(57)【要約】【課題】位置フィードバック制御の利点を維持しつつ、その欠点であるシリンダの急発進や制御開始時にショックを与えたり、ケーブルリールの破損や巻取り不良を引き起こしたりする危険性、並びに、シリンダが目標位置に対し大きくオーバーシュートすることに起因してシリンダとブームトップとが接触破損する危険性などを解消する。【解決手段】コントローラ１４は、４種類の制御器を有し、シリンダ発進時に発進制御器７を選択し、シリンダ減速時からシリンダ停止時にシリンダ現在位置とシリンダ目標位置の偏差に応じて、減速制御器４、位置制御器５及び停止制御器６のうち何れかを選択する。【選択図】図２
2013216412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸縮ブームを伸縮するために伸縮ブーム内に配置されたシリンダの特定箇所の位置であるシリンダ位置を目標位置に停止させるための伸縮ブームのシリンダ位置決め制御装置であって、
前記シリンダ位置を検出する位置検出手段と、
シリンダ目標位置を算出する目標位置算出手段と、
伸縮ブームを伸縮させる操作方向と操作量とを指令する伸縮操作指令入力手段と、
前記位置検出手段によるシリンダ現在位置と前記目標位置算出手段によるシリンダ目標位置と前記伸縮操作指令入力手段による指令値によりシリンダ駆動を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、シリンダ発進時の加速度を設定値以下に抑えるように制御する発進制御器と、シリンダ減速時の減速方向加速度を設定値以下に抑えるように制御する減速制御器と、シリンダ現在位置とシリンダ目標位置の偏差に基づいて速度を制御する位置制御器と、シリンダ停止時の速度を制御する停止制御器と、前記発進制御器と前記減速制御器と前記位置制御器と前記停止制御器のうち何れかを選択する制御方式選択手段とからなり、前記制御方式選択手段は、シリンダ発進時に前記発進制御器を選択し、シリンダ減速時からシリンダ停止時にシリンダ現在位置とシリンダ目標位置の偏差に応じて、前記減速制御器、前記位置制御器及び前記停止制御器のうち何れかを選択するように設けられていることを特徴とする伸縮ブームのシリンダ位置決め制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の伸縮ブームのシリンダ位置決め制御装置において、
前記制御方式選択手段は、
シリンダ現在位置が挿入対象のピン径とピン孔径に基づき算出されるピン挿入可能エリア以遠にある場合に前記減速制御器から前記位置制御器に、シリンダ現在位置がピン挿入可能エリア内にある場合に前記位置制御器から前記停止制御器にそれぞれ切替える第１選択手段と、
前記発進制御器から出力される制御指令値と前記第１選択手段にて選択された制御器から出力される制御指令値のうち、シリンダ速度が低くなる方の制御指令値を選択する第２選択手段とからなることを特徴とする伸縮ブームのシリンダ位置決め制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の伸縮ブームのシリンダ位置決め制御装置において、
前記減速制御器は、前記減速制御器から前記位置制御器への切替点におけるシリンダ速度が切替前後で同一となるように制御指令値を出力するものであることを特徴とする伸縮ブームのシリンダ位置決め制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クレーンに設けられる伸縮ブームを伸縮させるためのシリンダを目標位置に停止させるための伸縮ブームのシリンダ位置決め制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、クレーンにおいては、伸縮自在に構成された伸縮ブームが装備されている。この伸縮ブームは、筒状の外側ブームと、その外側ブームの内側に軸方向に移動可能に挿入された筒状の内側ブームとを備え、内側ブームが外側ブームに対して軸方向に移動することによって、ブームが伸縮する。その内側ブームを移動させるために、内側ブームに連結された伸縮用油圧シリンダが設けられており、ブームに対して軸方向への移動が制御されている。
【０００３】
そして、このような伸縮ブームの伸縮機構として、例えば特許文献１に開示されているように、１本のシリンダにより多段の伸縮ブームを伸縮するようにしたものが提案されている。この特許文献１に開示のブーム伸縮機構は、伸縮ブーム内に配置されピストンロッド端部がベースブームの基端部に連結されたシリンダと、このシリンダのシリンダチューブのロッド側端部に設けられ、シリンダと目的のブーム基端部を連結ピンにより解除可能に連結するシリンダ・ブーム連結手段と、隣接するブームの内側ブームの基端部にそれぞれ設けられ、隣接するブーム同士を固定ピンにより解除可能に固定する複数のブーム間固定手段と、前記シリンダチューブのロッド側端部に設けられ、目的のブーム基端部の前記固定ピンを進退駆動する固定ピン駆動手段とを備え、前記シリンダ・ブーム連結手段によるシリンダ・ブーム連結工程、前記固定ピン駆動手段により前記ブーム間固定手段による目的ブームと外側ブームの固定を解除するブーム間固定解除工程、及び前記シリンダにより目的ブームを伸縮するブーム伸縮工程などの工程を繰り返すことにより伸縮ブームの伸縮を行う構成になっている。
