CN109896422A - 起重机的运转控制装置 - Google Patents

Abstract

提供能够在抑制被吊物的摆动的同时以短时间进行搬送的起重机的运转控制装置。具备：生成被吊物的移动轨迹的轨迹生成单元；基于移动轨迹生成各速度模式的小车速度模式生成单元和起升机构速度模式生成单元；按照各速度模式来使被吊物在水平/垂直方向上移动的各驱动机构，起升机构速度模式生成单元具有：第一限制速度决定单元，决定小车加减速时的第一限制速度；第二限制速度决定单元，决定小车启动前的、绝对值大于第一限制速度且为额定速度以下的第二限制速度；加减速开始点决定单元，决定各限制速度之间的加减速开始时间点的被吊物的高度来作为加减速开始点，起升机构速度模式生成单元生成不存在小车与起升机构同时加减速的期间的速度模式。

Description

起重机的运转控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于利用具有小车(trolley)和起升机构(hoist)的起重机(crane)来在抑制被吊物的摆动的同时将该被吊物以短时间搬送至目标位置的运转控制装置。

背景技术

在起重机运转中，一般来说，由于小车的加减速而产生被吊物的摆动。抑制该摆动的方法大致分为：第一方法，对加减速度进行控制使得在小车的加减速完成时摆动收敛；以及第二方法，检测所产生的摆动来以使该摆动降低的方式控制小车。即使使用这两种方法来抑制被吊物的摆动，也期望进行抑制摆动的产生本身的控制。

作为第一控制方法，众所周知以使小车的加减速期间与被吊物的振动周期一致的方式提供加减速度的方法，但是该方法的应用局限于用于进行被吊物的提升和下放的起升机构处于停止状态的情况。

另外，作为除上述以外的第一控制方法，在专利文献1中记载了以下方法：在起升机构进行匀速运动的期间，以使小车的加减速完成时的被吊物的摆动角及其微分值变为零的方式提供小车加减速模式。

在此，图5是专利文献1中的起重机的小车、被吊物等的示意图。在图5中，10是能够在X方向(水平方向)上行驶的小车，20是借助绳索30悬挂于小车10的被吊物，能够利用起升机构来在Y方向(垂直方向)上提升和下放被吊物20。l表示绳索长度，θ表示以铅垂线为基准的被吊物20的摆动角，D表示粘性摩擦系数，V_x表示小车10的速度(设为与被吊物20的X方向速度相等)。此外，关于用于使小车10在X方向上行驶的小车驱动机构以及用于利用起升机构来使被吊物20在Y方向上升降的起升机构驱动机构，省略了图示。

图6示出了在专利文献1所记载的搬送试验中对小车10提供的各种加减速模式a～c，图7示出了与加减速模式a～c分别对应的绳索的摆动角a’～c’。在这些图中，a、a’基于阶跃加速模式，b、b’基于正弦波加速模式，c、c’基于专利文献1的数式14所记载的加减速(减振加速)模式。

根据图7的c’可知，根据专利文献1所涉及的发明的加减速模式，能够使小车10的加减速完成时的被吊物的摆动角及其微分值几乎为零。

在专利文献1所记载的控制方法中，虽然未必需要使小车10的加减速期间与被吊物20的振动周期一致，但是若想要仅在相对于被吊物20的振动周期而言非常短的时间内提供加减速度，则存在小车10的速度的方向瞬间性地反转或者需要非常大的加减速度的情况。因此，现实中将小车10的加减速期间设定为与被吊物20的振动周期相同程度或其以上来进行控制。

专利文献1：日本专利第3742707号公报(第[0020]～[0040]段、图1～图5等)

