JP7314896B2

JP7314896B2 - 荷役搬送経路生成方法、荷役搬送クレーン及び荷役運搬方法

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Publication number: JP7314896B2
Application number: JP2020163784A
Authority: JP
Inventors: 勇輝 ▲高▼木; 有介吉成; 収山口
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2020-09-29
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2023-07-26
Anticipated expiration: 2040-09-29
Also published as: JP2022056015A

Description

本発明は、荷役搬送経路生成方法、荷役搬送クレーン及び荷役運搬方法に関する。

例えば、製鉄所においてコイルなどの製品を船積みで出荷する際には、旋回式の荷役搬送クレーンを用いて搬送が行われる。この作業は、玉掛けを行う陸側作業者、クレーン操作を行うクレーンオペレータ、及びコイルの船内位置合わせ、固縛を行う船内作業者で行われており、人手のかかる作業となっている。そのため、今後の労働人口減少を鑑みると作業省力化のニーズがある。

旋回式の荷役搬送クレーンにおける作業省力化の方法としては、例えば、クレーン操作の自動化が挙げられる。クレーン操作を自動化するためには、吊荷の現在位置である荷役初期位置と吊荷の搬送先である荷役目標位置とから荷役搬送経路を自動で算出する必要がある。これを行う方法として、従来では、タワークレーン（荷役搬送クレーン）の旋回体の旋回とジブの起伏とを制御して、最短距離となる直線軌道で吊荷を搬送する方法（特許文献１）などが取られている。

特開２０１９－１１２１７８号公報

特許文献１では、吊荷を直線軌道で搬送するため搬送距離が最短になる。しかし、荷役搬送クレーンには設備の構造上、最小の旋回半径が存在するため、荷役初期位置と荷役目標位置とを直線経路で結ぶと、途中で荷役搬送クレーンの旋回半径が設備制約の下限値を下回る（すなわち最小の旋回半径以下となる）搬送不可能なルートが生成されてしまう場合がある。例えば、吊荷の荷役初期位置と荷役目標位置とが荷役搬送クレーンを挟んで真反対に近い位置にある場合などには、搬送の途中で荷役搬送クレーンの旋回半径が設備制約の下限値を下回る、搬送不可能なルートが生成されてしまう。

そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、荷役搬送クレーンによって任意の荷役初期位置から任意の荷役目標位置へ吊荷を搬送可能な荷役搬送経路生成方法、荷役搬送クレーン及び荷役運搬方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、クレーンアームのアーム先端部に吊り下げられた吊荷を、上記クレーンアームの旋回動作によって任意の荷役初期位置から任意の荷役目標位置まで搬送するための荷役搬送経路を生成する荷役搬送経路生成方法であって、上記荷役初期位置と、上記荷役目標位置と、上記クレーンアームのアーム最小旋回円の範囲と、に基づいて、少なくとも一部の荷役搬送経路において上記吊荷を少なくとも鉛直方向から視て直線軌道で搬送するための荷役搬送経路を算出する、荷役搬送経路生成方法が提供される。

本発明の一態様によれば、旋回動作可能とされ、先端部に吊荷が吊り下げられるクレーンアームと、上記クレーンアームを旋回させるアーム旋回機構と、上記クレーンアームの起伏角を調整するアーム起伏機構と、少なくとも一部の荷役搬送経路において上記吊荷の軌道が少なくとも鉛直方向から視て直線軌道となるように、上記アーム旋回機構及び上記アーム起伏機構を制御する制御装置と、を備え、上記制御装置は、上記の荷役搬送経路生成方法を用いて荷役搬送経路を生成し、上記荷役搬送経路に基づいて上記吊荷を搬送する、荷役搬送クレーンが提供される。
本発明の一態様によれば、上記の荷役搬送クレーンを用いて吊荷を搬送する、荷役運搬方法が提供される。

本発明の一態様によれば、荷役搬送クレーンによって任意の荷役初期位置から任意の荷役目標位置へ吊荷を搬送可能な荷役搬送経路生成方法、荷役搬送クレーン及び荷役運搬方法が提供される。

