JPH11141275A

JPH11141275A - トンネル掘削機の掘進方向自動制御装置

Info

Publication number: JPH11141275A
Application number: JP9312132A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Nakayama; 隆義中山; Satoru Inoue; 哲井上; Yasuhide Seno; 康英背野; Hiroyoshi Miyoshi; 裕芳三好
Original assignee: Okumura Corp
Current assignee: Okumura Corp
Priority date: 1997-11-13
Filing date: 1997-11-13
Publication date: 1999-05-25

Abstract

(57)【要約】【課題】トンネル掘削方向をファジィ制御する際に用
いるファジィ制御ルールを簡単に修正する。【解決手段】シミュレーション演算部１８は、ルール
格納部１９aおよびメンバーシップ関数格納部１９bに格
納されたルールおよびメンバーシップ関数で成るファジ
ィ制御ルールのシミュレーション演算を行い、シミュレ
ーション結果を表示部１３に表示する。ルール作成/修
正部１７は、操作パネル１２からシミュレーション結果
上における異常箇所が指定されると、この異常箇所演算
時に用いられたルールのメンバーシップ関数をメンバー
シップ関数格納部１９bから抽出して表示部１３に表示
する。そして、操作パネル１２からの指示に従って、メ
ンバーシップ関数の形状パターンを切り貼りしたり、新
たなメンバーシップ関数を追加したりする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、トンネルの掘削
方向が計画線に沿うように方向修正手段の動作をファジ
ィ制御するトンネル掘削機の掘進方向自動制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、オペレータの経験と勘に基づく装
置の操作を自動的に行う方法として、ファジィ制御によ
る方法がある。この方法は、上記オペレータの経験と勘
とに基づいて、制御対象装置の状態を表す変数(状態変
数)と操作量との関係を幾つかの制御ルールで表現して
登録しておく。そして、上記装置の現在の状態変数の値
を上記制御ルールに当て嵌めて操作量を求め、この求め
た操作量だけ当該装置を操作することによって、当該装
置を目標値に向かうように自動的に制御するものであ
る。

【０００３】このようなファジィ制御の一つとしてシー
ルド機のジャッキパターンの選択方法がある(特公平５
−６０５５５号公報)。このシールド機のジャッキパタ
ーンの選択方法では、トンネルの計画線とシールド機の
基準点との水平方向の偏倚量ＤＨとシールドジャッキの
片押度ＥＨとの関係を表すａ個の制御ルール “if”ＤＨ＝ＡＨi “then”ＥＨ１＝ＣＨi（ｉ＝１〜ａ）ＡＨi,ＣＨi：度合いを設定する。同様に、垂直方向の偏倚量ＤＶとシールド
ジャッキの片押度ＥＶとの関係を表すａ個の制御ルール “if”ＤＶ＝ＡＶi “then”ＥＶ１＝ＣＶi ＡＶi,ＣＶi：度合いを設定する。

【０００４】また、上記計画線とシールド機の中心線と
の水平方向の偏角量θＨとシールドジャッキの片押度Ｅ
Ｈとの関係を表すａ個の制御ルール “if”θＨ＝ａＨi “then”ＥＨ１＝ｃＨi ａＨi,ｃＨi：度合いを設定する。同様に、垂直方向の偏角量θＶとシールド
ジャッキの片押度ＥＶとの関係を表すａ個の制御ルール “if”θＶ＝ａＶi “then”ＥＶ１＝ｃＶi ａＶi,ｃＶi：度合いを設定する。そして、上記４×ａ個の制御ルールをメモ
リに格納しておく。

【０００５】そして、上記シールド機の現在の偏倚量Ｄ
Ｈ,ＤＶと偏角θＨ,θＶを測定し、上記全制御ルールの
前件部の各命題の適合度ＡＨi,ａＨi、ＡＶi,ａＶiを算
出する。こうして算出された各命題の適合度に基づいて
夫々の制御ルールの前件部の適合度ω_DH,ω_θH、ω_DV,
ω_θVを算出し、更にこの前件部の適合度に基づいて夫
々の制御ルールの後件部の適合度ＣＨi,ｃＨi、ＣＶi,
ｃＶiを算出する。

【０００６】最後に、上記水平方向の片押度ＥＨに関す
る後件部の適合度ＣＨi,ｃＨiに基づいて、水平方向の
総合片押度ＥＨが求められる。同様に、垂直方向の片押
度ＥＶに関する後件部の適合度ＣＶi,ｃＶiに基づい
て、垂直方向の総合片押度ＥＶが求められる。

【０００７】そうすると、ジャッキ制御装置は、メモリ
に予め登録してあるＴとおりのジャッキパターンの中か
ら、上記算出された水平方向の総合片押度ＥＨと垂直方
向の総合片押度ＥＶとに該当するジャッキパターンを選
択する。そして、選択したジャッキパターンに従って、
シールド機の複数本のシールドジャッキのうち特定のシ
ールドジャッキのみを駆動して、シールド機の方向を上
記計画線に沿うように自動的に制御するのである。

【０００８】こうして、上記メモリに登録しておく制御
ルールをオペレータの経験と勘とに基づいて作成してお
くことによって、その制御ルールに従って、経験の浅い
不慣れなオペレータであっても正しくシールド機を操作
制御できるのである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のファジィ制御によるシールド機のジャッキパターン
の選択方法には、以下のような問題がある。

【００１０】すなわち、選択されたジャッキパターンを
用いてトンネルの掘削が行われた際に、トンネルが計画
線に沿って掘削されていれば、全く問題はない。ところ
が、土質分布は必ずしも一定且つ予測通りではない。ま
た、上述のように、シールド機の制御ルールには土質は
加味されてはいない。したがって、掘削されたトンネル
の方向は計画線からずれて行くことが多々ある。

【００１１】図９は、上記ジャッキ制御装置への水平方
向偏倚量修正の指示値を順次右方向に大きくしていくに
も拘わらず、シールド機は左方向に向かって進み、その
偏倚量は大きくなって行く例である。このような状態
は、右側が岩盤で左側が砂を含んだ柔らかい土質の場合
に起こる。また、図１０は、シールド機の進行方向は計
画線に沿っているのであるが、シールド機の向き(偏角)
が計画線の方向から次第にずれていく例である。上述の
ような場合には、オペレータは上記メモリに格納されて
いる制御ルールを変更する必要がある。

【００１２】ところが、上記制御ルールを用いたジャッ
キパターンの選択は、測量装置による偏倚量ＤＨ,ＤＶ
及び偏倚角θＨ,θＶに基づいてコンピュータによって
自動的に行われる。そして、この選択されたジャッキパ
ターンに基づくトンネルの掘削も、ジャッキ制御装置に
よって自動的に行われる。したがって、制御ルールから
シールド機の掘削結果を予測することが非常に困難であ
り、オペレータは、現在登録されている制御ルールを用
いたジャッキパターンの選択が正しいか否かは、トンネ
ルを掘削してみないと分からないのである。

【００１３】以上のことから、従来のファジィ制御によ
るシールド機のジャッキパターンの選択方法において
は、試行錯誤的にしか制御ルールを修正でず、現場に即
した制御ルールを得るまでに多大な時間を要するという
問題がある。