发明内容

发明要解决的问题

为了利用专利文献1所记载的发明来抑制被吊物的摆动，需要在小车的加减速过程中不使起升机构进行加减速，即需要避免产生小车与起升机构同时加减速的期间。

例如，考虑按照图8所示的轨迹来将被吊物从起点S搬送到终点E的情况。

在图8中，将被吊物的水平方向位置设为X，将被吊物的垂直方向位置(高度)设为Y，关于移动轨迹内的各点A、B、C、D的定义，设为在Y＝Y_A时小车启动，在X_B<X<X_C时起升机构停止，在Y＝Y_D时小车停止。另外，作为生成A、B、C、D时的条件，设先给出X_A(＝X_S)、X_D(＝X_E)、Y_B(＝Y_C)，并给出Y_A>Y_A0、X_B<X_B0、X_C>X_C0、Y_D>Y_D0。并且，设在匀速运动中对小车、起升机构均提供各自的额定速度。

此外，图8中的点A₀、B₀、C₀、D₀是作为用于避免被吊物与存在于轨迹内侧的障碍物发生碰撞的条件而给出的，设为只要满足Y_A>Y_A0、X_B<X_B0、X_C>X_C0、Y_D>Y_D0，就能够可靠地避免与障碍物发生碰撞。

在图8中，例如在利用起升机构使被吊物上升的过程中小车所移动的距离(X_B-X_A)为在小车的加速期间和起升机构的减速期间小车所移动的距离ΔX₁₁、ΔX₁₂与在小车及起升机构的匀速移动期间小车所移动的距离ΔX₁₃之和。在像这样距离(X_B-X_A)比(ΔX₁₁+ΔX₁₂)长的情况下，根据专利文献1所记载的技术，能够实现以避免产生小车与起升机构同时加减速的期间的方式抑制被吊物20的摆动的运转。另外，此时，通过在起点S附近尽早地开始小车的移动(使Y_A尽量接近Y_A0)，能够缩短移动时间。

上述情况在接近终点E的一侧也同样。也就是说，在利用起升机构使被吊物下降的过程中小车所移动的距离(X_D-X_C)比在起升机构的加速期间和小车的减速期间小车所移动的距离与在小车及起升机构的匀速移动期间小车所移动的距离之和长。因而，根据专利文献1，能够进行避免产生小车与起升机构同时加减速的期间地抑制被吊物20的摆动的运转。

上述的情况下的小车速度V_x和起升机构速度V_y的模式如图9那样，不产生小车与起升机构同时加减速的期间。如前所述，在小车和起升机构的匀速移动期间，小车和起升机构各自以额定速度运转，时刻0表示起升机构的启动时刻，t_A、t_B、t_C、t_D、t_E表示被吊物20分别到达点A、B、C、D、E的时刻。

接着，考虑以下情况：如图10所示，在利用起升机构使被吊物上升的过程中小车所移动的距离(X_B-X_A)比图8的距离短。此外，各点的定义、条件与图8的情况相同。

在该情况下，当想要将小车和起升机构均以额定速度运转时，如图11所示，必须在小车达到额定速度的时刻以前开始起升机构的减速，而且必须在起升机构达到额定速度的时刻以前开始小车的减速。也就是说，产生使小车与起升机构同时加减速的时间Δt，因此不能实现前述的基于专利文献1的摆动的抑制。

与此相对，如果如图12那样将起升机构的速度设定为额定速度以下，则能够避免小车与起升机构同时加减速的状态，但是在该情况下导致不满足另一个要求、即以短时间搬送被吊物。

因此，本发明要解决的课题在于提供一种能够在抑制被吊物的摆动的同时将被吊物以短时间搬送至目标位置的起重机的运转控制装置。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，第一发明所涉及的发明是一种起重机的运转控制装置，该起重机利用小车和起升机构的动作来将被吊物从起点搬送至终点，该起重机的运转控制装置的特征在于，具备：

轨迹生成单元，其预先生成所述被吊物的移动轨迹；小车速度模式生成单元，其基于所述移动轨迹来生成小车速度模式；起升机构速度模式生成单元，其基于所述移动轨迹来生成起升机构速度模式；小车驱动机构，其按照所述小车速度模式来驱动所述小车，由此使所述被吊物在水平方向上移动；以及起升机构驱动机构，其按照所述起升机构速度模式来驱动所述起升机构，由此使所述被吊物在垂直方向上移动，

