JP2014189389A - クレーンとその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】振れ角検出装置を用いずに、しかもトロリの移動状態に関わらず、吊具の振れ角を算出することができ、且つ、ワイヤによるノイズの影響を低減し、振れ角をより正確に算出することができるクレーンとその制御方法を提供する。
【解決手段】桁６の陸端側に設けられた陸端側滑車Ｐ１及びＰ３と、桁６の海端側に設けられた海端側滑車Ｐ２及びＰ４と、にロードセルを設けて構成し、鉛直方向に対するクラブバケット８の振れ角θに応じたトロリ７の目標加速度α’を算出し、トロリ７の加速度αが算出された目標加速度α’になるようにトロリ７を移動させて、鉛直方向に対するクラブバケット８の振れを制御する制御装置１１が、陸端側滑車Ｐ１及びＰ３が検知する陸端側張力Ｆ１と、海端側滑車Ｐ２及びＰ４が検知する海端側張力Ｆ２との張力差ΔＦから、振れ角θを算出する振れ角算出手段Ｍ１を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、桁上を移動するトロリから昇降可能に吊り下げられた吊具の鉛直方向に対する振れ角を算出し、その振れ角に応じてトロリの移動速度を調節するクレーンとその制御方法に関する。

港湾や内陸地等のコンテナターミナルでは、岸壁クレーンや門型クレーンによって、船舶、鉄道及びトレーラ間のコンテナの荷役を行っている。岸壁クレーンや門型クレーンは、荷役する際に目的の位置にトロリを移動させ、吊具を昇降させている。

トロリの移動開始時（停止状態のトロリが一定の移動速度になるまで）、あるいはトロリの停止時（一定の移動速度から停止するまで）に、トロリには加速度が発生する。これにより、吊具と吊具に吊られている運搬物がトロリの移動に追従できずに、吊具と運搬物は遅れて移動し、吊具と運搬物の鉛直方向に対する振れが発生する。この振れが生じると、振れが収まるまで荷役作業ができないため、荷役効率が減少してしまう。

この吊具の振れは、運搬物を吊具により吊り下げた状態で移動するクレーン、例えば、岸壁クレーン、門型のヤードクレーン、ゴライアスクレーン、ジブクレーン、タワークレーン、アンローダ、及び天井クレーンなどに発生する。そのため、そのようなクレーンでは吊具の振れを制御することが荷役効率の向上に繋がることから、吊具の振れを早期に止めることが課題となっている。

吊具の振れを迅速に止めるためには、吊具の鉛直方向に対する振れ角を検出する必要があり、トロリや吊具に振れ角を検出可能な振れ角検出装置を備えたものが提案されている。しかし、トロリの移動を機械室に設けたドラムから繰り出される、及び巻き上げられるワイヤを介して桁上の移動を行うトロリを搭載したロープトロリ式クレーンは、その機構上、トロリに給電する必要がないため、トロリや吊具自体に振れ角検出装置などの装置を搭載する際には電源の問題が生じる。

そこで、振れ角検出装置を使用せずに、ロープを巻き上げる巻上ドラムを駆動しているモータを制御する横行インバータの出力から、モータの出力トルクを取得して、振れ角を算出する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この装置は、ロープに鉛直方向の振れ角が生じたときに発生する運搬物の加速力を横行インバータから取得できる出力トルクを用いて算出することにより、振れ角検出装置を必要としない振れ止め制御を可能とした。

しかし、吊具の振れを止めるためには、吊具の鉛直方向に対する振れ角を正確に検出することが重要な要因となる。特許文献１に記載の装置は、横行インバータから取得できるモータの出力トルクを用いているが、吊具と巻上ドラムとの間に介在するロープがノイズの原因となるため、正確な振れ角を算出できない。

また、特許文献１に記載の装置では、モータを駆動していないときは、横行インバータから出力トルクを検出することができないため、例えば、トロリの停止中に発生した吊具の鉛直方向に対する振れ角を算出することができなかった。

特開２００７−１４５５１９号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、振れ角検出装置を用いずに、トロリの移動状態に関わらず吊具の振れ角を算出することができ、且つ、ワイヤによるノイズの影響を低減し、より正確な振れ角を算出することができるクレーンとその制御方法を提供することである。

上記の目的を解決するための本発明のクレーンは、個別に駆動する複数のドラムのそれぞれから繰り出される、及び巻き上げられるワイヤと、該ワイヤを支える滑車と、前記ワイヤにより桁上を走行するトロリから昇降可能に吊り下げられた吊具と、を備えると共に、鉛直方向に対する前記吊具の振れ角に応じた前記トロリの目標加速度を算出し、前記トロリの加速度が算出された該目標加速度になるように前記トロリを移動させて、鉛直方向に対する前記吊具の振れを制御する制御装置を備えるクレーンにおいて、前記滑車のうち、前記桁の一端側に設けられた一端側滑車と、前記桁の他端側に設けられた他端側滑車と、が荷重変換機能を有して構成され、前記制御装置が、前記一端側滑車が検知する前記ワイヤの一端側張力と、前記他端側滑車が検知する前記ワイヤの他端側張力との張力差から、前記振れ角を算出する振れ角算出手段を備えることを特徴とする。

この構成によれば、一端側滑車と他端側滑車とに荷重変換機能を持たせて構成することで、より吊具の近くで、吊具が鉛直方向に振れたときに発生するワイヤの張力を検知し、一端側で発生した張力と他端側で発生した張力の張力差から振れ角を算出する。よって、ノイズの原因となるワイヤの距離が短くなり、ワイヤによるノイズの影響を低減し、より正確な振れ角を算出することができる。