【０００４】
このようなブーム伸縮機構においては、シリンダ・ブーム連結工程に至るシリンダ伸縮工程でシリンダ・ブーム連結手段の連結ピンが目標とするブームの基端部の連結穴に、また、ブーム間固定工程に至るシリンダ伸縮工程で固定ピン駆動手段が把持するブーム間固定手段の固定ピンが目標とするブームの固定穴にそれぞれ対向するようにシリンダの伸縮動作などを適切に制御する必要がある。このため、ブーム伸縮機構は、その制御装置として、シリンダの伸縮長さを検出するシリンダ長さ検出手段と、シリンダの伸縮動作を制御するシリンダ伸縮制御手段と、シリンダ長さ検出手段の信号に基づき、シリンダ伸縮制御手段に対しシリンダ減速信号を出力するコントローラとを備えている。前記シリンダ伸縮制御手段は、シリンダ側の連結ピン又は固定ピンが目標とするブーム側の連結穴又は固定穴に対し所定の距離に接近した時点からシリンダを減速し、この減速区間を経て目標位置付近でシリンダを低速で動作させる。この低速動作中に目標位置に到達すると、前記コントローラは、シリンダ・ブーム連結手段又は固定ピン駆動手段に対し動作信号を出力し、シリンダ・ブーム連結手段の連結ピンによって連結動作、又は固定ピン駆動手段が把持するブーム間固定手段の固定ピンによって固定動作を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２―２５５４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に記載されている従来技術では、目標位置付近の低速区間で速度が一定に維持され、この一定速度からシリンダが停止するため、低速度ではあっても急停止によってオペレータ及び機械に対してショックを与えるという問題がある。また、シリンダが低速度で移動しながら連結ピン又は固定ピンの挿入操作を行うため、油器や摺動抵抗等の機械的なばらつきなどの理由により、ピン駆動速度が遅い場合には、挿入前に目標位置である連結穴又は固定穴を通りすぎてしまうことがあり、ピン結合ができなくなるという問題もある。
【０００７】
一方、シリンダを目標位置に正確に停止させる一般的な制御方法として、例えば図１４に示すように、目標位置算出器ａで算出した目標位置に対し、比例積分制御器ｂを用いて電磁比例弁ｃを介してシリンダｄをフィードバック制御する位置フィードバック制御が知られている。この位置フィードバック制御によれば、目標位置に対しシリンダｄを正確に停止させることができるので、シリンダ停止後にピン結合を確実に行うことができる。また、目標位置に近づくに従い、シリンダｄへの制御指令値は、連続的に減少していくため、急停止によりショックを与えることもないという利点がある。
【０００８】
しかし、位置フィードバック制御では、以下のような欠点がある。
（１）位置制御開始時にはシリンダｄへの制御指令値がステップ状に生じ、シリンダｄが急発進するため、オペレータ及び機械に対してショックを与えることになる。特に、シリンダｄに接続される電源ケーブルのケーブルリールは、巻取り加速度及び繰出し加速度に制限が設けられているが、シリンダｄの急発進に起因してケーブルリールが破損や巻取り不良を引き起こす危険性がある。
（２）減速時の加速度（減速度）は、主に比例制御ゲインにより決まるため、減速度を独立して設定することができない。このため、比例制御ゲインの値によっては、減速度が大きくなり、（１）の場合と同様に、制御開始時にオペレータ及び機械に対するショックを与えたり、ケーブルリールの破損や巻取り不良を引き起こしたりする危険性がある。
（３）積分制御ゲインの値によっては、図１５に示すようにシリンダｄが目標位置に対し大きくオーバーシュートを引き起こし、伸縮時のブーム姿勢状態によってはシリンダｄの一端がブームトップに接触して破損する危険性がある。また、積分制御を使用することで、目標位置に安定するまでの収束時間を要し、その結果、ブームの伸縮時間が増大する可能性もある。
【０００９】
本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、シリンダの伸縮制御に位置フィードバック制御を使用するに当たり、目標位置に対しシリンダを正確に停止させ、その停止後にピン結合を確実に行うことができるとともに、急停止によるショックを与えることを防止できるという位置フィードバック制御の利点を維持しつつ、位置フィードバック制御の欠点、つまり、シリンダの急発進や制御開始時にオペレータ及び機械にショックを与えたり、ケーブルリールの破損や巻取り不良を引き起こしたりする危険性があること、並びに、シリンダが目標位置に対し大きくオーバーシュートすることに起因してシリンダとブームトップとが接触破損する危険性があり、また目標位置に安定するまでの収束時間を要する結果ブーム伸縮時間が増大する可能性があることを解消し得る伸縮ブームのシリンダ位置決め制御装置を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、伸縮ブームを伸縮するために伸縮ブーム内に配置されたシリンダの特定