JP2018167961A - 吊り荷の振れ止め方法及びクレーン - Google Patents

Abstract

【課題】吊り荷をロープで吊り上げた時に発生する振れの最大振れ角度を迅速に予測し、予測結果に応じて振れを短時間に抑制することができる吊り荷の振れ止め方法及びクレーンを提供する。【解決手段】クレーンにおける吊り荷の振れ止め方法は、トロリがロープで吊り荷を吊り上げたときに発生する吊り荷の振れによる前記吊り荷の位置の変動中、前記吊り荷の振れ角度あるいは前記吊り荷の振れ変位の計測情報と前記ロープ長の情報を取得するステップと、前記計測情報と前記ロープ長の情報の取得後、変動中の前記吊り荷が最初に前記吊り荷の最大振れ角度の位置に到達するタイミングの前に、前記吊り荷の前記計測情報と前記ロープ長の情報を用いて前記最大振れ角度を予測するステップと、前記最大振れ角度の予測結果に応じて、前記吊り荷の振れ止めの要否を判定し、前記判定が振れ止め要の場合、前記振れ止めを行うステップと、を含む。【選択図】 図３

Description

本発明は、クレーンにおける吊り荷の振れ止め方法及びクレーンに関する。

吊り荷を吊り上げるクレーン、例えばコンテナクレーンによる荷役作業においては、ロープでコンテナを吊り上げるとき、さらには、吊り上げたコンテナを移動させる際、コンテナに振れが発生する。コンテナが振れていると、目標の位置へ到達した際に，この振れが収まるまでは正確な位置へコンテナを降ろすことができず、作業効率が低下する。
ロープでコンテナを吊り上げた時、振れがなく静止した状態から、コンテナを吊ったトロリが移動する時、移動に伴って発生するコンテナの振れを、トロリの移動速度等を制御することにより抑制することは可能であるが、ロープでコンテナを吊り上げた移動前のコンテナに振れがあると、この振れにコンテナが移動した際に発生するコンテナの振れが重なり、振れが増大し、振れの抑制が困難な場合がある。
このため、コンテナをロープで吊り上げた時、振れの大きさを検知し、振れを抑制するか否かを判定することは重要である。

コンテナの振れを抑制するためにはコンテナの振れ角を正確に検出することが必要である。振れ角検出のために、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技術が知られている（特許文献１）。

特開２０１４−９７８９３号公報

しかし、上記技術は、機械式の振れ角検出装置であるため、コンテナの振れ角度が最大となる最大振れ角度は、コンテナの振れ角度が最大となる時点まで待たなければならない。コンテナの振れは、周期が数１０秒にもなるため、最大振れ角になるまで待機することは、荷役作業の作業効率を低下させることになり、好ましくない。

そこで、本発明は、吊り荷をロープで吊り上げた時に発生する振れの最大振れ角度を迅速に予測し、予測結果に応じて振れを短時間に抑制することができる吊り荷の振れ止め方法及びクレーンを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、クレーンにおける吊り荷の振れ止め方法である。当該振れ止め方法は、
トロリがロープで吊り荷を吊り上げたときに発生する吊り荷の振れによる前記吊り荷の位置の変動中、前記吊り荷の振れ角度あるいは前記吊り荷の振れ変位の計測情報と前記ロープ長の情報を取得するステップと、
前記計測情報と前記ロープ長の情報の取得後、変動中の前記吊り荷が最初に前記吊り荷の最大振れ角度の位置に到達するタイミングの前に、前記吊り荷の前記計測情報と前記ロープ長の情報を用いて前記最大振れ角度を予測するステップと、
前記最大振れ角度の予測結果に応じて、前記吊り荷の振れ止めの要否を判定し、前記判定が振れ止め要の場合、前記振れを止める振れ止め制御を行うステップと、
を含む。

前記振れ角度をφ、前記吊り荷の振れ角速度をφ’、前記ロープのロープ長をｌ、及び、重力加速度をｇ、としたとき、前記最大振れ角度は、ｃｏｓ^−１｛ｃｏｓφ−（ｌ・φ’）^２／（２ｇ・ｌ）｝として求められる、ことが好ましい。

