JP4898770B2 - ケーブルリールの制御装置、ケーブルリールの制御方法、及び、タイヤ式クレーン - Google Patents

Description

本発明は、走行車両に設けられて、外部との接続を行うケーブルの巻き取り、及び、巻き出しを行うケーブルリールを制御するケーブルリールの制御装置、ケーブルリールの制御方法、及び、制御装置を備えたタイヤ式クレーンに関する。

従来から、外部電源からの給電により所定のレーン内を走行するタイヤ式クレーンが知られている。より具体的には、タイヤ式クレーンには、外部電源と接続するための走行給電ケーブルと走行給電ケーブルの巻き取り、巻き出しを行うケーブルリールとが設けられている。そして、タイヤ式クレーンの移動に伴ってケーブルリールにより走行給電ケーブルを巻き取り、または、巻き出すことで、タイヤ式クレーンは、その位置に係らず走行給電ケーブルを介して外部給電から給電して、自走することが可能となっている（例えば、特許文献１参照）。ここで、ケーブルリールは、走行給電ケーブルを巻回するドラムと、ドラムを回転するモータとを備えており、モータによってドラムを回転駆動させることで、その回転方向により走行給電ケーブルを巻き取り、または、巻き出すことが可能となっている。

ところで、上記のような走行給電ケーブルは、タイヤ式クレーンに設けられたケーブルリールと、外部電源との間に配設されており、必要以上の張力が作用してしまうと、外部電源に接続されたコネクタが外れてしまい、または、走行給電ケーブルやケーブルリール自体が損傷を受けてしまうおそれもある。一方、作用する張力が小さい、または、全く張力が作用しない状態であると、走行給電ケーブルは弛んでしまい、タイヤ式クレーンとの接触や混線の原因となってしまう。また、走行給電ケーブルに作用する張力は、モータの出力を一定としてもドラムに巻回されている走行給電ケーブルの巻取半径に比例して変化することとなる。このため、従来ケーブルリールでは、モータ制御装置により、走行給電ケーブルの巻取半径に比例して出力が変化するようにモータを駆動させて、ドラムによって巻き取り、及び、巻き出しを行っていた。
特開２００３−１３７４９３号公報

しかしながら、上記のような制御装置では、単にケーブルの巻取半径に比例するようにモータから出力されるトルクを制御しているにすぎず、ケーブルに作用する張力は、様々な外乱が作用することによって予定する張力から変動してしまう。例えば、上記のようなタイヤ式クレーンなどの走行車両においては、常に一定の速度で走行するわけではなく、安定走行状態においても常に僅かでも速度が変化しており、これにより走行車両と外部とを接続する走行給電ケーブルなどのケーブルでは張力が変動してしまう問題があった。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ケーブルリールによって走行する走行車両と外部との間で、作用する張力を安定させつつケーブルの巻き取り及び巻き出しを行わせることが可能なケーブルリールの制御装置、ケーブルリールの制御方法、及び、タイヤ式クレーンを提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、走行車両に設けられ、外部との接続を行うケーブルを巻回するドラムと、該ドラムを回転駆動させるモータとを有し、前記走行車両の走行に伴って前記ケーブルの巻き取り及び巻き出しを行うケーブルリールを制御するケーブルリールの制御装置であって、前記ドラムから延出された前記ケーブルの変位を測定する変位測定手段と、該変位測定手段で測定された前記ケーブルの変位に基づいて該ケーブルに作用する張力値を演算する張力演算手段と、前記ケーブルに作用する張力として予め設定された張力設定値と対応する基準トルク値を、前記張力演算手段で演算された前記張力値と前記張力設定値との差分から求められるトルク補正値で補正して、前記モータで発生すべきトルクであるトルク指令値を演算し、出力するモータトルク演算手段とを備えることを特徴としている。

また、本発明は、走行車両に設けられ、外部との接続を行うケーブルを巻回するドラムと、該ドラムを回転駆動させるモータとを有し、前記走行車両の走行に伴って前記ケーブルの巻き取り及び巻き出しを行うケーブルリールを制御するケーブルリールの制御方法であって、前記ドラムから延出された前記ケーブルの変位を測定する変位測定ステップと、張力演算手段が、測定された前記ケーブルの変位に基づいて該ケーブルに作用する張力である張力値を演算する張力演算ステップと、モータトルク演算手段が、前記ケーブルに作用する張力として予め設定された張力設定値と対応する基準トルク値を、前記張力演算ステップで演算された前記張力値と前記張力設定値との差分から求められるトルク補正値で補正して、前記モータで発生すべきトルクであるトルク指令値を演算し、出力するモータトルク演算ステップとを備えることを特徴としている。

