JPH1017273A - クレーンの停止制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】作業者の意に反した方向にブーム先端が移動さ
れてしまうことを回避し、また作業者の予期せぬ、移動
方向変化、移動停止によって荷振れが発生するのを防止
する。 【解決手段】ブーム先端が限界作業領域の境界に到達す
るまでの残り時間が制御時間よりも小さくなる前に、制
御開始を示す信号が出力される。すると、これに応じ
て、ブームの先端が、現在位置から現在のブーム起伏角
速度、現在のブーム旋回角速度および現在のブーム伸縮
速度をそれぞれ初期速度として、ブーム起伏方向、ブー
ム旋回方向およびブーム伸縮方向にそれぞれ所定の減速
加速度で制御時間だけ移動するように、ブーム起伏角速
度、ブーム旋回角速度およびブーム伸縮速度が制御され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、限界作業領域内で
ブームを停止させる制御を行うクレーンの停止制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ブームによって吊り荷が吊り下げられた
クレーンによって作業を行う場合、ブーム先端、つまり
吊り荷を、吊り荷の重量、アウトリガの張出し量等によ
って定まる限界作業領域内で停止させ、転倒の危険の可
能性のある領域に入らないようにすることが、作業の安
全を確保するために必要である。

【０００３】しかも、吊り荷はロープによってブーム先
端に吊り下げられているため、ブームを停止させる際に
は慣性力等を考慮して荷振れなく停止させてやること
が、作業の安全上、必要となる。

【０００４】こうした、荷を吊ったクレーンに対しその
旋回動作を荷振れなく自動的に停止させるための技術と
しては、論文「Anti-Swing Control of the Overhead C
raneUsing Linear Feedback、A.J.Ridout、Journal of
Electrical and Electronics Engineering.Australia-I
E Aust.& IREE Aust.Vol9.NO1/2」があり、この論文に
は、振り子の振れのない状態で、振り子の上端を一定加
速度で減速した場合、振り子の周期時間後であれば振れ
なく停止できることが示されている。

【０００５】特公平３−１８５９６号公報では、振り子
のこの特性を旋回型クレーンに応用して、吊り荷の旋回
半径、重量、ブームの慣性モーメント及びブームの許容
荷重からブームの横曲げ強度に基づく旋回角速度の許容
条件を算出し、次式に示される一定角速度βで旋回を制
動停止させるようにしている。

【０００６】β＝−ω・Ω0／２ｎπ ２π／ω：吊り荷の振れ周期 ｎ：βが上記許容条件を満たす最小の自然数 さらに、特開平３−１７７２９９号公報では、上述した
ようにブーム曲げ強度条件を考慮して停止までに必要な
ブームの旋回所要角度を予め算出しておくとともに、ブ
ームが限界作業領域に到達するまでの旋回残り角度を作
業中に随時算出し、この旋回残り角度が上記旋回所要角
度に達した時点で、ブームを所定の減速加速度で減速さ
せる停止制御を開始して、限界作業領域内でブームを停
止させるようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した特開平３−１
７７２９９号記載の発明によれば、停止制御開始時に
は、作業半径が現在の作業半径に強制的に固定される。
これは、停止制御開始時以降に、作業者の意のままにブ
ームが伸長等されて作業半径が変化してしまうと、最終
的な停止地点が限界作業領域を超えてしまい、限界作業
領域内で停止させるという所期の目的を達成できなくな
るからである。

【０００８】このため、図１２（ａ）に示すようにブー
ム先端の初期速度ベクトルＶ1がブーム旋回方向成分の
みの場合には、ブーム先端が旋回方向Ｔ1に制御され
て、２次元平面ｘ−ｙ上の限界作業領域Ｓの境界位置で
精度よく停止（これを×印にて示す）されることにな
る。

【０００９】しかし、ブーム先端は旋回方向成分のみな
らず、ブーム起伏方向成分、ブーム伸縮方向成分にも速
度を持っている。

【００１０】このため、図１２（ｂ）に示すように起伏
方向と旋回方向にブームが操作されていて、その操作方
向Ｖ2（初期速度ベクトル）に移動すれば限界作業領域
Ｓ内に充分収まるにもかかわらず、作業者の意に反した
早い時期に作業半径が半径Ｒに強制的に固定されてしま
い、作業者の予期せぬ、ブーム旋回方向Ｔ2に沿った停
止制御が開始されてしまうことになる。

【００１１】また、図１２（ｃ）に示すような方向Ｖ
3、つまりブーム先端が、作業半径を長くする方向へ移
動している場合には、作業半径Ｒ固定により突然ブーム
先端の移動方向が旋回方向Ｔ3に大きく変化することに
なって予期せぬ荷振れが誘発されることになる。また、
図１２（ｄ）に示すように、ブーム先端が、旋回方向に
速度成分を持つことなく作業半径を長くする方向Ｖ4に
移動している場合には、作業半径が強制的に固定されて
しまい、これによってブームが強制的に停止され、大き
な荷振れが発生することになる。

