JP2017030589A

JP2017030589A - 減揺装置

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Publication number: JP2017030589A
Application number: JP2015153326A
Authority: JP
Inventors: 正典今関; Masanori Imazeki; 睦広風間; Mutsuhiro Kazama; 裕二志賀; Yuji Shiga
Original assignee: IHI Infrastructure Systems Co Ltd
Current assignee: IHI Infrastructure Systems Co Ltd
Priority date: 2015-08-03
Filing date: 2015-08-03
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2035-08-03
Also published as: JP6297013B2

Abstract

【課題】船体の減揺と共にヒールの抑制を図る。
【解決手段】船体２に、左右方向に沿って配置されたガイドレール６と、ガイドブロック７を介してガイドレール６に移動可能に取り付けられた可動マス８と、可動マス８を左右に移動させるリニアモータ９とを備えた減揺装置本体３を設ける。更に、船体２の動揺センサ４と、リニアモータ９の制御装置５を備えて減揺装置１を形成する。船上クレーン１３にて、スプレッダ１７に保持した荷１２をトロリ１６と共に左方向に移動させるときには、トロリ１６とそれに吊られた物体の質量と位置によって船体２に生じるモーメントを、制御装置５により可動マス８を右方向に移動させる制御により相殺させる。動揺センサ４によって船体２の動揺が検出される場合は、制御装置５により可動マス８を船体２の動揺に対し位相をずらして往復移動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、船体の減揺を行う減揺装置に関するものである。

船舶の船体について波浪や風等による動揺（ローリング）を抑制（軽減）するための装置の一つとしては、可動マスをアクチュエータで駆動する能動型の減揺装置（アクティブ式減揺装置）が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

ところで、船舶は、船体に装備された船上クレーンを用いて舷側からの荷の積み降ろし作業（荷役作業）を行うと、荷が移動することに伴って、船体に静的な横傾斜（以下、ヒールという）が生じることがある。

このようなヒールが船体に生じた状態では、船上クレーン等の荷の積み降ろし作業に使用する装備について、陸側（岸壁側）を基準とする相対的な上下方向位置や角度に変化が生じる。又、船上クレーンによって搬送される荷自体についても、陸側を基準とする相対的な上下方向位置に変化が生じる。そのため、船体と陸上との間で荷役作業を行うときは、船体のヒールの影響を考慮する必要が生じ、荷役作業の効率に影響しているというのが実状である。

特許第４４１３９２７号公報

そのため、前記のような荷役作業を行う際は、船体のヒールは抑制されることが好ましいが、従来の減揺装置は、船体に生じる動的（周期的）な横傾斜である動揺を抑制することは可能であるが、船体のヒール（静的な横傾斜）を抑制する機能は特に備えていない。

そこで、本発明は、減揺装置の更なる改善として、船体の動揺の抑制とヒールの抑制とを共に図ることができる減揺装置を提供しようとするものである。

本発明は、前記課題を解決するために、船体に動揺が生じる方向に沿って該船体に配置されたガイドと、前記ガイドに沿って移動する可動マスと、前記可動マスを前記ガイドに沿わせて移動させるアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記船体に動揺が生じると、前記アクチュエータに、設定されたストロークで前記可動マスを前記動揺に対し位相をずらして往復動作させる指令を与える機能と、前記船体のバランスに左右のいずれか一方への偏りが生じるとき又は偏りが生じたときに、前記アクチュエータに、前記可動マスの往復動作用の原点の位置を前記船体のバランスが偏る方向とは逆の方向へ移動させる指令を与える機能とを備える構成を有する減揺装置とする。

前記船体には、荷の搬送を行う船上クレーンが備えられ、前記制御装置は、前記船上クレーンより入力される情報を基に前記船体のバランスに左右のいずれか一方への偏りが生じると判断されるときに、前記アクチュエータへ前記指令を与える機能を備える構成としてある。

前記船上クレーンは、左右方向に移動可能なトロリと該トロリより吊られた吊具とを備えた構成とし、前記制御装置は、前記船上クレーンより入力される前記吊具の位置の情報を基に、前記アクチュエータへ前記指令を与える構成としてある。

前記船体には傾斜計が備えられ、前記制御装置は、前記傾斜計からの入力を基に前記船体のバランスに左右のいずれか一方への偏りが生じたと判断されるときに、前記アクチュエータへ前記指令を与える機能を備える構成としてある。

