CN109896428B - 吊车的工作控制装置 - Google Patents

Abstract

一种通过进行吊物的升降和水平方向的移动从而使所述吊物搬送至目标位置的吊车的工作控制装置，具有：轨迹生成单元，预先生成所述吊物的移动轨迹；函数生成单元，生成表示所述移动轨迹中的所述吊物的水平方向位置和高度的关系的函数；垂直方向指令值更新单元，根据所述吊物的水平方向位置并使用所述函数对所述吊物应有的高度进行逐次更新，从而生成垂直方向位置指令值；垂直方向控制单元，根据所述垂直方向位置指令值生成所述吊物的垂直方向速度指令值；及垂直方向驱动单元，按照所述垂直方向速度指令值使所述吊物进行升降。

Description

吊车的工作控制装置

技术领域

本发明涉及一种通过进行吊物的升降(卷起或卷放)和水平方向的移动，从而将所述吊物搬送至目标位置的吊车(crane)的工作控制装置。

背景技术

当使吊车自动工作时，为了避免撞上障碍物而确定吊物移动轨迹、以及为了在加减速以外时能尽可能地减小吊物的摆动而确定沿水平方向移动时的加减速模式(pattern)，并在此基础上进行工作都是很普通的。

一般而言，作为使吊物沿预定轨迹移动的吊车的工作方法，存在如下一种方法，即，在吊车开始工作之前，预先确定允许吊物水平方向移动的卷起高度和开始进行卷放的水平方向位置，在吊车工作期间，当吊物到达上述卷起高度和/或水平方向位置时分别开始进行水平方向的移动和卷放。

关于抑制吊物摆动的加减速方法，熟知有一种最简单的方法，即，在吊挂吊物的绳索长度为固定(一定)的情况下，采用加减速时间与吊物振动周期一致那样的固定加速度进行加减速。

此外，专利文献1还公开了一种制振起动方法，即使在吊物的升降导致绳索长度变化了的情况下，通过将绳索长度变化率为固定作为条件来确定加减速模式，也可使加减速结束时吊物的摆动停止。

[现有技术文献]

[专利文献]

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

发明内容

[发明要解决的课题]

在实际的吊车工作控制中，存在例如当工作期间发生了强风时等暂时对速度进行减速待问题解决后再返回原速度等之类的工作期间需要改变速度的情况。但是，例如当一边进行卷起或卷放一边使吊物沿水平方向移动时若仅改变水平方向的速度，则吊物无法沿工作之前预先确定的轨迹进行移动，最坏情况下还存在撞到障碍物上的可能性。

此情况下，如果采用使水平方向的移动速度变化的比例来使卷起速度和/或卷放速度进行变化，则可减小从预先确定的轨迹所发生的偏移。但是，这些速度不能瞬时改变，改变速度需要一定时间，所以即使采用该方法，也无法使吊物的实际移动轨迹与预先确定的轨迹完全一致。

此外，为了抑制速度变化所产生的吊物的摆动，假设即使采用速度开始变化时的绳索长度变化率来确定了加减速模式，也不能保证至速度变化结束为止绳索长度变化率都为固定，所以还是难以完全抑制吊物的摆动。

因此，本发明目的在于提供一种吊车的工作控制装置，即使在吊车工作期间需要改变速度的情况下，也可在能够维持工作之前预先确定的吊物移动轨迹的状态下改变速度，而且还可对速度变化期间的吊物摆动进行抑制。

[用于解决课题的手段]

为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种通过进行吊物的升降和水平方向的移动从而将所述吊物搬送至目标位置的吊车的工作控制装置，其特征在于，具有：

轨迹生成单元，预先生成所述吊物的移动轨迹；

函数生成单元，生成表示所述移动轨迹中的所述吊物的水平方向位置和高度的关系的函数；

垂直方向指令值更新单元，根据所述吊物的水平方向位置并通过所述函数，对所述吊物应有的高度进行逐次更新，从而生成垂直方向位置指令值；

垂直方向控制单元，根据所述垂直方向位置指令值，生成所述吊物的垂直方向速度指令值；及

垂直方向驱动单元，按照所述垂直方向速度指令值，使所述吊物进行升降。

[发明效果]

