JPH0696938B2 - シールド掘進機の方向制御方法および装置 - Google Patents
シールド掘進機の方向制御方法および装置Info
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- JPH0696938B2 JPH0696938B2 JP1007118A JP711889A JPH0696938B2 JP H0696938 B2 JPH0696938 B2 JP H0696938B2 JP 1007118 A JP1007118 A JP 1007118A JP 711889 A JP711889 A JP 711889A JP H0696938 B2 JPH0696938 B2 JP H0696938B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、シールド掘進機の掘進方向を制御するための
方法および装置に関する。
方法および装置に関する。
従来の技術 シールド掘進機の掘進する方向を制御するために、従来
から、周方向に間隔をあけて複数のジヤツキが設けられ
ており、このジヤツキによつて掘削孔の内周面に固定さ
れたセグメントに反力を受けて、掘進方向を変化する。
から、周方向に間隔をあけて複数のジヤツキが設けられ
ており、このジヤツキによつて掘削孔の内周面に固定さ
れたセグメントに反力を受けて、掘進方向を変化する。
このシールド掘進機によつて掘削される土質等の曖昧な
ものが外乱として働き、したがつて複数のジヤツキの予
め定めるものを選択することによつて、方向の変化量が
一義的に得られるという確立した数式モデルは存在しな
い。また掘進前に決定した選択されたジヤツキのパター
ンで推進を行つても、望みどおりの掘進結果が得られる
わけではない。
ものが外乱として働き、したがつて複数のジヤツキの予
め定めるものを選択することによつて、方向の変化量が
一義的に得られるという確立した数式モデルは存在しな
い。また掘進前に決定した選択されたジヤツキのパター
ンで推進を行つても、望みどおりの掘進結果が得られる
わけではない。
このような問題を解決する或る先行技術としては、土木
学会論文集第391号VI-8、1988年３月「フアジイ理論の
シールド掘進制御への適用」が知られている。この先行
技術では、シールド掘進機の計画路線からのずれ量を把
握し、そのずれ量を少なくするように、使用するシール
ドジヤツキを選択し、シールド掘進機の姿勢を修正する
ために、フアジイ理論を適用する。
学会論文集第391号VI-8、1988年３月「フアジイ理論の
シールド掘進制御への適用」が知られている。この先行
技術では、シールド掘進機の計画路線からのずれ量を把
握し、そのずれ量を少なくするように、使用するシール
ドジヤツキを選択し、シールド掘進機の姿勢を修正する
ために、フアジイ理論を適用する。
発明が解決すべき課題 このような先行技術では、フアジイ理論を用いてシール
ド掘進機の方向制御を行うことができるけれども、土質
の変化に自動的に対応することはできない。土質等は、
掘進するに連れて変化して行き、同一のジヤツキパター
ンでもシールド掘進機の位置によつて、シールド掘進機
の曲がり易さに変化が生じる。また、土質等が急変する
場合は掘進中にジヤツキパターンを修正する必要が生じ
る。
ド掘進機の方向制御を行うことができるけれども、土質
の変化に自動的に対応することはできない。土質等は、
掘進するに連れて変化して行き、同一のジヤツキパター
ンでもシールド掘進機の位置によつて、シールド掘進機
の曲がり易さに変化が生じる。また、土質等が急変する
場合は掘進中にジヤツキパターンを修正する必要が生じ
る。
本発明の目的は、掘進するに連れて土質が変化しても、
希望する計画路線に沿つて精度の高い方向制御を行うこ
とができるようにしたシールド掘進機の方向制御方法お
よび装置を提供することである。
希望する計画路線に沿つて精度の高い方向制御を行うこ
とができるようにしたシールド掘進機の方向制御方法お
よび装置を提供することである。
課題を解決するための手段 本発明は、シールド掘進機の現在の位置、方向と、予め
定める計画路線の位置、方向とを比較して、そのずれ量
を入力とし、フアジイ推論によつてそのずれ量を少なく
するような片押し度変化量を求めるフアジイ制御装置に
対して、掘進前の位置、方向のずれ量とそれを基に制御
された掘進後の位置、方向の各移動量とからフアジイ推
論によつて制御結果の良否を判断するとともに、結果不
良と判断したときには位置、方向の制御精度をあげるよ
うに、片押し度変化量を表すメンバシツプ関数を修正す
る学習機能を持たせて、その修正されたメンバシツプ関
数より求められた片押し度変化量に基づき、周方向に複
数個設けられているジヤツキのうち、推力駆動すべきジ
ヤツキを選択することによつて、土質等の掘削条件の変
化に対しても施工者を介在させることなく、位置、方向
の各移動量が小さい制御出力を得ることを特徴とするシ
ールド掘進機の方向制御方法である。
定める計画路線の位置、方向とを比較して、そのずれ量
を入力とし、フアジイ推論によつてそのずれ量を少なく
するような片押し度変化量を求めるフアジイ制御装置に