箇所の位置（例えばシリンダチューブのロッド側端部に設けられるシリンダ・ブーム連結手段の連結ピンの中心位置、又は固定ピン駆動手段が把持するブーム間固定手段の固定ピンの中心位置）であるシリンダ位置を目標位置（例えばブーム基端部の連結穴の中心位置、又は固定穴の中心位置）に停止させるための伸縮ブームのシリンダ位置決め制御装置として、前記シリンダ位置を検出する位置検出手段と、シリンダ目標位置を算出する目標位置算出手段と、伸縮ブームを伸縮させる操作方向と操作量とを指令する伸縮操作指令入力手段と、前記位置検出手段によるシリンダ現在位置と前記目標位置算出手段によるシリンダ目標位置と前記伸縮操作指令入力手段による指令値によりシリンダ駆動を制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、シリンダ発進時の加速度を設定値以下に抑えるように制御する発進制御器と、シリンダ減速時の減速方向加速度を設定値以下に抑えるように制御する減速制御器と、シリンダ現在位置とシリンダ目標位置の偏差に基づいて速度を制御する位置制御器と、シリンダ停止時の速度を制御する停止制御器と、前記発進制御器と前記減速制御器と前記位置制御器と前記停止制御器のうち何れかを選択する制御方式選択手段とからなり、前記制御方式選択手段は、シリンダ発進時に前記発進制御器を選択し、シリンダ減速時からシリンダ停止時にシリンダ現在位置とシリンダ目標位置の偏差に応じて、前記減速制御器、前記位置制御器及び前記停止制御器のうち何れかを選択するように設けられてなる構成にする。
【００１１】
この構成では、コントローラの制御方式選択手段によって、シリンダの駆動発進から目標位置停止までの間４種類の制御器が選択され、それらの制御器によってシリンダ駆動が制御されるため、シリンダが高い精度でかつ種々の効果を発揮しつつ目標位置に停止することになる。即ち、シリンダ発進時には発進制御器が選択され、この発進制御器によりシリンダ発進時の加速度が任意に設定値以下に抑えるよう制御されるため、シリンダの急発進によりオペレータ及び機械にショックを与えたり、ケーブルリールの破損や巻取り不良を引き起こしたりすることはない。
【００１２】
また、シリンダ減速時からシリンダ停止時には、シリンダ現在位置とシリンダ目標位置の偏差に応じて、減速制御器、位置制御器及び停止制御器のうち何れかが選択される。減速制御器が選択されるとシリンダ減速時の減速方向加速度（減速度）が任意に設定値以下に抑えるよう制御されるため、オペレータ及び機械にショックを与えたり、ケーブルリールの破損や巻取り不良を引き起こしたりするのを回避することができる。位置制御器が選択されるとシリンダ現在位置とシリンダ目標位置の偏差に基づいて速度が制御されるため、シリンダ位置を目標位置に高い精度で停止させることができる。停止制御器が選択されるとシリンダ停止時の速度が制御されるため、位置制御によるオーバーシュートを回避することができるとともに、目標位置で安定するまでの所要時間を短縮することができる。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の伸縮ブームのシリンダ位置決め制御装置において、前記制御方式選択手段の好ましい形態を提供するものである。即ち、前記制御方式選択手段は、シリンダ現在位置が挿入対象のピン径とピン孔径に基づき算出されるピン挿入可能エリア以遠にある場合に前記減速制御器から前記位置制御器に、シリンダ現在位置がピン挿入可能エリア内にある場合に前記位置制御器から前記停止制御器にそれぞれ切替える第１選択手段と、前記発進制御器から出力される制御指令値と前記第１選択手段で選択された制御器から出力される制御指令値のうち、シリンダ速度が低くなる方の制御指令値を選択する第２選択手段とからなる構成にする。
【００１４】
この構成では、制御方式選択手段の第１選択手段によって、シリンダ現在位置がピン挿入可能エリア以遠にある場合に減速制御器から位置制御器に切替えられるため、ピン挿入が可能な最低限の位置精度を早期にかつ確実に確保することができる上、ピン挿入可能エリア内にある場合に位置制御器から停止制御器に切替えられるため、ピン挿入が可能な位置精度を確保しつつ、オーバーシュートを引き起こすことなくシリンダを目標位置に速やかに停止させることができる。
【００１５】
また、制御方式選択手段の第２選択手段によって、急発進制御器と第１選択手段にて選択された制御器のうち、シリンダ速度が低くなる方の指令値が最終的な制御指令値として採用されるため、シリンダ発進位置とシリンダ目標位置間の距離に応じて逐一制御切替位置を演算する必要はなく、如何なる条件においても許容加速度での発進と減速、及び位置精度を確保した上での停止を実現することができる。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の伸縮ブームのシリンダ位置決め制御装置において、前記減速制御器を、前記減速制御器から前記位置制御器への切替点におけるシリンダ速度が切替前後で同一となるように制御指令値を出力するものとする構成にする。
【００１７】
