(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な機構で精密かつリアルタイムに吊荷の振れ角を検出することができるクレーンの吊荷の振れ角度検出装置を提供する。【解決手段】クレーンのジ部１の先端部に、クレーン起伏中心軸と平行な起伏軸１３に回動可能かつこれと直交する旋回軸１４に回動可能に検出ロッド１７を支持し、この検出ロッド１７の下端部に吊りワイヤロープ２を移動可能に挟持して振れに追従させる押えローラ機構２１を設け、前記吊りワイヤロープ２の振れによる前記検出ロッド１７の前記起伏軸１３の回転角および前記旋回軸１４の回転角を検出する角度検出手段を設けるとともに、これら角度検出手段からの検出角度に基づき吊荷の振れ角度を演算する演算手段を設ける。【選択図】図１
2010159106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クレーンの先端部に、クレーン起伏中心軸と平行な起伏軸に回動可能かつこれと直交する旋回軸に回動可能に検出ロッドを支持するとともに、この検出ロッドの下端部に吊りワイヤロープを移動可能に挟持して振れに追従させる押えローラ機構を設け、前記吊りワイヤロープの振れによる前記検出ロッドの前記起伏軸の回転角および前記旋回軸の回転角を検出する角度検出手段を設けるとともに、これら角度検出手段からの検出角度に基づき吊荷の振れ角度を演算する演算手段を設けてなることを特徴とするクレーンの吊荷の振れ角度検出装置。
【請求項２】
前記押えローラ機構を、Ｖ溝ローラと、このＶ溝ローラと対向し前記吊りワイヤロープを挟圧方向に付勢する押えローラとで構成したことを特徴とする請求項１記載のクレーンの吊荷の振れ角度検出装置。
【請求項３】
前記検出ロッドを、分割構造として分割ロッドの連結により延長可能に構成したことを特徴とする請求項１または２記載のクレーンの吊荷の振れ角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、クレーンの吊荷の振れ角度検出装置に関し、ジブクレーンなどの吊りワイヤロープの振れ角度を吊荷の振れ止め制御に必要な精度、リアルタイムで検出できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から建築現場や港湾に設置されるクレーンなどでは、吊荷の振れ止め制御を行って振れを抑えた状態でクレーン作業が行われており、吊りワイヤロープの振れ角度の検出装置を用いて吊荷の振れ角度を検出し、検出角度に基づいて振れ止め制御が行われている。
【０００３】
従来の振れ角度検出装置としては、種々の形式ものが提案されているが、例えば特許文献１には、上端を中心として円錐運動自在とされた検出軸と、この検出軸とロープとが常に平行となるように検出軸とロープとを接続する平行リンク機構と、検出軸の上端に接続され検出軸の傾きを２つの直交成分に分解してロープの振れ角を得る振れ角検出機構とからなり、加速度などに影響されずにロープの振れ角を検出できるようにしたものが開示されている。
【特許文献１】特開昭５８−２６７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、このロープ振れ角検出装置では、平行リンク機構によってロープと検出軸とを常に平行にできるものの、吊荷の昇降のためワイヤロープが移動すると、ワイヤロープの撚りによって平行リンク機構に振動が発生し、検出軸にも振動が伝達されて高精度に振れ角を検出することができなくなるという問題がある。
【０００５】
また、平行リンク機構には、多くのリンクとこれらを連結する軸受とが必要で、可動部分が多く、摩擦抵抗の問題が生じ、正確に検出できなくなったり、装置の大型化を招き易いという問題もある。
【０００６】
この発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたもので、簡単な機構で精密かつリアルタイムに吊荷の振れ角を検出することができるクレーンの吊荷の振れ角度検出装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記従来技術が有する課題を解決するため、この発明の請求項１記載のクレーンの吊荷の振れ角度検出装置は、クレーンの先端部に、クレーン起伏中心軸と平行な起伏軸に回動可能かつこれと直交する旋回軸に回動可能に検出ロッドを支持するとともに、この検出ロッドの下端部に吊りワイヤロープを移動可能に挟持して振れに追従させる押えローラ機構を設け、前記吊りワイヤロープの振れによる前記検出ロッドの前記起伏軸の回転角および前記旋回軸の回転角を検出する角度検出手段を設けるとともに、これら角度検出手段からの検出角度に基づき吊荷の振れ角度を演算する演算手段を設けてなることを特徴とするものである。
