KR950010751B1 - 이동물체의 조종(操縱)방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

이동물체의 조종(操縱)방법 및 그 장치

제 1 도는, 본 발명의 굴진기의 모식 설명도.

제 2 도는, 본 발명의 조종 장치의 블록도.

제 3 도는 본 발명의 수상기에서 가시광 및 광학 지표의 데이터를 꺼내기 위한 블록 설명도.

제 4 도는, 본 발명의 후방쪽에서 본 인디 케이터의 설명도.

제5(a)도 내지 제5(c)도는, 본 발명의 굴진기의 전지에 따라서 굴진기가 기준선으로부터 편위한 경우의 설명도.

제 6 도는, 본 발명의 굴진기를 조종하는 경우의 전건부(前件部)의 멤버쉽 함수의 설명도.

제 7 도는, 본 발명의 전건부의 멤버 쉽 함수에 대응하는 후건부(後件部)의 멤버쉽 함수의 설명도.

제 8(a)도 내지 제8(d)도는, 본 발명의 있어서의 3각형의 중심 위치의 설명도.

제 9 도는, 본 발명의 후건부에 있어서의 멤버쉽 함수의 3각형을 유효도(有效度)로 할인 하였을때의 설명도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 본체 2 : 헤드

3, 4 : 잭 3a, 4a, 5a : 유니버셜 죠인트

5 : 로드 6 : 구동장치

7 : 인디 케이터 8 : 텔레비전 카메라

9 : 광학 지표(LED) 9a : 바아

10 : 레이저 스포트 10a :발진기

10b : 레이저 광 21 : 수상기

21a : 수상부 21b : 색체 분리부

22 : 화상처리 장치 23a, 23b : 선

24 : 화성처리 제어장치 25 : 퍼지(Fuzzy)연산장치

25a : 전건부(前件部)연산부 25b : 전건부 멤버쉽 함수 기억부

25c : 후건부(後件部)연산부 25d : 후건부 멤버쉽 함수 기억부

26 : 비교장치 27 : 인터 페이스

본 발명은, 미리 설정된 기준선을 따라 이동하는 이동물체의 조종(操縱)방법과 그 장치에 관한 것이다.

미리 경유해야할 경로를 설정하여 기준선으로 하고, 이 기준선을 따라 이동하면서 소정의 작업을 실시하는 이동물체로서는, 예를들면 터널의 굴삭 혹은 상수도관, 하수도관등을 부설하기 위한 굴진기나 무인 운반차등이 있다. 상기 굴진기 혹은 무인 운반차는, 일반적으로 본체와 이 본체의 이동 방향을 규정하기 위한 조형 수단을 가지고 구성되어 있으며, 본체를 향상 기준선에 따르도록 조향 수단을 구동하고 있다.

특히, 땅속에 여러종류의 관을 부설하기 위한 굴진기에 있어서는, 지질의 변화, 수맥의 유, 뮤 등에 의하여 지반의 저항이 다를 경우가 있으며, 이때문에 일정한 힘으로 추진 하더라도 저항이 작은 방향으로 빗나가는 일이 있다.

이와같은 경우, 조작자가 기준선에 대한 굴진기의 빗나가는 양 및 방향을 보고 인지하며, 이 빗나가는 양 및 방향에 따라 조향 수단을 조작함으로써 조종하고 있다.

여기에서, 굴진기에 있어서의 조종에 대하여 구체적으로 설명한다. 예를들면, 본 출원인이 개발한 일본국 특개소 57-205698호에 나타낸 굴진기에 있어서는, 테일(Tail)부와이 테일부의 굴진 방향 앞끝단에 형성한 헤드부를 1개의 로드 및 2개의 잭으로써 접속하여 구성되고 있다.

상기 테일부의 소정위치에는, 눈금판이 고정되어 있으며, 이 눈금판과 대향하여 헤드부에 고정되고 이 헤드부의 테일부에 대한 한쪽으로 치우친 방향에 따라 이동하는 계기의 바늘이 형성되어 있다.

또한, 상기 눈금판을 텔레비전 카메라로써 촬상하고, 이 상을 모니터 넬레비전에 투사 할 수 있도록 구성하고 있다. 또한, 터널의 굴삭 방향 혹은 관의 부설 방향을 따라 기준선으로 되는 레이저 광등의 직선성을 가지는 가시광이 형성되어 있다. 그리고 이 가시광을 눈금판에 투사하고, 조작자가 굴진 개시 위치에서의 눈금판상의 가시광의 위치를 보고 인지함과 동시에 굴진 진행에 따라 생기는 가시광의 빗나가는 양 및 빗나가는 방향을 보고 인지하고, 이 빗나가는 양 및 빗나가는 방향에 따라 잭을 구동 함으로써, 굴진기의 방향 수정, 즉, 굴진기의 조정을 행하고 있다.

상기와 같은 굴진기에 있어서의 조종은, 조작자의 경험과 깨달음에 의한 요소가 않으며, 따라서 고도의 숙련도가 요구되는 것이다. 이때문에 보다 용이하게 조종할 수 있는 굴진기가 요구되고 있다.

본 발명의 목적은, 미리 기준선이 설정되고 이 기준선을 따라 이동하는 것이 요구되는 이동물체, 예를들면, 굴진기를 자동 조종하기 위한 방법과 장치를 제공함에 있다.

본 발명에 관한 제 1 의 조종 방법은, 상기 목적을 달성하기 위하여 본체와 조향 수단을 가지며 또한 미리 설정된 기준선을 따라 이동하는 이동물체의 조종 방법으로서, 기준선에 대한 본체의 이격 거리와 이격 방향을 측정하고, 미리 이격거리에 대응하는 멤버쉽 함수를 기억 시킨 전건부 연산부에 측정된 이격 거리를 관측량으로서 입력하고, 전건부에서 소정의 연산을 실시하여 얻은 유효도를 미리 조작량에 대응하는 멤버쉽 합수를 기억 시킨 후건부 연산부에 입력하며, 후건부에서 소정의 연산을 실시하여 얻은 값을 조작량으로서 출력하고, 이 조작량에 따라 조향 수단을 구동하는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 제 1 의 조종 방법에 의하면, 이동물체의 이동에 따라 이동물체가 기준선으로부터 이격 하였을때, 이 이격량과 방향을 측정하고, 측정된 이격량에 따른 조작량을 연산하며, 이 조작량과 이격 방향에 따른 조향수단을 구동함으로써 이동물체를 기준선에 따르게하여 조종 할수가 있다.

