CN111819148A - 起重机及起重机的控制方法 - Google Patents

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Abstract

课题在于，提供在以货物作为基准对促动器进行控制时能够抑制货物的摆动的起重机及起重机的控制方法。具备对相对于基准位置的货物(W)的当前位置坐标p(n)进行检测的回转台相机(7b)，将目标速度信号Vd转换为相对于基准位置的货物(W)的目标位置坐标p(n+1)，根据回转角度θz(n)、起伏角度θx(n)及伸缩长度lb(n)，计算相对于基准位置的臂(9)的当前位置坐标q(n)，根据货物(W)的当前位置坐标p(n)和臂(9)的当前位置坐标(n)，计算所述钢缆的转出量l和所述钢缆的方向矢量e(n)，根据所述钢缆的转出量l和方向矢量e(n)，计算货物(W)的目标位置坐标(n+1)处的臂(9)的目标位置坐标q(n+1)，基于臂(9)的目标位置坐标q(n+1)生成促动器的动作信号Md。

Description

起重机及起重机的控制方法
技术领域
本发明涉及起重机及起重机的控制方法。
背景技术
以往，在移动式起重机等中，提出了各促动器被远程操作的起重机。在这样的起重机中，起重机与远程操作终端的相对性的位置关系根据作业状况而变化。因此，工作人员需要总是一边考虑与起重机的相对性的位置关系一边对远程操作终端的操作工具进行操作。于是，已知一种远程操作终端及起重机，无论起重机与远程操作终端的相对性的位置关系如何，都使远程操作终端的操作工具的操作方向与起重机的动作方向一致，能够容易而且简单地进行起重机的操作。例如专利文献1。
专利文献1中记载的远程操作装置(远程操作终端)将直行性好的激光等作为基准信号向起重机发射。起重机侧的控制装置31通过接收来自远程操作装置的基准信号来确定远程操作装置的方向，并使起重机的坐标系与远程操作装置的坐标系一致。由此，起重机通过来自远程操作装置的以货物作为基准的操作指令信号而被操作。也就是说，在起重机中，各促动器基于与货物的移动方向和移动速度相关的指令被控制，因此不用意识各促动器的动作速度、动作量、动作定时等就能够直观地进行操作。
远程操作装置基于操作部的操作指令信号，将与操作速度相关的速度信号和与操作方向相关的方向信号向起重机发送。因此，起重机在来自远程操作装置的速度信号以工序函数的方式被输入的移动开始时或停止时，有时产生不连续的加速度而货物发生摆动。另外，起重机设为臂的前端总是处于货物的铅直上方，将来自远程操作装置的速度信号和方向信号作为臂的前端的速度信号和方向信号来进行控制，因此无法抑制由于钢缆的影响而发生货物的位置偏差或摆动。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2010－228905号公报
发明内容
本发明所要解决的课题
本发明的目的在于，提供在以货物作为基准对促动器进行控制时，能够抑制货物的摆动并且使其沿着目标轨道移动的起重机及起重机的控制方法。
用于解决课题的手段
本发明想要解决的课题如上所述，接下来说明用于解决该课题的手段。
即，在本发明的起重机中，优选是基于与从臂由钢缆悬挂的货物的移动方向和速度相关的目标速度信号对所述臂的促动器进行控制的起重机，具备：所述臂的回转角度检测机构、所述臂的起伏角度检测机构、所述臂的伸缩长度检测机构、以及对相对于基准位置的货物的当前位置进行检测的货物位置检测机构，将所述目标速度信号转换为相对于所述基准位置的货物的目标位置，根据所述回转角度检测机构所检测的回转角度、所述起伏角度检测机构所检测的起伏角度及所述伸缩长度检测机构所检测的伸缩长度，计算相对于所述基准位置的臂前端的当前位置，根据所述货物位置检测机构所检测的所述货物的当前位置以及所述臂前端的当前位置，计算所述钢缆的转出量，根据所述货物的当前位置和所述货物的目标位置，计算所述钢缆的方向矢量，根据所述钢缆的转出量和所述方向矢量，计算所述货物的目标位置处的臂前端的目标位置，基于所述臂前端的目标位置生成所述促动器的动作信号。
在本发明的起重机中，所述货物的目标位置通过对所述目标速度信号进行积分并使规定的频率范围的频率成分衰减而转换得到。
在本发明的起重机中，所述臂前端的目标位置与所述货物的目标位置之间的关系根据所述货物的目标位置、所述货物的重量和所述钢缆的弹簧常数通过式(1)表现，所述臂前端的目标位置通过作为所述货物的时间的函数的式(2)被计算。
[数1]
Figure BDA0002670846080000031
[数2]
Figure BDA0002670846080000032
f：钢缆的张力，kf：弹簧常数，m：货物的质量，q：臂的前端的当前位置或者目标位置，p：货物的当前位置或者目标位置，l：钢缆的转出量，g：重力加速度
在本发明的起重机的控制方法中，是基于与从臂由钢缆悬挂的货物的移动方向和速度相关的目标速度信号对所述臂的促动器进行控制的起重机的控制方法，包括：目标轨道计算工序，将所述目标速度信号转换为所述货物的目标位置；臂位置计算工序，根据相对于基准位置的货物的当前位置及臂前端的当前位置，计算所述钢缆的转出量，根据所述货物的当前位置和所述货物的目标位置计算所述钢缆的方向矢量，根据所述钢缆的转出量和所述方向矢量，计算所述货物的目标位置处的臂前端的目标位置；以及动作信号生成工序，基于所述臂前端的目标位置生成所述促动器的动作信号。
发明效果
本发明具有如下所示的效果。
