JP7485244B1 - CRANE CONTROL SYSTEM, CONTROL DEVICE, AND CONTROL METHOD - Google Patents
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Abstract
【課題】作業効率を向上させる。【解決手段】本開示の一態様に係るクレーンの制御システムは、伸縮及び起伏可能なブームと、前記ブームを接続すると共に旋回可能な支持部と、を有するクレーンと、前記クレーンを制御するための制御装置と、を備え、前記制御装置は、吊り荷を吊り上げながら当該吊り荷を移動させるために前記ブームの所定部を、前記吊り荷の移動先に対応する目標地点まで移動させる際に、少なくとも前記ブームの伸縮制御及び旋回制御のうちいずれか一つ以上を行い、前記所定部が前記目標地点に到達可能でない場合、前記目標地点の高さ方向の座標を更新し、更新された前記座標を含む前記目標地点に到達させるために前記ブームの起伏制御を行うように構成されている。【選択図】図1[Problem] To improve work efficiency. [Solution] A crane control system according to one aspect of the present disclosure includes a crane having a boom that can be extended and hoisted, and a support part to which the boom is connected and which can be rotated, and a control device for controlling the crane, wherein the control device is configured to perform at least one of telescopic control and rotation control of the boom when a specific part of the boom is moved to a target point corresponding to the destination of a suspended load in order to move the suspended load while lifting the load, and if the specific part cannot reach the target point, to update the height coordinate of the target point, and to perform hoisting control of the boom to reach the target point including the updated coordinate. [Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、クレーンの制御システム、制御装置、及び制御方法に関する。 The present invention relates to a crane control system, a control device, and a control method.
従来から、クレーンを用いて吊荷搬送を行う際に、搬送経路を設定する技術が提案されている。例えば、侵入禁止区域に侵入するのを回避するように搬送経路を設定する技術がある(例えば特許文献1)。 Technologies have been proposed for setting transport routes when transporting suspended loads using a crane. For example, there is a technology for setting transport routes so as to avoid entering prohibited areas (for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1等の従来の技術は、障害物が設定された三次元接近禁止区域に吊り荷が接近するのを阻止するように、移動可能な範囲内で搬送経路を設定する技術であって、クレーンの構造を考慮して経路の設定を行う技術ではない。このため、クレーンのブームの構造的な制約により、経路に沿って吊り荷を移動させるのが難しい場合がある。
However, conventional technologies such as those disclosed in
本発明の一態様は、ブームの構造を考慮した制御を行うことで、作業効率の向上を実現する。 One aspect of the present invention is to improve work efficiency by performing control that takes into account the boom structure.
本発明の一態様に係るクレーンの制御システムは、伸縮及び起伏可能なブームと、前記ブームを接続すると共に旋回可能な支持部と、を有するクレーンと、前記クレーンを制御するための制御装置と、を備え、前記制御装置は、吊り荷を吊り上げながら当該吊り荷を移動させるために前記ブームの所定部を、前記吊り荷の移動先に対応する目標地点まで移動させる際に、少なくとも前記ブームの伸縮制御及び旋回制御のうちいずれか一つ以上を行い、前記所定部が前記目標地点に到達可能でない場合、前記目標地点の高さ方向の座標を更新し、更新された前記座標を含む前記目標地点に到達させるために前記ブームの起伏制御を行うように構成されている。 A crane control system according to one aspect of the present invention includes a crane having a boom that can be extended and hoisted, a support part to which the boom is connected and which can be rotated, and a control device for controlling the crane. The control device is configured to perform at least one of telescopic control and rotation control of the boom when a specific part of the boom is moved to a target point corresponding to the destination of the load in order to move the load while lifting the load, and if the specific part cannot reach the target point, to update the height coordinate of the target point and to perform hoisting control of the boom to reach the target point including the updated coordinate.
本発明の一態様によれば、目標地点まで到達させるための制御を行うことで、作業効率を向上させる。 According to one aspect of the present invention, work efficiency is improved by controlling the vehicle to reach the target location.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。また、以下で説明する実施形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述される全ての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の又は対応する符号を付し、説明を省略することがある。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. The embodiments described below are illustrative and do not limit the invention, and all features and combinations described in the embodiments are not necessarily essential to the invention. In addition, identical or corresponding components in each drawing are denoted by identical or corresponding reference numerals, and descriptions thereof may be omitted.
以下、本発明の実施形態では、吊り荷を吊り上げながら当該吊り荷を移動させる作業機械の一例としてクレーンを用いる例について説明する。本実施形態では、クレーンの一例としてジブクレーンを用いる例について説明するが、クレーンを制限するものではなく、例えば、タワークレーン、又は、ロータリークレーン等であってもよい。 In the following embodiment of the present invention, an example is described in which a crane is used as an example of a work machine that lifts a load while moving the load. In this embodiment, an example is described in which a jib crane is used as an example of a crane, but this is not limited to a crane, and the crane may be, for example, a tower crane or a rotary crane.
(第1の実施形態)
図1を参照して、本実施形態に係るクレーンの制御システムに含まれるクレーンの概要について説明する。図1は、本実施形態に係るクレーンの側面図である。
First Embodiment
An overview of a crane included in a crane control system according to this embodiment will be described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a side view of a crane according to this embodiment.