本発明の一実施形態に係る荷役搬送クレーンを示す側面図である。本発明の一実施形態に係る荷役搬送クレーンを示す平面図である。荷役搬送クレーンの荷役可能範囲を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る荷役搬送経路生成方法を示すフローチャートである。第１搬送経路とアーム最小旋回円との関係を示す説明図である。第２搬送経路を示す説明図である。第３搬送経路を示す説明図である。振れ止め制御の加速度及び速度パターンを示すグラフであり、（Ａ）は加速度パターンを示し、（Ｂ）は速度パターンを示す。第３搬送経路の変形例を示す説明図である。振れ止め制御の加速度パターンの変形例を示すグラフである。振れ止め制御の速度パターンの変形例を示すグラフである。実施例１における搬送経路を示す説明図である。実施例１における実際の搬送時間を示すグラフである。実施例２における搬送経路を示す説明図である。実施例２における実際の搬送時間を示すグラフである。

以下の詳細な説明では、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し、重複する説明を省略する。各図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる場合が含まれる。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において種々の変更を加えることができる。

＜荷役搬送クレーン＞
本発明の一実施形態に係る荷役搬送クレーン１について説明する。荷役搬送クレーン１は、図１及び図２に示すように、クレーンアーム２と、アーム起伏機構３と、アーム旋回機構４と、アーム伸縮機構５と、ワイヤー６とを備える。クレーンアーム２のワイヤー６が取り付けられた先端を、アーム先端部２１ともいう。なお、図面において、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、互いに直交する軸であり、ｘ軸及びｙ軸は水平方向に平行な軸であり、ｚ軸は鉛直方向に平行な軸である。荷役搬送クレーン１は、ワイヤー６の先端に取り付けられる吊荷７を吊り上げ、荷役初期位置Ａ_１から荷役目標位置Ａ_２まで搬送する。なお、図３に示すように、荷役初期位置Ａ_１の座標は（ｘ_１，ｙ_１）［単位ｍ］であり、荷役目標位置Ａ_２の座標は（ｘ_２，ｙ_２）［単位ｍ］である。また、本実施形態では、一例として、吊荷７は、製鉄所で製造された製品であるコイルとする。

アーム起伏機構３は、水平方向に対するクレーンアーム２の延在方向の角度である起伏角φ［ｄｅｇ］を調整する。アーム旋回機構４は、クレーンアーム２を旋回させることで、ｘ軸方向に対するクレーンアーム２の延在方向の角度である旋回角θ［ｄｅｇ］を調整する。アーム伸縮機構５は、アーム旋回機構４が設けられたクレーンアーム２の支持位置からのクレーンアーム２の延在方向の突出長さであるアーム長さＬ［ｍ］を調整する。なお、荷役搬送クレーン１は、アーム伸縮機構５を備えていなくてもよい。

また、荷役搬送クレーン１には、ワイヤー６のアーム先端部２１からのワイヤー長さを調整する巻き上げ装置（不図示）が設けられる。さらに、荷役搬送クレーン１には、吊荷７を荷役初期位置Ａ_１から荷役目標位置Ａ_２に搬送するため、アーム起伏機構３、アーム旋回機構４、アーム伸縮機構５及び巻き上げ装置を制御して、起伏角φ、旋回角θ、アーム長さＬ及びワイヤー長さを調整する制御装置（不図示）が設けられる。制御装置は、荷役初期位置と荷役目標位置と荷役搬送クレーン１の旋回半径とに応じて、吊荷７の軌道である荷役搬送経路を生成する。制御装置による荷役搬送経路の生成方法の詳細については後述する。その後、制御装置は、生成された荷役搬送経路と、最大速度ｖ_ｍａｘ［ｍ／ｓ］と、吊荷振れ周期Ｔ［ｓ］と、立ち上げ時間Ｔ_１［ｓ］とを用いて、吊荷７の軌道が生成された荷役搬送経路となるように、クレーンアーム２の旋回角θ、起伏角φ及びアーム長さＬを演算する。そして、制御装置は、演算した旋回角θ、起伏角φ及びアーム長さＬとなるように、アーム旋回機構４、アーム起伏機構３及びアーム伸縮機構５を制御することで、吊荷７を搬送する。制御装置による荷役搬送クレーン１の振れ止め方法についての詳細は後述する。

なお、鉛直方向の上側から視た図３に示すように、荷役搬送クレーン１において、荷役搬送クレーン１の荷役を搬送することができる荷役可能範囲Ｄ_ａは、旋回中心Ｃ_ｒ（点Ｃ_ｒ）を中心として、最小旋回半径ｒ_ｍｉｎ［ｍ］以上、最大旋回半径ｒ_ｍａｘ［ｍ］以内の円環状の範囲となる。つまり、この荷役可能範囲Ｄ_ａ外の領域（旋回中心Ｃ_ｒからの距離が最小旋回半径ｒ_ｍｉｎ未満又は最大旋回半径ｒ_ｍａｘ超となる位置）では、荷役搬送クレーン１による荷役の搬送ができない。ここで、本実施形態では、荷役搬送クレーン１の荷役搬送経路について、図３のように鉛直方向から視た平面視で考える。この平面において、水平面に平行で互いに直交する軸をｘ軸及びｙ軸とし、荷役が通過する位置をｘ－ｙ座標で示すものとする。

