JPH0666083A - Attitude control device for shield excavator - Google Patents

Attitude control device for shield excavator

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JPH0666083A
JPH0666083A JP21911892A JP21911892A JPH0666083A JP H0666083 A JPH0666083 A JP H0666083A JP 21911892 A JP21911892 A JP 21911892A JP 21911892 A JP21911892 A JP 21911892A JP H0666083 A JPH0666083 A JP H0666083A
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posture angle
data
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Kazuo Kodaira
一穂 小平
Seiji Saotome
誠次 早乙女
Toru Ishikawa
石川  亨
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Abstract

PURPOSE:To enhance the working accuracy by calculating a turning moment every time when an excavator is advanced by a small distance which is obtained by equally dividing a newest excavating section, and by compensating thus calculated turning moment in accordance with a past averaged turning moment and a variation in attitude angle. CONSTITUTION:Every time when a shield excavator is advanced by a small distance L/K which is obtained by equally dividing a predetermined distance L of a section relating to the travel distance of the excavator, with a number K, a turning moment M is calculated by turning moment calculating devices 14, 15. When the excavator comes to the end of the section, a detected value of an attitude angle 6 is delivered, and vertical and lateral model forming parts 112, 122 create vertical and lateral models with the use of the detected attitude angle value theta and the turning moments obtained at four times. Further, vertical and lateral computing parts 111, 121 calculate a difference etheta between the detected attitude angle value and the desired value. Further, vertical and lateral compensated moment creating parts 113, 123 create compensated turning moments MV, MH so as to generate an optimum jack pattern.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は地中にトンネル等の通路
をつくるためのシールド掘進機に関し、特にトンネル計
画線からの姿勢、位置ずれを最小にするための姿勢制御
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shield machine for forming a passage such as a tunnel in the ground, and more particularly to a posture control device for minimizing a posture from a planned tunnel line and a positional deviation.

【0002】[0002]

【従来の技術】シールド掘進機においては、円形の掘削
部をその背後から複数のジャッキで支持して推進させる
ようにしており、トンネル計画線に沿って推進させるた
めには姿勢制御が必要である。姿勢制御は、周方向に間
隔をおいて配置された複数のジャッキにより掘削部へ推
進方向に対して回転モーメントを付与することで行わ
れ、この回転モーメントは複数のジャッキのうちどれを
オンとするかで変化させることができる。通常、ジャッ
キの本数は10本以上であり、オンとされるジャッキの
組合わせはジャッキパターンと呼ばれ、例えば16本の
ジャッキの場合、ジャッキパターンの種類は216個に及
ぶ。
2. Description of the Related Art In a shield machine, a circular excavation part is supported by a plurality of jacks from behind and propelled, and attitude control is required to propel it along a planned tunnel line. . The attitude control is performed by applying a rotation moment to the excavation section in the propulsion direction by a plurality of jacks arranged at intervals in the circumferential direction, and this rotation moment turns on any of the plurality of jacks. You can change it. Normally, the number of jacks is 10 or more, and the combination of jacks turned on is called a jack pattern. For example, in the case of 16 jacks, the types of jack patterns reach 2 16 .

【0003】これまでの姿勢制御装置について簡単に説
明すると、掘削部の姿勢角度θを計測すると共に、掘削
部に作用する回転モーメントMを計算して姿勢角度変化
量Δθと回転モーメントデータを集積する。そして、シ
ールド1リング分(通常、約90cm)の掘削が終了す
ると、オフラインで過去数リング〜数十リング分のデー
タをもとに、一次相関などの手法により統計解析して姿
勢角度変化量と回転モーメントとの相関モデルを更新モ
デルとして作成する。
To briefly explain the conventional attitude control devices, the attitude angle θ of the excavation part is measured, the rotation moment M acting on the excavation part is calculated, and the attitude angle variation Δθ and the rotation moment data are accumulated. . Then, when the excavation of one ring of shield (usually about 90 cm) is completed, the posture angle change amount is calculated by performing a statistical analysis by a method such as a linear correlation based on the data of several past rings to several tens of rings offline. A correlation model with the rotation moment is created as an updated model.

【0004】以後の姿勢制御では、目標とする姿勢角度
と現在の姿勢角度との差をとり、この差を指令角度とし
て作成された更新モデルをもとに回転モーメントを割り
出し、割り出した回転モーメンドが得られるようなジャ
ッキパターンを選択する。
In the attitude control thereafter, the difference between the target attitude angle and the current attitude angle is calculated, the rotational moment is calculated based on the updated model created by using this difference as the command angle, and the calculated rotational moment is determined. Select the jack pattern that will result.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述したような姿勢制
御ではトンネル施工中の直前の土質変化、シールド掘進
機そのものの機械的ガタ特性及び外乱などに対する変化
までとらえたモデルとなっていないため粗野な制御とな
ったり、追従性が悪くなるなどトンネル施工精度の悪化
または、姿勢制御そのものが困難となる場合があった。
However, the attitude control as described above is not a model that captures changes in soil quality immediately before tunnel construction, mechanical backlash characteristics of the shield machine itself, and changes due to disturbances. There was a case where the accuracy of tunnel construction deteriorated due to control or poor trackability, or attitude control itself became difficult.

