WO2020166689A1 - 地切り判定装置、地切り制御装置、及び移動式クレーン - Google Patents

地切り判定装置、地切り制御装置、及び移動式クレーン Download PDF

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boom
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winch
ground cutting
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佳成 南
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株式会社タダノ
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    • B66C13/04—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack
    • B66C13/06—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads
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    • B66C13/46—Position indicators for suspended loads or for crane elements
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    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes

Definitions

  • the present invention relates to a ground cutting determination device for suppressing a swing of a load when a suspended load is lifted from the ground.
  • a vertical ground cutting control device described in Patent Document 1 detects the engine speed by an engine speed sensor to raise and lower the boom. It is configured to correct the value according to the engine speed. With such a configuration, it is said that accurate ground cutting control can be performed in consideration of changes in engine speed.
  • the conventional ground cutting control device including Patent Document 1 determines ground cutting based on a time series of load data.
  • the time series of load data vibrates greatly under the influence of bending vibration of the boom. For this reason, the load data has to be stabilized, which has been a factor in taking time to determine the ground cut.
  • an object of the present invention is to provide a ground cutting determination device, a ground cutting control device, and a mobile crane that can quickly perform ground cutting determination by a simple method while suppressing load shake. I am trying.
  • the ground cutting determination device of the present invention provides a boom configured to be undulating, a winch for hoisting/winding a suspended load via a wire rope, and a load acting on the boom.
  • a load measuring unit for measuring, a flexural vibration filter for damping a flexural vibration component of the boom included in the load data, a control unit for controlling the boom and the winch, and hoisting the winch to ground the suspended load.
  • the control unit is configured to determine the ground cutting based on the time change of the load data passed through the flexural vibration filter.
  • the ground-cutting control device of the present invention is a ground-cutting control device including a ground-cutting determination device, wherein the control unit rolls up the winch and ground-hangs a suspended load.
  • the amount of change in the hoisting angle of the boom is calculated based on the change over time, and the boom is hoisted to compensate for the amount of change.
  • the ground cutting determination device of the present invention is a control unit for controlling the boom, winch, load measuring means, bending vibration filter, boom and winch, and hoisting the winch to ground the suspended load.
  • the ground cutting is determined based on the time change of the load data passed through the flexural vibration filter.
  • the ground-cutting control device of the present invention is a ground-cutting control device including a ground-cutting determination device, wherein the control unit, when cutting the ground, raises and lowers the boom angle based on the time change of the measured load. The amount of change in the boom is calculated, and the boom is undulated to compensate for the amount of change. With such a configuration, it is possible to quickly determine the ground cut and quickly cut the suspended load while suppressing the shake of the load.
  • Examples of the mobile crane of this embodiment include a rough terrain crane, an all terrain crane, and a truck crane.
  • a rough terrain crane will be described as an example of the work vehicle according to the present embodiment, but the safety device according to the present invention can be applied to other mobile cranes.
  • the rough terrain crane 1 of the present embodiment includes a vehicle body 10 which is a main body portion of a vehicle having a traveling function, outriggers 11 provided at four corners of the vehicle body 10,.
  • a swivel base 12 mounted so as to be horizontally rotatable and a boom 14 mounted behind the swivel base 12 are provided.
  • the outrigger 11 can be extended/slipped from the vehicle body 10 in the width direction by expanding/contracting the slide cylinder, and can be extended/retracted from the vehicle body 10 in the vertical direction by expanding/contracting the jack cylinder. Is.
  • the swivel base 12 has a pinion gear to which the power of the swivel motor 61 is transmitted, and the pinion gear meshes with a circular gear provided on the vehicle body 10 to rotate about a swivel axis.
  • the swivel base 12 has a cockpit 18 arranged on the front right side and a counterweight 19 arranged on the rear side.
  • a winch 13 for hoisting/lowering the wire 16 is arranged behind the swivel base 12.
  • the winch 13 is configured to rotate in two directions of a winding direction (winding direction)/a winding direction (unwinding direction) by rotating the winch motor 64 in the forward direction/reverse direction.
  • the boom 14 is composed of a proximal boom 141, an intermediate boom 142 (one or more) and a distal boom 143 in a telescopic manner, and can be expanded and contracted by an elastic cylinder 63 disposed inside.
  • a sheave is arranged on the most advanced boom head 144 of the tip boom 143, and the wire rope 16 is wound around the sheave to hang the hook 17.
  • the base part of the base boom 141 is rotatably attached to a support shaft installed on the swivel base 12, and can be vertically undulated about the support shaft as a rotation center.
  • a hoisting cylinder 62 is laid between the swivel base 12 and the lower surface of the base boom 141, and the entire boom 14 can be hoisted by expanding and contracting the hoisting cylinder 62. ..
  • the ground cutting control device D mainly includes a controller 40 as a control unit.
  • the controller 40 is a general-purpose microcomputer having an input port, an output port, an arithmetic unit, and the like.
  • the controller 40 receives operation signals from the operation levers 51 to 54 (the turning lever 51, the raising and lowering lever 52, the telescopic lever 53, and the winch lever 54) and receives actuators 61 to 64 (the turning motor 61, the turning motor 61, The hoisting cylinder 62, the telescopic cylinder 63, and the winch motor 64) are controlled.
  • the controller 40 of this embodiment includes a ground cutting switch 20 for starting/stopping the ground cutting control, a winch speed setting means 21 for setting the speed of the winch 13 in the ground cutting control, and a boom 14.
  • the load measuring means 22 for measuring the applied load and the attitude detecting means 23 for detecting the attitude of the boom 14 are connected.
  • the ground cutting switch 20 is an input device for instructing the start or stop of the ground cutting control, and can be configured to be added to the safety device of the rough terrain crane 1, for example, and is arranged in the cockpit 18. Preferably.
