JP2017500257A - 荷物を制御するための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

リフトされるべき荷物に接続可能なリフトフレーム（２０）を備え、リフトフレーム上に２つ以上のはずみ車ユニット（９）が配置され、各はずみ車ユニット（９）が、ジンバル（１１）に回転式に配置されるはずみ車（１０）を備え、ジンバル（１１）がまた、はずみ車（１０）の回転軸（８）に垂直な回転軸（６）に沿ってジンバル支持体（１５）に回転式に配置され、電気モータ（１２）がはずみ車（１０）を回転させるために配置され、チルトモータ（１３）が、ジンバルをその回転軸（６）を中心として回転させることによってジンバルをチルトさせるように配置される、吊り荷の向きを制御するためのシステムであって、はずみ車の回転の速度及び方向を個々に制御し、ジンバルをチルトさせるための制御ユニットをさらに備え、制御システムが、回転速度を十分に又は部分的に減少させ、ジンバルを新しい開始位置にチルトさせ、再びはずみ車の回転を立ち上げることによって、又ははずみ車を停止させ、はずみ車の回転を反対方向に立ち上げることによってはずみ車ユニット（９）を再始動するように適合される、システムである。
【選択図】図４

Description

本発明は、荷物の位置及び運動を制御するための方法及びシステムに関する。より詳細には、本発明は、リフトケーブルで吊られた荷物の旋回運動を制御するためのシステム及び方法に関する。

荷物の旋回及び正確な位置決めの制御は、クレーンによって荷物を取り扱う際に重要である。単一のリフトケーブルを用いるときに、クレーンオペレータは、荷物、すなわち、四次元ではなく三次元の荷物の重心、水平面内の荷物の向きを制御する場合がある。荷物の向きを制御及び調整するために、手動調整又は補助ライン／ワイヤを用いる調整が用いられなければならない。荷物の向きの手動操作／制御は、特に、荷物が重い及び／又は１つ以上の軸に沿って大きい寸法を有する場合に、大きな危険を呈することがある。ノルウェー石油安全局（Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｓａｆｅｔｙ Ａｕｔｈｏｒｉｔｙ Ｎｏｒｗａｙ）によれば、クレーン及び関連する荷物の取り扱いに関係する作業は、オフショア産業での人身災害の最も一般的な要因である。したがって、当該産業では、吊られた荷物の方向転換運動を制御するシステムが必要とされている。

加えて、物理的障害物を避けるとともに、荷物の向きが効率を高めるべく荷降ろしされるのに実質的に適正であることを保証するために、リフトアップ位置から荷降ろし位置への荷物の移送中に、荷物の向きを制御することがしばしば重要である。

クレーンなどで吊られている荷物などの異なる物体の運動を制御するための、ジャイロ装置、すなわち回転体に基づく装置の使用が数十年来知られている。

米国特許第１，６４５，０７９号は、２つのジャイロロータを有するスタビライザ、及び、航空機の爆撃照準器、カメラなどのためのスタビライザの使用に関するものである。この装置は、爆撃照準器、カメラなどを安定させるのに有効な場合があるが、１つの向きから別の向きに安定化されることになる物品の能動的な再配置については記載されていない。

米国特許第５，８７１，２４９号は、吊られたペイロードのための安定位置決めシステムを記載しており、このユニットは、３つの直交軸と位置合わせされている回転軸を有する複数のはずみ車を備える。このシステムは、吊られた荷物の安定化を可能にするが、荷物の位置及び運動の制御を可能にしない。

前述の従来技術は、ジャイロ効果を用いる安定化に基づいている。ジャイロ効果は、物理学では良く知られており、回転体にトルクをかけると、角運動量がトルクの方向に移動することになるという事実に基づいている。これは、図１に示すように垂直面内の力Ｆを通じてトルクτがかかる場合、角運動量Ｌがトルクの方に移動し、回転体が水平面内で方向転換することになることを意味する。吊り荷にあてはめると、この方向転換する運動は、自身の軸の周りを回転する運動である。図２ａ）及び図２ｂ）は、上から見て「ｘ」に重心を有する荷物Ａ上の２つの回転体Ｗ、Ｗ’の２つの異なる構成を例示している。図１に例示されるように、回転体に所与の持続時間にわたって力Ｆをかけることで、矢印で示される方向のトルクが生じることになる。トルクは荷物を旋回させることになり、これは、回転体の互いからの距離又は荷物の重心からの距離に依存しない。トルクは、回転体の回転及び慣性に依存する。回転体の慣性は、回転体の回転を上げること、できるだけ多くの質量を回転軸から遠くに移動させること、及び回転体の質量を増加させることによって増加させることができる。回転体の慣性の増加は、回転体の総重量と、その得られる回転速度により、この目的に利用可能なスペースの明らかな限界を有する。

