(57)【要約】【課題】積み荷を効率的に、自動化して衝突なく２点間で移動させることを可能とする、持上げ装置を制御する方法を提供する。【解決手段】積み荷８を軌道Ｔに沿って始点Ａから終点Ｅへ移動させる持上げ装置１を制御する方法であって、軌道Ｔの始点Ａ及び終点Ｅと、積み荷８の移動中に積み荷８により回避される禁止領域Ｖとが設定され、これに基づき、幾何学的な、又は丸められた幾何学的な、又は滑らかな幾何学的な経路が演算ユニット１２によって演算される、前記方法において、持上げ装置１の運動学的及び幾何学的な限界値があらかじめ設定され、これに基づき、幾何学的な、又は丸められた幾何学的な、又は滑らかな幾何学的な経路を基礎として、動的な、又は丸められた動的な、又は滑らかな動的な経路が演算ユニット１２によって演算される。【選択図】図１
2019064830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積み荷（８）を軌道（Ｔ）に沿って始点（Ａ）から終点（Ｅ）へ移動させる持上げ装置（１）を制御する方法であって、前記積み荷（８）が、第１の移動軸線に沿って、及び第２の移動軸線に沿って移動し、前記軌道（Ｔ）の前記始点（Ａ）及び前記終点（Ｅ）と、前記積み荷（８）の移動中に前記積み荷（８）により回避される禁止領域（Ｖｉ）とが設定され、これに基づき、幾何学的な、又は丸められた幾何学的な、又は滑らかな幾何学的な経路（Ｇ，Ｇ’，Ｇ”）が演算ユニット（１２）によって演算される、前記方法において、
前記持上げ装置（１）の運動学的及び幾何学的な限界値があらかじめ設定され、これに基づき、前記幾何学的な、又は丸められた幾何学的な、又は滑らかな幾何学的な経路（Ｇ，Ｇ’，Ｇ”）を基礎として、動的な、又は丸められた動的な、又は滑らかな動的な経路（Ｄ，Ｄ’，Ｄ”）が前記演算ユニット（１２）によって演算され、これら動的な、又は丸められた動的な、又は滑らかな動的な経路が、前記幾何学的な、又は丸められた幾何学的な、又は滑らかな幾何学的な経路（Ｇ，Ｇ’，Ｇ”）に沿った前記積み荷（８）の移動の時間的な情報を提供すること、並びに前記幾何学的な、又は丸められた幾何学的な、又は滑らかな幾何学的な経路（Ｇ，Ｇ’，Ｇ”）及び前記動的な、又は丸められた動的な、又は滑らかな動的な経路（Ｄ，Ｄ’，Ｄ”）が、前記軌道（Ｔ）の生成のために組み合わされることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記軌道（Ｔ）の前記始点（Ａ）及び前記終点（Ｅ）が、前記第１の移動軸線及び前記第２の移動軸線によって形成された第１の平面に設定されること、前記禁止領域（Ｖｉ）が前記第１の平面に設定されること、前記幾何学的な経路（Ｇ）が前記第１の平面において演算されること、前記幾何学的な経路（Ｇ）に基づいて前記動的な経路（Ｄ）が演算されること、並びに前記幾何学的な経路（Ｇ）及び前記動的な経路（Ｄ）が前記軌道（Ｔ）の生成のために前記第１の平面において組み合わせられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記積み荷（８）が前記持上げ装置（１）の第３の移動軸線に沿って移動すること、前記軌道（Ｔ）の前記始点（Ａ）及び前記終点（Ｅ）が、前記持上げ装置（１）の前記３つの移動軸線により形成される移動空間において、好ましくは移動空間における適宜の第２の平面において設定されること、前記禁止領域（Ｖｉ）が、前記移動空間において、好ましくは前記第２の平面において設定されること、前記幾何学的な経路（Ｇ）が前記移動空間において、好ましくは前記第２の平面において演算されること、前記幾何学的な経路（Ｇ）に基づいて前記動的な経路（Ｄ）が演算されること、並びに前記幾何学的な経路（Ｇ）及び前記動的な経路（Ｄ）が前記軌道（Ｔ）の生成のために前記移動空間において、好ましくは前記第２の平面において組み合わせられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記持上げ装置（１）の制限された動作範囲（１５）が、前記第１の平面、前記第２の平面又は前記移動空間において設定されること、並びに前記演算ユニット（１２）が、前記始点（Ａ）、終点（Ｅ）及び前記禁止領域（Ｖｉ）が前記動作範囲（１５）内に位置しているかどうか、及び前記軌道（Ｔ）が始点（Ａ）と終点（Ｅ）の間で生成され得るかどうかをチェックすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記持上げ装置（１）の運動学的な限界値として、支持構造（３）の最大速度（ｖＳｍａｘ）及び最大加速度（ａＳｍａｘ）と、走行要素の最大速度（ｖＴｍａｘ）及び最大加速度（ａＴｍａｘ）と、持上げ駆動部の最大速度（ｖＨｍａｘ）及び最大加速度（ａＨｍａｘ）とが設定され、幾何学的な限界値として、積み荷受け入れ要素（７）の最大偏向角（θｍａｘ）が設定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記幾何学的な経路（Ｇ）を生成するために、前記始点（Ａ）が、直線（１３ｉ）によって支持点（Ｓ’）を介して前記終点（Ｅ）と結ばれ、前記支持点（Ｓ’）が前記禁止領域（Ｖｉ）から導出されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記丸められた幾何学的な経路（Ｇ’）を生成するために、前記幾何学的な経路（Ｇ）が、円弧（１４ｉ）又はクロソイド又はベジェ曲線を用いて前記支持点（Ｓ’）において丸められることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記丸められた動的な経路（Ｄ’）を生成するために、前記動的な経路（Ｄ）が、前進−後退フィルタリング手法を用いて丸められることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記滑らかな動的な経路（Ｄ”）を生成するために、丸められた動的な経路（Ｄ’）が、及び／又は前記滑らかな幾何学的な経路（Ｇ”）を生成するために前記丸められた幾何学的な経路（Ｇ’）が、Ｂスプラインを用いて滑らかにされることを特徴とする請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
軌道（Ｔ）に沿って始点（Ａ）から終点（Ｅ）へ積み荷（８）を移動させる少なくとも２つの移動軸線と、走行要素（５）と、前記積み荷（８）を受け入れる積み荷受け入れ要素（７）と、該積み荷受け入れ要素（７）を持上げるための持上げ駆動部とを有する持上げ装置（１）であって、前記走行要素（５）が、第１の移動軸線に沿って移動可能であり、前記積み荷受け入れ要素（７）が、少なくとも１つの保持要素（６）を用いて前記走行要素（５）に結合されており、前記積み荷受け入れ要素（７）が、持上げ駆動部を用いて第２の移動軸線に沿って移動可能である、前記持上げ装置において、
