WO2021132507A1 - 作業機の制御システムおよびクレーン - Google Patents

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WO2021132507A1
WO2021132507A1 PCT/JP2020/048541 JP2020048541W WO2021132507A1 WO 2021132507 A1 WO2021132507 A1 WO 2021132507A1 JP 2020048541 W JP2020048541 W JP 2020048541W WO 2021132507 A1 WO2021132507 A1 WO 2021132507A1
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WO
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signal
target
boom
control system
luggage
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PCT/JP2020/048541
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English (en)
French (fr)
Inventor
佳成 南
Original Assignee
株式会社タダノ
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Publication date
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Priority to JP2021567641A priority patent/JP7201105B2/ja
Priority to US17/777,911 priority patent/US20220411233A1/en
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    • B66F9/24—Electrical devices or systems
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00—Control of position or direction
    • G05D3/12—Control of position or direction using feedback

Definitions

  • the present invention relates to a work machine control system and a crane.
  • the crane described in Patent Document 1 acquires a speed signal related to the operating speed of the operating tool and a directional signal related to the operating direction from the operating terminal. For this reason, a discontinuous acceleration may occur at the start or stop of movement in which the speed signal from the operation terminal is input in the form of a step function, and the load may sway. Therefore, the speed signal that minimizes the positioning of the crane to the target position and the swing angle of the cargo by compensating for the delay by the foresight gain along with the optimum control that feeds back the speed, position, swing angular velocity of the cargo, and the swing angle of the crane.
  • a technique for controlling a crane is known (see Patent Document 2).
  • Patent Document 2 The crane described in Patent Document 2 is controlled so as to improve the positioning accuracy of the crane and minimize the runout of the cargo based on a predetermined mathematical model of the crane. Therefore, when the error of the mathematical model is large, the error of the future predicted value is also large, the positioning accuracy of the crane is lowered, and the runout of the load is increased, which is disadvantageous. In particular, in a mobile crane having a telescopic boom, the amount of deflection of the boom may affect the positioning accuracy of the crane.
  • An object of the present invention is to provide a working machine control system and a crane capable of controlling an actuator while considering the influence of bending of the working machine.
  • a control system that controls the actuator of a work machine with a boom.
  • a signal processing unit that generates a signal related to the target operating amount of the actuator from the input signal
  • a feedback control unit that controls the actuator based on the difference between the signal related to the target operating amount and the signal related to the operating amount of the feedback actuator.
  • a feedforward control unit that controls the actuator based on a signal related to the target amount of operation in cooperation with the feedback control unit and learns the characteristics of the actuator by adjusting the weighting factor based on the teacher signal.
  • the signal processing unit corrects the intermediate information generated in the process of generating the signal regarding the target operating amount based on the information regarding the deflection acquired from the calculation unit, and generates the signal regarding the target operating amount.
  • One aspect of the crane according to the present invention is equipped with the above-mentioned control system.
  • FIG. 1 is a side view showing the overall configuration of the crane.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a control configuration of the crane.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a control configuration of the control device according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing a reverse dynamics model of a crane.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a control configuration of the control system according to the present embodiment.
  • FIG. 6A is a plan view showing the deflection of the boom in the turning direction.
  • FIG. 6B is a side view showing the deflection of the boom in the undulating direction.
  • FIG. 7 is a diagram showing a flowchart showing a crane control process.
  • FIG. 8 is a diagram showing a flowchart showing a target trajectory calculation process in the crane control process.
  • FIG. 9 is a diagram showing a flowchart showing a boom position calculation process in the crane control process.
  • FIG. 10 is a diagram showing a flowchart showing a boom position correction
  • the crane 1 will be described as a working machine according to an embodiment of the present invention with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the crane 1 is a mobile crane (rough terrain crane).
  • the crane 1 (rough terrain crane) will be described as the working machine, but the working machine may be an all-terrain crane, a truck crane, a loaded truck crane, or the like.
  • the present invention is also applicable to a work device for suspending a load with a wire rope.
  • the working machine is not limited to the crane, and may be a working machine having a boom (for example, an aerial work platform).
  • the crane 1 is a mobile crane that can move to an unspecified place.
  • the crane 1 has a luggage moving operation tool 32 (see FIG. 2) capable of operating the vehicle 2, the crane device 6 which is a working device, and the crane device 6 based on the luggage W reference.
  • the vehicle 2 is a traveling body that conveys the crane device 6.
  • the vehicle 2 has a plurality of wheels 3 and travels by using the engine 4 as a power source.
  • the vehicle 2 is provided with an outrigger 5.
  • the outrigger 5 is composed of an overhang beam that can be extended by flood control on both sides of the vehicle 2 in the width direction and a hydraulic jack cylinder that can be extended in a direction perpendicular to the ground.
  • the vehicle 2 can expand the workable range of the crane 1 by extending the outrigger 5 in the width direction of the vehicle 2 and grounding the jack cylinder.
  • the crane device 6 is a work device for lifting the luggage W with a wire rope.
  • the crane device 6 includes a swivel 7, a boom 9, a jib 9a, a main hook block 10, a sub hook block 11, an undulating hydraulic cylinder 12, a main winch 13, a main wire rope 14, a sub winch 15, a sub wire rope 16, and a cabin. It is equipped with 17 and the like.
  • the swivel base 7 is a drive device that makes the crane device 6 swivelable.
  • the swivel base 7 is provided on the frame of the vehicle 2 via an annular bearing.
  • the swivel base 7 is rotatably configured with the central axis of the annular bearing as the center of rotation.
  • the swivel base 7 is provided with a hydraulic swivel hydraulic motor 8 which is an actuator.
  • the swivel base 7 is configured to be swivelable in one direction and the other direction by a swivel hydraulic motor 8.
  • the swivel camera 7b (see FIG. 2), which is a luggage position detection unit, is a monitoring device that photographs obstacles, people, etc. around the swivel 7.
  • the swivel camera 7b is provided on the left and right sides in front of the swivel 7 and on the left and right sides behind the swivel 7.
  • Each swivel camera 7b covers the entire circumference of the swivel 7 as a monitoring range by photographing the periphery of each installation location. Further, the swivel camera 7b arranged on the left and right sides in front of the swivel 7 is configured to be usable as a set of stereo cameras.
  • the swivel camera 7b in front of the swivel 7 can be configured as a luggage position detection unit that detects the position information of the suspended luggage W by using it as a set of stereo cameras.
  • the luggage position detection unit may be configured by a boom camera 9b, which will be described later. Further, the luggage position detection unit may be any one capable of detecting the position information of the luggage W such as a millimeter wave radar, an acceleration sensor, or a GNSS.
  • the swivel hydraulic motor 8 is an actuator that is rotationally operated by a swivel valve 23 (see FIG. 2), which is an electromagnetic proportional switching valve.
  • the swivel valve 23 can control the flow rate of the hydraulic oil supplied to the swivel hydraulic motor 8 to an arbitrary flow rate.
  • the swivel base 7 is configured to be controllable to an arbitrary swivel speed via a swivel hydraulic motor 8 that is rotationally operated by the swivel valve 23.
  • the swivel table 7 is provided with a swivel sensor 27 (see FIG. 2) which is a swivel angle detection unit that detects the swivel angle ⁇ z (see FIG. 4) and the swivel speed of the swivel table 7.
  • the boom 9 is a movable strut that supports the wire rope so that the luggage W can be lifted.
  • the boom 9 is composed of a plurality of boom members.
  • the boom 9 is provided so that the base end of the base boom member can swing at substantially the center of the swivel base 7.
  • the boom 9 is configured to be able to expand and contract in the axial direction by moving each boom member with an expansion / contraction hydraulic cylinder (not shown) which is an actuator. Further, the boom 9 is provided with a jib 9a.
  • the expansion / contraction hydraulic cylinder (not shown) is an actuator that is expanded / contracted by the expansion / contraction valve 24 (see FIG. 2), which is an electromagnetic proportional switching valve.
  • the expansion / contraction valve 24 can control the flow rate of the hydraulic oil supplied to the expansion / contraction hydraulic cylinder to an arbitrary flow rate.
  • the boom 9 is provided with an expansion / contraction sensor 28, which is an expansion / contraction length detecting unit for detecting the length of the boom 9, and an orientation sensor 29 for detecting an orientation centered on the tip of the boom 9.
  • an expansion / contraction sensor 28 which is an expansion / contraction length detecting unit for detecting the length of the boom 9, and an orientation sensor 29 for detecting an orientation centered on the tip of the boom 9.
  • the boom camera 9b (see FIG. 2) is a detection device that photographs the luggage W and the features around the luggage W.
  • the boom camera 9b is provided at the tip of the boom 9.
  • the boom camera 9b is configured to be able to photograph features and terrain around the luggage W and the crane 1 from vertically above the luggage W.
  • the main hook block 10 and the sub hook block 11 are hanging tools for hanging the luggage W.
  • the main hook block 10 is provided with a plurality of hook sheaves around which the main wire rope 14 is wound and a main hook 10a for suspending the luggage W.
  • the sub-hook block 11 is provided with a sub-hook 11a for suspending the luggage W.
  • the undulating hydraulic cylinder 12 is an actuator that raises and lays down the boom 9 and holds the posture of the boom 9.
  • the end of the cylinder portion is swingably connected to the swivel base 7, and the end of the rod portion is swingably connected to the base boom member of the boom 9.
  • the undulating hydraulic cylinder 12 is expanded and contracted by the undulating valve 25 (see FIG. 2), which is an electromagnetic proportional switching valve.
  • the undulation valve 25 can control the flow rate of the hydraulic oil supplied to the undulation hydraulic cylinder 12 to an arbitrary flow rate.
  • the boom 9 is provided with an undulation sensor 30 (see FIG. 2), which is an undulation angle detecting unit that detects the undulation angle ⁇ x (see FIG. 4).
  • the main winch 13 and the sub winch 15 are winding devices that carry out (wind up) and unwind (roll down) the main wire rope 14 and the sub wire rope 16.
  • the main winch 13 is driven by rotating the main drum around which the main wire rope 14 is wound by a main hydraulic motor (not shown) which is an actuator.
  • sub winch 15 is driven by rotating the sub drum around which the sub wire rope 16 is wound by a sub hydraulic motor (not shown) which is an actuator.
  • the main hydraulic motor is rotated by the main valve 26m (see FIG. 2), which is an electromagnetic proportional switching valve.
  • the main winch 13 is configured to be driven at an arbitrary feeding speed and an arbitrary feeding speed by controlling the main hydraulic motor by the main valve 26m.
  • the sub winch 15 is configured to be driven at an arbitrary feed-in speed and an arbitrary feed-out speed by controlling the sub-hydraulic motor by the sub-valve 26s (see FIG. 2) which is an electromagnetic proportional switching valve. Has been done.
  • the main winch 13 and the sub winch 15 are provided with a winding sensor 33 (see FIG. 2) for detecting the feeding amount l (n) of the main wire rope 14 and the sub wire rope 16, respectively.
  • Cabin 17 is a cockpit covered with a housing.
  • the cabin 17 is mounted on the swivel base 7.
  • the cabin 17 is provided with a driver's seat (not shown).
  • an operation tool for operating the vehicle 2 and a turning operation tool 18 for operating the crane device 6, an undulation operation tool 19, a telescopic operation tool 20, a main drum operation tool 21m, and a sub-drum operation tool 21s Etc. are provided (see FIG. 2).
  • the swivel operating tool 18 can operate the swivel hydraulic motor 8.
  • the undulation operation tool 19 can operate the undulation hydraulic cylinder 12.
  • the expansion / contraction operating tool 20 can operate the expansion / contraction hydraulic cylinder.
  • the main drum operating tool 21m can operate the main hydraulic motor.
  • the sub drum operating tool 21s can operate the sub hydraulic motor.
  • the cabin 17 is provided with a luggage movement operation tool 32 which is a luggage movement operation unit for inputting a movement direction and a movement speed of the luggage W.
  • the luggage movement operating tool 32 is an operating tool for inputting instructions regarding the moving direction and speed of the luggage W on a horizontal surface.
  • the luggage movement operating tool 32 is composed of an operating lever and a sensor (not shown) that detects the tilting direction and tilting amount of the operating lever.
  • the luggage movement operating tool 32 is configured so that the operating lever can be tilted in any direction.
  • the luggage movement operating tool 32 relates to the tilting direction of the operation stick and the tilting amount thereof detected by a sensor (not shown) as the extension direction of the boom 9 from the seating direction of the driver's seat to the front direction (hereinafter, simply referred to as “forward direction”).
  • the operation signal is configured to be transmitted to the control device 31 (see FIG. 2).
  • the crane 1 is tilted.
  • the luggage W is moved from the north, which is the extension direction of the boom 9, to the northwest, which is the direction of the tilt angle of 45 °, at a speed corresponding to the tilt amount of the luggage movement operating tool 32.
  • the luggage movement operating tool 32 may be configured to be provided in the remote control terminal.
  • the control device 31 is a control device 31 that controls the actuator of the crane device 6 via each operation valve.
  • the control device 31 is provided in the cabin 17.
  • the control device 31 may actually have a configuration in which a CPU (processor), a ROM, a RAM, an HDD, etc. are connected by a bus, or a configuration including a one-chip LSI (control circuit) or the like. You may.
  • the control device 31 stores various programs and data for controlling the operation of each actuator, switching valve, sensor, and the like.
  • the control device 31 is connected to a swivel camera 7b, a boom camera 9b, a swivel operation tool 18, an undulation operation tool 19, a telescopic operation tool 20, a main drum operation tool 21m, and a sub drum operation tool 21s.
  • the control device 31 acquires the image from the swivel camera 7b and the image from the boom camera 9b.
  • the control device 31 can acquire the operating amounts of the turning operation tool 18, the undulation operation tool 19, the main drum operation tool 21m, and the sub-drum operation tool 21s.
  • the control device 31 is connected to the swivel valve 23, the expansion / contraction valve 24, the undulation valve 25, the main valve 26 m, and the sub valve 26s.
