JPH0336191A

JPH0336191A - 吊荷の姿勢制御装置

Info

Publication number: JPH0336191A
Application number: JP17062589A
Authority: JP
Inventors: Kyoichi Hishikawa; 菱河　恭一; Koji Watanabe; 幸次渡辺
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 1989-06-30
Filing date: 1989-06-30
Publication date: 1991-02-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は吊荷の姿勢制御装置に関するものである。

（従来の技術）従来、１本のワイヤロープ等で回転自在に吊られた吊荷
の方位角を制御するには、そのままではその吊荷を水平
方向に回転させるためのモーメントの反力を吊荷部分で
取ることができないため、吊荷に介しやくロープの一端
を取り付けそのロープの他端を人力で引っ張ることで方
位角を変える方法が一般的に行われていた。しかし、こ
の方法は高所作業などにおいては非常に危険である。

一方、門型クレーン等のようにクレーン側の定滑車の取
り付は間隔が十分に取れ、また吊荷側の動滑車の取り付
は間隔も十分に取れ、かつ定滑車と動滑車との距離がそ
の距離に対して十分に小さい場合に限ってモータを使用
した姿勢制御装置はあるが、制約条件が多く一般的では
ない。

そこで、近年ジャイロスコープのプレセツション効果を
利用した吊荷の姿勢制御装置が提案されている（特開昭
６２−４６８９４号公報、特開昭６３−１６９５号公報
参照）。このプレセツション効果とはジャイロの回転軸
に外部からトルクを加えると、そのトルクの方向（ベク
トル方向）と直角な方向（ベクトル方向）のモーメント
が前記回転軸に生じることをいう。従って、吊荷に一体
的にジャイロを取り付け、前記プレセツション効果のモ
ーメントが吊ワイヤ回りに生ずるようにすることにより
、吊荷の姿勢を制御することができる。

具体的には、吊荷を水平平面で旋回させる方位制御の場
合には第７図（Ａ）に示すように図示しない吊荷に連結
される吊治具１の上面にジャイロ２を配設する。このと
き、ジャイロ２の回転軸３は、吊治具１の長手方向と略
一致するように配置する。そして、ジャイロ２を所定方
向（矢印Ａ）に回転駆動させる。この状態で、水平平面
内で回転軸３と直交する方向を軸としてジャイロ２を矢
印Ｂ方向に傾動させ、所定のトルクを与える。すると、
前記プレセツション効果により吊治具１が矢印Ｃ方向に
旋回することになる。

一方、吊治具１を垂直平面内で旋回、すなわち所定の角
度をもって傾斜させる傾斜制御の場合には、第７図（Ｂ
）に示すように、上記とは逆に垂直平面内で回転軸３と
直交する方向を軸としてジャイロ２を矢印り方向に傾動
させることにより、吊治具１を矢印Ｅ方向に傾斜させる
ことができる。

そして、前記回転軸３の傾動作業は、ジャイロ２の外部
に取り付けた制御モータを正逆回転させることにより行
うことができる。

（発明が解決しようとする課題）しかし、前述したジャイロを利用した装置では、方位制
御を行なう場合と傾斜制御を行なう場合とでジャイロ２
を傾動させる軸が異なるため、それぞれに対応させて別
個の制御モータが必要であると共に、それぞれの制御モ
ータに対して別々に制御装置を設置する必要があり、ま
た更に、必要に応じて両者を使い分けなければならず、
その作業が煩雑であると共に、コスト高となる。

また、仮に一つの制御装置で方位・傾斜制御を行おうと
すれば、ジャイロ２に取り付ける制御モータが２つ必要
になり、装置が大型化すると共にとその重量も大きく実
用に供し得ないという問題があった。

本発明は上述した問題点に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは１つの制御装置で方位制御並びに傾
斜制御の２つの制御を行うことができると共に、装置の
小型化を図ることのできる吊荷の姿勢制御装置を提供す
るにある。

