JP2022190556A - crane - Google Patents

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JP2022190556A
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直樹 内山
Naoki Uchiyama
ファラッグ アブドゥラ
Farrage Abdallah
秀樹 ▲高▼橋
Hideki Takahashi
正基 大久保
Masaki Okubo
仁士 櫻井
Hitoshi Sakurai
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Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Toyohashi University of Technology NUC
Original Assignee
Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Toyohashi University of Technology NUC
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Abstract

To provide a crane capable of efficiently moving a suspended load to a target position while suppressing swinging of the suspended load in at least one of the target position and during the swing operation.SOLUTION: A crane is equipped with a target speed calculation unit. The target speed calculation unit determines coefficients of a plurality of monomial equations from an equation of motion of a suspended load for each of the turning and radial directions, including the length of a boom 16, the length of a main winding rope 50, and the raising and lowering angle of the boom 16 and a polynomial function for the turning angle of a swivel 12 with the elapsed time of the turning movement as a variable, consisting of a plurality of monomials each containing a different degree with respect to the elapsed time, so that the radial deflection angle and turning direction deflection angle of the suspended load at the target position are smaller than a predetermined threshold angle and the arrival time of the suspended load to the target position is minimized, and sets a target speed according to the elapsed time of the swivel 12 to the target position mentioned above.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、吊荷を移動させることが可能なクレーンに関する。 The present invention relates to a crane capable of moving suspended loads.

従来、移動式クレーンとして、下部走行体と、上下方向に延びる旋回中心軸回りに旋回可能なように下部走行体に支持された上部旋回体と、ブームやジブなどの起伏体と、を備えたものが知られている。起伏体は、水平な回転中心軸回りに起伏方向に回動可能なように上部旋回体の前部に取り付けられている。また、起伏体の先端部から垂下された吊荷ロープにはフックが装着されており、当該フックに吊荷が接続されることで、吊荷が吊り上げられる。このように吊荷が吊り上げられた状態で、上部旋回体が旋回すると、吊荷を旋回方向に移動させることができる。 Conventionally, a mobile crane includes a lower traveling body, an upper revolving body supported by the lower traveling body so as to be able to turn around a central axis of revolving that extends in the vertical direction, and a hoisting body such as a boom or a jib. things are known. The hoisting body is attached to the front portion of the upper revolving body so as to be rotatable in the hoisting direction about a horizontal central axis of rotation. Moreover, a hook is attached to the load rope suspended from the tip of the undulating body, and the load is hoisted by connecting the load to the hook. When the upper revolving structure rotates in a state in which the suspended load is hoisted in this manner, the suspended load can be moved in the rotating direction.

特許文献1には、クレーンを用いて、予め設定された搬送経路に沿って荷物を自動搬送する際に、荷物の荷振れを抑制することが可能なクレーンの制御方法が開示されている。当該制御方法では、前記搬送経路が複数のノード(点)からなる点群データによって設定される。そして、制御装置が、ユーザーが希望する始点から終点までの搬送所要時間を、隣接するノード同士の区間距離にそれぞれ割り振ることで、各区間の目標搬送時間を設定する。更に、制御装置は、設定された目標搬送時間に応じて各区間の目標搬送速度を設定する。当該目標搬送速度は区間同士の境界において不連続となり荷振れが発生しうるため、制御装置は、このようにステップ状に変化する目標搬送速度の加速区間および減速区間に、目標値フィルタを適用する。当該目標値フィルタは、逆動力学に基づく高次のローパスフィルタであり、上記のようにステップ状に変化する目標搬送速度を非ステップ状の目標搬送速度に変換することで、荷物の荷振れを低減する。 Patent Literature 1 discloses a crane control method capable of suppressing swinging of a load when automatically transporting the load along a preset transport route using the crane. In the control method, the transport route is set by point cloud data consisting of a plurality of nodes (points). Then, the control device sets the target transportation time for each section by allocating the transportation required time desired by the user from the start point to the end point to the section distance between adjacent nodes. Further, the control device sets the target conveying speed for each section according to the set target conveying time. Since the target conveying speed becomes discontinuous at the boundary between the sections and load swing may occur, the control device applies a target value filter to the acceleration section and deceleration section of the target conveying speed that change stepwise like this. . The target value filter is a high-order low-pass filter based on inverse dynamics, and converts the target conveying speed, which changes stepwise as described above, into a non-step-like target conveying speed, thereby suppressing the swing of the load. Reduce.

特開2020-158278号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-158278

特許文献1に記載された技術では、作業の条件によっては目標位置における吊荷の荷振れを抑制することが難しい場合がある。具体的に、上記の技術では、ユーザーが希望する搬送所要時間に基づいて各区間の目標搬送時間がそれぞれ設定されるため、各区間の目標搬送速度が前記搬送所要時間に拘束される。このため、希望される搬送所要時間が比較的短い場合には、ステップ状の目標搬送速度を、逆動力学に基づく高次のローパスフィルタによって、荷振れが生じないような非ステップ状の目標搬送速度に変換することが難しく、目標位置における荷振れの抑制が困難になるという問題がある。 With the technique described in Patent Literature 1, it may be difficult to suppress the swing of the suspended load at the target position depending on the work conditions. Specifically, in the above technique, the target transport time for each section is set based on the required transport time desired by the user, so the target transport speed for each section is constrained by the required transport time. For this reason, when the desired time required for transportation is relatively short, the step-shaped target transportation speed can be changed by a high-order low-pass filter based on inverse dynamics to a non-step-shaped target transportation that does not cause load swing. There is a problem that it is difficult to convert to speed, and it becomes difficult to suppress load swing at the target position.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、目標位置および旋回動作中のうちの少なくとも一方における吊荷の荷振れを抑制しつつ前記吊荷を前記目標位置に効率的に移動させることが可能なクレーンを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to efficiently move the suspended load to the target position while suppressing swinging of the suspended load at least one of a target position and during a swing operation. To provide a crane that can be moved to

本発明によって提供されるのはクレーンである。当該クレーンは、下部本体と、上部本体と、起伏体と、吊荷ロープと、旋回駆動部と、起伏体長さ情報取得部と、旋回角検出部と、ロープ長さ情報取得部と、移動情報受付部と、目標速度設定部と、指令信号生成部とを備える。上部本体は、前記下部本体に上下方向に延びる旋回中心軸回りに旋回可能に支持されている。起伏体は、前記上部本体に水平な回転中心軸回りに起伏方向に回動可能なように支持された起伏体基端部と前記起伏体基端部とは反対の起伏体先端部とを含む。吊荷ロープは、前記起伏体先端部から垂下され吊荷に接続される。旋回駆動部は、所定の速度指令信号を受け付け、当該速度指令信号に応じた速度で前記上部本体を前記旋回中心軸回りに旋回させることが可能である。起伏体長さ情報取得部は、前記起伏体基端部と前記起伏体先端部とを結ぶ方向である起伏体長手方向における当該起伏体の長さに対応する情報である起伏体長さ情報を取得する。旋回角検出部は、前記上部本体の前記旋回中心軸回りの旋回角を検出する。起伏角検出部は、前記回転中心軸回りの前記起伏体の起伏角を検出する。ロープ長さ情報取得部は、前記起伏体先端部と前記吊荷との間の前記吊荷ロープの長さに対応する情報であるロープ長さ情報を取得する。移動情報受付部は、前記吊荷が前記吊荷ロープによって吊り上げられた状態である初期状態から、前記上部本体の旋回動作によって前記吊荷を所定の目標位置まで前記旋回中心軸回りに移動させるための目標旋回角度を含む移動情報を受け付ける。前記起伏体を前記上部本体の旋回方向に沿って見た場合における前記吊荷ロープの鉛直方向に対する角度を半径方向振れ角度、前記起伏体を前記上部本体の旋回動作の半径方向に沿って見た場合における前記吊荷ロープの鉛直方向に対する角度を旋回方向振れ角度とすると、目標速度設定部は、少なくとも前記起伏体の長さと前記吊荷ロープの長さと前記起伏角とを含む前記旋回方向および前記半径方向のそれぞれについての前記吊荷の運動方程式と、前記旋回動作の経過時間を変数とした前記上部本体の前記旋回角についての多項式関数であって前記経過時間について互いに異なる次数をそれぞれ含む複数の単項式からなる多項式関数とに基づいて、前記目標位置および前記旋回動作中のうちの少なくとも一方における前記半径方向振れ角度および前記旋回方向振れ角度が所定の閾値角度よりも小さくかつ前記吊荷の前記目標位置への到達時間が最小となるように前記複数の単項式の係数をそれぞれ決定し、前記目標位置に至るまでの前記上部本体の前記経過時間に応じた目標速度を設定する。指令信号生成部は、前記目標速度設定部によって設定された前記目標速度に対応する前記速度指令信号を生成し出力する。 Provided by the present invention is a crane. The crane includes a lower main body, an upper main body, a hoisting body, a load rope, a slewing drive section, a slewing body length information acquisition section, a slewing angle detection section, a rope length information acquisition section, and movement information. It includes a reception unit, a target speed setting unit, and a command signal generation unit. The upper body is supported by the lower body so as to be rotatable about a center axis of rotation extending in the vertical direction. The undulating body includes an undulating body base end portion supported by the upper body so as to be rotatable in the undulating direction around a horizontal rotation center axis, and an undulating body distal end portion opposite to the undulating body base end portion. . A suspended load rope is suspended from the tip of the undulating body and connected to a suspended load. The turning driving section can receive a predetermined speed command signal and turn the upper body around the turning center axis at a speed corresponding to the speed command signal. The undulating body length information acquisition unit acquires undulating body length information, which is information corresponding to the length of the undulating body in the longitudinal direction of the undulating body, which is the direction connecting the base end of the undulating body and the tip end of the undulating body. . The turning angle detection unit detects a turning angle of the upper body about the turning central axis. The hoisting angle detection unit detects the hoisting angle of the hoisting body about the rotation center axis. The rope length information acquisition unit acquires rope length information, which is information corresponding to the length of the load rope between the tip of the undulating body and the load. The movement information receiving unit moves the suspended load from an initial state in which the suspended load is lifted by the suspended load rope to a predetermined target position about the rotation center axis by rotating the upper body. receive the movement information including the target turning angle. The angle of the hoisting body with respect to the vertical direction of the load rope when viewed along the turning direction of the upper body is the radial swing angle, and the hoisting body is viewed along the radial direction of the turning movement of the upper body. If the angle of the load rope with respect to the vertical direction in the above case is defined as the turning direction swing angle, the target speed setting unit sets the turning direction including at least the length of the hoisting body, the length of the lifting load rope, and the hoisting angle, and the A plurality of equations of motion of the suspended load in each of the radial directions, and a polynomial function of the swing angle of the upper body with the elapsed time of the swing motion as a variable, each including a different degree of the elapsed time. and a polynomial function composed of mononomials, wherein the radial deflection angle and the swinging direction deflection angle at least one of the target position and during the swinging motion are smaller than a predetermined threshold angle and the target of the suspended load. Coefficients of the plurality of monomials are each determined so as to minimize time to reach a position, and a target velocity is set according to the elapsed time of the upper body until reaching the target position. The command signal generator generates and outputs the speed command signal corresponding to the target speed set by the target speed setting unit.

本構成によれば、目標速度設定部が、吊荷の運動方程式および多項式関数に基づいて、目標位置または旋回移動中における2方向における吊荷の振れ角度が閾値角度よりも小さくかつ吊荷の到達時間が最小となるように、上部本体の目標速度を設定することができる。このため、オペレータによって予め移動所要時間が設定される場合のように上部本体の目標速度が前記移動所要時間の影響を受けることがなく、目標位置または旋回移動中における振れの抑制を満たしつつ、可能な限り最小限の移動時間で吊荷を移動させることができる。したがって、目標位置または旋回移動中における吊荷の荷振れを抑制しつつ吊荷を前記目標位置に効率的に移動させることが可能となる。 According to this configuration, the target speed setting unit, based on the equation of motion of the suspended load and the polynomial function, determines that the swing angle of the suspended load in two directions during the target position or turning movement is smaller than the threshold angle and that the load reaches the target position. A target velocity of the upper body can be set such that the time is minimized. Therefore, the target speed of the upper body is not affected by the required movement time unlike the case where the required movement time is set in advance by the operator. The suspended load can be moved in the shortest possible moving time. Therefore, it is possible to efficiently move the suspended load to the target position while suppressing swinging of the suspended load at the target position or during turning movement.

上記の構成において、前記指令信号生成部は、前記生成した速度指令信号を前記旋回駆動部に入力するものでもよい。 In the above configuration, the command signal generation section may input the generated speed command signal to the turning drive section.

本構成によれば、指令信号生成部が生成した速度指令信号に基づいて、目標位置における荷振れを抑制しつつ吊荷を目標位置に移動させるように、上部本体を自動で旋回させることができる。 According to this configuration, based on the speed command signal generated by the command signal generator, the upper body can be automatically turned so as to move the suspended load to the target position while suppressing the swinging of the load at the target position. .

上記の構成において、前記目標速度設定部は、前記目標位置における前記半径方向振れ角度および前記旋回方向振れ角度が所定の閾値角度よりも小さくなるように前記複数の単項式の係数をそれぞれ決定するものでもよい。 In the above configuration, the target speed setting unit may determine coefficients of the plurality of monomials so that the radial deflection angle and the turning direction deflection angle at the target position are smaller than a predetermined threshold angle. good.

上記の構成において、前記目標速度設定部は、更に、前記吊荷が前記目標位置に到達した際の前記上部本体の旋回速度がゼロであり、前記半径方向振れ角度および前記旋回方向振れ角度のそれぞれの時間変化である半径方向振れ角速度および旋回方向振れ角速度が前記目標位置において所定の閾値角速度以下になるように、前記複数の単項式の係数をそれぞれ決定するものでもよい。 In the above configuration, the target speed setting unit further sets the turning speed of the upper body to zero when the suspended load reaches the target position, and sets the radial deflection angle and the turning direction deflection angle to The coefficients of the plurality of monomials may be respectively determined so that the radial direction swing angular velocity and the turning direction swing angular velocity, which are temporal changes in , are equal to or less than a predetermined threshold angular velocity at the target position.

