(57)【要約】【課題】海上作業船におけるクレーン先端の上下方向の振動を抑制することができる方法を提供する。【解決手段】クレーン先端３ａの上下方向の速度Ｖを船体２のロール方向の角速度ωに換算し、得られた角速度ωと逆向きのロール方向のモーメントを船体２に付与する。この構成によれば、クレーン先端３ａの上下方向の速度Ｖに基づいた制御を行うため、船１のローリング、ピッチングおよびヒービングのいずれに対しても、クレーン先端３ａの上下方向の振動を抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クレーン先端の上下方向の速度を船体のロール方向の角速度に換算し、得られた角速度と逆向きのロール方向のモーメントを船体に付与する、クレーン先端の振動抑制方法。
【請求項２】
得られた前記角速度にゲインを積算することにより、前記モーメントを決定する制御対象値を算出する、請求項１に記載のクレーン先端の振動抑制方法。
【請求項３】
前記ゲインを、船の重心を通る前後軸から前記クレーン先端までの距離が大きくなるほど大きくする、請求項２に記載のクレーン先端の振動抑制方法。
【請求項４】
クレーン先端の基準位置に対する上下方向のズレを打ち消すように船体にロール方向のモーメントを付与する、クレーン先端の振動抑制方法。
【請求項５】
船体と、
前記船体に設けられたクレーンと、
前記クレーンの先端に設けられた、当該先端の上下方向の加速度を検出する加速度計と、
前記クレーンの先端の位置を測定する位置測定装置と、
前記船体に付与すべきロール方向のモーメントを調整し得るモーメント調整機構と、
前記加速度計の検出値および前記位置測定装置の測定値に基づいて、前記クレーン先端の上下方向の速度を打ち消すモーメントが前記船体に付与されるように前記モーメント調整機構を制御する制御装置と、
を備える、海上作業船。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船体に設けられたクレーンの先端の上下方向の振動を抑制する方法に関する。また、本発明は、その振動抑制方法を実行可能な海上作業船に関する。
【背景技術】
【０００２】
オフショア支援船などのクレーンを有する海上作業船では、波等の影響で船体が揺れたときでもクレーンに吊り下げられた吊荷の位置を一定に保つことが望まれる。例えば、特許文献１には、船のローリング（横揺れ）を抑制することにより吊荷の揺れを抑制する海上作業船が開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示された海上作業船では、クレーン先端に吊荷を撮像するＣＣＤカメラが設けられ、船体にはサーボモータによって船幅方向に錘を揺動させる減揺装置が設けられている。波等の影響により船にローリングが発生すると、吊荷にも船幅方向の揺れが生じる。ＣＣＤカメラに接続された制御装置は、画像処理により吊荷の揺れを検出し、船のローリングのエネルギーを打ち消すように減揺装置を制御する。
【０００４】
また、特許文献１には、もう１つの減揺装置を錘が船長方向に揺動するように設け、船のピッチング（縦揺れ）をも抑制してもよいことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−８６１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＣＣＤカメラでクレーン先端の真下の吊荷を撮像する方法では、波等の影響により船にヒービング（上下動）が発生し、吊荷に上下方向の移動が生じても、ＣＣＤカメラと吊荷の間の距離は変化しないため、それを検出することができない。すなわち、特許文献１の海上作業船では、船のローリングおよびピッチングによるクレーン先端の上下方向の振動（位置変動）を抑制できても、船のヒービングによるクレーン先端の上下方向の振動を抑制することはできない。
【０００７】
そこで、本発明は、海上作業船におけるクレーン先端の上下方向の振動を抑制することができる方法を提供することを目的とする。また、本発明は、その振動抑制方法を実行可能な海上作業船を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の１つの観点からのクレーン先端の振動抑制方法は、クレーン先端の上下方向の速度を船体のロール方向の角速度に換算し、得られた角速度と逆向きのロール方向のモーメントを船体に付与する。