図1に示されるように、クレーン100は、ポスト1と、ブーム2と、起伏ロープ31と、吊りロープ32と、ウインチ4と、フック5と、を備えている。そして、クレーン100にはPLC(Programmable Logic Controller)200が接続されている。PLC200は、クレーン100の制御を行うために設けられている。
As shown in FIG. 1, the
ウインチ4は、第1ウインチ41および第2ウインチ42を含む。
The
第1ウインチ41は、起伏ロープ31を介してブーム2を支える。第1ウインチ41は、起伏ロープ31の巻き上げ、または、巻き下げを行うことにより、ブーム2の起伏状態(起伏角度)を変更する。
The
第2ウインチ42は、ブーム2の先端部の(図示しない)シーブ24に掛けられた吊りロープ32を介してフック5を支える。吊りロープ32は、ブーム2の先端部Pcから下方向に延伸し、下端にフック5が設けられている。フック5には、例えば、吊り荷6が吊り下げられてもよい。
The
第2ウインチ42は、吊りロープ32の巻き上げ、または、巻き下げを行うことにより、フック5を昇降させる。換言すれば、吊り荷6を高さ方向(Z軸方向)に移動させることができる。
The
ポスト1は、地面(水平面の一例)Sに対して固定された支持部材の一例であって、ブーム2を上下方向に回動可能に接続している。ポスト1は、上本体部11と、下本体部12と、で構成されている。上本体部11と、下本体部12と、の間は、アクチュエータ13(図2参照)によって、地面Sに対して旋回可能に接続されている。アクチュエータ13が下本体部12に対して上本体部11を旋回動作させることで、ブーム2の旋回制御を行うことができる。
The
ブーム2は、1段ブーム21と、2段ブーム22と、で構成されている。1段ブーム21と、2段ブーム22と、の間は、油圧シリンダ23(図2参照)によって伸縮可能に接続されている。本実施形態は、ブーム2が2段で構成されている例について説明するが、ブーム2を2段に制限するものではなく、例えば3段以上であってもよい。
The
ブーム2の長さLは、フートピンPfの中心から、ブーム2の先端部Pcまでの長さとする。本実施形態においては、油圧シリンダに対する油圧制御によって、ブーム2の長さLを変更できる。本実施形態では、ブーム2が最も短くなった長さを最小ブーム長さLminとし、ブーム2が最も長くなった長さを最大ブーム長さLmaxとする。
The length L of the
また、ブーム2は、上本体部11に取り付けられたフートピンPfの支点を中心として、上下方向に回動可能(起伏可能)に設けられている。ブーム2の上下方向の回動(起伏動作)は、第1ウインチ41による起伏ロープ31の巻き上げ、または巻き下げによって行われる。
The
上述したように、本実施形態に係るクレーン100は、ブーム2の旋回、起伏、及び、伸縮動作によって三次元的に移動可能な構成である。なお、本実施形態に係るクレーン100は一例を示したものであって、上述した構成に制限するものではない。本実施形態に係る制御を適用可能なクレーンは、ブームの旋回、起伏、及び、伸縮動作が可能であればよい。
As described above, the
そして、本実施形態に係るPLC200は、ブーム2の先端部Pcの位置に基づいて、クレーン100の制御を行う。本実施形態で演算に用いる直交座標系は、クレーン100を基準とした三次元空間の座標系とする。直交座標系は、例えば、旋回中心である原点Oを基準としたXYZ空間とする。XYZ空間のうち、Z軸が高さ方向の軸であり、XY平面(X軸及びY軸を含む二次元座標平面の一例)が地面(水平面の一例)Sに略平行な面とする。
The
なお、本実施形態においては、原点Oに対するフートピンPfの支点の距離bとする。本実施形態では、距離bは負の値とする。 In this embodiment, the distance b is the distance between the fulcrum of the foot pin Pf and the origin O. In this embodiment, the distance b is a negative value.
次に、本実施形態に係るクレーン100の制御システムについて説明する。図2は、本実施形態に係るクレーンの制御システムSYSの構成例を示した図である。
Next, the control system for the
図2に示されるように、クレーンの制御システムSYSは、クレーン100と、PLC200と、入力装置300と、で構成されている。
As shown in FIG. 2, the crane control system SYS is composed of a
クレーン100は、図1で示した外観を備え、制御系として、旋回角度検出器S11と、ブーム長計測器S12と、ブーム角度計測器S13と、吊りロープ長計測器S14と、アクチュエータ13と、油圧シリンダ23と、第1ウインチ41と、第2ウインチ42と、を備えている。
The
旋回角度検出器S11は、下本体部12に対する上本体部11の旋回角度を検出し、検出した旋回角度を、PLC200に送信する。
The rotation angle detector S11 detects the rotation angle of the
ブーム長計測器S12は、油圧シリンダ23の動作等に基づいて、ブーム2の長さLを算出し、ブーム2の長さLを、PLC200に送信する。
The boom length measuring device S12 calculates the length L of the
ブーム角度計測器S13は、第1ウインチ41の状態(エンコーダ等によって検出される検出値)に基づいて、ブーム2の起伏角度を算出し、起伏角度をPLC200に送信する。
The boom angle measuring device S13 calculates the boom hoisting angle of the
吊りロープ長計測器S14は、第2ウインチ42の状態(エンコーダ等によって検出される検出値)に基づいて、吊り荷6までの吊りロープ32の長さλを算出し、吊り荷6までの吊りロープ32の長さλをPLC200に送信する。
The hoisting rope length measuring device S14 calculates the length λ of the
入力装置300は、オペレータが、PLC200に情報を入力するための装置とする。入力装置300は、例えば、クレーン100を操作するための操作レバーを含んでもよい。また、入力装置300は、(図示しない)表示装置に表示された画面に対してタッチすることで情報を入力可能なタッチパネル等を含んでもよい。
The
例えば、クレーン100が自律制御を行う場合、入力装置300は、ブーム2の先端部Pc又は吊り荷6の目標地点を示す座標の入力を受け付け、当該目標地点を示す座標情報を、PLC200に出力する。目標地点を示す座標情報は、例えば、上述したような、クレーン100を基準とした三次元空間の座標系における位置座標でもよい。なお、目標地点を示す座標情報は、XY平面における座標でもよい。さらには、目標地点を示す座標情報は、地表面の任意の地点が入力されてもよい。
For example, when the
他の例としては、入力装置300が、二次元座標平面に含まれる方向に傾け可能な操作レバーを設けられ、クレーン100が、操作レバーの傾き方向に、ブーム2の先端部Pcを移動させる場合がある。この場合、入力装置300は、操作レバーの傾き方向(二次元座標平面に含まれる方向)を示す信号を、PLC200に出力してもよい。
As another example, the
PLC200は、クレーン100を制御するための制御装置である。入力インターフェース201と、出力インターフェース202と、演算部203と、を備えている。図2では、PLC200は、クレーン100の外部に設けられているように表されているが、クレーン100の内部に設けられてもよい。
