JPH0631528B2 - さく岩機の位置決め制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明はさく岩機の位置決め制御方法に関し、特に、
予めプログラムされた作業パターンに従ってさく岩機を
ブーム手段によって３次元的に移動させ、ある位置から
次の目標位置に位置決めするための制御方法の改良に関
する。

《従来の技術》 この種のさく岩機の位置決め制御技術としては特開昭５
９−１８７９９６号公報に記載されたものがある。この
従来技術では、目標位置の前後に適宜な許容範囲を定め
ておき、ブーム手段を駆動してさく岩機をその目標位置
に近づけている過程で、さく岩機の現在位置が許容範囲
内に入った時点で上記ブーム手段の駆動を停止する。ブ
ーム手段の駆動を停止しても慣性作用によりブームおよ
びさく岩機はある程度移動し、徐々に静止する。

上記慣性移動を経て静止したさく岩機の位置が上記許容
範囲内に収まっていれば、位置決め制御は終了とする。

慣性移動量が大きくて、上記許容範囲をオーバーランし
た位置でさく岩機が静止した場合、ブーム手段を逆方向
に駆動して目標位置側に戻す。この戻し動作の過程で上
記と同様に、さく岩機の現在位置が許容範囲に入った時
点でブーム手段の駆動を停止する。この時もさく岩機は
若干の慣性移動を経て静止する。このような制御を２〜
３回程度行なえば、さく岩機を許容範囲内に静止させる
ことができる。

さく岩機およびブーム手段は大型で重量も大きいので、
上述の慣性移動はかなり大きくなり、これを無視たので
は実用的な位置決めは行えない。特に問題なのは、慣性
移動量は一定せず、移動方向と重力との関係や、移動時
のブームの実効長によって大きく変化することである。

例えば、さく岩機をある目標に位置決めするのに、上方
から下方へ移動してその目標に達するのか、下方から上
方へ移動してその目標に達するのかによって、ブーム手
段の駆動停止後の慣性移動量は大きく異なるのである。

この点に鑑みて上述の従来技術は発明されたのであり、
これにより移動方向などに影響されずにさく岩機を上記
許容範囲内に位置決めできる。

《発明が解決しようとする問題点》 上述した従来技術では、ある程度高い位置決め精度を維
持するには、位置決めに長時間を要してしまうという問
題がある。

高精度を実現するためには、上記の許容範囲を狭く設定
する必要がある。そうすると慣性移動によるオーバーラ
ンが頻発する。つまり、一度オーバーランしてさく岩機
を逆方向に移動させたとき再びオーバーランし、また順
方向にさく岩機を移動させ、そのときもオーバーランを
起こし、再再度逆方向に移動させる、といった状況にな
る。このため許容範囲内に収めるまでに長時間かかるの
である。

上記許容範囲を広く設定しておけば、位置決め終了まで
の時間は短くなるが、最終的な誤差は当然大きくなる。

この発明は上述した従来の問題点に鑑みなされたもの
で、その目的は、短時間で高精度な位置決めを行えるよ
うにしたさく岩機の位置決め制御方法を提供することに
ある。

《問題点を解決するための手段》 そこでこの発明では、ブーム手段を駆動してさく岩機を
目標位置に近づけている過程で、さく岩機の現在位置と
目標位置との偏差が設定値と一致した時点でブーム手段
の駆動を停止し、その後の慣性移動を合わせてさく岩機
を目標位置に近接して静止させるとともに、この慣性移
動を経て静止したさく岩機の位置と目標位置との偏差に
基づいて上記設定値を補正し、その補正された設定値を
次回の同じ位置決め制御時に用いるようにした。

《作用》 上記設定値は上記目標位置への位置決め制御を繰り返す
毎に、それぞれの制御時の誤差に基づいて補正され、前
回の誤差が次回に生かされて、誤差が少なくなる方向へ
変化する。

《実施例》 まず、この発明を適用したさく岩機の位置決め制御シス
テムの概略構成を第４図に従って説明する。１０は台
車、２０は台車１０に取付けられたアーム装置、３０は
ブーム装置２０に取付けられたさく岩機である。