  • the winch speed setting means 21 is an input device for setting the speed of the winch 13 in the ground cutting control, and there is a method of selecting an appropriate speed from preset speeds and a method of inputting with a ten-key pad. .. Further, the winch speed setting means 21 can be configured to be added to the safety device of the rough terrain crane 1 like the ground cutting switch 20, and is preferably arranged in the cockpit 18. By adjusting the speed of the winch 13 by the winch speed setting means 21, the time required for the ground cutting control can be adjusted.
  • the load measuring means 22 is a measuring device that measures the load acting on the boom 14, and can be, for example, a pressure gauge (22) that measures the pressure acting on the undulating cylinder 62.
  • the pressure signal measured by the pressure gauge (22) is transmitted to the controller 40 via the flexural vibration filter 31 and/or the undulation angle vibration filter 32.
  • the flexural vibration filter 31 is installed for the purpose of removing the influence of the flexural vibration component of the boom 14 and accurately monitoring the original load acting on the wire rope 16.
  • the flexural vibration filter 31 may be, for example, a so-called bandpass filter that passes a specific frequency, or a so-called bandstop filter that attenuates a specific frequency.
  • the flexural vibration filter 31 can be realized in hardware by an electric circuit or the like, or can be realized numerically (in software) by spectrum analysis.
  • the natural frequency due to flexure for each length and undulation angle of the boom 14 is obtained in advance by experimental measurement or numerical calculation, and is stored in a database. Then, the flexural vibration component is damped by reading the corresponding natural frequency from the database according to the actual length of the boom 14 (that is, the initial length) and the undulation angle (that is, the initial undulation angle) when cutting the ground. Is configured to.
  • the hoisting angle vibration filter 32 is installed for the purpose of removing the influence of hoisting angle control of the boom 14 and accurately monitoring the original load acting on the wire rope 16. That is, when the undulation angle control is executed, a time delay occurs between the input and the output due to the magnitude of the inertia moment and the load torque, and the response becomes oscillating. Therefore, the undulation angle vibration filter 32 is configured to remove the influence of the corresponding frequency band by previously determining the response characteristic of the undulation angle control by experimental measurement or numerical calculation.
  • the undulation angle vibration filter 32 may be a band pass filter or a band stop filter. Further, the undulation angle vibration filter 32 can be realized in hardware or numerically (in software). Further, it is preferable that the hoisting angle vibration filter 32 is previously stored in a database for each length and hoisting angle of the boom 14.
  • the attitude detection unit 23 is a measuring device that detects the attitude of the boom 14, and, although not shown, a hoisting angle meter 231 that measures the hoisting angle of the boom 14, a hoisting angular velocity meter 232 that measures the hoisting angular velocity, and a boom 14 of the boom 14. And a length meter 233 for measuring the length.
  • a potentiometer can be used as the undulation angle meter 231.
  • a stroke sensor attached to the undulation cylinder 15 can be used as the undulation angle meter 231.
  • the undulation angle signal measured by the undulation angle meter 231 and the undulation angular velocity signal measured by the undulation angular velocity meter 232 are transmitted to the controller 40.
  • the boom length signal measured by the length meter 233 is transmitted to the filter 31 (32) in addition to the controller 40.
  • the controller 40 is a control unit that controls the operation of the boom 14 and the winch 13.
  • the winch 13 is rolled up and the suspended load is grounded.
  • the amount of change in the hoisting angle of the boom 14 is predicted based on the time change of the applied load, and the boom 14 is hoisted so as to supplement the predicted amount of change.
  • the controller 40 includes a characteristic table or a transfer function selection function unit 40a as a functional unit, and a ground cutting determination function for stopping the ground cutting control by determining whether or not the ground cutting is actually performed. And a portion 40b.
  • the characteristic table or transfer function selection function unit 40a receives inputs of an initial value of pressure from a pressure gauge 22 as a load measuring means and an initial value of an undulation angle from an undulation angle meter 23 as a posture measuring means. To determine the applied characteristic table or transfer function.
  • the transfer function the relationship using the linear coefficient a can be applied as follows.
  • the load and relief angle (tip to ground angle ) Is known to have a linear relationship. Assuming that the load Load 1 changes to Load 2 between the time t 1 and the time t 2 during ground cutting,
  • a is a constant (linear coefficient). That is, the relief angle control receives the time change (differential) of the load as an input.
  • the ground cutting determination function unit 40b monitors the time-series data of the load value calculated from the pressure signal from the pressure gauge 22 as the load measuring means, and determines the presence or absence of ground cutting. The method of ground cut determination will be described later with reference to FIG.
  • the load change calculator 71 calculates the load change based on the time series data of the load measured by the load measuring means 22.
  • the calculated load change is input to the target shaft speed calculation unit 72.
  • the input/output relationship in the target shaft speed calculation unit 72 will be described later with reference to FIG.
  • the target axis speed calculator 72 calculates the target axis speed based on the initial value of the undulation angle, the set winch speed, and the input load change.
  • the target axis velocity is here the target undulating angular velocity (and, optionally, the target winch velocity).
  • the calculated target axis speed is input to the axis speed controller 73.
  • the control of the first half up to this point is the processing relating to the ground cutting control of the present embodiment.
  • the manipulated variable is input to the controlled object 75 via the axial velocity controller 73 and the axial velocity manipulated variable conversion processing unit 74.
  • the control in the latter half part is a process related to normal control, and is feedback-controlled based on the measured undulation angular velocity.
  • the input/output relationship of the elements in the target axis speed calculation unit 72 of the ground cutting control will be described.
  • the selection function unit 81 uses a characteristic table (LookupTable) or transfer function to select the most appropriate constant (linear coefficient) a.