演算ユニット（１２）が設けられており、前記始点（Ａ）と前記終点（Ｅ）の間の幾何学的な、又は丸められた幾何学的な、又は滑らかな幾何学的な経路（Ｇ，Ｇ’Ｇ”）を演算するように、該幾何学的な、又は丸められた幾何学的な、又は滑らかな幾何学的な経路（Ｇ，Ｇ’Ｇ”）を基礎としてあらかじめ設定された持上げ装置（１）の運動学的な、又は幾何学的な限界値に基づき動的な、又は丸められた動的な、又は滑らかな動的な経路（Ｄ，Ｄ’，Ｄ”）を演算するように、並びに前記幾何学的な、又は丸められた幾何学的な、又は滑らかな幾何学的な経路（Ｇ，Ｇ’，Ｇ”）及び前記動的な、又は丸められた動的な、又は滑らかな動的な経路（Ｄ，Ｄ’，Ｄ”）が、前記軌道（Ｔ）のために組み合わされるように前記演算ユニット（１２）が構成されていることで、前記演算ユニットが、前記始点（Ａ）と、前記終点（Ｅ）と、前記積み荷（８）の移動中に該積み荷（８）によって回避されるべき所定の禁止領域（Ｖｉ）との間で軌道を演算することを特徴とする持上げ装置。
【請求項１１】
前記始点（Ａ）及び前記終点（Ｅ）が、前記第１の移動軸線及び前記第２の移動軸線により形成された第１の平面において設定されていること、前記禁止領域（Ｖｉ）が前記第１の平面に設定されており、前記軌道（Ｔ）の演算が前記第１の平面において行われることを特徴とする請求項１０に記載の持上げ装置（１）。
【請求項１２】
当該持上げ装置（１）が第３の移動軸線を有しており、前記積み荷（８）が支持構造（３）を用いて前記第３の移動軸線に沿って移動可能であり、前記始点（Ａ）及び前記終点（Ｅ）が、前記持上げ装置（１）の前記３つの移動軸線によって形成された移動空間において、好ましくは移動空間に位置する第２の平面において設定されていること、前記禁止領域（Ｖｉ）が、前記移動空間において、好ましくは前記第２の平面において設定されており、前記軌道（Ｔ）の演算が前記移動空間において、好ましくは前記第２の平面において行われることを特徴とする請求項１０に記載の持上げ装置（１）。
【請求項１３】
当該持上げ装置（１）が、前記第１の平面、前記対２の平面又は前記移動空間において制限された動作範囲（１５）を有しており、該制限された動作範囲（１５）が、前記演算ユニット（１２）において、前記始点（Ａ）、終点（Ｅ）及び前記禁止領域（Ｖｉ）が前記動作範囲（１５）内に位置しているかどうか、及び前記軌道（Ｔ）が始点（Ａ）と終点（Ｅ）の間で生成され得るかどうかをチェックするために設定されていることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の持上げ装置（１）。
【請求項１４】
当該持上げ装置（１）の運動学的な限界値として、前記支持構造（３）の最大速度（ｖＳｍａｘ）及び最大加速度（ａＳｍａｘ）と、前記走行要素（５）の最大速度（ｖＴｍａｘ）及び最大加速度（ａＴｍａｘ）と、前記持上げ駆動部の最大速度（ｖＨｍａｘ）及び最大加速度（ａＨｍａｘ）とが設定されており、幾何学的な限界値として、前記積み荷受け入れ要素（７）の最大偏向角（θｍａｘ）が設定されていることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の持上げ装置（１）。
【請求項１５】
前記演算ユニット（１２）が、前記幾何学的な経路（Ｇ）を生成するために、前記始点（Ａ）が、直線（１３ｉ）によって、前記禁止領域（Ｖｉ）から導出される支持点（Ｓ’）を介して前記終点（Ｅ）と結ばれるよう構成されていることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の持上げ装置（１）。
【請求項１６】
前記丸められた幾何学的な経路（Ｇ’）を生成するために、前記幾何学的な経路（Ｇ）を、円弧（１４ｉ）又はクロソイド又はベジェ曲線を用いて前記支持点（Ｓ’）において丸めるように、及び／又は前記丸められた動的な経路（Ｄ’）を生成するために、前記動的な経路（Ｄ）を、前進−後退フィルタリング手法を用いて丸めるように、前記演算ユニット（１２）が構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の持上げ装置（１）。
【請求項１７】
前記滑らかな幾何学的な経路（Ｇ”）を生成するために、前記丸められた幾何学的な経路（Ｇ’）を、及び／又は前記滑らかな動的な経路（Ｄ”）を生成するために、丸められた動的な経路（Ｄ’）を、Ｂスプラインを用いて滑らかにするように、前記演算ユニット（１２）が構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の持上げ装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積み荷を軌道に沿って始点から終点へ移動させる持上げ装置を制御する方法であって、前記積み荷が、第１の移動軸線に沿って、及び第２の移動軸線に沿って移動し、前記軌道の前記始点及び前記終点と、前記積み荷の移動中に前記積み荷により回避される禁止領域とが設定され、これに基づき、幾何学的な、又は丸められた幾何学的な、又は滑らかな幾何学的な経路が演算ユニットによって演算される、前記方法に関するものである。さらに、本発明は、軌道に沿って積み荷を移動させる持上げ装置に関するものでもある。
【背景技術】
【０００２】
持上げ装置、特にクレーンは、多くの異なる実施形態において存在するとともに、多くの異なる応用分野において用いられている。例えば、主に土木工学に用いられるタワークレーンが存在するか、又は例えば風力発電設備を取り付けるための移動式クレーンが存在する。橋型クレーンは、例えば工場建物における屋内クレーンとして用いられ、例えば、例えば船舶から鉄道若しくはトラックへの積み替えのための港湾、又は鉄道からトラックへの、又はこれにとは逆の積み替えのための物品鉄道駅のような、一貫輸送される物品積み替えのための積み替え場所において搬送コンテナを操作するために門形クレーンが用いられる。このとき、主に、物品は、３つの搬送モードである、道路、鉄道、船舶航路に同様に適した、標準化されたコンテナ、いわゆるＩＳＯコンテナにおいて搬送のために貯蔵される。門形クレーンの構造及び機能は、十分に知られているとともに、例えば特許文献１において、「船舶から港湾へのクレーン」に基づいて記載されている。クレーンは、支持構造あるいは構台を備えており、この支持構造あるいは構台にはブームが配置されている。このとき、構台は、車輪と共に例えばレール上で可動であるように配置されているとともに、一方向へ移動することが可能である。ブームは構台に固結されており、ここでも、ブームには、ブームに沿って可動な走行台車が配置されている。貨物、例えばＩＳＯコンテナを受け入れるために、通常、走行台車が４つのロープを用いて積み荷受け入れ要素、いわゆるスプレッダに結合されている。コンテナの受け入れ及び操作のために、スプレッダは、ロープウインチを用いて、ここでは、それぞれ２つのローブのための２つのロープウインチを用いて昇降されることが可能である。スプレッダは、異なる大きさのコンテナに適合されることも可能である。
【０００３】
流通プロセスの経済性を高めるために、とりわけ非常に迅速な物品積み替えが要求され、すなわち、例えば貨物船からの非常に迅速な荷揚げ過程及び積載過程と、これに対応して迅速な積み荷受け入れ要素及び門形クレーンの移動過程全体とが要求される。しかし、このような迅速な移動過程は、不都合な振動、特に、コンテナを設定された場所へ正確に位置決めすることができないために操作過程を遅らせる積み荷受け入れ要素の振り子運動につながってしまう。
【０００４】
