JP6849144B2 - クレーン及びクレーンの制御方法 - Google Patents

クレーン及びクレーンの制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、クレーン及びクレーンの制御方法に関する。
従来、クレーンにおいて、搬送時の荷物には、振動が発生している。このような振動は、搬送時に加わる加速度を起振力とするワイヤロープの先端に吊り下げられている荷物を質点とする単振り子、又は、フック部分を支点とする二重振り子の振動である。
又、ブームを備えるクレーンによって搬送される荷物には、単振り子又は二重振り子の振動に加えてブームやワイヤロープ等のクレーンを構成する構造物のたわみによる振動が発生する。
ワイヤロープに吊り下げられた荷物は、単振り子又は二重振り子の共振周波数で振動するとともに、ブームの起伏方向の固有振動数や旋回方向の固有振動数、及び/又は、ワイヤロープの伸びによる伸縮振動時の固有周波数等で振動しながら搬送される。
このようなクレーンにおいて、操縦者は、荷物を所定位置に安定的に下ろすために、操作具による手動操作によってブームを旋回させたり起伏させたりして荷物の振動を打ち消す操作を行う必要があった。このため、クレーンの搬送効率は、搬送時に発生する振動の大きさやクレーンの操縦者の熟練度に影響される。
そこで、搬送効率を向上させるために、クレーンのアクチュエータの速度指令(基本制御信号)から荷物の共振周波数の周波数成分を減衰させることにより荷物の振動を抑制する機能を有するクレーンが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載のクレーンは、ワイヤロープの揺れの回転中心から荷物の重心までの距離であるロープ長(吊り下げ長さ)から算出される共振周波数を算出する。又、上記クレーンは、算出した共振周波数に基づいて、フィルタを生成する。上記クレーンは、上記基本制御信号に対して、生成したフィルタを用いてフィルタリングすることにより、フィルタリング制御信号を生成する。そして、上記クレーンは、フィルタリング制御信号に基づいて、ブームを駆動制御することにより、搬送中の荷物の振動を抑制する。
特許第4023749号公報
ところで特許文献1に記載のクレーンにおいて、フィルタリング制御信号に基づく制御は、上記基本制御信号に基づく制御に比べて、ブームの動作の立ち上がりが穏やかになる。このため、ブームの旋回動作を停止するための停止信号がアクチュエータに入力されてからブームが実際に停止するまでの間、ブームは所定距離だけ移動してしまう可能性がある。その結果、ブームを、所望の位置で停止させることが困難になる可能性があった。
本発明の目的は、フィルタリング制御信号に基づく制御において、ブームを所望の位置で停止させることができるクレーン及びクレーンの制御方法を提供することである。
本発明のクレーンの一態様は、被操作機能部と、被操作機能部を駆動するアクチュエータと、アクチュエータの第一制御信号を生成する生成部と、第一制御信号をフィルタリングして第二制御信号を生成するフィルタ部と、第二制御信号に基づいてアクチュエータを制御する制御部と、被操作機能部の現在位置において、停止信号がアクチュエータに入力された場合に停止信号がアクチュエータに入力されてから被操作機能部の動作が停止するまでに被操作機能部が移動すると推定される流れ量に関する情報を、算出する算出部と、を備え、制御部は、第二制御信号に基づく制御において被操作機能部の現在位置に関する情報、被操作機能部を停止させる目標停止位置に関する情報、及び、流れ量に関する情報が所定条件を満たす場合に、アクチュエータに停止信号を出力する。
上述のクレーンの一態様を実施する場合に、クレーンは、被操作機能部であるブームの先端からフックを吊るワイヤロープに関する共振周波数を算出する共振周波数算出部を備えてもよい。
又、フィルタ部は、共振周波数と、ブーム、フック、及びワイヤロープのうちの少なくとも一つの部材の固有振動数と、の合成周波数に基づいてフィルタを生成してもよい。
この場合に、フィルタは、合成周波数を基準として所定の周波数範囲の周波数成分を所定の割合で、第一制御信号から減衰させる機能を有してもよい。
本発明のクレーンの制御方法の一態様は、被操作機能部と、被操作機能部を駆動するアクチュエータと、アクチュエータの第一制御信号を生成する生成部と、第一制御信号をフィルタリングして第二制御信号を生成するフィルタ部と、第二制御信号に基づいてアクチュエータを制御する制御部と、を備えるクレーンにおいて実行されるクレーンの制御方法であって、被操作機能部の現在位置において停止信号が入力された場合に停止信号がアクチュエータに入力されてから被操作機能部の動作が停止するまでに被操作機能部が移動する流れ量に関する情報を算出するステップと、第二制御信号に基づく制御において、被操作機能部の現在位置に関する情報、被操作機能部を停止させる目標停止位置に関する情報、及び、流れ量に関する情報が所定条件を満たす場合に、アクチュエータに停止信号を出力するステップと、を含む。
上述のクレーンの制御方法の一態様を実施する場合に、クレーンは、被操作機能部であるブームの先端からフックを吊るワイヤロープに関する共振周波数を算出する共振周波数算出部を備えてもよい。
又、フィルタ部は、共振周波数と、ブーム、フック、及びワイヤロープのうちの少なくとも一つの部材の固有振動数と、の合成周波数に基づいてフィルタを生成してもよい。
この場合に、フィルタは、合成周波数を基準として所定の周波数範囲の周波数成分を所定の割合で、第一制御信号から減衰させる機能を有してもよい。
本発明によれば、フィルタリング制御信号に基づく制御において、ブームを所望の位置で停止させることができるクレーン及びクレーンの制御方法を提供できる。
図1は、クレーンの全体構成を示す側面図である。 図2は、クレーンの制御構成を示すブロック図である。 図3は、ノッチフィルタの周波数特性を表すグラフである。 図4は、ノッチフィルタにおいて、ノッチ深さ係数が異なる場合の周波数特性を表すグラフである。 図5は、旋回操作の基本制御信号とフィルタリング制御信号とを表すグラフである。 図6は、限界旋回角度、旋回角度、及び、旋回流れ角の関係を示す平面模式図である。 図7は、自動停止制御を表すフローチャートである。 図8は、旋回流れ角マップを示す図である。
以下、図1及び図2を用いて、本発明の第一実施形態に係るクレーン1について説明する。尚、本実施形態において、クレーンは、移動式クレーン(ラフテレーンクレーン)である。ただし、クレーンは、トラッククレーン等の種々のクレーンでもよい。
図1に示すように、クレーン1は、不特定の場所に移動可能な移動式クレーンである。クレーン1は、車両2及びクレーン装置6を有する。
車両2は、クレーン装置6を搬送するものである。車両2は、複数の車輪3を有し、エンジン4を動力源として走行する。車両2は、アウトリガ5を有する。アウトリガ5は、張り出しビームと、ジャッキシリンダと、を有する。張り出しビームは、油圧によって車両2の幅方向に伸縮可能である。
ジャッキシリンダは、張り出しビームの先端部に固定され、地面に垂直な方向に伸縮可能である。車両2は、アウトリガ5を車両2の幅方向に伸縮させるとともにジャッキシリンダを接地させることにより、クレーン1の作業範囲を広げることができる。
クレーン装置6は、ワイヤロープによって、荷物Wを吊り上げる。クレーン装置6は、旋回台7、ブーム9、ジブ9a、メインフックブロック10、サブフックブロック11、起伏用油圧シリンダ12、メインウインチ13、メインワイヤロープ14、サブウインチ15、サブワイヤロープ16、及び、キャビン17等を有する。
旋回台7は、車両2に対してクレーン装置6を旋回可能に支持している。旋回台7は、円環状の軸受を介して車両2のフレーム上に設けられている。旋回台7は、円環状の軸受の中心を回転中心として回転する。旋回台7は、油圧式の旋回用油圧モータ8が設けられている。
旋回台7は、旋回用油圧モータ8によって第一向又は第二方向に旋回する。ブーム9を駆動する油圧モータ及び油圧シリンダは、アクチュエータの一例に該当する。具体的には、旋回用油圧モータ8はアクチュエータの一例に該当する。
尚、アクチュエータは、被操作機能部を駆動する駆動部と、この駆動部の動作を制御する駆動制御部とにより構成されていると捉えてよい。駆動部として、例えば、ブーム9を駆動する油圧モータ及び油圧シリンダが挙げられる。駆動制御部として、これら油圧モータ及び油圧シリンダの動作を制御するバルブが挙げられる。具体的には、ブーム9を旋回させる旋回用アクチュエータは、旋回用油圧モータ8と旋回用バルブ23とにより構成されている。
旋回用油圧モータ8は、電磁比例切換バルブである旋回用バルブ23(図2参照)によって回転操作される。旋回用バルブ23は、旋回用油圧モータ8に供給される作動油の流量を任意の流量に制御することができる。
