JPH09177478A

JPH09177478A - 掘進機の方向制御装置

Info

Publication number: JPH09177478A
Application number: JP7340973A
Authority: JP
Inventors: Norio Takahashi; 典夫高橋; Satoshi Fukuhara; 聡福原
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1995-12-27
Filing date: 1995-12-27
Publication date: 1997-07-08
Also published as: WO1997024511A1; KR970044027A; TW336975B

Abstract

(57)【要約】【課題】掘進機の方向の制御を簡易にかつ高速に行うこ
とができるようにするとともに、操作遅れがなく精度よ
く行えるようにする。【解決手段】掘進機の位置ずれおよび位置ずれ変化量と
アクチュエータに与える駆動指令との対応関係が予め用
意されておかれ、この対応関係に基づき、位置ずれ検出
手段で検出された現在の位置ずれと位置ずれ変化量演算
手段で演算された現在の位置ずれ変化量とを入力値とし
て、この入力値に対応する駆動指令がアクチュエータに
対して出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、掘進機の方向制御
装置に関し、特に精度よく、かつ高速に掘進機の方向を
制御するための制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】掘進
機、たとえばシールド堀削機の堀削方向の制御に関する
発明が、本特許出願人から既に特許出願されている（特
願平６ー１０１２１２号）。

【０００３】この出願の明細書には、シールド堀削機が
推進した過去の履歴（計画線に対する位置ずれの変化の
傾向）に基づいて、堀削機の方向を制御するアクチュエ
ータに対する操作量を求め、この操作量をアクチュエー
タに与えることにより当該シールド堀削機が計画線に沿
って推進するようにその方向を制御する技術が開示され
ている。

【０００４】しかし、過去の履歴からアクチュエータに
対する操作量を求めるまでの過程の演算は、煩雑であ
り、このため方向制御を高速に行うことができなかっ
た。

【０００５】一方、特開平５ー１２５８９５号公報に
は、シールド堀削機の推進用油圧ジャッキの作動ジャッ
キパターンを、シールド堀削機の現在位置に対応づけて
用意しておき、現在位置に応じて作動ジャッキパターン
を選択し、シールド堀削機の方向を制御する技術が開示
されている。

【０００６】しかし、この公報記載の技術は、シールド
堀削機の現在位置、計画線に対する水平方向の位置ず
れ、垂直方向の位置ずれのみによって方向を制御するも
のであり、上記特願平６ー１０１２１２号にみられるよ
うに、過去の履歴（堀削機の位置ずれの変化の傾向）
は、何ら考慮されていない。

【０００７】このため、現在の計画線に対する位置ずれ
が許容の範囲内にありさえすれば、一義的な操作量が推
進用油圧ジャッキに与えられるのみであり、許容範囲か
ら外れていく傾向があったとしても、許容範囲内に積極
的に追い込むような操作量は与えられず、許容範囲から
外れてはじめて許容範囲内に積極的に追い込むような操
作量が与えられるため、操作遅れが生じてしまうことが
ある。

【０００８】本発明は、こうした実状に鑑みてなされた
ものであり、掘進機の方向の制御を簡易にかつ高速に行
うことができるようにするとともに、操作遅れがなく精
度よく行えるようにすることを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段および効果】そこで、この
発明の主たる発明では、掘進機の進行方向を変化させる
アクチュエータに駆動指令を与えることにより、該掘進
機を計画線に沿って掘進させるようにした掘進機の方向
制御装置において、前記計画線に対する前記掘進機の位
置ずれを逐次検出する位置ずれ検出手段と、前記位置ず
れ検出手段で現在検出されている位置ずれと前回に検出
された位置ずれとの差である位置ずれ変化量を逐次演算
する位置ずれ変化量演算手段と、前記位置ずれおよび前
記位置ずれ変化量と前記アクチュエータに与える駆動指
令との対応関係を予め用意しておき、この対応関係に基
づき、前記位置ずれ検出手段で検出された現在の位置ず
れと前記位置ずれ変化量演算手段で演算された現在の位
置ずれ変化量とを入力値として、この入力値に対応する
駆動指令を出力する手段とを具えるようにしている。

【００１０】かかる構成によれば、掘進機の位置ずれお
よび位置ずれ変化量とアクチュエータに与える駆動指令
との対応関係が予め用意されておかれ、この対応関係に
基づき、位置ずれ検出手段で検出された現在の位置ずれ
と位置ずれ変化量演算手段で演算された現在の位置ずれ
変化量とを入力値として、この入力値に対応する駆動指
令がアクチュエータに対して出力される。

【００１１】このように予め用意された対応関係に基づ
く即座にアクチュエータに対して駆動指令が出力される
ので、掘進機の方向の制御が簡易にかつ高速に行われ
る。しかも、掘進機の位置ずれおよび位置ずれ変化量と
に基づき、掘進機の位置ずれの変化の傾向が考慮された
駆動指令がアクチュエータに与えられるので、操作遅れ
がなく方向制御を精度よく行うことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る掘進機の方向制御装置の実施の形態について説明す
る。

【００１３】なお、以下に説明する実施例では、掘進機
が、アーティキュレートジャッキによって中折れするタ
イプのシールド堀削機を想定している。

【００１４】図３（ａ）、（ｂ）は実施例で想定してい
るシールド掘削機の縦断面図（同図（ａ））、先端部分
の斜視図（同図（ｂ））を示しており、大きくは、後胴
部１と、前胴部２とから構成されている。

