JPH0988481A - Tunnel excavator - Google Patents
Tunnel excavatorInfo
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- JPH0988481A JPH0988481A JP24717095A JP24717095A JPH0988481A JP H0988481 A JPH0988481 A JP H0988481A JP 24717095 A JP24717095 A JP 24717095A JP 24717095 A JP24717095 A JP 24717095A JP H0988481 A JPH0988481 A JP H0988481A
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- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル掘削機、
特に、岩盤などを掘削してトンネルを構築するするトン
ネルボーリングマシンに装着されて前胴を位置保持する
前部グリッパの駆動制御装置、並びに、この前部グリッ
パの駆動制御装置が装着されたトンネル掘削機及びトン
ネル掘削方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a tunnel excavator,
In particular, a drive control device for a front gripper that is attached to a tunnel boring machine that excavates rocks or the like to build a tunnel and holds a front torso, and a tunnel excavation device that is provided with the drive control device for the front gripper. Machine and tunnel excavation method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図６に従来のトンネルボーリングマシン
の概略を示す。トンネルボーリングマシン（ＴＢＭ）
は、図６に示すように、掘削機本体は互いに摺動自在に
連結された筒状をなす前胴１１及び後胴１２から構成さ
れている。そして、前胴１１の前部には駆動回転自在な
カッタヘッド１３が装着され、このカッタヘッド１３に
は前面に岩盤を掘削するカッタビット１４が多数取付け
られている。また、前胴１１には掘削形成したトンネル
の内壁面に圧接してこの前胴１１を位置保持する複数の
フロントグリッパ１５が装着されている。一方、後胴１
２には掘削形成したトンネルの内壁面に圧接してこの後
胴１２を位置保持する複数のリヤグリッパ１６が装着さ
れている。そして、前胴１１と後胴１２との間には６本
以上のスラストジャッキ１７がトラス状に架設され、各
端部が自在軸受１８，１９によって連結されてなるパラ
レルリンク機構２０が設けられている。2. Description of the Related Art FIG. 6 schematically shows a conventional tunnel boring machine. Tunnel boring machine (TBM)
As shown in FIG. 6, the excavator body is composed of a tubular front body 11 and a rear body 12 slidably connected to each other. A cutter head 13 that can be driven and rotated is attached to the front part of the front body 11, and a large number of cutter bits 14 for excavating rock are attached to the front of the cutter head 13. Further, a plurality of front grippers 15 are mounted on the front body 11 so as to press the inner wall surface of the excavated tunnel and hold the front body 11 in position. On the other hand, rear body 1
A plurality of rear grippers 16 that are pressed against the inner wall surface of the excavated tunnel to hold the rear body 12 in position are attached to the excavator 2. Further, between the front body 11 and the rear body 12, six or more thrust jacks 17 are erected in a truss shape, and a parallel link mechanism 20 in which each end is connected by universal bearings 18 and 19 is provided. There is.
【０００３】従って、リヤグリッパ１６によって後胴１
２を位置保持する一方、フロントグリッパ１５によって
前胴１１の位置保持を解除した状態で、カッタヘッド１
３を回転駆動しながらパラレルリンク機構２０の複数の
スラストジャッキ１７を伸長させると、多数のカッタビ
ット１４が前方の岩盤を掘削ながら前胴１１が前進す
る。そして、各スラストジャッキ１７が全ストローク伸
長すると、フロントグリッパ１５によって前胴１１を位
置保持する一方、リヤグリッパ１６によって後胴１２の
位置保持を解除する。この状態で、複数のスラストジャ
ッキ１７を収縮させると、前胴１１に対して後胴１２が
引き寄せられて前進する。その後、前述したように、リ
ヤグリッパ１６によって後胴１２を位置保持する一方、
フロントグリッパ１５によって前胴１１の位置保持を解
除し、カッタヘッド１３を回転駆動しながら複数のスラ
ストジャッキ１７を伸長させることで、多数のカッタビ
ット１４によって岩盤を掘削して前進する。この繰り返
しによって所定長さのトンネルを構築していく。Therefore, the rear torso 1 by the rear gripper 16
2 while holding the position, the front gripper 15 cancels the position holding of the front body 11,
When a plurality of thrust jacks 17 of the parallel link mechanism 20 are extended while rotating 3 of the parallel link mechanism 20, a large number of cutter bits 14 excavate the rock in front, and the front body 11 advances. When the thrust jacks 17 extend the full stroke, the front gripper 15 holds the front body 11 in position while the rear gripper 16 releases the position hold of the rear body 12. In this state, when the plurality of thrust jacks 17 are contracted, the rear body 12 is pulled toward the front body 11 and moves forward. Thereafter, as described above, the rear gripper 16 holds the rear body 12 in position while
The front gripper 15 releases the position of the front body 11, and the plurality of thrust jacks 17 are extended while the cutter head 13 is rotationally driven, so that the plurality of cutter bits 14 excavate and advance the rock mass. By repeating this, a tunnel of a predetermined length is constructed.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のＴＢＭ
によって岩盤を掘削してトンネルを形成していく場合、
フロントグリッパ１５を前胴１１内に収納してこの前胴
１１の位置保持を解除した状態で、カッタヘッド１３を
回転駆動しながらスラストジャッキ１７を伸長して前胴
１１を前進させることで、前方の岩盤を掘削する。とこ
ろが、このとき、自重による前胴１１の前下がりを防止
するため、複数のフロントグリッパ１５のうち前胴１１
の下側に位置するものだけは突出させてトンネル内壁面
に接地させることがある。DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention
When excavating rock bed to form a tunnel,
When the front gripper 15 is housed in the front case 11 and the position of the front case 11 is released, the cutter head 13 is driven to rotate and the thrust jack 17 is extended to move the front case 11 forward. Excavate the rock mass. However, at this time, in order to prevent the front torso 11 from falling down due to its own weight, the front torso 11 among the plurality of front grippers 15 is prevented.
Only the ones located underneath may be projected and grounded to the inner wall of the tunnel.
【０００５】また、掘削機本体の推進及び操向手段にパ
ラレルリンク機構２０を適用すると、このパラレルリン
ク機構２０自体が掘進力を出しながら、同時に、カッタ
ヘッド１３の掘削反力を受けることとなり、パラレルリ
ンク機構２０にはスラスト荷重ばかりでなく、ラジアル
荷重も作用することとなる。しかし、パラレルリンク機
構２０はスラスト荷重は十分に受けることができるもの
の、ラジアル荷重に対しては十分でなく、掘削機本体の
曲進時に必要とされる大きなラジアル荷重に対応すると
共に、所定の掘進精度を確保するためには、スラストジ
ャッキ１７を大型化しなければならず、装置が大型化し
てしまうと共にコスト高となってしまうという問題があ
った。Further, when the parallel link mechanism 20 is applied to the propulsion and steering means of the excavator main body, the parallel link mechanism 20 itself produces excavation force, and at the same time, receives the excavation reaction force of the cutter head 13, Not only the thrust load but also the radial load acts on the parallel link mechanism 20. However, although the parallel link mechanism 20 can sufficiently receive the thrust load, it is not sufficient for the radial load, and corresponds to the large radial load required when the excavator body is bent, and the predetermined excavation movement is performed. In order to ensure accuracy, the thrust jack 17 has to be upsized, which causes a problem that the device is upsized and the cost is increased.
