JP7097401B2 - クレーンおよびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、吊具の振れを止める振止機構を備えるクレーンおよびその制御方法に関するものであり、詳しくは吊具の位置合わせの精度を向上できるクレーンおよびその制御方法に関するものである。

振止機構を備えるクレーンが種々提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載のクレーンは、トロリの横行に伴いコンテナが横行方向に振れた場合に、トロリの速度を制御することで振止を行う構成を有している。特許文献１のように電気的な制御により振止効果を得る構成は、電気的振止方法といわれることがある。

コンテナを把持する際に吊具を数センチ程度移動させたい場合がある。例えばトロリを海側に５ｃｍ横行させると、振止機構が作動するためにトロリは海側に５ｃｍの位置とは異なる位置に停止する。振止機構のためにクレーンオペレータが想定した位置に吊具を移動できないことがあった。吊具の位置合わせの精度を向上することが困難であった。

日本国特開２０１６－０７９００１号公報

本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は振止機構を備えるクレーンにおいて吊具の位置合わせの精度を向上できるクレーンおよびその制御方法を提供することである。

上記の目的を達成するためのクレーンは、脚構造体と、この脚構造体を支持する走行装置と、前記脚構造体に対して横行可能に配置されているトロリと、このトロリからワイヤで懸吊される吊具と、この吊具の振れを止める振止機構とを備えるクレーンにおいて、前記振止機構による振止制御の結果として前記吊具が停止する収束位置を、水平方向において調整する調整機構を備えることを特徴とする。

上記の目的を達成するためのクレーンの制御方法は、脚構造体と、この脚構造体を支持する走行装置と、前記脚構造体に対して横行可能に配置されているトロリと、このトロリからワイヤで懸吊される吊具と、この吊具の振れを止める振止機構とを備えるクレーンの制御方法において、前記振止機構による振止制御の結果として前記吊具が停止する収束位置が設定されて、この収束位置を水平方向において調整した後に、調整された前記収束位置に基づき前記振止機構が振止制御を行うことを特徴とする

本発明によれば、振止機構の動作により吊具が停止する収束位置を調整できるので、吊具の位置合わせの精度を向上できる。振止機構を機能させて振止の効果を得つつ、吊具の位置の微調整が可能となる。

クレーンを例示する説明図である。 スイッチ部を例示する説明図である。 電気的な振止方法を例示する説明図である。 スイッチ部の変形例を例示する説明図である。 図４の変形例を例示する説明図である。 自動化クレーンに設置される調整機構を例示する説明図である。 機械的な振止方法を例示する説明図である。 調整機構の動作を例示する説明図である。

以下、クレーンおよびクレーンの制御方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。図中ではクレーンの走行方向を矢印ｙ、この走行方向ｙを直角に横断する横行方向を矢印ｘ、上下方向を矢印ｚで示している。

図１に例示するようにクレーン１は、例えば岸壁クレーンで構成される。クレーン１は脚構造体２と、脚構造体２の下端に設置される走行装置３とを備えている。脚構造体２は、上下方向ｚに延設される柱状部材２ａと、横行方向ｘまたは走行方向ｙに延設されていて柱状部材２ａどうしを連結する水平部材２ｂと、水平部材２ｂに支持されて横行方向ｘに延設されるブーム２ｃおよびガーダ２ｄを有している。ブーム２ｃはガーダ２ｄの海側に配置されている。

クレーン１は脚構造体２を構成するブーム２ｃおよびガーダ２ｄに沿って横行可能に構成されるトロリ４と、トロリ４からワイヤで懸吊される吊具５を備えている。吊具５は例えばコンテナＣを荷役するスプレッダや、鉱石等のバラ荷を荷役するバケットで構成される。

クレーン１は、例えば吊具５を懸吊するワイヤの傾きに基づきトロリ４の速度を制御して吊具５の振止を行う振止機構６を備えている。振止機構６はトロリ４の走行用のモータを制御する制御機構等に組込まれる。振止機構６は例えばクレーン１の脚構造体２に設置される機械室７に配置される。図１では説明のため振止機構６を破線で示している。

振止機構６では、振止制御の結果として吊具５が停止する収束位置が予め設定されている。例えば吊具５に振れが発生していない状態のときのワイヤの傾きが上下方向ｚに対して５°となる場合、ワイヤの傾きが５°となる吊具５の位置を収束位置として予め設定する。

