JP2682179B2 - クレーン制御装置 - Google Patents
クレーン制御装置Info
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- JP2682179B2 JP2682179B2 JP2018345A JP1834590A JP2682179B2 JP 2682179 B2 JP2682179 B2 JP 2682179B2 JP 2018345 A JP2018345 A JP 2018345A JP 1834590 A JP1834590 A JP 1834590A JP 2682179 B2 JP2682179 B2 JP 2682179B2
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- Japan
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- boom
- swing
- angular velocity
- crane
- velocity sensor
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はクレーンのブームの先端に吊るされた荷物を
搬送するクレーンの制御装置に関する。
搬送するクレーンの制御装置に関する。
従来の技術 一般にクレーンは重量物を水平方向および垂直方向に
ある範囲内を自由に、また速やかに移動できるので、建
築現場、材料置場などで活用されている。その構成はク
レーンのブームを動かして移動するとともに、上下方向
の移動を速やかに、かつ容易に行うためにブームの先端
にワイヤをつるして、それを伸縮している構造が一般で
ある。このワイヤ構造のためブームの旋回や起伏操作の
ときに、つるしている重量荷物の慣性により、どうして
も揺れが発生する。
ある範囲内を自由に、また速やかに移動できるので、建
築現場、材料置場などで活用されている。その構成はク
レーンのブームを動かして移動するとともに、上下方向
の移動を速やかに、かつ容易に行うためにブームの先端
にワイヤをつるして、それを伸縮している構造が一般で
ある。このワイヤ構造のためブームの旋回や起伏操作の
ときに、つるしている重量荷物の慣性により、どうして
も揺れが発生する。
従来のクレーンの荷物のこの揺れを止める方法を第８
図を用いて説明する。第８図はクレーンが荷物21を吊り
下げた状態であり荷物21を移動するためにはブーム22を
旋回させるか、ブーム22の起伏角度βを変えるかによっ
て行なう。旋回の開始および停止の瞬間には荷物21の移
動方向に加速度が生じワイヤ23があるため荷物の揺れが
生じてしまう。このためクレーンの運転者はスロースタ
ート，スローストップで揺れが生じにくくしたり、小き
ざみにブーム22を操作し荷物21の揺れ方向と反対方向に
ブームを動かして揺れを早く止めるなどしなければなら
ず高度な技術と熟練を必要とした。
図を用いて説明する。第８図はクレーンが荷物21を吊り
下げた状態であり荷物21を移動するためにはブーム22を
旋回させるか、ブーム22の起伏角度βを変えるかによっ
て行なう。旋回の開始および停止の瞬間には荷物21の移
動方向に加速度が生じワイヤ23があるため荷物の揺れが
生じてしまう。このためクレーンの運転者はスロースタ
ート，スローストップで揺れが生じにくくしたり、小き
ざみにブーム22を操作し荷物21の揺れ方向と反対方向に
ブームを動かして揺れを早く止めるなどしなければなら
ず高度な技術と熟練を必要とした。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、従来のクレーン制御で荷物の揺れを止
めるのはクレーンの運転者の高度な技術と勘が必要であ
り、また作業の保安上の問題からも荷物の揺れによる事
故を防ぐためにクレーンの作業はゆっくりと行われてお
り作業効率も良くなかった。本発明は上記課題に留意
し、自動的に荷物の揺れを防ぐことのできるクレーン制
御装置を提供しようとするものである。
めるのはクレーンの運転者の高度な技術と勘が必要であ
り、また作業の保安上の問題からも荷物の揺れによる事
故を防ぐためにクレーンの作業はゆっくりと行われてお
り作業効率も良くなかった。本発明は上記課題に留意
し、自動的に荷物の揺れを防ぐことのできるクレーン制
御装置を提供しようとするものである。
課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明は、クレーンのブー
ムの先端に取付けられ、つりさげワイヤの揺れを電気信
号として検出する角速度センサと、そのワイヤの揺れに
基づいた角速度センサの出力をデジタル信号に変換する
A/Dコンバータと、そのデジタル信号に基づいてつりさ
げられている荷物の重心位置までの長さとつりさげワイ
ヤの揺れ量を計算し、その結果によりブームの起伏制御