【００１４】そこで、この発明の目的は、トンネルの掘
削方向をファジィ制御する際に用いるファジィ制御ルー
ルを簡単に修正できるトンネル掘削機の掘進方向自動制
御装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、トンネル掘削機の掘進方向
がトンネル計画線に沿うように,上記トンネル掘削機の
水平および垂直の掘進方向を修正する方向修正手段の動
作をファジィ制御するトンネル掘削機の掘進方向自動制
御装置であって、上記方向修正手段の動作をファジィ制
御する際に使用されるファジィ制御ルールが格納された
ファジィ制御ルール格納部と、上記トンネル掘削機のト
ンネル計画線からの水平および垂直方向への偏倚および
偏角を計測する計測手段と、上記計測手段による計測値
と上記ファジィ制御ルールとに基づいて上記方向修正手
段制御用の指示値を算出するファジィ演算手段と、上記
ファジィ演算手段によって算出された指示値に従って上
記方向修正手段の動作を制御するファジィ制御手段と、
上記トンネル掘削機のトンネル計画線からの上記偏倚お
よび偏角に関する予め設定された種々の設定値を上記フ
ァジィ制御ルールの前件変数に与えて上記指示値を算出
するシミュレーション演算を行うシミュレーション演算
手段と、上記シミュレーション演算手段の演算結果を受
けて,上記種々の設定値とこの設定値によって得られ上
記指示値との関係を画像表示部に図示するシミュレーシ
ョン結果表示手段を備えたことを特徴としている。

【００１６】上記構成によれば、シミュレーション演算
手段によってファジィ制御ルール格納部に格納されたフ
ァジィ制御ルールに対するシミュレーション演算が行わ
れ、上記シミュレーション演算の際に上記ファジィ制御
ルールの前件部変数に与えられた種々の設定値(トンネ
ル掘削機のトンネル計画線からの上記偏倚および偏角)
とその設定値で得られた指示値との関係がシミュレーシ
ョン結果表示手段によって図示される。したがって、こ
の図示されたシミュレーション結果を参照することによ
って、当該ファジィ制御ルールが制御しようとする意図
が視覚的に誰にでも容易に理解される。また、上記図示
されたシミュレーション結果を参照することによって、
ファジイ制御ルールに存在する修正必要箇所がトンネル
を掘削するに先立って予め容易に見つけ出される。

【００１７】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
係る発明のトンネル掘削機の掘進方向自動制御装置にお
いて、上記シミュレーション結果表示手段は、上記種々
の設定値とその設定値で得られた指示値との関係を、上
記設定値の軸と上記指示値の軸とが互いに直交して配置
された直交座標上に連続した線として図示するようにな
っていることを特徴としている。

【００１８】上記構成によれば、上記種々の設定値とそ
の設定値で得られた指示値との関係が、直交座標上に曲
線で図示されるので、上記設定値と指示値との関係が直
感的にオペレータに理解される。また、上記ファジィ制
御ルールの修正必要箇所が直感的にオペレータによって
見つけ出される。

【００１９】また、請求項３に係る発明は、請求項１に
係る発明のトンネル掘削機の掘進方向自動制御装置にお
いて、上記ファジィ制御ルール格納部はルール格納部と
メンバーシップ関数格納部から構成されると共に、上記
画像表示部に図示された上記設定値と指示値との関係中
における修正必要箇所を指定する修正必要箇所指定手段
と、上記修正必要箇所指定手段によって指定された修正
必要箇所における上記シミュレーション演算に使用され
たメンバーシップ関数を抽出して上記画像表示部に図示
するメンバーシップ関数表示手段と、上記図示された修
正必要箇所に係るメンバーシップ関数の変更あるいは新
たなメンバーシップ関数の追加を行うファジィ制御ルー
ル修正手段を備えたことを特徴としている。

【００２０】上記構成によれば、上記ファジィ制御ルー
ル格納部に格納されているファジィ制御ルールに対する
シミュレーション結果に基づいて、修正が必要なメンバ
ーシップ関数を変更したり、新たなメンバーシップ関数
を追加することによって、実際にトンネルを掘削するこ
となく、簡単に、短時間に、机上で上記ファジィ制御ル
ールが修正される。

【００２１】その場合に、上記シミュレーション演算の
際に与えた設定値とそれに基づく指示値との関係が図示
され、この図示された上記関係中における修正必要箇所
を指定することによって、上記修正必要箇所に対応する
メンバーシップ関数が抽出されて図示される。こうし
て、シミュレーション結果から容易に修正必要箇所が発
見され、この修正必要箇所に対応するメンバーシップ関
数が容易に抽出されて変更される。

【００２２】また、請求項４に係る発明は、請求項３に
係る発明のトンネル掘削機の掘進方向自動制御装置にお
いて、上記ファジィ演算手段による指示値の履歴と上記
計測手段による計測値の軌跡と上記トンネル計画線とを
上記画像表示部に対比させて図示する軌跡表示手段を備
えたことを特徴としている。

【００２３】上記構成によれば、上記ファジィ制御ルー
ル格納部に格納されているファジィ制御ルールに基づい
て実際にトンネル掘削機の方向を制御しつつトンネルを
掘削している場合に、オペレータによって、上記指示値
の履歴と上記計測値の軌跡と上記トンネル計画線との対
比図が参照されてファジィ制御ルールの修正が必要か否
かが判別される。そして、上記ファジィ制御ルールの修
正が指示されると、上記シミュレーション演算、シミュ
レーション結果の図示、この図示されたシミュレーショ
ン結果に基づく修正必要箇所の指定、修正が必要なメン
バーシップ関数の抽出・図示・修正が行われる。こうし
て、トンネル掘削現場において、容易に、迅速に、上記
ファジィ制御ルールの修正必要箇所が発見されて修正さ
れる。

【００２４】また、請求項５に係る発明は、請求項３に
係る発明のトンネル掘削機の掘進方向自動制御装置にお
いて、上記メンバーシップ関数表示手段は、上記抽出さ
れたメンバーシップ関数を他のメンバーシップ関数と異
なる色で図示することによって、上記抽出されたメンバ
ーシップ関数の図示を行うようになっていることを特徴
としている。

【００２５】上記構成によれば、修正必要箇所における
上記シミュレーション演算に使用されたメンバーシップ
関数を総てのメンバーシップ関数と対比して図示するこ
とによって、上記修正必要箇所に係るメンバーシップ関
数に対する変更が必要か、あるいは、新たなメンバーシ
ップ関数を追加すべきかが、容易に判定される。

【００２６】また、請求項６に係る発明は、請求項３に
係る発明のトンネル掘削機の掘進方向自動制御装置にお
いて、上記シミュレーション結果表示手段は、上記ファ
ジィ制御ルール修正手段による修正前のファジィ制御ル
ールと修正後のファジィ制御ルールとに関する上記設定
値と指示値との関係を、上記画像表示部に対比させて図
示する対比図示手段を有することを特徴としている。

【００２７】上記構成によれば、上記修正の前後の両フ
ァジィ制御ルールに関する上記設定値と指示値との関係
を対比して図示することによって、当該修正の適否が一
目で判定される。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。図１は、本実施の形態のトン
ネル掘削機の掘進方向自動制御装置が搭載されたトンネ
ル掘削装置における概略構成図である。

