JPS6374891A

JPS6374891A - 吊荷等の姿勢制御方法及びその装置

Info

Publication number: JPS6374891A
Application number: JP22148386A
Authority: JP
Inventors: 正宏西村
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 1986-09-19
Filing date: 1986-09-19
Publication date: 1988-04-05
Anticipated expiration: 2011-11-27
Also published as: JP2557852B2

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〕物上げ機械等によって吊下された吊荷等の姿勢（水平、
垂直方向の角度）を、ジャイロの作用によって変化する
ように制御する吊荷の姿勢制御装置に関する。

〔従来の技術及び問題点〕

最近、建設工事等において、作業環境の向上や危険作業
の排除９作業能率の向上環の目的で種〃の建設機械の自
動化が進められているが、その中で物上げ機械における
吊荷等の振れまわりを防止する手段や吊荷等の姿勢を希
望の姿勢に制御する手段が解決を要する問題として残さ
れている。

吊荷等は通常、クレーンのフックからワイヤロープ等を
介して吊持されて移動するため、出荷等の姿勢を制御す
る装置を固定すべき場所を設定することはほとんど不可
能であった。但し、特殊な場合として、一部ではリジッ
ドアームを持つクレーン等が作られ使用されているもの
の、吊能力に対して自重が大きすぎるという欠点があっ
た。

この発明は前記従来の問題点に着目してなされたもので
あって、他の構造物等に反力を支持させることなく、ジ
ャイロの角運動量を利用して吊荷等の姿勢を制御するこ
とを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明にがかる吊荷等の姿勢制御方法は、物上げ機械
によって吊下された吊荷等の姿勢を、該吊荷等と一体的
に吊持された姿勢検出器によって検出し、その検出値と
、希望する吊荷等の姿勢を設定する設定値との差値に対
応して、前記吊荷等と一体的に保持され回転しているジ
ャイロの回転軸を傾け、ジャイロに生じる偶力を利用し
て、前記吊荷等の姿勢を希望する姿勢に制御する方法に
係る。

また、前記方法の発明の実施に直接使用する吊荷等の姿
勢制御装置は、物上げ機械によって吊下された吊荷等と
一体の動きをする治具に回転自在に支持されて吊荷等の
姿勢を偶力により制御するジャイロと、ジャイロを回転
させるジャイロ用モータと、ジャイロを傾動させる傾動
用モータと、前記吊荷等の姿勢を検出してその姿勢に対
応する信号を出力する姿勢検出器と、吊荷等の希望姿勢
を設定してこれに対応する信号を出力する姿勢設定器と
、前記姿勢検出器及び前記姿勢設定器の各出力信号に基
づいて前記両モータの回転を制御する制御装置とを備え
たことを特徴としている。

〔作用〕

姿勢検出器が吊荷等の姿勢を検出してその姿勢に対応す
る信号を出力し、姿勢設定器が予め設定された吊荷等の
希望の姿勢に対応する信号を出力し、制御装置では、前
記両信号に基づいてジャイロ用モータと傾動用モータと
を作動させて、ジャイロ用モータはジャイロを回転させ
、また傾動用モータはジャイロの回転軸を傾動させる。

かかるジャイロの回転と傾動とによってジャイロには前
記傾動に対抗する偶力が発生する。このためジャイロが
支持される治具と吊荷等とは一体の動きをなすことから
、この偶力がゼロになるまで吊荷等はその姿勢を変更さ
れる。吊荷等の姿勢が変更される方向は、ジャイロが複
数ある場合にはその回転軸の回転方向と傾動方向とジャ
イロの相対位置によって決定され、またジャイロが単数
の場合にはその回転軸の回転方向と傾動方向とによって
決定される。

〔実施例〕

以下、この発明を図面に基づいて説明する。第１〜６図
はこの発明の一実施例を示すものである。

なお、吊荷の姿勢については吊荷の吊下げ方によって吊
荷の水平面内における姿勢の制御（吊荷の鉛直軸まわり
の制御）と、鉛直面内における制御（吊荷の水平軸まわ
りの制御）の二つの場合があり、以下そのそれぞれにつ
いて説明を行う。

