JP3315357B2 - ジャイロスコープを利用した吊荷の旋回姿勢制御装置およびその制御方法 - Google Patents
ジャイロスコープを利用した吊荷の旋回姿勢制御装置およびその制御方法Info
- Publication number
- JP3315357B2 JP3315357B2 JP28395397A JP28395397A JP3315357B2 JP 3315357 B2 JP3315357 B2 JP 3315357B2 JP 28395397 A JP28395397 A JP 28395397A JP 28395397 A JP28395397 A JP 28395397A JP 3315357 B2 JP3315357 B2 JP 3315357B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- flywheel
- tilt
- axis
- frame
- suspended load
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Control And Safety Of Cranes (AREA)
- Toys (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ジャイロスコープ
を利用した吊荷の旋回姿勢制御装置およびその制御方法
に関する。
を利用した吊荷の旋回姿勢制御装置およびその制御方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】揚重機により吊り下げられた吊荷の旋回
姿勢制御を目的として、様々な提案がなされているうち
の一つに、吊荷の自重を反力場とするジャイロスコープ
を利用した吊荷の旋回姿勢制御装置がある（例えば、Ｄ
Ｅ−Ａ−１９４０３７５、ＤＥ−Ａ−２０３５３６７、
ＤＥ−Ａ−２００９８４７、特開昭６２−４６８９４号
公報、特公平４−１７８７３号公報を参照）。
姿勢制御を目的として、様々な提案がなされているうち
の一つに、吊荷の自重を反力場とするジャイロスコープ
を利用した吊荷の旋回姿勢制御装置がある（例えば、Ｄ
Ｅ−Ａ−１９４０３７５、ＤＥ−Ａ−２０３５３６７、
ＤＥ−Ａ−２００９８４７、特開昭６２−４６８９４号
公報、特公平４−１７８７３号公報を参照）。
【０００３】これらの公報に記載された吊荷の旋回姿勢
制御装置は、クレーンから吊下されたワイヤーロープに
水平な姿勢で吊り下げられその下方に吊荷が取り付けら
れる吊治具と、この吊治具に固定されたフレームと、こ
のフレームに対し吊治具の延長方向と平行な回転軸を中
心として回転可能なケースと、このケースに対し該ケー
スの回転軸を含む面と直交するスピン軸を中心としてス
ピン可能なフライホイルとを備えている。前記ケースお
よびフライホイルはジンバル構造となっており、フレー
ムを含めて擬似的なジャイロスコープを形成している。
制御装置は、クレーンから吊下されたワイヤーロープに
水平な姿勢で吊り下げられその下方に吊荷が取り付けら
れる吊治具と、この吊治具に固定されたフレームと、こ
のフレームに対し吊治具の延長方向と平行な回転軸を中
心として回転可能なケースと、このケースに対し該ケー
スの回転軸を含む面と直交するスピン軸を中心としてス
ピン可能なフライホイルとを備えている。前記ケースお
よびフライホイルはジンバル構造となっており、フレー
ムを含めて擬似的なジャイロスコープを形成している。
【０００４】そして、風等の外乱により吊荷が自然旋回
した角度を検出し、旋回角が比較的小さい間に、ジンバ
ルをモータによって回転することにより、それまでに旋
回した分だけ逆に吊荷を旋回させることで、常に所定の
方位角を保つようにするものである。
した角度を検出し、旋回角が比較的小さい間に、ジンバ
ルをモータによって回転することにより、それまでに旋
回した分だけ逆に吊荷を旋回させることで、常に所定の
方位角を保つようにするものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ジャイロスコープを利用した吊荷の旋回姿勢制御装置に
あっては、ジンバルの回転軸が鉛直方向であるととも
に、旋回軸とフライホイルの傾転軸との２軸ジャイロを
基に提案されており、非旋回姿勢制御時において、フラ
イホイルの傾転角が所定の傾転範囲内にあることが前提
となっていたため、何らかの外乱を受け、これに対抗す
るために受動的にあるいは能動的にフライホイルの傾転
制御を行った結果、非旋回姿勢制御時におけるフライホ
イルの傾転角が所定の傾転範囲を越えた場合、フライホ
イルの傾転位置をリセットしなければならないにも拘わ
らず、旋回姿勢制御装置を吊り下げた状態でフライホイ
ルを強制傾転してリセットすると、旋回姿勢制御装置が
外乱による旋回方向に旋回してしまい、方位姿勢に影響
を与えるという問題があった。
ジャイロスコープを利用した吊荷の旋回姿勢制御装置に
あっては、ジンバルの回転軸が鉛直方向であるととも
に、旋回軸とフライホイルの傾転軸との２軸ジャイロを
基に提案されており、非旋回姿勢制御時において、フラ
イホイルの傾転角が所定の傾転範囲内にあることが前提
となっていたため、何らかの外乱を受け、これに対抗す
るために受動的にあるいは能動的にフライホイルの傾転
制御を行った結果、非旋回姿勢制御時におけるフライホ
イルの傾転角が所定の傾転範囲を越えた場合、フライホ
イルの傾転位置をリセットしなければならないにも拘わ
