JP7310479B2 - 振動抑制装置および振動抑制装置を備える作業車両 - Google Patents

Description

本発明は、振動抑制装置および振動抑制装置を備える作業車両に関する。

従来、作業車両である移動式クレーンは、旋回台に起伏自在に設けられている伸縮ブームによって荷物を吊り上げて目的地点まで搬送することができる。このような移動式クレーンは、操縦者が地表面の状態や吊り上げられた荷物等の状態を確認する監視システムを有するものがある。監視システムを有する移動式クレーンは、対象物を撮影したり計測したりするためブームの先端にカメラやレーザースキャナが設けられている。例えば、特許文献１の如くである。

特許文献１に記載のクレーン用テレビカメラ装置は、ハウジングと、ハウジングに設けられたテレビカメラと、姿勢角度を検出するセンサと、ハウジングを回転させる強制姿勢制御機構とを有している。前記強制姿勢制御機構は、前記センサからの信号に基づいてモータによって前記ハウジングを回転させる。前記クレーン用テレビカメラ装置は、前記センサの検出値から、前記テレビカメラが真下を向くように前記ハウジングの向きを制御している。これにより、前記クレーン用テレビカメラ装置は、前記ブームの起伏角度に関わらず前記テレビカメラの撮影方向が真下を向くように制御される。前記クレーン用テレビカメラ装置は、監撮影した画像等によって操縦者の死角を補い、効率的に作業を行うことができる。

このように構成される前記クレーン用テレビカメラ装置は、前記ブームの起伏角度に応じて前記テレビカメラの撮影方向が制御される。しかし、前記ブームは、旋回操作や起伏操作等のクレーン操作時に生じる衝撃による振動や、クレーン操作や風等の外力による固有振動数での振動が生じる場合がある。振動による姿勢角の変化は、ブームの起伏による姿勢角の変化に比べて小さく、変化の周期が早い。従って、前記クレーン用テレビカメラ装置の前記センサは、衝撃による振動や固有振動数による振動による姿勢角の変化を検出することが難しい。

特開２００７－８８６０２号公報

本発明の目的は、振動が加わっても計測装置を、目標姿勢角を基準とする所定の範囲内に向けることができる振動抑制装置の提供を目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、第１の発明は、旋回台を介して起伏可能なブームが設けられた作業装置に設けられる計測装置の振動抑制装置である。前記ブームに揺動自在に支持される計測装置と、前記計測装置を揺動させるアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する振動制御部と、を備え、前記振動制御部は、前記作業装置が任意の荷物の重量および任意の姿勢において任意の操作がされた際の前記ブームの振動に関する情報を予め保持し、前記作業装置の姿勢情報、荷物の重量および前記作業装置の操作信号を取得すると、前記ブームの振動に関する情報に基づいて、前記姿勢情報と前記操作信号とから前記ブームの振動を推定し、推定した前記ブームの振動によって前記計測装置に加わる揺動トルクを算出し、算出した前記揺動トルクを打ち消すように前記アクチュエータを制御する振動抑制装置である。

第２の発明は、前記計測装置の振動を減衰させるダンパをさらに備える振動抑制装置である。

第３の発明は、前記計測装置の重力方向に対する角度を検出する傾斜計をさらに備え、前記振動制御部は、前記傾斜計が検出した角度を取得し、前記角度が所定範囲外である場合、前記角度が所定範囲内になるように前記アクチュエータを制御する振動抑制装置である。

第４の発明は、前記振動抑制装置は、前記計測装置の揺動軸の軸線が水平面に平行または水平面に垂直になるように構成される振動抑制装置である。

第５の発明は、走行体に旋回台を介して起伏可能なブームが設けられた作業車両であって、上述のいずれか一項に記載の振動抑制装置を備える作業車両である。

本発明は、以下に示すような効果を奏する。

第１の発明および第５の発明において、振動抑制装置は、前記作業装置の現在の状態と入力された操作信号とに基づいて前記作業車両の前記ブームの先端に生じる振動を推測し、振動を打ち消すように前記計測装置を揺動させるので、振動を検出してから制御するまでのタイムラグが生じない。従って、振動抑制装置は、ブームの起伏による姿勢角の変化に比べて小さく、周期が早い振動を打ち消すことができる。これにより、振動抑制装置および振動抑制装置を備えた作業車両は、振動が加わっても計測装置を目標姿勢角を基準とする所定の範囲内に向けることができる。