＜荷役搬送経路の生成方法＞
図３を参照して、制御装置による、本実施形態に係る荷役搬送経路の生成方法について説明する。本実施形態では、まず、荷役搬送クレーン１の旋回中心Ｃ_ｒと荷役初期位置Ａ_１との第１距離ｄ_１［ｍ］が、荷役搬送クレーン１の最小旋回半径ｒ_ｍｉｎ以上、最大旋回半径ｒ_ｍａｘ以内であるか否かが判定される（Ｓ１００）。なお、ステップＳ１００では、上述の判定の代わりに、荷役初期位置Ａ_１が荷役可能範囲Ｄ_ａ内に在るか否かが判定されてもよい。

ステップＳ１００にて、第１距離ｄ_１が最小旋回半径ｒ_ｍｉｎ以上、最大旋回半径ｒ_ｍａｘ以内である場合、荷役搬送クレーン１の旋回中心Ｃ_ｒと荷役目標位置Ａ_２との第２距離ｄ_２［ｍ］が、荷役搬送クレーン１の最小旋回半径ｒ_ｍｉｎ以上、最大旋回半径ｒ_ｍａｘ以内であるか否かが判定される（Ｓ１０２）。なお、ステップＳ１０２では、上述の判定の代わりに、荷役目標位置Ａ_２が荷役可能範囲Ｄ_ａ内に在るか否かが判定されてもよい。

ステップＳ１００にて、第１距離ｄ_１が最小旋回半径ｒ_ｍｉｎ未満若しくは最大旋回半径ｒ_ｍａｘ超である場合、又は第２距離ｄ_２が最小旋回半径ｒ_ｍｉｎ未満若しくは最大旋回半径ｒ_ｍａｘ超である場合、エラーを出して荷役搬送経路の生成処理が終了する（Ｓ１０４）。ステップＳ１０４が処理される場合、現在の荷役初期位置Ａ_１及び荷役目標位置Ａ_２の少なくとも一方に対して、荷役搬送クレーン１からのアクセスができない状態が生じている。このため、現在の荷役初期位置Ａ_１及び荷役目標位置Ａ_２とする荷役搬送経路の形成が不可能となる。

ステップＳ１０２にて、第２距離ｄ_２が最小旋回半径ｒ_ｍｉｎ以上、最大旋回半径ｒ_ｍａｘ以内である場合、第１搬送経路として、図５に示すように、荷役初期位置Ａ_１と荷役目標位置Ａ_２とを結んだ直線状の経路（直線Ｌ_０）が算出される（Ｓ１０６）。ステップＳ１０２では、第１搬送経路は、下記（１）式で示される直線軌道となる。なお、（１）式において、ｘ及びｙは、クレーンアーム２のアーム先端部２１のｘ座標及びｙ座標をそれぞれ示す。

ステップＳ１０６の後、旋回中心Ｃ_ｒを中心とした半径が最小旋回半径ｒ_ｍｉｎとなる円Ｒ_１と、直線Ｌ_０との交点の数が２点以上か否かが判定される（Ｓ１０８）。円Ｒ_１は、下記（２）式で示される。また、円Ｒ_１をクレーンアーム２のアーム最小旋回円ともいう。すなわち、ステップＳ１０８では、（１）式に（２）式を代入した方程式である（３）式の判別式（（４）式）が、正の値をとる場合には交点の数が２点以上となり、そうでない場合には交点の数が２点未満であると判定される。なお、本実施形態では、旋回中心の点Ｃ_ｒの座標を（０，ｙ_ｃ）とする。

ステップＳ１０８の判定の結果、交点の数が１点以下と判定された場合、第１搬送経路が荷役搬送クレーン１の荷役可能範囲にあると判定され、第１搬送経路が最終的な荷役搬送経路として採用される（Ｓ１１０）。例えば、図５の荷役目標位置がＡ_２ａ，Ａ_２ｂである場合に、円Ｒ_１と直線Ｌ_０（Ｌ_０ａ，Ｌ_０ｂ）との交点の数が１点以下となる。

