WO1991016525A1 - System for controlling direction of underground excavator - Google Patents

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WO1991016525A1
WO1991016525A1 PCT/JP1991/000521 JP9100521W WO9116525A1 WO 1991016525 A1 WO1991016525 A1 WO 1991016525A1 JP 9100521 W JP9100521 W JP 9100521W WO 9116525 A1 WO9116525 A1 WO 9116525A1
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horizontal
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pitching angle
swing
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PCT/JP1991/000521
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French (fr)
Inventor
Tadayuki Hanamoto
Norio Takahashi
Original Assignee
Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/02—Determining slope or direction
    • E21B47/022—Determining slope or direction of the borehole, e.g. using geomagnetism
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04—Directional drilling
    • E21B7/06—Deflecting the direction of boreholes
    • E21B7/068—Deflecting the direction of boreholes drilled by a down-hole drilling motor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/003—Arrangement of measuring or indicating devices for use during driving of tunnels, e.g. for guiding machines
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0265—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric the criterion being a learning criterion
    • G05B13/0275—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric the criterion being a learning criterion using fuzzy logic only
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0231—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means
    • G05D1/0238—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using obstacle or wall sensors
    • G05D1/024—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using obstacle or wall sensors in combination with a laser
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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    • Y10S706/00—Data processing: artificial intelligence
    • Y10S706/90—Fuzzy logic

Definitions

  • the present invention relates to a direction control device for an underground excavator that performs direction control of an underground excavator such as a small-diameter pipe underground excavator using fuzzy inference.
  • the input variables are the horizontal meandering amount DH, the horizontal meandering change amount A DH, the horizontal shift angle 0 H, and the horizontal shift angle change amount ⁇ 0
  • the four variables of ⁇ , the output variable is the horizontal one-sided push adjustment amount EH, and a fuzzy control rule is created for each of these four input variables, and the horizontal wobble amount DH and the horizontal wobble change amount DH
  • the obtained adjustment amount ⁇ ⁇ 1 and the adjustment amount ⁇ ⁇ 2 obtained from the control rule regarding the horizontal shift angle and the change amount ⁇ of the horizontal shift angle ⁇ ⁇ are obtained.
  • the final adjustment amount that is, the one-sided pressing degree adjustment amount ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ is obtained by combining the above control rules.
  • the above-mentioned prior art proposes a direction control fuzzy controller for relatively easy direction excavation of shield excavation (because a shield excavator is propelled while taking in the earth and sand in the direction in which it is going).
  • the next adjustment amount is determined from the difference between the direction in which the user wants to proceed and the direction in which the shield machine is actually facing, and the amount of change.
  • the above prior art is directed to a shield excavator whose steering is not greatly affected by the soil condition, and cannot be applied to a small diameter underground excavator as it is.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and provides a direction control device for an underground excavator that can perform high-precision steering control and easily tune membership functions and control rules. With the goal.
  • a directional control device for an underground excavator that includes an oscillating jack and performs an underground excavation while controlling a direction by moving a pilot jack by the movable jack
  • First detecting means for detecting a water difference, a vertical deviation, a pitching angle and a bowing angle with respect to a planning line
  • second detecting means for detecting a vertical and horizontal swing amount by the swing jack.
  • the first computing means for obtaining the corrected pitching angle using the pitching angle and the vertical deviation mentioned above
  • the second calculating means for obtaining the corrected pitching angle using the joking angle and the horizontal deviation mentioned above, and the previous pitching.
  • a fuzzy rule using the corrected pitching angle and the vertical steering sensitivity obtained above as variables in the antecedent part and the next vertical swing operation amount as a variable in the consequent part is set in advance.
  • Fuzzy rules and the output of the first and third computing means a first fuzzy control means for calculating the next vertical swing operation amount based on -a-, and using the corrected joking angle and the horizontal steering sensitivity obtained above as variables in the antecedent part,
  • a fuzzy rule using the next horizontal swing operation amount is set in advance as a variable, and the next horizontal swing operation amount is calculated based on this fuzzy rule and the output of the second and fourth calculation means.
  • fuzzy control means In the configuration of the present invention, the swing operation amount is obtained by using fuzzy inference of two inputs and one output.
  • the corrected pitching angle and the steering sensitivity in the vertical direction are input, and the amount of swing operation in the vertical direction is output.
  • the corrected steering angle and the steering sensitivity in the horizontal direction are input, and the swing operation amount in the horizontal direction is output.
  • the direction control is performed by detecting the effectiveness of the steering from the steering sensitivity in particular.
  • the swing operation amount can be determined promptly in response to the change, so that anyone can perform as much as an expert.
  • the fuzzy inference is performed by a simple configuration, the tuning of membership functions and control rules can be easily performed.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a diagram showing a small-diameter pipe excavator
  • FIG. Figures 5 and 6 show the attitude angle and deviation, etc.
  • Figures 7 to 9 show the membership functions
  • Figures 10 and 14 The figure is an explanatory diagram of the execution method by fuzzy inference.
  • Fig. 3 shows a small-diameter pipe underground excavator to which this investigation is applied.
  • 1 is a pie mouthhead
  • 2 is a pilot jack
  • 3 is a pilot pipe
  • 4 is a pilot pipe.
  • 5 is a starting shaft
  • 6 is a rail on which a rear propulsion jack is placed
  • 7 is a reaction plate for obtaining a reaction force
  • 8 is a reaching shaft
  • 11 is a laser transit.
  • a pilot hole is drilled by applying a force to the pilot jack 2 at the pilot head 1, and the pilot pipe 3 is pushed in by the rear propulsion jack 4 while contracting the pier mouth jack 2. is Anaka s drilling of small diameter in the ground.
  • FIG. 4 shows a schematic internal configuration of the pilot head 1, in which the vertical jack 9 is operated to swing the pilot jack 2 up and down, and the vertical swing jack
  • the pilot jack 2 is swung in the horizontal direction by operating a horizontal swing jack (not shown) arranged at an angle of 90 degrees.
  • the swing amounts Y and X of the vertical and horizontal swing jacks are defined by a vertical swing potentiometer 10 and a horizontal swing potentiometer (shown in FIG. 1) which are arranged at an angle of 180 degrees with each swing jack. Zu). That is, the direction control of the underground excavator is executed by controlling the driving of the two swinging jacks.
  • the deviation and attitude of the pilot head 2 with respect to the excavation plan line are detected by a configuration such as the laser transit 11 shown in FIG. That is, as shown in FIGS. 5 and 6, the deviation and attitude of the pilot head 2 with respect to the above-mentioned excavation planning line include a deviation ⁇ and a pitching angle 0 ⁇ in the vertical direction, and a deviation L and a deviation in the horizontal direction. There is a pointing angle 0 y, and these deviations and angles are detected by the laser transit 11. The inclination and angle are detected by an inclinometer (not shown) provided in the pilot head 1.
  • the configuration for measuring the above deviation and attitude angle using the laser transit 11 is, as shown in Fig. 3, a laser transit 11, a target glass 12, a condenser lens 13, and a front sensor 14 , And the rear sensor 15 .
  • the laser beam from the laser transit 11 is received by the front sensor 14 and the rear sensor 15 via the target glass 12 and the condenser lens 13.
  • the above deviation and angle are measured from the light receiving positions of the front sensor 14 and the rear sensor 15.
  • a vertical deviation H and a horizontal deviation L are detected from the output of the front sensor 14, and a pitching angle 0 p and a pointing angle 0 y are detected from the output of the rear sensor 15. Since these detection principles are well known, their description is omitted.
  • FIG. 1 shows the configuration of a control system for controlling the direction of the underground excavator
  • FIG. 2 is a flowchart showing its operation.
  • FIG. 2 shows the operation only in the vertical direction.
  • the outputs of the front sensor 14, the rear sensor 15, the vertical potentiometer 10, and the horizontal potentiometer are input to the automatic measurement unit 21 of the controller 20.
  • the automatic measurement unit 21 captures the output of these sensors every time the vehicle advances forward a predetermined distance (for example, 40 cm) underground excavation s ', and A / D converts these outputs and outputs the output of the front sensor 14.
  • the vertical deviation Hn and the horizontal deviation Ln are calculated from the output from the rear sensor 15. And the amount of horizontal movement Yn are obtained, and these values are output to the automatic adjustment unit 22.
  • ⁇ represents the number of samplings.
  • the automatic adjuster 22 calculates the corrected pitching angle sn using the input pitching angle 0pn and the vertical deviation Hn according to the following equation, and obtains the following equation using the input pitching angle 0yn and the horizontal deviation Ln. Therefore, a corrected swing angle of 0 rn is determined.
  • sn pn + naHn
  • the effectiveness of the steering depends on the soil quality. This can be determined based on the amount of change in tilt due to the manual operation.
  • the steering sensitivities Tn and Sn described above take into account the degree of effectiveness of the steering.
  • This fuzzy control is a fuzzy control in which two variables of the corrected pitching angle s and the steering sensitivity T are input and one variable of the next automatic operation amount Yn + 1 is output.
  • Fig. 7 shows the membership function for the corrected pitching angle of 0 s
  • Fig. 8 shows the membership function for the steering sensitivity T
  • Fig. 9 shows the membership function for the next swinging amount Yn + 1. The respective fuzzy control rules are shown.
  • ⁇ + 1 0.5 degrees.
  • the steering sensitivity ⁇ is calculated using only the current sampling value by using the value of ⁇ / ⁇ , as shown in the following equations (8) and (9). May be calculated by using the sampling value of.
  • This kishi is useful for underground excavation machines such as small diameter pipe underground excavation machines used in the field of water and sewage, gas pipes, power lines, etc.

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Description

明 細 書
地中掘進機の方向制御装置
技 術 分 野
この発明は小口径管地中掘進機などの地中掘進機の方向制御をファジ一推論を 用いて行う地中掘進機の方向制御装置に関する。
背 景 技 術
上下水道やガス管や電力線などの地中埋設に用いられる小口径地中掘進機にお いては、 施行計画線通りにパイロッ ト管を «ίΐすること力 s '必要であり、 このため その方向制御力非常に重要となる。
しかし-， かかる小门径地中掘進機においては、 掘進方向の制御はオペレ一タの 経験や勘に頼るのが通常であり、 オペレータの技量によつて施行精度が左右され るのが現状である。
かかる従来の不具合を解消すべく、 シールド掘削機などの大口径地中掘進機 分野において、 ファジー理論を利用して熟練オペレータによる方向制御を機械に 導入するようにした提案がある。
このファジ一理論を利用した水平方向の方向制御を例にとると、 入力変数を水 平蛇行量 DH、 水平蛇行変化量 A DH、 水平方向ズレ角 0 H、水平方向ズレ角の変化 量 Δ 0 Ηの 4変数とし、 出力変数を水平方向片押し度調整量厶 EHとし、 これら 4 入力変数のそれぞれにファジー制御規則を作成し、 水平蛇行量 DH及び水平蛇行変 化量厶 DHに関する制御規則から得られる調整量 Δ ΕΗ1と、 水平方向ズレ角 及 び水平方向ズレ角の変化量△ に関する制御規則から得られる調整量 Δ ΕΗ2とを 求め、 これら 2つの調整量を下記のようなもう 1つ別の制御規則で結合して最終 的な調整量、 すなわち水平方向片押し度調整量 Δ ΕΗを求めるようにしている。
△ ΕΗ= α * Δ ΕΗ1+ ( 1— α ) * Δ ΕΗ1 … （ 1 )
すなわち上記従来技術は、 方向制御の比較的楽なシ一ルド掘削 （なぜならばシ ―ルド掘削機は進みたい方向にある土砂を取り込みながら推進するので） に関し ての方向制御ファジーコントロ一ラの提案であり、 進みたい方向と実際にシール ド機が向いている方向の差と、 その変ィヒ量から次回の調整量を求めるようにして いる。 しかしながら、 上記従来技術は土質状態によってステアリングがそれほど左右 されないシールド掘削機に対するものであり、 これをそのまま小口径の地中掘進 機には適用できない。 すなわち、 小口径管地中掘進機においては、 纖中にパイ ロットへッドの周囲の土砂からの反力がかかり、 パイロッ トジャッキの先端はこ れらの力が釣りあう位置まで移動する。 この際、 上記反力は土質に応じて大きく 変化するため、 摇動量に対する方向修正角も土質に応じて大きく変化する。
すなわち、 上記従来技術においては土質条件をパラメ一タに加えてステアリン グ制御を行っていないために、 小口径管地中掘進機に適用した場合高精度のステ ァリング制御を成し得ないという問題がある。
また、. 上記従来技術においては、 ファジー推論を 2回行っているので、 メ ンバ ―シップ関数や制御規則のチュ一ニングが困難であるという問題がある。
この発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、 高精度のステアリング制 御をなしえるとともに、 メンバーシップ関数や制御規則のチューニングが容易な 地中掘進機の方向制御装置を提供することを目的とする。
発 明 の 開 示
この発明では、 揺動ジャッキを備え、 該摇動ジャッキによってパイロットジャ ツキを摇動させて方向制御を行いながら地中掘削を行う地中掘進機の方向制御装 置において、 地中掘進機の施行計画線に対する水 差、 垂直偏差、 ピッチン グ角及びョ一イング角を検出する第 1の検出手段と、 前記揺動ジャッキによる垂 直及ぴ水平方向の揺動量を検出する第 2の検出手段と、 前言 出したピツチング 角と垂直偏差を用いて修正ピッチング角を求める第 1の演算手段と、 前言 出し たョーィング角と水平偏差を用いて修正ョーィング角を求める第 2の演算手段と、 前回のピッチング角と今回のピッチング角の差、 及び前記検出した垂直方向の摇 動量を用いて垂直方向のステアリング感度を求める第 3の演算手段と、 前回のョ —ィング角と今回のョーィング角の差、 及び前言 出した水平方向の揺動量を用 いて水平方向のステアリング感度を求める第 4の演算手段と、
前件部の変数に前記求 た修正ピツチング角および垂直方向のステアリング感 度を用い、 後件部の変数に次回の垂直方向の揺動操ィ乍量を用いたファジールール が予め設定され、 このファジールール及ぴ前記第 1及び第 3の演算手段の出力に - a- 基づき次回の垂直方向の揺動操作量を求める第 1のファジー制御手段と、 前件部 の変数に前記求めた修正ョ一ィング角および水平方向のステアリング感度を用い、 後件部の変数に次回の水平方向の揺動操作量を用いたファジールールが予め設定 され、 このファジールール及び前記第 2及び第 4の演算手段の出力に基づき次回 の水平方向の揺動操作量を求める第 2のファジー制御手段とを具えるようにする。 かかる本発明の構成では、 2入力 1出力のファジー推論を用いて揺動操作量を 求める。 すなわち、 垂直方向については修正ピッチング角及び垂直方向のステア リング感度を入力とし、 垂直方向の揺動操作量を出力とする。 また、 水平方向に ついてほ、 修正ョ一イング角及び水平方向のステアリング感度を入力とし、 水平 方向の揺動操作量を出力とする。
このように本発明によれば、 小口径管地中掘進機の方向制御のための揺動操作 において、 特にステアリング感度からステアリングの効き具合いを検知して方向 制御を行うようにしたので、 土質の変ィ匕にすばやく対応して揺動操作量を決定す ることができ、 これにより誰にでも熟練者なみの施行をなし得ることができるよ うになる。 また、 そのファジー推論も簡単な構成によって行っているので、 メン バ一シップ関数や制御規則のチユーニングが容易にできる。
図面の簡単な説明
第 1図はこの発明の実施例を示すブロック図、 第 2図はこの発明の実施例の作用 を示すフローチャート、 第 3図は小口径管地中掘進機を示す図、 第 4図はパイ口 ッ トへッドの内部構成図、 第 5図及び第 6図は姿勢角及び偏差などを示す図、 第 7図〜第 9図はメンバシップ関数を示す図、 第 1 0図及び第 1 4図はファジー推 論による演箅方法の説明図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、 この発明の実施例を 寸図面を参照して詳細に説明する。
第 3図は、 この究明を適用する小口径管地中掘進機を示すもので、 1はパイ口 ッ トへッド、 2はパイロッ トジャツキ、 3はパイロット管、 4はパイロット管 3 を押圧する後部推進ジャッキ、 5は発進立坑、 6は後部推進ジャッキなどを載置 するレール、 7は反力を得るための反力板、 8は到達坑、 1 1はレーザトランシ ッ トである。 この構成においては、 パイロットへッ ド 1においてパイロットジャッキ 2力ィ申 張することによりパイロット孔が掘削され、 このパイ口ットジャッキ 2を縮めな がら後部推進ジャツキ 4によつてパイロット管 3を押し込むことにより地中に小 口径の孔カ s掘削される。
第 4図はパイロッ トへッド 1の概略的な内部構成を示すもので、 垂直揺動ジャ ツキ 9を作動することによりパイロットジャッキ 2を上下方向に揺動するととも に、 この垂直揺動ジャツキとは 9 0度の角度を成して配設された水平摇動ジャッ キ （図示せず） を作動することによりパイロッ トジャッキ 2を水平方向に揺動す る。上記垂直及び水平揺動ジャッキによる揺動量 Y、 Xは、 それぞれの揺動ジャ ツキと 1 8 0度の角度を成して配設された垂直摇動量ポテンショメータ 1 0及び 水平摇動量ポテンショメータ （図示せず） によって検出される。 すなわち、 上記 2つの揺動ジャッキを駆動制御することにより地中掘進機の方向制御が実行され る ο
一方、 上記パイロットヘッド 2の掘進計画線に対する偏差及び姿勢は第 1図に 示したレーザトランシット 1 1などによる構成によって検出される。 すなわち、 パイロットヘッド 2の上記掘進計画線に対する偏差及び姿勢には、 第 5図及び第 6図に示すように、 垂直方向についての偏差 Η及びピッチング角 0 ρと、 水平方向 についての偏差 L及ぴョ一ィング角 0 yがあり、 これらの偏差及び角度をレーザト ランシッ ト 1 1によって検出する。 尚、 傾斜 ·角はパイロッ トへッド 1内に設けら れた傾斜計 （図示せず） によって検出されている。
レーザトランシット 1 1による上記偏差及び姿勢角の計測のための構成は、 こ の場合、 第 3図に示すように、 レーザトランシット 1 1、 ターゲッ トガラス 1 2、 集光レンズ 1 3、 前方センサ 1 4、 及び後方センサ 1 5から成っており、 レーザ トランシット 1 1からのレーザ光をタ一ゲットガラス 1 2及び集光レンズ 1 3を 介して前方センサ 1 4及ぴ後方センサ 1 5で受光し、 これら前方センサ 1 4及び 後方センサ 1 5での受光位置から上記偏差及び角度を計測する。 前方センサ 1 4 の出力から上下偏差 H及び水平偏差 Lが検出され、 後方センサ 1 5の出力からピ ツチング角 0p及ぴョ一ィング角 0 yが検出される。 これらの検出原理は周知なの で説明を省略する。 第 1図は上記地中掘進機を方向制御するための制御系の構成を示すもので、 第 2図はその作用を示すフローチャートである。 尚、 第 2図は垂直方向についての のみの作用を示している。
これらの図において、 前方センサ 1 4、 後方センサ 1 5、 垂直ポテンショメ一 タ 1 0及び水平ポテンショメータの各出力はコントローラ 20の自動計測部 2 1 に入力される。 自動計測部 2 1では、 これらセンサの出力を地中掘進機力 s '所定距 離 （例えば 40cm) 前進する毎に取り込み、 これらの出力を A/D変換すると共 に、 前方センサ 1 4の出力から上下偏差 Hn及び水平偏差 Lnを求め、 後方センサ 1 5の出力からピッチング角 0pn及ぴョ一イング角 0ynを求め、 さらに垂直ポテ ンショメータ 1 0及び水平ポテンショメ一タの出力から垂直摇動量 Xn及び水平摇 動量 Ynを求め、 これらの 直を自動調節部 22へ出力する。 尚、 ηはサンプリン グ回数を表す。
自動調節部 22では、 入力されたピッチング角 0pnと上下偏差 Hnを用いて下式 に従つて修正ピッチング角 s nを求めるとともに、 入力されたョ一イング角 0ynと水平偏差 Lnを用いて下式にしたがって修正ョ一ィング角 0 r nを求め'る。 sn = pn+な · Hn
θΓη = θγη+ β · Ln ··· (2)
、 /?は定数）
また、 自動調節部 22では、 垂直揺動量 Ynとピッチング角の変化量厶 0pn= θρη~ Spn - 1とで垂直方向のステアリング感度 Τη=Δ 0pn/Ynを求めるととも に、 水平揺動量 Xnとョ一イング角の変化量厶 0 yn= 0 yn— ypn-1とで水平方向 のステアリング感度 Sn=厶 0pn/Ynを求める。
すなわち一般に、 掘進機を計画線に沿って推進させるためには、 掘進機の傾き を計画線と平行になるようにあわせる必要がある。 しかしこのとき、偏差も縮め る必要があるため、 その分傾きを計画線と平行な角度からずらせる必要がある。 このことを考慮したの力 上記修正ピッチング角 0sn、 修正ョ一イング角 0rn C "ある o
また、 ステアリングの効き具合、 つまりステアリング感度は土質によって左右 され、 これは摇動操作による傾きの変化量によつて判断できる。 このステアリン グの効き具合を考慮したのが、 上記ステアリング感度 Tn、 S nである。
これらの演算値 0 s n、 0 r n、 Tn、 S nはファジー制御部 2 3に入力され、 こ のファジ一制御部 2 3によるファジー制御によつて熟練ォペレ一タの操作技術が 盛り込まれて次回の揺動操作量 Xn+1、 Yn+1が算出される。 このようにして算出 された揺動操作量 Χη+1、 Yn+1は表示出力装置 2 4の C R Tモニタ上に表示され 以下、 垂直方向についてのファジー方向制御を詳述する。
このファジー制御は修正ピッチング角 s及びステアリング感度 Tの 2変数を入 力とし、 次回摇動操作量 Yn+1の 1変数を出力としたファジー制御である。
第 7図は修正ピッチング角 0 sのメンバシップ関数、 第 8図はステアリ ング感度 Tのメンパシップ関数、 第 9図は次回揺動衝乍量 Yn+1のメンバシップ関数であり、 また下表にそれぞれのファジ一制御ル一ルを示す。
T
Yn+1
SA SM MM ML LA B m PB PB PM PM
丽 PB PM PM PM ZO
s Z0 zo ZO ZO ZO ZO
PM NB 簡 NM NM ZO
PB NB NB NB NM NM そしてこのファジー帘 Ij御ルールは .
Figure imgf000008_0001
で表される。 なお、 δ ε、 はそれぞれのメンバシップ関数である。 一 Ί一
次に として、 s=— 0. 25 (%) 、 T = 0 50 (%/度） のときのフ ァジ一制御部 23における演算について説明する。
上記の表から使用される制御ルールは
IF Θ sn=NM AND T=ML THEN Yn+l=PS ■■· (4)
IF ^sn=NM AND T=LA THEN Yn+l=Z0 ··· (5)
IF ^sn=Z0 AND T=ML THEN Yn+l=Z0 ··· ( 6)
IF Θ sn=Z0 AND T=LA THEN Yn+l=ZO ··· (7)
の 4式であり、 これをファジ一推論の min-max法を用い、 最終出力を重心法で求め るとする。
すなわち、. 上記 4式のうち第 （4) 式は第 1 0図に示すようになり、 Ss=0.5,
T=0.67で、 これらの小さいほうをとることにより Υη+1=0.5となる。
また、 上記の第 （5) 式は第 1 1図に示すようになり、 0s=O.5, Τ=0.33で、 こ れらの小さいほうをとることにより Υη+1=0.33となる。
また、 上記の第 （6) 式は第 1 2図に示すようになり、 es=0.5, Τ=0.67で、 こ れらの小さいほうをとることにより Υη+1=0.5となる。
また、 上記の第 （7) 式は第 1 3図に示すようになり、 Ss-0.5， Τ=0.33で、 こ れらの小さいほうをとることにより Υη+1=0.33となる。
以上 4つの Υη+1の最大値をとり、 重心法によって Υη+1の最終出力を第 1 4図 のようにして求めると、 Υη+1=0.5度となる。
水平方向の揺動操作量についても同様の手順で実行される。
以上が、 本装置におけるファジ一制御による揺動操作量の算出手順である。 尚、 上記実施例では、 ステアリング感度 Τは厶 ρη/Υηを用い、 今回のサンプ リング値のみを用いて算出するようにした力 下式 （8) 、 (9) に示すように、 過去数回のサンプリング値を用いて算出するようにしてもよい。
T= (厶 0ρη-2+Δ 0ρη— 1+厶 6ρη)/(Υη-2 + Υη— 1 + Yn) … (8) Τ=(Δ ^ρη-2/Υη-2) + (Δ 5ρη-1/Υη-1) + (Δ Θρ/Υη) ■■■ (9) また、 本発明は圧密タイプのパイロッ トへッドでなく、 掘削タイプのパイロッ トへッドに適用するようにしてもよく、 更には大口径の地中掘進機に適用するよ うにしてもよい。 産業上の利用可能性
この癸明は、 上下水道やガス管や電力線などの非開埋設管施行分野に用いられ る小口径管地中掘進機などの地中掘進機に用いて有用である。

Claims

請 求 の 範 囲
l · 摇動ジャツキを備え、 該摇動ジャツキによつてパイロッ トジャツキを揺動さ せて方向制御を行いながら地中掘削を行う地中掘進機の方向制御装置において、 地中掘進機の施行計画線に対する水平偏差、 垂直偏差、 ピッチング角及びョー ィング角を検出する第 1の検出手段と、
前記揺動ジャッキによる垂直及び水平方向の揺動量を検出する第 2の検出手段 と、
前記検出したピッチング角と垂直偏差を用いて修正ピッチング角を求める第 1 の演算手段と、
前記検出したョ一イング角と水平傷差を用いて修正ョーイング角を求める第 2 の演算手段と、
前回のピッチング角と今回のピッチング角の差、 及び前記検出した垂直方向の 揺動量を用いて垂直方向のステアリング感度を求める第 3の演算手段と、 前回のョーィング角と今回のョ一ィング角の差、 及び前記検出した水平方向の 摇動量を用いて水平方向のステアリング感度を求める第 4の演算手段と、 前件部の変数に前記求めた修正ピッチング角および垂直方向のステアリング感 度を用い、 後件部の変数に次回の垂直方向の揺動操作量を用いたファジールール が予め設定され、 このファジールール及び前記第 1及び第 3の演算手段の出力に 基づき次回の垂直方向の揺動操作量を求める第 1のファジー制御手段と、 前件部の変数に前記求めた修正ョーイング角およぴ水平方向のステアリング感 度を用い、 後件部の変数に次回の水平方向の揺動操作量を用いたファジールール が予め設定され、 このファジールール及び前記第 2及び第 4の演算手段の出力に 基づき次回の水平方向の揺動操作量を求める第 2のファジー制御手段と、
を具える地中掘進機の方向制御装置。
2 . 摇動ジャツキを傭え、 該揺動ジャツキによつてパイロッ トジャツキを揺動さ せて方向制御を行いながら地中掘削を行う地中掘進機の方向制御装置において、 地中掘進機の施行計画線に対する水平偏差、 垂直偏差、 ピッチング角及ぴョー ィング角を検出する第 1の検出手段と、
前記揺動ジャッキによる垂直及び水平方向の揺動量を検出する第 2の検出手段 と、
前記検出したピッチング角と垂直偏差を用いて修正ピッチング角を求める第 1 の演算手段と、
前記検出したョ一イング角と水平偏差を用いて修正ョ一イング角を求める第 2 の演算手段と、
前回のピッチング角と今回のピッチング角の差及ぴ前記検出した垂直方向の揺 動量を過去数回のわたって求め、 これら求めた値を用いて垂直方向のステアリン グ感度を求める第 3の演算手段と、 ―
前回のョーイング角と今回のョーイング角の差及び前記検出した水平方向の揺 動量を過去数回のわたって求め、 これら求めた値を用いて水平方^のステアリン グ感度を求める第 4の演算手段と、
前件部の変数に前記求めた修正ピッチング角および垂直方向のステアリング感 度を用い、 後件部の変数に次回の垂直方向の揺動操作量を用いたファジールール が予め設定され、 このファジ一ル一ル及び前記第 1及び第 3の演算手段の出力に 基づき次回の垂直方向の摇動操作量を求める第 1のファジー制御手段と、 前件部の変数に前記求めた修正ョ一ィング角および水平方向のステアリング感 度を用い、 後件部の変数に次回の水平方向の揺動操作量を用いたファジールール が予め設定され、 このファジ一ルール及ぴ前記第 2及び第 4の演算手段の出力に 基づき次回の水平方向の揺動操作量を求める第 2のファジ一制御手段と、
を具える地中掘進機の方向制御装置。
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