JP6280380B2

JP6280380B2 - クレーン吊荷の振れ角検出装置

Info

Publication number: JP6280380B2
Application number: JP2014020101A
Authority: JP
Inventors: 圭阿久根; 神林　隆; 隆神林
Original assignee: IHI Transport Machinery Co Ltd
Current assignee: IHI Transport Machinery Co Ltd
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2014-02-05
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2034-02-05
Also published as: JP2015147629A

Description

本発明は、クレーン吊荷の振れ角検出装置に関するものである。

一般に、ジブクレーン、天井クレーン、橋形クレーン等の吊具によって吊荷を吊り下げるクレーンにおいては、該吊荷の振れ角を検出し、該振れ角に基づいて振れ止め制御を行うようにしたものがある。

従来のクレーン吊荷の振れ角検出装置の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。

前記特許文献１に開示されている装置は、クレーンのジブ先端からロッドを介して検出器を吊り下げ、該検出器を吊荷のワイヤロープの振れに追従させることにより、吊荷の振れ角を機械的に検出するようにしたものである。

特開２０１３−１８５５６号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示されている装置の場合、ワイヤロープに対し押えローラ機構を介して検出器を直接接触させることにより、該検出器を吊荷のワイヤロープの振れに追従させる構造を採用しているため、該ワイヤロープと押えローラ機構間での摩耗や汚れの蓄積が生じやすく、メンテナンスが必要となり、耐久性の面で改善が望まれていた。

又、クレーンのジブ先端からロッドを介して吊り下げられる検出器を用いているため、ワイヤロープが巻下げられて吊荷を保持する吊具の位置がジブ先端から離れれば離れるほど、検出される吊荷の振れ角にワイヤロープの撓み分だけ誤差が生じる可能性があった。

更に又、検出器を吊り下げるロッドが必要となることから、天井クレーンや橋形クレーンでは、ロッドの取付箇所に関して制約を受けることがあった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、機械的な接触部を不要として耐久性を高めると共に、ワイヤロープの撓みに伴う誤差をなくして検出精度を高めることができ、且つ取付箇所に関する制約を受けにくくし得るクレーン吊荷の振れ角検出装置を提供しようとするものである。

本発明は、巻上げ下げ自在に吊り下げられるワイヤロープの下端に吊荷を保持する吊具が取り付けられたクレーン吊荷の振れ角検出装置であって、
前記ワイヤロープが吊り下げられる基点におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の位置情報を検出する基点側センサと、
前記ワイヤロープ下端の吊具におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の位置情報を検出する吊具側センサと、
前記基点側センサで検出した位置情報と前記吊具側センサで検出した位置情報との差分に基づき前記吊具の振れ角を求める演算装置と
を備え、
前記基点側センサと吊具側センサとをそれぞれ三軸加速度センサとし、
基点側センサで検出される基点におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の位置情報としての加速度を
α _ＡＴ（Ｘ）
α _ＡＴ（Ｙ）
α _ＡＴ（Ｚ）
とし、吊具側センサで検出される吊具におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の位置情報としての加速度を
α _ＡＢ（Ｘ）
α _ＡＢ（Ｙ）
α _ＡＢ（Ｚ）
とし、前記ワイヤロープの巻上ウインチのドラム軸エンコーダの出力によって算出される巻上揚程をＨ _０とし、Ｘ軸とＺ軸を含む鉛直面に投影される、前記基点側センサ及び吊具側センサ間での鉛直方向距離Ｈを
Ｈ＝Ｈ _０ −（∬α _ＡＴ（Ｚ）ｄｔ−∬α _ＡＢ（Ｚ）ｄｔ）
として求め、前記基点側センサ及び吊具側センサ間での水平方向距離Ｘ成分Ｌ _Ｘを、
Ｌ _Ｘ＝∬α _ＡＴ（Ｘ）ｄｔ−∬α _ＡＢ（Ｘ）ｄｔ
として求め、振れ角Ｘ成分θ _Ｘを、
θ _Ｘ＝ｔａｎ ^−１（Ｌ _Ｘ／Ｈ）
として求め、Ｙ軸とＺ軸を含む鉛直面に投影される、前記基点側センサ及び吊具側センサ間での水平方向距離Ｙ成分Ｌ _Ｙを
Ｌ _Ｙ＝∬α _ＡＴ（Ｙ）ｄｔ−∬α _ＡＢ（Ｙ）ｄｔ
として求め、振れ角Ｙ成分θ _Ｙを
θ _Ｙ＝ｔａｎ ^−１（Ｌ _Ｙ／Ｈ）
として求め、Ｘ軸とＹ軸を含む水平面に投影される、前記基点側センサ及び吊具側センサ間での水平方向距離Ｌを
Ｌ＝√（Ｌ _Ｘ ^２＋Ｌ _Ｙ ^２）
として求め、実際の振れ角θを
θ＝ｔａｎ ^−１（Ｌ／Ｈ）
として求めるよう前記演算装置を構成したことを特徴とするクレーン吊荷の振れ角検出装置にかかるものである。