第２の発明において、振動抑制装置は、前記ブームから伝達される振動がダンパで減衰される。従って、振動抑制装置は、衝撃的な振動の伝達が抑制される。これにより、振動抑制装置は、振動が加わっても計測装置を目標姿勢角を基準とする所定の範囲内に向けることができる。

第３の発明において、振動抑制装置は、前記傾斜計によって前記ブームの起伏角度を検出するので、前記ブームの起伏角度に応じて計測装置を適切な方向に向けることができる。これにより、振動抑制装置は、振動が加わっても計測装置を目標姿勢角を基準とする所定の範囲内に向けることができる。

第４の発明において、振動抑制装置は、測定装置に作業装置の旋回方向または起伏方向の揺動トルクを付加することができるので、作業装置の旋回方向または起伏方向の振動を打ち消すことができる。これにより、振動抑制装置は、振動が加わっても計測装置を目標姿勢角を基準とする所定の範囲内に向けることができる。

クレーンの全体構成を示す側面図。 クレーンの制御構成を示すブロック図。 振動抑制装置を示す。（Ａ）は振動抑制装置の正面図を示し、（Ｂ）は振動抑制装置の側面図を示す。 振動抑制装置の制御構成を示すブロック図。 振動抑制装置の制御フローを示すブロック線図。 振動抑制装置の現在姿勢角と目標姿勢角を示す側面図。 振動抑制装置における振動抑制制御の態様を表すフローチャートを示す図。

以下に、図１と図２とを用いて、本発明における作業車両の一実施形態であるクレーン１について説明する。なお、本実施形態においては、ラフテレーンクレーンついて説明を行うが、オールテレーンクレーン、トラッククレーン、積載型トラッククレーン、高所作業車、橋梁点検車等の走行体に旋回台７を介して起伏可能なブーム９が設けられた作業車両であればよい。

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、走行体である車両２、作業装置であるクレーン装置６、制御装置２９を有する。また、クレーン１は、振動抑制装置３０（図２参照）を具備する。

車両２は、クレーン装置６を搬送する移動体である。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には、アウトリガ５が設けられている。車両２は、アウトリガ５を車両２の幅方向に延伸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の作業可能範囲を広げることができる。

クレーン装置６は、荷物Ｗをワイヤロープによって吊り上げる装置である。クレーン装置６は、旋回台７、旋回用油圧モータ８、ブーム９、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、メイン用油圧モータ１３ａ、メインワイヤロープ１４、サブウインチ１５、サブ用油圧モータ１５ａ、サブワイヤロープ１６およびキャビン１７等を具備する。クレーン装置６には、振動抑制装置３０を介して吊り荷カメラ９ｂが設けられている。

旋回台７は、クレーン装置６を旋回する装置である。旋回台７は、円環状の軸受の中心を回転中心として回転自在に構成されている。旋回台７には、アクチュエータである旋回用油圧モータ８が設けられている。旋回台７は、旋回用油圧モータ８によって一方向と他方向とに旋回可能に構成されている。

旋回用油圧モータ８は、電磁比例切換弁である旋回用バルブ２２（図２参照）によって回転操作される。旋回用バルブ２２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。旋回台７には、旋回台７の基準位置からの旋回した角度である旋回角度を検出する旋回用センサ２６（図２参照）が設けられている。

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梁部材である。ブーム９は、ベースブーム部材の基端が旋回台７の略中央に揺動可能に設けられている。ブーム９は、電磁比例切換弁である伸縮用バルブ２３（図２参照）によって伸縮操作される。各ブーム部材をアクチュエータである図示しない伸縮用油圧シリンダで移動させることで軸方向に伸縮自在に構成されている。また、ブーム９には、ジブ９ａが設けられている。ブーム９には、ブーム９の長さを検出する伸縮用センサ２７や荷物Ｗの重量を検出する重量センサ等が設けられている。さらに、ブーム９には、計測装置である吊り荷カメラ９ｂの振動抑制装置３０が設けられている。

