JP2010070338A - ケーブルリールの制御装置、ケーブルリールの制御方法、及び、タイヤ式クレーン - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブルリールによって走行する走行車両と外部との間で、作用する張力を安定させつつケーブルの巻き取り及び巻き出しを行わせることが可能なケーブルリールの制御装置、ケーブルリールの制御方法、及び、タイヤ式クレーンを提供する。
【解決手段】ケーブルリール５の制御装置２０は、モータ５ｂによって発生させるトルクであるモータ発生トルク値とモータ５ｂによって実際にドラムを回転動作させているトルクであるドラム作動トルク値との差分に基づいてケーブルに作用している張力である張力推定値を演算する張力演算手段２１と、張力演算手段２１で演算された張力推定値に基づいて、ケーブルに作用する張力を予め設定された張力設定値とするのにモータ５ｂで発生すべきトルクであるトルク指令値を演算し、出力するモータトルク演算手段２２とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、走行車両に設けられて、外部との接続を行うケーブルの巻き取り、及び、巻き出しを行うケーブルリールを制御するケーブルリールの制御装置、ケーブルリールの制御方法、及び、制御装置を備えたタイヤ式クレーンに関する。

従来から、外部電源からの給電により所定のレーン内を走行するタイヤ式クレーンが知られている。より具体的には、タイヤ式クレーンには、外部電源と接続するための走行給電ケーブルと走行給電ケーブルの巻き取り、巻き出しを行うケーブルリールとが設けられている。そして、タイヤ式クレーンの移動に伴ってケーブルリールにより走行給電ケーブルを巻き取り、または、巻き出すことで、タイヤ式クレーンは、その位置に係らず走行給電ケーブルを介して外部給電から給電して、自走することが可能となっている（例えば、特許文献１参照）。ここで、ケーブルリールは、走行給電ケーブルを巻回するドラムと、ドラムを回転するモータとを備えており、モータによってドラムを回転駆動させることで、その回転方向により走行給電ケーブルを巻き取り、または、巻き出すことが可能となっている。

ところで、上記のような走行給電ケーブルは、タイヤ式クレーンに設けられたケーブルリールと、外部電源との間に配設されており、必要以上の張力が作用してしまうと、外部電源に接続されたコネクタが外れてしまい、または、走行給電ケーブルやケーブルリール自体が損傷を受けてしまうおそれもある。一方、作用する張力が小さい、または、全く張力が作用しない状態であると、走行給電ケーブルは弛んでしまい、タイヤ式クレーンとの接触や混線の原因となってしまう。また、走行給電ケーブルに作用する張力は、モータの出力を一定としてもドラムに巻回されている走行給電ケーブルの巻取半径に比例して変化することとなる。このため、従来ケーブルリールでは、モータ制御装置により、走行給電ケーブルの巻取半径に比例して出力が変化するようにモータを駆動させて、ドラムによって巻き取り、及び、巻き出しを行っていた。
特開２００３−１３７４９３号公報

しかしながら、上記のような制御装置では、単にケーブルの巻取半径に比例するようにモータから出力されるトルクを制御しているにすぎず、ケーブルに作用する張力は、様々な外乱が作用することによって予定する張力から変動してしまう。例えば、上記のようなタイヤ式クレーンなどの走行車両においては、常に一定の速度で走行するわけではなく、安定走行状態においても常に僅かでも速度が変化しており、これにより走行車両と外部とを接続する走行給電ケーブルなどのケーブルでは張力が変動してしまう問題があった。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ケーブルリールによって走行する走行車両と外部との間で、作用する張力を安定させつつケーブルの巻き取り及び巻き出しを行わせることが可能なケーブルリールの制御装置、ケーブルリールの制御方法、及び、タイヤ式クレーンを提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、走行車両に設けられ、外部との接続を行うケーブルを巻回するドラムと、該ドラムを回転駆動させるモータとを有し、前記走行車両の走行に伴って前記ケーブルの巻き取り及び巻き出しを行うケーブルリールを制御するケーブルリールの制御装置であって、前記モータによって発生させるトルクであるモータ発生トルク値と前記モータによって実際にドラムを回転動作させているトルクであるドラム作動トルク値との差分に基づいて前記ケーブルに作用している張力である張力推定値を演算する張力演算手段と、該張力演算手段で演算された前記張力推定値に基づいて、前記ケーブルに作用する張力を予め設定された張力設定値とするのにモータで発生すべきトルクであるトルク指令値を演算し、出力するモータトルク演算手段とを備えることを特徴としている。

また、本発明は、走行車両に設けられ、外部との接続を行うケーブルを巻回するドラムと、該ドラムを回転駆動させるモータとを有し、前記走行車両の走行に伴って前記ケーブルの巻き取り及び巻き出しを行うケーブルリールを制御するケーブルリールの制御方法であって、張力演算手段が前記モータによって発生させるトルクであるモータ発生トルク値と前記モータによって実際にドラムを回転動作させているトルクであるドラム作動トルク値との差分に基づいて前記ケーブルに作用している張力である張力推定値を演算する張力演算ステップと、モータトルク演算手段が、該張力演算ステップで演算された前記張力推定値に基づいて、前記ケーブルに作用する張力を予め設定された張力設定値とするのにモータで発生すべきトルクであるトルク指令値を演算し、出力するモータトルク演算ステップとを備えることを特徴としている。

この構成及び方法によれば、張力演算ステップとして、張力演算手段によって、モータ発生トルク値とドラム作動トルク値との差分に基づいて、張力推定値を演算する。ここで、モータ発生トルク値がモータによって発生させるトルクであるのに対して、ドラム作動トルク値が、モータによって実際にドラムを回動動作させているトルクである。また、実際に作用している張力の反力によってケーブルからドラムにトルクが作用し、これによりモータによってドラムに作用するトルクはロスしてドラムは回転動作を行っている。このため、両者の差分により、ケーブルに作用している張力を表す張力推定値を正確に演算することができる。そして、モータトルク演算ステップとして、モータトルク演算手段によって、演算された張力推定値に基づいて、ケーブルに作用する張力が張力設定値となるようにトルク指令値を演算し出力することで、外乱の影響を控除してケーブルの張力が張力設定値で安定するようにケーブルリールのモータを制御することができる。

