JP2016120995A - Swing angle detection method and device of crane - Google Patents

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貴章 西川
Takaaki Nishikawa
貴章 西川
進 下田
Susumu Shimoda
進 下田
林 亨
Toru Hayashi
亨 林
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Ihi運搬機械株式会社
Ihi Transport Machinery Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a swing angle detection method and a device of a crane capable of appropriately detecting a swing angle of a lifted load while minimizing time and effort and costs required for installation/removal and maintenance of equipment with a simple configuration.SOLUTION: A crane comprises: motion 7 lifting down a lifted load 8 by ropes 16, 16', 20 and 20' and operating; and winch drums 15, 15', 19 and 19' driving the ropes and performing operation of the lifted load 8 and the motion 7. Sheave load detectors 25 are individually attached to a plurality of sheaves 17, 17', 21 and 21' equipped in the middle of the ropes, tension of the ropes is detected, an estimated swing angle is calculated from the tension, processing by a Kalman filter is performed with respect to the estimated swing angle, and a swing angle prediction value of the lifted load 8 is calculated.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、クレーンによる荷役作業中に発生する吊り荷の振れ角を検出するためのクレーンの振れ角検出方法及び装置に関する。   The present invention relates to a crane swing angle detection method and apparatus for detecting a swing angle of a suspended load generated during a cargo handling operation by a crane.
クレーンによる荷役作業においては、ロープに吊るした吊り荷を移動させるのに伴い、吊り荷に振れが発生する。吊り荷が目標の位置へ到達した際に吊り荷が振れていると、振れが収まるまでは正確な位置へ運搬物の揚げ降ろしを行うことができず、作業効率が低下する。また、発生する振れの角度や大きさによっては、吊り荷やロープが周辺の機械や構造物に干渉する場合もある。このため、吊り荷の振れはできる限り抑えることが望ましい。   In the cargo handling work by the crane, the suspended load is shaken as the suspended load suspended from the rope is moved. If the suspended load swings when the suspended load reaches the target position, the transported object cannot be lifted and lowered to an accurate position until the swing is settled, resulting in a reduction in work efficiency. Depending on the angle and magnitude of the generated deflection, suspended loads and ropes may interfere with surrounding machines and structures. For this reason, it is desirable to suppress the swing of the suspended load as much as possible.
振れを抑制するためには吊り荷の振れ角を正確に検出することが必要であり、振れ角検出のために種々の技術が提案されている。例えば、ロープの基部側の支点付近に、ロープに追従するロッドを取り付け、該ロッドの角度として吊り荷の振れ角を検出するものや、モーション(ジブ)の先端にロープを挟むフォークを介してポテンショメータを備えて吊り荷の振れ角を検出するものなどが提案されている(例えば、下記特許文献1、2参照)。しかしながら、こうした機械式の振れ角検出装置は、機器の付け外しに非常に手間がかかるうえ、機器とロープとの間に接触部や摺動部が多いために汚れが溜まりやすく、そのために検出精度が低下する懸念がある。また、吊り荷側に取り付けたマーカをモーション側の撮像装置で撮影し、画像処理によって振れ角を検出する光学式の装置も実用されているが(例えば、下記特許文献3参照)、やはり機器の設置に手間がかかるし、高価な機器類を要するのでコストも高くなる。また、天候や周辺の環境によっては撮影や画像処理が困難となり、振れ角の検出が正確にできない場合がある。   In order to suppress the shake, it is necessary to accurately detect the swing angle of the suspended load, and various techniques have been proposed for detecting the swing angle. For example, a rod that follows the rope is installed near the fulcrum on the base side of the rope and the swing angle of the suspended load is detected as the angle of the rod, or a potentiometer via a fork that sandwiches the rope at the tip of the motion (jib) Have been proposed that detect the deflection angle of a suspended load (see, for example, Patent Documents 1 and 2 below). However, these mechanical deflection angle detectors require a lot of labor to attach and detach the equipment, and because there are many contact parts and sliding parts between the equipment and the rope, dirt tends to accumulate, which makes detection accuracy high. There is a concern that will decrease. In addition, although an optical device that captures a marker attached to the suspended load side with an imaging device on the motion side and detects a deflection angle by image processing (see, for example, Patent Document 3 below) is also used. Installation takes time and cost is high because expensive equipment is required. Also, depending on the weather and the surrounding environment, shooting and image processing may be difficult, and the shake angle may not be detected accurately.
こうした事情から、吊り荷の振れ角そのものを直接測定するのではなく、吊り荷の加速度や、ロープを繰り出すモータのトルク、吊り荷からモーションにかかる分力、ロープの支点の位置やロープの繰り出し長さ等、振れ角に関係する種々の数値を測定し、これらの測定値を基にカルマンフィルタやオブザーバを利用して振れ角を間接的に推定することが提案されている(例えば、下記特許文献4〜6参照)。   For this reason, the swing angle of the suspended load itself is not measured directly, but the acceleration of the suspended load, the torque of the motor that feeds the rope, the component force applied to the motion from the suspended load, the position of the fulcrum of the rope and the length of the rope It has been proposed to measure various numerical values related to the deflection angle and indirectly estimate the deflection angle using a Kalman filter or an observer based on these measurement values (for example, Patent Document 4 below). To 6).
特開2014−97893号公報JP 2014-97893 A 特開2005−67747号公報JP 2005-67747 A 特開2009−234699号公報JP 2009-234699 A 特開平10−45379号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-45379 特開2001−48467号公報JP 2001-48467 A 特開平7−89691号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-89691
しかしながら、これらの技術にもそれぞれ欠点はある。吊り荷の加速度を基に振れ角を推定する方式(上記特許文献4)では、吊り荷側に加速度計を付け外しする作業が煩雑で手間がかかる。モータトルクを利用する方式(上記特許文献5)では、モータの停止中に外乱によって吊り荷の振れが励起された場合には正確な振れ角を推定できない。台車にかかる分力から振れ角を推定する方式(上記特許文献6)は、基本的にクラブトロリ式のクレーンに用途が限定される。このため、より取扱が簡便で、外乱により励起された振れも検出でき、且つ種々のクレーンに適用可能な振れ角の検出方法が望まれている。   However, each of these techniques also has drawbacks. In the method of estimating the deflection angle based on the acceleration of the suspended load (Patent Document 4), the work of attaching and detaching the accelerometer to the suspended load side is complicated and troublesome. In the method using the motor torque (the above-mentioned Patent Document 5), an accurate swing angle cannot be estimated when a swing of a suspended load is excited by a disturbance while the motor is stopped. The method of estimating the deflection angle from the component force applied to the carriage (Patent Document 6) is basically limited to a club trolley crane. For this reason, there is a demand for a method of detecting a swing angle that is easier to handle, can detect a vibration excited by a disturbance, and can be applied to various cranes.
本発明は、斯かる実情に鑑み、簡単な構成で、機器の付け外しやメンテナンスにかかる手間やコストを最小限にしながら、吊り荷の振れ角を好適に検出し得るクレーンの振れ角検出方法及び装置を提供しようとするものである。   In view of such circumstances, the present invention provides a crane swing angle detection method capable of suitably detecting a swing angle of a suspended load with a simple configuration and minimizing the labor and cost for attaching and detaching equipment. The device is to be provided.
本発明は、ロープにより吊り荷を吊り下げて動作するモーションと、前記ロープを駆動して前記吊り荷や前記モーションの動作を行うウインチドラムとを備えたクレーンの振れ角検出方法であって、前記ロープの途中に備えられた複数のシーブに各々シーブ荷重検出器を取り付けて前記ロープの張力を検出し、該張力から推定振れ角を算出し、該推定振れ角に対してカルマンフィルタによる処理を行って吊り荷の振れ角予測値を算出することを特徴とするクレーンの振れ角検出方法にかかるものである。   The present invention is a method of detecting a swing angle of a crane including a motion that operates by suspending a suspended load with a rope, and a winch drum that operates the suspended load and the motion by driving the rope. A sheave load detector is attached to each of a plurality of sheaves provided in the middle of the rope to detect the tension of the rope, calculate an estimated deflection angle from the tension, and perform processing by the Kalman filter on the estimated deflection angle The present invention relates to a crane swing angle detection method characterized by calculating a predicted swing angle of a suspended load.
而して、このようにすれば、単純で安価な機構により、吊り荷の振れ角を精度良く予測することができる。   In this way, the swing angle of the suspended load can be accurately predicted by a simple and inexpensive mechanism.
本発明のクレーンの振れ角検出方法においては、前記モーションとしてガーダやブーム上を横行するトロリを備えたトロリ式クレーンを振れ角検出の対象とし、前記トロリ式クレーンをばねマスダンパモデルと仮定して定義した数式モデルに対して前記カルマンフィルタを設計することができ、このようにすれば、単純な数式モデルで精度の高い振れ角予測値を得ることができる。   In the crane swing angle detection method of the present invention, a trolley crane having a girder or a trolley traversing on a boom is assumed as the motion, and the trolley crane is assumed to be a spring mass damper model. The Kalman filter can be designed for the defined mathematical model, and in this way, a highly accurate predicted deflection angle can be obtained with a simple mathematical model.
また、本発明のクレーンの振れ角検出方法においては、旋回体と、該旋回体に対し起伏可能に取り付けた前記モーションとしてのジブを備えたジブクレーンを振れ角検出の対象とし、前記ジブクレーンをばねマスダンパモデルと仮定して定義した数式モデルに対して前記カルマンフィルタを設計することができ、このようにすれば、単純な数式モデルで精度の高い振れ角予測値を得ることができる。   In the crane swing angle detection method of the present invention, a swing body and a jib crane provided with the jib as the motion attached to the swing body so as to be raised and lowered are set as targets for swing angle detection, and the jib crane is used as a spring mass. The Kalman filter can be designed for a mathematical model defined assuming a damper model, and in this way, a highly accurate deflection angle prediction value can be obtained with a simple mathematical model.
また、本発明は、ロープにより吊り荷を吊り下げて動作するモーションと、前記ロープを駆動して前記吊り荷や前記モーションの動作を行うウインチドラムとを備えたクレーンの振れ角検出装置であって、前記ロープの途中に備えられた複数のシーブと、該シーブに各々取り付けられて前記ロープの張力を検出するシーブ荷重検出器と、前記ロープの張力から推定振れ角を算出し、該推定振れ角に対してカルマンフィルタによる処理を行って吊り荷の振れ角予測値を算出するよう構成された制御装置とを備えたことを特徴とするクレーンの振れ角検出装置にかかるものである。   Further, the present invention is a crane swing angle detection device including a motion that operates by suspending a suspended load with a rope, and a winch drum that drives the rope and performs the operation of the suspended load and the motion. A plurality of sheaves provided in the middle of the rope, a sheave load detector that is attached to each sheave and detects the tension of the rope, an estimated deflection angle is calculated from the tension of the rope, and the estimated deflection angle And a control device configured to calculate a predicted swing angle of a suspended load by performing a process using a Kalman filter.
本発明のクレーンの振れ角検出装置においては、前記モーションとしてガーダやブーム上を横行するトロリを備えたトロリ式クレーンを振れ角検出の対象とし、前記トロリ式クレーンをばねマスダンパモデルと仮定して定義した数式モデルに対して前記カルマンフィルタを設計し、前記制御装置に実装することができる。   In the crane swing angle detection device of the present invention, it is assumed that a trolley crane having a trolley that traverses a girder or a boom as the motion is a target of swing angle detection, and the trolley crane is a spring mass damper model. The Kalman filter can be designed for the defined mathematical model and mounted on the control device.
また、本発明のクレーンの振れ角検出装置においては、旋回体と、該旋回体に対し起伏可能に取り付けた前記モーションとしてのジブを備えたジブクレーンを振れ角検出の対象とし、前記ジブクレーンをばねマスダンパモデルと仮定して定義した数式モデルに対して前記カルマンフィルタを設計し、前記制御装置に実装することができる。   In the crane swing angle detection device of the present invention, a swing body and a jib crane provided with the jib as the motion attached to the swing body in a undulating manner are set as targets for swing angle detection, and the jib crane is used as a spring mass. The Kalman filter can be designed with respect to a mathematical model defined as a damper model, and can be implemented in the control device.
本発明のクレーンの振れ角検出方法及び装置によれば、簡単な構成で、機器の付け外しやメンテナンスにかかる手間やコストを最小限にしながら、吊り荷の振れ角を好適に検出し得るという優れた効果を奏し得る。   According to the crane swing angle detection method and apparatus of the present invention, the swing angle of a suspended load can be suitably detected with a simple configuration while minimizing the labor and cost for attaching and detaching equipment. The effects can be achieved.
本発明を適用したトロリ式クレーン(グラブバケット式アンローダ)の一例(第一実施例)を示す側面図である。It is a side view which shows an example (1st Example) of the trolley type crane (grab bucket type unloader) to which this invention is applied. 本発明を適用したトロリ式クレーン(グラブバケット式アンローダ)の一例(第一実施例)を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example (1st Example) of the trolley type crane (grab bucket type unloader) to which this invention is applied. 本発明のクレーンの振れ角検出方法及び装置の第一実施例における制御ブロック図である。It is a control block diagram in the first embodiment of the crane swing angle detection method and apparatus of the present invention. 本発明のクレーンの振れ角検出方法及び装置の第一実施例における制御ブロック図である。It is a control block diagram in the first embodiment of the crane swing angle detection method and apparatus of the present invention. シーブにかかる張力を図示する概略図である。It is the schematic which illustrates the tension concerning a sheave. トロリ式クレーンの数式モデルの説明図である。It is explanatory drawing of the numerical formula model of a trolley type crane. 力入力モデルを速度入力モデルに変換するブロック線図である。It is a block diagram which converts a force input model into a speed input model. カルマンフィルタにおける演算の工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the calculation in a Kalman filter. 本発明の実施により推定または予測された吊り荷の振れ角と、実際の振れ角とを比較して示す線図である。It is a diagram which shows by comparing the swing angle of the suspended load estimated by the implementation of the present invention and the actual swing angle. 本発明のクレーンの振れ角検出方法及び装置の第二実施例における制御ブロック図である。It is a control block diagram in the second embodiment of the swing angle detection method and apparatus of the crane of the present invention. シーブにかかる張力を図示する概略図である。It is the schematic which illustrates the tension concerning a sheave. 本発明を適用したジブクレーンの一例(第三実施例)を示す側面図である。It is a side view which shows an example (3rd Example) of the jib crane to which this invention is applied. 本発明を適用したジブクレーンの一例(第三実施例)を示す斜視図であり、シーブにかかる張力を図示する概略図である。It is a perspective view which shows an example (3rd Example) of the jib crane to which this invention is applied, and is the schematic which illustrates the tension concerning a sheave. 本発明のクレーンの振れ角検出方法及び装置の第三実施例における制御ブロック図である。It is a control block diagram in the third embodiment of the swing angle detection method and apparatus of the crane of the present invention. 本発明のクレーンの振れ角検出方法及び装置の第三実施例における制御ブロック図である。It is a control block diagram in the third embodiment of the swing angle detection method and apparatus of the crane of the present invention. ジブクレーンの数式モデルの説明図である。It is explanatory drawing of the numerical formula model of a jib crane.
