JP6711741B2

JP6711741B2 - 吊荷の姿勢制御装置

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Publication number: JP6711741B2
Application number: JP2016234341A
Authority: JP
Inventors: 昭郎上田; 亮水谷
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2016-12-01
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2020-06-17
Anticipated expiration: 2036-12-01
Also published as: JP2018090369A

Description

本発明は、吊荷の姿勢制御装置に関する。

クレーン等で吊荷を移動させるとき、吊荷の姿勢を所望の姿勢に制御したいことがある。吊荷はワイヤロープで吊り下げられているので、風などの影響を受けて回転することがあり得る。また、吊荷を移動させる際に、吊荷の姿勢を変更したい場合もある。そこで、吊荷の姿勢を制御する技術として、例えば、特許文献１に記載された吊物の旋回装置が知られている。

特開２０１４−１３１９４１号公報

特許文献１の装置によれば、フライホイールを回転させることにより、吊荷の姿勢を制御している。ここで、フライホイールは、装置外部から印加されて吊荷の姿勢を変化させる不要なエネルギを吸収するものと考えることができる。吸収可能なエネルギの量は、例えばフライホイールの角速度による。フライホイールの角速度には上限があるので、吸収可能なエネルギの量には上限が生じ得る。従って、例えば吊荷を同じ方向に回転させるような強風が吹き続けた場合には、吊荷の姿勢制御が困難になる場合が生じ得る。

また、フライホイールは、吊荷の姿勢を変化させるための駆動源としても利用できる。この場合、吊荷に提供し得るモーメントは、例えばフライホイールの角速度による。上述したように、フライホイールの角速度には上限があるので、提供し得るモーメントには上限が存在し得る。そうすると、吊荷を所望の姿勢に変化させる際にモーメント不足が生じ、吊荷の姿勢制御が困難になる場合もあり得る。

そこで本発明は、吊荷の姿勢制御能力を高めることが可能な吊荷の姿勢制御装置を提供する。

本発明の一形態は、吊荷の姿勢制御装置であって、吊荷に連結可能な基体と、基体に対して回転可能に設けられたメインフライホイールと、メインフライホイールを第１回転軸線の周りに回転可能に支持する第１支持部と、第１支持部に対してメインフライホイールを第１回転軸線の周りに回転させる第１駆動部と、第１支持部を第１回転軸線と直交する第２回転軸線の周りに回転可能に支持するとともに、基体に固定された第２支持部と、基体に対して第１支持部を第２回転軸線の周りに回転させる第２駆動部と、基体に対して回転可能に設けられたサブフライホイールと、サブフライホイールを第３回転軸線の周りに回転可能に支持する第３支持部と、第３支持部に対してサブフライホイールを第３回転軸線の周りに回転させる第３駆動部と、第３支持部を第３回転軸線と直交する第４回転軸線の周りに回転可能に支持するとともに、基体に固定された第４支持部と、基体に対して第３支持部を第４回転軸線の周りに回転させる第４駆動部と、第１駆動部及び第２駆動部を制御する制御部と、を備え、制御部は、第２駆動部を制御して第１回転軸線が鉛直方向に沿うように第１支持部の姿勢を維持しながら、第１駆動部を制御して吊荷の姿勢が所望の姿勢となるようにメインフライホイールを動作させる第１制御と、メインフライホイールが所定の角速度に達した場合に、第２駆動部を制御して、メインフライホイールの回転方向が逆向きとなるように第２回転軸線の周りに第１支持部を１８０度回転させる第２制御と、をこの順で繰り返し行い、制御部は、第２制御の実行中において、第３駆動部及び第４駆動部を制御してメインフライホイールが発生させるエラーモーメントを打ち消す。