「水平１１人における７　の制御を′−う１２人」第１
図は要部を切欠した実施例の全体図で、同図（ａ）はそ
の正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＩ−Ｉ　ｔ
ＪＦｒ面図である。先ず構成を説明すると、ｌは吊荷で
あって、短いワイヤロー１２によってシャックル３を介
して吊治具４にこれと一体的に吊持されている。吊治具
４はシャックル５を介してワイヤロー１６により物上げ
機械のフック７に吊下されている。フック７は通常、鉛
直軸まわりに回動自在の構造となっている。吊治具４に
は、吊荷１の向きを検出するための姿勢検出用ジャイロ
を用いた姿勢検出器８と、吊荷１の希望姿勢を設定する
設定器８ａ（第１図（Ｃ）参照）と、姿勢検出器８と設
定器８ａとの信号に基づき後述のジャイロ用モータ１５
と傾動用モータ１９との回転を制御する制御装置４５と
、ジャイロ１０を主要な構成要素とする姿勢制御部９と
が構成される。姿勢検出器８には公知のジャイロスコー
プ又はジャイロコンパスを用いて、吊治具４の鉛直軸ま
わりの方位を検出するようにしているが、吊治具４の方
位を検出できる器具であれば他の器具を使用することも
可能である。

第２図に姿勢制御部９を一部切欠した斜視図として示す
。１０は十分な重量をもつジャイロであって、車（フラ
イホイール）１０ａが正確にその重心位置において回転
軸ｆｏｂに固着されており、回転軸１０ｂはその両端に
おいて回転自在に軸受１１に支承された構成となってい
て、車１０ａと回転軸１０ｂとでジャイロ１０が構成さ
れる。１２は、軸受１１を挾持するごとく固定した円板
であって、同形のものが２個対向しており、一方の円板
１２にはその円周に沿って環状のラック１３が取付けら
れている。さらにこの円板１２はその中心軸において軸
受１４を介して吊治具４に回動自在に取付けられている
。

１５はジャイロ１０を回転させるためのジャイロ用モー
タであって、円板１２に取付けられている。１６はジャ
イロ用モータ１５側のスプロケット、１７はジャイロの
回転軸１０ｂに固定されたスプロケット、１８はモータ
１５の回転を伝えるために両スプロケットに巻掛けたチ
ェーンである。

１９は吊治具４に取付けられた傾動用モータであって、
その回転軸には前記環状のラック１３と噛合するピニオ
ン２０が取付けられている。

以上のような構造の姿勢制御部９が第１図に示すように
吊治具４の両端部内に左右１対として吊治具４の中心軸
２４に関して対称に且つ重量及びモーメントが平衡する
ごとく設けられている。

なお、前記制御装置４５の一例が第１図（Ｃ）に示され
る。即ち、この制御装置４５は、姿勢検出器８及び設定
器８ａからの信号を比較する比較器４５ａと、比較器４
５ａの比較結果に基づいて姿勢設定器８の検出値と姿勢
設定器８ａの設定値とが一致するように前記両モータ１
５．１９の各回転の是非及び回転方向を判断する判断回
路４５ｂと、判断回路４５ｂの判断結果に基づいて両モ
ータ１５．１９に指令信号を出力する出力回路４５Ｃと
からなり、出力回路４５Ｃからの出力信号に基づいて両
モータ１５．１９が回転して、後述の作動をなす。以上
の制御装置４５をマイクロコンピュータで構成した場合
の制御手順は、例えば第１図（ｄｌに示すようになる。

ここで、ステップ■が比較器４５ａに対応し、ステップ
■、■が判断回路４５ｂに対応している。

前記設定器８ａに、吊荷の希望する姿勢を設定する手段
としては、設定器８ａの操作ダイヤル等を予め手で直接
操作する手段や、荷役作業中に有線又は無線等で信号を
設定器８ａに送出して遠隔操作する手段がある。