根据所公开的技术，即使在吊车工作期间需要改变水平方向的速度的情况下，通过一边维持预先确定了的吊物移动轨迹一边对速度进行改变，也可防止与障碍物发生碰撞等，而且还可将吊物的摆动抑制到最小限度。

附图说明

[图1]表示本发明实施方式中的吊物移动轨迹的示意图。

[图2]表示本发明实施方式中对水平方向的移动速度进行改变时的处理步骤的流程图。

[图3]表示本发明实施方式中的工作控制装置的主要部件的控制框图。

[图4]本发明实施方式中的空中吊运车、吊物等的示意图。

[符号说明]

10：空中吊运车(trolley)

20：吊物

30：绳索

41：轨迹生成部

42：函数生成部

51：加减速模式计算部

52：水平方向指令值更新部

53：垂直方向指令值更新部

54：垂直方向控制部

55：水平方向控制部

56：减法器

57：摆动停止控制部

58：加法器

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施方式进行说明。

首先，图4是表示本发明实施方式中的空中吊运车、吊物等的示意图。

图4中，10是可沿X方向(水平方向)移动(行驶)的空中吊运车，20是通过作为吊挂部件的绳索30而吊挂在空中吊运车10上的吊物，并可沿Y方向(垂直方向)被卷起·卷放。作为上述吊挂部件，当然也可为除了绳索30之外的钢丝绳(wire)等。需要说明的是，l表示绳索长度，θ表示以铅直线为基准的吊物20的摆角。

这里，就使空中吊运车10移动以使吊物20沿水平方向移动的水平方向驱动机构、以及对吊物20进行卷起·卷放的垂直方向驱动机构而言，并不是本发明的主要部件，所以省略其说明。

本实施方式中，在吊车开始工作之前，如图1所示，根据吊物20的起点、终点、吊物20应回避的障碍物的位置、水平·垂直各方向的上限速度、适当的加减速时间等，预先生成吊物20应追随的移动轨迹。

另外，还生成函数Y＝f(X)，用于在上述移动轨迹中的、吊物20的水平方向的移动范围(图1的A～B的范围)内，根据水平方向的位置X求出移动轨迹上的吊物20的高度Y。

吊车工作期间，在吊物20的水平方向位置位于上述范围A～B内的情况下，根据Y＝f(X)，对吊物相对于水平方向位置X所应有的高度Y进行逐次更新(sequential update)，并使吊物20移动。

例如，在吊物20移动期间发生了强风不得不改变水平方向的速度的情况下，吊物20的实际的水平方向位置和高度会偏离图1的移动轨迹。在这样的情况下，本实施方式中，按照图1的移动轨迹，根据吊物20的实际的水平方向位置X，并通过Y＝f(X)计算吊物20应有的高度Y，然后基于计算结果分别对吊物20的水平·垂直各方向的速度进行控制，藉此可使吊物20沿预先确定了的移动轨迹进行移动。

至少在水平方向的移动开始和结束时，还有在发生了强风或其他异常事态需要改变速度的情况下，需要在吊车工作期间改变吊物20的水平方向的移动速度。

参照图2的流程图，对如上所述需要改变速度的情况下的本实施方式的具体处理步骤进行说明。

在需要改变速度的情况下，首先，获得速度改变开始时的吊物20的水平方向位置X₁处的吊物20的当前高度Y₁＝f(X₁)(步骤S1)。在该时点，还没有进行速度的改变，所以与X₁对应的Y₁位于图1所示的移动轨迹上。

然后，求出速度改变期间的吊物20的移动距离ΔX，并求出速度改变结束时的吊物20的水平方向位置X₂，藉此获得与X₂对应的吊物20的高度Y₂(步骤S2)。

即，在自速度改变开始时点的时间T内使吊物20的速度V₁改变ΔV从而变化至速度V₂(＝V₁+ΔV)的情况下，ΔX可使用速度的平均值(V₁+V₂)/2求得，即ΔX＝(V₁+V₂)T/2。此外，速度改变结束时的水平方向位置X₂为X₂＝X₁+ΔX，所以可求出与该X₂对应的吊物20的高度Y₂，即Y₂＝f(X₂)＝f(X₁+ΔX)。

