(57)【要約】    【課題】  高いコストをかけずにブームの旋回角を正確に測定することができる旋回角度測定装置を提供する。    【解決手段】  ブーム２３の角速度を計測するジャイロスコープをその入力軸３１がブーム２３の旋回軸２４１に平行になるようにクレーン本体２２に設け、ブーム２３の遠心加速度と重力加速度との合成加速度を測定する加速度計をクレーン本体２２に設け、ジャイロスコープの出力と加速度計の出力とに基づいてブーム２３の旋回角を演算する演算器をクレーン本体２２に設けた。【選択図】        図１
2005272126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブームの旋回角を測定する旋回角測定装置において、
入力軸が前記ブームの旋回軸に平行になるように設けられ、前記ブームの角速度を計測する１軸のジャイロスコープと、
前記ブームの遠心加速度と重力加速度との合成加速度を計測する加速度計と、
前記１軸のジャイロスコープの出力と前記加速度計の出力とに基づいて前記ブームの旋回角を演算する演算手段と
を備えていることを特徴とする旋回角測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の旋回角測定装置を備えていることを特徴とするクレーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は移送装置のブーム（可動アーム）の旋回角を測定する旋回角測定装置及びそれを備えているクレーンに関し、特にクレーンのブームの旋回角を測定するのに適した旋回角測定装置及びそれを備えているクレーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ファイバオプティカルジャイロを用いた旋回角度計測器が知られている（下記特許文献１参照）。この旋回角度計測器はクレーンのブームの旋回角度を計測する装置である。
【０００３】
この旋回角度計測器は制御用コンピュータ、ブームの起伏角度測定器、無線モデム及び警告灯とともにクレーンの制御部を構成する。
【０００４】
この制御部はパソコン及びタブレットからなるデータ入力部とともにクレーンの制御装置を構成する。
【０００５】
この制御装置のデータ入力部はクレーンのオペレータが乗り込むクレーン操作室に置かれている。制御装置の制御部はクレーン本体の近傍に置かれる。その制御部の一構成要素である旋回角度計測器はブームに取り付けられる。
【特許文献１】特開２０００−３１３５８８号公報（段落００２０〜００２４参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように従来の旋回角度計測器のファイバオプティカルジャイロはブームに取り付けられるので、仮にこのファイバオプティカルジャイロが１軸であるとすると、ブームの起伏角が変化するのに伴ってファイバオプティカルジャイロの入力軸が傾き、ブームの旋回角度を正確に測定できなくなる。
【０００７】
ブームの旋回角度を正確に測定する方法としては、もう一つファイバオプティカルジャイロをブームに取り付け、このファイバオプティカルジャイロによってブームの起伏角度を測定し、この起伏角度に基づいて旋回角度を補正する方法が考えられる。
【０００８】
しかし、この方法ではファイバオプティカルジャイロを２つ用いるので、コストが高くなる。
【０００９】
高いコストをかけずに旋回角度を正確に測定する方法として、ファイバオプティカルジャイロをクレーン本体に取り付ける方法が考えられる。しかし、この方法では、ブームに重いものが吊り下げられたとき、クレーン本体が傾き、これに伴ってファイバオプティカルジャイロの入力軸が傾き、やはり正確な旋回角度を測定できなくなる。
【００１０】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は高いコストをかけずにブームの旋回角を正確に測定することができる旋回角測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述の課題を解決するため請求項１の発明の旋回角測定装置は、ブームの旋回角を測定する旋回角測定装置において、入力軸が前記ブームの旋回軸に平行になるように設けられ、前記ブームの角速度を計測する１軸のジャイロスコープと、前記ブームの遠心加速度と重力加速度との合成加速度を計測する加速度計と、前記１軸のジャイロスコープの出力と前記加速度計の出力とに基づいて前記ブームの旋回角を演算する演算手段とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
上述のように、ジャイロスコープの出力と加速度計の出力とに基づいてブームの旋回角を求めるようにしたので、ジャイロスコープの入力軸の傾きによる旋回角の誤差が解消される。
【００１３】
請求項２の発明のクレーンは請求項１記載の旋回角測定装置を備えていることを特徴とする。
【００１４】
