JP2021095225A - 揺動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】荷物の揺動運動を制御でき、荷物を安定させた状態で搬送することが可能となる揚重機の揺動制御装置を提供する。【解決手段】ワイヤロープ３２に吊られるフック３３を備え、前記フック３３に荷物Ｌを吊り下げた状態で当該荷物Ｌを搬送する揚重機（クレーン１）の揺動制御装置４であって、前記フック３３に取り付けられる複数の推力部６（第一推力部６１〜第四推力部６４）と、前記フック３３或いは当該フック３３に吊り下げられた荷物Ｌの揺動運動を認識できる制御部７と、を備え、前記制御部７がそれぞれの前記推力部６（第一推力部６１〜第四推力部６４）の出力調整を行うことで前記フック３３或いは当該フック３３に吊り下げられた荷物Ｌの揺動運動を制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、揚重機の揺動制御装置に関する。

従来より、代表的な揚重機であるクレーンが知られている（特許文献１参照）。かかるクレーンは、主に走行体と旋回体で構成されている。走行体は、複数の車輪を備え、自走可能としている。旋回体は、ブームのほかにワイヤロープとフックを備え、荷物を吊り下げた状態でこれを搬送可能としている。

ところで、フックに荷物を吊り下げた状態でこれを搬送する場合、風などの外乱によって荷物が揺動（回転運動や振子運動を指す）してしまうことがある。そのため、揺動が大きいときには、揺動が収まるまで揚重作業を停止せざるを得ず、作業効率が低下するという問題があった。また、荷物が長尺体であるときには、荷物がブームや周囲の建築物に衝突するおそれが生じるので、荷物に括り付けたロープを作業者が引張って方向を調節しなければならず、更に作業効率が低下するという問題があった。

特許第６５５１６３８号公報

荷物の揺動運動を制御でき、荷物を安定させた状態で搬送することが可能となる揚重機の揺動制御装置を提供する。

第一の発明は、
ワイヤロープに吊られるフックを備え、
前記フックに荷物を吊り下げた状態で当該荷物を搬送する揚重機の揺動制御装置であって、
前記フックに取り付けられる複数の推力部と、
前記フック或いは当該フックに吊り下げられた荷物の揺動運動を認識できる制御部と、を備え、
前記制御部がそれぞれの前記推力部の出力調整を行うことで前記フック或いは当該フックに吊り下げられた荷物の揺動運動を制御する、としたものである。

第二の発明は、第一の発明に係る揺動制御装置において、
前記制御部が前記フック或いは当該フックに吊り下げられた荷物の回転運動を認識し、
前記制御部がそれぞれの前記推力部の出力調整を行うことで前記フック或いは当該フックに吊り下げられた荷物の回転運動を制御する、としたものである。

第三の発明は、第二の発明に係る揺動制御装置において、
前記制御部が前記フック或いは当該フックに吊り下げられた荷物の回転運動による慣性モーメントを算出し、
前記制御部がそれぞれの前記推力部の出力調整を行うことで前記慣性モーメントに応じた推力を発生させる、としたものである。

第四の発明は、第一の発明に係る揺動制御装置において、
前記制御部が前記フック或いは当該フックに吊り下げられた荷物の振子運動を認識し、
前記制御部がそれぞれの前記推力部の出力調整を行うことで前記フック或いは当該フックに吊り下げられた荷物の振子運動を制御する、としたものである。

第五の発明は、第四の発明に係る揺動制御装置において、
前記制御部が前記フック或いは当該フックに吊り下げられた荷物の振子運動による慣性力を算出し、
前記制御部がそれぞれの前記推力部の出力調整を行うことで前記慣性力に応じた推力を発生させる、としたものである。

第六の発明は、第一から第五の発明に係る揺動制御装置において、
前記ワイヤロープを垂下するブームを備え、
前記制御部が前記ブームの撓み量を算出するものとし、
前記荷物を地切する際には、前記制御部がそれぞれの前記推力部の出力調整を行うことで前記ブームの撓みが大きくなって変位する方向に対して等しい方向に前記フックを移動させる、としたものである。

第七の発明は、第一から第六の発明に係る揺動制御装置において、
前記フックを中心に計四つの前記推力部が等しい位相で取り付けられており、
前記フックを挟み込むように対をなす第一の前記推力部と第三の前記推力部が互いに反対方向に推力を発生させ、
前記フックを挟み込むように対をなす第二の前記推力部と第四の前記推力部が互いに反対方向に推力を発生させ、
更に第一及び第三の前記推力部による推力と第二及び第四の前記推力部による推力が互いに反対方向に回転力を発生させるものとし、
前記フックに対して並進力と回転力を付与する際には、計四つの前記推力部のうちの最大三つの推力を利用する、としたものである。

第一の発明に係る揺動制御装置は、フックに取り付けられる複数の推力部と、フック或いはフックに吊り下げられた荷物の揺動運動を認識できる制御部と、を備えている。そして、制御部がそれぞれの推力部の出力調整を行うことでフック或いはフックに吊り下げられた荷物の揺動運動を制御する。かかる揺動制御装置によれば、荷物の揺動運動を制御でき、荷物を安定させた状態で搬送することが可能となる。また、フックに荷物が吊り下げられていない状態であるときは、フックの揺動運動を制御できる。

