JP7195901B2 - クレーンおよびクレーン制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、吊荷を吊下げて搬送するクレーンおよびクレーン制御方法に関する。

近年、クレーンの熟練作業者の高齢化や、クレーン設置台数の増加による人手不足に伴い、経験の浅い非熟練作業者がクレーンを運転（操作）する場合が増加している。非熟練作業者によるクレーン操作においては、障害物の位置や高さの見誤りや、周辺障害物の見落し、吊荷の荷振れなどのクレーンの挙動予測の未熟さ、クレーン操作に不慣れなための誤操作などが生じるリスクがある。このため、非熟練作業者によるクレーン操作では、熟練作業者のクレーン操作に比べ、吊荷と障害物の衝突や挟まれ等の事故発生が高くなりがちである。

事故を防ぐ対策の一つとして、クレーンを速やかに安全に停止させることがあげられる。すなわち、停止時の荷振れを抑制しつつ、制動距離が短いことが望ましい。クレーンを急峻に停止させると、停止するまでにトロリが移動する制動距離は短いものの、大きな荷振れが発生する。荷振れを低減させるには減速時間を長くしたり、荷振れを抑制するための制御を加えればよいが、この場合、荷振れを抑制できるものの、制動距離が長くなるという問題がある。
荷振れを抑制しつつ、クレーンを停止する制御方法として、例えば、特許文献１の技術が開示されている。

特開平８－３２４９６０号公報

特許文献１によると、クレーンを停止動作開始時に、一度ノッチの投入あるいは機械的制動を行った後、その振れ周期の１／２後のタイミングで１回又は複数回の逆ノッチの投入又は機械的制動を行うか、その振れ周期の１／４後のタイミングで１回又は複数回の逆ノッチ投入又は機械的制動を行う、としている。この方法はノッチもしくは機械的制動による減速後に１回以上のノッチ（三角波速度パターン）に入れて荷振れを抑制しているが、１回の操作で確実に停止させるものではなく、結果、制動距離の低減を期待できるものではない。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、荷振れを抑制しながらも制動距離を短くすることが可能な、より安全性の高いクレーンおよびクレーンの制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、その一例を挙げると、ロープの巻上巻下げにより吊荷を上下方向に移動させる巻上機と、該巻上機を有しており該吊荷を水平方向に移動させる水平移動装置と、該水平移動装置を制御するための速度指令を生成する速度指令生成部と、前記速度指令に従い前記水平移動装置の速度を制御するクレーン制御部とを有するクレーンであって、
前記速度指令生成部が生成する前記速度指令は、停止動作開始信号による減速開始時の速度から第１の減速終了速度まで減速する第１速度パターンと、前記第１速度パターンが前記第１の減速終了速度に達した時点において、前記第１速度パターンにより前記水平移動装置を駆動した際に生じる荷振れを打消すために前記第１の減速終了速度から一旦加速して最大速度Ｖｄｍａｘに達した時点から減速を行う第２速度パターンとで生成されており、
前記第２速度パターンの駆動時間Ｔ２は、前記ロープの回転中心から前記吊荷の重心までの距離Ｌと、前記第１速度パターンの駆動時間Ｔ１に基づいて求め、前記第２速度パターンにおける前記最大速度Ｖｄｍａｘを前記前記第２速度パターンの駆動時間Ｔ２と、前記距離Ｌと、前記減速開始時の速度Ｖｍａｘに基づいて求めるようにし、
前記クレーン制御部は、前記速度指令に従い前記減速開始時から前記第１速度パターンにより前記水平移動装置を制御し、前記第１の減速終了速度に減速した時点からは前記第２速度パターンにより前記水平移動装置を制御するクレーンである。

また、本発明の他の一例を挙げると、ロープの巻上巻下げにより吊荷を上下方向に移動させる巻上機と、該巻上機を有しており該吊荷を水平方向に移動させる水平移動装置と、該水平移動装置を制御するための速度指令を生成する速度指令生成部と、前記速度指令に従い前記水平移動装置の速度を制御するクレーン制御部とを有するクレーンの制御方法であって、前記速度指令は、停止動作開始信号による減速開始時の速度から第１の減速終了速度まで減速する第１速度パターンと、前記第１速度パターンが前記第１の減速終了速度に達した時点において、前記第１速度パターンにより前記水平移動装置を駆動した際に生じる荷振れを打消すために前記第１の減速終了速度から一旦加速して最大速度Ｖｄｍａｘに達した時点から減速を行う第２速度パターンとで生成されており、前記第２速度パターンの駆動時間Ｔ２は、前記ロープの回転中心から前記吊荷の重心までの距離Ｌと、前記第１速度パターンの駆動時間Ｔ１に基づいて求め、前記第２速度パターンにおける前記最大速度Ｖｄｍａｘを前記前記第２速度パターンの駆動時間Ｔ２と、前記距離Ｌと、前記減速開始時の速度Ｖｍａｘに基づいて求めるようにし、前記減速開始時から前記第１速度パターンにより前記水平移動装置を制御し、前記第１の減速終了速度に減速した時点からは前記第２速度パターンにより前記水平移動装置を制御するクレーン制御方法クレーン制御方法である。

