JPH0476607A - 移動物体の操縦装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は予め設定された基準線に沿って移動する移動物
体の操縦方法とその装置に関するものである。

（従来の技術〉 予め経由すべき経路を設定して基準線とし、この基準線
に沿って移動しつつ所定の作業を実施する移動物体とし
ては、例えばトンネルの掘削或いは上水道管、下水道管
等を敷設するための掘進機や無人運搬車等がある。

前記掘進機成いは無人ｉ！搬車等は、一般に本体とこの
本体の移動方向を規定するための操向手段を有して構成
されており、本体を常に基準線に沿わせるように操向手
段を駆動している。

特に地中に種々の管を敷設するための掘進機にあっては
、地質の変化、水脈の有無等によって地盤の抵抗が異な
ることがあり、このため、一定の力で推進しても抵抗の
小さい方向にズレることかある。このような場合、オペ
レーターが基準線に対する掘進機のズレ量及び方向を視
認し、このズレ量及び方向に応じて操向手段を操作する
ことで操縦している。

ここで、掘進機に於ける操縦について具体的に説明する
。

例えば本件出願人が開発した特開昭５７−２０５６９８
号公報に示す掘進機にあっては、テール部とこのテール
部の掘進方向先端に設けたヘッド部とを１つのロッド及
び２つのジャ、牛によって接続して構成されている。前
記テール部の所定位置には目盛板が固定されており、こ
の目盛板と対向してヘッド部に固定され該ヘッド部のテ
ール部に対する偏向に伴って移動する指針が配設されて
いる。また前記目盛板をテレビカメラによって撮像し、
咳像をモニターテレビに投射し得るように構成している
。

またトンネルの掘削方向或いは管の敷設方向に沿って基
準線となるレーザー光等の直進性を有する可視光が配設
されている。そしてこの可視光を目盛板に投射し、オペ
レーターが掘進開始位置に於ける目盛板上の可視光の位
置を視認すると共に、掘進の進行に伴って生しる可視光
のズレ量及びズレ方向を視認し、このズレ量及びズレ方
向に応じてジヤツキを駆動することによって、掘進機の
方向修正、即ち、掘進機の操縦を行っている。

〈発明が解決しようとする課題〉 上記の如き掘進機に於ける操縦はオペレーターの経験と
勘に基づく要素が多く、従って、高度の熟練度を要求さ
れるものである。このため、より容易に操縦し得る掘進
機が求められている。

本発明の目的は予め基準線が設定され、この基準線に沿
って移動することを要求される移動物体、例えば掘進機
、無人運搬車、無人航空機等の操縦方法とその装置を提
供することにある。

〈課題を解決するための手段〉 上記ｔａ題を解決するために本発明に係る移動物体の操
縦方法は、本体と操向手段とを有し且つ予め設定された
基準線に沿って移動する移動物体の操縦方法であって、
前記基準線に対する本体の離隔距離と離隔方向とを測定
し、予め離隔距離に対応するメンバーシップ関数を記憶
させた前件部演算部に前記測定された離隔距離を観測量
として入力し、前件部に於いて所定の演算を行って得た
有効度を予め操作量に対応するメンバーシップ関数を記
憶させた後件部演算部に入力し、後件部に於いて所定の
演算を行って得た値を操作量として出力し、該操作量に
応じて操向手段を駆動することを特徴とするものである
。

また他の操紺方法は、本体と操向手段とを有し且つ予め
設定された基準線に沿って移動する移動物体の操縦方法
であって、前記基準線に対する本体の離隔距離と離隔方
向とを測定すると共に本体に対する操向手段の変位量と
変位方向を測定し、予め離隔距離に対応するメンバーシ
ップ関数を記憶させた前件部演算部に前記測定されたＨ
隔距離を観測量として入力し、前件部に於いて所定の演
算を行って得た有効度を予め操作量に対応するメンバー
シップ関数を記憶させた後件部演算部に入力し、後件部
に於いて所定の演算を行って得た操作量を前記操向手段
の変位量と比較してその差に相当する値を制御量として
出力し、該制御量に応じて操向手段を駆動することを特
徴とするものである。

また本発明に係る移動物体の操縦装置は、本体及び操向
手段を有する移動物体と、前記操向手段の本体に対する
変位を表示する光学指標と、予め設定された基準線に沿
って配設された可視光と、前記本体の内部に配置され光
学指標及び前記可視光とを投射するためのインジケータ
と、前記インジケータと対向して配置されたカラー撮像
手段と、前記カラー撮像手段によって撮像された画像を
映写するためのカラー受像手段と、前記カラー受像手段
と接続されインジケータ上に投射された光学指標及び可
視光の座標を演算するための画像処理手段と、前記画像
処理手段によって演算された可視光の座標値に応じて予
め設定された前件部のメンバーシップ関数及び後件部の
メンバーシップ関数に基づいて操作量を演算するための
ファジィ演算手段と、前記ファジィ演算手段によって演
算された操作量と前記画像処理手段によって演算された
光学指標の座標値とを比較して制？ｉＩｌ量を出力する
ための比較手段と、前記比較手段から出力された制？１
１量に応じて前記操向手段を駆動するための駆動手段と
を有して構成されるものである。