PLC200は、ブーム2の先端部Pc(所定部の例)を、目標地点まで移動させるためにクレーンの制御を行う。例えば、PLC200は、ブーム2の先端部Pc(所定部の例)を、目標地点まで移動させる際に、ブーム2の旋回制御、伸縮制御、及び起伏制御を行う。本実施形態においては、ブーム2の旋回制御、伸縮制御、及び起伏制御を行う一例について説明する。なお、本実施形態は、旋回制御、伸縮制御、及び起伏制御の全ての同時制御に制限する手法ではなく、少なくともブーム2の旋回制御又は伸縮制御を行っている間に、必要に応じて起伏制御ができればよい。
The
PLC200は、クレーン100を制御するためのプログラムを記憶部に搭載し、演算部203が当該プログラムを読み込むことで、取得部211と、経路生成部212と、座標設定部213、座標系演算部214と、出力制御部215と、を実現する。これにより、演算部203は、ブーム2の旋回制御、伸縮制御、及び起伏制御を行うことができる。
The
取得部211は、入力インターフェース201を介して、クレーン100に設けられた各種検出器、及び計測器等から受信した信号に基づいて、様々な情報を取得する。
The
例えば、取得部211は、旋回角度検出器S11から受信した旋回角度、ブーム長計測器S12から受信したブーム2の長さL、及び、ブーム角度計測器S13から受信した、ブーム2の起伏角度に基づいて、ブーム2の先端部Pcの現在地点を取得してもよい。
For example, the
また、取得部211は、吊りロープ長計測器S14から受信した、吊りロープ32の長さλ、及び、ブーム2の先端部Pcの現在地点に基づいて、吊り荷6の現在位置を取得してもよい。
The
例えば、取得部211は、入力装置300又はPLC200と通信可能な装置から、(ブーム2の先端部Pc又は吊り荷6の)目標位置として入力された座標情報に基づいて、ブーム2の先端部Pcの目標地点を示す座標情報を取得する。他の例としては、取得部211は、入力装置300から、上述した操作レバーの傾き方向を示す信号が入力された場合に、ブーム2の先端部Pcの現在値から、入力された方向に所定距離を移動した地点を目標地点として取得する。
For example, the
経路生成部212は、ブーム2の先端部(所定部の一例)Pcの現在地点(開始位置の一例)から目標地点までの移動経路を生成する。経路生成部212により生成される移動経路は、任意の形状でよく、例えば、現在地点から目標地点までを直線で繋ぐ経路でもよい。なお、本実施形態においては、ブーム2の先端部Pcの移動経路を生成する例について説明するが、移動経路を生成する対象は、ブーム2の所定部であればよく先端部Pcに制限するものではない。
The
図3は、本実施形態に係る経路生成部212により生成された移動経路を示した概念図である。図3に示される例では、原点Oを基準とした三次元空間において、ブーム2の移動を概略的に示している。
Figure 3 is a conceptual diagram showing a movement path generated by the
具体的には、移動を開始する前の現在地点のブーム2Aと、目標地点まで移動した後のブーム2Bと、が示されている。
Specifically, it shows
現在地点のブーム2Aの先端部Pcの現在位置は、初期座標Ps(Xs、Ys、Zs)として示される。なお、ブーム2Aの起伏角度γsとする。
The current position of the tip Pc of the
目標地点のブーム2Bの先端部Pcの目標地点は、座標Pe(Xe、Ye、Ze)として示される。なお、ブーム2Bの起伏角度γeとする。
The target point of the tip Pc of the
そして、図3に示される例では、経路生成部212は、現在地点の初期座標Ps(Xs、Ys、Zs)から、目標地点の座標Pe(Xe、Ye、Ze)までを直線状に示した移動経路1310を生成する。なお、ブーム2Aの起伏角度γsと、起伏角度γeとは同じであってもよいし、異なっていてもよい。
In the example shown in FIG. 3, the
図4は、本実施形態に係る経路生成部212により生成された移動経路をXY平面に示した概念図である。図4に示される例では、原点Oを基準としたXY平面において、ブーム2の移動を概略的に示している。
Figure 4 is a conceptual diagram showing the movement path generated by the
現在地点のブーム2Aの先端部Pcの現在位置は、初期座標Ps(Xs、Ys、Zs)として示される。なお、Y軸を基準としたブーム2Aの旋回角度θsとする。
The current position of the tip Pc of the
目標地点のブーム2Bの先端部Pcの目標地点は、座標Pe(Xe、Ye、Ze)として示される。なお、Y軸を基準としたブーム2Aの旋回角度θeとする。
The target point of the tip Pc of the
座標設定部213は、移動経路1310に沿って先端部Pcが移動する中継地点を複数設定する。
The coordinate
図5は、本実施形態に係る座標設定部213により設定された中継地点を例示した図である。図5に示される例では、原点Oを基準としたXY平面に投影した移動経路1310において、初期座標Ps(Xs、Ys、Zs)から目標地点の座標Pe(Xe、Ye、Ze)までの間に、座標設定部213によって設定された中継地点P1~P15が示されている。図5に示されるように、中継地点P1~P15は、移動経路1310において等間隔になるように設定されている。なお、本実施形態は、中継地点P1~P15を等間隔に設定する例について説明するが、等間隔に設定する手法に制限するものではない。例えば、先端部Pcの速度を考慮して中継地点の間隔を設定してもよい。
FIG. 5 is a diagram illustrating relay points set by the coordinate setting
中継地点P1~P15は、先端部Pcの移動先として用いられる。例えば、先端部Pcが、初期座標Ps(Xs、Ys、Zs)に存在する場合に、中継地点P1が移動先として用いられる。そして、先端部Pcが、中継地点P1まで移動した場合に、中継地点P2が移動先として用いられる。本実施形態に係る演算部203は、当該制御を繰り返す。最後は、先端部Pcが、中継地点P15まで移動した場合に、目標地点の座標Pe(Xe、Ye、Ze)が移動先として用いられる。
The relay points P1 to P15 are used as the destination of the tip Pc. For example, when the tip Pc is at the initial coordinates Ps (Xs, Ys, Zs), the relay point P1 is used as the destination. Then, when the tip Pc has moved to the relay point P1, the relay point P2 is used as the destination. The
なお、図5に示される例では、中継地点の数は15個の場合について説明するが、中継地点の数を15個に制限するものではない。中継地点の数は、例えば、移動経路の長さ、又は、ユーザの設定に応じて定められればよい。次に移動先に移動するための制御について説明する。 In the example shown in FIG. 5, the number of relay points is 15, but the number of relay points is not limited to 15. The number of relay points may be determined, for example, according to the length of the travel route or the user's settings. Next, the control for moving to the destination will be described.