【0006】それ故、本発明の課題は、きめ細かな姿勢
制御によりトンネル加工精度を向上させることのできる
シールド掘進機の姿勢制御装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an attitude control device for a shield machine which can improve the tunneling accuracy by fine attitude control.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、掘削部を複数
のジャッキで推進しながらトンネルを掘削し、前記複数
のジャッキのうちどのジャッキをオンとするかを規定す
るジャッキパターンを適宜選定しながら前記掘削部を目
標とする姿勢角度で推進せしめるためのシールド掘進機
の姿勢制御装置において、あらかじめ定められた距離L
を1区間として定め、最新の掘削区間Ln をk等分した
微小距離L/kだけ前進する毎に前記掘削部に作用する
回転モーメントMを計算する手段と、前記掘削区間Ln
の終点での姿勢角度θとその区間Ln の平均回転モーメ
ントMn を求めると共に一つ前の区間の終点における姿
勢角度との差を姿勢角度変化量Δθn として求め、これ
らの値と前記掘削区間Ln より前の過去の数区間分の平
均回転モーメント及び姿勢角度変化量とによる複数種類
のデータを用いて前記回転モーメントと姿勢角度変化量
との一次式近似モデルを作成するモデル作成手段と、最
新の姿勢角度θと目標とする姿勢角度との差eθを演算
する手段と、前記差eθを用いて前記作成されたモデル
から修正回転モーメントを作成する修正モーメント作成
手段とを含み、前記修正回転モーメントにもとづいて最
適なジャッキパターンを選択するようにしたことを特徴
とする。
According to the present invention, a tunnel is excavated while propelling an excavation section with a plurality of jacks, and a jack pattern for defining which one of the plurality of jacks is to be turned on is appropriately selected. Meanwhile, in the attitude control device of the shield machine for propelling the excavation part at a target attitude angle, a predetermined distance L
The set as one section, means for calculating a rotational moment M acting on the drilling unit each time advancing the latest excavation section L n k by a small distance L / k obtained by equally dividing, the drilling section L n
Obtains the difference between the orientation angle at the end of the previous section as the posture angle variation [Delta] [theta] n in the end point of the orientation angle θ and with obtaining the average rotational moment M n of the section L n, said drilling these values Model creating means for creating a linear approximation model of the rotation moment and the posture angle change amount by using a plurality of types of data based on the average rotation moment and the posture angle change amount of the past several sections before the section L n. , A means for calculating a difference eθ between the latest attitude angle θ and a target attitude angle, and a correction moment creating means for creating a modified rotation moment from the created model using the difference eθ. The feature is that the optimum jack pattern is selected based on the rotation moment.

【0008】なお、前記モデル作成手段は、前記複数種
類のデータが前記一次式近似に適するように分散してい
るかどうかを判定して、前記一次式近似に適するように
分散している場合に、これら複数種類のデータから一次
式近似直線の傾きαと回転モーメントのオフセット値M
ofとを求め、しかも求められた前記傾きαが所定の範囲
内にあるかどうかを判定して、前記傾きαが所定の範囲
内にあれば該傾きαと前記オフセット値Mofとを最新の
一次式近似モデルの値として用いるステップと、前記複
数種類のデータが前記一次式近似に適するように分散し
ていない場合あるいは前記傾きαが所定の範囲から外れ
ている場合に、前記傾きαとして前回の一次式近似モデ
ルの値を用い、かつ前記姿勢角度変化量Δθn が許容範
囲内にあるかどうかを判定して、所定範囲内にあれば回
転モーメントオフセット値も前回の一次式近似モデルの
値を用いるステップと、該ステップにおいて前記姿勢角
度変化量Δθn が許容範囲から外れている場合に、前記
平均回転モーメントMn と前記最新の姿勢角度変化量Δ
θn と前記傾きαとから回転モーメントのオフセット値
ofを求めるステップとを含む。
It should be noted that the model creating means determines whether or not the plurality of types of data are dispersed so as to be suitable for the linear equation approximation, and when the data are dispersed so as to be suitable for the linear equation approximation, From these plural kinds of data, the inclination α of the linear approximation line and the offset value M of the rotational moment
of is determined, and it is determined whether or not the obtained slope α is within a predetermined range. If the slope α is within a predetermined range, the slope α and the offset value M of The step used as the value of the linear approximation model, and if the plurality of types of data are not dispersed so as to be suitable for the linear approximation or the slope α is out of a predetermined range, the slope α is set as the previous value. The value of the linear approximation model is used to determine whether or not the posture angle change amount Δθ n is within an allowable range, and if it is within a predetermined range, the rotational moment offset value is also the value of the previous linear approximation model. a step of using, when the attitude angle change amount [Delta] [theta] n in said step is out of the allowable range, the average rotational moment M n and the latest attitude angle change amount Δ
determining the offset value M of the rotational moment from θ n and the inclination α.