【０００６】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、掘削機によるトンネル掘削時の十分な掘進力を
確保すると共に掘削反力を確実に受け止めることのでき
るスラスト力及びラジアル力を出力することのできる前
部グリッパの駆動制御装置及びトンネル掘削機、トンネ
ル掘削方法を提供することを目的とする。The present invention is intended to solve such a problem and outputs a thrust force and a radial force capable of ensuring a sufficient excavation force during tunnel excavation by an excavator and reliably receiving an excavation reaction force. It is an object of the present invention to provide a drive control device for a front gripper, a tunnel excavator, and a tunnel excavation method that can be performed.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明の前部グリッパの駆動制御装置は、掘削機本
体が筒状をなす前後一対の胴から構成されると共に該前
胴と後胴とが少なくとも６本のスラストジャッキがトラ
ス状に架設されてなるパラレルリンク機構によって連結
され、該前胴に駆動回転自在なカッタヘッドと共に装着
された既設のトンネル内壁面に圧接して該前胴を位置保
持する一対の前部グリッパを駆動制御する前部グリッパ
駆動制御装置において、前記各スラストジャッキの推力
を検出する推力検出手段と前記カッタヘッドの位置及び
姿勢を検出するカッタヘッド位置姿勢検出手段とを設
け、前記推力検出手段によって検出された各スラストジ
ャッキの推力検出値とカッタヘッド位置姿勢検出手段に
よって検出されたカッタヘッド位置姿勢検出値に基づい
て前記パラレルリンク機構のラジアル方向発生力の力ベ
クトルを演算して該力ベクトルが予め設定された所定値
以下となるように前記前部グリッパを駆動制御すること
を特徴とするものである。A drive control device for a front gripper according to the present invention for achieving the above-mentioned object comprises an excavator main body composed of a pair of front and rear cylinders having a tubular shape, and the front cylinder and the front cylinder. The rear body is connected by a parallel link mechanism in which at least six thrust jacks are installed in a truss shape, and the front body is pressed into contact with an existing tunnel inner wall surface mounted with a freely rotatable cutter head. In a front gripper drive control device for driving and controlling a pair of front grippers for holding the body in position, thrust detection means for detecting the thrust of each thrust jack and cutter head position / posture detection for detecting the position and attitude of the cutter head. Means, and the thrust detection value of each thrust jack detected by the thrust detection means and the force detected by the cutter head position / orientation detection means. A force vector of the radial direction generated force of the parallel link mechanism is calculated based on the head head position / orientation detection value, and the front gripper is drive-controlled so that the force vector becomes a predetermined value or less. It is what
【０００８】従って、トンネル掘削時に、前胴のカッタ
ヘッドが駆動回転しながら、パラレルリンク機構を作動
することで各スラストジャッキを伸長すると、後胴に対
して前胴が前進し、前方の岩盤を掘削する。このとき、
推力検出手段が各スラストジャッキの推力を検出すると
共にカッタヘッド位置姿勢検出手段がカッタヘッドの位
置及び姿勢を検出し、検出された各スラストジャッキの
推力検出値とカッタヘッド位置姿勢検出値に基づいてパ
ラレルリンク機構のラジアル方向発生力の力ベクトルを
演算してこの力ベクトルが予め設定された所定値以下と
なるように前部グリッパを駆動制御すると、この一対の
前部グリッパがトンネル内壁面に圧接するラジアル力に
よってパラレルリンク機構のラジアル方向に作用する力
が助勢される。Accordingly, when excavating the thrust jacks by operating the parallel link mechanism while driving and rotating the cutter head of the front body during tunnel excavation, the front body moves forward with respect to the rear body and the front rock mass Excavate. At this time,
The thrust detection means detects the thrust force of each thrust jack, and the cutter head position / orientation detection means detects the position and orientation of the cutter head, and based on the detected thrust force value and cutter head position / orientation value of each thrust jack. When the force vector of the radial direction generated force of the parallel link mechanism is calculated and the front grippers are drive-controlled so that this force vector becomes equal to or less than a preset predetermined value, the pair of front grippers are pressed against the inner wall surface of the tunnel. The radial force of the force assists the force acting in the radial direction of the parallel link mechanism.
【０００９】また、本発明の前部グリッパの駆動制御装
置は、掘削機本体が筒状をなす前後一対の胴から構成さ
れると共に該前胴と後胴とが少なくとも６本のスラスト
ジャッキがトラス状に架設されてなるパラレルリンク機
構によって連結され、該前胴に駆動回転自在なカッタヘ
ッドと共に装着された既設のトンネル内壁面に圧接して
該前胴を位置保持する一対の前部グリッパを駆動制御す
る前部グリッパ駆動制御装置において、前記カッタヘッ
ドの位置及び姿勢を検出するカッタヘッド位置姿勢検出
手段を設け、該カッタヘッド位置姿勢検出手段によって
検出されたカッタヘッド位置姿勢検出値に基づいて前記
パラレルリンク機構のラジアル方向の位置偏差ベクトル
を演算して該位置偏差ベクトルが予め設定された所定値
以下となるように前記前部グリッパを駆動制御すること
を特徴とするものである。Further, in the drive control device for the front gripper of the present invention, the excavator main body is composed of a pair of front and rear cylinders having a tubular shape, and at least six thrust jacks of the front cylinder and the rear cylinder are trusses. Driving a pair of front grippers that hold the front body in position by pressing it against the existing inner wall surface of the tunnel that is connected by a parallel link mechanism that is erected in a circular shape and is mounted on the front body together with a freely rotatable cutter head. In the front gripper drive control device for controlling, a cutter head position / orientation detection unit for detecting the position and orientation of the cutter head is provided, and the cutter head position / orientation detection value is detected based on the cutter head position / orientation detection value detected by the cutter head position / orientation detection unit. A radial position deviation vector of the parallel link mechanism is calculated so that the position deviation vector becomes equal to or less than a preset predetermined value. It is characterized in that the drive control of the serial front gripper.
【００１０】従って、トンネル掘削時に、前胴のカッタ
ヘッドが駆動回転しながら、パラレルリンク機構を作動
することで各スラストジャッキを伸長すると、後胴に対
して前胴が前進し、前方の岩盤を掘削する。このとき、
カッタヘッド位置姿勢検出手段がカッタヘッドの位置及
び姿勢を検出し、検出されたカッタヘッド位置姿勢検出
値に基づいてパラレルリンク機構のラジアル方向の位置
偏差ベクトルを演算してこの位置偏差ベクトルが予め設
定された所定値以下となるように前部グリッパを駆動制
御すると、この一対の前部グリッパがトンネル内壁面に
圧接するラジアル力によってパラレルリンク機構のラジ
アル方向に作用する力が助勢される。Therefore, when excavating each thrust jack by operating the parallel link mechanism while driving and rotating the cutter head of the front body during tunnel excavation, the front body moves forward with respect to the rear body and rocks in front of the rock body. Excavate. At this time,
The cutter head position / orientation detecting means detects the position and orientation of the cutter head, calculates a radial position deviation vector of the parallel link mechanism based on the detected cutter head position / orientation value, and presets this position deviation vector. When the front grippers are driven and controlled so as to be equal to or less than the predetermined value, the radial force of the pair of front grippers pressing against the inner wall surface of the tunnel assists the force acting in the radial direction of the parallel link mechanism.
【００１１】また、本発明のトンネル掘削機は、筒状を
なす前後一対の胴からなる掘削機本体と、該掘削機本体
の前胴に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドと、前
記掘削機本体の前胴に装着されて掘削したトンネルの内
壁面に圧接自在な一対の前部グリッパと、該一対の前部
グリッパをトンネル内壁面に圧接して前記前胴を位置保
持する前部グリッパ駆動手段と、前記掘削機本体の後胴
に装着されて掘削したトンネルの内壁面に圧接自在な一
対の後部グリッパと、該一対の後部グリッパをトンネル
内壁面に圧接して前記後胴を位置保持する後部グリッパ
駆動手段と、前記掘削機本体の前胴と後胴との間に少な
くとも６本のスラストジャッキがトラス状に架設されて
なるパラレルリンク機構と、前記各スラストジャッキの
推力を検出する推力検出手段と、前記カッタヘッドの位
置及び姿勢を検出するカッタヘッド位置姿勢検出手段
と、前記推力検出手段によって検出された各スラストジ
ャッキの推力検出値とカッタヘッド位置姿勢検出手段に
よって検出されたカッタヘッド位置姿勢検出値に基づい
て前記パラレルリンク機構のラジアル方向発生力の力ベ
クトルを演算して該力ベクトルが予め設定された所定値
以下となるように前記前部グリッパ駆動手段を制御する
前部グリッパ制御手段とを具えたことを特徴とするもの
である。Further, the tunnel excavator of the present invention comprises an excavator body consisting of a pair of front and rear barrels, a cutter head mounted on the front barrel of the excavator body so as to be rotatable, and the excavator. A pair of front grippers attached to the front body of the main body and press-contactable to the inner wall surface of the excavated tunnel, and a front gripper drive that press-contacts the pair of front grippers to the inner wall surface of the tunnel to hold the front body in position. Means, a pair of rear grippers attached to the rear body of the excavator body and capable of being pressed against the inner wall surface of the excavated tunnel, and the pair of rear grippers are pressed against the inner wall surface of the tunnel to hold the rear body in position. Rear gripper driving means, a parallel link mechanism in which at least six thrust jacks are installed in a truss shape between the front body and the rear body of the excavator body, and a thrust for detecting the thrust of each thrust jack. Detecting means, cutter head position and orientation detecting means for detecting the position and orientation of the cutter head, thrust detection value of each thrust jack detected by the thrust detecting means, and cutter head detected by the cutter head position and orientation detecting means A front gripper for controlling the front gripper driving means so that the force vector of the radial direction generated force of the parallel link mechanism is calculated based on the position and orientation detection value and the force vector becomes equal to or less than a preset predetermined value. It is characterized by comprising a control means.