在本发明的起重机及起重机的控制方法中，根据货物的当前位置及目标位置、以及臂前端的当前位置，计算钢缆的方向矢量，根据钢缆的转出长度和方向矢量，计算臂前端的目标位置，因此臂被控制使得以货物作为基准对起重机进行操作并且货物沿着目标轨道移动。由此，在以货物作为基准对促动器进行控制时，能够抑制货物的摆动并且使其沿着目标轨道移动。
在本发明的起重机中，包含由于在计算臂的目标位置时的微分操作而产生的奇异点在内的频率成分被衰减，因此臂的控制稳定。由此，在以货物作为基准对促动器进行控制时，能够抑制货物的摆动并且使其沿着目标轨道移动。
在本发明的起重机中，构筑以货物作为基准的逆动力学模型，根据货物的当前位置和臂前端的当前位置，计算钢缆的方向矢量，根据钢缆的转出长度和方向矢量，计算货物的目标位置处的臂的目标位置，因此不会产生由于加减速等引起的过渡状态的误差。由此，在以货物作为基准对促动器进行控制时，能够抑制货物的摆动并且使其沿着目标轨道移动。
附图说明
图1是表示起重机的整体结构的侧视图。
图2是表示起重机的控制结构的框图。
图3是表示远程操作终端的概略结构的平面图。
图4是表示远程操作终端的控制结构的框图。
图5中(A)是表示远程操作终端的朝向被变更的情况下的操作方向的方位的图，(B)是同样表示起升载荷移动操作工具被操作的情况下的货物被搬运的方位的图。
图6是表示起升载荷移动操作工具被操作的远程操作终端以及基于该操作的起重机的动作状态的示意图。
图7是表示起重机的控制装置的控制结构的框图。
图8是表示起重机的逆动力学模型的图。
图9是对表示起重机的控制方法的控制工序的流程图进行表现的图。
图10是对表示目标轨道计算工序的流程图进行表现的图。
图11是对表示第一实施方式中的臂位置计算工序的流程图进行表现的图。
图12是对表示动作信号生成工序的流程图进行表现的图。
图13是对表示第二实施方式中的臂位置计算工序的流程图进行表现的图。
具体实施方式
以下使用图1和图2，作为本发明的一个实施方式所涉及的作业车辆，关于作为移动式起重机(复杂地形起重机)的起重机1进行说明。此外，在本实施方式中，作为作业车辆关于起重机(复杂地形起重机)进行说明，但也可以是全地形起重机、汽车起重机、装载型汽车起重机、高空作业车等。
如图1所示，起重机1是能够在非特定的场所移动的移动式起重机。起重机1具有车辆2、作为作业装置的起重机装置6、以及能够对起重机装置6进行远程操作的远程操作终端32(参照图2)。
车辆2用于搬运起重机装置6。车辆2具有多个车轮3，以发动机4作为动力源行驶。车辆2上设有外伸支腿5。外伸支腿5由在车辆2的宽度方向两侧能够通过油压延伸的突出梁、以及在与地面垂直的方向能够延伸的油压式的千斤顶油缸构成。车辆2通过使外伸支腿5在车辆2的宽度方向上延伸并且使千斤顶油缸触地，能够扩大起重机1的可作业范围。
起重机装置6通过钢缆起吊货物W。起重机装置6具备回转台7、臂9、起重杆9a、主带钩滑轮10、副带钩滑轮11、起伏用液压油缸12、主卷扬机13、主钢缆14、副卷扬机15、副钢缆16及驾驶舱17等。
回转台7以能够回转的方式构成起重机装置6。回转台7经由圆环状的轴承设于车辆2的框架上。回转台7以圆环状的轴承的中心作为旋转中心而旋转自如地构成。在回转台7设有作为促动器的油压式的回转用油压马达8。回转台7被构成为能够通过回转用油压马达8向一方向和另一方向回转。
作为监视装置的回转台相机7b对回转台7的周边的障碍物、人物等进行摄影。回转台相机7b被设置在回转台7的前方的左右两侧及回转台7的后方的左右两侧。各回转台相机7b通过对各自的设置处的周边进行摄影，覆盖回转台7的整个周围作为监视范围。另外，在回转台7的前方的左右两侧分别配置的回转台相机7b，构成为能够作为一组立体相机来使用。也就是说，回转台7的前方的回转台相机7b通过作为一组立体相机来使用，能够作为对被悬挂的货物W的位置信息进行检测的货物位置检测机构构成。此外，货物位置检测机构也可以由后述的臂相机9b构成。另外，货物位置检测机构是毫米波雷达、GNSS装置等能够对货物W的位置信息进行检测的机构即可。
作为促动器的回转用油压马达8通过作为电磁比例切换阀的回转用阀23(参照图2)而被旋转操作。回转用阀23能够将向回转用油压马达8供给的工作油的流量控制为任意的流量。也就是说，回转台7构成为：能够经由被回转用阀23旋转操作的回转用油压马达8控制为任意的回转速度。在回转台7，设置有对回转台7的回转角度θz(角度)和回转速度进行检测的回转用传感器27(参照图2)。
作为臂的臂9将钢缆支承为能够起吊货物W的状态。臂9由多个臂部件构成。臂9的基臂部件的基端在回转台7的大致中央以能够摆动的方式被设置。臂9构成为：通过由作为促动器的未图示的伸缩用液压油缸使各臂部件移动，从而在轴向上伸缩自如。另外，在臂9设置了起重杆9a。
作为促动器的未图示的伸缩用液压油缸通过作为电磁比例切换阀的伸缩用阀24(参照图2)被伸缩操作。伸缩用阀24能够将向伸缩用液压油缸供给的工作油的流量控制为任意的流量。在臂9，设置有对臂9的长度进行检测的伸缩用传感器28、以及对以臂9的前端作为中心的方位进行检测的车辆侧方位传感器29。
作为检测装置的臂相机9b(参照图2)对货物W及货物W周边的地上物体进行摄影。臂相机9b被设置在臂9的前端部。臂相机9b构成为：能够从货物W的铅直上方对货物W及起重机1周边的地上物体、地形进行摄影。
主带钩滑轮10和副带钩滑轮11用于吊挂货物W。在主带钩滑轮10中，设置有供主钢缆14卷绕的多个钩轮、以及吊挂货物W的主钩10a。在副带钩滑轮11中，设置有吊挂货物W的副钩11a。
