JP6984080B2 - クレーンの振れ止め制御に用いる振り子長の測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、クレーンの振れ止め制御に用いる振り子長の測定装置に関し、例えば、手動で操作されるクレーンの振れ止め制御に用いる振り子長の測定装置に関するものである。

従来、クレーンにおいて、吊荷の搬送時に荷振れが生じることで、安全性や効率性が低下するため、種々の振れ止め制御技術が提案され、実用化されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。

ところで、基本的なモデルに基づいて搬送速度パターンを決定する振れ止め制御技術においては、荷振れの周期Ｔを特定するために振り子長Ｌｐを求める必要がある。
Ｔ＝２π×（Ｌｐ／ｇ）^１／２
ここで、Ｔ：荷振れ周期、Ｌｐ：振り子長、ｇ：重力加速度である。

この振れ止め制御に必要な振り子長Ｌｐは、図１に示すように、作業者１３がフック０５に玉掛けワイヤ１４を介して取扱物０９を吊り下げる場合、振り子の支点位置となる巻上装置０３のワイヤロープ０４の巻き出し位置から取扱物０９の重心位置までの距離となる。

しかしながら、ごみ処理場等で使用されるグラブバケット等を備えた大型の自動クレーンや、製鉄所におけるコイル搬送用の自動クレーン等と異なり、手動で操作されるクレーン等では、フック０５に玉掛けワイヤ１４を介して吊り下げられる取扱物０９が搬送毎に変わり得るため、取扱物０９の荷姿や玉掛け条件により、振り子長Ｌｐのうちフック０５から取扱物０９の重心位置までの距離が、取扱物０９の搬送毎に変わることとなる。
また、巻上及び巻下操作により、振り子長Ｌｐのうち巻上装置０３のワイヤロープ０４の巻き出し位置からフック０５までの距離も、ワイヤロープ０４の巻上下時のすべり等の影響を受けて動的に変わることとなる。

ここで、ワイヤロープ０４の巻き出し位置からフック０５までの距離は、巻上装置０３の回転部に備えられた角速度計やエンコーダによって自動的に測定することができる反面、フック０５から取扱物０９の重心位置までの距離は、自動的に測定することができなかった。

このため、従来は、ワイヤロープ０４の巻き出し位置からフック０５までの距離を振り子長Ｌｐとして用いることで振れ止め制御を行うようにしていたが、不正確な振り子長Ｌｐに基づいて決定した搬送速度パターンでは、荷振れを十分に抑制できないという問題があった。

特開平６−１８３６８６号公報 特開平７−３００２９４号公報 特開平８−３２４９６２号公報

本発明は、上記従来のクレーンの振れ止め制御における問題点に鑑み、簡易な設備構成で、振り子長を適切に測定することによって、正確に荷振れを抑制することができるクレーンの振れ止め制御に用いる振り子長の測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のクレーンの振れ止め制御に用いる振り子長の測定装置は、クレーンの取扱物の情報を測域センサを用いて距離情報として取得し、測域センサのスキャン角度と距離データから、クレーンの振れ止め制御に用いる振り子長を算定することを特徴とする。
ここで、「測域センサ」（Laser Range Scanner 又は 3D Scanner）とは、空間の物理的な形状データを出力することができる走査型の光波距離計をいう。

この場合において、前記クレーンの振れ止め制御に用いる振り子長を、測域センサによって測定した測域センサから取扱物までの距離及び取扱物の高さに基づいて算定することができる。

また、前記クレーンの振れ止め制御に用いる振り子長を、測域センサによって測定した測域センサから取扱物までの距離及び取扱物の高さの１／２に基づいて算定したり、測域センサによって測定した測域センサから床面までの距離及び取扱物の高さの１／２に基づいて算定することができる。

本発明のクレーンの振れ止め制御に用いる振り子長の測定装置によれば、簡易な設備構成で、リアルタイムの振り子長を適切に測定することができ、この振り子長を振れ止め制御装置に送信することによって、正確に荷振れを抑制することができる。

本発明に係るクレーンの振れ止め制御に用いる振り子長の測定装置を適用した天井クレーンの一実施例を示すイメージ図（測域センサの取付図）である。 立方体の重心位置の説明図である。 四角錐体の重心位置の説明図である。 測域センサから床面までの距離の測定方法の説明図である。 測域センサから取扱物までの距離の測定方法の説明図である。 振り子長の算定方法の説明図である。 本発明に係るクレーンの振れ止め制御に用いる振り子長の測定装置を適用した天井クレーンの制御装置の構成図である。

