JPH06272261A

JPH06272261A - ケーソン工法における掘削機制御方法

Info

Publication number: JPH06272261A
Application number: JP8936393A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Tanaka; 薫田中; Takashi Kunaigo; 隆宮内後; Kanji Tsubakihara; 莞爾椿原; Satoshi Shimada; 智島田
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1993-03-24
Filing date: 1993-03-24
Publication date: 1994-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】掘削機コントローラに設定した制御プログラ
ムを容易に変更できるようにする。【構成】掘削機に搭載した掘削機コントローラ５０の
ＲＯＭ５３には、ダウンロード用のプログラムが格納し
てある。そして、地上の操作室６２に設けた地上コント
ローラ４６と掘削機コントローラ５０とは、通信回線４
４を介して接続してある。地上コントローラ４６は、操
作入力部６６によって選択された掘削作業モードに対応
した作業プログラムを外部記憶装置６８から読み出し、
掘削機コントローラ５０に転送する。掘削機コントロー
ラ５０のＣＰＵ５１は、転送されてきた作業プログラム
をＲＡＭ５４に書き込み、この書き込んだプログラムに
従って掘削機を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ケーソン内の地盤を掘
削する掘削機の制御方法に係り、特に大深度を掘削する
掘削機を制御するのに好適なケーソン工法における掘削
機制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地下空間の有効利用を図るため
に、オープンケーソン工法によって地中深く立坑を掘削
することが行われており、立坑の掘削深さが１００ｍを
超える場合も少なくない。このような深さを掘削する場
合、ケーソンの内部に湧水が生じて掘削機が水没し、オ
ペレータの目視による運転が不可能であるため、掘削機
の遠隔操作による水中自動掘削が行われる。この場合、
掘削機は、ケーソンの周方向にリング状に敷設した走行
レールの上を、掘削と走行とを繰り返しつつ移動する。
そして、掘削機をケーソン内に吊り下ろしたり、ケーソ
ンから地上に引き上げる機構は、例えば特開平３−１１
５６１９号公報に示されているように、走行レールの切
断された一部分をケーソンの上下方向に移動できる昇降
フレームに固定し、この昇降フレームに固定したレール
に自走式の掘削機を支持させて昇降フレームを昇降せる
ことにより行っている。

【０００３】ところで、従来のケーソン工法における掘
削機制御方法は、地上の操作室などに掘削機を制御する
コントローラを設け、地中の掘削機には、バッケトシリ
ンダや水中駆動モータ等のアクチュエータだけを搭載
し、地上コントローラに、掘削機による複数の掘削作業
モードを予め定めて設定し、地上コントローラにより掘
削制御を行うようにしていた。

【０００４】しかし、掘削機による掘削作業現場は、地
上から１００ｍ以上も離れており、地上コントローラと
地中の掘削機とを結ぶ長い電源ケーブル、通信ケーブル
等をウインチに巻回して敷設しなければならないため、
芯数を減らす必要がある等の制約から、地上コントロー
ラと地中の掘削機との間で高速のデータ通信を行うこと
ができない。このため、地上コントローラと掘削機との
通信は、高速通信には適していないモデムを介した変調
方式によっている。この結果、地上のコントローラから
地中の掘削機に送られる制御信号や、掘削機に設けたセ
ンサの検出信号が地上コントローラに届くまでに相当の
時間を必要とし、掘削機の応答が遅れが生ずる。また、
制御に必要な位置座標やゲイン値等の大容量の制御パラ
メータを制御と同時にその都度地上コントローラから掘
削機に転送することは困難である。

【０００５】そこで、掘削機にコントローラを搭載し、
掘削機側のコントローラ（掘削機コントローラ）に予め
定めた複数の掘削作業モードを設定し、掘削機コントロ
ーラによって制御ループを形成して掘削制御を行うよう
にしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の掘削
機に搭載したコントローラによって掘削機を制御する方
法は、複雑な複数の掘削作業モードをコントローラに設
定する必要があるため、掘削機コントローラの容量を大
きくしなければならず、掘削機のコストが増大する。そ
して、コストの削減を目的としてコントローラの容量を
小さくすると、設定できる作業モードが限定され、種々
の土質に対する効率的な掘削作業を行うことができな
い。しかも、掘削機にコントローラを搭載した場合、現
在設定してある作業モード以外の作業モードを設定した
いとき（例えば、地盤が硬く予定の掘削作業ができない
ために、硬い地盤に適した掘削作業モードを設定する場
合など）には、掘削機をわざわざ一度地上に引き上げ、
掘削機コントローラの制御パラメータを変更しなければ
ならず、作業効率が低下する。