また、上記のケーブルリールの制御装置において、前記張力演算手段は、前記ドラムに巻回されている前記ケーブルの巻取半径を取得し、取得した該巻取半径、及び、前記モータ発生トルク値と前記ドラム作動トルク値との差分から、前記張力推定値を演算することがより好ましい。

また、上記のケーブルリールの制御方法において、前記張力演算ステップでは、前記張力演算手段が、前記ドラムに巻回されている前記ケーブルの巻取半径を取得し、取得した該巻取半径、及び、前記モータ発生トルク値と前記ドラム作動トルク値との差分から、前記張力推定値を演算することがより好ましい。

この構成及び方法によれば、張力演算ステップにおいて、張力演算手段により、変動するケーブルの巻取半径を考慮して正確に張力推定値を演算することができる。

また、上記のケーブルリールの制御装置において、前記張力演算手段は、前記ドラムを所定トルクで回転駆動させるために前記モータに入力される入力信号を取得し、該入力信号に基づいて前記モータ発生トルク値を演算するモータ発生トルク演算部と、前記入力信号により前記モータから出力され検出された出力信号を取得し、該出力信号に基づいて前記ドラム作動トルク値を演算するドラム作動トルク演算部と、前記モータ発生トルク値及び前記ドラム作動トルク値に基づいて前記張力推定値を演算する張力演算部とを有することがより好ましい。

また、上記のケーブルリールの制御方法において、前記張力演算ステップでは、前記張力演算手段が、前記ドラムを所定トルクで回転駆動させるために前記モータに入力される入力信号を取得し、該入力信号に基づいて前記モータ発生トルク値を演算するとともに、前記入力信号により前記モータから出力され検出された出力信号を取得し、該出力信号に基づいて前記ドラム作動トルク値を演算し、求められた前記モータ発生トルク値及び前記ドラム作動トルク値に基づいて前記張力推定値を演算することがより好ましい。

この構成及び方法によれば、張力演算ステップにおいて、張力演算手段のモータ発生トルク演算部によってモータに入力される入力信号に基づいてモータ発生トルク値を演算することができる。また、張力演算手段のドラム作動トルク演算部によって、モータから出力され検出された出力信号によってドラム作動トルク値を演算することができる。このため、張力演算手段の張力演算部では、モータ発生トルク演算部及びドラム作動トルク演算部による演算結果から張力推定値を演算することができる。

さらに、上記のケーブルリールの制御装置において、前記張力演算手段の前記ドラム作動トルク演算部は、前記出力信号として前記モータの回転速度を取得し、該回転速度、及び、予め設定されて前記ケーブルリールの前記ドラムを含む回転機構の慣性モーメントを表す回転機構慣性モーメント値に基づいて、前記ドラム作動トルク値を演算することがより好ましい。

さらに、上記のケーブルリールの制御方法において、前記張力演算ステップで、前記張力演算手段は、前記出力信号として前記モータの回転速度を取得し、該回転速度、及び、予め設定しておいた前記ケーブルリールの前記ドラムを含む回転機構の慣性モーメントを表す回転機構慣性モーメント値に基づいて、前記ドラム作動トルク値を演算することがより好ましい。

この構成及び方法によれば、張力演算ステップにおいて、張力演算手段のドラム作動トルク演算部により、予め設定された回転機構慣性モーメント値に基づいて演算することで、ドラムを含む回転機構の慣性モーメントを考慮して正確に張力推定値を演算することができる。

また、上記のケーブルリールの制御装置において、前記張力演算手段の前記張力演算部は、前記ドラムを含む回転機構の回転抵抗によるトルクを表す回転抵抗分トルク値が予め設定されているとともに、前記ドラムによって前記ケーブルを巻き取っている巻取り状態か、巻き出している巻出し状態かを表す巻き情報を取得し、該巻き情報に基づいて、前記モータ発生トルク値と前記ドラム作動トルク値との差分に対して、前記ケーブルを巻き取っている時は前記回転抵抗分トルク値を加算し、また、前記ケーブルを巻き出している時は、前記回転抵抗分トルク値を減算した結果に基づいて、前記張力推定値を演算することがより好ましい。

また、上記のケーブルリールの制御方法において、前記張力演算ステップでは、前記ドラムを含む回転機構の回転抵抗によるトルクを表す回転抵抗分トルク値を予め設定しておいて、前記張力演算手段は、前記ドラムによって前記ケーブルを巻き取っている巻取り状態か、巻き出している巻出し状態かを表す巻き情報を取得し、該巻き情報に基づいて、前記モータ発生トルク値と前記ドラム作動トルク値との差分に対して、前記ケーブルを巻き取っている時は前記回転抵抗分トルク値を加算し、また、前記ケーブルを巻き出している時は、前記回転抵抗分トルク値を減算した結果に基づいて、前記張力推定値を演算することがより好ましい。

この構成及び方法によれば、張力演算ステップにおいて、張力演算手段の張力演算部により、予め設定された回転抵抗分トルク値と取得した巻き情報とに基づき、モータ発生トルク値とドラム作動トルク値との差分に対して回転抵抗分トルク値を加算または減算することで、ドラムを含む回転機構の回転抵抗によるトルクを考慮して、正確に張力推定値を演算することができる。

また、上記のケーブルリールの制御装置において、前記張力演算手段の前記モータ発生トルク演算部は、前記入力信号として前記モータに入力されるトルク指令電流を取得するとともに、前記モータの温度を表わすモータ温度値を取得し、前記トルク指令電流及び前記モータ温度値に基づいて、前記モータ発生トルク値を演算することがより好ましい。

また、上記のケーブルリールの制御方法において、前記張力演算ステップで、前記張力演算手段は、前記入力信号として前記モータに入力されるトルク指令電流を取得するとともに、前記モータの温度を表わすモータ温度値を取得し、前記トルク指令電流及び前記モータ温度値に基づいて、前記モータ発生トルク値を演算することがより好ましい。

