WO2023058581A1 - クレーン振れ止め制御システム - Google Patents

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WO2023058581A1
WO2023058581A1 PCT/JP2022/036799 JP2022036799W WO2023058581A1 WO 2023058581 A1 WO2023058581 A1 WO 2023058581A1 JP 2022036799 W JP2022036799 W JP 2022036799W WO 2023058581 A1 WO2023058581 A1 WO 2023058581A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
crane
acceleration
time
deceleration
template
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/036799
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
雅人 小林
Original Assignee
住友重機械搬送システム株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 住友重機械搬送システム株式会社 filed Critical 住友重機械搬送システム株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/22—Control systems or devices for electric drives

Definitions

  • the present disclosure relates to a crane steady rest control system.
  • the suspension point of the crane moves in various ways depending on the situation. Moreover, along with this, vibrations of the suspending portion also occur in various modes.
  • the crane steady control system tries to calculate the optimal speed and acceleration pattern for crane steady steady according to various crane conditions, it may not be possible to perform steady steady. Alternatively, the computational load may increase due to anti-vibration control.
  • the present disclosure has been made to solve such problems, and aims to provide a crane anti-sway control system that can perform appropriate anti-sway control according to the crane situation.
  • a crane anti-sway control system is a crane anti-sway control system that controls a crane that suspends an object with a suspension member and a suspension part, and performs anti-sway of the suspension part.
  • a selection unit that selects a template to be applied from a plurality of pattern templates based on information about the steady rest, and an operation control unit that controls the operation of the crane based on the selected template.
  • the selection unit selects a template to be applied based on the information on the anti-sway from a plurality of templates of acceleration/deceleration patterns of the suspension point of the crane. Also, the motion control unit controls the motion of the crane based on the selected template. In this way, since the selection unit can select from a plurality of templates, an appropriate template can be selected according to the crane situation. Further, the selection unit can easily acquire the acceleration/deceleration pattern by using a template prepared in advance without calculating the acceleration/deceleration pattern from scratch. As described above, appropriate anti-vibration control can be performed according to the situation of the crane.
  • the selection unit may calculate parameters of the acceleration/deceleration pattern in the selected template.
  • the selector can set more appropriate parameters for the selected template according to the crane situation.
  • the plurality of templates may include an inching template that performs one of acceleration and deceleration and immediately after that performs the other.
  • Such an inching template can suppress vibration while suppressing the moving distance of the suspension point.
  • the selection unit can correspond to the situation of the crane.
  • the crane steady rest control system may further include a learning unit that performs reinforcement learning based on the control content of the crane based on the selected template and the execution result of the control content.
  • the selection unit can select a more appropriate template according to the situation of the crane by using the learning result of the learning unit.
  • a crane is a crane that performs a swinging motion and a retracting motion while an object is suspended.
  • the crane anti-sway control system can appropriately anti-sway the shaking that occurs with the turning motion and the retraction motion according to the crane situation.
  • the selection unit may correct the acceleration in the acceleration/deceleration pattern of the template and the switching timing of the acceleration/deceleration based on the change in the length of the suspension member. In this case, even if the premise of the simple pendulum model does not hold due to changes in the length of the suspension member, the selection unit corrects the template to an appropriate shape according to the change in the length of the suspension member. After that, appropriate anti-vibration control can be performed.
  • a crane anti-sway control system capable of performing appropriate anti-sway control according to the situation of the crane.
  • FIG. 1 is a diagram showing a crane steady rest control system 100 according to an embodiment of the present disclosure and a crane 1 to be controlled;
  • FIG. 1 is a block configuration diagram of a crane steady rest control system 100.
  • FIG. FIG. 2 is a diagram for explaining a physical model of a simple pendulum, which is the basic principle of a template;
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a template of a trapezoidal acceleration/deceleration pattern;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a one-stage inching template;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a reciprocating inching template;
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a two-step acceleration/deceleration template;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a three-step acceleration/deceleration template;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a three-step acceleration/deceleration template; 4 is a flow chart showing processing contents of the crane steady rest control system 100.
  • FIG. FIG. 10 is a phase plane showing a pattern for damping runout;
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a jib crane to which a crane steady rest control system is applied;
  • FIG. 1 is a diagram showing a crane steady rest control system 100 according to an embodiment of the present disclosure and a crane 1 to be controlled.
  • an overhead crane is exemplified as the crane 1 .
  • the crane 1 is a device that holds a suspended load SL (object) by a suspending portion 6, suspends it by a suspending member 23, and moves the suspending portion 6 and the suspending member 23 together with the suspended load SL.
  • the crane 1 is not limited to an overhead crane, and may be a hoist crane, a portal crane, a bridge crane, a jib crane, or the like.
  • the suspended load SL is not particularly limited, and various articles such as coils, slabs, steel ties, and iron plates may be employed.
  • the crane 1 includes a rail 2, a girder 3, a trolley 4, a suspension section 6, a traveling device 7, a traversing device 8, and a hoisting device 9.
  • the rail 2 is a member that guides the movement of the hanger 6 in the running direction D1 via the girder 3 and the trolley 4 .
  • the rails 2 are a pair of guide members that are separated from each other in the transverse direction D2 and extend parallel to the running direction D1.
  • the rail 2 is fixed to the ceiling of the building in which the crane 1 is installed.
  • the girder 3 is a pair of members that guide the movement of the suspending portion 6 in the transverse direction D2 via the trolley 4 .
  • the girder 3 is a pair of guide members that are spaced apart from each other in the running direction D1 and that extend parallel to the transverse direction D2 so as to span the pair of rails 2 .
  • the girder 3 can travel in the travel direction D1 along the rail 2 by a travel device 7, which will be described later.
  • the trolley 4 suspends the suspension part 6 while being supported by the girder 3. - ⁇
  • the trolley 4 can traverse in the traversing direction D2 along the girder 3 by a traversing device 8 which will be described later.
  • the traveling device 7 is a device for causing the girder 3 to travel along the rail 2.
  • the traveling devices 7 are provided at both ends of the girder 3 in the transverse direction D2.
  • Each travel device 7 has wheels 21 .
  • the traversing device 8 is a device for traversing the trolley 4 along the girder 3 .
  • Traversing device 8 has wheels 22 provided on trolley 4 .
  • the suspending portion 6 holds the suspended load SL by suspending it.
  • the hanging portion 6 is hung from the trolley 4 by a hanging member 23 .
  • the suspending portion 6 is connected to a hoisting device 9 provided on the trolley 4 via a suspending member 23 . Therefore, the hoisting device 9 can lift the suspending portion 6 by hoisting the suspending member 23 .
  • the point serving as the base point of the amplitude of the suspension member 23 may be referred to as the "suspension point SP".
  • the crane steady rest control device 10 is a device that comprehensively controls the crane 1 as a whole.
  • the crane anti-vibration control device 10 controls the crane 1 to anti-vibration of the hanging member 23 .
  • the crane steady rest control device 10 includes a processor, memory, storage, communication interface and user interface, and is configured as a general computer.
  • a processor is a computing unit such as a CPU (Central Processing Unit).
  • the memory is a storage medium such as ROM (Read Only Memory) or RAM (Random Access Memory).
  • the storage is a storage medium such as an HDD (Hard Disk Drive).
  • a communication interface is a communication device that implements data communication.
  • the user interface includes output devices such as liquid crystals and speakers, and input devices such as control levers, buttons, keyboards, touch panels, and microphones.
  • the processor integrates memory, storage, communication interface and user interface, and implements the functions described below.
  • programs stored in the ROM are loaded into the RAM, and the programs loaded into the RAM are executed by the CPU, thereby realizing various functions.
  • the crane steady rest control device 10 may be composed of a plurality of computers.
  • the crane anti-sway control system 100 includes a crane anti-sway control device 10 , a detection section 41 and a drive section 42 .
  • the crane steady rest control device 10 is electrically connected to the detector 41 and receives detection information detected by the detector 41 . Further, the crane steady rest control device 10 is electrically connected to the drive section 42 and outputs an operation command signal to the drive section 42 .
  • the detection unit 41 is provided at each position of the crane 1, and is a device that detects various information necessary for anti-vibration control.
  • the detection unit 41 includes, for example, a vibration detection sensor that detects vibrations of the hanging member 23 and the hanging portion 6 .
  • a vibration detection sensor may detect the deflection angle and the like from the image by photographing the target provided on the hanger 6 with the photographing unit provided on the trolley 4 .
  • the detection unit 41 measures the acceleration of the suspension part 6 with an accelerometer arranged on the suspension part 6, or measures the torque with a measuring device that measures the torque of the motor driven during running and traversing. Information necessary for stop control may be detected.
  • the detection unit 41 includes, for example, a sensor provided on the trolley 4 to detect the speed and acceleration of the suspension point SP.
  • the driving unit 42 is a device that generates a driving force for the crane 1 , and is configured by driving mechanisms for the traveling device 7 , the traversing device 8 , and the hoisting device 9 .
  • the crane steady rest control device 10 prepares a plurality of acceleration/deceleration patterns of the hanging point SP of the crane 1 as templates. Then, the crane anti-sway control device 10 selects an appropriate one based on the anti-sway amplitude before the start of anti-sway control and the moving distance of the suspension point SP. The crane steady rest control device 10 also calculates the parameters of the acceleration/deceleration pattern of the selected template based on the swing amplitude and swing period of the suspension member 23 and the movement distance of the suspension point SP. The crane steady rest control device 10 calculates the timing of the swing phase for outputting the output pattern, and outputs the output pattern at the timing related to the calculation result.
  • the crane steady rest control device 10 calculates the parameters of the acceleration/deceleration pattern so that the swing amplitude becomes smaller than that at the start after the movement of the suspension point SP is completed. Calculation of such parameters is performed in consideration of a phase plane in which the swing angle and the swing angular velocity are taken as orthogonal axes in the physical model of the simple pendulum. Then, the crane anti-sway control device 10 repeats the anti-sway control by the output pattern based on the template as described above until the oscillation amplitude falls within the range of the target value and the suspension point SP enters the range of the target position. conduct.
  • the crane steady rest control device 10 includes a condition confirmation unit 11, a selection unit 12, an operation control unit 13, a learning unit 14, and a storage unit 16.
  • the condition confirmation unit 11 Based on the detection information received from the detection unit 41, the condition confirmation unit 11 acquires the vibration amplitude and vibration period of the suspension unit 6 and the movement distance of the suspension point SP to the target position. Further, the condition checking unit 11 determines whether or not the vibration amplitude is within the range of the target value, and determines whether or not the suspension point SP is within the range of the target position. The condition confirmation unit 11 confirms these conditions at the timing before performing anti-shake control and at the timing after performing anti-shake control.
  • the selection unit 12 selects a template to be applied from a plurality of templates of acceleration/deceleration patterns of the suspension point SP of the crane 1 based on information on the steady rest.
  • the selection unit 12 may select one template or multiple templates depending on the situation of the crane 1 .
  • the selection unit 12 also adjusts the order of the templates.
  • the selection unit 12 also calculates the parameters of the acceleration/deceleration pattern in the selected template. By calculating the parameters of the acceleration/deceleration pattern in this way, the selection unit 12 creates the final output pattern used for control by the operation control unit 13 .
  • a specific example of the acceleration/deceleration pattern template will be described later.
  • the selection unit 12 uses the vibration amplitude and vibration period of the suspension part 6 acquired by the condition confirmation unit 11 and the information on the moving distance of the suspension point SP to the target position as the information on the anti-vibration. The selection unit 12 also calculates the timing of the shake phase for outputting the created output pattern. A specific example of the template will be described later.
