JPH10218558A - クレーンにおける吊り荷の微小量移動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ブーム先端部から吊り下げた荷を、伸縮、起
伏、旋回の各動作により水平方向に正確に微小量移動さ
せることができるクレーンの制御装置を提供する。 【構成】 ブーム先端部の移動量を入力する数値入力部
と、ブーム長さ、起伏角、旋回角のブームの稼働姿勢を
検出する姿勢検出手段と、伸縮、起伏、旋回の各操作の
操作方向検出手段と、前記数値入力部、前記姿勢検出手
段及び前記操作方向検出手段からの信号を受け取り、伸
縮駆動手段、起伏駆動手段及び旋回駆動手段へ制御信号
を出力する制御部とから構成する。前記制御部は、前記
操作方向検出手段が検出した操作方向に該当する前記駆
動手段を駆動する制御信号を出力するものであり、かつ
当該制御信号の出力時間を前記姿勢検出手段の検出結果
と数値入力手段の入力値の関数として自動制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブーム先端部から
吊り下げた荷を、伸縮、起伏、旋回の各動作により水平
方向に正確に微小量移動させることができるクレーンの
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に油圧式クレーンが荷５を吊り下げ
た状態を示す。３は伸縮、起伏、旋回等の操作バルブで
あって、キャブ内の操作レバー２と接続されている。操
作レバー２の操作角度によって、操作バルブ３内の油路
は一定の関係で開口面積が変化するように設定されてい
る。４はアクセルペダルであって、伸縮、起伏、旋回等
のアクチュエータへ送られる作動油の油圧ポンプを駆動
するエンジン（図示せず）の回転数を変化させる。オペ
レータは、操作レバー２とアクセルペダル４を操作する
ことにより吊り荷５を目的とする位置に移動させるので
ある。

【０００３】しかし、この場合にはクレーンで吊り下げ
た荷５を、水平方向に微小量移動させようとして、伸
縮、起伏、旋回の各操作バルブ３を人為的に微速操作し
てブーム先端１を移動させた場合、荷の慣性力および吊
り下げ距離の関係で、ブーム先端１の動きが先行（荷が
遅行）するので、荷の位置を確認しながら上記各操作バ
ルブ３を微速操作しても、おうおうにして、ブーム先端
部１を移動させ過ぎるという問題がある。この問題は、
重量物の据え付け作業等で発生する。

【０００４】上記問題に対し、従来より微小移動量を数
値入力しフィードバック制御によって吊り荷を目的の位
置に移動させる技術が提案されていた。図５はフィード
バック制御による吊り荷の微小量移動装置のブロック図
である。

【０００５】１０は数値入力部であって、クレーン運転
室の操作装置の近くに設置される。図６は数値入力部１
０で入力される微小距離ΔＤを説明するものである。
Ｘ，Ｙ座標で表される平面は、クレーンの設置された平
面を示している。座標の取り方は、例えばクレーンの車
両部の中心線を車両前方に向かってＹ座標、車幅方向を
Ｘ座標に取るなどすればよいのである。いま現在位置に
吊り下げられている吊り荷を目標位置まで地面に対し
て、水平に移動しようとする。その場合現在位置から目
標位置までの直線距離が数値入力部１０で入力される微
小距離ΔＤである。ΔＸ，ΔＹは微小距離ΔＤのＸ，Ｙ
座標成分である。

【０００６】２０は姿勢検出手段であって、ブーム長セ
ンサー２１、ブーム起伏各センサー２２、旋回角センサ
ー２３から構成されている。３０は操作方向検出手段で
あって、伸縮、起伏、旋回の各操作レバーの操作方向を
検出するものである。５０は伸縮駆動手段、６０は起伏
駆動手段、７０は旋回駆動手段の各駆動手段である。４
０は制御部であって、数値入力部１０から微小距離Δ
Ｄ、操作方向検出手段３０から伸縮方向信号ＳＬ，起伏
方向信号Ｓθ１、旋回方向信号Ｓθ２の各信号を受け取
って内部で演算した後、伸縮駆動手段５０、起伏駆動手
段６０、旋回駆動手段７０の各駆動手段に各駆動信号Ｃ
５０，Ｃ６０，Ｃ７０を出力するのである。

【０００７】各駆動手段が駆動されると、姿勢検出手段
２０のブーム長センサー２１からはブーム長信号Ｌ，ブ
ーム起伏角センサーからはブーム起伏角信号θ１、旋回
角センサー２３からは旋回角信号θ２が制御部４０にフ
ィードバックされ、吊り荷を目標位置まで移動させるべ
く各駆動装置を制御するのである。