前記操縦装置に於いて、光学指標と可視光とは異なる色
彩を有することが好ましい。またファジィ演算手段が、
予め原点と可視光との１１［距離に対応したメンバーシ
ップ関数を記憶し入力された離隔距離データに基づいて
所定の演算処理を行って有効度を出力するための前件部
演算部と、予め操作量に対応したメンバーシップ関数を
記憶し前件部演算部から出力された有効度に基づいて操
作量を出力するための後件部演算部とからなり、前記後
件部演算部では操作量に対応するメンバーシップ関数が
夫々三角形で与えられ、前記三角形を入力された有効度
に応じて割引きし、割引きされた三角形に於ける面積と
重心位置との積によって回転モーメントを求めると共に
この回転モーメントの値を加算し、且つこの値を割引き
された三角形の面積を加算した値で除算する演算を行っ
て操作置を出力するよう構成したものであることが好ま
しい。

〈作用〉 上記第１の操縦方法によれば、移動物体の移動に伴って
該移動物体が基準線から離隔した時、この離隔量と方向
とを測定し、測定された離隔量に応じた操作量を演算し
、この操作量と離隔方向に応じて操向手段を駆動するこ
とで、移動物体を基準線に沿わせて操縦することが出来
る。

即ち、予め移動物体と基準線との離隔量に対応したデー
タによって前件部演算部に於けるメンバーシップ関数を
設定すると共に、前記離隔量に応した操作量に対応した
データによって後件部演算部に於けるメンバーシップ関
数を設定し、移動物体の移動に伴って発汁する基準線か
らの離￥ａ量を測定してこの測定値を観測量として前件
部演算部に入力することで、該前件部演算部に於いて観
測量に応じた有効度を演算することが出来る。そして前
記有効度に応じて後件部のメンバーシップ関数を割引く
と共に合成することで、観測量、即ち、離隔量に応した
操作量を演算することが出来る。

この操作量は多くのオペレーターのノウハウが反映され
たものであって、−船釣に最も妥当な操作量として認め
られる値である。従って、後件部演算部から出力された
操作量に基づいて操向手段を駆動することで、移動物体
を基準線に沿わせて操縦することが出来る。

上記第２の方法によれば、移動物体が基！１！線から離
隔したときの離隔量と離隔方向を測定すると共に本体に
対する操向手段の変位量と変位方向（操縦量と操縦方向
）を測定し、第１の方法と同様にして前記離隔量を前件
部演算部に入力して有効度を得ると共に、この有効度を
後件部演算部に入力して離隔量に応じた操作量を得るこ
とが出来る。そして後件部演算部から出力された操作量
と操向手段の変位量とを比較し、その差を制御量として
操向手段を駆動することで、移動物体を現在の離隔量及
び操縦量に応じた制御量によって操縦することが出来る
。

上記操縦装置によれば、オペレーターのノウハウとして
の本体と基準線との離隔量に応じた操向手段に対する操
作量のデータを蓄積して、離隔量に対応するデータをフ
ァジィ演算手段に於ける前件部のメンバーシップ関数と
して記憶させると共に前記離隔量に応じた操作量のデー
タを後件部のメンバーシップ間数として記憶させ、本体
と基準線との離隔量と方向を測定して離隔量に対応する
データをファジィ演算手段に入力することで、前件部演
算部では入力されたデータに応したメンバーシップ関数
の有効度を演算し、この有効度を後件部演算部に出力す
ることが出来る。そして後件部演算部では前記有効度に
基づいてメンバーシップ関数の割引き及び重心の合成に
関する演算を行って、その結果を操作量として出力する
ことが出来る。

また本体に対する操向手段の変位量と方向を測定するこ
とによって、測定時点に於ける操縦量と方向を測定し、
この操縦量と前記操作量とを比較してその差を制御量と
して操向手段を駆動することで、移動物体を常に基準線
に沿わせた状態に操縦することが出来る。

上記操縦装置に於いて、本体にインジケータを配置し、
基準線に沿って可視光を配設すると共に操向手段の変位
を表示する光学指標を設け、前記インジケータに可視光
と光学指標を投射することによって、本体と基準線との
離隔距離と方向及び本体に対する操向手段の変位量と方
向を測定することが出来る。

即ち、インジケータを基準線と交叉する平面上に配置す
ると共にこのインジケータに可視光としてのレーザー光
を投射することによって、該インジケータ上にレーザー
スポットを形成することが出来る。そして移動物体の移
動開始位置に於けるインジケータ上のレーザースポット
の位置をスポット原点とし、移動物体の前進に伴ってイ
ンジケータ面に於いてレーザースポットがスポット原点
から移動した場合、この移動量が移動物体の基準線から
の離隔量となり、また移動方向が移動物体の基準線から
の離隔方向となる。

また本体に対する操向手段の変位を光学指標によってイ
ンジケータ上に投射することで、操向手段の変位量と変
位方向を測定することが出来る。

即ち、操向手段が本体に対し中立位置にあるときのイン
ジケータに対する光学指標の位置を指標原点とすると、
本体に対する操向手段の変位に伴って光学指標はインジ
ケータ上を移動する。従って、指標原点に対する光学指
標の偏位置と偏位方向を測定することによって、現在の
操縦量と操縦方向を測定することが出来る。