この姿勢制御装置では、第１回転軸線が鉛直方向に沿うようにメインフライホイールの姿勢が制御されている。この状態によれば、メインフライホイールを回転させることにより吊荷に作用する外力に対抗し得るモーメントを生じさせることが可能である。また、吊荷を回転させるためのモーメントを発生させることも可能である。そして、メインフライホイールが所定の角速度に到達すると、制御部は第２駆動部を制御してメインフライホイールの回転方向が逆向きになるように第１支持部を１８０度回転させる。すなわち、第１支持部を第２回転軸線の周りに回転させて上下を反転させる。そうすると、吊荷に作用する外力に対しては、角速度を減じることにより吊荷に作用する外力に対抗し得るモーメントをさらに生じさせることが可能になる。また、吊荷を回転させるためのモーメントをさらに発生させることも可能になる。従って、この姿勢制御装置によれば、メインフライホイールの角速度の上限に制限されることなく、吊荷の姿勢制御能力を高めることができる。

メインフライホイールが回転している状態で、第１回転軸線と直交する第２回転軸線の周りに第１回転軸線を傾ける角加速度が作用すると、第１及び第２回転軸線のそれぞれに直交する軸線の周りにメインフライホイールのジャイロ効果に起因するモーメントが生じる。このモーメントは、吊荷の姿勢を乱す場合があり得る。この姿勢制御装置では、制御部が第３駆動部を制御することによりサブフライホイールにおいて慣性に起因するモーメントを生じさせることが可能である。さらに、制御部が第４駆動部を制御することによりサブフライホイールにおいてジャイロ効果に起因するモーメントを生じさせることが可能である。これらのサブフライホイールが発生可能な慣性に起因するモーメントとジャイロ効果に起因するモーメントとによって、メインフライホイールのジャイロ効果に起因するモーメントの影響を打ち消すことが可能になる。従って、吊荷の姿勢をより安定化させることができる。

本発明によれば、吊荷の姿勢制御能力を高めることができる。

図１は、本実施形態に係る吊荷の姿勢制御装置の適用例を示す図である。図２は、図１に示された吊荷の姿勢制御装置の構成を示す簡易的な斜視図である。図３の（ａ）部、（ｂ）部、（ｃ）部及び（ｄ）部は、吊荷の姿勢制御装置によって実行される第１制御を説明するための図である。図４の（ａ）部及び（ｂ）部は、吊荷の姿勢制御装置によって実行される第２制御を説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示されるように、吊荷の姿勢制御装置１は、クレーン等の揚重装置によって１本のワイヤロープの先端に吊り下げられた吊荷１００に対して取り付けられる。工事現場の環境によっては、揚重作業中において吊荷１００の姿勢を所定の姿勢に制御したいことがある。ここで、本実施形態における吊荷１００の姿勢とは、水平面内における吊荷１００の回転位置をいう。換言すると、鉛直方向Ｖを軸線とした吊荷１００の回転位置ともいえる。また、吊荷１００の姿勢制御とは、例えば、揚重開始から揚重終了まで吊荷１００の姿勢を所望の姿勢に維持することである。また、吊荷１００の姿勢制御には、吊荷１００の姿勢を第１姿勢から第１姿勢とは異なる別の第２姿勢に変更することも含む。

吊荷１００は、１本のワイヤロープによって吊り下げられているので、風などによって回転することがあり得る。従って、吊荷１００の姿勢を維持するためには外力に対抗するためのモーメントを生じさせる必要がある。また、吊荷１００の姿勢を変更する場合には吊荷１００に対してモーメントを供給する必要がある。すなわち、姿勢制御装置１は、外力に対抗するためのモーメント、及び、姿勢を変更するためのモーメントを吊荷１００に対して供給するものである。

姿勢制御装置１は、基体２と、メインユニット３と、サブユニット４と、制御ユニット６（制御部）と、を有する。

基体２は、姿勢制御装置１の筐体であり、メインユニット３といった構成物を収容すると共に吊荷１００に取り付けるためのものである。基体２は、少なくともメインユニット３及びサブユニット４を固定可能であればよい。また、基体２は、メインユニット３及びサブユニット４を覆うカバーを有していてもよい。