座標系演算部214は、判定部221と、座標更新部222と、を備え、先端部Pcの次の移動先を、直交座標系から、クレーン100が旋回する軸上に原点Oを示した極座標系に変換するための処理を行う。当該処理は、旋回中心を基準としたブーム2の伸縮制御、起伏制御、及び旋回制御を行うためである。
The coordinate
座標系演算部214は、先端部Pcの次の移動先の旋回角度θt*、ブームの長さLt*、起伏角度γt*を算出する。なお、次の移動先の直交座標系の座標は、座標Pt*(Xt*,Yt*,Zt*)として示される。座標Pt*は、上述した中継地点P1~P15又は目標地点の座標Peとする。そして、座標系演算部214は、移動先の座標Pt*(Xt*,Yt*,Zt*)から、移動先の旋回角度θt*、ブームの長さLt*、起伏角度γt*を算出する。
The coordinate
なお、図4~図5で示されるように、本実施形態においては旋回角度θがY軸を基準(換言すればX軸を基準とした場合にπ/2オフセットされている)としているが、本実施形態は一例を示したものであり、旋回角度がX軸を基準としてもよい。 As shown in Figures 4 and 5, in this embodiment, the rotation angle θ is based on the Y axis (in other words, offset by π/2 when the X axis is used as the reference), but this embodiment is merely an example, and the rotation angle may also be based on the X axis.
本実施形態に係る座標系演算部214は、以下に示す式(1)によって、旋回角度θt*を算出する。
The coordinate
上述したatan2は、所定のプログラム言語で用いられる関数の一種であり、2つの引数を取るarctanを意味する。つまり、式(1)からは、X軸の正の向きと、(Xt*,Yt*)まで伸ばした半直線との間の角度(ラジアン)が出力される。 The above-mentioned atan2 is a type of function used in a certain programming language, and means arctan that takes two arguments. In other words, the angle (radian) between the positive direction of the X-axis and the half line extended to (Xt * , Yt * ) is output from the formula (1).
先端部PcをXY平面に投影した場合に基づくと以下の式(2)が成り立つ。なお、上述したように距離bは負の値とする。 The following formula (2) holds when the tip Pc is projected onto the XY plane. Note that, as mentioned above, the distance b is a negative value.
式(2)から、以下の式(3)を導出できる。したがって、cosγt*を算出できる。 From the formula (2), the following formula (3) can be derived. Therefore, cosγt * can be calculated.
さらに、sinγt*は、以下の式(4)から算出できる。 Furthermore, sinγt * can be calculated from the following formula (4).
式(3)と式(4)を"cosγt*2+sinγt*2=1"に代入して式変形を行うことで式(5)を導出できる。 Equation (5) can be derived by substituting equation (3) and equation (4) into "cosγt *2 + sinγt *2 = 1" and transforming the equation.