上記の構成において、前記目標速度設定部は、更に、前記旋回動作中において、前記上部本体の移動速度が予め設定された最大速度以下であり、前記半径方向振れ角度および前記旋回方向振れ角度が所定の移動中最大角度以下であり、前記半径方向振れ角速度および前記旋回方向振れ角速度が所定の移動中最大角速度以下になるように、前記複数の単項式の係数をそれぞれ決定するものでもよい。 In the above configuration, the target speed setting unit further sets the movement speed of the upper body to a preset maximum speed or less during the turning motion, and sets the radial direction deflection angle and the turning direction deflection angle to predetermined values. , and the coefficients of the plurality of monomials may be determined so that the radial swing angular velocity and the turning direction swing angular velocity are equal to or lower than a predetermined maximum moving angular velocity.

上記の構成において、前記目標速度設定部は、前記吊荷の運動方程式として、以下の式I、式IIに基づいて、前記目標速度を設定するものでもよい。
θ’’=2×θ’×θ’+θ×θ’’+θ×θ’ +(L/l)×θ’ ×sinθ-(g/l)×θ ・・・(式I)
θ’’=-(L/l)×θ’’×sinθ-2×θ’×θ’-θ×θ’’+θ×θ’ -(g/l)θ ・・・(式II)
(ただし、θ:吊荷の半径方向振れ角度、θ:吊荷の旋回方向振れ角度、θ’:吊荷の半径方向振れ角速度、θ’:吊荷の旋回方向振れ角速度、θ’’:吊荷の半径方向振れ角加速度、θ’’:吊荷の旋回方向振れ角加速度、θ:鉛直方向に対する前記起伏体の起伏角、θ’:前記上部本体の旋回角速度、θ’’:前記上部本体の旋回角加速度、g:重力加速度、L:前記起伏体の長さ、l:前記起伏体の先端部から前記吊荷までの前記吊荷ロープの長さ)
Said structure WHEREIN: The said target speed setting part may set the said target speed based on the following Formulas I and Formula II as a motion equation of the said suspended load.
θ'' 1 = 2 × θ' 2 × θ' 4 + θ 2 × θ'' 4 + θ 1 × θ' 4 2 + (L/l) × θ' 4 2 × sin θ 3 - (g/l) × θ 1 (Formula I)
θ″ 2 =−(L/l)×θ″ 4 ×sin θ 3 −2×θ′ 1 ×θ′ 4 −θ 1 ×θ′ 42 ×θ′ 4 2 −(g/l) θ 2 (Formula II)
(However, θ 1 : radial swing angle of suspended load, θ 2 : swing angle of suspended load in turning direction, θ′ 1 : radial swing angular velocity of suspended load, θ′ 2 : swing angular speed of suspended load in swing direction, θ '' 1 : Radial direction swing angular acceleration of the suspended load, θ''2 : Rotating direction swing angular acceleration of the suspended load, θ3: Luffing angle of the undulating body with respect to the vertical direction, θ′4 : Rotating angular velocity of the upper body , θ″ 4 : turning angular acceleration of the upper body, g: gravitational acceleration, L: length of the undulating body, l: length of the lifting rope from the tip of the undulating body to the suspended load)

上記の構成において、前記目標速度設定部は、前記吊荷の運動方程式として、以下の式III、式IVに基づいて、前記目標速度を設定するものでもよい。
θ’’=2×θ’×θ’+(L/l)×θ’ ×sinθ-(g/l)×θ ・・・(式III)
θ’’=-(L/l)×θ’’×sinθ-(g/l)θ ・・・(式IV)
(ただし、θ:吊荷の半径方向振れ角度、θ:吊荷の旋回方向振れ角度、θ’:吊荷の旋回方向振れ角速度、θ’’:吊荷の半径方向振れ角加速度、θ’’:吊荷の旋回方向振れ角加速度、θ:鉛直方向に対する前記起伏体の起伏角、θ’:前記上部本体の旋回角速度、θ’’:前記上部本体の旋回角加速度、g:重力加速度、L:前記起伏体の長さ、l:前記起伏体の先端部から前記吊荷までの前記吊荷ロープの長さ)
Said structure WHEREIN: The said target speed setting part may set the said target speed based on the following formulas III and Formula IV as a motion equation of the said suspended load.
θ″ 1 =2×θ′ 2 ×θ′ 4 +(L/l)×θ′ 4 2 ×sin θ 3 −(g/l)×θ 1 (formula III)
θ″ 2 =−(L/l)×θ″ 4 ×sin θ 3 −(g/l) θ 2 (formula IV)
(However, θ 1 : radial swing angle of suspended load, θ 2 : swing angle of suspended load in turning direction, θ′ 2 : swing angular velocity of suspended load in swing direction, θ″ 1 : radial swing angular acceleration of suspended load , θ″ 2 : swaying angular acceleration of the suspended load in the turning direction, θ 3 : undulation angle of the undulating body with respect to the vertical direction, θ′ 4 : turning angular velocity of the upper body, θ″ 4 : turning angle of the upper body acceleration, g: gravitational acceleration, L: length of the undulating body, l: length of the rope from the tip of the undulating body to the suspended load)

本発明によれば、目標位置および旋回動作中のうちの少なくとも一方における吊荷の荷振れを抑制しつつ吊荷を前記目標位置に効率的に移動させることが可能なクレーンが提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the crane which can move a suspended load efficiently to the said target position is provided, suppressing the swinging of a suspended load in at least one of a target position and swing motion.

本発明の一実施形態に係るクレーンの側面図である。1 is a side view of a crane according to one embodiment of the invention; FIG. 本発明の一実施形態に係るクレーンの旋回制御を説明するための模式的な斜視図である。FIG. 4 is a schematic perspective view for explaining swing control of a crane according to one embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に係るクレーンのブロック図である。1 is a block diagram of a crane according to one embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態に係るクレーンの旋回制御のフローチャートである。4 is a flow chart of swing control of a crane according to one embodiment of the present invention. 上部本体の旋回速度プロファイルの一例である。FIG. 11 is an example of a pivoting velocity profile of the upper body; FIG. 本発明の実施例における半径方向振れ角度の時間推移を示すグラフである。5 is a graph showing temporal transition of radial deflection angle in the example of the present invention. 本発明の実施例における旋回方向振れ角度の時間推移を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the time transition of the swing angle in the turning direction in the embodiment of the present invention; FIG. 本発明の実施例における旋回角度の時間推移を示すグラフである。It is a graph which shows the time transition of the turning angle in the Example of this invention. 本発明の実施例における旋回角速度の時間推移を示すグラフである。It is a graph which shows time transition of turning angular velocity in the Example of this invention. 本発明の実施例における半径方向振れ角度の時間推移を示すグラフである。5 is a graph showing temporal transition of radial deflection angle in the example of the present invention. 本発明の実施例における旋回方向振れ角度の時間推移を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the time transition of the swing angle in the turning direction in the embodiment of the present invention; FIG. 本発明の実施例における旋回トルクの時間推移を示すグラフである。It is a graph which shows the time transition of turning torque in the Example of this invention. 本発明の実施例における旋回角度の時間推移を示すグラフである。It is a graph which shows the time transition of the turning angle in the Example of this invention. 本発明の実施例における旋回角速度の時間推移を示すグラフである。It is a graph which shows time transition of turning angular velocity in the Example of this invention. 本発明の実施例における旋回角度の時間推移を示すグラフである。It is a graph which shows the time transition of the turning angle in the Example of this invention. 本発明の実施例における旋回角速度の時間推移を示すグラフである。It is a graph which shows time transition of turning angular velocity in the Example of this invention. 本発明の実施例における半径方向振れ角度の時間推移を示すグラフである。5 is a graph showing temporal transition of radial deflection angle in the example of the present invention. 本発明の実施例における半径方向振れ角速度の時間推移を示すグラフである。4 is a graph showing temporal transition of radial deflection angular velocity in the example of the present invention. 本発明の実施例における旋回方向振れ角度の時間推移を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the time transition of the swing angle in the turning direction in the embodiment of the present invention; FIG. 本発明の実施例における旋回方向振れ角速度の時間推移を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the time transition of the turning direction swing angular velocity in the example of the present invention. FIG. 本発明の実施例における半径方向振れ角度の時間推移を示すグラフである。5 is a graph showing temporal transition of radial deflection angle in the example of the present invention. 本発明の実施例における半径方向振れ角速度の時間推移を示すグラフである。4 is a graph showing temporal transition of radial deflection angular velocity in the example of the present invention. 本発明の実施例における旋回方向振れ角度の時間推移を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the time transition of the swing angle in the turning direction in the embodiment of the present invention; FIG. 本発明の実施例における旋回方向振れ角速度の時間推移を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the time transition of the turning direction swing angular velocity in the example of the present invention. FIG.

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係るクレーン10の側面図である。なお、図1には、「上」、「下」、「前」および「後」の方向が示されているが、当該方向は、本実施形態に係るクレーン10の構造および後記の旋回制御を説明するために便宜上示すものであり、本発明に係るクレーンの移動方向や使用態様などを限定するものではない。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view of a crane 10 according to this embodiment. Note that FIG. 1 shows "up", "down", "front", and "rear" directions, but these directions are used for the structure of the crane 10 according to the present embodiment and for swing control described later. It is shown for the convenience of explanation, and does not limit the moving direction, the mode of use, etc. of the crane according to the present invention.

クレーン10は、走行体14(下部本体)と、走行体14に上下方向に延びる旋回中心軸回りに旋回可能に支持された旋回体12(上部本体)と、ブーム16(起伏体)と、マスト20と、を備える。また、旋回体12の後部には、クレーン10のバランスを調整するためのカウンタウエイト13が積載されている。また、旋回体12の前端部には、キャブ15が備えられている。キャブ15は、クレーン10の運転席に相当する。 The crane 10 includes a traveling body 14 (lower body), a revolving body 12 (upper body) supported by the traveling body 14 so as to be able to turn about a turning center axis extending in the vertical direction, a boom 16 (elastic body), and a mast. 20 and. A counterweight 13 for adjusting the balance of the crane 10 is loaded on the rear portion of the revolving body 12 . A cab 15 is provided at the front end of the revolving body 12 . Cab 15 corresponds to the driver's seat of crane 10 .

図1に示されるブーム16は、いわゆるラチス型であり、下部ブーム16A(起伏体基端部)と、一または複数(図例では3個)の中間ブーム16B,16C、16Dと、上部ブーム16E(前記起伏体基端部とは反対の起伏体先端部)とから構成される。具体的に、下部ブーム16Aは、旋回体12の前部に水平な回転中心軸(第1回転中心軸)回りに起伏方向に回動可能となるように支持される。中間ブーム16B,16C,16Dは、その順に下部ブーム16Aの先端側に着脱可能に継ぎ足される。上部ブーム16Eは中間ブーム16Dの先端側に着脱可能に継ぎ足される。下部ブーム16Aは、その下端部に備えられたブームフットピン16Sにおいて旋回体12に回動可能に軸支される。 The boom 16 shown in FIG. 1 is of a so-called lattice type, comprising a lower boom 16A (bottom end of the hoisting body), one or more (three in the figure) intermediate booms 16B, 16C, and 16D, and an upper boom 16E. (leading edge portion of the undulating body opposite to the basal end portion of the undulating body). Specifically, the lower boom 16A is supported on the front portion of the revolving body 12 so as to be rotatable about a horizontal rotation center axis (first rotation center axis) in the undulating direction. The intermediate booms 16B, 16C, and 16D are detachably added to the tip side of the lower boom 16A in that order. The upper boom 16E is detachably added to the tip side of the intermediate boom 16D. The lower boom 16A is rotatably supported by the revolving body 12 at a boom foot pin 16S provided at its lower end.

また、ブーム16は、アイドラシーブ34S、36Sを有する。アイドラシーブ34S、36Sは、下部ブーム16Aの後側面にそれぞれ回転可能に支持されている。 The boom 16 also has idler sheaves 34S, 36S. The idler sheaves 34S, 36S are rotatably supported on the rear side surface of the lower boom 16A.

ただし、本発明ではブームの具体的な構造は限定されない。例えば、当該ブームは、中間部材がないものでもよく、また、上記とは中間部材の数が異なるものでもよい。更に、ブームは、単一の部材で構成されたものでもよい。 However, the specific structure of the boom is not limited in the present invention. For example, the boom may have no intermediate members, or may have a different number of intermediate members. Additionally, the boom may be constructed from a single piece.

マスト20は、基端及び回動端を有し、その基端が旋回体12に回動可能に連結される。マスト20の回動軸は、ブーム16の回動軸と平行でかつ当該ブーム16の回動軸のすぐ後方に位置している。すなわち、このマスト20はブーム16の起伏方向と同方向に回動可能である。 The mast 20 has a base end and a rotating end, and the base end is rotatably connected to the revolving body 12 . The pivot axis of the mast 20 is parallel to the pivot axis of the boom 16 and positioned just behind the pivot axis of the boom 16 . That is, the mast 20 is rotatable in the same direction as the boom 16 is raised and lowered.

更に、クレーン10は、左右一対のブームバックストップ23と、左右一対のブーム用ガイライン24と、を備える。 Further, the crane 10 includes a pair of left and right boom backstops 23 and a pair of left and right boom guy lines 24 .

左右一対のブームバックストップ23はブーム16の下部ブーム16Aの左右両側部に設けられる。これらのブームバックストップ23は、ブーム16が図1に示される起立姿勢まで到達した時点で、旋回体12の前後方向の中央部に当接する。この当接によって、ブーム16が強風等で後方に煽られることが規制される。 A pair of left and right boom backstops 23 are provided on both left and right sides of the lower boom 16A of the boom 16 . These boom backstops 23 come into contact with the central portion of the revolving body 12 in the longitudinal direction when the boom 16 reaches the upright posture shown in FIG. This abutment prevents the boom 16 from being blown backward by strong winds or the like.

左右一対のブーム用ガイライン24は、マスト20の回動端をブーム16の先端部に連結する。この連結は、マスト20の回動とブーム16の回動とを連携させる。 A pair of left and right boom guylines 24 connect the pivot end of the mast 20 to the tip of the boom 16 . This connection coordinates the rotation of the mast 20 and the rotation of the boom 16 .