一方、ステップＳ１０８の判定の結果、交点の数が２点以上と判定された場合、第１中継点Ａ_３が算出される（Ｓ１１２）。例えば、図５の荷役目標位置がＡ_２ｃである場合に、円Ｒ_１と直線Ｌ_０（Ｌ_０ｃ）との交点の数が２点となる。第１中継点Ａ_３は、図６に示すように、荷役初期位置Ａ_１を通る円Ｒ_１の第１接線Ｌ_１と、荷役目標位置Ａ_２を通る円Ｒ_１の第２接線Ｌ_２との交点である。第１接線Ｌ_１及び第２接線Ｌ_２は、以下のようにして決定される。

荷役初期位置Ａ_１を通り、円Ｒ_１と接する直線Ｌ_１ａ，Ｌ_１ｂは傾きｍ_１ａ，ｍ_１ｂを使って、下記の（５）式及び（６）式で示される。また、直線Ｌ_１ａ，Ｌ_１ｂと、点Ｃ_ｒとの距離はｒ_ｍｉｎであるので、傾きｍ_１ａ，ｍ_１ｂは、（７）式の２つの解（（８）式及び（９）式）により求められる。

また、荷役目標位置Ａ_２を通り円Ｒ_１と接する直線Ｌ_２ａ，Ｌ_２ｂについても荷役初期位置Ａ_１の場合と同様に計算され、直線Ｌ_２ａ，Ｌ_２ｂの傾きｍ_２ａ，ｍ_２ｂは、（１０）式及び（１１）式により求められる。

荷役初期位置Ａ_１を通り傾きがｍ_１ａ，ｍ_１ｂとなる２本の直線、及び荷役目標位置Ａ_２を通り傾きがｍ_２ａ，ｍ_２ｂとなる２本の直線の合計４本の直線の交点Ｂ_ｉ（ｉ＝１～４）は、下記の（１２）式～（１５）式の座標で表される。なお、交点Ｂ_ｉは、最大で４点あり、荷役初期位置Ａ_１及び荷役目標位置Ａ_２は含まれない。

そして、この複数の交点Ｂ_ｉの座標の中から、荷役初期位置Ａ_１から交点Ｂ_ｉまでの距離と荷役目標位置Ａ_２から交点Ｂ_ｉまでの距離との合計の距離が最小となる交点Ｂ_ｉを、第１中継点Ａ_３とする。例えば、図６の場合、４点ある交点Ｂ_ｉ（図６中ではＢ_１，Ｂ_３のみを表示）のうち、直線Ｌ_１ａと直線Ｌ_２ａとの交点Ｂ_１が第１中継点Ａ_３として採用される。
第１中継点Ａ_３を経由する経路（図６の矢印で示す、荷役初期位置Ａ_１から第１中継点Ａ_３まで直線状に移動した後、第１中継点Ａ_３から荷役目標位置Ａ_２まで直線状に移動する経路）を第２搬送経路ともいう。第２搬送経路は、点Ｃ_ｒを中心として半径がｒ_ｍｉｎ未満となる円形状の領域を通過せず、一点の中継点を経由して荷役初期位置Ａ_１から荷役目標位置Ａ_２まで移動する経路のうち、距離が最小となる経路である。

ステップＳ１１２の後、第２中継点Ａ_４が算出される（Ｓ１１４）。第２中継点Ａ_４の候補は、図７に示すように、点Ｃ_ｒを中心として荷役目標位置Ａ_２を通る円Ｒ_２と、荷役初期位置Ａ_１を通る円Ｒ_１の接線である直線Ｌ_１ａ，Ｌ_１ｂとの交点Ｃ_ｊ（ｊ＝１，２）となる。なお、円Ｒ_２と直線Ｌ_１ａ，Ｌ_１ｂとの交点は、それぞれ２点ある交点のうちの荷役目標位置Ａ_２に近い方の交点となる。円Ｒ_２は、下記（１６）式で示され、荷役目標位置Ａ_２を通りアーム最小旋回円（円Ｒ_１）の同心円である。また、円Ｒ_２と、直線Ｌ_１ａ，Ｌ_１ｂとの交点Ｃ_ｊの座標は、下記の（１７）式及び（１８）式で表される。

