JPH08303180A - Control method for head for propulsion - Google Patents

Control method for head for propulsion

Info

Publication number
JPH08303180A
JPH08303180A JP11158495A JP11158495A JPH08303180A JP H08303180 A JPH08303180 A JP H08303180A JP 11158495 A JP11158495 A JP 11158495A JP 11158495 A JP11158495 A JP 11158495A JP H08303180 A JPH08303180 A JP H08303180A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
propulsion
head
propulsion head
estimated
control
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP11158495A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuhiko Mukono
勝彦 向野
Masaya Hattori
正也 服部
Kazunori Tsujimoto
和則 辻本
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.)
Kubota Corp
Original Assignee
Kubota Corp
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 Kubota Corp filed Critical Kubota Corp
Priority to JP11158495A priority Critical patent/JPH08303180A/en
Publication of JPH08303180A publication Critical patent/JPH08303180A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Abstract

PURPOSE: To improve controllability by estimating the position and attitude of a head for propulsion after a plurality of unit stroke propulsion by using a specified algorithm and correcting the direction of the head. CONSTITUTION: When it is estimated that the position and attitude of a head 4 are deviated from tolerance at the time of the continuous propulsion of the head 4, the control direction of the pressure-receiving surface 7a of the head 4 is corrected. When an estimated algorithm correcting the control direction is determined as follows at that time, the result of propulsion can be estimated accurately though the algorithm is simple. θ'=θ-Spsin (ψ). D'=D+Ssin ((θ'+θ)/2). (where, S represents a propulsive distance, θ, θ' the angle of the current attitude of the head and the angle of an attitude after propulsion of the head to a projected line respectively, (p) the rates of changes of the angles to the projected line of the head per a unit propulsive distance, ψ the angular position of the pressure-receiving surface, D, D' distances from the projected line displaying the current position of the head and S a distance from the projected line displaying the estimated place of the head after S propulsion). Accordingly, the head can efficiently be controlled accurately.

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、地中に光ファイバーケ
ーブルや、電線等を通すために、これらが通る孔を地中
に形成するための掘削装置の制御方法に関し、具体的に
は、傾斜受圧面を推進用ヘッドの前後軸芯周りに回動自
在に設けて、その受圧面を一定方向に向けたまま一定の
推進力で推進すると、受圧面の向きとは反対側の方向に
受ける反力により推進用ヘッドの推進方向が変化する現
象を利用して、推進計画線上を推進用ヘッドが通過する
ように傾斜受圧面の向きを調節する推進用ヘッドの制御
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of controlling an excavating device for forming a hole through which an optical fiber cable, an electric wire or the like is inserted in the ground, and more specifically, a slope If the pressure receiving surface is rotatably provided around the front-rear axis of the propulsion head and propelled by a constant propulsive force with the pressure receiving surface oriented in a certain direction, the pressure receiving surface receives a direction opposite to the direction of the pressure receiving surface. The present invention relates to a method for controlling a propulsion head that adjusts the direction of an inclined pressure receiving surface so that the propulsion head passes along a propulsion planning line by utilizing the phenomenon that the propulsion head changes its propulsion direction.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の推進用ヘッドの制御方法は、後
方から押圧力を受けて土中を推進する推進管の先端側に
連結された推進用ヘッドの位置を検出する位置検出手段
からの位置情報と、前記推進用ヘッドの姿勢を検出する
姿勢角度検出手段からの姿勢情報に基づいて、土中推進
に伴って土中からの反力を受けるように設けられた前記
推進用ヘッドの傾斜受圧面の制御方向を、例えばファジ
ィ推論等の制御理論を用いて決定し、前記受圧面を決定
された制御方向に調節して単位ストロークの推進を複数
回連続することにより推進効率を向上させるようにして
いた。上述の例について詳述すると、推進計画線から推
進用ヘッドがずれている場合、推進用ヘッドの推進計画
線に対する位置と姿勢を検出し、この実際の位置と推進
用ヘッドがあるべき位置と、実際の姿勢ととっているべ
き姿勢とをそれぞれ比較し、これらの比較により得られ
たデータを入力値として、これらのデータに基づき推進
用ヘッドがより推進計画線に近づくように、受圧面に対
する制御方向を複数のファジィルールを適応することに
より決定するもので、推進用ヘッドの進路を右側に調整
したければ受圧面を左に向けるように制御方向が決定さ
れて、推進用ヘッドを複数ストローク推進するといった
ように、受圧面の方向調整と複数ストローク運動を繰り
返しながら推進計画線に沿った状態で推進用ヘッドを進
行させていた。
2. Description of the Related Art This type of propulsion head control method uses a position detection means for detecting the position of a propulsion head connected to the tip side of a propulsion pipe that receives a pressing force from the rear and propels in the soil. Inclination of the propulsion head provided so as to receive a reaction force from the soil accompanying the propulsion in the soil based on the position information and the posture information from the posture angle detection means for detecting the posture of the propulsion head. The control direction of the pressure receiving surface is determined by using a control theory such as fuzzy reasoning, and the pressure receiving surface is adjusted to the determined control direction to improve the propulsion efficiency by continuously propelling a unit stroke a plurality of times. I was doing. When the above example is described in detail, when the propulsion head is displaced from the propulsion planning line, the position and attitude of the propulsion head with respect to the propulsion planning line are detected, and this actual position and the position where the propulsion head should be, The actual posture and the posture that should be taken are compared with each other, and the data obtained by these comparisons are used as input values, and based on these data, the control for the pressure receiving surface is performed so that the propulsion head comes closer to the propulsion planning line. The direction is determined by applying multiple fuzzy rules, and if you want to adjust the course of the propulsion head to the right, the control direction is determined so that the pressure receiving surface faces left, and the propulsion head is propelled by multiple strokes. As described above, the propulsion head is advanced along the propulsion planning line while repeating the direction adjustment of the pressure receiving surface and the multiple stroke movements.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の推進用ヘッドの制御方法では、推進計画線がほぼ直線
状である場合には、受圧面の制御方向を演算して決定す
る操作を毎回行わずとも、一回の演算の結果で決定され
た制御方向で複数ストローク推進させることにより効率
よく推進できるのであるが、連続推進回数が多くなると
推進計画線から大きくずれてしまう虞があった。又、推
進計画線が曲線となるいわゆるカーブ推進を行う場合
に、推進計画線のうち推進用ヘッドの直近点における接
線を仮想の推進計画線とし、その仮想の推進計画線に対
して推進用ヘッドを制御するものであったために、推進
用ヘッドが推進計画線の径方向の外側にずれる傾向があ
り、決定された制御方向で複数ストロークの推進を行う
と、その間に、許容される制御範囲を大きく逸脱して、
推進計画線への復帰が不可能になる虞があった。本発明
の目的は、推進用ヘッドが許容される制御範囲を逸脱す
る危険性を予め推定し、事前に推進用ヘッドの受圧面の
制御方向を修正できる推進用ヘッドの制御方法を提供す
ることにある。
However, in the above-described conventional method for controlling the propulsion head, when the propulsion planning line is substantially straight, the operation for determining the control direction of the pressure receiving surface by calculation is performed every time. Even if it is not performed, it can be efficiently propelled by propelling a plurality of strokes in the control direction determined by the result of one calculation, but if the number of continuous propulsion increases, there is a possibility that it will deviate greatly from the propulsion planning line. Further, when performing so-called curved propulsion in which the propulsion planning line is a curve, the tangent line of the propulsion planning line closest to the propulsion head is set as a virtual propulsion planning line, and the propulsion head with respect to the virtual propulsion planning line The propulsion head has a tendency to shift to the outside in the radial direction of the propulsion planning line because it was to control, and when propulsing multiple strokes in the determined control direction, the allowable control range is A big deviation,
There was a risk that it would be impossible to return to the planned line. An object of the present invention is to provide a propulsion head control method capable of estimating in advance the risk of the propulsion head deviating from an allowable control range and correcting the control direction of the pressure receiving surface of the propulsion head in advance. is there.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】この問題を解決するため
に、本発明による推進用ヘッドの制御方法の特徴構成
は、決定された制御方向に従って前記推進用ヘッドの単
位ストロークの推進を複数回連続する際に、予め設けら
れた推定アルゴリズムに基づいて前記複数回の単位スト
ローク推進後の前記推進用ヘッドの位置と姿勢を推定
し、推定位置と推定姿勢のいずれかが許容される制御範
囲を超える場合に、前記推進用ヘッドが前記制御範囲を
超えないように、決定された制御方向に補正を加える点
にある。上述の構成で、前記推定アルゴリズムを、 θ' =θ−sp sin(ψ) D' =D+s sin((θ'+θ)/2) (ここに、sは、推進距離、θとθ' は、それぞれ推進
計画線に対する前記推進用ヘッドの現在の姿勢を表す角
度とs推進した後の前記推定姿勢を表す角度、pは、単
位推進距離あたりの推進用ヘッドの前記推進計画線に対
する角度の変化率、ψは、前記受圧面の角度位置 DとD' は、前記推進用ヘッドの現在の位置を表す前記
推進計画線よりの距離と、s推進した後の前記推進用ヘ
ッドの前記推定位置を表す前記推進計画線よりの距離)
とすることが好ましい。
In order to solve this problem, the characteristic configuration of the method for controlling a propulsion head according to the present invention is such that the propulsion of a unit stroke of the propulsion head is repeated a plurality of times in accordance with the determined control direction. In this case, the position and orientation of the propulsion head after the plurality of unit strokes of propulsion are estimated based on a preliminarily provided estimation algorithm, and one of the estimated position and the estimated posture exceeds the allowable control range. In this case, correction is applied to the determined control direction so that the propulsion head does not exceed the control range. With the above-mentioned configuration, the estimation algorithm is configured as follows: θ ′ = θ−sp sin (ψ) D ′ = D + s sin ((θ ′ + θ) / 2) (where, s is the propulsion distance and θ and θ ′ are The angle representing the current attitude of the propulsion head with respect to the propulsion plan line and the angle representing the estimated attitude after s propulsion, p is the rate of change of the angle of the propulsion head with respect to the propulsion plan line per unit propulsion distance. , Ψ is the angular position of the pressure receiving surface D and D ′ are the distance from the propulsion planning line that represents the current position of the propulsion head, and the estimated position of the propulsion head after s propulsion. (Distance from the promotion line)
It is preferable that

