JP2001130865A - クレーン装置の駆動制御装置、クレーン装置の駆動制御方法および記録媒体 - Google Patents
クレーン装置の駆動制御装置、クレーン装置の駆動制御方法および記録媒体Info
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- JP2001130865A JP2001130865A JP31430199A JP31430199A JP2001130865A JP 2001130865 A JP2001130865 A JP 2001130865A JP 31430199 A JP31430199 A JP 31430199A JP 31430199 A JP31430199 A JP 31430199A JP 2001130865 A JP2001130865 A JP 2001130865A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 旋回・起伏動作が可能なクレーン装置におい
て、操縦者の技能に関わらず、吊り荷の振れを抑制す
る。 【解決手段】 操縦者の操縦による旋回動作または起伏
動作に応じて、直線搬送変換モデルを用いて起伏動作を
自動的に制御し、ＸＹ平面（クレーン装置が配置される
水平面）に対してブーム１１の先端が直線運動するよう
にしている。
て、操縦者の技能に関わらず、吊り荷の振れを抑制す
る。 【解決手段】 操縦者の操縦による旋回動作または起伏
動作に応じて、直線搬送変換モデルを用いて起伏動作を
自動的に制御し、ＸＹ平面（クレーン装置が配置される
水平面）に対してブーム１１の先端が直線運動するよう
にしている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、旋回および起伏動
作が可能なブームを備えたクレーン装置の駆動制御装
置、駆動制御方法、および駆動制御処理をコンピュータ
に実行させるプログラムを記録した記録媒体に関する。
作が可能なブームを備えたクレーン装置の駆動制御装
置、駆動制御方法、および駆動制御処理をコンピュータ
に実行させるプログラムを記録した記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】港湾での荷の積み下ろしには、旋回式ク
レーンが用いられている。このような旋回式クレーンの
操作では、熟練者の技量により吊り荷の振れを抑制し、
目標位置への搬送が行われている。
レーンが用いられている。このような旋回式クレーンの
操作では、熟練者の技量により吊り荷の振れを抑制し、
目標位置への搬送が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
に熟練者であれば、吊り荷の振れを抑制することはでき
るが、経験の浅い操縦者が操縦した場合には、吊り荷の
振れを抑制することが困難である。このため、吊り荷の
振れを検出するセンサ等を設け、このセンサからの検出
信号に基づいてブームの旋回角や起伏角を制御し、これ
により振れを抑制する技術が考えられている。しかしな
がら、この場合、吊り荷の振れを検出するセンサを設け
る必要があり、構成が複雑なる。
に熟練者であれば、吊り荷の振れを抑制することはでき
るが、経験の浅い操縦者が操縦した場合には、吊り荷の
振れを抑制することが困難である。このため、吊り荷の
振れを検出するセンサ等を設け、このセンサからの検出
信号に基づいてブームの旋回角や起伏角を制御し、これ
により振れを抑制する技術が考えられている。しかしな
がら、この場合、吊り荷の振れを検出するセンサを設け
る必要があり、構成が複雑なる。
【０００４】また、ブームの旋回と起伏とを同時に制御
することにより、ＸＹ平面上で荷を直線的に搬送、つま
り上方からクレーン装置を二次元的にみた場合に荷を直
線的に搬送して振れを抑制する方法も研究されている
が、現在のところ有効な方法は提案されていない。
することにより、ＸＹ平面上で荷を直線的に搬送、つま
り上方からクレーン装置を二次元的にみた場合に荷を直
線的に搬送して振れを抑制する方法も研究されている
が、現在のところ有効な方法は提案されていない。
【０００５】本発明は、上記の事情を考慮してなされた
ものであり、操縦者の技能に関わらず、吊り荷の振れを
抑制することが可能なクレーン装置の駆動制御装置、駆
動制御方法、および駆動制御処理をコンピュータに実行
させるプログラムを記録した記録媒体を提供することを
目的とする。
ものであり、操縦者の技能に関わらず、吊り荷の振れを
抑制することが可能なクレーン装置の駆動制御装置、駆
動制御方法、および駆動制御処理をコンピュータに実行
させるプログラムを記録した記録媒体を提供することを
目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項１に記載のクレーン装置の駆動制御
装置は、ブームと、該ブーム先端部につり下げられるひ
も状部材と、このひも状部材の下端に設けられる荷物保
持部とを備え、前記ブームの旋回および起伏動作が可能
なクレーン装置において、前記ブームの旋回および起伏
を制御する装置であって、前記ひも状部材の長さｌ、前
記ブームの旋回角θ、前記ブームの起伏角φ、仮想ブー
ム長Ｒ、仮想起伏角加速度ｕΨ、および重力加速度ｇと
を用いて以下に示す直線搬送変換式（１）により、前記
ブームの旋回角加速度ｕθおよび前記ブームの起伏角加
速度ｕφを算出し、これらの算出値ｕθ、ｕφを用い、
前記ブームの旋回および起伏駆動を同時に制御すること
により、前記荷物保持部に保持される荷物を、該クレー
ン装置が配置される水平面に対して直線搬送するように
したことを特徴としている。
め、本発明の請求項１に記載のクレーン装置の駆動制御