なお、ここで、上記の「ロープ」という用語は、ロープだけでなく、チェーン、紐、縄、ベルト、ケーブル等、荷物の吊下げに用いることができる道具全般を表すものとして定義する。

本発明によれば、減速による荷振れを１回の加減速で打消すことができるので、荷振れを抑制しつつ制動距離を低減することが可能となり、クレーンの安全性を高めることができる。

本発明の対象とするクレーンの一例における機構を示す図である。 本発明における実施例１のクレーンの構成を示す図である。 実施例１で生成される速度パターンを示す図である。 実施例１の動作例を説明する図である。 本発明における実施例２のクレーンの構成を示す図である。 実施例２の動作例を説明する図である。 実施例２の動作例を説明する図である。 実施例２の動作例を説明する図である。 実施例２の動作例を説明する図である。 実施例３の動作例を説明する図である。 実施例３の動作例を説明する図である。 実施例３の動作例を説明する図である。 実施例３の動作例を説明する図である。 実施例３の動作例を説明する図である。 本発明における実施例４のクレーンの構成を示す図である。

以下、本発明におけるクレーンのいくつかの実施例を、図面を用いて説明する。
ここで、本発明は、吊荷を水平方向に移動可能なクレーン全般に有効であり、トロリにより吊荷を横行および走行させるクレーン（例えば、天井クレーン）はもちろん、横行又は走行のみを行うクレーン（例えば、アンローダ）においても適用できる技術である。つまり、本明細書において、「クレーン」という用語は、吊荷を水平方向に移動可能なすべての種類のクレーンを含む。

また、クレーンで搬送する荷物（吊荷）は、ロープやチェーン等により吊下げられて搬送されるが、本発明においては荷物の吊下げに用いることができる道具であればなんでも良く、材質や形状等にも無関係である。そのため、上述したように、本明細書において「ロープ」という用語は、荷物の吊下げに用いる道具を総称する用語として記載している。すなわち、「ロープ」には、いわゆるロープだけでなく、チェーン、ベルト、ワイヤー、ケーブル、紐、縄、等が含まれる。

＜実施例１＞
図１から図４を用いて、本発明における実施例１のクレーンを説明する。なお、各図において、同一機器（装置）には同一符号を付し、後の図の説明では既出の機器の説明は省略する場合がある。

図１は、天井クレーンの機構の概略を示す図である。なお、本発明が天井クレーンに限定されないことは上述したとおりである。

図１において、クレーン１は、建屋（図示せず）の両側の壁に沿って設けられたランウェイ２と、このランウェイ２の上面を移動するガーダ３と、ガーダ３の下面に沿って移動するトロリ４から構成される。トロリ４の下部には図示しない巻上機（ホイスト）が設けられており、これを用いてロープ５を巻上げ、または、巻下げることにより、ロープ５の先端のフック６を昇降させる。このフック６に直接ないしはワイヤー７を介して吊荷８を吊下げており、フック６の昇降に伴い、吊荷８が昇降する。すなわち、クレーン１は、ガーダ３の水平方向の移動（以下、単に「走行」と称する）とトロリ４の水平方向の移動（以下、単に「横行」と称する）により吊荷８を水平方向に移動させ、巻上機により吊荷８を垂直方向（上下方向）に昇降させることができる。この実施例では、このトロリ４による横行、ガーダ３による走行により、水平方向移動が行われる。この図１では、トロリ４とガーダ３が水平移動装置に該当する。本発明は吊荷を水平方向に移動する動作に関係するので、本発明の実施例１に関する以下の説明は横行と走行による水平方向移動の動作を中心に説明する。したがって、以下の実施例の説明において、吊荷の移動とは、トロリ４を駆動した移動（横行）、ガーダ３を駆動した移動（走行）のいずれか、あるいは両方を示す。

図２は、本発明の実施例１におけるクレーンの構成を示す図である。図２では、説明を簡単にするためにトロリ４により横行するクレーン１を示しており、ガーダ３による走行は図では省略している。また、トロリ４とガーダ３を移動するためのモータ等の駆動部は省略している。

図２において、１０は、吊荷８を目的位置まで移動するために水平移動装置（ガーダ３とトロリ４）を制御する速度パターン等を生成する速度指令生成部であり、ここでは汎用の計算機を使用した例を示している。１０１は、内蔵しているプログラムやデータ等を用いて、速度パターンを生成するなどの演算処理を実行するＭＰＵ（マイクロプロセッシングユニット）である。１０２は、そのプログラムやデータ等を記憶するメモリである。１０３は、外部からのデータや信号の入力やＭＰＵが演算処理した信号等を外部に出力するための入出力制御部である。１０４は、速度指令生成部１０内の各構成機器の相互の信号やデータの授受を行うためのバスである。１２はクレーン制御部であり、速度指令生成部１０から出力される速度パターンを入力しトロリ４の水平方向移動（横行）速度を制御する。なお、図２では省略しているが、速度指令生成部１０は、トロリ４だけでなく、走行制御する場合にはガーダ３の水平方向移動（走行）速度を制御する速度パターンを出力する。ガーダ３側ではこの速度パターンにより吊荷の水平方向移動（走行）速度が制御される。また、速度指令生成部１０には、図示しないロープ長検出器の出力であるロープ長さL０と、同じく図示しない速度検出器から減速開始時点の速度Ｖｍａｘが入力される。なお、ロープ長L０および速度Ｖｍａｘが変動しない場合には、それらのデータをメモリ１０２に記憶しておけばよい。なお、９は障害物を示す。この障害物９は吊荷の搬送経路途中に常に存在するわけではないが、存在する可能性がある場合を想定したものである。

