(57)【要約】【課題】正確な荷振れ周期を算出するクレーン及び荷振れ周期を算出する方法を提供する。【解決手段】フック１３の振れを検出するセンサ（ジャイロセンサ１５）と、センサ（１５）に接続されてフック１３の振れを認識する制御装置２０と、を具備し、制御装置２０が、ブーム８の先端部分からフック１３までの長さ（吊下長さＬｗ）に基づいて算出される振り子運動の振動数を第一閾値ｆ１として設定し、ブーム８の先端部分から荷物Ｗまでの長さＬｔに基づいて算出される振り子運動の振動数を第二閾値ｆ２として設定し、フック１３の振れの周波数帯ｆｂから、第一閾値ｆ１よりも大きい周波数帯ｆｂと第二閾値ｆ２より小さい周波数帯ｆｂを排除し、残りの周波数帯ｆｂにおける最大点に相当する周期Ｔを荷振れ周期と推定する、とした。【選択図】図６
2019147683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブームと、
前記ブームの先端部分からワイヤロープによって垂下されるフックと、を備え、
前記フックに掛けられた玉掛け具を介して荷物を吊り上げるクレーンにおいて、
前記フックの振れを検出するセンサと、
前記センサに接続されて前記フックの振れを認識する制御装置と、を具備し、
前記制御装置が、
前記ブームの先端部分から前記フックまでの長さに基づいて算出される振り子運動の振動数を第一閾値として設定し、
前記ブームの先端部分から前記荷物までの長さに基づいて算出される振り子運動の振動数を第二閾値として設定し、
前記フックの振れの周波数帯から、前記第一閾値よりも大きい周波数帯と前記第二閾値より小さい周波数帯を排除し、残りの周波数帯における最大点に相当する周期を荷振れ周期と推定する、ことを特徴とするクレーン。
【請求項２】
前記ブームの固有振動数を認識し、前記固有振動数を除いた周波数帯における最大点に相当する周期を荷振れ周期と推定する、ことを特徴とする請求項１に記載のクレーン。
【請求項３】
ブームと、
前記ブームの先端部分からワイヤロープによって垂下されるフックと、を備え、
前記フックに掛けられた玉掛け具を介して荷物を吊り上げるクレーンにおいて、
更に前記フックの振れを検出するセンサを具備したクレーンの荷振れ周期を推定する方法であって、
前記ブームの先端部分から前記フックまでの長さに基づいて算出される振り子運動の振動数を第一閾値として設定する第一閾値設定工程と、
前記ブームの先端部分から前記荷物までの長さに基づいて算出される振り子運動の振動数を第二閾値として設定する第二閾値設定工程と、
前記フックの振れの周波数帯から、前記第一閾値よりも大きい周波数帯と前記第二閾値よりも小さい周波数帯を排除し、残りの周波数帯における最大点に相当する周期を荷振れ周期と推定する荷振れ周期推定工程と、を有している、ことを特徴とする荷振れ周期を推定する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷振れ周期を推定するクレーン及び荷振れ周期を推定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、代表的な作業車両であるクレーンが知られている。クレーンは、荷物を吊り上げた状態で旋回動作等を行うため、荷物が横方向に振れてしまうことがある。そのため、荷物の振れ周期（以降「荷振れ周期」という）を算出するクレーン、並びに荷物の振れ角及び振れ角速度を検出するクレーンが提案されていたのである。例えば、特許文献１、特許文献２に記載の如くである。
【０００３】
ところで、特許文献１に開示されたクレーンは、ブームの先端部分からフックまでの長さを認識し、この長さに基づいて荷振れ周期を算出するものである。しかし、クレーンは、フックに掛けられた玉掛け具を介して荷物を吊り上げるため、ブームの先端部分からフックまでの長さにフックから荷物までの長さも加えなければ、正確な荷振れ周期を算出することができない。
