JP3062410B2 - 光ファイバージャイロ付きクレーン用フック - Google Patents
光ファイバージャイロ付きクレーン用フックInfo
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- JP3062410B2 JP3062410B2 JP6314068A JP31406894A JP3062410B2 JP 3062410 B2 JP3062410 B2 JP 3062410B2 JP 6314068 A JP6314068 A JP 6314068A JP 31406894 A JP31406894 A JP 31406894A JP 3062410 B2 JP3062410 B2 JP 3062410B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光ファイバージャイ
ロ付きクレーン用フックに関するものであり、詳しく
は、クレーンが備える吊荷の振れ止め制御装置の振れ角
センサーとして光ファイバージャイロを用い、これをフ
ックに搭載して高精度に振れ角を検出する技術に関する
ものである。
ロ付きクレーン用フックに関するものであり、詳しく
は、クレーンが備える吊荷の振れ止め制御装置の振れ角
センサーとして光ファイバージャイロを用い、これをフ
ックに搭載して高精度に振れ角を検出する技術に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】吊荷の振れ角に関する運動方程式からク
レーンまたはトロリの加減速時の速度パターンを求め、
その速度パターンに基づいて吊荷の振れ止めを制御する
クレーンの振れ止め制御装置において、従来、吊荷の振
れ角を計測する手段は、特開昭５８−０２６７９２号公
報、実開平４−１３８０８３号公報等が開示されている
ように、ワイヤーロープの変位をトロリー側で計測する
技術が主体である（以下、「先行技術１」という）。図
８に示すように、先行技術１では、ワイヤーロープの吊
荷側での計測に比べワイヤーロープの変位が小さく、振
れ角に換算するとき分解能が大きくとれない問題があ
り、高精度の振れ角を検出するのが困難であった。図８
において、２は吊荷、３はポテンショメータ、１０はワ
イヤーロープである。
レーンまたはトロリの加減速時の速度パターンを求め、
その速度パターンに基づいて吊荷の振れ止めを制御する
クレーンの振れ止め制御装置において、従来、吊荷の振
れ角を計測する手段は、特開昭５８−０２６７９２号公
報、実開平４−１３８０８３号公報等が開示されている
ように、ワイヤーロープの変位をトロリー側で計測する
技術が主体である（以下、「先行技術１」という）。図
８に示すように、先行技術１では、ワイヤーロープの吊
荷側での計測に比べワイヤーロープの変位が小さく、振
れ角に換算するとき分解能が大きくとれない問題があ
り、高精度の振れ角を検出するのが困難であった。図８
において、２は吊荷、３はポテンショメータ、１０はワ
イヤーロープである。
【０００３】また、フックによってその下部に掛止され
た、吊荷を保持するための吊具、または吊荷等に発光体
を取付け、トロリー上から画像認識する方法が、実開平
１−１７６６８０号公報、特開平４−２０１９８８号公
報、特開昭６２−２４４８９３号公報に開示されている
（以下、「先行技術２」という）。先行技術２は、長い
範囲を走行するクレーンにおいては、外乱光の影響を画
像処理が受け、安定且つ信頼性の高い計測を行うのが困
難であった。図９において、１はフック、１３は吊荷
（図示せず）を保持する吊具、１０はワイヤーロープ、
４は画像処理装置、５は発光ダイオードである。
た、吊荷を保持するための吊具、または吊荷等に発光体
を取付け、トロリー上から画像認識する方法が、実開平
１−１７６６８０号公報、特開平４−２０１９８８号公
報、特開昭６２−２４４８９３号公報に開示されている
（以下、「先行技術２」という）。先行技術２は、長い
範囲を走行するクレーンにおいては、外乱光の影響を画
像処理が受け、安定且つ信頼性の高い計測を行うのが困
難であった。図９において、１はフック、１３は吊荷
（図示せず）を保持する吊具、１０はワイヤーロープ、