従って、座標系演算部214は、式(5)を用いて、先端部Pcを次の移動先(中継地点又は目標地点)に到達させるために必要なブームの長さLt*を算出する。算出された長さLt*は、最小ブーム長さLmin以上であり、且つ最大ブーム長さLmax以下でなければ、伸縮制御で一致させることができない。
Therefore, the coordinate
そこで、判定部221は、算出された長さLt*が、最小ブーム長さLmin以上であり、且つ最大ブーム長さLmax以下であるか否か、換言すればブーム2の伸縮可能な範囲であるか(伸縮制御で一致させることができるか)否かを判定する。
Therefore, the
このようにして、判定部221は、先端部Pcが中継地点に移動する毎に、次の移動先(中継地点又は目標地点)に、先端部Pcが到達可能か否かを判定する。
In this way, each time the tip Pc moves to a relay point, the
判定部221は、算出された長さLt*が、伸縮可能な範囲である、換言すれば、中継地点をXY平面に投影した座標に、先端部PcをXY平面に投影した座標が到達可能であると判定した場合、座標系演算部214は、以下の式(6)を用いて、γt*を算出する。
When the
ところで、算出された長さLt*が伸縮可能な範囲外の場合、先端部Pcは次の移動先の地点(座標Pt*(Xt*,Yt*,Zt*)で示される地点)に移動できない。ブーム2の先端部Pcの次の移動先の地点のうち、座標Xt*及び座標Yt*を変更するのは難しい。一方、座標Zt*の変更は、吊りロープ32の巻き上げ又は巻き下げを行うことで、吊り荷6の高さ方向の位置も維持できるので、吊り荷6の移動先を維持できる。
However, if the calculated length Lt * is outside the extendable range, the tip Pc cannot move to the next destination point (the point indicated by the coordinates Pt * (Xt * , Yt * , Zt * )). Of the next destination points for the tip Pc of the
そこで、本実施形態においては、判定部221が条件を満たさないと判定した場合、座標更新部222が、次の移動先の(高さ方向の)座標Zt*を更新する。本実施形態では更新された後を座標Zt**と示す。このように、次の移動先のZ軸座標が更新された場合に、演算部203は、更新された座標Zt**を含む次の移動先に到達させるためにブーム2の起伏制御を行う。
Therefore, in this embodiment, when the
つまり、判定部221が、伸縮可能な範囲ではない、換言すれば、中継地点をXY平面に投影した座標に、先端部PcをXY平面に投影した座標が到達可能ではないと判定した場合、PLC200は、ブーム2の起伏制御を行うことで、中継地点をXY平面に投影した座標に、先端部PcをXY平面に投影した座標を到達させることができる。
In other words, if the
具体的には、式(5)を式変形した式(7)を用いる。座標更新部222は、式(7)の長さLt*に、最小ブーム長さLmin又は最大ブーム長さLmaxを代入することで、更新された後の座標Zt**を算出する。そして、座標更新部222は、次の移動先の座標Pt*(Xt*,Yt*,Zt**)に更新する。
Specifically, equation (7) is used, which is a modified version of equation (5). The coordinate
そして、座標系演算部214は、以下の式(8)を用いて、座標Zt**に更新された場合の起伏角度γt*を算出する。
Then, the coordinate
つまり、本実施形態においては、算出された長さLt*にできない場合、ブーム2を最小ブーム長さLmin又は最大ブーム長さLmaxにして、座標Zt**を更新する、換言すれば、ブーム2の起伏制御を行うことで、ブーム2の移動制御を継続させることができる。
In other words, in this embodiment, if the calculated length Lt * cannot be achieved, the
そして、座標系演算部214は、上述した演算によって、先端部Pcの次の移動先の旋回角度θt*、ブームの長さLt*、起伏角度γt*を算出する。
The coordinate
さらに、座標系演算部214は、更新された後の座標Zt**と、更新される前の座標Zt*との差を、吊りロープ32の調整量λdefとして算出する。そして、後述する出力制御部215が、調整量λdefだけ吊りロープ32の巻き上げ又は巻き下げを行うための制御信号を生成し、出力する。つまり、本実施形態に係るクレーン100では、更新された移動先(中継地点又は目標地点)の高さ方向の座標に基づいて、吊りロープ32の巻き上げ又は巻き下げを行わせることで、吊り荷6の高さを維持させる。なお、本実施形態は、座標Zt**に更新された場合に、吊り荷6の高さを調整する例について説明するが、座標Zt**に更新された場合に、吊り荷6の高さを調整する手法に制限するものではない。つまり、座標Zt**に更新に応じて、吊り荷6の高さが変更されなくてもよい。
Furthermore, the coordinate
その後、出力制御部215が、旋回角度θt*とするためのアクチュエータ13に対する指令信号、ブーム2の長さLt*とするための油圧シリンダ23に対する制御信号、起伏角度γt*とするための第1ウインチ41に対する制御信号、及び、吊りロープ32の調整量λdefに対応する巻き上げ又は巻き下げさせるための第2ウインチ42に対する制御信号を生成する。そして、出力制御部215が、生成した制御信号を、出力インターフェース202を介してクレーン100に出力する。
Thereafter, the
このように、本実施形態に係る出力制御部215は、各種制御信号をクレーン100に出力することで、ブーム2の伸縮制御、ブーム2の旋回制御、ブーム2の起伏制御、及び、吊りロープ32の巻き上げ又は巻き下げ制御のうち、いずれか一つ以上を行う。
In this way, the
次に、ブーム2の先端部Pcの移動先の変化について説明する。図6は、本実施形態に係る座標設定部213により設定された中継地点を例示した図である。図6においては、先端部Pcが、初期座標Ps1と目標地点の座標Pe1とが設定される。そして、座標設定部213が、初期座標Ps1と目標地点の座標Pe1との間に中継地点P51~P69を設定する。図6では、19個の中継地点が設定された例とする。なお、初期座標Ps1と目標地点の座標Pe1とのZ軸の座標"0"とする。したがって、座標設定部213は、中継地点P51~P69のZ軸座標"0"が設定される。
Next, changes in the destination of the tip Pc of the
そして、ブーム2の先端部Pcが中継地点P51~P69の各々に移動する毎に、判定部221は、次の中継地点に到達させるための長さLt*が、最小ブーム長さLmin以上であり、且つ最大ブーム長さLmax以下である条件を満たすか否かを判定する。つまり、次の中継地点P51~P69に到達できるか否かを判定する。長さLt*が、最小ブーム長さLminより小さい、又は、最大ブーム長さLmaxより大きいと判定された場合に、次の中継地点のZ軸座標が更新される。更新手法は上述したとおりのため説明を省略する。
Then, each time the tip Pc of the
図7は、本実施形態に係る座標更新部222によって更新された後の中継地点を例示した図である。図7に示される例では、初期座標Ps1から目標地点の座標Pe1に先端部Pcを移動させるように移動経路が生成されている。
Figure 7 is a diagram illustrating relay points after being updated by the coordinate
図7に示される例では、先端部Pcは、初期座標Ps1から中継地点P51~P60までは、判定部221により、次の中継地点に到達させるための長さLt*が、最小ブーム長さLmin以上であり、且つ最大ブーム長さLmax以下である条件を満たすと判定されている。このため、中継地点のZ軸座標の更新は行われなかった。
7, the