【００１５】後胴部１、前胴部２は、アーティキュレー
トジャッキ３によって揺動自在に連結されており、後胴
部１には、ジャッキ先端を履工体１１の端面に当接さ
せ、ジャッキストローク量を変化させることで掘削機全
体を推進させる１０本の推進ジャッキ４（図４参照）
が、後方へ伸縮自在に配設されている。前胴部２の前端
部には、回転カッタ９が回転自在に配設されている。回
転カッタ９は、回転駆動部１０によって回転駆動され
る。

【００１６】シールド掘削機は、回転カッタ９を回転さ
せながら推進ジャッキ４を伸張させる制御が行われるこ
とによって、履工体１１に対して前進される。かかる前
進の際、アーティキュレートジャッキ３が伸縮制御され
ることにより、前胴部２が揺動され、堀削機は計画ライ
ンに沿って掘進される。また、１０本の推進ジャッキ４
が所要にオン・オフ制御されることにより回転モーメン
トが変化され、これにより方向修正がなされ、掘削機は
計画ラインに沿って掘進される。

【００１７】図１は、シールド掘削機を制御する制御装
置の構成をブロック図で示したものである。

【００１８】同図１に示すように、後胴部１には、後胴
部１の姿勢角θ´h（水平方向）を検出するジャイロコ
ンパス２２および姿勢角θ´v（垂直方向）を検出する
傾斜計２７が配設されている。

【００１９】また、アーティキュレートジャッキ３に
は、そのジャッキストローク量を検出するストローク量
センサ１５が配設されている。

【００２０】推進ジャッキ４には、ジャッキストローク
量ＳＪを検出するストローク量センサ２５が配設されて
おり、また、履工体１１と後胴部１内面との距離を示す
テールクリアランスＴを検出するテールクリアランス計
２６が、後胴部１に配設されている。

【００２１】コントローラ１６は、各ジャッキを駆動制
御するものであり、キーボード等の入力装置１８を介し
てデータが入力されるとともに、Ｉ／Ｏボード１７を介
して各種センサ信号および制御信号が入出力される。ま
た、ＣＲＴ２３に適宜処理結果が表示されるとともに、
プリンタ２４に適宜処理結果が印字出力される。

【００２２】上記ジャイロコンパス２２および傾斜計２
７で検出される姿勢角θ´h、θ´vは、センサ信号とし
てＩ／Ｏボード１７に入力される。多重伝送装置１９、
多重伝送装置２０を介して上記Ｉ／Ｏボード１７に信号
が入出力されるようになっており、子局である多重伝送
装置２０に、シールド掘削機の各種のセンサ信号ＳＪ、
Ｔ等が入力され、該多重伝送装置２０からアーティキュ
レートジャッキ３または推進ジャッキ４の駆動用の油圧
バルブ２１に対して、その弁の開閉等を制御するための
所要の制御信号が出力される。

【００２３】アーティキュレートジャッキ３を駆動する
バルブ２１が、後述する目標中折れ角θN（図５参照）
が得られるように所要に開閉制御されると、アーティキ
ュレートジャッキ３が伸縮駆動されて、前胴部２が揺動
される。なお、かかる揺動制御の際、上記ストローク量
センサ１５の出力は、フィードバック信号として使用さ
れる。

【００２４】一方、ジャイロコンパス２２および傾斜計
２７によって後胴部１の姿勢角θ´h、θ´vが検出され
る他、後胴部１の現在位置が、本出願人の先願（特開平
６ー１０１２１２号）に示されるように、ジャイロコン
パス２２の検出値、ジャッキストローク量センサ２５の
検出値に基づいて推定演算される。

【００２５】また、本出願人の先願に係る公開公報（特
開平５ー１２５８９４号公報）に示されるように、レー
ザターゲットによりシールド堀削機の位置を直接計測す
るようにしてもよい。すなわち、図２に示すように、ト
ンネル１４内の基準点には、レーザ発振器１３ａが設置
され、光波距離計１３と後胴部１に配設されたレーザタ
ーゲット１２によってシールド堀削機の後胴部１の現在
位置と現在の姿勢角を計測するというものである。

【００２６】いずれにせよ、上述のいずれかの方法によ
って後胴部１の位置および姿勢角θ´h、θ´vが計測さ
れると、この姿勢角θ´h、θ´vと、中折れ角変化量Δ
θNh（水平方向）、ΔθNv（垂直方向）（後述するよう
にストローク量センサ１５で検出されるアーティキュレ
ートジャッキ３のストローク量に基づき演算される）と
から、前胴部２の位置および姿勢角θh（水平方向）、
θv（垂直方向）を演算することができる。

【００２７】堀削機は、目標中折れ角θNが得られるよ
うに制御されることで、堀削機の位置および方向は修正
され、計画ラインに沿って掘進される。

【００２８】ここで、中折れ角θNについて以下説明す
る。

【００２９】中折れ角θNとは、図５に示すように、複
数のアーティキュレートジャッキ３のジャッキストロー
ク差によって定まる前胴部２の後胴部１に対する折れ角
のことである。