クレーン１は、収束位置を調整する調整機構８を備えている。調整機構８は例えば運転室９に配置される。図１では説明のため調整機構８を破線で示している。クレーン１が遠隔操作により制御される場合は、運転室９はコンテナターミナルの管理棟などに配置される。

図２に例示するようにクレーン１の運転室９には、クレーン１の走行やトロリ４の横行を操作する操作レバー１０が設置されている。調整機構８は、例えば操作レバー１０に設置されるスイッチ部１１で構成される。スイッチ部１１は、操作レバー１０の外周面から一部が突出する状態で配置される回転体１１ａと、この回転体１１ａの回転角を取得するセンサ１１ｂとを有している。図２では説明のため操作レバー１０の内部に位置する部材を破線で示している。

回転体１１ａは例えば円形の板状部材で構成されていて、回転可能な状態で操作レバー１０に設置されている。回転体１１ａは球状の部材で構成されてもよい。センサ１１ｂは、回転体１１ａの回転方向と回転角とを取得して、振止機構６に送る構成を有している。図２では説明のためセンサ１１ｂと振止機構６とを接続する信号線を一点鎖線で示している。この信号線は有線もよく無線でもよい。回転体１１ａの回転方向および回転角に応じて、振止機構６に設定されている収束位置が水平方向において調整される。

図３に例示するように例えばトロリ４を現在位置Ｐ１から図３の右側となる海側に５ｃｍ移動した位置Ｐ２に横行させる場合がある。従来は、クレーン１のオペレータは握り込んだ操作レバー１０を傾けてトロリ４を５ｃｍ横行させた後に、操作レバー１０を戻す。トロリ４が停止する一方で吊具５は海側に振れる。振止機構６の制御によりトロリ４は吊具５を追いかけるように海側に横行する。トロリ４が吊具５に追いつく位置Ｐ３で吊具５の振れが止まる。トロリ４の停止位置はクレーン１のオペレータが想定していた位置Ｐ２よりも更に海側となる位置Ｐ３となる。つまりクレーン１のオペレータが海側に５ｃｍ移動しようとしたとき、振止機構６の作動によりトロリ４は海側に５ｃｍ以上移動してしまう。

振止機構６は、吊具５が海側に振れたときワイヤの角度等に基づき、振止のためにトロリ４を横行させて停止させる位置を演算により求める。このトロリ４の位置に対応する吊具５の位置が収束位置となる。調整機構８はこの収束位置を調整する構成を有している。

オペレータが吊具５を海側に５ｃｍ移動させたい場合、まず調整機構８により収束位置を海側に５ｃｍ移動させた位置に調整する。オペレータは例えば操作レバー１０を握り込んだ状態で、回転体１１ａを親指で回転させる。回転体１１ａの回転方向および回転角に応じて、振止機構６に設定されている収束位置が調整される。振止機構６は現在位置から海側に５ｃｍとなる位置で吊具５の振れが止まるようにトロリ４の横行を制御する。

このときオペレータは操作レバー１０を操作してトロリ４を横行させる等の作業は行わない。収束位置の変更にともなう振止機構６の制御によりトロリ４が移動する。結果として吊具５を精密に海側に５ｃｍ移動させることができる。

従来は操作レバー１０の操作によりトロリ４を横行させることで、吊具５の位置合わせを行っていた。操作レバー１０の傾きによりトロリ４の速度を指定して、操作レバー１０を傾けている時間でトロリ４の走行時間を指定していた。そのためトロリ４が実際に移動する距離は、トロリ４の速度と走行時間とからオペレータは予想しなくてはならなかった。

これに対して本願発明では、調整機構８によりトロリ４の移動距離を直接的に指定することができる。そのためトロリ４が実際に移動する距離を、オペレータは予想する必要がなくなった。オペレータの熟練度に関わらず、吊具５の位置合わせを精密に行うことが可能となる。

クレーン１は振止機構６の制御を利用して吊具５を移動させることができる。そのため振止の効果を得つつ吊具５の位置の微調整が可能となる。トロリ４を操作レバー１０により直接的に移動させる制御を行わないため、意図した位置に停止させたトロリ４が振止機構６により更に移動する不具合がない。例えばコンテナ船の揺動にあわせて吊具５の位置合わせを行うことができる。吊具５の振れが収まっている状態で位置合わせを完了できるので、揺動するコンテナ船に対しても荷役作業を迅速に行うことができる。