【０００８】図７は制御部４０の内部での制御の流れを
図示するものである。４１は水平移動成分演算手段であ
って、前記数値入力部１０と前記操作方向検出手段３０
からの信号に基づき、図４で説明した水平移動成分Δ
Ｘ，ΔＹを演算する。４２は駆動成分演算手段であっ
て、前記水平移動成分演算手段からの水平移動成分Δ
Ｘ，ΔＹ及び姿勢検出手段２０からのブーム長信号Ｌ，
ブーム起伏角信号θ１、旋回角信号θ２に基づき、伸縮
駆動成分ΔＬ，起伏駆動成分Δθ１、旋回駆動成分Δθ
２を演算する。また、姿勢検出手段２０から送られてく
る、ブーム長信号Ｌ，ブーム起伏角信号θ１、旋回角信
号θ２と前記演算結果の和を演算し目標位置の姿勢値と
して記憶する。目標位置の姿勢値はブーム長は（Ｌ＋Δ
Ｌ），ブーム起伏角は（θ１＋Δθ１）、旋回角は（θ
２＋Δθ２）となる。４３は駆動速度演算手段であっ
て、前記駆動成分演算手段４２からの伸縮駆動成分Δ
Ｌ，起伏駆動成分Δθ１、旋回駆動成分Δθ２に基づ
き、伸縮速度成分ＶＬ，起伏速度成分Ｖθ１、旋回速度
成分Ｖθ２を演算する。４４はバルブ開度演算手段であ
って、前記駆動速度演算手段４３からの伸縮速度成分Ｖ
Ｌ，起伏速度成分Ｖθ１、旋回速度成分Ｖθ２に基づ
き、伸縮バルブ開度、起伏バルブ開度、旋回バルブ開度
を演算する。バルブ開度演算手段４４で演算した各バル
ブ開度信号によって、すでに説明した各駆動手段が駆動
されるのである。各駆動手段のバルブは流量補償、温度
補償がされてあって、そのバルブ開度のみによってその
流量が決定されるようになっている。つまりそのバルブ
開度のみによって各駆動手段の駆動速度が決定されるの
である。

【０００９】姿勢検出手段２０からは、刻々変化する現
在時点の姿勢信号が、前記駆動成分演算手段４２にフィ
ードバックされる。駆動成分演算手段４２では記憶して
いる目標位置の姿勢値である目標ブーム長（Ｌ＋Δ
Ｌ），目標ブーム起伏角（θ１＋Δθ１）、目標旋回角
（θ２＋Δθ２）と姿勢検出手段２０から送られてく
る、ブーム長信号Ｌ，ブーム起伏角信号θ１、旋回角信
号θ２を比較しその値が一致するまでこの制御を続ける
のである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このフィー
ドバック制御による吊り荷の微小量移動装置の場合、姿
勢検出手段２０のブーム長センサー２１、ブーム起伏各
センサー２２、旋回角センサー２３の各センサーの分解
能が問題となっていた。各センサーはクレーンの伸縮、
起伏、旋回の各動作の全範囲を検出できるようスパン調
整されるのに対し、微小移動させようとするときの検出
値の変化は微小なものとなるため、十分な精度でフィー
ドバックすることができないのである。

【００１１】上記問題に対し各センサーの分解能を上げ
て対応しようとすると、制御系の安定性が問題となった
のである。クレーンはワイヤーロープで荷を吊るすため
吊り荷の振れは避けられないものであり、ブームのたわ
み、伸縮・起伏・旋回の各駆動手段の起動、停止時のシ
ョック等により、各センサーの分解能を上げただけの場
合は制御が収束しないために目標位置まで吊り荷を移動
しても駆動が停止しないといった大きな問題があった。

【００１２】本発明は、以上のような事情に基づいてな
されたものであり、移動させようとする位置（据え付け
位置等）と荷の位置の隔たりは、目視で把握できる（あ
るいは、据え付け作業員からの指示で把握できる）ので
その距離の数値入力により、ブーム先端部が入力に応じ
た距離だけ自動的に水平移動する移動装置を提供しよう
とするものである。

【００１３】そして、本質的にクレーンが有する上記問
題点で述べたフィードバック制御に適さない性質に対
し、フィードフォワード制御により吊り荷の微小量移動
装置を提供しようとするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本願の請求項の発明は、
上記の目的を達成するために、次のような課題解決手段
を備えて構成されている。

