CN107406240A

CN107406240A - 回旋装置

Info

Publication number: CN107406240A
Application number: CN201680015952.8A
Authority: CN
Inventors: 山浦弘; 谷住和也; 野口真儿; 多田野有司
Original assignee: Tadano Ltd
Current assignee: Tadano Ltd
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2016-03-17
Publication date: 2017-11-28
Anticipated expiration: 2036-03-17
Also published as: US10384915B2; CN107406240B; EP3272693B1; EP3272693A1; WO2016148241A1; JP6792548B2; US20180111803A1; JPWO2016148241A1; EP3272693A4

Abstract

本发明提供一种能够抑制被吊物的摆动并且能够缩短回旋时间的回旋装置。本发明的回旋装置执行：获取处理，获取回旋开始位置、回旋结束位置及吊摆长度；回旋角速度模式决定处理，通过最优控制来决定从回旋开始位置起经加速、减速及加速而达到回旋角速度ω的第1区间以及从回旋角速度ω起经减速、加速及减速而停止在回旋结束位置的第2区间内的回旋角速度模式；以及致动器控制处理，以起重臂的顶端部以回旋角速度模式所示的速度沿回旋方向移动的方式使回旋致动器对回旋体加以回旋。并且，回旋装置在回旋角速度模式决定处理中决定如下回旋角速度模式：比进行钟摆运动的被吊物的由吊摆长度决定的周期短的控制时间T的第1区间及第2区间内，控制时间T越短，极大角速度及极小角速度的差越大。

Description

回旋装置

技术领域

本发明涉及一种在起重臂的顶端吊有被吊物的状态下进行回旋的回旋装置。

背景技术

一直以来，在起重臂的顶端吊有被吊物的状态下进行回旋的回旋装置中，抑制被吊物在回旋结束后的摆动的技术为人所知。例如，在专利文献1中记载有如下内容：将回旋的加速区间及减速区间设定为进行钟摆运动的被吊物的摆动周期的整数倍时间，由此抑制被吊物摆动。此外，在专利文献2中记载有如下内容：在加速区间及减速区间内分别包含恒速区间，由此抑制被吊物摆动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利2501995号公报

专利文献2：日本专利特公平7-12906号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在专利文献1、2的技术中，由于需要设置被吊物的摆动周期以上的加速区间及减速区间，因此存在难以缩短从回旋开始位置起到回旋结束位置为止的回旋时间这一问题。

本发明是鉴于上述情况而成，其目的在于提供一种能够抑制被吊物在回旋结束位置处的摆动并且能够缩短回旋时间的回旋装置。

解决问题的技术手段

(1)本发明的回旋装置具备：基座；回旋体，其回旋自如地支承在上述基座上；起重臂，其以能够起伏及伸缩的方式支承在上述回旋台上；吊钩，其从上述起重臂的顶端部通过钢缆吊下；回旋致动器，其使上述回旋体回旋；以及控制部，其控制上述回旋致动器。上述控制部执行：获取处理，获取上述回旋体的回旋开始位置和回旋结束位置以及从上述起重臂的顶端部起到吊在上述吊钩上的被吊物为止的长度即吊摆长度；回旋角速度模式决定处理，通过最优控制来决定回旋角速度模式，所述回旋角速度模式表示上述回旋体从上述回旋开始位置回旋至上述回旋结束位置时的上述起重臂的顶端部的角速度的演变，并且是从上述回旋开始位置起经加速、减速及加速而达到回旋角速度ω的第1区间以及从上述回旋角速度ω起经减速、加速及减速而停止在上述回旋结束位置的第2区间内的回旋角速度模式；以及致动器控制处理，以上述起重臂的顶端部以上述回旋角速度模式所示的速度沿回旋方向移动的方式使上述回旋致动器将上述回旋体从上述回旋开始位置回旋至上述回旋结束位置；在上述回旋角速度模式决定处理中，决定如下上述回旋角速度模式：在比进行钟摆运动的被吊物的由上述吊摆长度决定的周期短的控制时间T的上述第1区间及上述第2区间内，上述控制时间T越短，极大角速度及极小角速度的差越大。

根据上述构成，能够抑制回旋结束位置处的被吊物的回旋方向的摆动。此外，能使第1区间及第2区间比进行钟摆运动的被吊物的周期T₀短。结果，与现有方法相比，能够缩短从回旋开始位置起到回旋结束位置为止的回旋时间。