次にジャイロ１０の作動を説明する。

第１．２図において、ジャイロ１０はモータ１５により
軸２３のまわりに矢印イ方向から見て時計まわりに一定
速度で回転されている。この状態において第２図に示し
た姿勢制御部９全体をモータ１９を正転することによっ
てピニオン２０．ラック１３を介して軸２２まわりに矢
印口方向から見て時計まわりにある角度だけ傾動させる
と、ジャイロ１０はジャイロスコープの有する特性によ
って軸２１まわりに矢印凸方向から見て反時計まわりに
回動しようとするトルク（偶力）を発生する。そしてこ
のトルクは軸受１１を介して円板１２に伝わり、さらに
円板１２からその軸受１４を介して吊治具４に伝わる。

また、このトルクの発生する向きは、ジャイロ１０の回
転方向を上記の回転方向に対して逆にすれば逆向きとな
り、また軸２２まわりの回転を逆にしても逆向きとする
ことができる。さらに、このトルクの大きさは、車１０
ａの質量及び軸２３まわりの回転速度及び軸２２まわり
の回転角度を適当な値にすることにより任意に選ぶこと
ができる。

本実施例においては、上記の構成を有する姿勢制御部９
を２個備えた吊治具（姿勢制御装置）を示したが、２個
とは限らず、所要トルクに応じた数を装着すればよい。

第３図に前記の各回転軸の回転方向と吊治具４全体とし
て発生するトルクの向き、すなわち吊荷と一体の吊治具
４の制御を与える方向（回転させたい向き）に対する各
ジャイロ１０及びその軸を傾ける向きとの関係を示す。

図は第１図を簡略にしたもので、ＩＯＬ、ＩＯＲは何れ
も同じジャイロ１０を有する姿勢制御部９を示すもので
、吊治具４の一方側をし、他方側をＲとして表示上、区
別したものである。

図において、ジャイロＩＯＬは軸２３Ｌのまわりに矢印
イ方向から見て時計まわりに回転し、ジャイロＩＯＲは
軸２３Ｒまわりに矢印二方向から見て時計まわりに回転
しているとき、ジャイロ１０Ｌを軸２２Ｌまわりに矢印
口方向から見て時計まわりにある角度だけ回動させ、ま
た同時にジャイロＩＯＲを軸２２Ｒまわりに矢印ホ方向
から見て反時計まわりにジャイロＩＯＬと同じ角度だけ
回動させる。すなわち、軸２２Ｌまわりの回動と軸２２
Ｒまわりの回動とを同量かつ逆向きにすることにより、
ジャイロＩＯＬ、ＩＯＲを軸２２Ｌ及び２２Ｒまわりに
回動するときの反作用のモーメントを吊治具４全体とし
て打消し合うようにする。そしてこのように回動させら
れたジャイロ１０Ｌ、１０Ｒは、その角運動量を保存し
ようとして軸２１Ｌ、２１Ｒのまわりに矢印ハ、へ方向
から見て反時計まわりに回動しようとするトルクを発生
する。このトルクは円板１２の軸受１４を介して吊治具
４に伝わり、吊治具４は軸２４のまわりに矢印方向から
見て反時計まわりに回動する。

そして、傾動用モータ１９によって、ジャイロｌＯの回
転軸を傾動することをやめると、吊治具４に発生してい
たトルクの発生はなくなり、吊治具４及び吊荷の回動が
止まり、希望する方向に吊荷を向けることができる。

また、吊治具４の軸２４まわりの回動を逆向きにするに
は、軸２３Ｌ、２３ＲのまわりのジャイロＩＯＬ、ＩＯ
Ｒの回転方向を逆にするか、あるいは軸２２Ｌ、２２Ｒ
のまわりの回動力向を逆にすればよい。

ｒ　盲　　における　　のｆｔｊ御を′−う”入」第４
図にフック７から吊治具４を介して吊下された吊荷１に
対する鉛直方向回動による姿勢制御装置の１列を示す。

先ず構成を説明すると、４ａは吊治具４ｂを支持する支
持フレームで、フック７に吊持される。吊治具４ｂは吊
荷１をその重心において吊持するよう吊荷ｌの両側に装
着される。

