(57)【要約】【課題】  設定されたパラメータの影響を受けずに高精度の制御が可能なクレーンの振れ止め制御方法を実現する。【解決手段】  クレーンのトロリーによる吊り荷搬送の加速工程では、あらかじめ設定された吊り荷の固有周期に基づいて同調制御を行うとともに、吊り荷の振れ周期を計測し、等速度搬送工程では、吊り荷の振れ振幅を計測し、振れ振幅に基づいて搬送方向と同じ方向に作用する正方向制御加速度と搬送方向と逆方向に作用する逆方向制御加速度とを設定し、振れ振幅が最大またはゼロとなるときから、正方向制御加速度及び逆方向制御加速度を、振れ周期に基づいてそれぞれ設定される所定の時間で、トロリーにそれぞれ作用させる振れ制御を行い、減速工程では振れ周期に基づいて最短時間制御を行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クレーンのトロリーによる吊り荷搬送の加速工程では、あらかじめ設定された吊り荷の固有周期に基づいて同調制御を行うとともに、吊り荷の振れ周期を計測し、
等速度搬送工程では、吊り荷の振れ振幅を計測し、前記振れ振幅に基づいて搬送方向と同じ方向に作用する正方向制御加速度と搬送方向と逆方向に作用する逆方向制御加速度とを設定し、前記振れ振幅が最大またはゼロとなるときから、前記正方向制御加速度及び逆方向制御加速度を、前記振れ周期に基づいてそれぞれ設定される所定の時間で、前記トロリーにそれぞれ作用させる振れ制御を行い、
減速工程では前記振れ周期に基づいて最短時間制御を行うことを特徴とするクレーンの振れ止め制御方法。
【請求項２】
前記正方向制御加速度及び逆方向制御加速度は、前記振れ周期の１／４周期に相当する時間でそれぞれ作用させることを特徴とする請求項１に記載のクレーンの振れ止め制御方法。
【請求項３】
前記正方向制御加速度は、前記振れ周期の１／２周期に相当する時間で作用させ、前記逆方向制御加速度は、前記振れ周期の１周期に相当する時間で作用させることを特徴とする請求項１に記載のクレーンの振れ止め制御方法。
【請求項４】
吊り荷が位置決め地点に到達したときに、前記等速度搬送工程で実施した振れ制御を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のクレーンの振れ止め制御方法。
【請求項５】
前記振れ周期及び振れ振幅は、３次元距離測定器による計測に基づいて算出されたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のクレーンの振れ止め制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吊り荷をトロリーにより搬送するクレーンの振れ止め制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、天井クレーンのトロリーにより吊り荷を短時間で搬送し，目標位置に振れなしで位置決めするために、同調制御、最短時間制御など各種振れ止め制御方法が採用されている。これら制御方法を以下に概説する。
【０００３】
（トロリー加速による吊り荷振れ応答）
図８は、トロリーが加速する場合の吊り荷の状態を示す説明図である。ここで、θはトロリー加速度ｕ0を受けるときの吊り荷の振れ角、ｘはトロリー変位、ｍは吊り荷質量、ｌはロープ長さ、ｇは重力加速度である。運動方程式は次式により示される。
【０００４】
【数１】
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【０００５】
トロリー加速度ｕ0が一定で，初期値がθ(0)、θ’(0) であるときの応答は次式となる。
【０００６】
【数２】
2011126689.tif 000004
【０００７】
図９は振れ角の応答位相面を示す説明図である。図９に示すように、点ｐ（０、ｕ0/ｇ）を中心とし、半径Ｒで反時計まわりに周期Ｔで一周する。
【０００８】
（同調制御）
トロリーの加速領域における吊り荷の振れ止め制御としての同調制御について説明する。図１０は、初期値がθ(0)＝θ’(0)＝０のときの振れ角位相面である。図１０に示すように、同調制御では、座標原点Ｏ点を出発し、点ｐ（０、ｕ0/ｇ）を中心としＲ＝ｕ0/ｇの半径で反時計まわりに周期ＴにてＯ−Ａ−Ｃ1−Ｂ−Ｏの順で一周し、再び振れ角ゼロの原点に戻る。これにより、トロリー加速終了以降では吊り荷の振れは無くなり、トロリーはｖ＝ｕ0Ｔの等速度となる。
【０００９】
（最短時間制御）
