JP6613469B2

JP6613469B2 - 重量構造物配置装置及び重量構造物配置方法

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Publication number: JP6613469B2
Application number: JP2015192859A
Authority: JP
Inventors: 紀昭篠原; 良淳池浦
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Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2019-12-04
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Description

本発明は、造船現場等で用いられる重量構造物配置装置及び重量構造物配置方法に関する。

従来の重量構造物配置装置の一例として、例えば特許文献１には、重量構造物である造船部材の運搬、配置、及び仮溶接を自動的に実施可能な装置が開示されている。また、特許文献２には、造船部材の運搬及び配置に用いられ、ブレーキ機構を有するクレーンが開示されている。また、特許文献３には、造船部材の運搬及び配置に用いられ、運搬された造船部材を配置する際の吊荷の自由降下速度を制限可能なクレーンが開示されている。

特開２００２−３３６９９４号公報特開２０１４−１８９１７９号公報特開昭６０−１５３３９６号公報

しかしながら、特許文献１〜３のいずれも、造船部材の運搬及び配置が同一の装置により行われる。特許文献１〜３の装置で処理効率、すなわち造船部材の配置効率を向上させるためには、複数の装置を造船現場に配置する必要があるが、造船現場に配置可能な装置の台数には限界がある。したがって、特許文献１〜３の装置では、造船部材の配置効率の向上に限界があるという課題があった。

また、特許文献１〜３の装置を含む従来の造船部材配置装置では、造船部材の運搬時に造船部材を正確に位置決めすることができない。また、従来の造船部材配置装置は、造船作業員との協働作業を行うことを前提として構成されていない。よって、従来の造船部材配置装置では、安全上の観点から、造船部材を目標位置に仮置きした後に、造船作業員の手作業により配置位置の微調整が行われている。

しかしながら、仮置き後の造船部材は、造船部材の自重に比例して接触圧力が大きくなるため、手作業による配置位置の微調整は、造船作業員の負担となる場合が多い。したがって、特許文献１〜３の装置では、造船のための作業時間が長くなり、生産効率の向上に限界があるという課題があった。

本発明は上述の問題を解決するものであり、造船部材を含む重量構造物の配置効率の向上、及び造船現場等における生産効率の向上が可能な重量構造物配置装置及び重量構造物配置方法を提供することを目的とする。

本発明に係る重量構造物配置装置は、枠体と、ピストンロッドを油圧により直線運動させる油圧作動油を収容する複数のチャンバを有し、前記枠体に配置された油圧駆動装置と、前記チャンバの間で前記油圧作動油を双方向に流動させる油圧配管と、前記油圧配管に配置される、開度を調整可能な流量調整弁と、前記ピストンロッドに取り付けられ、前記ピストンロッドと連動して直線運動し、前記枠体の内部で重量構造物を把持するハンド部と、前記流量調整弁の開度を調整する制御装置とを備え、前記油圧配管は、前記流量調整弁を開放した場合に、前記ピストンロッドが前記重量構造物の自重により下降するように前記チャンバの間に直接的に連結されており、前記制御装置は、前記重量構造物の下面が、前記重量構造物の配置面と接触する際に、前記重量構造物の水平方向の配置位置の微調整を容易にするために、前記重量構造物の下面に作用する垂直抗力の目標値と、前記重量構造物の下面に作用している垂直抗力の現在値との差分値に基づいて前記流量調整弁の開度を調整して、前記重量構造物の下面に作用する垂直抗力を制御する。

本発明に係る重量構造物配置方法は、枠体と、ピストンロッドを油圧により直線運動させる油圧作動油を収容する複数のチャンバを有し、前記枠体に配置された油圧駆動装置と、前記チャンバの間で前記油圧作動油を双方向に流動させる油圧配管と、前記油圧配管に配置される、開度を調整可能な流量調整弁と、前記ピストンロッドに取り付けられ、前記ピストンロッドと連動して直線運動し、前記枠体の内部で重量構造物を把持するハンド部とを備え、前記油圧配管は、前記流量調整弁を開放した場合に、前記ピストンロッドが前記重量構造物の自重により下降するように前記チャンバの間に直接的に連結されている重量構造物配置装置に前記重量構造物を配置し、前記流量調整弁を開放して前記枠体の内部で前記重量構造物を持ち上げた後に、前記流量調整弁を閉止して前記重量構造物を前記枠体の内部の上方で保持する工程と、前記重量構造物を保持した前記重量構造物配置装置を、前記重量構造物を設置する目標位置まで運搬して、前記目標位置に前記重量構造物配置装置を配置する工程と、前記流量調整弁を開放して、前記重量構造物の下面が、前記目標位置における前記重量構造物の配置面と接触するまで前記重量構造物を自重により下降させ、前記重量構造物の下面が、前記重量構造物の配置面と接触する際に、前記重量構造物の水平方向の配置位置の微調整を容易にするために、前記重量構造物の下面に作用する垂直抗力の目標値と、前記重量構造物の下面に作用している垂直抗力の現在値との差分値に基づいて前記流量調整弁の開度を調整して、前記重量構造物の下面に作用する垂直抗力を制御する工程とを有する。

本発明によれば、重量構造物配置装置で行われる作業が重量構造物の保持及び配置のみに特化され、重量構造物を保持した重量構造物配置装置の運搬は、別体の運搬装置で行われることとなる。また、本発明によれば、流量調整弁の開度を調整することにより、重量構造物の配置段階において、重量構造物の下面が重量構造物の配置面と接触する際に、前記重量構造物の下面に作用する垂直抗力を制御することができる。したがって、本発明によれば、重量構造物の配置効率の向上、及び造船現場等における生産効率の向上が可能な重量構造物配置装置及び重量構造物配置方法を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る造船部材配置装置１の一例を示す概略的な斜視図である。本発明の実施の形態１に係る造船部材配置装置１の一例を示す概略的な左面図である。本発明の実施の形態２に係る造船部材配置装置１で行われる制御処理の一部を概略的に表現した制御ブロック図である。本発明の実施の形態２に係る造船部材配置装置１の一部の構造を概略的に示した拡大図である。本発明の実施の形態２における制御処理の制御モデルの一例を示す概略図である。本発明の実施の形態２における制御処理の一例を示すフローチャートである。造船部材の荷重ごとのモータ５２の回転角と、ピストンロッド３１の下降速度Ｖとの関係を示したグラフである。本発明の実施の形態３に係る造船部材配置装置１の油圧駆動装置３の構成の一例を示す概略図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る造船部材配置装置１の構造について図１及び図２を用いて説明する。本実施の形態１に係る造船部材配置装置１は、重量構造物配置装置の一例である。図１は、本実施の形態１に係る造船部材配置装置１の一例を示す概略的な斜視図である。図２は、本実施の形態１に係る造船部材配置装置１の一例を示す概略的な左面図である。なお、以降の説明における「底面」、「上面」、「正面」、「背面」、「左面」、又は「右面」との語句は、原則として造船部材配置装置１を、図１の白抜きのブロック矢印の方向に見た場合の「底面」、「上面」、「正面」、「背面」、「左面」、又は「右面」を意味するものとする。

