CN112368229B - 起重机 - Google Patents

Abstract

提供在以货物作为基准对促动器进行控制时能够高精度地抑制货物的摆动的起重机。回转台相机(7a)对被吊挂于钢缆的货物(W)进行检测，根据所检测出的货物(W)的位置计算货物(W)的当前坐标位置p(n)，根据起重机(1)的姿态计算臂(9)的前端的当前坐标位置q(n)，将从操作工具输入的目标速度信号Vd变换为货物(W)的目标坐标位置p(n+1)，根据货物(W)的当前坐标位置p(n)和货物(W)的目标坐标位置p(n+1)，计算钢缆的方向矢量e(n)，根据钢缆的转出量l(n)和钢缆的方向矢量e(n)，计算货物(W)的目标坐标位置p(n+1)处的臂(9)的前端的目标位置q(n+1)，生成促动器的动作信号Md。

Description

起重机

技术领域

本发明涉及具备监视装置的起重机。

背景技术

以往，在移动式起重机等中，提出了为了提高行驶时及作业时的障碍物的视觉辨认性而具备障碍物报知系统的起重机。障碍物报知系统是对起重机行驶时的车辆侧方以及作业时的作业区域内的障碍物的有无、人、车辆等的接近进行检测，并向操控者报知的系统。障碍物报知系统构成为通过相机、毫米波雷达等对障碍物进行检测，并在驾驶舱内设置的监视器等上显示检测状态。例如专利文献1。

专利文献1所记载的障碍物报知系统具备：被设置在起重机的起重机装置(回转台上的臂支持盖体)上的摄影机、实时地对监视影像进行显示处理的显示控制部、显示监视影像的监视器、向操控者(驾驶者)报知的报知部等。摄影机被设置为：对从驾驶舱内的操控者难以视觉辨认的臂支持盖体侧(隔着臂的相反侧)的范围进行摄影。由此，操控者通过利用驾驶舱内的监视器对根据臂的起伏角度而视野发生变动的范围进行确认，能够更切实地识别障碍物的有无。

另一方面，提出了通过远程操作终端等对各促动器进行远程操作的起重机。在这样的起重机中，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2。

专利文献2所记载的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。但是，起重机有时在来自远程操作装置的速度信号以阶跃函数的方式被输入的移动开始时或停止时产生不连续的加速度而货物发生摆动。另外，起重机由于假定为货物总是处于臂前端的铅直下方来进行控制，因此无法抑制由于钢缆的影响而产生的货物的位置偏差或摆动的发生。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2016－13890号公报

专利文献2:日本特开2010－228905号公报

发明内容

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，能够高精度地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，第1发明是一种起重机，在起重机装置设置有对周边进行监视的监视装置，所述起重机具备：操作工具，输入与货物的移动方向和快慢相关的目标速度信号；所述臂的回转角度检测机构；所述臂的起伏角度检测机构；以及所述臂的伸缩长度检测机构，所述监视装置对被吊挂于钢缆的货物进行检测，根据检测出的所述货物的位置计算所述货物相对于基准位置的当前位置，根据所述回转角度检测机构所检测出的回转角度、所述起伏角度检测机构所检测出的起伏角度以及所述伸缩长度检测机构所检测出的伸缩长度，计算臂前端相对于基准位置的当前位置，将从所述操作工具输入的所述目标速度信号变换为货物相对于所述基准位置的目标位置，根据所述货物的当前位置和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起重机装置的促动器的动作信号。

第2发明是一种起重机，根据所述监视装置所检测出的所述货物的位置计算所述货物的当前速度，对所述目标速度信号进行积分，计算使规定的频率范围的频率成分衰减后的目标轨道信号，计算所述目标速度信号与所述当前速度的速度差，将使所述速度差变小的校正系数与所述目标轨道信号相乘来计算校正轨道信号，将所述校正轨道信号变换为所述货物相对于所述基准位置的目标位置。

第3发明是一种起重机，所述监视装置是多个相机，将所述多个相机构成为立体相机来对货物进行摄影，根据所述多个相机所摄影的影像，计算所述货物相对于基准位置的当前位置。

发明效果

本发明具有如下所示的效果。

在第1发明中，利用监视装置对货物的当前位置进行检测，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，能够高精度地抑制货物的摆动并且使其沿着目标轨道移动。

