JPH041396A - 小口径管地中掘進機の操作方法 - Google Patents
小口径管地中掘進機の操作方法Info
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- JPH041396A JPH041396A JP2101583A JP10158390A JPH041396A JP H041396 A JPH041396 A JP H041396A JP 2101583 A JP2101583 A JP 2101583A JP 10158390 A JP10158390 A JP 10158390A JP H041396 A JPH041396 A JP H041396A
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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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- 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
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- 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
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- G—PHYSICS
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- 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
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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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- E21B2200/22—Fuzzy logic, artificial intelligence, neural networks or the like
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Remote Sensing (AREA)
- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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。
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、小口径管地中掘進機の操作方法に関するもの
である。
である。
従来の小口径管用地中掘進機を含むトンネル掘進機の掘
進方向の制御はオペレータの勘と経験に頼っており、オ
ペレータの技量によって施工精度が左右されているのが
現状であり、上記小口径管用地中掘進機の操作方法をオ
ペレータに代って決定するシステムを織り込んだものは
なかった。
進方向の制御はオペレータの勘と経験に頼っており、オ
ペレータの技量によって施工精度が左右されているのが
現状であり、上記小口径管用地中掘進機の操作方法をオ
ペレータに代って決定するシステムを織り込んだものは
なかった。
ただ、トンネル掘進機の制御にファジィ推論を織り込ん
だ例として東京電力株式会社のシールド掘進における切
羽制御と方向制御をファジィ推論を用いた例がある。
だ例として東京電力株式会社のシールド掘進における切
羽制御と方向制御をファジィ推論を用いた例がある。
このファジィ推論を用いた従来例の方向制御は、施工計
画線に対するシールド機械の偏差Aと、その変化量B1
及び傾斜角(又は方位角)Cとその変化!Dを入力変数
とする。そして上記偏差Aとその変化量B、傾斜角Cと
その変化量りからそれぞれアクチユエータの制御量を決
定するファジィ推論による制御規則及びメンバシップ関
数を設定する。また、上記2つの制御量を調節し、最終
的に1つの制御量に結合する制御規則及びメンバシップ
関数を設定する。
画線に対するシールド機械の偏差Aと、その変化量B1
及び傾斜角(又は方位角)Cとその変化!Dを入力変数
とする。そして上記偏差Aとその変化量B、傾斜角Cと
その変化量りからそれぞれアクチユエータの制御量を決
定するファジィ推論による制御規則及びメンバシップ関