本発明の減揺装置によれば、船体の動揺の抑制とヒールの抑制とを共に図ることができる。

減揺装置の第１実施形態を示す概要図である。第１実施形態の減揺装置本体を拡大して示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。（ａ）（ｂ）はそれぞれ第１実施形態の減揺装置の使用状態を示す図である。第１実施形態の効果検証例として数値解析に用いた力学モデルを示す図である。数値解析で用いた荷の移動の速度パターンを示す図である。第１実施形態の効果検証例の数値解析結果を示すもので、（ａ）は荷の変位の時刻歴応答波形を、（ｂ）は可動マスの変位の時刻歴応答波形を、（ｃ）は船体の横揺れ角度の時刻歴応答波形をそれぞれ示す図である。第１実施形態の比較例の数値解析結果を示すもので、（ａ）は荷の変位の時刻歴応答波形を、（ｂ）は可動マスの変位の時刻歴応答波形を、（ｃ）は船体の横揺れ角度の時刻歴応答波形をそれぞれ示す図である。第１実施形態の効果検証の別の例の数値解析結果を示すもので、（ａ）は荷の変位の時刻歴応答波形を、（ｂ）は可動マスの変位の時刻歴応答波形を、（ｃ）は船体の横揺れ角度の時刻歴応答波形をそれぞれ示す図である。減揺装置の第２実施形態を示す概要図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は減揺装置の第１実施形態を示すもので、減揺装置を船体の船首尾方向の一方から見た概要図である。図２は、図１における減揺装置本体を拡大して示すもので、図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は平面図である。図３は、本実施形態の減揺装置の使用状態を示すもので、図３（ａ）は荷が船上クレーンにより岸壁の上方まで搬送された状態を、図３（ｂ）は荷が岸壁に降ろされた状態をそれぞれ示す図である。

本明細書では、説明の便宜上、平面視で船体の中心を基準として船首のある方向を前、船尾のある方向を後、右舷のある方向を右、左舷のある方向を左という。

本明細書では、説明の便宜上、図１のように船体２の重心Ｇが船体中心線Ｃに位置している状態を、「船体２の左右のバランスが取れている」という。又、該状態に対して、船体中心線Ｃの左側と右側で重量の差が生じたり、物体の船体中心線Ｃからの距離が変化したりすることに伴って、船体２の重心Ｇが船体中心線Ｃよりも左側にずれる現象を、「船体２のバランスに左側への偏りが生じる」といい、船体２の重心Ｇが船体中心線Ｃよりも右側にずれる現象を、「船体２のバランスに右側への偏りが生じる」という。

本実施形態の減揺装置は、図１に符号１で示すもので、船舶の船体２に設けられた減揺装置本体３と、船体２の動揺を検出する動揺センサ４と、減揺装置本体３の制御装置５とを備えた構成とされている。

減揺装置本体３は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、船体２に動揺（ローリング）が生じる方向である左右方向に沿って船体２に設置されたガイドレール６と、ガイドレール６にガイドブロック（スライダ）７を介して長手方向（すなわち左右方向）に移動可能に取り付けられた可動マス８と、可動マス８を移動するアクチュエータとしてのリニアモータ９とを備えた構成とされている。

ガイドレール６は、たとえば、図２（ｂ）に示すように２本としてあり、この２本のガイドレール６が前後方向に間隔を隔てて平行に設けられている。可動マス８は、各ガイドレール６に、それぞれ２個ずつのガイドブロック７を介して取り付けられている。

なお、ガイドレール６の数は３本以上の複数でもよい。又、ガイドレール６は、可動マス８の長手方向（左右方向）への移動をガイドすることができれば、１本でもよい。ガイドブロック７の数は、可動マス８を支持することができれば、可動マス８の質量等に応じて任意の数としてよい。ガイドレール６とガイドブロック７は、リニアガイドを構成していることが好ましいが、リニアガイドに限定されるものではなく、ガイドレール６の長手方向に沿ってガイドブロック７がスライドできるようになっていれば、任意のガイド機構、スライド機構を備えていてもよい。

図２（ａ）に示すガイドレール６に沿う可動マス８の移動範囲Ｒは、次のように設定されている。

船体２に生じる動揺を減揺（抑制）する場合は、可動マス８を船体２の動揺に対し９０度位相をずらして（遅らせて）左右方向へ往復動作させるようにすればよい。この減揺の基本原理は、従来の能動型の減揺装置と同様である。

図２（ａ）に示すように、船体２の動揺の減揺を行うために可動マス８の往復動作に設定されるストロークｓの長さがｈ［ｍ］であるとする。このストロークｓの長さは、従来の能動型の減揺装置における可動マスのストロークと同様に設定される長さである。このストロークｓの範囲内において、可動マス８の往復動作の中心となる位置、すなわち、船体２の動揺の減揺が必要とされないときに可動マス８が配置される位置を往復動作用の原点Ｏとする。

可動マス８の移動範囲Ｒは、中央部に、船体２の重心Ｇが船体中心線Ｃに位置している状態（図１参照）のときに原点Ｏが配置される基準位置ＲＯが設定され、基準位置ＲＯの左右両側には、後述する制御装置５の機能によって原点Ｏの位置を移動させるための原点移動領域Ｆが設定されている。