図1〜図9は本発明のクレーンの振れ角検出方法及び装置を実施する形態の第一例を示すものである。本第一実施例においては、グラブバケット式アンローダに対して本発明を適用した場合を例示している。   FIGS. 1-9 shows the 1st example of the form which implements the swing angle detection method and apparatus of the crane of this invention. In the first embodiment, a case where the present invention is applied to a grab bucket unloader is illustrated.
グラブバケット式アンローダは、バラ物運搬船に積載された鉱石、石炭等のバラ物を荷揚げするために、岸壁に備えられる橋形クレーンの一種で、吊り荷を吊り下げるモーションとしてトロリを用いるトロリ式のクレーンである。図1に示したグラブバケット式アンローダは、海側の海脚1と陸側の陸脚2を有して岸壁上のレール3上を走行する機械本体4と、該機械本体4上部の陸側に設けられたガーダ5から海側へ張り出しピン6aを中心に俯仰が可能なブーム6と、該ブーム6及びガーダ5の長手方向に沿って横行するトロリ(モーション)7と、該トロリ7から吊下げられて昇降と開閉を行うようにした吊り荷としてのグラブバケット8とを有している。そして、前記ブーム6の海側に位置したトロリ7から開いた状態のグラブバケット8をバラ物運搬船9の上部開口9aから船内に吊り下げてバラ物上に載置し、グラブバケット8を閉じることによりバラ物を掴んだ後、グラブバケット8を上昇させ、続いて、トロリ7を陸側に横行させることによりグラブバケット8を陸側に移動させ、グラブバケット8が前記機械本体4に備えたホッパ10上に来たときに開くことによりバラ物をホッパ10内へ投入するようにしている。ホッパ10内に投入されたバラ物は、機械本体4に備えた機内コンベヤ11等により陸上の搬送コンベヤ12に供給されるようになっている。尚、図2中、13はアンローダを操作するオペレータが搭乗する移動運転室、14は機械本体4の上部の陸側端に設けられた機械室である。   A grab bucket type unloader is a type of bridge-type crane provided on the quay to unload roses such as ore and coal loaded on a bulk carrier. It is a crane. The grab bucket type unloader shown in FIG. 1 includes a machine body 4 having a seaside limb 1 and a landside limb 2 and traveling on a rail 3 on a quay, and a land side above the machine body 4. A boom 6 that can project from the girder 5 provided on the sea side to the sea side with a pin 6 a as the center, a trolley (motion) 7 that traverses along the longitudinal direction of the boom 6 and the girder 5, and a suspension from the trolley 7. It has a grab bucket 8 as a suspended load that is lowered and opened and closed. Then, the grab bucket 8 opened from the trolley 7 located on the sea side of the boom 6 is suspended from the upper opening 9a of the bulk carrier 9 and placed on the bulk, and the grab bucket 8 is closed. The grab bucket 8 is moved up, and then the trolley 7 is moved to the land side to move the grab bucket 8 to the land side. The grab bucket 8 is provided in the machine body 4 with a hopper. By opening the door 10 when it reaches the top, the rose is put into the hopper 10. The bulk material thrown into the hopper 10 is supplied to the land conveyor 12 by an in-machine conveyor 11 provided in the machine body 4. In FIG. 2, reference numeral 13 denotes a mobile operation room in which an operator who operates the unloader is boarded, and reference numeral 14 denotes a machine room provided at the land side end of the upper part of the machine body 4.
前述の如きグラブバケット式アンローダとしては、例えば、図2に示される如く、4本のウインチドラムを備え、該ウインチドラムの駆動により前記トロリ7を横行させると共にグラブバケット8を昇降・開閉させるようにした4ドラム式のアンローダがある。   As the grab bucket type unloader as described above, for example, as shown in FIG. 2, four winch drums are provided, and the trolley 7 is traversed and the grab bucket 8 is moved up and down and opened and closed by driving the winch drum. There is a 4-drum unloader.
前記ウインチドラムとしての巻上ドラム15から繰り出した巻上ロープ16はガーダ5(図1参照)の陸側端部に設けたシーブ17を経てトロリ7上のシーブ18に導かれた後、下方に向けられて下端がグラブバケット8の一側(陸側)に固定されている。又、前記ウインチドラムとしての巻上ドラム15'から繰り出した巻上ロープ16'はブーム6(図1参照)の海側端部に設けたシーブ17'を経てトロリ7上のシーブ18'に導かれた後、下方に向けた下端がグラブバケット8の他側(海側)に固定されている。   The hoisting rope 16 fed out from the hoisting drum 15 as the winch drum is guided to the sheave 18 on the trolley 7 through the sheave 17 provided at the land side end of the girder 5 (see FIG. 1), and then downward. The lower end is directed and fixed to one side (land side) of the grab bucket 8. Further, the hoisting rope 16 ′ fed out from the hoisting drum 15 ′ as the winch drum is guided to the sheave 18 ′ on the trolley 7 through the sheave 17 ′ provided at the sea end of the boom 6 (see FIG. 1). After that, the lower end directed downward is fixed to the other side (sea side) of the grab bucket 8.
又、前記ウインチドラムとしての開閉ドラム19から繰り出した開閉ロープ20はガーダ5(図1参照)の陸側端部に設けたシーブ21を経てトロリ7上のシーブ22に導かれた後、下方に導かれてグラブバケット8のバケット本体8a,8aの連結部に取り付けた下部移動シーブ23と、タイロッド8bを介しピン連結により前記バケット本体8aを支持する上部フレーム8cに取り付けた上部固定シーブ24(図1参照)との間に複数回掛け回され、グラブバケット8の所要箇所に固定されている。一方、前記ウインチドラムとしての開閉ドラム19'から繰り出した開閉ロープ20'はブーム6(図1参照)の海側端部に設けたシーブ21'を経てトロリ7上のシーブ22'に導かれた後、下方に導かれてグラブバケット8の下部移動シーブ23と上部固定シーブ24(図1参照)との間に複数回掛け回され、グラブバケット8の所要箇所に固定されている。   The open / close rope 20 fed out from the open / close drum 19 as the winch drum is guided to the sheave 22 on the trolley 7 through the sheave 21 provided at the land side end of the girder 5 (see FIG. 1), and then downward. A lower moving sheave 23 that is guided and attached to the connecting portion of the bucket body 8a, 8a of the grab bucket 8, and an upper fixed sheave 24 that is attached to the upper frame 8c that supports the bucket body 8a by pin connection via a tie rod 8b (see FIG. 1), and is fixed to a required portion of the grab bucket 8. On the other hand, the open / close rope 20 ′ fed out from the open / close drum 19 ′ as the winch drum is guided to the sheave 22 ′ on the trolley 7 through the sheave 21 ′ provided at the sea end of the boom 6 (see FIG. 1). After that, it is guided downward and is hung a plurality of times between the lower moving sheave 23 of the grab bucket 8 and the upper fixed sheave 24 (see FIG. 1), and is fixed to a required portion of the grab bucket 8.
図2に示した4ドラム式のアンローダでは、巻上ドラム15,15'を停止した状態において、開閉ドラム19,19'により開閉ロープ20,20'を同時に繰り出すと、グラブバケット8の下部移動シーブ23と上部固定シーブ24(図1参照)の間隔が開いて前記グラブバケット8は開き、開閉ドラム19,19'により開閉ロープ20,20'を同時に巻き込むと、下部移動シーブ23と上部固定シーブ24(図1参照)の間隔が狭くなりグラブバケット8は閉じられる。   In the four-drum unloader shown in FIG. 2, when the hoisting drums 15 and 15 ′ are stopped and the open and close ropes 20 and 20 ′ are simultaneously fed out by the open and close drums 19 and 19 ′, the lower moving sheave of the grab bucket 8 is obtained. 23 and the upper fixed sheave 24 (see FIG. 1) are opened, the grab bucket 8 is opened, and when the open / close ropes 20 and 20 ′ are simultaneously wound by the open / close drums 19 and 19 ′, the lower moving sheave 23 and the upper fixed sheave 24 The interval (see FIG. 1) becomes narrower and the grab bucket 8 is closed.
又、前記巻上ドラム15,15'により巻上ロープ16,16'を繰り出す操作と、開閉ドラム19,19'により開閉ロープ20,20'を繰り出す操作を同時に行うと、グラブバケット8は下降し、又、前記巻上ドラム15,15'により巻上ロープ16,16'を巻き込む操作と、開閉ドラム19,19'により開閉ロープ20,20'を巻き込む操作を同時に行うと、グラブバケット8は上昇する。   Further, if the operation of feeding the hoisting ropes 16 and 16 ′ by the hoisting drums 15 and 15 ′ and the operation of feeding the opening and closing ropes 20 and 20 ′ by the opening and closing drums 19 and 19 ′ are simultaneously performed, the grab bucket 8 is lowered. Further, when the operation of winding the hoisting ropes 16 and 16 ′ by the hoisting drums 15 and 15 ′ and the operation of winding the opening and closing ropes 20 and 20 ′ by the opening and closing drums 19 and 19 ′ are performed simultaneously, the grab bucket 8 is raised. To do.
一方、陸側のシーブ17,21からトロリ7上の陸側のシーブ18,22に巻上ロープ16及び開閉ロープ20を導いている巻上ドラム15及び開閉ドラム19の巻き込み操作と、海側のシーブ17',21'からトロリ7の海側のシーブ18',22'に巻上ロープ16'及び開閉ロープ20'を導いている巻上ドラム15'及び開閉ドラム19'の繰り出し操作を同時に行うと、トロリ7とグラブバケット8は陸側へ横行する。逆に、巻上ドラム15及び開閉ドラム19の繰り出し操作と、巻上ドラム15'及び開閉ドラム19'の巻き込み操作を同時に行うと、トロリ7及びグラブバケット8は海側へ横行する。即ち、巻上ドラム15,15'と開閉ドラム19,19'の操作によって、トロリ7及びグラブバケット8の横行を行わせることができる。   On the other hand, a winding operation of the hoisting drum 15 and the opening / closing drum 19 leading the hoisting rope 16 and the opening / closing rope 20 from the land-side sheaves 17, 21 to the land-side sheaves 18, 22 on the trolley 7, The hoisting drum 15 'and the opening / closing drum 19' are led out simultaneously from the sheaves 17 ', 21' to the seaside sheaves 18 ', 22' of the trolley 7 with the hoisting rope 16 'and the opening / closing rope 20'. Then, the trolley 7 and the grab bucket 8 traverse to the land side. On the contrary, when the winding operation of the hoisting drum 15 and the opening / closing drum 19 and the winding operation of the hoisting drum 15 ′ and the opening / closing drum 19 ′ are performed simultaneously, the trolley 7 and the grab bucket 8 traverse to the sea side. That is, the trolley 7 and the grab bucket 8 can be traversed by operating the hoisting drums 15 and 15 ′ and the opening and closing drums 19 and 19 ′.
そして、本第一実施例においては、シーブ荷重検出器25を用いて検出した各ロープ(巻上ロープ16,16'及び開閉ロープ20,20')の張力に基づいて吊り荷(グラブバケット)8の振れ角を推定すると共に、吊り荷現状位置検出器26によって吊り荷8の現状位置を検出するようにしてある。   In the first embodiment, the suspended load (grab bucket) 8 is based on the tension of each rope (the hoisting ropes 16, 16 ′ and the opening / closing ropes 20, 20 ′) detected by using the sheave load detector 25. The current position of the suspended load 8 is detected by the suspended load current position detector 26.
シーブ荷重検出器25は、前記巻上シーブ17,17'及び開閉シーブ21,21'に取り付けられたロードセル等の荷重センサであり、図3、図4に示す如く、前記4つのシーブにおいて検出された荷重を荷重信号25aとして制御装置27の振れ角算出部28に入力するようになっている。   The sheave load detector 25 is a load sensor such as a load cell attached to the hoist sheaves 17 and 17 ′ and the open and close sheaves 21 and 21 ′, and is detected in the four sheaves as shown in FIGS. The obtained load is input to the deflection angle calculation unit 28 of the control device 27 as a load signal 25a.
吊り荷現状位置検出器26は、トロリ7を横行させると共にグラブバケット8を昇降・開閉させるためのロープ(巻上ロープ16,16'及び開閉ロープ20,20')を駆動するウインチドラム(巻上ドラム15,15'及び開閉ドラム19,19')のドラム回転数を計測するエンコーダ等の回転センサであり、計測したドラム回転数を回転数信号26aとして制御装置27の吊り荷現状位置計算部29に入力するようになっている。   The suspended load current position detector 26 traverses the trolley 7 and also operates a winch drum (winding ropes 16 and 16 'and opening and closing ropes 20 and 20') for raising and lowering and opening and closing the grab bucket 8. A rotation sensor such as an encoder for measuring the drum rotation speed of the drums 15 and 15 ′ and the open / close drums 19 and 19 ′), and the current load position calculation unit 29 of the control device 27 uses the measured drum rotation speed as a rotation speed signal 26a. To enter.
制御装置27は、シーブ荷重検出器25から入力される荷重信号25aに基づいてグラブバケット(吊り荷)8の振れ角θを推定し、この振れ角θの推定値と、トロリ7の位置検出値や速度検出値、吊下ロープ長をカルマンフィルタに入力することで振れ角θを予測するようになっている。   The control device 27 estimates the swing angle θ of the grab bucket (suspended load) 8 based on the load signal 25 a input from the sheave load detector 25, and the estimated value of the swing angle θ and the position detection value of the trolley 7. Further, the deflection angle θ is predicted by inputting the speed detection value and the suspended rope length into the Kalman filter.