【０００９】
上記の構成によれば、クレーン先端の上下方向の速度に基づいた制御を行うため、クレーン先端の上下方向の振動が船のローリング、ピッチングおよびヒービングのいずれに由来する場合でもクレーン先端の上下方向の振動を抑制することができる。
【００１０】
得られた前記角速度にゲインを積算することにより、前記モーメントを決定する制御対象値を算出してもよい。この場合、前記ゲインを、船の重心を通る前後軸から前記クレーン先端までの距離が大きくなるほど大きくしてもよい。
【００１１】
また、本発明の他の観点からのクレーン先端の振動抑制方法は、クレーン先端の基準位置に対する上下方向のズレを打ち消すように船体にロール方向のモーメントを付与する。この構成によれば、クレーン先端の位置に基づいた制御を行うため、クレーン先端の上下方向の振動が船のローリング、ピッチングおよびヒービングのいずれに由来する場合でもクレーン先端の上下方向の振動を抑制することができる。
【００１２】
また、本発明の海上作業船は、船体と、前記船体に設けられたクレーンと、前記クレーンの先端に設けられた、当該先端の上下方向の加速度を検出する加速度計と、前記クレーンの先端の位置を測定する位置測定装置と、前記船体に付与すべきロール方向のモーメントを調整し得るモーメント調整機構と、前記加速度計の検出値および前記位置測定装置の測定値に基づいて、前記クレーン先端の上下方向の速度を打ち消すモーメントが前記船体に付与されるように前記モーメント調整機構を制御する制御装置と、を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、クレーン先端の上下方向の振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る海上作業船の縦断面での模式図、（ｂ）は同海上作業船の横断面での模式図である。
【図２】海上作業船の制御系統を示すブロック図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は船体が波を受けたときのクレーン先端の変位のシミュレーション結果であり、（ａ）は船のロールリングの角速度に基づく制御を行った場合、（ｂ）はクレーン先端の上下方向の速度に基づく制御を行った場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１（ａ）および（ｂ）に、本発明の一実施形態に係る海上作業船１を示す。この海上作業船１は、船体２と、船体２に設けられたクレーン３とを備える。
【００１６】
海上作業船１では、船１の重心Ｇを中心として３つの座標軸、すなわち重心Ｇを通って船長方向に延びる前後軸Ｘ、重心Ｇを通って船幅方向に延びる左右軸Ｙおよび重心Ｇを通って上下方向に延びる上下軸Ｚ、が設定される。そして、前後軸Ｘを中心とする周方向がロール方向Ｐ、左右軸Ｙを中心とする周方向がピッチ方向Ｑ、上下軸Ｚを中心とする周方向がヨー方向Ｒである。
【００１７】
なお、重心Ｇは、暫定的に、クレーン３が基本位置にあると仮定して、船体２の重量、クレーン３を含む全ての艤装品の重量およびバラストタンク内の水の重量から求めてもよい。あるいは、重心Ｇは、クレーン３の姿勢および吊荷の重量を加味して都度求めてもよい。
【００１８】
船体２には、スクリュープロペラ２１とサイドスラスタ４が設けられている。クレーン３により作業が行われるときは、船体２が定点保持されるように、スクリュープロペラ２１およびサイドスラスタ４が制御装置７により制御される。なお、スクリュープロペラ２１の代わりに、ウォータージェット推進器が採用されてもよい。
【００１９】
サイドスラスタ４は、重心Ｇよりも下方に配置されたプロペラを回転させることにより、船幅方向の推進力を発生させるものである。その推進力は、プロペラの回転数や、プロペラが可変ピッチプロペラである場合はプロペラの角度により変更される。すなわち、サイドスラスタ４は、船体２に付与すべきロール方向のモーメントを調整し得る本発明のモーメント調整機構に相当する。
【００２０】