【００１５】すなわち、請求項１の発明の微小移動装置
は、ブーム先端部から吊り下げた荷を、伸縮、起伏、旋
回の各操作により水平方向に移動させることができるク
レーンの制御装置であって、ブーム先端部の移動量を入
力する数値入力部と、ブーム長さ、起伏角、旋回角のブ
ームの稼働姿勢を検出する姿勢検出手段と、伸縮、起
伏、旋回の各操作の操作方向検出手段と、前記数値入力
部、前記姿勢検出手段及び前記操作方向検出手段からの
信号を受け取り、伸縮駆動手段、起伏駆動手段及び旋回
駆動手段へ制御信号を出力する制御部とからなり、前記
制御部は、前記操作方向検出手段が検出した操作方向に
該当する前記駆動手段を駆動する制御信号を出力するも
のであり、かつ当該制御信号の出力時間を前記姿勢検出
手段の検出結果と数値入力手段の入力値の関数として自
動制御するよう構成されている。

【００１６】該当するバルブを所定の微小量だけ操作し
た際に当該バルブを通過する作動油の供給トータル油量
が、（供給トータル油量）＝（流量）×（時間）の関係
があるので、姿勢検出手段の検出に係るブームの姿勢近
傍において、ブーム先端を、数値入力部に入力した水平
移動距離だけ移動させるべく、流量と時間を制御するこ
とにより、目的とする位置に、正確に早く吊り荷を微小
移動させることができるのである。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を説明するに
あたって、従来の技術で図４に図示し説明した油圧式ク
レーンを例に以下に説明する。従って本発明と従来のも
のと共通する部分については、同符号を用い詳細な説明
を略して、以下の本発明の実施の形態を説明する。

【００１８】図１に、本発明の実施の形態に係る微小量
移動装置の制御ブロック図を示す。１００は制御部であ
って、本発明にかかる請求項の制御をおこなうところで
ある。その他の部分については、従来の技術で説明した
図５と同じであるので省略する。

【００１９】図２は制御部１００の内部での制御の流れ
を図示するものである。４１は水平移動成分演算手段で
あって、前記数値入力部１０と前記操作方向検出手段３
０からの信号に基づき、図６で説明した水平移動成分Δ
Ｘ，ΔＹを演算する。この移動成分演算手段について
は、従来の制御部４０と同じものである。１０２は駆動
成分演算手段であって、前記水平移動成分演算手段から
の水平移動成分ΔＸ，ΔＹ及び姿勢検出手段２０からの
ブーム長信号Ｌ，ブーム起伏角信号θ１、旋回角信号θ
２に基づき、伸縮駆動成分ΔＬ，起伏駆動成分Δθ１、
旋回駆動成分Δθ２を演算する。

【００２０】ここでは、従来技術の駆動成分演算手段４
２が姿勢検出手段２０からの信号をフィードバック信号
として利用していたのに対し、本発明の駆動成分演算手
段１０２は、姿勢検出手段２０の検出に係るブームの姿
勢近傍において、ブーム先端部１を、数値入力部１０に
入力した水平移動距離だけフィードフォワード制御で移
動させるべく上記演算を行う。

【００２１】１０３は供給油量演算手段であって、前記
駆動成分演算手段１０２からの伸縮駆動成分ΔＬ，起伏
駆動成分Δθ１、旋回駆動成分Δθ２に基づき、伸縮供
給油量ΔＱＬ，起伏供給油量ΔＱθ１、旋回供給油量Δ
Ｑθ２を演算する。

【００２２】１０４はバルブ開度、時間演算手段であっ
て、前記供給油量演算手段１０３からの伸縮供給油量Δ
ＱＬ，起伏供給油量ΔＱθ１、旋回供給油量ΔＱθ２に
基づき、伸縮バルブ開度＋伸縮バルブ開口時間、起伏バ
ルブ開度＋起伏バルブ開口時間、旋回バルブ開度＋旋回
バルブ開口時間を演算する。バルブ開度、時間演算手段
１０４で演算した各バルブ開度信号によって、各駆動手
段が演算されたバルブ開度でバルブが開口され、演算さ
れた時間だけ開口されるのである。各駆動手段のバルブ
は流量補償、温度補償がされてあって、そのバルブ開度
のみによってその流量が決定されるようになっている。
つまりそのバルブ開度と開口時間によって各駆動手段に
供給される供給油量が決定されるのである。

【００２３】これにより、制御部１００内部の駆動成分
演算手段１０２で出力された各駆動成分だけ駆動される
こととなり、吊り荷は数値入力部１０で入力されたΔＤ
だけ微小量移動されるのである。

【００２４】以上のような構成により、目視で把握でき
る（あるいは、据え付け作業員からの指示で把握でき
る）その距離の数値入力により、ブーム先端部が入力に
応じた距離だけ自動的に水平移動するのである。

【００２５】バルブを通過する流量は、吊り荷の影響を
受けるがこれが無視できない場合には、吊り荷の大きさ
（ＡＭＬで検出できる）も、上記制御信号の出力時間の
算出の際に関数として用いるようにすれば良い。