【0005】[0005]

【作用】現在の推進用ヘッドの位置や姿勢に基づいて決
定された受圧面の制御方向で推進用ヘッドが連続推進さ
れると、推進用ヘッドの位置や姿勢が許容される制御範
囲から逸脱すると推定される場合には受圧面の制御方向
を補正し、推進用ヘッドの位置や姿勢が許容される制御
範囲に収まると推定される場合にはそのまま複数ストロ
ークだけ連続推進するのである。そして、推定アルゴリ
ズムを、 θ' =θ−sp sin(ψ) D' =D+s sin((θ'+θ)/2) (ここに、sは、推進距離、θとθ' は、それぞれ推進
計画線に対する前記推進用ヘッドの現在の姿勢を表す角
度とs推進した後の前記推定姿勢を表す角度、pは、単
位推進距離あたりの推進用ヘッドの前記推進計画線に対
する角度の変化率、ψは、前記受圧面の角度位置、Dと
D' は、前記推進用ヘッドの現在の位置を表す前記推進
計画線よりの距離と、s推進した後の前記推進用ヘッド
の前記推定位置を表す前記推進計画線よりの距離)とす
ることにより、単位推進距離あたりの推進用ヘッドの前
記推進計画線に対する角度の変化率pに実測値又は設計
値を代入すれば、簡単な割に正確に推進結果が推定でき
るのである。
When the propulsion head is continuously propelled in the control direction of the pressure receiving surface determined based on the current position and posture of the propulsion head, the position and the posture of the propulsion head deviate from the allowable control range. If it is estimated, the control direction of the pressure receiving surface is corrected, and if it is estimated that the position or orientation of the propulsion head falls within an allowable control range, the propelling head continuously propels for a plurality of strokes. Then, the estimation algorithm is as follows: θ ′ = θ−sp sin (ψ) D ′ = D + s sin ((θ ′ + θ) / 2) (where s is the propulsion distance and θ and θ ′ are the propulsion planning lines, respectively. The angle representing the current attitude of the propulsion head with respect to s and the angle representing the estimated attitude after propulsion, p is the rate of change of the angle of the propulsion head with respect to the propulsion planning line per unit propulsion distance, and ψ is The angular positions of the pressure receiving surface, D and D ′, are the distance from the propulsion planning line that represents the current position of the propulsion head, and the propulsion plan that represents the estimated position of the propulsion head after s propulsion. (Distance from the line), by substituting the measured value or the design value for the rate of change p of the angle of the propulsion head with respect to the propulsion planning line per unit propulsion distance, the propulsion result can be accurately estimated for a simple reason. You can do it.

【0006】[0006]

【発明の効果】推進用ヘッドの位置や姿勢が許容される
制御範囲から逸脱し、制御不能になることを未然に防止
しながら、一回の受圧面の制御方向の決定に対して単位
ストロークの推進を複数回連続することにより推進効率
を向上させることができる推進用ヘッドの制御方法を提
供できるようになった。
The position and orientation of the propulsion head deviates from the allowable control range and is prevented from becoming uncontrollable. It is now possible to provide a propulsion head control method capable of improving propulsion efficiency by continuing propulsion a plurality of times.

【0007】[0007]

