JP2016210607A - 吊荷の姿勢制御装置及び姿勢制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】噴流を生成する推力発生装置を用い吊り天秤に作用する旋回力を細かく調整できる、吊荷の姿勢制御装置及び姿勢制御方法を提供する。
【解決手段】姿勢制御装置１Ａは、吊り天秤４と、噴流を生成するジェットエンジン群５，６と、水平面内での吊り天秤４に対するジェットエンジン群５，６の角度を可変としてジェットエンジン群５，６を吊り天秤４の端部に支持するターンテーブル７，８と、を含み、ジェットエンジン群５，６の向きを水平面内で変更することで吊り天秤４に付与される旋回力を調整して、吊荷１３の姿勢を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、吊り天秤に吊り下げられる吊り荷の姿勢を制御するための姿勢制御装置及び姿勢制御方法に関する。

特許文献１には、クレーン等により水平に懸吊される吊りビーム上に設置されたコマを回転させると反作用モーメントが生じ、吊りビームにコマの回転方向とは逆向きのモーメントが作用することを利用して、吊りビームを旋回させて吊荷の姿勢を制御する、吊荷の姿勢制御装置が開示されている。

特開平０６−０５６３８３号公報

ところで、大型風力発電機のブレードのような長尺物の吊荷を、長手方向を水平としてクレーンに吊り下げて揚重する場合、吊荷の回転に対する慣性が大きいため、コマのようなフライホイールを含む姿勢制御装置では姿勢制御機能が大きく低下し、吊荷の姿勢を高い応答で制御することが難しい。
これに対し、ジェットエンジンなどの噴流を生成する推力発生装置を用いれば、比較的小型の装置で十分な推力を得ることが可能であり、姿勢制御の応答を上げることが容易であるが、噴流による推力を細かく制御することが難しく、吊り天秤に付与される旋回力を細かく調整することが難しいという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、噴流を生成する推力発生装置を用い吊り天秤に作用する旋回力を細かく調整できる、吊荷の姿勢制御装置及び姿勢制御方法を提供することを目的とする。

そのため、本発明に係る吊荷の姿勢制御装置は、吊り天秤と、噴流を生成する推力発生装置と、水平面内での前記吊り天秤に対する前記推力発生装置の角度を可変として前記推力発生装置を前記吊り天秤の端部に支持する支持装置と、を含むようにした。
また、本発明に係る吊荷の姿勢制御方法は、吊り天秤に吊り下げられる吊荷の姿勢制御方法であって、前記吊り天秤の端部に配置した噴流を生成する推力発生装置の向きを水平面内で変更して前記吊荷の姿勢を制御するようにした。

上記発明によると、水平面内での吊り天秤に対する推力発生装置の角度が変更可能であるから、推力発生装置が発生する推力が同じでも、前記角度を変更することで吊り天秤に作用する旋回力を変化させることができ、大きな推力によって高い応答で姿勢制御しつつ吊り天秤に作用する旋回力を細かく調整することが可能である。

本発明の実施形態における姿勢制御装置を備えた吊り治具を示す図であり、（Ａ）は吊り治具の正面図、（Ｂ）は吊り治具の側面図である。 本発明の実施形態においてジェットエンジンを支持するターンテーブル（支持装置）の構造図であり、（Ａ）は吊り天秤の上面図、（Ｂ）は吊り天秤の正面図である。 本発明の実施形態において姿勢制御装置を備えた吊り天秤を用いて洋上風力発電機のブレードを揚重する作業を説明するための図である。 本発明の実施形態において吊り天秤をジェットエンジンの推力によって旋回させる状態を示す吊り天秤の上面図である。 本発明の実施形態におけるジェットエンジンと吊り天秤とがなす角度と推力の旋回成分との相関を説明するための図である。 本発明の実施形態において吊り天秤を旋回させるときのジェットエンジンの角度設定を例示する吊り天秤の上面図である。 本発明の実施形態においてジェットエンジンにより旋回力を付与しない状態での角度設定を例示する吊り天秤の上面図であり、（Ａ）はジェットエンジンを吸気口側で対向させた状態の図、（Ｂ）はジェットエンジンを排気口側で対向させた状態の図である。 本発明の実施形態におけるターンテーブルを吊り天秤の長手方向（旋回中心に離接する方向）に沿って移動させる機構を示す吊り天秤の上面図である。 本発明の実施形態におけるフライホイールを含む姿勢制御装置とジェットエンジンを含む姿勢制御装置とを備えた吊り天秤の正面図である。 本発明の実施形態におけるＹ字型吊り天秤を示す図であり、（Ａ）はＹ字型吊り天秤の上面図、（Ｂ）はＹ字型吊り天秤の正面図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る吊荷の姿勢制御装置の一例を示す正面図である。
図１は、吊荷の姿勢制御装置１Ａを備えた吊り治具１を介してクレーン（図示省略）により吊荷１３を揚重する構成を示す。

吊り治具１は、クレーンワイヤー２の下端に設けたフック２Ａにワイヤーロープ３ａ，３ｂを介して吊持されるものであって、棒状の吊り天秤（棒天秤）４、推力発生装置としてのジェットエンジン群５，６、ジェットエンジン群５，６を吊り天秤４に支持するための支持装置であるターンテーブル７，８、ジェットエンジン群５，６用の燃料を貯蔵する燃料タンク９、ジェットエンジン群５，６及びターンテーブル７，８を制御する姿勢コントローラ（制御装置）１０、姿勢制御装置１Ａの電源としてのバッテリ１１などを含んで構成される。
吊荷の姿勢制御装置１Ａは、上記のジェットエンジン群５，６、ターンテーブル７，８、燃料タンク９、姿勢コントローラ１０、バッテリ１１を含んで構成される。