  • the control device 31 has a turning valve 23, an undulating valve 25, a main valve 26m, and a sub valve 26s with a target operating signal Md (not shown) or a correction target operating signal AMd (not shown), which is the target operating amount of each valve (FIG. 3). See) can be communicated.
  • the control device 31 is connected to the turning sensor 27, the expansion / contraction sensor 28, the orientation sensor 29, the undulation sensor 30, and the winding sensor 33.
  • the control device 31 has a swivel angle ⁇ z of the swivel base 7, an expansion / contraction length lb (n) of the boom 9, an undulation angle ⁇ x of the boom 9, a main wire rope 14 or a sub wire rope 16 (hereinafter, simply referred to as “wire rope”).
  • the feeding amount l (n) of.) And the orientation centered on the tip of the boom 9 can be obtained.
  • the control device 31 generates a target operation signal Md corresponding to each operation tool based on the operation amounts of the turning operation tool 18, the undulation operation tool 19, the main drum operation tool 21m, and the sub drum operation tool 21s.
  • the control device 31 When considering the influence of the deflection angle of the boom 9 as described later, the control device 31 generates a correction target operation signal AMD corresponding to each operating tool.
  • the crane 1 configured in this way can move the crane device 6 to an arbitrary position by traveling the vehicle 2.
  • the boom 9 is erected at an arbitrary undulation angle ⁇ x by the undulating hydraulic cylinder 12 by the operation of the undulating operation tool 19, and the boom 9 is extended to an arbitrary boom 9 length by the operation of the expansion / contraction operation tool 20.
  • the lift and working radius of the crane device 6 can be expanded by making the crane device 6 work.
  • the crane 1 can transport the luggage W by lifting the luggage W by the sub-drum operating tool 21s or the like and turning the swivel base 7 by operating the swivel operating tool 18.
  • the control device 31 calculates the target trajectory signal Pd ⁇ (see FIG. 3) of the luggage W based on the orientation of the tip of the boom 9 acquired by the orientation sensor 29. Further, the control device 31 calculates the target position coordinate p (n + 1) of the luggage W, which is the target position of the luggage W, from the target trajectory signal Pd ⁇ .
  • the control device 31 is a target operation signal Md or a correction target of the turning valve 23, the expansion / contraction valve 24, the undulating valve 25, the main valve 26m, and the sub valve 26s that move the luggage W to the target position coordinate p (n + 1).
  • the operation signal AMD (see FIG. 3) is generated.
  • the crane 1 moves the luggage W in the tilting direction of the luggage moving operation tool 32 at a speed corresponding to the tilting amount.
  • the crane 1 controls the swivel hydraulic motor 8, the telescopic hydraulic cylinder, the undulating hydraulic cylinder 12, the main hydraulic motor, and the like by the target operation signal Md or the correction target operation signal AMd.
  • the crane 1 is a control signal of the target moving speed of the luggage W, which is composed of the moving direction and the speed based on the operating direction of the luggage moving operating tool 32 with reference to the extending direction of the boom 9.
  • the target movement speed signal Vd is calculated for each unit time t, and the target position coordinates p (n + 1) of the luggage W are determined. Therefore, the operator does not lose the recognition of the operating direction of the crane device 6 with respect to the operating direction of the cargo moving operation tool 32.
  • the operation direction of the luggage movement operating tool 32 and the movement direction of the luggage W are calculated based on the extension direction of the boom 9, which is a common standard.
  • the crane device 6 can be easily and easily operated.
  • the luggage movement operating tool 32 is provided inside the cabin 17, but a terminal-side radio may be provided and provided in a remote-controlled terminal that can be remotely controlled from the outside of the cabin 17.
  • the target trajectory signal Pd ⁇ of the luggage W for generating the target operation signal Md (correction target operation signal AMd), which is implemented in the control device 31 of the crane device 6, and the boom.
  • the target position coordinate q (n + 1) of the tip of the boom 9 (the feeding position of the wire rope), which is the target position of the tip of the 9 (hereinafter, simply referred to as “target position coordinate q (n + 1) of the boom 9”).
  • the control device 31 has a target trajectory calculation unit 31a, a boom position calculation unit 31b, and an operation signal generation unit 31c. Further, the control device 31 uses a set of swivel camera 7b on the left and right sides in front of the swivel 7 as a stereo camera, and is configured to be able to acquire the current position information of the luggage W as a luggage position detection unit ( (See Fig. 2).
  • the target trajectory calculation unit 31a is a part of the control device 31 and converts the target moving speed signal Vd of the luggage W into the target trajectory signal Pd ⁇ of the luggage W.
  • the target trajectory calculation unit 31a can acquire the target movement speed signal Vd of the luggage W, which is composed of the movement direction and speed of the luggage W, from the luggage movement operating tool 32 every unit time t.
  • the target movement speed signal Vd corresponds to an example of information regarding the target speed of the luggage.
  • the target trajectory calculation unit 31a can integrate the acquired target movement speed signal Vd to calculate the target trajectory signal Pd ⁇ in the x-axis direction, y-axis direction, and z-axis direction of the luggage W for each unit time t. ..
  • the subscript ⁇ is a code representing any of the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction.
  • Such a target trajectory calculation unit 31a has the functions of the integrator 32a and the target value filter 35 shown in FIG. 5, which will be described later.
  • the boom position calculation unit 31b is a part of the control device 31, and can acquire the target trajectory signal Pd ⁇ from the target trajectory calculation unit 31a.
  • the boom position calculation unit 31b calculates the position coordinates of the tip of the boom 9 from the attitude information of the boom 9 and the target trajectory signal Pd ⁇ of the luggage W.
  • the boom position calculation unit 31b acquires the turning angle ⁇ z (n) of the turning table 7 from the turning sensor 27.
  • the boom position calculation unit 31b acquires the expansion / contraction length lb (n) from the expansion / contraction sensor 28.
  • the boom position calculation unit 31b acquires the undulation angle ⁇ x (n) from the undulation sensor 30.
  • the boom position calculation unit 31b acquires information on the load detected by the load detection unit 42 (see FIG. 2) from the load detection unit 42.
  • the information regarding the load may be regarded as information regarding the downward load acting on the tip of the boom 9 in the vertical direction.
  • the load information includes, for example, the weight of the wire rope unwound from the tip of the boom 9 and the weight of the members (luggage W, slinging tool, hook, etc.) suspended by the wire rope.
  • the boom position calculation unit 31b acquires the current position information of the luggage W from the images of the luggage W taken by a set of the swivel camera 7b arranged on the left and right sides in front of the swivel 7 (see FIG. 2). ..
  • the boom position calculation unit 31b calculates, for example, the current position coordinates p (n) of the baggage W from the acquired current position information of the baggage W. Further, the boom position calculation unit 31b is the tip of the boom 9 (of the wire rope), which is the current position of the tip of the boom 9 from the acquired turning angle ⁇ z (n), expansion / contraction length lb (n), and undulation angle ⁇ x (n).
  • the current position coordinate q (n) of the feeding position) (hereinafter, simply referred to as “current position coordinate q (n) of the boom 9”) can be calculated.
  • the boom position calculation unit 31b can calculate the wire rope feeding amount l (n) from the current position coordinates p (n) of the luggage W and the current position coordinates q (n) of the boom 9. Further, the boom position calculation unit 31b can calculate the target position coordinate p (n + 1) of the luggage W, which is the position of the luggage W after the lapse of the unit time t, from the target trajectory signal Pd ⁇ .
  • the boom position calculation unit 31b determines the tension f (n) of the wire rope from which the luggage W is suspended from the current position coordinate p (n) of the luggage W and the target position coordinate p (n + 1) of the luggage W, and the wire.
  • the rope direction vector e (n + 1) can be calculated.
  • the boom position calculation unit 31b uses the inverse kinematics model to obtain the target position coordinates q of the boom 9 after a unit time t has elapsed from the target position coordinates p (n + 1) of the luggage W and the direction vector e (n + 1) of the wire rope. It is configured to calculate (n + 1).
  • the boom position calculation unit 31b calculates information on the deflection of the crane 1. Specifically, the boom position calculation unit 31b is based on the attitude information of the crane 1, the tension f (n) of the wire rope calculated in the inverse kinematic model, and the direction vector e (n) which is the direction of the wire rope.
  • the vertical deflection angle ⁇ (n) and the turning direction deflection angle ⁇ (n) of the boom 9, which are examples of information on the deflection of the crane 1, are calculated (see FIGS. 6A and 6B).
  • the boom position calculation unit 31b includes a deflection angle ⁇ (n) in the vertical direction of the boom 9 (see the equation (7) described later) and a deflection angle ⁇ (n) in the turning direction of the boom 9 (formula (8) described later).
  • the current position coordinate q (n) of the boom 9 and the target position coordinate q (n + 1) of the boom 9 are corrected based on (see).
  • the boom position calculation unit 31b calculates the correction target operation signal AMD, which is the correction target operation amount, from the corrected current position coordinate q (n) of the boom 9 and the target position coordinate q (n + 1) of the boom 9.
  • the operation signal generation unit 31c is a part of the control device 31 and generates a correction target operation signal AMD or the like of each actuator from the corrected target position coordinates q (n + 1) of the boom 9 after the unit time t has elapsed.
  • the operation signal generation unit 31c can acquire the corrected target position coordinates q (n + 1) of the boom 9 after the unit time t has elapsed from the boom position calculation unit 31b.
  • the operation signal generation unit 31c is a swivel valve 23, a telescopic valve 24, an undulation valve 25, and a main valve based on the corrected current position coordinate q (n) of the boom 9 and the target position coordinate p (n + 1) of the luggage W. It is configured to generate a correction target operating signal AMd of the 26m and / or sub valve 26s, a feedback operating signal AMd1 and a feedforward operating signal AMd2, which will be described later.
  • the control device 31 defines a reverse dynamics model of the crane 1 for calculating the target position coordinates q (n + 1) of the boom 9.
  • the inverse dynamics model is defined in the XYZ coordinate system, with the origin O as the turning center of the boom 9.
  • the control device 31 defines q, p, lb, ⁇ x, ⁇ z, l, f and e in the inverse dynamics model, respectively.
  • q indicates, for example, the current position coordinate q (n) of the boom 9.
  • p indicates, for example, the current position coordinate p (n) of the luggage W.
  • lb indicates, for example, the expansion / contraction length lb (n) of the boom 9.
  • ⁇ x indicates, for example, the undulation angle ⁇ x (n).
  • ⁇ z indicates, for example, a turning angle ⁇ z (n).
  • l indicates, for example, the wire rope feeding amount l (n).
  • f indicates the tension f (n) of the wire rope.
  • e represents, for example, the direction vector e (n) of the wire rope.
  • the relationship between the target position q at the tip of the boom 9 and the target position p of the luggage W is derived from the target position p of the luggage W, the mass m of the luggage W, and the spring constant kf of the wire rope. It is represented by the equation (2). Further, the target position q at the tip of the boom 9 is calculated by the equation (3) which is a function of the time of the luggage W (a function representing the time t by n).
  • the wire rope feeding amount l (n) is calculated from the following formula (4).
  • the wire rope feeding amount l (n) is defined by the distance between the current position coordinate q (n) of the boom 9 which is the tip position of the boom 9 and the current position coordinate p (n) of the luggage W which is the position of the luggage W. The rope.
  • the wire rope direction vector e (n) is calculated from the following equation (5).
  • the wire rope direction vector e (n) is a vector of the unit length of the wire rope tension f (n) (see equation (2)).
  • the tension f (n) of the wire rope is obtained by subtracting the gravitational acceleration from the acceleration of the luggage W calculated from the current position coordinate p (n) of the luggage W and the target position coordinate p (n + 1) of the luggage W after the lapse of the unit time t. Is calculated.
  • the target position coordinate q (n + 1) of the boom 9, which is the target position of the tip of the boom 9 after the lapse of the unit time t, is calculated from the equation (6) expressing the equation (2) as a function of n.
  • ⁇ indicates the turning angle ⁇ z (n) of the boom 9.
  • the target position coordinate q (n + 1) of the boom 9 is calculated from the wire rope feeding amount l (n), the target position coordinate p (n + 1) of the luggage W, and the direction vector e (n + 1) using inverse kinetics. ..
  • the control system 34 of the crane 1 including the learning-type inverse kinetic model outputs the correction target operation signal AMd (feedback operation signal AMd1 and feedforward operation signal AMd2).
  • the process of generating and the process of correcting the current position coordinate q (n) and the target position coordinate q (n + 1) based on the information on the deflection of the crane 1 (specifically, the deflection angle of the boom 9) will be described.
  • the crane 1 includes a swivel camera 7b, a swivel sensor 27, a telescopic sensor 28, an undulation sensor 30, a luggage movement operating tool 32, a target value filter 35, a target operating amount calculation unit 36, and the like. It includes a deflection angle calculation unit 37, a feedback control unit 38, and a feedforward control unit 41.
  • the target trajectory calculation unit 31a, the boom position calculation unit 31b, and the operation signal generation unit 31c of the control device 31 cooperate with each other to perform the target operation amount calculation unit 36, the deflection angle calculation unit 37, and the feedback control unit 38. And the feedforward control unit 41.
  • control system 34 is a control system that controls the actuator of the crane, and is a signal processing unit that generates a signal (correction target operation signal AMd) regarding the target operation amount of the actuator. (Target value filter 35 and target operating amount calculation unit 36).
  • control system 34 has a feedback control unit 38 that controls the actuator based on the difference between the signal related to the target operating amount (corrected target operating signal AMd) and the feedback signal related to the operating amount of the actuator (actual operation signal Mdr). ..
  • control system 34 controls the actuator based on the signal related to the target operation amount (correction target operation signal AMd) in cooperation with the feedback control unit 38, and the teacher signal (correction target operation signal AMd and the actual operation signal Mdr)
  • the feedback control unit 41 is provided to learn the characteristics of the actuator by adjusting the weighting coefficient based on the difference between the two.
  • the signal processing unit (target value filter 35 and target operating amount calculation unit 36) of the control system 34 removes the pulse-like component from the input signal (target movement position signal Pd) and removes the pulse component to the input signal (target movement position signal Pd). Is converted into a signal relating to the target operating amount (corrected target operating signal AMd).