可動マス８は、原点移動領域Ｆの両端部に原点Ｏが配置されている場合にも、その原点Ｏを中心としてストロークｓでの往復動作が可能とされている。

したがって、移動範囲Ｒの全長は、原点移動領域Ｆの両側に、ストロークｓの１／２の長さ（ｈ／２［ｍ］）をそれぞれ足した長さに設定されている。この移動範囲Ｒを実現するために、ガイドレール６は、移動範囲Ｒの全長以上の長さに設定されている。

なお、従来の能動型の減揺装置では、可動マスの移動範囲は、可動マスの往復動作のストロークに対応して設定されている。したがって、本実施形態における可動マス８の移動範囲Ｒは、従来の能動型の減揺装置における可動マスの移動範囲に比して、原点移動領域Ｆの分、拡大されている。

リニアモータ９は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、ガイドレール６の間に設けられた固定子９ａと、固定子９ａに臨む配置で可動マス８に取り付けられた移動子９ｂとを備えた構成とされている。これにより、リニアモータ９は、移動子９ｂと一緒に可動マス８を左右方向に移動することができる。

減揺装置本体３には、図２（ｂ）に示すように、ガイドレール６の長手方向における可動マス８の位置、すなわち、可動マス８の左右方向の位置の検出を行う可動マス８用の位置センサとして、たとえば、リニアスケール１０が設けられている。リニアスケール１０による可動マス８の位置の検出信号は、制御装置５に入力される。

動揺センサ４は、たとえば、レートジャイロのような角速度センサとされていて、図１に示すように、船体２に設置されている。動揺センサ４による船体２の角速度の検出信号は、制御装置５に入力される。

制御装置５は、動揺センサ４からの入力に基づいて船体２の動揺の発生を検出すると、船体２の動揺が低減するように可動マス８を往復動作させる機能（以下、減揺機能という）を備えている。更に、制御装置５は、船体２のバランスに左右いずれか一方への偏りが生じるときに、可動マス８の原点Ｏの位置を左右の他方側へ移動させて船体２のヒールを抑制する機能（以下、ヒール抑制機能という）を備えている。

先ず、制御装置５の減揺機能について説明する。

制御装置５は、動揺センサ４から船体２の角速度の検出信号が入力されると、該角速度を基に船体２の動揺を検出し、検出された動揺を低減させるよう、制御理論を用いて可動マス８のフィードバック制御を行う機能を備えている。

たとえば、制御装置５は、動揺センサ４から入力される角速度について積分を行って船体２の横揺れ角度θを求め、この横揺れ角度θを設定された許容範囲内にするためのフィードバック制御を行う。

制御理論は、たとえば、ＬＱ制御理論が適用される。θを船体２の横揺れ角度、ｚ_１を可動マス８の位置（基準位置ＲＯから岸壁側（左側）を正とする左右水平方向の距離）とすると、両変数とその微分値である速度で構成される状態変数は、Ｘ＝［θ ｚ_１ｄθ／ｄｔｄｚ_１／ｄｔ］^Ｔになる。

よって、可動マス８のフィードバック制御に関する制御入力（変位指令）Ｕ_ｆｂは、次の式（１）のようになる。
Ｕ_ｆｂ＝−ＫＸ
＝−（ｋ_１・θ＋ｋ_２・ｚ_１＋ｋ_３・（ｄθ／ｄｔ）＋ｋ_４・（ｄｚ_１／ｄｔ）） …（１）
ここで、Ｋ＝［ｋ_１ｋ_２ｋ_３ｋ_４］はフィードバックゲインである。

次に、制御装置５のヒール抑制機能について説明する。

制御装置５のヒール抑制機能は、たとえば、荷役作業を行う際に、船体２の左右のバランスが取れている状態から左右のいずれか一方への偏りが生じることを予測して、可動マス８の原点Ｏの位置を左右の他方側へ移動させるフィードフォワード制御を行う機能とされている。

一例として、図１、図３（ａ）（ｂ）に示すように、船舶が、船体２の左舷側で岸壁１１に接舷した状態で、船体２上と岸壁１１との間で荷１２の積み降ろしを行う場合について説明する。

船体２には、荷１２を搬送するための船上クレーン１３が備えられている。たとえば、荷１２はコンテナとされ、船上クレーン１３はガントリー形式のクレーンとされている。

船上クレーン１３は、船体２上に設けられたガントリー１４を備え、ガントリー１４には、左側に、岸壁１１の上方位置まで突出するブーム１５が設けられている。このブーム１５は、たとえば、ガントリー１４に左右方向にスライド可能に保持されるか、あるいは、前後方向に回動可能に保持されていて、荷役作業を行うときに側方に張り出すように配置される。

ガントリー１４には、ガントリー１４及びブーム１５に沿って左右方向に移動可能なトロリ１６が取り付けられている。トロリ１６の下方には、吊具としてのスプレッダ１７が、ワイヤロープ１８を介して昇降可能に吊り下げられている。したがって、船上クレーン１３で荷役作業を行うときには、トロリ１６とスプレッダ１７とワイヤロープ１８が左右方向へ移動する。