この構成及び方法によれば、張力演算ステップにおいて、張力演算手段のモータ発生トルク演算部により、入力信号としてトルク指令電流を取得するとともに、モータ温度値を取得し、これらに基づいて演算することで、モータの温度の影響を考慮して正確にモータ発生トルク値を演算することができる。

また、上記のケーブルリールの制御装置において、前記モータトルク演算手段は、前記ドラムに巻回されている前記ケーブルの巻取半径を取得し、前記張力設定値に該巻取半径を乗算して基準トルク値を演算する基準トルク演算部と、前記巻取半径を取得し、該巻取半径、前記張力推定値、及び、前記張力設定値からトルク補正値を演算するトルク補正値演算部と、前記基準トルク値から前記トルク補正値を控除して前記トルク指令値を求めるトルク指令値演算部とを有することがより好ましい。

また、上記のケーブルリールの制御方法において、前記モータトルク演算ステップでは、前記モータトルク演算手段が、前記ドラムに巻回されている前記ケーブルの巻取半径を取得して前記張力設定値に該巻取半径を乗算して基準トルク値を演算するとともに、前記巻取半径、前記張力推定値、及び、前記張力設定値からトルク補正値を演算し、前記基準トルク値から前記トルク補正値を控除して前記トルク指令値を求めることがより好ましい。

この構成及び方法によれば、モータトルク演算ステップにおいて、モータトルク演算手段の基準トルク演算部によって、張力設定値に、取得した巻取半径を乗算することで、基準トルク値として、現在の巻取半径に応じて張力設定値となる張力を発生するためにドラムに作用させることが必要なトルクを演算することができる。また、モータトルク演算手段のトルク補正値演算部によって、巻取半径、張力推定値、及び、張力設定値から、予定されるケーブルの張力である張力設定値と、現在の実際の張力として演算された張力推定値との差異に基づくトルク補正値を、現在の巻取半径を考慮して求めることができる。そして、モータトルク演算手段のトルク指令値演算部により、基準トルク値からトルク補正値を控除して求めることで、外乱の影響を考慮して、ケーブルの張力を張力設定値とするようにケーブルリールのモータを駆動させるトルク指令値を正確に求めることができる。

また、本発明のタイヤ式クレーンは、上記のケーブルリールの制御装置と、該制御装置によって前記モータが制御されるケーブルリールと、前記制御装置及び前記ケーブルリールが設けられ、タイヤによる走行手段によって走行可能なクレーン本体とを備えることを特徴としている。

この構成によれば、制御装置による制御のもと、タイヤによる走行手段によって走行するクレーン本体に対して外部と接続されたケーブルを、張力が張力設定値となるように安定させた状態で、ケーブルリールにより巻き取り、また、巻き出すことができる。

本発明のケーブルリールの制御装置では、張力演算手段とモータトルク演算手段とを備えることで、ケーブルリールによって走行する走行車両と外部との間で、作用する張力を安定させつつ、ケーブルの巻き取り及び巻き出しを行わせることができる。
また、本発明のケーブルリールの制御方法では、張力演算ステップとモータトルク演算ステップとを行うことで、ケーブルリールによって走行する走行車両と外部との間で、作用する張力を安定させつつ、ケーブルの巻き取り及び巻き出しを行うことができる。
本発明のタイヤ式クレーンでは、上記制御装置を備えることで、ケーブルが引っ張られて外部との接続が外れたり、弛んでクレーン本体との接触や混線等が発生してしまうことなく、ケーブルにより外部と接続された状態で好適にクレーン本体を走行させることができる。

以下、本発明に係るタイヤ式クレーンの実施形態を、図１〜図６を参照して説明する。図１は、本発明に係るタイヤ式クレーン（Ｒｕｂｂｅｒ Ｔｉｒｅｄ Ｇａｎｔｒｙ Ｃｒａｎｅ）の全体図である。

図１に示すように、本実施形態のタイヤ式クレーン１は、コンテナヤードＹ内の路面Ｒ上に設置された走行レーンＬに外部電源２が設けられていて、該外部電源２からの給電を受けて、走行車両としてタイヤ６ａによる走行手段６によって走行レーンＬ上を自走しつつ、コンテナＣの積み下ろしを行うものである。より具体的には、タイヤ式クレーン１は、タイヤ６ａにより路面Ｒ上を走行するクレーン本体３と、該クレーン本体３から延び外部電源２に接続されるケーブルである走行給電ケーブル４と、クレーン本体３に設けられて走行給電ケーブル４の巻き取り及び巻き出しを行うケーブルリール５と、ケーブルリール５を制御する制御装置２０（図２参照）とを備える。

クレーン本体３は、タイヤ式の上記走行手段６と、互いに略平行に立設されて走行手段６によりそれぞれ走行可能な一対の脚部７と、該脚部７間に上部で架設された梁部８と、該梁部８に吊設された吊下機構９とを備えている。図１及び図２に示すように、走行手段６は、脚部７に垂直軸を中心として回転自在に支持されたタイヤ６ａと、タイヤ６ａの方向を変更させる方向調整機構（不図示）と、タイヤ６ａを駆動させる車輪駆動モータ（不図示）と、これら方向調整機構及び車輪駆動モータを制御する走行手段制御部６ｂとを備える。走行手段６の走行手段制御部６ｂでは、各走行レーンＬに沿って配設された地上ガイドラインＧとのズレ量を検出するＲＴＧ蛇行量検出センサ（不図示）からの検出信号に基づき、方向調整機構に対して走行車輪の方向を切り替えさせ、該地上ガイドラインＧに沿うように、車輪駆動モータに対してタイヤ６ａを、走行レーンＬに沿うレーン内走行方向Ｌ１に横走行させる制御を行う。また、クレーン本体３には、位置センサ１０が設けられ、レーン内走行方向Ｌ１のクレーン本体３の位置が検出され、走行手段制御部６ｂに入力されている。そして、走行手段制御部６ｂは、クレーン本体３のレーン内走行方向Ｌ１の位置を表す位置データＤｌ、及び、クレーン本体３の走行方向を表す走行データＤｄを制御装置２０に出力している。