最短時間制御は、吊り荷を短時間で搬送し、目標位置に振れなしで位置決めできる制御法であり、図１０において、Ｏ−Ａ−Ｃ2−Ｂ−Ｏの順で動かす。ここで、Ａ、Ｂは加速度切りかえ点であり、この点においてトロリー加速度ｕ0をプラスからマイナス、マイナスからプラスにそれぞれ切りかえる。円弧Ａ−Ｃ2−Ｂの円の中心はＱ（０、-ｕ0/ｇ）点である。原点Ｏ点に戻るまでの時間Ｔopは次式により表される。
【００１０】
【数３】
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【００１１】
このような吊り荷の振れ止め制御を行うものとして、例えば、特許文献１には、振れ周期の１／４の時間で加速及び減速を行い、最短時間制御を行う振れ止め制御方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許４１６７８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、上述の方法では、あらかじめ計算により設定した振れ周期が、実際の現場でのロープ長誤差、重心位置誤差、剛体振子挙動などの影響により実際の振れ周期と異なる場合には、最短時間制御の前提がくずれてしまうため、精度の高い振れ止め制御が困難となるという問題があった。
【００１４】
そこで、本発明は、設定されたパラメータの影響を受けずに高精度の制御が可能なクレーンの振れ止め制御方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、クレーンの振れ止め制御方法において、クレーンのトロリーによる吊り荷搬送の加速工程では、あらかじめ設定された吊り荷の固有周期に基づいて同調制御を行うとともに、吊り荷の振れ周期を計測し、等速度搬送工程では、吊り荷の振れ振幅を計測し、前記振れ振幅に基づいて搬送方向と同じ方向に作用する正方向制御加速度と搬送方向と逆方向に作用する逆方向制御加速度とを設定し、前記振れ振幅が最大またはゼロとなるときから、前記正方向制御加速度及び逆方向制御加速度を、前記振れ周期に基づいてそれぞれ設定される所定の時間で、前記トロリーにそれぞれ作用させる振れ制御を行い、減速工程では前記振れ周期に基づいて最短時間制御を行う、という技術的手段を用いる。
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、クレーンのトロリーによる吊り荷搬送の加速工程で同調制御及び吊り荷の振れ周期の計測、等速度搬送工程では吊り荷の振れ振幅の計測、計測された振れ振幅及び加速工程で計測された振れ周期に基づいた振れ制御、減速工程では加速工程で計測された振れ周期に基づいた最短時間制御を行うことができる。これにより、計測された正確な振れ振幅及び振れ周期に基づいた制御が可能となるため、設定されたパラメータの影響を受けずに高精度の振れ止め制御が可能となる。
【００１７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のクレーンの振れ止め制御方法において、前記正方向制御加速度及び逆方向制御加速度は、前記振れ周期の１／４周期に相当する時間でそれぞれ作用させる、という技術的手段を用いる。
【００１８】
請求項２に記載の発明のように、正方向制御加速度及び逆方向制御加速度は、振れ周期の１／４周期に相当する時間でそれぞれ作用させることができる。このとき、正方向制御加速度と逆方向制御加速度とは、絶対値が等しい加速度となる。
【００１９】
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載のクレーンの振れ止め制御方法において、前記正方向制御加速度は、前記振れ周期の１／２周期に相当する時間で作用させ、前記逆方向制御加速度は、前記振れ周期の１周期に相当する時間で作用させる、という技術的手段を用いる。
【００２０】
請求項３に記載の発明のように、正方向制御加速度は、振れ周期の１／２周期に相当する時間で作用させ、逆方向制御加速度は、振れ周期の１周期に相当する時間で作用させることができる。これによれば、逆方向制御加速度を小さくすることができるので、例えば、精密機器など振動を小さくすることが必要な物の搬送に好適に用いることができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のクレーンの振れ止め制御方法において、吊り荷が位置決め地点に到達したときに、前記等速度搬送工程で実施した振れ制御を行う、という技術的手段を用いる。
【００２２】