前記計測情報と前記ロープ長の情報の取得から前記振れ止め制御の開始までの時間は、前記吊り荷の振れの周期の１００分の１以下である、ことが好ましい。例えば、前記時間は、１００ｍ秒以下であることが好ましく、５０ｍ秒以下であることが好ましく、４０ｍ秒以下であることがよりいっそう好ましい。前記時間は、例えば、前記計測情報のサンプリングタイムと同じ時間長さである。前記サンプリングタイムは、例えば４０ｍ秒以下であることが好ましく、例えば２０ｍ秒である。

前記振れ止め制御は、前記タイミングの前に開始される、ことが好ましい。

前記振れ止め制御は、前記吊り荷の振れが小さくなるように、前記トロリの位置を変動させる制御により行われる、ことが好ましい。

前記振れ止め制御は、前記トロリの速度、前記吊り荷の前記トロリに対する振れ変位、前記トロリの位置、及び前記吊り荷の前記トロリに対する振れ速度に応じて、前記トロリを駆動させる駆動装置に与える前記トロリの速度の指令情報を変更することで行われる、ことが好ましい。

前記トロリの位置と前記トロリの目標位置の指令情報の差分に基づいて、前記トロリの速度の指令情報は生成される、ことが好ましい。

本発明の他の一態様はクレーンである。当該クレーンは、
トロリ、吊り荷を吊り上げる前記トロリから延びるロープ、及び前記トロリの移送経路を形成するレール、を備えるクレーン本体部と、
前記吊り荷の吊り上げと前記トロリの移送を制御する制御装置と、を備える。
前記制御装置は、
変動中の前記吊り荷の振れ角度あるいは前記吊り荷の振れ変位の計測情報と前記ロープ長の情報を取得する情報取得部と、
前記計測情報と前記ロープ長の情報の取得後、前記吊り荷が最初に前記吊り荷の最大振れ角度の位置に到達するタイミングの前に、前記計測情報と前記ロープ長の情報を用いて前記最大振れ角度を予測する予測部と、
前記最大振れ角度の予測結果に応じて、前記吊り荷の振れ止めの要否を判定する判定部と、
前記判定が振れ止め要の場合、前記振れを止める振れ止め制御を行う振れ止め制御部と、
を含む。

前記振れ止め制御部は、前記吊り荷の振れが小さくなるように、前記トロリの位置を変動させる制御を行う、ことが好ましい。

前記振れ止め制御部は、前記トロリの速度、前記吊り荷の前記トロリに対する振れ変位、前記トロリの位置、及び前記吊り荷の前記トロリに対する振れ速度に応じて、前記トロリを駆動させる駆動装置に与える前記トロリの速度の指令情報を変更する、ことが好ましい。

前記振れ止め制御部は、前記トロリの位置と前記トロリの目標位置の指令情報の差分に基づいて、前記速度の指令情報を生成する、ことが好ましい。

上記態様の吊り荷の振れ止め方法及びクレーンによれば、吊り荷をロープで吊り上げた時に発生する振れの最大振れ角度を迅速に予測し、予測結果に応じて振れを短時間に抑制することができる。

本実施形態のコンテナクレーンの構成の一例を示す図である。 本実施形態のコンテナクレーンにおける吊り荷の振れ角度φ、吊り荷の振れ変位ｘ、及びトロリの位置ｘ_Ｔを模式的に説明する図である。 本実施形態のコンテナクレーンの制御装置の構成の一例を説明する図である。 図２に示す制御装置の振れ止め制御部の構成の一例を説明する図である。 本実施形態の振れ止め制御部の制御の一例を説明する図である。 本実施形態で用いるコンテナの振れ止めのフィードバック制御システムを再現した制御シミュレーションモデルを用いてコンテナの振れ止めの抑制をシミュレーションした結果の一例を示す図である。 本実施形態で行う吊り荷の振れ止めの制御による振れの挙動を模式的に説明する図である。

以下、本実施形態のコンテナの振れ止め制御方法及び制御装置について詳細に説明する。
本実施形態では、コンテナを吊り荷とするが、吊り荷はコンテナに限定されない。吊り荷をロープで吊り上げ、吊り上げた吊り荷を、トロリを用いて移動するものであれば、吊り荷及びクレーンはコンテナ及びコンテナクレーンに限定されない。