第二の発明に係る揺動制御装置は、制御部がフック或いはフックに吊り下げられた荷物の回転運動を認識する。そして、制御部がそれぞれの推力部の出力調整を行うことでフック或いはフックに吊り下げられた荷物の回転運動を制御する。かかる揺動制御装置によれば、荷物の回転運動を制御でき、荷物を安定させた状態で搬送することが可能となる。また、フックに荷物が吊り下げられていない状態であるときは、フックの回転運動を制御できる。

第三の発明に係る揺動制御装置は、制御部がフック或いはフックに吊り下げられた荷物の回転運動による慣性モーメントを算出する。そして、制御部がそれぞれの推力部の出力調整を行うことで慣性モーメントに応じた推力を発生させる。かかる揺動制御装置によれば、荷物の回転運動を素早くかつ正確に制御でき、荷物を安定させた状態で搬送することが可能となる。また、フックに荷物が吊り下げられていない状態であるときは、フックの回転運動を素早くかつ正確に制御できる。

第四の発明に係る揺動制御装置は、制御部がフック或いはフックに吊り下げられた荷物の振子運動を認識する。そして、制御部がそれぞれの推力部の出力調整を行うことでフック或いはフックに吊り下げられた荷物の振子運動を制御する。かかる揺動制御装置によれば、荷物の振子運動を制御でき、荷物を安定させた状態で搬送することが可能となる。また、フックに荷物が吊り下げられていない状態であるときは、フックの振子運動を制御できる。

第五の発明に係る揺動制御装置は、制御部がフック或いはフックに吊り下げられた荷物の振子運動による慣性力を算出する。そして、制御部がそれぞれの推力部の出力調整を行うことで慣性力に応じた推力を発生させる。かかる揺動制御装置によれば、荷物の振子運動を素早くかつ正確に制御でき、荷物を安定させた状態で搬送することが可能となる。また、フックに荷物が吊り下げられていない状態であるときは、フックの振子運動を素早くかつ正確に制御できる。

第六の発明に係る揺動制御装置は、ワイヤロープを垂下するブームを備え、制御部がブームの撓み量を算出するものとしている。そして、荷物を地切する際には、制御部がそれぞれの推力部の出力調整を行うことでブームの撓みが大きくなって変位する方向に対して等しい方向にフックを移動させる。かかる揺動制御装置によれば、ブームに撓みが生じることに起因した荷物の振子運動を制御できる。

第七の発明に係る揺動制御装置は、フックを中心に計四つの推力部が等しい位相で取り付けられており、フックを挟み込むように対をなす第一の推力部と第三の推力部が互いに反対方向に推力を発生させ、フックを挟み込むように対をなす第二の推力部と第四の推力部が互いに反対方向に推力を発生させ、更に第一及び第三の推力部による推力と第二及び第四の推力部による推力が互いに反対方向に回転力を発生させるものとしている。そして、フックに対して並進力と回転力を付与する際には、計四つの前記推力部のうちの最大三つの推力を利用する。かかる揺動制御装置によれば、最小限の電力消費によって揺動運動（回転運動・振子運動）を制御できる。

クレーンを示す図。 揺動制御装置を示す図。 揺動制御装置の制御システムを示す図。 荷物の回転運動を制御するための機能を示す図。 荷物の振子運動を制御するための機能を示す図。 荷物の地切後における荷物の振子運動を制御するための機能を示す図。 フックに対して並進力のみを付与する状況を示す図。 フックに対して回転力のみを付与する状況を示す図。 フックに対して並進力と回転力を付与する状況を示す図。 他の実施形態に係る揺動制御装置を示す図。

本願に開示する技術的思想は、代表的な揚重機であるクレーンのほか、他の揚重機にも適用できる。

まず、図１を用いて、クレーン１について説明する。

クレーン１は、主に走行体２と旋回体３で構成されている。

走行体２は、左右一対の前輪２１と後輪２２を備えている。また、走行体２は、荷物Ｌの揚重作業を行う際に接地させて安定を図るアウトリガ２３を備えている。なお、走行体２は、アクチュエータによって、その上部に支持する旋回体３を旋回自在としている。

旋回体３は、その後部から前方へ突き出すようにブーム３１を備えている。そのため、ブーム３１は、アクチュエータによって旋回自在となっている（矢印Ａ参照）。また、ブーム３１は、アクチュエータによって伸縮自在となっている（矢印Ｂ参照）。更に、ブーム３１は、アクチュエータによって起伏自在となっている（矢印Ｃ参照）。

加えて、ブーム３１には、ワイヤロープ３２が架け渡されている。ブーム３１の先端部分から垂下するワイヤロープ３２には、フック３３が取り付けられている。また、ブーム３１の基端側近傍には、ウインチ３４が配置されている。ウインチ３４は、油圧モーターと一体的に構成されており、ワイヤロープ３２の巻き入れ及び巻き出しを可能としている。そのため、フック３３は、昇降自在となっている（矢印Ｄ参照）。なお、旋回体３は、ブーム３１の側方にキャビン３５を備えており、このキャビン３５の内部に制御部３６を収容している。