つまり、旋回台7は、旋回用バルブ23によって回転操作される旋回用油圧モータ8を介して任意の旋回速度に制御される。旋回台7は、旋回台7の旋回位置(旋回角度)と旋回速度とを検出する旋回用センサ27(図2参照)を有する。
旋回用センサ27は、ブーム9の旋回角度に関する情報を検出すると捉えてよい。旋回用センサ27が検出するブーム9の旋回角度に関する情報は、ブーム9の現在位置に関する情報及び第一移動量に該当する。又、旋回用センサ27は、ブーム9の旋回角度に対応する旋回用油圧モータ8の作動量(総回転数)に関する情報を、現在位置に関する情報として検出してもよい。
ブーム9は、荷物Wを吊り上げ可能な状態にワイヤロープを支持する。ブーム9は、複数のブーム部材から構成されている。ブーム9は、伸縮用油圧シリンダ(不図示)で各ブーム部材を移動させることにより軸方向に伸縮自在に支持されている。ブーム9のベースブーム部材の基端は、旋回台7の略中央に揺動自在に支持されている。
伸縮用油圧シリンダ(不図示)は、電磁比例切換バルブである伸縮用バルブ24(図2参照)によって伸縮操作される。伸縮用バルブ24は、伸縮用油圧シリンダ(不図示)に供給される作動油の流量を任意の流量に制御する。つまり、ブーム9は、伸縮用バルブ24によって任意のブーム長さに制御される。
ブーム9は、伸縮用センサ28と、重量センサ29(図2参照)と、を有する。伸縮用センサ28は、ブーム9の長さに関する情報を検出する。重量センサ29は、荷物Wの重量Wtに関する情報を検出する。
ジブ9aは、クレーン装置6の揚程や作業半径を拡大するためのものである。ジブ9aは、ブーム9のベースブーム部材に設けられたジブ支持部によってベースブーム部材に沿った姿勢で保持されている。ジブ9aの基端は、トップブーム部材のジブ支持部に連結可能に構成されている。
メインフックブロック10とサブフックブロック11とは、荷物Wを吊る吊具である。メインフックブロック10には、メインワイヤロープ14が巻き掛けられる複数のフックシーブと、荷物Wを吊るメインフック10aとが設けられている。サブフックブロック11には、荷物Wを吊るサブフック11aが設けられている。
起伏用油圧シリンダ12は、ブーム9を起立及び倒伏させ、ブーム9の姿勢を保持する。起伏用油圧シリンダ12は、シリンダ部と、ロッド部と、を有する。シリンダ部の端部は、旋回台7に揺動自在に連結されている。ロッド部の端部は、ブーム9のベースブーム部材に揺動自在に連結されている。
起伏用油圧シリンダ12は、電磁比例切換バルブである起伏用バルブ25(図2参照)によって伸縮操作される。起伏用バルブ25は、起伏用油圧シリンダ12に供給される作動油の流量を任意の流量に制御することができる。つまり、ブーム9は、起伏用バルブ25によって任意の起伏速度に制御される。ブーム9には、起伏角度に関する情報を検出する起伏用センサ30(図2参照)が設けられている。
メインウインチ13とサブウインチ15とは、メインワイヤロープ14とサブワイヤロープ16との繰り入れ(巻き上げ)及び繰り出し(巻き下げ)を行う。メインウインチ13は、メインワイヤロープ14が巻きつけられるメインドラムと、メインドラムを回転駆動するアクチュエータであるメイン用油圧モータ(不図示)と、を有する。
サブウインチ15は、サブワイヤロープ16が巻きつけられるサブドラムと、このサブドラムを回転駆動するアクチュエータであるサブ用油圧モータと、を有する。
メイン用油圧モータは、電磁比例切換バルブであるメイン用操作バルブ26m(図2参照)によって回転操作される。メイン用操作バルブ26mは、メイン用油圧モータに供給される作動油の流量を任意の流量に制御する。
つまり、メインウインチ13は、メイン用操作バルブ26mによって任意の繰り入れ速度又は繰り出し速度に制御される。同様に、サブウインチ15は、電磁比例切換バルブであるサブ用操作バルブ26s(図2参照)によって任意の繰り入れ速度又は繰り出し速度に制御される。
メインウインチ13には、メイン繰出長検出センサ31が設けられている。同様に、サブウインチ15には、サブ繰出長検出センサ32が設けられている。
メイン繰出長検出センサ31は、メインウインチ13から繰り出されたメインワイヤロープ14の繰り出し量Lma(n)に関する情報を検出する。メイン繰出長検出センサ31が検出する繰り出し量Lma(n)に関する情報は、メインウインチ13から繰り出されたメインワイヤロープ14の長さに関する情報と捉えてよい。
サブ繰出長検出センサ32は、サブウインチ15から繰り出されたサブワイヤロープ16の繰り出し量Lsa(n)に関する情報を検出する。サブ繰出長検出センサ32が検出する繰り出し量Lsa(n)に関する情報は、サブウインチ15から繰り出されたサブワイヤロープ16の長さに関する情報と捉えてよい。
キャビン17は、操縦席を覆っている。キャビン17は、旋回台7に搭載されている。キャビン17は、操縦席(不図示)を有する。操縦席には、車両2を走行操作するための操作具やクレーン装置6を操作するための操作具が設けられている。
クレーン装置6を操作するための操作具は、例えば、旋回操作具18、起伏操作具19、伸縮操作具20、メインドラム操作具21、及び、サブドラム操作具22である。キャビン17には、作業範囲設定装置34等が設けられてよい(図2参照)。
旋回操作具18は、旋回用バルブ23を操作することで旋回用油圧モータ8を制御する。起伏操作具19は、起伏用バルブ25を操作することで起伏用油圧シリンダ12を制御する。伸縮操作具20は、伸縮用バルブ24を操作することで伸縮用油圧シリンダ(不図示)を制御する。
メインドラム操作具21は、メイン用操作バルブ26mを操作することでメイン用油圧モータを制御する。サブドラム操作具22は、サブ用操作バルブ26sを操作することでサブ用油圧モータを制御する。
作業範囲設定装置34は、被操作機能部(例えば、ブーム9)の規制範囲(稼働制限範囲とも称する。)を任意に設定する際に使用される。作業範囲設定装置34は、作業者の入力に基づいて、被操作機能部(例えば、ブーム9)の規制範囲を設定する際に使用されてもよい。
作業範囲設定装置34は、作業者の入力に基づいてブーム9の規制範囲を設定してよい。作業範囲設定装置34は、規制範囲設定部の一例に該当すると捉えてよい。
作業範囲設定装置34は、クレーン1に設けられた種々のセンサ(例えば、旋回用センサ27、伸縮用センサ28、及び、重量センサ29等)の検出値(作業状態に関する情報とも称する。)、及び/又は、クレーン1の安全装置(不図示)に記憶された種々の情報に基づいて、規制範囲を設定してよい。
作業範囲設定装置34は、周囲の障害物又は他のクレーン1との位置関係(周囲に関する情報とも称する。)に基づいて、被操作機能部(例えば、ブーム9)の規制範囲を設定してよい。この場合の規制範囲は、被操作機能部(例えば、ブーム9)がこの規制範囲に侵入すると、周囲の障害物又は他のクレーン1等に衝突する可能性がある範囲と捉えてよい。
又、規制範囲は、例えば、ブームの侵入が禁止されている範囲と捉えてもよい。又、規制範囲は、フックの侵入が禁止されている範囲であってもよい。
このように構成されるクレーン1は、車両2を走行させることで任意の位置にクレーン装置6を移動させることができる。又、クレーン1は、起伏操作具19の操作によってブーム9の起伏角度を調整するとともに、伸縮操作具20の操作によってブーム9の長さを調整することにより、クレーン装置6の揚程及び作業半径を調整できる。又、クレーン1は、荷物Wを吊り上げた状態で、旋回台7を旋回させることにより、荷物Wを搬送する。
図2に示すように、制御装置33は、各操作バルブ23〜25、26m、26sを介してクレーン1のアクチュエータを制御する。各操作バルブ23〜25、26m、26sは、アクチュエータの一部を構成すると捉えてよい。制御装置33は、制御信号生成部33a、共振周波数算出部33b、フィルタ部33c、フィルタ係数算出部33d、流れ量算出部33f、範囲設定部33e、及び、判定部33gを有する。
制御装置33は、キャビン17内に設けられている。制御装置33は、実体的には、CPU、ROM、RAM、及び、HDD等がバスで接続される構成であってよい。又、制御装置33は、ワンチップのLSI等からなる構成であってもよい。
制御装置33は、記憶部(不図示)に、制御信号生成部33a、共振周波数算出部33b、フィルタ部33c、フィルタ係数算出部33d、流れ量算出部33f、範囲設定部33e、及び、判定部33gの動作を制御するために種々のプログラム及びデータを記憶してよい。
制御信号生成部33aは、制御装置33の一部であり、各アクチュエータの速度指令である基本制御信号を生成する。制御信号生成部33aは、旋回操作具18、起伏操作具19、伸縮操作具20、メインドラム操作具21、及び/又は、サブドラム操作具22等から各操作具の操作量(操作に関する情報ともいう。)を取得する。
