JPH0356397A - クレーンの制御装置 - Google Patents

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、ファジー制御手法を採用したタワークレーン
の制御装置に関する。

〔従来の技術〕

建造物の高層化、大規模化によりタワークレンが盛んに
使用されるようになった。高層ビルの建築になると、揚
重の高さも数十ｍから百数十ｍにもなり、揚重作業に要
する時間も高さに応じて長くなる。また、複数のクレー
ンが稼動するため、クレーン間の協調動作が必要となる
。

クレーンの動作には、巻き」二げ、下げとブームの起伏
とブームの旋回があるが、特に、揚重の高さが高くなる
と、ブーム先端から荷までのワイヤが長くなり、ブーム
が旋回する時には、荷の方がブームの旋回より遅れて移
動する。また、ワイヤが長くなるとそれだけ荷揺れの振
幅も大きくなり、一旦荷揺れが生じると収まりにくくな
る。さらに、風や荷の重さ、形状によって荷の動きが変
化し、風の向きや強さによってもその変化が微妙に違っ
てくる。したがって、大型のタワークレーンでは、巻き
上げ、下げとブームの起伏とブーム旋回との協調制御が
特に重要になり、運転には熟練したオペレータが起用さ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、ブームの動きと荷の移動、荷揺れの抑制
制御、風による影響を考慮した操作、他クレーンとの協
調制御等、タワークレーンでは、高度な熟練度を要求さ
れるため、そのような熟練したオペレータを養或するに
は、長期間の研修、指導を要する。

しかも、大規模な現場でタワークレーンを摸作する時、
最短距離で効率、よく且つ正確に目的の位置まで荷を移
動させることは、作業時間の短縮、ひいては工期の短縮
を図る上でも大きな要因であり、このようなレベルまで
摸作技術を習熟するには、非常に長い経験も必要となる
。例えば荷揺れが大きいと、荷揺れ防止に作業時間がと
られてしまうという問題も生じる。また、タワークレー
ンは、先組みした鉄骨等、相当大きな重量物を揚重、移
動するので、安全性にも特に注意が必要である。

したがって、オペレータには、安全に対して細心の注意
をはらいながら、且つ作業効率のよいクレーン操作が要
求される。

本発明は、上記の課題を解決するものであって、熟練し
たオペレータ以外のオペレータも容易に操作でき、しか
も熟練したオペレータと同程度の操作結果が得られ、安
全で作業時間の短縮を図ることができるタワークレーン
の制御装置の提供を目的とするものである。

〔課題を解決するための千段〕

そのために本発明は、自クレーン位置から目標位置まで
の経路を決定し該経路に沿ってクレーンを制御するクレ
ーンの制御装置であって、制御対象の状態を記述した条
件部と該状態に応じた摸作内容を記述した結論部からな
るルールを用いて定量化するファジィ制御手段を備え、
ファジィ制御手段により入力パラメータからクレーンの
制御信号を生戊ずることを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明のタワークレーンの制御装置では、制御対象の状
態を記述した条件部と該状態に応じた摸作内容を記述し
た結論部からなるルールを用いて定量化するファジィ制
御手段を備えるので、熟練したクレーンオペレータが運
転ずるときに考慮するパラメータを人力し、オペレータ
の操作を記述することにより熟練したオペレータと同程
度の操作結果を得ることができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

第１図は本発明に係るタワークレーンの制御方式の１実
施例を説明するための図、第２図は入力データを説明す
るための図である。図中、１は前処理部、２はファジィ
制御部、３−１〜３−３はイン９　　７工　Ｘ、４−１
　〜４−３ｉｔＶＶＶＦ，５−１〜５−３は駆動モータ
、６はタワークレーン、７はブーム、８はワイヤ、９は
荷を示す。