吊治具４ｂの中には第２図に示した姿勢制御部９が組込
まれており、これを吊荷１の両側において９Ｌ、９Ｒで
示す。この場合も全体の重量とモーメントのバランスが
得られるように軸２５と２６とを含む面に関して対称に
なるように姿勢制御部９Ｌ、９Ｒが配置されている。支
持フレーム４ａと吊治具４ｂとは軸受２７によって連結
されており、軸２８のまわりに互いに自由に回転できる
ようになっている。また、吊治具４ｂは通常の取付は手
段（玉掛用ワイヤ、クランプ、ボルト等）によって吊荷
１に固定されているものとする。

次に作動を説明する。

第４図において、ジャイロＩＯＬは軸２９Ｌのまわりに
矢印イ方向から見て時計まわりに回転し、ジャイロＩＯ
Ｒは軸２９Ｒのまわりに矢印口方向から見て反時計まわ
りに回転しているとき、ジャイロＩＯＬを軸３０Ｌのま
わりに矢印凸方向から見て時計まわりにある角度だけ回
転させ、同時にジャイロ９Ｒを軸３０Ｒのまわりに矢印
二方向から見て反時計まわりに同じ角度だけ回転させる
。

すなわち、軸３０Ｌと３ＯＲのまわりの各回転の向きを
互に逆にすることにより、ジャイロＩＯＬ及びＩＯＨの
回転時のそれぞれの反作用モーメントを吊治具４ｂと一
体の支持フレーム４ａ全体として打消し合うようにする
。そして、このように回転させられたジャイロＩＯＬ、
ＩＯＲはそれぞれその角運動量を保存しようとして、軸
２８のまわりに矢印ホ方向から見て時計まわりに回動し
ようとするトルクを発生する。このトルクは円板１２の
軸受１４（第２図参照）を介して吊治具４ｂ及び支持フ
レーム４ａに伝わり、その結果、吊荷ｌは軸２８のまわ
りに矢印ホ方向から見て時計まわりに回動しようとする
。そして、傾動用モータ１９によってジャイロの回転軸
を傾動することを止めると、吊治具４ｂに発生していた
トルクの発生はなくなり、吊治具４ｂ及び吊荷の回動が
止まり、希望する方向に吊荷を向けることができる。

支持フレーム４ａ及びこれと一体の吊治具４ｂ全体に発
生させるトルクの向きを上記と逆向きにするには、軸２
９Ｌ、２９Ｒのまわりのジャイロ１０Ｌ、１０Ｒの回転
方向を逆にするか、あるいは軸３０Ｌ１及び３０Ｒのま
わりの回転方向を逆向きにすればよい。

以上に説明したごとく、水平面内及び鉛直面内のいずれ
の場合の姿勢制御においても、吊治具の中にジャイロを
装着してこれを回転させ、この回転軸（Ｘ軸）と直交す
る軸（Ｙ軸）も回転させることにより、この２軸（Ｘ、
Ｙ軸）に直交する（Ｚ軸）まわりにトルクが発生し、こ
のトルクを吊治具を介して吊荷に作動せしめることによ
り、吊荷の姿勢を変更することができる。

第５図に他の実施例を示す。

これは前記実施例のように姿勢制御部等を吊治具の内部
に収納するのではなく、ユニット化して箱又は枠体の中
に構成しておき、この箱又は枠体をフックに挾持された
吊荷に取付けることにより、出荷の姿勢制御を行うもの
である。

第５図において、吊荷３１はワイヤロープ３２によって
フック３３に吊下されており、この状態ではフック３３
は軸３４のまわりに回動自在であるために吊荷３１はわ
ずかな外力が加わっても軸３４のまわりに回動して姿勢
が不安定となる。そこでユニット化した姿勢制御装置３
５を通常の取付は手段（ロープ、ワイヤロープ、ボルト
等）により吊荷３１に固定する。そして、姿勢を変更す
る方向に応じて姿勢制御装置３５の各部の回転方向を定
める。