４は画像処理装置、５は発光ダイオードである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の振れ角検出装置
は、以上のように構成されているので、ロープ長変位が
小さく振れ角分解能が悪い領域で計測したり、画像処理
を用いることによる外乱光障害が生じたりして、精度や
信頼性の面で問題があった。
は、以上のように構成されているので、ロープ長変位が
小さく振れ角分解能が悪い領域で計測したり、画像処理
を用いることによる外乱光障害が生じたりして、精度や
信頼性の面で問題があった。
【０００５】この発明の目的は、吊荷の振れ止め制御を
目的とする振れ止め制御装置を備えるクレーンの振れ止
め制御の改良に関し、極めて高感度な計測を可能とし、
周囲環境の影響を受けず、高精度且つ安定して振れ角が
計測できるようにすることができる、光ファイバージャ
イロ付きクレーン用フックを提供することにある。
目的とする振れ止め制御装置を備えるクレーンの振れ止
め制御の改良に関し、極めて高感度な計測を可能とし、
周囲環境の影響を受けず、高精度且つ安定して振れ角が
計測できるようにすることができる、光ファイバージャ
イロ付きクレーン用フックを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】我々は上述の課題を解決
するために鋭意研究を重ねた。その結果、ワイヤーロー
プによってフックが吊り下げられているようなクレーン
においては、ワイヤーロープの上端およびフックに掛止
された吊荷の掛止点の２箇所に振子の軸を有する２重振
子が構成されるが、振れ角の計測は、吊荷の掛止点θ2
ではなくワイヤーロープの上端を軸とした振れ角θ1 を
計測すべきこと、振れ角θ1 を計測するにはフックに振
れ角センサーを取り付けるべきであること、および、振
れ角計測には光ファイバージャイロ式センサーが適して
いることを知見した。この発明は、上述の知見に基づい
てなされたものである。
するために鋭意研究を重ねた。その結果、ワイヤーロー
プによってフックが吊り下げられているようなクレーン
においては、ワイヤーロープの上端およびフックに掛止
された吊荷の掛止点の２箇所に振子の軸を有する２重振
子が構成されるが、振れ角の計測は、吊荷の掛止点θ2
ではなくワイヤーロープの上端を軸とした振れ角θ1 を
計測すべきこと、振れ角θ1 を計測するにはフックに振
れ角センサーを取り付けるべきであること、および、振
れ角計測には光ファイバージャイロ式センサーが適して
いることを知見した。この発明は、上述の知見に基づい
てなされたものである。
【０００７】この発明は、吊荷の振れ止め制御を目的と
する振れ止め制御装置を備えるクレーンからワイヤーロ
ープを介して吊り下げられたフックであって、前記フッ
クの胴体部の側面には、吊荷の振れ角を計測するための
振れ角センサーとしての光ファイバージャイロが取り付
けられていることに特徴を有するものである。
する振れ止め制御装置を備えるクレーンからワイヤーロ
ープを介して吊り下げられたフックであって、前記フッ
クの胴体部の側面には、吊荷の振れ角を計測するための
振れ角センサーとしての光ファイバージャイロが取り付
けられていることに特徴を有するものである。
【０００８】
【作用】フックに振れ角センサーとして、光ファイバー
ジャイロ（レートジャイロ等）を取り付ける。この光フ
ァイバージャイロ付きクレーン用フックの質量をｍ1 、
フック下の吊具および吊荷（吊具＋吊荷）の質量をｍ2
とすると、ワイヤーロープ、フック、吊具および吊荷
（吊具と吊荷とは固定）によって図１０に示す様な２重
振子が構成される。図１０に示す２重振子のモデルを考
察すると、この場合のθ1 、θ2 の運動方程式は下記
（１）式、（２）式となる。 但し、 ｍ1 ：フックの質量 ｍ2 ：フック下の吊具および吊荷の質量 ｇ ：重力加速度 α ：クレーン推力
ジャイロ（レートジャイロ等）を取り付ける。この光フ
ァイバージャイロ付きクレーン用フックの質量をｍ1 、
フック下の吊具および吊荷（吊具＋吊荷）の質量をｍ2
とすると、ワイヤーロープ、フック、吊具および吊荷
（吊具と吊荷とは固定）によって図１０に示す様な２重
振子が構成される。図１０に示す２重振子のモデルを考