この構成では、減速制御器から位置制御器への切替前後でシリンダ速度が同一となるため、制御器切替時における制御指令値の不整合によるショックや衝撃を回避することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明に係る伸縮ブームのシリンダ位置決め制御装置によれば、シリンダの発進から目標位置停止までを４種類の制御器によってシリンダ駆動が制御され、シリンダが高い精度で目標位置に停止するため、その停止後にピン結合を確実に行うことができるとともに、急停止によるショックを与えるのを回避することができる。その上、シリンダ発進時や減速時などにその加減速度が任意に設定値以下に抑えるよう制御されるため、オペレータ及び機械にショックを与えたり、ケーブルリールの破損や巻取り不良を引き起こしたりするのを回避することができる。また、位置制御によるオーバーシュートを回避することができるとともに、目標位置で安定するまでの所要時間を短縮することができ、ブーム伸縮時間の短縮化に寄与することができるという効果をも奏する。
【００１９】
特に、請求項２に係る発明では、シリンダ現在位置がピン挿入可能エリア以遠にある場合に減速制御器から位置制御器に切替えられるため、ピン挿入が可能な最低限の位置精度を早期にかつ確実に確保することができる上、ピン挿入可能エリア内にある場合に位置制御器から停止制御器に切替えられるため、ピン挿入が可能な位置精度を確保しつつ、オーバーシュートを引き起こすことなくシリンダを目標位置に速やかに停止させることができる。また、シリンダ速度が低くなる方の指令値が最終的な制御指令値として採用されるため、シリンダ発進位置とシリンダ目標位置間の距離に応じて逐一制御切替位置を演算する必要はなく、如何なる条件においても許容加速度での発進と減速、及び位置精度を確保した上での停止を実現できるという効果を併有する。
【００２０】
また、請求項３に係る発明では、減速制御器から位置制御器への切替前後でシリンダ速度が同一となるため、制御器切替時における制御指令値の不整合によるショックや衝撃を回避することができ、実施化を図る上で有利なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係るシリンダ位置決め制御装置を装備する伸縮ブームの概略図である。
【図２】前記シリンダ位置決め制御装置のブロック図である。
【図３】同制御装置のコントローラでの制御のフローチャートである。
【図４】同制御装置の発進制御器での制御のフローチャートである。
【図５】同制御装置の減速制御器での制御のフローチャートである。
【図６】同制御装置の位置制御器での制御のフローチャートである。
【図７】同制御装置の停止制御器のシリンダ位置に対する制御指令値（シリンダ速度）を示すグラフである。
【図８】シリンダ位置決め制御のピンとピン孔から決まるピン挿入可能エリアを示す図である。
【図９】前記コントローラの第１制御手段における制御器の切替位置の設定範囲を示す図である。
【図１０】前記シリンダ位置決め制御装置の目標位置算出器でのシリンダロックピン孔位置が目標位置の場合の目標位置算出フローチャートである。
【図１１】前記目標位置算出フローチャートでの目標位置とｎ段ブームの伸長率との関係を示す図である。
【図１２】前記目標位置算出器でのブームロックピン孔位置が目標位置の場合の目標位置算出フローチャートである。
【図１３】前記シリンダ位置決め制御装置の制御によるシリンダ位置及びシリンダ速度の時刻歴応答のグラフである。
【図１４】従来技術としての位置フィードバック制御のブロック図である。
【図１５】前記位置フィードバック制御の時間応答のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態である実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係るシリンダ位置決め制御装置を装備する伸縮ブームの概略図である。伸縮ブーム３０は、基端ブーム３１と中間ブーム３２と先端ブーム３３の３段からなっており、基端ブーム３１の内側に中間ブーム３２が配置され、中間ブーム３２の内側に先端ブーム３３が配置されている。伸縮ブーム３０は、その内部にシリンダ１３を備えている。このシリンダ１３は、油圧シリンダであり、伸縮ブーム３０の軸方向に延びる。このシリンダ１３のピストンロッド１３ａの一端部は、伸縮ブーム３０のうち最も外側に位置するブームである基端ブーム３１の基端部に連結支持されている。また、シリンダ１３のシリンダチューブ１３ｂには、シリンダチューブ１３ｂと基端ブーム３１の内側に配置された各ブーム３２，３３とを連結するためのシリンダ・ブーム連結手段のシリンダロックピン（連結ピン）３４が設けられている。一方、各ブーム３２，３３には、図示しないシリンダロックピン孔が設けられており、シリンダロックピン３４がこのシリンダロックピン孔に挿嵌されることにより、シリンダ１３（詳しくはシリンダチューブ１３ｂ）と内側ブームとがシリンダロックピン３４を介して連結されるようになっている。この状態でシリンダ１３が伸縮ブーム３０の軸方向に移動することにより、内側ブームが外側ブームに対して軸方向に移動する。
【００２４】
