JP2015101413A

JP2015101413A - 吊物旋回装置及び方法

Info

Publication number: JP2015101413A
Application number: JP2013240872A
Authority: JP
Inventors: 上田　尚輝; Hisateru Ueda; 尚輝上田; 肖一椎名; Shoichi Shiina; 雄輝佐々木; Yuki Sasaki; 正剛岩下; Masatake Iwashita; 孝幸堂地; Takayuki Dochi; 孝義沼崎; Takayoshi Numazaki; 一樹柏原; Kazuki Kashiwabara
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2013-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2015-06-04

Abstract

【課題】吊荷の姿勢を維持する際の操作性に優れた吊物旋回装置を提供する。
【解決手段】吊荷旋回装置１０では、送信器５０の「記憶」ボタン５６が操作されると、ジャイロセンサ３６が、「記憶」ボタン５６が操作されてからの吊荷旋回装置１０の旋回量を検出する。そして、送信器５０の「戻る」ボタン５７が操作されると、ＰＬＣ４４が、ジャイロセンサ３６により検出される吊荷旋回装置１０の旋回量が減少するようにジンバル２２の傾きを制御する。
【選択図】図６

Description

本発明は、吊物を旋回させる吊物旋回装置及び方法に関する。

吊荷の旋回方向の位置決めを行うための吊荷旋回装置として、フライホイルが回転すると共にジンバルがフライホイルを傾動させることにより生じるジャイロ効果（コントロール・モーメント・ジャイロ）を利用して吊荷を旋回させる装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この吊荷旋回装置では、ジャイロ効果を発生させて何れか一方向に旋回させている時、ジンバル用モータに逆モーメントが作用するため、ジンバル用モータへの電源供給が停止されてジンバル用モータのトルクが０になると、ジンバル用モータが逆回転する。これにより、これまでとは逆方向のモーメントが発生して、旋回していた吊荷が減速し、そして、ジンバル用モータの上記逆モーメントが０になって装置及び吊荷が停止する。

特開平９―３１５７６１号公報

特許文献１には、ジンバル用モータへの電源供給を停止することにより、吊荷の旋回を停止させると記載されているが、吊荷の重さや風の強さ等によって上記モーメントの大きさが変わるため、吊荷の旋回を所望の位置で停止させるのは難しい操作を要する。また、旋回を停止している吊荷の姿勢を維持するためには、風等で旋回した吊荷を元の位置に戻す必要があるが、それについても難しい操作を要する。さらに、旋回を停止している吊荷の姿勢を維持するためには、ジンバル用モータに制御信号を送信し続けなければならないため、リモコンのボタンを押し続けなければならず、作業者の負担が大きくなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、吊荷の姿勢を維持する操作の操作性に優れた吊物旋回装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る吊物旋回装置は、フライホイルと、前記フライホイルを傾動させるジンバルとを備え、前記フライホイルが回転すると共に前記ジンバルが前記フライホイルを傾動させることにより生じるジャイロ効果を利用して、吊材により吊られた吊物を旋回させる吊物旋回装置であって、装置の旋回を停止させる位置を指定する指示を受け付ける第一の受付部と、前記第一の受付部が前記指示を受け付けてからの装置の旋回量を検出する旋回量検出部と、装置を指定した位置に戻す指示を受け付ける第二の受付部と、前記第二の受付部が前記指示を受け付けると、前記旋回量検出部により検出された前記旋回量が減少するように前記ジンバルの傾きを制御する制御部とを備える。

また、本発明に係る吊物旋回装置は、フライホイルと、前記フライホイルを傾動させるジンバルとを備え、前記フライホイルが回転すると共に前記ジンバルが前記フライホイルを傾動させることにより生じるジャイロ効果を利用して、吊材により吊られた吊物を旋回させる吊物旋回装置であって、装置の旋回を停止させる位置を指定する指示を受け付ける受付部と、前記受付部が前記指示を受け付けてからの装置の旋回量を検出する旋回量検出部と、前記旋回検出部により検出された前記旋回量が閾値を超えた場合に、前記旋回量検出部により検出された前記旋回量が減少するように前記ジンバルの傾きを制御する制御部とを備える。

