JP3938597B2 - 改良されたリービング配置を備えたクレーン - Google Patents

Description

発明の技術分野
この発明は、積荷を操作するリービングシステムを通して配置されるクレーンに関するものである。
この発明は、船積みコンテナを扱うのに使用されるガントリークレーンの関係で開発された。そのような関係の下で以後にこの発明を説明する。しかしながら、この発明は、吊り下げられる積荷の位置および方位の安定した制御を行うため要求される他のクレーンタイプまでの幅広い出願に関わることは明かであろう。
発明の背景
特別な目的のコンテナを扱うクレーンは、船に荷揚げしたり、荷おろす最新貨物取扱い設備に使用され、そのようなクレーンにより扱われる船での速さは、港での全能率での要因を決めるキーである。現在のガントリークレーンは、スプレッダーによりコンテナを掴むためヘッドブロックを使用する。ヘッドブロックは、ヘッドブロックを上昇および下降するため使用されるリービングケーブルの配置によりレール装着ガントリートロリーから吊り下げられる。
ガントリークレーンのサイクル時間は、２つの主な要因により制限される。第１に、上昇されるコンテナの頂部上でのスプレッダーの容易な位置決めを許すように、コンテナは必ずしも整列できない。それで、クレーンによりスプレッダーを正確に位置決めする速度は相当重要である。典型的には、この位置決めはクレーンのデユーテイーサイクルの５０％まで処理できるが、残りは船と岸との間の経路により処理される。第２に、ヘッドブロックおよびリービングから吊り下げられる積荷は、時には５０ｍまでの高さで、クレーンの運動中および巻き上げ作用中に動揺し、または、揺れる傾向がある。これらの要因はいわゆる箱詰め速度を減少し、それ故、港湾効率を約５０％まで減少する。典型的なコンテナ船は、１０００個までのコンテナ運動を必要とすることを考慮すると、クレーン効率を改良する潜在的利益は本質的なことである。
クレーン巻き上げの動揺を減少し、リービングをより制御可能にすることは、減少する位置決め時間や改良された船便時間を生じるであろう。１０−２０％の状態の位置決め時間の減少は、貨物取扱業に相当な衝撃を与えるであろう。
現在採用されている造船所のクレーンや波止場側のクレーンは、垂直のｚ方向だけに安定している。そのようなクレーンで運ばれる積荷は、横方向の力では回転や動揺を生じるであろう。
現在、そのようなクレーンの操作効率を改良するために採用される工業上の実行は、積荷の動揺を避けるためクレーンドライバーの腕前に頼るか、複雑な動揺防止システムの使用に頼っている。そのようなシステムは、通常、複雑なリービング配置や巻き上げモータの能動制御システムを採用する。
そのような２つの能動動揺抑制システムは、米国特許第２９１６１６２号および米国特許第４３５０２５４号で開示されている。前者のシステムは水平方向内での振り子運動を抑制しようとするものであるが、積荷のいかなるピッチ、ロールまたは左右の揺れを抑制できない。後者のシステムは追加のワイヤやウィンチを採用している。
より効率的なリービング配置の達成に向けて多数の研究が行われている。
１つのそのような研究が、１９８９年８月発行のJournal of Offshore Mechanics and ArcticEngineering、第III巻、１８３−１９３頁での論文名称が「造船に応用する平行リンクロボットクレーンの安定性研究」であるN.G.Dagalakis外により刊行された。別の研究が、１９９３年発行のJournal of Robotic Systems.10(5)の７０９−７２４頁の名称「The NIST robot crane」でJames Albus外により刊行された。
これらの両方の研究は、航空機シュミレータに普通に使用されるタイプの反転Stewartプラットホームの概念を組み入れた改良されたホイストおよびリービング配置を持つクレーンを開示する。AlbusおよびDagalakisによるクレーンでは、ベースとStewartプラットホームで支持される積荷との間の平行リンクは、クレーンのリービングケーブルにより取り替えられ、ウインチがアクチュエータとして使用される。
DagalakisおよびAlbusにより提案されたホイストおよびリービング構想は、等辺三角形の頂点での下積荷台上のリービングのための連結点の提案を含む。同様の仕方で、クレーントロリー上のリービングのための連結点は、等辺三角形の頂点に配置される。６本のリービングケーブルがトロリーから下積荷台に走り、２本のリービングケーブルが各三角形の各頂点で連結される。上記プランで見られるように、上下三角形は相互に垂直軸の周囲で１８０°回転され、下三角形の頂点は、上三角形の辺の中点と整合するために位置決めされる。
DagalakisおよびAlbusにより開示されたリービング配置は、全ケーブルに張力を維持している間、積荷を支持することができ、頂点が下積荷台上の滑車の配置により固定される幾何学三角形内に、積荷の質量中心が含まれる時だけ積荷の安定した位置制御を提供することが分かる。安定した位置制御を提供するため、下積荷台上の三角形の滑車配置に外接する円の半径は、幅２．４ｍ×高さ３．０ｍ×長さ１２ｍの標準コンテナを支持するため配置される積荷台またはヘッドブロックのために約１．２ｍとなることが分かる。同様に、さらに、トロリー上の三角形の滑車の配置に外接する円の半径は、約２．４ｍであることが分かる。
これらの幾何学的制限は、したがって、横方向（トロリーが移動できるガントリーに沿う方向）での±０．６ｍおよび長手方向（ガントリーと垂直な方向）での±０．７ｍのリービング配置により吊るされる標準コンテナで制限される積荷の質量中心の許容できる偏心を確立する。これらの形状は、それぞれ、横方向へ２４％、長手方向へ６％だけ質量中心を偏心することになる。許容できる横偏心２４％は、偏心１０％の典型的な工業標準仕様のものより大きいが、長手方向での６％偏心は工業標準に合わない。
