクロコンピユータ２１の主たる
作動を第５図および第６図によつて説明するに、
第５図に示すメインフローにおいて、スタートし
て第１ステツプS₁で切羽面Ｋ上の直角座標系で表
わされたさく孔パターン（ｘ、ｙ、ｚ、φx、
φy、φz）が入力されると、第２ステツプS₂にお
いて上記さく孔点情報の（ｘ、ｙ）に含まれるエ
リアＡの検索を行う。このエリアの検索は、第６
図のサブルーチンに示すように、ステツプS₂aで
ｘ値がｉ＜ｘ≦ｉ＋１（ｉ＝１〜ｎ）の範囲であ
ることを判別し、かつステツプS₂bでｙ値がｊ＜
ｙ≦ｊ＋１（ｊ＝１〜ｎ）の範囲にあることを判
別して上記ｘ、ｙ値に対応するエリアＡを検索し
たのち、ステツプS₂cで該エリアＡでの適正初期
値を読み出すことが繰返される。

次いで、メインフローに戻つて、第３ステツプ
S₃において上記適正初期値を用いてさく孔点の値
（ｘ、ｙ、ｚ、φx、φy、φz）を漸近計算法によ
りブーム座標系の値（θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、ls、lex）
に変換する演算が行われる。この演算は６元連立
方程式に上記適正初期値を代入して解の漸化式を
繰返して計算するもので、第４のステツプS₄で解
が正解値に収束するのを待つて、第５ステツプS₅
で正解値つまり上記さく孔点の値に対応するブー
ム座標系の値（θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、ls、lex）を出力
し、以後この値を基にブーム駆動手段１７が上記
さく孔点に位置決めされるようにフイードバツク
制御される。

したがつて、上記の如く、直角座標系ろ値
（ｘ、ｙ、ｚ、φx、φy、φz）で与えられたさく
孔点Ｐの情報を、漸近計算法を用いてブームの座
標系の値（θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、ls、lex）に変換する
にあたり、切羽面Ｋにおけるブーム先端の移動領
域を多数のエリアＡ、Ａ…に分割し、各エリアＡ
毎に適正初期値を記憶させておき、上記さく孔点
Ｐ情報のｘ、ｙ値によりそれに対応するエリアＡ
の適正初期値を検索し、この適正初期値を用いて
上記漸近計算法の演算を行うようにしたので、そ
の演算速度が速いものとなり、ブームの位置決め
が迅速にかつ正確に行われて、その処理の短縮化
を図ることができ、ひいてはさく孔時間の短縮化
を図ることができる。しかも、各エリアＡ毎に適
正初期値が記憶されているので、岩盤の軟、硬質
などによるさく孔パターンの変更さく孔装置１３
の機種の変更等に対しても、一度適正初期値を求
めておけば対応でき、汎用性に優れている。

尚、本発明のさく孔装置の制御システムは、上
記実施例の如きトンネル堀さく用に限らず、その
他各種堀さくにおいて切羽面にさく孔を行う場合
に適用でき、またその他多関節のブーム構造を持
つものにも同様に適正できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロツク図、第２
図〜第７図は本発明の実施例を示し、第２図は全
体概略構成図、第３図はさく孔装置を乗架したブ
ームの動きを示す説明図、第４図はマイクロコン
ピユータの内部構成を示すブロツク図、第５図は
マイクロコンピユータのメインフローを示すフロ
ーチヤート図、第６図は同エリア検索サブルーチ
ンを示すフローチヤート図、第７図はブーム移動
領域のエリア分割状態の一例を示す説明図であ
る。 ４……ブーム、１３……さく孔装置、１７……
ブーム駆動手段、１８……位置決めサーボ制御手
段、１９……検出部、２１……マイクロコンピユ
ータ、２２……第１メモリー手段、２３……第２
メモリー手段、２４……検索手段、２５……演算
手段、２７……フイードバツク手段、２８……中
央処理手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ さく孔装置を乗架したブームを駆動するブー
   ム駆動手段と、切羽面直前に直角座標系で与えら
   れたさく孔面上で設定される多数のさく孔点の位
   置および方向を該直角座標系の値で記憶する第１
   メモリー手段と、切羽面におけるブームの移動領
   域を多数のエリアに分割し、各エリア毎に適正初
   期値を上記直角座標系の値で記憶する第２メモリ
   ー手段と、上記第１メモリー手段から与えられる
   さく孔点の情報により第２メモリー手段の対応す
   るエリアにおける適正初期値を検索する検索手段
   と、該検索手段により検索した適正初期値に基づ
   いて上記第１メモリー手段から直角座標系で与え
   られるさく孔点の値をブームの座標系で得られる
   値に演算変換する演算手段と、該演算手段からの
   値に応じて上記ブーム駆動手段を作動させる位置
   決めサーボ制御手段と、該ブーム駆動手段の作動
   した値を検出する検出部を有し、該検出部で検出
   した値を上記位置決めサーボ制御手段にフイード
   バツクするフイードバツク手段と、上記ブーム駆
   動手段上のさく孔装置を作動させるさく孔装置制
   御手段と、上記位置決めサーボ制御手段からの位
   置決め完了信号を受けて上記さく孔装置制御手段
   を作動させるとともに、該さく孔制御手段からの
   作業終了信号を受けて上記第１メモリー手段に作
   動用の指令信号を出力する中央処理手段とを備え
   たことを特徴とするさく孔装置の制御システム。