作为促动器的起伏用液压油缸12使臂9起立及倒伏，并保持臂9的姿态。起伏用液压油缸12的油缸部的端部与回转台7摆动自如地连结，其杆部的端部与臂9的基臂部件摆动自如地连结。起伏用液压油缸12通过作为电磁比例切换阀的起伏用阀25(参照图2)被伸缩操作。起伏用阀25能够将向起伏用液压油缸12供给的工作油的流量控制为任意的流量。在臂9，设置有对起伏角度θx进行检测的起伏用传感器30(参照图2)。
主卷扬机13和副卷扬机15用于进行主钢缆14和副钢缆16的转入(提升)及转出(下降)。主卷扬机13被构成为：供主钢缆14卷绕的主卷筒通过作为促动器的未图示的主用油压马达被旋转，副卷扬机15被构成为：供副钢缆16卷绕的副卷筒通过作为促动器的未图示的副用油压马达被旋转。
主用油压马达通过作为电磁比例切换阀的主用阀26m(参照图2)被旋转操作。主卷扬机13构成为：通过主用阀26m对主用油压马达进行控制，能够操作为任意的转入及转出速度。同样，副卷扬机15构成为：通过作为电磁比例切换阀的副用阀26s(参照图2)对副用油压马达进行控制，能够操作为任意的转入及转出速度。在主卷扬机13和副卷扬机15，设置有对主钢缆14和副钢缆16的转出量l分别进行检测的卷绕用传感器43(参照图2)。
驾驶舱17用于覆盖操控席。驾驶舱17被搭载于回转台7。设有未图示的操控席。在操控席设置了用于对车辆2进行行驶操作的操作工具、用于对起重机装置6进行操作的回转操作工具18、起伏操作工具19、伸缩操作工具20、主卷筒操作工具21m、副卷筒操作工具21s等(参照图2)。回转操作工具18能够对回转用油压马达8进行操作。起伏操作工具19能够对起伏用液压油缸12进行操作。伸缩操作工具20能够对伸缩用液压油缸进行操作。主卷筒操作工具21m能够对主用油压马达进行操作。副卷筒操作工具21s能够对副用油压马达进行操作。
通信机22(参照图2)接收来自远程操作终端32的控制信号，并发送来自起重机装置6的控制信息等。通信机22被设置于驾驶舱17。通信机22构成为：如果接收到来自远程操作终端32的控制信号等，则经由未图示的通信线向控制装置31转发。另外，通信机22构成为：将来自控制装置31的控制信息、来自回转台相机7b的影像i1、来自臂相机9b的影像i2，经由未图示的通信线向远程操作终端32转发。在此，控制信号设为如下信号：该信号包含用于对起重机1进行控制的操作信号、目标速度信号Vd、目标轨道信号Td及动作信号Md等之中的至少一个。
作为方位检测机构的车辆侧方位传感器29对以起重机装置6的臂9的前端作为中心的方位进行检测。车辆侧方位传感器29由3轴类型的方位传感器构成。车辆侧方位传感器29检测地磁并计算绝对方位。车辆侧方位传感器29被设置在臂9的前端部分。
如图2所示，控制装置31经由各操作阀对起重机1的促动器进行控制。控制装置31被设置在驾驶舱17内。控制装置31在实体上既可以是CPU、ROM、RAM、HDD等由总线连接而成的结构，或者也可以是由单片的LSI等构成的结构。控制装置31为了对各促动器、切换阀、传感器等的动作进行控制而存放了各种程序、数据。
控制装置31与回转台相机7b、臂相机9b、回转操作工具18、起伏操作工具19、伸缩操作工具20、主卷筒操作工具21m及副卷筒操作工具21s连接，能够取得来自回转台相机7b的影像i1、来自臂相机9b的影像i2，并取得回转操作工具18、起伏操作工具19、主卷筒操作工具21m及副卷筒操作工具21s各自的操作量。
控制装置31与通信机22连接，能够取得来自远程操作终端32的控制信号，并发送来自起重机装置6的控制信息、来自回转台相机7b的影像i1、来自臂相机9b的影像i2等。
控制装置31与回转用阀23、伸缩用阀24、起伏用阀25、主用阀26m及副用阀26s连接，能够向回转用阀23、起伏用阀25、主用阀26m及副用阀26s传递动作信号Md。
控制装置31与回转用传感器27、伸缩用传感器28、车辆侧方位传感器29及起伏用传感器30连接，能够取得回转台7的回转角度θz、伸缩长度Lb、起伏角度θx、以及以臂9的前端作为中心的方位。
控制装置31基于回转操作工具18、起伏操作工具19、主卷筒操作工具21m及副卷筒操作工具21s的操作量，生成与各操作工具对应的动作信号Md。
像这样构成的起重机1通过使车辆2行驶，能够使起重机装置6移动到任意的位置。另外，起重机1通过起伏操作工具19的操作利用起伏用液压油缸12使臂9起立至任意的起伏角度θx，通过伸缩操作工具20的操作使臂9延伸至任意的臂9长度，从而能够扩大起重机装置6的扬程、作业半径。另外，起重机1通过副卷筒操作工具21s等起吊货物W，通过回转操作工具18的操作使回转台7回转，从而能够搬运货物W。
接下来，使用图3至图5A及图5B关于远程操作终端32进行说明。
如图3所示，远程操作终端32在对起重机1进行远程操作时使用。远程操作终端32具备壳体33、终端侧方位传感器34(参照图4)、被设置在壳体33的操作面上的起升载荷移动操作工具35、终端侧回转操作工具36、终端侧伸缩操作工具37、终端侧主卷筒操作工具38m、终端侧副卷筒操作工具38s、终端侧起伏操作工具39、终端侧显示装置40、终端侧通信机41及终端侧控制装置42(参照图2、图4)等。远程操作终端32将通过起升载荷移动操作工具35或者各种操作工具的操作而生成的货物W的目标速度信号Vd向起重机装置6发送。
壳体33是远程操作终端32的主要的结构部件。壳体33构成为操控者能够用手保持的大小的壳体。在壳体33中，在操作面上设置有起升载荷移动操作工具35、终端侧回转操作工具36、终端侧伸缩操作工具37、终端侧主卷筒操作工具38m、终端侧副卷筒操作工具38s、终端侧起伏操作工具39、终端侧显示装置40及终端侧通信机41(参照图2、图4)。