【００１２】本発明はこうした実状に鑑みてなされたも
のであり、作業者の意に反した方向にブーム先端が移動
されてしまうことを回避でき、また作業者の予期せぬ、
移動方向変化、移動停止によって荷振れが発生してしま
うことを防止できるクレーンの停止制御装置を提供する
ことを解決課題とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段および効果】そこで、請求
項１に係る発明では、ブームによって吊り下げられた吊
り荷の重量とアウトリガの張出し量とに基づいて前記ブ
ームの先端が移動できる限界作業領域を設定し、この限
界作業領域を超えない位置に、前記ブームの先端を停止
させるクレーンの停止制御装置において、前記ブームの
起伏角を検出するブーム起伏角検出手段と、前記ブーム
の起伏角速度を検出するブーム起伏角速度検出手段と、
前記ブームの旋回角を検出するブーム旋回角検出手段
と、前記ブームの旋回角速度を検出するブーム旋回角速
度検出手段と、前記ブームの長さを検出するブーム長検
出手段と、前記ブームの伸縮速度を検出するブーム伸縮
速度検出手段と、前記ブーム長検出手段の出力と、前記
ブーム起伏角検出手段の出力と、前記ブーム旋回角検出
手段の出力とに基づいて、前記ブームの先端の現在の位
置を演算する位置演算手段と、前記ブーム起伏角速度検
出手段の出力と、前記ブーム旋回角速度検出手段の出力
と、前記ブーム伸縮速度検出手段の出力と、前記位置演
算手段の出力と、前記設定された限界作業領域とに基づ
いて、前記ブームの先端が、現在位置から現在のブーム
起伏角速度、現在のブーム旋回角速度および現在のブー
ム伸縮速度をそれぞれ初期速度としてブーム起伏方向、
ブーム旋回方向およびブーム伸縮方向にそれぞれ所定の
減速加速度で移動したときの、前記限界作業領域を超え
るまでの残り時間を演算する残り時間演算手段と、前記
ブームを含むクレーンの旋回体および前記吊り荷の現在
の慣性モーメントに基づき、ブーム停止時において前記
吊り荷の触れが残らないために必要な制御時間を演算す
る制御時間演算手段と、前記残り時間演算手段で演算さ
れた残り時間と、前記制御時間演算手段で演算された制
御時間とを比較して、前記残り時間が前記制御時間より
も小さくなる前に、制御開始を示す信号を出力する比較
手段と、前記比較手段から制御開始信号が出力された場
合に、前記ブームの先端が、現在位置から現在のブーム
起伏角速度、現在のブーム旋回角速度および現在のブー
ム伸縮速度をそれぞれ初期速度としてブーム起伏方向、
ブーム旋回方向およびブーム伸縮方向にそれぞれ所定の
減速加速度で前記制御時間だけ移動するように、ブーム
起伏角速度、ブーム旋回角速度およびブーム伸縮速度を
制御する制御手段とを具えるようにしている。

【００１４】このように、本願発明によれば、ブーム旋
回方向という一方向のみではなく、ブーム先端の起伏方
向、旋回方向および伸縮方向といったブーム先端が取り
得る三方向の角度（位置）変化を考慮してブーム停止制
御がなされる。

【００１５】そして、こうした起伏方向、旋回方向およ
び伸縮方向といった三方向の角度変化を考慮してブーム
を限界作業領域内で停止させるために、これら各方向の
角度（位置）変化を同時に取り扱うことのできる残り時
間という概念を導入しており、この残り時間が停止制御
に必要な制御時間に達した時点で停止制御を開始するよ
うにしている。

【００１６】また、請求項２に係る発明では、限界作業
領域を予め求めることなく、現在から制御時間が経過し
た将来位置における許容負荷モーメントと実負荷モーメ
ントの大小比較により、クレーンが転倒するおそれがあ
るか否かを直接判断する構成をとっている。そして、こ
の比較の結果、現在位置において制御を開始しなければ
クレーンが転倒するおそれがある、つまり限界作業領域
を超えると判断されたならば、請求項１に係る発明と同
様に、起伏方向、旋回方向および伸縮方向といった三方
向の角度変化が考慮された停止制御が開始されることに
なる。

【００１７】本発明によれば、図１１（ｂ）に示すよう
に、図１２（ｂ）と同様に、起伏方向と旋回方向にブー
ムが操作されている場合でも、現在の起伏角速度、現在
の旋回角速度（Ｖ2はこれらの合成速度ベクトルを示
す）をそれぞれ初期速度として、それぞれの方向に所定
の減速加速度で減速される停止制御がなされるので、作
業者の意に反することなくブーム先端を限界作業領域Ｓ
内に収める方向Ｔ´2に移動させることができる。

【００１８】また、図１１（ｃ）に示すように、図１２
（ｃ）と同様に、ブーム先端が作業半径を長くする方向
へ移動している場合でも、現在の起伏角速度、現在の旋
回角速度および現在の伸縮速度（Ｖ3はこれらの合成速
度ベクトルを示す）をそれぞれ初期速度として、それぞ
れの方向に所定の減速加速度で減速される停止制御がな
されるので、移動方向Ｔ´3は大きく変化することがな
く、予期せぬ荷振れの発生が防止される。また、図１１
（ｄ）に示すように、図１２（ｄ）と同様に、ブーム先
端が旋回方向に速度成分を持たずに作業半径を長くする
方向Ｖ4に移動している場合でも、現在の起伏角速度、
現在の伸縮速度（Ｖ4はこれらの合成速度ベクトルを示
す）をそれぞれ初期速度として、それぞれの方向に所定
の減速加速度で減速される停止制御がなされるので、従
来のようにブームの強制的な停止によって大きな荷振れ
が発生することが防止される。

【００１９】以上のように、本発明によれば、作業者の
意に反した方向にブーム先端が移動されてしまうことを
回避でき、また作業者の予期せぬ、移動方向変化、移動
停止によって荷振れが発生することが防止される。

【００２０】

【発明の実施の形態】

・実施の形態１ 以下、図面を参照して本発明に係るクレーンの停止制御
装置の実施の形態について説明する。

【００２１】図３は、本発明が適用されるクレーン車両
１の側面を示す図である。

【００２２】このクレーン車両１の主要な構成について
説明すると、このクレーン車両１は、下部走行体である
車体２と、この車体２に付設され、その張出し量が調整
できるアウトリガ５２と、車体２を基台として旋回され
る旋回体（上部旋回体）３と、この旋回体３によって支
持され、起伏方向に上下動するとともに、伸縮自在にそ
のブーム長が変化されるブーム４と、このブーム４の先
端より、巻上げおよび巻下げが自在に吊り下げられたロ
ープ５と、このロープ５の先端に設けられ、吊り荷７を
係止するフック６とから構成されている。