また、図１及び図２を含む以下の図面では、各構成部材の寸法の関係及び形状は、実際のものとは異なる場合がある。また、以下の図面では、同一の又は類似する部材又は部分には、同一の符号を付すか、又は符号を付すことを省略している。また、以下の説明における造船部材配置装置１の各構成部材同士の位置関係、例えば上下関係等の位置関係は、原則として、造船部材配置装置１を使用可能な状態に設置したときの位置関係とする。

本実施の形態１の造船部材配置装置１は、立方体形状の枠体２を備えている。枠体２は、船殻ブロック等の造船部材（図示せず）を枠体２の内部に収容するものであり、例えば、構造用圧延鋼材等の矩形形状の鉄材により構成される。枠体２の内部空間の高さは、約３００〜５００ｍｍ、最大で１０００ｍｍ程度となるように構成される。また、枠体２の内部空間の幅は、造船作業員が造船部材を移動させることができる幅、例えば、５００ｍｍ程度の幅を有するように構成される。なお、枠体２の形状は立方体形状に限られず、造船部材を内部に収容可能な立体形状に構成することができる。

枠体２の底面において、枠体２は、正面側の辺を構成する第１の棒材２０ａと、左面側の辺を構成する第２の棒材２０ｂと、裏面側の辺を構成する第３の棒材２０ｃと、右面側の辺を構成する第４の棒材２０ｄとを備えている。第１の棒材２０ａは、枠体２の底面において、第３の棒材２０ｃと平行に配置されている。第２の棒材２０ｂは、枠体２の底面において、第４の棒材２０ｄと平行に配置されている。第１の棒材２０ａは、第２の棒材２０ｂ及び第４の棒材２０ｄの正面側の端部に連結されている。第３の棒材２０ｃは、第２の棒材２０ｂ及び第４の棒材２０ｄの背面側の端部に連結されている。

枠体２の上面においては、枠体２は、正面側の辺を構成する第５の棒材２２ａと、左面側の辺を構成する第６の棒材２２ｂと、裏面側の辺を構成する第７の棒材２２ｃと、右面側の辺を構成する第８の棒材２２ｄとを備えている。第５の棒材２２ａは、枠体２の上面において、第７の棒材２２ｃと平行に配置されている。第６の棒材２２ｂは、枠体２の上面において、第８の棒材２２ｄと平行に配置されている。第５の棒材２２ａは、第６の棒材２２ｂ及び第８の棒材２２ｄの正面側の端部に連結されている。第７の棒材２２ｃは、第６の棒材２２ｂ及び第８の棒材２２ｄの背面側の端部に連結されている。

枠体２の側面においては、枠体２は、第９の棒材２４ａ、第１０の棒材２４ｂ、第１１の棒材２４ｃと、第１２の棒材２４ｄとを備えている。第９の棒材２４ａは、第２の棒材２０ｂの正面側の端部と第６の棒材２２ｂとの正面側の端部との間を垂直方向に延在し、第２の棒材２０ｂ及び第６の棒材２２ｂの正面側の端部に連結されている。第１０の棒材２４ｂは、第２の棒材２０ｂの背面側の端部と第６の棒材２２ｂとの背面側の端部との間を垂直方向に延在し、第２の棒材２０ｂ及び第６の棒材２２ｂの背面側の端部に連結されている。第１１の棒材２４ｃは、第４の棒材２０ｄの背面側の端部と第８の棒材２２ｄとの背面側の端部との間を垂直方向に延在し、第４の棒材２０ｄ及び第８の棒材２２ｄの背面側の端部に連結されている。第１２の棒材２４ｄは、第４の棒材２０ｄの正面側の端部と第８の棒材２２ｄとの正面側の端部との間を垂直方向に延在し、第４の棒材２０ｄ及び第８の棒材２２ｄの正面側の端部に連結されている。

すなわち、枠体２の側面において、第１の棒材２０ａ、第９の棒材２４ａ、第５の棒材２２ａ、及び第１２の棒材２４ｄは、枠体２の正面の４辺を構成することとなる。また、第２の棒材２０ｂ、第９の棒材２４ａ、第６の棒材２２ｂ、及び第１０の棒材２４ｂは、枠体２の左面の４辺を構成することとなる。また、第３の棒材２０ｃ、第１０の棒材２４ｂ、第７の棒材２２ｃ、及び第１１の棒材２４ｃは、枠体２の裏面の４辺を構成することとなる。また、第４の棒材２０ｄ、第１１の棒材２４ｃ、第８の棒材２２ｄ、及び第１２の棒材２４ｄは、枠体２の右面の４辺を構成することとなる。

また、枠体２は、枠体２の正面側において第１の棒材２０ａ又は第５の棒材２２ａと平行に延在し、第９の棒材２４ａ及び第１２の棒材２４ｄの中心位置に連結される第１３の棒材２６ａを備えている。また、枠体２は、枠体２の上面側において第５の棒材２２ａ又は第７の棒材２２ｃと平行に延在し、第６の棒材２２ｂ及び第８の棒材２２ｄの中心位置付近に連結される第１４の棒材２６ｂ及び第１５の棒材２６ｃを備えている。第１４の棒材２６ｂ及び第１５の棒材２６ｃは、第６の棒材２２ｂ及び第８の棒材２２ｄの中心位置を挟んで互いに間隔を空けて配置されている。枠体２の上面側において、第１４の棒材２６ｂは、第６の棒材２２ｂ及び第８の棒材２２ｄの中心位置より正面側に配置され、第１５の棒材２６ｃは、第６の棒材２２ｂ及び第８の棒材２２ｄの中心位置より裏面側に配置されている。

