JPH0681579A - Automatic directional control device - Google Patents

Automatic directional control device

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Publication number
JPH0681579A
JPH0681579A JP23474592A JP23474592A JPH0681579A JP H0681579 A JPH0681579 A JP H0681579A JP 23474592 A JP23474592 A JP 23474592A JP 23474592 A JP23474592 A JP 23474592A JP H0681579 A JPH0681579 A JP H0681579A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
angle
value
command value
planned line
deviation amount
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP23474592A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Kodaira
一穂 小平
Seiji Saotome
誠次 早乙女
Toru Ishikawa
石川  亨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority to JP23474592A priority Critical patent/JPH0681579A/en
Publication of JPH0681579A publication Critical patent/JPH0681579A/en
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  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enhance the working accuracy and to carry out automatic directional control which can eliminate the necessity of skill by excavating a tunnel while the deviations of the attitude and the position of a shield excavator from a planned tunnel line. CONSTITUTION:A locus planning device 11 determines a positional deviation of a shield excavator body 15 from a planned line, and determines an angular deviation thetaH in comparison with predetermined conditions. Then, the calculator of an instruction value thetaHr for an optimum angle and the output thereof are carried out for every distance of excavation, that is, the, instruction value is delivered to an attitude control device 12. Further, an angular instruction value thetaVr in the vertical direction is also similarly calculated, in addition to the instruction value thetaHr in the horizontal direction. Then, horizontal and vertical rotation moments MH, M are calculated from angular instruction values thetaHr, thetaVr and detection values. Next, a one side pushing degree calculating device 13 calculates the horizontal and vertical one side pushing degrees FR, FV from a jack thrust force and the rotational moments MH, MV. Further, a jack pattern selecting device 14 selects an optimum jack pattern in accordance with the one side pushing degrees FH, FV.

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、位置ずれを最小にしながら掘進させる
ための自動方向制御装置に関する。
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 an automatic directional control device for carrying out a digging operation while minimizing the posture and position deviation from a planned tunnel line.

【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
めに方向制御が必要である。方向制御は、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 from behind by a plurality of jacks and propelled, and direction control is required to propel it along a planned tunnel line. Direction control is performed by applying a rotational moment to the excavation section in the propulsion direction by a plurality of jacks arranged at intervals in the circumferential direction,
This rotation moment can be changed by turning on which one of the plurality of jacks is turned on. 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】これまでの方向制御装置について簡単に説
明すると、シールド掘進機の現在の位置及び方向と掘進
履歴とからファジィ推論により制御目標ポイント及び修
正計画線を設定し、その制御目標ポイントと現在のシー
ルド掘進機の変位、偏角とからファジィ推論により過度
な蛇行が生じないか否かを判定する。そして、過度な蛇
行が生ずる場合は制御目標ポイント及び修正計画線を修
正し、修正した修正計画線に対する制御角度量を制御角
度量の履歴及びコピーカッタの履歴とテールクリアラン
ス等からファジィ推論により求め、この制御角度量を実
現するためのジャッキパターンを求めて掘進する。この
ような方向制御装置は、例えば、特開平3−28609
4号に示されている。
Briefly explaining the directional control device so far, a control target point and a correction plan line are set by fuzzy reasoning from the current position and direction of the shield machine and the digging history, and the control target point and the current planning line are set. It is determined whether excessive meandering occurs by fuzzy reasoning from the displacement and declination of the shield machine. Then, if excessive meandering occurs, the control target point and the modified planned line are modified, and the control angle amount for the modified modified planned line is obtained by fuzzy reasoning from the history of the controlled angle amount, the history of the copy cutter, the tail clearance, etc. The jack pattern for realizing this control angle amount is sought to proceed. Such a direction control device is disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-28609.
No. 4 is shown.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た方向制御装置ではファジィ推論を利用しているのでメ
ンバシップ関数の設定作業が必要であり、この設定には
熟練者を必要とするという問題点がある。
However, since the directional control device described above uses fuzzy inference, it is necessary to set the membership function, and this setting requires a skilled person. is there.

【0005】それ故、本発明の課題は熟練者が必要にな
るような特別な作業を必要としないシールド掘進機の自
動方向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 automatic direction control device for a shield machine which does not require any special work required by a skilled person.

