JPH0492081A - Automatic direction control method of shield excavator - Google Patents

Automatic direction control method of shield excavator

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JPH0492081A
JPH0492081A JP20733690A JP20733690A JPH0492081A JP H0492081 A JPH0492081 A JP H0492081A JP 20733690 A JP20733690 A JP 20733690A JP 20733690 A JP20733690 A JP 20733690A JP H0492081 A JPH0492081 A JP H0492081A
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JP
Japan
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earth pressure
displacement
shield excavator
excavator
load distribution
Prior art date
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Pending
Application number
JP20733690A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadayuki Hanamoto
忠幸 花本
Shigeru Harada
茂 原田
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0492081A publication Critical patent/JPH0492081A/en
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to realize directional control with high accuracy while anticipating the displacement of an excavator by measuring the displacement characteristic of a land in front of the shield excavator to control the drive of a driving jack. CONSTITUTION:A receiver 30 for detecting a self-position, a pitching meter 31 for detecting an attitude angle, a gyro 32 for detecting a vectorial angle, a sensor 34 for detecting a load of each driving jack 16, an earth pressure gauge 36 for detecting 3 axial earth pressure applied to a cutter head, and the like are mounted on an excavator. Earth pressure vector applied to the front of the shield excavator from a facing side is measured, and a correction coefficient is derived from actural displacement against the past earth pressure vector. After that, the measured earth pressure vector is corrected in accordance with the coefficient to correct a target direction. Successively, or independently, after the displacement characteristic of the front land of the shield excavator is obtained, the land displacement caused by the displacement characteristic and the present load distribution of the driving jack is obtained to calculate anticipated load distribution. In addition, the directional control in the case of excavation is made based on the anticipated load distribution. Accordingly, directional control with high accuracy can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本発明はシールド掘削機の自動方向制御方法に係り、特
にトンネル掘削目標値に対する方向制御を自動的に行な
わせるのに好適な方向制御力法に関する。
The present invention relates to an automatic direction control method for a shield excavator, and more particularly to a direction control force method suitable for automatically performing direction control with respect to a tunnel excavation target value.

【従来の技術】[Conventional technology]

一般に、シールド掘削機は推進ジヤツキによりセグメン
ト等を反力支持にして推進され計画路線に沿う掘削作業
を行なう。このような掘削機で曲線掘削を行なう場合、
シールド本体を中折れ構造にするとともに、中折れ部分
の円周上に複数の推進ジヤツキを配置し、稼働ジヤツキ
を選択して荷重分布を調整することにより、シールド前
面の加圧力を調整して掘進方向を制御するようにしてい
る。 従来の方向制御は、推進ジヤツキをパターン管理し、加
圧する推進ジヤツキ群とそうでない推進ジヤツキ群に分
け、推進方向によって決定される推進ジ士ツキ群に油圧
を供給し、”ζ゛所定方向にカッタl\ツドを向けで掘
進させるように1.ていた。。 通常、掘削機の位置測定を行ないつつ、1]標掘削線か
らのずれかぁ−)た場合に、マニコアル操作によってパ
ターン管理するように(、ている。
In general, a shield excavator is propelled by a propulsion jack using segments and the like as reaction force support to perform excavation work along a planned route. When performing curved excavation with such an excavator,
The shield body has a center-fold structure, and multiple propulsion jacks are placed on the circumference of the center-fold part, and by selecting the operating jack and adjusting the load distribution, the pressing force on the front of the shield can be adjusted to allow digging. I'm trying to control the direction. Conventional direction control manages the propulsion jacks in patterns, divides them into a group of propulsion jacks that apply pressure and a group of propulsion jacks that do not, and supplies hydraulic pressure to the group of propulsion jacks determined by the propulsion direction. Normally, while measuring the position of the excavator, if the excavator deviates from the marked excavation line, the pattern should be managed by manual operation. ni(, are.