次に、図２のクレーンの制御内容の詳細について説明する。図２において、操作者が操作入力装置１００により吊荷の移動方向を指示すると、速度指令生成部１０は指示された移動方向に対応した方向にガーダ３、トロリ４を移動させる速度指令を生成する。クレーン制御部は生成された速度指令に従いガーダ３、トロリ４を駆動して、吊荷８を水平方向に移動（この場合、横行）させる。

水平方向の移動（横行、走行）を停止させる場合、操作者は操作入力装置１００を使い停止動作開始信号１１を速度指令生成部１０に指示する。例えば、操作入力装置１００に移動方向に対応した押しボタンが配置され、移動を開始するときは移動したい方向に対応するボタンを押し、停止させたい時はそのボタンを離すことにより操作する場合、押しボタンが離されたときに停止動作開始のトリガーとなる停止動作開始信号１１が速度指令生成部１０に入力される。または、別途設けられた停止ボタンや、外部機器から停止動作開始信号１１が入力されるようにしてもよい。

図３は、停止動作開始信号１１が入力されたときに速度指令生成部１０が生成する速度パターンの図である。停止動作開始信号１１が入力されると、まず、ガーダ・トロリ速度を停止前のＶｍａｘからＶｄｍｉｎへ時間幅Ｔ１で減速する第１速度パターンが生成される。第１速度パターンに従いガーダ・トロリを駆動すると、吊荷の荷振れが発生する。この荷振れを打消すように、速度ＶｄｍｉｎからＶｄｍａｘへ加速した後に減速（加減速）して停止させる時間幅Ｔ２の第２速度パターンを生成する。これらの速度パターンは、次のような関係式により演算される。

まず、クレーンの速度指令から荷振れ量までの伝達関数Ｐ（ｓ）は次式で与えられる。

Ｐ（ｓ）＝－ｓ／（ｓ＾２＋ｗｒ＾２）

ここで、ｗｒ＝２＊π／Ｔｃ＝ｓｑｒｔ（ｇ／Ｌ）（Ｔｃ：吊荷の振子周期、ｇ：重力加速度、Ｌ：ロープの回転中心から吊荷の重心までの距離）である。なお、ロープの回転中心から吊荷の重心までの距離Ｌは、この実施例ではロープ長さL0に、フック位置からとワイヤーにより吊り下げられている吊荷の重心までの距離△Lを加算して求める。距離△Lは、予めメモリ１０２に記憶しておく。
第１速度パターンが時間ｔに関する関数ｖ１（ｔ）で与えられると、第１速度パターンを入力したときに発生する荷振れｘ１（ｔ）は、ｖ１（ｔ）をラプラス変換してＶ１（ｓ）を求め、Ｘ１（ｓ）＝Ｐ（ｓ）＊Ｖ１（ｓ）を逆ラプラス変換することにより求めることができ、次式のように与えられる。

ｘ１（ｔ）＝Ａ１＊ｓｉｎ（ｗｒ＊ｔ＋θ１）

第２速度パターンが時間ｔに関する関数ｖ２（ｔ）で与えられると、第２速度パターンを入力したときに発生する荷振れｘ２（ｔ）は、ｖ２（ｔ）をラプラス変換してＶ２（ｓ）を求め、Ｘ２（ｓ）＝Ｐ（ｓ）＊Ｖ２（ｓ）を逆ラプラス変換することにより求めることができ、次式のように与えられる。

ｘ２（ｔ）＝Ａ２＊ｓｉｎ（ｗｒ＊ｔ＋θ２）

ｘ１（ｔ）をｘ２（ｔ）で打消すためには、ｘ１（ｔ）とｘ２（ｔ）の位相を一致させ、振幅を打消し合うようにすればよいので、

θ１＝θ２、Ａ１＝－Ａ２

を満たすようにすればよい。Ｔ１、Ｖｄｍｉｎはガーダ・トロリの性能により決められるパラメータなので、停止時にはＶｍａｘ、ｗｒ、Ｔ１、ＶｄｍｉｎからＴ２、Ｖｄｍａｘを計算すればよい。
なお、Ｔ１はできるだけ小さく、Ｖｄｍｉｎはできるだけ０近傍にすると、制動距離の短縮効果が大きくなる。

第１速度パターンとして０近傍まで減速度一定で減速、第２速度パターンとして三角波を採用する。第１速度パターンで駆動したときに生じる荷振れの振幅Ａ１、位相θ１は、次式のようになる。

