JPH0483092A

JPH0483092A - 小口径管推進における方向制御方法

Info

Publication number: JPH0483092A
Application number: JP19620690A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Harada; 美浩原田; Koichiro Kawakami; 川上　宏一郎; Tomohiro Kurosawa; 黒沢　友博; Toshio Takatsuka; 高塚　外志夫
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-07-26
Filing date: 1990-07-26
Publication date: 1992-03-17

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、地中に小口径管を推進させながら先端装置の
ヘッド傾動角を制御して方向修正を行う小口径管推進装
置の方向制御方法に関するものである。

［従来の技術］第６図に小口径管推進システムの構成図を示す０本シス
テムは、傾動角修正機能を有しヘッド等により構成され
た先端装置１、先端袋Ｗｌ内のヘッドｌ’ａ、埋設管２
、埋設管２を押し込む元押装Ｗ３、油圧装置等から構成
される装置操作盤５から構成される。なお、６はオペレ
ータ、７は地表である。また、第７図に従来の小口径管
推進システムの制御を行う制御ブロック図を示す。

この制御ブロック図に示すとおり、従来は、オペレータ
６が、先端装置１のヘッド角を逐次修正し、この先端装
置１に接続されている埋設管２を計画線に沿うように方
向制御を行って推進させこの管２の施工を行う。そして
この方向制御は、オペレータ６が先端袋Ｗ１の位置並び
に姿勢状態に関する情報を基に主として経験や勘から修
正方向と修正量を決定し、これに応じて操作盤５から先
端装置１のヘッド傾動角を先端へラドジヤツキのストロ
ーク長とは別個に調整するようにして方向制御を行うも
のとなっている。

［発明が解決しようとする課題］上述した従来の小口径管推進システムの方向制御方法は
、以下のような欠点があった。

すなわち、その第１として、オペレータが方向制御則を
考える場合、マシンが少し上向きならば少し下向き修正
するというように、あいまいな量を対象に修正量を決定
していうため、方向制御のタイミング，修正方向および
修正量に個人差が生じ、この結果、施工軌跡が安定しな
いという欠点があった。

また、第２として、、オペレータが常にマシンの位置．
姿勢および変化量等の情報を把握し、これらの情報に基
づき制御則や土質状況に照らし合わせて総合的に判断し
て修正量を決定しているため、オペレータは情報の処理
能力，判断力および豊富な経験を必要とし、このような
熟練したオペレータを育成するのに時間がかかるという
欠点があった。

また、その第３として、オペレータはマシンではないの
で、データの読み違いや勘違い等のヒユーマンエラーが
生じ易く正確に制御できないことがあり、総合的にみて
施工精度が低くなるという欠点があった。

［課題を解決するための手段］このような課題を解決するために本発明に係る小口径管
推進における方向制御方法の第１発明は、計測装置から
の出力値をファジィ推論の入力値へ変換するための前処
理を行うとともに、この前処理の出力結果を入力してフ
ァジィ推論に基づく方向制御アルゴリズムによりヘッド
角の修正量を決定してこのヘッドの方向制御を行うよう
にした方法である。

また、第２発明は、前処理において計測装置からの出力
値を垂直方向および水平方向の２方向の位置，姿勢のデ
ータへ変換するとともに、それぞれの方向に関して先端
装置の計画線からの偏位。

偏角および姿勢角の変化量を算出し、この算出された値
を次の方向制御アルゴリズムのファジィ推論用入力値と
して出力するようにした方法である。

また、第３発明は、方向制御アルゴリズムに使用するフ
ァジィ推論の形式として前処理における出力値に基づき
先端装置の垂直，水平方向の２方向についてそれぞれの
修正方向のみを第１の処理において推論するとともに、
第２の処理は該第１の処理の出力値と前回の修正量によ
る該先端装置の姿勢の変化量とを入力値として推論し、
この結果を補正量として出力し、この２段階推論で求め
た補正量によって前回の修正量を加減して次の２方向の
修正量を決定するようにした方法である。

また、第４発明は、ファジィ推論としては“ｍａｘ−ｍ
ｉｎ法”を利用し重心法を用いて出力するようにした方
法である。

［作用］前処理の出力値がファジィ推論により推論されこの推論
結果に基づいてヘッド角の修正量が決定される。

また、計測装置からの出力値は垂直方向および水平方向
の位置、姿勢のデータへ変換され、この変換されたデー
タから先端装置の偏位、偏角および姿勢角の変化量が算
出され、この算出された値が次のファジィ推論用入力値
として出力される。

また、先端装置の垂直、水平方向の２方向についてそれ
ぞれの修正方向のみが第１の処理において推論され、第
２の処理では第１の処理の出力値と前回の修正量に基づ
く先端装置の姿勢の変化量とによって推論され、この結
果の補正量が前回の修正量から加減されて今回の修正量
が決定される。