【００２９】図１において、ビーム体１の前端部に設け
られたカッターヘッド２を回転しつつ、ビーム体１の軸
の左右の夫々設けられた推進ジャッキ３,４を駆動し
て、水平方向修正機構５,６のトンネル壁面への当節点
を基点としてビーム体１を前進させることによって、岩
盤にトンネルを掘削する。その場合に、ビーム体１の左
右に位置する水平方向修正機構５と水平方向修正機構６
とを操作することによってトンネル掘削装置の水平方向
の向きを変更する一方、上下方向修正機構７を操作する
ことによってトンネル掘削装置の垂直方向を変更して、
トンネルの掘削方向を制御するのである。

【００３０】ここで、上記トンネルの掘削方向(つまり
トンネル掘削装置の向き)は、次のようにして計測す
る。すなわち、上記ビーム体１の後方における既掘削ト
ンネルの中心線上にレーザ発振器８を設置する一方、ビ
ーム体１の中心線上に２つの受光板９,１０を取り付け
る。受光板９,１０は、レーザ光の受光位置を検出する
ようになっており、受光位置を表す検出信号を制御装置
１１に送出する。制御装置１１は、受光板９と受光板１
０とからの検出信号に基づいて、両受光板９,１０の受
光位置のずれと両受光板９,１０間の距離とから、トン
ネルの計画線とビーム体１の中心線との水平方向の偏倚
量ＤＨと垂直方向の偏倚量ＤＶと水平方向の偏角量θＨ
と垂直方向の偏角量θＶとを算出する。

【００３１】また、上記制御装置１1は、予め作成され
た水平方向の偏倚量ＤＨおよび水平方向の偏角量θＨと
水平方向修正機構５,６への修正指示値との関係を表す
水平方向のファジィ制御ルールと、垂直方向の偏倚量Ｄ
Ｖ及び垂直方向の偏角量θＶと上下方向修正機構７への
修正指示値との関係を表す上下方向のファジィ制御ルー
ルとを保持している。そして、このファジィ制御ルール
を用いて操作パネル１２からの指示に従って予めシミュ
レーションを行い、その結果を表示部１３に表示する。

【００３２】さらに、上記算出した偏倚量ＤＨ,ＤＶお
よび偏角量θＨ,θＶを用い、上記ファジィ制御ルール
に従って水平方向の修正指示値と上下方向の修正指示値
とを求める。そして、その両修正指示値に従って、方向
修正駆動部１４を介して水平方向修正機構５,６および
上下方向修正機構７を制御してトンネル掘削装置の水平
方向および垂直方向の向きを修正させる。こうして、所
定距離のトンネルを掘削した後に、レーザ発振器８を駆
動して受光板９,１０からの検出信号に基づいて既掘削
トンネルの中心線とビーム体１の中心線との偏倚量Ｄ
Ｈ,ＤＶおよび偏角量θＨ,θＶを算出してシールド機の
掘削軌跡を得、上記修正指示値の履歴と実際の掘削軌跡
との対比図を表示部１３に表示する。

【００３３】そして、上記表示された現在のファジィ制
御ルールのシミュレーション結果、あるいは、そのファ
ジィ制御ルールに基づく修正指示値とトンネル軌跡との
対比図に基づいて、オペレータによって現在のファジィ
制御ルールに対する修正が必要と判定されると、操作パ
ネル１２からの指示に従って、ファジィ制御ルールの修
正を行い、修正後のファジィ制御ルールに対するシミュ
レーションとその結果の表示を行うのである。

【００３４】このように、本実施の形態においては、現
在登録されているファジィ制御ルールのシミュレーショ
ン結果を表示するので、ファジィ制御ルールそのものを
見ても意味するところを理解できないオペレータであっ
ても、現ファジィ制御ルールが制御しようとしている意
図を視覚的に理解することができる。また、現ファジィ
制御ルールに基づく修正指示値の履歴とトンネル軌跡と
トンネル計画線の対比図も表示するので、制御ルールが
制御しようとする意図が機械特性や土質等に合っている
か否かを知ることができる。したがって、上記対比図を
参考にして現ファジィ制御ルールの修正必要箇所を見付
け出し、修正することによって、より現場に即したファ
ジィ制御ルールを短時間に簡単に見つけ出すことができ
るのである。

【００３５】以下、この発明の特徴である上記制御装置
１１について、さらに詳細に説明する。図２は、上記制
御装置１１の機能ブロック図である。この制御装置１１
は、大きく分けてシミュレーション部１５とファジィ処
理部１６とから構成される。先に、シミュレーション部
１５について説明する。

【００３６】上記ファジィ制御ルールはルール格納部１
９aとメンバーシップ関数格納部１９bとからなるファジ
ィ制御ルール格納部２０に格納されている。尚、ルール
格納部１９aに格納されているルールの格納形式は特に
限定するものではないが、例えば、図３に示すような形
式でＮo.３〜Ｎo.１１の９種類のルールが格納されてい
るのものとする。ルール作成/修正部１７は、操作パネ
ル１２からの指示に従って、ルールを作成してルール格
納部１９aに格納する。さらに、作成した各ルールに用
いるメンバーシップ関数を作成してメンバシップ関数格
納部１９bに格納する。また、操作パネル１２からの指
示に従って、ルール格納部１９aに格納されているルー
ルあるいはメンバーシップ関数格納部１９bに格納され
ているメンバーシップ関数を修正して、ルール格納部１
９aあるいはメンバーシップ関数格納部１９bの内容を更
新する。

【００３７】尚、上記ルールとは、例えば水平偏角にお
いては、 “if”ＤＨ＝ＡＨi and θＨ＝aＨi “then”ＥＨ＝Ｓi ここでＡＨi：ＤＨの度合い算出時に使用するメンバ
ーシップ関数名 aＨi：θＨの度合い算出時に使用するメンバーシップ関
数名Ｓi：ＥＨの度合を表すメンバーシップ関数名 i＝３〜１１で表される９個の演算手順をいう。そして、上記９個の
ルールと各ルールにおいて使用されるメンバーシップ関
数ＡＨi,aＨiとでファジィ制御ルールが構成されるので
ある。

【００３８】シミュレーション演算部１８は、上記ルー
ル格納部１９aに格納されているルールとメンバーシッ
プ関数格納部１９bに格納されている上記ルールに対応
付けられたメンバーシップ関数とを上記ファジィ制御ル
ールとしてルール作成/修正部１７から受け取る。そし
て、シミュレーション用データを上記ファジィ制御ルー
ルの前件部変数ＤＨ,θＨに代入して水平方向の修正指
示値と上下方向の修正指示値とを求めるシミュレーショ
ン演算を行い、シミュレーション結果を表示部１３に表
示する。

【００３９】次に、上記ファジィ処理部１６について説
明する。演算器２１は、受光板９,１０から送出される
検出信号に基づいて、水平方向の偏倚量ＤＨと偏角量θ
Ｈおよび垂直方向の偏倚量ＤＶと偏角量θＶを算出し
て、指示値/計測値格納部２２に格納する。すなわち、
本実施の形態においては、上記計測手段を受光板９,１
０と演算器２１とで構成するのである。