対して、掘進前の位置、方向のずれ量とそれを基に制御
された掘進後の位置、方向の各移動量とからフアジイ推
論によつて制御結果の良否を判断するとともに、結果不
良と判断したときには位置、方向の制御精度をあげるよ
うに、片押し度変化量を表すメンバシツプ関数を修正す
る学習機能を持たせて、その修正されたメンバシツプ関
数より求められた片押し度変化量に基づき、周方向に複
数個設けられているジヤツキのうち、推力駆動すべきジ
ヤツキを選択することによつて、土質等の掘削条件の変
化に対しても施工者を介在させることなく、位置、方向
の各移動量が小さい制御出力を得ることを特徴とするシ
ールド掘進機の方向制御方法である。
また本発明は、シールド掘進機の現在の位置のずれ量
と、その位置の移動量とによる第１フアジイ規則を予め
定めておき、シールド掘進機の現在の角度のずれ量とそ
の角度の移動量とによる第２フアジイ規則を予め定めて
おき、第１フアジイ規則と第２フアジイ規則とを合成し
て出力変数ΔEh1,ΔEvのメンバシツプ関数に関連する値
を求める演算手段と、 過去の位置のずれ量Dh,Dvと現在の位置の移動量ΔDh,Δ
Dvとによる第３フアジイ規則を予め定めておき、過去の
角度のずれ量θ、Ｐと現在の角度の移動量Δθ、ΔＰと
による第４フアジイ規則とを予め定めておき、第３フア
ジイ規則と第４フアジイ規則とを合成して、出力変数Δ
Eh1,ΔEvの補正量Δph,Δpvを求める学習手段と、 演算手段と学習手段の出力に応答して、補正量Δph,Δp
vをパラメータとして出力変数ΔEh1,ΔEvのメンバシツ
プ関数を修正する修正手段と、 修正手段の出力ΔEh1,ΔEvに、過去の片押し度Eh（ｒ−
１）,Ev（ｒ−１）を加算して、現在の片押し度の目標
値Ehr,Evrを求める加算手段と、 加算手段の出力に応答し、その片押し度の目標値Ehr,Ev
rが得られるように評価関数ｇを最小にするようなジヤ
ツキパターンを選択する駆動演算手段と、 駆動演算手段の出力に応答し、選択されるジヤツキパタ
ーンに対応して周方向に複数個設けられているジヤツキ
を選択的に駆動する駆動手段とを含み、計画線に対する
位置と方向のずれ量の両方の制御量を一つの操作量で得
るようにしたことを特徴とするシールド掘進機の方向制
御装置である。
と、その位置の移動量とによる第１フアジイ規則を予め
定めておき、シールド掘進機の現在の角度のずれ量とそ
の角度の移動量とによる第２フアジイ規則を予め定めて
おき、第１フアジイ規則と第２フアジイ規則とを合成し
て出力変数ΔEh1,ΔEvのメンバシツプ関数に関連する値
を求める演算手段と、 過去の位置のずれ量Dh,Dvと現在の位置の移動量ΔDh,Δ
Dvとによる第３フアジイ規則を予め定めておき、過去の
角度のずれ量θ、Ｐと現在の角度の移動量Δθ、ΔＰと
による第４フアジイ規則とを予め定めておき、第３フア
ジイ規則と第４フアジイ規則とを合成して、出力変数Δ
Eh1,ΔEvの補正量Δph,Δpvを求める学習手段と、 演算手段と学習手段の出力に応答して、補正量Δph,Δp
vをパラメータとして出力変数ΔEh1,ΔEvのメンバシツ
プ関数を修正する修正手段と、 修正手段の出力ΔEh1,ΔEvに、過去の片押し度Eh（ｒ−
１）,Ev（ｒ−１）を加算して、現在の片押し度の目標
値Ehr,Evrを求める加算手段と、 加算手段の出力に応答し、その片押し度の目標値Ehr,Ev
rが得られるように評価関数ｇを最小にするようなジヤ
ツキパターンを選択する駆動演算手段と、 駆動演算手段の出力に応答し、選択されるジヤツキパタ
ーンに対応して周方向に複数個設けられているジヤツキ
を選択的に駆動する駆動手段とを含み、計画線に対する
位置と方向のずれ量の両方の制御量を一つの操作量で得
るようにしたことを特徴とするシールド掘進機の方向制
御装置である。
また本発明は、コピーカツタの突出量Cpstとコピーカツ
タが突出状態となつているカツタデイスクの回転角度Cp
anとによるフアジイ規則を予め定めておき、これによつ
て得られる補正値ΔCpを前記修正手段の出力ΔEh1に加
算する手段を備えることを特徴とする。
タが突出状態となつているカツタデイスクの回転角度Cp
anとによるフアジイ規則を予め定めておき、これによつ
て得られる補正値ΔCpを前記修正手段の出力ΔEh1に加
算する手段を備えることを特徴とする。
作用 本発明に従えば、フアジイ推論によつて、シールド掘進
機の現在の位置、方向が予め定める計画路線に沿うよう
に、片押し度変化量を求め、こうして求めた片押し度変
化量で制御を行い、その時の掘進前の位置、方向と、掘
進後のそれらの位置、方向の移動量に応じては、方向制
御の精度をあげるように片押し度変化量を表すメンバシ
ツプ関数を修正し、いわば学習を行うようにしたので、
掘進するに連れて土質等が変化しても、その土質等の変
化にかかわらず、シールド掘進機の位置、方向を計画路
線に沿うように制御することが可能になる。
機の現在の位置、方向が予め定める計画路線に沿うよう
に、片押し度変化量を求め、こうして求めた片押し度変
化量で制御を行い、その時の掘進前の位置、方向と、掘
進後のそれらの位置、方向の移動量に応じては、方向制
御の精度をあげるように片押し度変化量を表すメンバシ
