JP6996523B2

JP6996523B2 - クレーン

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Publication number: JP6996523B2
Application number: JP2019043308A
Authority: JP
Inventors: 慎太郎笹井
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2022-01-17
Anticipated expiration: 2039-03-11
Also published as: JP2020147380A

Description

本発明は、旋回体を回転駆動する油圧アクチュエータに動作を指示するための操作レバーに対して反力を付与する反力装置の異常を検出可能なクレーンに関する。

一般に、クレーンは、吊荷をロープにより吊り下げるブームと、前記ブームを支持する旋回体とを備える。さらに、前記クレーンは、前記旋回体を回転駆動する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータに対応する操作レバーである旋回レバーとを備える。前記旋回レバーは、前記油圧アクチュエータの動作を指示するために操縦者によって操作される。

前記クレーンにおいて、電気式操作装置が、前記旋回レバーの変位量を表す操作信号を制御装置へ出力する装置として採用される場合がある。この場合、前記制御装置が、前記操作信号のレベルに応じて、前記油圧アクチュエータへの作動油の供給を調節するバルブへ制御信号を出力する。

また、前記電気式操作装置が、前記旋回レバーに反力を付与する装置を備えることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下の説明において、前記旋回レバーに反力を付与する装置のことを反力装置と称する。前記反力装置は、電磁気力を発生させることにより、中立位置から離れる方向へ変位する前記旋回レバーに対し、前記中立位置へ戻す方向の反力を付与する。

前記反力装置の作用により、前記操縦者は、前記旋回レバーの変位量を機械的に前記バルブへ伝達する機械式操作装置が採用される場合と同様の操作感覚で前記旋回レバーを操作することができる。

特開２０１８－６２４１２号公報

ところで、前記操縦者が前記旋回レバーを操作しているときに前記反力装置の異常が発生し、これにより前記旋回レバーに作用していた前記反力が瞬時に消失する場合がある。この場合、前記操縦者が前記反力に抗して前記旋回レバーに加えていた力により、前記旋回レバーが過剰に変位してしまうおそれがある。

前記旋回レバーの過剰な変位は、前記吊荷が目的の位置を越えてオーバーラーンする、または、前記吊荷の大きな揺れが発生する、などの危険を招くおそれがある。

本発明の目的は、旋回レバーが操作されているときに発生し得る反力装置の異常を早期に検出して操縦者に通知できるクレーンを提供することにある。

本発明の一の局面に係るクレーンは、下部基体と、旋回体と、ブームと、油圧アクチュエータと、操作レバーと、操作検出装置と、出力制御装置と、反力装置と、異常検出装置と、を備える。前記旋回体は、前記下部基体の上部に、前記下部基体に対し旋回可能に設けられている。前記ブームは、前記旋回体から延びて形成され、吊荷を吊り下げる吊りロープを支持する。前記油圧アクチュエータは、入力される制御信号に従った速度で前記旋回体を回転駆動する。前記操作レバーは、前記油圧アクチュエータの動作を指示するために操作される。前記操作検出装置は、前記操作レバーの予め定められた中立位置からの変位量に応じた操作信号を出力する。前記出力制御装置は、前記操作信号のレベルに対応するレベルの前記制御信号を出力する。前記反力装置は、前記中立位置から離れる方向へ変位する前記操作レバーに対し、前記中立位置へ戻す方向の反力を付与する。前記異常検出装置は、前記操作レバーが前記中立位置から離れる方向へ変位するときの前記操作信号のレベルの変化速度が予め定められた設定範囲を越える監視開始時点から前記設定範囲内に戻る監視終了時点までの監視期間において、前記変化速度が予め定められた許容変化量を越えてさらに変化する状態を前記反力装置の異常状態として検出し、前記異常状態が検出されたときに、前記反力装置の異常を表す異常通知を出力する。

本発明によれば、旋回レバーが操作されているときに発生し得る反力装置の異常を早期に検出して操縦者に通知できるクレーンを提供することが可能になる。

図１は、第１実施形態に係るクレーンの構成図である。図２は、第１実施形態に係るクレーンにおける制御関連機器の構成を表すブロック図である。図３は、第１実施形態に係るクレーンにおける制御装置の構成を表すブロック図である。図４は、第１実施形態に係るクレーンにおける中立状態のレバー操作装置の断面図である。図５は、第１実施形態に係るクレーンにおける変位状態のレバー操作装置の断面図である。図６は、第１実施形態に係るクレーンが旋回動作をするときの操作信号、旋回制御信号および操作信号の変化速度のトレンドグラフおよび吊荷の動きの第１例を表す図である。図７は、第１実施形態に係るクレーンが旋回動作をするときの操作信号、旋回制御信号および操作信号の変化速度のトレンドグラフおよび吊荷の動きの第２例を表す図である。図８は、第１実施形態に係るクレーンにおける反力装置監視処理の手順の一例を表すフローチャートである。図９は、第１実施形態に係るクレーンにおいて反力装置の異常が検出されるときの操作信号、旋回制御信号および操作信号の変化速度のトレンドグラフの一例を表す図である。図１０は、第２実施形態に係るクレーンにおいて反力装置の異常が検出されるときの操作信号、旋回制御信号および操作信号の変化速度のトレンドグラフの一例を表す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

［クレーン１０の概略構成］
本発明の第１実施形態に係るクレーン１０は、吊荷９を吊り上げつつ移動させる作業機械である。以下、クレーン１０が移動式クレーンである場合の例について説明する。

