JPH07103781B2 - 小口径管地中掘進機の操作方法 - Google Patents

小口径管地中掘進機の操作方法

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JPH07103781B2
JPH07103781B2 JP2101583A JP10158390A JPH07103781B2 JP H07103781 B2 JPH07103781 B2 JP H07103781B2 JP 2101583 A JP2101583 A JP 2101583A JP 10158390 A JP10158390 A JP 10158390A JP H07103781 B2 JPH07103781 B2 JP H07103781B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、小口管径地中掘進機の操作方法に関するもの
である。
〔従来の技術〕
従来の小口径管用地中掘進機を含むトンネル掘進機の掘
進方向の制御はオペレータの勘と経験に頼っており、オ
ペレータの技量によって施工精度が左右されているのが
現状であり、上記小口径管用地中掘進機の操作方法をオ
ペレータに代って決定するシステムを織り込んだものは
なかった。
ただ、トンネル掘進機の制御にファジイ推論を織り込ん
だ例として東京電力株式会社のシールド掘進における切
羽制御と方向制御をファジイ推論を用いた例がある。
このファジイ推論を用いた従来例の方向制御は、施工計
画線に対するシールド機械の偏差Ａと、その変化量Ｂ、
及び傾斜角（又は方位角）Ｃとその変化量Ｄを入力変数
とする。そして上記偏差Ａとその変化量Ｂ、傾斜角Ｃと
その変化量Ｄからなるそれぞれアクチュエータの制御量
を決定するファジイ推論による制御規則及びメンバシッ
プ関数を設定する。また、上記２つの制御量を調節し、
最終的に１つの制御量に結合する制御規則及びメンバシ
ップ関数を設定する。
このようにして４つの入力変数を２段階に分けてファジ
イ推論を行なうことで制御規則を大幅に減らすことがで
きる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来のファジイ推論を用いた掘進機の操作方法は、
掘進機が大口径のシールド機であり、人が掘進機内に入
って計測や状況判断を行なうことができる場合であり、
掘進機内に人が入ることができない小口径管用地中掘進
機に適用することができなかった。
本発明は上記のことにかんがみなされたもので、小口径
管用であってもファジイ推論を用いて熟練者でないオペ
レータでも熟練者なみの施工を行なうことができる小口
径管用地中掘進機の操作方法を提供することを目的とす
るものである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明に係る小口径管用地
中掘進機の操作方法は、方向制御用アクチュエータを備
え、かつ先端部に施工計画線に対する位置のずれ量や傾
きのずれ量及び上記方向制御用アクチュエータの操作量
を計測するセンサ等を備えた小口径管地中掘進機におい
て、上記各センサからの信号をA/D変換等の処理を行な
ってコントローラに取り込み、上記センサからの信号の
うち、施工計画線に対する位置のずれ量と傾きのずれ量
の計測値とから修正傾きずれ量の入力値に、また前回の
方向制御用アクチュエータの操作量と掘進により計測さ
れた傾きのずれ量の変化量とからステアリング感度の入
力値にそれぞれ変換し、この２つの入力値をファジイ制
御部に入力して熟練オペレータの操作方法を織り込んだ
ファジィ制御により出力された出力値を上記方向制御用
アクチュエータの次回の操作量とし、この操作量を表示
出力装置にて表示する。
〔作 用〕
各センサは垂直方向においては、施工計画線に対する垂
直方向のずれ量（偏差）と、ピッチング角が計測され、
同様に水平方向においては、水平方向のずれ量（偏差）
と、ヨーイング角をそれぞれ計測し、さらに方向制御用
アクチュエータによる揺動を計測する。これらの計測値
がチャンネル毎に送られ、コントローラ内で処理できる
ようアナログ信号のものはデジタル信号に変換される。
各センサのディジタル信号は自動調節部にて上記偏差と
ピッチング角あるいはヨーイング角のデータ、前回の方
向制御用アクチュエータの操作量とその後の掘削による
ピッチング角またはヨーイング角のデータをそれぞれに
調節し、この２つの値を次回の入力値とする。この入力
値はファジィ制御部に入力されて演算され、これにより
次回の適切な操作量が出力される。この値は表示出力装
置へ送られここで表示される。
〔実 施 例〕
本発明の実施例を以下に説明する。