察すると、この場合のθ1 、θ2 の運動方程式は下記
（１）式、（２）式となる。 但し、 ｍ1 ：フックの質量 ｍ2 ：フック下の吊具および吊荷の質量 ｇ ：重力加速度 α ：クレーン推力
【０００９】今、α＝ｋ・1 となるクレーン推力αを
適当に選べば、1 →０、1 →０、θ1 →０ とすることができる。
適当に選べば、1 →０、1 →０、θ1 →０ とすることができる。
【００１０】これは、フックに光ファイバージャイロ
（振れ角センサー）を設けて1 をフィードバックした
場合であり、θ1 、θ2 共に制振が可能となる。
（振れ角センサー）を設けて1 をフィードバックした
場合であり、θ1 、θ2 共に制振が可能となる。
【００１１】一方、２次振子側、即ち、フック下の吊具
または吊荷に光ファイバージャイロ（振れ角センサー）
を設け、θ2 を検出しフィードバック制御を行った例を
図１１に示す。図１１において、縦軸：振れ、横軸：時
間を示す。図１１の実線で示すように、点線のモデルに
追随せず発散して振れが治まりにくいことがわかる。図
１１において、ＦＢ：θ2 、ゲイン：−２、θ1 ：軌
道。このようなことから、光ファイバージャイロはフッ
クに取り付けるべきである。
または吊荷に光ファイバージャイロ（振れ角センサー）
を設け、θ2 を検出しフィードバック制御を行った例を
図１１に示す。図１１において、縦軸：振れ、横軸：時
間を示す。図１１の実線で示すように、点線のモデルに
追随せず発散して振れが治まりにくいことがわかる。図
１１において、ＦＢ：θ2 、ゲイン：−２、θ1 ：軌
道。このようなことから、光ファイバージャイロはフッ
クに取り付けるべきである。
【００１２】
【実施例】次に、この発明を図面を参照しながら説明す
る。
る。
【００１３】図１はこの発明の実施例に係る光ファイバ
ージャイロが取り付けられたフックを示す正面図、図２
はクレーンの正面図、図３はこの発明のフックを備える
クレーンの振れ止め制御装置を構成する機器の取付け位
置を示す正面図、図４は平面図である。
ージャイロが取り付けられたフックを示す正面図、図２
はクレーンの正面図、図３はこの発明のフックを備える
クレーンの振れ止め制御装置を構成する機器の取付け位
置を示す正面図、図４は平面図である。
【００１４】クレーンによって、例えば、コイルを吊り
上げるような場合においては、リフターが吊具、コイル
が吊荷となる。クレーン６のフック１に振れ角センサー
としての光ファイバージャイロ１１を取付け、本発明の
光ファイバージャイロ付きフックとし、フック１の振れ
角θ1 （図１０参照）を計測する。図１において１４は
外れ止めである。光ファイバージャイロを取り付けるフ
ックには、特に特殊な設計をする必要はない。一般的な
クレーン用フックに架台を設け、光ファイバージャイロ
を固定することが可能であればよい。光ファイバージャ
イロ１１のケーブル（電線）１２は、ワイヤーロープ１
０と同様にトロリー７に巻き上げられる。従って、トロ
リー７上にケーブルリールを設置することが必要であ
る。
上げるような場合においては、リフターが吊具、コイル
が吊荷となる。クレーン６のフック１に振れ角センサー
としての光ファイバージャイロ１１を取付け、本発明の
光ファイバージャイロ付きフックとし、フック１の振れ
角θ1 （図１０参照）を計測する。図１において１４は
外れ止めである。光ファイバージャイロを取り付けるフ
ックには、特に特殊な設計をする必要はない。一般的な
クレーン用フックに架台を設け、光ファイバージャイロ
を固定することが可能であればよい。光ファイバージャ
イロ１１のケーブル（電線）１２は、ワイヤーロープ１
０と同様にトロリー７に巻き上げられる。従って、トロ
リー７上にケーブルリールを設置することが必要であ
る。
【００１５】光ファイバージャイロのケーブル１２を媒
介として、振れ角データがクレーン６上で計測でき、制
御装置に接続することができる。制御装置は、図５に示
すような構成となる。この振れ止め制御装置は、振れ角
を検出する振れ角センサー（光ファイバージャイロ）に
より、フックの振れ角を計測し、フックの振れ角を抑制
するフィードバック制御を行う。振れ角センサーとして