换言之，在步骤S2中，可求出相对于吊物20的水平方向的速度被改变了时所到达的水平方向位置X₂的、吊物20本来应该具有的高度Y₂。

接着，计算吊挂吊物20的绳索的速度时间T内的长度变化率平均值v(步骤S3)。

绳索长度变化率平均值v等于速度改变时间T的前后的高度变化率平均值，所以可求得v＝-(Y₂-Y₁)/T。

另外，当使吊物20的速度从V₁变化至V₂＝V₁+ΔV时，计算在绳索长度变化率平均值v为固定的情况下可抑制吊物20的摆动的加速度，并使用基于该加速度的加减速模式进行速度的改变(步骤S4)。

作为一例，在将速度变化期间的吊物20的摆角θ[rad]控制为公式1那样的形式，并藉此来对速度改变结束时(τ＝1)的吊物20的摆动进行抑制的情况下，考虑该情况下的加减速模式。

[公式1]

θ＝-Aτ²(1-τ)²

(这里，A是ΔV的函数，τ是从速度改变开始时点所经过的时间t和速度改变时间T之比，τ＝t/T)

例如，关于在如吊车使吊物20沿水平·垂直方向移动时那样绳索长度进行了变化的情况下的运动方程式，如上述专利文献1的公式10所示，可通过下面的公式2来表示。需要说明的是，公式2中，忽略了相对于吊物20的空气阻力所引起的摩擦、绳索30的弯曲所引起的能量损失等。

[公式2]

d²Z/dt²+(g/l)Z＝-d²X/dt²

(这里，Z＝lθ，l＝l₀+νt，g：重力加速度，l₀：绳索初始长度)

关于如t＝T、即τ＝1时(速度改变结束时)速度变化了ΔV那样的水平方向的加速度(d²X/dt²)，根据上述公式2的左侧，如专利文献1的公式14所示，可为下面的公式3。

[公式3]

d²X/dt²＝(30ΔV/gT³)[1₀(2-12τ+12τ²)+(νT)(6τ-24τ²+20τ³)+(gT²)τ²(1-τ)²]

需要说明的是，沿水平方向进行加速时的实际的绳索长度变化率并不固定，但通过预先使绳索长度变化率平均值v为固定，可降低速度改变时所发生的吊物20的摆动。

此外，就如上所述对吊物20赋予了加速度的情况下的速度改变期间的理想摆角θ^＊而言，根据上述公式1，可如下面的公式4所示。

[公式4]

θ^＊＝-(30ΔV/gT)τ²(1-τ)²

速度改变期间的实际的摆角θ越接近理想摆角θ^＊，越可使速度改变结束时残留的摆动接近零。为此，通过增加用于补正水平方向的速度的摆动停止控制，以使摆角的偏差Δθ＝θ^＊-θ接近零，可进一步对吊物20的摆动进行抑制，并使其进行移动。

上述说明仅是基于公式1和公式4对速度改变期间的吊物20的摆动进行抑制的情况下的说明，但除此之外，例如也可进行基于公式5抑制了吊物20的摆动的速度的改变。

[公式5]

θ＝-A(1-cosωt)

(这里，ω＝2π/T)

此情况下，只要如公式6和公式7那样给出吊物20的加速度(d²X/dt²)和理想摆角θ^＊即可。

[公式6]

d²X/dt²＝(ΔV/gT)[g(1-cosωt)+2νωsinωt+(1₀+νt)ω²cosωt]

[公式7]

θ^＊＝-(ΔV/gT)(1-cosωt)

图3是对本实施方式的吊车的工作控制装置的主要部件进行表示的控制框图。

图3中，轨迹生成部41保存了预先生成的图1的移动轨迹。函数生成部42根据该移动轨迹生成函数Y^＊＝f(X^＊)。

就垂直方向指令值更新部53而言，可参照函数Y^＊＝f(X^＊)，并可输入水平方向速度V_x、水平方向的速度变化量ΔV、及由后述的水平方向指令值更新部52所更新的吊物20的水平方向位置指令值X^＊。