図２に示されたメインユニット３は、吊荷１００に供給するモーメントを発生させる。メインユニット３は、メインフライホイール７と、ホイール枠８（第１支持部）と、ホイールモータ９（第１駆動部）と、連結柱１１（第２支持部）と、枠モータ１２（第２駆動部）とを有する。

メインフライホイール７は、円盤状の質量体であり、回転軸線Ａ１（第１回転軸線）の周りに回転することにより慣性に起因するモーメント（カウンターモーメント）を生じさせる。メインフライホイール７は、姿勢制御装置１に要求される能力により種々のパラメータが決定される。姿勢制御装置１に要求される能力には例えば、発生可能な最大モーメントや所定のモーメントに収束するまでの時間（応答速度）などがあげられる。これらの要求を満たすように、メインフライホイール７の直径や、質量、形状などが設定される。ホイール枠８は、メインフライホイール７を囲む枠体である。ホイール枠８は、メインフライホイール７をその回転軸線Ａ１の周りに回転可能に支持する。ホイール枠８は、ベアリング等によって、メインフライホイール７のシャフトを回転可能に支持する。ホイールモータ９は、ホイール枠８に固定されており、ホイール枠８に対してメインフライホイール７を回転させる。ホイール枠８の連結柱１１は、ホイール枠８を基体２に固定する。連結柱１１は、下端が基体２に固定され、上端がベアリング等を介してホイール枠８に連結されている。ここで、連結柱１１における回転軸線Ａ２（第２回転軸線）は、水平方向Ｈ２に沿っており、メインフライホイール７の回転軸線Ａ１に対して直交する。すなわち、鉛直方向Ｖに対しても直交していると言える。また、連結柱１１の回転軸線Ａ２は、メインフライホイール７の回転軸線Ａ１上に存在すると仮定される回転質量中心Ｃ１を通っている。枠モータ１２は、連結柱１１に固定されており、連結柱１１に対してホイール枠８を回転させる。

このような構造を有するメインユニット３は、いわゆるジンバル機構を有するユニットであるといえる。

サブユニット４は、吊荷１００の姿勢を安定化させるものであり、必要に応じて設けられる。サブユニット４は、サブフライホイール１３と、サブホイール枠１４（第３支持部）と、サブホイールモータ１６（第３駆動部）と、サブ連結柱１７（第４支持部）と、サブ枠モータ１８（第４駆動部）とを有する。すなわち、サブユニット４は、メインユニット３と同様の構成要素を有する。サブフライホイール１３は、回転軸線Ｓ１（第３回転軸線）を中心として回転する。また、サブホイール枠１４は、水平方向Ｈ２に沿う回転軸線Ｓ２（第４回転軸線）を中心として回転する。上述したように、サブユニット４は、吊荷１００の姿勢を安定化させるものであるので、サブユニット４が発生するモーメントは、メインユニット３に要求されるモーメントより小さくてよい。従って、サブユニット４はサブフライホイール１３がメインフライホイール７よりも小型である点でメインユニット３と相違する。サブユニット４のその他の構成は、いわゆるジンバル機構を有する点などにおいてメインユニット３と共通である。

制御ユニット６は、吊荷１００の姿勢を制御する。ここでいう吊荷１００の姿勢とは、水平面内における回転角度を意味する。具体的には、制御ユニット６は、ホイールモータ９を制御することによりメインフライホイール７が発生させるカウンターモーメントを制御する。また、制御ユニット６は、枠モータ１２を制御することによりメインフライホイール７を回転軸線Ａ２の周りに反転させる。さらに、制御ユニット６は、サブユニット４に発生させるカウンターモーメントとジャイロ効果に起因するモーメントを制御する。具体的には、制御ユニット６は、サブホイールモータ１６を制御することによりサブフライホイール１３が発生させるカウンターモーメントを制御する。また、制御ユニット６は、サブ枠モータ１８を制御することによりサブフライホイール１３を回転軸線Ｓ２の周りに反転させる。

