JP2003155192A - クレーンの運転方法及び制御装置並びにこれを備えたクレーン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 荷役作業における吊荷の振れを最小限に抑え
て、作業性の向上を図ることが可能なクレーンの運転方
法及び制御装置並びにこれを備えたクレーンを提供す
る。 【解決手段】 仮想ロープ長を設定する仮想ロープ長設
定工程と、仮想ロープ長が変化しない条件で吊荷が目標
位置において静止する場合のロープの振れ角の仮想加速
度パターンを演算する仮想加速度パターン演算工程と、
各時刻における実際のロープ長の変化を得るロープ長変
化取得工程と、ロープの振れ角の加速度パターンが仮想
加速度パターンに一致するように、ロープ長変化取得工
程で得た実際のロープ長の変化を考慮してジブ先端の加
速度パターンを演算するジブ先端加速度パターン演算工
程と、ジブ先端加速度パターン演算工程に基づいてジブ
先端を直線移動させるジブ移動工程とを用いて運転を制
御した。また、直線移動が困難な場合、最小旋回円に１
点で接する円弧経路でジブ先端を移動させることとし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吊荷を荷役するク
レーンの運転方法及び制御装置並びにこれを備えたクレ
ーンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、クレーンによって吊り上げられた
吊荷は、吊り上げを開始する初期位置から吊り上げを終
了する目標位置まで様々な経路を辿って移動させられて
いる。これは、クレーンの運転がジブ（「ブーム」とも
言う）の起伏、旋回等の複合動作から構成されるためで
あり、機械構造上における可動範囲にも制限されるため
である。

【０００３】図５、図６を用いて従来のクレーンにおけ
るクレーンの運転方法について説明する。図５（ａ）
は、吊荷を多角形直線移動または直線移動させた場合の
ジブ先端の移動経路を示した平面図である。また、図５
（ｂ）は、吊荷を最小旋回円の接線を用いて移動させる
ジブ先端の移動経路を示した平面図である。さらに、図
６（ａ）は時間とジブ先端の移動速度との関係、及び時
間と鉛直方向に対する吊荷の振れ角との関係を示したグ
ラフ線図である。また、図６（ｂ）は移動する振り子の
モデルを示した模式図である。

【０００４】図５に示される符号Ｏは、クレーンの旋回
中心であり、クレーンの荷役作業における作業半径の中
心である。また、符号Ａ，Ａ１はそれぞれ異なる吊荷の
初期位置を示し、Ｂ，Ｂ１はそれぞれ異なる吊荷の目標
位置を示している。半径ｒ₀で示される円は、クレーン
の最小旋回円であって、機械構造上の制約によって荷役
作業がこの円の内側では行うことができないことを示し
ている。

【０００５】図５（ａ）におけるジブ先端の経路３は、
特開２０００−３８２８６号公報に開示されたものであ
る。これによるとクレーンは、旋回、ジブの起伏動作に
よって直線部を複数組み合わせた多角形直線運動を行い
ながら吊荷を移動させている。詳しく説明すると、ジブ
先端は初期位置Ａにて吊荷を吊り上げ、旋回中心Ｏを中
心に図において右方向に旋回する。吊荷を移動させる最
短経路は初期位置Ａと目標位置Ｂとを直線で結んだ経路
が好ましい。しかし、クレーンにおける機械構造上の制
約によって、吊荷の移動経路は最小旋回円を跨ぐことが
できないので、該最小旋回円を回避するように旋回中心
Ｏから離れる方向に作業半径を拡大させながら旋回する
ことになる。この場合におけるジブ先端の移動経路は直
線とされ、ジブの伏せ動作と旋回動作との組み合わせに
よって行われる。

【０００６】ある所定の経路長さでジブ先端が直線移動
すると、今度は最小旋回円に沿うように移動方向が変更
される。この場合におけるジブ先端の移動経路は先と同
様に直線とされ、ジブの引き込み動作と旋回動作との組
み合わせによって行われる。さらに、ジブ先端は途中で
移動方向が変更され、目標位置Ｂに向かって直線方向に
移動する。これらの動作によって経路３は複数の直線が
組み合わされた多角形型となり、吊荷は最終的に目標位
置Ｂに到達することとなる。

【０００７】一方、吊荷の移動経路が初期位置Ａ１と目
標位置Ｂ１とを結ぶ１本の直線とされる場合がある。こ
れは、初期位置Ａ１と目標位置Ｂ１とが比較的外側に位
置している場合や、移動させる範囲が小さい場合に用い
られる場合が多い。通常、初期位置Ａ１から目標位置Ｂ
１に吊荷を移動させる場合、点線の経路１に示されるよ
うにジブの起伏動作を多用せずに、旋回動作を主として
運転が行われる。吊荷が目標位置Ｂ１に近づくにつれ、
半径方向にはズレが生じるので、これを補正するために
ジブの起伏動作が経路１の最後に行われる。

【０００８】この場合、吊荷の移動方向と半径方向とに
振れが生じることが予想される。なぜなら、移動方向に
おいては加速・減速による慣性が吊荷に作用するからで
あり、また、半径方向においては旋回による遠心力が吊
荷に作用するからである。従って、経路２に示すよう
に、初期位置Ａ１から目標位置Ｂ１までを１本の直線で
結ぶことによって、移動における最短経路が実現できる
とともに、遠心力を除去することが可能となる。

【０００９】しかし、上述した吊荷の直線的な移動経路
に対しても振れ止めを行う必要がある。吊荷を直線移動
させる場合の振れ止めは、特開２０００−３１３５８６
号公報、または特開２０００−１５３９８９号公報に開
示されている。これらは、吊荷を吊り上げる門型クレー
ンのトロリーの速度を制御するものである。これらによ
ると、吊荷を吊っているロープ長さを測定し、仮想振り
子の運動パターンに照らし合わせて吊荷の振れ周期を仮
想振り子の運動パターンと一致させるように速度制御を
行うものである。

【００１０】直線移動における振れ止めについて図を参
照しながら説明する。トロリーは、吊荷を一定方向に移
動させるものであって、単振り子の振れで解釈される。
図６（ａ）で示されるように、トロリーは、加速時間ｔ
１で加速を行い、加速後の速度で等速時間ｔ２の間に等
速運動を行う。そして、トロリーが等速時間ｔ２を終え
た後、減速時間ｔ３をかけて減速を行う。そして、目標
位置Ｂ１で速度が零となって停止することになる。な
お、ここで示される台形面積Ｓは、初期位置Ａ１から目
標位置Ｂ１の距離を表していることになる。

【００１１】また、図６（ｂ）を参照しながら吊荷の振
れ角θを説明すると、加速時間ｔ１間では、吊荷の振れ
角が移動方向と反対側に振れながら一旦最大となり、次
第に減衰していく。そして、等速時間ｔ２に達すると同
時に吊荷の振れ角は零となる。そして、減速時間ｔ３で
減速を行うことによって、吊荷の振れ角が移動方向と同
じ側に振れながら一旦最大となり、次第に減衰して停止
時に振れ角が零となる。

【００１２】つまり、吊荷の振れ止めを行う場合、加速
時間ｔ１及び減速時間ｔ３のそれぞれの時間を、図６
（ｂ）に示されるような仮想振り子の周期の整数倍で合
わせることで実現されている。これによって、吊荷の振
れ周期が上述した仮想振り子と一致するので、振れ止め
が可能となる。

【００１３】また、加速時間ｔ１と等速時間ｔ２とを合
わせた時間と、等速時間ｔ２と減速時間ｔ３とを合わせ
た時間とのそれぞれを、仮想振り子とされた吊荷の周期
の整数倍に合わせることでも可能とされる。この方法は
短距離で吊荷を移動させる場合に適している。

【００１４】これら吊荷の振れ止めは、仮想振り子を想
定しながら実際のロープ長さを予め考慮して振れ止めを
行うパターン振れ止めをいうものである。そして、さら
に加速度計等のセンサーを設けて得られた数値から実際
のフィードバック制御をかけることで、振れ止めの精度
を向上させることも可能とされている。

【００１５】次に、図５（ｂ）を用いてジブ先端の経路
４について説明する。図５（ｂ）におけるジブ先端の経
路４は、特開平８−２４５１６４号公報に開示されたも
のである。これによるとクレーンのジブ先端は、初期位
置Ａから最小旋回円に向かって接するように直線移動す
る。そして、その後にジブ先端は、最小旋回円に接する
ことでこの円周の一部を辿り、途中で最小旋回円から離
脱して目標位置Ｂに向かって直線移動することになる。
つまり、この経路４は、初期位置Ａ及び目標位置Ｂにお
ける最小旋回円の接線と、最小旋回円とによって構成さ
れるものであり、直線移動できない場合の移動距離とし
ては最短な経路となる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記説
明した従来のクレーンの運転方法においては、以下の問
題を有していた。まず１つ目には、吊荷の直線移動にお
ける振れ止めが、ロープ長の変化に追従できない問題が
ある。つまり、ロープ長を検知して振れ止め制御を行っ
ているが、このロープ長が吊り上げ開始時点から常に一
定とされる場合に限られているからである。トロリーを
含んで構成される門型クレーンにおいては、ロープ長が
一定として使用される場合では、目標位置に移動して吊
荷の振れがない状態でロープの巻き上げ下げ動作が行わ
れる。従って、吊荷の振れ止めにおける大きな問題とは
なりにくい。トロリーの移動とロープの巻き上げ下げ動
作が同時に行われる場合では、ロープ長の変化を考慮す
る必要があるが、特開２０００−３１３５８６号公報、
または特開２０００−１５３９８９号公報に開示されて
いるトロリーの走行加速度の演算式では、実際のロープ
長の加速度が考慮されておらず、実際にロープ長の変化
があると吊荷の振れパターンと仮想振り子との振れパタ
ーンがずれることになる。