  • the numerical differentiation unit 82 numerical differentiation of the load change (differentiation with respect to time) is performed, and the target undulating angular velocity is calculated by multiplying the result of this numerical differentiation by a constant a. That is, the target undulating angular velocity is calculated by executing the calculation of (Expression 3) described above. As described above, the control of the target undulating angular velocity is feedforward controlled using the characteristic table (or transfer function).
  • the target speed of the winch 13 is set via the winch speed setting means 21 before or after the start of the ground cutting control.
  • the controller 40 starts the winch control at the target speed (step S1).
  • the load measuring means 22 starts the suspended load measurement, and the load value is input to the controller 40 (step S2).
  • the selection function unit 40a receives the input of the initial value of the load and the initial value of the undulation angle from the undulation angle meter 23 as the posture measuring means, and determines the characteristic table or transfer function to be applied ( Step S3).
  • the controller 40 calculates the undulation angular velocity based on the applied characteristic table or transfer function and the load change (step S4). That is, the undulation angular velocity control is performed by the feedforward control.
  • step S5 the time series data of the measured load is input via the filter 31 (32), and the presence or absence of ground cutting is determined based on this time series data (step S5).
  • the determination method will be described later.
  • the process returns to step S2, and the feed-forward control based on the load is repeated (steps S2 to S5).
  • step S5 ground cutting control is gently stopped. That is, the rotation drive of the winch 13 by the winch motor is stopped at a low speed, and the undulation drive by the undulation cylinder 62 is stopped at a low speed.
  • the ground cutting determination device C includes a boom 14, a winch 13, a load measuring unit 22, a flexural vibration filter 31 and a hoisting angle vibration filter 32, and a controller 40 as a control unit that controls the boom 14 and the winch 13. Composed.
  • the controller 40 of the present embodiment uses the ground vibration based on the time change of the load data passed through the flexural vibration filter 31 and the undulation angle vibration filter 32 when hoisting the winch 13 to ground the suspended load. It is designed to judge the cut.
  • the flexural vibration filter 31 and the undulation angle vibration filter 32 corresponding ones are called from the table according to the initial length and the initial undulation angle of the boom 14 at the time of starting the ground cutting control.
  • the load data affected by the flexural vibration of the boom 14 of the time series (dotted line in the figure).
  • the vibration component (concavity and convexity) due to the bending is attenuated, so that a relatively smooth time series of load data (solid line in the figure) can be obtained.
  • any method may be used for the ground cutting determination method based on the load data that has passed through the flexural vibration filter 31 and the undulation angle vibration filter 32.
  • a ground cutting determination method a moving average of time change (slope) of load data is monitored, and the moving average of this time change is equal to or less than a predetermined amount (that is, the slope is less than a predetermined slope). It is possible to determine that the ground has been cut by grasping the state (which has become loose). As another method, it is also possible to determine that ground cutting has been performed, for example, by capturing the time of the top of the first peak of vibration, that is, the first maximum value.
  • the relationship between the load change and the control amount (undulation angular velocity) becomes theoretically linear. Therefore, it can be said that the compatibility is particularly good. That is, the linearity of the load data becomes clearer by passing through the filters 31 and 32, so that it becomes easier to understand the load change and control the undulating angular velocity.
  • the ground cutting determination apparatus C includes the boom 14 configured to be up and down, the winch 13 for hoisting/winding a suspended load via the wire rope 16, and the boom 14.
  • the load measuring means 22 for measuring the load acting on the load
  • the flexural vibration filter 31 for damping the flexural vibration component of the boom 14 included in the load data
  • the controller 40 for controlling the boom 14 and the winch 13, which comprises the winch 13
  • the controller 40 is configured to determine the ground cutting based on the time change of the load data passed through the flexural vibration filter 31 when the hoisting and hanging the ground load.
  • the flexural vibration filter 31 previously obtains and stores the natural frequency due to flexure for each length and undulation angle of the boom 14, and according to the length and undulation angle of the boom 14 when ground cutting. It is configured to dampen the corresponding flexural vibration component. Therefore, by damping the flexural angle vibration component according to the length of the boom 14, the flexural angle vibration component can be damped more accurately.
  • the controller 40 further includes an undulation angle vibration filter 32 that attenuates a bending vibration component due to the undulation angle control included in the load data, and the controller 40 causes the undulation angle vibration when the winch 13 is rolled up and the suspended load is grounded.
  • the ground cutting is determined based on the time change of the load data passed through the filter 32. Therefore, by damping the vibration component of the response due to the inertia moment and the load torque when the undulation angle control is executed, it becomes possible to quickly perform the ground cutting determination based on the more accurate load data.
  • the ground cutting control device D of the present embodiment is the boom 14, the winch 13, the load measuring means 22, and the controller 40 as a control unit for controlling the boom 14 and the winch 13, and the winch 13
  • the controller 40 which obtains the change amount of the hoisting angle of the boom 14 based on the time change of the measured load and hoists the boom 14 so as to compensate the change amount. I have it.
  • the ground cutting control device D is capable of quickly grounding the suspended load while suppressing the vibration of the load.
  • the ground cutting control device D of the present embodiment paying attention to the fact that the relationship between the load and the undulation angle is a linear relationship, and performing the feedforward control based only on the change over time of the load value, the conventional The suspended load can be quickly cut off without performing complicated feedback control.
  • the attitude measuring means 23 for measuring the attitude of the boom 14 is further provided, and the controller 40 responds based on the measured initial value of the attitude of the boom 14 and the measured initial value of the load. It is preferable that a characteristic table or a transfer function is selected, and the amount of change in the hoisting angle of the boom 14 is obtained from the time change of the measured load using the characteristic table or the transfer function.