今日では、通常、このようなクレーンは、構台又は可動の走行台車に配置されたキャビンからのクレーンの移動をコントロールするクレーン操作者により操作される。物品の迅速で正確かつ衝突のない操作のために、クレーン操作者には大きな要求が課され、それゆえ、通常、少なくとも約１年の教育期間あるいは学習期間が必要となる。特に、できる限りわずかな振り子運動を伴う積み荷の迅速な移動は非常に複雑な操作であるため、通常、滑らかな動さを可能とするためにより長い実務経験が必要となる。クレーン操作者としての操作の追加的な障害は、長い時間の着座を伴う大きな集中による高い身体的な負荷、例えば下方へ傾斜した視界及び生産時間についてますます大きくなる要求による心理的な負荷である。２４時間の一貫した動作を保証するために、更により多くの、好ましくは熟練したクレーン操作者が必要である。したがって、自動化技術の明確な目的は、より短い生産時間及びよりわずかな（例えば衝突のような）エラー頻度についての増大する要求を満たすためにクレーンの複雑な操作過程を少なくとも部分的に自動化するとともに、クレーン操作者の操作を容易にすることである。
【０００５】
特許文献２には、障害物、特に積み上げられたコンテナとの衝突を回避しつつ２点間で積み荷を移動させるための橋型クレーンの軌道を生成する方法が記載されている。まずは、垂直な持上げ運動のための適宜の速度と、走行台車の水平移動とが設定され、障害物の位置及び高さがセンサを用いて算出される。さらに、積み荷の水平運動の開始までの適宜の待機時間及び積み荷の垂直方向の下降の開始までの適宜の待機時間が設定される。衝突しない移動が可能であるかが、あらかじめ設定された値に基づいてシミュレーションによって算出され、もし衝突しない移動が可能でない場合には、衝突しない軌道に到達するまで反復的に値が変更される。シミュレーション及びこれに続く反復には比較的長い時間が必要であり、これにより、時間について最適な制御が達成されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０２８９９３１号明細書
【特許文献２】米国特許第６０６５６１９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
それゆえ、本発明の課題は、積み荷を効率的に、自動化して衝突なく２点間で移動させることを可能とする、持上げ装置を制御する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、本発明により、持上げ装置の運動学的及び幾何学的な限界値があらかじめ設定され、これに基づき、幾何学的な、又は丸められた幾何学的な、又は滑らかな幾何学的な経路を基礎として、動的な、又は丸められた動的な、又は滑らかな動的な経路が演算ユニットによって演算され、これら動的な、又は丸められた動的な、又は滑らかな動的な経路が、幾何学的な、又は丸められた幾何学的な、又は滑らかな幾何学的な経路に沿った積み荷の移動の時間的な情報を提供すること、並びに幾何学的な、又は丸められた幾何学的な、又は滑らかな幾何学的な経路及び動的な、又は丸められた動的な、又は滑らかな動的な経路が、軌道の生成のために組み合わされることによって解決される。さらに、上記課題は、軌道に沿って積み荷を移動させる少なくとも２つの移動軸線を有する持上げ装置によって解決される。方法によって、積み荷の操作のために、例えばクレーン操作所の手動での寄与がもはや不要であることが可能である。加えて、積み荷は生成された軌道に沿って迅速かつ反復可能に移動可能であり、これにより時間の削減につながる。さらに、この方法は、適宜の大きさの並進運動する各持上げ装置に対して用いられることができ、既知の期間を有する標準化された軌道に基づき、方法は、例えばコンテナマネジメントプログラムへ統合されることも可能であり、これにより、荷下ろしプロセス及び積載プロセスを時間的に正確に計画するとともに最適化することが可能である。特に有利には、例えばあらかじめ設定された終点を変更できるように、又は生成された軌道における積み荷の振動のない停止が可能であるように操作過程中に軌道を計画変更することも可能である。軌道を生成するために、それぞれ滑らかな経路が用いられれば特に有利である。なぜなら、これにより、軌道に沿った積み荷の移動中に積み荷の振り子振動が信頼性をもって最小化され得るためである。
【０００９】
軌道の始点及び終点が、第１の移動軸線及び第２の移動軸線によって形成された第１の平面に設定され、禁止領域が第１の平面に設定され、幾何学的な経路が第１の平面において演算され、幾何学的な経路に基づいて動的な経路が演算され、幾何学的な経路及び動的な経路が軌道の生成のために第１の平面において組み合わせられれば、有利である。これにより、例えば高さ軸線及び長手軸線を有する屋内クレーンに対して最適な軌道を生成することが可能である。
【００１０】
方法の特に有利な形態では、積み荷が更に持上げ装置の第３の移動軸線に沿って移動し、軌道の始点及び終点が、持上げ装置の３つの移動軸線により形成される移動空間に位置する適宜の第２の平面において設定され、禁止領域が第２の平面において設定され、幾何学的な、又は丸められた幾何学的な、又は滑らかな幾何学的な経路が第２の平面において演算され、幾何学的な、又は丸められた幾何学的な、又は滑らかな幾何学的な経路に基づいて動的な、又は丸められた動的な、又は滑らかな動的な経路が演算され、幾何学的な、又は丸められた幾何学的な、又は滑らかな幾何学的な経路及び動的な、又は丸められた動的な、又は滑らかな動的な経路が軌道の生成のために第２の平面において組み合わせられる。これにより、空間において適宜の二次元の起動を生成することが可能である。例えば、移動空間における適宜選択可能な始点及び終点について、適宜の平面において、三軸の港湾クレーンに対して最適な二次元の軌道を生成することが可能である。
【００１１】
方法の別の有利な形態によれば、積み荷が持上げ装置の第３の移動軸線に沿って移動し、軌道の始点及び終点が、持上げ装置の３つの移動軸線により形成される移動空間において設定され、禁止領域が移動空間において設定され、幾何学的な、又は丸められた幾何学的な、又は滑らかな幾何学的な経路が移動空間において演算され、幾何学的な、又は丸められた幾何学的な、又は滑らかな幾何学的な経路に基づいて動的な、又は丸められた動的な、又は滑らかな動的な経路が演算され、幾何学的な、又は丸められた幾何学的な、又は滑らかな幾何学的な経路及び動的な、又は丸められた動的な、又は滑らかな動的な経路が軌道の生成のために移動空間において組み合わせられる。これにより、最適な三次元の起動を空間において生成することができ、その結果、障害物を時間的に最適に多次元によけて通ることが可能である。
【００１２】
有利には、持上げ装置の制限された動作範囲が、第１の平面、第２の平面又は移動空間において設定され、演算ユニットが、始点、終点及び禁止領域が動作範囲内に位置しているかどうか、及び軌道が始点と終点の間で生成され得るかどうかをチェックする。軌道生成のこの信頼性確認により、安全性が向上し得る。なぜなら、あらかじめ設定された境界条件に基づき軌道が実行可能であるかどうかがあらかじめ積み荷の移動前にチェックされるためである。
【００１３】
好ましくは、持上げ装置の運動学的な限界値として、支持構造の最大速度及び最大加速度と、走行要素の最大速度及び最大加速度と、持上げ駆動部の最大速度及び最大加速度とが設定され、幾何学的な限界値として、積み荷受け入れ要素の最大偏向角が設定される。これら限界値の設定により、動的な経路の演算のための境界条件が得られ、これにより、持上げ装置の種類及び構成を考慮することが可能である。
【００１４】