枠体２を構成する第１の棒材２０ａ〜第１５の棒材２６ｃの連結部分は、例えばＬ字形状の支持部材２７又はＴ字形状の支持部材２８で連結されている。また、枠体２の上面側の四隅は、造船部材等による大きな負荷がかかるため、板状の補強部材２９を用いて補強されている。

本実施の形態１の造船部材配置装置１は、枠体２に配置された油圧駆動装置３を備えている。油圧駆動装置３は、油圧作動油による油圧を直線運動等の機械的な動力に変える流体機械である。図１及び図２では、油圧駆動装置３の一例として、両ロッド式の複動型油圧シリンダを例示している。油圧駆動装置３は、両ロッド式の複動型油圧シリンダとして構成される場合、該油圧シリンダの上方及び下方から突出したピストンロッド３１を有している。油圧駆動装置３は、例えば、油圧駆動装置３の下部に設けられた平板状のフランジ部３０によって、第１４の棒材２６ｂ及び第１５の棒材２６ｃに固定されている。

油圧駆動装置３は、油圧作動油による油圧によって駆動され、直線運動を行うピストンロッド３１を備えている。図２に示すように、ピストンロッド３１のうち、該油圧シリンダの下方から突出する部分は、第１４の棒材２６ｂと第１５の棒材２６ｃとの間の隙間を介して、枠体２の内部に延在している。ピストンロッド３１の直線運動のストローク幅は、例えば５００ｍｍとなるように構成される。

また、油圧駆動装置３の内部には、ピストンロッド３１に連結され、油圧を直線運動の動力としてピストンロッド３１に伝達するピストン（図示せず）が収容されている。両ロッド式の複動型油圧シリンダでは、ピストンによって区画される上部及び下部の空間が、油圧作動油を収容する第１のチャンバ３２及び第２のチャンバ３３として用いられる。なお、第１のチャンバ３２及び第２のチャンバ３３は、図１及び図２では図示できないため、第１のチャンバ３２及び第２のチャンバ３３に該当する位置を矢印付きの引き出し線で表示している。

油圧駆動装置３の第１のチャンバ３２及び第２のチャンバ３３は、後述する流量調整弁５を開放した場合に、ピストンロッド３１が造船部材の自重により下降するように油圧配管４によって直接的に連結されている。すなわち、本実施の形態１の造船部材配置装置１は、通常の油圧回路の構成要素である油圧ポンプ等の油圧発生装置を含まない構成となっている。図１及び図２に示すように、油圧駆動装置３が両ロッド式の複動型油圧シリンダとして構成される場合、油圧配管４は、第１のチャンバ３２と第２のチャンバ３３との間を双方向に油圧作動油を流動させるように構成される。

図１及び図２では、油圧配管４を金属製の配管として構成した場合を例示している。図１及び図２では、油圧配管４は、直管４０と継手４２とを複数組み合わせることにより油圧流路を構成しており、直管４０の一部は、枠体２を構成する第５の棒材２２ａ及び第１３の棒材２６ａの背面側で固定されている。また、直管４０と継手４２との接合部は、油圧作動油の漏えいを回避するためにシールにより密封されている。

なお、油圧配管４を金属製の配管として構成した場合、直管４０及び継手４２の材質としては、例えば、炭素鋼製、ステンレス鋼製の直管４０及び継手４２が用いられる。また、油圧配管４として合成ゴム製のゴムホースを用いて、油圧流路を構成してもよい。

本実施の形態１の造船部材配置装置１においては、油圧配管４に流量調整弁５が配置されている。流量調整弁５は、油圧流路の断面積、すなわち流量調整弁５の内部に設けられた絞り部の開度を無段階に調整することにより、油圧作動油の通過流量を調整する弁である。流量調整弁５は調整ハンドル５０を有し、調整ハンドル５０の回転によって絞り部の開度が調整される。例えば、調整ハンドル５０を０度から１８０度まで回転可能なものとして構成した場合、調整ハンドル５０の回転角度が０度の場合に流量調整弁５の絞り部の開度が最小、すなわち閉止状態となるように構成できる。また、調整ハンドル５０の回転角度が１８０度の場合に流量調整弁５の絞り部の開度が最大となるように構成できる。流量調整弁５は、例えば、ニードルバルブ又はボールバルブ等として構成できる。また、調整ハンドル５０は、造船作業員による開度調整が容易な位置に配置でき、例えば、図１及び図２に示すように枠体２の左面側に配置できる。

ピストンロッド３１の先端部には、前記枠体の内部で造船部材を把持するハンド部７がユニバーサルジョイント６を介して連結されている。ハンド部７は、例えばイーグルクランプとして構成できる。また、ハンド部７は、ユニバーサルジョイント６を介して連結されており、ピストンロッド３１との連結角度を自由に変化させることができるため、ハンド部７で把持された造船部材の位置調整が可能な構成となっている。

次に、本実施の形態１の造船部材配置方法を説明する。本実施の形態１に係る造船部材配置方法は、重量構造物配置方法の一例である。

本実施の形態１の造船部材配置方法は、本実施の形態１の造船部材配置装置１を用いた造船部材配置方法であり、重量構造物である船殻ブロック等の造船部材の保持工程、造船部材の運搬工程、及び造船部材の配置工程の３つの工程を有している。

造船部材の保持工程においては、流量調整弁５は、調整ハンドル５０によって開放されている。例えば、調整ハンドル５０によって、流量調整弁５の絞り部の開度は最大となるように調整される。造船部材配置装置１は、枠体２が造船部材を覆うように配置される。造船部材はハンド部７に把持され、造船部材は、例えばリフター等の昇降装置を用いることによって、枠体２の上面方向に持ち上げられる。