装置は、ブームと、該ブーム先端部につり下げられるひ
も状部材と、このひも状部材の下端に設けられる荷物保
持部とを備え、前記ブームの旋回および起伏動作が可能
なクレーン装置において、前記ブームの旋回および起伏
を制御する装置であって、前記ひも状部材の長さｌ、前
記ブームの旋回角θ、前記ブームの起伏角φ、仮想ブー
ム長Ｒ、仮想起伏角加速度ｕΨ、および重力加速度ｇと
を用いて以下に示す直線搬送変換式（１）により、前記
ブームの旋回角加速度ｕθおよび前記ブームの起伏角加
速度ｕφを算出し、これらの算出値ｕθ、ｕφを用い、
前記ブームの旋回および起伏駆動を同時に制御すること
により、前記荷物保持部に保持される荷物を、該クレー
ン装置が配置される水平面に対して直線搬送するように
したことを特徴としている。
【数４】
【０００７】また、請求項２に記載のクレーン装置の駆
動制御方法は、ブームと、該ブーム先端部につり下げら
れるひも状部材と、このひも状部材の下端に設けられる
荷物保持部とを備え、前記ブームの旋回および起伏動作
が可能なクレーン装置において、前記ブームの旋回およ
び起伏を制御する方法であって、前記ひも状部材の長さ
ｌ、前記ブームの旋回角θ、前記ブームの起伏角φ、仮
想ブーム長Ｒ、仮想起伏角加速度ｕΨ、および重力加速
度ｇとを用いて以下に示す直線搬送変換式（１）によ
り、前記ブームの旋回角加速度ｕθおよび前記ブームの
起伏角加速度ｕφを算出し、これらの算出値ｕθ、ｕφ
を用い、前記ブームの旋回および起伏駆動を同時に制御
することにより、前記荷物保持部に保持される荷物を、
該クレーン装置が配置される水平面に対して直線搬送す
ることを特徴としている。
動制御方法は、ブームと、該ブーム先端部につり下げら
れるひも状部材と、このひも状部材の下端に設けられる
荷物保持部とを備え、前記ブームの旋回および起伏動作
が可能なクレーン装置において、前記ブームの旋回およ
び起伏を制御する方法であって、前記ひも状部材の長さ
ｌ、前記ブームの旋回角θ、前記ブームの起伏角φ、仮
想ブーム長Ｒ、仮想起伏角加速度ｕΨ、および重力加速
度ｇとを用いて以下に示す直線搬送変換式（１）によ
り、前記ブームの旋回角加速度ｕθおよび前記ブームの
起伏角加速度ｕφを算出し、これらの算出値ｕθ、ｕφ
を用い、前記ブームの旋回および起伏駆動を同時に制御
することにより、前記荷物保持部に保持される荷物を、
該クレーン装置が配置される水平面に対して直線搬送す
ることを特徴としている。
【数５】
【０００８】また、請求項３に記載の記録媒体は、ブー
ムと、該ブーム先端部につり下げられるひも状部材と、
このひも状部材の下端に設けられる荷物保持部とを備
え、前記ブームの旋回および起伏動作が可能なクレーン
装置において、前記ブームの旋回および起伏を制御する
処理であって、前記ひも状部材の長さｌ、前記ブームの
旋回角θ、前記ブームの起伏角φ、仮想ブーム長Ｒ、仮
想起伏角加速度ｕΨ、および重力加速度ｇとを用いて以
下に示す直線搬送変換式（１）により、前記ブームの旋
回角加速度ｕθおよび前記ブームの起伏角加速度ｕφを
算出し、これらの算出値ｕθ、ｕφを用い、前記ブーム
の旋回および起伏駆動を同時に制御することにより、前
記荷物保持部に保持される荷物を、該クレーン装置が配
置される水平面に対して直線搬送させる処理をコンピュ
ータに実行させるプログラムを記録している。
ムと、該ブーム先端部につり下げられるひも状部材と、
このひも状部材の下端に設けられる荷物保持部とを備
え、前記ブームの旋回および起伏動作が可能なクレーン
装置において、前記ブームの旋回および起伏を制御する
処理であって、前記ひも状部材の長さｌ、前記ブームの
旋回角θ、前記ブームの起伏角φ、仮想ブーム長Ｒ、仮
想起伏角加速度ｕΨ、および重力加速度ｇとを用いて以
下に示す直線搬送変換式（１）により、前記ブームの旋
回角加速度ｕθおよび前記ブームの起伏角加速度ｕφを
算出し、これらの算出値ｕθ、ｕφを用い、前記ブーム
の旋回および起伏駆動を同時に制御することにより、前
記荷物保持部に保持される荷物を、該クレーン装置が配
置される水平面に対して直線搬送させる処理をコンピュ
ータに実行させるプログラムを記録している。
【数６】
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。 Ａ．クレーン装置 まず、図１は本発明の一実施形態に係る駆動制御装置を
備えたクレーン装置の構成を示す。同図に示すように、
このクレーン装置は、地上などに配置される基体部１１
を有しており、この基体部１１にブーム１０が取り付け
られている。ここで、ブーム１０は、基体部１１に取り
付けられた端部を支点として起伏動作が可能になされて
おり、起伏駆動モータ１３による俯仰ロープ１２の巻き
上げもしくは繰り出しによってその起伏動作が制御され
るようになっている。
施形態について説明する。 Ａ．クレーン装置 まず、図１は本発明の一実施形態に係る駆動制御装置を
備えたクレーン装置の構成を示す。同図に示すように、
このクレーン装置は、地上などに配置される基体部１１
を有しており、この基体部１１にブーム１０が取り付け
られている。ここで、ブーム１０は、基体部１１に取り
付けられた端部を支点として起伏動作が可能になされて
おり、起伏駆動モータ１３による俯仰ロープ１２の巻き
上げもしくは繰り出しによってその起伏動作が制御され
るようになっている。
【００１０】また、ブーム１０の先端部には、図示せぬ
シーブが設けられており、このシーブに巻き上げロープ
１４が架け回されている。巻き上げロープ１４の端部に
は、荷物を保持する保持部材１５が設けられている。つ
まり、ブーム１０の先端から巻き上げロープ１４により
保持部材１５がつり下げられた状態となっている。ま