従って、移動物体の移動に伴ってインジケータをカラー
撮像手段によって撮像し、この画像をカラー受像機を介
して接続された画像処理手段で処理することで、スポッ
ト原点とレーザースポットとの離隔量と離隔方向を座標
表示することが出来、且つ指標原点と光学指標との偏位
置と偏位方向を座標表示することが出来る。前記座標表
示は例えば掘進機等の三次元的な移動物体にあっては、
レーザー原点に対するレーザースポットの離隔量と離隔
方向、及び指標原点に対する光学指標の偏位量と偏位方
向をインジケータ面に於ける水平方向をＸとし、垂直方
向をＹとするｘ−Ｙ直交座標系で表示することが出来る
。

そして前記離隔量をファジィ演算手段の前件部演算部に
入力することによって、該前件部に記憶されたメンバー
シップ関数の有効度を演算して後件部演算部に出力し、
後件部演算部に於いて、入力された有効度に基づいて後
件部に記憶されたメンバーシップ関数を割引き演算する
と共に重心位置の演算を行って、その結果を操作量とし
て出力することが出来る。

前記操作量はスポット原点とレーザースポットとの離隔
量に応じた値であって、現在の操縦量は加味されていな
い。従って、比較手段に於いて現在の操縦量である指標
原点と光学指標との偏位置とファジィ演算手段から出力
された操作量とを比較することで、その差を制御量とし
て出力することが出来る。そして前記制御量に応じて駆
動手段を駆動して操向手段を変位させることによって、
移動物体を基準線に沿わせて操縦することが出来る。

また光学指標と可視光とを異なる色彩とした場合には、
画像処理手段に於ける画像処理操作を容易に行うことが
出来る。

またファジィ演算手段を、予め原点と可視光とのＨ隔距
Ｍに対応したメンバーシップ関数を記憶し、入力された
離隔距離データに基づいて所定の演算処理を行って有効
度を出力する前件部演算部と、予め操作量に対応したメ
ンバーシップ関数ヲ記憶し、前件部演算部から出力され
た有効度に基づいて操作量を演算する後件部演算部とを
有し、後件部演算部では操作量に対応したメンバーシッ
プ関数が夫々三角形で与えられ、前記三角形を入力され
た有効度に応じて割引きし、割引きされた三角形に於け
る面積と重心位置との積によって回転モーメントを求め
ると共にこの回転モーメントの値を加算し、且つこの値
を割引きされた三角形の面積を加算した値で除算する演
算を行って操作量を出力するよう構成した場合には、操
作量の演算（デファジフィケーション）を簡単な装置で
且つ短時間に実施することが出来る。

即ち、後件部に記述された操作量に関するファジィ集合
のメンバーシップ関数を三角形で与え、これ等の三角形
を制御規則に応じて横軸上に並列させると、各三角形に
於ける底辺の長さ及び横軸上の重心位置は一義的に定ま
る。従って、三角形で表された後件部のメンバーシップ
関数を前件部から出力された有効度で割引きしても、割
引きされた三角形に於ける底辺の長さ、及び横軸上の重
心位置は変化しない、また割引きされた三角形の面積は
元の三角形の底辺の長さ及び有効度によって容易に計算
することが出来る。

従って、割引きされた個々の三角形に於ける面積と重心
位置との積によって回転モーメントを求めると共にこの
回転モーメントの値を加算し、この値を割引きされた三
角形の面積を加算した値で除算することによって、合成
された重心位置を演算することが出来る。そして前記重
心位置の値を操作量として出力することが出来る。

〈実施例〉 以下上記手段を移動物体としての掘進機に適用した場合
の操縦方法と操縦装置の一実施例について図を用いて説
明する。

第１図は掘進機の模式説明図、第２図は操縦装置のブロ
ック説明図、第３図は受像機から可視光及び光学指標の
データを取り出すためのブロック説明図、第４図は後方
側から見たインジケータの説明図、第５図（ａ）〜（Ｃ
）は掘進機の前進に伴って該掘進機が基準線から偏位し
た場合の説明図、第６図は掘進機を操縦する場合の前件
部のメンバーシップ関数の説明図、第７図は第６図に対
応する後件部のメンバーシップ関数の説明図、第８図（
ａＪ〜（ｄ）は後件部に於ける三角形の重心位置の説明
図、第９図は後件部に於けるメンバーシップ関数の三角
形を有効度で割引きしたときの説明図である。

本発明に係る移動物体の操縦方法とその装置は、例えば
地中に上水道管や下水道管を敷設するための掘進機Ａが
地中を前進する際に、地盤の抵抗値の変化等の原因によ
って予め設定された管路の計画線からズした場合、計画
線と掘進機Ａとの離隔量及び方向を測定し、この離隔量
、方向に応じて掘進機Ａを操縦して計画線に沿って前進
させるための方法と装置に関するものである。

掘進機Ａは第５図（ａ）に示すように、管路Ｂの敷設開
始位置に形成したピットから地中に所定の深さ及び方向
にセットされる。そして図に於ける右側（以下ｒ後方ｊ
という）から推進されて左側（以下「前方ｊという）に
前進する。このとき、前方側に於ける地盤の抵抗値が異
なる場合、掘進機Ａは一定の力で推進されるにも関わら
ず同図（ｂ）に示すように基準線となるレーザー光１０
ｂからズレることがある。本発明は、このとき掘進Ｉａ
Ａの本体１内に設けたインジケータ７をテレビカメラ８
によって撮像すると共に、この画像を処理してレーザー
スポット１０のスポット原点ｏ１からの離隔量と方向を
測定し、この離隔量、方向に応じて同図（Ｃ１に示すよ
うにジヤツキ３．４を操作することによってヘッド２を
本体ｌに対して変位させてレーザー光Ｊｏｂに沿わせる
ように操縦するものである。