また、伸縮ブーム３０には、図示していないが、隣接するブーム３１，３２又は３２，３３同士をそれぞれブームロックピン（固定ピン）により解除可能に固定する２つのブーム間固定手段が設けられており、この各ブーム間固定手段は、外側のブームに設けたブームロックピン孔に対し、内側のブームに摺動可能に支持されたブームロックピンが挿嵌することによりブーム同士を固定するようになっている。一方、シリンダ１３のシリンダチューブ１３ｂには、同じく図示していないが、目的のブーム間固定手段のブームロックピンを進退駆動する固定ピン駆動手段が設けられている。尚、図１中、３６は先端ブーム３３の先端部を構成するブームトップである。
【００２５】
図２は、前記伸縮ブーム３０に装備されるシリンダ位置決め制御装置のブロック図である。このシリンダ位置決め制御装置２０は、前記シリンダ１３の特定箇所の位置（詳しくは後述するが、シリンダチューブ１３ｂに設けたシリンダ・ブーム連結手段のシリンダロックピンの中心位置、又はシリンダチューブ１３ｂに設けた固定ピン駆動手段が把持するブーム間固定手段の固定ピンの中心位置）であるシリンダ位置を目標位置に停止させるためのものであって、前記シリンダ位置を検出する位置検出手段としての検出器１５と、シリンダ目標位置を算出する目標位置算出手段としての目標位置算出器１６と、オペレータが伸縮ブーム３０を伸縮させる操作方向と操作量とを指令する伸縮操作指令入力手段１０と、前記検出器１５によるシリンダ現在位置と前記目標位置算出器１６によるシリンダ目標位置と前記伸縮操作指令入力手段１０による指令値によりシリンダ１３の駆動を制御するコントローラ１４とを備えている。
【００２６】
前記コントローラ１４は、シリンダ発進時の加速度を設定値以下に抑えるように制御する発進制御器７と、シリンダ減速時の減速方向加速度を設定値以下に抑えるように制御する減速制御器４と、シリンダ現在位置とシリンダ目標位置の偏差に基づいて速度を制御する位置制御器５と、シリンダ停止時の速度を制御する停止制御器６と、前記発進制御器７と前記減速制御器４と前記位置制御器５と前記停止制御器６のうち何れかを選択する制御方式選択手段１とを有している。制御方式選択手段１は、第１選択手段２と第２選択手段３とからなる。第１選択手段２は、減速制御器４、位置制御器５及び停止制御器６の中から、シリンダ現在位置に基づいて、何れかの制御器を選択する。第２選択手段３は、第１選択手段２により選択された制御器から出力された制御指令値Ｂと発進制御器７から出力された制御指令値Ａのどちらか一方を制御指令値Ｃとして選択する。また、位置制御器５は、比例制御器８と積分制御器９とからなり、比例積分制御によってシリンダ目標位置とシリンダ現在位置との偏差からシリンダ１３の伸縮速度を算出している。
【００２７】
また、前記検出器１５は、具体的にはシリンダ長さを測定してシリンダ位置を求めるものである。前記伸縮操作指令入力手段１０は、図示する操作レバーなどが好適に用いられる。補正器１１は、この伸縮操作指令入力手段１０から指令の操作量と前記第２選択手段３で選択された制御指令値Ｃとの乗算値から、シリンダ１３の伸縮速度を決めるようになっており、コントローラ１４は、この補正器１１の出力値でもって、電磁比例弁１２の制御を行い、シリンダ１３が操作される。シリンダ１３の現在位置は第１選択手段２と位置制御器５にフィードバックされる。また、伸縮操作指令入力手段１０が操作レバーの場合には、緊急時には操作レバーを中立位置に戻すことで、どの制御器を選択しているかに関わらずシリンダ１３を停止させることが可能となる。
【００２８】
図３は、前記コントローラ１４での制御のフローチャートである。まず、Ｆ１−Ｓ１で発進制御器７による制御指令値Ａを算出する。Ｆ１−Ｓ２にて第１選択手段２がシリンダ目標位置ｘｒとシリンダ現在位置ｘとの偏差に基づき、減速制御器４、位置制御器５及び停止制御器６のうち何れか一つを選択する。この偏差の絶対値｜ｘｒ−ｘ｜が第２切替偏差ｘｓｗ２より大きい場合、Ｆ１−Ｓ３にて減速制御器４が制御指令値Ｂを算出し、この偏差の絶対値｜ｘｒ−ｘ｜が第２切替偏差ｘｓｗ２以下で第１切替偏差ｘｓｗ１より大きい場合、Ｆ１−Ｓ４にて位置制御器５が制御指令値Ｂを算出し、この偏差の絶対値｜ｘｒ−ｘ｜が第１切替偏差ｘｓｗ１以下の場合、Ｆ１−Ｓ５にて停止制御器６が制御指令値Ｂを算出する。次に、Ｆ１−Ｓ６にて第２選択手段３が制御指令値Ａと制御指令値Ｂとを比較し、シリンダ１３の速度が低くなる方の制御指令値を制御指令値Ｃとして、すなわち制御指令値Ａの絶対値と制御指令値Ｂの絶対値を比較して小さいほうの制御指令値を制御指令値Ｃとして、採用する。最後にＦ１−Ｓ９にて、制御指令値Ｃと伸縮操作指令入力手段１０が指令する操作量を乗算する。この乗算値がこのフローチャートにおける最終の制御指令値となる。これは、図２で説明したように、制御器による制御指令値Ｃが如何なる場合であっても、レバーを中立位置にすることでシリンダ１３を停止させるための処理である。
【００２９】