【００１７】しかし、旋回動作を含むジブを備えたジブ
クレーン等（モバイルハーバクレーン、クローラクレー
ン、ホイールクレーン、タワークレーンなどを言う）に
おいては、ジブの起伏によってロープの長さが多用に変
化する。このような場合においても、ジブの起伏動作に
合わせて予めロープ長を予想することも可能である。し
かし、実際のクレーンでの荷役作業においては、吊荷を
移動させる際に障害物を避けたり、位置合わせなど微妙
な高さ変更が必要とされるで、オペレータの操作次第に
よって予想したロープ長と必ずしも一致することはほと
んどない。従って、振れ止めのために演算されたロープ
長が、時々刻々と変化することとなり、仮想振り子に照
らし合わせた吊荷の周期が、既に演算された仮想振り子
の周期からずれることとなり、吊荷の振れ止めを行うこ
とが困難となることが多々あった。

【００１８】また、２つ目には、初期位置と目標位置と
を結ぶ直線が最小旋回円を跨ぐ場合、上述した多角形直
線運動による経路３と最小旋回円に接する接線を用いた
経路４との２つの運転方法では遠心力が大きく作用する
ことが度々あった。なぜなら、図５（ａ）の多角形直線
運動による経路３の場合には、経路３が折れ曲がる箇所
にて吊荷の移動方向が急激に変化し、変化する前の吊荷
の慣性が発生するからである。また、図５（ｂ）の最小
旋回円に接する接線を用いた経路４の場合には、最小旋
回円を通ることによって吊荷の移動する半径が小さくな
り、遠心力が大きく作用するためである。さらに、図５
（ａ），（ｂ）に示される経路３及び経路４ともに不連
続な移動経路とされているので、各経路途中での方向性
が変化する際に、移動方向とは異なる別方向の振れが生
じたり、一時的な停止動作が生じたりすることがあっ
た。

【００１９】２つ目の問題によって、クレーンの運転で
は吊荷の移動速度を遅くさせざるを得ず、作業効率が重
要視されるクレーンでは解決すべき問題とされている。
また、吊荷を直線移動させる１つ目に説明した場合にお
いても、吊荷の振れが残存するとこれを消去させるため
の運転操作時間が必要となり、クレーンにおける作業性
の低下が生じていた。

【００２０】本発明は上記事情に鑑みて成されたもので
あり、クレーンでの荷役作業における吊荷の振れを最小
限に抑えて、作業性の向上を図ることが可能なクレーン
の運転方法及び制御装置並びにこれを備えたクレーンを
提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、以下の手段を採用する。請求項１に記載の
発明は、ジブ先端から垂下されたロープによって吊荷を
吊り下げ、該吊荷を初期位置から目標位置まで移動させ
て荷役作業を行うクレーンの運転方法において、仮想ロ
ープ長を設定する仮想ロープ長設定工程と、前記仮想ロ
ープ長が変化せず、且つ前記吊荷が前記初期位置から前
記目標位置まで直線移動する条件で前記吊荷が前記目標
位置において静止する場合の前記ロープの振れ角の仮想
加速度パターンを演算する仮想加速度パターン演算工程
と、各時刻における実際のロープ長の変化を得るロープ
長変化取得工程と、前記ロープの振れ角の加速度パター
ンが前記仮想加速度パターンに一致するように、前記ロ
ープ長変化取得工程で得た実際のロープ長の変化を考慮
して前記ジブ先端の加速度パターンを演算するジブ先端
加速度パターン演算工程と、該ジブ先端加速度パターン
演算工程に基づいて前記ジブ先端を直線移動させるジブ
移動工程と、を含むことを特徴とする。

【００２２】これによると、仮想ロープ長の仮想振り子
が最下点から最下点へ１周期する間に初期位置から目標
位置へ到達するように仮想加速度パターンが仮想加速度
パターン演算工程から導き出される。そして、ロープ変
化取得工程にて得られた実際のロープ長における振れ角
の加速度パターンを上述した仮想加速度パターンに一致
させるようにジブ先端のジブ先端加速度パターンが演算
される。これによって、目標位置において振れがないよ
うにするジブ先端加速度パターンが随時演算されるの
で、この演算結果に基づいてジブ移動工程への指令値が
出力されて実際のジブ及び旋回動作による吊荷の振れ止
めがなされることとなる。なお、ジブ先端が直線移動を
可能とされた場合に特に有効な運転方法とされ、吊荷の
移動方向における振れ止めが行われることになる。

【００２３】請求項２に記載の発明は、前記仮想ロープ
長が、前記クレーンの能力によって決定される、前記ジ
ブを直線移動させうる最大加速度に基づいて設定される
ことを特徴とする。

【００２４】仮想ロープ長は、仮想加速度パターン演算
工程にて演算される任意に設定可能な数値であり仮想加
速度パターンを決定するものである。従って、仮想加速
度パターンにおける仮想加速度においても、仮想ロープ
長から得られるものであり、これもまた任意に設定され
るものである。仮想加速度パターンは、クレーンにおけ
る作業性の向上のため、可能な限り大きな加速度を有し
て導かれることが好ましい。しかしながら、実際にジブ
を移動させる場合には、この加速度の限界がある。つま
り、クレーンの機械構造上における限界のことである。
従って、仮想ロープ長がジブの移動における最大加速度
によって決定されることで、最も効率的な仮想加速度パ
ターンが導かれることとなり、実際にジブ先端の移動を
クレーン自体の最大加速度付近で動作させることにな
る。

【００２５】請求項３に記載の発明は、前記ジブ先端加
速度パターン演算工程におけるジブ先端加速度ａ_kが、
前記仮想ロープ長をλ₀、前記ロープ長をλ、前記ロー
プ長の速度をν、前記ロープの加速度をκ、前記仮想加
速度パターン演算工程における前記ジブ先端仮想加速度
をａ_k0、前記吊荷の振れ角をθ、前記吊荷の振れ角速度
をω、重力加速度をｇとした場合、

【数８】 で表されることを特徴とする。

【００２６】上記示される式（１）によって、ジブ先端
加速度ａ_kが求められる。この式（１）によれば、ロー
プ長の変化に時々刻々と対応することができる。つま
り、吊荷の振れ角θを認識しながらジブ先端加速度ａ_k
は、実際のロープ長の変化に合わせて随時変更され、仮
想加速度パターンによって得られた振れ止めの周期に合
わせられることになる。

【００２７】上記の式（１）に至る演算過程について説
明する。単振り子の運動方程式は、吊点の加速度を
ａ_k、振り子の振れ量をχ、ロープ長をλ、重力加速度
をｇとすると、以下の式（２）として表される。なお、
これ上記に示される各符号（例えば、吊点の加速度
ａ_k、ロープ長λ、振り子の振れ角θ等）は、それぞれ
上述した各符号（例えば、ジブ先端加速度ａ _k、吊荷を
吊り下げるロープ長λ、吊荷の振れ角θ等）と同一な状
態として求められるものであるので、同じ符号を用いて
説明する。

【数９】

【００２８】この式（２）において、振り子の振れ角θ
が小さいときには、平行振れ量をχとして置いた場合、
χは以下に示す式（３）と表すことができる。 χ＝λθ
…（３） さらに、式（３）を１回微分、２回微分してみると、式
（４），式（５）に表すことができる。

【数１０】

【数１１】

【００２９】ここで得られた式（５）を、式（２）に入
れて整理すると、振れ角の２回微分である振れ角加速度
が下記式（６）で表される。

【数１２】

【００３０】次に、式（６）において、ロープ長λを一
定長とされた仮想ロープ長λ₀、吊点の加速度ａ_kを一定
な加速度ａ_k0とに置き換えて、加速時間を仮想ロープ長
の１周期とした時を考える。この場合、仮想ロープ長λ
₀が一定長とされることで、この仮想ロープ長λ₀の１回
微分及び２回微分の値は共に零となり、式（６）は下記
式（７）となる。

【数１３】

【００３１】ここで、振り子の振れ角加速度が同じとな
るような吊点の加速度ａ_kを求めるために、式（６）と
式（７）との右辺を等しいとする。そして、この式を整
理すると、下記式（８）が求められる。

【数１４】 よって、ロープ長λの速度をν、ロープ長λの加速度を
κ、振れ角速度をωとすると、本請求項３に示される数
式が導かれることとなる。なお、一定な加速度ａ_k0につ
いては、任意に設定することが可能であるため、より大
きく設定することが好適である。しかし、例えばクレー
ン自体の動力性能の限界があるので、これを考慮して設
定することが望ましい。

【００３２】請求項４に記載の発明は、ジブ先端から垂
下されたロープによって吊荷を吊り下げ、該吊荷を初期
位置から目標位置まで移動させて荷役作業を行うクレー
ンの運転方法において、前記初期位置から前記目標位置
までを円弧で結んだ曲線に沿って前記吊荷を移動させる
ことを特徴とする。

