JPH1179663A - オペレータの操作支援装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 操作性向上が図れ、オペレータの操作技術レ
ベルに適合した操作支援が可能なオペレータの操作支援
装置を提供する。 【解決手段】 オペレータ１２の操作量に応じて産業車
両の作業機を所定速度で駆動可能とする操作レバー１３
と、オペレータ１２に操作レバー１３の操作量を指示す
る操作指示手段２４と、オペレータ１２が所定の操作目
的で操作レバー１３を操作するとき、この操作目的を達
成するための適切な操作量を作業機の状態に基づいて演
算し、演算した操作量を操作指示手段２４に出力する制
御器２０とを備えたオペレータの操作支援装置におい
て、制御器２０は、オペレータ１２の熟練度や作業難易
度を表す操作技術レベルを推定する操作技術レベル推定
手段４６と、推定された操作技術レベルに基づいて操作
支援量を演算する操作支援量演算手段４７とを備え、演
算された操作支援量に応じて操作指示手段２４に前記操
作量を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オペレータの操作
量に応じて操作対象を駆動する機械において、所定の操
作目的が達成されるようにその操作技術レベルに応じて
オペレータに操作指示を行う操作支援装置に関し、特に
は、クレーンの吊り荷振れ止め操作支援装置等のように
産業車両における作業機の操作支援を行うオペレータの
操作支援装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】起動式クレーン等の産業車両において
は、オペレータが操作する操作レバーの操作量に応じ
て、例えばブームの旋回、起伏及び伸縮等のように作業
機を駆動するのが一般的である。そして、オペレータは
所定の操作目的を持って操作レバーを操作しており、こ
の操作目的を達成するのに非常に高度な操作技量を要す
るようなものである場合は、作業状況や作業難易度によ
って、あるいは、オペレータの熟練度によってその目的
の達成度合いが大きく異なってくる。

【０００３】例えば、クレーンにおいては、オペレータ
はブームの操作によって吊り荷の振れを防止している。
図１６は、オペレータら見て前後方向の荷振れ止めの操
作方法を説明する図である。同図において、クレーン５
１のブーム５２はこのブーム５２を駆動するための起伏
シリンダ５３と連結されており、オペレータ５４が速度
比例型のブーム操作レバー５５を操作すると、このとき
のストローク値に応じて起伏シリンダ５３が伸縮して、
ブーム５２は起伏動作を行うようになっている。また、
ブーム５２の先端にはワイヤ５６が接続されており、こ
のワイヤ５６の他端には吊り荷５７が吊り下げられてい
る。このようなクレーン５１において、吊り荷５７がオ
ペレータ５４から見てブーム５２の先端部より前方にあ
るときは、オペレータ５４はブーム５２の先端部が現在
位置よりも前方に移動するようにブーム操作レバー５５
を操作してブーム５２を伏せ方向に駆動している。

【０００４】ところが、吊り荷５７がオペレータ５４か
ら見て遠方に有る場合、特にオペレータ５４から見て前
後方向に振れているときには遠近感がつかみ難く、この
ため吊り荷５７の振れの状態が分かりにくい。また、こ
の振れ止め操作は非常に熟練度を要するものであり、初
心者にとっては振れ止め操作を行うのが非常に困難とな
っており、場合によっては振れ止め操作を行うことによ
りかえって振れが増大するようなこともある。

【０００５】従来より、このような場合に操作目的に適
した操作が可能となるように、オペレータの操作を支援
する支援装置が提案されている。例えば、特開平９−４
８５８６号公報には、クレーン５１において、吊り荷５
７の振れ止め操作を迅速に行うことができる吊り荷振れ
止め支援装置が開示されている。図１７には、この支援
装置の構成が示されている。上記吊り荷振れ止め支援装
置は、ブーム先端から吊り下げられた吊り荷５７の変位
を検出する第１の検出手段（図示の荷振れ幅検出センサ
５８）と、ブーム操作レバー５５の変位を検出する第２
の検出手段（図示の操作レバー変位検出センサ５９）
と、前記第２の検出手段で検出されたブーム操作レバー
５５の変位をブーム先端の速度に変換する変換手段（図
示のレバー変位信号計算用変換手段６１とシリンダ速度
換算手段６２とブーム先端速度換算手段６３）と、前記
第１の検出手段で検出された吊り荷５７の変位と前記変
換手段で変換されたブーム先端の速度を、それぞれ吊り
荷５７の振れ方向とブーム操作レバー５５の変位方向に
対応付けて表示する表示手段（図示のブーム先端速度信
号値変換手段６４と荷振れ幅信号計算用変換手段６５と
荷振れ幅信号値変換手段６６と表示装置６７）とを具備
している。このとき、オペレータ５４は、前記表示手段
に表示された吊り荷５７の振れ方向を見て、ブーム操作
レバー５５の変位方向がこの振れ方向と同一方向になる
ように操作する。すなわち、例えばこの振れ方向がブー
ム先端より前方へ向かう場合にはブーム操作レバー５５
を前方に操作してブーム５２を伏せる方向に駆動する。
これによって、吊り荷５７の振れを迅速に減衰させるこ
とが可能としている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の支援装置においては、オペレータ５４は前
記表示手段を見ながら、かつ、吊り荷５７の状態やブー
ム５２と周囲との干渉などの状況を見て操作しなければ
ならないので、操作時の精神的な疲労度が大きくなり、
これにより操作性が低下すると言う問題がある。また、
熟練したオペレータ５４にとっては、上記支援装置の指
示に従った操作を行うことが非常に煩わしく思われた
り、自分の意志に従って操作を行いたいという欲求を満
足できない等不満及びストレスを感じることが多い。さ
らに、例えば吊り荷５７がオペレータ５４より離れた位
置、又は見えない位置にあったり、天候が悪い場合等の
ように、作業状況によっては熟練者にとっても作業難易
度が高く高度な操作技術を要求される場合があるが、こ
の作業状況に応じて、前記支援装置の指示に従った操作
を行ったり、自分の意志に基づいて操作を行ったりしな
ければならず、このように操作方法を切り換えることを
非常に煩わしく感じている。このために、オペレータ５
４の熟練度や作業難易度に係わる操作技術レベルに適合
した操作支援を行うことが重要な課題の一つとなってい
る。

