JP3247575B2 - Angle detection device in excavation direction control device of excavator - Google Patents
Angle detection device in excavation direction control device of excavatorInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、油井、ガス井掘削機
等に代表される掘削装置の掘削方向制御装置における角
度検出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angle detecting device in a drilling direction control device of a drilling device such as an oil well or gas well drilling machine.
【０００２】[0002]
【従来の技術】地下資源の採取あるいは土木工事を目的
として地下に孔を掘削する掘削装置、特に石油、天然ガ
ス、地熱蒸気などの地下流体資源を採取するためにその
賦存地層まで大深度の坑井を能率よく掘削する代表的な
掘削装置であるロータリー式掘削装置においては、固い
岩盤などを迂回させて掘削作業を継続させるために、ド
リルの進行方向を変更させる掘削方向制御装置が必要で
ある。また、掘削中に何らかの原因で掘削方向に狂いが
生じた場合には、掘削方向を目標とする方向に修正する
ため、掘削方向制御装置が必要である。2. Description of the Related Art Drilling rigs for drilling holes underground for the purpose of collecting underground resources or civil engineering work, especially for collecting underground fluid resources such as oil, natural gas, geothermal steam, etc. A rotary drilling rig, a typical drilling rig that efficiently drills a well, requires a drilling direction control device that changes the direction of drilling in order to continue drilling work by bypassing hard rock. is there. In addition, when the excavation direction is misaligned for some reason during excavation, an excavation direction control device is required to correct the excavation direction to a target direction.
【０００３】従来、ロータリー式掘削装置の掘削方向制
御装置としては、特開昭57-21695号公報、特開昭57-100
290号公報、特開昭58-210300号公報等に各種の掘削方向
制御機構が提案されている。しかし、特開昭57-21695号
公報、特開昭57-100290号公報、特開昭58-210300号公報
等に開示の掘削方向制御機構は、掘削方向を全方位に亘
って制御できないばかりでなく、機構が複雑であるなど
の問題点を有しており、十分に満足できるものではなか
った。Conventionally, as a drilling direction control device of a rotary drilling device, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 57-21695 and 57-100
Various excavation direction control mechanisms have been proposed in JP-A-290, JP-A-58-210300 and the like. However, the excavation direction control mechanism disclosed in JP-A-57-21695, JP-A-57-100290, JP-A-58-210300 and the like cannot control the excavation direction in all directions. However, there were problems such as the mechanism being complicated, and it was not sufficiently satisfactory.
【０００４】また、最近においては、複数の中空型調和
歯車減速機と、中空型調和歯車減速機のそれぞれの出力
要素に連結され、対応する各減速機回転軸に対して偏心
回転する偏心中空部を備えた複数の偏心回転部材と、前
記中空型調和歯車減速機の中空部および前記偏心回転部
材の前記偏心中空部を貫通した状態に装着された掘削機
ドリルの回転シャフトとを有し、偏心回転する前記偏心
中空部の内周面によって、前記回転シャフトの部分がシ
ャフト中心軸線とほぼ直行する方向に向けて変位せしめ
られるようになっている装置(特開平4-76183号公報)、
同軸状態に配置した第1および第2の中空型調和歯車減速
機と、前記第1の中空型調和歯車減速機と同軸状態に配
列され、この減速機により回転させられる第1の円環状
部材と、前記第2の中空型調和歯車変速機と同軸状態に
配列され、この変速機により回転させられる第2の円環
状部材とを有し、前記第1および第2の円環状部材は相対
回転可能な状態にそれらの環状端面が相互に重ね合わさ
れており、これらの重ね合わされた端面は、中心軸線方
向に対して一定の角度だけ傾斜した傾斜面に設定されて
おり、前記第1および第2の円環状部材の中空部分を貫通
した状態に掘削ドリルの回転シャフトを配置し、これら
の第1および第2の円環状部材を相対回転させて、この回
転シャフトを所定の方向に撓める装置(特開平5-149079
号公報)、図6に示すとおり、円筒型ハウジング101と、
この円筒型ハウジング101の円形内周面上に回転自在に
支持されていると共に、当該円筒型ハウジング101に対
して偏心した円形内周面を備えた第1の円環状部材102
と、この第1の円環状部材102の前記円形内周面上に回転
自在に支持されていると共に、当該円形内周面に対して
偏心した円形内周面を備えた第2の円環状部材103と、前
記第1および第2の円環状部材102、103をそれらの部材中
心の回りに相対的に回転させる中空型の調和歯車減速機
104、105とを有し、前記円筒型ハウジング101に対する
前記第1の円環状部材102の円形内周面の偏心量と、この
第1の円環状部材102に対する前記第2の円環状部材103の
円形内周面の偏心量とが等しくなるように設定されてお
り、前記第2の円環状部材103の円形内周面の中心と一体
的に移動するように先端にドリルビット106を有する回
転シャフト107を当該第2の円環状部材103に連結して、
前記第1および第2の円環状部材102、103を相対回転させ
ることによって、前記第1および第2の円環状部材102、1
03より上部の支点軸受108を支点として前記回転シャフ
ト107の位置決めを行う装置(特開平5-202689号公報)等
の提案が行われている。Recently, a plurality of hollow harmonic gear reducers and an eccentric hollow portion connected to each output element of the hollow harmonic gear reducer and eccentrically rotating with respect to each corresponding reducer rotating shaft. A plurality of eccentric rotating members comprising: a hollow shaft of the excavator drill mounted so as to penetrate through the hollow portion of the hollow type harmonic gear reducer and the eccentric hollow portion of the eccentric rotating member. An apparatus in which the portion of the rotating shaft is displaced in a direction substantially orthogonal to the shaft center axis by the inner peripheral surface of the rotating eccentric hollow portion (Japanese Patent Laid-Open No. 4-76183).