【００１２】従って、前部グリッパ駆動手段によって前
部グリッパをトンネル内壁面にから離間させた解除状態
とする一方、後部グリッパ駆動手段によって後部グリッ
パをトンネル内壁面に圧接して後胴を位置保持した状態
で、掘削機本体の前胴に装着されたカッタヘッドを駆動
回転しながら、パラレルリンク機構の各スラストジャッ
キを伸長すると、前胴が前進してカッタヘッドが前方の
岩盤を掘削する。このとき、推力検出手段が各スラスト
ジャッキの推力を検出すると共にカッタヘッド位置姿勢
検出手段がカッタヘッドの位置及び姿勢を検出し、検出
された各スラストジャッキの推力検出値とカッタヘッド
位置姿勢検出値に基づいてパラレルリンク機構のラジア
ル方向発生力の力ベクトルを演算して該力ベクトルが予
め設定された所定値以下となるように前部グリッパを駆
動制御すると、この一対の前部グリッパがトンネル内壁
面に圧接するラジアル力によってパラレルリンク機構の
ラジアル方向に作用する力が助勢される。Therefore, while the front gripper driving means sets the front gripper to the released state in which it is separated from the inner wall surface of the tunnel, the rear gripper driving means presses the rear gripper against the inner wall surface of the tunnel to hold the rear body in position. In this state, when the thrust heads of the parallel link mechanism are extended while the cutter head mounted on the front body of the excavator body is driven and rotated, the front body moves forward and the cutter head excavates the rock mass in front. At this time, the thrust detection means detects the thrust force of each thrust jack and the cutter head position / orientation detection means detects the position and orientation of the cutter head, and the detected thrust force value and cutter head position / orientation value of each thrust jack are detected. Based on the above, the force vector of the radial direction generated force of the parallel link mechanism is calculated, and the front grippers are driven and controlled so that the force vector becomes equal to or less than a preset predetermined value. The radial force pressing against the wall surface assists the force acting in the radial direction of the parallel link mechanism.
【００１３】また、本発明のトンネル掘削機は、筒状を
なす前後一対の胴からなる掘削機本体と、該掘削機本体
の前胴に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドと、前
記掘削機本体の前胴に装着されて掘削したトンネルの内
壁面に圧接自在な一対の前部グリッパと、該一対の前部
グリッパをトンネル内壁面に圧接して前記前胴を位置保
持する前部グリッパ駆動手段と、前記掘削機本体の後胴
に装着されて掘削したトンネルの内壁面に圧接自在な一
対の後部グリッパと、該一対の後部グリッパをトンネル
内壁面に圧接して前記後胴を位置保持する後部グリッパ
駆動手段と、前記掘削機本体の前胴と後胴との間に少な
くとも６本のスラストジャッキがトラス状に架設されて
なるパラレルリンク機構と、前記カッタヘッドの位置及
び姿勢を検出するカッタヘッド位置姿勢検出手段と、前
記カッタヘッド位置姿勢検出手段によって検出されたカ
ッタヘッド位置姿勢検出値に基づいて前記パラレルリン
ク機構のラジアル方向の位置偏差ベクトルを演算して該
位置偏差ベクトルが予め設定された所定値以下となるよ
うに前記前部グリッパ駆動手段を制御する前部グリッパ
制御手段とを具えたことを特徴とするものである。Further, the tunnel excavator of the present invention comprises an excavator body consisting of a pair of front and rear cylinders, a cutter head mounted on the front cylinder of the excavator body so as to be rotatable, and the excavator. A pair of front grippers attached to the front body of the main body and press-contactable to the inner wall surface of the excavated tunnel, and a front gripper drive that press-contacts the pair of front grippers to the inner wall surface of the tunnel to hold the front body in position. Means, a pair of rear grippers attached to the rear body of the excavator body and capable of being pressed against the inner wall surface of the excavated tunnel, and the pair of rear grippers are pressed against the inner wall surface of the tunnel to hold the rear body in position. The rear gripper drive means, a parallel link mechanism in which at least six thrust jacks are installed in a truss shape between the front body and the rear body of the excavator body, and the position and posture of the cutter head are detected. And a cutter head position / orientation detecting means, and a radial direction position deviation vector of the parallel link mechanism is calculated based on the cutter head position / orientation detection value detected by the cutter head position / orientation detecting means to preset the position deviation vector. And front gripper control means for controlling the front gripper driving means so as to be equal to or less than a predetermined value.
【００１４】従って、前部グリッパ駆動手段によって前
部グリッパをトンネル内壁面にから離間させた解除状態
とする一方、後部グリッパ駆動手段によって後部グリッ
パをトンネル内壁面に圧接して後胴を位置保持した状態
で、掘削機本体の前胴に装着されたカッタヘッドを駆動
回転しながら、パラレルリンク機構の各スラストジャッ
キを伸長すると、前胴が前進してカッタヘッドが前方の
岩盤を掘削する。このとき、カッタヘッド位置姿勢検出
手段がカッタヘッドの位置及び姿勢を検出し、検出され
たカッタヘッド位置姿勢検出値に基づいてパラレルリン
ク機構のラジアル方向の位置偏差ベクトルを演算して該
力位置偏差ベクトルが予め設定された所定値以下となる
ように前部グリッパを駆動制御すると、この一対の前部
グリッパがトンネル内壁面に圧接するラジアル力によっ
てパラレルリンク機構のラジアル方向に作用する力が助
勢される。Therefore, the front gripper driving means brings the front gripper apart from the inner wall surface of the tunnel to the released state, while the rear gripper driving means presses the rear gripper against the inner wall surface of the tunnel to hold the rear body in position. In this state, when the thrust heads of the parallel link mechanism are extended while the cutter head mounted on the front body of the excavator body is driven and rotated, the front body moves forward and the cutter head excavates the rock mass in front. At this time, the cutter head position / orientation detecting means detects the position and orientation of the cutter head, and based on the detected cutter head position / orientation value, a radial position deviation vector of the parallel link mechanism is calculated to calculate the force position deviation. When the front grippers are driven and controlled so that the vector becomes a predetermined value or less, the radial force of the pair of front grippers pressing against the inner wall surface of the tunnel assists the force acting in the radial direction of the parallel link mechanism. It
【００１５】また、本発明のトンネル掘削方法は、掘削
機本体を構成する前胴に装着されたカッタヘッドを駆動
回転させる一方、前記掘削機本体の前胴に装着された前
部グリッパを掘削したトンネルの内壁面に係脱すると共
に前記掘削機本体の後胴に装着された後部グリッパを該
トンネルの内壁面に係脱することで前記前胴及び後胴を
交互に位置保持しながら前記前胴と後胴との間にトラス
状に架設された複数のスラストジャッキからなるパラレ
ルリンク機構を駆動して該前胴及び後胴を前進すること
で前方の岩盤を掘削し、且つ、前記各スラストジャッキ
の推力及び前記カッタヘッドの位置姿勢から前記パラレ
ルリンク機構のラジアル方向発生力の力ベクトル、ある
いは前記カッタヘッドの位置姿勢から位置偏差ベクトル
を演算し、該力ベクトルあるいは位置偏差ベクトルが予
め設定された所定値以下となるように前記前部グリッパ
を駆動することを特徴とするものである。Further, according to the tunnel excavation method of the present invention, the cutter head mounted on the front body of the excavator body is driven and rotated, and the front gripper mounted on the front body of the excavator body is excavated. The front body is retained while the front body and the rear body are alternately held by engaging and disengaging with the inner wall surface of the tunnel and attaching and detaching the rear gripper attached to the rear body of the excavator body to the inner wall surface of the tunnel. The front rocket is excavated by driving a parallel link mechanism composed of a plurality of thrust jacks installed in a truss shape between the rear trunk and the rear trunk to excavate rock mass in front, and each thrust jack. From the thrust force of the cutter head and the position and orientation of the cutter head, or a position deviation vector is calculated from the position and orientation of the cutter head to calculate the force vector. It is characterized in that the torque or position deviation vector drives said front gripper to be equal to or less than a predetermined value.
【００１６】従って、トンネル掘削時に、検出された各
スラストジャッキの推力検出値とカッタヘッド位置姿勢
検出値に基づいてパラレルリンク機構のラジアル方向発
生力の力ベクトル、あるいは検出されたカッタヘッド位
置姿勢検出値に基づいてラジアル方向の位置偏差ベクト
ルを演算し、この力ベクトルあるいは位置偏差ベクトル
が予め設定された所定値以下となるように前部グリッパ
を駆動制御すると、この一対の前部グリッパがトンネル
内壁面に圧接するラジアル力によってパラレルリンク機
構のラジアル方向に作用する力が助勢される。Therefore, at the time of excavating the tunnel, the force vector of the radial direction generated force of the parallel link mechanism or the detected cutter head position / orientation is detected based on the detected thrust value of each thrust jack and the detected cutter head position / orientation value. The radial position deviation vector is calculated based on the value, and the front grippers are driven and controlled so that the force vector or the position deviation vector becomes equal to or less than a preset predetermined value. The radial force pressing against the wall surface assists the force acting in the radial direction of the parallel link mechanism.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づき、実施例を挙げて詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings and examples.
