JP2013018556A - Device for detecting sway angle of suspended load of crane - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、クレーンの吊り荷の振れ角度検出装置に関し、ジブクレーンなどの吊り荷の振れ止め制御に必要なワイヤロープの振れ角度をコンパクトで高精度、リアルタイムで検出できるようにしたものである。 The present invention relates to an apparatus for detecting a swing angle of a suspended load of a crane, which can detect a swing angle of a wire rope required for swing control of a suspended load such as a jib crane in a compact, high-precision and real-time manner.
従来から建築現場や港湾に設置されるクレーンなどでは、吊り荷の振れ止め制御を行って振れを抑えた状態でクレーン作業が行われており、吊り荷を巻き上げ下げするワイヤロープの振れ角度の検出装置を用いて吊り荷の振れ角度を検出し、検出角度に基づいて振れ止め制御が行われている。 Conventionally, cranes installed at construction sites and harbors have been controlled with suspension control of the suspended load to suppress the swing, and detection of the swing angle of the wire rope that lifts and lowers the suspended load. The swing angle of the suspended load is detected using the apparatus, and the steadying control is performed based on the detected angle.
従来の振れ角度検出装置としては、種々の形式ものが提案されているが、例えば特許文献1には、クレーンのジブの先端部にジンバル機構を介して直交する2軸回りに回動可能な検出ロッドを支持し、この検出ロッドの下端部に押えローラ機構を設けて吊り荷を巻き上げ下げするワイヤロープを挟持し、ワイヤロープの振れに検出ロッドが追従するようにしておき、この検出ロッドの直交する2軸回り(起伏軸、旋回軸)の回転角を検出する角度検出手段を設け、検出角度に基づいて制御器で演算して吊り荷の振れ角度を求めるようにしている。
これにより、押えローラ機構でワイヤロープを挟圧してワイヤロープの撚りの影響を抑えて検出ロッドをワイヤロープの振れに追従させ、精度良く振れ角度を検出するとともに、可動部分を最小限とし、装置をコンパクトにするとともに、摩擦抵抗の影響を抑えて高精度に振れ角度を検出するようにしている。
Various types of conventional deflection angle detection devices have been proposed. For example,
As a result, the wire rope is clamped by the presser roller mechanism, the influence of the wire rope twist is suppressed, the detection rod is made to follow the wire rope swing, the swing angle is detected accurately, and the movable part is minimized, and the device The swing angle is detected with high accuracy while suppressing the influence of frictional resistance.
また、特許文献2には、クレーンからワイヤロープを介して吊り下げられたフックの胴体部の側面に、吊り荷の振れ角を計測するための振れ角センサとして光ファイバージャイロを設けるようにし、フックの振れ角を計測して吊り荷の振れ止め制御を行うようにしている。
Further, in
ところが、この特許文献1のロープ振れ角検出装置では、振れの変位を検出し、後段の制御器にて角度に変換しなければならないため制御器での負担が大きく、高度の演算処理能力をもつ制御器としなければならず、しかも振れの変位を検出するためワイヤロープの高さ方向に、ある一定以上の距離が必要となって検出ロッドの長さを長くしなければならず、機構的に大型になるという問題がある。
また、光ファイバージャイロセンサを用いる場合には、組み込みのためにスペースが必要であり、組み込みに制約があるという問題がある。
However, in the rope deflection angle detection device of
In addition, when an optical fiber gyro sensor is used, there is a problem that a space is required for incorporation and there is a limitation on the incorporation.
この発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたもので、制御器での角度変換の必要がなく、検出ロッドの長さなど設置のための高さ方向の制約などの組み込みの制約がなく、簡単な機構でコンパクトにでき、高精度かつリアルタイムに吊り荷の振れ角を検出することができるクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and there is no need for angle conversion by a controller, and there are restrictions on installation such as restrictions on the height direction for installation such as the length of the detection rod. Therefore, an object of the present invention is to provide a crane swing angle detection device that can be made compact with a simple mechanism and can detect the swing angle of a suspended load with high accuracy and in real time.