吊り天秤４の上部には、長手方向の中心から略等距離である左右位置にそれぞれシャックル４ａ，４ｂが設けられていて、フック２Ａに一端が掛けられたワイヤーロープ３ａ，３ｂの他端をシャックル４ａ，４ｂに連結することで、吊り天秤４はクレーンによって水平な姿勢で吊り下げられる。
更に、吊り天秤４の下部には、長手方向の中心から略等距離である左右位置にそれぞれシャックル４ｃ，４ｄが設けられていて、シャックル４ｃ，４ｄにそれぞれ連結される玉掛けワイヤーロープ１２ａ、１２ｂによって吊荷１３が吊り天秤４に吊り下げられる。

なお、吊り天秤４の下部に３つ以上のシャックルを設け、係るシャックルにそれぞれ連結させた玉掛けワイヤーロープによって吊荷１３を吊り下げる構成とすることができ、玉掛けワイヤーロープの吊り天秤４に対する連結箇所を２か所に限定するものではない。
また、吊り天秤４の下部に複数のフックを設けて、このフックに玉掛けワイヤーロープを掛けて吊荷１３を吊り下げる構造とすることができ、玉掛けワイヤーロープの吊り天秤４に対する連結構造は図１の構造に限定されない。

吊り治具１は、長尺物を水平姿勢で揚重する作業に好適な吊り治具であり、長尺の吊荷１３は、吊り天秤４と略平行になるように吊り天秤４に吊り下げられる。
例えば、大型風力発電機のブレードをナセルに設けたハブに取付けるときに、吊荷１３としてのブレードをクレーンによって水平に吊り下げてナセルにまで揚重する作業を、上記の吊り治具１を用いて行わせることができる。大型風力発電機のブレードは、例えば全長６０ｍ、質量２２０００ｋｇ程度のものである。

ジェットエンジン群５，６は、吊荷１３の姿勢制御のために吊り天秤４の両端部に設置され、ジェットエンジン群５，６が生成する噴流による推力によって吊り天秤４を旋回させることで、吊荷１３の姿勢を制御する。
ジェットエンジン群５は吊り天秤４の一方端にターンテーブル７を介して取り付けられ、ジェットエンジン群６は吊り天秤４の他方端にターンテーブル８を介して取り付けられる。
吊り天秤４は、クレーンワイヤー２の延長線が吊り天秤４と交わる付近を旋回中心として旋回するから、ターンテーブル７，８で支持されるジェットエンジン群５，６は、吊り天秤４の旋回中心を挟んで両側に配設されていることになる。

ジェットエンジン群５，６は、図１及び図２に示すように、それぞれ３機のジェットエンジン（ガスタービンエンジン）５ａ〜５ｃ、６ａ〜６ｃを１組としたものである。１組を構成する３機のジェットエンジン５ａ〜５ｃ、６ａ〜６ｃは、軸線（コンプレッサ・タービンシャフト）が水平でかつ相互に平行で、しかも、噴流の方向（吸気口１６の向き及び排気口１７の向き）が同方向となるように、ターンテーブル７，８上に横方向に並べて固定される。
例えば、吊荷１３が全長６０ｍ、質量２２０００ｋｇ程度の大型風力発電機のブレードであり、吊り天秤４が全長３０ｍ、質量８０００ｋｇである場合、推力４００N程度のジェットエンジンを３機組み合わせてジェットエンジン群５，６を構成する。

但し、ジェットエンジン群５，６を構成するジェットエンジンを３機に限定するものではなく、１機以上の任意の機数で構成することができる。
ジェットエンジン群５，６を構成する各ジェットエンジン５ａ〜５ｃ、６ａ〜６ｃには、燃料タンク９に貯蔵されている燃料が図示しない電動燃料ポンプによって圧送される。電動燃料ポンプは、バッテリ１１を電源として動作する。

図２は、ターンテーブル７，８の構造の一例を示す。図２は、ターンテーブル７を示すが、ターンテーブル８もターンテーブル７と同じ構造である。
ターンテーブル７，８は、吊り天秤４に対し鉛直方向を軸線として回転可能に支持される回転軸２１と、回転軸２１の上端に回転軸２１の軸線と交差するように固定される平板状の回転板２２と、回転軸２１の下端に固定された第１かさ歯車２３と、出力軸を水平方向として吊り天秤４に固定されたアクチュエータとしてのモータ２４と、モータ２４の出力軸の回転を減速して出力する減速機２５と、減速機２５の出力軸に固定され第１かさ歯車２３に噛み合う第２かさ歯車２６と、を含んで構成される。

そして、回転板２２の上に、噴流方向を同一方向として３機のジェットエンジンが相互に平行に並べて固定される。詳細には、回転軸２１の軸心が３機のジェットエンジンのうちで真ん中に位置するジェットエンジン５ｂ，６ｂの中央付近を通るように、３機のジェットエンジンが回転板２２の上に固定される。
なお、モータ２４の出力軸が鉛直方向になるように吊り天秤４に固定し、平歯車などを介してモータ２４の出力トルクを回転軸２１に伝達する構成とすることができ、モータ２４の出力トルクを回転軸２１に伝達する機構を図２の機構に限定するものではない。
また、ターンテーブル７，８を回転駆動するアクチュエータ（ジェットエンジン群５，６の支持角度を変更するためのアクチュエータ）として油圧シリンダなどを用いることができ、ターンテーブル７，８のアクチュエータはモータ２４に限定されない。