また、一端側滑車と他端側滑車とに荷重変換機能を持たせる構成としては、例えば、一端側滑車と他端側滑車の軸を支持する支持部材などにロードセルなどの荷重変換器を設ける構成がある。ロードセルなどの荷重変換器により張力を検知することで、トロリの移動が停止している状態、又は吊具の昇降が停止している状態（ドラムを駆動するモータが停止している場合）でも、吊具の鉛直方向に対する振れを検知することができる。

これにより、トロリの移動時だけではなく、トロリの停止中にも、吊具の振れ角を正確に算出することにより、吊具の振れが発生した場合に、吊具の振れを精度よく制御することが可能となるので、吊具の振れが収まるまで待機することが無くなり、荷役効率を向上することができる。

特に、この構成は、機械室に設けたドラムから繰り出される、及び巻き上げられるワイヤを介して桁上の移動を行うロープトロリを搭載したロープトロリ式クレーンに好適である。ロープトロリは、その機構上、給電する必要がないため、ロープトロリ自体に振れ角検出装置などの装置を搭載するためには電源の問題があり、搭載が困難である。そこで、そのロープトロリ式クレーンに上記の構成を適用すれば、振れ角検出装置などを搭載が困難なクレーンであっても、吊具の鉛直方向に対する振れを正確に算出し、その振れを精度よく制御することができる。

なお、ここでいうクレーンとは、運搬物を吊具により吊り下げた状態で移動するクレーンのことをいい、ロープトロリ式クレーンに限らず、例えば、ゴライアスクレーン、ジブクレーン、タワークレーン、アンローダ、及び天井クレーンなどである。

また、上記のクレーンにおいて、前記制御装置が、前記振れ角算出手段で算出された前記振れ角と、前記トロリの加速度がゼロとなる目標位置とから、前記振れ角が前記目標位置で目標振れ角となる前記目標加速度を算出する目標加速度算出手段と、前記トロリの加速度が前記目標加速度算出手段で算出された前記目標加速度になるように前記トロリを前記目標位置に移動させ、前記目標位置で前記振れ角を前記目標振れ角に調節する振れ角調節手段と、を備えることを特徴とすると、トロリの移動状態、あるいは移動先（目標位置）に合わせて、吊具の振れを精度よく制御することができるので、荷役効率を向上することができる。

上記の構成で、目標位置がトロリの停止する位置、又はトロリの速度が予め定めた一定速度に到達する位置の場合に、目標振れ角をゼロに設定すると、トロリが停止したときに発生する、又は運搬物を吊具に吊り下げてからトロリが移動する際に発生する吊具の振れを止めることができる。これにより、荷役作業中に吊具の振れが止まるまで待機する時間を低減して、荷役効率を向上することができる。

加えて、上記のクレーンにおいて、前記目標加速度算出手段が、前記目標位置が前記トロリの停止する位置の場合に、前記目標振れ角がゼロより大きい角度なる前記目標加速度を算出する手段であると共に、前記振れ角調節手段が、前記トロリの停止する位置よりも前記トロリの移動方向前方に前記吊具を位置させる手段であることを特徴とすると、運搬物を吊具に吊り下げたトロリが停止した際に発生する吊具の振れを利用して、吊具を予め設定した位置に動かして、荷役作業を行うことができる。

例えば、吊具としてクラブバケットを設けたクレーンにおいて、トロリが停止した際に、クラブバケットをホッパー上に位置するようにクラブバケットの振れを制御すると、ホッパーよりも手前にトロリを停止させて、振れによってクラブバケットをホッパー上に位置させるので、荷役効率を向上することができる。

また、上記の目的を解決するための本発明のクレーンの制御方法は、鉛直方向に対する吊具の振れ角に応じたトロリの目標加速度を算出し、前記トロリの加速度が算出された前記目標加速度になるように前記トロリを移動させて、鉛直方向に対する吊具の振れを制御するクレーンの制御方法において、前記トロリが走行する桁の一端側で検知される吊具を支持するワイヤの一端側張力と、前記桁の他端側で検知される吊具を支持するワイヤの他端側張力との張力差から、前記振れ角を算出することを特徴とする方法である。

この方法によれば、振れ角検出装置を用いずに、トロリの移動状態に関わらず吊具の振れ角を算出することができ、且つ、ワイヤによるノイズの影響を低減し、振れ角をより正確に算出することができる。

加えて、上記のクレーンの制御方法において、算出された前記振れ角と前記トロリの加速度がゼロとなる目標位置から、前記振れ角が前記目標位置で目標振れ角となるように、前記目標加速度を算出し、前記トロリの加速度が算出された前記目標加速度になるように前記トロリを前記目標位置に移動させ、前記目標位置で前記吊具の振れ角を前記目標振れ角に調節することを特徴とすると、吊具の振れが発生した場合に、吊具の振れを精度よく制御することが可能となるので、吊具の振れが収まるまで荷役作業を待機する時間が短くなり、荷役効率を向上することができる。

さらに、前記目標位置が前記トロリの停止する位置の場合に、前記目標振れ角がゼロより大きい角度なる前記目標加速度を算出し、前記トロリの停止する位置よりも前記トロリの移動方向前方に前記吊具を位置させることを特徴とすると、トロリを停止する際に発生
する吊具の振れを利用して、荷役作業を行うことが可能となるため、さらに荷役効率を向上することができる。

本発明によれば、トロリが移動する桁の一端側の張力と他端側の張力を検知し、吊具が鉛直方向に振れたときに発生する張力差を算出し、その張力差から振れ角を算出するので、振れ角検出装置を用いずに、トロリの移動状態に関わらず吊具の振れ角を算出することができ、且つ、ワイヤによるノイズの影響を低減し、振れ角をより正確に算出することができる。これにより、吊具の振れが発生した場合に、吊具の振れを精度よく制御することが可能となるので、吊具の振れが収まるまで荷役作業を待機する時間が短くなり、荷役効率を向上することができる。