上記従来技術が有する課題を解決するため、この発明の請求項1記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置は、クレーン起伏中心軸と平行な起伏軸周りとこれと直交する旋回軸周りの2軸の角度または角速度を検出するMEMS慣性センサが設けられた検出器本体をクレーン先端部から吊り下げ部材を介して吊り下げるとともに、吊り荷を巻き上げ下げするワイヤロープに相対移動可能かつワイヤロープの振れ角に追従可能に前記検出器本体を設けて構成したことを特徴とするものである。
In order to solve the above-described problems of the prior art, the crane swing angle detection device according to
この発明の請求項2記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置は、請求項1記載の構成に加え、前記検出器本体と前記MEMS慣性センサとの間に、ばねおよびダンパで構成した振動低減機構を設けたことを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration according to the first aspect, the vibration reduction device configured by a spring and a damper between the detector main body and the MEMS inertial sensor. A mechanism is provided.
この発明の請求項3記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置は、請求項1または2記載の構成に加え、前記検出器本体に、V溝ローラと、このV溝ローラと対向し前記ワイヤロープを挟圧方向に付勢する押えローラとを設けて構成したことを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration according to the first or second aspect, the detector main body includes a V-groove roller and a wire facing the V-groove roller. A presser roller that biases the rope in the clamping direction is provided.
この発明の請求項4記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置は、請求項1〜3のいずれかに記載の構成に加え、前記吊り下げ部材を、吊り下げロッドで構成し、この吊り下げロッドの一端をユニバーサルジョイントを介してクレーン先端部に取り付け、他端に前記検出器本体を取り付けたことを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the structure according to any one of the first to third aspects, the suspension member includes a suspension rod, and One end of the rod is attached to the tip of the crane via a universal joint, and the detector main body is attached to the other end.
この発明の請求項5記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置は、請求項1〜3のいずれかに記載の構成に加え、前記吊り下げ部材を、一端が間隔をあけてクレーン先端部に取り付けられ他端が前記検出器本体に取り付けられて自転を防止し得る非自転性ワイヤで構成したことを特徴とするものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the first to third aspects, the suspension load detecting device for a suspended load of the crane has the suspension member at one end of the crane at the end of the crane. The other end is attached to the detector body and is made of a non-rotating wire that can prevent rotation.
この発明の請求項6記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置は、請求項1〜5のいずれかに記載の構成に加え、前記検出器本体に、鉛直軸周りの角度または角速度を検出するMEMS慣性センサを取り付けて構成したことを特徴とするものである。 According to a sixth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the first to fifth aspects, the crane main body swing angle detection device detects an angle or angular velocity around a vertical axis in the detector body. The present invention is characterized in that a MEMS inertial sensor is attached.
この発明の請求項1記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置によれば、クレーン起伏中心軸と平行な起伏軸周りとこれと直交する旋回軸周りの2軸の角度または角速度を検出するMEMS慣性センサが設けられた検出器本体をクレーン先端部から吊り下げ部材を介して吊り下げるとともに、吊り荷を巻き上げ下げするワイヤロープに相対移動可能かつワイヤロープの振れ角に追従可能に前記検出器本体を設けて構成したので、吊り下げ部材で吊り下げた検出器本体をワイヤロープの振れに追従させることができ、検出器本体に設けたMEMS慣性センサにより制御器での変換の必要をなくしてリアルタイムで精度良く振れ角度を検出することができるとともに、装置をコンパクトにすることができる。
これにより、リアルタイムで得られる振れ角度を用いることで、高精度に吊り荷の振れ止め制御を行なうことができる。
According to the crane swing angle detection device according to the first aspect of the present invention, the MEMS detects the angle or angular velocity of the two axes around the undulation axis parallel to the crane undulation central axis and the swivel axis perpendicular thereto. The detector body provided with an inertial sensor is suspended from the tip of the crane via a suspension member, and can be moved relative to the wire rope that lifts and lowers the suspended load and can follow the deflection angle of the wire rope. Since the detector body suspended by the suspension member can follow the swing of the wire rope, the MEMS inertial sensor provided on the detector body eliminates the need for conversion in the controller in real time. Thus, the deflection angle can be detected with high accuracy and the apparatus can be made compact.
As a result, by using the deflection angle obtained in real time, the suspension control of the suspended load can be performed with high accuracy.
この発明の請求項2記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置によれば、前記検出器本体と前記MEMS慣性センサとの間に、ばねおよびダンパで構成した振動低減機構を設けたので、ワイヤロープの巻き上げ下げによって生じる振動の影響を極力押えて振れ角度を検出することができる。
これにより、一層高精度に振れ角度を検出して吊り荷の振れ止め制御を行うことができる。
According to the crane swing angle detection device according to
As a result, the swing angle of the suspended load can be controlled by detecting the swing angle with higher accuracy.
