JP7386476B2 - Steady rest control system for hoisting conveyor equipment - Google Patents
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Description
本発明は、所定の載置場所から吊荷を揚上させつつ所定の位置まで搬送する巻上搬送装置において、吊荷の振れ止めを制御するシステムに関するものであり、特に吊荷が載置場所から地切り(吊荷の揚上に伴って載置場所の表面から吊荷を浮上させること)される現象を伴う場合の巻上搬送に使用する制御システムに関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a system for controlling the steadying of a suspended load in a hoisting and conveying device that lifts a suspended load from a predetermined loading location and transports it to a prescribed location. The present invention relates to a control system used for hoisting and conveyance when the suspended load is lifted from the ground (the lifting of the suspended load from the surface of the place where it is placed).
クレーン等の搬送装置による吊荷の搬送にあっては、搬送時に吊荷が振れるため、これを振れ止めする機構が提案されている。この種の技術としては、トロリー上でスライド可能なスライド台と、このスライド台を吊荷の振れ方向に微小ストロークで往復運動させるアクチュエータとを備え、巻上装置(ウインチ)をスライド台に設置した構成の搬送装置が開発されている(特許文献1参照)。この技術は、吊荷の吊り下げ長さから、吊荷が振れる際の固有周期を演算し、その固有周期よりも大きい周期でアクチュエータによりスライド台を直線的に往復運動させることで、振れを低減させるものであった。 2. Description of the Related Art When a suspended load is transported by a transport device such as a crane, the suspended load swings during transportation, so a mechanism has been proposed to prevent the suspended load from swinging. This type of technology is equipped with a slide base that can slide on a trolley, an actuator that reciprocates the slide base with minute strokes in the direction of swing of the suspended load, and a hoisting device (winch) is installed on the slide base. A conveyance device with this configuration has been developed (see Patent Document 1). This technology calculates the natural period when a suspended load swings from the length of the suspended load, and then uses an actuator to linearly reciprocate the slide base at a period greater than the natural period, thereby reducing the swing. It was something to do.
しかしながら、所定の載置場所から吊荷を揚上し、所定の場所に移動させるような場合には、搬送時の吊荷の振れのほかに地切りに伴う振れも発生するものであった。そこで、この地切りによる振れを抑えるために、吊荷の直上にトロリーを移動させた後に巻上ロープを巻き上げることにより、地切りにより発生する振れを低減させる技術が開発されている(特許文献2参照)。また、地切りによる初期振れを低減させるために、地切りが開始されるよりも前の段階で巻上ロープを緊張させておき、その巻上ロープの振れ角または巻上ロープの長さ等を検出し、これらの検出値が小さくなる方向へトロリーを移動させる技術も開発されている(特許文献3参照)。 However, when lifting a suspended load from a predetermined placement location and moving it to a predetermined location, in addition to the swinging of the suspended load during transportation, there is also vibration associated with ground cutting. Therefore, in order to suppress the shake caused by the ground break, a technology has been developed that reduces the shake caused by the ground break by moving the trolley directly above the suspended load and then winding up the hoisting rope (Patent Document 2). reference). In addition, in order to reduce the initial swing due to the ground cutting, the hoisting rope is made taut before the ground cutting starts, and the swing angle of the hoisting rope or the length of the hoisting rope is adjusted. A technology has also been developed that detects and moves the trolley in a direction where these detected values become smaller (see Patent Document 3).
上述の特許文献2および3に開示される技術は、いずれも地切りによる吊荷の初期振れを低減させるためのものであり、トロリーまたはブームを移動させることにより、地切りに際して吊荷の揚上方向を鉛直方向に誘導するものであった。すなわち、地切りが開始されるよりも前の段階でトロリーを進退させることとなり、地切り後は、通常の搬送による振れを抑えればよいものとなっていた。
The techniques disclosed in
ところが、地切りが開始されるよりも前にトロリーやブームを移動させ、巻上ロープが鉛直方向となるように制御する場合は、搬送方向に対して進退させる事象を出現させるものであった。そのため、地切りが開始されるよりも前段階でトロリーまたはブームの位置を制御することに時間が掛かることとなり、目的位置までの速やかな搬送が阻害されることとなっていた。また、地切りに伴う初期振れの発生を抑えたとしても搬送途中には、搬送による振れが発生するため、地切り後においても振れを抑える必要があった。 However, when the trolley or boom is moved before the start of ground cutting and the hoisting rope is controlled to be in the vertical direction, an event occurs in which the trolley or boom is moved forward or backward relative to the transport direction. Therefore, it takes time to control the position of the trolley or boom before the ground cutting starts, and prompt transportation to the destination position is hindered. Further, even if the initial runout caused by the ground breaking is suppressed, some runout will still occur during the conveyance, so it is necessary to suppress the runout even after the ground breaking.
また、上述の特許文献は、いずれも吊荷の姿勢の変化については考慮されていないものであった。すなわち、玉掛けロープがフック等に玉掛けされた状態において、玉掛け位置が吊荷の重心の鉛直方向となっていることを前提としたものであった。ところが、玉掛けロープを吊荷の重心の直上に玉掛けすることは容易でなく、玉掛け位置が重心から偏った状態の場合には、吊荷が揚上した際(すなわち地切りされる直前)には、吊荷が傾く状態となるものであった。このような吊荷の傾きによって、地切りに伴う振れ(初期振れ)は搬送時の揺れとは異なるものとなり得るが、前掲の特許文献では、このような振れを抑えることまで考慮されたものではなかった。 Further, none of the above-mentioned patent documents take into consideration changes in the posture of the suspended load. That is, it is based on the assumption that when the sling rope is slung onto a hook or the like, the sling position is in the vertical direction of the center of gravity of the suspended load. However, it is not easy to sling the slinging rope directly above the center of gravity of the suspended load, and if the slinging position is offset from the center of gravity, when the suspended load is lifted (i.e., just before it comes off the ground), , the suspended load would be tilted. Due to the inclination of the suspended load, the shake (initial shake) that occurs when the load breaks off the ground can be different from the shake that occurs during transportation, but the above-mentioned patent document does not take into account the suppression of such shake. There wasn't.
本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、地切り中に吊荷の姿勢が変化することに伴う初期振れの発生を考慮しつつ、地切りによる初期振れと地切り後の搬送による振れとの双方を減衰させることができる振れ止め制御システムを提供することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and its purpose is to take into account the occurrence of initial swing due to changes in the attitude of the suspended load during ground cutting, and to It is an object of the present invention to provide a steady rest control system capable of attenuating both vibration and vibration caused by conveyance after cutting off the ground.
そこで、本発明者らは、地切り現象を伴う搬送作業において、地切り中の吊荷の姿勢の変化を把握することにより、地切りによる初期振れと、地切り後における搬送による振れとを、総合的に減衰させることで搬送速度を向上させることができることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。 Therefore, the inventors of the present invention have determined that, in conveyance work accompanied by a ground breaking phenomenon, by understanding the changes in the posture of the suspended load during the breaking, the initial runout due to the ground breaking and the runout due to the conveyance after the ground breaking can be reduced. It was discovered that the conveyance speed could be improved by comprehensively attenuating, and this led to the completion of the present invention.
すなわち、本発明は、吊荷を揚上するために巻上ロープを巻き上げる揚上手段と、前記揚上手段とともに吊荷を移動させる移動手段と、前記移動手段に対して駆動力を提供する第1の駆動手段と、前記揚上手段に対して駆動力を提供する第2の駆動手段と、前記巻上ロープの軸線方向の角度を検出するロープ角検出手段と、前記第1および第2の駆動手段による双方の駆動状態を制御する制御手段とを備え、吊荷を所定の高さまで揚上するとともに目標位置まで搬送する巻上搬送装置において、前記制御手段は、前記第1の駆動手段に対し、前記移動手段を駆動開始時から目標位置に到達するまでの移動を制御する搬送制御部と、前記第2の駆動手段に対し、前記吊荷を所定の高さまでの揚上を制御する揚上制御部と、前記ロープ角検出手段によって検出される巻上ロープの軸線方向の角度および角速度に基づいて吊荷の状態を判別する判別部とを備え、前記搬送制御部は、前記判別部によって判別される吊荷の状態を参照しつつ、前記巻上ロープの軸線方向の角度を鉛直方向に誘導させるように搬送速度を制御するものであることを特徴とする。 That is, the present invention provides a hoisting means for hoisting a hoisting rope to lift a suspended load, a moving means for moving the hoisted load together with the hoisting means, and a first means for providing a driving force to the moving means. a second drive means for providing a driving force to the hoisting means; a rope angle detection means for detecting an angle in the axial direction of the hoisting rope; and a control means for controlling both drive states of the drive means, in the hoisting and conveying device for hoisting a suspended load to a predetermined height and transporting it to a target position, the control means is configured to control the drive state of the first drive means. On the other hand, a transport control section that controls the movement of the moving means from the start of driving until reaching the target position, and a lift control section that controls lifting of the suspended load to a predetermined height for the second driving means. an upper control section; and a determination section that determines the state of the suspended load based on the axial angle and angular velocity of the hoisting rope detected by the rope angle detection means; The present invention is characterized in that the transport speed is controlled so as to guide the axial angle of the hoisting rope in the vertical direction while referring to the determined state of the suspended load.