また、クレーン10は、各種ウインチを更に備える。具体的に、クレーン10は、ブーム16を起伏させるためのブーム起伏用ウインチ30と、吊荷の巻上げ及び巻下げを行うための主巻用ウインチ34及び補巻用ウインチ36とを備える。また、クレーン10は、ブーム起伏用ロープ38と、ブーム16の先端部から垂下され吊荷に接続される主巻ロープ50(吊荷ロープ)と、補巻ロープ60とを備える。本実施形態に係るクレーン10では、主巻用ウインチ34および補巻用ウインチ36がブーム16の基端近傍部位に据え付けられる。また、ブーム起伏用ウインチ30が旋回体12に据え付けられる。これらのウインチ30、32、34、36の位置は、上記に限定されるものではない。 Moreover, the crane 10 further includes various winches. Specifically, the crane 10 includes a boom hoisting winch 30 for hoisting the boom 16, and a main hoisting winch 34 and an auxiliary hoisting winch 36 for hoisting and lowering a suspended load. The crane 10 also includes a boom hoisting rope 38 , a main hoisting rope 50 (suspended load rope) suspended from the tip of the boom 16 and connected to a hoisted load, and an auxiliary hoisting rope 60 . In the crane 10 according to the present embodiment, a main hoisting winch 34 and an auxiliary hoisting winch 36 are installed near the base end of the boom 16 . Also, a boom hoisting winch 30 is installed on the revolving body 12 . The positions of these winches 30, 32, 34, 36 are not limited to the above.

ブーム起伏用ウインチ30は、ブーム起伏用ロープ38の巻き取り及び繰り出しを行う。そして、この巻き取り及び繰り出しによりマスト20が回動するようにブーム起伏用ロープ38が配索される。具体的には、マスト20の回動端部及び旋回体12の後端部にはそれぞれ複数のシーブが幅方向に配列されたシーブブロック40,42が設けられ、ブーム起伏用ウインチ30から引き出されたブーム起伏用ロープ38がシーブブロック40,42間に掛け渡される。従って、ブーム起伏用ウインチ30がブーム起伏用ロープ38の巻き取りや繰り出しを行うことにより、両シーブブロック40,42間の距離が変化し、これによってマスト20さらにはこれと連動するブーム16が起伏方向に回動する。 The boom hoisting winch 30 winds up and lets out a boom hoisting rope 38 . The boom hoisting rope 38 is routed so that the mast 20 is rotated by this winding and unwinding. Specifically, sheave blocks 40 and 42 in which a plurality of sheaves are arranged in the width direction are provided at the rotating end of the mast 20 and the rear end of the revolving body 12, respectively. A boom hoisting rope 38 is stretched between sheave blocks 40 and 42 . Therefore, when the boom hoisting winch 30 winds up or feeds out the boom hoisting rope 38, the distance between the two sheave blocks 40 and 42 changes, thereby raising and lowering the mast 20 and the boom 16 interlocked therewith. direction.

主巻用ウインチ34は、主巻ロープ50による吊荷の巻き上げ及び巻き下げを行う。主巻ロープ50(吊荷ロープ)は、ブーム16の先端部から垂下され、吊荷に接続される。ブーム16の先端部には主巻用ガイドシーブ54が配置され、当該主巻用ガイドシーブ54に隣接する位置に複数の主巻用ポイントシーブ56が幅方向に配列された主巻用シーブブロックが設けられている。主巻用ウインチ34から引き出された主巻ロープ50が、アイドラシーブ34S、主巻用ガイドシーブ54に順に掛けられ、かつ、シーブブロックの主巻用ポイントシーブ56と、吊荷用の主フック57に設けられたシーブブロックのシーブ58との間に掛け渡される。従って、主巻用ウインチ34が主巻ロープ50の巻き取りや繰り出しを行うと、両シーブ56,58間の距離が変わって、ブーム16の先端から垂下された主巻ロープ50に連結された主フック57の巻き上げ及び巻き下げが行われる。この結果、吊荷の巻き上げ、巻き下げが可能となる。 The main hoisting winch 34 hoists and lowers the suspended load by the main hoisting rope 50 . A main hoisting rope 50 (suspended load rope) hangs down from the tip of the boom 16 and is connected to a suspended load. A main hoisting guide sheave 54 is arranged at the tip of the boom 16, and a main hoisting sheave block having a plurality of main hoisting point sheaves 56 arranged in the width direction is provided adjacent to the main hoisting guide sheave 54. is provided. A main hoisting rope 50 pulled out from a main hoisting winch 34 is sequentially hooked to an idler sheave 34S and a main hoisting guide sheave 54, and furthermore, a main hoisting point sheave 56 of the sheave block and a main hook 57 for hoisting cargo. and the sheave 58 of the sheave block provided in the . Therefore, when the main hoisting winch 34 winds or pays out the main hoisting rope 50, the distance between the sheaves 56 and 58 changes, and the main hoisting rope 50 suspended from the tip of the boom 16 is connected to the main hoisting rope 50. The hook 57 is hoisted and lowered. As a result, the load can be hoisted and lowered.

同様にして、補巻用ウインチ36は、補巻ロープ60による吊荷の巻き上げ及び巻き下げを行う。この補巻については、主巻用ガイドシーブ54と同軸に補巻用ガイドシーブ64が回転可能に設けられ、補巻用ガイドシーブ64に隣接する位置に不図示の補巻用ポイントシーブが回転可能に設けられている。補巻用ウインチ36から引き出された補巻ロープ60は、アイドラシーブ36S、補巻用ガイドシーブ64に順に掛けられ、かつ、補巻用ポイントシーブから垂下される。従って、補巻用ウインチ36が補巻ロープ60の巻き取りや繰り出しを行うと、補巻ロープ60の末端に連結された図略の吊荷用の補フックが巻き上げられ、または巻き下げられる。 Similarly, the auxiliary hoisting winch 36 hoists and lowers the suspended load with the auxiliary hoisting rope 60 . For the auxiliary winding, an auxiliary winding guide sheave 64 is rotatably provided coaxially with the main winding guide sheave 54, and an auxiliary winding point sheave (not shown) is rotatable at a position adjacent to the auxiliary winding guide sheave 64. is provided in The auxiliary hoisting rope 60 pulled out from the auxiliary hoisting winch 36 is sequentially hung on the idler sheave 36S and the auxiliary hoisting guide sheave 64, and suspended from the auxiliary hoisting point sheave. Therefore, when the auxiliary hoisting winch 36 winds or unwinds the auxiliary hoisting rope 60, the auxiliary hook (not shown) connected to the end of the auxiliary hoisting rope 60 is hoisted or lowered.

図2は、本実施形態に係るクレーン10の旋回制御を説明するための模式的な斜視図である。図3は、本実施形態に係るクレーン10のブロック図である。 FIG. 2 is a schematic perspective view for explaining swing control of the crane 10 according to this embodiment. FIG. 3 is a block diagram of the crane 10 according to this embodiment.

図2では、説明のために、ブーム16の基端部が旋回体12の旋回中心軸上に位置するものとして示されている。図2において、Lはブーム16の長さ、l(小文字のL)はブーム16の先端部から垂下された主巻ロープ50の吊荷LMまでの長さである。また、角度θおよびθは、吊荷LMの荷振れ角度を示すものである。具体的に、角度θは、
ブーム16を旋回体12の旋回方向に沿って見た場合における主巻ロープ50の鉛直方向に対する角度であり、半径方向振れ角度θと称する(法線面における振れ角度)。一方、角度θは、ブーム16を旋回体12の旋回動作の半径方向に沿って見た場合における主巻ロープ50の鉛直方向に対する角度であり、旋回方向振れ角度θと称する(接線面における振れ角度)。なお、吊荷LMの振れ動作によっては、半径方向振れ角度θおよび旋回方向振れ角度θは、正の値だけではなく負の値もとる。
In FIG. 2 , for the sake of explanation, the base end of the boom 16 is shown as being positioned on the center axis of rotation of the rotating body 12 . In FIG. 2, L is the length of the boom 16, l (small letter L) is the length from the tip of the boom 16 to the suspended load LM of the main hoisting rope 50 suspended. Angles θ 1 and θ 2 indicate swing angles of the suspended load LM. Specifically, the angle θ 1 is
The angle of the main hoist rope 50 with respect to the vertical direction when the boom 16 is viewed along the turning direction of the revolving body 12, and is referred to as the radial deflection angle θ 1 (the deflection angle on the normal plane). On the other hand, the angle θ 2 is the angle with respect to the vertical direction of the main hoist rope 50 when the boom 16 is viewed along the radial direction of the swing motion of the swing body 12, and is referred to as swing direction deflection angle θ 2 (in the tangential plane deflection angle). Note that depending on the swinging motion of the suspended load LM, the radial swing angle θ 1 and the turning direction swing angle θ 2 may take not only positive values but also negative values.

角度θは、旋回体12の前記旋回中心軸回りの旋回角であり、角度θは、ブーム16の前記回転中心軸回りの起伏角であり、図2では鉛直方向を基準として示している。また、図2の座標系では、ブーム16の基端部を原点として、所定の水平方向(たとえば、走行体14の前方向)をX軸、当該X軸と直交する水平な方向をY軸、X軸およびY軸とそれぞれ直交する方向(鉛直方向)をZ軸としている。 The angle θ4 is the turning angle of the revolving body 12 about the central axis of rotation , and the angle θ3 is the hoisting angle of the boom 16 about the central axis of rotation. . In the coordinate system of FIG. 2, the origin is the base end of the boom 16, the X-axis is a predetermined horizontal direction (for example, the forward direction of the traveling body 14), the Y-axis is a horizontal direction orthogonal to the X-axis, A direction (vertical direction) perpendicular to each of the X-axis and the Y-axis is defined as the Z-axis.

本実施形態では、図2のように、ブーム16(起伏体)の先端部から垂下された吊荷LMが旋回体12の旋回動作(旋回角θの変化)によって旋回移動される場合に、目標位置における吊荷LMの荷振れを抑制しつつ、吊荷LMを可及的に速やかに目標位置に移動させることを可能とする。 In this embodiment, as shown in FIG. 2, when the suspended load LM suspended from the tip of the boom 16 (elastic body) is turned by the turning motion of the turning body 12 ( change in turning angle θ4), To move a suspended load LM to a target position as quickly as possible while suppressing swinging of the suspended load LM at the target position.

図3を参照して、クレーン10は、制御部70と、旋回駆動部71と、ブーム駆動部72と、ウインチ駆動部73と、旋回操作部74と、ブーム操作部75と、ウインチ操作部76と、入力部81(移動情報受付部)と、旋回角検出部82と、起伏角検出部83と、ロープ長さ検出部84(ロープ長さ情報取得部)と、ブーム長さ取得部85(起伏体長さ情報取得部)と、吊荷荷重検出部86と、表示部87とを更に備える。 Referring to FIG. 3 , crane 10 includes control unit 70 , swing drive unit 71 , boom drive unit 72 , winch drive unit 73 , swing operation unit 74 , boom operation unit 75 , winch operation unit 76 . , an input unit 81 (movement information reception unit), a turning angle detection unit 82, a hoisting angle detection unit 83, a rope length detection unit 84 (rope length information acquisition unit), and a boom length acquisition unit 85 ( It further includes an undulating body length information acquisition section, a suspended load detection section 86 and a display section 87 .

旋回駆動部71は、所定の速度指令信号を受け付け、当該速度指令信号に応じた速度で旋回体12を前記旋回中心軸回りに旋回させることが可能である。具体的に、旋回駆動部71は、旋回体12を前記旋回中心軸回りに第1旋回方向および前記第1旋回方向とは反対の第2旋回方向にそれぞれ旋回させることが可能な駆動力を発生する。旋回駆動部71は、作動油の供給を受けることで旋回体12を旋回させる油圧式の旋回モータを含む。 The turning drive unit 71 can receive a predetermined speed command signal and turn the turning body 12 around the turning center axis at a speed corresponding to the speed command signal. Specifically, the turning driving section 71 generates driving force capable of turning the turning body 12 around the turning center axis in a first turning direction and a second turning direction opposite to the first turning direction. do. The swing drive unit 71 includes a hydraulic swing motor that swings the swing body 12 by being supplied with hydraulic oil.

ブーム駆動部72は、ブーム起伏用ウインチ30を回転させるための駆動力を発生し、ブーム16を前記回転中心軸回りに回動することが可能とされている。ブーム駆動部72は、作動油の供給を受けることでブーム起伏用ウインチ30を回転させる油圧式の起伏モータを含む。 The boom driving section 72 is capable of generating driving force for rotating the boom hoisting winch 30 and rotating the boom 16 around the rotation center axis. The boom drive unit 72 includes a hydraulic motor that rotates the boom hoisting winch 30 by being supplied with hydraulic oil.

ウインチ駆動部73は、主巻用ウインチ34を回転させるための駆動力を発生し、主巻用ウインチ34によって主巻ロープ50の巻き取りおよび繰り出しを行うことで吊荷LMを地面に対して相対的に昇降させることが可能とされている。ウインチ駆動部73は、作動油の供給を受けることで主巻用ウインチ34を回転させる油圧式の吊荷モータを含む。なお、補巻用ウインチ36を回転させるための不図示のウインチ駆動部も同様に設けられている。 The winch drive unit 73 generates a driving force for rotating the main hoisting winch 34, and winds and lets out the main hoisting rope 50 by the main hoisting winch 34, thereby moving the suspended load LM relative to the ground. can be raised and lowered. The winch drive unit 73 includes a hydraulic suspended load motor that rotates the main hoist winch 34 by being supplied with hydraulic oil. A winch driving section (not shown) for rotating the auxiliary hoisting winch 36 is also provided.

旋回操作部74、ブーム操作部75およびウインチ操作部76は、キャブ15内に配置されており、オペレータによるクレーン10の各部材を駆動するための操作を受け付ける。 The swing operation unit 74 , the boom operation unit 75 and the winch operation unit 76 are arranged inside the cab 15 and receive operations for driving each member of the crane 10 by the operator.

旋回操作部74は、旋回駆動部71によって旋回体12を旋回駆動するための操作を受け付ける。旋回操作部74は、旋回体12を前記第1旋回方向および前記第2旋回方向にそれぞれ旋回させるための旋回用位置と旋回体12の旋回を停止させるための中立位置との間で切換可能とされている。 The turning operation unit 74 receives an operation for driving the turning body 12 to turn by the turning driving unit 71 . The turning operation unit 74 can be switched between a turning position for turning the turning body 12 in the first turning direction and the second turning direction, respectively, and a neutral position for stopping the turning of the turning body 12. It is

ブーム操作部75は、ブーム駆動部72によってブーム16を起伏するための操作を受け付ける。ブーム操作部75は、ブーム16を起伏させるための起伏用位置とブーム16の起伏を停止させるための中立位置との間で切換可能とされている。前記起伏用位置では、ブーム16を起立させる起立方向とブーム16を倒伏させる倒伏方向への操作が可能である。 The boom operating section 75 receives an operation for raising and lowering the boom 16 by the boom driving section 72 . The boom operating section 75 is switchable between a hoisting position for hoisting the boom 16 and a neutral position for stopping the hoisting of the boom 16 . At the hoisting position, it is possible to operate the boom 16 in the erecting direction and in the laying down direction.