この構成及び方法によれば、変位測定ステップとして、変位測定手段によって、ドラムから延出されたケーブルの変位を測定する。ここで、ケーブルは、作用する張力が小さいほど撓みが大きくなり、張力が大きいほど撓みは小さくなり、すなわち張力に応じてその位置が変化することとなる。このため、張力演算ステップとして、張力演算手段によって、測定されたケーブルの変位に基づいて張力値を演算することで、実際にケーブルに作用している張力を正確に演算することができる。そして、モータトルク演算ステップとして、モータトルク演算手段によって、ケーブルに作用する張力として予め設定された張力設定値と対応する基準トルク値を、張力演算ステップで演算された張力値と張力設定値との差分から求められるトルク補正値で補正することで、モータで発生すべきトルクであるトルク指令値を演算する。すなわち、モータトルク演算ステップでは、実際にケーブルに作用している張力をフィードバックして、ケーブルに作用する張力が張力設定値となるようにトルク指令値を求めている。このため、当該トルク指令値をモータに出力することで、外乱などの影響を受けたとしても、ケーブルの張力が張力設定値で安定するようにケーブルリールのモータを制御することができる。

また、上記のケーブルリールの制御装置において、前記張力演算手段は、前記ケーブルの変位と作用する張力との関係を示す変換データを予め有し、該変換データ及び前記ケーブルの変位に基づいて前記張力値を演算することがより好ましい。

また、上記のケーブルリールの制御方法において、前記張力演算ステップでは、前記張力演算手段が、前記ケーブルの変位と作用する張力との関係を示す変換データを予め有するものとして、該変換データ及び前記ケーブルの変位に基づいて前記張力値を演算することがより好ましい。

この構成及び方法によれば、張力演算ステップにおいて、張力演算手段は、変換データに基づいて、測定されたケーブルの変位からケーブルに作用する張力である張力値を容易かつ正確に求めることができる。

また、上記のケーブルリールの制御装置において、前記張力演算手段は、前記ドラムに巻回されている前記ケーブルの巻取半径を取得し、取得した該巻取半径及び前記ケーブルの変位に基づいて前記張力値を演算することがより好ましい。

また、上記のケーブルリールの制御方法において、前記張力演算ステップでは、前記張力演算手段が、前記ドラムに巻回されている前記ケーブルの巻取半径を取得し、取得した該巻取半径及び前記ケーブルの変位に基づいて前記張力値を演算することがより好ましい。

この構成及び方法によれば、張力演算ステップにおいて、張力演算手段により、変動するケーブルの巻取半径を考慮して正確に張力値を演算することができる。

また、上記のケーブルリールの制御装置において、前記モータトルク演算手段は、前記ドラムに巻回されている前記ケーブルの巻取半径を取得し、前記張力設定値に該巻取半径を乗算して前記基準トルク値を演算する基準トルク演算部と、前記巻取半径を取得し、前記張力値と前記張力設定値との差分に前記巻取半径を乗算して前記トルク補正値を演算するトルク補正値演算部と、前記基準トルク値を前記トルク補正値で補正して前記トルク指令値を求めるトルク指令値演算部とを有することがより好ましい。

また、上記のケーブルリールの制御方法において、前記モータトルク演算ステップでは、前記モータトルク演算手段が、前記ドラムに巻回されている前記ケーブルの巻取半径を取得して前記張力値に該巻取半径を乗算して基準トルク値を演算するとともに、前記張力値と前記張力設定値との差分に前記巻取半径を乗算して前記トルク補正値を演算し、前記基準トルク値を前記トルク補正値で補正して前記トルク指令値を求めることがより好ましい。

この構成及び方法によれば、モータトルク演算ステップにおいて、モータトルク演算手段の基準トルク演算部によって、張力設定値に取得した巻取半径を乗算することで、基準トルク値として、現在の巻取半径に応じて張力設定値となる張力を発生するためにドラムに作用させることが必要なトルクを演算することができる。また、モータトルク演算手段のトルク補正値演算部によって、張力値と張力設定値との差分に巻取半径を乗算することで、予定されるケーブルの張力である張力設定値と、現在の実際の張力として演算された張力値との差分に基づくトルク補正値を、現在の巻取半径を考慮して求めることができる。そして、モータトルク演算手段のトルク指令値演算部により、基準トルク値をトルク補正値で補正することで、外乱などの影響をフィードバックして、ケーブルの張力を張力設定値とするようにケーブルリールのモータを駆動させるトルク指令値を正確に求めることができる。

また、本発明のタイヤ式クレーンは、上記のケーブルリールの制御装置と、該制御装置によって前記モータが制御されるケーブルリールと、前記制御装置及び前記ケーブルリールが設けられ、タイヤによる走行手段によって走行可能なクレーン本体とを備えることを特徴としている。

この構成によれば、制御装置による制御のもと、タイヤによる走行手段によって走行するクレーン本体に対して外部と接続されたケーブルを、張力が張力設定値となるように安定させた状態で、ケーブルリールにより巻き取り、また、巻き出すことができる。

本発明のケーブルリールの制御装置では、変位測定手段、張力演算手段及びモータトルク演算手段を備えることで、ケーブルリールによって走行する走行車両と外部との間で、作用する張力を安定させつつ、ケーブルの巻き取り及び巻き出しを行わせることができる。
また、本発明のケーブルリールの制御方法では、変位測定ステップ、張力演算ステップ及びモータトルク演算ステップを行うことで、ケーブルリールによって走行する走行車両と外部との間で、作用する張力を安定させつつ、ケーブルの巻き取り及び巻き出しを行うことができる。
本発明のタイヤ式クレーンでは、上記制御装置を備えることで、ケーブルが引っ張られて外部との接続が外れたり、弛んでクレーン本体との接触や混線等が発生してしまうことなく、ケーブルにより外部と接続された状態で好適にクレーン本体を走行させることができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明に係るタイヤ式クレーンの第１の実施形態を、図１〜図６を参照して説明する。図１は、本発明に係るタイヤ式クレーン（Ｒｕｂｂｅｒ Ｔｉｒｅｄ Ｇａｎｔｒｙ Ｃｒａｎｅ）の全体図である。