在第2发明中，计算货物的当前速度v(n)，校正货物的目标速度信号以使货物的目标速度信号与当前速度v(n)的差异变小，因此当前位置相对于目标轨道的误差的累积得到抑制。由此，在以货物作为基准对促动器进行控制时，能够高精度地抑制货物的摆动并且使其沿着目标轨道移动。

在第3发明中，通过由对起重机装置的周边进行监视的多个相机构成的立体相机，对货物的空间位置进行检测，因此高精度地计算货物的位置、速度。由此，在以货物作为基准对促动器进行控制时，能够高精度地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是表示起重机的整体结构的平面图。

图3是表示起重机的控制结构的框图。

图4是表示操作终端的概略结构的平面图。

图5是表示操作终端的控制结构的框图。

图6是表示在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是表示起重机的控制装置的校正目标轨道信号的控制结构的框图。

图14是对表示目标速度信号与目标轨道信号的关系的曲线图进行表现的图。

图15是对表示校正目标轨道信号的目标轨道计算工序的流程图进行表现的图。

图16是表示立体相机的校准方法的概略图。

具体实施方式

以下使用图1至图5，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1(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。

车辆2是用于搬运起重机装置6的行驶体。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液压延伸的突出梁、以及在与地面垂直的方向上能够延伸的液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是通过钢缆起吊货物W的作业装置。起重机装置6具备回转台7、回转台7相机、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、驾驶舱17、控制装置31及操作终端等。

回转台7是用于使起重机装置6回转的回转台。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，设置有对周边进行监视的多个回转台相机7a。另外，回转台7设置有作为促动器的液压式的回转用液压马达8。回转台7被构成为能够通过回转用液压马达8向一方向和另一方向回转。

如图1和图2所示，回转台相机7a是对回转台7的周边的障碍物、人物等进行摄影的监视装置。回转台相机7a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7a通过对各自的设置处的周边进行摄影，将回转台7的整个周围作为监视范围覆盖。另外，回转台7的前方的左右两侧分别配置的回转台相机7a构成为能够作为一组立体相机使用。也就是说，回转台7的前方的左右两侧的回转台相机7a通过作为一组立体相机使用而被用作货物位置检测机构，该货物位置检测机构将被悬挂的货物W的位置信息检测为三维的坐标值。此时，起重机1构成为：利用其他相机(例如臂相机)、传感器等，对被用作一组立体相机的回转台相机7a的作为周边监视机构的摄影范围进行弥补。此外，货物位置检测机构也可以由其他位置处设置的回转台相机7a、臂相机9b等其他相机构成。另外，货物位置检测机构是毫米波雷达、GNSS装置等能够检测货物W的当前位置信息的机构即可。

如图1所示，作为促动器的回转用液压马达8通过作为电磁比例切换阀的回转用阀23(参照图3)而被旋转操作。回转用阀23能够将向回转用液压马达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旋转操作的回转用液压马达8控制为任意的回转速度。在回转台7，设置有作为对回转台7的回转角度θz(角度)和回转速度θz进行检测的回转角度检测机构的回转用传感器27(参照图3)。

臂9是将钢缆支承为能够起吊货物W的状态的可动支柱。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3)而被伸缩操作。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，设置有作为对臂9的长度进行检测的伸缩长度检测机构的伸缩用传感器28、以及对以臂9的前端作为中心的方位进行检测的方位传感器29。

作为检测装置的臂相机9b(参照图3)是对货物W及货物W周边的地上物体进行摄影的图像取得机构。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是吊挂货物W的部件。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。

起伏用液压油缸12是使臂9起立及倒伏并保持臂9的姿态的促动器。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3)而被伸缩操作。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，设置有作为对起伏角度θx进行检测的起伏角度检测机构的起伏用传感器30(参照图3)。

主卷扬机13和副卷扬机15是进行主钢缆14和副钢缆16的转入(提升)及转出(下降)的促动器。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液压马达被旋转，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液压马达被旋转。

主用液压马达通过作为电磁比例切换阀的主用阀26m(参照图3)而被旋转操作。主卷扬机13构成为：通过主用阀26m对主用液压马达进行控制，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3)对副用液压马达进行控制，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，设置有分别对主钢缆14和副钢缆16的转出量l进行检测的卷绕用传感器43(参照图3)。