【0006】[0006]

【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計
画線に沿って推進せしめるためのシールド掘進機の自動
方向制御装置において、前記計画線を示す計画線情報と
前記掘削部に設定された代表点Pにおける位置の検出値
に基づく位置ずれ量と角度の検出値に基づく角度ずれ量
とあらかじめ設定された角度変化量の最大値とを用いて
角度の指令値を算出する軌跡計画部と、前記角度ずれ量
と前記角度の指令値とにもとづいて前記掘削部における
回転モーメントの指令値を算出する姿勢制御部と、前記
回転モーメントの指令値とジャッキ推力の検出値とにも
とづいて片押し度を計算する片押し度計算部と、前記片
押し度にもとづいて最適なジャッキパターンの選定を行
うジャッキパターン選定部とを備え、前記軌跡計画部
は、シールド掘進機が前記計画線から離れてゆく方向に
向かっているのかあるいは前記計画線に近づく方向に向
かっているのかを判定するステップと、前記計画線から
離れてゆく方向に向かっていると判定した場合には前記
角度ずれ量から前記角度変化量の最大値を減算した値を
前記角度の指令値として出力し、前記計画線に近づく方
向に向かっていると判定した場合には、前記角度ずれ量
の大きさに応じて、前記角度の指令値として前記角度ず
れ量をそのまま一定時間維持した後減少させてゆく第1
の計画処理と、前記角度の指令値として前記角度ずれ量
より大きな値に増加させてゆきこの値に達するとこれを
一定時間維持した後に減少させてゆく第2の計画処理
と、前記角度の指令値として前記角度ずれ量から減少さ
せてゆく第3の計画処理のいずれかを実行するものであ
ることを特徴とする。
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. While in the automatic direction control device of the shield machine for propelling the excavation part along the planned line, based on the planned line information indicating the planned line and the detected value of the position at the representative point P set in the excavated part. A locus planning unit that calculates an angle command value using the positional deviation amount and the angular deviation amount based on the detected value of the angle and the maximum value of the preset angle change amount, and the angular deviation amount and the angular command value. The attitude control unit that calculates the command value of the rotation moment in the excavating unit based on the above, and the one-sided depression degree based on the command value of the rotation moment and the detected value of the jack thrust. A one-sided pushing degree calculation unit for calculating and a jack pattern selection unit for selecting an optimum jack pattern based on the one-sided pushing degree are provided, and the trajectory planning unit is a direction in which the shield machine advances away from the planned line. The angle change amount from the angle deviation amount when it is determined to be in the direction away from the planning line. The value obtained by subtracting the maximum value of is output as the angle command value, and when it is determined that the direction is approaching the planned line, the angle command value is determined according to the magnitude of the angle deviation amount. As the above, the angle deviation amount is maintained as it is for a certain period of time and then decreased.
And a second planning process in which the angle command value is increased to a value larger than the angle deviation amount, and when this value is reached, this value is maintained for a certain period of time and then decreased. It is characterized in that any one of the third planning processes for decreasing the value from the angle deviation amount is executed as a value.

【0007】[0007]

【実施例】以下に、図面を参照しながら本発明の実施例
について説明する。図1は本発明による自動方向制御装
置のブロック構成図であり、軌跡計画装置11、姿勢制
御装置12、片押し度計算装置13、ジャッキパターン
選定装置14を有している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block configuration diagram of an automatic direction control device according to the present invention, which includes a trajectory planning device 11, a posture control device 12, a one-sided push degree calculation device 13, and a jack pattern selection device 14.

【0008】軌跡計画装置11は、設定装置(図示せ
ず)から入力された計画線を示す計画線情報と掘削部に
設定された代表点Pにおける位置の検出値と角度の検出
値とあらかじめ設定された角度変化量の最大値とを用い
て角度の指令値を算出する。姿勢制御装置12は、前記
角度の検出値と前記角度の指令値とにもとづいて前記掘
削部における回転モーメントの指令値を算出する。片押
し度計算装置13は、前記回転モーメントの指令値とジ
ャッキ推力の計算値とにもとづいて片押し度を計算す
る。ジャッキパターン選定装置14は、前記片押し度に
もとづいて最適なジャッキパターンの選定を行う。
The trajectory planning device 11 presets the planning line information indicating the planning line input from the setting device (not shown), the detected value of the position at the representative point P set in the excavation portion, the detected value of the angle, and the like. The angle command value is calculated using the calculated maximum value of the angle change amount. The attitude control device 12 calculates the command value of the rotation moment in the excavation unit based on the detected value of the angle and the command value of the angle. The one-sided push degree calculation device 13 calculates the one-sided push degree based on the command value of the rotational moment and the calculated value of the jack thrust. The jack pattern selection device 14 selects an optimum jack pattern based on the one-sided pressing degree.