【発明が解決し、ようとAる課題] ところか、」−記従来の方向制御力法では、掘削方向の
ための推進ジヤツキのパターンをマ;−ユアル操作によ
っで行っているため、充分な方向制御ができないという
問題の他に、現在のシールド掘削機の位置から次の掘削
目標にカッタヘッドを向けて掘削しでも、地盤の変位が
必ず(7もジヤツキの押圧力に−・致[2ないため、掘
削方向にズレが生じる。このため、従来からズし/量を
旧劇(−)っフィードバック制御によって調整している
が、誤差が生じてからの補正掘削であるため掘削粘度を
定置トは高くできない。また、地盤からカッタヘッドに
作用する土圧の合力が必ジー(7も推進)、)向に一致
(ないため、掘進の目標方向を決定(5ζ゛掘削し−ζ
も、に圧のベクトルとシ・ルド掘削機の掘進ベクトルの
合力方向に掘削機が流れY、シ、ま−)。この結果、目
標方向を1羅に設定しTカッタヘッドを歪の方向に向け
ても、実際上7の到達位置はベクトル合力に見合う分だ
りズIノが生じるこ1已か否めないものとなっていた。 いずれにし、でも、[」標を正確に旧劇し5てjE 1
.、 <掘進させても地盤の変位特性により[目標から
のズレか生じ、また、土圧による合ベクトルの作用でシ
ールド掘削機が流れてしまうので、精度の高い掘進を行
うことができないものとなっ′Cいた。特に連続1.で
曲率が変化Jる掘削計画線に沿っ“C掘進さゼる場合は
、その方向制御に困難をきたし、ている。 本発明は、」−記従来の問題点に着p L、シールド掘
削機011面の地盤の変位特性を測定]7ζ′111進
シャツ」−の推進をコントロールすることにJ、り掘進
面への荷重分布を制御し、掘削機の変位をt測しながら
推進することにより高精度な方向制御を実現することが
できるシールド掘削機の自動方向を提供することを目的
とするものである。 また、掘削機前面に加わる力ベクトルを測定して過去の
掘削機の流れ量との相関を考慮(、で、将来の流れ量を
減少させるように制御することにより更に高精度な掘進
を実現さゼるシールド掘削機の自動方向制御方法を提供
することを目的としている。 【課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために、本発明に係るシールド掘削
機の自動方向制御方法は、第一にシールド掘削機の前面
地盤の変位特性を求め、この変位特性と推進ジヤツキの
現荷重分布により地盤変位を求めて予測荷重分布を算出
し、この予測荷重分布に基づいて掘進時の方向制御を行
なうように構成した。 また第丁、には、切羽側からシールド掘削機の前面に加
わる土圧ベクトルを測定し2、過去の土圧ベクトルに対
橿る実際の変位から修正係数4算出し5、この係数に応
じて前記測定土圧ベクトルを補任、(2て1」標方向を
修正するように構成した。 史に、第ニーには、Fぬ切羽側からシールド掘削機の前
面に加わる土圧ベクトルを測定し2、過去の土圧ベクト
ルに対Aる実際の変位から修11]係数を算出し、この
係数に応じて前記測定土圧ベクトルを補正して目標方向
を修1■し5た後、前記シールド掘削機の前面地盤の変
位特性を求め、この変位特性と推進ジヤツキの現荷重分
布による地盤変位を求めて予測荷重分布をWIiiL、
掘進時の方向制御を行なうように構成したものである。 【作用】 上記第一の発明の構成によれば、シールド掘削機の現在
の荷重分布から目標位置の姿勢、方向を向くように推進
ジヤツキの圧力を設定するが、これに際して貫入試験等
により地盤の変位特性を求めておく。これは推進ジヤツ
キによる押圧力によって生じる地盤の抵抗量を示すので
、これに現在の荷重分布から目標位置までの変化させる
べき目標荷重分布を当て填めて変位を予想することがで
きる。この予想ゆ位の分布は実際に!jえるべき荷重分
布に相当孝るので、これを設定荷重分布と1゜て推進シ
リンダに出力させるのである。この出力荷重分4」で推
進させると、予め地盤変位特性が加味されているので、
この制御はフィードフォワード制御となり、極めて高い
積用で方向制御を?jわぜることができる。 また、第二の発明構成によれば、土圧ベクトルの作用に
よって実際の目標からの変位が過去の実績から判定でき
るので、これに基づいてシールド掘削機が11」・標位
置に達Jるまでの変位の割合が検出される。したがっで
、これを[]標の修正係数さして現在の方向角を修iF
L、て補止目標を設定して推進力向を定め11ばJ、い
。この補]月標に到達[5たさきには、土圧ベクトルに
よるシールド掘削機。 の流れが加味されでいるので、1規の11標位置となる
のである。 更に、第二の発明によれば、l−記第一、の発明構成に
よ・って目標値を補正し、第一の発明構成によって地盤
変位特P1を”J * した荷重分布を求めてフィー 
ドフォワード制御し、−ビニ)掘進するので、曲線掘削
を非常に高い精度で実現することが7・きる。
[Problems to be solved and attempted by the invention] However, in the conventional directional control force method, the propulsion jack pattern for the excavation direction is determined by manual operation, which is insufficient. In addition to the problem of not being able to control the direction, even if you point the cutter head from the current position of the shield excavator to the next excavation target, the ground will always be displaced (7 also due to the thrust of the jack). 2, a deviation occurs in the excavation direction.For this reason, the deviation/amount has traditionally been adjusted by old-fashioned (-) feedback control, but since correction excavation is performed after an error has occurred, the excavation viscosity cannot be adjusted. The fixed position cannot be set high.In addition, the resultant force of the earth pressure acting on the cutter head from the ground is necessarily (also propelled by 7), and since it does not coincide with the direction of
The excavator flows in the direction of the resultant force of the pressure vector and the shield excavator's excavation vector (Y, C, Ma-). As a result, even if the target direction is set to 1 and the T cutter head is directed in the direction of distortion, it is undeniable that the actual position reached at 7 will be equal to the vector resultant force, or a gap will occur. was. In any case, the ['' mark is exactly the old play 5 jE 1