【００４０】ファジィ演算部２３は、上記演算器２１に
よって求められて指示値/計測値格納部２２に格納され
ている偏倚量ＤＨ,ＤＶおよび偏角量θＨ,θＶを、ルー
ル格納部１９aに格納されたルールに従ってメンバーシ
ップ関数格納部１９bから読み出したメンバーシップ関
数に代入して、水平方向及び上下方向の修正指示値(以
下、単に指示値と言う)を算出するファジィ演算を行
う。そして、得られた指示値を指示値/計測値格納部２
２に格納する。

【００４１】方向修正部２４は、上記指示値/計測値格
納部２２に格納された指示値に基づいて、方向修正駆動
部１４の第１水平方向修正駆動部２５,第２水平方向修
正駆動部２６および上下方向修正駆動部２７を制御し、
水平方向修正機構５,６および上下方向修正機構７を駆
動してビーム本体１の水平方向および上下方向の向きを
修正する。すなわち、本実施の形態においては、上記フ
ァジィ制御手段を方向修正部２４で構成するのである。

【００４２】ファジィ制御部２８は、上記操作パネル１
２からオペレータによって入力される指示に従って、フ
ァジィ演算部２３を制御して、水平方向および上下方向
の指示値の算出を行わせる。また、指示値/計測値格納
部２２から指示値の履歴と偏倚,偏角の軌跡とを読み出
して表示部１３に対比して図示する。すなわち、本実施
の形態においては、上記軌跡表示手段をファジィ制御部
２８で構成するのである。

【００４３】図４は、上記制御装置１１のルール作成/
修正部１７およびファジィ制御部２８の制御の下に行わ
れるトンネル掘進制御処理動作のフローチャートであ
る。以下、図４に従って、トンネル掘進制御処理動作に
ついて詳細に説明する。

【００４４】ステップＳ1で、上記ルール作成/修正部１
７によって、上記操作パネル１２からの指示に従ってフ
ァジィ制御ルールのルールが作成されてルール格納部１
９aに格納される。また、上記作成されたルールで使用
されるメンバーシップ関数が作成されてメンバシップ関
数格納部１９bに格納される。

【００４５】ステップＳ2で、上記ルール作成/修正部１
７によって上記シミュレーション演算部１８が制御され
て、後に詳述するような異常箇所除去サブルーチンが実
行される。ステップＳ3で、上記カッタヘッド２の動作
を制御するトンネル掘削装置(図示せず)に対して掘進開
始指示が出力されて、トンネルの掘進が開始される。ス
テップＳ4で、上記ビーム体１の支持体に対するビーム
体１の軸方向への相対変位が変位センサ(図示せず)によ
って計測されて掘進距離が求められる。そして、この掘
進距離が予め設定された方向修正間隔(図９参照)に至っ
たか否かが判別され、上記方向修正間隔に至るとステッ
プＳ5に進む。

【００４６】ステップＳ5で、上記ファジィ制御部２８
によって演算器２１が制御されて、上記偏倚量ＤＨ,Ｄ
Ｖおよび偏角量θＨ,θＶが算出される。そして、算出
された偏倚量ＤＨ,ＤＶおよび偏角量θＨ,θＶの値が指
示値/計測値格納部２２に格納される。こうして、偏倚,
偏角の測定が行われる。

【００４７】ステップＳ6で、上記ファジィ制御部２８
によってファジィ演算部２３が制御されて、指示値/計
測値格納部２２に格納された最新の偏倚量ＤＨ,ＤＶと
偏角量θＨ,θＶとの値が読み出される。そして、上記
ルール格納部１９aから上記最新の水平方向の偏倚量Ｄ
Ｈと偏角量θＨとの値に適合するルールが検索され、こ
の検索されたルールに対応するメンバーシップ関数がメ
ンバーシップ関数格納部１９bから読み出される。そし
て、上記最新の水平方向の偏倚量ＤＨと偏角量θＨの値
が当該メンバーシップ関数に代入されて、水平方向の指
示値(つまり、水平方向修正機構５,６の制御量)が算出
される。同様にして、垂直方向の偏倚量ＤＶと偏角量θ
Ｖとが該当するメンバーシップ関数に代入されて、上下
方向の指示値(つまり、上下方向修正機構７の制御量)が
算出される。こうして算出された各指示値は指示値/計
測値格納部２２に格納される。

【００４８】この場合の指示値の算出は次のようにして
行われる。ここで、用いられる水平方向のファジィ制御
ルールのメンバーシップ関数は、図７に示すようなメン
バーシップ関数であるとする。また、上記ステップＳ5
において測定された水平偏倚ＤＨおよび水平偏角θＨ
は、夫々ＤＨ＝ｃ,θＨ＝ｄであるとする。

【００４９】先ず、ＤＨ＝ｃ＝ＮＳ,θＨ＝ｄ＝ＺＲに
該当するＮo.４のファジィ制御ルールの前件部に、水平
偏倚ＤＨの計測値ＤＨ＝ｃおよび水平偏角θＨの計測値
θＨ＝ｄが代入される。その結果、ＡＨ(ＤＨ＝ｃ)＝ａ，ａＨ(θＨ＝ｄ)＝ｂここで、ＡＨ(ＤＨ＝ｘ)：偏倚量がｘである度合いａＨ(θＨ＝ｙ)：偏角量がｙである度合いとなったとする。次に、同ファジィ制御ルールの後件部
の度合を求める。本例の場合は、ｓ×min(ＡＨ,ａＨ)＝ｓ×ｂとなる。この値を当該ＤＨ＝ｃ＝ＮＳ and(かつ) θ
Ｈ＝ｄ＝ＺＲに該当する総てのファジィ制御ルールにつ
いて求め、その加重平均値を以て指示値とする。尚、本
例の場合、計測値ＤＨ＝ｃ,θＨ＝ｄの場合には、該当
するファジィ制ルールは１つであるから、加重平均は行
われない。

【００５０】ステップＳ7で、上記ファジィ演算部２３
からの指示によって方向修正部２４が起動される。そし
て、上記ファジィ演算部２３から受け取った最新の水平
方向および上下方向の指示値に基づいて、方向修正部２
４によって第１,第２水平方向修正駆動部２５,２６およ
び上下方向修正駆動部２７が制御されて、水平方向修正
機構５,６および上下方向修正機構７が操作される。

【００５１】ステップＳ8で、上記ステップＳ4と同様に
して、掘進距離が予め設定された方向修正間隔に至った
か否かが判別される。そして、上記方向修正間隔に至る
とステップＳ9に進む。ステップＳ9で、上記ステップＳ
5と同様にして、上記偏倚,偏角の測定が行われる。

【００５２】ステップＳ10で、上記ファジィ制御部２８
によって、上記ステップＳ7において指示された水平方
向および上下方向の指示値を含む所定回数分の指示値
と、上記ステップＳ9において測定された水平方向の偏
倚,偏角量ＤＨ,θＨおよび垂直方向の偏倚,偏角ＤＶ,θ
Ｖを含む上記所定回数分の偏倚,偏角の測定値とが、指
示値/計測値格納部２２から読み出される。そして、こ
の読み出された各値に基づいて、上記指示値の履歴と偏
倚,偏角の軌跡とトンネル計画線が、図９あるいは図１
０に示すように表示部１３に同時に図示される。