この発明は、上記欠点を最少にすることを目的としている。
発明の概要
大まかに定義すると、この発明は、上支持構造体と、積荷を運ぶため配置される下支持構造体と、上支持構造体から下支持構造体を吊るす６本のリービングケーブルと、上支持構造体と下支持構造体との間のリービングケーブルの選択したものの有効長さを変える手段とから成るクレーンを提供する。リービングケーブルは、それぞれの不等辺三角形の頂点で、上支持構造体および下支持構造体に幾何学的に連結され、リービングケーブルは、第１対のリービングケーブルが下方向へ収束され、第２対のリービングケーブルが上方向へ収束され、第３対のリービングケーブルが上構造体と下構造体とにおいて、第１対のリービングケーブルと第２対のリービングケーブルの対向端部との間で延びるように配置される。
この明細書の前頁および次頁で使用される用語「不等辺四辺形」、「台形」、「等角等辺台形」という用語は、幾何学的形に適用でき（物理的要素でない）、それは、リービングと上下支持構造体との間の連結頂点を決める。また、これらの用語は以下の意味を持つことを理解されたい。
不等辺四辺形：平行四辺形ではなく、２辺が平行であるか、平行でなくともよい四辺形。
台形：一対の平行辺を持つ不等辺四辺形。
等辺等角台形：２つの平行辺と交差する軸線の周囲で対称である台形。
上記のようなリービング配置を備えたクレーンは、所定の仕方で個々のリービングケーブルの長さを操作することにより、上支持構造体に関する下支持構造体の位置や姿勢の制御可能な調整を許容する。このリービングケーブル配置は、全ケーブルが張力を受けると、上支持構造体と下支持構造体との間の連結部に「硬直」が生じ、下支持構造体およびそれに取り付けられる積荷は、上支持構造体の運動に従うであろう。巻き上げ作業中に動揺が抑制される。
上下支持構造体上の不等辺四辺形の頂点にリービングケーブルの連結部を配置することにより、吊り下げられるコンテナの質量中心が含まれる区域を最大にすることができ、それで、許容可能な質量中心の偏心を最大にする。
この発明の好ましい実施例では、リービングケーブルは、それぞれの台形の頂点、、より好ましくは、それぞれの等辺等角台形の頂点と一致する上下支持構造体の全点と幾何学的に連結される。上下支持構造体での連結点の個所により決まるそれぞれの台形は、好ましくは、形状が類似しており、上支持構造体での連結点により画定される面積は、下支持構造体での連結点により画定される面積より大きい。
この発明の特に好ましい形態では、上台形の短い方の平行辺の頂点間の距離が、下台形の短い方の平行辺の頂点間の距離に等しくなるように、台形が寸法決めされる。さらに、下台形の長い方の平行辺での頂点間の距離は、短い方の平行辺の頂点間の距離と√３Ｒを足したものに等しく選択され、ここで、Ｒは下台形の非平行辺の頂点間の距離に等しい辺長を持つ等辺三角形に外接する円の半径である。それから、上台形の長い方の平行辺での頂点間の距離は、短い方の平行辺での頂点間の距離に２√３Ｒを足したものに等しくなるように選択され、下台形の短い方の平行辺は下台形の平行辺の上に配置される。
これらの寸法上の制限により、他の直交軸のそれぞれの周囲での運動を引き起こすことなく、任意の１軸の周囲での運動が行われるように、上支持構造体に関する下支持構造体の運動を制御することができる。
巻き上げコンテナ用クレーンの波止場側の適用において、上支持構造体はクレーンのガントリーまたはブーム構造体に沿って往復直線運動をするため配置されるトロリーから構成してもよい。下支持構造体はコンテナがスプレッダーにより接続できるヘッドブロックにより提供してもよい。各リービングケーブルの上下支持構造体間の有効長さを変える手段は、複数の巻き上げドラムと、各リービングケーブルとから成る。巻き上げドラムは、上支持構造体に関する下支持構造体の細かい姿勢制御を行う個々のモータまたは共通のモータにより駆動される。後者の場合、伝動装置が個々の巻き上げドラムの差運動を行うため設けられ、伝動装置は機械式でも油圧式でもよい。
代わりに、各リービングケーブルの上下支持構造体間の有効長さを変える手段は、全リービングケーブルのための単一モータ駆動巻き上げドラムから構成してもよい。それから、各リービングケーブルの長さの付加的な個々の調整を提供するため、調整手段が各リービングケーブルの通路に介在される。好ましくは、調整手段は電気作動、油圧作動または空気圧作動のラムから構成される。
上支持構造体により運ばれる質量を減少するように、巻き上げドラムを上支持構造体に装着してもよく、好ましくは、クレーンの駆動区域に装着してもよい。
さらに、クレーンは、下支持構造体の設定空間姿勢または方位と関連する各リービングケーブルの設定長さおよび張力を調整および維持するため、リービングケーブルの有効長さを変える手段に制御命令操作を与えるため配置された電子コントローラから成る。
さらに、クレーンは、デカルト座標系内およびｘ，ｙ，ｚ軸の周囲での下支持構造体の空間位置および３次元方位を決めるセンサ手段が設けられる。ｚ軸は上支持構造体に関して垂直である。好ましくは、センサ手段により決定される上支持構造体に関する下支持構造体の空間での位置や方位を、電子コントローラに伝えるためフィードバック手段が配置される。電子コントローラは、フィードバック手段により提供されるフィードバックデータに応答して下支持構造体の位置や方位を細かく調整するため配置される。
電子コントローラは、また、下支持構造体により運ばれる積荷が受ける風負荷のような外部にかかる力に自動的に逆らうために、リービングケーブルの有効長さを変える手段を制御するフィードバック手段に自動的に応答するために配置される。