(2)优选上述控制部在上述回旋角速度模式决定处理中决定在上述回旋致动器的响应性能的范围内上述控制时间T达到最小的上述回旋角速度模式。

根据上述构成，能够在回旋致动器的响应性能的范围内进一步缩短回旋时间。

(3)例如，上述控制部在上述回旋角速度模式决定处理中确定满足上述第1区间的初始条件及末端条件的下述式7的系数a_i(i＝1、···、5)，由此决定从回旋开始起t秒后的上述起重臂的顶端部的角速度x'(t)。

(4)优选该回旋装置还具备：起伏致动器，其被上述控制部控制来使上述起重臂起伏；以及伸缩致动器，其被上述控制部控制来使上述起重臂伸缩。上述控制部还执行决定半径速度模式的半径速度模式决定处理，所述半径速度模式表示上述回旋体从上述回旋开始位置回旋至上述回旋结束位置时的上述起重臂的顶端部的回旋半径方向的移动速度的演变，在上述第1区间及上述第2区间内使回旋半径增大及减少，在上述获取处理中，还获取上述回旋开始位置处的上述回旋体的回旋中心与上述起重臂的顶端部的水平方向的距离即回旋半径r，在上述半径速度模式决定处理中，决定在上述第1区间的末端以及上述第2区间的末端抵消作用于上述回旋半径r的位置的上述被吊物的回旋半径方向的力的上述半径速度模式，在上述致动器控制处理中，以上述起重臂的顶端部以上述半径速度模式所示的速度沿回旋半径方向移动的方式使上述起伏致动器及/或上述伸缩致动器对上述起重臂加以起伏及/或伸缩。

根据上述构成，能够抑制回旋结束位置处的被吊物的回旋半径方向的摆动。

(5)例如，上述控制部在上述半径速度模式决定处理中决定如下的上述半径速度模式：在上述回旋体从上述回旋开始位置回旋至上述回旋结束位置时，上述被吊物在上述回旋半径r上移动。

(6)作为一例，上述控制部在上述半径速度模式决定处理中确定满足上述第1区间的初始条件及末端条件的下述式12的系数r_i(i＝0、···、5)，由此决定从回旋开始起t秒后的上述起重臂的顶端部的回旋半径方向的移动速度R₀'(t)。

(7)作为另一例，上述控制部在上述半径速度模式决定处理中确定满足上述第1区间的初始条件及末端条件的下述式19的系数b_i(i＝1、···、5)，由此决定从回旋开始起t秒后的上述起重臂的顶端部的回旋半径方向的移动速度R₀'(t)。

发明的效果

根据本发明，能够抑制回旋结束位置处的被吊物的回旋方向的摆动，而且能够抑制从回旋开始位置起到回旋结束位置为止的回旋时间。

附图说明

图1为本实施方式的越野起重机10的概略图。

图2为越野起重机10的功能框图。

图3为回旋控制处理的流程图。

图4为越野起重机10的概略俯视图。

图5的(A)为表示起重臂顶端部的回旋角的演变的例子的图，图5的(B)为表示起重臂顶端部的回旋角速度的演变的例子的图。

图6为表示用以决定回旋角速度模式的起重机模型的图。

图7的(A)为表示起重臂顶端部的半径方向位置的演变的例子的图，图7的(B)为表示起重臂顶端部的半径方向速度的演变的例子的图。

图8为表示用以决定半径速度模式的起重机模型的图。

图9为表示回旋控制处理中的起重臂顶端部与被吊物40的回旋半径方向的位置关系的图。

图10为表示回旋控制处理中的被吊物40的运动的图，(A)表示回旋半径方向的摆动角及摆动速度，(B)表示回旋方向的摆动角度及摆动速度。

图11为表示用以算出控制时间T的与周期T₀相乘的系数α与第1区间内的回旋角速度模式的关系的图。

图12为表示用以决定半径速度模式的起重机模型的图。

具体实施方式

下面，一边酌情参考附图，一边对本发明的优选实施方式进行说明。再者，本实施方式只是本发明的一种形态，当然也可在不变更本发明主旨的范围内变更实施方式。

[越野起重机10]

