JPH11292464A - ２次抵抗駆動クレーンの振れ止め・位置決め制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２次抵抗制御方式を前提としたクレーン設備
における吊り荷の振れ止め・位置決め制御を、簡単な改
造及び工夫で、より精度高くかつシンプルな操作で行う
こと。 【解決手段】 ２次抵抗駆動制御系による吊り荷搬送用
クレーンの振れ止め・位置決め制御方法において、搬
送目標地点までの距離に応じてクレーンの横走行を搬送
指令により開始し、最高速度まで急速に上げて最高速度
での移動を行う初期加速工程、目標地点までの残距離
とその時の移動速度の関係により得たタイミングで、最
高速度から強制的に減速させる第１減速工程、第１減
速工程で減速したクリープ速度状態を保持するクリープ
速度保持工程、目標地点までの残距離とその時の移動
速度の関係に基づいて、クリープ速度からさらに減速し
てほぼ停止させる第２減速工程、停止位置での残留振
れ及び位置偏差が許容範囲外のとき、最適な制御指令を
出力して残留振れを収束し及び位置偏差を減少させるフ
ィードバック制御工程、の各工程を経て制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工場等において各
種の吊り荷を吊り下げて移動するためのクレーンの振れ
止め・位置決め制御方法に関し、特に、クレーンの速度
制御方式として汎用されている２次抵抗駆動方式のクレ
ーンの安価な振れ止め・位置決め制御方法に係る。

【０００２】

【従来の技術】近年、要員の合理化を狙いとする既設ク
レーンの自動化が要望されているが、クレーン自動化に
際しては、目標地点への正確な位置決め制御と、吊り荷
をワイヤで吊り下げていることから、クレーン台車の移
動に伴って吊り荷が振れる事態を防止するための振れ止
め制御を行うことが必須となる。クレーン自動化のため
の大幅な改造は、コスト的に見合わないため得策ではな
い。例えば、クレーンの走行及び横行用の各種駆動系の
制御方式をインバータ制御に改造することは、高精度の
速度制御を可能にする意味からは好ましいことである
が、これでは制御系の装置はもとより駆動装置そのもの
も変更することが要求されることから、設備のローコス
ト化を達成することは到底不可能である。

【０００３】従来、この種のクレーンの走行、横行用駆
動系の速度制御は、モータに接続した２次抵抗の切り替
え制御により行う、２次抵抗駆動方式が汎用されてい
た。この制御方式は、その特性上、高精度の速度制御は
困難であり、そのためクレーンにて運搬中の吊り荷の振
れ止め・位置決め制御についても、この方式を採用する
限り精度およびサイクルタイム面で不利であった。

【０００４】しかしながら、クレーン設備における２次
抵抗制御方式をそのままにして自動化を図ることができ
れば、既存の設備をほとんど利用できるため、コスト的
には非常に有利である。すなわち、２次抵抗制御方式の
もとで、クレーンの振れ止め・位置決め制御がほぼ満足
すべき程度に行うことができれば、クレーンの自動化の
面で経済的に最も望ましいことになる。