前記クレーン吊荷の振れ角検出装置においては、前記基点側センサで検出した位置情報と前記吊具側センサで検出した位置情報とを前記演算装置へ無線で送信することが好ましい。

本発明のクレーン吊荷の振れ角検出装置によれば、ワイヤロープに対する機械的な接触部を不要として耐久性を高めると共に、ワイヤロープの撓みに伴う誤差をなくして検出精度を高めることができ、且つ取付箇所に関する制約を受けにくくし得るという優れた効果を奏し得る。

本発明のクレーン吊荷の振れ角検出装置の実施例を示す全体概要構成図である。本発明のクレーン吊荷の振れ角検出装置の実施例における各座標平面での基点と吊具との位置関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１及び図２は本発明のクレーン吊荷の振れ角検出装置の実施例であって、１はクレーンとしてのジブクレーンであり、該ジブクレーン１は、立設されるマスト２上に旋回体３を旋回自在に配置し、該旋回体３上にジブ４を起伏中心軸５を中心として起伏自在に取り付け、該ジブ４を起伏ウインチ６の駆動による起伏ワイヤロープ７の巻込み繰出しにより起伏させると共に、前記ジブ４の先端から吊荷８保持用の吊具９を巻上ウインチ１０の駆動による巻上ワイヤロープ１１の巻上げ下げにより昇降させるようになっている。

本実施例の場合、前記巻上ワイヤロープ１１が吊り下げられる基点となる位置、即ちジブ４の先端に、該基点におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の位置情報を検出する基点側センサ１２を取り付け、前記巻上ワイヤロープ１１下端の吊具９に、該吊具９におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の位置情報を検出する吊具側センサ１３を取り付け、前記基点側センサ１２で検出した位置情報と前記吊具側センサ１３で検出した位置情報との差分に基づき前記吊具９の振れ角θを演算装置１４で求めるようにしてある。

前記基点側センサ１２及び吊具側センサ１３としては、例えば、三軸加速度センサとすることができる。前記基点側センサ１２及び吊具側センサ１３を三軸加速度センサとした場合、基点側センサ１２で検出される基点におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の位置情報としての加速度を
α_ＡＴ（Ｘ）
α_ＡＴ（Ｙ）
α_ＡＴ（Ｚ）
とし、吊具側センサ１３で検出される吊具におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の位置情報としての加速度を
α_ＡＢ（Ｘ）
α_ＡＢ（Ｙ）
α_ＡＢ（Ｚ）
とすると、加速度を時間で一回積分すれば速度が得られ、二回積分すれば位置が得られるため、図２に示すＸ軸とＺ軸を含む鉛直面に投影される、前記基点側センサ１２及び吊具側センサ１３間での鉛直方向距離Ｈは、巻上ウインチ１０のドラム軸エンコーダ（図示せず）の出力によって算出される巻上揚程をＨ_０とすると、
Ｈ＝Ｈ_０−（∬α_ＡＴ（Ｚ）ｄｔ−∬α_ＡＢ（Ｚ）ｄｔ）
として求められ、前記基点側センサ１２及び吊具側センサ１３間での水平方向距離Ｘ成分Ｌ_Ｘは、
Ｌ_Ｘ＝∬α_ＡＴ（Ｘ）ｄｔ−∬α_ＡＢ（Ｘ）ｄｔ
として求められ、振れ角Ｘ成分θ_Ｘは、
θ_Ｘ＝ｔａｎ^−１（Ｌ_Ｘ／Ｈ）
として求められる。前述と同様に、図２に示すＹ軸とＺ軸を含む鉛直面に投影される、前記基点側センサ１２及び吊具側センサ１３間での水平方向距離Ｙ成分Ｌ_Ｙは、
Ｌ_Ｙ＝∬α_ＡＴ（Ｙ）ｄｔ−∬α_ＡＢ（Ｙ）ｄｔ
として求められ、振れ角Ｙ成分θ_Ｙは、
θ_Ｙ＝ｔａｎ^−１（Ｌ_Ｙ／Ｈ）
として求められる。そして、図２に示すＸ軸とＹ軸を含む水平面に投影される、前記基点側センサ１２及び吊具側センサ１３間での水平方向距離Ｌは、
Ｌ＝√（Ｌ_Ｘ ^２＋Ｌ_Ｙ ^２）
として求められる。これより、実際の振れ角θは、
θ＝ｔａｎ^−１（Ｌ／Ｈ）
として求められる。