【０００７】本発明は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、掘削機コントローラに設定した
制御プログラムを容易に変更することができるケーソン
工法における掘削機制御方法を提供することを目的とし
ている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係るケーソン工法における掘削機制御方
法は、地上に設けた地上コントローラと掘削機に搭載し
た掘削機コントローラとを通信回線を介して接続すると
ともに、前記掘削機コントローラにダウンロード機能を
持たせ、前記地上コントローラから前記掘削機コントロ
ーラに掘削作業プログラムを転送して掘削機コントロー
ラに掘削機を制御させることを特徴としている。

【０００９】

【作用】上記の如く構成した本発明は、掘削機コントロ
ーラがダウンロード機能を有しているため、地上コント
ローラ側から掘削機コントローラに現在の土質に適した
掘削作業モードのプログラムを転送し、このプログラム
だけを掘削機コントローラのメモリにセットする。そし
て、掘削機コントローラは、メモリにセットされたプロ
グラムに従ってセンサの検出信号を取り込み、フィード
バック制御による掘削機の制御を行い、地盤を掘削す
る。また、土質が変化した場合や予め予想した土質と異
なり、掘削作業が適切に行われないために作業モードを
変更したい場合には、地上コントローラから掘削機コン
トローラに新たな掘削作業モードのプログラムを転送
し、掘削機コントローラに設定した作業プログラムを書
き換えたり、制御パラメータの変更を行う。

【００１０】従って、掘削機コントローラは、多くの掘
削作業モードのプログラムを記憶する必要がなく、大容
量を必要とせず、掘削機のコストの増大を抑えることが
できる。また、プログラムを書き換える場合に、いちい
ち掘削機を地上に引き上げることなく容易にプログラム
を書き換えることができるため、掘削機の稼働効率が上
昇し、掘削作業の効率を高めることができる。

【００１１】

【実施例】本発明のケーソン工法における掘削機制御方
法の好ましい実施例を、添付図面に従って詳説する。

【００１２】図２は、本発明のケーソン工法における掘
削機制御方法が適用される掘削機を示したものである。
図２において、掘削機１０は、架台１２がケーソン１４
の内壁に設置した一対の走行レール１６、１８に支持さ
れている。この走行レール１６、１８は、円筒状のケー
ソン１４の周方向に沿って、リング状に設けてある。そ
して、掘削機１０は、自走式であって、架台１２に設け
た水中電動モータ２０によって駆動輪２２を駆動するこ
とにより、走行レール１６、１８に沿って移動できるよ
うになっている。

【００１３】架台１２には、作業機を構成しているブー
ム２４が回動自在に取り付けてある。また、ブーム２４
の先端部には、アーム２６が枢着してあり、アーム２６
の先端部にバケット２８が取り付けてある。さらに、架
台１２には、ブーム２４を回動させるブームシリンダ３
０が取り付けられ、ブーム２４とアーム２６の後端との
間には、アーム２６を回動させるアームシリンダ３２
が、アーム２６とバケット２８との間には、バケット２
８を回動させるバケットシリンダ３４が設けてある。

【００１４】なお、ブーム２４の回動支点には、架台１
２に対するブーム２４の回動量を検出するための、ポテ
ンショメータ等からなるブーム角センサ３６、アーム２
６の回動支点には、ブーム２４に対するアーム２６の回
動量を検出するアーム角センサ３８、バケット２８の回
動支点には、アーム２６に対するバケット２８の回動量
を検出するバケット角センサ４０が設けてある。

【００１５】これらの各センサ３６、３８、４０の検出
信号は、各シリンダ３０、３２、３４に設けたシリンダ
の油圧を検出する油圧センサや、駆動輪２２の回転量に
基づいて掘削機１０の位置を検出する位置センサ（いず
れも図示せず）の検出信号とともに、掘削機１０に搭載
した掘削機コントローラ５０に入力するようになってい
る。そして、掘削機コントローラ５０は、後述するよう
に、図示しない操作弁を介して、各シリンダ３０、３
２、３４に与える油圧を制御している。また、掘削機コ
ントローラ５０は、通信回線４４を介して地上に設けた
地上コントローラ４６に接続してあり、地上コントロー
ラ４６から制御プログラムを受け取るとともに、各セン
サの検出データ等を地上コントローラ４６に転送してい
る。