즉, 노련한 조작자의 조종 노하우를 축적한 데이터를 사용하여, 이동물체와 기준선과의 이격량에 대응한 데이터에 의하여 전건부 연산부에서의 멤버쉽 합수를 설정함과 동시에, 상기 이격량에 따른 조작량에 대응한 데이터에로써 후건부 연산부에서의 멤버쉽 합수를 설정하고, 이동물체의 이동에 따라 발생하는 기준선으로부터의 이격량을 측정하여 이 측정치를 관측량으로서 전건부 연산부에 입력 함으로써, 이 전건부 연산부에서 관측량에 따른 유효도를 연산 할수 있다.

그리고, 상기 유효도에 따라 후건부의 멤버쉽 합수를 할인함과 동시에 합성함으로서, 관측량, 즉, 이격량에 따른 조작량을 연산 할수 있다.

이 조작량은 많은 조작자의 노하우가 반영된 것으로서 일반적으로 가장 타당한 조작량으로서 인정되는 값이다.

따라서, 후건부 연산부로부터 출력된 조작량에 의거 조향 수단을 구동함으로써, 이동물체를 기준선을 따르게 하여 조종 할수 있다.

또한, 제 2 의 조종방법은 본체와 조향 수단을 가지며 또한 미리 설정된 기준선을 따라 이동하는 이동물체의 조정 방법으로서 기준선에 대한 본체의 이격 거리와 이격 방향을 측정함과 동시에 본체에 대한 조향 수단의 변위량과 변위 방향을 측정하고, 미리 이격 거리에 대응하는 멤버쉽 함수를 기억시킨 전건부 연산부에 상기 측정된 이격 거리를 관측량으로서 입력하고, 전건부에서 소정의 연산을 실시하여 얻은 유효도를 미리 조작량에 대응하는 멤버쉽 함수를 기억시킨 후건부 연산부에 입력하고, 후건부에서 소정의 연산을 실시하여 얻은 조작량을 상기 조향 수단의 변위량과 비교하여 그 차이에 상당한 값을 제어량으로서 출력하고, 이 제어량에 따라 조향 수단을 구동하는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 제 2 의 조종 방법에 의하면, 이동물체가 기준선으로부터 이격 하였을때의 이격량과 이격 방향을 측정함과 동시에, 본체에 대한 조향 수단의 변위량과 변위방향 (조종량과 조종방향)을 측정하고, 제 1 의 조종 방법과 동일하게하여, 상기 이격량을 전건부 연산부에 입력하여 유효도를 얻고, 이 유효도를 후건부 연산부에 입력하여 이격량에 다른 조작량을 얻을 수 있다.

그리고 후건부 연산부로부터 출력된 조작량과 조향수단의 변위량을 비교하고, 그 차이를 제어량으로서 조향수단을 구동 함으로써 이동물체를 현재의 이격량 및 조종량에 다른 제어량으로써 조종 할수 있다.

또한, 본 발명에 관한 이동물체의 조종장치는, 본체 및 조향수단을 가지는 이동 물체와, 상기 조향수단의 본체에 대한 변위를 표시하는광학지표와, 미리 설정된 기준선을 따라 형성된 가시광과, 상기 본체내부에 배치되고 광학지표 및 상기 가시광을 투사하기 위한 인디케이터와, 상기 인디케이터와 대향하여 배치된 컬러 촬영 수단과, 상기 컬러 촬영 수단에 의하여 촬영된 화상을 영사하기 위한 컬러 수상 수단과, 상기 컬러 촬영 수단에 의하여 촬영된 화상을 영사하기 위한 컬러 수상 수단과, 상기 컬러 수상 수단과 접속되어 인디케이터상에 투사된 광학 지표 및 가시광의 좌표를 연산하기 위한 화상처리 수단과, 상기 화상 처리수단에 의하여 연산된 가시광의 좌표값에 따라 미리 설정된 전건부의 멤버쉼 함수 및 후건부의 멤버쉽 합수에 의거 조작량을 연산하기 위한 퍼지(fuzzy) 연산수단과, 사기 퍼지 연산수단에 의하여 연산된 조작량과 상기 화상처리 수단에 의하여 연산된 광학지표의 좌표 값을 비교하여 제어량을 출력 하기 위한 비교수단과, 상기 비교수단에서 출력된 제어량에 따라 상기 조향수단을 구동하기 위한 구동수단을 가지고 구성되는 것이다. 상기 조종장치에 있어서, 광학지표와 가시광과는 다른 색채를 가지는 것이 바람직하다.

또한, 퍼지 연산수단이 미리 원점과 가시광과의 이격거리에 대응한 멤버쉽 함수를 기억하고 입력된 이격거리 데이터에 의거 소정의 연산처리를 실시하여 유효도를 출력하기 위한 전건부 연산부와, 이미 조작량에 대응한 멤버쉽 함수를 기억하고 전건부 연산부에서출력된 유효도에 의거 조작량을 출력하기 위한 후건부 연산부로 이루어지며, 상기 후건부 연산부에서 조작량에 대응하는 멤버쉽 함수가 각각 3각형으로 주어지고, 상기 3각형을 입력시킨 유효도에 따라 할인하고, 할인된 3각형에서의 면적과 무게 중심과의 곱에 의하여 회전 모우멘트를 구함과 동시에, 이 회전 모우멘트의 값을 가산하고, 이 값이 할인된 3각형의 면적을 가산한 값으로 나눗셈하는 연산을 실시하여 조작량을 출력하도록 구성한 것임이 바람직하다.

상기 조종장치에 의하면, 조작자의 노하우로서의 본체와 기준선과의 이격량에 따른 조향수단에 대한 조작량의 데이터를 축적하여, 이격량에 대응하는 데이터를 퍼지 연산수단에서의 전건부의 멤버쉽 함수로서 기억시킴과 동시에, 상기 이격량에 따른 조작량의 데이터를 후건부의 멤버쉽 함수로서 기억 시키고, 본체와 기준선과의 이격량과 방향을 측정하여 이격량에 대응하는 데이터를 퍼지 연산수단에 입력 함으로써 전건부 연산부에서는 입력된 데이터에 따른 멤버쉽 함수의 유효도를 연산하고, 이 유효도를 후건부 연산부에 출력 할 수 있다. 그리고 후건부 연산부에서는 상기 유효도에 의거 멤버쉽 함수의 할인 및 무게 중심의 합성에 관한 연산을 실시하여 그 결과를 조작량으로서출력 할수 있다.