  • the winch 13 is wound up at a constant speed, and the undulation angle control amount is calculated from the characteristic table (or transfer function) according to the load change to perform the feedforward control. Therefore, it is possible to cut the ground quickly without shaking the load. In addition, since the number of parameters to be adjusted is small, the adjustment at the time of shipping can be performed quickly and easily.
  • the controller 40 be configured to wind the winch 13 at a constant speed when the winch 13 is wound and the suspended load is grounded. According to this structure, the influence of disturbance such as inertial force is suppressed and the response (measured load value) is stabilized, so that the ground cutting determination can be facilitated.
  • the rough terrain crane 1 that is the mobile crane of the present embodiment includes any one of the above-described ground cutting determination device C or ground cutting control device D, so that it is possible to quickly suppress the shake of the load. It becomes the rough terrain crane 1 that can cut the suspended load.
  • the ground cutting control device D of the present invention is applied whether the main winch is used as the winch 13 for ground cutting or the sub winch is used for ground cutting. be able to.
  • C Ground cutting determination device
  • D Ground cutting control device
  • a Linear coefficient
  • 1 rough terrain crane
  • 10 vehicle body
  • 12 swivel base
  • 13 winch
  • 14 boom
  • 16 wire
  • 17 hook
  • 20 Ground cutting switch
  • 21 winch speed setting means
  • 22 Pressure gauge (load measuring means)
  • 23 undulation angle meter (posture detecting means)
  • 31 flexural vibration filter
  • 32 relief angle vibration filter
  • 40 controller
  • 40a selection function unit
  • 40b ground cutting determination function unit
  • 52 undulating lever
  • 53 Telescopic lever
  • 54 Winch lever
  • 61 swing motor
  • 62 undulating cylinder
  • 63 telescopic cylinder
  • 64 winch motor

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Abstract

荷振れを抑制しつつ、簡易な手法によって迅速に地切り判定することのできる地切り判定装置を提供する。地切り判定装置Ｃは、起伏自在に構成されるブーム１４と、ワイヤロープ１６を介して吊荷を巻上／巻下げるウインチ１３と、ブーム１４に作用する荷重を計測する荷重計測手段２２と、荷重データに含まれるブーム１４の撓み振動成分を減衰する撓み振動フィルタ３１と、ブーム１４及びウインチ１３を制御する制御部４０であって、ウインチ１３を巻上げて吊荷を地切りする際に、撓み振動フィルタ３１を通過させた荷重データの時間変化に基づいて地切りを判定するようになっている。

Description

地切り判定装置、地切り制御装置、及び移動式クレーン
　本発明は、地面から吊荷を吊り上げる際の荷振れを抑制するための地切り判定装置に関するものである。
　従来から、ブームを備えたクレーンにおいて、地面から吊荷を吊り上げる際に、すなわち吊荷を地切りする際に、ブームに生じるたわみによって作業半径が増大することによって、吊荷が水平方向に振れる「荷振れ」が問題となっている（図１参照）。
　地切りの際の荷振れを防止することを目的として、例えば、特許文献１に記載された鉛直地切り制御装置は、エンジン回転数センサによってエンジンの回転数を検出し、ブームの起仰作動をエンジン回転数に応じた値に補正するように構成されている。このような構成によって、エンジン回転数の変化を加味した正確な地切り制御を実施できる、とされている。
特開平８－１８８３７９号公報