【0009】また、シールド掘進機は各掘削区間の掘削
を終了する毎に前記モデルを更新する。
The shield machine updates the model each time the excavation of each excavation section is completed.

【0010】[0010]

【実施例】図1は本発明による姿勢制御装置における要
部の構成を示し、シールド掘進機本体10における掘削
部の姿勢角度を計測する姿勢角度検出器(図示せず)か
らの姿勢角度θと、掘削部に作用している回転モーメン
トを計算する回転モーメント計算装置14、15からの
回転モーメントMと、姿勢角度の目標値とを用いて後述
するステップで処理を行う。本制御装置は、姿勢制御の
ための処理を掘削部の上下方向に関して行う上下方向処
理部11と姿勢制御のための処理を掘削部の左右方向に
関して行う左右方向処理部12とを有するが、これらは
実際にはマイクロコンピュータ等により実現される。
1 shows the structure of the main part of an attitude control device according to the present invention, in which an attitude angle .theta. From an attitude angle detector (not shown) for measuring the attitude angle of the excavation portion of the shield machine 10 is shown. , The rotational moment M from the rotational moment calculators 14 and 15 for calculating the rotational moment acting on the excavation section, and the target value of the posture angle are used to perform processing in the steps described below. The control device has a vertical processing unit 11 that performs a process for attitude control in the vertical direction of the excavation unit, and a horizontal direction processing unit 12 that performs a process for attitude control in the horizontal direction of the excavation unit. Is actually realized by a microcomputer or the like.

【0011】上下方向処理部11は、上下方向の姿勢角
度の目標値θVSと姿勢角度検出器で検出された上下方向
の姿勢角度検出値θV との差eθV を計算する上下方向
演算部111と、上下方向の姿勢角度検出値θV と回転
モーメント計算装置14で計算された上下方向の回転モ
ーメントMV とから、姿勢角度変化量ΔθV と回転モー
メントMV との一次式近似モデルを上下方向モデルとし
て作成する上下方向モデル作成部112と、作成された
上下方向モデルと差eθV とから上下方向の修正回転モ
ーメントMV ′を作成する上下方向修正モーメント作成
部113とから成る。
The vertical direction processing unit 11 calculates the difference eθ V between the vertical posture angle target value θ VS and the vertical posture angle detection value θ V detected by the posture angle detector. 111, a posture angle detected value θ V in the vertical direction, and a rotation moment M V in the vertical direction calculated by the rotation moment calculation device 14, a linear expression approximate model of the posture angle change amount Δθ V and the rotation moment M V is obtained. The model includes a vertical model creating unit 112 that creates a vertical model, and a vertical correction moment creating unit 113 that creates a vertical correction rotational moment M V ′ from the created vertical model and the difference eθ V.

【0012】左右方向処理部12は、左右方向の姿勢角
度の目標値θHSと左右方向の姿勢角度検出値θH との差
eθH を計算する左右方向演算部121と、左右方向の
姿勢角度検出値θH と回転モーメント計算装置15で計
算された左右方向の回転モーメントMH とから,姿勢角
度変化量ΔθH と回転モーメントMH との一次式近似モ
デルを左右方向モデルとして作成する左右方向モデル作
成部122と、作成された左右方向モデルと差eθH
から左右方向の修正回転モーメントMH ′を作成する左
右方向修正モーメント作成部123とから成る。
The left / right direction processing unit 12 calculates a difference eθ H between the target value θ HS of the left / right direction posture angle and the left / right direction posture angle detection value θ H , and the left / right direction posture angle. From the detected value θ H and the rotational moment M H in the left-right direction calculated by the rotational moment calculation device 15, a left-right direction in which a linear approximation model of the posture angle change amount Δθ H and the rotational moment M H is created as a left-right direction model The model creating unit 122 includes a left-right direction correction moment creating unit 123 that creates a left-right direction correction rotational moment M H ′ from the created left-right direction model and the difference eθ H.

【0013】ジャッキパターン生成部13は、上下方向
及び左右方向の修正回転モーメントMV ′,MH ′にも
とづいて最適なジャッキパターンを選択するものであ
る。
[0013] jack pattern generator 13, vertical and horizontal directions of the corrected rotation moment M V ', M H' is for selecting the optimum jack pattern based on.