吊り荷カメラ９ｂは、荷物Ｗおよび荷物Ｗ周辺の地物を撮影する撮影装置である。吊り荷カメラ９ｂは、後述する振動抑制装置３０の揺動部材３２に設けられている。つまり、吊り荷カメラ９ｂは、振動抑制装置３０を介して、ブーム９の先端部に設けられている。吊り荷カメラ９ｂは、荷物Ｗの上方から荷物Ｗおよびクレーン１周辺の地物や地形を撮影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を吊る部材である。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を起立および倒伏させ、ブーム９の姿勢を保持するアクチュエータである。起伏用油圧シリンダ１２は、電磁比例切換弁である起伏用バルブ２４（図２参照）によって伸縮操作される。ブーム９には、ブーム９の起伏角度を検出する起伏用センサ２８（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）および繰り出し（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がアクチュエータであるメイン用油圧モータ１３ａによって回転され、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がアクチュエータであるサブ用油圧モータ１５ａによって回転されるように構成されている。

メイン用油圧モータ１３ａは、電磁比例切換弁であるメイン用バルブ２５ｍ（図２参照）によって回転操作される。メインウインチ１３は、メイン用バルブ２５ｍによってメイン用油圧モータ１３ａを制御し、任意の繰り入れおよび繰り出し速度に操作可能に構成されている。同様に、サブウインチ１５は、電磁比例切換弁であるサブ用バルブ２５ｓ（図２参照）によってサブ用油圧モータ１５ａを制御し、任意の繰り入れおよび繰り出し速度に操作可能に構成されている。

キャビン１７は、旋回台７に搭載されている。キャビン１７は、図示しない操縦席が設けられている。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２１ｍ、サブドラム操作具２１ｓ等が設けられている。

制御装置２９は、各操作弁を介してクレーン１のアクチュエータを制御する装置である。制御装置２９は、キャビン１７内に設けられている。制御装置２９は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。制御装置２９は、各アクチュエータや切換え弁、センサ等の動作を制御するために種々のプログラムやデータが格納されている。

制御装置２９は、吊り荷カメラ９ｂ、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２１ｍおよびサブドラム操作具２１ｓに接続され、吊り荷カメラ９ｂの映像を取得し、旋回操作具１８、起伏操作具１９、メインドラム操作具２１ｍおよびサブドラム操作具２１ｓのそれぞれの操作量を取得することができる。

制御装置２９は、旋回用バルブ２２、伸縮用バルブ２３、起伏用バルブ２４、メイン用バルブ２５ｍおよびサブ用バルブ２５ｓに接続され、旋回用バルブ２２、伸縮用バルブ２３、起伏用バルブ２４、メイン用バルブ２５ｍおよびサブ用バルブ２５ｓに制御信号を伝達することができる。

制御装置２９は、旋回用センサ２６、伸縮用センサ２７および起伏用センサ２８に接続され、旋回台７の旋回角度、ブーム９のブーム長さ、起伏角度、メインワイヤロープ１４およびサブワイヤロープ１６の繰り出し長さ等の姿勢情報および荷物Ｗの重量を取得することができる。

制御装置２９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２１ｍおよびサブドラム操作具２１ｓの操作信号に基づいて各操作具に対応した制御信号を生成することができる。

制御装置２９は、振動抑制装置３０の振動制御部３６に有線または無線で接続され、振動制御部３６にクレーン装置６の各操作具の操作信号を送信することができる。

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。また、クレーン１は、起伏操作具１９の操作によって起伏用油圧シリンダ１２でブーム９を任意の起伏角度に起立させて、伸縮操作具２０の操作によってブーム９を任意のブーム長さに延伸させたりすることでクレーン装置６の揚程や作業半径を拡大することができる。また、クレーン１は、サブドラム操作具２１ｓ等によって荷物Ｗを吊り上げて、旋回操作具１８の操作によって旋回台７を旋回させることで荷物Ｗを搬送することができる。

次に、図３および図４を用いて、吊り荷カメラ９ｂの振動抑制装置３０について具体的に説明する。振動抑制装置３０は、吊り荷カメラ９ｂに伝達される振動を抑制する装置である。吊り荷カメラ９ｂに伝達される振動は、広い範囲の周波数を含む衝撃的な振動とブーム９の姿勢状態と操作によって生じる振動とを含む。振動抑制装置３０には、吊り荷カメラ９ｂが設けられている。

図３に示すように、振動抑制装置３０は、ベース部材３１、揺動部材３２、アクチュエータであるモータ３３、ダンパであるロータリダンパ３４、傾斜計３５および振動制御部３６を備える。

