本发明涉及挖掘机的的方向控制方法与控制装置，此挖掘机采用之密封机身设有头部以及在此头部之后能为其弯曲连接的尾部，具体地说，在本发明涉及的控制挖掘机前进方向的方法与装置中，利用了沿着待建造之隧道的计划线与基准线指示方向的光线。 在先有技术中，通过采用设置有可相对弯曲而连接的头部与尾部之密封机身的密封型隧道挖掘机，来开设管路一类隧道时，当挖掘机需要根据拟建造之隧道的计划线路变换位置，则可变更挖掘机的前进方向作所谓方向修正。
作为上述这种方向控制的方法与装置中之一，是以确定指向拟建造之隧道的计划线路的激光一类光线的位移为基准，即于前述尾部上安装接收此光线的靶子，使光线照射到靶子的目标位置，换言之，使光线朝此靶子的照射位置成为目标位置，据此来修正挖掘机的前进方向，具体地说，即修正头部相对于尾部的方向。
在上面这种周知的方向控制方法与装置中，将靶子配置成，当挖掘机之轴线与计划线一致，挖掘机的相对于计划线的位置与姿势两者均正确时，光线即照射向目标位置。这样，一旦挖掘机偏离计划线，射向靶子地光线照射位置即落到目标位置之外。在这种周知的方向控制方法与装置中，是使光线照向目标位置来修正挖掘机的前进方向。
但是，在此种采用光线与靶子的方向控制方法与装置中，由于是把指向基准线的光线直接照射到设在尾部的靶子上，故不过是把基准方向中靶子配置处的部位沿着基准线进行方向修正而已。在这样的方向控制中，即使是光线射向靶子的目标位置，头部在很多情况下会相对于尾部或基准线倾斜，因而使方向修正作业复杂。
此外，在这种方向控制方法与装置中，由于是通过使头部的前端越过基准线变位来使基准线方向中靶子配置处的部位与此基准线一致，因而头部相对于基准线的变位很大。这样，在此处方向控制方法与装置中，在挖掘机在一定距离内前进期间，头部的蠕动次数不但多而且蠕动的范围也大，结果使挖掘机一面进行大量的蠕动，一面前进，使方向修正作业更加复杂。
作为另一种方向控制装置，是把分度板与指针分别设于头部与尾部，根据分度板上的指针位置，来确定头部相对于尾部的弯曲方向与大小，据此修正挖掘机的前进方向，特别是修正头部相对于尾部的方向。
但在这种采用分度板与指针周知的方向控制方法与装置中，虽可确定头部相对于尾部弯曲的方向与大小，但并不能辨明挖掘机是否与基准线一致，纵令能够修正头部相对于尾部的弯曲方向与大小，但并不能修正使得挖掘机与基准线一致时的头部相对于尾部之弯曲方向与大小。
为了修正能使挖掘机与基准线一致时头部相对于尾部弯曲的方向与大小，可以考虑综合利用以上两种周知的方向控制技术，但由于射向靶子的光线照射位置的偏移方向与大小与指针相对于分度的偏移方向与大小无关，操作人员不得不依据相互无关的信息来进行方向修正，需要十分熟悉方向修正作业。
本发明之目的即在于，不必使挖掘机作大量蠕动，便可简易地控制挖掘机的前进方向。
本发明的挖掘机方向控制方法，是使光线从挖掘机的后方沿假设的基准线指向挖掘机，由装设于密封机身头部上的反射镜接收此光线，再由设于此机身尾部上的靶子来接收这一反射光线，使此反射光线照射到靶子中的目标位置，来控制方向的修正。
本发明的挖掘机方向控制装置则包括：装设于密封机身头部的反射镜与装设于密封机身尾部的靶子，前者用来接收从挖掘机后方沿假设之基准线射向挖掘机的光线，后者则用来接收来自上述反射镜的反射光线。
靶子中的目标位置例如可以把头部前端的一定部位作为方向控制对象的从属部位，而这一从属部位实质上是在基准线上时能够成为射向靶子的反射光线的照射位置。
从设置于起始竖井内之光源所发出的作为基准的激光之类光线，经头部上的反射镜反射后，射向尾部上的靶子。
反射光线相对于靶子中目标位置之照射位置的变位量与变位方向，因头部相对于尾部之角度、尾部相对于光线之角度、头部相对于光线之角度以及基准线与光线之变位量等而异。但是，反射光线相对于目标位置之照射位置的变位方向，主要与头部相对于基准线之倾斜方向有关。