【０００７】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、操作性向上が図れ、オペレータの操作技
術レベルに適合した操作支援が可能なオペレータの操作
支援装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、オペレ
ータ１２によって操作され、この操作量に応じて産業車
両の作業機を所定の速度で駆動可能とする操作レバー１
３と、オペレータ１２にこの操作レバー１３を操作すべ
き操作量を指示する操作指示手段２４と、オペレータ１
２が所定の操作目的で前記操作レバー１３を操作すると
き、この操作目的を達成するための適切な操作量を作業
機の状況に基づいて演算し、この演算した操作量を前記
操作指示手段２４に出力してオペレータ１２に指示する
制御器２０とを備えたオペレータの操作支援装置におい
て、前記操作指示手段２４が、前記操作レバー１３の適
切な操作量を、触覚又は聴覚を介してオペレータ１２に
指示する構成としている。

【０００９】請求項１に記載の発明によると、操作指示
手段が触覚又は聴覚を介してオペレータに操作指示を行
うので、オペレータは操作対象の作業機に注目しながら
この操作指示に従って操作するだけでよく、操作性が向
上する。これによって、自動制御により駆動される場合
と同等に高精度で作業機の操作が可能となり、オペレー
タの操作意志に基づいて所定の操作目的を達成すること
ができるので、オペレータの操作時の満足感が得られ
る。

【００１０】請求項２に記載の発明は、オペレータ１２
によって操作され、この操作量に応じて産業車両の作業
機を所定の速度で駆動可能とする操作レバー１３と、オ
ペレータ１２にこの操作レバー１３を操作すべき操作量
を指示する操作指示手段２４と、オペレータ１２が所定
の操作目的で前記操作レバー１３を操作するとき、この
操作目的を達成するための適切な操作量を作業機の状態
に基づいて演算し、この演算した操作量を前記操作指示
手段２４に出力してオペレータ１２に指示する制御器２
０とを備えたオペレータの操作支援装置において、前記
制御器２０は、オペレータ１２の熟練度や作業難易度を
表す操作技術レベルを推定する操作技術レベル推定手段
４６と、この推定された操作技術レベルに基づいて操作
支援量を演算する操作支援量演算手段４７とを備え、こ
の演算された操作支援量に応じて前記操作指示手段２４
に前記操作レバー１３の適切な操作量を出力してオペレ
ータ１２に指示するようにしている。

【００１１】請求項２に記載の発明によると、オペレー
タの熟練度や作業難易度を表す操作技術レベルに基づい
て操作支援量を演算し、この操作支援量に応じて操作レ
バーの操作量を指示する。これにより、操作技術レベル
が高いときは指示する操作量が小さくなり、操作技術レ
ベルが低いときは指示する操作量が大きくなるので、オ
ペレータの操作意志に基づいて所定の操作目的を達成す
ることが可能となる。この結果、自動制御により駆動さ
れる場合と同等に高精度で作業機の操作が可能となると
共に、オペレータの操作時の満足感が得られる。

【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項２記載の
オペレータの操作支援装置において、前記操作指示手段
２４が、前記操作レバー１３の適切な操作量を、触覚又
は聴覚を介してオペレータ１２に指示する構成としてい
る。

【００１３】請求項３に記載の発明によると、操作指示
手段が触覚又は聴覚を介してオペレータに操作指示を行
うので、オペレータは操作対象の作業機に注目しながら
この操作指示に従って操作するだけでよい。この結果、
請求項２と同様の作用及び効果に加えて、操作性の向上
が図れる。

【００１４】請求項４に記載の発明は、請求項１又は２
記載のオペレータの操作支援装置において、前記産業車
両の作業機の操作レバー１３による操作目的が、クレー
ン１のブーム５の起伏角速度を制御する操作レバー１３
による荷振れ止めであることを特徴としている。

【００１５】請求項４に記載の発明によると、請求項１
又は２記載のオペレータの操作支援装置を、クレーンの
吊り荷の振れ止めをブームの起伏角速度を制御する操作
レバーによって行う荷振れ止め操作の支援に適用するこ
とにより、操作技術レベルに応じた操作支援量が求めら
れ、この操作支援量に応じて荷振れ止めに適切な操作量
を指示することができる。したがって、自動制御により
駆動される場合と同等に高精度でブームの起伏操作が可
能となり、オペレータの操作意志に基づいて振れ止めの
操作目的を達成することができ、オペレータの操作時の
満足感が得られる。

【００１６】請求項５に記載の発明は、請求項２記載の
オペレータの操作支援装置において、前記産業車両の作
業機の操作レバー１３による操作目的が、クレーン１の
ブーム５の起伏角速度を制御する操作レバー１３による
荷振れ止めであり、かつ、前記操作技術レベル推定手段
４６は、前記オペレータ１２の熟練度や前記作業難易度
を、操作レバー１３の操作により吊り荷８の振れが所定
値以下に減衰したときの停止時間、及び、吊り荷８の振
れ角βから求められ、かつ、振れ止めに要する適切な操
作指示値とオペレータ１２の実際の操作レバー１３の操
作量との差として求めた操作量偏差により判断し、この
停止時間及び操作量偏差に基づいて前記操作技術レベル
を推定する構成としている。

【００１７】請求項５に記載の発明によると、請求項２
記載のオペレータの操作支援装置を、クレーンの吊り荷
の振れ止めをブームの起伏角速度を制御する操作レバー
によって行う荷振れ止め操作の支援に適用することによ
り、操作技術レベルに応じた操作支援量が求められ、こ
の操作支援量に応じて荷振れ止めに適切な操作量を指示
することができる。このとき、前記操作技術レベルに係
わるオペレータの熟練度や作業難易度は、荷振れの停止
時間、及び、振れ止めに要する適切な操作指示値とオペ
レータの実際の操作量との差である操作量偏差に基づい
て判断されるので、操作技術レベルが精度良く推定され
る。この操作技術レベルに応じて、操作支援量を変化さ
せて指示するので、オペレータの操作意志に基づいて振
れ止めの操作目的を達成することが可能となる。したが
って、自動制御により駆動される場合と同等にオペレー
タのブーム起伏操作により高精度で振れ止めを行うこと
が可能となり、オペレータの操作時の満足感が得られ
る。