作为方位检测机构的终端侧方位传感器34对以朝向远程操作终端32的操作面的上方向(以下简称为“上方向”)作为基准的方位进行检测。终端侧方位传感器34由3轴类型的方位传感器构成。终端侧方位传感器34检测地磁并计算绝对方位。终端侧方位传感器34被设置在壳体33的内部。
起升载荷移动操作工具35被输入使货物W在任意的水平面上向任意的方向以任意的速度移动的指示。起升载荷移动操作工具35由从壳体33的操作面大致垂直立起的操作杆、以及对操作杆的倾倒方向及倾倒量进行检测的未图示的传感器构成。起升载荷移动操作工具35构成为操作杆能够向任意的方向进行倾倒操作。起升载荷移动操作工具35构成为：将关于由未图示的传感器检测的操作杆的倾倒方向及其倾倒量的操作信号，向终端侧控制装置42传递。
终端侧回转操作工具36被输入使起重机装置6向任意的移动方向以任意的移动速度回转的指示。终端侧回转操作工具36由从壳体33的操作面大致垂直立起的操作杆、以及对操作杆的倾倒方向及倾倒量进行检测的未图示的传感器构成。终端侧回转操作工具36构成为能够向指示左回转的方向及指示右回转的方向分别倾倒。
终端侧伸缩操作工具37被输入使臂9以任意的速度伸缩的指示。终端侧伸缩操作工具37由从壳体33的操作面立起的操作杆、以及对其倾倒方向及倾倒量进行检测的未图示的传感器构成。终端侧伸缩操作工具37构成为能够向指示延伸的方向及指示收缩的方向分别倾倒。
终端侧主卷筒操作工具38m被输入使主卷扬机13以任意的速度向任意的方向旋转的指示。终端侧主卷筒操作工具38m由从壳体33的操作面立起的操作杆、以及对其倾倒方向及倾倒量进行检测的未图示的传感器构成。终端侧主卷筒操作工具38m构成为能够向指示主钢缆14的提升的方向及指示下降的方向分别倾倒。关于终端侧副卷筒操作工具38s也同样地构成。
终端侧起伏操作工具39被输入使臂9以任意的速度起伏的指示。终端侧起伏操作工具39由从壳体33的操作面立起的操作杆、以及对其倾倒方向及倾倒量进行检测的未图示的传感器构成。终端侧起伏操作工具39构成为能够向指示起立的方向及指示倒伏的方向分别倾倒。
终端侧显示装置40显示起重机1的姿态信息、货物W的信息等各种信息。终端侧显示装置40由液晶画面等的图像显示装置构成。终端侧显示装置40被设置在壳体33的操作面上。在终端侧显示装置40上，显示以远程操作终端32的上方向作为基准的方位。方位的显示与远程操作终端32的旋转相联动地旋转显示。
如图4所示，终端侧通信机41接收起重机装置6的控制信息等，并发送来自远程操作终端32的控制信息等。终端侧通信机41被设置于壳体33的内部。终端侧通信机41构成为：如果接收了来自起重机装置6的影像i1、影像i2及控制信号等，则向终端侧控制装置42传递。另外，终端侧通信机41构成为：将来自终端侧控制装置42的控制信息、影像i1及影像i2向起重机1的控制装置31发送。
作为控制部的终端侧控制装置42对远程操作终端32进行控制。终端侧控制装置42被设置在远程操作终端32的壳体33内。终端侧控制装置42在实体上既可以是CPU、ROM、RAM、HDD等由总线连接而成的结构，或者也可以是由单片的LSI等构成的结构。终端侧控制装置42为了对起升载荷移动操作工具35、终端侧方位传感器34、终端侧回转操作工具36、终端侧伸缩操作工具37、终端侧主卷筒操作工具38m、终端侧副卷筒操作工具38s、终端侧起伏操作工具39、终端侧显示装置40、终端侧通信机41等的动作进行控制而存放了各种程序、数据。
终端侧控制装置42与终端侧方位传感器34连接，能够取得终端侧方位传感器34所检测的方位。
终端侧控制装置42与起升载荷移动操作工具35、终端侧回转操作工具36、终端侧伸缩操作工具37、终端侧主卷筒操作工具38m、终端侧副卷筒操作工具38s及终端侧起伏操作工具39连接，能够取得由各操作工具的操作杆的倾倒方向及倾倒量构成的操作信号。
终端侧控制装置42能够根据从终端侧回转操作工具36、终端侧伸缩操作工具37、终端侧主卷筒操作工具38m、终端侧副卷筒操作工具38s及终端侧起伏操作工具39的各传感器取得的各操作杆的操作信号，生成货物W的目标速度信号Vd。
终端侧控制装置42与终端侧显示装置40连接，能够在终端侧显示装置40上显示来自起重机装置6的影像i1、影像i2及各种信息。另外，终端侧控制装置42能够与从终端侧方位传感器34取得的方位相联动地，使方位的显示进行旋转显示。终端侧控制装置42与终端侧通信机41连接，能够经由终端侧通信机41在与起重机装置6的通信机22之间收发各种信息。
如图5A所示，终端侧控制装置42(参照图4)基于从终端侧方位传感器34(参照图4)取得的方位，设定以远程操作终端32的上方向作为基准的方位。例如，在从远程操作终端32的上方向朝向北方向的状态起，向左方向旋转到θ1＝45°的方向的情况下，远程操作终端32的上方向朝向西北。终端侧控制装置42将远程操作终端32的上方向设定为西北。也就是说，远程操作终端32构成为：生成使货物W朝向起升载荷移动操作工具35被进行了倾倒操作的方位移动的目标速度信号Vd。此时，终端侧控制装置42在终端侧显示装置40上将以上方向作为基准的方位的显示变更为表示西北的“NW”。