クレーン３は、本実施形態では、船体２に対して旋回可能な基部３１と、基部３１に対して上下方向に揺動可能にピン結合された第１アーム３２と、第１アーム３２に対して上下方向に揺動可能にピン結合された第２アーム３３とを含む。第１アーム３２の俯仰角および第２アーム３３の俯仰角は、図略の２つの油圧シリンダの伸縮によりそれぞれ決定される。なお、クレーン３は、ウィンチにより一本のアームを俯仰させるように構成されていてもよい。
【００２１】
基部３１には、当該基部３１の旋回角度を検出する旋回角度計５３が設けられている。また、第１アーム３２には、当該第１アーム３２の俯仰角を検出する第１角度計５１が設けられており、第２アーム３３には、当該第２アーム３３の俯仰角を検出する第２角度計５２が設けられている。これらの計器５１〜５３の検出値は、クレーン先端３ａの位置を決定するのに使用される。すなわち、旋回角度計５３、第１角度計５１および第２角度計５２は、クレーン３の先端３ａの位置を測定する位置測定装置５を構成する。
【００２２】
クレーン３の先端３ａには、当該先端３ａの少なくとも上下方向の加速度を検出する加速度計（例えば、三次元加速度計）６が設けられている。
【００２３】
本実施形態では、制御装置７により、クレーン先端３ａの上下方向の振動を抑制する制御が行われる。この振動抑制制御では、クレーン先端３ａの上下方向の速度Ｖを船体２のロール方向の角速度ωに変換し、得られた角速度ωと逆向きのロール方向のモーメント（前後軸Ｘ回りのモーメント）を船体２に付与する。
【００２４】
具体的に、制御装置７は、図２に示すように、加速度計６により検出されるクレーン先端３ａの上下方向の加速度Ａ、ならびに旋回角度計５３、第１角度計５１および第２角度計５２の検出値から決定されるクレーン先端３ａの位置に基づいて、クレーン先端３ａの上下方向の速度Ｖを打ち消すモーメントが船体２に付与されるようにサイドスラスタ４を制御する。
【００２５】
まず、制御装置７は、加速度計６により検出されるクレーン先端３ａの上下方向の加速度Ａを積分することにより、クレーン先端３ａの上下方向の速度Ｖを算出する。なお、速度Ｖは、絶対座標系でのクレーン先端３ａの高さ位置を直接的に測定し、これを微分することによっても算出することができる。
【００２６】
速度Ｖを算出した後は、制御装置７は速度Ｖを船体２のロール方向の角速度ωに変換する。船長方向から見たときに、クレーン先端３ａと重心Ｇとを結ぶ線分の長さをｒ、その線分が左右軸Ｙとなす角度をθとすると、速度Ｖと角速度ωは次の式（１）の関係となる。
【００２７】
Ｖ／ｃｏｓθ＝ｒ・ω  ・・・（１）
船長方向から見たときの、重心Ｇからクレーン先端３ａまでの船幅方向の距離をａ、重心Ｇからクレーン先端３ａまでの上下方向の距離をｂとすると、ｃｏｓθ＝ａ／ｒであるから、式（１）は次の式（２）に書き換えられる。
【００２８】
ω＝Ｖ／ａ  ・・・（２）
すなわち、船体２のロール方向の角速度ωは、クレーン先端３ａの上下方向の速度Ｖをクレーン先端３ａのＹ座標ａで割ることにより得ることができる。
【００２９】
次に、制御装置７は、得られた角速度ωと逆向きのロール方向のモーメントを船体２に付与するために、角速度ωにゲインＫを積算することにより、前記モーメントを決定する制御対象値を算出する。制御対象値は、サイドスラスタ４のプロペラの回転数であってもよいし、プロペラが可変ピッチプロペラである場合はプロペラの角度であってもよい。
【００３０】
そして、制御装置７は、算出した制御対象値を補正値として、船体２を定点保持するために算出した制御対象値にその補正値を加算または減算する。これにより、船体２には、角速度ωと逆向きのロール方向のモーメントが付与される。このようにして船体２に付与されるロール方向のモーメントは、ときには波による船１のローリングと逆方向のモーメント、すなわちローリングを抑制するモーメントとなり、ときには波による船１のローリングと同方向のモーメント、すなわちローリングを促進させるモーメントとなる。あるいは、波によって船１にピッチングおよびヒービングのみが発生している場合には、船体２に付与されるロール方向のモーメントによって船１に新たにローリングが発生する。
【００３１】