ベース部材３１は、振動抑制装置３０の基本構成部材である。ベース部材３１は、ブーム固定部３１ａおよび揺動部材支持部３１ｂを有している。ブーム固定部３１ａは、ブーム９に固定される部分である。ブーム固定部３１ａには、ベース部材３１をブーム９に固定するための図示しない取付孔が形成されている。揺動部材支持部３１ｂは、揺動部材３２を揺動自在に支持する部分である。揺動部材支持部３１ｂには、後述の第１揺動軸３２ｄと第２揺動軸３２ｅとがそれぞれ挿入される２つの揺動孔３１ｃが同一軸線上に形成されている。

揺動部材３２は、吊り荷カメラ９ｂを任意の方向に向けるための可動部分である。揺動部材３２は、カメラ固定部３２ａ、軸固定部３２ｂ、第１揺動軸３２ｄおよび第２揺動軸３２ｅを有している。カメラ固定部３２ａは、吊り荷カメラ９ｂが固定される部分である。カメラ固定部３２ａには、図示しないカメラ取付孔が形成されている。軸固定部３２ｂは、第１揺動軸３２ｄおよび第２揺動軸３２ｅが連結されている部分である。軸固定部３２ｂには、第１揺動軸３２ｄと第２揺動軸３２ｅとがそれぞれ固定される２つの固定孔３２ｃが同一軸線Ｐ上に形成されている。第１揺動軸３２ｄと第２揺動軸３２ｅとは、ベース部材３１から揺動部材３２を揺動自在に支持する軸である。第１揺動軸３２ｄは、ベース部材３１の一方の揺動孔３１ｃに回転自在に挿入され、カメラ固定部３２ａの一方の固定孔３２ｃに固定されている。第２揺動軸３２ｅは、ベース部材３１の他方の揺動孔３１ｃに回転自在に挿入され、カメラ固定部３２ａの他方の固定孔３２ｃに固定されている。このように構成されることで、揺動部材３２は、第１揺動軸３２ｄおよび第２揺動軸３２ｅを介してベース部材３１の揺動部材支持部３１ｂに揺動自在に支持される。

モータ３３は、揺動部材３２を揺動させるアクチュエータである。モータ３３は、ベース部材３１のブーム固定部３１ａに固定されている。また、モータ３３の出力軸は、第１揺動軸３２ｄに接続されている。これにより、モータ３３は、第１揺動軸３２ｄを回転させることで、第１揺動軸３２ｄに固定されている揺動部材３２を第１揺動軸３２ｄまわりに揺動させることができる。モータ３３は、振動制御部３６からの制御信号によって制御可能に構成される。

ダンパであるロータリダンパ３４は、振動を減衰させる緩衝装置である。ロータリダンパ３４は、ベース部材３１のブーム固定部３１ａに固定されている。また、ロータリダンパ３４の回転軸は、第２揺動軸３２ｅに接続されている。これにより、ロータリダンパ３４の回転軸には、揺動部材３２に固定されている第２揺動軸３２ｅを介して揺動部材３２に生じた振動が伝達される。

ロータリダンパ３４は、ロータリダンパ３４特有の減衰比と固有振動数に基づいて、伝達された振動を減衰させる。ロータリダンパ３４の減衰係数は、吊り荷カメラ９ｂを含む揺動部材３２の質量ｍおよびばね定数ｋから定まる臨界減衰係数Ｃｃ（Ｃｃ＝２√（ｍｋ））以上が望ましい。これにより、ロータリダンパ３４は、吊り荷カメラ９ｂを含む揺動部材３２で生じる振動を減衰させる。つまり、ロータリダンパ３４は、吊り荷カメラ９ｂを含む揺動部材３２の固有振動数を含む衝撃による振動を抑制することができる。

傾斜計３５は、揺動部材３２の角度を計測する計測器である。傾斜計３５は、揺動部材３２に設けられている。傾斜計３５は、鉛直方向に対する揺動部材３２の現在の姿勢角である現在姿勢角θを検出する（図６参照）。傾斜計３５は、振動制御部３６に現在姿勢角θに関する信号を送信可能に構成される。

振動制御部３６は、クレーン装置６の操作信号や傾斜計３５が検出した現在姿勢角θに基づいてモータ３３を制御するものである。振動制御部３６は、振動抑制装置３０のベース部材３１に設けられている。動抑制制御装置２９は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。振動制御部３６は、モータ３３を制御するための種々のプログラムやデータが格納されている。