回転体をチルトさせることによって荷物に作用を生じるトルクは、回転体がその開始位置から９０度よりも多くチルトされるときにトルクが反対向きになるため制限される。回転体は、次いで、制御されるべき物体に対して再位置決めされ、荷物に必要とされるトルクをかけ続けることができなくてはならない。回転している物体の作用から荷物を接続解除する、又は再位置決めするために回転している物体の速度を減少させるためのクラッチが従来技術で提案されている。

米国特許第５，８１６，０９８号は、上記の原理で構築されるリフティング荷物姿勢制御システムを説明しており、このシステムは、はずみ車ユニットを形成するべくジャイロフレームで吊られたはずみ車を備える。利用可能な姿勢制御力を増加させるために、２つ以上のはずみ車ユニットが一緒に用いられる場合がある。荷物がはずみ車ユニットから独立して旋回することができるように、はずみ車ユニットと荷物との間にクラッチが配置される場合がある。はずみ車を再位置決めするためのクラッチの使用によるはずみ車からの荷物の接続解除は、荷物が接続解除されている間は荷物及びその旋回の制御を失うという負の影響を有する。

はずみ車からのトルクが意図した方向とは違った方向に誘起される旋回／チルトサイクルの部分にわたる日本国特許第２７９７９１２号のようなはずみ車の速度の減少は、達成される旋回トルクを減少させることになり、良くても荷物を旋回させるための交番するトルクを与える。

本発明の目的は、従来技術の方策に係る未解決の問題を解決する方法及びシステムを提供することである。より詳細には、本発明の目的は、吊り荷の旋回、したがって、向きを制御するための方法及びシステムを提供すること、及び、外力によって荷物の旋回が停止させられた又は妨害された後で望む向きへの荷物の旋回を再開することである。

第１の態様によれば、本発明は、リフトされるべき荷物に接続可能なリフトフレームを備え、リフトフレーム上に２つ以上のはずみ車ユニットが配置され、各はずみ車ユニットが、ジンバルに回転式に配置されるはずみ車を備え、ジンバルがまた、はずみ車の回転軸に垂直な回転軸に沿ってジンバル支持体に回転式に配置され、電気モータがはずみ車を回転させるために配置され、チルトモータが、ジンバルをその回転軸を中心として回転させることによってジンバルをチルトさせるように配置される、吊り荷の向きを制御するためのシステムであって、はずみ車の回転の速度及び方向を個々に制御し、ジンバルをチルトさせるための制御ユニットをさらに備え、制御システムが、回転速度を十分に又は部分的に減少させ、ジンバルを新しい開始位置にチルトさせ、再びはずみ車の回転を立ち上げることによって、又ははずみ車を停止させ、はずみ車の回転を反対方向に立ち上げることによってはずみ車ユニットを再始動するように適合される、システムに関する。ジンバルのチルトは、リフトフレーム及び任意の取り付けられた荷物を必要とされる又は所定の向きの方に回転させるトルクを生じるように制御されることを当業者は理解するであろう。リフトフレーム及びリフトフレームに取り付けられた任意の荷物の向きは、グローバル又はローカルリファレンスシステムに関する任意の実質的に水平な軸の向きである。「必要とされる向き」又は「所定の向き」という表現は、荷物が所与の時点で有するべき向きを説明するのに用いられ、リフトアップの向き、荷降ろしの向き、又は荷物がたどるべき経路内又はその付近にある恒久的物体又は一時的に存在する物体にぶつかるのを回避する向きなどの異なる因子によって決まる所定の向き又は位置を示すのに用いられることがある。

はずみ車及びはずみ車ユニットに関する「再始動」という表現は、さらなるチルトが結果的に開始トルクの反対方向の水平成分を有するトルクを生じるまではずみ車ユニットのはずみ車がトルクを生成するべくチルトされた後でさらにはずみ車ユニットがトルクを生成できるようにするのに必要とされるアクションを説明するのに用いられる。はずみ車ユニットを再始動するために、はずみ車は、停止され、反対方向に回転が開始されなければならず、又ははずみ車は、停止され、開始位置に戻るように又は別の位置にチルトされ、回転が再開されなければならない。はずみ車は、次いで、リフトフレーム及びリフトフレームに取り付けられた任意の荷物を必要とされる方向に旋回させるトルクを結果的に生じる方向に再びチルトされてもよい。システムが回転運動しているときのはずみ車の停止及び開始は、好ましくは、はずみ車が本質的に水平方向に横たわり、かつ、それらが横方向トルクに対する潜在的影響の低い位置にあるときに行われる。はずみ車が停止され、別の位置に戻るようにチルトされ、回転が再開される実施形態に関して、はずみ車の回転の停止は、完全な停止であってもよく、又は部分的な停止が回転速度の実質的な減少であれば部分的な停止であってもよいことを当業者は理解するであろう。