【０００５】従来においても、この２次抵抗制御方式を
採用したクレーンの振れ止め制御方法として、特開平８
−４０６８８号公報に開示する方法が知られている。こ
の従来の振れ止め制御方法は、吊り下げ用ワイヤの振れ
角から振れ角速度を算出し、これら振れ角と角速度の２
つのファジィ集合の内いずれかを縦軸に、他の１つを横
軸にとったマトリクスを用い、クレーン走行速度につい
て加速用と減速用の２つのファジィ推論を行い、目的位
置と現在位置との位置偏差から得られるクレーンの目標
速度と現在速度とから加速、減速のいずれを行うかの加
減速判断を行い、加速用のファジィ推論による加速信号
と加減速判断による加速信号が一致した時に加速制御を
行い、減速用のファジィ推論による減速信号と加減速判
断による減速信号が一致した時にプラギング制動を掛け
るようにすることを内容としている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した特開
平８−４０６８８号公報に開示した制御方法では、振れ
角が検出されるたびに加減速制御を行っているので、実
際の制御が大変であり、調整作業が難しく、実用性の面
で問題がある。本発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、２次抵抗制御方式を前提としたクレーン設備
における吊り荷の振れ止め・位置決め制御を、簡単な改
造及び工夫で、より精度高くかつシンプルな操作で行う
ことを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の請求項１に係る制御方法は、２次抵抗駆動制
御系により速度制御を行う吊り荷搬送用クレーンの振れ
止め・位置決め制御方法において、下記の〜の工程
を経ることにより、吊り荷の振れ止め・位置決めを行う
ことを特徴とする。 搬送目標地点までの距離に応じてクレーンの横走行を
搬送指令により開始し、最高速度まで急速に上げて最高
速度での移動を行う初期加速工程。 目標地点までの残距離とその時の移動速度の関係によ
り得たタイミングで、最高速度から強制的に減速させる
第１減速工程。 前記第１減速工程で減速した速度（クリープ速度）状
態を保持するクリープ速度保持工程。 目標地点までの残距離とその時の移動速度の関係に基
づいて、前記クリープ速度からさらに減速してほぼ停止
させる第２減速工程。 停止位置での残留振れ及び位置偏差が許容範囲外のと
き、これらの大きさと方向の関係に基づき、最適な制御
指令を出力して残留振れを収束し及び位置偏差を減少さ
せるフィードバック制御工程。 また、本発明においては、上記の第１減速工程、第２減
速工程及びフィードバック制御工程における速度制御及
び残留振れ及び位置偏差の修正量の決定に際しては、フ
ァジィ制御にて行うことが望ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明を実施するに際し、
採用する基本制御パターンを示すもので、縦軸に速度、
横軸に時間をとり、制御指令パターン（実線部）と実速
度パターン（破線部）で示している。通常、クレーンの
横行・走行は運転者のノッチレバー操作による加減速を
行うことにより実施されるため、図１における制御指令
は、ノッチ投入タイミングとなる。制御パターンの構成
としては、図示する如く、初期加速部１、第１減速部
２、クリープ速度部３、第２減速部４及びフィードバッ
ク制御部５とからなる。

【０００９】初期加速部１は、搬送目的地点までの距離
に応じたノッチ選択を行うことにより、各ノッチのもつ
最高速度域まで急速に加速し、その最高速度状態での移
動過程をつくる。これによって、第１減速部２に安定し
た条件で接続させることができ、減速状態のばらつきを
防止し、後述するクリープ速度域を安定してつくること
が可能となる。この台形状パターンは、移動距離に応じ
てその水平部の長さを変えることになる。

【００１０】第１減速部２は、メカニカルブレーキ（或
いは逆ノッチ操作）をかけることにより、積極的に最高
速度域からの強制減速を行わせ、サイクルタイムの短縮
と同時に安定したクリープ速度域を達成するためのもの
である。この場合、目標地点までの残距離とその時の移
動速度の関係に基づいて、最適ブレーキ（或いは逆ノッ
チ操作）の大きさ及び方向を決めることになるが、この
ためにファジィ判断を行う。

【００１１】クリープ速度部３は、高速からの直接的な
急減速停止ではなく低速状態からの停止を行って、位置
決め制御性の向上を図るために設けた速度域であり、前
記の第１減速部２の減速によって達成される。クリープ
速度域の範囲は安定した停止操作を行うに必要な時間が
最低限確保できる範囲とする。

【００１２】次の第２減速部４は、目標地点での停止を
行うための減速停止域であり、その最適ブレーキ（或い
は逆ノッチ操作）の大きさ及び方向は、目標地点までの
残距離とその時の移動速度の関係に基づいて、第１減速
部と同様にファジィ判断により設定される。

【００１３】最後のフィードバック制御部５では、目標
地点での位置決め制御と振れ止め制御を行うためのもの
で、停止位置での残留振れ及び位置偏差が許容範囲内に
あるか否かを判断し、許容範囲外であるときは、残留振
れの大きさと方向及び位置偏差の大きさと方向の関係か
ら、最適ノッチの大きさ及び方向（正又は逆）を、ファ
ジィ判断により設定し、偏差が減少かつ振れが収束する
方向にノッチ投入を行って、制御性の向上を図る。

【００１４】図２は本発明方法を実施するための設備配
置例の概要を示すもので、全体が走行するクレーン本体
機上には、機上電気室１１とクレーン本体上を横行する
台車１２が配置されている。電気室１１には振れ止め制
御部１４、走行制御部１５、横行制御部１６及びファジ
ィコントローラを組み込んだパソコン１７が設置され、
台車１２には吊り荷を吊り上げ・吊り下げるワイヤ巻き
上げ装置１８が設けられている。また、クレーン本体に
は、走行距離センサ１９及び横行距離センサ２０が設け
られ、その検出信号は前記振れ止め制御部１４に入力さ
れる。さらに、台車の巻き上げ装置１８に近接してワイ
ヤの振れ角を検出する振れ角センサ２１が設けられ、そ
の検出信号も振れ止め制御部１４に入力される。図示し
ていないが、走行及び横行の移動速度については、前記
距離センサの検出信号から演算して制御に使用する。２
２は無線で前記パソコン１７に指示を出すための地上指
示パソコンである。