図１は、本実施形態で用いるコンテナクレーン４の構成の一例を示す図である。コンテナクレーン４は、岸壁に設けられ、コンテナ船とコンテナヤードとの間で、コンテナの積み卸しを行なう装置である。図１には、コンテナ船１等を係留する岸壁２のコンテナヤードとコンテナ船１との間でコンテナ３の積み卸しを行うコンテナクレーン４を示している。コンテナクレーン４は、岸壁２上に岸壁に沿って移動自在に設けられた前脚５及び後脚６を有している。前脚５及び後脚６の頂部には、ガーダ９ａが水平に設けられている。ガーダ９ａの海側端には、コンテナ船１の接岸時に邪魔にならないように、起伏自在にブーム９ｂが取り付けられている。ガーダ９ａ及びブーム９ｂによって構成された水平梁９は、バックステー１０によって補強されている。

コンテナクレーン４は、クレーン本体部１２と、制御装置２０と、駆動装置４０と、を主に有する。
クレーン本体部１２は、トロリ７、コンテナ３を吊り上げるトロリ７に接続されたロープ８、及びトロリ７の移送経路を形成するレール１１、を備える。ロープ８はトロリ７から延びている。
トロリ７は、水平梁９に設けられたレール１１上を移動する。トロリ７には、コンテナ３を吊るロープ８とコンテナのサイズに合わせて把持部を伸縮させるスプレッダ（図示されない）と、トロリ７の移動機構と、が設けられている。トロリ７は、コンテナ３を吊り上げて、コンテナ船１とコンテナヤードの間を移動する。このとき、トロリ７の目標位置ｘ_Ｔｒｅｆに対する位置制御を含んだコンテナ３の振れ止めフィードバック制御が行なわれる。コンテナ３を吊り上げた際あるいはコンテナ３を移送する際、コンテナ３とトロリ７の位置ずれ等により、コンテナ３は、コンテナ３を吊っているロープ８のロープ長に応じた振り子振動、すなわち、振れが発生する場合がある。本実施形態では、この振れが許容される範囲にあるか否かを判定し、判定の結果、振れが許容範囲にない場合、振れ止めを行なう。

図２は、本実施形態のコンテナクレーン４におけるコンテナ３の振れ角度φ、コンテナ３の振れ変位ｘ、及びトロリ７の位置ｘ_Ｔを模式的に説明する図である。
振れ角度φは、トロリ７のロープ８が鉛直方向に垂れた鉛直下方向の直線を基準とした角度である。コンテナ３の振れ変位ｘは、トロリ７からロープ８が延びる位置を基準とした相対的な位置（コンテナ３の移送方向における位置）であり、ロープ８のロープ長ｌとすると、ｘ＝ｌ・φとして表される。トロリ７の位置ｘ_Ｔは、所定の基準位置からのレール１１に沿った方向の距離を表す。ロープ長ｌは、コンテナ３を吊り上げるため時間的に変化する。振れ角度φも時間的に変化する。コンテナ３の振れ速度はφ’として表されている。トロリ７は、コンテナ３の振れ止め制御を行うとき、微小に位置ｘ_Ｔが変動する、あるいはトロリ７の速度が変動することによりコンテナ３の振れ止め抑制が行われる。

本実施形態のコンテナクレーン４のトロリ７には、トロリ７からコンテナ３を画像として撮像する撮像装置７ａ（図２参照）が設けられている。撮像装置７ａは、撮像された画像からコンテナ３の振れ変位ｘを求め、制御装置２０に送るように構成されている。さらに、コンテナクレーン４には、トロリ７の移送速度を計測するセンサ７ｂが設けられている。センサ７ｂは、トロリ７の速度ｖ_Ｔを制御装置２０に出力する。

制御装置２０は、コンテナ３の吊り上げとトロリ７の移送を制御する。具体的には、制御装置２０は、コンテナ３のロープ８による吊り上げの制御信号を駆動装置４０に送る。制御装置２０は、コンテナ３を吊り上げたとき、コンテナ３の振れがあるか否かを判定し、判定結果に応じてコンテナ３の振れ止めの制御を行う制御信号を駆動装置４０に送る。さらに、制御装置２０は、振れが抑制されたコンテナ３に移送中振れが生じないように制御された移送を行う制御信号を駆動装置４０に送る。
駆動装置４０は、ロープ８の巻上げ及びコンテナ３の移送を行う装置であり、これらの動作は、制御装置２０から送られる制御信号に基づいて行われる。

