JP6843111B2 - クレーンシステム、クレーンの制御装置、及びクレーンの制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、クレーンシステム、クレーンの制御装置、及びクレーンの制御プログラムに関する。

従来から、鉛直上方向に延在するマストと、傾斜角が変動可能に構成されるジブ（ブームとも称する）とを備えるクライミングクレーンと呼ばれるクレーンがある（例えば、図５に例示）。かかるクライミングクレーンにおいて、巻上げロープ２３（ジブ２１の末端２１ｒから中継シーブ２７を介して先端２１ｆに向かって延在し且つ先端２１ｆから垂下）の一端に取り付けられたフック２４に吊荷Ｌを吊るして鉛直上方向に力Ｆをかけて持ち上げようとすると（図６Ａ参照）、その反作用でジブ２１に鉛直下方向の負荷がかかる。その結果、ジブ２１の末端２１ｒの近傍に接続されたマスト２２が引っ張られてたわみ、吊荷Ｌを巻上げる際にジブ２１の先端２１ｆと吊荷Ｌの重心が略鉛直線上に位置せず（図６Ｂ参照）、地切り時に荷振れが生じるという問題が生じる（図６Ｃ参照）。

一方他のクレーンに着目すると、例えば、特許文献１に開示されるクレーン（ラフテレーンクレーン）では、地切り時の荷振れを防止するために、ブームの先端の姿勢のみに基づいて、ブームのたわみを補正するようにブームを起伏させるための制御を行っている。

特開２０１２−１３１５８６号公報

しかしながら、本明細書で着目しているクライミングクレーンでは、マストのたわみ量がジブの先端のたわみ量に比べて相対的に大きく、特許文献１に開示されるような手法では、荷振れ抑制の効果が期待できない。また、クライミングクレーンにおけるマストのたわみ量は、マストがジブの方向に倒れ込もうとする並進成分だけではなく回転成分（旋回方向のずれ）も含まれる。並進成分が荷振れの原因となることはもちろんであるが、回転成分を残したままで地切りが行われると反動で荷振れが生じてしまう。このように、クライミングクレーンを使用する作業現場の安全性を高めるために、荷振れを極力防止することが必要不可欠である。

本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、クライミングクレーンにおいて、地切り時の荷振れを抑制することができるクレーンシステム、クレーンの制御装置、及びクレーンの制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明によれば、クレーンシステムであって、クレーンと、前記クレーンの制御装置とを備え、前記クレーンは、クライミングクレーンであり、マスト及びジブと、巻上げロープと、位置特定部とを備え、前記巻上げロープは、前記ジブの先端から垂下し且つその先端に吊荷を懸吊可能に構成されるフックを有し、巻上げ動作によって前記吊荷を持上げ可能に構成され、前記位置特定部は、位置情報を経時的に特定可能に構成され、ここで前記位置情報とは、前記クレーン中の前記位置特定部の設置位置を含む情報であり、前記制御装置は、通信部と、制御部とを備え、前記通信部は、前記位置情報を前記位置特定部より受信可能に構成され、前記制御部は、前記通信部が受信した前記位置情報に基づいて、安定状態を維持するように前記ジブの位置姿勢を制御可能に構成され、ここで前記安定状態とは、前記ジブの先端及び前記吊荷の重心が略鉛直方向に並んでいる状態として規定される、クレーンシステムが提供される。

本発明に係るクレーンシステムでは、クレーンにおいて位置特定部が設けられ、制御装置は位置特定部から位置情報を取得することができる。かかる位置情報に基づいてジブ２１の位置姿勢を制御すれば、巻取り中に安定状態が維持され、マストのたわみ量が大きいクライミングクレーンにおいても、地切り時の荷振れを抑制することができるという有利な効果を奏する。

好ましくは、前記クレーンシステムにおいて、前記制御装置は、記憶部をさらに備え、前記記憶部は、前記通信部が受信した前記位置情報を時系列に記憶し、前記制御部は、前記位置情報の時系列変化に基づいて、前記安定状態を満たすように前記ジブの位置姿勢を制御可能に構成される、クレーンシステムが提供される。
好ましくは、前記クレーンシステムにおいて、前記位置特定部は、前記ジブ、前記マスト、及び前記フックの近傍の少なくとも何れかに設けられたＧＮＳＳである、クレーンシステムが提供される。
好ましくは、前記クレーンシステムにおいて、前記位置特定部は、第１及び第２の位置特定部を有し、前記第１の位置特定部は、前記フックの近傍に設けられ、前記位置情報である第１の位置情報を特定可能に構成され、前記第２の位置特定部は、前記ジブ又は前記マストに設けられ、前記位置情報である第２の位置情報を特定可能に構成され、前記制御部は、前記第１及び第２の位置情報を比較することによって、前記安定状態を満たすように前記ジブの位置姿勢を制御可能に構成される、クレーンシステムが提供される。
好ましくは、前記クレーンシステムにおいて、前記ジブの位置姿勢は、前記ジブの起伏に係る傾斜角と、前記ジブの旋回に係る旋回角とで規定され、前記制御部は、前記傾斜角及び前記旋回角を制御可能に構成される、クレーンシステムが提供される。
好ましくは、前記クレーンシステムにおいて、前記制御部は、前記ジブの作業半径の変化量がしきい値以上の場合は、前記ジブを起こす向きに前記傾斜角を制御する、クレーンシステムが提供される。
好ましくは、前記クレーンシステムにおいて、前記制御部は、前記ジブの旋回方向の変化量がしきい値以上の場合は、前記ジブの旋回方向の変化量を解消する向きに前記旋回角を制御する、クレーンシステムが提供される。
好ましくは、クレーンの制御装置であって、前記クレーンは、マスト及びジブと位置情報を経時的に特定可能な位置特定部とを備えるクライミングクレーンであり、ここで前記位置情報とは、前記クレーン中の前記位置特定部の設置位置を含む情報であり、当該制御装置は、通信部と、制御部とを備え、前記通信部は、前記位置情報を前記位置特定部より受信可能に構成され、前記制御部は、前記通信部が受信した前記位置情報に基づいて、安定状態を維持するような制御信号を生成し、ここで、前記制御信号とは、前記ジブの位置姿勢を制御するための信号であり、前記安定状態とは、前記ジブの先端及び前記クレーンに吊るす吊荷の重心が略鉛直方向に並んでいる状態として規定される、クレーンの制御装置が提供される。
好ましくは、クレーンの制御プログラムであって、前記クレーンは、マスト及びジブと位置情報を経時的に特定可能な位置特定部とを備えるクライミングクレーンであり、ここで前記位置情報とは、前記クレーン中の前記位置特定部の設置位置を含む情報であり、当該制御プログラムは、コンピュータに、通信機能と制御機能とを実現させ、前記通信機能によれば、前記位置情報を前記位置特定部から受信させ、前記制御機能によれば、前記通信部が受信した前記位置情報に基づいて、安定状態を維持するような制御信号を生成させ、ここで、前記制御信号とは、前記ジブの位置姿勢を制御するための信号であり、前記安定状態とは、前記ジブの先端及び前記クレーンに吊るす吊荷の重心が略鉛直方向に並んでいる状態として規定される、クレーンの制御プログラムが提供される。