【実施例】図1は、発進ピット1内に設置した推進装置
2によって、推進体Aを到達ピット(図示せず)の所定
位置に向けて地中推進させている状況を示すものであ
る。前記発進ピット1は、土留め壁1aを四方に設け、
それらの土留め壁1aの内方側で前記土留め壁1aに作
用する土圧を受ける支持フレーム1bを設けて構成して
ある。前記推進装置2は、前記推進体Aを保持しつつ土
中に向けて押圧して推進させることができるように構成
してある周知の装置である。前記推進体Aは、図2に示
すように、複数の推進管3と、推進用ヘッド4とをそれ
ぞれ長手方向に屈曲自在に連設し、前記各推進管3及び
前記推進用ヘッド4の内空部にわたって、前記推進用ヘ
ッド駆動用の圧油を流通させる複数の油圧ホース5や、
推進用ヘッド4に内装された計測手段につながる複数の
ケーブル6を設けて構成してある。前記推進管3は、金
属製の円筒体で構成してあり、隣合う推進管3又は推進
用ヘッド4と屈曲自在に連結するために球状ジョイント
Jが採用されている。前記推進用ヘッド4は、図2に示
すように、円筒状のヘッド本体4aを備え、前記ヘッド
本体4aの軸芯周りに回転自在で且つ軸芯方向に沿って
出退自在な嵌合筒部材4bを、前記ヘッド本体4aに内
嵌状態に設け、さらに推進に伴う土圧を受ける傾斜受圧
面7aを設けた先導体7を、前記嵌合筒部材4bの先端
部に固着して構成してある。前記ヘッド本体4aには、
前記嵌合筒部材4b並びにそれに固着された先導体7を
前記筒軸芯周りに回転駆動する回転駆動機構Rと、前記
嵌合筒部材4b・先導体7を前記筒軸芯方向に出退駆動
自在な出退駆動機構Tと、推進用ヘッド4の計画線Kに
対する鉛直方向の姿勢角のずれθv(図3a参照)を検
出する姿勢角度検出手段の一例である公知の加速度セン
サーC1と、前記軸芯周りの先導体7の回転角、結果的
には受圧面7aの回転角を計測する回転角計測手段の一
例である回転角検出センサーC2とを内装してある。一
方、前記ヘッド本体4aの外周部には、推進用ヘッド4
の位置計測のため用いられる発信コイルC3を設けてあ
る。この発信コイルC3からの電磁波は地上で位置検出
手段の一例である公知の電磁波検出ユニットC4によっ
て受信され、処理されることによって、推進用ヘッド4
の位置を算出することができ、その結果から、推進経路
の計画線Kに対する推進用ヘッド4の鉛直方向の位置ず
れ量Dv(図3a参照)と水平方向の位置ずれ量Dh(図
3b参照)が決定される。尚、各方向の位置ずれ量と
は、推進用ヘッド4の軸芯と前記傾斜受圧面7aとの交
点部分Pと、計画線K上におけるPに一番近い点Qとを
結んだ線の長さの水平成分が水平方向の位置ずれ量Dh
であり、垂直成分が鉛直方向の位置ずれ量Dv である。
前記加速度センサーC1と回転角検出センサーC2と電
磁波検出ユニットC4は、後で詳しく述べる推進ヘッド
4のための制御ユニット50に接続されており、それら
のデータはファジィ理論を利用した推進ヘッド4の操舵
制御に用いられる。前記先導体7の傾斜受圧面7aは、
ヘッド本体4aの筒軸芯に対して傾斜させて形成してあ
るので、曲線推進時には、前記傾斜受圧面7aが、推進
カーブ外方側へ向くように前記回転駆動機構Rによって
先導体7を筒軸芯周りに回転駆動操作し、その状態で前
記先導体7を前方へ押し進めると、前記傾斜受圧面7a
に作用する土圧によって、推進用ヘッド4を推進カーブ
方向へ誘導することができる。ここに言う推進用ヘッド
4の操舵制御とは傾斜受圧面7aの操作方向、及び、そ
の操作方向での推進操作量を決定して、所定のストロー
クで推進用ヘッド4を押し進めることである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a situation in which a propulsion device 2 installed in a starting pit 1 propels a propelling body A in the ground toward a predetermined position in a reaching pit (not shown). The starting pit 1 is provided with earth retaining walls 1a on all sides,
A support frame 1b that receives the earth pressure acting on the earth retaining wall 1a is provided on the inner side of the earth retaining walls 1a. The propulsion device 2 is a known device that is configured to hold the propulsion body A and press it toward the soil to propel it. As shown in FIG. 2, the propulsion body A includes a plurality of propulsion pipes 3 and a propulsion head 4 which are connected in a freely bendable manner in the longitudinal direction. A plurality of hydraulic hoses 5 for circulating the pressure oil for driving the propulsion head over the empty space,
A plurality of cables 6 connected to the measuring means installed in the propulsion head 4 are provided and configured. The propulsion pipe 3 is composed of a metal cylindrical body, and a spherical joint J is employed to flexibly connect the propulsion pipe 3 or the propulsion head 4 adjacent to each other. As shown in FIG. 2, the propulsion head 4 has a cylindrical head body 4a, and is a fitting tubular member that is rotatable around the axis of the head body 4a and is capable of retracting along the axial direction. 4b is provided in the head body 4a in an internally fitted state, and a front conductor 7 provided with an inclined pressure receiving surface 7a for receiving earth pressure due to propulsion is fixed to the tip of the fitting tubular member 4b. is there. In the head body 4a,
A rotation drive mechanism R that rotationally drives the fitting cylinder member 4b and the front conductor 7 fixed thereto around the cylinder axis, and drives the fitting cylinder member 4b and the front conductor 7 to move in and out in the cylinder axis direction. A freely retractable drive mechanism T, a known acceleration sensor C1 which is an example of an attitude angle detection means for detecting a deviation θv (see FIG. 3a) in the vertical attitude angle of the propulsion head 4 with respect to the planned line K, and A rotation angle detection sensor C2, which is an example of rotation angle measuring means for measuring the rotation angle of the front conductor 7 around the axis, and consequently the rotation angle of the pressure receiving surface 7a, is installed. On the other hand, the propulsion head 4 is provided on the outer peripheral portion of the head body 4a.
A transmission coil C3 used for position measurement is provided. The electromagnetic wave from the transmitting coil C3 is received and processed on the ground by a known electromagnetic wave detecting unit C4 which is an example of a position detecting means, so that the propulsion head 4 is processed.
Can be calculated, and from the result, the vertical displacement amount Dv (see FIG. 3a) and the horizontal displacement amount Dh (see FIG. 3b) of the propulsion head 4 with respect to the planning line K of the propulsion route. Is determined. The amount of misalignment in each direction means the length of the line connecting the intersection point P between the axial center of the propulsion head 4 and the inclined pressure receiving surface 7a and the point Q on the planned line K closest to P. The horizontal component is the amount of positional deviation in the horizontal direction Dh
And the vertical component is the vertical displacement amount Dv.
The acceleration sensor C1, the rotation angle detection sensor C2, and the electromagnetic wave detection unit C4 are connected to a control unit 50 for the propulsion head 4, which will be described in detail later, and the data thereof is used to steer the propulsion head 4 using the fuzzy theory. Used for control. The inclined pressure receiving surface 7a of the leading conductor 7 is
Since the head body 4a is formed so as to be inclined with respect to the axis of the cylinder, the rotary drive mechanism R moves the front conductor 7 into a cylinder so that the inclined pressure receiving surface 7a faces outward of the propulsion curve during curve propulsion. When the tip conductor 7 is pushed forward in the state of being rotationally driven around the axis, the inclined pressure receiving surface 7a
The propulsion head 4 can be guided in the propulsion curve direction by the earth pressure acting on. The steering control of the propulsion head 4 referred to here is to determine the operation direction of the inclined pressure receiving surface 7a and the propulsion operation amount in the operation direction, and push the propulsion head 4 forward with a predetermined stroke.

【0008】図4には、推進ヘッド4の操舵制御を行う
制御ユニット50の構成が示されている。制御ユニット
50は、前記加速度センサーC1と回転角検出センサー
C2と電磁波検出ユニットC4と接続された入力インタ
ーフェース51と、この入力インターフェース51から
送られた情報から鉛直方向に関する制御量を出力する鉛
直方向ファジィ推論部52及び水平方向に関する制御量
を出力する水平方向ファジィ推論部53と、この両ファ
ジィ推論部52、53からの出力結果を合成して受圧面
の制御方向と制御量を決定する信号合成部54と、この
信号合成部54からの制御信号に基づき、将来の推進用
ヘッドの位置と姿勢を推測する推定アルゴリズムがスト
アされている位置姿勢推定部55と、ここで推定された
推進用ヘッドの位置と姿勢が制御範囲内に有ると判断さ
れた際に、信号合成部54からの制御信号を入力して回
転駆動機構Rと推進装置2に動作信号を出力するドライ
バ57とから構成されている。以下に説明される様に、
推進用ヘッドの推定位置と推定姿勢が制御範囲から外れ
ると判断された際には、人為的に補正値を入力するわけ
であるが、このとき補正値入力部56を利用して位置姿
勢推定部55に入力する。入力された補正値が制御範囲
内にあると判断された場合には、この値がドライバ57
に入力される。上記のような構成要素を有する推進用ヘ
ッド4の推進方向を、下に説明されるファジィルールに
より制御するわけであるが、このファジィルールの適応
の結果推進用ヘッドが将来どの様に進むかを推定アルゴ
リズムにより推定し、このファジィルールにより決定さ
れた制御方向と制御量の少なくとも一方に必要に応じ
て、人為的に上記補正値入力部56を介して補正を加え
るのである。この方法が図5にフローチャートとして示
されている。具体的に説明すると、先ず、推進用ヘッド
4の現在位置と姿勢を位置検出手段と、姿勢検出手段を
利用して検出する。このステップで得られた推進用ヘッ
ド4の位置と姿勢の現時点での情報に下に説明されるフ
ァジィルールを適応することにより推進用ヘッド4の制
御方向を算出する。この算出結果と現時点での情報を基
に次のストロークの後の推進用ヘッドの位置と姿勢を所
定の推定アルゴリズムを用いて推定するのであるが、こ
の推定アルゴリズムを以下の(数1)〜(数4)に示
す。
FIG. 4 shows the structure of a control unit 50 for controlling the steering of the propulsion head 4. The control unit 50 includes an input interface 51 connected to the acceleration sensor C1, the rotation angle detection sensor C2, and the electromagnetic wave detection unit C4, and a vertical fuzzy circuit that outputs a control amount related to the vertical direction from the information sent from the input interface 51. The inference unit 52 and the horizontal direction fuzzy inference unit 53 that outputs the control amount in the horizontal direction, and the signal synthesizing unit that determines the control direction and the control amount of the pressure receiving surface by synthesizing the output results from both the fuzzy inference units 52 and 53. 54, a position / orientation estimation unit 55 in which an estimation algorithm for estimating the future position and orientation of the propulsion head based on the control signal from the signal synthesis unit 54 is stored, and the propulsion head estimated here. When it is determined that the position and orientation are within the control range, the control signal from the signal synthesizing unit 54 is input to drive the rotation. And a driver 57 for outputting an operation signal and mechanism R to the propulsion device 2. As explained below,
When it is determined that the estimated position and the estimated posture of the propulsion head are out of the control range, a correction value is artificially input. At this time, the correction value input unit 56 is used to perform the position / orientation estimation unit. Enter 55. When it is determined that the input correction value is within the control range, this value is set by the driver 57.
Is input to The propulsion direction of the propulsion head 4 having the above components is controlled by a fuzzy rule described below. How the propulsion head proceeds in the future as a result of the application of this fuzzy rule. If necessary, at least one of the control direction and the control amount estimated by the estimation algorithm and artificially corrected by the fuzzy rule is artificially corrected through the correction value input unit 56. This method is shown as a flow chart in FIG. More specifically, first, the current position and attitude of the propulsion head 4 are detected using the position detecting means and the attitude detecting means. The control direction of the propulsion head 4 is calculated by applying the fuzzy rule described below to the current information on the position and attitude of the propulsion head 4 obtained in this step. The position and orientation of the propulsion head after the next stroke is estimated using a predetermined estimation algorithm based on this calculation result and the current information. This estimation algorithm is expressed by the following (Equation 1) to ( It is shown in Formula 4).