【００１８】図１に本発明の第１実施例に係るトンネル
掘削機の概略構成、図２に本実施例のトンネル掘削機に
装着された前部グリッパの駆動制御装置の概略構成、図
３及び図４に掘削機に作用するラジアル力を説明するた
めの概略を示す。なお、従来の技術で説明したものと同
様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する
説明は省略する。FIG. 1 is a schematic configuration of a tunnel excavator according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic configuration of a drive control device for a front gripper attached to the tunnel excavator of this embodiment, FIG. FIG. 4 shows an outline for explaining the radial force acting on the excavator. Members having the same functions as those described in the related art are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
【００１９】本実施例のトンネルボーリングマシン（以
下、ＴＢＭと称する。）において、図１に示すように、
掘削機本体は前胴１１及び後胴１２から構成されてお
り、前胴１１の前部にはカッタヘッド１３が装着される
と共に複数（本実施例では４つ）のフロントグリッパ１
５が装着される一方、後胴１２にはリヤグリッパ１６が
装着されている。そして、前胴１１と後胴１２との間に
は６本以上のスラストジャッキ１７がトラス状に架設さ
れ、各端部が自在軸受１８，１９によって連結されてな
るパラレルリンク機構２０が設けられている。In the tunnel boring machine (hereinafter referred to as TBM) of this embodiment, as shown in FIG.
The excavator main body is composed of a front body 11 and a rear body 12. A cutter head 13 is attached to the front part of the front body 11 and a plurality of (four in this embodiment) front grippers 1 are provided.
5, the rear gripper 16 is attached to the rear body 12. Further, between the front body 11 and the rear body 12, six or more thrust jacks 17 are erected in a truss shape, and a parallel link mechanism 20 in which each end is connected by universal bearings 18 and 19 is provided. There is.
【００２０】また、上述したＴＢＭにおいて、パラレル
リンク機構２０の各スラストジャッキ１７にはこのスラ
ストジャッキ１７の作動ストロークを検出するストロー
ク検出器２１が取付けられると共に、スラストジャッキ
１７のヘッド側及びロッド側の圧力を検出する圧力検出
器２２ａ，２２ｂが取付けられている。そして、ストロ
ーク検出器２１及び圧力検出器２２ａ，２２ｂの各検出
信号はそれぞれインタフェース２３を介して制御装置２
４に出力されるようになっている。一方、フロントグリ
ッパ１５にはこのフロントグリッパ１５の作動ストロー
クを検出するストローク検出器２５が取付けられると共
に、フロントグリッパ１５のヘッド側及びロッド側の圧
力を検出する圧力検出器２６ａ，２６ｂが取付けられて
いる。そして、ストローク検出器２５及び圧力検出器２
６ａ，２６ｂの各検出信号はそれぞれインタフェース２
３を介して制御装置２４に出力されるようになってい
る。また、このフロントグリッパ１５には方向切替弁２
７が接続され、この方向切替弁２７には電磁比例減圧弁
２８が接続されており、方向切替弁２７は制御装置２４
からの指令によって作動し、電磁比例減圧弁２８は制御
装置２４からの指令によって作動する電磁比例アンプ２
９によって作動する。なお、３０はスラストジャッキ１
７に取付けられたサーボ弁である。Further, in the above-mentioned TBM, each thrust jack 17 of the parallel link mechanism 20 is provided with a stroke detector 21 for detecting an operation stroke of the thrust jack 17, and the thrust jack 17 has a head side and a rod side. Pressure detectors 22a and 22b for detecting pressure are attached. Then, the detection signals of the stroke detector 21 and the pressure detectors 22a and 22b are respectively transmitted via the interface 23 to the control device 2.
4 is output. On the other hand, a stroke detector 25 for detecting the operation stroke of the front gripper 15 is attached to the front gripper 15, and pressure detectors 26a, 26b for detecting the head side and rod side pressures of the front gripper 15 are attached. There is. Then, the stroke detector 25 and the pressure detector 2
The detection signals 6a and 26b are interface 2 respectively.
3 is output to the control device 24. The front gripper 15 has a directional control valve 2
7 is connected, an electromagnetic proportional pressure reducing valve 28 is connected to the direction switching valve 27, and the direction switching valve 27 is connected to the control device 24.
The electromagnetic proportional pressure reducing valve 28 operates in response to a command from the electromagnetic proportional amplifier 2
9 works. In addition, 30 is a thrust jack 1
7 is a servo valve attached.
【００２１】前述した制御装置２４はフロントグリッパ
１５の作動を制御する制御アルゴリズム３１を有してい
る。図２に示すように、スラストジャッキ１７のストロ
ーク検出器２１によって検出されたストロークＳa はリ
ンク長演算部３１に出力され、ここで各スラストジャッ
キ１７のリンク長Ｌa が演算される。そして、算出され
たリンク長Ｌa は順キネマティクス演算部３２に出力さ
れ、ここで下記数式１を用いて繰り返し近似計算を行
い、順キネマティクスを解くことでカッタヘッド１３の
中心の現在位置と姿勢Ｘ〔Ｘ，Ｙ，Ｚ，ψ，θ，φ〕T
を求め、これに基づいて、ヤコビ行列演算部３３にて６
本のスラストジャッキ１７におけるヤコビ行列Ｊ（Ｋ行
６列、Ｋはリンク本数である。）を求める。The above-mentioned control device 24 has a control algorithm 31 for controlling the operation of the front gripper 15. As shown in FIG. 2, the stroke S a detected by the stroke detector 21 of the thrust jack 17 is output to the link length calculation unit 31, where the link length L a of each thrust jack 17 is calculated. Then, the calculated link length L a is output to the forward kinematics operation unit 32, and iterative approximation calculation is performed using the following mathematical expression 1 to solve the forward kinematics to obtain the current position of the center of the cutter head 13. Posture X [X, Y, Z, ψ, θ, φ] T
And based on this, the Jacobian matrix operation unit 33 calculates
The Jacobian matrix J (K rows and 6 columns, K is the number of links) in the thrust jack 17 of the book is obtained.
【００２２】[0022]
【数１】 [Equation 1]
【００２３】ここで、δＬ＝〔δｌ1 ，δｌ2 ・・・δ
ｌ6 〕T は、選択した代表６本のスラストジャッキ１７
のリンク長の微小変位、δＸ＝〔δＸ，δＹ，δＺ，δ
ψ，δθ，δφ〕T はカッタヘッド１３の位置姿勢の微
小変位、ｊ（６行６列）はヤコビ行列を表す。Here, δL = [δl 1 , δl 2 ... δ
l 6 ] T is the selected six representative thrust jacks 17
Small displacement of link length, δX = [δX, δY, δZ, δ
ψ, δθ, δφ] T is a minute displacement of the position and orientation of the cutter head 13, and j (6 rows and 6 columns) is a Jacobian matrix.
【００２４】一方、スラストジャッキ１７の圧力検出器
２２ａ，２２ｂによって検出されたジャッキ圧力Ｐa は
スラストジャッキ推力演算部３４に出力され、ここで各
スラストジャッキ１７の推力Ｃが演算される。そして、
パラレルリンク機構発生力演算部３５において、パラレ
ルリンク機構２０のカッタヘッド１３の中心での発生力
Ｆを下記数式２を用いて算出する。On the other hand, the jack pressure P a detected by the pressure detectors 22a and 22b of the thrust jack 17 is output to the thrust jack thrust force calculator 34, and the thrust force C of each thrust jack 17 is calculated here. And
In the parallel link mechanism generated force calculation unit 35, the generated force F at the center of the cutter head 13 of the parallel link mechanism 20 is calculated using the following mathematical formula 2.
【００２５】[0025]
【数２】 [Equation 2]
【００２６】ここで、Ｃ＝〔Ｃ１，Ｃ２，・・・Ｃｋ〕
T は各スラストジャッキ１７の推力、Ｆ＝〔Ｆｘ，Ｆ
ｙ，Ｆｚ，Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ，〕T はカッタヘッド１３
の中心でのパラレルリンク機構２０の発生力を表す。Here, C = [C1, C2, ... Ck]
T is the thrust of each thrust jack 17, F = [Fx, F
y, Fz, Tx, Ty, Tz,] T is the cutter head 13
The generated force of the parallel link mechanism 20 at the center of is shown.
【００２７】ところで、図３及び図４に示すように、本
実施例のＴＢＭにあっては、Ｏ−ＸＹＺは基準座標系、
Ｏ−ＸE ＹE ＺE はカッタヘッド座標系であり、前述し
たように、前胴１１には４つのフロントグリッ１５が設
けられている。即ち、図２に示すように、カッタヘッド
座標系ラジアル力演算部３６では、基準座標系で求めた
並進力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを下記数式３を用いてカッタヘ
ッド座標系に変換する。By the way, as shown in FIGS. 3 and 4, in the TBM of this embodiment, O-XYZ is a reference coordinate system,
O-X E Y E Z E is a cutter head coordinate system, and as described above, the front body 11 is provided with the four front grips 15. That is, as shown in FIG. 2, the cutter head coordinate system radial force calculation unit 36 converts the translational forces Fx, Fy, Fz obtained in the reference coordinate system into the cutter head coordinate system by using the following mathematical formula 3.