【0009】以上のような構成により、単位距離掘進す
る毎に計画線情報とシールド掘進機の位置計測情報(角
度、位置)とを用いて順次所定の計算を行なって最終的
に最適なジャッキパターンを選択し、そのジャッキパタ
ーンをシールド掘進機本体15に指令値として送り、次
の単位距離の掘進を行う。以下に、本発明の特徴部分で
ある軌跡計画装置11の動作について詳しく説明する。
With the above-described structure, each time a unit distance is excavated, predetermined calculation is sequentially performed using the planned line information and the position measurement information (angle, position) of the shield machine, and finally the optimum jack pattern is obtained. Is selected, the jack pattern is sent to the shield machine main body 15 as a command value, and the next unit distance is excavated. The operation of the trajectory planning device 11, which is a characteristic part of the present invention, will be described in detail below.

【0010】図2(a)に示すように、シールド掘進機
本体15に代表点P(例えば、掘削部の切刃面の中心
点)を設定し、この代表点Pから計画線Sに下した垂線
と計画線Sとの交点をOとする。次に、図2(b)に示
すように、Oを原点とし、計画線Sに垂直な面をH(H
orizontal)−V(Vertical)平面と
定義する。この時、代表点PのH−V平面内での座標を
(dH ,dV )とし、dH ,dV をそれぞれ水平方向の
位置ずれ量、垂直方向の位置ずれ量とする。
As shown in FIG. 2 (a), a representative point P (for example, the center point of the cutting edge surface of the excavation part) is set on the shield machine main body 15, and the representative point P is lowered to the planned line S. The intersection of the perpendicular and the planned line S is O. Next, as shown in FIG. 2B, a plane perpendicular to the planned line S is H (H
horizontal) -V (Vertical) plane. At this time, the coordinates of the representative point P on the H-V plane are (d H , d V ), and d H and d V are the horizontal displacement amount and the vertical displacement amount, respectively.

【0011】次に、図2(c)に示すように、計画線S
と水平線Hとを含むH−S平面を想定し、シールド掘進
機本体15をH−S平面に投影した時のシールド掘進機
本体15の進行方向と計画線Sとの間の角度をθH とす
る。同様に、図2(d)に示すように、計画線Sと垂直
線Vとを含むV−S平面を想定し、シールド掘進機本体
15をV−S平面に投影した時のシールド掘進機本体1
5の進行方向と計画線Sとの間の角度をθV とする。こ
の時、θH ,θV はそれぞれ、水平方向の角度ずれ量、
垂直方向の角度ずれ量となる。
Next, as shown in FIG. 2C, the planned line S
Assuming an H-S plane including the horizontal line H and the horizontal line H, the angle between the traveling direction of the shield machine main body 15 and the planned line S when the shield machine body 15 is projected on the H-S plane is θ H. To do. Similarly, as shown in FIG. 2D, a shield excavator main body when the shield excavator main body 15 is projected on the VS plane assuming a VS plane including a planned line S and a vertical line V. 1
The angle between the traveling direction of 5 and the planned line S is θ V. At this time, θ H and θ V are the angle deviation in the horizontal direction,
It is the amount of vertical angle deviation.

