(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の主塔間に架橋した軌索に走行トロリーを懸吊すると共に、該走行トロリーと対岸の固定塔との間に架橋した主索に横行トロリーを懸吊させ、該横行トロリーを、横行ドラムに巻廻した横行索を操作することによって前記主索に沿って横行させ、前記横行トロリーから懸吊した吊り荷を巻きドラムに巻廻させた巻上索を操作することによって昇降させると共に、前記走行トロリーと横行トロリーと吊り荷の位置を制御する制御器に障害物のデータを蓄えたケーブルクレーンにおいて、
前記吊り荷の最短時間・振れ止めを実現する軌道決定装置を、
ａ）打設位置指令装置から入力される吊り荷の最終位置座標、位置検出装置により検出した吊り荷の現在位置座標、クレーン固有の最大横行速度、最大横行加減速度、最大昇降速度、最大昇降加減速度から吊り荷の最短時間基本要目を設定する吊り荷の最適軌道決定部と、
ｂ）吊り荷の基本軌道要目に対して荷振れの運動方程式と最適制御理論から求まる加速度の時間変化についての非線形連立方程式を解くことにより、横行トロリー及び吊り荷に対する振止め速度パターンを計算する振止め速度パターン計算部と、
ｃ）振止め速度パターン及び吊り荷の基本軌道要目を用いて吊り荷の移動全工程について障害物に対するクリアランスＨの有無をチエックする干渉チエック部とから構成し、クレーンオペレーターの自動運転実行指令スイッチ操作だけで吊り荷を最終位置まで自動的に荷振れを止めながら安全に、かつ、最短時間で移動可能にしたことを特徴とするケーブルクレーン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば、ダムの建設などに用いるケーブルクレーンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ケーブルクレーンを自動化するに際し、基本的に必要な機能として、次の３点が必要である。
すなわち、
▲１▼  出発位置から最終位置（目標位置）まで最短時間で到達できること
▲２▼  振止め、位置決め機能を有すること
▲３▼  岩着部等の障害物に接触しない安全性が確保されていること
が必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ケーブルクレーンは、バケットの出発位置と最終位置（目標位置）が、常に、変化するため、上記の要望を実現することは、必ずしも容易ではないが、本発明は、上記の要望を満足するケーブルクレーンの実現を計ることを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、複数の主塔間に架橋した軌索に走行トロリーを懸吊すると共に、該走行トロリーと対岸の固定塔との間に架橋した主索に横行トロリーを懸吊させ、該横行トロリーを、横行ドラムに巻廻した横行索を操作することによって前記主索に沿って横行させ、前記横行トロリーから懸吊した吊り荷を巻きドラムに巻廻させた巻上索を操作することによって昇降させると共に、前記走行トロリーと横行トロリーと吊り荷の位置を制御する制御器に障害物のデータを蓄えたケーブルクレーンにおいて、
前記吊り荷の最短時間・振れ止めを実現する軌道決定装置を、
ａ）打設位置指令装置から入力される吊り荷の最終位置座標、位置検出装置により検出した吊り荷の現在位置座標、クレーン固有の最大横行速度、最大横行加減速度、最大昇降速度、最大昇降加減速度から吊り荷の最短時間基本要目を設定する吊り荷の最適軌道決定部と、
ｂ）吊り荷の基本軌道要目に対して荷振れの運動方程式と最適制御理論から求まる加速度の時間変化についての非線形連立方程式を解くことにより、横行トロリー及び吊り荷に対する振止め速度パターンを計算する振止め速度パターン計算部と、
ｃ）振止め速度パターン及び吊り荷の基本軌道要目を用いて吊り荷の移動全工程について障害物に対するクリアランスＨの有無をチエックする干渉チエック部とから構成し、クレーンオペレーターの自動運転実行指令スイッチ操作だけで吊り荷を最終位置まで自動的に荷振れを止めながら安全に、かつ、最短時間で移動可能にしたことを特徴とする。
【０００５】
【作用】