또한, 본체에 대한 조향수단의 변위량과 방향을 측정 함으로써, 측정 시점에서의 조종량과 방향을 측정하고, 이 조종량과 상기 조작량을 비교하여 그 차이를 제어량으로서 조향수단을 구동 함으로써, 이동물체를 항상 기준선에 따르게 한 상태로 조종할 수 있다.

상기 조종장치에 있어서, 본체에 인디 케이트를 배치하고, 기준선에 따라 가시광을 형성함과 동시에 조향수단의 변위를 표시하는 광학 지표를 형성하고, 상기 인디 케이터에 가시광과 광학지표를 투사 함으로써, 본체와 기준선과의 이격 거리와 방향 및 본체에 대한 조향수단의 변위량과 방향을 특정 할수 있다. 즉, 인디 케이터를 기준선과 교차하는 평면상에 배치함과 동시에, 이 인디케이터에 가시광으로서의 레이저광을 투사 함으로써, 이 인디 케이터상에 레이저 스포트을 형성할 수 있다.

그리고, 이동물체의 이동 개시 위치에서의 인디 케이터상의 레이저 스포트 위치를 스포트 원점으로 하고, 이동물체의 전진에 따라 인디 케이터면에서 레이저 스포트이 스포트 원점에서 이동한 경우, 이 이동량이 이동물체의 기준선으로부터의 이격량으로 되며, 또한 이동방향이 이동물체의 기준으로부터의 이격 방향으로 된다. 또한, 본체에 대한 조향수단의 변위를 광학지표에 의하여 인디 케이터상에 투사함으로써 조향수단의 변위량과 변위방향을 측정할 수 있다.

즉, 조향수단이 본체에 대하여 중심 위치에 있을때의 인디 케이터에 대한 광학지표 위치를 지표 원점으로하면, 본체에 대한 조향수단의 변위에 따른 광학지표는 인디 케이터상을 이동한다.

따라서, 지표 원점에 대한 광학지표의 편위량과 편위방향을 측정 함으로써, 현재의 조종량과 조종방향을 측정할 수 있다.

따라서, 이동물체의 이동에 따라 인디 메이터를 컬러 촬영 수단에 의하여 촬상하고, 이 화상을 컬러 수상기를 통하여 접속된 화상처리 수단으로 처리 함으로서 스포트 원점과 레이저 스포트와의 이격량과 이격방향을 좌표 표시 할수 있으며, 또한, 지표원점과 광학 지표와의 편위 방항을 좌표 표시 할수가 있다.

상기 좌표 표시는, 예를들면 굴진기등의 3차원적인 이동물체에 있어서는, 레이저 원점에 대한 레이저 스포트의 이격량과 이격방향 및 지표 원점에 대한 광학지표의 편위량과 편위방향을 인디 케이터면에서의 수평방향을 X로하고, 수직방향을 Y로하는 X-Y 직교 좌표계로 표시 할수가 있다. 그리고, 상기 이격량을 퍼지 연산수단의 전건부 연산부에 입력 함으로써, 이 전건부에 기억된 멤버쉽 함수의 유효도를 연산하여 후건부 연산부에 출력하고, 후건부 연산부에서, 입력된 유효도에 의거 후건부에 기억된 멤버쉽 함수를 할인 연산함과 동시에, 무게의 중심위치의 연산을 실시하여 그 결과를 조작량으로서 출력할수가 있다.

상기 조작량은 스포트 원점과 에이저 스포트의 이격량에 따른 값으로서, 현재의 조종량은 가미되어 있지않다. 따라서, 비교수단에 있어서 현재의 조종량인 지표원점과 광학지표의 편위량과 퍼지 연산수단에 출력된 조작량을 비교 함으로써 그 차이를 제어량으로서 출력 할 수 있다.

그리고 상기 제어량에 따라 구동수동을 구동하여 조향수단을 변위 시킴으로써, 이동물체를 기준선에 따라서 조종 할수가 있다. 또한, 광학지표와 가시광을 다른 색채로할 경우에는 화상처리 수단에 있어서의 화상처리 조작을 용이하게 할수가 있다. 또한, 퍼지 연산수단을, 미리 원점과 가시광과의 이격거리에 대응한 멤버쉽 함수를 기억하고, 입력된 이격거리 데이터에 의거 소정의 연산처리를 하여 유효도를 출력하는 전건부 연산부와, 미리 조작량에 대응한 멤버쉽 함수를 기억하고, 전건부 연산부에 출력된 유효도에 의거 조작량을 연산하는 수건부 연산부를 가지며, 수건부 연산부에서는 조작량에 대응한 멤버쉽 함수가 각각 3각형으로 주어지고, 상기 3각형을 입력된 유효도에 따라 할인하고, 할인된 3각형에서의 면적과 무게의 중심 위치와의 곱에 의하여 회전 모우멘트를 구함과 동시에, 이 회전 모우멘트의 값을 가산하고, 이 값을 할인된 3각형 면적을 가산한 값으로 나눗셈하는 연산을 실시하여 조작량을 출력하도록 구성한 경우에는, 조작량의 연산(데퍼디피 케이션)을 간단한 장치이며, 또한 단시간에 실시할 수 있다.

즉, 후건부에 기술된 조작량에 관한 퍼지 집합의 멤버쉽 함수를 3각형으로 부여하고, 이들 3각형을 제안 규제에 따라 횡축상에 병렬 시키면, 각 3각형에서의 밑변의 길이 및 횡축사의 무게의 중심위치는 일의적으로 정한다. 따라서, 3각형으로 나타낸 후건부의 멤버쉽 함수를 전건부에서 출력된 유효도를 할인 하더라도, 할인된 3각형에서의 밑변의 길이 및 횡축상의 무게의 중시위치는 변화하지 않는다. 또한 할인된 3각형의 면적은 원래의 3각형의 밑변의 길이 및 유효도에 의하여 용이하게 계산 할수 있다. 따라서, 할인된 개개의 3각형에서의 면적과 무게의 중심위치와의 곱에 의하여 회전 모우멘트를 구함과 동시에 이 회전 모우멘트의 값을 가산하고, 이 값을 할인된 3각형의 면적을 가산한 값으로 나눗셈 함으로써 합성된 무게 중심 위치를 연산할수 있다.