这样，为了使反射光线射向目标位置，相对于尾部来修正头部的方向使挖掘机前进时，即使是挖掘机相对于基准线的位置与姿势无一正确时，通常也能将挖掘机修正到使头部前端之从属部与基准线的方向一致，其挖掘机在其头部前端沿着基准线的条件下前进。结果，挖掘机便能在相对于基准线修正其正确位置与正确姿势的同时前进。
根据本发明，是把作为基准的光线通过头部的反射镜反射后，照射到尾部的靶子，通过使射向靶子之反射光线所照射的部位或为靶子中的目标位置来作为控制方向修正的方法，由此达到控制挖掘机前进方向之目的，从而使方向控制变得容易。
此外，由于能使挖掘机的前端部沿基准线作方向控制，与周知的令基准线方向中靶子设置处的部位沿着基准线来修正方向的技术相比，头部的蠕动次数少且蠕动范围也小，这样就能减少挖掘机的蠕动次数并缩小其蠕动范围。
靶子内的目标位置当前述从属部实质上是在基准线上的为上述反射光线的照射位置时，取定它的任意部位都是可以的。换言之，从属部可以取作为上述反射光线照射到目标位置时在基准线上的任意部位。
但是，靶子中的目标位置最好是取，挖掘机相对于基准线处于正确位置与正确姿势时反射光线射向靶子的位置。这样，由于从属部是挖掘机相对于基准线处于正确位置与正确姿势时在基准线上的部位，头部的蠕动次数会更少，蠕动的范围也会更小。据此，挖掘机的蠕动次数也更少而蠕动范围也更小。结果使得挖掘机基本上是直向前进。
最好设置偏向器，可使指向基准线的光线沿着已从该基准线变位的光路并指向反射镜，这样，即使利用指向尾部轴线上的光线，也能使该光线绕过密封机身内的障碍物。
但更理想的方法是采用这样的偏向器，使沿着基准线的光线朝封闭机身的径向外方偏转，使偏转的光线朝向反射镜，而让反射镜的反射光线射向此封闭机身的径向中央。这样，可使上述光线不受密封机身内障碍物的影响，缩短从头部前端至反射镜的距离，由此能提高方向控制的精度。
上述靶子最好配备有允许射向反射镜之光线通过的半透明的透光部和接收自反射镜反射回的受光部。这样，根据光线射向透光部的照射位置和反射光线到受光部上的照射位置，就能得知挖掘机相对于光线的特别是尾部相对于光线的变位量。
也可在靶子附近配置电视摄象机，由监控器来监视其图象。
前述靶子所在的位置最好设定成，当挖掘机相对于基准线处于正确位置与正确姿势时，使此目标位置处于从反射镜到目标位置的距离相当于从基准线与挖掘机前端交点到前述作弯曲的连接之弯曲中心距离的至少二分之一的位置处。这样，不使设定于挖掘机前端上的从属部超越基准线变位，就能容易地控制挖掘机的前进方向，从而与周知的方向控制方法与控制装置相比，就能显著地减少挖掘机的蠕动次数和大大缩小其蠕动范围。
至于从反射镜到目标位置的距离，以取作为挖掘机相对于基准线处于正确位置与正确姿势时，由挖掘机前端到上述弯曲中心的距离之半为宜。这样就能进一步缩小挖掘机的蠕动范围。
下面简述本发明的附图。
图1是示明配备有本发明之方向控制装置之挖掘机的实施例之剖面图与示明射向靶子之光线的照射位置的图。
图2是用来阐明本发明之方向修正方法之原理的示意图。
图3是示明配备有本发明另一种方向控制装置之挖掘机实施例的剖面图。
图4是示明配备有本发明又一种方向控制装置之挖掘机实施例的剖面图。
现在参看附图来描述本发明的实施例。
在图1中，封闭型的隧道挖掘机10包括有筒状的密封机身12，后者备有头部14和与其后部相连的尾部16。头部14与尾部16可把挖掘机10（实际上是它的尾部16）之轴线18上的弯曲中心点20作为中心，作可弯曲式的结合，并由相对于尾部来修正头部取向之方向修正用的一批千斤顶22使之相互连接。
头部14的后端以可弯曲的方式接纳尾部16的前端。尾部16分割成由一批螺栓作为分离但不能作相对位移而连结起的多个筒状体16a、16b。同样，头部14也可分割成由一批螺栓作可分离但不能作相对位移而连接的多个筒状体。