其中，所述起升机构速度模式生成单元具有：

第一限制速度决定单元，其将所述小车加减速期间的所述起升机构的速度决定为第一限制速度，该第一限制速度为所述起升机构的额定速度以下；

第二限制速度决定单元，其将所述小车启动前的期间内的所述起升机构的速度决定为第二限制速度，该第二限制速度的绝对值大于所述第一限制速度且为所述起升机构的额定速度以下；以及

加减速开始点决定单元，其决定所述第二限制速度与所述第一限制速度之间的加减速开始时间点的所述被吊物的高度来作为加减速开始点，

所述小车速度模式生成单元和所述起升机构速度模式生成单元分别生成不具有所述小车与所述起升机构同时加减速的期间的速度模式。

第二发明所涉及的发明的特征在于，在第一发明所记载的起重机的运转控制装置中，所述加减速开始点决定单元基于启动所述小车时的被吊物的高度、所述起升机构的加减速度、所述第一限制速度以及所述第二限制速度来决定所述加减速开始点。

第三发明所涉及的发明的特征在于，在第一发明或第二发明所记载的起重机的运转控制装置中，在所述起点侧和所述终点侧各自分别设定所述第一限制速度和所述第二限制速度。

第四发明所涉及的发明的特征在于，在第一发明至第三发明中的任一项所记载的起重机的运转控制装置中，所述小车速度模式生成单元以抑制所述被吊物在所述小车加速完成时或减速完成时的摆动的方式生成所述小车速度模式。

第五发明所涉及的发明的特征在于，在第一发明至第四发明中的任一项所记载的起重机的运转控制装置中，所述第一限制速度决定单元和所述第二限制速度决定单元在所述起升机构的加减速期间估计所述被吊物的载荷来分别决定所述第一限制速度和所述第二限制速度。

发明的效果

根据本发明，按照被吊物的规定的移动轨迹来生成小车速度模式以及考虑到第一限制速度、第二限制速度及加减速开始点等的起升机构速度模式，并且，在这些速度模式中不设置小车与起升机构同时加减速的期间，由此能够在抑制小车加减速时的摆动的同时将被吊物以短时间搬送至目标位置。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式中的小车和起升机构的速度模式的图。

图2是表示本发明的实施方式中的起升机构的速度模式的图。

图3是表示本发明的实施方式的动作的流程图。

图4是表示本发明的实施方式所涉及的运转控制装置的主要部分的框图。

图5是现有技术和本发明的实施方式中的小车、被吊物等的示意图。

图6是表示现有技术中改变了加速模式的情况下的小车的加速度的曲线图。

图7是表示现有技术中改变了加速模式的情况下的绳索的摆动角的曲线图。

图8是表示被吊物的移动轨迹的一例的图。

图9是表示在图8的移动轨迹下基于现有技术的小车速度、起升机构速度的曲线图。

图10是表示被吊物的移动轨迹的其它例的图。

图11是表示用于说明在图10的移动轨迹下现有技术的问题点的小车速度、起升机构速度的曲线图。

图12是表示用于说明在图10的移动轨迹下现有技术的问题点的小车速度、起升机构速度的曲线图。

附图标记说明

10：小车；20：被吊物；30：绳索；51：轨迹生成单元；52：小车速度模式生成单元；53：第一限制速度决定单元；54：第二限制速度决定单元；55：加减速开始点决定单元；56：起升机构速度模式生成单元；61：小车驱动机构；62：起升机构驱动机构。

具体实施方式

下面，按图来说明本发明的实施方式。

首先，设想将被吊物20沿着前述的图10的移动轨迹从起点S搬送至终点E的情况，参照图1来说明对小车和起升机构提供的速度模式(速度指令值)。

图1的上部所示的小车10的速度模式与图12相同，在时刻t_A～t_D，存在加速期间、额定速度下的匀速期间、减速期间。与此相对，图1的下部所示的起升机构的速度模式如下面说明的那样与图12不同。

在起升机构的速度模式中，在与小车的加速期间对应的期间T_x，以第一限制速度V_y1运转起升机构。该第一限制速度V_y1是小于图12所示的起升机构的额定速度的速度。