図３は、制御装置２０の構成の一例を説明する図である。
制御装置２０は、コンピュータで構成されている。制御装置２０は、情報取得部２２、予測部２４、判定部２６、及び振れ止め制御部２８を有する。情報取得部２２、予測部２４、判定部２６、及び振れ止め制御部２８の各部分は、コンピュータのメモリに記録したプログラムをコンピュータが呼び出し起動することにより形成されるソフトウェアモジュールである。このため、各部分の機能は、実質的には、プログラムに従がってコンピュータの中央演算ユニット（ＣＰＵ）が司る。

情報取得部２２は、トロリ７がロープ８でコンテナ３を吊り上げたときに発生するコンテナ３の振れによるコンテナ３の振れ変位ｘ、この振れ変位ｘから得られる振れ速度ｘ’（＝ｖ）、及びロープ長ｌを取得する。ロープ長ｌは、ロープ８の繰り出し、巻き上げを行う機構に設けられたセンサから制御装置２０に送られる。振れ速度ｖは、振れ変位ｘの時間変化Δｘ（一定のサンプリング時間間隔Δｔで送られてくる振れ変位ｘの隣り合う振れ変位のデータｘ１、ｘ２の差分）を振れ変位ｘのサンプリング時間間隔Δｔで除算することにより得られる。
振れ角度φは、ｘ／ｌを算出することにより得られ、振れ角速度φ’は、振れ角度φの時間変化Δφ（一定のサンプリング時間間隔Δｔ毎の振れ角度φの隣り合う振れ角度φ１、φ２の差分）を振れ角度φのサンプリング時間間隔Δｔで除算することにより得られる。

予測部２４は、情報取得部２２で得たコンテナ３の振れ変位ｘ、振れ角速度φ’、及びロープ長ｌを用いて、コンテナ３の振れにおける振れ角度φの最大角である最大振れ角度φ_ｍａｘを予測する。具体的には、重力加速度をｇとしたとき、予測部２４は、最大振れ角度φ_ｍａｘを、ｃｏｓ^−１｛ｃｏｓφ−（ｌ・φ’）^２／（２ｇ・ｌ）｝として算出する。
上記算出式は、コンテナ３の振れの全エネルギは、コンテナ３の運動エネルギと重力に対する位置エネルギの合計量が一定であることから求めることができる。

判定部２６は、予測部２４が算出した最大振れ角度φ_ｍａｘに応じて、コンテナ３の振れ止めの要否を判定する。具体的には、最大振れ角度φ_ｍａｘが許容範囲内であれば、振れ止めはする必要はない。最大振れ角度φ_ｍａｘが許容範囲を超える場合、振れ止めを行なう。

振れ止め制御部２８は、判定部２６の判定結果が、コンテナ３の振れ止めが不要である場合、コンテナ３の振れを止める振れ止め制御を行う。具体的には、振れ止め制御部２８は、オペレータから入力されたトロリ７の目標位置ｘ_Ｔｒｅｆに基づいてトロリ７によるコンテナ３の移送を行う制御信号を生成する。この制御信号は、コンテナ３の移送を行う信号であり、かつ、コンテナ３の移送中、コンテナ３の振れを止める振れ止め制御の制御信号である。
コンテナ３の振れ止めが必要である場合、トロリ７の現在の位置に静止するような目標位置ｘ_Ｔｒｅｆが設定され、この設定した目標位置ｘ_Ｔｒｅｆに基づいてロープ８による吊り上げによって生じたコンテナ３の振れを抑制する振れ止めの制御信号を生成する。
情報取得部２２、予測部２４、及び判定部２６は、振れ止めが不要になるまで、上述の各処理を継続して行う。
ロープ８によるコンテナ３の吊り上げ時に生じる振れ止めの制御及びコンテナ３の移送中の振れ止めの制御は、後述する同一の振れ止めの制御方法で行われる。