【００２８】[0028]
【数３】 (Equation 3)
【００２９】ここで、Here,
【数４】 ただし、ψはＸ軸回りの回転角度、θはＹ軸回りの回転
角度、φはＺ軸回りの回転角度を表す。[Equation 4] Here, ψ represents a rotation angle around the X axis, θ represents a rotation angle around the Y axis, and φ represents a rotation angle around the Z axis.
【００３０】カッタヘッド座標系で表したラジアル力の
大きさＲは、下記数式５にて表され、力の向きαはＹE
軸から下記数式６にて表される角度の方向である。The magnitude R of the radial force expressed in the cutter head coordinate system is expressed by the following mathematical formula 5, and the direction α of the force is Y E
It is the direction of the angle expressed by the following formula 6 from the axis.
【００３１】[0031]
【数５】 (Equation 5)
【００３２】[0032]
【数６】 (Equation 6)
【００３３】フロントグリッパ張出方向の力成分演算部
３７は、このラジアル力の各フロントグリッパ１５の張
出方向の力成分Ｇi を下記数式７を用いて算出する。The front gripper overhanging force component calculator 37 calculates the overhanging force component G i of each front gripper 15 of this radial force by using the following equation (7).
【００３４】[0034]
【数７】 ここで、θi はフロントグリッパ１５の作動角度であ
る。(Equation 7) Here, θ i is the operating angle of the front gripper 15.
【００３５】そして、比較部３８にて、力成分Ｇi が負
であるフロントグリッパ１５は張出によってラジアル力
を助勢することが可能であり、力成分Ｇi がパラレルリ
ンク機構２０のラジアル発生力を所定値以下にするため
の力偏差に相当し、ＰＩ制御部３９はＰＩ制御則に基づ
いてフロントグリッパ１５の指令推力を求め、圧力変換
部４０にて圧力に変換して出力部４１、即ち、電磁比例
アンプ２９に出力し、電磁比例減圧弁２８を作動する。
一方、力成分Ｇi が正であるフロントグリッパ１５は張
出によってラジアル力を助勢することができず、位置決
め制御部４２は掘削外径から控えた基準位置へ収縮固定
する。Then, in the comparison unit 38, the front gripper 15 having a negative force component G i can assist the radial force by bulging, and the force component G i causes the radial generation force of the parallel link mechanism 20. Corresponding to the force deviation for making the value equal to or smaller than a predetermined value, the PI control unit 39 obtains the command thrust of the front gripper 15 based on the PI control law, and the pressure conversion unit 40 converts the command thrust into the pressure, and the output unit 41, namely , To the electromagnetic proportional amplifier 29 to operate the electromagnetic proportional pressure reducing valve 28.
On the other hand, the front gripper 15 having a positive force component G i cannot assist the radial force due to the overhang, and the positioning control unit 42 contracts and fixes the excavation outer diameter to the reserved reference position.
【００３６】従って、本実施例のＴＢＭによるトンネル
掘削時に、前胴１１のカッタヘッド１３を駆動回転しな
がら、パラレルリンク機構２０を作動することで各スラ
ストジャッキ１７を伸長すると、後胴１２に対して前胴
１１が前進し、前方の岩盤を掘削する。このとき、各ス
トローク検出器２１は各スラストジャッキ１７の作動ス
トロークを検出してカッタヘッド１３の位置及び姿勢を
演算すると共に、各圧力検出器２２ａ，２２ｂは各スラ
ストジャッキ１７のヘッド側及びロッド側の圧力を検出
して各スラストジャッキ１７の推力を演算する。そし
て、各スラストジャッキ１７の推力検出値とカッタヘッ
ド位置姿勢検出値に基づいてパラレルリンク機構２０の
ラジアル方向発生力の力ベクトルを演算し、この力ベク
トルが予め設定された所定値以下となるようにフロント
グリッパ１５を駆動制御する。すると、このフロントグ
リッパ１５がトンネル内壁面に圧接するラジアル力によ
ってパラレルリンク機構２０のラジアル方向に作用する
力が助勢される。Therefore, when the tunnel head is excavated by the TBM of this embodiment, the parallel link mechanism 20 is actuated while the cutter head 13 of the front body 11 is driven to rotate, whereby the thrust jacks 17 are extended. The front body 11 moves forward and excavates the rock mass in front. At this time, each stroke detector 21 detects the operation stroke of each thrust jack 17 to calculate the position and posture of the cutter head 13, and each pressure detector 22a, 22b is connected to the head side and rod side of each thrust jack 17. The pressure of each thrust jack 17 is calculated and the thrust of each thrust jack 17 is calculated. Then, the force vector of the radial direction generated force of the parallel link mechanism 20 is calculated based on the thrust detection value of each thrust jack 17 and the cutter head position / orientation detection value, so that this force vector becomes equal to or less than a preset predetermined value. The front gripper 15 is driven and controlled. Then, the radial force of the front gripper 15 in pressure contact with the inner wall surface of the tunnel assists the force acting in the radial direction of the parallel link mechanism 20.
【００３７】図５に本発明の第２実施例に係る前部グリ
ッパの駆動制御装置の概略構成を示す。なお、前述の実
施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一
の符号を付して重複する説明は省略する。FIG. 5 shows a schematic configuration of a drive control device for a front gripper according to a second embodiment of the present invention. It should be noted that members having the same functions as those described in the above-mentioned embodiment are designated by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
【００３８】本実施例の前部グリッパの駆動制御装置に
おける制御アルゴリズムにおいて、図５に示すように、
スラストジャッキ１７のストローク検出器２１によって
検出されたストロークＳa はリンク長演算部３１に出力
され、ここで各スラストジャッキ１７のリンク長Ｌa が
演算される。そして、算出されたリンク長Ｌa は順キネ
マティクス演算部３２に出力され、ここで前記数式１を
用いて繰り返し近似計算を行い、順キネマティクスを解
くことでカッタヘッド１３の中心の現在位置と姿勢Ｘ
〔Ｘ，Ｙ，Ｚ，ψ，θ，φ〕T を求める。In the control algorithm in the drive control device for the front gripper of this embodiment, as shown in FIG.
The stroke S a detected by the stroke detector 21 of the thrust jack 17 is output to the link length calculation unit 31, where the link length L a of each thrust jack 17 is calculated. Then, the calculated link length L a is output to the forward kinematics operation unit 32, where iterative approximation calculation is performed using the above-described mathematical expression 1 to solve the forward kinematics to obtain the current position of the center of the cutter head 13. Posture X
[X, Y, Z, ψ, θ, φ] T is calculated.
【００３９】一方、カッタヘッド１３の中心位置の指令
値（Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒ）から現在位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を
差し引いて位置偏差（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）を求める。そ
して、カッタヘッド座標系位置偏差演算部５１では、下
記数式８を用いてカッタヘッド座標系で表した偏差（E
ΔＸ，E ΔＹ，E ΔＺ）に変換する。On the other hand, the current position (X, Y, Z) is subtracted from the command value (Xr, Yr, Zr) of the center position of the cutter head 13 to obtain the position deviation (ΔX, ΔY, ΔZ). Then, in the cutter head coordinate system position deviation calculation unit 51, the deviation ( E
ΔX, E ΔY, E ΔZ).
【００４０】[0040]
【数８】 (Equation 8)
【００４１】このカッタヘッド座標系で表した位置偏差
ベクトルのラジアル方向の偏差量Ｓは、下記数式９にて
表され、その偏差の向きαはＹE 軸から下記数式１０て
に表される角度の方向である。The deviation amount S in the radial direction of the position deviation vector expressed in this cutter head coordinate system is expressed by the following formula 9, and the direction α of the deviation is the angle expressed by the following formula 10 from the Y E axis. Direction.
【００４２】[0042]
【数９】 [Equation 9]
【００４３】[0043]
【数１０】 (Equation 10)
【００４４】フロントグリッパ張出方向の位置偏差成分
演算部５２は、このラジアル力の各フロントグリッパ１
５の張出方向の位置偏差成分Ｈi を下記数式１１を用い
て算出する。The position deviation component calculator 52 in the projecting direction of the front gripper determines the front gripper 1 of the radial force.
The position deviation component H i in the protrusion direction of No. 5 is calculated by using the following formula 11.