好ましくは、センサ手段は、下支持構造体上に配置されたジャイロスコープおよび加速度計から成る慣性台を含む。
また、電子コントローラは、積荷の異常な位置または方位を指示するフィードバックデータを受けると、リービングケーブルの長さを変える手段を通してリービングケーブルの長さを自動的に調整するため配置される。
異なる実施例で上記したクレーンは、積荷の動揺を最少にするリービングケーブル配置の安定性を増加する。提案したリービング配置は、空間での積荷の十分な抑制を可能にする。積荷移動は、張力を受ける各リービングケーブルの長さにより決まる安定した位置や方位で積荷を戻し、維持する大きい復帰力を起こすリービングケーブル内での弾性変形を生じるであろう。さらに、上記リービングケーブル配置は、上支持構造体を動かすことなく、空間内での積荷の細かい位置制御や姿勢制御を提供することができる。
この発明の好ましい実施例の以下の説明から、この発明は十分理解されるであろう。詳細な説明が添付図面を参照して提供される。
【図面の簡単な説明】
図１は、ガントリー式クレーンの概要図を示す。
図２は、図１のガントリーおよびクレーンの巻き上げの簡単な斜視図を示し、巻き上げケーブル駆動装置の第１タイプを示す。
図３は、図２のガントリーのより詳細な投射斜視図を示し、巻き上げケーブル駆動装置の第２タイプを示す。
図４は、図３で示すのと同様のガントリーの投射斜視図を示し、トロリー上のリービングケーブルを案内する一方の滑車配置を示す。
図５は、図３で示すクレーンのヘッドブロックの投射平面図を示す。
図６は、図２および図３で示すようなクレーンの幾何学的表現を示す。
図７は、図１および図２で示すクレーンのガントリートロリーとヘッドブロックとの間に延びるリービングケーブルの概略図を示す。
図８は、図４で示すようなガントリートロリーの左手側上の滑車およびプーリの簡単な斜視図を示し、ガントリートロリーの左手側上の個々のリービングケーブルの通路を示し、右手側滑車配置は左手側滑車配置と鏡像関係で対称である。
発明を実施する好ましい形態
図面において、機能的に等しい構成要素を表示し、説明するために、種々の図面において同じ参照番号が使用されている。
図１は、コンテナを桟橋に係留した船に移送したり、船から移送するための波止場側ガントリー式クレーン１０を概略的に示す。クレーン１０は、ｙ軸線の方向で波止場側に沿って図面の平面と垂直な方向でトラック１１上を移動できるタワー構造体１３から成る。タワー構造体１３は、タワー構造体１３の運動軸線に垂直なｘ軸方向で往復できるレール装着トロリー１４を支えるガントリー１２を支持する。リービング配置１８は６本のケーブルから成り、支持されるヘッドブロック（ホイスト）１５は、ｘ−ｙ平面と垂直なｚ軸線に沿って上下運動するためトロリー１４から吊るされる。ホイスト１５は、トロリー運動、タワー運動およびｚ軸線に沿うリービング１８のケーブル長さの調整により与えられる３つの移行自由度を持つ。ヘッドブロック１５の真下には、船（図示せず）から降ろされ、船に積まれるコンテナ１７に係合するため適合されるスプレッダー１６が周知な仕方で配置される。このようなクレーンの基本的概念、特定の部品と同様、その駆動機構および制御は、以下に説明するリービング配置に対して、当該分野で周知であり、これ以上説明しない。
図２は、クレーン１のガントリー１２およびリービング配置１８を斜視概要図で示す。ヘッドブロック１５およびガントリートロリー１４だけが大体で示され、他のクレーン構成部品は、図示目的を明瞭にするため図２から省略されている。他方、図３、図４および図５は、図１で示されるクレーンに使用できるガントリートロリー１４およびヘッドブロック１５の特定実施例をより詳細に示す。
図２に戻ると、全６個の巻き上げドラムとそれぞれの駆動部とを含む第１タイプの巻き上げケーブルが示される。
数字２２で示される全６本のリービングケーブルは、リービング１８を形成するため提供される。各ケーブルの一方端部は、周知な仕方（図示せず）でブーム端部に固定され、他方、他方端部はそれぞれの巻き上げドラム１９に収容される。３個の巻き上げドラム１９が、図２で示す巻き上げケーブル駆動配置においてガントリー１２の片側に配列される。巻き上げドラム１９は、歯車箱を含む周知な駆動列配置を介して従来のモータ２０により駆動される。巻き上げドラム１９は個々のケーブル２２を結合または別様に長くしたり、短くしたりするように、個々にまたは同期して駆動できる。
図２で示す巻き上げケーブル駆動配置と反対に、図３の巻き上げケーブル駆動配置では、６本のケーブル２２（図３では図示せず）の全端部が収容される共通の巻き上げドラム１９が提供される。ケーブルの他端部は上記のようにブームの対向端部に固定される。共通の巻き上げドラム１９は高架に配置され、ガントリーの自由端部の近くでガントリー１２上で支持される。巻き上げドラム１９は、周知な減速歯車駆動列配置を介して従来のモータ２０により駆動される。この巻き上げドラム１９は個々のケーブルを連結的に長くしたり、短くしたりするように駆動できるので、以下に説明するように、ガントリートロリー１４に関してヘッドブロック１５の完全な位置制御や姿勢制御を提供するため、個々のリービングケーブルの長さを調整または変化するため、全体を２５で示す機構が提供される。ケーブルの有効長さを変化する調整機構２５は、各ケーブルで１つの６個の個々のラム２６を混合し、油圧または空気圧で選択的に駆動される。ケーブル案内滑車２７が、各ラム２６の往復駆動ロッド上に装着され、各ケーブルをループにする。