本実施形態では、予測部２４は、計測したコンテナ３の振れ角度φが最大振れ角度φ_ｍａｘでない限り、振れ変位ｘとロープ長ｌの取得後、コンテナ３が最初に最大振れ角度φ_ｍａｘの位置に到達するタイミングの前に、最大振れ角度φ_ｍａｘを予測する。振れ変位ｘ及びロープ長ｌの情報は、例えば２０ｍ秒毎に制御装置２０に送られるが、制御装置２０は、情報取得部２２、予測部２４及び判定部２６の全処理を、例えば２０ｍ秒で行うことができる。したがって、コンテナ３が最初に最大振れ角度φ_ｍａｘの位置に到達するタイミングの前に、最大振れ角度φ_ｍａｘを予測することができる。
このように、制御装置２０は、コンテナ３の最大振れ角度φ_ｍａｘを迅速に予測することができる。したがって、この予測結果に応じて振れを抑制する制御を短時間に開始し、振れを短時間に抑えることができる。
本実施形態では、コンテナ３の振れ変位ｘを計測して、制御装置２０は振れ変位ｘを取得するが、ｘ＝ｌ・φの関係にあることから、振れ変位ｘの代わりに振れ角度φを取得してもよい。

本実施形態のコンテナクレーン４では、
（１）トロリ７がロープ８でコンテナ３を吊り上げたときに発生するコンテナ３の振れによるコンテナ３の位置の変動中、情報取得部２２が、コンテナ３の振れ角度φあるいは振れ変位ｘの計測情報とロープ長ｌの情報を取得し、
（２）上記計測情報とロープ長ｌの情報の取得後、変動中のコンテナ３が最初にコンテナ３の最大振れ角度φ_ｍａｘの位置に到達するタイミングの前に、予測部２４が、計測情報とロープ長ｌの情報を用いて最大振れ角度φ_ｍａｘを予測し、
（３）判定部２６が、最大振れ角度φ_ｍａｘの予測結果に応じて、コンテナ３の振れ止めの要否を判定し、判定が振れ止め要の場合、振れ止め制御部２８は、コンテナ３の振れを止める振れ止め制御を行う。

この場合、制御装置２０は、コンテナ３の振れ角度φ、ロープ長ｌ、コンテナ３の振れ速度ｖ、及び、重力加速度ｇに対して、最大振れ角度φ_ｍａｘを、ｃｏｓ^−１｛ｃｏｓφ−（ｌ・ｖ）^２／（２ｇ・ｌ）｝として算出することが好ましい。

本実施形態では、コンテナ３の振れ角度φが最大振れ角度φ_ｍａｘになる前に迅速に最大振れ角度φ_ｍａｘを算出するので、コンテナ３の振れを迅速に抑制するには、短時間に振れ止めの制御を開始することが好ましい。
このため、本実施形態では、振れ変位ｘの計測情報とロープ長ｌの情報の取得から振れ止めの制御の開始までの時間は、コンテナ３の振れの周期の１００分の１以下であることが好ましい。この時間は、例えば１００ｍ秒以下であることが好ましく、５０ｍ秒以下であることがより好ましく、４０ｍ秒以下であることがよりいっそう好ましい。例えば、２０ｍ秒である。また、この時間は、例えば、振れ変位ｘの計測等のサンプリングタイムと同じ時間長さである。また、振れ止めの制御は、コンテナ３の振れ角度φが最大振れ角度φ_ｍａｘになるタイミングの前に開始されることが好ましい。

（振れ止め制御）
本実施形態で用いるコンテナ３の振れ止めの制御方法を以下説明する。
図４は、制御装置２０の振れ止め制御部２８の構成の一例を説明する図である。図５は、本実施形態の振れ止め制御部２８の制御の一例を説明する図である。

図４に示すように、振れ止め制御部２８は、位置制御補償部２８ａと速度指令値生成部２８ｂを備える。振れ止め制御部２８は、トロリ７の目標位置ｘ_Ｔｒｅｆの入力をオペレータから受けると、トロリ７の位置ｘ_Ｔ、トロリ７の速度ｖ_Ｔ、コンテナ３の振れ変位ｘ及びその振れ速度ｖの情報を用いてフィードバック制御信号として駆動装置４０にトロリ７の速度指令値ｕ_Ｔを出力する。この場合、コンテナ３の振れのオーバシュートが小さく、迅速に減衰するように、振れ止めの制御パラメータが予め与えられる。
なお、トロリ７の速度ｖ_Ｔは、トロリ７に設けられたセンサ７ｂから制御装置２０に継続して送られ、コンテナ３の振れ変位ｘ、トロリ７に設けられた撮像装置７ａから制御装置２０に継続して送られる。制御装置２０は、トロリ７が基準位置に位置する時刻からトロリ７の速度ｖ_Ｔを積分（累積）することにより、トロリ７の位置ｘ_Ｔを求め取得する。制御装置２０は、コンテナ３の振れ変位ｘの時間変化を振れ変位ｘのサンプリング時間間隔Δｔで除算することによりコンテナ３の振れ速度ｖを求め取得する。