本発明の実施形態に係るクレーンシステムの機能ブロック図。 並進成分を補正するための、クレーンシステムを用いたクレーンの制御方法を示すフローチャート。 回転成分を補正するための、クレーンシステムを用いたクレーンの制御方法を示すフローチャート。 ［図４Ａ］〜［図４Ｄ］図２に示される制御方法を実施した上で地切りを行った場合の概要図。 本体となるクレーンの一例を示す正面図。 ［図６Ａ］〜［図６Ｃ］従来からの課題である荷振れを説明するための図。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。特に、本明細書において「部」とは、例えば、広義の回路によって実施されるハードウェア資源と、これらのハードウェア資源によって具体的に実現されうるソフトウェアの情報処理とを合わせたものも含みうる。また、本実施形態においては様々な情報を取り扱うが、これら情報は、０又は１で構成される２進数のビット集合体として信号値の高低によって表され、広義の回路上で通信・演算が実行されうる。

また、広義の回路とは、回路（Ｃｉｒｃｕｉｔ）、回路類（Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）、プロセッサ（Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、及びメモリ（Ｍｅｍｏｒｙ）等を少なくとも適当に組み合わせることによって実現される回路である。すなわち、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ））等を含むものである。

１．全体構成
第１節では、クレーンシステム１の全体構成について説明する。図１は、本実施形態に係るクレーンシステム１の構成概要を示す図である。クレーンシステム１は、クレーン２と、クレーン２を制御するための制御装置３と、ユーザＵ（操作者）が種々の入力情報を入力可能に構成される入力装置４とを備え、これらが電気的に接続されたシステムである。クレーンシステム１は、ユーザＵが入力装置４を介してクレーン２を操作することで、吊荷Ｌを運搬・移動可能に構成されるものである。

１．１ クレーン２
本実施形態に係るクレーンシステム１において、クレーン２の形態は特に限定されるものではないが、例えば図５に示されるクライミングクレーンが採用されうる。具体的には、クレーン２は、ベースフレーム２２１の上にマスト本体２２２が上方に延在しているように構成されるマスト２２を有し、その頂部にクレーン本体２ａが設置されている。

クレーン２は、フロアクライミングとマストクライミングとを行えるようになっている。クレーン本体２ａは、マスト２２の頂部に設けた旋回モータ２５ｍ（図１参照）によって回転自在な旋回体２５と、この旋回体２５に起伏モータ２１ｍ（図１参照）を介して起伏可能に支持されるジブ２１と、旋回体２５に固定され且つ巻上げモータ２６ｍ（図１参照）を有する巻上げウインチ２６と、この巻上げウインチ２６に巻き上げられるように構成され、且つジブ２１の末端２１ｒから中継シーブ２７を介して先端２１ｆに向かって延在し且つ先端２１ｆから垂下する巻上げロープ２３と、この巻上げロープ２３の一端に取り付けられるフック２４とを備えている。

また、図１、図４Ａ〜図４Ｄ等に示されるように、本実施形態に係るクレーン２は、位置情報ＰＩを特定可能に構成される位置特定部２ｐ（図５においては不図示）を備えることに留意されたい。位置特定部２ｐは、例えばＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、ＱＺＳＳ等の全球測位衛星システム（ＧＮＳＳ）等が採用されうる。

ここで位置情報ＰＩとは、位置特定部２ｐの設置位置（例えば、ジブ２１、マスト２２、及びフック２４の近傍の少なくとも何れか）を含む情報である。設置位置に関しては、例えば図４Ａ〜図４Ｄでは、マスト２２上部に位置特定部２ｐを設置している態様が示されているが、あくまでも例示でありこの限りではない。ところで、従来技術に係る課題からも明らかの通り、吊荷Ｌを持ち上げるにあたってマスト２２がたわむことで、これに接続されたジブ２１の位置も変化する（図６Ｂ参照）。本実施形態では、位置特定部２ｐが特定した位置情報ＰＩによって、マスト２２のたわみやこれによるジブ２１の位置の変化を計測することができる。

１．２ 制御装置３
制御装置３は、通信部３１と、記憶部３２と、制御部３３とを有し、これらの構成要素が制御装置３の内部において通信バス３０を介して電気的に接続されている。以下、各構成要素についてさらに説明する。

