JPS60199193A - さく孔装置の制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、１〜ンネル等の掘さくにおいて切羽面にさく
孔をりる際、さく孔装置を乗架したブームを切羽面の所
定のざく孔位置に自動的に位置決め制御Ｊるための制御
シスツムに関し、１！■に１１７置）大め制御のための
処理時間の短縮化対策に関づる。

（従来技術） 一般に、トンネル等を掘さくする場合、切羽面の所定位
置を所定方向にさく孔し、この多数さく孔された孔に爆
薬を仕掛けて発ｌ１ｌｌｌＪることによってＥＡ’ｉ：
’＜”Ｊることが行われている。（のため、上記さく孔
の際、さく孔装置を乗架したブームを切羽面の所定の位
置に位置決めする必要がある。

このようなブームの位置決め手段として、従来、手動装
量により予め位置決め作業（ア５ｒ−チング作業）を行
い、これを記憶した後に再生Ｊるという再生制御方式（
プレイバック方式）が広く採用されている。しかし、上
記ティーヂング作業が人間の技能によるため、作業能率
が極めで悪く、また位置決めの正確性に欠りるものであ
った。

この１＝め、これに代わるものとして、最近、特公昭５
７−５１５１８号公報に示されるように数値入力制御方
式（Ｎ　Ｃ１ｌｉ（Ｉ御方式）が採用されつつある。こ
の数値入力制御方式は、さく孔装置を、乗架したブーム
を駆！！ｌｌツるブーム駆動手段に対し、切羽面直前に
直角座標系で与えられたさく孔面上で設定される多数の
ざく凡慮の位置Ｊ３よび方向を記憶したメモリー＝Ｊ′
段と、該メｔり一手段ノ〕日うＣ１角座標系で与えられ
るさく凡慮の１直をブームの座標系で１９られる碩に）
す１弁変Ｉ？！づる）す３　Ｃ＞　’ｆ’段ど、該演弊
乎段からの随に応じて上記ブーム駆動１段を作動制Ｏｔ
＋ｉる位置決めリーボルＩＪ　ｔｌｌｌ＋手段と、該ブ
ーム駆動手段の作！１！ｌＩ邑を上記位置決ν）リーボ
１．す御−１段にフィードバックづるフィードバック手
段とを備えて、切羽面上で直角座標系て゛表示され！、
：さく凡慮をブームの座標系に変操し、該ブームの先端
位置を数値にて指定して、ブームを所定位置にフィード
バック制御にＪ、り位ｉｉ？！決めりることにＪ、す、
ブームの位置決めを自動的に正確かつ迅速に行うように
しｌｃらのである。

そして、上記の数値入力ルリ御方式では、切羽面上で直
角座標系でＩ〕えられたさく凡慮の１ホ１をブームの座
標系（球面外枠系）で４５７られる１に１に変操づる場
合、通常、漸近ｉｌｌ　ｌ：’）法という演咋丁法が採
られている。号なわら、さく凡慮のｒに標系とＩ−ムの
座標系との間での辻立方秤式を解くために、漸近Ｈ，ｌ
梓法により、ある初期値を代入して解の順化式を繰返し
計痒し、正解１向に収束さＵるに・）に演亦づるもので
ある。