図１に示されるように、クレーン１０は、下部走行体１１、上部旋回体１２、キャブ１３、ガントリ１５、ウインチ装置１６、カウンターウェイト１７、ブーム２１、ブームポイントアイドラーシーブ２２、ガントリシーブ２３、フック３０、起伏ロープ３１および吊りロープ３２などを備える。ウインチ装置１６は、第１ウインチ装置１６１および第２ウインチ装置１６２を含む。

上部旋回体１２は、キャブ１３、ガントリ１５およびウインチ装置１６と一体に構成されている。ガントリ１５は、上部旋回体１２から起立する状態で上部旋回体１２に固定されている。さらに、上部旋回体１２は、ウインチ装置１６、カウンターウェイト１７およびブーム２１を支持している。

下部走行体１１は、上部旋回体１２を旋回可能に支持する台座部分である。下部走行体１１は、下部走行体１１の上部に、下部走行体１１に対し旋回可能に設けられている。上部旋回体１２は、下部走行体１１に設けられた旋回モーター４４１によって旋回駆動される（図２参照）。なお、下部走行体１１は、上部旋回体１２を旋回可能に支持する下部基体の一例である。

上部旋回体１２が旋回する場合、キャブ１３、ガントリ１５およびウインチ装置１６も、上部旋回体１２とともに旋回する。

図１に示されるクレーン１０は移動式クレーンである。そのため、クレーン１０は、走行装置１４をさらに備える。走行装置１４は、下部走行体１１を支持し、走行可能である。図１は、走行装置１４がクローラー式の装置である例を示す。

キャブ１３は、操縦室である。ブーム２１は、その根元部が上部旋回体１２に連結されている。ブーム２１は、上部旋回体１２から延びて形成され、吊荷９を吊り下げる吊りロープ３２を支持する。ブーム２１は、上部旋回体１２と連結された前記根元部を中心にして起伏可能である。

起伏ロープ３１は、ブーム２１の先端部に設けられたブームポイントアイドラーシーブ２２に掛けられている。吊りロープ３２は、ガントリ１５の先端部に設けられたガントリシーブ２３に掛けられている。

第１ウインチ装置１６１は、起伏ロープ３１を介してブーム２１を支える。また、第２ウインチ装置１６２は、吊りロープ３２を介してフック３０を支える。

第１ウインチ装置１６１は、起伏ロープ３１の巻き取り、または、繰り出しを行うことにより、ブーム２１の仰角を変更する。即ち、ブーム２１は、第１ウインチ装置１６１および起伏ロープ３１によって仰角を変更可能に駆動される。

第２ウインチ装置１６２は、吊りロープ３２の巻き取り、または、繰り出しを行うことにより、フック３０を昇降させる。

吊荷９は、フック３０に吊される。カウンターウェイト１７は、上部旋回体１２に装着されており、ブーム２１、フック３０および吊荷９の荷重とのバランスをとる。

図２に示されるように、クレーン１０は、エンジン４１、油圧ポンプ４２、油圧制御弁４３および油圧アクチュエータ４４などの駆動系の機器と、操作装置５と、制御装置６と、表示装置７とを備える。

さらに、操作装置５および表示装置７などのヒューマンインターフェースのための装置は、キャブ１３内に設けられている。さらに、クレーン１０は、クレーン１０が備える各種の機器の状態を検出する状態検出装置４５も備える。

操作装置５は、操縦者の操作を受け付ける装置である。表示装置７は情報を表示する装置であり、例えば液晶表示ユニットなどのパネル表示装置である。操作装置５は、レバー操作装置５１、操作ボタン５２および入力装置５３などを含む。

入力装置５３は、前記操縦者による情報入力を受け付ける。例えば、入力装置５３は、表示装置７と一体に構成されたタッチパネルなどである。また、入力装置５３が、前記操縦者の音声操作による情報入力を受け付ける装置であってもよい。

状態検出装置４５は、荷重計４５１、起伏角度検出装置４５２、旋回角度検出装置４５３および旋回圧力センサー４５４などを含む。

荷重計４５１は、吊荷９の重さを検出する。起伏角度検出装置４５２は、ブーム２１の起伏角度、即ち、ブーム２１の仰角を検出する。旋回角度検出装置４５３は、上部旋回体１２が下部走行体１１の基準方向から旋回した角度を検出する。上部旋回体１２の旋回方向および向きは、旋回角度検出装置４５３の検出結果により特定される。

旋回圧力センサー４５４は、旋回モーター４４１に供給される作動油の圧力である旋回圧力を検出する。各種の状態検出装置４５の検出結果は、制御装置６へ入力される。

エンジン４１は、油圧ポンプ４２を駆動するディーゼルエンジンである。油圧制御弁４３が、制御装置６から出力される制御信号に従って油圧アクチュエータ４４へ圧縮油を供給する。

油圧アクチュエータ４４は、上部旋回体１２を回転駆動する旋回モーター４４１を含む。旋回モーター４４１は、油圧モーターである。さらに、油圧アクチュエータ４４は、ウインチ装置１６を駆動する他の油圧モーターも含む。

制御装置６は、操作装置５に対する操作または各種の状態検出装置４５の検出結果に応じて、油圧制御弁４３などの制御対象へ制御信号を出力する。さらに、制御装置６は、操作装置５に対して始動操作が行われることによりエンジン４１を始動させる。また、制御装置６は、表示装置７を制御する。

図３に示されるように、制御装置６は、ＭＰＵ（Miro Processing Unit）６０１、ＲＡＭ（Random Access Memory）６０２、不揮発性メモリー６０３および信号インターフェイス６０４などを備える。なお、ＲＡＭ６０２および不揮発性メモリー６０３は、コンピューター読み取り可能な記憶装置である。