クレーン１は岸壁クレーンに限らない。門型クレーンや天井クレーンやアンローダなど他の種類のクレーンであっても、上記効果を得られる。

走行方向ｙにおける吊具５の位置合わせを調整機構８で行う構成としてもよい。走行装置３のモータを制御することで吊具５やブーム２ｃの振止を行う振止機構６を有するクレーン１がある。この場合は走行方向ｙにおいても吊具５の位置の微調整を行うことができる。

従来は操作レバー１０の操作によりクレーン１を走行方向ｙに走行させて、吊具５の位置合わせを行っていた。走行方向ｙにおける位置合わせを行う場合は、トロリ４よりも遥かに質量の大きいクレーン１全体が移動する。そのため例えば走行方向ｙにおいてクレーン１を５ｃｍ移動させる場合などの微調整はトロリ４より遥かに困難であった。

図４に例示するように例えば運転室９に配置される横行用操作レバー１０ａと走行用操作レバー１０ｂとにそれぞれスイッチ部１１を設置する構成にしてもよい。横行方向ｘに沿って傾動可能に構成される横行用操作レバー１０ａには、回転体１１ａが上下方向ｚに沿って回転可能に配置されている。この回転体１１ａにより横行方向ｘにおける収束位置が調整される。走行方向ｙに沿って傾動可能に構成される走行用操作レバー１０ｂには、回転体１１ａが走行方向ｙに沿って回転可能に配置されている。この回転体１１ａにより走行方向ｙにおける収束位置が調整される。

スイッチ部１１により吊具５の位置を移動させる際の分解能は例えば１ｃｍ以上１０ｃｍ以下とすることができる。望ましくは１ｃｍ以上３ｃｍ以下とする。吊具５の位置の微調整を行うには有利である。例えば回転体１１ａを３０°回転させるごとに収束位置が１ｃｍ移動する構成にできる。

図５に例示するように例えば走行用操作レバー１０ｂなど一つの操作レバー１０にのみ、スイッチ部１１が設置される構成にしてもよい。この実施形態では回転体１１ａが球状のトラックボールで構成されている。この回転体１１ａは上下方向ｚおよび走行方向ｙのいずれの方向にも回転可能な状態で配置されている。例えば回転体１１ａを上下方向ｚに沿って回転させると横行方向ｘにおける収束位置が調整されて、走行方向ｙに沿って回転させると走行方向ｙにおける収束位置が調整される構成にできる。

図４および図５のいずれの実施形態においても、操作レバー１０によりトロリ４の横行またはクレーン１の走行を行うとともに、スイッチ部１１により横行方向ｘまたは走行方向ｙにおける収束位置を調整することができる。つまり操作レバー１０による操作と、スイッチ部１１による操作とを独立して同時に行うことができる。また操作レバー１０の操作を行うことなく、スイッチ部１１の操作により収束位置のみを調整することもできる。

図６に例示するように荷役対象のコンテナＣの上方など吊具５を目標位置Ｐ０まで自動的に移動させる自動化クレーンにも調整機構８を設置することができる。自動化されたクレーン１は、吊具５を目標位置Ｐ０まで移動させる制御を行う制御機構１２を有している。制御機構１２は、吊具５を目標位置Ｐ０まで移動させた後に、例えば吊具５に設置されるセンサやカメラ１２ａで荷役対象のコンテナＣの位置を測定する。コンテナ船の揺動やクレーン１の脚構造体２のたわみやワイヤの伸びなど種々の影響により、吊具５に対してコンテナＣの位置がずれていることがある。つまり荷役対象のコンテナＣの位置を基準とする場合、目標位置Ｐ０と吊具５の現在位置Ｐ４とがずれる場合がある。

従来はクレーンのオペレータが自動制御を遠隔操作に切り替えて遠隔操作により吊具５の現在位置を修正していた。または制御機構１２により再度吊具５を移動させて位置を合わせる制御を行っていた。

調整機構８は、目標位置Ｐ０に対する吊具５の現在位置Ｐ４のずれ量を取得して、このずれ量に基づいて収束位置を調整する演算部１３を有している。ずれ量は具体的には、目標位置Ｐ０に対して吊具５の現在位置Ｐ４が陸側に３ｃｍずれているなど、現在位置がずれている方向と距離とからなる情報である。演算部１３はずれ量を例えば制御機構１２から取得する構成を有する。