【数1】θ'h=θh −sp sin(ψ)[Equation 1] θ'h = θh −sp sin (ψ)

【数2】D'h=Dh +s sin((θ'h+θh)/2)[Equation 2] D'h = Dh + s sin ((θ'h + θh) / 2)

【数3】θ'v =θv −sp cos(ψ)[Equation 3] θ'v = θv −sp cos (ψ)

【数4】D'v=Dv +s sin((θ'v+θv)/2) 、ここで、ψは図7で定義されるように、受圧面7aの
垂直面内の鉛直線からの角度で、sは推進距離、θh 、
θv 、Dh 、Dv は図3(a)と(b)で定義されたと
おりであり、θ'h、θ'v、D'h、D'vは図8(a)の垂
直面図と図8(b)の水平面図に定義されるとおり、推
進用ヘッドが推進された後の計画線Kに対する位置と角
度を定義する変数である。上記の図8(a)と(b)で
は、現時点での推進用ヘッドは実線で、そして1ストロ
ーク後の推定される推進用ヘッド4が破線で描かれてい
る。推進用ヘッドの推進距離を表す変数sには、これら
の式が1ストローク分推進用ヘッドが推進された際の位
置と姿勢を推定するのに利用される場合は図8にあるよ
うに1ストローク分の距離を代入すればよく、複数スト
ローク分同じ方向で推進する場合には推定結果に対し
て、さらに1ストローク分の距離を代入して演算を繰り
返さなければならない。式中のpはステアリング能力と
呼ばれ、単位距離において推進用ヘッド4の方向をどの
くらいの角度で変化させることができるかを示す数値で
ある。このステアリング能力pは、現状300mm推進
されると6°曲る値としてあるが、粘性が大であると圧
力が逃げるため小さく、粒径が小であると硬くなるため
大きくなるといったように、土質状況により変化し、掘
削機を使用する間に1度或いは必要に応じては複数回計
算する事ができる。具体的には、このステアリング能力
は(数1)や(数3)を用いて計算することができる。
即ち、掘削作業の最初にθh を計測し、1ストローク分
推進用ストロークを推進させた所でθ'hを計測し、ψを
代入することにより(数1)をpについて解く事ができ
る。即ち、最初の方の1ストロークのみ、(数1)を推
定用に用いるのではなく、与えられた土壌に対するステ
アリング能力を算出するために用いるのである。推進中
のヘッドの動きを監視することによりステアリング能力
pの変化を把握し、追従させるべく、その時点で適宜オ
ペレータがpの値を更新入力して、正確な推定を行う。
また、pの値については(数3)(数4)を用いて、自
動的に求めることもできる。つまり、単位長さ進んだと
きの姿勢変化量の値をみて判断するのである。上記の
(数1)と(数2)は推進用ヘッドの水平面での位置と
姿勢に関して計算する式で、(数3)と(数4)は推進
用ヘッドの垂直面の位置と姿勢を計算するための式であ
るが、ここで例えば上記の正弦関数は受圧面の角度ψの
定義の仕方により余弦関数となる場合もあり、この正弦
関数に対応する符号も定義の仕方によっては変わる場合
もある。実際に、水平方向の位置と姿勢を計算する(数
1)と(数2)は垂直方向の位置と姿勢を計算するため
の(数3)と(数4)とほぼ同じであり、唯一の違いは
(数1)の正弦関数が(数3)では余弦関数になってい
る点であるが、これは水平面と垂直面に90度の角度差
があるためである。この実施例では、ファジィルールに
より得られた制御方向に進む場合の推進用ヘッドの将来
の位置を(数1)〜(数4)で計算するのであるが、複
数ストローク分推進用ヘッドが推進されても設定された
制御範囲内を超えない場合、この複数ストローク分同じ
方向で推進用ヘッドを推進させるのである。複数ストロ
ーク推進させた時点では、推進用ヘッドは制御範囲を超
えていないのでこの時点で、位置検出手段と姿勢角度検
出手段により推進用ヘッドの位置と姿勢を計測し、これ
らの結果に、以下に説明されるファジィルールを適応
し、再度、推定アルゴリズムを利用して複数ストローク
分推進用ヘッドが推進されても設定された制御範囲内を
超えないと判断された場合、この複数ストローク分同じ
方向で推進用ヘッドを推進させる。この作業を繰り返し
行うのである。また、最初の1ストロークで推進用ヘッ
ドの位置或いは姿勢角度が制御範囲を超えると推定され
た場合、人為的にファジィルールで算出された制御方向
に補正を加え、再度、推定アルゴリズムに代入され、再
度、推進用ヘッドの位置或いは姿勢角度が制御範囲を超
えるかどうかがチェックされる。本実施例における推定
位置の制御範囲はDh やDv の計画線よりの位置に関し
ては±100mmで、θh やθv の計画線に対する角度
に関しては±5度と設定されているが、土壌、或いは埋
め込むワイヤなどの特徴、条件によりこれを緩和した
り、制限したりできる。この様に本発明による推進用ヘ
ッドの推進方向制御方法では、ファジィ推論により設定
された制御方向と制御量に基づき推進用ヘッドが1スト
ローク分実際に推進される前に、次に到達する位置と姿
勢を推測し、推定位置と角度が各々の制御範囲内に含ま
れるかどうかが判断されるため、推進用ヘッド4の位置
又は角度が制御範囲を超えるために制御不能になる事態
を回避することができるのである。
## EQU4 ## D'v = Dv + s sin ((θ'v + θv) / 2), where ψ is the angle from the vertical line in the vertical plane of the pressure receiving surface 7a, as defined in FIG. s is the propulsion distance, θh,
θv, Dh, and Dv are as defined in FIGS. 3A and 3B, and θ′h, θ′v, D′ h, and D′ v are the vertical view and the diagram of FIG. 8A. It is a variable that defines the position and angle with respect to the planning line K after the propulsion head has been propelled, as defined in the horizontal plan view of FIG. 8 (b). In FIGS. 8 (a) and 8 (b) above, the propulsion head at the present time is drawn by a solid line, and the estimated propulsion head 4 after one stroke is drawn by a broken line. For the variable s representing the propulsion distance of the propulsion head, when these equations are used to estimate the position and attitude when the propulsion head is propelled for one stroke, as shown in FIG. It suffices to substitute the distance for one minute, and when propelling in the same direction for a plurality of strokes, the distance for one stroke must be further substituted for the estimation result and the calculation must be repeated. In the equation, p is called a steering ability, and is a numerical value indicating how much the direction of the propulsion head 4 can be changed in a unit distance. The steering ability p is currently a value that bends 6 ° when propelled by 300 mm, but it is small when the viscosity is large because the pressure escapes, and becomes large when the particle size is small because it becomes hard and the soil quality becomes large. Depending on the situation, it can be calculated once during use of the excavator or, if necessary, multiple times. Specifically, this steering ability can be calculated using (Equation 1) or (Equation 3).
That is, θh is measured at the beginning of excavation work, θ′h is measured at the place where a stroke for propulsion is propelled by one stroke, and (ψ) is substituted to solve (Equation 1) for p. That is, only the first stroke is not used for estimating (Equation 1), but is used for calculating the steering ability for a given soil. In order to grasp the change of the steering ability p by monitoring the movement of the head during the propulsion and to make it follow, the operator appropriately inputs and updates the value of p at that time to make an accurate estimation.
Further, the value of p can be automatically calculated using (Equation 3) and (Equation 4). That is, the judgment is made by observing the value of the posture change amount when the unit length advances. The above (Formula 1) and (Formula 2) are equations for calculating the position and orientation of the propulsion head on the horizontal plane, and (Formula 3) and (Formula 4) are for calculating the position and posture of the vertical plane of the propulsion head. For example, the above sine function may be a cosine function depending on how the pressure-receiving surface angle ψ is defined, and the sign corresponding to this sine function may change depending on how it is defined. is there. Actually, (Equation 1) and (Equation 2) for calculating the position and orientation in the horizontal direction are almost the same as (Equation 3) and (Equation 4) for calculating the position and orientation in the vertical direction. The difference is that the sine function of (Equation 1) is a cosine function in (Equation 3), but this is because there is an angle difference of 90 degrees between the horizontal plane and the vertical plane. In this embodiment, the future position of the propulsion head when traveling in the control direction obtained by the fuzzy rule is calculated by (Equation 1) to (Equation 4), but the propulsion head is propelled for a plurality of strokes. However, if it does not exceed the set control range, the propulsion head is propelled in the same direction for the plurality of strokes. Since the propulsion head does not exceed the control range at the time of propelling a plurality of strokes, the position and attitude of the propulsion head are measured by the position detection means and the attitude angle detection means at this time. If the fuzzy rules described are applied and the estimation algorithm is used again and it is determined that the propulsion head does not exceed the set control range even when propelled for multiple strokes, the same direction is used for these multiple strokes. Propel the propulsion head. This work is repeated. In addition, when it is estimated that the position or posture angle of the propulsion head exceeds the control range in the first stroke, the control direction calculated by the fuzzy rule is artificially corrected, and the result is substituted into the estimation algorithm again. Again, it is checked whether the position or attitude angle of the propulsion head exceeds the control range. The control range of the estimated position in this embodiment is ± 100 mm with respect to the position of the Dh and Dv from the planned line, and the angle of θh and θv with respect to the planned line is set to ± 5 degrees. This can be relaxed or restricted depending on the characteristics and conditions. As described above, in the propulsion head control method of the propulsion head according to the present invention, the position of the propulsion head to be reached next before being actually propelled for one stroke based on the control direction and the control amount set by the fuzzy inference. Since the attitude is estimated and it is determined whether the estimated position and the angle are included in the respective control ranges, it is possible to avoid the situation where the position or the angle of the propulsion head 4 exceeds the control range and becomes uncontrollable. Can be done.