.. , <Even if the excavation is carried out, the displacement characteristics of the ground will cause a deviation from the target, and the shield excavator will drift due to the combined vector effect of the earth pressure, making it impossible to excavate with high precision. 'C was there. Especially continuous 1. When the curvature of a shield excavator changes along the excavation plan line, it becomes difficult to control its direction. Measuring the displacement characteristics of the ground on the 011 surface] By controlling the propulsion of the 7ζ'111 shirt, the load distribution on the excavation surface was controlled, and the excavator was propelled while measuring the displacement of the excavator. The purpose of the present invention is to provide automatic direction for a shield excavator that can realize highly accurate direction control. In addition, by measuring the force vector applied to the front of the excavator and considering the correlation with the past flow rate of the excavator, it is possible to achieve even more precise excavation by controlling the flow rate to reduce the future flow rate. An object of the present invention is to provide an automatic direction control method for a shield excavator according to the present invention. [Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, an automatic direction control method for a shield excavator according to the present invention is First, the displacement characteristics of the ground in front of the shield excavator are determined, and the predicted load distribution is calculated by determining the ground displacement using this displacement characteristic and the current load distribution of the propulsion jack, and the direction control during excavation is based on this predicted load distribution. In addition, the earth pressure vector applied to the front of the shield excavator from the face side was measured 2, and a correction coefficient 4 was calculated from the actual displacement relative to the past earth pressure vector. 5. The measured earth pressure vector was supplemented according to this coefficient, and the target direction was corrected (2. Measure the earth pressure vector 2, calculate a correction coefficient from the actual displacement with respect to the past earth pressure vector, and correct the measured earth pressure vector according to this coefficient to correct the target direction. After 5, the displacement characteristics of the ground in front of the shield excavator are determined, and the ground displacement is calculated based on this displacement characteristic and the current load distribution of the propulsion jack, and the predicted load distribution is determined by WIiiL,
It is configured to perform directional control during excavation. [Operation] According to the configuration of the first invention, the pressure of the propulsion jack is set so that the current load distribution of the shield excavator directs the shield excavator to the target position and direction. Find the displacement characteristics. Since this indicates the amount of ground resistance caused by the pressing force of the propulsion jack, displacement can be predicted by applying the target load distribution to be changed from the current load distribution to the target position to this. This predicted Yu position distribution is actually! Since this is quite similar to the load distribution to be achieved, this is output to the propulsion cylinder at 1 degree from the set load distribution. When propelled with this output load of 4'', the ground displacement characteristics are taken into account in advance, so
This control becomes feedforward control, which provides directional control with an extremely high product load. I can waze. In addition, according to the second invention configuration, the actual displacement from the target can be determined from the past performance due to the action of the earth pressure vector, and based on this, the shield excavator reaches the 11" target position. The rate of displacement of is detected. Therefore, by multiplying this by the correction coefficient of [ ] mark, the current direction angle is corrected.