驾驶舱17是覆盖操控席的壳体。驾驶舱17被搭载于回转台7。在驾驶舱17设有未图示的操控席。在操控席，设置有用于对车辆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、操作终端32等(参照图3)。回转操作工具18能够对回转用液压马达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能够对主用液压马达进行操作。副卷筒操作工具21s能够对副用液压马达进行操作。

如图3所示，控制装置31经由各操作阀对起重机装置6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7a、臂相机9b连接，能够取得来自回转台相机7a的影像i1、来自臂相机9b的影像i2。另外，控制装置31根据所取得的来自回转台相机7a的影像i1，能够计算货物W的当前位置坐标p(n)及货物W的大小。

控制装置31与回转操作工具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与操作终端32的终端侧控制装置41(参照附图)连接，能够取得来自操作终端32的控制信号。

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、方位传感器29、起伏用传感器30及卷绕用传感器43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、主钢缆14或者副钢缆16(以下简称为“钢缆”)的转出量l(n)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等吊起货物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。

如图4和图5所示，操作终端32是输入与要使货物W移动的方向和快慢相关的目标速度信号Vd的终端。操作终端32具备：壳体33、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及终端侧控制装置41(参照图3、图5)等。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1(起重机装置6)的控制装置31发送。

如图4所示，壳体33是操作终端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及终端侧显示装置40。

如图4和图5所示，起升载荷移动操作工具35是输入关于水平面上货物W的移动方向和快慢的指示的操作工具。起升载荷移动操作工具35由从壳体33的操作面大致垂直地起立的操作杆、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：将关于以朝向操作面的上方向(以下简称为“上方向”)作为臂9的延伸方向由未图示的传感器检测出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41传递。

终端侧回转操作工具36是被输入关于起重机装置6的回转方向和快慢的指示的操作工具。终端侧伸缩操作工具37是输入关于臂9的伸缩和快慢的指示的操作工具。终端侧主卷筒操作工具38m(终端侧副卷筒操作工具38s)是输入关于主卷扬机13的旋转方向和快慢的指示的操作工具。终端侧起伏操作工具39是输入关于臂9的起伏和快慢的指示的操作工具。各操作工具由从壳体33的操作面大致垂直起立的操作杆、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。各操作工具构成为能够向一侧及另一侧倾倒。

如图5所示，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，以臂9的延伸方向作为朝向终端侧显示装置40的上方向来显示其方位。

作为控制部的终端侧控制装置41对操作终端32进行控制。终端侧控制装置41被设置在操作终端32的壳体33内。终端侧控制装置41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41为了对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及终端侧显示装置40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41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41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。另外，终端侧控制装置41与起重机装置6的控制装置31通过有线或者无线而连接，能够将生成的货物W的目标速度信号Vd向起重机装置6的控制装置31发送。

接下来，使用图6，关于操作终端32对起重机装置6的控制进行说明。

如图6所示，在臂9的前端朝向北的状态下，操作终端32的起升载荷移动操作工具35相对于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41从起升载荷移动操作工具35的未图示的传感器，取得关于向西北的倾倒方向和倾倒量的操作信号，其中，西北是从作为臂9的延伸方向的北偏倾倒角度θ2＝45°的方向。进而，终端侧控制装置41根据所取得的操作信号，按每单位时间t计算使货物W朝向西北以与倾倒量相应的快慢移动的目标速度信号Vd。操作终端32将计算出的目标速度信号Vd按每单位时间t向起重机装置6的控制装置31发送。

控制装置31如果按每单位时间t从操作终端32接收到目标速度信号Vd，则基于方位传感器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W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(参照图7)。起重机1使货物W朝向作为起升载荷移动操作工具35的倾倒方向的西北以与倾倒量相应的快慢移动。此时，起重机1通过动作信号Md，对回转用油压马达8、伸缩用液压油缸、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从操作终端32以臂9的延伸方向作为基准，按每单位时间t取得基于起升载荷移动操作工具35的操作方向的移动方向和快慢的目标速度信号Vd，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的操作方向的认识。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臂9的延伸方向被计算。由此，能够容易而且简单地进行起重机装置6的操作。此外，在本实施方式中，操作终端32被设置在驾驶舱17的内部，但也可以设置终端侧无线机并构成为能够从驾驶舱17的外部远程操作的远程操作终端。

接下来，使用图7至图12，关于起重机装置6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。另外，控制装置31将回转台7的前方的左右两侧的一组回转台相机7a设为作为货物位置检测机构的立体相机，构成为能够取得货物W的当前位置信息(参照图2)。