ＭＰＵ６０１は、予め不揮発性メモリー６０３に記憶されたプログラムを実行することにより、各種のデータ処理および制御を実行するプロセッサーの一例である。

ＲＡＭ６０２は、ＭＰＵ６０１によって実行される前記プログラムおよびＭＰＵ６０１が導出もしくは参照するデータを一時記憶する揮発性のメモリーである。

不揮発性メモリー６０３は、ＭＰＵ６０１によって実行される前記プログラムおよびＭＰＵ６０１が参照するデータを予め記憶する。例えば、不揮発性メモリー６０３がＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）またはフラッシュメモリーなどであることが考えられる。

信号インターフェイス６０４は、状態検出装置４５の検出信号をデジタルデータへ変換してＭＰＵ６０１へ伝送する。さらに、信号インターフェイス６０４は、ＭＰＵ６０１が出力する制御指令を電流信号または電圧信号などの制御信号へ変換し、制御対象の機器へ出力する。

レバー操作装置５１は、旋回レバー５１１を備える電気式操作装置である（図４，５参照）。レバー操作装置５１は、旋回レバー５１１の中立位置Ｐ０からの変位量を表す操作信号Ｓｘ１を制御装置６へ出力する。中立位置Ｐ０は、旋回レバー５１１が変位可能な範囲における予め定められた位置である。操作信号Ｓｘ１は、電流信号または電圧信号である。

旋回レバー５１１は、上部旋回体１２を回転駆動する油圧モーター４１１に対応する操作レバーである。旋回レバー５１１は、油圧モーター４１１の動作を指示するために前記操縦者によって操作される。

レバー操作装置５１は、旋回レバー５１１と、反力装置５１０と、操作検出センサー５１００とを備える。反力装置５１０は、ロータ５１２、ステータ５１３、励磁コイル５１４および給電回路５１５を備える。

ロータ５１２およびステータ５１３は、透磁率の高い材料で構成されている。例えば、ロータ５１２およびステータ５１３が、ＳＰＣＣ（Steel Plate Cold Commercial）を主成分とする材料で構成されていることが考えられる。

反力装置５１０は、電磁気力を発生させることにより、中立位置Ｐ０から離れる方向へ変位する旋回レバー５１１に対し、中立位置Ｐ０へ戻す方向の反力Ｆ０を付与する（図５参照）。

ロータ５１２は、旋回レバー５１１に連結された中空の部材である。ロータ５１２は、円筒部５１２１と、円筒部５１２１に連結された軸部５１２２と、円筒部５１２１から内側へ突出した複数の磁極部５１２３とを有する。複数の磁極部５１２３は、円筒部５１２１の内面において周方向に並んで形成されている。

軸部５１２２は、不図示の軸受部によって回転可能に支持されており、ロータ５１２は、軸部５１２２を中心に回転可能である。従って、旋回レバー５１１が、前記操縦者による操作によって中立位置Ｐ０から第１回転方向またはその反対の第２回転方向へ変位するときに、ロータ５１２は、旋回レバー５１１に連動して前記第１回転方向または前記第２回転方向へ回転する。

ステータ５１３は、円筒部５１２１の中空部に配置され、固定されている。ステータ５１３は、胴部５１３１および一対のフランジ部５１３２を有する。胴部５１３１は、軸部５１２２が貫通する円筒状の部分である。

一対のフランジ部５１３２は、胴部５１３１における軸部５１２２に沿う方向の両端から胴部５１３１の径方向の外側へ張り出して形成されている。図４，５において、一対のフランジ部５１３２は、紙面に向かって胴部５１３１の奥側の端部および手前側の端部に形成されている。

一対のフランジ部５１３２各々は、胴部５１３１の径方向の外側へ突出した複数の突出部５１３２ａを有する。旋回レバー５１１が中立位置Ｐ０に存在する状態において、一対のフランジ部５１３２各々における複数の突出部５１３２ａは、それぞれ複数の磁極部５１２３に対向している。

励磁コイル５１４は、ステータ５１３の胴部５１３１の外周に沿って巻かれた導線である。給電回路５１５は、励磁コイル５１４へ励磁電流を供給する。前記励磁電流が励磁コイル５１４に流れることにより、一対のフランジ部５１３２の突出部５１３２ａおよびロータ５１２の複数の磁極部５１２３を通る磁気回路が形成される。

そして、旋回レバー５１１が中立位置Ｐ０から変位することによりロータ５１２が回転すると、前記磁気回路の電磁気力が、旋回レバー５１１を中立位置Ｐ０へ戻す方向の反力Ｆ０として、ロータ５１２へ作用する。前記磁気回路は、前記励磁電流の大きさに比例した前記電磁気力を発生させる。

前記磁気回路が発生させる前記電磁気力は、中立位置Ｐ０から離れる方向へ変位する旋回レバー５１１に対し、中立位置Ｐ０へ戻す方向の反力Ｆ０として作用する。

制御装置６は、旋回圧力センサー４５４により検出される前記旋回圧力に比例した前記励磁電流が励磁コイル５１４に供給されるように、給電回路５１５を制御する。これにより、反力装置５１０は、前記旋回圧力に比例した反力Ｆ０を旋回レバー５１１に付与する。

なお、クレーン１０が、旋回レバー５１１の中立位置Ｐ０からの変位量を検出する変位センサーを備えることも考えられる。例えば、前記変位センサーは、旋回レバー５１１の中立位置Ｐ０からの回転角度を検出するセンサーなどである。この場合、制御装置６が、前記変位センサーにより検出される旋回レバー５１１の変位量に比例した前記励磁電流が励磁コイル５１４に供給されるように、給電回路５１５を制御してもよい。