＜通信部３１＞
通信部３１は、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、Ｔｈｕｎｄｅｒｂｏｌｔ、有線ＬＡＮネットワーク通信等といった有線型の通信手段が好ましいものの、無線ＬＡＮネットワーク通信、ＬＴＥ／３Ｇ等のモバイル通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信等を必要に応じて含めてもよい。これらは一例であり、専用の通信規格を採用してもよい。すなわち、これら複数の通信手段の集合として実施することがより好ましい。

特に、図１に示されるように、通信部３１は、位置情報受信部３１１と、制御情報受信部３１２と、ロープ情報受信部３１３と、制御信号送信部３１４とを備える。これらは物理的に別々に実施してもよいし、これらのうちの少なくとも一部を兼用して実施してもよい。以下、これらの構成要素についてさらに詳述する。

［位置情報受信部３１１］
位置情報受信部３１１は、前述の位置特定部２ｐより送信された位置情報ＰＩを受信可能に構成される。位置情報受信部３１１が受信した位置情報ＰＩは、後述の安定状態を維持するためのジブ２１の位置姿勢の制御に用いられる。なお、ジブ２１の位置姿勢とは、ジブ２１の起伏に係る傾斜角θと、ジブ２１の旋回方向のずれに係る旋回角φとで規定される。そして、本実施形態は、傾斜角θ及び旋回角φの制御を実施するものであるが、制御の詳細については、第２節を参照されたい。

［制御情報受信部３１２］
制御情報受信部３１２は、ユーザＵが後述の入力装置４より入力した制御情報ＣＩを受信可能に構成される。ここで制御情報ＣＩとは、クレーン２を操作・駆動させるための各種情報であり、例えばジブ２１の左右旋回及び起伏と、巻上げロープ２３の巻上げ又は巻下げとに係る情報を有する。もちろん、クレーン２に関する他の駆動箇所がある場合には、制御情報ＣＩは、当該箇所を操作・駆動させるための情報を含んでいてもよい。

［ロープ情報受信部３１３］
ロープ情報受信部３１３は、ロープ情報ＲＩを受信可能に構成される。ここでロープ情報ＲＩとは、例えば、巻上げモータ２６ｍに取り付けられたエンコーダ（不図示）から送信された、現在の巻上げロープ２３の巻上げ具合を示す情報である。ロープ情報ＲＩによれば、巻上げロープ２３のうちジブ２１の先端２１ｆから垂下している分の長さ（いわゆるワイヤ長ｌ：図４Ａ参照）を導出することができる。また、巻上げロープ２３の先端にはフック２４が取り付けられていることから、フック２４の現在の位置を導出することができる。

［制御信号送信部３１４］
制御信号送信部３１４は、クレーン２における各種モータに制御信号ＣＳを送信可能に構成される。具体的には、制御信号送信部３１４は、ジブ２１の傾斜角θに係る起伏モータ２１ｍを制御するための第１の制御信号ＣＳ１と、ジブ２１の旋回角φに係る旋回モータ２５ｍを制御するための第２の制御信号ＣＳ２と、巻上げロープ２３の巻上げ具合に係る巻上げモータ２６ｍを制御するための第３の制御信号ＣＳ３を送信可能に構成される。なお厳密には、それぞれ不図示のインバータを介して、制御信号ＣＳに対応する任意の電圧及び周波数の電力が起伏モータ２１ｍ、旋回モータ２５ｍ、及び巻上げモータ２６ｍに送電されることに留意されたい。ここでは、かかる概念も含めて制御信号ＣＳとして簡単に説明している。

なお、制御信号ＣＳは、後述の制御部３３における制御信号生成部３３３において生成されるもので、ユーザＵが入力装置４を介して入力した制御情報ＣＩに基づいてユーザＵが所望する値を送信することができる。さらに、第２節で説明する制御方法に基づいて、ジブ２１の位置姿勢を制御する信号であって、少なくとも巻上げロープ２３の巻上げ開始から吊荷Ｌの地切りまで「安定状態」を維持するような制御信号ＣＳが生成されることに留意されたい。ここで安定状態とは、ジブ２１の先端２１ｆ及び吊荷Ｌの重心Ｇが略鉛直方向に並んでいる状態である。つまり、安定状態を維持できないまま地切りがなされると、解決すべき課題である荷振れが発生するために注意が必要である。

＜記憶部３２＞
記憶部３２は、前述の記載により定義される様々な情報を記憶する揮発性又は不揮発性の記憶媒体である。これは、例えばソリッドステートドライブ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ：ＳＳＤ）等のストレージデバイスとして、あるいは、プログラムの演算に係る一時的に必要な情報（引数、配列等）を記憶するランダムアクセスメモリ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：ＲＡＭ）等のメモリとして実施されうる。また、これらの組合せであってもよい。

特に、記憶部３２は、位置特定部２ｐから通信部３１を介して受信した位置情報ＰＩ、入力装置４から受信した制御情報ＣＩ、及び巻上げモータ２６ｍにおける不図示のエンコーダから受信したロープ情報ＲＩを記憶する。また、記憶部３２は、第２節において詳述するジブ２１の姿勢位置の制御にて使用するパラメータである、地切り時のワイヤ長ｌ、作業半径ｒのしきい値Ｔ＿ｒ（許容量）、旋回角φのしきい値Ｔ＿φ（許容量）等を記憶している。