本発明に係る実施の形態のクレーンを示す側面図である。 図１に示すトロリと吊具を駆動させる機構を示す斜視図である。 図２に示すトロリの移動動作を示す斜視図である。 図２に示す吊具の昇降動作を示す斜視図である。 図２に示す吊具の開閉動作を示す斜視図である。 図２に示す陸端側滑車を示す拡大図であり、（ａ）は陸端側滑車を示した側面図であり、（ｂ）は（ａ）の矢印ｂ方向を示した正面図である。 本発明に係る実施の形態のクレーンの動作を示し、トロリが一定速度に達するまでの動作を示した概略図である。 本発明に係る実施の形態のクレーンの動作を示し、一定速度で移動していたトロリが停止するまでの動作を示した概略図である。 本発明に係る実施の形態のクレーンの動作を示し、一定速度で移動していたトロリが停止するまでの他の動作を示した概略図である。 本発明に係る実施の形態のクレーンの動作を示し、一定速度で移動していたトロリが停止し、荷役した後の動作を示した概略図である。 本発明に係る実施の形態のクレーンの制御方法を示し、トロリが一定速度に達するまでのフローチャートである。 本発明に係る実施の形態のクレーンの制御方法を示し、一定速度で移動していたトロリが停止するまでを示したフローチャートである。 本発明に係る実施の形態のクレーンの制御方法を示し、一定速度で移動していたトロリが停止、再度一定速度に達するまでを示したフローチャートである。

以下、本発明に係る実施の形態のクレーンとその制御方法について、図面を参照しながら説明する。なお、図面に関しては、構成が分かり易いように寸法を変化させており、各部材、各部品の板厚や幅や長さなどの比率も必ずしも実際に製造するものの比率とは一致させていない。

まず、図１〜図６を参照しながら、本発明に係る実施の形態のクレーンの一例であるロープトロリ式アンローダ（以下、クレーン１という）について説明する。図１に示すように、クレーン１は、岸壁に沿ってクレーン１を走行可能にする走行装置２を有する脚構造物３と、脚構造物３に支持されたガーダ４と、起伏可能に設けられたブーム５とを備える。以下、ガーダ４とブーム５を合わせて桁６と呼ぶ。また、このクレーン１は、桁６上を移動するトロリ７と、トロリ７から昇降可能に吊り下げられたクラブバケット（吊具）８を備える。

加えて、図２に示すように、クレーン１は、機械室１０に、モータ（図示しない）によ
り個別に駆動される支持用ドラムＤ１及び支持用ドラムＤ２と、開閉用ドラムＤ３及び開閉用ドラムＤ４を備える。

支持用ドラムＤ１に巻かれた支持用ワイヤＷ１と、開閉用ドラムＤ３に巻かれた開閉用ワイヤＷ３は、それぞれ陸端側滑車Ｐ１及び陸端側滑車Ｐ３を経由し、トロリ７に設けられたトロリ上滑車Ｐ５及びトロリ上滑車Ｐ７を介してクラブバケット８を吊り下げる。また、支持用ドラムＤ２に巻かれた支持用ワイヤＷ２と、開閉用ドラムＤ４に巻かれた開閉用ワイヤＷ４は、それぞれ海端側滑車Ｐ２及び海端側滑車Ｐ４を経由し、トロリ７に設けられたトロリ上滑車Ｐ６及びトロリ上滑車Ｐ８を介してクラブバケット８を吊り下げる。

このクレーン１は、機械室１０に設けられた制御装置１１で、各ドラムＤ１〜Ｄ４の回転を制御することにより、トロリ７の移動動作（図３を参照）、クラブバケット８の昇降動作（図４を参照）、及びクラブバケット８の開閉動作（図５を参照）を行う。

次に、このクレーン１の動作について説明する。ばら積み船２０から運搬物２１を荷役する場合は、トロリ７をばら積み船２０上に位置させて、クラブバケット８で運搬物を掴む。そして、トロリ７をホッパー９上に位置させて、クラブバケット８を開いて運搬物をホッパー（運搬物受取装置）９に荷役する。

トロリ７を海側から陸側に移動させる場合は、図３に示すように、各ドラムＤ１〜Ｄ４を同じ方向（図中の右回り）に回転させて、陸端側の支持用ワイヤＷ１と開閉用ワイヤＷ３を巻き上げ、海端側の支持用ワイヤＷ２と開閉用ワイヤＷ４を繰り出す。反対に、トロリ７を陸端側から海端側に移動させる場合は、各ドラムＤ１〜Ｄ４を同じ方向（図中の左回り）に回転させて、陸端側の支持用ワイヤＷ１と開閉用ワイヤＷ３を繰り出し、海端側の支持用ワイヤＷ２と開閉用ワイヤＷ４を巻き上げる。

クラブバケット８を上昇させる場合は、図４に示すように、陸端側の支持用ドラムＤ１と開閉用ドラムＤ３を同じ方向（図中の右回り）に回転させ、海端側の支持用ドラムＤ２と開閉用ドラムＤ４を反対方向（図中の左回り）に回転させて、各ワイヤＷ１〜Ｗ４を巻き上げる。反対に、クラブバケット８を下降させる場合は、陸端側の支持用ドラムＤ１と開閉用ドラムＤ３を同じ方向（図中の左回り）に回転させ、海端側の支持用ドラムＤ２と開閉用ドラムＤ４を反対方向（図中の右回り）に回転させて、各ワイヤＷ１〜Ｗ４を繰り出す。

クラブバケット８を開く場合は、図５に示すように、開閉用ドラムＤ３を回転させ、開閉用ドラムＤ４を開閉用ドラムＤ３の回転方向の反対方向に回転させて、開閉用ワイヤＷ３及びＷ４を巻き上げる。反対に、クラブバケット８を閉じる場合は、開閉用ドラムＤ３を回転させ、開閉用ドラムＤ４を反対方向に回転させて、開閉用ワイヤＷ３及びＷ４を繰り出す。

