JPH04151003A - シールド堀進機用アクチュエータの位置・力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、たとえばシールド掘進機のエレクタによって
セグメントを移動するためなどに用いられるアクチュエ
ータの位置・力制御装置に関する。

従来の技術 シールド掘進機によって掘削された掘削孔にセグメント
を自動的にライニングしてゆく際に、セグメントを過大
な押付力で押付けると、セグメントが破損するなどの問
題を生じる。

成る先行技術は、１９９０年４月発行の日本ロボット学
会誌８巻２号第２１５頁〜第２２１頁に開示されている
。この先行技術では、セグメントを自動的にライニング
するために、ライニングされている既設セグメントに予
め形成されているマークを、光学的検出手段によって検
出したとき、新たにライニングすべきセグメントを把持
している把持手段の移動を停止し、その把持手段によっ
て把持しているセグメントを希望する位置に内張すする
。

発明が解決すべき課題 このような先行技術では、把持手段によって把持してい
るセグメントを内張すする際に、既設のセグメントとの
接触によって、セグメントに過大な力が発生し、これに
よってセグメントが破損してしまうおそれがある。

本発明の目的は、セグメントなどの物体を各望する位置
にもなら′１際に、過大な力が作用しないようにしまた
アクチュエータの位置・力制御装置を接供する、二とで
ある。

課題を解決するための手段 本発明は、作動油によって作動するアクチュエータと、 アクチュエータの位置指令値を表す電気信号を出力する
発生源ど、 アクチュエータの位置を検出する検出器と、前記電気信
号発生源の出力ど検出器の出力とを減算する減算器ど、 減算器からの電気信号のレベルに比例Ｉ−た負荷圧力で
バランスするまで作動油をアクチュエータに吐出する電
気・油圧サーボ弁とを含むことを特徴とするアクチュエ
ータの位置・力制御装置である。

作　　用 本発明に従えば、作動油によって作動するアクチュエー
タ、たとえば油圧シリンダまたは油圧モータなどには、
電気・油圧サーボ弁からの作動油が与えられ、アクチュ
エータの電気信号発生源からの位置指令値とそのアクチ
ュエータの検出器によって検出された位置との減算値を
表す電気信号が電気　油圧サーボ弁に与えられ、この電
気・油圧サーボ弁では、減算器の電気信号レベルに比例
した負荷圧力でバランスするまで作動油をアクチュエへ
夕に吐出するようにしたので、そのアクチュエータによ
って物体を希望する位置にもたらすことができるととも
に、物体が位置指令値によって指令された位置にもたら
された後には、位置指令値を変化して、減算器の出力に
対応１７た力を作用さぜることができ、そのため過大な
力が作用することが防がれる。

実施例 第１図は、本発明の一実施例のブロック図である。この
実施例におけるアクチュエータ１は、第２図に示される
シールド掘進機のエレクタ２に関連して実施される、エ
レクタ２は、セグメンｌ＝２を把持するグリップ手段３
がアーム４に取付番１られ、昇降シリンダ５によって、
シールド掘進機本体６の一直径線に平行に変位可能であ
り、このアーム、１は昇降シリンダ５を介１．て旋回リ
ング８に設０られ、旋回リング８はシールド掘進機本体
７の軸線７のまわりに旋回油圧モータ９によって角変位
可能である。第１図におけるアクチュエータｌは、第２
図におけるシールド掘進機の昇降シリンダ５であり、ま
た他の実施例として旋回油圧モータ９であってもよい。

位置指令値である位置指令信号は、発生源１１から発生
され、減算器】、２の一方の入力に与えられる。アクチ
ュエータ１による位置、すなわちアーム４の位置は位置
検出器１３によって検出され、そめ検出出力は減算器１
２の他方の入力に与えらｈ−ろ、減算器１２は発生源】
１．と検出器１３との各出力の減算を行い、その減算値
を表す信号を増幅回路１４に与えて増幅または各種の補
償演算を行い、ライン１５から電気・油圧サーボ弁１６
に４える。このサーボ弁１６がらの作動油は、管１７を
紅でアクチュエータ１に与えられる。