基本制御信号は、後述のノッチフィルタF(n)によりフィルタリングされていない制御信号と捉えてよい。制御信号生成部33aは、生成部の一例に該当する。基本制御信号は、第一制御信号の一例に該当する。
制御信号生成部33aは、旋回用センサ27、伸縮用センサ28、起伏用センサ(不図示)、及び/又は、重量センサ29から旋回台7の旋回位置、ブーム長さ、起伏角度、及び/又は、荷物Wの重量Wm、Ws等のクレーン1の状態に関する情報を取得してもよい。
制御信号生成部33aは、取得したクレーン1の操作に関する情報に基づいて、旋回操作具18の基本制御信号C(1)を生成する。又、制御信号生成部33aは、取得したクレーン1の操作に関する情報、及び/又は、クレーン1の状態に関する情報に基づいて、各操作具19〜22の基本制御信号C(2)〜(5)を生成する。以下、基本制御信号C(1)〜C(5)を、単にまとめて基本制御信号C(n)と称する。尚、nは、制御信号生成部33aが生成した基本制御信号により制御される操作具の数と捉えてよい。
又、制御信号生成部33aは、ブーム9が規制範囲に近接した場合や特定の指令を取得した場合に操作具の操作(手動制御)によらない自動制御(例えば自動停止や自動搬送等)を行う自動停止信号C(na)や、任意の操作具の緊急停止操作に基づいて緊急停止制御を行う緊急停止信号C(ne)を生成してよい。
自動停止信号C(na)及び緊急停止信号C(ne)は、後述のノッチフィルタによりフィルタリングされていない制御信号と捉えてよい。自動停止信号C(na)及び緊急停止信号C(ne)は、後述のノッチフィルタによりフィルタリングされた制御信号と捉えてもよい。
共振周波数算出部33bは、制御装置33の一部であり、メインワイヤロープ14又はサブワイヤロープ16に吊り下げられた荷物Wを単振り子として、その共振周波数ω(n)を算出する。共振周波数算出部33bは、算出部の一例に該当する。
共振周波数算出部33bは、メインワイヤロープ14に吊り下げられたメインフック10aを単振り子として、メインフック10aの揺れの共振周波数ω(n)を算出してよい。又、共振周波数算出部33bは、サブワイヤロープ16に吊り下げられたサブフック11aを単振り子として、サブフック11aの揺れの共振周波数ω(n)を算出してよい。共振周波数算出部33bは、共振周波数ω(n)の算出に必要な情報を、制御装置33を構成する各エレメントから取得すると捉えてよい。
共振周波数算出部33bは、制御信号生成部33aからブーム9の起伏角度を取得してよい。共振周波数算出部33bは、メイン繰出長検出センサ31からメインワイヤロープ14の繰り出し量Lma(n)に関する情報を取得してよい。
又、共振周波数算出部33bは、サブ繰出長検出センサ32からサブワイヤロープ16の繰り出し量Lsa(n)に関する情報を取得してよい。又、共振周波数算出部33bは、メインフックブロック10を使用している場合、安全装置(不図示)からメインフックブロック10の掛け数を取得してよい。
更に、共振周波数算出部33bは、フックシーブ(メインフックシーブとも称する。)からメインワイヤロープ14が離間する位置からメインフックブロック10までのメインワイヤロープ14の鉛直方向におけるワイヤ長Lm(n)を算出してよい。
共振周波数算出部33bは、メイン繰出長検出センサ31から取得した繰り出し量Lma(n)に関する情報に基づいて、鉛直方向におけるワイヤ長Lm(n)を算出してよい。具体的には、鉛直方向におけるワイヤ長Lm(n)は、繰り出し量Lma(n)をメインフックブロック10のワイヤ掛け数(本実施形態の場合、2本)で除した値と捉えてよい。
鉛直方向におけるワイヤ長Lm(n)は、メインフックシーブとメインフックブロック10との鉛直方向における距離に等しいメインワイヤロープ14の長さと捉えてもよい。
又、共振周波数算出部33bは、フックシーブ(サブフックシーブとも称する。)からサブワイヤロープ16が離間する位置からサブフックブロック11までのサブワイヤロープ16の鉛直方向におけるワイヤ長Ls(n)を算出してよい。
共振周波数算出部33bは、サブ繰出長検出センサ32から取得した繰り出し量Lsa(n)に関する情報に基づいて、鉛直方向におけるワイヤ長Ls(n)を算出してよい。本実施形態の場合、サブフックブロックのワイヤ掛け数が1本であるため、鉛直方向におけるワイヤ長Ls(n)は、繰り出し量Lsa(n)に等しい。
鉛直方向におけるワイヤ長Ls(n)は、サブフックシーブとサブフックブロック11との鉛直方向における距離に等しいサブワイヤロープ16の長さと捉えてもよい。又、サブワイヤロープ16の鉛直方向におけるワイヤ長Ls(n)は、図1のL(n)に該当すると捉えてよい。
更に、共振周波数算出部33bは、メインワイヤロープ14に関する共振周波数ω(n)を算出してよい。又、共振周波数算出部33bは、サブワイヤロープ16に関する共振周波数ω(n)を算出してよい。尚、共振周波数ω(n)は、重力加速度gとワイヤロープの鉛直方向におけるワイヤ長L(n)とに基づいて、下記式(1)から算出できる。
ω(n)=√(g/L(n)) ・・・ (1)
メインワイヤロープ14に関する共振周波数ω(n)を算出する場合、上記式(1)におけるL(n)は、メインワイヤロープ14の鉛直方向におけるワイヤ長Lm(n)である。
サブワイヤロープ16に関する共振周波数ω(n)を算出する場合、上記式(1)におけるL(n)は、サブワイヤロープ16の鉛直方向におけるワイヤ長Ls(n)である。
尚、吊り下げ長さL(n)の代わりに振り子長さ(ワイヤロープにおいて、シーブからメインワイヤロープ14が離間する位置から荷物Wの重心Gまでの長さ)を用いて共振周波数ω(n)を算出してもよい。
フィルタ部33cは、制御装置33の一部であり、基本制御信号C(1)・C(2)・・C(n)の特定の周波数領域を減衰させるノッチフィルタF(1)・F(2)・・F(n)を生成する(以下、単にまとめて「ノッチフィルタF(n)」と記し、nは任意の数とする)。フィルタ部33cは、基本制御信号C(n)に対して、生成したノッチフィルタF(n)によりフィルタリングすることにより、フィルタリング制御信号Cd(n)を生成する。
フィルタ係数算出部33dは、制御信号生成部33aから旋回台7の旋回位置に関する情報、ブーム長さに関する情報、起伏角度に関する情報、荷物Wの重量Wm、Wsに関する情報、及び、基本制御信号C(n)を取得する。更に、フィルタ部33cは、共振周波数算出部33bが算出した共振周波数ω(n)を取得する。
フィルタ係数算出部33dは、取得した旋回台7の旋回位置に関する情報、ブーム長さに関する情報、起伏角度に関する情報、及び、荷物Wの重量Wm、Wsに関する情報等のクレーン1の作動状態に関する情報に基づいて、ノッチフィルタF(n)を構成する伝達関数H(s)(後述の式(2)参照)の中心周波数係数ωn、ノッチ幅係数ζ、及び、ノッチ深さ係数δを算出する。
フィルタ係数算出部33dは、基本制御信号C(n)のそれぞれに対応したノッチ幅係数ζとノッチ深さ係数δとを算出する。フィルタ係数算出部33dは、取得した共振周波数ω(n)を中心周波数ωc(n)として、対応する中心周波数係数ωnを算出する。
本実施形態において、フィルタ部33cは、フィルタ係数算出部33dから取得した中心周波数係数ωn、ノッチ幅係数ζ、及び、ノッチ深さ係数δを算出して伝達関数H(s)に適応する。図2に示すフィルタ部33c及びフィルタ係数算出部33dは、フィルタ部の一例に該当すると捉えてよい。
フィルタ部33cは、基本制御信号C(1)にノッチフィルタF(1)を適用して基本制御信号C(1)から共振周波数ω(1)を基準とする任意の周波数範囲の周波数成分を任意の割合で減衰させたフィルタリング制御信号Cd(1)を生成する。
同様にして、フィルタ部33cは、基本制御信号C(2)にノッチフィルタF(2)を適用してフィルタリング制御信号Cd(2)を生成する。つまり、フィルタ部33cは、基本制御信号C(n)にノッチフィルタF(n)を適用して基本制御信号C(n)から共振周波数ω(n)を基準とする任意の周波数範囲の周波数成分を任意の割合で減衰させたフィルタリング制御信号Cd(n)を生成する(以下、単にまとめて「フィルタリング制御信号Cd(n)」と記し、nは任意の数とする)。フィルタ部33cにより生成されるフィルタリング制御信号Cd(n)は、第二制御信号の一例に該当する。
又、フィルタ部33cは、判定部33gからの信号に基づいて、自動停止制御を開始してよい。フィルタ部33cは、旋回用バルブ23、伸縮用バルブ24、起伏用バルブ25、メイン用操作バルブ26m、及び、サブ用操作バルブ26sのうち対応する操作バルブにフィルタリング制御信号Cd(n)を伝達する。
つまり、制御装置33は、各操作バルブ23〜25、26m、26sを介してアクチュエータである旋回用油圧モータ8、起伏用油圧シリンダ12、伸縮用油圧シリンダ(不図示)、メイン用油圧モータ(不図示)、及び、サブ用油圧モータ(不図示)を制御する。