【００３０】すなわち、図６に、図５の矢視Ａ１方向を
示すように、４つのアーティキュレートジャッキ３のジ
ャッキストロークをそれぞれＡj1〜Ａj4とすると、水平
方向の中折れ角θNhは、 θNh＝ｔａｎ-1（（（Ａj4＋Ａj3）ー（Ａj1＋Ａj2））／ＬAh） …（１）となり、垂直方向の中折れ角θNvは、 θNv＝ｔａｎ-1（（（Ａj2＋Ａj3）ー（Ａj1＋Ａj4））／ＬAv） …（２）となる。ここで、ＬAhは、水平方向におけるアーティキ
ュレートジャッキ３、３間の距離であり、ＬAvは、垂直
方向におけるアーティキュレートジャッキ３、３間の距
離である。

【００３１】また、堀削機（前胴部２）の水平方向の姿
勢角変化量Δθhと上記水平方向の中折れ角変化量ΔθN
hとの関係、堀削機（前胴部２）の垂直方向の姿勢角変
化量Δθvと上記垂直方向の中折れ角変化量ΔθNvとの
関係は、 Δθh＝ΔθNh …（３） Δθv＝ΔθNv …（４）と表すことができ、前胴部２の姿勢角変化量は、中折れ
角変化量に等しくなるのがわかる。

【００３２】よって、後述するようにマップから、修正
すべき前胴部２の姿勢角変化量Δθh、Δθvが読み出さ
れたならば、これに基づき上記（３）、（４）式により
中折れ角変化量ΔθNh、ΔθNvを求め、これを現在の中
折れ角θNh、θNvに加算し、目標中折れ角θNh、θNhを
求め、この目標中折れ角θNを上記（１）、（２）式に
代入することにより各アーティキュレートジャッキ３に
与える操作量（ジャッキストロークＡj1〜Ａj4）を求
め、この操作量だけ各アーティキュレートジャッキ３を
作動させればよい。

【００３３】また、推進ジャッキ４を制御することによ
って、堀削機の方向を修正し、計画ラインに沿って掘進
させるようにしてもよい。

【００３４】この場合は、推進ジャッキ４を駆動するバ
ルブ２１が、後述するように、推進ジャッキ４のジャッ
キパターンが得られるように所要に開閉制御される。こ
の結果、堀削機に上記ジャッキパターンに応じた回転モ
ーメントが発生して、堀削機の位置および方向が修正さ
れ、堀削機は計画ラインに沿って掘進される。

【００３５】図４は、推進ジャッキ４の配設態様につい
て、図３（ａ）の矢視Ａ１方向について示したものであ
る。

【００３６】ここで上記ジャッキパターンについて説明
する。ジャッキパターンは、目標片押度Ｋに基づき得ら
れる。

【００３７】片押度Ｋは、以下のようにして求めること
ができる。すなわち、図４に示すように、番号ｉ
（「１」〜「１０」）の各推進ジャッキ４の推力のオ
ン、オフ信号の内容をＡi（オン＝１、オフ＝０）と
し、Ｌhiを後胴部１の中心から番号ｉのジャッキ４まで
の水平方向距離とし、ｎをジャッキ本数（１０）とする
と、後胴部１にかかる水平方向の片押度Ｋhは、として求められる。ここで、Ｌh3は、推進ジャッキ４の
取付半径のことである。同様に、Ｌviを後胴部１の中心
から番号ｉのジャッキ４までの垂直方向距離とすると、
後胴部１にかかる垂直方向の片押度Ｋvは、として求められる。

【００３８】水平方向のジャッキモーメントをＭhとす
ると、ジャッキモーメントＭhと片押度Ｋとの関係は、
各推進ジャッキ４の推力が一定値Ｆの場合は、Ｍh＝Ｋh・Ｆ・Ｌh3 …（７）となり、各推進ジャッキ４の推力が一定でなくても、推
力の平均値がＦ´の場合は、Ｍh≒Ｋh・Ｆ´・Ｌh3 …（８）と近似することができる。垂直方向のジャッキモーメン
トＭvについても同様である。

【００３９】一方、ジャッキモーメントＭh、Ｍvは、以
下のようにして求めることができる。

【００４０】すなわち、図４に示すように、番号ｉ
（「１」〜「１０」）の各推進ジャッキ４の推力をＦi
とし、Ｌhiを後胴部１の中心から番号ｉのジャッキ４ま
での水平方向距離とし、ｎをジャッキ本数（１０）とす
ると、後胴部１にかかる水平方向のモーメントＭhは、として求められる。同様に、Ｌviを後胴部中心から番号
ｉのジャッキ４までの垂直方向距離とすると、後胴部１
にかかる垂直方向のモーメントＭvは、として求められる。

【００４１】こうして求められたモーメントＭh、Ｍvを
合計したものが、全体のジャッキモーメントＭである。

【００４２】よって、いま、後述するマップより、修正
すべき片押度変化量ΔＫが読み出されたならば、これを
現在の片押し度Ｋに加算することで目標片押し度Ｋを求
め、この片押し度Ｋから各推進ジャッキ４に与えるオン
・オフ指令Ａi（ジャッキパターン）を、上記（５）式
〜（１０）式を用いて求めることができる。そして、こ
のジャッキパターンにしたがって各推進ジャッキ４をオ
ン・オフ動作させればよい。