吊り荷が位置決め地点に到達したときに、振れが残っている場合には、請求項４に記載の発明のように、等速度搬送工程で実施した振れ制御を行うことにより、短時間で振れを止めることができる。
【００２３】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のクレーンの振れ止め制御方法において、前記振れ周期及び振れ振幅は、３次元距離測定器による計測に基づいて算出された、という技術的手段を用いる。
【００２４】
請求項５に記載の発明のように、例えば、飛行時間計測方式（ＴＯＦ）の３次元カメラのような、３次元の距離データを取得することができる３次元距離測定器を用いると、３次元距離データに基づいて振れ周期及び振れ振幅を算出することができるので、振れ周期及び振れ振幅、特に振れ振幅の測定精度を向上させることができる。これにより、高精度の振れ止め制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明を適用するクレーンの構成図である。
【図２】加速工程における同調制御の説明図である。
【図３】等速度搬送工程における振れ制御の説明図である。
【図４】減速工程における最短時間制御の説明図である。
【図５】各工程における制御方法をまとめてトロリーの加速度と速度とを表示した説明図である。
【図６】本発明の実施例の説明図である。
【図７】等速度搬送工程における振れ制御の変更例の説明図である。
【図８】従来技術の説明図であり、トロリーが加速する場合の吊り荷の状態を示す説明図である。
【図９】従来技術の説明図であり、吊り荷の振れ角の応答位相面を示す説明図である。
【図１０】従来技術の説明図であり、振れ角速度及び振れ角加速度がゼロのときの振れ角位相面である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明のクレーンの振れ止め制御方法について、図を参照して説明する。
【００２７】
図１に示すように、クレーン１０は、天井に設けられた搬送レール１１と、搬送レール１１に沿って駆動されるトロリー１２と、トロリー１２に吊り下げられ、先端に設けられたフック１３ａにより吊り荷Ｍを懸架するためのロープ１３とを備えている。
【００２８】
トロリー１２は、駆動源であるモータ１２ａと、モータ１２ａと接続され、操作者が前進、後退などの操作を行う操作器１２ｂと、モータ１２ａと接続され、モータ１２ａを制御するコントローラ１２ｃと、吊り荷Ｍの運動を計測し、位置、時間などの運動データをコントローラ１２ｃに出力するセンサ１２ｄとを備えている。コントローラ１２ｃでは、センサ１２ｄから出力された運動データに基づいて吊り荷Ｍの振れ周期及び振れ振幅を計測する。
【００２９】
本実施形態では、センサ１２ｄとして３次元距離測定器である飛行時間計測方式（ＴＯＦ）の３次元カメラを用いる。本方式の３次元カメラでは、パルス赤外光を測定対象に発信し、反射された赤外光により測定を行うため、フック１３ａに、赤外光を反射するための反射板１４を設ける。このような３次元距離測定器を用いると、３次元距離データに基づいて後述する振れ周期及び振れ振幅を算出することができるので、振れ周期及び振れ振幅、特に振れ振幅の測定精度を向上させることができる。これにより、高精度の振れ止め制御が可能となる。
【００３０】
トロリー１２により吊り荷Ｍを搬送する搬送工程は、吊り荷の停止状態から搬送速度を増大させる加速工程と、吊り荷Ｍを一定速度で搬送する等速度搬送工程と、吊り荷Ｍを所定の位置において停止させるために搬送速度を減少させる減速工程とからなる。
【００３１】
加速工程では、ロープ長などからあらかじめ設定された吊り荷の固有周期に基づいて同調制御を行う。図２に、吊り荷をトロリー加速度ｕ0で搬送し、同調制御するときの位相面を示す。Ｐ点を中心に半径ｕ0/ｇで反時計まわりに角速度ω＝（ｇ/ｌ）1/2で回転する。このとき、固有周期Ｔの時間だけ正しく加速度を作動させたとき振れは生じないが、実際と異なるロープ長などに基づいて設定された誤りの周期Ｔeを使用して同調制御（誤同調）を行うと振れ振動が残る。図２には、正周期Ｔより小さい、つまり、ロープ長を実際より短く推定した場合の誤周期Ｔeを同調制御に使用した場合を示す。この場合Ｏ−Ａ−Ｏ1を誤周期の時間Ｔeでまわり、トロリー１２が等速度になると、原点Ｏを中心にＯ−Ｏ1を半径とする円をまわる振れ振動を生じる。
【００３２】
続く等速度搬送工程で精度の高い振れ制御を行うためには、正確な周期が必要となるため、加速工程において正確な周期を測定する。正確な周期Ｔを測るには、センサ１２ｄによる吊り荷Ｍの運動データ計測に基づいてコントローラ１２ｃにおいて加速時Ａ点を判定し、このときの時間が振れ周期Ｔの半分であることから固有周期を求める。