以下、制御ユニット６が行う制御の詳細について説明する。

まず、図３の（ａ）部に示されるように、制御ユニット６は、枠モータ１２を制御してメインフライホイール７の回転軸線Ａ１を鉛直方向Ｖに沿わせてその状態を維持する。さらに、制御ユニット６は、サブ枠モータ１８を制御してサブフライホイール１３の回転軸線Ｓ１を水平方向Ｈ１に沿わせてその状態を維持する。このとき、メインフライホイール７及びサブフライホイール１３は停止状態としてもよいし、あらかじめ一定の角速度をもって回転させてもよい。以下の説明においては、メインフライホイール７及びサブフライホイール１３は停止状態であるとする。ここまでの制御は、吊荷１００の揚重開始前（すなわち、地上に吊荷１００が載置されている状態）で行われる。

その後、吊荷１００の揚重が開始される。吊荷１００の揚重状態に応じて、制御ユニット６は、要求されるモーメントを発生させる（第１制御）。具体的には、制御ユニット６は、ホイールモータ９を制御してメインフライホイール７を一定の回転方向（例えば時計方向）に加減速させることによりカウンターモーメントを発生させる。また、必要に応じて制御ユニット６は、時計方向における角速度を増減させる。この間は、制御ユニット６は、枠モータ１２を制御してメインフライホイール７の回転軸線Ａ１が鉛直方向Ｖに沿った状態を維持する。

ここで、吊荷１００の姿勢を変更する場合を例示する。吊荷１００の姿勢を第１姿勢（図３の（ｂ）部参照）から第２姿勢（図３の（ｃ）参照）に変更する場合には、制御ユニット６は、メインフライホイール７を一定方向に回転させてモーメントを吊荷１００に提供する。メインフライホイール７の角速度には上限が設定されている。この例においては、吊具の回転抵抗や風などの吊荷を回転させようとしている向きと逆向きに働くトルクによって、目的の角度まで吊荷を姿勢変更できないことが生じうる。従って、上限の角速度までメインフライホイール７を回転させた場合に発生し得るモーメントが、姿勢変更に要するモーメントに満たないことが生じ得る。つまり、メインフライホイール７の角速度が上限に達しても吊荷１００の姿勢は、第２姿勢に到達しないことがあり得る。

このような場合において、制御ユニット６は、メインフライホイール７の回転方向を反転させる（第２制御）。具体的には、制御ユニット６は、メインフライホイール７の角速度が上限に達する直前において、枠モータ１２を制御してホイール枠８の上下を入れ替えるように反転させる（図３の（ｄ）部参照）。そうすると、メインフライホイール７の回転方向は、当初の回転方向（例えば時計方向）に対して逆向き（例えば反時計方向）になる。ここで、吊荷１００の姿勢変更を継続するためのモーメントを発生させるためには、メインフライホイール７の角速度を減速すればよい。つまり、当初の制御においては、メインフライホイール７を回転させるときに生じる慣性力をモーメント源として用いていた。一方、反転後の制御においては、メインフライホイール７が有するエネルギをモーメント源として用いる。このように、メインフライホイール７の回転軸線Ａ１を反転させることにより、メインフライホイール７の角速度の上限に影響されることなく必要なモーメントを吊荷１００に与え続けることができる。すなわち、図３の（ｄ）部に示された状態において、制御ユニット６は、メインフライホイール７の角速度を下げるようにホイールモータ９を動作させる。そうすると、回転を止めようとするモーメントに対する反作用に起因するモーメントが生じ、このモーメントによって吊荷１００が姿勢の変更が継続される。なお、メインフライホイール７の回転が止まるまで角速度を下げもなおモーメントが足りない場合には、再びメインフライホイール７を時計方向に回転させて慣性力によるモーメント供給を行えばよい。