【００１８】請求項６に記載の発明は、請求項５記載の
オペレータの操作支援装置において、前記操作技術レベ
ル推定手段４６は、ファジィ推論を用いて前記停止時間
及び操作量偏差に基づいて前記操作技術レベルを推定す
る構成としている。

【００１９】請求項６に記載の発明によると、前記操作
技術レベルの推定にファジィ推論を用いるので、他の推
論方法に比して演算アルゴリズムが簡単となり、コンピ
ュータ装置を用いて容易に演算処理を行うことができ
る。また、停止時間及び操作量偏差等の曖昧量に基づい
て精度良く操作技術レベルが推定ができるので、操作支
援量が正確に求められ、よってオペレータへの振れ止め
操作支援によって確実に振れ止めを行うことができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、実施形態
を詳細に説明する。以下の実施形態では、本発明に係わ
るオペレータの操作支援装置の一例として、クレーンの
吊り荷振れ止め操作支援装置を示す。図１は、本実施形
態のクレーンの吊り荷振れ止め操作支援装置に係わるク
レーンの構成を表す側面図である。このクレーン１の機
構構成は、図２０で示したクレーン５１とほぼ同じとな
っている。すなわち、クレーン１は移動式クレーンであ
り、走行自在な下部走行体２の略中央部に旋回自在な上
部旋回体３を有している。この上部旋回体３の上部には
運転室４が配設されており、また、運転室４の側方近傍
にはブーム５が起伏自在に設けられている。このブーム
５は起伏シリンダ１１のロッド先端部と回動自在に連結
されており、起伏シリンダ１１のチューブ側の他端部は
上部旋回体３に回動自在に取着されている。また、運転
室４にはブーム５の起伏速度を操作するための操作レバ
ー１３が備えられており、この操作レバー１３の操作量
（例えば、操作角度や操作ストローク量）に比例して起
伏シリンダ１１の伸縮速度が制御されるように起伏シリ
ンダ１１の図示しない制御回路は構成されている。よっ
て、オペレータ１２がこの操作レバー１３を操作する
と、このときの操作量に応じた速度で起伏シリンダ１１
が伸縮して、ブーム５は起伏動作を行うようになってい
る。

【００２１】さらに、ブーム５の先端部にはシーブ７が
設けられており、またワイヤ６がこのシーブ７を経由し
てブーム５の先端部から下方に向けて導かれており、こ
のワイヤ６の先端部にはフック６ａが取り付けられてい
る。そして、このフック６ａに吊り荷８が吊り下げられ
ている。また、上部旋回体３の上部で、かつ、ブーム５
の基端部より後方にはワイヤウィンチ９が回転自在に配
設されており、ワイヤ６の他端側はこのワイヤウィンチ
９に巻き取られている。ワイヤウィンチ９の回転軸近傍
には、ワイヤ長検出センサ２２が取り付けられている。
本実施形態においては、このワイヤ長検出センサ２２は
例えばパルスエンコーダ等のような回転センサにより構
成されており、ワイヤウィンチ９の回転数を検出するこ
とによってブーム５の先端から先のワイヤ長を検出して
いる。なお、この検出されたワイヤ長に基づいて、ブー
ム５の先端からフック６ａまでの長さＬ2 が求められ
る。

【００２２】また、ブーム５の先端部には、吊り荷８の
振れ幅Ｌ3 を検出する振れ幅検出センサ２１が取り付け
られている。この振れ幅検出センサ２１は、例えば吊り
荷８の振れ方向と振れ幅Ｌ3 を検出する視覚センサ、あ
るいは、吊り荷８の水平方向の移動量と移動方向を検出
する距離センサ等を用いることができる。なお、この振
れ幅検出センサ２１はこれらの具体例に限定されるもの
ではなく、吊り荷８の振れ幅Ｌ3 及び振れ方向を検出可
能であればよい。

【００２３】図２は、本実施形態のクレーンの吊り荷振
れ止め操作支援装置に係わる制御構成ブロック図を示し
ている。前記振れ幅検出センサ２１が検出した振れ幅信
号、及び前記ワイヤ長検出センサ２２が検出したワイヤ
長信号は、それぞれ制御器２０に入力される。また、前
記操作レバー１３の近傍には、この操作レバー１３の操
作量を検出するレバー操作量検出センサ２３が設けられ
ており、レバー操作量検出センサ２３により検出された
操作量信号は制御器２０に入力される。本実施形態で
は、操作レバー１３は前後方向に傾動させて操作するタ
イプのレバーとしているので、このレバー操作量検出セ
ンサ２３は操作レバー１３の傾斜角度を検出する角度セ
ンサよりなっており、例えばエンコーダやポテンショメ
ータなどにより構成することができる。

【００２４】制御器２０は、例えばマイクロコンピュー
タ等のコンピュータ装置を主体にして構成されている。
制御器２０は前記各センサから入力した検出信号に基づ
いて後述する所定の処理を行い、操作指示指令を算出し
て操作指示手段２４に出力する。

【００２５】操作指示手段２４は、制御器２０から出力
された操作指示指令に基づいて、オペレータ１２に操作
レバー１３の操作方向及びそのときの支援操作量を指示
する。すなわち、オペレータ１２は、この指示された操
作方向に、指示された支援操作量に比例する操作量だ
け、操作レバー１３を操作することにより、クレーン１
の吊り荷８の振れ止めを確実に行うことが可能となる。
この操作指示手段２４は、触覚又は聴覚を介して操作指
示を与えるようにしている。触覚としては、例えば、オ
ペレータ１２が操作レバー１３の操作部を握る手の指に
振動を与えるようにしてもよく、この場合、操作レバー
１３の前方側及び後方側にそれぞれ振動手段を取り付
け、この両振動手段のいずれか一方を振動させることに
より操作方向の指示を、そしてこのときの振動周期時間
（つまり、振動周波数）により操作量の指示を行うよう
にする。あるいは聴覚の場合、操作指示手段２４は例え
ばスピーカーから音を発するようにしてもよく、この場
合、運転室４の前部及び後部にそれぞれスピーカーを取
り付け、いずれか一方のスピーカーから音を発すること
により操作方向の指示を、そしてこのときの音の周波数
により操作量の指示を行ってもよい。