以下の実施の形態では、クレーン１として、上記で説明したロープトロリ式アンローダを例に説明するが、本発明は、これに限定されずに、運搬物２１をクラブバケット８など吊具（例えば、スプレッダなど）により吊り下げた状態で移動するクレーンに適用することができる。例えば、ゴライアスクレーン、ジブクレーン、タワークレーン、アンローダ、及び天井クレーンにも適用することができる。

また、上記で説明したロープトロリ式アンローダは、個々に独立した四つのドラムＤ１〜Ｄ４を機械室１０に設けた構成であるが、本発明はこれに限定されず、個々に独立した二つのドラムを用いたものにも適用することができる。

上記のクレーン１は、トロリ７の移動の開始時には、クラブバケット８が各ワイヤＷ１〜Ｗ４で懸架されているため、トロリ７の移動の際に加速度αが発生すると、クラブバケット８は遅れて移動することになり、クラブバケット８の振れが発生する。

そこで、本発明に係る第一の実施の形態のクレーン１は、桁６の陸端側（一端側）に設けられた陸端側滑車（一端側滑車）Ｐ１及び陸端側滑車Ｐ３と、桁６の海端側（他端側）に設けられた海端側滑車（他端側滑車）Ｐ２及び海端側滑車Ｐ４とのそれぞれに、ロードセル（荷重変換器）を設けて構成することを特徴とする。

また、このクレーン１は、制御装置１１に、陸端側滑車Ｐ１及び陸端側滑車Ｐ３が検知する支持用ワイヤＷ１及び開閉用ワイヤＷ３の陸端側張力（一端側張力）Ｆ１と、海端側滑車Ｐ２及び海端側滑車Ｐ４が検知する支持用ワイヤＷ２及び開閉用ワイヤＷ４の海端側張力（他端側張力）Ｆ２との張力差ΔＦから、クラブバケット８の鉛直方向に対する振れ角θを算出する振れ角算出手段Ｍ１と、振れ角算出手段Ｍ１で算出された振れ角θと、トロリ７の加速度αがゼロとなる目標位置Ｌ’とから、振れ角θが目標位置Ｌ’で目標振れ角θ’となる目標加速度α’を算出する目標加速度算出手段Ｍ２と、トロリ７の加速度αが目標加速度算出手段Ｍ２で算出された目標加速度α’になるようにトロリ７を目標位置Ｌ’に移動させ、目標位置Ｌ’でクラブバケット８の振れ角θを目標振れ角θ’に調節する振れ角調節手段Ｍ３と、を備えることを特徴とする。

陸端側滑車Ｐ１は、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、滑車本体１２、軸芯１３、軸受１４、及び軸芯支持部１５から構成された滑車（シーブともいう）であると共に、荷重や力を電気信号に変換するセンサである周知の技術のロードセル１６が軸芯１３に掛かる荷重を検知するように設けられた滑車である。このロードセル１６は、陸端側滑車Ｐ１に掛かる張力を検知できればよく、上記の構成に限定されない。例えば、ロードセル１６を軸芯支持部１５に設けてもよい。なお、陸端側滑車Ｐ３と海端側滑車Ｐ２及び海端側滑車Ｐ４については、同様の構成のため、その説明は省略する。

この構成により、陸端側滑車Ｐ１及び陸端側滑車Ｐ３と海端側滑車Ｐ２及び海端側滑車Ｐ４において、それぞれが支持している各ワイヤＷ１〜Ｗ４の張力を検知し、その張力を電気信号に変換して制御装置１１に送信している。

これらの陸端側滑車Ｐ１及び陸端側滑車Ｐ３と海端側滑車Ｐ２及び海端側滑車Ｐ４で各ワイヤＷ１〜Ｗ４の張力を検知することにより、クラブバケット８が振れたときに発生する陸端側の支持用ワイヤＷ１及び開閉用ワイヤＷ３の張力の合計値、あるは平均値（以下、陸端側張力Ｆ１という）と、海端側の支持用ワイヤＷ２及び開閉用ワイヤＷ４の張力の合計値、あるいは平均値（以下、海端側張力Ｆ２という）を正確に検知することができる。その検知した陸端側張力Ｆ１と海端側張力Ｆ２の張力差ΔＦを用いて、制御装置１１に設けた振れ角算出手段Ｍ１でクラブバケット８の振れ角θを正確に算出することができる。

ロードセルを設けて構成された陸端側滑車Ｐ１及び陸端側滑車Ｐ３と海端側滑車Ｐ２及び海端側滑車Ｐ４であれば、機械室１０から給電され、ロープトロリ式アンローダであるこの実施の形態のクレーン１でも、陸端側張力Ｆ１と海端側張力Ｆ２を検知することができる。

また、陸端側滑車Ｐ１及び陸端側滑車Ｐ３と海端側滑車Ｐ２及び海端側滑車Ｐ４で張力を検知するので、機械室１０に設けられたモータ（図示しない）よりもクラブバケット８に近い位置で陸端側張力Ｆ１と海端側張力Ｆ２を検知することができる。これにより、陸端側張力Ｆ１と海端側張力Ｆ２を検知する箇所をクラブバケット８に近づけることで、張
力の検知にノイズとなる各ワイヤＷ１〜Ｗ４の長さが短くなるため、各ワイヤＷ１〜Ｗ４によるノイズを低減して、陸端側張力Ｆ１と海端側張力Ｆ２を正確に検知することができる。

加えて、各ドラムＤ１〜Ｄ４が駆動していないとき、例えば、トロリ７が停止しているとき、あるいはクラブバケット８が昇降していないときでも、陸端側張力Ｆ１と海端側張力Ｆ２を直接検知することができる。