特に図２乃至図７に関して、リービング１８のケーブルは、図２で全体として数字３０で示され、全体として数字４０で示される上部トロリー１４での滑車およびプーリ配置内を走る。滑車およびプーリ配置は図３、図４、図７、図８で示されるトロリーでは数字３２０−３２５、５２１−５２５、６２１−６２５で示され、図３、図５、図７のヘッドブロックでは数字４２０−４２５で示される。しかしながら、このことを以下に詳細に説明する。
リービング１８の基本的な幾何学配置の理解を容易にするため、最初に、図２、図３で示されるようなクレーンの幾何学表現を示す図６を参照する。
図６で分かるように、ヘッドブロック１５は、等辺等角正台形２４ａ、２５ａのそれぞれの頂点２４、２５によりトロリー１４の支持板または構造体に幾何学的に連結される。台形２４ａ、２５ａの短い方の辺は、対向方向に指向される。下台形２５ａは上台形２４ａより小さい。図７での例で示されるように、物理的なリービングケーブル２２を運ぶ物理的な案内滑車のための実際の空間および装着要求により押しつけられ、拘束される実際のリービング配置に関して、ケーブル走りが図６で示される台形２４ａ、２５ａの頂点に物理的にできる限り接近して一致するように、滑車は、上トロリー１４およびヘッドブロック１５の支持構造体上にそれぞれ装着される。
第１対のリービングケーブル２２０、２２１は、下台形２５ａの短い方の平行辺の角点２５から、上台形２４ａの長い方の平行辺の角点２４に向けて末広通路へ延びる。図７で示される物理的なリービング配置では、各ケーブルは以下に説明するように、上支持構造体および下支持構造体上で、それぞれの滑車３２０〜３２５および滑車４２０〜４２５の周囲で案内されるケーブル当たり２本のリービングケーブルを含む。第２対のリービングケーブル２２２、２２３は、下台形２５ａの長い方の平行辺の角点２５から、上台形２４ａの短い方の平行辺の角点２４に向けて収束通路へ延びる。第３対のリービングケーブル２２４、２２５は、上台形２４ａと下台形２５ａでの角点２４、２５において、第１対のリービングケーブル２２０、２２１および第２対のリービングケーブル２２２、２２３のそれぞれ対向する上下端部の間で延びる。換言すれば、第３対のリービングケーブル２２４、２２５は、それぞれ、上下台形２４ａ、２５ａの角点２４と角点２５との間で延びる。さらに、図６から分かるように、どのリービングケーブル２２０〜２２５も上下台形２４ａ，２５ａ間で交差せず、リービングケーブル２２０〜２２５の内の２本は互いに平行に延びない。
分かるように、台形の非平行辺と同一長さを持つ等辺三角形に外接する円の半径の値を与え、短い方の平行辺の長さを与え、非平行辺の長さ＋短い方の平行辺の長さに等しい長い方の平行辺の長さの値を与えることにより、等辺等角台形の幾何学を完全に定義することができる。図示の好ましい幾何学配置のように、上台形および下台形が等辺等角であり、上台形が、下台形の短い方の平行辺と同じ長さを持つ短い方の平行辺と、下三角形より大きい面積を有する等辺三角形の半径とにより等しく定義できる。それで、図６において、頂点間の短い方の平行辺距離、２ＳＰと同様に、上下台形の定義される外接円のそれぞれの半径は、ａとｂとで示される。
これらの寸法上の制限により、ヘッドブロック１５とトロリー１４との間のリービングケーブル２２０〜２２５の有効長さは、ヘッドブロック１５とトロリー１４が水平面で相互に平行であれば等しくなる。
図示のリービング配置は、ｘ，ｙ，ｚ方向でトロリー１４に関し、およびローリング、ピッチングおよび左右の揺れのそれぞれ関連するｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の周囲でのヘッドブロック１５の安定的で制御可能な制限を可能にする。
さらに、図７で示される実際の配置で物理的に実施されるような図６のリービング配置１８は、これに関連して、全ケーブルが同じ量だけ短くされると、下ヘッドブロック１５およびヘッドブロックに取り付けたコンテナ１７が、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸（ロール、ピッチ、左右の揺れ）の周囲でのコンテナ１７の方位または姿勢を変化することなく、ｘ軸およびｙ軸に沿ってコンテナ１７の位置を変化することなく、トローリー１４に関してｚ軸に沿って上昇下降することを意味する相対的リービングである。他方、リービング２２０〜２２５の内の１本以上を短くしたり、長くしたり、他のケーブルでの張力を維持したり、調整することにより、トロリー１４に関するヘッドブロック１５の位置および／または姿勢での制御され指定された変化を起こし、全体としてクレーン１０、または、上記のようにガントリー１２に沿ってトロリー１４を動かしている間、そのような位置および姿勢を維持することができる。この後者のタイプ調整は全体の位置決めのため使用され、前者はトロリー１４を運動することなくコンテナを細かく位置決めするため使用できる。
空間での２つの台形の８つの頂点間の幾何学的関係および上台形に関する下台形の相対運動（トロリーに関するヘッドブロックの相対運動）を反映する基本的方程式を提供できる。図６を参照すると、直角座標系ｘ，ｙ，ｚの原点が半径ｂである上外接円の中心に位置し、半径ｂがＳＰと共に上台形を定め、下台形の空間的方位が、下台形の半径ａでの外接円の中心で下台形に関して固定される下デカルト座標系のｉ軸、ｊ軸、ｋ軸の周囲での回転姿勢をそれぞれ提供するオイラー角度φ、θ、ψにより定められると、リービングケーブル２２０〜２２５の有効長さｉは、オイラー角度、台形幾何学パラメータａ，ｂ，ＳＰおよび上デカルト座標系ｘ，ｙ，ｚに関する下デカルト座標系ｉ，ｊ，ｋの中心の変位の関数として提供できる。
これらの方程式は以下のとおりである。