在图1中，从点A至点B(从时刻t_A至t_B)的期间的、小车加速期间T_x的小车移动距离ΔX₁和起升机构减速期间的小车移动距离ΔX₂表示为数式1。

[数式1]

ΔX₁＝V_xT_x/2

Δx₂＝V_xV_y/a_y

在数式1中，a_y是起升机构的加减速度、即速度的斜率。根据该数式1可以明确的是，ΔX₁相当于图1的小车速度V_x下的斜线的三角形的面积，ΔX₂相当于斜线的四边形的面积。

在提供额定速度来作为起升机构速度V_y时的小车的移动距离(ΔX₁+ΔX₂)小于(X_B-X_A)的情况相当于图8、图9那样的情况，不产生小车与起升机构同时加减速的期间。因此，按照额定速度运转起升机构即可。

但是，在移动路径上的(X_B-X_A)短而提供额定速度来作为起升机构速度V_y时的小车的移动距离(ΔX₁+ΔX₂)大于(X_B-X_A)的情况下，将小车加速期间T_x内的起升机构速度V_y设定为满足数式2的第一限制速度V_y1。

[数式2]

V_x(T_x/2+V_y1/a_y)＝X_B-X_A

即，该数式2是用于求出使数式1中的ΔX₁与ΔX₂之和等于(X_B-X_A)的第一限制速度V_y1的数式。

通过如以上那样决定起升机构的第一限制速度V_y1，能够提供在不产生小车与起升机构同时加减速的期间的范围内最大的起升机构速度、换言之以最短时间提升被吊物的起升机构速度。

上述的说明是关于从点A至点B(从时刻t_A至t_B)的期间的起升机构速度V_y的，针对从点C至点D(从时刻t_C至t_D)的期间，也能够同样地决定第一限制速度V_y1’。

接着，决定以第一限制速度V_y1运转起升机构的情况下的小车的启动点A、换言之启动小车时的被吊物的高度Y_A。为了决定该启动点A，需要从点A至点B(从时刻t_A至t_B)的期间的、小车加速期间T_x的起升机构移动距离(被吊物的移动距离)ΔY₁和起升机构减速期间中的起升机构移动距离(被吊物的移动距离)ΔY₂，将它们表示为数式3。

[数式3]

ΔY₁＝V_y1T_w

ΔY₂＝V_xV_y1/2a_y

在此，ΔY₁相当于图1的起升机构速度V_y下的斜线的四边形的面积，ΔY₂相当于斜线的三角形的面积。

只要使用根据数式3求出的ΔY₁、ΔY₂和已知的Y_B，就能够通过Y_A＝Y_B-ΔY₁-ΔY₂来确定高度Y_A、即启动点A。

此外，对于小车的停止点D、换言之停止小车时的被吊物的高度Y_D也是同样的。

接着，决定第二限制速度V_y2，来作为小车的启动时刻t_A以前的起升机构速度V_y的限制值。如数式4所示那样，根据(Y_A-Y_S)与(V_y0 ²-V_y1 ²/2)/a_y之间的大小关系，划分为能够设定为额定速度(设为V_y0)的情况和不能设定为额定速度的情况来提供该第二限制速度V_y2。在此，如前所述那样，a_y是起升机构的加减速度(速度的斜率)。

[数式4]

(Y_A-Y_S)≥(V_y0 ²-V_y1 ²/3)/a_y的情况:V_y2＝V_y0

(Y_A-Y_S)＜(V_y0 ²-V_y1 ²/2)/a_y的情况：

在此，图2示出了时刻t_A以前的起升机构的速度模式，图2的(a)是能够将第二限制速度V_y2设定为额定速度V_y0的情况，即，在(Y_A-Y_S)≥(V_y0 ²-V_y1 ²/2)/a_y的情况下设为V_y2＝V_y0，图2的(b)是不能将第二限制速度V_y2设定为额定速度V_y0的情况，即，在(Y_A-Y_S)＜(V_y0 ²-V_y1 ²/2)/a_y的情况下设为