モータ２４は、バッテリ１１を電源として動作し、モータ２４の出力軸の回転が減速機２５で減速され、モータ２４の出力トルクがかさ歯車２３，２６を介して回転軸２１を回転させる。
そして、回転軸２１と一体に回転板２２が水平面内で回転することで、回転板２２に固定されるジェットエンジン群５，６の各ジェットエンジンの噴射方向、換言すれば、吊り天秤４の軸線（長手方向）に対する各ジェットエンジンの軸線の角度が水平面内で変化する。

ターンテーブル７，８は、回転範囲が制限されずに全周旋回可能に構成されている。
また、ターンテーブル７のモータ２４とターンテーブル８のモータ２４とは、個別に制御可能に構成されていて、例えば、ターンテーブル７を停止させた状態でターンテーブル８を回転させるなど、ターンテーブル７（ジェットエンジン群５）の角度位置と、ターンテーブル８（ジェットエンジン群６）の角度位置とを相互に独立して制御できるよう構成されている。

姿勢コントローラ１０は、マイクロコンピュータや無線通信回路などを含んで構成され、作業者が操作するリモコン（リモートコントローラ）との間で無線通信を行い、リモコンから送信される指令に応じてターンテーブル７，８（アクチュエータとしてのモータ２４）を制御し、また、ジェットエンジン群５，６を構成する各ジェットエンジン５ａ〜５ｃ、６ａ〜６ｃの起動、停止、更に、推力（回転数）を制御する。
なお、姿勢コントローラ１０とリモコンとの間での通信を、有線通信とすることができる。

図３は、洋上風力発電機の組み立てにおけるブレードの揚重作業に吊り治具１を用いた場合の作業状態を例示する。
台船３０上にクレーン３１が設置され、クレーン３１に吊持された吊り天秤４に吊荷１３としてのブレード３２が長手方向を水平方向として吊り下げされる。
そして、ブレード３２は、洋上に建てられたタワー３３の上端に設けられるナセル３４のハブ３４ａにまでクレーン３１によって揚重され、ハブ３４ａにブレード３２を取り付ける作業が行われる。

台船３０上の作業者３５はリモコン３６を操作し、吊り天秤４に設置された姿勢コントローラ１０に指令を送信する。
リモコン３６は、例えば、吊り天秤４（吊荷１３）を旋回させる方向の指定や吊り天秤４に付与する旋回力の設定などを行えるよう構成される。換言すれば、作業者３５は、リモコン３６を操作することでターンテーブル７，８によるジェットエンジンの支持角度の変更を行え、更に、ジェットエンジンの推力の調整を行えるよう構成される。

なお、リモコン３６は、作業者３５が携帯する小型のものや、クレーン３１のオペレータルームなどに設置される固定式のものとすることができる。
また、クレーン３１の先端や吊り天秤４などに風速風向計や吊荷１３を撮影するためのカメラを配置し、風速風向計による測定信号、カメラの映像信号がリモコン３６に送信され、リモコン３６に設けた画面に風速風向の測定結果やカメラの映像が表示される構成とすることができる。

以下では、ジェットエンジン群５，６を用いた吊荷１３の姿勢制御を詳細に説明する。
図４の吊り天秤４の上面図は、吊り天秤４（吊荷１３）が風の影響などによって所期の向き（目標角度方向）よりも俯瞰で時計回りの方向に回ってしまった場合の姿勢制御を示す。

この場合、ジェットエンジン群５，６の各ジェットエンジンの噴流が時計回りの方向に向けて噴射されるように、ターンテーブル７，８の角度を設定し、反作用で吊り天秤４（吊荷１３）を反時計回りの方向に旋回させる力を作用させる。換言すれば、ジェットエンジン群５，６の双方が、吊り天秤４を反時計回りの方向に旋回させる力を付与するように、ターンテーブル７，８によるジェットエンジン群５，６の支持角度を設定する。
なお、この場合、ジェットエンジン群５，６の噴流方向は、吊り天秤４の軸線を挟んで逆向きになる。

これにより、吊り天秤４は反時計回りの方向に旋回し、係る吊り天秤４の旋回運動に伴って吊荷１３も反時計回りの方向に旋回し、吊荷１３の向きは本来の向き（目標角度方向）に戻ることになる。
ここで、ジェットエンジンの推力（回転数）と噴射方向の制御によって吊り天秤４（吊荷１３）を旋回させる方向に作用する力（旋回力）を調整することが可能である。ジェットエンジンの噴射方向の制御とは、水平面内で吊り天秤４の軸線とジェットエンジンの軸線とがなす角度、換言すれば、ターンテーブル７，８によるジェットエンジン群５，６の支持角度を変更する制御である。

つまり、図５に示すように、水平面内で吊り天秤４の軸線ＡＸ１（長手方向）とジェットエンジンの軸線ＡＸ２とがなす角度θｊを直角に近づけるほど、ジェットエンジンを通る吊り天秤４の旋回円の接線方向の推力成分、つまり、吊り天秤４を旋回させる方向に作用する力が大きくなる。逆に前記角度θｊを鈍角又は鋭角にするほど前記接線方向の推力成分が小さくなり、吊り天秤４を旋回させる方向に作用する力が小さくなる。

従って、ジェットエンジン群５，６の各ジェットエンジンの推力（回転数）が一定であっても、水平面内で吊り天秤４の軸線ＡＸ１とジェットエンジンの軸線ＡＸ２とがなす角度θｊ（各ジェットエンジンの噴射方向）をターンテーブル７，８によって変化させることで、ジェットエンジン群５，６が吊り天秤４に付与する旋回力を可変とすることができる。
つまり、作業者はリモコン３６の操作によってターンテーブル７，８の角度位置を変更することで、各ジェットエンジンが一定の推力を発生する状態で、吊り天秤４を旋回させる方向に作用する力を任意に変更することが可能である。