如图1所示，本实施方式的越野起重机10主要具备下部行驶体20和上部作业体30。下部行驶体20可以通过接收到发动机(图示省略)的驱动力而转动的轮胎来行驶到目的地。上部作业体30经由回旋轴承(图示省略)而回旋自如地支承在下部行驶体20上。上部作业体30通过回旋马达31(参考图2)而相对于下部行驶体20进行回旋。下部行驶体20为基座的一例。上部作业体30为回旋体的一例。回旋马达31为回旋致动器的一例。

此外，上部作业体30主要具备伸缩起重臂32、吊钩33及驾驶室34。伸缩起重臂32通过起伏缸35进行起伏，通过伸缩缸36(参考图2)进行伸缩。吊钩33吊在从伸缩起重臂32的顶端部(以下，记作“起重臂顶端部”)朝下方延伸的钢缆38上。吊钩33通过利用绞车39(参考图2)卷起钢缆38而上升，通过放出钢缆38而下降。此外，驾驶室34具有用以操作下部行驶体20及上部作业体30的操作部56(参考图2)。

起伏缸35为起伏致动器的一例。伸缩缸36为伸缩致动器的一例。能相对于下部行驶体20进行回旋的上部作业体30或者使上部作业体30回旋的回旋马达31以及未图示的回旋减速器为回旋装置的一例。但回旋装置的具体例并不限定于越野起重机10，例如，也可为全地形起重机、起货机等。此外，基座并非必须能够移动。该情况下的回旋装置例如可为塔式起重机、回旋式桥式起重机等。

如图2所示，越野起重机10具备控制部50。控制部50控制越野起重机10的动作。控制部50可通过执行存储器中存储的程序的CPU(Central Processing Unit)来实现，也可通过硬件电路来实现，也可为它们的组合。

如图2所示，控制部50获取从回旋角传感器51、起伏角传感器52、起重臂长度传感器53、钢缆长度传感器54、被吊物重量传感器55及操作部56输出的各种信号。此外，控制部50根据获取到的各种信号来控制回旋马达31、起伏缸35、伸缩缸36及绞车39。

回旋角传感器51输出与上部作业体30的回旋角度(例如，将下部行驶体20的前进方向设为0°的顺时针方向的角度)相应的检测信号。起伏角传感器52输出与伸缩起重臂32的起伏角度(水平方向与伸缩起重臂32所呈的角)相应的检测信号。起重臂长度传感器53输出与伸缩起重臂32的长度(以下，记作“起重臂长度”)相应的检测信号。钢缆长度传感器54输出与从绞车39放出的钢缆的长度(以下，记作“放出长度”)相应的检测信号。被吊物重量传感器55输出与吊在吊钩33上的被吊物40的重量m(以下，记作“吊挂重量m”)相应的检测信号。严格而言，吊挂重量m还包含吊钩33以及从起重臂顶端部延伸出来的钢缆38的重量。

操作部56接收用以使越野起重机10动作的使用者的操作。于是，操作部56输出与接收到的使用者操作相应的操作信号。即，控制部50根据通过操作部56而接收到的使用者操作来使下部行驶体20行驶、使上部作业体30动作。操作部56包括使越野起重机10动作的操纵杆、方向盘、踏板及操作面板等。

此外，本实施方式的操作部56能够接收输入上部作业体30的回旋结束位置及回旋角速度ω等的使用者操作。于是，控制部50在后文叙述的回旋控制处理中按照根据接收到输入的回旋结束位置及回旋角速度ω等而决定的速度模式来使上部作业体30回旋、使伸缩起重臂32起伏及/或伸缩。

此外，本实施方式的回旋马达31、起伏缸35、伸缩缸36及绞车39为液压式致动器。即，控制部50通过控制所供给的液压油的方向及流量来驱动各致动器。但本发明的致动器并不限定于液压式，也可为电动式等。

[回旋控制处理]

接着，参考图3～图10，对本实施方式的回旋控制处理进行说明。回旋控制处理是按照吊在吊钩33上的被吊物40的回旋结束位置处的摆动较小的速度模式使上部作业体30从回旋开始位置回旋至回旋结束位置的处理。回旋控制处理例如由控制部50执行。

[获取处理]

首先，控制部50通过各种传感器51～55及操作部56来获取图1及图4所示的回旋开始位置、回旋结束位置、上部作业体30的回旋角速度ω、伸缩起重臂32的起伏角度、起重臂长度、放出长度、以及吊挂重量m(S11)。步骤S11的处理为获取处理的一例。