【０００４】
特許文献２に開示されたクレーンは、振動ジャイロの角速度信号から、温度等の影響による信号の変化を低周波数フィルターにより除去し、更に外乱ノイズ等の高周波数成分を高周波数フィルターにより除去して荷物の振れ角及び振れ角速度を検出するものである。しかし、かかるクレーンは、ブームの先端部分からフックまでの長さが可変であるにも関わらず、カットオフ周波数として固定値が用いられるため、正確な振れ角及び振れ角速度を検出することができない。ひいては、正確な荷振れ周期を算出することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−０１７２７３号公報
【特許文献２】特開平７−２７７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
正確な荷振れ周期を推定するクレーン及び荷振れ周期を推定する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第一の発明は、
ブームと、
前記ブームの先端部分からワイヤロープによって垂下されるフックと、を備え、
前記フックに掛けられた玉掛け具を介して荷物を吊り上げるクレーンにおいて、
前記フックの振れを検出するセンサと、
前記センサに接続されて前記フックの振れを認識する制御装置と、を具備し、
前記制御装置が、
前記ブームの先端部分から前記フックまでの長さに基づいて算出される振り子運動の振動数を第一閾値として設定し、
前記ブームの先端部分から前記荷物までの長さに基づいて算出される振り子運動の振動数を第二閾値として設定し、
前記フックの振れの周波数帯から、前記第一閾値よりも大きい周波数帯と前記第二閾値より小さい周波数帯を排除し、残りの周波数帯における最大点に相当する周期を荷振れ周期と推定する、ものである。
【０００８】
第二の発明は、第一の発明に係るクレーンにおいて、
前記ブームの固有振動数を認識し、前記固有振動数を除いた周波数帯における最大点に相当する周期を荷振れ周期と推定する、ものである。
【０００９】
第三の発明は、
ブームと、
前記ブームの先端部分からワイヤロープによって垂下されるフックと、を備え、
前記フックに掛けられた玉掛け具を介して荷物を吊り上げるクレーンにおいて、
更に前記フックの振れを検出するセンサを具備したクレーンの荷振れ周期を推定する方法であって、
前記ブームの先端部分から前記フックまでの長さに基づいて算出される振り子運動の振動数を第一閾値として設定する第一閾値設定工程と、
前記ブームの先端部分から前記荷物までの長さに基づいて算出される振り子運動の振動数を第二閾値として設定する第二閾値設定工程と、
前記フックの振れの周波数帯から、前記第一閾値よりも大きい周波数帯と前記第二閾値よりも小さい周波数帯を排除し、残りの周波数帯における最大点に相当する周期を荷振れ周期と推定する荷振れ周期推定工程と、を有している、ものである。
【発明の効果】
【００１０】
第一の発明に係るクレーンは、フックの振れを検出するセンサと、センサに接続されてフックの振れを認識する制御装置と、を具備している。そして、制御装置が、ブームの先端部分からフックまでの長さに基づいて算出される振り子運動の振動数を第一閾値として設定し、ブームの先端部分から荷物までの長さに基づいて算出される振り子運動の振動数を第二閾値として設定し、フックの振れの周波数帯から、第一閾値よりも大きい周波数帯と第二閾値より小さい周波数帯を排除し、残りの周波数帯における最大点に相当する周期を荷振れ周期と推定する。かかるクレーンによれば、正確な荷振れ周期を推定することができる。
【００１１】
第二の発明に係るクレーンは、ブームの固有振動数を認識し、固有振動数を除いた周波数帯における最大点に相当する周期を荷振れ周期と推定する。かかるクレーンによれば、より正確に荷振れ周期を推定することができる。