【００２６】図３及び図４は、上記で説明した触覚によ
る操作指示手段２４の一例として振動子を用いた例を示
しており、図３は操作レバー１３に取り付けられた操作
指示手段２４の説明図を示し、また図４は図３における
Ｚ−Ｚ断面を表しており、前記振動子を用いた手段の詳
細図を示している。操作レバー１３の上部で、かつ、通
常オペレータ１２が掌で握って操作し易い位置の前部及
び後部に、それぞれ振動子３０ａ及び振動子３０ｂが取
り付けられている。各振動子３０ａ，３０ｂは同一の構
成をしており、以下では振動子３０ａの構成を説明す
る。振動子３０ａが取り付けられた位置の操作レバー１
３には、所定の空間を有する穴３１が設けられており、
この穴３１の内部に電磁石３４が取着されている。ま
た、この穴３１の開口部には、操作レバー１３の外周面
に振動鉄片３２が取り付けられている。この振動鉄片３
２の一端側はネジ３３などの固着手段により操作レバー
１３の外周面に取り付けられ、また他端側はこの外周面
に垂直な方向に振動自在となっている。そして、前記電
磁石３４の磁力を発生する方の鉄心は、この振動鉄片３
２の振動自在な他端側を向いて取着されている。このよ
うな構成において、振動子３０ａ，３０ｂは制御器２０
からの前記操作指示指令に応じて電磁石３４の駆動時間
又は駆動電流値を変化させ、振動周期時間又は振動振幅
を変化させることができる。

【００２７】図５は本実施形態のクレーンの吊り荷振れ
止め操作支援装置の制御器２０に係わる機能ブロック図
を示しており、同図に基づいて、前記操作指示手段２４
を用いて操作方向及びそのときの支援操作量を指示する
方法を説明する。レバー操作量演算手段４２は、前記レ
バー操作量検出センサ２３により検出した操作レバー１
３の操作量に基づいて、実際にオペレータ１２が指令し
たレバー操作量（起伏角速度指令値に相当する）を演算
する。荷振れ角算出手段４１は、前記振れ幅検出センサ
２１により検出した吊り荷８の振れ幅Ｌ3 （図１参照）
と、前記ワイヤ長検出センサ２２により検出したブーム
５の先端からフック６ａまでの長さＬ2 とに基づいて振
れ角β（図１参照）を算出する。すなわち、振れ角βは
以下の数１により求められる。

【数１】 なお、ここでは、オペレータ１２から見て吊り荷８の前
後方向の振れのみを抑えるように操作するものとし、上
記振れ幅Ｌ3 及び振れ角βはそれぞれの前後方向の成分
を表しているものとする。

【００２８】操作指示値演算手段４３は、荷振れ角算出
手段４１により算出された振れ角βに基づいて、振れ止
めのための適切な起伏角速度指令値φ'ds を操作指示値
として演算する。この操作指示値は、次の数２により求
められる。

【数２】 ここで、ｋは正の定数とする。また、操作指示値演算手
段４３は振動子３０ａ，３０ｂの内この演算した操作指
示値の符号に対応するいずれか１方を振動させる。ま
た、操作量偏差演算手段４４は、この操作指示値演算手
段４３により演算された操作指示値と、前記レバー操作
量演算手段４２により求められたレバー操作量との差を
操作量偏差として求める。また、停止時間演算手段４５
は、前記振れ幅検出センサ２１により検出された振れ幅
Ｌ3 に基づいて、オペレータ１２が振れ止め作業に要す
る時間、すなわち振れが発生してから振れ止め操作によ
り減衰するまでの時間（以後、停止時間と言う）を求め
る。この停止時間は、例えば、振れ幅Ｌ3 が所定値Ｌ0
以上に大きくなってから再びこの所定値Ｌ0 以下になる
までの時間として測定できる。

【００２９】操作技術レベル推定手段４６は、操作量偏
差演算手段４４により演算された操作量偏差と、停止時
間演算手段４５により演算された停止時間とに基づい
て、オペレータ１２の熟練度と、作業の難易度とを表す
オペレータ１２の操作技術レベルを推定している。ここ
では、操作量偏差が小さいとき、又は停止時間が短いと
きは、オペレータ１２が熟練者である、又は作業の難易
度が低いと判断している。また、操作量偏差が大きいと
き、又は停止時間が長いときは、オペレータ１２が初心
者である、又は作業の難易度が高いと判断している。操
作支援量演算手段４７は、操作技術レベル推定手段４６
により推定された操作技術レベルに応じて、オペレータ
１２の操作を支援する量（以後、操作支援量と呼ぶ）を
演算する。なお、ここで、前記操作技術レベルが高いと
判断されたときには操作支援量は小さく、反対に前記操
作技術レベルが低いと判断されたときには操作支援量は
大きく設定される。そして、この操作支援量の大きさに
基づいて、操作指示手段２４の振動子３０ａ，３０ｂへ
出力する操作指示値の大きさを変化させる。

【００３０】以下に、上記の各機能の詳細を説明する。
操作指示値演算手段４３は、前記数２によって、振れ止
めのための適切な起伏角速度指令値φ'ds を操作指示値
として演算するが、図６はこの操作指示値を説明する２
次元のクレーンモデルを表している。同図において、φ
はブーム５の起伏角、Ｌ1 はブーム５の長さ、Ｌ2 はブ
ーム先端部からワイヤ６の先端のフック６ａまでの長さ
（なお、フック６ａから吊り荷８までの長さは無視でき
るものとする）、ｍは吊り荷８の質量である。このと
き、２次元のクレーンモデルの運動方程式は次の数３及
び数４により与えられる。

【数３】

【数４】 なお、ｘ，ｙは吊り荷８の座標を表し、Ｔはロープ６の
張力を表している。ここで、数３中の起伏角φを「φ0
（定数）＋φ（変化量）」と表すと共に、変化量が小さ
い、すなわちこのφ（変化量）及びβが微小であると仮
定すると、前記数３及び数４で表した運動方程式は以下
のような数５に線形近似できる。