回旋开始位置例如为上部作业体30的当前位置。即，控制部50根据从回旋角传感器51输出的检测信号来获取回旋开始位置即可。回旋结束位置为回旋控制处理结束后的上部作业体30的位置。回旋角速度ω是指后文叙述的恒速区间内的上部作业体30的回旋角速度。控制部50通过操作部56从使用者获取回旋结束位置及回旋角速度ω即可。但是，在省略了回旋角速度ω的输入的情况下，也可使用预先规定的默认的回旋角速度ω。

此外，控制部50根据起伏角度及起重臂长度来算出回旋开始位置处的回旋半径r。回旋半径r例如是指上部作业体30的回旋中心与起重臂顶端部之间的水平方向的距离。起重臂顶端部例如为缠绕钢缆38的滑轮的转动中心的位置。另外，控制部50根据起重臂长度及放出长度来算出从起重臂顶端部起到被吊物40为止的长度即吊摆长度l。控制部50例如通过对根据起重臂长度及放出长度而算出的起重臂顶端部与吊钩33之间的长度加上相当于从吊钩33起到被吊物40的重心位置为止的长度的预先规定的常数来算出吊摆长度l即可。

[回旋角速度模式决定处理]

接着，控制部50决定回旋角速度模式(S12)。回旋角速度模式表示上部作业体30进行回旋时的起重臂顶端部的角速度的演变。回旋角速度模式例如像图5(B)所示那样包含从回旋开始位置起达到回旋角速度ω的控制时间T的第1区间、以回旋角速度ω恒速移动的恒速区间、以及从回旋角速度ω起停止在回旋结束位置的控制时间T的第2区间。步骤S12的处理为回旋角速度模式决定处理的一例。

更详细而言，起重臂顶端部在控制时间T的第1区间内从速度0起加速、接着减速、再加速而达到回旋角速度ω。以下，将从加速切换为减速时的角速度记作“极大角速度”，将从减速切换为加速时的角速度记作“极小角速度”。在图5(B)的例子中，极大角速度为ω，极小角速度为0。并且，第1区间内的回旋角速度模式为，控制时间T越短，极大角速度及极小角速度的差越大。换句话说，控制时间T越短，第1区间内的起重臂顶端部越是急加速、急减速及急加速。

控制时间T例如以如下方式决定。首先，控制部50将从起重臂顶端部延伸出来的钢缆38、吊钩33及被吊物40视为吊摆，像式1那样算出吊摆的周期T₀。接着，控制部50对周期T₀乘以系数α(α＜1)，由此算出控制时间T(＝T₀×α)。系数α例如是根据回旋马达31的响应性能而决定的值。即，在回旋马达31能够跟随缩小了系数α(即，缩短了控制时间T)的情况下的回旋角速度模式的范围内缩小系数α即可。在本实施方式中，设定系数α＝0.4。

[数式1]

此外，第2区间内的回旋角速度模式例如为第1区间内的回旋角速度模式的旋转对称。即，起重臂顶端部在控制时间T的第2区间内从回旋角速度ω起减速、接着加速、再减速而停止在回旋结束位置。下面，对决定第1区间的回旋角速度模式的步骤进行详细说明。

首先，控制部50使用图6所示的起重机模型，以解析的方式导出回旋方向上的起重臂顶端部的移动轨迹。图6中，x为从初始位置O(即，对应于回旋开始位置的起重臂顶端部的位置)起移动后的起重臂顶端部的位置。θ为从位置x的起重臂顶端部延伸出来的钢缆38与铅垂方向所呈的角(以下，记作“吊摆角”)。g为重力加速度。于是，图6所示的起重机模型的运动方程式以下述式2表示。另外，通过将式2线性化，得到式3。

[数式2]

[数式3]

接着，以式3为控制对象，使用式4所示的最优控制理论的评价函数来设计起重臂顶端部的回旋方向的轨道。具体而言，以包含式3作为约束条件的方式通过拉格朗日未定乘子法来扩大式4，得到式5。此外，泛函数J₁变得最小时的被积函数F₁'满足式6。继而，通过对其求解，得到式7。

[数式4]

[数式5]

[数式6]

z₁＝{x，θ，λ₁)············(式6)

[数式7]