造船部材の保持工程において、造船部材が枠体２の上面方向に持ち上げられると、ハンド部７に連結されたピストンロッド３１には、油圧駆動装置３の内部方向にピストンロッド３１を押し込む力が印加される。油圧駆動装置３の内部方向にピストンロッド３１を押し込む力が印加されたとき、油圧駆動装置３の第１のチャンバ３２に収容された油圧作動油は、油圧配管４と開放された流量調整弁５とを介して、第２のチャンバ３３に流入する。したがって、造船部材を枠体２の上面方向に持ち上げることにより、ハンド部７に連結されたピストンロッド３１を上昇させることができる。造船部材が枠体２の上面方向に持ち上げられた後に、流量調整弁５の絞り部は調整ハンドル５０によって閉止される。流量調整弁５の絞り部を閉止することにより、枠体２の上面方向に持ち上げられた造船部材は、枠体２の内部の上方に保持されることとなる。なお、造船部材の保持工程においては、例えば、高さのある土台の上に造船部材を配置し、造船部材配置装置１を配置する際に造船部材の上面とハンド部７とを接触させることにより、ピストンロッド３１を上昇させるようにしてもよい。

次いで、造船部材の運搬工程においては、造船部材を保持した造船部材配置装置１は、クレーン等の運搬装置を用いて持ち上げられ、造船部材を設置する造船現場の目的位置まで運搬され、造船現場の目的位置に配置される。なお、造船部材配置装置１は、例えば、クレーン等の運搬装置に設けられたフックに、枠体２の上面側にある第５の棒材２２ａ〜第８の棒材２２ｄを玉掛けして、造船部材配置装置１を持ち上げ、造船現場の目的位置まで運搬するようにしてもよい。また、油圧駆動装置３を収容する炭素鋼製の筐体を枠体２の上面側に設け、該筐体の上面部を電磁クレーンで持ち上げ、造船現場の目的位置まで運搬するようにしてもよい。

次いで、造船部材の配置工程においては、流量調整弁５は、調整ハンドル５０によって開放される。流量調整弁５が開放されると、造船部材の自重による油圧駆動装置３の外部方向にピストンロッド３１を押し出す力により、油圧駆動装置３の第２のチャンバ３３に収容された油圧作動油は、油圧配管４と開放された流量調整弁５とを介して、第１のチャンバ３２に流入する。第２のチャンバ３３から第１のチャンバ３２に油圧作動油が流入することにより、ピストンロッド３１は下方向に移動するため、枠体２の内部の上方に保持された造船部材は自重により下降する。造船部材の下降中、すなわち、造船部材の下面部が造船部材の配置面と接触するまでの間は、造船部材の下降速度、すなわち、ピストンロッド３１の下降速度は、調整ハンドル５０により流量調整弁５の絞り部の開度を調整することにより制御される。例えば、流量調整弁５の絞り部は、造船部材の下面部と造船部材の配置面との間の距離が短くなるにつれて、開度が小さくなるように調整され、ピストンロッド３１の下降速度が漸次的に小さくなるように制御される。

造船部材の配置工程において、造船部材の下面部と造船部材の配置面が接触する際に、ピストンロッド３１が静止するように、調整ハンドル５０によって流量調整弁５の絞り部の開度が調整される。流量調整弁５の絞り部の開度の調整により、造船部材の下面部と造船部材の配置面が接触したときの造船部材の下面部の造船部材の配置面との接触力、すなわち造船部材の下面部に作用する垂直抗力が制御される。例えば、垂直抗力は２０〜４０Ｎとなるように制御される。

以上に説明したように、重量構造物配置装置の一例である本実施の形態１の造船部材配置装置１は、枠体２と、ピストンロッド３１を油圧により直線運動させる油圧作動油を収容する複数のチャンバ、例えば、第１のチャンバ３２及び第２のチャンバ３３とを有し、枠体２に配置された油圧駆動装置３と、チャンバの間、例えば、第１のチャンバ３２と第２のチャンバ３３との間で油圧作動油を双方向に流動させる油圧配管４と、油圧配管４に配置される、開度を調整可能な流量調整弁５と、ピストンロッド３１に取り付けられ、ピストンロッド３１と連動して直線運動し、枠体２の内部で造船部材を把持するハンド部７とを備え、油圧配管４は、流量調整弁５を開放した場合に、ピストンロッド３１が造船部材の自重により下降するようにチャンバの間、例えば、第１のチャンバ３２と第２のチャンバ３３との間に直接的に連結されている。

すなわち、本実施の形態１の造船部材配置装置１の油圧回路は、油圧駆動装置３の第１のチャンバ３２及び第２のチャンバ３３を油圧配管４で直接的に連結し、油圧配管４に流量調整弁５を配置した構成となっており、油圧ポンプ等の油圧発生装置を含まない構成となっている。したがって、上述の構成によれば、油圧発生装置による負荷を発生させずに造船部材を目標位置に配置することができるため、造船部材配置装置１における造船作業員の作業の安全性を向上させることができる。

また、本実施の形態１の造船部材配置装置１は、油圧駆動装置３を両ロッド式の複動型油圧シリンダとして構成することにより、簡単な構成の造船部材配置装置１を提供できる。

また、重量構造物配置方法の一例である本実施の形態１の造船部材配置方法は、上述の造船部材配置装置１に造船部材を配置し、流量調整弁５を開放して枠体２の内部で前記造船部材を持ち上げた後に、流量調整弁５を閉止して造船部材を枠体２の内部の上方で保持する工程と、造船部材を保持した造船部材配置装置１を、造船部材を設置する目標位置まで運搬して、目標位置に造船部材配置装置１を配置する工程と、流量調整弁５を開放して、造船部材の下面が、目標位置における造船部材の配置面と接触するまで造船部材を自重により下降させ、造船部材の下面が、造船部材の配置面と接触する際に、流量調整弁５の開度を調整して、造船部材の下面に作用する垂直抗力を制御する工程とを有する。

上述の造船部材配置方法では、造船部材の保持工程及び配置工程は、造船部材配置装置１で行われるが、造船部材の運搬工程は、造船部材配置装置１とは別のクレーン等の運搬装置で行われる。したがって、上述の配置方法では、造船部材配置装置１で行われる工程と、運搬装置で行われる工程が分離されているため、造船作業の効率を向上させることができる。例えば、運搬装置として電磁力クレーンを用いる場合、造船作業の効率を電磁力クレーンの運搬能力の限界まで高めることができる。