らず、旋回姿勢制御装置を吊り下げた状態でフライホイ
ルを強制傾転してリセットすると、旋回姿勢制御装置が
外乱による旋回方向に旋回してしまい、方位姿勢に影響
を与えるという問題があった。
【０００６】本発明は、吊荷の旋回姿勢制御装置を吊り
下げた状態で、旋回姿勢制御装置の方位姿勢に影響を与
えることなく、フライホイルの傾転位置をリセットさせ
ることができるジャイロスコープを利用した吊荷の旋回
姿勢制御装置および制御方法を提供することを目的とす
るものである。
下げた状態で、旋回姿勢制御装置の方位姿勢に影響を与
えることなく、フライホイルの傾転位置をリセットさせ
ることができるジャイロスコープを利用した吊荷の旋回
姿勢制御装置および制御方法を提供することを目的とす
るものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のうち請求項１に記載の発明は、外枠内に設
けられた回転軸を介して該外枠に対して駆動回転あるい
は自由回転可能なジンバル枠と、このジンバル枠内に配
設され前記回転軸に対して直交する傾転軸を介して駆動
傾転あるいは自由傾転可能なフライホイル枠と、このフ
ライホイル枠内に配設され前記傾転軸に対して直交する
スピン軸をスピン中心として高速スピン可能なフライホ
イルとを備えるとともに、前記ジンバル枠の回転駆動部
と、前記フライホイル枠の傾転駆動部と、前記フライホ
イルをスピンさせるスピン駆動部と、前記ジンバル枠の
回転を制動する回転制動部と、前記フライホイル枠の傾
転を制動する傾転制動部と、前記回転駆動部、傾転駆動
部、スピン駆動部、回転制動部、傾転制動部の各駆動を
制御する制御手段とを備え、前記回転軸を水平方向とし
たことを特徴とするものである。
に、本発明のうち請求項１に記載の発明は、外枠内に設
けられた回転軸を介して該外枠に対して駆動回転あるい
は自由回転可能なジンバル枠と、このジンバル枠内に配
設され前記回転軸に対して直交する傾転軸を介して駆動
傾転あるいは自由傾転可能なフライホイル枠と、このフ
ライホイル枠内に配設され前記傾転軸に対して直交する
スピン軸をスピン中心として高速スピン可能なフライホ
イルとを備えるとともに、前記ジンバル枠の回転駆動部
と、前記フライホイル枠の傾転駆動部と、前記フライホ
イルをスピンさせるスピン駆動部と、前記ジンバル枠の
回転を制動する回転制動部と、前記フライホイル枠の傾
転を制動する傾転制動部と、前記回転駆動部、傾転駆動
部、スピン駆動部、回転制動部、傾転制動部の各駆動を
制御する制御手段とを備え、前記回転軸を水平方向とし
たことを特徴とするものである。
【０００８】この発明によれば、吊荷の旋回軸、回転軸
および傾転軸が３軸ジャイロを構成し、適時、回転軸お
よび傾転軸の駆動、制動、自由回転を制御することによ
り、吊荷の旋回姿勢制御およびフライホイルの傾転位置
リセット制御を安全かつ容易に行うことができる。そし
て、スピン軸が所定の角度を超えたときに、ジンバルを
水平軸まわりに回転させることにより、リセット位置に
戻すことが可能になり、旋回軸に今までの旋回方向と逆
の方向に旋回力を生じることなくリセット位置に戻すこ
とができる。
および傾転軸が３軸ジャイロを構成し、適時、回転軸お
よび傾転軸の駆動、制動、自由回転を制御することによ
り、吊荷の旋回姿勢制御およびフライホイルの傾転位置
リセット制御を安全かつ容易に行うことができる。そし
て、スピン軸が所定の角度を超えたときに、ジンバルを
水平軸まわりに回転させることにより、リセット位置に
戻すことが可能になり、旋回軸に今までの旋回方向と逆
の方向に旋回力を生じることなくリセット位置に戻すこ
とができる。
【０００９】請求項２に記載の発明によれば、前記ジン
バル枠に、フライホイル枠の傾転範囲を制限してスピン
軸の傾転を所定角度内にとどまらせる傾転ストッパを設
けたことを特徴とする。この発明によれば、傾転ストッ
パにより、スピン軸が所定の角度以上に傾斜して制御不
能状態になることを防止することができる。
バル枠に、フライホイル枠の傾転範囲を制限してスピン
軸の傾転を所定角度内にとどまらせる傾転ストッパを設
けたことを特徴とする。この発明によれば、傾転ストッ
パにより、スピン軸が所定の角度以上に傾斜して制御不
能状態になることを防止することができる。
【００１０】請求項３に記載の発明によれば、前記傾転
軸およびスピン軸の両軸が水平な状態をもって、軸のリ
セット位置にすることを特徴とする。この発明によれ
ば、フライホイルのリセット姿勢を特定することによ
り、いつでも最大の旋回力を得ることができるととも
に、左右旋回とも等しい旋回力を得ることができるの
で、バランスのよい吊荷の旋回制御が可能である。
軸およびスピン軸の両軸が水平な状態をもって、軸のリ
セット位置にすることを特徴とする。この発明によれ
ば、フライホイルのリセット姿勢を特定することによ
り、いつでも最大の旋回力を得ることができるととも
に、左右旋回とも等しい旋回力を得ることができるの
で、バランスのよい吊荷の旋回制御が可能である。
【００１１】請求項４に記載の発明によれば、前記ジン
バル枠を制動状態とし、前記フライホイルを傾転制御す
ることにより、吊荷の旋回姿勢制御を行うことを特徴と
する。この発明によれば、ジンバル枠を制動状態としフ
ライホイルを強制傾転すれば、吊荷の旋回軸にジャイロ
モーメントの水平旋回成分が生じるとともに歳差運動が
生じることにより、吊荷の旋回、停止、方位姿勢保持制
御が可能となる。
バル枠を制動状態とし、前記フライホイルを傾転制御す