  • the signal processing unit of the control system 34 receives intermediate information (described later, the current position coordinates q (n) of the boom 9 and the boom 9) generated in the process of generating a signal related to the target operation amount (correction target operation signal AMd).
  • the target position coordinate q (n + 1)) is corrected based on the information regarding the deflection of the crane, and a signal regarding the target operating amount (corrected target operating signal AMd) is generated.
  • the target value filter 35 calculates the target trajectory signal Pd ⁇ of the luggage W from the target movement position signal Pd which is a control signal of the target movement position of the luggage W.
  • the target value filter 35 corresponds to an example of the signal processing unit and the first processing unit, and attenuates components having a frequency higher than a predetermined frequency included in the target moving position signal Pd.
  • the target movement position signal Pd of the luggage W obtained by converting the target movement speed signal Vd of the luggage movement operation tool 32 by the integrator 32a is input to the target value filter 35.
  • the integrator 32a corresponds to an example of the front processing unit.
  • the target movement position signal Pd of the luggage W corresponds to an example of an input signal input to the signal processing unit.
  • the target movement position signal Pd is, for example, a pulse-shaped (step-shaped) signal.
  • the target moving position signal Pd is converted into a target orbit signal Pd ⁇ from which the pulse-like component has been removed by applying the target value filter 35.
  • the target movement position signal Pd becomes a pulse-like (step-like) time change of the target orbit (in other words, the velocity in each axial direction of the position coordinates) by applying the target value filter 35. It is converted into a target orbit signal Pd ⁇ in which such a sudden change is suppressed.
  • the target value filter 35 includes, for example, the transfer function G (s) of the equation (1).
  • the transfer function G (s) is expressed in the form of partial fraction decomposition with T 1 , T 2 , T 3 , T 4 , C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 as coefficients and s as derivative elements.
  • the transfer function G (s) of the equation (1) is set for each of the x-axis, y-axis, and z-axis. In this way, the transfer function G (s) can be expressed as a superposition of the transfer functions of the first-order lag.
  • the target value filter 35 converts the target movement position signal Pd into the target orbit signal Pd ⁇ by multiplying the target movement position signal Pd of the luggage W by the transfer function G (s).
  • the target value filter 35 is not limited to the case of the present embodiment.
  • the target value filter 35 may be various filters capable of attenuating frequency components having a predetermined frequency or higher from the input signal.
  • the target value filter 35 may be a low-pass filter having a degree of 3rd order or less.
  • the target operation amount calculation unit 36 corresponds to an example of the signal processing unit and the second processing unit, and generates a correction target operation signal AMD based on the target trajectory signal Pd ⁇ .
  • the target operating amount calculation unit 36 uses the inverse kinetic model to obtain the target position of the luggage W from the attitude information of the crane 1, the current position information of the luggage W, and the target trajectory signal Pd ⁇ of the luggage W.
  • the position coordinate p (n + 1) and the correction target operation signal AMd of each actuator are generated.
  • the target working amount calculation unit 36 has a reverse dynamics model.
  • the target working amount calculation unit 36 is connected in series with the target value filter 35.
  • the target working amount calculation unit 36 is based on the target trajectory signal Pd ⁇ acquired from the target value filter 35, the current position coordinates p (n) of the luggage W calculated from the current position information of the luggage W acquired from the swivel camera 7b, and each sensor. From the acquired attitude information of the crane 1 (turning angle ⁇ z (n), expansion / contraction length lb (n), undulation angle ⁇ x (n)), the wire rope extension amount l (n) and unit time are used using a inverse kinematic model. The target position coordinate q (n + 1) of the boom 9 after the elapse of t is calculated.
  • the target operating amount calculation unit 36 generates a corrected target operating signal AMd representing the target operating amount of each actuator from the target position coordinates q (n + 1) calculated in the inverse kinematic model.
  • the deflection angle calculation unit 37 calculates information on the deflection of the crane 1. Specifically, the deflection angle calculation unit 37 includes the attitude information of the crane 1, the tension f (n) of the wire rope calculated in the inverse kinetic model of the target operating amount calculation unit 36, and the direction vector e which is the direction of the wire rope. Based on (n), the deflection angle ⁇ (n) in the vertical direction and the deflection angle ⁇ (n) in the turning direction of the boom 9 are calculated.
  • the vertical deflection angle ⁇ (n) in the boom 9 corresponds to an example of information regarding the vertical deflection angle of the boom.
  • the deflection angle ⁇ (n) in the turning direction of the boom 9 corresponds to an example of information regarding the deflection angle in the turning direction of the boom.
  • the deflection angle calculation unit 37 is connected in series to the target working amount calculation unit 36.
  • the deflection angle calculation unit 37 includes an undulation angle ⁇ x (n) detected by the undulation sensor 30, an expansion / contraction length lb (n) which is attitude information of the crane 1 detected by the expansion / contraction sensor 28, and a target operating amount calculation unit.
  • the tension f (n) of the wire rope calculated in the inverse dynamics model of 36 and the direction vector e (n) which is the direction of the wire rope are acquired.
  • the deflection angle calculation unit 37 includes a radial angle ⁇ (n) formed by the direction vector e (n) with respect to the axis of the boom 9 and a boom 9 formed by the direction vector e (n) with respect to the vertical line.
  • the circumferential angle ⁇ (n) which is the angle in the turning direction, is calculated (see FIG. 4).
  • the turning direction component force f ⁇ (n) f (n) ⁇ SIN ⁇ (n) of
  • the deflection angle calculation unit 37 has a vertical deflection angle ⁇ (n) and a boom in the boom 9 from the undulating direction component force f ⁇ (n) and the turning direction component force f ⁇ (n).
  • the deflection angle ⁇ (n) in the turning direction at 9 is calculated.
  • the deflection angle ⁇ (n) in the turning direction of the boom 9 is calculated from the following equation (8).
  • the deflection angle calculation unit 37 transmits the calculated deflection angle ⁇ (n) in the vertical direction of the boom 9 and the deflection angle ⁇ (n) in the turning direction of the boom 9 to the target operating amount calculation unit 36.
  • the deflection angle calculation unit 37 may calculate information on the deflection of the vehicle body of the crane 1 as information on the deflection.
  • the deflection angle calculation unit 37 transmits information on the deflection of the vehicle body of the crane 1 to the target operating amount calculation unit 36.
  • the target operating amount calculation unit 36 acquires the vertical deflection angle ⁇ (n) of the boom 9 and the turning direction deflection angle ⁇ (n) of the boom 9, the vertical deflection is obtained.
  • the current position coordinate q (n) of the boom 9 and the target position coordinate q (n + 1) of the boom 9 are corrected based on the angle ⁇ (n) and the deflection angle ⁇ (n) in the turning direction.
  • the current position coordinate q (n) of the boom 9 and the target position coordinate q (n + 1) of the boom 9 correspond to an example of intermediate information generated in the process of generating the correction target operation signal AMD in the target operation amount calculation unit 36.
  • the target operating amount calculation unit 36 calculates the corrected target operating amount AMD, which is the corrected target operating amount, from the corrected current position coordinate q (n) of the boom 9 and the target position coordinate q (n + 1) of the boom 9.
  • the corrected target operating signal AMD corresponds to an example of information regarding the target operating amount.
  • the feedback control unit 38 generates a feedback operation signal AMd1 which is a feedback operation amount of each actuator generated based on the difference between the correction target operation signal AMd and the actual operation signal Mdr representing the actual operation amount of each actuator with respect to the correction target operation signal AMd. Generate.
  • the feedback control unit 38 has a feedback controller 39 that generates a feedback operation signal AMd1.
  • the feedback controller 39 is connected in series to the target working amount calculation unit 36.
  • the feedback control unit 38 can acquire the actual operation signal Mdr from each sensor of the crane 1.
  • the feedback control unit 38 is configured to feed back the actual operation signal Mdr to the correction target operation signal AMD.
  • the feedback control unit 38 acquires the correction target operation signal AMD of the luggage W from the target operation amount calculation unit 36. Further, the feedback control unit 38 acquires the actual operation signal Mdr from each sensor of the crane 1.
  • the feedback control unit 38 feeds back (negative feedback) the acquired actual operation signal Mdr to the acquired correction target operation signal AMD.
  • the feedback control unit 38 calculates the feedback operation signal AMD1 based on the difference of the actual operation signal Mdr with respect to the correction target operation signal AMD.
  • the feedforward control unit 41 generates a feedforward operation signal AMD2, which is a feedforward operation amount of each actuator, based on the correction target operation signal AMD.
  • a feedforward control unit 41 has a learning type inverse dynamics model 40.
  • the feedforward control unit 41 has, for example, a learning type inverse dynamics model 40 in which a plurality of characteristics of the crane 1 are represented by n subsystems.
  • the learning type inverse dynamics model 40 is connected in parallel to the target working amount calculation unit 36.
  • a plurality of first subsystems SM1, second subsystem SM2, third subsystem SM3 ... nth subsystem SMN are connected in parallel. That is, each subsystem of the learning type inverse dynamics model 40 is connected in parallel with the feedback controller 39.
  • the feedforward control unit 41 adjusts the weighting coefficients w 1 , w 2 , w 3 ... And w n of each model based on the difference of the actual operation signal Mdr with respect to the correction target operation signal AMD. As described above, the feedforward control unit 41 is configured to be able to acquire the learning type inverse dynamics model 40 having the characteristics of the crane 1 by adjusting the weighting coefficient of the learning type inverse dynamics model 40.
  • the feedforward control unit 41 acquires the correction target operation signal AMD from the target operation amount calculation unit 36. Further, the feedforward control unit 41 acquires the difference of the actual operation signal Mdr with respect to the correction target operation signal AMD from the feedback control unit 38.
  • the feedforward control unit 41 adjusts the weighting coefficients w 1 , w 2 , w 3 ... And w n of each model based on the difference of the actual operation signal Mdr with respect to the correction target operation signal AMD. That is, the feedforward control unit 41 adjusts the weighting coefficient of one layer of the learning type inverse dynamics model 40 from the actual operating amount with respect to the target operating amount, so that the characteristics of each subsystem adapt to the actual characteristics of the crane 1. ..
  • the feedforward control unit 41 generates the feedforward operation signal AMD2 of each actuator based on the correction target operation signal AMD.
  • the feedforward control unit 41 adds the generated feedforward operation signal AMd2 to the feedback operation signal AMd1.
  • the control system 34 of the crane 1 adds an operation signal (final operation signal) obtained by adding the feedback operation signal AMd1 calculated by the feedback control unit 38 and the feedforward operation signal AMd2 calculated by the feedforward control unit 41 to each of the cranes 1. Send to the actuator.
  • final operation signal obtained by adding the feedback operation signal AMd1 calculated by the feedback control unit 38 and the feedforward operation signal AMd2 calculated by the feedforward control unit 41 to each of the cranes 1. Send to the actuator.
  • the control system 34 transmits the feedback operation signal AMd1 and the feed forward operation signal AMd2 to each actuator, and then feeds back the actual operation signal Mdr detected by each sensor of the crane 1 to obtain the actual operation signal Mdr from the correction target operation signal AMd. Subtract.
  • the control system 34 adjusts the weighting coefficient of the learning type inverse dynamics model 40 based on the difference of the actual operation signal Mdr with respect to the correction target operation signal AMD.
  • the adjustment amount of the weighting coefficient of the learning type inverse dynamics model 40 becomes smaller. That is, in the control system 34, as the characteristics of the learning type inverse dynamics model 40 are approximated to the characteristics of the crane 1 by learning, the ratio of control by the feedback operation signal AMd1 calculated by the feedback control unit 38 decreases, and the feedforward operation is performed. The rate of control by the signal AMd2 increases.
  • step S100 the control system 34 starts the target trajectory calculation step A and shifts the step to step S101 (see FIG. 8). Then, when the target trajectory calculation step A is completed, the step is shifted to step S200 (see FIG. 7).
  • step S200 the control system 34 starts the boom position calculation step B and shifts the step to step S201 (see FIG. 9). Then, when the boom position calculation step B is completed, the step is shifted to step S300 (see FIG. 7).
  • step S300 the control system 34 starts the boom position correction step C and shifts the step to step S301 (see FIG. 10). Then, when the boom position correction step C is completed, the step is shifted to step S110 (see FIG. 7).
  • step S110 the control system 34 calculates the correction target operation signal AMD from the corrected target position coordinates q (n + 1) of the boom 9 in the target operation amount calculation unit 36, and steps the step. Move to S120.
  • the target position coordinate q (n + 1) of the boom 9 before correction is simply referred to as the target position coordinate q (n + 1) of the boom 9.
  • the corrected target position coordinate q (n + 1) of the boom 9 is referred to as the corrected target position coordinate q (n + 1) of the boom 9.
  • step S120 the control system 34 acquires the actual operation signal Mdr from each sensor of the crane 1 and shifts the step to step S130.
  • step S130 the control system 34 calculates the difference between the correction target operation signal AMD and the actual operation signal Mdr in the feedback control unit 38, and shifts the step to step S140.
  • step S140 the control system 34 generates the feedback operation signal AMD1 in the feedback controller 39 based on the difference between the correction target operation signal AMD and the actual operation signal Mdr, and shifts the step to step S150.
  • step S131 in the feedforward control unit 41, the control system 34 uses the weighting coefficients w1, w2, w3, ... -Adjust wn and shift the step to step S400.
  • step S400 the control system 34 starts the boom position calculation step B and shifts the step to step S401 (see FIG. 9). Then, when the boom position calculation step B is completed, the step is shifted to step S500 (see FIG. 7).
  • step S500 the control system 34 starts the boom position correction step C and shifts the step to step S501 (see FIG. 10). Then, when the boom position correction step C is completed, the step is shifted to step S132 (see FIG. 7).
  • step S132 the control system 34 generates a feedforward operation signal AMd2 from the corrected target position coordinates q (n + 1), and shifts the step to step S150.