また、記憶部３２は、制御部３３によって実行される制御装置３に係る種々のプログラム等を記憶している。具体的には例えば、記憶部３２は、作業半径ｒの変化量Δｒを計算するための第１の変化量計算プログラムを記憶している。記憶部３２は、変化量Δｒとしきい値Ｔ＿ｒとを比較する第１の変化量比較プログラムを記憶している。記憶部３２は、比較結果に基づいて現在のジブ２１の傾斜角θを制御する第１の制御信号ＣＳ１を生成するための第１の制御信号生成プログラムを記憶している。また、記憶部３２は、旋回角φの変化量Δφを計算するための第２の変化量計算プログラムを記憶している。記憶部３２は、変化量Δφとしきい値Ｔ＿φとの比較及び正負判定をする第２の変化量比較プログラムを記憶している。記憶部３２は、比較結果に基づいて現在のジブ２１の旋回角φを制御する第２の制御信号ＣＳ２を生成するための第２の制御信号生成プログラムを記憶している。さらに、記憶部３２は、本実施形態に係る制御を終了するか否かに係る終了判定を行うための終了判定プログラムを記憶している。

＜制御部３３＞
制御部３３は、制御装置３に関連する全体動作の処理・制御を行う。制御部３３は、例えば不図示の中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）である。制御部３３は、記憶部３２に記憶された所定のプログラムを読み出すことによって、制御装置３に係る種々の機能を実現する。具体的には、作業半径ｒの変化量Δｒを計算するための第１の変化量計算機能、変化量Δｒとしきい値Ｔ＿ｒとを比較する第１の変化量比較機能、比較結果に基づいて現在のジブ２１の傾斜角θを制御する第１の制御信号ＣＳ１を生成するための第１の制御信号生成機能が該当する。また、旋回角φの変化量Δφを計算するための第２の変化量計算機能、変化量Δφとしきい値Ｔ＿φとの比較及び正負判定をする第２の変化量比較機能、比較結果に基づいて現在のジブ２１の旋回角φを制御する第２の制御信号ＣＳ２を生成するための第２の制御信号生成機能が該当する。そして、本実施形態に係る制御を終了するか否かに係る終了判定機能が該当する。

すなわち、ソフトウェア（記憶部３２に記憶されている）による情報処理がハードウェア（制御部３３）によって具体的に実現されることで、変化量計算部３３１、変化量判定部３３２、制御信号生成部３３３、及び終了判定部３３４として実行されうる。なお、図１においては、単一の制御部３３として表記されているが、実際はこれに限るものではなく、機能ごとに複数の制御部３３を有するように実施してもよい。またそれらの組合せであってもよい。以下、変化量計算部３３１、変化量判定部３３２、制御信号生成部３３３、及び終了判定部３３４についてさらに詳述する。

［変化量計算部３３１］
変化量計算部３３１は、ソフトウェア（記憶部３２に記憶されている）による情報処理がハードウェア（制御部３３）によって具体的に実現されているものである。変化量計算部３３１は、記憶部３２に記憶された初期パラメータと、当該初期パラメータに対応するパラメータの現在値との変化量を計算可能に構成される。より具体的には、変化量計算部３３１は、作業半径ｒの初期値ｒ＿０（巻取り開始時の作業半径ｒ）と、作業半径の現在値ｒ＿１（巻取り中のある時刻における作業半径ｒ）との差を変化量Δｒとして計算する（図４Ｂ参照）。また、変化量計算部３３１は、旋回角φの初期値φ＿０（巻取り開始時の旋回角φ）と、旋回角φの現在値φ＿１（巻取り中のある時刻における作業半径ｒ）との差を変化量Δφとして計算する。なお、作業半径ｒ及び旋回角φは、位置情報ＰＩに含まれる座標の水平成分（ｘ，ｙ）から算出されることに留意されたい。

［変化量判定部３３２］
変化量判定部３３２は、ソフトウェア（記憶部３２に記憶されている）による情報処理がハードウェア（制御部３３）によって具体的に実現されているものである。変化量判定部３３２は、変化量計算部３３１によって計算された変化量と、記憶部３２に記憶されたしきい値とを比較することによって、ジブ２１の姿勢位置の制御に係る必要有無を判定する。より具体的には、変化量Δｒが、しきい値Ｔ＿ｒ以上の場合は制御が必要と判定され、変化量Δｒが、しきい値Ｔ＿ｒ未満の場合は制御が不要と判定される。あるいは、変化量Δφの絶対値｜Δφ｜が、しきい値Ｔ＿φ以上の場合は、変化量Δφの符号に基づいて右旋回の制御が必要又は左旋回の制御が必要と判定され、変化量Δφの絶対値｜Δφ｜が、しきい値Ｔ＿φ未満の場合は制御が不要と判定される。

［制御信号生成部３３３］
制御信号生成部３３３は、ソフトウェア（記憶部３２に記憶されている）による情報処理がハードウェア（制御部３３）によって具体的に実現されているものである。制御信号生成部３３３は、変化量判定部３３２の判定結果に基づいて、必要に応じてジブ２１の位置姿勢を制御する制御信号ＣＳを生成する。より具体的には、制御信号生成部３３３は、制御が必要と判定された場合にジブ２１を起こす向きに傾斜角θを制御する第１の制御信号ＣＳ１を生成する。制御信号生成部３３３は、右旋回又は左旋回の制御が必要と判定された場合にジブ２１を右旋回又は左旋回させるような旋回角φを制御する第２の制御信号ＣＳ２を生成する。換言すると、制御信号生成部３３３は、位置情報ＰＩの時系列変化に基づいて、安定状態を満たすようにジブ２１の位置姿勢を制御可能に構成される。もちろん、前述の通りユーザＵが入力装置４を介して入力した制御情報ＣＩに基づいてユーザＵが所望する値を有する制御信号ＣＳを生成することもできる。