た、巻き上げロープ１４は、図示せぬ巻き上げモータに
より巻き上げもしくは繰り出されるようになっており、
これによりブーム１０の先端部からのロープ長ｌを制御
することができるようになっている。
シーブが設けられており、このシーブに巻き上げロープ
１４が架け回されている。巻き上げロープ１４の端部に
は、荷物を保持する保持部材１５が設けられている。つ
まり、ブーム１０の先端から巻き上げロープ１４により
保持部材１５がつり下げられた状態となっている。ま
た、巻き上げロープ１４は、図示せぬ巻き上げモータに
より巻き上げもしくは繰り出されるようになっており、
これによりブーム１０の先端部からのロープ長ｌを制御
することができるようになっている。
【００１１】基体部１１は、旋回駆動モータ１６により
旋回駆動されるようになっている。これにより、ブーム
１０は旋回動作および起伏動作の両者を行うことができ
るようになっている。ここで、起伏駆動モータ１３およ
び旋回駆動モータ１６は、駆動制御装置１８により駆動
制御され、ブーム１０の旋回および起伏動作が制御され
るようになっている。駆動制御装置１８は操縦者から操
作部１７を介して入力される操作情報等に基づいて、ブ
ーム１０の旋回角加速度や起伏加速度を導出し、ブーム
１０の駆動を制御する。具体的に例示すると、ブーム１
０の旋回操縦用の操作子が操作されると、その操作量に
応じて旋回角加速度が決定され、起伏操縦用の操作子が
操作されると、その操作量に応じて起伏角加速度が決定
される。ここまでは、通常の一般的な旋回・起伏クレー
ン装置と同様であるが、本発明では、駆動制御装置１８
がブーム１０の起伏角および旋回角を示す情報をリアル
タイムで取得し、この取得した情報に基づいて後述する
直線搬送制御を行うブーム１０の旋回・起伏の駆動制御
に特徴を有しており、以下、駆動制御装置１８による旋
回・駆動制御について説明する。なお、ブーム１０の起
伏角および旋回角は一般的なクレーン装置と同様にモー
タに設けられたピックアップや機械軸の動き検知して角
度を出力するエンコーダ等により取得している。
旋回駆動されるようになっている。これにより、ブーム
１０は旋回動作および起伏動作の両者を行うことができ
るようになっている。ここで、起伏駆動モータ１３およ
び旋回駆動モータ１６は、駆動制御装置１８により駆動
制御され、ブーム１０の旋回および起伏動作が制御され
るようになっている。駆動制御装置１８は操縦者から操
作部１７を介して入力される操作情報等に基づいて、ブ
ーム１０の旋回角加速度や起伏加速度を導出し、ブーム
１０の駆動を制御する。具体的に例示すると、ブーム１
０の旋回操縦用の操作子が操作されると、その操作量に
応じて旋回角加速度が決定され、起伏操縦用の操作子が
操作されると、その操作量に応じて起伏角加速度が決定
される。ここまでは、通常の一般的な旋回・起伏クレー
ン装置と同様であるが、本発明では、駆動制御装置１８
がブーム１０の起伏角および旋回角を示す情報をリアル
タイムで取得し、この取得した情報に基づいて後述する
直線搬送制御を行うブーム１０の旋回・起伏の駆動制御
に特徴を有しており、以下、駆動制御装置１８による旋
回・駆動制御について説明する。なお、ブーム１０の起
伏角および旋回角は一般的なクレーン装置と同様にモー
タに設けられたピックアップや機械軸の動き検知して角
度を出力するエンコーダ等により取得している。
【００１２】Ｂ．旋回・駆動制御 Ｂ−１．概略 まず、駆動制御装置１８による旋回・駆動制御の概略に
ついて参照しながら説明する。まず、図２にクレーン装
置で旋回動作時の様子を上方から見た図である。同図に
示すように、旋回動作のみを行った場合、ブーム１０の
先端部、つまり荷物Ｌが基体部１１を中心とした円運動
（図中破線で示す）を行うことになる。従って、この円
運動の際に生じる遠心力により荷物Ｌは外周側に振れて
しまうことになる。旋回動作をゆっくりと行えば、この
ような遠心力に起因する振れを抑制することはできる
が、この場合、作業時間が大幅に増加してしまう。
ついて参照しながら説明する。まず、図２にクレーン装
置で旋回動作時の様子を上方から見た図である。同図に
示すように、旋回動作のみを行った場合、ブーム１０の
先端部、つまり荷物Ｌが基体部１１を中心とした円運動
（図中破線で示す）を行うことになる。従って、この円
運動の際に生じる遠心力により荷物Ｌは外周側に振れて
しまうことになる。旋回動作をゆっくりと行えば、この
ような遠心力に起因する振れを抑制することはできる
が、この場合、作業時間が大幅に増加してしまう。
【００１３】そこで、本発明では、図３に示すように、
旋回動作時に起伏動作を同時に制御することにより、上
方からみた場合（つまり、ＸＹ平面）に、荷物Ｌを保持
するブーム１０の先端部が直線運動（直線Ｄに沿って運
動）するようにし、これにより荷物Ｌの振れを抑制して
いる。具体的には、図示の場合、旋回時に徐々に起伏角
をφを小さくし、基体部１１の正面を荷物Ｌが通過した
後、徐々に起伏角φを大きくし、これによりＸＹ平面
（クレーン装置が配置される水平面）に対して直線運動
するようにしている。すなわち、本発明は、操縦者にク
レーン装置が操作されると、リアルタイムで取得したブ
ーム１０の起伏角および旋回角のパラメータを用い、後
述する直線搬送変換モデルにより起伏・旋回動作を制御
し、上述した直線搬送を実現するものである。つまり、
駆動制御装置１８は、操縦者の操縦によりブーム１０が
駆動されると、それに応じた旋回角加速度および起伏角
加速度を直線搬送変換モデルを用いて算出し、算出した
旋回角加速度および起伏角加速度とを用いてブーム１０
の旋回・起伏を同時に制御することにより、直線搬送を
実現するのである。なお、駆動制御装置１８による制御
手法としては、Fletcher-Reeves法（「システムの最適