ここで、前記基点側センサ１２及び吊具側センサ１３として三軸ジャイロセンサを用いても良いことは言うまでもない。因みに、前記基点側センサ１２及び吊具側センサ１３を三軸ジャイロセンサとした場合、基点側センサ１２で検出される基点におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の位置情報として、Ｘ軸周り、Ｙ軸周り、Ｚ軸周りの角度をそれぞれ
θ_ＡＴ（Ｘ）
θ_ＡＴ（Ｙ）
θ_ＡＴ（Ｚ）
とし、吊具側センサ１３で検出される吊具におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の位置情報として、Ｘ軸周り、Ｙ軸周り、Ｚ軸周りの角度をそれぞれ
θ_ＡＢ（Ｘ）
θ_ＡＢ（Ｙ）
θ_ＡＢ（Ｚ）
とすると、図２に示すθ_ＸはＹ軸周りの角度となるため、
θ_Ｘ＝θ_ＡＴ（Ｙ）−θ_ＡＢ（Ｙ）
となり、図２に示すθ_ＹはＸ軸周りの角度となるため、
θ_Ｙ＝θ_ＡＴ（Ｘ）−θ_ＡＢ（Ｘ）
となり、実際の振れ角θは、
θ＝√（θ_Ｘ ^２＋θ_Ｙ ^２）
として求められる。尚、三軸ジャイロセンサの場合、吊具側センサ１３だけで振れ角が求まってしまうが、基点側と吊具側両方に加わる外乱としての加速度成分を除去する目的で差分をとっている。

又、前記基点側センサ１２で検出した位置情報と前記吊具側センサ１３で検出した位置情報は、前記演算装置１４へ無線で送信するよう構成してある。

次に、上記実施例の作用を説明する。

前述の如く構成すると、前記基点側センサ１２で検出した位置情報と前記吊具側センサ１３で検出した位置情報との差分に基づき演算装置１４において吊具９の振れ角が求められる。

この結果、特許文献１に開示されている装置のように、ワイヤロープに対し押えローラ機構を介して検出器を直接接触させることにより、該検出器を吊荷のワイヤロープの振れに追従させる構造を採用しているものとは異なり、押えローラ機構が不要となるため、巻上ワイヤロープ１１と押えローラ機構間での摩耗や汚れの蓄積が生じることがなく、メンテナンスが不要となり、耐久性の面で非常に有効となる。

又、前記ジブクレーン１のジブ４の先端に基点側センサ１２を取り付け、前記巻上ワイヤロープ１１下端の吊具９に吊具側センサ１３を取り付けるだけで、ジブ４先端からロッドを介して吊り下げられる検出器等は一切用いていないため、巻上ワイヤロープ１１が巻下げられて吊荷８を保持する吊具９の位置がジブ４先端から離れれば離れるほど、検出される吊荷８の振れ角θに巻上ワイヤロープ１１の撓み分だけ誤差が生じる心配も全くない。

更に又、前記基点側センサ１２や吊具側センサ１３を吊り下げるロッド等は設けなくて済むことから、ジブクレーン１の代わりに天井クレーンや橋形クレーンに適用する場合であっても、取付箇所に関して制約を受けることはない。

又、前記基点側センサ１２で検出した位置情報と前記吊具側センサ１３で検出した位置情報は、前記演算装置１４へ無線で送信するよう構成してあるため、前記基点側センサ１２及び吊具側センサ１３と演算装置１４とをつなぐ配線が不要となり、据付が容易に行える。

こうして、巻上ワイヤロープ１１に対する機械的な接触部を不要として耐久性を高めると共に、巻上ワイヤロープ１１の撓みに伴う誤差をなくして検出精度を高めることができ、且つ取付箇所に関する制約を受けにくくし得る。