ツプ関数を修正し、いわば学習を行うようにしたので、
掘進するに連れて土質等が変化しても、その土質等の変
化にかかわらず、シールド掘進機の位置、方向を計画路
線に沿うように制御することが可能になる。
また本発明に従えば、シールド掘進機の現在の位置のず
れ量Dh,Dvとその位置の移動量ΔDh,ΔDvとによる第１フ
アジイ規則を予め定めておき、またそのシールド掘進機
の現在の角度のずれ量θ,Pと、その角度の移動量Δθ，
ΔＰとによる第２フアジイ規則を予め定めておき、第１
フアジイ規則と第２フアジイ規則とを合成して出力変数
ΔEh1,ΔEvのメンバシツプ関数に関連する値を演算して
求め、さらに過去の位置のずれ量Dh,Dvと現在の位置の
移動量ΔDh,ΔDvとによる第３フアジイ規則を予め定め
ておき、過去の角度のずれ量θ,Pと現在の角度の移動量
Δθ，ΔＰとによる第４フアジイ規則とを予め定めてお
き、第３フアジイ規則と第４フアジイ規則とを合成して
出力変数ΔEh1,ΔEvの補正量Δph,Δpvを求めて学習を
行うようにしたので、これによつて上述のように掘進中
の土質等が変化しても、シールド掘進機の位置および方
向を計画路線に沿うように制御することが可能である。
れ量Dh,Dvとその位置の移動量ΔDh,ΔDvとによる第１フ
アジイ規則を予め定めておき、またそのシールド掘進機
の現在の角度のずれ量θ,Pと、その角度の移動量Δθ，
ΔＰとによる第２フアジイ規則を予め定めておき、第１
フアジイ規則と第２フアジイ規則とを合成して出力変数
ΔEh1,ΔEvのメンバシツプ関数に関連する値を演算して
求め、さらに過去の位置のずれ量Dh,Dvと現在の位置の
移動量ΔDh,ΔDvとによる第３フアジイ規則を予め定め
ておき、過去の角度のずれ量θ,Pと現在の角度の移動量
Δθ，ΔＰとによる第４フアジイ規則とを予め定めてお
き、第３フアジイ規則と第４フアジイ規則とを合成して
出力変数ΔEh1,ΔEvの補正量Δph,Δpvを求めて学習を
行うようにしたので、これによつて上述のように掘進中
の土質等が変化しても、シールド掘進機の位置および方
向を計画路線に沿うように制御することが可能である。
実施例 本方向制御は、掘進開始前のジヤツキ駆動パターンの選
択、および掘進中のジヤツキ駆動パターンの修正を行う
ものである。
択、および掘進中のジヤツキ駆動パターンの修正を行う
ものである。
第１図は、本発明の一実施例の全体のブロツク図であ
る。シールド掘進機の位置と方向は、計測手段１によつ
て計測される。シールド掘進機の掘進状態の水平面から
見た状態は第２図に示されており、鉛直面から見た状態
は第３図に示されている。シールド掘進機は参照符Ｓで
示され、現在の状態には添字ｒを付し、前回のシールド
掘進機には添字（ｒ−１）を付して示す。前回というの
は、掘進開始前ではシールド掘進機Ｓの掘進方向を後端
部（すなわち掘進方向上流側の端部）に周方向に複数個
（この実施例では12個）設けられたジヤツキJK1〜JK12
による反力を受けるリング状に配置された１セグメント
分だけ前の状態を言う。また、掘進中では数十cm前の状
態を言う。予め定める計画路線を１とし、シールド掘
進機Ｓのカツタフエイスの回転軸線の先端２の方向をl2
で示す。この第２図の水平面内では、Dhはシールド掘進
機Ｓの計画路線よりの位置のずれ量、ΔDhはシールド掘
進機Ｓの位置の移動量、θはシールド掘進機Ｓの方向と
計画路線１の方向とのずれ量、Δθはその方向ずれ量
の移動量である。また第３図における鉛直面内では、Dv
はシールド掘進機Ｓの位置のずれ量、ΔDvはシールド掘
進機Ｓの位置の移動量、Ｐはシールド掘進機Ｓのピツチ
ング、ΔＰはピツチングの移動量である。計測手段１
は、これらの測定値Dh,ΔDh,θ，Δθ,Dv,ΔDv,P,ΔＰ
を出力して、仮想計画線導出回路３に与える。この仮想
計画線導出回路３は、計画路線１が曲線部であると
き、シールド掘進機Ｓの位置および方向によつて異なる
ものであり、計画路線１に対して内側にシールド掘進
機Ｓがある場合には、そのシールド掘進機Ｓの先端部２
と、Ａリング分だけ先のリング中心とを結んだ直線また
は曲線を仮想計画線とし、また計画路線１に対して外
側にシールド掘進機Ｓが存在する場合には、現在の計画
路線のリング中心とＢリング分先のリング中心とを結ん
だ直線または曲線を仮想計画線とする。前記A,Bは、パ
ラメータである。計画路線１の測定値に基づいて仮想
計画線に対する計測値の修正は、幾何学的に演算を行つ
て求めることができる。こうして、シールド掘進機の位
置および方向が計画路線１からずれているとき、その
計画路線１に滑らかに近付くことができるように、仮
想計画線が算出され、この仮想計画線に対する計測値の
演算が行われて、導出回路３から導出される。以下の説
明では、計測手段１からの測定値と導出回路３から導出
される修正後の値とを同一の参照符を用いて説明を行
う。
る。シールド掘進機の位置と方向は、計測手段１によつ
て計測される。シールド掘進機の掘進状態の水平面から
見た状態は第２図に示されており、鉛直面から見た状態
は第３図に示されている。シールド掘進機は参照符Ｓで
示され、現在の状態には添字ｒを付し、前回のシールド
掘進機には添字（ｒ−１）を付して示す。前回というの