第１図において、前処理部１は、タワークレーンの動作
情報θ，、θ、、ｌからそれらの目標位置との偏差分ｄ
Δθ，／ｃｌ．ｔ、△θ，、△θ、、△ｌを求めるもの
である。ファジィ制御部２は、前処理部１で求めた偏差
分を制御情報としファジィ論理を使って荷を目標位置に
移動させるための最短経路、荷揺れ、風の影響、危険等
に関しての推論を行い、重み付けされた総合的な判断の
基にタワークレーンの駆動モータ５−１〜５−３を制御
するための信号ｄθ，／ｄｔ，ｃｌθｈ／ｄ　ｔ、ｄ．
ｈ／ｄ．ｔを生成するものである。そして、この信号に
より、インターフェース３−１〜３−３、ＶＶＶＦ４−
１　〜／ｌ−３を通して駆動モータ５１〜５−３が制御
される。

上記前処理部１に人力される動作情報は、第２図に示す
ようにθ，が駆動モータ５−１により駆動されるタワー
クレーン６のブーム７の旋回角、θ５が駆動モータ５−
２により駆動されるブー１１７の起伏角、ｌが駆動モー
タ５−３により巻き取り制御されるワイヤのブーム７先
端から荷９までの長さである。これらは、例えばそれぞ
れブームやワイヤ巻き取りドラムにセンザを取り付ける
ことによって、あるいは駆動モータ５−１〜５−３の駆
動量に対応するので駆動モータ５−１〜５３にエンコー
ダを取り付けることによって検出することができる。さ
らに前処理部１には、荷９の移動先である目標位置の平
面の座標値Ｘ，Ｙ、揚重高さＨが基準値どして設定され
、ブームの長さＬが設定される。また、ファジィ制御部
２には、前処理部１の出力の外に、第２図に示すように
荷９の揺れ要因となる風の情報Ｖ（ｍ／ｓ）及び揚重荷
重Ｍが人力される。

次に前処理部１、ファジィ制御部２について具体的な構
戊例を詳述する。

第３図は前処理部の構戊例を示す図、第４図はファジィ
制御部の構成例を示す図、第５図はメンバーシップ関数
を説明するための図、第６図はファジィ推論部における
処理のアルコリズムを説明するための図である。図中、
ｌ１は旋回角演算回路、１２は起伏角演算回路、ｌ３は
ブーム先端高さ演算回路、１４〜１６は減算回路、１７
は微分回路、２１は推論部、２１−１〜２ｌ−４は推論
部モジュール、２２は確定部を示す。

第３図に示す前処理部において、旋回角演算回路１１は
、目標位置の平面の座標値Ｘ，Ｙからｔａｎ−’Ｙ／Ｘ の演算を行って目標位置に荷９を移動するブーム７の目
標旋回角θｒ＊を求めるものであり、起伏角演算回路１
２は、目標位置の平面の座標値Ｘ１Ｙ１ブームの長さＬ
から ＣＯＳ−’訛０−「Ｙ７／Ｌ の演算を行って目標位置に荷を移動するブーム７の目標
起伏角θｈ′を求めるものである。また、ブーム先端高
さ演算回路１３は、ブー１．　７の長さしと起伏角θ１
，から Ｌｓｉｒｚ！ｌｈ の演算を行ってブーム７先端の高さを求めるものである
。そして、減算回路１４は、旋回角演算回路１１で求め
た目標旋回角θ，′から現在の旋回角θ，を減算して目
標値との偏差分△θ，を求めるものであり、微分回路１
７は、さらにそれを微分して変化速度ｄΔθ，／ｄｔを
求めるものである。減算回路１５は、起伏角演算回路１
２で求めた目標起伏角θｈ′から現在の起伏角θ５を減
算して目標値との偏差分△θ、を求めるものであり、減
算回路１６は、ブーム先端高さ演算回路１３で求めたブ
ーム７先端の高さからワイヤ長ｌを減算して基準レベル
からの荷９の高さｈを求め、これを目標揚重高さＨから
減算して目標値との偏差分Δｈを求めるものである。以
上のようにして減算回路１４〜ｌ６、微分回路ｌ７の出
力を前処理回路１の出力としてファジィ制御部に送る。