ウインチ操作部76は、ウインチ駆動部73によって吊荷LMを昇降させるための操作を受け付ける。ウインチ操作部76は、吊荷LMを昇降させるための昇降用位置と吊荷LMの昇降を停止させるための中立位置との間で切換可能とされている。前記昇降用位置では、吊荷LMを上昇させる上昇方向と吊荷LMを下降させる下降方向への操作が可能である。 The winch operation portion 76 receives an operation for raising and lowering the suspended load LM by the winch drive portion 73 . The winch operation portion 76 is switchable between a lifting position for lifting the suspended load LM and a neutral position for stopping the lifting of the suspended load LM. At the lifting position, it is possible to operate in the upward direction for raising the suspended load LM and the downward direction for lowering the suspended load LM.

入力部81は、キャブ15内に配置されており、オペレータによるクレーン10の制御に関する情報の入力を受け付ける。一例として、入力部81は、タッチパネル式の入力装置や各種のスイッチ、ボタンなどを含む。入力部81は、吊荷LMが主巻ロープ50によって吊り上げられた状態である初期状態から、旋回体12の旋回動作によって吊荷LMを所定の目標位置まで前記旋回中心軸回りに移動させるための目標旋回角度θf4を含む移動情報を受け付ける。 The input unit 81 is arranged inside the cab 15 and receives input of information on control of the crane 10 by the operator. As an example, the input unit 81 includes a touch panel type input device, various switches, buttons, and the like. The input unit 81 is for moving the suspended load LM from the initial state in which the suspended load LM is lifted by the main hoisting rope 50 to a predetermined target position about the rotation center axis by the rotating motion of the rotating body 12 . The movement information including the target turning angle θ f4 is accepted.

旋回角検出部82は、旋回体12(ブーム16)の旋回中心軸回りの旋回角θを検出および出力する。旋回角検出部82は、不図示のジャイロセンサ(IMUセンサ)と演算部とを含む。旋回角検出部82は、旋回体12の旋回中心軸まわりの角速度を前記ジャイロセンサで計測し、前記演算部が前記計測された角速度を時間に対して1回積分処理することで角度に換算し、当該角度を旋回角θとして出力する。なお、旋回角検出部82の構造は上記に限定されるものではなく、公知の角度計、エンコーダなどでもよい。 The turning angle detection unit 82 detects and outputs a turning angle θ4 of the turning body 12 (boom 16) about the center axis of turning. The turning angle detection unit 82 includes a gyro sensor (IMU sensor) and a calculation unit (not shown). The turning angle detection unit 82 measures the angular velocity about the turning center axis of the turning body 12 with the gyro sensor, and the calculating unit converts the measured angular velocity into an angle by integrating once with respect to time. , the angle is output as the turning angle θ4 . It should be noted that the structure of the turning angle detection unit 82 is not limited to the above, and a known goniometer, encoder, or the like may be used.

起伏角検出部83は、ブーム16の前記回転中心軸回りの起伏角θを検出および出力する。起伏角検出部83は、傾斜センサからなり、ブーム16の鉛直方向に対する相対角度を検出する。なお、起伏角検出部83は、その他の対象物に対する相対角度を検出するものでもよい。例えば、起伏角検出部83は、ブーム16の対地角(水平方向に対する相対角度)を検出し、90度から当該対地角を引くことで、上記の起伏角θを算出し、出力してもよい。また、起伏角検出部83は、公知の角度計などでもよい。 The hoisting angle detection unit 83 detects and outputs the hoisting angle θ3 of the boom 16 about the rotation center axis. The hoisting angle detection unit 83 is composed of an inclination sensor and detects the relative angle of the boom 16 with respect to the vertical direction. Note that the undulation angle detection unit 83 may detect a relative angle with respect to other objects. For example, the hoisting angle detection unit 83 detects the ground angle of the boom 16 (angle relative to the horizontal direction) , and subtracts the ground angle from 90 degrees to calculate and output the hoisting angle θ3. good. Also, the hoisting angle detector 83 may be a known goniometer or the like.

ロープ長さ検出部84は、ブーム16の先端部と吊荷LMとの間の主巻ロープ50の長さ(l)に対応する情報であるロープ長さ情報を取得し出力する。本実施形態では、ブーム16の先端部の主巻用ポイントシーブ56と主フック57(シーブ58)との間の距離をロープ長さとして検出する。ロープ長さ検出部84は、主巻用ウインチ34の回転量を検出可能な回転量検出部と、主巻用ウインチ34の外周面上における主巻ロープ50の巻き層数を検出する巻き層検出部とを含む。ロープ長さ検出部84は、主巻用ウインチ34のウインチ径、前記回転量検出部が検出するウインチ回転量に加え、前記巻き層検出部が検出する主巻ロープ50の巻き層から推定される主巻用ウインチ34から繰りだされる主巻ロープ50の繰り出し量と、主巻用ポイントシーブ56とシーブ58のシーブブロックとの間における主巻ロープ50の掛け数とから、前記距離を算出し出力する。 The rope length detection unit 84 acquires and outputs rope length information, which is information corresponding to the length (l) of the main hoisting rope 50 between the tip of the boom 16 and the suspended load LM. In this embodiment, the distance between the main hoisting point sheave 56 at the tip of the boom 16 and the main hook 57 (sheave 58) is detected as the rope length. The rope length detection unit 84 includes a rotation amount detection unit that can detect the amount of rotation of the main hoisting winch 34, and a winding layer detection unit that detects the number of winding layers of the main hoisting rope 50 on the outer peripheral surface of the main hoisting winch 34. including the part. The rope length detection unit 84 is estimated from the winch diameter of the main hoisting winch 34, the amount of winch rotation detected by the rotation amount detection unit, and the winding layer of the main hoisting rope 50 detected by the winding layer detection unit. The distance is calculated from the amount of the main hoisting rope 50 let out from the main hoisting winch 34 and the number of hooks of the main hoisting rope 50 between the main hoisting point sheave 56 and the sheave block of the sheave 58. Output.

なお、主巻ロープ50の長さlの検出方法は、上記の態様に限定されるものではない。たとえば、ワイヤーを不図示のシーブで挟み込んで当該シーブの回転をエンコーダで計測することでロープ長さを検出する態様でも良いし、ブーム16の先端部(ブームトップ)から3次元LIDARで下方の領域をリアルタイムに計測することで吊荷を検知し、前記ブームトップから当該吊荷までの距離を計測することでロープ長さとしても良い。また、公知のステレオカメラや音波を用いて吊荷までの距離を計測し、ロープ長さを算出してもよい。この場合、距離計測の基準点は、ブームトップのようにブームの何れかの部分、クレーン本体、クレーン以外の地面等でもよい。更に、吊荷にGPSなど位置測定可能なセンサを取り付けることで、ロープ長さが算出されてもよい。 Note that the method of detecting the length l of the main hoisting rope 50 is not limited to the above mode. For example, the rope length may be detected by sandwiching the wire between sheaves (not shown) and measuring the rotation of the sheaves with an encoder, or the area below the tip of the boom 16 (boom top) by three-dimensional LIDAR. may be measured in real time to detect the suspended load, and the length of the rope may be determined by measuring the distance from the boom top to the suspended load. Alternatively, the length of the rope may be calculated by measuring the distance to the suspended load using a known stereo camera or sound waves. In this case, the reference point for distance measurement may be any portion of the boom such as the boom top, the main body of the crane, the ground other than the crane, or the like. Furthermore, the length of the rope may be calculated by attaching a position-measurable sensor such as GPS to the suspended load.

ブーム長さ取得部85は、制御部70が実行する旋回体12の旋回制御において使用されるブーム16の長さ(L)に関する情報を取得する。すなわち、ブーム長さ取得部85は、ブーム16の基端部(起伏体基端部)と先端部(起伏体先端部)とを結ぶ方向であるブーム長手方向(起伏体長手方向)におけるブーム16の長さに対応する情報(起伏体長さ情報)を取得および出力する。ブーム長さ取得部85は、クレーン10の製造時に前記ブーム16の長さを記憶する記憶部でもよいし、前記ブーム16の長さに関する情報をオペレータから受け付ける入力部でもよい。このため、ブーム長さ取得部85の機能は、図3の制御部70の記憶部704または入力部81が担ってもよい。更に、旋回体12に互いに異なる長さの複数のブーム16が選択的に装着される場合に、ブーム長さ取得部85は、各ブーム16に装着されたRFIDなどからブーム16の長さに関する情報を受け付ける受信部でもよい。 The boom length acquisition unit 85 acquires information on the length (L) of the boom 16 used in the swing control of the swing body 12 executed by the control unit 70 . That is, the boom length acquisition unit 85 measures the length of the boom 16 in the longitudinal direction of the boom (longitudinal direction of the hoisting body), which is the direction connecting the base end (base end of the hoisting body) and the tip (tip of the hoisting body) of the boom 16 . Acquires and outputs information corresponding to the length of the (relief body length information). The boom length acquisition unit 85 may be a storage unit that stores the length of the boom 16 when the crane 10 is manufactured, or an input unit that receives information on the length of the boom 16 from the operator. Therefore, the function of the boom length acquisition unit 85 may be performed by the storage unit 704 or the input unit 81 of the control unit 70 in FIG. Furthermore, when a plurality of booms 16 having different lengths are selectively attached to the revolving body 12, the boom length acquisition unit 85 obtains information on the length of the booms 16 from the RFID or the like attached to each boom 16. may be a receiving unit that receives the

吊荷荷重検出部86は、主フック57に接続された吊荷LMの重量に関する情報(吊荷重量情報)を取得し出力する。本実施形態では、吊荷荷重検出部86は、主巻ロープ50に接続された不図示の荷重検知器(ロードセル)を含み、主巻ロープ50の張力の歪の変化に基づいて吊荷LMの重量を検出する。なお、他の実施形態において、ブーム16を起伏させる油圧回路内の圧力が不図示の圧力計によって検出され、当該圧力に基づいて前記吊荷の荷重が推定されても良い。 The suspended load detection unit 86 acquires and outputs information on the weight of the suspended load LM connected to the main hook 57 (suspended load amount information). In the present embodiment, the suspended load detection unit 86 includes a load detector (load cell) (not shown) connected to the main hoisting rope 50, and determines whether the suspended load LM is detected based on changes in strain in the tension of the main hoisting rope 50. Detect weight. In another embodiment, the pressure in the hydraulic circuit that raises and lowers the boom 16 may be detected by a pressure gauge (not shown), and the load of the suspended load may be estimated based on the pressure.

表示部87は、キャブ15内に配置されたディスプレイであり、オペレータに報知するための各種の情報を表示する。 The display unit 87 is a display arranged in the cab 15 and displays various information for notifying the operator.

制御部70は、CPU(Central Processing Unit)、制御プログラムを記憶するROM(Read Only Memory)、CPUの作業領域として使用されるRAM(Random Access Memory)等から構成されている。制御部70は、前記CPUがROMに記憶された制御プログラムを実行することにより、駆動制御部701、目標速度演算部702(目標速度設定部)、指令信号生成部703および記憶部704を備えるように機能する。 The control unit 70 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory) for storing control programs, a RAM (Random Access Memory) used as a work area for the CPU, and the like. The control unit 70 includes a drive control unit 701, a target speed calculation unit 702 (target speed setting unit), a command signal generation unit 703, and a storage unit 704 by executing the control program stored in the ROM by the CPU. function.

駆動制御部701は、旋回操作部74、ブーム操作部75およびウインチ操作部76が受け付ける操作の操作方向および操作量に応じた指令信号を旋回駆動部71、ブーム駆動部72およびウインチ駆動部73にそれぞれ入力し、各駆動部を駆動する。 Drive control unit 701 sends command signals corresponding to the operation direction and amount of operation received by turning operation unit 74 , boom operation unit 75 and winch operation unit 76 to turning drive unit 71 , boom drive unit 72 and winch drive unit 73 . Each drive unit is driven by each input.

目標速度演算部702は、自動旋回制御が実行される際に、吊荷LMが目標位置に至るまでの旋回体12の目標速度を設定する。なお、自動旋回制御は、吊荷LMを所定の初期位置から目標位置まで旋回方向に自動で移動させるための制御である。 The target speed calculator 702 sets the target speed of the revolving superstructure 12 until the suspended load LM reaches the target position when the automatic swing control is executed. The automatic turning control is a control for automatically moving the suspended load LM from a predetermined initial position to a target position in the turning direction.

指令信号生成部703は、目標速度演算部702によって設定された前記目標速度に対応する速度指令信号を生成し出力する。指令信号生成部703が出力した速度指令信号は、旋回駆動部71に入力される。この結果、旋回体12の旋回動作が自動制御される。なお、他の実施形態において、当該速度指令信号が表示部87に入力され、オペレータが速度指令信号の大きさ、方向に応じて、旋回操作部74を操作してもよい(旋回アシスト)。 A command signal generator 703 generates and outputs a speed command signal corresponding to the target speed set by the target speed calculator 702 . The speed command signal output by the command signal generation section 703 is input to the turning drive section 71 . As a result, the revolving motion of the revolving body 12 is automatically controlled. In another embodiment, the speed command signal may be input to the display unit 87, and the operator may operate the turning operation unit 74 according to the magnitude and direction of the speed command signal (turning assist).

記憶部704は、クレーン10において実行される各種の制御中に参照されるパラメータや閾値などを記憶している。 The storage unit 704 stores parameters, thresholds, and the like that are referred to during various controls executed in the crane 10 .

<旋回制御のフロー>
図4は、本実施形態に係るクレーン10の旋回制御のフローチャートである。制御部70により旋回動作の自動制御が実行されるにあたって、まず、制御部70は入力部81に含まれる自動制御スイッチがONされているか否かを判定する(ステップS1)。ここで、自動制御スイッチがONされている場合(ステップS1でYES)、制御部70は記憶部704内に移動情報が格納されているかを判定する(ステップS2)。前述のように、当該移動情報は、吊荷LMを移動させる目標位置までの目標旋回角度θf4を含むものであり、オペレータが入力部81を通じて入力することで記憶部704に格納される。
<Turn control flow>
FIG. 4 is a flowchart of swing control of the crane 10 according to this embodiment. When the control unit 70 automatically controls the turning motion, the control unit 70 first determines whether or not the automatic control switch included in the input unit 81 is turned on (step S1). Here, if the automatic control switch is turned on (YES in step S1), the control unit 70 determines whether movement information is stored in the storage unit 704 (step S2). As described above, the movement information includes the target turning angle θ f4 to the target position for moving the suspended load LM, and is stored in the storage section 704 by being input through the input section 81 by the operator.