【0009】次に、本発明で利用するファジィルールの
具体例について説明する。鉛直方向ファジィ推論部52
は、入力インターフェース51から、鉛直方向に関する
姿勢角のずれθv と、このずれθv の変化量Δθv と、
位置ずれ量Dv と、さらに鉛直方向ファジィ推論部52
で決定された前回の制御量pUv とを入力され、鉛直方
向制御用ファジィルールを用いて鉛直方向に関する制御
量Uv を決定する。水平方向ファジィ推論部53は、入
力インターフェース51から、水平方向の姿勢角のずれ
θh と、このずれθh の変化量Δθh と、この水平方向
の位置ずれ量Dh とを入力され、水平方向制御用ファジ
ィルールを用いて鉛直方向に関する制御量Uh を決定す
る。 鉛直方向制御のための基本ファジィルールは以下
のような9つのルールからなっている; if Dv =NB and θv =NB then Uv =PB if Dv =ZR and θv =NB then Uv =PM if Dv =PB and θv =NB then Uv =ZR if Dv =NB and θv =ZR then Uv =PM if Dv =ZR and θv =ZR then Uv =ZR if Dv =PB and θv =ZR then Uv =NM if Dv =NB and θv =PB then Uv =ZR if Dv =ZR and θv =PB then Uv =NM if Dv =PB and θv =PB then Uv =NB さらに、姿勢角のずれθv の変化量Δθv 、つまり一回
のストロークでの姿勢角の変化が大きい場合に上記基本
ルールに優先して働く以下の優先ファジィルールがあ
る; if Δθv =PB and Dv =PB then Uv =NB if Δθv =PB and Dv =ZR then Uv =NM if Δθv =NB and Dv =NB then Uv =PB if Δθv =NB and Dv =ZR then Uv =PM 上記の記号を使って表現されたファジィルールにおい
て、PBは正の大きな値、PMは正の中ぐらい、ZRは
およそゼロ、NBは負の大きな値、NMは負の中ぐら
い、であり、正と負の意味は図3aと図3bに示す通り
である。このことから、例えば上記基本ファジィルール
の一番上のルールを自然な文章で表現すると、『もし推
進ヘッド4が計画線に対して下にずれており、かつその
姿勢が下方を向いているならば、推進ヘッド4を上方に
操舵すべく受圧面を下向きにする制御量を大きくする』
となり、上記優先ファジィルールの一番上のルールを自
然な文章で表現すると、『もし推進ヘッド4の姿勢角変
化が上向きに大きく、かつ計画線に対して上にずれてい
るならば、推進ヘッド4を下方に操舵すべく受圧面を上
向きにする制御量を大きくする』となる。同様なファジ
ィルールが水平方向制御のためにも用意されているが、
その基本ルールは、 if Dh =NB and θh
=NB then Uh =PB if Dh =ZR and θh =NB then Uh =PM if Dh =PB and θh =NB then Uh =ZR if Dh =NB and θh =ZR then Uh =PM if Dh =ZR and θh =ZR then Uh =ZR if Dh =PB and θh =ZR then Uh =NM if Dh =NB and θh =PB then Uh =ZR if Dh =ZR and θh =PB then Uh =NM if Dh =PB and θh =PB then Uh =NB であり、姿勢角の変化が大きい場合の優先ファジィルー
ルは、 if Δθh =PB and Dh =PB then Uh =NB if Δθh =PB and Dh =ZR then Uh =NM if Δθh =NB and Dh =NB then Uh =PB if Δθh =NB and Dh =ZR then Uh =PM である。例えば、水平方向制御に関しても、上記基本フ
ァジィルールの一番上のルールを自然な文章で表現する
と、『もし推進ヘッド4が計画線に対して右にずれてお
り、かつその姿勢が右を向いているならば、推進ヘッド
4を左方向に操舵すべく受圧面を右向きにする制御量を
大きくする』となり、上記優先ファジィルールの一番上
のルールを自然な文章で表現すると、『もし推進ヘッド
4の姿勢角変化が左向きに大きく、かつ計画線に対して
左にずれているならば、推進ヘッド4を右方に操舵すべ
く受圧面を左向きにする制御量を大きくする』となる。
このファジィ推論において用いられるメンバーシップ関
数は図9aから図9dに表されている。図9aは位置ず
れに関するメンバーシップ関数であり、図9bは姿勢ず
れに関するメンバーシップ関数であり、図9cは姿勢ず
れの変動に関するメンバーシップ関数であり、いずれも
三角形型のファジィ変数を用いており、この実施例では
鉛直方向と水平方向のために兼用されている。図9dは
制御量に関するメンバーシップ関数であり、シングルト
ンとなっている。各ファジィ推論部52、53は、入力
インターフェース51によって与えられた入力値を各フ
ァジィルールの前件部にマッチングさせ、後件部のメン
バーシップ関数から該当方向の制御量を推論する。この
各ファジィルールの推論結果は合成されて最終的な推論
結果として制御量Uv とUh が出力される。このファジ
ィ推論部におけるマッチングと合成に関しては公知のフ
ァジィ制御理論に基づいているためここでは詳しい説明
を省略するが、例えば、このファジィ推論部52と53
は入力インターフェース51から送られたデータを用い
てファジィルールの前件部の各変数の値とマッチングす
るグレード値を図9a、9b、9cで示したメンバーシ
ップ関数に基づいて求め、その内の小さい方のグレード
値をとり、後件部の処理においてそのグレード値を図9
dのメンバーシップ関数(シングルトン)から求められ
る制御量と掛け合わせ(例えばグレート値が0.5のN
Mなら、0.5×(−0.5)=−0.25となる)、
そのファジィルールの制御量とする。このようにして求
められた各ファジィルールの制御の総和をとることで
(もちろん、この総和値に所定値を加算したり、乗算し
てもよい)、最終的な各方向の制御量Uv 又はUh が決
定される。なお、このルールマッチングの際、姿勢角の
ずれθv の変化量Δθv が大きい場合には上述したよう
に優先ファジィルールが採用される。鉛直方向ファジィ
推論部52から出力された鉛直方向制御量Uv と水平方
向ファジィ推論部53から出力された水平方向制御量U
h とは信号合成部54で合成され、操舵部材としての受
圧面7aに対する制御方向と制御量が決定される。この
合成の方法は、図10に模式的に示されている。図10
では、縦軸に鉛直方向制御量Uv が、横軸に水平方向制
御量Uh がとられており、入力された鉛直方向制御量U
v と水平方向制御量Uh は、図9dから理解できるよう
に、1から−1の値をとる。図の例では、Uv =−0.
2、Uh =−0.2である。ここで、Uv の値をもつ垂
直なベクトルとUh の値をもつ水平なベクトルとの和で
あるベクトルRを受圧面7aに対する制御方向と制御量
とする。つまりこの例では、制御方向Ψは135度(真
上を0度とする)、制御量は0.28となる。この制御
方向Ψと受圧面7aの向きとの関係はちょうど180度
反対の方向となるので、この例では、受圧面7aの向き
を右上方(315度)に調節することになる。この推進
ヘッド4では受圧面7a自身の傾斜面角度は変更できな
いことから方向修正能力は一定であるため、制御量に応
じた能力調整はできない。このため、1ストロークの推
進中(通常300mm)に制御された方向に進む動作と
その方向と180度逆の方向に進む動作を制御量に応じ
て比例配分し、つまりストロークが分割され、擬似的に
制御量に応じた制御を行っている。この比例配分の例が
図11に示されている。図11に従うと、上記の例では
制御量は0.28なので、受圧面を右上方(315度)
に向けて200mmの分割ストロークで推進させ、受圧
面を180度反転させた向き(135度)で100mm
の分割ストロークで推進させることになる。以上のよう
な受圧面の向きと推進ストロークの決定はドライバ55
により行われ、動作信号に変換された後、回転駆動機構
Rと推進装置2へ送られる。
Next, a specific example of the fuzzy rule used in the present invention will be described. Vertical direction fuzzy inference unit 52
Is the deviation θv of the posture angle in the vertical direction from the input interface 51, and the change amount Δθv of this deviation θv,
The positional deviation amount Dv and the vertical fuzzy inference unit 52
The previous control amount pUv determined in step 1 is input, and the control amount Uv related to the vertical direction is determined using the fuzzy rule for vertical direction control. The horizontal fuzzy inference unit 53 receives the horizontal posture angle deviation θh, the change amount Δθh of the deviation θh, and the horizontal positional deviation amount Dh from the input interface 51, and the horizontal direction fuzzy inference unit 53 receives the fuzzy for horizontal control. The control amount Uh in the vertical direction is determined using a rule. The basic fuzzy rule for vertical control consists of nine rules as follows: if Dv = NB and θv = NB then Uv = PB if Dv = ZR and θv = NB then Uv = PM if Dv = PB and θv = NB then Uv = ZR if Dv = NB and θv = ZR then Uv = PM if Dv = ZR and θv = ZR then Uv = ZR if N = DV = NV nd Nv = NV Uv = ZR if Dv = PB and θv = NV Uv = ZR if Dv = PB then Uv = ZR if Dv = ZR and θv = PB then Uv = NM if Dv = PB and θv = PB then Uv = NB Furthermore, the change Δθv in the attitude angle deviation θv, that is, in one attitude stroke. The following priority fuzzy rules that take precedence over the above basic rules when the change in angle is large If Δθv = PB and Dv = PB then Uv = NB if ΔΔv = PB and Dv = ZR then Uv = NM if Δθv = NB and Dv = Zv Uv = Pd Nv = Dv Nv = PB and Nv = Nd Uv = PV and Nv In the fuzzy rule expressed using the above symbols, PB is a positive large value, PM is a positive medium value, ZR is about zero, NB is a large negative value, NM is a negative medium value, and And the negative meanings are as shown in Figures 3a and 3b. From this, for example, the top rule of the above basic fuzzy rules is expressed in a natural sentence: "If the propulsion head 4 is displaced downward with respect to the planned line and its posture is downward. For example, increase the control amount that makes the pressure receiving surface face down to steer the propulsion head 4 upward. ”
When the top rule of the above priority fuzzy rules is expressed in a natural sentence, “If the attitude angle change of the propulsion head 4 is large upward and deviates upward from the planned line, 4 controls the pressure receiving surface upward so as to steer 4 downward. " Similar fuzzy rules are also provided for horizontal control,
The basic rule is if Dh = NB and θh
= NB then Uh = PB if Dh = ZR and θh = NB then Uh = PM if Dh = PB and θh = NB then Uh = ZR if Dh = NB and θh = ZR then Dh = UR = ZR then Uh = ZR and Rh then Uh = ZR if Dh = PB and θh = ZR then Uh = NM if Dh = NB and θh = PB then Uh = ZR if Dh = ZR and Ph and Uh = UR Ph and Uh = PB and θh = PB and θh = PB and θh = NB, and the priority fuzzy rule when the change in posture angle is large is: if Δθh = PB and Dh = PB then Uh = NB if Δθh = PB and Dh = ZR then Uh = NM if Δθh = NB and then Uh = PB if Δθh = NB and Dh = ZR the n Uh = PM. For example, regarding the horizontal direction control, if the top rule of the above basic fuzzy rules is expressed by a natural sentence, "If the propulsion head 4 is displaced to the right with respect to the planned line, and its posture is directed to the right. If so, increase the control amount that turns the pressure receiving surface to the right so as to steer the propulsion head 4 to the left. ”If the top rule of the above priority fuzzy rule is expressed in a natural sentence,“ If propulsion If the change in the attitude angle of the head 4 is large to the left and deviates to the left with respect to the planned line, the control amount for turning the pressure receiving surface to the left in order to steer the propulsion head 4 to the right is increased.
The membership functions used in this fuzzy inference are represented in Figures 9a to 9d. FIG. 9a is a membership function relating to positional deviation, FIG. 9b is a membership function relating to posture deviation, and FIG. 9c is a membership function relating to variation in posture deviation, both of which use a fuzzy triangular variable, In this embodiment, both the vertical direction and the horizontal direction are used. FIG. 9d is a membership function related to the controlled variable, which is a singleton. Each fuzzy inference unit 52, 53 matches the input value given by the input interface 51 with the antecedent part of each fuzzy rule, and infers the control amount in the corresponding direction from the membership function of the consequent part. The inference results of these fuzzy rules are combined and the control quantities Uv and Uh are output as the final inference results. Since the matching and combining in the fuzzy inference unit is based on the known fuzzy control theory, detailed description thereof is omitted here. For example, the fuzzy inference units 52 and 53 are used.
Uses the data sent from the input interface 51 to find the grade value that matches the value of each variable in the antecedent part of the fuzzy rule based on the membership function shown in FIGS. 9a, 9b and 9c The grade value of one is taken, and the grade value is shown in Fig. 9 in the processing of the consequent part.
It is multiplied by the control amount obtained from the membership function (singleton) of d (for example, N with a great value of 0.5).
If M, then 0.5 × (−0.5) = − 0.25),
The control amount of the fuzzy rule. By taking the total sum of the control of each fuzzy rule thus obtained (of course, a predetermined value may be added to or multiplied by this total sum value), the final control amount Uv or Uh in each direction may be obtained. Is determined. In this rule matching, when the change amount Δθv of the attitude angle shift θv is large, the priority fuzzy rule is adopted as described above. Vertical direction control amount Uv output from the vertical direction fuzzy inference unit 52 and horizontal direction control amount U output from the horizontal direction fuzzy inference unit 53.
h is combined by the signal combining unit 54, and the control direction and control amount for the pressure receiving surface 7a as the steering member are determined. The method of this synthesis is shown schematically in FIG. Figure 10
, The vertical control amount Uv is plotted on the vertical axis and the horizontal control amount Uh is plotted on the horizontal axis.
v and the horizontal control amount Uh take values from 1 to -1, as can be seen from Fig. 9d. In the example of the figure, Uv = -0.
2, Uh = -0.2. Here, the vector R, which is the sum of the vertical vector having the value of Uv and the horizontal vector having the value of Uh, is taken as the control direction and control amount for the pressure receiving surface 7a. In other words, in this example, the control direction Ψ is 135 degrees (0 degree immediately above), and the control amount is 0.28. Since the relationship between the control direction Ψ and the direction of the pressure receiving surface 7a is exactly 180 degrees opposite, in this example, the direction of the pressure receiving surface 7a is adjusted to the upper right (315 degrees). In this propulsion head 4, since the angle of the inclined surface of the pressure receiving surface 7a itself cannot be changed, the direction correction ability is constant, and therefore the ability adjustment according to the control amount cannot be performed. For this reason, the operation of advancing in a controlled direction during the propulsion of one stroke (normally 300 mm) and the operation of advancing in a direction 180 degrees opposite to that direction are proportionally distributed according to the control amount, that is, the stroke is divided, and the pseudo movement is performed. Is controlled according to the control amount. An example of this proportional distribution is shown in FIG. According to FIG. 11, since the control amount is 0.28 in the above example, the pressure receiving surface is located at the upper right (315 degrees).
100 mm in a direction (135 degrees) with the pressure receiving surface inverted 180 degrees.
It will be promoted in the divided strokes. The driver 55 determines the direction of the pressure receiving surface and the propulsion stroke as described above.
After being converted into an operation signal, it is sent to the rotary drive mechanism R and the propulsion device 2.