头部14之内由隔壁24划分成前方区与后方区。在隔壁24中，曲轴26被支承成可绕轴线18的周围旋转。曲轴26装配成使其偏心部成为上述的前方区。在曲轴26的偏心部中，以可转动的方式支承一转动件28，而在转动体28中则安装有挖铲组件30。此挖铲组件是设有从转动体28沿径向外伸的一批臂与设在这些臂前端的一批铲齿之先有设备。
隔壁24中还安装有用来转动曲轴26的转动机构32。转动体28与挖铲组件30构造成，可通过曲轴26的转动作以轴线18为中心轴的转动（公转）和作以曲轴26的偏心部为中心的转动（自转）。这方面的结构，例如可参看日本特许（公开）昭63-189596公报中所公开的技术，由于与方向控制无直接关系，省除它的详细说明。
通过给水管34可将挖掘物排出用的泥水从地面供给于头部14的前方区。供给到此前方区的泥水则和挖掘物共同经排出管36排向地上。给水管34与排出管36则经尾部16、混凝土管之类铺设管道36以及起始竖井（图中未示明）伸向地面。
方向控制装置利用设于前述起始竖坑之光源发出的激光一类光线。在图示例子中，是以待建造之隧道（图中以管路示明）的计划线为基准线，光线40指向计划线即基准线。但也可采用与计划平行的设想线为基准线，而也可让光线40平行地指向计划线。
方向控制装置包括：从隔壁24伸向尾部16内的臂42、安装在该臂后端的托架44、用来接受光线安装于托架44上的反射镜46、用来接受来自该反射镜之反射光线48的装于尾部16上的靶子50以及对该靶子进行摄象的电视摄象机52。
反射镜46在图示例子中为平面镜，但也可采用曲率半径大的凹面镜。反射镜46配置成使其中心位于轴线18上而反射面相对于轴线18按一定角度倾斜。
靶子50设定在装于尾部16中的托架54上。靶子50中设有允许射向反射镜46之光线40通过的半透明部50a和接受来自反射镜46的反射光线48之受光部50b。因此，如图1（B）所示，靶子50之中形成有由射向半透明部50a之光线40照射成的光斑40a，以及由射向受光部50a之反射光线48照射成的光斑48a。
电视摄象机52通过托架56安装于尾部16上，能从前方映照靶子50的整体，此摄象机的输出信号通过图中未示明之电缆传送到设于地面的监控器，由后者来识别光线在靶子50上的照射位置。
挖掘机10在配备有作用于千斤顶22之压力显示器、千斤顶22伸长量显示器与密封机身12前方区内压力显示器时，这些个计量显示装置以设置于靶子42的附近为宜，而它们的显示部便可以和靶子50本身都成为电视摄象机52的折摄对象。
当挖掘机10相对于基准线处于正确位置与正确姿势时，光线40即指向轴线18，通过靶子50之透光部50a的规定部位而到迭反射镜46，而反射光线48即照射到靶子50之受光部50b上的规定部位。此时射向靶子50的反射光线之照射位置是用于方向控制的目标位置（参看图2），而挖掘机10的前端与基准线的交叉部便成为方向控制对象的从属部58。
在图示例中，从属部58乃是头部14之前端与基准线的交叉部。因而，当光线40指向基准线而挖掘机10之轴线18与基准线一致时，从属部58即成为头部14前端的中心。但是，从属部58也可以是其它部位。
靶子50应装配成：当挖掘机10相对于基准线处于正确位置与正确姿势时，在和反射镜44之光照射部正交之线76相平行的方向中，反射镜46与目标位置72的距离11应为从属部58与弯曲中心点20之距离L2的二分之一以上。但是，为后面详细说明的，也可将反射镜配置成使距离L1不足距离L2的二分之一。
挖掘时，当转动体28与挖铲组件30通过转动机32的作用而处于转动状态时，挖掘机10即在设置于前述起始竖井中的总的推动机构作用下前进。此时，反射光线48即根据挖掘机10相对于基准线的位置与姿势，照向受光部50b的规定位置。这样，操作人员便控制千斤顶22以使光线48照射向目标位置。据此即可控制挖掘机10，使之相对于基准线按正确位置与正确姿势前进。