好ましくは、幾何学的な経路を生成するために、始点が、直線によって支持点を介して終点と結ばれ、支持点が禁止領域から導出される。これにより、多くの演算の手間なしに単純な幾何学的な経路を軌道全体についての根拠として生成することが可能である。
【００１５】
丸められた幾何学的な経路を生成するために、幾何学的な経路が支持点において丸められれば有利である。この既知の幾何学的な形状あるいは丸め手法により、方法を標準化することが可能である。
【００１６】
好ましくは、滑らかな幾何学的な経路を生成するために、丸められた幾何学的な経路（Ｄ’）が、Ｂスプラインを用いて滑らかにされる。滑らかな幾何学的な経路を生成することで、軌道に沿った、衝突及び瞬間的な運動のない積み荷の移動を保証することができる。
【００１７】
有利には、丸められた動的な経路を生成するために、動的な経路が、前進−後退フィルタリング手法を用いて丸められる。滑らかな動的な経路を生成するために、丸められた動的な経路が、Ｂスプラインを用いて滑らかにされる。これにより、本質的に、軌道に沿った積み荷の時間的な移動経過は、移動中に不都合な振り子運動が生じないように設定される。
【００１８】
以下に、具体的な本発明を、本発明の有利な形態を限定せず例示的に概略的に示す図１〜図４を参照しつつ詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】コンテナクレーンの動作範囲内における軌道を有するコンテナクレーンの概略的な図示である。
【図２】禁止領域を有する動作範囲内での軌道の幾何学的な経路を示す図である。
【図３】軌道の動的な経路を示す図である。
【図４】空間における平面での軌道を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１には、例えば港における船舶への荷積み及び船舶からの荷下ろしのために用いられる概略的なコンテナクレーン２に基づき、持上げ装置１が例示的に示されている。通常、コンテナクレーン２は、床部に固定して、又は可動に配置された支持構造３を備えている。可動の配置の場合には、支持構造３は、レール上に、例えばＺ方向に走行可能に配置されることが可能である。Ｚ方向におけるこの自由度により、コンテナクレーン２は、場所的にフレキシブルに使用可能である。Ｚ方向における支持構造３の移動のために、例えば適切な変位装置、例えば駆動される車輪、ワイヤロープホイスト、歯車駆動部又はこれらに類するものを持上げ装置に配置することが可能である。支持構造３は、所定の高さｙＴにおいて支持構造３に固結されたブーム４を備えている。通常、このブーム４には走行要素５が配置されており、この走行要素は、ブーム４の長手方向、すなわち図示の例ではＸ方向に可動であり、例えばローラを用いてガイド部において支持されることが可能である。走行要素５をＸ方向へ移動させるために、走行要素５のための不図示の走行要素駆動部が設けられている。走行要素駆動部は、走行要素５自体に設けられることができるが、ブーム４又は支持構造３に配置されることも可能である。通常、走行要素５は、積み荷８を受け入れるための積み荷受け入れ要素７に保持装置６を用いて結合されている。コンテナクレーン２の場合には、通常、積み荷８はコンテナ９であり、多くの場合には、２０，４０又は４５フィートの長さ、８フィートの幅及び８フィート６インチの高さを有するＩＳＯコンテナである。しかし、２つのコンテナ９を同時に相並んで受け入れる（いわゆるデュアルスプレッダ（Ｄｕａｌ−Ｓｐｒｅａｄｅｒ））のに適した積み荷受け入れ要素７も存在する。通常、保持要素６は、ロープとして構成されており、多くの場合には４つの保持要素６が走行要素５に配置されているが、多少の保持要素６、最も単純な場合には１つの保持要素６も設けられることが可能である。積み荷８、例えばコンテナ９を受け入れるために、走行要素５と積み荷受け入れ要素７の間の間隔が、図１においてＹ方向に持上げ駆動部（不図示）を用いて調整可能である。保持要素６がロープとして構成されていれば、通常、持上げ高さは、１つ又は複数のロープウインチを用いて調整される。
【００２１】
したがって、積み荷８、例えばコンテナ９を操作するために、持上げ装置１、例えばコンテナクレーン２は、少なくとも２つの軸線（Ｘ，Ｙ）、好ましくは３つの軸線（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の方向において移動することができる。通常、持上げ装置１は、適当なハードウェア及びソフトウェアの形態の例えば電子制御ユニットの形態のクレーン制御部１６を備えており、このクレーン制御部を介して、積み荷８の移動を各軸線Ｘ，Ｙ，Ｚにおいて制御することが可能である。このために、クレーン制御部１６は、適当な駆動部と通信する。通常、クレーン制御部１６は、走行要素５及び積み荷受け入れ要素７並びに場合によっては支持構造３の実際の位置が検出可能であるように構成されている。したがって、図１では、例えば、Ｘ方向及びＹ方向における積み荷受け入れ要素７の位置ｘＬ及び位置ｙＬと、Ｘ方向及びＹ方向における走行要素５の位置ｘＴ及び位置ｙＴとを有する図示のＸ−Ｙ平面ＥＸＹにおけるブーム４に対向する積み荷受け入れ要素７の上側に配置された中心点ＰＺの座標である（Ｙ方向における走行要素の位置ｙＴはしばしば支持構造３あるいはブーム４の構造高さによって規定され、一定である）。これら位置は、所定の座標系に関するものである。積み荷８がＺ方向へ移動する場合、すなわち持上げ装置１の支持構造３がＺ方向へ移動する場合には、Ｚ方向における、積み荷受け入れ要素７の位置ｚＬあるいは走行要素５の位置ｚＴも検出される。
【００２２】
コンテナの迅速な移動経過又は風の影響により、保持要素６に配置された積み荷受け入れ要素７がこれに配置されたコンテナ９と共に振動するよう、特にここでは例えば図１において双方向矢印で図示されているようなＸ−Ｙ平面において振り子運動するよう励起されることが起こり得る。対応して、Ｚ方向におけるクレーンの移動は、Ｚ−Ｙ平面における振り子運動をもたらすことがある。Ｚ方向及びＸ方向における積み荷８の同時の移動時には、すなわち支持構造３及び走行要素５の移動時には、Ｘ−Ｙ平面又はＺ−Ｙ平面とは異なる垂直な平面における組み合わされた振り子運動も可能である。通常、熟練したクレーン操作者は、いわゆる軌道に沿って始点Ａから所定の終点Ｅへ積み荷８を迅速かつ正確に操作することができるように、この振り子運動を回避するか、あるいはできる限りわずかに維持することを試みる。
【００２３】
船舶への荷積みの場合には、始点Ａは、トラックトレーラ、鉄道貨車又は保管場所のような例えば陸地における所定のコンテナ９の位置であり得るとともに、最終位置Ｅは、例えば、船舶におけるコンテナ９の所定のあらかじめ設定された位置であり得る。船舶からの荷下ろしの場合には、当然、始点Ａは船舶であることができ、終点Ｅは陸地であり得る。操作の実行に係る時間をできる限り短く維持するために、通常、クレーン操作者は、始点Ａと終点Ｅの間のできる限り直接的な経路を選択するように試みる。したがって、理想的な場合には、軌道Ｔは直線である。
【００２４】