그리고, 상기 무게 중심 위치의 값을 조작량으로서 출력할 수 있다. 상기 이동물체의 조종 장치에 의하면 노련한 조작자의 조종 노하우를 축적하여 이동물체를 자동 조종 할수 있다. 이때문에, 이동물체를 이동 시킬때에 노련한 조작자를 필요로 함이 없이 용이하게 조종할수 있다.

이하, 상기 수단을 이동물체로서의 굴진기에 적용한 경우의 조종방법과 조종장치의 1실시예에 대하여 도면에 의거 설명한다. 본 발명에 관한 이동물체의 조종방법과 그 장치는, 예를들면 땅속에 상수도관이나 하수도관을 부설하기위한 굴진기(A)가 땅속을 전진 할때에, 지반의 저항치의 변화등의 원인에 의해서 미리 설정된 관통로의 계획선에서 빗나갈 경우, 계획선과 굴진기(A)와의 이격량 및 방향을 측정하고, 이 이격량과 방향에 따라 굴진기(A)를 조종하여 계획선을 따라 전진 시키기 위한 방법과 장치에 관한 것이다. 굴진기(A)는, 제 5(a) 도에 나타낸 바와같이, 관통로(B)의 부설개시 위치에 형성된 핏트에서의 소정의 깊이 및 방향에 셋트된다.

그리고, 도면에서의 우측(이하「후방」이라함)으로부터 추진되어 좌측(이하 「전방」이라함)으로 전진한다. 이때, 전방쪽에서의 지반의 저항치가 다른경우, 굴진기(A)는 일정한 힘으로 추진됨에도 불구하고 제 5(b) 도에 나타낸 바와같이 기준선으로 되는 레이저광(10b)으로부터 빗나가는 일이있다.

본 발명은, 이때 굴진기(A)의 본체(1)내에 형성한 인디 케이터(7)를 텔레비전 카메라(8)로써 촬상함과 동시에, 이 화상을 처리하여 레이저 스포트(10)의 스포트 원점(0₁으로부터의 이격량과 방향을 측정하고, 이 이격량고, 방향에 따라 제 5(c) 도에 나타낸 바와같이 잭(3), (4)을 조작함으로써 헤드(2)를 본체(1)에 대하여 변위시켜서 레이저 광(10b)에 따르도록 조종하는 것이다.

제 1 도에 의하여 굴진기(A)와 그 주변장치의 개략 구성에 대하여 설명한다. 도면에 나타낸 굴진기(A)는, 지중에 상수도관 혹은 하수도관등의 관통로(B)를 부설하기 위한 것으로서, 일본국 특개소 57-205698호에 나타낸 굴진기와 동일하게 구성되어 있다. 이 굴진기(A)는, 전방쪽에 형성한 커터 헤드(C)를 회전 시켜서 토사를 굴삭하고, 이 토사를 굴진기(A)내에 형성한 펌프에 의하여 외부로 배출하면서, 후방쪽에 배치한 추진장치(D)에 의하여 힘을 가하여 정지 시키고, 굴진기(A)전진에 따라 이 굴진기 (A)후방에 관을 디딤대로 하면서 소정의 관통로(B)를 구성하는 것이다. 굴진기 (A)는 도시하지 않은 계기류나 펌프등을 형성한 본체(1)와, 이 본체(1)의 진행 방향을 규정하기 위한 본체(1)의 전방쪽에 형성한 조향수단으로 되는 헤드(2)를 가지고 구성되어 있다. 상기 본체(1)와 헤드(2)는, 굴진기(A)의 축중심과, 일치한 중심을 가지는 원주상에 동일 간격으로 형성된 2개의 잭(3), (4) 및 로드 (5)를 통하여 접속되고 있다.

상기 각 잭(3), (4) 및 로드(5)는 각각 끝단부에 유니버셜 죠인트(3a), (4a), (5a)를 형성하여 본체(1) 및 헤드(2)에 붙임고정되어 있다. 따라서, 잭(3), (4)을 소망하는 양만큼 구동 함으로써 헤드(2)를 로드(5)의 죠인트(5a)를 중심으로 하여 본체(1)에 대하여 소망하는 방향으로 변위 시키는 것이 가능하다.

본 실시예에 있어서, 잭(3), (4)으로서 유압 실린더를 사용하고 있다. 그리고 상기 잭(3), (4)은 본체(1)에 형성한 유압 유니트 및 압력 오일의 유량 제어 유니트등으로 이루어지는 구동장치(6)와 접속되어 있다. 본체(1)의 소정위치에는 인디 케이터(7)가 형성되어 있으며, 이 인디 케이터(7)와 대향하여 촬상수단으로 되는 텔레비전 카메라(8)가 배치되어 있다.

상기 인디 케이터(7)에는, 후술하는 광학지표(9) 및 기준선으로 되는 레이저 광(10b)이 투사되어 있다.

그리고, 인디 케이터(7)를 텔레비전 카메라(8)로 촬상함과 동시에, 촬상한 화상을 후수하는 화성처리장치(22)에 의하여 처리 함으로써, 본체(1)의 레이저 광(10b)으로부터의 이격량과 이격방향 및 본체(1)에 대한 헤드(2)의 변위량과 변위방향을 검출하는 것이 가능하게 된다. 헤드(6)의 소정위치에는 인디 케이터(7)에 이르는 바아(9a)가 굳게 고정되어 있으며, 이 바아(9a)의 앞끝단으로서 굴진기(A)의 축중심과 일치하는 위치에는 인디 케이터(7)의 후방쪽에 위치 하도록 광학지표(9)가 붙임고정 되어있다. 이 광학지표(9)는 헤드(2)의 본체(1)에 대한 변위에 따라 인디 케이터(7) 표면을 따라 편위하는 것이다.