［終了判定部３３４］
終了判定部３３４は、ソフトウェア（記憶部３２に記憶されている）による情報処理がハードウェア（制御部３３）によって具体的に実現されているものである。終了判定部３３４は、位置情報ＰＩ（変化量Δｒ，Δφ等も含む）やロープ情報ＲＩを参照し、安定状態を維持するためのジブ２１の姿勢制御を終了するか否かを判定する。具体的な制御終了条件については、第２節において説明する。

１．３ 入力装置４
入力装置４は、クレーン２の操作者であるユーザＵによって様々な入力情報が入力可能に構成される。図１においては、クレーン２と入力装置４とを別体の如く記載しているが、クレーン２の内部に入力装置４が包含されるように実施してもよい。入力情報には、クレーン２を操作・駆動させるための制御情報ＣＩ（特に第２節で説明する制御方法を開始させるトリガ信号）が含まれる。

入力装置４は、クレーン２において通常使用されうるスイッチボタン、レバー等はもちろん、必要に応じてマウス、キーボード、タッチパネル、音声入力装置等のインターフェースを適宜採用してもよい。入力装置４が、ユーザＵの入力情報（コマンド）を受け付けると、その入力情報が電気通信回線を介して制御装置３に送信され、制御装置３における通信部３１によって受信される。

２．クレーン２の制御方法
第２節では、荷振れを抑制するための、クレーンシステム１におけるクレーン２の制御方法について説明する。図２及び図３は、制御方法の流れを示すフローチャートであり、図４Ａ〜図４Ｄは、特に図２の制御方法を実施した上で地切りを行った場合の概要図を示している。なお、かかる制御では、位置特定部２ｐが位置情報ＰＩを、巻上げモータ２６ｍにおける不図示のエンコーダがロープ情報ＲＩを、それぞれ定常的に制御装置３に送信し、制御装置３がこれらの情報を受信しているものとする。また、以下、第２．１節では並進成分の補正（図２参照）について、第２．２節では回転成分の補正（図３参照）について、それぞれ別々に説明するが、好ましくは、これらの制御が並列に実行されうることにも留意されたい。

２．１ 並進成分の補正／制御パラメータ：作業半径ｒ
［開始］
（ステップＳ１−１）
ユーザＵが入力装置４に制御情報ＣＩを入力し、これが通信部３１（制御情報受信部３１２）に受信される。これをトリガとして、巻上げモータ２６ｍに巻上げロープ２３を巻き上げるような第３の制御信号ＣＳ３が送信され、巻上げロープ２３の巻上げが開始される（図４Ａ参照）。もちろん、ユーザＵが巻上げを止めたい場合も、ユーザＵが適切な制御情報ＣＩを入力装置４に入力すればよい。巻上げ開始時には、位置情報ＰＩから求めた作業半径ｒの初期値ｒ＿０と、ロープ情報ＲＩから求めた巻上げロープ２３のワイヤ長ｌ＿０とを、記憶部３２に記憶することに留意されたい（ステップＳ１−２に続く）。

（ステップＳ１−２）
続いて、図４Ｂの状態において、制御部３３（変化量計算部３３１）が、現在値ｒ＿１から初期値ｒ＿０の差をとることで、その変化量Δｒを計算する（ステップＳ１−３に続く）。

（ステップＳ１−３）
続いて、制御部３３（変化量判定部３３２）が、変化量Δｒと、しきい値Ｔ＿ｒとを比較する。このとき、変化量Δｒがしきい値Ｔ＿ｒ以上の場合には、ステップＳ１−４に続き、変化量Δｒがしきい値Ｔ＿ｒ未満の場合には、ステップＳ１−５に続く。

（ステップＳ１−４）
ステップＳ１−３の判定結果に基づき、制御部３３（制御信号生成部３３３）が変化量Δｒを補正するようにジブ２１の位置姿勢を制御する制御信号ＣＳを生成する。具体的には、ジブ２１が起き上がる方向に傾斜角θを制御する第１の制御信号ＣＳ１を生成する（図４Ｃ参照）。第１の制御信号ＣＳ１が、通信部３１（制御信号送信部３１４）から起伏モータ２１ｍに送信されることで、ジブ２１の傾斜角θが制御される。特に、ステップＳ１−２〜ステップＳ１−４は、ステップＳ１−５に続く（傾斜角θを制御しない）判定がなされるまでループ処理として実行される。すなわち、並進成分のずれである変化量Δｒをしきい値Ｔ＿ｒ未満に収束させるような補正がなされている。かかる制御方法は特に限定されず、例えば、ＰＤ制御、ＰＩ制御、又はＰＩＤ制御等が適宜採用されうる。制御に係る各係数は、必要に応じて好ましい値を設定すればよい。より具体的には、クレーン２は特段に高速な制御を要求されるものではないため、安全性を考慮して緩やかに目標値（しきい値Ｔ＿ｒ未満）に収束するような係数を設定することが好ましい。

（ステップＳ１−５）
続いて、制御部３３（終了判定部３３４）が、ジブ２１の位置姿勢の制御を終了すべきか否かを判定する。具体的には、下記（１）〜（４）に記載の判定条件の何れか１つでも満たさない場合は、制御終了の判定がなされる。
（１）制御信号生成部３３３は、巻上げロープ２３を巻き上げる巻上げモータ２６ｍを制御するための第３の制御信号ＣＳ３を生成している。
（２）制御信号生成部３３３は、ジブ２１における起伏モータ２１ｍを制御する第１の制御信号ＣＳ１を生成していない。
（３）制御信号生成部３３３は、ジブ２１における旋回モータ２５ｍを制御する第２の制御信号ＣＳ２を生成していない。
（４）現在のワイヤ長ｌ＿１（ロープ情報ＲＩ）が、制御開始時に記憶部３２に記憶されたワイヤ長ｌ＿０から予め記憶部３２に記憶されている地切り時のワイヤ長ｌを減じた値よりも大きい。
［終了］