  • the motion control unit 13 controls the motion of the crane 1 based on the template selected by the selection unit 12.
  • the motion control unit 13 controls the motion of the crane 1 using the output pattern created by the selection unit 12 based on the template.
  • the operation control unit 13 acquires the timing of the shake phase for outputting the output pattern (sometimes referred to as output timing) from the selection unit 12 .
  • the motion control section 13 estimates the shake phase of the suspension section 6 based on the detection information from the detection section 41 . Then, the motion control unit 13 outputs the output pattern to the driving unit 42 at the timing when the estimated shake phase matches the shake phase of the output timing.
  • the learning unit 14 performs reinforcement learning based on the control content of the crane 1 based on the selected template and the execution result of the control content. For example, the learning unit 14 sets the state condition to "the distance to the target position of the suspension point SP in the initial state, the swing amplitude and swing period of the suspension part 6", the action condition to "template selection”, and the reward condition to " Reinforcement learning is performed as "time required for pattern output”.
  • the time required for pattern output is the time required from the start of anti-vibration control until the vibration amplitude falls within the target value range and the hanging point SP falls within the target position range. This is the time required from the start to the end of the flowchart of FIG. 10 which will be described later.
  • the selection unit 12 described above may use the learning result of the learning unit 14 to select a template and create an output pattern.
  • the storage unit 17 stores various information necessary for the operation of the crane steady rest control device 10 .
  • Storage unit 17 stores a plurality of templates selected by selection unit 12 .
  • FIG. 1 the templates selected by the selection unit 12 will be described with reference to FIGS. 3 to 9.
  • FIG. 1 the templates selected by the selection unit 12 will be described with reference to FIGS. 3 to 9.
  • FIG. 3A is a diagram showing the crane 1 as a simple pendulum physical model.
  • the X-axis direction indicates the horizontal direction, that is, either the running direction D1 or the transverse direction D2.
  • the Y-axis direction indicates the vertical direction.
  • the origin of the "suspended load coordinates" is the center of gravity of the suspended load SL.
  • the equation of motion of a simple pendulum when the suspension point SP is capable of horizontal movement is Equation (1) in the x-axis direction and Equation (2) in the y-axis direction. It is assumed that "time: t" and "gravitational acceleration: g".
  • "C" is an integral constant, and when the length l of the suspending member 23 and the acceleration ⁇ are constant, the equation ( 5 ) can be expressed by setting the right side to a constant r2.
  • This formula (5) indicates that the suspended load SL draws a circular locus centered on (- ⁇ / ⁇ 2 , 0) on the phase plane shown in FIG. 3(b).
  • the horizontal axis of the phase plane is the shake angle ⁇
  • the vertical axis is the shake angular velocity divided by the shake angular frequency ⁇ .
  • the derivative of the rotation angle ⁇ shown in FIG. 3B is calculated as "- ⁇ "
  • this trajectory rotates clockwise at the angular frequency ⁇ .
  • the template selected by the selector 12 is set based on the phase plane shown in FIG. 3(b).
  • the selection unit 12 applies a template to the acceleration/deceleration of the movement of the suspension point SP in the running direction D1 when stopping the deflection in the running direction D1. Further, when stopping the deflection in the transverse direction D2, the selector 12 applies a template to the acceleration/deceleration of the movement of the suspension point SP in the transverse direction D2. Further, when stopping the shake having components in both the running direction D1 and the traversing direction D2, a template for the acceleration and deceleration of the movement of the suspension point SP in the running direction D1 and the acceleration of the movement of the suspension point SP in the traversing direction D2 are used. Apply both templates for deceleration.
  • the trapezoidal velocity output shown in FIG. 4B is equivalent to the acceleration/deceleration ON/OFF pattern shown in FIG.
  • a constant speed time t2 (time points tp2 to tp3) is set to OFF, and a deceleration time t3 (time points tp3 to tp4) is set to ON.
  • the rotation angle .theta. at the acceleration time t1 is obtained by multiplying the acceleration time (V/.alpha.) by .omega. because the angular frequency of rotation is .omega. as described above.
  • the acceleration time t1 is switched to the constant speed time t2 (time tp2)
  • the acceleration becomes zero. Therefore, the phase switches to a trajectory that draws a circle centered on the origin.
  • the constant speed time t2 is switched to the deceleration time t3 (time tp3), the phase traces a circular locus centered on ( ⁇ / ⁇ 2 , 0).
  • the phase of the deceleration time t3 returns to the origin when the speed becomes 0 and the deceleration is completed (time tp4). Since the acceleration is 0 while stopped, the phase coincides with the center of rotation. Therefore, the state in which the shake is stopped is maintained. In the acceleration time t1, the fact that the sign of the acceleration and the sign of the deflection angle are opposite means that the deflection occurs in the direction opposite to the direction of acceleration.
  • the selection unit 12 calculates the parameters of the acceleration/deceleration pattern in the template shown in FIG. Further, the selection unit 12 sets the moving speed V and the acceleration ⁇ of the suspension point at a constant speed within the limits of the specifications of the crane 1 . The selection unit 12 sets the lengths of the acceleration time t1, the constant speed time t2, and the deceleration time t2. At this time, the selection unit 12 sets the parameters so that the phase trajectory as shown in FIG. 4A is drawn. By setting the parameters by the selection unit 12 in this manner, a trapezoidal output pattern is created. The motion control unit 13 outputs the output pattern to the drive unit 42 at arbitrary timing when there is no initial shake. Regarding the setting of parameters by the selection unit 12 and the output timing of the operation control unit 13, calculations having the same effect as those described above are performed unless otherwise specified.
  • a plurality of basic acceleration/deceleration ON/OFF pattern templates are prepared by a drawing method. This is because the points to be emphasized in the steady rest differ depending on the operating conditions, and it is necessary to prepare a pattern that matches those points.
  • the area of the trapezoid which is the moving distance of the suspension point SP, is "TV".
  • the swing period is fixed (the length of the hanging member 23 does not change) as described above, when the movement distance is short, the value of the movement speed V becomes small and the movement time becomes long.
  • the initial shake is not 0, there is a possibility that the shake will not stop. Therefore, it is preferable to prepare a plurality of types of templates so as to correspond to various situations.
  • This one-stage inching template is a template that attempts to stop shake by one acceleration/deceleration by determining a start phase, performing acceleration, and immediately thereafter decelerating.
  • an acceleration time t1 time points tp1 to tp2 with acceleration ON
  • a deceleration time t2 time points tp2 to tp3 with deceleration ON are set.
  • This template is used on the premise that there is an initial shake, and when priority is given to stabilization over alignment.
  • the acceleration time, deceleration time, and acceleration start phase are calculated so that the phase when deceleration is completed is at the origin on the phase plane.
  • acceleration is started from the state of the start phase ⁇ s (time tp1).
  • the start phase is set at a position indicated by the rotation angle ⁇ s with reference to the positive side of the vertical axis. Since the phase at this time is the acceleration ⁇ , a circular trajectory is drawn with ( ⁇ / ⁇ 2 , 0) as the center.
  • the selector 12 sets the start phase ⁇ s, the length of the acceleration time t1, and the length of the deceleration time t2.
  • the operation control unit 13 outputs the output pattern to the driving unit 42 at the timing when the phase becomes the start phase at time tp1 shown in FIG. 5(a).
  • the "reciprocating inching template” will be described with reference to FIG.
  • the first inching is performed by accelerating and then decelerating immediately after that.
  • is a template for In the reciprocating inching template the time for two times of inching and the direction of movement are set according to the movement distance. By reversing the direction of the second inching to the direction of the first inching, anti-vibration control can be performed without moving the position.
  • This template is used during steady movement during small movements including no movement.
  • acceleration time t1 time points tp1 to tp2 with acceleration ON
  • deceleration time t2 time points tp2 to tp3 with deceleration ON
  • stop with acceleration/deceleration OFF Time t3 (time points tp3 to tp4)
  • deceleration time t4 time points tp4 to tp5 with deceleration ON
  • acceleration time t5 time points tp5 to tp6 with acceleration ON are set.
  • phase of acceleration time t1 starts from the origin (time tp1) when there is no initial deflection. Since the phase at this time is the acceleration ⁇ , a circular trajectory is drawn with ( ⁇ / ⁇ 2 , 0) as the center.
  • the rotation angle ⁇ 1 is reached and the acceleration time t1 is switched to the deceleration time t2 (time tp2), the acceleration becomes - ⁇ . Therefore, the phase of the deceleration time t2 draws a circular locus centered on ( ⁇ / ⁇ 2 , 0).
  • the speed becomes 0 at the rotation angle ⁇ 2.
  • the selection unit 12 sets the lengths of acceleration times t1 and t5, deceleration times t2 and t4, and stop time t3. Further, when there is an initial shake, the selector 12 calculates and sets the start phase and the length of the stop time t3 so that the residual shake amplitude at the completion of the second deceleration (time tp6) is small.
  • the operation control section 13 outputs the output pattern to the drive section 42 at the timing of the phase set by the selection section 12 .
  • This two-stage acceleration/deceleration template performs two-stage acceleration with a constant speed movement at a speed of "V/2", and after moving at a constant speed, moves at a constant speed at a speed of "V/2". It is a template that performs a two-step deceleration.
  • the two-stage acceleration/deceleration template is used for long-distance movement that can reach the maximum speed.
  • acceleration time t1 time points tp1 to tp2 with acceleration ON
  • constant speed time t2 time points tp2 to tp3 with acceleration/deceleration OFF
  • acceleration ON Acceleration time t3 time points tp3 to tp4
  • constant speed time t4 with acceleration/deceleration OFF time points tp4 to tp5
  • deceleration time t5 with deceleration ON
  • constant speed with acceleration/deceleration OFF Time t6 time points tp6 to tp7
  • deceleration time t7 time points tp7 to tp8 with deceleration ON
  • the phase of the acceleration time t3 draws a circular trajectory centered at (- ⁇ / ⁇ 2 ,0).
  • the rotation angle ⁇ 3 is reached and the acceleration time t3 is switched to the constant speed time t4 (time tp4), the acceleration becomes zero. At this time, the phase returns to the origin. Therefore, the phase is maintained at the origin at the constant speed time t4.
  • the constant speed time t4 is switched to the deceleration time t5 (time tp5), the deceleration is - ⁇ . Therefore, the phase of the deceleration time t5 draws a circular locus centered on ( ⁇ / ⁇ 2 , 0).
  • the selection unit 12 sets the lengths of acceleration times t1 and t3, deceleration times t5 and t7, and constant speed times t2, t4 and t6. Further, when there is an initial shake, the selector 12 adjusts and sets the start phase and the lengths of the constant speed times t2 and t4 so that the residual shake amplitude at the completion of the second deceleration (time tp8) is small.
  • the operation control section 13 outputs the output pattern to the drive section 42 at the timing of the phase set by the selection section 12 .
  • FIG. 8 This three-stage acceleration/deceleration template is a template of an acceleration/deceleration pattern in which a trapezoidal speed pattern is output three times.
  • the 3-stage acceleration/deceleration template is used for medium to short distance movement where maximum speed cannot be achieved.
  • acceleration time t ⁇ 1 with acceleration ON (time points tp1 to tp2)
  • constant speed time tc1 with acceleration/deceleration OFF time points tp2 to tp3
  • deceleration ON A deceleration time td1 (time points tp3 to tp4) is set.
  • acceleration time tA2 time points tp5 to tp6 with acceleration ON
  • constant speed time tc0 with acceleration/deceleration OFF
  • deceleration time td2 time points tp7 to tp8 in which deceleration is ON.