Set a supplementary target and determine the direction of the propulsion force. [Supplementary] Reached the moon marker [At the 5th point, a shield excavator using the earth pressure vector. Since the current is taken into consideration, there are 11 marker positions of 1 scale. Furthermore, according to the second invention, the target value is corrected by the invention configuration of the first invention, and the load distribution is obtained by changing the ground displacement characteristic P1 to "J*" by the first invention configuration. fee
Since the excavation is controlled forward and forward, it is possible to perform curved excavation with very high precision.

【実施例】【Example】

以上゛に、本発明に係るシールド掘削機の自動方向制御
方法の実施例を図面を参照し、っ−)′rc細に説明オ
る。 第】図にシールド掘削機の自動方向制御装置のブロック
図、第2図に方向制御のためのフ■、1−チャー トを
小才。 まず、自動方向制御装置が13載されるシ・−ルト掘削
機は、先端にカッタヘッド]0を備えた=フロントシー
ルド12と、その後端部に嵌合されるリアシールド14
とから構成され、両シールド12.14はカッタヘッド
J80の向きを制御″4るためにシールド円周方向に沿
って複数配列された推進ジャツギ16によって連携され
、またリアシールド14fl;[の後方に構築されるセ
グメン)・18の端面を拍進反力支持面とづるシー、ル
ドジトツキ20が取り伺けられている。なお、この掘削
機では、フロントシールド12とリアシールド14の外
周面において、それぞれ地山坑壁に張り出し可能にフロ
ントグリッパ22とリアグリッパ24とが設けられ、フ
ロントグリッパ22はリアシールド14の推進時に、リ
アグリッパ24はフロントシールド12の棺進時にそれ
ぞれ突出され、シールドの固定保持を行う。 このような掘削機には自己位置を検出するための受信機
30.姿勢角を検出するピッチング=131、方向角を
検出するためのジャイロ32、各推進ジヤツキ16の荷
重を検出するセンサ34、およびカッタヘッド10に加
わる3軸方向の土圧を検出するための土圧計36等が搭
載されている。 そし、て、これらの検出信号と予め決定されている計画
路線との関係から次の様な方向制御を行なうようにし、
でいる。 すなわち、第2図に示すように、まず、現在のシールド
掘削機の位置と姿勢を計測しくステップi、oo)、次
いで目標地点でのシールド掘削機の位置と姿勢を算出す
るようにしている(ステップ110)。現在位置は掘削
機に搭載された受信機30により既知の発振源からの信
号を受信することにより検出され、また、ジャイロ32
により姿勢の検出が可能であり、また、[′1標地点の
位置と姿勢は計画路線の座標を記録しているメモリから
読み込むことにより容易に求めることができる。 次いで、この現在値と目標値を算出しまた後、現在シー
ルド掘削機に作用している土圧ベクトルの方向角を測定
しくステップ120)、土圧ベクトルによるシールド掘
削機の流れを考慮(5た目標値の修正を行なうようにL
2ている(ステップ13o)これは第3図に示すように
、シールド掘削機が直前の位置(図中1点鎖線)がら現
在位置(図中実線)に至るまで目標位置(図中破線)に
向って掘削されるが、土圧ベクトル(矢印)が作用して
いるので、掘進ベクトルとの合力により目標位置に正し
く一致しない(変位角G)。このため、ステップ110
にて設定した目標値を修正しなければ、同様に掘削機が
土圧ベクトルにより[1標値がら変位してしまう。した
がって、予め掘削機の流れか生じた状態で目標値に到達
櫨るよ、うに、[−4標値を修正するのである1、これ
を垂直方向における修正について第3図を参照し5で説
明する。 シールド掘削機の進省]方向をZ軸と(、た場合、現在
位置は(X a=  y−1Z −) 、また姿勢は(
α。 β。)(但(、αはビツブーング角、βはヨーイング角
である)と
The embodiments of the automatic direction control method for a shield excavator according to the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. Figure 1 is a block diagram of the automatic direction control device of a shield excavator, Figure 2 is a diagram for direction control, and Figure 1 is a chart. First, a seal excavator equipped with an automatic direction control device 13 has a front shield 12 equipped with a cutter head at the tip, and a rear shield 14 fitted to the rear end.