ところで、図４の（ａ）部に示されるように、回転中のメインフライホイール７において、回転軸線Ａ１を傾けるモーメントが回転軸線Ａ２の周りに作用すると、回転軸線Ａ１，Ａ２のそれぞれに直交する軸線Ａ３の周りにさらに別のモーメントが発生する。このモーメントは、いわゆるジャイロ効果に起因するモーメント（以下「ジャイロモーメントＴＧＡ」とも言う）である。メインフライホイール７の反転には所定の時間を要するので、この間において、吊荷１００の姿勢を乱すモーメントが吊荷１００に対して作用してしまう。この吊荷１００の姿勢を乱すモーメントをエラーモーメントとも呼ぶ。

そこで、姿勢制御装置１は、ジャイロモーメントＴＧＡが吊荷１００に及ぼす影響を打ち消す（キャンセルする）ための構成としてサブユニット４を備えている。サブユニット４は、揚重開始直後においてサブフライホイール１３の回転軸線Ｓ１が水平方向Ｈ１に沿うようにされている（図３の（ａ）部参照）。すなわち、サブフライホイール１３の回転軸線Ｓ１は、メインフライホイール７の回転軸線Ａ１に対して直交する。そして、メインフライホイール７の反転を開始すると（図４の（ａ）部参照）、ジャイロモーメントＴＧＡが発生しはじめる。このジャイロモーメントＴＧＡは、水平軸周りのエラーモーメント成分と鉛直軸周りのエラーモーメント成分との合成とみることもできる。これらの成分は、メインフライホイール７の回転軸線Ａ１と鉛直方向Ｖとのなす角度により変化する。

水平軸周りのエラーモーメント成分は、メインフライホイール７の回転軸線Ａ１の回転開始直後に最大値をとり、徐々に小さくなる。そして、メインフライホイール７の回転軸線Ａ１と鉛直方向とのなす角度が９０度であるとき、ほぼゼロとなる。そして、再び最大値に向けて徐々に大きくなる。図４の（ａ）部に示されるように、この水平軸周りのエラーモーメント成分は、制御ユニット６がサブフライホイール１３を回転させることにより打ち消される。つまり、制御ユニット６はサブフライホイール１３の回転を加速させることにより、カウンターモーメントＴＣＳを生じさせる。換言すると、水平軸周りのエラーモーメント成分は、サブフライホイール１３のカウンターモーメントＴＣＳにより打ち消される。

一方、鉛直軸周りのエラーモーメント成分は、メインフライホイール７の回転軸線Ａ１の回転開始直後はほぼゼロであり、徐々に大きくなる。そして、メインフライホイール７の回転軸線Ａ１と鉛直方向Ｖとのなす角度が９０度であるとき、最大となる（図４の（ｂ）部参照）。そして、再びゼロに向かって徐々に小さくなる。この鉛直軸周りのエラーモーメント成分は、制御ユニット６がサブフライホイール１３の回転軸線Ｓ１を傾けることにより打ち消される。具体的には、サブフライホイール１３もメインフライホイール７と同様に、回転中のサブフライホイール１３の回転軸線Ｓ１を傾けるようなモーメントが入力されると、回転軸線Ｓ１，Ｓ２とのそれぞれに直交する軸線Ｓ３の周りのジャイロモーメントＴＧＳが生じる。つまり、サブフライホイール１３のジャイロ効果によるモーメントである。制御ユニット６は、徐々に大きくなる鉛直軸周りのエラーモーメント成分に対応するように、サブフライホイール１３の回転軸線Ｓ１を徐々に傾けるようなモーメントをサブ枠モータ１８に生じさせる。換言すると、鉛直軸周りのエラーモーメント成分は、サブフライホイール１３のジャイロモーメントＴＧＳにより打ち消される。