また、上述の配置方法の造船部材の配置工程では、造船部材の下面が、造船部材の配置面と接触する際に、流量調整弁５の開度を調整して、造船部材の下面に作用する垂直抗力を制御することができる。例えば、造船部材の下面に作用する垂直抗力を２０Ｎ以上かつ４０Ｎ以下となるように制御すれば、造船部材の下面に作用する静止摩擦力を造船作業員の手作業による造船部材の配置位置の微調整が容易となる範囲に制御できる。したがって、上述の配置方法によれば、造船部材の配置位置の微調整が容易となるため、造船作業の効率を向上させることができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２は、上述の実施の形態１の変形例であり、造船部材の配置の自動制御処理を可能とした造船部材配置装置１である。

本実施の形態２に係る造船部材配置装置１に配置されるモータ５２及びセンサ類について図３及び図４を用いて説明する。図３は、本実施の形態２に係る造船部材配置装置１で行われる制御処理の一部を概略的に表現した制御ブロック図である。図４は、本実施の形態２に係る造船部材配置装置１の一部の構造を概略的に示した拡大図である。図４は、流量調整弁５の構造を、枠体２の裏面側から見た概略図となっている。

図３及び図４に示すように、本実施の形態２に係る造船部材配置装置１においては、上述の実施の形態１の調整ハンドル５０の代わりに、流量調整弁５の絞り部の開度を無段階に調整可能なモータ５２が配置されている。モータ５２としては、回転位置の制御が可能なサーボモータ、例えばＤＣサーボモータ等が用いられる。モータ５２の回転軸は、例えば、０度から１８０度まで回転可能なものとし、回転角度が０度の場合に流量調整弁５の絞り部の開度が最小、すなわち閉止状態となり、回転角度が１８０度の場合に流量調整弁５の絞り部の開度が最大となるように構成できる。

モータ５２には、流量調整弁５の絞り部の開度をモータ５２の回転角により検知するための回転位置センサであるロータリエンコーダ８０が内蔵されている。ロータリエンコーダ８０としては、例えば、ホール素子を内蔵したホールＩＣ等の磁気センサが用いられる。

また、本実施の形態２に係る油圧駆動装置３には、ピストンの位置を検知するためのリニアエンコーダ８２が内蔵されている。リニアエンコーダ８２としては、例えば、赤外線等を用いた光学センサ、ホール素子を内蔵したホールＩＣ等の磁気センサ等が用いられる。

流量調整弁５と第１のチャンバ３２との間に位置する油圧配管４には、第１のチャンバ３２の側の油圧を検知する第１の圧力センサ８４が配置されている。また、流量調整弁５と第２のチャンバ３３との間に位置する油圧配管４には、第２のチャンバ３３の側の油圧を検知する第２の圧力センサ８６が配置されている。第１の圧力センサ８４及び第２の圧力センサ８６としては、水晶圧電式圧力センサ、半導体センサ、又は圧力トランスデューサ等が用いられる。なお、第１の圧力センサ８４及び第２の圧力センサ８６は、同種類のもので構成してもよいし、異なる種類のもので構成してもよい。

ロータリエンコーダ８０及びリニアエンコーダ８２で検知した位置情報の電気信号、並びに第１の圧力センサ８４及び第２の圧力センサ８６で検知した圧力情報の電気信号は、Ａ／Ｄコンバータ９０にてアナログ信号からディジタル信号に変換されて、制御装置１００に送信される。制御装置１００は、位置情報の電気信号及び圧力情報の電気信号に応じた制御信号を生成する。制御装置１００で生成された制御信号は、Ｄ／Ａコンバータ９２にてディジタル信号からアナログ信号に変換されて、流量調整弁５の絞り部の開度を調整するための制御信号として、モータ５２に送信される。なお、Ｄ／Ａコンバータ９２に増幅回路を設け、アナログ信号に変換された制御信号を増幅してから、モータ５２に送信するように構成してもよい。また、Ａ／Ｄコンバータ９０又はＤ／Ａコンバータ９２と制御装置１００との間の通信方式は、無線通信であっても有線通信であってもよい。

次に、本実施の形態２に係る制御装置１００について説明する。

制御装置１００は、専用のハードウェア、又は中央処理装置（ＣＰＵ：ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、メモリ、Ｉ／Ｏポート等を備えたマイクロコンピュータ若しくは電子計算機（例えば、パーソナルコンピュータ）として構成される。

制御装置１００が専用のハードウェアとして構成される場合、制御装置１００は、例えば、単一回路、複合回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又はこれらを組み合わせて構成できる。制御装置１００が実現する制御処理は、それぞれ個別のハードウェアで実現するように構成してもよいし、一つのハードウェアで実現するように構成してもよい。

制御装置１００がマイクロコンピュータ又は電子計算機として構成される場合、制御装置１００が実行する制御処理は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリに格納される。中央処理装置は、メモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、制御処理を実現する。メモリは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリとして構成できる。

また、制御装置１００は、制御処理の一部を専用のハードウェアで実現し、一部をマイクロコンピュータ又は電子計算機で実現するように構成してもよい。

次に、本実施の形態２に係る制御装置１００における造船部材の配置のための制御処理の一例を図５及び図６を用いて説明する。

図５は、本実施の形態２における制御処理の制御モデルの一例を示す概略図である。図６は、本実施の形態２における制御処理の一例を示すフローチャートである。図５で示されるように、本実施の形態２における制御処理は、フィードバック制御の１つであるＰＩＤ制御によって行われ、造船部材の下面部が造船部材の配置面と接触するまでの間においては、ピストンの位置及びピストンロッド３１の下降速度のフィードバック制御が行われる。また、造船部材の下面部が造船部材の配置面と接触した後は、造船部材の下面部に作用する垂直抗力のフィードバック制御が行われる。すなわち、本実施の形態２における制御系は、位置及び速度のフィードバック制御と、垂直抗力のフィードバック制御とを、造船部材の下面部が造船部材の配置面と接触する前後で切り替えるハイブリッド制御系として構成されている。