  • acceleration time tc3 time points tp8 to tp9 in which acceleration/deceleration is OFF
  • acceleration time tA3 time points tp9 to tp10
  • constant speed time tc4 time points tp10 to tp10
  • acceleration/deceleration is OFF tp11
  • deceleration time td3 time points tp11 to tp12
  • the length of time from tp1 to tp3, the length of time from tp3 to tp5, the length of time from tp8 to tp10, and the length of time from tp10 to tp12 are as follows when there is no initial deflection: It is "T/6" with respect to the natural period T of the pendulum.
  • the length of time from time tp5 to tp8 is set to an arbitrary length.
  • phase of acceleration time t1 starts from the origin (time tp1). Since the phase at this time is the acceleration ⁇ , a circular trajectory is drawn with ( ⁇ / ⁇ 2 , 0) as the center.
  • the rotation angle ⁇ a1 is reached and the acceleration time ta1 is switched to the constant speed time tc1 (time tp2), the acceleration becomes zero. Therefore, the phase switches to a trajectory that draws a circle centered on the origin.
  • the selector 12 sets the lengths of acceleration times ta1, ta2, ta3, deceleration times td1, td2, td3, and constant speed times tc1, tc2, tc0, tc3, tc4. Further, the selection unit 12 adjusts and sets the start phase and the lengths of the constant speed times tc1 and tc2 so that the residual vibration amplitude at the completion of the third deceleration (time tp12) becomes small when there is an initial vibration.
  • the operation control section 13 outputs the output pattern to the drive section 42 at the timing of the phase set by the selection section 12 .
  • the condition confirmation unit 11 confirms the vibration amplitude and vibration period of the suspension unit 6 and the movement distance of the suspension point SP to the target position (step S110).
  • the condition confirmation unit 11 determines whether or not the completion condition is satisfied (step S120).
  • the condition checking unit 11 determines whether or not the vibration amplitude is within the range of the target value, and determines whether or not the suspension point SP is within the range of the target position. . If it is determined in step S120 that the completion condition is satisfied, the process shown in FIG. 10 ends.
  • the selection unit 12 selects a template to be applied from a plurality of templates and creates an output pattern (step S130). Specifically, the selection unit 12 selects a template to be applied from a plurality of templates of acceleration/deceleration patterns of the suspension point SP of the crane 1 based on the information acquired in step S110. The selection unit 12 also calculates the parameters of the acceleration/deceleration pattern in the selected template and the start phase for outputting the pattern, and creates the final output pattern.
  • the motion control unit 13 controls the motion of the crane 1 by outputting the output pattern created in step S130 (step S140). At this time, the motion control section 13 estimates the shake phase of the suspension section 6 based on the detection information from the detection section 41 . Then, the motion control unit 13 outputs the output pattern to the driving unit 42 at the timing when the estimated shake phase matches the shake phase of the output timing.
  • step S130 when the selection unit 12 selects a plurality of templates, the output pattern may be created only for the template of the first loop, and the creation of the output pattern for the templates of the second and subsequent loops may be put on hold. .
  • the selection unit 12 creates an output pattern for the second loop template in consideration of the situation at that timing. In this way, for the second and subsequent loops, the selection unit 12 may calculate parameters after reflecting the output pattern results of the previous loop.
  • step S140 When step S140 is completed, the process is repeated from step S110. Thereby, the condition confirmation unit 11 can confirm whether the completion condition is satisfied by the processing of steps S130 and S140. If the completion condition is not met, the processes of steps S130 and S140 are repeated.
  • the selector 12 selects the "1-stage inching template (FIG. 5)" for the first loop, and selects the “2-stage acceleration/deceleration template (FIG. 7)" for the second loop.
  • the "1-stage inching template” of the first loop is selected for the purpose of suppressing the initial run-out because the initial run-out is large.
  • the "two-stage acceleration/deceleration template" of the second loop is selected for the purpose of coping with a long movement distance, because the initial runout is small and the movement distance is long by performing the first loop.
  • the selection unit 12 creates an output pattern for each template according to the specifications of the crane.
  • the operation control unit 13 outputs an output pattern based on the "1-stage inching template” at the timing when the calculated start phase is reached.
  • the motion control unit 13 outputs an output pattern based on the “two-step acceleration/deceleration template” at the timing when the phase becomes the start phase set by the selection unit 12 . Note that if there is a shake in the state of constant-speed movement, the selection unit 12 adjusts the timing of starting acceleration at time tp3 and starting deceleration at time tp5.
  • the selection unit 12 selects the "single-step inching template (FIG. 5)" or the “two-step inching template” according to the amplitude of the residual vibration. Select “Template (Fig. 6)” and create an output pattern according to the crane specifications.
  • the operation control unit 13 outputs an output pattern when the calculated start phase is reached.
  • the selection unit 12 adjusts the start time of the second inching (time point tp4 in FIG. 6) when the shake is stopped. After that, inching is repeated until the completion condition is satisfied.
  • the selection unit 12 calculates the pattern as a linearly approximated constant acceleration. Further, if the vibration amplitude is always evaluated as 0 in the anti-vibration control described above, it will be equivalent to the conventional technique in which vibration detection is not performed.
  • the vibration amplitude is too large or if the calculated acceleration/deceleration time cannot be secured due to restrictions on the movement distance, etc.
  • a pattern can be created according to the amplitude according to the acceleration/deceleration time that can be secured, and the phase can be output. , it is possible to attenuate the vibration even if it cannot stop the vibration.
  • the same acceleration/deceleration as in the phase plane shown in FIG. 5(a) is performed, but the phase has not returned to the origin at time tp3.
  • the distance R1 from the origin of the phase at time tp3 is smaller than the distance R0 from the origin of the initial phase, and the shake is attenuated. Therefore, it is sufficient to repeat the control to attenuate such shake.
  • the selection unit 12 selects a template to be applied from a plurality of templates of acceleration/deceleration patterns of the suspension point SP of the crane 1 based on information on the anti-sway. Also, the motion control unit 13 controls the motion of the crane 1 based on the selected template. Since the selection unit 12 can select from a plurality of templates in this way, an appropriate template can be selected according to the situation of the crane 1 . Further, the selection unit 12 can easily acquire the acceleration/deceleration pattern by using a template prepared in advance without calculating the acceleration/deceleration pattern from scratch. As described above, appropriate anti-vibration control can be performed according to the situation of the crane 1 .
  • the selection unit 12 may calculate parameters of the acceleration/deceleration pattern in the selected template. In this case, the selection unit 12 can set more appropriate parameters for the selected template according to the crane situation.
  • the plurality of templates may include an inching template that performs one of acceleration and deceleration and immediately after that performs the other.
  • Such an inching template can perform anti-vibration while suppressing the moving distance of the suspension point SP.
  • the selection unit 12 can correspond to the situation of the crane 1 .
  • the crane steady rest control system 100 may further include a learning unit 14 that performs reinforcement learning based on the control content of the crane 1 based on the selected template and the execution result of the control content.
  • the selection unit 12 can select a more appropriate template according to the situation of the crane 1 by using the learning result of the learning unit 14 .
  • Each of the multiple anti-vibration templates described above has its own characteristics, and it is difficult to find a mathematical solution regarding which template should be selected in which situation. Therefore, when the learning unit 14 performs reinforcement learning, the selection unit 12 can easily and appropriately select a template.
  • the crane anti-sway control device 10 may perform anti-sway of the suspension section 6 of the jib crane 150 .
  • the jib crane 150 includes a traveling body 31 , a tower body 32 , a revolving body 33 , a jib 34 and a mast 35 .
  • a base end of the jib 34 is connected to the revolving body 33 .
  • a suspension point SP is provided at the tip of the jib 34 .
  • the revolving body 33 revolves around the tower body 32 in the revolving direction D3 (see FIG. 12(b)).
  • the suspension point SP when the jib 34 turns, the suspension point SP also moves in the turning direction D3 (see FIG. 12(b)). Also, the jib 34 raises and lowers with the connecting portion to the revolving body 33 as a base point. Therefore, the suspension point DP moves in the retraction direction D4.
  • the traveling body 31 is, for example, a wheel traveling on a rail.
  • the crane anti-vibration control device 10 for such a jib crane 150 uses the detection section 41 to detect the swing angle phase and amplitude of the suspension section 6 in the turning direction D3 and the retraction direction D4. Further, the crane anti-sway control device 10 repeatedly calculates and outputs acceleration/deceleration output patterns for two axes in the turning direction D3 and the retraction direction D4 based on the detection information to stop the shaking. The crane anti-sway control device 10 independently calculates and outputs output patterns for the turning direction D3 and the retraction direction D4 to stop the shaking.
  • the crane steady rest control device 10 may use the same output pattern template as that used in the above-described overhead crane.
  • the deflection in the turning direction D3 of the suspension point SP before turning is due to the influence of the Coriolis force, depending on the movement of the suspension point SP in the turning direction D3.
  • the deflection may occur in the pull-in direction D4 (SG2).
  • the deflection of the suspension point SP in the retraction direction D4 before turning is due to the influence of the Coriolis force, depending on the movement of the suspension point SP in the turning direction D3.
  • the vehicle will swing in the turning direction D3 (SG4).
  • the direction of each swing component in the turning direction D3 and the retraction direction D4 changes according to the change in the turning angle, so the non-linearity becomes stronger and the anti-vibration control that assumes a straight trajectory becomes ineffective.
  • the crane anti-sway control device 10 selects a pattern that stops the anti-sway during acceleration and stops the anti-sway operation during constant speed, thereby reducing the influence of the Coriolis force during constant speed movement. conduct.
  • the crane anti-sway control device 10 stops shaking in a range where the swing angle change is small, and performs control so as to start moving at a constant speed, so that the output pattern on the straight trajectory can be applied in a form approximating the straight trajectory.
  • the output pattern assuming that there is vibration during movement does not take into account the Coriolis force, so it cannot be applied to anti-vibration control when the Coriolis force affects it.
  • the output patterns shown in FIGS. 7, 8 and 9 can be specifically applied as patterns for stopping vibration during acceleration and deceleration.
  • vibration occurs due to the acceleration operation at the acceleration time t1 on the straight track of the overhead crane.
  • the deflection becomes 0. Since the speed is constant until the deceleration time t5 starts, no deflection occurs.
  • the shake occurs again at the time tp5, and when the deceleration of the deceleration time t7 is completed, the shake becomes 0 at the time tp8.
  • the crane anti-sway control device 10 applies the output pattern of FIG. 7 and the output patterns of FIGS. I do.
  • the swing in the turning direction was stopped only by the turning motion.
  • sufficient effects cannot be expected because the Coriolis force does not take into consideration the fact that the deflection in the turning direction changes to the deflection in the retraction direction (see FIG. 12).
  • the problem in the jib crane 150 can be solved by providing the steady rest in two axes in the turning direction and the retraction direction in consideration of the Coriolis force.
  • the calculation of the anti-vibration pattern is not easy due to the non-linearity due to the influence of the Coriolis force. Therefore, the crane anti-sway control system 100 selects a pattern that is less likely to be affected by the Coriolis force from among the anti-sway patterns for the straight track, thereby making it possible to treat it as an approximate anti-sway for the straight track.
  • the length of the suspending member 23 may change (from L2 to L1) during anti-vibration control.
  • the crane anti-sway control device 10 prevents the anti-sway accuracy from deteriorating even if the precondition of the calculated output pattern is deviated due to the change in the length of the suspension member 23 during the movement of the suspension point SP. to control.