操作検出センサー５１００は、旋回レバー５１１の変位量を検出する。具体的には、操作検出センサー５１００は、ロータ５１２の中立位置Ｐ０からの回転角度を前記操作量として検出する。

例えば、ロータリーエンコーダが操作検出センサー５１００として採用される。操作検出センサー５１００は、ロータ５１２の回転角度を表す操作信号Ｓｘ１を制御装置６へ出力する（図２参照）。操作検出センサー５１００は、旋回レバー５１１の中立位置Ｐ０からの変位量に応じた操作信号Ｓｘ１を出力する操作検出装置の一例である。

制御装置６のＭＰＵ６０１が予め定められた制御プログラムを実行することにより、制御装置６は、出力制御装置６１として動作する。出力制御装置６１は、操作信号Ｓｘ１のレベルに対応するレベルの旋回制御信号Ｓｘ２を出力する。具体的には、出力制御装置６１は、操作信号Ｓｘ１のレベルに比例するレベルの旋回制御信号Ｓｘ２を出力する。

旋回モーター４４１は、旋回制御信号Ｓｘ２に従った速度で上部旋回体１２を回転駆動する。具体的には、出力制御装置６１は、旋回制御信号Ｓｘ２を旋回モーター４４１に対応する油圧制御弁４３へ出力する。この油圧制御弁４３は、旋回制御信号Ｓｘ２のレベルに応じた量の作動油を旋回モーター４４１に供給する。これにより、上部旋回体１２は、旋回制御信号Ｓｘ２のレベルに応じた速度で回転駆動される。

ところで、前記操縦者が旋回レバー５１１を操作しているときに反力装置５１０の異常が発生し、これにより旋回レバー５１１に作用していた反力Ｆ０が瞬時に消失する場合がある。この場合、前記操縦者が反力Ｆ０に抗して旋回レバー５１１に加えていた力により、旋回レバー５１１が過剰に変位してしまうおそれがある。

旋回レバー５１１の過剰な変位は、吊荷９が目的の位置を越えてオーバーラーンする、または、吊荷９の大きな揺れが発生する、などの危険を招くおそれがある。

クレーン１０において、制御装置６は、後述する反力装置監視処理を実行する。これにより、クレーン１０は、旋回レバー５１１が操作されているときに発生し得る反力装置５１０の異常を早期に検出して前記操縦者に通知することができる。

前記反力装置監視処理の手順の例については後述する。ここで、図６，７を参照しつつ、クレーン１０が旋回動作をするときの操作信号Ｓｘ１、旋回制御信号Ｓｘ２および操作信号Ｓｘ１のレベルの変化速度Ｓｖ１について説明する。図６，７において、基準レベルＶ００は、旋回レバー５１１が中立位置Ｐ０に存在するときの操作信号Ｓｘ１のレベルである。

クレーン１０が一般的な操縦者によって操縦される場合、クレーン１０が旋回動作をするときの操作信号Ｓｘ１、旋回制御信号Ｓｘ２および操作信号Ｓｘ１のレベルの変化速度Ｓｖ１は、例えば図６に示されるような変化を示す。

また、操縦者によっては、クレーン１０が旋回動作をするときの操作信号Ｓｘ１、旋回制御信号Ｓｘ２および操作信号Ｓｘ１のレベルの変化速度Ｓｖ１が、図７に示されるような変化を示す場合もある。図６および図７の違いは、前記操縦者の個人差による違いを示す。

図６，７に示されるように、ブーム２１が吊荷９を吊り上げた位置から目的位置まで旋回移動するまでの期間は第１期間Ｔ０１から第６期間Ｔ０６までの６つの期間に分類される。

なお、ブーム２１の旋回移動は、上部旋回体１２の旋回によるブーム２１の移動である。また、以下に示されるブーム２１の減速または加速は、上部旋回体１２の旋回速度の減速または加速によるブーム２１の移動速度の変化である。

第１期間Ｔ０１は、ブーム２１が停止状態から吊荷９よりも先行して目標位置へ向けて移動する期間である。第１期間Ｔ０１に続く第２期間Ｔ０２は、ブーム２１が吊荷９に先行する状態で、ブーム２１および吊荷９が概ね等速で安定的に移動する期間である。

第２期間Ｔ０２に続く第３期間Ｔ０３は、ブーム２１が一時的に減速し、ブーム２１の先端部が概ね吊荷９の直上へ移動する期間である。第３期間Ｔ０３に続く第４期間Ｔ０４は、ブーム２１の先端部が概ね吊荷９の直上に位置する状態で、ブーム２１および吊荷９が概ね等速で安定的に移動する期間である。

第４期間Ｔ０４に続く第５期間Ｔ０５は、ブーム２１が一時的に減速し、吊荷９がブーム２１の先端部よりも先行して移動する期間である。これにより、吊荷９は、ブーム２１の先端部を中心とする振り子運動における最も高い位置で停止する。吊荷９の停止位置は、振り子運動をする吊荷９の位置エネルギーが最大になる位置である。

第５期間Ｔ０５に続く第６期間Ｔ０６は、ブーム２１が一時的に加速し、ブーム２１の先端部が吊荷９の前記停止位置の直上へ移動する期間である。第６期間Ｔ０６が終了したときに、ブーム２１および吊荷９が前記目的位置へ到達する。