【0014】次に、図2をも参照して本制御装置の処理
動作について説明する。本装置ではシールド掘進機の移
動距離に関してあらかじめ定められた距離L(本例では
40mm)を1区間として定め、これをk等分(本例で
は4等分)した微小距離L/k(本例では10mm)だ
け前進する毎(ステップS1)に回転モーメント計算装
置14、15により回転モーメントMを計算する(ステ
ップS2)。この計算はシールド掘進機が1区間前進す
るまで繰り返される。
Next, the processing operation of the control device will be described with reference to FIG. In this device, a predetermined distance L (40 mm in this example) with respect to the moving distance of the shield machine is defined as one section, and this is divided into k equal parts (4 equal parts in this example) L / k (this example) Then, each time the vehicle moves forward by 10 mm (step S1), the rotational moment M is calculated by the rotational moment calculators 14 and 15 (step S2). This calculation is repeated until the shield machine advances one section.

【0015】シールド掘進機が1区間の終点に達すると
(ステップS3)姿勢角度θの検出値が出力され、上下
方向モデル作成部112と左右方向モデル作成部122
とがそれぞれ姿勢角度検出値θと4回分の回転モーメン
トMとを用いて上下方向モデル、左右方向モデルを作成
する(ステップS4)。続いて、上下方向演算部11
1、左右方向演算部121がそれぞれ姿勢角度検出値と
目標値との間の差(誤差)eθを計算する(ステップS
5)。
When the shield machine reaches the end point of one section (step S3), the detected value of the posture angle θ is output, and the vertical direction model creating section 112 and the horizontal direction model creating section 122 are output.
Create a vertical direction model and a horizontal direction model using the detected posture angle value θ and the rotation moment M for four times, respectively (step S4). Then, the vertical direction calculation unit 11
1. The left / right direction calculation unit 121 calculates the difference (error) eθ between the detected posture angle value and the target value (step S).
5).

【0016】ステップS6では、上下方向修正モーメン
ト作成部113、左右方向修正モーメント作成部123
がそれぞれ、作成されたモデルと差eθとから上下方向
の修正回転モーメントMV ′と左右方向の修正回転モー
メントMH ′とを作成する。ジャッキパターン生成部1
3では、作成された上下方向及び左右方向の修正回転モ
ーメントとから最適なジャッキパターンを生成する(ス
テップS7)。以下、同様にして1区間毎にステップS
1〜S7が繰り返される。
In step S6, the vertical correction moment creating section 113 and the horizontal correction moment creating section 123 are provided.
Creates a corrected rotational moment M V ′ in the vertical direction and a corrected rotational moment M H ′ in the horizontal direction from the created model and the difference eθ. Jack pattern generator 1
In 3, the optimum jack pattern is generated from the created vertical and horizontal correction rotational moments (step S7). Similarly, step S is performed for each section.
1 to S7 are repeated.

【0017】次に、図3〜図7をも参照して本発明の特
徴部分であるモデル作成のためのステップS4について
詳しく説明する。なお、ここでは説明をわかり易くする
ために上下方向処理部11のみについて説明する。図2
のステップS1において、一定距離(40mm)進む間
に姿勢角度がθ0 からθ4 に変化した場合、姿勢角度変
化量Δθは(θ4 −θ0 )で表わされる。そして、この
間に作用した回転モーメントMが一定であれば、姿勢角
度変化量Δθと回転モーメントMとの間には一定の関係
があると考えられ、これを比例関係とすれば、姿勢角度
変化量Δθは次の数式1で表わされる。
Next, with reference to FIGS. 3 to 7, step S4 for creating a model, which is a characteristic part of the present invention, will be described in detail. Note that only the vertical processing unit 11 will be described here for the sake of clarity. Figure 2
When the posture angle changes from θ 0 to θ 4 while advancing a fixed distance (40 mm) in step S1 of 1., the posture angle change amount Δθ is represented by (θ 4 −θ 0 ). If the rotation moment M acting during this period is constant, it is considered that there is a constant relationship between the posture angle change amount Δθ and the rotation moment M. If this is taken as a proportional relationship, the posture angle change amount is Δθ is expressed by the following mathematical formula 1.

【0018】[0018]

【数1】 [Equation 1]

【0019】ここで、αは比例定数、Mofは一定の姿勢
角度を維持するために必要なモーメントである。
Here, α is a proportional constant, and M of is a moment required to maintain a constant posture angle.