【００４５】[0045]
【数１１】 [Equation 11]
【００４６】そして、比較部５３にて、位置偏差成分Ｈ
i が正であるフロントグリッパ１５は張出によってラジ
アル力を助勢することが可能であり、位置偏差成分Ｈi
がパラレルリンク機構２０のラジアル方向の位置偏差を
所定値以下にするための位置偏差に相当し、ＰＩ制御部
５４はＰＩ制御則に基づいてフロントグリッパ１５の指
令推力を求め、圧力変換部５５にて圧力に変換して出力
部５６、即ち、電磁比例アンプ２９に出力し、電磁比例
減圧弁２８を作動する。一方、位置偏差成分ＦＨi が負
であるフロントグリッパ１５は張出によってラジアル力
を助勢することができず、位置決め制御部５７は掘削外
径から控えた基準位置へ収縮固定する。Then, in the comparison unit 53, the position deviation component H
The front gripper 15 with positive i can assist the radial force by the overhang, and the position deviation component H i
Corresponds to a position deviation for making the radial position deviation of the parallel link mechanism 20 equal to or smaller than a predetermined value. The PI control unit 54 obtains the command thrust of the front gripper 15 based on the PI control law, and the pressure conversion unit 55 calculates the thrust. The pressure is converted into pressure and output to the output unit 56, that is, the electromagnetic proportional amplifier 29, and the electromagnetic proportional pressure reducing valve 28 is operated. On the other hand, the front gripper 15 having the negative position deviation component FH i cannot assist the radial force due to the overhang, and the positioning control unit 57 contracts and fixes the excavation outer diameter to the reserved reference position.
【００４７】従って、本実施例のＴＢＭによるトンネル
掘削時に、各ストローク検出器２１は各スラストジャッ
キ１７の作動ストロークを検出してカッタヘッド１３の
位置及び姿勢を演算する。そして、カッタヘッド位置姿
勢検出値に基づいてパラレルリンク機構２０のラジアル
方向の位置偏差ベクトルを演算し、この位置偏差ベクト
ルが予め設定された所定値以下となるようにフロントグ
リッパ１５を駆動制御する。すると、このフロントグリ
ッパ１５がトンネル内壁面に圧接するラジアル力によっ
てパラレルリンク機構２０のラジアル方向に作用する力
が助勢される。Therefore, during tunnel excavation by the TBM of this embodiment, each stroke detector 21 detects the operating stroke of each thrust jack 17 and calculates the position and orientation of the cutter head 13. Then, a radial position deviation vector of the parallel link mechanism 20 is calculated based on the cutter head position / orientation detection value, and the front gripper 15 is drive-controlled so that this position deviation vector becomes equal to or less than a preset predetermined value. Then, the radial force of the front gripper 15 in pressure contact with the inner wall surface of the tunnel assists the force acting in the radial direction of the parallel link mechanism 20.
【００４８】[0048]
【発明の効果】以上、実施例を挙げて詳細に説明したよ
うに本発明の前部グリッパの駆動制御装置によれば、前
胴と後胴との間に架設されたパラレルリンク機構のスラ
ストジャッキの推力を検出する推力検出手段と前胴に駆
動回転自在に装着されたカッタヘッドの位置及び姿勢を
検出するカッタヘッド位置姿勢検出手段とを設け、推力
検出手段によって検出された各スラストジャッキの推力
検出値とカッタヘッド位置姿勢検出手段によって検出さ
れたカッタヘッド位置姿勢検出値に基づいてパラレルリ
ンク機構のラジアル方向発生力の力ベクトルを演算し、
この力ベクトルが予め設定された所定値以下となるよう
に既設のトンネル内壁面に圧接して前胴を位置保持する
前部グリッパを駆動制御するようにしたので、この一対
の前部グリッパがトンネル内壁面に圧接するラジアル力
によってパラレルリンク機構のラジアル方向に作用する
力が助勢されることとなり、曲進時等に必要な大きなラ
ジアル力を既設の装置によって確保することができ、パ
ラレルリンク機構の小型化を図ることができると共に、
掘進精度を大幅に向上することができる。As described above in detail with reference to the embodiments, according to the drive control device for the front gripper of the present invention, the thrust jack of the parallel link mechanism installed between the front body and the rear body. The thrust of each thrust jack detected by the thrust detecting means is provided with a thrust detecting means for detecting the thrust of the thrust jack and a cutter head position / posture detecting means for detecting the position and posture of the cutter head rotatably mounted on the front body. The force vector of the radial direction generated force of the parallel link mechanism is calculated based on the detected value and the cutter head position / orientation detection value detected by the cutter head position / orientation detection means.
The front gripper that presses against the existing inner wall surface of the tunnel and drives and controls the front gripper that holds the front body in position so that this force vector becomes equal to or less than the preset predetermined value is controlled by the pair of front grippers. The radial force that presses against the inner wall surface assists the force that acts in the radial direction of the parallel link mechanism, and a large radial force required for bending etc. can be secured by the existing device, and the parallel link mechanism It can be downsized and
The digging accuracy can be greatly improved.
【００４９】また、本発明の前部グリッパの駆動制御装
置よれば、前胴に駆動回転自在に装着されたカッタヘッ
ドの位置及び姿勢を検出するカッタヘッド位置姿勢検出
手段を設け、このカッタヘッド位置姿勢検出手段によっ
て検出されたカッタヘッド位置姿勢検出値に基づいて前
胴と後胴との間に架設されたパラレルリンク機構のラジ
アル方向の位置偏差ベクトルを演算し、この位置偏差ベ
クトルが予め設定された所定値以下となるように既設の
トンネル内壁面に圧接して前胴を位置保持する前部グリ
ッパを駆動制御するようにしたので、この一対の前部グ
リッパがトンネル内壁面に圧接するラジアル力によって
パラレルリンク機構のラジアル方向に作用する力が助勢
されることとなり、曲進時等に必要な大きなラジアル力
を既設の装置によって確保することができ、パラレルリ
ンク機構の小型化を図ることができると共に、掘進精度
を大幅に向上することができる。According to the drive control device for the front gripper of the present invention, the cutter head position / posture detecting means for detecting the position and posture of the cutter head rotatably mounted on the front body is provided. A position deviation vector in the radial direction of the parallel link mechanism installed between the front body and the rear body is calculated based on the detected value of the cutter head position and attitude detected by the attitude detection means, and this position deviation vector is set in advance. Since the front gripper that presses against the existing inner wall surface of the tunnel and holds the front body in position is driven and controlled so as to be less than or equal to the predetermined value, the radial force that the pair of front grippers press against the inner wall surface of the tunnel. By this, the force acting in the radial direction of the parallel link mechanism is assisted, and the large radial force necessary for bending or the like is applied to the existing device. Can be secured Te, it is possible to reduce the size of the parallel link mechanism, it is possible to greatly improve the excavation accuracy.
【００５０】また、本発明のトンネル掘削機よれば、掘
削機本体の前胴に駆動回転自在なカッタヘッドを装着す
ると共に既設のトンネルの内壁面に圧接自在な一対の前
部グリッパ及び前部グリッパ駆動手段を設ける一方、掘
削機本体の後胴に既設のトンネルの内壁面に圧接自在な
一対の後部グリッパ及び後部グリッパ駆動手段を設け、
この前胴と後胴とを少なくとも６本のスラストジャッキ
がトラス状に架設されてなるパラレルリンク機構によっ
て連結し、各スラストジャッキの推力を検出する推力検
出手段とカッタヘッドの位置及び姿勢を検出するカッタ
ヘッド位置姿勢検出手段とを設けると共に、各スラスト
ジャッキの推力検出値とカッタヘッド位置姿勢検出値に
基づいてパラレルリンク機構のラジアル方向発生力の力
ベクトルを演算して力ベクトルが予め設定された所定値
以下となるように前部グリッパ駆動手段を制御する前部
グリッパ制御手段にを設けたので、この一対の前部グリ
ッパがトンネル内壁面に圧接するラジアル力によってパ
ラレルリンク機構のラジアル方向に作用する力が助勢さ
れることとなり、曲進時等に必要な大きなラジアル力を
既設の装置によって確保することができ、パラレルリン
ク機構及び掘削機の小型化を図ることができると共に、
掘進精度を大幅に向上することができる。Further, according to the tunnel excavator of the present invention, a pair of front gripper and front gripper, which are equipped with a cutter head which can be driven and rotated freely on the front body of the excavator body, and which can be pressed against the inner wall surface of the existing tunnel. While providing drive means, a pair of rear gripper and rear gripper drive means that can be pressure-contacted to the inner wall surface of the existing tunnel are provided on the rear body of the excavator body,
The front body and the rear body are connected by a parallel link mechanism in which at least six thrust jacks are installed in a truss shape, and the thrust force detecting means for detecting the thrust force of each thrust jack and the position and posture of the cutter head are detected. The cutter head position / orientation detecting means is provided, and the force vector of the radial direction generated force of the parallel link mechanism is calculated based on the thrust detection value of each thrust jack and the cutter head position / orientation detection value to preset the force vector. Since the front gripper control means for controlling the front gripper driving means so as to be less than or equal to the predetermined value is provided, the pair of front grippers act in the radial direction of the parallel link mechanism by the radial force of pressing against the inner wall surface of the tunnel. Force will be assisted, and the large radial force required for turning the vehicle will be increased by the existing equipment. Can be secured, it is possible to reduce the size of the parallel linkage and the excavator,
The digging accuracy can be greatly improved.