一方、前記基点側センサ１２と吊具側センサ１３とをそれぞれグローバル・ポジショニング・システム（Global Positioning System）のＧＰＳ受信機とし、前記基点におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の位置情報と、前記吊具９におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の位置情報とをそれぞれ地上に対する絶対位置として特定することもできる。

このようにすると、前記ジブクレーン１周辺の建造物等に対してジブ４先端並びに吊具９がどのように位置しているかを把握することが可能となり、該ジブ４先端並びに吊具９の前記建造物等に対する接触を回避する上で有効となる。

又、基点側と吊具側の位置を検出できるよう任意の固定ポイントにそれぞれ基点側センサ及び吊具側センサを配備し、該基点側センサ及び吊具側センサをそれぞれレーザ距離計とし、該レーザ距離計とした基点側センサ及び吊具側センサで検出した基点側と吊具側の位置情報の差分に基づき前記吊具９の振れ角を演算装置１４で算出することも可能である。

尚、本発明のクレーン吊荷の振れ角検出装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、ジブクレーンに限らず、トロリーからワイヤロープにより吊荷の吊具としてグラブバケット、スプレッダ、コイルリフタが吊り下げられる天井クレーンや橋形クレーンにも適用可能なこと等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ジブクレーン（クレーン）
４ジブ
８吊荷
９吊具
１１巻上ワイヤロープ（ワイヤロープ）
１２基点側センサ
１３吊具側センサ
１４演算装置
θ 振れ角

Claims

巻上げ下げ自在に吊り下げられるワイヤロープの下端に吊荷を保持する吊具が取り付けられたクレーン吊荷の振れ角検出装置であって、
前記ワイヤロープが吊り下げられる基点におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の位置情報を検出する基点側センサと、
前記ワイヤロープ下端の吊具におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の位置情報を検出する吊具側センサと、
前記基点側センサで検出した位置情報と前記吊具側センサで検出した位置情報との差分に基づき前記吊具の振れ角を求める演算装置と
を備え、
前記基点側センサと吊具側センサとをそれぞれ三軸加速度センサとし、
基点側センサで検出される基点におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の位置情報としての加速度を
α _ＡＴ（Ｘ）
α _ＡＴ（Ｙ）
α _ＡＴ（Ｚ）
とし、吊具側センサで検出される吊具におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の位置情報としての加速度を
α _ＡＢ（Ｘ）
α _ＡＢ（Ｙ）
α _ＡＢ（Ｚ）
とし、前記ワイヤロープの巻上ウインチのドラム軸エンコーダの出力によって算出される巻上揚程をＨ _０とし、Ｘ軸とＺ軸を含む鉛直面に投影される、前記基点側センサ及び吊具側センサ間での鉛直方向距離Ｈを
Ｈ＝Ｈ _０ −（∬α _ＡＴ（Ｚ）ｄｔ−∬α _ＡＢ（Ｚ）ｄｔ）
として求め、前記基点側センサ及び吊具側センサ間での水平方向距離Ｘ成分Ｌ _Ｘを、
Ｌ _Ｘ＝∬α _ＡＴ（Ｘ）ｄｔ−∬α _ＡＢ（Ｘ）ｄｔ
として求め、振れ角Ｘ成分θ _Ｘを、
θ _Ｘ＝ｔａｎ ^−１（Ｌ _Ｘ／Ｈ）
として求め、Ｙ軸とＺ軸を含む鉛直面に投影される、前記基点側センサ及び吊具側センサ間での水平方向距離Ｙ成分Ｌ _Ｙを
Ｌ _Ｙ＝∬α _ＡＴ（Ｙ）ｄｔ−∬α _ＡＢ（Ｙ）ｄｔ
として求め、振れ角Ｙ成分θ _Ｙを
θ _Ｙ＝ｔａｎ ^−１（Ｌ _Ｙ／Ｈ）
として求め、Ｘ軸とＹ軸を含む水平面に投影される、前記基点側センサ及び吊具側センサ間での水平方向距離Ｌを
Ｌ＝√（Ｌ _Ｘ ^２＋Ｌ _Ｙ ^２）
として求め、実際の振れ角θを
θ＝ｔａｎ ^−１（Ｌ／Ｈ）
として求めるよう前記演算装置を構成したことを特徴とするクレーン吊荷の振れ角検出装置。
前記基点側センサで検出した位置情報と前記吊具側センサで検出した位置情報とを前記演算装置へ無線で送信する請求項１記載のクレーン吊荷の振れ角検出装置。