【0010】上記のファジィルールよりの出力値である
制御方向に基づき推進用ヘッドの将来の位置を推定する
推定アルゴリズム、即ち(数1)から(数4)、は比例
配分を行わなくとも良いときには簡単に利用できるので
あるが、受圧面を途中で反転させる際にも適応すること
ができる。この方法の2つの例を説明する。一つの方法
は、比例配分の各々の受圧面の角度と分割ストローク距
離を(数1)から(数4)に代入することである。具体
的に上記の例を使って説明すると、受圧面を315度に
向けて200mmの分割ストロークで推進させる際に
は、ψは315度であり、sは200mmである。この
数値を利用して推進用ヘッドの分割ストローク後の位置
と姿勢を推定し、この推定位置と姿勢角度を(数1)か
ら(数4)に代入し、更に を135度、sを100mm
に設定し、1ストローク後の推進用ヘッドの最終位置と
姿勢が推定されるのである。第2の方法は、(数1)と
(数3)の右側の第2項目に比例配分に応じた係数を掛
ける方法である。図11の例で説明すると、比例配分が
1:1の場合は、推進用ヘッドが方向を変えずに直進す
る場合であるので、(数1)と(数3)の第2項は0で
なければならない。従って、それぞれの項にかける係数
は0である。また比例配分が2:1である場合、比例配
分が無い場合と比較すると推進用ヘッドの角度の変化量
は1/3に近いのでこれが係数として掛けられる。
When the estimation algorithm for estimating the future position of the propulsion head based on the control direction which is the output value from the above fuzzy rule, that is, (Equation 1) to (Equation 4), does not need to perform proportional distribution. Although it can be easily used, it can also be applied when the pressure receiving surface is inverted halfway. Two examples of this method are described. One method is to substitute the angle of each pressure receiving surface of proportional distribution and the division stroke distance into (Equation 1) to (Equation 4). Specifically, using the above example, when propelling the pressure receiving surface toward 315 degrees in 200 mm divided strokes, ψ is 315 degrees and s is 200 mm. Using these values, the position and attitude of the propulsion head after the divided strokes are estimated, and the estimated position and attitude angle are substituted into (Equation 1) to (Equation 4), and further 135 degrees and s is 100 mm.
Then, the final position and attitude of the propulsion head after one stroke is estimated. The second method is to multiply the second item on the right side of (Equation 1) and (Equation 3) by a coefficient according to the proportional distribution. In the example of FIG. 11, when the proportional distribution is 1: 1, the propulsion head goes straight without changing the direction, so the second term of (Equation 1) and (Equation 3) is 0. There must be. Therefore, the coefficient by which each term is multiplied is zero. Further, when the proportional distribution is 2: 1, as compared with the case where there is no proportional distribution, the amount of change in the angle of the propulsion head is close to 1/3, and this is multiplied as a coefficient.