Ａ１＝２＊Ｖｍａｘ＊ｓｉｎ（Ｔ１＊ｗｒ／２）／（Ｔ１＊ｗｒ＾２）

θ１＝－Ｔ１＊ｗｒ／２

また、第２速度パターンで駆動したときに生じる荷振れの振幅Ａ２、位相θ２は、次式のようになる。

Ａ２＝－８＊Ｖｄｍａｘ＊ｓｉｎ（Ｔ２＊ｗｒ／４）＾２／（Ｔ２＊ｗｒ＾２）

θ２＝π／２－（Ｔ１＋Ｔ２／２）＊ｗｒ

２つの荷振れを打消し合うようにするには、θ１＝θ２、Ａ１＝－Ａ２となるようにＴ２、Ｖｄｍａｘを決定すればよい。

Ｔ２＝π／ｗｒ－Ｔ１

Ｖｄｍａｘ＝(Ｔ２＊ｗｒ＾２)／（８＊ｓｉｎ（Ｔ２＊ｗｒ／４）^２）＊Ｖｍａｘ

図４は本実施例１の動作を説明する図であり、上から（ａ）はトロリ速度、（ｂ）は吊荷位置、（ｃ）は荷振れ量の時間的な推移を示している。時間ｔ0は、停止操作開始時（停止動作開始信号１１の出力時点）を示す。図４から分かるように、停止操作開始で減速を開始し、その後、三角波速度指令により駆動させることにより、減速により生じた荷振れが三角波速度指令により打消され、トロリが停止して以降の荷振れが抑制できていることが分かる。また、１回の三角波により停止できるので、複数回の操作を行う方法に比べ制動距離も短くすることができる。

以上のように、この実施例１によれば、減速による荷振れを１回の加減速で打消すことができ、荷振れを抑制しつつ制動距離を低減することが可能となり、クレーンの安全性を高めることができる。

＜実施例２＞
次に、本発明の実施例２のクレーンを説明する。なお、上述の実施例との共通点についての重複説明は省略する。図５に本発明における実施例２のクレーンの構成を示す。図５において、図１および図２と同一機器には同一符号を付し説明を省略する。

図５に示す実施例２において、図２に示す実施例１と大きく異なる点は、図５では吊荷の荷振れ量と荷振れ速度を取得する荷振れ量取得装置を有している点である。図２に示す実施例の場合、停止動作開始時には吊荷の振れは非常に小さい（あるいは吊荷の振れは無い）ものとして速度パターンを求めたが、図５ではその点を一般化し、停止動作開始時に吊荷の振れが存在する場合にも停止時に吊荷の振れを無くす速度パターンを求めている点で異なる。

荷振れ取得装置は、吊荷の荷振れ量及び荷振れ速度を求める装置である。この実施例における荷振れ取得装置は、吊荷の荷振れ量を計測する荷振れ量検出器１３と、計測された荷振れ量から荷振れ速度を演算する荷振れ速度演算装置とで構成している。荷振れ量検出器１３は、例えばトロリに下向きに取付けたカメラや３次元レーザー距離センサによりフック６あるいは吊荷８の振れを観測（計測）することで実現できる。また、荷振れ速度演算装置は計測された荷振れ量に、例えば微分演算や疑似微分演算を行う。この実施例では、荷振れ速度演算装置は個別に設置するのではなく、速度指令生成部１０の一つの機能として構成した。

また、荷振れ取得装置は、荷振れ量検出器１３により直接荷振れ量を検出しなくても、荷振れ量および荷振れ速度を推定する荷振れ推定装置を設け、ロープの回転中心から吊荷の重心までの距離Ｌ とクレーンの速度指令から荷振れ量および荷振れ速度を推定することで求めることができる。荷振れ推定装置の機能は、速度指令生成部１０内で演算するように構成しても良い。荷振れ量および荷振れ速度の推定は、クレーンの速度指令をｖｔ（ｔ）、荷振れ量をｘ（ｔ）とすると、こられをラプラス変換したＶＴ（ｓ）、Ｘ（ｓ）は次式で計算することができる。

Ｘ（ｓ）＝Ｐ（ｓ）＊ＶＴ（ｓ）

したがって、荷振れ推定装置はｖｔ（ｔ）に対して伝達関数がＰ（ｓ）で与えられるフィルター演算を行うことで荷振れ量を推定でき、得られた荷振れ量を微分することで荷振れ速度を推定することができる。

上記の荷振れ取得装置により得られた停止動作開始時の荷振れ量をａ、荷振れ速度をｂとすると、停止動作開始前の荷振れｘ０（ｔ）は次式のように与えられる。

ｘ０（ｔ）＝Ａ０＊ｓｉｎ（ｗｒ＊ｔ＋θ０）

ここで、

Ａ０＝ｓｑｒｔ（ａ＾２＋（ｂ／ｗｒ）＾２）

θ０＝ａｔａｎ（ａ／（ｂ／ｗｒ））

である。

停止動作開始前に荷振れが生じていたときに第１速度パターンによる減速を行うと、それにより生じる荷振れｘ０１（ｔ）はｘ０（ｔ）とｘ１（ｔ）を重ね合わせたものであり、次式のように与えられる。