  • step S150 the control system 34 adds the feedback operation signal AMd1 and the feedforward operation signal AMd2, and shifts the step to step S160.
  • step S160 the control system 34 transmits a signal (also referred to as a final operation signal) obtained by adding the feedback operation signal AMd1 and the feedforward operation signal AMd2 to each actuator of the crane 1 to shift the step to step S100.
  • a signal also referred to as a final operation signal
  • step S101 of the target trajectory calculation step A the control system 34 acquires the target moving speed signal Vd of the luggage W.
  • the target movement speed signal Vd of the luggage W is a signal input when the operator operates the luggage movement operation tool 32.
  • step S102 of FIG. 8 the control system 34 acquires the target movement position signal Pd of the luggage W.
  • the target movement position signal Pd of the luggage W is a signal generated by integrating the target movement speed signal Vd with the integrator 32a.
  • step S103 of FIG. 8 the control system 34 acquires the target trajectory signal Pd ⁇ .
  • the target trajectory signal Pd ⁇ is a signal calculated by filtering the target movement position signal Pd with the target value filter 35. Then, the control system 34 ends the target trajectory calculation step A and shifts the step to step S200 (see FIG. 9).
  • the control system 34 has a turning angle ⁇ z (n) and an expansion / contraction length lb (n) of the swivel base 7 in the target operating amount calculation unit 36.
  • the current position coordinate q (n) of the boom 9 is calculated from the undulation angle ⁇ x (n) of the boom 9, and the steps are shifted to steps S202 and S402.
  • control system 34 uses the above equation (4) from the current position coordinates p (n) of the luggage W and the current position coordinates q (n) of the boom 9 in the target operating amount calculation unit 36.
  • the wire rope feeding amount l (n) is calculated, and the steps are shifted to steps S203 and S403.
  • the control system 34 uses the current position coordinate p (n) of the luggage W as a reference at the target position of the luggage W after a unit time t has elapsed from the target trajectory signal Pd ⁇ .
  • the target position coordinates p (n + 1) of a certain luggage W are calculated, and the steps are shifted to steps S204 and S404.
  • the control system 34 calculates the acceleration of the luggage W from the current position coordinate p (n) of the luggage W and the target position coordinate p (n + 1) of the luggage W in the target operating amount calculation unit 36.
  • the direction vector e (n + 1) of the wire rope is calculated using the above equation (5), and the steps are shifted to steps S205 and S405.
  • step S205 and S405 the control system 34 uses the above equation (6) from the wire rope feeding amount l (n) calculated by the target operating amount calculation unit 36 and the wire rope direction vector e (n + 1).
  • the target position coordinate q (n + 1) of the boom 9 is calculated, the boom position calculation step B is completed, and the step is shifted to step S300 or step S500 (see FIG. 10).
  • the control system 34 in the deflection angle calculation unit 37 in the deflection angle calculation unit 37, in the deflection angle calculation unit 37, the tension f (n) of the wire rope and the direction vector e (direction vector e) which is the direction of the wire rope.
  • the circumferential angle ⁇ (n) is calculated, and the steps are shifted to steps S302 and S502.
  • the control system 34 determines the undulating component force f ⁇ (n) of the tension f (n) from the tension f (n) of the wire rope and the radial angle ⁇ (n) in the deflection angle calculation unit 37. The calculation is performed, the turning direction component force f ⁇ (n) of the tension f (n) is calculated from the tension f (n) of the wire rope and the circumferential angle ⁇ (n), and the step is shifted to steps S303 and S503.
  • the control system 34 uses the above equation (7) from the undulating direction component force f ⁇ (n) of the tension f (n) in the deflection angle calculation unit 37 to determine the vertical deflection angle in the boom 9. ⁇ (n) is calculated, and the deflection angle ⁇ (n) in the turning direction of the boom 9 is calculated from the turning direction component force f ⁇ (n) of the tension f (n) using the above equation (8). Then, the control system 34 transmits the deflection angle ⁇ (n) in the vertical direction and the deflection angle ⁇ (n) in the turning direction to the target operating amount calculation unit 36, and shifts the steps to steps S304 and S504.
  • the control system 34 determines the current position coordinates of the boom 9 based on the vertical deflection angle ⁇ (n) and the turning direction deflection angle ⁇ (n) of the boom 9 in the target operating amount calculation unit 36.
  • the target position coordinates q (n + 1) of q (n) and the boom 9 are corrected, the boom position correction step C is completed, and the steps are shifted to steps S110 and S132 (see FIG. 7).
  • the current position coordinate q (n) of the boom 9 and the target position coordinate q (n + 1) of the boom 9 correspond to an example of intermediate information generated in the process of generating a signal (correction target operation signal AMd) relating to the target operation amount.
  • the control system 34 of the crane 1 calculates the target position coordinates q (n + 1) of the boom 9 by repeating the target trajectory calculation step A and the boom position calculation step B, and after the unit time t elapses, the wire rope feeding amount
  • the direction vector e (n + 2) of the wire rope is calculated based on l (n + 1), the current position coordinate p (n + 1) of the luggage W, and the target position coordinate p (n + 2) of the luggage W.
  • control system 34 further calculates the target position coordinates q (n + 2) of the boom 9 after the lapse of the unit time t based on the wire rope feeding amount l (n + 1) and the wire rope direction vector e (n + 2). To do.
  • control system 34 calculates the direction vector e (n) of the wire rope, and uses the inverse kinetics to obtain the current position coordinate p (n + 1) of the luggage W, the target position coordinate p (n + 2) of the luggage W, and the wire rope.
  • the target position coordinates q (n + 2) of the boom 9 after the unit time t are sequentially calculated based on the direction vector e (n + 2) of.
  • the control system 34 generates a correction target operation signal AMD based on the target position coordinates q (n + 2) of the boom 9 and controls each actuator.
  • the learning type inverse dynamics model 40 of the control system 34 is composed of a plurality of subsystems having clear physical characteristics. Further, the learning type inverse dynamics model 40 can be regarded as a one-layer neural network by multiplying the outputs from the plurality of subsystems by weighting coefficients.
  • the learning-type inverse dynamics model 40 independently adjusts the weighting coefficients w1, w2, w3 ... Wn based on the difference between the target operation signal Md (corrected target operation signal AMd) and the actual operation signal Mdr. , 1st subsystem SM1, 2nd subsystem SM2, 3rd subsystem SM3 ...
  • the physical characteristics of the nth subsystem SMn can be approximated to the characteristics of the crane 1.
