JPH0525994A - プレライニング機の自動制御装置 - Google Patents
プレライニング機の自動制御装置Info
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- JPH0525994A JPH0525994A JP3206279A JP20627991A JPH0525994A JP H0525994 A JPH0525994 A JP H0525994A JP 3206279 A JP3206279 A JP 3206279A JP 20627991 A JP20627991 A JP 20627991A JP H0525994 A JPH0525994 A JP H0525994A
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Abstract
ト、削孔およびモルタル注入をオペレータに頼ることな
く自動化し、迅速かつ正確に地山補強を行う。 [構成] オーガ架台19用の多関節支持体を有するプ
レライニング機1と、車体3側とオーガ架台19側に設
置したターゲットミラー31,32,33,34と、ト
ンネル内に設置した自動測量装置35と、多関節支持体
の作動状況を検出するセンサとを備え、自動測量装置3
5から各ターゲットミラー31〜34にレーザ光を照射
してプレライニング機1及びオーガ架台19の位置,方
向を計測し、この計測結果と各センサ情報に基きオーガ
架台19の姿勢を自動制御し、かつオーガの引き抜き速
度に合わせて削孔にモルタルを自動注入する。
Description
山にトンネルを掘削する場合に、その切羽前方地山にア
ーチ状のコンクリート壁を構成して地山を補強するのに
用いられるプレライニング機の自動制御装置に係り、特
に切羽前方地山に対するプレライニング機のブームセッ
ト、削孔、モルタル注入を自動的に行うことができるプ
レライニング機の自動制御装置に関する。
の沈下を抑え、かつ切羽の安定性を図るために、トンネ
ルの切羽前方にプレライニング機によりアーチシェルを
構成して地山を補強する施工法が知られている(特開平
2−112595号公報)。
いてトンネルの切羽前方にトンネル断面に沿いアーチ状
のコンクリート壁(アーチシェル)を形成する場合は、
まず機械本体を施工位置まで移動させる。次に、オーガ
架台を支持する油圧式多関節機構を運転席にいるオペレ
ータのマニアル操作により作動させてオーガ架台を目標
位置にセットする。その後、コントロールレバーをマニ
アル操作することにより、オーガの回転数およびオーガ
の送り込み速度を調整しながら地山に孔をあける。そし
て、所定の長さに削孔がなされた後は、オーガを一定速
度で抜き方向に後退させながら、コントロールレバーを
マニアル操作することにより、モルタルポンプからオー
ガの中空部を通して孔内に注入されるモルタル注入量を
オーガの抜き速度に合わせて調節し、孔内をモルタルに
より充填することにより、地山内にプレライニングを構
築するようにしていた。
ような従来の施工方式では、オペレータのマニアル操作
により、オーガ架台のセット、削孔およびモルタル注入
を行うものであるため、オーガ架台の位置、方向決めに
時間がかかり、オペレータの負担が増大するとともに、
正確な位置および方向決めが困難で、ずれが生じ易い問
題があった。また、決められた長さの孔を正確に掘削で
きず、しかも、オーガの引き抜き速度に合わせてモルタ
ル量を注入することが難しく、構築されたアーチシェル
に障害が発生し易くなるほか、切羽の安定性、地表面の
安定性にも支障を来す問題があった。
ので、切羽前方の地山に対するオーガ架台のセット、削
孔およびモルタル注入をオペレータに頼ることなく自動
化し、迅速かつ正確に地山補強を行うことができるプレ
ライニング機の自動制御装置を提供することを目的とす
る。
に本発明は、駆動手段により回転される少なくとも1本
の削孔用オーガを進退可能に支持するとともに削孔用オ
ーガを進退させる送り手段を有するオーガ架台、トンネ
ル内を走行する走行台車、前記走行台車に支持されると
ともに前記オーガ架台をトンネルの切羽前方に削孔でき
る姿勢に移動させる多関節支持体、および前記多関節支
持体の各関節部をそれぞれの屈曲方向に動作させる各別
のアクチュエータ、前記オーガ内を通して削孔内に地山
補強用のモルタルを注入するモルタルポンプとを有する
プレライニング機と、前記走行台車上に設置されトンネ
ル切羽に対する位置を計測するためのターゲットミラー
と、前記オーガ架台に設置され、切羽前方の削孔位置に