次に、図２を用いて、揺動制御装置４について説明する。

揺動制御装置４は、枠体部５と推力部６と制御部７を備えている。揺動制御装置４は、推力部６を四つ備えているため、それぞれを第一推力部６１、第二推力部６２、第三推力部６３、第四推力部６４として説明する。また、制御部７については、後に詳しく説明する。

枠体部５は、フレームの組み合わせによって略直方体形状となっている。枠体部５は、フック３３のブロック部分３３Ｂに嵌め合わされ、このブロック部分３３Ｂに対してバックル等で固定される。なお、フック部分３３Ｆは、枠体部５よりも下方側に垂れ下がった状態となるので、フック部分３３Ｆに掛けられた吊具Ｔが干渉することはない（図４及び図５参照）。

第一推力部６１は、枠体部５の外周面から突出したブラケット５１に固定される。第一推力部６１は、互いに対向する一対のプロペラ６１Ｐ・６１Ｐを有している。一方のプロペラ６１Ｐは、ブラケット５１の側面に支持されたモーター６１Ｍによって回転自在となっている（図３参照）。また、他方のプロペラ６１Ｐは、ブラケット５１の反対側側面に支持されたモーター６１Ｍによって回転自在となっている（図３参照）。なお、一方のプロペラ６１Ｐと他方のプロペラ６１Ｐは、互いに反転するものとされ、これによってカウンタートルクを自在にコントロールすることができる。

第二推力部６２は、枠体部５の外周面から突出したブラケット５２に固定される。第二推力部６２は、互いに対向する一対のプロペラ６２Ｐ・６２Ｐを有している。一方のプロペラ６２Ｐは、ブラケット５２の側面に支持されたモーター６２Ｍによって回転自在となっている（図３参照）。また、他方のプロペラ６２Ｐは、ブラケット５２の反対側側面に支持されたモーター６２Ｍによって回転自在となっている（図３参照）。なお、一方のプロペラ６２Ｐと他方のプロペラ６２Ｐは、互いに反転するものとされ、これによってカウンタートルクを自在にコントロールすることができる。

第三推力部６３は、枠体部５の外周面から突出したブラケット５３に固定される。第三推力部６３は、互いに対向する一対のプロペラ６３Ｐ・６３Ｐを有している。一方のプロペラ６３Ｐは、ブラケット５３の側面に支持されたモーター６３Ｍによって回転自在となっている（図３参照）。また、他方のプロペラ６３Ｐは、ブラケット５３の反対側側面に支持されたモーター６３Ｍによって回転自在となっている（図３参照）。なお、一方のプロペラ６３Ｐと他方のプロペラ６３Ｐは、互いに反転するものとされ、これによってカウンタートルクを自在にコントロールすることができる。

第四推力部６４は、枠体部５の外周面から突出したブラケット５４に固定される。第四推力部６４は、互いに対向する一対のプロペラ６４Ｐ・６４Ｐを有している。一方のプロペラ６４Ｐは、ブラケット５４の側面に支持されたモーター６４Ｍによって回転自在となっている（図３参照）。また、他方のプロペラ６４Ｐは、ブラケット５４の反対側側面に支持されたモーター６４Ｍによって回転自在となっている（図３参照）。なお、一方のプロペラ６４Ｐと他方のプロペラ６４Ｐは、互いに反転するものとされ、これによってカウンタートルクを自在にコントロールすることができる。

次に、図３を用いて、揺動制御装置４の制御システムについて説明する。

前述したように、揺動制御装置４は制御部７を備えている。制御部７は、各種のセンサから様々な情報を取得できる。例えば、角速度センサ７１から自らが回転したときの角速度を取得することができる。また、変位速度センサ７２から自らが振子となったときの変位速度を取得することができる。更に、クレーン１の通信装置を介して遠隔地のサーバコンピュータ７３から様々な情報を取得できる。例えば、荷物Ｌの形状や重量等の情報を取得することができる。

第一推力部６１を構成するプロペラ６１Ｐ・６１Ｐは、それぞれモーター６１Ｍ・６１Ｍによって回転自在となっている。これらのモーター６１Ｍ・６１Ｍは、モータードライバ（エレクトロリック・スピード・コントローラ）６１Ｄによって駆動・制御される。つまり、これらのモーター６１Ｍ・６１Ｍは、モータードライバ６１Ｄが電流量や電流方向を適宜に切り替えることで駆動・制御される。なお、モータードライバ６１Ｄは、制御部７が送信した電気信号に基づいて作動する。そのため、第一推力部６１は、制御部７の指示どおりに推力を変えることができる。