　特許文献１を含む従来の地切り制御装置は、荷重データの時系列に基づいて地切りを判定している。ところが、荷重データの時系列は、ブームの撓み振動の影響等を受けて大きく振動する。そのため、荷重データが安定するまで待つことになり、地切り判定に時間がかかる要因となっていた。
　そこで、本発明は、荷振れを抑制しつつ、簡易な手法によって迅速に地切り判定することのできる、地切り判定装置と、地切り制御装置と、移動式クレーンと、を提供することを目的としている。
　前述した目的を達成するために、本発明の地切り判定装置は、起伏自在に構成されるブームと、ワイヤロープを介して吊荷を巻上／巻下げるウインチと、前記ブームに作用する荷重を計測する荷重計測手段と、荷重データに含まれる前記ブームの撓み振動成分を減衰する撓み振動フィルタと、前記ブーム及び前記ウインチを制御する制御部であって、前記ウインチを巻上げて吊荷を地切りする際に、前記撓み振動フィルタを通過させた荷重データの時間変化に基づいて地切りを判定するようになっている、制御部と、を備えている。
　また、本発明の地切り制御装置は、地切り判定装置を備える、地切り制御装置であって、前記制御部は、前記ウインチを巻上げて吊荷を地切りする際に、計測された荷重の時間変化に基づいて前記ブームの起伏角度の変化量を求め、該変化量を補うように前記ブームを起伏させるようになっている。
　このように、本発明の地切り判定装置は、ブームと、ウインチと、荷重計測手段と、撓み振動フィルタと、ブーム及びウインチを制御する制御部であって、ウインチを巻上げて吊荷を地切りする際に、撓み振動フィルタを通過させた荷重データの時間変化に基づいて地切りを判定するようになっている。このような構成であるため、荷振れを抑制しつつ、簡易な手法によって迅速に地切り判定することができる。
　また、本発明の地切り制御装置は、地切り判定装置を備える、地切り制御装置であって、制御部は、地切りする際に、計測された荷重の時間変化に基づいてブームの起伏角度の変化量を求め、変化量を補うようにブームを起伏させるようになっている。このような構成であるため、荷振れを抑制しつつ、迅速に地切り判定するとともに、迅速に吊荷を地切りすることができる。
吊荷の荷振れについて説明する説明図である。 移動式クレーンの側面図である。 地切り制御装置のブロック図である。 荷重－起伏角の関係を示すグラフである。 地切り制御装置の全体のブロック線図である。 地切り制御のブロック線図である。 地切り制御のフローチャートである。 地切り判定の概念について説明するグラフである。
　以下、本発明に係る実施例について図面を参照して説明する。ただし、以下の実施例に記載されている構成要素は例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
　本実施例の移動式クレーンとしては、例えば、ラフテレーンクレーン、オールテレーンクレーン、トラッククレーン等が挙げられる。以下、本実施例に係る作業車両としてラフテレーンクレーンを例に説明するが、他の移動式クレーンにも、本発明に係る安全装置を適用することができる。
（移動式クレーンの構成）
　まず、図２の側面図を用いて、移動式クレーンの構成について説明する。本実施例のラフテレーンクレーン１は、図２に示すように、走行機能を有する車両の本体部分となる車体１０と、車体１０の四隅に設けられたアウトリガ１１，・・・と、車体１０に水平旋回可能に取り付けられた旋回台１２と、旋回台１２の後方に取り付けられたブーム１４と、を備えている。
　アウトリガ１１は、スライドシリンダを伸縮させることによって、車体１０から幅方向外側にスライド張出／スライド格納可能であるとともに、ジャッキシリンダを伸縮させることによって車体１０から上下方向にジャッキ張出／ジャッキ格納可能である。
　旋回台１２は、旋回モータ６１の動力が伝達されるピニオンギヤを有しており、このピニオンギヤが車体１０に設けた円形状のギヤに噛み合うことで旋回軸を中心に回動する。旋回台１２は、右前方に配置された操縦席１８と、後方に配置されたカウンタウェイト１９と、を有している。
　さらに、旋回台１２の後方には、ワイヤ１６を巻上／巻下げるためのウインチ１３が配置されている。ウインチ１３は、ウインチモータ６４を正方向／逆方向に回転させることによって、巻上げ方向（巻き取る方向）／巻下げ方向（繰り出す方向）の２方向に回転するようになっている。
　ブーム１４は、基端ブーム１４１と（１つ又は複数の）中間ブーム１４２と先端ブーム１４３とによって入れ子式に構成されており、内部に配置された伸縮シリンダ６３によって伸縮できるようになっている。先端ブーム１４３の最先端のブームヘッド１４４にはシーブが配置され、シーブにワイヤロープ１６が掛け回されてフック１７が吊下げられている。
　基端ブーム１４１の付け根部は、旋回台１２に設置された支持軸に回動自在に取り付けられており、支持軸を回転中心として上下に起伏できるようになっている。そして、旋回台１２と基端ブーム１４１の下面との間には、起伏シリンダ６２が架け渡されており、起伏シリンダ６２を伸縮することでブーム１４全体を起伏することができるようになっている。
（制御系の構成）
　次に、図３のブロック図を用いて、本実施例の地切り制御装置Ｄの制御系の構成について説明する。地切り制御装置Ｄは、制御部としてのコントローラ４０を中心として構成されている。コントローラ４０は、入力ポート、出力ポート、演算装置などを有する汎用のマイクロコンピュータである。コントローラ４０は、操作レバー５１～５４（旋回レバー５１、起伏レバー５２、伸縮レバー５３、ウインチレバー５４）からの操作信号を受けて、図示しない制御バルブを介してアクチュエータ６１～６４（旋回モータ６１、起伏シリンダ６２、伸縮シリンダ６３、ウインチモータ６４）を制御する。
　さらに、本実施例のコントローラ４０には、地切り制御を開始／停止するための地切りスイッチ２０と、地切り制御におけるウインチ１３の速度を設定するためのウインチ速度設定手段２１と、ブーム１４に作用する荷重を計測する荷重計測手段２２と、ブーム１４の姿勢を検出するための姿勢検出手段２３と、が接続されている。
　地切りスイッチ２０は、地切り制御の開始又は停止を指示するための入力機器であり、例えば、ラフテレーンクレーン１の安全装置に付加する構成とすることが可能であり、操縦席１８に配置されることが好ましい。