在图2的(a)、(b)中，斜线部的时间(期间)是(V_y0-V_y1)/a_y，斜线部的面积是(V_y2 ²-V_y1 ²)/2a_y，该面积(V_y2 ²-V_y1 ²)/2a_y相当于利用起升机构使被吊物在Y方向上移动的距离。

在前述的数式4中，将(Y_A-Y_S)(图10的移动轨迹中的从起点S至点A的高度)与(V_y0 ²-V_y1 ²/2)/a_y进行比较的理由如下。即，

[数式5]

(Y_A-Y_S)＝(V_y0 ²-V_y1 ²/2)/a_y＝(V_y0·V_y0/a_y)-(V_y1·V_y1/2a_y)

成立，该数式5的右边的(V_y0·V_y0/a_y)-(V_y1·V_y1/2a_y)是以额定速度V_y0运转起升机构时的被吊物的高度与以第一限制速度V_y1运转起升机构时的被吊物的高度之差。

因而，在(Y_A-Y_S)≥(V_y0 ²-V_y1 ²/2)/a_y的情况下，即使将第二限制速度V_y2设定成与额定速度V_y0相等来减速至第一限制速度V_y1也不会超过(Y_A-Y_S)，因此设为V_y2＝V_y0即可。

另外，在(Y_A-Y_S)＜(V_y0 ²-V_y1 ²/2)/a_y的情况下，数式6～8成立。

[数式6]

a_y(Y_A-Y_S)＜(V_y0 ²-V_y1 ²/2)

[数式7]

V_y0 ²＞{a_y(Y_A-Y_S)+V_y1 ²/2}

[数式8]

也就是说，在(Y_A-Y_S)＜(V_y0 ²-V_y1 ²/2)/a_y的情况下，如果将第二限制速度V_y2设定为小于额定速度V_y0的则即使从该第二限制速度V_y2减速至第一限制速度V_y1也不会超过(Y_A-Y_S)。

如上所述那样，在图2的(a)和图2的(b)的任一情况下都能够适当地设定第二限制速度V_y2。

此外，对于从点D至点E(从时刻t_D至t_E)的期间，也能够与上述的方法同样地决定第二限制速度V_y2’。

并且，对于按图10的移动轨迹使被吊物从起点S起上升的过程，需要决定在被吊物到达A点之前开始将起升机构速度V_y从第二限制速度V_y2向第一限制速度V_y1减速的点(加减速开始点A’)。为此，只要知道图2的(a)、(b)的斜线部的面积即可，只要使用已经决定的V_y1、V_y2和已知的Y_A来进行数式9的运算，就能够求出减速开始点A’、即减速开始时的高度V_A’。由此，只要在减速开始点A’使起升机构以减速度a_y从第二限制速度V_y2减速，就能够在A点达到第一限制速度V_y1，从而实现图1的下部所示的速度模式。

[数式9]

V_A'＝Y_A-(V_y2 ²-V_y1 ²)/2a_y

在此，在图3中总结了上述的决定起升机构的速度模式的过程。

即，决定图1的期间T_x的在小车处于移动(加速)状态时的起升机构的第一限制速度V_y1(步骤S1)，接着，决定小车的启动点A(步骤S2)。并且，如图2所示那样决定在小车处于停止状态时的起升机构的第二限制速度V_y2(步骤S3)，之后，决定用于从第二限制速度V_y2向第一限制速度V_y1减速的减速开始点A’(步骤S4)。

接着，图4是表示该实施方式所涉及的运转控制装置的主要部分的结构的框图。

在图4中，51是轨迹生成单元，例如生成如图10所示那样用于使被吊物20避开障碍物地从起点S移动至终点E的轨迹。52是小车速度模式生成单元，该小车速度模式生成单元52基于上述的移动轨迹来生成如图1所示那样使小车速度V_x变化的速度模式。