  • the operation control unit 13 when outputting the output pattern, when the deflection angular frequency at the time of output pattern creation is " ⁇ 0" and the scheduled acceleration/deceleration or constant speed time is “t0", the operation control unit 13 outputs the current deflection angular frequency " ⁇ is set to " ⁇ 0t0" from the start time "ts" of ", the output pattern set by the selector 12 is corrected so that the acceleration/deceleration is switched.
  • the length of the suspension member 23 changes due to the winding motion of the suspension member 23 during horizontal movement.
  • the length of the suspending member 23 inevitably changes when the suspending part 6 is set at a constant height and horizontally moved. Since the anti-sway control described for the overhead crane assumes that the length of the suspension member 23 is constant, if the anti-sway control of the jib crane 150 is performed in a state where the premise is broken, the performance of the anti-sway deteriorates. do. The easiest way to suppress this is to keep the state of the basic model shown in FIG. 3, which is the premise.
  • Equation (3) it is sufficient to first return to Equation (3) and set the portion of Equation (6) below, which is the sum of the first and second terms on the left side, to " ⁇ 0", which is the original fixed acceleration.
  • ⁇ 0 which is the original fixed acceleration.
  • dv/dt that is, the acceleration should be changed, and this should be represented by the equation (7) as ⁇ .
  • the length of the suspending member 23 changes, " ⁇ " changes with time. Therefore, it is necessary to correct the output timing so that the time integral of " ⁇ " becomes “ ⁇ 1".
  • the portion on the right side may be the time integral of ⁇ . That is, with the acceleration/deceleration start time set to "ts" and the current time set to "t", the selection unit 12 may perform correction so that acceleration/deceleration switching is performed at the timing shown in equation (8).
  • the jib crane 150 is a crane that performs a turning operation and a retracting operation while the load SL is suspended. good.
  • the crane anti-sway control system 100 can appropriately anti-sway the sway caused by the turning motion and the retraction motion according to the situation of the jib crane 150 .
  • the selection unit 12 may correct the acceleration in the acceleration/deceleration pattern of the template and the switching timing of the acceleration/deceleration based on the change in the length of the suspension member 23 . In this case, even in a situation where the premise of the simple pendulum model does not hold because the length of the suspension member 23 changes, the selection unit 12 selects an appropriate template according to the change in the length of the suspension member 23. Appropriate anti-vibration control can be performed after correcting the shape. That is, if the suspension member 23 is wound during movement, the anti-vibration performance is deteriorated due to vibration period change disturbance.
  • jib crane was explained as an example, it can also be applied to crawler cranes.
  • [Mode 1] A crane anti-vibration control system that controls a crane that suspends an object with a suspension member and a suspension part, and performs anti-vibration of the suspension part, a selection unit that selects a template to be applied from a plurality of templates of acceleration/deceleration patterns of suspension points of the crane, based on information about the steady rest; a motion controller for controlling motion of the crane based on the selected template.
  • [Mode 2] The crane steady rest control system according to mode 1, wherein the selection unit calculates parameters of the acceleration/deceleration pattern in the selected template.
  • the crane steady rest control system of aspect 1 or 2 wherein the plurality of templates includes an inching template that performs one of acceleration and deceleration followed immediately by the other.
  • the crane steady rest according to any one of aspects 1 to 3, further comprising a learning unit that performs reinforcement learning based on the control content of the crane based on the selected template and the execution result of the control content.
  • control system The crane is a crane that performs a turning operation and a retracting operation while the object is suspended, The crane anti-sway control system according to any one of modes 1 to 4, wherein the motion control unit performs anti-sway control for the turning motion and the retraction motion.
  • the selection unit corrects the acceleration in the acceleration/deceleration pattern of the template and the switching timing of acceleration/deceleration based on the change in the length of the suspension member. 6.
  • a crane steady rest control system according to any one of Claims 5 to 6.

Landscapes

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Abstract

クレーン振れ止め制御システムは、対象物を吊部材及び吊部で吊るクレーンを制御して、吊部の振れ止めを行うクレーン振れ止め制御システムであって、クレーンの吊点の加減速パターンの複数のテンプレートから、振れ止めに関する情報に基づいて、適用するテンプレートを選択する選択部と、選択されたテンプレートに基づいて、クレーンの動作を制御する動作制御部と、を備える。

Description

クレーン振れ止め制御システム
　本開示は、クレーン振れ止め制御システムに関する。
　従来、対象物を吊部材及び吊部で吊るクレーンを制御して、前記吊部の振れ止めを行うクレーン振れ止め制御システム（例えば、特許文献１参照）が知られている。このクレーン振れ止め制御システムは、ある地点から、目標地点までの移動において、最短の移動時間で移動する際の吊部の振れを止めている。このシステムは、移動中の振れの状態を測定し、当該測定結果に基づいて、速度パターンを補正している。
特開２０１１－１２６６８９号公報
　ここで、クレーンの吊点は、状況に応じて様々な移動態様にて移動する。また、それに伴って吊部の振れも様々な態様で発生する。クレーン振れ止め制御システムが、様々なクレーンの状況に応じて、クレーンの振れ止めに最適な速度、加速度のパターンを演算しようとする場合、十分に振れ止めを行うことができないことがある。あるいは、振れ止め制御のために演算の負荷が大きくなることがある。