第２中継点Ａ_４を経由する経路（図７の矢印で示す、荷役初期位置Ａ_１から第２中継点Ａ_４まで直線状に移動した後、第２中継点Ａ_４から荷役目標位置Ａ_２まで円弧状に移動（旋回）する経路）を第３搬送経路ともいう。なお、本実施形態では、荷役搬送経路（第３搬送経路）において、少なくとも一部（荷役初期位置Ａ_１から第２中継点Ａ_４まで）が直線軌道であればよく、その他の部分（第２中継点Ａ_４から荷役目標位置Ａ_２まで）は円弧軌道であっても構わない。第３搬送経路は、第２搬送経路に比べて搬送する距離が長くなる。第２搬送経路で搬送を行う場合、第１中継点Ａ_３を中継して、後述する速度パターンでの振れ止め制御が２回行われる。これに対して、第３搬送経路では、速度パターンでの振れ止め制御は、荷役初期位置Ａ_１から第２中継点Ａ_４までの区間でのみ行われる。このため、第２中継点Ａ_４から荷役目標位置Ａ_２までの距離が短い場合には、第２中継点Ａ_４から荷役目標位置Ａ_２までの移動を荷振れが起こらない遅い速度で旋回させても、第２搬送経路よりも短い時間で搬送できることがある。

ステップＳ１１４の後、中継点が決定され、荷役搬送経路が決定される（Ｓ１１６）。ステップＳ１１６では、第２搬送経路で搬送した場合の第２搬送時間Ｔ_２［ｓ］と、第３搬送経路で搬送した場合の第３搬送時間Ｔ_３［ｓ］とが算出される。第２搬送時間Ｔ_２及び第３搬送時間Ｔ_３は、下記の（１９）式及び（２０）式を用いて算出される。なお、Ｔはクレーン吊荷の振れ周期［ｓ］、Ｎ_１：は振れが発生しない旋回速度［ｒｐｍ］、θ_２は終点でのクレーン旋回角［ｄｅｇ］、θ_４は第２中継点でのクレーン旋回角［ｄｅｇ］、ｖ_ｍａｘは振れ止め制御時最大速度［ｍ／ｓ］をそれぞれ示す。振れ周期Ｔは、下記（２１）式で定義される。なお、（２１）式において、ｌはワイヤー６の長さ［ｍ］であり、Ｇは重力加速度［ｍ／ｓ^２］である。

その後、ステップＳ１１６では、第２搬送時間Ｔ_２と第３搬送時間Ｔ_３とを比較し、Ｔ_２≦Ｔ_３の場合には中継点として第１中継点Ａ_３を採用し、Ｔ_２＞Ｔ_３の場合には中継点として第２中継点Ａ_４を採用する。なお、Ｔ_２＝Ｔ_３の場合には、中継点として第２中継点を採用してもよい。そして、採用された中継点を経路とする搬送経路が、最終的な荷役搬送経路に採用される。つまり、ステップＳ１１６では、第２搬送経路と第３搬送経路について、搬送時間の短い方の経路が、最終的な荷役搬送経路に採用される。

＜荷役運搬方法＞
本実施形態に係る荷役運搬方法では、荷役搬送クレーン１を用いて、上述の荷役搬送経路の生成方法により決定された荷役搬送経路で吊荷７を搬送する。この際、第２中継点Ａ_４から荷役目標位置Ａ_２までの経路のように搬送経路が円弧状である場合、荷振れが起こらない程度の遅い搬送速度で吊荷が搬送される。一方、搬送経路が直線状である場合には、以下の振れ止め制御が行われる速度パターンで吊荷が搬送される。搬送経路が直線状となる場合とは、第１搬送経路で搬送する場合、第２搬送経路において荷役初期位置Ａ_１から第１中継点Ａ_３まで搬送する場合、第２搬送経路において第１中継点Ａ_３から荷役目標位置Ａ_２まで搬送する場合、及び第３搬送経路において荷役初期位置Ａ_１から第２中継点Ａ_４まで搬送する場合である。

振れ止め制御の速度パターンとしては、例えば「大川ら、天井クレーンの自動化、ＮＫＫ技報、１９９５年、Ｎｏ．１４９」に記載の速度パターンを適用することができる。具体的には、図８に示す速度及び加速度のパターンでクレーンアームのアーム先端部２１の速度ｖ［ｍ／ｓ］を制御する。図８に示すパターンでは、直線状の搬送経路において、搬送期間を（ａ）～（ｇ）の７区間に分割し、搬送開始からの経過時間ｔ［ｓ］に応じた下記の（２２）式～（２８）式の速度とする。なお、ａ_ｍａｘは最大加速度［ｍ／ｓ^２］、ｖ_ｍａｘは最大速度［ｍ／ｓ］、ｔ_ｃは最大速度ｖ_ｍａｘでの吊荷搬送時間［ｓ］をそれぞれ示す。図８（Ａ）の０≦ｔ≦（３／２）Ｔの期間における面積（＝Ｔ・ａ_ｍａｘ）がｖ_ｍａｘとなる。また、図８（Ｂ）の０≦ｔ≦ｔ_ｃ＋３Ｔの期間における面積（＝（ｔ_ｃ＋（３／２）Ｔ）ｖ_ｍａｘ）が吊荷の搬送距離となる。