Both shields 12 and 14 are linked by a plurality of propulsion jacks 16 arranged along the circumferential direction of the shield in order to control the direction of the cutter head J80, and a rear shield 14fl; The end face of the constructed segment) 18 is used as the thrust reaction force support surface, and the Rudji Totsuki 20 has been investigated. A front gripper 22 and a rear gripper 24 are provided so as to be able to extend over the earth mine wall, and the front gripper 22 and the rear gripper 24 are protruded when the rear shield 14 is advanced and the rear gripper 24 is protruded and fixedly held when the front shield 12 is advanced, respectively. Such an excavator includes a receiver 30 for detecting its own position, a pitching 131 for detecting the attitude angle, a gyro 32 for detecting the direction angle, and a sensor 34 for detecting the load of each propulsion jack 16. and an earth pressure gauge 36 for detecting earth pressure in three axial directions applied to the cutter head 10. From the relationship between these detection signals and the predetermined planned route, the following is determined. directional control,
I'm here. That is, as shown in Fig. 2, first, the current position and attitude of the shield excavator are measured (steps i, oo), and then the position and attitude of the shield excavator at the target point are calculated (steps i, oo). Step 110). The current position is detected by a receiver 30 mounted on the excavator receiving a signal from a known oscillation source, and a gyro 32
['1] The position and orientation of the landmark can be easily determined by reading the coordinates of the planned route from the memory. Next, after calculating the current value and target value, the direction angle of the earth pressure vector currently acting on the shield excavator is measured (step 120), and the flow of the shield excavator due to the earth pressure vector is taken into account (step 5). L to correct the target value
2 (Step 13o) As shown in Figure 3, the shield excavator moves from its previous position (dashed line in the figure) to the current position (solid line in the figure) to the target position (dashed line in the figure). However, since the earth pressure vector (arrow) is acting, the resultant force with the excavation vector does not correctly match the target position (displacement angle G). For this reason, step 110
If the target value set in is not corrected, the excavator will similarly be displaced by one target value due to the earth pressure vector. Therefore, if the target value is reached with the flow of the excavator occurring in advance, the target value is corrected by [-4. do. If the shield excavator's progress] direction is the Z-axis (, then the current position is (X a = y-1Z -) and the attitude is (
α. β. ) (where, α is the bitbung angle and β is the yaw angle) and

【5て表すことができる。こC)ときσ)土
圧ベクトルの作用角度をγ。とする。同様に現在位置に
至るまでの値は (Xi、  yl+  zl)、(α
t、βl)、71%また目標点の稙は(x、、i’5’
 n+1+  Z n11)、 (α、や7.βn+1
) 、γ。。、と【、て表すことができる。過去から現
在にj゛る過程で実際のピッチ角度の変位を所定のスノ
くンでみると、Σ((3’ +++−V’ l)/(Z
 l+l  Z +)l・・・・・(1)となる。但1
.. i=o〜n弓である。 したか−)で、単位ベクトル角当りの変位係数K。 は、 K 、=: Σf(y +++−y +)/(z 1+
1− z i)l/Σt、 a nγ・・・・・・(2
) と1.で求める二とができる。 そこで、当所の[181標ピツチング角をαゎ+1、掘
削機の流れを考慮した修肛目標ピッチング角をα7,1
”とすると、 α、、=α、ヤ1  knγ。 ・・・・・・(3)と
し7て求めることができるのである。 このような処理を水平方向についても行ない、修止ヨー
イング角を求める。 この一連の処理は、第1図において、目標修正係数演算
器38により前記(2)式による演算を行ない、この演
算結果を入力する修正目標値演算器40では上記(3)
式に基づく演算か行な才、)れる3、目標値の修正が完
了すると、次いで、荷重分布の[J標値の修正を行なう
ように12でいる(ステ・ツブ140)。これは、目標
値に合わせて推進ジヤツキ16の荷重分布を設定(2て
も、地盤の変位特性により正確に目標地点に達し2ない
からであり、このため、予め貫入試験を行ない、地盤変
位特性を算出するよ、うに【5ている(ステップ150
)。 この原理を第4図に基づい−C説明する。 第4図(1)に示すように、現在位置からt−1標0.