（課題を解決するための手段）垂下させた索条に吊治具を介して吊り下げた吊荷の姿勢
を、回転駆動されるフライホイールにより三次元で制御
するための吊荷の姿勢制御装置において、吊治具に、吊
荷具の軸方向に対する鉛直面内にそれらの回転軸を放射
状に等間隔で位置させて複数のフライホイールを配置し
、これらフライホイールに、それらの回転軸を鉛直面内
で傾動させる傾動手段を連結すると共に、これらフライ
ホイールに、鉛直面における設定された傾動角度を境界
としてこれらの回転軸を正逆回転させる回転駆動手段を
連結したことを特徴とする。

（作　用）吊荷を現在向いている方向から所定の方向に向けて停止
させてその姿勢を保持するように姿勢制御する場合（方
位角制御子傾斜角制御）には、目的とする方位角と傾斜
角とから決まる吊荷の旋回ベクトルと上記境界とが平行
になるように境界を設定しつつ、フライホイールをそれ
ぞれ所定の方向に回転させながらこれらの回転軸を傾動
させる。

その結果、プレセツション効果により、目的とする吊荷
の旋回ベクトルを得ることができ、目的の姿勢制御を達
成することができる。

（実　施　例〉以下に本発明の好適実施例を、添付図面を参照しつつ詳
述する。

本発明は基本的には、垂下させた索条に吊治具４を介し
て吊り下げた吊荷１５の姿勢を、回転駆動されるフライ
ホイール１１により三次元で制御するための吊荷の姿勢
制御装置において、吊治具４に、吊治具４の軸方向に対
する鉛直面内にそれらの回転軸１２を放射状に等間隔で
位置させて複数のフライホイール１１を配置し、これら
フライホイール１１に、それらの回転軸１２を鉛直面内
で傾動させる傾動手段７を連結すると共に、これらフラ
イホイール１１に、鉛直面における設定された傾動角度
αを境界Ａとしてこれらの回転軸１２を正逆回転させる
回転駆動手段（図示せず）を連結して構成される。

詳しくは第１図（Ａ）、（Ｂ）に示すように、重下させ
た索条の下端に吊治具４を介して連結した吊荷１５を三
次元平面内で旋回させ、且つ姿勢を保持するに際して、
吊治具４を水平に置いたとき、フライホイール装置５．
６のフライホイール１１の回転軸１２（第２図）が吊治
具４に対し直交する平面内に位置するように配設し、且
つ傾動軸がフライホイール１１の回転軸１２と直交する
ように配設する。また、フライホイール１１（第２図）
の回転方向は、境界Ａ　（Ｍ４図）を境として逆転する
ようにする。また、フライホイール１１の回転方向は、
同一方向から見て、境界Ａを境とする同一の範囲で各フ
ライホイール装置５，６で互いに逆になるようにする。

また境界Ａは、反転位置設定装置１３に電気信号を送る
ことにより、任意に変えることができるようになってい
る。更にフライホイール装置５．６は、互いに傾動方向
を異にし、且つフライホイール１１の配設角度ａ（第４
図）は、図示のように、各フライホイール装置５，６で
互いにａ　／　２だけ異なる配置になっている。

第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明にかかる吊荷の姿勢制御
装置の一実施例を示す正面図、側面図である。

同図に示すように、吊治具４の両端部には、それぞれフ
ライホイール装置５，６が設けられていると共に、それ
らの中間部には傾動モータ７及び反傾動用ギヤボックス
８が配設され、これら傾動モータ７及び反傾動用ギヤボ
ックス８は駆動軸９を介して互いに連結されると共に、
フライホイール装置５，６に連結されている。また量産
１０は、装置全体の重心のわずか上方に位置している。

前記フライホイール装Ｗ５，６を該量産１０の左右に配
設したのは、吊治具４の安定を確保し、かつ傾動モータ
７のトルクバランスをとり、更に量産１０の位置を容易
に確保するためである。したがって、方位角制御しか行
わない場合は、該量産１０を本実施例よりはるか上方に
配置することにより、吊治具４の巾方向中央部に１個設
置するようにしてもよい。

フライホイール装置５．６のフライホイール１１（第２
図参照）の回転軸１２は、吊治具４を水平に置いたとき
垂直平面内にあり、かつその配置構成は第２図、第３図
に示す如く、３つのフライホイール１１を互いにａ−１
２０’の等間隔で配設しており、該フライホイール１１
の回転方向Ｂ。