如图5B所示，终端侧控制装置42(参照图4)基于从起升载荷移动操作工具35取得的关于倾倒方向及倾倒量的操作信号，按每单位时间t计算由货物W的移动方向及移动速度构成的目标速度信号Vd。例如，在远程操作终端32的上方向被设定为北方向的状态下，在起升载荷移动操作工具35相对于上方向朝向左侧作为倾倒角度θ2以45°被进行了倾倒操作的情况下，终端侧控制装置42计算使货物W向从北偏西侧为θ2＝45°的方向即西北以与倾倒量相应的移动速度移动的目标速度信号Vd。在此，单位时间t是任意设定的计算周期。如果起升载荷移动操作工具35被进行了倾倒操作，则终端侧控制装置42按每单位时间t计算目标速度信号Vd。在本实施方式中，将相当于从起升载荷移动操作工具35被进行了倾倒操作起第n次的计算周期的单位时间t，设为单位时间t(n)，将从第n次起1周期后的单位时间t设为单位时间t(n+1)。也就是说，在以下的说明中，设为将时间t的函数作为计算周期n的函数进行显示。
接下来，使用图6，关于远程操作终端32对起重机装置6的控制进行说明。
如图6所示，在从远程操作终端32的上方向朝向北的状态起，向左方向被旋转到θ1＝45°的方向的情况下(参照图5A)，远程操作终端32将上方向设定为西北。在远程操作终端32的起升载荷移动操作工具35从上方向朝向左方向在倾倒角度θ2＝45°的方向上以任意的倾倒量被进行了倾倒操作的情况下，终端侧控制装置42从起升载荷移动操作工具35的未图示的传感器，取得关于向西的倾倒方向和倾倒量的操作信号，其中，西是从作为上方向的西北偏倾倒角度θ2＝45°的方向。进而，终端侧控制装置42根据取得的操作信号，按每单位时间t计算使货物W朝向西以与倾倒量相应的移动速度移动的目标速度信号Vd。远程操作终端32将计算出的目标速度信号Vd按每单位时间t向起重机1的控制装置31发送。
起重机1中，控制装置31如果按每单位时间t从远程操作终端32接收到目标速度信号Vd，则基于车辆侧方位传感器29所取得的臂9的前端的方位，计算货物W的目标轨道信号Pd。进而，控制装置31根据目标轨道信号Pd，计算作为货物的目标位置的货物W的目标位置坐标p(n+1)。控制装置31生成使货物W移动到目标位置坐标p(n+1)的回转用阀23、伸缩用阀24、起伏用阀25、主用阀26m及副用阀26s的动作信号Md。起重机1使货物W朝向作为起升载荷移动操作工具35的倾倒方向的西以与倾倒量相应的速度移动。此时，起重机1通过动作信号Md，对回转用油压马达8、缩用液压油缸、起伏用液压油缸12及主用油压马达等进行控制。
通过像这样构成，起重机1按每单位时间t从远程操作终端32取得基于方位的目标速度信号Vd，基于方位决定货物W的目标位置坐标p(n+1)，因此操控者不会丧失对起重机装置6的动作方向相对于起升载荷移动操作工具35的操作方向的识别。也就是说，起升载荷移动操作工具35的操作方向与货物W的移动方向基于作为共通的基准的方位被计算。由此，能够防止起重机装置6的远程操作时的误操作，容易而且简单地进行作业装置的远程操作。
接下来，使用图7至图11，关于起重机1的控制装置31中的用于生成动作信号Md的计算货物W的目标轨道信号Pd以及计算臂9的前端的目标位置坐标q(n+1)的控制工序的第一实施方式进行说明。控制装置31具有目标轨道计算部31a、臂位置计算部31b、动作信号生成部31c。
如图7所示，目标轨道计算部31a是控制装置31的一部分，将货物W的目标速度信号Vd转换为货物W的目标轨道信号Pd。目标轨道计算部31a能够从远程操作终端32经由通信机22，按每单位时间t取得由货物W的移动方向及移动速度构成的货物W的目标速度信号Vd。另外，目标轨道计算部31a构成为：对取得的目标速度信号Vd适用低通滤波器Lp，并按每单位时间t转换为作为货物W的位置信息的目标轨道信号Pd。
低通滤波器Lp使规定的频率以上的频率衰减。目标轨道计算部31a通过对目标轨道信号Pd适用低通滤波器Lp，防止由于微分操作而引起的奇异点(急剧的位置变动)的发生。在本实施方式中，低通滤波器Lp对应于计算弹簧常数kf时的四阶微分，因此使用了四次的低通滤波器Lp，但能够适用与所期望的特性相应的次数的低通滤波器Lp。式(3)中的a、b是系数。
[数3]
Figure BDA0002670846080000141
如图8所示，决定起重机1的逆动力学模型。逆动力学模型在XYZ坐标系中被定义，将原点O作为起重机1的回转中心。q例如表示当前位置坐标q(n)，p例如表示货物W的当前位置坐标p(n)。lb例如表示臂9的伸缩长度lb(n)，θx例如表示起伏角度θx(n)，θz例如表示回转角度θz(n)。l例如表示钢缆的转出量l(n)，f表示钢缆的张力f，e例如表示钢缆的方向矢量e(n)。
如图7和图8所示，臂位置计算部31b是控制装置31的一部分，根据臂9的姿态信息和货物W的目标轨道信号Pd计算臂的前端的位置坐标。臂位置计算部31b能够从目标轨道计算部31a取得目标轨道信号Pd。臂位置计算部31b能够从回转用传感器27取得回转台7的回转角度θz(n)，从伸缩用传感器28取得伸缩长度lb(n)，从起伏用传感器30取得起伏角度θx(n)，从卷绕用传感器43取得主钢缆14或者副钢缆16(以下简称为“钢缆”)的转出量l(n)，从回转台相机7b取得货物W的当前位置信息(参照图2)。
臂位置计算部31b能够根据取得的货物W的当前位置信息，计算货物W的当前位置坐标p(n)，根据取得的回转角度θz(n)、伸缩长度lb(n)、起伏角度θx(n)，计算作为臂前端的当前位置的臂9的前端(钢缆的转出位置)的当前位置坐标q(n)(以下简称为“臂9的当前位置坐标q(n)”)。另外，臂位置计算部31b能够根据货物W的当前位置坐标p(n)和臂9的当前位置坐标Q，计算钢缆的转出量l(n)。进而，臂位置计算部31b能够根据货物W的当前位置坐标p(n)、以及作为经过单位时间t后的货物W的目标位置的货物W的目标位置坐标p(n+1)，计算货物W被悬挂的钢缆的方向矢量e(n+1)。臂位置计算部31b构成为：利用逆动力学，根据货物W的目标位置坐标p(n+1)、以及钢缆的方向矢量e(n+1)，计算作为经过单位时间t后的臂前端的目标位置的臂9的目标位置坐标q(n+1)。