【0020】図3は姿勢角度と回転モーメントの値の一
例を示し、ここでは区間6が最新の区間で、この間に回
転モーメントの計算値としてM11〜M14が得られたもの
とする。なお、θ0 、θ4 はそれぞれ、区間5、区間6
における終点の姿勢角度検出値である。
FIG. 3 shows an example of the values of the posture angle and the rotation moment. Here, it is assumed that the section 6 is the latest section, and M 11 to M 14 are obtained as the calculated values of the rotation moment during this section. Note that θ 0 and θ 4 are section 5 and section 6, respectively.
It is the posture angle detection value at the end point in.

【0021】図2のステップS4では、最新の区間6を
前進する間に作用した回転モーメントと姿勢角度の変化
量のデータと区間2〜5のデータから、回転モーメント
と姿勢角度変化量との関係を一次式に近似してモデル化
する。モデル化に使用するデータは次のようにして求め
る。
In step S4 of FIG. 2, the relationship between the rotation moment and the attitude angle change amount is determined from the data of the change amounts of the rotation moment and the attitude angle applied while moving forward in the latest section 6 and the data of the sections 2 to 5. Is modeled by approximating a linear expression. The data used for modeling is obtained as follows.

【0022】最新の区間6の終点で、区間6の平均回転
モーメントMV6と姿勢角度変化量ΔθV6を次の数式2,
3により求める。
At the end point of the latest section 6, the average rotational moment M V6 and the posture angle change amount Δθ V6 of the section 6 are given by the following equation 2,
Determined by 3.

【0023】[0023]

【数2】 [Equation 2]

【0024】[0024]

【数3】 [Equation 3]

【0025】図4aは区間6より前で既に掘削を終了し
ている区間1〜5で前述の方法により求められた平均回
転モーメントと姿勢角度変化量との関係をM−Δθ平面
上にプロット(P1〜P5)したものであり、図4bは
図4aに区間6で求められた平均回転モーメントMV6
姿勢角度変化量ΔθV6との関係をP6として加えたもの
である。なお、区間6におけるモデル作成のために利用
される過去のデータは、ここでは最新の区間6より前の
4区間2,3,4,5であり、したがって図4bでは区
間1のデータは削除されている。
FIG. 4a is a plot of the relationship between the average rotational moment and the posture angle change amount obtained by the above-mentioned method in the sections 1 to 5 in which the excavation has already been completed before the section 6 on the M-Δθ plane ( P1 to P5), and FIG. 4b shows the relation between the average rotational moment M V6 obtained in the section 6 and the posture angle change amount Δθ V6 added to P 4 in FIG. 4a. It should be noted that the past data used for creating the model in the section 6 are the four sections 2, 3, 4, 5 before the latest section 6 here, and thus the data in the section 1 are deleted in FIG. 4b. ing.

【0026】このようにして、本例では区間6のモデル
作成を、最新の区間6のデータとそれより前の区間2〜
5の各データとを合わせた5区間5点のデータから、数
式1で表わされる一次式近似モデルを作成し、比例定数
αを一次式近似直線の傾き、モーメントMofをオフセッ
ト値としてそれぞれ以下に述べる方法により求める。
In this way, in this example, the model of the section 6 is created by using the latest data of the section 6 and the sections 2 to 2 before it.
The linear approximation model represented by the equation 1 is created from the data of 5 points in 5 sections, which is combined with each data of 5, and the proportionality constant α is set as the inclination of the linear approximation line and the moment M of is set as the offset value below. Obtained by the method described.

【0027】図5を参照して、ステップSS1では5点
のデータの散らばり具合を判定する。これは5点のデー
タパターンが後述する直接計算方法を適用できるパター
ンであるかどうかを判定するものである。直接計算方法
は、5点のデータから一次式近似直線を推定する方法で
あり、5点のデータが1点に集中するような場合には適
用できず、ある程度以上の範囲に、ある程度以上の相関
関係をもってデータ点が散らばっている必要がある。5
点のデータが適当に散らばっている場合には、処理はス
テップSS2に進む。
Referring to FIG. 5, in step SS1, the degree of data dispersion at 5 points is determined. This is to determine whether the data pattern of 5 points is a pattern to which the direct calculation method described later can be applied. The direct calculation method is a method of estimating the linear approximation line from the data of 5 points, and cannot be applied when the data of 5 points concentrate on 1 point. The data points need to be scattered in a relationship. 5
If the point data are appropriately scattered, the process proceeds to step SS2.