【００３３】このようなクレーンの運転方法によって、
ジブ先端が初期位置と目標位置とを通る円弧上の経路を
辿ることとなり、この円弧に沿って吊荷が移動すること
になる。ジブ先端を該円弧に沿って移動させるには、ジ
ブの起伏動作とクレーンの旋回動作等との少なくとも２
つ以上を両方同時に且つそれぞれ別の動作で行うことに
よってなされるものである。また、円弧はできる限り大
きな曲率半径で導くことが望ましい。なぜなら、吊荷に
働く遠心力を低下させる作用を導くためである。

【００３４】請求項５に記載の発明は、前記円弧が前記
クレーンの最小旋回円に一点で接することを特徴とす
る。

【００３５】このようなクレーンの運転方法によって、
ジブ先端が初期位置と目標位置とを通り、且つクレーン
に最小旋回円に一点で接する円弧上の経路を辿ることと
なる。そして、この円弧に沿って吊荷が移動することに
なる。上述した円弧は、クレーンの作業範囲の中で初期
位置と目標位置とを結ぶ円弧の中で最も曲率半径が大き
なものである。吊荷がこの円弧に沿って移動すること
で、該吊荷には移動速度に応じた最小限の遠心力のみが
作用することになる。

【００３６】請求項６に記載の発明は、前記吊荷の移動
経路を平面視してＸＹ平面に投影し、基準となる前記ク
レーンの旋回中心の座標をＯ（０，０）、前記初期位置
の座標をＡ（ｘ_A，ｙ_A）、前記目標位置の座標をＢ（ｘ
_B，ｙ_B）、前記Ａ点と前記Ｂ点との中点の座標をＣ（ｘ
_C，ｙ_C）、前記Ａ点と前記Ｃ点との距離をＬ_A、Ｃ点を
通る直線ＡＢの垂線とｘ軸とのなす角度をφ、クレーン
の最小旋回円の半径をｒ₀、求める前記円弧の中心座標
をＤ（ｘ_D，ｙ_D）、前記Ｃ点と前記Ｄ点との距離をＬと
し、下記の各式によってα，β，γ，δ，εを定めた場
合に、

【数１５】

【数１６】

【数１７】

【数１８】

【数１９】 前記Ｌの長さが下記の式で表され、

【数２０】 該Ｌによって前記円弧の中心であるＤ点の座標が、 （ｘ_D，ｙ_D）＝（ｘ_C−Ｌcosφ，ｘ_C−Ｌsinφ） で表されることを特徴とする。

【００３７】このように円弧の中心座標Ｄが、既知とさ
れた、各座標位置、つまり初期位置Ａ点と、目標位置Ｂ
点と、Ａ点とＢ点とを直線で結んだ中点であるＣ点と、
点ＡＣ間の距離であるＬ_Aと、Ｃ点を通る直線ＡＢの垂
線と基準とするｘ軸とのなす角度φと、クレーンの最小
旋回円の半径ｒ₀とによって求められる。これによって
吊荷を移動させるための円弧の中心座標Ｄが求まるとと
もに、円弧の半径も容易に求められる。これら数値は、
旋回中心Ｏを基準として得られるものである。

【００３８】これによって、ジブ先端が初期位置Ａと目
標位置Ｂとを通り、且つクレーンの最小旋回円に一点で
接する円弧上の経路を辿ることとなり、この円弧に沿っ
て吊荷が移動することになる。

【００３９】図２を参照しながら、円弧の中心座標Ｄを
求める過程について以下に説明する。図２には初期位置
Ａと目標位置Ｂとを結び、且つクレーンの最小旋回円に
接するジブ先端の移動経路となる円弧が既に示されてい
る。そして、未知とされた円弧上に任意の点をＰ（ｘ，
ｙ）、該Ｐ点と点Ｏとの距離をＬ_Pとおいて考える。

【００４０】求める円弧の半径をＲとした場合、三角形
ＡＤＣから下記の式（９）が得られる。 Ｒ²＝Ｌ²＋Ｌ_A ² …（９） また、円弧の方程式より、下記式（１０）が得られる。 Ｒ²＝（ｘ−ｘ_D）²＋（ｙ−ｙ_D）² …（１０） さらに、Ｌ_Pは図より下記式（１１）として表せる。 Ｌ_P ²＝ｘ²＋ｙ² …（１１）

【００４１】ここで、図２に示すように、Ｌ_Pの最小値
とされる点Ｐの位置は、点Ｄと点Ｏとを結んだ直線が、
円弧に交わった交点とされるので、Ｌ_Pの最小値をＬ
_Pminとすると、 Ｌ_Pmin＝Ｒ−√（ｘ_D ²＋ｙ_D ²） …（１２） となる。点Ｄと点Ｏとを結んだ直線と円弧とが交わる場
合に最小旋回円に接するためには、Ｌ_Pminがｒ₀となら
なくてはいけないので、Ｌ_Pminは下記の式（１３）に表
される。

【数２１】

【００４２】この式（１３）を整理してから、二乗して
再び整理すると、下記式（１４）が導き出される。な
お、下記に示されるα，βは、上述したα，βと同様な
数式を表しており、既知とされた値を入れることによっ
て、数値として得られるものである。 ２ｒ₀√（Ｌ²−Ｌ_A ²）＝αＬ＋β …（１４）

【００４３】そして、式（１４）の両辺を二乗して整理
すると、下記の式（１５）が導き出される。なお、下記
に示されるγ，δ，εは、上述したγ，δ，εと同様な
数式を表しており、既知とされた値を入れることによっ
て、数値として得られるものである。 γＬ²＋δＬ＋ε＝０ …（１５）

【００４４】従って、点ＯＤ間の距離Ｌは、式（１５）
の２次方程式の解として導くことができるので、Ｌが正
であることを考慮すると、下記の式（１６）にてＬを表
すことができる。

【数２２】

【００４５】点ＯＤ間の距離Ｌが、上記の式（１６）に
よって求まることによって、次に点Ｄの座標を求める。
点Ｄの座標は、図２から （ｘ_D，ｙ_D）＝（ｘ_C−Ｌcosφ，ｘ_C−Ｌsinφ） …（１７） として求められるので、該式（１７）にＬを代入する
と、円弧の中心座標であるＤの座標が求められることに
なる。

【００４６】このように、上記説明した各式は、初期位
置Ａと目標位置Ｂの中点であるＣ点を求め、このＣ点を
通り直線ＡＢに対して直角にひかれた垂線上に、求める
円弧の中心Ｄ点が存在することによって導かれるもので
ある。

【００４７】請求項７に記載の発明は、ジブ先端から垂
下されたロープによって吊荷を吊り下げ、該吊荷を初期
位置から目標位置まで移動させて荷役作業を行うクレー
ンの運転方法において、前記初期位置と前記目標位置と
を結ぶ直線経路を演算し、該直線経路がクレーンの最小
旋回円に干渉しない場合、請求項１〜請求項３のいずれ
かに記載のクレーンの運転方法を行うことを特徴とす
る。

【００４８】このような運転方法によれば、まず初期位
置と目標位置とからこれら両方の点を結ぶ直線が演算に
よって求められる。そして、この演算結果によって得ら
れた直線がクレーンの最小旋回円に干渉しないかどうか
が判断される。該直線が最小旋回円に干渉しない、つま
り直線が最小旋回円を跨がないと判断された場合、ジブ
先端は先に求められた直線を移動するための直線経路と
して判断し、これに沿って移動することになる。そし
て、ジブ先端から吊り下げられた吊荷は、初期位置から
目標位置まで直線移動することとなる。さらに、ジブ先
端が直線経路を移動する際は、吊荷の移動方向の振れを
なくすように、実際のロープの長さ変化が随時捉えられ
ながら、吊荷の振れ止め制御を実施したクレーンの運転
が行われることになる。

【００４９】請求項８に記載の発明は、ジブ先端から垂
下されたロープによって吊荷を吊り下げ、該吊荷を初期
位置から目標位置まで移動させて荷役作業を行うクレー
ンの運転方法において、前記初期位置と前記目標位置と
を結ぶ直線経路を演算し、該直線経路がクレーンの最小
旋回円を跨ぐ場合、請求項４〜請求項６のいずれかに記
載のクレーンの運転方法を行うことを特徴とする。

【００５０】このようなクレーンの運転方法によれば、
まず初期位置と目標位置とからこれら両方の点を結ぶ直
線が演算によって求められる。そして、この演算結果に
よって得られた直線がクレーンの最小旋回円に干渉しな
いかどうかが判断される。該直線が最小旋回円を干渉す
る、つまり跨ぐことが判断された場合、ジブ先端は請求
項４〜６に示した円弧経路に沿って移動することにな
る。従って、吊荷は初期位置から目標位置に向かって連
続する円弧上に沿って最小限の遠心力を受けながら移動
することになる。

【００５１】請求項９に記載の発明は、ジブ先端から垂
下されたロープによって吊荷を吊り下げ、該吊荷を初期
位置から目標位置まで移動させて荷役作業を行うクレー
ンの運転方法において、前記初期位置と前記目標位置と
を結ぶ直線経路を演算し、該直線経路がクレーンの最小
旋回円に干渉しない場合、請求項１〜３のいずれかに記
載のクレーンの運転方法を行い、前記直線経路が前記最
小旋回円を跨ぐ場合、請求項４〜６のいずれかに記載の
クレーンの運転方法を行うことを特徴とする。