装置と旋回制御装置を制御し、荷物の揺れを停止させる
ように制御を行う制御手段を有するものである。
ムの先端に取付けられ、つりさげワイヤの揺れを電気信
号として検出する角速度センサと、そのワイヤの揺れに
基づいた角速度センサの出力をデジタル信号に変換する
A/Dコンバータと、そのデジタル信号に基づいてつりさ
げられている荷物の重心位置までの長さとつりさげワイ
ヤの揺れ量を計算し、その結果によりブームの起伏制御
装置と旋回制御装置を制御し、荷物の揺れを停止させる
ように制御を行う制御手段を有するものである。
作用 上記構成の本発明のクレーン制御装置はクレーンのブ
ームの先端に取り付けられた角速度センサはワイヤの揺
れの電気信号として変換する。この電気信号はA/Dコン
バータでデジタル信号に変換され、制御手段であるコン
トローラに出力する。このコントローラには吊下げワイ
ヤの揺れ信号から吊下げている荷物の重心位置までの長
さと揺れの量を計算しブームを左右に旋回するか、ブー
ムの起伏角度を揺れに応じて変化させることにより揺れ
を瞬間に停止する制御手段を有し、この制御手段により
荷物の揺れ、すなわちワイヤの揺れを自動的に停止させ
ることができる。
ームの先端に取り付けられた角速度センサはワイヤの揺
れの電気信号として変換する。この電気信号はA/Dコン
バータでデジタル信号に変換され、制御手段であるコン
トローラに出力する。このコントローラには吊下げワイ
ヤの揺れ信号から吊下げている荷物の重心位置までの長
さと揺れの量を計算しブームを左右に旋回するか、ブー
ムの起伏角度を揺れに応じて変化させることにより揺れ
を瞬間に停止する制御手段を有し、この制御手段により
荷物の揺れ、すなわちワイヤの揺れを自動的に停止させ
ることができる。
実施例 以下本発明の一実施例を添付図面を用いて説明する。
まず使用している角速度センサである音叉構造振動型
角速度センサについて第５図〜第７図を用いて説明す
る。
角速度センサについて第５図〜第７図を用いて説明す
る。
角速度センサは第５図に示すような構造であり、主に
４つの電圧バイモルフからなる駆動素子 モニター素
子，第１および第２の検知素子で構成され駆動素子101
と第１の検知素子103を第１の接合部材である接合部105
で直交接合した第１の振動ユニット109と、モニター素
子102と第２の検知素子104を接合部105と同形状の接合
部106で直交接合した第２の振動ユニット110とを第２の
接合部材である連結板107で連結し、この連結板107を支
持棒108で一点支持した音叉構造となっている。
４つの電圧バイモルフからなる駆動素子 モニター素
子，第１および第２の検知素子で構成され駆動素子101
と第１の検知素子103を第１の接合部材である接合部105
で直交接合した第１の振動ユニット109と、モニター素
子102と第２の検知素子104を接合部105と同形状の接合
部106で直交接合した第２の振動ユニット110とを第２の
接合部材である連結板107で連結し、この連結板107を支
持棒108で一点支持した音叉構造となっている。
駆動素子101に正弦波電圧信号を与えると、逆圧電効
果により第１の振動ユニット109が振動を始め、音叉振
動により第２の振動ユニット110も振動を開始する。し
たがってモニター素子102の圧電効果によって素子表面
に発生する電荷は駆動素子101へ印加している正弦波電
圧信号に比例する。このモニター素子102に発生する電
荷を検出し、これが一定振幅になるように駆動素子101
へ印加する正弦波電圧信号をコントロールすることによ
り安定した音叉振動を得ることができる。なお、モニタ
ー素子102は、一定振幅制御が不要な場合は第２の駆動
素子として駆動される。このセンサが角速度に比例した
出力を発生させるメカニズムを第６図および第７図を用
いて説明する。
果により第１の振動ユニット109が振動を始め、音叉振
動により第２の振動ユニット110も振動を開始する。し
たがってモニター素子102の圧電効果によって素子表面
に発生する電荷は駆動素子101へ印加している正弦波電
圧信号に比例する。このモニター素子102に発生する電
荷を検出し、これが一定振幅になるように駆動素子101
へ印加する正弦波電圧信号をコントロールすることによ
り安定した音叉振動を得ることができる。なお、モニタ
ー素子102は、一定振幅制御が不要な場合は第２の駆動
素子として駆動される。このセンサが角速度に比例した
出力を発生させるメカニズムを第６図および第７図を用
いて説明する。
第６図は第７図に示した角速度センサを上からみたも
ので、速度υで振動している検知素子103に角速度ωの
回転が加わると、検知素子103には「コリオリの力」が
生じる。この「コリオリの力」は速度υに垂直で大きさ
は2mυωである（ｍは検知素子の先端の等価質量であ
る）。検知素子103は音叉振動をしているので、ある時
点で検知素子103が速度υで振動しているとすれば、検