第３図は小口径管用地中掘進機の掘進状態を示すので、
図中１はパイロットジャッキ２を含むパイロットヘッド
であり、３はこのパイロットヘッド１に後続するパイロ
ット管、４はパイロット管３の後単を押圧する後部推進
ジャッキである。そしてこの後部推進ジャッキ４は発進
立坑５内のレール６上に載置され、反力板７に反力を指
示するようになっている。８は到達坑である。
この構成において、パイロットヘッド１においてパイロ
ットジャッキ２が伸長することによりパイロット孔が掘
進され、このパイロットジャッキ２を縮めながら後部推
進ジャッキ４にてパイロット管３を押し込むことにより
地中に小口径の項が掘進される。
第４図は上記パイロットヘッド１の概略的な構成を示す
もので、揺動ジャッキ９を作動することによりパイロッ
トジャッキ２が揺動されて掘進方向に対するステアリン
グがなされるようになっている。上記パイロットジャッ
キ２の揺動量は揺動ジャッキ操作量センサ10にて検出さ
れるようになっている。
一方上記パイロットヘッド１の掘進計画線に対する姿
勢、すなわち、第５図、第６図に示すところの上下・左
右方向の偏差、ピッチング角、ヨーイング角は第１図に
示すレーザトランシット11、レーザターゲット12に付属
する各センサにて検出され、また揺動ジャッキ操作量が
これのセンサ10にて検出される。
第１図は上記小口径管用地中掘進機（以下単に掘進機と
略称する）を操作するためのブロック図である。図中13
はパイロットヘッド１部に備えられたセンサ群であり、
これには、上記、偏差、ヨーイング角、ピッチング角、
揺動ジャッキ操作量を検出する各センサにて構成されて
いる。14はコントローラで、これには上記センサ群13か
らの信号を受信してA/D変換する自動計測部15と、この
自動計測部15が入力される自動調節部16とファジィ制御
部17とからなる。18はコントローラ14からの出力信号を
表示する表示出力装置で、これはC.R.T19からなってい
る。
第２図は本発明に係る操作方法を示すフローチャートで
あり、この第２図と上記第１図に示したブロック図にて
本発明方法を説明する。
なおこの実施例では上下方向の姿勢制御について説明す
る。
センサ群13の各センサは、ピッチング角θpn（％）、偏
差Hn（mm）、前回の揺動操作量Yn（度）、前回の揺動前
のピッチング角θpn-1（％）が検出されて、これらがコ
ントローラ14の自動計測部15へ入力される。
コントローラ14の自動計測部15では、ピッチング角θpn
と偏差Hnの計測値とで修正ピッチング角θｓ＝θpn＋α
・Hn（αは定数）を、また揺動操作量Ynとピッチング角
の変化量△θｐ＝θpn−θpn-1とでステアリング感度Ｔ
＝△θp/Ynをそれぞれ調節してこの２つの入力値に変換
する。
この２つの入力値θs,Tはファジィ制御部17に入力さ
れ、ここでのファジィ制御により、熟練オペレータの操
作方法が織込まれて１つの出力値として出力され、この
出力値が揺動ジャッキ９の次回の操作量Yn+1とする。
そしてこの操作量Yn+1が表示出力装置18のC.R.T19に表
示される。
一般に、掘進機を計画線に沿って推進させるためには、
掘進機の傾きを計画線と平行になるようにあわせる必要
がある。しかしこのとき、偏差も縮める必要があるた
め、その分傾きを計画線と平行な角度からずらす必要が
ある。これを示したのが上記修正ピッチング角θｓであ
る。
また、ステアリングの効き具合い、つまりステアリング
感度は土質によって左右され、これは揺動操作による傾
きの変化を押えることで判断できる。これはステアリン
グ度Ｔ＝△θp/Ynで示される。
以上の修正ピッチング角θｓとステアリング感度Ｔによ
り次回の揺動操作量Yn+1がファジィ制御にて決定され
る。
上記の決定を具体的にファジィ制御の応用により表わし
たのが第７図から第９図である。
第７図は修正ピッチング角θｓのメンバシップ関数、第
８図はステアリング感度Ｔのメンバシップ関数、第９図
は次回揺動操作量Yn+1のメンバシップ関数をそれぞれ示
し、また表はそれぞれのファジィ制御ルールを示す。
そしてこのファジィ制御ルールは IF θｓ＝α AND Ｔ ＝β THEN Yn+1＝γ …（１） で表わされる。ここでα、β、γはメンバシップ関数を
示す。
次に一例として、θｓ＝−0.25（％）、Ｔ＝0.50（％／
度）のときの次回揺動操作量Yn+1の演算方法について述
べる。
表から使用される制御ルールは、 IF θｓ＝NM AND Ｔ＝ML THEN Yn+1＝PM IF θｓ＝NM AND Ｔ＝LA THEN Yn+1＝ZO IF θｓ＝ZO AND Ｔ＝ML THEN Yn+1＝ZO IF θｓ＝ZO AND Ｔ＝LA THEN Yn+1＝ZO の４式が成り立つ。