は、掘進開始前ではシールド掘進機Ｓの掘進方向を後端
部（すなわち掘進方向上流側の端部）に周方向に複数個
（この実施例では12個）設けられたジヤツキJK1〜JK12
による反力を受けるリング状に配置された１セグメント
分だけ前の状態を言う。また、掘進中では数十cm前の状
態を言う。予め定める計画路線を１とし、シールド掘
進機Ｓのカツタフエイスの回転軸線の先端２の方向をl2
で示す。この第２図の水平面内では、Dhはシールド掘進
機Ｓの計画路線よりの位置のずれ量、ΔDhはシールド掘
進機Ｓの位置の移動量、θはシールド掘進機Ｓの方向と
計画路線１の方向とのずれ量、Δθはその方向ずれ量
の移動量である。また第３図における鉛直面内では、Dv
はシールド掘進機Ｓの位置のずれ量、ΔDvはシールド掘
進機Ｓの位置の移動量、Ｐはシールド掘進機Ｓのピツチ
ング、ΔＰはピツチングの移動量である。計測手段１
は、これらの測定値Dh,ΔDh,θ，Δθ,Dv,ΔDv,P,ΔＰ
を出力して、仮想計画線導出回路３に与える。この仮想
計画線導出回路３は、計画路線１が曲線部であると
き、シールド掘進機Ｓの位置および方向によつて異なる
ものであり、計画路線１に対して内側にシールド掘進
機Ｓがある場合には、そのシールド掘進機Ｓの先端部２
と、Ａリング分だけ先のリング中心とを結んだ直線また
は曲線を仮想計画線とし、また計画路線１に対して外
側にシールド掘進機Ｓが存在する場合には、現在の計画
路線のリング中心とＢリング分先のリング中心とを結ん
だ直線または曲線を仮想計画線とする。前記A,Bは、パ
ラメータである。計画路線１の測定値に基づいて仮想
計画線に対する計測値の修正は、幾何学的に演算を行つ
て求めることができる。こうして、シールド掘進機の位
置および方向が計画路線１からずれているとき、その
計画路線１に滑らかに近付くことができるように、仮
想計画線が算出され、この仮想計画線に対する計測値の
演算が行われて、導出回路３から導出される。以下の説
明では、計測手段１からの測定値と導出回路３から導出
される修正後の値とを同一の参照符を用いて説明を行
う。
第４図は、シールド掘進機Ｓの正面から見たジヤツキJK
1〜JK12の配置を示す図である。水平線l3および鉛直線l
4の交差位置４は、シールド掘進機Ｓの軸線であり、こ
の軸線４のまわりに周方向に等間隔をあけてジヤツキJK
1〜JK12が配置される。ジヤツキJK1〜JK12が選択的に駆
動されることによつて、シールド掘進機Ｓの位置と方向
の制御が行われる。第４図では、選択されて推力駆動を
行うジヤツキJK1,JK3,JK5,JK7,JK10に斜線を施して示
す。このような選択されたジヤツキの複数のパターン
は、第１図に示される駆動演算回路５に予めストアされ
る。
1〜JK12の配置を示す図である。水平線l3および鉛直線l
4の交差位置４は、シールド掘進機Ｓの軸線であり、こ
の軸線４のまわりに周方向に等間隔をあけてジヤツキJK
1〜JK12が配置される。ジヤツキJK1〜JK12が選択的に駆
動されることによつて、シールド掘進機Ｓの位置と方向
の制御が行われる。第４図では、選択されて推力駆動を
行うジヤツキJK1,JK3,JK5,JK7,JK10に斜線を施して示
す。このような選択されたジヤツキの複数のパターン
は、第１図に示される駆動演算回路５に予めストアされ
る。
第１図における水平方向フアジイ規則の演算回路６で
は、シールド掘進機Ｓの現在の位置である計画路線より
の位置のずれ量Dhと、その移動量ΔDhとによる水平方向
の片押し度をどのくらい変化させるかをまとめた水平第
１フアジイ規則を予め定めておく。また演算回路６で
は、シールド掘進機Ｓの現在の方向と計画路線方向との
ずれている角度θと、その方向ずれ量の移動量Δθとに
よる水平方向の片押し度をどのくらい変化させるかをま
とめた水平第２フアジイ規則を予め定めておく。
は、シールド掘進機Ｓの現在の位置である計画路線より
の位置のずれ量Dhと、その移動量ΔDhとによる水平方向
の片押し度をどのくらい変化させるかをまとめた水平第
１フアジイ規則を予め定めておく。また演算回路６で
は、シールド掘進機Ｓの現在の方向と計画路線方向との
ずれている角度θと、その方向ずれ量の移動量Δθとに
よる水平方向の片押し度をどのくらい変化させるかをま
とめた水平第２フアジイ規則を予め定めておく。
この第１表においてRBは右に大、RSは右に小、LBは左に
大、LSは左に小、ZOは変化なしを表す。
大、LSは左に小、ZOは変化なしを表す。
ここで片押し度とは、第１式で示される。
ここで、最長距離とは、シールド掘進機に設けられてい
るジヤツキのうち中心線からの距離が最も長い距離のこ
とである。
るジヤツキのうち中心線からの距離が最も長い距離のこ
とである。
たとえば第４図において、ジヤツキJK1,JK3,JK5,JK7,JK
10を選択的に使用するときにおける水平方向の片押し度
と垂直方向の片押し度とは、第２式および第３式でそれ
ぞれ示されるとおりとなる。
10を選択的に使用するときにおける水平方向の片押し度
と垂直方向の片押し度とは、第２式および第３式でそれ
ぞれ示されるとおりとなる。
ここでa,b,cは距離を示し、ｈは水平方向、ｖは鉛直方
向を表す添字である。