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变换为货物W的目标轨道信号Pd。目标轨道计算部31a能够从操作终端32按每单位时间t取得由货物W的移动方向及快慢构成的货物W的目标速度信号Vd。另外，目标轨道计算部31a能够对所取得的目标速度信号Vd进行积分来计算货物W的目标位置信息。另外，目标轨道计算部31a构成为：对货物W的目标位置信息适用低通滤波器Lp，按每单位时间t变换为作为货物W的目标位置信息的目标轨道信号Pd。

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9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7的前方的左右两侧分别配置的一组回转台相机7a所摄影的货物W的图像，取得货物W的当前位置信息(参照图2)。

臂位置计算部31b能够根据所取得的货物W的当前位置信息计算货物W的当前位置坐标p(n)，根据所取得的回转角度θz(n)、伸缩长度lb(n)、起伏角度θx(n)，计算作为臂9的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(n)，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的位置的货物W的目标位置坐标p(n+1)，计算悬挂了货物W的钢缆的方向矢量e(n+1)。臂位置计算部31b构成为：使用逆动力学，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9的前端的位置的臂9的目标位置坐标q(n+1)。

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。

接下来，如图8所示，控制装置31决定用于计算臂9的前端的目标位置坐标q(n+1)的起重机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。控制装置31在逆动力学模型中，分别定义q、p、lb、θx、θz、l、f及e。q例如表示臂9的前端的当前位置坐标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)。

在像这样决定的逆动力学模型中，臂9的前端的目标位置q与货物W的目标位置p的关系根据货物W的目标位置p、货物W的质量m和钢缆的弹簧常数kf通过式(1)表现，臂9的前端的目标位置q通过作为货物W的时间的函数的式(2)被计算。

[数1]

[数2]

f：钢缆的张力，kf：弹簧常数，m：货物W的质量，q：臂9的前端的当前位置或者目标位置，p：货物W的当前位置或者目标位置，l：钢缆的转出量，e：方向矢量，g：重力加速度

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通过对目标速度信号Vd适用低通滤波器Lp，防止由于微分操作引起奇异点(急剧的位置变动)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]

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)由作为臂9的前端位置的臂9的当前位置坐标q(n)与作为货物W的位置的货物W的当前位置坐标p(n)的距离定义。

[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通过从根据货物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的加速度中减去重力加速度而被计算。

[数5]

作为经过单位时间t后的臂9的前端的目标位置的臂9的目标位置坐标q(n+1)根据以n的函数表现式(1)而得到的式(6)被计算。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]

接下来使用图9至图12，关于控制装置31中的用于生成动作信号Md的货物W的目标轨道信号Pd的计算及臂9的前端的目标位置坐标q(n+1)的计算的控制工序详细进行记载。

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判定是否取得了货物W的目标速度信号Vd。

在其结果是取得了货物W的目标速度信号Vd的情况下，目标轨道计算部31a使步骤向S120转移。

另一方面，在未取得货物W的目标速度信号Vd的情况下，目标轨道计算部31a使步骤向S110转移。

在步骤S120中，控制装置31的臂位置计算部31b将回转台7的前方的左右两侧的一组回转台相机7a构成为立体相机，对货物W进行摄影并使步骤向步骤S130转移。

在步骤S130中，臂位置计算部31b根据一组回转台相机7a所摄影的图像计算货物W的当前位置信息，并使步骤向步骤S140转移。

在步骤S140中，目标轨道计算部31a对所取得的货物W的目标速度信号Vd进行积分来计算货物W的目标位置信息，并使步骤向步骤S150转移。

在步骤S150中，目标轨道计算部31a对计算出的货物W的目标位置信息适用由式(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9)。

如图11所示，在步骤S210中，控制装置31的臂位置计算部31b以任意决定的位置，例如以臂9的回转中心即原点O作为基准位置O，根据所取得的货物W的当前位置信息计算作为货物W的当前位置的货物W的当前位置坐标p(n)，并使步骤向步骤S220转移。

在步骤S220中，臂位置计算部31b根据所取得的回转台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的前端的当前位置坐标q(n)，并使步骤向步骤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W的目标位置的货物W的目标位置坐标p(n+1)，并使步骤向步骤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)，使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)，顺次计算经过单位时间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。