上記構成によれば、ロープ角検出手段が、巻上ロープの軸線方向の角度を検出しており、検出される角度は鉛直方向との間に生ずる角度を検出(または算出)できるものであり、その角度の変化によって、吊荷の状態を把握することができるものとなっている。すなわち、巻上ロープが緊張した状態において、既に鉛直方向と巻上ロープとの間に角度が生じている場合には、巻上ロープの下端(玉掛けロープの上端)の位置が、トロリー等の移動手段の直下ではないことが判断し得る。さらに、巻上ロープを巻き上げることにより、吊荷に対して巻上ロープの軸線方向に引っ張ることとなるが、このとき、吊荷は、引っ張られた直後に地切りされる場合もあれば、載置場所の表面に沿って吊荷を摺動させ、または吊荷を傾倒させることもあり得る。さらには吊荷を傾倒させつつ摺動させることもある。地切り中に吊荷が摺動または傾倒する場合は、巻上ロープの鉛直方向との間の角度は小さくなるように変化するが、地切り後における振れのような継続的かつ正逆双方への変化を生じさせるものではない。 According to the above configuration, the rope angle detection means detects the angle in the axial direction of the hoisting rope, and the detected angle can detect (or calculate) the angle that occurs between the hoisting rope and the vertical direction, The condition of the suspended load can be determined by changing the angle. In other words, if the hoisting rope is under tension and there is already an angle between the vertical direction and the hoisting rope, the position of the lower end of the hoisting rope (the upper end of the slinging rope) will change when the trolley, etc. It can be determined that it is not directly under the means. Furthermore, by hoisting the hoisting rope, the suspended load is pulled in the axial direction of the hoisting rope, but at this time, the suspended load may be cut off immediately after being pulled, or It is also possible to slide the suspended load along the surface of the location or to tilt the suspended load. Furthermore, the suspended load may be tilted and slid. If the suspended load slides or tilts during the ground cutting, the angle between the hoisting rope and the vertical direction will change to become smaller, but the angle between the hoisting rope and the vertical direction will change, but the angle between the hoisting rope and the vertical direction will change continuously and in both forward and reverse directions, such as swinging after the ground cutting. It does not cause any change in
従って、地切り中は巻上ロープの角度は徐々に変化する状態である。さらに巻上ロープの巻き上げにより吊荷が上昇するとき、当該吊荷は地切りされて振れることとなる。吊荷が振れる状態は、巻上ロープの角度が鉛直状態を超えて逆向きに角度を生じさせる事象が発生する状態である。そこで、吊荷の振れ状態を検知した場合に、トロリー等の移動手段を目標位置方向へ移動させつつ、その移動の速度を制御することにより、移動手段の加速度を変化させ、吊荷の振れを減衰させることができるものである。このような制御により、地切りによる初期振れと搬送による振れを同時に振れ止めさせることができるのである。地切り後において振れ止め制御を開始することにより、地切り中における巻上ロープの角度に応じた移動手段の位置制御を省略することができ、初期振れを含めた振れ全体を、搬送振れとして振れ止めさせることができる。なお、地切りの前(地切り中を含む)より移動手段の位置を制御する場合であっても、地切り操作の開始から地切りまでを短時間に設定することにより、地切りされるよりも前の制御時間を短縮しつつ地切りによる初期振れの程度を小さくすることができ、搬送振れと併せて減衰させる場合の振れ止めを早期に実現することができる。 Therefore, during the ground cutting, the angle of the hoisting rope changes gradually. Further, when the hoisting load is lifted by hoisting the hoisting rope, the hoisting load is grounded and swings. A state in which a suspended load swings is a state in which an event occurs in which the angle of the hoisting rope exceeds the vertical state and is angled in the opposite direction. Therefore, when the swinging state of the suspended load is detected, the acceleration of the moving means is changed by moving the moving means such as a trolley in the direction of the target position while controlling the speed of the movement, thereby reducing the swinging of the hanging load. It is something that can be attenuated. Through such control, it is possible to simultaneously stop the initial runout due to ground cutting and the runout due to conveyance. By starting the steady rest control after the ground cutting, it is possible to omit the position control of the moving means according to the angle of the hoisting rope during the ground cutting, and the entire runout including the initial runout is treated as the conveyance runout. It can be stopped. In addition, even if you control the position of the transportation means before (including during) the ground cutting, by setting the time from the start of the ground cutting operation to the ground cutting in a short time, it will be easier to prevent the ground cutting from occurring. It is possible to reduce the initial runout due to ground cutting while shortening the previous control time, and to quickly realize steady rest when damping together with conveyance runout.
振れ止めの制御方法としては、フィードフォワード制御とフィードバック制御とがあり得るが、少なくとも地切り後における制御はフィードバック制御によるものとし、ロープ角検出手段によって検出される巻上ロープの角度および角速度を入力値とし、トロリー等の移動方向と同じ方向に傾斜角度が増加する状態で移動手段を加速させるものである。なお、単純に、巻上ロープの角度が小さくなるように移動手段の移動を制御する場合には、移動手段が前進する場合のほか後退する(進退方向へ移動する)場合があり、制御の方針としては、前進する方向を優先させることにより、搬送速度を向上させることができる。なお、地切り前(地切り中を含む)からフィードバック制御による場合であっても、巻上ロープによる巻き上げ状態が継続されれば、短時間で地切りが完了するため、地切り中における移動手段の進退による制御時間は短時間となり得る。 Feedforward control and feedback control are possible methods for controlling the steady rest, but at least the control after breaking the ground is based on feedback control, and the angle and angular velocity of the hoisting rope detected by the rope angle detection means are input. value, and the moving means is accelerated in a state where the inclination angle increases in the same direction as the moving direction of the trolley, etc. In addition, when simply controlling the movement of the moving means so that the angle of the hoisting rope becomes smaller, the moving means may not only move forward but also move backward (move in forward and backward directions), and the control policy In this case, the conveyance speed can be improved by giving priority to the forward direction. In addition, even if feedback control is used before (including during) the ground cutting, if the hoisting rope continues to be hoisted up, the ground cutting will be completed in a short time, so the means of transportation during the ground cutting will be The control time for advancing and retreating can be short.
上記構成の発明において、吊荷の状態が、地切り中であるか、地切りされた後であるかの判断は、吊荷角検出手段によって吊荷の傾斜角度を直接検出し、これと巻上ロープの角度および長さによって算出することができるほか、吊荷の状態を画像として入力することにより判定することができる。そして、上記制御は、地切り後において開始するものとすれば、搬送手段を後退させることなく、振れ止め制御を行うことが可能となる。なお、地切り中から制御する場合であっても、短時間の地切りにより、地切り後における移動手段の搬送速度に大きく影響を与えることなく振れ止め制御を行うことができる。 In the invention having the above configuration, the state of the suspended load is that it is being cut off the ground or after it has been cut off the ground. In addition to being able to calculate based on the angle and length of the upper rope, it can also be determined by inputting the condition of the suspended load as an image. If the above-mentioned control is started after the vehicle has cut off the ground, steady rest control can be performed without reversing the conveyance means. In addition, even if the control is performed during the ground cutting, the steady rest control can be performed without significantly affecting the conveyance speed of the moving means after the ground cutting due to the short ground cutting.
本発明によれば、地切りによる初期振れの発生状態を地切り中に減縮させるほか、初期振れを伴う搬送振れを併せて減衰させることができる。また、地切り中に吊荷の姿勢が変化することを把握することができることから、振れ止め制御を地切り後に開始させることも可能となり、地切りによる初期振れは、搬送振れと併せて減衰させることができる。地切り後における振れ止め制御は、移動手段の移動状態を制御することによるものであるため、移動手段を目標位置へ移動させつつ振れ止めすることができる。従って、目標位置までの移動時間を短縮させることができる。 According to the present invention, in addition to reducing the occurrence of initial runout due to ground cutting during ground cutting, it is also possible to attenuate the conveyance runout that accompanies the initial runout. In addition, since it is possible to grasp the change in the attitude of the suspended load during the ground cutting, it is also possible to start steady rest control after the ground cutting, and the initial swing due to the ground cutting is attenuated together with the transport swing. be able to. Since the steady rest control after the ground crossing is performed by controlling the moving state of the moving means, it is possible to stabilize the moving means while moving it to the target position. Therefore, the travel time to the target position can be shortened.