【００３３】
続く等速度搬送工程では、吊り荷Ｍの振れ振幅を計測し、振れ制御を行う。図３には、トロリー１２が等速度で吊り荷Ｍを搬送中に、振れ制御するときの位相面を示す。振幅をθvとする振れ振動は、原点を中心に半径θvで反時計回りに角速度ωで回転する。センサ１２ｄの計測データを基に最大のＲ点を定め、この点での振れ振幅θvをセンサ１２ｄにより計測する。
【００３４】
次に、センサ１２ｄの計測データを基にＡ点を定め、振れ制御を開始する。Ｒ点としては、振れが最大のＲ1点と最小のＲ2点が考えられるが、誤った周期で同調制御された誤同調制御終了後から計測できるまでの時間が近い方で選択する。
【００３５】
振れ振幅が最大となるＲ1点で振幅を計測した後、振れ制御を行う場合について説明する。Ｐ点を中心とした半径ＰＡ1＝√5θv/2 の円周上を反時計回りに振れ振幅がゼロとなるＡ1点を起点にＢ1点まで移動させる。ここで、Ｂ1点は、Ｑ点を中心とした半径ＱＯ＝θv／２の円との交点である。Ａ1からＢ1およびＢ1からＯへ移動する時間は、∠Ａ1ＰＢ1＝∠ＯＱＢ1＝９０°であるのでそれぞれＴ／４となる。Ａ1点からＢ1点まで、トロリー１２に搬送方向と同じ方向に作用する正方向制御加速度αcを振れ周期の１／４周期時間作用させる。正方向制御加速度αcは、振れ振幅θvに基づいて次式で設定された加速度である。
【００３６】
【数４】
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【００３７】
続いて、振れ角をゼロとするためにＢ1点から原点Ｏ点に移動させる。生じた速度をゼロに戻すためには搬送方向と逆方向に作用する逆方向制御加速度を正方向制御加速度と同じ時間作用させる必要がある。つまり、Ｑ点を中心とした円周上を反時計回りに、Ｂ1点からＯ点までトロリーにマイナス加速度αcを１／４周期時間作用させる。この操作により、トロリー１２は、Ａ1−Ｂ1−Ｏ操作で正方向の変位Δｘcだけ移動が付加される。
【００３８】
【数５】
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【００３９】
また、振れ振幅が最小となる点Ｒ2で振幅を計測した後、振れ制御を行う場合について説明する。Ｒ2点で振幅計測する場合、トロリー１２をＡ2−Ｂ2−Ｏへ操作する。この場合、Ａ2点からＢ2点まで逆方向制御加速度αcを１／４周期時間トロリーに作用させ、Ｂ2点からＯ点まで正方向制御加速度αcを１／４周期時間トロリー１２に作用させる。トロリー１２は、逆方向の変位Δｘcだけ移動が付加される。ここで、吊荷制御に伴うトロリー速度は走行等速度に比べて小さいと考えられ、この条件下では、トロリー１２は前進のみであり、後退することはない。これにより、操作者の方に吊り荷が戻らないため、安全な操作が可能となる。
【００４０】
続く減速工程では、等速度搬送工程で計測した振れ周期に基づいて最短時間制御を行う。等速搬送時に振れが防止されたとき、減速搬送時に最短時間制御するとトロリー１２の停止後に荷振れは残らない。図４(a)に示すような残留振れがないときは、トロリー１２をＴζ時間だけ逆方向に加速すると位相面上は半径ＱＯの円を反時計回りにＯ−Ａへ移動する。Ａ点でＴη時間だけ正方向への加速に切り替えてＡ−Ｂへ、最後にＢ点で再びＴζ時間だけ逆方向に加速させＢ−Ｏへ移動させる。ここで、移動時間の合計２Ｔζ＋Ｔηは同調制御より短くなる。
【００４１】
一方、等速搬送時の振れが残っているときはトロリー１２の停止後も荷振れが生じる。図４(b)に示すように、等速度搬送工程において振れが残留したときは、最短減速制御においては初期振れがある場合となり、Ｏ1−Ａ−Ｂ−Ｏ2と変化する。Ａ、Ｂは加速度の切り替え点であり、計画使用時間は２Ｔζ＋Ｔηである。その後、吊り荷ＭはＯＯ2半径でまわる振れ振動を生じる。計画では、Ｔζを与えてＴηを計算する。
【００４２】
トロリー１２が位置決め地点に到達しても荷振れが残留する場合には、振れ止め制御を行う。ここで、振れ止め制御は、等速搬送時制御と同様である。これにより、吊り荷が位置決め地点に到達したときに、振れが残っている場合には、請求項４に記載の発明のように、等速度搬送工程で実施した振れ制御を行うことにより、短時間で振れを止めることができる。ここで、操作者が安全に作業できるようにトロリー１２が後退しない図３のＡ1−Ｂ1−Ｏ制御が好ましい。 