向を表す添字である。
鉛直方向に関して、鉛直方向フアジイ規則演算回路７で
は、シールド掘進機Ｓにおける位置のずれ量Dvと位置の
移動量ΔDvとの関係から、鉛直方向の片押し度をどのく
らい変化させるかを表す鉛直第１フアジイ規則を予め定
めておく。またシールド掘進機Ｓの方向と水準線の方向
とのずれた角度、すなわちピツチングＰとピツチングの
移動量ΔＰとの関係から鉛直方向の片押し度をどのくら
い変化させるかをまとめた鉛直第２フアジイ規則を予め
定めておく。
は、シールド掘進機Ｓにおける位置のずれ量Dvと位置の
移動量ΔDvとの関係から、鉛直方向の片押し度をどのく
らい変化させるかを表す鉛直第１フアジイ規則を予め定
めておく。またシールド掘進機Ｓの方向と水準線の方向
とのずれた角度、すなわちピツチングＰとピツチングの
移動量ΔＰとの関係から鉛直方向の片押し度をどのくら
い変化させるかをまとめた鉛直第２フアジイ規則を予め
定めておく。
こうして水平方向フアジイ規則演算回路６では、水平第
１フアジイ規則と水平第２フアジイ規則とを合成して出
力変数ΔEh1のメンバシツプ関数に関連する値を求め
る。また同様にして鉛直方向フアジイ規則演算回路７で
は、鉛直第１フアジイ規則と鉛直第２フアジイ規則とを
合成して出力変数ΔEvのメンバシツプ関数に関連する値
を求める。ここでいう関連する値というのは、メンバシ
ツプ関数の重心またはピーク値などを言う。
１フアジイ規則と水平第２フアジイ規則とを合成して出
力変数ΔEh1のメンバシツプ関数に関連する値を求め
る。また同様にして鉛直方向フアジイ規則演算回路７で
は、鉛直第１フアジイ規則と鉛直第２フアジイ規則とを
合成して出力変数ΔEvのメンバシツプ関数に関連する値
を求める。ここでいう関連する値というのは、メンバシ
ツプ関数の重心またはピーク値などを言う。
演算回路８は、掘進開始前のみ動作し、前回、すなわち
１リング分前の回路３からの値Dh,θを記憶しておき出
力するものである。学習回路９も掘進開始前に動作し、
この演算回路８と、回路３からの移動量ΔDh,Δθを用
いて、補正量Δphを求める。この学習回路９では、値Dh
の１リング前の値と現在のΔDhとによつて、水平第３フ
アジイ規則を予め定めておき、また値θの１リング前の
値と現在の移動量Δθとによる水平第４フアジイ規則と
を予め定めておく。この水平第３フアジイ規則と水平第
４フアジイ規則とを合成して、前記出力変数ΔEh1の補
正量Δphを求める。こうして、水平方向の前リング掘進
前の位置のずれ量と前記リングでの位置の移動量との関
係、および前リング掘進前の方向のずれ量と前リングで
の方向移動量との関係から、制御結果の判断を行い、制
御性が悪いと判断される場合に、片押し度変化量の修正
幅を決定する上述の水平第３フアジイ規則および水平第
４フアジイ規則を定めておく。
１リング分前の回路３からの値Dh,θを記憶しておき出
力するものである。学習回路９も掘進開始前に動作し、
この演算回路８と、回路３からの移動量ΔDh,Δθを用
いて、補正量Δphを求める。この学習回路９では、値Dh
の１リング前の値と現在のΔDhとによつて、水平第３フ
アジイ規則を予め定めておき、また値θの１リング前の
値と現在の移動量Δθとによる水平第４フアジイ規則と
を予め定めておく。この水平第３フアジイ規則と水平第
４フアジイ規則とを合成して、前記出力変数ΔEh1の補
正量Δphを求める。こうして、水平方向の前リング掘進
前の位置のずれ量と前記リングでの位置の移動量との関
係、および前リング掘進前の方向のずれ量と前リングで
の方向移動量との関係から、制御結果の判断を行い、制
御性が悪いと判断される場合に、片押し度変化量の修正
幅を決定する上述の水平第３フアジイ規則および水平第
４フアジイ規則を定めておく。
学習回路９では、補正量ΔphをＮ回分（Ｎはパラメー
タ）遡つて、すなわちＮリング分前まで加算してその平
均値▲▼を求める。
タ）遡つて、すなわちＮリング分前まで加算してその平
均値▲▼を求める。
今、水平方向の前リング掘進前の位置のずれ量と前リン
グでの位置移動量および水平方向の前リング掘進前の方
向のずれ量と前リングでの方向移動量を入力し、片押し
度変化量をよりよいものとするための補正量Δphをフア
ジイ推論し出力する。片押し度変化量を表すメンバシツ
プ関数の補正量ΔphのＮリング毎の移動平均▲▼
を求め、この値を用いてメンバシツプ関数の拡大、縮小
を行う。すなわち、前リングでの片押し度変化量の符号
（＋は右に変化、−は左に変化）により、それぞれメン
バシツプ関数の右、左側部を次式の割合で、拡大または
縮小する。
グでの位置移動量および水平方向の前リング掘進前の方
向のずれ量と前リングでの方向移動量を入力し、片押し
度変化量をよりよいものとするための補正量Δphをフア
ジイ推論し出力する。片押し度変化量を表すメンバシツ
プ関数の補正量ΔphのＮリング毎の移動平均▲▼
を求め、この値を用いてメンバシツプ関数の拡大、縮小
を行う。すなわち、前リングでの片押し度変化量の符号
（＋は右に変化、−は左に変化）により、それぞれメン
バシツプ関数の右、左側部を次式の割合で、拡大または
縮小する。
１＋▲▼／ΔEh（ｒ−１） …（４） また同様にして、演算回路10と学習回路11が設けられて