ｘ０１（ｔ）＝Ａ０１＊ｓｉｎ（ｗｒ＊ｔ＋θ０１）

ここで、
Ａ０１＝ｓｑｒｔ（２＊Ｖｍａｘ＾２＋Ａ０＾２＊Ｔ１＾２＊ｗｒ＾４－２＊Ｖｍａｘ＾２＊ｃｏｓ（Ｔ１＊ｗｒ）－２＊Ａ０＊Ｔ１＊ｗｒ＾２＊Ｖｍａｘ＊ｓｉｎ（θ０）＋２＊Ａ０＊Ｔ１＊ｗｒ＾２＊Ｖｍａｘ＊ｓｉｎ（θ０＋Ｔ１＊ｗｒ））／（Ｔ１＊ｗｒ＾２）

θ０１＝ａｔａｎ（（－Ｖｍａｘ＋Ｖｍａｘ＊ｃｏｓ（Ｔ１＊ｗｒ）＋Ａ０＊Ｔ１＊ｗｒ＾２＊ｓｉｎ（θ０））／（Ａ０＊Ｔ１＊ｗｒ＾２＊ｃｏｓ（θ０）＋Ｖｍａｘ＊ｓｉｎ（Ｔ１＊ｗｒ）））

である。

ｘ０１（ｔ）を第２速度パターンにより生じる荷振れｘ２（ｔ）で打ち消すには、θ０１＝θ２、Ａ０１＝－Ａ２、とすればよい。したがって、

Ｔ２＝π／ｗｒ－２＊Ｔ１－２＊θ０１/ｗｒ

Ｖｄｍａｘ＝(Ｔ２＊ｗｒ＾２)／（８＊ｓｉｎ（Ｔ２＊ｗｒ／４）^２）＊Ａ０１

とすればよい。

図６～図９は、本発明の実施例２の動作を説明する図である。図６は、停止開始時の吊荷の位相がπ/2の場合の動作図である。図７は、停止開始時の吊荷の位相が－π/2の場合の動作図である。図８は、停止動作開始時の吊荷の位相が－πの場合の動作図である。図９は、停止動作開始時の吊荷の位相が０の場合の動作図である。
図６～図９から分かるように、停止動作開始時の荷振れの位相が違っていても、減速により生じた荷振れが三角波速度指令により打消され、トロリが停止して以降の荷振れが抑制できている。

以上のように、この実施例２のクレーンによれば減速による荷振れを１回の加減速で打消すことができ、荷振れを抑制しつつ制動距離を低減することが可能となり、クレーンの安全性を高めることができる。また、停止動作開始時に荷振れがあっても、停止時の荷振れを抑制することが可能となる。

＜実施例３＞
次に、本発明の実施例３のクレーンを説明する。なお、上述の実施例との共通点についての重複説明は省略する。この実施例３におけるクレーンの機器構成は、上記した図２又は図５に示す構成と同様であるが、実施例３では速度パターンにおける第２速度パターンに用いる波形が三角波でなく、正弦半波を用いている点で異なる。

本実施例では第２速度パターンとして正弦半波を採用し、停止動作開始時の荷振れがないとしたとき（図２の場合）、第２速度パターンで駆動したときに生じる荷振れの振幅Ａ２、位相θ２は次式のようになる。

Ａ２＝－２＊π＊Ｔ２＊ｃｏｓ（Ｔ２＊ｗｒ／２）／（π＾２－Ｔ２＾２＊ｗｒ＾２）＊Ｖｄｍａｘ

θ２＝π／２－（Ｔ１＋Ｔ２／２）＊ｗｒ

したがって、この場合は、

Ｔ２＝π／ｗｒ－Ｔ１

Ｖｄｍａｘ＝（π＾２－Ｔ２＾２＊ｗｒ＾２）／（２＊π＊Ｔ２＊ｃｏｓ（Ｔ２＊ｗｒ／２））＊Ｖｍａｘ

とすれば、停止後の荷振れを抑制することができる。

図１０は、この実施例３において停止動作開始時の荷振れ量がない場合の動作状況を示す図である。図１０から分かるように、減速により生じた荷振れが正弦半波速度指令により打ち消され、トロリが停止して以降の荷振れが抑制できている。

また、停止動作開始時の荷振れを考慮し、第２速度パターンとして正弦半波を採用した場合（図５の場合）には、

Ｔ２＝π／ｗｒ－２＊Ｔ１－２＊θ０１/ｗｒ

Ｖｄｍａｘ＝（π＾２－Ｔ２＾２＊ｗｒ＾２）／（２＊π＊Ｔ２＊ｃｏｓ（Ｔ２＊ｗｒ／２））＊Ａ０１

とすればよい。

図１１～図１４は、停止動作開始時の荷振れを考慮し、第２速度パターンとして正弦半波を採用した場合の動作状況を示す図である。図１１は、停止開始時の吊荷の位相がπ/2の場合の動作図である。図１２は、停止開始時の吊荷の位相が－π/2の場合の動作図である。図１３は、停止動作開始時の吊荷の位相が－πの場合の動作図である。図１４は、停止動作開始時の吊荷の位相が０の場合の動作図である。図１１～図１４から分かるように、停止動作開始時の荷振れの位相が違っていても、減速により生じた荷振れが正弦半波速度指令により打消され、トロリが停止して以降の荷振れが抑制できている。