【００１２】
第三の発明に係る荷振れ周期を推定する方法は、ブームの先端部分からフックまでの長さに基づいて算出される振り子運動の振動数を第一閾値として設定する第一閾値設定工程と、ブームの先端部分から荷物までの長さに基づいて算出される振り子運動の振動数を第二閾値として設定する第二閾値設定工程と、フックの振れの周波数帯から、第一閾値よりも大きい周波数帯と第二閾値よりも小さい周波数帯を排除し、残りの周波数帯における最大点に相当する周期を荷振れ周期と推定する荷振れ周期推定工程と、を有している。かかる荷振れ周期を推定する方法によれば、正確な荷振れ周期を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】クレーンを示す図。
【図２】荷振れ周期推定システムを示す図。
【図３】荷振れ周期を推定する方法のフローチャートを示す図。
【図４】第一閾値を設定する際の振り子の長さを示す図。
【図５】第二閾値を設定する際の振り子の長さを示す図。
【図６】荷振れ周期を推定する処理を示す図。
【図７】荷振れ周期推定システムを示す図。
【図８】荷振れ周期を推定する処理を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本願に開示する技術的思想は、以下に説明するクレーン１のほか、他のクレーンにも適用できる。
【００１５】
まず、図１を用いて、第一実施形態に係るクレーン１について説明する。
【００１６】
クレーン１は、主に車両２とクレーン装置３で構成されている。
【００１７】
車両２は、左右一対の前輪４と後輪５を備えている。また、車両２は、荷物Ｗの運搬作業を行なう際に接地させて安定を図るアウトリガ６を備えている。更に、車両２は、これらを駆動するためのエンジンやトランスミッション等を備えている。
【００１８】
クレーン装置３は、旋回用油圧モータ７によって旋回自在となっている（矢印Ａ参照）。クレーン装置３は、その後部から前方へ突き出すようにブーム８を備えている。ブーム８は、起伏用油圧シリンダ９によって起伏自在となっている（矢印Ｂ参照）。また、ブーム８は、伸縮用油圧シリンダ１０によって伸縮自在となっている（矢印Ｃ参照）。加えて、ブーム８には、ワイヤロープ１１が架け渡されている。ブーム８の基端側には、ワイヤロープ１１を巻き付けたウインチ１２が配置され、ブーム８の先端部分には、ワイヤロープ１１によってフック１３が垂下されている。更に、ウインチ１２は、巻回用油圧モータ１４と一体的に構成されており、ワイヤロープ１１の巻き入れ及び巻き出しを可能としている。そのため、フック１３は、巻回用油圧モータ１４によって昇降自在となっている（矢印Ｄ参照）。なお、フック１３には、ジャイロセンサ１５が取り付けられている。
【００１９】
ここで、玉掛け具１６について説明しておく。玉掛け具１６とは、フック１３に荷物Ｗを引っ掛けるためのものである。玉掛け具１６は、スリング等の両端に掛け輪が設けられており、スリング等が荷物Ｗの下に回された状態で掛け輪がフック１３に掛けられる。こうして、フック１３に荷物Ｗがつながれるのである。なお、玉掛け具長さＬｓは、フック１３から荷物Ｗまでの長さである。
【００２０】
次に、図２を用いて、荷振れ周期推定システム２１について説明する。
【００２１】
荷振れ周期推定システム２１は、ジャイロセンサ１５、ブーム姿勢検出器１８、ワイヤロープ繰出量検出器１９、制御装置２０で構成されている。
【００２２】
ジャイロセンサ１５は、フック１３の振れの角速度を検出するものである。なお、ブーム８の先端部分等にフック１３を撮影するカメラを取り付けて、撮影した画像からフック１３の移動量を検出し、フック１３の移動量からフック１３の振れの角度を検出してもよい。
【００２３】