First and second hollow harmonic gear reducers arranged coaxially, and a first annular member arranged coaxially with the first hollow harmonic gear reducer and rotated by the reducer. A second annular member arranged coaxially with the second hollow type harmonic transmission and rotated by the transmission, wherein the first and second annular members are relatively rotatable. In such a state, their annular end faces are superimposed on each other, and these superimposed end faces are set as inclined surfaces inclined by a fixed angle with respect to the central axis direction, and the first and second end faces are set. A rotating shaft of a drilling drill is disposed in a state penetrating the hollow portion of the annular member, and the first and second annular members are relatively rotated to bend the rotating shaft in a predetermined direction ( JP 5-149079
Publication), as shown in FIG. 6, a cylindrical housing 101,
A first annular member 102 rotatably supported on a circular inner peripheral surface of the cylindrical housing 101 and having a circular inner peripheral surface eccentric with respect to the cylindrical housing 101.
And a second annular member having a circular inner peripheral surface rotatably supported on the circular inner peripheral surface of the first annular member 102 and eccentric to the circular inner peripheral surface. 103, a hollow-type harmonic reduction gear for relatively rotating the first and second annular members 102, 103 around the center of those members.
104, 105, the amount of eccentricity of the circular inner peripheral surface of the first annular member 102 with respect to the cylindrical housing 101, and the amount of eccentricity of the second annular member 103 with respect to the first annular member 102 A rotary shaft having a drill bit 106 at the tip so that the amount of eccentricity of the circular inner peripheral surface is set to be equal to the center of the circular inner peripheral surface of the second annular member 103. 107 is connected to the second annular member 103,
By relatively rotating the first and second annular members 102, 103, the first and second annular members 102, 1
A device for positioning the rotary shaft 107 using a fulcrum bearing 108 above the fulcrum 03 as a fulcrum (Japanese Patent Laid-Open No. 5-202689) has been proposed.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記特開平4-76183号
公報、特開平5-149079号公報および特開平5-202689号公
報に開示の掘削方向制御装置においては、第1および第2
の円環状部材の回転角度位置によって回転シャフトの撓
みの方向と量が決まるが、この回転角度位置の検出機構
についての記載はなく、従来の光センサーや渦電流セン
サー等の角度検出センサーは、図5(a)に示すとおり、回
転体91の表面に歯車92を設け、回転による通過歯数をセ
ンサー93により検出した図5(b)に示すパルスをカウント
するパルスカウント方式であり、次のような問題点を有
している。 (イ) センサーと被検出体との距離が数mmと短くなけれ
ば検出できず、特に光センサーでは封入した潤滑油の汚
れによって短時間で誤動作または検出不可能な状態とな
る。 (ロ) 原点を検出するための専用センサーが別個に必要
となり、角度検出プログラムが複雑となる。 (ハ) 原点保持が困難で、地上での調整はできるが、石
油掘削等の地下数百、数千メータにおよぶ坑底の高温、
高圧環境下で精度よく検出することは不可能に近い。 (ニ) 渦電流センサーは、高周波信号のためノイズの影
響を受けやすく、センサーと制御装置間のケーブル長さ
が地下数百、数千メータに及ぶ石油掘削等では精度よく
検出することは不可能に近い。SUMMARY OF THE INVENTION In the excavation direction control devices disclosed in JP-A-4-76183, JP-A-5-149079 and JP-A-5-202689, the first and second excavation direction control devices are disclosed.
The direction and amount of deflection of the rotating shaft are determined by the rotational angle position of the annular member.However, there is no description of a mechanism for detecting the rotational angle position, and conventional angle sensors such as an optical sensor and an eddy current sensor are not shown in FIG. As shown in FIG. 5 (a), a gear 92 is provided on the surface of the rotating body 91, and the number of teeth passing by rotation is detected by a sensor 93. Problems. (A) If the distance between the sensor and the object to be detected is not as short as several mm, the detection cannot be performed. In particular, the optical sensor may malfunction or cannot be detected in a short time due to contamination of the sealed lubricating oil. (B) A dedicated sensor for detecting the origin is required separately, which complicates the angle detection program. (C) It is difficult to maintain the origin, and it can be adjusted on the ground.
It is almost impossible to detect it accurately in a high-pressure environment. (D) The eddy current sensor is susceptible to noise due to the high frequency signal, and it is impossible to detect it accurately with oil drilling etc. where the cable length between the sensor and the control unit is hundreds or thousands of meters underground Close to.
【０００６】この発明の目的は、上記従来の角度検出セ
ンサーの欠点を解消し、封入した潤滑油の汚れやセンサ
ーと被検出体との距離に無関係で、石油掘削等の地下数
百、数千メータにおよぶ坑底の高温、高圧環境下で安定
して第1および第2の円環状部材の原点位置からの絶対角
度を精度よく検出できると共に、同一のセンサーで原点
検出と角度検出が可能で、センサーと制御装置間のケー
ブル長さによる減衰やノイズの影響を受け難い掘削方向
制御装置における角度検出装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the conventional angle detection sensor, and irrespective of the contamination of the sealed lubricating oil and the distance between the sensor and the object to be detected, hundreds or thousands of underground such as oil drilling. It is possible to accurately detect the absolute angles of the first and second annular members from the origin position in the high temperature and high pressure environment of the pit bottom reaching the meter, and to detect the origin and angle with the same sensor. Another object of the present invention is to provide an angle detection device in a digging direction control device that is hardly affected by attenuation or noise due to a cable length between a sensor and a control device.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意試験研究を重ねた。その結果、機械的
な角度変位を電気信号に変換するための角度検出用セン
サーとして知られているレゾルバを利用し、掘削機の二
重偏心機構部の両側に隣接して回転子が中空のレゾルバ
を配置し、中空の回転子と円環状部材とを直結すると共
に、中空型の調和歯車減速機と中空の回転子の他端を直
結することによって、円環状部材の絶対角度位置が正確
に高精度で検出できることを究明し、この発明に到達し
た。Means for Solving the Problems The present inventors have intensively studied and studied to achieve the above object. As a result, a resolver known as an angle detection sensor for converting mechanical angular displacement into an electric signal is used, and the rotor is a hollow resolver adjacent to both sides of the double eccentric mechanism of the excavator. And by directly connecting the hollow rotor and the annular member, and by directly connecting the hollow type harmonic gear reducer and the other end of the hollow rotor, the absolute angular position of the annular member can be accurately adjusted. The inventors of the present invention have determined that the detection can be performed with high accuracy, and have reached the present invention.