図１に示すように、本実施形態のタイヤ式クレーン１は、コンテナヤードＹ内の路面Ｒ上に設置された走行レーンＬに外部電源２が設けられていて、該外部電源２からの給電を受けて、走行車両としてタイヤ６ａによる走行手段６によって走行レーンＬ上を自走しつつ、コンテナＣの積み下ろしを行うものである。より具体的には、タイヤ式クレーン１は、タイヤ６ａにより路面Ｒ上を走行するクレーン本体３と、該クレーン本体３から延び外部電源２に接続されるケーブルである走行給電ケーブル４と、クレーン本体３に設けられて走行給電ケーブル４の巻き取り及び巻き出しを行うケーブルリール５と、ケーブルリール５を制御する制御装置２０（図２参照）とを備える。

クレーン本体３は、タイヤ式の上記走行手段６と、互いに略平行に立設されて走行手段６によりそれぞれ走行可能な一対の脚部７と、該脚部７間に上部で架設された梁部８と、該梁部８に吊設された吊下機構９とを備えている。図１及び図２に示すように、走行手段６は、脚部７に垂直軸を中心として回転自在に支持されたタイヤ６ａと、タイヤ６ａの方向を変更させる方向調整機構（不図示）と、タイヤ６ａを駆動させる車輪駆動モータ（不図示）と、これら方向調整機構及び車輪駆動モータを制御する走行手段制御部６ｂとを備える。走行手段６の走行手段制御部６ｂでは、各走行レーンＬに沿って配設された地上ガイドラインＧとのズレ量を検出するＲＴＧ蛇行量検出センサ（不図示）からの検出信号に基づき、方向調整機構に対して走行車輪の方向を切り替えさせ、該地上ガイドラインＧに沿うように、車輪駆動モータに対してタイヤ６ａを、走行レーンＬに沿うレーン内走行方向Ｌ１に横走行させる制御を行う。

また、図１に示すように、一対の脚部７は、梁部８及び吊下機構９を支持している。梁部８は、吊下機構９を吊り下げるように支持している。そして、梁部８には、該梁部８の長手方向に沿って吊下機構９が走行可能なように、ガイドレール８ａが設けられている。
吊下機構９は、図示しない給電部より受電することにより、コンテナＣを積み降ろしするように作動する。より具体的に、吊下機構９は、梁部８のガイドレール８ａに沿って走行可能なトロリ９ａと、コンテナＣを把持するスプレッダー９ｂと、トロリ９ａからスプレッダー９ｂを吊り下げている吊下ロープ９ｃと、該吊下ロープ９ｃの巻上げ及び巻出しを行う巻上機９ｄと、トロリ９ａ、スプレッダー９ｂ及び巻上機９ｄの作動を制御する吊下機構制御部（図示せず）とを備えている。

また、走行給電ケーブル４を収容するケーブルリール５は、一方の脚部７の外側面に設けられており、走行給電ケーブル４を下方に延出している。走行給電ケーブル４は、下方に延出された状態から同様に一方の脚部７の外側面に設けられたケーブルガイド１０に案内されて、走行方向Ｌ１のいずれかの側に位置する外部電源２に向かって延出されている。そして、走行給電ケーブル４は、先端に受電側コネクタ４ａが設けられて、外部電源２の給電側コネクタ２ａと接続されており、これにより外部電源２からの給電を行うことが可能となっている。

図３に示すように、ケーブルガイド１０は、脚部７に支持される略台形状のフレーム１１と、フレーム１１に設けられ走行給電ケーブル４を案内する固定ガイド手段１２及び可動ガイド手段１３とを有する。固定ガイド手段１２は、フレーム１１の上部１１ａから下部１１ｂに向かって２列で配列するそれぞれ複数の固定ガイドローラ１２ａ、１２ｂによって構成されており、一方の列の固定ガイドローラ１２ａは、フレーム１１の上部１１ａから下部１１ｂに向かって、次第に走行方向Ｌ１一方側に向かうように曲線上に配列している。また、他方の列の固定ガイドローラ１２ｂは、次第に走行方向Ｌ１に反対側の他方側に向かうように曲線上に配列している。そして、走行給電ケーブル４は、フレーム１１の上部１１ａにおいて一方の列の固定ガイドローラ１２ａと、他方の列の固定ガイドローラ１２ｂとの間から挿通されている。