振動制御部３６は、任意の荷物Ｗの重量および任意の姿勢において任意の操作がされた際のブーム９の振動に関する情報である振動情報を予め保持している。振動情報は、任意の姿勢情報に基づく姿勢で任意の重量の荷物Ｗを吊り下げているクレーン装置６が任意の操作信号に基づいて操作された際のブーム９の先端の振動に関する情報である。姿勢情報とは、旋回台７の旋回角度、ブーム９の起伏角度、ブーム長さおよびワイヤロープの繰り出し長さを含む。操作信号とは、旋回台７の旋回操作、ブーム９の起伏操作、伸縮操作、ワイヤロープの繰り出しまたは繰り入れの操作信号を含む。振動情報は、動力学シミュレーションを用いて、様々な姿勢情報において様々な操作信号が入力された場合のブーム９の先端の挙動が網羅的に算出されている。

図４に示すように、振動制御部３６は、モータ３３に接続され、モータ３３の回転方向、回転トルク、回転速度に関する信号を含むモータ３３の制御信号を送信することができる。

振動制御部３６は、傾斜計３５に接続され、傾斜計３５が検出した揺動部材３２の現在姿勢角θを取得することができる。

振動制御部３６は、クレーン１の制御装置２９に接続され、制御装置２９からクレーン装置６の姿勢情報を取得し、吊り下げられている荷物Ｗの重量を取得し、クレーン装置６の操作信号を取得することができる。

振動制御部３６は、姿勢情報を取得し、振動情報に基づいて入力された操作信号からブーム９の先端の振動を推定することができる。さらに、振動制御部３６は、推定したブーム９の振動が振動抑制装置３０に伝達された際の揺動部材３２の第１揺動軸３２ｄに加わる揺動トルクである推定外乱トルクｄを算出することができる（図５参照）。また、振動制御部３６は、傾斜計３５が検出した揺動部材３２の現在姿勢角θを取得し、現在姿勢角θが所定範囲２θｓ内に収めるためのモータ３３の出力トルクｕを算出することができる（図５参照）。

このように構成される振動抑制装置３０は、ベース部材３１がクレーン装置６のブーム９に固定されている。この際、振動抑制装置３０は、第１揺動軸３２ｄおよび第２揺動軸３２ｅの軸線が水平面に対して平行になるようにブーム９に固定されている。つまり、揺動部材３２は、水平面に対して垂直な面に沿って揺動する垂直揺動部材としてブーム９に設けられている。振動抑制装置３０は、揺動部材３２に伝達される衝撃的な振動をロータリダンパ３４で抑制する。さらに、振動制御装置３０は、クレーン装置６の操作によって揺動部材に加わる外乱推定トルクｄ１と揺動部材の現在姿勢角θを所定範囲２θｓ内に収める出力トルクｕとからモータ３３の制御信号を生成し揺動部材３２の向きを調整することができる。

次に、図５から図７を用いて振動抑制装置３０の制御について具体的に説明する。本実施形態において、振動抑制装置３０は、揺動部材３２の目標姿勢角θｔを鉛直方下向として、吊り荷カメラ９ｂが鉛直下方向に向くように制御するものとする。また、揺動部材３２は、外乱要因によって現在姿勢角θが目標姿勢角θｔからずれているものとする。

図５と図６に示すように、振動抑制装置３０の振動制御部３６は、姿勢角制御器３７ａを備えるフィードバック制御部３７と外乱トルク推定器３８ａを備えるフィードフォワード制御部３８とを具備する。

フィードバック制御部３７は、振動抑制装置３０における揺動部材３２の現在の姿勢角である現在姿勢角θと目標姿勢角θｔとの差分に基づいて、モータ３３のトルク制御を行う。フィードバック制御部３７は、傾斜計３５が検出した揺動部材３２の現在姿勢角θを目標姿勢角θｔから減算するように構成されている。