　本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、クレーンの状況に応じて適切な振れ止め制御を行うことができるクレーン振れ止め制御システムを提供することを目的とする。
　本開示に係るクレーン振れ止め制御システムは、対象物を吊部材及び吊部で吊るクレーンを制御して、吊部の振れ止めを行うクレーン振れ止め制御システムであって、クレーンの吊点の加減速パターンの複数のテンプレートから、振れ止めに関する情報に基づいて、適用するテンプレートを選択する選択部と、選択されたテンプレートに基づいて、クレーンの動作を制御する動作制御部と、を備える。
　クレーン振れ止め制御システムにおいて、選択部は、クレーンの吊点の加減速パターンの複数のテンプレートから、振れ止めに関する情報に基づいて、適用するテンプレートを選択する。また、動作制御部は、選択されたテンプレートに基づいて、クレーンの動作を制御する。このように、選択部が複数のテンプレートから選択することができるため、クレーンの状況に合わせて、適切なテンプレートを選択することができる。また、選択部は、一から加減速パターンを演算しなくとも、予め準備されたテンプレートを用いることで、容易に加減速パターンを取得することができる。以上により、クレーンの状況に応じて適切な振れ止め制御を行うことができる。
　選択部は、選択したテンプレートにおける加減速パターンのパラメータを演算してよい。この場合、選択部は、選択したテンプレートに対し、クレーンの状況に応じてより適切なパラメータを設定することができる。
　複数のテンプレートには、加速及び減速の一方を行い、その直後に他方を行うインチングテンプレートが含まれてよい。このようなインチングテンプレートは、吊点の移動距離を抑制しつつ、振れ止めを行うことができる。選択部は、このようなインチングテンプレートを選択することで、クレーンの状況に対応させることができる。
　クレーン振れ止め制御システムは、選択されたテンプレートに基づくクレーンの制御内容と、当該制御内容の実行結果と、に基づいて強化学習を行う学習部を更に備えてよい。この場合、選択部は、学習部の学習結果を用いることで、クレーンの状況に応じて、より適切なテンプレートを選択することができる。
　クレーンは、対象物を吊った状態で旋回動作、及び引き込み動作を行うクレーンであり、動作制御部は、旋回動作、及び引き込み動作に対して、振れ止めの制御を行ってよい。この場合、クレーン振れ止め制御システムは、旋回動作及び引き込み動作に伴って発生する振れを、クレーンの状況に応じて適切に振れ止めすることができる。
　吊部材の長さが変化する場合、選択部は、吊部材の長さの変化に基づいて、テンプレートの加減速パターンにおける加速度、及び加減速の切り替えタイミングを補正してよい。この場合、吊部材の長さが変化して、単振り子のモデルの前提が成り立たない状況であっても、選択部は、吊部材の長さの変化に応じて、テンプレートを適切な形に補正した上で、適切な振れ止め制御を行うことができる。
　本開示によれば、クレーンの状況に応じて適切な振れ止め制御を行うことができるクレーン振れ止め制御システムを提供する。
本開示の実施形態に係るクレーン振れ止め制御システム１００、及び制御対象となるクレーン１を示す図である。 クレーン振れ止め制御システム１００のブロック構成図である。 テンプレートの基本原理である、単振り子の物理モデルについて説明するための図である。 台形型の加減速パターンのテンプレートについて説明するための図である。 １段インチングテンプレートについて説明するための図である。 往復インチングテンプレートについて説明するための図である。 ２段加減速テンプレートについて説明するための図である。 ３段加減速テンプレートについて説明するための図である。 ３段加減速テンプレートについて説明するための図である。 クレーン振れ止め制御システム１００の処理内容を示すフローチャートである。 振れを減衰させるためのパターンを示す位相平面を示す図である。 クレーン振れ止め制御システムを適用されたジブクレーンについて説明するための図である。
　以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本開示の実施形態に係るクレーン振れ止め制御システム１００、及び制御対象となるクレーン１を示す図である。ここでは、クレーン１として天井クレーンが例示されている。図１に示すように、クレーン１は、吊荷ＳＬ（対象物）を吊部６で保持して吊部材２３で吊るし、当該吊部６及び吊部材２３を吊荷ＳＬと共に移動させる装置である。なお、クレーン１は、天井クレーンに限定されず、ホイストクレーン、門型クレーン、橋形クレーン、ジブクレーン等であってもよい。また、吊荷ＳＬも特に限定されず、コイル、スラブ、結束棒鋼、鉄板など、様々な物品が採用されてもよい。
　図１に示すように、クレーン１は、レール２、ガーダ３、トロリ４、吊部６、走行装置７、横行装置８、及び巻上装置９を備える。
　レール２は、ガーダ３及びトロリ４を介した吊部６の走行方向Ｄ１の移動をガイドする部材である。レール２は、横行方向Ｄ２に互いに離間すると共に、走行方向Ｄ１に平行に延びる一対のガイド部材である。レール２は、クレーン１が設けられる建屋の天井に固定されている。ガーダ３は、トロリ４を介した吊部６の横行方向Ｄ２の移動をガイドする一対の部材である。ガーダ３は、走行方向Ｄ１に互いに離間すると共に、一対のレール２に架け渡されるように横行方向Ｄ２に平行に延びる一対のガイド部材である。ガーダ３は、後述の走行装置７によって、レール２に沿って走行方向Ｄ１へ走行可能である。トロリ４は、ガーダ３に支持された状態で、吊部６を吊り下げる。トロリ４は、後述の横行装置８によって、ガーダ３に沿って横行方向Ｄ２へ横行可能である。
　走行装置７は、ガーダ３をレール２に沿って走行させるための装置である。走行装置７は、ガーダ３の横行方向Ｄ２の両端にそれぞれ設けられる。各走行装置７は、車輪２１を有する。横行装置８は、トロリ４をガーダ３に沿って横行させるための装置である。横行装置８は、トロリ４に設けられた車輪２２を有する。
　吊部６は、吊荷ＳＬを吊ることによって保持する。吊部６は、吊部材２３によってトロリ４から吊り下げられている。吊部６は、トロリ４に設けられた巻上装置９と吊部材２３を介して接続されている。従って、巻上装置９は、吊部材２３を巻き上げることで、吊部６を上昇させることができる。なお、巻上装置９において、吊部材２３の振幅の基点となる箇所を「吊点ＳＰ」と称する場合がある。
　クレーン振れ止め制御装置１０は、クレーン１全体を総合的に制御する装置である。クレーン振れ止め制御装置１０は、クレーン１を制御して、吊部材２３の振れ止めを行う。クレーン振れ止め制御装置１０は、プロセッサ、メモリ、ストレージ、通信インターフェース及びユーザインターフェースを備え、一般的なコンピュータとして構成されている。プロセッサは、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）などの演算器である。メモリは、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）やＲＡＭ（Random　Access　Memory）などの記憶媒体である。ストレージは、ＨＤＤ（Hard　Disk　Drive）などの記憶媒体である。通信インターフェースは、データ通信を実現する通信機器である。ユーザインターフェースは、液晶やスピーカなどの出力器、及び、操縦レバー、ボタン、キーボードやタッチパネルやマイクなどの入力器である。プロセッサは、メモリ、ストレージ、通信インターフェース及びユーザインターフェースを統括し、後述する機能を実現する。クレーン振れ止め制御装置１０では、例えば、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより各種の機能を実現する。クレーン振れ止め制御装置１０は、複数のコンピュータから構成されていてもよい。
　次に、図２を参照して、クレーン振れ止め制御システム１００の詳細な構造について説明する。図２に示すように、クレーン振れ止め制御システム１００は、クレーン振れ止め制御装置１０と、検出部４１と、駆動部４２と、を備える。クレーン振れ止め制御装置１０は、検出部４１に電気的に接続されており、検出部４１で検出された検出情報を受信する。また、クレーン振れ止め制御装置１０は、駆動部４２に電気的に接続されており、駆動部４２に対して動作指令の信号を出力する。
　検出部４１は、クレーン１の各位置に設けられており、振れ止め制御に必要な各種情報を検出する機器である。検出部４１は、例えば、吊部材２３及び吊部６の振れを検出する振れ検出センサを含む。このような検出センサは、例えば、トロリ４に設けられた撮影部によって、吊部６に設けられたターゲットを撮影することによって、当該画像から振れ角などを検出してよい。あるいは、検出部４１は、吊部６に配置された加速度計によって吊部６の加速度を計測したり、走行、横行において駆動するモータのトルクを計測する計測器によってトルクを計測するなどによって、振れ止め制御に必要な情報を検出してよい。検出部４１は、例えば、トロリ４に設けられて吊点ＳＰの速度、加速度を検出するセンサを含む。駆動部４２は、クレーン１の駆動力を発生する機器であり、走行装置７、横行装置８、及び巻上装置９の駆動機構によって構成される。
　クレーン振れ止め制御装置１０は、クレーン１の吊点ＳＰの加減速パターンをテンプレートとして複数用意している。そして、クレーン振れ止め制御装置１０は、振れ止め制御開始前の振れ振幅と吊点ＳＰの移動距離に基づき、適切なものを選択する。また、クレーン振れ止め制御装置１０は、吊部材２３の振れ振幅及び振れ周期と、吊点ＳＰの移動距離とに基づいて、選択したテンプレートの加減速パターンのパラメータを演算する。クレーン振れ止め制御装置１０は、出力パターンを出力する振れ位相のタイミングを演算し、演算結果に係るタイミングにて、出力パターンを出力する。ここで、クレーン振れ止め制御装置１０は、吊点ＳＰの移動完了後に、開始時よりも振れ振幅が小さくなるように、加減速パターンのパラメータを演算する。このようなパラメータの演算は、単振り子の物理モデルにおいて、振れ角と振れ角速度を直交軸にとった位相平面を考慮して行われる。そして、クレーン振れ止め制御装置１０は、上述のようなテンプレートに基づく出力パターンによる振れ止め制御を、振れ振幅が目標値の範囲内に入り、及び吊点ＳＰが目標位置の範囲に入るまで、繰り返し行う。
　具体的に、クレーン振れ止め制御装置１０は、条件確認部１１と、選択部１２と、動作制御部１３と、学習部１４と、記憶部１６と、を備える。
　条件確認部１１は、検出部４１から受信した検出情報に基づいて、吊部６の振れ振幅及び振れ周期と、吊点ＳＰの目標位置までの移動距離を取得する。また、条件確認部１１は、振れ振幅が目標値の範囲内に入っているか否かの条件を判定し、且つ、吊点ＳＰが目標位置の範囲に入っているか否かの条件を判定する。条件確認部１１は、振れ止め制御を行う前のタイミング、及び振れ止め制御を行った後のタイミングでこれらの条件の確認を行う。
　選択部１２は、クレーン１の吊点ＳＰの加減速パターンの複数のテンプレートから、振れ止めに関する情報に基づいて、適用するテンプレートを選択する。選択部１２は、クレーン１の状況に応じて、一つのテンプレートを選択してもよく、複数のテンプレートを選択してもよい。選択部１２は、複数のテンプレートを選択した場合、テンプレートの順序も調整する。また、選択部１２は、選択したテンプレートにおける加減速パターンのパラメータを演算する。選択部１２は、このように加減速パターンのパラメータを演算することによって、動作制御部１３が制御に用いる最終的な出力パターンを作成する。なお、加減速パターンのテンプレートの具体例については後述する。選択部１２は、振れ止めに関する情報として、条件確認部１１が取得した吊部６の振れ振幅及び振れ周期と、吊点ＳＰの目標位置までの移動距離の情報を用いる。また、選択部１２は、作成した出力パターンを出力するための、振れ位相のタイミングを演算する。なお、テンプレートの具体例については、後述する。
　動作制御部１３は、選択部１２で選択されたテンプレートに基づいて、クレーン１の動作を制御する。動作制御部１３は、選択部１２によりテンプレートに基づいて作成された出力パターンを用いて、クレーン１の動作を制御する。動作制御部１３は、出力パターンを出力する振れ位相のタイミング（出力タイミングと称する場合がある）を選択部１２から取得する。動作制御部１３は、検出部４１の検出情報に基づいて、吊部６の振れ位相を推定する。そして、動作制御部１３は、推定した振れ位相と、出力タイミングの振れ位相とが一致したタイミングにて、駆動部４２へ出力パターンを出力する。