このため、この演算処理にはコンビ−Ｌ−夕による演算
であってもかなりの時間がかかり、また個々のさく凡慮
毎に演算が必要であるので、処理時間が長いものとなり
、特に初期値が適正でないとぎには顕著である。そして
、このＪ、うな演算処理は、切羽面の岩盤の軟、硬質等
によるさく孔パターンの変更や、ざく孔装置の機種の変
更４ｒどに応じてての都度初期値を設定して行わねばな
らず、汎用性がないため、その作業が極めて煩雑である
（発明の目的） 本発明はかかる点に鑑み【なされたもので、その目的と
づるところは、上記の如き数値入力制御方式での漸近目
算法による演算処理にＪ３いては初期値を適正に選定し
てやれば正解値への収束速度が速くなることに着目し、
そのことにより、切羽面におりるブームの移動領域を多
数のエリアに分割し、各エリア毎に適正初期値をめてＪ
３き、さく凡慮の情報にＪ：りその点に対応するエリア
の適正初１！Ｑ　Ｉｉ＆を検索し、この適正初期値を用
いｃｔ（ｆｉ３丘ａ１輝法による演算処理を行うことに
より、　１ｌｌｊ咋通度を速めてブームの位置決め処理
部間を短縮化Ｊるとどもに、さく孔パターン等の変更に
応じ（し汎用性を持たせることにある。。

（発明の構成） 上記の目的を達成りるため、本発明の構成は、第１図に
示すように、さく孔装向１３を乗架したブーム４を駆動
りるブーム駆動手段′１７と、切羽面直前に直角座標系
で与えられたさく孔面上で５１定される多数のさく凡慮
の位置Ｊ３よび方向を該面角座標系の値で記憶りる第１
メモリ一手段２２と、切羽面におけるブーム４の移動領
域を多数のエリアに分割し、各エリア毎に適１［初期値
を上記直角座標系の値で記憶づる第２メモリ一手段２３
と、上記第１メモリー千ｔ９２２から与えられるさく凡
慮の情報により第２メモリ一手段２３の対応規るエリア
にお（〕る適適正初期ｆｕｌｌを検索Ｊる検索手段２４
と、該検索手段２４により検索した適１１初期１ホ１に
基づいて上記第１メモリ一手段２２からｎ角厘標系で与
えられるさく凡慮の値をブーム４の座標系で（りられる
饋に演算斐換づる演眸手段２５と。

該演等手段２５からの値に応じて上記ブーム駆動手段１
７を作動させる位置決めザーボｉｌｉ制御手段１８と、
該ブーム駆動手段１７の作動しＩこ１０を検出づる検出
部１９を有し、該検出部１９Ｔ′検出したｌａを上記位
置決めサーボ制御手段１８に）Ｃ−ドパツクするフィー
ドバック手段２７と、上記ブーム駆動手段１７上のざく
孔装置１３を作動さけるさく礼装同制御手段９と、上記
位置決めサーボ制御手段１８からの位置決め完了信号を
受けて上記さく礼装同制御手段９を作動させるととしに
、該さく礼装同制御手段９からの作業柊了餌すを受けて
−に記第１メモリ一手段２２に作動用の指令借料を出力
づる中央処理手段２８とを備え！、：ｂのである。

このことにより、中央処理手段２８からの作動指令１８
号により第１メモリ一手段２２かＩう所定のさく凡慮の
情報が呼出されると、このさく凡慮情報により第２メモ
リ一手段２３から対応りるエリアの適正初期値を検索し
、この適ｉ［初！ＩＩＩ　（ｌａを用いて上記さく凡慮
の肖ｆ？＋座標系でＩ〕えられた舶を漸近計算法により
ブーム４の座標系でｉｑられる沁に演算＊扮し、このブ
ーム座標系のｌ＋＜＋に基づいてブーム４先端をフィー
ドバック制御により１−配さく凡慮に位置決めづるよう
にしたものひある。

（発明の効果） したがって、本発明によれば、数値入力制御り式のさく
孔装置の制御システムにおいて、的角Ｐ１メ標系の埴で
、！ｊえられたさく凡慮の情報を、漸近■１算法を用い
てブームの座標系で百られる舶に弯換するに際し、切羽
面にお（）るブームの移動１ｚ［域を多数のエリアに分
割し、各コニリア毎に適正初期値をめておき、上記さく
凡慮の情報にＪ、り対応Ｊる］エリアの適正初期値を検
索し、この適正初期値を用いて上記漸近ｉｔ　Ｒ法の演
綽を（）うようにしたので、演算速度が速くなり、ブー
ｔ１の位置決め処理時間ひいてはさく孔時間を著しく短
縮化できる。