また、移動運転室13に設けられたコントローラ30をオペレータが操作することにより、その操作信号30aがトロリ7への横行操作速度指令や横行目標位置指令として制御装置27に入力されるようになっている。   Further, when the operator operates the controller 30 provided in the mobile cab 13, the operation signal 30a is input to the control device 27 as a traversing operation speed command or a traversing target position command to the trolley 7. Yes.
制御装置27は、シーブ荷重検出器25から入力される荷重信号25aに基づいてグラブバケット8の振れ角θを推定し、推定した振れ角θと、吊り荷現状位置検出器26から入力される回転数信号26aから算出される吊り荷8の吊下ロープ長lやトロリ7の横行位置x等に基づいて振れ止めフィードバック制御速度指令を算出し、該振れ止めフィードバック制御速度指令をコントローラ30からの前記横行操作速度指令とに加味した振れ止め制御速度指令uを制御信号27aとして前記ウインチドラムのモータ31のインバータ32に対し出力するようになっている。インバータ32は、制御信号27aに基づいてモータ31を介し前記ウインチドラムの横行動作を制御する。   The control device 27 estimates the swing angle θ of the grab bucket 8 based on the load signal 25 a input from the sheave load detector 25, and the estimated swing angle θ and the rotation input from the suspended load current position detector 26. The steady-state feedback control speed command is calculated based on the suspended rope length l of the suspended load 8 calculated from the numerical signal 26a, the traversing position x of the trolley 7, and the like. The steadying control speed command u added to the traverse operation speed command is output to the inverter 32 of the winch drum motor 31 as a control signal 27a. The inverter 32 controls the traversing operation of the winch drum via the motor 31 based on the control signal 27a.
次に、上記本第一実施例における振れ角予測の詳細について、図3〜図9を参照して説明する。   Next, details of the deflection angle prediction in the first embodiment will be described with reference to FIGS.
制御装置27の吊り荷現状位置計算部29(図4参照)は、吊り荷現状位置検出器26から入力される回転数信号26aをもとに、モーション(トロリ7)の横行位置(位置検出値)x、モーション(トロリ7)の横行速度(速度検出値)Vfb、及びモーション(トロリ7)から吊り荷(グラブバケット)8までの距離(吊下ロープ長検出値)lを算出する。このとき、トロリ7の横行速度はトロリ7の横行方向位置の微分値として算出することができる。 The suspended load current position calculation unit 29 (see FIG. 4) of the control device 27 performs a traverse position (position detection value) of the motion (trolley 7) based on the rotation speed signal 26a input from the suspended load current position detector 26. ) x r, the motion (transverse velocity (speed detection value of the trolley 7)) V fb, and motion (the suspended load (the distance to the grab buckets) 8 (hanging rope length detected value from the trolley 7)) is calculated l. At this time, the traverse speed of the trolley 7 can be calculated as a differential value of the position of the trolley 7 in the traverse direction.
次に、制御装置27の振れ角算出部28は、シーブ荷重検出器25から入力されるシーブ荷重信号25aをもとに、吊り荷8の振れ角θを推定する。具体的には、図5に示す如く、前記シーブ(巻上シーブ17,17'、開閉シーブ21,21')には、それぞれTm1、Tm2、Ta1、Ta2の張力がかかるが、これらの張力は、吊り荷8の推定振れ角θに応じて変化する。すなわち、推定振れ角θは、以下の通り、張力Tm1、Tm2、Ta1、Ta2を独立変数とした関数として算出できる。
θ=f(Tm1,Tm2,Ta1,Ta2
Next, the deflection angle calculation unit 28 of the control device 27 estimates the deflection angle θ of the suspended load 8 based on the sheave load signal 25 a input from the sheave load detector 25. Specifically, as shown in FIG. 5, the sheaves (winding sheaves 17, 17 ′, open / close sheaves 21, 21 ′) are each subjected to a tension of T m1 , T m2 , T a1 , T a2 . these tensions will vary according to the estimated swing angle theta T of the suspended load 8. That is, the estimated deflection angle θ T can be calculated as a function using the tensions T m1 , T m2 , T a1 , and T a2 as independent variables as follows.
θ T = f (T m1 , T m2 , T a1 , T a2 )
次に、制御装置27は、上記吊り荷現状位置計算部29で算出した位置検出値x、速度検出値Vfb、吊下ロープ長検出値lと、上記振れ角算出部28で算出した推定振れ角θをカルマンフィルタ33に入力する(図4参照)。このカルマンフィルタ33は、該カルマンフィルタ33の内部で定義するクレーンモデル34で吊り荷8の振れ角を予測し、この予測した振れ角を前記推定振れ角θと比較して、その誤差分散が最小となるように推定し、振れ角についての最適な推定結果を返すシステム構成になっている。 Next, the controller 27 detects the position detection value x r , the speed detection value V fb , the suspension rope length detection value l calculated by the suspended load current position calculation unit 29, and the estimation calculated by the deflection angle calculation unit 28. the deflection angle theta T input to the Kalman filter 33 (see FIG. 4). The Kalman filter 33 predicts the deflection angle of the load 8 suspended by a crane model 34 that defines inside of the Kalman filter 33, the deflection angles the prediction compared to the estimated swing angle theta T, and its error variance minimum Thus, the system configuration is such that an optimum estimation result for the deflection angle is returned.
以下、カルマンフィルタ33の設計手順を説明する。カルマンフィルタ33を設計するためには、制御対象であるクレーン(本実施例の場合は、トロリ式クレーンの一種であるグラブバケット式アンローダ)の数式モデル(クレーンモデル)34を導出する必要がある。   Hereinafter, a design procedure of the Kalman filter 33 will be described. In order to design the Kalman filter 33, it is necessary to derive a mathematical model (crane model) 34 of a crane to be controlled (in this embodiment, a grab bucket unloader which is a kind of trolley crane).
数式モデル34を導出する手順を説明する。上述のグラブバケット式アンローダのようなトロリ式のクレーンの場合、モーションであるトロリの運動については横行方向の運動のみを考慮すれば良いので、数式モデル34を導出するためのモデル定義を以下の通り仮定する。
a)ロープ質量は考慮しない。
b)モーション(トロリ7)は横行方向(x方向)の運動のみを考慮した、ばねマスダンパの1質点系モデルとする。
c)制御入力(振れ止め制御速度指令)uは直接トロリ7に作用する。
A procedure for deriving the mathematical model 34 will be described. In the case of a trolley crane such as the grab bucket unloader described above, only the traversing motion needs to be considered for the motion of the trolley, which is a motion. Therefore, the model definition for deriving the mathematical model 34 is as follows: Assume.
a) Rope mass is not considered.
b) The motion (trolley 7) is a one-mass system model of a spring mass damper considering only the movement in the transverse direction (x direction).
c) The control input (stabilization control speed command) u acts directly on the trolley 7.
以上の定義をもとに、トロリ式クレーンの数式モデル34を図6に示す通りに仮定する。主な記号の定義を以下に示す。   Based on the above definition, a mathematical model 34 of a trolley crane is assumed as shown in FIG. The definitions of the main symbols are shown below.
:モーション(トロリ7)質量[kg]、M:吊り荷質量[kg]、l(t):吊下ロープ長[m]、u(t):制御入力[N]、x(t):モーション(トロリ7)のx方向位置(横行位置)[m]、x(t):吊り荷8のx方向位置[m]、y(t):吊り荷8のy方向位置[m]、θ(t):吊り荷8の振れ角[rad]、k:モーション(トロリ7)の等価的ばね定数[N/m]、c:モーション(トロリ7)の等価的減衰係数[N・s/m]、Kpp:インバータ相当速度ゲイン、g:重力加速度[m/s]、t:時間[s]である。尚、添字tはモーションであるトロリを、添字oは吊り荷を表す。 M t : motion (trolley 7) mass [kg], M o : suspended load mass [kg], l (t): suspended rope length [m], u (t): control input [N], x r ( t): x-direction position (transverse position) [m] of the motion (trolley 7), x o (t): x-direction position [m] of the suspended load 8, y o (t): y-direction position of the suspended load 8 [M], θ (t): deflection angle [rad] of the suspended load 8, k t : equivalent spring constant [N / m] of motion (trolley 7), c t : equivalent damping of motion (trolley 7) Coefficient [N · s / m], K pp : Inverter equivalent speed gain, g: Gravitational acceleration [m / s 2 ], t: Time [s]. The subscript t represents a trolley that is a motion, and the subscript o represents a suspended load.
トロリ7のもつ運動エネルギーT、位置エネルギーV、トロリ7にかかる外力Pは以下の通りである。ここで、変数の上部に記したドット記号(・)は、その変数の導関数(時間による微分値)を表す。尚、ドット記号が二個付されている場合には、その変数の二次導関数を表す。
The kinetic energy T t , potential energy V t , and external force P t applied to the trolley 7 are as follows. Here, the dot symbol (•) written at the top of the variable represents the derivative (the differential value with respect to time) of the variable. When two dot symbols are attached, it represents the second derivative of the variable.
吊り荷8のもつ運動エネルギーT、位置エネルギーV、吊り荷8にかかる外力Pは以下の通りである。
Kinetic energy T o , potential energy V o , and external force P o applied to the suspended load 8 are as follows.
上記[数1]、[数2]をラグランジュ方程式に当てはめて運動方程式を導出する。qを一般化座標とすると、ラグランジュ方程式は以下の通りである。
The equation of motion is derived by applying the above [Equation 1] and [Equation 2] to the Lagrangian equation. When q i is a generalized coordinate, the Lagrangian equation is as follows.
上記[数3]より、以下の運動方程式が求まる。

Mは2×2の質量行列、Cは2×2の減衰行列、Kは2×2の剛性行列、Fは2×1の入力行列である。
From the above [Equation 3], the following equation of motion is obtained.

M is a 2 × 2 mass matrix, C is a 2 × 2 attenuation matrix, K is a 2 × 2 stiffness matrix, and F is a 2 × 1 input matrix.
さらに、状態量xを

として展開すると、状態方程式および出力方程式は以下の通りとなる。
Furthermore, the state quantity x is

, The state equation and output equation are as follows.
ここで、上記状態方程式は力入力であるが、実機においてはトロリ7はインバータ32を介した横行操作速度指令によって駆動される。そこで、インバータ32の速度制御ゲイン相当をKppとし、図7に示すブロック線図により速度制御を実現する。よって、上記[数6]の状態方程式は、以下の速度制御入力モデルの状態方程式で表現できる。
Here, although the state equation is a force input, in the actual machine, the trolley 7 is driven by a traverse operation speed command via the inverter 32. Therefore, the speed control gain equivalent of the inverter 32 is set to Kpp, and the speed control is realized by the block diagram shown in FIG. Therefore, the state equation of [Formula 6] can be expressed by the following state equation of the speed control input model.
上記[数6]の出力方程式および[数7]の状態方程式に基づき、カルマンフィルタ33を設計する。カルマンフィルタ33の制御対象とするトロリ式クレーンは、[数6]および[数7]に共分散行列で定義されるプロセスノイズwおよび観測ノイズvを加味し、以下の状態方程式および出力方程式で与えられる。
The Kalman filter 33 is designed based on the output equation of [Equation 6] and the state equation of [Equation 7]. The trolley crane to be controlled by the Kalman filter 33 is given by the following equation of state and output, taking into account the process noise w and the observation noise v defined by the covariance matrix in [Equation 6] and [Equation 7]. .
プロセスノイズwは、数式モデルでシミュレートされる挙動と実際の挙動との誤差である。このプロセスノイズwの大きさを共分散行列Qで設定する。共分散行列Qの算出は、プロセスノイズwの各成分の標準偏差σを設定することで行う。
The process noise w is an error between the behavior simulated by the mathematical model and the actual behavior. The magnitude of the process noise w is set by the covariance matrix Q. The covariance matrix Q is calculated by setting the standard deviation σ w of each component of the process noise w.
尚、プロセスノイズの要因としては、風などの外乱、モデル化に伴う誤差、運動方程式を離散化することによる誤差、制御装置における計算誤差などが考えられる。   As factors of process noise, disturbances such as wind, errors due to modeling, errors due to discretization of motion equations, calculation errors in the control device, and the like can be considered.
観測ノイズvについても、その大きさを共分散行列Rで設定する。上記プロセスノイズwの場合と同様、共分散行列Rの算出は、観測ノイズvの各成分の標準偏差σを設定することで行う。
The magnitude of the observation noise v is also set by the covariance matrix R. As in the case of the process noise w, the covariance matrix R is calculated by setting the standard deviation σ v of each component of the observation noise v.
尚、観測ノイズの要因としては、センサ固有の電気的なノイズやドリフト、1質点振り子振動以外のロープやその他機械の振動などが考えられる。   Note that the cause of the observation noise may be electrical noise or drift inherent to the sensor, rope other than the one-mass pendulum vibration, and other mechanical vibrations.
カルマンフィルタ33内部において実行される制御演算について、図8を参照しながら説明する。制御演算の実行にあたっては、まずステップS1として、上記プロセスノイズwと観測ノイズv、およびその共分散行列Q、Rについて、各成分の具体的な数値を設定する。これらの数値については、経験的に決定する。   A control calculation executed inside the Kalman filter 33 will be described with reference to FIG. In executing the control calculation, first, as step S1, specific numerical values of each component are set for the process noise w, the observation noise v, and the covariance matrices Q and R thereof. These numbers are determined empirically.
さらに、カルマンフィルタ33内部における数式モデル34の状態量

の初期値

および初期共分散CovXを以下の通り設定する。ここで、ハット記号(^)は上記モデルを用いた予測値であることを表す。
Further, the state quantity of the mathematical model 34 inside the Kalman filter 33

Initial value of

And the initial covariance CovX 0 is set as follows: Here, the hat symbol (^) represents a predicted value using the above model.
次に、ステップS2として、上記クレーンモデル34([数8]参照)における係数行列の離散化を行い、離散化した係数行列A、B、Cを算出する。尚、この演算における添字tは離散的な時間を表す。 Next, as step S2, the coefficient matrix in the crane model 34 (see [Equation 8]) is discretized, and the discretized coefficient matrices A t , B t , and C t are calculated. The subscript t in this calculation represents discrete time.