ステップS2において移動情報がある場合(ステップS2でYES)、旋回角検出部82、起伏角検出部83およびロープ長さ検出部84が、それぞれ、旋回角θ、起伏角θおよび主巻ロープ50の長さlを検出する(ステップS3)。検出された情報は、記憶部704に記憶される。なお、ステップS1で自動制御スイッチがOFFの場合(ステップS1でNO)、または、ステップS2で移動情報がない場合(ステップS2でNO)、図2のように各処理が繰り返される。 If there is movement information in step S2 (YES in step S2), turning angle detection unit 82, hoisting angle detection unit 83, and rope length detection unit 84 detect turning angle θ 4 , hoisting angle θ 3 , and main hoisting rope, respectively. A length l of 50 is detected (step S3). The detected information is stored in the storage unit 704 . If the automatic control switch is OFF in step S1 (NO in step S1), or if there is no movement information in step S2 (NO in step S2), each process is repeated as shown in FIG.

ステップS3において各情報が検出されると、ブーム長さ取得部85がブーム16の長さ(L)を取得する。前述のように、ブーム16の長さは予め記憶部704に記憶されていても良いし、入力部81などを通じて入力されてもよい。 When each piece of information is detected in step S<b>3 , the boom length obtaining section 85 obtains the length (L) of the boom 16 . As described above, the length of boom 16 may be stored in advance in storage unit 704 or may be input through input unit 81 or the like.

次に、目標速度演算部702が、吊荷LMが初期位置から目標位置に至るまでの旋回体12の旋回速度(旋回角速度θ’)のプロファイル(推移)を演算する(ステップS5)。すなわち、本実施形態では、吊荷LMの荷振れを抑制するために、旋回体12の旋回角θに応じてその角速度θ’が変化するように制御される。なお、以後の説明では、θの微分(角速度)をθ’と表し、θの2回微分(角加速度)をθ’’と表す場合がある。演算された旋回角速度θ’の推移は、表示部87に表示され、オペレータが確認することができる。 Next, the target speed calculator 702 calculates a profile (transition) of the swing speed (swing angular speed θ′ 4 ) of the swing structure 12 from the initial position to the target position of the suspended load LM (step S5). That is, in this embodiment, in order to suppress the swing of the suspended load LM, the angular velocity θ′4 of the swing body 12 is controlled to change according to the swing angle θ4. In the following description, the derivative of θ (angular velocity) may be expressed as θ′, and the second derivative of θ (angular acceleration) may be expressed as θ″. The transition of the calculated turning angular velocity θ'4 is displayed on the display unit 87 and can be confirmed by the operator.

ステップS5において速度プロファイル(角速度θ’の推移)が決定されると、ステップS6において、目標速度演算部702が目標位置における吊荷LMの推定荷振れ量を演算する。この際、前述の運動方程式から吊荷LMの半径方向振れ角度θおよび旋回方向振れ角度θがそれぞれ演算され、その結果が表示部87に表示される。 When the speed profile (transition of the angular velocity θ'4 ) is determined in step S5, the target speed calculator 702 calculates the estimated swing amount of the suspended load LM at the target position in step S6. At this time, the swing angle θ 1 in the radial direction and the swing angle θ 2 in the turning direction of the suspended load LM are calculated from the equation of motion described above, and the results are displayed on the display unit 87 .

次に、指令信号生成部703が、上記の演算された角速度θ’に応じた速度指令信号を生成し(ステップS7)、旋回駆動部71に入力する。この結果、旋回駆動部71が旋回体12を旋回させ、旋回体12の旋回動作の自動制御が実行される(ステップS8)。 Next, the command signal generator 703 generates a speed command signal corresponding to the calculated angular velocity θ′4 (step S 7 ) and inputs it to the turning drive unit 71 . As a result, the revolving drive section 71 revolves the revolving body 12, and the revolving motion of the revolving body 12 is automatically controlled (step S8).

<旋回速度の演算について>
次に、上記のステップS5で実行される旋回速度(角速度θ’)の演算について詳述する。
<Calculation of turning speed>
Next, the calculation of the turning speed (angular speed θ′ 4 ) executed in step S5 will be described in detail.

初期位置において吊荷LMがブーム16によって吊り上げられた状態から、旋回体12が目標位置に向かって旋回すると、主巻ロープ50に接続された吊荷LMには、半径方向および旋回方向において2次元的な荷振れが発生する。ブーム16は、旋回体12とともに旋回する水平移動に加え、自らが起伏することで、鉛直方向にも移動することができる。このため、上記のような2次元的な荷振れを抑制するためには、旋回体12の旋回速度(角速度θ’)に加え、移動中にブーム16の起伏角θを調整することも考えられる。しかしながら、このような吊荷LMの上下方向における動きは重力に逆らうため、より複雑な荷振れを招きやすく、吊荷LMを短時間で目標位置に到達させつつ、その荷振れを抑制することが困難になる。 When the revolving structure 12 turns toward the target position from the state in which the suspended load LM is lifted by the boom 16 at the initial position, the suspended load LM connected to the main hoisting rope 50 has a two-dimensional shape in the radial direction and the turning direction. significant load swing occurs. The boom 16 can move vertically by undulating itself in addition to horizontal movement by turning together with the revolving body 12 . Therefore, in order to suppress the two-dimensional load swing as described above, it is also possible to adjust the hoisting angle θ 3 of the boom 16 during movement in addition to the swing speed (angular velocity θ′ 4 ) of the swing body 12 . Conceivable. However, since such vertical movement of the suspended load LM works against the force of gravity, more complicated swinging of the load is likely to occur. become difficult.

そこで、本実施形態では、制御部70が、旋回体12の旋回、すなわち、ブーム16の水平方向への移動のみによって、時間的に最適な軌道を決定し、目標位置における荷振れを抑制する。換言すれば、当該旋回移動では、ブーム16の起伏角θは固定されている。また、ここでいう軌道とは、位置的な軌道のみならず、時間的要素を含むものであり、各時刻において吊荷LMがどの位置を通過するかという問題を含むものである。更に、制御部70は、目標位置に到達した後の吊荷LMの継続的な荷振れを出来る限り抑制する。 Therefore, in the present embodiment, the control unit 70 determines the temporally optimum trajectory only by turning the turning body 12, that is, moving the boom 16 in the horizontal direction, and suppresses the swinging of the load at the target position. In other words, the hoisting angle θ3 of the boom 16 is fixed during the pivoting movement. The trajectory referred to here includes not only a positional trajectory but also a temporal element, and includes the problem of which position the suspended load LM passes at each time. Furthermore, the control unit 70 suppresses continuous swinging of the suspended load LM after reaching the target position as much as possible.

旋回体12を駆動する旋回駆動部71に含まれる旋回モータ(不図示)に掛かるトルクをτとすると、トルクτはラグランジュの運動方程式などから以下の式1によって表すことができる。

Figure 2022190556000002
Assuming that the torque applied to the swing motor (not shown) included in the swing drive unit 71 that drives the swing body 12 is τ4, the torque τ4 can be expressed by the following equation 1 from the Lagrangian equation of motion.
Figure 2022190556000002

なお、上記の式1および後記の各式に含まれる一部のパラメータの定義について、以下の表1に示す。

Figure 2022190556000003
Table 1 below shows the definition of some parameters included in the above formula 1 and each formula described later.
Figure 2022190556000003

式1のパラメータについて補足すると、JおよびIは旋回体12およびブーム16に掛かる慣性モーメントである。I、I、Iは表1にも示されているように、ブーム16に掛かる各座標軸回りの慣性モーメントである。 Supplementing the parameters in Equation 1, J 4 and I b are the moments of inertia acting on the rotating bed 12 and boom 16 . As shown in Table 1, I x , I y , and I z are moments of inertia about each coordinate axis applied to the boom 16 .

ここで、図2の吊荷LMに掛かる外力のバランスから、半径方向および旋回方向のそれぞれの方向における吊荷LMの荷振れのダイナミクスモデルは、動力学に基づいて以下の式2、式3によって表すことができる。

Figure 2022190556000004
Figure 2022190556000005
Here, from the balance of the external force applied to the suspended load LM in FIG. can be represented.
Figure 2022190556000004
Figure 2022190556000005

なお、式2、式3においてgは重力加速度である。式2、式3は、吊荷LMの荷振れを表す基準となる(完全な)ダイナミクスモデルと定義される。一方、式2、式3の各式において、θの2乗とθの2回微分との積、ならびに、θとθの1回微分の2乗との積については、相対的に小さな値であるため、省略することができる(θは、θ、θを含む)。このため、式2、式3は、以下の式4、式5に置き換えることができる。

Figure 2022190556000006
Figure 2022190556000007
Note that g in Equations 2 and 3 is the gravitational acceleration. Equations 2 and 3 are defined as a reference (perfect) dynamics model representing the swing of the suspended load LM. On the other hand, in formulas 2 and 3, the product of the square of θ and the second derivative of θ, and the product of θ and the square of the first derivative of θ are relatively small values. can be omitted (θ includes θ 1 and θ 2 ). Therefore, Equations 2 and 3 can be replaced with Equations 4 and 5 below.
Figure 2022190556000006
Figure 2022190556000007

式4、式5は、吊荷LMの荷振れを表す第1のダイナミクスモデルと定義される。また、式4、式5は、本発明の式I、式IIに相当する。更に、上記の式4の右辺の第2項、第3項、式5の右辺の第2項、第3項および第4項を省略することで、以下の式6、式7を得ることができる。

Figure 2022190556000008
Figure 2022190556000009
Equations 4 and 5 are defined as a first dynamics model representing the swing of the suspended load LM. Formulas 4 and 5 correspond to formulas I and II of the present invention. Further, by omitting the second and third terms on the right side of the above formula 4 and the second, third and fourth terms on the right side of the formula 5, the following formulas 6 and 7 can be obtained. can.
Figure 2022190556000008
Figure 2022190556000009

式6、式7は、吊荷LMの荷振れを表す第2のダイナミクスモデルと定義される。また、式6、式7は、本発明の式III、式IVに相当する。更に、本実施形態では、動的なブーム16の動きを単純化し最適な時間軌道を生成するために、目標速度演算部702は、旋回体12の旋回角θについて、以下の式8のように、初期位置(旋回動作の始点)を基準とする旋回動作の経過時間tを変数とした多項式関数で定義する。

Figure 2022190556000010
Equations 6 and 7 are defined as a second dynamics model representing the swing of the suspended load LM. Formulas 6 and 7 correspond to formulas III and IV of the present invention. Furthermore, in this embodiment, in order to simplify the dynamic movement of the boom 16 and generate the optimum time trajectory, the target speed calculator 702 calculates the swing angle θ4 of the swing structure 12 as shown in Equation 8 below. 2, is defined by a polynomial function in which the elapsed time t of the turning motion based on the initial position (the starting point of the turning motion) is used as a variable.
Figure 2022190556000010

式8のように、本実施形態では、ブーム16の動きを単純化するモデルとして、6次多項式を用いて定式化している。式8におけるb(i=1~6)は、最適化によって決定される多項式係数である。ただし、旋回体12の旋回動作が開始される初期状態では、旋回角θ=0、旋回角速度θ’=0であるため、係数b、bはゼロに割り当てられる。したがって、b、b、b、b、bの5つの係数が最適化によって調整される。なお、多項式の次数は6次に限られるものではなく、より低次あるいは高次の多項式を用いてもよい。 As shown in Equation 8, in this embodiment, as a model that simplifies the motion of the boom 16, it is formulated using a sixth-order polynomial. The b i (i=1-6) in Equation 8 are polynomial coefficients determined by optimization. However, since the turning angle θ 4 =0 and the turning angular velocity θ′ 4 =0 in the initial state when the turning motion of the turning body 12 is started, the coefficients b 0 and b 1 are assigned zero. Therefore, the five coefficients b 2 , b 3 , b 4 , b 5 , b 6 are adjusted by optimization. The order of the polynomial is not limited to 6, and a lower or higher order polynomial may be used.

ここで、吊荷LMが目標位置に到達する時刻をTとすると、旋回動作中の時刻(経過時間)tは、t=STと表すことができる。Sは、0≦S≦1の範囲内の離散値を含むベクトルである。この結果、式8は、以下の式9のように表すことができる。

Figure 2022190556000011
Here, if the time when the suspended load LM reaches the target position is T, the time (elapsed time) t during the turning motion can be expressed as t=ST. S is a vector containing discrete values in the range 0≤S≤1. As a result, Equation 8 can be expressed as Equation 9 below.
Figure 2022190556000011

目標速度演算部702は、上記の式9における到達時刻Tが最小となるように多項式係数b(i=2~6)をそれぞれ設定することで、吊荷LMを速やかに目標位置に移動させることができる。この際、吊荷LMの荷振れを抑制するためには、前述の式4および式5または式6および式7で規定される半径方向振れ角度θ、旋回方向振れ角度θが、目標位置において所定の閾値角度以下に抑制されるとともに、目標位置への移動中においても所定の最大角度以下に抑えられることが望ましい。したがって、上記の問題は、以下の式10、式11によって表すことができる。

Figure 2022190556000012
Figure 2022190556000013
The target speed calculation unit 702 quickly moves the suspended load LM to the target position by setting the polynomial coefficients b i (i=2 to 6) so that the arrival time T in the above equation 9 is minimized. be able to. At this time, in order to suppress the load swing of the suspended load LM, the radial direction swing angle θ 1 and the turning direction swing angle θ 2 defined by the above-described Equations 4 and 5 or Equations 6 and 7 must be adjusted to the target position. It is desirable that the angle is suppressed to a predetermined threshold angle or less in , and that the angle is suppressed to a predetermined maximum angle or less even during movement to the target position. Therefore, the above problem can be represented by Equations 10 and 11 below.
Figure 2022190556000012
Figure 2022190556000013