第３図は、電気　油圧サーボ弁１６の断面図である。１
：の電気・油圧サーボ弁は、基本的にはいわゆるノズル
フラッパ形の流量形サーボ弁に、負荷圧力のフィールド
バックを追加した構造になっている、部屋４２．４３は
、固定絞りのある管路を通して、圧力源と連通し、ノズ
ル２４．２５を通して戻り油路と連通している。ハウジ
ング１８においてトルクモータ１９が設けられ、そのコ
イル２０または２１に電流が供給されることによって、
フラッパ２２または２３が第３図の左または右に変位し
、このフラッパ２２．２３にＮ　向して設けられるノズ
ル２４．２５の背圧が変化する。

このノズル背圧は、油路２６．２７を経て部Ｍ２８．２
９に導かれ、この部屋２８．２９にはスプール３０が設
けられる、一方のボート３１と他方のボート３２は、ア
クチュエータ１のピストンの両側の部屋に接続されてお
り、さらにこれらのボート３１．３２は、スプール３０
が収納されている部屋３３．３４に連通している。ボー
ト３１４は油路３５を経てスプール３０の一方の端部の
部屋３６に連通される。もう１つのボート３２は油路３
７を経て、スプール３０の他方の端部の部屋３８に連通
される。

前述のノズル背圧は、スプール３０の部屋２８２９に導
かれ、その差圧によってスプール３０を駆動する駆動力
が発生される。スプール３０が変位すると、ボート３１
．３２は、高圧室（供給圧）３９．４０または低圧室（
戻り圧）と、それぞれ油圧経路が形成され、ボート３１
．３２に作動油が流れるとともに、フラッパ２２．２３
に作用する復帰ばね力で、そのフラッパ２２．２３が元
の位置に戻る方向に動き、ノズル背圧の差を零に戻して
スプール３０の変位が停止する。さらにこのボート３１
．３２に作動油が流れることによって、負荷側であるア
クチュエータ１の圧力が変化すると、ボート３１．３２
の油圧は、部屋３６．３８に導かれていることによって
、その差圧でスプール３０が変位する。したがってノズ
ル背圧に見合う値までアクチュエータ１の差圧が上がる
と、アクチュエータ１側で作動油の流れがない場合、ス
プール３０によってボート３１および３２が閉じ。

られて作動油が流れなくなる。またアクチュエータ１の
圧力がノズル背圧相当値よりも高くなると、スプール３
０によってボート３１および３２が、これまでと逆方向
に開いてアクチュエータ１の圧力を下げる方向に動く。

このようにしてアクチュエータ１の２つの部屋、したが
って２つのボート３１．３２の差圧を制御する機能が達
成される。

第４図は、電気・油圧サーボ弁１６の特性を示すグラフ
である。横軸は負荷圧力ＰＬを示し、縦軸はアクチュエ
ータ１に供給される作動油の吐出流量をＱを示す、トル
クモータ１９のコイル２０゜２１に供給される電流ｉ１
．ｉ２．ｉ３（ただしｉｔ＜ｉ２＜ｉ３）に対応して特
性１１，１２゜１３が得られる。負荷圧力が負のときも
同様である。トルクモータ１９のコイル２０．２１にラ
イン１５を介して増幅回路１４から与えられる電流、た
とえばｉ３に対応した負荷圧力になるまで、電気・油圧
サーボ弁１６は作動油をアクチュエータ１に吐出し、そ
のサーボ電流ｉ３に比例した負荷圧力ＰＬ３で吐出流量
が零となってバランスする。