また、メインフライホイール７の傾斜を抑制する制御は、メインフライホイール７の反転を加減速することで行われてもよい。具体的には、メインフライホイール７の反転が開始されるとメインフライホイール７のジャイロモーメントＴＧＡにより吊荷の傾斜が生じる状態となる。制御ユニット６は、吊荷１００の揺れ戻りにタイミングを合せてメインフライホイール７の反転を加減速することで、傾斜の増加を抑制しながらメインフライホイール７の反転を継続する。続いて、メインフライホイール７の回転軸線Ａ１が水平方向Ｈ１の近傍においては、吊荷１００が別の軸線の周りに傾斜する。制御ユニット６は、この傾斜にタイミングを合せてメインフライホイール７の反転を加減速する。すなわち、傾斜の増加を抑制しながら反転を継続する。そして、メインフライホイール７の反転終了間際において、制御ユニット６は、吊荷１００の傾斜にタイミングを合せてメインフライホイール７の反転を加減速することで、傾斜の増加を抑制しながらメインフライホイール７の反転を完了させる。

上記実施形態に係る姿勢制御装置１によれば、回転軸線Ａ１が鉛直方向Ｖに沿うようにメインフライホイール７の姿勢が制御されている。この状態によれば、メインフライホイール７を回転させることにより吊荷１００に作用する外力に対抗し得るモーメントを生じさせることが可能である。また、吊荷１００を回転させるためのモーメントを発生させることが可能である。そして、メインフライホイール７が所定の角速度に到達すると、制御ユニット６は枠モータ１２を制御してメインフライホイール７の回転方向が逆向きになるようにホイール枠８を１８０度回転させる。すなわち、ホイール枠８を回転軸線Ａ２の周りに回転させて上下を反転させる。そうすると、吊荷１００に作用する外力に対しては、角速度を減じることにより吊荷１００に作用する外力に対抗し得るモーメントをさらに生じさせることが可能になる。また、吊荷１００を回転させるためのモーメントをさらに発生させることも可能になる。従って、この姿勢制御装置１によれば、メインフライホイール７の角速度の上限に制限されることなく、吊荷１００の姿勢制御能力を高めることができる。

さらに、上記実施形態に係る姿勢制御装置１によれば、メインフライホイール７の回転方向が逆向きになるように上下反転させることにより、必要なモーメントを発生させ続けることができる。そうすると、上下反転させる回数を増やすことにより所望のモーメントを発生させることが可能になるので、メインフライホイール７の最大回転速度を低減することができる。従って、要求されるメインフライホイール７への回転用動力を抑制することができ、バッテリーを小型することも可能になる。

姿勢制御装置１の制御において、メインフライホイール７が上下反転している途中の過程では、メインフライホイール７の回転軸線Ａ１が水平方向Ｈ１に沿う状態が生じる。この状態では、メインフライホイール７は吊荷１００を傾けるようなエラーモーメントを生じてしまう。そこで、姿勢制御装置１の制御ユニット６は、サブフライホイール１３を回転させ、ジャイロモーメントＴＧＳにより吊荷の回転保持効果を発揮させた状態でメインフライホイール７を上下反転させる制御を行う。この制御によれば、制御ユニット６がサブホイールモータ１６を制御することによりサブフライホイール１３においてカウンターモーメントＴＣＳを生じさせることが可能である。さらに、制御ユニット６がサブ枠モータ１８を制御することによりサブフライホイール１３においてジャイロモーメントＴＧＳを生じさせることが可能である。これらのサブフライホイール１３が発生可能なカウンターモーメントＴＣＳとジャイロモーメントＴＧＳとによって、メインフライホイール７のジャイロモーメントＴＧＡを打ち消すことが可能になる。従って、吊荷１００の姿勢をより安定化させることができる。

また、姿勢制御装置１によれば、吊荷１００の姿勢制御にメインフライホイール７の回転制御によるカウンターモーメントを利用する。このカウンターモーメントの制御は、回転体の回転軸を傾けたときに生じるジャイロ効果に起因するモーメントの制御よりも容易である。具体的には、メインフライホイール７の回転制御は、メインフライホイール７の回転軸を傾ける制御よりも容易である。従って、簡易且つ精度よく吊荷１００の姿勢制御を行うことができる。

