CN112469658A - 起重机 - Google Patents

Abstract

课题在于，提供一种起重机，能够在以货物作为基准对促动器进行控制时，抑制货物的摇动并且以遵循操控者意图的方式使货物移动。对从起升载荷移动操作工具(35)输入的目标速度信号Vd进行积分，通过低通滤波器Lp计算目标轨道信号Pd，根据目标轨道信号Pd计算货物(W)的目标位置坐标P(n+1)，根据起重机装置(6)的姿态计算臂(9)的前端的当前位置坐标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q(n)计算钢缆的转出量l(n)，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)计算钢缆的方向矢量e(n)，根据转出量l(n)和方向矢量e(n)计算臂(9)的目标位置坐标q(n+1)，根据臂(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

技术领域

本发明涉及起重机。

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，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的远程操作终端以及起重机是众所周知的。因为起重机是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来操作的，所以能够直观地操作，不用分辨各促动器的动作速度、动作量、以及动作定时等。例如，专利文献1。

专利文献1所述的远程操作装置基于操作部的操作指令信号，将与操作速度有关的速度信号和与操作方向有关的方向信号发送至起重机。因此，在起重机中，存在在以阶跃函数的方式输入来自远程操作装置的速度信号的移动开始时或停止时产生不连续的加速度从而使货物产生摇动这一情况。于是，众所周知的是以下技术，通过对速度信号使用抑制特定的频率范围的信号的滤波器，来抑制货物的摇动。但是，由于对速度信号适用滤波器，起重机的响应性降低。因此，在起重机中，存在货物的动作相对于操控者的操作感受产生偏离，无法遵循操控者意图使货物移动的情况。

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

发明所要解决的课题

本发明的目的在于，提供能在以货物作为基准对促动器进行控制时，抑制货物的摇动并且以遵循操控者意图的方式使货物移动的起重机。

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。

在本发明的起重机中，优选的是，基于与货物的移动方向和快慢有关的目标速度信号对促动器进行控制的起重机，该货物从臂由钢缆悬挂，所述起重机具备：操作工具，输入目标速度信号中的货物的加速时间、快慢以及移动方向；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，所述货物位置检测机构对货物进行检测，计算相对于基准位置的所述货物的当前位置，对从所述操作工具输入的目标速度信号进行积分，并通过由式(1)表现的滤波器使规定的频率范围的频率成分衰减，从而计算目标轨道信号，根据所述目标轨道信号计算相对于所述基准位置的所述货物的目标位置，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，计算相对于所述基准位置的臂前端的当前位置，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所述方向矢量，计算所述货物处于目标位置时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。

[式1]

其中，a、b：系数；c：指数；s：微分要素。

在本发明的起重机中，所述式(1)中的系数a、系数b以及指数c是基于所述臂前端的当前位置来决定的。

在本发明的起重机中，所述式(1)中的系数a、系数b以及指数c是基于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来决定的。

在本发明的起重机中，具有按每个规定的条件确定所述系数a、系数b以及指数c的数据库，从所述数据库选择与任意的条件相对应的所述系数a、系数b以及指数c。

发明效果

本发明具有如下所示的效果。

根据本发明的起重机，包含因计算臂的目标位置时的微分操作而产生的奇异点的频率成分被衰减，因此使臂的控制稳定。据此，能够在以货物作为基准对促动器进行控制时，抑制货物的摇动并且以遵循操控者意图的方式使货物移动。

根据本发明的起重机，与操控者的输入状态相应地决定由滤波器衰减的目标速度信号的频率成分，因此能够接近根据输入状态推测的操控者所期望的动作状态。据此，能够在以货物作为基准对促动器进行控制时，抑制货物的摇动并且以遵循操控者意图的方式使货物移动。

根据本发明的起重机，从数据库选择与规定的条件相应地被事先确定的系数a、系数b以及指数c，因此不用实时进行复杂的计算，而与动作条件相应地设定低通滤波器。据此，能够在以货物作为基准对促动器进行控制时，抑制货物的摇动并且以遵循操控者意图的方式使货物移动。