船上クレーン１３は、船体２に積載されている荷１２を岸壁１１へ搬送するときには、図１に示すように、ガントリー１４にトロリ１６を配置した状態で、スプレッダ１７により荷１２を保持した後、スプレッダ１７と共に荷１２を吊り上げる。

次に、図３（ａ）に示すように、トロリ１６がガントリー１４からブーム１５に沿い岸壁１１の上方位置まで移動する。次いで、船上クレーン１３は、図３（ｂ）に示すように、トロリ１６に吊られていたスプレッダ１７と荷１２を岸壁１１に降ろす。

その後、船上クレーン１３は、スプレッダ１７による荷１２の保持を解除して、スプレッダ１７を図３（ｂ）に二点鎖線で示すように吊り上げる。これにより、荷１２は、岸壁１１側に受け渡される。

岸壁１１から船体２上へ荷１２を搬送する場合は、船上クレーン１３は、前記手順とは逆の手順で操作される。

ここで、図１に示した状態から図３（ａ）に示した状態に移行する過程を考えると、該過程では、トロリ１６、ワイヤロープ１８、スプレッダ１７及び荷１２の質量の存在する位置が、船体中心線Ｃに対して相対的に左方向へ徐々に変位する。このため、図１に示した状態で船体２の左右のバランスが取れているとすると、図３（ａ）の状態に移行する過程では、船体２のバランスに左側への偏りが生じ、その偏りが徐々に増大することが予測される。

又、図３（ｂ）に示す状態について考えると、該状態では、荷１２とスプレッダ１７の質量は岸壁１１で受けられて支持されるが、トロリ１６とワイヤロープ１８の質量はブーム１５によって支持されている。このため、図３（ｂ）に示した状態では、図３（ａ）に示した状態に比して軽減されるとしても、船体２のバランスに左側への偏りが生じた状態となることが予測される。

更に、図３（ｂ）に二点鎖線で示すように、空荷のスプレッダ１７を吊り上げた状態について考えると、該状態では、トロリ１６とスプレッダ１７とワイヤロープ１８の質量がブーム１５によって支持される。この状態では、図３（ｂ）にスプレッダ１７を実線で示した状態よりもスプレッダ１７の質量の分が加わった状態で、船体２のバランスに左側への偏りが生じた状態となることが予測される。

以上のように予測される船体２のバランスに左側への偏りが生じた状態では、船体２に左側にヒールさせようとするモーメントが生じる。このモーメントは、トロリ１６の質量とトロリ１６に吊られている物体の質量の和の質量をｍ_２とし、この質量が存在している位置（船体中心線Ｃを基準とする左右水平方向の距離、左方向を正とする）をｚ_２とすると、ｍ_２・ｚ_２で算出される。

なお、船上クレーン１３は、スプレッダ１７による荷１２の保持を行うときには、スプレッダ１７の位置を荷１２の位置に合わせて配置する。又、スプレッダ１７に荷１２が保持されている場合は、スプレッダ１７の位置が分かれば、荷１２の位置が分かる。更に、スプレッダ１７の位置が分かれば、スプレッダ１７を吊っているトロリ１６とワイヤロープ１８の位置も分かる。

又、船上クレーン１３では、トロリ１６とスプレッダ１７とワイヤロープ１８の重心の位置や質量は既知である。更に、トロリ１６は、通常、スプレッダ１７に荷１２を保持して吊り上げるときに、その荷１２の質量を検出する手段を備えている。

そこで、船上クレーン１３は、制御装置５へ、スプレッダ１７の位置の情報と、スプレッダ１７に荷１２が保持されているか否かの情報と、スプレッダ１７に荷１２が保持されている場合はその荷１２の質量の情報とを送るようにしてある。

制御装置５は、船上クレーン１３より前記の各情報が入力されると、該入力情報と、既知であるトロリ１６とスプレッダ１７とワイヤロープ１８の重心の位置及び質量の情報とを基に、図１の状態から図３（ａ）の状態に移行する過程、図３（ａ）の状態、図３（ｂ）の状態、スプレッダ１７を図３（ｂ）に二点鎖線で示したように吊り上げた状態のそれぞれについて、前述のモーメント（ｍ_２・ｚ_２）を相殺するように可動マス８の位置をフィードフォワード制御する。

可動マス８のフィードフォワード制御に関する制御入力（変位指令）Ｕ_ｆｆは、次の式（２）のようになる。
Ｕ_ｆｆ＝−ｍ_２／ｍ_１・ｚ_２ …（２）
ここで、ｍ_１は可動マス８の質量である。

したがって、制御装置５による可動マス８の制御入力は、前述した減揺機能によるフィードバック制御のための制御入力と、ヒール抑制機能によるフィードフォワード制御のための制御入力との和として得られ、次の式（３）となる。
Ｕ＝Ｕ_ｆｂ＋Ｕ_ｆｆ
＝−［（ｋ_１・θ＋ｋ_２・ｚ_１＋ｋ_３・（ｄθ／ｄｔ）＋ｋ_４・（ｄｚ_１／ｄｔ））
＋ｍ_２／ｍ_１・ｚ_２］ …（３）