上述のように、ジャイロスコープの出力と加速度計の出力とに基づいてクレーンのブームの旋回角を求めるようにしたので、ジャイロスコープの入力軸の傾きによる旋回角の誤差が解消される。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように請求項１の発明によれば、高いコストをかけずに正確にブームの旋回角を測定することができる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、高いコストをかけずに正確にクレーンのブームの旋回角を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１はこの発明の一実施形態に係る旋回角測定装置を備えたクレーンのクレーン本体が傾斜していない状態を示す概念図、図２は図１に示すクレーン本体が傾斜している状態を示す概念図、図３は図１に示す旋回角測定装置のブロック図、図４は図２に示す状態のときのジャイロスコープ及び加速度計の入力軸の傾きを示す概念図である。
【００１９】
図１に示すように、このクレーン２１はクレーン本体２２とブーム２３と支柱２４と旋回角測定装置１とを備える。
【００２０】
クレーン本体２２は操作室２２１と駆動源（図示せず）とを有する。クレーン本体２２は、支柱２４の中心軸と一致する旋回軸２４１を中心軸として旋回可能なように、支柱２４の上端に取り付けられている。駆動源はクレーン本体２２及びブーム２３を駆動する。
【００２１】
ブーム２３は、水平な軸（図示せず）を回転軸として回転（ブーム２３の上昇・下降）できるように、クレーン本体２２に取り付けられている。
【００２２】
支柱２４は敷地などに設置される。
【００２３】
図３に示すように、旋回角測定装置１はジャイロスコープ３と加速度計５と演算器（演算手段）７とを有する。
【００２４】
ジャイロスコープ３として例えば、１軸の入力軸３１を有するファイバオプティカルジャイロスコープが用いられている。ジャイロスコープ３は入力軸３１を旋回軸としてジャイロスコープ３が旋回したときの角速度を検出する。
【００２５】
加速度計５は１軸の入力軸５１を有する。加速度計５として例えばサーボ型加速度計が用いられる。加速度計５は入力軸５１と平行な方向の加速度を検出する。
【００２６】
ジャイロスコープ３と加速度計５とは一体的にユニット化されている。このユニット９は操作室２２１に配置されている。クレーン本体２２が傾いていない状態（図１に示す状態）のとき、ジャイロスコープ３の入力軸３１は旋回軸２４１に平行である。また、加速度計５の入力軸５１は、ジャイロスコープ３の入力軸３１に直交し、クレーン本体２２の前後方向Ｄ１（図１参照）に平行である。更に、加速度計５の中心点５２は旋回軸２４１から所定距離ｒだけ離れている（図４参照）。
【００２７】
ジャイロスコープ３が検出する角速度はブーム２３が旋回軸２４１を中心軸として旋回したときの角速度に等しい。また、クレーン本体２２が傾いていないとき、加速度計５が検出する加速度は旋回軸２４１からｒだけ離れた位置におけるブーム２３の遠心加速度に等しい。
【００２８】
演算器７はジャイロスコープ３の検出信号である角速度Ωz(t)と加速度計５の検出信号である加速度αとに基づいてブーム２３の旋回角を演算する。演算器７は演算結果である旋回角βを表わす信号が出力され、その信号がクレーン本体２２の旋回を制御するコントローラ１１に入力される。演算器７、コントローラ１１としてコンピュータが採用されている。
【００２９】
次に、ブーム２３の旋回角をどのようにして検出するかについて説明する。
【００３０】
図１に示すように、クレーン２１のブーム２３に軽い物体４１を吊り下げた場合、クレーン本体２２の底面２２ａは水平を保ち、旋回軸２４１とジャイロスコープ３の入力軸３１とが平行である。この実施形態では、後述するようにクレーン本体２２が傾いていないときも、ジャイロスコープ３の出力信号である角速度Ωz(t)と加速度計５の出力信号である加速度αとに基づいてブーム２３の旋回角を演算する。
【００３１】
図２に示すように、クレーン２１のブーム２３に重い物体４２を吊り下げた場合、クレーン本体２２の底面２２ａは水平面に対して角度θだけ傾く。この結果、図４に示すように、ジャイロスコープ３の入力軸３１は角度θと同じ角度だけ傾く。この場合、ジャイロスコープ３が検出する旋回角とブーム２３の実際の旋回角βとの間に誤差が生じる。
【００３２】
この場合にジャイロスコープ３が検出する角速度Ωz(t)（時間関数とする）は、
【数１】
2005272126.tif 000003
で表わされる。
【００３３】
但し、Ω(t)はブーム２３の旋回角速度、θはクレーン本体２２の底面２２ａと水平面Ｈとがなす角度である（図２参照）。
【００３４】
逆にブーム２３の旋回角速度Ω(t)は（１）式より、
【数２】
2005272126.tif 000004
と表わされる。
【００３５】