  • the control system 34 of the crane 1 corrects the current position coordinate q (n) of the boom 9 and the target position coordinate (n + 1) of the boom 9 by the boom position correction step C based on the information regarding the deflection of the crane 1. Therefore, the correction target operation signal AMd of each actuator of the crane considering the deflection of the boom 9 is generated. As a result, the control system 34 of the crane 1 can suppress the influence of the deflection of the boom 9 that changes depending on the expansion / contraction length of the boom 9.
  • the information regarding the deflection of the crane 1 may include information regarding the deflection of the vehicle body of the crane 1 as well as information regarding the deflection angle of the boom 9.
  • control system 34 of the crane 1 has a weighting coefficient w1 of the learning type inverse dynamics model 40 while flexibly responding to changes in its dynamic characteristics while considering the deflection of the boom 9 during the operation of the crane 1. Identifies w2, w3, ... wn.
  • the higher-order transfer function is adjusted for each of a plurality of lower-order first subsystems SM1, second subsystem SM2, third subsystem SM3 ... nth subsystem SMn.
  • control system 34 takes into account the amount of elastic deformation (information about deflection) of the boom 9 that cannot be calculated by the learning type inverse dynamics model 40, the target position coordinates q (n + 1) of the boom 9 are calculated. The system will improve.
  • the control system 34 suppresses the shaking of the luggage W by learning the dynamic characteristics of the crane 1 in consideration of the deflection of the boom 9 from the movement of the luggage W when controlling the actuator with the luggage W as a reference.
  • the luggage W can be moved in a manner in line with the intention of the operator.
  • control system 34 is a model in which the learning type inverse dynamics model 40 is configured as a plurality of subsystems, but other physical characteristics are clear.
  • control system 34 feeds because the correction target operation signal AMd input to the learning type inverse dynamics model 40 is generated based on the target trajectory signal Pd ⁇ filtered by the target value filter 35 which is a low-pass filter.
  • the generation of singular points in the differential operation in the forward control unit 41 is suppressed. Therefore, the convergence of learning of the learning type inverse dynamics model 40 in the control system 34 is promoted.
  • the control system 34 controls the actuator with the luggage W as a reference, the luggage W can be moved in a manner in accordance with the intention of the operator while suppressing the shaking of the luggage W.

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Abstract

制御システムは、ブームを有する作業機のアクチュエータを制御する制御システムであって、入力信号からアクチュエータの目標作動量に関する信号を生成す信号処理部と、目標作動量に関する信号とフィードバックしたアクチュエータの作動量に関する信号との差分に基づいてアクチュエータを制御するフィードバック制御部と、フィードバック制御部と協働しつつ目標作動量に関する信号に基づいてアクチュエータを制御し、教師信号に基づいて重み係数を調整することでアクチュエータの特性を学習するフィードフォワード制御部と、作業機のたわみに関する情報を算出する算出部と、を備え、信号処理部は、目標作動量に関する信号の生成過程で生成される中間情報を、算出部から取得したたわみに関する情報に基づいて補正して、目標作動量に関する信号を生成する。

Description

作業機の制御システムおよびクレーン
　本発明は、作業機の制御システムおよびクレーンに関する。
　従来、移動式クレーン等において、各アクチュエータが操作端末等で操作されるクレーンが提案されている。このようなクレーンは、操作端末からの荷物を基準とした操作指令信号によって操作されるので、オペレータは、各アクチュエータの作動速度、作動量、および作動タイミング等を意識することなく直観的に操作することができる（特許文献１参照）。
　特許文献１に記載のクレーンは、操作端末から操作具の操作速度に関する速度信号と操作方向に関する方向信号とを取得する。このため、操作端末からの速度信号がステップ関数の態様で入力される移動開始時や停止時に不連続な加速度が生じて荷物に揺れが発生することがあった。そこで、クレーンの速度、位置、荷物の振れ角速度、および振れ角をフィードバックする最適制御とともに予見ゲインによって遅れを補償することで、クレーンの目標位置への位置決めと荷物の振れ角を最小とする速度信号によってクレーンを制御する技術が知られている（特許文献２参照）。
　特許文献２に記載のクレーンは、予め定められたクレーンの数学モデルに基づいて、クレーンの位置決め精度を向上させて荷物の振れを最小にするような制御を行う。従って、数学モデルの誤差が大きい場合、将来の予測値の誤差も大きくなり、クレーンの位置決め精度が低下し、荷物の振れが増大してしまう点で不利であった。特に、伸縮ブームを有する移動式クレーンでは、ブームのたわみ量がクレーンの位置決め精度に影響する場合があった。
特開２０１０－２２８９０５号公報 特開平７－８１８７６号公報
　本発明の目的は、作業機のたわみの影響を考慮しつつアクチュエータを制御できる作業機の制御システムおよびクレーンを提供することである。
　本発明に係る作業機の制御システムの一態様は、
　ブームを有する作業機のアクチュエータを制御する制御システムであって、
　入力信号からアクチュエータの目標作動量に関する信号を生成す信号処理部と、
　目標作動量に関する信号とフィードバックしたアクチュエータの作動量に関する信号との差分に基づいてアクチュエータを制御するフィードバック制御部と、
　フィードバック制御部と協働しつつ目標作動量に関する信号に基づいてアクチュエータを制御し、教師信号に基づいて重み係数を調整することでアクチュエータの特性を学習するフィードフォワード制御部と、
　作業機のたわみに関する情報を算出する算出部と、を備え、
　信号処理部は、目標作動量に関する信号の生成過程で生成される中間情報を、算出部から取得したたわみに関する情報に基づいて補正して、目標作動量に関する信号を生成する。
　本発明に係るクレーンの一態様は、上述の制御システムを搭載している。
　本発明によれば、作業機のたわみの影響を考慮しつつアクチュエータを制御できる作業機の制御システムおよびクレーンを提供できる。
図１は、クレーンの全体構成を示す側面図である。 図２は、クレーンの制御構成を示すブロック図である。 図３は、本実施形態における制御装置の制御構成を示すブロック図である。 図４は、クレーンの逆動力学モデルを示す図である。 図５は、本実施形態における制御システムの制御構成を示すブロック図である。 図６Ａは、ブームの旋回方向のたわみを示す平面図である。 図６Ｂは、ブームの起伏方向のたわみを示す側面図である。 図７は、クレーンの制御工程を示すフローチャートを表す図である。 図８は、クレーンの制御工程における目標軌道算出工程を示すフローチャートを表す図である。 図９は、クレーンの制御工程におけるブーム位置算出工程を示すフローチャートを表す図である。 図１０は、クレーンの制御工程におけるブーム位置補正工程を示すフローチャートを表す図である。
　［実施形態］
　以下に、図１と図２とを用いて、本発明の一実施形態に係る作業機としてクレーン１について説明する。クレーン１は、移動式クレーン（ラフテレーンクレーン）である。なお、本実施形態においては、作業機としてクレーン１（ラフテレーンクレーン）ついて説明を行うが、作業機は、オールテレーンクレーン、トラッククレーン、または積載型トラッククレーン等でもよい。また、本発明は、ワイヤロープで荷物を吊り下げる作業装置にも適用可能である。また、作業機は、クレーンに限定されず、ブームを有する作業機（例えば、高所作業車）であってもよい。
　以下の説明において、「（ｎ）、（ｎ＋１）、（ｎ＋２）」は、単位時間ｔ毎に取得される情報（例えばワイヤロープの繰り出し量）のうち、ｎ番目、ｎ＋１番目、ｎ＋２番目に取得した情報を意味する。つまり、「（ｎ）」は、情報の取得開始からｎ×単位時間ｔ経過後に取得した情報を意味する。また、「（ｎ＋１）」は、情報の取得開始から（ｎ＋１）×単位時間ｔ経過後に取得した情報を意味する。また、「（ｎ＋２）」は、情報の取得開始から（ｎ＋２）×単位時間ｔ経過後に取得した情報を意味する。なお、「×」は、乗算を意味する。
　図１に示すように、クレーン１は、不特定の場所に移動可能な移動式クレーンである。クレーン１は、車両２、作業装置であるクレーン装置６およびクレーン装置６を荷物Ｗ基準で操作可能な荷物移動操作具３２（図２参照）を有する。
　車両２は、クレーン装置６を搬送する走行体である。車両２は、複数の車輪３を有し、エンジン４を動力源として走行する。車両２には、アウトリガ５が設けられている。アウトリガ５は、車両２の幅方向両側に油圧によって延伸可能な張り出しビームと地面に垂直な方向に延伸可能な油圧式のジャッキシリンダとから構成されている。
　車両２は、アウトリガ５を車両２の幅方向に延伸させるとともにジャッキシリンダを接地させることにより、クレーン１の作業可能範囲を広げることができる。
　クレーン装置６は、荷物Ｗをワイヤロープによって吊り上げる作業装置である。クレーン装置６は、旋回台７、ブーム９、ジブ９ａ、メインフックブロック１０、サブフックブロック１１、起伏用油圧シリンダ１２、メインウインチ１３、メインワイヤロープ１４、サブウインチ１５、サブワイヤロープ１６およびキャビン１７等を具備する。
　旋回台７は、クレーン装置６を旋回可能に構成する駆動装置である。旋回台７は、円環状の軸受を介して車両２のフレーム上に設けられる。旋回台７は、円環状の軸受の中心軸を回転中心として回転自在に構成されている。
　旋回台７には、アクチュエータである油圧式の旋回用油圧モータ８が設けられている。旋回台７は、旋回用油圧モータ８によって一方向と他方向とに旋回可能に構成されている。
　荷物位置検出部である旋回台カメラ７ｂ（図２参照）は、旋回台７の周辺の障害物や人物等を撮影する監視装置である。旋回台カメラ７ｂは、旋回台７の前方の左右両側および旋回台７の後方の左右両側に設けられている。
　各旋回台カメラ７ｂは、それぞれの設置個所の周辺を撮影することで、旋回台７の全周囲を監視範囲としてカバーしている。また、旋回台７の前方の左右両側にそれぞれ配置されている旋回台カメラ７ｂは、一組のステレオカメラとして使用可能に構成されている。
　つまり、旋回台７の前方の旋回台カメラ７ｂは、一組のステレオカメラとして使用することで吊り下げられている荷物Ｗの位置情報を検出する荷物位置検出部として構成することができる。
　なお、荷物位置検出部は、後述するブームカメラ９ｂで構成してもよい。また、荷物位置検出部は、ミリ波レーダー、加速度センサまたはＧＮＳＳ等の荷物Ｗの位置情報を検出できるものであればよい。
　旋回用油圧モータ８は、電磁比例切換弁である旋回用バルブ２３（図２参照）によって回転操作されるアクチュエータである。旋回用バルブ２３は、旋回用油圧モータ８に供給される作動油の流量を任意の流量に制御することができる。
　つまり、旋回台７は、旋回用バルブ２３によって回転操作される旋回用油圧モータ８を介して任意の旋回速度に制御可能に構成されている。旋回台７には、旋回台７の旋回角度θｚ（図４参照）と旋回速度とを検出する旋回角度検出部である旋回用センサ２７（図２参照）が設けられている。
　ブーム９は、荷物Ｗを吊り上げ可能な状態にワイヤロープを支持する可動支柱である。ブーム９は、複数のブーム部材から構成されている。ブーム９は、ベースブーム部材の基端が旋回台７の略中央に揺動可能に設けられている。
　ブーム９は、各ブーム部材をアクチュエータである図示しない伸縮用油圧シリンダで移動させることで軸方向に伸縮自在に構成されている。また、ブーム９には、ジブ９ａが設けられている。
　図示しない伸縮用油圧シリンダは、電磁比例切換弁である伸縮用バルブ２４（図２参照）によって伸縮操作されるアクチュエータである。伸縮用バルブ２４は、伸縮用油圧シリンダに供給される作動油の流量を任意の流量に制御することができる。
　ブーム９には、ブーム９の長さを検出する伸縮長さ検出部である伸縮用センサ２８と、ブーム９の先端を中心とする方位を検出する方位センサ２９とが設けられている。
　ブームカメラ９ｂ（図２参照）は、荷物Ｗおよび荷物Ｗの周辺の地物を撮影する検知装置である。ブームカメラ９ｂは、ブーム９の先端部に設けられている。ブームカメラ９ｂは、荷物Ｗの鉛直上方から荷物Ｗおよびクレーン１周辺の地物や地形を撮影可能に構成されている。
　メインフックブロック１０とサブフックブロック１１とは、荷物Ｗを吊る吊り具である。メインフックブロック１０には、メインワイヤロープ１４が巻き掛けられる複数のフックシーブと、荷物Ｗを吊るメインフック１０ａとが設けられている。サブフックブロック１１には、荷物Ｗを吊るサブフック１１ａが設けられている。
　起伏用油圧シリンダ１２は、ブーム９を起立および倒伏させ、ブーム９の姿勢を保持するアクチュエータである。起伏用油圧シリンダ１２は、シリンダ部の端部が旋回台７に揺動自在に連結され、ロッド部の端部がブーム９のベースブーム部材に揺動自在に連結されている。
　起伏用油圧シリンダ１２は、電磁比例切換弁である起伏用バルブ２５（図２参照）によって伸縮操作される。起伏用バルブ２５は、起伏用油圧シリンダ１２に供給される作動油の流量を任意の流量に制御することができる。ブーム９には、起伏角度θｘ（図４参照）を検出する起伏角度検出部である起伏用センサ３０（図２参照）が設けられている。
　メインウインチ１３とサブウインチ１５とは、メインワイヤロープ１４とサブワイヤロープ１６との繰り入れ（巻き上げ）および繰り出し（巻き下げ）を行う巻回装置である。
　メインウインチ１３は、メインワイヤロープ１４が巻きつけられたメインドラムがアクチュエータであるメイン用油圧モータ（不図示）によって回転されることで駆動する。
　また、サブウインチ１５は、サブワイヤロープ１６が巻きつけられたサブドラムがアクチュエータであるサブ用油圧モータ（不図示）によって回転されることで駆動する。