制御装置５は、式（３）によって制御入力が求まると、その制御入力をリニアモータ９に与えて可動マス８の位置を制御する。

これにより、船上クレーン１３を用いて船体２上から岸壁１１へ荷１２の搬送を行うときには、トロリ１６と荷１２を吊るスプレッダ１７及びワイヤロープ１８の質量の存在する位置が左方向へ移動するときに、制御装置５のフィードフォワード制御によって可動マス８の位置が徐々に右方向へ移動する。このため、船体２には左右方向にヒールさせるようなモーメントが作用しなくなるので、船体２のヒールは抑制される。

又、船上クレーン１３を用いて岸壁１１から船体２上へ荷１２の搬送を行うときには、トロリ１６と荷１２とスプレッダ１７とワイヤロープ１８の質量の存在する位置が右方向へ移動するときに、制御装置５のフィードフォワード制御によって可動マス８が徐々に左方向へ移動する。この場合も、船体２には左右方向にヒールさせるようなモーメントが作用しなくなるので、船体２のヒールは抑制される。

更に、船上クレーン１３にて、スプレッダ１７が空荷の状態でトロリ１６を左右方向に移動させるときにも、制御装置５のフィードフォワード制御によって可動マス８の位置が制御されるため、船体２には左右方向にヒールさせるようなモーメントが作用しなくなり、船体２のヒールは抑制される。

船体２に動揺が生じた場合は、荷１２の搬送の有無にかかわらず、制御装置５は、その時点で可動マス８が位置している個所を原点Ｏとして、動揺センサ４によって検出される船体２の動揺に対して位相をずらした状態で可動マス８を往復動作させるフィードバック制御を行う。このため、船体２の動揺は低減される。

このように、本実施形態の減揺装置１によれば、船体２の動揺の低減とヒールの抑制とを共に図ることができる。

そのため、本実施形態の減揺装置１を備えた船舶は、船上クレーン１３を用いて荷役作業を行うときに、荷１２を移動させても船体２のヒールを抑制することができるため、船上クレーン１３やその他の荷１２の積み降ろしに使用する装備、更には、荷１２自体について、岸壁１１側（陸側）を基準とする相対的な上下方向位置や角度にヒールに起因する変化が生じることを防止することができる。更に、船体２の動揺も同時に低減させることができる。このため、船体２と岸壁１１との間で荷役作業を行うときは、船体２のヒールの影響を考慮する必要をなくすことができると共に、船体２の動揺の影響も低減できるため、荷役作業の効率の向上化を図ることができる。

本実施形態の減揺装置１による船体２のヒールを抑制する機能は、前述した荷１２の搬送時のように、数分から十数分程度の比較的短い期間に船体２に生じる船体２のバランスに左右への偏りを補正するのに特に有効である。

なお、本実施形態の減揺装置１による船体２のヒールを抑制する機能は、特に使用期間に制限はないが、時間オーダーやより長い期間に亘って船体２に生じる船体２の左右の重量バランスの偏りを補正する必要がある場合は、船体２のバラストの調整に切り替えてもよいことは勿論である。このようにバラストによって船体２の左右の重量バランスの偏りを補正した場合、本実施形態の減揺装置１は、可動マス８の原点Ｏを基準位置ＲＯまで戻すようにすればよい。

［第１実施形態の効果検証例］
第１実施形態の減揺装置１による効果について、図４に示す力学モデルを用いて数値解析により検証を行った。

図４では、荷１２及び可動マス８の左右方向の変位については、船体中心線Ｃの位置を基準（ゼロ）とし、左方向を正とした。又、船体２の横揺れ角度θは、鉛直方向を基準とする角度とし、反時計回り方向を正とした。

力学モデルは、船体２の排水量を約７０００トンとし、固有周期は約１３秒とした。減揺装置本体３は、可動マス８が船体２の重心Ｇより上方１ｍの位置に配置されているものとし、可動マス８の質量は１２０トンとした。

荷１２の質量は２０トンとした。又、船上クレーン１３（図１参照）におけるトロリ１６とスプレッダ１７（図１参照）の質量を合わせた吊り具の質量は４０トンとし、ワイヤロープ１８（図１参照）の質量はトロリ１６の質量に含まれるものとした。したがって、船上クレーン１３により荷１２を移動させるときには、荷１２とトロリ１６とスプレッダ１７の質量の和である６０トンのものが左右方向に移動する条件となる。

荷１２は、船体２の重心より上方１０ｍの位置で左右方向に移動するものとした。なお、トロリ１６とスプレッダ１７が移動する位置は、荷１２の位置で代表させるものとした。

荷１２の搬送は、船体２上における船体中心線Ｃの位置から、＋１３．６ｍの位置まで移動させるものとした。荷１２の移動の速度パターンは、図５に示すように、台形パターンとした。荷１２の移動の最大速度は４５ｍ／ｍｉｎ（０．７５ｍ／ｓ）とし、台形パターンにおける緩起動時間および緩停止時間は５秒とした。