図４は、前記発進制御器７での制御のフローチャートである。図３に示しているメインフロー中のＦ１−Ｓ１でのサブフローである。発進制御器７は、シリンダ発進時の加速度を設定加速度（予め設定された加速度）に保つためのものである。まず、Ｆ２−Ｓ１にて伸縮操作指令入力手段１０からの入力信号の有無を判定し、入力が無ければ制御指令値Ａは０となりこのサブフローは終了となる。入力信号があればＦ２−Ｓ２の処理に進む。Ｆ２−Ｓ２は、伸縮操作指令入力手段１０の入力が開始される瞬間を判定するための処理である。１周期前に伸縮操作指令入力手段１０の入力が無い場合、Ｆ２−Ｓ３にてシリンダ現在位置ｘを発進制御開始位置ｆｘｓに設定し、入力が有る場合には発進制御開始位置ｆｘｓは再設定されない。次に、Ｆ２−Ｓ４では、シリンダ１３の移動方向、すなわちシリンダ１３が伸長するか、縮小するかに基づいて、後述のＦ２−Ｓ５、もしくはＦ２−Ｓ８のいずれかが選択（場合分け）される。
【００３０】
シリンダ１３が伸長する場合、Ｆ２−Ｓ５にて、伸長方向設定加速度ａｓｅｔで加速するシリンダ現在位置ｘにおけるシリンダ目標速度ｖｒは、Ｆ２−Ｓ３で設定された発進制御開始位置ｆｘｓを基点として、以下の式（１）より算出される。なお、ここで、シリンダ現在位置ｘを、伸長方向速度では正の値と、縮小方向速度では負の値と設定している。
【００３１】
【数１】
2013216412.tif 000003
【００３２】
Ｆ２−Ｓ６では、算出したシリンダ目標速度ｖｒが伸長方向シリンダ最高速度ｖｅｘｔを超えているかどうか（ｖｒ＞ｖｅｘｔであるか否か）を判別する。超えている場合には、Ｆ２−Ｓ７にて、最高速度ｖｅｘｔがシリンダ目標速度ｖｒに設定される。超えていない場合には、シリンダ目標速度ｖｒは再設定されない。
【００３３】
一方、シリンダ１３が縮小する場合、Ｆ２−Ｓ８にて、縮小方向設定加速度ａｓｅｔ２とすると、シリンダ目標速度ｖｒは、以下の式（２）より算出される。
【００３４】
【数２】
2013216412.tif 000004
【００３５】
Ｆ２−Ｓ９では、算出した目標速度ｖｒが縮小方向シリンダ最高速度ｖｒｅｔを超えているかどうか（ｖｒ＜−ｖｒｅｔであるか否か）を判別する。超えている場合には、Ｆ２−Ｓ１０で最高速度ｖｒｅｔがシリンダ目標速度ｖｒに設定される。超えていない場合には、シリンダ目標速度ｖｒは再設定されない。シリンダ１３の移動方向での場合分け（Ｆ２−Ｓ４）以降の処理で、シリンダ目標速度ｖｒが決定されると、Ｆ２−Ｓ１１にてシリンダ目標速度ｖｒは電磁比例弁１２の制御指令値Ａに変換される。この変換式は、速度から制御指令値への変換関数をｆｖ→Ｉ（）とすると、Ａ＝ｆｖ→Ｉ（ｖｒ）となる。
【００３６】
図５は、前記減速制御器４での制御のフローチャートである。図３に示しているメインフロー中のＦ１−Ｓ３でのサブフローである。減速制御器４は、シリンダ減速時の減速方向加速度を設定減速方向加速度（予め設定された減速方向の加速度）に保つためのものである。まず、Ｆ３−Ｓ１では、シリンダ１３の移動方向、すなわちシリンダ１３が伸長するか、縮小するかに基づいて、後述のＦ３−Ｓ２、もしくはＦ３−Ｓ３のいずれかが選択（場合分け）される。
【００３７】
シリンダ１３が伸長する場合、Ｆ３−Ｓ２にて、減速制御から位置制御への切替位置における位置制御器５の制御指令値ｖａｌｕｅを算出する。シリンダ目標位置をｘｒ、比例制御ゲインをＫｐとすると、算出式は、以下の式（３）である。
【００３８】
（数３）
ｖａｌｕｅ＝Ｋｐ・（ｘｒ−ｘｓｗ２−ｘ）        （３）
【００３９】
一方、シリンダ１３が縮小する場合、Ｆ３−Ｓ３にて、減速制御から位置制御への切替位置における位置制御器５の制御指令値ｖａｌｕｅを算出する。算出式は、以下の式（４）である。
【００４０】
（数４）
ｖａｌｕｅ＝Ｋｐ・（ｘｒ＋ｘｓｗ２−ｘ）        （４）
【００４１】
Ｆ３−Ｓ４では、その算出された制御指令値を用いて減速制御から位置制御に切替えた直後に出力されるシリンダ速度ｖｆを求める。制御指令値から速度への変換関数をｆＩ→ｖ（）とすると、ｖｆ＝ｆＩ→ｖ（ｖａｌｕｅ）となる。次に、Ｆ３−Ｓ５において、シリンダ１３の移動方向、すなわちシリンダ１３が伸長するか、縮小するかに基づいて、後述のＦ３−Ｓ６、もしくはＦ３−Ｓ９のいずれかが選択（場合分け）される。
【００４２】
シリンダ１３が伸長する場合、Ｆ３−Ｓ６にて、伸長方向設定減速方向加速度ｄａｓｅｔで減速するシリンダ目標速度ｖｒを算出する。算出式は、以下の式（５）である。
【００４３】
【数５】
2013216412.tif 000005
【００４４】
次に、Ｆ３−Ｓ７では、算出したシリンダ目標速度ｖｒが伸長方向シリンダ最高速度ｖｅｘｔを超えている場合（ｖｒ＞ｖｅｘｔである場合）には、Ｆ３−Ｓ８で最高速度ｖｅｘｔがシリンダ目標速度ｖｒに設定される。超えていない場合には、シリンダ目標速度ｖｒは再設定されない。
【００４５】
一方、シリンダ１３が縮小する場合、Ｆ３−Ｓ９にて、縮小方向設定減速方向加速度ｄａｓｅｔ２で減速するシリンダ目標速度ｖｒを算出する。算出式は、以下の式（６）である。
【００４６】
【数６】
2013216412.tif 000006
【００４７】
次に、Ｆ３−Ｓ１０では、算出したシリンダ目標速度ｖｒが縮小方向シリンダ最高速度ｖｒｅｔを超えている場合（ｖｒ＜−ｖｒｅｔである場合）には、Ｆ３−Ｓ１１で最高速度ｖｒｅｔがシリンダ目標速度ｖｒに設定される。超えていない場合には、シリンダ目標速度ｖｒは再設定されない。
【００４８】