入力操作具１７は、オペレータが設定値を入力するものである。オペレータは、入力操作具１７により玉掛け具長さＬｓの設定値を入力する。
【００２４】
ブーム姿勢検出器１８は、ブーム８の姿勢を検出するものである。ブーム８の姿勢は、ブーム８の水平面に対する角度Ｅ（図１参照）やブーム８の基端部分から先端部分までの長さＦ（図１参照）で表される。
【００２５】
ワイヤロープ繰出量検出器１９は、ワイヤロープ１１の繰り出し量を検出するものである。ワイヤロープ１１の繰り出し量は、ウインチ１２から繰り出されるワイヤロープ１１の長さである。
【００２６】
制御装置２０は、ジャイロセンサ１５、カメラ、入力操作具１７、ブーム姿勢検出器１８、ワイヤロープ繰出量検出器１９が検出したデータを取得し、そのデータを処理するものである。制御装置２０は、周波数解析部２０ａ、ワイヤロープ長さ算出部２０ｂ、閾値設定部２０ｃ、荷振れ周期推定部２０ｄ、を有している。なお、制御装置２０には、種々のプログラムやデータが格納されている。
【００２７】
周波数解析部２０ａは、周波数解析により、フック１３の振れの角速度又はフック１３の振れの角度を周波数帯ｆｂ（図６参照）に変換し、変換した周波数帯ｆｂのピーク値の周波数を算出するものである。ピーク値とは、周波数帯ｆｂにおいて極大値となる値である。周波数解析部２０ａは、ノイズとして捉えられる程度に周波数帯ｆｂの値の変動が小さい極大値をピーク値から除いている。また、かかる変換には、高速フーリエ変換等の数学的処理が用いられる。周波数解析部２０ａは、ジャイロセンサ１５やカメラに接続されている。
【００２８】
ワイヤロープ長さ算出部２０ｂは、ブーム８の姿勢とワイヤロープ１１の繰り出し量に基づいて、ブーム８の先端部分からフック１３までの長さ（以降「吊下長さＬｗ」とする：図１参照）を算出するものである。ワイヤロープ長さ算出部２０ｂは、ブーム姿勢検出器１８に接続されている。また、ワイヤロープ長さ算出部２０ｂは、ワイヤロープ繰出量検出器１９に接続されている。
【００２９】
閾値設定部２０ｃは、荷振れ周期の推定に用いられる閾値（第一閾値ｆ１、第二閾値ｆ２：図６参照）を設定するものである。閾値設定部２０ｃは、ワイヤロープ長さ算出部２０ｂに接続されており、吊下長さＬｗを取得する。また、閾値設定部２０ｃは、入力操作具１７に接続されており、オペレータが入力した設定値を取得する。なお、閾値（第一閾値ｆ１、第二閾値ｆ２）を設定する方法については、後述する。
【００３０】
荷振れ周期推定部２０ｄは、荷振れ周期を推定するものである。荷振れ周期推定部２０ｄは、周波数解析部２０ａに接続されており、周波数帯ｆｂを取得する。また、荷振れ周期推定部２０ｄは、閾値設定部２０ｃに接続されており、設定された閾値（第一閾値ｆ１、第二閾値ｆ２）を取得する。なお、荷振れ周期を推定する方法については、後述する。
【００３１】
次に、図３から図６を用いて、荷振れ周期を推定する方法について説明する。
【００３２】
荷振れ周期は、第一閾値設定工程Ｋ１０１、第二閾値設定工程Ｋ１０２、荷振れ周期推定工程Ｋ１０３を経て推定される。
【００３３】
第一閾値設定工程Ｋ１０１において、閾値設定部２０ｃは、高周波数域の閾値である第一閾値ｆ１を設定する。具体的に説明すると、閾値設定部２０ｃは、吊下長さＬｗを振り子の長さＬとして振り子運動の周期Ｔを算出する。そして、閾値設定部２０ｃは、周期Ｔから振動数ｆを算出し、算出した振動数ｆを第一閾値ｆ１として設定するのである。なお、周期Ｔ及び振動数ｆは下記の数１、数２を用いて算出される。
【数１】
2019147683.tif 000003
【数２】
2019147683.tif 000004
【００３４】