【００１６】掘削機コントローラ５０は、図１に示した
ように、中央演算処理装置（ＣＰＵ）５１を備え、この
ＣＰＵ５１にバス５２を介してＲＯＭ５３、ＲＡＭ５
４、通信制御部５５、出力インタフェース５６、入力イ
ンタフェース５７が接続してある。そして、ＲＯＭ５３
には、掘削機コントローラ５０のオペレーティングシス
テムや、通信制御部５５による通信を制御するプロトコ
ル、さらにはＣＰＵ５１が地上コントローラ４６から転
送されてきた掘削作業プログラム等をＲＡＭ５４に書き
込むダウンロード用のプログラムなどが格納してある。
また、ＲＡＭ５４は、掘削機コントローラ５０の主メモ
リであって、地上コントローラ４６からの作業プログラ
ムや各センサの検出データ等が書き込まれる。

【００１７】通信制御部５５は、モデム６０を介して通
信回線４４に接続してあって、地上との間で信号の授受
を行う。そして、出力インタフェース５６には、ブーム
シリンダ３０、アームシリンダ３２、バケットシリンダ
３４を作動する操作弁の駆動回路や水中電動モータの駆
動回路等が接続してあり、ＣＰＵ５１からこれらの駆動
回路に制御信号を与えることができるようになってい
る。また、入力インタフェース５７には、ブーム角セン
サ３６、アーム角センサ３８、バケット角センサ４０等
の各種センサが接続してあり、これらのセンサの検出信
号をＣＰＵ５１が読み込むことができるようになってい
る。

【００１８】地上コントローラ４６は、例えば掘削機１
０を昇降させたり、図示しない揚土機のグラブを移動さ
せるクレーンに設けた操作室６２に設けられ、掘削機コ
ントローラ５０の通信制御部５５と同様の通信制御部
（図示せず）を有していて、モデム６４を介して通信回
線４４に接続してある。また、地上コントローラ４６に
は、操作室６２内に設けた、掘削機１０を手動操作する
か自動操作するかの切換えを行うスイッチや操作レバー
等によって構成した操作入力部６６、掘削機１０による
掘削作業を制御する作業プログラムなどを格納したフロ
ピーディスク等の外部記憶装置６８が接続してある。さ
らに、操作室６２には、後述する掘削機１０による掘削
作業の状態を表示するモニタ表示装置７０、各種センサ
やアクチュエータなどが正常に作動しているかを表示で
きる表示パネル７２、揚土機を制御する揚土機制御部７
４が設けてあり、これらが地上コントローラ４６に接続
してある。

【００１９】なお、図２に示したＸ、Ｚは、バケット２
８の掘削方向の位置と、高さ方向の位置とを表示するた
めの座標である。

【００２０】図示しないオペレータは、掘削機１０の手
動操作、自動操作の選択や、予め行ったボーリング調査
等により、掘削位置における地盤の土質を予測し、その
土質に適した作業モードを操作入力部６６を介して選択
し、地上コントローラ４６に入力する。

【００２１】地上コントローラ４６は、操作入力部６６
のスイッチ等によって掘削機１０の自動運転が選択さ
れ、また掘削機１０の掘削作業モード、掘削機１０の走
行パターン等が選択されると、これらの選択された条件
に対応した掘削作業プログラムを外部記憶装置６８から
読み出し、モデム６４を介して通信回線４４に送出す
る。また、地上コントローラ４６は、操作入力部６６か
ら掘削機１０による予定掘削線が与えられると、図３の
破線に示したように、モニタ表示装置７０に与えられた
予定掘削線７６を表示する。

【００２２】掘削機１０に搭載してある掘削機コントロ
ーラ５０のＣＰＵ５１は、地上コントローラ４６の出力
したプログラム等のデータがモデム６０を介して通信制
御部５５に入力してくると、そのデータをＲＡＭ５４に
書き込む。そして、地上コントローラ４６から作業開始
命令が入力すると、ＲＡＭ１６に格納した掘削作業プロ
グラムに従って、各センサ３６、３８、４０等の検出信
号を入力インタフェース５７を介して読み込み、所定の
演算を行って各シリンダ３０、３２、３４を制御する。