【００５１】また、本発明のトンネル掘削機よれば、掘
削機本体の前胴に駆動回転自在なカッタヘッドを装着す
ると共に既設のトンネルの内壁面に圧接自在な一対の前
部グリッパ及び前部グリッパ駆動手段を設ける一方、掘
削機本体の後胴に既設のトンネルの内壁面に圧接自在な
一対の後部グリッパ及び後部グリッパ駆動手段を設け、
この前胴と後胴とを少なくとも６本のスラストジャッキ
がトラス状に架設されてなるパラレルリンク機構によっ
て連結し、カッタヘッドの位置及び姿勢を検出するカッ
タヘッド位置姿勢検出手段を設けると共に、カッタヘッ
ド位置姿勢検出値に基づいてパラレルリンク機構のラジ
アル方向の位置偏差ベクトルを演算して位置偏差ベクト
ルが予め設定された所定値以下となるように前部グリッ
パ駆動手段を制御する前部グリッパ制御手段を設けたの
で、この一対の前部グリッパがトンネル内壁面に圧接す
るラジアル力によってパラレルリンク機構のラジアル方
向に作用する力が助勢されることとなり、曲進時等に必
要な大きなラジアル力を既設の装置によって確保するこ
とができ、パラレルリンク機構及び掘削機の小型化を図
ることができると共に、掘進精度を大幅に向上すること
ができる。Also, according to the tunnel excavator of the present invention, a pair of front gripper and front gripper are provided, in which a cutter head which can be driven and rotated is attached to the front body of the excavator body and which can be pressed against the inner wall surface of an existing tunnel. While providing drive means, a pair of rear gripper and rear gripper drive means that can be pressure-contacted to the inner wall surface of the existing tunnel are provided on the rear body of the excavator body,
The front body and the rear body are connected by a parallel link mechanism in which at least six thrust jacks are installed in a truss shape, and a cutter head position / orientation detecting means for detecting the position and orientation of the cutter head is provided, and the cutter head is provided. Front gripper control means for controlling the front gripper driving means so that the position deviation vector in the radial direction of the parallel link mechanism is calculated based on the position and orientation detection value and the position deviation vector becomes equal to or less than a preset predetermined value. Since the pair of front grippers are provided, the force acting in the radial direction of the parallel link mechanism is assisted by the radial force that presses against the inner wall surface of the tunnel. It can be secured by the device, and the parallel link mechanism and the excavator can be downsized. , It is possible to greatly improve the excavation accuracy.
【００５２】また、本発明のトンネル掘削方法よれば、
掘削機本体の前胴に装着されたカッタヘッドを駆動回転
させる一方、前部グリッパ及び後部グリッパをトンネル
の内壁面に係脱することで前胴及び後胴を交互に位置保
持しながら前胴と後胴との間にトラス状に架設された複
数のスラストジャッキからなるパラレルリンク機構を駆
動して前胴及び後胴を前進することで前方の岩盤を掘削
し、且つ、各スラストジャッキの推力及びカッタヘッド
の位置姿勢からパラレルリンク機構のラジアル方向発生
力の力ベクトル、あるいはカッタヘッドの位置姿勢から
位置偏差ベクトルを演算し、この力ベクトルあるいは位
置偏差ベクトルが予め設定された所定値以下となるよう
に前部グリッパを駆動するようにしたので、この一対の
前部グリッパがトンネル内壁面に圧接するラジアル力に
よってパラレルリンク機構のラジアル方向に作用する力
を助勢することができ、掘進精度を大幅に向上すること
ができる。According to the tunnel excavation method of the present invention,
The cutter head mounted on the front body of the excavator body is driven to rotate, while the front gripper and the rear gripper are engaged with and disengaged from the inner wall surface of the tunnel so that the front body and the rear body are alternately positioned and the front body and A parallel link mechanism consisting of a plurality of thrust jacks installed between the rear body and the truss is driven to advance the front body and the rear body to excavate rock in front, and the thrust of each thrust jack and The force vector of the radial direction generated force of the parallel link mechanism is calculated from the position / orientation of the cutter head, or the position deviation vector is calculated from the position / orientation of the cutter head so that this force vector or the position deviation vector becomes equal to or less than a preset predetermined value. Since the front grippers are driven in parallel, the parallel force is generated by the radial force of the pair of front grippers pressing against the inner wall surface of the tunnel. Can assist the force acting in the radial direction of the click mechanism, it is possible to greatly improve the excavation accuracy.
【図１】本発明の第１実施例に係るトンネル掘削機の概
略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a tunnel excavator according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本実施例のトンネル掘削機に装着された前部グ
リッパの駆動制御装置の概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a drive control device for a front gripper attached to the tunnel excavator of the present embodiment.
【図３】掘削機に作用するラジアル力を説明するための
概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a radial force acting on the excavator.
【図４】掘削機に作用するラジアル力を説明するための
概略図である。FIG. 4 is a schematic view for explaining a radial force acting on the excavator.
【図５】本発明の第２実施例に係る前部グリッパの駆動
制御装置の概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a drive control device for a front gripper according to a second embodiment of the present invention.
【図６】従来のトンネルボーリングマシンの概略図であ
る。FIG. 6 is a schematic view of a conventional tunnel boring machine.
１１ 前胴 １２ 後胴 １３ カッタヘッド １５ フロントグリッパ １６ リヤグリッパ １７ スラストジャッキ ２０ パラレルリンク機構 ２１ ストローク検出器 ２２ａ，２２ｂ 圧力検出器 ２４ 制御装置 11 front body 12 rear body 13 cutter head 15 front gripper 16 rear gripper 17 thrust jack 20 parallel link mechanism 21 stroke detector 22a, 22b pressure detector 24 controller
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石瀬 文彦 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 松浦 武 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Fumihiko Ishise 1-1-1, Wadazaki-cho, Hyogo-ku, Kobe-shi, Hyogo Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Kobe Shipyard (72) Inventor Takeshi Matsuura Kazu, Hyogo-ku, Kobe-shi, Hyogo 1-1-1 Tasakicho Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Kobe Shipyard
Claims (5)
ら構成されると共に該前胴と後胴とが少なくとも６本の
スラストジャッキがトラス状に架設されてなるパラレル
リンク機構によって連結され、該前胴に駆動回転自在な
カッタヘッドと共に装着された既設のトンネル内壁面に
圧接して該前胴を位置保持する一対の前部グリッパを駆
動制御する前部グリッパ駆動制御装置において、前記各
スラストジャッキの推力を検出する推力検出手段と前記
カッタヘッドの位置及び姿勢を検出するカッタヘッド位
置姿勢検出手段とを設け、前記推力検出手段によって検
出された各スラストジャッキの推力検出値とカッタヘッ
ド位置姿勢検出手段によって検出されたカッタヘッド位
置姿勢検出値に基づいて前記パラレルリンク機構のラジ
アル方向発生力の力ベクトルを演算して該力ベクトルが
予め設定された所定値以下となるように前記前部グリッ
パを駆動制御することを特徴とする前部グリッパの駆動
制御装置。1. The excavator main body is composed of a pair of front and rear cylinders having a tubular shape, and the front cylinder and the rear cylinder are connected by a parallel link mechanism in which at least six thrust jacks are installed in a truss shape. A front gripper drive control device for driving and controlling a pair of front grippers that press-contact an existing tunnel inner wall surface mounted on the front body together with a freely rotatable cutter head to hold the front body in position. A thrust detecting means for detecting thrust of the thrust jack and a cutter head position / posture detecting means for detecting the position and posture of the cutter head are provided, and the thrust detection value and the cutter head position of each thrust jack detected by the thrust detecting means. The force of the radial direction generated force of the parallel link mechanism based on the cutter head position / orientation detection value detected by the attitude detection means. A drive control device for the front gripper, characterized in that the front gripper is driven and controlled such that a vector is calculated and the force vector becomes a predetermined value or less.
ら構成されると共に該前胴と後胴とが少なくとも６本の
スラストジャッキがトラス状に架設されてなるパラレル
リンク機構によって連結され、該前胴に駆動回転自在な
カッタヘッドと共に装着された既設のトンネル内壁面に
圧接して該前胴を位置保持する一対の前部グリッパを駆
動制御する前部グリッパ駆動制御装置において、前記カ
ッタヘッドの位置及び姿勢を検出するカッタヘッド位置
姿勢検出手段を設け、該カッタヘッド位置姿勢検出手段
によって検出されたカッタヘッド位置姿勢検出値に基づ
いて前記パラレルリンク機構のラジアル方向の位置偏差
ベクトルを演算して該位置偏差ベクトルが予め設定され
た所定値以下となるように前記前部グリッパを駆動制御
することを特徴とする前部グリッパ駆動制御装置。2. The excavator main body is composed of a pair of front and rear cylinders having a tubular shape, and the front cylinder and the rear cylinder are connected by a parallel link mechanism in which at least six thrust jacks are installed in a truss shape. A front gripper drive control device for driving and controlling a pair of front grippers that hold the front body in position by pressing it against an existing inner wall surface of a tunnel mounted on the front body together with a cutter head that can be driven and rotated. A cutter head position / orientation detecting means for detecting the position and orientation of the head is provided, and a radial position deviation vector of the parallel link mechanism is calculated based on the cutter head position / orientation detection value detected by the cutter head position / orientation detecting means. Then, the front gripper is driven and controlled so that the position deviation vector becomes equal to or less than a preset predetermined value. Front gripper drive controller.