制御ユニットは、例えば、休止しているはずみ車が、望む方向の旋回力を生じる能力を出し切ったはずみ車を引き継ぐべく回転を立ち上げることができるように、回転速度を制御するように適合される。第１のはずみ車は、次いで、停止され、新しい開始位置に回転させられ、必要とされる方向のより多くの旋回力を生じるために、必要とされる方向の半連続的な又は連続的な旋回力を得るために、又は外力が必要とされる方向の旋回を停止させた場合に荷物の旋回を再開するために、はずみ車を再始動するべく再び回転を立ち上げられてもよい。

「ジンバル」という表現は、はずみ車が回転軸を中心として回転することを可能にする、はずみ車のための任意のピボット式の支持体を表すのに用いられる。ジンバルの形状は、はずみ車の回転を可能にする限り重要ではない。ジンバルは、はずみ車の回転軸に垂直な回転軸を中心としたジンバルの回転を可能にするジンバル支持体に支持される。「はずみ車ユニット」という表現は、はずみ車、ジンバル、及びジンバルフレーム、並びにはずみ車ユニットにおけるはずみ車の回転を制御する及びはずみ車をチルトさせるための必要なモータを備えるユニットに対して用いられることを当業者は理解するであろう。

一実施形態によれば、システムは、対をなして配置されるはずみ車を備え、はずみ車の各対は、互いに反対方向に回転させられるように配置される。はずみ車のチルトによって生じた力は、水平面内で荷物の必要とされる旋回方向に向いた力と、荷物をチルトさせる垂直向きの力に分解することができる。対をなすはずみ車を反対方向に回転させることは、この対からのチルト力を互いに打ち消すことになる。したがって、反対方向の回転は、本明細書では、水平面内の同じ方に向いているトルクと、互いに反作用する方に向いた垂直向きの力とを結果的に生じる一対のはずみ車の回転を表すのに用いられる。

別の実施形態によれば、システムは、吊り荷の旋回、運動、及び／又は向きを測位するための１つ以上のナビゲーション機器をさらに備え、ナビゲーション機器は制御ユニットに接続される。

さらなる実施形態によれば、１つ以上のバッテリが、搭載された電気モータの作動のためにシステム内に配置され、電気モータは、はずみ車の回転を停止させるときにバッテリを充電するように適合される。バッテリにより作動されるモータを用いれば、外部からの電気接続は必要ではない。バッテリを充電するためにはずみ車を停止させるのに用いられる力を用いれば、バッテリ容量を減らすことが可能であり、及び／又は、充電間の動作期間を実質的に延ばすことが可能である。

一実施形態によれば、システムは、リモートコントロールユニットと通信するための通信ユニットを備える。

一実施形態によれば、リモートコントロールユニットはリモートコントロールである。代替的に、リモートコントロールユニットは、向きを自動的に制御するコンピュータ化された制御システムである。

代替的な実施形態によれば、制御ユニットは、システム上に配置されるセンサから収集したデータの関数として荷物の向きを制御するように予めプログラムされる。前述のセンサは、システム及び荷物の位置、速度、旋回、及び／又は向きを検出するためのセンサ、固体物体への近接性を検出するためのセンサであってもよい。

第２の態様によれば、本発明は、
２つ以上のはずみ車ユニットが上に配置されるリフトフレームであり、各はずみ車ユニットが、ジンバルに回転式に配置されるはずみ車を備え、ジンバルがまた、はずみ車の回転軸に垂直な回転軸に沿ってジンバル支持体に回転式に配置され、電気モータが、はずみ車の回転の速度及び方向を制御するように配置され、チルトモータが、ジンバルをその回転軸を中心として回転させることによってジンバルをチルトさせるように配置される、リフトフレームを、荷物に接続するステップと、
リフトフレームをクレーンに接続されているリフトケーブルに接続するステップと、
クレーン及びリフトケーブルによってリフトフレーム及びリフトフレームに接続された荷物をリフティングするステップと、
はずみ車の回転を立ち上げ、リフトフレーム及び荷物に作用するトルクを生じるようにジンバルをチルトさせることによってはずみ車をチルトさせるステップと、
を含む、吊り荷の向きを制御するための方法であって、
回転速度を十分に又は部分的に減少させ、ジンバルを新しい開始位置にチルトさせ、再びはずみ車の回転を立ち上げることによって、又ははずみ車を停止させ、はずみ車の回転を反対方向に立ち上げることによってはずみ車のうちの１つ以上を再始動するステップをさらに含む、方法に関する。

一実施形態によれば、はずみ車は、はずみ車の回転速度を減少させ又は回転を停止させ、はずみ車を新しい開始配向にチルトさせ、横方向トルクに対する潜在的影響の低い位置ではずみ車の回転を再開することによって再始動される。

別の実施形態によれば、はずみ車は、横方向トルクに対する潜在的影響の低い位置ではずみ車の回転を停止させ、反対方向の回転を再開することによって再始動される。

さらなる実施形態によれば、はずみ車は、はずみ車の対をなしてグループ化され、はずみ車の２つ以上の対が、はずみ車の異なる対が動作している間にはずみ車の１つの対を再始動することによって向き設定システムの実質的に連続した動作を得るのに用いられる。