【0028】ステップSS2では、図4bに示されるよ
うな5点のデータから直接、一次式近似直線の傾きαと
オフセット値Mofとを計算により求める。計算手法とし
ては、最小自乗法が代表的な例としてあげられるが、他
の方法でも良い。傾きαとオフセット値Mofが計算され
ると、傾きαに対して図6に示す所定の範囲αmax (上
限値)、αmin (下限値)内におさまっているかどうか
の判定が行われる(ステップSS3,SS4)。そし
て、傾きαがαmin <α<αmax の条件を満たしていれ
ば、一次式近似モデルΔθ=α(M−Mof)が確定する
(ステップSS5)。
In step SS2, the slope α of the linear approximation line and the offset value M of are directly calculated from the data of 5 points as shown in FIG. 4b. A typical example of the calculation method is the least squares method, but other methods may be used. The inclination alpha and the offset value M of is calculated, a predetermined range alpha max (upper limit value) shown in FIG. 6 relative inclination alpha, alpha min of whether subsided the (lower limit) within the determination is made ( Steps SS3, SS4). Then, if the slope α is satisfied the conditions of α min <α <α max, a linear equation approximation model Δθ = α (M-M of ) is determined (step SS5).

【0029】一方、ステップSS1においてデータの散
らばり具合が適当でないと判定された場合、あるいはス
テップSS3,SS4において傾きαが所定の範囲を越
えていると判定された場合、傾きは区間5において求め
られたものを用いる(ステップSS6)。
On the other hand, if it is determined in step SS1 that the degree of data dispersion is not appropriate, or if it is determined in steps SS3 and SS4 that the slope α exceeds the predetermined range, the slope is determined in section 5. Used (step SS6).

【0030】次に、ステップSS7では、区間6の終点
における姿勢角度変化量ΔθV6が図7に破線で示すよう
な、許容範囲内に入っているかどうかを判定し、許容範
囲内に入っていればオフセット値も区間5において求め
られたものを用いる(ステップSS8)。これは、前回
作成されたモデルに対し、すべてのデータが一定の許容
範囲内に入っていれば、前回モデルは十分に挙動特性を
表しておりモデルの変更を必要としないという理由によ
る。
Next, at step SS7, it is judged whether or not the posture angle change amount Δθ V6 at the end point of the section 6 is within the allowable range as shown by the broken line in FIG. 7, and if it is within the allowable range. For example, the offset value obtained in section 5 is used (step SS8). This is because, if all the data are within a certain allowable range with respect to the previously created model, the previous model sufficiently exhibits the behavioral characteristics and the model need not be changed.

【0031】これに対し、ステップSS7で姿勢角度変
化量ΔθV6が、図7に点P6で示すように、所定範囲か
ら外れている場合には、ステップSS9に進んで一次式
近似直線を平行移動させるようにし、オフセット値で調
整を行う。この場合、傾きαは前回の値で既知であるか
ら、図7の点P6を通る直線のオフセット値Mof6 は次
の数式4で求められる。
On the other hand, if the attitude angle variation Δθ V6 is out of the predetermined range in step SS7, as shown by point P6 in FIG. 7, the process proceeds to step SS9 to translate the linear approximation straight line. And adjust the offset value. In this case, since the inclination α is already known as the previous value, the offset value M of6 of the straight line passing through the point P6 in FIG.

【0032】[0032]

【数4】 [Equation 4]

【0033】このようにして求めた最新の区間6を含む
数区間のオフセットの平均をもって最新モデルのオフセ
ット値Mofとする。例えば、数区間を3区間とすれば、
最新モデルのオフセット値Mofは次の数式5で求められ
る。
The offset value M of the latest model is obtained by averaging the offsets of several sections including the latest section 6 thus obtained. For example, if the number of sections is 3 sections,
The offset value Mof of the latest model is calculated by the following mathematical expression 5.

【0034】[0034]

【数5】 [Equation 5]

【0035】但し、MV4,MV5はそれぞれ、区間4,5
におけるモデル作成により求められた回転モーメントで
あり、ΔθV4,ΔθV5はそれぞれ、区間4,5の終点に
おける姿勢角度変化量である。
However, M V4 and M V5 are sections 4 and 5, respectively.
In the above equation, Δθ V4 and Δθ V5 are the rotational moments obtained by creating the model, respectively, and are the attitude angle change amounts at the end points of sections 4 and 5, respectively.

【0036】以上のようにして一次式近似モデルが作成
されると、図2で説明したように、最新の姿勢角度θ4
と目標値との差eθV が求められる。そして、この差e
θVと一次式近似モデルとから修正回転モーメントMV
´が作成される。差eθV を次の1区間で0にするため
に必要な回転モーメントMは、差eθV ×(−1)の角
度変化Δθを生ずる回転モーメントであるから、一次式
近似モデルから逆算して次の数式6で求められる。
When the linear approximation model is created as described above, as shown in FIG. 2, the latest posture angle θ 4
The difference eθ V between the target value and the target value is obtained. And this difference e
From θ V and the linear approximation model, the corrected rotational moment M V
´ is created. The rotational moment M required to make the difference eθ V zero in the next one section is the rotational moment that causes the angular change Δθ of the difference eθ V × (−1). Equation 6 is obtained.