また、可動ガイド手段１３は、固定ガイドローラ１２ａ、１２ｂ間に設けられ、間に走行給電ケーブル４が挟み込まれるようにして挿通される一対の可動ガイドローラ１３ａと、一対の可動ガイドローラ１３ａを回転可能に支持する支持部材１３ｂと、固定ガイドローラ１２ａ、１２ｂの間で上端がフレーム１１に対して回転可能に支持されるとともに、下端に支持部材１３ｂが固定された回動アーム１３ｃとを有する。そして、回動アーム１３ｃは、上端を中心として支持部材１３ｂが設けられた下端側を振り子状に回動して、可動ガイドローラ１３ａを固定ガイドローラ１２ａ、１２ｂ間で移動させることが可能である。このため、走行給電ケーブル４は、走行方向Ｌ１の一方側に延出される場合には、可動ガイドローラ１３ａを走行方向Ｌ１一方側に移動させて、可動ガイドローラ１３ａと一方の列の固定ガイドローラ１２ａとによって走行方向Ｌ１の一方側に向かって案内される。また、走行給電ケーブル４は、走行方向Ｌ１の他方側に延出される場合には、可動ガイドローラ１３ａを走行方向Ｌ１他方側に移動させて、可動ガイドローラ１３ａと他方の列の固定ガイドローラ１２ｂとによって走行方向Ｌ１の他方側に向かって案内される。

また、図１及び図２に示すように、ケーブルリール５は、略水平な軸心を有して回転可能で走行給電ケーブル４が巻回されたドラム５ａと、出力軸が減速機（図示せず）を介してドラム５ａに接続され、該ドラム５ａを回転させるモータ５ｂとを有している。モータ５ｂは、インバータ５ｃを介して制御装置２０と接続されており、これにより制御装置２０から出力されたトルク指令値Ｃｔをトルク指令電流Ｉｔに変換して、モータ５ｂに出力することが可能となっている。そして、制御装置２０による制御のもと、モータ５ｂを駆動させてドラム５ａに所定のトルクを作用させることにより、クレーン本体３の走行に伴って、走行給電ケーブル４をドラム５ａに巻き取り、または、巻き出すことが可能となっている。なお、ドラム５ａには、巻回されている走行給電ケーブル４の外径である巻取半径Ｒｃを検出する巻取半径検出センサ５ｆが設けられており、これにより検出された巻取半径Ｒｃは、制御装置２０に入力されている。

次に、制御装置２０の詳細について説明する。図２に示すように、制御装置２０は、ケーブルリール５のドラム５ａから延出された走行給電ケーブル４が撓む方向となる上下方向の変位を測定する変位測定手段２１と、変位測定手段２１による測定結果に基づいてケーブルリール５のモータ５ｂを制御する制御部２２とを備える。図３に示すように、本実施形態では、変位測定手段２１は、ケーブルガイド１０のフレーム１１において下部１１ｂの両側に、それぞれ設けられており、フレーム１１に回転可能に支持された当接部材２３と、当接部材２３の移動量を検出する移動量検出部２４とを有する。当接部材２３は、略棒状で中間部でフレーム１１に回転可能に支持されたガイドバー２５と、ガイドバー２５の下端２５ａに回転可能に設けられてケーブルガイド１０から延出された走行給電ケーブル４に当接するローラ２６とを有する。

移動量検出部２４は、一端がガイドバー２５の上端２５ｂに固定されたワイヤ２４ａと、フレーム１１に支持され、ワイヤ２４ａの他端側を摺動可能に支持するとともに、当該ワイヤ２４ａの移動量を検出するセンサ本体２４ｂとを有する。このような変位測定手段２１では、当接部材２３においてローラ２６が回転することで当接する走行給電ケーブル４を案内するとともに、当該走行給電ケーブル４の撓みが変化することで、ガイドバー２５が上下方向に回動する。そして、これに応じて、当接部材２３のガイドバー２５の上端２５ｂに固定されたワイヤ２４ａも、走行給電ケーブル４の撓みの変化と対応する変位量だけ変位することとなり、その変位量は、センサ本体２４ｂで検出されることとなる。すなわち、移動量検出部２４においてワイヤ２４ａの変位量をセンサ本体２４ｂで検出することで、走行給電ケーブル４の変位を間接的に検出することが可能となっている。そして、移動量検出部２４のセンサ本体２４ｂで検出された走行給電ケーブル４の変位は、変位データＳとして、制御部２２において、以下に示す張力演算手段３０の変換部３３に入力される。なお、本実施形態では、走行給電ケーブル４が一定量撓んで下方の所定位置における変位量を０とし、撓む量が小さくなって上方に移動した時の変位量を正として検出している。また、当接部材２３の上部にはリミッター２７がフレーム１１に固定されている。リミッター２７は、当接部材２３が上方へ一定量回動すると接触することで当接部材２３の位置を検出し、制御部２２に出力することが可能となっている。制御部２２では、リミッター２７からの入力を受けた場合には、モータ５ｂの駆動を停止することが可能となっている。