　メイン用油圧モータは、電磁比例切換弁であるメイン用バルブ２６ｍ（図２参照）によって回転操作される。メインウインチ１３は、メイン用バルブ２６ｍによってメイン用油圧モータを制御されることにより、任意の繰り入れ速度および任意の繰り出し速度で駆動するように構成されている。
　同様に、サブウインチ１５は、電磁比例切換弁であるサブ用バルブ２６ｓ（図２参照）によってサブ用油圧モータを制御されることにより、任意の繰り入れ速度および任意の繰り出し速度で駆動するように構成されている。
　メインウインチ１３とサブウインチ１５とには、メインワイヤロープ１４とサブワイヤロープ１６の繰り出し量ｌ（ｎ）をそれぞれ検出する巻回用センサ３３（図２参照）が設けられている。
　キャビン１７は、筐体に覆われた操縦席である。キャビン１７は、旋回台７に搭載されている。キャビン１７には、図示しない操縦席が設けられている。操縦席には、車両２を走行操作するための操作具やクレーン装置６を操作するための旋回操作具１８、起伏操作具１９、伸縮操作具２０、メインドラム操作具２１ｍ、およびサブドラム操作具２１ｓ等が設けられている（図２参照）。
　旋回操作具１８は、旋回用油圧モータ８を操作することができる。起伏操作具１９は、起伏用油圧シリンダ１２を操作することができる。伸縮操作具２０は、伸縮用油圧シリンダを操作することができる。メインドラム操作具２１ｍは、メイン用油圧モータを操作することができる。サブドラム操作具２１ｓは、サブ用油圧モータを操作することができる。
　キャビン１７には、荷物Ｗの移動方向と移動速さを入力する荷物移動操作部である荷物移動操作具３２が設けられている。荷物移動操作具３２は、水平面において荷物Ｗの移動方向と速さについての指示を入力する操作具である。
　荷物移動操作具３２は、操作レバーおよび操作レバーの傾倒方向および傾倒量を検出する図示しないセンサから構成されている。荷物移動操作具３２は、操作レバーが任意の方向に傾倒操作可能に構成されている。
　荷物移動操作具３２は、操縦席の着座方向から前方向（以下、単に「前方向」と記す）をブーム９の延伸方向として図示しないセンサで検出した操作スティックの傾倒方向とその傾倒量についての操作信号を制御装置３１（図２参照）に伝達するように構成されている。
　例えば、ブーム９の先端が北を向いている状態において荷物移動操作具３２が前方向に対して左方向に傾倒角度４５°の方向に任意の傾倒量だけ傾倒操作された場合、クレーン１は、ブーム９の延伸方向である北から傾倒角度４５°の方向である北西に、荷物移動操作具３２の傾倒量に応じた速さで荷物Ｗを移動させる。なお、荷物移動操作具３２は、遠隔操作端末に設けられる構成でもよい。
　図２に示すように、制御装置３１は、各操作弁を介してクレーン装置６のアクチュエータを制御する制御装置３１である。制御装置３１は、キャビン１７内に設けられている。制御装置３１は、実体的には、ＣＰＵ（プロセッサー）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、およびＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ（制御回路）等からなる構成であってもよい。制御装置３１は、各アクチュエータや切換えバルブ、センサ等の動作を制御するために種々のプログラムやデータが格納されている。
　制御装置３１は、旋回台カメラ７ｂ、ブームカメラ９ｂ、旋回操作具１８、起伏操作具１９、伸縮操作具２０、メインドラム操作具２１ｍおよびサブドラム操作具２１ｓに接続されている。
　制御装置３１は、旋回台カメラ７ｂからの映像およびブームカメラ９ｂからの映像を取得する。制御装置３１は、旋回操作具１８、起伏操作具１９、メインドラム操作具２１ｍおよびサブドラム操作具２１ｓのそれぞれの操作量を取得することができる。
　制御装置３１は、旋回用バルブ２３、伸縮用バルブ２４、起伏用バルブ２５、メイン用バルブ２６ｍおよびサブ用バルブ２６ｓに接続されている。制御装置３１は、旋回用バルブ２３、起伏用バルブ２５、メイン用バルブ２６ｍおよびサブ用バルブ２６ｓに各バルブの目標作動量である目標作動信号Ｍｄ（不図示）または補正目標作動信号ＡＭｄ（図３参照）を伝達することができる。
　制御装置３１は、旋回用センサ２７、伸縮用センサ２８、方位センサ２９、起伏用センサ３０および巻回用センサ３３に接続されている。
　制御装置３１は、旋回台７の旋回角度θｚ、ブーム９の伸縮長さｌｂ（ｎ）、ブーム９の起伏角度θｘ、メインワイヤロープ１４またはサブワイヤロープ１６（以下、単に「ワイヤロープ」と記す。）の繰り出し量ｌ（ｎ）、およびブーム９の先端を中心とした方位を取得することができる。
　制御装置３１は、旋回操作具１８、起伏操作具１９、メインドラム操作具２１ｍおよびサブドラム操作具２１ｓの操作量に基づいて各操作具に対応した目標作動信号Ｍｄを生成する。尚、後述のようにブーム９のたわみ角の影響を考慮する場合、制御装置３１は、各操作具に対応する補正目標作動信号ＡＭｄを生成する。
　このように構成されるクレーン１は、車両２を走行させることで任意の位置にクレーン装置６を移動させることができる。
　また、クレーン１は、起伏操作具１９の操作によって起伏用油圧シリンダ１２でブーム９を任意の起伏角度θｘに起立させて、伸縮操作具２０の操作によってブーム９を任意のブーム９長さに延伸させたりすることでクレーン装置６の揚程や作業半径を拡大することができる。
　また、クレーン１は、サブドラム操作具２１ｓ等によって荷物Ｗを吊り上げて、旋回操作具１８の操作によって旋回台７を旋回させることで荷物Ｗを搬送することができる。
　制御装置３１は、方位センサ２９が取得したブーム９の先端の方位に基づいて、荷物Ｗの目標軌道信号Ｐｄα（図３参照）を算出する。さらに、制御装置３１は、目標軌道信号Ｐｄαから荷物Ｗの目標位置である荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）を算出する。
　制御装置３１は、目標位置座標ｐ（ｎ＋１）に荷物Ｗを移動させる旋回用バルブ２３、伸縮用バルブ２４、起伏用バルブ２５、メイン用バルブ２６ｍおよびサブ用バルブ２６ｓの目標作動信号Ｍｄ又は補正目標作動信号ＡＭｄ（図３参照）を生成する。
　クレーン１は、荷物移動操作具３２の傾倒方向に向けて傾倒量に応じた速さで荷物Ｗを移動させる。この際、クレーン１は、旋回用油圧モータ８、伸縮用油圧シリンダ、起伏用油圧シリンダ１２およびメイン用油圧モータ等を目標作動信号Ｍｄ又は補正目標作動信号ＡＭｄによって制御する。
　このように構成することで、クレーン１は、ブーム９の延伸方向を基準として、荷物移動操作具３２の操作方向に基づいた移動方向と速さとからなる荷物Ｗの目標移動速度の制御信号である目標移動速度信号Ｖｄを単位時間ｔ毎に算出し、荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）を決定する。よって、操縦者は、荷物移動操作具３２の操作方向に対するクレーン装置６の作動方向の認識を喪失することがない。
　つまり、荷物移動操作具３２の操作方向と荷物Ｗの移動方向とが共通の基準であるブーム９の延伸方向に基づいて算出されている。これにより、クレーン装置６の操作を容易かつ簡単に行うことができる。
　なお、本実施形態において、荷物移動操作具３２は、キャビン１７の内部に設けられているが、端末側無線機を設けてキャビン１７の外部から遠隔操作可能な遠隔操作端末に設けてもよい。
　次に、図３から図９を用いて、クレーン装置６の制御装置３１において実施される、目標作動信号Ｍｄ（補正目標作動信号ＡＭｄ）を生成するための荷物Ｗの目標軌道信号Ｐｄα、およびブーム９の先端の目標位置であるブーム９の先端（ワイヤロープの繰り出し位置）の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）（以下、単に「ブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）」と記す。）を算出する制御工程の一例について説明する。
　図３に示すように、制御装置３１は、目標軌道算出部３１ａ、ブーム位置算出部３１ｂ、および作動信号生成部３１ｃを有している。また、制御装置３１は、旋回台７の前方の左右両側の一組の旋回台カメラ７ｂをステレオカメラとして使用し、荷物位置検出部として荷物Ｗの現在位置情報を取得可能に構成されている（図２参照）。
　図３に示すように、目標軌道算出部３１ａは、制御装置３１の一部であり、荷物Ｗの目標移動速度信号Ｖｄを荷物Ｗの目標軌道信号Ｐｄαに変換する。目標軌道算出部３１ａは、荷物Ｗの移動方向および速さから構成されている荷物Ｗの目標移動速度信号Ｖｄを荷物移動操作具３２から単位時間ｔ毎に取得することができる。標移動速度信号Ｖｄは、荷物の目標速度に関する情報の一例に該当する。
　また、目標軌道算出部３１ａは、取得した目標移動速度信号Ｖｄを積分して単位時間ｔ毎の荷物Ｗのｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の目標軌道信号Ｐｄαを算出することができる。ここで、添え字αは、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向のいずれかを表す符号である。このような目標軌道算出部３１ａは、後述の図５に示す積分器３２ａ及び目標値フィルタ３５の機能を有する。
　ブーム位置算出部３１ｂは、制御装置３１の一部であり、目標軌道算出部３１ａから目標軌道信号Ｐｄαを取得することができる。ブーム位置算出部３１ｂは、ブーム９の姿勢情報と荷物Ｗの目標軌道信号Ｐｄαからブーム９の先端の位置座標を算出する。
　ブーム位置算出部３１ｂは、旋回用センサ２７から旋回台７の旋回角度θｚ（ｎ）を取得する。ブーム位置算出部３１ｂは、伸縮用センサ２８から伸縮長さｌｂ（ｎ）を取得する。ブーム位置算出部３１ｂは、起伏用センサ３０から起伏角度θｘ（ｎ）を取得する。
　また、ブーム位置算出部３１ｂは、荷重検出部４２（図２参照）が検出した荷重に関する情報を、荷重検出部４２から取得する。荷重に関する情報は、ブーム９の先端部に作用する鉛直方向における下向きの荷重に関する情報と捉えてよい。
　荷重に関する情報は、例えば、ブーム９の先端部から繰り出されたワイヤロープの重量、および、ワイヤロープにより吊られた部材（荷物Ｗ、玉掛具、及びフック等）の重量を含む。ブーム位置算出部３１ｂは、旋回台７の前方の左右両側にそれぞれ配置されている一組の旋回台カメラ７ｂが撮影した荷物Ｗの画像から荷物Ｗの現在位置情報を取得する（図２参照）。
　ブーム位置算出部３１ｂは、例えば、取得した荷物Ｗの現在位置情報から荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）を算出する。また、ブーム位置算出部３１ｂは、取得した旋回角度θｚ（ｎ）、伸縮長さｌｂ（ｎ）、起伏角度θｘ（ｎ）からブーム９の先端の現在位置であるブーム９の先端（ワイヤロープの繰り出し位置）の現在位置座標ｑ（ｎ）（以下、単に「ブーム９の現在位置座標ｑ（ｎ）」と記す）を算出することができる。
　また、ブーム位置算出部３１ｂは、荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）とブーム９の現在位置座標ｑ（ｎ）とからワイヤロープの繰り出し量ｌ（ｎ）を算出することができる。また、ブーム位置算出部３１ｂは、目標軌道信号Ｐｄαから単位時間ｔ経過後の荷物Ｗの位置である荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）を算出することができる。
　さらに、ブーム位置算出部３１ｂは、荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）と荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）とから荷物Ｗが吊り下げられているワイヤロープの張力ｆ（ｎ）、ワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ＋１）を算出することができる。
　ブーム位置算出部３１ｂは、逆動力学モデルを用いて荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）と、ワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ＋１）とから単位時間ｔ経過後のブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）を算出するように構成されている。
　さらに、ブーム位置算出部３１ｂは、クレーン１のたわみに関する情報を算出する。具体的には、ブーム位置算出部３１ｂは、クレーン１の姿勢情報、逆動力学モデルにおいて算出したワイヤロープの張力ｆ（ｎ）およびワイヤロープの方向である方向ベクトルｅ（ｎ）に基づいて、クレーン１のたわみに関する情報の一例である、ブーム９における鉛直方向のたわみ角δ（ｎ）と旋回方向のたわみ角ε（ｎ）を算出する（図６Ａおよび図６Ｂ参照）。
　ブーム位置算出部３１ｂは、ブーム９における鉛直方向のたわみ角δ（ｎ）と（後述する式（７）参照）、ブーム９における旋回方向のたわみ角ε（ｎ）と（後述する式（８）参照）に基づいてブーム９の現在位置座標ｑ（ｎ）およびブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）を補正する。
　さらに、ブーム位置算出部３１ｂは、補正したブーム９の現在位置座標ｑ（ｎ）およびブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）から補正目標作動量である補正目標作動信号ＡＭｄを算出する。
　作動信号生成部３１ｃは、制御装置３１の一部であり、単位時間ｔ経過後の補正したブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）から各アクチュエータの補正目標作動信号ＡＭｄ等を生成する。
　作動信号生成部３１ｃは、ブーム位置算出部３１ｂから単位時間ｔ経過後の補正したブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）を取得することができる。作動信号生成部３１ｃは、補正したブーム９の現在位置座標ｑ（ｎ）と荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）とから旋回用バルブ２３、伸縮用バルブ２４、起伏用バルブ２５、メイン用バルブ２６ｍ、および／またはサブ用バルブ２６ｓの補正目標作動信号ＡＭｄ、後述するフィードバック作動信号ＡＭｄ１およびフィードフォワード作動信号ＡＭｄ２を生成するように構成されている。
　次に、図４に示すように、制御装置３１は、ブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）を算出するためのクレーン１の逆動力学モデルを定める。逆動力学モデルは、ＸＹＺ座標系に定義され、原点Ｏをブーム９の旋回中心とする。
　制御装置３１は、逆動力学モデルにおいて、ｑ、ｐ、ｌｂ、θｘ、θｚ、ｌ、ｆおよびｅをそれぞれ定義する。ｑは、例えばブーム９の現在位置座標ｑ（ｎ）を示す。ｐは、例えば荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）を示す。ｌｂは、例えばブーム９の伸縮長さｌｂ（ｎ）示す。θｘは、例えば起伏角度θｘ（ｎ）を示す。θｚは、例えば旋回角度θｚ（ｎ）を示す。ｌは、例えばワイヤロープの繰り出し量ｌ（ｎ）を示す。ｆはワイヤロープの張力ｆ（ｎ）を示す。ｅは、例えばワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ）を示す。
　このように定まる逆動力学モデルにおいてブーム９の先端の目標位置ｑと荷物Ｗの目標位置ｐとの関係が、荷物Ｗの目標位置ｐと荷物Ｗの質量ｍとワイヤロープのばね定数ｋｆとから式（２）によって表される。また、ブーム９の先端の目標位置ｑが、荷物Ｗの時間の関数（時間ｔをｎで表した関数）である式（３）によって算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 ｆ：ワイヤロープの張力、ｋｆ：ばね定数、ｍ：荷物Ｗの質量、ｑ：ブーム９の先端の現在位置または目標位置、ｐ：荷物Ｗの現在位置または目標位置、ｌ：ワイヤロープの繰出し量、ｅ：方向ベクトル、ｇ：重力加速度
　ワイヤロープの繰り出し量ｌ（ｎ）は、以下の式（４）から算出される。ワイヤロープの繰り出し量ｌ（ｎ）は、ブーム９の先端位置であるブーム９の現在位置座標ｑ（ｎ）と荷物Ｗの位置である荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）の距離で定義される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ）は、以下の式（５）から算出される。ワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ）は、ワイヤロープの張力ｆ（ｎ）（式（２）参照）の単位長さのベクトルである。ワイヤロープの張力ｆ（ｎ）は、荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）と単位時間ｔ経過後の荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）から算出される荷物Ｗの加速度から重力加速度を減算して算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　単位時間ｔ経過後のブーム９の先端の目標位置であるブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）は、式（２）をｎの関数で表した式（６）から算出される。ここで、αは、ブーム９の旋回角度θｚ（ｎ）を示している。
　ブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）は、逆動力学を用いてワイヤロープの繰り出し量ｌ（ｎ）と荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）と方向ベクトルｅ（ｎ＋１）とから算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　次に、図５、図６Ａ、および図６Ｂを用いて、学習型逆動力学モデルを含むクレーン１の制御システム３４が、補正目標作動信号ＡＭｄ（フィードバック作動信号ＡＭｄ１およびフィードフォワード作動信号ＡＭｄ２）を生成する処理、および、クレーン１のたわみに関する情報（具体的には、ブーム９のたわみ角）に基づいて現在位置座標ｑ（ｎ）および目標位置座標ｑ（ｎ＋１）を補正する処理について説明する。
　クレーン１は、クレーン１の制御システム３４として、旋回台カメラ７ｂ、旋回用センサ２７、伸縮用センサ２８、起伏用センサ３０、荷物移動操作具３２、目標値フィルタ３５、目標作動量算出部３６、たわみ角算出部３７、フィードバック制御部３８およびフィードフォワード制御部４１とを含む。
　制御システム３４は、制御装置３１の目標軌道算出部３１ａ、ブーム位置算出部３１ｂおよび作動信号生成部３１ｃが協働することにより、目標作動量算出部３６とたわみ角算出部３７とフィードバック制御部３８とフィードフォワード制御部４１とを構成している。
　本実施形態の場合、制御システム３４は、図５に示すように、クレーンのアクチュエータを制御する制御システムであって、アクチュエータの目標作動量に関する信号（補正目標作動信号ＡＭｄ）を生成する信号処理部（目標値フィルタ３５および目標作動量算出部３６）を有する。
　また、制御システム３４は、目標作動量に関する信号（補正目標作動信号ＡＭｄ）とフィードバックしたアクチュエータの作動量に関する信号（実作動信号Ｍｄｒ）との差分に基づいてアクチュエータを制御するフィードバック制御部３８を有する。
　また、制御システム３４は、フィードバック制御部３８と協働しつつ目標作動量に関する信号（補正目標作動信号ＡＭｄ）に基づいてアクチュエータを制御し、教師信号（補正目標作動信号ＡＭｄと実作動信号Ｍｄｒとの差分）に基づいて重み係数を調整することでアクチュエータの特性を学習するフィードフォワード制御部４１を備える。
　また、制御システム３４の信号処理部（目標値フィルタ３５および目標作動量算出部３６）は、入力信号（目標移動位置信号Ｐｄ）からパルス状成分を除去して入力信号（目標移動位置信号Ｐｄ）を目標作動量に関する信号（補正目標作動信号ＡＭｄ）に変換する。
　さらに、制御システム３４の信号処理部は、目標作動量に関する信号（補正目標作動信号ＡＭｄ）の生成過程で生成される中間情報（後述の、ブーム９の現在位置座標ｑ（ｎ）およびブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１））を、クレーンのたわみに関する情報に基づいて補正して、目標作動量に関する信号（補正目標作動信号ＡＭｄ）を生成する。
　具体的には、図５に示すように、目標値フィルタ３５は、荷物Ｗの目標移動位置の制御信号である目標移動位置信号Ｐｄから荷物Ｗの目標軌道信号Ｐｄαを算出する。目標値フィルタ３５は、信号処理部および第一処理部の一例に該当し、目標移動位置信号Ｐｄに含まれる所定の周波数以上の周波数の成分を減衰させる。
　目標値フィルタ３５には、荷物移動操作具３２の目標移動速度信号Ｖｄを積分器３２ａによって変換した荷物Ｗの目標移動位置信号Ｐｄが入力される。積分器３２ａは、前側処理部の一例に該当する。
　荷物Ｗの目標移動位置信号Ｐｄは、信号処理部に入力される入力信号の一例に該当する。目標移動位置信号Ｐｄは、例えば、パルス状（ステップ状）の信号である。目標移動位置信号Ｐｄは、目標値フィルタ３５が適用されることにより、パルス状成分を除去された目標軌道信号Ｐｄαに変換される。
　換言すれば、目標移動位置信号Ｐｄは、目標値フィルタ３５が適用されることにより、目標軌道の時間変化（換言すれば、位置座標の各軸方向の速度）がパルス状（ステップ状）になるような急激な変化が抑制された目標軌道信号Ｐｄαに変換される。
　このような目標軌道信号Ｐｄαは、パルス状成分を含まないため、フィードフォワード制御部４１における微分操作による特異点（急激な位置変動）の発生が抑制される。
　目標値フィルタ３５は、例えば、式（１）の伝達関数Ｇ（ｓ）からなる。伝達関数Ｇ（ｓ）は、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を係数、ｓを微分要素として部分分数分解した形式で表現している。式（１）の伝達関数Ｇ（ｓ）は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸毎に設定されている。このように、伝達関数Ｇ（ｓ）は、１次遅れの伝達関数を重ね合わせたものとして表現することができる。目標値フィルタ３５は、荷物Ｗの目標移動位置信号Ｐｄに伝達関数Ｇ（ｓ）を乗算することで、目標移動位置信号Ｐｄを目標軌道信号Ｐｄαに変換する。なお、目標値フィルタ３５は、本実施形態の場合に限定されない。目標値フィルタ３５は、入力信号から所定周波数以上の周波数成分を減衰できる種々のフィルタであってよい。例えば、目標値フィルタ３５は、次数が３次以下のローパスフィルタあってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４：係数、ｓ：微分要素
　目標作動量算出部３６は、信号処理部および第二処理部の一例に該当し、目標軌道信号Ｐｄαに基づいて、補正目標作動信号ＡＭｄを生成する。
　具体的には、目標作動量算出部３６は、逆動力学モデルを用いて、クレーン１の姿勢情報、荷物Ｗの現在位置情報および荷物Ｗの目標軌道信号Ｐｄαから荷物Ｗの目標位置である目標位置座標ｐ（ｎ＋１）および各アクチュエータの補正目標作動信号ＡＭｄを生成する。目標作動量算出部３６は、逆動力学モデルを有する。
　目標作動量算出部３６は、目標値フィルタ３５に直列に接続されている。目標作動量算出部３６は、目標値フィルタ３５から取得した目標軌道信号Ｐｄα、旋回台カメラ７ｂから取得した荷物Ｗの現在位置情報から算出した荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）および各センサから取得したクレーン１の姿勢情報（旋回角度θｚ（ｎ）、伸縮長さｌｂ（ｎ）、起伏角度θｘ（ｎ））から逆動力学モデルを用いてワイヤロープの繰り出し量ｌ（ｎ）および単位時間ｔ経過後のブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）を算出する。
　次に、目標作動量算出部３６は、逆動力学モデルにおいて算出した目標位置座標ｑ（ｎ＋１）から各アクチュエータの目標作動量を表す補正目標作動信号ＡＭｄを生成する。
　たわみ角算出部３７は、クレーン１のたわみに関する情報を算出する。具体的には、たわみ角算出部３７は、クレーン１の姿勢情報、目標作動量算出部３６の逆動力学モデルにおいて算出したワイヤロープの張力ｆ（ｎ）およびワイヤロープの方向である方向ベクトルｅ（ｎ）に基づいて、ブーム９における鉛直方向のたわみ角δ（ｎ）と旋回方向のたわみ角ε（ｎ）を算出する。
　ブーム９における鉛直方向のたわみ角δ（ｎ）は、ブームの鉛直方向のたわみ角に関する情報の一例に該当する。ブーム９における旋回方向のたわみ角ε（ｎ）は、ブームの旋回方向のたわみ角に関する情報の一例に該当する。
　たわみ角算出部３７は、目標作動量算出部３６に直列に接続されている。たわみ角算出部３７は、起伏用センサ３０が検出した起伏角度θｘ（ｎ）と、伸縮用センサ２８が検出したクレーン１の姿勢情報である伸縮長さｌｂ（ｎ）と、目標作動量算出部３６の逆動力学モデルにおいて算出したワイヤロープの張力ｆ（ｎ）およびワイヤロープの方向である方向ベクトルｅ（ｎ）とを取得する。
　たわみ角算出部３７は、ブーム９の軸線に対して方向ベクトルｅ（ｎ）がなす角度である径方向角度β（ｎ）と、鉛直線に対して方向ベクトルｅ（ｎ）がなすブーム９の旋回方向の角度である周方向角度γ（ｎ）を算出する（図４参照）。
　さらに、たわみ角算出部３７は、張力ｆ（ｎ）におけるブーム９の軸線に垂直な起伏方向分力ｆβ（ｎ）＝ｆ（ｎ）×ＳＩＮβ（ｎ）と、張力ｆ（ｎ）におけるブーム９の旋回方向分力ｆγ（ｎ）＝ｆ（ｎ）×ＳＩＮγ（ｎ）とを算出する。
　図６Ａおよび図６Ｂに示すように、たわみ角算出部３７は、起伏方向分力ｆβ（ｎ）と旋回方向分力ｆγ（ｎ）とからブーム９における鉛直方向のたわみ角δ（ｎ）とブーム９における旋回方向のたわみ角ε（ｎ）とを算出する。
　Ｅをブーム９に用いられている材料の縦弾性係数、Ｉをブーム９の断面２次モーメントとして、ブーム９における鉛直方向のたわみ角δ（ｎ）は、以下の式（７）から算出される。
　同様に、ブーム９における旋回方向のたわみ角ε（ｎ）は、以下の式（８）から算出される。たわみ角算出部３７は、算出したブーム９における鉛直方向のたわみ角δ（ｎ）およびブーム９における旋回方向のたわみ角ε（ｎ）を目標作動量算出部３６に送信する。
　尚、たわみ角算出部３７は、たわみに関する情報として、クレーン１の車体のたわみに関する情報を算出してもよい。たわみ角算出部３７は、クレーン１の車体のたわみに関する情報を目標作動量算出部３６に送信する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　図５に示すように、目標作動量算出部３６は、ブーム９における鉛直方向のたわみ角δ（ｎ）と、ブーム９における旋回方向のたわみ角ε（ｎ）とを取得すると、鉛直方向のたわみ角δ（ｎ）と、旋回方向のたわみ角ε（ｎ）とに基づいてブーム９の現在位置座標ｑ（ｎ）およびブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）を補正する。
　ブーム９の現在位置座標ｑ（ｎ）およびブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）は、目標作動量算出部３６における補正目標作動信号ＡＭｄの生成過程で生成される中間情報の一例に該当する。
　さらに、目標作動量算出部３６は、補正したブーム９の現在位置座標ｑ（ｎ）およびブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）から補正目標作動量である補正目標作動信号ＡＭｄを算出する。補正目標作動信号ＡＭｄは、目標作動量に関する情報の一例に該当する。
　フィードバック制御部３８は、補正目標作動信号ＡＭｄと補正目標作動信号ＡＭｄに対する各アクチュエータの実作動量を表す実作動信号Ｍｄｒの差分に基づいて生成した各アクチュエータのフィードバック作動量であるフィードバック作動信号ＡＭｄ１を生成する。
　フィードバック制御部３８は、フィードバック作動信号ＡＭｄ１を生成するフィードバック制御器３９を有する。フィードバック制御器３９は、目標作動量算出部３６に直列に接続されている。
　フィードバック制御部３８は、クレーン１の各センサから実作動信号Ｍｄｒを取得することができる。フィードバック制御部３８は、実作動信号Ｍｄｒを補正目標作動信号ＡＭｄにフィードバックさせるように構成されている。
　フィードバック制御部３８は、目標作動量算出部３６から荷物Ｗの補正目標作動信号ＡＭｄを取得する。また、フィードバック制御部３８は、クレーン１の各センサから実作動信号Ｍｄｒを取得する。
　フィードバック制御部３８は、取得した補正目標作動信号ＡＭｄに取得した実作動信号Ｍｄｒをフィードバック（ネガティブフィードバック）する。フィードバック制御部３８は、補正目標作動信号ＡＭｄに対する実作動信号Ｍｄｒの差分に基づいて、フィードバック作動信号ＡＭｄ１を算出する。
　フィードフォワード制御部４１は、補正目標作動信号ＡＭｄに基づいて、各アクチュエータのフィードフォワード作動量であるフィードフォワード作動信号ＡＭｄ２を生成する。このようなフィードフォワード制御部４１は、学習型逆動力学モデル４０を有する。
　フィードフォワード制御部４１は、例えばクレーン１が有する複数の特性をｎ個のサブシステムで表した学習型逆動力学モデル４０を有している。学習型逆動力学モデル４０は、目標作動量算出部３６に並列に接続されている。
　また、学習型逆動力学モデル４０は、複数の第１サブシステムＳＭ１、第２サブシステムＳＭ２、第３サブシステムＳＭ３・・・第ｎサブシステムＳＭｎが並列に結合されている。つまり、学習型逆動力学モデル４０の各サブシステムは、フィードバック制御器３９と並列に接続されている。
　学習型逆動力学モデル４０は、第１サブシステムＳＭ１に重み係数ｗ１、第２サブシステムＳＭ２に重み係数ｗ２、第３サブシステムＳＭ３に重み係数ｗ３・・・および第ｎサブシステムＳＭｎに重み係数ｗｎが割り当てられている。
　フィードフォワード制御部４１は、補正目標作動信号ＡＭｄに対する実作動信号Ｍｄｒの差分に基づいて、各モデルの重み係数ｗ１、ｗ２、ｗ３・・・およびｗｎを調整する。このように、フィードフォワード制御部４１は、学習型逆動力学モデル４０の重み係数を調整することでクレーン１の特性を有する学習型逆動力学モデル４０を習得可能に構成されている。
　フィードフォワード制御部４１は、目標作動量算出部３６から補正目標作動信号ＡＭｄを取得する。また、フィードフォワード制御部４１は、フィードバック制御部３８から補正目標作動信号ＡＭｄに対する実作動信号Ｍｄｒの差分を取得する。
　フィードフォワード制御部４１は、補正目標作動信号ＡＭｄに対する実作動信号Ｍｄｒの差分に基づいて、各モデルの重み係数ｗ１、ｗ２、ｗ３・・・およびｗｎを調整する。つまり、フィードフォワード制御部４１は、目標作動量に対する実作動量から学習型逆動力学モデル４０の１層の重み係数を調整することで、各サブシステムの特性がクレーン１の実特性に適応する。
　フィードフォワード制御部４１は、補正目標作動信号ＡＭｄに基づいて各アクチュエータのフィードフォワード作動信号ＡＭｄ２を生成する。フィードフォワード制御部４１は、生成したフィードフォワード作動信号ＡＭｄ２をフィードバック作動信号ＡＭｄ１に加算する。
　クレーン１の制御システム３４は、フィードバック制御部３８が算出したフィードバック作動信号ＡＭｄ１と、フィードフォワード制御部４１が算出したフィードフォワード作動信号ＡＭｄ２とを加算した作動信号（最終作動信号）をクレーン１の各アクチュエータに送信する。
　制御システム３４は、フィードバック作動信号ＡＭｄ１とフィードフォワード作動信号ＡＭｄ２とを各アクチュエータに送信後、クレーン１の各センサが検出した実作動信号Ｍｄｒをフィードバックして補正目標作動信号ＡＭｄから実作動信号Ｍｄｒを減算する。制御システム３４は、補正目標作動信号ＡＭｄに対する実作動信号Ｍｄｒの差分に基づいて学習型逆動力学モデル４０の重み係数を調整する。
　制御システム３４は、フィードフォワード制御部４１の学習型逆動力学モデル４０の特性とクレーン１の特性との乖離度合いが小さいほど、補正目標作動信号ＡＭｄに対する実作動信号Ｍｄｒの差分が小さくなる。
　また、制御システム３４は、補正目標作動信号ＡＭｄに対する実作動信号Ｍｄｒの差分が小さくなるにつれて、学習型逆動力学モデル４０の重み係数の調整量が少なくなる。つまり、制御システム３４は、学習型逆動力学モデル４０の特性が学習によってクレーン１の特性に近似するにつれて、フィードバック制御部３８が算出したフィードバック作動信号ＡＭｄ１による制御の割合が減少し、フィードフォワード作動信号ＡＭｄ２による制御の割合が増加する。
　次に図７から図１０を用いて、制御システム３４におけるクレーン１のフィードフォワード学習制御について詳細に記載する。
　図７に示すように、ステップＳ１００において、制御システム３４は、目標軌道算出工程Ａを開始し、ステップをステップＳ１０１に移行させる（図８参照）。そして、目標軌道算出工程Ａが終了するとステップをステップＳ２００に移行させる（図７参照）。
　ステップＳ２００において、制御システム３４は、ブーム位置算出工程Ｂを開始し、ステップをステップＳ２０１に移行させる（図９参照）。そして、ブーム位置算出工程Ｂが終了するとステップをステップＳ３００に移行させる（図７参照）。
　ステップＳ３００において、制御システム３４は、ブーム位置補正工程Ｃを開始し、ステップをステップＳ３０１に移行させる（図１０参照）。そして、ブーム位置補正工程Ｃが終了するとステップをステップＳ１１０に移行させる（図７参照）。
　図７に示すように、ステップＳ１１０において、制御システム３４は、目標作動量算出部３６において、補正されたブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）から補正目標作動信号ＡＭｄを算出し、ステップをステップＳ１２０に移行させる。補正前のブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）は、単にブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）と称される。一方、補正後のブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）は、ブーム９の補正目標位置座標ｑ（ｎ＋１）と称される。