【０００８】すなわちこの発明の掘削機の掘削方向制御
装置における角度検出装置は、円筒型ハウジングと、該
円筒型ハウジングの円形内周面上に回転自在に支持さ
れ、かつ円筒型ハウジングに対して偏心した円形内周面
を備えた第1の円環状部材に、この第1の円環状部材の円
形内周面上に回転自在に支持され、かつ該円形内周面に
対して偏心した円形内周面を備えた第2の円環状部材を
組み合せてなる二重偏心機構部と、前記第1および第2の
円環状部材をそれらの部材中心の回りに相対的に回転さ
せる第1および第2の円環状の調和歯車減速機とを有し、
前記第2の円環状部材の円形内周面の中心と一致した中
心をもって自在に回転する掘削機ドリルの回転シャフト
を当該第2の円環状部材の円形内周面に嵌め合わせ、前
記第1および第2の円環状部材を相対的に回転させること
により、回転シャフトの位置決めを行う掘削機の掘削方
向制御装置における角度検出装置において、前記二重偏
心機構部の第1の円環状部材と第1の調和歯車減速機との
間を、第1の調和歯車減速機と二重偏心機構部との間に
介在した第1のレゾルバの環状の回転子を介して接続
し、前記二重偏心機構部の第2の円環状部材と第2の調和
歯車減速機との間を、第2の調和歯車減速機と二重偏心
機構部との間に介在した第2のレゾルバの環状の回転子
とオルダム型調心継手を介して接続してなる。That is, the angle detecting device in the excavating direction control device for an excavator according to the present invention is rotatably supported on a cylindrical housing and a circular inner peripheral surface of the cylindrical housing, and is eccentric with respect to the cylindrical housing. A first annular member having a circular inner peripheral surface, the circular inner peripheral surface being rotatably supported on the circular inner peripheral surface of the first annular member, and being eccentric with respect to the circular inner peripheral surface. A double eccentric mechanism unit formed by combining a second annular member having a surface, and first and second units for relatively rotating the first and second annular members around the center of the member. With an annular harmonic gear reducer,
A rotating shaft of an excavator drill that freely rotates with a center coinciding with the center of the circular inner peripheral surface of the second annular member is fitted to the circular inner peripheral surface of the second annular member, In the angle detection device in the excavation direction control device of the excavator that performs the positioning of the rotary shaft by relatively rotating the second annular member, the first annular member of the double eccentric mechanism and the first annular member Between the first harmonic gear reducer and the double eccentric mechanism section via a first resolver annular rotor interposed between the first harmonic gear reducer and the double eccentric mechanism section. Between the second annular member and the second harmonic gear reducer, a second resolver annular rotor and an Oldham interposed between the second harmonic gear reducer and the double eccentric mechanism. It is connected through a mold centering joint.
【０００９】[0009]
【作用】この発明の掘削方向制御装置における角度検出
装置は、図3において、二重偏心機構部9の第1の円環状
部材11と第1の調和歯車減速機13との間を第1のレゾルバ
27の回転子28を介して接続し、前記二重偏心機構部9の
第2の円環状部材12と第2の調和歯車減速機14との間を第
2のレゾルバ47の回転子48とオルダム型調心継手を介し
て接続したことによって、レゾルバの回転子の変位が円
環状部材の変位に同調する。In the excavation direction control device according to the present invention, the angle detecting device shown in FIG. 3 connects the first annular member 11 of the double eccentric mechanism 9 and the first harmonic gear reducer 13 with the first Resolver
27, and connected between the second annular member 12 and the second harmonic gear reducer 14 of the double eccentric mechanism 9 by the second eccentric mechanism 9.
By connecting the rotor 48 of the second resolver 47 via the Oldham type alignment joint, the displacement of the rotor of the resolver is synchronized with the displacement of the annular member.
【００１０】したがって、レゾルバの回転子巻線を交流
電圧で励磁すると、固定子の互いに直交する二相巻線に
は、それぞれ回転子角度θのsinおよびcosに比例する電
圧が生じる。この電圧の位相角を計測することによっ
て、回転子の回転角を測定することができる。この測定
により、円環状部材の絶対角度位置を正確に精度よく検
出でき、掘削方向の制御を正確で安定して行うことがで
きる。また、レゾルバの回転子は、調和歯車減速機の回
転を円環状部材に伝達する動力伝達部材の働きをも兼ね
ているため、コンパクトな構造とすることができる。Therefore, when the rotor winding of the resolver is excited with an AC voltage, a voltage proportional to the sin and cos of the rotor angle θ is generated in the two-phase windings of the stator that are orthogonal to each other. By measuring the phase angle of this voltage, the rotation angle of the rotor can be measured. By this measurement, the absolute angular position of the annular member can be accurately and accurately detected, and the control of the excavation direction can be performed accurately and stably. Further, the rotor of the resolver also has a function of a power transmission member for transmitting the rotation of the harmonic gear reducer to the annular member, so that a compact structure can be achieved.
【００１１】この発明におけるレゾルバは、回転子巻線
が単相あるいは二相のものを使用することができる。ま
た、回転シャフトの中心が第2の円環状部材の円形内周
面の中心に一致してはまり、二重偏心機構部の作動によ
り回転シャフトが自在に傾けられるよう、回転子の内孔
径を十分に大きく設けることが必要である。In the resolver according to the present invention, a single-phase or two-phase rotor winding can be used. The inner diameter of the rotor is sufficiently large so that the center of the rotating shaft coincides with the center of the circular inner peripheral surface of the second annular member and the rotating shaft can be freely tilted by the operation of the double eccentric mechanism. Must be large.