【数５】 ここで、常に数２によって起伏角速度指令値φ'ds が与
えられるものとすると、数５は次の数６のように表され
る。

【数６】 この数６の第２項は減衰項となっており、よって前記数
２で与えられる操作指示値、すなわち起伏角速度指令値
φ'ds によって荷振れを抑制できる。また、数２におけ
る定数ｋは数６の微分方程式が臨界減衰を示すように次
の数７のように決定され、この数７で示される定数ｋを
用いて求められた操作指示値に基づいてオペレータ１２
が操作すると、荷振れが短時間で減衰する。

【数７】

【００３１】なお、実際に採用する操作指示値は、操作
レバー１３の不感帯を考慮して以下の数８により与えら
れる。

【数８】 ここで、Θd は実際に採用する操作指示値、βは振れ
角、ｋは前記数７で与えられる定数、Ｓcut は操作レバ
ー１３の不感帯、Ｓmax は操作レバー１３の最大操作角
度、φ'maxはブーム５の起伏角速度の最大値である。こ
の数８に応じて操作指示値を変化させれば適切な触れ止
め操作が行えるが、操作レバー１３の中立位置、つまり
起伏角速度指令が０の位置での不感帯の存在のために、
振れ角βが０の近傍で操作指示値を大きく変化させる必
要があるために、このまま操作支援量として呈示すると
問題が生じる可能性ある。すなわち、例えば、前記不感
帯の存在により、オペレータ１２がこの操作指示値に追
従して操作することができない。したがって、オペレー
タ１２が追従して操作し易いように考慮して、さらに次
のような数９で表す操作指示値を呈示する。

【数９】 ここで、Θcut は前記適切な振れ止め操作に要する操作
レバー１３の操作角を０とするための幅である。

【００３２】そして、前記操作量偏差演算手段４４は、
操作指示値演算手段４３により数９に基づいて演算され
た操作指示値Θ'dと、レバー操作量演算手段４２により
求められた実際のオペレータ１２のレバー操作量との偏
差を求める。また、停止時間演算手段４５は、振れ幅Ｌ
3 に基づいて、停止時間、すなわち振れが発生してから
減衰するまでの時間を求める。図７は、本発明に係わる
この停止時間の説明図である。本実施形態においては、
停止時間を、振れ幅Ｌ3 が所定値Ｌ0 （例えば±３０c
m）よりも大きくなった時点から所定値Ｌ0 以内に減衰
した時点までの所要時間Ｔs として求めている。停止時
間演算手段４５は、現在の振れ幅Ｌ3 を常時監視して振
れ幅Ｌ3 の減少率から停止時間を推定して求めたり、ま
た、最終的に減衰したときに停止時間を求めて記憶して
おき、次回に新たな停止時間が求まるまでは、この記憶
した停止時間のデータを以後の操作技術レベルの推定の
ために用いるようにしてもよい。

【００３３】次に、操作量偏差演算手段４４による操作
量偏差演算の方法を、図８に基づいて説明する。本実施
形態においては、操作量偏差は所定時間毎に起動される
周期処理ルーチンによって演算により求められており、
このとき、各回の周期処理時に求めた操作量偏差と、前
回の周期処理までに求めた操作量偏差の平均値とに基づ
いて、今回の操作量偏差平均値Ｅvaとして次の数１０に
より求められる。

【数１０】 ここで、Ｅpdは今回の周期処理時に求めた振れ止めのた
めの適切な操作指示値とオペレータ１２の実際のレバー
操作量との偏差を表す評価値であり、Ｅ'va は前回の周
期処理までに求められている操作量偏差の評価値の平均
値を、またＮは平均するデータ数を示す。したがって、
操作量偏差平均値Ｅvaは、操作量偏差の評価値ＥpdのＮ
回の平均値として求められる。なお、本実施形態では、
例えば、周期処理の実行周期（つまり、演算のサンプリ
ング周期）を約０．１秒、Ｎを１００としている。

【００３４】各回の周期処理時に求める上記の操作量偏
差の評価値Ｅpdは、本実施形態では図８に示すようなル
ールに基づいて求められる。すなわち、前記操作指示値
及び実際のレバー操作量をそれぞれ３つの範囲プラス
（＋）、０、マイナス（−）に区分し、両者の各区分の
組み合わせにより、前記操作量偏差の評価値Ｅpdが所定
値に対応付けられる。そして、この評価値Ｅpdは、熟練
者に対しては０に、初心者に対しては１に近い値となる
ように設定されており、直観的には操作支援レベルの評
価値と表現した方が理解され易いものである。例えば、
操作指示値がプラスで、かつ、レバー操作量がプラスの
場合は評価値Ｅpdは０とし、あるいは、操作指示値がマ
イナスで、かつ、レバー操作量がプラスの場合は評価値
Ｅpdは１としている。

【００３５】この後、操作量偏差演算手段４４により演
算された前記操作量偏差平均値Ｅvaと、停止時間演算手
段４５により演算された前記停止時間とに基づいて、操
作技術レベル推定手段４６により、オペレータ１２の操
作技術レベルを推定している。本実施形態では、この操
作技術レベルの推定アルゴリズムとしてファジィ推論を
用いている。図９及び図１０は、操作技術レベルをファ
ジィ推論で推定するための停止時間ａ及び操作量偏差ｂ
のメンバーシップ関数の一例をそれぞれ示している。

【００３６】ここで、本ファジィ推論の説明のために、
以下のような定義をおこなう。μa及びμb はそれぞれ
入力された停止時間ａ及び操作量偏差ｂに対する適合度
であり、ｉは停止時間ａが「Short 」、「Middle」又は
「 Long 」に当てはまるときそれぞれ０、１又は２と
し、またｊは操作量偏差ｂが「Small 」、「Middle」又
は「 Large」に当てはまるときそれぞれ０、１又は２と
する。このとき、μa,iは、停止時間ａのメンバーシッ
プ関数に表されたそれぞれの場合「Short 」、「Middl
e」又は「 Long 」への所定の停止時間ａ0 に対する適
合度を表し、μb,jは、操作量偏差ｂのメンバーシップ
関数に表されたそれぞれの場合「Small 」、「Middle」
又は「 Large」への所定の操作量偏差ｂ0 に対する適合
度を表す。また、Ｋ（ａi,ｂj ）は、停止時間ａがｉ
で、かつ、操作量偏差ｂがｊの場合の、図１１のルール
マップから求めるパラメータＫの値である。