しかし、図１に図示されているように、始点Ａと終点Ｅの間に障害物１１が配置されていることがあり得る。障害物１１は、例えば他の船舶、上下に積み重ねられたコンテナ９又はその他の障害物１１であり得る。当然、障害物１１により、図１において明らかなように、始点Ａと終点Ｅの間の直接的な結合、すなわち直線状の軌道Ｔが不可能である。当然、実際の軌道Ｔは、クレーンを操作し、例えば図１におけるように点線に基づき示される始点Ａと終点Ｅの間本質的に曲線状の経過を有するように見え得るクレーン操作者に大きく依存する。しかし、最も単純な場合には、軌道Ｔは、図１において点線に基づいて示されているように、直線状の部分の連続であってもよい。このとき、積み荷は、例えばまずＹ方向において垂直にのみ持上げられ、そして、Ｘ方向において水平にのみ移動し、最後に、終点Ｅに到達するために再び垂直にのみ降下される。ただし、この移動過程は不都合である。なぜなら、曲線状の軌道Ｔに比べてより長い区間を進む必要があり、これにより、操作過程により長い時間がかかってしまうためである。加えて、積み荷受け入れ要素７は、これに配置されたコンテナ９と共に、例えば点Ｐにおける純粋な垂直方向の移動から純粋な水平方向の移動への急な方向転換によってより大きく振り子運動する傾向があり、通常、この振り子運動は、クレーン操作者によって補整される必要があり、これには追加的な時間がかかることを意味する。したがって、持上げ装置１の制御についての目的は、始点Ａと終点Ｅの間でできる限り短く、滑らかであり、できる限りわずかな振り子運動をもって自動的かつ衝突のない移動過程を可能とする軌道Ｔを得ることにある。例えば、本発明による方法は、図２における持上げ装置１のＸ−Ｙ平面ＥＸＹにおける第１の軌道Ｔに基づいて図示されている。
【００２５】
本発明によれば、軌道Ｔの始点Ａ及び終点Ｅと、積み荷８の移動中に積み荷８により回避される禁止領域Ｖｉとが設定されること、後述のように、これに基づき演算ユニット１２によって幾何学的な経路Ｇ、丸められた幾何学的な経路Ｇ’又は滑らかな幾何学的な経路Ｇ”が演算されること、持上げ装置１の運動学的及び幾何学的な限界値があらかじめ設定され、当該限界値に基づき、幾何学的な経路Ｇ、丸められた幾何学的な経路Ｇ’又は滑らかな幾何学的な経路Ｇ”を基礎として、幾何学的な経路Ｇ、丸められた幾何学的な経路Ｇ’又は滑らかな幾何学的な経路Ｇ”に沿った積み荷８の運動の時間的な情報を提供する動的な経路Ｄ、丸められた運動学的な経路Ｄ’又は滑らかな動的な経路Ｄ”が後述のように演算ユニット１２によって演算されること、幾何学的な経路Ｇ、丸められた幾何学的な経路Ｇ’又は滑らかな幾何学的な経路Ｇ”及び動的な経路Ｄ、丸められた運動学的な経路Ｄ’又は滑らかな動的な経路Ｄ”が、軌道Ｔを生成するために組み合わされることが設定されている。演算ユニット１２は、例えば、適切なソフトウェアを有する適切なハードウェアであり得るか、又はソフトウェアとして例えばクレーン制御部１６に統合されることも可能である。
【００２６】
図２には、簡単な図示のために、始点Ａを有する軌道Ｔ、終点Ｅ及び禁止領域Ｖｉが図示されている（ここで、インデックスｉは、禁止領域Ｖｉの数に関するものである）。始点Ａの座標ＡＸ，ＡＹ及び終点の座標ＥＸ，ＥＹは、平面ＥＸＹにおいて設定されている。例えば、始点Ａは、移動すべきコンテナ９によってあらかじめ設定されることができ、終点Ｅは、コンテナ９が再び荷下ろしされるべき位置によってあらかじめ設定されることができる。禁止領域Ｖｉは、例えば衝突を回避するために、又は人に対する安全な間隔を十分に確保するために、障害物１１又は軌道Ｔに沿った積み荷８の移動中に積み荷８により接触されるべきでないか、接触されてはならない範囲の代わりに存在する。
【００２７】
持上げ装置１の応用分野に応じて、始点Ａと終点Ｅの間の間に様々な障害物１１を配置することが可能である。本発明にとって、障害物１１の数、種類及び構成は重要でない。１つの障害物１１であってよいし、複数の異なる大きさの障害物１１又は障害物１１がなくてもよい。重要なことは、軌道Ｔに沿った積み荷８の移動中に積み荷８によって回避される禁止領域Ｖｉを、障害物１１及び／又は他の点で禁止された範囲に基づき規定することが可能であることのみである。禁止領域Ｖｉは、重なり合っていてもよい。図２では、例示的に５つの禁止領域Ｖ０〜Ｖ４のうち２つ（Ｖ３，Ｖ４）が図示されている。
【００２８】
禁止領域Ｖｉ並びに始点Ａ及び終点Ｅは、ユーザによって、例えば適切なインターフェースを介して、演算ユニット１２において手動で規定されることができるか、又は演算ユニットによって自動的に算出されることも可能である。このために、例えば、適切なレーザスキャン方法が用いられ、この方法は、例えば、持上げ装置１の動作範囲１５を走査し、このとき障害物１１を認識及び測定し、算出されたデータを演算ユニット１２へ伝達する。このような方法は、従来技術において知られている。
【００２９】
禁止領域Ｖｉを規定するために、例えば、長方形状の障害物１１の覆いを用いることができ、この長方形は、図１及び図２に図示されているように、障害物１１を完全に包囲する。このとき、長方形の高さＨＲｉがＹ方向における障害物１１の最大延長（部）に対応し、長方形の幅ＷＲｉがＸ方向における障害物１１の最大延長（部）に対応している（ここで、インデックスｉは、ここでも禁止領域Ｖｉの数に関するものである）。当然、これは、単に例示的なものと理解されるべきであり、禁止領域Ｖｉの他の幾何学的な設定も考えられる。これは、例えば、複数の障害物１１を含むとともに、例えば障害物１１の具体的な輪郭形状に基づき複数の禁止領域のより詳細な規定をもたらす唯一の禁止領域Ｖであってよい。このとき、軌道Ｔを生成するための効果的な方法を可能とするために、禁止領域Ｖｉの詳細についての手間（コスト）は、できる限り小さくあるべきであり、必要な正確性が維持されるべきである。
【００３０】
ある数の支持点Ｓｉｅが、禁止領域Ｖｉに基づき演算ユニット１２によって演算される。支持点Ｓｉｅの演算するときには、いずれの場合にも禁止領域Ｖｉあるいは障害物に対する最小間隔を確保するために、例えば積み荷８の大きさ、すなわちコンテナクレーン２の例においては例えば標準ＩＳＯコンテナの寸法を考慮することができる。積み荷受け入れ要素７の座標が上述のように積み荷受け入れ要素７の中心点ＰＺに関するものである場合には、積み荷受け入れ要素７の寸法も考慮されるべきである。例えば、コンテナ９を有さない空走行時には、支持点Ｓｉｅの演算時に積み荷受け入れ要素７の寸法のみを考慮すれば十分であり、その結果、積み荷受け入れ要素７は、コンテナ９を有する軌道Ｔよりも禁止領域Ｖｉに近い軌道Ｔに沿って移動することができ、これにより、操作のための距離及び時間を短縮することが可能である。
【００３１】
禁止領域Ｖｉに対する例えばコンテナ９の積み荷８の最小間隔を確保するために、すなわちいかなる場合にも障害物１１との積み荷８の衝突を回避するために、図示の例では、図２において禁止領域Ｖ３に基づいて図示されているように、平面ＥＸＹにおいて、例えばＹ方向における積み荷受け入れ要素７の高さＨ７及びコンテナの高さＨ９が長方形の禁止領域Ｖｉの高さＨＲｉに加えられ、禁止領域Ｖｉの（Ｘ方向における）両側において、積み荷受け入れ要素７の半分の幅Ｂ７（通常、コンテナ９の半分の幅Ｂ９に相当）が禁止領域Ｖｉの幅ＷＲｉに加えられる。積み荷受け入れ要素７とコンテナ９の幅が異なる場合には（Ｂ７≠Ｂ９）、好ましくは、両幅のうちより大きな幅が用いられる。しかし、禁止領域Ｖｉの大きさは、所望の安全間隔に応じてより大きく設定されることも可能である。コンテナ９及び積み荷受け入れ要素７の寸法を考慮することで、拡張された禁止領域Ｖｉ、具体的な例では例えば拡張された禁止領域Ｖ３ｅが得られる。