ブーム装置２０は多関節の構成で、さく岩機３０を３次
元的に移動させる。ブーム装置２０の各ブームは油圧シ
リンダなどのアクチエータで駆動される。アーム装置２
０の各可動要素にはそれぞれ位置センサが付設されてお
り、これら位置センサの検出信号はインターフェース４
１を介して制御部（マイクロコンピュータ）４０に取り
込まれる。

制御部４０は各位置信号を所定のアリゴリズムで処理
し、さく岩機３０の基準点の位置を算出する。また制御
部４０は、以下で述べるように駆動部４２に制御指令を
与え、この駆動部４２を介してブーム装置２０の各アク
チエータを動作させ、さく岩機３０を移動させるととも
に位置決めする。

次に上記のさく孔装置により行なうトンネル工事の一般
的な作業の進め方について説明する。

第３図に示すのはトンネル工事における１つの切羽面で
ある。この切羽面に対して上記のさく孔装置を位置決め
し、切羽面の円弧に沿った部分に一定間隔で装薬孔Ｐ１
〜Ｐ５をさく孔する。その後装薬孔に火薬をセットして
爆破する。そして掘り進んだ最奥の新たな切羽面に装薬
孔Ｐ１〜Ｐ５をさく孔する。このような作業を繰り返し
てトンネル工事を進める。

装薬孔Ｐ１〜Ｐ５の位置は制御部４０のメモリに予めプ
ログラミングされている。制御部４０はそのプログラム
に従って動作し、Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４→Ｐ５の順番
でさく孔する。そのために、さく岩機３０をまず点Ｐ１
に位置決めし、さく孔した後にさく岩機３０を移動させ
て次の点Ｐ２に位置決めする。この動作を繰り返すわけ
である。

この発明に係るさく岩機の位置決め制御方法は、さく岩
機３０を例えば点Ｐ１から移動させて点Ｐ２に位置決め
する際に適用される（Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５についても勿論
同じ）。

第１図はこの発明による制御方法の一例を示すフローチ
ャートである。（Ａ）が本発明に直接的に関連した主制
御ルーチンであり、（Ｂ）は従来技術（特願昭５９−１
８７９９６４号）と同様な最終的な位置の修正制御ルー
チンである。

まず主制御ルーチンについて説明する。さく岩機３０を
点Ｐ１からＰ２へ移動させて位置決めするものとする。
制御部４０はその旨の指令情報を与えるとともに駆動開
始信号を与える（ステップ１００）。

これでブーム装置２０が駆動され、さく岩機３０が点Ｐ
１からＰ２に向けて移動し始める。第２図はこの時の移
動位置と移動速度を示したものである。

制御部４０は、ブーム装置２０の駆動中にさく岩機３０
の現在位置Ｂをサンプリングし、目標位置Ａ（Ｐ２の位
置）と現在位置Ｂとの偏差Ｃを計算する（ステップ１０
１）。そして、求めた偏差Ｃが以下に詳しく述べる設定
値Ｙに一致したか否かをチェックする（ステップ１０
２）。Ｃ＝Ｙになるまではブーム装置２０の駆動を続
け、Ｃ＝Ｙになったならば駆動部４２に停止信号を送っ
てブーム装置２０の駆動を停止する。

上記設定値Ｙは、初期状態としては何らかの設定入力手
段で設定してやり、それが以下のようにして補正されて
いく値である。

ブーム装置２０の駆動を停止しても、さく岩機３０は慣
性によってある程度移動した後に静止する。設定値Ｙ
は、さく岩機３０を目標位置Ａに正しく静止させるため
に、目標位置Ａのどの程度手前でブーム装置２０の駆動
を停止したらよいかを表わす数値である。

ステップ１０３でブーム装置２０の駆動を停止した後、
例えばタイマによる一定時間待機し、慣性移動を経てさ
く岩機３０が静止するのを待つ（ステップ１０４）。静
止したならばステップ１０５へ進み、静止位置Ｂを読み
取り、目標位置Ａとの差△Ｘを計算する。