取得したずれ量に基づいて演算部１３が収束位置を調整することで、吊具５の現在位置Ｐ４が目標位置Ｐ０と一致する状態となる。現在位置Ｐ４が陸側に３ｃｍずれている場合は、演算部１３は収束位置を海側に３ｃｍ移動させる。振止機構６は海側に３ｃｍ移動した位置で吊具５の振れが止まるように制御する。吊具５は振れがない状態で目標位置Ｐ０に到達できる。図６では説明のため制御機構１２や演算部１３など各機器を接続する信号線を一点鎖線で示している。この信号線は有線、無線のいずれで構成してもよい。

この実施形態では振止機構６は制御機構１２に組込まれる状態となっている。振止機構６は制御機構１２とは独立して設置される構成としてもよい。制御機構１２に組込まれる構成を調整機構８が有していても良い。

演算部１３は走行方向ｙにおけるずれ量を取得して、収束位置を走行方向ｙに調整する構成を有していてもよい。

演算部１３を有する調整機構８と、操作レバー１０に設置される調整機構８との両方をクレーン１が備える構成にしてもよい。制御機構１２による自動制御で吊具５の位置合わせを行いつつ、最終的にオペレータが判断して遠隔操作により吊具５の位置合わせを行うことができる。オペレータによる吊具５の位置合わせの際に操作レバー１０に設置されるスイッチ部１１による調整が可能となる。

クレーン１が備える振止機構６は電気的な振止方法に限定されない。機械的な振止方法を行う振止機構６を備えるクレーン１に調整機構８を設置する構成としてもよい。図７に例示するように機械的な振止方法を行う振止機構６は、例えばトロリ４に設置される一対のモータ１４と、このモータ１４からそれぞれ繰り出されて吊具５に連結される振止用ワイヤ１５とを有している。この実施形態では一対のモータ１４および一対の振止用ワイヤ１５は横行方向ｘに間隔をあけて配置されている。モータ１４は振止用ワイヤ１５を繰り出したり巻き取ったりすることで、振止用ワイヤ１５の張力が一定となる状態に制御する構成を有している。具体的にはモータ１４は出力するトルクが一定となる状態に設定されている。

図７の右方に例示するように吊具５が例えば海側（図７右方）に振れた場合、海側に配置されている振止用ワイヤ１５ａの張力が減少する。海側に配置されているモータ１４ａは張力を一定に保つために振止用ワイヤ１５ａを巻き取る。陸側に配置されている振止用ワイヤ１５ｂの張力が増加する。陸側に配置されているモータ１４ｂは張力を一定に保つために振止用ワイヤ１５ｂを繰り出す。振止用ワイヤ１５の制御により吊具５には振れを減衰させる力が発生する。振止用ワイヤ１５により吊具５の振れが止まる。一対のモータ１４のトルクが同じ値に設定されている場合、吊具５の収束位置は図７の左方に例示するように例えばトロリ４の真下の位置となる。

この実施形態では調整機構８は一対のモータ１４に予め設定されているトルクの値を調整する。図８に例示するように陸側のモータ１４ｂに対して海側のモータ１４ａのトルクの値が大きくなる状態に調整されると、海側のモータ１４ａに近づく方向に収束位置Ｐ５が移動する。オペレータがスイッチ部１１を操作すると、モータ１４に予め設定されるトルクの値が調整機構８により変更される。これにより横行方向ｘにおいて吊具５の収束位置Ｐ５が変更される。

振止用ワイヤ１５が走行方向ｙにも張設されている場合は、これに対応するモータ１４のトルクを調整することで、走行方向ｙにおいて収束位置を移動させることができる。クレーン１はトロリ４の横行やクレーン１の走行を行うことなく、吊具５の位置を移動させることができる。

収束位置をリセットするリセットスイッチを調整機構８が有していてもよい。機械的な振止方法を行う振止機構６の場合は、例えば二つのモータ１４に予め設定されるトルクは、モータ１４の容量に応じた上限がある。調整機構８による調整を繰り返しているうちにトルクの設定値が上限に達して、収束位置を移動できなくなる可能性がある。リセットスイッチにより二つのモータ１４のトルクの設定値を初期値にリセットすることでこの問題の発生を回避できる。

リセットスイッチは、例えば回転体１１ａを操作レバー１０に対して押し込む動作により作動するスイッチで構成できる。電気的な振止方法を行う振止機構６の場合に、調整機構８がリセットスイッチを有する構成にしてもよい。

機械的な振止方法を行う振止機構６を有していて且つ自動運転されるクレーン１であっても調整機構８を設置できる。調整機構８は目標位置に対する吊具５の現在位置のずれ量を取得して、このずれ量に基づいて振止機構６のモータ１４のトルクのバランスを変更させる。収束位置が自動的に調整される。