另外，控制装置31能够基于货物W的当前位置坐标p(n)，将水平面上的从基准位置O到货物W的距离、以及从货物W的底面到地面的距离(高度)，显示在终端侧显示装置40等上。也就是说，控制装置31能够以数值客观地显示从驾驶舱17内的操控席到货物W的大致的距离以及从地面到货物W的底面的距离。此时，控制装置31在货物处于距基准位置O为任意指定的范围内、或者距地面为任意指定的高度以下的情况下，对作为对象的距离的显示进行强调或者鸣响警报，来向操控者报知。

另外，在本实施方式中，起重机1也可以具有根据回转台相机7a所摄影的图像来检测障碍物的功能。控制装置31在通过图像识别检测出路径上的障碍物的情况下，对各促动器进行控制以避免货物W与障碍物的接触。例如，控制装置31生成动作信号Md并对各促动器的阀进行控制以一边抑制摆动一边停止。或者，控制装置31基于规定的条件生成回避障碍物的货物W的目标轨道信号Pd。控制装置31根据基于回转台相机7a所摄影的货物W的当前位置坐标p(n)和货物W的目标位置坐标p(n+1)计算出的速度矢量，推测直到障碍物与货物W碰撞的时间，从而能够判定富余时间。

通过像这样构成，起重机1基于从操作终端32任意输入的货物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，根据利用回转台相机7a实测的货物W的当前位置坐标p(n)、钢缆的方向矢量e(n)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)，因此能够抑制误差。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。另外，起重机1中，货物W的当前位置坐标p(n)被以数值显示在终端侧显示装置40等上，以使货物W与地面、地上物体、起重机1等不发生碰撞。由此，起重机1在以货物W作为基准对促动器进行控制时，能够高精度地抑制货物W的摆动并且使其沿着目标轨道移动。

接下来，使用图13和图14，关于起重机装置6的控制装置31中的目标速度信号Vd的校正进行说明。控制装置31设为能够从被构成为立体相机的一组回转台相机7a所摄影的货物W的影像取得货物W的当前速度信息。此外，以下的实施方式所涉及的目标速度信号Vd的校正设为：通过在图1至图12所示的起重机1及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、标记来指示相同的对象，在以下的实施方式中，关于与已经说明的实施方式同样的点，省略其具体的说明，以差异的部分作为中心进行说明。

如图13所示，目标轨道计算部31a能够从臂位置计算部31b按每单位时间t取得货物W的当前速度v(n)。另外，目标轨道计算部31a能够按每单位时间t计算所取得的货物W的当前速度v(n)与从操作终端32取得的货物W的目标速度信号Vd的速度差。另外，目标轨道计算部31a能够按每单位时间t计算通过将计算出的目标轨道信号Pd与使速度差变小的校正系数Gn相乘而得到的校正轨道信号Pdc。校正系数Gn表示目标速度信号Vd的增益。目标轨道计算部31a中，与目标轨道信号Pd相乘的校正系数Gn根据速度差被决定。

臂位置计算部31b能够从一组回转台相机7a所摄影的货物W的图像取得货物W的当前速度信息。进而，臂位置计算部31b能够根据所取得的货物W的当前速度信息计算货物W的当前速度V(n)。

如图14所示，控制装置31根据由目标轨道计算部31a取得的货物W的当前速度v(n)(图中的一点划线)与目标速度信号Vd(图中的实线)的速度差，决定校正系数Gn。然后，控制装置31将已经计算的目标轨道信号Pd(图中的二点划线)与校正系数Gn相乘来计算校正轨道信号Pdc。例如，控制装置31在当前速度v(n)比目标速度信号Vd大的情况下，将使目标速度信号Vd变大的校正系数Gn与目标轨道信号Pd相乘。

接下来使用图15，关于控制装置31中的用于生成动作信号Md的货物W的校正轨道信号Pdc的计算及臂9的前端的目标位置坐标q(n+1)的计算的控制工序，详细进行记载。

如图15所示，在步骤S120中，控制装置31的臂位置计算部31b将回转台7的前方的左右两侧的一组回转台相机7a构成为立体相机，对货物W进行摄影并使步骤向步骤S121转移。