本実施形態によれば、荷役初期位置Ａ_１と、荷役目標位置Ａ_２と、クレーンアーム２のアーム最小旋回円（円Ｒ_１）の範囲とに基づいて、少なくとも一部の荷役搬送経路において吊荷７を少なくとも鉛直方向から視て直線軌道で搬送するための荷役搬送経路が算出される。また、アーム最小旋回円の外側に中継点（第１中継点又は第２中継点）を設置し、荷役初期位置Ａ_１からこの中継点を経由して荷役目標位置Ａ_２まで吊荷７を搬送する荷役搬送経路を生成する。つまり、荷役初期位置Ａ_１、荷役目標位置Ａ_２並びに荷役搬送クレーン１の位置の座標及び最小旋回半径ｒ_ｍｉｎから、直接搬送できるパターンと中継点の経由を必要とするパターンとに分別できるようになる。このため、任意の荷役初期位置Ａ_１から任意の荷役目標位置Ａ_２へ吊荷を搬送可能な荷役搬送経路を自動生成できるようになる。

また、中継点が必要な場合、搬送距離が最短ルートとなる中継点と速度パターンによる振れ止め制御が１度で済むルートとなる中継点を抽出し、搬送時間を計算することで、任意の荷役初期位置Ａ_１から任意の荷役目標位置Ａ_２へ吊荷を最短時間で搬送可能な荷役搬送経路を自動生成できるようになる。
また、特許文献１の搬送方法では、フィードバック制御のみで吊荷の振れ止め制御しているため、搬送開始時の加速によって大きな荷振れが発生し、振れ止め操作量も大きくなり、駆動系出力が大きい荷役搬送クレーンが必要となる。これに対して、本実施形態によれば、速度パターンによる振れ止め制御を行うことで、駆動系出力が小さい荷役搬送クレーンでも適用することができる。

＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに種々の変形例を含む本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態には、本明細書に記載したこれらの変形例を単独または組み合わせて含む実施形態も網羅すると解すべきである。

例えば、上記実施形態では、第１中継点Ａ_３と第２中継点Ａ_４を求め、第２搬送経路と第３搬送経路のうち搬送時間が短くなる荷役搬送経路を採用としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、ステップＳ１１２以降の処理において、第１中継点Ａ_３のみを求め、第２搬送経路を最終的な荷役搬送経路として採用してもよい。また、第２中継点Ａ_４のみを求め、第３搬送経路を最終的な荷役搬送経路として採用してもよい。
また、上記実施形態では、吊荷の振れ止め制御がクレーン先端の速度パターン制御によって行われるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。風等による外乱影響が大きい場合には、上述の速度パターン制御にフィードバック制御を組み合わせてもよい。

さらに、上記実施形態では、ステップＳ１１４にて、第２中継点Ａ_４の候補が点Ｃ_ｒを中心として荷役目標位置Ａ_２を通る円Ｒ_２と、荷役初期位置Ａ_１を通る円Ｒ_１の接線である直線Ｌ_１ａ，Ｌ_１ｂとの交点Ｃ_ｊであるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、図９に示すように、第２中継点Ａ_４の候補を、点Ｃ_ｒを中心として荷役初期位置Ａ_１を通る円Ｒ_３と、荷役目標位置Ａ_２を通る円Ｒ_１の接線である直線Ｌ_２ａ，Ｌ_２ｂとの交点Ｃ_ｊとしてもよい。この場合においても、上記実施形態と同様な方法で、円Ｒ_３上の第２中継点Ａ_４が算出される。