【０００８】
また、この発明の請求項２記載のクレーンの吊荷の振れ角度検出装置は、請求降１記載の構成に加え、前記押えローラ機構を、Ｖ溝ローラと、このＶ溝ローラと対向し前記吊りワイヤロープを挟圧方向に付勢する押えローラとで構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
さらに、この発明の請求項３記載のクレーンの吊荷の振れ角度検出装置は、請求降１または２記載の構成に加え、前記検出ロッドを、分割構造として分割ロッドの連結により延長可能に構成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の請求項１記載のクレーンの吊荷の振れ角度検出装置によれば、クレーンの先端部に、クレーン起伏中心軸と平行な起伏軸に回動可能かつこれと直交する旋回軸に回動可能に検出ロッドを支持するとともに、この検出ロッドの下端部に吊りワイヤロープを移動可能に挟持して振れに追従させる押えローラ機構を設け、前記吊りワイヤロープの振れによる前記検出ロッドの前記起伏軸の回転角および前記旋回軸の回転角を検出する角度検出手段を設けるとともに、これら角度検出手段からの検出角度に基づき吊荷の振れ角度を演算する演算手段を設けてなるので、クレーンの先端部に起伏軸とこれと直交する旋回軸を中心に回動可能な検出ロッドの下端部を押えローラ機構で吊りワイヤロープを挟圧することで、吊りワイヤロープの撚りの影響を抑えて検出ロッドを吊りワイヤロープの振れに追従させることができ、精度良くリアルタイムで振れ角度を検出することができる。また、可動部分が最小限であり、装置をコンパクトにすることができるとともに、摩擦抵抗の影響を抑えて高精度に振れ角度を検出することができる。
【００１１】
これにより、リアルタイムで得られる振れ角度を用いることで、高精度に吊荷の振れ止め制御を行なうことができる。
【００１２】
また、この発明の請求項２記載のクレーンの吊荷の振れ角度検出装置によれば、前記押えローラ機構を、Ｖ溝ローラと、このＶ溝ローラと対向し前記吊りワイヤロープを挟圧方向に付勢する押えローラとで構成したので、Ｖ溝ローラにより一層吊りワイヤロープの撚りによるロープ径の変化の影響を抑えることができ、検出ロッドを吊りワイヤロープの振れに確実に追従させることができ、一層精度良く振れ角度を検出することができる。
【００１３】
さらに、この発明の請求項３記載のクレーンの吊荷の振れ角度検出装置によれば、前記検出ロッドを、分割構造として分割ロッドの連結により延長可能に構成したので、分割ロッドを長くすることで、一層高精度に振れ角度を検出することができるとともに、クレーンの大きさによって連結長さを変えることで、簡単に対応して振れ角度を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１〜図４はこの発明のクレーンの吊荷の振れ角度検出装置の一実施の形態にかかり、図1はクレーンに取り付けた状態の概略側面図、図２は一部を省略した全体の正面図および側面図、図３は角度検出手段を主とした正面図および底面図、図４は押えローラ機構を主とした正面図および側面図である。
【００１５】
このクレーンの吊荷の振れ角度検出装置１０は、例えば、クレーンを構成する基台上で鉛直軸を中心に旋回可能な旋回台に、水平なクレーン起伏中心軸を中心に起伏されるジブを設け、クレーンの先端部であるジブ１の先端部に検出ロッド１７をクレーン起伏中心軸と平行な起伏軸１３と、これと直交する旋回軸１４に回動可能に取り付け、直交する２軸１３，１４で回動可能とされた検出ロッド１７の下端部を吊りワイヤロープ２に押えローラ機構２１を介して吊りワイヤロープ２を移動可能に挟持することで、振れに追従するようにし、検出ロッド１７の上端部の起伏軸１３の回転角および旋回軸１４の回転角から演算手段２０で吊りワイヤロープ２の振れ角度を演算で求めるようにしたものであり、吊りワイヤロープ２に検出ロッド１７を追従させる場合に吊りワイヤロープ１７の繰り出しや巻き上げにともなう移動の際の振動を抑えて振れ角度を精度良くリアルタイムで検出できるようにしたものである。