範囲設定部33eは、制御装置33の一部である。範囲設定部33eは、作業範囲設定装置34により設定された被操作機能部(例えば、ブーム9、メインフック10a、及び、サブフック11a)の規制範囲に基づいて、被操作機能部(例えば、ブーム9、メインフック10a、及び、サブフック11a)の作動可能範囲を算出してよい。
作動可能範囲は、ブーム9の伸縮に関する作動可能範囲、ブーム9の起伏に関する作動可能範囲、及び、ブーム9の旋回に関する作動可能範囲を含んでよい。作動可能範囲は、メインフック10a及びサブフック11aの移動(上下動)に関する作動可能範囲を含んでもよい。
範囲設定部33eは、作業範囲設定装置34により設定された被操作機能部(例えば、ブーム9、メインフック10a、及び、サブフック11a)の規制範囲に基づいて、被操作機能部(例えば、ブーム9、メインフック10a、及び、サブフック11a)が作動可能な範囲である許容作動量を設定してよい。
被操作機能部がブーム9の場合、許容作動量は、ブーム9が規制範囲に侵入しないような、ブーム9の伸縮に関する許容作動量、ブーム9の起伏に関する許容作動量、及び、ブーム9の旋回に関する許容作動量を含んでよい。
流れ量算出部33fは、制御装置33の一部である。流れ量算出部33fは、フィルタリング制御信号Cd(n)に基づく制御において、アクチュエータに停止信号が入力されてから、このアクチュエータにより駆動される被操作機能部(例えば、ブーム9)の動作(例えば、旋回)が停止するまでに被操作機能部(例えば、ブーム9)が移動する流れ量Δφを算出する。流れ量算出部33fは、算出部の一例に該当する。
被操作機能部がブーム9の場合、流れ量Δφは、ブーム9の旋回に関する流れ量Δφ(流れ角又は旋回流れ量とも称する。)であってよい。又、被操作機能部がブーム9の場合、流れ量Δφは、ブーム9の伸縮に関する流れ量Δφ(伸縮流れ量とも称する。)であってよい。又、被操作機能部がブーム9の場合、流れ量Δφは、ブーム9の起伏に関する流れ量Δφ(起伏流れ量とも称する)であってよい。
流れ量算出部33fは、フィルタリング制御信号Cd(n)に基づく制御において、被操作機能部(例えば、ブーム9)又はこの被操作機能部を駆動するアクチュエータの動作速度φと、共振周波数ω(n)に基づく荷揺れ周期Tと、ノッチ幅係数ζ及びノッチ深さ係数δに基づく荷振れ低減率Pnfと、減速度制限値Dccとに基づいて、被操作機能部(例えば、ブーム9)又はこの被操作機能部を駆動するアクチュエータの流れ量Δφを、随時算出する。
流れ量算出部33fは、フィルタリング制御信号Cd(n)に基づく制御において、所定間隔で間欠的に流れ量Δφを算出してよい。流れ量Δφは、例えば、ブーム9の旋回速度に応じて変わる。
荷振れ低減率Pnfは、ノッチフィルタF(n)の伝達関数H(s)におけるノッチ幅係数ζ及びノッチ深さ係数δから定まる割合である。
減速度制限値Dccは、フィルタリング制御信号Cd(n)における減速度(単位時間当たりの速度低下量)の下限値である。
尚、流れ量算出部33fは、フィルタリング制御信号Cd(n)が生成されない場合、すなわち、基本制御信号C(n)にノッチフィルタF(n)を適用しない場合、基本制御信号C(n)に基づく制御において各操作停止信号が入力されてから被操作機能部(例えば、ブーム9)が停止するまでの、被操作機能部(例えば、ブーム9)の流れ量を算出してよい。
判定部33gは、制御装置33の一部である。判定部33gは、規制範囲内で被操作機能部(例えば、ブーム9)を停止させるために、自動停止制御を適用するか否かを判定する。
判定部33gは、クレーン1の作動状態から定まる被操作機能部(例えば、ブーム9)の現在の作動量(例えば、基準位置からの旋回角度)と、目標作動量との差が流れ量Δφ(例えば、流れ角)以下である場合、フィルタ部33cに自動停止制御の開始信号を送信する。
目標作動量は、被操作機能部が基準位置から作動して(例えば、旋回して)、規制範囲の境界に到達するまでの作動量(旋回角)と捉えてよい。目標作動量は、目標停止位置に関する情報の一例に該当すると捉えてよい。現在の作動量は、現在位置に関する情報の一例に該当すると捉えてよい。
図3及び図4を用いてノッチフィルタF(n)について説明する。ノッチフィルタF(n)は、任意の周波数を中心として基本制御信号C(n)に急峻な減衰を与えるフィルタである。
図3に示すように、ノッチフィルタF(n)は、任意の中心周波数ωc(n)を中心とする任意の周波数範囲であるノッチ幅Bnの周波数成分を、中心周波数ωc(n)における任意の周波数の減衰割合であるノッチ深さDnで減衰させる周波数特性を有するフィルタである。
つまり、ノッチフィルタF(n)の周波数特性は、中心周波数ωc(n)、ノッチ幅Bn、及び、ノッチ深さDnから設定される。ノッチフィルタF(n)は、下記式(2)に示す伝達関数H(s)を有する。
Figure 0006849144
上記式(2)においてωnはノッチフィルタF(n)の中心周波数ωc(n)に対応する中心周波数係数ωnである。ζは、ノッチ幅Bnに対応するノッチ幅係数ζである。δは、ノッチ深さDnに対応するノッチ深さ係数δである。
ノッチフィルタF(n)は、中心周波数係数ωnが変更されることでノッチフィルタF(n)の中心周波数ωc(n)が変更される。ノッチフィルタF(n)は、ノッチ幅係数ζが変更されることでノッチフィルタF(n)のノッチ幅Bnが変更される。
ノッチフィルタF(n)は、ノッチ深さ係数δが変更されることでノッチフィルタF(n)のノッチ深さDnが変更される。ノッチフィルタF(n)は、ノッチ幅係数ζとノッチ深さ係数δとから決定される荷振れ低減率Pnfによってその特性が表される。
ノッチフィルタF(n)において、ノッチ幅係数ζが大きいほど、ノッチ幅Bnが大きくなる。換言すれば、ノッチフィルタF(n)において、減衰させる周波数範囲(つまり、ノッチ幅Bn)は、ノッチ幅係数ζに対応して設定される。
ノッチ深さ係数δは、0から1までの間で設定される。図4に示すように、ノッチ深さ係数δ=0の場合、ノッチフィルタF(n)の中心周波数ωc(n)におけるゲイン特性は、―∞dBとなる。これにより、中心周波数ωc(n)での減衰量が、最大になる。つまり、ノッチフィルタF(n)は、入力信号(基本制御信号)に含まれる周波数成分から、ノッチフィルタF(n)の周波数特性に対応する周波数成分を減衰させた出力信号(フィルタリング制御信号)を出力する。
ノッチ深さ係数δ=1の場合、ノッチフィルタF(n)の中心周波数ωc(n)におけるゲイン特性は、0dBとなる。このようなノッチフィルタF(n)は、入力信号(基本制御信号)に含まれる周波数成分を減衰させる機能を有していない。つまり、ノッチフィルタF(n)は、入力信号(基本制御信号)を、出力信号として出力する。
図2に示すように、制御装置33の制御信号生成部33aは、旋回操作具18、起伏操作具19、伸縮操作具20、メインドラム操作具21、及び、サブドラム操作具22に接続されている。
制御信号生成部33aは、旋回操作具18、起伏操作具19、メインドラム操作具21、及び、サブドラム操作具22それぞれの操作量(操作信号)に応じて制御信号C(n)を生成する。
制御装置33の共振周波数算出部33bは、起伏用センサ30、メイン繰出長検出センサ31、サブ繰出長検出センサ32、フィルタ係数算出部33d、及び、安全装置(不図示)に接続されている。共振周波数算出部33bは、メインワイヤロープ14の鉛直方向におけるワイヤ長Lm(n)とサブワイヤロープ16の鉛直方向におけるワイヤ長Ls(n)を算出する。
制御装置33のフィルタ部33cは、制御信号生成部33aに接続されている。フィルタ部33cは、制御信号生成部33aから制御信号C(n)を取得する。
又、フィルタ部33cは、フィルタ係数算出部33dに接続されている。フィルタ部33cは、フィルタ係数算出部33dから、ノッチ幅係数ζ、ノッチ深さ係数δ、及び、中心周波数係数ωnを取得する。
又、フィルタ部33cは、判定部33gに接続されている。フィルタ部33cは、判定部33gから、自動停止制御の開始信号を取得することができる。
制御装置33のフィルタ係数算出部33dは、制御信号生成部33aに接続されている。フィルタ係数算出部33dは、制御信号生成部33aから、制御信号C(n)を取得する。
又、フィルタ係数算出部33dは、共振周波数算出部33bに接続されている。フィルタ係数算出部33dは、共振周波数算出部33bから、メインワイヤロープ14の鉛直方向における長さLm(n)、及び、サブワイヤロープ16の鉛直方向における長さLs(n)(図1のL(n)参照)、及び、共振周波数ω(n)を取得する。
又、フィルタ係数算出部33dは、旋回用センサ27、伸縮用センサ28、重量センサ29、及び、起伏用センサ30に接続されている。フィルタ係数算出部33dは、旋回用センサ27からブーム9の旋回角度に関する情報、及び/又は、旋回台7の旋回位置に関する情報を取得する。