　学習部１４は、選択されたテンプレートに基づくクレーン１の制御内容と、当該制御内容の実行結果と、に基づいて強化学習を行う。学習部１４は、例えば、状態条件を「初期状態の吊点ＳＰの目標位置までの距離、吊部６の振れ振幅及び振れ周期」とし、行動条件を「テンプレートの選択」とし、報酬条件を「パターン出力に要した時間」として、強化学習を行う。なお、パターン出力に要した時間とは、振れ止め制御を開始してから、振れ振幅が目標値の範囲内に入り、及び吊点ＳＰが目標位置の範囲に入るまでに要する時間である。後述の図１０のフローチャートのスタートからエンドまでに要する時間である。上述の選択部１２は、学習部１４の学習結果を利用して、テンプレートの選択、及び出力パターンの作成を行ってよい。
　記憶部１７は、クレーン振れ止め制御装置１０の動作に必要な各種情報を記憶する。記憶部１７は、選択部１２によって選択される複数のテンプレートを記憶する。
　次に、図３～図９を参照して、選択部１２が選択するテンプレートについて説明する。
　まず、図３を参照して、テンプレートの基本原理である、単振り子の物理モデルについて説明する。図３（ａ）は、クレーン１を単振り子の物理モデルとして示した図である。ここでは、Ｘ軸方向が水平方向、すなわち走行方向Ｄ１、及び横行方向Ｄ２の何れか一方の方向を示している。Ｙ軸方向が上下方向を示している。「吊荷座標」の原点は、吊荷ＳＬの重心である。吊点ＳＰが水平移動を可能とする場合の単振り子の運動方程式は、ｘ軸方向が式（１）となり、ｙ軸方向が式（２）となる。なお、「時間：ｔ」、「重力加速度：ｇ」とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　上記式（１）（２）を展開し、振れ角度θが十分小さいとしてｃｏｓθを１と近似し、ｓｉｎθを０と近似すると、式（３）のように展開できる。更に、吊部材２３の長さが変化しない前提である場合、式（３）の左辺第二項は０となり、「ω＝√（ｇ/ｌ)」として両辺を積分すると、式（４）が成り立つ。ここで「Ｃ」は積分定数であり、吊部材２３の長さｌと加速度αが一定の時には、右辺を定数ｒ２とすることで、式（５）と表現することができる。この式（５）は、図３（ｂ）に示す位相平面において、吊荷ＳＬが（－α／ω２,０）を中心とする円の軌跡を描くことを示している。なお、位相平面の横軸は振れ角θであり、縦軸は振れ角速度を振れ角周波数ωで割ったものである。また、図３（ｂ）に示す回転角度φの微分を計算すると「－ω」となるので、この軌跡は時計回りに角周波数ωで回転する事となる。選択部１２が選択するテンプレートは、図３（ｂ）に示す位相平面に基づいて設定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　なお、選択部１２は、走行方向Ｄ１の振れを止めるときは、吊点ＳＰの走行方向Ｄ１への移動の加減速に対してテンプレートを適用する。また、選択部１２は、横行方向Ｄ２の振れを止めるときは、吊点ＳＰの横行方向Ｄ２への移動の加減速に対してテンプレートを適用する。また、走行方向Ｄ１及び横行方向Ｄ２の両方の成分を有する振れを止めるときは、吊点ＳＰの走行方向Ｄ１への移動の加減速に対するテンプレート、及び吊点ＳＰの横行方向Ｄ２への移動の加減速に対するテンプレートの両方を適用する。
　次に、図４を参照して、簡単な例として、台形型の速度出力での加減速パターンのテンプレートについて説明する。図４（ｂ）に示す台形型の速度出力は図４(ｃ)に示すような加減速のＯＮ・ＯＦＦパターンと等価となり加速をＯＮとした加速時間ｔ１（時点ｔｐ１～ｔｐ２）、加減速をＯＦＦとした定速時間ｔ２（時点ｔｐ２～ｔｐ３）、及び減速をＯＮとした減速時間ｔ３（時点ｔｐ３～ｔｐ４）を設定する。初期振れが無い場合、このような加減速パターンを位相平面で示すと、図４（ａ）に示すように、加速時間ｔ１の位相は、原点（振れ角振幅が０の状態）から開始する（時点ｔｐ１）。このときの位相は、加速度αであるため、（－α／ω２,０）を中心とした円の軌跡を描く。加速時間ｔ１での回転角度θは、回転の角周波数が前述の原理説明のようにωとなるので、加速時間（Ｖ／α）にωを掛けたものとなる。加速時間ｔ１から定速時間ｔ２に切り替わるとき（時点ｔｐ２）、加速度は０となる。従って、位相は、原点を中心とした円を描く軌跡に切り替わる。次に、定速時間ｔ２から減速時間ｔ３に切り替わるとき（時点ｔｐ３）、位相は、（α／ω２,０）を中心とした円の軌跡を描く。そして、減速時間ｔ３の位相は、速度が０となって減速が終了したときに原点に復帰する（時点ｔｐ４）。停止中は加速度が０であるので位相が回転中心と一致する。従って、振れの停止した状態が維持される。なお、加速時間ｔ１において、加速度の符号と振れ角の符号が逆になっているのは、加速の方向と逆方向に振れが発生している事を意味している。
　なお、選択部１２が図４（ｂ）に示すテンプレートにおける加減速パターンのパラメータを演算するときは、検出部４１の検出情報に基づいて振れ周期Ｔ、振れ角周波数ωを演算する。また、選択部１２は、クレーン１の仕様による制約の範囲内で、吊点の定速時の移動速度Ｖ、及び加速度αを設定する。選択部１２は、加速時間ｔ１、定速時間ｔ２、及び減速時間ｔ２の長さを設定する。このとき、選択部１２は、図４（ａ）に示すような位相の軌跡が描かれるように、パラメータを設定する。このように選択部１２がパラメータを設定することで、台形状の出力パターンが作成される。動作制御部１３は、初期振れが無い場合の任意のタイミングにて、出力パターンを駆動部４２へ出力する。なお、選択部１２によるパラメータの設定、及び動作制御部１３の出力タイミングについては、特に説明が無い場合は、上記説明と同趣旨の演算が行われる。
　本実施形態では、以上のように、基本となる加減速のＯＮ／ＯＦＦのパターンのテンプレートを作図的手法で複数用意する。これは、振れ止めで重視するポイントが運用の条件により異なるため、それらのポイントに適合するようなパターンを用意する必要があるためである。例えば、図４（ｂ）に示す例では、吊点ＳＰの移動距離となる台形の面積は、「ＴＶ」となる。上記説明のように振れ周期が固定（吊部材２３の長さの変化が無い）の前提では、移動距離が短い場合には移動速度Ｖの値が小さくなり、移動時間が長くなってしまう。また、初期の振れが０でないときには振れが止まらない可能性がある。従って、各種状況に対応できるように、複数種類のテンプレートを用意することが好ましい。
　次に、図５を参照して、「１段インチングテンプレート」について説明する。この１段インチングテンプレートは、開始位相を定め、加速を行い、その直後に減速を行うことで、一度の加減速によって振れを止めようとするテンプレートである。図５（ｂ）（ｃ）に示すように、加速をＯＮとした加速時間ｔ１（時点ｔｐ１～ｔｐ２）、及び減速をＯＮとした減速時間ｔ２（時点ｔｐ２～ｔｐ３）を設定する。このテンプレートは初期振れがある前提で位置合わせよりも振れ止めを優先する場合に用いられる。
　この加減速パターンでは、減速が完了した時の位相が位相平面上の原点に来るように加速時間、減速時間及び加速を開始する位相が計算される。このような加減速パターンを位相平面で示すと、図５（ａ）に示すように、開始位相φｓの状態から加速を開始する（時点ｔｐ１）。開始位相は、縦軸の正側を基準として回転角度φｓで示される位置に設定される。このときの位相は、加速度αであるため、（－α／ω２,０）を中心とした円の軌跡を描く。回転角度φ１となって加速時間ｔ１から減速時間ｔ２に切り替わるとき（時点ｔｐ２）、加速度は－αとなる。従って、減速時間ｔ２の位相は（α／ω２,０）を中心とした円の軌跡を描く。そして、減速時間ｔ２の位相は、回転角度φ２のときに速度が０となって減速が終了して停止したときに原点に復帰する（時点ｔｐ３）。
　１段インチングテンプレートでは、選択部１２は、開始位相φｓ、加速時間ｔ１及び減速時間ｔ２の長さを設定する。動作制御部１３は、位相が図５（ａ）に示す時点ｔｐ１での開始位相となるタイミングにて、出力パターンを駆動部４２へ出力する。
　次に、図６を参照して、「往復インチングテンプレート」について説明する。この往復インチングテンプレートは、加速を行い、その直後に減速を行うことで一回目のインチングを行い、所定時間の加減速ＯＦＦの後、減速を行い、その直後に加速を行うことで二回目のインチングを行うテンプレートである。往復インチングテンプレートでは、移動距離に応じて、二回のインチングの時間と移動の向きを設定する。二回目のインチングの方向を一回目と逆向きにすることで、位置移動無しの振れ止め制御を行うことができる。このテンプレートは、移動無しの場合を含めた小移動時の振れ止め移動時に用いられる。
　図６（ｂ）（ｃ）に示すように、加速をＯＮとした加速時間ｔ１（時点ｔｐ１～ｔｐ２）、減速をＯＮとした減速時間ｔ２（時点ｔｐ２～ｔｐ３）、加減速をＯＦＦとした停止時間ｔ３（時点ｔｐ３～ｔｐ４）、減速をＯＮとした減速時間ｔ４（時点ｔｐ４～ｔｐ５）、及び加速をＯＮとした加速時間ｔ５（時点ｔｐ５～ｔｐ６）を設定する。
　このような加減速パターンを位相平面で示すと、図６（ａ）に示すように、加速時間ｔ１の位相は、初期振れが無い場合、原点から開始する（時点ｔｐ１）。このときの位相は、加速度αであるため、（－α／ω２,０）を中心とした円の軌跡を描く。回転角度φ１となって加速時間ｔ１から減速時間ｔ２に切り替わるとき（時点ｔｐ２）、加速度は－αとなる。従って、減速時間ｔ２の位相は（α／ω２,０）を中心とした円の軌跡を描く。そして、減速時間ｔ２の位相は、回転角度φ２のときに速度が０となる。減速時間ｔ２から停止時間ｔ３に切り替わるとき（時点ｔｐ３）、加速度は０となる。従って、停止時間ｔ３の位相は、原点を中心とした円の軌道を描く。回転角度φ３となって停止時間ｔ３から減速時間ｔ４に切り替わるとき（時点ｔｐ４）、加速度は－αとなる。従って、加速時間ｔ４の位相は（α／ω２,０）を中心とした円の軌跡を描く。回転角度φ４となって減速時間ｔ４から加速時間ｔ５に切り替わるとき（時点ｔｐ５）、加速度はαとなる。従って、加速時間ｔ５の位相は（－α／ω２,０）を中心とした円の軌跡を描く。回転角度φ５となって減速が終了して停止したときに原点に復帰する（時点ｔｐ６）。
　往復インチングテンプレートでは、選択部１２は、加速時間ｔ１，ｔ５、減速時間ｔ２，ｔ４、及び停止時間ｔ３の長さを設定する。また、選択部１２は、初期振れがある時には２回目の減速完了（時点ｔｐ６）時の残留振れ振幅が小さくなる様に開始位相と停止時間ｔ３の長さを計算して設定する。動作制御部１３は、選択部１２によって設定された位相となるタイミングにて、出力パターンを駆動部４２へ出力する。
　次に、図７を参照して、「２段加減速テンプレート」について説明する。この２段加減速テンプレートは、「Ｖ／２」の速度で定速の移動を挟んだ二段階の加速を行い、定速で移動した後、「Ｖ／２」の速度で定速の移動を挟んだ二段階の減速を行うテンプレートである。２段加減速テンプレートは、最大速度まで出せるような長距離移動を行うときに用いられる。
　図７（ｂ）（ｃ）に示すように、加速をＯＮとした加速時間ｔ１（時点ｔｐ１～ｔｐ２）、加減速をＯＦＦとした定速時間ｔ２（時点ｔｐ２～ｔｐ３）、加速をＯＮとした加速時間ｔ３（時点ｔｐ３～ｔｐ４）、加減速をＯＦＦとした定速時間ｔ４（時点ｔｐ４～ｔｐ５）、減速をＯＮとした減速時間ｔ５（時点ｔｐ５～ｔｐ６）、加減速をＯＦＦとした定速時間ｔ６（時点ｔｐ６～ｔｐ７）、及び減速をＯＮとした減速時間ｔ７（時点ｔｐ７～ｔｐ８）を設定する。
　このような加減速パターンを位相平面で示すと、図７（ａ）に示すように、初期振れが無い場合、加速時間ｔ１の位相は、原点から開始する（時点ｔｐ１）。このときの位相は、加速度αであるため、（－α／ω２,０）を中心とした円の軌跡を描く。回転角度φ１となって加速時間ｔ１から定速時間ｔ２に切り替わるとき（時点ｔｐ２）、加速度は０となる。従って、定速時間ｔ２の位相は原点を中心とした円の軌跡を描く。回転角度φ２となって定速時間ｔ２から加速時間ｔ３に切り替わるとき（時点ｔｐ３）、加速度αとなる。従って、加速時間ｔ３の位相は（－α／ω２,０）を中心とした円の軌跡を描く。回転角度φ３となって加速時間ｔ３から定速時間ｔ４に切り替わるとき（時点ｔｐ４）、加速度は０となる。また、このとき位相は原点に復帰する。従って、定速時間ｔ４では、位相が原点で維持される。定速時間ｔ４から減速時間ｔ５に切り替わるとき（時点ｔｐ５）、減速度－αとなる。従って、減速時間ｔ５の位相は（α／ω２,０）を中心とした円の軌跡を描く。回転角度φ５となって減速時間ｔ５から定速時間ｔ６に切り替わるとき（時点ｔｐ６）、加速度は０となる。従って、定速時間ｔ６の位相は原点を中心とした円の軌跡を描く。回転角度φ６となって定速時間ｔ６から減速時間ｔ７に切り替わるとき（時点ｔｐ７）、加速度－αとなる。従って、減速時間ｔ７の位相は（α／ω２,０）を中心とした円の軌跡を描く。回転角度φ７となって加速が終了して停止したときに原点に復帰する（時点ｔｐ８）。