【００３７】上記の定義において、ファジィ推論式に基
づいて、操作技術レベルの推定値を求めるが、本発明に
おいては操作技術レベルに応じて操作支援レベルを変化
させるようにしているので、操作支援レベルの評価値ｆ
として求めることと等価である。この操作支援レベルの
評価値ｆは以下の数１１のファジィ推論により求められ
る。

【数１１】

【００３８】また、ファジィ推論の中の推論部に再帰項
を組み込んだ再帰型ファジィ推論を採用することによっ
て、入力つまり停止時間ａや操作量偏差ｂが突発的に変
化した場合でも、推定値が滑らかに追従することを可能
とする。すなわち、この再帰型ファジィ推論は、過去の
推定値を用いて平均をとり、現在値を推定するものであ
り、以下の数１２により表される。

【数１２】 ここで、ｎは推論に用いる再帰項の数であり、過去のｎ
回のデータ（各回において、例えば適合度μa,i
^(n-k) 、μb,j ^(n-k) 、ａi 、ｂj 等を記憶してお
き、これを用いる）を参考にして平均値が求められる。
また、ρは過去のデータの忘却係数で、０〜１の値をと
り、古いデータ程小さな忘却係数ρを掛けて過去の推定
値が今回の推論に及ぼす影響度合が小さくなるようにし
ている。なお、数１２では、過去のデータに忘却係数ρ
の類乗を掛けているが、これに限定するものではない。

【００３９】この再帰型ファジィ推論により、推定値の
大きな変動が無くなり、安定した操作支援が可能とな
る。なお、再帰型ファジィ推論において、ｎ回分の過去
のデータが蓄積されるまでは、再帰項のデータは初期値
として例えば０を設定するようにしており、推定の初期
段階では変動があるが、ｎ回分の過去のデータが蓄積さ
れた後は、推定値の変動が無くなる。また、前記数１１
によるファジィ推論は、数１２の再帰型ファジィ推論に
おいて再帰項の数ｎ＝０の場合に相当する。

【００４０】操作支援量演算手段４７は、上記の操作支
援レベルの評価値ｆに基づいて、オペレータ１２への操
作支援量を演算する。オペレータ１２の熟練度や、実際
の触れ止めに必要な適切な操作指示量の大きさに適応し
て操作支援を行うために、前記操作支援量は以下の数１
３に示す操作支援の強さｐとして定義されている。

【数１３】 ここで、Θ'dは振れ止めに必要な適切な操作指示量（つ
まり、起伏角速度指令値）を、ｆは前記求めた操作支援
レベルの評価値を、またＳmax は操作レバー１３の最大
操作角を表す。よって、この操作支援の強さｐは、呈示
すべき操作指示値Θ'dの大きさ（絶対値）と操作支援レ
ベルの評価値ｆとに応じて変化し、最大操作角Ｓmax に
対する操作支援量の割合を示すものである。すなわち、
操作支援の強さｐは０〜１までの値をとり、熟練者の場
合、かつ、操作量偏差が小さい場合（操作がうまくでき
ている場合）に小さくなり、それ以外の場合（初心者の
とき、停止時間が長いとき、又は、操作量偏差が大きい
場合）には大きくなる。

【００４１】操作支援量演算手段４７は上記操作支援の
強さｐに基づいて操作指示手段２４を介してオペレータ
１２に操作支援を呈示する。前述のように、本実施態で
は操作指示手段２４として振動子３０ａ，３０ｂを操作
レバー１３に設けており、触覚により操作支援を呈示し
ている。ここでは、操作支援の強さｐに応じて、振動子
３０ａ，３０ｂの振動周波数を制御している。このと
き、振動子３０ａ，３０ｂの電磁石３４のオン時間をＴ
1 、オフ時間をＴ2 とすると、図１２及び図１３に示す
ように、オフ時間Ｔ2 を変化させることにより振動周波
数を制御でき、このオフ時間Ｔ2 は次の数１４により求
められる。

【数１４】 ここで、Ｔmax はオフ時間Ｔ2 の最大時間である。操作
支援量演算手段４７は、数１４で求めたオフ時間Ｔ2 毎
に、数９で求めた操作指示量Θ'dの符号に対応した方の
（つまり、符号がプラスのときは、例えば前側の振動子
３０ａの）電磁石３４をオンさせ、操作支援の強さｐに
応じて振動させる。

【００４２】次に、以上のような構成による本発明の作
用を説明する。本実施形態に係わるクレーンの吊り荷振
れ止めのためのオペレータの操作支援装置において、現
在の振れ角βに対する操作レバー１３の適切な操作指示
値は、吊り荷８の振れ角βに基づいて算出されており、
振れ角βが例えばオペレータ１２から見てブーム５の先
端部よりも前方である場合には、ブーム５を前方に伏せ
る方向の起伏角速度の指令値が数９により演算されて、
この指令値が操作レバー１３の操作指示値となる。本発
明者らによって、この操作指示値に基づいて操作レバー
１３が操作された時には、吊り荷８の振れが短時間で減
衰することは確認されている。なお、操作レバー１３の
中立位置（つまり起伏角速度指令＝０の位置）における
操作の不感帯を考慮して、現在の振れ角βに対する適切
な操作指示値を数９により算出している。

【００４３】そして、オペレータ１２に対する操作支援
量は、オペレータ１２の熟練度や作業難易度（例えば、
吊り荷８がオペレータ１２から遠くに離れていて振れ方
向が確認し難い、あるいは、天候や作業現場の状況によ
り確認できない等）の違いに応じて演算される。すなわ
ち、熟練者の場合には、この操作支援量を小さくして熟
練者の操作意志を満足させている。また、初心者や、あ
るいは熟練者でも作業難易度によって振れ止め操作の結
果が良くないと判断された場合には、操作支援量を大き
くして操作を補助するようにしている。このときの操作
支援量の大きさ、つまり操作支援の強さｐを求めるため
に、オペレータ１２の操作技術レベルを推定しており、
この推定のための熟練度と作業難易度は、振れ止め操作
による吊り荷８の振れの停止時間（減衰するまでの時
間）と操作量偏差とによって判断される。