そして、中継地点P61~P69、及び、目標地点の座標Pe1について、判定部221が上記の条件を満たさないと判定する。これにより、座標更新部222が、中継地点P60~P69及び目標地点の座標Pe1のZ軸座標を更新した結果、中継地点P60*~P69*及び目標地点の座標Pe1*に更新される。
The
図7に示されるように、中継地点P60*~P69*及び目標地点の座標Pe1*は、目標地点の座標Pe1*に近づくにしたがってZ軸座標が高くなるように更新されている。つまり、ブーム2をこれ以上短くできないので、目標地点の座標Pe1*に近づくにしたがって、ブーム2を起こす制御が行われている。当該制御が行われるので、先端部PcをXY平面に投影した座標が、予め設定された目標地点をXY平面に投影した座標まで到達できる。
As shown in Figure 7, the relay points P60 * to P69 * and the coordinate Pe1 * of the target point are updated so that the Z-axis coordinate becomes higher as they approach the coordinate Pe1 * of the target point. In other words, since the
つまり、本実施形態に係るPLC200は、ブーム2が最も短くなっている時に、目標地点に向かって先端部Pcをさらに原点O(旋回の中心)方向に移動させる場合に、ブーム2を起こす制御を行う。
In other words, the
上述した制御例では、ブーム2を起こす例について説明した。しかしながら、本実施形態に係るPLC200は、ブーム2の起こす例に制限するものではない。例えば、PLC200は、ブーム2の先端部Pcを目標地点に到達させるために、ブーム2を延ばす制御を行う場合がある。そして、PLC200は、ブーム2が最大ブーム長さLmaxに到達した時、目標地点に向かって先端部Pcをさらに原点O(旋回の中心)の反対方向に移動させる場合に、ブーム2を伏せる制御を行う。
In the above-mentioned control example, an example of raising the
つまり、PLC200では、ブーム2の先端部Pcを目標地点に到達させるために、伸縮制御及び旋回制御では、先端部Pcを、目標地点まで到達できないと判定部221によって判定された場合、座標更新部222が目標地点の高さ方向の座標を更新し、出力制御部215が、更新された座標を含む目標地点に到達させるためにブーム2の起伏制御を行う制御信号を出力する。
In other words, in the
そして、PLC200は、ブーム2の起伏制御で先端部Pc位がZ軸方向(高さ方向)に移動した距離に基づいて、吊りロープ32の巻き上げ又は巻き下げの制御を行う。具体的には、出力制御部215が、吊りロープ32の巻き上げ又は巻き下げの制御を行うための制御信号を第2ウインチ42に出力する。
Then, the
次に、PLC200の演算部203における処理手順について説明する。図8は、本実施形態に係る演算部203による処理手順を示したフローチャートである。
Next, the processing procedure in the
まず、取得部211が、クレーン100の各種センサ(検出器、計測器)からの信号から、ブーム2の先端部Pcの現在位置を示す初期座標(Xs,Ys,Zs)を取得する(S1801)。
First, the
次に、取得部211が、入力装置300から受信した情報に基づいて、先端部Pcの目標地点の座標(Xe,Ye,Ze)を取得する(S1802)。
Next, the
経路生成部212が、現在位置を示す初期座標から、目標地点の座標まで移動するための移動経路を生成する(S1803)。
The
座標設定部213は、先端部Pcが生成された移動経路に沿って移動する際に通過する各地点を中継地点として設定する(S1804)。
The coordinate
そして、演算部203がブーム2の移動制御を開始する(S1805)。
Then, the
座標系演算部214が、次の地点(中継地点又は目標地点)の座標に基づいて、次の地点の旋回角度θt*を算出する(S1806)。
The coordinate
次に、座標系演算部214が、次の地点(中継地点又は目標地点)の座標に基づいて、次の地点のブーム2の長さLt*を算出する(S1807)。
Next, the coordinate
判定部221は、算出されたブーム2の長さLt*が、ブーム2の伸縮可能な範囲であるか否かを判定する(S1808)。
The
判定部221は、算出されたブーム2の長さLt*が、ブーム2の伸縮可能な範囲であると判定した場合(S1808:YES)、座標系演算部214が、次の地点(中継地点又は目標地点)の座標及びブーム2の長さLt*に基づいて、起伏角度γt*を算出する(S1809)。
If the
一方、判定部221は、算出されたブーム2の長さLt*が、ブーム2の伸縮可能な範囲ではないと判定した場合(S1808:NO)、座標更新部222が、ブーム2の長さLt*を最小ブーム長さLmin又は最大ブーム長さLmaxに更新する(S1810)。例えば、最小ブーム長さLmin及び最大ブーム長さLmaxのうち、現在のブーム2の長さに近い方に更新される。
On the other hand, when the
その後、座標更新部222が、更新したブーム2の長さLt*(最小ブーム長さLmin又は最大ブーム長さLmax)に基づいて、次の地点のZ軸の座標Zt**に更新する(S1811)。
Thereafter, the coordinate
その後、座標系演算部214が、更新されたZ軸の座標Zt**及びブーム2の長さLt*に基づいて、起伏角度γt*を算出する(S1812)。
Thereafter, the coordinate
さらに、座標系演算部214が、更新されたZ軸の座標Zt**と更新前のZ軸の座標Ztとに基づいて吊りロープ32の調整量λdefを算出する(S1813)。
Furthermore, the coordinate
その後、出力制御部215が、次の地点に移動するための制御信号を生成し、クレーン100に出力する(S1814)。したがって、次の地点に移動するための旋回制御、伸縮制御、及び起伏制御のうちいずれか一つ以上を行うための制御信号が生成され、出力される。
Then, the
そして、演算部203は、ブーム2の先端部Pcが目標地点に到達したか否かを判定する(S1815)。到達していないと判定した場合(S1815:NO)、再び1806から制御を行う。
Then, the
一方、演算部203は、ブーム2の先端部Pcが目標地点に到達したと判定した場合(S1815:YES)、処理を終了する。
On the other hand, if the
上述したように本実施形態では経路生成部212が現在地点から目標地点までを直線で繋ぐ移動経路を生成する例について説明した。
As described above, in this embodiment, an example has been described in which the
また、本実施形態では、吊り荷6を直線状に移動させるので、操作者は、作業現場等における吊り荷6の目標地までの経路を直感的に把握できる。したがって、操作者は、目標地までの経路上に存在する物体等を認識した上で、吊り荷6を移動させることができるので、安全性の向上を実現できる。さらには、吊り荷6の旋回移動が抑制されるので、吊り荷6に遠心力、換言すれば負荷が掛かることを抑制できる。 In addition, in this embodiment, the load 6 is moved in a straight line, so the operator can intuitively grasp the route of the load 6 to the target location at the work site, etc. Therefore, the operator can move the load 6 after recognizing objects, etc. that exist on the route to the target location, thereby improving safety. Furthermore, because the rotational movement of the load 6 is suppressed, centrifugal force, in other words, load, on the load 6 can be suppressed.