更に、各ジェットエンジンの推力（回転数）を調整しつつ、ターンテーブル７，８によって各ジェットエンジンの噴射方向を変更することで、吊り天秤４に付与される旋回力を広範囲に細かく制御することが可能である。
例えば、各ジェットエンジンの回転数が複数段階にステップ的に切替え制御されるよう構成し（換言すれば、基本の旋回力が複数段階に切り替えられるよう構成し）、各回転数の設定状態でターンテーブル７，８の角度位置（各ジェットエンジンの噴射方向）を変更して吊り天秤４に付与される旋回力を微調整することができる。

上記のようにして調整される旋回力と、ジェットエンジンによる噴流の生成時間（噴射時間）Δｔとから、吊り天秤４（吊荷１３）の旋回角速度ωが決まることになる。
つまり、吊り天秤４の長さをＬｓとし、慣性モーメントをＩとし、ジェットエンジンの推力をＰとしたときに、Ｉ・ω＝Ｐ・Ｌｓ・Δｔの関係が成り立ち、ターンテーブル７，８の角度変更は推力Ｐを増減することと同様に作用するから、ターンテーブル７，８の角度変更によって吊り天秤４の旋回角速度ωが調整されることになる。

例えば、吊り天秤４（吊荷１３）を旋回させたい角度が大きいほど前記角度θｊを直角に近づけ、また、吊り天秤４を旋回させようとする外力が大きいほど（風速が速いほど）前記角度θｊを直角に近づけるようにすれば、旋回角速度ωを速くして姿勢制御の応答性を高めることができる。
また、吊り天秤４（吊荷１３）を旋回させたい角度が小さいほど前記角度θｊをより鋭角（又は鈍角）にし、吊り天秤４を旋回させようとする外力が小さいほど前記角度θｊをより鋭角（又は鈍角）にすることで、旋回角速度ωを遅くして姿勢制御のオーバーシュートが発生することを抑制できる。

なお、ターンテーブル７，８の角度位置を個別に制御することで、ジェットエンジン群５側の角度θｊとジェットエンジン群６側の角度θｊとを異なる角度とし、ジェットエンジン群５によって吊り天秤４の一方端に旋回方向に作用する力の大きさと、ジェットエンジン群６によって吊り天秤４の他方端に旋回方向に作用する力の大きさとを異ならせることもできる。
また、ジェットエンジンの推力で吊り天秤４を旋回させるときに角度θｊを鈍角又は鋭角とする場合には、図６に示すように、ジェットエンジン推力の軸線ＡＸ１方向の分力が、ジェットエンジン群５とジェットエンジン群６とで逆方向になって相互に相殺されるように角度の調整方向を設定することで、吊り天秤４がジェットエンジンの推力で長手方向に変位することを抑制できる。

吊り天秤４に旋回力を付与する場合、図６に示すように、旋回中心においてジェットエンジン群５とジェットエンジン群６とが回転対称になるように角度設定を行えば、ジェットエンジン推力の軸線ＡＸ１方向の分力がジェットエンジン群５とジェットエンジン群６とで逆向きになって相殺される。
このように、ターンテーブル７，８を介して吊り天秤４の端部にジェットエンジン群５，６を支持する構成とした吊り治具１では、各ジェットエンジンの推力を変化させることなく、ターンテーブル７，８の角度調整によって各ジェットエンジンの噴射方向を水平面内で変更することで吊り天秤４に作用する旋回力が変化し、高い精度での姿勢制御が可能となる。

ジェットエンジンの推力を細かく制御することは難しいが、ジェットエンジンの噴射方向（角度θｊ）を変更する構成であれば、噴射方向の変更に応じて吊り天秤４に作用する旋回力を連続的に変化させることができ、風の強さ（外乱の大きさ）などに応じた過不足ない旋回力を作用させて、吊荷１３の姿勢を細かく修正できる。
また、ジェットエンジン群５，６の推力を吊り天秤４の旋回方向に作用させる必要がない場合に、各ジェットエンジンをアイドル状態（アイドル回転数）とした上で、図７に示すように、ジェットエンジン群５，６の各ジェットエンジンの軸線が吊り天秤４（吊荷１３）の軸線ＡＸ１と平行になって対向し、かつ、ジェットエンジン群５の各ジェットエンジン５ａ〜５ｃの噴射方向とジェットエンジン群６の各ジェットエンジン６ａ〜６ｃの噴射方向とが逆向きになるように、ターンテーブル７，８によるジェットエンジンの支持角度（ジェットエンジンの噴射方向）を設定することができる。

図７（Ａ）の場合、ジェットエンジン群５の各ジェットエンジン５ａ〜５ｃが、ジェットエンジン群６から離れる方向に噴流を噴射し、ジェットエンジン群６の各ジェットエンジン６ａ〜６ｃが、ジェットエンジン群５から離れる方向に噴流を噴射するように、ターンテーブル７，８の角度（ジェットエンジンの噴射方向）を設定してある。換言すれば、図７（Ａ）の場合、ジェットエンジン群５の各ジェットエンジン５ａ〜５ｃとジェットエンジン群６の各ジェットエンジン６ａ〜６ｃとが、相互に吸気口を相手側に向けるようにして対向する。
一方、図７（Ｂ）の場合、ジェットエンジン群５の各ジェットエンジン５ａ〜５ｃがジェットエンジン群６に向けて噴流を噴射し、ジェットエンジン群６の各ジェットエンジン６ａ〜６ｃがジェットエンジン群５に向けて噴流を噴射するように、ターンテーブル７，８の角度（ジェットエンジンの噴射方向）を設定してある。換言すれば、図７（Ｂ）の場合、ジェットエンジン群５の各ジェットエンジン５ａ〜５ｃとジェットエンジン群６の各ジェットエンジン６ａ〜６ｃとが、相互に排気口を相手側に向けるようにして対向する。