又、制御装置５の減揺機能は、船体２の横揺れ角度θを、たとえば、±１．５度の許容範囲内にするためのフィードバック制御を行うものとした。

以上の条件設定による数値解析結果を図６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図６（ａ）は荷１２の変位の時刻歴応答波形を示し、図６（ｂ）は可動マス８の変位の時刻歴応答波形を示し、図６（ｃ）は船体２の横揺れ角度θの時刻歴応答波形を示している。

又、図６（ｃ）に矢印ａで示す荷降ろし時よりも後の期間（荷降ろし後の期間）ｂは、船体２に、吊り具の質量（４０トン）が作用するものとした（図７（ｃ）、図８（ｃ）も同様）。

図７（ａ）（ｂ）（ｃ）は、比較例として、前記と同様の設定条件において、図７（ｂ）に示すように可動マス８の制御（変位）を実施せずに位置固定した条件での数値解析結果を示すものである。図７（ａ）は荷１２の変位の時刻歴応答波形であり、図６（ａ）と同様である。図７（ｃ）は、船体２の横揺れ角度θの時刻歴応答波形を示している。

図７（ｃ）の結果から明らかなように、可動マス８の非制御時は、船体２にヒールに加えて動揺も生じている。

これに対し、図６（ｃ）の結果から明らかなように、第１実施形態の減揺装置１によれば、船体２のヒールが抑制されていると共に、船体２に生じた動揺は速やかに低減されている。したがって、第１実施形態の減揺装置１によれば、船体２のヒールと動揺が同時に制御されていることが分かる。

又、図６（ｂ）の結果から、第１実施形態の減揺装置１では、前述した条件設定の下で船体２のヒールの抑制を行うときに、可動マス８が船体中心線Ｃの位置から約−６ｍ変位していることが分かる。

この可動マス８の変位量を抑制する手法としては、予め船体２に負側（時計回り方向）の初期ヒールを与えておくことが考えられる。この初期ヒールは、船体２のバラストを利用することで実現可能である。

そこで、この考えに基づいて、第１実施形態の応用として、図４について示したと同様の条件設定において、初期ヒールを−１．５度与えた条件を設定して数値解析を行った。

数値解析結果を図８（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図８（ａ）は荷１２の変位の時刻歴応答波形を示し、図８（ｂ）は可動マス８の変位の時刻歴応答波形を示し、図８（ｃ）は船体２の横揺れ角度θの時刻歴応答波形を示している。

本条件の場合、船体２には、初期モーメントが負の方向に定常的に与えられていることになる。そのため、この場合は、荷１２が＋１３．６ｍ移動したときに船体２のヒールを抑制するために必要とされるモーメントの一部が、初期モーメント分で相殺される。そのため、船体２のヒールの抑制に必要な可動マス８の変位（制御量）は、低減される。

図８（ｂ）の結果から明らかなように、本条件の場合は、船体２のヒールの抑制を行うときに、可動マス８の船体中心線Ｃの位置からの変位は約−４ｍであり、図６（ｂ）の結果に比して制御量が低減されていることが分かる。

［第２実施形態］
図９は減揺装置の第２実施形態を示すもので、減揺装置を船体の船首尾方向の一方から見た概要図である。

なお、図９において、第１実施形態に示したものと同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態の減揺装置１は、第１実施形態と同様の構成において、船体２に、船体２のヒールによる傾斜角度を計測する傾斜計１９を設け、傾斜計１９による船体２の傾斜角度の計測結果を制御装置５ａに入力する構成とされている。

傾斜計１９は、たとえば、ジャイロ式として、船体２に動揺が生じていても、その動揺の影響を受けることなく、船体２のヒールによる傾斜角度を計測可能な形式のものを採用すればよい。

又、荷１２の積み下ろしを行う停船時の船体２の動揺は主として一次モードであるため、傾斜計１９は、船体２の動揺に伴って生じる傾斜角度の変化を連続的に検出し、現在から過去の設定された複数周期における傾斜角度が振れる範囲の平均を算出し、その算出値を船体２のヒールによる傾斜角度として検出する形式のものとしてもよい。

あるいは、傾斜計１９は、その検出結果について、船体２の動揺周波数に対して１／１０程度である十分に低いカットオフ周波数のローパスフィルタをリアルタイムに通すことにより直流成分のみを抽出して、船体２のヒールによる傾斜角度として検出するようにしてもよい。