別の実施形態によれば、はずみ車の回転及びチルトは、コンピュータ化された中央ユニットによって制御される。

回転体にトルクをかける効果を例示する図である。 ２つの回転する物体にトルクをかけることによる水平面内の旋回力を例示する図である。 本発明で用いられるはずみ車ユニットの斜視図である。 リフトケーブルで吊られた本発明に係るリフトフレーム及びリフトフレームに接続された荷物の斜視図である。 はずみ車ユニットの動作における第１のステップを例示する図である。 はずみ車ユニットの動作における第２のステップを例示する図である。 はずみ車ユニットの動作における第３のステップを例示する図である。 本発明の代替的な実施形態を例示する図である。 本発明のさらなる実施形態を例示する図である。 荷物をグリップするグリップ手段を有する実施形態を例示する図である。 本発明のシステムのリモートコントロールの１つの代替的な実施形態を例示する図である。

図３は、ジンバル１１に配置されるはずみ車１０を備えるはずみ車ユニット９を例示する。はずみ車の回転は、図示されないケーブルを介して制御システムに接続される電気モータ１２によって制御される。はずみ車は、回転軸８を中心として回転可能である。例示される実施形態では、電気モータとはずみ車は共通の回転軸８を有する。本発明の範囲から逸脱することなく、電気モータ１２とはずみ車のシャフト７との間にギヤなどが配置されてもよいことを当業者は理解するであろう。「はずみ車」という用語は、回転軸を中心としてバランスが取れている任意の具合がよい回転体として理解されるべきであることも当業者は理解するであろう。

ジンバル１１はまた、ジンバルフレーム１５に回転式に配置される。ジンバル１１は、好ましくは、はずみ車の重心又はその付近にあるはずみ車の回転軸に実質的に垂直なジンバルフレーム回転軸６を中心として回転式に配置される。

ジンバルフレーム１５でのジンバル１１の回転は、チルトモータ１３によって制御される。チルトモータ１３は、ジンバル１１をジンバルの回転軸を中心として制御ユニットによって決定される所定の角度にチルトさせることができるどのような種類の電気モータであってもよい。

はずみ車ユニット９は、電気モータ１２によってはずみ車の回転速度及び回転方向を調整すること、並びに、チルトモータ１３によってジンバルフレーム１５に対してジンバル１１をチルト又は回転させることによって制御されてもよい。

図４は、本発明に係るリフトフレーム２０を例示する図である。リフトフレーム２０は、図示されないクレーン又は他のリフト装置からリフトケーブル１９で吊られている。ケーブルは、保護の範囲から逸脱することなく、ワイヤ、ロープ、チェーン、ロッドなどに置き換えられてもよいことを当業者は理解するであろう。クレーン又はリフト装置は、意図される荷物のリフティングに適するどのようなタイプのクレーンであってもよい。荷物位置決めユニットが、係合リンク機構２５によってリフトケーブル、ワイヤ、ロープなどに接続される。係合リンク機構２５は、本発明の範囲から逸脱することなく、チェーン、ワイヤ、ロープ、バーなどであってもよいことを当業者は理解するであろう。代替的に、リフトフレームは、リフトされるべき荷物の形状及び性質に応じて、磁石、グリップなどの他の手段によって荷物に接続可能であってもよい。

図４のリフトフレーム２０は、図３に例示されるタイプの４つのはずみ車ユニット９を備える。加えて、リフトフレーム２０での電力を必要とするはずみ車ユニット９及び任意の付加的な機器を動作させるためのバッテリパック２１が提供される。前述の付加的な機器は、必要とされるアクションを得るべくはずみ車ユニット９を制御するための１つ以上の制御ユニット２２、遠隔操作パネルから制御信号を受信し、随意的にデータを遠隔操作パネルに送信する送信器２３、ジャイロスコープ、加速度計、コンパス／磁力計、又はＧＰＳなどの１つ以上のナビゲーション機器２４、又はリフトフレーム及び荷物の位置、向き、及び回転速度の正確な測定のために局所的に配置されるナビゲーションシステムを備えてもよい。当業者であれば、前述の機器のうちのどれが相互接続されなければならないか、及びそれらをどのようにして接続するかが分かるであろう。

リフトフレーム２０はまた、リフトフレームを荷物１に接続するためのコネクタ２を備える。図４に例示されるコネクタはチェーンであるが、コネクタは、従来の広く用いられているコンテナコネクタ、図４に例示されるロッド、図１２に例示されるグリップツールなどのどのようなタイプの従来から用いられているコネクタであってもよいことを当業者は理解するであろう。