図５に示すように、トロリ７の目標位置ｘ_Ｔｒｅｆが振れ止め制御部２８に入力されると、振れ止め制御部２８の位置制御補償部２８ａは、トロリ７の現在の位置ｘ_Ｔと目標位置ｘ_Ｔｒｅｆとの差分に対して、位置制御補正関数Ｈ（ｓは制御工学における複素数）の演算を施す。位置制御補償部２８ａは、位置制御補正関数Ｈ（ｓ）の演算により、トロリ７の目標速度ｖ_Ｔｒｅｆを算出する。位置補正関数Ｈ（ｓ）は、例えば、分母及び分子がｓの多項式で表された関数である。
速度指令値生成部２８ｂは、位置制御補償部２８ａで算出した目標速度ｖ_Ｔｒｅｆに、ｆ_１・（ｖ_Ｔｒｅｆ−ｖ_Ｔ）を加算し、目標速度ｖ_Ｔｒｅｆからｆ_２・ｘ及びｆ_３・ｖを減算することにより、トロリ７の速度指令値ｕ_Ｔを算出する。すなわち、下記式（１）に従がって、速度指令値生成部２８ｂは、速度指令値ｕ_Ｔを算出する。

ｕ_Ｔ＝ ｖ_Ｔｒｅｆ＋ｆ_１・（ｖ_Ｔｒｅｆ−ｖ_Ｔ）−ｆ_２・ｘ−ｆ_３・ｖ ・・・式（１）
なお、ｖ_Ｔｒｅｆは、ｖ_Ｔｒｅｆ＝ Ｈ（ｓ）・（ｘ_Ｔｒｅｆ−ｘ_Ｔ） である。

ここで、ｆ_１、ｆ_２、及びｆ_３は、フィードバック制御におけるゲイン係数である。このゲイン係数は、数学モデルで振れ止め制御を再現した制御シミュレーションモデルを求めることにより得ることができる。具体的には、制御シミュレーションモデルは、コンテナ３とトロリ７の運動を表した状態方程式のシステムモデルとクレーン本体部１２の上記式（１）で表したフィードバック制御の式とを連成させたモデルである。上記状態方程式では、クレーン本体１２におけるトロリ７の位置ｘ_Ｔ、トロリ７の速度ｖ_Ｔ、コンテナ３の振れ変位ｘ及びその振れ速度ｖの４つの状態変数が用いられる。

具体的には、上記状態方程式のシステムモデルは、トロリ７の速度ｖ_Ｔ、トロリ７の位置ｘ_Ｔ、コンテナ３の振れ速度ｖ、及びコンテナ３の振れ変位ｘを状態ベクトルＸで表したとき、下記式（２）で表すことができる。
ｄＸ／ｄｔ ＝ Ａ・Ｘ＋ｂｕ_Ｔ ・・・ 式（２）
ここで、ｄＸ／ｄｔは、状態ベクトルＸの時間微分を表す。Ａは、クレーン本体１２のシステムモデルを表す行列であり、ｂは、このシステムモデルに入力される速度指令値ｕ_Ｔに係る係数を表すベクトルである。したがって、制御シミュレーションモデルは、上記式（１）及び（２）を連立させたモデルである。
連立させた制御シミュレーションモデルは下記式（３）で表される。
ｄＸ／ｄｔ ＝ Ａ’・Ｘ＋ｂ’ｖ_Ｔｒｅｆ ・・・ 式（３）
ここで、Ａ’は、フィードバック制御を含んだ制御シミュレーションモデルの行列であり、ｂ’は、この制御シミュレーションに入力されるトロリ７の目標速度ｖ_Ｔｒｅｆに係る係数を表すベクトルである。式（１）中のｆ_１、ｆ_２、及びｆ_３は、行列Ａ’に含まれる。この制御シミュレーションモデルを用いてシミュレーションを行うことにより、コンテナ３の振れのオーバシュートが小さく、迅速に減衰するように定めた制御パラメータに基づいて定めることができる。制御パラメータは、例えば、制御シミュレーションモデルにおける極の固有角振動数を定めるパラメータと、この固有角振動数における減衰の程度を表すパラメータ（減衰比）を含むことができる。この制御パラメータを用いて、ｆ_１、ｆ_２、及びｆ_３を表すことができる。したがって、ｆ_１、ｆ_２、及びｆ_３は、制御パラメータの値を設定することにより、コンテナ３の振れのオーバシュートが小さく、迅速に減衰するようなｆ_１、ｆ_２、及びｆ_３の値を求めることができる。