Ｙが適切に設定されていれば△Ｘは微小な値となるが、
Ｙが適切でないと△ｘが比較的大きくなる。そこでステ
ップ１０６でＹ−△Ｘを新たな設定値Ｙとして所定のメ
モリに記憶しておく。

ここで注意すべきことは、この設定値Ｙは点Ｐ１から点
Ｐ２への位置決め制御ついての設定値である点である。
点Ｐ２から点Ｐ３への位置決め制御は、点Ｐ１から点Ｐ
２への位置決め制御の時と移動方向が変わるので、慣性
移動の現れ方も異なる。従って、設定値Ｙは予めプログ
ラムされた作業パターンの各目標位置のそれぞれについ
て定める必要がある。

ステップ１０６で補正した設定値Ｙは、次に点Ｐ１から
点Ｐ２への位置決め制御時に使用される。その結果、今
回の誤差△Ｘがある程度大きくても、次回は補正された
設定値Ｙに基づいて駆動停止位置Ｐｙが決まるので、誤
差△Ｘはより小さくなる。

ステップ１０７では誤差△Ｘの絶対値が許容範囲△Ｚ内
か否かをチェックする。許容範囲内であれば位置決め制
御は終了する。

設定値Ｙが適切に補正されていない場合は、誤差△Ｘが
相当大きくなるため、補助的に修正制御を行ない、今回
の位置決め制御においても許容範囲△Ｚ内の誤差に留め
るような制御を行なう。

この修正制御の例を（Ｂ）に示している。これは先に説
明した従来技術と基本的に同じもので、まず誤差△Ｘの
符号からさく岩機３０の静止位置Ｂが目標位置Ａの手前
なのか行き過ぎた側なのかをチェックし、手前であれば
ブーム装置２０をそれまでと同じ方向に駆動し、オーバ
ーランしているのであれば逆方向に駆動する。

ブーム装置２０の移動中は現在位置Ｂを読みとるととも
に偏差Ｃを算出し、偏差Ｃが許容範囲△Ｚ内に入ったか
否かをチェックする。許容範囲内に入ったならばブーム
装置２０の駆動を停止し、慣性移動を経て静止するのを
待つ。

静止したならば静止位置Ｂを読み取り、誤差△Ｘを算出
する。このような修正制御を２回まで行ない、２回やっ
ても誤差△Ｘが許容範囲△Ｚ内に入らなければエラー処
理とする。

なお設定値Ｙの初期値を設定するには、目標位置Ａを基
準とした量Ｙを直接的に設定するのと、出発点の位置Ｐ
１を基準として駆動停止点Ｐｙまでの距離を設定するの
と、駆動停止点Ｐｙの切羽座標の座標値を設定するなど
が考えられる。

《発明の効果》 以上詳細に説明したように、この発明によるさく岩機の
位置決め制御方法にあっては、ある位置決め制御時に生
じた誤差に基づいて次の制御時における駆動停止位置を
決めていくので、何回か同じ目標位置への位置決め制御
を繰り返すうちに制御精度は大きく向上し、実使用上は
極めて短時間で高精度の位置決め制御を行える。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例方法を示すフローチャー
ト、第２図は同上方法による位置決め動作を示すグラ
フ、第３図はさく孔装置によるトンネル工事に際しての
さく岩機の位置決めパターンを示す図、第４図は本発明
を適用したさく孔制御システムの概略を示す構成図であ
る。 １０……台車、１２……ブーム装置 ３０……さく岩機、４０……駆動部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】予めプログラムされた作業パターンに従っ
   てさく岩機をブーム手段によって３次元的に移動させ、
   ある位置から次の目標位置に位置決めする制御方法であ
   って； 上記ブーム手段を駆動して上記さく岩機を目標位置に近
   付けている過程で、上記さく岩機の現在位置と目標位置
   との偏差が設定値と一致した時点で上記ブーム手段の駆
   動を停止し、その後の慣性移動と合わせて上記さく岩機
   を目標位置に近接して静止させるとともに； 上記慣性移動を経て静止した上記さく岩機の位置と目標
   位置との偏差に基づいて上記設定値を補正し、その補正
   された設定値を次回の同じ位置決め制御時に用いること
   を特徴とするさく岩機の位置決め制御方法。