　２段加減速テンプレートでは、選択部１２は、加速時間ｔ１，ｔ３、減速時間ｔ５，ｔ７、及び定速時間ｔ２，ｔ４，ｔ６の長さを設定する。また、選択部１２は、初期振れがある時には２回目の減速完了（時点ｔｐ８）時の残留振れ振幅が小さくなる様に開始位相と定速時間ｔ２、ｔ４の長さを調整して設定する。動作制御部１３は、選択部１２によって設定された位相となるタイミングにて、出力パターンを駆動部４２へ出力する。
　次に、図８及び図９を参照して、「３段加減速テンプレート」について説明する。この３段加減速テンプレートは、台形型の速度パターンが３回出力される加減速パターンのテンプレートである。３段加減速テンプレートは、最大速度まで出せない中～短距離移動に用いられる。
　図９（ａ）（ｂ）に示すように、加速をＯＮとした加速時間ｔа１（時点ｔｐ１～ｔｐ２）、加減速をＯＦＦとした定速時間ｔｃ１（時点ｔｐ２～ｔｐ３）、及び減速をＯＮとした減速時間ｔｄ１（時点ｔｐ３～ｔｐ４）を設定する。また、加減速をＯＦＦとした定速時間ｔｃ２（時点ｔｐ４～ｔｐ５）の後、加速をＯＮとした加速時間ｔа２（時点ｔｐ５～ｔｐ６）、加減速をＯＦＦとした定速時間ｔｃ０（時点ｔｐ６～ｔｐ７）、及び減速をＯＮとした減速時間ｔｄ２（時点ｔｐ７～ｔｐ８）を設定する。また、加減速をＯＦＦとした定速時間ｔｃ３（時点ｔｐ８～ｔｐ９）の後、加速をＯＮとした加速時間ｔа３（時点ｔｐ９～ｔｐ１０）、加減速をＯＦＦとした定速時間ｔｃ４（時点ｔｐ１０～ｔｐ１１）、及び減速をＯＮとした減速時間ｔｄ３（時点ｔｐ１１～ｔｐ１２）を設定する。なお、時点ｔｐ１～ｔｐ３の時間の長さ、時点ｔｐ３～ｔｐ５の時間の長さ、時点ｔｐ８～ｔｐ１０の時間の長さ、及び時点ｔｐ１０～ｔｐ１２の時間の長さは、初期振れが無い場合、振り子の固有周期Ｔに対して「Ｔ／６」となる。時点ｔｐ５～ｔｐ８の時間の長さは任意の長さに設定される。
　このような加減速パターンを位相平面で示すと、図８（ａ）に示すように、初期振れが無い場合、加速時間ｔ１の位相は、原点から開始する（時点ｔｐ１）。このときの位相は、加速度αであるため、（－α／ω２,０）を中心とした円の軌跡を描く。回転角度φａ１となって加速時間ｔａ１から定速時間ｔｃ１に切り替わるとき（時点ｔｐ２）、加速度は０となる。従って、位相は、原点を中心とした円を描く軌跡に切り替わる。次に、定速時間ｔｃ１から減速時間ｔｄ１に切り替わるとき（時点ｔｐ３）、位相は、（α／ω２,０）を中心とした円の軌跡を描く。回転角度φｄ１となって減速時間ｔｄ１から定速時間ｔｃ２に切り替わるとき（時点ｔｐ４）、加速度は０となる。従って、位相は、原点を中心とした円を描く軌跡に切り替わる。回転角度φｃ２となって定速時間ｔｃ２から加速時間ｔａ２に切り替わるとき（時点ｔｐ５）、加速度はαとなる。従って、位相は、（－α／ω２,０）を中心とした円を描く軌跡に切り替わる。回転角度φａ２となって加速時間ｔａ２から定速時間ｔｃ０に切り替わるとき（時点ｔｐ６）、加速度は０となる。また、このとき位相は原点に復帰する。従って、定速時間ｔｃ０では、位相が原点で維持される。
　次に、図８（ｂ）に示すように、定速時間ｔｃ０から減速時間ｔｄ２に切り替わるとき（時点ｔｐ７）、位相は、（α／ω２,０）を中心とした円の軌跡を描く。回転角度φｄ２となって減速時間ｔｄ２から定速時間ｔｃ３に切り替わるとき（時点ｔｐ８）、加速度は０となる。従って、位相は、原点を中心とした円を描く軌跡に切り替わる。回転角度φｃ３となって定速時間ｔｃ３から加速時間ｔａ３に切り替わるとき（時点ｔｐ９）、加速度はαとなる。従って、位相は、（－α／ω２,０）を中心とした円を描く軌跡に切り替わる。回転角度φａ３となって加速時間ｔａ３から定速時間ｔｃ４に切り替わるとき（時点ｔｐ１０）、加速度は０となる。従って、位相は、原点を中心とした円を描く軌跡に切り替わる。次に、定速時間ｔｃ４から減速時間ｔｄ３に切り替わるとき（時点ｔｐ１１）、位相は、（α／ω２,０）を中心とした円の軌跡を描く。回転角度φｄ３となって加速が終了して停止したときに原点に復帰する（時点ｔｐ１２）。
　３段加減速テンプレートでは、選択部１２は、加速時間ｔａ１，ｔａ２、ｔａ３、減速時間ｔｄ１、ｔｄ２、ｔｄ３、及び定速時間ｔｃ１，ｔｃ２，ｔｃ０，ｔｃ３，ｔｃ４の長さを設定する。また、選択部１２は、初期振れがある時には３回目の減速完了（時点ｔｐ１２）時の残留振れ振幅が小さくなる様に開始位相と定速時間ｔｃ１，ｔｃ２の長さを調整して設定する。動作制御部１３は、選択部１２によって設定された位相となるタイミングにて、出力パターンを駆動部４２へ出力する。
　次に、図１０を参照して、クレーン振れ止め制御システム１００の処理内容について説明する。まず、条件確認部１１は、検出部４１から受信した検出情報に基づいて、吊部６の振れ振幅及び振れ周期と、吊点ＳＰの目標位置までの移動距離を確認する（ステップＳ１１０）。次に、条件確認部１１は、完了条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１２０）。ここでは、条件確認部１１は、振れ振幅が目標値の範囲内に入っているか否かの条件を判定し、且つ、吊点ＳＰが目標位置の範囲に入っているか否かの条件を判定する。ステップＳ１２０において、完了条件が成立していると判断された場合、図１０に示す処理は終了する。
　一方、ステップＳ１２０において、完了条件が成立していないと判断された場合、選択部１２は、複数のテンプレートから、適用するテンプレートを選択し、且つ、出力パターンを作成する（ステップＳ１３０）。具体的に、選択部１２は、クレーン１の吊点ＳＰの加減速パターンの複数のテンプレートから、ステップＳ１１０で取得した情報に基づいて、適用するテンプレートを選択する。また、選択部１２は、選択したテンプレートにおける加減速パターンのパラメータと、パターンを出力する開始位相と、を演算し、最終的な出力パターンを作成する。
　次に、動作制御部１３は、ステップＳ１３０で作成された出力パターンを出力することで、クレーン１の動作を制御する（ステップＳ１４０）。このとき、動作制御部１３は、検出部４１の検出情報に基づいて、吊部６の振れ位相を推定する。そして、動作制御部１３は、推定した振れ位相と、出力タイミングの振れ位相とが一致したタイミングにて、駆動部４２へ出力パターンを出力する。
　なお、ステップＳ１３０において、選択部１２が複数のテンプレートを選択した場合、一回目のループのテンプレートについてのみ出力パターンを作成し、二回目以降のループのテンプレートについての出力パターンの作成は待機してよい。この場合、ステップＳ１４０で動作制御部１３が一回目のループの出力パターンを出力した後、選択部１２は、当該タイミングにおける状況を考慮して、二回目のループのテンプレートについて出力パターンを作成する。このように、選択部１２は、二回目以降のループについては、前回のループによる出力パターンの結果を反映した上で、パラメータの演算を行ってよい。
　ステップＳ１４０が完了したら、ステップＳ１１０から再び処理を繰り返す。これにより、条件確認部１１は、ステップＳ１３０，Ｓ１４０の処理によって、完了条件が成立したかを確認することができる。そして、完了条件が成立していない場合は、ステップＳ１３０，Ｓ１４０の処理が繰り返し行われる。
　具体的な振れ止め処理の一例について説明する。ここでは、大きな初期振れがある状態で、長距離の移動をする場合の例について説明する。まず、選択部１２は、一回目のループとして「１段インチングテンプレート（図５）」を選択し、二回目のループとして「２段加減速テンプレート（図７）」を選択する。一回目のループの「１段インチングテンプレート」は、初期振れが大きいので初期振れを押さえる目的で選択される。二回目のループの「２段加減速テンプレート」は、一回目のループを行うことで初期振れが小さく、移動距離が長い状況となったため、長い移動距離に対応する目的で選択される。選択部１２は、クレーンの仕様に応じて、各テンプレートに対する出力パターンを作成する。動作制御部１３は、演算した開始位相になったタイミングで、「１段インチングテンプレート」に基づく出力パターンを出力する。次に、動作制御部１３は、位相が選択部１２で設定された開始位相となったタイミングで、「２段加減速テンプレート」に基づく出力パターンを出力する。なお、定速移動の状態で振れがある場合、選択部１２は、時点ｔｐ３の加速開始と時点ｔｐ５の減速開始のタイミングを調整する。
　上述の二回目のループにて完了条件が成立していれば、振れ止め処理は終了する。一方、二回目のループのタイミング調整で移動距離が計算値からずれて残っている時には、選択部１２は、残留振れの振幅に応じて、「一段インチングテンプレート（図５）」または「２段インチングテンプレート（図６）」を選択し、クレーンの仕様に応じて出力パターンを作成する。動作制御部１３は、計算した開始位相になったら出力パターンを出力する。なお、「２段インチングテンプレート」の場合、選択部１２は、振れを止める時には２回目のインチングの開始時間（図６の時点ｔｐ４）を調整する。以降、完了条件が成立するまで、繰り返しインチングを繰り返す。
　なお、駆動部４２の制御特性により、加減速の指令をОＮとした時に、速度の時間変化が直線にならない場合もある。このような場合、選択部１２は、直線近似した一定加速度としてパターンの計算をする。また、上述の振れ止め制御で振れ振幅の評価を常時０とすると、従来の技術で振れ検出をしないものと同等のものになる。
　また、振れ振幅が大きすぎたり、移動距離の制限などで計算通りの加減速時間を確保できないような場合、確保可能な加減速時間に応じた振幅に応じたパターンを作り、その位相で出力すれば、振れの停止まではできなくとも振れを減衰させる事が出来る。例えば、図１１は、図５（ａ）に示す位相平面と同等の加減速がなされているが、位相は時点ｔｐ３において原点に復帰していない。しかし、時点ｔｐ３での位相の原点からの距離Ｒ１は、初期の位相の原点からの距離Ｒ０よりも小さくなっており、振れが減衰している。従って、このような振れを減衰させる制御を繰り返せばよい。
　次に、本開示の実施形態に係るクレーン振れ止め制御システム１００の作用・効果について説明する。
　クレーン振れ止め制御システム１００において、選択部１２は、クレーン１の吊点ＳＰの加減速パターンの複数のテンプレートから、振れ止めに関する情報に基づいて、適用するテンプレートを選択する。また、動作制御部１３は、選択されたテンプレートに基づいて、クレーン１の動作を制御する。このように、選択部１２が複数のテンプレートから選択することができるため、クレーン１の状況に合わせて、適切なテンプレートを選択することができる。また、選択部１２は、一から加減速パターンを演算しなくとも、予め準備されたテンプレートを用いることで、容易に加減速パターンを取得することができる。以上により、クレーン１の状況に応じて適切な振れ止め制御を行うことができる。
　選択部１２は、選択したテンプレートにおける加減速パターンのパラメータを演算してよい。この場合、選択部１２は、選択したテンプレートに対し、クレーンの状況に応じてより適切なパラメータを設定することができる。
　複数のテンプレートには、加速及び減速の一方を行い、その直後に他方を行うインチングテンプレートが含まれてよい。このようなインチングテンプレートは、吊点ＳＰの移動距離を抑制しつつ、振れ止めを行うことができる。選択部１２は、このようなインチングテンプレートを選択することで、クレーン１の状況に対応させることができる。
　クレーン振れ止め制御システム１００は、選択されたテンプレートに基づくクレーン１の制御内容と、当該制御内容の実行結果と、に基づいて強化学習を行う学習部１４を更に備えてよい。この場合、選択部１２は、学習部１４の学習結果を用いることで、クレーン１の状況に応じて、より適切なテンプレートを選択することができる。
　上述のような複数の振れ止め用のテンプレートには、それぞれ特徴があり、どの状況でどのテンプレートを選択するかという点に関し、数式で解を求めるのは困難である。そのため、学習部１４が強化学習を行うことで、選択部１２が容易、且つ適切にテンプレートの選択を行うことができる。