２．２ 回転成分の補正／制御パラメータ：旋回角φ
［開始］
（ステップＳ２−１）
ユーザＵが入力装置４に制御情報ＣＩを入力し、これが通信部３１（制御情報受信部３１２）に受信される。これをトリガとして、巻上げモータ２６ｍに巻上げロープ２３を巻き上げるような第３の制御信号ＣＳ３が送信され、巻上げロープ２３の巻上げが開始される（図４Ａ参照）。もちろん、ユーザＵが巻上げを止めたい場合も、ユーザＵが適切な制御情報ＣＩを入力装置４に入力すればよい。巻上げ開始時には、位置情報ＰＩから求めた作業半径ｒの初期値ｒ＿０と、ロープ情報ＲＩから求めた巻上げロープ２３のワイヤ長ｌ＿０とを、記憶部３２に記憶することに留意されたい（ステップＳ２−２に続く）。

（ステップＳ２−２）
続いて、図４Ｂの状態において、制御部３３（変化量計算部３３１）が、現在値φ＿１から初期値φ＿０の差をとることで、その変化量Δφを計算する（ステップＳ２−３に続く）。

（ステップＳ２−３）
続いて、制御部３３（変化量判定部３３２）が、変化量Δφの絶対値｜Δφ｜と、しきい値Ｔ＿φとを比較する。このとき、絶対値｜Δφ｜がしきい値Ｔ＿φ以上の場合には、ステップＳ２−４に続き、絶対値｜Δφ｜がしきい値Ｔ＿φ未満の場合には、ステップＳ２−５に続く。

（ステップＳ２−４）
続いて、制御部３３（変化量判定部３３２）が、変化量Δφの正負を判定する。変化量Δφ≧０のときは、ステップＳ２−５に続き、変化量Δφ＜０のときは、ステップＳ２−６に続く。

（ステップＳ２−５）
ステップＳ２−４の判定結果に基づき、制御部３３（制御信号生成部３３３）が変化量Δφを補正するようにジブ２１の位置姿勢を制御する制御信号ＣＳを生成する。具体的には、Δφ＞０のときは、ジブ２１の先端２１ｆが右方向の回転成分をずれとして有し、これはジブ２１が右方向にずれている状態を表している。制御部３３（制御信号生成部３３３）は、かかるずれを解消するために、ジブ２１全体を右旋回させるように旋回角φを制御する第２の制御信号ＣＳ２を生成する。第２の制御信号ＣＳ２が、通信部３１（制御信号送信部３１４）から旋回モータ２５ｍに送信されることで、ジブ２１の旋回角φが制御される。

（ステップＳ２−６）
ステップＳ２−４の判定結果に基づき、制御部３３（制御信号生成部３３３）が変化量Δφを補正するようにジブ２１の位置姿勢を制御する制御信号ＣＳを生成する。具体的には、Δφ＜０のときは、ジブ２１の先端２１ｆが左方向の回転成分をずれとして有し、これはジブ２１が左方向にずれている状態を表している。制御部３３（制御信号生成部３３３）は、かかるずれを解消するために、ジブ２１全体を左旋回させるように旋回角φを制御する第２の制御信号ＣＳ２を生成する。第２の制御信号ＣＳ２が、通信部３１（制御信号送信部３１４）から旋回モータ２５ｍに送信されることで、ジブ２１の旋回角φが制御される。

特に、ステップＳ２−２〜ステップＳ２−６は、ステップＳ２−７に続く（旋回角φを制御しない）判定がなされるまでループ処理として実行される。すなわち、回転成分のずれである変化量Δφをしきい値Ｔ＿φ未満に収束させるような補正がなされている。かかる制御方法は特に限定されず、例えば、ＰＤ制御、ＰＩ制御、又はＰＩＤ制御等が適宜採用されうる。制御に係る各係数は、必要に応じて好ましい値を設定すればよい。より具体的には、クレーン２は特段に高速な制御を要求されるものではないため、安全性を考慮して緩やかに目標値（しきい値Ｔ＿φ未満）に収束するような係数を設定することが好ましい。

（ステップＳ２−７）
続いて、制御部３３（終了判定部３３４）が、ジブ２１の位置姿勢の制御を終了すべきか否かを判定する。具体的には、下記（１）〜（４）に記載の判定条件の何れか１つでも満たさない場合は、制御終了の判定がなされる。
（１）制御信号生成部３３３は、巻上げロープ２３を巻き上げる巻上げモータ２６ｍを制御するための第３の制御信号ＣＳ３を生成している。
（２）制御信号生成部３３３は、ジブ２１における起伏モータ２１ｍを制御する第１の制御信号ＣＳ１を生成していない。
（３）制御信号生成部３３３は、ジブ２１における旋回モータ２５ｍを制御する第２の制御信号ＣＳ２を生成していない。
（４）現在のワイヤ長ｌ＿１（ロープ情報ＲＩ）が、制御開始時に記憶部３２に記憶されたワイヤ長ｌ＿０から予め記憶部３２に記憶されている地切り時のワイヤ長ｌを減じた値よりも大きい。
［終了］

２．３ 効果
このような制御方法を実施することにより、巻上げ中において、マスト２２のたわみ量ｄに起因するジブ２１の先端２１ｆと吊荷Ｌの重心Ｇとのずれ（作業半径ｒの変化量Δｒ）が、定常的にしきい値Ｔ＿ｒ未満に抑制される。また、旋回方向のずれについても同様に定常的に抑制される。換言すると、巻上げ開始から地切り時まで、ジブ２１の先端２１ｆ及び吊荷Ｌの重心Ｇが略鉛直方向に並ぶような安定状態が維持されることとなる（図４Ｃ参照）。そして、安定状態を維持したまま地切りが行われると、従来問題となっていた荷振れ（図６Ｃ参照）が抑制され、作業現場の安全性を担保しながら吊荷Ｌを持ち上げることができる（図４Ｄ参照）。