　ウインチ速度設定手段２１としては、地切り制御におけるウインチ１３の速度を設定する入力機器であり、あらかじめ設定された速度から適切な速度を選択する方式のものや、テンキーによって入力する方式のものがある。さらに、ウインチ速度設定手段２１は、地切りスイッチ２０と同様に、ラフテレーンクレーン１の安全装置に付加する構成とすることが可能であり、操縦席１８に配置されることが好ましい。このウインチ速度設定手段２１によってウインチ１３の速度を調整することで、地切り制御に要する時間を調整することができる。
　荷重計測手段２２は、ブーム１４に作用する荷重を計測する計測機器であり、例えば、起伏シリンダ６２に作用する圧力を計測する圧力計（２２）とすることができる。圧力計（２２）によって計測された圧力信号は、撓み振動フィルタ３１及び／又は起伏角振動フィルタ３２を介して、コントローラ４０に伝送される。
　ここにおいて、撓み振動フィルタ３１は、ブーム１４の撓み振動成分の影響を取り除いて、本来のワイヤロープ１６に作用する荷重を正確に監視することを目的として設置される。撓み振動フィルタ３１は、例えば、特定の周波数を通過させる、いわゆるバンドパスフィルタであってもよいし、特定の周波数を減衰させる、いわゆるバンドストップフィルタであってもよい。この撓み振動フィルタ３１は、電気回路等によってハード的に実現することもできるし、スペクトル解析によって数値的に（ソフト的に）実現することもできる。
　そして、本実施例の撓み振動フィルタ３１は、あらかじめブーム１４の長さと起伏角ごとに撓みによる固有振動数を実験計測によって又は数値計算によって求め、これをデータベース化しておく。そして、地切りする際の実際のブーム１４の長さ（すなわち初期長さ）と起伏角（すなわち初期起伏角）に応じて、データベースから対応する固有振動数を読み込むことにより、撓み振動成分を減衰するように構成されている。
　また起伏角振動フィルタ３２は、ブーム１４の起伏角制御の影響を取り除いて、ワイヤロープ１６に作用する本来の荷重を正確に監視することを目的として設置される。すなわち、起伏角制御を実行すると、慣性モーメントや負荷トルクの大小によって入力と出力の間に時間遅れが生じ、応答が振動的になる。そこで、この起伏角振動フィルタ３２は、あらかじめ実験計測によって又は数値計算によって起伏角制御の応答特性を求めておいて、対応する周波数帯の影響を取り除くように構成されるものである。
　起伏角振動フィルタ３２は、撓み角振動フィルタ３１と同様に、バンドパスフィルタであってもよいし、バンドストップフィルタであってもよい。また、起伏角振動フィルタ３２は、ハード的に実現することもできるし、数値的に（ソフト的に）実現することもできる。さらに、起伏角振動フィルタ３２は、あらかじめブーム１４の長さと起伏角ごとにデータベース化することが好ましい。
　姿勢検出手段２３は、ブーム１４の姿勢を検出する計測機器であり、図示しないが、ブーム１４の起伏角度を計測する起伏角度計２３１と、起伏角速度を計測する起伏角速度計２３２と、ブーム１４の長さを計測する長さ計２３３と、から構成される。具体的には、起伏角度計２３１としては、ポテンショメータを用いることができる。また、起伏角速度計２３２としては、起伏シリンダ１５に取り付けられたストロークセンサを用いることができる。起伏角度計２３１によって計測された起伏角度信号、及び、起伏角速度計２３２によって計測された起伏角速度信号は、コントローラ４０に伝送される。さらに、長さ計２３３によって計測されたブーム長さ信号は、コントローラ４０に加えて、フィルタ３１（３２）に伝送される。
　コントローラ４０は、ブーム１４及びウインチ１３の作動を制御する制御部であり、地切りスイッチ２０がＯＮにされることでウインチ１３を巻上げて吊荷を地切りする際に、荷重計測手段２２によって計測された荷重の時間変化に基づいて、ブーム１４の起伏角度の変化量を予測し、予測された変化量を補うようにブーム１４を起伏させる。
　より具体的に言うと、コントローラ４０は、機能部として、特性テーブル又は伝達関数の選択機能部４０ａと、実際に地切りされたか否かを判定することによって地切り制御を停止させる地切り判定機能部４０ｂと、を有している。
　特性テーブル又は伝達関数の選択機能部４０ａは、荷重計測手段としての圧力計２２からの圧力の初期値と、姿勢計測手段としての起伏角度計２３からの起伏角度の初期値と、の入力を受けて、適用する特性テーブル又は伝達関数を決定する。ここにおいて、伝達関数としては、以下のように、線形係数ａを用いた関係を適用することができる。
　まず、図４の荷重－起伏角のグラフに示すように、荷振れが生じないようにブーム先端位置が常に吊荷の真上にくるように調整した場合に、荷重と起伏角（先端対地角度）は線形の関係にあることがわかっている。地切り中に、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に荷重Ｌｏａｄ１がＬｏａｄ２へ変化したと仮定すると、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　２式の差から、差分方程式を求めると、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　起伏角を制御するためには、起伏角速度を与える必要がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　ここで、ａは定数（線形係数）である。
　すなわち、起伏角制御は、荷重の時間変化（微分）が入力になる。
　地切り判定機能部４０ｂは、荷重計測手段としての圧力計２２からの圧力信号から計算した荷重の値の時系列データを監視し、地切りの有無を判定する。地切り判定の手法については、図８を用いて後述する。
（全体のブロック線図）
　次に、図５のブロック線図を用いて、本実施例の地切り制御を含む全体の要素間の入力・出力関係を詳細に説明する。まず、荷重変化算出部７１において、荷重計測手段２２によって計測された荷重の時系列データに基づいて荷重変化が計算される。計算された荷重変化は、目標軸速度算出部７２に入力される。この目標軸速度算出部７２における入力・出力関係については、図６を用いて後述する。
　目標軸速度算出部７２では、起伏角の初期値と、設定ウインチ速度と、入力された荷重変化と、に基づいて、目標軸速度が算出される。目標軸速度は、ここでは、目標起伏角速度（及び、必須ではないが、目標ウインチ速度）である。算出された目標軸速度は、軸速度コントローラ７３に入力される。ここまでの前半部分の制御が、本実施例の地切り制御に関する処理である。