【００５２】このようなクレーンの運転方法によれば、
まず初期位置と目標位置とからこれら両方の点を結ぶ直
線が演算によって求められる。そして、この演算結果に
よって得られた直線がクレーンの最小旋回円に干渉しな
いかどうかが判断される。該直線が最小旋回円に干渉し
ない、つまり直線が最小旋回円を跨がないと判断された
場合、ジブ先端は先に求められた直線を、移動するため
の直線経路として判断し、これに沿って移動することに
なる。そして、ジブ先端から吊り下げられた吊荷は、初
期位置から目標位置まで直線移動することとなる。さら
に、ジブ先端が直線経路を移動する際は、吊荷の移動方
向の振れをなくすように、実際のロープ長の変化が随時
捉えられ、吊荷の振れ止め制御が実施されながら運転が
行われることになる。

【００５３】また一方で、初期位置と目標位置とを結ぶ
直線が、最小旋回円を跨ぐと判断された場合、ジブ先端
は請求項４〜６に示した直線経路を用いずに円弧経路に
沿って移動することとなる。その結果、吊荷は初期位置
から目標位置に向かって連続する円弧上に沿って移動す
ることになる。

【００５４】請求項１０に記載の発明は、ジブ先端から
垂下されたロープによって吊荷を吊り下げ、該吊荷を初
期位置から目標位置まで移動させて荷役作業を行うクレ
ーンの制御装置において、各時刻における実際のロープ
長の変化を得るロープ長変化取得手段と、仮想ロープ長
を設定しつつ、該仮想ロープ長の長さが変化せず、且つ
前記吊荷が前記初期位置から前記目標位置まで直線移動
する条件で前記吊荷が前記目標位置において静止する場
合の前記ロープの振れ角の仮想加速度パターンを演算
し、前記ロープ長変化取得手段で得た実際のロープ長の
変化を考慮して、実際のロープの振れ角の加速度パター
ンが前記仮想加速度パターンに一致するように、前記ジ
ブ先端の加速度パターンを演算するジブ先端加速度パタ
ーン演算手段と、該ジブ先端加速度パターン演算手段に
基づいてジブ先端を直線移動させる直線運転指示手段
と、を備えていることを特徴とする。

【００５５】クレーンの制御装置に上記示した各手段を
備えることで、仮想ロープ長の仮想振り子が最下点から
最下点へ１周期する間に初期位置から目標位置へ到達す
るように仮想加速度パターンが仮想加速度パターン演算
手段によって導き出される。そして、ロープ変化取得手
段にて得られた実際のロープ長における振れ角の加速度
パターンを、上述した仮想加速度パターンに一致させる
ようにジブ先端のジブ先端加速度パターンが演算される
ことになる。これによって、目標位置において振れがな
いようにするジブ先端加速度パターンが演算されるの
で、この演算結果に基づいて直線運転指示手段への指令
値が出力される。そして、実際のジブ先端の動作が制御
されて吊荷の振れ止めがなされることとなる。なお、ジ
ブ先端が直線移動を可能とされた場合に特に有効な運転
方法とされ、吊荷の移動方向における振れ止めが確実に
行われることになる。

【００５６】請求項１１に記載の発明は、ジブ先端から
垂下されたロープによって吊荷を吊り下げ、該吊荷を初
期位置から目標位置まで移動させて荷役作業を行うクレ
ーンの制御装置において、前記初期位置から前記目標位
置までを円弧で結んだ曲線に沿ってクレーンの旋回動作
とジブの起伏動作を制御する円弧運転指示手段を備えて
いることを特徴とする。

【００５７】円弧運転指示手段によって、ジブ先端は初
期位置から目標位置へと円弧上の経路を辿ることとな
り、この円弧に沿って吊荷が移動することになる。ジブ
先端を該円弧に沿って移動させるには、ジブの起伏動作
とクレーン自体の旋回動作等との少なくとも２つ以上を
両方同時に且つそれぞれ別の動作で行うことで実施され
るものであり、円弧運転指示手段がこれらの動作を指示
することになる。なお、円弧運転指示手段がクレーンに
対して指示する円弧経路は、曲率半径が大きく且つ連続
している円弧経路を導くように設定することが望まし
い。

【００５８】請求項１２に記載の発明は、ジブ先端から
垂下されたロープによって吊荷を吊り下げ、該吊荷を初
期位置から目標位置まで移動させて荷役作業を行うクレ
ーンの制御装置において、前記初期位置と前記目標位置
とを結ぶ直線を演算してクレーンの最小旋回円との位置
関係を出力する経路判定手段と、各時刻における実際の
ロープ長の変化を得るロープ長変化取得手段と、仮想ロ
ープ長を設定しつつ、該仮想ロープ長の長さが変化せ
ず、且つ前記吊荷が前記初期位置から前記目標位置まで
直線移動する条件で前記吊荷が前記目標位置において静
止する場合の前記ロープの振れ角の仮想加速度パターン
を演算し、前記ロープ長変化取得手段で得た実際のロー
プ長の変化を考慮して、実際のロープの振れ角の加速度
パターンが前記仮想加速度パターンに一致するように、
前記ジブ先端の加速度パターンを演算するジブ先端加速
度パターン演算手段と、該ジブ先端加速度パターン演算
手段に基づいてジブ先端を直線移動させる直線運転指示
手段と、前記初期位置から前記目標位置までを円弧で結
んだ曲線に沿ってクレーンの旋回動作とジブの起伏動作
を制御する円弧運転指示手段とを備え、前記経路判定手
段が、前記直線運転指示手段または前記円弧運転指示手
段のどちらか一方を選択することを特徴とする。

【００５９】経路判定手段によって、初期位置から目標
位置へと吊荷を移動させるための経路の判定がなされ、
直線移動が可能と判定されると、直線運転指示手段を選
択してジブ先端を直線移動させる運転を行わせることに
なる。一方、経路判定手段が、初期位置から目標位置へ
と吊荷を直線移動させることが不可能、つまり、初期位
置と目標位置とを結ぶ直線が最小旋回円を跨いでしまう
ことを判断すると、円弧運転指示手段を選択することに
なる。そして、円弧運転指示手段は、ジブ先端を最小旋
回円を回避するような円弧経路で移動させる運転を行わ
せることになる。

【００６０】請求項１３に記載の発明は、ジブ先端から
垂下されたロープによって吊荷を吊り下げ、該吊荷を初
期位置から目標位置まで移動させて荷役作業を行うクレ
ーンにおいて、請求項１０〜請求項１２のいずれかに記
載のクレーンの制御装置を備えていることを特徴とす
る。

【００６１】クレーンは、吊荷を初期位置から目標位置
まで移動させる経路の中で、吊荷の振れを除去あるいは
最小限に抑えて移動させることが可能な経路を選択し
て、荷役作業を行うことになる。

【００６２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図１は本実施形態におけ
るモバイルハーバクレーン１の概略図である。また、図
２、図３は該クレーンのジブ先端Ｈの移動経路を示した
図であって、図２（ａ）はジブ先端Ｈの直線移動を示し
た平面図、図２（ｂ）はその際の速度パターン図、図３
はジブ先端Ｈの円弧経路及びその導き方を示した平面図
である。さらに、図４は振れ止めを行う際の制御部１０
の指令信号の流れを示した流れ図である。

【００６３】図１に示される符号１は、港湾設備として
用いられて好適なモバイルハーバクレーン（以下、単に
「機体」ともいう。）を示している。このモバイルハー
バクレーンの機体１は、複数のアウトリガ１２を備えた
キャリアフレーム１１と、該キャリアフレーム１１に載
上された旋回フレーム１３及び本体フレーム１４と、本
体フレーム１４に取り付けられたジブ２とを主たる構成
とされている。

【００６４】キャリアフレーム１１は、このほぼ両端側
から長手方向に対して直角となる方向に各アウトリガ１
２を張り出して機体１の安定を確保している。そして、
アウトリガ１２がキャリアフレーム１１に格納された場
合は、図示しない走行タイヤ等によって港湾の構内を移
動可能とされている。

【００６５】キャリアフレーム１１のほぼ中央部には、
円環状の旋回ベアリング（図示せず）が設けられ、これ
を介して旋回フレーム１３が載上されている。旋回ベア
リングの周部にはラック状の歯が形成され、旋回駆動装
置（図示せず）に取り付けられたピニオン（図示せず）
が噛み合わされている。なお、旋回駆動装置は旋回フレ
ーム１３側に取り付けられている。従って、旋回フレー
ム１３は、ピニオンの回転によって旋回ベアリング１６
の中心で３６０度回転可能とされている。なお、旋回ベ
アリング１６の中心は旋回中心Ｏをいうものであり、ク
レーンでの荷役作業を行う上での作業半径の中心を意味
している。また、旋回フレーム１３の旋回中心Ｏ付近に
は、キャリアフレーム１１に対して旋回フレーム１３の
旋回方向を検出する旋回角検出装置５ａが備わり、後述
する制御部１０と点線で示されるケーブルによって接続
されている。