知素子104は速度−υで振動しており「コリオリの力」
は−2mυωである。よって検知素子103,104は第７図の
ように互いに「コリオリの力」が働く方向に変形し、素
子表面には圧電効果によって電荷が生じる。ここでυは
音叉振動によって生じる運動であり、音叉振動が υ＝ａ・sinω０ｔ a:音叉振動の振幅 ω０：音叉振動の周期 であるとすれば、「コリオリの力」は Fc＝ａ・ω・sinω０ｔ となり、角速度ωおよび音叉振幅ａに比例しており、検
知素子103,104を面方向に変形させる力となる。したが
って検知素子103,104の表面電荷量Ｑは Ｑ∝ａ・ω・sinω０ｔ となり音叉振幅ａが一定にコントロールされているとす
れば、 Ｑ∝ω・sinω０ｔ となり検知素子103,104に発生する表面電荷量Ｑは角速
度ωに比例した出力として得られ、この信号をω０ｔで
同期検波すれば角速度ωに比例した直流信号が得られ
る。なお、このセンサに角速度以外の並進運動を与えて
も検知素子103と検知素子104の２つの素子表面には同極
性の電荷が生ずるため、直流信号に変換時、互に打ち消
しあって出力は出ないようになっている。以上、電圧バ
イモルフ素子で説明したが、一般の圧電素子でも同様の
機能を有することは言うまでもない。
ので、速度υで振動している検知素子103に角速度ωの
回転が加わると、検知素子103には「コリオリの力」が
生じる。この「コリオリの力」は速度υに垂直で大きさ
は2mυωである（ｍは検知素子の先端の等価質量であ
る）。検知素子103は音叉振動をしているので、ある時
点で検知素子103が速度υで振動しているとすれば、検
知素子104は速度−υで振動しており「コリオリの力」
は−2mυωである。よって検知素子103,104は第７図の
ように互いに「コリオリの力」が働く方向に変形し、素
子表面には圧電効果によって電荷が生じる。ここでυは
音叉振動によって生じる運動であり、音叉振動が υ＝ａ・sinω０ｔ a:音叉振動の振幅 ω０：音叉振動の周期 であるとすれば、「コリオリの力」は Fc＝ａ・ω・sinω０ｔ となり、角速度ωおよび音叉振幅ａに比例しており、検
知素子103,104を面方向に変形させる力となる。したが
って検知素子103,104の表面電荷量Ｑは Ｑ∝ａ・ω・sinω０ｔ となり音叉振幅ａが一定にコントロールされているとす
れば、 Ｑ∝ω・sinω０ｔ となり検知素子103,104に発生する表面電荷量Ｑは角速
度ωに比例した出力として得られ、この信号をω０ｔで
同期検波すれば角速度ωに比例した直流信号が得られ
る。なお、このセンサに角速度以外の並進運動を与えて
も検知素子103と検知素子104の２つの素子表面には同極
性の電荷が生ずるため、直流信号に変換時、互に打ち消
しあって出力は出ないようになっている。以上、電圧バ
イモルフ素子で説明したが、一般の圧電素子でも同様の
機能を有することは言うまでもない。
第１図は本発明の上記角速度センサを用いた一実施例
であり、第１図に示すように角速度センサ４はＸ軸方向
のワイヤの揺れを電気信号として検出する。角速度セン
サ５はＹ軸方向のワイヤの揺れを電気信号として検出す
る。この電気信号を各各のA/Dコンバータ６でデジタル
信号に変換し、コントローラ７はこのデジタル信号から
荷物の揺れ量を計算し、揺れを止めるのに必要なブーム
の運動量を算出する制御手段である。アクチュエータ8,
9はクレーンのブームの起伏制御装置と、旋回制御装置
のブーム移動のためのアクチュエータ部を示している。
なお10はこの自動揺れ止め制御のON/OFFスイッチであ
る。
であり、第１図に示すように角速度センサ４はＸ軸方向
のワイヤの揺れを電気信号として検出する。角速度セン
サ５はＹ軸方向のワイヤの揺れを電気信号として検出す
る。この電気信号を各各のA/Dコンバータ６でデジタル
信号に変換し、コントローラ７はこのデジタル信号から
荷物の揺れ量を計算し、揺れを止めるのに必要なブーム
の運動量を算出する制御手段である。アクチュエータ8,
9はクレーンのブームの起伏制御装置と、旋回制御装置
のブーム移動のためのアクチュエータ部を示している。
なお10はこの自動揺れ止め制御のON/OFFスイッチであ
る。
角速度センサ４は第４図に示すクレーンのブーム２の
先端に設けられた可動アーム３に内蔵され、荷物１の揺
れを検出している。
先端に設けられた可動アーム３に内蔵され、荷物１の揺
れを検出している。
つぎに、これらの各構成要素の互いの関連動作を第２
図〜第４図で説明する。第４図に示すブーム２の先端ま
での長さを第２図では球座標のｒの長さの直線として示
している。
図〜第４図で説明する。第４図に示すブーム２の先端ま
での長さを第２図では球座標のｒの長さの直線として示
している。
図に示すように荷物１を吊り下げたブーム２の動きは
ブーム２の旋回角度をα、ブーム２の起伏角度をβ、ブ
ームの先端までの長さをｒとすると、ブームの先端の位
置は第２図に示すように球座標上を移動すると考えるこ