【００４３】また、後述するマップから姿勢角変化量Δ
θh、Δθvが読み出されたならば、この姿勢角変化量Δ
θh、Δθvに基づきジャッキパターンを求め、このジャ
ッキパターンにしたがって各推進ジャッキ４をオン・オ
フ動作させればよい。

【００４４】なお、図１、図２は、シールド堀削機が中
折れするタイプのものを示している、中折れせずに、推
進ジャッキ４のジャッキパターンに応じて方向が修正さ
れるタイプのシールド堀削機であってもよい。この場合
は、図１、図２において、アーティキュレートジャッキ
３の配設が省略されたものとなる。

【００４５】つぎに、掘進機がＴＢＭであると想定した
場合の制御装置の構成について、図７に示すブロック図
を参照して説明する。

【００４６】図７に示すように、この堀削機の前胴２の
前端部には、図１に示す回転カッタ９と同様な回転カッ
タ８６が回転自在に配設されている。

【００４７】堀削機は、回転カッタ８６を回転させなが
らスラストジャッキ８２を進行方向に伸縮させる制御
（図１５（ａ）〜（ｅ）参照）が行われることによっ
て、前進される。かかる前進の際、方向制御ジャッキ８
１が伸縮制御されることにより、メインビーム８５が揺
動され、方向修正がなされ、堀削機は計画ラインに沿っ
て掘進される（図１３（ａ）、（ｂ）参照）。

【００４８】すなわち、堀削機の横断面を図１４に示す
ように、方向制御ジャッキ８１は、サイドステアリング
ジャッキ８１ａと、トルクジャッキ８１ｂとからなり、
サイドステアリングジャッキ８１ａにより水平方向が修
正され、トルクジャッキ８１ｂにより垂直方向が修正さ
れる。

【００４９】図１３（ａ）に示すように、方向制御の開
始時には、まず、堀削機の後胴１の外周に設けられたグ
リッパ８３が伸張され、岩盤に当接されることによって
堀削機の後胴１が岩盤に固定される。

【００５０】そして、図１３（ｂ）に示すように、堀削
機の後胴１が岩盤に固定された状態のままで、方向制御
ジャッキ８１が伸張される。この結果、その伸張方向と
は反対の方向に、堀削機の向きが変えられることにな
る。

【００５１】ここで、岩盤中を堀削機が１ストロークＬ
掘進するときの様子を図１５（ａ）〜（ｅ）を参照して
説明する。

【００５２】まず、掘進開始時（図１５（ａ））には、
グリッパ８３が伸張されており、これによって堀削機の
後胴１が岩盤に固定されている。

【００５３】そして、堀削機の後胴１が岩盤に固定され
た状態のままで、スラストジャッキ８２が伸張される
と、前胴２とともにカッタ８６が前進されることになる
（図１５（ｂ）参照）。

【００５４】こうしてスラストジャッキ８２がストロー
クエンドに達し、前胴２の前進が終了すると、前胴２の
外周に設けられた前胴サイドサポート２ａが伸張され、
岩盤に当接されることによって前胴２が岩盤に固定され
る。さらに、グリッパ８３が縮退されるとともに、スラ
ストジャッキ８２が縮退される。この結果、岩盤から離
間された後胴１が前胴２に遅れて前進されることになる
（図１５（ｃ）参照）。

【００５５】こうしてスラストジャッキ８２がストロー
クエンドに達し、後胴１の前進が終了すると（図１５
（ｄ）参照）、前胴サイドサポート２ａが縮退されると
ともに、グリッパ８３が伸張され（図１５（ｅ））、図
１５（ａ）に示す掘進開始状態に復帰する。

【００５６】さて、図７に示すように、メインビーム８
５には、堀削機の姿勢角θh（水平方向）、θv（垂直方
向）を検出するとともに、位置を検出するレーザ受光器
９５が配設されている。すなわち、図２に示すレーザ計
測装置と同様に、図示せぬレーザ発振器と、光波距離計
とが設けられ、この光波距離計と上記レーザ受光器９５
の出力に基づき堀削機の現在位置と現在の姿勢角が計測
される。

【００５７】また、メインビーム８５に、ピッチング・
ローリング計９１、ジャイロ９２、レベルセンサ９３を
配設し、これらの出力に基づき堀削機の現在位置と現在
の姿勢角を計測してもよい。

【００５８】コントローラ７０は、操作盤６０を介して
各ジャッキを駆動制御するものであり、キーボード等の
入力装置７１を介してデータが入力されるとともに、図
示せぬＩ／Ｏボードを介して操作盤６０より各種センサ
信号が入力されるとともに、制御信号が操作盤６０に出
力される。また、ＣＲＴ７２に適宜処理結果が表示され
るとともに、プリンタ７３に適宜処理結果が印字出力さ
れる。

【００５９】コントローラ７０では、操作盤６０を介し
て送られてきたセンサ信号に基づき、堀削機の計画ライ
ンに対する位置ずれＤ等、掘進に必要なデータが生成さ
れるとともに、方向修正に必要な制御データ（方向制御
ジャッキ８１およびスラストジャッキ８２に与える操作
量）が生成されこれらデータが操作盤６０に対して送出
されることになる。