【００６６】旋回フレーム１３上には、ジブ２の基端部
を回動可能に支持する本体フレーム１４と、吊荷Ｇにつ
ながるロープ３（「ワイヤ」とも言う）を巻き取るウイ
ンチ４と、ジブ２を起伏させるシリンダ６と、オペレー
タが搭乗してクレーン操作を行う運転室（図示せず）と
が主として設けられている。ウインチ４には、ロープ３
の繰り出し状態を検出するエンコーダ４ａ（ロープ長変
化取得手段）が設けられている。そして、エンコーダ４
ａは後述する制御部１０と点線で示されるケーブルによ
って接続されている。

【００６７】本体フレーム１４は、棒状の部材が複数組
み合わされたトラス構造として形成されている。この本
体フレーム１４のほぼ中間にあたる位置には、ジブ２の
基端部（図において左側）がジブフートピン（図示せ
ず）を介して取り付けられている。そして、ジブフート
ピンあるいはジブ２の側面には、該ジブ２の起伏角度を
検出する起伏角検出装置２ａが設けられている。そし
て、起伏角検出装置２ａは、後述する制御部１０と点線
で示されるケーブルによって接続されている。

【００６８】ジブ２は、トラス構造の長尺な形状で形成
されており、この一端である基端部は上述したように本
体フレーム１４に回動可能に支持されている。また、ジ
ブ２の基端部から僅かに先端側に位置した下側には、シ
リンダ６のロッド側端部が図示しないピンを介して回動
可能に取り付けられ、ジブ２の支持がなされている。こ
のシリンダ６のボトム側端部は旋回フレーム１３の前部
にピン（図示せず）を介して回動可能に取り付けられて
いる。ジブ２は、該シリンダ６の伸縮動作によってジブ
フートピンを中心に起伏動作がなされ、ジブ先端Ｈにお
ける荷役作業の作業半径が規定されることになる。

【００６９】ロープ３は、一端部が吊荷Ｇを吊るための
フック（図示せず）に巻回されており、ジブ先端Ｈから
吊荷Ｇに向かって垂れ下げられている。また、ロープ３
の他端部は、旋回フレーム２上に設置されたウインチ４
に巻き取られるようになっている。ウインチ４の回転動
作によってロープ３が巻き取られることになり、これに
よって、吊荷Ｇは上方に移動することになる。また、ウ
インチ４の逆回転動作によって、吊荷Ｇは下方に移動す
ることになる。

【００７０】また、機体１の動作を制御する制御装置
は、制御部１０を含んでなお且つ上述した旋回角検出装
置５ａ、起伏角検出装置２ａ、エンコーダ４ａとを少な
くとも備えて構成されるものである。

【００７１】次に、図１を参照しながら吊荷Ｇの荷役作
業について図２、図３を用いて説明する。クレーンの運
転を行うオペレータは、吊荷Ｇが既に置かれている初期
位置Ａと、移動先である目標位置Ｂとの位置情報を運転
前に予め入力する。各位置を入力する作業は、機体１の
設置段階における旋回中心Ｏを基準点としたＸＹ平面と
され、オペレータが該ＸＹ平面と同等な操作パネル上で
の平面で各位置を入力することになる。この作業によっ
て、初期位置Ａ及び目標位置Ｂの位置情報がクレーンの
制御部１０に出力される。

【００７２】さて、初期位置Ａ及び目標位置Ｂが入力さ
れると、この各座標データは制御部１０に出力されて、
これら各位置Ａ，Ｂを結ぶ直線が導き出される。そし
て、この直線が最小旋回円を跨ぐか否かが演算によって
判断されることになる。直線が最小旋回円を跨ぐか否か
を判断するには、例えば初期位置Ａと目標位置Ｃとを結
ぶ直線に対して旋回中心Ｏから垂線を下ろし、該直線と
の交点とＯ点との距離が最小旋回円の半径ｒ０よりも大
きいか否かを判断すればよい。なお、このような判断
は、後述する制御部１０内に設けられた図４に記載の座
標変換部５０（経路判定手段）によって行われるもので
ある。また、最小旋回円とは、機械構造上の制約によっ
て荷役作業が不可能な範囲の最外周を示した半径ｒ₀と
された円であり、ジブ２の最起立時におけるジブ先端Ｈ
の移動可能な経路を示している。

【００７３】そして、初期位置Ａと目標位置Ｂとを結ぶ
直線が、最小旋回円を跨がないことが判断されると、図
２に示されるように先に導き出された直線に沿って吊荷
Ｇを移動させるためのジブ先端Ｈの直線移動が行われ
る。なお、初期位置Ａと目標位置Ｂとを結ぶ直線が、最
小旋回円を跨ぐことが演算によって判断されると、図３
に示されるジブ先端Ｈの円弧移動が選択されることにな
る。この運転方法については後に説明する。

【００７４】ジブ先端Ｈを直線移動させることは、ジブ
２の起伏動作と旋回フレーム１３の旋回動作を連動させ
ることによってなされる。この場合、オペレータはジブ
２の起伏動作によって吊荷Ｇの高さを極端に変更したく
ないので、吊荷Ｇの高さを一定に保つべくウインチ４の
操作を追加することになる。さらに、オペレータは、移
動経路に障害物があったり、地面からある一定な高さを
保ったりするために吊荷Ｇの巻き上げ下げ動作を追加す
ることがある。

【００７５】しかし、以下に説明する吊荷Ｇの直線移動
の運転方法によれば、旋回動作を行っても吊荷Ｇには遠
心力・移動方向の振れが作用せず、なお且つ最短距離で
移動させることが可能となる。課題となる移動方向に作
用する吊荷Ｇの振れに関しては、変化するロープ３の長
さに応じて振れがなくなるようにジブ先端Ｈの移動速度
が制御されることになる。

【００７６】ジブ先端Ｈの移動方向における吊荷Ｇの振
れ止め制御について、図４を用いて説明する。最初に初
期位置Ａと初期位置Ｂとの座標が座標変換部５０にて演
算用の座標に変換される。次に、仮想振り子の基準とな
る基準ロープ長λ₀（仮想ロープ長）が、基準ロープ長
設定部５１にて機体１の機械構造上の限界加速度、限界
速度、実際のロープ長λが考慮されて導き出される。そ
して、ここで得られた結果が、基準ロープ長振れ止めパ
ターン作成部５２に出力される。なお、実際のロープ長
λは後述する実ロープ長加速度指令計算部５４（ジブ先
端加速度パターン演算手段）にも直接出力される。ま
た、求められた基準ロープ長λ₀についても、実ロープ
長加速度指令計算部５４に直接出力される。

【００７７】演算用の座標と基準ロープ長λ₀とを入力
した基準ロープ長振れ止めパターン作成部５２では、こ
の基準ロープ長λ₀における仮想振り子が、最下点から
最下点へ１周期する間に初期位置Ａから目標位置Ｂへ到
達するような振れ止めパターン（仮想加速度パターン）
が作成される。ここで、基準ロープ長λ₀における仮想
振り子の加速度ａ_k0が求められることになり、この結果
は実ロープ長加速度指令計算部５４に直接出力されると
ともに、基準ロープ長振れ角計算部５３に出力されるこ
ととなる。仮想振り子の加速度ａ_k0及び基準ロープ長λ
₀の求め方については後の演算過程にて説明する。

【００７８】基準ロープ長振れ角計算部５２に入力され
た基準ロープ長λ₀における仮想振り子の加速度ａ
_k0は、ここで基準ロープ長λ₀における仮想振り子の振
れ角θが求められて実ロープ長加速度指令計算部５４に
出力されることとなる。さらに、実際のロープ長の速度
νと加速度κが、実際のロープ長を計測するエンコーダ
４ａでの時間的計測によって求められ、この結果が実ロ
ープ長加速度指令計算部５４に出力される（図示せ
ず）。また、吊荷の振れ角速度ωは、吊荷の周期Ｔから
求められる。つまり、周期Ｔは下記の式（１８） 周期Ｔ＝２π√（λ／ｇ） …（１８） から求まるので、振れ角速度ωは下記の式（１９） 振れ角速度ω＝２π／Ｔ …（１９） から求められる。

【００７９】上述したように、実ロープ長加速度指令計
算部５４に基準ロープ長λ₀の長さ、加速度κ、振れ角
θ、実際のロープ長λ、さらには、実際のロープ長の速
度νと加速度κ、吊荷の振れ角速度ωが入力されるの
で、段落〔００２５〕にて既に示した式（１）と同一な
下記の式（２０）でジブ先端加速度ａ_kが求めるられ
る。

【数２３】

【００８０】なお、仮想振り子の加速度ａ_k0は、クレー
ン自体の機械上の限界加速度や、実際のロープ長λによ
って求められるものであり、上記の式（２０）の第１項
は機械構造上の限界加速度をａ_max、安全係数をｓｆと
おくと、下記式（２１）として表すことができる。

【数２４】 従って、上記の式（２１）における仮想振り子の加速度
ａ_k0は規定され、これが規定されることによって、仮想
振り子の基準ロープ長λ₀は機械構造上の限界加速度ａ
_maxによって自ずと導かれることとなる。もちろんこれ
に特定されるものではないが、クレーンの能力を最大限
に利用できる利点がある。