【0037】[0037]

【数6】 [Equation 6]

【0038】以上説明してきたように、本発明ではシー
ルド掘進機が短距離の1区間(例えば40mm)掘進す
る毎に、過去の4区間分のデータと現在の最新データと
により最小自乗法等を用いてモデルを区間毎に演算作成
し、このモデルにより次に出力すべき回転モーメントを
求め、この回転モーメントに最適なジャッキパターンを
選択して次の区間の掘進を行う。なお、実施例では、4
0mm毎にモデルを作成するようにしているが、これを
20mm、10mmというように小さくしてゆくことに
より、より連続制御に近い形となり、より正確なモデル
を作成してトンネル施工精度を向上させることができ
る。
As described above, in the present invention, every time the shield machine excavates one short-distance section (for example, 40 mm), the least-squares method or the like is performed based on the past four sections of data and the current latest data. A model is calculated for each section by using the model, the rotational moment to be output next is obtained by this model, the jack pattern most suitable for this rotational moment is selected, and the excavation of the next section is performed. In the example, 4
A model is created every 0 mm, but by reducing this to 20 mm and 10 mm, the shape becomes closer to continuous control, and a more accurate model is created to improve the tunnel construction accuracy. be able to.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば次のような効果が得られる。
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.

【0040】最新の数cm間のデータのみで土質を評
価し、モデルを常時更新することにより、過去のデータ
に影響されることなく、土質の変化にすばやく追従す
る。また、外乱の影響も速かに除去される。
By evaluating the soil quality only with the latest data of several cm and constantly updating the model, changes in the soil quality can be quickly followed without being affected by past data. In addition, the influence of disturbance is quickly eliminated.

【0041】限定された領域のデータからモデルを導
き、これを順次更新してゆくことで、最新の土質特性を
捉えることができる。
The latest soil characteristics can be grasped by deriving a model from the data of the limited area and updating it sequentially.

【0042】モデルを常時更新するため、土質の急変
にも対応できる。
Since the model is constantly updated, it is possible to cope with sudden changes in soil quality.

【0043】常に、現象そのものに基づいてモデルが
作られるため、その時々の土質状態に忠実なモデルが得
られ、制御精度の向上が期待できる。
Since the model is always created based on the phenomenon itself, a model faithful to the soil condition at that time can be obtained, and improvement in control accuracy can be expected.

【0044】手順が簡略化され、特別に人間が判断、
修正する必要がなく、容易に自動化できる。
The procedure is simplified, and it is judged by a human being,
It does not need to be modified and can be easily automated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例における要部の構成を示した
図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a main part in an embodiment of the present invention.

【図2】本発明による姿勢制御動作を説明すするための
フローチャート図である。
FIG. 2 is a flow chart diagram for explaining an attitude control operation according to the present invention.

【図3】本発明において計測された姿勢角度と回転モー
メントの経時的変化を示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing changes over time in the posture angle and the rotation moment measured in the present invention.

【図4】本発明において作成されるモデルの例を示した
図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a model created in the present invention.

【図5】図2に示されたステップS4の詳細な動作を説
明するためのフローチャート図である。
5 is a flow chart diagram for explaining a detailed operation of step S4 shown in FIG. 2. FIG.

【図6】図5に示されたステップSS3,SS4の動作
を説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of steps SS3 and SS4 shown in FIG. 5.

【図7】本発明におけるモデル作成動作を説明するため
の図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a model creating operation in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 上下方向処理部 12 左右方向処理部 13 ジャッキパターン生成部 14、15 回転モーメント計算装置 111 上下方向演算部 112 上下方向モデル作成部 113 上下方向修正モーメント作成部 121 左右方向演算部 122 左右方向モデル作成部 123 左右方向修正モーメント作成部 11 Vertical Direction Processing Section 12 Horizontal Direction Processing Section 13 Jack Pattern Generation Section 14, 15 Rotational Moment Calculator 111 Vertical Direction Calculation Section 112 Vertical Direction Model Creation Section 113 Vertical Correction Moment Creation Section 121 Horizontal Direction Calculation Section 122 Horizontal Direction Model Creation Part 123 Left-right correction moment creation unit