以上のように、本発明の実施例３のクレーンによれば、減速による荷振れを１回の加減速で打消すことができるので、荷振れを抑制しつつ制動距離を低減することが可能となり、クレーンの安全性を高めることができる。

さらに、クレーンの加速度が不連続に変化すると高い周波数の振れが生じる恐れがあるが、正弦半波を用いた場合には加速度が連続に変化させることができるので、より高い周波数の振れの場合でも吊荷の振れを低減することができる。なお、同様の考え方により、三角波、正弦半波以外にも第１速度パターンにより生じる荷振れを打消す第２速度パターンを決定することができる。

＜実施例４＞
次に、本発明の実施例４のクレーンを説明する。なお、上述の実施例との共通内容についての重複説明を省略する。

図１５は、本発明における実施例４のクレーンの構成を示す図である。本実施例では、吊荷８やトロリ４、ガーダ３の周辺の障害物９を検出する障害物検出器１４を有する。また、障害物検出器１４の検出信号を入力し、障害物９と吊荷８、トロリ４、ガーダ３のいずれかが衝突する危険の有無を判定し、衝突する危険有と判定した場合に、速度指令生成部１０に停止動作開始信号１１を出力する衝突判定装置１５を有する。

障害物検出器１４は、例えばトロリ４に下向きに取付けたカメラや３次元レーザー距離センサにより吊荷８周辺を観測することで、吊荷周辺の障害物を検出できる。衝突判定装置１５は、検出された障害物と吊荷との衝突が予測された場合、速やかに停止動作開始信号１１を出力する。速度指令生成部１０は、この停止動作開始信号１１を入力すると、上記した実施例と同様の速度パターンを生成する。すなわち、減速開始時の速度から第１の減速終了速度まで減速する第１速度パターンと、前記第１速度パターンにより前記水平移動装置を駆動した際に生じる荷振れを打消すような加減速を行う第２速度パターンとを生成する。そして、この生成された速度パターンをクレーン制御部１２に出力し、ガーダ３、トロリ４の速度を制御してクレーンを停止させる。この制御動作により、吊荷と障害物との衝突や挟まれ事故を防ぐことができる。

また、例えばトロリ４、ガーダ３に取付けた測長センサを使って壁やストッパー、同一レール上を走行する別のクレーンまでの距離を測定することで、クレーンが壁やストッパー、別クレーンとの衝突が予測でき、これらは予測されたときに速やかに停止動作開始信号を出力してクレーンを停止させれば、クレーンと壁やストッパー、別クレーンとの衝突や挟まれ事故を防ぐことが可能となる。

以上説明した本発明の実施例４のクレーンによれば、減速による荷振れを１回の加減速で打消すことができるので、荷振れを抑制しつつ制動距離を低減することが可能となり、クレーンの安全性を高めることができる。さらに、衝突や挟まれ事故を防ぐことが可能となり、クレーンの安全性をより一層高めることができる。

なお、本発明は上記したいくつかの実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。各実施例の構成について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

１…クレーン、２…ランウェイ、３…ガーダ、４…トロリ、５…ロープ、６…フック、７…ワイヤー、８…吊荷、９…障害物、１０…速度指令生成部、１１…停止動作開始信号、１２…クレーン制御部、１３…荷振れ量検出器、１４…障害物検出器、１５…衝突判定装置

Claims (15)