また、図４に示すように、制御部２２は、走行給電ケーブル４に作用している張力を表す張力値Ｆｅを演算する張力演算手段３０と、張力演算手段３０で演算された張力値Ｆｅに基づいて、走行給電ケーブル４に作用する張力を予め設定された張力設定値Ｆｆとするのにモータ５ｂで発生すべきトルクであるトルク指令値Ｃｔを演算し、インバータ５ｃを介してモータ５ｂに出力するモータトルク演算手段３１とを備える。張力演算手段３０は、走行給電ケーブル４の変位と作用する張力との関係を示す変換データＤが記憶された記憶部３２と、変換データＤと変位測定手段２１の移動量検出部２４から入力される変位データＳに基づいて張力値Ｆｅを演算する変換部３３とを有する。

図５に示すように、記憶部３２に記憶された変換データＤは、例えば、走行給電ケーブル４の当接部材２３のローラ２６が当接する位置における上下方向の変位と、走行給電ケーブル４に作用する張力との関係を予め調べたものである。図５に示すように、走行給電ケーブル４は、張力が小さい時には重力によって撓む量が大きくなり、変位測定手段２１で測定される変位量は小さい値を示す。一方、走行給電ケーブル４に作用する張力が大きくなるに従い、走行給電ケーブル４は、緊張して重力によって撓む量が小さくなり、上側へ変位することとなるので変位測定手段２１で測定される変位量は次第に大きい値を示す。そして、変位Ｓ１で示すところまで走行給電ケーブル４が変位すると、走行給電ケーブル４は、最下部の固定ガイドローラ１２ａ、１２ｂのいずれかに接触することとなり、これ以降、張力の増加に対して、変位量の増加率が小さくなる。なお、図５に示す変換データＤは、一例であり、変位測定手段２１の取付条件、走行給電ケーブル４の材質や径によっても異なるものである。そして、変換部３３では、図５に示す変換データＤを参照し、変位測定手段２１から入力された変位データＳを当て嵌め、対応する張力値Ｆｅを求めている。

また、張力値Ｆｅからトルク指令値Ｃｔを演算するモータトルク演算手段３１は、張力設定値Ｆｆに対応してモータ５ｂとして発生させるべきトルクの基準となる基準トルク値Ｔｓを演算する基準トルク演算部３５と、張力値Ｆｅに基づいて基準トルク値Ｔｓの補正すべき量を表すトルク補正値ΔＴを演算するトルク補正値演算部３６と、基準トルク値Ｔｓをトルク補正値ΔＴで補正してトルク指令値Ｃｔを求めるトルク指令値演算部３７とを有する。張力設定値Ｆｆは、図示しないメモリに記憶されており、張力が大きくなって走行給電ケーブル４が損傷し、若しくは、走行給電ケーブル４の外部電源２との接続がはずれてしまうことがなく、また、張力が小さくなって弛みが生じてしまわない大きさに設定されている。そして、基準トルク演算部３５では、図示しないメモリから張力設定値Ｆｆを参照するとともに、入力される巻取半径Ｒｃを取得し、両者を乗ずることによって基準トルク値Ｔｓを求めている。

また、トルク補正値演算部３６は、メモリから参照した張力設定値Ｆｆと張力演算手段３０で演算された張力値Ｆｅとの差分を求める減算器３６ａと、減算器３６ａによる演算結果に、取得した巻取半径Ｒｃを乗じる第一の乗算器３６ｂと、第一の乗算器３６ｂによる演算結果に比例ゲインを乗じてトルク補正値ΔＴとして出力する第二の乗算器３６ｃとを有する。減算器３６ａでは、張力設定値Ｆｆと張力値Ｆｅとの差分を求めることにより、予定されている走行給電ケーブル４の張力と、モータ５ｂを駆動させて実際に作用している張力との誤差が求められる。そして、第一の乗算器３６ｂでは、現在の巻取半径Ｒｃで当該誤差分の張力によって生じるトルクを求め、これに第二の乗算器３６ｃで比例ゲインを乗じた値をトルク補正値ΔＴとしている。そして、トルク指令値演算部３７では、基準トルク値Ｔｓをトルク補正値ΔＴで補正、すなわちトルク補正値ΔＴの符号に応じて加減することでトルク指令値Ｃｔを求めてモータ５ｂに出力している。

以上のような構成によって、タイヤ式クレーン１の走行に伴って、ケーブルリール５によって所定の張力を与えつつ走行給電ケーブル４の巻き取り、及び、巻き出しを行う際の制御装置２０の制御手順の詳細について図４に基づいて説明する。図４に示すように、タイヤ式クレーン１の走行に伴ってケーブルリール５のモータ５ｂが駆動すると、モータ５ｂからは張力設定値Ｆｆと対応した所定のモータ発生トルクＴｍが出力される。そして、走行給電ケーブル４を巻回するドラム５ａには、モータ５ｂからのモータ発生トルクＴｍからロス分となる外乱トルクが控除されたトルクが作用することとなる。このため、ドラム５ａは、作用するトルクと、ドラム５ａを含む回転機構全体の慣性モーメントとに応じた回転速度で回転し、走行給電ケーブル４に張力を作用させながら、巻き取り、または、巻き出しを行うこととなる。