ることにより、吊荷の旋回姿勢制御を行うことを特徴と
する。この発明によれば、ジンバル枠を制動状態としフ
ライホイルを強制傾転すれば、吊荷の旋回軸にジャイロ
モーメントの水平旋回成分が生じるとともに歳差運動が
生じることにより、吊荷の旋回、停止、方位姿勢保持制
御が可能となる。
【００１２】請求項５に記載の発明によれば、前記フラ
イホイル枠を自由傾転可能な状態とし、前記ジンバル枠
を回転制御することにより、スピン軸を水平ポジション
にすることを特徴とする。この発明によれば、フライホ
イル枠を自由傾転可能な状態としジンバル枠を強制回転
すると、フライホイルのジャイロ効果により傾転軸を中
心にフライホイルは傾転運動をする。この傾転運動とジ
ンバル枠の強制回転による回転運動とでフライホイルの
歳差運動が形成される。これを利用してスピン軸の姿勢
位置を水平位置とすれば、吊荷に旋回力を与えることな
くスピン軸のリセットができる。また、その結果、連続
する外乱に対抗し続けながら方位姿勢保持が可能とな
る。
イホイル枠を自由傾転可能な状態とし、前記ジンバル枠
を回転制御することにより、スピン軸を水平ポジション
にすることを特徴とする。この発明によれば、フライホ
イル枠を自由傾転可能な状態としジンバル枠を強制回転
すると、フライホイルのジャイロ効果により傾転軸を中
心にフライホイルは傾転運動をする。この傾転運動とジ
ンバル枠の強制回転による回転運動とでフライホイルの
歳差運動が形成される。これを利用してスピン軸の姿勢
位置を水平位置とすれば、吊荷に旋回力を与えることな
くスピン軸のリセットができる。また、その結果、連続
する外乱に対抗し続けながら方位姿勢保持が可能とな
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、この発明の好ましい実施の
形態について、図面を参照して詳細に説明する。
形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】まず、旋回姿勢制御装置の構造について説
明する。
明する。
【００１５】図１において、揚重機のフック（図示せ
ず）に掛止されるロープ１の先端に吊荷（図示せず）が
吊下され、さらにロープ１の中間部に設けられた吊金物
３を介して接合ピン５により旋回姿勢制御装置７が吊下
されている。
ず）に掛止されるロープ１の先端に吊荷（図示せず）が
吊下され、さらにロープ１の中間部に設けられた吊金物
３を介して接合ピン５により旋回姿勢制御装置７が吊下
されている。
【００１６】旋回姿勢制御装置７は、駆動制御部Ａ、旋
回姿勢制御部Ｂ、電源部Ｃの３ブロックから構成され、
各ブロックＡ，Ｂ，Ｃ間は電源ケーブルおよび信号ケー
ブル（いずれも図示せず）で電気的に接続されており全
体として１つのシステムを構成している。
回姿勢制御部Ｂ、電源部Ｃの３ブロックから構成され、
各ブロックＡ，Ｂ，Ｃ間は電源ケーブルおよび信号ケー
ブル（いずれも図示せず）で電気的に接続されており全
体として１つのシステムを構成している。
【００１７】駆動制御部Ａ内には、主に回転駆動部９、
傾転駆動部１１、スピン駆動部１３、回転制動部（図示
せず）、傾転制動部（図示せず）、遠隔操作のための無
線送受信機（図示せず）が内蔵されている。また、旋回
姿勢制御部Ｂには、外枠１５を外郭とジャイロスコープ
機構が内蔵されている。さらに、電源部Ｃ内には、主に
バッテリが内蔵されている。
傾転駆動部１１、スピン駆動部１３、回転制動部（図示
せず）、傾転制動部（図示せず）、遠隔操作のための無
線送受信機（図示せず）が内蔵されている。また、旋回
姿勢制御部Ｂには、外枠１５を外郭とジャイロスコープ
機構が内蔵されている。さらに、電源部Ｃ内には、主に
バッテリが内蔵されている。
【００１８】旋回姿勢制御部Ｂの外枠１５内には、その
内壁に固定して設けられ回転制動機能を有する回転駆動
部９を介して回転軸１７が水平方向に配設され、回転軸
１７を介して駆動回転あるいは自由回転可能なジンバル
枠１９が設けられる。また、ジンバル枠１９内には、回
転軸１７に対して直交方向に、枠内に固定して設けられ
傾転制動機能を有する傾転駆動部１１を介して傾転軸２
１が配設され、傾転軸２１を介して駆動傾転あるいは自
由傾転可能なフライホイル枠２３が設けられる。フライ
ホイル枠２３内にはフライホイル２５がスピン軸２７を
スピン中心として高速回転可能に設けらている。
内壁に固定して設けられ回転制動機能を有する回転駆動
部９を介して回転軸１７が水平方向に配設され、回転軸
１７を介して駆動回転あるいは自由回転可能なジンバル
枠１９が設けられる。また、ジンバル枠１９内には、回
転軸１７に対して直交方向に、枠内に固定して設けられ
傾転制動機能を有する傾転駆動部１１を介して傾転軸２
１が配設され、傾転軸２１を介して駆動傾転あるいは自
由傾転可能なフライホイル枠２３が設けられる。フライ
ホイル枠２３内にはフライホイル２５がスピン軸２７を
スピン中心として高速回転可能に設けらている。
【００１９】そして、回転軸１７と、ジンバル枠１９、
フライホイル枠２３、フライホイル２５から主に構成さ
れるジンバルとの重心位置関係は、傾転軸２１が水平状
態のとき、回転軸１７の軸中心を含めてそれより重力方
向にジンバルの重心位置があるようにする。
フライホイル枠２３、フライホイル２５から主に構成さ
れるジンバルとの重心位置関係は、傾転軸２１が水平状
態のとき、回転軸１７の軸中心を含めてそれより重力方
向にジンバルの重心位置があるようにする。