フィードバック制御部３７の姿勢角制御器３７ａは、揺動部材３２の現在姿勢角θと目標姿勢角θｔとの差分に基づいて、モータ３３の出力トルクｕを算出する。姿勢角制御器３７ａは、現在姿勢角θと目標姿勢角θｔとの差分の絶対値が所定値θｓ未満である場合、フィードバック制御による出力トルクｕをゼロとする。つまり、姿勢角制御器３７ａは、現在姿勢角θが目標姿勢角θｔを基準とする所定範囲２θｓ内にある場合、揺動部材３２の現在姿勢角θがほぼ鉛直下向きであり、フィードバック制御による現在姿勢角θの補正が不要であると判断する。一方、姿勢角制御器３７ａは、現在姿勢角θと目標姿勢角θｔとの差分の絶対値が所定値θｓ以上である場合、現在姿勢角θと目標姿勢角θｔとの差分の絶対値に応じた大きさでフィードバック制御による出力トルクｕを算出する。つまり、姿勢角制御器３７ａは、現在姿勢角θが目標姿勢角θｔを基準とする所定範囲２θｓ外にある場合、揺動部材３２の現在姿勢角θが鉛直下向きでなく、フィードバック制御による現在姿勢角θの補正が必要であると判断する。

フィードフォワード制御部３８は、クレーン装置６の操作から推測されるブーム９の振動に基づいて、モータ３３のトルク制御を行う。フィードフォワード制御部３８は、クレーン装置６の姿勢情報、荷物Ｗの重量および操作信号から振動抑制装置３０の揺動部材３２に加わると推定される推定外乱トルクｄをフィードバック制御部３７の姿勢角制御器３７ａが出力する制御信号から減算するように構成されている。

フィードフォワード制御部３８の外乱トルク推定器３８ａは、クレーン装置６の操作によって振動抑制装置３０における揺動部材３２の第１揺動軸３２ｄに加わると推定される推定外乱トルクｄを算出する計算機である。外乱トルク推定器３８ａは、振動情報に基づいて姿勢情報と、荷物Ｗの重量と、クレーン装置６の操作信号とからブーム９の振動を推定する。さらに、外乱トルク推定器３８ａは、推定したブーム９の振動によって生じる振動抑制装置３０における揺動部材３２の第１揺動軸３２ｄに加わると推定される推定外乱トルクｄを算出する。つまり、外乱トルク推定器３８ａは、クレーン装置６の振動情報に基づいて、クレーン装置６の姿勢情報、荷物Ｗの重量およびクレーン装置６の操作信号から、その操作信号によってクレーン装置６が操作された際に揺動部材３２の第１揺動軸３２ｄに生じる可能性が高い推定外乱トルクｄを算出する。

このように構成される振動制御部３６は、操縦者が定めた吊り荷カメラ９ｂの目標姿勢角θｔ（本実施形態において鉛直下方向）がフィードバック制御部３７に入力されると、傾斜計３５が検出した揺動部材３２の現在姿勢角θを取得する。フィードバック制御部３７は、現在姿勢角θと目標姿勢角θｔとの差分を算出し、姿勢角制御器３７ａにおいて、現在姿勢角θと目標姿勢角θｔとの差分の絶対値が所定値θｓ未満か否かを判定する。フィードバック制御部３７は、姿勢角制御器３７ａの判定結果に基づいてモータ３３の出力トルクｕを算出する。

一方、振動制御部３６のフィードフォワード制御部３８は、クレーン装置６の制御装置２９から、クレーン装置６の姿勢情報、吊り下げられている荷物Ｗの重量、およびクレーン装置６の操作信号を取得し、外乱トルク推定器３８ａにおいて、その操作信号によってクレーン装置６が操作された際に揺動部材３２の第１揺動軸３２ｄに生じると推定される推定外乱トルクｄを算出する。フィードフォワード制御部３８は、フィードバック制御部３７の姿勢角制御器３７ａが算出した出力トルクｕから推定外乱トルクｄを減算する。振動制御部３６は、出力トルクｕから推定外乱トルクｄを減算した補正出力トルク（ｕ－ｄ）についての制御信号をモータ３３の制御信号として出力する。

フィードバック制御部３７は、振動抑制装置３０における揺動部材３２の現在姿勢角θが目標姿勢角θｔを基準とする所定範囲２θｓ内に収まるようにモータ３３を制御するとともに、クレーン装置６の操作によりブーム９に生じると推測される振動を打ち消すようにモータ３３を制御する。フィードバック制御部３７は、モータ３３での制御された後の揺動部材３２の現在姿勢角θを取得し、現在姿勢角θと目標姿勢角θｔとの差分を算出し、姿勢角制御器３７ａに送信される。

振動抑制装置３０は、外乱要因として、揺動部材３２に風等の自然現象による振動や衝撃的な振動が加わった場合、第２揺動軸３２ｅを介してロータリダンパ３４に風等の自然現象による振動や衝撃的な振動が伝達される。振動抑制装置３０は、ロータリダンパ３４によって吊り荷カメラ９ｂを含む揺動部材３２で生じる振動を減衰させる。