傾斜計１９は、船体２のヒールによる傾斜角度を検出することができれば、前記した以外の任意の形式のものを用いるようにしてもよい。

制御装置５ａは、減揺機能とヒール抑制機能とを備えている。

制御装置５ａによる減揺機能は、第１実施形態の制御装置５と同様の動揺センサ４からの入力に基づくフィードバック制御による減揺機能であり、説明は省略する。

制御装置５ａによるヒール抑制機能は、傾斜計１９からの入力に基づくフィードバック制御によるヒール抑制機能となっている。

すなわち、船体２のバランスに左右のいずれか一方への偏りが生じた場合は、その結果として、船体２にはバランスに偏りが生じた方向へのヒールが生じる。

そこで、制御装置５ａは、傾斜計１９からの入力を基に、船体２の傾斜角度を常時監視し、傾斜角度が設定された許容範囲を外れると、傾斜角度が許容範囲に収まるようになるまで、可動マス８を船体２にヒールが生じた左右方向とは逆の方向に移動させるフィードバック制御を行う。

このヒール抑制機能についての可動マス８のフィードバック制御に関する制御入力（変位指令）Ｕ_{ｆｂ＿ｓｔａｔｉｃ}は、次の式（４）のようになる。
Ｕ_{ｆｂ＿ｓｔａｔｉｃ}＝−（Ｗｓ・ＧＭ）θ／ｍ_１ …（４）
ここで、Ｗｓは船体２の排水量、ＧＭはメタセンタ高さであり、船体２の設計仕様および実船の動揺特性より算定する。

したがって、本実施形態では、制御装置５ａによる可動マス８の制御入力は、前述した減揺機能によるフィードバック制御のための制御入力と、ヒール抑制機能によるフィードバック制御のための制御入力との和として得られ、次の式（５）となる。
Ｕ＝Ｕ_ｆｂ＋Ｕ_ｆｂ _{ｓｔａｔｉｃ}
＝−［（ｋ_１・θ＋ｋ_２・ｚ_１＋ｋ_３・（ｄθ／ｄｔ）＋ｋ_４・（ｄｚ_１／ｄｔ））
＋（Ｗｓ・ＧＭ）θ／ｍ_１］ …（５）

制御装置５ａは、式（５）により制御入力が求まると、その制御入力をリニアモータ９に与えて可動マス８の位置を制御する。

これにより、船上クレーン１３を用いて船体２上と岸壁１１との間で荷１２の搬送を行うときに、トロリ１６とスプレッダ１７及びワイヤロープ１８の質量の存在する位置が左右方向へ移動することに起因して、船体２に許容範囲を越えた左右方向のヒールが生じる。このような船体２のヒールが生じると、制御装置５ａは、可動マス８をヒールが生じた方向とは逆方向へ移動させてヒールを抑制するフィードバック制御を行う。このため船体２のヒールは抑制される。

船体２に動揺が生じた場合は、荷１２の搬送の有無にかかわらず、制御装置５ａは、その時点で可動マス８が位置している個所を原点Ｏとして、動揺センサ４によって検出される船体２の動揺に対して位相をずらした状態で可動マス８を往復動作させるフィードバック制御を行う。このため、船体２の動揺は低減される。

このように、本実施形態の減揺装置１によっても、船体２の動揺の低減とヒールの抑制とを共に図ることができる。よって、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

更に、本実施形態では、制御装置５ａによるヒール抑制機能は、船体２に実際に生じるヒールに基づいて実施されるため、荷１２の搬送状況に関する情報を必要としない。そのため、本実施形態は、荷１２の搬送を岸壁側に装備されたクレーンで行う場合にも適用することができる。

又、本実施形態は、荷１２の積み降ろし以外の要因によって船体２にヒールが生じるときにも、そのヒールの抑制に適用することができる。たとえば、船体２に風荷重によってヒールが生じるときには、そのヒールを抑制することが可能であり、その状態で船体２の動揺を低減させることもできる。したがって、本実施形態は、ヒールと動揺が共に生じる船舶であれば、荷１２を搬送する船舶以外の任意の形式の船舶に適用することができる。

なお、本発明は前記各実施形態にのみ限定されるものではなく、制御装置５，５ａによる船体２のヒール抑制機能は、船体２の排水量と可動マス８の質量との比や、可動マス８の移動範囲Ｒの寸法などに応じて、必ずしも船体２のヒールを解消できなくてもよい。この場合であっても、本発明によれば、船体２のヒールについて抑制を図ることができる。

可動マス８の基準位置ＲＯは、船体中心線Ｃにあることが好ましいが、船体中心線Ｃからずれた配置となっていてもよい。この場合であっても可動マス８の原点Ｏを基準位置ＲＯから左右方向へ移動させれば、船体２のバランスの左右への偏りを補正することができる。この場合、可動マス８のフィードフォワード制御に関する制御入力（変位指令）Ｕ_ｆｆは、たとえば、次の式のようにすればよい。
Ｕ_ｆｆ＝−ｍ_２／ｍ_１・ｚ_２−ｚ₀
ここで、ｚ_０は可動マス８の基準位置ＲＯが船体中心線Ｃから左右水平方向にずれた距離（左方向を正とする）である。