また、本発明に係る吊物旋回方法は、上記の吊物旋回装置を使用して、前記吊物を旋回させ、又は前記吊物の旋回を停止させる。

本発明によれば、吊荷の姿勢を維持する操作の操作性に優れた吊物旋回装置を提供できる。

一実施形態に係る吊荷旋回装置を示す斜視図である。吊荷旋回装置の内部構造を示す斜視図である。吊荷旋回装置の動作の原理を説明するための図である。吊荷旋回装置の動作の原理を説明するための図である。旋回している吊荷旋回装置を停止させる原理を説明するための図である。吊荷旋回装置の概略構成を示すブロック図である。送信器等を示す図である。吊荷の姿勢を維持する手順を説明するためのフローチャートである。他の実施例に係る吊荷の姿勢を維持する手順を説明するためのフローチャートである。他の実施形態に係る吊荷旋回装置の概略構成を示すブロック図である。他の実施形態に係る吊荷旋回装置を示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る吊荷旋回装置１０を示す斜視図である。この図に示すように、吊荷旋回装置１０は、タワークレーンや岸壁クレーンからワイヤー１で吊り下げられた状態で使用され、吊荷旋回装置１０からワイヤー２で吊り下げられた吊荷４を鉛直軸周りに旋回させる。

図２は、吊荷旋回装置１０の内部構造を示す斜視図である。この図に示すように、吊荷旋回装置１０は、直方体状のフレーム１２と、フレーム１２内に設置されたジンバルユニット２０及びフライホイルユニット３０とを備えている。ジンバルユニット２０は、ジンバル２２とジンバル用モータ２４とを備える。ジンバル２２は、長方形状のフレームであり、水平に設定された回転軸２１の周りに回転可能にフレーム１２に支持されている。また、ジンバル用モータ２４は、フレーム１２に支持され、ジンバル２２を回転軸２１の周りに傾転させる。ここで、ジンバル用モータ２４は、電磁ブレーキ付モータであり、ジンバル用モータ２４の電磁ブレーキが閉じた状態では、ジンバル２２は不動であり、ジンバル用モータ２４の電磁ブレーキが開いた状態になると、ジンバル２２は慣性力で傾転する。なお、ジンバル用モータ２４は、電磁ブレーキが閉じた状態では作動せず、電磁ブレーキが開いた状態で作動する。

また、フライホイルユニット３０は、フライホイル３２とフライホイル用モータ３４とを備える。フライホイル３２は、回転軸２１と直交するように設定された回転軸３１の周りに回転可能にジンバル２２に支持されている。また、フライホイル用モータ３４は、ジンバル２２に支持され、フライホイル３２を回転軸３１の周りに高速で回転させる。

図３は、吊荷旋回装置１０の動作の原理を説明するための図である。この図に示すように、吊荷旋回装置１０では、フライホイル３２が、回転軸３１の周りに高速で回転し、ジンバル２２が、回転軸３１と直交する回転軸２１を支点としてフライホイル３２を傾動させることにより、回転軸２１及び回転軸３１と直交するモーメント軸１１の周りにジャイロモーメントＭが発生する。吊荷旋回装置１０は、発生したジャイロモーメントＭを受けて鉛直軸の周りに回転し、吊荷４を鉛直軸の周りに旋回させる。

ここで、吊荷４を旋回させるトルクＴは、下記（１）式で示すように、フライホイル３２の慣性モーメントＩ_ｆ、フライホイル３２の角速度ω_ｆ、ジンバル２２の角速度ω_ｇに比例する。なお、θは、フライホイル３２の傾斜角度である。
Ｔ＝Ｉ_ｆ×ω_ｆ×ω_ｇ×ｃｏｓθ ・・・（１）