便宜上、図６，７において、操作信号Ｓｘ１のレベルと旋回制御信号Ｓｘ２のレベルとが一致している。実際の操作信号Ｓｘ１のレベルおよび旋回制御信号Ｓｘ２のレベルは同じであるとは限らない。

反力装置５１０が正常である場合、出力制御装置６１は、操作信号Ｓｘ１のレベルに対応するレベルの旋回制御信号Ｓｘ２を出力する。

図６，７において、操作信号Ｓｘ１のレベルと旋回制御信号Ｓｘ２のレベルとが一致していることは、旋回制御信号Ｓｘ２のレベルが、出力制御装置６１によって操作信号Ｓｘ１のレベルに対応したレベルに設定されていることを示す。

図６，７に示される変化速度Ｓｖ１の設定範囲Ｒ０、許容変化量ΔＶ０および監視期間Ｔ１については後述する。

［反力装置監視処理］
制御装置６のＭＰＵ６０１が予め定められた制御プログラムを実行することにより、制御装置６は、異常検出装置６２として動作する。本実施形態において、異常検出装置６２および出力制御装置６１が、前記反力装置監視処理を実行する。

以下、図８に示されるフローチャートを参照しつつ、前記反力装置監視処理の手順の一例について説明する。異常検出装置６２は、起動したときに前記反力装置監視処理を開始する。

以下の説明において、Ｓ１，Ｓ２，…は、前記反力装置監視処理における複数の工程の識別符号を表す。

＜工程Ｓ１＞
前記反力装置監視処理において、まず、異常検出装置６２は、予め定められた監視条件が成立するか否かを判定する。

前記監視条件は、旋回レバー５１１が中立位置Ｐ０から離れる方向へ変位するときの操作信号Ｓｘ１のレベルの変化速度Ｓｖ１が予め定められた設定範囲Ｒ０を越えるという条件である。

以下の説明において、旋回レバー５１１が中立位置Ｐ０から離れる方向へ変位するときの操作信号Ｓｘ１のレベルの変化速度Ｓｖ１が設定範囲Ｒ０を越える時点のことを監視開始時点Ｔ１ａと称する（図６，７参照）。

また、監視開始時点Ｔ１ａの後において、操作信号Ｓｘ１のレベルの変化速度Ｓｖ１が設定範囲Ｒ０内に戻る時点のことを監視終了時点Ｔ１ｂと称する（図６，７参照）。さらに、監視開始時点Ｔ１ａから監視終了時点Ｔ１ｂまでの期間のことを監視期間Ｔ１と称する（図６，７参照）。工程Ｓ１の処理は、監視期間Ｔ１の始期を判定する処理である。

異常検出装置６２は、前記監視条件の判定において、操作検出センサー５１００の検出値およびその検出値の変化に基づいて、旋回レバー５１１が中立位置Ｐ０から離れる方向へ変位しているか否かを判定する。また、異常検出装置６２は、前記監視条件の判定において、変化速度Ｓｖ１の導出に用いる操作信号Ｓｘ１を、予め定められた標準周期でサンプリングする。

即ち、前記標準周期は、前記監視条件が成立するまでに操作信号Ｓｘ１を参照する場合における操作信号Ｓｘ１のサンプリング周期である。

そして、異常検出装置６２は、前記監視条件が成立すると判定する場合に処理を工程Ｓ２へ移行させ、そうでない場合に工程Ｓ１の処理を繰り返す。異常検出装置６２は、前記監視条件が成立するまで、前記標準周期で工程Ｓ１の処理を繰り返す。

＜工程Ｓ２＞
工程Ｓ２において、異常検出装置６２は、前記監視条件の成立後に操作信号Ｓｘ１を参照する場合における操作信号Ｓｘ１のサンプリング周期を予め定められた短周期に設定する。その後、異常検出装置６２は、処理を工程Ｓ３へ移行させる。前記短周期は、前記標準周期よりも短い周期である。

＜工程Ｓ３＞
工程Ｓ３において、異常検出装置６２は、操作信号Ｓｘ１のレベルの変化速度Ｓｖ１が、予め定められた許容変化量ΔＶ０を越えてさらに変化するか否かを判定する。

異常検出装置６２は、新たにサンプリングされる操作信号Ｓｘ１（０）のレベルから前回サンプリングされた操作信号Ｓｘ１（－１）のレベルを減算することにより、変化速度Ｓｖ１を導出する。工程Ｓ３の判定処理は、新たに導出される変化速度Ｓｖ１（０）と前回導出された変化速度Ｓｖ１（－１）との差である速度変化量ΔＳｖ１が、許容変化量ΔＶ０を越えているか否かを判定する処理である（図９参照）。

また、異常検出装置６２は、監視期間Ｔ１において変化速度Ｓｖ１の導出に用いる操作信号Ｓｘ１を前記短サンプリング周期でサンプリングする。即ち、異常検出装置６２は、監視期間Ｔ１において変化速度Ｓｖ１の導出に用いる操作信号Ｓｘ１を、監視期間Ｔ１以外において操作信号Ｓｘ１を参照する場合よりも短いサンプリング間隔でサンプリングする。

図６，７に示されるように、操縦者は、通常、旋回レバー５１１を中立位置Ｐ０から離れる方向へ変位させた後、さらに同じ方向へより速い速度で変位させる操作は行わない。そのような操作は、吊荷９の大きな揺れなどの危険を招くおそれがあるからである。