同様に、メインフライホイール７が生じるジャイロモーメントＴＧＡを打ち消す制御も、サブフライホイール１３の回転制御によるカウンターモーメントＴＣＳを利用する。サブフライホイール１３の回転制御は、サブフライホイール１３の回転軸を傾ける制御よりも容易である。従って、簡易且つ精度よくエラーモーメントを打ち消すことができる。

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

例えば、第２駆動部は、ホイール枠８を回転可能な構成であればよく、モータに限定されることはない。

例えば、サブユニット４は、１個に限定されることはなく、複数個備えていてもよい。この場合には、サブユニット４同士の角速度や回転軸線の傾きといった制御可能な対象が増えるので、カウンターモーメント及びジャイロモーメントの制御における自由度が高まる。従って、状況に応じた適切な吊荷の姿勢制御を行うことができる。

例えば、姿勢制御装置１は、図１に示されるように吊荷１００の上側に配置される構成に限定されることはない。例えば、吊荷１００の下部に取り付けてもよい。

例えば、メインフライホイール７及びサブフライホイール１３の形状は、円盤状に限定されることはない。例えば、１本のシャフトの両端に質量体が取り付けられ、シャフトと一対の質量体の重心に回転軸機構を設けた構成であってもよい。また、シャフトは、１本に限定されることはなく、両端に質量体が設けられた複数のシャフトにより構成されてもよい。

１…姿勢制御装置、２…基体、３…メインユニット、４…サブユニット、６…制御ユニット（制御部）、７…メインフライホイール、８…ホイール枠（第１支持部）、９…ホイールモータ（第１駆動部）、１１…連結柱（第２支持部）、１２…枠モータ（第２駆動部）、１３…サブフライホイール、１４…サブホイール枠（第３支持部）、１６…サブホイールモータ（第３駆動部）、１７…サブ連結柱（第４支持部）、１８…サブ枠モータ（第４駆動部）、１００…吊荷、Ａ１，Ａ２…回転軸線、Ａ３…軸線、Ｃ１…回転質量中心、Ｓ１，Ｓ２…回転軸線、Ｓ３…軸線、Ｖ…鉛直方向、Ｈ１，Ｈ２…水平方向。

Claims

吊荷の姿勢制御装置であって、
吊荷に連結可能な基体と、
前記基体に対して回転可能に設けられたメインフライホイールと、
前記メインフライホイールを第１回転軸線の周りに回転可能に支持する第１支持部と、
前記第１支持部に対して前記メインフライホイールを前記第１回転軸線の周りに回転させる第１駆動部と、
前記第１支持部を前記第１回転軸線と直交する第２回転軸線の周りに回転可能に支持するとともに、前記基体に固定された第２支持部と、
前記基体に対して前記第１支持部を前記第２回転軸線の周りに回転させる第２駆動部と、
前記基体に対して回転可能に設けられたサブフライホイールと、
前記サブフライホイールを第３回転軸線の周りに回転可能に支持する第３支持部と、
前記第３支持部に対して前記サブフライホイールを前記第３回転軸線の周りに回転させる第３駆動部と、
前記第３支持部を前記第３回転軸線と直交する第４回転軸線の周りに回転可能に支持するとともに、前記基体に固定された第４支持部と、
前記基体に対して前記第３支持部を前記第４回転軸線の周りに回転させる第４駆動部と、
前記第１駆動部及び前記第２駆動部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第２駆動部を制御して前記第１回転軸線が鉛直方向に沿うように前記第１支持部の姿勢を維持しながら、前記第１駆動部を制御して前記吊荷の姿勢が所望の姿勢となるように前記メインフライホイールを動作させる第１制御と、
前記メインフライホイールが所定の角速度に達した場合に、前記第２駆動部を制御して、前記メインフライホイールの回転方向が逆向きとなるように前記第２回転軸線の周りに前記第１支持部を１８０度回転させる第２制御と、をこの順で繰り返し行い、
前記制御部は、前記第２制御の実行中において、前記第３駆動部及び前記第４駆動部を制御して前記メインフライホイールが発生させるエラーモーメントを打ち消す、吊荷の姿勢制御装置。