フィルタ係数算出部33dは、伸縮用センサ28からブーム長さに関する情報を取得する。フィルタ係数算出部33dは、起伏用センサ30から起伏角度に関する情報を取得する。フィルタ係数算出部33dは、重量センサ29から、荷物Wの重量Wtに関する情報を取得する。
制御装置33の範囲設定部33eは、旋回用センサ27、伸縮用センサ28、重量センサ29、及び、起伏用センサ30に接続されている。範囲設定部33eは、旋回用センサ27から、ブーム9の旋回角度に関する情報及び/又は旋回台7の旋回位置に関する情報を取得する。
範囲設定部33eは、伸縮用センサ28から、ブーム長さに関する情報を取得する。範囲設定部33eは、起伏用センサ30から、起伏角度に関する情報を取得する。範囲設定部33eは、重量センサ29から、荷物Wの重量Wtに関する情報を取得する。
又、範囲設定部33eは、作業範囲設定装置34に接続されている。範囲設定部33eは、作業範囲設定装置34から、ブーム9の規制範囲に関する情報を取得する。範囲設定部33eは、取得した規制範囲に関する情報に基づいて、ブーム9の作動可能範囲を設定する。
制御装置33の流れ量算出部33fは、共振周波数算出部33bに接続されている。流れ量算出部33fは、共振周波数算出部33bから、共振周波数ω(n)を取得する。
又、流れ量算出部33fは、フィルタ部33cに接続されている。流れ量算出部33fは、フィルタ部33cから、フィルタリング制御信号Cd(n)を取得する。
又、流れ量算出部33fは、フィルタ係数算出部33dに接続されている。流れ量算出部33fは、フィルタ係数算出部33dから、ノッチ幅係数ζ及びノッチ深さ係数δを取得する。
制御装置33の判定部33gは、旋回用センサ27、伸縮用センサ28、重量センサ29、及び、起伏用センサ30に接続されている。判定部33gは、旋回用センサ27から、ブーム9の旋回角度に関する情報及び/又は旋回台7の旋回位置に関する情報を取得する。
判定部33gは、伸縮用センサ28から、ブーム長さに関する情報を取得する。又、判定部33gは、起伏用センサ30から、起伏角度に関する情報を取得する。又、判定部33gは、重量センサ29から、荷物Wの重量Wtに関する情報を取得する。
又、判定部33gは、範囲設定部33eに接続されている。判定部33gは、範囲設定部33eから、ブーム9の作動可能範囲に関する情報を取得する。又、判定部33gは、流れ量算出部33fに接続されている。判定部33gは、流れ量算出部33fから、流れ量に関する情報を取得する。
旋回用バルブ23、伸縮用バルブ24、起伏用バルブ25、メイン用操作バルブ26m、及び、サブ用操作バルブ26sはそれぞれ、フィルタ部33cに接続されている。旋回用バルブ23、伸縮用バルブ24、起伏用バルブ25、メイン用操作バルブ26m、及び、サブ用操作バルブ26sは、フィルタ部33cから対応するフィルタリング制御信号Cd(n)及び自動停止信号C(na)を取得する。
制御装置33は、制御信号生成部33aにおいて、旋回操作具18、起伏操作具19、伸縮操作具20、メインドラム操作具21、及び、サブドラム操作具22の操作量に基づいて各操作具に対応した制御信号C(n)を生成する。
又、制御装置33は、共振周波数算出部33bにおいて、メイン繰出長検出センサ31から取得したメインワイヤロープ14の繰り出し量Lma(n)に基づいて、メインワイヤロープ14の鉛直方向におけるワイヤ長Lm(n)を算出する。
又、制御装置33は、共振周波数算出部33bにおいて、サブ繰出長検出センサ32から取得したサブワイヤロープ16の繰り出し量Lsa(n)に基づいて、サブワイヤロープ16の鉛直方向におけるワイヤ長Ls(n)を算出する。
又、制御装置33は、フィルタ係数算出部33dにおいて、制御信号C(n)、旋回台7の旋回位置に関する情報、ブーム長さに関する情報、起伏角度に関する情報、及び、荷物Wの重量Wtに関する情報に基づいて、制御信号C(n)に対応したノッチ幅係数ζ及びノッチ深さ係数δを算出する。
又、フィルタ係数算出部33dは、共振周波数算出部33bから取得した共振周波数ω(n)に基づいて、ノッチフィルタF(n)の中心周波数係数ωnを算出する。
図5に示すように、制御装置33は、フィルタ部33cにおいて、ノッチ幅係数ζ、ノッチ深さ係数δ、及び、中心周波数係数ωnを適用したノッチフィルタF(n)を用いて、制御信号C(n)をフィルタリングして、フィルタリング制御信号Cd(n)を生成する。
ノッチフィルタF(n)の出力信号であるフィルタリング制御信号Cd(n)(図5の実線で示す制御信号)は、基本制御信号C(n)(図5の一点鎖線で示す制御信号)から共振周波数ω(n)の周波数成分等が減衰された制御信号である。
このため、フィルタリング制御信号Cd(n)に基づく制御は、基本制御信号C(n)に基づく制御に比べて、被操作機能部(例えば、ブーム9)の動作の停止指令(減速指令とも称する。)が出力されてから、被操作機能部の動作が停止するまでにかかる時間が長くなる。
一例として、図5に示すように、基本制御信号C(n)に基づく制御は、時刻t0においてブーム9の動作の停止指令が出力された後、時刻t1においてブーム9の動作が停止する。一方、図5に示すように、フィルタリング制御信号Cd(n)に基づく制御は、時刻t0においてブーム9を停止指令が出力された後、時刻t2においてブーム9の動作が停止する。尚、ブーム9の停止指令は、制御装置33が出力してよい。
具体的には、アクチュエータの動作は、ノッチ深さ係数δが0に近い(ノッチ深さDnが深い)ノッチフィルタF(n)から出力されるフィルタリング制御信号Cd(n)に基づいて制御される方が、ノッチ深さ係数δが1に近い(ノッチ深さDnが浅い)ノッチフィルタF(n)から出力されるフィルタリング制御信号Cd(n)、又は、基本制御信号C(n)で制御される場合と比べて、反応が緩慢になる。
同様に、アクチュエータの動作は、ノッチ幅係数ζが標準的な値よりも比較的大きい(ノッチ幅Bnが比較的広い)ノッチフィルタF(n)から出力されるフィルタリング制御信号Cd(n)に基づいて制御される方が、ノッチ幅係数ζが標準的な値よりも比較的小さい(ノッチ幅Bnが比較的狭い)ノッチフィルタF(n)から出力されるフィルタリング制御信号Cd(n)、又は、基本制御信号C(n)で制御される場合と比べて、反応が緩慢になる。
次に、図6を用いて、ブーム9の流れ量である旋回流れ角γについて説明する。ブーム9の旋回流れ角γとは、ブーム9の現在位置において、制御装置33が旋回用油圧モータ8にブーム9の旋回を停止するための停止信号を出力したと仮定した場合の、上記停止信号の出力からブーム9の停止までのブーム9の旋回角度を意味する。旋回流れ角γは、流れ量に関する情報及び第一流れ量の一例に該当する。
尚、制御装置33が旋回用油圧モータ8にブーム9の旋回を停止するための停止信号を出力した場合とは、ブーム9の旋回を停止するための停止信号が、旋回用油圧モータ8に入力された場合と、捉えてもよい。
ブーム9の基準位置(第一基準位置とも称する。)からの旋回角度は、旋回用油圧モータ8の基準位置(第二基準位置とも称する。)からの回転数に対して、所定の関係を有する。つまり、旋回用油圧モータ8の基準位置からの回転数に基づいて、ブーム9の基準位置からの旋回角度が算出される。
制御装置33が旋回用油圧モータ8にブーム9の旋回を停止するための停止信号を出力したと仮定した場合の、上記停止信号の入力からブーム9の停止までの、旋回用油圧モータ8の作動量(総回転数)は、流れ量に関する情報の一例に該当する。
本実施形態において、旋回流れ角γについては、旋回用油圧モータ8の回転速度、作動量に連動するブーム9の現在の旋回速度φb、及び、旋回角度βを用いて説明する。
又、本実施形態において、流れ量に関する情報は、ブーム9の旋回流れ角γである。現在位置に関する情報は、ブーム9の基準位置(第一基準位置)からの旋回角度βである。目標停止位置に関する情報は、限界旋回角度αである。限界旋回角度αは、限界移動量の一例に該当する。
尚、目標停止位置に関する情報は、作動可能範囲と規制範囲との境界位置に基づいて決定されてよい。又、目標停止位置に関する情報は、クレーン1の姿勢に関する情報及び荷物Wの重量Wtに関する情報に基づいて決定されてよい。
又、目標停止位置に関する情報は、荷物Wの搬送先の位置情報に基づいて決定されてよい。又、目標停止位置に関する情報は、作業者が選択した任意の位置であってもよい。
流れ量に関する情報、現在位置に関する情報、及び、目標停止位置に関する情報は、上述の場合に限定されない。
ブーム9が起伏動作している場合、流れ量に関する情報は、ブーム9の起伏流れ角であってよい。ブーム9が起伏動作している場合、現在位置に関する情報は、基準位置(全倒伏状態)からのブーム9の起伏角度であってよい。ブーム9が起伏動作している場合、目標停止位置に関する情報は、ブーム9の限界起伏角度であってよい。