一方、前記操縦者が旋回レバー５１１を操作しているときに、反力装置５１０の異常によって旋回レバー５１１に作用していた反力Ｆ０が瞬時に消失する場合がある。この場合、前記操縦者が反力Ｆ０に抗して旋回レバー５１１に加えていた力により、旋回レバー５１１がそれまでの変位方向と同じ方向へより速い速度で変位する。

そこで、異常検出装置６２は、工程Ｓ３において、操作信号Ｓｘ１のレベルの変化速度Ｓｖ１が許容変化量ΔＶ０を越えてさらに変化する状態を反力装置５１０の異常状態として検出する。図９は、第１期間Ｔ０１において前記異常状態が検出される例を示すが、前記異常状態は、第３期間Ｔ０２、第５期間Ｔ０５または第６期間Ｔ０６においても検出される可能性がある（図６，７参照）。

以下の説明において、監視期間Ｔ１において操作信号Ｓｘ１のレベルの変化速度Ｓｖ１が許容変化量ΔＶ０を越えてさらに変化した時点のことを異常検出時点Ｔ２ａと称する（図９参照）。

図９において、異常検出時点Ｔ２ａ以降における太い破線のグラフは、操縦者によって以下に示される不測の操作が行われた状態を表す。前記不測の操作は、操縦者が、反力Ｆ０が瞬時に消失することによって旋回レバー５１１をそれまでの変位方向と同じ方向へより速い速度で変位させてしまった後、慌てて旋回レバー５１１を中立位置Ｐ０へ戻そうとする操作である。

なお、図６，７と同様に、図９において、操作信号Ｓｘ１のレベルと旋回制御信号Ｓｘ２のレベルとが一致していることは、旋回制御信号Ｓｘ２のレベルが、出力制御装置６１によって操作信号Ｓｘ１のレベルに対応したレベルに設定されていることを示す。

そして、変化速度Ｓｖ１が許容変化量ΔＶ０を越えてさらに変化したと判定された場合に、出力制御装置６１による工程Ｓ６および工程Ｓ７の処理と異常検出装置６２による工程Ｓ８の処理とが実行される。一方、変化速度Ｓｖ１が許容変化量ΔＶ０を越えてさらに変化したと判定されない場合に、異常検出装置６２による工程Ｓ４の処理が実行される。

＜工程Ｓ４＞
工程Ｓ４において、異常検出装置６２は、予め定められた解除条件が成立するか否かを判定する。

前記解除条件は、操作信号Ｓｘ１のレベルの変化速度Ｓｖ１が設定範囲Ｒ０内に戻るという条件である。即ち、前記解除条件は、監視終了時点Ｔ１ｂが到来したか否かを判定する条件であり、工程Ｓ４の処理は、監視期間Ｔ１の終期を判定する処理である。

前記解除条件が成立すると判定された場合に、異常検出装置６２による工程Ｓ５の処理が実行される。一方、前記解除条件が成立すると判定されない場合に、異常検出装置６２による工程Ｓ３からの処理が繰り返される。異常検出装置６２は、反力装置５１０の前記異常状態が検出されるか、或いは前記解除条件が成立するまで、工程Ｓ３および工程Ｓ４の処理を前記短周期で繰り返す。

なお、工程Ｓ１において前記監視条件が成立すると判定されてから、工程Ｓ３において反力装置５１０の前記異常状態が検出されずに、工程Ｓ４において前記解除条件が成立すると判定されるまでの期間が、監視期間Ｔ１である。

＜工程Ｓ５＞
工程Ｓ５において、異常検出装置６２は、操作信号Ｓｘ１のサンプリング周期を前記通常周期に戻す。その後、異常検出装置６２は、工程Ｓ１からの処理を繰り返す。

＜工程Ｓ６＞
工程Ｓ６において、出力制御装置６１が、旋回制御信号Ｓｘ２のレベルの上限値である上限レベルＭｘ０を設定する（図９参照）。本実施形態において、上限レベルＭｘ０は、反力装置５１０の前記異常状態が検出されたときの旋回制御信号Ｓｘ２のレベルである。

以下の説明において、反力装置５１０の前記異常状態が検出されたときの旋回制御信号Ｓｘ２のレベルのことを、異常検出時レベルＳｘ２０と称する（図９参照）。なお、異常検出時レベルＳｘ２０は、反力装置５１０の前記異常状態が検出されたときの操作信号Ｓｘ１のレベルに対応する旋回制御信号Ｓｘ２のレベルである。

＜工程Ｓ７＞
さらに、工程Ｓ７において、出力制御装置６１は、制御信号制限を開始する。前記制御信号制限は、旋回制御信号Ｓｘ２のレベルを、上限レベルＭｘ０を越えないレベルに制限することである。

即ち、出力制御装置６１は、前記制御信号制限の開始後において、操作信号Ｓｘ１のレベルに対応する旋回制御信号Ｓｘ２のレベルが上限レベルＭｘ０を越える場合に、旋回制御信号Ｓｘ２のレベルを上限レベルＭｘ０に設定する。一方、出力制御装置６１は、操作信号Ｓｘ１のレベルに対応する旋回制御信号Ｓｘ２のレベルが上限レベルＭｘ０を越えない場合に、旋回制御信号Ｓｘ２のレベルを操作信号Ｓｘ１のレベルに対応するレベルに設定する。

図９において、異常検出時点Ｔ２ａ以降の制限期間Ｔ２１は、旋回制御信号Ｓｘ２のレベルが、操作信号Ｓｘ１のレベルに対応するレベルよりも小さい上限レベルＭｘ０に制限されている期間である。即ち、制限期間Ｔ２１は、上限レベルＭｘ０が操作信号Ｓｘ１のレベルに対応するレベルよりも優先される期間である。