次に、図７を用いて、振動制御部３６による振動抑制制御について具体的に説明する。なお、本実施形態において、振動抑制装置３０には、目標姿勢角θｔが設定されているものとする。

図７に示すように、振動抑制制御のステップＳ１１０において、振動制御部３６は、傾斜計３５から振動抑制装置３０における揺動部材３２の現在姿勢角θを取得し、ステップをステップＳ１２０に移行させる。

ステップＳ１２０において、振動制御部３６は、取得した現在姿勢角θと目標姿勢角θｔとの差分の絶対値が所定値θｓ以上か否かを判定する。
その結果、現在姿勢角θと目標姿勢角θｔとの差分の絶対値が所定値θｓ以上である場合、すなわち、現在姿勢角θが目標姿勢角θｔとみなせる所定範囲２θｓ外である場合、振動制御部３６はステップをステップＳ１３０に移行させる。
一方、現在姿勢角θと目標姿勢角θｔとの差分の絶対値が所定値θｓ以上でない場合、すなわち、現在姿勢角θが目標姿勢角θｔとみなせる所定範囲２θｓ内である場合、振動制御部３６はステップをステップＳ１３５に移行させる。

ステップＳ１３０において、振動制御部３６は、現在姿勢角θと目標姿勢角θｔとの差分に応じた大きさの出力トルクｕを算出し、ステップをステップＳ１４０に移行させる。

ステップＳ１３５において、振動制御部３６は、出力トルクｕをゼロとして算出し、ステップをステップＳ１４０に移行させる。

ステップＳ１４０において、振動制御部３６は、クレーン装置６の制御装置２９からクレーン装置６の姿勢情報、荷物Ｗの重量およびクレーン装置６の操作信号を取得し、ステップをステップＳ１５０に移行させる。

ステップＳ１５０において、振動制御部３６は、取得したクレーン装置６の姿勢情報、荷物Ｗの重量およびクレーン装置６の操作信号から、振動情報に基づいてブーム９に設けられる振動制御部３６の第１揺動軸３２ｄに生じる推定外乱トルクｄを算出し、ステップをステップＳ１６０に移行させる。

ステップＳ１６０において、振動制御部３６は、算出した出力トルクｕから算出した推定外乱トルクｄを減算した補正出力トルク（ｕ－ｄ）を算出し、ステップをステップＳ１７０に移行させる。

ステップＳ１７０において、振動制御部３６は、算出した補正出力トルク（ｕ－ｄ）についての制御信号を生成した後にモータ３３に送信し、ステップをステップＳ１１０に移行させる。

このように構成される振動抑制装置３０は、振動制御部３６のフィードバック制御部３７によって、揺動部材の現在姿勢角θと目標姿勢角θｔとの差分から出力トルクｕを算出する。また、フィードフォワード制御部３８によって、振動情報、姿勢情報、荷物Ｗの重量および操作信号から振動抑制装置３０に生じる推定外乱トルクｄを算出する。さらに、振動抑制装置３０は、出力トルクｕから推定外乱トルクｄを減算することで、クレーン装置６の操作によって生じると推定される振動を打ち消した補正出力トルク（ｕ－ｄ）についての制御信号でモータ３３を制御する。従って、振動抑制装置３０は、クレーン装置６の操作に起因する振動が抑制され、吊り荷カメラ９ｂの姿勢を一定の範囲内で維持することができる。

また、振動抑制装置３０は、振動制御部３６のフィードバック制御部３７によって、傾斜計３５の検出値から吊り荷カメラ９ｂの現在姿勢角θを取得する。さらに、フィードバック制御部３７は、吊り荷カメラ９ｂの現在姿勢角θが所定範囲２θｓ内を維持するようにモータ３３の出力トルクｕを算出する。このように構成される振動抑制装置３０は、クレーン装置６の操作によってブーム９の起伏角が変動しても吊り荷カメラ９ｂの現在姿勢角θが一定の範囲に収まるようにモータ３３を制御することができる。従って、振動抑制装置３０は、クレーン装置６の操作に起因する吊り荷カメラ９ｂの現在姿勢角θの変動が抑制されて吊り荷カメラ９ｂの姿勢を一定の範囲内で維持することができる。