理論と最適化」（嘉納秀明、コロナ社、１９９５−１
０）参照）を用いる。
旋回動作時に起伏動作を同時に制御することにより、上
方からみた場合（つまり、ＸＹ平面）に、荷物Ｌを保持
するブーム１０の先端部が直線運動（直線Ｄに沿って運
動）するようにし、これにより荷物Ｌの振れを抑制して
いる。具体的には、図示の場合、旋回時に徐々に起伏角
をφを小さくし、基体部１１の正面を荷物Ｌが通過した
後、徐々に起伏角φを大きくし、これによりＸＹ平面
（クレーン装置が配置される水平面）に対して直線運動
するようにしている。すなわち、本発明は、操縦者にク
レーン装置が操作されると、リアルタイムで取得したブ
ーム１０の起伏角および旋回角のパラメータを用い、後
述する直線搬送変換モデルにより起伏・旋回動作を制御
し、上述した直線搬送を実現するものである。つまり、
駆動制御装置１８は、操縦者の操縦によりブーム１０が
駆動されると、それに応じた旋回角加速度および起伏角
加速度を直線搬送変換モデルを用いて算出し、算出した
旋回角加速度および起伏角加速度とを用いてブーム１０
の旋回・起伏を同時に制御することにより、直線搬送を
実現するのである。なお、駆動制御装置１８による制御
手法としては、Fletcher-Reeves法（「システムの最適
理論と最適化」（嘉納秀明、コロナ社、１９９５−１
０）参照）を用いる。
【００１４】Ｂ−２．直線搬送変換モデル 次に、本発明で上述したように角加速度の算出演算に用
いられる直線搬送変換モデルについて説明するが、これ
に先立ち、従来から使用されているモデルを用いた方式
について説明し、これと比較しながら本発明に適用され
る直線搬送変換モデルについて説明する。まず、図４
（ａ）は旋回式クレーンの概要図であり、図４（ｂ）は
旋回式クレーンにおける荷物とブーム先端の関係、つま
り振れ角を示す図である。図４（ａ）において、θはブ
ーム１０の旋回角、φはブーム１０の起伏角、ＬBはブ
ーム１０の長さ、ｌはロープ長を示している。また、図
４（ｂ）において、α、βはブーム１０の先端と荷位置
とのずれ、つまり振れ角を示し、αはＸ方向の振れ角、
βはＹ方向の振れ角を示している。従来では、図４
（ｂ）に示される荷位置（α、β）に着目したロープ長
一定の荷位置モデルを導出しているが、このモデルの状
態変数は１０であるため、低次元モデルの導出を考え、
荷物の振れ角に着目した振れ角モデルを構築している。
この場合状態変数は８となるが、依然項数が多く複雑な
ため、近似を行って近似振れ角モデルを構築するのが一
般的である。このように構築した近似振れ角モデルと荷
位置モデルの応答を調べたところ近似に対する誤差は顕
著に現れないため、従来方式では、次に示すような運動
方程式の近似振れ角モデルを用いている。
いられる直線搬送変換モデルについて説明するが、これ
に先立ち、従来から使用されているモデルを用いた方式
について説明し、これと比較しながら本発明に適用され
る直線搬送変換モデルについて説明する。まず、図４
（ａ）は旋回式クレーンの概要図であり、図４（ｂ）は
旋回式クレーンにおける荷物とブーム先端の関係、つま
り振れ角を示す図である。図４（ａ）において、θはブ
ーム１０の旋回角、φはブーム１０の起伏角、ＬBはブ
ーム１０の長さ、ｌはロープ長を示している。また、図
４（ｂ）において、α、βはブーム１０の先端と荷位置
とのずれ、つまり振れ角を示し、αはＸ方向の振れ角、
βはＹ方向の振れ角を示している。従来では、図４
（ｂ）に示される荷位置（α、β）に着目したロープ長
一定の荷位置モデルを導出しているが、このモデルの状
態変数は１０であるため、低次元モデルの導出を考え、
荷物の振れ角に着目した振れ角モデルを構築している。
この場合状態変数は８となるが、依然項数が多く複雑な
ため、近似を行って近似振れ角モデルを構築するのが一
般的である。このように構築した近似振れ角モデルと荷
位置モデルの応答を調べたところ近似に対する誤差は顕
著に現れないため、従来方式では、次に示すような運動
方程式の近似振れ角モデルを用いている。
【数７】 ただし、上記運動方程式における各パラメータは以下の
通りである。
通りである。
【数８】 また、ｕθおよびｕφは、それぞれ旋回角加速度および
起伏角加速度を示す。
起伏角加速度を示す。
【００１５】これに対し、本発明では、上記の近似振れ
角モデルとは別に、前掲図３に示すような直線搬送を行
うために、以下に示すような直線搬送変換モデルを構築
した。
角モデルとは別に、前掲図３に示すような直線搬送を行
うために、以下に示すような直線搬送変換モデルを構築
した。
【数９】 上記変換式において、Ｒは仮想ブーム長であり（ＸＺ平
面におけるブーム長（図３参照））、クレーン装置によ
る値である。従って、この駆動制御が適用されるクレー
ン装置の仮想ブーム長Ｒが予め記憶されており、この記
憶された値が用いられる。また、Ψは仮想起伏角を示し
（初期仮想起伏角Ψ0からの角度）、θSはＸＺ平面にお
けるＺ軸に対する（つまり、直線搬送する方向の）振れ
角を示し（図３参照）、この振れ角θsの加速度が０と
なるようにする。ただし、ｕΨは仮想起伏角加速度入力
であり、演算の際には０以外の適当な数値が当てはめら
れる。そして、上記の直線搬送変換モデル（１）には、
旋回角θ、起伏角φがパラメータとして用いられていな
いが、以下のようにリアルタイムで取得されるブーム１
０の旋回角θ、起伏角φを用いれば、仮想起伏角加速度
入力ｕΨから入力逆変換により旋回角加速ｕθ、起伏角
加速度ｕφを算出することができる。まず、荷物のスタ
ート位置Ｐs：（Ｘs、Ｙs、Ｚs）、荷物のゴール位置Ｐ
e：（Ｘe、Ｙe、Ｚe）とし、ＸＹ平面からみたＰs、Ｐe
を結ぶ直線上（つまり、搬送ライン）で時間Ｔによる距