また、図１に示すように、一対の脚部７は、梁部８及び吊下機構９を支持している。梁部８は、吊下機構９を吊り下げるように支持している。そして、梁部８には、該梁部８の長手方向に沿って吊下機構９が走行可能なように、ガイドレール８ａが設けられている。吊下機構９は、図示しない給電部より受電することにより、コンテナＣを積み降ろしするように作動する。より具体的に、吊下機構９は、梁部８のガイドレール８ａに沿って走行可能トロリ９ａと、コンテナＣを把持するスプレッダー９ｂと、トロリ９ａからスプレッダー９ｂを吊り下げている吊下ロープ９ｃと、該吊下ロープ９ｃの巻上げ及び巻出しを行う巻上機９ｄと、トロリ９ａ、スプレッダー９ｂ及び巻上機９ｄの作動を制御する吊下機構制御部（図示せず）とを備えている。

また、走行給電ケーブル４は、先端に受電側コネクタ４ａが設けられて、外部電源２の給電側コネクタ２ａと接続されており、これにより外部電源２からの給電を行うことが可能となっている。図１及び図２に示すように、走行給電ケーブル４を収容するケーブルリール５は、一方の脚部７の外側面に設けられている。ケーブルリール５は、略水平な軸心を有して回転可能で走行給電ケーブル４が巻回されたドラム５ａと、出力軸が減速機（図示せず）を介してドラム５ａに接続され、該ドラム５ａを回転させるモータ５ｂとを有している。モータ５ｂは、インバータ５ｃを介して制御装置２０と接続されており、これにより制御装置２０から出力されたトルク指令値Ｃｔをトルク指令電流Ｉｔに変換して、モータ５ｂに出力することが可能となっている。そして、制御装置２０による制御のもと、モータ５ｂを駆動させてドラム５ａに所定のトルクを作用させることにより、クレーン本体３の走行に伴って、走行給電ケーブル４をドラム５ａに巻き取り、または、巻き出すことが可能となっている。なお、モータ５ｂに入力されているトルク指令電流Ｉｔは、制御装置２０にも入力されている。また、モータ５ｂには、モータ５ｂの出力軸の回転速度ωｍを検出するエンコーダ５ｄと、モータ５ｂ内部の温度を検出する温度センサ５ｅが設けられている。そして、エンコーダ５ｄから出力されてモータ５ｂの回転速度ωｍを表すＰＧ信号と、モータ５ｂ内部の温度を表すモータ温度値Ｍｔは、制御装置２０に入力されている。ドラム５ａには、巻回されている走行給電ケーブル４の外径である巻取半径Ｒｃを検出する巻取半径検出センサ５ｆが設けられており、これにより検出された巻取半径Ｒｃは、制御装置２０に入力されている。

次に、制御装置２０の詳細について説明する。図３に示すように、制御装置２０は、走行給電ケーブル４に作用している張力を表す張力推定値Ｆｅを演算する張力演算手段２１と、張力演算手段２１で演算された張力推定値Ｆｅに基づいて、走行給電ケーブル４に作用する張力を予め設定された張力設定値Ｆｆとするのにモータ５ｂで発生すべきトルクであるトルク指令値Ｃｔを演算し、インバータ５ｃを介してモータ５ｂに出力するモータトルク演算手段２２とを備える。張力演算手段２１は、モータ５ｂに入力される入力信号を取得し、入力信号によってモータ５ｂに発生させることになるトルクであるモータ発生トルク値Ｔｍｅを演算するモータ発生トルク演算部２５と、モータ５ｂから出力された出力信号を取得し、モータ５ｂの出力によって実際にドラム５ａを回転動作させているトルクであるドラム作動トルク値Ｔｔを演算するドラム作動トルク演算部２６と、モータ発生トルク値Ｔｍｅ及びドラム作動トルク値Ｔｔに基づいて張力推定値Ｆｅを演算する張力演算部２７とを有する。

モータ発生トルク演算部２５には、上記入力信号として、モータ５ｂに入力されるトルク指令電流Ｉｔが入力されていている。また、モータ発生トルク演算部２５には、モータ５ｂの温度センサ５ｅからモータ温度値Ｍｔが入力されている。そして、モータ発生トルク演算部２５は、図示しないメモリに記憶され、モータ５ｂの温度とモータ５ｂの入出力との関係を表すテーブルを参照して、取得したトルク指令電流Ｉｔとモータ温度値Ｍｔとに基づいて、当該トルク指令電流Ｉｔによってモータ５ｂから出力されることになるトルクであるモータ発生トルク値Ｔｍｅを演算することが可能となっている。

また、ドラム作動トルク演算部２６には、上記出力信号として、エンコーダ５ｄからのＰＧ信号（回転速度ωｍ）が入力されている。また、図示しないメモリには、ケーブルリール５のドラム５ａを含む回転機構の慣性モーメントを表す回転機構慣性モーメント値Ｊが記憶されている。そして、ドラム作動トルク演算部２６は、図示しないメモリを参照して、入力されたＰＧ信号から得られるモータ５ｂの回転速度ωｍと回転機構慣性モーメント値Ｊとの積を微分することで、モータ５ｂの出力によって実際にドラム５ａを回転動作させているトルクであるドラム作動トルク値Ｔｔを求めている。なお、図３において、ドラム作動トルク演算部２６を示すブロック内の符号Ｓは、ラプラス変換子を表している。

また、張力演算部２７は、モータ発生トルク演算部２５で演算されたモータ発生トルク値Ｔｍｅと、ドラム作動トルク演算部２６で演算されたドラム作動トルク値Ｔｔとの差分を求める第一の減算器２７ａと、第一の減算器２７ａの演算結果と予め設定されている回転抵抗分トルク値Ｔｒとの差分を求める第二の減算器２７ｂと、第二の減算器２７ｂでの減算結果にモータ５ｂの減速機構の減速比を乗ずる乗算器２７ｃと、乗算器２７ｃの演算結果を巻取半径検出センサ５ｆから入力された巻取半径Ｒｃで除する除算器２７ｄとを有する。第一の減算器２７ａでは、モータ５ｂで発生させるべきトルクと、結果としてモータ５ｂによって作動したドラム５ａに作用しているトルクとの差分を求めており、これにより外乱によるロス分を表す外乱トルク推定値Ｔｄｅを演算している。また、回転抵抗分トルク値Ｔｒは、ドラム５ａ及び減速機を含む回転機構の回転抵抗によるトルクのロス分を表しており、図示しないメモリに記憶されている。