【００１６】
このクレーンの吊荷の振れ角度検出装置１０では、クレーンの先端部であるジブ１の先端部に取り付ける取付枠１１を備えており、上端の取付板１２を２本のボルトナットでジブ１に取り付けることで、取付枠１１を固定できるようにしてある。
【００１７】
取付枠１１には、起伏軸１３とこれと直交する旋回軸１４とがジンバル機構を構成して設置され、下方が開口したコ字状の外枠１５の内側に、下方が開口した箱状の内枠１６が配置され、外枠１５にジブ１の旋回中心軸と平行に配置される起伏軸１３が２つに分割されて軸受を介して回動可能に取り付けられ、２つに分割された起伏軸１３の間に内枠１６が取り付けてある。そして、この内枠１６に起伏軸１３と直交して旋回軸１４が軸受を介して回動可能に取り付けられ、旋回軸１４の中心線上で起伏軸１３の中心線上となるように検出ロッド１７が取り付けてある。
【００１８】
これにより、検出ロッド１７の上端は、ジブ１の起伏中心軸と平行な起伏軸１３およびこれと直交する旋回軸１４を中心に回動可能に支持されることになる。
【００１９】
このクレーンの吊荷の振れ角度検出装置１０では、取付枠１１の外枠１５の外側に起伏軸１３の回転角を検出する角度検出手段を構成する起伏角エンコーダ１８が設けられて起伏軸１３と連結してあり、内枠１６の外側にも旋回軸１４の回転角を検出する角度検出手段を構成する旋回角エンコーダ１９が取り付けてある。
【００２０】
これら起伏角エンコーダ１８および旋回角エンコーダ１９により検出ロッド１７の直交する２軸周りの回転角を検出することができ、シーケンサなどの演算手段２０に入力され、演算により吊りワイヤロープ２の振れ角度を算出できるようにしてある。
【００２１】
このような検出ロッド１７の起伏角および旋回角から吊りワイヤロープ２の振れ角を検出する検出ロッド１７は、分割構造とされ、各分割ロッド１７ａの両端部のフランジ１７ｂを介して連結することで、長さを調整することができるとともに、クレーンでの作業に支障のない長さまで長くすることで、振れ角度の検出精度を向上することができる。
【００２２】
また、複数の分割ロッド１７ａで検出ロッド１７を構成することで、クレーン１の大きさによらず、分割ロッド１７ａの連結本数で対応することができ、クレーンの吊荷の振れ角度検出装置１０を一仕様として汎用性に優れたものにすることができる。
【００２３】
このような検出ロッド１７を吊りワイヤロープ２に追従させるため押えローラ機構２１が設けられ、略鉛直な板状のベース２２を備え、ベース２２の上端に取り付けた連結板２３を介して検出ロッド１７の最下端のフランジ１７ｂと連結されるようになっており、連結板２３をベース２２に対してわずかに傾けて取り付けることで、クレーンの吊荷の振れ角度検出装置１０をジブ１の先端部にセットした状態でベース２２が略鉛直となるようにしてある。このベース２２には、水平な固定回転軸が設けられて固定ローラ２４が回転可能に支持され、ここでは、Ｖ溝ローラで構成してあり、吊りワイヤロープ２をＶ溝内でガイドしながら移動させることができるようにしてある。
【００２４】
このＶ溝ローラで構成した固定ローラ２４の中央と対向して水平な回転軸回りに回転する押えローラ２５が配置され、Ｖ溝ローラ２４側に付勢され、吊りワイヤロープ２を挟むとともに、吊りワイヤロープ２が転動するＶ溝ローラ２４と押えローラ２５との間で移動できるようになっている。
【００２５】
このため、ベース２２の端部に回動板２６の上端部が回動可能に支持され、回動板２６の中間部に押えローラ２５が両端部が回動可能に取り付けられ、回動板２６の回動中心と押えローラ２５の回転中心との間にスプリングユニット２７の一端が連結され、他端がベース２２に連結してあり、互いを接近するよう付勢する。また、回動板２６の下端部にアーム部２８が形成してあり、回動板２６と反対側のベース２２側から吊りワイヤロープ２を入れてＶ溝ローラ２４に吊りワイヤロープ２を当てるようにした後、回動板２６を閉じるように回動操作することで、吊りワイヤロープ２を押えローラ２５で挟むことができるとともに、スプリングユニット２７で挟圧して押えることができるようにしてある。
【００２６】