)姿勢、位置に向くように、各推進ジャ・ンキ〕6σ)
圧力11標値を設定するわけであるが、目標に対lて調
整するピッチング角Δαとヨーイング角Δβは、次式で
りえら第1る。 Δα;−”αゎ、−1−α7 ・・・・・・(4)Δβ
−・β14.− β。、 ・・・・・・(5)いま垂直
力向のみを考慮し7てΔαを算出Jる場合を考え、ると
、第4図(2)に示すように圧力分布を!−1える必要
があるが、これを直接[]標値から算出すると、−ト述
したように地盤変位特性により、目標から変位し、でし
まう。そこで、予め推進ジヤツキ16の荷重分布f1〜
f、を同図(3)へのように求めておき、また、シール
ド掘削機に設けた貫入試験機により同図(3)Bのよう
な貫入応力σと変位εの特性を各ジヤツキ16に対応し
て算出する。そして、この特性線図に対して先の荷重分
布f、〜f、と作用面積へから各荷重に対する変位ε、
〜C5を算出する(同図(3)C)。この変位ε、〜ε
、の分布は、地盤変位特性に対し、てLjえるべき荷重
分布に相当するので、この分布の傾きを次式で算出する
。 tanΔα= (1/(n−1,)l ・Σ+(ε+−
E 1)/111+”’ ”’ (6)ただし、i=2
にnである。なお、1・、記lは貫入試験位置間の距離
を示す。 (またがって、この(6)によって算出された結果を推
進ジヤツキ16への荷重分布として出力することにより
、地盤変位特性を加味した制御ができる。 このような処理は、同様に水平方向に−)いても行ない
、前記Δβを求めるようにする。 これらは、第1図に示しているように、各推進ジヤツキ
16に設けたセンサ34からの信号と、貫入試験装置4
2によって得られた変位特性を算出する変位特性演算器
44からの信号とを設定荷重分布演算器46に出力し、
ここで前記(6)式に基づいた演算を行なわせるように
している。また、設定荷重分布演算器46には前記土圧
ベクトルによる修正目標値演算器40からの信号も入力
させ、掘削機の流れを考慮して修正された目標値に対し
。 ての荷重分布を演算させるものとしている。そし。 で、このような設定前重分41演算器46の出力は推進
ジヤツキ16の制御器48に出力され、出力信号に基づ
いた推進圧力やストロークとなるように各推進ジヤツキ
16を調整するのである(ステップ160)。 その後は、推進ジヤツキ16の荷重分布を旧劇しくステ
ップ170)、これをステップ14における荷重分布の
目標値設定に利用するとともに、ステップ100に戻し
、現在の位置・姿勢の旧劇に利用するのである。 このようにし、で、設定荷重にしたがって推進ジヤツキ
16が駆動され、シールド掘削機が掘進させZ〉ことに
より、[]標掘削言1画線に正確に倣って進行1゜2、
高い精度の推進作業を行なわせることができるのである
。 なお、上記実施例においては、土圧ベクトルの作用によ
る掘削機の流れを補正した目標値の修正を行なった後に
、地盤変位を加味した荷重分布の設定を行なうようにし
ているが、掘削箇所が硬い地層の場合にはシールド掘削
機の流れは問題にならないので、直接推進荷重の分布の
設定を行なって掘削させるようにし、でもよい。もちろ
ん甲独で掘削機の流れを考慮しまた目標値の修正を行な
う制御をt)なうことも可能である。 【発明の効果】 以」−説明したように、本発明に係るシールド掘削機の
自動方向制御力法によれば、切羽側からシールド掘削機
の前面に加わる土圧ベクトルを測定し、過去の土圧ベク
トルに対する実際の変位から修■係数を算出(2、この
係数に応じて前記測定1圧ベクトルを補正して目標方向
を修正シ15、これに続けて、あるいは単独で、シール
ド掘削機の前面地盤の変位特性を求め、この変位特性と
推進ジヤツキの現前重分4]による地盤変位を求めて予
測荷重分布を算出し、この予測荷重分布に基づいて掘進
時の方向制御を行なうようにし、たので、掘削機前面に
加わる力ベクトルを測定して過去の掘削機の流れ量との
相関を考慮し7て、将来の流れ量を減少させ、また、掘
削機の変位を予測し7ながら推進することにより高精度
な方向制御を実現することができるシールド掘削機の自
動方向とすることかできる効果が得られる。
It can be expressed as [5]. C) When σ) The angle of action of the earth pressure vector is γ. shall be. Similarly, the values up to the current position are (Xi, yl+zl), (α
t, βl), 71%, and the edge of the target point is (x,,i'5'
n+1+ Z n11), (α, or 7.βn+1
), γ. . , and [, can be expressed as. If we look at the actual pitch angle displacement in the process of moving from the past to the present, we find that Σ((3'+++-V' l)/(Z
l+l Z +)l...(1). However, 1
.. .. i=o~n bow. ) is the displacement coefficient K per unit vector angle. is K, =: Σf(y +++−y +)/(z 1+
1-z i)l/Σt, a nγ...(2
) and 1. You can get the two you want. Therefore, our [181 standard pitching angle is αゎ+1, and the repair target pitching angle considering the flow of the excavator is α7,1.