とができる。第３図は第２図を真上から見た図で今、荷
物１を吊り下げたブーム２が旋回し初期位置からα１だ
け旋回して止ったとすると、荷物１の揺れのベクトルは
旋回方向でのベクトルv1と旋回による向心力によって生
じるベクトルv2に分解でき、荷物１は楕円運動をする。
v1がＸ方向とすると角速度センサ４はv1を検出し、角速
度センサ５はv2を検出することができる。今仮りにv2だ
けに注目するとして、第４図において荷物１の揺れの運
動方程式は g:重力加速度 l:ブーム先端から荷物の重心までの距離 t:時間 v:荷物のゆれ最大速度 θ：吊り下げワイヤの揺れ角 となる。これは単振子の運動であり何らかの外力が加わ
らない限り無限にこの振動をくり返す。
ブーム２の旋回角度をα、ブーム２の起伏角度をβ、ブ
ームの先端までの長さをｒとすると、ブームの先端の位
置は第２図に示すように球座標上を移動すると考えるこ
とができる。第３図は第２図を真上から見た図で今、荷
物１を吊り下げたブーム２が旋回し初期位置からα１だ
け旋回して止ったとすると、荷物１の揺れのベクトルは
旋回方向でのベクトルv1と旋回による向心力によって生
じるベクトルv2に分解でき、荷物１は楕円運動をする。
v1がＸ方向とすると角速度センサ４はv1を検出し、角速
度センサ５はv2を検出することができる。今仮りにv2だ
けに注目するとして、第４図において荷物１の揺れの運
動方程式は g:重力加速度 l:ブーム先端から荷物の重心までの距離 t:時間 v:荷物のゆれ最大速度 θ：吊り下げワイヤの揺れ角 となる。これは単振子の運動であり何らかの外力が加わ
らない限り無限にこの振動をくり返す。
（１）式より振動の周期Ｔは、 仮りにｌが10mとするとＴは６秒である。
角速度センサの信号からＴを求めれば荷物１の重心ま
での距離は、 で求められる。最大揺れ角速θＭはブーム先端の移動速
度Ｖに比例し、 であるが、単振子の理論から角速度が最大になるのは重
心が真下に来たとき、すなわちθ＝０のときであるから
角速度センサ信号の最大値Vmを読み取れば重心が真下に
来たときの荷物１の速度Ｖは、 で求まる。以上のように角速度センサの信号により荷物
の揺れの大きさ，周期，吊り下げワイヤの長さ（ブーム
先端から荷物の重心までの距離）が求まる。
での距離は、 で求められる。最大揺れ角速θＭはブーム先端の移動速
度Ｖに比例し、 であるが、単振子の理論から角速度が最大になるのは重
心が真下に来たとき、すなわちθ＝０のときであるから
角速度センサ信号の最大値Vmを読み取れば重心が真下に
来たときの荷物１の速度Ｖは、 で求まる。以上のように角速度センサの信号により荷物
の揺れの大きさ，周期，吊り下げワイヤの長さ（ブーム
先端から荷物の重心までの距離）が求まる。
コントローラ７はこのデータから荷物が単振子の運動
によって受ける加速度を打ち消すだけの運動をブーム先
端を微動することによって発生させ荷物の揺れを止める
べきタイミングと運動量を算出し、アクチュエータ8,9
を駆動し、クレーンのブーム２の起伏装置か、旋回装置
を駆動し、荷物の揺れを止める。
によって受ける加速度を打ち消すだけの運動をブーム先
端を微動することによって発生させ荷物の揺れを止める
べきタイミングと運動量を算出し、アクチュエータ8,9
を駆動し、クレーンのブーム２の起伏装置か、旋回装置
を駆動し、荷物の揺れを止める。
なお、角速度センサに振動型角速度センサを用いた
が、同様の機能を有する他方式の角速度センサであって
も同効果を得ることは、言うまでもない。
が、同様の機能を有する他方式の角速度センサであって
も同効果を得ることは、言うまでもない。
発明の効果 以上の説明から明らかなように本発明によればつぎの
ような効果が得られる。
ような効果が得られる。
（１） 荷物の揺れを瞬時に止めることができる。
（２） （１）の効果によって従来クレーン運転者の高
度な技術と熟練を必要としていたものが不要となる。
度な技術と熟練を必要としていたものが不要となる。
（３） 荷物の揺れによる事故が防げ安全な作業ができ
る。
る。
（４） （１）の効果により荷物の移動スピードを上げ
作業時間を短縮できる。
作業時間を短縮できる。
第１図は本発明の一実施例のクレーン制御装置のブロッ
ク図、第２図は球座標に示したクレーンの位置を示す説
明図、第３図は第２図から見た説明図、第４図はクレー
ンの先端部を示す概略図、第５図は音叉構造振動型角速
度センサの斜視図、第６図および第７図は同動作説明
図、第８図は従来のクレーン制御方法を示す側面図であ
る。 １……荷物、２……ブーム、３……可動アーム、4,5…
…角速度センサ、６……A/Dコンバータ、７……コント
ローラ（制御手段）、8,9……アクチュエータ、10……
スイッチ。
ク図、第２図は球座標に示したクレーンの位置を示す説
明図、第３図は第２図から見た説明図、第４図はクレー
ンの先端部を示す概略図、第５図は音叉構造振動型角速