図５〜図７は、図５〜図７においてそれぞれ９ａ、９ｂ、９ｃ、及び９ｄで識別される４つのはずみ車ユニット９を備える本発明のリフトフレーム２０の実施形態の動作における異なるステップを例示する。すべてのはずみ車ユニットは、ジンバルの回転軸６がリフトフレームの長さ軸と実質的に平行であるように配置される。図５は、はずみ車ユニットのうちの２つである、９ａ及び９ｄが、それらの回転軸がリフトフレームと実質的に平行であるように配置され又は実質的に水平方向に配置され、一方、他の２つのはずみ車ユニット９ｂ及び９ｃが、はずみ車の回転軸が実質的に垂直方向又はリフトフレームに垂直であるように配置される、開始位置を例示する。

図５に例示される位置から始まり、はずみ車のうちの２つが、作動中に必要とされるトルクを与えるように計算される所定の回転速度まで回転させられる。好ましくは、ユニットにおける２つのはずみ車９ａ及び９ｄは、リフトフレームでのバランスを維持するべくはずみ車上の矢印ａ、ｄで示されるように反対方向に回転させられ、ゆえに、回転しているはずみ車のチルトによって生じる垂直力が互いに反作用する。ユニットのはずみ車９ａ及び９ｄの、それらの回転軸が実質的に水平方向のときに回転を立ち上げることは、リフトフレーム及びリフトフレームに取り付けられた任意の荷物に対するはずみ車の向きを安定させることになる。はずみ車は、回転しているホイールによって生じるジャイロ効果によって、リフトケーブルを中心とした又はこれに実質的に平行な荷物のどのような旋回にも反作用することになる。はずみ車の向きは、必要であれば開始中に前述の向きとは異なっていてもよいことを当業者は理解するであろう。

ユニットにおけるはずみ車９ａ及び９ｄがそれらの所定の回転速度に達するとすぐに、これらのはずみ車は、リフトフレーム及びリフトフレームに取り付けられた任意の荷物の必要とされる旋回のためのトルクを得るべくチルトされてもよい。ユニットにおけるはずみ車９ａ、９ｄが反対方向に回転している場合、これらのはずみ車は、荷物を同じ方向に方向転換するためのトルクを得るべく互いに反対にチルトされる。

図６は、ユニットにおけるはずみ車９ａ及び９ｄが矢印ａ’及びｄ’で示される方向にチルトされ、結果的にそれぞれのはずみ車のチルトに反作用するトルクを生じる、本発明のリフトフレームの動作の第２のステップを例示する。このトルクは、リフトフレーム及びリフトフレームに接続された荷物をチルトさせる力と、それぞれ水平面内でリフトフレーム及びリフトフレームに接続された荷物を旋回させる向きにされたトルクａ’’及びｄ’’に分解されてもよい。トルクａ’’及びｄ’’は、合算されて、リフトフレーム及び荷物を旋回させる矢印ｅ）で示されるトルクになる。２つのはずみ車を反対方向に回転させることによって、はずみ車のチルトによって生じるリフトフレーム上のチルト力が互いに反作用する。

説明の導入部で前述したように、９０°よりも大きいはずみ車のチルトから生じるトルクは、トルクの最初の方向に対して反対向きになる。したがって、はずみ車ユニットは、９０°チルトされた後で同じ方向のトルクを生じ続けることができるように再始動されなければならない。

再始動は、はずみ車を停止させ又はその回転速度を実質的に低減させ、はずみ車を開始位置に戻るように又は別の位置にチルトさせ、はずみ車を元の回転方向に再開／加速することによって、又は、はずみ車を停止させ、はずみ車を反対の回転方向に再開することによってもたらされてもよい。再始動に関する２つの選択肢は物理的観点から等しく、選択肢の選定は最も実用的な解決策を与える選択となることを当業者は理解するであろう。

はずみ車９ａ及び９ｄの再始動中にトルク又は少なくともトルクを生じる可能性を維持するために、ユニットにおけるはずみ車９ａ及び９ｄが水平な回転軸で始動された場合の図５の開始位置から９０°のチルト角に近づくとすぐに引き継ぎをするべく、ユニットのはずみ車９ｂ及び９ｃが、ユニットにおけるはずみ車９ａ及び９ｄから引き継ぐように回転を立ち上げられる。

ユニットのはずみ車９ｂ及び９ｃの両方の回転軸は、回転立ち上げ動作中に、ユニット９ａ及び９ｄからのトルクによって生じる荷物の旋回軸に垂直及び平行である。したがって、２つのはずみ車の回転の立ち上げは、ユニットにおけるはずみ車９ａ及び９ｄのチルトによって生じるトルクに影響するトルクを生じない。