本実施の形態２における制御処理においては、垂直抗力の目標値ｆｄは、造船作業員の手作業による造船部材の配置位置の微調整が可能な大きさ、例えば、２０Ｎ以上かつ４０Ｎ以下となるように設定される。ピストンの位置の目標値Ｘｄは、造船部材の下面部が造船部材の配置面と接触したときのピストンの位置に設定される。ピストンロッド３１の下降速度の目標値Ｖｄは、ピストンの現在の位置ｘが目標値Ｘｄと一致したときに、下降速度が０となるように設定される。なお、目標値ｆｄ、Ｘｄ、及びＶｄは、手入力にて設定してもよいし、造船部材の高さ等のパラメータから制御装置１００で算出するようにしてもよい。

本実施の形態２に係る造船部材配置装置１が、保持された造船部材とともに造船現場の目的位置に配置されると、制御装置１００は、ピストンの位置及びピストンロッド３１の下降速度のフィードバック制御を開始する。

ピストンの位置及びピストンロッド３１の下降速度のフィードバック制御では、ピストンの現在の位置ｘがリニアエンコーダ８２により検知され（ステップＳ１）、位置情報の電気信号が制御装置１００に送信される。また、モータ５２の回転角がロータリエンコーダ８０により検知され、位置情報の電気信号が制御装置１００に送信され、位置情報の電気信号から流量調整弁５の絞り部の現在の開度Ｄが算出される（ステップＳ２）。また、第１の圧力センサ８４及び第２の圧力センサ８６で検知した圧力情報の電気信号が制御装置１００に送信され、第１の圧力センサ８４で検知した圧力と、第２の圧力センサ８６で検知した圧力との差から、負荷ｆとして造船部材の荷重が算出される（ステップＳ３）。

次いで、制御装置１００では、ピストンロッド３１の下降速度Ｖが、ピストンの位置の目標値Ｘｄとピストンの現在の位置ｘの差分値（Ｘｄ−ｘ）をゲインＧ１で重み付けした数値を、ピストンロッド３１の下降速度の目標値Ｖｄに加算することにより算出される（ステップＳ４）。すなわち、ピストンロッド３１の下降速度Ｖは、造船部材の下面部が造船部材の配置面に近づくにつれて減速し、造船部材の下面部が造船部材の配置面に接触したときに下降速度Ｖが０となるように制御される。

次いで、制御装置１００では、ピストンロッド３１の下降速度Ｖを達成するための、流量調整弁５の絞り部の開度の目標値Ｄｄが算出される（ステップＳ５）。図７は、造船部材の荷重ごとのモータ５２の回転角と、ピストンロッド３１の下降速度Ｖとの関係を示したグラフである。図７のグラフの横軸は、モータ５２の回転角であり、グラフの縦軸はピストンロッド３１の下降速度Ｖである。また、図７のグラフには、造船部材の荷重が２０ｋｇｆ、３０ｋｇｆ、４０ｋｇｆ、５０ｋｇｆの場合の４つの非線形曲線が示されている。

図７のグラフに示されるように、造船部材の荷重である負荷ｆと、ピストンロッド３１の下降速度Ｖと、流量調整弁５の絞り部の開度の目標値Ｄｄの間には非線形性の関係が見られる。図７のグラフの結果に基づき、制御装置１００では、ピストンロッド３１の下降速度Ｖを達成するための、開度の目標値Ｄｄが以下の式（１）で算出される。

次いで、制御装置１００では、流量調整弁５の絞り部の開度の目標値Ｄｄと、流量調整弁５の絞り部の現在の開度Ｄとから、制御装置１００から流量調整弁５の絞り部の開度を調整する制御信号を生成し、流量調整弁５の絞り部の開度を調整するモータ５２に制御信号を送信する。モータ５２は制御装置１００から送信された制御信号に基づいて、モータ５２の回転角を調整し、流量調整弁５の絞り部の現在の開度Ｄを調整する（ステップＳ６）。

制御装置１００では、ピストンの位置の目標値Ｘｄとピストンの現在の位置ｘとが一致する（ステップＳ７）まで、ステップＳ１〜Ｓ６の動作が繰り返され、ピストンの位置及びピストンロッド３１の下降速度のフィードバック制御が行われる。

制御装置１００における制御は、ピストンの位置の目標値Ｘｄとピストンの現在の位置ｘとが一致した際（ステップＳ７）に、垂直抗力のフィードバック制御に切り替えられる。すなわち、図５において、破線で示した制御経路Ｒ１が、一点鎖線で示した制御経路Ｒ２に切り替えられる。

垂直抗力のフィードバック制御においては、モータ５２の回転角がロータリエンコーダ８０により検知され、位置情報の電気信号が制御装置１００に送信され、位置情報の電気信号から流量調整弁５の絞り部の現在の開度Ｄが算出される（ステップＳ８）。また、第１の圧力センサ８４及び第２の圧力センサ８６で検知した圧力情報の電気信号が制御装置１００に送信され、第１の圧力センサ８４で検知した圧力と、第２の圧力センサ８６で検知した圧力との差から、負荷ｆとして造船部材の下面部に作用する現在の垂直抗力が算出される（ステップＳ９）。

次いで、制御装置１００では、垂直抗力の目標値ｆｄと、造船部材の下面部に作用する現在の垂直抗力である負荷ｆとの差分値（ｆｄ−ｆ）をゲインＧ２で重み付けした数値に基づいて、流量調整弁５の絞り部の開度の目標値Ｄｄが算出される（ステップＳ１０）。

次いで、制御装置１００では、流量調整弁５の絞り部の開度の目標値Ｄｄと、流量調整弁５の絞り部の現在の開度Ｄとから、制御装置１００から流量調整弁５の絞り部の開度を調整する制御信号を生成し、流量調整弁５の絞り部の開度を調整するモータ５２に制御信号を送信する。モータ５２は制御装置１００から送信された制御信号に基づいて、モータ５２の回転角を調整し、流量調整弁５の絞り部の現在の開度Ｄを調整する（ステップＳ１１）。

制御装置１００では、垂直抗力の目標値ｆｄと、造船部材の下面部に作用する現在の垂直抗力である負荷ｆとが一致する（ステップＳ１２）まで、ステップＳ８〜Ｓ１１の動作が繰り返され、垂直抗力のフィードバック制御が行われる。垂直抗力の目標値ｆｄと造船部材の下面部に作用する現在の垂直抗力である負荷ｆとが一致した時点（ステップＳ１２）で、制御装置１００での造船部材の配置のための制御処理は終了する。制御処理の終了後は、造船部材の配置位置の微調整が、例えば、造船作業員の手作業により行われる。また、造船部材の配置位置の微調整の終了後に、造船部材は、例えば制御装置１００の操作によって、造船部材配置装置１のハンド部７から取り外される。