第１図により掘進機Ａとその周辺装置の概略構成につい
て説明する。

図に示す掘進Ｉａ、Ａは、地中に上水道管或いは下水道
管等の管路Ｂを敷設するためのものであって、該掘進機
への前方側に設けたカッターヘッドＣを回転させて土砂
を掘削し、この土砂を掘進機Ａ内に設けたポンプによっ
て外部に排出しつつ、後方側に配置した推進装置りによ
って付勢して前進させ、掘進機Ａ前進に伴って該掘進機
Ａの後方に管を継ぎ足しながら所定の管路Ｂを構成する
ものである。

掘進機Ａは図示しない計器類やポンプ等を設けた本体ｌ
と、この本体ｌの進行方向を規定するために該本体ｌの
前方側に設けた操向手段となるヘッド２とを有して構成
されている。前記本体ｌとへラド２は、掘進機Ａの軸心
と一敗した中心を有する円周上に等間隔で配設された２
本のジヤツキ３．４及びロッド５を介して接続されてい
る。前記各ジヤツキ３．４及びロッド５は夫々端部にユ
ニバーサルジツイント３ａ、４ａ、５ａを設けて本体１
及びヘッド２に取り付けられている。従って、ジヤツキ
３，４を所望量駆動することによって、ヘッド２をロッ
ド５のジヨイント５ａを中心として本体１に対し所望の
方向に変位させることが可能である。

本実施例に於いて、ジヤツキ３．４として油圧シリンダ
ーを用いている。そして前記ジヤツキ３４は本体ｌに設
けた油圧ユニット及び圧油の流量制御ユニット等からな
る駆動装置６と接続されている。

本体１の所定位置にはインジケータ７が設けられており
、このインジケータ７と対向して撮像手段となるテレビ
カメラ８が配置されている。前記インジケータ７には、
後述する光学指標９及び基準線となるレーザー光１０ｂ
が投射されている。そしてインジケータ７をテレビカメ
ラ８によって撮像すると共に、撮像した画像を後述する
画像処理装置２２によって処理することで、本体ｌのレ
ーザー光１０ｂからの離隔量、Ｎ隔方向、及び本体１に
対するヘッド２の変位量、変位方向を検出ことが可能と
なる。

ヘッド２の所定位置にはインジケータ７に達するバー９
８が固着されており、該バー９８の先端であって且つ掘
進機Ａの軸心と一致する位置にはインジケータ７の後方
側に位置するように光学指標９が取り付けられている。

この光学指標９はヘッド２の本体１に対する変位に伴っ
てインジケータ７の表面に沿って偏位するものである。

前記光学指標９としては、例えば十字状に形成した指針
を用いることが可能であり、またＬＥＤ等の発光素子を
用いることも可能である。

本実施例ではグリーン（Ｇ）に発光するＬＥＤを用いて
いる。

掘進機Ａの後方側にはレーザートランシット等のレーザ
ー発振器１０ａが配置されており、該発振器１０ａから
基準線となるレーザー光１０ｂが出射されている。前記
レーザー光１０ｂは予め計画された管路Ｂの敷設中心と
一致して或いは平行に配置されている。そしてレーザー
光１０ｂがインジケータ７に投射されたとき、このイン
ジケータ７にレーザースポット１０を形成している。

本実施例ではレーザー光の色彩が赤色光（Ｒ）となるＨ
ｅ　−Ｎｅレーザーを用いている。

従って、インジケータ７には第４図に示すようにレーザ
ー光１０ｂの投射による赤色のレーザースポット１０が
形成される。このレーザースポット１０は必ずしもイン
ジケータ７の中心と一致する必要は無く、画像処理装置
２２に於いて掘進機Ａの前進開始位置に於けるレーザー
スポット１０の位置をスポット原点Ｏｌとして記憶し、
以後掘進８ｇＡの前進に伴うレーザースポット１０とス
ポット原点０．との離隔距離と方向を測定することで、
本体１とレーザー光ｌＯｂとの離隔量、方向を測定する
ことが可能である。またへラド２が本体１に対し中立位
置にある場合、インジケータ７のテレビカメラ８側に配
置されたＬＥＤ９は掘進機Ａの軸心と一致した位置とな
る。従って、掘進機Ａの前進開始位置に於けるＬＥＤ９
の位置が指標原点Ｏ２となる。

尚、図に於いてＥは掘進ｆｆ１Ａ、推進装置り等を制御
するための制御装置、モニター受像機等を設けた制御盤
である。

次に上記掘進機Ａを操縦するための構成について第２図
及び第３図を用いて説明する。

図に於いて、テレビカメラ８は受像ｇ９．２１と接続さ
れている。受像機２１は第３図に示すように、受像部２
１ａと色彩分離部２１ｂとによって構成されている。受
像部２１ａは通常のテレビ受像機と同様に構成されてお
り、テレビカメラ８によって撮像したインジケータ７の
映像を表示してモニター画面としての機能を有している
。また色彩分離部２１ｂはテレビカメラ８によって撮像
したインジケータ７の画像からＬＥＤ９の色彩Ｇ信号、
及びレーザースポット１０の色彩Ｒ信号を分離してこれ
等の信号を画像処理装置２２に伝送するための機能を有
している。