オイラー角度はｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の周囲のロール、ピッチ、左右の揺れと同じではなくて、周知な同種の変換により容易にそれらに関連付けすることができることに注意すべきである。さらに、他の状態ではヘッドブロック１５が上トロリー１４に関して十分に拘束されていないので、全ての６本のケーブル２２０〜２２５が緊張している時だけ、ケーブル長さを決めるため上記幾何学方程式を使用できることに注意すべきである。
また、実際の巻き上げ駆動コントローラでの基本方程式を満たすために、滑車の変位や装着を考慮した台形の頂点での理想的な配置からの位置／変位を考慮した修正パラメータを導入しなければならないであろう。
しかしながら、このことは、非発明的技量を必要とする慣用事項である。上記方程式は、一般的に与えられるが、上記に指摘したように、選択ｂ＝２ａは巻き上げ中に、ヘッドブロックの平面運動の範囲外にはならない幾何学配置を与えることに注意すべきである。
例えば、クレーンの操作において、等しい量による第１対のリービングケーブル２２０、２２１の各ケーブルだけの延長は、下台形２５ａの長い方の平行辺の周囲でのコンテナのピッチ運動だけを生じる。もし、同時に第２対のリービングケーブル２２２、２２３および第３対のリービングケーブル２２４、２２５が第１対のリービングケーブル２２０、２２１の量より小さく同期して短くされると、説明したようにｚ軸に沿ってヘッドブロックおよびそれに取り付けられたコンテナの上昇およびヘッドブロック１５の同期ピッチングを生じるであろう。
それで、トロリー１４に関するヘッドブロック１５の位置および姿勢は、トロリー１４とヘッドブロック１５との間の個々のリービングケーブル２２０〜２２５の長さの適切な取扱いで十分に制御でき、他方、リービングケーブル２２０〜２２５を介してヘッドブロック１５にかかる力およびモーメントは、個々のケーブルにかかる実際の張力の対応する取扱いにより十分に制御できる。
上記のことから明らかなように、図６で示されるように、リービング配置１８の釣合は、上記したように図３で示される単一巻き上げドラムの実行を許容する。これにより、６本のリービングケーブル２２０〜２２５の自由端部の全ては、共通の巻き上げドラム１９上に受け入れられ、それにより、ｚ軸に沿って共通のまたは差のない巻き上げ運動が確実にされる。リービングケーブル２２０〜２２５の各通路内に配列された変位可能な滑車２７を備えた個々のラム２６は、実際のケーブル通路を短くしたり、長くする機構を提供し、それ故、個々のリービングケーブルの長さを変化し、ヘッドブロック１５のｘ軸、ｙ軸位置およびピッチ、ロール、左右揺れの方位調整を提供する。また、独立して駆動される各リービングケーブルのために個々の巻き上げドラムを使用することもできる。図２で示される巻き上げ駆動の実施例は、３個のドラムがガントリー１２の各側に配置された個々のリービングケーブル２２のための個々の巻き上げドラム１９を使用し、各ドラムグループに１つである２つのモータ２０を使用する２つの構造上の配置の組み合わせを使用する。
トロリー１４に関するヘッドブロック１５の所望の運動を得るように、上記の方程式を役立てる個々のリービングケーブルの有効長さを変化するため、駆動部および機構を操作する実際の制御機構は、当該分野で周知であり、さらに説明しない制御技術を使用して実行できる。
等辺等角台形２４ａおよび２５ａの頂点とできる限り接近して一致するため、トロリー１４およびヘッドブロック１５上でのリービングケーブル２２０〜２２５の連結点を配置することは、全体として、巻き上げの硬直を増し、コンテナの幾何学的中心と一致しない質量中心を持つコンテナ１７の安定した移送を可能にする。換言すれば、コンテナの質量中心を含む許容可能域は、下台形２５ａ内で配置されるため増加され、それで、より大きい質量中心のための偏心を許容し、他方、トロリー１４に関するヘッドブロック１５の安定した位置制御を許容する。
トロリー支持板１４上の等辺等角台形２４ａの短い方の平行辺の頂点でのリービングケーブルのための連結点との間と、ヘッドブロック１５上の等辺等角台形２５ａの短い方の平行辺の頂点でのリービングケーブルの連結点間の実際の間隔（このトロリー支持板上およびヘッドブロック上のこの間隔は、等しく、図６で２Ｓｐで図示される）は、ｙ軸の方向でのトロリー１４の最大許容可能な寸法に基づき選択できる。例えば、間隔が１２．０ｍに選択されると、トロリー幅５．０ｍに対して、前記間隔は１２ｍコンテナに対して約１０％の中心質量の許容できる偏心率を生じる。この値は詳細な説明の導入部分で述べた明細の範囲内である。前記間隔を２．２ｍまで増加できるので、この許容可能な偏心は６ｍのトロリー幅に対し１５％増加する。
上記のリービング配置の主な利点の１つは、トロリーを移動することなくヘッドブロック（それ故、積荷）の位置（３次元での位置も方位も）変更する能力のあるクレーンを実現でき、すなわち、細かい位置制御や姿勢制御をできることである。これは、巻き上げモータまたはラム機構を独立して操作し、リービングケーブル長さを変え、ヘッドブロックを吊るす個々のケーブルの長さを変えることにより達成できる。（Ｚ軸に沿う）トロリーやヘッドブロック高さの固定位置での積荷の（ガントリーに沿う）ｘ運動および（ガントリーに沿う）ｙ運動の可能範囲は、リービング配置の幾何学に支配される。トロリー１４からヘッドブロック１５までの巻き上げ高さが３０ｍであるとすると、ヘッドブロックのｘ運動およびｙ運動の範囲は、それぞれ、０〜１．２ｍおよび０〜１ｍである。固定トロリー個所では、ヘッドブロックの姿勢や位置を変化することなく、垂直ｚ軸周囲で積荷を約±３５°だけ回転することもできる。