钢缆的转出量l(n)根据以下的式(4)计算。
钢缆的转出量l(n)通过作为臂9的前端位置的臂9的当前位置坐标Q与作为货物W的位置的货物W的当前位置坐标p(n)之间的距离被定义。
[数4]
I(n)2＝|q(n)-p(n)|2...(4)
钢缆的方向矢量e(n)根据以下的式(5)计算。
钢缆的方向矢量e(n)是钢缆的张力f(参照式(1))的单位长度的矢量。钢缆的张力f通过根据货物W的当前位置坐标p(n)和经过单位时间t后的货物W的目标位置坐标p(n+1)计算的货物W的加速度减去重力加速度而得到。
[数5]
Figure BDA0002670846080000151
作为经过单位时间t后的臂前端的目标位置的臂9的目标位置坐标q(n+1)，根据以下的以n的函数表达式(1)而得到的式(6)计算。在此，α表示臂9的回转角度θz(n)。
臂9的目标位置坐标q(n+1)利用逆动力学，根据钢缆的转出量l(n)、货物W的目标位置坐标p(n+1)和方向矢量e(n+1)计算。
[数6]
Figure BDA0002670846080000152
动作信号生成部31c是控制装置31的一部分，根据经过单位时间t后的臂9的目标位置坐标q(n+1)生成各促动器的动作信号Md。动作信号生成部31c能够从臂位置计算部31b取得经过单位时间t后的臂9的目标位置坐标q(n+1)。动作信号生成部31c构成为生成回转用阀23、伸缩用阀24、起伏用阀25、主用阀26m或者副用阀26s的动作信号Md。
如图9所示，在步骤S100中，控制装置31开始起重机1的控制方法中的目标轨道计算工序A，使步骤向步骤S110转移(参照图10)。然后，如果目标轨道计算工序A结束，则使步骤向步骤S200转移(参照图9)。
在步骤200中，控制装置31开始起重机1的控制方法中的臂位置计算工序B，使步骤向步骤S210转移(参照图11)。然后，如果臂位置计算工序B结束，则使步骤向步骤S300转移(参照图9)。
在步骤300中，控制装置31开始起重机1的控制方法中的动作信号生成工序C，使步骤向步骤S310转移(参照图12)。然后，如果动作信号生成工序C结束，则使步骤向步骤S100转移(参照图9)。
如图10所示，在步骤S110中，控制装置31的目标轨道计算部31a从远程操作终端32取得以工序函数的方式被输入的货物W的目标速度信号Vd，并使步骤向步骤S120转移。
在步骤S120中，目标轨道计算部31a对取得的货物W的目标速度信号Vd进行积分并计算货物W的位置信息，使步骤向步骤S130转移。
在步骤S130中，目标轨道计算部31a对计算出的货物W的位置信息，适用以式(3)的传递函数G(s)表示的低通滤波器Lp，按每单位时间t计算目标轨道信号Pd，结束目标轨道计算工序A并使步骤向步骤S200转移(参照图8)。
如图11所示，在步骤S210中，控制装置31的臂位置计算部31b以任意决定的基准位置O(例如臂9的回转中心)作为原点，根据取得的货物W的当前位置信息计算作为货物的当前位置的货物W的当前位置坐标p(n)，使步骤向步骤S220转移。
在步骤S220中，臂位置计算部31b根据取得的回转台7的回转角度θz(n)、伸缩长度lb(n)及臂9的起伏角度θx(n)，计算臂9的当前位置坐标q(n)，使步骤向步骤S230转移。
在步骤S230中，臂位置计算部31b根据货物W的当前位置坐标p(n)和臂9的当前位置坐标q(n)，使用上述的式(4)计算钢缆的转出量l(n)，使步骤向步骤S240转移。
在步骤S240中，臂位置计算部31b以货物W的当前位置坐标p(n)作为基准，根据目标轨道信号Pd计算作为经过单位时间t后的货物的目标位置的货物W的目标位置坐标p(n+1)，使步骤向步骤S250转移。
在步骤S250中，臂位置计算部31b根据货物W的当前位置坐标p(n)和货物W的目标位置坐标p(n+1)，计算货物W的加速度，利用重力加速度使用上述的式(5)计算钢缆的方向矢量e(n+1)，使步骤向步骤S260转移。
在步骤S260中，臂位置计算部31b根据计算出的钢缆的转出量l(n)和钢缆的方向矢量e(n+1)，使用上述的式(6)计算臂9的目标位置坐标q(n+1)，结束臂位置计算工序B并使步骤向步骤S300转移(参照图9)。
如图12所示，在步骤S310中，控制装置31的动作信号生成部31c根据臂9的目标位置坐标q(n+1)，计算经过单位时间t后的回转台7的回转角度θz(n+1)、伸缩长度Lb(n+1)、起伏角度θx(n+1)及钢缆的转出量l(n+1)，使步骤向步骤S320转移。
在步骤S320中，动作信号生成部31c根据计算出的回转台7的回转角度θz(n+1)、伸缩长度Lb(n+1)、起伏角度θx(n+1)、钢缆的转出量l(n+1)，分别生成回转用阀23、伸缩用阀24、起伏用阀25、主用阀26m或者副用阀26s的动作信号Md，结束动作信号生成工序C并使步骤向步骤S100转移(参照图9)。
控制装置31通过反复进行目标轨道计算工序A、臂位置计算工序B和动作信号生成工序C，计算臂9的目标位置坐标q(n+1)，在经过单位时间t后，根据钢缆的转出量l(n+1)、货物W的当前位置坐标p(n+1)和货物W的目标位置坐标p(n+2)，计算钢缆的方向矢量e(n+2)，根据钢缆的转出量l(n+1)和钢缆的方向矢量e(n+2)，计算再经过单位时间t后的臂9的目标位置坐标q(n+2)。也就是说，控制装置31计算钢缆的方向矢量e(n)，利用逆动力学根据货物W的当前位置坐标p(n+1)、货物W的目标位置坐标p(n+1)和钢缆的方向矢量e(n)，顺次计算单位时间t后的臂9的目标位置坐标q(n+1)。控制装置31通过基于臂9的目标位置坐标q(n+1)生成动作信号Md的前馈控制对各促动器进行控制。