【0012】軌跡計画装置11は、シールド掘進機本体
15に設置されたジャイロ等の計測器から送られてくる
水平方向の角度の検出値θHa、垂直方向の角度の検出値
θVa、水平方向の位置の検出値dHa、垂直方向の位置の
検出値dVaの情報により上記H−V平面、H−S平面を
用いて位置ずれ量dH ,dV と角度ずれ量θH ,θV
を算出し、これらの算出値と計画線情報とにより以下に
述べるようなアルゴリズムで水平方向及び垂直方向に関
する角度の指令値(姿勢指令値)θHr,θVrを算出して
姿勢制御装置12に出力する。なお、角度の指令値
θHr,θVrの計算方法は同じであるので、ここでは水平
方向の角度の指令値θHrのみについて説明する。
The trajectory planning device 11 has a horizontal angle detected value θ Ha , a vertical angle detected value θ Va , and a horizontal direction sent from a measuring instrument such as a gyro installed in the shield machine main body 15. Position detection value d Ha and vertical position detection value d Va , the positional deviation amounts d H and d V and the angular deviation amounts θ H and θ V are calculated using the HV plane and the HS plane. And the command values (attitude command values) θ Hr and θ Vr of the angles with respect to the horizontal direction and the vertical direction by the algorithm described below based on these calculated values and the planned line information, and the attitude control device 12 Output to. Since the calculation methods of the angle command values θ Hr and θ Vr are the same, only the horizontal angle command value θ Hr will be described here.

【0013】図3に示すように、シールド掘進機のある
単位距離位置iでの位置ずれ量をdHi、角度のずれ量を
θHiとすると、軌跡計画装置11の目的は次の単位距離
位置(i+1)での角度の指令値θHr,(i+1) を算出す
ることにある。一般に、シールド掘進機の場合、角度の
ずれ量θHiは微小角度と考えて良いので、ある単位距離
位置iと次の単位距離(i+1)との間での位置ずれ量
の変化量ΔdH は、単位距離位置(i+1)での角度の
ずれ量をθH,(i+1) とすると、ΔdH =Lsinθで表
わされる。ここで、θは微小角度であるからsinθは
実質上θであり、従ってΔdH =Lθとなる。
As shown in FIG. 3, if the positional deviation amount at a unit distance position i of the shield machine is d Hi and the angular deviation amount is θ Hi , the purpose of the trajectory planning device 11 is to move to the next unit distance position. This is to calculate the angle command value θ Hr, (i + 1) at (i + 1) . In general, in the case of a shield machine, the angle deviation amount θ Hi can be considered to be a minute angle, so the change amount Δd H of the position deviation amount between a certain unit distance position i and the next unit distance (i + 1) is , the amount of deviation angle of a unit length position (i + 1) θ H, when the (i + 1), is represented by Δd H = Lsinθ. Here, since θ is a minute angle, sin θ is substantially θ, and therefore Δd H = Lθ.

【0014】一方、θ=(θHi+θH,(i+1) )/2で表
わされるので、ΔdH は次の数式1で表わされる。
On the other hand, since it is expressed by θ = (θ Hi + θ H, (i + 1) ) / 2, Δd H is expressed by the following formula 1.

【0015】[0015]

【数1】 [Equation 1]

【0016】次に、軌跡計画装置11は、シールド掘進
機本体15が計画線Sから離れてゆく方向に向かってい
るのか(図4a)、あるいは計画線Sに近づく方向に向
かっているのか(図4b)の判定を行い、判定結果に応
じて次のように動作する。
Next, the trajectory planning apparatus 11 is moving toward the direction in which the shield machine body 15 moves away from the planned line S (FIG. 4a) or toward the planned line S (FIG. 4A). 4b) is determined, and the following operation is performed according to the determination result.

【0017】シールド掘進機本体15が計画線Sから
離れてゆく方向に向かっている場合。この場合には、軌
跡計画装置11は、水平方向の角度の指令値θHrとし
て、次の数式2で表わされる値を出力する。
When the shield machine body 15 is moving away from the planned line S. In this case, the trajectory planning device 11 outputs a value represented by the following Expression 2 as the command value θ Hr of the angle in the horizontal direction.

【0018】[0018]

【数2】 [Equation 2]

【0019】但し、ΔθHmaxはシールド掘進機で設計上
許容される角度変化量の最大値であり、あらかじめ設定
されている。
However, Δθ Hmax is the maximum value of the angle change amount allowed by the design in the shield machine and is set in advance.

【0020】シールド掘進機本体15が計画線Sに近
づく方向に向かっている場合。この場合には、θHrの変
化をさせた結果として、角度ずれ量θH 、位置ずれ量d
H が共に0になるような角度の指令値θHrを掘進方向に
対して計画する。つまり、図5(a)のように縦軸にθ
H 、横軸に掘進距離をとった場合、斜線部の面積Aが計
画線とのずれ量の変化量となるので、A=dH となるよ
うなθHrの軌跡計画を行う。
When the shield machine main body 15 is heading in a direction approaching the planned line S. In this case, as a result of changing θ Hr, the amount of angular deviation θ H and the amount of positional deviation d
An angle command value θ Hr is planned in the excavation direction so that H is 0. That is, as shown in FIG.
When H is the excavation distance on the horizontal axis, the area A of the shaded portion is the change amount of the deviation from the planned line, so a trajectory plan of θ Hr such that A = d H is performed.