本体と、該掘削機本体の前胴に駆動回転自在に装着され
たカッタヘッドと、前記掘削機本体の前胴に装着されて
掘削したトンネルの内壁面に圧接自在な一対の前部グリ
ッパと、該一対の前部グリッパをトンネル内壁面に圧接
して前記前胴を位置保持する前部グリッパ駆動手段と、
前記掘削機本体の後胴に装着されて掘削したトンネルの
内壁面に圧接自在な一対の後部グリッパと、該一対の後
部グリッパをトンネル内壁面に圧接して前記後胴を位置
保持する後部グリッパ駆動手段と、前記掘削機本体の前
胴と後胴との間に少なくとも６本のスラストジャッキが
トラス状に架設されてなるパラレルリンク機構と、前記
各スラストジャッキの推力を検出する推力検出手段と、
前記カッタヘッドの位置及び姿勢を検出するカッタヘッ
ド位置姿勢検出手段と、前記推力検出手段によって検出
された各スラストジャッキの推力検出値とカッタヘッド
位置姿勢検出手段によって検出されたカッタヘッド位置
姿勢検出値に基づいて前記パラレルリンク機構のラジア
ル方向発生力の力ベクトルを演算して該力ベクトルが予
め設定された所定値以下となるように前記前部グリッパ
駆動手段を制御する前部グリッパ制御手段とを具えたこ
とを特徴とするトンネル掘削機。3. An excavator body including a pair of front and rear barrels having a tubular shape, a cutter head rotatably mounted on the front barrel of the excavator body, and a cutter head mounted on the front barrel of the excavator body. A pair of front grippers that can be pressure-contacted to the inner wall surface of the excavated tunnel, and front gripper drive means that press-contacts the pair of front grippers to the tunnel inner wall surface to hold the front body in position.
A pair of rear grippers attached to the rear body of the excavator body and press-contactable to the inner wall surface of the excavated tunnel, and a rear gripper drive that press-contacts the pair of rear grippers to the inner wall surface of the tunnel to hold the rear body in position. Means, a parallel link mechanism in which at least six thrust jacks are installed in a truss shape between the front body and the rear body of the excavator body, and thrust detection means for detecting the thrust of each thrust jack.
Cutter head position / orientation detecting means for detecting the position and orientation of the cutter head, thrust detection value of each thrust jack detected by the thrust detecting means, and cutter head position / orientation detection value detected by the cutter head position / orientation detecting means And a front gripper control means for controlling the front gripper driving means so that the force vector of the radial direction generated force of the parallel link mechanism is calculated based on the above and the force vector becomes equal to or less than a preset predetermined value. A tunnel excavator characterized by being equipped.
本体と、該掘削機本体の前胴に駆動回転自在に装着され
たカッタヘッドと、前記掘削機本体の前胴に装着されて
掘削したトンネルの内壁面に圧接自在な一対の前部グリ
ッパと、該一対の前部グリッパをトンネル内壁面に圧接
して前記前胴を位置保持する前部グリッパ駆動手段と、
前記掘削機本体の後胴に装着されて掘削したトンネルの
内壁面に圧接自在な一対の後部グリッパと、該一対の後
部グリッパをトンネル内壁面に圧接して前記後胴を位置
保持する後部グリッパ駆動手段と、前記掘削機本体の前
胴と後胴との間に少なくとも６本のスラストジャッキが
トラス状に架設されてなるパラレルリンク機構と、前記
カッタヘッドの位置及び姿勢を検出するカッタヘッド位
置姿勢検出手段と、前記カッタヘッド位置姿勢検出手段
によって検出されたカッタヘッド位置姿勢検出値に基づ
いて前記パラレルリンク機構のラジアル方向の位置偏差
ベクトルを演算して該位置偏差ベクトルが予め設定され
た所定値以下となるように前記前部グリッパ駆動手段を
制御する前部グリッパ制御手段とを具えたことを特徴と
するトンネル掘削機。4. An excavator body including a pair of front and rear barrels, a cutter head rotatably mounted on the front barrel of the excavator body, and a cutter head mounted on the front barrel of the excavator body. A pair of front grippers that can be pressure-contacted to the inner wall surface of the excavated tunnel, and front gripper drive means that press-contacts the pair of front grippers to the tunnel inner wall surface to hold the front body in position.
A pair of rear grippers attached to the rear body of the excavator body and press-contactable to the inner wall surface of the excavated tunnel, and a rear gripper drive that press-contacts the pair of rear grippers to the tunnel inner wall surface to hold the rear body in position. Means, a parallel link mechanism in which at least six thrust jacks are erected in a truss shape between the front body and the rear body of the excavator body, and a cutter head position and orientation for detecting the position and orientation of the cutter head. The position deviation vector in the radial direction of the parallel link mechanism is calculated based on the detection means and the detection value of the cutter head position and attitude detected by the cutter head position and attitude detection means, and the position deviation vector is set to a predetermined value. Tunnel excavation characterized by comprising front gripper control means for controlling the front gripper driving means as follows. .
カッタヘッドを駆動回転させる一方、前記掘削機本体の
前胴に装着された前部グリッパを掘削したトンネルの内
壁面に係脱すると共に前記掘削機本体の後胴に装着され
た後部グリッパを該トンネルの内壁面に係脱することで
前記前胴及び後胴を交互に位置保持しながら前記前胴と
後胴との間にトラス状に架設された複数のスラストジャ
ッキからなるパラレルリンク機構を駆動して該前胴及び
後胴を前進することで前方の岩盤を掘削し、且つ、前記
各スラストジャッキの推力及び前記カッタヘッドの位置
姿勢から前記パラレルリンク機構のラジアル方向発生力
の力ベクトル、あるいは前記カッタヘッドの位置姿勢か
ら位置偏差ベクトルを演算し、該力ベクトルあるいは位
置偏差ベクトルが予め設定された所定値以下となるよう
に前記前部グリッパを駆動することを特徴とするトンネ
ル掘削方法。5. The cutter head mounted on the front body of the excavator body is driven and rotated, and the front gripper mounted on the front body of the excavator body is disengaged from the inner wall surface of the excavated tunnel. Along with the fact that the rear gripper attached to the rear body of the excavator body is disengaged from the inner wall surface of the tunnel, the truss is provided between the front body and the rear body while alternately holding the front body and the rear body in position. Driving a parallel link mechanism composed of a plurality of thrust jacks installed in a circular shape to advance the front body and the rear body to excavate rock in front, and the thrust of each thrust jack and the position of the cutter head. From the posture, a force vector of the radial direction generated force of the parallel link mechanism or a position deviation vector from the position and posture of the cutter head is calculated, and the force vector or the position deviation vector is predicted. A tunnel excavation method, characterized in that the front gripper is driven so as to be equal to or less than a predetermined value set for the purpose.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24717095A JPH0988481A (en) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | Tunnel excavator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24717095A JPH0988481A (en) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | Tunnel excavator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0988481A true JPH0988481A (en) | 1997-03-31 |
Family
ID=17159490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24717095A Withdrawn JPH0988481A (en) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | Tunnel excavator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0988481A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002503940A (en) * | 1998-02-18 | 2002-02-05 | フラオンホファー−ゲゼルシャフト・ツア・フェルデルング・デア・アンゲヴァンテン・フォルシュング・エー・ファオ | Linear drive |
| WO2015079877A1 (en) * | 2013-11-29 | 2015-06-04 | 株式会社小松製作所 | Tunnel excavation device, and control method therefor |
| WO2021241092A1 (en) * | 2020-05-29 | 2021-12-02 | 株式会社小松製作所 | Method for controlling tunnel-drilling rig, and tunnel-drilling rig |
-
1995
- 1995-09-26 JP JP24717095A patent/JPH0988481A/en not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2002503940A (en) * | 1998-02-18 | 2002-02-05 | フラオンホファー−ゲゼルシャフト・ツア・フェルデルング・デア・アンゲヴァンテン・フォルシュング・エー・ファオ | Linear drive |
| WO2015079877A1 (en) * | 2013-11-29 | 2015-06-04 | 株式会社小松製作所 | Tunnel excavation device, and control method therefor |
| JP2015105511A (en) * | 2013-11-29 | 2015-06-08 | 株式会社小松製作所 | Tunnel drilling device and control method thereof |
| US10006285B2 (en) | 2013-11-29 | 2018-06-26 | Komatsu Ltd. | Tunnel boring device, and control method therefor |
| WO2021241092A1 (en) * | 2020-05-29 | 2021-12-02 | 株式会社小松製作所 | Method for controlling tunnel-drilling rig, and tunnel-drilling rig |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20021203 |