　その後、軸速度コントローラ７３、軸速度の操作量変換処理部７４を経て操作量が制御対象７５に入力される。この後半部分の制御は、通常の制御に関する処理であり、計測された起伏角速度に基づいてフィードバック制御されている。
（地切り制御のブロック線図）
　次に、図６のブロック線図を用いて、特に地切り制御の目標軸速度算出部７２における要素の入力・出力関係について説明する。まず、起伏角度の初期値が、特性テーブル／伝達関数の選択機能部８１（４０ａ）に入力される。選択機能部８１では、特性テーブル（ＬｏｏｋｕｐＴａｂｌｅ）又は伝達関数を使用して、最も適切な定数（線形係数）ａが選択されるようになっている。
　そして、数値微分部８２において、荷重変化の数値微分（時間に関する微分）が実施されて、この数値微分の結果に定数ａを乗ずることで、目標起伏角速度が計算される。すなわち、前述した（式３）の計算が実行されることで、目標起伏角速度が計算される。このように、目標起伏角速度の制御は、特性テーブル（又は伝達関数）を用いて、フィードフォワード制御されている。
（フローチャート）
　次に、図７のフローチャートを用いて、本実施例の地切り制御の全体の流れについて説明する。
　はじめに、オペレータが地切りスイッチ２０を押して地切り制御が開始される（ＳＴＡＲＴ）。このとき、地切り制御のあらかじめ開始前に又は開始後に、ウインチ速度設定手段２１を介して、ウインチ１３の目標速度が設定される。そうすると、コントローラ４０は、目標速度で、ウインチ制御が開始する（ステップＳ１）。
　次に、ウインチ１３が巻上げられると同時に、荷重計測手段２２によって吊荷荷重計測が開始されて、コントローラ４０に荷重値が入力される（ステップＳ２）。そうすると、選択機能部４０ａでは、荷重の初期値と、姿勢計測手段としての起伏角度計２３からの起伏角度の初期値と、の入力を受けて、適用する特性テーブル又は伝達関数が決定される（ステップＳ３）。
　次に、コントローラ４０では、適用される特性テーブル又は伝達関数と、荷重変化と、に基づいて、起伏角速度が算出される（ステップＳ４）。すなわち、フィードフォワード制御によって、起伏角速度制御がなされている。
　そして、計測されている荷重の時系列データがフィルタ３１（３２）を介して入力され、この時系列データに基づいて地切りの有無が判定される（ステップＳ５）。なお、判定手法については後述する。判定の結果、地切りされていない場合は（ステップＳ５のＮＯ）、ステップＳ２へ戻って、荷重に基づくフィードフォワード制御を繰り返す（ステップＳ２～ステップＳ５）。
　判定の結果、地切りされている場合は（ステップＳ５のＹＥＳ）、地切り制御を緩停止する（ステップＳ６）。すなわち、ウインチモータによるウインチ１３の回転駆動を速度を落としながら停止するとともに、起伏シリンダ６２による起伏駆動を速度を落としながら停止する。
（地切り判定）
　次に、図８を用いて、本実施例の地切り判定装置Ｃ、及び、地切り判定方法について詳しく説明する。地切り判定装置Ｃは、ブーム１４と、ウインチ１３と、荷重計測手段２２と、撓み振動フィルタ３１及び起伏角振動フィルタ３２と、ブーム１４及びウインチ１３を制御する制御部としてのコントローラ４０と、から構成される。
　本実施例のコントローラ４０は、地切り制御において、ウインチ１３を巻上げて吊荷を地切りする際に、撓み振動フィルタ３１及び起伏角振動フィルタ３２を通過させた荷重データの時間変化に基づいて地切りを判定するようになっている。ここにおいて、撓み振動フィルタ３１及び起伏角振動フィルタ３２は、地切り制御開始時点のブーム１４の初期長さと初期起伏角に応じて、対応するものがテーブルから呼び出される。
　このように、撓み振動フィルタ３１及び起伏角振動フィルタ３２を介することによって、図８のグラフに示すように、撓み振動の影響を受けた荷重データの時系列（図中では点線）のブーム１４の撓みに起因する振動成分（凹凸）が減衰されて、比較的に平滑な荷重データの時系列（図中では実線）が得られるようになる。
　ここにおいて、撓み振動フィルタ３１及び起伏角振動フィルタ３２を通過した荷重データに基づいた地切り判定方法は、どのようなものであってもよい。例えば、地切り判定方法としては、荷重データの時間変化（傾き）の移動平均を監視しておいて、この時間変化の移動平均が所定量以下となった（すなわち、傾きが所定の傾きよりも緩やかになった）状態を捉えることで、地切りしたことを判定することができる。他の方法としては、例えば、振動の最初の山の頂点の時刻、すなわち、最初の極大値、を捉えることで、地切りしたことを判定することもできる。
　そして、本実施例では、図６及び図７を用いて説明したように、フィードフォワード制御を実施するようになることで、荷重変化と制御量（起伏角速度）との関係が理論上線形になるため、特に相性がよいといえる。つまり、フィルタ３１、３２を通すことで、荷重データの線形性がより明瞭になるため、いっそう荷重変化を把握しやすくなって起伏角速度を制御しやすくなる。
（効果）
　次に、本実施例の地切り判定装置Ｃ、地切り制御装置Ｄ、及び、移動式クレーンとしてのラフテレーンクレーン１の奏する効果を列挙して説明する。
（１）上述してきたように、本実施例の地切り判定装置Ｃは、起伏自在に構成されるブーム１４と、ワイヤロープ１６を介して吊荷を巻上／巻下げるウインチ１３と、ブーム１４に作用する荷重を計測する荷重計測手段２２と、荷重データに含まれるブーム１４の撓み振動成分を減衰する撓み振動フィルタ３１と、ブーム１４及びウインチ１３を制御するコントローラ４０であって、ウインチ１３を巻上げて吊荷を地切りする際に、撓み振動フィルタ３１を通過させた荷重データの時間変化に基づいて地切りを判定するようになっている、コントローラ４０と、を備えている。このような構成であるため、荷重データの時系列から撓み角振動成分の影響が低減されることで、より精度の高い荷重データに基づいて、荷振れを抑制しつつ、簡易な手法によって迅速に地切り判定することができる。
（２）また、撓み振動フィルタ３１は、あらかじめブーム１４の長さと起伏角ごとに撓みによる固有振動数を求めて記憶しておいて、地切りする際のブーム１４の長さと起伏角に応じて対応する撓み振動成分を減衰するように構成されている。そのため、ブーム１４の長さに応じて撓み角振動成分を減衰することで、いっそう正確に撓み角振動成分を減衰することができる。