図４は、吊荷旋回装置１０の動作の原理を説明するための図である。この図に示すように、ジンバル２２及びフライホイル３２を右側（手前側から見て時計回り方向）に傾動させると、吊荷旋回装置１０はジャイロモーメントにより右旋回（平面視で時計回り方向）に旋回する。一方、ジンバル２２及びフライホイル３２を左側（手前側から見て反時計回り方向）に傾動させると、吊荷旋回装置１０はジャイロモーメントにより左旋回（平面視で反時計回り方向）に旋回する。

図５は、旋回している吊荷旋回装置１０を停止させる原理を説明するための図である。この図に示すように、旋回している吊荷４を停止させる場合には、ジンバル用モータ２４の電磁ブレーキを開いた状態にして、ジンバル２２及び、高速で回転軸３１の周りに回転するフライホイル３２を、回転軸２１を支点として慣性力で傾転させることにより、旋回方向とは逆方向のジャイロモーメントＭを発生させる。これにより、吊荷旋回装置１０及び吊荷４の旋回が停止する。

即ち、吊荷旋回装置１０が右旋回している場合には、ジンバル用モータ２４の電磁ブレーキを開いた状態にして、ジンバル２２及びフライホイル３２を慣性力で左側に傾転させることにより、逆方向のジャイロモーメントＭを発生させて、吊荷旋回装置１０の右旋回を停止させる。一方、吊荷旋回装置１０が左旋回している場合には、ジンバル用モータ２４の電磁ブレーキを開いた状態にして、ジンバル２２及びフライホイル３２を慣性力で右側に傾転させることにより、逆方向のモーメントＭを発生させて、吊荷旋回装置１０の左旋回を停止させる。

図６は、吊荷旋回装置１０の概略構成を示すブロック図である。この図に示すように、吊荷旋回装置１０は、ジンバル用モータ２４と、フライホイル用モータ３４と、ジャイロセンサ３６と、電源部３８と、電力変換装置４０と、ＰＬＧ（パルスロジックジェネレータ）４２と、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）４４と、受信器４６と、送信器５０とを備えている。ジャイロセンサ３６は、吊荷旋回装置１０の旋回方向の角速度を検出する角速度センサと、該角速度センサにより検出された角速度を積分演算処理することにより旋回角度を算出するＣＰＵとを備えており、旋回角度の検出信号をＰＬＣ４４へ出力する。

電源部３８は、吊荷旋回装置１０に搭載されたバッテリや商用電源等である。電力変換装置４０はインバータやコンバータ等であり、電源部３８からジンバル用モータ２４及びフライホイル用モータ３４に供給される直流あるいは交流の電力を逆変換あるいは順変換する。

ＰＬＧ４２は、サーボモータであるジンバル用モータ２４の回転数を検出してＰＬＣ４４に出力する。ＰＬＣ４４は、ＰＬＧ４２から入力されたジンバル用モータ２４の回転数やジャイロセンサ３６から入力された吊荷旋回装置１０の旋回角度等に基づいてジンバル用モータ２４の回転数及び回転量の制御信号を生成してジンバル用モータ２４へ出力する。

図７は、送信器５０等を示す図である。この図に示すように、送信器５０には各種の操作ボタンが設けられており、作業者により送信器５０の操作ボタンが操作されて操作信号が受信器４６に送信される。受信器４６には、ＰＬＣ４４が接続されており、ＰＬＣ４４は、受信器４６が受信した操作信号に基づいて制御信号を生成してジンバル用モータ２４及びフライホイル用モータ３４へ出力する。

送信器５０の操作ボタンとしては、「電源」ボタン５１、吊荷４の右旋回を指示するための「右旋回」ボタン５２、吊荷４の左旋回を指示するための「左旋回」ボタン５３、フライホイル３２を回転軸３１が水平になる位置（以下、中立位置という）に復帰させるための「中立」ボタン５４、吊荷４の姿勢を維持するための「保持」ボタン５５、「記憶」ボタン５６及び「戻る」ボタン５７が設けられている。