【００２０】また、傾転軸２１と、フライホイル枠２
３、フライホイル２５から主に構成されるジャイロとの
重心位置関係は、スピン軸２７が水平状態のとき、傾転
軸２１の軸中心を含めてそれより重力方向にジャイロの
重心位置があるようにする。
３、フライホイル２５から主に構成されるジャイロとの
重心位置関係は、スピン軸２７が水平状態のとき、傾転
軸２１の軸中心を含めてそれより重力方向にジャイロの
重心位置があるようにする。
【００２１】なお、なお、回転制動機能は別体の回転制
動機で行ってもよいし、傾転制動機能は別体の傾転制動
機で行ってもよい。
動機で行ってもよいし、傾転制動機能は別体の傾転制動
機で行ってもよい。
【００２２】そして、傾転駆動部１１のモータは、過負
荷状態で運転駆動可能でかつ駆動運転中に外力による逆
転を許すように保護回路を有する。また、傾転駆動部１
１に使用する減速機は可逆回転可能な機構のものとす
る。
荷状態で運転駆動可能でかつ駆動運転中に外力による逆
転を許すように保護回路を有する。また、傾転駆動部１
１に使用する減速機は可逆回転可能な機構のものとす
る。
【００２３】また図２のごとく、ジンバル枠１９の内壁
には、スピン軸２７が水平状態のときにリセット位置と
し、フライホイル２５の傾転角を鉛直軸に対して片側３
０度から６０度の傾転範囲ａに制限する傾転ストッパ２
９が設けられている。また、フライホイル枠２３にはこ
の傾転ストッパ２９と当接するストッパ受けアーム３０
が設けられている。なお、傾転ストッパ２９は、バネの
ように大きく弾性伸縮するものであってはならない。
には、スピン軸２７が水平状態のときにリセット位置と
し、フライホイル２５の傾転角を鉛直軸に対して片側３
０度から６０度の傾転範囲ａに制限する傾転ストッパ２
９が設けられている。また、フライホイル枠２３にはこ
の傾転ストッパ２９と当接するストッパ受けアーム３０
が設けられている。なお、傾転ストッパ２９は、バネの
ように大きく弾性伸縮するものであってはならない。
【００２４】フライホイル枠２３内には、枠内に固定し
て設けたスピン駆動部１３を介して、フライホイル２５
を有するスピン軸２７を傾転軸２１に対して直交方向に
配設する。
て設けたスピン駆動部１３を介して、フライホイル２５
を有するスピン軸２７を傾転軸２１に対して直交方向に
配設する。
【００２５】さらに、回転軸１７、傾転軸２１の各系に
は軸の姿勢位置を検出するエンコーダあるいはポテンシ
ョンメータあるいはリミットスイッチ（いずれも図示せ
ず）が設けられている。
は軸の姿勢位置を検出するエンコーダあるいはポテンシ
ョンメータあるいはリミットスイッチ（いずれも図示せ
ず）が設けられている。
【００２６】次に、本旋回姿勢制御装置による旋回姿勢
制御方法について説明する。
制御方法について説明する。
【００２７】図３のごとく、旋回軸をＺ軸、回転軸をＸ
軸とした物体座標軸ＸＹＺ（同図（ａ））を外枠１５
に、またスピン軸２７をｘ軸、傾転軸２１をｙ軸とした
物体座標軸ｘｙｚ（同図（ｂ））をフライホイル２５
に、そして外枠１５とフライホイル２５との物体座標軸
の原点が同一点にあるものと想定する。ただし、実際に
は物体座標軸と機械軸とは必ずしも一致しないが、説明
の便宜上一致するものとして以下の説明に供するものと
する。
軸とした物体座標軸ＸＹＺ（同図（ａ））を外枠１５
に、またスピン軸２７をｘ軸、傾転軸２１をｙ軸とした
物体座標軸ｘｙｚ（同図（ｂ））をフライホイル２５
に、そして外枠１５とフライホイル２５との物体座標軸
の原点が同一点にあるものと想定する。ただし、実際に
は物体座標軸と機械軸とは必ずしも一致しないが、説明
の便宜上一致するものとして以下の説明に供するものと
する。
【００２８】まず、スピン駆動部１３を制御し、スピン
駆動部１３の負荷限界を越えないように徐々にフライホ
イル２５のスピンを所定のスピン方向に所定の回転数ま
で加速させ、常時高速スピン状態としておく。
駆動部１３の負荷限界を越えないように徐々にフライホ
イル２５のスピンを所定のスピン方向に所定の回転数ま
で加速させ、常時高速スピン状態としておく。
【００２９】通常の吊荷の旋回姿勢制御のときは、図４
（ａ）のごとく、Ｘ軸の回転制動部を作用させ、Ｙ軸の
傾転軸２１が水平状態をなすようにしておき、目的とす
る吊荷の旋回方向に対応する方向に、Ｙ軸の傾転駆動部
１１を駆動制御して、旋回姿勢制御装置が所定の巡航旋
回角速度ωを得るに足るトルクＴD をもって、傾転角速
度μでフライホイル２５を傾転する。そして、旋回中
は、常に、図４（ｂ）のごとく、所定の傾転トルクを加
え続ける。また、旋回を停止させるときには、図４
（ｃ）のごとく、Ｙ軸の傾転駆動部１１による駆動傾転
を解除し、フライホイル２５をＹ軸まわりに自由傾転状
態とする。
（ａ）のごとく、Ｘ軸の回転制動部を作用させ、Ｙ軸の
傾転軸２１が水平状態をなすようにしておき、目的とす
る吊荷の旋回方向に対応する方向に、Ｙ軸の傾転駆動部
１１を駆動制御して、旋回姿勢制御装置が所定の巡航旋
回角速度ωを得るに足るトルクＴD をもって、傾転角速
度μでフライホイル２５を傾転する。そして、旋回中
は、常に、図４（ｂ）のごとく、所定の傾転トルクを加
え続ける。また、旋回を停止させるときには、図４
（ｃ）のごとく、Ｙ軸の傾転駆動部１１による駆動傾転
を解除し、フライホイル２５をＹ軸まわりに自由傾転状
態とする。
【００３０】前記のごとくに制御すると、図４（ａ）の
ごとく、Ｙ軸の傾転駆動の初期は、フライホイルが章動