【００２３】（なお、以下において（Ｘ・）とあるのは
Ｘの１階微分を示すものとする。） さらに、クレーン車両１には、ブーム４の長さＬを検出
するブーム長センサ１０と、ブーム４の伸縮速度（Ｌ
・）を検出する伸縮速度センサ５３と、ブーム４の起伏
角θを検出するブーム起伏角センサ１１と、ブーム４の
起伏角速度（θ・）を検出する起伏角速度センサ５４
と、ブーム４を起伏駆動する起伏用油圧シリンダ５５内
の圧油の圧力を検出するブーム起伏シリンダ圧力センサ
１２と、ブーム４の旋回角度βを検出する旋回角センサ
１３と、ブーム４（旋回体３）の旋回角速度（β・）を
検出する旋回角速度センサ１４と、現在ウインチから引
き出されているロープ長を検出するロープ長センサ１５
と、アウトリガ５２の張出し長さｌaを検出する張出し
長さセンサ１６と、車体２の傾斜角φを検出する車体傾
斜センサ１７とが設けられている。なお、ブーム起伏シ
リンダ圧力センサ１２は、ブーム起伏シリンダ５５内の
圧力を検出することによって、吊り荷７の重量Ｗwを検
出するセンサである。

【００２４】図２は、こうしたクレーン車両１のブーム
４の移動、停止を制御するための制御ブロック図を示し
ている。

【００２５】まず、クレーン旋回体３を旋回停止させる
ための旋回油圧システム４０は、図５に示すように、電
磁比例減圧弁（ＥＰＣ弁）４１，４２、旋回油圧モータ
４３、方向制御弁４４、メインポンプ４５、メインリリ
ーフ弁４６、タンク４７、チャージポンプ４８、リリー
フ弁４９、タンク５０、手動操作バルブ（ＰＰＣ弁）５
１等で構成されている。

【００２６】通常の手動旋回操作では、ＰＰＣ弁５１の
レバーが操作されると、レバー操作ストロークＳに比例
した２次圧力が油圧管路ｍ1、ｍ2に発生され、これらの
２次圧力によりＥＰＣ弁４１、４２を介して方向制御弁
４４のスプールが移動され、これにより旋回モータ４３
に流入する流量が制御されて旋回停止制御が行われる。

【００２７】一方、ＥＰＣ弁４１、４２には、制御量算
出部３７から旋回用の制御電流指令ｉ2が入力されてお
り、この制御電流指令ｉ2によっても旋回停止制御が行
われる。すなわち、ＥＰＣ弁４１、４２への入力電流ｉ
2が変化されると、ＰＰＣ弁５１の操作によって油圧管
路ｍ1、ｍ2で発生した２次圧力は、入力電流ｉ2に応じ
て減圧されて方向制御弁４４に伝わるので、手動操作ス
トロークＳが大きな場合でも、旋回を減速側に制御でき
ることになる。起伏油圧システム７０、伸縮油圧システ
ム８０についても上記旋回油圧システム４０と同様に構
成されており、制御量算出部３７からブーム起伏用の制
御電流指令ｉ1、ブーム伸縮用の制御電流指令ｉ3が入力
されると、手動操作レバーの操作ストロークＳが大きな
場合であっても、起伏、伸縮を減速する側に制御するこ
とができるようになっている。

【００２８】さて、図１のクレーン旋回体慣性モーメン
ト算出部３１は、ブーム長センサ１０およびブーム起伏
角センサ１１の出力に基づいて、クレーンブームの姿勢
を算出し、これによってクレーン旋回体（旋回体３およ
びブーム４）の慣性モーメントＪ0を算出する。

【００２９】吊荷慣性モーメント算出部３２は、ブーム
長センサ１０、ブーム起伏角センサ１１およびブーム起
伏シリンダ圧力センサ１２の出力に基づいて、吊り荷７
の重量Ｗwと吊り荷７の吊り半径（旋回半径）Ｌ´を求
め、これらによって吊り荷慣性モーメントＪwを算出す
る。

【００３０】ここで、クレーン旋回駆動系を数式モデル
として考察する。

【００３１】図４に、クレーン減速時における旋回駆動
系のモデルを示す。

【００３２】すなわち、図４においては、吊り荷７とク
レーン旋回体の２つの回転運動を考え、油圧モータによ
る駆動部に対しこれら２つの回転運動体がねじりこわさ
Ｋw、Ｋ0およびねじり粘性減衰係数Ｃw、Ｃ0によって結
合されているとする。

【００３３】ここで、 Ｊw：吊り荷７の慣性モーメント Ｊ0：クレーン旋回体の慣性モーメント Ｋw：吊り荷７とクレーン旋回体の間のねじりこわさ Ｃw：吊り荷７とクレーン旋回体の間のねじり粘性減衰
係数 Ｋ0：クレーン旋回体と減速機の間のねじりこわさ Ｃ0：クレーン旋回体と減速機の間のねじり粘性減衰係
数 βw：吊り荷７の回転角 β0：クレーン旋回体の回転角 また、油圧モータによる駆動部は、 ｑM：モータ容量 ｊ ：減速機減速比 ηt：油圧モータ＋減速機のトルク効率 ΔＰ：旋回モータ前後差圧（制動トルクに対応する） であり、そのときの出力トルクτは、 τ＝（ΔＰ・ｑM・ｊ・ηt）／２００π となり、そのときの運動方程式は下式（１）のようにな
る。

【００３４】 そして、こうしたクレーン速度駆動系に対し、油圧モー
タ前後差圧ΔＰを入力とし、ブーム先端の角速度、すな
わちこのモデルでは、ｄβ0／ｄｔの軌道を目標出力と
した制御をせねばならぬのであるが、その目標軌道の与
え方によっては、ブーム先端の振動が観測されることが
ある。これは先の運動方程式（１）において、慣性項Ｊ
0、Ｊwが大きく、減衰項Ｃ0、Ｃwや剛性項Ｋ0、Ｋwが小
さいために、駆動系自体が振動的な特性を有しているた
めで、ブーム長さＬが大きくなるに従い、またブーム起
伏角θが小さくなるにしたがい、また吊り荷重量Ｗwが
大きくなるに従って、この傾向は強まることになる。