即ち、受像部２１ａのＲマトリクス部の出力信号と同期
分離部の信号とをＲ十同期部に入力してＲ信号を画像信
号と同期させると共に出力インピーダンス訓整部に於い
て増幅することで、撮像されたインジケータ７の画像か
らレーザースポット１０に対応するＲ信号を分離し、線
２３ａを介して画像処理装置２２に伝送し得るように構
成している。またＬＥＤ９に対応するＧ信号も同様にし
てインジケータ７の画像から分離され、線２３ｂを介し
て画像処理装置２２に伝送される。

画像処理装置２２は受像機２１から伝送されたＧ信号及
びＲ信号の座標値を演算するものであって、公知の画像
処理装置によって構成されている。

画像処理装置２２には記憶部及び制御部等を有する画像
処理制御装置２４が接続されており、掘進機への前進開
始位置に於けるインジケータ７の画像から第４図及び第
５図に示すスポット原点０．、指標原点Ｏ！のデータを
記憶すると共に、伝送されたＲ信号のスポット原点ｏ１
に対する座標データをファジィ演算袋Ｗ２５に出力し、
また伝送されたＧ信号の指標原点０！に対する座標デー
タを比較袋Ｗ２６に出力するものである。

従って、画像処理装置２２に於いてＲ信号のスポット原
点ｏ１に対する座標値を演算することによって、レーザ
ー光Ｊｏｂと本体１との離隔距離及び離隔方向を測定す
ることが可能となり、またＧ信号の指標原点０□に対す
る座標値を演算することによって本体ｌに対するＬＰ０
１の偏位量及び偏位方向、即ち、本体１に対するヘッド
２の変位量と変位方向を測定することが可能となる。

本実施例に於いて、画像処理制御装置２４から画像処理
装置２２に対し定時的に画像ホールド信号が伝送され、
該タイミングに於ける画像情報がホールドされる。前記
画像に於いて、レーザースボッ目０はスポット原点ｏ１
を原点とし、水平方向をＸ、垂直方向をＹとするＸ−Ｙ
直交座標系によって座標値を演算され、またＬＰ０１は
指標原点０２を原点とし、水平方向をＸ、垂直方向をＹ
とするＸ−Ｙ直交座標系によって座標値を演算される。

そしてレーザースポットｌＯのＸ座標のデータがファジ
ィ演算装置２５に出力されると同時にＬＰ０１のＸ座標
のデータが比較装置２６に出力される。またレーザース
ボッ目０．ＬＥＤ９のＸ座標のデータが出力されて所定
時間経過した後、レーザースボッ目０のＸ座標のデータ
がファジィ演算装置２５に出力されると同時にＬＰ０１
のＸ座標のデータが比較装置２６に出力される。

このように、レーザースポット１０及びＬＰ０１のＸ、
Ｘ座標のデータを順にファジィ演算装置２５及び比較装
置２６に出力することによって、該演算装置２５に於い
て水平方向の離隔量（Ｘ）と垂直方向の離隔Ｍ　（Ｙ）
に応じた操作量を順に演算し得るように構成している。

ファジィ演算装置２５は、前件部演算部２５ａ、前件部
メンバーシップ関数記憶部２５ｂ、後件部演算部２５Ｃ
２後件部メンバーシップ関数記憶部２５ｄ等からなり、
画像処理装置２２から伝送されたＲ信号の座標データを
観測量として対応するメンバーシップ関数から有効度を
演算して後件部演算部に出力し、後件部演算部では前件
部に於けるメンバーシップ関数と対応したメンバーシッ
プ関数の割引き演算と重心位置を演算してこの重心位置
に応じた量を操作量として出力するものである。

前記ファジィ演算装置２５に於ける演算方法については
後述する。

ファジィ演算装置２５から出力された操作量の信号は比
較装置２Ｇに伝送される。この比較装置２６は、レーザ
ー光１０ｂと本体１とのＨ隔置に応した操作量、及び現
在本体１に与えられている方向修正量（操縦量）を比較
することによって、最適な制御量を演算して出力するも
のである。

インターフェース２７は比較装置２６から出力される制
御量としての信号を駆動装置６に於ける圧油の流量制御
ユニットに対するバルブの開閉量を制御するための信号
に変換するものであり、これにより、ジヤツキ３．４に
対する圧油の供給量を制御してヘッド２を本体ｌに対し
比較装置２６からの制御量に応じて変位させるものであ
る。

ここで、ファジィ演算装置２５に於ける操作量の推論演
算について、掘進機Ａを水平方向に操縦する場合につい
て具体的に説明する。

前件部メンバーシップ関数記憶部２５ｂには第６図に示
すメンバーシップ関数が記憶されている。

このメンバーシップ関数はレーザー光１０ｂに対する本
体１の水平方向の離隔量に間するものである。

従って、前件部メンバーシップ関数記憶部２５ｂには垂
直方向の離隔量に対応したメンバーシップ関数も記憶さ
れている。

以下、水平方向のＨ隔置に対応した操作量の推論方法に
ついて説明するが、垂直方向の離隔量に対する操作量の
推論も同様な方法で行われる。

第６図に示すメンバーシップ関数は、オペレーターが受
像機２１の画面によりスポット原点ｏ１とレーザースポ
ット１０の実際のズレを観測した時、このズレが大きい
量として感するか、又は中或いは小として怒するかの度
合いを表すものである。