此处，式5的λ₁为拉格朗日未定乘子。此外，式7的常数a_i(i＝1、···、5)是通过给出式8所示的初始条件及末端条件来加以确定。具体而言，针对x、x'求解对z₁代入x之后的式6，针对θ、θ'求解对z₁代入θ之后的式6，针对λ₁求解对z₁代入λ₁之后的式6，得到包含通过积分过程来获得的未定常数a₁～a₅的5个方程式。对所获得的5个方程式代入式8的各条件来解方程组，由此确定常数a₁～a₅。例如，在图5(B)所示的回旋角速度模式中，a₁＝0.6609，a₂＝2.034，a₃＝0，a₄＝1.743，a₅＝-20.53。此外，R₀(T)是指从回旋开始起T秒后的回旋半径，通过式9来算出。

[数式8]

初始条件

x(0)＝0，θ(0)＝0，

末端条件

θ(T)＝0，

[半径速度模式决定处理]

接着，控制部50决定半径速度模式(S13)。半径速度模式表示上部作业体30从回旋开始位置回旋至回旋结束位置时的起重臂顶端部的回旋半径方向的移动速度的演变。根据图7(B)所示的半径速度模式的例子，第1区间内的起重臂顶端沿增大回旋半径的方向移动，接着沿减少回旋半径的方向移动。此外，恒速区间内的起重臂顶端不会沿回旋半径方向移动。另外，第2区间内的半径速度模式为第1区间内的半径速度模式的旋转对称。步骤S13的处理为半径速度模式决定处理的一例。

更详细而言，第1区间内的起重臂顶端部从移动开始位置处的回旋半径r的位置起沿增大回旋半径的方向移动，接着沿减少回旋半径的方向移动，在第1区间的末端到达至后文叙述的目标回旋半径r'的位置。第1区间的半径速度模式定义起重臂顶端部的移动模式，所述起重臂顶端部的移动模式用以在第1区间的末端抵消作用于回旋半径r的位置的被吊物40的回旋半径方向的力(即，离心力以及钢缆38的张力的水平方向分量)。

此外，恒速区间内的起重臂顶端部不会从目标回旋半径r'的位置起沿回旋半径方向移动。即，作用于被吊物40的钢缆38的张力的水平方向分量的大小在恒速区间内不会变化。此外，由于恒速区间内的被吊物40的回旋角速度ω是固定的，因此作用于被吊物40的离心力也不会变化。结果，恒速区间内的被吊物40像图9中实线所示那样以回旋半径方向的力被抵消的状态在回旋半径r的位置处移动。

另外，第2区间内的起重臂顶端部从目标回旋半径r'的位置移动至相较于回旋半径r的位置而言回旋半径进一步增大的位置，其后沿减少回旋半径的方向移动，在第2区间的末端(即，移动结束位置)到达至回旋半径r的位置。第2区间的半径速度模式定义起重臂顶端部的移动模式，所述起重臂顶端部的移动模式用以在第2区间的末端使作用于回旋半径r的位置的被吊物40的回旋半径方向的力(即，离心力以及钢缆38的张力的水平方向分量)变成0。

目标回旋半径r'例如以如下方式决定。在图8所示的起重机模型中，用以抵消作用于回旋半径r的位置的被吊物40的回旋半径方向的力的目标回旋半径r'例如通过式9来算出。此外，式9中的为第1区间的末端处的吊摆角度，通过式10来算出。

[数式9]

[数式10]

继而，控制部50将表示第1区间内的回旋半径的演变的R₀(t)像式11那样设定为5次函数。继而，对R₀(t)进行微分，得到式12所示的半径速度模式。

[数式11]

R₀(t)＝r₀+r₁t+r₂t²+r₃t³+r₄t⁴+r₅t⁵·····(式11)

[数式12]

R′₀(t)＝r₁+2r₂t+3r₃t²+4r₄t³+5r₅t⁴····(式12)

再者，式11及式12的常数r_i(i＝0、···、5)是通过给出式13所示的初始条件、边界条件及末端条件来加以确定。具体而言，将式13的各条件代入至式11、式12来解方程组即可。例如，图7(B)所示的半径速度模式中，r₀＝10.08，r₁＝0，r₂＝1.355，r₃＝-1.770，r₄＝0.6424，r₅＝-0.07070。

[数式13]

初始条件

R₀(0)＝r，

边界条件

末端条件

[致动器控制处理]

接着，控制部50按照决定好的回旋角速度模式来驱动回旋马达31。此外，控制部50按照决定好的半径速度模式来驱动起伏缸35及/或伸缩缸36(S14)。步骤S14的处理为致动器控制处理的一例。