しかも、各エリア毎の適正初期値の記憶にＪ、す、さく
孔パターンの変更やざく孔装賀のｌｆｉ！Ｉ［’の変史
笠に対しても対応でき、よって汎用性があり、迅速かつ
正確にブームを自動的に位置決めできるシステムを捉供
りることができる。

（ｆ施例） 以］；、本発明の実施例を第２図以−トの図面に基づい
て説明覆る。

第２図〜第７図は本発明をトンネル掘さくのために切羽
面１〈の所定位置にさく孔をＪる場合に適用した実施例
を示づ。第２図は全体概略（１１１成を示し、１は作業
台車、２は該作業台車１を地面に固定りる支脚であり、
作業台車１土には１」−タリーアクチコエータ３が設置
されている。４Ｉま第１ブーム５と第２ブーム６とから
なる１−ムて゛あって、該ブーム４の第１ブーム５の後
端１ｊ、上記ロータリーアクヂコＪ−夕３に回転自在に
軸支されており、該第１ブーム５の先ネ；：には第２ブ
ーム６の後端が前１般移動自在に支持され、さらに該第
２１−１．ｓ　６の先端に１よけルマウンテイング７を
介してガイドヒルスライド用のシリンダ８が固定されで
いる。

該シリンダ８には、後端に後述のさく孔装置１３を作動
制御する）ｒ−ドモータより＜ｆるさく礼装同制御手段
（図示Ｕず）（ａ装？１した万−ｒドレル１０が１習動
自在に載架されていて１．Ｌ記シリング８の作動により
ガイドヒル１０を前後進さＵるようにしているとともに
、該ガイドヒル１０」−には、ピッ１〜１′１を先端に
右するロッド１２を取イ］りたさく孔装置１３が円動自
（ｔに乗架されていて、さく孔作業間に」−記さく孔装
置１ｂｌｌ　ＩＩ　ｅ「段（ノイードモータ）によりさ
く孔装置′１３を前１（進さＵる」、うにし【いる。さ
らに、上記ブーｌｘ　４に（，１、ガーイドセルスイン
グ用のシリンダ（図示せず）と、ブームリフト用のシリ
ンダ１４と、シーム：Ｌクスフンション用のシリンダ１
５と、ガイドヒルリフ１へ用のシリンダ１６とが取イ」
けられていと）。Ｊ、）（、第３図に示１ように、ブー
ム４は作１ｒ、台中１に対し、ロータリーアクチュエー
タ３にＪ、り図中ｙ　１１１１＋周囲方向に、かつｆ−
ムリ７１〜用シリング＋４＋こより図中×軸周囲り向に
それぞれ変位可能に設（〕られており、まＩＩさく孔Ｉ
ｆα１３を乗架したがイドヒル１０はブーム４に対し、
ガイドヒルリフ１〜用シリンダ１６により図中×軸周囲
方向に、ガイドヒルスイング用シリンダにより図中ｙ軸
周囲方向に、ブームエクステンション用シリンダ１５に
より図中ｌ軸方向に、かつガイドセルスライド用シリン
ダ８により図中Ｚ軸方向にイれぞ１し変１＊　ｉｌ能に
設置ノられている。この各変位量は、ブーム４及びガイ
ドヒル１Ｑのｐ＋１長がＯで、ブーム４及びガイドセル
゛１０がＺ方向に平行であるときを原点位置としたとき
、図示の如く、ブームリフ１−角Ｂし°、ローデンショ
ン角ＲＯ’、ガイドセルスイング角ＳＳ°、ガイドヒル
リフト角Ｓビ、ブームエクスデンション長９０Ｘ、ガイ
ドセルスラｒド長９Ｓで表わされる。このことがら、ロ
ータリーアクヂュエータ３どブーム４との軸支点を原点
とした球面座標系にＪ５いて、ブーム４の先端υＩ首（
つまりガイドヒル１ｏの先端位置）は、（ｏｌ。