【００３５】以上のクレーン駆動系の数学モデルでは、
簡単のため集中質量による２自由度系の振動モデルとし
たが、実際にはこれらはクレーン構造物の弾性振動であ
ることから連続体による無限自由度モデルでなければな
らず、かつ機械的なガタに起因する非線形性が強いこ
と、あるいは制御内部にも無駄時間や時間遅れが発生す
ることから解析モデルを構築することは容易ではない。

【００３６】したがって、本装置においては、予め実験
によって許容される減速時間Ｔminを求めておき、実際
の旋回自動停止制御においては、吊り荷７の振れ周期Ｔ
に自然数ｎを乗じた値ｎＴが下限値Ｔminより大である
という関係のもとに、ｎＴなる時間で一定減速角加速度
となるようにクレーン旋回体を速度制御し、停止に至ら
せるようにする。

【００３７】すなわち、クレーン旋回体の目標角加速度
α2をα2＝−（β0・）／ｎＴで与えるようにする。な
お、（β0・）は旋回自動停止制御開始直前のクレーン
旋回体の角速度であり、Ｔは吊り荷７の周期、ｎはｎＴ
≧Ｔminなる最小の自然数である。

【００３８】以上、旋回停止制御の場合について説明し
たが、起伏停止制御についても同様にして制御時間の下
限値Ｔminが求められ、これによってｎＴ≧Ｔminとなる
最小の自然数ｎが求められる。ここで、本アルゴリズム
によれば、制御中における旋回体３及びブーム４の弾性
振動は当然抑制されるわけであるから、ブーム部材は当
然降伏には至らず、先の従来技術で示したようなブーム
横曲げ強度条件を考慮する必要はない。すなわち、許容
条件をブーム強度によるものではなく、制御動特性に起
因する制約時間で設定することだけで、破損の心配の無
い良好なクレーン停止制御を実現できるのである。

【００３９】以上、（１）式に示したように、慣性モー
メントＪ0、Ｊwによって旋回角度制御系の動特性は変化
するので、予めＪ0、Ｊwと、制御時間の下限値Ｔmin［s
ec］の関係を実験によって求めておき、これらの対応関
係を示すテーブルマップが制限時間下限値算出部３４に
記憶されている。

【００４０】ここで、クレーン旋回体慣性モーメント算
出部３１は、ブーム長センサ１０、起伏角センサ１１の
出力に基づき起伏方向の慣性モーメントと旋回方向の慣
性モーメントを求めている。また、吊り荷慣性モーメン
ト算出部３２でも、ブーム長センサ１０、起伏角センサ
１１、起伏シリンダ圧力センサ１２の出力に基づき起伏
方向の慣性モーメントと旋回方向の慣性モーメントを求
めている。

【００４１】制限時間下限値算出部３４では、入力され
たＪ0値、Ｊw値に対応する制限時間下限値Ｔminをテー
ブルマップから読み出す。起伏角度制御系についても同
様にして制御時間下限値Ｔminが求められる。そして、
旋回についての制御時間下限値Ｔmin、起伏についての
制御時間下限値Ｔminのうち、大きい方が制限時間算出
部３５に出力される。

【００４２】一方、吊り荷振れ周期算出部３３は、ロー
プ長センサ１５によって検出されたロープ長と、ブーム
長センサ１０によって検出されたブーム長Ｌとによって
ブーム先端４ａから吊り荷７（フック６）までのロープ
長さｌp（図３参照）を算出し、下式によって吊り荷７
の周期Ｔ［sec］を算出する。

【００４３】Ｔ＝２π√（Ｌ/ｇ） …（２） 但し、ｇは重力加速度である。

【００４４】そして、制御時間算出部３５は、制限時間
下限値算出部３４で算出されたＴminと吊り荷振れ周期
算出部３３で算出された吊り荷振れ周期Ｔを用い、次の
（３）式、 ｎＴ≧Ｔmin …（３） が成立する最小の自然数ｎを選択し、該選択したｎを用
いてｎＴを制御時間Ｔcとして決定する。このようにし
て決定された制御時間Ｔc（＝ｎＴ）は目標減速加速度
算出部３６に出力されるとともに、後述する比較部５７
に出力される。

【００４５】目標減速加速度算出部３６は、入力された
制御時間Ｔc（＝ｎＴ）を用いて下式（４）にしたがっ
て、目標減速角加速度（起伏方向）α1、目標減速角加
速度（旋回方向）α2および目標減速加速度（伸縮方
向）α3を算出する。

【００４６】 但し、（θ0・）は自動停止制御開始直前の起伏速度［d
eg/sec］、（β0・）は自動停止制御開始直前の旋回速
度［deg/sec］、（Ｌ0・）は自動停止制御開始直前の伸
縮速度［m/sec］である。

【００４７】自動停止制御は、比較部５７において、ブ
ーム先端４ａが限界作業領域Ｓの境界に到達するまでの
残り時間Ｔallow（これについては後述する）と、上記
制御時間算出部３５で算出される制御時間Ｔcとの関係
が、 Ｔc≧Ｔallow …（５） であると判断されたとき、つまり、残り時間Ｔallowが
停止制御に必要な制御時間Ｔcに達した時点で停止制御
を開始するようにしている。なお、この場合、停止制御
にΔｔだけ余裕を設けてもよく、この場合、上記（５）
式の代わりに、 Ｔc＋Δｔ≧Ｔallow …（５）´ なる式を使用してもよい。

【００４８】ここで、上記残り時間Ｔallowについて説
明する。

【００４９】残り時間Ｔallowは、限界作業領域算出部
２１、作業半径算出部５６、旋回角センサ１３、吊り荷
速度ベクトル算出部２２の各出力に基づいて、残り時間
算出部２３において求められる。

【００５０】限界作業領域算出部２１は、ブーム長セン
サ１０、ブーム起伏角度センサ１１、旋回角度センサ１
３、アウトリガ張出し長さセンサ１６、車体傾斜センサ
１７、ブーム起伏シリンダ圧力センサ１２の各出力に基
づいて、現在のブーム張出し量ｌa等の車両状態と吊り
荷７の重量Ｗwにおける限界作業領域Ｓを図１１（ａ）
に示すごとく算出する。