具体而言，控制部50以起重臂顶端部以回旋角速度模式所示的角速度沿回旋方向移动的方式使回旋马达31将上部作业体30从回旋开始位置回旋至回旋结束位置。将按照图5的(B)所示的回旋角速度模式进行移动的起重臂顶端部的回旋角度的演变示于图5的(A)。

此外，控制部50以起重臂顶端部以半径速度模式所示的速度沿回旋半径方向移动的方式使起伏缸35及/或伸缩缸36对伸缩起重臂32加以起伏及/或伸缩。将按照图7的(B)所示的半径速度模式进行移动的起重臂顶端部的回旋半径方向的位置的演变示于图7的(A)。

再者，控制部50可仅通过起伏缸35及伸缩缸36中的一方来实现遵循半径速度模式的起重臂顶端部的移动，也可通过起伏缸35及伸缩缸36两方来实现。例如，控制部50可根据回旋开始位置处的伸缩起重臂32的起伏角度来选择用于实现半径速度模式的致动器。

在伸缩起重臂32的起伏角度不到第1阈值的情况下，控制部50可仅使用伸缩缸36来控制回旋半径方向的动作。此外，在伸缩起重臂32的起伏角度为第1阈值以上且不到第2阈值的情况下，控制部50可使起伏缸35及伸缩缸36连动来控制回旋半径方向的动作。另外，在伸缩起重臂32的起伏角度为第2阈值以上的情况下，控制部50可仅使用起伏缸35来控制回旋半径方向的动作。再者，第2阈值大于第1阈值。例如，可为第1阈值＝30°、第2阈值＝60°。

此外，在要使用起伏缸35及伸缩缸36两方来实现半径速度模式的情况下，控制部50将半径速度模式分解为起伏速度和伸缩速度即可。于是，控制部50根据起伏速度来驱动起伏缸35、根据伸缩速度来驱动伸缩缸36即可。

[实施方式的作用效果]

在按照图5的(B)所示的回旋角速度模式以及图7的(B)所示的半径速度模式来移动起重臂顶端部的情况下，将起重臂顶端部与被吊物40的回旋半径方向的位置关系示于图9。图9中实线所示的被吊物40在回旋半径r的圆周上移动。另一方面，图9中虚线所示的起重臂顶端部的位置在恒速区间内在小于回旋半径r的目标回旋半径r'的圆周上移动。并且，起重臂顶端部的回旋半径方向的位置在第1区间的始端以及第2区间的末端与被吊物40的回旋半径方向的位置重叠。

此外，在按照图5的(B)所示的回旋角速度模式以及图7的(B)所示的半径速度模式来移动起重臂顶端部的情况下，将回旋半径方向的被吊物40摆动角(实线)与回旋半径方向的被吊物40的摆动速度(虚线)的关系示于图10的(A)，将回旋方向的被吊物40的摆动角度(实线)与回旋方向的被吊物40的摆动速度(虚线)的关系示于图10的(B)。再者，摆动角度是指铅垂方向与钢缆38所呈的角。此外，摆动速度是指与起重臂顶端部的速度的相对速度(速度差)。

如图10的(A)所示，通过按照半径速度模式而沿回旋半径方向移动起重臂顶端部，使得第1区间及第2区间内的被吊物40沿回旋半径方向摆动。并且，在第1区间的末端，被吊物40的回旋半径方向的摆动速度大致收敛为0，被吊物40的回旋半径方向的摆动角大致收敛为此外，在恒速区间内，被吊物40的回旋半径方向的摆动速度大致稳定在0，被吊物40的回旋半径方向的摆动角大致稳定在另外，在第2区间的末端，被吊物40的回旋半径方向的摆动速度大致收敛为0，被吊物40的回旋半径方向的摆动角大致收敛为0。

此外，如图10的(B)所示，通过按照回旋角速度模式而沿回旋方向移动起重臂顶端部，使得第1区间及第2区间内的被吊物40沿回旋方向摆动。并且，在第1区间的末端以及第2区间的末端，被吊物40的回旋方向的摆动速度大致收敛为0，被吊物40的回旋方向的摆动角大致收敛为0。此外，在恒速区间内，被吊物40的回旋方向的摆动速度大致稳定在0，被吊物40的回旋方向的摆动角大致稳定在0。