Ｆ３−Ｓ５におけるシリンダ１３の移動方向での場合分け以降の処理で、シリンダ目標速度ｖｒが決定されると、Ｆ３−Ｓ１２でシリンダ目標速度ｖｒは電磁比例弁１２の制御指令値Ｂに変換される。この変換式は、速度から制御指令値Ｂへの変換関数をｆｖ→Ｉ（）とすると、Ｂ＝ｆｖ→Ｉ（ｖｒ）となる。
【００４９】
上述のサブフローでは、Ｆ３−Ｓ４にて算出される減速制御から位置制御への切替位置におけるシリンダ速度ｖｆを用いて、Ｆ３−Ｓ６、及びＦ３−Ｓ９でシリンダ現在位置ｘにおけるシリンダ目標速度ｖｒを算出している。これにより、減速制御から位置制御への切替位置におけるシリンダ速度を切替前後で同一になるように制御している。これにより、減速制御器４から位置制御器５への切替前後でシリンダ速度は同一となり、制御器切替時における制御指令値の不整合によるショックや衝撃を回避することができる。
【００５０】
図６は、前記位置制御器５での制御のフローチャートである。図３に示しているメインフロー中のＦ１−Ｓ４でのサブフローである。位置制御器５は、減速処理にて十分低速になるまでシリンダを減速した後、ピン挿入が可能となる最低限の停止位置精度を確保するためのものである。本実施形態では、比例積分制御を使用している。
【００５１】
まず、Ｆ４−Ｓ１では、伸縮操作指令入力手段１０の入力信号が有る場合、Ｆ４−Ｓ２でシリンダ目標位置ｘｒとシリンダ現在位置ｘの偏差ｘｅを算出する。算出式は、以下の式（７）である。
【００５２】
（数７）
ｘｅ＝ｘｒ−ｘ        （７）
【００５３】
次に、Ｆ４−Ｓ３でシリンダ位置の偏差積分値ｘｉを算出する。制御演算周期をｄｔとすると、算出式は、以下の式（８）である。
【００５４】
（数８）
ｘｉ＝ｘｉ＋ｘｅ・ｄｔ        （８）
【００５５】
Ｆ４−Ｓ４で比例積分制御による制御指令値Ｂを算出する。比例制御ゲインをＫｐ、積分制御ゲインをＫｉとすると、算出式は、以下の式（９）である。
【００５６】
（数９）
Ｂ＝Ｋｐ・ｘｅ＋Ｋｉ・ｘｉ        （９）
【００５７】
Ｆ４−Ｓ１で伸縮操作指令入力手段１０の入力信号が無い場合には、Ｆ４−Ｓ５に進む。Ｆ４−Ｓ５では、シリンダ位置の偏差積分値ｘｉを０にリセットし、このサブフローは終了する。この処理は、伸縮操作指令入力手段１０の入力信号が無い場合における積分制御器の制御指令値Ｂの不用意な演算を防ぐためのものである。
【００５８】
図７は、前記停止制御器６のシリンダ位置に対する制御指令値（シリンダ速度）を示すグラフである。この停止制御器６による制御は、位置制御にてピン挿入が可能な最低限の位置精度を確保した後、速やかにシリンダ１３を停止させるためのものである。位置制御器５から停止制御器６への切替位置では（すなわち、シリンダ目標位置とシリンダ現在位置との偏差の絶対値が第１切替偏差ｘｓｗ１以下となった時点では）、シリンダ１３は十分低速となっているため、線アに示しているように、位置制御器５から停止制御器６へ切替直後に即座に制御指令値を０にする処理で問題はない。また、線イに示しているシリンダ位置に対して線形的に制御指令値を減少させる処理、線ウに示している一定減速方向加速度になるように制御指令値を減少させる処理でもよい。
【００５９】
図８は、シリンダ位置決め制御のピンとピン孔から決まるピン挿入可能エリアを示す図である。シリンダ目標位置は、シリンダ１３に搭載されたシリンダロックピンの中心或いはブーム伸縮中（シリンダ１３とブームとを連結）ではブームロックピンの中心が、挿入対象のピン孔中心と一致する位置に設定される。通常、ピン径Ｒよりピン孔幅Ｂの方が大きく、ピン挿入可能エリアはピン２１の左端とピン孔２２の左端が一致する位置からピン２１の右端とピン孔２２の右端が一致する位置まで余裕を持っており、ピン挿入可能エリア内にピンが停止すれば、実質ピン挿入動作は可能となる。シリンダ目標位置ｘｒをピン孔中心位置とし、シリンダ現在位置ｘをピン中心位置と考えると、許容されるピン挿入位置精度は、±（Ｂ−Ｒ）／２であり、ピン挿入可能な条件は、以下の式（１０）で示される。
【００６０】
（数１０）
ｘｒ−（Ｂ−Ｒ）／２≦ｘ≦ｘｒ＋（Ｂ−Ｒ）／２        （１０）
【００６１】
図９は、前記第１選択手段２における制御器の切替位置の設定範囲を示す図である。シリンダ１３が停止した時に、シリンダロックピン或いはブームロックピンが、ピン挿入可能エリア内に位置するように制御する。ピン挿入可能エリア以遠、即ち位置偏差絶対値がｘｓｗ２となる時に、減速制御器４から位置制御器５への切替を行い、ピン挿入可能エリア内、即ち位置偏差絶対値がｘｓｗ１となる時に、位置制御器５から停止制御器６へ切替えるように制御する。第１切換偏差ｘｓｗ１、第２切換偏差ｘｓｗ２の設定範囲は、以下の式（１１）で示される。
【００６２】
（数１１）
０≦ｘｓｗ１≦（Ｂ−Ｒ）／２、  ｘｓｗ１≦ｘｓｗ２、
（Ｂ−Ｒ）／２≦ｘｓｗ２        （１１）
【００６３】