なお、前述した通りこの実施の形態のクレーン１では、トロリ７に給電が必要ないため、トロリ７が移動する桁６の陸端側と海端側に設けた陸端側滑車Ｐ１及び陸端側滑車Ｐ３と海端側滑車Ｐ２及び海端側滑車Ｐ４で陸端側張力Ｆ１と海端側張力Ｆ２を検知したが、よりクラブバケット８の近くで検知したい場合は、トロリ７上に設けたトロリ上滑車Ｐ５〜Ｐ８で検知可能に構成してもよい。しかし、その場合は、トロリ７に給電が必要となるため、この実施の形態のようなロープトロリ式のクレーンでは、桁６の陸端側と海端側に設けた各滑車Ｐ１〜Ｐ４で検知することが好ましい。

また、二つのドラムで吊具を昇降させるクレーンでも同様に、トロリが移動する桁の海端側に設けた滑車と陸端側に設けた滑車にロードセルを設けて構成することで、前述と同様の効果を得ることができる。

振れ角算出手段Ｍ１は、陸端側滑車Ｐ１及び陸端側滑車Ｐ３で検知された陸端側張力Ｆ１と海端側滑車Ｐ２及び海端側滑車Ｐ４で検知された海端側張力Ｆ２との張力差ΔＦを算出し、その張力差ΔＦを用いてクラブバケット８の鉛直方向に対する振れ角θを算出する手段である。振れ角θは、様々な外乱を考慮する必要があるが張力差ΔＦを用いた運動方程式により算出される。

なお、この実施の形態では、各滑車Ｐ１〜Ｐ４が検知した張力から、振れ角算出手段Ｍ１がクラブバケット８の振れ角θを算出するように構成したが、この振れ角算出手段Ｍ１と別の方法で振れ角θを算出する手段とを併用してもよい。例えば、トロリ７が横行している、あるいはクラブバケット８が昇降している場合であれば、前述の特許文献１（特開２００７−１４５５１９号公報）に記載された公知の手段である、各ドラムＤ１〜Ｄ４を駆動しているモータの制御を行うインバータから出力されるインバータトルクからクラブバケット８の振れ角θを算出する手段を、振れ角算出手段Ｍ１と併用することで振れ角θをより高精度に算出することができる。

目標加速度算出手段Ｍ２は、振れ角算出手段Ｍ１で算出された振れ角θと、トロリ７の移動先の目標値である目標位置Ｌ’とから、振れ角θが目標位置Ｌ’で目標振れ角θ’となるトロリ７の目標加速度α’を算出する手段である。

なお、ここでいう目標位置Ｌ’とは、トロリ７の加速度αがゼロとなる位置である。この実施の形態では、例えば図７に示すように、トロリ７の移動の速度が予め定めた一定速度ｖｎとなる定速開始位置Ｌｎや、図８及び図９に示すように、トロリ７が停止する停止位置Ｌｚ又はＬｙに設定される。

また、目標振れ角θ’とは、目標位置Ｌ’でのクラブバケット８の鉛直方向に対する振れ角θの目標値である。この目標振れ角θ’は、予め定めた角度に設定することができ、例えば、図７に示すように、目標位置Ｌ’が定速開始位置Ｌｎの場合に、その定速開始位置Ｌｎでの目標振れ角θ’はクラブバケット８の振れが無い状態、つまりゼロ度に設定すると、クラブバケット８で運搬物２１を掴んでから一定速度ｖｎに到達したときにクラブバケット８の振れを止めることができるので、振れが止まるまで待機する時間が短くなり
、荷役効率を向上することができる。

また、図８に示すように、目標位置Ｌ’が停止位置Ｌｚの場合も同様に目標振れ角θ’をゼロ度に設定すると、クラブバケット８からホッパー９に運搬物２１を荷役する際に、クラブバケット８の振れが止まるまで待機する時間が短くなり、荷役効率を向上することができる。

加えて、図９に示すように、目標位置Ｌ’がホッパー９上の停止位置Ｌｚよりも手前の停止位置Ｌｙの場合に、目標振れ角θ’をゼロ度よりも大きく設定すると、トロリ７が停止したときのクラブバケット８の振れを利用して、クラブバケット８をホッパー９上に位置できる。このときクラブバケット８を開くとトロリ７をホッパー９上に停止しなくても、クラブバケット８からホッパー９に荷役することができるので、荷役効率を向上することができる。

さらに、図９に示す状態から、図１０に示すように、クラブバケット８からホッパー９に荷役した直後に、トロリ７の移動方向を反転させることもでき、更なる荷役効率の向上を図ることができる。

この目標加速度算出手段Ｍ２の振れ角θと目標位置Ｌ’から目標加速度α’を算出する方法は、移動中のトロリ７の現在位置Ｌ１〜Ｌ３と目標位置Ｌ’から移動距離ΔＬを算出し、算出された移動距離ΔＬとトロリ７の現在の速度ｖ１〜ｖ３と振れ角算出手段Ｍ１で算出された現在のクラブバケット８の振れ角θの相関により、振り子の式を用いて目標加速度α’を算出する。この他、例えば、前述の特許文献１に記載された公知の手段などを用いてもよい。

振れ角調節手段Ｍ３は、トロリ７の加速度αが目標加速度算出手段Ｍ２で算出された目標加速度α’になるようにトロリ７を目標位置Ｌ’に移動させ、目標位置Ｌ’でクラブバケット８の振れ角θを目標振れ角θ’に調節する手段である。この振れ角調節手段Ｍ３は、各ドラムＤ１〜Ｄ４の回転を制御して、移動するトロリ７の加速度αが目標加速度α’となるようにトロリ７の速度ｖ１〜ｖ３を調節する手段である。