これをファジィ推論のmin−max法で表わし、最終出力を
重心法で求めると、 Yn+1＝0.5（度） と決定された。
すなわち、上記４つの式のうちの１番目の式は第10図
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示すようになり、θ
ｓは0.5、Ｔは0.67で、これの小さい方をとる（min）こ
とにより、Yn+1は0.5となる。
２番目の式は第11図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すよう
になり、θｓは0.5、Ｔは0.33で、従ってYn+1は0.33と
なる。
３番目の式は第12図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すよう
になり、θｓは0.5、Ｔで0.67で、従って、Yn+1は0.5と
なる。
４番目の式は第13図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すよう
になり、θｓは0.5、Ｔは0.33で、Yn+1は0.33となる。
以上４つのYn+1のmaxをとり、重心法によりYn+1の最終
出力を第14図で求めると Yn+1＝0.5（度） となる。
また上記ステアリング感度の求め方も、上記の揺動操作
量及びその傾きの変化量のみの関係式 Ｔ＝△θpn/Yn のほかに、 のようにセンサからの計測値より次回のアクチュエータ
の操作量を求めることができる。
上記実施例では垂直方向について説明したが、水平方向
においても、偏差を垂直に水平に、ピッチング角をヨー
イング角に変えることで同様に求めることができる。
また、第３図、第４図ではパイロットヘッド１を圧密タ
イプを図示したが、掘削タイプでも同様なアクチュエー
タ及びセンサを備えていれば問題なくこの方法を適用で
きる。
〔発明の効果〕 本発明によれば、小口径管地中掘進機の方向修正のため
の揺動操作において、ステアリング感度からステアリン
グの効き具合いを検知して、ステアリングの効き具体11
の変化にも素早く対応した揺動操作量の決定を行うこと
ができる。
従って、より熟練したオペレータに近い操作量判断よ
り、熟練でないオペレータでも、熟練者並みの施工が可
能となる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示すもので、第１図はブロック
図、第２図はフローチャート、第３図は小口径管用地中
掘進機の掘削状態を示す構成説明図、第４図はパイロッ
トヘッドを示す断面図、第５図、第６図はパイロットヘ
ッドの姿勢を示す説明図、第７図、第８図、第９図はメ
ンバシップ関数図、第10図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）から
第13図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び第14図はファジィ推
論による演算方法の説明図である。 １はパイロットヘッド、２はパイロットジャッキ、９は
揺動ジャッキ、13はセンサ群、14はコントローラ、15は
自動計測部、16は自動調節部、17はファジィ制御部、18
は表示出力装置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】方向制御用アクチュエータを備え、かつ先
    端部に施工計画線に対する位置のずれ量や傾きのずれ量
    及び上記方向制御用アクチュエータの操作量を計測する
    センサ等を備えた小口径管地中掘進機において、上記各
    センサからの信号をA/D変換等の処理を行なってコント
    ローラに取り込み、上記センサからの信号のうち、施工
    計画線に対する位置のずれ量と傾きのずれ量の計測値と
    から修正傾きずれ量の入力値に、また前回の方向制御用
    アクチュエータの操作量と掘進により計測された傾きの
    ずれ量の変化量とからステアリング感度の入力値にそれ
    ぞれ変換し、この２つの入力値をファジィ制御部に入力
    して熟練オペレータの操作方法を織り込んだファジィ制
    御により出力された出力値を上記方向制御アクチュエー
    タの次回の操作量とし、この操作量を表示出力装置にて
    表示することを特徴とする小口径管地中掘進機の操作方
    法。
JP2101583A 1990-04-19 1990-04-19 小口径管地中掘進機の操作方法 Expired - Lifetime JPH07103781B2 (ja)

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