【００１２】レゾルバを掘削方向制御装置に適用する最
大のメリットは、位相検出器であるため角度の絶対値を
検出できることにある。このため、従来の光センサーや
渦電流センサーによるパルスカウント方式に比べ、原理
的に原点検出センサーを兼ねることが可能である。The greatest advantage of applying the resolver to the excavation direction controller is that it can detect the absolute value of the angle because it is a phase detector. For this reason, compared with the conventional pulse counting method using an optical sensor or an eddy current sensor, it is possible in principle to also serve as the origin detection sensor.
【００１３】さらに、レゾルバは、ドライブ信号および
検出信号の周波数が低いため、ケーブルの長さの影響を
受けず、レゾルバと制御装置の間が長くなっても、減衰
や雑音の影響は極めて緩やかで、安定して動作させるこ
とができる。Further, since the resolver has a low frequency of the drive signal and the detection signal, it is not affected by the length of the cable. Even if the distance between the resolver and the control device becomes long, the influence of attenuation and noise is extremely low. , It can be operated stably.
【００１４】さらにまた、レゾルバは、従来の光センサ
ーや渦電流センサーによるパルスカウント方式に比較
し、絶対角度を常時検出できるため、自己診断や二重偏
心機構部の動きを監視することができると共に、原点位
置をデジタル的に任意の位置に設定することができる。Further, the resolver can always detect the absolute angle as compared with the conventional pulse counting method using an optical sensor or an eddy current sensor, so that it can perform self-diagnosis and monitor the movement of the double eccentric mechanism. , The origin position can be digitally set to an arbitrary position.
【００１５】[0015]
【実施例】以下に、この発明の詳細を、実施の一例を示
す図1ないし図4に基づいて説明する。図1は掘削方向制
御装置の概略全体構成図、図2は掘削方向制御装置で回
転シャフトを偏心させた状態の概略全体構成図、図3は
この発明の角度検出装置を組込んだ二重偏心機構部の詳
細を示す拡大断面図、図4は掘削方向制御装置の制御系
を示す概略ブロック図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of an excavation direction control device, FIG. 2 is a schematic overall configuration diagram of a state in which a rotary shaft is decentered by the excavation direction control device, and FIG. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing details of the mechanism, and FIG. 4 is a schematic block diagram showing a control system of the excavation direction control device.
【００１６】図1および図2において、1はロータリー式
掘削装置の上部回転シャフト、2は下部回転シャフトで
上部回転シャフト1とフレキシブルジョイント3により接
続されている。4は下部回転シャフト2の先端に同軸状態
に連結したドリルカラー、5はドリルカラー4の先端に固
定したドリルビットで、上部回転シャフト1は上部にあ
る図示しない回転駆動機構に連結されている。6はドリ
ルカラー4より上部の上下回転シャフト1、2の外周を囲
むように配置した円筒型ハウジングで、該円筒型ハウジ
ング6の先端と下部回転シャフト2との間には下部シール
装置7が設けられている。1 and 2, reference numeral 1 denotes an upper rotary shaft of a rotary drilling rig, and reference numeral 2 denotes a lower rotary shaft which is connected to an upper rotary shaft 1 by a flexible joint 3. Reference numeral 4 denotes a drill collar coaxially connected to the tip of the lower rotary shaft 2, and reference numeral 5 denotes a drill bit fixed to the tip of the drill collar 4, and the upper rotary shaft 1 is connected to a rotary drive mechanism (not shown) provided at the upper portion. Reference numeral 6 denotes a cylindrical housing arranged so as to surround the outer periphery of the upper and lower rotary shafts 1 and 2 above the drill collar 4, and a lower seal device 7 is provided between the tip of the cylindrical housing 6 and the lower rotary shaft 2. Have been.
【００１７】8は下部シール装置7上部の円筒型ハウジン
グ6と下部回転シャフト2との間に設けた、ドリルビット
5の荷重を受ける支点軸受、9は支点軸受8上部の円筒型
ハウジング6と下部回転シャフト2との間に設けた二重偏
心機構部である。この二重偏心機構部9は、円筒型ハウ
ジング6の内周面に固定支持された円筒部材10と、円筒
部材10の内側に回転自在に装着された第1の円環状部材1
1と、円環状部材11の内側に回転自在に装着された第2の
円環状部材12から構成されている。Reference numeral 8 denotes a drill bit provided between the cylindrical housing 6 above the lower sealing device 7 and the lower rotary shaft 2.
A fulcrum bearing that receives a load of 5, and 9 is a double eccentric mechanism provided between the cylindrical housing 6 above the fulcrum bearing 8 and the lower rotary shaft 2. The double eccentric mechanism 9 includes a cylindrical member 10 fixedly supported on the inner peripheral surface of the cylindrical housing 6, and a first annular member 1 rotatably mounted inside the cylindrical member 10.
1 and a second annular member 12 rotatably mounted inside the annular member 11.
【００１８】13は二重偏心機構部9の直上に設けた、第1
の円環状部材11を回転させる第1の調和歯車減速機であ
る。14は二重偏心機構部9の直下に設けた前記第2の円環
状部材12を回転させる第2の調和歯車減速機である。15
は上部回転シャフト1の下部を軸支する軸受、16は円筒
型ハウジング6の上部と上部回転シャフト1との間の上部
シール装置である。A first member 13 is provided immediately above the double eccentric mechanism 9.
This is a first harmonic gear reducer for rotating the annular member 11 of FIG. Reference numeral 14 denotes a second harmonic reduction gear that rotates the second annular member 12 provided immediately below the double eccentric mechanism 9. Fifteen
Is a bearing that supports the lower part of the upper rotary shaft 1, and 16 is an upper seal device between the upper part of the cylindrical housing 6 and the upper rotary shaft 1.