機械的な振止方法を行う振止機構６の構成は上記に限らない。例えば振止用ワイヤ１５のたるみをモータ１４の回転により巻取り、振止用ワイヤ１５が引っ張られたときにブレーキが振止用ワイヤ１５に抵抗を発生させつつ振止用ワイヤ１５を繰り出す構成を、振止機構６が有していてもよい。ブレーキは例えば予め設定された値を超える引張力が振止用ワイヤ１５に発生したときに、振止用ワイヤ１５に抵抗を与えつつ繰り出すラチェット式ブレーキで構成できる。

この振止機構６においても前述と同様に調整機構８は、振止用ワイヤ１５を巻き取る際のモータ１４のトルクの値を調整することで、収束位置Ｐ５を移動させることができる。また調整機構８は振止用ワイヤ１５を繰り出す際のブレーキの強さを調整することで、収束位置Ｐ５を移動させることができる。調整機構８はモータ１４のトルクの値、またはブレーキの強さの少なくとも一方を調整できればよく、両方調整できる構成であってもよい。

調整機構６が一対の振止用ワイヤ１５ａ、１５ｂの繰り出されている長さの差や、長さの比率を調整することで収束位置を調整する構成を有していてもよい。これは振止機構６が電気的な振止方法または機械的な振止方法のいずれを有している場合であっても採用することができる。

１ クレーン
２ 脚構造体
２ａ 柱状部材
２ｂ 水平部材
２ｃ ブーム
２ｄ ガーダ
３ 走行装置
４ トロリ
５ 吊具
６ 振止機構
７ 機械室
８ 調整機構
９ 運転室
１０ 操作レバー
１０ａ 横行用操作レバー
１０ｂ 走行用操作レバー
１１ スイッチ部
１１ａ 回転体
１１ｂ センサ
１２ 制御機構
１２ａ カメラ
１３ 演算部
１４ モータ
１４ａ （海側の）モータ
１４ｂ （陸側の）モータ
１５ 振止用ワイヤ
１５ａ （海側の）振止用ワイヤ
１５ｂ （陸側の）振止用ワイヤ
ｘ 横行方向
ｙ 走行方向
ｚ 上下方向
Ｃ コンテナ
Ｐ０ 目標位置
Ｐ５ 収束位置

Claims (6)

1. 脚構造体と、この脚構造体を支持する走行装置と、前記脚構造体に対して横行可能に配置されているトロリと、このトロリからワイヤで懸吊される吊具と、この吊具の振れを止める振止機構とを備えるクレーンにおいて、
   前記振止機構による振止制御の結果として前記吊具が停止する収束位置を、水平方向において調整する調整機構を備えることを特徴とするクレーン。
2. 前記トロリの横行または前記走行装置による前記クレーンの走行を操作する操作レバーに設置されていて、水平方向における前記収束位置の移動方向および移動量を操作するスイッチ部を前記調整機構が有する請求項１に記載のクレーン。
3. 前記スイッチ部が、前記操作レバーに設置される回転体と、この回転体の回転方向および回転角を取得するセンサとを有する請求項２に記載のクレーン。
4. 前記吊具が到達すべき目標位置に前記吊具を移動させる制御機構を有していて、
   前記吊具の現在位置と前記目標位置とのずれ量を取得してこのずれ量に基づき前記収束位置を調整する演算部を前記調整機構が有する請求項１～３のいずれかに記載のクレーン。
5. 脚構造体と、この脚構造体を支持する走行装置と、前記脚構造体に対して横行可能に配置されているトロリと、このトロリからワイヤで懸吊される吊具と、この吊具の振れを止める振止機構とを備えるクレーンの制御方法において、
   前記振止機構による振止制御の結果として前記吊具が停止する収束位置が設定されて、この収束位置を水平方向において調整した後に、調整された前記収束位置に基づき前記振止機構が振止制御を行うことを特徴とするクレーンの制御方法。
6. 前記トロリの横行または前記走行装置による前記クレーンの走行を制御する操作レバーと、この操作レバーに設置されていて水平方向における前記収束位置の移動方向および移動量を操作するスイッチ部とが予め配置されていて、
   前記操作レバーの操作に基づく前記トロリまたは前記クレーンの制御と、前記スイッチ部の操作に基づく前記収束位置の調整とを同時に行う請求項５に記載のクレーンの制御方法。

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