Ｃは、境界Ａを境にｆの範囲とｇの範囲とでは互いに逆
になっている。また、フライホイール１１の数は配置角
度ａを等しくすれば２つ以上何個でもよい。更に境界Ａ
の位置は、目的とする姿勢制御に必要な旋回ベクトルに
合わせて、反転位置設定装置１３（第１図（Ａ）、第４
図（Ａ）、（Ｂ）参照）を外部からの電気信号で制御す
ることにより、自由に変えることができるようになって
いる。

なお、第４図（Ｂ）において符号１４は発光ダイオード
を示す。

また本実施例においては、フライホイール装置５．６は
、互いにフライホイール１１の配置をａ／２だけ位相を
ずらしである。しかし、第３図の如く、フライホイール
装置５．６を重ね合わせて見たときのフライホイール１
１の数が偶数であれば、位相をずらさなくともよい。す
なわち、位相をずらしているのは、プレセツション効果
による旋回ベクトルのむらを極力小さくするためであり
、あえて位相をずらさなくてもよい。また、同一方向か
ら見て、フライホイール１１の回転方向は、同一範囲に
おいて互いに逆回転（第３図においてＢ、Ｂ’　、Ｃ，
Ｃ’方向）になっている。このように、フライホイール
装Ｗ５，６相互でフライホイール１１の回転方向を反対
にしているのは、傾動モータ７のトルクバランスを考慮
してのことであり、方位角制御しか行わない場合は、量
産１０を本実施例よりはるか上方に配置することにより
、逆回転させなくてもよい。そのときは、反傾動用ギヤ
ボックス８は必要ない。なお第３図において、Ｖａ、Ｖ
ｂはフライホイール１１の回転ベクトル、Ｄ、Ｅはフラ
イホイール１１の傾動方向を示す。

また、前記傾動モータ７は、駆動軸９を介して、フライ
ホイール装置５，６のフライホイール１１の回転軸１２
と直交するように配設されている。

更に、傾動モータ７の回転速度１回転トルク、回転方向
は、目的とする姿勢制御により自由に変えることができ
るようになっており、更にまた前記傾動モータ７には、
反傾動用ギヤボックス８が直結された構成となっている
。

なお、吊荷１５は、第１図（Ａ）、（Ｂ）に示すように
、吊治具４の下側両端に吊かん１６を配設し、該吊かん
１６とシャックル１７を介して吊るか、或は吊かん１６
．シャックル１７を介してワイヤロープ等で吊るように
している。

次に、本実施例の作用を第５図（Ａ）、（Ｂ）及び第６
図（Ａ）、（Ｂ）に基づいて説明する。

第５図（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、現在向いているＯＡ
の方向から、所定の方向ＯＢに吊荷１５を向けて停止さ
せ、その姿勢を保持するように姿１勢制御する場合（方位角制御＋傾斜角制御）について説
明する。この場合、基本的にはＡ点とＢ点とを結ぶ螺旋
線上をＡ点が旋回移動するように旋回させ、所定の位置
Ｂ点で停止し、自重によるモーメントとバランスするだ
けの、モーメントを加え続けることにより制御する。

すなわち、第５図（Ａ）、（Ｂ）、第６図（Ａ）（Ｂ）
において、量産１０の中心Ｏを座標原点とし、垂線方向
をＺ軸に、東西方向をＸ　ｔ＋ｈに、南北方向をＹ軸に
とったＸＹＺ座標を仮想する。今、Ｘ軸に対し平行に吊
荷１５が安定した状態で吊られているものとする。それ
をＺ軸を回転軸として反時計回りに０１だけ旋回（矢印
Ｆ方向）して、Ｙ軸と平行で、かつ、Ｙ軸と０２の仰角
を持って静止しているように制御する場合、Ａ点の水平
移動距離（を、Ｑ−ＯＡ　　・　θ１とし、垂直移動りをｈ−ＯＡ−ｓｉｎθ２として、近似的に旋回モーメントｍの水平面に対　２する方向角δをｔａｎδ−ｈ／、Ｑ δ−ｔａｎ−’（ｓｉｎθ２／θｉ）として求める。そして、境界Ａと垂直面との成す角度α
を α　寓　δ として（第６図（Ａ）参照）、反転位置設定装置１３に
電気信号を用いて設定する。