図７（Ａ）、（Ｂ）に示したように、ターンテーブル７，８の角度（ジェットエンジンの噴射方向）を設定すれば、ジェットエンジン群５の各ジェットエンジン５ａ〜５ｃの噴流によって生成される推力と、ジェットエンジン群６の各ジェットエンジン６ａ〜６ｃの噴流によって生成される推力とが相殺され、ジェットエンジン群５，６の推力は吊り天秤４を旋回させる方向に作用しない。
つまり、ジェットエンジン群５，６の各ジェットエンジンが噴流を生成する稼働状態を保ったまま、吊り天秤４（吊荷１３）の旋回方向に作用する力が発生しないようにすることができる。

そして、風が強くなるなどして吊荷１３の向きが変化したときには、ターンテーブル７，８によるジェットエンジンの支持角度を、例えば図６に示したようにジェットエンジン群５，６の双方が同一方向の旋回力を付与する角度に変更するだけで姿勢制御を開始できる。
従って、吊荷１３が所期の向きを安定的に保持していて姿勢制御が不要になったときに全ジェットエンジンを停止させ、風が強くなるなどして姿勢制御が必要になったときにジェットエンジンを始動させる場合に比べ、ジェットエンジンの始動に要する時間遅れがなく、応答良く姿勢制御を開始でき、外乱に対する吊荷１３の姿勢安定性が高くなる。
なお、ジェットエンジンの推力による姿勢制御が不要になったときに、図７に示したような噴射方向に設定した上で、３個１組のジェットエンジンのうちの１個乃至２個を停止させて待機状態とし、姿勢制御の開始後に待機状態で停止させておいたジェットエンジンを始動させる構成とすることができる。

上記のようなターンテーブル７，８によるジェットエンジンの噴射方向の変更は、作業者がリモコン３６を操作して姿勢制御目標値（目標角度、目標旋回力、目標旋回角速度など）を指定し、リモコン３６が指定された目標値を姿勢コントローラ１０に送信することで行われる構成することができる。
この場合、リモコン３６からの目標値の指令を受信した姿勢コントローラ１０は、ターンテーブル７，８の角度位置を検出する角度センサの信号と受信した目標値に対応する角度とに基づきモータ２４を駆動制御してターンテーブル７，８の角度位置を制御して、ジェットエンジンの水平面内での噴射方向を調整する。

また、姿勢コントローラ１０は、例えば、リモコン３６から吊荷１３の目標方位の指令を受信し、吊り天秤４に取付けた方位センサの測定結果と目標方位との比較結果に基づいてモータ２４を駆動制御して、吊荷１３の実際の方位が目標方位に一致するようにターンテーブル７，８の角度位置（ジェットエンジンの噴射方向）などを自動制御することができる。
また、姿勢コントローラ１０は、クレーン３１の先端に設けた風向風速計の信号を受信し、吊荷１３の実際の方位の情報と目標方位との比較結果に、風向、風速の情報を加味してターンテーブル７，８の角度位置（ジェットエンジンの噴射方向）などを自動制御することができる。
また、風向風速計を搭載したドローン（無人航空機）を、吊荷１３の近辺にホバリングさせ、姿勢コントローラ１０が、ドローンから無線で送信される風向風速の計測結果に基づきジェットエンジンの噴射方向などを制御する構成とすることができる。更に、風向風速計を搭載したドローンを吊荷１３の風上側にホバリングさせるか或いは吊荷１３の周辺に複数ホバリングさせ、姿勢コントローラ１０が、ドローンから無線で送信される風向風速の計測結果に基づいて吊荷１３に作用する風向風速の変化を事前に予測し、当該予測結果に基づきジェットエンジンの噴射方向などを制御する構成とすることができる。

また、吊荷１３の実際の姿勢を検知するための情報としては、方位の他、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いた吊荷１３の位置情報などを用いることができる。
また、上記のように複数のジェットエンジンを１組として吊り天秤４の左右端部に配置する場合、起動させるジェットエンジンの数を平均的な風の強弱などの外乱状態に応じて自動的に又は作業者の指示により可変とし、例えば、風が比較的弱い天候である場合には、３機のジェットエンジンの内の１機乃至２機を停止し残りを起動させ、ターンテーブル７，８による角度調整を行わせることができる。

また、図７に示した角度とする待機状態への移行は、作業者の角度指定によって行われる構成とすることができる他、作業者の待機指令に基づき自動的に待機状態の角度に切り替わる構成とすることができる。
更に、自動的に待機状態の角度に切り替えられるときに３個１組のジェットエンジンのうちの１個乃至２個が自動的に停止され、待機状態の解除（待機状態からの角度変更）に伴って待機状態で停止していたジェットエンジンを自動的に始動させる構成とすることができる。