θ２．θ３．θ４．ρｓ、Ｒｃｘ）で衷ゎさすすること
になり、さく孔装詔１３を乗架したブー１．　／Ｉを該
球面座標系（０＋　、０２．θ３．θ４＋Ｑｓ。

Ｑｅｘ）で自在に変位させるように駆動Ｊるブーム駆動
手段１７を構成している。

さらに、１８は、に記ブーム駆動手段１７を作動制御す
る位置決め曝ナーボ制御手段であっＣ、ブーム駆動手段
１７の各アクブコ「−り（ロータリーアクヂュエータ３
および各シリンダ８．１４〜′１Ｇ）に接続されている
。まｌこ、１９は１（己ブーム駆動手段１７の各アクチ
ユエータのＩＴ動吊を検出づる■ンコーダＪ、りなる検
出部ぐある。イして、上記ブーム駆動手段１７の各アク
ブ１］−−り、１☆置決めり”−ボルリ御手段１８、（
σ）山部１９おＪ、びさく孔装置制御手段はそれぞれイ
ンターフ］　ｒス２０を介してマイク＋＝＋−：＋ンビ
」−り２１に侶（シの授受可能に接続されている。

上、！［ｌ！マイクロコンビ−Ｉ−夕２１の内部ＩＪ、
、第４図に示Ｊように構成されている。すなわら、第４
図に−３いて、２２はＷｌ　Ｉメしり一丁「受（゛あっ
て。

切羽面に直１）６に直角座標系でうえられるさく孔面上
に設定される多数のさく乳点Ｐの位ｉｉ？ｌ（χ、ｙ。

Ｚ）および方向（φχ、φｙ、φｌ）が該直角ｎ１標系
の（＋ＩＪ　（χ、ｙ、ｚ’、ψχ、φｙ、φｌ）て゛
人カされて記憶されている。２３は第２メモリ一手段で
あって、切羽面Ｋにおけるブーム先端の移動領ｌ４Ｉｉ
（χ、ｙ）を例えば第７図に示すように多数のエリアＡ
、Ａ・・・に分割し、各エリアＡＭに後述の演算手段２
５における漸近Ｊ１算法の演ｎでの適正初期値（例えば
第７図中のＰａ点）が前記球面座標系の値（”ｌ’＋ａ
２＋・・・ａｓ）で入力されて記憶されている。２４は
、上記第１メモリ一手段２２から与えられるさく凡慮Ｐ
情報のχ、ｙ値により上記第２メモリ一手段２３からそ
の×、ｙ値に対応するエリアＳにお（）る適正初期値（
ａｌ。

ａ２．・・・ａＳ）を検索する検索手段であり、さく乳
点Ｐの情報に対して漸近計算法の演算での適正初期値を
与えるようにしている。ざらに、２５は、上記検索手段
２４により検索した第２メモリ一手段２３からの適正初
期値（ａ＋、ａ２＋・・・ａ６）を用いて、上記第１メ
モリ一手段２２から直角座標系で与えられるさく乳点Ｐ
の値（χ、ｙ、ｚ。