離をＰ（Ｔ）として直線搬送を行う場合について考え
る。この場合、ある時刻ｔのときの荷物の位置を
（Ｘc、Ｙc、Ｚc）とすると、Ｘc、Ｙcは次のように表
される。
面におけるブーム長（図３参照））、クレーン装置によ
る値である。従って、この駆動制御が適用されるクレー
ン装置の仮想ブーム長Ｒが予め記憶されており、この記
憶された値が用いられる。また、Ψは仮想起伏角を示し
（初期仮想起伏角Ψ0からの角度）、θSはＸＺ平面にお
けるＺ軸に対する（つまり、直線搬送する方向の）振れ
角を示し（図３参照）、この振れ角θsの加速度が０と
なるようにする。ただし、ｕΨは仮想起伏角加速度入力
であり、演算の際には０以外の適当な数値が当てはめら
れる。そして、上記の直線搬送変換モデル（１）には、
旋回角θ、起伏角φがパラメータとして用いられていな
いが、以下のようにリアルタイムで取得されるブーム１
０の旋回角θ、起伏角φを用いれば、仮想起伏角加速度
入力ｕΨから入力逆変換により旋回角加速ｕθ、起伏角
加速度ｕφを算出することができる。まず、荷物のスタ
ート位置Ｐs：（Ｘs、Ｙs、Ｚs）、荷物のゴール位置Ｐ
e：（Ｘe、Ｙe、Ｚe）とし、ＸＹ平面からみたＰs、Ｐe
を結ぶ直線上（つまり、搬送ライン）で時間Ｔによる距
離をＰ（Ｔ）として直線搬送を行う場合について考え
る。この場合、ある時刻ｔのときの荷物の位置を
（Ｘc、Ｙc、Ｚc）とすると、Ｘc、Ｙcは次のように表
される。
【数１０】 一方、図４（ａ）に示されるブームの先端位置のＸＹ座
標は、次のよう表される。
標は、次のよう表される。
【数１１】 このときの旋回角θ、起伏角φは、上記のブームの先端
位置の座標を表す式により、次のように表される。
位置の座標を表す式により、次のように表される。
【数１２】 上述したように旋回角θおよび起伏角φをクレーン装置
に設けられたエンコーダー等により取得しているので、
取得したθ、φから上記式により荷位置の座標情報を取
得することができる。このように取得した座標情報を用
い、上記直線搬送変換モデル（１）により、旋回角加速
度ｕθ、起伏角加速度ｕφを逆変換により算出すること
ができる。
に設けられたエンコーダー等により取得しているので、
取得したθ、φから上記式により荷位置の座標情報を取
得することができる。このように取得した座標情報を用
い、上記直線搬送変換モデル（１）により、旋回角加速
度ｕθ、起伏角加速度ｕφを逆変換により算出すること
ができる。
【００１６】このように本発明では、クレーン装置から
入力されるリアルタイムの旋回角θ、起伏角φを用い、
上記直線搬送変換モデル（１）により、ＸＹ平面に対し
て直線搬送を行うための旋回角加速度ｕθおよび起伏角
加速度ｕφを算出することができるのである。
入力されるリアルタイムの旋回角θ、起伏角φを用い、
上記直線搬送変換モデル（１）により、ＸＹ平面に対し
て直線搬送を行うための旋回角加速度ｕθおよび起伏角
加速度ｕφを算出することができるのである。
【００１７】Ｂ−３．シュミレーション結果 次に、本出願人は、上述した直線搬送変換モデルによる
効果を確認するために、上述した従来方式である近似振
れ角モデルと比較するためにシュミレーションを行っ
た。ここで、図５にそのシュミレーションの処理手順を
示す。同図に示すように、まず、旋回角速度波形の初期
入力設定を行う（ステップＳ１）。そして、クレーンの
ブーム先端位置および荷物位置の初期入力設定を行う
（ステップＳ２）。この後、入力された初期設定条件に
基づいてシュミレーションが行われるが、まず、シュミ
レーションが所定回数行われたか否かが判断される（ス
テップＳ３）。
効果を確認するために、上述した従来方式である近似振
れ角モデルと比較するためにシュミレーションを行っ
た。ここで、図５にそのシュミレーションの処理手順を
示す。同図に示すように、まず、旋回角速度波形の初期
入力設定を行う（ステップＳ１）。そして、クレーンの
ブーム先端位置および荷物位置の初期入力設定を行う
（ステップＳ２）。この後、入力された初期設定条件に
基づいてシュミレーションが行われるが、まず、シュミ
レーションが所定回数行われたか否かが判断される（ス
テップＳ３）。
【００１８】そして、所定回数シュミレーションが行わ
れていない場合には、所定回数に達するまで以下に示す
処理を繰り返す。まず、旋回角速度波形を生成する（ス
テップＳ４）。そして、ルンゲクッタ法（Runge-Kutta
Method）により旋回角、起伏角、ロープ長、ブーム先端
位置、荷位置を生成する（ステップＳ５）。ここで、ル
ンゲクッタ法は、複雑な微分方程式を数値計算で解くと
きに用いられる公知の数値近似解法である。このように
ルンゲクッタ法を用いることを考慮し、旋回角やロープ
長、起伏角の運動方程式を予め微分の形で表すようにし
ておく。そして、ルンゲクッタ法により求められたブー
ム先端位置および荷物位置が保存される（ステップＳ
６）。これを所定回数繰り返すことにより、図６および
図７に示すようなシュミレーション結果を得ることがで
きた。
れていない場合には、所定回数に達するまで以下に示す
処理を繰り返す。まず、旋回角速度波形を生成する（ス
テップＳ４）。そして、ルンゲクッタ法（Runge-Kutta
Method）により旋回角、起伏角、ロープ長、ブーム先端
位置、荷位置を生成する（ステップＳ５）。ここで、ル
ンゲクッタ法は、複雑な微分方程式を数値計算で解くと
きに用いられる公知の数値近似解法である。このように
ルンゲクッタ法を用いることを考慮し、旋回角やロープ
長、起伏角の運動方程式を予め微分の形で表すようにし
ておく。そして、ルンゲクッタ法により求められたブー
ム先端位置および荷物位置が保存される（ステップＳ
６）。これを所定回数繰り返すことにより、図６および