図７は、ユニットのすべてのはずみ車９ａ〜９ｄが垂直な回転軸を中心として回転し、かつ、ユニットのはずみ車９ａ及び９ｄが９０°チルトされている、第３のステップを例示する。はずみ車のさらなるチルトは、トルクを開始段階の方向とは反対向きにすることになり、はずみ車ユニットは、要求される方向のトルクをさらに生成するのに用いられるように再始動されなければならない。対をなして動作する４つのはずみ車ユニットを有するユニットに関して、１つの対がトルクの生成においてアクティブであり、一方、はずみ車ユニットの他の対はアクティブではない。はずみ車ユニットの第１の対９ａ及び９ｄが開始位置から９０°のチルトに近づくとすぐに、ユニットのはずみ車９ｂ及び９ｃが回転を立ち上げられ、停止されるユニットのはずみ車９ａ及び９ｄの負荷（ｄｕｔｙ）を引き継ぐ。停止したはずみ車は、次いで、ユニット９ｂ及び９ｃのはずみ車が１８０°チルトされているときに引き継いでその必要性に応じて荷物及びリフトフレームのトルクｅ）を生じるべく、１８０°戻るようにチルトされ、次いで、再び回転を立ち上げられ、又は最初にチルトされずに反対方向に回転を立ち上げられてもよい。

はずみ車ユニットの他の対が必要とされるトルクの生成を引き継いでいる間に、一対のはずみ車を開始させ、チルトさせ、再始動させる前述のステップを繰り返すことによって、リフトフレームを旋回させるための実質的に連続した力を得ることができる。しかしながら、リフトフレーム及び荷物の旋回の開始又は停止のためにより高いトルクが必要とされる状況では、すべての４つのはずみ車が、当該動作のために十分なトルクを与えるべく協働するように制御されてもよいことを当業者は理解するであろう。ある種の動作では、はずみ車は、その必要とされる向きを得るためにリフトフレーム及び荷物の旋回を前後両方に制御するのに用いられてもよい。すべてのはずみ車は、次いで、リフトフレーム及び荷物の速い効率的な向きの再設定を与えるのに十分なトルクを得るのに用いられてもよい。はずみ車が、それらが新しい開始位置にチルトされる前に完全に停止される必要はないこと、及び、チルトによって生じるトルクをより高い回転速度ではずみ車によるチルトによって生じるトルクの数分の一に低減するのに十分なだけ速度が低減されてもよいことも当業者は理解するであろう。得られるべき必要とされるトルクに従ってはずみ車の回転速度が変えられてもよいことも当業者は理解するであろう。

リフティングの持ち上げ段階及び設定段階での向きの調整に加えて、本発明のシステムは、荷物の経路内の建築要素又は他の要素にぶつかるのを回避するために荷物の向きを調整するのに用いられてもよい。位置の経路内調整は、リフティング動作をより効率的に行うのに重要な場合があり、荷物及び／又は他の物体が途中で損傷を受けることを回避するのに細長い物体のリフティングに関して最外部で重要な場合がある。現在、荷物に締結される補助ロープ又はワイヤが、この目的のためによく用いられる。本発明のリフトフレームは、荷物／リフトフレームの必要とされる及び／又は所定の向きを、自動的に得ること、又はこうした補助手段を用いずにリモートコントロールを手動で操作することによって得ることを可能にする。

荷物の、向きを変えるための旋回は、必要とされる旋回を停止させる又はこれに少なくとも実質的な影響を及ぼす風によって又は物体にぶつかることによって妨害される場合がある。はずみ車の速い効率的な再位置決め及び回転立ち上げを可能にするはずみ車ユニットを含む本発明のリフトフレームは、荷物あり又は荷物なしの状態のリフトフレームの必要とされる向きの再設定を続けるためのトルクを迅速に得ることができる。

上記のように、電気モータ１２及びチルトモータ１３に加えて、制御ユニットを動作させるためのバッテリユニット２１、ローカルポジショニングシステム、ＧＰＳなどの荷物及びリフトフレームの正確な位置及び向きを検出するためのセンサ、物体を検出するためのセンサなどがリフトフレーム２０上に提供される。バッテリ容量は、本発明のシステムの動作時間の制限因子である場合がある。しかしながら、リフトフレームに接続される図示されない電源ケーブルが、リフトフレームに電力を提供してもよい。

バッテリ容量はまた、はずみ車が停止される又は回転速度が低減されるべきときに電気モータ１２を電気ブレーキとして、すなわち、バッテリの充電用の電力を生産するための発電機として用いることによって拡張されてもよい。

図８及び図９は、本発明のリフトフレームの代替的な実施形態を例示し、図８は、図３〜図７に例示される実施形態に対応するフレームに配置される２つのみのはずみ車ユニットを備えるリフトフレームを例示する。

図９はまた、２つのはずみ車ユニットを備えるが、リフトフレームのハイ及び「スリム」バージョンを作製するべくはずみ車ユニットが積み上げて配置される実施形態を例示する。

前述の実施形態のいずれかに関して、回転しているはずみ車が手動調整に対して反作用することを回避するために、荷物の向きの手動微調整を行うことが必要な場合にチルトモータを接続解除することができるように、チルトモータとジンバルとの間にクラッチが提供されてもよい。