【００１９】前記第1の調和歯車減速機13は、図3に示す
とおり、環状の第1および第2の剛性内歯歯車21、22と、
その内側に配置された環状の可繞性外歯歯車23と、その
内側に配置された楕円形状の波動発生器から構成されて
いる。前記波動発生器は、楕円形状をした剛性カム板24
と、剛性カム板24の外周と可繞性外歯歯車23の間に挿入
された軸受25から構成され、楕円筒形状をした剛性カム
板24の内部には下部回転シャフト2との間に空隙部26が
形成されており、下部回転シャフト2は剛性カム板24と
の間に遊びをもって組み合わされている。As shown in FIG. 3, the first harmonic gear reducer 13 includes annular first and second rigid internal gears 21 and 22,
It comprises an annular external gear 23 disposed on the inside thereof and an elliptical wave generator disposed on the inside thereof. The wave generator is a rigid cam plate 24 having an elliptical shape.
And a bearing 25 inserted between the outer periphery of the rigid cam plate 24 and the surrounding external gear 23, and a gap is formed between the lower rotating shaft 2 and the rigid cam plate 24 having an elliptical cylindrical shape. A part 26 is formed, and the lower rotary shaft 2 is combined with the rigid cam plate 24 with play.
【００２０】上記第1の剛性歯車21は、円筒型ハウジン
グ6の内周面に固定支持されている。また、第2の剛性歯
車22には、第1のレゾルバ27の回転子28の一端が接続さ
れ、回転子28の他端は第1の円環状部材11に直結されて
いる。第1のレゾルバ27の固定子29は円筒型ハウジング6
の内周面に固定され、第2の剛性歯車22、回転子28およ
び第1の円環状部材11が一体に回転するようになってい
る。The first rigid gear 21 is fixedly supported on the inner peripheral surface of the cylindrical housing 6. Further, one end of a rotor 28 of the first resolver 27 is connected to the second rigid gear 22, and the other end of the rotor 28 is directly connected to the first annular member 11. The stator 29 of the first resolver 27 is a cylindrical housing 6
The second rigid gear 22, the rotor 28, and the first annular member 11 rotate integrally with each other.
【００２１】また、前記波動発生器は、第1の電磁クラ
ッチブレーキ機構30、第1のオルダム継手31を介して下
部回転シャフト2側に接合されている。第1の電磁クラッ
チブレーキ機構30を操作して下部回転シャフト2の回転
力を第1の調和歯車減速機13に伝達すれば、第1の調和歯
車減速機13で所定の減速比に減速したのち、第1のレゾ
ルバ27の回転子28を介して第1の円環状部材11を回転す
るように構成されている。The wave generator is connected to the lower rotating shaft 2 via a first electromagnetic clutch brake mechanism 30 and a first Oldham coupling 31. If the torque of the lower rotary shaft 2 is transmitted to the first harmonic gear reducer 13 by operating the first electromagnetic clutch brake mechanism 30, after the first harmonic gear reducer 13 reduces the speed to a predetermined reduction ratio, The first annular member 11 is configured to rotate via the rotor 28 of the first resolver 27.
【００２２】第2の調和歯車減速機14は、環状の第1およ
び第2の剛性内歯歯車41、42と、その内側に配置された
環状の可繞性外歯歯車43と、その内側に配置された楕円
形状の波動発生器から構成されている。前記波動発生器
は、楕円形状をした剛性カム板44と、剛性カム板44の外
周と可繞性外歯歯車43の間に挿入された軸受45から構成
され、楕円筒形状をした剛性カム板44の内部には下部回
転シャフト2との間に空隙部46が形成されており、下部
回転シャフト2は剛性カム板44との間に遊びをもって組
み合わされている。The second harmonic gear reducer 14 includes annular first and second rigid internal gears 41 and 42, an annular circumscribing external gear 43 disposed inside thereof, and an It is composed of an arranged elliptical wave generator. The wave generator includes an elliptical rigid cam plate 44, and a bearing 45 inserted between the outer periphery of the rigid cam plate 44 and the surrounding external gear 43, and has an elliptic cylindrical rigid cam plate. A gap 46 is formed inside the lower rotary shaft 2 between the lower rotary shaft 2 and the lower rotary shaft 2 is combined with the rigid cam plate 44 with play.
【００２３】上記第1の剛性内歯歯車41は、円筒型ハウ
ジング6の内周面に固定支持されている。第2の剛性内歯
歯車42には、第2のレゾルバ47の回転子48の一端が連結
され、回転子48の他端は第2の円環状部材12にオルダム
型調心機構49を介して連結されており、レゾルバ47の固
定子50は円筒型ハウジング6の内周面に固定され、第2の
剛性内歯歯車42、回転子48、および第2の円環状部材12
がオルダム型調心機構49を介して一体に回転するように
なっている。The first rigid internal gear 41 is fixedly supported on the inner peripheral surface of the cylindrical housing 6. One end of a rotor 48 of a second resolver 47 is connected to the second rigid internal gear 42, and the other end of the rotor 48 is connected to the second annular member 12 via an Oldham type alignment mechanism 49. The stator 50 of the resolver 47 is fixed to the inner peripheral surface of the cylindrical housing 6, and the second rigid internal gear 42, the rotor 48, and the second annular member 12 are connected.
Are integrally rotated via an Oldham type alignment mechanism 49.
【００２４】また、前記波動発生器は、電磁クラッチブ
レーキ機構51、第2のオルダム継手52を介して下部回転
シャフト2側に接続されており、電磁クラッチブレーキ
機構51を操作して下部回転シャフト2の回転力を第2の調
和歯車減速機14に伝達すれば、第2の調和歯車減速機14
で所定の減速比に減速したのち、第2のレゾルバ47の回
転子48およびオルダム型調心機構49を介して第2の円環
状部材12が回転するように構成されている。The wave generator is connected to the lower rotary shaft 2 through an electromagnetic clutch brake mechanism 51 and a second Oldham coupling 52. The lower rotary shaft 2 is operated by operating the electromagnetic clutch brake mechanism 51. Is transmitted to the second harmonic reduction gear 14, the second harmonic reduction gear 14
Then, the second annular member 12 is configured to rotate through the rotor 48 of the second resolver 47 and the Oldham type alignment mechanism 49 after the speed is reduced to a predetermined reduction ratio.