如此，根据上述实施方式，不仅能抑制回旋结束位置处的被吊物40的回旋方向的摆动，还能抑制被吊物40的回旋半径方向的摆动。结果，尤其是在狭窄的场所使伸缩起重臂32回旋时，能够抑制因离心力而甩到外侧的被吊物40与障碍物接触的情况。

此外，根据上述实施方式，能够在回旋马达31的响应性能的范围内使第1区间及第2区间的控制时间T短于进行钟摆运动的被吊物40的周期T₀。结果，能够缩短从回旋开始位置起到回旋结束位置为止的回旋时间。再者，在回旋角速度模式中，恒速区间不是必需的，可以省略。

再者，图11为表示用以算出控制时间T的系数α与第1区间内的回旋角速度模式的关系的图。图11中，α＝0.4(T＝0.4T₀)时的回旋角速度模式以实线图示，α＝0.6(T＝0.6T₀)时的回旋角速度模式以虚线图示，α＝0.8(T＝0.8T₀)时的回旋角速度模式以单点划线图示，α＝1(T＝T₀)时的回旋角速度模式以双点划线图示。

如图11所示，系数α的值越小，达到角速度ω为止的控制时间T越短。即，就缩短从回旋开始位置起到回旋结束位置为止的回旋时间的观点而言，系数α的值越小越理想。另一方面，系数α的值越小，极大角速度及极小角速度的差便越大，从而需要急加速及急减速。换句话说，系数α的值越大，极大角速度及极小角速度的差便越小，系数α＝1下的回旋角速度模式变成直线(即，等加速度运动)。

即，若使得系数α的值过小，则即便控制部50想要按照回旋角速度模式来控制回旋马达41，回旋马达41也有可能无法跟随。因此，较理想为在回旋马达41的响应性能的范围内选择最小的系数α。再者，所谓回旋马达41的响应性能，不仅包括回旋马达41本身的响应性能，还可包括对回旋马达41供给液压油的油路上所配置的阀门等的响应性能。

此外，在上述实施方式中，是对像式12那样决定半径速度模式的例子进行的说明，但半径速度模式的决定方法并不限定于此，与回旋角速度模式一样，也可通过最优控制来决定。具体而言，图12所示的起重机模型的运动方程式如式14。此外，通过对式14加以近似，得到式15。再者，式15中的常数Ω相当于式14的离心力项的回旋角速度。

[数式14]

[数式15]

继而，以式15为控制对象，使用式16所示的最优控制理论的评价函数来设计起重臂顶端部的回旋半径方向的轨道。具体而言，以包含式15作为约束条件的方式通过拉格朗日未定乘子法来扩大式16，得到式17。此外，泛函数J₂变得最小时的被积函数F₂'满足式18。继而，通过对其求解，得到式19。

[数式16]

[数式17]

[数式18]

z₂＝{R₀，φ，λ₂)·······(式18)

[数式19]

此处，式17的λ₂为拉格朗日未定乘子。此外，式19的常数b_i(i＝1、···、5)是通过给出式20所示的初始条件及末端条件来加以确定。具体而言，针对R₀、R₀'求解对z₂代入R₀之后的式18，针对求解对z₂代入之后的式18，针对λ₂求解对z₂代入λ₂之后的式18，得到包含通过积分过程来获得的未定常数b₁～b₅的5个方程式。对所获得的5个方程式代入式20的各条件来解方程组，由此确定常数b₁～b₅。例如，在图7(B)所示的半径速度模式中，b₁＝46.22，b₂＝-104.8，b₃＝96.34，b₄＝-119.0，b₅＝-50.62。此外，常数Ω是为了获得较佳的半径速度模式而通过试错导出的值。例如，在图7(B)所示的半径速度模式中，Ω＝1.5rpm。

[数式20]