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 掘削部を複数のジャッキで推進しながら
トンネルを掘削し、前記複数のジャッキのうちどのジャ
ッキをオンとするかを規定するジャッキパターンを適宜
選定しながら前記掘削部を目標とする姿勢角度で推進せ
しめるためのシールド掘進機の姿勢制御装置において、
あらかじめ定められた距離Lを1区間として定め、最新
の掘削区間Ln をk等分した微小距離L/kだけ前進す
る毎に前記掘削部に作用する回転モーメントMを計算す
る手段と、前記掘削区間Ln の終点での姿勢角度θとそ
の区間Ln の平均回転モーメントMn を求めると共に一
つ前の区間の終点における姿勢角度との差を姿勢角度変
化量Δθn として求め、これらの値と前記掘削区間Ln
より前の過去の数区間分の平均回転モーメント及び姿勢
角度変化量とによる複数種類のデータを用いて前記回転
モーメントと姿勢角度変化量との一次式近似モデルを作
成するモデル作成手段と、最新の姿勢角度θと目標とす
る姿勢角度との差eθを演算する手段と、前記差eθを
用いて前記作成されたモデルから修正回転モーメントを
作成する修正モーメント作成手段とを含み、前記修正回
転モーメントにもとづいて最適なジャッキパターンを選
択するようにしたことを特徴とするシールド掘進機の姿
勢制御装置。
1. A tunnel is excavated while propelling an excavation section with a plurality of jacks, and the excavation section is targeted while appropriately selecting a jack pattern that defines which one of the plurality of jacks is turned on. In the attitude control device of the shield machine for propelling at the attitude angle,
A predetermined distance L is defined as one section, and means for calculating a rotation moment M acting on the excavation section every time the vehicle is advanced by a minute distance L / k obtained by equally dividing the latest excavation section L n into k sections; obtains the difference between the orientation angle at the end of the previous section as the posture angle variation [Delta] [theta] n with obtaining the average rotational moment M n of attitude angle θ and the interval L n at the end point of the interval L n, these values And the excavation section L n
Model creating means for creating a linear approximation model of the rotation moment and the posture angle change amount by using a plurality of types of data based on the average rotation moment and the posture angle change amount for the past several sections, and the latest model The correction rotation moment includes a means for calculating a difference eθ between the posture angle θ and a target posture angle, and a correction moment generation means for generating a correction rotation moment from the model created using the difference eθ. An attitude control device for a shield machine, which is characterized in that an optimum jack pattern is selected based on the above.
【請求項2】 請求項1記載の姿勢制御装置において、
前記モデル作成手段は、 前記複数種類のデータが前記一次式近似に適するように
分散しているかどうかを判定して、前記複数種類のデー
タが前記一次式近似に適するように分散している場合
に、これら複数種類のデータから一次式近似直線の傾き
αと回転モーメントのオフセット値Mofとを求め、しか
も求められた前記傾きαが所定の範囲内にあるかどうか
を判定して、前記傾きαが所定の範囲内にあれば該傾き
αと前記オフセット値Mofとを最新の一次式近似モデル
の値として用いるステップと、 前記複数種類のデータが前記一次式近似に適するように
分散していない場合あるいは前記傾きαが所定の範囲か
ら外れている場合に、前記傾きαとして前回の一次式近
似モデルの値を用い、かつ前記姿勢角度変化量Δθn
許容範囲内にあるかどうかを判定して、所定範囲内にあ
れば回転モーメントのオフセット値も前回の一次式近似
モデルの値を用いるステップと、 該ステップにおいて前記姿勢角度変化量Δθn が許容範
囲から外れている場合に、前記平均回転モーメントMn
と前記姿勢角度変化量Δθn と前記傾きαとから回転モ
ーメントのオフセット値Mofを求めるステップとを含む
ことを特徴とするシールド掘進機の姿勢制御装置。
2. The attitude control device according to claim 1, wherein
The model creating means determines whether or not the plurality of types of data are dispersed so as to be suitable for the linear equation approximation, and when the plurality of types of data are dispersed so as to be suitable for the linear equation approximation. The slope α of the linear approximation line and the offset value M of the rotational moment are calculated from these plural kinds of data, and it is determined whether or not the calculated slope α is within a predetermined range. Is within a predetermined range, the step of using the slope α and the offset value M of as the latest linear approximation model value, and the plurality of types of data are not dispersed so as to be suitable for the linear approximation. What if or when the inclination alpha is out of the predetermined range, using the value of the previous first-order equation approximation model as the inclination alpha, and the posture angle variation [Delta] [theta] n is within the permissible range When the determine the steps using an offset value is also the value of the last linear equation approximation model of torque if within a predetermined range, which is the posture angle variation [Delta] [theta] n in said step is out of the allowable range, The average rotation moment M n
And a step of obtaining an offset value M of the rotational moment from the posture angle change amount Δθ n and the inclination α.
【請求項3】 請求項1あるいは2に記載の姿勢制御装
置において、シールド掘進機は各掘削区間の掘削を終了
する毎に前記モデルを更新することを特徴とするシール
ド掘進機の姿勢制御装置。
3. The attitude control device for the shield machine according to claim 1, wherein the shield machine updates the model each time the excavation of each excavation section is completed.
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CN111353416B (en) * 2020-02-26 2023-07-07 广东温氏种猪科技有限公司 Gesture detection method, system and storage medium based on livestock three-dimensional measurement

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