ブーム9が伸縮動作している場合、流れ量に関する情報は、ブーム9の伸縮流れ量であってよい。ブーム9が伸縮動作している場合、現在位置に関する情報は、基準位置(全縮状態)からのブーム9の伸長量であってよい。ブーム9が伸縮動作している場合、目標停止位置に関する情報は、ブーム9が伸縮できる限界位置であってよい。
又、メインフック10aが下方に移動している場合、流れ量に関する情報は、メインワイヤロープ14の繰り出し流れ量であってよい。メインフック10aが下方に移動している場合、現在位置に関する情報は、メインワイヤロープ14の吊り下げ長さであってよい。メインフック10aが下方に移動している場合、目標停止位置に関する情報は、限界繰り出し長さであってよい。
又、メインフック10aが上方に移動している場合、流れ量に関する情報は、メインワイヤロープ14の繰り入れ流れ量であってよい。メインフック10aが上方に移動している場合、現在位置に関する情報は、メインワイヤロープ14の吊り下げ長さであってよい。メインフック10aが上方に移動している場合、目標停止位置に関する情報は、メインワイヤロープ14の限界繰り入れ長さであってよい。
又、サブフック11aが下方に移動している場合、流れ量に関する情報は、サブワイヤロープ16の繰り出し流れ量であってよい。サブフック11aが下方に移動している場合、現在位置に関する情報は、サブワイヤロープ16の吊り下げ長さであってよい。サブフック11aが下方に移動している場合、目標停止位置に関する情報は、サブワイヤロープ16の限界繰り出し長さであってよい。
又、サブフック11aが上方に移動している場合、流れ量に関する情報は、サブワイヤロープ16の繰り入れ流れ量であってよい。サブフック11aが上方に移動している場合、現在位置に関する情報は、サブワイヤロープ16の吊り下げ長さであってよい。サブフック11aが上方に移動している場合、目標停止位置に関する情報は、サブワイヤロープ16の限界繰り入れ長さであってよい。
更に、ブーム9が旋回動作している場合、流れ量に関する情報は、旋回用油圧モータ8の流れ回転数であってよい。ブーム9が旋回動作している場合、現在位置に関する情報は、ブーム9の基準位置に対応する旋回用油圧モータ8の基準位置からの作動量(総回転数)であってよい。ブーム9が旋回動作している場合、目標停止位置に関する情報は、限界旋回角度に対応する旋回用油圧モータ8の基準位置からの作動量(総回転数)であってよい。
又、ブーム9が起伏動作している場合、流れ量に関する情報は、起伏用油圧シリンダ12の伸縮方向における流れ量(伸縮方向における移動量)であってよい。ブーム9が起伏動作している場合、現在位置に関する情報は、ブーム9の基準位置(全倒伏状態)に対応する起伏用油圧シリンダ12の基準位置からの作動量(伸縮方向における移動量)であってよい。ブーム9が起伏動作している場合、目標停止位置に関する情報は、限界起伏角度に対応する起伏用油圧シリンダ12の基準位置からの作動量(伸縮方向における移動量)であってよい。
又、ブーム9が伸縮動作している場合、流れ量に関する情報は、伸縮用油圧シリンダ(不図示)の伸縮方向における流れ量(伸縮方向における移動量)であってよい。ブーム9が伸縮動作している場合、現在位置に関する情報は、ブーム9の基準位置(全縮状態)に対応する伸縮用油圧シリンダ(不図示)の基準位置からの伸長量(伸縮方向における移動量)であってよい。ブーム9が伸縮動作している場合、目標停止位置に関する情報は、ブーム9が伸縮できる限界位置に対応する伸縮用油圧シリンダ(不図示)の伸縮量(伸縮方向における移動量)であってよい。
又、メインフック10aが下方に移動している場合、流れ量に関する情報は、メイン用油圧モータ(不図示)の第一方向の流れ回転数であってよい。メインフック10aが下方に移動している場合、現在位置に関する情報は、メインフック10aの吊り下げ長さに対応するメイン用油圧モータ(不図示)の第一方向の作動量(総回転数)であってよい。メインフック10aが下方に移動している場合、目標停止位置に関する情報は、メインワイヤロープ14の限界繰り出し長さに対応するメイン用油圧モータ(不図示)の第一方向の作動量(総回転数)であってよい。
又、メインフック10aが上方に移動している場合、流れ量に関する情報は、メイン用油圧モータ(不図示)の第二方向の流れ回転数であってよい。メインフック10aが上方に移動している場合、現在位置に関する情報は、メインフック10aの吊り下げ長さに対応するメイン用油圧モータ(不図示)の第二方向の作動量(総回転数)であってよい。メインフック10aが上方に移動している場合、目標停止位置に関する情報は、メインワイヤロープ14の限界繰り入れ長さに対応するメイン用油圧モータ(不図示)の第二方向の作動量(総回転数)であってよい。
又、サブフック11aが下方に移動している場合、流れ量に関する情報は、サブ用油圧モータ(不図示)の第一方向の流れ回転数であってよい。サブフック11aが下方に移動している場合、現在位置に関する情報は、サブワイヤロープ16の吊り下げ長さに対応するサブ用油圧モータ(不図示)の第一方向の作動量(総回転数)であってよい。サブフック11aが下方に移動している場合、目標停止位置に関する情報は、サブワイヤロープ16の限界繰り出し長さに対応するサブ用油圧モータ(不図示)の第一方向の作動量(総回転数)であってよい。
又、サブフック11aが上方に移動している場合、流れ量に関する情報は、サブ用油圧モータ(不図示)の第二方向の流れ回転量であってよい。サブフック11aが上方に移動している場合、現在位置に関する情報は、サブワイヤロープ16の吊り下げ長さに対応するサブ用油圧モータ(不図示)の第二方向の作動量(総回転数)であってよい。サブフック11aが上方に移動している場合、停止目標位置に関する情報は、サブワイヤロープ16の限界繰り入れ長さに対応するサブ用油圧モータ(不図示)の第二方向の作動量(総回転数)であってよい。
制御装置33の流れ量算出部33fは、フィルタリング制御信号Cd(n)が生成されると、フィルタリング制御信号Cd(n)による制御において、ブーム9の旋回流れ角γを算出する。
流れ量算出部33fは、フィルタリング制御信号Cd(n)に基づいて作動しているブーム9の現在の旋回速度φbに対応する旋回流れ角γを、随時算出している。
旋回流れ角γは、現在の旋回速度φb、荷物Wの共振周波数ω(n)から算出される荷物Wの荷振れ周期T、及び、ノッチ幅係数ζとノッチ深さ係数δとから定まる荷振れ低減率Pnfとの積に、減速度制限値Dccによる旋回流れ角γの増加分を加えて算出される。
つまり、ブーム9の旋回流れ角γは、ブーム9の現在の旋回速度φbが速いほど大きくなる。又、ブーム9の旋回流れ角γは、荷振れ周期Tが長いほど大きくなる。又、ブーム9の旋回流れ角γは、荷振れ低減率Pnfが大きいほど大きくなる。旋回流れ角γは、図5の網掛けで示す部分(図5の矢印S1が指す部分)の面積と、図5の矢印S2が指す三角形部分の面積との和に相当すると捉えてよい。
流れ量算出部33fは、制御信号C(n)にノッチフィルタF(n)を適用しない場合、ブーム9の旋回流れ角γは、ブーム9の現在の旋回速度φbと、減速時間と、に基づいて算出される。
以下、図6及び図7を参照して、クレーン1のブーム9の作動可能範囲が設定されている場合に実施されるクレーン1の自動停止制御について具体的に説明する。
図6に示すように、ブーム9の旋回中心からクレーン1の前進方向(図における一点鎖線)に延びる線をブーム9の旋回角度βの基準位置(以下、ブーム9の基準位置と称する。)と定義する。
図6に示すクレーン1の平面視において、旋回角度βは、ブーム9が、ブーム9の基準位置から反時計回りの方向(以下、第一旋回方向と称する。)に移動するほど増加する。又、ブーム9の旋回が許可されている旋回角度の範囲を、ブーム9の旋回に関する作動可能範囲と称する。
クレーン1は、フィルタリング制御信号Cd(n)に基づいて旋回用油圧モータ8を制御している状態(旋回動作中の状態)である。換言すれば、クレーン1のブーム9は、フィルタリング制御信号Cd(n)に基づいて動作(旋回)している状態である。
ブーム9の旋回に関する作動可能範囲は、作業範囲設定装置34又は制御装置33の範囲設定部33e(図2参照)により設定される。
本実施形態においてブーム9の旋回に関する作動可能範囲は、ブーム9の起伏角度、ブーム9の長さ、及び、ジブ9aの旋回角度等のクレーン1の姿勢に関する情報、並びに、荷物Wの重量Wtに基づいて、範囲設定部33eにより自動的に設定される。
図6の境界位置Bは、ブーム9の旋回に関する作動可能範囲における、ブーム9の基準位置から第一旋回方向に旋回可能な範囲の境界位置を示す。境界位置Bは、作動可能範囲と規制範囲との境界に相当する。又、ブーム9が、ブーム9の基準位置から第一旋回方向に旋回可能な角度は、限界角度αである。