【００３２】
拡張された禁止領域Ｖｉｅ（すなわち図示の例における長方形）の左上方及び右下方の端点は、支持点Ｓｉｅを形成している。支持点Ｓｉｅが分類され、幾何学的な経路Ｇの生成に重要でない各支持点Ｓｉｅが拒否される。このために、例えば、重ねられ、Ｙ方向においてより高く位置する拡張された禁止領域Ｖｉｅによって覆われている拡張された禁止領域Ｖｉｅの下側の支持点Ｓｉｅは、図２において支持点Ｓ０ｅ，Ｓ１ｅ，Ｓ３ｅにおける矢印に基づき図示されているように、この高く位置する拡張された禁止領域Ｖｉｅの高さへもたらされる。その後不要（ｒｅｄｕｎｄａｎｔ）となる支持点Ｓｉｅは除去される（図２では対応する支持点において十字でシンボル化されている）。不要（ｒｅｄｕｎｄａｎｔ）とは、この例では、Ｙ方向に見て、同一の高さにあり、拡張された禁止領域Ｖｉｅの端点に位置していない支持点Ｓｉｅと理解されるべきである。拡張された禁止領域Ｖｉｅの輪郭形状Ｕ（図２では一点鎖線として図示されている）における様々な支持点Ｓｉｅ及び残りの露出した端点ＰＥｉ、すなわち、拡張された禁止領域Ｖｉｅの輪郭形状Ｕに位置する、拡張された禁止領域Ｖｉｅによって覆われていない各端点ＰＥｉ、この例では端点ＰＥ２、ＰＥ３、ＰＥ４は、上述の最小間隔に加えて更に禁止領域Ｖｉからの、したがって障害物１１からの軌道Ｔの安全間隔を設けるために、好ましくはコンテナの高さＨ９と積み荷受け入れ要素７の高さＨ７だけＹ方向において上方へ変位する。変位された支持点Ｓ＊が得られる。Ｘ方向において最も左側、すなわち始点Ａの最も近くに位置する下側の端点ＰＥｉと、最も右側、すなわち終点Ｅの最も近くに位置する下側の支持点Ｓｉｅと（この例では拡張された禁止領域Ｖ０ｅの左側下方の端点ＰＥ０と、拡張された禁止領域Ｖ４ｅの右側下方の支持点Ｓ４ｅと）は、変位しない。このステップは、必ずしも必要ではないが、例えば、衝突を確実に回避するか、又は場合によってはあり得る障害物１１上に立つ人を保護するために有利である。当然、安全間隔は、より大きく、又はより小さく選択されることも可能である。図示の例では、始点Ａ及び終点Ｅは、同様にそれぞれＹ方向において所定の高さＨＡあるいはＨＥだけ変位されており、図２から明らかなように支持点ＳＡ＊及びＳＥ＊が得られる。始点Ａ及び終点Ｅの変位は、本質的に、積み荷８の移動開始時に純粋な垂直方向の持上げ運動を始点Ａから実行することができるために、及び積み荷８の移動の終了時に終点Ｅまでの積み荷８の純粋な垂直方向の下降を可能とするために寄与するものである。この変位された支持点Ｓ＊、ＳＡ＊、ＳＢ＊並びに始点Ａ及び終点Ｅに基づき、外被（Ｅｉｎｈｕｅｌｌｅｎｄｅ）、いわゆる凸包が算出される。凸包を算出するために、様々な公知の方法が存在し、例えば、公知のグラハム−スキャン法が存在する。
【００３３】
グラハム−スキャン法の実行後に残る支持点Ｓ＊、ＳＡ＊、ＳＢ＊（図２では各点の周囲の円で示されている）は、始点Ａ及び終点Ｅと共に凸包を形成するとともに、直線１３ｉで互いに結ばれ、これにより、図２において明らかなように、幾何学的な経路Ｇが生成される。これにより、幾何学的な経路は、幾何形状のみを示し、例えば速度、加速度などの積み荷８の移動の動的な情報を含んでいない。
【００３４】
積み荷８ができる限りわずかな振り子運動をもって従う軌道Ｔを生成するために、すなわち、急な方向変更のない均等な移動経過を可能とするために、幾何学的な経路Ｇは、残った支持点Ｓ＊、ＳＡ＊、ＳＢ＊（すなわち直線１３ｉの交点）において好ましくは丸められる。丸み付けは、例えば（図２に図示されているように）単純な円弧１４ｉ、ベジェ曲線、クロソイド又は他の公知の適切な手法を用いて行うことが可能である。丸み付けがなされた後、得られる丸められた幾何学的な経路Ｇ’は、好ましくはいわゆる公知のＢスプライン（曲線）をもって走査される（図２では不図示）。これにより、滑らかな幾何学的な経路Ｇ”を生成するための平滑性が得られ、これにより、滑らかな幾何学的な経路Ｇ”が、各移動方向（例ではＸ方向あるいはＹ方向）において連続して幾何学的に４階（ｖｉｅｒｆａｃｈ）微分可能である。
【００３５】
最終的に、経路パラメータσ及び平面ＥＸＹにおける対応する座標ｘ（σ）、ｙ（σ）を有する滑らかな幾何学的な経路Ｇ”が得られる。しかし、滑らかな幾何学的な経路Ｇ”の上述のステップ状の生成は、単なる一例と理解されるべきであり、連続して幾何学的に複数階、特に４階微分可能な（Ｘ方向及びＹ方向）滑らかな幾何学的な経路Ｇ”を生成することを可能とする他の手法も考えられる。図示の例では、持上げ装置１のモデル化のために、後述のように、単振り子の振り子方程式が用いられる。振り子方程式に基づき、滑らかな幾何学的な経路Ｇ”の連続した幾何学的な４階微分可能の必要性が生じる。しかし、持上げ装置１の代替的なモデル化の場合には、滑らかな幾何学的な経路Ｇ”についての他の要求、例えば、連続的で幾何学的な、示した振り子方程式の場合よりも高次の又は低次の微分可能性が生じ得る。
【００３６】
最終的に、演算ユニット１２が、幾何学的な経路Ｇ（又は丸められた幾何学的な経路Ｇ’又は滑らかな幾何学的な経路Ｇ”）に基づき、軌道Ｔの時間的な情報を提供する動的な経路Ｄを演算し、その結果、図３に図示されているように、時間に依存した経路パラメータσ（ｔ）が、時間微分としての経路速度σ’（ｔ）（σにおける「’」は微分を表す）と共に得られる。したがって、時間的な情報は、積み荷８がいつどこで軌道Ｔに沿っているべきかを示すものである。これは、積み荷８の移動の動的なパラメータ、例えば速度、加速度、瞬間的な運動、衝撃によって表現される。
【００３７】
動的な経路Ｄの演算は、演算ユニット１２によってあらかじめ設定される持上げ装置１の運動学的な、及び幾何学的な限界値と、幾何学的な経路Ｇ（又は丸められた幾何学的な経路Ｇ’又は滑らかな幾何学的な経路Ｇ”）とに基づいて行われる。上記運動学的な限界値は、好ましくは、平面ＥＸＹにおける走行要素５の最大速度ＶＴｍａｘ及び最大加速度ａＴｍａｘ並びにＹ方向における持上げ駆動部の最大速度ｖＨｍａｘ及び最大加速度ａＨｍａｘである。幾何学的な限界値は、例えば、平面ＥＸＹにおける積み荷受け入れ要素７の最大偏向角θＸＹｍａｘである。Ｚ方向における持上げ装置の第３の運動方向においては、更に、支持構造３の最大速度ＶＳｍａｘ及び最大加速度ａＳｍａｘが運動学的な限界値として、平面ＥＺＹにおける積み荷受け入れ要素７の最大偏向角θＺＹｍａｘが幾何学的な限界値としてあらかじめ設定され得る。
【００３８】
限界値は、幾何学的な経路Ｇの個々の部分について適当な動的な限界値を算出するために用いられる。このとき、丸められた幾何学的な経路Ｇ’又は滑らかな幾何学的な経路Ｇ”も用いることが可能である。したがって、このステップでは、持上げ装置１の利用可能な運動方向の運動学的な、及び幾何学的な限界値に基づき、経路パラメータσについての動的な限界値が幾何学的な経路Ｇ（又は丸められた幾何学的な経路Ｇ’又は滑らかな幾何学な経路Ｇ”）に基づいて算出される。動的な限界値とは、軌道Ｔに沿った移動時の積み荷８の最大の移動の大きさ（例えば速度、加速度）と理解され、この移動の大きさは、持上げ装置の構造によってあらかじめ設定されている。これは、積み荷８が、移動を担う持上げ装置１の構成要素と同じ速度でのみ移動し得ることを意味している。例えば、Ｙ方向における積み荷８の最大速度及び最大加速度は、本質的に、持上げ駆動部の具体的な構成、例えば、持上げ駆動部のロープウインチの電気モータの出力及びトルクによって制限されている。