上述したゲインＫは、船長方向から見たときのクレーン先端３ａと重心Ｇとを結ぶ線分の長さｒ、すなわち前後軸Ｘからクレーン先端３ａまでの距離が大きくなるほど大きくすることが望ましい。クレーン先端３ａが前後軸Ｘから遠くなるにつれて、先端３の上下方向の振動を抑制するのに必要なロール方向のモーメントが大きくなるからである。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態の海上作業船１では、クレーン先端３ａの上下方向の速度Ｖに基づいた制御が行われるため、クレーン先端３ａの上下方向の振動が船１のローリング、ピッチングおよびヒービングのいずれに由来する場合でもクレーン先端３ａの上下方向の振動を抑制することができる。
【００３３】
次に、前記実施形態の効果を確認するために行ったシミュレーションを説明する。
【００３４】
本シミュレーションでは、クレーン先端３ａの上下方向の速度Ｖから角速度ωを求め、角速度ωに係数Ｃを積算した、角速度ωと逆向きのモーメントＭ（Ｍ＝−ω×Ｃ、単位：Ｎ・ｍ）がサイドスラスタ４により船体２に付与されるという条件とした。
【００３５】
まず、比較のために、船体２が波を受けることにより船１に発生するローリングの角速度を算出し、これを打ち消すようにサイドスラスタ４を制御したケースをシミュレーションした。波は、船に±１ｍのヒービングを発生させるように設定した。その結果であるクレーン先端３ａの変位を図３（ａ）に示す。当然ながら、クレーン先端３ａの上下方向の振動は、船１のヒービング以下に抑えることはできなかった。
【００３６】
次に、同様の波に対し、前記実施形態で説明したとおりにクレーン先端３ａの上下方向の速度Ｖに基づいてサイドスラスタ４を制御したケースをシミュレーションした。その結果であるクレーン先端３ａの変位を図３（ｂ）に示す。このような制御では、クレーン先端３ａの上下方向の振動を、船１のヒービングの半分程度に抑えることができた。
【００３７】
（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【００３８】
例えば、船体２に付与すべきロール方向のモーメントを調整し得るモーメント調整機構は、必ずしもサイドスラスタ４である必要はなく、モータによって船幅方向に錘を揺動させる減揺装置であってもよい。あるいは、モーメント調整機構は、フィンスタビライザーやアクティブ型のアンチローリングタンクであってもよい。
【００３９】
また、前記実施形態では、クレーン先端３ａの上下方向の速度Ｖに基づいた制御が行われていたが、クレーン先端３ａの位置に基づいた制御が行われても同様の効果を得ることができる。具体的には、クレーン先端３ａの基準位置に対する上下方向のズレを打ち消すように船体２にロール方向のモーメントを付与すればよい。
【００４０】
上記の基準位置とは、波や風等の外乱が無い状態でのクレーン先端３ａの位置である。加速度計６により検出されるクレーン先端３ａの上下方向の加速度を二回積分すれば基準位置に対するクレーン先端３ａの位置が求まるため、制御装置７はまずこの計算を行う。そして、クレーン先端３ａの位置が基準位置より上にズレていれば、クレーン先端３ａが下に動くように制御装置７がサイドスラスタ４に指令を与え、クレーン先端３ａの位置が基準位置より下にズレていれば、クレーン先端３ａが上に動くように制御装置７がサイドスラスタ４に指令を与える。この場合、サイドスラスタ４により船体２に与えられるモーメントの大きさは、基準位置とクレーン先端３ａ位置の間の前後軸Ｘ回りの角度に応じて決定される。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明のクレーン先端の振動抑制方法は、クレーン付き海上作業船を用いて作業を行う際に特に有用である。
【符号の説明】
【００４２】
１    海上作業船
２    船体
３    クレーン
３ａ  先端
４    サイドスラスタ（モーメント調整機構）
５    位置測定装置
６    加速度計
７    制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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