第二閾値設定工程Ｋ１０２において、閾値設定部２０ｃは、低周波数域の閾値である第二閾値ｆ２を設定する。具体的に説明すると、閾値設定部２０ｃは、玉掛け具１６の長さとして現実的な長さの上限となる玉掛け具長さＬｓ（図５参照）を記憶している。この玉掛け具長さＬｓは、オペレータによる入力操作具１７への設定値の入力に基づいて変更される。閾値設定部２０ｃは、吊下長さＬｗに玉掛け具長さＬｓを加えた長さＬｔ（図５参照）を振り子の長さＬとして、振り子運動の周期Ｔを算出する。そして、閾値設定部２０ｃは、周期Ｔから振動数ｆを算出し、算出した振動数ｆを第二閾値ｆ２として設定するのである。なお、周期Ｔ及び振動数ｆは上記の数１、数２を用いて算出される。
【００３５】
荷振れ周期推定工程Ｋ１０３において、荷振れ周期推定部２０ｄは、荷振れ周期を推定する。具体的に説明すると、周波数解析部２０ａは、周波数帯ｆｂのピーク値の周波数を算出する。また、荷振れ周期推定部２０ｄは、フック１３の振れの周波数帯ｆｂから第一閾値ｆ１よりも大きい周波数帯ｆｂを排除するとともに、第二閾値ｆ２よりも小さい周波数帯ｆｂを排除する。そして、荷振れ周期推定部２０ｄは、残りの周波数帯ｆｂにおけるピーク値である最大点Ｐ（図６参照）を算出されたピーク値から選択し、その最大点Ｐの振動数ｆｐ（図６参照）が実際に生じているブーム８の先端部分から荷物Ｗまでの振れの振動数ｆであると推定する。荷振れ周期推定部２０ｄは、推定した振動数ｆから下記の数３に基づいて周期Ｔ（荷振れ周期）を算出する。
【数３】
2019147683.tif 000005
【００３６】
このように、荷振れ周期を推定する方法においては、フック１３の振れの周波数帯ｆｂから第一閾値ｆ１よりも大きい周波数帯ｆｂを排除するとともに、第二閾値ｆ２よりも小さい周波数帯ｆｂを排除する。第一閾値ｆ１よりも大きい周波数帯ｆｂを排除する理由は、実際に生じているブーム８の先端部分から荷物Ｗまでの振れの振動数が、吊下長さＬｗに玉掛け具長さＬｓを加えた長さの振り子運動の振動数であり、第一閾値ｆ１よりも小さい振動数であることが明白であるからである。また、第二閾値ｆ２よりも小さい周波数帯ｆｂを排除する理由は、実際に生じているブーム８の先端部分から荷物Ｗまでの振れの振動数が、長さＬｔよりも短い長さの振り子運動の振動数であるため、第二閾値ｆ２よりも大きい振動数であるあることが明白であるからである。
【００３７】
また、荷振れ周期推定部２０ｄは、第一閾値ｆ１よりも大きい周波数帯ｆｂにおいて、第一閾値ｆ１に最も近いピーク値の点Ｑ（図６参照）を算出されたピーク値から選択し、点Ｑの振動数ｆｑ（図６参照）がフック１３から荷物Ｗまでの振れの振動数ｆｑであると推定する。荷振れ周期推定部２０ｄは、推定した振動数ｆｑから下記の数４に基づいて周期Ｔｑ（フック１３から荷物Ｗまでの振れの周期）を算出する。
【数４】
2019147683.tif 000006
【００３８】
以上のように、本クレーン１は、フック１３の振れを検出するセンサ（ジャイロセンサ１５）と、センサ（１５）に接続されてフック１３の振れを認識する制御装置２０と、を具備している。そして、制御装置２０が、ブーム８の先端部分からフック１３までの長さ（吊下長さＬｗ）に基づいて算出される振り子運動の振動数ｆを第一閾値ｆ１として設定し、ブーム８の先端部分から荷物Ｗまでの長さＬｔに基づいて算出される振り子運動の振動数ｆを第二閾値ｆ２として設定し、フック１３の振れの周波数帯ｆｂから、第一閾値ｆ１よりも大きい周波数帯ｆｂと第二閾値ｆ２より小さい周波数帯ｆｂを排除し、残りの周波数帯ｆｂにおける最大点Ｐに相当する周期Ｔを荷振れ周期と推定する。かかるクレーン１によれば、正確な荷振れ周期を推定することができる。
【００３９】