従来から、吊り荷6を移動経路に沿って移動させるためには、操作者が、操作レバーを用いて、伸縮制御、旋回制御、及び起伏制御を組み合わせて動作させる必要があった。これに対して、本実施形態では、上述した制御を行うことで、吊り荷6を直線状に動作させることができる。これにより、操作者が、吊り荷6を直線状に移動させたい場合に、ブーム2の構造による制限にかかわらず、簡易な操作又は目標地点の設定で実現できる。また、上述した制御による直線状の経路を組み合わせることで、障害物等が存在する場合や限られた経路しかない場合でも、目標地点までの吊り荷6を動作させることが容易となる。
Conventionally, in order to move the load 6 along a travel path, the operator had to use the operating lever to perform a combination of telescopic control, swivel control, and elevation control. In contrast, in this embodiment, the above-mentioned controls are performed, so that the load 6 can be moved in a straight line. As a result, when the operator wants to move the load 6 in a straight line, this can be achieved by simple operation or by setting a target point, regardless of the limitations imposed by the structure of the
なお、本実施形態では、経路生成部212が、目標地点まで直線状に移動経路を生成する例について説明した。しかしながら、経路生成部212が、移動経路を直線状に生成する手法に制限するものではなく、例えば、移動経路を複数の楕円、円、自由曲線、又は、線分の組み合わせ等で生成してもよい。
In this embodiment, an example has been described in which the
操作者の要望として、従来から、吊り荷を任意の経路で移動させたいという要望があった。しかしながら、吊り荷を任意の経路で移動させるには、ブームの構造によって制限が生じていた。これに対して、本実施形態では、ブームの先端部が目標地点までたどり着けない場合に、上述した制御を行うことで、ブームの構造の制限にかかわらず、吊り荷を目標地点まで到達させることが可能となる。つまり、吊り荷の移動可能な領域を広げることができる。なお、上述した実施形態は、ブームの伸縮制御ではブームの先端部が目標地点にたどり着けない場合に、ブームの起伏制御を行う場合について説明した。しかしながら、上述した実施形態は、ブームの伸縮制御ではブームの先端部が目標地点にたどり着けない場合に制限するものではなく、例えば、障害物とブームの構造との関係によってブームの先端部が目標地点にたどり着けない場合に、目標地点の高さ方向の座標を更新して、更新された目標地点にたどり着くためにブームの起伏制御を行ってもよい。 Conventionally, operators have been requesting to move a suspended load along an arbitrary route. However, there are limitations to moving a suspended load along an arbitrary route due to the boom structure. In contrast, in this embodiment, when the tip of the boom cannot reach the target point, the above-mentioned control is performed, making it possible to make the suspended load reach the target point regardless of the limitations of the boom structure. In other words, the area in which the suspended load can be moved can be expanded. In the above-mentioned embodiment, the boom hoisting control is performed when the tip of the boom cannot reach the target point by the boom extension and contraction control. However, the above-mentioned embodiment is not limited to the case where the tip of the boom cannot reach the target point by the boom extension and contraction control. For example, when the tip of the boom cannot reach the target point due to the relationship between an obstacle and the boom structure, the height coordinate of the target point may be updated, and the boom hoisting control may be performed to reach the updated target point.
<作用>
上述した実施形態においては、ブームの構造を考慮して、移動経路に含まれる地点の高さ方向の座標を更新することで、目標地点まで到達させることができる。つまり、上述した実施形態では、吊り荷を目標地点まで到達させることが可能となるので、作業性の向上を実現できる。
<Action>
In the above-described embodiment, the target point can be reached by updating the height coordinates of points included in the movement path in consideration of the boom structure. In other words, in the above-described embodiment, it is possible to make the load reach the target point, thereby improving workability.
上述した実施形態においては、PLCは、旋回制御、伸縮制御、及び起伏制御のうち2つ以上を組み合わせて、ブームの先端部を目標地まで移動させるための移動経路を生成できる。したがって、操作者は複雑な操作を行わなくてよいので、操作負担を軽減できる。 In the above-described embodiment, the PLC can combine two or more of the rotation control, extension control, and elevation control to generate a movement path for moving the tip of the boom to a target location. This reduces the burden on the operator as he or she does not need to perform complex operations.