次に、ステップS3として、現時点(t時刻)における内部状態の推定結果から、Δt時間後(t+Δt時刻)における内部状態と観測値を予測する。尚、Δtは制御演算周期を表す。ここで、制御入力にはモーション(トロリ7)への横行操作速度指令Vrefではなく、モーション(トロリ7)の実際の速度であるセンサ検出値Vfbを用いる。初期演算時の内部状態としては上記[数12]の値を用いる。
Next, as step S3, the internal state and the observed value after Δt time (t + Δt time) are predicted from the estimation result of the internal state at the present time (t time). Δt represents a control calculation cycle. Here, not the traversing operation speed command V ref to the motion (trolley 7) but the sensor detection value V fb that is the actual speed of the motion (trolley 7) is used as the control input. The value of the above [Equation 12] is used as an internal state at the time of initial calculation.
さらに、ステップS4として、Δt時間後(t+Δt時刻)における内部状態と観測値の共分散を予測する。ここで、各共分散にはプロセスノイズ、観測ノイズが含まれるため、共分散の予測値は以下の通りとなる。
Further, as step S4, the covariance between the internal state and the observed value after Δt time (t + Δt time) is predicted. Here, since each covariance includes process noise and observation noise, the predicted value of covariance is as follows.
ステップS5として、内部状態の修正量の重みとなるカルマンゲインKt+Δtを算出する。このカルマンゲインは上記[数15]で算出した共分散から構成され、プロセスノイズを含む。
In step S5, a Kalman gain K t + Δt that is a weight of the correction amount of the internal state is calculated. This Kalman gain is composed of the covariance calculated in [Equation 15] and includes process noise.
ステップS6として、内部状態を予測した観測値と、実際の観測値とから、内部状態の推定値を下記[数17]により更新する。ここで更新した推定値は、次の演算周期のステップS3において代入される。
As step S6, the estimated value of the internal state is updated by the following [Equation 17] from the observed value that predicted the internal state and the actual observed value. The estimated value updated here is substituted in step S3 of the next calculation cycle.
さらにステップS7として、内部状態の共分散を以下の[数18]により更新する。ここで更新した推定値は、次の演算周期のステップS4において代入される。
In step S7, the covariance of the internal state is updated by the following [Equation 18]. The estimated value updated here is substituted in step S4 of the next calculation cycle.
ステップS7までの演算が終了したら、ステップS2に戻り、内部状態およびその共分散を修正しながらステップS2からS7までの工程を上記演算周期で繰り返す。これにより、吊り荷8の振れ角θをリアルタイムで正確に推定することができる。   When the calculation up to step S7 is completed, the process returns to step S2, and the steps from step S2 to S7 are repeated at the above calculation cycle while correcting the internal state and its covariance. Thereby, the deflection angle θ of the suspended load 8 can be accurately estimated in real time.
図9は、グラブバケット式アンローダの実験機において、上記工程により予測した吊り荷の振れ角のデータと、実際の振れ角のデータとを比較して示す線図である。尚、本比較検証実験に用いた実験機は、グラブバケット式アンローダの実機のサイズを縮小して製作したスケールダウン型のものである。一点鎖線で示されるのがシーブ荷重検出器25から入力される荷重信号25aに基づく推定振れ角θであり、破線で示されるのが推定振れ角θから上記カルマンフィルタ処理工程により予測した振れ角予測値

である。実線はシーブ荷重検出器(ロードセル)25とは別のセンサにより検出した振れ角を示しており、これを真値であると仮定することができる。破線で示される振れ角予測値は、実線で示される真値とよく適合していることがわかる。このように、本第一実施例においては、巻上シーブ17,17'や開閉シーブ21,21'にかかる張力から吊り荷8の振れ角を推定し、さらにカルマンフィルタ33による処理を行って吊り荷8の振れ角を予測しているので、単純で安価な機器により吊り荷8の振れ角を精度良く予測することができる。
FIG. 9 is a diagram showing comparison between the swing angle data predicted by the above process and the actual swing angle data in the grab bucket unloader experimental machine. The experimental machine used in this comparative verification experiment is a scale-down type manufactured by reducing the size of the actual grab bucket unloader. An estimated swing angle theta T is the is based on the load signal 25a input from the sheave load detector 25 shown by a dashed line, deflection angle is shown by a broken line is predicted by the Kalman filter process from the estimated swing angle theta T Predicted value

It is. A solid line indicates a deflection angle detected by a sensor different from the sheave load detector (load cell) 25, and this can be assumed to be a true value. It can be seen that the predicted deflection angle indicated by the broken line is well matched with the true value indicated by the solid line. Thus, in the first embodiment, the swing angle of the suspended load 8 is estimated from the tension applied to the hoist sheaves 17 and 17 ′ and the open and closed sheaves 21 and 21 ′, and further the process by the Kalman filter 33 is performed. Since the swing angle of 8 is predicted, the swing angle of the suspended load 8 can be accurately predicted with a simple and inexpensive device.
制御装置27は、上記工程により予測した吊り荷8の振れ角を用い、該振れ角予測値と、吊り荷現状位置検出器26から入力される回転数信号26aから算出される吊り荷8の吊下ロープ長lやトロリ7の横行位置x等とに基づいて振れ止めフィードバック制御速度指令を算出する。該振れ止めフィードバック制御速度指令は、例えば、吊り荷の吊下ロープ長lの変動に対応したゲインスケジュールH制御器を導出することによって算出することができる。算出した前記振れ止めフィードバック制御速度指令は、制御信号27aとして前記ウインチドラムのモータ31のインバータ32に対し出力される。インバータ32は、制御信号27aに基づいてモータ31を介し前記ウインチドラムの横行動作を制御する。 The control device 27 uses the deflection angle of the suspended load 8 predicted by the above-described process, and suspends the suspended load 8 calculated from the predicted deflection angle and the rotation speed signal 26a input from the suspended load current position detector 26. Based on the lower rope length l, the traversing position x of the trolley 7, etc., a steady-state feedback control speed command is calculated. The steady rest feedback control speed command can be calculated, for example, by deriving a gain schedule H controller corresponding to the variation of the suspended rope length l of the suspended load. The calculated steadying feedback control speed command is output to the inverter 32 of the winch drum motor 31 as a control signal 27a. The inverter 32 controls the traversing operation of the winch drum via the motor 31 based on the control signal 27a.
このように、上記本第一実施例においては、ロープ(巻上ロープ16,16'、開閉ロープ20,20')により吊り荷(グラブバケット)8を吊り下げて動作するモーション(トロリ)7と、前記ロープを駆動して吊り荷(グラブバケット)8やモーション(トロリ)7の動作を行うウインチドラム(巻上ドラム15,15'、開閉ドラム19,19')とを備えたクレーンの振れ角検出方法に関し、前記ロープの途中に備えられた複数のシーブ(巻上シーブ17,17'、開閉シーブ21,21')に各々シーブ荷重検出器25を取り付けて前記ロープの張力を検出し、該張力から推定振れ角θを算出し、該推定振れ角θに対してカルマンフィルタ33による処理を行って吊り荷(グラブバケット)8の振れ角予測値を算出するので、単純で安価な機構により、吊り荷(グラブバケット)8の振れ角を精度良く予測することができる。 Thus, in the first embodiment, the motion (trolley) 7 that operates by hanging the suspended load (grab bucket) 8 with the ropes (the hoisting ropes 16, 16 ′, the opening and closing ropes 20, 20 ′) and The swing angle of a crane equipped with a winch drum (winding drums 15 and 15 ', opening and closing drums 19 and 19') that drives the rope and operates suspended loads (grab buckets) 8 and motions (trolleys) 7 With respect to the detection method, a sheave load detector 25 is attached to each of a plurality of sheaves (winding sheaves 17, 17 ′, open / close sheaves 21, 21 ′) provided in the middle of the rope to detect the tension of the rope, calculating the estimated swing angle theta T from the tension, so to calculate a deflection angle predicted value of the load (grab bucket) 8 hanging by performing the processing of the Kalman filter 33 with respect to the estimated swing angle theta T, a simple The valence mechanism, load the deflection angle of the (grab bucket) 8 can be accurately predicted hanging.
また、上記本第一実施例においては、モーションとしてガーダ5やブーム6上を横行するトロリ7を備えたトロリ式クレーンを振れ角検出の対象とし、前記トロリ式クレーンをばねマスダンパモデルと仮定して定義した数式モデル34に対してカルマンフィルタ33を設計しているので、単純な数式モデル34で精度の高い振れ角予測値を得ることができる。   Further, in the first embodiment, it is assumed that a trolley crane having a trolley 7 traversing the girder 5 and the boom 6 as a motion is a target for detecting a swing angle, and the trolley crane is a spring mass damper model. Since the Kalman filter 33 is designed with respect to the mathematical model 34 defined above, a highly accurate deflection angle prediction value can be obtained with the simple mathematical model 34.
したがって、上記本第一実施例によれば、簡単な構成で、機器の付け外しやメンテナンスにかかる手間やコストを最小限にしながら、吊り荷の振れ角を好適に検出し得る。   Therefore, according to the first embodiment, the swing angle of the suspended load can be suitably detected with a simple configuration while minimizing the labor and cost for attaching / detaching equipment and maintenance.
次に、本発明の第二実施例として、本発明を3ドラム式のグラブバケット式アンローダに適用した場合を説明する。   Next, a case where the present invention is applied to a three-drum grab bucket unloader will be described as a second embodiment of the present invention.
図10、図11は本発明を適用した3ドラム式のグラブバケット式アンローダを示すもので、基本的な構成は上記第一実施例の4ドラム式のグラブバケット式アンローダと同じである。   FIGS. 10 and 11 show a three-drum grab bucket unloader to which the present invention is applied. The basic configuration is the same as the four-drum grab bucket unloader of the first embodiment.
本第二実施例の場合、巻上ドラム35と開閉ドラム36によりグラブバケット8の巻上動作と開閉動作を行い、横行ドラム37によりトロリ7の横行動作を行うようになっている。すなわち、本第二実施例の3ドラム式のグラブバケット式アンローダは、トロリ7の横行とグラブバケット8の昇降および開閉に、巻上ドラム35、開閉ドラム36、横行ドラム37の合計3つのウインチドラムを用いる構成であり、各動作に専用の駆動ドラムを有する点で、上記第一実施例の4ドラム式のグラブバケット式アンローダとは異なる。   In the case of the second embodiment, the hoisting drum 35 and the opening / closing drum 36 perform the hoisting operation and the opening / closing operation of the grab bucket 8, and the traversing drum 37 performs the traversing operation of the trolley 7. That is, the three-drum type grab bucket unloader of the second embodiment has a total of three winch drums, a hoisting drum 35, an opening / closing drum 36, and a transverse drum 37, for traversing the trolley 7 and raising / lowering and opening / closing the grab bucket 8. Is different from the 4-drum grab bucket unloader of the first embodiment in that it has a drive drum dedicated to each operation.
本第二実施例におけるトロリ7とグラブバケット8の駆動の機構を、図11を参照しながら説明する。本第二実施例の3ドラム式のグラブバケット式アンローダは、トロリ7の他に、図示しないガーダと図示しないブームの長手方向に沿って走行し、ロープの張力を調整して弛みを防止する補助トロリ38を備えている。該補助トロリ38は、巻上ロープ調整シーブ39,39'、開閉ロープ調整シーブ40,40'、横行ロープ調整シーブ41,41'の合計6つのシーブを備え、それぞれのシーブにロープを巻き掛けられて図示しないガーダや図示しないブーム上を走行するようになっている。   A mechanism for driving the trolley 7 and the grab bucket 8 in the second embodiment will be described with reference to FIG. The three-drum type grab bucket unloader of the second embodiment travels along the longitudinal direction of the girder (not shown) and the boom (not shown) in addition to the trolley 7, and assists to prevent slack by adjusting the tension of the rope. A trolley 38 is provided. The auxiliary trolley 38 includes a total of six sheaves of hoisting rope adjusting sheaves 39 and 39 ', opening and closing rope adjusting sheaves 40 and 40', and traversing rope adjusting sheaves 41 and 41 ', and a rope is wound around each sheave. The vehicle travels on a girder (not shown) or a boom (not shown).
巻上ドラム35からは2本の巻上ロープ42,42'が繰り出されており、巻上ロープ42は図示しないガーダの適宜位置に設けられた固定シーブ43を介して補助トロリ38の巻上ロープ調整シーブ39に巻き掛けられ、さらにトロリ7上の吊下シーブ44に導かれた後、下方に向けられて下端がグラブバケット8の一側に固定されている。巻上ロープ42'は、図示しないガーダの適宜位置に設けられた固定シーブ43'を介して補助トロリ38の巻上ロープ調整シーブ39'に巻き掛けられ、さらにトロリ7上の吊下シーブ44'に導かれた後、下方に向けられた下端がグラブバケット8の他側に固定される。   Two hoisting ropes 42, 42 ′ are fed out from the hoisting drum 35, and the hoisting rope 42 is hoisted by the auxiliary trolley 38 through a fixed sheave 43 provided at an appropriate position of a girder (not shown). After being wound around the adjustment sheave 39 and guided to the suspended sheave 44 on the trolley 7, the lower end is fixed to one side of the grab bucket 8 and directed downward. The hoisting rope 42 ′ is wound around the hoisting rope adjusting sheave 39 ′ of the auxiliary trolley 38 via a fixed sheave 43 ′ provided at an appropriate position of a girder (not shown), and further the suspended sheave 44 ′ on the trolley 7. , The lower end directed downward is fixed to the other side of the grab bucket 8.
開閉ドラム36からは2本の開閉ロープ45,45'が繰り出されており、開閉ロープ45は図示しないガーダの適宜位置に設けられた固定シーブ46を介して補助トロリ38の開閉ロープ調整シーブ40に巻き掛けられ、さらにトロリ7上の吊下シーブ47に導かれた後、下方に導かれてグラブバケット8の下部移動シーブ23と上部固定シーブ24(図10参照)との間に複数回掛け回され、グラブバケット8の所要箇所に固定されている。開閉ロープ45'は、図示しないガーダの適宜位置に設けられた固定シーブ46'を介して補助トロリ38の開閉ロープ調整シーブ40'に巻き掛けられ、さらにトロリ7上の吊下シーブ47'に導かれた後、下方に導かれてグラブバケット8の下部移動シーブ23と上部固定シーブ24(図10参照)との間に複数回掛け回され、グラブバケット8の所要箇所に固定されている。   Two open / close ropes 45 and 45 'are extended from the open / close drum 36, and the open / close rope 45 is connected to the open / close rope adjusting sheave 40 of the auxiliary trolley 38 via a fixed sheave 46 provided at an appropriate position of a girder (not shown). After being wound and further guided to the suspended sheave 47 on the trolley 7, it is guided downward to be hung multiple times between the lower moving sheave 23 of the grab bucket 8 and the upper fixed sheave 24 (see FIG. 10). And fixed to a required portion of the grab bucket 8. The open / close rope 45 ′ is wound around the open / close rope adjusting sheave 40 ′ of the auxiliary trolley 38 via a fixed sheave 46 ′ provided at an appropriate position of a girder (not shown), and further guided to a suspended sheave 47 ′ on the trolley 7. After that, it is guided downward and is hung multiple times between the lower moving sheave 23 of the grab bucket 8 and the upper fixed sheave 24 (see FIG. 10), and is fixed to a required portion of the grab bucket 8.