”, then α, , = α, y1 knγ. It can be obtained as (3) and 7. This process is also performed in the horizontal direction to find the corrected yawing angle. In this series of processing, as shown in FIG. 1, the target correction coefficient calculator 38 calculates the above equation (2), and the corrected target value calculator 40 inputting the calculation result calculates the above (3).
When the correction of the target value is completed, the process proceeds to Step 12 to correct the target value of the load distribution (step 140). This is because even if the load distribution of the propulsion jack 16 is set according to the target value (2), it will not reach the target point accurately due to the displacement characteristics of the ground. Calculate (step 150)
). This principle will be explained based on FIG. As shown in FIG. 4 (1), from the current position to the t-1 mark 0.
) Move each thrust so that it faces the posture and position.
The pressure 11 target value is set, and the pitching angle Δα and yawing angle Δβ to be adjusted with respect to the target are determined by the following equation. Δα;−”αゎ、−1−α7 ・・・・・・(4) Δβ
-・β14. −β. , ...(5) Now consider the case where Δα is calculated by considering only the vertical force direction. Then, the pressure distribution is as shown in Figure 4 (2)! -1, but if this is calculated directly from the target value, it will be displaced from the target due to the ground displacement characteristics as mentioned above. Therefore, in advance, the load distribution f1 of the propulsion jack 16 is
f, as shown in (3) of the same figure, and the characteristics of the penetration stress σ and displacement ε as shown in (3) B of the same figure are determined for each jack 16 using a penetration tester installed in the shield excavator. Calculate accordingly. Then, for this characteristic diagram, from the load distribution f, ~f, and the action area, the displacement ε for each load,
~C5 is calculated ((3)C in the same figure). This displacement ε, ~ε
Since the distribution of , corresponds to the load distribution that should be maintained with respect to the ground displacement characteristics, the slope of this distribution is calculated using the following equation. tanΔα= (1/(n-1,)l ・Σ+(ε+-
E 1)/111+”'”' (6) However, i=2
n. Note that 1. and 1 indicate the distance between the penetration test positions. (Also, by outputting the result calculated in (6) as a load distribution to the propulsion jack 16, control that takes into account the ground displacement characteristics can be performed.Such processing can also be performed in the horizontal direction.) Δβ can be determined by performing the same procedure even if the As shown in FIG.
outputting the signal from the displacement characteristic calculator 44 for calculating the displacement characteristic obtained in step 2 to the set load distribution calculator 46;
Here, calculations are performed based on equation (6). In addition, a signal from the corrected target value calculator 40 based on the earth pressure vector is also input to the set load distribution calculator 46, and the target value is corrected in consideration of the flow of the excavator. It is assumed that the load distribution of all parts is calculated. stop. The output of the pre-setting weight 41 calculator 46 is output to the controller 48 of the propulsion jack 16, and each propulsion jack 16 is adjusted so that the propulsion pressure and stroke are based on the output signal ( Step 160). After that, the load distribution of the propulsion jack 16 is determined in step 170), and this is used to set the target value of the load distribution in step 14, and the process is returned to step 100, where it is used to determine the current position and attitude. be. In this way, the propulsion jack 16 is driven according to the set load, and the shield excavator excavates (Z).