【００４３】
上述の各工程における制御方法をまとめて、トロリー１２の加速度と速度を表示すると、図５に示すようになる。ここで、Ｔaは予測振れ周期、Ｔmは計測周期、Ｔζ、ＴηはＴmから求められた時間、加速度はαa＝Ｖ／Ｔa、αt＝Ｖ／（２Ｔζ−Ｔη）である。
【００４４】
（実施例）
以下に、本発明の実施例を示す。実際のロープ長が８ｍ（振れ周期５．６８ｓ）の走行クレーンについて、搬送距離２０ｍでロープ長を１２０％（振れ周期６．２２ｓ）と予測した場合について、シミュレーションを行った。サンプルタイムは０．１０ｓで、下記３ケースについて検討した。ここで、周期５．６８ｓを用いたときを「正」、６．２２ｓを用いたときを「誤」，搬送中の計測周期５．６０ｓを用いたときを「計測」とした。
【００４５】
比較例１（Ａ）：正同調制御（加速時）＋正最短時間制御（減速時）
比較例２（Ｂ）：誤同調制御（加速時）＋誤最短時間制御（減速時）
実施例（Ｃ）：誤同調制御（加速時）＋計測振れ制御（等速搬送中）＋計測最短時間制御（減速時）
【００４６】
図６(a)にはトロリー駆動速度、図６(b)には吊り荷振れ角、図６(c)には搬送距離を示す。比較例１では、正しい振れ周期を用いて制御を行うため、トロリー１２の加減速時以外には吊り荷Ｍの振れは生じない。比較例２では、誤った振れ周期を用いて制御を行うため、停止後も振れが続いている。
【００４７】
実施例では、図６(b)より加速時の振れが２．８ｓで振れ角が最大となるため、計測された振れ周期は５．６０ｓとなる。更に、残留振れ振幅は７．４０ｓで０．６３８ｄｅｇとなる。図３に示す制御方法に従い、振れ制御を８．８０ｓから１０．２０ｓまでの間、(4)式による正方向制御加速度０．０５５ｍ／ｓ2で加速し、その後、逆方向制御加速度０．０５５ｍ／ｓ2で１１．６０ｓまで減速した。その結果、吊り荷の振れは防止されており、本発明のクレーンの振れ止め制御方法により、高精度の振れ止め制御が可能となることが確認された。
【００４８】
［実施形態の効果］
（１）本発明のクレーンの振れ止め制御方法によれば、請求項１に記載の発明によれば、クレーンのトロリー１２による吊り荷Ｍの搬送の加速工程で同調制御及び吊り荷Ｍの振れ周期Ｔの計測、等速度搬送工程では吊り荷Ｍの振れ振幅θvの計測、計測された振れ振幅θv及び加速工程で計測された振れ周期Ｔに基づいた振れ制御、減速工程では加速工程で計測された振れ周期Ｔに基づいた最短時間制御を行うことができる。これにより、計測された正確な振れ振幅θv及び振れ周期Ｔに基づいた制御が可能となるため、設定されたパラメータの影響を受けずに高精度の振れ止め制御が可能となる。
【００４９】
（２）吊り荷Ｍが位置決め地点に到達したときに、振れが残っている場合には、等速度搬送工程で実施した振れ制御を行うことにより、短時間で振れを止めることができる。
【００５０】
（３）センサ１２ｄとして、飛行時間計測方式（ＴＯＦ）の３次元カメラのような、３次元の距離データを取得することができる３次元距離測定器を用いると、３次元距離データに基づいて振れ周期Ｔ及び振れ振幅θvを算出することができるので、振れ周期Ｔ及び振れ振幅θv、特に振れ振幅θvの測定精度を向上させることができる。これにより、高精度の振れ止め制御が可能となる。
【００５１】
［その他の実施形態］
（１）本実施形態では、センサ１２ｄとして３次元距離測定器を用いたが、振れ周期Ｔ及び振れ振幅θvを求めるための運動データを検出できれば、これに限定されるものではない。例えば、接触式の変位計などを用いることもできる。
【００５２】
（２）図７に示すように、正方向制御加速度は、振れ周期の１／２周期に相当する時間で作用させ、逆方向制御加速度は、振れ周期の１周期に相当する時間で作用させることができる。これによれば、逆方向制御加速度を小さくすることができるので、例えば、精密機器などに作用する動的荷重（慣性力）を小さくすることが必要な物の搬送に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１０…クレーン
１１…搬送レール
１２…トロリー
１２ａ…モータ
１２ｂ…操作器
１２ｃ…コントローラ
１２ｄ…センサ
１３…ロープ
１３ａ…フック
１４…反射板
Ｔ…振れ周期
θv…振れ振幅
【図１】
2011126689.tif 000008
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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