この発明の請求項3記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置によれば、前記検出器本体に、V溝ローラと、このV溝ローラと対向し前記ワイヤロープを挟圧方向に付勢する押えローラとを設けて構成したので、V溝ローラにより一層ワイヤロープの撚りによるロープ径の変化の影響を抑えることができ、ワイヤロープの振れに確実に追従させることができ、一層精度良く振れ角度を検出することができる。
According to the crane hanging load swing angle detection device according to
この発明の請求項4記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置によれば、前記吊り下げ部材を、吊り下げロッドで構成し、この吊り下げロッドの一端をユニバーサルジョイントを介してクレーン先端部に取り付け、他端に前記検出器本体を取り付けたので、吊り下げロッドおよびユニバーサルジョイントを介して検出器本体を取り付けることで、確実にワイヤロープの振れに追従させることができ、吊り下げロッドを短くしても高精度に振れ角を検出することができる。
According to the crane swing angle detection device according to
この発明の請求項5記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置によれば、前記吊り下げ部材を、一端が間隔をあけてクレーン先端部に取り付けられ他端が前記検出器本体に取り付けられて自転を防止し得る非自転性ワイヤで構成したので、複数のワイヤによる非自転性ワイヤで吊り下げ部材を構成することで、検出器本体の自転を防止して高精度に振れ角度を検出することができる。
According to the crane hanging load swing angle detecting device according to
この発明の請求項6記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置によれば、前記検出器本体に、鉛直軸周りの角度または角速度を検出するMEMS慣性センサを取り付けて構成したので、この鉛直軸周り(地軸周り)の角度または角速度から絶対座標系の起伏軸周りと旋回軸周りの振れ角を換算して求めることができる。 According to the crane hanging load swing angle detecting device according to the sixth aspect of the present invention, since the MEMS inertial sensor for detecting the angle or angular velocity around the vertical axis is attached to the detector body, the vertical axis The deflection angle around the undulation axis and the turning axis of the absolute coordinate system can be calculated from the angle around the earth (around the ground axis) or the angular velocity.
以下、この発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
このクレーンの振れ角度検出装置10は、例えば、クレーンを構成する基台上で鉛直軸を中心に旋回可能な旋回台に、水平な起伏中心軸を中心に起伏されるジブを設け、クレーンの先端部であるジブの先端部から吊り下げ部材として吊り下げロッドを介して検出器本体を設け、この検出器本体に起伏中心軸と平行な起伏軸周りと、これと直交する旋回軸周りとの直交する2軸方向の角度または角速度を検出するMEMS慣性センサを取り付け、この検出器本体を吊り荷用のワイヤーロープに、例えば押えローラ機構を介してワイヤロープに相対移動(摺動)可能かつ振れ角に追従可能に挟持することで、ワイヤロープの振れ角度を直接求めるようにしたものであり、検出器本体に設けたMEMS慣性センサにより制御器での変換の必要をなくしてリアルタイムで精度良く振れ角度を検出することができるとともに、検出精度を確保するために長い吊り下げロッドを必要とせず、装置をコンパクトにすることができる。
これにより、リアルタイムで得られる振れ角度を用いることで、高精度に吊り荷の振れ止め制御を行なうことができるようにするものである。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The crane swing
This makes it possible to control the suspension of the suspended load with high accuracy by using the deflection angle obtained in real time.