は、従来からメカ式のバーチカルジャイロが存在する
が、光ファイバージャイロには、メカ式のバーチカルジ
ャイロが有する、吊荷が回転すると座標基準を失って、
横行および走行のモータ制御に誤差が生じるといったよ
うな欠点がなく、極めて正確に振れ角計測がなされる。
介として、振れ角データがクレーン６上で計測でき、制
御装置に接続することができる。制御装置は、図５に示
すような構成となる。この振れ止め制御装置は、振れ角
を検出する振れ角センサー（光ファイバージャイロ）に
より、フックの振れ角を計測し、フックの振れ角を抑制
するフィードバック制御を行う。振れ角センサーとして
は、従来からメカ式のバーチカルジャイロが存在する
が、光ファイバージャイロには、メカ式のバーチカルジ
ャイロが有する、吊荷が回転すると座標基準を失って、
横行および走行のモータ制御に誤差が生じるといったよ
うな欠点がなく、極めて正確に振れ角計測がなされる。
【００１６】図６はこの発明の制御系を示すブロック図
である。光ファイバージャイロからなる振れ角センサー
は、振れ角制御用コントローラにケーブルリールを介し
て接続され、クレーン用フックの振れ角が入力されるも
のである。このとき、環境による変動（外乱光、水蒸気
等）の影響を受けず、高精度で振れ角が計測される。そ
して、同時に、下記の様な振れ角フィードバック制御を
行えば、２次振れの影響を受けず、１次振れを安定に制
御でき、且つ、２次振れの制御も行える。
である。光ファイバージャイロからなる振れ角センサー
は、振れ角制御用コントローラにケーブルリールを介し
て接続され、クレーン用フックの振れ角が入力されるも
のである。このとき、環境による変動（外乱光、水蒸気
等）の影響を受けず、高精度で振れ角が計測される。そ
して、同時に、下記の様な振れ角フィードバック制御を
行えば、２次振れの影響を受けず、１次振れを安定に制
御でき、且つ、２次振れの制御も行える。
【００１７】クレーンモデルを１次振れのみの振れ角モ
デル、クレーンプロセスを２次振れまで考慮したモデル
としたとき、１次振れθ1 に対する入力μの伝達関数の
特性方程式は、下記（３）式で示される。
デル、クレーンプロセスを２次振れまで考慮したモデル
としたとき、１次振れθ1 に対する入力μの伝達関数の
特性方程式は、下記（３）式で示される。
【００１８】安定根であるための必要条件は、Ｋ＜０
（ネガティブフィードバック）である。安定根であるた
めの必要十分条件は、 （−Ｋ）2 ・ｍ2 （ｍ1 ＋ｍ2 ）＞０ Ｓn の全ての係数が正である。従って、−Ｋ＞０の任意
の値で、安定性が保証される。
（ネガティブフィードバック）である。安定根であるた
めの必要十分条件は、 （−Ｋ）2 ・ｍ2 （ｍ1 ＋ｍ2 ）＞０ Ｓn の全ての係数が正である。従って、−Ｋ＞０の任意
の値で、安定性が保証される。
【００１９】図７は本実施例によってフィードバック制
御を行った例であり、２次振れの存在する系で振れ止め
制御の軌道を示すグラフであり、縦軸：振れ、横軸：時
間を示す。図７の実線で示すように点線のモデルに追随
して振れが防止されることがわかる。図７において、Ｆ
Ｂ1 ：θ1 、Ｋ2 ：−５、θ1 ：軌道。
御を行った例であり、２次振れの存在する系で振れ止め
制御の軌道を示すグラフであり、縦軸：振れ、横軸：時
間を示す。図７の実線で示すように点線のモデルに追随
して振れが防止されることがわかる。図７において、Ｆ
Ｂ1 ：θ1 、Ｋ2 ：−５、θ1 ：軌道。
【００２０】一方、本発明範囲外の、２次振子側、即
ち、フック下の吊具または吊荷に光ファイバージャイロ
を設け、２次振れθ2 成分を振れ角センサーで計測し、
θ2 を制御したときの特性方程式は、下記（４）式で示
されるようになる。
ち、フック下の吊具または吊荷に光ファイバージャイロ
を設け、２次振れθ2 成分を振れ角センサーで計測し、
θ2 を制御したときの特性方程式は、下記（４）式で示
されるようになる。
【００２１】（４）式で示すように、Ｓ3 の係数＝０と
なり、安定条件が成立しない。従って、クレーン振れ止
め制御を行う場合、フックに光ファイバージャイロ（振
れ角センサー）を取付け、１次振れθ1 のみをフィード
バックすることが必要であり、フック下の吊具（吊荷）