第二推力部６２を構成するプロペラ６２Ｐ・６２Ｐは、それぞれモーター６２Ｍ・６２Ｍによって回転自在となっている。これらのモーター６２Ｍ・６２Ｍは、モータードライバ（エレクトロリック・スピード・コントローラ）６２Ｄによって駆動・制御される。つまり、これらのモーター６２Ｍ・６２Ｍは、モータードライバ６２Ｄが電流量や電流方向を適宜に切り替えることで駆動・制御される。なお、モータードライバ６２Ｄは、制御部７が送信した電気信号に基づいて作動する。そのため、第二推力部６２は、制御部７の指示どおりに推力を変えることができる。

第三推力部６３を構成するプロペラ６３Ｐ・６３Ｐは、それぞれモーター６３Ｍ・６３Ｍによって回転自在となっている。これらのモーター６３Ｍ・６３Ｍは、モータードライバ（エレクトロリック・スピード・コントローラ）６３Ｄによって駆動・制御される。つまり、これらのモーター６３Ｍ・６３Ｍは、モータードライバ６３Ｄが電流量や電流方向を適宜に切り替えることで駆動・制御される。なお、モータードライバ６３Ｄは、制御部７が送信した電気信号に基づいて作動する。そのため、第三推力部６３は、制御部７の指示どおりに推力を変えることができる。

第四推力部６４を構成するプロペラ６４Ｐ・６４Ｐは、それぞれモーター６４Ｍ・６４Ｍによって回転自在となっている。これらのモーター６４Ｍ・６４Ｍは、モータードライバ（エレクトロリック・スピード・コントローラ）６４Ｄによって駆動・制御される。つまり、これらのモーター６４Ｍ・６４Ｍは、モータードライバ６４Ｄが電流量や電流方向を適宜に切り替えることで駆動・制御される。なお、モータードライバ６４Ｄは、制御部７が送信した電気信号に基づいて作動する。そのため、第四推力部６４は、制御部７の指示どおりに推力を変えることができる。

ところで、揺動制御装置４は、第一推力部６１と第二推力部６２の推力方向が垂直に交わっているため、これら推力部６１・６２の推力を変えることによって推力の合成方向を制御できる。同様に、第三推力部６３と第四推力部６４の推力方向も垂直に交わっているため、これら推力部６３・６４の推力を変えることで推力の合成方向を制御できる。こうして、それぞれの推力部６１〜６４の出力調整を行うことでフック３３の回転或いは移動を実現しているのである（図４及び図５参照）。

以降に、揺動制御装置４の機能について説明する。

まず、図４を用いて、荷物Ｌの回転運動を制御するための機能について説明する。

フック３３に吊り下げられた荷物Ｌが回転運動をしている場合、荷物Ｌの回転運動につられてフック３３及び揺動制御装置４も回転運動をすることとなる（矢印Ｅ及び矢印Ｆ参照）。

そこで、制御部７は、角速度センサ７１から角速度を取得し、取得した角速度に基づいて荷物Ｌの角速度を決定する。なお、本制御システムにおいては、取得した揺動制御装置４の角速度をそのまま荷物Ｌの角速度としている。これは、ブーム３１の先端部分から揺動制御装置４までの長さに対して揺動制御装置４から荷物Ｌまでの長さが相対的に短いため、両者はほぼ同じ角速度になると近似できるからである。但し、揺動制御装置４の角速度をそのまま荷物Ｌの角速度とすることについて限定するものではない。

その後、制御部７は、荷物Ｌの角速度に加え、荷物Ｌの形状や重量等の情報を利用して慣性モーメントを算出する。そして、制御部７は、慣性モーメントの方向と大きさに基づいて電気信号を作成し、かかる電気信号を各モータードライバ６１Ｄ〜６４Ｄへ送信する。このようにすることで、それぞれの推力部６１〜６４の出力調整が行われ、全体として回転運動を制御するように推力を発生させる（矢印Ｇ参照）。

加えて、フック３３に荷物Ｌが吊り下げられていない状態であるときは、フック３３の回転に対して同様の効果を奏する。即ち、制御部７は、揺動制御装置４の角速度に加え、フック３３及び揺動制御装置４の形状や重量等の情報を利用して慣性モーメントを算出する。そして、制御部７は、慣性モーメントの方向と大きさに基づいて電気信号を作成し、かかる電気信号を各モータードライバ６１Ｄ〜６４Ｄへ送信する。このようにすることで、それぞれの推力部６１〜６４の出力調整が行われ、全体として回転運動を制御するように推力を発生させる。

次に、図５を用いて、荷物Ｌの振子運動を制御するための機能について説明する。

フック３３に吊り下げられた荷物Ｌが振子運動をしている場合、荷物Ｌの振子運動につられてフック３３及び揺動制御装置４も振子運動をすることとなる（矢印Ｈ及び矢印Ｉ参照）。

そこで、制御部７は、変位速度センサ７２から変位速度を取得し、取得した変位速度に基づいて荷物Ｌの変位速度を決定する。なお、本制御システムにおいては、取得した揺動制御装置４の変位速度をそのまま荷物Ｌの変位速度としている。これは、ブーム３１の先端部分から揺動制御装置４までの長さに対して揺動制御装置４から荷物Ｌまでの長さが相対的に短いため、両者はほぼ同じ変位速度になると近似できるからである。但し、揺動制御装置４の変位速度をそのまま荷物Ｌの変位速度とすることについて限定するものではない。