そして、制御装置２０では、まず、変位測定ステップとして、モータ５ｂを駆動して走行給電ケーブル４の巻き取りまたは巻き出しを行う際に、変位測定手段２１によって走行給電ケーブル４の上下方向の変位が測定される。すなわち、変位測定手段２１において、移動量検出部２４は、走行給電ケーブル４の変位に伴って進退するワイヤ２４ａの変位量をセンサ本体２４ｂで検出することで、走行給電ケーブル４の上下方向の変位が測定される。そして、移動量検出部２４のセンサ本体２４ｂで検出された検出値は、変位データＳとして、制御部２２において、張力演算手段３０の変換部３３に入力される。

次に、制御装置２０は、張力演算ステップとして、張力演算手段３０によって、測定された走行給電ケーブル４の変位に基づいて走行給電ケーブル４に作用する張力である張力値Ｆｅを演算する。すなわち、変換部３３では、上記のように記憶部３２から変換データＤを参照する。そして、変換部３３は、変換データＤに、入力された変位データＳを当て嵌めて、対応する張力値Ｆｅを求める。

次に、制御装置２０は、モータトルク演算ステップとして、モータトルク演算手段３１によって張力演算ステップで演算された張力値Ｆｅに基づいて、走行給電ケーブル４に作用する張力を予め設定された張力設定値Ｆｆとするのにモータ５ｂで発生すべきトルクであるトルク指令値Ｃｔを演算し、出力する。まず、基準トルク演算部３５は、図示しないメモリに記憶された張力設定値Ｆｆを参照するとともに、巻取半径検出センサ５ｆから巻取半径Ｒｃを取得し、これらから基準トルク値Ｔｓを求める。次に、トルク補正値演算部３６は、張力演算手段３０で演算された張力値Ｆｅからトルク補正値ΔＴを求める。すなわち、まず、減算器３６ａで張力設定値Ｆｆと張力値Ｆｅとの差分、すなわち予定されている張力と実際に作用している張力との誤差を求める。そして、第一の乗算器３６ｂで当該差分に巻取半径検出センサ５ｆから取得した巻取半径Ｒｃを乗ずることで、現在の巻取半径を考慮してトルク補正値ΔＴを求めることができる。そして、トルク指令値演算部３７で、基準トルク値Ｔｓからトルク補正値ΔＴを控除してトルク指令値Ｃｔとすることで、予定されている張力と実際に作用している張力との誤差を考慮して、走行給電ケーブル４に作用する張力が張力設定値Ｆｆとなるトルクを発生させるようなトルク指令値Ｃｔを出力することができる。

以上のように、本実施形態のケーブルリール５の制御装置２０では、変位測定手段２１によって走行給電ケーブル４の上下方向の変位を測定し、制御部２２の張力演算手段３０では、変位測定手段２１で測定した走行給電ケーブル４の上下方向の変位に基づいて、作用する張力を張力値Ｆｅとして求めている。ここで、上記のように、走行給電ケーブル４は、作用する張力が小さいほど撓みが大きくなり、また、張力が大きいほど撓みは小さくなり、すなわち張力に応じてその位置が変化することとなる。このため、張力演算手段３０によって、測定された走行給電ケーブル４の上下方向の変位に基づいて張力値Ｆｅを演算することで、実際に走行給電ケーブル４に作用している張力を正確に演算することができる。特に、張力演算手段３０において、記憶部３２には、走行給電ケーブル４の変位と張力の関係を示す変換データＤが予め設定されており、変換部３３では当該変換データＤに基づいて張力値Ｆｅを求めることで、容易かつ正確に走行給電ケーブル４の張力を求めることができる。

そして、モータトルク演算手段３１では、走行給電ケーブル４に作用する張力として予め設定された張力設定値Ｆｆと対応する基準トルク値Ｔｓを、張力演算手段３０で演算された張力値Ｆｅと張力設定値Ｆｆとの差分から求められるトルク補正値ΔＴで補正することで、トルク指令値Ｃｔを演算している。すなわち、モータトルク演算手段３１では、実際に走行給電ケーブル４に作用している張力をフィードバックして、走行給電ケーブル４に作用する張力が張力設定値Ｆｆとなるようにトルク指令値Ｃｔを求めている。このため、当該トルク指令値Ｃｔをモータ５ｂに出力することで、外乱などの影響を受けたとしても、走行給電ケーブル４の張力が張力設定値Ｆｆで安定するようにケーブルリール５のモータ５ｂを制御し、走行給電ケーブルの巻き取り及び巻き出しを行わせることができる。