【００４４】この操作量偏差は実際のオペレータ１２の
操作量と前記操作指示値との差として演算され、この操
作量偏差が大きい場合は操作技術レベルが低い（初心
者、又は、作業難易度が高いとき）と判断して操作支援
量を大きくし、反対に操作量偏差が小さい場合は操作技
術レベルが高いと判断して操作支援量を小さくしてい
る。また、同様に、前記停止時間が長い場合は操作技術
レベルが低いと判断して操作支援量を大きくし、反対に
停止時間が短い場合は操作技術レベルが高いと判断して
操作支援量を小さくしている。このとき、操作量偏差を
求めるに当たって、操作指示値と実際のレバー操作量と
のそれぞれの符号（つまり、中立位置からの前後方向）
の相違に基づいて、操作量偏差を表す評価値Ｅpdとして
求めている。この評価値Ｅpdは、操作技術レベルの高さ
に対して反対に小さくなるように、すなわち操作技術レ
ベルが高いときは０に、低いときは１に近くなるよう
に、実験等により経験的に求めている。さらに、所定の
サンプリング周期毎に操作量偏差を求めるときには、過
去の評価値Ｅpdのデータを参照して数１０に基づいてこ
れらの平均値を求め、この評価値Ｅpdの平均値を操作量
偏差として用いているので、各信号の検出誤差やオペレ
ータ１２の操作技量のばらつきによって評価値Ｅpdの大
きな変動が生じない。したがって、操作技術レベルの推
定値が大きく変動しない。

【００４５】そして、操作技術レベルは例えばファジィ
推論によって推定される。すなわち、停止時間の測定値
のメンバーシップ関数における適合度と、前記求めた操
作量偏差（つまり評価値Ｅpdの平均値）のメンバーシッ
プ関数における適合度とに基づいて、ファジィ推論によ
りこのときのオペレータ１２の操作量に対する操作技術
レベルを推定する。このときのファジィ推論のルールマ
ップは、例えば図１１に示されているように、停止時間
ａが短くて、かつ、平均操作量偏差ｂが小さい場合は推
定される操作技術レベルは高く、したがって操作支援量
は小さくなるように、また、停止時間ａが長くて、か
つ、平均操作量偏差ｂが大きい場合は推定される操作技
術レベルは低く、したがって操作支援量は大きくなるよ
うに、経験に基づいて設定されている。この結果、オペ
レータ１２の操作に対する操作支援量は、停止時間ａ及
び平均操作量偏差ｂの量に基づいて精度良く推定され
る。

【００４６】なお、ここでは、過去の推定結果のデータ
を再帰項として用いる再帰型ファジィ推論によって推定
しているので、各サンプリング周期毎の推定時に求めた
停止時間や平均操作量偏差の大きさが突発的に変動して
も、操作技術レベルの推定値が急に変動せずに滑らかに
変化する。これによって、オペレータ１２の操作量によ
る操作技術レベルの推定値の精度が徐々に高められ、操
作支援量を安定的に指示することが可能となる。

【００４７】また、このファジィ推論により求められた
操作支援量の大きさと、振れ角βに基づいて求められた
適切な操作指示値の大きさとに応じて、操作指示手段２
４を介してオペレータ１２に指示する操作支援の強さを
変化させている。本実施形態においては、操作指示手段
２４として操作レバー１３の操作部の前後に２つの振動
子３０ａ，３０ｂを設けており、両振動子３０ａ，３０
ｂの内前記操作指示値の符号（すなわち、操作レバー１
３を操作すべき方向）に対応したいずれか一方を、上記
操作支援の強さに比例した振動周波数で振動させる。例
えば、推定された操作技術レベルが低くて操作支援の強
さを大きく（強く）するときには、この振動周波数を大
きく（振動を速く）する。これによって、オペレータ１
２は操作レバー１３を操作する掌を介して触覚的に操作
支援量を指示されるので、この操作指示に対する操作の
応答性が良くなり、したがって振れ止め操作を効果的に
短時間で行うことが可能となる。さらに、オペレータ１
２は吊り荷８のみを注目して操作することできるので、
操作性も向上することができる。

【００４８】図１４及び図１５は、それぞれクレーンの
吊り荷振れ止め操作支援装置の効果を表すオペレータ毎
の平均停止時間及び平均支援レベルを示している。例え
ば、図１４に示すように、上述のような操作支援を行う
ことにより、熟練度に係わらずに停止時間が平均的に短
縮化され、かつ、この停止時間の分散値が小さくなり、
振れ止め操作が安定して正確に行われるようになること
が判る。また、図１５に示すように、操作支援レベル、
つまり操作支援の強さの平均値が本操作支援によって小
さくなり、操作技術レベルが向上することが判る。

【００４９】なお、以上の実施形態においては、クレー
ンの吊り荷振れ止めのための操作支援装置を説明した
が、本発明はこれに限定されるものではない。すなわ
ち、産業車両等の作業機をオペレータが操作レバーで操
作するときの所定の操作目的に適合した操作支援を行う
際にも、本発明は適用可能である。例えば、油圧式掘削
機（いわゆる油圧ショベル）において、オペレータがレ
バー操作によってブーム、アーム及びバケットを駆動し
てすき取り作業、又はレベリング作業等を行う際の操作
支援に対しても有効である。

【００５０】また、操作技術レベルの推定アルゴリズム
としてファジィ推論を用いているが、本発明の主旨はこ
れに限定するものではなく、例えば、ニューラルネット
ワークを用いた曖昧量の推定方法等によって推定しても
よい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるオペレータの操作支援装置を適
用したクレーンの構成図を示す。