以下、本発明のクレーンの振れ止め制御に用いる振り子長の測定装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１に、本発明に係るクレーンの振れ止め制御に用いる振り子長の測定装置を天井クレーンに適用した一実施例を示す。
この天井クレーン０１は、天井クレーン０１にクラブ０２が上架されており、取扱物０９をワイヤロープ０４を使用して上げ下げする巻上装置０３が設置されている。
クラブ０２には、取扱物０９を検知するための測域センサ２３が設置されている。

ここで、クレーンの振れ止め制御に用いる振り子長の測定装置は、汎用の天井クレーンに適用することができ、天井クレーン０１には、汎用の天井クレーンが備える、例えば、天井クレーン０１の走行位置を把握するための走行レーザ距離計２７、横行位置を把握するための横行レーザ距離計２８等の機器を備えるようにしている。

また、測域センサ２３は、Laser Range Scanner 又は 3D Scannerとも呼ばれ、空間の物理的な形状データを出力することができる走査型の光波距離計をいい、「光検出と測距」又は「レーザ画像検出と測距」とも呼ばれる「ＬＩＤＡＲ」（Light Detection and Ranging 又は Laser Imaging Detection and Rangingの略語。光を用いたリモートセンシング技術の一つで、パルス状に発光するレーザ照射に対する散乱光を測定し、遠距離にある対象までの距離やその対象の形状や性質を分析する装置。）、例えば、北陽電機社製の「ＵＴＭ−３０ＬＸ−ＥＷ」を好適に使用することができる。
この測域センサ２３は、半円状に光を出して反射光が戻ってくるまでの時間を測定し、測域センサから対象までの各角度における距離を測定する。

図７は、このクレーンの振れ止め制御に用いる振り子長の測定装置を天井クレーンに適用した概略制御構成図である。
クレーン０１は３方向の動作が可能となっており、巻上下動作を行う巻上モータ３２、巻上モータの速度制御を行う巻上インバータ３１、横行動作を行う横行モータ３４、横行モータの速度制御を行う横行インバータ３３、走行動作を行う走行モータ３６、走行モータの速度制御を行う走行インバータ３５からなる。
取扱物０９を検知するための測域センサ２３は、演算装置としての形状認識パソコン２９に接続されている。
そして、この測域センサ２３は、モータコントローラ２５によって制御されるステッピングモータ２４を用いてスキャニングの角度が変えられるようになっている。
また、形状認識パソコン２９はクレーンコントローラ３０に接続されている。

取扱物０９を検知する測域センサ２３は、クレーン作業エリアを俯瞰することができるように下向きに設置されている。
この測域センサ２３を用いてクレーン作業エリアにある取扱物０９の荷姿を測定する。

まず、図４に示すように、操業開始時に床面の状態の測定を行い、測域センサ２３から投光された直下の光８０によって、床面までの距離５１を測定し、測定結果を形状認識パソコン２９に記録する。
なお、測域センサ２３から床面までの距離５１は、通常変動しないため、予め規定値として、形状認識パソコン２９に記録しておくこともできる。

次に、図５に示すように、取扱物０９を荷役する場合に測域センサ２３から投光された直下の光８０によって、取扱物０９となる物体までの距離５２を測定し、測定結果を形状認識パソコン２９に記録する。
ここで、測域センサ２３は、測域センサ２３から投光される光８０、８１のスキャン角度と距離データから、取扱物０９の形状（縦・横・高さ）を測定するようにしているため、仮に測域センサ２３が取扱物０９となる物体の真上に位置しない場合であっても、取扱物０９となる物体までの距離５２や取扱物０９の形状（縦・横・高さ）、特に、取扱物０９となる物体の高さｈを算定することができる。

図２に示すように、密度の一定な立方体（又は直方体）の重心位置は、立方体（又は直方体）の高さをｈとするとｈ／２となる。
また、図３に示すように、密度の一定な四角錐体の重心位置は、四角錐体の高さをｈとするとｈ／４となる。

そして、測域センサ２３は、測域センサ２３から投光される光８０、８１のスキャン角度と距離データから、取扱物０９の形状（縦・横・高さ）を測定するようにしているため、平行な平面で物体を輪切りにして各々重心を求め、各々の重心間の位置から再計算して物体の重心を求めることも可能であるが、クレーンで取り扱う物体は立方体（又は直方体）に近く、形状が大きく異なる四角錐体でもｈ／４の位置であり、説明を簡単化するため取扱物０９のｈ／２の点を重心として使用することとする。

上記の簡略化が振り子長に及ぼす影響を具体例で求めると、フック０５までの長さ８ｍ、玉掛けワイヤ１４の長さ２ｍ、取扱物０９の高さ２ｍであり、取扱物０９が立方体（又は直方体）として重心位置をｈ／２で計算すると、振り子長Ｌｐは１０ｍとなる。同様に四角錐体の場合の重心位置であるｈ／４で計算すると、振り子長Ｌｐは１０．５ｍとなる。誤差は５％であるが実用の範囲内である。
フック０５までの長さを振り子長として用いる従来方式では、誤差は２０％となり、精度の良い振れ止めを実現するのは困難である。