상기 광학지표(9)로서는, 예를들면 십자형상으로 형성한 지침을 사용할 수 있으면, 또한 LED 등의 발광소자를 사용하는 것도 가능하다. 본 실시예에서는, 그리인(G)에 발광하는 LED를 이용하고 있다. 굴진기(A)의 후방쪽에는 레이저 트랜싯등의 레이저 발진기(10a)가 배치되어 있으며, 이 발진기(10a)로부터 기준선으로 되는 레이저 광(10b)이 출사(出射) 되어있다. 상기 레이저 광(10b)은 미리 계획된 관통로(B)의 부설 중심과 일치하며 혹은 평행으로 배치되어 있다. 그리고 레이저 광(10b)이 인디 케이터(7)에 투사 되었을때, 이 인디 케이터(7)에 레이저 스포트(10)을 형성하고 있다. 본 실시예에서는, 레이저 광의 색체가 적색광(R)으로되는 He-Ne 레이저를 사용하고 있다.

따라서, 인디 케이터(7)에는 제 4 도에 나타낸 바와같이, 레이저 광(10b)의 투사에 의한 적색 레이저 스포트(10)가 형성된다.

이 레이저 스포트(10)는 반드시 인디 케이터(7)의 중시과 일치할 필요는 없으며, 화상치리장치(22)에 있어서 굴진기(A)의 전진 개시 위치에서의 레이저 스포트(10)위치를 스포트 원점(0₁)으로서 기억하고, 이후 굴진기(A)의 전진에 따른 레이저 스포트(10)과 스포트 원점(0₁)과의 이격거리와 방향을 측정 함으로써, 본체(1)와 레이저 광(10b)과의 이격량과 방향을 측정할수 있다.

또한, 헤드(2)가 본체(1)에 대하여 중립 위치에 있는 경우, 인디 케이터(7)의 텔레비전 카메라(8)쪽에 배치된 LED(9)는 굴진기(A)의 측중심과 일치한 위치로 된다. 따라서, 굴진기(A)의 전진 개시위치에서의 LED(9)의 위치가 지표원점(0₂)으로 된다.

또한, 도면에 있어서 (E)는, 굴진기(A), 추진장치(D)등을 제어하기 위한 제어장치, 모니터 수상기등을 형성한 제어반이다. 다음에, 상기 굴진기(A)를 조종하기 위한 구성에 대하여 제 2 도 및 제 3 도에 의거 설명한다. 도면에 있어서, 텔레비전 카메라(8)는 수상기(21)와 접속되어 있다. 수상기(21)는, 제 3 도에 나타낸 바와같이, 수상부(21a)와 색체 분리부(21b)에 의하여 구성되어 있다.

수상부(21a)는, 통상의 텔레비전 수상기와 동일하게 구성되어 있으며, 텔레비전 카메라(8)에 의하여 촬상한 인디 케이터(7)의 영상을 표시하여 모니터 화면으로서의 기능을 가지고 있다.

또한, 색채분리부(21b)는 텔레비전 카메라(8)에 의하여 촬상한 인디 케이터(7)의 화상로부터 LED(9)의 색체(G) 신호 및 레이저 스포트(10)의 색체(R)신호를 분리하여 이들 신호를 화상처리장치(22)로 전송하기위한 기능을 가지고 있다.

즉, 수상부(21a)의 R 매트릭스부의 출력신호와 동기 분리부(同期分離部) 신호를 R+동기부에 입력하여 R 신호를 화상 신호와 동기 시킴과 동시에 출력 인피던스 조정부에서 증폭 함으로써 촬상된 인디 케이터(7)의 화상으로부터 레이저 스포트(10)에 대응하는 R신호를 분리하고, 선(23a)을 통하여 화성처리장치(22)로 전송할 수 있도록 구성하고 있다.

또한, LED(9)에 대응하는 G신호도 마찬가지로 인디 케이터(7)의 화상에서 분리되고, 선(23b)을 통하여 화상처리장치(22)로 전송된다. 화상처리장치(22)는 수상기(21)로부터 전송된 G신호 및 R신호의 좌표값을 연산하는 것으로서, 공지의 화상처리장치에 의하여 구성되어 있다. 화성처리장치(22)에는, 기억부 및 제어부등을 가지는 화상 처리제어장치(24)가 접속되어 있으며, 굴진기(A)의 전진 개시 위치에서의 인디 케이터(7)의 화상에서 제 4 도 및 제 5 도에 나타낸 스포트 원점(0₁), 지표원점(0₂) 데이터를 기억함과 동시에, 전송된 R신호의 스포트 원점(0₁)에 대한 좌표 데이터를 퍼지 연산장치(25)에 출력하고, 전송된 G신호의 지표 원점(0₂)에 대한 좌표 데이터를 비교장치(25)에 출력하는 것이다.

따라서, 화상처리장치(22)에서 R신호의 스포트 원점(0₁)에 대한 좌표값을 연산 함으로써, 레이저 광(10b)과 본체(1)와의 이격 거리 및 이격방향을 측정하는 것이 가능하게 되며, 또한 G신호의 지표원점(0₂)에 대한 좌표값을 연산함으로써 본체(1)에 대한 LED(9)의 편위량 및 편위방향, 즉, 본체(1)에 대한 헤드(2)의 변위량과 변위방향을 측정하는 것이 가능하게 된다. 본 실시예에 있어서, 화상처리제어장치(24)로 부터 화성처리장치(22)에 대하여 정시적으로 화상 호울드 신호가 전송되며, 이 타이밍에서의 화상정보가 호울드된다.

상기 화상에 있어서 레이저 스포트(10)는 스포트 원점(0₁)을 원점으로 하고, 수평방향을 X, 수직방향을 Y로하는 X-Y 직교 좌표계에 의하여 좌표값이 연산되며, 또한 LED(9)는 지표원점(0₂)을 원점으로 하고, 수평방향을 X, 수직방향을 Y로하는 X-Y직교 좌표계에 의하여 좌표값이 연산된다. 그리고, 레이저 스포트(10)의 X좌표의 데이터가 퍼지 연산장치(25)에 출력된과 동시에, LED(9)의 X좌표 데이터가 비교장치(26)에 출력된다. 또한, 레이저 스포트(10), LED(9)의 X좌표 데이터가 출력되어 소정시간 경과한후, 레이저 스포트(10)의 Y좌표의 데이터가 퍼지 연산 장치(25)에 출력됨과 동시에 LED(9)의 Y좌표 데이터가 비교장치(26)에 출력된다.