また、第二の減算器２７ｂでは、外乱トルク推定値Ｔｄｅから回転抵抗分トルク値Ｔｒを控除することにより、走行給電ケーブル４に作用する張力の反力によってドラム５ａに作用するトルクであるケーブル張力分トルク値Ｔｃを演算している。ここで、第二の減算器２７ｂには、切換器２７ｅが接続されているとともに、切換器２７ｅには巻き状態判断部２７ｆが接続されている。巻き状態判断部２７ｆでは、走行手段６の走行手段制御部６ｂから位置データＤｌ及び走行データＤｄが入力されている。そして、巻き状態判断部２７ｆでは、位置データＤｌと走行データＤｄとに基づいて、ケーブルリール５のドラム５ａが走行給電ケーブル４を巻き取っている巻き取り状態か、巻き出している巻き出し状態かを判断し、これを巻き情報Ｄｒとして切換器２７ｅに出力している。より具体的には、巻き状態判断部２７ｆでは、位置データＤｌに基づいてクレーン本体３が走行レーンＬにおいて、レーン内走行方向Ｌ１に沿って外部電源２と正対する位置を原点としていずれの側に位置するかを判断している。そして、巻き情報判断部２７ｆは、当該判断結果と、走行データＤｄから得られる走行方向から、クレーン本体３が外部電源２に近づく方向に移動していると判断する場合には、走行給電ケーブル４をケーブルリール５で巻き取る巻き取り状態と判断し、遠ざかる方向に移動していると判断する場合には、走行給電ケーブル４をケーブルリール５から巻き出す巻き出し状態と判断している。

そして、切換器２７ｅでは、巻き情報Ｄｒに基づいて、巻き取り時には、図示しないメモリを参照して取得した回転抵抗分トルク値Ｔｒをそのまま第二の減算器２７ｂに入力し、これにより第二の減算器２７ｂでは、外乱トルク推定値Ｔｄｅから回転抵抗分トルク値Ｔｒを減じてケーブル張力分トルク値Ｔｃとして出力することとなる。一方、巻き出し時には、切換器２７ｅでは、回路の切換えを行って、回転抵抗分トルク値Ｔｒに＜−１＞を乗じさせて、第二の減算器２７ｂに入力し、これにより第二の減算器２７ｂでは、外乱トルク推定値Ｔｄｅに回転抵抗分トルク値Ｔｒを加えてケーブル張力分トルク値Ｔｃとして出力することとなる。そして、張力演算手段２７では、第二の減算器２７ｂによって演算されたケーブル張力分トルク値Ｔｃに乗算器２７ｃで減速比を乗算した結果を、除算器２７ｄにおいて巻取半径Ｒｃで除する。これにより現在の巻取半径Ｒｃにおいてケーブル張力分トルク値Ｔｃと対応して走行給電ケーブル４に作用する張力を表す張力推定値Ｆｅが演算され、出力されている。

また、張力推定値Ｆｅからトルク指令値Ｃｔを演算するモータトルク演算手段２２は、張力設定値Ｆｆに対応してモータ５ｂとして発生させるべきトルクの基準となる基準トルク値Ｔｓを演算する基準トルク演算部３０と、張力推定値Ｆｅに基づいて基準トルク値Ｔｓの補正すべき量を表すトルク補正値ΔＴを演算するトルク補正値演算部３１と、基準トルク値Ｔｓからトルク補正値ΔＴを控除してトルク指令値Ｃｔを求めるトルク指令値演算部３２とを有する。張力設定値Ｆｆは、図示しないメモリに記憶されており、張力が大きくなって走行給電ケーブル４が損傷し、若しくは、走行給電ケーブル４の外部電源２との接続がはずれてしまうことがなく、また、張力が小さくなって弛みが生じてしまわない大きさに設定されている。そして、基準トルク演算部３０では、図示しないメモリから張力設定値Ｆｆを参照するとともに、入力される巻取半径Ｒｃを取得し、両者を乗ずることによって基準トルク値Ｔｓを求めている。

また、トルク補正値演算部３１は、メモリから参照した張力設定値Ｆｆと張力演算手段２１で演算された張力推定値Ｆｅとの差分を求める減算器３１ａと、減算器３１ａによる演算結果に、取得した巻取半径Ｒｃを乗じる第一の乗算器３１ｂと、第一の乗算器３１ｂによる演算結果に比例ゲインを乗じてトルク補正値ΔＴとして出力する第二の乗算器３１ｃとを有する。減算器３１ａでは、張力設定値Ｆｆと張力推定値Ｆｅとの差分を求めることにより、予定されている走行給電ケーブル４の張力と、モータ５ｂを駆動させて実際に作用したと推定される張力との誤差が求められる。そして、第一の乗算器３１ｂでは、現在の巻取半径Ｒｃで当該誤差分の張力によって生じるトルクを求め、これに第二の乗算器３１ｃで比例ゲインを乗じた値をトルク補正値ΔＴとしている。そして、トルク指令値演算部３２では、基準トルク値Ｔｓからトルク補正値ΔＴを減じて、トルク指令値Ｃｔを求めてモータ５ｂに出力している。

以上のような構成によって、タイヤ式クレーン１の走行に伴って、ケーブルリール５によって所定の張力を与えつつ走行給電ケーブル４の巻き取り、及び、巻き出しを行う際の制御装置２０の制御手順の詳細について図３に基づいて説明する。図３に示すように、タイヤ式クレーン１の走行に伴ってケーブルリール５のモータ５ｂが駆動すると、モータ５ｂからは張力設定値Ｆｆと対応した所定のモータ発生トルクＴｍが出力される。そして、走行給電ケーブル４を巻回するドラム５ａには、モータ５ｂからのモータ発生トルクＴｍからロス分となる外乱トルクＴｄｔが控除されたトルクが作用することとなる。このため、ドラム５ａは、作用するトルクと、ドラム５ａを含む回転機構全体の慣性モーメントとに応じた回転速度ωｍで回転し、走行給電ケーブル４に張力を作用させながら、巻き取り、または、巻き出しを行うこととなる。