<装置の概要>
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態の一例を示す概略図である。本実施形態は、図1に示すように、トロリー型の巻上搬送装置にかかる制御システムである。この巻上搬送装置には、所定のレールLに沿って直線的に移動するトロリー(移動手段)1と、このトロリー1の移動に必要な駆動力を付与するモータ(第1の駆動手段)2とを備えている。また、このトロリー1には、ウインチ3および駆動モータ(第2の駆動手段)4が搭載され、トロリー1(ウインチ3)から垂下される巻上ロープ5を巻き上げることかできる。
<Device overview>
Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, this embodiment is a control system for a trolley-type hoisting and conveying device. This hoisting and conveying device includes a trolley (moving means) 1 that moves linearly along a predetermined rail L, and a motor (first driving means) 2 that provides the driving force necessary for moving the
吊荷Mを搬送するためには、ウインチ3によって巻上ロープ5を巻き上げて、吊荷Mを浮上させるとともに、トロリー1を移動させて目的とする位置まで移動することとなる。トロリー1の移動には、初期において加速し、最終的には減速させて目的位置で停止させることが必要となるため、その加速・減速時には吊荷に対する搬送時振れが発生し、この時の振れを止めることが要請される。これとともに、地切り(吊荷Mを揚上し、載置場所の表面Nから吊荷Mを浮上させることをいう。以下同じ。)によって発生する振れについても振れ止めすることが要請される。
In order to transport the suspended load M, the hoisting
本実施形態は、巻上ロープ5の軸線方向の角度(鉛直方向との間になす角度)を検出するためのレーザセンサ(ロープ角検出手段)7をトロリー1に設置している。このレーザセンサ7によって検出される角度が、鉛直方向と一致する場合、吊荷Mは、トロリー1の直下に存在しているものと判断することかでき、従って、振れ止めに際しては、当該角度が鉛直方向に一致させるようにトロリー1を進行方向に加速・減速させることとなるのである。
In this embodiment, a laser sensor (rope angle detection means) 7 is installed in the
また、トロリー1の移動(速度・加速度)を制御するために、モータ2はサーボモータとしており、このサーボモータに設けられるエンコーダによって、駆動力の状態(モータの速度)をフィードバックできるものである。なお、駆動手段としてはサーボモータに限定されず、速度を制御できるものであれば他の駆動手段を用いてよい。また、駆動状態のセンシングはエンコーダでなくてもよい。例えば、撮影手段を介して入手できる画像を処理することによりトロリー1の位置、速度および加速度などを解析させるものなどが考えられ得る。
Further, in order to control the movement (speed/acceleration) of the
さらに、巻上ロープ5の巻き上げ状態を制御するために、ウインチ3を駆動するモータ4もサーボモータとしており、このサーボモータに設けられるエンコーダによって、ウインチ3の駆動状態(巻き上げ速度)をフィードバックできるものである。なお、ここでも上記同様に、駆動手段としてはサーボモータに限定されず、速度を制御できるものであれば他の駆動手段を用いることができ、また、駆動状態のセンシングはエンコーダでなくてもよい。
Furthermore, in order to control the hoisting state of the hoisting
なお、トロリー1を移動させる機構としては種々の形態があり得るが、本実施形態においては、説明の便宜上、モータ(第1の駆動手段)2によって駆動される駆動プーリ21と、反対側に設置される従動プーリ22とを設け、この両プーリ21,22の間に歯付ベルト23を懸架し、この歯付ベルト23の一部にトロリーを固定したものを例示する。但し、搬送装置におけるトロリー1は図示の機構に限定されず、自走式であってもよく、また、直線的に移動させることを前提とすればブーム式のクレーンを用いてもよい。また、吊荷Mには、慣性計測装置(IMU)を設置して、吊荷Mの角度、角速度、加速などを検出させてもよい。この場合、後述するように、吊荷Mの姿勢を計測結果によって判断することができる。
Note that there may be various forms of the mechanism for moving the
上記のように、両モータ2,4のエンコーダの情報、レーザセンサ7の情報(およびIMU8の情報)は、制御装置(制御手段)9によって処理され、制御信号を両モータ2,4に出力するものとしている。この制御装置9は、概略すると処理部91およびサーボドライバ92を備える構成であり、それぞれの検出情報は処理部91に入力され、所望の状態で両モータ2,4を駆動させるために、サーボドライバ92によってそれぞれのサーボモータ2,4に対する制御信号(電圧値)を出力させるものとしている。サーボドライバ92による制御信号はトロリー用モータ2およびウインチ用モータ4へ個別に出力される。図は説明の都合上、単一のサーボドライバ92としているが、個別のサーボドライバによって制御させることもできる。
As described above, the encoder information and the laser sensor 7 information (and the
このように、処理部91とサーボドライバ92によって、個々のモータ2,4を制御するための個々の制御部(搬送制御部および揚上制御部)が形成されることとなる。また、処理部91は、レーザセンサ(ロープ角検出手段)7によって検出される巻上ロープ5の角度情報の入力を受け、吊荷Mの状態を判別する判別部を備えるものとしている。なお、上述のようなデータの入出力のためのインターフェース(入出力部)を備える構成としている。
In this way, the
ところで、本実施形態は、地切りによって発生する初期振れを振れ止めさせるものであるが、この初期振れは、吊荷Mの重心Gと、巻上ロープ5による巻き上げ方向との不一致による場合が想定される。すなわち、例えば、巻上ロープ5が鉛直方向に一致し、その延長線上に吊荷Mの重心Gが存在する場合には、巻上ロープ5の巻き上げによる地切りの際に初期振れは発生しないが、巻上ロープ5が傾斜している場合、または巻上ロープ5の延長線上に吊荷Mの重心Gが存在しない場合には、巻上ロープ5による巻き上げ時に、巻き上げ力(引っ張り力)は、吊荷Mに対して偶力として作用することとなる。この偶力の作用が吊荷Mの姿勢を不安定化させ、結果として地切りによる初期振れを生じさせることとなるのである。
By the way, in this embodiment, the initial swing that occurs due to ground cutting is stopped, but it is assumed that this initial swing is due to a mismatch between the center of gravity G of the suspended load M and the direction in which it is hoisted by the hoisting
このような吊荷Mの姿勢の不安定化は、例えば、図1中に示される吊荷Mの底面と、載置場所の表面Nとの関係によって異なり、吊荷Mの底面のうち、搬送方向に向かって前方の端部を前方端(図中右側)Cとし、搬送方向に向かって後方の端部を後方端(図中左側)Dとすると、両端部C,Dのいずれか一方が浮上し、他方が接地している状態があり得る。この場合においても一方が接地した状態で摺動することがあり得る。さらには、両端部C,Dがいずれも接地する状態(すなわち底面全体が設置している状態)で摺動する場合もある。このような不安定な状態は、トロリー1から垂下される巻上ロープ5が当初より鉛直方向であった場合であっても、重心Gの位置が偏っている場合には生じ得るものである。
Such destabilization of the posture of the suspended load M varies depending on, for example, the relationship between the bottom surface of the suspended load M shown in FIG. 1 and the surface N of the loading place. Assuming that the front end in the transport direction is the front end (right side in the figure) C, and the rear end in the transport direction is the rear end D (left side in the figure), one of the ends C and D is There may be a situation where one is floating and the other is on the ground. In this case as well, it is possible that one side may slide while being in contact with the ground. Furthermore, it may slide with both ends C and D in contact with the ground (that is, the entire bottom surface is installed). Even if the hoisting
<吊荷の態様変化>
そこで、巻上ロープ5による引っ張り力を作用させる場合の吊荷Mの状態は、次の8つのモードに分類することができる。これを図示すると、図2に示すような遷移モードとして示すことができる。なお、図中の「Swing」は、浮上した状態を示すが、吊荷Mの態様としては振れ状態にあることを意味する。また、「slide」は摺動している状態を意味し、「stick」は停止状態を意味する。「C」は上記(図1中)の前方端Cのみが接地している状態、「D」は上記(図1中)の後方端Dのみが接地している状態、「Planar」は底面全体(両端部C,Dの双方)が接地している状態における接地部分の態様であることを示す。
<Changes in the appearance of suspended loads>
Therefore, the state of the suspended load M when applying the pulling force by the hoisting
図2に示すように、巻上ロープ5により引っ張り力を受けた吊荷Mは、いずれかの態様を経由して、最終的には浮上し振れ状態「Swing」となる。浮上に至る前段階として、摺動状態「slide」または停止状態「stick」のいずれかの態様があり得る。摺動状態「slide」および停止状態「stick」のいずれの場合においても、底面全体「Planar」が摺動「slide」する態様と、停止「stick」する態様とがある。また、両端部C,Dの一方が浮上し、他方が接地する場合において、前方端Cのみが接地している場合にも摺動「slide」する態様と、停止「stick」する態様とがあり、後方端Dのみが接地している場合にも摺動「slide」する態様と、停止「stick」する態様とがある。
As shown in FIG. 2, the suspended load M subjected to a tensile force by the hoisting
従って、摺動状態「slide」および停止状態「stick」は、3種類の接地の状態において生じ得るため、合計6つの態様が生じ、摺動「slide」の後に浮上する(振れる)「Swing」態様と、停止「stick」の後に浮上する(振れる)「Swing」態様とを区別すれば、総合計で8つの態様となり得る。 Therefore, since the sliding state "slide" and the stopped state "stick" can occur in three types of grounding states, a total of six modes occur, and the "swing" mode of floating (swinging) after the sliding mode "slide" If we distinguish between the "swing" mode, which floats (swings) after stopping "stick", there can be a total of eight modes.