図７に示すようなシュミレーション結果を得ることがで
きた。
【００１９】まず、従来方式である上記近似振れ角モデ
ルでは、以下のような初期設定を行った。ロープ長ｌ＝
２０［ｍ］、ブーム長ＬB＝３０［ｍ］で、初期条件と
しては、旋回角θ0＝０［ｒａｄ］、起伏角φ0＝１／６
［ｒａｄ］、振れ角α0、β0＝０［ｒａｄ］でクレーン
および荷物を静止しているものとした。終端条件として
は、旋回角θtf＝０［ｒａｄ］、起伏角φtf＝π／６
［ｒａｄ］、振れ角αtf、βtf＝０［ｒａｄ］でクレー
ンおよび荷物は静止するようにし、また搬送途中に吊り
荷が大きく振れないよう評価関数で与える。また、直線
搬送変換モデルでは、上記近似振れ角モデルの初期条件
と終端条件とを結ぶ直線搬送で、ロープ長ｌ＝２０
［ｍ］、仮想ブーム長Ｒ＝２８［ｍ］となり、初期条件
は、仮想起伏角Ψ0＝π／４［ｒａｄ］、振れ角θ0＝０
［ｒａｄ］で静止しているものとし、終端条件はΨtf＝
π／２［ｒａｄ］、振れ角θStf＝０［ｒａｄ］で静止
するような評価関数で与え、この評価関数を最小とする
ように角加速度入力を制御した。ここで、直線搬送変換
モデルの評価関数１は、次の通りである。
ルでは、以下のような初期設定を行った。ロープ長ｌ＝
２０［ｍ］、ブーム長ＬB＝３０［ｍ］で、初期条件と
しては、旋回角θ0＝０［ｒａｄ］、起伏角φ0＝１／６
［ｒａｄ］、振れ角α0、β0＝０［ｒａｄ］でクレーン
および荷物を静止しているものとした。終端条件として
は、旋回角θtf＝０［ｒａｄ］、起伏角φtf＝π／６
［ｒａｄ］、振れ角αtf、βtf＝０［ｒａｄ］でクレー
ンおよび荷物は静止するようにし、また搬送途中に吊り
荷が大きく振れないよう評価関数で与える。また、直線
搬送変換モデルでは、上記近似振れ角モデルの初期条件
と終端条件とを結ぶ直線搬送で、ロープ長ｌ＝２０
［ｍ］、仮想ブーム長Ｒ＝２８［ｍ］となり、初期条件
は、仮想起伏角Ψ0＝π／４［ｒａｄ］、振れ角θ0＝０
［ｒａｄ］で静止しているものとし、終端条件はΨtf＝
π／２［ｒａｄ］、振れ角θStf＝０［ｒａｄ］で静止
するような評価関数で与え、この評価関数を最小とする
ように角加速度入力を制御した。ここで、直線搬送変換
モデルの評価関数１は、次の通りである。
【数１３】 直線搬送変換モデルの評価関数１に対して、上記（１）
式を用いた直線搬送変換モデルによる制御シュミレーシ
ョン結果を図６に示す。図６（ａ）から、クレーン先端
はＸＹ平面に対して直線を描き、荷物もそれに重なる形
で直線を描いていることがわかる。つまり、荷物の振れ
がほとんどない搬送を行うことができた。なお、図で
は、破線で示すクレーンのブーム先端のポジションと、
実線で示す荷物のポジションとが重なっている。また、
図６（ｄ）〜（ｆ）に示すように、荷物の振れ角の収束
が早く、振れの少ない搬送が実現できることがわかる。
式を用いた直線搬送変換モデルによる制御シュミレーシ
ョン結果を図６に示す。図６（ａ）から、クレーン先端
はＸＹ平面に対して直線を描き、荷物もそれに重なる形
で直線を描いていることがわかる。つまり、荷物の振れ
がほとんどない搬送を行うことができた。なお、図で
は、破線で示すクレーンのブーム先端のポジションと、
実線で示す荷物のポジションとが重なっている。また、
図６（ｄ）〜（ｆ）に示すように、荷物の振れ角の収束
が早く、振れの少ない搬送が実現できることがわかる。
【００２０】一方、上記（１）式を用いずに（２）式の
近似振れ角モデルを直接用いて制御する従来の制御方式
についてもシュミレーションを行った。ここで、荷物の
振れを少なくするために、次に示す評価関数２を与え、
この評価関数を最小化するように角加速度入力を制御し
た。
近似振れ角モデルを直接用いて制御する従来の制御方式
についてもシュミレーションを行った。ここで、荷物の
振れを少なくするために、次に示す評価関数２を与え、
この評価関数を最小化するように角加速度入力を制御し
た。
【数１４】 この評価関数２に対して、上記（２）式を用いた近似振
れ角モデルの制御シュミレーション結果を図７に示す。
この場合にも、図７（ａ）に示すように、クレーン先端
と荷物とはＸＹ平面に対して直線搬送に近い形となった
が、直線搬送変換モデルを用いた場合と比較すると、若
干の振れが確認された。また、図７（ｄ）〜（ｆ）に示
すように、直線搬送モデルを用いた場合と比較して収束
に時間を要するとともに、終端条件を十分に満たしてい
ない。つまり、目的位置に正確に搬送できていないこと
がわかった。このようなシュミレーション結果から、上
記（１）式を用いた直線搬送変換モデルの有効性がわか
る。また、（２）式を直接用いた制御する従来方式より
も、演算負荷を少なくすることができ、より迅速な制御
が実現できる。
れ角モデルの制御シュミレーション結果を図７に示す。
この場合にも、図７（ａ）に示すように、クレーン先端
と荷物とはＸＹ平面に対して直線搬送に近い形となった
が、直線搬送変換モデルを用いた場合と比較すると、若
干の振れが確認された。また、図７（ｄ）〜（ｆ）に示
すように、直線搬送モデルを用いた場合と比較して収束
に時間を要するとともに、終端条件を十分に満たしてい
ない。つまり、目的位置に正確に搬送できていないこと
がわかった。このようなシュミレーション結果から、上
記（１）式を用いた直線搬送変換モデルの有効性がわか
る。また、（２）式を直接用いた制御する従来方式より
も、演算負荷を少なくすることができ、より迅速な制御
が実現できる。
【００２１】このように本実施形態に係る駆動制御装置
を備えたクレーン装置によれば、操縦者が任意にブーム
１０を操作した場合にも、その操作に応じて、上記直線
搬送変換モデルを用いて自動的に起伏角加速度および旋
回角加速度を算出し、ブーム１０の旋回・起伏動作を同