また、風力発電機のブレード３２をナセル３４にまで揚重し、ナセル３４のハブ３４ａにブレード３２を取り付ける作業を行うような場合（図３参照）には、吊り天秤４などに設置したカメラが撮影したナセル３４の映像を姿勢コントローラ１０が解析してブレード３２の取り付け位置を識別することで、取り付け位置の方向に対する吊荷１３（ブレード３２）の方向のずれを検出し、このずれを減少させるようにターンテーブル７，８の自動制御を行う構成とすることができる。
ここで、上記カメラによる映像をリモコン３６に送信し、作業者がリモコン３６の画面に表示される映像を見ながらターンテーブル７，８の指令角度などの姿勢制御指令をリモコン３６に設定し、係る指令の情報がリモコン３６から姿勢コントローラ１０に送信される構成とすることもできる。

上記の実施形態（第１実施形態）では、ジェットエンジン群５，６の水平面内での噴射方向をターンテーブル７，８によって可変とすることで吊り天秤４に作用する旋回力を調整可能としたが、更に、ジェットエンジン群５，６の位置ベクトルを変更可能に構成することで、ジェットエンジンの位置ベクトルと噴射方向との双方で吊り天秤４の旋回方向に作用する力を調整することができる。
つまり、第１実施形態では、吊り天秤４におけるターンテーブル７，８の位置は固定であるが、吊り天秤４の長手方向に沿ってターンテーブル７，８の位置を変更できるように、換言すれば、ジェットエンジン群５とジェットエンジン群６との間隔を変更できるようにすれば、ジェットエンジンの位置ベクトル（旋回中心からジェットエンジンまでの距離Ｌ）が変化して吊り天秤４に作用する旋回力が変化することになる。そして、ジェットエンジンの位置ベクトルと噴射方向（角度θｊ）とを制御することで、旋回力の調整範囲を拡大できる。

図８は吊り天秤４の上面図であり、吊り天秤４の長手方向に沿ってターンテーブル７，８の位置を変更可能とする構造、つまり、ターンテーブル７，８の位置を旋回中心に離接する方向に移動可能とし、旋回中心からターンテーブル７，８までの距離Ｌを可変とする構造の一例を示す。
図８に示す構造では、ターンテーブル７，８を台車４０に搭載し、台車４０が吊り天秤４に設けたレール４１ａ、４１ｂに案内されて吊り天秤４の長手方向（軸線ＡＸ１）に沿って移動できるよう構成し、更に、モータ４２の回転運動がボールねじ４３によって台車４０をレール４１ａ、４１ｂに沿って移動させる直線運動に変換されるように構成する。これにより、モータ４２の回転を制御することで、ターンテーブル７，８を吊り天秤４の長手方向に沿って移動させることができる。

このように、吊り天秤４の長手方向に沿ってターンテーブル７，８の位置を変更可能とする構造を備えた吊り天秤４では、ジェットエンジン群５とジェットエンジン群６とを共に吊り天秤４の長手方向の中央寄りに移動させて旋回中心に近づければ位置ベクトル（モーメント）が小さくなり、ジェットエンジンの噴射方向（ターンテーブル７，８の角度）及びジェットエンジンの推力（回転数）が同じでも、吊り天秤４に対して旋回方向に作用する力を小さくできる。
つまり、ジェットエンジン群５及びジェットエンジン群６を旋回中心から最大に遠ざけ、かつ、ジェットエンジンの噴射方向が水平面内で吊り天秤４の長手方向（軸線ＡＸ１）と直交するようにした場合に、吊荷１３に対して旋回方向に作用する力が最大となる。係る状態から、ジェットエンジン群５及びジェットエンジン群６を旋回中心に近づけるに従って旋回方向に作用する力が低下し、更に、吊り天秤４の長手方向（軸線ＡＸ１）とジェットエンジンの軸線とがなす角度θｊを鈍角又は鋭角にすることで、旋回方向に作用する力がより低下する。

従って、吊り天秤４の長手方向におけるジェットエンジン群５，６の位置、換言すれば、旋回中心からジェットエンジンまでの距離Ｌと、ジェットエンジン群５，６の水平面内での噴射方向（角度θｊ）との双方を調整することで、吊り天秤４に作用する旋回力を細かく制御して、吊荷１３の姿勢を高精度に制御することができる。
なお、ターンテーブル７，８を吊り天秤４の長手方向に沿って移動させる機構（ターンテーブル７，８の位置を旋回中心に離接する方向に移動可能とする機構）のアクチュエータとして、油圧シリンダなどを用いることができる。

また、ターンテーブル７，８がそれぞれ独立して吊り天秤４の長手方向に沿って移動する構成にできる他、ターンテーブル７，８が一体的に相互に離接する方向に移動する構成とすることができる。
ターンテーブル７，８がそれぞれ独立して吊り天秤４の長手方向に移動する構成とした場合は、例えば、旋回中心が吊り天秤４の長手方向の中央（重心）からずれたときに、係る旋回中心のずれに応じてターンテーブル７，８の位置を個別に調整して旋回中心からターンテーブル７，８それぞれまでの距離を揃えることが可能となる。

また、ジェットエンジンの軸線ＡＸ２と吊り天秤４の軸線ＡＸ１とが水平面内でなす角度θｊ（噴射方向）を一定角度（例えば直角）に固定した状態で吊り天秤４の長手方向におけるターンテーブル７，８の位置を調整することによって、吊り天秤４に対し旋回方向に作用する力を調整することも可能である。
吊り天秤４の長手方向におけるターンテーブル７，８の位置は、移動範囲内の任意の位置に固定できるように構成できる他、予め決められた複数位置のいずれかに固定できる構成とすることができる。