【００５１】同図１１（ａ）は、ブーム先端４ａが移動
できる限界作業領域Ｓの上面図であり、ハッチングで示
す領域はその他の領域に比べて限界作業領域が小さくな
っているのがわかる。

【００５２】このため、ブーム先端４ａが同じ位置Ｐか
ら右に旋回したとしても経路のとり方Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3に
よって限界作業領域Ｓを超えるまでの距離、時間は異な
ってくる。

【００５３】吊り荷速度ベクトル算出部２２は、ブーム
起伏角度センサ１１、ブーム起伏角速度センサ５４、ブ
ーム旋回角度センサ１３、ブーム旋回角速度センサ１
４、ブーム長センサ１０、ブーム伸縮速度センサ５３の
各出力に基づいて、現在の吊り荷７の速度ベクトルＶ、
つまりブーム先端４ａの速度ベクトルＶを算出する。た
とえば、図１１（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すような速
度ベクトルＶ2、Ｖ3、Ｖ4が求められる。

【００５４】残り時間算出部２３は、吊り荷速度ベクト
ル算出部２２で算出された速度Ｖを初速度として所定の
減速加速度で減速させたときに、現在位置Ｐ0から限界
作業領域Ｓの境界点Ｐsに到達するまでの残り時間Ｔall
ow、つまり図８において点Ｐ0、Ｐs間の距離（経路）Ｑ
0sを辿るのに要する時間Ｔallowを算出する。ここで現
在位置Ｐ0（ｘ、ｙ）は、作業半径算出部５６で算出さ
れる旋回中心Ｃからブーム先端４ａまでの水平方向距離
である作業半径Ｌ´と、旋回角度センサ１３の検出値β
とから求められる。

【００５５】以下、吊り荷ベクトル算出部２２、残り時
間算出部２３で行われる演算について、図７ないし図９
を併せ参照して説明する。

【００５６】すなわち、図７に示すように、ブーム先端
４ａを３次元座標ｘ−ｙ−ｚ上の座標位置（ｘ、ｙ、
ｚ）で表すと、ブーム４のｘ−ｙ平面への正射影（作業
半径）Ｌ´、ｘ−ｙ平面上の座標位置（ｘ、ｙ）は次式
（６）、（７）、（８）のように表される。但し、起伏
角θは、ブーム上昇方向をプラスとし、旋回角βは左旋
回方向をプラスとする。

【００５７】Ｌ´＝Ｌcosθ …（６） ｘ＝Ｌ´cosβ＝Ｌcosθ・cosβ …（７） ｙ＝Ｌ´cos(90-β)＝Ｌcosθ・sinβ …（８） よって、ｘ方向、ｙ方向の速度ｖx、ｖyは上記（７）、
（８）式を１階微分することによって得られ、 ｖx＝（ｘ・）＝（（−sinθ）（θ・）cosβ＋cosθ（−sinβ）（β・）） ＋（Ｌ・）cosθcosβ …（９） ｖy＝（ｙ・）＝（（−（θ・）sinθsinβ）＋cosθ（β・）cosβ） ＋（Ｌ・）cosθsinβ …（１０） となる。

【００５８】したがって、ブーム先端４ａの速度ベクト
ルＶは、図８に示すように、上記（９）、（１０）式の
速度ｖx、ｖyを合成することによって得られる。

【００５９】よって、ブーム先端４ａの現在の速度ベク
トルＶは、各センサの出力θ、（θ・）、β、（β
・）、Ｌ、（Ｌ・）を上記（９）、（１０）式に代入す
ることによって得られる。

【００６０】上記（９）、（１０）式より、各時刻ｔに
おける速度ベクトルＶ（ｔ）は、 Ｖ（ｔ）＝（Ａθ(t)、Ｂβ(t)、ＣＬ(t)） …（１１） と、Ａ、Ｂ、Ｃを各係数として、起伏方向の成分Ａθ
(t)、旋回方向の成分Ｂβ(t)、伸縮方向の成分ＣＬ(t)
で表されるのがわかる。

【００６１】このようにブーム先端４ａの速度は、起伏
方向、旋回方向および伸縮方向といった三方向の自由度
を持つが、この実施の形態ではこれら三方向の速度を考
慮してブーム先端４ａを限界作業領域Ｓ内で停止させる
ための制御が行われる。

【００６２】そのためには、ブーム先端４ａが現在点Ｐ
0から限界作業領域Ｓの境界点Ｐsに到達するまでに辿る
経路Ｑ0s（この経路Ｑ0sを移動するのに要する時間Ｔal
low）を知る必要がある。

【００６３】しかし、図９に ブーム先端４ａが速度一
定で移動した場合の軌跡を示すように、ブーム先端４ａ
の速度は、起伏方向、旋回方向および伸縮方向といった
三方向の自由度を持つため、ブーム先端４ａの移動経路
Ｑ0sを一義的に求め、この移動経路から残り時間Ｔallo
wを一義的に求めることはできない。

【００６４】そこで、この実施の形態では、下記（１
２）式に示すように、時間ｔ経過後のブーム先端将来位
置（ｘt、ｙt）を求める式を設定し、この将来位置（ｘ
t、ｙt）が限界作業領域Ｓの境界座標位置Ｐsになった
ときの積分演算終端時間ｔを、残り時間Ｔallowとして
決定するようにしている。

【００６５】 すなわち、上記（１２）において、積分演算終端時間ｔ
が残り時間Ｔallowになったとき、左辺は限界作業領域
Ｓの境界点Ｐsに達したときのブーム先端位置Ｐs（ｘ
t、ｙt）を表し、右辺第１項は停止制御開始時における
ブーム先端位置Ｐ0（ｘ0、ｙ0）を表し、右辺第２項は
停止制御開始のＰ0点から境界点Ｐsに到達するまでのブ
ーム先端移動距離を表している。