作業者により「電源」ボタン５１が操作されると、ジャイロセンサ３６が起動され、また、ジンバル用モータ２４の電磁ブレーキが閉じた状態になる。また、「右旋回」ボタン５２又は「左旋回」ボタン５３が操作されると、フライホイル用モータ３４が駆動されてフライホイル３２が回転すると共に、ジンバル用モータ２４の電磁ブレーキが開いた状態になると共にジンバル用モータ２４が駆動されてジンバル２２がフライホイル３２を所定角度αだけ傾転させる。これにより、吊荷旋回装置１０が右旋回又は左旋回する。

また、作業者により「中立」ボタン５４が操作されると、ジンバル用モータ２４の電磁ブレーキが開いた状態になると共にジンバル用モータ２４が駆動されてジンバル２２が中立位置に復帰する。そして、ジンバル２２が中立位置に復帰した後、ジンバル用モータ２４の電磁ブレーキが閉じた状態になる。なお、ジンバル２２を中立位置に復帰させる操作は、吊荷旋回装置１０から吊荷４が吊り下げてられていない状態で実施する。

図８は、吊荷４の姿勢を維持する手順を説明するためのフローチャートである。このフローチャートに示すように、まず、「電源」ボタン５１が操作されると（ステップ１）、ジャイロセンサ３６が起動される（ステップ２）。次に、「記憶」ボタン５６が操作されると（ステップ３）、ジャイロセンサ３６のＣＰＵが、ジャイロセンサ３６から出力される角速度を「記憶」ボタン５６の操作時から積分演算処理する（ステップ４）。そして、「戻る」ボタン５７が操作されると（ステップ５）、ジャイロセンサ３６のＣＰＵが、「記憶」ボタン５６の操作時から「戻る」ボタン５７の操作時までの吊荷旋回装置１０の旋回角度を算出してＰＬＣ４４に出力し、ＰＬＣ４４が、入力された旋回角度に応じて制御信号を生成してジンバル用モータ２４に出力し、ジンバル用モータ２４の電磁ブレーキが開いた状態になると共にジンバル用モータ２４が駆動されてジンバル２２がフライホイル３２を傾転させることにより、吊荷旋回装置１０が「記憶」ボタン５６の操作時点での旋回位置に復帰する（ステップ６）。この際、ジンバル用モータ２４が作動されてジンバル２２が中立状態にされた後、ジンバル用モータ２４の電磁ブレーキが開いた状態に維持されることで、吊荷旋回装置１０が「記憶」ボタン５６の操作時点での旋回位置で停止する。

ここで、吊荷旋回装置１０が「記憶」ボタン５６の操作時点での位置から右旋回をした場合に、吊荷旋回装置１０が左旋回をして「記憶」ボタン５６の操作時点での位置に復帰し、吊荷旋回装置１０が「記憶」ボタン５６の操作時点での位置から左旋回をした場合に、吊荷旋回装置１０が右旋回をして「記憶」ボタン５６の操作時点での位置に復帰する。

そして、「保持」ボタン５５が操作されると（ステップ７）、吊荷旋回装置１０が「記憶」ボタン５６が操作された時点での位置で停止する（ステップ８）。ここで、「保持」ボタン５５が操作されない場合には、吊荷旋回装置１０は、再び旋回する場合があるが、「戻る」ボタン５７が操作されると、再び「記憶」ボタン５６が操作された時点での旋回位置に復帰する（ステップ５、６）。それに対して、「保持」ボタン５５が操作された場合には、吊荷旋回装置１０は、旋回することなく「記憶」ボタン５６が操作された時点での旋回位置で停止する。