接着，起升机构速度模式生成单元56包括第一限制速度决定单元53、第二限制速度决定单元54以及加减速开始点决定单元55。

第一限制速度决定单元53基于来自轨迹生成单元51的移动轨迹以及小车速度模式中的V_x、T_x、ΔX₁、ΔX₂、小车的加减速度a_y等来决定起升机构的第一限制速度V_y1。第二限制速度决定单元54在决定了小车的启动点A之后，基于起升机构的额定速度V_y0、第一限制速度V_y1、加减速度a_y等来决定起升机构的第二限制速度V_y2。加减速开始点决定单元55基于第一限制速度V_y1、第二限制速度V_y2、启动小车时的被吊物的高度Y_A、起升机构的加减速度a_y等来决定例如前述的点A’那样的起升机构的加减速开始点。

此外，小车驱动机构61包括用于按照从小车速度模式生成单元52输出的速度模式来驱动小车的电力变换器、电动机等，起升机构驱动机构62包括用于按照从起升机构速度模式生成单元56输出的速度模式来驱动起升机构的电力变换器、电动机等。

另外，通过使用计算机系统的硬件和软件进行的运算处理来实现图4中的各单元51～56。

如以上所说明的那样，根据该实施方式，能够不设置小车与起升机构同时加减速的期间地使被吊物20以短时间移动。另外，通过按照专利文献1所记载的减振速度模式等对小车10进行加减速控制使得被吊物20的摆动在小车的加速或减速结束时几乎消失，由此能够抑制被吊物20的摆动。

此外，也可以在起升机构启动后的加速中决定起升机构的第二限制速度V_y2。在该情况下，例如将在最大载荷时能够运转的最大速度作为上限值来预先进行图3的一系列运算，来事先求出第二限制速度V_y2的初始值。然后，在使用该初始值来启动起升机构之后，根据电力变换器的转矩、速度来估计载荷，将在该载荷下能够运转的最大速度作为上限值来再次进行图3的运算，由此求出第二限制速度V_y2和加减速开始点即可。由此，对于载荷不同的各种被吊物，均能够在抑制负载物摆动的同时以最短时间搬送至目标位置。

Claims (5)

1.一种起重机的运转控制装置，该起重机利用小车和起升机构的动作来将被吊物从起点搬送至终点，该起重机的运转控制装置的特征在于，具备：

轨迹生成单元，其预先生成所述被吊物的移动轨迹；小车速度模式生成单元，其基于所述移动轨迹来生成小车速度模式；起升机构速度模式生成单元，其基于所述移动轨迹来生成起升机构速度模式；小车驱动机构，其按照所述小车速度模式来驱动所述小车，由此使所述被吊物在水平方向上移动；以及起升机构驱动机构，其按照所述起升机构速度模式来驱动所述起升机构，由此使所述被吊物在垂直方向上移动，

其中，所述起升机构速度模式生成单元具有：

第一限制速度决定单元，其将所述小车加减速期间的所述起升机构的速度决定为第一限制速度，该第一限制速度为所述起升机构的额定速度以下；

第二限制速度决定单元，其将所述小车启动前的期间内的所述起升机构的速度决定为第二限制速度，该第二限制速度的绝对值大于所述第一限制速度且为所述起升机构的额定速度以下；以及

加减速开始点决定单元，其决定所述第二限制速度与所述第一限制速度之间的加减速开始时间点的所述被吊物的高度来作为加减速开始点，

所述小车速度模式生成单元和所述起升机构速度模式生成单元分别生成不具有所述小车与所述起升机构同时加减速的期间的速度模式。

2.根据权利要求1所述的起重机的运转控制装置，其特征在于，

所述加减速开始点决定单元基于启动所述小车时的被吊物的高度、所述起升机构的加减速度、所述第一限制速度以及所述第二限制速度来决定所述加减速开始点。

3.根据权利要求1或2所述的起重机的运转控制装置，其特征在于，

在所述起点侧和所述终点侧各自分别设定所述第一限制速度和所述第二限制速度。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的起重机的运转控制装置，其特征在于，

所述小车速度模式生成单元以抑制所述被吊物在所述小车加速完成时或减速完成时的摆动的方式生成所述小车速度模式。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的起重机的运转控制装置，其特征在于，

所述第一限制速度决定单元和所述第二限制速度决定单元在所述起升机构的加减速期间估计所述被吊物的载荷来分别决定所述第一限制速度和所述第二限制速度。