このような押えローラ機構２１を転動するＶ溝ローラ２４とこれと対向して転動する押えローラ２５とで吊りワイヤロープ２を挟むようにすることで、例えば吊りワイヤロープ２に撚りがあり、繰り出しや巻き上げによって吊りワイヤロープ２が２つのローラ２４,２５間で移動してもその影響を極力抑えることができ、検出ロッド１７への振動の伝達を抑えることができる。
【００２７】
次に、このようなクレーンの吊荷の振れ角度検出装置１０による起伏角エンコーダ１８および旋回角エンコーダ１９により検出された起伏角および旋回角に基づき、演算手段２０で行う吊りワイヤロープ２の振れ角度の算出方法について説明する。
【００２８】
（１）起伏方向の振れ角度の算出
座標系として、ジブ１の先端部のプリーの中心Ｕを原点とするｘ―ｙ座標系を用い、図５および表１に示すように、各記号を定義するとともに、クレーンの吊荷の振れ角度検出装置１０を製作することにより定まる固定定数を、例えば表２に示す値に定めることにする。なお、角度は反時計回りを正とする。  
ここで、α1（センサ起伏方向測定角度）とγ（ジブ起伏角）が与えられるときのβ1（ワイヤ起伏方向振れ角度）を求める。  
なお、α1はワイヤ起伏方向振れ角度０度での状態を基準とした角度で表す。
まず、γからセンサジンバル回転中心Ｏ点（ｘ0,ｙ0）求めると、式１に示すようになる。
【００２９】
【表１】
2010159106.tif 000003
【００３０】
【表２】
2010159106.tif 000004
【００３１】
【数１】
2010159106.tif 000005
【００３２】
次に、α1よりセンサのワイヤクランプ点（起伏方向、ワイヤ中心）Ｐ点（ｘ2,ｙ2）求めると、式２に示すようになる。
【００３３】
【数２】
2010159106.tif 000006
【００３４】
これらから直線ＵＰの長さＥと傾斜角θを求めると、式３に示すようになる。
【００３５】
【数３】
2010159106.tif 000007
【００３６】
また、固定定数Ｒ（プーリ半径）からηを定めることができ、ηと求めるβ1との間に式４の関係があることから、β1（ワイヤ起伏方向振れ角度）を求めることができる。
【００３７】
【数４】
2010159106.tif 000008
【００３８】
（２）旋回方向の振れ角度の算出
起伏方向と同一の座標系を用い、図６および表３に示すように、各記号を定義するとともに、クレーンの吊荷の振れ角度検出装置１０を製作することにより定まる固定定数を、例えば表４に示す値に定めることにする。なお、角度は反時計回りを正とする。  
ここで、α2（センサ旋回方向測定角度）が与えられるときのβ2（ワイヤ旋回方向振れ角度）を求める。  
なお、β1（ワイヤ起伏方向振れ角度）は既に求められているものとする。
【００３９】
【表３】
2010159106.tif 000009
【００４０】
【表４】
2010159106.tif 000010
【００４１】
まず、(１)で求めたＥからＦ（ワイヤクランプ点Ｐとプーリのワイヤ接点Ｑ間距離）を求めると、式５に示すようになる。
【００４２】
【数５】
2010159106.tif 000011
【００４３】
次に、α1´（センサクランプ部基準面起伏方向角度）を求めると、式６に示すようになる。
【００４４】
【数６】
2010159106.tif 000012
【００４５】
ここで、図６に示すような距離Ｆ,Ｌ3と角度β2，α2の関係があることからβ2は、式７に示すように求めることができる。
【００４６】
【数７】
2010159106.tif 000013
【００４７】
以上のように、このクレーンの吊荷の振れ角度検出装置１０によれば、起伏角エンコーダ１８および旋回角エンコーダ１９により検出された起伏角および旋回角に基づき、演算手段２０でリアルタイムで吊りワイヤロープ２の振れ角度を算出することができ、これにより、クレーンの吊荷の振れ止め制御を高精度に行うことができる。
【００４８】