【００２５】図4において、71は掘削機の全体の駆動制
御を司るホストコンピュータ、72は掘削方向制御装置の
コントローラで、ホストコンピュータ71から掘削方向を
規制する方位および角度の指令信号73が入力される。コ
ントローラ72は、ホストコンピュータ71から入力される
掘削方向を規制する方位および角度の指令信号73に基づ
き、第1および第2の円環状部材11、12の目標回転位置を
演算する目標回転位置演算部74を有している。また、コ
ントローラ72は、第1および第2の円環状部材11、12と第
1および第2の調和歯車減速機13、14との間に介在せしめ
た第1および第2のレゾルバ27、47からの角度検出信号7
5、76に基づき、第1および第2の円環状部材11、12の実
際の回転位置を演算する実回転位置演算部77を有してい
る。さらに、コントローラ72は、第1および第2の円環状
部材11、12の実際の回転位置が目標回転位置となるよう
に第1および第2の調和歯車減速機13、14を駆動制御する
ための駆動制御信号78を出力する駆動信号指令部79を有
している。In FIG. 4, reference numeral 71 denotes a host computer which controls the entire driving of the excavator, and 72 denotes a controller of an excavation direction control device, to which a command signal 73 for azimuth and angle for regulating the excavation direction is inputted from the host computer 71. You. The controller 72 is configured to calculate a target rotation position of the first and second annular members 11 and 12 based on an azimuth and angle command signal 73 for controlling the excavation direction input from the host computer 71. Has 74. Further, the controller 72 includes the first and second annular members 11, 12 and the
Angle detection signal 7 from first and second resolvers 27 and 47 interposed between first and second harmonic gear reducers 13 and 14
An actual rotation position calculation unit 77 that calculates the actual rotation position of the first and second annular members 11 and 12 based on 5 and 76 is provided. Further, the controller 72 controls the driving of the first and second harmonic reduction gears 13 and 14 such that the actual rotational positions of the first and second annular members 11 and 12 become the target rotational positions. A drive signal command unit 79 that outputs a drive control signal 78 is provided.
【００２６】駆動信号指令部79から出力される駆動制御
信号78は、第1および第2の調和歯車減速機13、14の駆動
制御ユニット80、81に出力される。駆動制御ユニット8
0、81は、駆動信号指令部79から駆動制御信号78が入力
されると、第1および第2のオルダム継手31、52に連結さ
れる電磁クラッチブレーキ機構30、51を制御することに
よって、第1および第2の調和歯車減速機13、14を駆動
し、所定の減速比に減速したのち、第1および第2のレゾ
ルバ27、47の回転子28、48を介して第1および第2の円環
状部材11、12を目標とする回転位置まで回転させて保持
するよう構成されている。このような第1および第2の円
環状部材11、12の駆動制御は、予めホストコンピュータ
71内に格納された制御プログラムを実行することにより
達成される。The drive control signal 78 output from the drive signal command unit 79 is output to the drive control units 80, 81 of the first and second harmonic reduction gears 13, 14. Drive control unit 8
When the drive control signal 78 is input from the drive signal instructing unit 79, the first and second electromagnetic clutch brake mechanisms 30, 51 connected to the first and second Oldham couplings 31, 52 control the first and second electromagnetic clutch brake mechanisms 30, 51. After driving the first and second harmonic reduction gears 13 and 14 to reduce the gear ratio to a predetermined reduction ratio, the first and second resolvers 27 and 47 are rotated through the rotors 28 and 48 of the first and second resolvers 27 and 47, respectively. The ring members 11 and 12 are configured to be rotated and held to a target rotation position. The drive control of the first and second annular members 11, 12 is performed in advance by a host computer.
This is achieved by executing a control program stored in 71.
【００２７】上記の構成により、掘削機の掘削方向を変
更する場合には、ホストコンピュータ71からコントロー
ラ72に掘削方向を規制する方位および角度の指令信号73
を出力すれば、コントローラ72は、入力される掘削方向
を規定する方位および角度の指令信号73に基づき、目標
回転位置演算部74で第1および第2の円環状部材11、12の
目標回転位置を演算し、駆動信号指令部79に出力する。With the above configuration, when changing the excavation direction of the excavator, the host computer 71 instructs the controller 72 to issue an azimuth and angle command signal 73 for regulating the excavation direction.
When the controller 72 outputs the target rotation position of the first and second annular members 11 and 12 in the target rotation position calculation unit 74 based on the azimuth and angle command signal 73 that defines the input excavation direction. Is calculated and output to the drive signal command unit 79.
【００２８】一方、実回転位置演算部77は、第1および
第2の円環状部材11、12と第1および第2の調和歯車減速
機13、14との間に介在せしめた第1および第2のレゾルバ
27、47からの角度検出信号75、76に基づき、第1および
第2の円環状部材11、12の実際の回転位置を演算し、駆
動信号指令部79に出力する。駆動信号指令部79は、目標
回転位置演算部74から第1および第2の円環状部材11、12
の目標回転位置が入力されると、駆動指令を駆動制御ユ
ニット80、81に出力すると共に、実回転位置演算部77か
ら入力される第1および第2の円環状部材11、12の実際の
回転位置に基づき、第1および第2の円環状部材11、12の
実際の回転位置が目標回転位置となるように第1および
第2の調和歯車減速機13、14を駆動制御するための駆動
制御信号78を駆動制御ユニット80、81に出力する。On the other hand, the actual rotational position calculating section 77 is provided with first and second annular members 11, 12 and first and second harmonic reduction gears 13, 14 interposed between the first and second annular members 11, 12. 2 resolvers
Based on the angle detection signals 75 and 76 from 27 and 47, the actual rotational positions of the first and second annular members 11 and 12 are calculated and output to the drive signal command unit 79. The drive signal instructing section 79 receives the first and second annular members 11, 12 from the target rotational position calculating section 74.