打設位置指令装置から吊り荷の最適軌道決定部に出発位置の座標及び最終位置の座標が入力され運転室に設置された自動運転操作スイッチより自動運転開始が指令されると、吊り荷の最適軌道決定部は、与えられた横行トロリー現在位置の座標、最終位置（目標位置）の座標に対して適当な吊り荷軌道基本項目候補（トロリー横行速度、横行加速度・減速度、バケットの昇降速度、昇降加速度・減速度、横行開始及び終了時の吊り下げロープ長）を設定し、これを最短時間振止め速度パターン計算部に送る。
【０００６】
最短時間振止め速度パターン計算部は、与えられた吊荷軌道基本項目候補に対して、荷振れの運動方程式と最適制御理論から求まる加速度の時間変化についての非線形連立方程式を解くことにより、横行トロリーの加速度と減速時の振れ止め・最短時間制御を実現する速度の時間変化（以下、速度パターンと記す）を計算し、その結果を最適軌道決定部に返す。
【０００７】
すると、最適軌道決定部では、軌道から停止までの全工程の速度パターンを干渉チエック部に送る。
干渉チエック部では、加速域、等速域、減速域の全工程について岩着部やバンカー線の手摺り部などの障害物と十分安全なクリアランスを有するか否かをチエックする。また、この全工程の最短時間をチエックする。干渉有りと判断された場合は、最適軌道決定部において別の軌道基本要目を設定し、以上の手順を繰り返し計算をやり直し、最終的に安全で、かつ、最短時間の軌道基本要目を選択する。
【０００８】
次に、決定された最適軌道に対し、横行トロリーを駆動する横行モーターの指令速度時刻歴及び巻きモーターの指令速度時刻歴を計算する。そして、最適軌道決定部は、横行モーター制御装置及び巻きモーター制御装置に速度指令を送る。すると、横行モーター及び巻きモーターが駆動する。
【０００９】
【実施例】
以下、図面により本発明の実施例を説明する。
図４は、軌索式ケーブルクレーンの概略図であり、２本の主塔１，１間に架橋させた軌索２に走行トロリー３を懸吊させると共に、この走行トロリー３と対岸の固定塔２１間に架橋させた主索１１に横行トロリー１２を懸吊させる。
【００１０】
そして、横行ドラム６に巻廻させた横行索７を操作することによって横行トロリー１２を主索１１に沿って横行させ、巻きドラム９に巻廻させた巻上索５を操作することによって横行トロリー１２から懸吊させた吊荷としてのバケット４を昇降させるようになっている。
なお、図４において、符号８は横行ドラム８を駆動するための横行モーター、１０は巻きドラム９を駆動するための巻きモーター、２２は走行トロリー３に接続している索を巻廻する巻廻ドラム、２３は巻廻ドラム２２を駆動するための走行モーターを示している。
【００１１】
図１は、クレーン自動運転システム全体のブロック図であり、軌道決定装置
３０は、
ａ）位置検出装置１８、１９、２５からの出発位置Ａの座標（Ｘ０  ，Ｙ０  ，Ｚ０  ）、打設位置指令装置３１からの最終位置Ｂの座標（Ｘｒ  ，Ｙｒ  ，Ｚｒ  ）を基にバケット４の軌道基本要目を設定する吊り荷の最適軌道決定部３２と、
ｂ）吊り荷の軌道基本要目に対して横行トロリー１２及びバケット４に対する振止め速度パターンを計算する振止め速度パターン計算部３３と、
ｃ）振止め速度パターン及び吊荷の軌道基本要目を用いてバケット４の加速域・等速域・減速域の全工程について岩着部などの障害物１３に対するクリアランスＨの有無をチエックする干渉チエック部３４と、
ｄ）予め、障害物１３の３次元座標を蓄えて置く障害物３次元座標データベース部３５と、から構成されている。
【００１２】
また、図１において、符号１４は横行モーター制御装置、１５は巻きモーター制御装置、１６及び１７は速度計、１８及び１９は位置検出計を示している。
次に、上記軌道決定装置３０の作用について説明する。
図１及び図２に示すように、打設位置指令装置３１及び位置検出装置１８、１９、２５から吊荷の最適軌道決定部３２に出発位置Ａの座標（Ｘ０  ，Ｙ０  ，Ｚ０  ）及び最終位置Ｂの座標（Ｘｒ  ，Ｙｒ  ，Ｚｒ  ）が入力される（ｎ１）。
【００１３】
すると、吊荷の最適軌道決定部３２は、与えられた横行トロリー１２の現在位置Ａの座標（Ｘ０  ，Ｙ０  ，Ｚ０  ）、最終位置（目標位置）Ｂの座標（Ｘｒ  ，Ｙｒ  ，Ｚｒ  ）に対して適当な最短時間吊荷軌道基本項目候補（トロリー横行速度、横行加速度・減速度、バケットの昇降速度、昇降加速度・減速度、横行開始及び終了時の吊り下げロープ長）を設定し（ｎ２）、これらを加速時、減速時の最短時間振止め速度パターン計算部３３に送る。