図６で示される幾何学的関係を結合する図１のガントリー式クレーンのリービング配置は、図７で概要で図示される。簡単にするためヘッドブロックやトロリーを図示から省略してある。しかしながら、ヘッドブロックおよびトロリー支持台上の滑車やプーリの配置は、実際のリービング形態の理解を容易にするように、それぞれの台形の頂点と一致させて部分的に図示されている。図６と同じ参照番号を図７で使用して、ヘッドブロックとトロリーとの間の物理的なリービングケーブル垂れ下がりを参照する。図２を参照して上記したように、６本のリービングケーブル２２０〜２２５がガントリーのブーム端部に固定される。リービングケーブル２２０〜２２５の他の３つの端部は、図２および図３を引用して以前に概説したように、個々の巻き上げドラムや、ウンチドラムや、または、共通の巻き上げドラムに受け入れられる。第１対のリービングケーブル２２０、２２１は、各々がガントリーの対向側でガントリーに沿って走る。ケーブル２２０、２２１は滑車やプーリ配置に入り、トロリー上のそれぞれの案内滑車３２０、３２１に係合し、ヘッドブロック１５の方向へ向けられ、そこで、台形の小さい方の平行辺に配置されるそれぞれの戻り滑車４２０、４２１と係合し、トロリーへ戻り第２案内滑車（図示せず）により、それぞれ、案内滑車３２０、３２１と協働してホイストを出る。第１対のリービングケーブル２２０、２２１の出入口は、ガントリーの同じ側にある。
第２対のリービングケーブル２２２、２２３は、ガントリーの各側に沿って走り、滑車やプーリ配置に入る。ケーブル２２２、２２３は、それぞれの転向プーリ５２２、５２３を通過して、案内滑車（上台形の短い方の平行辺の端部に配置される）を介して、それぞれ、ヘッドブロック上の戻り滑車４２２、４２３に向かう。滑車４２２、４２３は下台形の長い方の平行辺の端部に配置される（図５を参照）。ケーブル２２２、２２３は、同じ通路を戻り、案内滑車３２２および３２３と協働するそれぞれの第２案内滑車（図示せず）に係合し、案内滑車３２２、３２３から、それぞれの転向プーリ５２２’、５２３’により転向され対向するガントリー側に至る。それで、第２対のリービングケーブル２２２、２２３の出入口は、ガントリーの反対側にある。
第３対のリービングケーブル２２４、２２５は、ガントリーの各側に沿って走り、滑車やプーリ配置に入り、下台形の長い方の平行辺の端部に配置されるそれぞれの案内滑車３２４、３２５に係合する。そこから、ケーブル２２４、２２５は下台形の長い方の平行辺の端部に配置されたそれぞれの戻り滑車４２４、４２５に向けて下方へ走る（図５参照）。その後、ケーブル２２４、２２５は同じ通路に沿って案内滑車３２４、３２４と協働する第２案内滑車に沿って戻り、そこで、転向してブームに向けて出る。ここで再びそれぞのケーブル２２４、２２５の出入口はガントリーの同じ側になる。
この巻き上げ配置（リービング１８およびヘッドブロック１５）は、さらに、トロリー１４に関するヘッドブロック１５、それ故、ヘッドブロック１５で支持されるコンテナ１７の配置の正確な決定を可能にするセンサシステム２６を備える。このため、図７で参照番号２９で示されるような一組の慣性センサが、ヘッドブロック１５上に装着される。このセンサは、３つの直交方向ｘ、ｙ、ｚでのヘッドブロック１５の角速度および直線加速度を測定する３つのジャイロスコープおよび３軸加速計（または相互に垂直に配置される３つの個々の軸方向加速計）と、水平ｘ−ｙ平面に関して積荷の方位を測定する２つの傾斜センサとを含む。これらのセンサにより得られるデータは、トロリー１４に関するヘッドブロック１５の位置や姿勢を計算するため使用できる。このデータは、積荷の動揺を最少にし、巻き上げ配置で支持されるコンテナを正確に位置決めするように、トロリー１４およびホイストドライブを駆動するため使用される制御アルゴリズムに組み込むことができる。このデータは、積載または荷下されるコンテナに係合するため、制御された安定的な仕方でヘッドブロックを扱うクレーン操作者を助けるために使用することもできる。
図７において、それぞれのリービングケーブルの走りの図示を明瞭にするため、いわゆる第２案内滑車の図示を省略する必要があった。上記で使用した第２案内滑車という表現は、２つの滑車円板内への案内滑車の「分割」を意味し、これらの滑車円板は、場合により、入って来るケーブルをヘッドブロック戻り滑車に向けて方向に走らせて転向し、連続的に受け入れ、さらに近づくケーブルを案内し、トロリーの滑車およびプーリ配置へ出し、ブーム端部または巻き上げドラムに向けて走らせる。
これは、上ガントリートロリー１４上の巻き上げケーブルを案内したり、転向するため使用される滑車、プーリの実際の配置を図示した図４および図８を参照することにより、より良く理解できる。図示の滑車やプーリの配置は、滑車やプーリの配置内へのリービングケーブルの出入口が常にガントリーの同じ側にある図７を参照して以前に説明したものとは少し異なる。すなわち、第２対のリービングケーブルを参照して上記したケーブル走りのクロスオーバーは起こらない。さらに、図４で図示される実際のガントリークレーン１４は、ｘ方向で延びる縦軸の回りで鏡像対称設計であり、それで、左手側で図示される滑車およびプーリの配置上のリービングケーブルの走りは、右手側に図示されるものと鏡像対称であることに注意すべきである。
図４で分かるように、ガントリートロリー１４は、互いに平行に配列され、それぞれ、対向する末端部に１つのキャリッジ１４４を支持する主支持ビームまたはボックス１４２と結合し、キャリッジにより、ガントリー延長部に沿って軸ｘの方向で移送運動を許容するようにトロリーは、ガントリーの案内ビーム上に支持される。４本の下方へ延びる支持アーム１４６は、２つの支持台半体１４０を、支持ビーム１４２のそれぞれの一方に接合する。支持台半体１４０の下側に配置される２つの支柱ビーム１４８は、トロリー構造体を支え、相互に連結して必要な構造上の剛性を提供する。