このような8つの態様は、巻上ロープ5の張力、その反力および角度、また吊荷Mの傾斜角や角速度および載置場所表面Nとの摩擦抵抗などを検出すれば、具体的な状態を演算により把握することは可能であるが、ここでは、いずれかの態様を経由して浮上することのみ説明することとした。
These eight aspects can be determined by detecting the tension of the hoisting
<吊荷の姿勢>
上記のように、摺動「slide」および停止「stick」の状態を経由して吊荷Mが浮上する状態を具体的な吊荷Mによって説明する。図3および図4は、L字形状の吊荷Mを搬送する際の状態変化を示すものである。なお、図において、吊荷Mは、適度な厚み(図の紙面に垂直な方向の厚み)を有する三次元物体による重量物とし、その重心Gは吊荷Mの正面視における中央よりも後方側に位置するものとする。また、図1において示したように、吊荷Mに対し搬送方向の前方と後方の2箇所に玉掛けロープ6を設置したものとし、玉掛けロープ6は、巻上ロープ5の先端51の一箇所に連結されるが、連結位置は固定したものとする。一般的には巻上ロープ5の先端に設けられるフックによって玉掛けロープ6を掛止させた状態である。さらに、巻上ロープ5は可撓性を有するものとする。巻上ロープ5はウインチ3に巻き取られる構成であるが、説明の都合上、トロリー1の中心から延出する状態を示すこととする。
<Position of suspended load>
As mentioned above, the state in which the suspended load M floats through the "slide" and stop "stick" states will be explained using a specific suspended load M. FIGS. 3 and 4 show state changes when transporting an L-shaped hanging load M. In the figure, the hanging load M is a heavy three-dimensional object with an appropriate thickness (thickness in the direction perpendicular to the plane of the figure), and its center of gravity G is located on the rear side of the center of the hanging load M when viewed from the front. shall be located at . Further, as shown in FIG. 1,
そこで、まず、巻上ロープ5を適度に巻き上げると、可撓性を有する巻上ロープ5は十分に緊張した状態となる。この状態が初期状態である(図3(a)参照)。なお、この初期状態において、説明の便宜上、巻上ロープ5は、鉛直方向に対して敢えて所定の角度θ1の有する状態とし、吊荷Mの重心Gは、吊荷Mの中心よりも後方側(図中左側)に偏った位置に存在するものとする。
Therefore, first, when the hoisting
上記の初期状態から巻上ロープ5のみを作動(モータ4によって駆動)させ、トロリー1は停止させた状態とする。なお、巻上ロープ5は予め定めた加速度により巻き上げを開始し、その後等速で巻き上げるものとする。ただし、これらの巻き上げの速度・加速度は大きいものではないものとする。巻上ロープ5の巻き上げを開始することによって、吊荷Mに対して引っ張り力が作用することとなり、吊荷Mは巻上ロープ5の軸線方向に引き寄せられることとなる。このとき、巻上ロープ5の角度θ1が大きい場合には、吊荷Mの底面全体が載置場所表面Nに設置した状態で摺動(Planar slide)することとなる(図3(b)参照)。その後、巻上ロープ5の角度θ1が小さくなることにより、当該摺動(Planar slide)の状態は終了する。なお、初期状態における巻上ロープ5の角度θ1が小さい場合には、吊荷Mの底面全体による摺動(Planar slide)が出現しないことがある。また、トロリー1を進退方向へ移動可能とする(後述の制御状態とする)場合には、巻上ロープ5の角度θ1を小さくさせるようにトロリー1が移動することから、この場合においても吊荷Mの底面全体による摺動(Planar slide)が出現しないことがある。
From the above initial state, only the hoisting
上記のような吊荷Mの底面全体による摺動(Planar slide)が出現しないか、またはその後においては、吊荷Mの前方端Cまたは後方端Dのうち、軽い側(図は前方端C)が上昇し、他方(図は後方端D)のみが載置場所表面Nに接地した状態となる(図3(c)参照)。このような一方の端部(前方端C)が上昇して吊荷Mが傾斜するのは、巻上ロープ5による引っ張り力が作用する延長線上に吊荷Mの重心が位置していない場合に出現する態様である。
If the above-mentioned planar slide by the entire bottom surface of the suspended load M does not occur, or after that, the lighter side of the front end C or the rear end D of the suspended load M (front end C in the figure) rises, and only the other end (rear end D in the figure) is in contact with the surface N of the mounting place (see FIG. 3(c)). The reason why one end (front end C) rises and the suspended load M tilts is when the center of gravity of the suspended load M is not located on the extension line on which the tensile force of the hoisting
そして、後方端Dが接地する状態は、前記の底面全体による摺動(Planar slide)に継続して出現することから、後方端Dのみによる摺動(D-slide)となる場合がある。これは、摺動(slide)が継続する場合である。その他の態様としては、底面全体が載置場所表面Nに接地した状態で摺動(Planar slide)した後、一時的に停止(Planar stick)し、その後、前方端Cのみが上昇する態様である。この場合は、後方端Dのみが接地した状態での停止(D-stick)した態様となる(図3(c)参照)。初期状態において巻上ロープ5の角度θ1が当初より小さい場合には、吊荷Mの底面全体による摺動(Planar slide)の状態は出現せず、停止(Planar stick)の状態から後方端Dのみが接地した摺動(D-slide)または停止(D-stick)の態様となり得る。
Since the state in which the rear end D touches the ground occurs continuously from the planar slide caused by the entire bottom surface, the state in which the rear end D touches the ground may result in a slide caused only by the rear end D (D-slide). This is the case if the slide continues. Another aspect is that after sliding (planar slide) with the entire bottom surface in contact with the surface N of the mounting location, it temporarily stops (planar stick), and then only the front end C rises. . In this case, the vehicle is stopped (D-stick) with only the rear end D in contact with the ground (see FIG. 3(c)). In the initial state, if the angle θ 1 of the hoisting
なお、巻上ロープ5に対する巻き上げ動作は継続されることから、当該巻上ロープ5による引っ張り力が、吊荷Mに対し、上向きの力として作用する分力よりも、横向きの力として作用する分力が勝る場合であって、前方端Cが浮上し、後方端Dのみが接地した状態で摩擦抵抗が小さくなれば、一時的に停止(D-stick)した後に、さらに摺動(D-slide)する態様に変化する場合もあり得る。
Note that since the hoisting operation on the hoisting
後方端Dが接地した状態で摺動(D-slide)する場合、摺動せずに停止(D-stick)する態様のいずれかかにおいて、継続して巻上ロープ5が巻き上げられることによって、最終的には後方端Dも浮上する状態となる(図4(a)参照)。この状態が地切りされた状態である。
When the rear end D is in contact with the ground and slides (D-slide) or stops without sliding (D-stick), the hoisting
地切りの直後にあっては、図4(a)に示しているように、吊荷Mの重心Gは、巻上ロープ5の軸線方向の延長線上に位置するか、または延長線上に近似した位置となることが想定される。これは、巻上ロープ5による引っ張り力が、吊荷Mの重心Gに向かって作用することとるため、吊荷Mの底面全体による摺動(Planar slide)、または後方端Dのみによる摺動(D-slide)に際して、吊荷Mの姿勢がそのように変化するからである。
Immediately after breaking the ground, as shown in FIG. 4(a), the center of gravity G of the suspended load M is located on the extension line of the hoisting
ところが、例えば、吊荷Mと載置場所表面Nとの間の摩擦係数が極端に小さい場合には、吊荷Mの摺動による慣性力により、吊荷Mの重心Gは巻上ロープ5の延長線上よりも前方へ移動することがある(図4(b)参照)。上記とは逆に、摩擦抵抗が大きい場合は、重心Gは巻上ロープ5の延長線上よりも遅れた状態となり得る(図4(c)参照)。しかしながら、巻上ロープ5が可撓性を有するものであり、吊荷Mが重量物であることから、地切り後には、早期に吊荷Mの重心Gは巻上ロープ5の延長線上に位置することとなるものと想定される。
However, for example, if the coefficient of friction between the suspended load M and the surface N of the loading place is extremely small, the center of gravity G of the suspended load M will be shifted from the hoisting
一方、吊荷Mの重心位置が前方に配置される場合は、また異なる態様となる。例えば、図5に示すように、上記と同様のL字形状の吊荷Mを搬送する場合であるが、その向きが前後反転している場合には、その重心Gが吊荷Mの中央よりも前方側に位置する初期状態となる(図5(a)参照)。このような場合には、例えば、摺動(slide)することなく、後方端Dのみを浮上させ、前方端Cが接地した状態で摺動(C-slide)する場合、または摺動せずに停止(C-stick)する場合となることも想定され得る。このような場合においても、巻上ロープ5の角度θ1は吊荷Mの姿勢の変化(傾斜)に伴って小さくなる(図5(b)参照)。その後、継続して巻上ロープ5を巻き上げることで、その状態が維持されつつ、または前方端Cが僅かに摺動(C-slide)して再度停止(C-stick)した後、全体が浮上する(地切りされる)こととなる(図5(c)参照)。
On the other hand, when the center of gravity of the suspended load M is located in the front, a different aspect occurs. For example, as shown in Fig. 5, when transporting an L-shaped suspended load M similar to the above, if the direction is reversed, the center of gravity G will be lower than the center of the suspended load M. is also in the initial state located on the front side (see FIG. 5(a)). In such a case, for example, if only the rear end D is floated without sliding and the front end C is in contact with the ground (C-slide), or without sliding. It is also conceivable that the vehicle may be stopped (C-stick). Even in such a case, the angle θ 1 of the hoisting