When the target rotation position of the first and second annular members 11 and 12 input from the actual rotation position calculation unit 77 are output, the drive command is output to the drive control units 80 and 81. Drive control for drive-controlling the first and second harmonic reduction gears 13, 14 such that the actual rotational positions of the first and second annular members 11, 12 become the target rotational positions based on the positions. The signal 78 is output to the drive control units 80 and 81.
【００２９】駆動制御ユニット80、81は、駆動信号指令
部79から駆動指令が入力されると、電磁クラッチブレー
キ機構30、51を制御して第1および第2の調和歯車減速機
13、14を駆動すると共に、駆動信号指令部79から入力さ
れる駆動制御信号77に基づき、第1および第2の円環状部
材11、12の回転角度位置および相対回転量を変更し、第
1および第2の円環状部材11、12の回転位置が目標回転位
置となるよう所定の減速比に減速したのち、第1および
第2のレゾルバ27、47の回転子28、48を介して第1および
第2の円環状部材11、12を目標とする回転位置まで回転
させて保持する。When a drive command is input from a drive signal command unit 79, the drive control units 80 and 81 control the electromagnetic clutch brake mechanisms 30 and 51 to control the first and second harmonic reduction gears.
While driving 13, 14, based on the drive control signal 77 input from the drive signal command unit 79, the rotation angle position and the relative rotation amount of the first and second annular members 11, 12 are changed,
After the rotational positions of the first and second annular members 11 and 12 are reduced to a predetermined reduction ratio so as to be the target rotational positions, the rotational speeds are reduced via the rotors 28 and 48 of the first and second resolvers 27 and 47. The first and second annular members 11, 12 are rotated and held to a target rotational position.
【００３０】上記操作によって、第2の円環状部材12の
円形内周面内を挿通した下部回転シャフト2は、支点軸
受8を中心として回転軸に直交する平面上における任意
の方向に所定量だけ傾けることができ、掘削方向を任意
の方向に変更できる。By the above operation, the lower rotary shaft 2 inserted through the circular inner peripheral surface of the second annular member 12 is moved by a predetermined amount in an arbitrary direction on a plane orthogonal to the rotation axis around the fulcrum bearing 8. It can be tilted and the excavation direction can be changed to any direction.
【００３１】本実施例においては、第1および第2の調和
歯車減速機13、14と第1および第2の円環状部材11、12と
を第1および第2のレゾルバ27、47の回転子28、48で接続
したことによって、第1および第2の円環状部材11、12の
回転角度位置の絶対量を高精度で検出でき、掘削方向の
正確で安定した制御を実施することができる。In this embodiment, the first and second harmonic reduction gears 13 and 14 and the first and second annular members 11 and 12 are connected to the rotors of the first and second resolvers 27 and 47. By the connection at 28 and 48, the absolute amount of the rotational angular position of the first and second annular members 11 and 12 can be detected with high accuracy, and accurate and stable control of the excavation direction can be performed.
【００３２】また、第1および第2のレゾルバ27、47は、
第1および第2の調和歯車減速機13、14と第1および第2の
円環状部材11、12を回転子28、48で接続し、第1および
第2の調和歯車減速機13、14の出力回転を第1および第2
の円環状部材11、12に伝達する動力伝達部材を兼ねてい
るので、コンパクトな構造とすることができる。Further, the first and second resolvers 27 and 47
The first and second harmonic gear reducers 13 and 14 and the first and second annular members 11 and 12 are connected by rotors 28 and 48, and the first and second harmonic gear reducers 13 and 14 are connected. Output rotation 1st and 2nd
Since it also serves as a power transmission member for transmitting to the annular members 11 and 12, a compact structure can be achieved.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上述べたとおり、この発明の角度検出
装置によれば、二重偏心機構部の偏心角度検出にレゾル
バを用いることにより、低周波の信号を利用しているた
め、ケーブルの長さが長くなっても、減衰やノイズの影
響を受けにくく、しかも精度よく角度検出ができ、掘削
方向の正確で安定したステップレス制御が可能となる。As described above, according to the angle detecting apparatus of the present invention, since the resolver is used for detecting the eccentric angle of the double eccentric mechanism, a low-frequency signal is used, so that the cable length can be reduced. Even if the length becomes long, it is hardly affected by attenuation and noise, and the angle can be detected with high accuracy, and accurate and stable stepless control of the excavation direction becomes possible.
【図１】掘削方向制御装置の概略全体構成図である。FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of an excavation direction control device.
【図２】掘削方向制御装置で回転シャフトを偏心させた
状態の概略全体構成図である。FIG. 2 is a schematic overall configuration diagram showing a state in which a rotary shaft is eccentric by an excavation direction control device.
【図３】この発明の角度検出装置を組込んだ二重偏心機
構部の詳細断面図である。FIG. 3 is a detailed sectional view of a double eccentric mechanism incorporating the angle detecting device of the present invention.
【図４】掘削方向制御装置の制御系を示す概略ブロック
図である。FIG. 4 is a schematic block diagram illustrating a control system of the excavation direction control device.
【図５】従来のパルスカウント方式の送受一体型角度検
出機構を示すもので、(a)図は角度検出原理の説明図、
(b)図は検出パルスの説明図である。5A and 5B show a conventional pulse counting type transmission / reception integrated angle detection mechanism, and FIG. 5A is an explanatory view of an angle detection principle,
(b) is an explanatory diagram of the detection pulse.