また、本実施形態では、さらにリミッター２７を備え、リミッター２７で検出された場合、すなわち一定以上走行給電ケーブル４に張力が作用して大きく変位した場合に、制御部２２によりケーブルリール５のモータ５ｂの駆動を停止させることができる。このため、何らかの原因により大きな外力が作用したとしても、走行給電ケーブル４の張力が大きくなり、走行給電ケーブル４が損傷し、あるいは、外部電源２との接続が外れてしまうのを防止することができる。なお、リミッターとしては、当接部材側２３に設けられていて、クレーン本体３側の部材に接触等することで、検知する構成としても良い。また、制御部２２は、リミッターからの入力によりモータ５ｂの駆動を停止されるのに限られず、トルクを所定値以下となるようにモータ５ｂの駆動を制御するものとしても良い。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は、本発明の第２の実施形態を示したものである。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態の制御装置４０において、制御部４１の張力演算手段４２は、複数の変換データＤが記憶された記憶部４３と、記憶部４３に記憶された複数の変換データＤのいずれかを選択して参照して変位測定手段２１から入力された変位データＳに基づいて張力値Ｆｅを求める変換部４４とを有する。記憶部４３に記憶された変換データＤは、ケーブルリール５における走行給電ケーブル４の巻取半径Ｒｃの所定区分毎に作成され、記憶されている。ケーブルリール５における走行給電ケーブル４の巻取半径Ｒｃが変化すると、ケーブルリール５から下方に延出される走行給電ケーブル４の位置も変化し、変位測定手段２１で測定される走行給電ケーブル４の変位量と作用する張力との関係も異なるものとなる。また、変換部４４では、巻取半径検出センサ５ｆからケーブルリール５の巻取半径Ｒｃを取得している。そして、変換部４４では、取得した巻取半径Ｒｃに基づいて、当該巻取半径Ｒｃと対応する変換データＤを参照し、これに変位測定手段２１から入力された変位データＳを当て嵌めて張力値Ｆｅを求めている。

このように、張力演算手段３０では、ケーブルリール５の巻取半径Ｒｃを考慮して、走行給電ケーブル４の変位量に基づいて張力値Ｆｅを求めることで、走行給電ケーブル４に実際に作用している張力をより正確に求めることができる。このため、走行給電ケーブル４に作用する張力が張力設定値Ｆｆとなるようなトルク指令値Ｃｔをより正確に求めることができる。

なお、上記においては、走行給電ケーブル４の変位量と張力との関係を示す変換データＤは、巻取半径Ｒｃによって異なるものとしたが、これに限るものではない。例えば、ケーブルリール５とケーブルガイド１０との位置関係により、走行給電ケーブル４を走行方向Ｌ１のいずれの側に延出させるかで、変位量と張力との関係が異なってくる場合がある。このような場合には、走行給電ケーブル４を走行方向Ｌ１のいずれの側に案内するかによっても変換データＤを異なるものとすることで、より正確に張力値Ｆｅを求めることができる。また、タイヤ式クレーン１は、走行に伴い、タイヤが変形して上下に変位し、また、吊下機構で吊り荷を吊上げ、さらに、吊り荷を移動させて位置を変化させることで、タイヤが変形して上下変位し、これらにより走行給電ケーブル４の変位量も異なってくる。このため、走行速度、吊り荷の吊り下げの有無、吊り荷の位置を検出し、これらパラメータとして変換データを異なるものとすることで、より正確に張力値Ｆｅを求めることができる。

また、上記においては、条件に応じて複数の変換データＤが記憶部４３に記憶されているものとしたが、これに限るものではない。例えば、巻取半径Ｒｃに応じて変換データＤとして記憶されている走行給電ケーブル４の変位量と張力との関係における切片や変化率を変化させるようにしても良い。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

なお、上記各実施形態では、走行給電ケーブル４の変位量と張力の関係は、予め実測したグラフとして記憶部に記憶されているものとしたが、これに限るものではない。例えば、実測した変位量と張力との関係を近似式として記憶し、変換部では当該近似式に変位測定手段での検出結果を入力して張力値Ｆｅを求めるものとしても良い。また、実測した結果に限らず、力学的に求められる計算式に基づいて求めるものとしても良い。

また、変位測定手段２１は、上記当接部材２３と移動量検出部２４とによる構成に限られるものではない。例えば、移動量検出部２４としては、ワイヤ２４ａをシリンダとして、該シリンダの変位量を測定するものとしても良い。また、光学的手段等により当接部材２３、あるいは、走行給電ケーブル４の位置を直接的に検出するものとしても良い。また、当接部材２３としても所定中心で回動可能な構成に限られず、例えば、スライド移動可能な構成としても良い。

また、上記各実施形態では、ケーブルリール５及び制御装置２０をタイヤ式クレーン１に搭載した例として説明しているが、これに限るものではなく、様々な走行車両に適用可能であり、当然にレール上を走行する門型クレーンなどにも適用可能である。しかしながら、上記のように外乱の影響を控除して走行給電ケーブル４の巻き取り及び巻き出しを行わせることができる点で、走行速度の変動や蛇行による張力変動が大きいタイヤ式クレーンにおいて、より有効である。また、ケーブルリール５によって延出されるケーブルとして走行給電ケーブル４を例に挙げたが、これに限るものではなく、通信ケーブルなどに適用しても良い。

本発明の第１の実施形態のタイヤ式クレーンの全体を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態のタイヤ式クレーンのブロック図である。 本発明の第１の実施形態のタイヤ式クレーンにおいて、ケーブルガイドの詳細図である。 本発明の第１の実施形態のタイヤ式クレーンにおいて、制御装置の制御ロジックの詳細を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態のタイヤ式クレーンにおいて、制御装置の記憶部に記憶されている変換データの一例を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態のタイヤ式クレーンにおいて、制御装置の制御ロジックの詳細を示すブロック図である。