【0021】しかしながら、図5(a)に点Qで示すよ
うな鋭角の変化を示すような軌跡計画を行うと、点Qで
角度の指令値が急激な変化を呈し、これはジャッキパタ
ーンの変更に悪影響を与える。そこで、このような場合
には、図5(b)に示すように、台形波状の軌跡計画を
行うようにする。この軌跡計画は次の手順で行う。
However, when a locus plan showing a change in the acute angle as shown by point Q in FIG. 5A is made, the command value of the angle shows a sharp change at the point Q, which is a change in the jack pattern. Adversely affect. Therefore, in such a case, as shown in FIG. 5B, a trapezoidal wave-shaped trajectory plan is performed. This trajectory planning is done by the following procedure.

【0022】(a)現在の角度ずれ量θH 、位置ずれ量
H からθH の変化量がΔθHmaxの制限のもとで掘進距
離が最小となる三角形状の軌跡計画を行う。これは図6
(a)の斜線部の面積がdH と等しくなるように、ピー
ク値θHpを決定するもので、次の数式3で表わされる条
件が成立する時、ピーク値θHpが以下の数式4で表わさ
れる。
(A) A triangular locus plan for minimizing the excavation distance is performed under the restriction that the amount of change from the current angular displacement amount θ H and positional displacement amount d H to θ H is Δθ Hmax . This is Figure 6
The peak value θ Hp is determined so that the area of the shaded area in (a) is equal to d H, and when the condition expressed by the following formula 3 is satisfied, the peak value θ Hp is calculated by the following formula 4. Represented.

【0023】[0023]

【数3】 [Equation 3]

【0024】[0024]

【数4】 [Equation 4]

【0025】この場合は、以下の(b)項で説明するア
ルゴリズムで次の単位距離掘進のための角度の指令値θ
Hrを決定する。
In this case, the angle command value θ for the next unit distance excavation is calculated by the algorithm described in the following item (b).
Determine Hr .

【0026】一方、次の数式5で表わされる条件が成立
する時には、角度の指令値θHrとして数式6で表わされ
る値が出力される。この時の軌跡計画は図6(e)に示
されるようになる。
On the other hand, when the condition expressed by the following expression 5 is satisfied, the value expressed by the expression 6 is output as the angle command value θ Hr . The trajectory plan at this time is as shown in FIG.

【0027】[0027]

【数5】 [Equation 5]

【0028】[0028]

【数6】 [Equation 6]

【0029】なお、θHmaxはシールド掘進機の許容角度
ずれ量を示し、この値はシールド掘進機のテールクリア
ランス等からあらかじめ決定される。
It should be noted that θ Hmax represents an allowable angle deviation amount of the shield machine, and this value is determined in advance from the tail clearance of the shield machine.

【0030】ここで、数式3、数式5のような条件式が
導出される理由について説明する。図7(a)に示すよ
うに、θH という角度ずれ量を0にすることを考える。
θHを0にするには、直線で角度を減じてゆくとする
と、単位距離Lあたりの角度の変化量をΔθHmaxとすれ
ば、θH ・L/ΔθHmaxだけの距離が必要になる。そし
て、この時の計画線Sからのずれ量の変化量(三角形の
面積)は、θH 2 ・L/2ΔθHmaxとなる。
Here, the reason why the conditional expressions such as Expression 3 and Expression 5 are derived will be described. As shown in FIG. 7A, it is considered to set an angle deviation amount of θ H to 0.
To reduce θ H to 0, the angle is reduced by a straight line, and if the amount of change in angle per unit distance L is Δθ Hmax , a distance of θ H · L / Δθ Hmax is required. Then, the amount of change in amount of deviation from the planned line S at this time (the area of the triangle) becomes θ H 2 · L / 2Δθ Hmax .