【００３９】
演算を容易にするために、示した例では、動的な経路Ｄが丸められた幾何学的な経路Ｇ’に基づいて考慮に入れられる。なぜなら、この丸められた幾何学的な経路Ｇ’は、特定の幾何学的な部分（直線１３ｉ及び円弧１４ｉ）を備えているためである。Ｂスプライン走査の後、より高次の滑らかな幾何学的な経路Ｇ”が得られ、これにより、動的な経路の演算が困難となる。好ましくは、加えて、積み荷８の加速度が曲線セグメント（円弧）１４ｉではなく直線１３ｉにおいてのみ可能であると仮定される。しかし、当然、曲線セグメント１４ｉにおいても加速又は減速を行うことも可能であるとともに、動的な経路計画をＢスプライン走査後に滑らかな幾何学的な経路Ｇ”に基づいて行うことが可能であるが、両者は、演算の手間（コスト）を増大させるものである。
【００４０】
図３には、例示的に、図２に基づく丸められた幾何学的な経路Ｇ’から導出された動的な経路Ｄが、時間ｔについての経路速度σ’（ｔ）で図示されており、個々の部分の動的な限界値が見て取れる。動的な経路計画は、図３から見て取れるように、第１のステップにおいて瞬間的な運動が制限されずに、すなわち、最大で、経路パラメータσ（ｔ）の時間的な２階微分、すなわち経路加速度σ”（ｔ）をもって行われる。そのため、限界値として、速度及び加速度のみがあらかじめ設定されればよい。直線１３ｉ上では、積み荷８の移動が、例えば最大経路速度σ’（ｔ）ｍａｘ（ｉ）並びに最大経路加速度（又は減速度）σ”（ｔ）ｍａｘ（ｉ）及び最小経路加速度（又は減速度）σ”（ｔ）ｍｉｎ（ｉ）によって制限される。円弧１４ｉでは、積み荷８の移動が、例えば最大経路速度σ’（ｔ）ｍａｘ（ｉ）によって制限され、円弧１４ｉにおける加速度及び減速度は、当該仮定に従いこの例では設定されていないが、同様に考えることが可能である。
【００４１】
幾何学的な経路Ｇ’により導出された、図２における丸められた幾何学的な経路Ｇ’は、始点Ａにおいて、第１の垂直な直線１３１をもって始まり、第１の円弧１４１へ移行する。当該仮定に従い、円弧１４１では経路速度は大きくも、小さくもなることがない。円弧１４１は、第２の直線１３２へ、及び更に移行する。直線１３ｉでは、経路加速（度）が許容される。そのため、最大許容経路速度σ’（ｔ）ｍａｘ（ｉ）に達するまで、最大経路加速度σ”（ｔ）ｍａｘ（ｉ）で加速される。後続の円弧１４ｉでは、直線１３ｉにおけるものよりも小さな最大許容経路速度σ’（ｔ）ｍａｘ（ｉ）が規定される。そのため、後続の円弧１４ｉにおいて最大許容経路速度σ’（ｔ）ｍａｘ（ｉ）に達するように、最大経路減速度σ”（ｔ）ｍｉｎ（ｉ）で減速される。このようにして、あらかじめ設定された限界値を有する丸められた幾何学的な経路Ｇ’全体に基づき、瞬間的な運動が制限されない動的な経路Ｄが得られる。
【００４２】
図３において破線Ｌ１に基づいて図示されているように、互いに連続する円弧１４ｉ、１４ｉ＋１においては、円弧１４ｉ＋１における移動は、例えば、より大きな速度が動的な限界値により許容される限りこのより大きな速度で行われる。ただし、上述の例ではこれは省略され、円弧１４ｉ＋１は、円弧１４ｉと同一の速度で通過される。これと同様に、破線Ｌ２に基づいて図示されているように、例えば、示された例では円弧１４ｉにおいてより大きな速度が可能である。なぜなら、持上げ装置１の運動学的な、及び幾何学的な限界値によりこれが許容されるためである。ただし、この場合、円弧１４ｉにおける速度は、持上げ装置１の運動学的な、及び幾何学的な限界値によりあらかじめ設定される後続の直線１３ｉにおける最大限可能な減速度を用いて、終点Ｅにおける積み荷８の静止、すなわち最終速度σ’（ｔ）＝０の必要な条件を満たすように、制限される必要がある。
【００４３】
当然、動的な限界値の大きさは、異なる大きさで合ってよいとともに、丸められた幾何学的な経路Ｇ’の各直線１３ｉあるいは各円弧１４ｉに依存している。例えば、円弧１４ｉにおける最大経路速度σ’（ｔ）ｍａｘ（ｉ）は、円弧１４ｉの半径と共に増大する。直線１４ｉにおいては、最大経路速度σ’（ｔ）ｍａｘ（ｉ）は、例えば、Ｘ方向あるいはＹ方向における速度成分の比率に依存する。積み荷８が純粋に垂直に移動する場合には、持上げ駆動部の運動学的な限界値は例えば優先的に決定的なものであり、積み荷８が純粋に水平に移動する場合には、本質的に、走行要素５（あるいは支持構造３の変位装置のＺ方向において）の運動学的な限界値が決定的なものである。
【００４４】
好ましくは、動的な経路計画が瞬間的な運動の制限なしに第１のステップにおいて行われ、次のステップでは、得られた動的な経路Ｄが、適切な公知の方法で、例えば、例えば前進／後退フィルタリング（Ｖｏｒｗａｅｒｔｓ−Ｒｕｅｃｋｗａｅｒｔｓ−Ｆｉｌｔｅｒｕｎｇ）（ゼロ位相フィルタリング−ＦＩＲ）又は他の適切なフィルタ方法を用いてフィルタリングにより丸められる。これにより、図３に図示されているように、連続的に複数階（図示の例では３階）微分可能な丸められた動的な経路Ｄ’が得られる。好ましくは、連続的に時間的に複数階微分可能であるように（経路パラメータσ（ｔ）の時間微分は、経路速度σ’（ｔ）、経路加速度σ”（ｔ）、経路の瞬間的な運動σ’’’（ｔ）及び経路衝撃σ（４）（ｔ）である）、最終的に、丸められた動的な経路Ｄ’は、丸められた幾何学的な経路Ｇ’と同様に例えばＢスプライン（曲線）を用いて走査され、これにより、滑らかな動的な経路Ｄ”が得られる（図３では不図示）。
【００４５】
図３に基づき図示された丸められた動的な経路Ｄ’の例において、積み荷８が始点Ａにおいて静止状態、すなわち初速σ’Ａ（ｔ）＝０から開始されることが見て取れる。このことは、例示的にのみ必要であって、必ずしも必要ではなく、積み荷８は、初速σ’Ａ（ｔ）≠０で離れるように移動することも可能である。有利には、初速σ’Ａ（ｔ）≠０は、例えば、通常は既知でない移動すべきコンテナ９の質量を算出するために用いられることが可能である。例えば、クレーン操作者は、コンテナを静止状態からまずは手動で垂直方向へ持ち上げ、垂直方向の移動中にコンテナ９の質量が適切な測定手法を用いて算出される。コンテナ９の質量の算出後、生成された軌道Ｔに沿ってコンテナ９が適当な初速σ’Ａ（ｔ）≠０で自動的に移動し、これにより、時間が削減される。なぜなら、コンテナ９がまず再び静止状態へもたらされず、再び静止状態から開始される必要がないためである。例えば、持上げ装置１の運動学的な限界値が例えば走行要素５の最大加速度ａＴｍａｘのように積み荷８あるいはコンテナ９の質量に依存する場合には、コンテナ９の算出された質量は、有利には、動的な経路計画のために用いられることが可能である。
【００４６】
さらに、図３において、動的な経路Ｄが最後に好ましくは終速σ’Ｅ（ｔ）＝０を有する期間を有していることが見て取れる。この期間は、動的な経路Ｄを丸められた動的な経路Ｄ’へ丸めた後に積み荷８の静止状態を終点Ｅにおいて保証することができるために、すなわち終点Ｅにおいて経路速度σ’（ｔ）＝０の条件を満たすために必要である。このとき、正確な構成は、選択された丸め手法（ゼロ位相フィルタリング−ＦＩＲなど）に依存し、このとき、積み荷８が軌道Ｔの最後において静止状態へもたらされることが設定されていれば、この静止状態へもたらされることができることが重要である。
【００４７】