【００１４】
最短時間振止め速度パターン計算部３３は、与えられた吊荷軌道基本項目に対して、荷振れの運動方程式と最適制御理論から求まる加速度の時間変化についての非線形連立方程式を解くことにより、横行トロリーの加速度と減速時の振れ止め・最適時間制御を実現する速度の時間変化（以下、速度パターンと記す）を計算し、その結果を最適軌道決定部に返す。
【００１５】
すると、最適軌道決定部３２では、受け取った速度パターンと、軌道基本要目を使用し、加速域・等速域・減速域の全工程について岩着部やバンカー線の手摺り部などの障害物１３と十分安全なクリアランスを有するか否かをチエックする（ｎ４）。また、この全工程の最短時間をチエックする。干渉有りと判断された場合は（ｎ５）、計算をやり直し、安全で、かつ、最短時間の軌道要目を選択する（ｎ６）。（図５及び図６参照）。
【００１６】
なお、この時、計算機の計算速度が遅く、最短時間振れ止め速度パターンを計算するのに時間がかかり過ぎ、結果として、荷役のサイクルタイムが長引くなどの問題が出る場合もある。この場合は、谷側の打設空間全体を３ｍ程度のピッチで立体格子状に区切り、その全ての立方体毎に、予め、オフラインで上記の計算を実施し、最適な基本軌道要目と振れ止め最短時間速度パターンを大きなテーブルの形で記憶・保持して置いても良い。
【００１７】
次に、決定された最適軌道に対し、横行トロリー１２を駆動する横行モーター８の指令速度時刻歴及び巻きモーター９の指令速度時刻歴を計算する（ｎ７）。そして、最適軌道決定部３２は、横行モーター制御装置１４及び巻きモーター制御装置１５に速度指令を送る。すると、横行モーター８及び巻きモーター９が駆動し（ｎ８）、図３に示すように、バケット４が最適軌道Ｒ１を通って移動する。なお、Ｒ２は候補軌道を示している。
【００１８】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば、下記のような、優れた効果を得ることができる。
すなわち、
▲１▼  クレーンのオペレーターが自動運転開始のボタンを１回押すだけで、クレーンは、最短時間で、かつ、安全な軌道を計算し、自動的に吊荷の振止めを行いながら最終位置（目標位置）に停止する。
【００１９】
▲２▼  従って、熟練したオペレーターでなくても高能率な荷役作業ができる。
▲３▼  手動運転に比較し、オペレーターの疲労が少ない。
▲４▼  ダム工事現場では、熟練オペレーターが不足しているが、この装置を用いれば、経験の浅いオペレーターでも熟練者なみの高能率な作業が可能になる。
▲５▼  最短時間の振止め速度パターンとバケットの軌道を選択しているため、サイクルタイムの最小化が実現でき、打設時間が短くなる。
▲６▼振れを止めたり、最終位置（目標位置）までのバケットを誘導指示する作業者が不要になり、省力化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るケーブルクレーンを制御するクレーン自動運転システム全体及び軌道決定装置のブロック図である。
【図２】本発明のケーブルクレーンの制御フロー図である。
【図３】バケットの軌道を示す説明図である。
【図４】ケーブルクレーンの概略図である。
【図５】最適速度パターンを示す説明図である。
【図６】横行加速時のトラジェクトリー説明図である。
【符号の説明】
４  吊り荷                      １１  主索
１２  横行トロリー                １３  障害物
２２  走行ドラム                  ２３  走行モーター
２４  走行モーター制御盤          ２５  走行位置検出装置
３０  軌道決定装置                ３１  打設位置指令装置
３２  吊荷の最適軌道決定部        ３３  振止め速度パターン計算部
３４  干渉チエック部              ３５  障害物３次元座標データベース部
Ａ  出発位置                      Ｂ  最終位置
Ｒ１  吊り荷の最適軌道
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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