他方、長尺な棒状の吊荷Mを搬送する状態を図6および図7に示す。吊荷Mは一様に同じ太さとし、重心は長手方向の中央に配置されるものとする。このような棒状の吊荷Mを搬送する場合には、これらの図に示されるように、玉掛けロープを使用せず、巻上ロープ5の先端を吊荷Mの前方端Cに直接連結して引き上げる場合があり得る。この場合においても、前述の8つの態様はあり得るが、吊荷Mの底面全体による摺動(Planar slide)または停止(Planar stick)する状態は省略されるものと思われる。そして、前方端Cに連結された巻上ロープ5を巻き上げることにより、前方端Cのみが上昇し、他方の後方端Dのみが載置場所表面Nに接地した状態となり、摺動(D-slide)することとなる(図6(b)および(c)参照)。この摺動(D-slide)によって移動する距離は、比較的長くなり得るものであり、棒状の吊荷Mの軸線が巻上ロープ5の軸線と同程度に起立状態となるまで継続されるものと想定される(図7(a)参照)。その後も継続的に巻上ロープ5が巻き上げられることによって、後方端Dも浮上し、全体として地切りされることとなる(図7(b)参照)。
On the other hand, FIGS. 6 and 7 show a state in which a long rod-shaped hanging load M is transported. It is assumed that the suspended loads M have the same thickness and the center of gravity is located at the center in the longitudinal direction. When transporting such a rod-shaped suspended load M, as shown in these figures, the tip of the hoisting
また、上記のような地切りの状態は、ジブクレーンにおいても同様である。図8は、ジブクレーン10を使用する場合の地切りの状態を示している。この図に示されているように、ジブクレーン10のアーム11の先端から巻上ロープ5が吊下され、この巻上ロープ5の下端において玉掛けロープ6と連結される。アーム11は、マスト上部にある本体部から延出された状態で起立方向および傾倒方向へ角度を変更させることができるものであり、また、本体部にウインチ3を備え、巻上ロープ5を巻き上げることができるものである。そこで、吊荷Mの移動に際しては、アーム11を起立させることによることができるほか、ウインチ3の作動を同時に操作することができる。アーム11の起立のみで、巻上ロープ5を上昇させ、かつ吊荷Mの水平方向への移動も可能であることから、アーム11の駆動をもって、移動手段および揚上手段とみなすことができる。また、ウインチ3を揚上手段とし、アーム11の起立または旋回を移動手段として作動させることもできる。
Further, the ground cutting condition described above is the same in jib cranes as well. FIG. 8 shows the ground cutting state when using the
ところで、吊荷Mを所定の目標位置まで移動させるためには、アーム11(または同時にウインチ3)を操作することとなる。このとき、まずは地切りのための揚上を先行させる場合、上述のトロリー1を使用する状態(図3参照)と同様に、初期の状態(図8(a)参照)から巻上ロープ5を上昇させる(または巻き上げる)。これにより、吊荷Mに対して引っ張り力が作用することとなり、吊荷Mは巻上ロープ5の軸線方向に引き寄せられることとなる。そして、巻上ロープ5の角度θ1が大きい場合には、吊荷Mの底面全体が載置場所表面Nに設置した状態で摺動(Planar slide)することとなる(図8(b)参照)。また、その後、巻上ロープ5の角度θ1が小さくなれば、当該摺動(Planar slide)の状態は終了する。なお、この場合においても、吊荷Mと巻上ロープ5との関係により、吊荷Mの底面全体による摺動(Planar slide)が出現しないことがあり得る。その後においては、軽い側(図は前方端C)が上昇することから、他方(図は後方端D)のみが載置場所表面Nに接地した状態となる(図8(c)参照)。そして、継続的に巻上ロープ5が上昇される(または巻き上げられる)ことにより、吊荷Mは地切りされることとなる。
By the way, in order to move the suspended load M to a predetermined target position, the arm 11 (or the
なお、特に図示してはいないが、ジブクレーン10による場合においても、アーム11の先端には、巻上ロープ5の角度を検出するためのレーザセンサが設けられ、アーム11の角度および角速度ならびにウインチ3の巻き上げ速度等は、エンコーダその他の検出装置によって検出されるものである。また、このようにジブクレーン10によって吊荷Mを搬送させることも可能あるが、吊荷Mの搬送状態はトロリー1による場合と実質的に同様であるから、以降においてはトロリー1による搬送を中心に説明することとする。従って、以降において、トロリー1の搬送および巻上ロープ5の巻き上げに関する部分は、ジブクレーン10におけるアーム11の角度変更とウインチ3の操作による場合を含むこととして説明する。
Although not particularly shown, even in the case of the
<地切りの検知>
上記のように、各種形状の吊荷Mを搬送する場合においても、トロリー1を停止させた状態で巻上ロープのみを巻き上げる場合には、吊荷Mの状態が変化する過程において、巻上ロープ5の角度θ1は、徐々に減少する。長尺な棒状の吊荷Mを揚上する場合は巻上ロープ5の角度θ1が一時的に拡大することもあり得るが、最終的には徐々に減少することとなる。本実施形態では、上述したように、レーザセンサ7によって巻上ロープ5の角度θ1を検出していることから、この角度θ1の変化量により、地切り中であることを検知することができる。
<Detection of ground break>
As mentioned above, even when transporting suspended loads M of various shapes, when hoisting only the hoisting rope with the
すなわち、載置場所表面Nから浮上した吊荷Mは、トロリー1(巻上ロープ5の基点)を中心に揺動することとなり、巻上ロープ5の角度θ1が“0”まで減少した後、さらに“-”の値を検出することとなる。このときの角度変化における角速度も検出されることから、巻上ロープ5の角度θ1が“0”へ向かう際の角速度によって、単なる角度θ1の減少でないことを検知し得ることとなる。この状態は、前記の摺動(slide)および停止(stick)では生じない態様であることから、地切り後における吊荷Mの初期振れであることを検出し得る。このように、初期振れを検出した時点で、トロリー1の移動を開始し、振れ止め制御を行うこととなる。
That is, the suspended load M floating from the surface N of the loading place will swing around the trolley 1 (base point of the hoisting rope 5), and after the angle θ 1 of the hoisting
なお、地切りの状態は、上述のように巻上ロープ5の角度θ1の検出値によって検知するほかに、画像によって検知してもよく、または、吊荷Mの姿勢の変化をIMUによって検出し、その傾斜に係る角速度、移動に係る加速度などを検出することによって検知してもよい。
In addition to detecting the ground breaking state by the detected value of the angle θ 1 of the hoisting
これは、当初よりトロリー1を移動させる制御系とする場合、すなわちトロリー1の駆動制御と巻上ロープ5の巻き上げ制御とを同時に行う場合、巻上ロープ5の角度θ1の変化のみで地切りの状態を判別することは困難となることから、画像処理またはIMUによる吊荷Mの状態を検出させて、地切りの状態を判断するのである。
This means that if the control system is to move the
画像によって検知する場合は、撮影手段によって取得される画像を分析することにより、吊荷Mの全体の位置(前方端Cおよび後方端Dの各位置)を検出することで、地切りの状態を検知させることができる。さらに、吊荷Mと載置場所表面Nとの境界部分のみを解析し、両者間に連続する部分がなく、前方端Cから後方端Dに至る範囲の全体に間隙が生じた状態を閾値として、地切りの状態を検知させてもよい。 In the case of image detection, by analyzing the image obtained by the photographing means, the entire position of the suspended load M (the positions of the front end C and the rear end D) can be detected, and the state of the ground breaking can be detected. It can be detected. Furthermore, only the boundary part between the suspended load M and the surface N of the loading place is analyzed, and the threshold value is a state in which there is no continuous part between the two, and a gap has occurred in the entire range from the front end C to the rear end D. , the state of ground cutting may be detected.
また、IMUによって検知する場合は、吊荷Mの姿勢(傾斜角度)の変化および当該傾斜角度に伴う位置の変化を検出することにより、吊荷Mの傾斜に伴う上昇か、地切りに伴う上昇かを区別することで、地切りのタイミングを検出することができる。特に、吊荷Mは姿勢こそ変化するものの形状自体は変化しないことから、IMUが設置される初期の位置情報を予め与えることにより、吊荷Mの傾斜角とIMUの高さを演算すれば、前方端Cおよび後方端Dの高さを算出することができる。その算出結果により、両端部C,Dが浮上するまで移動した状態をもって地切りとして検知させることができる。 In addition, in the case of detection by IMU, by detecting changes in the posture (inclination angle) of the suspended load M and changes in position associated with the inclination angle, it is possible to determine whether the suspended load M is rising due to the inclination or rising due to cutting off the ground. By distinguishing between the two, it is possible to detect the timing of ground cutting. In particular, since the suspended load M changes its posture but does not change its shape, if the initial position information of the IMU is given in advance and the inclination angle of the suspended load M and the height of the IMU are calculated, The heights of the front end C and the rear end D can be calculated. Based on the calculation result, a state in which both ends C and D have moved until they float can be detected as a ground break.