いま、吊荷３１を軸３４のまわりに矢印方向から見て反
時計まわりに回動させる場合について説明する。

第６図は第５図における姿勢制御装置３５の構成を簡略
化して示したもので、ジャイロＩＯＬ。

１０Ｒはいずれも第２図に示した姿勢制御部９内に組込
まれているものである。また、この姿勢制御部は図にお
いて２個で構成した場合を示しているが、前記実施例と
同様、２個に限るものではない。

以下、第６図によってその作動を説明する。

まず、ジャイロＩＯＬを軸３６Ｌのまわりに矢印イ方向
から見て時計まわりに回転させ、同時にジャイロＩＯＲ
を軸３６Ｒのまわりに矢印口方向から見て時計まわりに
回転させる。この状態でジャイロ１０Ｌを軸３７Ｌのま
わりに矢印凸方向から見て時計まわりに、ジャイロＩＯ
Ｒを軸３７Ｒのまわりに矢印二方向から見て反時計まわ
りに同時にある角度だけ回動させると、ジャイロＩＯＬ
。

１０Ｒにはそれぞれ軸３８Ｌ、３８Ｒのまわりに矢印ホ
及びへ方向から見て反時計まわりにトルクが発生する。

そして、このトルクは前記実施例と同様に姿勢制御装置
３５の箱又は枠体を介して吊荷３１に伝わり、これを矢
印方向から見て反時計まわりに回動させ、姿勢を変更す
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、振れまわり自
在に吊下された吊荷等の姿勢を、人手または人手に代わ
る機械設備によることなく自動的に操作することができ
、クレーン等による荷の搬送作業の安全性及び作業能率
を大幅に向上できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は吊荷の水平面内における姿勢の制御を行う一部
を切欠した実施例の全体図で、同図（ａｌはその正面図
、同図ｆｂ）は同図（ａ）におけるＩ−１断面図、同図
（Ｃ１は同図（ａｌにおける制御装置を含むブロック図
、同図（ｄｌは制御装置による制御手順の一例を示すフ
ローチャートである。第２図は第１図（ａ）における部分拡大斜視図、第３図
は第１図に示した実施例の作用説明図、第４図は吊荷の
鉛直面内における姿勢の制御を行う実施例の全体斜視図
、第５図は他の実施例の概要図、第６図は第５回に示し
た他の実施例の作用説明図である。１．３１・・・吊荷、４，４ａ・・・吊治具、８・・・
姿勢検出器、８ａ・・・姿勢設定器、１０．１ＯＬ、Ｉ
ＯＲ・・−ジャイロ、１０ａ・・・車（フライホイール
）、ｌＯｂ・・・回転軸、１５・・・ジャイロ用モータ
、１９・・・傾動用モータ、４５・・・制御装置、４５
ａ・・・比較器、４５ｂ・・・判断回路、４５Ｇ・・・
出力回路、４５ｄ・・・差動増幅器、４５ｅ・・・演算
回路、４５ｆ・・・出力回路第１図（ｄ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）物上げ機械によって吊下された吊荷等の姿勢を、
該吊荷等と一体的に吊持された姿勢検出器によって検出
し、その検出値と、希望する吊荷等の姿勢を設定する設
定値との差値に対応して、前記吊荷等と一体的に保持さ
れ回転しているジャイロの回転軸を傾け、ジャイロに生
じる偶力を利用して、前記吊荷等の姿勢を希望する姿勢
に制御する吊荷等の姿勢制御方法。
（２）物上げ機械によって吊下された吊荷等と一体の動
きをする治具に回転自在に支持されて吊荷等の姿勢を偶
力により制御するジャイロと、ジャイロを回転させるジ
ャイロ用モータと、ジャイロを傾動させる傾動用モータ
と、前記吊荷等の姿勢を検出してその姿勢に対応する信
号を出力する姿勢検出器と、吊荷等の希望姿勢を設定し
てこれに対応する信号を出力する姿勢設定器と、前記姿
勢検出器及び前記姿勢設定器の各出力信号に基づいて前
記両モータの回転を制御する制御装置とを備えたことを
特徴とする吊荷等の姿勢制御装置。