【００６６】右辺第１項（ｘ0、ｙ0）は、上記（６）式
の作業半径Ｌ´と、旋回角度センサ１３の検出値βとか
ら求められる。右辺第２項の移動距離は、上記（９）、
（１０）式の速度ｖx、ｖyに基づき求められる。但し、
右辺第２項の移動距離は、（９）、（１０）式に、各セ
ンサの将来の検出値θ、（θ・）、β、（β・）、Ｌ、
（Ｌ・）を代入することによって得られるものであるの
で、（９）、（１０）式をそのまま積分することは不可
能である。そこで、（９）、（１０）式に各センサの現
在の検出値θ、（θ・）、β、（β・）、Ｌ、（Ｌ・）
を代入して現在の速度ｖx、ｖyを求め、この初期速度が
所定の減速加速度で減速されるものとして、将来の速度
を時間の関数として表し、これを積分すればよい。

【００６７】こうして、積分終端時間ｔの値を所定間隔
ずつ変えて上記（１２）式の右辺の積分演算を繰り返し
行い、その度に左辺の将来位置（ｘt、ｙt）が、限界作
業領域Ｓの境界点Ｐsに到達したか否かを判断する。こ
の結果、将来位置（ｘt、ｙt）が、限界作業領域Ｓの境
界点Ｐsに到達したと判断されたときの積分終端時間ｔ
が、最終的に残り時間Ｔallowであると決定される。

【００６８】こうして、ブーム先端４ａが限界作業領域
Ｓの境界点Ｐsに到達するまでの残り時間Ｔallowが求め
られると、この残り時間Ｔallowと、上記制御時間算出
部３５で算出される制御時間Ｔcとを比較し、その関係
が、上記（５）式を満足しているか否かが逐次判断され
る。この結果、上記（５）式（Ｔc≧Ｔallow）を満足し
ているものと判断されると、比較部５７は、停止制御を
開始する旨の信号を制御量算出部３７に送出する。

【００６９】制御量算出部３７は、目標減速加速度算出
部３６で算出された減速加速度（角加速度）α1、α2、
α3が得られるように、起伏油圧システム７０、旋回油
圧システム４０、伸縮油圧システム８０の各電磁比例減
圧弁（ＥＰＣ弁）４１、４２に対する制御電流量ｉ1、
ｉ2、ｉ3を演算し、該演算した制御電流ｉ1、ｉ2、ｉ3
によってＥＰＣ弁４１、４２を制御する。

【００７０】すなわち、上記求められた（４）式の減速
加速度α1、α2、α3で各軸（θ、β、Ｌ）を減速させ
るための目標速度（角速度）（θopt・）、（βopt
・）、（Ｌopt・）が、時間ｔの関数として、次式（１
３）に示すごとく求められる。 （θopt・）＝（θ(t)・）＝（θ0・）（１−ｔ/Ｔc） （βopt・）＝（β(t)・）＝（β0・）（１−ｔ/Ｔc） （Ｌopt・）＝（Ｌ(t)・）＝（Ｌ0・）（１−ｔ/Ｔc） …（１３） この（１３）式の目標速度（角速度）（θopt・）、
（βopt・）、（Ｌopt・）は、図６に示される。

【００７１】そこで、現在の速度（θ・）、（β・）、
（Ｌ・）を各速度センサ５４、１４、５３より逐次フィ
ードバック量として入力し、下記（１４）式に示すよう
に、これと上記目標速度（角速度）（θopt・）、（βo
pt・）、（Ｌopt・）との誤差を算出し、この誤差を零
にするための制御電流値ｉ1、ｉ2、ｉ3を算出する。こ
うして算出された制御電流値ｉ1、ｉ2、ｉ3が、起伏油
圧システム７０、旋回油圧システム４０、伸縮油圧シス
テム８０にそれぞれ出力される。

【００７２】 但し、Ｋ1、Ｋ2、Ｋ3はそれぞれ起伏、旋回、伸縮ごと
の定数である。

【００７３】これにより、クレーン１のブーム４は、図
６に示した目標速度（角速度）軌道（θopt・）、（βo
pt・）、（Ｌopt・）にしたがって減速され、荷振れを
生ずることなく限界作業領域Ｓ内で停止する。

【００７４】・実施の形態２ 次に、限界作業領域Ｓを予め求めることなく、クレーン
車両１の転倒限界を示す許容負荷モーメントと実際のク
レーン車両１の車両状態を示す実負荷モーメントの大小
比較により、クレーン１が転倒するか否かを直接判断す
る実施の形態について図２を参照して説明する。

【００７５】図２の構成において図１と異なるのは、位
置演算部５８、モーメント演算部５９、比較部６０を設
けている点である。

【００７６】位置演算部５８は、作業半径算出部５６の
出力と、ブーム旋回角センサ１３の出力と、吊り荷速度
ベクトル算出部２２の出力と、制御時間算出部３５の出
力とに基づいて、現在から制御時間Ｔcが経過した時点
におけるブーム先端４ａの位置（ｘc、ｙc）を演算する
ものである。

【００７７】すなわち、作業半径算出部５６から出力さ
れる作業半径Ｌ´と、旋回角センサ１３の検出値βとに
基づき、現在のブーム先端位置（ｘ0、ｙ0）を求め、こ
れを上記（１２）の右辺第１項に代入するとともに、同
（１２）式の右辺第２項の積分演算終端時間ｔに、制御
時間算出部３５から出力される制御時間Ｔcを代入して
積分演算を行う。こうして現在から制御時間Ｔcが経過
した時点におけるブーム先端４ａの位置（ｘc、ｙc）
が、（１２）式の左辺の値として求められる。

【００７８】モーメント演算部５９は、位置演算部５８
の出力と、ブーム起伏シリンダ圧力センサ１２の出力
と、アウトリガ張出し長さセンサ１６の出力と、車体傾
斜センサ１７の出力とに基づいて、現在から制御時間Ｔ
cが経過した時点における実負荷モーメントＭrealを演
算するとともに、現在から制御時間Ｔcが経過した時点
における許容負荷モーメントＭallowを演算する。