横行ドラム37からは、海側横行ロープ48,48'と陸側横行ロープ49,49'の合計4本のロープが繰り出されている。海側横行ロープ48は、図示しないブームの海側(図11中左側)端部に設けたシーブ50を介してトロリ7に導かれ、端部がトロリ7に固定されている。海側横行ロープ48'は、図示しないブームの海側端部に設けたシーブ50'を介してトロリ7に導かれ、端部がトロリ7に固定されている。   From the traverse drum 37, a total of four ropes of sea side traverse ropes 48, 48 'and land side traverse ropes 49, 49' are drawn out. The sea side traversing rope 48 is guided to the trolley 7 through a sheave 50 provided at the sea side (left side in FIG. 11) end of the boom (not shown), and the end is fixed to the trolley 7. The sea side traversing rope 48 ′ is guided to the trolley 7 via a sheave 50 ′ provided at the sea side end of the boom (not shown), and the end is fixed to the trolley 7.
陸側横行ロープ49は、図示しないガーダの陸側(図11中右側)端部に設けたシーブ51を介して補助トロリ38の横行ロープ調整シーブ41に導かれた後、図示しないガーダの陸側端部に再び導かれて端部を固定されている。陸側横行ロープ49'は、図示しないガーダの陸側端部に設けたシーブ51'を介して補助トロリ38の横行ロープ調整シーブ41'に導かれた後、図示しないガーダの陸側端部に再び導かれて端部を固定されている。   The land-side traversing rope 49 is guided to the traversing rope adjustment sheave 41 of the auxiliary trolley 38 through a sheave 51 provided on the land side (right side in FIG. 11) of the girder (not shown), and then the land side of the girder (not shown). It is led again to the end and the end is fixed. The land-side traversing rope 49 ′ is guided to the traversing rope adjustment sheave 41 ′ of the auxiliary trolley 38 through a sheave 51 ′ provided at the land-side end of the girder (not shown), and then to the land-side end of the girder (not shown). It is led again and the end is fixed.
図11に示した3ドラム式のアンローダでは、巻上ドラム35、横行ドラム37を停止した状態において、開閉ドラム36により開閉ロープ45,45'を同時に繰り出すと、グラブバケット8の下部移動シーブ23と上部固定シーブ24(図10参照)の間隔が開いて前記グラブバケット8は開き、開閉ドラム36により開閉ロープ45,45'を同時に巻き込むと、下部移動シーブ23と上部固定シーブ24(図10参照)の間隔が狭くなりグラブバケット8は閉じられる。   In the three-drum unloader shown in FIG. 11, when the hoisting drum 35 and the traverse drum 37 are stopped, when the open / close ropes 45 and 45 ′ are simultaneously fed out by the open / close drum 36, the lower moving sheave 23 of the grab bucket 8 and When the gap between the upper fixed sheave 24 (see FIG. 10) is widened and the grab bucket 8 is opened and the open / close ropes 45 and 45 ′ are simultaneously wound by the open / close drum 36, the lower moving sheave 23 and the upper fixed sheave 24 (see FIG. 10). And the grab bucket 8 is closed.
また、横行ドラム37を停止した状態において、巻上ドラム35により巻上ロープ42,42'を繰り出す操作と、開閉ドラム36により開閉ロープ45,45'を繰り出す操作を同時に行うと、グラブバケット8は降下し、巻上ドラム35により巻上ロープ42,42'を巻き込む操作と、開閉ドラム36により開閉ロープ45,45'を巻き込む動作を同時に行うと、グラブバケット8は上昇する。   In addition, when the traverse drum 37 is stopped, the grab bucket 8 is operated by simultaneously performing the operation of feeding the hoisting ropes 42 and 42 ′ by the hoisting drum 35 and the operation of feeding the opening and closing ropes 45 and 45 ′ by the opening and closing drum 36. When the operation of lowering and winding the hoisting ropes 42 and 42 ′ by the hoisting drum 35 and the operation of winding the opening and closing ropes 45 and 45 ′ by the opening and closing drum 36 are performed simultaneously, the grab bucket 8 rises.
巻上ドラム35により巻上ロープ42,42'を繰り出す操作と、開閉ドラム36により開閉ロープ45,45'を繰り出す操作と、横行ドラム37により海側横行ロープ48,48'を巻き込む操作を同時に行うと、トロリ7は海側に向かって横行する。このとき、横行ドラム37においては、海側横行ロープ48,48'が巻き込まれると同時に、陸側横行ロープ49,49'が繰り出される。そして、ロープの動きに合わせて補助トロリ38が図示しないガーダや図示しないブーム上を適宜横行動作することにより、巻上ロープ42,42'、開閉ロープ45,45'、海側横行ロープ48,48'、陸側横行ロープ49,49'の張力が調整され、弛みが防止される。   The operation of feeding the hoisting ropes 42 and 42 ′ by the hoisting drum 35, the operation of feeding the opening and closing ropes 45 and 45 ′ by the opening and closing drum 36, and the operation of winding the sea side traversing ropes 48 and 48 ′ by the traversing drum 37 are simultaneously performed. Then, the trolley 7 ramps toward the sea side. At this time, in the traverse drum 37, the sea-side traversing ropes 48 and 48 'are wound and the land-side traversing ropes 49 and 49' are fed out. Then, the auxiliary trolley 38 appropriately traverses on the girder (not shown) or the boom (not shown) in accordance with the movement of the rope, so that the hoisting ropes 42, 42 ', the open / close ropes 45, 45', and the sea side traversing ropes 48, 48 ', The tension of the land-side traversing ropes 49, 49' is adjusted, and the slack is prevented.
巻上ドラム35により巻上ロープ42,42'を巻き込む操作と、開閉ドラム36により開閉ロープ45,45'を巻き込む操作と、横行ドラム37により海側横行ロープ48,48'を繰り出す操作を同時に行うと、トロリ7は陸側に向かって横行する。このとき、横行ドラム37においては、海側横行ロープ48,48'が繰り出されると同時に、陸側横行ロープ49,49'が巻き込まれる。この場合も、ロープの動きに合わせて補助トロリ38が図示しないガーダや図示しないブーム上を適宜横行動作することにより、巻上ロープ42,42'、開閉ロープ45,45'、海側横行ロープ48,48'、陸側横行ロープ49,49'の張力が調整され、弛みが防止される。   The operation of winding the hoisting ropes 42 and 42 ′ by the hoisting drum 35, the operation of winding the opening and closing ropes 45 and 45 ′ by the opening and closing drum 36, and the operation of feeding the sea side traversing ropes 48 and 48 ′ by the traversing drum 37 are performed simultaneously. Then, the trolley 7 ramps toward the land side. At this time, in the traverse drum 37, the sea-side traversing ropes 48 and 48 ′ are fed out, and at the same time, the land-side traversing ropes 49 and 49 ′ are wound. In this case as well, the auxiliary trolley 38 appropriately traverses on the girder (not shown) or the boom (not shown) in accordance with the movement of the rope, so that the hoisting ropes 42 and 42 ′, the opening and closing ropes 45 and 45 ′, and the sea side traversing rope 48. , 48 'and the tension of the land-side traversing ropes 49, 49' are adjusted to prevent loosening.
尚、図10、図11においては、説明の都合上、補助トロリ38の巻上ロープ調整シーブ39,39'、開閉ロープ調整シーブ40,40'、横行ロープ調整シーブ41,41'、図示しないガーダの固定シーブ43,43'、固定シーブ46,46'、トロリ7の吊下シーブ44,44'、吊下シーブ47,47'は別々の中心軸を有する形として図示しているが、実際の3ドラム式のアンローダにおいては、補助トロリ38の巻上ロープ調整シーブ39,39'と開閉ロープ調整シーブ40,40'と横行ロープ調整シーブ41,41'、図示しないガーダの固定シーブ43,43'と固定シーブ46,46'、トロリ7の吊下シーブ44,44'と吊下シーブ47,47'については、装置のレイアウトによっては、それぞれ中心軸を一致させるよう構成することもできる。   10 and 11, for convenience of explanation, the hoisting rope adjusting sheaves 39 and 39 'of the auxiliary trolley 38, the opening and closing rope adjusting sheaves 40 and 40', the traversing rope adjusting sheaves 41 and 41 ', and a girder (not shown). The fixed sheaves 43 and 43 ', the fixed sheaves 46 and 46', the suspended sheaves 44 and 44 'and the suspended sheaves 47 and 47' of the trolley 7 are illustrated as having different central axes. In the three-drum unloader, the hoisting rope adjusting sheaves 39, 39 ′, the opening / closing rope adjusting sheaves 40, 40 ′, the traversing rope adjusting sheaves 41, 41 ′ of the auxiliary trolley 38, and the unillustrated girder fixed sheaves 43, 43 ′. And the fixed sheaves 46 and 46 ', and the suspended sheaves 44 and 44' and the suspended sheaves 47 and 47 'of the trolley 7 are configured so that the central axes thereof coincide with each other depending on the layout of the apparatus. Rukoto can also.
そして、本第二実施例においては、シーブ荷重検出器25を用いて検出した巻上ロープ42,42'の張力に基づいて吊り荷(グラブバケット)8の振れ角を推定すると共に、吊り荷現状位置検出器26によって吊り荷8の現状位置を検出するようにしてある。   In the second embodiment, the swing angle of the suspended load (grab bucket) 8 is estimated on the basis of the tension of the hoisting ropes 42 and 42 ′ detected using the sheave load detector 25, and the current state of the suspended load is determined. The current position of the suspended load 8 is detected by the position detector 26.
本第二実施例の場合、シーブ荷重検出器25は、巻上ロープ42,42の巻き掛けられた固定シーブ43,43'に取り付けたロードセル等の荷重センサであり、図10に示す如く、固定シーブ43,43'において検出された荷重を荷重信号25aとして制御装置27に入力するようになっている。   In the case of the second embodiment, the sheave load detector 25 is a load sensor such as a load cell attached to the fixed sheaves 43, 43 'around which the hoisting ropes 42, 42 are wound. As shown in FIG. The load detected in the sheaves 43, 43 ′ is input to the control device 27 as a load signal 25a.
また、本第二実施例の場合、吊り荷現状位置検出器26は、トロリ7を横行させると共にグラブバケット8を昇降・開閉させるためのロープ(巻上ロープ42,42'、開閉ロープ45,45'および海側横行ロープ48,48'、陸側横行ロープ49,49')を駆動するウインチドラム(巻上ドラム35、開閉ドラム36および横行ドラム37)のドラム回転数を計測するエンコーダ等の回転センサであり、計測したドラム回転数を回転数信号26aとして制御装置27に入力するようになっている。   In the case of the second embodiment, the hanging load current position detector 26 traverses the trolley 7 and moves the grab bucket 8 up and down and opens and closes the rope (winding ropes 42 and 42 ′, opening and closing ropes 45 and 45). Rotation of an encoder or the like that measures the drum rotation speed of a winch drum (winding drum 35, open / close drum 36, and traverse drum 37) that drives' and sea side traversing ropes 48, 48 ', land side traversing ropes 49, 49'). It is a sensor, and the measured drum rotation speed is input to the control device 27 as a rotation speed signal 26a.
制御装置27は、上記第一実施例と同様、図4に示す如く、振れ角算出部28と吊り荷現状位置計算部29を備えており、シーブ荷重検出器25から入力される荷重信号25aに基づいてグラブバケット8の振れ角θを推定し、推定した振れ角θと、吊り荷現状位置検出器26から入力される回転数信号26aから算出される吊り荷8の吊下ロープ長lやトロリ7の横行位置x、およびコントローラ30からの横行操作速度指令等に基づいて振れ止めフィードバック制御速度指令を算出し、該振れ止めフィードバック制御速度指令を制御信号27aとして前記ウインチドラムのモータ31のインバータ32に対し出力するようになっている。インバータ32は、制御信号27aに基づいてモータ31を介し前記ウインチドラムの横行動作を制御する。   As shown in FIG. 4, the control device 27 includes a deflection angle calculation unit 28 and a suspended load current position calculation unit 29 as in the first embodiment, and receives the load signal 25 a input from the sheave load detector 25. Based on this, the swing angle θ of the grab bucket 8 is estimated, and the suspended rope length l and trolley of the suspended load 8 calculated from the estimated deflection angle θ and the rotation speed signal 26a input from the suspended load current position detector 26 are calculated. 7 is calculated based on the transverse position x of FIG. 7 and the transverse operation speed command from the controller 30, and the inverter 32 of the winch drum motor 31 is calculated using the steady-state feedback control speed command as a control signal 27a. Is output. The inverter 32 controls the traversing operation of the winch drum via the motor 31 based on the control signal 27a.
本第二実施例においては、制御装置27の振れ角算出部28は、シーブ荷重検出器25から入力される荷重信号25aをもとに、吊り荷8の振れ角の推定を以下のようにして行う。図11に示す如く、巻上ロープ42,42'を巻き掛けられた固定シーブ43,43')には、それぞれTm1、Tm2の張力がかかる。これらの張力は、吊り荷8の振れ角に対応して変化するので、本第二実施例においては、Tm1、Tm2を独立変数とした関数として、吊り荷8の推定振れ角θを算出する。すなわち、
θ=f(Tm1,Tm2
と表せる。
In the second embodiment, the deflection angle calculation unit 28 of the control device 27 estimates the deflection angle of the suspended load 8 based on the load signal 25a input from the sheave load detector 25 as follows. Do. As shown in FIG. 11, in) 'fixed sheave 43 that is wound around the' hoisting ropes 42 and 42, the tension of the T m1, T m @ 2 is applied, respectively. Since these tensions change corresponding to the swing angle of the suspended load 8, in this second embodiment, the estimated swing angle θ T of the suspended load 8 is expressed as a function with T m1 and T m2 as independent variables. calculate. That is,
θ T = f (T m1 , T m2 )
It can be expressed.