このように、形状認識パソコン２９は、取扱物０９の高さｈを「距離５１−距離５２」で求める。また、取扱物０９の重心は取扱物０９の１／２の高さとして算定する。

図６に示すように、形状認識パソコン２９は上記の結果により振り子長Ｌｐを算定する。
巻上開始時の振り子長Ｌｐは、「距離５２＋取扱物０９の高さｈの１／２」として求める。
なお、この巻上開始時の振り子長Ｌｐは、床面までの距離５１から取扱物０９の高さｈの１／２を減算して、すなわち、「距離５１−取扱物０９の高さｈの１／２」として求めることもできる。
ここで、振り子長Ｌｐを求めるに当たっては、形状認識パソコン２９により、測域センサ２３の設置位置と、振り子の支点位置となる巻上装置０３のワイヤロープ０４の巻き出し位置との距離を補正値として加算することもできる。

天井クレーン０１が巻上動作をした場合、取扱物０９との距離５２は変化していくが、計算式としては同じで、逐次、取扱物０９までの距離を測定していくことにより、最適な振り子長Ｌｐを算定することができ、最適な振れ止め制御を実現することができる。

このように、このクレーンの振れ止め制御に用いる振り子長の測定装置によれば、簡易な設備構成で、リアルタイムの振り子長Ｌｐを適切に測定することができ、この振り子長Ｌｐを振れ止め制御装置に送信することによって、正確に荷振れを抑制することができる。

なお、この天井クレーン０１には、作業エリア安全確認装置として、カメラ２１と赤外線投光器２２が、演算装置としての人検知パソコン２６に接続されている。

以上、本発明のクレーンの振れ止め制御に用いる振り子長の測定装置について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明のクレーンの振れ止め制御に用いる振り子長の測定装置は、振り子長を適切に測定することによって、荷振れを抑制することができることから、手動で操作されるクレーンのほか、種々の用途で使用されるクレーンの用途に広く用いることができる。

０１ クレーン（天井クレーン）
０２ クラブ
０３ 巻上装置
０４ ワイヤロープ
０５ フック
０９ 取扱物（物体）
１３ 作業者
１４ 玉掛けワイヤ
２１ カメラ
２２ 赤外線投光器
２３ 測域センサ
２４ ステッピングモータ
２５ モータコントローラ
２６ 演算装置（人検知パソコン）
２７ 走行レーザ距離計
２８ 横行レーザ距離計
２９ 演算装置（形状認識パソコン）
３０ クレーンコントローラ
３１ 巻上インバータ
３２ 巻上モータ
３３ 横行インバータ
３４ 横行モータ
３５ 走行インバータ
３６ 走行モータ
３８ 無線機
５１ 測域センサから床面までの距離
５２ 測域センサから物体までの距離
８０ 測域センサから投光された光
８１ 測域センサから投光された光
ｈ 取扱物の高さ
Ｌｐ 振り子長

Claims (5)

1. クレーンの取扱物の情報を測域センサを用いて距離情報として取得し、測域センサのスキャン角度と距離データから、クレーンの振れ止め制御に用いる振り子長を算定するようにしたクレーンの振れ止め制御に用いる振り子長の測定装置であって、前記クレーンの振れ止め制御に用いる振り子長を、測域センサによって測定した測域センサから取扱物までの距離及び取扱物の高さと当該取扱物を密度が一定で所定形状の立体と仮定したときの重心位置に基づいて算定することを特徴とするクレーンの振れ止め制御に用いる振り子長の測定装置。
2. 前記クレーンの振れ止め制御に用いる振り子長を、測域センサによって測定した測域センサから取扱物までの距離及び取扱物の高さの１／２に基づいて算定することを特徴とする請求項１に記載のクレーンの振れ止め制御に用いる振り子長の測定装置。
3. 前記クレーンの振れ止め制御に用いる振り子長を、測域センサによって測定した測域センサから床面までの距離及び取扱物の高さの１／２に基づいて算定することを特徴とする請求項１に記載のクレーンの振れ止め制御に用いる振り子長の測定装置。
4. 前記クレーンの振れ止め制御に用いる振り子長を、測域センサによって測定した測域センサから取扱物までの距離及び取扱物の高さの２／３に基づいて算定することを特徴とする請求項１に記載のクレーンの振れ止め制御に用いる振り子長の測定装置。
5. 前記クレーンの振れ止め制御に用いる振り子長を、測域センサによって測定した測域センサから床面までの距離及び取扱物の高さの１／３に基づいて算定することを特徴とする請求項１に記載のクレーンの振れ止め制御に用いる振り子長の測定装置。

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