図１０は、前記目標位置算出器１６でのシリンダロックピン孔位置が目標位置の場合の目標位置算出フローチャートである。まず、Ｆ５−Ｓ１では、ブーム段数のカウント用変数ｎを２に初期化する。Ｆ５−Ｓ２では、シリンダ目標位置ｘｒを０に初期化する。次に、Ｆ５−Ｓ３では、ｎ段ブームの現在の伸長率で場合分けする。伸長率が０％の場合、ｘｒは変更されず、伸長率が５０％の場合、ｘｒにｎ段ブームの５０％伸長長さＬ５０（ｎ）を加算し、伸長率が１００％の場合、ｘｒにｎ段ブームの１００％伸長長さＬ１００（ｎ）を加算する。ここで、Ｌ１００（ｎ）、Ｌ５０（ｎ）は、図１１に示すように、各々ｎ段ブームの１００％伸長長さ、５０％伸長長さである。次に、Ｆ５−Ｓ６では、ブームロックピン孔とブームロックピンの余裕分だけブームは下方に位置するために、ｘｒから（Ｂ−Ｒ）／２を差し引く。次に、Ｆ５−Ｓ７では、ｎ段ブームが伸長対象段かどうかを判別し、伸長対象段でなければｎに１を加算し、Ｆ５−Ｓ３に戻る。そして、Ｆ５−Ｓ３からＦ５−Ｓ７までを繰り返す。ｎ段ブームが伸長対象段であればフローチャートは終了し、シリンダ目標位置が算出される。
【００６４】
図１２は、前記目標位置算出器１６でのブームロックピン孔位置が目標位置の場合の目標位置算出フローチャートである。図１２は、図１０に示すシリンダロックピン孔位置が目標位置の場合のフローチャートに１ステップのみ追加したものとなっているために、Ｆ６−Ｓ１からＦ６−Ｓ８までのステップの説明は省略する。Ｆ６−Ｓ１からＦ６−Ｓ８までのステップの後、Ｆ６−Ｓ９では、シリンダロックピン孔とブームロックピンの余裕分だけブームは下方に位置するために、ｘｒから（Ｂ−Ｒ）／２を差し引き、シリンダ目標位置が算出される。
【００６５】
図１３は、本実施形態のシリンダ位置決め制御装置２０の制御によるシリンダ速度及びシリンダ位置の時刻歴応答のグラフである。
【００６６】
図１３（ａ）に示すとおり、目標位置と発進位置が十分離れている場合には、シリンダ速度は、発進制御器７によって時間とともに増加し、最大速度に到達した時点で一定値になる。その後、シリンダ速度は、第１切替位置から減速制御器４によって減少し、更に第２切替位置から位置制御器５によって減少し、最後に目標位置で停止制御器６によって零値となる（シリンダは停止する）。シリンダ位置は、シリンダ速度に従って傾きを変えながら単純に増加し、目標位置まで到達する。
【００６７】
また、図１３（ｂ）に示すとおり、目標位置と発進位置が近い場合には、シリンダ速度が発進制御器７により最大速度までには至らず、一定値になる前に減速制御器４により減少を始める。すなわち、シリンダ速度は、まず、発進制御器７によって時間とともに増加し、第１切替位置に到達すると減速制御器４によって減少し、更に第２切替位置から位置制御器５によって減少し、最後に目標位置で停止制御器６によって零値となる（シリンダは停止する）。
【００６８】
図１３からも分かるように、本実施形態のシリンダ位置決め制御装置２０によれば、シリンダ１３の発進から目標位置停止までを４種類の制御器４〜７によってシリンダ駆動が制御され、シリンダ１３が高い精度で目標位置に停止するため、その停止後にピン結合を確実に行うことができるとともに、急停止によるショックを与えるのを回避することができる。
【００６９】
その上、シリンダ発進時や減速時などにその加減速度が任意に設定値以下に抑えるよう制御されるため、オペレータ及び機械にショックを与えたり、シリンダ１３に接続された電源ケーブルのケーブルリールの破損や巻取り不良を引き起こしたりするのを回避することができる。また、位置制御によるオーバーシュートを回避することができ、シリンダ１３とブームトップ３６の接触破損を防止することができる。さらに、目標位置で安定するまでの所要時間を短縮することができ、ブーム伸縮時間の短縮化に寄与することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１  制御方式選択手段
２  第１選択手段
３  第２選択手段
４  減速制御器
５  位置制御器
６  停止制御器
７  発進制御器
８  比例制御器
９  積分制御器
１０  伸縮操作指令入力手段
１１  補正器
１２  電磁比例弁
１３  シリンダ
１４  コントローラ
１５  検出器（位置検出手段）
１６  目標位置算出器（目標位置算出手段）
２０  シリンダ位置決め制御装置
２１  ピン
２２  ピン孔
３０  伸縮ブーム
３１  基端ブーム
３２  中間ブーム
３３  先端ブーム
３４  シリンダロックピン
３６  ブームトップ
【図１】
2013216412.tif 000007
【図２】
2013216412.tif 000008
【図３】
2013216412.tif 000009
【図４】
2013216412.tif 000010
【図５】
2013216412.tif 000011
【図６】
2013216412.tif 000012
【図７】
2013216412.tif 000013
【図８】
2013216412.tif 000014
【図９】
2013216412.tif 000015
【図１０】
2013216412.tif 000016
【図１１】
2013216412.tif 000017
【図１２】
2013216412.tif 000018
【図１３】
2013216412.tif 000019
【図１４】
2013216412.tif 000020
【図１５】
2013216412.tif 000021