式10は、到達時刻Tが最小となるような多項式係数b(i=2~6)を最適化する問題を意味し、式11は、そのための条件を意味している。式11を上から順に参照して、時刻Tにおける旋回角θ(T)は、目標旋回角度θf4である。時刻T、すなわち、目標位置における旋回角速度θ’(T)はゼロである。また、移動中の旋回角速度θ’(t)(速度)の絶対値は、旋回駆動部71の特性から予め設定された旋回最大角速度θ’max4(最大速度)以下に設定される。更に、目標位置における振れ角度θ(T)(i=1、2)の絶対値は、予め設定された最終荷振れ許容角度θ(閾値角度)以下に設定される。同様に、目標位置における振れ角速度θ’(T)(i=1、2)の絶対値は、予め設定された最終荷振れ許容角速度θ’(閾値角速度)以下に設定される。また、移動中における振れ角度θ(t)(i=1、2)の絶対値は、予め設定された移動中荷振れ許容角度θSW(移動中最大角度)以下に設定される。同様に、移動中における振れ角速度θ’(t)(i=1、2)の絶対値は、予め設定された移動中荷振れ許容角速度θ’SW(移動中最大角速度)以下に設定される。なお、上記のパラメータについては、前述の表1にも示されている。なお、各角速度は、対応する角度の時間変化に相当する。 Equation 10 means the problem of optimizing the polynomial coefficients b i (i=2 to 6) that minimizes the arrival time T, and Equation 11 means the conditions therefor. Referring to Equation 11 from top to bottom, the turning angle θ 4 (T) at time T is the target turning angle θ f4 . The turning angular velocity θ′ 4 (T) at time T, ie, the target position, is zero. Also, the absolute value of the turning angular velocity θ′ 4 (t) (velocity) during movement is set to be equal to or less than the maximum turning angular velocity θ′ max4 (maximum speed) preset from the characteristics of the turning drive section 71 . Furthermore, the absolute value of the swing angle θ i (T) (i=1, 2) at the target position is set to be equal to or less than a preset final load swing allowable angle θ f (threshold angle). Similarly, the absolute value of the swing angular velocity θ' i (T) (i=1, 2) at the target position is set to be equal to or less than a preset final allowable load swing angular speed θ' f (threshold angular speed). Also, the absolute value of the swing angle θ i (t) (i=1, 2) during movement is set to be equal to or less than a preset allowable load swing angle during movement θ SW (maximum angle during movement). Similarly, the absolute value of the swing angular velocity θ′ i (t) (i=1, 2) during movement is set to be equal to or less than a preset allowable swing angular velocity during movement θ′ SW (maximum angular velocity during movement). . The above parameters are also shown in Table 1 above. Note that each angular velocity corresponds to the time change of the corresponding angle.

本実施形態では、目標速度演算部702は、上記の問題を一例として逐次二次計画法によって演算する。なお、目標速度演算部702は、作業現場において求められる演算精度および演算時間に応じて、前述の式4、式5、式9、式10および式11(後記の実施例2)または、式6、式7、式9、式10および式11(後記の実施例1)によって、最適解を演算することができる。当該演算によって、式9の多項式係数b(i=2~6)がそれぞれ最適化され、式10の最小の到達時刻Tが決定されると、その到達予想時刻が表示部87に表示されてもよい。また、目標速度演算部702は、式9から移動中の各時刻における旋回角θの推移を決定するとともに、その微分から旋回角速度θ’の推移を決定する。この結果から、先のステップS7において指令信号生成部703が速度指令信号を生成することができる。 In the present embodiment, the target speed calculation unit 702 calculates the above problem by sequential quadratic programming as an example. It should be noted that the target speed calculation unit 702 uses the above-described formulas 4, 5, 9, 10 and 11 (second embodiment described later) or formula 6 according to the calculation accuracy and calculation time required at the work site. , Eq. 7, Eq. 9, Eq. 10 and Eq. 11 (Embodiment 1 described later) can be used to calculate the optimum solution. By this calculation, the polynomial coefficients b i (i=2 to 6) of Equation 9 are optimized, respectively, and when the minimum arrival time T of Equation 10 is determined, the expected arrival time is displayed on the display unit 87. good too. Further, the target speed calculator 702 determines the transition of the turning angle θ4 at each time during movement from Equation 9 , and also determines the transition of the turning angular velocity θ′4 from the differentiation thereof. Based on this result, the command signal generator 703 can generate the speed command signal in step S7.

一方、目標速度演算部702は、上記の最適化結果から、式4および式5、または、式6および式7を用いて、目標位置における半径方向振れ角度θおよび旋回方向振れ角度θを演算することができる(図4のステップS6)。この際、目標速度演算部702は、式2および式3から半径方向振れ角度θおよび旋回方向振れ角度θを演算してもよい。 On the other hand, the target speed calculation unit 702 calculates the radial deflection angle θ 1 and the turning direction deflection angle θ 2 at the target position from the above optimization result using Equations 4 and 5 or Equations 6 and 7. can be calculated (step S6 in FIG. 4). At this time, the target speed calculation unit 702 may calculate the radial deflection angle θ1 and the turning direction deflection angle θ2 from Equations ( 2 ) and ( 3 ).

以上のように、本実施形態では、目標速度演算部702は、動力学に基づく吊荷LMの運動方程式と、所定の多項式関数に基づいて、旋回体12の目標速度(角速度θ’)を演算する。前記運動方程式は、少なくともブーム16の長さLと主巻ロープ50の長さlと起伏角θとを含むものであり、旋回方向および半径方向のそれぞれについての方程式を含む。また、前記多項式関数は、初期位置を基準とする旋回動作の経過時間tを変数とした旋回体12の旋回角θについての多項式関数である。当該多項式関数は、前記経過時間tについて互いに異なる次数をそれぞれ含む複数の単項式からなる。目標速度演算部702は、これらの方程式および関数に基づいて、目標位置における半径方向振れ角度θおよび旋回方向振れ角度θが所定の閾値角度よりも小さく、かつ、吊荷LMの目標位置への到達時刻Tが最小となるように前記複数の単項式の係数をそれぞれ決定することで、目標位置に至るまでの旋回体12の経過時間tに応じた目標速度(角速度θ’)を設定する。 As described above, in the present embodiment, the target speed calculator 702 calculates the target speed (angular speed θ′ 4 ) of the revolving superstructure 12 based on the equation of motion of the suspended load LM based on dynamics and a predetermined polynomial function. Calculate. The equation of motion includes at least the length L of the boom 16, the length l of the main hoisting rope 50, and the hoisting angle θ3 , and includes equations for each of the turning direction and the radial direction. Further, the polynomial function is a polynomial function for the turning angle θ4 of the turning body 12 with the elapsed time t of turning operation based on the initial position as a variable. The polynomial function is composed of a plurality of monomials each including a different order for the elapsed time t. Based on these equations and functions, the target speed calculation unit 702 determines that the radial deflection angle θ 1 and the turning direction deflection angle θ 2 at the target position are smaller than a predetermined threshold angle and that the suspended load LM reaches the target position. The target velocity (angular velocity θ′ 4 ) is set according to the elapsed time t of the revolving structure 12 until reaching the target position by determining the coefficients of the plurality of monomials so that the arrival time T of is minimized. .

特に、本実施形態では、目標速度演算部702が、吊荷LMの運動方程式と多項式関数とに基づいて、目標位置における2方向における吊荷LMの振れ角度θ、θが所定の閾値角度よりも小さくかつ吊荷LMの到達時間が最小となるように、旋回体12の目標速度を設定することができる。このため、予め移動所要時間が設定される場合のように旋回体12の目標速度が前記移動所要時間の影響を受けることがなく、目標位置における荷振れを抑制しながら、可能な限り最小限の移動時間で吊荷LMを移動させることができる。したがって、目標位置における吊荷LMの荷振れを抑制しつつ吊荷LMを前記目標位置に効率的に移動させることが可能となる。 In particular, in this embodiment, the target speed calculator 702 determines that the swing angles θ 1 and θ 2 of the suspended load LM in two directions at the target position are predetermined threshold angles based on the equation of motion of the suspended load LM and the polynomial function. The target speed of the revolving superstructure 12 can be set such that it is smaller than , and the arrival time of the suspended load LM is minimized. Therefore, the target speed of the revolving structure 12 is not affected by the required movement time unlike the case where the required movement time is set in advance. The suspended load LM can be moved during the moving time. Therefore, it is possible to efficiently move the suspended load LM to the target position while suppressing swinging of the suspended load LM at the target position.

また、本実施形態では、吊荷LMの到達時間が最小となるように、旋回体12の目標速度(角速度の推移)を最適化することができる。この際、この問題を最適化する条件には、吊荷LMの荷振れ制約条件が既に含まれている。したがって、従来のように、一度設定された搬送速度の推移に、逆動力学に基づくフィルタ処理(目標値フィルタ)を施すことで、荷振れを抑制するように上記の搬送速度を補正する場合と比較して、幅広い条件に対応して最適な旋回体12の目標速度を設定することができる。また、事前に目標値までの搬送時間が設定される場合と比較して、旋回体12の目標速度が当該搬送時間に拘束されることがなく、あくまでも荷振れの抑制を必達しながら最小時間で吊荷LMを目標位置に到達させることが可能となる。 Further, in the present embodiment, the target speed (change in angular speed) of the revolving superstructure 12 can be optimized so that the arrival time of the suspended load LM is minimized. In this case, the conditions for optimizing this problem already include the swing constraint of the suspended load LM. Therefore, as in the conventional case, the transition of the conveying speed once set is subject to filter processing (target value filter) based on inverse dynamics, thereby correcting the above conveying speed so as to suppress the swing of the load. By comparison, it is possible to set the optimum target speed of the revolving superstructure 12 corresponding to a wide range of conditions. In addition, compared to the case where the transfer time to the target value is set in advance, the target speed of the revolving structure 12 is not restricted by the transfer time, and the load swing can be suppressed in the minimum time. It becomes possible to cause the suspended load LM to reach the target position.

更に、本実施形態では、目標速度演算部702が実行する演算には、主巻ロープ50の長さ(主フック57の位置)、ブーム16の起伏角θ3およびブーム16の長さ(旋回半径)を含む吊荷LMの運動方程式が用いられているため、吊荷LMの振れを高い精度で抑えながら、吊荷LMを目標位置に短時間で移動させることができる。 Furthermore, in the present embodiment, the calculations executed by the target speed calculation unit 702 include the length of the main hoisting rope 50 (the position of the main hook 57), the hoisting angle θ3 of the boom 16, and the length of the boom 16 (turning radius). Since the equation of motion of the suspended load LM including is used, the suspended load LM can be moved to the target position in a short time while suppressing the swing of the suspended load LM with high accuracy.

また、上記で説明した2つのダイナミクスモデルのうち、第1のダイナミクスモデルを用いて旋回体12の旋回動作における旋回角速度θ’の最適化を行った場合には、吊荷LMを目標位置に最短時間で到達させることができるとともに、完全なダイナミクスモデル(フルモデル)との波形の一致性も高く維持しながら、吊荷LMの荷振れを抑えることができる。 Further, when the first dynamics model of the two dynamics models described above is used to optimize the turning angular velocity θ′4 in the turning operation of the turning body 12, the suspended load LM is moved to the target position. The load can be reached in the shortest time, and the swing of the suspended load LM can be suppressed while maintaining high waveform matching with the complete dynamics model (full model).

次に、本発明について実施例を基に更に詳述する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 Next, the present invention will be described in further detail based on examples. In addition, the present invention is not limited to the following examples.

<簡略化されたダイナミクスモデルの検証>
前述のように、クレーン10の旋回制御において所定の条件を満たすような旋回速度を演算するために、目標速度演算部702は、第1のダイナミクスモデル(式4、式5)または第2のダイナミクスモデル(式6、式7)を採用する。これらは、完全なダイナミクスモデル(式2、式3)を簡略化したものであるため、その有効性について検証する。図5は、基本的な旋回速度プロファイル(サイクロイドブーム速度)の一例である。図6は、本発明の実施例における半径方向振れ角度θの時間推移を示すグラフである。図7は、本発明の実施例における旋回方向振れ角度θの時間推移を示すグラフである。
<Verification of simplified dynamics model>
As described above, in order to calculate a slewing speed that satisfies a predetermined condition in slewing control of the crane 10, the target speed calculation unit 702 uses the first dynamics model (Eq. 4, Eq. 5) or the second dynamics model The model (Formula 6, Formula 7) is adopted. Since these are simplifications of the full dynamics model (equations 2 and 3), their validity is verified. FIG. 5 is an example of a basic swing speed profile (cycloidal boom speed). FIG. 6 is a graph showing temporal transition of the radial deflection angle θ1 in the embodiment of the present invention. FIG . 7 is a graph showing the time course of the swing angle θ2 in the turning direction in the embodiment of the present invention.

図5における時間と旋回角速度との関係は、以下の式12によって表すことができる。

Figure 2022190556000014
The relationship between time and turning angular velocity in FIG. 5 can be represented by the following Equation 12.
Figure 2022190556000014

なお、式12におけるθ’max4は、図5の最大角速度に相当する。図5における時刻20secが目標位置と仮定される。このような速度プロファイルでは、目標位置における速度(角速度)のみならず、加速度(角加速度)もゼロである。このような速度プロファイルとともに、以下の表2に示すような条件を、第1のダイナミクスモデル(実施例2)、第2のダイナミクスモデル(実施例1)、完全なダイナミクスモデル(基準例)にそれぞれ入力することで演算された、半径方向振れ角度θおよび旋回方向振れ角度θのそれぞれの推移が図6、図7に示されている。なお、各条件では、速度および加速度が10msecのサンプリング時間で演算される。

Figure 2022190556000015
θ' max4 in Equation 12 corresponds to the maximum angular velocity in FIG. Time 20 sec in FIG. 5 is assumed to be the target position. In such a velocity profile, not only the velocity (angular velocity) but also the acceleration (angular acceleration) at the target position are zero. Along with such velocity profiles, conditions as shown in Table 2 below were applied to the first dynamics model (Example 2), the second dynamics model (Example 1), and the complete dynamics model (reference example), respectively. 6 and 7 show transitions of the radial deflection angle θ 1 and the turning direction deflection angle θ 2 calculated by the input. Note that under each condition, the velocity and acceleration are calculated with a sampling time of 10 msec.
Figure 2022190556000015

図6、図7を参照して、第1のダイナミクスモデル(式4、式5)は、半径方向振れ角度θおよび旋回方向振れ角度θのいずれにおいても、完全なダイナミクスモデルに一致する結果となった。一方、第1のダイナミクスモデルと比べて、より多くの項を省略した第2のダイナミクスモデルでは、半径方向振れ角度θにおいては完全なダイナミクスモデルに近似する結果となったが、旋回方向振れ角度θにおいては後半の時間域において完全なダイナミクスモデルとの間で乖離が発生する結果となった。このため、完全なダイナミクスモデルとの一致性の観点では、第1のダイナミクスモデルの方が良好な結果となった。 6 and 7, the first dynamics model (formula 4, formula 5) agrees with the complete dynamics model at both radial runout angle θ 1 and turning direction runout angle θ 2 . became. On the other hand, compared to the first dynamics model, the second dynamics model, in which more terms are omitted, approximated the complete dynamics model at the radial runout angle θ1, but the turning direction runout angle In the case of θ 2 , there was a deviation from the complete dynamics model in the latter half of the time domain. Therefore, in terms of matching with the complete dynamics model, the first dynamics model gave better results.