【００６０】操作盤６０は、入力装置６１と、表示器６
２と、シーケンサ６３とからなっており、表示器６２に
コントローラ６０から送られてきたデータが表示され
る。

【００６１】そして、シーケンサ６３を介して、方向制
御ジャッキ８１およびスラストジャッキ８２の駆動用の
油圧バルブ８９に対して、その弁の開閉等を制御するた
めの所要の制御信号が出力される。

【００６２】ここで、シーケンサ６３は、方向修正がオ
ペレータによる手動操作で行えるように、設定が変えら
れるようになっている。よって、「自動」から「手動」
に設定が変えられると、表示器６２に表示されている、
堀削機の計画ラインに対する位置ずれＤ等の表示に応じ
て、入力装置６１にて手動操作で、方向制御ジャッキ８
１に対して適宜な操作量を与えることができ、オペレー
タの望む方向修正を行なうことができる。

【００６３】つぎに、図８に示すフローチャートを参照
して、掘進機がＴＢＭである場合の方向制御の処理手順
について説明する。

【００６４】掘進が開始されると、操作盤６０から通信
処理によって各種センサ信号等のデータがコントローラ
７０に読み込まれる（ステップ１０１）。そして、堀削
機の計画ラインからの位置ずれ量Ｄが演算される。ここ
で、堀削機の現在の位置ずれ量Ｄは、たとえば、レーザ
ビーム受光器９５におけるレーザビーム受光位置と、レ
ーザ発振器から受光器９５までの光波距離に基づいて推
定演算される。なお、位置ずれ量Ｄは、垂直方向、水平
方向のそれぞれについて求められる（ステップ１０
２）。

【００６５】そして、スラストジャッキ８２に設けられ
たストローク量センサ等に基づき堀削機が所定距離ΔＬ
（たとえば１０ｍｍ）だけ推進されたか否かが判断され
る（ステップ１０３）。

【００６６】こうして堀削機が所定距離ΔＬだけ推進さ
れたならば、その推進距離間における位置ずれ量Ｄの変
化量ΔＤが演算される。つまり、現在演算された位置ず
れ量Ｄと前回に演算された位置ずれ量Ｄ´との差として
の位置ずれ変化量ΔＤが求められる。位置ずれ変化量Δ
Ｄについても、垂直方向、水平方向のそれぞれについて
求められる（ステップ１０４）。

【００６７】そして、こうして得られた現在の位置ずれ
量Ｄおよび位置ずれ変化量ΔＤに対応する方向制御ジャ
ッキ８１の操作量が、図１２に示すマップ（記憶データ
テーブル）より読み出される（ステップ１０５）。

【００６８】以下、マップの内容について図１２を参照
して説明する。

【００６９】同図１２（ａ）〜（ｅ）に示すように、現
在の位置ずれ量Ｄおよび位置ずれ変化量ΔＤと方向制御
ジャッキ８１に与える操作量との関係を示すマップ５１
〜５５が、水準（１）から水準（５）まで、５種類用意
されている。

【００７０】このようにマップの水準を多種類設けたの
は、地山の状況に応じて方向制御ジャッキ８１のきき量
が変化するので、これに対処するためである。

【００７１】なお、位置ずれ量Ｄ、位置ずれ変化量ΔＤ
は、垂直方向、水平方向が別々に求められるので、マッ
プ５１〜５５は、垂直方向用のもの、水平方向用のもの
が別々に用意されている。ここで、図１２のマップ５１
〜５５中に示される数値は、方向制御ジャッキ８１のス
トローク量の変化量Δｓであり、現在のストローク位置
からこの変化量Δｓだけストローク量を変化させればよ
い。

【００７２】また、水準（１）から水準（５）へと水準
が上がるにつれて、同じデータ（現在の位置ずれ量Ｄお
よび位置ずれ変化量ΔＤ）に対するマップ読出し値（方
向制御ジャッキ８１の操作量）が大きくなるように設定
されている。

【００７３】いま、例えば、標準のマップ５３（水準
（３））が選択されており、現在の位置ずれ量Ｄおよび
位置ずれ変化量ΔＤに対応する操作量として＋６が読み
出されたものとする。

【００７４】すると、コントローラ７０、操作盤６０を
介してバルブ８９に対して上記操作量Δｓに対応する駆
動信号が出力される。この結果、バルブ８９がその駆動
信号に応じて開閉され、その開閉された弁を通過する圧
油に応じて方向制御ジャッキ８１のストローク量がΔｓ
（＋６）だけ変化される（ステップ１０６）。

【００７５】つぎに、堀削機が１ストロークＬ（例えば
１２００ｍｍ）だけ掘進し、ストロークエンドに達した
か否かが判断される（ステップ１０７）。１ストローク
Ｌを掘進しきっていない場合には、手順は再びステップ
１０１に移行され、以後前述したのと同様の処理が実行
されるが、１ストロークＬを掘進しきった場合には、手
順は、ステップ１０８に移行され、現在のマップの水準
を維持すべきか否かが判断されるとともに、維持しない
場合には新たな水準のマップが選択される。具体的に
は、図１６に示される処理が実行される。