【００８１】以上説明したように、上記式（２０）によ
って長さが変化する実際のロープ長λを考慮しつつ、ジ
ブ先端Ｈの加速度指令が時々刻々と得られることとな
り、これを積分することでジブ先端Ｈの速度指令が導か
れ、さらに積分することでジブ先端が移動する位置指令
が求められることになる。位置指令が求められることに
より、この結果を座標変換部５５で再度機体１の設置平
面であるＸＹ平面上に座標変換を行い、旋回角度指令と
起伏角度指令とを出力する。もちろん旋回角度指令と起
伏角度指令とは互いに連動して得られる制御指令であ
る。旋回角度指令は、旋回角検出装置５ａの出力値を参
照しながら旋回駆動装置に出力され、本体フレーム１４
に取り付けられたジブ２を有する旋回フレーム１３の旋
回動作を促すことになる。また、起伏角度指令は、シリ
ンダ６の長さ用の座標変換部５６に一旦入力されること
で、シリンダ６の長さ指令に変換され、シリンダ６の伸
張動作を促すこととなる。

【００８２】実際のジブ先端Ｈの速度パターンについて
一例を挙げて説明する。図２（ｂ）に示すように、加速
時には、吊荷の振れ周期が１周期とされて、一定速度と
なる段階で振れがなくなるような加速度パターンに従っ
てクレーンの運転が行われる。そして、等速度部分で予
想し得ない巻き下げ操作が行われた場合を仮定すると、
実際のロープ３の長さが予想した長さと比べて変化する
ので、これに合わせてジブ先端Ｈの速度パターン、つま
り加速度パターンの変更が行われる。図に示される破線
は、ロープ３の長さの変化がジブ２の起伏に応じて予め
わかっている場合である。つまり、加速開始時とほぼ同
一な速度パターンとなっている。しかし、上述したよう
に等速度部分で予想し得ない操作があると、実線で示さ
れるようにジブ先端Ｈの速度パターン、さらには加速度
パターンが変化するので、これによって吊荷の振れが抑
えられて目標位置Ｂに向かうことになる。また、予想し
得ない巻き下げ操作によって、ロープ３の長さが大きく
なるので、吊荷の一周期における振れ量は増加すること
になる。しかし、吊荷の振れ角に従って制御するので、
振れ角は図に示すように変化しないことになる。

【００８３】さて、次に初期位置Ａと目標位置Ｂとを結
ぶ直線が、半径ｒ₀とされた最小旋回円を跨ぐことが演
算によって判断された場合のジブ先端Ｈの移動経路につ
いて図３を用いて説明する。図に示される符号について
説明すると、Ｏ（０，０）は旋回中心、該Ｏ点を中心と
して半径ｒ₀とされた円は最小旋回円、初期位置Ａ点の
座標は（ｘ_A，ｙ_A）、目標位置Ｂ点の座標は（ｘ_B，
ｙ_B）、Ａ点とＢ点との中点をＣ点（ｘ_C，ｙ_C）、Ａ点
とＢ点との距離をＬ_A、円弧の半径をＲ、円弧上の任意
の点をＰ点（ｘ，ｙ）、該Ｃ点を通って直線ＡＢの垂線
とｘ軸とのなす角をφとする。また、Ｃ点とＤ点との距
離を仮にＬ、Ｏ点とＰ点との距離を仮にＬ_Pと置く。

【００８４】初期位置Ａと目標位置Ｂとを結ぶ直線ＡＢ
が、上述した演算によって最小旋回円を跨ぐと判断され
ると、制御部１０（図１参照）ではこれらＡＢ点を結ぶ
円弧経路を導くための演算を開始する。該円弧に沿って
ジブ先端Ｈを移動させる円弧移動の過程について説明す
る。

【００８５】段落〔００３６〕に示すように、既知とさ
れた座標と、φで表される式を下記の式（２２）〜（２
７）のように置き換えると、

【数２５】

【数２６】

【数２７】

【数２８】

【数２９】 Ｃ点と前記Ｄ点との距離Ｌが下記の式（２８）とし求め
られる。

【数３０】

【００８６】一方、求めたいＤ点の座標は、下記の式
（２９）として表せるので、 （ｘ_D，ｙ_D）＝（ｘ_C−Ｌcosφ，ｘ_C−Ｌsinφ） …（２９） 上記の式（２８）によって得られたＬを代入すること
で、Ｄの座標が求められる。

【００８７】また、求める円弧の半径Ｒは、図より下記
の式（３０）として表せるので、

【数３１】 これによって、円弧の半径Ｒ及び、旋回中心Ｏに対する
円弧の中心座標Ｄが求められることとなる。

【００８８】上記説明した演算過程は、図４に示される
円弧運転指令部６０（円弧運転指示手段）によって行わ
れ、この結果が座標変換部５５に入力されて旋回フレー
ム１３の旋回動作と、ジブ２の起伏動作の同時制御が行
われる。もちろん、ジブ２の起伏動作については、シリ
ンダ６用の座標変換部５６を介してシリンダ６の長さ指
令に変換されて出力されるものである。

【００８９】そして、ジブ先端Ｈは、図３に示される円
弧を移動経路として辿り、吊荷Ｇを初期位置Ａから目標
位置Ｂに移動させる荷役作業が実行されることになる。
この円弧移動においては、最小旋回円に一点で接してお
り、最小旋回円を辿ることはない。つまり、半径ｒ₀よ
りも遥かに大きな円弧の半径Ｒで移動することになる。
吊荷の移動半径が大きくなると、遠心力が小さくなるこ
とは言うまでもない。

【００９０】また、最小旋回円に接する円弧を求めてジ
ブ先端Ｈの円弧移動を説明したが、これに限定解釈され
るものではなく、以下に記載する円弧経路を導いてもよ
い。半径ｒ₀の最小旋回円は、ジブ２の最起立によって
規定されることを説明した。つまり、最小旋回円は機械
構造上の可動できる限界付近とされているので、状況に
よっては例えばシリンダ６の封じ込めが発生したりする
ので、的確な動作を得ることが困難となる可能性があ
る。また、吊荷Ｇを低い高さで移動させる場合、アウト
リガ１２（図１参照）が移動経路の障害となる可能性も
ある。これを回避すべく、最小旋回円よりも外側に半径
ｒ₀以上の仮想円を設定し、この仮想円に接する円弧経
路を導くこととしてもよい。従って、上記説明した最小
旋回円の半径ｒ₀を仮想円の半径に置き換えて求めるこ
とで実用に沿った的確な吊荷Ｇの荷役作業が行えること
となる。

【００９１】以上説明した本実施形態におけるジブ先端
Ｈを移動させるクレーンの運転方法によれば、吊荷Ｇの
初期位置Ａと目標位置Ｂとから最適な移動経路を導くこ
とができ、荷役作業の作業性が向上する。そして、ジブ
先端Ｈの直線移動においては、ロープ３の長さの加速度
変化に左右されずに吊荷Ｇの振れをほとんど零に抑える
ことができ、振れ止めを行うための時間が節約されてク
レーンの作業性が向上する。また、常に機械構造上の限
界加速度付近でクレーンの動作が得られるので、吊荷Ｇ
の高さを自由に調整しながら短い時間で吊荷Ｇを移動さ
せることができる。

【００９２】また、オペレータは振れ止めの操作を行う
必要がなくなったり、大幅に低減されるので、運転時の
労力軽減にもつながる。さらに、オペレータは自由に巻
き上げ・巻き下げ操作を介入して行えるので、より適切
な荷役作業を実現することが可能となる。また、ジブ先
端Ｈの円弧移動においては、吊荷Ｇを大きな移動半径Ｒ
を用いて連続する一本の円弧経路を辿らせることができ
るので、遠心力を最低限で抑えることができるととも
に、吊荷に対して複雑且つ急激な慣性を作用させずに旋
回速度を高めることができる。これによって、荷役作業
における作業性の向上を図ることができる。

【００９３】なお、本実施形態においては、モバイルハ
ーバクレーン１に適用した例を示したが、旋回機能を有
するジブを備えたすべてのクレーンに適用可能である。
また、吊荷Ｇをジブ先端Ｈから吊り下げた場合における
移動経路について説明したが、吊荷Ｇを吊り下げない吊
具等のみでのクレーンの案内作業としても利用可能であ
ることは言うまでもない。これは、吊具等についても振
れが生じると振れ止めが必要となり、荷役作業の障害と
なるからである。これによれば、吊荷Ｇを目標位置Ｂに
降ろして、再び初期位置Ａ付近にある別の吊荷を取りに
行く場合の繰り返し作業でのサイクルタイムが短縮され
ることになる。

【００９４】

【発明の効果】以上説明した本発明のクレーン制御にお
いては以下の効果を奏する。請求項１記載の発明は、仮
想ロープ長を設定する仮想ロープ長設定工程と、仮想ロ
ープ長が変化しない条件で吊荷が目標位置において静止
する場合のロープの振れ角の仮想加速度パターンを演算
する仮想加速度パターン演算工程と、各時刻における実
際のロープ長の変化を得るロープ長変化取得工程と、ロ
ープの振れ角の加速度パターンが仮想加速度パターンに
一致するように、ロープ長変化取得工程で得た実際のロ
ープ長の変化を考慮してジブ先端の加速度パターンを演
算するジブ先端加速度パターン演算工程と、該ジブ先端
加速度パターン演算工程に基づいてジブ先端を直線移動
させるジブ移動工程とを含んで構成されるクレーンの運
転方法とされているので、直線移動時に作用する移動方
向の振れをロープ長の変化に関係なく除去することがで
き、オペレータが手動介入することが可能となって操作
における融通性が向上する。また、これによって吊荷を
目標位置に的確且つ安全に導くことが可能となる。ま
た、吊荷の振れ止めがなされることで、オペレータが振
れ止め操作を行う必要がなくなり労力軽減にもつなが
る。また、吊荷を繰り返し移動させるサイクルタイムが
短縮されるので、荷役作業における作業性向上を図るこ
とができる。