案内滑車および転向案内プーリの配置は、全体が３０で示される。プーリ／滑車円板のあるものは、水平に延びる軸線の周囲で回転のため支持され、あるものは、それぞれの装着アーム上での垂直軸の周囲で支持され、例示として２つが３１で示される。それらは、上記幾何学的リービング形態およびケーブル走りの腐食をさける必要性により指摘した配置で、支持台１４０上に固定装着される。
このトロリー構造体と反対に、図５で図示されるヘッドブロック１５は、以前に説明した台形配置で提供される戻り滑車４２０〜４２５の軸受を支持する板部材１５２を支える複数の支柱およびビーム１５０から成るむしろ簡単な支持構造体とすることができる。
図４に戻ると、図示されていないが、３対のリービングケーブルの一方が、トロリー１４の滑車およびプーリの配置を通して左手側を走り、３対のリービングケーブルの他方が、トロリー１４の滑車およびプーリの配置を通して右手側を走る。これは、図８を参照することにより、より良く理解できる。ほとんど全体的にトロリーの左手側上に受け入れられるケーブルの走りが図示されている。配置を明瞭にし、回転可能に装着される支持台の下部分上での案内プーリの配置および支持台の上部分でのプーリ、滑車の配置を明瞭にするため、実際の支持台は省略してある。支持台１４０の下部分上に配置される全ての案内プーリは、数字６が前に付けれ、支持台の上部分に配置される転向プーリは数字５が前に付され、リービングケーブルを下方向へ向け、図示しないブロックヘッドからの戻りケーブルを受けるのに役立つ案内滑車は、数字３が前に付される。個々の滑車やプーリを区別するため使用される最後の２つの数字は、個々のリービングケーブル２２１、２２３、２２５を特定するため使用される参照数字の最後の２つの数字に対応する。
３本のリービングケーブル２２１、２２３、２２５は、図面の下右手側から滑車およびプーリの配置に入り、上左手方向へ去る。それで、リービングケーブル２２１は、トロリーの下側から入り、案内プーリ６２１に係合し、そこから支持板の下部分へ向けて通り、案内プーリ３２１により受け入れられ、ヘッドブロックへ向けて下方へ向けられる。図８の斜視図によると、案内滑車３２１が図７で図示されるように、上台形の長い方の平行辺の頂点近くに配置されることを理解することは明確ではない。リービングケーブル２２１は、図５で図示されるヘッドブロックの戻り滑車４２１に受け入れられ、上方向に戻され、案内滑車３２１’に戻される。案内滑車は図７を参照した上記説明中では、第２案内滑車と称される。それから、リービングケーブル２２１は案内プーリ５２１を通過し、そこで、トロリーの下側上に配置された図示しない別の案内プーリで転向され、上記のようにしてこの配置を出る。
リービングケーブル２２３は、この配置に入り下案内プーリ６２３で転向され、上方向へ案内滑車３２３に向かい、そこから、リービングケーブル２２３は、ヘッドブロックに向けて下方へ走る。ケーブル２２３は案内滑車４２３に戻り、上方向へ走り、それから、案内滑車３２３’で受け入れられ、そこから再び下方向へ案内プーリ６２３’に向けられ、続いて向け直され、図示の左手の方向へ向けられプーリ配置を出る。案内滑車３２３は上台形の短い方の辺の頂点の近くに配置される。
最後に、リービングケーブル２２５はプーリ配置に入り、下案内プーリ６２５と係合し、トロリーの上側を通過し案内プーリ５２５と係合する。それから、リービングケーブル２２５は、ほぼ垂直方向に延びる回転軸線を持つ案内プーリ５２５’を通過する。リービングケーブル２２５は、続いて案内滑車３２５に向けて転向され、ヘッドブロックでの戻り滑車４２５に向けて下方向へ向けられ、へッドブロックから上方向へ戻り、案内滑車２３５’と係合する。続いて、リービングケーブル２２５は、水平の回転案内プーリ５２５”により、転向プーリ５２５”’に向けて転向され、転向プーリ５２５”’はケーブルを図示しない仕方でトロリーの下部分の方向へ向け、そこで、ケーブルは図示しない下案内プーリに係合し、滑車配置を出る。
クレーンの実施例のための上記リービング配置は、トロリーに関するヘッドブロック１５の安定した制御操作を許容する。それで、トロリーおよびそれに吊るされたヘッドブロック１５の粗い位置調整が完了すると直ちに、コンテナを持ち上げるため、ヘッドブロック１５の細かい位置決めが達成できる。提案したリービング配置１８は、積荷の動揺を引き起こすいかなる力に逆らう安定した所定の仕方に応答してリービング配置１８を操作できるので、積極的な動揺防止や緩衝制御のための可能性も提供する。
最後に、上記リービングケーブル配置は、リービングケーブル当り２本の垂れ下がりを持つものを図示したが、このクレーンの実施例は想像可能なものであり、実際には、６本のリービングケーブルの端部が、クレーンのブーム端部の代わりにヘッドブロック上の適切な装着部に固定して受け入れられることをが推測されるであろう。それから、この滑車およびプーリの配置が非常に簡素化されると、ケーブル当たり１本の垂れ下がりだけが、上支持構造体とヘッドブロックとの間の存在することになる。

Claims (15)

1. 上支持構造体と、積荷を運ぶために配置される下支持構造体と、上支持構造体から下支持構造体を吊るす６本のリービングケーブルと、上支持構造体と下支持構造体との間でリービングケーブルの選択したものの有効長さを変える手段とを備え、
   各リービングケーブルは、それぞれ台形の頂点と一致する地点で上支持構造体および下支持構造体の双方に連結され、
   リービングケーブルは、第１対のリービングケーブルと第２対のリービングケーブルと第３対のリービングケーブルとを含み、