対する位置および方向を検出するためのターゲットミラ
ーと、前記トンネル内の前記プレライニング機より後方
に位置する基準点に設置され、前記各ターゲットミラー
に対し光りビームを照射することにより基準点からの距
離および角度を計測する自動測量手段と、前記各関節部
のアクチュエータの作動状態を検出するセンサと、前記
自動測量手段からの距離および角度データと前記各セン
サからの情報に基づいて前記オーガ架台の現状位置と目
標位置とのずれ量を算出し、この算出結果に基づき前記
各アクチュエータを制御して前記オーガ架台を削孔許容
範囲内にセットする制御手段とから構成されていること
を特徴とする。また、本発明は、前記構成に加えて、削
孔用オーガの回転速度および送り量をそれぞれ検出する
センサと、前記オーガを送り手段により一定速度で引き
抜きながら削孔内にモルタルを注入するときに前記送り
量センサからの送り速度に基づいてモルタル注入量を算
出し、この算出結果により前記モルタルポンプの回転数
を制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
いて説明する。図1は、本発明によるプレライニング機
用自動制御装置の全体の構成図、図2はプレライニング
機の平面図、図3はその側面図、図4は地山補強状態を
示す施工状況図、図5は、トンネルの切羽前方に地山補
強用のアーチシェルを形成した状態を示す説明図、図6
は施工手順を示すフローチャートである。まず、図2〜
図4において、1はトンネルの切羽前方にアーチシェル
を構築するためのプレライニング機である。このプレラ
イニング機1は、前後および旋回方向に走行可能なクロ
ーラ2、およびクローラ2上に水平方向に旋回可能に設
置した車体3を備え、車体3上には、運転席4、クロー
ラ2および不図示の油圧ポンプ等の駆動源となる電動機
5、電動機5その他を制御する制御盤6等が設置されて
いる。また、7はクローラ2のフレーム2a上に設置し
たモルタルポンプである。なお、車体3には、車体3の
ローリングおよびピッチングを検出する各センサ(不図
示)が設けられており、この各センサで検出したデータ
は切羽に対するオーガ部の概略の位置決めに利用され
る。
し多関節支持体を構成する主ブーム9の一端が上下方向
に回動可能に枢着され、この主ブーム9はリフト用油圧
シリンダ10により上下方向に回動されるようになって
おり、また、主ブーム9の枢着部には、主ブーム9の角
度を検出するリフトエンコーダ11が取り付けられてい
る。主ブーム9の揺動端には、ブーム伸縮機構50が設
けてあり、このブーム伸縮機構50は、後述するオーガ
で削孔するとき、オーガ架台上にその長手方向に設置さ
れているスライド機構により前方へスライドさせながら
削孔するが、切羽までの距離が長くなってオーガ先端が
所定の位置まで届かないような場合に切羽までの距離を
調整するものである。51は主ブーム9の伸縮量を検出
するセンサである。また、ブーム伸縮機構50の先端に
は、副ブーム連結部材12が上下方向(ピッチング方
向)に回動可能に連結され、この連結部材12はチルト
用油圧シリンダ12aによってピッチング方向に傾き調
節できるようになっているとともに、その傾き角を検出
するチルトエンコーダ13を備える。連結部材12に
は、副ブーム14の一端が水平方向に揺動可能に枢着さ
れ、この副ブーム14はスイング用油圧シリンダ15に
よって水平方向に回動できるようになっているととも
に、そのスイング角を検出するスイングエンコーダ16
を備える。副ブーム14には、オーガ基台17が左右方
向(ローリング方向)に揺動可能に支持され、そして、
このオーガ基台17は枢支部に設けた油圧アクチュエー
タ17aによりローリング方向に回動できるようになっ
ているとともに、そのローリング角を検出するローリン
グエンコーダ18を備える。
前後方向にスライド可能に設置され、このオーガ架台1
9は油圧シリンダ20により前後方向に移動できるよう
になっているとともに、その移動量を検出するスライド
センサ21を備える。オーガ架台19上には、オーガ回
転用油圧モータ22aを有する掘進機構22がオーガ架
台19の長手方向にスライド可能に設置されており、掘
進機構22には、オーガ架台19の長手方向に伸びる複
数の削孔用オーガ23の一端が連結され、それぞれは掘
進機構22の油圧モータ22aにより回転されるように
なっているとともに、他端側は、オーガ架台19に取り
付けた振れ止め部材24によって支持されている。25
はオーガ架台19の後端に設置したオーガフィード用油
圧モータであり、この油圧モータ25の回転軸に設けた
スプロケット26と、オーガ架台19の先端に設けたス
プロケット27間には、エンドレスチェーン28が巻き
掛けられ、このエンドレスチェーン28は掘進機構22
に連結されている。29はオーガ23の回転速度を検出
するエンコーダであり、30はオーガ23の掘進量を検
出するエンコーダである。
ターゲットミラー、32はクローラ2の後部に位置する
フレーム2a上に設置した後方ターゲットミーラーであ
り、これらターゲットミラー31,32は、トンネルの
切羽に対するプレライニング機1の移動位置を計測する
ためのものである。また、33はオーガ架台19の先端
側に左右に位置して設置した複数のターゲットミラー、
34はオーガ架台19の後端側に設置したターゲットミ
ラーであり、前方の左右ターゲットミラー33はオーガ
架台19の左右方向の傾き(ローリング角)を計測する
ためのものであり、前方のターゲットミラー33と後方
のターゲットミラー34はオーガ架台19の前後方向の
傾き(ピッチング角)を計測するためのものである。
施されたトンネル36内の基準位置に設置した自動測量
装置であり、この測量装置35は、プレライニング機1
のセット位置を計測するとともに、オーガ架台19のロ
ーリング角(左右の傾き)およびオーガ架台19のピッ
チング角(前後の傾き)を計測するものである。自動測
量装置35は、レーザ発生源35aと、このレーザ発生
源35aから各ターゲットミラーに照射され反射してく
るレーザ光から三角測量法等によりターゲットミラーま
での距離を計測する光波距離計35bと、レーザ発生源
35aを水平方向に旋回して水平方向の傾き角度を計測
するエンコーダ等からなる水平傾き角計測器35cと、
レーザ発生源35aを垂直方向に旋回して垂直方向の傾
き角度を計測するエンコーダ等からなる垂直傾き角計測
器35dとから構成される。また、自動測量装置35に
は、制御ユニット37が接続されている。この制御ユニ
ット37は、光波距離計35b、水平傾き角計測器35
cおよび垂直傾き角計測器35dにより計測した距離お
よび角度を基にターゲットミラー31〜34の座標値を
計算するものであり、この座標値データはプレライニン
グ機1に無線送信され、プレライニング機1側でオーガ
架台19の絶対座標を演算するとともに、オーガ架台1
9の現在位置と目標位置とのずれを演算する。また、図
4において、38はトンネル36の切羽、39はプレラ
イニング機1により地山に構築されたプレライニング用
アーチシェルである。
おいて、40は、プレライニング機1に搭載された制御
装置であり、この制御装置40は、プレライニング機全
体を制御し管理するCPU401、制御用のプログラム
およびCPU401での演算結果などの各種データを格
納するメモリ402と、入出力インタフェース403を
備える。入出力インタフェース403には、種々のデー
タおよび指令を与えるキーボード41,CRT等からな
るモニタ表示装置42および自動測量装置35の制御ユ
ニット37とデータの送受を行う送受信機43がそれぞ
れ接続されている。さらに、入出力インタフェース40
3には、プレライニング機1の各種エンコーダおよびセ
ンサ類44が接続されているとともに、プレライニング
機1の各種油圧シリンダおよび油圧モータ等に制御指令
を与えて駆動回路45が接続されている。
全体を制御し管理するCPU371と、処理プログラ
ム、CPU371での演算結果および自動測量装置35
からの計測データ等を格納するメモリ372と、入出力
インタフェース373を備える。入出力インタフェース
373には、自動測量装置35およびプレライニング機
1側の送受信機43とデータの送受を行う送受信機46
がそれぞれ接続されている。
施工動作を図6のフローチャートを参照して説明する。
まず、エンジン5を起動して本体、即ち、プレライニン
グ機1を手動運転にてトンネル切羽38に正対する施工
位置まで移動する(ステップS1)。次のステップS2
では、測量装置35を動作させて、プレライニング機1
のターゲットミラー31,32に向けレーザ発生源35
aからレーザ光を照射し、ターゲットミラー31,32
から反射してくるレーザ光を光波距離計35bで受けて
プレライニング機1までの距離を計測するとともに、こ
のときの水平傾き角および垂直傾き角をそれぞれの計測
器35cおよび計測器35dにより計測し、これら計測
データを制御ユニット37に送り込むことにより、プレ
ライニング機1の位置座標を求める。そして、次のステ
ップS3では、本体の位置データを送受信機46を通し
てプレライニング機1へ送信する。
た本体の位置データを送受信機34で受信して制御装置
40のCPU401に取り込み、プレライニング機1の
移動位置がオーガ架台19の削孔許容範囲にセットされ
ているかを判定する(ステップS4)。ここで、削孔許
容範囲でないと判定されたときはステップS1に戻り、
再びプレライニング機1を移動することにより削孔許容
範囲内にセットする。また、プレライニング機1がオー
ガ架台19の削孔許容範囲内にセットされていると判定
されたときは、次のステップS5に移行してオーガ架台
19の削孔位置に対する姿勢を決める主ブーム9、副ブ
ーム14およびオーガ架台19の上下方向、水平方向、
ピッチングおよびローリング方向の作動状況をそれぞれ
のエンコーダおよびセンサにより検出して制御装置40
のCPU401に取り込み、この各検出データと目標位
置データとのずれ量を算出する。そして、次のステップ
S6では、算出結果に基づいて、主ブーム9、副ブーム
14およびオーガ架台19などの各油圧シリンダを制御
し、ブームを移動させてオーガ架台19の位置、方向
(姿勢)を補正する。この時、ブームの1次移動にて補
正される位置はブーム等のがた、たわみ等によるもので
ある。その後、ステップS7において、自動測量装置3
5のレーザ発生源からのレーザ光をオーガ架台19側の
各ターゲットミラー33,34に照射し、その反射光を
測量装置35で受けることにより、基準点からの距離お
よびオーガ架台19の左右方向(ローリング方向)と前
後方向(ピッチング方向)の傾き、即ちオーガ架台の位
置と方向を計測する。この計測結果の各データは、制御
ユニット37で処理された後、送受信機46によりプレ
ライニング機1側へ送信される。(ステップS8)。
送受信機43で受信してCPU401に送り込み、この
計測結果と各エンコーダおよびセンサから取り込んだ情
報に基づく現状のオーガ架台19の方向,位置とを比較
して両者のずれ量を算出する(ステップS9)。そし
て、次のステップS10において、ずれ量が削孔許容範
囲内かを判定する。ここで、削孔許容範囲外であると判
定されたときは、ステップS11に進み、ステップS6
と同様にブームを2次移動させて再度オーガ架台の位置
計測を実行し、ずれ量が許容範囲内になるまで計測と移
動を繰り返す。
内であると判定されたときは、ステップS12に移行
し、掘進用油圧モータ22aおよびオーガフィード用モ
ータ25を起動することにより、オーガ23を回転し、
かつ推進して切羽38の前方地山を削孔する。このと
き、オーガ23の推進量をエンコーダ30により検出
し、この検出信号をCPU401に取り込むことによ
り、削孔長が所定の長さに達したかを判定し、(ステッ
プS13)、所定長に達したことが判定されると、オー
ガ23が停止する。(ステップS14)。その後、ステ
ップS15に示すモルタルの注入動作に移行する。
用油圧モータ25が後退方向に起動されるとともに、モ
ルタルポンプ7が起動される。これによりオーガ23が
一定の速度で引き抜かれると同時に、この引き抜き速度
に合わせて演算したモルタル注入量がモルタルポンプ7
からオーガ内を通して、削孔内に注入される。そして、
次のステップS16において、予め、判明している削孔
長に応じたモルタル注入が終了したかを判定する。削孔
へのモルタル注入が終了したことが判定されると、次の
ステップS17に移行して、切羽37の前方地山に対す
る全ての削孔およびモルタル注入が終了したかを判定す
る。終了しない場合は、ステップS5に戻り、ステップ
S5以下の処理を繰り返し実行する。
ング機1により切羽前方の地山に、その断面方向に沿っ
て5回にわたり、プレライニング、即ちアーチシェル3
9を構築した場合を示す。なお、図5において、50は
吹付けコンクリートである。
ニング機の位置およびオーガ架台の位置,方向を基準点
に設置した自動測量装置により計測し、この測量結果と
ブーム部分の各センサ情報からずれ量を算出し、このず
れ量に応じて各油圧シリンダを制御することにより、オ
ーガ架台を削孔許容範囲内へ自動的にセットできるよう
にしたので、トンネル切羽に対するオーガ架台の位置を
短時間にかつ正確にセットでき、人手も要しなくなると
共に、切羽前方の地山の補強施工能率が向上し、省人力
化も容易に実現できる。また、オーガ部には、その推進
位置を検出するエンコーダおよびオーガの回転速度を検
出するエンコーダを設け、これによって削孔長を制御で
きるようにしたので、決められた削孔長を正確に掘削で
きるほか、オーガの引き抜き速度に合わせてモルタルポ
ンプの回転数を制御できるようにしたので、削孔への正
確な量のモルタル注入が可能になり、アーチシェルを安
定して構築できるとともに、切羽の安定性、地表面の安
定性を確保できる。
勢を目標位置へセットする機構は、上記実施例に示す構
成のものに限らず、他の多関節機構でも良いほか、その
他の機構も請求項に記載した範囲を逸脱しない限り種々
変形し得る。
レライニング機のトンネル切羽に対する位置およびオー
ガ架台の位置,方向を基準点に設置した自動測量装置に
より計測し、この測量結果と多関節機構の各関節部の作
動状況を検出するセンサ情報とからずれ量を算出して、
このずれ量に応じオーガ架台を削孔許容範囲内に自動的
に制御するようにしたので、トンネル切羽に対するオー
ガ架台の位置を短時間にかつ正確にセットすることがで
き、省人力化も可能になる。また、削孔へのモルタル注
入時は、オーガの引き抜き速度に合わせてモルタルポン
プの回転数を制御できるようにしたので、削孔へのモル
タル注入を正確にできるほか、オーガ架台のセット,削
孔,およびモルタル注入の一連の作業を自動化できると
いう効果がある。
ブロック図である。
図である。
図である。
ルを形成した状態を示す説明図である。
トである。
Claims (2)
- 【請求項1】 駆動手段により回転される少なくとも1
本の削孔用オーガを進退可能に支持するとともに削孔用
オーガを進退させる送り手段を有するオーガ架台、トン
ネル内を走行する走行台車、前記走行台車に支持される
とともに前記オーガ架台をトンネルの切羽前方に削孔で
きる姿勢に移動させる多関節支持体、および前記多関節
支持体の各関節部をそれぞれの屈曲方向に動作させる各
別のアクチュエータ、前記オーガ内を通して削孔内に地
山補強用のモルタルを注入するモルタルポンプとを有す
るプレライニング機と、 前記走行台車上に設置されトンネル切羽に対する位置を
計測するためのターゲットミラーと、 前記オーガ架台に設置され、切羽前方の削孔位置に対す
る位置および方向を検出するためのターゲットミラー
と、 前記トンネル内の前記プレライニング機より後方に位置
する基準点に設置され、前記各ターゲットミラーに対し
光りビームを照射することにより基準点からの距離およ
び角度を計測する自動測量手段と、 前記各関節部のアクチュエータの作動状態を検出するセ
ンサと、 前記自動測量手段からの距離および角度データと前記各
センサからの情報に基づいて前記オーガ架台の現状位置
と目標位置とのずれ量を算出し、この算出結果に基づき
前記各アクチュエータを制御して前記オーガ架台を削孔
許容範囲内にセットする制御手段と、 を備えたことを特徴とするプレライニング機の自動制御
装置。 - 【請求項2】 請求項1において、前記削孔用オーガの
回転速度および送り量をそれぞれ検出するセンサと、前
記オーガを送り手段により一定速度で引き抜きながら削
孔内にモルタルを注入するときに前記送り量センサから
の送り速度に基づいてモルタル注入量を算出し、この算
出結果により前記モルタルポンプの回転数を制御する制
御手段を設けたことを特徴とするプレライニング機の自
動制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3206279A JP2588077B2 (ja) | 1991-07-22 | 1991-07-22 | プレライニング機の自動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3206279A JP2588077B2 (ja) | 1991-07-22 | 1991-07-22 | プレライニング機の自動制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0525994A true JPH0525994A (ja) | 1993-02-02 |
JP2588077B2 JP2588077B2 (ja) | 1997-03-05 |
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ID=16520689
Family Applications (1)
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JP3206279A Expired - Lifetime JP2588077B2 (ja) | 1991-07-22 | 1991-07-22 | プレライニング機の自動制御装置 |
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