符号の説明

１ タイヤ式クレーン（走行車両）
３ クレーン本体
４ 走行給電ケーブル（ケーブル）
５ ケーブルリール
６ 走行手段
６ａ タイヤ
５ａ ドラム
５ｂ モータ
２０ 制御装置
２１ 変位測定手段
２３ 当接部材
２４ 移動量検出部
３０ 張力演算手段
３１ モータトルク演算手段
３５ 基準トルク演算部
３６ トルク補正値演算部
３７ トルク指令値演算部
Ｄ 変換データ

Claims (10)

1. 走行車両に設けられ、外部との接続を行うケーブルを巻回するドラムと、該ドラムを回転駆動させるモータとを有し、前記走行車両の走行に伴って前記ケーブルの巻き取り及び巻き出しを行うケーブルリールを制御するケーブルリールの制御装置であって、
   前記ドラムから延出された前記ケーブルの変位を測定する変位測定手段と、
   該変位測定手段で測定された前記ケーブルの変位に基づいて該ケーブルに作用する張力値を演算する張力演算手段と、
   前記ケーブルに作用する張力として予め設定された張力設定値と対応する基準トルク値を、前記張力演算手段で演算された前記張力値と前記張力設定値との差分から求められるトルク補正値で補正して、前記モータで発生すべきトルクであるトルク指令値を演算し、出力するモータトルク演算手段とを備えることを特徴とするケーブルリールの制御装置。
2. 請求項１に記載のケーブルリールの制御装置において、
   前記張力演算手段は、前記ケーブルの変位と作用する張力との関係を示す変換データを予め有し、該変換データ及び前記ケーブルの変位に基づいて前記張力値を演算することを特徴とするケーブルリールの制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のケーブルリールの制御装置において、
   前記張力演算手段は、前記ドラムに巻回されている前記ケーブルの巻取半径を取得し、取得した該巻取半径及び前記ケーブルの変位に基づいて前記張力値を演算することを特徴とするケーブルリールの制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のケーブルリールの制御装置において、
   前記モータトルク演算手段は、前記ドラムに巻回されている前記ケーブルの巻取半径を取得し、前記張力設定値に該巻取半径を乗算して前記基準トルク値を演算する基準トルク演算部と、
   前記巻取半径を取得し、前記張力値と前記張力設定値との差分に前記巻取半径を乗算して前記トルク補正値を演算するトルク補正値演算部と、
   前記基準トルク値を前記トルク補正値で補正して前記トルク指令値を求めるトルク指令値演算部とを有することを特徴とするケーブルリールの制御装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のケーブルリールの制御装置において、
   前記変位測定手段は、前記走行車両に移動可能に支持され、前記ドラムから延出された前記ケーブルに当接される当接部材と、
   該当接部材の移動量を前記ケーブルの変位として検出する移動量検出部とを有することを特徴とするケーブルリールの制御装置。
6. 走行車両に設けられ、外部との接続を行うケーブルを巻回するドラムと、該ドラムを回転駆動させるモータとを有し、前記走行車両の走行に伴って前記ケーブルの巻き取り及び巻き出しを行うケーブルリールを制御するケーブルリールの制御方法であって、
   前記ドラムから延出された前記ケーブルの変位を測定する変位測定ステップと、
   張力演算手段が、測定された前記ケーブルの変位に基づいて該ケーブルに作用する張力である張力値を演算する張力演算ステップと、
   モータトルク演算手段が、前記ケーブルに作用する張力として予め設定された張力設定値と対応する基準トルク値を、前記張力演算ステップで演算された前記張力値と前記張力設定値との差分から求められるトルク補正値で補正して、前記モータで発生すべきトルクであるトルク指令値を演算し、出力するモータトルク演算ステップとを備えることを特徴とするケーブルリールの制御方法。
7. 請求項６に記載のケーブルリールの制御方法において、
   前記張力演算ステップでは、前記張力演算手段が、前記ケーブルの変位と作用する張力との関係を示す変換データを予め有するものとして、該変換データ及び前記ケーブルの変位に基づいて前記張力値を演算することを特徴とするケーブルリールの制御方法。
8. 請求項６または請求項７に記載のケーブルリールの制御方法において、
   前記張力演算ステップでは、前記張力演算手段が、前記ドラムに巻回されている前記ケーブルの巻取半径を取得し、取得した該巻取半径及び前記ケーブルの変位に基づいて前記張力値を演算することを特徴とするケーブルリールの制御方法。
9. 請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のケーブルリールの制御方法において、
   前記モータトルク演算ステップでは、前記モータトルク演算手段が、前記ドラムに巻回されている前記ケーブルの巻取半径を取得して前記張力値に該巻取半径を乗算して基準トルク値を演算するとともに、前記張力値と前記張力設定値との差分に前記巻取半径を乗算して前記トルク補正値を演算し、前記基準トルク値を前記トルク補正値で補正して前記トルク指令値を求めることを特徴とするケーブルリールの制御方法。
10. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のケーブルリールの制御装置と、
    該制御装置によって前記モータが制御されるケーブルリールと、
    前記制御装置及び前記ケーブルリールが設けられ、タイヤによる走行手段によって走行可能なクレーン本体とを備えることを特徴とするタイヤ式クレーン。

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