【００７６】すなわち、図１０は、堀削機が１ストロー
クＬだけ掘進したときに、堀削機の計画線に対する位置
ずれ量Ｄが変化していく様子を示したものである。

【００７７】こうした逐次の位置ずれ量Ｄの検出結果か
ら、今回の１ストロークＬの掘進中における位置ずれ量
の最大値ＤMAXと位置ずれ量の最小値ＤMINが求められ、
これらの偏差ＤMAXーＤMINが、蛇行量Ｆとして算出され
る。この蛇行量Ｆは、垂直方向、水平方向のそれぞれに
ついて求められる（ステップ２０１）。

【００７８】つぎに、算出された蛇行量Ｆに基づいて現
在のマップの水準を維持すべきか否かが、図１１に示す
基準にしたがって判断される。

【００７９】すなわち、蛇行量Ｆが５ｍｍより大きく１
０ｍｍより小さい範囲にある場合には、方向制御ジャッ
キ８１に対する操作量が適切であると判断して、現在の
マップの水準（水準（３））をそのままに維持し、ま
た、蛇行量Ｆが５ｍｍ以下の範囲にある場合には、方向
制御ジャッキ８１に対する操作量が小さすぎると判断し
て、現在のマップの水準（水準（３））を、引き上げる
ようにし（たとえば水準（３）から水準（４）へ）、ま
た、蛇行量Ｆが１０ｍｍ以上の範囲にある場合には、方
向制御ジャッキ８１に対する操作量が大きすぎると判断
して、現在のマップの水準（水準（３））を、引き下げ
るようにする（たとえば水準（３）から水準（２）
へ）。

【００８０】ここで、上記水準の引上げ、引下げの度合
いは、たとえば、次式によって決定することができる。

【００８１】すなわち、今回の水準（Ｎ）を、Ｎ＋（Ｆー７．５）／２．５に代入して、整数値化したものを、次回の水準とする。
上述した現在のマップの水準を維持すべきか否かの判
断、維持しない場合の新たな水準のマップの選択は、垂
直方向、水平方向のそれぞれについて行われる（ステッ
プ２０２）。そして、こうしてマップの水準が維持さ
れ、あるいは新たにマップが選択されると（ステップ１
０８、ステップ２０３）、その維持ないしは新たに選択
されたマップに基づき、つぎの１ストロークＬについて
同様の処理が実行される。

【００８２】この結果、マップが水準（３）から水準
（４）に引き上げられると、ステップ１０５においてマ
ップから読み出される方向制御ジャッキ８１の操作量
は、たとえば＋６から＋８へと変化される（図１２
（ｃ）、（ｄ）参照）。また、マップが水準（３）から
水準（２）に引き下げられると、ステップ１０５におい
てマップから読み出される方向制御ジャッキ８１の操作
量は、たとえば＋６から＋４へと変化される（図１２
（ｃ）、（ａ）参照）。このように、地山の状況に応じ
て方向制御ジャッキ８１のきき量を変えることができる
ので、堀削機は、いかなる状況下であっても常に計画ラ
インに沿って、適切な蛇行量をもって掘進することがで
きる。

【００８３】なお、この実施例では、記憶データテーブ
ルとしてのマップを用意して、データＤ、ΔＤに対応す
るマップの記憶データ（操作量Δｓ）を読み出すように
しているが、データＤ、ΔＤに応じて操作量Δｓが得ら
れる演算式を用意しておき、演算によって操作量Δｓを
求めるようにしてもよい。

【００８４】つぎに、上記位置ずれ変化量ΔＤ（水平方
向、垂直方向）の代わりに、計画ラインに対する堀削機
の姿勢角θh（水平方向）、θv（垂直方向）を使用した
場合における方向制御の処理手順について、図９を参照
して説明する。なお、図８と同様の処理については説明
を省略する。

【００８５】図８と同様にステップ１０１、１０２の処
理がなされた後、レーザビーム受光器９５の受光位置
と、レーザ発振器から受光器９５までの光波距離に基づ
き、計画ラインに対する堀削機の姿勢角θh、θvが演算
される（ステップ１０９）。

【００８６】そして、堀削機が所定距離ΔＬだけ掘進す
る毎に（ステップ１０３の判断ＹＥＳ）、現在の位置ず
れ量Ｄおよび姿勢角θh、θvに対応する方向制御ジャッ
キ８１の操作量が、図１２に示したのと同様なマップ
（位置ずれ変化量ΔＤの代わりに姿勢角θにしたもの）
より読み出される（ステップ１０５´）。以後、上記ス
テップ１０６、１０７、１０８と同様の処理が行われ
て、１ストロークＬの掘進が終了する。

【００８７】つぎに、掘進機がシールド堀削機である場
合の方向制御の処理手順について図１７を参照して説明
する。なお、図８と同様の処理については説明を省略す
る。同図１７に示すように、図８のステップ１０１〜１
０４の処理が行われた後、図８のステップ１０５〜１０
８の処理に代わりに、図１７に示すステップ３０１〜３
０６の処理が実行される。

【００８８】すなわち、ステップ３０１では、現在の位
置ずれ量Ｄおよび位置ずれ変化量ΔＤに対応する片押し
度変化量ΔＫが、図１２に示したのと同様のマップ（マ
ップ中の数値が方向制御ジャッキ８１の操作量ではなく
て、片押し度変化量ΔＫの値となっているもの）より読
み出される（ステップ３０１）。