【００９５】請求項２記載の発明は、仮想ロープ長がク
レーンの能力によって決定されるジブを直線移動させる
最大加速度に基づいて設定されることとされているの
で、クレーンの能力を最大限に導いて吊荷を素早く移動
させることができ、クレーンが有する能力以上の高負荷
運転を回避しつつ、荷役作業の作業性の向上を図ること
ができる。

【００９６】請求項３記載の発明は、ジブ先端加速度パ
ターン演算工程におけるジブ先端加速度ａ_kが式として
表されるので、得られる各数値からジブ先端の加速度ａ
_kを的確に求めることができ、この結果に基づいてジブ
先端を直線移動させることによって吊荷の振れ止めを確
実に行うことが可能となる。

【００９７】請求項４記載の発明は、初期位置から前記
目標位置までを円弧で結んだ曲線に沿って吊荷を移動さ
せる運転方法とされているので、最小旋回円をかわして
連続する大きな円弧で初期位置と目標位置との間で吊荷
を移動させることができる。これによって、吊荷に作用
する遠心力が低減されて吊荷をより早く移動させること
が可能となる。また、遠心力が低減されることによっ
て、吊荷の振れを小さくすることができ、振れ止めに要
する時間の短縮につながる。また、移動経路上に不連続
点がないので、急激且つ複雑な振れを助長させずに安定
した吊荷の移動を行うことができる。

【００９８】請求項５記載の発明は、前記円弧が前記ク
レーンの最小旋回円に一点で接する円弧とされているの
で、最も半径が大きい円弧経路を導くことができ、遠心
力を最小限に抑えることができるとともに、移動距離を
少なくすることができる。従って、最小旋回円が移動経
路上に干渉する場合において、最も作業性が高いクレー
ンの荷役作業を実現することができる。

【００９９】請求項６記載の発明は、初期位置Ａと目標
位置Ｂとの中点Ｃと、円弧中心であるＤ点の距離が求ま
ることにより、該Ｄ点の座標、さらには円弧の半径Ｒ等
などを容易に導くことが可能となるので、円弧移動にお
ける円弧経路を明確に定義することができ、この移動経
路に沿ったジブ先端の円弧移動が実現可能となる。

【０１００】請求項７記載の発明は、初期位置と目標位
置とを結ぶ直線経路を演算し、該直線経路がクレーンの
最小旋回円に干渉しない場合、請求項１〜請求項３のい
ずれかに記載のクレーンの運転方法を行うので、様々な
移動経路の中で最も距離が短く、さらに移動方向の振れ
が確実に除去されたクレーンの運転が選択されることと
なり、素早く吊荷を移動させることが可能となって、荷
役の作業性を向上させることができる。

【０１０１】請求項８記載の発明は、初期位置と目標位
置とを結ぶ直線経路を演算し、該直線経路がクレーンの
最小旋回円を跨ぐ場合、請求項４〜請求項６のいずれか
に記載のクレーンの運転方法を行うので、機械構造上の
制約をクリアしつつ、連続した円弧経路で吊荷にかかる
遠心力を最小限にとどめて適切に移動させることが可能
となる。

【０１０２】請求項９記載の発明は、初期位置と目標位
置とを結ぶ直線経路を演算し、該直線経路がクレーンの
最小旋回円に干渉しない場合、請求項１〜３のいずれか
に記載のクレーンの運転方法を行い、直線経路が最小旋
回円を跨ぐ場合、請求項４〜６のいずれかに記載のクレ
ーンの運転方法を行うので、あらゆる状況下におかれた
吊荷を最も適した移動経路で移動させることができ、直
線移動がなされた場合には吊荷の振れは除去され、円弧
移動がなされた場合には遠心力が抑えられて、共により
早いジブ先端の移動速度を導いて荷役における高い作業
性を実現することが可能となる。

【０１０３】請求項１０記載の発明は、各時刻における
実際のロープ長の変化を得るロープ長変化取得手段と、
仮想ロープ長を設定しつつ、該仮想ロープ長の長さが変
化しない条件で吊荷が目標位置において静止する場合の
ロープの振れ角の仮想加速度パターンを演算し、ロープ
長変化取得手段で得た実際のロープ長の変化を考慮し
て、実際のロープの振れ角の加速度パターンが仮想加速
度パターンに一致するように、ジブ先端の加速度パター
ンを演算するジブ先端加速度パターン演算手段と、該ジ
ブ先端加速度パターン演算手段に基づいてジブ先端を直
線移動させる直線運転指示手段とを備えているので、直
線移動時に作用する移動方向の振れをロープ長の変化に
関係なく除去することができ、オペレータが手動介入す
ることが可能となって操作における融通性が向上する。
また、これによって吊荷を目標位置に的確且つ安全に導
くことが可能となる。そして、振れ止めがなされること
で、オペレータの労力軽減にもつながる。また、吊荷繰
り返し移動させる場合には、サイクルタイムの短縮がな
され、作業性の向上を図ることができる。

【０１０４】請求項１１記載の発明は、初期位置から目
標位置までを円弧で結んだ曲線に沿ってクレーンの旋回
動作とジブの起伏動作を制御する円弧運転指示手段を備
えたクレーンの制御装置とされているので、初期位置と
目標位置との間で最小旋回円をかわして大きな円弧で吊
荷を移動させることができ、これによって、吊荷に作用
する遠心力が低減されて吊荷をより早く移動させること
が可能となる。また、遠心力が低減されることによっ
て、吊荷の振れを小さくすることができ、オペレータへ
の労力軽減がなされる。また、移動経路上に不連続な点
がないので、振れ止めに対して多くの制御を必要としな
くなり、振れ止め制御の簡略化が得られる。

【０１０５】請求項１２記載の発明は、初期位置と目標
位置とを結ぶ直線を演算してクレーンの最小旋回円との
位置関係を出力する経路判定手段と、各時刻における実
際のロープ長の変化を得るロープ長変化取得手段と、仮
想ロープ長を設定しつつ、該仮想ロープ長の長さが変化
しない条件で吊荷が目標位置において静止する場合のロ
ープの振れ角の仮想加速度パターンを演算し、ロープ長
変化取得手段で得た実際のロープ長の変化を考慮して、
実際のロープの振れ角の加速度パターンが仮想加速度パ
ターンに一致するように、ジブ先端の加速度パターンを
演算するジブ先端加速度パターン演算手段と、該ジブ先
端加速度パターン演算手段に基づいてジブ先端を直線移
動させる直線運転指示手段と、前記初期位置から前記目
標位置までを円弧で結んだ曲線に沿ってクレーンの旋回
動作とジブの起伏動作を制御する円弧運転指示手段とを
備え、経路判定手段が直線運転指示手段または円弧運転
指示手段のどちらか一方を選択するクレーンの制御装置
なので、ジブ先端を初期位置から目標位置に移動させる
際に最も適した移動経路が選択されることとなり、直線
移動がなされた場合には吊荷の振れは除去され、円弧移
動がなされた場合には遠心力が抑えられて、共により早
いジブ先端の移動速度を導いて荷役における高い作業性
を実現することが可能となる。

【０１０６】請求項１３記載の発明は、ジブ先端から垂
下されたロープによって吊荷を吊り下げ、該吊荷を初期
位置から目標位置まで移動させて荷役作業を行うクレー
ンにおいて、請求項１０〜請求項１２のいずれかに記載
のクレーンの制御装置が備えられているので、吊荷の振
れ止めがなされてジブ先端の移動速度を高めることがで
き、作業性の向上とオペレータの労力軽減を実現可能な
クレーンを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態におけるモバイルハーバ
クレーンの概略図である。

【図２】 本発明の一実施形態におけるモバイルハーバ
クレーンのジブ先端の移動経路を示した図であって、図
２（ａ）はジブ先端の直線移動を示した平面図、図２
（ｂ）はその際の移動速度を示した速度パターン図であ
る。

【図３】 本発明の一実施形態におけるモバイルハーバ
クレーンのジブ先端の移動経路を示した図であって、円
弧経路及びその導き方を説明する平面図である。

【図４】 本発明の一実施形態におけるモバイルハーバ
クレーンの制御部での指令信号の流れを示した流れ図で
ある。

【図５】 従来のクレーンにおけるジブ先端の移動経路
を示した平面図であって、図５（ａ）は多角形直線移動
または直線移動させた場合のジブ先端の移動経路の平面
図、図５（ｂ）は最小旋回円の接線を用いたジブ先端の
移動経路を示した平面図である。

【図６】 従来のクレーンにおける吊荷の振れ止めパタ
ーンを説明する図であって、図６（ａ）は時間とジブ先
端の移動速度との関係、及び時間と鉛直方向に対する吊
荷の振れ角との関係を示したグラフ線図、図６（ｂ）は
移動する振り子のモデルを示した模式図である。