이와같이, 레이저 스포트(10) 및 LED(9)의 X,Y좌표 데이터를 순서로 퍼지 연산장치(25) 및 비교장치(25) 및 비교장치(26)에 출력함으로써, 이 연산장치(25)에서 수평방향의 이격량(X)과 수직방향의 이격량(Y)에 다른 조직량을 순서로 연산할 수 있도록 구성하고 있다. 퍼지 연산 장치(25)는, 전건부 연산부(25a), 멤버쉽 함수 기억부(25b), 후건부 연산부(25c), 후건부 멤버쉽 함수 기억부(25b) 등으로 이루어지며, 화상처리장치(22)로부터 전송된 R신호의 좌표 데이터를 관측량으로서 대응하는 멤버쉽 함수로부터 유효도를 연산하여 후건부 연산부로 출력하고, 후건부 연산부에서는 전건부에서의 멤버쉽 함수와 대응한 멤버쉽 함수의 할인 연산과 무게 중심위치를 연산하여 이 무게 중심위치에 따른량을 조작량으로서 출력하는 것이다.

상기 퍼지 연산장치(25)에서의 연산방법에 대해서는 후술한다. 퍼지 연산장치(25)에서 출력된 조작량의 신호는 비교장치(26)로 전송된다. 이 비교장치(26)는, 레이저 광(10b)과 본체(1)와의 이격량에 따른 조작량 및 현재 본체(1)에 주어져 있는 방향 수정량(조종량)을 비교함으로써 가장 적합한 제어량을 연산하여 출력하는 것이다. 인터 페이스(27)는, 비교장치(26)로부터 출력되는 제어량으로서의 신호를 구동장치(6)에서의 압력오일의 유량제어 유니트에 대한 밸브 개폐량을 제어하기 위한 신호로 변환하는 것이며, 이것에 의하여 잭(3), (4)에 대한 압력 오일의 공급량을 제어하여 헤드(2)를 본체(1)에 대하여 비교장치(26)로부터의 제어량에 따라 변위 시키는 것이다.

여기에서, 퍼지 연산 장치(25)에 있어서의 조작량의 추산 연산에 대하여 굴진기(A)를 수평 방향으로 조종하는 경우에 대하여 구체적으로 설명한다. 전건부 멤버쉽 함수 기억부(25b)에는 제 6 도에 나타낸 멤버쉬 함수가 기억되어 있다. 이 멤버쉽 함수는 레이저 광(10b)에 대한 본체(1)의 수평방향의 이격량에 관한 것이다.

따라서, 전건부 멤버쉽 함수 기억부(25b)에는 수직방향의 이격량에 대응한 멤버쉽 함수도 기억되어 있다. 이하, 수평방향의 이격량에 대응한 조작량의 추론 방법에 대하여 설명 하겠으나, 수직방향의 이격에 대한 조작량의 추론도 동일한 방법으로 행하여 진다. 제 6 도에 나타낸 멤버쉽 함수는 조작자가 수상기(21)의 화면에 의하여 스포트 원점(0₁)과 레이저 스포트(10)의 실제의 빗나감을 관측 하였을때, 이 빗나감이 큰 양으로서 느끼던가, 또는 중간 혹은 작게 트끼는가의 정도를 나타내는 것이다. 도면에 나타내는 멤버쉽 함수 및 후술하는 후건부에서의 멤버쉽 함수는, 많은 조작자의 노하우를 집적하여 설정되어 있다. 예를들면, 레이저 스포트(10)의 스포트 원점(0₁)으로부터 좌측으로 7mm이격하고 있을때, 이 빗나감에 대하여 작은 빗나감이 있다고 느끼는 조작자와, 중간 정도의 빗나감이 있다고 느끼는 조작자가 있는것을 나타내고 있다. 그리고, 빗나감이 작다고 느끼는 정도, 및 중간 이라고 느끼는 정도가 각각 유효도로 된다.

화상처리장치(22)에 있어서 레이저 스포트(10)의 스포트 원점(0₁)으로부터의 이격량이 측정되고, 이 이격량에 따른 데이터가 전건부 연산부(25a)로 전송되면, 이 연산부(25a)에서는 기억된 전건부의 멤버쉽 함수에 의거 유효도를 연산한다. 이 연산은, 예를들면 이격량이 7mm이며, 또 이격방향이 좌측이 었다고 하면, 제 6 도의 좌측 7mm에서의 멤버쉽 함수의 값을 연산하여 유효도로 하는 것이며, 즉, 동 도면에서 좌향소(左向小)에 대응하는 유효도＝0.75좌향중(左向中)에 대응하는 유효도 ₂＝0.25를 얻는 것이다. 그리고,이 유효도 ₁· ₂를 후건부 연산부 (25c)를 출력한다. 후건부 멤버쉽 함수 기억부(25b)에는, 제 7 도에 나타내는 멤버쉽 함수가 기억되어 있다. 이 멤버쉽 함수는, 조작자가 수상기 (21)의 화면에 의하여 스포트 원점(0₁)과 레이저 스포트 (10)의 실제의 빗나감을 관찰하였을때, 이 빗나감에 따른 헤드(2)를 변위 시키는 양, 즉, 조작량을 나타내는 것이며, 개개의 3갹형은 제 6 도에 나타내는 전건부의 멤버쉽 함수와 대응한 것이다.

또한, 제7도에서의 조작방향은, 측정된 이격방향에 대하여 반대 방향으로 된다. 동도면에 나타낸 바와같이, 후건부에서의 멤버쉽 함수를 횡축상에 병렬한 3각형으로 나타내었을때, 이들 3각형의 횡축상의 위치 및 형상은 일의 적으로 설정된 제 8(a) 도 내지제 8(d) 도는, 후건부에서의 멤버쉽 함수의 우측방향 부분을 구성하는 4개의 3각형(B₁)내지 (B₄)의 무게 중심위치(G₁) 내지 (G₄)와 밑변길이(W₁) 내지 (W₄)의 설명도이다. 동도면에 나타낸 바와같이, 각 3각형(B₁) 내지 (B₄)의 높이는 모두 동일하며, 또한 개개의 3각형이 밑변의 길이 (W₁) 내지 (W₄)는 일의적으로 설정된다.