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是表示操作终端的概略结构的平面图。

图4是表示操作终端的控制结构的框图。

图5是表示在操作了起升载荷移动操作工具的情况下的货物被搬运的方位的图。

图6是表示第一实施方式中的控制装置的控制结构的框图。

图7是表示起重机的逆动力学模型的图。

图8是表示对目标速度信号进行示例的曲线图的图。

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是对表示第一实施方式中的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是表示第二实施方式中的控制装置的控制结构的框图。

图14是对表示第二实施方式中的目标轨道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，说明移动式起重机(复杂地形起重机)即起重机1。此外，在本实施方式中，作为作业车辆说明起重机(复杂地形起重机)，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、以及能够操作起重机装置6的操作终端32(参照图2)。

车辆2是搬运起重机装置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、臂9、起重杆9a、主带钩轮10、副带钩轮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以及驾驶舱17等。

回转台7是以能够回转的方式构成起重机装置6的驱动装置。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向一个方向和另一方向回转。

回转台相机7b是对回转台7的周边的障碍物或人等进行摄影的监视装置。回转台相机7b设于回转台7的前方的左右两侧以及回转台7的后方的左右两侧。各回转台相机7b通过对各自的设置位置的周边进行摄影来圈定回转台7的全周作为监视范围。另外，分别配置于回转台7的前方的左右两侧的回转台相机7b被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能够通过作为一组立体相机来使用，从而作为对悬挂的货物W的位置信息进行检测的货物位置检测机构而构成。另外，货物位置检测机构也可以由后述的臂相机9b构成。另外，货物位置检测机构也可以是毫米波雷达、GNSS装置等能够对货物W的位置信息进行检测的机构。

回转用液压马达8是通过作为电磁比例切换阀的回转用阀23(参照图2)而被旋转操作的促动器。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)。

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的基臂部件的基端以能够摆动的方式设于回转台7的大致中央。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，从而在轴方向上伸缩自如。另外，在臂9设有起重杆9a。

未图示的伸缩用液压油缸是通过作为电磁比例切换阀的伸缩用阀24(参照图2)被伸缩操作的促动器。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。

臂相机9b(参照图2)是对货物W以及货物W的周边的地上物体进行摄影的检测装置。臂相机9b设于臂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以及起重机1周边的地上物体或地形进行摄影。

主带钩轮10和副带钩轮11是用于吊挂货物W的吊具。在主带钩轮10中设有供主钢缆14卷绕的多个钩轮、以及吊挂货物W的主钩10a。在副带钩轮11中设有吊挂货物W的副钩11a。

起伏用液压油缸12是使臂9起立以及倒伏，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是进行主钢缆14和副钢缆16的转入(提升)以及转出(下降)的卷绕装置。主卷扬机13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2)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以及转出速度。同样地，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)对副用液压马达进行控制，能够操作为任意的转入以及转出速度。在主卷扬机13和副卷扬机15设有对主钢缆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是被壳体覆盖的操控席。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、以及副卷筒操作工具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2所示，控制装置31是经由各操作阀对起重机装置6的促动器进行控制的控制装置。控制装置31设于驾驶舱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为了对各促动器或切换阀、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、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以及副卷筒操作工具21s连接，能够取得来自回转台相机7a的影像i1、以及来自臂相机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以及副卷筒操作工具21s的各自的操作量。

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以及副用阀26s连接，能够向回转用阀23、起伏用阀25、主用阀26m以及副用阀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以及卷绕用传感器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或副钢缆16(以下，简称为“钢缆”)的转出量l(n)以及臂9的前端的方位。

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以及副卷筒操作工具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。

如图3及图4所示，操作终端32是输入与使货物W移动的方向和快慢有关的目标速度信号Vd的终端。操作终端32具备壳体33、设于壳体33的操作面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以及终端侧控制装置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或各种操作工具的操作而生成的货物W的目标速度信号Vd发送至起重机1(起重机装置6)的控制装置31。

如图3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以及终端侧显示装置40。

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以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(参照图2)传递。