ところで、吊荷の姿勢制御装置としては、フライホイール（リアクションホイール）を加・減速して回転させることにより生じる反作用モーメントにより吊り天秤にフライホイールの加・減速方向とは逆向きのモーメントが作用することを利用して吊り天秤を旋回させ、吊荷の向きを変化させる装置がある（特開２０１４−２１３９７２号公報等参照）。
そして、係るフライホイールを含む姿勢制御装置、及び、上記のジェットエンジン群５，６を含む姿勢制御装置１Ａを吊り天秤４に設け、両方の姿勢制御装置を組み合わせて用いることができる。

図９は、フライホイールを含む姿勢制御装置（旋回力付与機構）１Ｂ、及び、ジェットエンジン群５，６を含む姿勢制御装置１Ａを吊り天秤４に設けた第３実施形態の構成を示す、吊り天秤４の正面図である。
図９において、姿勢制御装置１Ｂは、吊り天秤４の長手方向の中央付近（旋回中心付近）に、鉛直方向を回転軸６０として鉛直方向に厚みを有する円板状のフライホイール６１を回転自在に支持し、更に、フライホイール６１を回転駆動するためのモータ６２を、出力軸が鉛直方向になるように吊り天秤４に設置し、フライホイール６１の回転軸６０とモータ６２の出力軸とを歯車やベルトなどの伝導機構６３で連係させ、モータ６２によってフライホイール６１が回転駆動されるよう構成される。

一方、ジェットエンジン群５，６を含む姿勢制御装置１Ａは、図１に例示した構成と同じ構成として設けられている。
なお、図８に示した、吊り天秤４の長手方向におけるターンテーブル７，８の位置が可変である姿勢制御装置１Ａと、フライホイール６１を含む姿勢制御装置１Ｂとを組み合わせることもできる。

フライホイール６１を含む姿勢制御装置１Ｂでは、フライホイール６１を加速させると、フライホイール６１に加速による慣性モーメントが生じ、この慣性モーメントが生じることにより吊り天秤４にはフライホイール６１の加速方向とは逆方向の反作用モーメントが作用して、吊り天秤４をフライホイール６１の回転方向とは逆方向に旋回させることができ、これにより吊荷１３の向きを変えることができる。
係るフライホイール６１を含む姿勢制御装置１Ｂは、大きな旋回力を吊り天秤４に作用させることは難しく、また、吊り天秤４を一定方向に旋回させる外乱が継続する場合にはモータ６２の回転速度が最高回転速度に達することでそれ以上に旋回力を与えることができなくなるという特性があるものの、ジェットエンジン群５，６を含む姿勢制御装置１Ａに比べて旋回力の微調整が容易である。

そこで、例えば、通常の旋回制御や旋回方向の微調整はフライホイール６１の回転制御によって行い、外乱によって吊荷１３の姿勢が大きく変化したときや、速やかに吊荷１３の姿勢を戻す要求があるときや、モータ６２の回転速度が最高回転速度に達したときなどにおいて、ジェットエンジン群５，６で吊り天秤４に旋回力を付与することで、吊荷１３の姿勢を高い応答で制御することができる。
また、フライホイール６１の回転速度を落とすときに、反作用の力をジェットエンジン群５，６の推力で打ち消すことで、吊り天秤４を停止状態に保ったまま（或いは、吊り天秤４が一定速度で旋回する状態を保ったまま）フライホイール６１の回転速度を低下させる（減速させる）ことができる。

なお、上記実施形態における吊り天秤４は棒状の吊り天秤であるが、ジェットエンジン群５，６を含む姿勢制御装置１Ａを適用できる吊り天秤は棒状の吊り天秤に限定されず、角型の吊り天秤など公知の種々の吊り天秤に適用可能である。
図１０は、Ｙ字型吊り天秤７０にジェットエンジン群５，６を含む姿勢制御装置１Ａを適用した例を示す。

図１０において、Ｙ字型吊り天秤７０は、３本の棒状部材７０ａ〜７０ｃをＹ字型に連結して構成され、Ｙ字をなす平面が水平面となるように、クレーンフック２Ａにワイヤーロープ３ａ〜３ｃを介して３点で吊持される。
このＹ字型吊り天秤７０には、例えば図１０に示すようなしゃもじ型で板状の吊荷１３が、棒状部材７０ａ〜７０ｃそれぞれに一端が係止される玉掛けワイヤーロープ１２ａ〜１２ｃを介してしゃもじ型の端面が水平になるように３点で吊り下げられ、図示を省略したクレーンによる揚重作業が行われる。

Ｙ字型吊り天秤７０の各棒状部材７０ａ〜７０ｃそれぞれの端部には、ターンテーブル７４ａ〜７４ｃに支持されたジェットエンジン群７５ａ〜７５ｃを配置してある。
各ジェットエンジン群７５ａ〜７５ｃは、３機のジェットエンジンを、軸線が水平でかつ相互に平行で、しかも、噴流の方向（吸気口の向き及び排気口の向き）が同方向となるように、ターンテーブル７４ａ〜７４ｃ上に横方向に並べて固定される。

このようなＹ字型吊り天秤７０においても、水平面内でのジェットエンジンの軸線のＹ字型天秤７０に対する相対角度、つまり、ジェットエンジンの噴射方向をターンテーブル７４ａ〜７４ｃによって変更することで、Ｙ字型吊り天秤７０に作用する旋回力を調整することができる。
例えば、Ｙ字型吊り天秤７０を旋回させて吊荷１３の向きを変える場合、図１０に示したように、ジェットエンジンの軸線をＹ字型天秤７０の旋回円の接線方向（ジェットエンジンの軸線のＹ字型天秤７０に対する相対角度を９０deg）とし、かつ、Ｙ字型吊り天秤７０を旋回させたい方向とは逆向きに噴流を噴射させるようにターンテーブル７４ａ〜７４ｃの角度を設定する。