図に示すメンバーシップ関数及び後述する後件部に於け
るメンバーシップ関数は、多くのオペレーターのノウハ
ウを集積して設定されている。

例えばレーザースポット１０がスポット原点０１から左
側に７１１１１離隔している時、このズレに対し小さい
ズレであると惑じるオペレーターと、中位のズレである
と感じるオペレーターがあることを示している。そして
ズレが小であると感じる度合い、及び中であると感じる
度合いが夫々有効度となる。

画像処理装置２２に於いてレーザースボッＨＯのスポッ
ト原点ｏ１からの離隔量が測定され、この離隔量に応じ
たデータが前件部演算部２５ａに伝送されると、該演算
部２５ａでは記憶された前件部のメンバーシップ関数に
基づいてを効度を演算する。

この演算は、例えば離隔量が７ｍであり、且つ離隔方向
が左であったとすると、第６図の左７鵬に於けるメンバ
ーシップ関数の値を演算して有効度とするものであり、
即ち、同図から 左向小に対応する有効度α、　＝０．７５左向中に対応
する有効度α、　＝０．２５を得るものである。そして
この有効度α、α２を後件部演算部２５ｃに出力する。

後件部メンバーシップ関数記憶部２５ｄには第７図に示
すメンバーシップ関数が記憶されている。

このメンバーシップ関数は、オペレーターが受像機２１
の画面によりスポット原点ＯＩとレーザースボッ目０の
実際のズレを観測した時、このズレに応じてヘッド２を
変位させる量、即ち操作量を示すものであり、個々の三
角形は第６図に示す前件部のメンバーシップ関数と対応
したものである。

また第７図に於ける操作方向は測定された離隔方向に対
し反対の方向となる。

同図に示すように、後件部に於けるメンバーシップ関数
を横軸上に並列した三角形で表したとき、これ等の三角
形の横軸上の位置及び形状は一義的に設定される。

第８図（ａ）〜（ｄ）は後件部に於けるメンバーシップ
関数の右向き部分を構成する４つの三角形Ｂ１〜Ｂ４０
重心位置Ｇ、〜Ｇ４と底辺長さ阿、〜−４の説明図であ
る。

同図に示すように、各三角形Ｂ、〜Ｂ、の高さは全て等
しく、且つ個々の三角形の底辺長さ−、〜−１は一義的
に設定される。従って、個々の三角形に於ける重心位置
Ｇ、〜Ｇ４は、通常の代数計算によって容品に求めるこ
とが可能である。

第９図はスポット原点０１とレーザースポット１０の離
隔量を７１１１１１としたとき、前件部演算部から出力
された有効度α１．α２によって、この有効度と対応す
るメンバーシップ関数の三角形Ｂｔ、　Ｂ、を割引いた
ときの三角形Ｂ、ｌ　ｌ　Ｂ３′の説明図である。

図に示すように元の三角形Ｂ！　　Ｉｈと割引きされた
三角形Ｂ％　、　Ｂｆｆ’に於ける底辺６．−コは共通
であり、且つ各三角形Ｂｚ、　Ｂｚ’及びＢｓ、　Ｂｓ
’に於ける重心位置Ｇ！、　Ｇ、は変化しない。

従って、三角形Ｂ□、　Ｂｘの重心位置Ｇ、、　Ｇ、と
じ、三角形Ｂ、′〜Ｂｓ’についてその面積を重さとす
る回転モーメントを計算して合成モーメントから重心ｙ
。を求めると、 ｙｏ＝　（（Ｇ！・α１・−２十Ｇ３・α２・Ｗｉ）／
２］／（（α１・−２＋α２・Ｗｉ）／２１となる。

ここで、 Ｍ　ｚ　＝　Ｇ　ｔ・Ｗｔ、　Ｍｘ＝Ｇｓ・Ｗｉとする
と、Ｙｏ−（（Ｍｚ・α、＋６・αｇ）／２）／（（α
１・−２＋α２・−、）／２］となり、得られたＹ、の
値が三角形Ｂ、’　、　Ｂ、を合成した重心位置となる
。従って、前記Ｙ、の値を毘装置として出力することが
可能となる。

上記の如くして、操作量を演算するための一般才 を得ることが出来る。

次に掘進機Ａの操縦方法について第５図（ａ）〜（Ｃ）
により説明する。

同図（ａｌは前進開始位置に於ける掘進＠Ａを示してい
る。このとき、ヘッド２は本体１に対し中立状態を維持
しており、従って、インジケータ７に対するＬＥＤ９の
位置は掘進機Ａの軸心と一致している。インジケータ７
はテレビカメラ８によって常に１ｉ像され、この画像は
画像処理装置２２によって定時的に測定される。そして
掘進機Ａの前進開始位置に於けるＬＥＤ９の位置が指標
原点０．として、またこのときのレーザースポット１０
の位置がスポット原点０１として夫々画像処理制御装置
２４に記憶される。