φχ、φｙ、φｌ）を漸近計算法によりブーム４の球面
座標系で得られる値（θ＋、０□、θ３゜θ４．　ｐｓ
　、　ＱｅＸ）に演惇変挨する）占咋手段であって、該
演陣手段２５で疫換されたブームア１ろ種糸での値くθ
１．θ２．θ３．θＪ　、ＱＳ　、９ｃｘ）はレジスフ
２６に記憶されるとどしに上記（ｆｌｆ決めザーボ制御
手段１８に出）Ｊされる。イして、該位置決めザーボ制
す１１手段１８に／、り土、記フーＩＸＦＰ標系の値（
０亀、θ２．θ３．θ、＋　、　９ｓ　、　２ｃｘ）に
基づいてブーム駆動手段１７が作動制御されるとともに
、該ブーム駆動手段１７の作動した（１ｒ１（θｌ’＋
０７’ｌ　０３′、θ４’、ＵＳ’、Ｑｅｘ’　）が検
出部１つによって検出され、この検出した値（θ１・、
θ、・′、θ３′　、θ１′・　９ｓ１　、　Ｑ　ｅｘ
ｔ　）が位置決め）ノーボ制御手段１８にフィードバッ
クされることにＪ、す、ブーム４の先※；；；（ガイド
セル１０の先端）が土泥ブーム座標系の埴（θ１．θ７
．θ３，０４　、　ｓ　、２０Ｘ）の（ｌ’／置おにび
方向に位置決めされるＪ、うノイードバック制御するフ
ィードバック手段２７が構成されている。また、２８＋
よ、上記ＩＱ厘ン大めサーボ！ＩＪ御丁段１８からの位
置決め完了ｍ号を受【）【さく孔択開制御手段９（フィ
ードモータ）を作動させ、所定のさく凡慮Ｐのさく孔を
行わせるとともに、操作入力信号および該さく孔装置制
９１１ｆ段９からの作業終了信号を受けて上記第１メモ
リ一手段２２を作動さＵ“るよう指令信号を出力づる中
央処理手段である。

次に、上記マイクロコンピュータ２１の主たる作動を第
５図および第６図によって３１明づるに、第５図に示づ
メインフローにおい１、スフ−１−して第１ステツプＳ
１で切羽面）く上の直角座際系で表わされたさく孔パタ
ーン〈χ、ｙ’、ｚ、φχ。

φｙ、φｌ）が人力されると′、第２ステツプＳ２にお
いて上記さく凡慮情報の（χ、ｙ）に含まれるエリアへ
の検索を行う。このエリアの検索は、第６図の１ノブル
ーチンに示づ”ように、ステップＳ２８でχ値がｉくχ
≦ｉ＋１（ｉ＝１〜ｎ）の範囲にあることを判別し、か
つステップＳ２ｂでｙ値がｊ＜ｙ≦ｊ→、１（ｊ＝ｉ〜
１１）の範囲にあることを判別して、に記χ、ｙ１１ｆ
Ｉに対応（るエリアΔを検索したのら、ステップ５２Ｃ
１’該エリアＡでの適正初期値を読み出すことが繰返さ
れる。

次いで、メインフＬＪ−に戻って、第３ステツプＳ３に
おいて上記適正初期１１口を用いてさく凡慮の値（χ、
ｙ、ｚ、φχ、φｙ、φＺ）を漸近ｎ１算法によりブー
ム座標系の値（θｌ　、　０２　、θ（。

θ４　、９Ｓ　、　９ｅｘ）に変換づ°る演算が（ｊわ
れる。

この演算は６元連立力程式に上記適正初期値を代入して
解の順化式を繰返してδ１粋づるもので、第４ステップ
５４−（’解が正解誼に収束Ｊるのを侍って、第５ステ
ツプＳ５で正Ｗ？碩つまり上記さく凡慮の値に対応する
ブーム座標系の値（θ１．θ２゜０３、θ４．　ｊｓ　
、　９ｅＸ）を出力し、以後この舶を基にブーム駆動手
段１７が上記さく凡慮に位置決めされるようフィードバ
ック制御される。