第４図に示すファジィ制御部において、推論部２１は、
クレーン状態から目標位置までの最短経路の推論を行う
モジュール２１．−Ｌブームの回転速度と荷重Ｍから荷
揺れの推論を行うモジュール２１−２、風の強さや向き
Ｖからその影響について推論を行うモジュール２１−３
、危険信号Ｓから危険について推論を行うモジュール２
１−４を備えたものである。確定部２２は、推論部２１
からの出力を統合してモータへの制御信号を発生するも
のである。

推論部２１では、第５図に示すような入力に対し適合度
を定義したメンバーシップ関数を有し、入力された物理
量について、目標位置からの偏差や他クレーンからの偏
差、クレーンワイヤーの長さ、クレーンブームの旋回角
度、クレーンブームの起伏角度、風の強さや向き、荷の
重さ、危険等が大きいとか小さいなどと書いた言語と置
き換え、その適合度を求める。そして、例えば ■Ｉｆ（風が強い）ａｎｄ（荷が軽い）ｔｈｅｎ　（速
度は小さく） ■Ｉｆ（目標地点から遠＜）ａｎｄ（他クレーンから遠
い〉ｔｈｅｎ（速度は大きく） のような Ｉｆ・・・・・・ａｎｄ・・・・・・ａｎｄ・・・・・
・ｔｈａｎ・・・・・１ｓ・・・・というＩｆ−ｔｈｅ
ｎ〜型で表現された複数のルールにしたがって適合度の
計算を行う。このルールでは、上記のように条件部Ｉｆ
〜に制御対象の状態が記述され、結論部ｔｈｅｎ〜にそ
の状態に応じた摸作の内容力月己述される。したがって
、熟練したオペレタの操作を記述し、そのオペレータが
運転するときに考慮するパラメータを人力すると、熟練
したオペレータと同程度の操作結果を得ることができる
。

例えば上記■、■の例について処理のアルゴリズムを簡
単に説明すると、上記■の条件部により風の強さ、荷の
重さに対応して第６図（ａ）、（ｂ）に示す適合度を得
る。そこで、このうちの小さい方の適合度をとって結論
部により同図（Ｃ）の斜線で示す結果を得る。他方、上
記■の条件部により目標地点からの距離、他のクレーン
からの距離に対応して第６図（ｄ）、（ｅ）に示す適合
度を得る。そこで、同様にこのうちの小さい方の適合度
をとって結論部により同図（ｆ）の斜線で示す結果を得
る。これらを合わせると、同図（印に示すようになるが
、確定部では、重心法を用いて出力を統合し、モータの
制御信号を生成ずる。

第７図はファジィコントローラの他の実施例を示す図、
第８図は最短経路決定部の構或例を示す図、第９図はモ
ータ制御部の構戊例を示す図である。

第７図において、最短経路決定部３１は、自クレーンの
動作状態、風や荷の状況、他クレーンの動作状態、目標
位置、障害物位置から障害物や他クレーンとの衝突を避
け、風や荷の状況も考慮して最短経路を決定し、モータ
制御部３２に出力するものであり、その構戊例を示した
のが第８図である。モータ制御部３２は、最短経路決定
部３ｌの決定した最短経路に沿ってモータ制御信号を生
成するものであり、その構或例を示したのが第９１１ 図である。

最短経路決定部は、第８図に示すように経路立案部３３
、所要時間予測部３４、各経路プラン評価決定部３５、
ファジィ部３６からなる。経路立案部３３は、障害物を
避けた経路を複数案作戊するものである。所要時間予測
部３４は、ファジィ部３６で予測したスピードと経路案
からその経路を辿った場合の所要時間を予測するもので
あり、この場合、その経路が他のクレーンの動作範囲を
横切る場合には、待機時間やスローダウンが考慮される
。ファジィ部３６は、ファジィ化部３８■、３８−２で
風と荷の重さをファジィ化し、ファジィルール部３９で
推論を行い、確定部３７で速度パラメータを確定する。