制御装置27は、この振れ角相当検出値θと、トロリ7の横行位置や速度、吊下ロープ長とをカルマンフィルタ33に入力し、吊り荷8の振れ角θを予測する。制御装置27の構成や、カルマンフィルタ33の設計要領等に関しては、上記第一実施例の場合と同様であるので省略する。カルマンフィルタの設計対象とする数式モデル34についても、上記第一実施例で定義したものと同様のばねマスダンパの1質点系モデルを用いることができる。尚、同様にばねマスダンパモデルを定義してカルマンフィルタを設計し、吊り荷の振れ角を予測する方法は、上記第一実施例や本第二実施例のアンローダに限らず、トロリ式のクレーンであれば種々の形式のクレーンに対して適用することができる。 The control device 27, and the deflection angle corresponding detection value theta T, transverse position and speed of the trolley 7, the suspension rope length entered in the Kalman filter 33, to predict the deflection angle theta of suspended load 8. The configuration of the control device 27, the design procedure of the Kalman filter 33, and the like are the same as in the case of the first embodiment, and will be omitted. As the mathematical model 34 to be designed for the Kalman filter, a one-mass system model of a spring mass damper similar to that defined in the first embodiment can be used. Similarly, the method of predicting the swing angle of a suspended load by designing a spring mass damper model by defining a spring mass damper model is not limited to the unloader of the first embodiment or the second embodiment, but a trolley crane. It can be applied to various types of cranes.
このように、上記本第二実施例においては、ロープ(巻上ロープ42,42')により吊り荷(グラブバケット)8を吊り下げて動作するモーション(トロリ)7と、前記ロープを駆動して前記吊り荷(グラブバケット)8や前記モーション(トロリ)7の動作を行うウインチドラム(巻上ドラム35)とを備えたクレーンの振れ角検出方法に関し、前記ロープの途中に備えられた複数のシーブ(固定シーブ43,43')に各々シーブ荷重検出器25を取り付けて前記ロープの張力を検出し、該張力から推定振れ角θを算出し、該推定振れ角θに対してカルマンフィルタ33による処理を行って吊り荷(グラブバケット)8の振れ角予測値を算出するので、単純で安価な機構により、吊り荷8の振れ角を精度良く予測することができる。 As described above, in the second embodiment, the motion (trolley) 7 that operates by suspending the suspended load (grab bucket) 8 by the rope (the hoisting ropes 42, 42 ′) and the rope are driven. The present invention relates to a swing angle detection method for a crane including a winch drum (winding drum 35) that performs the operation of the suspended load (grab bucket) 8 and the motion (trolley) 7, and a plurality of sheaves provided in the middle of the rope Fit the (fixed sheave 43, 43 ') on each sieve load detector 25 detects the tension of the rope, and calculate the estimated deflection angle theta T from the tension, according to the Kalman filter 33 with respect to the estimated swing angle theta T Since the processing is performed to calculate the predicted deflection angle of the suspended load (grab bucket) 8, the deflection angle of the suspended load 8 can be accurately predicted by a simple and inexpensive mechanism.
また、上記本第二実施例においては、モーションとしてガーダやブーム上を横行するトロリ7を備えたトロリ式クレーンを振れ角検出の対象とし、前記トロリ式クレーンをばねマスダンパモデルと仮定して定義した数式モデル34に対してカルマンフィルタ33を設計しているので、単純な数式モデル34で精度の高い振れ角予測値を得ることができる。   In the second embodiment, a trolley crane having a trolley 7 traversing a girder or boom as a motion is defined as an object of swing angle detection, and the trolley crane is defined as a spring mass damper model. Since the Kalman filter 33 is designed for the mathematical formula model 34, a highly accurate deflection angle prediction value can be obtained with the simple mathematical formula model 34.
したがって、上記本第二実施例によれば、簡単な構成で、機器の付け外しやメンテナンスにかかる手間やコストを最小限にしながら、吊り荷の振れ角を好適に検出し得る。   Therefore, according to the second embodiment, the swing angle of the suspended load can be suitably detected with a simple configuration while minimizing the labor and cost for attaching / detaching the equipment and maintenance.
次に、第三実施例として、本発明をジブクレーンに対して適用した場合を説明する。   Next, the case where this invention is applied with respect to a jib crane is demonstrated as a 3rd Example.
ジブクレーンは、モーションとしてジブを備えた形式のクレーンであり、例えば、図12に示す如く、鉛直に立設したタワー52と、該タワー52に対して鉛直軸を中心に旋回自在な旋回体53を備え、該旋回体53にジブ(モーション)54を起伏自在に取り付けた構成を備えてなる。旋回体53上のジブ54と反対側にはカウンターフレーム55が取り付けられ、該カウンターフレーム55にジブ54を起伏させるためのウインチドラムとしての起伏ドラム56,56'と、ジブ54の先端に吊るした吊り荷57を昇降させるためのウインチドラムとしての巻上ドラム58を備えている。   The jib crane is a crane of a type having a jib as a motion. For example, as shown in FIG. 12, a tower 52 standing vertically and a swiveling body 53 that can turn around the vertical axis with respect to the tower 52 are provided. And a structure in which a jib (motion) 54 is attached to the revolving structure 53 so as to be freely raised and lowered. A counter frame 55 is attached to the revolving body 53 on the opposite side of the jib 54, and hoisting drums 56, 56 ′ as winch drums for hoisting the jib 54 on the counter frame 55, and hung at the tip of the jib 54. A hoisting drum 58 as a winch drum for raising and lowering the suspended load 57 is provided.
旋回体53上には、さらにガイサポートフレーム59が立設されており、起伏ドラム56,56'や巻上ドラム58から、ガイサポートフレーム59の頂部、ジブ54の先端部、さらに吊り荷57にかけて、巻上ロープ60,60'、および起伏ロープ61が張り渡されている。62は旋回体53上に備えられた運転室である。   Further, a guy support frame 59 is erected on the revolving body 53, and extends from the hoisting drums 56, 56 ′ and the hoisting drum 58 to the top of the guy support frame 59, the tip of the jib 54, and the suspended load 57. The hoisting ropes 60, 60 'and the hoisting rope 61 are stretched over. Reference numeral 62 denotes a cab provided on the revolving structure 53.
ジブクレーンの一側(図12、図13における奥側)の起伏ドラム56から繰り出された巻上ロープ60は、図13に示す如く、ガイサポートフレーム59の頂部に設置された巻上シーブ63を介してジブ54の先端側へ導かれ、ジブ54の先端部に設置された巻上シーブ64に巻き掛けられて下方の吊り荷57へ向かう。   The hoisting rope 60 fed out from the hoisting drum 56 on one side of the jib crane (the rear side in FIGS. 12 and 13) passes through a hoisting sheave 63 installed on the top of the guy support frame 59 as shown in FIG. Then, it is guided to the tip end side of the jib 54, wound around the hoisting sheave 64 installed at the tip end portion of the jib 54, and headed toward the suspended load 57 below.
吊り荷57は、本第三実施例の場合、シーブ部57aを備えたフックである。シーブ部57aにはフック吊下ロープ65が巻き掛けられており、該フック吊下ロープ65の両端は、2つのフック吊下シーブ66,66'の中心軸に取り付けられ、前記2つのフック吊下シーブ66,66'により、フック吊下ロープ65を介して吊り荷であるフック57が吊下げ保持されるようになっている。   In the case of the third embodiment, the suspended load 57 is a hook provided with a sheave portion 57a. A hook suspension rope 65 is wound around the sheave portion 57a, and both ends of the hook suspension rope 65 are attached to the central axes of the two hook suspension sheaves 66 and 66 ', and the two hook suspension ropes The sheaves 66 and 66 'suspend and hold a hook 57, which is a suspended load, via a hook suspension rope 65.
巻上シーブ64を経由して下方の吊り荷57へ向かった前記巻上ロープ60は、一方のフック吊下シーブ66に巻き掛けられた後、折り返して上方へ向かい、ジブ54の先端部に設置された巻上シーブ67に導かれた後、ガイサポートフレーム59の頂部に設置された巻上シーブ68に巻き掛けられて下方へ向かい、巻上ドラム58に巻き取られる。   The hoisting rope 60 heading to the lower suspended load 57 via the hoisting sheave 64 is wound around one hook hanging sheave 66 and then folded back and installed at the tip of the jib 54. After being guided to the hoisting sheave 67, it is wound around the hoisting sheave 68 installed at the top of the guy support frame 59 and directed downward, and taken up by the hoisting drum 58.
一方、ジブクレーンの他側(図12、図13における手前側)の起伏ドラム56'から繰り出された巻上ロープ60'は、図13に示す如く、ガイサポートフレーム59の頂部に設置された巻上シーブ63'を介してジブ54の先端側へ導かれ、ジブ54の先端部に設置された巻上シーブ64'に巻き掛けられて下方のフック57へ向かう。巻上ロープ60'は、フック57を吊下げ保持する他方のフック吊下シーブ66'に巻き掛けられた後、折り返して上方へ向かい、ジブ54の先端部に設置された巻上シーブ67'に導かれた後、ガイサポートフレーム59の頂部に設置された巻上シーブ68'に巻き掛けられて下方へ向かい、巻上ドラム58に巻き取られる。   On the other hand, the hoisting rope 60 ′ fed out from the hoisting drum 56 ′ on the other side of the jib crane (the front side in FIGS. 12 and 13) is hoisted at the top of the guy support frame 59 as shown in FIG. 13. It is guided to the tip end side of the jib 54 through the sheave 63 ′, wound around the hoisting sheave 64 ′ installed at the tip end portion of the jib 54, and headed toward the lower hook 57. The hoisting rope 60 ′ is wound around the other hook suspending sheave 66 ′ that suspends and holds the hook 57, and then turns upward to go to the hoisting sheave 67 ′ installed at the tip of the jib 54. After being guided, it is wound around a winding sheave 68 ′ installed at the top of the guy support frame 59, travels downward, and is wound around the winding drum 58.
さらに、ガイサポートフレーム59の頂部とジブ54の先端の間の所定位置には、補助動滑車69,69'が配置されている。補助動滑車69,69'は、牽引ロープ70によってジブ54の先端側と接続されている。   Further, auxiliary movable pulleys 69 and 69 ′ are disposed at predetermined positions between the top of the guy support frame 59 and the tip of the jib 54. The auxiliary movable pulleys 69 and 69 ′ are connected to the tip end side of the jib 54 by a traction rope 70.
そして、起伏ドラム56から繰り出された起伏ロープ61が、ガイサポートフレーム59の頂部に設置された起伏シーブ71に巻き掛けられた後、ジブ54の先端側へ向かい、補助動滑車69,69'に順次巻き掛けられる。補助動滑車69,69'に巻き掛けられた起伏ロープ61は、折り返してガイサポートフレーム59の頂部に設置された起伏シーブ71'に巻き掛けられ、起伏ドラム56'に巻き取られる。ここで、起伏ロープ61の起伏ドラム56,56'への巻方向は、巻上ロープ60,60'の起伏ドラム56,56'への巻方向と逆になっている。   Then, after the hoisting rope 61 fed out from the hoisting drum 56 is wound around the hoisting sheave 71 installed at the top of the guy support frame 59, the hoisting rope 61 moves toward the tip end side of the jib 54 and is moved to the auxiliary movable pulleys 69 and 69 ′. Wound sequentially. The hoisting rope 61 wound around the auxiliary movable pulleys 69 and 69 ′ is folded and wound around the hoisting sheave 71 ′ installed on the top of the guy support frame 59 and wound around the hoisting drum 56 ′. Here, the winding direction of the hoisting rope 61 around the hoisting drums 56, 56 'is opposite to the winding direction of the hoisting ropes 60, 60' around the hoisting drums 56, 56 '.
図12、図13に示したジブクレーンにおいて、起伏ドラム56,56'を停止した状態で、巻上ドラム58から巻上ロープ60,60'を繰り出す操作を行うと、フック57は降下する。逆に、起伏ドラム56,56'を停止した状態で、巻上ドラム58に巻上ロープ60,60'を巻き込む操作を行うと、フック57は上昇する。   In the jib crane shown in FIGS. 12 and 13, when the hoisting drums 58 and 56 ′ are stopped and the hoisting ropes 58 and 60 ′ are fed out from the hoisting drum 58, the hook 57 is lowered. Conversely, when the hoisting drums 56, 56 ′ are stopped and the hoisting ropes 60, 60 ′ are wound around the hoisting drum 58, the hook 57 rises.
巻上ドラム58を停止した状態で、起伏ドラム56,56'に起伏ロープ61を巻き込む動作を行うと、起伏ロープ61の巻き掛けられた補助動滑車69,69'がガイサポートフレーム59の頂部側へ引き寄せられ、補助動滑車69,69'と接続された牽引ロープ70から張力を受けてジブ54の先端部が起立する。逆に、巻上ドラム58を停止した状態で、起伏ドラム56,56'から起伏ロープ61を繰り出す動作を行うと、起伏ロープ61の巻き掛けられた補助動滑車69,69'がガイサポートフレーム59の頂部側からジブ54の先端側へ離れる方向に移動し、ジブ54は牽引ロープ70の張力に支えられながら倒れる方向に動作する。   When the hoisting drum 61 is wound around the hoisting drums 56 and 56 ′ while the hoisting drum 58 is stopped, the auxiliary movable pulleys 69 and 69 ′ around which the hoisting rope 61 is wound become the top side of the guy support frame 59. The tip of the jib 54 is raised by receiving tension from the pulling rope 70 connected to the auxiliary pulleys 69 and 69 '. Conversely, when the hoisting rope 61 is fed out from the hoisting drums 56, 56 ′ while the hoisting drum 58 is stopped, the auxiliary movable pulleys 69, 69 ′ around which the hoisting rope 61 is wound become the guy support frame 59. The jib 54 moves in a direction to fall away from the top side of the jib 54 while being supported by the tension of the tow rope 70.