時に制御することができる。これにより、上述したシュ
ミレーション結果に示されるように、ＸＹ平面に対し直
線搬送を実現し、ブーム１０の先端に吊られた荷物の振
れを抑制することができる。つまり、このクレーン装置
では、操縦者は操作部１７を用いて荷物を所望の位置に
移動させるように操縦すれば、自動的に直線搬送がなさ
れ荷物の振れが抑制される。従って、熟練者でなくて
も、振れのほとんどない搬送を行うことができる。ま
た、上述した旋回のみで搬送する場合（図２参照）のよ
うに円運動ではないため遠心力による振れがなく、搬送
速度を大きくすることも可能である。また、このように
直線搬送を行って荷物の振れを抑制することにより、荷
物の振れ角等を検出するセンサを設け、このセンサの検
出結果等に応じてフィードバック制御等をする必要がな
いので、構成が複雑とならない。
を備えたクレーン装置によれば、操縦者が任意にブーム
１０を操作した場合にも、その操作に応じて、上記直線
搬送変換モデルを用いて自動的に起伏角加速度および旋
回角加速度を算出し、ブーム１０の旋回・起伏動作を同
時に制御することができる。これにより、上述したシュ
ミレーション結果に示されるように、ＸＹ平面に対し直
線搬送を実現し、ブーム１０の先端に吊られた荷物の振
れを抑制することができる。つまり、このクレーン装置
では、操縦者は操作部１７を用いて荷物を所望の位置に
移動させるように操縦すれば、自動的に直線搬送がなさ
れ荷物の振れが抑制される。従って、熟練者でなくて
も、振れのほとんどない搬送を行うことができる。ま
た、上述した旋回のみで搬送する場合（図２参照）のよ
うに円運動ではないため遠心力による振れがなく、搬送
速度を大きくすることも可能である。また、このように
直線搬送を行って荷物の振れを抑制することにより、荷
物の振れ角等を検出するセンサを設け、このセンサの検
出結果等に応じてフィードバック制御等をする必要がな
いので、構成が複雑とならない。
【００２２】Ｃ．変形例 なお、上述した直線搬送変換モデルを用いたブームの旋
回・起伏駆動制御処理をコンピュータに実行させるため
の制御プログラムを可搬型記録媒体に記録しててユーザ
に提供するようにしてもよい。この場合、ユーザは、ク
レーン装置の駆動制御装置のコンピュータの記憶装置等
に、上記制御プログラムをインストールして上記制御を
行えば、上述した実施形態と同様の作用効果が得られ
る。
回・起伏駆動制御処理をコンピュータに実行させるため
の制御プログラムを可搬型記録媒体に記録しててユーザ
に提供するようにしてもよい。この場合、ユーザは、ク
レーン装置の駆動制御装置のコンピュータの記憶装置等
に、上記制御プログラムをインストールして上記制御を
行えば、上述した実施形態と同様の作用効果が得られ
る。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
旋回・起伏動作が可能なクレーン装置において、操縦者
の技能に関わらず、吊り荷の振れを抑制することが可能
となる。
旋回・起伏動作が可能なクレーン装置において、操縦者
の技能に関わらず、吊り荷の振れを抑制することが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る駆動制御装置を備
えたクレーン装置の構成を示す図である。
えたクレーン装置の構成を示す図である。
【図２】 従来の旋回式クレーン装置による荷物搬送の
問題点を説明するための図である。
問題点を説明するための図である。
【図３】 前記駆動制御装置によるクレーン装置の駆動
制御方法を説明するための図である。
制御方法を説明するための図である。
【図４】 旋回式クレーン装置の概要を示す図である。
【図５】 前記駆動制御装置による駆動制御方法の効果
を確認するために行ったシュミレーションの処理手順を
示すフローチャートである。
を確認するために行ったシュミレーションの処理手順を
示すフローチャートである。
【図６】 前記駆動制御装置によるクレーン装置の駆動
制御のシュミレーション結果を示す図である。
制御のシュミレーション結果を示す図である。
【図７】 従来の方式によるクレーン駆動制御のシュミ
レーション結果を示す図である。
レーション結果を示す図である。
１０……ブーム、１１……基体部、１２……俯仰ロー
プ、１３……起伏駆動モータ、１４……巻き上げロープ
（ひも状部材）、１５……保持部材、１６……旋回駆動
モータ、１７……操作部、１８……駆動制御装置
プ、１３……起伏駆動モータ、１４……巻き上げロープ
（ひも状部材）、１５……保持部材、１６……旋回駆動
モータ、１７……操作部、１８……駆動制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井関 忠雄 愛知県豊橋市三弥町字元屋敷150 神鋼電 機株式会社豊橋事業所内 Ｆターム(参考） 3F204 AA04 CA03 EA02 EA08 EA15 EB01 EB08
Claims (3)
- 【請求項１】 ブームと、該ブーム先端部につり下げら
れるひも状部材と、このひも状部材の下端に設けられる
荷物保持部とを備え、前記ブームの旋回および起伏動作
が可能なクレーン装置において、前記ブームの旋回およ
び起伏を制御する装置であって、 前記ひも状部材の長さｌ、前記ブームの旋回角θ、前記
ブームの起伏角φ、仮想ブーム長Ｒ、仮想起伏角加速度
ｕΨ、および重力加速度ｇとを用いて以下に示す直線搬
送変換式（１）により、前記ブームの旋回角加速度ｕθ
および前記ブームの起伏角加速度ｕφを算出し、これら
の算出値ｕθ、ｕφを用い、前記ブームの旋回および起
伏駆動を同時に制御することにより、前記荷物保持部に
保持される荷物を、該クレーン装置が配置される水平面
に対して直線搬送するようにしたことを特徴とするクレ