其次参看图2，说明利用此种方向控制装置来控制挖掘机10之前进方向的控制方法。
如图2所示，从属部58是头部14之前端与基准线70之交叉部，光线40指向基准线70，受光部56b的目标位置处于轴线18之上。在图2（A）、（B）与（C）中，轴线18与基准线70平行;在图2（D）中，轴线18相对于基准线70倾斜。另外，在图2（A）、（B）与（C）中，于垂直反射镜44之光照射部位的线76之方向（在图2所示例子中，即从属部58与弯曲中心点20的连接方向）中，反射镜46与目标位置72之距离L1与从属部52和弯曲中心点20之距离L2相比，分别是后者的二分之一，大于它的二分之一和小于它的二分之一。而在图（2）D中，距离L1则取作为距离L2的二分之一。
如图2（A）所示，距离L1为距离L2的二分之一，当射向靶子之反射光线48的照射位置74与目标位置72相一致时，即使头部相对于尾部倾斜，从属部58也在基准线70之上。在这种状态下，若不修正头部相对于尾部的方向而使挖掘机前进，则此挖掘机会朝其轴线18趋近基准线70的方向徐徐变位，而从属部58则会从基准线70向下方缓慢变位，同时，照射位置74则从目标位置72向下方徐徐变位。
为此，在图2（A）所示情形中，要不使照射位置74从目标位置72向上方变位而使照射位置74接近目标位置72，就应使头部相对于尾部以较现行情况更为朝上方向（在图中为顺时针方向）的角度转动，修正头部相对于尾部的方向，于此同时，并在修正之后，使挖掘机前进。这样，挖掘机便能徐徐修正成轴线18与基准线70一致，从属部58与基准线70一致，头部相对尾部不倾斜的正确位置与正确姿势。
如图2（N）所示，此时的距离L1大于距离L2的二分之一，当射向靶子之反射光线48的照射位置74与目标位置72一致，即使头部相对于尾部倾斜，从属部58却高出于基准线70之上。在这种状态下，如不修正头部相对于尾部的方向使挖掘机前进，则挖掘机将朝向其轴线18趋近基准线70的方向徐徐变化，从属部58虽然缓慢地趋近基准线，但照射位置74则从目标位置72起向上方渐渐变位。
因此，在图2（B）所示情形，要不使照射位置74从目标位置72朝上方变位使照射位置74接近目标位置72，也应使头部相对于尾部以较既有情况更为朝上的方向（在图中为顺时针方向）的角度转动，修正头部相对于尾部的方向，于此同时，并在修正后使挖掘机继续前进。这样，挖掘机便能渐变式地调整成轴线18与基准线70一致，从属部18与基准线70一致，头部相对尾部不倾斜的正确位置与正确姿势。
如图2（C）所示，距离L1小于距离L2的二分之一，此时即使射向靶子之反射光线48的照射位置74与目标位置72相一致，由于头部相对于尾部倾斜，从属部58处于基准线70的下方。这种状态下，若不修正头部相对于尾部的方向使挖掘机前进，挖掘机虽可朝其轴线18趋近基准线70的方向徐徐变位，但从属部58将从基准线70朝下方缓慢变位，而照射位置74则从目标位置72向上方渐渐变位。
因此，在图2（C）所示情形中，要不使照射位置74从目标位置72朝上方变位而使照射位置74接目标位置72，也应使头部相对于尾部以较现存情况更为朝上的方向（在图中为顺时针方向）的角度转动，修正头部相对于尾部的方向，于此同时，并在修正后使挖掘机前进。这样，挖掘机便能渐渐修正成轴线18与基准线70一致，从属部58与基准线70一致，头部相对于尾部不倾斜的正确位置与正确姿势。
如图2（D）的示，若头部相对于尾部倾斜，同时轴线18相对于基准线70倾斜，则射向靶子之反射光线48的照射位置74与目标位置72不一致。这时，照射位置相对于目标位置的变位方向，则视头部相对于尾部之倾斜方向与大小以及轴线18相对于基准线70之倾斜方向与大小而异（在图示例中为上方）。
在图2（D）所示状态下，若不修正头部相对于尾部的方向使挖掘机前进，则挖掘机朝其轴线18与基准线70一致的方向徐徐变位，而照射位置则接近于表观的目标位置72。