尚、上記したように、起伏ロープ61の起伏ドラム56,56'への巻方向は、巻上ロープ60,60'の起伏ドラム56,56'への巻方向と逆になっている。このため、起伏ロープ61が起伏ドラム56,56'へ巻き込まれるときには、同時に巻上ロープ60,60'が起伏ドラム56,56'から繰り出され、起伏ロープ61が起伏ドラム56,56'から繰り出されるときには、同時に巻上ロープ60,60'が起伏ドラム56,56'へ巻き込まれる。これにより、ジブ54の起伏に従って巻上ロープ60,60'の長さも変動するので、フック57の高さをあまり変えることなくジブ54の起伏動作を行うことができる。   As described above, the winding direction of the hoisting rope 61 on the hoisting drums 56, 56 'is opposite to the winding direction of the hoisting ropes 60, 60' on the hoisting drums 56, 56 '. For this reason, when the hoisting rope 61 is wound around the hoisting drums 56 and 56 ', the hoisting ropes 60 and 60' are simultaneously fed out from the hoisting drums 56 and 56 ', and the hoisting rope 61 is fed out from the hoisting drums 56 and 56'. At the same time, the hoisting ropes 60, 60 'are wound around the hoisting drums 56, 56'. Accordingly, the lengths of the hoisting ropes 60 and 60 ′ also vary according to the undulation of the jib 54, so that the jibbing operation of the jib 54 can be performed without changing the height of the hook 57 much.
尚、説明の都合上、巻上ロープ60,60'は別々のロープとして説明したが、ジブクレーンの構造によっては繋がった一本のロープとして構成することもできる。また、例えば、起伏ロープ61を起伏ドラム56に巻き取られるロープと起伏ドラム56'に巻き取られるロープの2本のロープとして構成しても良いし、例えば、巻上ロープ60、起伏ロープ61、巻上ロープ60'を繋がった一本のロープとして構成しても良い。   For convenience of explanation, the hoisting ropes 60 and 60 'have been described as separate ropes, but may be configured as a single connected rope depending on the structure of the jib crane. Further, for example, the hoisting rope 61 may be configured as two ropes, a rope wound around the hoisting drum 56 and a rope wound around the hoisting drum 56 ′. For example, the hoisting rope 60, the hoisting rope 61, You may comprise as one rope which connected hoisting rope 60 '.
シーブについても、ロープの経路上の所要箇所に、必要に応じて上記各シーブ(巻上シーブ63,63'、64,64'、67,67'、68,68'、起伏シーブ71,71')や補助動滑車69,69'とは別のシーブや動滑車を設け、該シーブや動滑車にロープを経由させることによって張力やロープ長を調整したり、モータトルクを分散させるよう構成しても良い。   As for the sheaves, the sheaves (rolling sheaves 63, 63 ′, 64, 64 ′, 67, 67 ′, 68, 68 ′, undulating sheaves 71, 71 ′, as necessary, may be provided at required locations on the rope path. ) And auxiliary sheaves 69 and 69 'are provided, and sheaves and sheaves are provided, and the sheaves and sheaves are routed through ropes to adjust the tension and rope length, and to distribute motor torque. Also good.
そして、本第三実施例においては、シーブ荷重検出器25を用いて検出した巻上ロープ60,60'の張力から算出した値に基づいて吊り荷(フック)57の振れ角を推定すると共に、吊り荷現状位置検出器26によって吊り荷57の現状位置を検出し、且つ旋回角検出装置72によって旋回体53の旋回角を検出するようにしてある。   In the third embodiment, the swing angle of the suspended load (hook) 57 is estimated based on the value calculated from the tension of the hoisting ropes 60, 60 ′ detected using the sheave load detector 25, and The current position of the suspended load 57 is detected by the suspended load current position detector 26, and the turning angle of the turning body 53 is detected by the turning angle detection device 72.
本第三実施例の場合、シーブ荷重検出器25は、ジブ54の先端部に備えた巻上シーブ64,64'及び巻上シーブ67,67'に取り付けられたロードセル等の荷重センサであり、図14、図15に示す如く、前記4つのシーブにおいて検出された荷重を荷重信号25aとして制御装置73の振れ角算出部74に入力するようになっている。   In the case of the third embodiment, the sheave load detector 25 is a load sensor such as a load cell attached to the hoisting sheaves 64 and 64 ′ and the hoisting sheaves 67 and 67 ′ provided at the tip of the jib 54, As shown in FIGS. 14 and 15, the loads detected in the four sheaves are input to the deflection angle calculation unit 74 of the control device 73 as the load signal 25a.
吊り荷現状位置検出器26は、ジブ54を起伏させ、フック57を巻上させるためのロープ(巻上ロープ60,60'及び起伏ロープ61)を駆動するウインチドラム(起伏ドラム56,56'及び巻上ドラム58)のドラム回転数を計測するエンコーダ等の回転センサであり、計測したドラム回転数を回転数信号26aとして制御装置73の吊り荷現状位置計算部75に入力するようになっている。   The suspended load current position detector 26 raises and lowers the jib 54 and drives the ropes (the hoisting ropes 60 and 60 ′ and the hoisting rope 61) for hoisting the hook 57. This is a rotation sensor such as an encoder for measuring the drum rotation speed of the hoist drum 58), and the measured drum rotation speed is input to the suspended load current position calculation section 75 of the control device 73 as the rotation speed signal 26a. .
旋回角検出装置72は、旋回体53のタワー52との接続部に取り付けられたエンコーダ等の回転センサであり、旋回体53のタワー52に対する旋回角を旋回角信号72aとして制御装置73の旋回角計算部76に入力するようになっている。   The turning angle detection device 72 is a rotation sensor such as an encoder attached to a connection portion of the turning body 53 with the tower 52, and the turning angle of the turning body 53 with respect to the tower 52 is set as a turning angle signal 72a. The data is input to the calculation unit 76.
そして、運転室62に設けられたコントローラ77をオペレータが操作することにより、その操作信号77aが旋回体53への旋回速度指令やジブ54への起伏速度指令として制御装置73に入力されるようになっている。   Then, when the operator operates the controller 77 provided in the cab 62, the operation signal 77a is input to the control device 73 as a turning speed command to the swing body 53 or a undulation speed command to the jib 54. It has become.
制御装置73は、シーブ荷重検出器25から入力される荷重信号25aに基づいて吊り荷(フック)57のジブ起伏方向(ジブ54から見た前後方向)の振れ角θおよびジブ旋回方向(ジブ54から見た左右方向)の振れ角ψを推定し、推定した振れ角θ、ψと、吊り荷現状位置検出器26から入力される回転数信号26aから算出される吊り荷57の吊下ロープ長lやジブ54の起伏角ν、旋回角検出装置72から入力される旋回角信号72aから算出されるジブ54の旋回角ζ、及びコントローラ77からの起伏速度操作指令DVrev、旋回速度操作指令RVrev等に基づき、吊り荷57のジブ起伏方向の振れ止めフィードバック制御速度指令と、吊り荷57のジブ旋回方向の振れ止めフィードバック制御速度指令とをそれぞれ算出する。前記ジブ起伏方向の振れ止めフィードバック制御速度指令は、制御信号73aとして前記ウインチドラムのモータ78のインバータ79に対し出力されるようになっている。前記ジブ旋回方向の振れ止めフィードバック制御速度指令は、制御信号73bとして旋回体53のモータ80のインバータ81に対し出力されるようになっている。インバータ79は、制御信号73aに基づいてモータ78を介して前記ウインチドラムの動作を制御し、インバータ81は、制御信号73bに基づいてモータ80を介して旋回体53の動作を制御する。 Based on the load signal 25a input from the sheave load detector 25, the control device 73 determines the swing angle θ of the suspended load (hook) 57 in the jib undulation direction (front-rear direction viewed from the jib 54) and the jib turning direction (jib 54). And the suspended rope length of the suspended load 57 calculated from the estimated deflection angles θ and ψ and the rotation speed signal 26a input from the suspended load current position detector 26. l, the undulation angle ν of the jib 54, the turning angle ζ of the jib 54 calculated from the turning angle signal 72a input from the turning angle detection device 72, the undulation speed operation command DV rev and the turning speed operation command RV from the controller 77. based on rev, etc., to calculate hanging steadying and feedback control speed command jib hoist direction of the load 57, the hanging of the jib pivoting direction of the load 57 steady rest and a feedback control speed instruction respectively . The steady stop feedback control speed command in the jib undulation direction is output to the inverter 79 of the winch drum motor 78 as a control signal 73a. The steady stop feedback control speed command in the jib turning direction is output to the inverter 81 of the motor 80 of the turning body 53 as a control signal 73b. The inverter 79 controls the operation of the winch drum via the motor 78 based on the control signal 73a, and the inverter 81 controls the operation of the swing body 53 via the motor 80 based on the control signal 73b.
次に、本第三実施例における振れ角予測について、図15を参照して説明する。   Next, the deflection angle prediction in the third embodiment will be described with reference to FIG.
制御装置73は、ジブ54への起伏速度指令入力DVrefに基づいてジブ54を起伏させるとともに、旋回体53への旋回速度入力RVrefに基づいて旋回体53をジブ54と一体に旋回させながら、吊り荷57のジブ起伏方向の推定振れ角θおよびジブ旋回方向の推定振れ角ψをもとに吊り荷57の振れ角を零に収束させるものである。 The control device 73 raises and lowers the jib 54 based on the hoisting speed command input DV ref to the jib 54, and turns the swiveling body 53 integrally with the jib 54 based on the turning speed input RV ref to the turning body 53. The swing angle of the suspended load 57 is converged to zero based on the estimated swing angle θ T in the jib undulation direction of the suspended load 57 and the estimated swing angle ψ T in the jib turning direction.
まず、制御装置69の吊り荷現状位置計算部71は、吊り荷現状位置検出器26から入力される回転数信号26aをもとに、ジブ54の起伏角ν、ジブ54の起伏速度DVfb、及びジブ54先端部から吊り荷(フック)57までの距離(吊下ロープ長検出値)lを算出する。このとき、ジブ54の起伏速度は起伏角の微分値として算出することができる。 First, the suspended load current position calculation unit 71 of the control device 69, based on the rotation speed signal 26a input from the suspended load current position detector 26, the undulation angle ν of the jib 54, the undulation speed DV fb of the jib 54, And the distance (suspended rope length detection value) 1 from the tip of the jib 54 to the suspended load (hook) 57 is calculated. At this time, the undulation speed of the jib 54 can be calculated as a differential value of the undulation angle.
制御装置69の旋回角計算部72は、旋回角検出装置68から入力される旋回角信号68aをもとに、ジブ54の旋回角ζとジブ54の旋回速度RVfbを算出する。このとき、ジブ54の旋回速度は起伏角の微分値として算出することができる。 The turning angle calculation unit 72 of the control device 69 calculates the turning angle ζ of the jib 54 and the turning speed RV fb of the jib 54 based on the turning angle signal 68 a input from the turning angle detection device 68. At this time, the turning speed of the jib 54 can be calculated as a differential value of the undulation angle.
制御装置69の振れ角算出部70は、シーブ荷重検出器25から入力される荷重信号25aをもとに、吊り荷57のジブ起伏方向の振れ角θ及びジブ旋回方向の振れ角ψを推定する。具体的には、図13に示す如く、ジブ54先端部の4つのシーブ(巻上シーブ64,67,67',64')には、それぞれTm1、Tm2、Tm3、Tm4の張力がかかり、これらの張力は吊り荷57の振れ角に対応して変化する。すなわち、吊り荷のジブ起伏方向の振れ角θおよびジブ旋回方向の振れ角ψは前記張力を独立変数とした関数として求めることができ、各方向の振れ角推定値θ、ψは以下の式
θ=f(Tm1,Tm2,Tm3,Tm4
ψ=f(Tm1,Tm2,Tm3,Tm4
で表せる。
The deflection angle calculation unit 70 of the control device 69 estimates the deflection angle θ in the jib undulation direction and the deflection angle ψ in the jib turning direction of the suspended load 57 based on the load signal 25 a input from the sheave load detector 25. . Specifically, as shown in FIG. 13, the tensions of T m1 , T m2 , T m3 , and T m4 are respectively applied to the four sheaves (winding sheaves 64, 67, 67 ′, 64 ′) of the jib 54. These tensions change in accordance with the swing angle of the suspended load 57. That is, the swing angle θ in the jib undulation direction of the suspended load and the swing angle ψ in the jib swivel direction can be obtained as a function using the tension as an independent variable. The estimated swing angles θ and ψ in each direction are expressed by the following formula θ T = f ( Tm1 , Tm2 , Tm3 , Tm4 )
ψ T = f (T m1 , T m2 , T m3 , T m4 )
It can be expressed as
次に、制御装置73は、上記吊り荷現状位置計算部75で算出したジブ起伏角νとジブ起伏速度DVfbと吊下ロープ長検出値l、および上記旋回角計算部76で算出したジブ旋回角ζとジブ旋回速度RVfbとともに、上記振れ角算出部74で算出した前記ジブ起伏方向の推定振れ角θと前記ジブ旋回方向の推定振れ角ψをカルマンフィルタ82に入力する(図15参照)。このカルマンフィルタ82は、該カルマンフィルタ82の内部で定義するクレーンモデル83で吊り荷57のジブ起伏方向の振れ角とジブ旋回方向の振れ角をそれぞれ予測し、この予測した振れ角を前記ジブ起伏方向の推定振れ角θ、前記ジブ旋回方向の推定振れ角ψと比較して、その誤差分散が最小となるように推定し、振れ角についての最適な推定結果を返すシステム構成になっている。 Next, the control device 73 calculates the jib undulation angle ν, the jib undulation speed DV fb , the suspended rope length detection value l calculated by the suspended load current position calculation unit 75, and the jib rotation calculated by the turning angle calculation unit 76. Along with the angle ζ and the jib turning speed RV fb , the estimated deflection angle θ T in the jib undulation direction and the estimated deflection angle ψ T in the jib turning direction calculated by the deflection angle calculation unit 74 are input to the Kalman filter 82 (see FIG. 15). ). The Kalman filter 82 predicts the swing angle in the jib undulation direction and the swing angle in the jib swivel direction of the suspended load 57 by the crane model 83 defined inside the Kalman filter 82, and the predicted swing angle is determined in the jib undulation direction. estimated swing angle theta T, as compared to the estimated swing angle [psi T of the jib turning direction is estimated as the error variance is minimized, it has the system configuration to return the best estimate results for the deflection angle.