따라서, 개개의 3각형에 있어서의 무게중심 위치(G₁) 내지 (G₄)는, 통상의 대수계산에 의해서 용이하게 구할수 있다.

제 9 도는, 스포트 원점(0₁)과 레이저 스포트(10)의 이격량을 7mm로 하였을때, 전건부 연산부에서 출력된 유효도( ₁), ( ₂)에 의하여, 이 유효도와 대응하는 멤버쉽 함수의 3각형(B₂), (B₃)을 할인 하였을때의 3각형(B₂'), (B₃')의 설명도이다.

도면에 나타낸 바와같이, 원래의 3각형(B₂), (B₃)과 할인된 3각형(B₂'), (B₃')에서의 밑변(W₂), (W₃)은 공통이며, 각 3각형(B₂), (B₂') 및 (B_), (B₃')에서의 무게중심 위치(G₂), (G₃)는 변화하지 않는다. 따라서, 3각형(B₂), (B₃)의 무게중심 위치(G₂), (G₃)로 하고, 3각형(B₂') 내지 (B₃')에 대하여 그 면적을 무게로 하는 회전 모우멘트를 계산하여 합성 모우멘트로부터 무게중심(Y₀)을 구하면,

Y₀=｛(G₂· _1·W₂+G₃· ₂·W₃)/2}/{( ₁·W₂+ ₂·W₃)/2}

로 된다.

여기에서,

M2=G₂·W₂·M₃=G₃·W₃로하면.

Y₀={M₂· ₁=M₃· ₂)/2}/{( ₁·W₂+ ₂·W₃)/2}

으로 되며, 얻어진 Y₀의 값이 3각형 B₂', B₃를 합성한 무게중심 위치로 된다.

따라서, 상기 Y₀의 값을 조작량으로서 출력하는 것이 가능하게 된다. 상기와 같이하여 조작량을 연산하기 위한 일반식

을 얻을수 있다.

다음에, 굴진기(A)의 조종방법에 대하여 제 5 도(a) 내지 (c)에 의하여 설명한다. 동도면(a)은 전진 개시 위치에서의 굴진기(A)를 나타내고 있다.

이때 헤드(2)는 본체(1)에 대하여 중립 상태를 유지하고 있으며, 따라서 인디 케니터(7)에 대한 LED(9)의 위치는, 굴진기(A)의 축중심과 일치하고 있다. 인디 케이터(7)는 텔레비전 카메라(8)에 의하여 항상 촬상되며, 이 화상은 화상처리장치(22)에 의하여 정시적으로 측정된다. 그리고 굴진기(A)의 전진 개시위치에서의 LED(9)의 위치가 지표원점(0₂)으로하고, 또 이때의 레이저 스포트(10)위치가 스포트 원점(0₁)으로서 각각 화상처리 제어장치(24)에 기억된다.

굴진기(A)의 전진에 따라, 동도면(b)에 나타낸 바와같이 굴진기(A)가 기준선인 레이저 광(10b)으로부터 이격하면, 인디 케이터(7)에서의 레이저 스포트(10)는 스포트 원점(0₁)으로부터 이격한다. 그리고 화상처리 장치(22)에 있어서 X-Y 좌표계에 대응한 X좌표 데이터, Y좌표 데이터로 변환되어 퍼지 연산장치(25)로 출력된다. 화상처리장치(22)에서는 동시에 LED(9)의 지표원점(0₂)으로부터의 편위량과 방향이 측정되고, 이때의 LED(9)의 편위량이 X-Y 좌표계의 대응한 X좌표 데이터, Y좌표 데이터로 변환되어 비교회로(26)호 출력된다. 단, 동도면(b)에서는 헤드(2)는, 본체(1)에 대하여 중립 상태를 유지하고 있으며, 따라서, LED(9)에 대응하는 X좌표 데이터, YU좌표 데이터는 0(제로)로서 출력된다.

화상처리장치(22)에서 측정한 레이저 스포트(10)과 스포트 원점(0₁)과의 이격량이 7mm이며, 이격 방향이 좌측인 경우, 전건부 연산부로부터 좌향소(左向小)에 대응하는 유효도 ₁=0.75 또는 좌향중(左向中)의 멤버쉽 함수에 대응하는 유효도 ₂=0.25가 출력된다.

다음에, 후건부의 멤버쉽 함수의 우향소(右向小), 우향중(右向中)에 대응하는 3각형(B₂), (B₃)를 각각 유효도 ₁=0.75와 ₂=0.25를 사용하여 할인 함으로써 제 9 도에 나타내는 3각형(B₂'), (B₃')를 얻는다.

또한, 제 8(b) 도에서 3각형(B₂)의 밑변길이 W₂=30, 무게중심 위치 G_2〓13.3 M₂=G₂×W₂=400이며, 동도면(c)으로부터 3각형(B₂)의 밑변길이 W₃〓40, 무게중심 위치 G₃=25.0, M₃〓G₃×W₃〓1000이다.

따라서, M2· ₁+M₃· ₂〓400×0.75+1000×0.25의 계산을 하여〓550을 얻는다.

또한, W₂· ₁+W₃· ₂+30×0.75+40×0.25의 계산에 의하여 =32.5를 얻는다.

그리고 상기 값에서 수평방향의 조작량으로서 550÷32.5=16.923(분)으로 되는 값을 얻는다.

이 값은, 퍼지 연산장치(25)로부터 비교장치(26)로 전송되며, 이 비교장치(26)에서 LED(9)의 편위량의 수평방향의 좌표 데이터와 비교된다. 이때, LED(9)의 편위량이 0(제로)이기 때문에, 상기 조작량이 제어량으로서 인터페이스(27)를 통하여 구동장치(6)로 전송되고, 구동장치(6)에서의 입력오일의 유량제어 유니트를 구동하여 잭(3), (4)를 조정량 조작하여, 헤드(2)를 본체(1)에 대하여 좌측 방향으로 변위 시킨다.