次に、ｆの範囲（第３図参照）のフライホイール１１を
外周から見て反時計回りに、ｇの範囲のフライホイール
１１を時計回りにそれぞれ回転させ、更に、ｆの範囲が
左手に見える方向からみて反時計回りにフライホイール
１１を傾動（第３図においてり、Ｅ方向）させる。する
と、回転ベクトルＶ１〜Ｖ３の関係は、第６図（Ａ）に
示す如くになる。なお、ｖｌは傾動モータ７の回転ベク
トル、Ｖ２はフライホイール装置５，６の回転ベクトル
、■３は姿勢制御装置全体としての回転ベクトルである
。したがって、図からも解るように、プレセツション効
果により、Ｚ軸を回転軸として、水平面に対して角度δ
を持った反時計回りの回転モーメントが生じて旋回（矢
印Ｈ方向）を始める。

なお、第６図（Ａ）、（Ｂ）において、■はジャイロモ
ーメントの働く方向、第５図（Ｂ）１第６図（Ｂ）にお
いてＷは吊荷１５の重ｆｆｉ、Ｐは垂線Ｚから重心Ｇま
での距離を示す。

旋回を始めると同時に第５図（Ｂ）から容易に推察でき
るように、吊荷１５の重心Ｇの移動が起こり、吊荷１５
は元の水平の状態に戻ろうとする復元モーメントが働く
。そこで、境界Ａの設定位置αを水平方向にずらし、か
つ、フライホイール１１の傾動トルクを大きくして、Ａ
点とＢ点とを結ぶ螺旋線上をＡ点が所定の旋回速度で旋
回し続けるように制御する。

吊荷１５が目的の姿勢に近付いたら、全体のモーメント
バランスをとりながら、徐々に境界Ａを水平位置に設定
して行き、所定の姿勢になったら、境界Ａを水平位置に
設定し、吊荷１５の復元モーメントとバランスするよう
にフライホイール１１の傾動トルクを常に制御する。こ
れらの制御を行う際、フライホイール装置５．６は互い
に、フライホイール１１の回転方向Ｊ及び傾動方向Ｋを
逆方向とし、その他は同一の制御を行うようにする。

以上説明したように、吊荷１５の姿勢制御を行なうに際
して、１つの制御装置で方位制御並びに傾斜制御の２つ
の制御を行なうことができると共に、装置の小型化を図
ることができる。

（発明の効果）以上のように本発明にかかる吊荷の姿勢制御装置では、
方位制御は勿論のこと、傾斜制御をも行うことができる
。すなわち、吊荷を３次元空間内の任意の位置に旋回移
動させるとともにその状態を維持することができる。

また、本装置では、基本的にはフライホイール装置とそ
れに配設された一つの傾動モータで構成されるため、装
置の小形軽量化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明にかかる両前の姿勢制御
装置の正面図及び側面図、第２図はフラ　５イホイール装置の断面図、第３図はフライホイールの配
置及び回転方向を示す図、第４図（Ａ）（Ｂ）はフライ
ホイールの反転位置設定装置の斜視図及びその要部拡大
斜視図、第５図及び第６図は本発明装置の作用を説明す
るための図、第７図は従来例を示す図である。４・・・・・・・・吊治具５．６・・・フライホイール装置７・・・・・・・・・傾動手段（傾動モ１１・・・・・
・フライホイール１２・・・・・・回転軸１５・・・・・・吊　荷Ａ・・・・・・・・・境　界 α・・・・・・・・・傾動角度夕）

Claims

【特許請求の範囲】

垂下させた索条に吊治具を介して吊り下げた吊荷の姿勢
を、回転駆動されるフライホィールにより三次元で制御
するための吊荷の姿勢制御装置において、上記吊治具に
、上記吊治具の軸方向に対する鉛直面内にそれらの回転
軸を放射状に等間隔で位置させて複数のフライホィール
を配置し、これらフライホィールに、それらの回転軸を
上記鉛直面内で傾動させる傾動手段を連結すると共に、
これらフライホィールに、上記鉛直面における設定され
た傾動角度を境界としてこれらの回転軸を正逆回転させ
る回転駆動手段を連結したことを特徴とする吊荷の姿勢
制御装置。