また、振動抑制装置３０は、揺動部材３２を支持している第２揺動軸３２ｅに連結されているロータリダンパ３４によって、風等の自然現象による振動や衝撃的な振動を減衰させることができる。このように構成される振動抑制装置３０は、幅広い周波数を含む衝撃的な振動が加わっても吊り荷カメラ９ｂを含む揺動部材３２の固有振動数による振動を抑制することができる。従って、振動抑制装置３０は、外的要因よる吊り荷カメラ９ｂの共振現象等が抑制されて吊り荷カメラ９ｂの姿勢を一定の範囲内で維持することができる。

上述のように、振動抑制装置３０は、クレーン装置６の操作に伴う振動を予め抑制するフィードフォワード制御と、ブーム９の起伏角の変化等に伴う吊り荷カメラ９ｂの現在姿勢角θの変動を抑制するフィードバック制御と、を実施するととともに、衝撃的な振動による固有振動数による共振を抑制するロータリダンパ３４を設けることで、様々な要因の振動が加わっても吊り荷カメラ９ｂが、目標姿勢角θｔを基準とする所定の範囲内に向くように制御することができる。また、旋回台７を介して起伏可能なブーム９が設けられた作業車両は、ブーム９に振動抑制装置３０を設けることで、作業車両の作業内容に関わらず任意の目標姿勢角θｔを維持しながら、振動を抑制した画像を取得することができる。

なお、振動抑制装置３０の揺動部材３２は、第１揺動軸３２ｄおよび第２揺動軸３２ｅの軸線が水平面に対して垂直になるようにベース部材３１に支持されていてもよい。この構成において、揺動部材３２は、水平面に対して平行な面に沿って揺動する水平揺動部材３２としてブーム９に設けられている。このように構成することで、振動抑制装置３０は、ブーム９の旋回による揺動部材３２の振動をモータ３３の制御によって打ち消すことができる。

また、振動抑制装置３０は、ベース部材３１と、ベース部材３１に揺動自在に支持される第１揺動部材３９と、第１揺動部材３９に揺動自在に支持される第２揺動部材４０とから構成されてもよい。第１揺動部材３９は、水平面に対して垂直な面に沿って揺動する垂直揺動部材である。第２揺動部材４０は、水平面に対して平行な面に沿って揺動する水平揺動揺動部材である。揺動抑制装置は、第１揺動部材３９によってブーム９の起伏操作による振動を打ち消し、第２揺動部材４０によってブーム９の旋回操作による振動を打ち消すことができる。

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、および範囲内のすべての変更を含む。

１ クレーン
６ クレーン装置
９ ブーム
９ｂ 吊り荷カメラ
２９ 制御装置
３０ 振動抑制装置
３３ モータ
３６ 振動制御部
ｄ１ 推定外乱トルク

Claims (5)

1. 旋回台を介して起伏可能なブームが設けられた作業装置に設けられる計測装置の振動抑制装置であって、
   前記ブームに揺動自在に支持される計測装置と、
   前記計測装置を揺動させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータを制御する振動制御部と、を備え、
   前記振動制御部は、
   前記作業装置が任意の荷物の重量および任意の姿勢において任意の操作がされた際の前記ブームの振動に関する情報を予め保持し、
   前記作業装置の姿勢情報、荷物の重量および前記作業装置の操作信号を取得すると、前記ブームの振動に関する情報に基づいて、前記姿勢情報と前記操作信号とから前記ブームの振動を推定し、推定した前記ブームの振動によって前記計測装置に加わる揺動トルクを算出し、算出した前記揺動トルクを打ち消すように前記アクチュエータを制御する振動抑制装置。
2. 前記計測装置の振動を減衰させるダンパをさらに備える、
   請求項１に記載の振動抑制装置。
3. 前記計測装置の重力方向に対する角度を検出する傾斜計をさらに備え、
   前記振動制御部は、
   前記傾斜計が検出した角度を取得し、前記角度が所定範囲外である場合、前記角度が所定範囲内になるように前記アクチュエータを制御する請求項１または請求項２に記載の振動抑制装置。
4. 前記振動抑制装置は、
   前記計測装置の揺動軸の軸線が水平面に平行または水平面に垂直になるように構成される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の振動抑制装置。
5. 走行体に旋回台を介して起伏可能なブームが設けられた作業車両であって、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の振動抑制装置を備える作業車両。

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