また、加速度計５が検出する加速度αは、ブーム２３が旋回することにより発生する旋回軸２４１からrだけ離れた位置における遠心加速度r(Ωz(t))２とクレーン本体２２の傾きとによって発生する重力加速度ｇsinθ との合成となるため、
【数３】
2005272126.tif 000005
と表わされる。
【００３６】
但し、ｒは旋回軸２４１から加速度計５の中心点５２までの距離を表わし、ｇは重力加速度を表わす。
【００３７】
次に（３）式よりθを導き出すと、
【数４】
2005272126.tif 000006
となり、
【００３８】
（２）式に（４）式を代入すると、
【数５】
2005272126.tif 000007
となる。
【００３９】
よって、ブーム２３の旋回角βは、
【数６】
2005272126.tif 000008
となり、加速度計５が検出する加速度αとジャイロスコープ３が検出する角速度Ωz(t)との関数で表わされる。
【００４０】
このように、ｒは旋回軸２４１から加速度計５の中心点５２までの距離であるので、旋回角度測定装置１を操作室２２１に設置した後、演算器７のメモリ（図示せず）にｒを定数として記憶させておく。
【００４１】
以上のように、ブーム２３の旋回角βを演算するときにθに応じて旋回角βが補正される。
【００４２】
この実施形態によれば、クレーン２１のブーム２３に重い物体が吊り下げられてクレーン本体２２が傾いたとしてもブーム２３の旋回角を正確に測定することができる。
【００４３】
また、構成が簡素であるので、ジャイロスコープを２つ用いる方法に較べコストを抑えることができる。
【００４４】
次に、建設現場でのクレーンの動きについて説明する。
【００４５】
図５は図１に示す旋回角測定装置を備えた２つのクレーンを上方から見た状態を示す概念図である。
【００４６】
図５に示すように、第１クレーン２１と第２クレーン２１´とはブーム同士が衝突しないだけの間隔で設置されておらず、第１クレーン２１と第２クレーン２１´との間には衝突範囲Ａが存在する。この衝突範囲Ａ内では、第１クレーン２１のブーム２３と第２クレーン２１´のブーム２３´とが衝突する可能性がある。
【００４７】
この実施形態では、いずれか一方のブーム２３又は２３´が衝突範囲Ａにあるとき、他方のブーム２３´又は２３の回転可能な範囲を強制的に制限する衝突回避システムが採用されている。すなわち、図５に示すように、第２クレーン２１´のブーム２３´が衝突範囲Ａにあるとき、第１クレーン２１のブーム２３は衝突範囲Ａを除いた範囲でしか回転できない。
【００４８】
この衝突回避システムに上記旋回角測定装置１を用いると、一方又は両方のブーム２３，２３´に重い物体４２が吊り下げられたとしても、軽い物体４１が吊り下げられたときと同様に、ブーム２３，２３´の正しい旋回角を測定することができるので、ブーム２３，２３´同士の衝突を確実に回避することができる。
【００４９】
なお、上述の旋回角測定装置１はクレーン２１に適用されたが、クレーン２１に代えて例えば、産業用ロボットの可動アーム（ブーム）等にも適用することができる。
【００５０】
また、この実施形態の旋回角測定装置１では、ジャイロスコープとしてファイバオプティカルジャイロスコープを用いているが、ジャイロスコープとしてはこれに限られず、レーザ式や機械式のジャイロスコープ等を用いてもよい。
【００５１】
なお、この実施形態では、加速度計５の入力軸５１はジャイロスコープ３の入力軸３１に直交し、クレーン本体２２の前後方向Ｄ１に平行になるように設置されているが、加速度計５の入力軸５１は必ずしもこのように配置されなくともよい。例えば、加速度計５の入力軸５１とジャイロスコープ３の入力軸３１とがなす角度及び加速度計５の入力軸５１とクレーン本体２２の前後方向Ｄ１とがなす角度が分かっていれば、ブーム２３の旋回角βを演算する過程でこれらの角度をキャンセルすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１はこの発明の一実施形態に係る旋回角測定装置を備えたクレーンのクレーン本体が傾斜していない状態を示す概念図である。
【図２】図２は図１に示すクレーン本体が傾斜している状態を示す概念図である。
【図３】図３は図１に示す旋回角測定装置のブロック図である。
【図４】図４は図２に示す状態のときのジャイロスコープ及び加速度計の入力軸の傾きを示す概念図である。
【図５】図５は図１に示す旋回角測定装置を備えた２つのクレーンを上方から見た状態を示す概念図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  旋回角測定装置
３  ジャイロスコープ
３１  入力軸
５  加速度計
５１  入力軸
７  演算器（演算手段）
２１  クレーン
２２  クレーン本体
２３  ブーム
２４  支柱
２４１  旋回軸
【図１】
2005272126.tif 000009
【図２】
2005272126.tif 000010
【図３】
2005272126.tif 000011
【図４】
2005272126.tif 000012
【図５】
2005272126.tif 000013