<荷振れ制約条件について>
前述のように、本発明では、吊荷LMを最短時間で目標位置に到達させるとともに、目標位置および移動中の荷振れが所定の閾値角度以下に収まるように(荷振れ制約条件)、旋回速度の推移が最適化される。このため、この荷振れ制約条件の有無による吊荷LMの動きについて評価した。当該評価では、起伏角θを45度と仮定し、その他の条件は以下の表3に示される。

Figure 2022190556000016
<Constraints for load swing>
As described above, in the present invention, the slewing speed is set so that the load LM reaches the target position in the shortest time, and the load swing at the target position and during movement is within a predetermined threshold angle (load swing constraint condition). is optimized. For this reason, the movement of the suspended load LM was evaluated with or without this load swing constraint. The evaluation assumes that the undulation angle θ 3 is 45 degrees, and the other conditions are shown in Table 3 below.
Figure 2022190556000016

上記の各条件に基づいて、前述の式4、式5、式9、式10および式11(第1のダイナミクスモデル)から演算された、目標位置(目標旋回角度θf4)までの旋回角θおよび旋回角速度θ’の時間推移の結果が、図8、図9にそれぞれ示される。図8、図9において、「With sway」は、式11の制約条件がすべて加味された場合の演算結果である(後記の図でも同様)。一方、図8、図9において、「No sway」は、式11の下4つの半径方向振れ角度θ、旋回方向振れ角度θに関する制約条件(荷振れ制約条件)がない場合の演算結果に相当する(後記の図でも同様)。図8に示すように、荷振れ制約条件がない場合には、荷振れ制約条件がある場合と比較して、吊荷LMが早く目標位置に到達する。しかしながら、この場合、図9に示すように、旋回体12の旋回角速度θ’は旋回開始時から急激に上昇するとともに、目標位置の直前で急激に低下される結果となった。なお、上記の各演算について、最適化が終了するまでの演算時間は、「No sway」では1.50秒、「With sway」では2.99秒であった。 Turning angle θ to the target position (target turning angle θ f4 ), which is calculated from Equations 4, 5, 9, 10 and 11 (first dynamics model) based on the above conditions. 4 and turning angular velocity θ' 4 are shown in FIGS. 8 and 9, respectively. In FIGS. 8 and 9, "With sway" is the calculation result when all the constraints of Equation 11 are taken into consideration (the same applies to the figures to be described later). On the other hand, in FIGS. 8 and 9, "No sway" is the calculation result when there are no constraints (load swing constraints) on the four lower sway angles θ 1 in the radial direction and the swing angle θ 2 in the turning direction in Equation 11. Equivalent (same for the following figures). As shown in FIG. 8, when there is no load swing constraint, the suspended load LM reaches the target position earlier than when there is a load swing constraint. However, in this case, as shown in FIG. 9, the turning angular velocity .theta.'4 of the turning body 12 abruptly increases from the start of turning, and also abruptly decreases immediately before reaching the target position. For each of the above calculations, the calculation time until the optimization was completed was 1.50 seconds for "No sway" and 2.99 seconds for "With sway".

更に、上記のように生成された時間的に最適化された軌道の有効性を確認するために、式9を式2、式3に適用することで、吊荷LMの半径方向振れ角度θおよび旋回方向振れ角度θの推移について演算した。図10は、本実施例における半径方向振れ角度の時間推移を示すグラフである。図11は、本実施例における旋回方向振れ角度の時間推移を示すグラフである。なお、図10、図11のいずれのグラフにおいても、吊荷LMが目標位置に到達した後(図8の到達時間参照)の荷振れも示している。 Furthermore, to confirm the validity of the temporally optimized trajectory generated above, by applying Equation 9 to Equations 2 and 3, the radial deflection angle θ 1 of the suspended load LM and the transition of the swing angle θ2 in the turning direction. FIG. 10 is a graph showing the temporal transition of the radial deflection angle in this embodiment. FIG. 11 is a graph showing the time course of the swing angle in the turning direction in this embodiment. Both the graphs of FIGS. 10 and 11 also show load swing after the suspended load LM reaches the target position (see arrival time in FIG. 8).

図10、図11に示すように、荷振れ制約条件がある場合には、半径方向振れ角度θ、旋回方向振れ角度θともに、移動中、目標位置および目標位置到達後の荷振れが低く抑えられている。一方、荷振れ制約条件がない場合には、図9に示すように吊荷LMが目標位置に早く到達するものの、移動中、目標位置および目標位置到達後の荷振れが大きく発生する結果が得られた。 As shown in FIGS. 10 and 11, when there is a load swing constraint condition, both the radial swing angle θ 1 and the turning direction swing angle θ 2 are low during movement, at the target position, and after reaching the target position. suppressed. On the other hand, when there is no load swing constraint, the suspended load LM reaches the target position quickly as shown in FIG. was taken.

更に、上記の演算結果を式1に適用することで、荷振れ制約条件の有無について、旋回体12を旋回させる旋回モータのトルクについて評価した。図12は、本実施例における旋回トルクτ4の時間推移を示すグラフである。図12では、一部のトルク推移が部分的に拡大して示されている。図12に示すように、荷振れ制約条件がある場合、ない場合のいずれの場合においても、クレーン10において予め設定される旋回モータの最大トルクおよび最小トルク(図12の上下の一点鎖線)の間の範囲内に収まる結果となった。なお、前述の式1を制約条件に用いることで,旋回トルクτ4を最大トルクおよび最小トルクの間に抑える多項式軌道の生成も可能である。 Furthermore, by applying the above calculation results to Equation 1, the presence or absence of load swing constraint conditions was evaluated with respect to the torque of the swing motor that swings the swing body 12 . FIG. 12 is a graph showing the time course of the turning torque τ4 in this embodiment. In FIG. 12, a part of the torque curve is shown partially enlarged. As shown in FIG. 12, whether there is a load swing constraint or not, between the maximum torque and the minimum torque of the swing motor preset in the crane 10 (the upper and lower dashed lines in FIG. 12) The result was within the range of By using Equation 1 as a constraint condition, it is possible to generate a polynomial trajectory that suppresses the turning torque τ4 between the maximum torque and the minimum torque.

<荷振れ抑制の検証結果>
次に、前述の第1のダイナミクスモデル(実施例2)および第2のダイナミクスモデル(実施例1)について、式11に含まれる制約条件として2つのケースにおいて最適化の演算を行った結果を示す。表4は、上記の制約条件の2つのケース(ケース1、ケース2)を示したものである。

Figure 2022190556000017
<Results of verification of load swing suppression>
Next, for the first dynamics model (Example 2) and the second dynamics model (Example 1) described above, the results of optimization calculations performed in two cases as the constraint conditions included in Equation 11 are shown. . Table 4 shows two cases (Case 1, Case 2) of the above constraints.
Figure 2022190556000017

ケース1と比較してケース2では、旋回最大角速度θ’max4、移動中荷振れ許容角速度θ’SW、最終荷振れ許容角度θが相対的に大きく設定されている一方、最終荷振れ許容角速度θ’が相対的に小さく設定されている。図13および図14は、上記のケース1における旋回角度θおよび旋回角速度θ’の時間推移を示すグラフである。ケース1では、実施例1と実施例2との間で、旋回角θの推移に大きな差は見られないが、旋回角速度θ’では、実施例2の方が緩やかな推移を示し、トップスピードを抑えることができる結果となった。 Compared to Case 1, in Case 2, the maximum turning angular velocity θ′ max4 , the allowable load swing angular speed during movement θ′ SW , and the final allowable load swing angle θ f are set relatively large. θ'f is set relatively small. 13 and 14 are graphs showing time transitions of the turning angle θ4 and the turning angular velocity θ′4 in Case 1 above. In case 1, there is no significant difference in the transition of the turning angle θ4 between the first embodiment and the second embodiment, but the turning angular velocity θ′4 shows a gentler transition in the second embodiment. As a result, the top speed can be suppressed.

図15および図16は、上記のケース2における旋回角度θおよび旋回角速度θ’の時間推移を示すグラフである。ケース2では、実施例2の方が実施例1よりも早く目標位置に到達する結果となった。なお、上記の到達時間の差はあるものの旋回角速度θ’のプロファイルには大きな差は見られない。 15 and 16 are graphs showing time transitions of the turning angle θ4 and the turning angular velocity θ′4 in case 2 above. In Case 2, Example 2 reached the target position earlier than Example 1. Although there is a difference in arrival time, there is no significant difference in the profile of the turning angular velocity θ'4 .

図17、図18、図19および図20は、上記のケース1における半径方向振れ角度θ、半径方向振れ角速度θ’、旋回方向振れ角度θおよび旋回方向振れ角速度θ’のそれぞれの時間推移を示すグラフである。なお、各図では、実施例1、実施例2の結果に加えて、確認のために、前述の完全なダイナミクスモデル(式2、式3)を適用した場合の推移を、実施例1’、実施例2’としてそれぞれ示している。なお、実施例1、実施例2のそれぞれのグラフが途切れている部分(終端)が目標位置への到達時刻に相当する。実施例1’、実施例2’は目標位置に到達した後の推移を評価することができる。各図に示すように、実施例2は実施例1よりも目標位置における荷振れおよびその後の荷振れが低く抑えられている。また、実施例1は、完全なダイナミクスモデル(実施例1’)との一致性も極めて高い結果となった。ただし、いずれの実施例1、2においても、目標位置における荷振れを所定の閾値角度以下に抑えることが可能であるとともに、最適な最小時間で吊荷LMを目標位置に到達させることが可能となる。 17, 18, 19 and 20 show the respective values of the radial deflection angle θ 1 , the radial deflection angular velocity θ′ 1 , the turning direction deflection angle θ 2 and the turning direction deflection angular velocity θ′ 2 in Case 1 above. It is a graph which shows time transition. In each figure, in addition to the results of Examples 1 and 2, for confirmation, the transition when the above-mentioned complete dynamics model (Equation 2, Equation 3) is applied is shown in Example 1', Each is shown as Example 2'. Note that the discontinuous portions (ends) of the respective graphs of Examples 1 and 2 correspond to the arrival times at the target positions. Example 1' and Example 2' can evaluate the transition after reaching the target position. As shown in each figure, in the second embodiment, the load swing at the target position and the subsequent load swing are kept lower than in the first embodiment. In addition, Example 1 showed a very high degree of agreement with the complete dynamics model (Example 1'). However, in both Embodiments 1 and 2, it is possible to suppress the swing of the load at the target position to a predetermined threshold angle or less, and to allow the suspended load LM to reach the target position in the optimum minimum time. Become.

図21、図22、図23および図24は、上記のケース2における半径方向振れ角度θ、半径方向振れ角速度θ’、旋回方向振れ角度θおよび旋回方向振れ角速度θ’のそれぞれの時間推移を示すグラフである。ケース2においても、実施例2は実施例1よりも目標位置における荷振れおよびその後の荷振れが低く抑えられている。また、実施例1は、完全なダイナミクスモデル(実施例1’)との一致性も極めて高い結果となった。また、いずれの実施例1、2においても、目標位置における荷振れを所定の閾値角度以下に抑えることが可能であるとともに、最適な最小時間で吊荷LMを目標位置に到達させることが可能となる。 21, 22, 23 and 24 show the respective values of the radial deflection angle θ 1 , the radial deflection angular velocity θ′ 1 , the turning direction deflection angle θ 2 and the turning direction deflection angular velocity θ′ 2 in Case 2 above. It is a graph which shows time transition. Also in case 2, the load swing at the target position and the subsequent load swing are kept lower in the second embodiment than in the first embodiment. In addition, Example 1 showed a very high degree of agreement with the complete dynamics model (Example 1'). In addition, in both Embodiments 1 and 2, it is possible to suppress the swing of the load at the target position to a predetermined threshold angle or less, and to allow the suspended load LM to reach the target position in the optimum minimum time. Become.

以上、本発明の一実施形態に係るクレーン10について説明した。このような構成によれば、目標位置または旋回動作中、あるいは双方における吊荷LMの荷振れを抑制しつつ吊荷LMを前記目標位置に効率的に移動させることが可能となる。なお、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。本発明は、例えば以下のような変形実施形態を取ることができる。 The crane 10 according to one embodiment of the present invention has been described above. According to such a configuration, it is possible to efficiently move the suspended load LM to the target position while suppressing swinging of the suspended load LM at the target position, during the turning motion, or both. In addition, this invention is not limited to these forms. The present invention can take the following modified embodiments, for example.

(1)クレーン10の構造は、図1に示されるものに限定されるものではなく、他の構造を有するクレーンであってもよい。クレーン10には、ブーム16の先端部に連結されるジブがあっても良いし、クレーン10はタワークレーンなどでもよい。また、マスト20ではなく、ガントリを備えたクレーン10でもよい。 (1) The structure of the crane 10 is not limited to that shown in FIG. 1, and cranes having other structures may be used. The crane 10 may have a jib connected to the tip of the boom 16, or the crane 10 may be a tower crane or the like. Also, instead of the mast 20, the crane 10 having a gantry may be used.

(2)目標速度演算部702が実行する演算に使用される吊荷LMの運動方程式は、先の実施形態において使用したものに限定されるものではない。ブーム16の長さと主巻ロープ50の長さとブーム16の起伏角とを含む、旋回方向および半径方向のそれぞれについての他の吊荷LMの運動方程式が採用されてもよい。この場合、前記旋回角についての多項式関数の係数の決定については、式I、式IIまたは式III、IV以外にも、公知のニュートンの運動方程式やラグランジュの運動方程式に基づく前記の完全なダイナミクスモデル、あるいは完全なダイナミクスモデルからいずれかの微小項を消去した運動方程式を用いてもよい。 (2) The equation of motion of the suspended load LM used in the calculations executed by the target speed calculator 702 is not limited to that used in the previous embodiment. Other equations of motion of the suspended load LM for each of the turning and radial directions, including the length of the boom 16, the length of the main hoist rope 50, and the hoisting angle of the boom 16, may be employed. In this case, regarding the determination of the coefficients of the polynomial function for the turning angle, the complete dynamics model based on the well-known Newton's equation of motion and Lagrangian's equation of motion in addition to Equation I, Equation II, or Equation III and IV , or an equation of motion in which any minute term is eliminated from the complete dynamics model.