［実施例コ以下、本発明の小口径管推進における方向制御方法の一
実施例について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の方向制御方法を適用した小口径管推進
装置の基本制御の構成を示す制御ブロック図である。こ
の制御ブロック図に基づいてこの方向制御動作を説明す
る。なお、第６図の操作盤５の中には、先端袋Ｗ１に設
けられたセンサからこの先端装置１の位置、姿勢および
変化量を計測する計測装置とこの計測装置の計測値によ
り先端装置１の方向制御を行う方向制御部とが備えられ
、この方向制御部の修正量に応じて先端ヘッド傾動ジヤ
ツキの操作が制御される。

すなわち、小口径管の１サイクルの推進が終了すると、
ステップ３０で先端袋Ｗ１に搭載されたセンサからの先
端装置１の位置、姿勢が計測装置により計測される。そ
して、これらの計測値は、ステップ３１の前処理におい
て垂直、水平の２方向に関するそれぞれについてファジ
ィ推論入力用データに変換される。

次に、ステップ３２における方向制御アルゴリズムの第
１処理で、前処理のデータ出力値をもとに次はどの方向
へ先端装置を向ければ良いかという修正方向が導き出さ
れる。そして、さらに、第２処理においてこの補正量が
算出され、この補正量を前回の修正量から加減すること
により次のサイクルの修正量（今回の修正量）が決定さ
れる。

そして、こうして得られた修正量によりステップ３３で
先端ヘッドの角度等を調節する傾動ジヤツキの調節制御
が行われる。

次に、上記の方向制御アルゴリズムを利用した垂直方向
に関する詳細な制御方法の実施例を第２図に示し、また
、先端装置１の垂直方向に関する位置、姿勢の状態を第
３図に示す、この第３図の状態図に基づいて方向制御ア
ルゴリズムにおけるファジィ推論Ｉ（第１の処理）の入
力用データの変換方法を説明する。

まず、ｎサイクル目の計測値として、垂直位置■、、姿
勢角？、を得る。施工前に予め計画位置ｙｏおよび計画
角度Ｋを設定しておく。そして、算術式（１）により偏
位Ｙｆｉ、偏角θ、を求め、これらをファジィ推論■の
入力値とすると、ＹＢ＝Ｖｔｒ−ｙｏ−・・ θ７−市。−Ｋ　−・・・・・・・・・（１１となり、
この結果、ファジィ推論Ｉの出力値の修正方向β。が計
算されることになる。

次に、第４図は先端装置の垂直方向動作に対する修正方
向を示す説明図である。この第４図の説明図を参考にし
て第２表に示すようなファジィ推論■に用いるルールを
設定する。なお、本実施例においては、あいまい量のパ
ラメータとして（正に大）、（正に小）、（はぼ０）、
（負に大）および（負に小）の５つのパラメータを用い
ているが、それぞれの意味を第１表に示す。また、第２
表にファジィ推論Ｉのルール則に基づく言語表現とパラ
メータ表現との関係を、また、第３表にこのルールテー
ブルを示し、さらに、メンバーシップ関数式の一覧を第
４表に示す。なお、これらの関数を求めるためには第５
図のような三角形分布が用いられる。

第１表第３表第４表第２表以上のような条件により、ｍａｘ−ｍｉｎ法を利用した
ファジィ理論に沿って以下式を展開し、ファジィ推論■
の出力値β、を算出するとともに、入力値Ｙ、、θ、が
制御ｌ１ｌＩ、つまり第２表に示すファジィルール■の
前件部を満足する度合いγＪを式■により求める。すな
わち、７１＝ｍｉｎ［Ｙｚｏ（Ｙｓ）、θＺＲ（θ、）
］　　−＝γ２＝ｍｉｎ［Ｙｚｏ（Ｙａ）、θｐｓ（θ
、）］］Ｔ、−飄ｉｎＹｚｏ（Ｙ−）、θＮ５　θ、）
］　　　　　］１−−−−−−　＋２）なお、（２式の
右辺中のθＺＲ，θｐｓ等のパラメータＺＲ，ＰＳは、
第３表のルールテーブルに記載されたパラメータＺＲ，
ＰＳに相当し、従ってこの例では２５　（５Ｘ５）個の
式が存在することになる（以下の式においても同様）。

次に、γｊを用いて第２表に示すような制御則１の後件
部を満足する関数をｍｊ　（Ｗ）とし、これを式（３）
から求める。

ｌ１１＝βＺＲ（θ、）　　八　γ□　　　−〜−・ｍ
２＝βｐｓ（θ、）八Ｔ２ｍ３”βＮＳ（０ｍ）八Ｔ。

さらに、数Ｍ　　（ｘ）Ｍ　　（ｘ）最後に、る。

このｍｊ　（ｗ＞を合成した出力合成間を式（２）より
求める。すなわち、＝ｍｌ　Ｖｍ２　Ｖｍ３　Ｖ−−−−−−ｍ）　　（４
１推論値Ｇを重心法により式（５）から求めこのファジ
ィ推論■のルール則を第５表に示し、この場合のルール
テーブルを第６表に示す、そして、このようなファジィ
推論■のルール則に基づいて補正量Ｐ、を求めることが
でき、この結果、第１図の制御ブロック図に示すように
、前回の修正量と今回の補正量とから次回の修正方向と
修正量とを得ることができる。