２つのみのはずみ車ユニットを備えるユニットは、はずみ車が停止され、反対方向に回転を立ち上げられる、又は停止され、新しい開始位置に戻され、次いで、再び回転を立ち上げられる必要があり、半連続的なアクションを与えるので、高い連続トルクを生じることができないことを当業者は理解するであろう。本発明のシステムは、６、８、１０などの４つよりも多いはずみ車を備えてもよいことも当業者は理解するであろう。はずみ車ユニットの数を増やすことは、はずみ車のそれぞれの直径を減らすことを可能にする場合がある。しかしながら、より多い数のはずみ車ユニットは、システムの複雑さ及び費用を増すことになる。したがって、現在のところ、ほとんどの用途には４つのはずみ車ユニットが好ましいと思われる。

図１０は、ビームをグリップするためにグリップツール２６を有するリフトフレームを例示する。しかしながら、グリップツールは、パイプ、丸太などの他の物体のリフティングのために修正されてもよいことを当業者は理解するであろう。

本発明のリフトフレーム２０は、好ましくは、例えば、前述の搭載された送信器を介してリフトフレーム上の制御ユニットと通信する図１１に例示されるリモートコントロール３０によって遠隔的に制御される。図１１に例示されるリモートコントロールは、標準地理的方位に従う又は方位のローカルグリッドに従うリフトフレーム、したがって荷物の向きの表示のための向きインジケータ３１を備える。インジケータ３１による向きの表示は、リフトフレームで制御ユニットから受信した情報に基づいていてもよい。向きの情報は、代替的に、当該領域に配置される恒久的センサ及び／又はリフトフレーム上に配置されるセンサから受信されてもよい。さらなる代替として、向きの情報は、センサと、物体の三次元の位置及び向きを測位するためのＧＰＳ又は任意の他のグローバル又はローカルシステムから受信した情報を収集し、これに基づいて計算を行っている制御ユニットから受信した情報との組合せから受信されてもよい。物体の位置及び向きを測位するための異なるシステムが組み合わされてもよいことを当業者は理解するであろう。例として、ＧＰＳシステムが、１つの動作段階の間に十分な情報を提供してもよく、一方、より高精度のローカルシステムが、十分な正確度を提供するべく荷物をピックアップする段階又は降ろす段階に用いられてもよい。

リモートコントロールは、リフトフレーム又はリフトフレームと荷物の向きを手動で制御するための手動制御部３２を備えていてもよく、又はオペレータが荷物の所与の位置に関する予め設定された向きを選択できるように所定の向きを設定するためのパネル３３を備えていてもよい。加えて、リモートコントロールは、開始ボタン及び停止ボタン、並びにリフトフレーム上のバッテリの充電状態を示すためのインジケータを備えていてもよい。リモートコントロール３０は、リフトフレーム及びリフトフレームに取り付けられた任意の荷物の向きを調整するための独立したユニットであってもよい。代替的に、リモートコントロール３０は、クレーンなどのリフト装置を制御するためのリモートコントロールと組み合わされてもよい。

リモートコントロールが手動モードであるか又はリフトフレームが自動又は予めプログラムされたモードで作動されるかどうかに関係なく、制御ユニット２２は、リフトフレームの効率的な動作のカギとなる。制御ユニット２２は、リフトフレーム及びリフトフレームに取り付けられた任意の荷物の位置及び向きを位置合わせする装置からの入力、任意のリモートコントロールからの入力などを受信し、入来データに基づいてどのアクションがとられるべきかを計算し、リフトフレーム及び任意の荷物を必要とされる位置に保つべくはずみ車ユニットを制御し、及び／又はリフトフレーム及び任意の荷物の必要とされる向きの再設定を得るようにプログラムされる。

荷物が常に限られた数の場所から持ち上げられ、かつ、限られた数の所定の荷下ろし位置に置かれることになる、特定のリフティングのために、オペレータが各特定の動作に関してプリセットプログラムの中から選択するだけでよいように、リフティング動作中の異なる位置での向きが予めプログラムされてもよい。

本発明はリフトフレームに関して前述されているが、荷物の向きを制御するためのシステムは、任意のリフトフレームの一部であるのではなく荷物に直接接続されてもよい。

はずみ車ユニット、制御ユニット、バッテリなどが、カバー、ハウジングなどによって保護されることが好ましいことも当業者は理解するであろう。荷物の向きを制御するためのシステムの構成要素のうちのいくつかは事前認証（ｅｘ−ｃｅｒｔｉｆｉｅｄ）されないことも当業者は理解するであろう。しかしながら、どの事前認証されない部品も、システムが事前認証を必要とする分野で用いられることになる場合に、事前保護ボックス（ｅｘ−ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｂｏｘ）内に入れられてもよい。