第５図を参照して、第１図〜第４図に示される実施例の
動作を説明する。アクチュエータ１によって物体４０が
変位される。この物体４０は、第２図におけるシールド
掘進機のセグメント２、グリップ手段３およびアーム４
などを含む。セグメント２が既設の掘削孔にライニング
されている作業対象物であるセグメント２ａに当たるま
での範囲では、第１図に示される制御系では、変位に関
するフィールドバック系が成立し、変位制御系としての
動作が行われる。すなわち発生源１１からの位置指令値
を表す電気信号と、アクチュエータ１の位置検出器１３
による検出出力との差が減算器１２によって演算され、
増幅回路１４において増幅され、その電気信号が電気・
油圧サーボ弁１６に与えられてトルクモータ１９のコイ
ル２０２１が駆動され、したがってアクチュエータ１が
動作する。こうして物体４０を希望する位置にもたらす
ことができる。

グリップ手段３によって把持しているセグメント２を、
既設のセグメント２ａに当接して押付け、マタコの把持
しているセグメント２を掘削孔の内周面に押付けるため
に、アクチュエータ１によって外部に対して力を発生す
る必要が生じる。第５図（２）において、発生源１１か
らの位置指令値を表す電気信号を、当接した時刻ｔ１以
降に、時間経過に伴って増加し、これに応じてアクチュ
エータ１によって物体４０は第５図（３）で示されるよ
うに変位する０時刻ｔ１において物体４０の一部を構成
するセグメント２がたとえば既設のセグメント２ａに当
接するまでは、アクチュエータ１がその物体４０を変位
し、この物体４０には第５図（４）に示されるようにア
クチュエータ１によって押付力が作用されない。

セグメント２をたとえば既設のセグメント２ａに押付け
る必要が生じたとき、アクチュエータ１によってその押
付力を発生するために、発生源１１からの位置指令値を
表す電気信号を時刻ｔ１以降においてさらに大きくし、
これによって減算器１２からは変位誤差に見合うサーボ
電流がライン１５を介して出力され、したがってサーボ
弁１６によってアクチュエータ１が駆動されてカが外部
に対して発生されることになる。このサーボ弁１６のラ
イン１５がら与えられる電流値は、時刻ｔ２以降に位置
指令信号を一定値のままとして、予め定める値ｉ３に制
限することによって、アクチュエータ１による力を過大
にすることを防ぐことができる。

本発明は、アクチュエータ１として昇降シリンダ５に関
連して実施されるだけでなく、旋回油圧モータ９のトル
クを制御するためにもまた実施することができ、さらに
シールド掘進機以外の用途においても丈な実施すること
ができる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、アクチュエータには電気
・油圧サーボ弁からの作動油が与えられ電気信号発生源
がらのアクチュエータの位置指令値とそのアクチュエー
タの検出器によって検出された位置との減算器による減
算値を表す信号が前記電気・油圧サーボ弁に与えられ、
この電気・油圧サーボ弁は、減算器の電気信号レベルに
比例した負荷圧力でバランスするまで作動油をアクチュ
エータに吐出するようにしたので、アクチュエータによ
って移動される物体が位置指令値によって指令された位
置にもたらされるとともに、そのアクチュエータによる
負荷圧力を、前記電気信号発生源の位置指令値に対応し
て設定することができ、したがって物体に過大な圧力を
発生することを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図はシー
ルド掘進機のエレクタ２の斜視図、第３図は電気・油圧
サーボ弁１６の断面図、第４図は電気・油圧サーボ弁１
６の特性を示すグラフ、第５図は第１図〜第４図に示さ
れる実施例の動作を説明するための図である。 １・・・アクチュエータ、２・・・エレクタ、１１・・
・電気信号発生源、１２・・・減算器、１３・・・変位
検出器、１４・・・増幅回路、１６・・・電気・油圧サ
ーボ弁代理人　　弁理士　６教　圭一部 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 作動油によつて作動するアクチュエータと、アクチュエ
   ータの位置指令値を表す電気信号を出力する発生源と、 アクチユエータの位置を検出する検出器と、前記電気信
   号発生源の出力と検出器の出力とを減算する減算器と、 減算器からの電気信号のレベルに比例した負荷圧力でバ
   ランスするまで作動油をアクチュエータに吐出する電気
   ・油圧サーボ弁とを含むことを特徴とするアクチュエー
   タの位置・力制御装置。