さらに、上記実施形態では、（２２）式～（２８）式の速度パターンを用いるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、図１０及び図１１のような加速度パターン及び速度パターンを用いてもよい。この場合、図１０に示すように、まず、一定時間である立ち上げ時間Ｔ_１［ｓ］で直線的に加速度ａを立ち上げる。立ち上げ時間Ｔ_１は、加速度ａを変化させる所定の時間であり、設備仕様の範囲内でできるだけ短い時間とすることが好ましい。次いで、一定の加速度ａで振れ周期Ｔのｎ（自然数）倍の時間（ｎＴ）をかけて加速を行う。なお、搬送時間は短い方が好ましいため、設備の出力的に実現可能であれば、ｎ＝１とすることが好ましい。さらに、Ｔ_１の時間で加速度ａを直線的に低減させて定速での搬送を行う。このようにすることで定速での搬送中は吊荷の振れ角が０となる。その後、停止時には、加速時と逆の操作を行い、振れ角０で目標位置に吊荷を停止させる。

このような制御を行った場合、アーム先端部２１の速度ｖは、図１１に示すように変化する。図１１において、ｔ_ｔは吊荷搬送時間［ｓ］であり、下記（２９）式で示す、図１０のグラフの斜線で囲まれた面積Ｓ（グラフの積分値）が荷役初期位置から荷役目標位置までの距離となるよう吊荷搬送時間ｔ_ｔが設定される。また、各経過時間ｔにおけるアーム先端部２１の速度ｖは、下記（３０）式～（３６）式で示される。なお、（３０）式はｔ＜Ｔ_１となる時間、（３１）式はＴ_１≦ｔ＜ｎＴとなる時間、（３２）式はｎＴ≦ｔ＜ｎＴ＋Ｔ_１となる時間、（３３）式はｎＴ＋Ｔ_１≦ｔ＜ｔ_ｔ－ｎＴ－Ｔ_１となる時間、（３４）式はｔ_ｔ－ｎＴ－Ｔ_１≦ｔ＜ｔ_ｔ－ｎＴとなる時間、（３５）式はｔ_ｔ－ｎＴ≦ｔ＜ｔ_ｔ－Ｔ_１となる時間、（３６）式はｔ_ｔ－Ｔ_１≦ｔ≦ｔ_ｔとなる経過時間におけるアーム先端部２１の速度ｖをそれぞれ示す。

本発明の効果を評価するため、上記実施形態に係る荷役搬送経路の生成方法にて経路生成を行い、荷役搬送クレーン１を用いて以下の試験を行った。
実施例１では、図１及び図２で示されるような荷役搬送クレーン１で振れ止め制御を行い、長さ１０ｍのワイヤー６で吊った重量１０ｔの熱延コイルを座標（ｘ，ｙ）[単位ｍ]の（０，１０）に旋回中心がある荷役搬送クレーン１で荷役初期位置Ａ_１（２５，５）から荷役目標位置Ａ_２（－２０，１５）まで搬送する場合の経路生成を行った。この荷役搬送クレーン１の最小旋回半径ｒ_ｍｉｎは１１ｍ、最大旋回半径ｒ_ｍａｘは４５ｍ、振れが発生しない旋回速度Ｎ_１＝０．３ｒｐｍ、振れ止め制御時最大速度ｖ_ｍａｘ＝１．５ｍ／ｓである。

実施例１では、図１２に示すように、直線Ｌ_１ａ，Ｌ_１ｂと直線Ｌ_２ａ，Ｌ_２ｂとの交点Ｂ_ｉ（図１２中ではＢ_１，Ｂ_３のみを表示）のうち中継点としたときに最も経路が小さくなる交点Ｂ_１（２．０１，２２．２４）が第１中継点Ａ_３となる。さらに、直線Ｌ１ａ，Ｌ_１ｂと円Ｒ_２との交点のうち中継点としたときに最も経路が小さくなる点Ｃ_１（－７．３５，２９．２６）が、第２中継点Ａ_４となる。これら２点を中継点とする第２搬送経路及び第３搬送経路について（１９）式及び（２０）式を用いて第２搬送時間Ｔ_２及び第３搬送時間Ｔ_３を算出した。その結果、第１中継点Ａ_３を経由する第２搬送時間Ｔ_２が５３．６秒、第２中継点Ａ４を経由する第３搬送時間Ｔ_３が６７．１秒となった。実際にこれらの搬送ルートで吊荷７を搬送した際の結果を図１３に示す。旋回終了（運搬終了）までに要した時間は、第２搬送経路で５３．１秒、第３搬送経路で６６．６秒となり、計算値とほぼ一致し、交点Ｂ_ｉを中継点とする最短経路が導出できることがわかった。