1. ロープの巻上巻下げにより吊荷を上下方向に移動させる巻上機と、該巻上機を有しており該吊荷を水平方向に移動させる水平移動装置と、該水平移動装置を制御するための速度指令を生成する速度指令生成部と、前記速度指令に従い前記水平移動装置の速度を制御するクレーン制御部とを有するクレーンであって、
   前記速度指令生成部が生成する前記速度指令は、停止動作開始信号による減速開始時の速度から第１の減速終了速度まで減速する第１速度パターンと、前記第１速度パターンが前記第１の減速終了速度に達した時点において、前記第１速度パターンにより前記水平移動装置を駆動した際に生じる荷振れを打消すために前記第１の減速終了速度から一旦加速して最大速度Ｖｄｍａｘに達した時点から減速を行う第２速度パターンとで生成されており、
   前記第２速度パターンの駆動時間Ｔ２は、前記ロープの回転中心から前記吊荷の重心までの距離Ｌと、前記第１速度パターンの駆動時間Ｔ１に基づいて求め、前記第２速度パターンにおける前記最大速度Ｖｄｍａｘを前記前記第２速度パターンの駆動時間Ｔ２と、前記距離Ｌと、前記減速開始時の速度Ｖｍａｘに基づいて求めるようにし、
   前記クレーン制御部は、前記速度指令に従い前記減速開始時から前記第１速度パターンにより前記水平移動装置を制御し、前記第１の減速終了速度に減速した時点からは前記第２速度パターンにより前記水平移動装置を制御するクレーン。
2. 請求項１記載のクレーンにおいて、
   前記第２速度パターンは三角波であって、
   前記三角波の時間幅Ｔ２と最高速度Ｖｄｍａｘは、
   Ｔ２＝π／ｗｒ－Ｔ１、
   Ｖｄｍａｘ＝(Ｔ２＊ｗｒ＾２)／（８＊ｓｉｎ（Ｔ２＊ｗｒ／４）^２）＊Ｖｍａｘ
   により演算することを特徴とするクレーン。
   ここで、ｗｒ＝２＊π／Ｔｃ＝ｓｑｒｔ（ｇ／Ｌ）（Ｔｃ：前記吊荷の振子周期、Ｌ：
   前記ロープの回転中心から前記吊荷の重心までの距離、ｇ：重力加速度）、Ｔ１：前記第
   １速度パターンの減速時間、Ｖｍａｘ：停止動作開始時のトロリ速度、である。
3. 請求項１記載のクレーンにおいて、
   前記第２速度パターンは三角波であって、
   前記三角波の最高速度Ｖｄｍａｘと時間幅Ｔ２は、
   Ｔ２＝π／ｗｒ－２＊Ｔ１－２＊θ０１/ｗｒ
   Ｖｄｍａｘ＝(Ｔ２＊ｗｒ＾２)／（８＊ｓｉｎ（Ｔ２＊ｗｒ／４）^２）＊Ａ０１
   の演算により求められることを特徴とするクレーン。
   ここで、
   Ａ０＝ｓｑｒｔ（ａ^２＋（ｂ／ｗｒ）^２）、
   θ０＝ａｔａｎ（ａ／（ｂ／ｗｒ））、
   Ａ０１＝ｓｑｒｔ（２＊Ｖｍａｘ＾２＋Ａ０＾２＊Ｔ１＾２＊ｗｒ＾４－２＊Ｖｍａｘ＾
   ２＊ｃｏｓ（Ｔ１＊ｗｒ）－２＊Ａ０＊Ｔ１＊Ｖｍａｘ＊ｗｒ＾２＊ｓｉｎ（θ０）＋２
   ＊Ａ０＊Ｔ１＊Ｖｍａｘ＊ｗｒ＾２＊ｓｉｎ（θ０＋Ｔ１＊ｗｒ））／（Ｔ１＊ｗｒ＾２）、
   θ０１＝ａｔａｎ（（－Ｖｍａｘ＋Ｖｍａｘ＊ｃｏｓ（Ｔ１＊ｗｒ）＋Ａ０＊Ｔ１＊ｗｒ＾２
   ＊ｓｉｎ（θ０））／（Ａ０＊Ｔ１＊ｗｒ＾２＊ｃｏｓ（θ０）＋Ｖｍａｘ＊ｓｉｎ（Ｔ１＊ｗｒ）））
   であり、ｗｒ＝２＊π／Ｔｃ＝ｓｑｒｔ（ｇ／Ｌ）（Ｔｃ：前記吊荷の振子周期、Ｌ：前記ロープの回転中心から前記吊荷の重心までの距離、ｇ：重力加速度）、Ｔ１：急減速の減速時間、Ｖｍａｘ：停止動作開始時のトロリ速度、ａ：停止動作開始時の荷振れ量、ｂ：停止動作開始時の荷振れ速度、である。
4. 請求項１記載のクレーンにおいて、
   前記第２速度パターンは正弦半波であって、
   前記正弦半波の時間幅Ｔ２と最高速度Ｖｄｍａｘは、
   Ｔ２＝π／ｗｒ－Ｔ１、
   Ｖｄｍａｘ＝（π＾２－Ｔ２＾２＊ｗｒ＾２）／（２＊π＊Ｔ２＊ｃｏｓ（Ｔ２＊ｗｒ／
   ２））＊Ｖｍａｘ、
   により演算されることを特徴とするクレーン。
   ここで、ｗｒ＝２＊π／Ｔｃ＝ｓｑｒｔ（ｇ／Ｌ）（Ｔｃ：前記吊荷の振子周期、Ｌ：前記ロープの回転中心から前記吊荷の重心までの距離、ｇ：重力加速度）、Ｔ１：前記第１速度パターンの減速時間、Ｖｍａｘ：停止動作開始時のトロリ速度、である。
5. 請求項１記載のクレーンにおいて、
   前記第２速度パターンは正弦半波であって、
   前記正弦半波の時間幅Ｔ２と最高速度Ｖｄｍａｘは、
   Ｔ２＝π／ｗｒ－２＊Ｔ１－２＊θ０１/ｗｒ、
   Ｖｄｍａｘ＝（π＾２－Ｔ２＾２＊ｗｒ＾２）／（２＊π＊Ｔ２＊ｃｏｓ（Ｔ２＊ｗｒ／
   ２））＊Ａ０１
   により演算することを特徴とするクレーン。
   ここで、
   Ａ０＝ｓｑｒｔ（ａ^２＋（ｂ／ｗｒ）^２）、
   θ０＝ａｔａｎ（ａ／（ｂ／ｗｒ））、