状態にあり、吊荷はジャイロモーメントＭG により加速
旋回を開始する。そして図４（ｂ）のごとく吊荷の旋回
角速度λ（あるいは旋回姿勢制御の旋回角速度ω）が所
定の巡航旋回角速度ωC に到達するにしたがって、フラ
イホイル２５の傾転トルクとフライホイル２５の歳差運
動に伴う反力トルクＲG とは傾転角αでバランスする。
ごとく、Ｙ軸の傾転駆動の初期は、フライホイルが章動
状態にあり、吊荷はジャイロモーメントＭG により加速
旋回を開始する。そして図４（ｂ）のごとく吊荷の旋回
角速度λ（あるいは旋回姿勢制御の旋回角速度ω）が所
定の巡航旋回角速度ωC に到達するにしたがって、フラ
イホイル２５の傾転トルクとフライホイル２５の歳差運
動に伴う反力トルクＲG とは傾転角αでバランスする。
【００３１】また、外乱により負荷変動が生じた場合
は、旋回角速度ωの変化に応答して反力トルクＲG も変
化するため、傾転トルクＴD と反力トルクＲG とのバラ
ンスが崩れる結果、傾転駆動部１１は傾転駆動中に可逆
性回転可能であるから、フライホイル２５が所定の傾転
角速度で傾転し、再び傾転トルクＴD と反力トルクＲG
とがバランスする。したがって、常に所定の巡航旋回角
速度ωC で旋回し続けることができる。
は、旋回角速度ωの変化に応答して反力トルクＲG も変
化するため、傾転トルクＴD と反力トルクＲG とのバラ
ンスが崩れる結果、傾転駆動部１１は傾転駆動中に可逆
性回転可能であるから、フライホイル２５が所定の傾転
角速度で傾転し、再び傾転トルクＴD と反力トルクＲG
とがバランスする。したがって、常に所定の巡航旋回角
速度ωC で旋回し続けることができる。
【００３２】そして、旋回を停止するときは、図４
（ｃ）のごとく、フライホイル２５に加えていた傾転ト
ルクＴD を解除することで、傾転トルクＴD と反力トル
クＲG とのバランスを崩し、その結果として、慣性によ
り自由旋回している吊荷により旋回軸Ｚに負荷トルクＴ
L を旋回角速度λで加えさせる。これによるジャイロモ
ーメントＭG でフライホイル２５を章動状態とすること
により、傾転軸Ｙに傾転角速度νの歳差運動を生じさせ
ることで、旋回軸Ｚに生じる反力トルクＲG で負荷トル
クＴL を消失させることにより、吊荷の旋回を停止させ
ることができる。
（ｃ）のごとく、フライホイル２５に加えていた傾転ト
ルクＴD を解除することで、傾転トルクＴD と反力トル
クＲG とのバランスを崩し、その結果として、慣性によ
り自由旋回している吊荷により旋回軸Ｚに負荷トルクＴ
L を旋回角速度λで加えさせる。これによるジャイロモ
ーメントＭG でフライホイル２５を章動状態とすること
により、傾転軸Ｙに傾転角速度νの歳差運動を生じさせ
ることで、旋回軸Ｚに生じる反力トルクＲG で負荷トル
クＴL を消失させることにより、吊荷の旋回を停止させ
ることができる。
【００３３】また、通常の旋回姿勢制御時において、過
負荷の吊荷を旋回姿勢制御をした場合は、傾転ストッパ
２９が作用する結果、フライホイル２５が傾転して傾転
ストッパ２９に当接するまでの間に、ジャイロモーメン
トＭG により加速旋回させられた運動量で、旋回姿勢制
御装置本体および吊荷とも単純な慣性による旋回をさせ
ることができる。
負荷の吊荷を旋回姿勢制御をした場合は、傾転ストッパ
２９が作用する結果、フライホイル２５が傾転して傾転
ストッパ２９に当接するまでの間に、ジャイロモーメン
トＭG により加速旋回させられた運動量で、旋回姿勢制
御装置本体および吊荷とも単純な慣性による旋回をさせ
ることができる。
【００３４】さらに、傾転ストッパ２９には、傾転し続
けるフライホイル２５の傾転を所定の傾転位置（図２の
記号ａ）でくい止めることにより、スピン軸２７が鉛直
状態となることで、旋回姿勢制御が不能になることを防
ぐ効果がある。
けるフライホイル２５の傾転を所定の傾転位置（図２の
記号ａ）でくい止めることにより、スピン軸２７が鉛直
状態となることで、旋回姿勢制御が不能になることを防
ぐ効果がある。
【００３５】設計旋回負荷以内の吊荷とそれを越える過
負荷の吊荷を、本発明の旋回姿勢制御装置で旋回姿勢制
御した場合の動作態様を図５（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）
に示す。
負荷の吊荷を、本発明の旋回姿勢制御装置で旋回姿勢制
御した場合の動作態様を図５（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）
に示す。
【００３６】図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、設計旋回負荷
以内（無負荷を含む）の吊荷を旋回した場合、フライホ
イル２５に加えている傾転トルクＴD により決まる歳差
速度で吊荷は旋回し、過負荷の場合は、フライホイル２
５が傾転ストッパ２９に当接するまでの間に受け渡され
る旋回運動量により旋回角速度が決まることを表してい
る。
以内（無負荷を含む）の吊荷を旋回した場合、フライホ
イル２５に加えている傾転トルクＴD により決まる歳差
速度で吊荷は旋回し、過負荷の場合は、フライホイル２
５が傾転ストッパ２９に当接するまでの間に受け渡され
る旋回運動量により旋回角速度が決まることを表してい
る。
【００３７】図５（ｄ）は、設計旋回負荷以内（無負荷
を含む）、過負荷を問わず、旋回時にフライホイル２５
を運動させて受け渡された運動量を停止するときにフラ
イホイル２５を運動させることで消費することを表す。