【0011】〔別実施例〕上記の実施例では、最初に位
置検出手段と姿勢角度検出手段により推進用ヘッドの位
置と姿勢を計測し、これらのデータをファジィルールの
入力値とすることにより、推進用ヘッドの制御方向を決
定し、その後、所定の推定アルゴリズムにより推進用ヘ
ッド4の位置や姿勢が複数ストローク分推進しても設定
された制御範囲を超えないと判断されると、この複数ス
トローク分実際に推進用ヘッド4を推進させるのである
が、1ストローク分推進用ヘッドを推進させるごとにフ
ァジィルールを適応させても良いのである。即ち、推定
アルゴリズムを利用し、推進用ヘッド4が1ストローク
分推進したときの位置と姿勢を推定し、この推定位置と
推定姿勢が制御範囲内に入っていると判断された場合、
推進用ヘッド4を1ストローク分推進させ、先の推定位
置と推定姿勢をファジィルールの入力値とし次のストロ
ークの制御方向を決定するという作業を繰り返して行く
のである。この作業を場合に応じて複数回行い、その
後、実際の推進用ヘッドの位置を計測し、また複数スト
ロークを位置と姿勢の計測無しに推進用ヘッドを進める
のである。この方法であると、同じ方向に複数ストロー
ク分推進用ヘッド4を推進する方法に比べ、計画線に対
する推進用ヘッド4の追従が正確になり、軌跡がよりス
ムースになる。このとき、実際の推進ヘッドの推進は、
複数ストローク分の推進後の推進ヘッドの位置と姿勢を
推測した後にその複数ストローク分まとめて行っても良
いし、また、1ストローク分位置と姿勢を推測した後、
これらが制御範囲に収まっていると判断された時点で1
ストローク分進んでもよい。また、更に推進用ヘッドの
計画線に対する追従を正確にするために、図6のフロー
チャートで示されるように、位置検出手段と姿勢角度検
出手段による推進用ヘッドの位置と姿勢を1ストローク
ごとに計測しても良い。これらのデータが上述されたフ
ァジィルールの入力値とされ、1ストロークごとに制御
方向が決定され、これに基づき上記の(数1)〜(数
4)の推定アルゴリズムで表されるアルゴリズムによ
り、1ストローク推進された後の推進用ヘッド4の位置
と姿勢が推測される。この推定位置と推定姿勢がファジ
ィ制御の段階において許容される範囲である位置制御範
囲内と角度制御範囲内にそれぞれ入っているかどうかの
判断がされるのである。このとき推定位置或いは推定角
度が各々の制御範囲内に含まれていない場合には、人為
的に推進用ヘッ4の制御方向と制御量に対して補正を行
い、再度上記の(数1)〜(数4)で表されるアルゴリ
ズムで推定位置と角度が各々の制御範囲内に含まれるか
どうかが判断される。この時点でもし推定位置と角度が
各々の制御範囲内に含まれると判断された場合、推進ヘ
ッド4を1ストローク分だけ実際に推進させ、その後、
再度、推進用ヘッド4の現在位置と姿勢が検出され、上
記の作業が繰り返されるのである。この様に1ストロー
クごとに推進用ヘッド4の位置と姿勢角度が計測される
と、推定アルゴリズムで推進用ヘッドの位置が推定され
るより、より確実なデータを得ることができ推進用ヘッ
ドの計画線に対する追従がより正確でスムースに行われ
る。ファジィ制御により推進ヘッドを制御するものを説
明したが、ファジィ制御に限定するものではなく、他の
制御方法であってもよく、又、推定位置が制御範囲を超
える場合の補正内容については詳述していないが、特に
限定するものではなく、適宜構成できる。
[Other Embodiments] In the above embodiment, first, the position and attitude of the propulsion head are measured by the position detecting means and the attitude angle detecting means, and these data are used as the input values of the fuzzy rule. When the control direction of the propulsion head is determined, and then it is determined by the predetermined estimation algorithm that the position and posture of the propulsion head 4 are propelled by a plurality of strokes and do not exceed the set control range, the plurality of strokes are determined. Although the propulsion head 4 is actually propelled, the fuzzy rule may be adapted every time the propulsion head is propelled by one stroke. That is, using the estimation algorithm, the position and orientation when the propulsion head 4 is propelled for one stroke is estimated, and when it is determined that the estimated position and the estimated orientation are within the control range,
The propulsion head 4 is propelled by one stroke, and the estimated position and estimated posture are used as the input values of the fuzzy rule to determine the control direction of the next stroke. This work is carried out a plurality of times depending on the situation, and then the actual position of the propulsion head is measured, and the propulsion head is advanced without making a plurality of strokes to measure the position and orientation. With this method, as compared with the method of propelling the propulsion head 4 for a plurality of strokes in the same direction, the propulsion head 4 follows the planned line more accurately, and the trajectory becomes smoother. At this time, the actual propulsion of the propulsion head is
After estimating the position and posture of the propulsion head after propelling for a plurality of strokes, it may be performed collectively for the plurality of strokes, or after estimating the position and posture for one stroke,
1 when it is determined that these are within the control range
You may advance by the stroke. Further, in order to further accurately follow the planned line of the propulsion head, as shown in the flowchart of FIG. 6, the position and the posture of the propulsion head are measured for each stroke by the position detection means and the posture angle detection means. You may. These data are used as the input values of the above-mentioned fuzzy rule, the control direction is determined for each stroke, and based on this, the algorithm expressed by the estimation algorithm of (Equation 1) to (Equation 4) The position and posture of the propulsion head 4 after the stroke propulsion is estimated. It is judged whether or not the estimated position and the estimated posture are within the position control range and the angle control range, which are allowable ranges in the fuzzy control stage. At this time, when the estimated position or the estimated angle is not included in each control range, the control direction and the control amount of the propulsion head 4 are artificially corrected, and the above-mentioned (Equation 1)- Whether the estimated position and the angle are included in the respective control ranges is determined by the algorithm represented by (Equation 4). At this time, if it is determined that the estimated position and the angle are within the respective control ranges, the propulsion head 4 is actually propelled by one stroke, and then,
Again, the current position and attitude of the propulsion head 4 are detected, and the above work is repeated. When the position and attitude angle of the propulsion head 4 are measured for each stroke in this way, more reliable data can be obtained than when the position of the propulsion head is estimated by the estimation algorithm. The tracking of the line is more accurate and smooth. Although the control of the propulsion head by the fuzzy control has been described, the control method is not limited to the fuzzy control, other control methods may be used, and the correction content when the estimated position exceeds the control range will be described in detail. Although not provided, it is not particularly limited and can be appropriately configured.

【0012】なお、特許請求の範囲の項に、図面との対
照を便利にするために符号を記すが、各記入により本発
明は添付図面の構成に限定されるものではない。
It should be noted that although reference numerals are added to the claims for convenience of comparison with the drawings, the present invention is not limited to the configurations of the accompanying drawings by each entry.