以上説明したように、本実施形態に係る吊荷旋回装置１０では、送信器５０の「記憶」ボタン５６が操作されると、ジャイロセンサ３６が、「記憶」ボタン５６が操作されてからの吊荷旋回装置１０の旋回量を検出する。そして、送信器５０の「戻る」ボタン５７が操作されると、ＰＬＣ４４が、ジャイロセンサ３６により検出された吊荷旋回装置１０の旋回量が減少するようにジンバル２２の傾きを制御する。これによって、吊荷旋回装置１０の旋回位置が所望の位置になった時点で、送信器５０の「記憶」ボタン５６を１回操作し、その位置から吊荷旋回装置１０が旋回した場合に送信器５０の「戻る」ボタン５７を操作するという簡単な操作によって、吊荷４を所望の姿勢で停止させることができる。また、旋回を停止している吊荷４の姿勢を維持するために、ジンバル用モータ２４に制御信号を送信し続ける必要が無いため、送信器５０の「保持」ボタン５５を押し続ける必要が無い。よって、作業者の負担を軽減できる。従って、吊荷４の姿勢を維持する操作の操作性に優れた吊荷旋回装置１０を得ることができる。

図９は、他の実施例に係る吊荷４の姿勢を維持する手順を説明するためのフローチャートである。このフローチャートに示すように、まず、「電源」ボタン５１が投入されると（ステップ１１）、ジャイロセンサ３６が起動される（ステップ１２）。次に、「記憶」ボタン５６が操作されると（ステップ１３）、ジャイロセンサ３６のＣＰＵが、ジャイロセンサ３６から出力される角速度を「記憶」ボタン５６の操作時から積分演算処理することにより「記憶」ボタン５６の操作時からの吊荷旋回装置１０の旋回角度を算出してＰＬＣ４４に出力する（ステップ１４）。

そして、ＰＬＣ４４が、入力された旋回角度が予め設定された閾値を超えた場合に、制御信号をジンバル用モータ２４に出力し、ジンバル用モータ２４が駆動されてジンバル２２によりフライホイル３２が傾動されて吊荷旋回装置１０が予め設定された角度（上記閾値と同値）だけ旋回して「記憶」ボタン５６の操作時点での位置に復帰する（ステップ１５、１６）。

そして、「保持」ボタン５５が操作されると（ステップ１７）、吊荷旋回装置１０が「記憶」ボタン５６が操作された時点での位置で停止する（ステップ１８）。ここで、「保持」ボタン５５が操作されない場合には、吊荷旋回装置１０は、上記閾値の範囲内で旋回する場合がある（ステップ１４、１５）。それに対して、「保持」ボタン５５が操作された場合には、吊荷旋回装置１０は、旋回することなく「記憶」ボタン５６が操作された時点での位置で停止する。

以上説明したように、本実施例に係る吊荷旋回装置１０では、送信器５０の「記憶」ボタン５６が操作されると、ジャイロセンサ３６が、「記憶」ボタン５６が操作されてからの吊荷旋回装置１０の旋回量を検出する。そして、ＰＬＣ４４が、ジャイロセンサ３６により検出された旋回量が閾値を超えた場合に、ジャイロセンサ３６により検出された旋回量が減少するようにジンバル２２の傾き制御する。これによって、吊荷旋回装置１０の旋回位置が所望の位置になった時点で、送信器５０の「記憶」ボタン５６を１回操作するという簡単な操作によって、吊荷４を所望の姿勢で停止させることができる。また、旋回を停止している吊荷４の姿勢を維持するために、ジンバル用モータ２４に制御信号を送信し続ける必要が無いため、送信器５０の「保持」ボタン５５を押し続ける必要が無い。よって、作業者の負担を軽減できる。従って、吊荷４の姿勢を維持する際の操作性に優れた吊荷旋回装置１０を得ることができる。

図１０は、他の実施例に係る吊荷旋回装置１００の概略構成を示すブロック図である、図１１は、吊荷旋回装置１００を斜視図である。図１０に示すように、吊荷旋回装置１００は、ジャイロセンサ３６に替えて２個のＧＰＳ受信器１３６を備える。これらは、吊荷旋回装置１００の旋回中心（回転軸２１と回転軸３１との交点）に対する相対位置が既知の２点（例えば、図示するように旋回中心を通る同一直線上で旋回中心に対して対称な２点）に設置されている。