【００２３】すなわち、ＣＰＵ５１は、ＲＡＭ５４に設
定されたプログラムに従って、所定の時間毎にブーム角
センサ３６、アーム角センサ３８、バケット角センサ４
０等の各種センサの検出信号を読み込み、ケーソン１４
内の底部地盤を掘削しつつ移動するバケット２８が図３
に示した予定掘削線７６と一致するように、架台１２に
対するブーム２４の回動量、ブーム２４に対するアーム
２６の回動量、アーム２６に対するバケット２８の回動
量を演算し、これらの求めた回動量が得られるように、
ブームシリンダ３０、アームシリンダ３２、バケットシ
リンダ３４の操作量を求め、出力インタフェース５６を
介してシリンダの操作弁を駆動する駆動回路に制御信号
を出力する。また、ＣＰＵ５１は、入力インタフェース
５７を介して読み込んだ各センサの検出データをＲＡＭ
５４に書き込むとともに、通信制御部５５を介して地上
コントローラ４６に転送する。

【００２４】地上コントローラ４６は、掘削機コントロ
ーラ５０からセンサの検出データが送られてくると、図
示しない掘削機動作演算部に検出データを入力し、掘削
機動作演算部が求めた掘削機１０の掘削作業の状態を図
３のようにモニタ表示装置７０に表示する。そして、地
上コントローラ４６は、掘削機コントローラ５０に設定
した作業モードによる掘削を行った結果、例えば現在掘
削している地盤の土質が予測より硬いため、図３の実線
に示したように、バケット２８が上方に逃げ、バケット
先端軌跡７８が図示のように予定掘削線７６より上側と
なる場合、掘削異常の表示や警報を発する。そして、オ
ペレータは、モニタ表示装置７０のバケット先端軌跡７
８を見て、より適切な掘削作業モードを操作入力部６６
を介して選択し、地上コントローラ４６に入力する。

【００２５】地上コントローラ４６は、新たな作業モー
ドが与えられると、その作業モードに対応したプログラ
ムを外部記憶装置６８から読み出し、プログラム書換え
命令とともに掘削機コントローラ５０に転送する。掘削
機コントローラ５０は、地上コントローラ４６からのプ
ログラム書換え命令に従ってＲＡＭ５４に書き込んであ
る作業プログラムを、新たな掘削作業プログラムに書き
換える。その後、掘削機コントローラ５０は、各シリン
ダ３０、３２、３４に供給する油圧を高める等の新たな
作業モードによる掘削を開始する。

【００２６】このように、実施例においては、掘削機１
０に搭載した掘削機コントローラ５０にダウンロード機
能を設け、現在掘削しようとする土質に適した作業プロ
グラムだけを地上コントローラ４６から掘削機コントロ
ーラ５０に転送し、この転送した掘削作業プログラムに
基づいて掘削作業を行わせるため、掘削機コントローラ
５０を大容量ものにする必要がなく、掘削機１０のコス
トの低減が図れる。しかも、作業プログラムを変更する
場合に、掘削機１０をその都度地上に引き上げる必要が
なく、プログラムの変更が容易に行えて掘削機１０の稼
働率の向上、掘削作業効率の著しい向上を図ることがで
きる。

【００２７】なお、前記実施例においては、モニタ表示
装置７０にバケット先端軌跡７８を表示し、掘削機１０
のバケット先端軌跡７８により、掘削作業モードの適否
を判断する場合について説明したが、掘削速度、すなわ
ちバケット２８の移動速度もモニタ表示装置７０に表示
し、この掘削速度とバケット先端軌跡７８とによって作
業モードの適否の判断を行ってもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、掘削機に搭載した掘削機コントローラにダウンロー
ド機能を持たせたことにより、必要に応じて掘削機コン
トローラに設定したプログラムを容易に書き換えること
ができ、掘削機コントローラのコスト低減、掘削作業の
作業効率の向上等を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るケーソン工法における掘
削機制御方法を実施するコントローラのブロック図であ
る。

【図２】実施例に係るケーソン工法における掘削機制御
方法が適用される掘削機の説明図である。

【図３】実施例のモニタ表示装置に表示された掘削機の
模式図である。

【符号の説明】

１０掘削機４６地上コントローラ５０掘削機コントローラ５１ＣＰＵ５３ＲＯＭ５４ＲＡＭ４４通信回線６２操作室６６操作入力部６８外部記憶装置７０モニタ表示装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者島田智神奈川県平塚市根板間821−11 コマツシステックス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地上に設けた地上コントローラと掘削機
に搭載した掘削機コントローラとを通信回線を介して接
続するとともに、前記掘削機コントローラにダウンロー
ド機能を持たせ、前記地上コントローラから前記掘削機
コントローラに掘削作業プログラムを転送して掘削機コ
ントローラに掘削機を制御させることを特徴とするケー
ソン工法における掘削機制御方法。