また、上述した実施形態においては、演算部が、次の地点(中継地点又は目標地点)にたどり着くために、上述した三角関数を用いた演算手法で、先端部が次の地点にたどり着くための旋回角度、ブームの長さ、及び起伏角度を算出する。演算部が、当該演算を繰り返すことで先端部を目標地点に到達させることができる。つまり、上述した実施形態では、PLC等で三角関数という演算負荷が低く、実装が簡易な演算手法によって、クレーンの移動制御を行うことができる。したがって、上述した実施形態に係るPLCは、リアルタイムに演算を行いながら、先端部を目標地点まで移動させることができる。換言すれば、演算性能の高い制御装置を用いる必要がないので、コストの削減を実現できる。 In addition, in the above-described embodiment, the calculation unit calculates the rotation angle, boom length, and elevation angle for the tip to reach the next point (relay point or target point) using the calculation method using the above-described trigonometric functions. The calculation unit can make the tip reach the target point by repeating this calculation. In other words, in the above-described embodiment, the movement of the crane can be controlled using a calculation method such as trigonometric functions, which has a low calculation load and is easy to implement, using a PLC or the like. Therefore, the PLC according to the above-described embodiment can move the tip to the target point while performing calculations in real time. In other words, there is no need to use a control device with high calculation performance, which can reduce costs.
以上、本発明に係るクレーンの制御システム、制御装置、及び制御方法の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、及び組み合わせが可能である。それらについても当然に本発明の技術的範囲に属する。 Although the above describes the embodiments of the crane control system, control device, and control method according to the present invention, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments. Various changes, modifications, substitutions, additions, deletions, and combinations are possible within the scope of the claims. Naturally, these also fall within the technical scope of the present invention.
100 クレーン
1 ポスト
11 上本体部
12 下本体部
13 アクチュエータ
2 ブーム
21 1段ブーム
22 2段ブーム
23 油圧シリンダ
31 起伏ロープ
32 吊りロープ
41 第1ウインチ
42 第2ウインチ
5 フック
Pc ブームの先端部
200 PLC
211 取得部
212 経路生成部
213 座標設定部
214 座標系演算部
215 出力制御部
221 判定部
222 座標更新部
300 入力装置
S11 旋回角度検出器
S12 ブーム長計測器
S13 ブーム角度計測器
S14 吊りロープ長計測器
REFERENCE SIGNS
Claims (6)
前記クレーンを制御するための制御装置と、を備え、
前記制御装置は、吊り荷を吊り上げながら当該吊り荷を移動させるために前記ブームの所定部を、前記吊り荷の移動先に対応する目標地点まで移動させる際に、少なくとも前記ブームの伸縮制御及び旋回制御のうちいずれか一つ以上を行い、
前記所定部が前記目標地点に到達可能でない場合、前記目標地点の高さ方向の座標を更新し、更新された前記座標を含む前記目標地点に到達させるために前記ブームの起伏制御を行うように構成されている、
クレーンの制御システム。 A crane having a boom that can be extended and extended and a support part that can be rotated and connects the boom;
A control device for controlling the crane,
the control device performs at least one of telescopic control and rotation control of the boom when moving a predetermined portion of the boom to a target point corresponding to a destination of the load in order to move the load while lifting the load;
and when the predetermined portion is not capable of reaching the target point, updating a coordinate in a height direction of the target point, and performing a boom raising and lowering control to reach the target point including the updated coordinate.
Crane control system.
前記制御装置は、前記更新された高さ方向の前記座標に基づいて、前記ロープの巻き上げ又は巻き下げの制御を行う、
請求項1に記載のクレーンの制御システム。 The crane further includes a rope extending downward from the tip of the boom,
The control device controls the winding up or winding down of the rope based on the updated coordinate in the height direction.
The crane control system of claim 1 .
請求項1に記載のクレーンの制御システム。 the control device calculates a length of the boom for causing the predetermined part to reach the target point, and determines whether the predetermined part can reach the target point depending on whether the boom can be extended or retracted to the calculated length.
The crane control system of claim 1 .
請求項1に記載のクレーンの制御システム。 The control device acquires the target point based on a signal from an input device capable of inputting a direction included in a two-dimensional coordinate plane, or acquires the target point based on input coordinate information.
The crane control system of claim 1 .
吊り荷を吊り上げながら当該吊り荷を移動させるために前記ブームの所定部を、前記吊り荷の移動先に対応する目標地点まで移動させる際に、少なくとも前記ブームの伸縮制御及び旋回制御のうちいずれか一つ以上を行う制御信号を前記クレーンに出力する出力制御部と、
前記所定部が前記目標地点に到達可能でない場合、前記目標地点の高さ方向の座標を更新する更新部と、を備え、
前記出力制御部は、更新された前記座標を含む前記目標地点に到達させるために前記ブームの起伏制御を行う制御信号を前記クレーンに出力する、
クレーンの制御装置。 A control device for controlling a crane including a boom that can be extended and lowered, and a support part to which the boom is connected and which can be rotated,
an output control unit that outputs a control signal to the crane to perform at least one of telescopic control and rotation control of the boom when a predetermined portion of the boom is moved to a target point corresponding to a destination of the load in order to move the load while lifting the load;
and an update unit that updates a coordinate of the target point in a height direction when the predetermined unit is not able to reach the target point,
The output control unit outputs a control signal to the crane for controlling the raising and lowering of the boom in order to reach the target point including the updated coordinates.
Crane control device.
吊り荷を吊り上げながら当該吊り荷を移動させるために前記ブームの所定部を、前記吊り荷の移動先に対応する目標地点まで移動させる際に、少なくとも前記ブームの伸縮制御及び旋回制御のうちいずれか一つ以上を行い、
前記所定部が前記目標地点に到達可能でない場合、前記目標地点の高さ方向の座標を更新し、
更新された前記座標を含む前記目標地点に到達させるために前記ブームの起伏制御を行う、
クレーンの制御方法。 A control method for controlling a crane including a boom that can be extended and extended and a support part that can be rotated and is connected to the boom, the method comprising the steps of:
When a predetermined portion of the boom is moved to a target point corresponding to a destination of the load in order to move the load while lifting the load, at least one of telescopic control and rotation control of the boom is performed;
If the predetermined portion is not reachable to the target point, updating a height coordinate of the target point;
performing boom raising and lowering control to reach the target point including the updated coordinates;
How to control a crane.
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