本実施の形態２によれば、自動制御により、造船部材の下降速度を制御でき、造船部材の下面部に作用する垂直抗力を制御できるため、造船作業の効率を更に向上させることができる。

なお、図６及び図７は、制御装置１００における造船部材の配置のための制御処理の一例を説明したものであり、制御装置１００が他の制御処理を行うことを排除するものではない。すなわち、制御装置１００は、上述の造船部材の配置のための制御処理以外の制御処理を行うように構成できる。例えば、制御装置１００は、造船作業員からの造船部材配置装置１の停止命令を受信し、造船部材配置装置１を停止できるように構成できる。また、制御装置１００は、造船部材配置装置１を非常停止できるように構成できる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３は、上述の実施の形態の造船部材配置装置１の油圧駆動装置３の変形例であり、その他の構成は上述の実施の形態と同一である。

本実施の形態３の造船部材配置装置１の油圧駆動装置３について、図８を用いて説明する。図８は、本実施の形態３に係る造船部材配置装置１の油圧駆動装置３の構成の一例を示す概略図である。

本実施の形態３においては、油圧駆動装置３は、枠体２に固定可能な固定板２００と、可動板２５０と、固定板２００と可動板２５０との間に配置された第１の片ロッド式の複動型油圧シリンダ３００及び第２の片ロッド式の複動型油圧シリンダ３５０とを備えている。油圧駆動装置３は、可動板２５０の上下方向の往復運動によって、造船部材７００を上昇及び下降させるように構成できる。なお、固定板２００は、枠体２に一体化して構成してもよい。

第１の片ロッド式の複動型油圧シリンダ３００は、第１のピストンロッド３０２と、第１のピストンロッド３０２が連結された第１のピストン３０４とを備えている。第１のピストンロッド３０２は、油圧作動油による油圧によって駆動され、直線運動を行うものである。第１のピストン３０４は、第１の片ロッド式の複動型油圧シリンダ３００の内部に収容され、油圧を直線運動の動力として第１のピストンロッド３０２に伝達するものである。

第１の片ロッド式の複動型油圧シリンダ３００では、第１のピストン３０４によって区画される空間が、油圧作動油を収容する第１のチャンバ３０６及び第２のチャンバ３０８として用いられる。

第２の片ロッド式の複動型油圧シリンダ３５０は、第２のピストンロッド３５２と、第２のピストンロッド３５２が連結された第２のピストン３５４とを備えている。第２のピストンロッド３５２は、油圧作動油による油圧によって駆動され、直線運動を行うものである。第２のピストン３５４は、第２の片ロッド式の複動型油圧シリンダ３５０の内部に収容され、油圧を直線運動の動力として第２のピストンロッド３５２に伝達するものである。

第２の片ロッド式の複動型油圧シリンダ３５０では、第２のピストン３５４によって区画される空間が、油圧作動油を収容する第３のチャンバ３５６及び第４のチャンバ３５８として用いられる。

第１の片ロッド式の複動型油圧シリンダ３００では、第１のピストンロッド３０２は第１のチャンバ３０６を介して下方に突出し、先端部が可動板２５０に連結されている。また、第１の片ロッド式の複動型油圧シリンダ３００の上面部は、固定板２００に固定されている。一方、第２の片ロッド式の複動型油圧シリンダ３５０では、第２のピストンロッド３５２は第３のチャンバ３５６を介して上方に突出し、先端部が固定板２００に連結されている。また、第２の片ロッド式の複動型油圧シリンダ３５０の下面部は、可動板２５０に固定されている。すなわち、第２の片ロッド式の複動型油圧シリンダ３５０は、固定板２００と可動板２５０との間においては、第１の片ロッド式の複動型油圧シリンダ３００と上下方向において逆方向に配置されている。

第１のチャンバ３０６と第４のチャンバ３５８との間は、第１の油圧配管４００で直接的に連結されている。また、第２のチャンバ３０８と第３のチャンバ３５６との間は、第２の油圧配管４５０で直接的に連結されている。第１の油圧配管４００及び第２の油圧配管４５０は、上述の実施の形態における油圧配管４と同様に、金属製の配管又はゴムホースとして構成できる。

また、第１の油圧配管４００には第１の流量調整弁５００が配置され、第２の油圧配管４５０には第２の流量調整弁５５０が配置されている。第１の流量調整弁５００及び第２の流量調整弁５５０は、上述の実施の形態における流量調整弁５と同様に、例えば、ニードルバルブ又はボールバルブ等として構成できる。

また、図８に示すように、本実施の形態３の造船部材配置装置１では、油圧駆動装置３にはカウンタバランス弁６００を接続して、第１の油圧配管４００又は第２の油圧配管４５０を流れる油圧作動油の流量を制御するように構成できる。カウンタバランス弁６００は、例えば、図８に示すように、造船部材配置装置１は、カウンタバランス弁６００を第３のチャンバ３５６に接続して、第３のチャンバ３５６から流出する油圧作動油の流量を制御するように構成できる。カウンタバランス弁６００を第３のチャンバ３５６に接続することにより、造船部材７００の自重による、可動板２５０の急降下を回避することができ、造船部材配置装置１の安全性を高めることができる。なお、カウンタバランス弁６００は、第１のチャンバ３０６に接続して、第１のチャンバ３０６から流出する油圧作動油の流量を制御するように構成してもよい。

本実施の形態３の油圧駆動装置３においては、第１のチャンバ３０６から第４のチャンバ３５８に流れる油圧作動油の流量と、第３のチャンバ３５６から第２のチャンバ３０８に流れる油圧作動油の流量とを等しくすることができる。油圧作動油の流量を等しくすることによって、造船部材７００の自重によって可動板２５０に下向きの力が印加されたときに、第１の流量調整弁５００及び第２の流量調整弁５５０を開放し、可動板２５０を降下させ、造船部材７００を降下させることができる。したがって、本実施の形態３の油圧駆動装置３の構成においても、上述の実施の形態と同様の効果が得られる。