を含む）、過負荷を問わず、旋回時にフライホイル２５
を運動させて受け渡された運動量を停止するときにフラ
イホイル２５を運動させることで消費することを表す。
【００３８】吊荷を吊り下げた状態あるいは装置のみを
吊った状態でのスピン軸２７の軸位置をリセットするに
は、図６（ａ）のごとく、ｙ軸の傾転駆動部１１を自由
傾転状態としておき、Ｘ軸の回転駆動部９の駆動を制御
してＸ軸まわりにジンバル枠１９を所定の回転方向に回
転トルクＴR をもって回転角速度ηで強制回転すること
で、ｙ軸まわりにジャイロモーメントＭG を生じさせ、
傾転角速度ζで歳差運動をさせることによりフライホイ
ル２５をリセット方向に傾転させることができる。
吊った状態でのスピン軸２７の軸位置をリセットするに
は、図６（ａ）のごとく、ｙ軸の傾転駆動部１１を自由
傾転状態としておき、Ｘ軸の回転駆動部９の駆動を制御
してＸ軸まわりにジンバル枠１９を所定の回転方向に回
転トルクＴR をもって回転角速度ηで強制回転すること
で、ｙ軸まわりにジャイロモーメントＭG を生じさせ、
傾転角速度ζで歳差運動をさせることによりフライホイ
ル２５をリセット方向に傾転させることができる。
【００３９】そして、フライホイル２５のｘ軸と回転駆
動部９のＸ軸とが一致する。すなわちスピン軸２７が水
平状態となる。したがって図６（ｂ）のごとく、ジャイ
ロモーメントＭG は０となり、その後フライホイル枠２
３をそれまでとは逆方向に回転させ傾転軸２１を水平状
態とすればフライホイル２５は併進運動をするだけであ
るから、他に影響を与えることはない。
動部９のＸ軸とが一致する。すなわちスピン軸２７が水
平状態となる。したがって図６（ｂ）のごとく、ジャイ
ロモーメントＭG は０となり、その後フライホイル枠２
３をそれまでとは逆方向に回転させ傾転軸２１を水平状
態とすればフライホイル２５は併進運動をするだけであ
るから、他に影響を与えることはない。
【００４０】この一連の作動制御において、ジンバル枠
１９を回転する際の回転トルクＴRは姿勢制御装置を吊
り下げていることによる復元力とバランスし、またジン
バル枠１９を傾転することにより生ずるジャイロモーメ
ントＭG は、ｘ軸と一致する関係のフライホイル２５の
角運動量ベクトルＨF と、Ｘ軸と一致する関係の回転ト
ルクベクトルとのベクトル乗積であるから、ジャイロモ
ーメントＭG のベクトルはｙ軸に生ずる。ｙ軸はフライ
ホイル２５の自由回転軸であり、かつフライホイル２５
の物体座標軸であるからフライホイル２５とともに回転
する。その結果ジャイロモーメントＭG はフライホイル
２５の傾転運動に寄与するだけで他に影響を与えること
はない。
１９を回転する際の回転トルクＴRは姿勢制御装置を吊
り下げていることによる復元力とバランスし、またジン
バル枠１９を傾転することにより生ずるジャイロモーメ
ントＭG は、ｘ軸と一致する関係のフライホイル２５の
角運動量ベクトルＨF と、Ｘ軸と一致する関係の回転ト
ルクベクトルとのベクトル乗積であるから、ジャイロモ
ーメントＭG のベクトルはｙ軸に生ずる。ｙ軸はフライ
ホイル２５の自由回転軸であり、かつフライホイル２５
の物体座標軸であるからフライホイル２５とともに回転
する。その結果ジャイロモーメントＭG はフライホイル
２５の傾転運動に寄与するだけで他に影響を与えること
はない。
【００４１】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００４２】スピン軸が所定の角度を超えたときに、ジ
ンバルを水平軸まわりに回転させることにより、リセッ
ト位置に戻すことが可能になり、旋回軸に今までの旋回
方向と逆の方向に旋回力を生じることなくリセット位置
に戻すことができる（請求項１）。
ンバルを水平軸まわりに回転させることにより、リセッ
ト位置に戻すことが可能になり、旋回軸に今までの旋回
方向と逆の方向に旋回力を生じることなくリセット位置
に戻すことができる（請求項１）。
【００４３】フライホイルの傾転範囲を制限する傾転ス
トッパを設けたことにより、設計負荷以上の旋回負荷で
あっても姿勢制御不能に至らず旋回姿勢制御が可能にな
る（請求項２）。
トッパを設けたことにより、設計負荷以上の旋回負荷で
あっても姿勢制御不能に至らず旋回姿勢制御が可能にな
る（請求項２）。
【００４４】フライホイルのリセット位置を特定したこ
とにより、この位置を基準として旋回姿勢制御を実施す
ればバランスのとれた理想的な旋回出力が得られる（請
求項３）。
とにより、この位置を基準として旋回姿勢制御を実施す
ればバランスのとれた理想的な旋回出力が得られる（請
求項３）。
【００４５】通常の吊荷の旋回姿勢制御時には旋回系統
を制動することで吊荷の旋回軸と傾転軸間にジャイロ効
果を生じさせることができる（請求項４）。
を制動することで吊荷の旋回軸と傾転軸間にジャイロ効
果を生じさせることができる（請求項４）。
【００４６】フライホイルの傾転範囲を越えるような旋
回負荷条件、例えば連続する風外乱あるいは旋回負荷が
設計旋回負荷を越えるものなどの場合、傾転軸を自由傾
転可能な状態とし、ジンバル枠を強制回転してフライホ
イルのリセット操作を繰り返しつつ旋回姿勢制御を実施
することで旋回姿勢制御不能な状態に至ることなく継続
制御ができる（請求項５）。
回負荷条件、例えば連続する風外乱あるいは旋回負荷が
設計旋回負荷を越えるものなどの場合、傾転軸を自由傾
転可能な状態とし、ジンバル枠を強制回転してフライホ
イルのリセット操作を繰り返しつつ旋回姿勢制御を実施