<振れ止め制御>
図9および図10に示すように、吊荷Mの振れはトロリー1に移動によって制御される。制御方法はフィードバック制御であり、基本的には、巻上ロープ5が鉛直方向との間に生じさせている角度θ1を検出しつつ、この角度θ1を小さくさせる(最終的には“0”となる)ようにトロリー1を進退方向へ移動させるものである。トロリー1の移動による振れ止め制御は、地切り中から開始させてもよいが、地切り後に開始させてもよい。地切り後に振れ止め制御を開始させる場合には、上記のように、吊荷Mが姿勢を変化させつつ地切りされることとなり、その直後よりトロリー1の移動を制御し、目標位置まで搬送させることとなる。地切りの直後より、吊荷Mは、振れ始めることから、巻上ロープ5の角度θ1の変化(角度および角速度)によって、振れ状態であることが判明すると、トロリー1の移動による振れ止め制御が開始される。他方、地切り中から振れ止め制御を開始する場合には、地切り中においてトロリー1は進退することとなり、吊荷Mの姿勢の変化に対しても振れ止め制御が作用することとなる。ただし、巻上ロープ5の巻き上げ速度により地切り中の時間(制御開始から地切りまでの時間)が極めて短い場合、または吊荷Mの姿勢が当初より安定している場合のように、特殊な事情がある場合には、地切り後に制御を開始した状態に近似することとなる。
<Steady rest control>
As shown in FIGS. 9 and 10, the swing of the suspended load M is controlled by moving the
制御方法は、上記巻上ロープ5の角度θ1が大きく変化するとき、すなわち角度θ1が“+”から“0”へ変化するときの角速度により“-”に達する状態(図9(a)および図10(a)参照)となることを予測し、その“-”の程度に応じて、トロリー1を前進させるのである。このときの前進の速度(加速度)を調整して振れ止めすることとなる(図9(b)および図10(b)参照)。また、揺り戻しにより、角度θ1が“-”から“0”または“+”へ変化する(図9(c)および図10(c)参照)。このときの角速度により“+”に達する程度に応じて、トロリー1を後退させることとなる。なお、トロリー1は、目標位置まで移動(吊荷Mを搬送)するものであるため、振れ止め制御のための前進のみならず、搬送のための前進が付加されることから、巻上ロープ5の角度θ1が“+”から“0”および“-”へ変化するときにトロリー1を大きく前進させることで、その目的を達成させるものとなる。
The control method is such that when the angle θ 1 of the hoisting
また、図9および図10において示されているように、地切り後の吊荷Mの姿勢は、必ずしも重心Gの位置が巻上ロープ5の延長線上に存在するものではないことから、最終的な吊荷Mの振れ止めを完了させるためには、巻上ロープ5が鉛直方法に一致した状態で、吊荷Mの重心Gの位置が巻上ロープ5の延長線上に存在させる必要がある。従って、巻上ロープ5の先端(玉掛けロープ6との連結位置)と重心Gとを結ぶ線が鉛直方向に対して有する角度をθ2とすると、最終的には、この角度θ2が“0”となることが要請される。そこで、トロリー1の進退移動による振れ止め制御においても、角度θ2を検出し、これを小さくするようにトロリー1を移動させることとなる。この場合も、角度の“-”、“0”、“+”の変化時の角速度に応じてトロリー1を進退させることとなる。現実には、巻上ロープ5の角度θ1の変化との合算により、具体的な進退速度(加速度)が決定されることとなる。
Furthermore, as shown in FIGS. 9 and 10, the attitude of the suspended load M after breaking the ground is such that the position of the center of gravity G is not necessarily on the extension line of the hoisting
なお、重心Gの位置にかかる角度θ2の変化は、前述のIMUによる傾斜角の変化によって取得することができる。一般的に、重心Gの位置における振れは、巻上ロープ5よりも遅れることから、巻上ロープ5の振れとの比較により検出が可能である。また、重心Gの位置にかかる角度θ2の変化(吊荷Mの固有の振れ)は、最終的には巻上ロープ5の角度θ1の変化(全体の振れ)か収束されることから、巻上ロープ5の角度θ1のみについてフィードバック制御する構成とした場合であっても、全体としての振れ止め制御が可能である。
Note that the change in the angle θ 2 related to the position of the center of gravity G can be obtained by changing the inclination angle by the IMU described above. Generally, the swing at the center of gravity G lags behind the swing of the hoisting
このように、トロリー1は、目標位置まで搬送させるものであることから、当該搬送による振れも検出しつつ、最終的には、目標位置に到達するまでの間に振れを減衰させるのである。なお、トロリー1の移動は、速度を制御することにより、結果的にトロリー1の加速度を変化させることによって振れ止めするのである。また、トロリー1は、搬送を伴うことから、基本的には前進方向への移動が多くなり、条件によって後退する現象を生じさせずに加速および減速を繰り返す場合があり得る。これは、振れ止めのためのトロリー1の加速度と、搬送のための加速度とが、加算または減算される結果によるものである。
In this way, since the
トロリー1の移動に係る制御は、トロリー用のサーボモータ(第1の駆動手段)2に対し、サーボドライバ92の出力によって行われ、巻上ロープ5の巻上制御は、ウインチ3を駆動するためのサーボモータ4に対し、同様にサーボドライバ92の出力によって行われる。従って、制御信号は速度を制御するための電圧値であり、これを変化させることによって加速度制御を行うことができる。また、両サーボモータ2,4に設けられるエンコーダの情報は、レーザセンサ7による巻上ロープ5の角度情報(角度および角速度)とともに処理部91に入力され、フィードバック制御によりサーボモータ2,4の出力値が制御されるものである。
Control related to the movement of the
巻上ロープ5の角度θ1のみについてフィードバック制御する構成とした場合にあっては、巻上ロープ5の長さをl1、巻上ロープ5の目標位置における長さをld、巻上ロープ5の角度(鉛直方向との間の角度)をθ1、トロリー1の移動距離をx、トロリー1、トロリー1の目標位置までの移動距離をxdとすると、上記の両モータ2,4に対して制御すべき加速度の値は次式によって算出することができる。
In the case of a configuration in which only the angle θ 1 of the hoisting
なお、上式におけるk1~k3ならびにK1、K2、α1およびα2はそれぞれの制御パラメータを示し、各パラメータの値については、k1=14、k2=16.5、k3=35、K1=5.95、K2=0.4、α1=1、α2=1.5とすることができる。 Note that k 1 to k 3 and K 1 , K 2 , α 1 and α 2 in the above equation represent respective control parameters, and the values of each parameter are k 1 =14, k 2 =16.5, k 3 = 35, K 1 = 5.95, K 2 = 0.4, α 1 = 1, α 2 = 1.5.
上式から明らかなとおり、巻上ロープ5の制御は、目標とする巻き上げ位置(長さ)まで巻上ロープ5の角度に基づくことなく制御されるが、トロリー1の移動は、巻上ロープ5の角度によって変化するものとなっている。
As is clear from the above equation, the hoisting
他方、トロリー1の移動を当初より制御する場合は、さらに、吊荷Mの姿勢を考慮する必要があり、吊荷Mの重心Gの角度(鉛直方向との間の角度)を算出し、当該重心の角度をθ2として、次式により加速度を求めることができる。
On the other hand, if the movement of the
なお、上式におけるk1~k4ならびにK1、K2、α1およびα2はそれぞれの制御パラメータを示し、各パラメータの値については、k1=14、k2=16.5、k3=35、k4=5,K1=5.95、K2=0.4、α1=1、α2=1.5とすることができる。 Note that k 1 to k 4 and K 1 , K 2 , α 1 and α 2 in the above equation represent respective control parameters, and the values of each parameter are k 1 =14, k 2 =16.5, k 3 = 35, k 4 = 5, K 1 = 5.95, K 2 = 0.4, α 1 = 1, α 2 = 1.5.
この場合も巻上ロープ5の制御は、両角度に基づくことなく制御されるが、トロリー1の移動は、両角度の変化の状態に応じて加速度を変化しつつ制御されるものとなっている。
In this case as well, the hoisting
ここで、地切り中における制御にあっては、吊荷Mの底面と載置場所表面Nとの摩擦状態によって吊荷の姿勢が異なることから、ロバストなコントローラとするため、そのゲインKを求める必要がある。そこで、コントローラのゲインKは、吊荷の状態に応じて8の態様があり、そのうち振れ状態を除けば、6の態様について存在する。従って、Ki(i=1~6(各slideおよび各stick))を求めることとなる。また、摩擦状態μは、接触する両者の摩擦係数によって決定するが、複数の摩擦状態(μ1~μj)について求めるものとする。これをまとめると次の表に示すようになる。 Here, in the control during ground cutting, the attitude of the suspended load varies depending on the friction state between the bottom surface of the suspended load M and the surface N of the loading place, so in order to create a robust controller, the gain K is calculated. There is a need. Therefore, the gain K of the controller has eight modes depending on the state of the suspended load, and among these, there are six modes if the swing state is excluded. Therefore, K i (i=1 to 6 (each slide and each stick)) is calculated. Furthermore, the frictional state μ is determined by the friction coefficients of the two in contact, and is determined for a plurality of frictional states (μ 1 to μ j ). This can be summarized as shown in the table below.
ここで、上記のような複数の摩擦状態(μ1~μn)の中から最適なコントローラのゲインKを求めるために、予め複数の想定し得る摩擦状態の全てについてゲインKi j(i=1,2,・・・6;j=1,2,・・・n)を用意しておき、下式のように、θ1およびθ2が最小となるロバストなコントローラのゲインを求めるのである。この場合における複数の摩擦状態におけるゲインKi jは、シミュレーションによるものであってもよく、実験によるものであってもよい。想定される複数の条件において、摩擦の影響を小さくし得る共通のゲインを求めるものである。すなわち、下式に示すように、評価関数Jを最小にするコントローラのゲインを求めることとなる。 Here, in order to find the optimal controller gain K from among the plurality of friction states (μ 1 to μ n ) as described above, the gain K i j (i= 1, 2, ... 6; j = 1, 2, ... n), and find the gain of the robust controller that minimizes θ 1 and θ 2, as shown in the formula below. . The gains K i j in the plurality of friction states in this case may be based on simulation or experiment. The goal is to find a common gain that can reduce the influence of friction under multiple assumed conditions. That is, as shown in the following formula, the gain of the controller that minimizes the evaluation function J is determined.
なお、地切り後は、吊荷が空中で振れる態様となり、摩擦状態は無関係となるため、下式のように、θ1およびθ2が最小となるコントローラのゲインを求めることとなる。 Note that after breaking the ground, the suspended load swings in the air and the friction state becomes irrelevant, so the gain of the controller that minimizes θ 1 and θ 2 is determined as shown in the equation below.