【００５３】ステップＳ11で、上記ファジィ制御部２８
によって、オペレータとの対話によって、上記図示され
た指示値の履歴と偏倚,偏角の軌跡とトンネル計画線と
の比較の結果、上記指示値と偏倚/偏角量との適合性が
良いか否かが判別される。その結果、適合性が良い場合
には、操作パネル１２から「修正の必要なし」が指示さ
れてステップＳ15に進む。一方、そうでない場合には
「修正の必要あり」が指示されてステップＳ12に進む。

【００５４】ステップＳ12で、上記ファジィ制御部２８
によって上記トンネル掘削装置に対して掘進停止指示が
出力されて、トンネルの掘進が停止される。ステップＳ
13で、上記ルール作成/修正部１７によって、操作パネ
ル１２からの指示に従ってシミュレーション演算部１８
が制御されて、後に詳述するようなルール修正サブルー
チンが実行される。ステップＳ14で、上記ファジィ制御
部２８によって上記トンネル掘削装置に対して掘進再開
指示が出力されて、トンネルの掘進が再開される。

【００５５】ステップＳ15で、上記ファジィ制御部２８
によって、操作パネル１２からの指示に従って、上記変
位センサで求められた掘進距離が支保工またはセグメン
トの建込間隔である１ストローク分の距離になったか否
かが判別される。その結果、１ストローク分掘進してい
なければ上記ステップＳ6に戻って、上記ステップＳ9に
おいて測定された偏倚/偏角の値に基づく指示値の算出,
方向修正,制御ルール修正の有無判定および制御ルール
の修正が継続される。一方、１ストローク分掘進すれば
ステップＳ16に進む。ステップＳ16で、上記ファジィ制
御部２８によって上記トンネル掘削装置に対して掘進停
止指示が出力されてトンネルの掘進が停止され、トンネ
ル掘進制御処理動作を終了する。

【００５６】次に、図４に示すトンネル掘進制御処理動
作のメインルーチンにおける上記ステップＳ2において
実行される異常箇所除去サブルーチンについて詳細に説
明する。上記メインルーチンのステップＳ1において、
ファジィ制御ルールのルールおよびメンバーシップ関数
が作成されてルール格納部１９a及びメンバーシップ関
数格納部１９bに格納されると、異常箇所除去サブルー
チンがスタートする。

【００５７】ステップＳ21で、上記シミュレーション演
算部１８が制御されて上記シミュレーション演算が行わ
れる。このシミュレーション演算は、ルール格納部１９
aに格納された全ルールとメンバーシップ関数格納部１
９bに格納された全メンバーシップ関数とから構成され
る全てのファジィ制御ルールの前件部変数に、予め設定
されているシミュレーション用の種々の偏倚値,偏角値
を代入して水平方向と上下方向との指示値を得ることに
よって行われる。そして、得られたシミュレーション結
果(指示値)が表示部１３に図６に示すように表示され
る。

【００５８】ここで、図６に従って、上記シミュレーシ
ョン結果の表示内容について説明する。表示部１３の表
示画面３１における中央にはシミュレーション結果表示
領域３２が設けられ、ここには上記種々の偏角(ズレ角)
値をパラメータとした種々の偏倚(ズレ量)値と指示値
(サイド値：シミュレーション結果)との関係を表す曲線
が表示される。図６においては、８個の水平方向の偏角
量θＨをパラメータとした水平方向の偏倚量ＤＨとそれ
に対する指示値との関係を表す８本の曲線を示してい
る。尚、シミュレーション結果表示領域３２中に表示さ
れている縦線３３はカーソルであり、操作パネル１２か
らの指示によって図中左右に移動する。

【００５９】上記表示画面３１におけるシミュレーショ
ン結果表示領域３２の右側にはカーソル位置情報表示領
域３４が設けられ、現在カーソル３３で指定されている
水平偏倚(水ズレ量)の数値「３３.２０」が表示され
る。また、カーソル位置情報表示領域３４の右側のパラ
メータ値表示領域３５には、シミュレーション結果表示
領域３２に表示されている曲線のパラメータとしての８
つの水平偏角(水ズレ角)の数値が表示される。また、表
示画面３１における最右側には指示値表示領域３６が設
けられ、現在カーソル３３で指定された水平偏倚量３
３.２０mmでの各パラメータ毎の指示値ａ〜ｈが表示さ
れる。

【００６０】また、上記表示画面３１の下側にはファジ
ィ制御ルール表示領域３７が設けられ、上記シミュレー
ションの対象となっているファジィ制御ルール(本例で
は９つのファジィ制御ルール)のうち、４つのファジィ
制御ルールで使用されるメンバーシップ関数とカーソル
３３の位置での指示値とが各ファジィ制御ルール別に表
示されている。この表示されているファジィ制御ルール
をスクロールすることによって全部(９つ)のファジィ制
御ルールを表示することができる。すなわち、本実施の
形態においては、上記シミュレーション演算手段,シミ
ュレーション結果表示手段およびメンバーシップ関数表
示手段をシミュレーション演算部１８で構成するのであ
る。

【００６１】図６に示すようなシミュレーション結果の
表示において、オペレータあるいはファジィ制御ルール
作成者は、シミュレーション結果表示領域３２に表示さ
れた曲線を見ることによって、例えば、水平偏角量θＨが−（例えば曲線Ａ)の場合：・水平偏倚量ＤＨが０mmでもビーム体１を水平方向右
(＋)側に移動させる・水平偏倚量ＤＨが−の場合の制御量の変化の度合いは
＋の場合より大きい水平偏角量θＨが０（曲線Ｂ)の場合：・水平偏倚量ＤＨに比例して制御する水平偏角量θＨが＋（例えば曲線Ｃ)の場合：・水平偏倚量ＤＨが０mmでもビーム体１を水平方向左
(−)側に移動させる・水平偏倚量ＤＨが−の場合の制御量の変化の度合いは
＋の場合より小さい等の現在ファジィ制御ルール格納部２０に格納されてい
るファジィ制御ルールが制御しようとする意図を視覚的
に理解できるのである。

【００６２】さらに、上述のように、シミュレーション
結果を表示することによって、曲線Ａ(水平偏角θＨ＝
−１゜)におけるイで示す部分のように、メンバーシッ
プ関数を含むファジィ制御ルールに異常箇所があること
を誰の目でも簡単に見付け出すことができる。さらに
は、ファジィ制御ルール作成者の意図どおりにファジイ
制御ルールが作成されているか否かの判断を行うことも
できる。

【００６３】ステップＳ22で、オペレータまたはファジ
ィ制御ルール作成者との対話によって、ファジィ制御ル
ールに異常箇所があるか否かが判断される。その結果、
異常箇所がある場合には、オペレータまたはファジィ制
御ルール作成者によって、操作パネル１２によって変数
指示用のカーソル３３とパラメータ指示用のカーソル
(図示せず)が操作されて、例えばイの部分の水平偏倚Ｄ
Ｈa＝３３.２mmと水平偏角θＨa＝−１.００°とが指定
される。そして、この指定にしたがってステップＳ23に
進む。一方、異常箇所がない場合にはメインルーチンリ
ターンする。