に振れ角センサーを取り付ける物理的意味は存在しな
い。
なり、安定条件が成立しない。従って、クレーン振れ止
め制御を行う場合、フックに光ファイバージャイロ（振
れ角センサー）を取付け、１次振れθ1 のみをフィード
バックすることが必要であり、フック下の吊具（吊荷）
に振れ角センサーを取り付ける物理的意味は存在しな
い。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、振れ角センサーとして光ファイバージャイロを用
い、この光ファイバージャイロをフックに取り付けるこ
とにより、フックに取り付けた光ファイバージャイロが
クレーン１次振れ成分を計測するので、環境の影響を受
けず、高精度な１次振れ角を計測でき、図６のようなフ
ィードバックの制御を行えば、安定な振れ角制御システ
ムを提供でき、極めて高精度且つ安定なクレーン振れ止
め制御が得られ、かくして、工業上有用な効果がもたら
される。
ば、振れ角センサーとして光ファイバージャイロを用
い、この光ファイバージャイロをフックに取り付けるこ
とにより、フックに取り付けた光ファイバージャイロが
クレーン１次振れ成分を計測するので、環境の影響を受
けず、高精度な１次振れ角を計測でき、図６のようなフ
ィードバックの制御を行えば、安定な振れ角制御システ
ムを提供でき、極めて高精度且つ安定なクレーン振れ止
め制御が得られ、かくして、工業上有用な効果がもたら
される。
【図１】この発明の１実施例に係る光ファイバージャイ
ロ付きフックを示す正面図である。
ロ付きフックを示す正面図である。
【図２】この発明の光ファイバージャイロ付きフックが
適用されるクレーンの正面図である。
適用されるクレーンの正面図である。
【図３】この発明の光ファイバージャイロ付きフックを
備えるクレーンの振れ止め制御装置を構成する機器の取
付け位置を示す正面図である。
備えるクレーンの振れ止め制御装置を構成する機器の取
付け位置を示す正面図である。
【図４】この発明の光ファイバージャイロ付きフックを
備えるクレーンの振れ止め制御装置を構成する機器の取
付け位置を示す平面図である。
備えるクレーンの振れ止め制御装置を構成する機器の取
付け位置を示す平面図である。
【図５】この発明の光ファイバージャイロ付きフックを
備えるクレーンの振れ止め制御装置のシステム構成を示
すブロック図である。
備えるクレーンの振れ止め制御装置のシステム構成を示
すブロック図である。
【図６】この発明の光ファイバージャイロ付きフックを
備えるクレーンの振れ止め制御装置の制御系を示すブロ
ック図である。
備えるクレーンの振れ止め制御装置の制御系を示すブロ
ック図である。
【図７】本実施例によってフィードバック制御を行った
例であり、２次振れの存在する系で振れ止め制御の軌道
を示すグラフである。
例であり、２次振れの存在する系で振れ止め制御の軌道
を示すグラフである。
【図８】従来のワイヤー変位計測による振れ角検出を説
明する概略正面図である。
明する概略正面図である。
【図９】従来の吊具の発光体を画像処理することによる
振れ角検出を説明する概略正面図である。
振れ角検出を説明する概略正面図である。
【図１０】２重振子の原理を説明する概略正面図であ
る。
る。
【図１１】比較のためにフィードバック制御を行った例
であり、２次振れの存在する系で振れ止め制御の軌道を
示すグラフである。
であり、２次振れの存在する系で振れ止め制御の軌道を
示すグラフである。
１：フック ２：吊荷 ３：ポテンショメータ ４：画像処理装置 ５：発光ダイオード ６：クレーン ７：トロリ ８：南側車輪 ９：北側車輪 １０：ワイヤーロープ １１：光ファイバージャイロ（振れ角センサー） １２：ケーブル １３：吊具 １４：外れ止め