次に、本発明に係る実施の形態のクレーン１の制御方法について説明する。なお、トロリ７の速度ｖ１や一定速度ｖｎは、各ドラムＤ１〜Ｄ４の巻き上げ速度から算出される。また、トロリ７の現在位置Ｌ１は、脚構造物３、又は桁６上に設けられた位置センサＳｅ１で検知される。加えて、クラブバケット８の巻上高さＨ１は、現在位置Ｌ１と、そのときの各ドラムＤ１〜Ｄ４の各ワイヤＷ１〜Ｗ４の巻き上げ状態から検知される。これらのトロリ７の状態やクラブバケット８の状態については、上記以外にも各ドラムＤ１〜Ｄ４の各ワイヤＷ１〜Ｗ４の巻き上げ状態から算出する方法やそれぞれの状態を検知するセンサを別途設けてもよい。

ここで、図７〜図１０では、図面の右方向（陸側から海側の方向）をプラスの方向、図面の左方向（海側から陸側の方向）をマイナスの方向とする。例えば、図７では、現在の速度ｖ１及び一定速度ｖｎはプラスの値であるが、振れ角θはマイナスの値となるが、以下の説明では、値のプラスとマイナスについては省略する。

まず、始動位置Ｌ０から定速開始位置Ｌｎまでの制御について、図７及び図１１に示すフローチャートを参照しながら説明する。ばら積み船２０からクラブバケット８が運搬物２１を掴むと、クラブバケット８の巻き上げが開始される。クラブバケット８の巻上高さＨ１が目標巻上高さＨ’になると、図１１に示すように、トロリ７の移動を開始するステップＳ１０を行う。

クラブバケット８は、図７に示すように、ばら積み船２０の高さやホッパー９の備え付け高さなどの固定値により設定される予め定めた目標巻上高さＨ’となるように巻き上げられ、この目標巻上高さＨ’の位置で吊り下げられた状態で移動する。この実施の形態では、クラブバケット８を目標巻上高さＨ’まで巻き上げてからトロリ７の移動を開始したが、クラブバケット８が目標巻上高さＨ’まで巻き上がる前にトロリ７の移動を開始してもよい。

ステップＳ１０で、トロリ７の移動が開始されると、トロリ７の速度は徐々に速くなるので、加速度が発生し、クラブバケット８は遅れて移動することになり、クラブバケット８の振れが発生する。このとき、図１１に示すように、陸端側滑車Ｐ１及び陸端側滑車Ｐ３は陸端側張力Ｆ１を検知し、海端側滑車Ｐ２及び海端側滑車Ｐ４は海端側張力Ｆ２を検知するステップＳ２０を行う。このときのトロリ７の現在位置をＬ１、速度をｖ１とする。

次に、振れ角算出手段Ｍ１が陸端側張力Ｆ１と海端側張力Ｆ２の張力差ΔＦを算出するステップＳ３０を行う。次に、振れ角算出手段Ｍ１が振れ角θを算出するステップＳ４０を行う。

振れ角θが算出されると、次に、目標位置Ｌ’を設定するステップＳ５０を行う。このステップＳ５０では、図７に示すように、トロリ７の現在位置Ｌ１とトロリ７の現在の速度ｖ１などのトロリ７の状態からトロリ７の速度ｖ１が予め定めた一定速度ｖｎとなる定速開始位置Ｌｎを目標位置Ｌ’として設定する。

目標位置Ｌ’が設定されると、次に、図１１に示すように、目標振れ角θ’を設定するステップＳ６０を行う。このステップＳ６０では、目標位置Ｌ’でクラブバケット８の振れを止める、あるいはクラブバケット８を意図的に振れさせるなどのクラブバケット８の状態により目標振れ角θ’を設定する。なお、ここでは、図７に示すように、トロリ７が一定速度ｖｎになった場合に、クラブバケット８の振れを止めるため、目標振れ角θ’をゼロ度に設定する。

次に、図１１に示すように、目標加速度算出手段Ｍ２が、振れ角θと目標振れ角θ’と目標位置Ｌ’とから目標加速度α’を算出するステップＳ７０を行う。

次に、振れ角調節手段Ｍ３が、トロリ７の速度ｖ１を制御するステップＳ８０を行う。このステップＳ８０は、図７に示すように、目標位置Ｌ’でクラブバケット８の振れ角θを目標振れ角θ’になるように、目標加速度算出手段Ｍ２で算出された目標加速度α’でトロリ７を加速させる制御である。現在位置Ｌ１から目標位置Ｌ’までの間にトロリ７を目標加速度α’で加速させて、現在の速度ｖ１から一定速度ｖｎまで上昇させる。トロリ７が目標位置Ｌ’に到達すると、この制御方法は完了する。

上記の制御方法を単位時間毎や、単位移動距離毎に行うように設定し、実際の振れ角θを演算しながら、トロリ７の現在位置Ｌ１と目標位置Ｌ’、トロリ７の現在の速度ｖ１と一定速度ｖｎとの差分を常時フィードバックし、目標位置Ｌ’でのクラブバケット８の振れ角θが目標振れ角θ’に合うようにその差分を加えて、トロリ７の速度ｖ１と目標加速度α’を制御すると、トロリ７が一定速度ｖｎに達したときに、クラブバケット８の振れを精度よく止めることができる。

また、トロリ７を加速させる際に、トロリ７が急激な動きとならないように、加速度又は減速度には制限を設けて制御すると、安全性が向上する。

加えて、各目標値は、クラブバケット８が吊り上げる運搬物の性状によって変わるため、各目標値を運搬物毎にティーチング操作を行なってもよい。

上記の制御方法によれば、トロリ７が移動する桁６の陸端側張力Ｆ１と海端側張力Ｆ２を正確に検知し、クラブバケット８が鉛直方向に振れたときに発生する張力差ΔＦを算出し、その張力差ΔＦから振れ角θを算出するので、振れ角検出装置を用いずに、しかもトロリ７の移動状態に関わらず、クラブバケット８の振れ角θを算出することができ、且つ、各ワイヤＷ１〜Ｗ４のよるノイズの影響を低減し、振れ角θをより正確に算出することができる。