<実験1>
上記のような制御システムにより、載置場所から吊荷を揚上しつつ目標位置まで搬送する際の振れ止め制御の状態を実験した。この実験は、載置場所表面からトロリーまでの高さを1.2mとし、正面視における略L字形(図1に示す形状)の吊荷の重量を5kgとし、巻上ロープの長さを0.3mまで巻き上げ、トロリーによって1.2m先まで搬送する際の振れ止めの状態をシミュレーションしたものである。搬送装置および振れ止め制御システムの構成は図1に示した構成としており、巻上ロープの巻き上げ開始と同時にトロリーの移動を制御した場合と、地切り後からトロリーの移動を制御した場合について行った。その実験結果を図11に示す。図中のグラフにおいて、横軸は全て時間(秒)であり、実線による表示は地切り中から振れ止め制御を行った場合を示し、破線による表示は地切り直後から振れ止め制御を開始した場合である。なお、比較のために、図12には振れ止め制御せずに所定位置まで揚上搬送させた場合の状態を示す。
<
Using the above-mentioned control system, we experimented with the state of steady rest control when lifting a suspended load from a loading location and transporting it to a target position. In this experiment, the height from the surface of the loading place to the trolley was 1.2 m, the weight of the approximately L-shaped (shape shown in Figure 1) when viewed from the front was 5 kg, and the length of the hoisting rope was 0. This is a simulation of the steady rest condition when hoisting up to 3 m and transporting by trolley to 1.2 m ahead. The configuration of the transport device and steady rest control system is as shown in Figure 1, and the tests were carried out for two cases: one in which the movement of the trolley was controlled at the same time as the hoisting rope started to be hoisted, and the other in which the movement of the trolley was controlled after the hoisting rope began to be hoisted. . The experimental results are shown in FIG. In the graphs in the figure, all horizontal axes are time (seconds), and the solid line indicates the case where steady rest control is performed from the time of breaking the ground, and the broken line indicates the case where steady rest control is started immediately after breaking the ground. It is. For comparison, FIG. 12 shows a state in which the device is lifted and conveyed to a predetermined position without steady rest control.
なお、巻上ロープの巻き上げにおける速度は、巻き上げ開始直後における加速と所定の巻上ロープ長さに到達する直前の減速を除き等速とした。また、「Mode」は、前述の8つの態様(振れは1種類として合計7つの態様)の変化を示すものであり、縦軸の「0」~「6」は、図中に注記するように、各態様を示したものである。 The winding speed of the hoisting rope was constant except for acceleration immediately after the start of hoisting and deceleration immediately before reaching a predetermined hoisting rope length. In addition, "Mode" indicates changes in the eight modes described above (a total of seven modes with one type of runout), and "0" to "6" on the vertical axis are as noted in the figure. , each aspect is shown.
この結果を参照すると、巻上ロープの巻き上げが開始されると、僅かな時間における吊荷の底面による停止状態(Planar stick)の後、吊荷の底面による摺動状態(Planar slide)となり、さらに前方端Cのみが浮上しつつ摺動する状態(後方端Dによる摺動状態:D-slide)を経て揚上(地切り)されていることが明確に判断できる。なお、地切りまでの時間は、約1.7秒であった。 Referring to this result, when the hoisting rope starts to be hoisted, after a short period of time when the hoisting rope stops due to the bottom surface of the load (planar stick), it becomes a sliding condition due to the bottom surface of the suspended load (planar slide), and then It can be clearly determined that the front end C is lifted up (off the ground) through a state in which only the front end C floats and slides (sliding state due to the rear end D: D-slide). Note that the time until ground cutting was approximately 1.7 seconds.
この図に示されるように、本実験の結果、巻上ロープの巻き上げおよびトロリーの移動は、操作開始後約8秒に達するよりも前に目標位置に到達しており、振れ止め状態は、当初より制御した場合は約8秒後に振れ止め状態に到達し、地切り後に制御を開始した場合でも、約10秒後には振れ止め状態に到達している。これに対し、制御されていない状態において約8秒後に目標位置まで吊荷を移動させた場合(図12参照)には、地切り後から振れはじめ、到達後も振れが減衰しない状態となった。両者の違いから、この実験例による振れ止め制御の効果が明確になった。 As shown in this figure, as a result of this experiment, hoisting the hoisting rope and moving the trolley reached the target position before reaching the target position approximately 8 seconds after the start of the operation, and the steady rest state was initially In the case of more control, the steady rest state is reached in about 8 seconds, and even in the case where control is started after the ground has been cut, the steady rest state is reached in about 10 seconds. On the other hand, when the suspended load was moved to the target position after about 8 seconds in an uncontrolled state (see Figure 12), it began to sway after reaching the ground, and the sway did not attenuate even after reaching the ground. . From the difference between the two, the effect of the steady rest control in this experimental example became clear.
また、上記実験結果によれば、巻上ロープの角度θ1と重心の角度θ2は、地切りされるまでの約1.7秒間は、徐々に角度を小さくするように変動し、地切り後に“0”を通過して“-”に至っている。その後、トロリーの移動により、徐々に減衰され、当初よりトロリー制御を行った場合で約7秒後、地切り後にトロリー制御を行った場合でも9秒後には振れを解消させることができている。このとき、地切り直後の重心の角度θ2は大きく変動しているのに対し、巻上ロープの角度θ1は、地切り直後を除けば比較的緩やかに変動している。これは、地切りによる初期振れの影響とみることができるが、全体としては、巻上ロープの角度θ1が大きく変動する中での微細な変動とみることもできる。従って、地切りによる吊荷の振れは、重心の角度θ2を変動させるが、結果として、巻上ロープに伝達される振れが巻上ロープの角度θ1を変動させることとなることを示しており、巻上ロープの角度θ1を減少させるようにトロリーの移動を制御させることで、地切りに伴う振れおよび搬送による振れの双方を減衰させることができると判断される。 Furthermore, according to the above experimental results, the angle θ 1 of the hoisting rope and the angle θ 2 of the center of gravity fluctuate to gradually decrease the angle for about 1.7 seconds until the rope is cut off. Later, it passes through "0" and reaches "-". Thereafter, as the trolley moved, the vibration was gradually attenuated, and the vibration was resolved after approximately 7 seconds when trolley control was performed from the beginning, and after 9 seconds when trolley control was performed after the ground crossing. At this time, the angle θ 2 of the center of gravity immediately after the ground breaking fluctuates greatly, whereas the angle θ 1 of the hoisting rope fluctuates relatively gently, except immediately after the ground breaking. This can be seen as an effect of initial swing due to ground cutting, but it can also be seen as a minute fluctuation in the large fluctuation of the angle θ 1 of the hoisting rope as a whole. Therefore, the swing of the suspended load due to ground cutting changes the angle θ 2 of the center of gravity, but as a result, the swing transmitted to the hoisting rope changes the angle θ 1 of the hoisting rope. Therefore, it is determined that by controlling the movement of the trolley so as to reduce the angle θ 1 of the hoisting rope, it is possible to attenuate both the shake caused by ground cutting and the shake caused by conveyance.
<実験2>
上記と同じ条件において、吊荷の形状のみを変更した実験を行った。ここでの実験は、長尺な棒状の吊荷について、前方端に巻上ロープを連結して揚上搬送させた場合であり、その他の条件は実験1と同様とした。その結果を図13に示す。図中のグラフにおける横軸、実線および破線の表示は図11の場合と同様である。なお、比較のために、図14には振れ止め制御せずに所定位置まで揚上搬送させた場合の状態を示す。
<
An experiment was conducted under the same conditions as above, only changing the shape of the suspended load. In this experiment, a long rod-shaped suspended load was lifted and transported by connecting a hoisting rope to the front end, and other conditions were the same as in
この結果を参照すると、巻上ロープの巻き上げが開始されると、当初は前方端Cのみが浮上し、後方端Dが停止した状態(D-stich)が継続し、その後、後方端Dによる揺動状態(D-slide)を経て揚上(地切り)されていることが明確に判断できる。なお、地切りまでの時間は、約2秒であった。 Referring to this result, when the hoisting rope starts to be hoisted, initially only the front end C floats, the rear end D remains stationary (D-stitch), and then the rear end D causes the oscillation. It can be clearly seen that the ship has been lifted (off the ground) after going through a D-slide state. Note that the time until ground cutting was approximately 2 seconds.
この図に示されるように、本実験の結果、巻上ロープの巻き上げおよびトロリーの移動は、操作開始後約5秒に達するよりも前に目標位置に到達しており、振れ止め状態は、いずれの制御状態においても約5秒後に振れ止め状態に到達している。これに対し、制御されていない状態において約5秒後に目標位置まで吊荷を移動させた場合(図14参照)には、地切り後から振れはじめ、到達後も振れが減衰しない状態となった。特に、地切り後において、規則的な振れではなく、細かな振動を含むものとなっており、これは、初期振れと搬送振れとが相互に影響したものと考えられる。このように、初期振れが搬送振れに大きく影響を与える条件においても、本実施例による制御によって振れ止めを実現できることが明確になった。 As shown in this figure, as a result of this experiment, the hoisting rope was hoisted and the trolley moved to the target position before reaching the target position approximately 5 seconds after the start of the operation, and the steady rest state was eventually reached. Even in the control state, the steady rest state is reached after about 5 seconds. On the other hand, when the suspended load was moved to the target position after about 5 seconds in an uncontrolled state (see Figure 14), it began to sway after reaching the ground, and the sway did not attenuate even after reaching the ground. . In particular, after the ground breaking, there was not a regular runout but a small vibration, which is thought to be due to the mutual influence of the initial runout and the conveyance runout. In this way, it has become clear that steady rest can be achieved by the control according to this embodiment even under conditions where the initial runout greatly affects the conveyance runout.