第５表以上のようにして求めた推論値Ｇがファジィ推論Ｉに基
づく第１処理の出力の修正方向β、となる次に、ファジィ推論■に基づく第２処理についても第１
処理で展開したと同様の手法により補正量Ｐ、を求める
ことができる。なお、このファジィ推論■の入力値は、
第１処理の出力値β、と先端装置Ｉの姿勢角の変化量！
、である。また、第６表以上のとおり、本発明の方向制御方法によれば、ファジ
ィ推論により先端装置の偏位、偏角および変化量をもと
に方向修正量を決定して方向の制御を行うようにしたた
め、個人差による施工軌跡の差異はなく安定した軌跡が
得られ、オペレータの熟練度によらず誰でも簡単に修正
量を決定することができ、判断ミスも生じなくなる。従
って、高信頼性でかつ施工精度の高い方向制御が可能と
なる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の小口径管推進における方
向制御方法は、前処理の出力値をファジィ推論により推
論してこの推論結果に基づいて先端装置のヘッド角の修
正量を決定するようにしたので、施工軌跡に個人差によ
る差異はなく、従って安定した施工軌跡が得られるとい
う効果がある。

また、計測装置からの出力値を垂直方向および水平方向
の位置、姿勢のデータへ変換し、この変換されたデータ
から先端装置の偏位、偏角および姿勢角の変化量を算出
して、この値を次のファジィ推論用入力値として出力す
るようにしたので、ファジィ推論においてその出力値が
容易に算出できるという効果がある。

また、先端装置の垂直、水平方向の２方向についてそれ
ぞれの修正方向のみを第１の処理において推論し、第２
の処理では第１の処理の出力値と前回の修正量による先
端ヘッドの姿勢の変化量とに基づいて推論し、この第２
の処理結果の補正量を前回の修正量から加減して今回の
修正量を決定するようにしたので、先端装置のヘッド角
を正確に制御でき、従って正確な小口径管推進が行える
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る小口径管推進における方向制御方
法の一実施例を説明する制御ブロック図、第２図は小口
径管推進システムの方向制御の詳細動作を説明する動作
説明図、第３図は小口径管推進を行う先端装置の位置、
姿勢の状態を説明する説明図、第４図は先端装置の垂直
方向動作に対しての修正方向を説明する説明図、第５図
は小口径管推進システムに用いられるメンバーシップ関
数の分布を説明する説明図、第６図は小口径管推進シス
テムの構成図、第７図は従来の小口径管推進における方
向制御方法を説明する制御ブロック図である。１・・−・先端装置、１ａ−・−・ヘッド、２・・・・
埋設管、３−・・・元押装置、４・・・動力装置、５・
・・・操作盤。特許出願人　日本電信電話株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）地中を推進して埋設管の敷設を行うとともにヘッ
ド角が自在に制御される先端装置と、この先端装置の位
置、姿勢を計測する計測装置と、前記先端装置のヘッド
の角度を制御する操作盤とを備えた小口径管推進装置に
おいて、前記計測装置の出力値をファジィ推論の入力値へ変換す
るための前処理を行うとともに、この前処理の出力結果
を入力してファジィ推論に基づく方向制御アルゴリズム
により前記ヘッド角の修正量を決定してこのヘッドの方
向制御を行うようにしたことを特徴とする小口径管推進
における方向制御方法。
（２）請求（１）記載の小口径管推進における方向制御
方法において、前記前処理は前記計測装置からの出力値を垂直方向およ
び水平方向の２方向の位置、姿勢のデータへ変換すると
ともに、それぞれの方向に関し前記先端装置の計画線に
対する偏位、偏角および姿勢角の変化量を算出し、この
算出された値を次の方向制御アルゴリズムのファジィ推
論用入力値として出力するようにしたことを特徴とする
小口径管推進における方向制御方法。
（３）請求項（１）記載の小口径管推進における方向制
御方法において、前記方向制御アルゴリズムに使用するファジィ推論の形
式は前記前処理の出力値に基づき前記先端装置の垂直、
水平方向の２方向についてそれぞれの修正方向のみを第
１の処理において推論するとともに、第２の処理は該第
１の処理の出力値と前回の修正量に基づく該先端装置の
姿勢の変化量とを入力値として推論し、この結果を補正
量として出力し、この２段階推論で求めた補正量によっ
て前回の修正量を加減して次の２方向の修正量を決定す
るようにしたことを特徴とする小口径管推進における方
向制御方法。
（４）請求項（１）記載の小口径管推進における方向制
御方法において、前記ファジィ推論は“ｍａｘ−ｍｉｎ法”を利用し重心
法を用いて出力するようにしたことを特徴とする小口径
管推進における方向制御方法。