その後、制御部７は、荷物Ｌの変位速度に加え、荷物Ｌの形状や重量等の情報を利用して慣性力を算出する。そして、制御部７は、慣性力の方向と大きさに基づいて電気信号を作成し、かかる電気信号を各モータードライバ６１Ｄ〜６４Ｄへ送信する。このようにすることで、それぞれの推力部６１〜６４の出力調整が行われ、全体として振子運動を制御するように推力を発生させる（矢印Ｊ参照）。

加えて、フック３３に荷物Ｌが吊り下げられていない状態であるときは、フック３３の変位に対して同様の効果を奏する。即ち、制御部７は、揺動制御装置４の変位速度に加え、フック３３及び揺動制御装置４の形状や重量等の情報を利用して慣性力を算出する。そして、制御部７は、慣性力の方向と大きさに基づいて電気信号を作成し、かかる電気信号を各モータードライバ６１Ｄ〜６４Ｄへ送信する。このようにすることで、それぞれの推力部６１〜６４の出力調整が行われ、全体として振子運動を制御するように推力を発生させる。

次に、図６を用いて、荷物Ｌの地切後における荷物Ｌの振子運動を制御するための機能について説明する。

地面上に置かれた荷物Ｌを持ち上げる場合、ブーム３１には徐々に荷物Ｌの重量が掛かるため、それに応じてブーム３１の撓みが大きくなっていくこととなる（矢印Ｋ参照）。すると、荷物Ｌの鉛直上方にあったブーム３１の先端部分がブーム３１の倒伏方向に移動してしまい、結果として水平方向にズレが生じてしまう。そのため、荷物Ｌが持ち上がったと同時に動き出し、振子運動が始まるのである（矢印Ｍ参照）。

そこで、制御部７は、荷物Ｌの重量からブーム３１の撓み量を算出する。そして、制御部７は、ブーム３１の撓み量と荷物Ｌが持ち上がったと同時に動き出すであろう方向に基づいて電気信号を作成し、かかる電気信号を各モータードライバ６１Ｄ〜６４Ｄへ送信する。このようにすることで、それぞれの推力部６１〜６４の出力調整が行われ、ブーム３１の撓みが大きくなって変位する方向に対して等しい方向に予めフック３３を移動させておくことができるのである（矢印Ｎ参照）。

その後、制御部７は、荷物Ｌの変位速度に加え、荷物Ｌの形状や重量等の情報を利用して慣性力を算出する。そして、制御部７は、慣性力の方向と大きさに基づいて電気信号を作成し、かかる電気信号を各モータードライバ６１Ｄ〜６４Ｄへ送信する。このようにすることで、それぞれの推力部６１〜６４の出力調整（推力の調整）が行われ、全体として振子運動を制御するように推力を発生させる（矢印Ｐ参照）。

次に、図７及び図８を用いて、揺動制御装置４が機能を発揮する際の具体的な動作態様について説明する。

ここで、揺動制御装置４についてもう少し詳しく説明しておく。

揺動制御装置４は、フック３３を中心に計四つの推力部６が等しい位相で取り付けられている。つまり、揺動制御装置４は、第一推力部６１から第四推力部６４が９０度ごとに取り付けられている。

また、揺動制御装置４は、フック３３を挟み込むように対をなす推力部６が互いに反対方向に推力を発生させる。つまり、揺動制御装置４は、第一推力部６１と第三推力部６３が互いに反対方向に推力を発生させ、第二推力部６２と第四推力部６４が互いに反対方向に推力を発生させる。

更に、揺動制御装置４は、一方の対をなす推力部６による推力と他方の対をなす推力部６による推力が互いに反対方向に回転力を発生させる。つまり、揺動制御装置４は、第一推力部６１及び第三推力部６３による推力と第二推力部６２及び第四推力部６４による推力が互いに反対方向に回転力を発生させる。

このような揺動制御装置４において、制御部７は、それぞれの推力部６を構成するプロペラ６１Ｐ・６２Ｐ・６３Ｐ・６４Ｐの目標回転速度を算出し、これらプロペラ６１Ｐ・６２Ｐ・６３Ｐ・６４Ｐの実回転速度を追従させる。ここでは、水平面に対して平行となるＸ−Ｙ座標系を想定し、フック３３のＸ方向への目標並進力をＵｘ、フック３３のＹ方向への目標並進力をＵｙ、フック３３を中心とする水平方向への目標回転力をＵψ、と定義する。

目標並進力Ｕｘ・Ｕｙ並びに目標回転力Ｕψは、下記の数式１のように表される。なお、第一推力部６１を構成するプロペラ６１Ｐ・６１Ｐの目標回転速度をω_１、第二推力部６２を構成するプロペラ６２Ｐ・６２Ｐの目標回転速度をω_２、第三推力部６３を構成するプロペラ６３Ｐ・６３Ｐの目標回転速度をω_３、第四推力部６４を構成するプロペラ６４Ｐ・６４Ｐの目標回転速度をω_４としている。また、推力係数をｂ、力点半径をｌとする。