例えばクレーン操作者が積み荷８を手動で垂直に実際の荷置き箇所において静止状態まで移動させるために、終点Ｅにおいて積み荷８の終速σ’Ｅ（ｔ）≠０が所望される場合には、これを動的な経路計画において同様に考慮することも可能である。この場合、積み荷８は、動的な経路Ｄを丸めた後、所定の終速σ’Ｅ（ｔ）≠０を有し得る。
【００４８】
軌道Ｔを生成するために、図示の例では、最終的には滑らかな幾何学的な経路Ｇ”と滑らかな動的な経路Ｄ”が組み合わされ、その結果、ｘ（σ（ｔ））；ｙ（σ（ｔ））の形態の数式的な関係が得られる。積み荷８の位置及びその時間微分について、Ｘ方向において例示的に、
【００４９】
【数１】
2019064830.tif 000003
となる。
【００５０】
Ｙ方向については、例えば、持上げ駆動部（インデックスＨ）の本質的に強固なシステムに基づき、ロープ長さｙＨとその時間微分についての以下の単純化された関係が得られる。
【００５１】
【数２】
2019064830.tif 000004
【００５２】
当然、持上げ駆動部の他の構成については、他の関係を得ることができる。
【００５３】
持上げ装置１の制御のために必要である、積み荷８の移動から走行要素５の移動へ至るために、持上げ装置１のモデルが、例えば、Ｘ方向における走行要素５の位置ｘＴにより、
【００５４】
【数３】
2019064830.tif 000005
による単振り子としての積み荷８についての振り子方程式の形態で用いられることが可能である。その時間微分は、走行要素５の速度ｖＴ及び走行要素５の加速度ａＴにより得られる。
【００５５】
【数４】
2019064830.tif 000006
【００５６】
例えばクレーン制御部に統合されている例えば演算ユニット１２によって、走行要素５を、積み荷８が生成された軌道Ｔに沿って移動することができるように作動させるために、最終的に、Ｘ方向における積み荷位置ｘＬ＝ｘＬ（σ（ｔ））と、その時間微分ｘ’Ｌ，ｘ”Ｌ，ｘ’’’Ｌ，ｘ（４）Ｌと、積み荷位置ｙＬ＝ｙＬ（σ（ｔ））と、その時間微分ｙ’Ｌ，ｙ”Ｌ，ｙ’’’Ｌとが、上述の振り子方程式及びその時間微分へ代入される。わかりやすさの理由から、ここでは、数式による関係の別々の表現については省略する。軌道Ｔの上述の計画により、すなわち積み荷８の移動経過の正確な幾何学的な、及び動的な記載により、計画された軌道Ｔが積み荷８に強い影響を与え、これにより、軌道Ｔに沿った移動中の積み荷８の振り子を回避することが可能である。
【００５７】
そして、軌道Ｔに基づき、あらかじめ設定された各期間において、走行要素５の移動の閉ループ制御のための目標値を演算することができる。このために、演算ユニット１２は、閉ループ制御のために走行要素５の位置の実際値も受け取る。
【００５８】
当然、方法は、図示のＸ−Ｙ平面ＥＸＹに限定されていない。持上げ装置１の第３の移動方向、例えばＺ方向においては、例えば軌道Ｔは、上述の実施形態と同様にＺ−Ｙ平面ＥＺＹにおいて生成されることが可能である。このために、平面ＥＸＹにおいて動的な経路Ｄを演算するために、Ｙ方向における持上げ駆動部及び（Ｘ方向における走行要素５に代えて）Ｚ方向における支持構造の運動学的な限界値が重要である。振り子方程式では、走行要素５のＸ成分は、支持構造３のＺ成分によって適当に置き換えられ、上述の同様に位置
【００５９】
【数５】
2019064830.tif 000007
あるいは時間微分ｖＳ，ａＳが得られ、インデックスＳは、構造３に関するものである。走行要素５の高さｙＴは、持上げ装置１の構造によりあらかじめ設定されているとともに、Ｘ−Ｙ平面ＥＸＹにおける上述の移動と同様なままである。しかし、通常、Ｚ方向における走行要素５の位置ｚＴは、走行要素５がＸ方向に移動可能に配置されているブーム４の固定された配置に基づき、支持構造３において、Ｚ方向における支持構造３の位置ｚＳと同一である。
【００６０】
持上げ駆動部（Ｙ軸）、走行要素（Ｘ軸）及び支持構造３（Ｚ軸）を有する三軸の持上げ装置１の場合には、図４に図示されているように、空間における適宜の平面ＥＸＹＺにおいて軌道Ｔを生成することも可能である。図４には、Ｙ軸周りに角度αだけ旋回した平面ＥＸＹＺにおける軌道Ｔが例示的に図示されている。しかし、当然、空間における他の適宜な平面ＥＸＹＺも可能である。しかし、このとき、方法の原則的な経過は変更されないままであり、したがって、始点Ａ及び終点Ｅが空間における適当な平面ＥＸＹＺにおいて設定され、平面ＥＸＹＺにおける禁止領域Ｖｉが設定される。平面ＥＸＹＺにおける幾何学的な経路Ｇ（あるいは丸められた幾何学的な経路Ｇ’及び滑らかな幾何学的な経路Ｇ”）が設定され、動的な経路Ｄ（あるいは丸められ、滑らかな動的な経路Ｄ’，Ｄ”）が演算され、幾何学的な経路Ｇ，Ｇ’，Ｇ”のうち１つが動的な経路Ｄ，Ｄ’，Ｄ”のうち１つと組み合わされる。この場合、モデル方程式がＺ成分について拡張され、その結果、適当な平面ＥＸＹＺにおける軌道Ｔの数学的な記述が可能である。この場合、動的な経路Ｄを演算するために、走行要素５及び持上げ駆動部の運動学的な限界値に加えて、支持構造３の運動学的な限界値、すなわち例えば支持構造３の最大速度ｖＳｍａｘ及び最大加速度ａＳｍａｘも必要である。
【００６１】
本発明がＸ−Ｙ平面ＥＸＹにおける軌道Ｔに基づいてのみ例示的に記載されているとしても、空間における平面ＥＸＹＺに位置する二次元の軌道Ｔを空間における三次元の軌道Ｔへ拡張することも同様に可能である。空間における三次元の軌道Ｔを生成する原則的な方法は変更されないままである。
【００６２】
方法の有利な一形態では、持上げ装置１の制限された動作範囲１５が、第１の平面、第２の平面又は移動空間において設定され、演算ユニット１２が、始点Ａ、終点Ｅ及び禁止領域Ｖｉが動作範囲１５内に位置しているかどうか、並びに始点Ａと終点Ｅの間に軌道Ｔが生成され得るかどうかをチェックする。動作範囲１５は、図１及び図２に例示的に図示されている。ここで、図１における動作範囲１５は、例えば座標ｘｍｉｎ，ｙｍｉｎあるいはｘｍａｘ，ｙｍａｘをもって長方形の端点１５ａ，１５ｂによって平面ＥＸＹにおいて規定されている。この信頼性確認により、あらかじめ設定された始点Ａ、終点Ｅ及び軌道Ｔが実際には持上げ装置１によっても実現可能、すなわち積み荷８によっても実際に達成可能であることが保証される。当然、持上げ装置の大きさ及び構造に応じて、動作範囲１５を変更することが可能である。
【００６３】
始点Ａ、終点Ｅ及び禁止領域Ｖｉの設定並びに演算ユニット１２への予備設定は、適切なインターフェースを介して、例えばクレーン操作者のようなユーザによって手動で行われることができるが、好ましくは、例えばレーザスキャン方法を用いて自動的に行われる。このとき、好ましくは、持上げ装置１の動作範囲１５は、例えば、走行要素５に配置されたレーザスキャナを用いて走査され、例えばコンテナの位置及び場合によっては寸法も算出され、演算ユニット１２へ伝達される。このようなレーザスキャン方法は、従来技術において知られているため、ここでは詳細に言及しない。
【図１】
2019064830.tif 000008
【図２】
2019064830.tif 000009
【図３】
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【図４】
2019064830.tif 000011
【外国語明細書】
2019064830000001.pdf