但在实际控制工作中，头部相对于尾部的倾斜方向与倾斜大小以及轴线18相对于基准线70之倾斜的方向与大小并不明了。
因此，在图2（D）所示情形中，为使照射位置74趋近目标位置72，应使头部相对于尾部以较现有情况更为朝上之方向（图中为顺时针方向）的角度转动，修正头部相对于尾部的方向，于此同时，并在修正后使挖掘机前进。这样，挖掘机便能渐渐修正成轴线18与基准线70一致，从属部58与基准线70一致，头部相对于尾部不倾斜的正确位置与正确姿势。
如上所述，在本发明中例如能够按以下方式进行方向修正。
当照射位置74位移或变位到目标位置72上方时，要使照射位置74趋近目标位置72，可使头部相对尾部较现存情况更为向上之方向（图中为顺时针方向）的角度旋转，修正头部相对于尾部的方向，于此同时并在修正之后使挖掘机前进。
当照射位置74位移或变位到目标位置72下方时，为使照射位置接近目标位置，可使头部相对于尾部较现存情况更朝下之方向（图中为反时针方向）的角度旋转，修正头部相对于尾部的方向，于此同时并在修正之后，令挖掘机前进。
当照射位置74与目标位置72一致时，为了让照射位置74不再位移开目标位置72，可使头部相对于尾部较现时位置朝下方向（图中的顺时针方向）之角度旋转，相对尾部修正头部方向，于此同时并在修正之后，令挖掘机前进。
在上述任何一种情形，均可将挖掘机徐徐地修正成使其轴线18与基准线70一致，从属部58与基准线70一致，头部相对于尾部不倾斜的正确位置与正确姿势。修正作业可用人工或自动控制装置进行。
不论距离L1相对于距离L2的大小如何，头部相对于尾部倾向何方，轴线18相对于基准线70也有倾斜而且照射位置74与目标位置72不一致，均可采用修正头部相对尾部之方向的方向修正用千斤顶，进行方向修正。
在图2所示状态中，距离L1大于距离L2二分之一时，当照射位置74与目标位置72相一致，从属部58不会越出基准线。与此相反，当距离L1小于距离L2的二分之一，当射向靶子之反射光线48的照射位置74与目标位置72相一致时，从属部58就已越出基准线70。这样，当距离L1超过距离L2的二分之一，由于能控制从属部58不越出基准线70，故同L1＜ 1/2 L2的情形相比，可使头部前端的蠕动范围缩小，提高挖掘机的直进性。但是，即是在L1＜ 1/2 L2的情形，与周知的方向控制的方法与装置相比，挖掘机的蠕动次数可以减少，而蠕动范围也可缩小。
又在图2的示状态中当L1＝ 1/2 L2时，若照射位置74与目标位置72一致，则从属部58与基准线70一致。但在L1＜ 1/2 L2时，即使照射位置74与目标位置72一致，从属部58也不与基准线70一致。因此，当L1＝ 1/2 L2时，与L1＞L2的情形相比，可缩小头部前端的蠕动范围。
如上所述，要是使头部相对于尾部朝向照射位置74相对于目标位置72的变位或位移方向的角度，较其现有位置作进一步的转动，当照射位置74已从目标位置72变位或正从目标位置72变位，为了使照射位置74趋近目标位置72或不从目标位置72变位，只需修正头部相对于尾部之方向即可，从而与周知的方向修正技术相比，这里的方向修正作业是简便的。
利用本发明的方向控制方法与装置，当挖掘机的轴线与基准线一致时，常能使头部相对于尾部的方向修正成使从属部58对向基准线70，与此相反，在周知的方向控制技术中，在使挖掘机的轴线与基准线相一致时，为了把头部相对于尾部的方向朝头部前端偏离基准线的方向，即使得对应于从属部58的部位越出基准线，是需要做许多修正工作的。因此，根据本发明的方向控制方法与装置，与周知的方向控制技术相比，每单位距离内的蠕动次数将减少，蠕动范围也将缩小。
要是将反射镜配置成，使射向反射镜46之光线40在照射位置中的线76与连接从属部58和弯曲中心点20之假想线平行，换言之，使此镜之反射面与该假想线正交时，则从属部58实质上是处于基准线70上时，把朝向反射光线的照射位置74取作了靶子内的目标位置72，这样就使方向修正作业变得容易。但是反射镜也可不如上配置。