これにより、トロリ７の移動を開始して、クラブバケット８の振れが発生した場合に、トロリ７が一定速度ｖｎになるときに、クラブバケット８の振れを精度よく制御することが可能となるので、クラブバケット８の振れが収まるまで荷役作業を待機する時間が短くなり、荷役効率を向上することができる。

次に、定速終了位置Ｌｍから停止位置Ｌｚまでの制御について、図８及び図１２に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、前述の制御方法と同様のステップについては同符号を用いて、その説明は省略する。

まず、図８に示すように、ホッパー９上に設定されたトロリ７の停止位置Ｌｚが近くなると、図１２に示すように、目標位置Ｌ’の設定を行うステップＳ５０を行う。ここでは目標位置Ｌ’を停止位置Ｌｚに設定する。次に、目標振れ角θ’の設定を行うステップＳ６０を行う。ここでは、ホッパー９上の停止位置Ｌｚでクラブバケット８の振れを止めるため、ゼロ度に設定する。

次に、トロリ７の停止を開始するステップＳ９０を行う。図８に示すように、一定速度ｖｎで移動していたトロリ７の停止が開始されると、減速度（マイナスの加速度）が発生するため、クラブバケット８の振れが生じる。このとき、図１２に示すように、陸端側滑車Ｐ１及び陸端側滑車Ｐ３は陸端側張力Ｆ１を検知し、海端側滑車Ｐ２及び海端側滑車Ｐ４は海端側張力Ｆ２を検知するステップＳ２０を行う。このときのトロリ７の現在位置をＬ２、速度をｖ２とする。

次に、振れ角算出手段Ｍ１が陸端側張力Ｆ１と海端側張力Ｆ２の張力差ΔＦを算出するステップＳ３０を行う。次に、振れ角算出手段Ｍ１が振れ角θを算出するステップＳ４０を行う。次に、目標加速度算出手段Ｍ２が、振れ角θと目標振れ角θ’と目標位置Ｌ’から目標加速度α’を算出するステップＳ７０を行う。

次に、振れ角調節手段Ｍ３が、トロリ７の速度ｖ２を制御するステップＳ１００を行う。このステップＳ１００は、図８に示すように、現在位置Ｌ２から目標位置Ｌ’までの間にトロリ７を目標加速度α’で減速させて、現在の速度ｖ２から停止するまで低下させる。トロリ７が目標位置Ｌ’に到達すると、この制御方法は完了する。

この制御方法によれば、一定速度ｖｎで移動していたトロリ７の停止を開始して、クラブバケット８の振れが発生した場合に、トロリ７が停止するときに、クラブバケット８の振れを精度よく止めるように制御することが可能となるので、クラブバケット８の振れが収まるまで荷役作業を待機する時間が短くなり、荷役効率を向上することができる。

次に、トロリ７が海側の定速終了位置Ｌｍから陸側の停止位置Ｌｚまで移動し、荷役作業を行なってから、再びの陸側の停止位置Ｌｚから海側の定速開始位置Ｌｏまで移動する
制御について、図９、図１０、及び図１３に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、この制御方法においてステップＳ１１０は、図１２に示すフローチャートの一部と同様であるが、目標位置Ｌ’と目標振れ角θ’の設定値が異なる。

このステップＳ１１０の目標位置Ｌ’は、図９に示すように、ホッパー９上の停止位置Ｌｚよりも手前（図中の左側、つまり海端側）に設けられた停止位置Ｌｙに設定される。これにより、トロリ７の停止する場所が、上記の制御方法よりも手前になるため、その分荷役作業を速く行うことができる。

また、この制御方法の目標振れ角θ’は、ゼロ度よりも大きい値に設定される。これにより、トロリ７が停止位置Ｌｙで停止したときに発生するクラブバケット８の振れを利用して、クラブバケット８を予め設定した停止位置Ｌｚまで動かして、荷役作業を行うことができる。

図１３に示すように、ステップＳ１１０が完了すると、次に、振れ角調節手段Ｍ３がトロリ７の速度ｖ３を制御するステップＳ１２０を行う。このステップＳ１２０は、現在位置Ｌ３から目標位置Ｌ’までの間にトロリ７を目標加速度α’で減速させて、現在の速度ｖ３から停止するまで低下させる。

次に、トロリ７の停止を検知するステップＳ１３０を行う。ステップＳ１３０で、トロリ７が目標位置Ｌ’で停止したことを検知すると、次に、目標タイミングＴ’を算出するステップＳ１４０を行う。次に、クラブバケット８を目標タイミングＴ’で開くステップＳ１５０を行う。

この目標タイミングＴ’は、クラブバケット８を開くタイミングＴの目標値であり、実際の運搬物２１の運搬状態やトロリ７の状態（例えば、速度ｖ３、現在位置Ｌ３、目標位置Ｌ’、及び目標減速度α’など）により逆算して設定することができる。なお、図９に示すように、この目標タイミングＴ’をホッパー９の中心（停止位置Ｌｚ）よりも少し手前でクラブバケット８が開くように設定し、振れの最大位置、つまりクラブバケット８の振れ角θが目標振れ角θ’になったときにホッパー９の中心でクラブバケット８からホッパー９へ運搬物２１を排出できるように設定すると、ホッパー９へ運搬物２１を精度よく排出することができる。

図１３に示すように、ステップＳ１５０で、トロリ７の停止時のクラブバケット８の振れを利用して、ホッパー９への荷役が完了した後、ステップＳ１６０を行う。このステップＳ１６０は、図１１に示すフローチャートの一部と同様であるが、目標位置Ｌ’の設定値が異なる。このステップＳ１６０の目標位置Ｌ’は、図１０に示すように、停止位置Ｌｙから海端側の定速開始位置Ｌｏに設定される。