【図６】特開平5-202689号公報に開示の油井掘削機の掘
削方向制御装置の概略説明図である。FIG. 6 is a schematic explanatory view of a drilling direction control device for an oil well drilling machine disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-202689.
1 上部回転シャフト 2 下部回転シャフト 3 ユニバーサルジョイント 4 ドリルカラー 5、106 ドリルビット 6、101 円筒型ハウジング 7 下部シール装置 8、108 支点軸受 9 二重偏心機構部 10 円筒部材 11、102 第1の円環状部材 12、103 第2の円環状部材 13 第1の調和歯車減速機 14 第2の調和歯車減速機 15、22 軸受 16 上部シール装置 21、41 第1の剛性歯車 22、42 第2の剛性歯車 23、43 可繞性外歯車 24、44 剛性カム板 25、45 軸受 26、46 空隙部 27、47 レゾルバ 28、48 回転子 29、50 固定子 30 第1の電磁クラッチブレーキ機構 31 第1のオルダム継手 49 オルダム型調心機構 51 第2の電磁クラッチブレーキ機構 52 第2のオルダム継手 71 ホストコンピュータ 72 コントローラ 73 指令信号 74 目標回転位置演算部 75、76 角度検出信号 77 実回転位置演算部 78 駆動制御信号 79 駆動信号指令部 80、81 駆動制御ユニット 104、105 調和歯車減速機 107 回転シャフト 1 Upper rotating shaft 2 Lower rotating shaft 3 Universal joint 4 Drill collar 5, 106 Drill bit 6, 101 Cylindrical housing 7 Lower sealing device 8, 108 Support point bearing 9 Double eccentric mechanism 10 Cylindrical member 11, 102 First circle Annular member 12, 103 Second annular member 13 First harmonic gear reducer 14 Second harmonic gear reducer 15, 22 Bearing 16 Upper seal device 21, 41 First rigid gear 22, 42 Second rigid Gears 23, 43 Surroundable external gears 24, 44 Rigid cam plate 25, 45 Bearings 26, 46 Voids 27, 47 Resolver 28, 48 Rotor 29, 50 Stator 30 First electromagnetic clutch brake mechanism 31 First Oldham coupling 49 Oldham type aligning mechanism 51 Second electromagnetic clutch brake mechanism 52 Second Oldham coupling 71 Host computer 72 Controller 73 Command signal 74 Target rotation position calculation unit 75, 76 Angle detection signal 77 Actual rotation position calculation unit 78 Drive Control signal 79 Drive signal finger Parts 80 and 81 drive control unit 104 and 105 conditioner gear drive 107 rotates the shaft
Claims (1)
グの円形内周面上に回転自在に支持され、かつ円筒型ハ
ウジングに対して偏心した円形内周面を備えた第1の円
環状部材に、この第1の円環状部材の円形内周面上に回
転自在に支持され、かつ該円形内周面に対して偏心した
円形内周面を備えた第2の円環状部材を組み合せてなる
二重偏心機構部と、前記第1および第2の円環状部材をそ
れらの部材中心の回りに相対的に回転させる第1および
第2の円環状の調和歯車減速機とを有し、前記第2の円環
状部材の円形内周面の中心と一致した中心をもって自在
に回転する掘削機ドリルの回転シャフトを当該第2の円
環状部材の円形内周面に嵌め合わせ、前記第1および第2
の円環状部材を相対的に回転させることにより、回転シ
ャフトの位置決めを行う掘削機の掘削方向制御装置にお
ける角度検出装置において、前記二重偏心機構部の第1
の円環状部材と第1の調和歯車減速機との間を、第1の調
和歯車減速機と二重偏心機構部との間に介在した第1の
レゾルバの環状の回転子を介して接続し、前記二重偏心
機構部の第2の円環状部材と第2の調和歯車減速機との間
を、第2の調和歯車減速機と二重偏心機構部との間に介
在した第2のレゾルバの環状の回転子とオルダム型調心
継手を介して接続した掘削機の掘削方向制御装置におけ
る角度検出装置。[1 claim: a cylindrical housing, is rotatably supported on a circular inner peripheral surface of the cylindrical-shaped housing, and a first annular member having the circular inner peripheral surface eccentric with respect to the cylindrical housing the combination of the first circle is rotatably supported on a circle shape inner peripheral surface of the annular member and the second annular member having the circular inner peripheral surface eccentric with respect to the circle shape peripheral surface Become
A double eccentric mechanism , having first and second annular harmonic gear reducers for relatively rotating the first and second annular members around the center of the members, and Freely with the center coincident with the center of the circular inner peripheral surface of the annular member of 2
The rotating shaft of the excavator drill that rotates to the inner circumferential surface of the second annular member is fitted to the first and second rotating members.
By rotating the annular member relative, the angle detection device in the drilling direction control device of the excavator for positioning of the rotating shaft, the said double eccentric mechanism section 1
Between the annular member and the first harmony gear reducer, the first tone
Connected via an annular rotor of the first resolver which is interposed between the sum gear reducer and a double eccentric mechanism section, the double eccentric
Between the second annular member and the second harmony gear reducer mechanism portion
Between the second harmonic reduction gear and the double eccentric mechanism.
Mashimashi was second resolver annular rotor and Oldham type centering via a joint digging connected shaver angle detection apparatus in the drilling direction control device.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09601195A JP3247575B2 (en) | 1995-03-28 | 1995-03-28 | Angle detection device in excavation direction control device of excavator |
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| EP96901498A EP0759115B1 (en) | 1995-03-28 | 1996-01-31 | Device for controlling the drilling direction of drill bit |
| DE69608375T DE69608375T2 (en) | 1995-03-28 | 1996-01-31 | DEVICE FOR CONTROLLING THE DIRECTION OF A DRILL BIT |
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH08270370A JPH08270370A (en) | 1996-10-15 |
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Family Applications (1)
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-
1995
- 1995-03-28 JP JP09601195A patent/JP3247575B2/en not_active Expired - Lifetime
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