　ステップＳ１２０において、制御システム３４は、クレーン１の各センサから実作動信号Ｍｄｒを取得し、ステップをステップＳ１３０に移行させる。
　ステップＳ１３０において、制御システム３４は、フィードバック制御部３８において、補正目標作動信号ＡＭｄと実作動信号Ｍｄｒとの差分を算出し、ステップをステップＳ１４０に移行する。
　ステップＳ１４０において、制御システム３４は、フィードバック制御器３９において、補正目標作動信号ＡＭｄと実作動信号Ｍｄｒとの差分に基づいてフィードバック作動信号ＡＭｄ１を生成し、ステップをステップＳ１５０に移行させる。
　ステップＳ１３１において、制御システム３４は、フィードフォワード制御部４１において、補正目標作動信号ＡＭｄと実作動信号Ｍｄｒとの差分に基づいて学習型逆動力学モデル４０の重み係数ｗ１、ｗ２、ｗ３、・・・ｗｎを調整し、ステップをステップＳ４００に移行させる。
　ステップＳ４００において、制御システム３４は、ブーム位置算出工程Ｂを開始し、ステップをステップＳ４０１に移行させる（図９参照）。そして、ブーム位置算出工程Ｂが終了するとステップをステップＳ５００に移行させる（図７参照）。
　ステップＳ５００において、制御システム３４は、ブーム位置補正工程Ｃを開始し、ステップをステップＳ５０１に移行させる（図１０参照）。そして、ブーム位置補正工程Ｃが終了するとステップをステップＳ１３２に移行させる（図７参照）。
　ステップＳ１３２において、制御システム３４は、補正した目標位置座標ｑ（ｎ＋１）からフィードフォワード作動信号ＡＭｄ２を生成し、ステップをステップＳ１５０に移行させる。
　ステップＳ１５０において、制御システム３４は、フィードバック作動信号ＡＭｄ１とフィードフォワード作動信号ＡＭｄ２と加算し、ステップをステップＳ１６０に移行させる。
　ステップＳ１６０において、制御システム３４は、クレーン１の各アクチュエータにフィードバック作動信号ＡＭｄ１とフィードフォワード作動信号ＡＭｄ２とを加算した信号（最終作動信号ともいう。）を送信しステップをステップＳ１００に移行させる。
　図８に示すように、目標軌道算出工程ＡのステップＳ１０１において、制御システム３４は、荷物Ｗの目標移動速度信号Ｖｄを取得する。荷物Ｗの目標移動速度信号Ｖｄは、オペレータが荷物移動操作具３２を操作することにより入力される信号である。
　次に、図８のステップＳ１０２において、制御システム３４は、荷物Ｗの目標移動位置信号Ｐｄを取得する。荷物Ｗの目標移動位置信号Ｐｄは、積分器３２ａにより目標移動速度信号Ｖｄを積分することにより生成される信号である。
　次に、図８のステップＳ１０３において、制御システム３４は、目標軌道信号Ｐｄαを取得する。目標軌道信号Ｐｄαは、目標値フィルタ３５により目標移動位置信号Ｐｄをフィルタリングすることにより算出される信号である。そして、制御システム３４は、目標軌道算出工程Ａを終了させ、ステップをステップＳ２００に移行させる（図９参照）。
　図９に示すように、ブーム位置算出工程ＢのステップＳ２０１、Ｓ４０１において、制御システム３４は、目標作動量算出部３６において、旋回台７の旋回角度θｚ（ｎ）、伸縮長さｌｂ（ｎ）およびブーム９の起伏角度θｘ（ｎ）からブーム９の現在位置座標ｑ（ｎ）を算出し、ステップをステップＳ２０２、Ｓ４０２に移行させる。
　ステップＳ２０２、Ｓ４０２において、制御システム３４は、目標作動量算出部３６において、荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）とブーム９の現在位置座標ｑ（ｎ）から上述の式（４）を用いてワイヤロープの繰り出し量ｌ（ｎ）を算出し、ステップをステップＳ２０３、Ｓ４０３に移行させる。
　ステップＳ２０３、Ｓ４０３において、制御システム３４は、目標作動量算出部３６において、荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）を基準として、目標軌道信号Ｐｄαから単位時間ｔ経過後の荷物Ｗの目標位置である荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）を算出し、ステップをステップＳ２０４、Ｓ４０４に移行させる。
　ステップＳ２０４、Ｓ４０４において、制御システム３４は、目標作動量算出部３６において、荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）と荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）とから荷物Ｗの加速度を算出し、重力加速度を用いて上述の式（５）を用いてワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ＋１）を算出し、ステップをステップＳ２０５、Ｓ４０５に移行させる。
　ステップＳ２０５、Ｓ４０５において、制御システム３４は、目標作動量算出部３６で、算出したワイヤロープの繰り出し量ｌ（ｎ）とワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ＋１）とから上述の式（６）を用いてブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）を算出し、ブーム位置算出工程Ｂを終了してステップをステップＳ３００またはステップＳ５００に移行させる（図１０参照）。
　図１０に示すように、ブーム位置補正工程ＣのステップＳ３０１、Ｓ５０１において、制御システム３４は、たわみ角算出部３７において、ワイヤロープの張力ｆ（ｎ）およびワイヤロープの方向である方向ベクトルｅ（ｎ）からブーム９の軸線に対して方向ベクトルｅ（ｎ）がなす角度である径方向角度β（ｎ）と、鉛直線に対して方向ベクトルｅ（ｎ）がなすブーム９の旋回方向の角度である周方向角度γ（ｎ）を算出し、ステップをステップＳ３０２、Ｓ５０２に移行させる。
　ステップＳ３０２、Ｓ５０２において、制御システム３４は、たわみ角算出部３７において、ワイヤロープの張力ｆ（ｎ）と径方向角度β（ｎ）から張力ｆ（ｎ）の起伏方向分力ｆβ（ｎ）を算出し、ワイヤロープの張力ｆ（ｎ）と周方向角度γ（ｎ）から張力ｆ（ｎ）の旋回方向分力ｆγ（ｎ）を算出し、ステップをステップＳ３０３、Ｓ５０３に移行させる。
　ステップＳ３０３、Ｓ５０３において、制御システム３４は、たわみ角算出部３７において、張力ｆ（ｎ）の起伏方向分力ｆβ（ｎ）から上述の式（７）を用いてブーム９における鉛直方向のたわみ角δ（ｎ）を算出し、張力ｆ（ｎ）の旋回方向分力ｆγ（ｎ）から上述の式（８）を用いてブーム９における旋回方向のたわみ角ε（ｎ）を算出する。そして、制御システム３４は、鉛直方向のたわみ角δ（ｎ）および旋回方向のたわみ角ε（ｎ）を、目標作動量算出部３６に送信し、ステップをステップＳ３０４、Ｓ５０４に移行させる。
　ステップＳ３０４、Ｓ５０４において、制御システム３４は、目標作動量算出部３６において、ブーム９の鉛直方向のたわみ角δ（ｎ）および旋回方向のたわみ角ε（ｎ）に基づいてブーム９の現在位置座標ｑ（ｎ）およびブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）を補正し、ブーム位置補正工程Ｃを終了させ、ステップをステップＳ１１０、Ｓ１３２に移行させる（図７参照）。ブーム９の現在位置座標ｑ（ｎ）およびブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）は、目標作動量に関する信号（補正目標作動信号ＡＭｄ）の生成過程で生成される中間情報の一例に該当する。
　クレーン１の制御システム３４は、目標軌道算出工程Ａとブーム位置算出工程Ｂとを繰り返すことで、ブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）を算出し、単位時間ｔ経過後に、ワイヤロープの繰り出し量ｌ（ｎ＋１）と荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ＋１）と荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋２）とに基づいてワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ＋２）を算出する。
　また、制御システム３４は、ワイヤロープの繰り出し量ｌ（ｎ＋１）とワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ＋２）とに基づいて、更に単位時間ｔ経過後のブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋２）を算出する。
　つまり、制御システム３４は、ワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ）を算出し、逆動力学を用いて荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ＋１）と荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋２）とワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ＋２）とに基づいて単位時間ｔ後のブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋２）を順次算出する。
　制御システム３４は、ブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋２）に基づいて補正目標作動信号ＡＭｄを生成し、各アクチュエータを制御している。
　制御システム３４の学習型逆動力学モデル４０は、物理的な特性が明確な複数のサブシステムから構成されている。また、学習型逆動力学モデル４０は、複数のサブシステムからの出力にそれぞれ重み係数を掛けることで１層のニューラルネットワークとみなすことができる。
　学習型逆動力学モデル４０は、目標作動信号Ｍｄ（補正目標作動信号ＡＭｄ）と実作動信号Ｍｄｒとの差分に基づいて重み係数ｗ１、ｗ２、ｗ３・・・ｗｎを独立して調整することで、第１サブシステムＳＭ１、第２サブシステムＳＭ２、第３サブシステムＳＭ３・・・第ｎサブシステムＳＭｎの物理的な特性をクレーン１の特性に近似させることができる。
　また、クレーン１の制御システム３４は、ブーム位置補正工程Ｃによって、ブーム９の現在位置座標ｑ（ｎ）およびブーム９の目標位置座標（ｎ＋１）を、クレーン１のたわみに関する情報に基づいて補正するので、ブーム９のたわみを考慮したクレーンの各アクチュエータの補正目標作動信号ＡＭｄが生成される。これにより、クレーン１の制御システム３４は、ブーム９の伸縮長さによって変化するブーム９のたわみの影響を抑制することできる。尚、クレーン１のたわみに関する情報は、ブーム９のたわみ角に関する情報とともに、クレーン１の車体のたわみに関する情報を含んでもよい。
　このように、クレーン１の制御システム３４は、クレーン１の作動中に、ブーム９のたわみを考慮しつつその動特性の変化に柔軟に対応しながら学習型逆動力学モデル４０の重み係数ｗ１、ｗ２、ｗ３、・・・ｗｎを同定する。
　つまり、制御システム３４は、高次の伝達関数が複数の低次の第１サブシステムＳＭ１、第２サブシステムＳＭ２、第３サブシステムＳＭ３・・・第ｎサブシステムＳＭｎ毎に調整される。
　また、制御システム３４は、学習型逆動力学モデル４０で算出することができないブーム９の弾性変形量（たわみに関する情報）を加味しているので、ブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）の算出制度が向上する。
　これにより、制御システム３４は、荷物Ｗを基準としてアクチュエータを制御する際に、荷物Ｗの動きからブーム９のたわみを考慮したクレーン１の動特性を学習することで、荷物Ｗの揺れを抑制しつつ操縦者の意図に沿った態様で荷物Ｗを移動させることができる。
　なお、本実施形態において制御システム３４は、学習型逆動力学モデル４０を複数のサブシステムとして構成したが他の物理的な特性が明確なモデルでもよい。
　また、制御システム３４は、学習型逆動力学モデル４０に入力される補正目標作動信号ＡＭｄは、ローパスフィルタである目標値フィルタ３５によりフィルタリングされた目標軌道信号Ｐｄαに基づいて生成されるため、フィードフォワード制御部４１における微分操作における特異点の発生が抑制されている。従って、制御システム３４における学習型逆動力学モデル４０の学習の収束が促進される。
　これにより、制御システム３４は、荷物Ｗを基準としてアクチュエータを制御する際に、荷物Ｗの揺れを抑制しつつ操縦者の意図に沿った態様で荷物Ｗを移動させることができる。
　上述の実施形態は、代表的な形態を示したに過ぎず、一実施形態の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
　２０１９年１２月２７日出願の特願２０１９－２３８３３４の日本出願に含まれる明細書、図面、および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
　１　クレーン
　２　車両
　３　車輪
　４　エンジン
　５　アウトリガ
　６　クレーン装置
　７　旋回台
　７ｂ　旋回台カメラ
　８　旋回用油圧モータ
　９　ブーム
　９ａ　ジブ
　９ｂ　ブームカメラ
　１０　メインフックブロック
　１０ａ　メインフック
　１１　サブフックブロック
　１１ａ　サブフック
　１２　起伏用油圧シリンダ
　１３　メインウインチ
　１４　メインワイヤロープ
　１５　サブウインチ
　１６　サブワイヤロープ
　１７　キャビン
　１８　旋回操作具
　１９　起伏操作具
　２０　伸縮操作具
　２１ｍ　メインドラム操作具
　２１ｓ　サブドラム操作具
　２３　旋回用バルブ
　２４　伸縮用バルブ
　２５　起伏用バルブ
　２６ｍ　メイン用バルブ
　２６ｓ　サブ用バルブ
　２７　旋回用センサ
　２８　伸縮用センサ
　２９　方位センサ
　３０　起伏用センサ
　３１　制御装置
　３１ａ　目標軌道算出部
　３１ｂ　ブーム位置算出部
　３１ｃ　作動信号生成部
　３２　荷物移動操作具
　３２ａ　積分器
　３３　巻回用センサ
　３４　制御システム
　３５　目標値フィルタ
　３６　目標作動量算出部
　３７　たわみ角算出部
　３８　フィードバック制御部
　３９　フィードバック制御器
　４０　学習型逆動力学モデル
　４１　フィードフォワード制御部
　４２　荷重検出部
　Ｗ　荷物
　Ｖｄ　目標移動速度信号
　Ｐｄ　目標移動位置信号
　Ｐｄα　目標軌道信号
　ｗ１、ｗ２、ｗ３、ｗ４　重み係数
 

Claims (8)

  1. 　ブームを有する作業機のアクチュエータを制御する作業機の制御システムであって、
    　入力信号から前記アクチュエータの目標作動量に関する信号を生成す信号処理部と、
    　前記目標作動量に関する信号とフィードバックした前記アクチュエータの作動量に関する信号との差分に基づいて前記アクチュエータを制御するフィードバック制御部と、
    　前記フィードバック制御部と協働しつつ前記目標作動量に関する信号に基づいて前記アクチュエータを制御し、教師信号に基づいて重み係数を調整することで前記アクチュエータの特性を学習するフィードフォワード制御部と、
    　前記作業機のたわみに関する情報を算出する算出部と、を備え、
    　前記信号処理部は、前記目標作動量に関する信号の生成過程で生成される中間情報を、前記算出部から取得したたわみに関する情報に基づいて補正して、前記目標作動量に関する信号を生成する、
    　作業機の制御システム。
  2. 　前記算出部は、前記たわみに関する情報として、前記ブームのたわみ角に関する情報を算出する、請求項１に記載の作業機の制御システム。
  3. 　前記算出部は、前記ブームのたわみ角に関する情報として、前記ブームの鉛直方向のたわみ角に関する情報と、前記ブームの旋回方向のたわみ角に関する情報を算出する、請求項２に記載の作業機の制御システム。
  4. 　前記算出部は、前記たわみに関する情報として、前記作業機の車体のたわみに関する情報を算出する、請求項１～３の何れか一項に記載の作業機の制御システム。
  5. 　前記信号処理部は、前記目標作動量に関する信号の生成過程において、前記入力信号からパルス状成分を除去する、請求項１～４の何れか一項に記載の作業機の制御システム。
  6. 　前記作業機が搬送する荷物の目標速度に関する信号から、前記入力信号でありパルス状成分を有する前記荷物の目標移動位置に関する信号を生成する前側処理部を、更に備える、請求項１～７の何れか一項に記載の作業機の制御システム。
  7. 　前記信号処理部は、
    　前記入力信号から所定周波数以上の周波数成分を減衰して前記作業機が搬送する荷物の目標軌道に関する信号を生成する第一処理部と、
    　前記目標軌道に関する信号に基づいて前記目標作動量に関する信号を生成する第二処理部と、を有し、
    　前記第二処理部は、前記目標作動量に関する信号の生成過程において、前記中間情報を前記たわみに関する情報に基づいて補正する、請求項１～６の何れか一項に記載の作業機の制御システム。
  8. 　請求項１～７の何れか一項に記載の作業機の制御システムを搭載したクレーン。
     
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