此外，也可不把指向基准线70的光线40直接入射向反射镜46以使反射镜配置成使其中心与轴线18相一致，而可把反射镜46配置成朝挖掘机10之径向向外变位的形式。
在图3所示的方向控制装置中还含有改变光线40之光路的偏向器60，偏向器60则包括着使指向基准线之光线40偏向尾部径向外方的第一偏向镜62，以及使此已偏向之光线取平行于基准线的第二偏心镜64。
图3实施例中的反射镜46可为能接受第二反射镜偏向之光线，可于尾部16之径向外方变位。同时，靶子50为使偏向镜64偏向的光线通过透光部50a并使反射光线48照射到透光部50a上，可于尾部16之径向外方变位。
在图3所示装置的情形中，要是使挖掘机10相对于基准线依正确的位置与正确的姿势前进，光线40将指向轴线18，通过靶子50的透光部50a的规定部位，到达反射镜46，而反射光线48便照射到靶子50之受光部50b的位置。此外，即令头部14相对于尾部16倾斜，当从属部58处于基准线上时，反射光线48便会照射到受光部50b的目标位置上。
但由于从属部58不在基准线上时，反射光经48即照射到偏离受光部50b之目标位置的部位，可以知道从属部58偏离了基准线，操作人员这时便能调节千斤顶使反射光线照射到受光部50b的目标位置。于是，便可控制挖掘机10使之相对于基准线依正确的位置与正确的姿势前进。
采用图3所示的装置时，由于指向轴线18的光线40能绕过障碍物，故能有效地利用尾部16内的空间。同时，在图3所示的装置情形，当挖掘机相对于基准线按正确位置与正确姿势配置时，以按照距离L1＞ 1/2 距离L2的方式来配置靶子50为宜。
在图4所示的方向控制装置中，含有改变光线40之光路中的其它偏向器80。此偏向器80包括：使指向基准线上之光线50偏向尾部16径向外方之第一偏向器80、允许此偏向光线通过的半透明镜84、以及使通过此半透明镜之肖线平行指向轴线18的第二偏向镜86，它们借助托架88而安装于尾部16上。
第二偏向镜86装配成，使通过半透明镜84的光线指向反射镜并使从反射镜46来的反射光线48指向半透明镜84。此半透明镜84允许经第一偏向镜82偏向之光线通过并射向第二偏向镜86，同时可让由第二偏向镜86偏向的反射光线48指向靶子50。电视摄象机52则装配成可从靶子50后方拍摄其整体情况。
在图4所示装置中，当挖掘机10以相对于基准线的正确位置与正确姿势前进时，当线40指向轴线18，通过靶子50之透光部50a的一定部位与偏向器80到达反射镜46，而反射光线48则经偏向镜80照射到靶子50之受光部50b的目标位置。同时，即使头部14相对于尾部倾斜，当从属部58处于基准线上时，反射光线48即照射到受光部50b的目标位置。
但是，一旦从属部58偏离基准线，根据反射光线48照射到偏离受光部50b的目标位置的部位，可以得知从属部58偏离了基准线，于是操作人员便可调节千斤顶使反射光线48照射到受光部50b的目标位置。由此，可控制挖掘机10依相对于基准线的正确位置与正确姿势前进。
根据图4所示的装置，由于光线40能避开转动机构32之类障碍物的影响而把反射镜装设于从属部58的附近，就能缩短从属部58至反射镜46的距离，从而能提高方向控制的精度。
在图4所示装置的条件下，当挖掘机相对于基准线配置于正确的位置与正确的姿势时，最好把靶子50配置成，使得和反射镜44光照射部之垂线76相平行之方向中的反射镜46与目标位置72间的距离L1（实际上是反射光线48的光程长），大于前述距离L2的二分之一以上。在这种情形下，反射光线48的光程长L1，可以作为反射镜46与第二偏向镜86间之距离，第二偏向镜86与半透明镜84间之距离以及半透明镜84与靶子50间的距离之和求得。