数を設定する。また、上記2つの制御量を調節し、最終
的に1つの制御量に結合する制御規則及びメンバシップ
関数を設定する。
このようにして4つの入力変数を2段階に分けてファジ
ィ推論を行なうことで制御規則を大幅に減らすことがで
きる。
ィ推論を行なうことで制御規則を大幅に減らすことがで
きる。
上記従来のファジィ推論を用いた掘進機の操作方法は、
掘進機が大口径のシールド機であり、人が掘進機内に入
って計測や状況判断を行なうことができる場合であり、
掘進機内に人が入ることができない小口径管用地中掘進
機に適用することができなかった。
掘進機が大口径のシールド機であり、人が掘進機内に入
って計測や状況判断を行なうことができる場合であり、
掘進機内に人が入ることができない小口径管用地中掘進
機に適用することができなかった。
本発明は上記のことにかんがみなされたもので、小口径
管用であってもファジィ推論を用いて熟練者でないオペ
レータでも熟練者なみの施工を行なうことができる小口
径管用地中掘進機の操作方法を提供することを目的とす
るものである。
管用であってもファジィ推論を用いて熟練者でないオペ
レータでも熟練者なみの施工を行なうことができる小口
径管用地中掘進機の操作方法を提供することを目的とす
るものである。
上記目的を達成するために、本発明に係る小口径管用地
中掘進機の操作方法は、方向制御用アクチュエータを備
え、かつ先端部に施工計画線に対する位置のずれ量や傾
きのずれ量及び上記方向制御用アクチュエータの操作量
を計測するセンサ等を備えた小口径管地中掘進機におい
て、上記各センサからの信号をA/D変換等の処理を行
なってコントローラに取り込み、上記センサからの信号
のうち、施工計画線に対する位置のずれ量と傾きのずれ
量の計測値とから修正傾きずれ量の入力値に、また前回
の方向制御用アクチュエータの操作量と掘進により計測
された傾きのずれ量の変化量とからステアリング感度の
入力値にそれぞれ変換し、この2つの入力値をファジィ
制御部に入力して熟練オペレータの操作方法を織り込ん
だファジィ制御により出力された出力値を上記方向制御
用アクチュエータの次回の操作量とし、この操作量を表
示出力装置にて表示する。
中掘進機の操作方法は、方向制御用アクチュエータを備
え、かつ先端部に施工計画線に対する位置のずれ量や傾
きのずれ量及び上記方向制御用アクチュエータの操作量
を計測するセンサ等を備えた小口径管地中掘進機におい
て、上記各センサからの信号をA/D変換等の処理を行
なってコントローラに取り込み、上記センサからの信号
のうち、施工計画線に対する位置のずれ量と傾きのずれ
量の計測値とから修正傾きずれ量の入力値に、また前回
の方向制御用アクチュエータの操作量と掘進により計測
された傾きのずれ量の変化量とからステアリング感度の
入力値にそれぞれ変換し、この2つの入力値をファジィ
制御部に入力して熟練オペレータの操作方法を織り込ん
だファジィ制御により出力された出力値を上記方向制御
用アクチュエータの次回の操作量とし、この操作量を表
示出力装置にて表示する。
1作 用〕
各センサは垂直方向においては、施工計画線に対する垂
直方向のずれ量(偏差)と、ピッチング角が計測され、
同様に水平方向においては、水平方向のずれ量(偏差)
と、ヨーイング角をそれぞれ計測し、さらに方向制御用
アクチュエータによる揺動を計測する。これらの計測値
がチャンネル毎に送られ、コントローラ内で処理できる
ようアナログ信号のものはディジタル信号に変換される
。各センサのディジタル信号は自動調節部にて上記偏差
とピッチング角あるいはヨーイング角のデータ、前回の
方向制御用アクチュエータの操作量とその後の掘削によ
るピッチング角またはヨーイング角のデータをそれぞれ
に調節し、この2つの値を次回の入力値とする。この入
力値はファジィ制御部に入力されて演算され、これによ
り次回の適切な操作量が出力される。この値は表示出力
装置へ送られここで表示される。
直方向のずれ量(偏差)と、ピッチング角が計測され、
同様に水平方向においては、水平方向のずれ量(偏差)
と、ヨーイング角をそれぞれ計測し、さらに方向制御用
アクチュエータによる揺動を計測する。これらの計測値
がチャンネル毎に送られ、コントローラ内で処理できる
ようアナログ信号のものはディジタル信号に変換される
。各センサのディジタル信号は自動調節部にて上記偏差
とピッチング角あるいはヨーイング角のデータ、前回の
方向制御用アクチュエータの操作量とその後の掘削によ
るピッチング角またはヨーイング角のデータをそれぞれ
に調節し、この2つの値を次回の入力値とする。この入
力値はファジィ制御部に入力されて演算され、これによ
り次回の適切な操作量が出力される。この値は表示出力
装置へ送られここで表示される。