このクレーンの振れ角度検出装置10では、クレーンの先端部であるジブ1の先端部に取り付ける取付枠11を備えており、上端の取付板12を2本のボルトナットでジブ1に取り付けることで、取付枠11をジブ1に固定できるようにしてある。
The crane swing
取付枠11には、ジブの起伏中心軸と平行な起伏軸13とこれと直交するジブの旋回中心軸と平行で水平な旋回軸14とがユニバーサルジョイント15を介して設置され、下方が開口したコ字状の外枠15aの内側に、下方が開口した箱状の内枠15bが配置され、外枠15aにジブ1の旋回中心軸と平行に配置される起伏軸13が両側に分割されて軸受を介して回動可能に取り付けられ、2つに分割された起伏軸13の間に内枠15bが取り付けてある。そして、この内枠15bに起伏軸13と直交して水平な旋回軸14が軸受を介して回動可能に取り付けられ、旋回軸14の中心線上で起伏軸13の中心線上となるように吊り下げロッド16がフランジ16aを介して取り付けてある。
これにより、吊り下げロッド16は、その上端がジブ1の起伏中心軸と平行な起伏軸13およびこれと直交する水平な旋回軸14を中心に回動可能に支持され、直交する2軸方向に振れ動くことができ、旋回中心軸方向と平行な軸(鉛直軸)周りの回動は規制されるようになっている。
The mounting frame 11 is provided with a
As a result, the
この吊り下げロッド16には、その下端のフランジ16bを介して検出器本体17が取り付けられ、この検出器本体17にMEMS(micro electro mechanical systems)慣性センサ18が取り付けられ、起伏軸13周りおよび旋回軸14周りの角度または角速度を検出できるようにしてある。そして、このMEMS慣性センサ17の検出信号が図示しない振れ止め制御装置に入力されるようになっている。
A detector
さらに、このクレーンの振れ角度検出装置10では、検出器本体17に外乱振動を低減するためのばねおよびダンパで構成される振動低減機構19を介してMEMS慣性センサ17が取り付けてある。
Further, in the crane swing
このような検出器本体17には、吊りワイヤロープ2に追従させるため押えローラ機構21が設けられるとともに、垂直な板状のベース22が備えられ、ベース22の上端に取り付けた連結板23を介して吊り下げロッド16の下端のフランジ16bと連結されるようになっており、連結板23をベース22に対してわずかに傾けて取り付けることで、クレーンの振れ角度検出装置10をジブ1の先端部にセットした状態でベース22がほぼ垂直となるようにしてある。このベース22には、水平な固定回転軸が設けられて固定ローラ24が回転可能に支持され、ここでは、V溝ローラで構成してあり、吊りワイヤロープ2をV溝内でガイドしながら摺動させることができるようにしてある。
このV溝ローラで構成した固定ローラ24の中央と対向して水平な回転軸周りに回転する押えローラ25が配置され、V溝ローラ24側に付勢され、吊りワイヤロープ2を挟むとともに、吊りワイヤロープ2が摺動できるようになっている。
このため、ベース22の端部に回動板26の上端部が回動可能に支持され、回動板26の中間部に押えローラ25の両端部が回動可能に取り付けられ、回動板26の回動中心と押えローラ25の回転中心との間にスプリングユニット27の一端が連結され、他端がベース22に連結してあり、互いを接近するよう付勢する。また、回動板26の下端部にアーム部28が形成してあり、回動板26と反対側のベース22側から吊りワイヤロープ2を入れてV溝ローラ24に吊りワイヤロープ2を当てるようにした後、回動板26を閉じるように回動操作することで、吊りワイヤロープ2を押えローラ25で挟むことができるとともに、スプリングユニット27で挟圧して押えることができるようにしてある。
The detector
A
For this reason, the upper end portion of the
このような押えローラ機構21をV溝ローラ24とこれと対向する押えローラ25とで吊りワイヤロープ2を挟むようにすることで、例えば吊りワイヤロープ2に撚りがあり、繰り出しや巻き上げによって吊りワイヤロープ2が摺動してもその影響を極力抑えることができ、検出器本体17のMEMS慣性センサ18への振動の伝達を抑えることができる。
In such a
このようなクレーンの振れ角度検出装置10によれば、MEMS慣性センサ18を用いて吊りワイヤロープ2の起伏軸13周りと旋回軸14周りの振れ角度または角速度を直接検出することができ、この検出結果を振れ止め制御に用いることで、演算処理を必要とせずに簡単に振れ止め制御を行うことができる。
また、これまでのクレーンの振れ角度検出装置では、例えば精度を0.1±0.01degや分解能0.01degを確保するためには、検出ロッドを一定以上の長さにしなければならず、吊りワイヤーロープの長さを40mとした場合、吊り荷の振れ幅(両振幅)1mを上記分解能で正確に計測するためには、検出ロッドを2m以上にする必要があることが検証されていることに比較し、吊り下げロッド16を数分の1程度にすることができ、装置をコンパクトにすることができる。
また、振動低減機構19を介してMEMS慣性センサ18を検出器本体17に取り付けてあるので、吊りワイヤロープ2と押えローラ機構21のV溝ローラ25との接触などで生じる外乱振動を低減することができ、高精度に吊りワイヤロープ2の振れ角度を検出することができる。
According to the crane swing
Moreover, in the conventional crane swing angle detection devices, for example, in order to ensure accuracy of 0.1 ± 0.01 deg and resolution of 0.01 deg, the detection rod has to be a certain length or longer, When the length of the wire rope is 40 m, it has been verified that the detection rod needs to be 2 m or more in order to accurately measure the swing width (both amplitudes) of 1 m with the above resolution. As compared with the above, the hanging
Further, since the MEMS
なお、外乱振動に対してカルマンフィルタ演算機能をMEMS慣性センサに持たせるようにしても良く、演算により検出精度を向上することが可能となる。 Note that the MEMS inertial sensor may have a Kalman filter calculation function against disturbance vibration, and the detection accuracy can be improved by calculation.