掘進機Ａの前進に伴い、同図（ｂ）に示すように該掘進
機Ａが基準線であるレーザー光１０ｂから離隔すると、
インジケータ７に於けるレーザースボッ目Ｏはスポット
原点ｏ１から離隔する。そして画像処理装置２２に於い
てＸ−Ｙ座標系に対応したＸ座標データ、Ｙ座標データ
に変換されて、ファジィ演算装置２５に出力される。画
像処理装置２２では同時にＬＥＤ９の指標原点ｏ２から
の偏位置、方向が測定され、このときのＬＥＤ９の偏位
量がｘ−Ｙ座標系に対応したＸ座標データ、Ｙ座標デー
タに変換されて比較回路２６に出力される。但し、同図
（ｂ）ではヘッド２は本体１に対し中立状態を維持して
おり、従って、ＬＥＤ９に対応するＸ座標データ　Ｙ座
標データは０として出力される。

画像処理装置２２に於いて測定したレーザースポット０
とスポット原点ｏ１との離隔量が７閣であり、離隔方向
が左である場合、前件部演算部から左向小に対応する有
効度α、　＝０．７５、また左向中のメンバーシップ関
数に対応する有効度αｚ　＝０．２５が出力される。

次に後件部のメンバーシップ関数の右向小、右向中に対
応する三角形Ｂ、、　Ｂ３を夫々有効度α、−〇、７５
とα、　＝０．２５を用いて割引きすることによって、
第９図に示す三角形Ｂ％　、　Ｂｘ’を得る。

また第８図（ｂ）から三角形Ｂ２の底辺長さｌ’ｌ！＝
３０重心位置Ｇｚ＝１３．３．−１＝ＧｚＸＬ＝４００
であり、且つ同図（Ｃ）から三角形Ｂ、の底辺長さｌ’
ｈ＝４０．重心位置Ｇ５−２５．０．　Ｍｓ＝ＧｓＸＩ
Ｉｓ＝１０００である。

従って、？１．・α１＋門、・αア ＝４００　Ｘｏ、７５＋１０００Ｘ０．２５　　の計算
を行って＝５５０　　　　　　　　　　　　を得る。

また、−２・α、＋６・α２ ＝３０Ｘ０．７５＋４０Ｘ０．２５　　　　の計算を行
って＝３２．５　　　　　　　　　　　を得る。

そして前記値から、水平方向の操作量として５５０÷３
２．５＝１６．９２３（分）なる値を得る。

この値はファジィ演算装置２５から比較装置２６に伝送
され、この比較装置２６に於いてＬＥＤ９の偏位置の水
平方向の座標データと比較される。このとき、ＬＥＤ９
の偏位量が０であることから、前記操作量が制御量とし
てインターフェース２７を介して駆動装置６に伝達され
、駆動装置６に於ける圧油の流量制御ユニットを駆動し
てジヤツキ３゜４を所定量操作し、ヘッド２を本体１に
対して左方向に変位させる。

掘進４ａＡが更に前進して同図（Ｃ）の位置に達したと
き、上記と同様にしてレーザースポット１０のスポット
原点Ｏ１からの離隔量、方向を測定すると共にＬＥＤ９
の指標原点ｏ２からの偏位置、方向を測定し、レーザー
スポット１０のＸ座標データ、Ｙ座標データをファジィ
演算装置２５に出力して操作量を演算して比較装置２６
に出力し、同時にＬＥＤ９のＸ座標データ、Ｙ座標デー
タを比較装置２６に出力する。そして比較装置２６に於
いてこれ等のデータを比較してその差を制？Ｉｌ量とし
てインターフェース２７を介して駆動装置６に伝達する
。

上記操作を定時的に行うことによって、掘進機Ａをレー
ザー光１０ｂに沿わせて操縦することが可能となる。

尚、掘進機Ａを操縦するには、インジケータ７に於ける
レーザースポラ目０のスポット原点０．からの離隔量、
方向のみを測定し、この座標データをファジィ演算装置
２５に入力して操作量を演算させても良く、この場合に
はオープン制御方式〇操縦方法となる。

〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように、本発明に係る第１の操縦方
法によれば、移動物体の移動に伴って該移動物体が基準
線から離隔した時、このＩｉ！ｔｌ陽量と方向とを測定
し、離隔量に基づいて咳則装置に応じた操作量を演算し
、この操作量と離隔方向に応じて操向手段を駆動するこ
とで、移動物体を基準線に沿わせるように自動操縦する
ことが出来る。

また第２の操縦方法によれば、移動物体が基準線から離
隔したときの離隔量と離隔方向を測定すると共に本体に
対する操向手段の変位量と変位方向を測定することで、
離隔量に応じた操作量を得ることが出来る。そして操作
量と操向手段の変位量とを比較し、その差を制ｗｇ量と
して操向手段を駆動することで、移動物体を現在の離隔
量及び操縦量に応じた制御量によって自動操縦すること
が出来る。