まず、制御部７は、目標並進力Ｕｘに応じたプロペラ６２Ｐ・６４Ｐの目標回転速度を算出する。具体的には、第二推力部６２を構成するプロペラ６２Ｐ・６２Ｐの目標回転速度をω_２ｘｙとし、第四推力部６４を構成するプロペラ６４Ｐ・６４Ｐの目標回転速度をω_４ｘｙとして、下記の数式２及び数式３を用いて算出する。数式２は、想定のＸ−Ｙ座標系における目標並進力Ｕｘが「Ｕｘ≧０」のときを表し、数式３は、想定のＸ−Ｙ座標系における目標並進力Ｕｘが「Ｕｘ＜０」のときを表している。

同時に、制御部７は、目標並進力Ｕｙに応じたプロペラ６１Ｐ・６３Ｐの目標回転速度を算出する。具体的には、第一推力部６１を構成するプロペラ６１Ｐ・６１Ｐの目標回転速度をω_１ｘｙとし、第三推力部６３を構成するプロペラ６３Ｐ・６３Ｐの目標回転速度をω_３ｘｙとして、下記の数式４及び数式５を用いて算出する。数式４は、想定のＸ−Ｙ座標系における目標並進力Ｕｙが「Ｕｙ≧０」のときを表し、数式５は、想定のＸ−Ｙ座標系における目標並進力Ｕｙが「Ｕｙ＜０」のときを表している。

ところで、プロペラ６１Ｐ・６２Ｐ・６３Ｐ・６４Ｐの回転速度差によって発生する回転力（揺動制御装置４の向きを変えようとする回転力）Ｔは、下記の数式６によって表される。

その後、制御部７は、目標回転力Ｕψに応じたプロペラ６１Ｐ・６２Ｐ・６３Ｐ・６４Ｐの目標回転速度を算出する。具体的には、第一推力部６１を構成するプロペラ６１Ｐ・６１Ｐの目標回転速度をω_１ψとし、第二推力部６２を構成するプロペラ６２Ｐ・６２Ｐの目標回転速度をω_２ψとし、第三推力部６３を構成するプロペラ６３Ｐ・６３Ｐの目標回転速度をω_３ψとし、第四推力部６４を構成するプロペラ６４Ｐ・６４Ｐの目標回転速度をω_４ψとして、下記の数式７及び数式８を用いて算出する。数式７は、目標回転力Ｕψと回転力Ｔの関係が「Ｕψ−Ｔ≧０」のときを表し、数式８は、想定のＸ−Ｙ座標系における目標並進力Ｕｙが「Ｕψ−Ｔ＜０」のときを表している。なお、目標並進力Ｕｘ・Ｕｙを発生させない状況においては、目標回転速度ω_２ψ ^２＝目標回転速度ω_４ψ ^２並びに目標回転速度ω_１ψ ^２＝目標回転速度ω_３ψ ^２を満たすこととなる。

以上より、それぞれの推力部６を構成するプロペラ６１Ｐ・６２Ｐ・６３Ｐ・６４Ｐの目標回転速度ω_ｉ（ｉ＝１〜４）は、下記の数式９のように算出される。

このような算出方法によれば、フック３３に対して並進力のみを付与する際には、計四つの推力部６（第一推力部６１〜第四推力部６４）のうちの二つ又は三つの推力を利用する。例えば、図中のＸ−Ｙ座標系の斜め４５度である矢印Ｔ１へ並進力のみを付与する際には、第一推力部６１と第二推力部６２の推力を利用する（図７の（Ａ）参照）。また、例えば、図中のＸ−Ｙ座標系の斜め３０度である矢印Ｔ２へ並進力のみを付与する際には、第一推力部６１と第二推力部６２の推力を利用し、かつ揺動制御装置４の向きが変わらないように第四推力部６４のみ若しくは第二推力部６２と第四推力部６４の両方の推力を利用する（図７の（Ｂ）参照）。

加えて、このような算出方法によれば、フック３３に対して回転力のみを付与する際には、計四つの推力部６（第一推力部６１〜第四推力部６４）のうちの一つ又は二つの推力を利用する。例えば、図中のＸ−Ｙ座標系において矢印Ｒ１へ回転力のみを付与する際には、第一推力部６１又は第三推力部６３のいずれか一方、若しくは第一推力部６１と第三推力部６３の両方の推力を利用する（図８の（Ａ）参照）。また、例えば、図中のＸ−Ｙ座標系において矢印Ｒ２へ回転力のみを付与する際には、第二推力部６２又は第四推力部６４のいずれか一方、若しくは第二推力部６２と第四推力部６４の両方の推力を利用する（図８の（Ｂ）参照）。