ブーム9の旋回に関する作動可能範囲は、クレーン1の範囲設定部33eにより自動的に設定されるものに限らない。例えば、作業者は、作業範囲設定装置34を操作して、ブーム9の旋回に関する作動可能範囲を設定してもよい。つまり、ブーム9の作動可能範囲は、自動で設定されてもよいし、手動で設定されてもよい。
制御装置33の流れ量算出部33fは、一例として、ブーム9の現在の旋回速度φbと、荷揺れ周期Tと、荷振れ低減率Pnfと、予め定められている減速度制限値Dccと、に基づいてブーム9の旋回流れ角γを算出してよい。
旋回流れ角γは、旋回速度φb、荷揺れ周期T、荷振れ低減率Pnf、及び、減速度制限値Dccをパラメータとした式から算出されると捉えてよい。尚、旋回流れ角γの算出方法は、上述の方法に限定されない。
制御装置33の判定部33gは、取得したクレーン1の作動状態からブーム9の現在の作動量である旋回角度βを算出する。
旋回角度βは、旋回油圧用モータ8の現在の作動量を間接的に示していると捉えてよい。旋回油圧用モータ8の現在の作動量は、ブーム9が、基準位置から旋回角度βまで旋回した場合の、旋回油圧用モータ8の作動量(総回転数)と捉えてよい。
又、判定部33gは、範囲設定部33eから目標停止位置に関する情報である限界旋回角度αを取得する。本実施形態において、限界旋回角度αは、旋回油圧用モータ8の限界作動量に対応する。旋回油圧モータ8の限界作動量は、ブーム9が基準位置から限界旋回角度αまで旋回した場合の、旋回油圧用モータ8の作動量(総回転数)と捉えてよい。
判定部33gは、流れ量算出部33fからブーム9の流れ量に関する情報である旋回流れ角γを取得する。判定部33gは、現在の旋回角度βから限界旋回角度αまでの角度である余裕角度εを算出する。判定部33gは、余裕角度εが旋回流れ角γ以下かどうか判定する。
換言すれば、判定部33gは、ブーム9を作動させている旋回用油圧モータ8の現在の作動量と、旋回油圧モータ8の限界作動量との差が、旋回流れ角γに対応する旋回油圧モータ8の流れ量(回転数)以下か否かを判定する。
制御装置33は、余裕角度εが旋回流れ角γ以下の場合、旋回用バルブ23に対応する自動停止信号C(na)を生成し、旋回用バルブ23に出力する。つまり、自動停止信号C(na)は、余裕角度εが旋回流れ角γ以下の場合、旋回用バルブ23に入力される。その結果、クレーン1の旋回動作は、自動停止信号C(na)に基づいて自動で停止する。
以上のように、クレーン1は、現在の旋回速度φbから算出した旋回流れ角γと、現在の旋回角度βとに基づいて減速を開始するか否かを常に判断している。このため、クレーン1は、ブーム9の旋回速度φb等が変動しても、ブーム9が規制範囲に入り込むことがない。
これにより、クレーン1は、荷物Wの振動を抑制するために周波数成分を減衰させたフィルタリング制御信号による制御において、ブーム9を所望位置(目標停止位置)で停止させることができる。
以上の構成において、旋回用油圧モータ8を制御対象とした自動停止制御について説明しているが、制御対象は、旋回油圧モータ8に限らない。制御対象は、旋回用油圧モータ8以外のアクチュエータでもよい。
次に、図7を用いて、自動停止制御の一実施形態について説明する。以下の、自動停止制御において、クレーン1は、フィルタリング制御信号Cd(n)に基づく制振制御が行われていることを前提とする。又、クレーン1の作動状態に関する情報及び荷物Wの重量Wtに関する情報に基づいて、ノッチ幅係数ζ及びノッチ深さ係数δ等のフィルタ係数、共振周波数ω(n)、及び、ブーム9の旋回に関する作動可能範囲が設定されている。又、自動停止制御は、作業者が手動で旋回操作信号を停止した場合、その時点で終了する。
図7のステップS110において、制御装置33は、設定された旋回に関する作動可能範囲に基づいて限界旋回角度αを算出する。限界旋回角度αは、目標停止位置に関する情報の一例に該当する。そして、制御装置33は、制御処理をステップS120に移行させる。
図7のステップS120において、制御装置33は、旋回操作具18等の操作具から取得した操作信号に基づいて、フィルタリング制御信号Cd(n)を生成する。そして、制御装置33は、生成したフィルタリング制御信号Cd(n)を、対応するアクチュエータ(本例の場合、旋回用バルブ23)に送出する。その後、制御装置33は、制御処理をステップS130に移行させる。
図7のステップS130において、制御装置33は、旋回用センサ27から取得した旋回角度に関する情報に基づいて、ブーム9の現在の旋回速度φbとブーム9の現在の旋回角度βとを算出する。ブーム9の現在の旋回角度βは、現在位置に関する情報の一例に該当する。そして、制御装置33は、制御処理をステップS140に移行させる。
図7のステップS140において、制御装置33は、限界旋回角度α及び旋回角度βに基づいて、余裕角度εを算出する。そして、制御装置33は、制御処理をステップS150に移行させる。
図7のステップS150において、制御装置33は、ブーム9の現在の旋回速度φb、ノッチ幅係数ζ及びノッチ深さ係数δに基づく荷振れ低減率Pnf、共振周波数ω(n)に基づく荷揺れ周期T、及び、減速度制限値Dccから旋回流れ角γを算出する。旋回流れ角γは、流れ量に関する情報の一例に該当する。そして、制御装置33は、制御処理をステップS160に移行させる。
図7のステップS160において、制御装置33は、余裕角度εが旋回流れ角γ以下か否かを判定する。ステップS160において、余裕角度εが旋回流れ角γ以下である場合(ステップS160において“YES”)、制御装置33は、制御処理をステップS170に移行させる。
一方、ステップS160において、余裕角度εが旋回流れ角γよりも大きい場合(ステップS160において“NO”)、制御装置33は、制御処理をステップS130に移行させる。
図7のステップS170において、制御装置33は、旋回用バルブ23に対応する自動停止信号C(na)を生成して旋回用バルブ23に伝達する。この結果、クレーン1の旋回動作は、自動で停止する。
自動停止信号C(na)は、ノッチフィルタF(n)によってフィルタリングされていない基本自動停止信号であってよい。又、自動停止信号C(na)は、ノッチフィルタF(n)によってフィルタリングされたフィルタリング自動停止信号であってもよい。
自動停止信号C(na)が基本自動停止信号の場合、基本自動停止信号は、一例として、図5に示す基本制御信号C(n)における時刻t0〜時刻t1に対応する制御信号である。
自動停止信号C(na)として基本自動停止信号を使用すれば、自動停止信号C(na)を入力してからブーム9の旋回が停止するまでの時間を短くできる。ただし、ブーム9は、限界旋回角度αに対応する位置よりも手前で停止する。
又、自動停止信号C(na)がフィルタリング自動停止信号の場合、フィルタリング自動停止信号は、一例として、図5に示すフィルタリング制御信号Cd(n)における時刻t0〜時刻t2に対応する制御信号である。
自動停止信号C(na)としてフィルタリング自動停止信号を使用すれば、ブーム9を限界旋回角度αに対応する位置で停止させることができる。
制御装置33は、例えば、クレーン1の周囲の状況をリアルタイムで監視し、この周囲の状況の変化に基づいて、基本自動停止信号を使用するか、フィルタリング自動停止信号を使用するか、を選択してよい。又、作業者は、基本自動停止信号を使用するか、フィルタリング自動停止信号を使用するか、を予め設定しておいてもよい。制御装置33は、予め設定された条件に基づいて、基本自動停止信号又はフィルタリング自動停止信号を選択してよい。
本実施形態において、ブーム9の旋回流れ角γは、現在の旋回速度φb、荷物Wの荷振れ周期T、及び、荷振れ低減率Pnfとの積に、減速度制限値Dccによる旋回流れ角γの増加分を加えて算出される。
このうち、荷振れ低減率Pnfと減速度制限値Dccとは、機種毎の固有値として設定することができる。従って、旋回流れ角γは、現在の旋回速度φb(1)・φb(2)・・・φb(m)と荷振れ周期Tを算出するメインワイヤロープ14又はサブワイヤロープ16の吊り下げ長さL(1)・L(2)・・・L(n)との組み合わせから一義的に定まる。
つまり、機種毎に旋回速度φb(1)から旋回速度φb(m)と吊り下げ長さL(1)から吊り下げ長さL(n)とを変数として、線形補間を用いることで、図8に示すような旋回流れ角マップMを作成することができる。
これにより、クレーン1は、機種に応じた旋回流れ角マップMを備えることにより、検出した現在の旋回速度φb(x)と吊り下げ長さL(y)とから旋回流れ角マップMに基づいて旋回流れ角γ(xy)を選択できる。