次に、この発明のクレーンの振れ角度検出装置の他の実施の形態について、図3により説明するが、すでに説明した実施の形態と同一部分には、同一記号を記し、重複する説明は省略する。
このクレーンの振れ角度検出装置10Aでは、ジブ1から検出器本体17を吊り下げる吊り下げ部材が吊り下げロッド16に替えて非自転性ワイヤロープ16Aで構成してある。
この非自転性ワイヤロープ16Aは、例えば図3に示すように、2本のワイヤロープ16Aa,16Abを、その上端部を取付枠11の取付板12に起伏軸13と平行な方向に間隔をあけて取り付ける一方、その下端部を検出器本体17に1本にまとめたり、僅かに間隔をあけて取り付けてある。これにより、検出器本体17は、起伏軸13周りと水平な旋回軸14周りには、回転できるものの、鉛直軸(地軸)周りには、拘束された非自転状態に吊り下げられることになる。
なお、クレーンの振れ角度検出装置10Aの他の構成は、既に説明したクレーンの振れ角度検出装置10と同一であり、同様に吊りワイヤロープ2の振れ角度または角速度を直接MEMS慣性センサ18で検出することができるなど、同一の作用・効果を奏する。
Next, another embodiment of the crane swing angle detecting device according to the present invention will be described with reference to FIG. 3, but the same parts as those of the already described embodiments are denoted by the same reference symbols, and redundant description will be omitted. .
In this crane swing
For example, as shown in FIG. 3, the
The other configuration of the crane swing angle detection device 10A is the same as that of the crane swing
また、この発明のクレーンの振れ角度検出装置として、上記2つの実施の形態のクレーンの振れ角度検出装置10,10Aでは、検出器本体17にMEMS慣性センサ18を取り付ける場合に、検出器本体17の自転をユニバーサルジョイント15や非自転性ワイヤロープ16Aで拘束して吊り下げるようにし、ジブ1の起伏軸13周りと水平な旋回軸14周りの吊りワイヤロープ2の振れ角度または角速度を検出できるようにしたが、拘束せずに吊り下げ、直交する3軸周りの角度または角速度を検出し、鉛直軸(地軸)周りに検出器本体16が回転(自転)しても、MEMS慣性センサ18からの鉛直軸(地軸)周りの角度または角速度で、絶対座標系の起伏軸周りと水平な旋回軸周りの振れ角に換算するようにすることもできる。
In addition, in the crane swing
なお、上記実施の形態では、クレーンとしてジブクレーンを例に説明したが、これに限らず、他の形式のクレーンであっても吊りワイヤロープを用いるものであれば同様に適用することができる。
さらに、押さえローラ機構の押えローラによる付勢は、スプリングユニットを用いる場合に限らず、他の付勢手段を用いるようにしても良い。
In the above embodiment, a jib crane has been described as an example of a crane. However, the present invention is not limited to this, and other types of cranes can be similarly applied as long as they use a hanging wire rope.
Furthermore, the urging by the pressing roller of the pressing roller mechanism is not limited to using the spring unit, and other urging means may be used.
1 ジブ(クレーンの先端部)
2 吊りワイヤロープ
10 クレーンの吊荷の振れ角度検出装置
11 取付枠
12 取付板
13 起伏軸
14 旋回軸
15 ユニバーサルジョイント
15a 外枠
15b 内枠
16 吊り下げロッド
16a フランジ
16b フランジ
16A 非自転性ワイヤロープ
16Aa ワイヤロープ
16Ab ワイヤロープ
17 検出器本体
18 MEMS慣性センサ
19 振動低減機構
21 押えローラ機構
22 ベース
23 連結板
24 V溝ローラ(固定ローラ)
25 押えローラ
26 回動板
27 スプリングユニット(付勢手段)
28 アーム部
1 Jib (Crane tip)
DESCRIPTION OF
25
28 Arm
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