【図２】本発明に係わるクレーンの吊り荷振れ止め操作
支援装置の制御構成ブロック図を示す。

【図３】本発明に係わるオペレータの操作支援装置の操
作指示手段の説明図である。

【図４】図３のＺ−Ｚ断面図を示す。

【図５】本発明に係わるクレーンの吊り荷振れ止め操作
支援装置の機能ブロック図を示す。

【図６】本発明に係わるクレーンの吊り荷振れ止め操作
支援装置の操作指示値を説明するクレーンモデルを示
す。

【図７】本発明に係わるクレーンの吊り荷振れ止め操作
支援装置の停止時間の説明図である。

【図８】本発明に係わるクレーンの吊り荷振れ止め操作
支援装置の操作量偏差演算方法の説明図である。

【図９】本発明に係わるクレーンの吊り荷振れ止め操作
支援装置の操作技術レベル推定のための停止時間のメン
バーシップ関数を示す。

【図１０】本発明に係わるクレーンの吊り荷振れ止め操
作支援装置の操作技術レベル推定のための操作量偏差の
メンバーシップ関数を示す。

【図１１】本発明に係わるクレーンの吊り荷振れ止め操
作支援装置の操作技術レベル推定のためのファジィ推論
のルールマップを示す。

【図１２】本発明に係わるクレーンの吊り荷振れ止め操
作支援装置の操作支援量演算方法の説明図である。

【図１３】本発明に係わるクレーンの吊り荷振れ止め操
作支援装置の操作支援量演算方法の説明図である。

【図１４】本発明に係わるクレーンの吊り荷振れ止め操
作支援装置の効果を表す停止時間の図である。

【図１５】本発明に係わるクレーンの吊り荷振れ止め操
作支援装置の効果を表す支援レベルの図である。

【図１６】従来技術に係わるクレーンの振れ止め操作方
法の説明図である。

【図１７】従来技術に係わるクレーンの吊り荷振れ止め
操作支援装置の説明図である。

【符号の説明】

１ クレーン ４ 運転室 ５ ブーム ６ ワイヤ ６ａ フック ８ 吊り荷 １１ 起伏シリンダ １２ オペレータ １３ 操作レバー ２０ 制御器 ２１ 振れ幅検出センサ ２２ ワイヤ長検出センサ ２３ レバー操作量検出センサ ２４ 操作指示手段 ３０ａ，３０ｂ 振動子 ４１ 荷振れ角算出手段 ４２ レバー操作量演算手段 ４３ 操作指示値演算手段 ４４ 操作量偏差演算手段 ４５ 停止時間演算手段 ４６ 操作技術レベル推定手段 ４７ 操作支援量演算手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新井 史人 愛知県名古屋市千種区青柳町六丁目５番１ 号 (72)発明者 宮田 圭介 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オペレータ(12)によって操作され、この
   操作量に応じて産業車両の作業機を所定の速度で駆動可
   能とする操作レバー(13)と、 オペレータ(12)にこの操作レバー(13)を操作すべき操作
   量を指示する操作指示手段(24)と、 オペレータ(12)が所定の操作目的で前記操作レバー(13)
   を操作するとき、この操作目的を達成するための適切な
   操作量を作業機の状況に基づいて演算し、この演算した
   操作量を前記操作指示手段(24)に出力してオペレータ(1
   2)に指示する制御器(20)とを備えたオペレータの操作支
   援装置において、 前記操作指示手段(24)が、前記操作レバー(13)の適切な
   操作量を、触覚又は聴覚を介してオペレータ(12)に指示
   することを特徴とするオペレータの操作支援装置。
2. 【請求項２】 オペレータ(12)によって操作され、この
   操作量に応じて産業車両の作業機を所定の速度で駆動可
   能とする操作レバー(13)と、 オペレータ(12)にこの操作レバー(13)を操作すべき操作
   量を指示する操作指示手段(24)と、 オペレータ(12)が所定の操作目的で前記操作レバー(13)
   を操作するとき、この操作目的を達成するための適切な
   操作量を作業機の状態に基づいて演算し、この演算した
   操作量を前記操作指示手段(24)に出力してオペレータ(1
   2)に指示する制御器(20)とを備えたオペレータの操作支
   援装置において、 前記制御器(20)は、 オペレータ(12)の熟練度や作業難易度を表す操作技術レ
   ベルを推定する操作技術レベル推定手段(46)と、 この推定された操作技術レベルに基づいて操作支援量を
   演算する操作支援量演算手段(47)とを備え、 この演算された操作支援量に応じて前記操作指示手段(2
   4)に前記操作レバー(13)の適切な操作量を出力してオペ
   レータ(12)に指示することを特徴とするオペレータの操
   作支援装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のオペレータの操作支援装
   置において、 前記操作指示手段(24)が、前記操作レバー(13)の適切な
   操作量を、触覚又は聴覚を介してオペレータ(12)に指示
   することを特徴とするオペレータの操作支援装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２記載のオペレータの操作
   支援装置において、前記産業車両の作業機の操作レバー
   (13)による操作目的が、クレーン(1) のブーム(5) の起
   伏角速度を制御する操作レバー(13)による荷振れ止めで
   あることを特徴とするオペレータの操作支援装置。
5. 【請求項５】 請求項２記載のオペレータの操作支援装
   置において、 前記産業車両の作業機の操作レバー(13)による操作目的
   が、クレーン(1) のブーム(5) の起伏角速度を制御する
   操作レバー(13)による荷振れ止めであり、かつ、前記操
   作技術レベル推定手段(46)は、前記オペレータ(12)の熟
   練度や前記作業難易度を、操作レバー(13)の操作により
   吊り荷(8) の振れが所定値以下に減衰したときの停止時
   間、及び、吊り荷(8) の振れ角( β) から求められ、か
   つ、振れ止めに要する適切な操作指示値とオペレータ(1
   2)の実際の操作レバー(13)の操作量との差として求めた
   操作量偏差により判断し、この停止時間及び操作量偏差
   に基づいて前記操作技術レベルを推定することを特徴と
   するオペレータの操作支援装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載のオペレータの操作支援装
   置において、 前記操作技術レベル推定手段(46)は、ファジィ推論を用
   いて前記停止時間及び操作量偏差に基づいて前記操作技
   術レベルを推定することを特徴とするオペレータの操作
   支援装置。