いる。演算回路10では、掘進開始前に、値Dv,Pの前回の
値を求めて学習回路11に与え、この学習回路11には値Δ
Dv,ΔＰが与えられる。学習回路11では、前回の位置の
ずれ量Dvと現在の位置の移動量ΔDvとによる鉛直第３フ
アジイ規則を予め定めておき、また過去のピツチングＰ
と現在のピツチングの移動量ΔＰとによる鉛直第４フア
ジイ規則とを予め定めておき、これらの鉛直第３フアジ
イ規則と鉛直第４フアジイ規則とを合成して出力変数Δ
Evの補正量Δpvを求め、その平均▲▼を求めて鉛
直方向フアジイ規則７に与える。こうして、第５式で示
す演算を行う。
いる。演算回路10では、掘進開始前に、値Dv,Pの前回の
値を求めて学習回路11に与え、この学習回路11には値Δ
Dv,ΔＰが与えられる。学習回路11では、前回の位置の
ずれ量Dvと現在の位置の移動量ΔDvとによる鉛直第３フ
アジイ規則を予め定めておき、また過去のピツチングＰ
と現在のピツチングの移動量ΔＰとによる鉛直第４フア
ジイ規則とを予め定めておき、これらの鉛直第３フアジ
イ規則と鉛直第４フアジイ規則とを合成して出力変数Δ
Evの補正量Δpvを求め、その平均▲▼を求めて鉛
直方向フアジイ規則７に与える。こうして、第５式で示
す演算を行う。
１＋▲▼／ΔEv（ｒ−１） …（５） 第５式において＋は上に変化、−は下に変化を表す。こ
のようにして土質等の変化に対応して、シールド掘進機
Ｓの位置および方向の制御を行うことができる。以下の
説明では、この学習回路9,11の出力に基づいて補正を行
つた後の出力変数を、前述の参照符ΔEh1,ΔEvで便宜
上、示すことにする。
のようにして土質等の変化に対応して、シールド掘進機
Ｓの位置および方向の制御を行うことができる。以下の
説明では、この学習回路9,11の出力に基づいて補正を行
つた後の出力変数を、前述の参照符ΔEh1,ΔEvで便宜
上、示すことにする。
シールド掘進機Ｓには、コピーカツタが設けられる。こ
のコピーカツタは、カツタデイスクの周方向の予め定め
た回転角度位置で半径方向外方に突出し、これによつて
カーブの内側を掘削してシールド掘進機Ｓを曲がり易く
するためのものである。コピーカツタの突出量Cpstとコ
ピーカツタが突出状態となつているカツタデイスクの回
転角度Cpanとは、計測手段１によつて測定されてコピー
カツタのフアジイ規則演算回路12に与えられる。このフ
アジイ規則演算回路12では、前記突出量Cpstと回転角度
Cpanとによるフアジイ規則を予め定めておき、これによ
つて得られる補正値ΔCpを回路６からの出力変数ΔEh1
に、加算回路13において加算し、コピーカツタによる影
響を修正する。加算回路13の出力ΔEhは、第６式のよう
にして演算して得られる。
のコピーカツタは、カツタデイスクの周方向の予め定め
た回転角度位置で半径方向外方に突出し、これによつて
カーブの内側を掘削してシールド掘進機Ｓを曲がり易く
するためのものである。コピーカツタの突出量Cpstとコ
ピーカツタが突出状態となつているカツタデイスクの回
転角度Cpanとは、計測手段１によつて測定されてコピー
カツタのフアジイ規則演算回路12に与えられる。このフ
アジイ規則演算回路12では、前記突出量Cpstと回転角度
Cpanとによるフアジイ規則を予め定めておき、これによ
つて得られる補正値ΔCpを回路６からの出力変数ΔEh1
に、加算回路13において加算し、コピーカツタによる影
響を修正する。加算回路13の出力ΔEhは、第６式のよう
にして演算して得られる。
ΔEh＝ΔEh1＋ΔCp …（６） この水平方向片押し度変化量ΔEhは加算回路14に与えら
れ、演算回路15において前回の値ΔEh（ｒ−１）と加算
されて、第７式の演算が行われる。これによつて今回の
片押し度Ehが求まる。
れ、演算回路15において前回の値ΔEh（ｒ−１）と加算
されて、第７式の演算が行われる。これによつて今回の
片押し度Ehが求まる。
Eh＝EH（ｒ−１）＋ΔEh …（７） 同様にして、鉛直方向フアジイ規則演算回路７からの鉛
直方向片押し度変化量ΔEvは、加算回路16に与えられ
る。加算回路16の出力は、演算回路17によつて前回の値
Ev（ｒ−１）が求められて加算回路16に与えられる。し
たがつて加算回路16の出力Evは、第８式で示されるとお
りであり、これが今回の片押し度である。
直方向片押し度変化量ΔEvは、加算回路16に与えられ
る。加算回路16の出力は、演算回路17によつて前回の値
Ev（ｒ−１）が求められて加算回路16に与えられる。し
たがつて加算回路16の出力Evは、第８式で示されるとお
りであり、これが今回の片押し度である。
Ev＝Ev（ｒ−１）＋ΔEv …（８） このようにして前リングの片押し度Eh（ｒ−１）,Ev
（ｒ−１）にフアジイ推論で出力された片押し度変化量
ΔEh,ΔEvを加えて、今回の片押し度Eh,Evが求められる
ことになる。
（ｒ−１）にフアジイ推論で出力された片押し度変化量
ΔEh,ΔEvを加えて、今回の片押し度Eh,Evが求められる
ことになる。
駆動演算回路５では、第９式で示される評価関数ｑを求
める。
める。
上述のようにフアジイ推論で出力された片押し度変化量