【００８９】そして、マップから読み出された片押し度
変化量ΔＫに現在の片押し度Ｋを加算することにより目
標片押し度Ｋが演算される（ステップ３０２）。

【００９０】つぎに、前述したジャッキパターンＡiを
求める式に上記目標片押し度Ｋを代入することによっ
て、ジャッキパターンＡiを求める（ステップ３０
３）。

【００９１】こうしてジャッキパターンＡiが求められ
ると、そのジャッキパターンＡiに応じた制御信号がバ
ルブ２１に送信され、推進ジャッキ４がジャッキパター
ンＡiに応じてオン・オフされる（ステップ３０４）。

【００９２】ついで、堀削機が履工体の１リング分の距
離だけ掘進したか否かが判断される（ステップ３０
５）。１リングを掘進しきっていない場合には、手順は
再びステップ１０１に移行され、以後前述したのと同様
の処理が実行されるが、１リング分を掘進しきった場合
には、手順は、ステップ３０６に移行され、現在のマッ
プの水準を維持すべきか否かが判断されるとともに、維
持しない場合には新たな水準のマップが選択される。処
理内容は、前述した図１６に示す内容と同じである。

【００９３】こうして現在の水準のマップが維持される
か、あるいは新たな水準のマップが選択されると（ステ
ップ３０６）、その維持ないしは新たに選択されたマッ
プに基づき、つぎの１リングについて同様の処理が実行
される。

【００９４】また、シールド堀削機の方向制御について
は図１８（ａ）に示すようにしてもよい。なお、図８と
同様の処理については説明を省略する。

【００９５】同図１８（ａ）に示すように、図８のステ
ップ１０１〜１０４についての処理が行われた後、図８
のステップ１０５〜１０８の処理に代わりに、図１８
（ａ）に示すステップ４０１〜４０５の処理が実行され
る。

【００９６】すなわち、ステップ４０１では、現在の位
置ずれ量Ｄおよび位置ずれ変化量ΔＤに対応する姿勢角
変化量Δθ（Δθh、Δθv）が、図１２に示したのと同
様のマップ（マップ中の数値が方向制御ジャッキ８１の
操作量ではなくて、姿勢角変化量Δθの値となっている
もの）より読み出される（ステップ４０１）。

【００９７】そして、マップから読み出された姿勢角変
化量Δθに基づいて、推進ジャッキ４のジャッキパター
ンＡiが演算される（ステップ４０２）。

【００９８】こうしてジャッキパターンＡiが求められ
ると、そのジャッキパターンＡiに応じた制御信号がバ
ルブ２１に送信され、推進ジャッキ４がジャッキパター
ンに応じてオン、オフ駆動される（ステップ４０３）。

【００９９】ついで、堀削機が履工体の１リング分の距
離だけ掘進したか否かが判断される（ステップ４０
４）。１リングを掘進しきっていない場合には、手順は
再びステップ１０１に移行され、以後前述したのと同様
の処理が実行されるが、１リング分を掘進しきった場合
には、手順は、ステップ４０５に移行され、現在のマッ
プの水準を維持すべきか否かが判断されるとともに、維
持しない場合には新たな水準のマップが選択される。処
理内容は、前述した図１６に示す内容と同じである。

【０１００】こうして現在の水準のマップが維持される
か、あるいは新たな水準のマップが選択されると（ステ
ップ４０５）、その維持ないしは新たに選択されたマッ
プに基づき、つぎの１リングについて同様の処理が実行
される。

【０１０１】また、シールド堀削機の方向制御について
は図１８（ｂ）に示すようにしてもよい。

【０１０２】同図１８（ｂ）に示すように、図１８
（ａ）のステップ４０２、４０３の代わりにステップ４
０２´、４０３´が実行される。

【０１０３】すなわち、ステップ４０２´では、マップ
から読み出された姿勢角変化量Δθh、Δθvに基づい
て、前述したように、目標中折れ角ΔθNh、ΔθNvが求
められ、この目標中折れ角ΔθNh、ΔθNvから、アーテ
ィキュレートジャッキ３の目標ストローク量Ａj1〜Ａj4
が演算される（ステップ４０２´）。

【０１０４】こうしてアーティキュレートジャッキ３の
目標ストローク量Ａj1〜Ａj4が求められると、その目標
ストローク量Ａj1〜Ａj4に応じた制御信号がバルブ２１
に送られ、この結果アーティキュレートジャッキ３のス
トローク量が上記目標ストローク量Ａj1〜Ａj4となるよ
うに駆動される（ステップ４０３´）。

【０１０５】また、図８の代わりに図９の処理を行うの
と同様に、上述した図１７、図１８（ａ）、（ｂ）にお
いて、位置ずれ変化量ΔＤの代わりに、計画ラインに対
する堀削機の姿勢角θを使用してもよい。

【０１０６】すなわち、同図１９に示すように、図９の
ステップ１０１、１０２、１０９、１０３の処理が行わ
れた後、図９のステップ１０５´、１０６、１０７、１
０８の処理の代わりに、図１９に示すステップ５０１〜
５０６の処理が実行される。同様に、図２０（ａ）に示
すように、図９のステップ１０１、１０２、１０９、１
０３の処理が行われた後、図９のステップ１０５´、１
０６、１０７、１０８の処理の代わりに、図２０（ａ）
に示すステップ６０１〜６０５の処理が実行される。