【００６４】ステップＳ23で、上記指定偏倚ＤＨaと指
定偏角θＨaとによる指示値算出に使用されるファジィ
制御ルールが、異常ファジィ制御ルールとして抽出され
る。そして、この異常ファジィ制御ルールの前件部およ
び後件部のメンバーシップ関数が、図６のファジィ制御
ルール表示領域３７上で異なる色で表示される。尚、そ
の場合の異常ファジィ制御ルールの抽出は、ルール格納
部１９aとメンバーシップ関数格納部１９bとから、上記
指定偏倚ＤＨaと指定偏角θＨaとにおける変数ＤＨ,θ
Ｈの度合いが０ではない前件部のメンバーシップ関数と
そのメンバーシップ関数が使用されるルールの後件部に
用いられるメンバーシップ関数とを選出することによっ
て行われる。

【００６５】ステップＳ24で、オペレータによって操作
パネル１２が操作されて、上記表示画面３１の表示内容
が図７のようにメンバーシップ関数表示に切り換えられ
る。この場合にも、上記異常ファジィ制御ルールの前件
部および後件部のメンバーシップ関数は異色表示されて
いる。そして、上記抽出された異常ファジィ制御ルール
のメンバーシップ関数が、例えば、操作パネル１２の操
作で表示画面３１上の対象メンバーシップ関数のグラフ
線形を入力軸方向にスライドさせることによって新たな
メンバーシップ関数に修正される。または、上記表示画
面３１の下側のパターン表示領域４１に表示された形状
パターンの中から指定された形状パターンに置き換えら
れて修正される。そして、この修正されたメンバーシッ
プ関数によってメンバーシップ関数格納部１９bの内容
が更新される。また、必要があれば、表示画面３１上の
未使用領域(斜線で示された領域)に新たなルールおよび
メンバーシップ関数を追加することによって、ファジィ
制御ルールが修正されて、修正後のファジィ制御ルール
によってルール格納部１９aおよびメンバーシップ関数
格納部１９bの内容が更新される。すなわち、本実施の
形態においては、上記修正必要箇所指定手段を操作パネ
ル１２で構成し、上記ファジィ制御ルール修正手段をル
ール作成/修正部１７で構成するのである。

【００６６】ステップＳ25で、上記シミュレーション演
算部１８が制御されて、上記ステップＳ21の場合と同様
にして修正後の全ファジィ制御ルールに対するシミュレ
ーションが行われる。そして、シミュレーション結果が
表示部１３に表示される。

【００６７】ステップＳ26で、オペレータあるいはファ
ジィ制御ルール作成者との対話によって、表示部１３に
表示されたシミュレーション結果に基づいて、上記異常
ファジィ制御ルールのルールまたはメンバーシップ関数
の異常は解消されたか否かが判別される。その結果、解
消されていればオペレータあるいはファジィ制御ルール
作成者によって「終了」が指示されて、異常箇所除去サ
ブルーチンを終了してメインルーチンにリターンする。
一方、解消されていなければ上記ステップＳ23に戻る。
そして、上記ステップＳ26において異常は解消されたと
判別されればメインルーチンにリターンする。

【００６８】このように、本実施の形態によれば、作成
されたファジィ制御ルールのシミュレーション結果を表
示部１３に表示できるので、オペレータは、ファジィ制
御ルールが制御しようとする意図を視覚的に理解でき
る。また、ルールやメンバーシップ関数上の異常箇所を
簡単に見付け出すことができる。さらに、ファジィ制御
ルールを表示部１３に表示し、異常メンバーシップ関数
を抽出してその形状パターンを移動したり他の形状パタ
ーンに置き換えたりできる。したがって、作成したファ
ジィ制御ルールによって実際にトンネルを掘削しなくと
も、ファジィ制御ルールの異常箇所を予め短時間に簡単
に取り除くことができる。

【００６９】次に、図４に示すトンネル掘進制御処理動
作のメインルーチンにおける上記ステップＳ13において
実行されるルール修正サブルーチンについて説明する。
上記メインルーチンにおけるステップＳ11において上記
指示値と偏倚/偏角量との適合性が良くないと判別さ
れ、ステップＳ12においてトンネルの掘進が停止される
と、図８に示すルール修正サブルーチンがスタートす
る。

【００７０】ステップＳ31で、上記シミュレーション演
算部１８が制御されて、上記異常箇所除去サブルーチン
における上記ステップＳ21と同様にして、シミュレーシ
ョン演算が行われる。そして、上記表示部１３の表示画
面３１に、図６に示すようにシミュレーション結果が表
示される。

【００７１】ステップＳ32で、オペレータによって、上
記メインルーチンにおける上記ステップＳ6での指示値
算出の際に指定された偏倚ＤＨ,偏角θＨの値(ステップ
Ｓ5において測定された偏倚ＤＨ,偏角θＨの値)に基づ
いて上記シミュレーション結果上の修正必要箇所が検知
され、修正イメージが想起される。そして、オペレータ
によって、操作パネル１２から変更指示用のカーソル３
３と上記パラメータ指示用のカーソルとが操作されて、
上記修正必要箇所が指定される。

【００７２】ステップＳ33で、上記指定された修正必要
箇所に基づいて、上記異常箇所除去サブルーチンのステ
ップＳ23と同様にして、修正が必要なファジィ制御ルー
ルが抽出される。そして、この修正が必要なファジィ制
御ルールの前件部および後件部のメンバーシップ関数
が、他とは異なる色で表示される。

【００７３】ステップＳ34で、オペレータによって、上
記抽出された修正が必要なファジィ制御ルールが、上記
ステップＳ32で想起された修正イメージを基に、上記異
常箇所除去サブルーチンのステップＳ24と同様にして修
正される。そして、修正されたファジィ制御ルールによ
ってルール格納部１９aやメンバーシップ関数格納部１
９bの内容が更新される。

【００７４】ステップＳ35で、上記シミュレーション演
算部１８が制御されて、上記異常箇所除去サブルーチン
におけるステップＳ21の場合と同様にして、修正後の全
ファジィ制御ルールに対するシミュレーション演算が行
われる。そして、シミュレーション結果が、図６に示す
ように表示部１３の表示画面３１に表示される。

【００７５】ステップＳ36で、オペレータとの対話によ
って、上記表示部１３に表示されたシミュレーション結
果が参照されて、要求どおりの(すなわち、想起したイ
メージどおりの)修正が行われたか否かが判別される。
このとき、ステップＳ31での修正前のシミュレーション
結果と上記修正後のシミュレーション結果とを併せて表
示することによって、ファジィ制御ルールの修正の適否
がより判断しやすくなる。そして、要求どおりの修正が
行われていれば、オペレータによる操作パネル１２から
の「終了」の指示によってルール修正サブルーチンを終
了してメインルーチンにリターンする。一方、要求どお
りの修正が行われていなければステップＳ32に戻って、
次の修正必要箇所の検知に移行する。そして、上記ステ
ップＳ36において、要求どおりにファジィ制御ルールが
修正されたと判別されればルール修正サブルーチンを終
了してメインルーチンにリターンする。