３．変形例
第３節では、本実施形態に係る変形例について説明する。すなわち、次のような態様によって、本実施形態に係るクレーンシステム１をさらに創意工夫してもよい。

第一に、前述の実施形態では、１つの位置特定部２ｐを用いてジブ２１の位置姿勢の制御を実施しているが、２つ以上の位置特定部２ｐを用いてもよい。具体的には例えば、位置特定部２ｐが第１の位置特定部２ｐ及び第２の位置特定部２ｐからなり、第１の位置特定部２ｐは、フック２４の近傍に設けられ、第１の位置情報ＰＩを特定可能に構成され、第２の位置特定部２ｐは、ジブ２１又はマスト２２に設けられ、第２の位置情報ＰＩを特定可能に構成され、制御部３３が、位置情報ＰＩの経時的変化（変化量ΔｒやΔφ）に代えてに第１の位置情報ＰＩ及び第２の位置情報ＰＩを、比較することによって、安定状態を満たすようにジブ２１の位置姿勢を制御可能に構成されるとよい。

第二に、前述の実施形態では巻上げ開始のトリガとなる制御情報ＣＩがユーザＵによって入力装置４から入力される場合を説明したが、予め記憶部３２に記憶されたプログラムによって、制御装置３における制御部３３が人工知能アルゴリズム等に基づいて適宜、巻上げの必要有無を判断してもよい。

４．結言
以上のように、本実施形態によれば、クライミングクレーンにおいて、地切り時の荷振れを抑制することができるクレーンシステム１を実施することができる。

かかるクレーンシステム１は、クレーン２と、前記クレーン２の制御装置３とを備え、前記クレーン２は、クライミングクレーンであり、マスト２２及びジブ２１と、巻上げロープ２３と、位置特定部２ｐとを備え、前記巻上げロープ２３は、前記ジブ２１の先端２１ｆから垂下し且つその先端２１ｆに吊荷Ｌを懸吊可能に構成されるフック２４を有し、巻上げ動作によって前記吊荷Ｌを持上げ可能に構成され、前記位置特定部２ｐは、位置情報ＰＩを経時的に特定可能に構成され、ここで前記位置情報ＰＩとは、前記クレーン２中の前記位置特定部２ｐの設置位置を含む情報であり、前記制御装置３は、通信部３１と、制御部３３とを備え、前記通信部３１は、前記位置情報ＰＩを前記位置特定部２ｐより受信可能に構成され、前記制御部３３は、前記通信部３１が受信した前記位置情報ＰＩに基づいて、安定状態を維持するように前記ジブ２１の位置姿勢を制御可能に構成され、ここで前記安定状態とは、前記ジブ２１の先端２１ｆ及び前記吊荷Ｌの重心Ｇが略鉛直方向に並んでいる状態として規定される。

また、クライミングクレーンにおいて、地切り時の荷振れを抑制することができるクレーン２の制御装置３を実施することができる。

かかるクレーン２の制御装置３は、前記クレーン２は、マスト２２及びジブ２１と位置情報ＰＩを経時的に特定可能な位置特定部２ｐとを備えるクライミングクレーンであり、ここで前記位置情報ＰＩとは、前記クレーン２中の前記位置特定部２ｐの設置位置を含む情報であり、当該制御装置３は、通信部３１と、制御部３３とを備え、前記通信部３１は、前記位置情報ＰＩを前記位置特定部２ｐより受信可能に構成され、前記制御部３３は、前記通信部３１が受信した前記位置情報ＰＩに基づいて、安定状態を維持するような制御信号ＣＳを生成し、ここで、前記制御信号ＣＳとは、前記ジブ２１の位置姿勢を制御するための信号であり、前記安定状態とは、前記ジブ２１の先端２１ｆ及び前記クレーン２に吊るす吊荷Ｌの重心Ｇが略鉛直方向に並んでいる状態として規定される。

また、クライミングクレーンにおいて、地切り時の荷振れを抑制することができるクレーン２の制御装置３又はクレーンシステム１をハードウェアとして実施するためのソフトウェアを、プログラムとして実施することもできる。そして、このようなプログラムを、コンピュータが読み取り可能な非一時的な記録媒体として提供してもよいし、外部のサーバからダウンロード可能に提供してもよいし、外部のコンピュータで当該プログラムを起動させて、クライアント端末で各機能を実施可能な、いわゆるクラウド・コンピューティングを実施してもよい。

かかるクレーン２の制御プログラムは、前記クレーン２がマスト２２及びジブ２１と位置情報ＰＩを経時的に特定可能な位置特定部２ｐとを備えるクライミングクレーンであり、ここで前記位置情報ＰＩとは、前記クレーン２中の前記位置特定部２ｐの設置位置を含む情報であり、当該制御プログラムは、コンピュータに、通信機能と制御機能とを実現させ、前記通信機能によれば、前記位置情報ＰＩを前記位置特定部２ｐから受信させ、前記制御機能によれば、前記通信部３１が受信した前記位置情報ＰＩに基づいて、安定状態を維持するような制御信号ＣＳを生成させ、ここで、前記制御信号ＣＳとは、前記ジブ２１の位置姿勢を制御するための信号であり、前記安定状態とは、前記ジブ２１の先端２１ｆ及び前記クレーン２に吊るす吊荷Ｌの重心Ｇが略鉛直方向に並んでいる状態として規定される。