本発明のシステムは、オペレータがはずみ車の回転速度、チルト、開始、及び停止などのはずみ車のパラメータを制御することができる、手動リモートコントロール、制御ユニットがリモートコントロールを介するオペレータの命令を得るのに必要なはずみ車のパラメータを計算する、半自動リモートコントロール、又はリフトフレーム及び荷物を経路に沿った予め設定された設定位置で所定の向きにするようにプログラムされる、自動システムに関連して用いられてもよいことを当業者は理解するであろう。

Claims (12)

1. リフトされるべき荷物に接続可能なリフトフレーム（２０）を備え、前記リフトフレーム上に２つ以上のはずみ車ユニット（９）が配置され、前記各はずみ車ユニット（９）が、ジンバル（１１）に回転式に配置されるはずみ車（１０）を備え、前記ジンバル（１１）がまた、前記はずみ車（１０）の回転軸（８）に垂直な回転軸（６）に沿ってジンバル支持体（１５）に回転式に配置され、電気モータ（１２）が前記はずみ車（１０）を回転させるために配置され、チルトモータ（１３）が、前記ジンバルをその回転軸（６）を中心として回転させることによって前記ジンバルをチルトさせるように配置される、吊り荷の向きを制御するためのシステムであって、前記はずみ車の回転の速度及び方向を個々に制御し、前記ジンバルをチルトさせるための制御ユニットをさらに備え、前記制御システムが、前記回転速度を十分に又は部分的に減少させ、前記ジンバルを新しい開始位置にチルトさせ、再び前記はずみ車の回転を立ち上げることによって、又は前記はずみ車を停止させ、前記はずみ車の回転を反対方向に立ち上げることによってはずみ車ユニット（９）を再始動するように適合される、システム。
2. 前記はずみ車が対をなして配置され、前記はずみ車の各対が互いに反対方向に回転させられるように配置される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記システムが、前記吊り荷の旋回運動、及び／又は向きを測位するための１つ以上のナビゲーション機器をさらに備え、前記ナビゲーション機器が前記制御ユニットに接続される、請求項１又は請求項２に記載のシステム。
4. １つ以上のバッテリが、前記システムの前記電気モータの作動のために前記リフトフレームに配置され、前記電気モータ（１２）が、前記はずみ車の回転を停止させるときに前記バッテリを充電するように適合される、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
5. 前記システムが、リモートコントロールユニットと通信するための通信ユニットを備える、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
6. 前記リモートコントロールユニットが無線リモートコントロールである、請求項５に記載のシステム。
7. 前記制御ユニットが、システム上に配置されるセンサから収集したデータの関数として荷物の向きを制御するように予めプログラムされる、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のシステム。
8. 上に２つ以上のはずみ車ユニット（９）が配置されるリフトフレームであり、前記各はずみ車ユニット（９）が、ジンバル（１１）に回転式に配置されるはずみ車（１０）を備え、前記ジンバル（１１）がまた、前記はずみ車（１０）の回転軸（８）に垂直な回転軸（６）に沿ってジンバル支持体（１５）に回転式に配置され、電気モータ（１２）が、前記はずみ車（１０）の回転速度及び方向を制御するように配置され、チルトモータ（１３）が、前記ジンバルをその回転軸（６）を中心として回転させることによって前記ジンバルをチルトさせるように配置される、リフトフレームを、荷物に接続するステップと、
   前記リフトフレームをクレーンに接続されているリフトケーブルに接続するステップと、
   前記クレーン及び前記リフトケーブルによって前記リフトフレーム及び前記リフトフレームに接続された荷物をリフティングするステップと、
   前記はずみ車の回転を立ち上げ、前記リフトフレーム及び前記荷物に作用するトルクを生じるように前記ジンバルをチルトさせることによって前記はずみ車をチルトさせるステップと、
   を含む、吊り荷の向きを制御するための方法であって、
   前記回転速度を十分に又は部分的に減少させ、前記ジンバルを新しい開始位置にチルトさせ、再び前記はずみ車の回転を立ち上げることによって、又は前記はずみ車を停止させ、前記はずみ車の回転を反対方向に立ち上げることによって前記はずみ車のうちの１つ以上を再始動するステップをさらに含む、方法。
9. 前記はずみ車が、前記はずみ車の回転速度を減少させ又は回転を停止させ、前記はずみ車を新しい開始配向にチルトさせ、横方向トルクに対する潜在的影響の低い位置で前記はずみ車の回転を再開することによって再始動される、請求項８に記載の方法。
10. 前記はずみ車が、横方向トルクに対する潜在的影響の低い位置で前記はずみ車の回転を停止させ、反対方向の回転を再開することによって再始動される、請求項８に記載の方法。
11. 前記はずみ車がはずみ車の対をなしてグループ化され、前記はずみ車の２つ以上の対が、前記はずみ車の異なる対が動作している間に前記はずみ車の１つの対を再始動することによって前記向き設定システムの実質的に連続した動作を得るのに用いられる、請求項８〜請求項１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記はずみ車の回転及びチルトが、コンピュータ化された中央ユニットによって制御される、請求項８〜請求項１１のいずれかに記載の方法。

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