【００７６】このように、本実施の形態によれば、上記
メインルーチンのステップＳ10において、トンネル掘削
開始から現時点までの指示値の履歴と偏倚,偏角の軌跡
(既掘削トンネルの軌跡)とトンネル計画線との対比を図
９または図１０に示すように表示部１３に表示する。し
たがって、この対比図を参照することによって、現ファ
ジィ制御ルールの修正必要箇所と修正の方向や度合いを
簡単に知ることができる。つまり、より現場に即したフ
ァジィ制御ルールを短時間に簡単に得ることができるの
である。

【００７７】また、その場合にも、ファジィ制御ルール
のメンバーシップ関数を表示部１３に表示するので、メ
ンバーシップ関数のグラフ線形を入力軸方向にスライド
させたり、形状パターンを変更したりするだけの簡単な
処理で、ファジィ制御ルールを修正できる。さらに、修
正されたファジィ制御ルールのシミュレーション結果を
表示部１３に表示するので、上記ファジィ制御ルールの
修正が要求どおりに修正されているか否かを簡単に判別
でき、掘削によるトライ・アンド・エラーによる修正回数
の増加を削減できる。

【００７８】本来、トンネル計画線に対するトンネル掘
削装置の偏倚,偏角量と方向修正用の指示値との関係は
線形であるはずである。ところが、重心位置やジャッキ
特性や設計微差等のトンネル掘削装置の特性、土質、切
羽における土質分布等によって、必ずしも線形の関係が
良いとは限らず、曲線的関係を呈するのが常である。と
ころが、オペレータは、現場の土質や切羽における土質
分布あるいはトンネル掘削装置の特性等から経験上最適
な曲線的関係が分かっているとしても、どのようなファ
ジィ制御ルールによって目的とする曲線的関係が得られ
るのかが分からない。したがって、従来の技術では、現
場に即したファジィ制御ルールを構築するには、実際に
トンネル掘削を行ってトライ・アンド・エラーを繰り返さ
ざるを得ず、多大の時間と労力とを必要としている。

【００７９】ところが、本ファジィ制御情報の表示装置
が搭載されたトンネル掘削装置によれば、次のようにし
て現場に即したファジィ制御ルールを簡単に構築するこ
とができるのである。

【００８０】すなわち、先ず偏倚,偏角量と指示値との
関係が線形になるようなファジィ制御ルールを作成し、
そのシミュレーション結果を表示する。この場合のシミ
ュレーション結果は直線関係になっている。後は、トン
ネル掘削装置の特性、土質、切羽における土質分布に応
じて、シミュレーション結果がオペレータが望む偏倚,
偏角量と指示値との曲線的関係になるように、上述のシ
ミュレーション結果の表示とメンバーシップ関数の修正
とを繰り返せば良いのである。したがって、実際にトン
ネルを掘削することなく、オペレータが頭に描くような
偏倚,偏角量と指示値との関係を呈するファジィ制御ル
ールを簡単且つ迅速に構築できるのである。

【００８１】さらに、上述のようにして構築でされたフ
ァジィ制御ルールに従って実際にトンネルを掘削し、偏
倚,偏角の軌跡がトンネル計画線に一致するように、メ
ンバーシップ関数の修正と、シミュレーション結果の表
示と、指示値の履歴および偏倚,偏角の軌跡の表示を繰
り返すことによって、トンネル計画線に沿ってトンネル
を掘削できるようにファジィ制御ルールを修正できるの
である。

【００８２】尚、上記実施の形態においては、主に水平
方向の方向制御を例に説明しているが、垂直方向の方向
制御も場合も同様である。また、主に偏倚量と偏角量と
に基づく方向制御を例に説明しているが、これに限定さ
れるものではない。例えば、図７における斜線領域(未
使用領域)の偏倚変化率や偏角変化率等の種々の状態変
数を選択的に用いて方向制御を行っても構わない。

【００８３】また、この発明におけるトンネル掘進制御
処理動作,異常箇所除去サブルーチンおよびルール修正
サブルーチンのアルゴリズムは、図４,図５および図８
に示すフローチャートに限定されるものではない。

【００８４】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１に係
る発明のトンネル掘削機の掘進方向自動制御装置は、シ
ミュレーション演算手段によって、トンネル掘削機のト
ンネル計画線からの水平及び垂直方向への偏倚及び偏角
の設定値をファジィ制御ルールの前件部変数に与えてシ
ミュレーション演算を行い、上記演算結果を受けて、シ
ミュレーション結果表示手段によって、上記種々の設定
値とその設定値で得られた方向修正手段制御用の指示値
との関係を画像表示部に図示するので、この図示された
シミュレーション結果を参照することによって、当該フ
ァジィ制御ルールが制御しようとする意図を視覚的に誰
でも容易に理解できる。さらに、上記図示されたシミュ
レーション結果を参照することによって、ファジイ制御
ルールに存在する修正必要箇所を予め容易に見付け出す
ことができる。

【００８５】また、請求項２に係る発明のトンネル掘削
機の掘進方向自動制御装置は、上記種々の設定値と得ら
れた指示値との関係を直交座標上に曲線で図示するの
で、上記設定値と指示値との関係をオペレータは直感的
に理解できる。また、上記ファジィ制御ルールの修正必
要箇所を直感的に見つけ出すことができる。

【００８６】また、請求項３に係る発明のトンネル掘削
機の掘進方向自動制御装置は、修正必要箇所指定手段に
よって、上記画像表示部に表示された上記シミュレーシ
ョン結果としての上記種々の設定値と得られた指示値と
の関係中における修正必要箇所を指定すると、メンバー
シップ関数表示手段によって、上記修正必要箇所指定手
段で指定した上記関係中における修正必要箇所に係るメ
ンバーシップ関数を抽出して上記画像表示部に図示し、
ファジィ制御ルール修正手段によって、上記図示された
修正必要箇所に係るメンバーシップ関数の変更あるいは
新たなメンバーシップ関数の追加を行うので、ファジィ
制御ルールを用いて現場で実際にトンネルを掘削するこ
となく、予め、簡単に、短時間に、机上で上記ファジィ
制御ルールを修正できる。

【００８７】その場合に、上記画像表示部に図示された
シミュレーション結果の修正必要箇所を指定するだけ
で、上記修正必要箇所に対応するメンバーシップ関数が
抽出されて図示されるので、誰でも簡単に修正が必要な
メンバーシップ関数を求めて変更することができる。

【００８８】また、請求項４に係る発明のトンネル掘削
機の掘進方向自動制御装置は、ファジィ演算手段によっ
て、計測手段による上記トンネル掘削機のトンネル計画
線からの上記偏倚及び偏角の計測値と上記ファジィ制御
ルールとに基づいて上記方向修正手段制御用の指示値を
算出し、上記算出された指示値に従って、ファジィ制御
手段によって方向修正手段の動作を制御し、軌跡表示手
段によって、上記ファジィ演算手段による指示値の履歴
と上記計測手段による計測値の軌跡と上記トンネル計画
線とを上記画像表示部に対比させて図示するので、上記
ファジィ制御ルール格納部に格納されているファジィ制
御ルールに基づいて実際にトンネル掘削機の方向を制御
しつつトンネルを掘削している場合に、オペレータによ
って、上記指示値の履歴と上記計測値の軌跡と上記トン
ネル計画線の対比図を参照して、ファジィ制御ルールの
修正が必要か否かを判別できる。そして、オペレータに
よってファジィ制御ルールの修正が指示されると、上記
シミュレーション演算、シミュレーション結果の図示、
この図示されたシミュレーション結果に基づく修正必要
箇所の指定、修正が必要なメンバーシップ関数の抽出・
図示・修正を行うことできる。