することで旋回姿勢制御不能な状態に至ることなく継続
制御ができる（請求項５）。
【図１】本発明の旋回姿勢制御装置の全体構成を示す斜
視図である。
視図である。
【図２】フライホイルのリセット態様および傾転範囲を
示す図１の縦断面図である。
示す図１の縦断面図である。
【図３】（ａ）は外枠の物体座標を示す斜視図である。
（ｂ）はフライホイルの物体座標を示す斜視図である。
（ｂ）はフライホイルの物体座標を示す斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は吊荷の通常旋回時のベクトル
態様を示す斜視図である。
態様を示す斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は旋回姿勢制御装置の挙動態様
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図６】（ａ），（ｂ）はフライホイルのリセット作動
時のベクトル態様を示す斜視図である。
時のベクトル態様を示す斜視図である。
１ ロープ ３ 吊金物 ５ 接合ピン ７ 旋回姿勢制御装置 ９ 回転駆動部 １１ 傾転駆動部 １３ スピン駆動部 １５ 外枠 １７ 回転軸 １９ ジンバル枠 ２１ 傾転軸 ２３ フライホイル枠 ２５ フライホイル ２７ スピン軸 ２９ 傾転ストッパ Ａ 駆動制御部 Ｂ 旋回姿勢制御部 Ｃ 電源部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 表 佑太郎 東京都清瀬市下清戸４丁目640番地 株 式会社大林組技術研究所内 (72)発明者 井上 文宏 東京都清瀬市下清戸４丁目640番地 株 式会社大林組技術研究所内 (72)発明者 内田 茂 東京都清瀬市下清戸４丁目640番地 株 式会社大林組技術研究所内 (72)発明者 渡辺 幸次 東京都清瀬市下清戸４丁目640番地 株 式会社大林組技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−46894（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−267579（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−53177（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−119573（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−80383（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B66C 13/08
Claims (5)
- 【請求項１】 外枠内に設けられた回転軸を介して該外
枠に対して駆動回転あるいは自由回転可能なジンバル枠
と、このジンバル枠内に配設され前記回転軸に対して直
交する傾転軸を介して駆動傾転あるいは自由傾転可能な
フライホイル枠と、このフライホイル枠内に配設され前
記傾転軸に対して直交するスピン軸をスピン中心として
高速スピン可能なフライホイルとを備えるとともに、 前記ジンバル枠の回転駆動部と、前記フライホイル枠の
傾転駆動部と、前記フライホイルをスピンさせるスピン
駆動部と、前記ジンバル枠の回転を制動する回転制動部
と、前記フライホイル枠の傾転を制動する傾転制動部
と、前記回転駆動部、傾転駆動部、スピン駆動部、回転
制動部、傾転制動部の各駆動を制御する制御手段とを備
え、 前記回転軸を水平方向としたことを特徴とするジャイロ
スコープを利用した吊荷の旋回姿勢制御装置。 - 【請求項２】 前記ジンバル枠に、フライホイル枠の傾
転範囲を制限してスピン軸の傾転を所定角度内にとどま
らせる傾転ストッパを設けたことを特徴とする請求項１
に記載のジャイロスコープを利用した吊荷の旋回姿勢制
御装置。 - 【請求項３】 前記傾転軸およびスピン軸の両軸が水平
な状態をもって、軸のリセット位置にすることを特徴と
する請求項１または２に記載のジャイロスコープを利用
した吊荷の旋回姿勢制御装置を用いた吊荷の旋回姿勢制
御方法。 - 【請求項４】 前記ジンバル枠を制動状態とし、前記フ
ライホイルを傾転制御することにより、吊荷の旋回姿勢
制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の
ジャイロスコープを利用した吊荷の旋回姿勢制御装置を
用いた吊荷の旋回姿勢制御方法。 - 【請求項５】 前記フライホイル枠を自由傾転可能な状
態とし、前記ジンバル枠を回転制御することにより、ス
ピン軸を水平ポジションにすることを特徴とする請求項
１または２に記載のジャイロスコープを利用した吊荷の
旋回姿勢制御装置を用いた吊荷の旋回姿勢制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28395397A JP3315357B2 (ja) | 1997-10-16 | 1997-10-16 | ジャイロスコープを利用した吊荷の旋回姿勢制御装置およびその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28395397A JP3315357B2 (ja) | 1997-10-16 | 1997-10-16 | ジャイロスコープを利用した吊荷の旋回姿勢制御装置およびその制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11116181A JPH11116181A (ja) | 1999-04-27 |