本第三実施例の場合、カルマンフィルタ82の制御対象である数式モデル83は、以下に説明する手順により導出される。まず、ジブクレーンの数式モデル83を導出されるためのモデル定義を、次の通り仮定する。
a)ロープ質量は考慮しない。
b)タワー52のねじり振動は、微小なものと考え無視する。
c)タワー52をx−y面内並進方向のみの1質点系のモデルとする。
d)ジブ54は剛体とする。
e)入力トルクは直接ジブ54先端に作用する。
In the case of the third embodiment, the mathematical model 83 that is the control target of the Kalman filter 82 is derived by the procedure described below. First, the model definition for deriving the mathematical model 83 of the jib crane is assumed as follows.
a) Rope mass is not considered.
b) The torsional vibration of the tower 52 is considered minute and ignored.
c) The tower 52 is a one-mass system model only in the xy in-plane translation direction.
d) The jib 54 is a rigid body.
e) The input torque acts directly on the tip of the jib 54.
以上の定義をもとに、ジブクレーンの数式モデル83を図16に示す通りに仮定する。主な記号の定義を以下に示す。   Based on the above definition, a mathematical model 83 of a jib crane is assumed as shown in FIG. The definitions of the main symbols are shown below.
DVref:起伏速度指令入力、RVref:旋回速度指令入力、x:タワー上部のx方向絶対変位、y:タワー上部のy方向絶対変位、ν:ジブ起伏角[rad]、θ:ジブ起伏方向(x軸方向)の吊り荷振れ角[rad]、ζ:ジブ旋回角[rad]、ψ:ジブ旋回方向(y軸方向)の吊り荷振れ角[rad]、Ω:ガイサポートの水平面に対する角度[rad]、L:ジブ全長[m]、R:起伏ドラム半径、l:吊下ロープ長[m]、L:タワー高さ[m]、a:ジブ下端と原点の距離[m]、a:ジブ下端とガイサポート上端との距離[m]、W:ジブ質量[kg]、W:吊り荷質量[kg]、M:クレーンの等価質量[kg]、k:クレーンの等価的ばね定数[N/m]、c:クレーンの等価的減衰係数[N・s/m]、x:タワー最上部の起伏方向(x軸方向)変位[m]、y:タワー最上部の起伏方向と直角方向(y軸方向)変位[m]、g:重力加速度[m/s]、t:時間[s]である。 DV ref : undulation speed command input, RV ref : turning speed command input, x 1 : absolute displacement in x direction at the top of the tower, y 1 : absolute displacement in y direction at the top of the tower, ν: jib undulation angle [rad], θ: jib Suspension load swing angle [rad] in the undulation direction (x-axis direction), ζ: Jib swing angle [rad], ψ: Suspension load swing angle [rad] in the jib swing direction (y-axis direction), Ω b : Guy support Angle relative to the horizontal plane [rad], L: full length of jib [m], R b : undulation drum radius, l: hanging rope length [m], L t : tower height [m], a: distance between jib lower end and origin [M], a b : distance between the jib lower end and the guy support upper end [m], W b : jib mass [kg], W o : suspended load mass [kg], M d : equivalent mass of the crane [kg], k t: equivalent spring constant of the crane [N / m], c t : crane equal Attenuation coefficient [N · s / m], x r: Tower top of relief direction (x-axis direction) displacement [m], y r: Tower top undulations direction perpendicular to the direction (y-axis direction) displacement [m ], G: gravitational acceleration [m / s 2 ], t: time [s].
前記ジブ型クレーンのクレーンモデル83は、第一実施例のトロリ式クレーンの場合と同様の状態空間表現形式で算出することができ、プロセスノイズwおよび観測ノイズvを加味して以下の状態方程式および出力方程式で表現できる。方程式の導出は、例えば上記特許文献2に記載されている過程と同様の過程による。
The crane model 83 of the jib type crane can be calculated in the same state space expression format as that of the trolley type crane of the first embodiment. It can be expressed by an output equation. The derivation of the equation is performed by a process similar to the process described in Patent Document 2, for example.
上記[数20]の状態方程式および出力方程式で表されるクレーンモデル83に対し、カルマンフィルタ82による処理を行って吊り荷57のジブ起伏方向の振れ角θおよびジブ旋回方向の振れ角ψを予測する。具体的には、プロセスノイズwと観測ノイズv、およびその共分散を設定し、上記第一実施例と同様に図8に示す工程に従って吊り荷57のジブ起伏方向の振れ角θおよびジブ旋回方向の振れ角ψを予測する。尚、詳細な計算手順については上記第一実施例と同様であるため省略する。   The crane model 83 represented by the state equation and the output equation of [Expression 20] is processed by the Kalman filter 82 to predict the deflection angle θ in the jib undulation direction and the deflection angle ψ in the jib turning direction of the suspended load 57. . Specifically, the process noise w, the observation noise v, and the covariance thereof are set, and the swing angle θ in the jib undulation direction of the suspended load 57 and the jib turning direction are set according to the process shown in FIG. Is predicted. The detailed calculation procedure is the same as that in the first embodiment, and will be omitted.
このように、上記本第三実施例においては、ロープ(巻上ロープ60,60')により吊り荷(フック)57を吊り下げて動作するモーション(ジブ)54と、前記ロープを駆動して吊り荷(フック)57やモーション(ジブ)54の動作を行うウインチドラム(起伏ドラム56,56'、巻上ドラム58)とを備えたクレーンの振れ角検出方法に関し、前記ロープの途中に備えられた複数のシーブ(巻上シーブ64,64'、67,67')に各々シーブ荷重検出器25を取り付けて前記ロープの張力を検出し、該張力から推定振れ角(ジブ起伏方向の振れ角θおよびジブ旋回方向の振れ角ψ)を算出し、該推定振れ角θ、ψに対してカルマンフィルタ82による処理を行って吊り荷(フック)57の振れ角予測値を算出するので、単純で安価な機構により、吊り荷(フック)57の振れ角を精度良く予測することができる。 Thus, in the third embodiment, a motion (jib) 54 that operates by suspending a suspended load (hook) 57 by ropes (winding ropes 60, 60 '), and the rope is driven and suspended. The present invention relates to a swing angle detection method for a crane provided with a winch drum (raising and lowering drums 56, 56 'and a hoisting drum 58) for performing a load (hook) 57 and a motion (jib) 54, provided in the middle of the rope. A sheave load detector 25 is attached to each of a plurality of sheaves (winding sheaves 64, 64 ′, 67, 67 ′) to detect the tension of the rope, and an estimated deflection angle (a deflection angle θ T in the jib undulation direction) is detected from the tension. and calculating a deflection angle [psi T) of the jib pivoting direction, the calculating the deflection angle predicted value of the estimated swing angle theta T, the suspended load by performing the processing by the Kalman filter 82 Nitaishite [psi T (hook) 57, the single In the inexpensive mechanism, load the deflection angle of the (hooks) 57 can be accurately predicted hanging.
また、上記本第三実施例においては、旋回体53と、該旋回体53に対し起伏可能に取り付けた前記モーションとしてのジブ54を備えたジブクレーンを振れ角検出の対象とし、前記ジブクレーンをばねマスダンパモデルと仮定して定義した数式モデル83に対してカルマンフィルタ82を設計しているので、単純な数式モデル83で精度の高い振れ角予測値を得ることができる。   Further, in the third embodiment, a revolving body 53 and a jib crane provided with the jib 54 as the motion attached to the revolving body 53 so as to be able to be raised and lowered are set as targets for deflection angle detection, and the jib crane is used as a spring mass. Since the Kalman filter 82 is designed for the mathematical model 83 defined on the assumption that it is a damper model, a highly accurate deflection angle prediction value can be obtained with the simple mathematical model 83.
したがって、上記本第三実施例によれば、簡単な構成で、機器の付け外しやメンテナンスにかかる手間やコストを最小限にしながら、吊り荷の振れ角を好適に検出し得る。   Therefore, according to the third embodiment, the swing angle of the suspended load can be suitably detected with a simple configuration while minimizing the labor and cost for attaching and detaching the equipment.
尚、本発明のクレーンの振れ角検出方法及び装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   The crane swing angle detection method and apparatus according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made without departing from the scope of the present invention.
5 ガーダ
6 ブーム
7 モーション(トロリ)
8 吊り荷(グラブバケット)
15,15' ウインチドラム(巻上ドラム)
16,16' ロープ(巻上ロープ)
17,17' シーブ(巻上シーブ)
19,19' ウインチドラム(開閉ドラム)
20,20' ロープ(開閉ロープ)
21,21' シーブ(開閉シーブ)
25 シーブ荷重検出器
27 制御装置
33 カルマンフィルタ
34 クレーンモデル(数式モデル)
35 ウインチドラム(巻上ドラム)
42,42' ロープ(巻上ロープ)
43,43' シーブ(固定シーブ)
54 モーション(ジブ)
56,56' ウインチドラム(起伏ドラム)
57 吊り荷(フック)
58 ウインチドラム(巻上ドラム)
60,60' ロープ(巻上ロープ)
64,64' シーブ(巻上シーブ)
67,67' シーブ(巻上シーブ)
73 制御装置
82 カルマンフィルタ
83 クレーンモデル(数式モデル)
5 Girder 6 Boom 7 Motion (trolley)
8 Hanging load (grab bucket)
15,15 'winch drum (winding drum)
16, 16 'rope (winding rope)
17, 17 'sheave
19, 19 'winch drum (open / close drum)
20, 20 'rope (opening and closing rope)
21,21 'sheave (open and close sheave)
25 Sheave Load Detector 27 Controller 33 Kalman Filter 34 Crane Model (Formula Model)
35 winch drum (winding drum)
42, 42 'rope (winding rope)
43, 43 'sheave (fixed sheave)
54 Motion (jib)
56,56 'winch drum (undulation drum)
57 Hanging load (hook)
58 Winch drum (winding drum)
60,60 'rope (winding rope)
64,64 'sheave
67, 67 'sheave (winding sheave)
73 Controller 82 Kalman Filter 83 Crane Model (Formula Model)

Claims (6)

  1. ロープにより吊り荷を吊り下げて動作するモーションと、前記ロープを駆動して前記吊り荷や前記モーションの動作を行うウインチドラムとを備えたクレーンの振れ角検出方法であって、
    前記ロープの途中に備えられた複数のシーブに各々シーブ荷重検出器を取り付けて前記ロープの張力を検出し、該張力から推定振れ角を算出し、該推定振れ角に対してカルマンフィルタによる処理を行って吊り荷の振れ角予測値を算出することを特徴とするクレーンの振れ角検出方法。
    A crane swing angle detection method comprising a motion that operates by suspending a suspended load with a rope, and a winch drum that operates the suspended load and the motion by driving the rope,
    A sheave load detector is attached to each of a plurality of sheaves provided in the middle of the rope to detect the tension of the rope, calculate an estimated deflection angle from the tension, and process the estimated deflection angle by a Kalman filter. A crane swing angle detection method comprising calculating a predicted swing angle of a suspended load.
  2. 前記モーションとしてガーダやブーム上を横行するトロリを備えたトロリ式クレーンを振れ角検出の対象とし、前記トロリ式クレーンをばねマスダンパモデルと仮定して定義した数式モデルに対して前記カルマンフィルタを設計することを特徴とする請求項1に記載のクレーンの振れ角検出方法。   The Kalman filter is designed with respect to a mathematical model defined on the assumption that the trolley crane having a girder or a trolley traversing on the boom as the motion is the target of deflection angle detection, and the trolley crane is assumed to be a spring mass damper model. The method of detecting a swing angle of a crane according to claim 1.
  3. 旋回体と、該旋回体に対し起伏可能に取り付けた前記モーションとしてのジブを備えたジブクレーンを振れ角検出の対象とし、前記ジブクレーンをばねマスダンパモデルと仮定して定義した数式モデルに対して前記カルマンフィルタを設計することを特徴とする請求項1に記載のクレーンの振れ角検出方法。   A swiveling body and a jib crane equipped with a jib as a motion attached to the swiveling body so as to be able to undulate are set as targets for swing angle detection, and the mathematical model defined on the assumption that the jib crane is a spring mass damper model 2. The crane swing angle detection method according to claim 1, wherein a Kalman filter is designed.
  4. ロープにより吊り荷を吊り下げて動作するモーションと、前記ロープを駆動して前記吊り荷や前記モーションの動作を行うウインチドラムとを備えたクレーンの振れ角検出装置であって、
    前記ロープの途中に備えられた複数のシーブと、
    該シーブに各々取り付けられて前記ロープの張力を検出するシーブ荷重検出器と、
    前記ロープの張力から推定振れ角を算出し、該推定振れ角に対してカルマンフィルタによる処理を行って吊り荷の振れ角予測値を算出するよう構成された制御装置と
    を備えたことを特徴とするクレーンの振れ角検出装置。
    A crane swing angle detection device comprising a motion that operates by suspending a suspended load with a rope, and a winch drum that operates the suspended load and the motion by driving the rope,
    A plurality of sheaves provided in the middle of the rope;
    A sheave load detector that is attached to each sheave and detects the tension of the rope;
    A control device configured to calculate an estimated deflection angle from the rope tension, and to calculate a predicted deflection angle value of the suspended load by performing a process using the Kalman filter on the estimated deflection angle. Crane swing angle detection device.
  5. 前記モーションとしてガーダやブーム上を横行するトロリを備えたトロリ式クレーンを振れ角検出の対象とし、前記トロリ式クレーンをばねマスダンパモデルと仮定して定義した数式モデルに対して前記カルマンフィルタを設計し、前記制御装置に実装したことを特徴とする請求項4に記載のクレーンの振れ角検出装置。   The Kalman filter is designed for a mathematical model defined by assuming a trolley crane with a girder or a trolley traversing on the boom as the motion, and assuming that the trolley crane is a spring mass damper model. The crane swing angle detection device according to claim 4, which is mounted on the control device.
  6. 旋回体と、該旋回体に対し起伏可能に取り付けた前記モーションとしてのジブを備えたジブクレーンを振れ角検出の対象とし、前記ジブクレーンをばねマスダンパモデルと仮定して定義した数式モデルに対して前記カルマンフィルタを設計し、前記制御装置に実装したことを特徴とする請求項4に記載のクレーンの振れ角検出装置。   A swiveling body and a jib crane equipped with a jib as a motion attached to the swiveling body so as to be able to undulate are set as targets for swing angle detection, and the mathematical model defined on the assumption that the jib crane is a spring mass damper model 5. The crane swing angle detection device according to claim 4, wherein a Kalman filter is designed and mounted on the control device.
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