図９において、制限期間Ｔ２１に続く非制限期間Ｔ２２は、旋回制御信号Ｓｘ２のレベルが、操作信号Ｓｘ１のレベルに対応するレベルに設定されている期間である。非制限期間Ｔ２２において、操作信号Ｓｘ１のレベルに対応するレベルは、上限レベルＭｘ０よりも小さい。即ち、制限期間Ｔ２１は、操作信号Ｓｘ１のレベルに対応するレベルが上限レベルＭｘ０よりも優先される期間である。

前記制御信号制限が実行されることにより、反力装置５１０の異常が発生したときに、旋回レバー５１１が一時的に過剰に操作され、上部旋回体１２が意図せず過剰に旋回すること、および過剰な旋回により吊荷９が不安定に揺れること、などの危険な事態が回避される。

＜工程Ｓ８＞
さらに、工程Ｓ８において、異常検出装置６２が、反力装置５１０の異常を表す異常通知を出力する。前記異常通知を出力する処理は、例えば、不図示のブザーに警報音を出力させる処理、および、表示装置７に予め定められた異常メッセージを表示させる処理である。

操縦者は、前記異常通知によって反力装置５１０の異常が発生したことを速やかに認知し、適切な対応をとることができる。

＜工程Ｓ９＞
異常検出装置６２は、工程Ｓ６～工程Ｓ８の処理が実行された後、工程Ｓ９の処理を実行する。工程Ｓ９において、異常検出装置６２は、旋回角度検出装置４５３の検出結果に基づいて、上部旋回体１２が停止したか否かを判定する。

異常検出装置６２は、上部旋回体１２が停止するまで工程Ｓ９の処理を繰り返す。また、出力制御装置６１は、上部旋回体１２が停止するまで、前記制御信号制限を継続する。異常検出装置６２は、上部旋回体１２が停止したと判定すると、処理を工程Ｓ１０へ移行させる。

＜工程Ｓ１０＞
工程Ｓ１０において、出力制御装置６１が、前記制御信号制限を終了する。その後、異常検出装置６２が、工程Ｓ５からの処理を繰り返す。

以上に示されるように、クレーン１０は、旋回レバー５１１が操作されているときに発生し得る反力装置５１０の異常を早期に検出して操縦者に通知することができる。これにより、前記操縦者は、速やかに適切な対応をとることができる。

また、本実施形態において、出力制御装置６１は、反力装置５１０の前記異常状態が検出されてから上部旋回体１２が停止するまでの間に、旋回制御信号Ｓｘ２のレベルを、反力装置５１０の前記異常状態が検出されたときの旋回制御信号Ｓｘ２のレベルを超えない範囲に制限する。

従って、上部旋回体１２が意図せず過剰に旋回すること、および過剰な旋回により吊荷９が不安定に揺れること、などの危険な事態が回避される。

［第２実施形態］
次に、図１０を参照しつつ、第２実施形態に係るクレーンについて説明する。図１０において、図６，７，９に示される符号と同じ符号は、同じ参照符号が付されている。

第２実施形態に係るクレーンは、第１実施形態に係るクレーン１０と同じ構成を備える。以下、第２実施形態に係るクレーンにおける第１実施形態に係るクレーン１０と異なる点について説明する。

本実施形態において、出力制御装置６１は、反力装置５１０の前記異常状態が検出されてから上部旋回体１２が停止するまでの間に、異常検出時レベルＳｘ２０から中立位置Ｐ０に対応する基準レベルＶ００まで徐々に変化する上限レベルＭｘ０を設定する。上限レベルＭｘ０の変化パターンは予め定められている。

図１０に示される例において、出力制御装置６１は、予め定められた非線形関数が表す曲線に沿って異常検出時レベルＳｘ２０から基準レベルＶ００へ向けて徐々に変化し、基準レベルＶ００に至る前に予め定められた一定の傾きで基準レベルＶ００まで線形変化する上限レベルＭｘ０を設定する。

また、出力制御装置６１が、異常検出時レベルＳｘ２０から基準レベルＶ００まで予め定められた一定の傾きで線形変化する上限レベルＭｘ０を設定することも考えられる。

そして、出力制御装置６１は、旋回制御信号Ｓｘ２のレベルを、上限レベルＭｘ０を超えない範囲に制限する。

図１０において、異常検出時点Ｔ２ａ以降の制限期間Ｔ２１は、旋回制御信号Ｓｘ２のレベルが、操作信号Ｓｘ１のレベルに対応するレベルよりも小さい上限レベルＭｘ０に制限されている期間である。

同様に、図１０において、制限期間Ｔ２１に続く非制限期間Ｔ２２は、旋回制御信号Ｓｘ２のレベルが、操作信号Ｓｘ１のレベルに対応するレベルに設定されている期間である。非制限期間Ｔ２２において、操作信号Ｓｘ１のレベルに対応するレベルは、上限レベルＭｘ０よりも小さい。

本実施形態が採用されることにより、反力装置５１０の前記異常状態が検出された後に、ブーム２１の旋回速度が徐々に減速するよう自動的に制御される。これにより、操縦者が旋回レバー５１１を中立位置Ｐ０へ戻す操作が遅れた場合でも、ブーム２１が異常検出時レベルＳｘ２０に対応する速度で旋回し続けることが回避される。