| JP3315357B2 true JP3315357B2 (ja) | 2002-08-19 |
Family
ID=17672370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28395397A Expired - Fee Related JP3315357B2 (ja) | 1997-10-16 | 1997-10-16 | ジャイロスコープを利用した吊荷の旋回姿勢制御装置およびその制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3315357B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5824206B2 (ja) * | 2010-11-22 | 2015-11-25 | 株式会社日立製作所 | 吊荷旋回装置 |
| DE102012208623A1 (de) * | 2012-05-23 | 2013-11-28 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zum Ausüben von Drehmoment auf ein Objekt |
| NO20131594A1 (no) * | 2013-12-02 | 2015-06-03 | Savant Tech As | Styrbar løfteramme |
| DK3592973T3 (da) | 2017-04-18 | 2023-08-28 | Siemens Gamesa Renewable Energy As | Fremgangsmåde til montering af komponenter til en vindmølle og løftearrangement |
| CN111284582B (zh) * | 2020-03-26 | 2023-11-17 | 行星算力(深圳)科技有限公司 | 一种多功能全地形运输机器人 |
-
1997
- 1997-10-16 JP JP28395397A patent/JP3315357B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11116181A (ja) | 1999-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102337366B1 (ko) | 부하 제어 방법 및 시스템 | |
| US20090257741A1 (en) | Stabilizer Device for Optical Equipment | |
| CN107728635A (zh) | 一种摩托车型机器人的自动平衡装置及方法 | |
| JPS6117006B2 (ja) | ||
| EP3235717B1 (en) | Rotor for a gyroscope | |
| EP3542414B1 (en) | A stabilization arrangement for stabilization of an antenna mast | |
| JP3315357B2 (ja) | ジャイロスコープを利用した吊荷の旋回姿勢制御装置およびその制御方法 | |
| JPS63130499A (ja) | デユアル・スピン衛星の章動抑制装置 | |
| JPH0639314B2 (ja) | 吊下物体水平方位制御装置 | |
| JP6711741B2 (ja) | 吊荷の姿勢制御装置 | |
| JP2688332B2 (ja) | 吊荷等の姿勢制御方法及びその装置 | |
| JP2557852B2 (ja) | 吊荷等の姿勢制御方法及びその装置 | |
| JP3045920B2 (ja) | ジャイロスコープによる吊荷姿勢制御装置およびその制御方法 | |
| JPH10167197A (ja) | ホイールによる３軸衛星の姿勢制御及びホイールのアンローディング並びにスピン衛星の姿勢復元装置 | |
| JPH0753177A (ja) | ジャイロスコープによる吊荷の方位角制御方法 | |
| JPH0665595B2 (ja) | 吊荷の姿勢制御装置 | |
| JPH09136786A (ja) | 吊荷の方位制御装置 | |
| JP2911761B2 (ja) | ジャイロ効果を利用した吊荷姿勢制御装置及びその制御方法 | |
| KR101560808B1 (ko) | 자세 제어장치를 갖는 2륜 구동 차량의 플라이휠 | |
| JPH04161574A (ja) | 構造物の振動制御装置の姿勢制御方法 | |
| JPH06132716A (ja) | アンテナ姿勢制御装置 | |
| JPH0587183A (ja) | 制振装置 | |
| JPH0417873B2 (ja) | ||
| JPS6111773Y2 (ja) | ||
| JPH07267577A (ja) | ジャイロスコープによる吊荷姿勢制御装置およびその制御方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20020430 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |