JP7323070B2 - 地切り制御装置、及び、クレーン - Google Patents

Description

本発明は、地面から吊荷を吊り上げる際の荷振れを抑制するための地切り制御装置及びクレーンに関するものである。

従来から、ブームを備えたクレーンにおいて、地面から吊荷を吊り上げる際に、すなわち吊荷を地切りする際に、ブームに生じるたわみによって作業半径が増大することによって、吊荷が水平方向に振れる「荷振れ」が問題となっている（図１参照）。

地切りの際の荷振れを防止することを目的として、例えば、特許文献１に記載された鉛直地切り制御装置は、エンジン回転数センサによってエンジンの回転数を検出し、ブームの起仰作動をエンジン回転数に応じた値に補正するように構成されている。

特開平８－１８８３７９号公報

ところで、特許文献１を含む従来の地切り制御装置は、作業半径を一定に保つために、ウインチ用のアクチュエータ及び起伏用のアクチュエータを併用して制御していた。そのため、複雑な制御となることで地切りに時間がかかってしまう、という問題があった。

そこで、本発明は、荷振れを抑制しつつ、迅速に吊荷を地切りすることのできる地切り制御装置と、地切り制御装置を備えたクレーンと、を提供することを目的としている。

本発明に係る地切り制御装置の一態様は、
ブーム、及び、ワイヤロープを巻上げるウインチを有するクレーンに搭載され、吊荷の地切りを制御する地切り制御装置であって、
ブームに作用する荷重を検出する荷重検出部と、
制御信号に基づいてウインチの巻上げ動作及びブームの起仰動作を制御する制御部と、
所定範囲の周波数成分を減衰させるフィルタを制御信号に適用するフィルタ適用部と、を備え、
制御部は、
荷重検出部が検出した荷重の時間変化に基づいて、ブームの先端部を吊荷の真上に移動させるために必要なブームの起伏角度の変化量を予測し、
予測した起伏角度の変化量に応じた目標起伏角速度を算出し、
目標起伏角速度に基づいて制御信号を生成し、
地切りが完了していない場合に、
フィルタ適用部によりフィルタが適用されていない制御信号により、ブームの起仰を制御して吊荷の揺れを抑制し、
地切りが完了した場合に、
フィルタ適用部によりフィルタが適用された制御信号により、ブームの起仰を制御してブームを停止させる。

本発明によれば、荷振れを抑制しつつ、迅速に吊荷を地切りすることのできる地切り制御装置と、地切り制御装置を備えたクレーンと、を提供できる。

図１は、吊荷の荷振れについて説明する説明図である。 図２は、移動式クレーンの側面図である。 図３は、地切り制御装置のブロック図である。 図４は、地切り制御装置の全体のブロック図である。 図５は、地切り制御のブロック線図である。 図６は、帯域除去フィルタの適用に関するブロック図である。 図７は、地切り制御のフローチャートである。 図８は、地切り判定の手法について説明するグラフである。 図９は、荷重－起伏角の関係を示すグラフである。 図１０は、ノッチフィルタ特性の説明図である。

以下、本発明に係る実施形態の一例について図面を参照して説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成要素は例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

［実施形態］
本実施形態では、移動式クレーンとしては、例えば、ラフテレーンクレーン、オールテレーンクレーン、及びトラッククレーンが挙げられる。以下、本実施形態に係る作業車両としてラフテレーンクレーンを例に説明するが、他の移動式クレーンにも、本発明に係る地切り制御装置を適用することができる。さらに、クローラクレーンやタワークレーンにも本発明に係る地切り制御装置を適用することができる。

（移動式クレーンの構成）
まず、図２を用いて、移動式クレーンの構成について説明する。本実施形態のラフテレーンクレーン１は、図２に示すように、走行機能を有する車両の本体部分となる車体１０と、車体１０の四隅に設けられたアウトリガ１１と、車体１０に水平旋回可能に取り付けられた旋回台１２と、旋回台１２の後方に取り付けられたブーム１４と、を備えている。

アウトリガ１１は、スライドシリンダを伸縮させることによって、車体１０から幅方向外側にスライド張出／スライド格納可能であるとともに、ジャッキシリンダを伸縮させることによって車体１０から上下方向にジャッキ張出／ジャッキ格納可能である。

旋回台１２は、旋回モータ６１の動力が伝達されるピニオンギヤを有しており、このピニオンギヤが車体１０に設けた円形状のギヤに噛み合うことで旋回軸を中心に回動する。旋回台１２は、右前方に配置された操縦席１８と、後方に配置されたカウンタウェイト１９と、を有している。

さらに、旋回台１２の後方には、ワイヤロープ１６の巻上げ及び巻下げを行うためのウインチ１３が配置されている。ウインチ１３は、ウインチモータ６４を正方向又は逆方向に回転させることによって、巻上げ方向（巻き取る方向）又は巻下げ方向（繰り出す方向）の２方向に回転する。

ブーム１４は、基端ブーム１４１と（１つ又は複数の）中間ブーム１４２と先端ブーム１４３とによって入れ子式に構成されており、内部に配置された伸縮シリンダ６３によって伸縮する。先端ブーム１４３の最先端のブームヘッド１４４にはシーブが配置され、シーブにワイヤロープ１６が掛け回されてフック１７が吊下げられている。

基端ブーム１４１の基端部は、旋回台１２に設置された支持軸に回動自在に取り付けられている。基端ブーム１４１は、支持軸を回転中心として上下に起伏できる。そして、旋回台１２と基端ブーム１４１の下面との間には、起伏シリンダ６２が架け渡されている。起伏シリンダ６２を伸縮することでブーム１４全体が起伏する。

（制御系の構成）
次に、図３のブロック図を用いて、本実施形態の地切り制御装置Ｄの制御系の構成について説明する。地切り制御装置Ｄは、制御部としてのコントローラ４０を中心として構成されている。コントローラ４０は、入力ポート、出力ポート、演算装置などを有する汎用のマイクロコンピュータである。コントローラ４０は、操作レバー５１～５４（旋回レバー５１、起伏レバー５２、伸縮レバー５３、ウインチレバー５４）からの操作信号を受けて、図示しない制御バルブを介してアクチュエータ６１～６４（旋回モータ６１、起伏シリンダ６２、伸縮シリンダ６３、ウインチモータ６４）を制御する。

さらに、本実施形態のコントローラ４０には、地切り制御を開始又は停止するための地切りスイッチ２０Ａと、地切り制御におけるウインチ１３の速度を設定するためのウインチ速度設定手段２０Ｂと、ブーム１４に作用する荷重を検出する荷重検出部としての圧力計測器２１と、ブーム１４の姿勢情報を検出するための姿勢計測手段２３と、ウインチ１３の回転数を計測する回転数計測器２２と、が接続されている。姿勢計測手段２３は、姿勢検出部の一例に該当する。

地切りスイッチ２０Ａは、地切り制御の開始又は停止を指示するための入力機器である。地切りスイッチ２０Ａは、例えば、ラフテレーンクレーン１の安全装置に付加する構成であってよい。地切りスイッチ２０Ａは、操縦席１８に配置されることが好ましい。

ウインチ速度設定手段２０Ｂは、地切り制御におけるウインチ１３の速度を設定する入力機器である。ウインチ速度設定手段２０Ｂは、あらかじめ設定された速度から適切な速度を選択する方式のものや、テンキーによって入力する方式のものがある。さらに、ウインチ速度設定手段２０Ｂは、地切りスイッチ２０Ａと同様に、ラフテレーンクレーン１の安全装置に付加する構成であってよい。ウインチ速度設定手段２０Ｂは、操縦席１８に配置されることが好ましい。このウインチ速度設定手段２０Ｂによってウインチ１３の速度を調整することで、地切り制御に要する時間を調整することができる。

荷重検出部としての圧力計測器２１は、ブーム１４に作用する荷重を計測する計測機器である。圧力計測器２１は、例えば、起伏シリンダ６２に作用する圧力を計測する圧力計である。圧力計測器２１によって計測された圧力信号は、コントローラ４０に伝送される。

回転数計測器２２は、ウインチ（ドラム）１３の回転軸近傍に設置されて、ウインチ（ドラム）１３の回転数（回転速度）を計測する。回転数計測器２２によって計測された回転数（回転速度）は、コントローラ４０に伝送されて、ウインチ巻上げ速度、及び、ワイヤロープの長さの計算に利用される。

姿勢計測手段２３は、ブーム１４の姿勢情報を検出する計測機器であり、ブーム１４の起伏角度を計測する起伏角度計２３１と、起伏角速度を計測する起伏角速度計２３２と、から構成される。具体的には、起伏角度計２３１は、例えば、ポテンショメータである。また、起伏角速度計２３２は、例えば、起伏シリンダ１５に取り付けられたストロークセンサである。起伏角度計２３１によって計測された起伏角度信号、及び、起伏角速度計２３２によって計測された起伏角速度信号は、コントローラ４０に伝送される。

コントローラ４０は、ブーム１４及びウインチ１３の作動を制御する制御部である。コントローラ４０は、地切りスイッチ２０ＡがＯＮにされることでウインチ１３を巻上げて吊荷を地切りする際に、荷重検出部としての圧力計測器２１によって計測された荷重の時間変化に基づいて、ブーム１４の起伏角度の変化量を予測し、予測された変化量を補うようにブーム１４を起仰させる。

より具体的に言うと、コントローラ４０は、制御部の一例に該当し、機能部として、特性テーブル又は伝達関数の選択機能部４０ａと、実際に地切りされたか否かを判定することによって地切り制御を停止させる地切り判定機能部４０ｂと、を有している。

特性テーブル又は伝達関数の選択機能部４０ａは、荷重検出部としての圧力計測器２１からの圧力の初期値と、姿勢検出部としての起伏角度計２３１からの起伏角度の初期値と、の入力を受けて、適用する特性テーブル又は伝達関数を決定する。ここにおいて、伝達関数としては、以下のように、線形係数ａを用いた関係を適用することができる。

まず、図９の荷重－起伏角のグラフに示すように、荷振れが生じないようにブーム先端位置が常に吊荷の真上にくるように調整した場合に、荷重と起伏角（先端対地角度）は線形の関係にあることがわかっている。地切り中に、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２の間に荷重Ｌｏａｄ_１がＬｏａｄ_２へ変化したと仮定すると、起伏角θと荷重Ｌｏａｄとの関係、起伏角θ_１と荷重Ｌｏａｄ_１との関係、及び起伏角θ_２と荷重Ｌｏａｄ_２との関係は、下記の式で表される。

２式の差は、差分方程式により、下記の式で表される。

起伏角を制御するためには、下記の式で表される起伏角速度を与える必要がある。

ここで、ａは定数（線形係数）である。
すなわち、起伏角制御は、荷重の時間変化（微分）が入力になる。

地切り判定機能部４０ｂは、荷重検出部としての圧力計測器２１からの圧力信号から計算した荷重の値の時系列データを監視し、地切りの有無を判定する。地切り判定の手法については、図８を用いて後述する。

（全体のブロック線図）
次に、図４のブロック線図を用いて、本実施形態に係る地切り制御を含む全体の要素間の入力・出力関係を詳細に説明する。まず、荷重変化算出部７１において、荷重検出部としての圧力計測器２１によって計測された荷重の時系列データに基づいて荷重変化が計算される。計算された荷重変化は、目標軸速度算出部７２に入力される。この目標軸速度算出部７２における入力・出力関係については、図５を用いて後述する。

目標軸速度算出部７２では、起伏角の初期値と、設定されたウインチ速度と、入力された荷重変化と、に基づいて、目標軸速度が算出される。目標軸速度は、ここでは、目標起伏角速度（及び、必須ではないが、目標ウインチ速度）である。算出された目標軸速度は、軸速度コントローラ７３に入力される。ここまでの前半部分の制御が、本実施形態の地切り制御に関する処理である。

その後、軸速度コントローラ７３、軸速度の操作量変換処理部７４を経て操作量が制御対象７５に入力される。この後半部分の制御は、通常の制御に関する処理であり、計測された起伏角速度に基づいてフィードバック制御されている。

（地切り制御のブロック線図）
次に、図５のブロック線図を用いて、特に地切り制御の目標軸速度算出部７２における要素の入力・出力関係について説明する。まず、起伏角度の初期値が、特性テーブル／伝達関数の選択機能部８１（４０ａ）に入力される。選択機能部８１では、特性テーブル（ＬｏｏｋｕｐＴａｂｌｅ）又は伝達関数（式）を使用して、最も適切な定数（線形係数）ａが選択される。

そして、数値微分部８２において、荷重変化の数値微分（時間に関する微分）が実施されて、この数値微分の結果に定数ａを乗ずることで、目標起伏角速度が計算される。すなわち、前述した（式３）の計算が実行されることで、目標起伏角速度が計算される。このように、目標起伏角速度の制御は、特性テーブル（又は伝達関数）を用いて、フィードフォワード制御されている。

（帯域除去フィルタの適用のブロック線図）
次に、図６のブロック線図を用いて、目標起伏角速度（起伏角速度目標値）に基づいて、起伏角速度制御信号を生成する際に、所定の帯域を減衰する帯域除去フィルタを適用する動作について説明する。まず、開始指令によって、第１制御信号生成部９１は、ウインチ１３の速度を一定の回転速度γdに維持するように制御対象であるクレーン９３（ウインチモータ６４）に指示する。このウインチ速度制御は、計測されたロープ長に基づいてフィードバック制御される。計測されたロープ長は、他方では、地切り判定に用いられることで、フィルタ適用部９５の起動のトリガーとなる。

その後、第２制御信号生成部９２は、目標起伏角θdと計測された起伏角速度とに基づいて、ＰＩＤ制御部９４に目標起伏角速度を指示する。ＰＩＤ制御部９４は、ＰＩＤ制御によって起伏角速度制御信号を生成する。つまり、起伏角速度制御信号は、計測された起伏角速度と目標起伏角速度との差分に基づいて生成される。この起伏角速度制御は、計測された荷重と計測された起伏角速度とに基づいてフィードバック制御される（図４、図５参照）。計測された荷重（圧力値）は、他方では、地切り判定に用いられることで、フィルタ適用部９５の起動のトリガーとなる。

そして、コントローラ４０は、計測されたロープ長の時系列データに基づいて、又は、計測された荷重（圧力値）の時系列データに基づいて、地切りの有無を判定する。フィルタ適用部９５は、コントローラ４０において地切りが完了したと判定された場合に、所定の帯域を減衰する帯域除去フィルタを起伏角速度制御信号に適用する。フィルタ適用部９５では、コントローラ４０において地切りが完了していないと判定された場合、帯域除去フィルタを起伏角速度制御信号に適用しない。尚、フィルタ適用部９５は、地切り完了の有無にかかわらず、起伏角速度制御信号に対して常に帯域除去フィルタを適用してもよい。

そうすると、起伏角速度制御信号を生成する際に、帯域除去フィルタ（バンドストップフィルタ）が適用される。帯域除去フィルタは、ほとんどの周波数はそのまま通すが、所定範囲の周波数成分だけを非常に低いレベルまで減衰させる周波数特性を有する。帯域除去フィルタとしては、阻止帯域が狭いノッチフィルタを用いることが好ましい。なお、以下の実施形態では、ノッチフィルタを適用した具体例について説明するが、これは一例であり、他の帯域除去フィルタを使用することもできる。

ここで、ノッチフィルタの特性を図１０の説明図に示す。図１０に示すように、ノッチフィルタを適用すると、中心周波数の前後で振幅が大きく減衰されるようになっている。ノッチフィルタを適用すると、中心周波数よりも低周波側で位相遅れ特性となり高周波側で位相進み特性となる。ブーム１４の固有振動数は、ブーム１４の状態によって異なる。ブーム１４の状態とは、例えば、ブーム１４の長さ及び／又はブーム１４の伸縮パターンである。つまり、ブーム１４の長さが同じであってもブーム１４の伸縮パターンが異なる場合には、ブーム１４の固有振動数は異なる。ここにおいて、移動式クレーンでは、あらかじめブーム１４の長さごと及び／又は伸縮パターンごとに固有振動数を計算・計測しておいて、記憶しておくと好ましい。つまり、移動式クレーンの記憶部は、ブーム１４の長さ及び／又は伸縮パターンと対応付けて、固有振動数を記憶していると好ましい。この固有振動数は、工場から出荷する際に、作業車両の固有振動数を実際に車両ごとに計測しておくことも好ましい。

（フローチャート）
次に、図７のフローチャートを用いて、本実施形態の地切り制御の全体の流れについて説明する。

はじめに、オペレータが地切りスイッチ２０Ａを押して地切り制御が開始される（ＳＴＡＲＴ）。このとき、地切り制御のあらかじめ開始前に又は開始後に、ウインチ速度設定手段２０Ｂを介して、ウインチ１３の目標速度が設定される。そうすると、コントローラ４０は、目標速度で、ウインチ制御を開始する（ステップＳ１）。この目標速度は、例えば、一定の速度である。

次に、ウインチ１３が巻上げられると同時に、荷重検出部としての圧力計測器２１によって吊荷荷重計測（起伏シリンダ圧検出）が開始されて、コントローラ４０に荷重値（圧力値）が入力される（ステップＳ２）。

次に、選択機能部４０ａでは、荷重値（圧力値）の初期値と、姿勢検出部としての起伏角度計２３１からの起伏角度の初期値と、の入力を受けて、適用する特性テーブル又は伝達関数が決定される（ステップＳ３）。次に、コントローラ４０では、適用される特性テーブル又は伝達関数と、荷重変化と、に基づいて、起伏角速度が算出される（ステップＳ３）。すなわち、フィードフォワード制御によって、起伏角速度制御がなされている。

次に、後の地切り判定で利用するために、ロープ長の時系列変化が検出される（ステップＳ４）。具体的には、回転数計測器２２によって計測された回転数と姿勢計測手段２３によって計測された姿勢（起伏角度、起伏角速度、ブーム長）との計測結果がコントローラ４０に入力されてロープ長が計算され、その時系列変化が監視される。

そして、コントローラ４０において、計測されている荷重及び／又はロープ長の時系列データに基づいて地切りの有無が判定される（ステップＳ５）。なお、判定手法については後述する。判定の結果、地切りされていない場合は（ステップＳ５のＮＯ）、ステップＳ３へ戻って、荷重に基づくフィードフォワード制御を繰り返す（ステップＳ３～ステップＳ５）。

判定の結果、地切りが完了している場合は（ステップＳ５のＹＥＳ）、緩停止制御をする際に、ノッチフィルタが起動される（ステップＳ６）。すなわち、コントローラ４０は、地切り後の起伏動作の緩停止において、起伏角速度目標値に基づいて、起伏角速度制御信号を生成する際に、ノッチフィルタ（帯域除去フィルタ）を適用する。この際、適用されるノッチフィルタは、ブーム１４の長さに応じたノッチフィルタが選択される。なお、このノッチフィルタが適用されるタイミングは、地切りされたと判定された時刻から、あらかじめ定めた時間だけ、又は、所定回数の振動が計測された間だけ適用することができる。生成された起伏角速度制御信号は、次のステップＳ７で利用される。

次に、ノッチフィルタが適用された後の起伏角速度制御信号を用いて、地切り制御を緩停止する（ステップＳ７）。すなわち、起伏シリンダ６２によるブーム１４の起仰動作を、速度を徐々に落としながら停止する（ステップＳ７）。緩停止は、例えば線形に角速度を減少させることで実現できる。ここにおいて、本実施形態では、この起伏駆動を、速度を落としながら停止する際に（すなわち、起伏角速度を緩停止する際に）、ブーム１４の固有周波数を避けるように動かすことで振動が抑制されるようになる。

ここにおいて、このブーム１４の固有振動数は、ブーム長さによって変わるところ、本実施形態では、計測データに基づいて関数によって表現することで、任意のブーム長さ及び／又は伸縮パターンにも対応できる。さらに、本実施形態では、ウインチ１３の回転速度、及び、起伏シリンダ６２の起伏角を制御しているが、ウインチ１３は一定速度で操作しており、制御対象としては起伏角だけを緩停止すればよい、という点が一つの特徴である。

最後に、ウインチモータによるウインチ１３の回転駆動を、速度を落としながら停止する（ステップＳ８）。このようにして、地切り制御が終了する（ＥＮＤ）。

（地切り判定１）
次に、図８のグラフを用いて、本実施形態の地切り判定の手法について説明する。本実施形態では、コントローラ４０は、地切り制御においてウインチ１３を巻き上げている途中に、計測された荷重の時系列データを監視しており、この時系列データの最初の極大値を捉えて地切りしたものと判定する。

より具体的に言うと、図８に示すように、一般に、荷重データの時系列データは、地切りした次の瞬間にオーバーシュートし、さらにアンダーシュートし、その後、振動し続けるように推移する。したがって、振動の最初の山の頂点の時刻、すなわち、最初の極大値、を捉えることで、地切りしたことを判定することができる。ただし、実際には、地切りしていると判定した時刻である、最初の極大値を記録した時刻では、慣性力を受けてややオーバーシュートしている状態と考えられる。

尚、図８に示す荷重データは、圧力計測器２１の測定値又は圧力計測器２１の測定値に基づいて算出した値（以下、単に「圧力計測器２１の測定値」と称する。）である。つまり、圧力計測器２１の測定値は、地切りした後、上下動を繰り返すように変化する（振動する）。このような圧力計測器２１の測定値の変化（振動）は、ブーム１４の固有振動数の影響を受ける。よって、圧力計測器２１の測定値の変化（振動）に基づいて、ブーム１４の固有振動数を算出することもできる。このように算出した固有振動数は、中心周波数として、既述の帯域除去フィルタ（ノッチフィルタ）に適用されてもよい。

（地切り判定２）
上述の手法とは別に、本実施形態のコントローラ４０は、地切り制御において、ウインチ１３を巻上げて吊荷を地切りする際に、計測された荷重の時間変化と計測されたロープ長の時間変化に基づいて地切りを判定するように構成することもできる。

具体的に言うと、制御部としてのコントローラ４０は、ウインチ１３を巻上げて吊荷を地切りする際に、計測された荷重が変化し始めた時刻のロープ長を初期ロープ長とし、ロープ長が初期ロープ長から設定した閾値より短くなったときに、地切りしたと判定するようになっている。

若しくは、制御部としてのコントローラ４０は、ウインチ１３を巻上げて吊荷を地切りする際に、計測された荷重が変化し始めた時刻のロープ長の時間変化を初期巻上げ速度とし、ロープ長の時間変化である巻上げ速度が初期巻上げ速度から設定した閾値より速くなったときに、地切りしたと判定するようになっている。

（効果）
次に、本実施形態の地切り制御装置Ｄの奏する効果を列挙して説明する。

（１）上述してきたように、本実施形態の地切り制御装置Ｄは、ブーム１４と、ウインチ１３と、圧力計測器２１と、ブーム１４及びウインチ１３を制御する制御部としてのコントローラ４０であって、ウインチ１３を巻上げて吊荷を地切りする際に、計測された荷重の時間変化に基づいてブーム１４の起伏角度の変化量を求め、変化量を補うようにブーム１４を起仰させる、コントローラ４０と、を備え、コントローラ４０は、地切り後の起伏動作の緩停止において、起伏角速度目標値に基づいて起伏角速度制御信号を生成する際に、所定の帯域を減衰する帯域除去フィルタを適用する。このような構成であるから、荷振れを抑制しつつ、迅速に吊荷を地切りすることのできる地切り制御装置Ｄとなる。

つまり、本実施形態の地切り制御装置Ｄでは、荷重と起伏角補量の関係が線形関係であることに着目し、荷重値の時間変化のみに基づいてフィードフォワード制御を実施することで、従来のように複雑なフィードバック制御を実施することなく、迅速に吊荷を地切りすることができる。

そして、本実施形態の地切り制御装置Ｄでは、特に、地切りしたと判定されて起伏角速度を緩停止する際に、ブーム長さに応じた固有振動数の関数を用いて、ブーム１４の固有振動数を避けるように動かすことで振動が抑制されるようになっている。具体的には、例えばブーム１４の起仰速度を一時的に早くした後に遅くする程度の動作によって、緩停止しつつも振動を抑制するようになっている。

（２）また、コントローラ４０は、ブーム１４の長さに応じたブーム１４の固有振動数に基づいて、減衰する所定の帯域を計算するようになっていることが好ましい。このような構成であれば、ブーム１４の実際の固有振動数の周囲の帯域を減衰することによって、効率よく振動を抑制し、地切り制御を迅速に終了させることができる。

（３）さらに、コントローラ４０は、地切りしたと判定した後に所定の時間だけ、帯域除去フィルタを適用するようになっている。このような構成であれば、地切り以外の場面で起伏角速度の位相が遅れることを防止できる。

（４）また、ブーム１４の姿勢情報を検出する姿勢計測手段２３をさらに備え、コントローラ４０は、計測されたブーム１４の姿勢の初期値と、計測された荷重の初期値と、に基づいて対応する特性テーブル又は伝達関数を選択し、特性テーブル又は伝達関数を使用して、計測された荷重の時間変化からブーム１４の起伏角度の変化量を求めるようになっていることが好ましい。

このように構成すれば、地切り制御の開始時に、ウインチ１３を一定速度で巻上げ、荷重変化に合わせて特性テーブル（又は伝達関数）から起伏角制御量を算出してフィードフォワード制御を実施することで、荷振れなく迅速に地切りすることができる。加えて、調整するパラメータが少なくなることで、出荷時の調整を迅速かつ容易に実施できる。

（５）さらに、コントローラ４０は、ウインチ１３を巻上げて吊荷を地切りする際に、ウインチ１３を定速で巻上げるように構成されていることが好ましい。このように構成すれば、慣性力等の外乱の影響を抑制して、応答（計測された荷重値）を安定させることで、地切り判定を容易にすることができる。

（６）また、コントローラ４０は、ウインチ１３を巻上げて吊荷を地切りする際に、ウインチ１３の速度を調整することによって、地切りに要する時間を調整するように構成されていることが好ましい。このように構成すれば、吊荷の重量や環境条件に応じて適切なウインチ１３の速度を選択することで、安全かつ効率よく作業することができる。

（７）さらに、本実施形態のコントローラ４０は、ウインチ１３を巻上げて吊荷を地切りする際に、計測された荷重の時系列データを監視し、時系列データの最初の極大値を捉えて地切りしたと判定するように構成されている。このように荷重のみに基づいて制御することにって、簡易かつ迅速に地切りを判定することができる。

（８）また、本実施形態の移動式クレーンであるラフテレーンクレーン１は、上述したいずれかの地切り制御装置Ｄを備えることで、荷振れを抑制しつつ、迅速に吊荷を地切りすることのできるラフテレーンクレーン１となる。

以上、図面を参照して、本発明の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、実施形態では特に説明しなかったが、ウインチ１３としてメインウインチを使用して地切りする場合でも、サブウインチを使用して地切りする場合でも、本発明の地切り制御装置Ｄを適用することができる。

２０２０年６月３日出願の特願２０２０－９７０２３の日本出願に含まれる明細書、図面、及び要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

本発明に係る地切り制御装置は、移動式クレーンに限らず、種々のクレーンに適用できる。

Ｄ 地切り制御装置
ａ 線形係数
１ ラフテレーンクレーン
１０ 車体
１２ 旋回台
１３ ウインチ
１４ ブーム
１６ ワイヤロープ
１７ フック
２０Ａ 地切りスイッチ
２０Ｂ ウインチ速度設定手段
２１ 圧力計測器
２２ 回転数計測器
２３ 姿勢検出手段
２３１ 起伏角度計
２３２ 起伏角速度計
４０ コントローラ
４０ａ 選択機能部
４０ｂ 地切り判定機能部
５１ 旋回レバー
５２ 起伏レバー
５３ 伸縮レバー
５４ ウインチレバー
６１ 旋回モータ
６２ 起伏シリンダ
６３ 伸縮シリンダ
６４ ウインチモータ
９１ 第１制御信号生成部
９２ 第２制御信号生成部
９３ クレーン（制御対象）
９４ ＰＩＤ制御部
９５ フィルタ適用部

Claims (6)

1. ブーム、及び、ワイヤロープを巻上げるウインチを有するクレーンに搭載され、吊荷の地切り制御を行う地切り制御装置であって、
   前記ブームに作用する荷重を検出する荷重検出部と、
   制御信号に基づいて前記ウインチの巻上げ動作及び前記ブームの起仰動作を制御する制御部と、
   所定範囲の周波数成分を減衰させるフィルタを前記制御信号に適用するフィルタ適用部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記荷重検出部が検出した前記荷重の時間変化に基づいて、前記ブームの先端部を前記吊荷の真上に移動させるために必要な前記ブームの起伏角度の変化量を予測し、
   予測した前記起伏角度の変化量に応じた目標起伏角速度を算出し、
   前記目標起伏角速度に基づいて前記制御信号を生成し、
   前記地切りが完了していない場合に、
   前記フィルタ適用部により前記フィルタが適用されていない前記制御信号により、前記ブームの起仰を制御して前記吊荷の揺れを抑制し、
   前記地切りが完了した場合に、
   前記フィルタ適用部により前記フィルタが適用された前記制御信号により、前記ブームの起仰を制御して前記ブームを停止させる、
   地切り制御装置。
2. 前記フィルタは、前記ブームの長さ及び／又は前記ブームの伸縮パターンに応じた前記ブームの固有振動数を減衰させる周波数特性を有する、
   請求項１に記載の地切り制御装置。
3. 前記制御部は、前記荷重検出部の検出値における最初の極大値を検出した場合に、地切が完了したと判定する、請求項１に記載の地切り制御装置。
4. 前記制御部は、前記地切り制御において、前記ウインチを定速で巻上げるように前記ウインチを制御する、請求項１の何れか一項に記載の地切り制御装置。
5. 前記ブームの姿勢情報を検出する姿勢検出部を、更に備え、
   前記制御部は、
   前記姿勢情報の初期値及び前記荷重の初期値に基づいて対応する特性テーブル又は伝達関数を選択し、
   前記特性テーブル又は前記伝達関数と前記荷重の時間変化とに基づいて、前記ブームの起伏角度の変化量を予測する、
   請求項１に記載の地切り制御装置。
6. 請求項１に記載の地切り制御装置を備える、クレーン。

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