ーン装置の駆動制御装置。 【数１】 - 【請求項２】 ブームと、該ブーム先端部につり下げら
れるひも状部材と、このひも状部材の下端に設けられる
荷物保持部とを備え、前記ブームの旋回および起伏動作
が可能なクレーン装置において、前記ブームの旋回およ
び起伏を制御する方法であって、 前記ひも状部材の長さｌ、前記ブームの旋回角θ、前記
ブームの起伏角φ、仮想ブーム長Ｒ、仮想起伏角加速度
ｕΨ、および重力加速度ｇとを用いて以下に示す直線搬
送変換式（１）により、前記ブームの旋回角加速度ｕθ
および前記ブームの起伏角加速度ｕφを算出し、これら
の算出値ｕθ、ｕφを用い、前記ブームの旋回および起
伏駆動を同時に制御することにより、前記荷物保持部に
保持される荷物を、該クレーン装置が配置される水平面
に対して直線搬送することを特徴とするクレーン装置の
駆動制御方法。 【数２】 - 【請求項３】 ブームと、該ブーム先端部につり下げら
れるひも状部材と、このひも状部材の下端に設けられる
荷物保持部とを備え、前記ブームの旋回および起伏動作
が可能なクレーン装置において、前記ブームの旋回およ
び起伏を制御する処理であって、 前記ひも状部材の長さｌ、前記ブームの旋回角θ、前記
ブームの起伏角φ、仮想ブーム長Ｒ、仮想起伏角加速度
ｕΨ、および重力加速度ｇとを用いて以下に示す直線搬
送変換式（１）により、前記ブームの旋回角加速度ｕθ
および前記ブームの起伏角加速度ｕφを算出し、これら
の算出値ｕθ、ｕφを用い、前記ブームの旋回および起
伏駆動を同時に制御することにより、前記荷物保持部に
保持される荷物を、該クレーン装置が配置される水平面
に対して直線搬送させる処理をコンピュータに実行させ
るプログラムを記録した記録媒体。 【数３】
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31430199A JP4096473B2 (ja) | 1999-11-04 | 1999-11-04 | クレーン装置の駆動制御装置、クレーン装置の駆動制御方法および記録媒体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31430199A JP4096473B2 (ja) | 1999-11-04 | 1999-11-04 | クレーン装置の駆動制御装置、クレーン装置の駆動制御方法および記録媒体 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001130865A true JP2001130865A (ja) | 2001-05-15 |
| JP2001130865A5 JP2001130865A5 (ja) | 2005-05-19 |
| JP4096473B2 JP4096473B2 (ja) | 2008-06-04 |
Family
ID=18051722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31430199A Expired - Fee Related JP4096473B2 (ja) | 1999-11-04 | 1999-11-04 | クレーン装置の駆動制御装置、クレーン装置の駆動制御方法および記録媒体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4096473B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006525928A (ja) * | 2003-05-30 | 2006-11-16 | リープヘル−ヴェルク ネンツィング ゲーエムベーハー | ロープ吊りの荷物を取り扱う最適動き案内付きクレーンまたはショベル |
| WO2016148241A1 (ja) * | 2015-03-19 | 2016-09-22 | 株式会社タダノ | 旋回装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022230562A1 (ja) | 2021-04-27 | 2022-11-03 | 国立大学法人東京工業大学 | 制御装置、クレーン、及びクレーンの制御方法 |
-
1999
- 1999-11-04 JP JP31430199A patent/JP4096473B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006525928A (ja) * | 2003-05-30 | 2006-11-16 | リープヘル−ヴェルク ネンツィング ゲーエムベーハー | ロープ吊りの荷物を取り扱う最適動き案内付きクレーンまたはショベル |
| WO2016148241A1 (ja) * | 2015-03-19 | 2016-09-22 | 株式会社タダノ | 旋回装置 |
| US20180111803A1 (en) * | 2015-03-19 | 2018-04-26 | Tadano Ltd. | Pivoting device |
| JPWO2016148241A1 (ja) * | 2015-03-19 | 2018-06-07 | 株式会社タダノ | 旋回装置 |
| US10384915B2 (en) * | 2015-03-19 | 2019-08-20 | Tadano Ltd. | Pivoting device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4096473B2 (ja) | 2008-06-04 |
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