垂直方向指令值更新部53可在速度改变开始时的水平方向位置X₁与位置指令值X₁ ^＊一致的前提下使用函数生成部42的函数Y^＊＝f(X^＊)求出吊物20的高度Y₁。

此外，垂直方向指令值更新部53可根据基于逐次输入的水平方向速度V_x的速度改变开始时的V₁和速度变化量ΔV计算速度V₂(＝V₁+ΔV)。此外，根据ΔX＝(V₁+V₂)T/2求出ΔX，再根据速度改变结束时的水平方向位置X₂(＝X₁+ΔX)并使用函数Y^＊＝f(X^＊)求出速度改变结束时吊物20应到达的高度Y₂。

另一方面，加减速模式计算部51例如进行公式3的右侧的计算，并将其结果作为水平方向的加速度指令值(d²X^＊/dt²)进行输出。需要说明的是，就公式3的右侧的绳索长度变化率平均值ν而言，可使用由垂直方向指令值更新部53所计算的垂直方向位置指令值Y^＊、即第1、第2高度Y₁、Y₂，并根据上述的v＝-(Y₂-Y₁)/T进行计算。

水平方向指令值更新部52对加速度指令值(d²X^＊/dt²)进行二阶积分，由此计算出水平方向位置指令值X^＊。该水平方向位置指令值X^＊相当于基于ΔV的速度改变结束时吊物20所到达的水平方向位置X₂，水平方向控制部55可根据水平方向位置指令值X^＊和图中未示的水平方向位置检出值X，来生成用于通过驱动空中吊运车10从而使吊物20水平移动的水平方向速度指令值V_x ^＊。

此外，垂直方向控制部54可根据由垂直方向指令值更新部53所获得的水平方向位置指令值X^＊处的垂直方向位置指令值Y^＊＝f(X^＊)，来生成用于进行吊物20(绳索30)的卷起·卷放的垂直方向速度指令值V_y ^＊，并可按照该速度指令值V_y ^*进行垂直方向驱动机构(图中未示)的控制。

需要说明的是，加减速模式计算部51例如可采用上述公式4计算理想摆角θ^＊。该理想摆角θ^＊和当前摆角θ之间的偏差Δθ可由减法器56求得，摆动停止控制部57可采用使该偏差Δθ接近零的方式进行计算，并输出补正量ΔV_x。加法器58可将该补正量ΔVx加至水平方向控制部55的输出，从而生成最终的水平方向速度指令值V_x ^＊。之后，只要根据该速度指令值V_x ^＊对水平方向驱动机构(图中未示)进行控制，即可将摆角θ控制到最小限度，并可沿水平方向搬送吊物20。

如上所述，本实施方式中，在吊车自动工作期间，当改变吊物20的水平方向的移动速度时，通过根据图2的步骤生成预定的加减速模式，再根据基于该加减速模式的水平方向位置X对高度Y进行逐次更新，不仅可在能够维持工作之前预先确定了的吊物20的移动轨迹的同时改变速度，而且还可减小吊物20的摆动。

此外，通过根据由加减速模式计算部51所生成的理想摆角θ^＊和实际值θ之间的差值来对水平方向速度指令值V_x ^＊进行补正，还可进一步抑制吊物20的摆动。

基于上述，提供一种通过进行吊物的升降和水平方向的移动而使所述吊物搬送至目标位置的吊车的工作控制装置，其特征在于，具有：预先生成所述吊物的移动轨迹的轨迹生成单元；生成表示所述移动轨迹中的所述吊物的水平方向位置和高度的关系的函数的函数生成单元；根据所述吊物的水平方向位置并使用所述函数对所述吊物应有的高度进行逐次更新从而生成垂直方向位置指令值的垂直方向指令值更新单元；根据所述垂直方向位置指令值生成所述吊物的垂直方向速度指令值的垂直方向控制单元；及按照所述垂直方向速度指令值使所述吊物进行升降的垂直方向驱动单元。

在上述吊车的工作控制装置中，还具有：根据所述吊物的水平方向的速度变化量对所述吊物的水平方向位置指令值进行逐次更新的水平方向指令值更新单元；根据所述水平方向位置指令值生成所述吊物的水平方向速度指令值的水平方向控制单元；及按照所述水平方向速度指令值使所述吊物沿水平方向进行移动的水平方向驱动单元。