This allows for highly accurate propulsion work. In the above embodiment, the load distribution is set in consideration of ground displacement after the target value is corrected for the flow of the excavator due to the action of the earth pressure vector. In the case of hard strata, the flow of the shield excavator is not a problem, so the distribution of the propulsion load may be directly set for excavation. Of course, it is also possible for both companies to take into account the flow of the excavator and perform control to correct the target value. [Effects of the Invention] - As explained above, according to the automatic directional control force method for a shield excavator according to the present invention, the earth pressure vector applied to the front of the shield excavator from the face side is measured, and the past earth pressure vector is measured. Calculate the correction coefficient from the actual displacement with respect to the pressure vector (2. Correct the measured pressure vector according to this coefficient to correct the target direction). The displacement characteristics of the ground are determined, and the predicted load distribution is calculated by determining the ground displacement based on this displacement characteristic and the current weight of the propulsion jack, and the direction control during excavation is performed based on this predicted load distribution. Therefore, by measuring the force vector applied to the front of the excavator and considering the correlation with the past flow rate of the excavator, we can reduce the future flow rate, and also predict the displacement of the excavator and increase the speed of propulsion. By doing so, it is possible to achieve the effect of making the shield excavator automatically oriented, which can realize highly accurate directional control.

【図面の簡単な説明】 第1図は実施例に係る「J動力向制御力法を実施するだ
めの装置構成の概略図、第2図は実施例に係る自動方向
制御力法のフローチーヤー・1・、第3図はシールド掘
削機の」二圧ベクトルによる流れの説明図、第4図は推
進荷重分布の算出方法の説明図である。  10・・・
・・・カッタヘッド、12・・・・・・フロントシール
ド、14・・・・・・リアシールド、16・・・・・・
推進ジヤツキ。 第2図
[Brief Description of the Drawings] Figure 1 is a schematic diagram of the configuration of an apparatus for implementing the J-power direction control force method according to the embodiment, and Figure 2 is a flowchart 1 of the automatic direction control force method according to the embodiment.・Figure 3 is an explanatory diagram of the flow by the two-pressure vector of the shield excavator, and Figure 4 is an explanatory diagram of the calculation method of the propulsion load distribution. 10...
...Cutter head, 12...Front shield, 14...Rear shield, 16...
Propulsion jack. Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)、シールド掘削機の前面地盤の変位特性を求め、こ
の変位特性と推進ジャッキの現荷重分布による地盤変位
を求めて予測荷重分布を算出し、この予測荷重分布に基
づいて掘進時の方向制御を行なうことを特徴とするシー
ルド掘削機の自動方向制御方法。 2)、切羽側からシールド掘削機の前面に加わる土圧ベ
クトルを測定し、過去の土圧ベクトルに対する実際の変
位から修正係数を算出し、この係数に応じて前記測定土
圧ベクトルを補正して目標方向を修正することを特徴と
するシールド掘削機の自動方向制御方法。 3)、予め切羽側からシールド掘削機の前面に加わる土
圧ベクトルを測定し、過去の土圧ベクトルに対する実際
の変位から修正係数を算出し、この係数に応じて前記測
定土圧ベクトルを補正して目標方向を修正した後、前記
シールド掘削機の前面地盤の変位特性を求め、この変位
特性と推進ジャッキの現荷重分布による地盤変位を求め
て予測荷重分布を算出し、掘進時の方向制御を行なうこ
とを特徴とするシールド掘削機の自動方向制御方法。
[Claims] 1) Determine the displacement characteristics of the ground in front of the shield excavator, determine the ground displacement based on this displacement characteristic and the current load distribution of the propulsion jack, calculate the predicted load distribution, and calculate the predicted load distribution based on this predicted load distribution. 1. An automatic direction control method for a shield excavator, characterized in that the direction is controlled during excavation using a shield excavator. 2) Measure the earth pressure vector applied to the front of the shield excavator from the face side, calculate a correction coefficient from the actual displacement with respect to the past earth pressure vector, and correct the measured earth pressure vector according to this coefficient. An automatic direction control method for a shield excavator, characterized by correcting a target direction. 3) Measure the earth pressure vector applied to the front of the shield excavator from the face side in advance, calculate a correction coefficient from the actual displacement with respect to the past earth pressure vector, and correct the measured earth pressure vector according to this coefficient. After correcting the target direction using An automatic direction control method for a shield excavator, characterized in that:
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100414822B1 (en) * 2001-09-26 2004-01-13 주식회사 대석엔지니어링 An excavator head for useing back hoe
CN109209418A (en) * 2018-09-28 2019-01-15 三重型装备有限公司 Development machine and its control method
CN115788477A (en) * 2023-02-06 2023-03-14 太原理工大学 Self-adaptive cutting control system and method for heading machine

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