加えて、このような算出方法によれば、フック３３に対して並進力と回転力を付与する際には、計四つの推力部６（第一推力部６１〜第四推力部６４）のうちの最大三つの推力を利用する。例えば、図中のＸ−Ｙ座標系の斜め３０度である矢印Ｔ２へ並進力を付与しつつ矢印Ｒ１へ回転力を付与する際には、第一推力部６１と第二推力部６２の推力を利用し、かつ第三推力部６３のみ若しくは第一推力部６１と第三推力部６３の両方の推力を利用する（図９の（Ａ）参照）。また、例えば、図中のＸ−Ｙ座標系の斜め３０度である矢印Ｔ２へ並進力を付与しつつ矢印Ｒ２へ回転力を付与する際には、第一推力部６１と第二推力部６２の推力を利用し、かつ第四推力部６４のみ若しくは第二推力部６２と第四推力部６４の両方の推力を利用する（図９の（Ｂ）参照）。

この点、かかる算出方法は、それぞれの推力部６（第一推力部６１〜第四推力部６４）が互いに対向する一対のプロペラを有しており、一方のプロペラと他方のプロペラが反転してカウンタートルクを相殺する構成において見出したものである。しかし、かかる算出方法に拘らない場合は、図１０の（Ａ）のように、それぞれの推力部６（第一推力部６１〜第四推力部６４）が一つのプロペラで構成されていてもよい。また、図１０の（Ｂ）のように、それぞれの推力部６が一つの可変ピッチプロペラで構成されていてもよい。更に、図１０の（Ｃ）のように、四つではなく三つの推力部６（第一推力部６１〜第三推力部６３）を備え、それぞれの推力部６が別方向に推力を生じる二つのプロペラで構成されていてもよい。更に、図１０の（Ｄ）のように、それぞれの推力部６（第一推力部６１〜第三推力部６３）が一つの可変ピッチプロペラで構成されていてもよい。或いは、その他の構成であってもよい。

最後に、揺動制御装置４に適用された技術的思想とその効果についてまとめる。

第一の発明に係る揺動制御装置４は、フック３３に取り付けられる複数の推力部６（第一推力部６１〜第四推力部６４）と、フック３３或いはフック３３に吊り下げられた荷物Ｌの揺動運動を認識できる制御部７と、を備えている。そして、制御部７がそれぞれの推力部６の出力調整を行うことでフック３３或いはフック３３に吊り下げられた荷物Ｌの揺動運動を制御する。かかる揺動制御装置４によれば、荷物Ｌの揺動運動を制御でき、荷物Ｌを安定させた状態で搬送することが可能となる。また、フック３３に荷物Ｌが吊り下げられていない状態であるときは、フック３３の揺動運動を制御できる。

第二の発明に係る揺動制御装置４は、制御部７がフック３３或いはフック３３に吊り下げられた荷物Ｌの回転運動を認識する。そして、制御部７がそれぞれの推力部６（第一推力部６１〜第四推力部６４）の出力調整を行うことでフック３３或いはフック３３に吊り下げられた荷物Ｌの回転運動を制御する。かかる揺動制御装置４によれば、荷物Ｌの回転運動を制御でき、荷物Ｌを安定させた状態で搬送することが可能となる。また、フック３３に荷物Ｌが吊り下げられていない状態であるときは、フック３３の回転運動を制御できる。

第三の発明に係る揺動制御装置４は、制御部７がフック３３或いはフック３３に吊り下げられた荷物Ｌの回転運動による慣性モーメントを算出する。そして、制御部７がそれぞれの推力部６（第一推力部６１〜第四推力部６４）の出力調整を行うことで慣性モーメントに応じた推力を発生させる。かかる揺動制御装置４によれば、荷物Ｌの回転運動を素早くかつ正確に制御でき、荷物Ｌを安定させた状態で搬送することが可能となる。また、フック３３に荷物Ｌが吊り下げられていない状態であるときは、フック３３の回転運動を素早くかつ正確に制御できる。

第四の発明に係る揺動制御装置４は、制御部７がフック３３或いはフック３３に吊り下げられた荷物Ｌの振子運動を認識する。そして、制御部７がそれぞれの推力部６（第一推力部６１〜第四推力部６４）の出力調整を行うことでフック３３或いはフック３３に吊り下げられた荷物Ｌの振子運動を制御する。かかる揺動制御装置４によれば、荷物Ｌの振子運動を制御でき、荷物Ｌを安定させた状態で搬送することが可能となる。また、フック３３に荷物Ｌが吊り下げられていない状態であるときは、フック３３の振子運動を制御できる。

第五の発明に係る揺動制御装置４は、制御部７がフック３３或いはフック３３に吊り下げられた荷物Ｌの振子運動による慣性力を算出する。そして、制御部７がそれぞれの推力部６（第一推力部６１〜第四推力部６４）の出力調整を行うことで慣性力に応じた推力を発生させる。かかる揺動制御装置４によれば、荷物Ｌの振子運動を素早くかつ正確に制御でき、荷物Ｌを安定させた状態で搬送することが可能となる。また、フック３３に荷物Ｌが吊り下げられていない状態であるときは、フック３３の振子運動を素早くかつ正確に制御できる。