通过像这样构成，起重机1基于从远程操作终端32任意地输入的货物W的目标速度信号Vd计算目标轨道信号Pd，因此不限定于规定的速度模式。另外，起重机1以货物W作为基准来生成臂9的控制信号，并且适用基于操控者所料想的目标轨道生成臂9的控制信号的前馈控制。因此，起重机1中，相对于操作信号的响应延迟小，抑制了由于响应延迟引起的货物W的摆动。另外，构筑逆动力学模型，根据钢缆的方向矢量e(n)、货物W的当前位置坐标p(n+1)和货物W的目标位置坐标p(n+1)，计算臂9的目标位置坐标q(n+1)，因此不会产生由于加减速等引起的过渡状态的误差。进而，包含由于在计算臂9的目标位置坐标q(n+1)时的微分操作而产生的奇异点在内的频率成分被衰减，因此臂9的控制稳定。由此，在以货物W作为基准对促动器进行控制时，能够抑制货物W的摆动并且使其沿着目标轨道移动。
接下来，使用图7、图8和图9，关于起重机1的控制装置31中的用于生成动作信号Md的计算货物W的目标轨道信号Pd及计算臂9的前端的目标位置坐标q(n+1)的控制工序的第二实施方式进行说明。在第二实施方式中，控制装置31使用钢缆的弹簧常数kf计算臂9的目标位置坐标q(n+1)。此外，以下的实施方式所涉及的控制工序设为在图1至图8所示的控制工序中替换为非使用钩的减振控制来适用，通过使用在其说明中使用过的名称、图号、标记，指代相同的对象，在以下的实施方式中，关于与已经说明的实施方式的相同点，省略其具体的说明，并以不同的部分为中心进行说明。
如图7所示，控制装置31具有目标轨道计算部31a、臂位置计算部31b、动作信号生成部31c。
如图7和图8所示，臂位置计算部31b是控制装置31的一部分，根据臂9的姿态信息和货物W的目标轨道信号Pd计算臂的前端的位置坐标。臂位置计算部31b能够从目标轨道计算部31a取得目标轨道信号Pd。臂位置计算部31b能够从回转用传感器27取得回转台7的回转角度θz(n)，从伸缩用传感器28取得伸缩长度lb(n)，从起伏用传感器30取得起伏角度θx(n)，从卷绕用传感器43取得主钢缆14或者副钢缆16(以下简称为“钢缆”)的转出量l(n)，从回转台相机7b取得货物W的当前位置信息(参照图2)。臂位置计算部31b构成为：利用逆动力学，根据基于目标轨道信号Pd的作为经过单位时间t后的货物的目标位置的货物W的目标位置坐标p(n+1)、以及货物W被悬挂的钢缆的弹簧常数kf，计算作为经过单位时间t后的臂前端的目标位置的臂9的目标位置坐标q(n+1)。
钢缆的弹簧常数kf根据以下的式(1)计算，臂9的目标位置坐标q(n+1)根据以下的式(2)计算。
移动中的货物W被施加基于重力加速度的力以及来自起重机1的力。如果用弹簧常数kf表现钢缆的特性，则关于货物W，由下式(7)所示的运动方程式成立。
[数7]
Figure BDA0002670846080000191
钢缆的转出量l能够由下式(8)表现。如果对该钢缆的转出量l进行二阶微分，则得到下式(9)。式(8)、式(9)中的p是货物W的位置坐标，q是臂9的位置坐标，l是钢缆的转出量。
[数8]
I2＝(q-p)T(q-p)…(8)
[数9]
Figure BDA0002670846080000201
如果针对表现货物W的运动方程式的式(7)乘以(q－p)T，则得到下式(10)。根据式(10)，得到表现弹簧常数kf的下式(11)。式(10)中的g是重力加速度，m是货物W的质量，kf是钢缆的弹簧常数。
[数10]
Figure BDA0002670846080000202
[数11]
Figure BDA0002670846080000203
动作信号生成部31c是控制装置31的一部分，根据经过单位时间t后的臂9的目标位置坐标q(n+1)生成各促动器的动作信号Md。动作信号生成部31c能够从臂位置计算部31b取得经过单位时间t后的臂9的目标位置坐标q(n+1)。动作信号生成部31c构成为生成回转用阀23、伸缩用阀24、起伏用阀25、主用阀26m或者副用阀26s的动作信号Md。
如图9所示，在步骤S100中，控制装置31开始起重机1的控制方法中的目标轨道计算工序A，使步骤向步骤S110转移(参照图10)。然后，如果目标轨道计算工序A结束，则使步骤向步骤S200转移(参照图9)。
在步骤200中，控制装置31开始起重机1的控制方法中的臂位置计算工序B，使步骤向步骤S210转移(参照图13)。然后，如果臂位置计算工序B结束，则使步骤向步骤S300转移(参照图9)。
在步骤300中，控制装置31开始起重机1的控制方法中的动作信号生成工序C，使步骤向步骤S310转移(参照图12)。然后，如果动作信号生成工序C结束，则使步骤向步骤S100转移(参照图9)。
如图13所示，在步骤S211中，控制装置31的臂位置计算部31b以任意决定的基准位置O作为原点，根据取得的货物W的当前位置信息计算作为货物的当前位置的货物W的当前位置坐标p(n)，使步骤向步骤S221转移。
在步骤S221中，臂位置计算部31b根据取得的回转台7的回转角度θz(n)、伸缩长度lb(n)、臂9的起伏角度θx(n)及钢缆的转出量l(n)，计算作为臂前端的当前位置的臂9的前端(钢缆的转出位置)的当前位置坐标q(n)(以下简称为“臂9的当前位置坐标q(n)”)，使步骤向步骤S231转移。