【００１５】次に、図３及び図４に示すフロー図にした
がって本発明の振れ止め・位置決め制御の一例を説明す
る。この場合、例えば図５の工場、倉庫等で稼働中の天
井クレーンの平面図に示すように、クレーン本体の初期
位置は荷を受ける位置から一定距離離れており、From点
（単にＦ点とする）及びTo点（単にＴ点とする）は、ク
レーンが荷を受ける位置（地切り位置）及びクレーンが
荷を卸す位置（着床位置）をいう。いずれの位置におい
ても、クレーンの荷受け部（フック部）が吊り荷位置に
正確に一致し、かつ、他の荷との関係から正確に所定位
置に卸すことが要求される。

【００１６】図３において、クレーン初期位置にて上位
計算機よりＦ点−Ｔ点への搬送指令を受けると、空荷状
態のクレーンはＦ点への走行と横行を開始する。ここで
クレーンの横走行駆動部には、クレーン初期位置とＦ点
との距離等に基づき設定された、図１に示すような基本
制御パターンが、ノッチ投入形式で与えられている。な
お、走行及び横行の基本制御パターンは、時間的な要素
を除けば、同じであるので区別して説明しない。

【００１７】運転開始から直ちに初期加速に入り、所定
の最高速度まで加速してその速度域で一定時間にわたる
平行部を維持する。次いで、第１の減速操作が実施され
るが、この減速が設定した速度まで（クリープ速度）到
達していないときには、再度ブレーキ又は逆ノッチをか
けて設定速度まで減速させる。なお、第１の減速操作の
とき、目標地点までの残距離とその時の移動速度を、位
置信号及び速度情報に基づき算出し、減速のための最適
ノッチの大きさ及び方向（正又は逆）をファジィコント
ローラにて判断して求める。クリープ速度まで減速した
なら、その状態を安定するまで最低限の時間を維持す
る。クリープ速度まで減速できないときには、再度クリ
ープ速度域形成の操作を行う。次に、第２の減速操作が
実施され、目標地点での停止作業を行うが、この場合に
も目標地点までの残距離とその時の移動速度を、位置信
号及び速度情報に基づき算出し、減速停止のための最適
ノッチの大きさ及び方向（正又は逆）をファジィコント
ローラにて判断して、減速停止を行う。

【００１８】目標地点での減速停止の後、停止位置での
残留振れ及び位置偏差を、振れ角センサ及び位置センサ
にて検出し、それらが許容範囲内か否かを判断し、許容
範囲内、即ち残留振れ及び位置偏差が吊り荷巻き上下作
業を支障なく行える程度であれば、その位置で吊り荷の
地切り及び着床作業を実施する。しかし、許容範囲外で
ある場合には、残留振れの大きさと方向及び位置偏差の
大きさと方向の関係に基づいて、最適ノッチの大きさ及
び方向（正又は逆）をファジィコントローラにて判断
し、偏差が減少しかつ振れが収束する方向にノッチ投入
を行う。このノッチ投入動作後における停止位置での残
留振れ及び位置偏差についてもその大きさ及び方向を検
出し、再度前述の操作を繰り返す。この繰り返し操作
（フィードバック制御）は、残留振れ及び位置偏差が許
容範囲内に収まるまで行う。残留振れ及び位置偏差の解
消は、別々に行うのではなく、ノッチ操作によって同時
に行う。

【００１９】実荷時の制御フローについては図４に示
す。まず、図３に示す空荷工程でＦ点への到達と振れ止
め及び位置決めが終了したなら、その地点での巻き下げ
を行って、荷役対象物の掴みと地切りを実施して巻き上
げ動作を行う。次いで、巻き高さについての判断が完了
した後、Ｔ点への搬送を開始するが、実荷時の制御パタ
ーンは、図３で説明した空荷時の制御パターンと全く同
様であるので、その説明は省略する。要するに初期加速
工程、第１減速工程、クリープ速度工程、第２減速工
程、及びフィードバック制御工程を経て、Ｔ点位置での
残留振れ及び位置偏差が許容範囲内に収まった時点で、
巻き下げ、吊り荷の着床、吊り荷外し、巻き上げを行っ
て終了となる。