このような振れ止めの制御では、目標位置ｘ_Ｔｒｅｆに０を入力すれば、トロリ７がコンテナ３の移送をせずに振れ止め制御を行うことができる。すなわち、コンテナ３の移送の前に、コンテナ３の振れ止め制御を行うことができる。
また、目標位置ｘ_Ｔｒｅｆに０より大きい値を入力すれば、トロリ７は移送を行い、コンテナ３の移送中、コンテナ３に振れが生じないように、トロリ７の移送速度を制御することができる。

図６は、上記制御シミュレーションモデルを用いてクレーン本体１２におけるコンテナ３の振れ止めの抑制をシミュレーションした結果の一例を示す図である。この例では、目標位置ｘ_Ｔｒｅｆに０を入力している。時刻Ｔ_１でコンテナ３の振れが発生し、時刻Ｔ_２でｆ_１、ｆ_２、及びｆ_３を用いた振れ止め制御を開始している。時刻Ｔ_１〜Ｔ_２では、コンテナ３の振れが自由減衰している。なお、図６では、振れの波形を正負折り返して重ね書きしている。図６からわかるように、時刻Ｔ_２以降では、振れ角度φが急激に減少している。また、このシミュレーション結果は、実際のコンテナクレーンにおけるコンテナ３の振れ止め制御における挙動と略一致している。これより、本実施形態で用いるコンテナの振れ止め制御は適切であることがわかる。

このように、本実施形態の振れ止めの制御は、コンテナ３の振れが小さくなるように、トロリ７の速度指令値ｕ_Ｔを駆動装置４０に与える制御により、すなわち、トロリ７の位置ｘ_Ｔを変動させる制御により行われることが好ましい。
また、本実施形態のコンテナ３の振れ止めの制御は、トロリ７の速度ｖ_Ｔ、コンテナ３のトロリ７に対する振れ変位ｘ、トロリ７の位置ｘ_Ｔ、及びコンテナ３のトロリ７に対する振れ速度ｖに応じて、トロリ７を駆動させる駆動装置４０に与えるトロリ７の速度指令値ｕ_Ｔを変更することで行われることが、正確な振れの抑制を行う点で好ましい。
その際、トロリ７の位置ｘ_Ｔとトロリ７の目標位置ｘ_Ｔｒｅｆの指令情報の差分に基づいて、トロリ７の速度指令値ｕ_Ｔは生成されることが、トロリ７の位置を正確に制御する点で好ましい。

図７は、本実施形態で行うコンテナ３の振れ止めの制御による振れの挙動を模式的に説明する図である。
図７では、波形Ａは振れ角度φを示し、波形Ｂは最大振れ角度φ_ｍａｘの予測結果を示す。波形Ａでは、時刻Ｔ_１において、コンテナ３の振れが発生している。この後、時刻Ｔ_２に到達する前に、予測部２４で最大振れ角度φ_ｍａｘを予測し、時刻Ｔ_２で振れ止めの制御が開始されている。しかし、時刻Ｔ_２におけるコンテナ３は振れ角度φが増大する状態にあるので、即座に振れは減衰せず、時刻Ｔ_３で最大振れ角度となっている。そして、時刻Ｔ_４で、振れが略０になっている。波形Ｂは、予測部２４で予測される最大振れ角度φ_ｍａｘの時系列波形である。このように、本実施形態では、予測部２４では、コンテナ３の振れ角度φが最大振れ角度φ_ｍａｘになる前に、最大振れ角度φ_ｍａｘを迅速に予測することができ、この予測結果に応じてコンテナ３の振れを短時間に抑制することができる。