   Ａ０１＝ｓｑｒｔ（２＊Ｖｍａｘ＾２＋Ａ０＾２＊Ｔ１＾２＊ｗｒ＾４－２＊Ｖｍａｘ＾
   ２＊ｃｏｓ（Ｔ１＊ｗｒ）－２＊Ａ０＊Ｔ１＊Ｖｍａｘ＊ｗｒ＾２＊ｓｉｎ（θ０）＋２
   ＊Ａ０＊Ｔ１＊Ｖｍａｘ＊ｗｒ＾２＊ｓｉｎ（θ０＋Ｔ１＊ｗｒ））／（Ｔ１＊ｗｒ＾２
   ）、
   θ０１＝ａｔａｎ（（－Ｖｍａｘ＋Ｖｍａｘ＊ｃｏｓ（Ｔ１＊ｗｒ）＋Ａ０＊Ｔ１＊ｗｒ＾２＊ｓｉｎ（θ０））／（Ａ０＊Ｔ１＊ｗｒ＾２＊ｃｏｓ（θ０）＋Ｖｍａｘ＊ｓｉｎ（Ｔ１＊ｗｒ）））
   であり、ｗｒ＝２＊π／Ｔｃ＝ｓｑｒｔ（ｇ／Ｌ）（Ｔｃ：前記吊荷の振子周期、Ｌ：前記ロープの回転中心から前記吊荷の重心までの距離、ｇ：重力加速度）、Ｔ１：前記第１速度パターンの減速時間、Ｖｍａｘ：停止動作開始時のトロリ速度、ａ：停止動作開始時の荷振れ量、ｂ：停止動作開始時の荷振れ速度、である。
6. 請求項１記載のクレーンにおいて、
   前記吊荷の荷振れ量および荷振れ速度を取得する荷振れ取得装置を有し、前記速度指令生成部は該荷振れ量および該荷振れ速度を前記速度指令の生成に利用することを特徴とするクレーン。
7. 請求項６記載のクレーンにおいて、
   前記荷振れ取得装置は、前記吊荷の前記荷振れ量を計測する荷振れ量検出器と、前記荷振れ量から前記荷振れ速度を演算する荷振れ速度演算装置とで構成することを特徴とする
   クレーン。
8. 請求項６記載のクレーンにおいて、
   前記荷振れ取得装置は、前記ロープの回転中心から前記吊荷の重心までの距離と前記クレーンの前記速度指令から前記荷振れ量および前記荷振れ速度を推定する荷振れ推定装置であることを特徴とするクレーン。
9. 請求項１記載のクレーンにおいて、
   前記吊荷および前記クレーンの周辺の障害物を検出する障害物検出器と、
   該障害物検出器の検出信号から前記障害物と前記吊荷および前記クレーンとが衝突する危険の有無を判定し、該衝突の危険がある場合に前記速度指令生成部に前記停止動作開始信号を出力する衝突判定装置と、を設けたクレーン。
10. ロープの巻上巻下げにより吊荷を上下方向に移動させる巻上機と、該巻上機を有しており該吊荷を水平方向に移動させる水平移動装置と、該水平移動装置を制御するための速度指令を生成する速度指令生成部と、前記速度指令に従い前記水平移動装置の速度を制御するクレーン制御部とを有するクレーンの制御方法であって、
    前記速度指令は、停止動作開始信号による減速開始時の速度から第１の減速終了速度まで減速する第１速度パターンと、前記第１速度パターンが前記第１の減速終了速度に達した時点において、前記第１速度パターンにより前記水平移動装置を駆動した際に生じる荷振れを打消すために前記第１の減速終了速度から一旦加速して最大速度Ｖｄｍａｘに達した時点から減速を行う第２速度パターンとで生成されており、
    前記第２速度パターンの駆動時間Ｔ２は、前記ロープの回転中心から前記吊荷の重心までの距離Ｌと、前記第１速度パターンの駆動時間Ｔ１に基づいて求め、前記第２速度パターンにおける前記最大速度Ｖｄｍａｘを前記前記第２速度パターンの駆動時間Ｔ２と、前記距離Ｌと、前記減速開始時の速度Ｖｍａｘに基づいて求めるようにし、
    前記減速開始時から前記第１速度パターンにより前記水平移動装置を制御し、前記第１の減速終了速度に減速した時点からは前記第２速度パターンにより前記水平移動装置を制御するクレーン制御方法。
11. 請求項１０記載のクレーン制御方法において、
    前記第１速度パターンは減速度一定の減速であり、前記第２速度パターンは三角波または正弦半波であるクレーン制御方法。
12. 請求項１０記載のクレーン制御方法において、
    前記吊荷の荷振れ量および荷振れ速度を取得し、該荷振れ量および該荷振れ速度を前記速度指令の生成に利用することを特徴とするクレーン制御方法。
13. 請求項１２記載のクレーン制御方法において、
    前記荷振れ量を検出し、前記荷振れ速度は前記荷振れ量を微分演算して求めるクレーン制御方法。
14. 請求項１２記載のクレーン制御方法において、
    前記ロープの回転中心から前記吊荷の重心までの距離と前記クレーンの前記速度指令から前記荷振れ量および前記荷振れ速度を推定演算して求めるクレーン制御方法。
15. 請求項１０記載のクレーン制御方法において、
    前記吊荷および前記クレーンの周辺の障害物を検出し、該検出した障害物検出信号から前記障害物と前記吊荷および前記クレーンとが衝突する危険の有無を判定し、該衝突の危険が有ると判定した場合に前記停止動作開始信号を出力するクレーン制御方法。

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