【００７９】以下、図１０（ａ）、（ｂ）を参照して、
これら実負荷モーメントＭreal、許容負荷モーメントＭ
allowについて説明する。

【００８０】図１０（ａ）は、クレーン車両１の上面図
であり、図１０（ｂ）は、クレーン車両１をｘ−ｚ平面
でみた側面図である。

【００８１】この図１０に示すように、 Ｗw：吊り荷７の重量 Ｗb：ブーム４の重量 Ｗr：旋回体（上部旋回体）３の重量 Ｗs：車体（下部走行体）２の重量 Ｌw：旋回中心Ｃから吊り荷７までの距離 Ｌb：旋回中心Ｃからブーム重心までの距離 Ｌr：旋回中心Ｃから上部旋回体重心までの距離 Ｌs：旋回中心Ｃから下部走行体重心までの距離 Ｌ0：旋回中心Ｃから転倒支点までの距離 とすると、旋回中心まわりの実負荷モーメントＭreal
は、 Ｍreal＝Ｗw・Ｌw＋Ｗb・Ｌb＋Ｗs・Ｌs＋Ｗr・Ｌr …（１５） となり、一方、旋回中心まわりの許容負荷モーメントＭ
allowは、 Ｍallow＝Ｌ0（Ｗw＋Ｗb＋Ｗs＋Ｗr） …（１６） となる。ここで、Ｗb、Ｗs、Ｗr、Ｌsは既知の値であ
り、吊り荷重量Ｗwは、ブーム起伏シリンダ圧力センサ
１２の出力として求められる。距離Ｌw、Ｌb、Ｌrは、
位置演算部５８から出力されるブーム先端４ａの位置
（ｘc、ｙc）と、車体傾斜センサ１７から出力される車
体２の傾斜φに基づいて求められる。距離Ｌ0は、アウ
トリガ張出し長さセンサ１６から出力されるアウトリガ
張出し長さｌaと、車体傾斜センサ１７から出力される
車体２の傾斜φに基づいて求められる。なお、車体傾斜
センサ１７は、車体傾斜角φの影響を除去する補正をか
けるために必要であるが、車体傾斜角φの影響が小さい
場合には、車体傾斜角φの影響を除去する補正は省略す
ることができる。

【００８２】比較部６０は、こうして演算された、現在
から制御時間Ｔcが経過した時点における実負荷モーメ
ントＭrealと、現在から制御時間Ｔcが経過した時点に
おける許容負荷モーメントＭallowとを比較し、この結
果、実負荷モーメントＭrealが許容負荷モーメントＭal
low以上になった場合に、現在から制御時間Ｔc経過後に
クレーン１が転倒する虞があるものと判断し、停止制御
を開始する旨の信号を制御量算出部３７に送出する。つ
まり、限界作業領域Ｓの境界に到達するまでの残り時間
Ｔallowが、上記（５）式（Ｔc≧Ｔallow）を満足して
いるものと判断して、比較部６０は、停止制御を開始す
る旨の信号を制御量算出部３７に送出する。

【００８３】制御量算出部３７は、目標減速加速度算出
部３６で算出される減速加速度（角加速度）α1、α2、
α3が得られるように、起伏油圧システム７０、旋回油
圧システム４０、伸縮油圧システム８０の各電磁比例減
圧弁（ＥＰＣ弁）４１、４２に対する制御電流量ｉ1、
ｉ2、ｉ3を演算し、該演算した制御電流ｉ1、ｉ2、ｉ3
によってＥＰＣ弁４１、４２を制御する。

【００８４】すなわち、上記求められた（４）式の減速
加速度α1、α2、α3で各軸（θ、β、Ｌ）を減速させ
るための目標速度（角速度）（θopt・）、（βopt
・）、（Ｌopt・）が、時間ｔの関数として、上記（１
３）に示すごとく求められる。そこで、現在の速度（θ
・）、（β・）、（Ｌ・）を各速度センサ５４、１４、
５３より逐次入力し、これと上記目標速度（角速度）
（θopt・）、（βopt・）、（Ｌopt・）との誤差を算
出し、この誤差を零にするための制御電流値ｉ1、ｉ2、
ｉ3を上記（１４）式のごとく算出する。こうした算出
された制御電流値ｉ1、ｉ2、ｉ3が、起伏油圧システム
７０、旋回油圧システム４０、伸縮油圧システム８０に
それぞれ出力される。

【００８５】これにより、クレーン１のブーム４は、図
６に示した目標速度（角速度）軌道（θopt・）、（βo
pt・）、（Ｌopt・）にしたがって減速され、荷振れを
生ずることなく限界作業領域Ｓ内で停止する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施の形態１を示す制御ブロッ
ク図である。

【図２】図２は本発明の実施の形態２を示す制御ブロッ
ク図である。

【図３】図３は実施の形態におけるクレーン車両の側面
図である。

【図４】図４はクレーン減速時における旋回駆動系のモ
デルを示す図である。

【図５】図５は旋回油圧システムの構成を示す油圧回路
図である。

【図６】図６は目標速度軌跡あるいは目標角速度軌跡の
一例を示す図である。

【図７】図７はブーム先端の座標位置を３次元座標系で
示す図である。

【図８】図８はブーム先端の移動経路と限界作業領域と
の関係を説明する図である。

【図９】図９はブーム先端の移動経路を説明する図であ
る。

【図１０】図１０（ａ）はクレーン車両の上面を、図１
０（ｂ）はクレーン車両の側面をそれぞれ示す図であ
り、実負荷モーメントと許容負荷モーメントを説明する
ために用いた図である。

【図１１】図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそ
れぞれ、本発明における、ブーム先端の移動経路と限界
作業領域との関係を説明する図である。

【図１２】図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそ
れぞれ、従来技術における、ブーム先端の移動経路と限
界作業領域との関係を説明する図である