係る状態ではＹ字型吊り天秤７０を旋回させる方向に作用する力が最も大きくなり、ジェットエンジンの軸線を前記接線方向からずらすことでＹ字型吊り天秤７０を旋回させる方向に作用する力を小さくできる。
また、ジェットエンジン群７５ａ〜７５ｃの各軸線がＹ字型天秤７０の中央付近（旋回中心付近）で交差し、かつ、噴射方向をＹ字型吊り天秤７０の中央付近（旋回中心付近）に向かう方向又は当該方向と逆方向に設定することで、ジェットエンジン群７５ａ〜７５ｃが生成する推力を相殺させ、Ｙ字型吊り天秤７０に旋回力が作用することを抑制できる。

また、Ｙ字型吊り天秤７０において、ターンテーブル７４ａ〜７４ｃが棒状部材７０ａ〜７０ｃに沿って移動するよう構成することで、ジェットエンジン群７５ａ〜７５ｃがＹ字型吊り天秤７０の旋回中心に離接する方向に移動可能とすることができる。
また、Ｙ字型吊り天秤７０に、ジェットエンジン群７５ａ〜７５ｃを含む姿勢制御装置とともに図９に例示したフライホイール６１を含む姿勢制御装置１Ｂを設けることができる。

以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば種々の変形態様を採り得ることは自明である。
上記実施形態では、複数のジェットエンジンを１組とするジェットエンジン群を吊り天秤４の端部に配置したが、単機のジェットエンジンを吊り天秤の端部にそれぞれ配置する構成とすることができ、複数のジェットエンジンを１組として吊り天秤に配置する構成に限定されない。

また、吊り天秤４の旋回中心を挟んで左右それぞれに、ジェットエンジンを支持したターンテーブルを吊り天秤４の長手方向に沿って複数設置することで、位置ベクトルの異なるジェットエンジンを備える構成とすることができる。
また、ジェットエンジンの水平面内での噴射方向を変化させるための機構はターンテーブル（回転台機構）に限定されず、更に、ターンテーブルは全周旋回可能ではなく角度の可変範囲が３６０deg未満に制限される構成とすることができる。

また、吊り天秤４を用いた揚重作業として、風力発電機のブレードなどの長尺物を水平に吊り下げて揚重する作業が効果的であるが、吊荷１３は長尺物に限定されない。
また、ジェットエンジン群５の各ジェットエンジン５ａ〜５ｃの噴流及びジェットエンジン群６の各ジェットエンジン６ａ〜６ｃの噴流が、吊り天秤４の軸線ＡＸ１から同一方向に向けて噴射されるようにターンテーブル７，８の角度位置を設定することで、吊り天秤４を平行移動させる方向の力を作用させることも可能である。
また、ジェットエンジン群５，６を構成する複数のジェットエンジンとして、相互に推力の異なる複数のジェットエンジンを組み合わせることができる。

１…吊り治具、１Ａ…姿勢制御装置、２…クレーンワイヤー、２Ａ…フック、３ａ，３ｂ…ワイヤーロープ、４…吊り天秤、５，６…ジェットエンジン群（推力発生装置）、５ａ〜５ｃ…ジェットエンジン、６ａ〜６ｃ…ジェットエンジン、７，８…ターンテーブル（支持装置）、９…燃料タンク、１０…姿勢コントローラ（制御装置）、１１…バッテリ、１２ａ，１２ｂ…玉掛けワイヤーロープ、１３…吊荷

Claims (7)

1. 吊り天秤と、噴流を生成する推力発生装置と、水平面内での前記吊り天秤に対する前記推力発生装置の角度を可変として前記推力発生装置を前記吊り天秤の端部に支持する支持装置と、を含む、吊荷の姿勢制御装置。
2. 前記支持装置による前記角度の変更によって、前記推力発生装置が前記吊り天秤に付与する旋回力を可変とする、請求項１記載の吊荷の姿勢制御装置。
3. 前記支持装置に支持された前記推力発生装置を前記吊り天秤の両端にそれぞれ配設し、
   前記支持装置は、前記吊り天秤の両端の前記推力発生装置が前記吊り天秤に同一方向の旋回力を付与する角度、及び、前記吊り天秤の両端の前記推力発生装置の推力が相互に相殺される角度に設定可能である、請求項１又は２記載の吊荷の姿勢制御装置。
4. 前記支持装置は、前記吊り天秤の旋回中心に離接する方向に移動可能に構成される、請求項１から３のいずれか１つに記載の吊荷の姿勢制御装置。
5. 前記支持装置は、前記角度を変更するためのアクチュエータを含み、
   外部から無線送信される指令に応じて前記アクチュエータを制御する制御装置を前記吊り天秤に配置した、請求項１から４のいずれか１つに記載の吊荷の姿勢制御装置。
6. 鉛直軸回りに回転可能に支持されるフライホイールと前記フライホイールを回転駆動するモータとを含み、前記フライホイールの回転で生じる反作用モーメントによって前記吊り天秤に旋回力を付与する旋回力付与機構を前記吊り天秤に設けた、請求項１から５のいずれか１つに記載の吊荷の姿勢制御装置。
7. 吊り天秤に吊り下げられる吊荷の姿勢制御方法であって、前記吊り天秤の端部に配置した噴流を生成する推力発生装置の向きを水平面内で変更して前記吊荷の姿勢を制御する、吊荷の姿勢制御方法。