　本開示は、上述の実施形態に限定されるものではない。
　例えば、図１２（ａ）に示すように、クレーン振れ止め制御装置１０は、ジブクレーン１５０の吊部６の振れ止めを行ってよい。ジブクレーン１５０は、走行体３１、塔体３２、旋回体３３、ジブ３４、マスト３５を備えている。ジブ３４の基端部は旋回体３３に接続される。ジブ３４の先端部には吊点ＳＰが設けられる。ジブクレーン１５０において、旋回体３３は、塔体３２を中心として旋回方向Ｄ３（図１２（ｂ）参照）に旋回する。そのため、ジブ３４が旋回することで、吊点ＳＰも旋回方向Ｄ３に移動する（図１２（ｂ）参照）。また、ジブ３４は旋回体３３との接続部を基点として起伏動作を行う。そのため、吊点ＤＰは、引込方向Ｄ４へ移動する。走行体３１は、例えばレール上を走行する車輪である。
　このようなジブクレーン１５０に対するクレーン振れ止め制御装置１０は、検出部４１によって、旋回方向Ｄ３及び引込方向Ｄ４における吊部６の振れ角位相と振幅を検出する。また、クレーン振れ止め制御装置１０は、検出情報に基づいて、旋回方向Ｄ３及び引込方向Ｄ４の２軸に対する加減速の出力パターンを繰り返し演算・出力して振れを止める。クレーン振れ止め制御装置１０は、旋回方向Ｄ３、及び引込方向Ｄ４について、それぞれ独立に出力パターンを演算・出力して振れを止める。なお、クレーン振れ止め制御装置１０は、出力パターンのテンプレートとして、前述の天井クレーンで用いたものと同様なものを用いよい。
　ここで、図１２（ｂ）に示すように、吊点ＳＰの旋回前の旋回方向Ｄ３への振れが（ＳＧ１）、コリオリの力の影響により、吊点ＳＰの旋回方向Ｄ３への移動に応じて引込方向Ｄ４への振れとなる場合がある（ＳＧ２）。また、図１２（ｃ）に示すように、吊点ＳＰの旋回前の引込方向Ｄ４への振れが（ＳＧ３）、コリオリの力の影響により、吊点ＳＰの旋回方向Ｄ３への移動に応じて旋回方向Ｄ３への振れとなる場合がある（ＳＧ４）。このように、旋回方向Ｄ３及び引込方向Ｄ４の各振れ成分は、旋回角度の変化に応じて方向が変わって行くため、非線形性が強くなり直線軌道を前提としている振れ止め制御が効かなくなる。
　吊点ＳＰの旋回方向Ｄ３の長距離移動がある時には、上述のようなコリオリ力の影響が発生する。これに対し、クレーン振れ止め制御装置１０は、加速中に振れを止め、定速中は振れ抑制動作を停止するパターンを選択することにより、定速移動中のコリオリ力の影響を低減する制御を行う。すなわち、クレーン振れ止め制御装置１０は、旋回角度変化が小さい範囲で振れを止め、定速移動に入るように制御する事で、直線軌道に近似した形で直線軌道での出力パターンを適用出来るようにする。
　例えば、図４のように移動中に振れがあることを前提とする出力パターンは、コリオリ力が考慮されていないため、コリオリ力の影響がある場合の振れ止め制御には適用が出来なくなってしまう。これに対し、コリオリ力の影響がある場合に、加減速中に振れを止めるパターンとして、具体的には図７、及び図８，９に示す出力パターンを適用することができる。
　例えば、図７の出力パターンにおいて、天井クレーンの直線軌道では加速時間ｔ１で加速動作に伴う振れが発生する。定速時間ｔ４に切り替わる時点ｔｐ４で振れは０になり、ここから減速時間ｔ５に入るまでは、定速なので振れの発生は無い。減速時間ｔ５に入ると再び時点ｔｐ５で振れが発生し減速時間ｔ７の減速が完了すると時点ｔｐ８で振れが０となる。これをジブクレーン１５０の旋回軌道起動に適用すると、上記のコリオリの力が外乱要素となるが、加速または減速の角度変化が比較的小さい範囲でしか影響を受けないため、外乱による残留振れを小さく出来る。このように、クレーン振れ止め制御装置１０は、ジブクレーン１５０のコリオリの力の影響がある振れ止め制御を行うときには、図７の出力パターンや、図８，９の出力パターンを適用して、振れ止めを行う。
　従来のジブクレーンの振れ止めに関する技術では、旋回動作のみで旋回方向の振れを止めていた。しかし、従来技術では、コリオリの力により旋回方向の振れが引込方向の振れに変わってしまう点（図１２参照）を考慮していないため、十分な効果が期待できない。これに対し、クレーン振れ止め制御システム１００では、コリオリの力を考慮して、旋回方向と引込方向の２軸の振れ止めとする事で、ジブクレーン１５０における問題点を解決することができる。また、旋回動作では、上記コリオリの力の影響による非線形性のため、振れ止めのパターンの計算が容易でない。そのため、クレーン振れ止め制御システム１００は、直線軌道の振れ止めパターンの中でコリオリの力の影響を受けにくいパターンを選択する事で、近似的に直線軌道の振れ止めとして扱う事を可能としている。
　ここで、ジブクレーン１５０では、図１２（ｄ）に示すように、振れ止め制御を行っている途中に吊部材２３の長さが変化（Ｌ２からＬ１）する場合がある。これに対し、クレーン振れ止め制御装置１０は、吊点ＳＰの移動中に吊部材２３の長さが変化することで、演算した出力パターンの前提条件からずれても、振れ止め精度を悪化させないように制御を行う。
　具体的に、吊部材２３の長さが変化する場合、動作制御部１３は、吊部材２３の長さの変化に基づいて、テンプレートの加減速パターンにおける加速度、及び加減速の切り替えタイミングを補正する。出力パターンを演算している時の加速度を「α０」、吊部材２３の変化速度を「Ｖｌ」、振れ角速度を「ｄθ／ｄｔ」とすると、動作制御部１３は、出力パターン出力時の加速度を調整して「α＝α０－２Ｖｌ×ｄθ／ｄｔ」となるように指令を出す。また、出力パターンの出力時に、出力パターン作成時の振れ角周波数を「ω０」、加減速または定速の予定時間を「ｔ０」とした時、動作制御部１３は、現在の振れ角周波数「ω」の開始時間「ｔｓ」からの時間積分値が「ω０ｔ０」となった時に、加減速を切替えるように、選択部１２が設定した出力パターンを補正する。
　実際のジブクレーン１５０の運転では、水平方向の移動中に吊部材２３の巻動作が加わり、吊部材２３の長さが変わる事が一般的である。また、ジブクレーン１５０のように、吊部６を一定の高さとして水平移動をするには必然的に吊部材２３の長さが変わってしまう。天井クレーンで説明した振れ止め制御は、吊部材２３の長さが一定である前提となっているため、当該前提が崩れた状態でジブクレーン１５０の振れ止め制御を行うと、振れ止めの性能が悪化する。これを抑制する方法として最も簡単な方法は、前提となっている図３の基本モデルの状態を崩さない事である。
　そのために、まず式（３）に戻り、その左辺第１項と２項の和の部分である以下の式（６）の部分を、もともとの固定加速度である「α０」とすればよい。そのためには、「ｄｖ／ｄｔ」、すなわち加速度を変化させればよく、これをαとして式（７）のようにすればよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　図３の基本モデルの前提では、位相平面での位相の回転角速度が「ω＝√（ｌ／ｇ）」となっている。これを元に加減速の時間が決定されている。「ｌ」の変化により、「ω」も時間変化するため、この部分の補正も必要となる。例えば、図５の一段インチングテンプレートにおいて、加速時間ｔ１は、「ω」を固定（ω０）して、回転角がφ１となるように計算している（φ１＝ω０×ｔ１）。ここで、吊部材２３の長さが変化すると、「ω」が時間変化するので、「ω」の時間積分が「φ１」となるように、出力のタイミングを修正する必要がある。具体的には、加減速のＯＮ／ＯＦＦを切り替える位相を同じにするため、加減速を切り替える時間の評価方法を変更する必要がある。具体的に、出力パターン演算時の切替の位相回転量は「φ０＝ω０ｔ０」となっているので、右辺の部分をωの時間積分とすればよい。すなわち、加減速の開始時間を「ｔｓ」とし、現在の時間を「t」として、選択部１２は、式（８）で示すタイミングで加減速の切替を行うように補正すればよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　以上より、ジブクレーン１５０は、吊荷ＳＬを吊った状態で旋回動作、及び引き込み動作を行うクレーンであり、動作制御部１３は、旋回動作、及び引き込み動作に対して、振れ止めの制御を行ってよい。この場合、クレーン振れ止め制御システム１００は、旋回動作及び引き込み動作に伴って発生する振れを、ジブクレーン１５０の状況に応じて適切に振れ止めすることができる。
　吊部材２３の長さが変化する場合、選択部１２は、吊部材２３の長さの変化に基づいて、テンプレートの加減速パターンにおける加速度、及び加減速の切り替えタイミングを補正してよい。この場合、吊部材２３の長さが変化して、単振り子のモデルの前提が成り立たない状況であっても、選択部１２は、吊部材２３の長さの変化に応じて、テンプレートを適切な形に補正した上で、適切な振れ止め制御を行うことができる。すなわち、移動中に吊部材２３の巻き動作が入ると、振れ周期変化外乱により振れ止めの性能が悪化する。従来技術では、あらかじめ巻高さの変化が分かっている前提（自動運転など）で近似的に補正を行う場合がある。これに対し、上記の方法によれば、リアルタイムに補正が可能で、巻き操作が手動運転でも対応できる。
　ジブクレーンを例に説明したが、クローラクレーンにも適用できる。
［形態１］
　対象物を吊部材及び吊部で吊るクレーンを制御して、前記吊部の振れ止めを行うクレーン振れ止め制御システムであって、
　前記クレーンの吊点の加減速パターンの複数のテンプレートから、振れ止めに関する情報に基づいて、適用するテンプレートを選択する選択部と、
　選択された前記テンプレートに基づいて、前記クレーンの動作を制御する動作制御部と、を備える、クレーン振れ止め制御システム。
［形態２］
　前記選択部は、選択した前記テンプレートにおける前記加減速パターンのパラメータを演算する、形態１に記載のクレーン振れ止め制御システム。
［形態３］
　前記複数のテンプレートには、加速及び減速の一方を行い、その直後に他方を行うインチングテンプレートが含まれる、形態１又は２に記載のクレーン振れ止め制御システム。
［形態４］
　選択された前記テンプレートに基づく前記クレーンの制御内容と、当該制御内容の実行結果と、に基づいて強化学習を行う学習部を更に備える、形態１～３の何れか一項に記載のクレーン振れ止め制御システム。
［形態５］
　前記クレーンは、前記対象物を吊った状態で旋回動作、及び引き込み動作を行うクレーンであり、
　前記動作制御部は、前記旋回動作、及び引き込み動作に対して、振れ止めの制御を行う、形態１～４の何れか一項に記載のクレーン振れ止め制御システム。
［形態６］
　前記吊部材の長さが変化する場合、前記選択部は、前記吊部材の長さの変化に基づいて、前記テンプレートの加減速パターンにおける加速度、及び加減速の切り替えタイミングを補正する、形態１～５の何れか一項の記載のクレーン振れ止め制御システム。
　１…クレーン、１２…選択部、１３…動作制御部、１４…学習部、１００…クレーン振れ止めシステム、１５０…ジブクレーン。

Claims (6)

  1. 　対象物を吊部材及び吊部で吊るクレーンを制御して、前記吊部の振れ止めを行うクレーン振れ止め制御システムであって、
    　前記クレーンの吊点の加減速パターンの複数のテンプレートから、振れ止めに関する情報に基づいて、適用するテンプレートを選択する選択部と、
    　選択された前記テンプレートに基づいて、前記クレーンの動作を制御する動作制御部と、を備える、クレーン振れ止め制御システム。
  2. 　前記選択部は、選択した前記テンプレートにおける前記加減速パターンのパラメータを演算する、請求項１に記載のクレーン振れ止め制御システム。
  3. 　前記複数のテンプレートには、加速及び減速の一方を行い、その直後に他方を行うインチングテンプレートが含まれる、請求項１に記載のクレーン振れ止め制御システム。
  4. 　選択された前記テンプレートに基づく前記クレーンの制御内容と、当該制御内容の実行結果と、に基づいて強化学習を行う学習部を更に備える、請求項１に記載のクレーン振れ止め制御システム。
  5. 　前記クレーンは、前記対象物を吊った状態で旋回動作、及び引き込み動作を行うクレーンであり、
    　前記動作制御部は、前記旋回動作、及び引き込み動作に対して、振れ止めの制御を行う、請求項１に記載のクレーン振れ止め制御システム。
  6. 　前記吊部材の長さが変化する場合、前記選択部は、前記吊部材の長さの変化に基づいて、前記テンプレートの加減速パターンにおける加速度、及び加減速の切り替えタイミングを補正する、請求項１に記載のクレーン振れ止め制御システム。
     
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