このクレーンの吊荷の振れ角度検出装置１０によれば、クレーンのジブ１の先端部に、クレーン起伏中心軸と平行な起伏軸１３に回動可能かつこれと直交する旋回軸１４に回動可能に検出ロッド１７を支持するとともに、この検出ロッド１７の下端部に吊りワイヤロープ２を移動可能に挟持して振れに追従させる押えローラ機構２１を設け、前記吊りワイヤロープ２の振れによる前記検出ロッド１７の前記起伏軸１３の回転角および前記旋回軸１４の回転角を検出する角度検出手段１８，１９を設けるとともに、これら角度検出手段１８，１９からの検出角度に基づき吊荷の振れ角度を演算する演算手段２０を設けてなるので、クレーンのジブ１の先端部に起伏軸１３とこれと直交する旋回軸１４を中心に回動可能な検出ロッド１７の下端部を押えローラ機構２１で吊りワイヤロープ２を挟圧することで、吊りワイヤロープ２の撚りの影響を抑えて検出ロッド１７を吊りワイヤロープ２の振れに追従させることができ、精度良くリアルタイムで振れ角度を検出することができる。また、可動部分が最小限であり、装置１０をコンパクトにすることができるとともに、摩擦抵抗の影響を抑えて高精度に振れ角度を検出することができる。
【００４９】
これにより、リアルタイムで得られる振れ角度を用いることで、高精度に吊荷の振れ止め制御を行なうことができる。
【００５０】
また、このクレーンの吊荷の振れ角度検出装置１０によれば、前記押えローラ機構２１を、Ｖ溝ローラ２４と、このＶ溝ローラ２４と対向し前記吊りワイヤロープ２を挟圧方向に付勢手段２７で付勢する押えローラ２５とで構成したので、Ｖ溝ローラ２４により一層吊りワイヤロープ２の撚りによるロープ径の変化の影響を抑えることができ、検出ロッド１７を吊りワイヤロープ２の振れに確実に追従させることができ、一層精度良く振れ角度を検出することができる。
【００５１】
さらに、このクレーンの吊荷の振れ角度検出装置１０によれば、前記検出ロッド１７を、分割構造として分割ロッド１７ａのフランジ１７ｂによる連結により延長可能に構成したので、分割ロッド１７ａを長くすることで、一層高精度に振れ角度を検出することができるとともに、クレーンの大きさによって分割ロッド１７ａの連結長さを変えることで、簡単に対応して振れ角度を検出することができる。
【００５２】
なお、上記実施の形態では、クレーンとしてジブクレーンを例に説明したが、これに限らず、他の形式のクレーンであっても吊りワイヤロープを用いるものであれば同様に適用することができる。
【００５３】
また、角度検出手段はエンコーダを用いる場合に限らず、他の角度を検出できるセンサを用いるようにして良い。
【００５４】
さらに、押えローラ機構の押えローラによる付勢は、スプリングユニットを用いる場合に限らず、他の付勢手段を用いるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】この発明のクレーンの振れ角度検出装置の一実施の形態にかかるクレーンに取り付けた状態の概略側面図である。
【図２】この発明のクレーンの振れ角度検出装置の一実施の形態にかかる一部を省略した全体の正面図および側面図である。
【図３】この発明のクレーンの振れ角度検出装置の一実施の形態にかかる角度検出手段を主とした正面図および底面図である。
【図４】この発明のクレーンの振れ角度検出装置の一実施の形態にかかる押えローラ機構を主とした正面図および側面図である。
【図５】この発明のクレーンの振れ角度検出装置の一実施の形態にかかる演算手段により起伏方向の振れ角度の算出のための座標系の説明図である。
【図６】この発明のクレーンの振れ角度検出装置の一実施の形態にかかる演算手段により旋回方向の振れ角度の算出のための座標系の説明図である。
【符号の説明】
【００５６】
１        ジブ（クレーンの先端部）
２        吊りワイヤロープ
１０      クレーンの吊荷の振れ角度検出装置
１１      取付枠
１２      取付板
１３      起伏軸
１４      旋回軸
１５      外枠（ジンバル機構）
１６      内枠（ジンバル機構）
１７      検出ロッド
１７ａ    分割ロッド
１７ｂ    フランジ
１８      起伏角エンコーダ（角度検出手段）
１９      旋回角エンコーダ（角度検出手段）
２０      演算手段
２１      押えローラ機構
２２      ベース
２３      連結板
２４      Ｖ溝ローラ（固定ローラ）
２５      押えローラ
２６      回動板
２７      スプリングユニット（付勢手段）
２８      アーム部
【図１】
2010159106.tif 000014
【図２】
2010159106.tif 000015
【図３】
2010159106.tif 000016
【図４】
2010159106.tif 000017
【図５】
2010159106.tif 000018
【図６】
2010159106.tif 000019