【０１０７】同図２０（ｂ）に示すように、図２０
（ａ）のステップ６０２、６０３の代わりにステップ６
０２´、６０３´を実行するようにしてもよい。

【０１０８】なお、この実施例では、姿勢角θを使用し
ているが、姿勢角は、前掲の特願平６ー１０１２１２号
の図５に示されるように、その設置方法により算出され
る履工体の向きと推進ジャッキのストローク差とにより
算出することができるので、推進ジャッキのストローク
差を姿勢角の代用としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は掘進機がシールド堀削機である場合の方
向制御装置の構成を示すブロック図である。

【図２】図２は掘進機がシールド堀削機である場合の方
向制御装置の構成を示すブロック図である。

【図３】図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、図１および図
２に示すシールド堀削機の前部縦断面図、前部斜視図で
ある。

【図４】図４は、図３（ａ）の矢視Ａ１図であり、推進
ジャッキの配設態様を示す図である。

【図５】図５は図３（ａ）に示すシールド堀削機の前部
が中折れする様子を説明する図である。

【図６】図６は、図５の矢視Ａ１図であり、アーティキ
ュレートジャッキの配設態様を示す図である。

【図７】図７は掘進機がＴＢＭである場合の方向制御装
置の構成を示すブロック図である。

【図８】図８は方向修正の処理手順を示すフローチャー
トである。

【図９】図９は方向修正の処理手順を示すフローチャー
トである。

【図１０】図１０は掘進機が１ストロークないしは１リ
ング掘進するときの蛇行量を説明する図である。

【図１１】図１１はマップの水準を変更する基準を示す
図である。

【図１２】図１２（ａ）ないし（ｅ）は、位置ずれ量お
よび位置ずれ変化量に応じて読み出されるデータが格納
されているマップを説明するために用いた図である。

【図１３】図１３（ａ）、（ｂ）はＴＢＭが方向を修正
する様子を説明する図である。

【図１４】図１４は方向制御ジャッキの構成要素を示す
図である。

【図１５】図１５（ａ）ないし（ｅ）はＴＢＭが１スト
ローク掘進するときの様子を説明する図である。

【図１６】図１６は方向修正の処理手順の一部を示すフ
ローチャートである。

【図１７】図１７は方向修正の処理手順の一部を示すフ
ローチャートである。

【図１８】図１８（ａ）、（ｂ）は方向修正の処理手順
の一部を示すフローチャートである。

【図１９】図１９は方向修正の処理手順の一部を示すフ
ローチャートである。

【図２０】図２０（ａ）、（ｂ）は方向修正の処理手順
の一部を示すフローチャートである。

【符号の説明】

３アーティキュレートジャッキ４推進ジャッキ１６コントローラ７０コントローラ８１方向制御ジャッキ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】掘進機の進行方向を変化させるアク
チュエータに駆動指令を与えることにより、該掘進機を
計画線に沿って掘進させるようにした掘進機の方向制御
装置において、前記計画線に対する前記掘進機の位置ずれを逐次検出す
る位置ずれ検出手段と、前記位置ずれ検出手段で現在検出されている位置ずれと
前回に検出された位置ずれとの差である位置ずれ変化量
を逐次演算する位置ずれ変化量演算手段と、前記位置ずれおよび前記位置ずれ変化量と前記アクチュ
エータに与える駆動指令との対応関係を予め用意してお
き、この対応関係に基づき、前記位置ずれ検出手段で検
出された現在の位置ずれと前記位置ずれ変化量演算手段
で演算された現在の位置ずれ変化量とを入力値として、
この入力値に対応する駆動指令を前記アクチュエータに
対して出力する手段とを具えた掘進機の方向制御装置。
【請求項２】掘進機の進行方向を変化させるアク
チュエータに駆動指令を与えることにより、該掘進機を
計画線に沿って掘進させるようにした掘進機の方向制御
装置において、前記計画線に対する前記掘進機の位置ずれを逐次検出す
る位置ずれ検出手段と、前記計画線に対する前記掘進機の姿勢角を逐次検出する
姿勢角検出手段と、前記位置ずれおよび前記姿勢角と前記アクチュエータに
与える駆動指令との対応関係を予め用意しておき、この
対応関係に基づき、前記位置ずれ検出手段で検出された
現在の位置ずれと前記姿勢角検出手段で検出された現在
の姿勢角とを入力値として、この入力値に対応する駆動
指令を前記アクチュエータに対して出力する手段とを具
えた掘進機の方向制御装置。
【請求項３】同じ大きさの入力値に対して異なる
大きさの駆動指令が前記アクチュエータに対して出力さ
れるように、前記対応関係を複数用意しておき、当該複
数の対応関係の中から一の対応関係を選択するようにし
た請求項１または請求項２記載の掘進機の方向制御装
置。
【請求項４】同じ大きさの入力値に対して異なる大
きさの駆動指令が前記アクチュエータに対して出力され
るように、前記対応関係を複数用意しておくとともに、前記掘進機が一定区間掘進したときの前記計画線に対す
る位置ずれ変化量を演算する蛇行量演算手段を具え、前記蛇行量演算手段で演算された位置ずれ変化量が大き
くなる程、前記アクチュエータに与える駆動指令が小さ
くなるように、前記対応関係を選択するようにした請求
項１または請求項２記載の掘進機の方向制御装置。