【0031】この値と現在の位置ずれ量dH とを比較し
て場合分けを行う。例えば、位置ずれ量dH が図7
(a)の三角形の面積より大きい場合は、図7(a)の
ような三角形の軌跡計画では位置ずれ量dH を補正しき
れないので、図6(b),(d)のような台形状の軌跡
計画が必要となる。一方、位置ずれ量dH が図7(a)
の三角形の面積より小さい場合は、図7(a)のような
三角形で軌跡計画を行なっても、位置ずれ量dH を補正
しすぎることになる。しかし、この場合には、まず三角
形の軌跡計画を行い、図7(b)に示すように計画線S
を行き過ぎてから戻す段階で台形状の軌跡計画を行う。
This value is compared with the current positional deviation amount d H to classify cases. For example, the displacement amount d H is shown in FIG.
If the area is larger than the area of the triangle shown in FIG. 7A, the amount of positional deviation d H cannot be completely corrected by the trajectory planning of the triangle shown in FIG. 7A. A shape trajectory plan is required. On the other hand, the positional deviation amount d H is shown in FIG.
If the area of the triangle is smaller than the area of the triangle, the positional deviation amount d H will be overcorrected even if the trajectory is planned with the triangle as shown in FIG. However, in this case, a triangular locus plan is first performed, and the planning line S is set as shown in FIG.
A trapezoidal trajectory is planned at the stage of returning after passing too much.

【0032】以上のような方式の中で位置ずれ量dH
三角形あるいは四角形の面積との関係を判定し、計画ア
ルゴリズムを分けるために数式3や数式5の条件式が利
用される。
In the above method, the conditional expressions (3) and (5) are used to determine the relationship between the positional deviation amount d H and the area of the triangle or the quadrangle and divide the planning algorithm.

【0033】(b)(a)項で計算されたθHpとシール
ド掘進機の許容角度ずれ量θHmaxとの関係で次のように
角度の指令値θHrを決定する。
[0033] (b) in relation to the allowable angle deviation amount theta Hmax of theta calculated in paragraph (a) Hp and shield machine determines a command value theta Hr angle as follows.

【0034】(b)−1 θHp/2>θHmax>θH
場合 図6(b)に示すように、現在値θH から一旦θHmax
で角度の指令値θHrを増加させ、一定時間この値を維持
してからθHrを減少させて0にするという台形状の軌跡
計画を行う。この時のθHrの変化の条件は次の数式7、
数式8で表わされる。
(B) -1 θ Hp / 2> θ Hmax > θ H As shown in FIG. 6 (b), the angle command value θ Hr is increased from the current value θ H to θ Hmax and then kept constant. A trapezoidal trajectory plan is performed in which θ Hr is decreased to 0 after maintaining this value for time. The condition of the change of θ Hr at this time is as follows in the following formula 7.
It is expressed by Equation 8.

【0035】[0035]

【数7】 [Equation 7]

【0036】[0036]

【数8】 [Equation 8]

【0037】(b)−2 θHmax>θH >θHp/2の
場合 図6(c)に示すように、角度の指令値θHrとして現在
値θH を一定時間維持し、その後θHrを減少させて0に
するという台形状の軌跡計画を行う。
(B) -2 When θ Hmax > θ H > θ Hp / 2 As shown in FIG. 6 (c), the current value θ H is maintained as the angle command value θ Hr for a certain period of time, and then θ Hr A trapezoidal locus plan is performed to reduce the value to 0.

【0038】(b)−3 θHmax>θHp/2>θH
場合 図6(d)に示すように、角度の指令値θHrを現在値θ
H から一旦θHp/2まで増加させ、一定時間この値を維
持してからθHrを減少させて0にするという台形状の軌
跡計画を行う。この時のθHrの変化の条件は次の数式
9、数式10で表わされる。
(B) -3 When θ Hmax > θ Hp / 2> θ H As shown in FIG. 6D, the angle command value θ Hr is changed to the present value θ.
A trapezoidal trajectory plan is performed in which H is once increased to θ Hp / 2, this value is maintained for a certain time, and then θ Hr is decreased to 0. The conditions for the change of θ Hr at this time are expressed by the following formulas 9 and 10.