また移動物体の操縦装置によれば、オペレーターの操縦
ノウハウを蓄積して、移動物体を自動操縦することが出
来る。このため、ヘテランオペレーターを必要とするこ
と無く、移動物体を容品に操縦することが出来る等の特
徴を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は掘進機の模式説明図、第２図は操縦装置のブロ
ック説明図、第３図は受像機から可視光及び光学指標の
データを取り出すためのブロック説明図、第４図は後方
側から見たインジケータの説明図、第５図（ａ）〜（Ｃ
）は掘進機の前進に伴って該掘進機が基準線から偏位し
た場合の説明図、第６図は掘進機を操縦する場合の前件
部のメンバーシップ関数の説明図、第７図は第６図に対
応する後件部のメンバーシップ関数の説明図、第８図（
ａ）〜（ｄ）は後件部に於ける三角形の重心位置の説明
図、第９図は後件部に於けるメンバーシップ関数の三角
形を有効度で割引きしたときの説明図である。 Ａは掘進機、Ｂは管、Ｃはカッターヘッド、ＤはｔＩｉ
！装置、Ｅは制御盤、ｌは本体、２はヘッド、３．４は
ジヤツキ、５はロンド、６は駆動装置、７はインジケー
タ、８はテレビカメラ、９はＬＥＤｌｌｏはレーザース
ポット、１０ｂはレーザー光、２１は受像機、２２は画
像処理装置、２４は画像処理制御装置、２５はファジィ
演算装置、２５ａは前件部演算部、２５ｂは前件部メン
パーンツブ関数記憶部、２５ｃは後件部演算部、２５ｄ
は後件部メンバーシップ関数記憶部、２６は比較装置、
２７はインターフェースである。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）本体と操向手段とを有し且つ予め設定された基準
   線に沿って移動する移動物体の操縦方法であって、前記
   基準線に対する本体の離隔距離と離隔方向とを測定し、
   予め離隔距離に対応するメンバーシップ関数を記憶させ
   た前件部演算部に前記測定された離隔距離を観測量とし
   て入力し、前件部に於いて所定の演算を行って得た有効
   度を予め操作量に対応するメンバーシップ関数を記憶さ
   せた後件部演算部に入力し、後件部に於いて所定の演算
   を行って得た値を操作量として出力し、該操作量に応じ
   て操向手段を駆動することを特徴とした移動物体の操縦
   方法。
2. （２）本体と操向手段とを有し且つ予め設定された基準
   線に沿って移動する移動物体の操縦方法であって、前記
   基準線に対する本体の離隔距離と離隔方向とを測定する
   と共に本体に対する操向手段の変位量と変位方向を測定
   し、予め離隔距離に対応するメンバーシップ関数を記憶
   させた前件部演算部に前記測定された離隔距離を観測量
   として入力し、前件部に於いて所定の演算を行って得た
   有効度を予め操作量に対応するメンバーシップ関数を記
   憶させた後件部演算部に入力し、後件部に於いて所定の
   演算を行って得た操作量を前記操向手段の変位量と比較
   してその差に相当する値を制御量として出力し、該制御
   量に応じて操向手段を駆動することを特徴とした移動物
   体の操縦方法。
3. （３）基準線に対する本体の離隔距離と離隔方向とを測
   定するに際し、本体の移動開始位置に於ける基準線の位
   置に対応する本体の位置を原点とするＸ−Ｙ直交座標系
   を設定し、前記基準線の原点からの離隔距離と離隔方向
   をＸ方向の離隔距離とＹ方向の離隔距離とに分割して測
   定し、Ｘ方向の測定値とＹ方向の測定値を順に前件部演
   算部に入力して所定の演算を実施することを特徴とした
   請求項（１）又は（２）記載の移動物体の操縦方法。
4. （４）本体及び操向手段を有する移動物体と、前記操向
   手段の本体に対する変位を表示する光学指標と、予め設
   定された基準線に沿って配設された可視光と、前記本体
   の内部に配置され光学指標及び前記可視光とを投射する
   ためのインジケータと、前記インジケータと対向して配
   置されたカラー撮像手段と、前記カラー撮像手段によっ
   て撮像された画像を映写するためのカラー受像手段と、
   前記カラー受像手段と接続されインジケータ上に投射さ
   れた光学指標及び可視光の座標を演算するための画像処
   理手段と、前記画像処理手段によって演算された可視光
   の座標値に応じて予め設定された前件部のメンバーシッ
   プ関数及び後件部のメンバーシップ関数に基づいて操作
   量を演算するためのファジィ演算手段と、前記ファジィ
   演算手段によって演算された操作量と前記画像処理手段
   によって演算された光学指標の座標値とを比較して制御
   量を出力するための比較手段と、前記比較手段から出力
   された制御量に応じて前記操向手段を駆動するための駆
   動手段とを有することを特徴とした移動物体の操縦装置
   。
5. （５）前記光学指標と可視光とが異なる色彩を有するこ
   とを特徴とした請求項（４）記載の移動物体の操縦装置
   。
6. （６）前記ファジィ演算手段が、予め原点と可視光との
   離隔距離に対応したメンバーシップ関数を記憶し入力さ
   れた離隔距離データに基づいて所定の演算処理を行って
   有効度を出力するための前件部演算部と、予め操作量に
   対応したメンバーシップ関数を記憶し前件部演算部から
   出力された有効度に基づいて操作量を出力するための後
   件部演算部とからなり、前記後件部演算部では操作量に
   対応するメンバーシップ関数が夫々三角形で与えられ、
   前記三角形を入力された有効度に応じて割引きし、割引
   きされた三角形に於ける面積と重心位置との積によって
   回転モーメントを求めると共にこの回転モーメントの値
   を加算し、且つこの値を割引きされた三角形の面積を加
   算した値で除算する演算を行って操作量を出力するよう
   構成したものであることを特徴とした請求項（４）記載
   の移動物体の操縦装置。