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 収 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 阿部 康一 神奈川県横浜市鶴見区小野町１ 鋼管電 設工業株式会社内 (72)発明者 牧田 弘美 神奈川県横浜市鶴見区小野町１ 鋼管電 設工業株式会社内 (72)発明者 塩沢 公男 長野県飯田市大休1879 多摩川精機株式 会社内 (56)参考文献 特開 平６−72693（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−191790（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−18416（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−85599（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−123880（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−56179（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B66C 13/00 G01C 19/00
Claims (1)
- 【請求項１】吊荷の振れ止め制御を目的とする振れ止め
制御装置を備えるクレーンからワイヤーロープを介して
吊り下げられたフックであって、前記フックの胴体部の
側面には、吊荷の振れ角を計測するための振れ角センサ
ーとしての光ファイバージャイロが取り付けられている
ことを特徴とする光ファイバージャイロ付きクレーン用
フック。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6314068A JP3062410B2 (ja) | 1994-11-22 | 1994-11-22 | 光ファイバージャイロ付きクレーン用フック |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6314068A JP3062410B2 (ja) | 1994-11-22 | 1994-11-22 | 光ファイバージャイロ付きクレーン用フック |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08143272A JPH08143272A (ja) | 1996-06-04 |
| JP3062410B2 true JP3062410B2 (ja) | 2000-07-10 |
Family
ID=18048846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6314068A Expired - Fee Related JP3062410B2 (ja) | 1994-11-22 | 1994-11-22 | 光ファイバージャイロ付きクレーン用フック |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3062410B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7121012B2 (en) | 1999-12-14 | 2006-10-17 | Voecks Larry A | Apparatus and method for measuring and controlling pendulum motion |
| US7845087B2 (en) | 1999-12-14 | 2010-12-07 | Voecks Larry A | Apparatus and method for measuring and controlling pendulum motion |
| AU2022342086A1 (en) * | 2021-09-12 | 2024-04-04 | National Oilwell Varco Norway As | Motion-stabilized crane systems and associated methods |
-
1994
- 1994-11-22 JP JP6314068A patent/JP3062410B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08143272A (ja) | 1996-06-04 |
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