なお、外乱トルクＴｄｔとは、モータ５ｂの出力軸よりもドラム５ａ側で、さらに、走行給電ケーブル４側から、それぞれドラム５ａに作用するトルクを合成したものを意味している。前者のトルクとしては、ドラム５ａやモータ５ｂの減速機などを含むモータ５ｂの出力軸よりドラム５ａ側の回転機構全体の回転抵抗によるトルクがある。また、後者としては、走行給電ケーブル４に作用する張力の反力によるトルクがある。走行給電ケーブル４の張力は、ドラム５ａに作用しているトルク、ドラム５ａにおける走行給電ケーブル４の巻取半径の変化によって変動するのみならず、タイヤ式クレーン１が外部電源２に対していずれの方向に走行しているか、また、定速走行中なのか、若しくは加減速中なのかなどによっても変動する。

そして、上記のとおりモータ５ｂを駆動して走行給電ケーブル４の巻き取りまたは巻き出しを行う際に、制御装置２０の張力演算手段２１において、ドラム作動トルク演算部２６にはエンコーダ５ｄから回転速度ωｍが順次入力され、さらに、モータ発生トルク演算部２５にはインバータ５ｃからトルク指令電流Ｉｔが、また、温度センサ５ｅからモータ温度値Ｍｔが順次入力されている。そして、制御装置２０は、まず、張力演算ステップとして、張力演算手段２１によって現在走行給電ケーブル４に作用している張力である張力推定値Ｆｅを演算する。すなわち、モータ発生トルク演算部２５では、入力されたトルク指令電流Ｉｔから、図示しないメモリに記憶されているテーブルを参照してモータ発生トルク値Ｔｍを演算する。この際、モータ温度値Ｍｔを参照し、モータ発生トルク値Ｔｍｅを決定している。モータ５ｂの出力トルクは、入力のトルク指令電流Ｉｔに対して温度が高いと大きくなり、また、温度が低くなると小さくなるが、モータ温度値Ｍｔを参照することで、温度の影響を考慮して入力信号であるトルク指令電流Ｉｔに対して正確にモータ５ｂの出力であるモータ発生トルク値Ｔｍを演算することができる。また、ドラム作動トルク演算部２６では、入力されたモータ５ｂの出力信号である回転速度ωｍから、ドラム５ａを回転動作させているトルクであるドラム作動トルク値Ｔｔを演算する。この際予め設定された回転機構慣性モーメント値Ｊを用いることで、ドラム５ａを含む回転機構の慣性モーメントを考慮して正確にドラム作動トルク値Ｔｔを求めることができる。

次に、第一の減算器２７ａで、モータ発生トルク値Ｔｍｅからドラム作動トルク値Ｔｔを減じることで、モータ５ｂによってドラム５ａに入力したトルクと、実際のドラム５ａが回転動作したトルクの差、すなわち、外乱によるロス分となる外乱トルク推定値Ｔｄｅを求めることができる。次に、第二の減算器２７ｂで、図示しないメモリから回転抵抗分トルク値Ｔｒを参照して、演算された外乱トルク推定値Ｔｄｅに対して回転抵抗分トルク値Ｔｒを加算または減算してケーブル張力分トルク値Ｔｃを求める。ここで、切換器２７ｅ及び巻き情報判断部２７ｆにより、ケーブルリール５で走行給電ケーブル４を巻き取っている時には、回転抵抗分トルク値Ｔｒを加算することとなり、これにより外乱トルクにおいて、ドラム５ａの回転抵抗によるトルクの影響を控除して、走行給電ケーブル４に作用する張力の反力によるトルクを正確に求めることができる。また、切換器２７ｅ及び巻き情報判断部２７ｆにより、ケーブルリール５で走行給電ケーブル４を巻き出している時には、回転抵抗分トルク値Ｔｒを減算することとなり、これにより外乱トルクにおいて、ドラム５ａの回転抵抗によるトルクの影響を控除して、走行給電ケーブル４に作用する張力の反力によるトルクを正確に求めることができる。そして、求めたケーブル張力分トルクＴｃに対して、乗算器２７ｃが減速比を乗じ、さらに除算器２７ｄが、その演算結果を巻取半径検出センサ５ｆから取得した巻取半径Ｒｃで除することにより、モータ５ｂの減速比、並びに、変動する巻取半径Ｒｃを考慮して、現在走行給電ケーブル４に作用している張力を表す張力推定値Ｆｅを正確に演算することができる。

次に、制御装置２０は、モータトルク演算ステップとして、モータトルク演算手段２２によって張力演算ステップで演算された張力推定値Ｆｅに基づいて、走行給電ケーブル４に作用する張力を予め設定された張力設定値Ｆｆとするのにモータ５ｂで発生すべきトルクであるトルク指令値Ｃｔを演算し、出力する。まず、基準トルク演算部３０は、図示しないメモリに記憶された張力設定値Ｆｆを参照するとともに、巻取半径検出センサ５ｆから巻取半径Ｒｃを取得し、これらから基準トルク値Ｔｓを求める。次に、トルク補正値演算部３１は、張力演算手段２１で演算された張力推定値Ｆｅからトルク補正値ΔＴを求める。すなわち、まず、減算器３１ａで張力設定値Ｆｆと張力推定値Ｆｅとの差分、すなわち予定されている張力と実際に作用している張力との誤差を求める。そして、第一の乗算器３１ｂで当該差分に巻取半径検出センサ５ｆから取得した巻取半径Ｒｃを乗ずることで、現在の巻取半径を考慮してトルク補正値ΔＴを求めることができる。そして、トルク指令値演算部３２で、基準トルク値Ｔｓからトルク補正値ΔＴを控除してトルク指令値Ｃｔとすることで、予定されている張力と実際に作用している張力との誤差を考慮して、走行給電ケーブル４に作用する張力が張力設置値Ｆｆとなるトルクを発生させるようなトルク指令値Ｃｔを出力することができる。