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

【図1】本発明による制御システムを採用した推進工法
の実施状況を示す側面視断面図
FIG. 1 is a side sectional view showing a state of implementation of a propulsion method employing a control system according to the present invention.

【図2】推進体の側面図[Figure 2] Side view of the propulsion unit

【図3】推進計画線に対する推進用ヘッドのずれを説明
する説明図
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a displacement of a propulsion head with respect to a propulsion planning line.

【図4】本発明による制御システムを模式的に示すブロ
ック図
FIG. 4 is a block diagram schematically showing a control system according to the present invention.

【図5】本発明による推進用ヘッドの制御方法の実施例
を示したフローチャート
FIG. 5 is a flowchart showing an embodiment of a propulsion head control method according to the present invention.

【図6】本発明による推進用ヘッドの制御方法の別実施
例を示したフローチャート
FIG. 6 is a flowchart showing another embodiment of the propulsion head control method according to the present invention.

【図7】推進用ヘッドの傾斜面の向きを定義した斜視図FIG. 7 is a perspective view in which the direction of the inclined surface of the propulsion head is defined.

【図8】推進用ヘッドの現在位置と推進させた状態を示
す図
FIG. 8 is a diagram showing the current position of the propulsion head and the state of propulsion.

【図9】ファジィ推論部で用いられるメンバーシップ関
数を示す図
FIG. 9 is a diagram showing a membership function used in a fuzzy inference unit.

【図10】信号合成部における垂直方向制御量と水平方
向制御量との合成処理を説明する説明図
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a synthesis process of a vertical direction control amount and a horizontal direction control amount in a signal synthesis unit.

【図11】制御量に応じた推進ストロークの分割を示す
FIG. 11 is a diagram showing division of a propulsion stroke according to a control amount.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4 推進用ヘッド 7a 推進用ヘッドの受圧面 C1 姿勢角度検出手段 C4 位置検出手段 4 Propulsion head 7a Pressure receiving surface of propulsion head C1 Attitude angle detection means C4 Position detection means

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 後方から押圧力を受けて土中を推進する
推進管(3)の先端側に連結された推進用ヘッド(4)
の位置を検出する位置検出手段(C4)からの位置情報
と、前記推進用ヘッド(4)の姿勢を検出する姿勢角度
検出手段(C1)からの姿勢情報に基づいて、土中推進
に伴って土中からの反力を受けるように設けられた前記
推進用ヘッド(4)の傾斜受圧面(7a)の制御方向を
決定し、単位ストロークで前記推進管(3)を推進計画
線上に推進させる推進用ヘッドの制御方法において、 決定された制御方向に従って前記推進用ヘッド(4)の
単位ストロークの推進を複数回連続する際に、予め設け
られた推定アルゴリズムに基づいて前記複数回の単位ス
トローク推進後の前記推進用ヘッド(4)の位置と姿勢
を推定し、推定位置と推定姿勢のいずれかが許容される
制御範囲を超える場合に、前記推進用ヘッド(4)が前
記制御範囲を超えないように、決定された制御方向に補
正を加える推進用ヘッドの制御方法。
1. A propulsion head (4) connected to the tip side of a propulsion pipe (3) for propelling in soil by receiving a pressing force from the rear.
Based on the position information from the position detecting means (C4) for detecting the position of the position and the attitude information from the attitude angle detecting means (C1) for detecting the attitude of the propulsion head (4), The control direction of the inclined pressure receiving surface (7a) of the propulsion head (4) provided so as to receive the reaction force from the soil is determined, and the propulsion pipe (3) is propelled on the propulsion planning line in a unit stroke. In the method of controlling the propulsion head, when the propulsion of the unit stroke of the propulsion head (4) is performed a plurality of times in accordance with the determined control direction, the plurality of unit stroke propulsions are performed based on an estimation algorithm provided in advance. The position and orientation of the subsequent propulsion head (4) is estimated, and if either the estimated position or the estimated posture exceeds the allowable control range, the propulsion head (4) does not exceed the control range. The control method of the propulsion head that corrects the determined control direction.
【請求項2】 前記推定アルゴリズムを、 θ' =θ−sp sin(ψ) D' =D+s sin((θ'+θ)/2) (ここに、 sは、推進距離、 θとθ' は、それぞれ推進計画線に対する前記推進用ヘ
ッド(4)の現在の姿勢を表す角度とs推進した後の前
記推定姿勢を表す角度、 pは、単位推進距離あたりの推進用ヘッド(4)の前記
推進計画線に対する角度の変化率、 ψは、前記受圧面(7a)の角度位置、 DとD' は、前記推進用ヘッド(4)の現在の位置を表
す前記推進計画線よりの距離と、s推進した後の前記推
進用ヘッド(4)の前記推定位置を表す前記推進計画線
よりの距離)とする請求項1記載の推進用ヘッドの制御
方法。
2. The estimation algorithm is characterized in that θ ′ = θ−sp sin (ψ) D ′ = D + s sin ((θ ′ + θ) / 2) (where s is the propulsion distance and θ and θ ′ are The angle representing the current attitude of the propulsion head (4) with respect to the propulsion planning line and the angle representing the estimated attitude after s propulsion, respectively, p is the propulsion plan of the propulsion head (4) per unit propulsion distance The rate of change of the angle with respect to the line, ψ is the angular position of the pressure receiving surface (7a), D and D'are the distance from the propulsion planning line representing the current position of the propulsion head (4), and s propulsion The method for controlling a propulsion head according to claim 1, wherein the propulsion head (4) is a distance from the propulsion planning line that represents the estimated position.
JP11158495A 1995-05-10 1995-05-10 Control method for head for propulsion Pending JPH08303180A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11158495A JPH08303180A (en) 1995-05-10 1995-05-10 Control method for head for propulsion

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11158495A JPH08303180A (en) 1995-05-10 1995-05-10 Control method for head for propulsion

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH08303180A true JPH08303180A (en) 1996-11-19

Family

ID=14565082

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11158495A Pending JPH08303180A (en) 1995-05-10 1995-05-10 Control method for head for propulsion

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH08303180A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112682049A (en) * 2021-03-22 2021-04-20 中铁九局集团第四工程有限公司 Deviation rectifying control method and device for shield tunneling attitude

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112682049A (en) * 2021-03-22 2021-04-20 中铁九局集团第四工程有限公司 Deviation rectifying control method and device for shield tunneling attitude
CN112682049B (en) * 2021-03-22 2021-06-08 中铁九局集团第四工程有限公司 Deviation rectifying control method and device for shield tunneling attitude
WO2022179266A1 (en) * 2021-03-22 2022-09-01 中铁九局集团第四工程有限公司 Deviation rectification control method and apparatus for shield tunneling attitude

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2017208303B2 (en) Method and system for driving a mining and/or construction machine in a safe manner without the risk of collision
JP3056211B2 (en) An autonomous robot vehicle that tracks a path consisting of a series of directed straight lines and directed arcs using position feedback and continuous curvature and its control method
US6519514B2 (en) Automatic travel control apparatus for vehicle
JPH06230823A (en) Control method of vehicle
CN111930132A (en) Track control method for underwater autonomous vehicle
Connors et al. Manipulating B-Spline based paths for obstacle avoidance in autonomous ground vehicles
JP2000302098A (en) Automatic azimuth setting method and device therefor
JPH08303180A (en) Control method for head for propulsion
US5312163A (en) System for aiding operation of excavating type underground advancing machine
JP3566802B2 (en) Vehicle steering system
JPH08305407A (en) Control system for jacking head
EP4298399A1 (en) Method and system for autononomus driving of a mining machine in an underground environment
JPH08226296A (en) Control method for head for propulsion
JP2941671B2 (en) Direction control method for a mid-fold tunnel excavator
JP2585125B2 (en) Automatic direction control device and control method for small diameter pipe propulsion
JP3299031B2 (en) Control equipment for shield excavator
JPH0660555B2 (en) How to select a jack pattern for a shield machine
JP2597418B2 (en) Automatic Direction Control Method for Small Diameter Tunnel Robot Using Fuzzy Control
JP2748002B2 (en) Guidance traveling device for moving objects
JPH0194195A (en) Automatic direction control method of shielding machine
JPH03107093A (en) Automatic direction control method for shield drilling machine
JP3822521B2 (en) State estimation method and apparatus for buried pipe propulsion device tip device
JP2740104B2 (en) Position / attitude control method for a mid-bend shield machine
JPH0886190A (en) Direction and position control method and device for tunnel robot
JP2764506B2 (en) Automatic direction control device for shield machine

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040316

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040325

A02 Decision of refusal

Effective date: 20040715

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02