即ち、本実施例では、２点のＧＰＳ受信器１３６の位置をＧＰＳ衛星から受信し、ＰＬＣ４４が、これらの位置情報に基づいて、「記憶」ボタン５６や「戻る」ボタン５７が操作された時点での吊荷旋回装置１００の旋回角度を認識する。

なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の各実施形態では、「記憶」ボタン５６の操作後に吊荷旋回装置１０が旋回した場合に、「記憶」ボタン５６が操作された時点での旋回位置に吊荷旋回装置１０を復帰させるが、「記憶」ボタン５６が操作された時点での旋回位置と、復帰後の旋回位置とが完全に一致することは必須ではなく、多少の誤差があってもよい。

また、上述の実施形態では、電磁ブレーキ付のモータをジンバル用モータ２４として用いて、電磁ブレーキの開閉でジンバル２２のロック／ロック解除をするようにしたが、電磁ブレーキに替えてジンバル用モータとジンバル２２の回転軸２１とを連結／分離するクラッチを用いて、クラッチの連結／分離でジンバル２２のロック／ロック解除をするようにしてもよい。さらに、上述の各実施形態では、吊荷を旋回させる吊荷旋回装置を例に挙げて本発明を説明したが、ワイヤー等の吊材で吊られたゴンドラ等の他の吊物を旋回させる吊荷旋回装置にも本発明を適用できる。

１ワイヤー、２ワイヤー、４吊荷、１０吊荷旋回装置、１１モーメント軸、１２フレーム、２０ジンバルユニット、２１回転軸、２２ジンバル、２４ジンバル用モータ、２６ＰＬＧ、２８ＰＬＣ、３０フライホイルユニット、３１回転軸、３２フライホイル、３４フライホイル用モータ、３６ジャイロセンサ、３８電源部、４０電力変換装置、４２ＰＬＧ、４４ＰＬＣ、４６受信器、５０送信器、５１「電源」ボタン、５２「右旋回」ボタン、５３「左旋回」ボタン、５４「中立」ボタン、５５「保持」ボタン、５６「記憶」ボタン、５７「戻る」ボタン、１００吊荷旋回装置、１３６ＧＰＳ受信器

Claims

フライホイルと、前記フライホイルを傾動させるジンバルとを備え、前記フライホイルが回転すると共に前記ジンバルが前記フライホイルを傾動させることにより生じるジャイロ効果を利用して、吊材により吊られた吊物を旋回させる吊物旋回装置であって、
装置の旋回を停止させる位置を指定する指示を受け付ける第一の受付部と、
前記第一の受付部が前記指示を受け付けてからの装置の旋回量を検出する旋回量検出部と、
装置を指定した位置に戻す指示を受け付ける第二の受付部と、
前記第二の受付部が前記指示を受け付けると、前記旋回量検出部により検出された前記旋回量が減少するように前記ジンバルの傾きを制御する制御部と
を備える吊物旋回装置。
フライホイルと、前記フライホイルを傾動させるジンバルとを備え、前記フライホイルが回転すると共に前記ジンバルが前記フライホイルを傾動させることにより生じるジャイロ効果を利用して、吊材により吊られた吊物を旋回させる吊物旋回装置であって、
装置の旋回を停止させる位置を指定する指示を受け付ける受付部と、
前記受付部が前記指示を受け付けてからの装置の旋回量を検出する旋回量検出部と、
前記旋回検出量により検出された前記旋回量が閾値を超えた場合に、前記旋回量検出部により検出された前記旋回量が減少するように前記ジンバルの傾きを制御する制御部と
を備える吊物旋回装置。
請求項１又は請求項２に記載の吊物旋回装置を使用して、前記吊物を旋回させ、又は前記吊物の旋回を停止させる吊物旋回方法。