终端侧回转操作工具36是供关于起重机装置6的回转方向和快慢的指示输入的操作工具。终端侧伸缩操作工具37是供关于臂9的伸缩和快慢的指示输入的操作工具。终端侧主卷筒操作工具38m(终端侧副卷筒操作工具38s)是供关于主卷扬机13的旋转方向和快慢的指示输入的操作工具。终端侧起伏操作工具39是供关于臂9的起伏及快慢的指示输入的操作工具。各操作工具由从壳体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以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以及另一侧倾倒。

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设于壳体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，显示其方位。

如图4所示，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设于操作终端32的壳体33内。终端侧控制装置41在在实体上既可以是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以及终端侧显示装置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以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以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以及终端侧起伏操作工具39的各传感器取得了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有线或无线连接，能够将生成的货物W的目标速度信号Vd发送至起重机装置6的控制装置31。

接着，使用图5及图6，说明操作终端32对起重机装置6的控制。

如图5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在从上方向偏左方向的方向上朝向倾倒角度θ2＝45°的方向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从作为臂9的延伸方向的北朝向作为倾倒角度θ2＝45°的方向的西北的倾倒方向和倾倒量的操作信号。再有，终端侧控制装置41根据取得了的操作信号，按每单位时间t计算使货物W以与倾倒量相应的快慢朝向西北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发送至起重机装置6的控制装置31(参照图4)。

如图6所示，控制装置31的目标轨道计算部31a若从操作终端32按每单位时间t接收目标速度信号Vd，则基于方位传感器29所取得了的臂9的前端的方位，计算货物W的目标轨道信号Pd。再有，目标轨道计算部31a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的动作信号生成部31c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以及副用阀26s的动作信号Md。如图5所示，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对回转用液压马达8、伸缩用液压油缸、起伏用液压油缸12以及主用液压马达等进行控制。

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)，因此操控者不会失去对起重机装置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，基于作为共通的基准的臂9的延伸方向计算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。由此，能够容易而且简单地进行起重机装置6的操作。另外，在本实施方式中，操作终端32设于驾驶舱17的内部，但也可以构成为：设置终端侧无线机，其作为能够从驾驶舱17的外部进行远程操作的远程操作终端。

接着，使用图6至图12，说明起重机装置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、以及臂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。控制装置31具有目标轨道计算部31a、臂位置计算部31b、以及动作信号生成部31c。另外，控制装置31构成为：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，能够取得货物W的当前位置信息(参照图2)。

如图6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能够从操作终端32按每单位时间t取得由货物W的移动方向以及快慢构成的货物W的目标速度信号Vd。另外，目标轨道计算部31a能够对取得了的目标速度信号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，并按每单位时间t将其转换成作为货物W的目标位置信息的目标轨道信号Pd。

如图6及图7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或副钢缆16(以下，简称为“钢缆”)的转出量l(n)，根据分别配置于回转台7的前方的左右两侧的一组回转台相机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能够根据取得了的货物W的当前位置信息计算货物W的当前位置坐标p(n)，根据取得了的回转角度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)。再有，臂位置计算部31b能够根据货物W的当前位置坐标p(n)和作为经过单位时间t后的货物W的位置的货物W的目标位置坐标p(n+1)，计算悬挂着货物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)和钢缆的方向矢量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或副用阀26s的动作信号Md。

接着，如图7所示，控制装置31确定用于计算臂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。逆动力学模型由XYZ坐标系定义，以原点O作为起重机1的回转中心。在逆动力学模型中，控制装置31分别定义q、p、lb、θx、θz、l、f以及e。q表示例如臂9的前端的当前位置坐标q(n)，p表示例如货物W的当前位置坐标p(n)。lb表示例如臂9的伸缩长度lb(n)，θx表示例如起伏角度θx(n)，θz表示例如回转角度θz(n)。l表示例如钢缆的转出量l(n)，f表示钢缆的张力f，e表示例如钢缆的方向矢量e(n)。

在像这样确定的逆动力学模型中，根据货物W的目标位置p、货物W的质量m、以及钢缆的弹性常数kf，通过式(2)表现臂9的前端的目标位置q与货物W的目标位置p的关系，通过作为货物W的时间的函数的式(3)计算臂9的前端的目标位置q。

[式2]

[式3]

f：钢缆的张力、kf：弹性常数、m：货物W的质量、q：臂9的前端的当前位置或目标位置、p：货物W的当前位置或目标位置、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通过对货物W的目标位置信息适用低通滤波器Lp，来抑制微分操作引起的奇异点(急剧的位置变动)的发生。低通滤波器Lp由式(1)的传递函数G(s)构成。式(1)中的a、b是系数、c是指数。目标轨道计算部31a具有数据库Dv1，该数据库存放了预先通过实验等按每个目标速度信号Vd的稳定时间Ts以及信号的大小V确定的系数a、b以及指数c(参照图7)。低通滤波器Lp构成为：基于目标速度信号Vd的稳定时间Ts以及信号的大小V，将传递函数G(s)的系数a、b以及指数c设定为任意的值。另外，在本实施方式中，低通滤波器Lp的传递函数G(s)以式(1)的形式来表现，但也可以是任意的传递函数G(s)通过在数据库Dv1存放的系数a、b以及指数c所能够表现的形式。

[式1]

根据以下的式(4)计算钢缆的转出量l(n)。

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)和作为货物W的位置的货物W的当前位置坐标p(n)的距离定义。

[式4]

I(n)²＝|q(n)-p(n)|²...(4)

根据以下的式(5)计算钢缆的方向矢量e(n)。

钢缆的方向矢量e(n)是钢缆的张力f(参照式(2))的单位长度的矢量。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的加速度减去重力加速度来计算钢缆的张力f。

[式5]

根据将式(2)以n的函数进行表现的式(6)，计算作为经过单位时间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)。在此，α表示臂9的回转角度θz(n)。

使用逆动力学，根据钢缆的转出量l(n)、货物W的目标位置坐标p(n+1)、以及方向矢量e(n+1)计算臂9的目标位置坐标q(n+1)。

[式6]

接着，使用图8，说明控制装置31中的低通滤波器Lp的传递函数G(s)的系数a、b以及指数c(参照式(1))的决定方法的第一实施方式。

如图8所示，根据操作终端32的起升载荷移动操作工具35被倾倒至任意的倾倒角度的所需时间和该倾倒角度，确定目标速度信号Vd的信号的大小V、以及信号的大小V达到恒定为止的信号的稳定时间Ts。例如，在以优先抑制货物W的摇动、高精度地进行搬运的方式操作起重机装置6的情况下，操控者以与通常的倾倒操作时相比倾倒角度较小并且倾倒操作的所需时间变长的方式操作起升载荷移动操作工具35。据此，操作终端32的终端侧控制装置41生成具有与通常的倾倒操作时的稳定时间相比较长的信号的稳定时间Ts1、以及与通常的倾倒操作时的倾倒角度相比较大的信号的大小V1的目标速度信号Vd1(参照图9中的实线)。另外，在以优先货物W的快慢、在某种程度上允许摇动的发生的方式操作起重机装置6的情况下，操控者以与通常的倾倒操作时相比倾倒角度较大并且倾倒操作的所需时间变短的方式操作起升载荷移动操作工具35。据此，终端侧控制装置41生成具有与通常的倾倒操作时的稳定时间相比较短的信号的稳定时间Ts2、以及与通常的倾倒操作时的倾倒角度相比较大的信号的大小V2的目标速度信号Vd2(参照图9中的单点划线)。

接着，控制装置31的目标轨道计算部31a对从操作终端32的终端侧控制装置41取得了的目标速度信号Vd进行积分来计算货物W的目标位置信息。再有，目标轨道计算部31a基于取得了的目标速度信号Vd的稳定时间Ts以及信号的大小V，从数据库Dv1取得对应的系数a、b以及指数c来计算低通滤波器Lp的传递函数G(s)(参照图6)。例如，若目标轨道计算部31a从终端侧控制装置41取得目标速度信号Vd1，则根据信号的稳定时间Ts1以及信号的大小V1从数据库Db选择抑制货物W的摇动并且提高搬运精度的系数a1、b1以及指数c1。另外，若目标轨道计算部31a从终端侧控制装置41取得目标速度信号Vd2，则根据信号的稳定时间Ts2以及信号的大小V2，从数据库Db选择在某种程度上允许货物W的摇动并且快速搬运的系数a2、b2以及指数c2。

接着使用图9至图12，详细记述控制装置31中的、用于生成动作信号Md的货物W的目标轨道信号Pd的计算以及臂9的前端的目标位置坐标q(n+1)的计算的控制工序。

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，并使步骤向步骤S110转移(参照图10)。并且，若目标轨道计算工序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，并使步骤向步骤S210转移(参照图11)。并且，若臂位置计算工序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，并使步骤向步骤S310转移(参照图12)。并且，若动作信号生成工序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。其结果是，在取得了货物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，在没有取得货物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构成回转台7的前方的左右两侧的一组回转台相机7a作为立体相机，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对取得了的货物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基于取得了的目标速度信号Vd的稳定时间Ts、信号的大小V，从数据库Db1选择低通滤波器Lp的传递函数G(s)的系数a、b以及指数c(参照式(1))，计算低通滤波器Lp，并使步骤向步骤S160转移。

在步骤S160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来按每单位时间t计算目标轨道信号Pd，并结束目标轨道计算工序A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以任意确定的基准位置O(例如，臂9的回转中心)作为原点，根据取得了的货物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根据取得了的回转台7的回转角度θz(n)、伸缩长度lb(n)以及臂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)来计算钢缆的转出量l(n)，并使步骤向步骤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，采用重力加速度，通过上述的式(5)来计算钢缆的方向矢量e(n+1)，并使步骤向步骤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)，通过上述的式(6)来计算臂9的目标位置坐标q(n+1)，并结束臂位置计算工序B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)以及钢缆的转出量l(n+1)，并使步骤向步骤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或副用阀26s的动作信号Md，并结束动作信号生成工序C使步骤向步骤S100转移(参照图9)。

控制装置31通过重复目标轨道计算工序A、臂位置计算工序B、以及动作信号生成工序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)、以及货物W的目标位置坐标p(n+1)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)以及钢缆的方向矢量e(n+2)，计算再经过单位时间t后的臂9的目标位置坐标p(n+1)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)、以及钢缆的方向矢量e(n)依次计算单位时间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，由于起重机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的稳定时间Ts和信号的大小V，从数据库Dv1确定低通滤波器Lp的传递函数G(s)的系数a、b以及指数c，因此能够不进行复杂的计算而计算遵循根据目标速度信号Vd推测的操控者意图的目标轨道信号Pd。另外，起重机1以货物W作为基准生成臂9的控制信号，并且适用基于操控者所意图的目标轨道生成臂9的控制信号的前馈控制。因此，在起重机1中，对操作信号的响应延迟小，并抑制因响应延迟的货物W的摇动。另外，构建逆动力学模型，并根据利用回转台相机7a实测出的货物W的当前位置坐标p(n)、钢缆的方向矢量e(n)、以及货物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。据此，能够在以货物W作为基准对促动器进行控制时，抑制货物W的摇动并且遵循操控者意图使货物W移动。

另外，在本实施方式中，虽然起重机1适用前馈控制，但在液压式促动器的动作不连续而产生了变动的情况下，有可能传递函数G(s)的微分要素s产生影响。于是，在本发明所涉及的控制中，在前馈控制的基础上，还可以构成为：通过反馈控制校正延迟来实现稳定化(提高稳健性)。

接着，使用图13及图14，说明控制装置31中的低通滤波器Lp的传递函数G(s)的系数a、b以及指数c的决定方法的第二实施方式。另外，以下的实施方式所涉及的目标速度信号Vd的校正在图1至图12所示的起重机1以及控制工序中，使用在其说明中使用的名称、图号、附图标记，由此指代相同的对象，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，以不同的部分作为中心进行说明。

如图13所示，控制装置31的臂位置计算部31b具有数据库Dv2，该数据库存放了预先通过实验等按臂9的每个当前位置坐标q(n)确定的系数a、b以及指数c。低通滤波器Lp构成为：基于臂9的当前位置坐标q(n)，将传递函数G(s)的系数a、b以及指数c设定为任意的值。

臂位置计算部31b根据取得了的回转角度θz(n)、伸缩长度lb(n)、起伏角度θx(n)计算臂9的当前位置坐标q(n)。再有，臂位置计算部31b基于取得了的臂9的当前位置坐标q(n)，从数据库Dv2取得对应的系数a、b以及指数c来计算低通滤波器Lp的传递函数G(s)。例如，若臂位置计算部31b根据计算出的臂9的当前位置坐标q(n)，判断臂9处于大幅延伸的状态，则从数据库Db2选择抑制货物W的摇动的系数a3、b3以及指数c3。

接着，详细记述控制装置31中的、用于生成动作信号Md的货物W的校正轨道信号Pdc的计算以及臂9的前端的目标位置坐标q(n+1)的计算的控制工序。

如图14所示，在步骤S140中，目标轨道计算部31a对取得了的货物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S145转移。

在步骤S145中，臂位置计算部31b根据取得了的回转台7的回转角度θz(n)、伸缩长度lb(n)以及臂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S155转移。

在步骤S155中，目标轨道计算部31a从臂位置计算部31b取得臂9的前端的当前位置坐标q(n)，基于臂9的前端的当前位置坐标q(n)从数据库Db2选择低通滤波器Lp的传递函数G(s)的系数a、b以及指数c，计算低通滤波器Lp，并使步骤向步骤S160转移。

通过像这样构成，起重机1基于其姿态状态通过数据库Dv2确定低通滤波器Lp的传递函数G(s)的系数a、b以及指数c，因此能够计算与根据姿态状态推测的摇动的大小相应的目标轨道信号Pd。据此，能够在以货物W作为基准对促动器进行控制时，抑制货物W的摇动并且遵循考虑了起重机1的姿态的操控者的意图使货物W移动。

另外，关于低通滤波器Lp的传递函数G(s)的系数a、b以及指数c的决定方法，表示了基于目标速度信号Vd的第一实施方式与基于臂9的当前位置坐标q(n)的第二实施方式，但也可以构成为：基于目标速度信号Vd与臂9的当前位置坐标q(n)计算系数a、b以及指数c。例如，通过从按臂9的每个延伸长度确定了基于目标速度信号Vd的稳定时间Ts与信号的大小V的系数a、b以及指数c的数据库Db3，选择系数a、b以及指数c，操控者能够不用分辨起重机1的姿态而适当地抑制货物W的摇动。

另外，在本实施方式中，起重机1构成为从数据库Db1、Db2等选择低通滤波器Lp的传递函数G(s)的系数a、b以及指数c，但也可以构成为：通过基于经由网络取得了的其他的起重机的控制状态与此时的系数a、b以及指数c等实绩数据的机器学习，决定系数a、b以及指数c。

上述的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。

附图标记说明

1 起重机

6 起重机装置

9 臂

O 基准位置

W 货物

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，基于与货物的移动方向和快慢有关的目标速度信号对促动器进行控制，该货物从臂由钢缆悬挂，所述起重机具备：

操作工具，输入目标速度信号中的货物的加速时间、快慢以及移动方向；

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，

所述货物位置检测机构对货物进行检测，计算相对于基准位置的所述货物的当前位置，

对从所述操作工具输入的目标速度信号进行积分，并通过由式(1)表现的滤波器使规定的频率范围的频率成分衰减，从而计算目标轨道信号，根据所述目标轨道信号计算相对于所述基准位置的所述货物的目标位置，

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，计算相对于所述基准位置的臂前端的当前位置，

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所述方向矢量，计算所述货物处于目标位置时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，

[式1]

其中，a、b：系数；c：指数；s：微分要素。

2.如权利要求1所述的起重机，其中，

所述式(1)中的系数a、系数b以及指数c是基于所述目标速度信号中的货物的加速时间以及快慢来决定的。

3.如权利要求1或2所述的起重机，其中，

所述式(1)中的系数a、系数b以及指数c是基于所述臂前端的当前位置来决定的。

4.如权利要求2或3所述的起重机，其中，

具有按每个规定的条件确定所述系数a、系数b以及指数c的数据库，从所述数据库选择与任意的条件相对应的所述系数a、系数b以及指数c。

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