そして、前述と同様に、定速開始位置Ｌｏで、目標振れ角θ’となるように目標加速度α’が算出される。このステップＳ１６０では、ステップＳ１５０で振れを利用してクラブバケット８からホッパー９に運搬物２１を排出したときの振れを、定速開始位置Ｌｏで止める目標加速度α’を算出する。

次に、トロリ７の速度ｖ４を制御して、トロリ７が目標位置Ｌ’に到達すると、この制御方法は完了する。

この制御方法によれば、ホッパー９の中心の手前（停止位置Ｌｙ）でクラブバケット８の開きを開始して、一定速度ｖｎで移動していたトロリ７を停止する際に発生する振れを利用して、クラブバケット８の振れの最大位置（目標振れ角θ’の位置）でクラブバケッ
ト８からホッパー９に運搬物２１を精度よく排出することができる。そして、クラブバケット８の振れ戻しと同時に海端側にトロリ７の移動を開始して、その排出に利用した振れを一定速度ｖｎに達するときに止めることで、クラブバケット８の振れを利用した最短サイクルで荷役することができる。

これにより、クラブバケット８からホッパー９への荷役作業において、待機する時間を短くすることができるので、荷役効率を向上することができる。

本発明のクレーンは、トロリが移動する桁の一端側の張力と他端側の張力を検知し、吊具が鉛直方向に振れたときに発生する張力差を算出し、その張力差から振れ角を算出するので、振れ角検出装置を用いずに、しかもトロリの移動状態に関わらず、吊具の振れ角を算出することができ、且つ、ワイヤによるノイズの影響を低減し、振れ角をより正確に算出することができる。これにより、吊具の振れが発生した場合に、吊具の振れを精度よく制御することが可能となり、吊具の振れが収まるまで荷役作業を待機する時間が短くなり、荷役効率を向上することができるので、吊具で運搬物を吊り下げて移動させて荷役するクレーンに利用することができる。

１ クレーン
６ 桁
７ トロリ
８ クラブバケット（吊具）
９ ホッパー（運搬物受取装置）
１０ 機械室
１１ 制御装置
Ｄ１〜Ｄ４ ドラム
Ｗ１〜Ｗ４ ワイヤ
Ｐ１、Ｐ３ 陸端側滑車（一端側滑車）
Ｐ２、Ｐ４ 海端側滑車（他端側滑車）
Ｐ５〜Ｐ８ トロリ上滑車
Ｍ１ 振れ角算出手段
Ｍ２ 目標加速度算出手段
Ｍ３ 振れ角調節手段

Claims (6)

1. 個別に駆動する複数のドラムのそれぞれから繰り出される、及び巻き上げられるワイヤと、該ワイヤを支える滑車と、前記ワイヤにより桁上を走行するトロリから昇降可能に吊り下げられた吊具と、を備えると共に、
   鉛直方向に対する前記吊具の振れ角に応じた前記トロリの目標加速度を算出し、前記トロリの加速度が算出された該目標加速度になるように前記トロリを移動させて、鉛直方向に対する前記吊具の振れを制御する制御装置を備えるクレーンにおいて、
   前記滑車のうち、前記桁の一端側に設けられた一端側滑車と、前記桁の他端側に設けられた他端側滑車と、が荷重変換機能を有して構成され、
   前記制御装置が、前記一端側滑車が検知する前記ワイヤの一端側張力と、前記他端側滑車が検知する前記ワイヤの他端側張力との張力差から、前記振れ角を算出する振れ角算出手段を備えることを特徴とするクレーン。
2. 前記制御装置が、
   前記振れ角算出手段で算出された前記振れ角と、前記トロリの加速度がゼロとなる目標位置とから、前記振れ角が前記目標位置で目標振れ角となる前記目標加速度を算出する目標加速度算出手段と、
   前記トロリの加速度が前記目標加速度算出手段で算出された前記目標加速度になるように前記トロリを前記目標位置に移動させ、前記目標位置で前記振れ角を前記目標振れ角に調節する振れ角調節手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のクレーン。
3. 前記目標加速度算出手段が、前記目標位置が前記トロリの停止する位置の場合に、前記目標振れ角がゼロより大きい角度となる前記目標加速度を算出する手段であると共に、
   前記振れ角調節手段が、前記トロリの停止する位置よりも前記トロリの移動方向前方に前記吊具を位置させる手段であることを特徴とする請求項２に記載のクレーン。
4. 鉛直方向に対する吊具の振れ角に応じたトロリの目標加速度を算出し、前記トロリの加速度が算出された前記目標加速度になるように前記トロリを移動させて、鉛直方向に対する吊具の振れを制御するクレーンの制御方法において、
   前記トロリが走行する桁の一端側で検知される吊具を支持するワイヤの一端側張力と、前記桁の他端側で検知される吊具を支持するワイヤの他端側張力との張力差から、前記振れ角を算出することを特徴とするクレーンの制御方法。
5. 算出された前記振れ角と、前記トロリの加速度がゼロとなる目標位置とから、前記振れ角が前記目標位置で目標振れ角となる前記目標加速度を算出し、
   前記トロリの加速度が算出された前記目標加速度になるように前記トロリを前記目標位置に移動させ、前記目標位置で前記振れ角を前記目標振れ角に調節することを特徴とする請求項４に記載のクレーンの制御方法。
6. 前記目標位置が前記トロリの停止する位置の場合に、前記目標振れ角がゼロより大きい角度なる前記目標加速度を算出し、
   前記トロリの停止する位置よりも前記トロリの移動方向前方に前記吊具を位置させることを特徴とする請求項５に記載のクレーンの制御方法。

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