在步骤S231中，臂位置计算部31b根据货物W的当前位置坐标p(n)、臂9的当前位置坐标q(n)、钢缆的转出量l(n)及货物W的质量m，使用上述的式(11)计算钢缆的弹簧常数kf，使步骤向步骤S241转移。
在步骤S241中，臂位置计算部31b以货物W的当前位置坐标p(n)作为基准，根据目标轨道信号Pd计算作为经过单位时间t后的货物的目标位置的货物W的目标位置坐标p(n+1)，使步骤向步骤S251转移。
在步骤S251中，臂位置计算部31b根据货物W的目标位置坐标p(n+1)及弹簧常数kf，使用式(7)计算作为经过单位时间t后的臂前端的目标位置的臂9的目标位置坐标q(n+1)，结束臂位置计算工序B并使步骤向步骤S300转移(参照图9)。
控制装置31通过反复进行目标轨道计算工序A、臂位置计算工序B和动作信号生成工序C，计算臂9的目标位置坐标q(n+1)，在经过单位时间t后，根据钢缆的转出量l(n+1)、货物W的当前位置坐标p(n+1)和臂9的当前位置坐标q(n+1)，计算弹簧常数kf，根据弹簧常数kf、以及再经过单位时间t后的货物W的目标位置坐标p(n+2)，计算再经过单位时间t后的臂9的目标位置坐标q(n+2)。也就是说，控制装置31将钢缆的特性作为弹簧常数kf表现，利用逆动力学，根据货物W的目标位置坐标p(n+1)和臂9的当前位置坐标q(n)，顺次计算单位时间t后的臂9的目标位置坐标q(n+1)。控制装置31通过基于臂9的目标位置坐标q(n+1)生成动作信号Md的前馈控制对各促动器进行控制。
通过像这样构成，起重机1基于从远程操作终端32任意地输入的货物W的目标速度信号Vd计算目标轨道信号Pd，因此不限定于规定的速度模式。另外，起重机1以货物W作为基准来生成臂9的控制信号，并且适用基于操控者所料想的目标轨道生成臂9的控制信号的前馈控制。因此，起重机1中，相对于操作信号的响应延迟小，抑制了由于响应延迟引起的货物W的摆动。另外，构筑考虑了钢缆的特性的逆动力学模型，根据钢缆的弹簧常数kf和货物W的目标位置坐标p(n+1)，计算臂9的目标位置坐标q(n+1)，因此不会产生由于加减速等引起的过渡状态的误差。进而，包含由于在计算臂9的目标位置坐标q(n+1)时的微分操作而产生的奇异点在内的频率成分被衰减，因此臂9的控制稳定。由此，在以货物W作为基准对促动器进行控制时，能够抑制货物W的摆动并且使其沿着目标轨道移动。
上述实施方式不过示出了代表性的方式，能够在不脱离一个实施方式的主旨的范围内进行各种变形来实施。显然，还能够以其他各种方式实施，本发明的范围由权利要求书的记载示出，还包含与权利要求书的记载等同的含义及范围内的全部变更。
工业实用性
本发明能够用于起重机及起重机的控制方法。
附图标记说明：
1 起重机
6 起重机装置
7b 回转台相机
9 臂
27 回转用传感器
28 伸缩用传感器
30 起伏用传感器
43 卷绕用传感器
O 基准位置
Vd 目标速度信号
p(n) 货物的当前位置坐标
p(n+1) 货物的目标位置坐标
q(n) 臂的当前位置坐标
q(n+1) 臂的目标位置坐标。

Claims (4)

1.一种起重机，基于与从臂由钢缆悬挂的货物的移动方向和速度相关的目标速度信号，对所述臂的促动器进行控制，具备：
所述臂的回转角度检测机构；
所述臂的起伏角度检测机构；
所述臂的伸缩长度检测机构；以及
货物位置检测机构，对相对于基准位置的货物的当前位置进行检测，
将所述目标速度信号转换为相对于所述基准位置的货物的目标位置，
根据所述回转角度检测机构所检测的回转角度、所述起伏角度检测机构所检测的起伏角度及所述伸缩长度检测机构所检测的伸缩长度，计算相对于所述基准位置的臂前端的当前位置，
根据所述货物位置检测机构所检测的所述货物的当前位置以及所述臂前端的当前位置，计算所述钢缆的转出量，
根据所述货物的当前位置和所述货物的目标位置，计算所述钢缆的方向矢量，
根据所述钢缆的转出量和所述钢缆的所述方向矢量，计算所述货物的目标位置处的臂前端的目标位置，
基于所述臂前端的目标位置，生成所述促动器的动作信号。
2.如权利要求1所述的起重机，
所述货物的目标位置通过对所述目标速度信号进行积分并使规定的频率范围的频率成分衰减而转换得到。
3.如权利要求1或者权利要求2所述的起重机，
所述臂前端的目标位置与所述货物的目标位置之间的关系根据所述货物的目标位置、所述货物的重量和所述钢缆的弹簧常数通过式(1)表现，
所述臂前端的目标位置通过作为所述货物的时间的函数的式(2)被计算，
[数1]
Figure FDA0002670846070000021
[数2]
Figure FDA0002670846070000022
f：钢缆的张力，kf：弹簧常数，m：货物的质量，q：臂的前端的当前位置或者目标位置，p：货物的当前位置或者目标位置，l：钢缆的转出量，α：回转角度，g：重力加速度。
4.一种起重机的控制方法，基于与从臂由钢缆悬挂的货物的移动方向和速度相关的目标速度信号，对所述臂的促动器进行控制，包括：
目标轨道计算工序，将所述目标速度信号转换为货物的目标位置；
臂位置计算工序，根据相对于基准位置的货物的当前位置及臂前端的当前位置，计算所述钢缆的转出量，根据所述货物的当前位置和所述货物的目标位置，计算所述钢缆的方向矢量，根据所述钢缆的转出量和所述方向矢量，计算所述货物的目标位置处的臂前端的目标位置；以及
动作信号生成工序，基于所述臂前端的目标位置生成所述促动器的动作信号。
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