【0039】[0039]

【数9】 [Equation 9]

【0040】[0040]

【数10】 [Equation 10]

【0041】以上述べたように、軌跡計画装置11はシ
ールド掘進機本体15が計画線Sから離れてゆく方向に
向かっているのか、あるいは計画線Sに近づく方向に向
かっているのかの判定を行い、更にその判定結果に応じ
現在の角度ずれ量θH についてあらかじめ定められた諸
条件のどれに該当するのかを判定して最適な角度の指令
値θHrを姿勢制御装置12に出力する。以上のような判
定を掘進距離L毎に毎回行なって指令値θHrを計算して
出力する。なお、以上の動作説明は水平方向の角度の指
令値θHrについてであるが、垂直方向の角度の指令値θ
Vrについても同様な方法で算出される。
As described above, the trajectory planning device 11 determines whether the shield machine body 15 is moving away from the planned line S or is approached to the planned line S. Further, according to the result of the determination, it is determined which of the predetermined conditions the current angle deviation amount θ H corresponds to, and the optimum angle command value θ Hr is output to the attitude control device 12. The above determination is performed every time the excavation distance L is calculated, and the command value θ Hr is calculated and output. Although the above description of the operation is about the horizontal angle command value θ Hr , the vertical angle command value θ Hr
Vr is calculated in the same manner.

【0042】姿勢制御装置12では軌跡計画装置11か
らの角度の指令値θHr,θVrと、シールド掘進機本体1
5からの角度の検出値とを用いて水平方向、垂直方向の
回転モーメント指令値MH ,MV を算出して出力する。
片押し度計算装置13では、シールド掘進機本体15で
計測されたジャッキ推力と回転モーメント指令値MH
V により、次の数式11、数式12で表わされる水平
方向、垂直方向の片押し度(力点座標)FH ,FV を計
算する。
In the attitude control device 12, the angle command values θ Hr and θ Vr from the trajectory planning device 11 and the shield machine main body 1 are used.
Horizontally by using the detection value of the angle from 5, torque command value M H in the vertical direction, and calculates the M V output.
In the one-sided push degree calculation device 13, the jack thrust and the rotational moment command value M H measured by the shield machine main body 15
The M V, the following equation 11, the horizontal direction represented by Equation 12, the vertical piece pressing degree (force point coordinates) F H, calculates the F V.

【0043】[0043]

【数11】 [Equation 11]

【0044】[0044]

【数12】 [Equation 12]

【0045】但し、nは掘進に使用しているジャッキの
本数、rはジャッキの取付け半径、FJ はジャッキ1本
あたりのジャッキ推力であり、(ジャッキへの供給油圧
×ジャッキシリンダ面積)で計算される。
Here, n is the number of jacks used for excavation, r is the jack mounting radius, and F J is the jack thrust force per jack, calculated by (supply hydraulic pressure to the jack x jack cylinder area). To be done.

【0046】ジャッキパターン選定装置14は、片押し
度FH ,FV にもとづいてこれらの組合わせに対応して
あらかじめ用意されているジャッキパターンテーブルよ
り最適なジャッキパターンを選択する。
The jack pattern selecting device 14 selects an optimum jack pattern from the jack pattern table prepared in advance corresponding to the combination of the one-side pushing degrees F H and F V.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、シールド掘進機の位置ずれ、角度ずれを同時に減少
させるように制御することができ、施工精度の向上を図
ることができる。また、熟練度を必要とするような特別
な作業無しで、自動方向制御を行うことができ、初心者
でもオペレータとして従事させることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to control the positional deviation and the angular deviation of the shield machine at the same time, and it is possible to improve the construction accuracy. Moreover, automatic direction control can be performed without any special work requiring skill, and even a beginner can be engaged as an operator.

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

【図1】本発明の実施例の構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an exemplary embodiment of the present invention.

【図2】図1に示された軌跡計画装置11の軌跡計画動
作を説明するためにシールド掘進機本体と計画線との関
係を示した図。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a shield machine main body and a planning line for explaining a trajectory planning operation of the trajectory planning device 11 shown in FIG.

【図3】図1に示された軌跡計画装置11の軌跡計画動
作を説明するための図。
3 is a diagram for explaining a trajectory planning operation of the trajectory planning device 11 shown in FIG.

【図4】本発明による軌跡計画動作を説明するためにシ
ールド掘進機本体と計画線との関係を示した図。
FIG. 4 is a view showing a relationship between a shield machine main body and a planning line for explaining a trajectory planning operation according to the present invention.