在上述吊车的工作控制装置中，还具有：加减速模式计算单元，使用与所述吊物的水平方向的速度改变开始时的水平方向位置相对应的第1高度、与所述吊物的水平方向的速度改变结束时的水平方向位置相对应的第2高度、及所述吊物的水平方向的速度改变所需的时间，计算吊挂所述吊物的吊挂部件的长度的变化率平均值，并使用该变化率平均值生成速度改变期间的加减速模式，从而对水平方向的速度改变时的所述吊物的摆动进行抑制。所述水平方向指令值更新单元可根据所述加减速模式对所述水平方向位置指令值进行更新。

在上述吊车的工作控制装置中，还具有：在所述吊物的水平方向的速度改变期间内所述吊挂部件的长度的变化率平均值为固定的条件下，计算所述速度改变期间内所述吊物的相对于所述吊挂部件的理想摆角的理想摆角计算单元；及采用使所述理想摆角和实际摆角之间的偏差接近零的方式计算补正量，并根据该补正量对所述水平方向速度指令值进行补正，从而对所述吊物的水平方向的摆动进行抑制的摆动停止控制单元。

在上述吊车的工作控制装置中，还在所述加减速模式计算单元中设置了所述理想摆角计算单元。

以上对本发明的较佳实施方式的吊车的工作控制装置进行了说明，但本发明并不限定于上述具体公开的实施方式，只要不脱离权利要求书记载的范围，还可进行各种各样的变形和/或变更。

Claims (5)

1.一种通过进行吊物的升降和水平方向的移动从而使所述吊物搬送至目标位置的吊车的工作控制装置，其特征在于，具有：

轨迹生成单元，预先生成所述吊物的移动轨迹；

函数生成单元，生成表示所述移动轨迹中的所述吊物的水平方向位置和高度的关系的函数；

垂直方向指令值更新单元，根据所述吊物的水平方向位置并使用所述函数对所述吊物应有的高度进行逐次更新，从而生成垂直方向位置指令值；

垂直方向控制单元，根据所述垂直方向位置指令值生成所述吊物的垂直方向速度指令值；及

垂直方向驱动单元，按照所述垂直方向速度指令值使所述吊物进行升降。

2.如权利要求1所述的吊车的工作控制装置，其特征在于，还具有：

水平方向指令值更新单元，根据所述吊物的水平方向的速度变化量对所述吊物的水平方向位置指令值进行逐次更新；

水平方向控制单元，根据所述水平方向位置指令值生成所述吊物的水平方向速度指令值；及

水平方向驱动单元，按照所述水平方向速度指令值使所述吊物沿水平方向进行移动。

3.如权利要求2所述的吊车的工作控制装置，其特征在于，还具有：

加减速模式计算单元，使用与所述吊物的水平方向的速度改变开始时的水平方向位置相对应的第1高度、与所述吊物的水平方向的速度改变结束时的水平方向位置相对应的第2高度、及所述吊物的水平方向的速度改变所需的时间，计算吊挂所述吊物的吊挂部件的长度的变化率平均值，并使用该变化率平均值生成速度改变期间的加减速模式，从而对水平方向的速度改变时的所述吊物的摆动进行抑制，

其中，所述水平方向指令值更新单元根据所述加减速模式对所述水平方向位置指令值进行更新。

4.如权利要求3所述的吊车的工作控制装置中，其特征在于，还具有：

理想摆角计算单元，在所述吊物的水平方向的速度改变期间内所述吊挂部件的长度的变化率平均值为固定的条件下，计算所述速度改变期间内所述吊物相对于所述吊挂部件的理想摆角；及

摆动停止控制单元，采用使所述理想摆角和实际摆角之间的偏差接近零的方式计算补正量，并根据该补正量对所述水平方向速度指令值进行补正，从而对所述吊物的水平方向的摆动进行抑制。

5.如权利要求4所述的吊车的工作控制装置，其特征在于，

将所述理想摆角计算单元设置在所述加减速模式计算单元中。

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