ΔEh,ΔEvを加えた片押し度Eh,Evを満足するようなジヤ
ツキパターンを、選択することになる。実際において
は、片押し度が水平および鉛直の２方向であり、またジ
ヤツキによる片押し度が離散値であるので、完全に満足
するジヤツキパターンは一般的には存在しない。したが
つて第９式の評価関数を最小にするようなジヤツキパタ
ーンを選択する。
ΔEh,ΔEvを加えた片押し度Eh,Evを満足するようなジヤ
ツキパターンを、選択することになる。実際において
は、片押し度が水平および鉛直の２方向であり、またジ
ヤツキによる片押し度が離散値であるので、完全に満足
するジヤツキパターンは一般的には存在しない。したが
つて第９式の評価関数を最小にするようなジヤツキパタ
ーンを選択する。
ここで、Ehjは或るジヤツキパターンにおける水平方向
片押し度を表し、Evjは或るジヤツキパターンにおける
鉛直方向片押し度を示し、ここでｊはジヤツキパターン
の番号を示す。
片押し度を表し、Evjは或るジヤツキパターンにおける
鉛直方向片押し度を示し、ここでｊはジヤツキパターン
の番号を示す。
駆動演算回路５においてジヤツキパターンが決定される
と、そのジヤツキパターンｊを表す信号がジヤツキ駆動
回路18に与えられ、これによつてジヤツキJK1〜JK12が
選択的に駆動されてシールド掘進機に推力が作用され
る。
と、そのジヤツキパターンｊを表す信号がジヤツキ駆動
回路18に与えられ、これによつてジヤツキJK1〜JK12が
選択的に駆動されてシールド掘進機に推力が作用され
る。
掘進中のジヤツキパターンの変更時には、掘進前に選択
したジヤツキパターンから最大Ｃ本（Ｃはパラメータ）
までのジヤツキの抜き入れという制限のもとで第９式の
評価関数を最小にするジヤツキパターンを選択する。
したジヤツキパターンから最大Ｃ本（Ｃはパラメータ）
までのジヤツキの抜き入れという制限のもとで第９式の
評価関数を最小にするジヤツキパターンを選択する。
発明の効果 以上のように本発明によれば、掘進するに連れて生じる
土質等の変化にかかわらず、計画路線に沿つてシールド
掘進機の位置および方向を変更しつつ掘進動作を続行す
ることが可能になる。
土質等の変化にかかわらず、計画路線に沿つてシールド
掘進機の位置および方向を変更しつつ掘進動作を続行す
ることが可能になる。
また、本発明によれば、フアジイ制御による結果が悪く
なると片押し度量変化量を表すメンバシツプ関数を修正
する学習機能を備えているので施工者の介在なしで掘削
条件の変化に応じた自動掘進が可能である。
なると片押し度量変化量を表すメンバシツプ関数を修正
する学習機能を備えているので施工者の介在なしで掘削
条件の変化に応じた自動掘進が可能である。
また本発明によれば、計画線に対する位置と方向のずれ
量の制御を１つの操作量で行うことができる装置である
ので、土質条件の変化などに対応が迅速かつ簡単に行え
る。
量の制御を１つの操作量で行うことができる装置である
ので、土質条件の変化などに対応が迅速かつ簡単に行え
る。
第１図は本発明の一実施例のブロツク図、第２図は水平
面から見たシールド掘進機Ｓの掘進状態を示す図、第３
図は鉛直面から見たシールド掘進機Ｓの掘進状態を示す
図、第４図はジヤツキJK1〜JK12の配置を示す図であ
る。 １……計測手段、３……仮想計画線導出回路、５……駆
動演算回路、６……水平方向フアジイ規則演算回路、７
……鉛直方向フアジイ規則回路、8,10……Ｚ変換演算回
路、9,11……学習回路、12……コピーカツタのフアジイ
規則演算回路、13,14,16……加算回路、15,17……遅延
回路、18……ジヤツキ駆動回路、JK1〜JK12……ジヤツ
キ
面から見たシールド掘進機Ｓの掘進状態を示す図、第３
図は鉛直面から見たシールド掘進機Ｓの掘進状態を示す
図、第４図はジヤツキJK1〜JK12の配置を示す図であ
る。 １……計測手段、３……仮想計画線導出回路、５……駆
動演算回路、６……水平方向フアジイ規則演算回路、７
……鉛直方向フアジイ規則回路、8,10……Ｚ変換演算回
路、9,11……学習回路、12……コピーカツタのフアジイ
規則演算回路、13,14,16……加算回路、15,17……遅延
回路、18……ジヤツキ駆動回路、JK1〜JK12……ジヤツ
キ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 庵原 滋 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 田中 祥男 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (56)参考文献 特開 平２−183087（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−115492（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】シールド掘進機の現在の位置、方向と、予
め定める計画路線の位置、方向とを比較して、そのずれ
量を入力とし、フアジイ推論によつてそのずれ量を少な
くするような片押し度変化量を求めるフアジイ制御装置
に対して、掘進前の位置、方向のずれ量とそれを基に制