以上のように、本実施形態のケーブルリール５の制御装置２０では、張力演算手段２１とモータトルク演算手段２２とを備えることで、ケーブルリール５によって走行するタイヤ付きクレーン１と外部との間で、外乱の影響を控除して作用する張力を安定させつつ、走行給電ケーブル４の巻き取り及び巻き出しを行わせることができる。特に、本実施形態の制御装置２０では、ケーブルリール５の巻取半径、ドラム５ａを含む回転機構の慣性モーメント及び回転抵抗、ケーブルリール５の巻き状態、並びに、モータ５ｄの温度状態を考慮して張力推定値Ｆｅを演算し、これに基づきトルク指令値Ｃｔを演算することで、より正確に外乱の影響を控除して走行給電ケーブル４に作用する張力の安定を図ることができる。その一方で、制御装置２０では、モータ５ｄの入出力信号、モータ５ｄの温度情報、ケーブルリール５の巻取半径及び巻き情報と最小限の項目を変数として取得し、また、張力設定値Ｆｆ、ドラム５ａを含む回転機構の慣性モーメント及び回転抵抗と、最小限の定数を初期設定するだけで走行給電ケーブル４に作用する張力を演算し、トルク指令値Ｃｔを決定するので、演算負荷を最小限に抑えることができる。

なお、本実施形態では、ケーブルリール５及び制御装置２０をタイヤ式クレーン１に搭載した例として説明しているが、これに限るものではなく、様々な走行車両に適用可能であり、当然にレール上を走行する門型クレーンなどにも適用可能である。しかしながら、上記のように外乱の影響を控除して走行給電ケーブル４の巻き取り及び巻き出しを行わせることができる点で、走行速度の変動や蛇行による張力変動が大きいタイヤ式クレーンにおいて、より有効である。

また、本実施形態では、張力演算手段２１では、モータ５ｂの入力信号として、トルク指令電流Ｉｔを取得し、また、出力信号として回転速度ωｍを取得するものとしたが、これに限るものではない。例えば入力信号としては、インバータ５ｃで変換される前のトルク指令値Ｃｔを取得し、これに基づいてモータ発生トルク値Ｔｍｅを演算するものとしても良い。また、張力演算手段２１では、回転抵抗分トルク値Ｔｒの加減算を第一の減算器２７ａでの演算結果に対して行うものとしたが、これに限るものではなく、モータ発生トルク値Ｔｍｅに対して加算または減算を行い、あるいは、ドラム作動トルク値Ｔｔに対して減算または加算を行うものとしても良い。また、巻き状態判断部２７ｆでは、走行手段制御部６ｂから入力された信号に基づいてケーブルリール５の巻き状態を判断し、これに基づいて回転抵抗分トルク値Ｔｒを加算するか、減算するかの切換えを行うものとしたが、これに限るものではない。すなわち、巻き状態判断部２７ｆでは、外部の各種センサから直接情報を取得して、これに基づいて巻き状態を判断しても良い。あるいは、エンコーダ５ｄから出力される回転速度に基づいて、巻き状態を判断しても良い。また、巻取半径５ｆは、外部の巻取半径検出センサ５ｆから入力により取得されるものとしたが、これに限るものではなく、例えば、エンコーダ５ｄから出力される回転数を積算することで、巻き状態を判断するものとしても良い。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の実施形態のタイヤ式クレーンの全体を示す斜視図である。 本発明の実施形態のタイヤ式クレーンのブロック図である。 本発明の実施形態のタイヤ式クレーンにおいて、制御装置の制御ロジックの詳細を示すブロック図である。

符号の説明

１ タイヤ式クレーン（走行車両）
３ クレーン本体
４ 走行給電ケーブル（ケーブル）
５ ケーブルリール
６ 走行手段
６ａ タイヤ
５ａ ドラム
５ｂ モータ
２０ 制御装置
２１ 張力演算手段
２２ モータトルク演算手段
２５ モータ発生トルク演算部
２６ ドラム作動トルク演算部
２７ 張力演算部
３０ 基準トルク演算部
３１ トルク補正値演算部
３２ トルク指令値演算部

Claims (15)