度センサの斜視図、第６図および第７図は同動作説明
図、第８図は従来のクレーン制御方法を示す側面図であ
る。 １……荷物、２……ブーム、３……可動アーム、4,5…
…角速度センサ、６……A/Dコンバータ、７……コント
ローラ（制御手段）、8,9……アクチュエータ、10……
スイッチ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 和光 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−244892（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−157186（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−77712（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−216210（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】クレーンのブームの先端に取付けられつり
さげワイヤの揺れを電気信号として検出する角速度セン
サと、前記角速度センサの出力信号をデジタル信号に変
換するA/Dコンバータと、前記ブームの旋回を制御する
旋回制御装置と、前記ブームの起伏を制御する起伏制御
装置と、前記A/Dコンバータからのデジタル信号にもと
づきつりさげられている荷物の重心位置までの長さとつ
りさげワイヤの揺れ量を計算し、その結果により前記旋
回制御装置および前記起伏制御装置を制御し、前記荷物
の揺れを瞬時に停止させる制御手段とを備えたクレーン
制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018345A JP2682179B2 (ja) | 1990-01-29 | 1990-01-29 | クレーン制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018345A JP2682179B2 (ja) | 1990-01-29 | 1990-01-29 | クレーン制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03223093A JPH03223093A (ja) | 1991-10-02 |
| JP2682179B2 true JP2682179B2 (ja) | 1997-11-26 |
Family
ID=11969073
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018345A Expired - Lifetime JP2682179B2 (ja) | 1990-01-29 | 1990-01-29 | クレーン制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2682179B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013111665A (ja) * | 2011-11-25 | 2013-06-10 | Seiko Epson Corp | 水平多関節ロボット |
| JP6111563B2 (ja) | 2012-08-31 | 2017-04-12 | セイコーエプソン株式会社 | ロボット |
| JP2017056558A (ja) * | 2017-01-06 | 2017-03-23 | セイコーエプソン株式会社 | ロボット |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60216210A (ja) * | 1984-03-22 | 1985-10-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 角速度センサ− |
| JPS6177712A (ja) * | 1984-09-25 | 1986-04-21 | Nippon Denso Co Ltd | 角速度センサ |
| JPS62157186A (ja) * | 1985-12-27 | 1987-07-13 | 株式会社安川電機 | 振れ止め制御方式 |
| JPH0662267B2 (ja) * | 1986-04-18 | 1994-08-17 | 川崎重工業株式会社 | 吊荷の振れ角検出方法 |
-
1990
- 1990-01-29 JP JP2018345A patent/JP2682179B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03223093A (ja) | 1991-10-02 |
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