御された掘進後の位置、方向の各移動量とからフアジイ
推論によつて制御結果の良否を判断するとともに、結果
不良と判断したときには位置、方向の制御精度をあげる
ように、片押し度変化量を表すメンバシツプ関数を修正
する学習機能を持たせて、その修正されたメンバシツプ
関数より求められた片押し度変化量に基づき、周方向に
複数個設けられているジヤツキのうち、推力駆動すべき
ジヤツキを選択することによつて、土質等の掘削条件の
変化に対しても施行者を介在させることなく、位置、方
向の各移動量が小さい制御出力を得ることを特徴とする
シールド掘進機の方向制御方法。 - 【請求項２】シールド掘進機の現在の位置のずれ量と、
その位置の移動量とによる第１フアジイ規則を予め定め
ておき、シールド掘進機の現在の角度のずれ量とその角
度の移動量とによる第２フアジイ規則を予め定めてお
き、第１フアジイ規則と第２フアジイ規則とを合成して
出力変数ΔEh1,ΔEvのメンバシツプ関数に関連する値を
求める演算手段と、 過去の位置のずれ量Dh,Dvと現在の位置の移動量ΔDh,Δ
Dvとによる第３フアジイ規則を予め定めておき、過去の
角度のずれ量θ、Ｐと現在の角度の移動量Δθ、ΔＰと
による第４フアジイ規則とを予め定めておき、第３フア
ジイ規則と第４フアジイ規則とを合成して、出力変数Δ
Eh1,ΔEvの補正量Δph,Δpvを求める学習手段と、 演算手段と学習手段の出力に応答して、補正量Δph,Δp
vをパラメータとして出力変数ΔEh1,ΔEvのメンバシツ
プ関数を修正する修正手段と、 修正手段の出力ΔEh1,ΔEvに、過去の片押し度Eh（ｒ−
１）,Ev（ｒ−１）を加算して、現在の片押し度の目標
値Ehr,Evrを求める加算手段と、 加算手段の出力に応答し、その片押し度の目標値Ehr,Ev
rが得られるように評価関数ｇを最小にするようなジヤ
ツキパターンを選択する駆動演算手段と、 駆動演算手段の出力に応答し、選択されるジヤツキパタ
ーンに対応して周方向に複数個設けられているジヤツキ
を選択的に駆動する駆動手段とを含み、計画線に対する
位置と方向のずれ量の両方の制御量を一つの操作量で得
るようにしたことを特徴とするシールド掘進機の方向制
御装置。 - 【請求項３】コピーカツタの突出量Cpstとコピーカツタ
が突出状態となつているカツタデイスクの回転角度Cpan
とによるフアジイ規則を予め定めておき、これによつて
得られる補正値ΔCpを前記修正手段の出力ΔEh1に加算
する手段を備えることを特徴とする特許請求の範囲第２
項記載のシールド掘進機の方向制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1007118A JPH0696938B2 (ja) | 1989-01-12 | 1989-01-12 | シールド掘進機の方向制御方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1007118A JPH0696938B2 (ja) | 1989-01-12 | 1989-01-12 | シールド掘進機の方向制御方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02186097A JPH02186097A (ja) | 1990-07-20 |
| JPH0696938B2 true JPH0696938B2 (ja) | 1994-11-30 |
Family
ID=11657171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1007118A Expired - Fee Related JPH0696938B2 (ja) | 1989-01-12 | 1989-01-12 | シールド掘進機の方向制御方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0696938B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0483092A (ja) * | 1990-07-26 | 1992-03-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 小口径管推進における方向制御方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH083316B2 (ja) * | 1988-10-24 | 1996-01-17 | 横河電機株式会社 | 掘進機制御装置 |
| JPH02183087A (ja) * | 1989-01-10 | 1990-07-17 | Komatsu Ltd | トンネル掘進機の制御方法 |
-
1989
- 1989-01-12 JP JP1007118A patent/JPH0696938B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02186097A (ja) | 1990-07-20 |
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