その他の実施の形態．
本発明は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。例えば、上述の実施の形態では、本発明の重量構造物配置装置及び重量構造物配置方法を用いて配置される重量構造物を、造船現場における造船部材として説明したが、例えば、建築現場における橋梁等の鋼構造物としても上述の実施の形態と同様の効果が得られる。

また、油圧駆動装置３の構成は、上述の実施の形態のものに限られず、流量調整弁を開放した場合に、自重によって重量構造物を降下させることができる構成のものであれば、任意の構成のものにできる。

また、上述の実施の形態では、枠体２は、第１の棒材２０ａ〜第１２の棒材２４ｄで外郭が構成されるものとしたが、例えば、枠体２の底面の第１の棒材２０ａ〜第４の棒材２０ｄを用いない構成としてもよい。また、枠体２の上面に平板を固定して、平板の上に油圧駆動装置３を配置する構成としてもよい。

また、上述の実施の形態の制御装置１００は、枠体２の内部に配置する構成としてもよいし、枠体２の外部に独立して設ける構成としてもよい。

１造船部材配置装置、２枠体、３油圧駆動装置、４油圧配管、５流量調整弁、６ユニバーサルジョイント、７ハンド部、２０ａ第１の棒材、２０ｂ第２の棒材、２０ｃ第３の棒材、２０ｄ第４の棒材、２２ａ第５の棒材、２２ｂ第６の棒材、２２ｃ第７の棒材、２２ｄ第８の棒材、２４ａ第９の棒材、２４ｂ第１０の棒材、２４ｃ第１１の棒材、２４ｄ第１２の棒材、２６ａ第１３の棒材、２６ｂ第１４の棒材、２６ｃ第１５の棒材、２７Ｌ字形状の支持部材、２８Ｔ字形状の支持部材、２９補強部材、３０フランジ部、３１ピストンロッド、３２第１のチャンバ、３３第２のチャンバ、４０直管、４２継手、５０調整ハンドル、５２モータ、８０ロータリエンコーダ、８２リニアエンコーダ、８４第１の圧力センサ、８６第２の圧力センサ、９０Ａ／Ｄコンバータ、９２Ｄ／Ａコンバータ、１００制御装置、２００固定板、２５０可動板、３００第１の片ロッド式の複動型油圧シリンダ、３０２第１のピストンロッド、３０４第１のピストン、３０６第１のチャンバ、３０８第２のチャンバ、３５０第２の片ロッド式の複動型油圧シリンダ、３５２第２のピストンロッド、３５４第２のピストン、３５６第３のチャンバ、３５８第４のチャンバ、４００第１の油圧配管、４５０第２の油圧配管、５００第１の流量調整弁、５５０第２の流量調整弁、６００カウンタバランス弁、７００造船部材。

Claims

枠体と、
ピストンロッドを油圧により直線運動させる油圧作動油を収容する複数のチャンバを有し、前記枠体に配置された油圧駆動装置と、
前記チャンバの間で前記油圧作動油を双方向に流動させる油圧配管と、
前記油圧配管に配置される、開度を調整可能な流量調整弁と、
前記ピストンロッドに取り付けられ、前記ピストンロッドと連動して直線運動し、前記枠体の内部で重量構造物を把持するハンド部と、
前記流量調整弁の開度を調整する制御装置と
を備え、
前記油圧配管は、
前記流量調整弁を開放した場合に、前記ピストンロッドが前記重量構造物の自重により下降するように前記チャンバの間に直接的に連結されており、
前記制御装置は、
前記重量構造物の下面が、前記重量構造物の配置面と接触する際に、前記重量構造物の水平方向の配置位置の微調整を容易にするために、前記重量構造物の下面に作用する垂直抗力の目標値と、前記重量構造物の下面に作用している垂直抗力の現在値との差分値に基づいて前記流量調整弁の開度を調整して、前記重量構造物の下面に作用する垂直抗力を制御する
重量構造物配置装置。
前記油圧駆動装置が、
２つのチャンバを有する両ロッド式の複動型油圧シリンダである
請求項１に記載の重量構造物配置装置。
前記流量調整弁の開度を調整するモータを備え、
前記制御装置は、
前記モータの回転により前記流量調整弁を開放して、前記重量構造物の下面が、前記重量構造物を設置する目標位置における前記重量構造物の配置面と接触するまで前記重量構造物を自重により下降させ、
前記モータの回転により、前記垂直抗力を制御する
請求項１又は２に記載の重量構造物配置装置。
枠体と、ピストンロッドを油圧により直線運動させる油圧作動油を収容する複数のチャンバを有し、前記枠体に配置された油圧駆動装置と、前記チャンバの間で前記油圧作動油を双方向に流動させる油圧配管と、前記油圧配管に配置される、開度を調整可能な流量調整弁と、前記ピストンロッドに取り付けられ、前記ピストンロッドと連動して直線運動し、前記枠体の内部で重量構造物を把持するハンド部とを備え、前記油圧配管は、前記流量調整弁を開放した場合に、前記ピストンロッドが前記重量構造物の自重により下降するように前記チャンバの間に直接的に連結されている重量構造物配置装置に前記重量構造物を配置し、前記流量調整弁を開放して前記枠体の内部で前記重量構造物を持ち上げた後に、前記流量調整弁を閉止して前記重量構造物を前記枠体の内部の上方で保持する工程と、
前記重量構造物を保持した前記重量構造物配置装置を、前記重量構造物を設置する目標位置まで運搬して、前記目標位置に前記重量構造物配置装置を配置する工程と、
前記流量調整弁を開放して、前記重量構造物の下面が、前記目標位置における前記重量構造物の配置面と接触するまで前記重量構造物を自重により下降させ、前記重量構造物の下面が、前記重量構造物の配置面と接触する際に、前記重量構造物の水平方向の配置位置の微調整を容易にするために、前記重量構造物の下面に作用する垂直抗力の目標値と、前記重量構造物の下面に作用している垂直抗力の現在値との差分値に基づいて前記流量調整弁の開度を調整して、前記重量構造物の下面に作用する垂直抗力を制御する工程と
を有する
重量構造物配置方法。