ところで、荷振れ周期を推定する方法に着眼すると、ブーム８の先端部分からフック１３までの長さ（吊下長さＬｗ）に基づいて算出される振り子運動の振動数ｆを第一閾値ｆ１として設定する第一閾値設定工程Ｋ１０１と、ブーム８の先端部分から荷物Ｗまでの長さＬｔに基づいて算出される振り子運動の振動数ｆを第二閾値ｆ２として設定する第二閾値設定工程Ｋ１０２と、フック１３の振れの周波数帯ｆｂから、第一閾値ｆ１よりも大きい周波数帯ｆｂと第二閾値ｆ２よりも小さい周波数帯ｆｂを排除し、残りの周波数帯ｆｂにおける最大点Ｐに相当する周期Ｔを荷振れ周期と推定する荷振れ周期推定工程Ｋ１０３と、を有している。かかる荷振れ周期を推定する方法によれば、正確な荷振れ周期を推定することができる。
【００４０】
次に、図7及び図８を用いて、第二実施形態に係るクレーン１について説明する。以下においては、第一実施形態に係るクレーン１の説明で用いた名称と符号を用いることで、同じものを指すこととする。ここでは、相違する部分を中心に説明する。なお、ブーム８の固有振動数ｆｎは、ブーム８が共振する振動数であり、ブーム８の姿勢（角度Ｅ、長さＦ）から算出される。
【００４１】
ブーム振れ周期算出部２０ｅは、ブーム８の固有振動数ｆｎを算出するものである。ブーム振れ周期算出部２０ｅは、ブーム姿勢検出器１８に接続されており、ブーム８の姿勢を取得する。
【００４２】
荷振れ周期推定工程Ｋ１０３において、荷振れ周期推定部２０ｄは、荷振れ周期を推定する。具体的に説明すると、第一実施形態に係るクレーン１と同様に、周波数解析部２０ａは、周波数帯ｆｂのピーク値の周波数を算出する。また、荷振れ周期推定部２０ｄは、周波数帯ｆｂから第一閾値ｆ１よりも大きい周波数帯ｆｂを排除するとともに、第二閾値ｆ２よりも小さい周波数帯ｆｂを排除する。同時に、荷振れ周期推定部２０ｄは、残りの周波数帯ｆｂにおけるブーム８の固有振動数ｆｎを認識する。そして、荷振れ周期推定部２０ｄは、固有振動数ｆｎを除いた周波数帯ｆｂにおけるピーク値である最大点Ｐ（図８参照）を算出されたピーク値から選択し、その最大点Ｐの振動数ｆｐ（図８参照）が実際に生じているブーム８の先端部分から荷物Ｗまで振れの振動数ｆであると推定する。荷振れ周期推定部２０ｄは、推定した振動数ｆから上記の数３に基づいて周期Ｔ（荷振れ周期）を算出する。
【００４３】
以上のように、クレーン１は、ブーム８の固有振動数ｆｎを認識し、固有振動数ｆｎを除いた周波数帯ｆｂにおける最大点Ｐに相当する周期Ｔを荷振れ周期と推定する。かかるクレーン１によれば、より正確に荷振れ周期を推定することができる。
【００４４】
上記の実施形態は、代表的な形態を示したに過ぎず、一実施形態の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。更に種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲に記載の均等の意味及び範囲内のすべての変更を含む。
【符号の説明】
【００４５】
１          クレーン
２          車両
３          クレーン装置
８          ブーム
１１        ワイヤロープ
１３        フック
１５        ジャイロセンサ（センサ）
１６        玉掛け具
２０        制御装置
ｆ          振動数
ｆｂ        周波数帯
ｆｎ        ブームの固有振動数
Ｌ          振り子の長さ
Ｐ          最大点
Ｔ          周期
ｆ１        第一閾値
ｆ２        第二閾値
Ｗ          荷物
【図１】
2019147683.tif 000007
【図２】
2019147683.tif 000008
【図３】
2019147683.tif 000009
【図４】
2019147683.tif 000010
【図５】
2019147683.tif 000011
【図６】
2019147683.tif 000012
【図７】
2019147683.tif 000013
【図８】
2019147683.tif 000014