【００２６】なお、上記実施の形態において供給油量演
算手段１０３で演算した各駆動手段に供給する油量を計
量する手段としてバルブの開度とバルブの開口時間を演
算したが、他の方法によって各駆動手段に供給する油量
を計量してもよい。

【００２７】例えば、通常の油圧ポンプからの作動油の
供給をストップしておいて、各駆動手段への油圧回路に
油圧シリンダー、あるいは別の油圧ポンプを接続し、外
部動力により供給油量だけ吐出させる方法が考えられ
る。これにより、極めて高精度に各駆動手段を微小駆動
することができる。

【００２８】図３は上記実施例を説明する概念図であ
る。１００は制御部であって、微小移動に必要な各駆動
装置への油量を演算する。また切り換え弁１５２及び方
向切り換え弁１５４の切り換え信号を出力する。油圧ポ
ンプ１５１から吐出された作動油は切り換え弁１５２を
通ったのち油路１５３を経て、前記方向切り換え弁１５
４につながり、さらに駆動装置のアクチュエータ１５５
に送油される。

【００２９】この実施例の作用を説明する。数値入力部
１０から微小移動量ΔＤが制御部１００に入力される
と、その移動量に見合ったアクチュエータ１５５の必要
油量が演算される。そして制御部１００から切り換え弁
１５２に信号が出力されて、切り換え弁１５２は切り換
えられる。ポンプ１５１からの作動油はアンロードされ
てタンクに戻る。制御部１００からは方向切り換え弁１
５４にも信号が出力され、微小移動しようとする方向へ
ブーム先端部１が移動するよう方向切り換え弁１５４が
切り換えられる。制御部１００からは微小油量計量装置
１５０へ油量信号が出力される。微小油量計量装置１５
０は微小移動に必要な微小油量を計量したのち、前記油
路１５３に計量しただけの作動油をおくりこむ。これに
よって、アクチュエータ１５５は微小移動に必要なだけ
の駆動を行うのである。

【００３０】この実施例では、駆動手段のアクチュエー
タ、切り換え弁、油路等を１系統の場合で説明したが、
伸縮・起伏・旋回の各油圧回路について同様に実施する
ことにより平面上の任意の方向へ微小移動できるのであ
る。

【００３１】

【発明の効果】以上の如く構成し作用するものであるか
ら、本願発明のクレーンにおける吊り荷の微小量移動装
置によれば、従来考えられていたフィードバック制御に
よる微小量移動装置の問題点を解決し、分解能の悪い姿
勢検出手段のセンサーでも実用となるのである。

【００３２】また、本発明の微小量移動装置を使用する
ことにより、重量物の据え付け作業等で、高精度に、安
全に早く作業することができるので、その効果大であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の請求項１の発明に係る微小量移動装置の
ブロック図である。

【図２】制御部内部の処理の流れを説明する説明図であ
る。

【図３】他の実施例を説明する概念図である。

【図４】本願の発明を係るクレーン車の例である。

【図５】従来より提案されていたフィードバック制御に
よる微小量移動装置のブロック図である。

【図６】数値入力部で入力する微小距離ΔＤを説明する
図である。

【図７】フィードバック制御による微小量移動装置の制
御部内部の処理の流れを説明する説明図である。

【符号の説明】

１はブーム先端、２は操作レバー、３は操作バルブ、４
はアクセルペダル、５は吊り荷、１０は数値入力部、２
０は姿勢検出手段、３０は操作方向検出手段、４０と１
００は制御部、４１は水平移動成分演算手段、４２と１
０２は駆動成分演算手段、４３は駆動速度演算手段、４
４はバルブ開度演算手段、５０は伸縮駆動手段、６０は
起伏駆動手段、７０は旋回駆動手段、１０３は供給油量
演算手段、１０４はバルブ開度、時間演算手段である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブーム先端部から吊り下げた荷を、伸
   縮、起伏、旋回の各操作により水平方向に移動させるこ
   とができるクレーンの制御装置であって、ブーム先端部
   の移動量を入力する数値入力部と、ブーム長さ、起伏
   角、旋回角のブームの稼働姿勢を検出する姿勢検出手段
   と、伸縮、起伏、旋回の各操作の操作方向検出手段と、
   前記数値入力部、前記姿勢検出手段及び前記操作方向検
   出手段からの信号を受け取り、伸縮駆動手段、起伏駆動
   手段及び旋回駆動手段へ制御信号を出力する制御部とか
   らなり、前記制御部は、前記操作方向検出手段が検出し
   た操作方向に該当する前記駆動手段を駆動する制御信号
   を出力するものであり、かつ当該制御信号の出力時間を
   前記姿勢検出手段の検出結果と前記数値入力手段の入力
   値の関数として自動制御することを特徴とするクレーン
   における吊り荷の微小量移動装置