最後に、本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ ：クレーンシステム
２ ：クレーン
２ａ ：クレーン本体
２ｐ ：位置特定部
３ ：制御装置
２１ ：ジブ
２１ｆ ：先端
２２ ：マスト
２３ ：巻上げロープ
２４ ：フック
３１ ：通信部
３２ ：記憶部
３３ ：制御部
ＣＩ ：制御情報
ＣＳ ：制御信号
Ｇ ：重心
Ｌ ：吊荷
ＰＩ ：位置情報
ＲＩ ：ロープ情報
Ｔ＿ｒ ：しきい値
Ｔ＿φ ：しきい値
Ｕ ：ユーザ
Δｒ ：変化量
Δφ ：変化量
θ ：傾斜角
φ ：旋回角

Claims (9)

1. クレーンシステムであって、
   クレーンと、前記クレーンの制御装置とを備え、
   前記クレーンは、
   クライミングクレーンであり、
   マスト及びジブと、巻上げロープと、位置特定部とを備え、
   前記巻上げロープは、
   前記ジブの先端から垂下し且つその先端に吊荷を懸吊可能に構成されるフックを有し、
   巻上げ動作によって前記吊荷を持上げ可能に構成され、
   前記位置特定部は、位置情報を経時的に特定可能に構成され、ここで前記位置情報とは、前記クレーン中の前記位置特定部の設置位置を含む情報であり、
   前記制御装置は、通信部と、制御部とを備え、
   前記通信部は、前記位置情報を前記位置特定部より受信可能に構成され、
   前記制御部は、前記通信部が受信した前記位置情報の時系列変化に基づいて、巻上げ開始から地切り完了まで安定状態を維持するように前記ジブの位置姿勢を制御可能に構成され、ここで前記安定状態とは、前記ジブの先端及び前記吊荷の重心が略鉛直方向に並んでいる状態として規定される、
   クレーンシステム。
2. 請求項１に記載のクレーンシステムにおいて、
   前記制御装置は、記憶部をさらに備え、前記記憶部は、前記通信部が受信した前記位置情報を時系列に記憶し、
   前記制御部は、前記位置情報の時系列変化に基づいて、前記安定状態を満たすように前記ジブの位置姿勢を制御可能に構成される、
   クレーンシステム。
3. 請求項１又は請求項２に記載のクレーンシステムにおいて、
   前記位置特定部は、前記ジブ、前記マスト、及び前記フックの近傍の少なくとも何れかに設けられたＧＮＳＳである、
   クレーンシステム。
4. 請求項３に記載のクレーンシステムにおいて、
   前記位置特定部は、第１及び第２の位置特定部を有し、
   前記第１の位置特定部は、
   前記フックの近傍に設けられ、
   前記位置情報である第１の位置情報を特定可能に構成され、
   前記第２の位置特定部は、
   前記ジブ又は前記マストに設けられ、
   前記位置情報である第２の位置情報を特定可能に構成され、
   前記制御部は、前記第１及び第２の位置情報を比較することによって、前記安定状態を満たすように前記ジブの位置姿勢を制御可能に構成される、
   クレーンシステム。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１つに記載のクレーンシステムにおいて、
   前記ジブの位置姿勢は、前記ジブの起伏に係る傾斜角と、前記ジブの旋回に係る旋回角とで規定され、
   前記制御部は、前記傾斜角及び前記旋回角を制御可能に構成される、
   クレーンシステム。
6. 請求項５の何れか１つに記載のクレーンシステムにおいて、
   前記制御部は、前記ジブの作業半径の変化量がしきい値以上の場合は、前記ジブを起こす向きに前記傾斜角を制御する、
   クレーンシステム。
7. 請求項５又は請求項６の何れか１つに記載のクレーンシステムにおいて、
   前記制御部は、前記ジブの旋回方向の変化量がしきい値以上の場合は、前記ジブの旋回方向の変化量を解消する向きに前記旋回角を制御する、
   クレーンシステム。
8. クレーンの制御装置であって、
   前記クレーンは、マスト及びジブと位置情報を経時的に特定可能な位置特定部とを備えるクライミングクレーンであり、ここで前記位置情報とは、前記クレーン中の前記位置特定部の設置位置を含む情報であり、
   当該制御装置は、通信部と、制御部とを備え、
   前記通信部は、前記位置情報を前記位置特定部より受信可能に構成され、
   前記制御部は、前記通信部が受信した前記位置情報の時系列変化に基づいて、巻上げ開始から地切り完了まで安定状態を維持するような制御信号を生成し、ここで、
   前記制御信号とは、前記ジブの位置姿勢を制御するための信号であり、
   前記安定状態とは、前記ジブの先端及び前記クレーンに吊るす吊荷の重心が略鉛直方向に並んでいる状態として規定される、
   クレーンの制御装置。
9. クレーンの制御プログラムであって、
   前記クレーンは、マスト及びジブと位置情報を経時的に特定可能な位置特定部とを備えるクライミングクレーンであり、ここで前記位置情報とは、前記クレーン中の前記位置特定部の設置位置を含む情報であり、
   当該制御プログラムは、コンピュータに、通信機能と制御機能とを実現させ、
   前記通信機能によれば、前記位置情報を前記位置特定部から受信させ、
   前記制御機能によれば、前記通信部が受信した前記位置情報の時系列変化に基づいて、巻上げ開始から地切り完了まで安定状態を維持するような制御信号を生成させ、ここで、
   前記制御信号とは、前記ジブの位置姿勢を制御するための信号であり、
   前記安定状態とは、前記ジブの先端及び前記クレーンに吊るす吊荷の重心が略鉛直方向に並んでいる状態として規定される、
   クレーンの制御プログラム。