（３）さらに、荷重データに含まれる起伏角制御による曲げ振動成分を減衰する起伏角振動フィルタ３２をさらに備え、コントローラ４０は、ウインチ１３を巻上げて吊荷を地切りする際に、起伏角振動フィルタ３２を通過させた荷重データの時間変化に基づいて地切りを判定するようになっている。そのため、起伏角制御を実行した際の慣性モーメントや負荷トルクによる応答の振動成分を減衰することで、より精度の高い荷重データに基づいて迅速に地切り判定できるようになる。
（４）さらに、本実施例の地切り制御装置Ｄは、ブーム１４と、ウインチ１３と、荷重計測手段２２と、ブーム１４及びウインチ１３を制御する制御部としてのコントローラ４０であって、ウインチ１３を巻上げて吊荷を地切りする際に、計測された荷重の時間変化に基づいてブーム１４の起伏角度の変化量を求め、変化量を補うようにブーム１４を起伏させる、コントローラ４０と、を備えている。このような構成であるから、荷振れを抑制しつつ、迅速に吊荷を地切りすることのできる地切り制御装置Ｄとなる。
　つまり、本実施例の地切り制御装置Ｄでは、荷重と起伏角の関係が線形関係であることに着目し、荷重値の時間変化のみに基づいてフィードフォワード制御を実施することで、従来のように複雑なフィードバック制御を実施することなく、迅速に吊荷を地切りすることができる。
（５）また、ブーム１４の姿勢を計測する姿勢計測手段２３をさらに備え、コントローラ４０は、計測されたブーム１４の姿勢の初期値と、計測された荷重の初期値と、に基づいて対応する特性テーブル又は伝達関数を選択し、特性テーブル又は伝達関数を使用して、計測された荷重の時間変化からブーム１４の起伏角度の変化量を求めるようになっていることが好ましい。
　このように構成すれば、地切り制御の開始時に、ウインチ１３を一定速度で巻上げ、荷重変化に合わせて特性テーブル（又は伝達関数）から起伏角制御量を算出してフィードフォワード制御を実施することで、荷振れなく迅速に地切りすることができる。加えて、調整するパラメータが少なくなることで、出荷時の調整を迅速かつ容易に実施できる。
（６）さらに、コントローラ４０は、ウインチ１３を巻上げて吊荷を地切りする際に、ウインチ１３を定速で巻上げるようにされていることが好ましい。このように構成すれば、慣性力等の外乱の影響を抑制して、応答（計測された荷重値）を安定させることで、地切り判定を容易にすることができる。
（７）また、本実施例の移動式クレーンであるラフテレーンクレーン１は、上述したいずれかの地切り判定装置Ｃ又は地切り制御装置Ｄを備えることで、荷振れを抑制しつつ、迅速に吊荷を地切りすることのできるラフテレーンクレーン１となる。
　以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
　例えば、実施例では特に説明しなかったが、ウインチ１３としてメインウインチを使用して地切りする場合でも、サブウインチを使用して地切りする場合でも、本発明の地切り制御装置Ｄを適用することができる。
Ｃ：地切り判定装置；　Ｄ：地切り制御装置；　ａ：線形係数；
１：ラフテレーンクレーン；　１０：車体；　１２：旋回台；
１３：ウインチ；　１４：ブーム；　１６：ワイヤ；　１７：フック；
２０：地切りスイッチ；
２１：ウインチ速度設定手段；
２２：圧力計（荷重計測手段）；
２３：起伏角度計（姿勢検出手段）；
３１：撓み振動フィルタ；　３２：起伏角振動フィルタ；
４０：コントローラ；
４０ａ：選択機能部；　４０ｂ：地切り判定機能部；
５１：旋回レバー；　５２：起伏レバー；
５３：伸縮レバー；　５４：ウインチレバー；
６１：旋回モータ；　６２：起伏シリンダ；
６３：伸縮シリンダ；　６４：ウインチモータ

Claims (8)

  1. 　起伏自在に構成されるブームと、
    　ワイヤロープを介して吊荷を巻上／巻下げるウインチと、
    　前記ブームに作用する荷重を計測する荷重計測手段と、
    　荷重データに含まれる前記ブームの撓み振動成分を減衰する撓み振動フィルタと、
    　前記ブーム及び前記ウインチを制御する制御部であって、前記ウインチを巻上げて吊荷を地切りする際に、前記撓み振動フィルタを通過させた荷重データの時間変化に基づいて地切りを判定するようになっている、制御部と、
    を備える、地切り判定装置。
  2. 　前記撓み振動フィルタは、あらかじめ前記ブームの長さと起伏角ごとに撓みによる固有振動数を求めて記憶しておいて、地切りする際の前記ブームの長さと起伏角に応じて対応する撓み振動成分を減衰するように構成されている、請求項１に記載された、地切り判定装置。
  3. 　荷重データに含まれる起伏角制御による曲げ振動成分を減衰する起伏角振動フィルタをさらに備え、前記制御部は、前記ウインチを巻上げて吊荷を地切りする際に、前記起伏角振動フィルタを通過させた荷重データの時間変化に基づいて地切りを判定するようになっている、請求項１又は請求項２に記載された、地切り判定装置。
  4. 　請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載された地切り判定装置を備える、地切り制御装置であって、
    　前記制御部は、前記ウインチを巻上げて吊荷を地切りする際に、計測された荷重の時間変化に基づいて前記ブームの起伏角度の変化量を求め、該変化量を補うように前記ブームを起伏させるようになっている、地切り制御装置。
  5. 　前記ブームの姿勢を計測する姿勢計測手段をさらに備え、
    　前記制御部は、計測された前記ブームの姿勢の初期値と、計測された荷重の初期値と、に基づいて対応する特性テーブル又は伝達関数を選択し、該特性テーブル又は伝達関数を使用して、計測された荷重の時間変化から前記ブームの起伏角度の変化量を求めるようになっている、請求項４に記載された、地切り制御装置。
  6. 　前記制御部は、前記ウインチを巻上げて吊荷を地切りする際に、前記ウインチを定速で巻上げるようにされている、請求項４又は請求項５に記載された、地切り制御装置。
  7. 　請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載された地切り判定装置を備える、移動式クレーン。
  8. 　請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載された地切り制御装置を備える、移動式クレーン。
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