【００８９】したがって、この発明によれば、トンネル
掘削現場において、容易に、短時間に、環境に応じてフ
ァジィ制御ルールを修正できる。つまり、試行錯誤によ
らずに、迅速にトンネル掘削現場に即したファジィ制御
ルールを得ることができるのである。

【００９０】また、請求項５に係る発明のトンネル掘削
機の掘進方向自動制御装置における上記メンバーシップ
関数表示手段は、上記抽出されたメンバーシップ関数を
他のメンバーシップ関数と異なる色で図示するので、上
記修正必要箇所における上記シミュレーション演算に使
用されたメンバーシップ関数を総てのメンバーシップ関
数と対比して図示することができる。したがって、上記
修正必要箇所に係るメンバーシップ関数に対する変更が
必要か、あるいは、新たなメンバーシップ関数の追加が
必要かを容易に判定することができる。

【００９１】また、請求項６に係る発明のトンネル掘削
機の掘進方向自動制御装置における上記シミュレーショ
ン結果表示手段は、対比図示手段によって、上記ファジ
ィ制御ルール修正手段による修正前のファジィ制御ルー
ルと修正後のファジィ制御ルールとに関する上記設定値
と指示値との関係を上記画像表示部に対比させて図示す
るので、上記修正の適否を一目で判定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のトンネル掘削機の掘進方向自動制御
装置が搭載されたトンネル掘削装置における概略構成図
である。

【図２】図１における制御装置の機能ブロック図であ
る。

【図３】図２におけるルール格納部に格納されたファジ
ィ制御ルールの一例を示す図である。

【図４】図１における制御装置によって行われるトンネ
ル掘進制御処理動作のフローチャートである。

【図５】異常箇所除去サブルーチンのフローチャートで
ある。

【図６】シミュレーション結果の表示例を示す図であ
る。

【図７】メンバーシップ関数の表示例を示す図である。

【図８】ルール修正サブルーチンのフローチャートであ
る。

【図９】水平偏倚における指示値の履歴とトンネル軌跡
との一例を示す図である。

【図１０】図９とは異なる水平偏倚および水平偏角にお
ける指示値の履歴とトンネル軌跡とを示す図である。

【符号の説明】

１…ビーム体、５,６…水平方
向修正機構、７…上下方向修正機構、８
…レーザ発振器、９,１０…受光板、
１１…制御装置、１２…操作パネル、
１３…表示部、１５…シミュレーション部、
１６…ファジィ処理部、１７…ルール作成/修正部、
１８…シミュレーション演算部、１９a…ル
ール格納部、１９b…メンバーシップ関
数格納部、２０…ファジィ制御ルール格納部、２１
…演算器、２３…ファジィ演算部、２４
…方向修正部、２８…ファジィ制御部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者背野康英大阪府大阪市阿倍野区松崎町２丁目２番２号株式会社奥村組内 (72)発明者三好裕芳大阪府大阪市阿倍野区松崎町２丁目２番２号株式会社奥村組内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トンネル掘削機の掘進方向がトンネル計
画線に沿うように、上記トンネル掘削機の水平および垂
直の掘進方向を修正する方向修正手段の動作をファジィ
制御するトンネル掘削機の掘進方向自動制御装置であっ
て、上記方向修正手段の動作をファジィ制御する際に使用さ
れるファジィ制御ルールが格納されたファジィ制御ルー
ル格納部と、上記トンネル掘削機のトンネル計画線からの水平および
垂直方向への偏倚および偏角を計測する計測手段と、上記計測手段による計測値と上記ファジィ制御ルールと
に基づいて上記方向修正手段制御用の指示値を算出する
ファジィ演算手段と、上記ファジィ演算手段によって算出された指示値に従っ
て上記方向修正手段の動作を制御するファジィ制御手段
と、上記トンネル掘削機の上記トンネル計画線からの上記偏
倚および偏角に関する予め設定された種々の設定値を上
記ファジィ制御ルールの前件変数に与えて上記指示値を
算出するシミュレーション演算を行うシミュレーション
演算手段と、上記シミュレーション演算手段の演算結果を受けて、上
記種々の設定値とこの設定値によって得られ上記指示値
との関係を画像表示部に図示するシミュレーション結果
表示手段を備えたことを特徴とするトンネル掘削機の掘
進方向自動制御装置。
【請求項２】請求項１に記載のトンネル掘削機の掘進
方向自動制御装置において、上記シミュレーション結果表示手段は、上記種々の設定
値とその設定値で得られた指示値との関係を、上記設定
値の軸と上記指示値の軸とが互いに直交して配置された
直交座標上に連続した線として図示するようになってい
ることを特徴とするトンネル掘削機の掘進方向自動制御
装置。
【請求項３】請求項１に記載のトンネル掘削機の掘進
方向自動制御装置において、上記ファジィ制御ルール格納部は、ルール格納部とメン
バーシップ関数格納部とから構成されると共に、上記画像表示部に図示された上記設定値と指示値との関
係中における修正必要箇所を指定する修正必要箇所指定
手段と、上記修正必要箇所指定手段によって指定された修正必要
箇所における上記シミュレーション演算に使用されたメ
ンバーシップ関数を抽出して上記画像表示部に図示する
メンバーシップ関数表示手段と、上記図示された修正必要箇所に係るメンバーシップ関数
の変更あるいは新たなメンバーシップ関数の追加を行う
ファジィ制御ルール修正手段を備えたことを特徴とする
トンネル掘削機の掘進方向自動制御装置。
【請求項４】請求項３に記載のトンネル掘削機の掘進
方向自動制御装置において、上記ファジィ演算手段による指示値の履歴と上記計測手
段による計測値の軌跡と上記トンネル計画線とを上記画
像表示部に対比させて図示する軌跡表示手段を備えたこ
とを特徴とするトンネル掘削機の掘進方向自動制御装
置。
【請求項５】請求項３に記載のトンネル掘削機の掘進
方向自動制御装置において、上記メンバーシップ関数表示手段は、上記抽出されたメ
ンバーシップ関数を他のメンバーシップ関数と異なる色
で図示することによって、上記抽出されたメンバーシッ
プ関数の図示を行うようになっていることを特徴とする
トンネル掘削機の掘進方向自動制御装置。
【請求項６】請求項３に記載のトンネル掘削機の掘進
方向自動制御装置において、上記シミュレーション結果表示手段は、上記ファジィ制
御ルール修正手段による修正前のファジィ制御ルールと
修正後のファジィ制御ルールとに関する上記設定値と指
示値との関係を、上記画像表示部に対比させて図示する
対比図示手段を有することを特徴とするトンネル掘削機
の掘進方向自動制御装置。