【符号の説明】

１…クレーン車両 ４…ブーム ７…吊り荷 １０…ブーム長センサ １１…ブーム起伏角センサ １２…ブーム起伏シリンダ圧力センサ １３…ブーム旋回角センサ １４…ブーム旋回角速度センサ １５…ロープ長センサ １６…アウトリガ張出長さセンサ ２１…限界作業領域算出部 ２２…吊り荷速度ベクトル算出部 ２３…残り時間算出部 ３５…制御時間算出部 ３７…制御量算出部 ４０…旋回油圧システム ５２…アウトリガ ５３…ブーム伸縮速度センサ ５４…ブーム起伏角速度センサ ５６…作業半径算出部 ５７…比較部 ５８…位置演算部 ５９…モーメント演算部 ６０…比較部 ７０…起伏システム ８０…伸縮油圧システム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブームによって吊り下げられた吊り
   荷の重量とアウトリガの張出し量とに基づいて前記ブー
   ムの先端が移動できる限界作業領域を設定し、この限界
   作業領域を超えない位置に、前記ブームの先端を停止さ
   せるクレーンの停止制御装置において、 前記ブームの起伏角を検出するブーム起伏角検出手段
   と、 前記ブームの起伏角速度を検出するブーム起伏角速度検
   出手段と、 前記ブームの旋回角を検出するブーム旋回角検出手段
   と、 前記ブームの旋回角速度を検出するブーム旋回角速度検
   出手段と、 前記ブームの長さを検出するブーム長検出手段と、 前記ブームの伸縮速度を検出するブーム伸縮速度検出手
   段と、 前記ブーム長検出手段の出力と、前記ブーム起伏角検出
   手段の出力と、前記ブーム旋回角検出手段の出力とに基
   づいて、前記ブームの先端の現在の位置を演算する位置
   演算手段と、 前記ブーム起伏角速度検出手段の出力と、前記ブーム旋
   回角速度検出手段の出力と、前記ブーム伸縮速度検出手
   段の出力と、前記位置演算手段の出力と、前記設定され
   た限界作業領域とに基づいて、前記ブームの先端が、現
   在位置から現在のブーム起伏角速度、現在のブーム旋回
   角速度および現在のブーム伸縮速度をそれぞれ初期速度
   としてブーム起伏方向、ブーム旋回方向およびブーム伸
   縮方向にそれぞれ所定の減速加速度で移動したときの、
   前記限界作業領域を超えるまでの残り時間を演算する残
   り時間演算手段と、 前記ブームを含むクレーンの旋回体および前記吊り荷の
   現在の慣性モーメントに基づき、ブーム停止時において
   前記吊り荷の触れが残らないために必要な制御時間を演
   算する制御時間演算手段と、 前記残り時間演算手段で演算された残り時間と、前記制
   御時間演算手段で演算された制御時間とを比較して、前
   記残り時間が前記制御時間よりも小さくなる前に、制御
   開始を示す信号を出力する比較手段と、 前記比較手段から制御開始信号が出力された場合に、前
   記ブームの先端が、現在位置から現在のブーム起伏角速
   度、現在のブーム旋回角速度および現在のブーム伸縮速
   度をそれぞれ初期速度としてブーム起伏方向、ブーム旋
   回方向およびブーム伸縮方向にそれぞれ所定の減速加速
   度で前記制御時間だけ移動するように、ブーム起伏角速
   度、ブーム旋回角速度およびブーム伸縮速度を制御する
   制御手段とを具えたクレーンの停止制御装置。
2. 【請求項２】 吊り荷が吊り下げられたブームの先
   端を、限界作業領域を超えない位置に停止させるクレー
   ンの停止制御装置において、 前記ブームの起伏角を検出するブーム起伏角検出手段
   と、 前記ブームの起伏角速度を検出するブーム起伏角速度検
   出手段と、 前記ブームの旋回角を検出するブーム旋回角検出手段
   と、 前記ブームの旋回角速度を検出するブーム旋回角速度検
   出手段と、 前記ブームの長さを検出するブーム長検出手段と、 前記ブームの伸縮速度を検出するブーム伸縮速度検出手
   段と、 前記アウトリガの張出し長さを検出するアウトリガ張出
   し長さ検出手段と、 前記吊り荷の重量を検出する吊り荷重量検出手段と、 前記ブーム長検出手段の出力と、前記ブーム起伏角検出
   手段の出力と、前記ブーム旋回角検出手段の出力とに基
   づいて、前記ブームの先端の現在の位置を演算する現在
   位置演算手段と、 前記ブームを含むクレーンの旋回体および前記吊り荷の
   現在の慣性モーメントに基づき、ブーム停止時において
   前記吊り荷の触れが残らないために必要な制御時間を演
   算する制御時間演算手段と、 前記現在位置演算手段の出力と、前記ブーム起伏角速度
   検出手段の出力と、前記ブーム旋回角速度検出手段の出
   力と、前記ブーム伸縮速度検出手段の出力と、前記制御
   時間演算手段の出力とに基づいて、前記ブームの先端
   が、現在位置から現在のブーム起伏角速度、現在のブー
   ム旋回角速度および現在のブーム伸縮速度をそれぞれ初
   期速度としてブーム起伏方向、ブーム旋回方向およびブ
   ーム伸縮方向にそれぞれ所定の減速加速度で前記制御時
   間だけ移動したときの、ブームの先端の位置を演算する
   将来位置演算手段と、 前記アウトリガ張出し長さ検出手段の出力と、前記吊り
   荷重量検出手段の出力と、前記将来位置演算手段の出力
   とに基づいて、現在から前記制御時間が経過した時点に
   おけるクレーンの許容負荷モーメントと実負荷モーメン
   トを演算する負荷モーメント演算手段と、 前記負荷モーメント演算手段で演算された許容負荷モー
   メントと実負荷モーメントを比較して、実負荷モーメン
   トが許容負荷モーメントよりも大きくなる前に制御開始
   を示す信号を出力する比較手段と、 前記比較手段から制御開始信号が出力された場合に、前
   記ブームの先端が、現在位置から現在のブーム起伏角速
   度、現在のブーム旋回角速度および現在のブーム伸縮速
   度をそれぞれ初期速度としてブーム起伏方向、ブーム旋
   回方向およびブーム伸縮方向にそれぞれ所定の減速加速
   度で前記制御時間だけ移動するように、ブーム起伏角速
   度、ブーム旋回角速度およびブーム伸縮速度を制御する
   制御手段とを具えたクレーンの停止制御装置。