したがって、上記の如く、直角ｒト標系のｈ（１（χ。

ｙ、ｚ、φχ、φｙ、φＺ）で与えられたさく凡慮Ｐの
情報を、漸近８１障法を用いてブームの座標系の伯（θ
１．θ２．θ３．θ４．９ｓ　、　９ａｘ）に変換する
にあたり、切羽面Ｋにおけるブーム先端の移動領域を多
数のエリア△、Δ・・・に分割し、各エリアＡ毎に適正
初期値を記憶さけてＪ３ぎ、上記さく凡慮Ｐ情報のχ、
ｙ値によりそれに対応づ−るエリアへの適正初期値を検
索し、この適正初ＷＪ埴を用いて上記漸近計算法の演算
を行゛）にうにしたので、その演算速度が速いものとな
り、ブームの位置決めが迅速にかつ正確に行われて、イ
の処理時間の短縮化を図ることができ、ひいてはさく孔
時間の短縮化を図ることができる４、シかも、各エリア
ＡｆＱに適正初期値が記憶されているので、岩盤の軟、
硬質などによるさく孔パターンの変更さく孔！Ｉ！置１
３の機種の変更等に対してし、一度適正初期値をめてお
けば対応でき、汎用性に浸れている。

尚、本発明のさく孔装置の制御シスフｌ＼は、上記実施
例の如きトンネル掘さく用に限らず、その他各種掘さく
において切羽面にさく孔を行う場合に適用でき、またそ
の地条関節のブーム構造を持つものにも同様に適用でき
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図〜第７
図は本発明の実施例を示し、第２図１よ全体概略構成図
、第３図はさく孔装置を乗架したブームの動ぎを示づ説
明図、第４図１よマイク］」コンピュータの内部構成を
示すブロック図、第５図ＩＪマイクロコンピュータのメ
インフ１」−を示づフ【」−チャート図、第６図は同エ
リア検索サブルーチンを示り゛フローチャート図、第７
図はブーｌＸ移Ｅｈ領域のエリア分割状態の一例を承り
シ１明図である。 ４・・・ブーム、１３・・・さく孔装置、１７・・ブー
ム駆動手段、１８・・・位置決めザーボ制御手段、１９
・・・検出部、２１・・・マイク１」コンビ」−夕、２
２・・・第１メモリ一手段、２３・・・第２メモリー丁
段、２４・・・検索手段、２５・・・演算手段、２７・
・・ノイードバック手段、２８・・・中火処理手段。 ｊａｒ’ｓ′−−二白

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　さく孔装置を乗架したブームを駆動づるブーム
   駆動手段と、切羽面直前に直角座標系で与えられたさく
   孔面上で設定される多数のさく凡慮の位置および方向を
   該直角座標系の埴で記憶プ゛る第１メモリ一手段と、切
   羽面におりるブームの移動領域を多数のエリアに分割し
   、各エリア旬に適正初期値を上記直角座標系の値で記憶
   する第２メモリ一手段と、上記第１メモリ一手段から与
   えられるさく凡慮の情報ににり第２メモリ一手段の対応
   するエリアにおける適正初期値を検索する検索手段と、
   該検索手段により検索した適正初期値に基づいて上記第
   １メモリ一手段から直角座標系で与えられるさく凡慮の
   狛をブームの座標系で得られる値に演惇０換する演算手
   段と、該１ｉ１ｉｎ手段からの餡に応じ１．１−記ブー
   ム駆動手段を作動させる位置決めザーボ制御手段と、該
   ブーム駆動手段の作動した値を検出する検出部を右し、
   該検出部て゛検出した虻を上記位置決めり一−ボ制御手
   段にフィードバックづるフィードバック手段ど、１記ブ
   ー１１駆動丁段上のさく孔装置を作動さＵ゛るさく孔装
   置制御手段と、上記（３′／賀決め１ナ一ボ制御手段か
   らの位置決め完了信号を受（プて上記さく孔装置Ｇ制御
   丁段を作動さぜるどどもに、該さく孔菰置制１１１１丁
   段からの作業終了（８号を受ｔ］で上記第１メモリ一手
   段に作動用の指令信号を出力りる中火処１！Ｉ＋手段と
   を備えたことを特徴とづるさく孔択？ｌの制御システム
   。