旋回流れ角マップMは、旋回速度φb(x)、吊り下げ長さL(y)、及び、旋回速度φb(x)と吊り下げ長さL(y)との対応付けられた旋回流れ角γ(xy)を有する。このような旋回流れ角マップMは、制御装置33の記憶部(不図示)等に記憶されてよい。旋回流れ角マップMは、ブーム9の旋回に関するマップと捉えてよい。ただし、マップは、旋回に関するマップに限らず、被操作機能部(例えば、ブーム9)の種々の動作(伸縮)に関するマップであってよい。
本発明に係る制振制御は、制御信号C(n)に適用するノッチフィルタF(n)の基準となる中心周波数ωc(n)を、クレーン1を構成する構造物が外力により振動する際に励起される固有の振動周波数と、共振周波数ω(n)との合成周波数にすることで、共振周波数ω(n)による振動だけでなく、クレーン1を構成する構造物が有する固有の振動周波数による振動を合わせて抑制することができる。
ここで、上記固有の振動周波数は、ブーム9の起伏方向及び旋回方向の固有振動数、ブーム9の軸回りのねじれによる固有振動数、メインフックブロック10又はサブフックブロック11と玉掛けワイヤロープとから構成される二重振り子の共振周波数、及び、メインワイヤロープ14又はサブワイヤロープ16の伸びによる伸縮振動時の固有周波数等の振動周波数を含んでよい。
又、本発明に係る制振制御において、クレーン1は、ノッチフィルタF(n)によって制御信号C(n)の共振周波数ω(n)を減衰させている。ただし、フィルタは、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、又は、バンドストップフィルタ等の特定の周波数を減衰させるフィルタであればよい。
上述の実施形態は、代表的な形態を示したに過ぎず、一実施形態の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、及び範囲内のすべての変更を含む。
2018年3月19日出願の特願2018−051543の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内容は、総て本願に援用される。
1 クレーン
10 メインフックブロック
10a メインフック
11 サブフックブロック
11a サブフック
12 起伏用油圧シリンダ
13 メインウインチ
14 メインワイヤロープ
15 サブウインチ
16 サブワイヤロープ
17 キャビン
18 旋回操作具
19 起伏操作具
20 伸縮操作具
21 メインドラム操作具
22 サブドラム操作具
2 車両
23 旋回用バルブ
24 伸縮用バルブ
25 起伏用バルブ
26m メイン用操作バルブ
26s サブ用操作バルブ
27 旋回用センサ
28 伸縮用センサ
29 重量センサ
3 車輪
31 メイン繰出長検出センサ
32 サブ繰出長検出センサ
33 制御装置
33a 制御信号生成部
33b 共振周波数算出部
33c フィルタ部
33d フィルタ係数算出部
33e 範囲設定部
33f 流れ量算出部
33g 判定部
34 作業範囲設定装置
4 エンジン
5 アウトリガ
6 クレーン装置
7 旋回台
8 旋回用油圧モータ
9 ブーム
9a ジブ

Claims (10)

  1. クレーンであって、
    被操作機能部と、
    前記被操作機能部を駆動するアクチュエータと、
    前記アクチュエータの第一制御信号を生成する生成部と、
    前記第一制御信号をフィルタリングして第二制御信号を生成するフィルタ部と、
    前記第二制御信号に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部と、
    前記被操作機能部の現在位置において停止信号が前記アクチュエータに入力された場合に前記停止信号が前記アクチュエータに入力されてから前記被操作機能部の動作が停止するまでに前記被操作機能部が移動すると推定される流れ量に関する情報を、算出する算出部と、
    前記被操作機能部であるブームの先端からフックを吊るワイヤロープに関する共振周波数を算出する共振周波数算出部と、
    を備え、
    前記フィルタ部は、前記共振周波数と、前記ブーム、前記フック、及び前記ワイヤロープのうちの少なくとも一つの部材の固有振動数と、の合成周波数に基づいてフィルタを生成し、
    前記フィルタは、前記合成周波数を基準として所定の周波数範囲の周波数成分を所定の割合で、前記第一制御信号から減衰させる機能を有し、
    前記制御部は、前記第二制御信号に基づく制御において、前記被操作機能部の現在位置に関する情報、前記被操作機能部を停止させる目標停止位置に関する情報、及び、前記流れ量に関する情報が所定条件を満たす場合に、前記アクチュエータに前記停止信号を出力する、
    クレーン。
  2. 前記被操作機能部の現在位置に関する情報は、前記被操作機能部が、第一基準位置から移動した第一移動量であり、
    前記目標停止位置に関する情報は、前記被操作機能部が、前記第一基準位置から移動可能な限界移動量であり、
    前記流れ量に関する情報は、前記アクチュエータに前記停止信号が入力されてから前記被操作機能部が停止するまでに、前記被操作機能部が移動する第一流れ量である、請求項1に記載のクレーン。
  3. 前記制御部は、前記限界移動量と前記第一移動量との差が、前記第一流れ量以下の場合に、前記アクチュエータに前記停止信号を出力する、請求項2に記載のクレーン。
  4. 前記動作は、前記被操作機能部であるブームの旋回動作、伸縮動作、及び、起伏動作のうちに何れかの動作である、請求項1〜3の何れか一項に記載のクレーン。
  5. 前記現在位置に関する情報は、前記ブームが、第一基準位置から旋回した旋回角度であり、
    前記目標停止位置に関する情報は、前記ブームが、前記第一基準位置から旋回可能な旋回角度であり、
    前記流れ量に関する情報は、前記アクチュエータに前記停止信号が入力されてから前記ブームの旋回が停止するまでに、前記ブームが旋回すると推定される旋回角度である、請求項4に記載のクレーン。
  6. 前記現在位置に関する情報は、前記被操作機能部が第一基準位置から移動した移動量に対応する前記アクチュエータの作動量であり、
    前記目標停止位置に関する情報は、前記被操作機能部が前記第一基準位置から移動可能な限界移動量に対応する前記アクチュエータの限界作動量であり、
    前記流れ量に関する情報は、前記推定される流れ量に対応する、前記アクチュエータの作動量である、
    請求項1に記載のクレーン。
  7. 前記目標停止位置は、前記被操作機能部の作動が許可された範囲である作動可能範囲と、前記被操作機能部の作動が禁止された範囲である規制範囲との境界である、請求項1〜6の何れか一項に記載のクレーン。
  8. 前記フィルタは、ノッチフィルタであり、
    前記算出部は、前記被操作機能部又は前記アクチュエータの移動速度と、前記共振周波数と、前記ノッチフィルタのノッチ幅係数及びノッチ深さ係数に基づいて定まる荷振れ低減率と、前記停止信号における減速度である減速度制限値と、に基づいて、前記流れ量に関する情報を算出する、請求項1に記載のクレーン。
  9. 前記算出部は、予め記憶されたマップから、前記流れ量に関する情報を算出する、請求項1〜7の何れか一項に記載のクレーン。
  10. クレーンであって、
    被操作機能部と、
    前記被操作機能部を駆動するアクチュエータと、
    前記アクチュエータの第一制御信号を生成する生成部と、
    前記第一制御信号をフィルタリングして第二制御信号を生成するフィルタ部と、
    前記被操作機能部であるブームの先端からフックを吊るワイヤロープに関する共振周波数を算出する共振周波数算出部と、
    前記第二制御信号に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部と、を備え、
    前記フィルタ部は、前記共振周波数と、前記ブーム、前記フック、及び前記ワイヤロープのうちの少なくとも一つの部材の固有振動数との合成周波数に基づいてフィルタを生成し、
    前記フィルタは、前記合成周波数を基準として所定の周波数範囲の周波数成分を所定の割合で、前記第一制御信号から減衰させる機能を有する、前記クレーンにおいて実行されるクレーンの制御方法であって、
    前記被操作機能部の現在位置において停止信号が入力された場合に前記停止信号が前記アクチュエータに入力されてから前記被操作機能部の動作が停止するまでに前記被操作機能部が移動すると推定される流れ量に関する情報を算出するステップと、
    前記第二制御信号に基づく制御において、前記被操作機能部の現在位置に関する情報、前記被操作機能部を停止させる目標停止位置に関する情報、及び、前記流れ量に関する情報が所定条件を満たす場合に、前記アクチュエータに前記停止信号を出力するステップと、を含む、
    クレーンの制御方法。
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