【図5】本発明による軌跡計画動作を説明するために角
度ずれ量とシールド掘進機の移動距離との関係を示した
図。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an angle deviation amount and a movement distance of the shield machine for explaining a trajectory planning operation according to the present invention.

【図6】本発明による軌跡計画動作を説明するために角
度ずれ量とシールド掘進機の移動距離との関係を各種条
件別に示した図。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between an angle deviation amount and a movement distance of the shield machine for various conditions for explaining a trajectory planning operation according to the present invention.

【図7】本発明による軌跡計画動作に必要な各種条件設
定の原理を説明するための図。
FIG. 7 is a diagram for explaining the principle of setting various conditions necessary for the trajectory planning operation according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 軌跡計画装置 12 姿勢制御装置 13 片押し度計算装置 14 ジャッキパターン選定装置 15 シールド掘進機本体 11 Trajectory planning device 12 Attitude control device 13 One-sided pushing degree calculation device 14 Jack pattern selection device 15 Shield machine main body

Claims (1)

【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計画線に沿って推進せしめる
ためのシールド掘進機の自動方向制御装置において、前
記計画線を示す計画線情報と前記掘削部に設定された代
表点Pにおける位置の検出値に基づく位置ずれ量と角度
の検出値に基づく角度ずれ量とあらかじめ設定された角
度変化量の最大値とを用いて角度の指令値を算出する軌
跡計画部と、前記角度の検出値と前記角度の指令値とに
もとづいて前記掘削部における回転モーメントの指令値
を算出する姿勢制御部と、前記回転モーメントの指令値
とジャッキ推力の検出値とにもとづいて片押し度を計算
する片押し度計算部と、前記片押し度にもとづいて最適
なジャッキパターンの選定を行うジャッキパターン選定
部とを備え、前記軌跡計画部は、シールド掘進機が前記
計画線から離れてゆく方向に向かっているのかあるいは
前記計画線に近づく方向に向かっているのかを判定する
ステップと、前記計画線から離れてゆく方向に向かって
いると判定した場合には前記角度ずれ量から前記角度変
化量の最大値を減算した値を前記角度の指令値として出
力し、前記計画線に近づく方向に向かっていると判定し
た場合には、前記角度ずれ量の大きさに応じて、前記角
度の指令値として前記角度ずれ量をそのまま一定時間維
持した後減少させてゆく第1の計画処理と、前記角度の
指令値として前記角度ずれ量より大きな値に増加させて
ゆきこの値に達するとこれを一定時間維持した後に減少
させてゆく第2の計画処理と、前記角度の指令値として
前記角度ずれ量から減少させてゆく第3の計画処理のい
ずれかを実行するものであることを特徴とするシールド
掘進機の自動方向制御装置。
1. A tunnel is excavated while propelling an excavation section with a plurality of jacks, and the excavation section is set as a planned line while appropriately selecting a jack pattern that defines which one of the plurality of jacks is turned on. In an automatic direction control device for a shield machine for propelling along a line, the amount of positional deviation and the detected value of the angle based on the planned line information indicating the planned line and the detected value of the position at the representative point P set in the excavation unit. Based on the angle deviation amount and a preset maximum value of the angle change amount, the trajectory planning unit calculates an angle command value, and the excavation unit based on the detected angle value and the angle command value. Attitude control section for calculating a command value of the rotation moment in the above, and a one-sided push degree calculation section for calculating a one-sided push degree based on the command value of the rotation moment and the detected value of the jack thrust force. And a jack pattern selection unit that selects an optimum jack pattern based on the degree of one-sided pressing, the trajectory planning unit, whether the shield machine is heading in a direction away from the planned line or A step of determining whether the direction is approaching the planned line, and a value obtained by subtracting the maximum value of the angle change amount from the angle deviation amount when it is determined that the direction is moving away from the planned line. Is output as the command value of the angle, and when it is determined that the direction is approaching the planned line, the angle deviation amount is directly used as the command value of the angle according to the magnitude of the angle deviation amount. A first planning process in which the angle is maintained for a fixed time and then decreased, and a command value of the angle is increased to a value larger than the angular deviation amount, and when this value is reached, the value is fixed for a fixed time. Shield excavation, characterized in that it executes either a second planning process for decreasing after holding it or a third planning process for decreasing from the angle deviation amount as a command value of the angle. Machine automatic direction control device.
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