第六の発明に係る揺動制御装置４は、ワイヤロープ３２を垂下するブーム３１を備え、制御部７がブーム３１の撓み量を算出するものとしている。そして、荷物Ｌを地切する際には、制御部７がそれぞれの推力部６（第一推力部６１〜第四推力部６４）の出力調整を行うことでブーム３１の撓みが大きくなって変位する方向に対して等しい方向にフック３３を移動させる。かかる揺動制御装置４によれば、ブーム３１に撓みが生じることに起因した荷物Ｌの振子運動を制御できる。

第七の発明に係る揺動制御装置４は、フック３３を中心に計四つの推力部６（第一推力部６１〜第四推力部６４）が等しい位相で取り付けられており、フック３３を挟み込むように対をなす第一の推力部６（第一推力部６１）と第三の推力部６（第三推力部６３）が互いに反対方向に推力を発生させ、フック３３を挟み込むように対をなす第二の推力部６（第二推力部６２）と第四の推力部６（第四推力部６４）が互いに反対方向に推力を発生させ、更に第一及び第三の推力部６（第一推力部６１及び第三推力部６３）による推力と第二及び第四の推力部６（第二推力部６２及び第四推力部６４）による推力が互いに反対方向に回転力を発生させるものとしている。そして、フック３３に対して並進力と回転力を付与する際には、計四つの推力部６（第一推力部６１〜第四推力部６４）のうちの最大三つの推力を利用する。かかる揺動制御装置４によれば、最小限の電力消費によって揺動運動（回転運動・振子運動）を制御できる。

１ クレーン
２ 走行体
３ 旋回体
３１ ブーム
３２ ワイヤロープ
３３ フック
４ 揺動制御装置
５ 枠体部
６ 推力部
６１ 第一推力部
６１Ｄ モータードライバ
６１Ｍ モーター
６１Ｐ プロペラ
６２ 第二推力部
６２Ｄ モータードライバ
６２Ｍ モーター
６２Ｐ プロペラ
６３ 第三推力部
６３Ｄ モータードライバ
６３Ｍ モーター
６３Ｐ プロペラ
６４ 第四推力部
６４Ｄ モータードライバ
６４Ｍ モーター
６４Ｐ プロペラ
７ 制御部
Ｌ 荷物

Claims (7)

1. ワイヤロープに吊られるフックを備え、
   前記フックに荷物を吊り下げた状態で当該荷物を搬送する揚重機の揺動制御装置であって、
   前記フックに取り付けられる複数の推力部と、
   前記フック或いは当該フックに吊り下げられた荷物の揺動運動を認識できる制御部と、を備え、
   前記制御部がそれぞれの前記推力部の出力調整を行うことで前記フック或いは当該フックに吊り下げられた荷物の揺動運動を制御する、ことを特徴とした揺動制御装置。
2. 前記制御部が前記フック或いは当該フックに吊り下げられた荷物の回転運動を認識し、
   前記制御部がそれぞれの前記推力部の出力調整を行うことで前記フック或いは当該フックに吊り下げられた荷物の回転運動を制御する、ことを特徴とした請求項１に記載の揺動制御装置。
3. 前記制御部が前記フック或いは当該フックに吊り下げられた荷物の回転運動による慣性モーメントを算出し、
   前記制御部がそれぞれの前記推力部の出力調整を行うことで前記慣性モーメントに応じた推力を発生させる、ことを特徴とした請求項２に記載の揺動制御装置。
4. 前記制御部が前記フック或いは当該フックに吊り下げられた荷物の振子運動を認識し、
   前記制御部がそれぞれの前記推力部の出力調整を行うことで前記フック或いは当該フックに吊り下げられた荷物の振子運動を制御する、ことを特徴とした請求項１に記載の揺動制御装置。
5. 前記制御部が前記フック或いは当該フックに吊り下げられた荷物の振子運動による慣性力を算出し、
   前記制御部がそれぞれの前記推力部の出力調整を行うことで前記慣性力に応じた推力を発生させる、ことを特徴とした請求項４に記載の揺動制御装置。
6. 前記ワイヤロープを垂下するブームを備え、
   前記制御部が前記ブームの撓み量を算出するものとし、
   前記荷物を地切する際には、前記制御部がそれぞれの前記推力部の出力調整を行うことで前記ブームの撓みが大きくなって変位する方向に対して等しい方向に前記フックを移動させる、ことを特徴とした請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の揺動制御装置。
7. 前記フックを中心に計四つの前記推力部が等しい位相で取り付けられており、
   前記フックを挟み込むように対をなす第一の前記推力部と第三の前記推力部が互いに反対方向に推力を発生させ、
   前記フックを挟み込むように対をなす第二の前記推力部と第四の前記推力部が互いに反対方向に推力を発生させ、
   更に第一及び第三の前記推力部による推力と第二及び第四の前記推力部による推力が互いに反対方向に回転力を発生させるものとし、
   前記フックに対して並進力と回転力を付与する際には、計四つの前記推力部のうちの最大三つの推力を利用する、ことを特徴とした請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の揺動制御装置。

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