ここでは、風が方位によって強いか弱いかでその方向の
移動速度を予測するものであり、荷の重さも考慮される
。例えば荷が軽く風が強い場合には、荷があおられるの
で、クレーンのブームを速く動かすことができず、また
、荷が重い場合には、慣性によるオーバーランが起こる
のでスピードを上げることができない。

Ｉ２ 各経路プラン評価決定部３５は、所要時間予測部３４で
最小時間となった経路を採用腰モータ制御への次の通過
地点（目標）を出力するものである。

モータ制御部は、第９図に示すように入力部、推論部、
確定部からなり、各制御情報及び最短経路決定部から通
過地点情報を入力してモータへの制御信号を生戊ずるも
のである。人力部は、通過地点（目標）、現在位置、他
クレーン状態、本クレーンの状態、風、荷、危険等の入
力情報を処理するデータ人力部４１−１〜４１−７、減
算器４２、４３からなる。減算器４２は自クレーンの位
置から通過目標位置まで距離を求めるものであり、減算
器４３は、自クレーンの位置から他クレーンの位置まで
の距離を求めるものである。推論部は、ファジィ化部４
４とファジィルール部４５からなる。ファジィ化部４４
は、第５図に示すようなメンバーシップ関数を有し、先
に述べたようにセンサから入力された物理量について、
目標位置からの偏差や他クレーンからの偏差、クレーン
ワイヤ一の長さ、クレーンブームの旋回角度、クレーン
ブームの起伏角度、風の強さや向き、荷の重さ、危険等
が大きいとか小さいなどと書いた言語と置き換え、その
適合度を求めるものである。そして、ファジィルール部
４５は、Ｉｆ−ｔｈｅｎ〜型で表現された複数のプロダ
クションルールにしたがって適合度の計算を行うもので
ある。確定部は、非ファジィ部４６であって、推論部か
らの出力を統合してモータへの制御信号を発生するもの
である。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではな
く、種々の変形が可能である。例えば上記の実施例では
、重心法を用いて確定部での統合を行うようにしたが、
その他の手法を用いてもよいことは勿論である。また、
制御情報としては、上記の実施例で示したものだけでな
く、荷の形状や天候等も含めてもよいし、状況に応じて
選択して適用してもよい。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、熟練
したオペレータが運転するときに考慮しているパラメー
タを入力としてファジィ論理によりその状態を判断し、
クレーンを摸作するので、熟練したオペレータでなくて
も同じ操作結果を得ることができる。しかも、障害物や
他クレーンとの衝突防止や荷揺れ防止を確実に行うこと
ができるので、安全性の向上および作業効率の向上を図
ることができる。また、最短経路を自動選定し、さらに
は荷揺れ防止も容易に行えるので、摸作時間の短縮、さ
らには作業時間の短縮を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るタワークレーンの制御方式の｛実
施例を説明するための図、第２図は入力データを説明す
るための図、第３図は前処理部の構戊例を示す図、第４
図はファジィ制御部の構或例を示す図、第５図はメンバ
ーシップ関数を説明するための図、第６図はファジィ推
論部における処理のアルゴリズムを説明するための図、
第７図はファジィコントローラの他の実施例を示す図、
第８図は最短経路決定部の構或例を示す図、第９１５ 図はモータ制御部の構成例を示す図である。 １・・・前処理部、２・・・ファジィ制御部、３−１〜
３−３・・・インターフェース、４−１〜Ｉｌｌ−３・
・・ＶＶＶＦ、５−１〜５−３・・・駆動モータ、６・
・・タワークレーン、７・・・ブーム、８・・・ワイヤ
、９・・・荷。 出　願　人　　清水建設株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）自クレーン位置から目標位置までの経路を決定し
   該経路に沿ってクレーンを制御するクレーンの制御装置
   であって、制御対象の状態を記述した条件部と該状態に
   応じた操作内容を記述した結論部からなるルールを用い
   て定量化するファジィ制御手段を備え、ファジィ制御手
   段により入力パラメータからクレーンの制御信号を生成
   することを特徴とするタワークレーンの制御装置。