【００２０】なお、上記において第１減速工程への減速
の際、第２減速工程から停止を行う際、及びＦ点或いは
Ｔ点における停止位置におけるフィードバック制御工程
においては、ファジィ制御を行うとしている。実際のフ
ァジィ制御に際しては、例えば、市販のファジィコント
ローラのボードを図２のパソコンの拡張スロットに組み
込み、ルール設定、シミュレーション機能を使ってルー
ルの確定及びチューニングを行い、確定したルールをボ
ードにダウンロードすれば、独立したコントローラとし
て簡単に使用できる。

【００２１】本発明においては、各センサからの入力値
（横走行位置、横走行振れ角）を演算処理した結果を、
制御システムに組み込んだファジィ推論ブロックに入力
して、推論ルール及び重み付けにしたがって演算し、そ
の結果を横走行制御系に出力する。

【００２２】本発明の実施例における制御方式として、
ファジィ制御を採用したが、勿論、同様な制御を行うこ
とができれば、他の制御方式を採用することもできる。
ただし、操作の簡単さ、制御性、調整の容易さ、経済性
等を考慮した場合、ファジィ制御方式が最も好ましいも
のと言える。

【００２３】

【発明の効果】以上説明した本発明の方法によれば、次
のような効果が期待できる。 （１）クレーンの速度制御において従来から広く採用さ
れている２次抵抗制御方式を残したままで、振れ止め・
位置決め制御を行うことができるので、改造コストがか
からず非常に経済的である。 （２）基本的な制御パターンを予め決め、これにそって
クレーンの横行・走行を行えばよく、かつ、振れ止め・
位置決めは最終的な停止位置だけで制御すればよいの
で、制御内容がシンプルである。 （３）２次抵抗制御方式にファジィ制御を加味して振れ
止め・位置決めを行う場合には、より調整性、操作性が
向上すると共に、コスト面でも有利であり、精度面でも
十分実用に耐える制御が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施する場合の基本的な制御パ
ターンを示す説明図。

【図２】本発明を実施する場合の設備構成例を示す概略
図。

【図３】本発明の振れ止め・位置決め制御を行う場合の
空荷時のフロー図。

【図４】図３に続く実荷時の振れ止め・位置決め制御を
行う場合のフロー図。

【図５】図３及び図４の制御を行う際の搬送クレーン開
始状態と目標地点との関係を示す平面説明図。

【符号の説明】

１ 初期加速部 ２ 第１減速部 ３ クリープ速度部 ４ 第２減速部 ５ フィードバック制御部 １１ 機上電気室 １２ 台車 １４ 振れ止め制御部 １５ 走行制御部 １６ 横行制御部 １７ 機上パソコン １８ ワイヤ巻き上げ装置 １９ 走行距離センサ ２０ 横行距離センサ ２１ 振れ角センサ ２２ 地上パソコン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２次抵抗駆動制御系により速度制御を行
   う吊り荷搬送用クレーンの振れ止め・位置決め制御方法
   において、下記の〜の工程を経ることにより、吊り
   荷の振れ止め・位置決めを行うことを特徴とする制御方
   法。 搬送目標地点までの距離に応じてクレーンの横走行を
   搬送指令により開始し、最高速度まで急速に上げて最高
   速度での移動を行う初期加速工程。 目標地点までの残距離とその時の移動速度の関係によ
   り得たタイミングで、最高速度から強制的に減速させる
   第１減速工程。 前記第１減速工程で減速した速度（クリープ速度）状
   態を保持するクリープ速度保持工程。 目標地点までの残距離とその時の移動速度の関係に基
   づいて、前記クリープ速度からさらに減速してほぼ停止
   させる第２減速工程。 停止位置での残留振れ及び位置偏差が許容範囲外のと
   き、これらの大きさと方向の関係に基づき、最適な制御
   指令を出力して残留振れを収束し及び位置偏差を減少さ
   せるフィードバック制御工程。
2. 【請求項２】 第１減速工程、第２減速工程及びフィー
   ドバック制御工程における速度制御及び残留振れ及び位
   置偏差の修正量の決定に際しては、ファジィ制御にて行
   うことよりなる請求項１記載の制御方法。