５：操作装置
６：制御装置
７：表示装置
９：吊荷
１０：クレーン
１１：下部走行体
１２：上部旋回体
１３：キャブ
１４：走行装置
１５：ガントリ
１６：ウインチ装置
１７：カウンターウェイト
２１：ブーム
２２：ブームポイントアイドラーシーブ
２３：ガントリシーブ
３０：フック
３１：起伏ロープ
３２：吊りロープ
４１：エンジン
４２：油圧ポンプ
４３：油圧制御弁
４４：油圧アクチュエータ
４５：状態検出装置
５１：レバー操作装置
５２：操作ボタン
５３：入力装置
６１：出力制御装置
６２：異常検出装置
１６１：第１ウインチ装置
１６２：第２ウインチ装置
４１１：油圧モーター
４４１：旋回モーター
４５１：荷重計
４５２：起伏角度検出装置
４５３：旋回角度検出装置
４５４：旋回圧力センサー
５１０：反力装置
５１１：旋回レバー
５１２：ロータ
５１３：ステータ
５１４：励磁コイル
５１５：給電回路
６０１：ＭＰＵ
６０２：ＲＡＭ
６０３：不揮発性メモリー
６０４：信号インターフェイス
５１００：操作検出センサー
５１２１：円筒部
５１２２：軸部
５１２３：磁極部
５１３１：胴部
５１３２：フランジ部
５１３２ａ：突出部
Ｆ０：反力
Ｍｘ０：上限レベル
Ｐ０：中立位置
Ｒ０：設定範囲
Ｓｖ１：変化速度
Ｓｘ１：操作信号
Ｓｘ２：旋回制御信号
Ｓｘ２０：異常検出時レベル
Ｔ０１：第１期間
Ｔ０２：第２期間
Ｔ０３：第３期間
Ｔ０４：第４期間
Ｔ０５：第５期間
Ｔ０６：第６期間
Ｔ１：監視期間
Ｔ１ａ：監視開始時点
Ｔ１ｂ：監視終了時点
Ｔ２１：制限期間
Ｔ２２：非制限期間
Ｔ２ａ：異常検出時点
Ｖ００：基準レベル
ΔＶ０：許容変化量

Claims

下部基体と、
前記下部基体の上部に、前記下部基体に対し旋回可能に設けられた旋回体と、
前記旋回体から延びて形成され、吊荷を吊り下げる吊りロープを支持するブームと、
制御信号に従った速度で前記旋回体を回転駆動する油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータの動作を指示するために操作される操作レバーと、
前記操作レバーの予め定められた中立位置からの変位量に応じた操作信号を出力する操作検出装置と、
前記操作信号のレベルに対応するレベルの前記制御信号を出力する出力制御装置と、
前記中立位置から離れる方向へ変位する前記操作レバーに対し、前記中立位置へ戻す方向の反力を付与する反力装置と、
前記操作レバーが前記中立位置から離れる方向へ変位するときの前記操作信号のレベルの変化速度が予め定められた設定範囲を越える監視開始時点から前記設定範囲内に戻る監視終了時点までの監視期間において、前記変化速度が予め定められた許容変化量を越えてさらに変化する状態を前記反力装置の異常状態として検出し、前記異常状態が検出されたときに、前記反力装置の異常を表す異常通知を出力する異常検出装置と、を備え、
前記異常検出装置は、前記操作レバーが前記中立位置へ戻る方向へ変位するときには、前記操作信号のレベルの変化速度に応じた前記異常通知の出力を行わない、クレーン。
下部基体と、
前記下部基体の上部に、前記下部基体に対し旋回可能に設けられた旋回体と、
前記旋回体から延びて形成され、吊荷を吊り下げる吊りロープを支持するブームと、
制御信号に従った速度で前記旋回体を回転駆動する油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータの動作を指示するために操作される操作レバーと、
前記操作レバーの予め定められた中立位置からの変位量に応じた操作信号を出力する操作検出装置と、
前記操作信号のレベルに対応するレベルの前記制御信号を出力する出力制御装置と、
前記中立位置から離れる方向へ変位する前記操作レバーに対し、前記中立位置へ戻す方向の反力を付与する反力装置と、
前記操作レバーが前記中立位置から離れる方向へ変位するときの前記操作信号のレベルの変化速度が予め定められた設定範囲を越える監視開始時点から前記設定範囲内に戻る監視終了時点までの監視期間において、前記変化速度が予め定められた許容変化量を越えてさらに変化する状態を前記反力装置の異常状態として検出し、前記異常状態が検出されたときに、前記反力装置の異常を表す異常通知を出力する異常検出装置と、を備え、
前記異常検出装置は、前記監視期間において前記変化速度の導出に用いる前記操作信号を、前記監視期間以外において前記操作信号を参照する場合よりも短いサンプリング間隔でサンプリングする、クレーン。
前記出力制御装置は、前記反力装置の前記異常状態が検出されてから前記旋回体が停止するまでの間に、前記制御信号のレベルを、前記異常状態が検出されたときの前記制御信号のレベルを超えない範囲に制限する、請求項１または請求項２に記載のクレーン。
前記出力制御装置は、前記反力装置の前記異常状態が検出されてから前記旋回体が停止するまでの間に、前記異常状態が検出されたときの前記制御信号のレベルから前記中立位置に対応する基準レベルまで徐々に変化する上限レベルを設定し、前記制御信号のレベルを、前記上限レベルを超えない範囲に制限する、請求項１または請求項２に記載のクレーン。
前記異常検出装置は、前記監視期間において前記変化速度の導出に用いる前記操作信号を、前記監視期間以外において前記操作信号を参照する場合よりも短いサンプリング間隔でサンプリングする、請求項１、請求項３および請求項４のいずれか１項に記載のクレーン。