次に同じ荷役搬送クレーン１で、荷役初期位置Ａ_１（３５，１５）から荷役目標位置Ａ_２（－２０，２０）まで搬送する場合の経路生成を行った。
図１４に示すように、直線Ｌ_１ａ，Ｌ_１ｂと直線Ｌ_２ａ，Ｌ_２ｂとの交点Ｂ_ｉ（図１４中ではＢ_１，Ｂ_３のみを表示）のうち中継点としたときに最も経路が小さくなる交点Ｂ_１（０．６８，２１．０４）が第１中継点Ａ_３となる。さらに、直線Ｌ１ａ，Ｌ_１ｂと円Ｒ_２との交点のうち中継点としたときに最も経路が小さくなる点Ｃ_１（－１７．２６，２４．２１）が、第２中継点Ａ_４となる。これら２点を中継点とする第２搬送経路及び第３搬送経路について（１９）式及び（２０）式を用いて第２搬送時間Ｔ_２及び第３搬送時間Ｔ_３を算出した。その結果、第１中継点Ａ_３を経由する第２搬送時間Ｔ_２が５６．１秒、第２中継点Ａ４を経由する第３搬送時間Ｔ_３が５２．１秒となった。実際にこれらの搬送ルートで吊荷７を搬送した際の結果を図１５に示す。旋回終了（運搬終了）までに要した時間は、第２搬送経路で５５．７秒、第３搬送経路で５１．７秒となり、計算値とほぼ一致し、交点Ｃ_ｉを中継点とする最短経路が導出できることがわかった。

１荷役搬送クレーン
２クレーンアーム
２１アーム先端部
３アーム起伏機構
４アーム旋回機構
５アーム伸縮機構
６ワイヤー
７吊荷

Claims

クレーンアームのアーム先端部に吊り下げられた吊荷を、前記クレーンアームの旋回動作によって任意の荷役初期位置から任意の荷役目標位置まで搬送するための荷役搬送経路を生成する荷役搬送経路生成方法であって、
前記荷役初期位置と、前記荷役目標位置と、前記クレーンアームのアーム最小旋回円の範囲と、に基づいて、少なくとも一部の荷役搬送経路において前記吊荷を少なくとも鉛直方向から視て直線軌道で搬送するための荷役搬送経路を算出し、
前記アーム最小旋回円の外側に中継点を設置し、前記荷役初期位置から中継点を経由して前記荷役目標位置まで前記吊荷を搬送する荷役搬送経路を生成し、
前記中継点は、鉛直方向から視て、前記荷役初期位置を通る前記アーム最小旋回円の接線と、前記荷役目標位置を通る前記アーム最小旋回円の同心円との交点である、荷役搬送経路生成方法。
クレーンアームのアーム先端部に吊り下げられた吊荷を、前記クレーンアームの旋回動作によって任意の荷役初期位置から任意の荷役目標位置まで搬送するための荷役搬送経路を生成する荷役搬送経路生成方法であって、
前記荷役初期位置と、前記荷役目標位置と、前記クレーンアームのアーム最小旋回円の範囲と、に基づいて、少なくとも一部の荷役搬送経路において前記吊荷を少なくとも鉛直方向から視て直線軌道で搬送するための荷役搬送経路を算出し、
前記アーム最小旋回円の外側に中継点を設置し、前記荷役初期位置から中継点を経由して前記荷役目標位置まで前記吊荷を搬送する荷役搬送経路を生成し、
鉛直方向から視て、前記荷役初期位置を通る前記アーム最小旋回円の接線と、前記荷役目標位置を通る前記アーム最小旋回円の接線との交点を第１中継点、前記荷役初期位置を通る前記アーム最小旋回円の接線と、前記荷役目標位置を通る前記アーム最小旋回円の同心円との交点を第２中継点とし、
前記中継点は、前記第１中継点を経由する第２搬送経路と、前記第２中継点を経由する第３搬送経路のうち、搬送時間が短い経路の中継点である、荷役搬送経路生成方法。
旋回動作可能とされ、先端部に吊荷が吊り下げられるクレーンアームと、
前記クレーンアームを旋回させるアーム旋回機構と、
前記クレーンアームの起伏角を調整するアーム起伏機構と、
少なくとも一部の荷役搬送経路において前記吊荷の軌道が少なくとも鉛直方向から視て直線軌道となるように、前記アーム旋回機構及び前記アーム起伏機構を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、請求項１又は２に記載した荷役搬送経路生成方法を用いて荷役搬送経路を生成し、前記荷役搬送経路に基づいて前記吊荷を搬送する、荷役搬送クレーン。
請求項３に記載した荷役搬送クレーンを用いて吊荷を搬送する、荷役運搬方法。