【符号の説明】

２ ジブ ３ ロープ ４ａ エンコーダ（ロープ長変化取得手段） １０ 制御部 １３ 旋回フレーム ５４ 実ロープ長加速度指令計算部（ジブ先端加速度パ
ターン演算手段） ６０ 円弧運転指令部（円弧運転指示手段） Ａ 初期位置 Ｂ 目標位置 Ｈ ジブ先端 ｒ₀ 最小旋回円の半径 ａ_k 実ロープ長でのジブ先端加速度 ａ_k0 基準ロープ長（仮想ロープ長）でのジブ先端加速
度 θ 吊荷の振れ角（仮想振り子の振れ角） λ₀ 基準ロープ長（仮想ロープ長） λ 実際のロープ長 κ 実際のロープの加速度

フロントページの続き (72)発明者 吉岡 伸郎 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島製作所内 Ｆターム(参考） 3F204 AA04 CA03 EA02 EA08 EA11

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ジブ先端から垂下されたロープによって
   吊荷を吊り下げ、該吊荷を初期位置から目標位置まで移
   動させて荷役作業を行うクレーンの運転方法において、 仮想ロープ長を設定する仮想ロープ長設定工程と、 前記仮想ロープ長が変化せず、且つ前記吊荷が前記初期
   位置から前記目標位置まで直線移動する条件で前記吊荷
   が前記目標位置において静止する場合の前記ロープの振
   れ角の仮想加速度パターンを演算する仮想加速度パター
   ン演算工程と、 各時刻における実際のロープ長の変化を得るロープ長変
   化取得工程と、 前記ロープの振れ角の加速度パターンが前記仮想加速度
   パターンに一致するように、前記ロープ長変化取得工程
   で得た実際のロープ長の変化を考慮して前記ジブ先端の
   加速度パターンを演算するジブ先端加速度パターン演算
   工程と、 該ジブ先端加速度パターン演算工程に基づいて前記ジブ
   先端を直線移動させるジブ移動工程と、を含むことを特
   徴とするクレーンの運転方法。
2. 【請求項２】 前記仮想ロープ長は、前記クレーンの能
   力によって決定される、前記ジブを直線移動させうる最
   大加速度に基づいて設定されることを特徴とする請求項
   １記載のクレーンの運転方法。
3. 【請求項３】 前記ジブ先端加速度パターン演算工程に
   おけるジブ先端加速度ａ_kは、 前記仮想ロープ長をλ₀、前記ロープ長をλ、前記ロー
   プ長の速度をν、前記ロープの加速度をκ、前記仮想加
   速度パターン演算工程における前記ジブ先端仮想加速度
   をａ_k0、前記吊荷の振れ角をθ、前記吊荷の振れ角速度
   をω、重力加速度をｇとした場合、 【数１】 で表されることを特徴とする請求項１または請求項２記
   載のクレーンの運転方法。
4. 【請求項４】 ジブ先端から垂下されたロープによって
   吊荷を吊り下げ、該吊荷を初期位置から目標位置まで移
   動させて荷役作業を行うクレーンの運転方法において、 前記初期位置から前記目標位置までを円弧で結んだ曲線
   に沿って前記吊荷を移動させることを特徴とするクレー
   ンの運転方法。
5. 【請求項５】 前記円弧は、前記クレーンの最小旋回円
   に一点で接することを特徴とする請求項４記載のクレー
   ンの運転方法。
6. 【請求項６】 前記吊荷の移動経路を平面視してＸＹ平
   面に投影し、 基準となる前記クレーンの旋回中心の座標をＯ（０，
   ０）、前記初期位置の座標をＡ（ｘ_A，ｙ_A）、前記目標
   位置の座標をＢ（ｘ_B，ｙ_B）、前記Ａ点と前記Ｂ点との
   中点の座標をＣ（ｘ_C，ｙ_C）、前記Ａ点と前記Ｃ点との
   距離をＬ_A、Ｃ点を通る直線ＡＢの垂線とｘ軸とのなす
   角度をφ、クレーンの最小旋回円の半径をｒ₀、求める
   前記円弧の中心座標をＤ（ｘ_D，ｙ_D）、前記Ｃ点と前記
   Ｄ点との距離をＬとし、 下記の各式によってα，β，γ，δ，εを定めた場合
   に、 【数２】 【数３】 【数４】 【数５】 【数６】 前記Ｌの長さが下記の式で表され、 【数７】 該Ｌによって前記円弧の中心であるＤ点の座標が、 （ｘ_D，ｙ_D）＝（ｘ_C−Ｌcosφ，ｘ_C−Ｌsinφ） で表されることを特徴とする請求項５記載のクレーンの
   運転方法。
7. 【請求項７】 ジブ先端から垂下されたロープによって
   吊荷を吊り下げ、該吊荷を初期位置から目標位置まで移
   動させて荷役作業を行うクレーンの運転方法において、 前記初期位置と前記目標位置とを結ぶ直線経路を演算
   し、 該直線経路がクレーンの最小旋回円に干渉しない場合、
   請求項１〜請求項３のいずれかに記載のクレーンの運転
   方法を行うことを特徴とするクレーンの運転方法。
8. 【請求項８】 ジブ先端から垂下されたロープによって
   吊荷を吊り下げ、該吊荷を初期位置から目標位置まで移
   動させて荷役作業を行うクレーンの運転方法において、 前記初期位置と前記目標位置とを結ぶ直線経路を演算
   し、 該直線経路がクレーンの最小旋回円を跨ぐ場合、請求項
   ４〜請求項６のいずれかに記載のクレーンの運転方法を
   行うことを特徴とするクレーンの運転方法。
9. 【請求項９】 ジブ先端から垂下されたロープによって
   吊荷を吊り下げ、該吊荷を初期位置から目標位置まで移
   動させて荷役作業を行うクレーンの運転方法において、 前記初期位置と前記目標位置とを結ぶ直線経路を演算
   し、 該直線経路がクレーンの最小旋回円に干渉しない場合、
   請求項１〜３のいずれかに記載のクレーンの運転方法を
   行い、 前記直線経路が前記最小旋回円を跨ぐ場合、請求項４〜
   ６のいずれかに記載のクレーンの運転方法を行うことを
   特徴とするクレーンの運転方法。
10. 【請求項１０】 ジブ先端から垂下されたロープによっ
    て吊荷を吊り下げ、該吊荷を初期位置から目標位置まで
    移動させて荷役作業を行うクレーンの制御装置におい
    て、 各時刻における実際のロープ長の変化を得るロープ長変
    化取得手段と、 仮想ロープ長を設定しつつ、該仮想ロープ長の長さが変
    化せず、且つ前記吊荷が前記初期位置から前記目標位置
    まで直線移動する条件で前記吊荷が前記目標位置におい
    て静止する場合の前記ロープの振れ角の仮想加速度パタ
    ーンを演算し、前記ロープ長変化取得手段で得た実際の
    ロープ長の変化を考慮して、実際のロープの振れ角の加
    速度パターンが前記仮想加速度パターンに一致するよう
    に、前記ジブ先端の加速度パターンを演算するジブ先端
    加速度パターン演算手段と、 該ジブ先端加速度パターン演算手段に基づいてジブ先端
    を直線移動させる直線運転指示手段と、 を備えていることを特徴とするクレーンの制御装置。
11. 【請求項１１】 ジブ先端から垂下されたロープによっ
    て吊荷を吊り下げ、該吊荷を初期位置から目標位置まで
    移動させて荷役作業を行うクレーンの制御装置におい
    て、 前記初期位置から前記目標位置までを円弧で結んだ曲線
    に沿ってクレーンの旋回動作とジブの起伏動作を制御す
    る円弧運転指示手段を備えていることを特徴とするクレ
    ーンの制御装置。
12. 【請求項１２】 ジブ先端から垂下されたロープによっ
    て吊荷を吊り下げ、該吊荷を初期位置から目標位置まで
    移動させて荷役作業を行うクレーンの制御装置におい
    て、 前記初期位置と前記目標位置とを結ぶ直線を演算してク
    レーンの最小旋回円との位置関係を出力する経路判定手
    段と、 各時刻における実際のロープ長の変化を得るロープ長変
    化取得手段と、 仮想ロープ長を設定しつつ、該仮想ロープ長の長さが変
    化せず、且つ前記吊荷が前記初期位置から前記目標位置
    まで直線移動する条件で前記吊荷が前記目標位置におい
    て静止する場合の前記ロープの振れ角の仮想加速度パタ
    ーンを演算し、前記ロープ長変化取得手段で得た実際の
    ロープ長の変化を考慮して、実際のロープの振れ角の加
    速度パターンが前記仮想加速度パターンに一致するよう
    に、前記ジブ先端の加速度パターンを演算するジブ先端
    加速度パターン演算手段と、 該ジブ先端加速度パターン演算手段に基づいてジブ先端
    を直線移動させる直線運転指示手段と、 前記初期位置から前記目標位置までを円弧で結んだ曲線
    に沿ってクレーンの旋回動作とジブの起伏動作を制御す
    る円弧運転指示手段とを備え、 前記経路判定手段が、前記直線運転指示手段または前記
    円弧運転指示手段のどちらか一方を選択することを特徴
    とするクレーンの制御装置。
13. 【請求項１３】 ジブ先端から垂下されたロープによっ
    て吊荷を吊り下げ、該吊荷を初期位置から目標位置まで
    移動させて荷役作業を行うクレーンにおいて、 請求項１０〜請求項１２のいずれかに記載のクレーンの
    制御装置を備えていることを特徴とするクレーン。