   第１対のリービングケーブルは、上支持構造体上の台形の２つの頂点から下支持構造体上の台形の２つの頂点まで下方向へ収束されるように延び、
   第２対のリービングケーブルは、下支持構造体上の台形の残りの２つの頂点から上支持構造体上の台形の残りの２つの頂点まで上方向へ収束されるように延び、
   第３対のリービングケーブルの一方のケーブルは、第１対のリービングケーブルの一方のケーブルが上支持構造体に連結される頂点と第２対のリービングケーブルの一方のケーブルが下支持構造体に連結される頂点との間に延び、
   第３対のリービングケーブルの他方のケーブルは、第１対のリービングケーブルの他方のケーブルが上支持構造体に連結される頂点と第２対のリービングケーブルの他方のケーブルが下支持構造体に連結される頂点との間に延びる
   ことを特徴とするクレーン。
2. リービングケーブルは、幾何学的に等辺等角台形の頂点と一致する地点で上支持構造体および下支持構造体に連結されることを特徴とする請求項１に記載のクレーン。
3. 上支持構造体での幾何学的連結点により定められる台形の面積は、下支持構造体の幾何学的連結点により定められる台形の面積より大きいことを特徴とする請求項１または２に記載のクレーン。
4. リービングケーブルは、幾何学的に等辺等角台形の頂点と一致する地点で上支持構造体および下支持構造体に連結され、上支持構造体の台形と下支持構造体の台形の短い方の平行辺での頂点間の距離は互いに等しく、下支持構造体の台形の非平行辺の頂点間の距離に等しい辺長さを持つ等辺三角形に外接する半径をＲとして、下支持構造体の台形の長い方の平行辺での頂点間の距離は、短い方の平行辺の頂点間の距離と√３Ｒを足したものに等しく、上支持構造体の台形の長い方の平行辺での頂点間の距離は、短い方の平行辺での頂点間の距離と２√３Ｒとを足したものに等しいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のクレーン。
5. 上支持構造体はクレーンのガントリー構造体またはブーム構造体に沿って線形往復運動するため配置されたトロリーから成り、下支持構造体はコンテナがスプレッダーにより連結されるヘッドブロックから成ることを特徴とするコンテナ持ち上げ用のガントリー式クレーンとして配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のクレーン。
6. 上支持構造体と下支持構造体との間の各々のリービングケーブルの有効長さを変える手段は、各リービングケーブルのための複数の巻き上げドラムから成ることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のクレーン。
7. 巻き上げドラムは、上支持構造体に関して下支持構造体の細かい姿勢制御をするため、個々のモータまたは共通のモータにより駆動されることを特徴とする請求項６に記載のクレーン。
8. 上支持構造体と下支持構造体との間の各々のリービングケーブルの有効長さを変える手段は、全リービングケーブルのための単一モータ駆動巻き上げドラムと、各々のリービングケーブルの長さの追加個別調整を与えるため、各リービングケーブルの通路内に配置される調整手段とから成ることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のクレーン。
9. 調整手段は、ケーブル案内要素を備えた電気作動、油圧作動または空気圧作動するラムを含むことを特徴とする請求項８に記載のクレーン。
10. 空間的姿勢に関して各リービングケーブルでの設定長さや張力を調整し、維持するように、下支持構造体の空間姿勢または３次元方位を下支持構造体と上支持構造体での台形の頂点間の有効長さに関連つける幾何学方程式を用いて、リービングケーブルの有効長さを変える手段に制御命令を与えるため配置された電子コントローラをさらに備えたことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のクレーン。
11. 上支持構造体に関する下支持構造体の空間位置および３次元方位を決定するセンサ手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１０に記載のクレーン。
12. センサ手段により決定されるような上支持構造体に関する下支持構造体の空間での位置および方位を電子コントローラに伝えるため配置されるフィードバック手段を含み、電子コントローラはフィードバック手段により提供されるフィードバックデータに応答して、下支持構造体の位置および方位を細かく調整するため配置されることを特徴とする請求項１１に記載のクレーン。
13. 電子コントローラは、リービングケーブルの有効長さを変える手段が、下支持構造体により運ばれる積荷が受ける外部的にかかる力に自動的に逆らうため操作されるフィードバック手段に自動的に応答するため配置されることを特徴とする請求項１２に記載のクレーン。
14. センサ手段は、下支持構造体上に配置されるジャイロスコープおよび加速度計とから成る慣性台を含むことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載のクレーン。
15. 電子コントローラは、積荷の異常な位置または方位を示すフィードバックデータを受けると、リービングケーブルの有効長さを変える手段を介してリービングケーブルの長さを自動的に調整するため配置されることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれかに記載のクレーン。

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