本発明の実施例を以下に説明する。
第3図は小口径管用地中掘進機の掘進状態を示すもので
、図中1はパイロットジヤツキ2を含むパイロットヘッ
ドであり、3はこのパイロットヘッド1に後続するパイ
ロット管、4はパイロット管3の後端を押圧する後部推
進ジヤツキである。そしてこの後部推進ジヤツキ4は発
進立坑5内のレール6上に載置され、反力板7に反力を
指示するようになっている。8は到達坑である。
、図中1はパイロットジヤツキ2を含むパイロットヘッ
ドであり、3はこのパイロットヘッド1に後続するパイ
ロット管、4はパイロット管3の後端を押圧する後部推
進ジヤツキである。そしてこの後部推進ジヤツキ4は発
進立坑5内のレール6上に載置され、反力板7に反力を
指示するようになっている。8は到達坑である。
この構成において、パイロットヘッド1においてパイロ
ットジヤツキ2が伸長することによりパイロット孔が掘
進され、このパイロットジヤツキ2を縮めながら後部推
進ジヤツキ4にてパイロット管3を押し込むことにより
地中に小口径の項が掘進される。
ットジヤツキ2が伸長することによりパイロット孔が掘
進され、このパイロットジヤツキ2を縮めながら後部推
進ジヤツキ4にてパイロット管3を押し込むことにより
地中に小口径の項が掘進される。
第4図は上記パイロットヘッド1の概略的な構成を示す
もので、揺動ジヤツキ9を作動することによりパイロッ
トジヤツキ2が揺動されて掘進方向に対するステアリン
グがなされるようになっている。上記パイロットジヤツ
キ2の揺動量は揺動ジヤツキ操作量センサ10にて検出
されるようになっている。
もので、揺動ジヤツキ9を作動することによりパイロッ
トジヤツキ2が揺動されて掘進方向に対するステアリン
グがなされるようになっている。上記パイロットジヤツ
キ2の揺動量は揺動ジヤツキ操作量センサ10にて検出
されるようになっている。
一方上記パイロットヘッドlの掘進計画線に対する姿勢
、すなわち、第5図、第6図に示すところの上下・左右
方向の偏差、ピッチング角、ヨーイング角は第1図に示
すレーザトランシット11、レーザターゲット12に付
属する各センサにて検出され、また揺動ジヤツキ操作量
がこれのセンサ10にて検出される。
、すなわち、第5図、第6図に示すところの上下・左右
方向の偏差、ピッチング角、ヨーイング角は第1図に示
すレーザトランシット11、レーザターゲット12に付
属する各センサにて検出され、また揺動ジヤツキ操作量
がこれのセンサ10にて検出される。
第1図は上記小口径管用地中掘進機(以下単に掘進機と
略称する)を操作するためのブロック図である。図中1
3はパイロットヘッド1部に備えられたセンサ群であり
、これには、上記、偏差、ヨーイング角、ピッチング角
、揺動ジヤツキ操作量を検出する各センサにて構成され
ている。14はコントローラで、これには上S己センサ
群]3からの信号を受信してA/D変換する自動計測部
コ25と、この自動計測部15が入力される自動調節部
16とファジィ制御部17とからなる。18はコントロ
ーラ14からの出力信号を表示する表示出力装置で、こ
れはC1R,T19からなっている。
略称する)を操作するためのブロック図である。図中1
3はパイロットヘッド1部に備えられたセンサ群であり
、これには、上記、偏差、ヨーイング角、ピッチング角
、揺動ジヤツキ操作量を検出する各センサにて構成され
ている。14はコントローラで、これには上S己センサ
群]3からの信号を受信してA/D変換する自動計測部
コ25と、この自動計測部15が入力される自動調節部
16とファジィ制御部17とからなる。18はコントロ
ーラ14からの出力信号を表示する表示出力装置で、こ
れはC1R,T19からなっている。
第2図は本発明に係る操作方法を示すフローチャートで
あり、この第2図と上記第1図に示したブロック図にて
本発明方法を説明する。
あり、この第2図と上記第1図に示したブロック図にて
本発明方法を説明する。
なおこの実施例では上下方向の姿勢制御について説明す
る。
る。
センサ群13の各センサは、ピッチング角θ、7(%)
、偏差Hn(++i)、前回の揺動操作JilYn(度
)、前回の揺動前のピッチング角θ+、、−1(%)が
検出されて、これらがコントローラ14の自動計測部1
5へ入力される。
、偏差Hn(++i)、前回の揺動操作JilYn(度
)、前回の揺動前のピッチング角θ+、、−1(%)が
検出されて、これらがコントローラ14の自動計測部1
5へ入力される。
コントローラ14の自動計測部15では、ピッチング角
θ、と偏差Hnの計測値とて修正ピッチング角θS−θ
、十α・In(αは定数)を、また揺動操作量Ynとピ
ッチング角の変化量△θp−θ、−θ□−1とでステア
リング感度T−△θp / Y nをそれぞれ調節して
この2つの入力値に変換する。
θ、と偏差Hnの計測値とて修正ピッチング角θS−θ
、十α・In(αは定数)を、また揺動操作量Ynとピ
ッチング角の変化量△θp−θ、−θ□−1とでステア
リング感度T−△θp / Y nをそれぞれ調節して
この2つの入力値に変換する。
この2つの入力値θs、Tはファジィ制御部17に入力
され、ここでのファジィ制御により、熟練オペレータの
操作方法が織込まれて1つの出力値として出力され、こ
の出力値が揺動ジヤツキ9の次回の操作量YaBとする
。
され、ここでのファジィ制御により、熟練オペレータの
操作方法が織込まれて1つの出力値として出力され、こ
の出力値が揺動ジヤツキ9の次回の操作量YaBとする
。
そしてこの操作量Yn、lが表示出力装置18のC,R
,T19に表示される。
,T19に表示される。
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す必要があ
る。これを示したのが上記修正ピッチング角θSである
。
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す必要があ
る。これを示したのが上記修正ピッチング角θSである
。
また、ステアリングの効き具合い、つまりステアリング
感度は土質によって左右され、これは揺動操作による傾
きの変化量を押えることで判断できる。これはステアリ
ング感度T−△θp / Y nで示される。
感度は土質によって左右され、これは揺動操作による傾
きの変化量を押えることで判断できる。これはステアリ
ング感度T−△θp / Y nで示される。
以上の修正ピッチング角θSとステアリング感度Tによ
り次回の揺動操作MkY7+Iがファジィ制御にて決定
される。
り次回の揺動操作MkY7+Iがファジィ制御にて決定
される。
上記の決定を具体的にファジィ制御の応用により表わし
たのが第7図から第9図である。
たのが第7図から第9図である。
第7図は修正ピッチング角θSのメンバシップ関数、第
8図はステアリング感度Tのメンバシップ関数、第9図
は次回揺動操作量Y71.のメンバシップ関数をそれぞ
れ示し、また表はそれぞれのファジィ制御ルールを示す
。
8図はステアリング感度Tのメンバシップ関数、第9図
は次回揺動操作量Y71.のメンバシップ関数をそれぞ
れ示し、また表はそれぞれのファジィ制御ルールを示す
。
そしてこのファジィ制御ルールは
IF θs−a AND T
−β THEN Y、、、−γ・・・(1)で表わさ
れる。ここでα、β、γはメンバシップ関数を示す。
れる。ここでα、β、γはメンバシップ関数を示す。
次に一例として、θ5−−0.25(%)、T−0,5
0(57度)のときの次回揺動操作量Y1゜、の演算方
法について述べる。
0(57度)のときの次回揺動操作量Y1゜、の演算方
法について述べる。
表から使用される制御ルールは、
IF θs = NM AND T−ML THEN
Yfl−3−PHIF θs −NM AND T
−LA THEN Yfl−+ −20IF θs
−ZOAND T−ML THEN Y、−+ −20
IF θs = ZOAND T−LA T)tEN
V、−+ −ZOの4式か成り立つ。
Yfl−3−PHIF θs −NM AND T
−LA THEN Yfl−+ −20IF θs
−ZOAND T−ML THEN Y、−+ −20
IF θs = ZOAND T−LA T)tEN
V、−+ −ZOの4式か成り立つ。
これをファジィ推論のmin−max法で表わし、最終
出力を重心法で求めると、 Y、、、 −0,5(度) と決定された。
出力を重心法で求めると、 Y、、、 −0,5(度) と決定された。
すなわち、上記4つの式のうちの1番目の式は第10図
(A)、(B)、(C)、(D)に示すようになり、θ
Sは0,5、Tは0.67で、これの小さい方をとる(
min)ことにより、Y9や、は0,5となる。
(A)、(B)、(C)、(D)に示すようになり、θ
Sは0,5、Tは0.67で、これの小さい方をとる(
min)ことにより、Y9や、は0,5となる。
2番目の式は第11図(A)、(B)、(C)に示すよ
うになり、θSは0.5、Tは0833て、従ってY
fillは0,33となる。
うになり、θSは0.5、Tは0833て、従ってY
fillは0,33となる。
3番目の式は第12図(A)、(B)、(C)に示すよ
うになり、θSは0,5、Tは0.67で、従って、Y
、。1は0.5となる。
うになり、θSは0,5、Tは0.67で、従って、Y
、。1は0.5となる。
4番目の式は第13図(A)、(B)、(C)に示すよ
うになり、θSは0.5、Tは0.33で、Y、、は0
.33となる。
うになり、θSは0.5、Tは0.33で、Y、、は0
.33となる。
以上4つのY 、、+ 1のmaxをとり、重心法によ
りY。。1の最終出力を第14図で求めるとy、、 −
0,5(度) となる。
りY。。1の最終出力を第14図で求めるとy、、 −
0,5(度) となる。
また上記ステアリング感度の求め方も、上記の揺動操作
量及びその傾きの変化量のみの関係式 %式% のようにセンサからの計測値より次回のアクチュエータ
の操作量を求めることかできる。
量及びその傾きの変化量のみの関係式 %式% のようにセンサからの計測値より次回のアクチュエータ
の操作量を求めることかできる。
上記実施例では垂直方向について説明したが、水平方向
においても、偏差を垂直を水平に、ピッチング角をヨー
イング角に変えることで同様に求めることができる。
においても、偏差を垂直を水平に、ピッチング角をヨー
イング角に変えることで同様に求めることができる。
また、第3図、第4図ではパイロットヘッド1を圧密タ
イプを図示したが、掘削タイプでも同様なアクチュエー
タ及びセンサを備えていれ〔発明の効果〕 本発明によれば、小口径管地中掘進機の方向修正のため
の揺動操作において、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、ステアリングの効き具体1
1の変化にも素早く対応した揺動操作量の決定を行うこ
とかできる。
イプを図示したが、掘削タイプでも同様なアクチュエー
タ及びセンサを備えていれ〔発明の効果〕 本発明によれば、小口径管地中掘進機の方向修正のため
の揺動操作において、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、ステアリングの効き具体1
1の変化にも素早く対応した揺動操作量の決定を行うこ
とかできる。
従って、より熟練したオペレータに近い操作量判断によ
り、熟練でないオペレータでも、熟練置皿みの施工か可
能となる。
り、熟練でないオペレータでも、熟練置皿みの施工か可
能となる。
図面は本発明の実施例を示すもので、第1図はブロック
図、第2図はフローチャート、第3図は小口径管用地中
掘進機の掘削状態を示す構成説明図、第4図はパイロッ
トヘッドを示す断面図、第5図、第6図はパイロットヘ
ッドの姿勢を示す説明図、第7図、第8図、第9図はメ
ンバシップ関数図、第10図(A)、(B)、(C)か
ら第13図(A)、(B)、(C)及び第14図はファ
ジィ推論による演算方法の説明図である。 1はパイロットヘッド、2はパイロットジヤツキ、9は
揺動ジヤツキ、13はセンサ群、14はコントローラ、
15は自動計測部、16は自動調節部、17はファジィ
制御部、18は表示出力装W0 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 Yn+1(度)
図、第2図はフローチャート、第3図は小口径管用地中
掘進機の掘削状態を示す構成説明図、第4図はパイロッ
トヘッドを示す断面図、第5図、第6図はパイロットヘ
ッドの姿勢を示す説明図、第7図、第8図、第9図はメ
ンバシップ関数図、第10図(A)、(B)、(C)か
ら第13図(A)、(B)、(C)及び第14図はファ
ジィ推論による演算方法の説明図である。 1はパイロットヘッド、2はパイロットジヤツキ、9は
揺動ジヤツキ、13はセンサ群、14はコントローラ、
15は自動計測部、16は自動調節部、17はファジィ
制御部、18は表示出力装W0 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 Yn+1(度)
Claims (1)
- 方向制御用アクチュエータを備え、かつ先端部に施工計
画線に対する位置のずれ量や傾きのずれ量及び上記方向
制御用アクチュエータの操作量を計測するセンサ等を備
えた小口径管地中掘進機において、上記各センサからの
信号をA/D変換等の処理を行なってコントローラに取
り込み、上記センサからの信号のうち、施工計画線に対
する位置のずれ量と傾きのずれ量の計測値とから修正傾
きずれ量の入力値に、また前回の方向制御用アクチュエ
ータの操作量と掘進により計測された傾きのずれ量の変
化量とからステアリング感度の入力値にそれぞれ変換し
、この2つの入力値をファジィ制御部に入力して熟練オ
ペレータの操作方法を織り込んだファジィ制御により出
力された出力値を上記方向制御用アクチュエータの次回
の操作量とし、この操作量を表示出力装置にて表示する
ことを特徴とする小口径管地中掘進機の操作方法。
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