在步骤S121中，臂位置计算部31b从一组回转台相机7a所摄影的影像取得货物W的当前速度信息，计算货物W的当前速度v(n)，使步骤向步骤S122转移。

在步骤S122中，控制装置31的目标轨道计算部31a根据所计算出的货物W的当前速度v(n)与目标速度信号Vd的速度差决定校正系数Gn，使步骤向步骤S140转移。

步骤S140、步骤S150如上所述。

在步骤S151中，目标轨道计算部31a将计算出的目标轨道信号Pd与校正系数Gn相乘来计算校正轨道信号Pdc，结束目标轨道计算工序A并使步骤向步骤S200转移(参照图9)。

通过像这样构成，起重机1使用回转台相机7a来计测货物W的当前速度v(n)，并基于目标速度信号Vd与当前速度v(n)的速度差对目标轨道信号Pd进行校正，因此能够使目标轨道信号Pd与货物W的当前位置p(n)的偏差量变小。此时，起重机1对使规定的频率以上的频率衰减后的目标轨道信号Pd进行校正，因此能够高精度地抑制货物W的摆动并且使相对于货物W的当前位置p(n)的偏差量变小。

接下来，使用图2和图16，关于被构成为立体相机的一组回转台相机7a的校准方法进行说明。

如图2所示，起重机1的一组回转用相机7b以规定的设置宽度L1被设置。另外，在起重机1的主带钩滑轮10和未图示的副带钩滑轮11上，校准用的一组标记42以规定的间距L2被设置。

如图16所示，标记42是成为校准的基准的记号。标记42由LED或荧光涂料构成。在校准作业时，起重机1被控制为主带钩滑轮10被配置在臂9的前端的铅直方向上。起重机装置6的控制装置31根据以任意决定的基准位置O作为原点的臂9的当前位置坐标q(n)及回转台相机7a被设置的位置、以及钢缆的转出量l(n)，计算主带钩滑轮10与回转台相机7a的距离L3。也就是说，控制装置31利用起重机1的姿态信息，计算从回转台相机7a到标记42的距离L3。接下来，控制装置31根据一组回转用相机7b的设置宽度L1、一组标记42的间距L2以及到标记42的距离L3，进行校准以便能够根据图像中的货物W的大小计算距作为被摄体的货物W的距离。

像这样起重机1利用臂9的当前位置坐标q(n)和回转台相机7a被设置的位置、以及钢缆的转出量l(n)，自动地对被构成为立体相机的回转台相机7a进行校准。通过像这样构成，起重机1不使用激光测距仪等测定器材，就能够准确地计算作为从回转台相机7a到主带钩滑轮10(货物W)的空间距离的距离L3。

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

本发明能够用于具备监视装置的起重机。

附图标记说明

1 起重机

6 起重机装置

7a 回转台相机

9 臂

O 基准位置

Vd 目标速度信号

p(n) 货物W的当前位置坐标

p(n+1) 货物W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 (3)

1.一种起重机，在起重机装置设置有对周边进行监视的监视装置，所述起重机具备：

操作工具，输入与货物的移动方向和快慢相关的目标速度信号；

所述起重机装置的臂的回转角度检测机构；

所述臂的起伏角度检测机构；以及

所述臂的伸缩长度检测机构，

所述监视装置对被吊挂于钢缆的货物进行检测，根据检测出的所述货物的位置计算所述货物相对于基准位置的当前位置，

根据所述回转角度检测机构所检测出的回转角度、所述起伏角度检测机构所检测出的起伏角度以及所述伸缩长度检测机构所检测出的伸缩长度，计算臂前端相对于基准位置的当前位置，

将从所述操作工具输入的所述目标速度信号变换为货物相对于所述基准位置的目标位置，

根据所述货物的当前位置和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，生成所述起重机装置的促动器的动作信号。

2.如权利要求1所述的起重机，

根据所述监视装置所检测出的所述货物的位置计算所述货物的当前速度，

对所述目标速度信号进行积分，计算使规定的频率范围的频率成分衰减后的目标轨道信号，

计算所述目标速度信号与所述当前速度的速度差，

将使所述速度差变小的校正系数与所述目标轨道信号相乘来计算校正轨道信号，

将所述校正轨道信号变换为所述货物相对于所述基准位置的目标位置。

3.如权利要求1或者权利要求2所述的起重机，

所述监视装置是多个相机，将所述多个相机构成为立体相机来对货物进行摄影，根据所述多个相机所摄影的影像，计算所述货物相对于基准位置的当前位置。

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