(3)上記の実施形態では、式11において、目標位置および旋回移動中の双方において、半径方向振れ角度θ、旋回方向振れ角度θに関する条件がそれぞれ設定される態様にて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。振れ角度の条件は、目標位置のみ設定されてもよいし、旋回移動中のみ設定されてもよい。 (3) In the above embodiment, the conditions for the radial direction deflection angle θ 1 and the turning direction deflection angle θ 2 are respectively set in Equation 11 both at the target position and during the turning movement. The invention is not limited to this. The swing angle condition may be set only for the target position, or may be set only during turning movement.

10 クレーン
12 旋回体(上部本体)
13 カウンタウエイト
14 走行体(下部本体)
15 キャブ
16 ブーム(起伏体)
20 マスト
24 ブーム用ガイライン
30 ブーム起伏用ウインチ
34 主巻用ウインチ
38 ブーム起伏用ロープ
50 主巻ロープ(吊荷ロープ)
57 主フック
70 制御部
701 駆動制御部
702 目標速度演算部(目標速度設定部)
703 指令信号生成部
704 記憶部
71 旋回駆動部
72 ブーム駆動部
73 ウインチ駆動部
74 旋回操作部
75 ブーム操作部
76 ウインチ操作部
81 入力部(移動情報受付部)
82 旋回角検出部
83 起伏角検出部
84 ロープ長さ検出部(ロープ長さ情報取得部)
85 ブーム長さ取得部(起伏体長さ情報取得部)
86 吊荷荷重検出部
87 表示部
LM 吊荷
θ 半径方向振れ角度
θ 旋回方向振れ角度
θ 起伏角
θ 旋回角
10 Crane 12 Rotating body (upper body)
13 counterweight 14 running body (lower body)
15 cab 16 boom (rolling body)
20 Mast 24 Boom guy line 30 Boom hoisting winch 34 Main hoisting winch 38 Boom hoisting rope 50 Main hoisting rope (load rope)
57 main hook 70 control unit 701 drive control unit 702 target speed calculation unit (target speed setting unit)
703 command signal generation unit 704 storage unit 71 swing drive unit 72 boom drive unit 73 winch drive unit 74 swing operation unit 75 boom operation unit 76 winch operation unit 81 input unit (movement information reception unit)
82 turning angle detection unit 83 hoisting angle detection unit 84 rope length detection unit (rope length information acquisition unit)
85 Boom length acquisition unit (elastic body length information acquisition unit)
86 Suspended load load detection unit 87 Display unit LM Suspended load θ 1 Radial direction swing angle θ 2 Rotating direction swing angle θ 3 Luffing angle θ 4 Rotating angle

Claims (7)

下部本体と、
前記下部本体に上下方向に延びる旋回中心軸回りに旋回可能に支持された上部本体と、
前記上部本体に水平な回転中心軸回りに起伏方向に回動可能なように支持された起伏体基端部と前記起伏体基端部とは反対の起伏体先端部とを含む起伏体と、
前記起伏体先端部から垂下され吊荷に接続される吊荷ロープと、
所定の速度指令信号を受け付け、当該速度指令信号に応じた速度で前記上部本体を前記旋回中心軸回りに旋回させることが可能な旋回駆動部と、
前記起伏体基端部と前記起伏体先端部とを結ぶ方向である起伏体長手方向における当該起伏体の長さに対応する情報である起伏体長さ情報を取得する起伏体長さ情報取得部と、
前記上部本体の前記旋回中心軸回りの旋回角を検出する旋回角検出部と、
前記回転中心軸回りの前記起伏体の起伏角を検出する起伏角検出部と、
前記起伏体先端部と前記吊荷との間の前記吊荷ロープの長さに対応する情報であるロープ長さ情報を取得するロープ長さ情報取得部と、
前記吊荷が前記吊荷ロープによって吊り上げられた状態である初期状態から、前記上部本体の旋回動作によって前記吊荷を所定の目標位置まで前記旋回中心軸回りに移動させるための目標旋回角度を含む移動情報を受け付ける移動情報受付部と、
前記起伏体を前記上部本体の旋回方向に沿って見た場合における前記吊荷ロープの鉛直方向に対する角度を半径方向振れ角度、前記起伏体を前記上部本体の旋回動作の半径方向に沿って見た場合における前記吊荷ロープの鉛直方向に対する角度を旋回方向振れ角度とすると、少なくとも前記起伏体の長さと前記吊荷ロープの長さと前記起伏角とを含む前記旋回方向および前記半径方向のそれぞれについての前記吊荷の運動方程式と、前記旋回動作の経過時間を変数とした前記上部本体の前記旋回角についての多項式関数であって前記経過時間について互いに異なる次数をそれぞれ含む複数の単項式からなる多項式関数とに基づいて、前記目標位置および前記旋回動作中のうちの少なくとも一方における前記半径方向振れ角度および前記旋回方向振れ角度が所定の閾値角度よりも小さくかつ前記吊荷の前記目標位置への到達時間が最小となるように前記複数の単項式の係数をそれぞれ決定し、前記目標位置に至るまでの前記上部本体の前記経過時間に応じた目標速度を設定する、目標速度設定部と、
前記目標速度設定部によって設定された前記目標速度に対応する前記速度指令信号を生成し出力する指令信号生成部と、
を備えるクレーン。
a lower body;
an upper main body supported by the lower main body so as to be pivotable around a central pivot axis extending in the vertical direction;
an undulating body including an undulating body base end portion supported by the upper body so as to be rotatable in the undulating direction around a horizontal rotation center axis;
a suspended load rope suspended from the tip of the undulating body and connected to a suspended load;
a turning drive unit capable of receiving a predetermined speed command signal and turning the upper body around the turning center axis at a speed corresponding to the speed command signal;
an undulating body length information acquisition unit for acquiring undulating body length information, which is information corresponding to the length of the undulating body in the longitudinal direction of the undulating body, which is the direction connecting the base end of the undulating body and the tip of the undulating body;
a turning angle detection unit that detects a turning angle of the upper body about the turning central axis;
a hoisting angle detection unit that detects the hoisting angle of the hoisting body about the rotation center axis;
a rope length information acquisition unit that acquires rope length information that is information corresponding to the length of the suspended load rope between the tip of the undulating body and the suspended load;
It includes a target turning angle for moving the load from an initial state in which the load is lifted by the load rope to a predetermined target position by turning the upper body about the center axis of turning. a movement information reception unit that receives movement information;
The angle of the hoisting body with respect to the vertical direction of the load rope when viewed along the turning direction of the upper body is the radial swing angle, and the hoisting body is viewed along the radial direction of the turning movement of the upper body. If the angle of the load rope with respect to the vertical direction in this case is defined as the turning direction deflection angle, the turning direction and the radial direction including at least the length of the hoisting body, the length of the lifting rope, and the hoisting angle an equation of motion of the suspended load; and a polynomial function of the swing angle of the upper body with the elapsed time of the swing motion as a variable, the polynomial function consisting of a plurality of monomials each including a different degree of the elapsed time. the radial direction swing angle and the swing direction swing angle at least one of the target position and during the swing motion are smaller than a predetermined threshold angle and the time required for the suspended load to reach the target position is a target speed setting unit that determines each of the coefficients of the plurality of monomials so as to be the minimum, and sets a target speed according to the elapsed time of the upper body until reaching the target position;
a command signal generator that generates and outputs the speed command signal corresponding to the target speed set by the target speed setting unit;
Crane with.
前記指令信号生成部は、前記生成した速度指令信号を前記旋回駆動部に入力する、請求項1に記載のクレーン。 2. The crane according to claim 1, wherein said command signal generating section inputs said generated speed command signal to said turning driving section. 前記目標速度設定部は、前記目標位置における前記半径方向振れ角度および前記旋回方向振れ角度が所定の閾値角度よりも小さくなるように前記複数の単項式の係数をそれぞれ決定する、請求項1または2に記載のクレーン。 3. The target speed setting unit according to claim 1 or 2, wherein the coefficients of the plurality of monomial equations are respectively determined such that the radial deflection angle and the turning direction deflection angle at the target position are smaller than a predetermined threshold angle. Crane as described. 前記目標速度設定部は、更に、前記吊荷が前記目標位置に到達した際の前記上部本体の旋回速度がゼロであり、前記半径方向振れ角度および前記旋回方向振れ角度のそれぞれの時間変化である半径方向振れ角速度および旋回方向振れ角速度が前記目標位置において所定の閾値角速度以下になるように、前記複数の単項式の係数をそれぞれ決定する、請求項1乃至3の何れか1項に記載のクレーン。 The target speed setting unit further sets the turning speed of the upper body to zero when the suspended load reaches the target position, and changes the radial direction deflection angle and the turning direction deflection angle over time. 4. The crane according to any one of claims 1 to 3, wherein the coefficients of the plurality of monomial expressions are respectively determined so that the radial swing angular velocity and the turning direction swing angular velocity are equal to or less than a predetermined threshold angular velocity at the target position. 前記目標速度設定部は、更に、前記旋回動作中において、前記上部本体の移動速度が予め設定された最大速度以下であり、前記半径方向振れ角度および前記旋回方向振れ角度が所定の移動中最大角度以下であり、前記半径方向振れ角速度および前記旋回方向振れ角速度が所定の移動中最大角速度以下になるように、前記複数の単項式の係数をそれぞれ決定する、請求項1乃至4の何れか1項に記載のクレーン。 The target speed setting unit further sets the movement speed of the upper body to a predetermined maximum speed or less during the turning motion, and the radial direction deflection angle and the turning direction deflection angle are predetermined maximum angles during movement. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the coefficients of the plurality of monomial expressions are respectively determined so that the radial swing angular velocity and the swing angular velocity in the turning direction are equal to or less than a predetermined maximum angular velocity during movement. Crane as described. 前記目標速度設定部は、前記吊荷の運動方程式として、以下の式I、式IIに基づいて、前記目標速度を設定する、請求項1乃至5の何れか1項に記載のクレーン。
θ’’=2×θ’×θ’+θ×θ’’+θ×θ’ +(L/l)×θ’ ×sinθ-(g/l)×θ ・・・(式I)
θ’’=-(L/l)×θ’’×sinθ-2×θ’×θ’-θ×θ’’+θ×θ’ -(g/l)θ ・・・(式II)
(ただし、θ:吊荷の半径方向振れ角度、θ:吊荷の旋回方向振れ角度、θ’:吊荷の半径方向振れ角速度、θ’:吊荷の旋回方向振れ角速度、θ’’:吊荷の半径方向振れ角加速度、θ’’:吊荷の旋回方向振れ角加速度、θ:鉛直方向に対する前記起伏体の起伏角、θ’:前記上部本体の旋回角速度、θ’’:前記上部本体の旋回角加速度、g:重力加速度、L:前記起伏体の長さ、l:前記起伏体の先端部から前記吊荷までの前記吊荷ロープの長さ)
The crane according to any one of claims 1 to 5, wherein the target speed setting unit sets the target speed based on Equations I and II below as equations of motion for the suspended load.
θ'' 1 = 2 × θ' 2 × θ' 4 + θ 2 × θ'' 4 + θ 1 × θ' 4 2 + (L/l) × θ' 4 2 × sin θ 3 - (g/l) × θ 1 (Formula I)
θ″ 2 =−(L/l)×θ″ 4 ×sin θ 3 −2×θ′ 1 ×θ′ 4 −θ 1 ×θ′ 42 ×θ′ 4 2 −(g/l) θ 2 (formula II)
(However, θ 1 : radial swing angle of suspended load, θ 2 : swing angle of suspended load in turning direction, θ′ 1 : radial swing angular velocity of suspended load, θ′ 2 : swing angular speed of suspended load in swing direction, θ '' 1 : Radial direction swing angular acceleration of the suspended load, θ''2 : Rotating direction swing angular acceleration of the suspended load, θ3: Luffing angle of the undulating body with respect to the vertical direction, θ′4 : Rotating angular velocity of the upper body , θ″ 4 : turning angular acceleration of the upper body, g: gravitational acceleration, L: length of the undulating body, l: length of the lifting rope from the tip of the undulating body to the suspended load)
前記目標速度設定部は、前記吊荷の運動方程式として、以下の式III、式IVに基づいて、前記目標速度を設定する、請求項1乃至5の何れか1項に記載のクレーン。
θ’’=2×θ’×θ’+(L/l)×θ’ ×sinθ-(g/l)×θ ・・・(式III)
θ’’=-(L/l)×θ’’×sinθ-(g/l)θ ・・・(式IV)
(ただし、θ:吊荷の半径方向振れ角度、θ:吊荷の旋回方向振れ角度、θ’:吊荷の旋回方向振れ角速度、θ’’:吊荷の半径方向振れ角加速度、θ’’:吊荷の旋回方向振れ角加速度、θ:鉛直方向に対する前記起伏体の起伏角、θ’:前記上部本体の旋回角速度、θ’’:前記上部本体の旋回角加速度、g:重力加速度、L:前記起伏体の長さ、l:前記起伏体の先端部から前記吊荷までの前記吊荷ロープの長さ)
The crane according to any one of claims 1 to 5, wherein the target speed setting unit sets the target speed based on Equations III and IV below as equations of motion for the suspended load.
θ″ 1 =2×θ′ 2 ×θ′ 4 +(L/l)×θ′ 4 2 ×sin θ 3 −(g/l)×θ 1 (formula III)
θ″ 2 =−(L/l)×θ″ 4 ×sin θ 3 −(g/l) θ 2 (formula IV)
(However, θ 1 : radial swing angle of suspended load, θ 2 : swing angle of suspended load in turning direction, θ′ 2 : swing angular velocity of suspended load in swing direction, θ″ 1 : radial swing angular acceleration of suspended load , θ″ 2 : swaying angular acceleration of the suspended load in the turning direction, θ 3 : undulation angle of the undulating body with respect to the vertical direction, θ′ 4 : turning angular velocity of the upper body, θ″ 4 : turning angle of the upper body acceleration, g: gravitational acceleration, L: length of the undulating body, l: length of the rope from the tip of the undulating body to the suspended load)
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN118221004A (en) * 2024-05-22 2024-06-21 法兰泰克重工股份有限公司 Crane health information management system platform

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