図２（ａ）に示した可動マス８のストロークｓと原点移動領域Ｆの寸法や寸法比は、図示するための便宜上のものであり、実際の寸法や寸法比を反映したものではない。

船体２に対する減揺装置本体３の配置、可動マス８の形状、サイズ、質量は、適用する船体２の排水量やサイズや形状に応じて自在に設定してよい。

動揺センサ４は、船体２の動揺を検出することができれば、レートジャイロ以外の任意の形式の角速度センサを用いるようにしてもよい。更に、船体２の動揺を検出することができれば、動揺センサ４は、角速度センサ以外の任意の形式のセンサを用いるようにしてもよい。

減揺装置本体３に備えて可動マス８の左右方向の位置の検出を行う可動マス８用の位置センサとしては、リニアスケール１０を例示したが、可動マス８の位置を検出することができれば、たとえば、移動範囲Ｒの左右方向の片側に可動マス８に向けて設けた非接触式の距離計など、リニアスケール以外の任意の形式の位置センサを用いるようにしてもよい。

減揺装置本体３における可動マス８の左右方向の移動を案内するガイドは、可動マス８の質量を受けるガイドレール６であることが好ましいが、可動マス８の左右方向の移動を案内することができれば、ガイドバー（ガイド棒）等、ガイドレール以外の任意のガイドを採用してもよい。この場合、可動マス８には、必要に応じて自重を支える台車や車輪を備えるようにしてもよい。

減揺装置本体３に備えるアクチュエータは、可動マス８を船体２の動揺の周期に応じた比較的長い周期で往復動作させ、その往復動作のストロークｓを長く設定することが可能であるという観点から考えると、リニアモータ９が好ましいが、ボールねじ機構のようなサーボモータを備えたアクチュエータや、流体圧シリンダのようなアクチュエータを用いるようにしてもよい。

荷１２をコンテナとし、船上クレーン１３に備える吊具をスプレッダ１７とした例を示したが、荷１２はコンテナ以外の任意の荷であってもよく、吊具は、荷１２の種類に応じてスプレッダ１７以外の任意の形式の吊具としてよい。

船体２に備えて荷１２の搬送に用いる船上クレーン１３は、ガントリー形式のものを例示したが、旋回式の船上クレーンであってもよい。このような旋回式の船上クレーンを備えた船舶に第１実施形態の減揺装置１を適用する場合は、船上クレーンより制御装置５へ、吊具が吊られているブームの旋回角度と上下方向角度（起伏角度）の情報と、吊具に荷１２が保持されているか否かの情報と、吊具に荷１２が保持されている場合はその荷１２の質量の情報とを送るようにすればよい。このようにすれば、制御装置５では、吊具と荷１２の左右方向位置および上下方向位置を、ブームの旋回角度と上下方向角度の情報を基に、三角関数を用いて求めることができる。又、ブームの構造と重量が既知であれば、ブームの旋回角度と上下方向角度の情報を基に、ブームの旋回時に船体２の左右方向へ移動する質量を求めることができる。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

１減揺装置
２船体
３減揺装置本体
５，５ａ制御装置
６ガイドレール（ガイド）
８可動マス
９リニアモータ（アクチュエータ）
１３船上クレーン
１７スプレッダ（吊具）
１９傾斜計
Ｒ移動範囲
ｓストローク
Ｏ原点
Ｆ原点移動領域

Claims

船体に動揺が生じる方向に沿って該船体に配置されたガイドと、
前記ガイドに沿って移動する可動マスと、
前記可動マスを前記ガイドに沿わせて移動させるアクチュエータと、
前記アクチュエータを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記船体に動揺が生じると、前記アクチュエータに、設定されたストロークで前記可動マスを前記動揺に対し位相をずらして往復動作させる指令を与える機能と、
前記船体のバランスに左右のいずれか一方への偏りが生じるとき又は偏りが生じたときに、前記アクチュエータに、前記可動マスの往復動作用の原点の位置を前記船体のバランスが偏る方向とは逆の方向へ移動させる指令を与える機能とを備えること
を特徴とする減揺装置。
前記船体には、荷の搬送を行う船上クレーンが備えられ、
前記制御装置は、前記船上クレーンより入力される情報を基に前記船体のバランスに左右のいずれか一方への偏りが生じると判断されるときに、前記アクチュエータへ前記指令を与える機能を備えること
を特徴とする請求項１記載の減揺装置。
前記船上クレーンは、左右方向に移動可能なトロリと該トロリより吊られた吊具とを備えた構成とし、
前記制御装置は、前記船上クレーンより入力される前記吊具の位置の情報を基に、前記アクチュエータへ前記指令を与えること
を特徴とする請求項２記載の減揺装置。
前記船体には傾斜計が備えられ、
前記制御装置は、前記傾斜計からの入力を基に前記船体のバランスに左右のいずれか一方への偏りが生じたと判断されるときに、前記アクチュエータへ前記指令を与える機能を備えること
を特徴とする請求項１記載の減揺装置。