以上、本発明の吊り荷の振れ止め方法及びクレーンについて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

１ コンテナ船
２ 岸壁
３ コンテナ
４ コンテナクレーン
５ 前脚
６ 後脚
７ トロリ
９ 水平梁
９ａ ガーダ
９ｂ ブーム
１０ バックステー
１１ レール
２０ 制御装置
２２ 情報取得部
２４ 予測部
２６ 判定部
２８ 振れ止め制御部
２８ａ 位置制御補償部
２８ｂ 速度指令値生成部
４０ 駆動装置

Claims (11)

1. クレーンにおける吊り荷の振れ止め方法であって、
   トロリがロープで吊り荷を吊り上げたときに発生する吊り荷の振れによる前記吊り荷の位置の変動中、前記吊り荷の振れ角度あるいは前記吊り荷の振れ変位の計測情報と前記ロープ長の情報を取得するステップと、
   前記計測情報と前記ロープ長の情報の取得後、変動中の前記吊り荷が最初に前記吊り荷の最大振れ角度の位置に到達するタイミングの前に、前記吊り荷の前記計測情報と前記ロープ長の情報を用いて前記最大振れ角度を予測するステップと、
   前記最大振れ角度の予測結果に応じて、前記吊り荷の振れ止めの要否を判定し、前記判定が振れ止め要の場合、前記振れを止める振れ止め制御を行うステップと、
   を含むことを特徴とする吊り荷の振れ止め方法。
2. 前記振れ角度をφ、前記吊り荷の振れ角速度をφ’、前記ロープのロープ長をｌ、及び、重力加速度をｇ、としたとき、前記最大振れ角度は、ｃｏｓ^−１｛ｃｏｓφ−（ｌ・φ’）^２／（２ｇ・ｌ）｝として求められる、請求項１に記載の吊り荷の振れ止め方法。
3. 前記計測情報と前記ロープ長の情報の取得から前記振れ止め制御の開始までの時間は、
   前記吊り荷の振れの周期の１００分の１以下である、請求項１または２に記載の吊り荷の振れ止め方法。
4. 前記振れ止め制御は、前記タイミングの前に開始される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の吊り荷の振れ止め方法。
5. 前記振れ止め制御は、前記吊り荷の振れが小さくなるように、前記トロリの位置を変動させる制御により行われる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の吊り荷の振れ止め方法。
6. 前記振れ止め制御は、前記トロリの速度、前記吊り荷の前記トロリに対する振れ変位、前記トロリの位置、及び前記吊り荷の前記トロリに対する振れ速度に応じて、前記トロリを駆動させる駆動装置に与える前記トロリの速度の指令情報を変更することで行われる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の吊り荷の振れ止め方法。
7. 前記トロリの位置と前記トロリの目標位置の指令情報の差分に基づいて、前記トロリの速度の指令情報は生成される、請求項６に記載の吊り荷の振れ止め方法。
8. トロリ、吊り荷を吊り上げる前記トロリから延びるロープ、及び前記トロリの移送経路を形成するレール、を備えるクレーン本体部と、
   前記吊り荷の吊り上げと前記トロリの移送を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   変動中の前記吊り荷の振れ角度あるいは前記吊り荷の振れ変位の計測情報と前記ロープ長の情報を取得する情報取得部と、
   前記計測情報と前記ロープ長の情報の取得後、前記吊り荷が最初に前記吊り荷の最大振れ角度の位置に到達するタイミングの前に、前記計測情報と前記ロープ長の情報を用いて前記最大振れ角度を予測する予測部と、
   前記最大振れ角度の予測結果に応じて、前記吊り荷の振れ止めの要否を判定する判定部と、
   前記判定が振れ止め要の場合、前記振れを止める振れ止め制御を行う振れ止め制御部と、
   を含むことを特徴とするクレーン。
9. 前記振れ止め制御部は、前記吊り荷の振れが小さくなるように、前記トロリの位置を変動させる制御を行う、請求項８に記載のクレーン。
10. 前記振れ止め制御部は、前記トロリの速度、前記吊り荷の前記トロリに対する振れ変位、前記トロリの位置、及び前記吊り荷の前記トロリに対する振れ速度に応じて、前記トロリを駆動させる駆動装置に与える前記トロリの速度の指令情報を変更する、請求項８または９に記載のクレーン。
11. 前記振れ止め制御部は、前記トロリの位置と前記トロリの目標位置の指令情報の差分に基づいて、前記速度の指令情報を生成する、請求項１０に記載のクレーン。
    

Images