1. 走行車両に設けられ、外部との接続を行うケーブルを巻回するドラムと、該ドラムを回転駆動させるモータとを有し、前記走行車両の走行に伴って前記ケーブルの巻き取り及び巻き出しを行うケーブルリールを制御するケーブルリールの制御装置であって、
   前記モータによって発生させるトルクであるモータ発生トルク値と前記モータによって実際にドラムを回転動作させているトルクであるドラム作動トルク値との差分に基づいて前記ケーブルに作用している張力である張力推定値を演算する張力演算手段と、
   該張力演算手段で演算された前記張力推定値に基づいて、前記ケーブルに作用する張力を予め設定された張力設定値とするのにモータで発生すべきトルクであるトルク指令値を演算し、出力するモータトルク演算手段とを備えることを特徴とするケーブルリールの制御装置。
2. 請求項１に記載のケーブルリールの制御装置において、
   前記張力演算手段は、前記ドラムに巻回されている前記ケーブルの巻取半径を取得し、取得した該巻取半径、及び、前記モータ発生トルク値と前記ドラム作動トルク値との差分から、前記張力推定値を演算することを特徴とするケーブルリールの制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のケーブルリールの制御装置において、
   前記張力演算手段は、前記ドラムを所定トルクで回転駆動させるために前記モータに入力される入力信号を取得し、該入力信号に基づいて前記モータ発生トルク値を演算するモータ発生トルク演算部と、
   前記入力信号により前記モータから出力され検出された出力信号を取得し、該出力信号に基づいて前記ドラム作動トルク値を演算するドラム作動トルク演算部と、
   前記モータ発生トルク値及び前記ドラム作動トルク値に基づいて前記張力推定値を演算する張力演算部とを有することを特徴とするケーブルリールの制御装置。
4. 請求項３に記載のケーブルリールの制御装置において、
   前記張力演算手段の前記ドラム作動トルク演算部は、前記出力信号として前記モータの回転速度を取得し、該回転速度、及び、予め設定されて前記ケーブルリールの前記ドラムを含む回転機構の慣性モーメントを表す回転機構慣性モーメント値に基づいて、前記ドラム作動トルク値を演算することを特徴とするケーブルリールの制御装置。
5. 請求項３または請求項４に記載のケーブルリールの制御装置において、
   前記張力演算手段の前記張力演算部は、前記ドラムを含む回転機構の回転抵抗によるトルクを表す回転抵抗分トルク値が予め設定されているとともに、前記ドラムによって前記ケーブルを巻き取っている巻取り状態か、巻き出している巻出し状態かを表す巻き情報を取得し、該巻き情報に基づいて、前記モータ発生トルク値と前記ドラム作動トルク値との差分に対して、前記ケーブルを巻き取っている時は前記回転抵抗分トルク値を加算し、また、前記ケーブルを巻き出している時は、前記回転抵抗分トルク値を減算した結果に基づいて、前記張力推定値を演算することを特徴とするケーブルリールの制御装置。
6. 請求項３に記載のケーブルリールの制御装置において、
   前記張力演算手段の前記モータ発生トルク演算部は、前記入力信号として前記モータに入力されるトルク指令電流を取得するとともに、前記モータの温度を表わすモータ温度値を取得し、前記トルク指令電流及び前記モータ温度値に基づいて、前記モータ発生トルク値を演算することを特徴とするケーブルリールの制御装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載のケーブルリールの制御装置において、
   前記モータトルク演算手段は、前記ドラムに巻回されている前記ケーブルの巻取半径を取得し、前記張力設定値に該巻取半径を乗算して基準トルク値を演算する基準トルク演算部と、
   前記巻取半径を取得し、該巻取半径、前記張力推定値、及び、前記張力設定値からトルク補正値を演算するトルク補正値演算部と、
   前記基準トルク値から前記トルク補正値を控除して前記トルク指令値を求めるトルク指令値演算部とを有することを特徴とするケーブルリールの制御装置。
8. 走行車両に設けられ、外部との接続を行うケーブルを巻回するドラムと、該ドラムを回転駆動させるモータとを有し、前記走行車両の走行に伴って前記ケーブルの巻き取り及び巻き出しを行うケーブルリールを制御するケーブルリールの制御方法であって、
   張力演算手段が前記モータによって発生させるトルクであるモータ発生トルク値と前記モータによって実際にドラムを回転動作させているトルクであるドラム作動トルク値との差分に基づいて前記ケーブルに作用している張力である張力推定値を演算する張力演算ステップと、
   モータトルク演算手段が、該張力演算ステップで演算された前記張力推定値に基づいて、前記ケーブルに作用する張力を予め設定された張力設定値とするのにモータで発生すべきトルクであるトルク指令値を演算し、出力するモータトルク演算ステップとを備えることを特徴とするケーブルリールの制御方法。
9. 請求項８に記載のケーブルリールの制御方法において、
   前記張力演算ステップでは、前記張力演算手段が、前記ドラムに巻回されている前記ケーブルの巻取半径を取得し、取得した該巻取半径、及び、前記モータ発生トルク値と前記ドラム作動トルク値との差分から、前記張力推定値を演算することを特徴とするケーブルリールの制御方法。
10. 請求項８または請求項９に記載のケーブルリールの制御方法において、
    前記張力演算ステップでは、前記張力演算手段が、前記ドラムを所定トルクで回転駆動させるために前記モータに入力される入力信号を取得し、該入力信号に基づいて前記モータ発生トルク値を演算するとともに、前記入力信号により前記モータから出力され検出された出力信号を取得し、該出力信号に基づいて前記ドラム作動トルク値を演算し、求められた前記モータ発生トルク値及び前記ドラム作動トルク値に基づいて前記張力推定値を演算することを特徴とするケーブルリールの制御方法。
11. 請求項１０に記載のケーブルリールの制御方法において、
    前記張力演算ステップで、前記張力演算手段は、前記出力信号として前記モータの回転速度を取得し、該回転速度、及び、予め設定しておいた前記ケーブルリールの前記ドラムを含む回転機構の慣性モーメントを表す回転機構慣性モーメント値に基づいて、前記ドラム作動トルク値を演算することを特徴とするケーブルリールの制御方法。
12. 請求項１０または請求項１１に記載のケーブルリールの制御方法において、
    前記張力演算ステップでは、前記ドラムを含む回転機構の回転抵抗によるトルクを表す回転抵抗分トルク値を予め設定しておいて、前記張力演算手段は、前記ドラムによって前記ケーブルを巻き取っている巻取り状態か、巻き出している巻出し状態かを表す巻き情報を取得し、該巻き情報に基づいて、前記モータ発生トルク値と前記ドラム作動トルク値との差分に対して、前記ケーブルを巻き取っている時は前記回転抵抗分トルク値を加算し、また、前記ケーブルを巻き出している時は、前記回転抵抗分トルク値を減算した結果に基づいて、前記張力推定値を演算することを特徴とするケーブルリールの制御方法。
13. 請求項１２に記載のケーブルリールの制御方法において、
    前記張力演算ステップで、前記張力演算手段は、前記入力信号として前記モータに入力されるトルク指令電流を取得するとともに、前記モータの温度を表わすモータ温度値を取得し、前記トルク指令電流及び前記モータ温度値に基づいて、前記モータ発生トルク値を演算することを特徴とするケーブルリールの制御方法。
14. 請求項８から請求項１３のいずれかに記載のケーブルリールの制御方法において、
    前記モータトルク演算ステップでは、前記モータトルク演算手段が、前記ドラムに巻回されている前記ケーブルの巻取半径を取得して前記張力設定値に該巻取半径を乗算して基準トルク値を演算するとともに、前記巻取半径、前記張力推定値、及び、前記張力設定値からトルク補正値を演算し、前記基準トルク値から前記トルク補正値を控除して前記トルク指令値を求めることを特徴とするケーブルリールの制御方法。
15. 請求項１から請求項７のいずれかに記載のケーブルリールの制御装置と、
    該制御装置によって前記モータが制御されるケーブルリールと、
    前記制御装置及び前記ケーブルリールが設けられ、タイヤによる走行手段によって走行可能なクレーン本体とを備えることを特徴とするタイヤ式クレーン。

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