また、上記実験結果によれば、巻上ロープの角度θ1は、地切りされるまでの約2秒間は、徐々に大きくなるように変動し、地切り後に大きく反転している。他方、重心の角度θ2は、逆に徐々に小さくするように変動し、地切り後に小刻みに変動している。その後、トロリーの移動により、徐々に減衰されている。このとき、地切り直後の重心の角度θ2は小刻みに変動しているのに対し、巻上ロープの角度θ1は、比較的緩やかに変動している。この場合も実験1と同様に、地切りによる初期振れの影響があるが、全体としては、巻上ロープの角度θ1が大きく変動する中での微細な変動とみることができる。従って、実験1と同様に、地切りによる吊荷の振れは、重心の角度θ2を変動させるが、結果として、巻上ロープに伝達される振れが巻上ロープの角度θ1を変動させることとなることを示しており、巻上ロープの角度θ1を減少させるようにトロリーの移動を制御させることで、地切りに伴う振れおよび搬送による振れの双方を減衰させることができると判断される。
Further, according to the above experimental results, the angle θ 1 of the hoisting rope gradually increases for about 2 seconds until the rope is cut off, and then it is significantly reversed after the cut. On the other hand, the angle θ 2 of the center of gravity, on the contrary, fluctuates so as to gradually become smaller, and fluctuates little by little after the grounding. After that, it is gradually attenuated by the movement of the trolley. At this time, the angle θ 2 of the center of gravity immediately after the ground-off fluctuates little by little, whereas the angle θ 1 of the hoisting rope fluctuates relatively gently. In this case as well, as in
本発明の実施形態および実施例は上記のとおりであるが、これらは本発明の一例を示すものであって、本発明がこれらの実施形態に限定されるものではない。従って、移動手段としてはトロリーに限定されず、他の自走式の走行体であってもよい。また、本発明の実施形態としては、トロリー式の搬送装置を中心に説明したが、ブーム式搬送装置(ジブクレーン)とする場合においても、同様に地切りがなされ、巻上ロープとの角度θ1(および吊荷の角度θ2)を検出しつつフィードバック制御によって、目標位置までの搬送と振れ止めを行い得るものである。 Although the embodiments and examples of the present invention are as described above, these are merely examples of the present invention, and the present invention is not limited to these embodiments. Therefore, the transportation means is not limited to a trolley, but may be any other self-propelled traveling body. Furthermore, although the embodiments of the present invention have been described with a focus on a trolley-type conveyance device, even in the case of a boom-type conveyance device (jib crane), ground cutting is performed in the same way, and the angle θ 1 with respect to the hoisting rope is (and the angle θ 2 of the suspended load) and by feedback control, it is possible to carry the load to the target position and keep it steady.
1 トロリー(移動手段)
2 モータ(第1の駆動手段)
3 ウインチ
4 駆動モータ(第2の駆動手段)
5 巻上ロープ
6 玉掛けロープ
7 レーザセンサ(ロープ角検出手段)
8 慣性計測装置(IMU)
9 制御装置(制御手段)
10 ジブクレーン
11 アーム
21 駆動プーリ
22 従動プーリ
23 歯付ベルト
51 巻上ロープの先端
91 処理部
92 サーボドライバ
C 吊荷底面の端部(前方端)
D 吊荷底面の端部(後方端)
G 吊荷の重心位置
L レール
M 吊荷
N 載置場所表面
1 Trolley (transportation means)
2 Motor (first driving means)
3
5 Hoisting
8 Inertial measurement unit (IMU)
9 Control device (control means)
10
D End of the bottom of the suspended load (rear end)
G Center of gravity position of hanging load L Rail M Hanging load N Surface of loading place
Claims (4)
前記揚上手段とともに吊荷を移動させる移動手段と、
前記移動手段に対して駆動力を提供する第1の駆動手段と、
前記揚上手段に対して駆動力を提供する第2の駆動手段と、
前記巻上ロープの軸線方向の角度を検出するロープ角検出手段と、
前記第1および第2の駆動手段による双方の駆動状態を制御する制御手段とを備え、吊荷を所定の高さまで揚上するとともに目標位置まで搬送する巻上搬送装置において、
前記巻上搬送装置は、前記吊荷の傾斜角を検出する吊荷角検出手段を備え、
前記制御手段は、前記第1の駆動手段に対し、前記移動手段を駆動開始時から目標位置に到達するまでの移動を制御する搬送制御部と、前記第2の駆動手段に対し、前記吊荷を所定の高さまでの揚上を制御する揚上制御部と、前記ロープ角検出手段によって検出される巻上ロープの軸線方向の角度および角速度、ならびに前記吊荷角検出手段によって検出される吊荷の傾斜角度および角速度に基づいて、吊荷の状態を判別する判別部とを備え、
前記搬送制御部は、前記判別部によって判別される吊荷の状態を参照しつつ、前記巻上ロープの軸線方向の角度を鉛直方向に誘導させるように搬送速度を制御するものである
ことを特徴とする巻上搬送装置における振れ止め制御システム。 a hoisting means for hoisting a hoisting rope to hoist a suspended load;
A moving means for moving the suspended load together with the lifting means;
a first driving means for providing driving force to the moving means;
a second driving means for providing driving force to the lifting means;
rope angle detection means for detecting an angle in the axial direction of the hoisting rope;
A hoisting and conveying device that lifts a suspended load to a predetermined height and conveys it to a target position, the hoisting and conveying device comprising a control means for controlling the driving states of both the first and second driving means,
The hoisting and conveying device includes a hanging load angle detection means for detecting an inclination angle of the hanging load,
The control means includes, for the first drive means, a transport control section that controls the movement of the moving means from the start of driving until reaching the target position; a hoisting control section that controls lifting of the hoisting rope to a predetermined height; an axial angle and angular velocity of the hoisting rope detected by the rope angle detection means; and a hoisting load detected by the hoisting angle detection means. and a determination unit that determines the condition of the suspended load based on the inclination angle and angular velocity of the
The transport control unit controls the transport speed so as to guide the axial angle of the hoisting rope in the vertical direction while referring to the condition of the suspended load determined by the determination unit. Steady rest control system for hoisting and conveying equipment.
前記搬送制御部は、前記判別部による判別が地切り後である場合に制御を開始するものである請求項1に記載の巻上搬送装置における振れ止め制御システム。 The determination unit determines whether the suspended load is in a state of being cut off or after being cut off,
The steady rest control system for a hoisting conveyance device according to claim 1, wherein the conveyance control section starts control when the determination by the discriminating section indicates that the ground has been cut.
前記揚上手段とともに吊荷を移動させる移動手段と、
前記移動手段に対して駆動力を提供する第1の駆動手段と、
前記揚上手段に対して駆動力を提供する第2の駆動手段と、
前記巻上ロープの軸線方向の角度を検出するロープ角検出手段と、
前記第1および第2の駆動手段による双方の駆動状態を制御する制御手段とを備え、吊荷を所定の高さまで揚上するとともに目標位置まで搬送する巻上搬送装置において、
前記巻上搬送装置は、撮影手段を備え、
前記制御手段は、前記第1の駆動手段に対し、前記移動手段を駆動開始時から目標位置に到達するまでの移動を制御する搬送制御部と、前記第2の駆動手段に対し、前記吊荷を所定の高さまでの揚上を制御する揚上制御部と、前記撮影手段により撮影される画像を取得する画像取得部と、前記画像を解析する解析部と、前記ロープ角検出手段によって検出される巻上ロープの軸線方向の角度および角速度に基づいて吊荷の状態を判別する判別部とを備え、
前記判別部は、前記解析部によって解析される画像に基づき、少なくとも吊荷の状態が地切り中または地切り後のいずれかであることを判別するものであり、
前記搬送制御部は、前記判別部によって判別される吊荷の状態を参照しつつ、前記巻上ロープの軸線方向の角度を鉛直方向に誘導させるように搬送速度を制御するものである
ことを特徴とする巻上搬送装置における振れ止め制御システム。 a hoisting means for hoisting a hoisting rope to hoist a suspended load;
A moving means for moving the suspended load together with the lifting means;
a first driving means for providing driving force to the moving means;
a second driving means for providing driving force to the lifting means;
rope angle detection means for detecting an angle in the axial direction of the hoisting rope;
A hoisting and conveying device that lifts a suspended load to a predetermined height and conveys it to a target position, the hoisting and conveying device comprising a control means for controlling the driving states of both the first and second driving means,
The hoisting and conveying device includes a photographing means ,
The control means includes, for the first drive means, a transport control section that controls the movement of the moving means from the start of driving until reaching the target position; a lifting control unit that controls lifting of the rope to a predetermined height, an image acquisition unit that acquires an image photographed by the photographing means, an analysis unit that analyzes the image, and a rope angle detected by the rope angle detection means. and a determination unit that determines the condition of the suspended load based on the axial angle and angular velocity of the hoisting rope,
The determination unit determines, based on the image analyzed by the analysis unit, at least whether the suspended load is in a state of being cut off or after being cut off ,
The conveyance control section controls the conveyance speed so as to guide the axial angle of the hoisting rope in the vertical direction while referring to the condition of the suspended load determined by the discrimination section.
A steady rest control system for a hoisting conveyance device , characterized by :
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