初始条件

R₀(0)＝r，φ(0)＝0，

末端条件

φ(T)＝φ_e，

符号说明

10 越野起重机

20 下部行驶体

30 上部作业体

31 回旋马达

32 伸缩起重臂

33 钢缆

36 起伏缸

37 伸缩缸

38 钢缆

50 控制部

51 回旋角传感器

52 起伏角传感器

53 起重臂长度传感器

54 钢缆长度传感器

55 被吊物重量传感器

56 操作部。

Claims

1.一种回旋装置，其具备：

基座；

回旋体，其回旋自如地支承在上述基座上；

起重臂，其以能够起伏及伸缩的方式支承在上述回旋台上；

吊钩，其从上述起重臂的顶端部通过钢缆吊下；

回旋致动器，其使上述回旋体回旋；以及

控制部，其控制上述回旋致动器；

上述控制部执行：

获取处理，获取上述回旋体的回旋开始位置和回旋结束位置以及从上述起重臂的顶端部起到吊在上述吊钩上的被吊物为止的长度即吊摆长度；

回旋角速度模式决定处理，通过最优控制来决定回旋角速度模式，所述回旋角速度模式表示上述回旋体从上述回旋开始位置回旋至上述回旋结束位置时的上述起重臂的顶端部的角速度的演变，并且是从上述回旋开始位置起经加速、减速及加速而达到回旋角速度ω的第1区间以及从上述回旋角速度ω起经减速、加速及减速而停止在上述回旋结束位置的第2区间内的回旋角速度模式；以及

致动器控制处理，以上述起重臂的顶端部以上述回旋角速度模式所示的速度沿回旋方向移动的方式使上述回旋致动器将上述回旋体从上述回旋开始位置回旋至上述回旋结束位置；

在上述回旋角速度模式决定处理中，决定如下的上述回旋角速度模式：在比进行钟摆运动的被吊物的由上述吊摆长度决定的周期短的控制时间T的上述第1区间及上述第2区间内，上述控制时间T越短，极大角速度及极小角速度的差越大。

2.根据权利要求1所述的回旋装置，其中，上述控制部在上述回旋角速度模式决定处理中决定在上述回旋致动器的响应性能的范围内上述控制时间T达到最小的上述回旋角速度模式。

3.根据权利要求1或2所述的回旋装置，其中，上述控制部在上述回旋角速度模式决定处理中通过确定满足上述第1区间的初始条件及末端条件的式1的系数a_i(i＝1、···、5)来决定从回旋开始起t秒后的上述起重臂的顶端部的角速度x'(t)，

[数式1]

4.根据权利要求1至3中任一项所述的回旋装置，该回旋装置还具备：

起伏致动器，其被上述控制部控制来使上述起重臂起伏；以及

伸缩致动器，其被上述控制部控制来使上述起重臂伸缩；

上述控制部还执行决定半径速度模式的半径速度模式决定处理，所述半径速度模式表示上述回旋体从上述回旋开始位置回旋至上述回旋结束位置时的上述起重臂的顶端部的回旋半径方向的移动速度的演变，在上述第1区间及上述第2区间内使回旋半径增大及减少，

在上述获取处理中，还获取上述回旋开始位置处的上述回旋体的回旋中心与上述起重臂的顶端部的水平方向的距离即回旋半径r，

在上述半径速度模式决定处理中，决定在上述第1区间的末端以及上述第2区间的末端抵消作用于上述回旋半径r的位置的上述被吊物的回旋半径方向的力的上述半径速度模式，

在上述致动器控制处理中，以上述起重臂的顶端部以上述半径速度模式所示的速度沿回旋半径方向移动的方式使上述起伏致动器及/或上述伸缩致动器对上述起重臂加以起伏及/或伸缩。

5.根据权利要求4所述的回旋装置，其中，上述控制部在上述半径速度模式决定处理中决定如下的上述半径速度模式：在上述回旋体从上述回旋开始位置回旋至上述回旋结束位置时，上述被吊物在上述回旋半径r上移动。

6.根据权利要求4或5所述的回旋装置，其中，上述控制部在上述半径速度模式决定处理中通过确定满足上述第1区间的初始条件及末端条件的式2的系数r_i(i＝0、···、5)来决定从回旋开始起t秒后的上述起重臂的顶端部的回旋半径方向的移动速度R₀'(t)，

[数式2]

R′_0(t)＝r₁+2r₂t+3r₃t²+4r₄t³+5r₅t⁴……(式2)。

7.根据权利要求4或5所述的回旋装置，其中，上述控制部在上述半径速度模式决定处理中通过确定满足上述第1区间的初始条件及末端条件的式3的系数b_i(i＝1、···、5)来决定从回旋开始起t秒后的上述起重臂的顶端部的回旋半径方向的移动速度R₀'(t)，

[数式3]

<mrow> <msub> <mi>&omega;</mi> <mi>&tau;</mi> </msub> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <mfrac> <mi>l</mi> <mi>g</mi> </mfrac> <mo>-</mo> <msup> <mi>&Omega;</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> <mo>.</mo> </mrow> 2