굴진기(A)가 다시 전진하여 동도면(c)의 위치에 도달하였을때, 상기와 마찬가지로 레이저 스포트(10)의 스포트 원점(0₁)으로부터 이격량과 방향을 특정함과 동시에 LED(9)의 지표원점(0₂)으로부터의 편위량과 반향을 측정하고, 레이저 스포트(10)의 X좌표 데이터 Y좌표 데이터를 퍼지 연산장치(25)에 출력하여 조작량을 연산하여 비교장치(26)에 출력하고, 동시에 LED(9)의 X좌표 데이터, Y좌표 데이터를 비교장치(26)에 출력한다.

그리고, 비교장치(26)에서 이들의 데이터를 비교하여 그 차이를 제어량으로 하여 인터 페이스(27)를 통하여 구동장치(6)로 전달한다. 상기 조작을 정시적으로 행함으로써, 굴진기(A)를 레이저 광(10b)에 따라 조종하는 것이 가능하게 된다.

또한, 굴진기(A)를 조종하려면 인디 케이터(7)에서의 레이저 스포트(10)의 스포트 원점(0₁)으로부터의 이격량과 방향만을 측정하고, 이 좌표 데이터를 퍼지 연산장치(25)에 입력하여 조작량을 연산 시켜도 좋으며, 이 경우에는 오픈 제어장식의 조종 방법으로 된다.

Claims (6)

1. 본체(1)와 조향수단을 가지며, 미리 설정된 기준선을 따라 이동하는 이동물체의 조종 방법으로서, 상기 기준선에 대한 본체(1)의 이격거리와 이격 방향을 측정하여, 미리 이격 거리에 대응하는 멤버쉽 함수를 기억시킨 전건부(前件部)면산부(25a)에 상기 측정된 이격 거리를 관측량으로서 입력하며, 전건부에서 소정의 연산을 실시하여 얻은 유효도를 미리 조작량에 대응하는 멤버쉽 함수를 기억시킨 후건부(後件部) 연산부(25c)에 입력하고, 후건부에서 소정의 연산을 실시하여 얻은 값을 조작량으로 하여 출력하여, 이 조직량에 따라 조향방향을 구동하는 것을 특징으로 한 이동물체의 조정방법.
2. 본체(1)와 조향 수단을 가지며 또한 미리 설정된 기준선을 따라 이동하는 이동물체의 조종방법으로서, 상기 기준선에 대한 본체의 이격 거리와 이격방향을 측정함과 동시에, 본체(1)에 대한 조향수단의 변위량과 변위방향을 측정하여, 미리 이격 거리에 대응하는 멤버쉽 함수를 기억시킨 전건부(25a)에 상기 측정된 이격거리를 관측량으로서 입력하며, 전건부에 소정의 연산을 실시하여 얻은 유효도를 미리 조작량에 대응하는 멤버쉽 함수를 기억시킨 후건부 연산부(25c)에 입력하고, 후건부에서 소정의 연산을 실시하여 얻은 조작량을 상기 조향수단의 변위량과 비교하여 그 차이에 상당하는 값을 제어량으로서 출력하여, 이 제어량에 따라 조향수단을 구동하는 것을 특징으로 하는 이동물체의 조종방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 기준선에 대한 본체의 이격거리와 이격방향을 측정시에, 본체(1)의 이동개시 위치에서의 기준선의 위치에 대응하는 본체(1)의 위치를 원점으로 하는 X-Y 직교 좌표제를 설정하고, 상기 기준선의 원점으로 부터의 이격 거리와 이격방향을 X방향의 이격거리와 Y방향의 이격거리로 분할하여 측정하고, X방향의 측정값과 Y방향의 측정값을 순서대로 전건부 연산부(25a)에 입력하여 소정의 연산을 실시하는 것을 특징으로 하는 한 이동물체의 조종방법.
4. 본체(1) 및 조향수단을 가지는 이동 물체와, 상기 조향수단의 본체에 대한 변위를 표시하는 광학지표(9)와, 미리 설정된 기준선을 따라 형성된 가시광과, 상기 본체(1)의 내부에 배치된 광학 지표(9) 및 상기 가시광을 투사하기 위한 인디케이터(7)와, 상기 인디케이터(7)와 대항하여 배치된 컬러 촬상수단과, 상기 컬러 촬상수단에 의하여 촬상된 화상을 영상하기 위한 컬러 수상수단과, 상기 컬러 수당 수단과 접속되어 인디케이터(7)상에 투사된 광학 지표(9) 및 가시광의 좌표를 연산하기 위한 화상 처리수단과, 상기 화상처리수단에 의하여 연산된 가시광의 좌표값에 따라 미리 설정된 전건부의 멤버쉽함수 및 후건부의 멤버쉽 함수에 의거 조작량을 연산하기 위한 퍼지연산수단과, 상기 퍼지연산수단에 의하여 연산된 조작량와 상기 화상처리 수단에 의하여 연산된 광학 지표(9)의 좌표값을 비교하여 제어량을 출력하기 위한 비교수단과, 상기 비교수단으로부터 출력된 제어량에 따라 상기 조향수단을 구동하기 위한 구동수단을 가지는 것을 특징으로한 이용물체의 조종장치.
5. 제 4 항에 있어서, 광학지표의(9)와 가시광이 다른 색체를 가지는 것을 특징으로 한 이동물체의 조종장치.
6. 제 4 항에 있어서, 퍼지 연산수단에, 미리 원점과 가시광과의 이격거리에 대응한 멤버쉽함수를, 기억하여 입력된 이격거리 데이터에 의거 소정의 연산 처리를 행하여 유효도를 출력하기 위한 전건부 연산부(25a)와, 미리 조작량에 대응한 멤버쉽 함수를 기억하고 전건부 연산부(25a)로부터 출력된 유효도에 의거 조직량을 출력하기 위한 후건부 연산부(25c)로 이루어지며, 상기 후건부 연산부(25c)에서는, 조작에 대응하는 멤버쉽 함수가 각각 3각 형으로 주어지며, 상기 3각형을 입력된 유효도에 따라 할인하고, 할인된 3각형에서의 면적와 무게 중심위치와의 곱에 의하여 회전 모우멘트를 구함과 동시에, 이 회전 모우멘트의 값을 가산하고, 또한 이 값을 할인된 3각형의 면적을 가산한 값으로 나눗셈하는 연산을 하여 조작량을 출력하도록 구성한 것임을 특징으로 하는 이동물체의 조종장치.