別紙42 (課程博士(和文))2022年7月

機械工学専攻氏名

学籍番号第 199101号

指導教員

内山直樹

教授

河村庄造

教授

8日

高橋秀樹

論文内容の要旨(博士)
博士学位論文名

大型旋回クレーンのタワ一弾性を考慮した最適制御と操イ乍陛向上(要旨 1,200字程度)
大型旋回クレーンの設計において構成部品の運搬性向上を目的とした軽量化が進められており,それに伴いクレーンの岡畍生が低下している.これにより,荷役の際にクレーンがサ単陛変形し,操イ乍陛の低下が問題となっている.特に大型旋回クレーンではタワ一の捻り振動が顕著である.本論文では,これを考慮した動作軌道を自動生成する制御法にっいて検討している.また,このようなクレーンは工事現場などで繰り返し動作を行うことが多く,近年の地球環境・資源エネルギー問題を考慮すると省エネルギー化も重要な課題である.本研究では旋回型を含む一般的なクレーンに応用できる省エネルギー化制御にっいても検討している.さらに,クレーンの軽量化を検討する際に操イ乍陛を向上させるタワ一捻り岡1什生の設計についても検討している.以上の内容を第1章にまとめている
第2章では,はじめにタワーブームの捻りを考慮した非線形動力学モデルを示してぃる
次に,そのモデルを用いて逐次二次計画法によりクレーンの動作軌道を最適化する制往畔去を提案している.提案法の有効性を確認するための小型クレーン装置を製作し,妥当性を確認するために実機クレーンの稼働データと比較している.この装置を用いて捻り岡什生が低下した場合でも提案法は荷振抑制に有効であることを示している.さらに,実機クレーンを用いた実験でも提案法の有効性を確認している
第3章では,クレーンの省エネルギー化制御法とそれに伴い発生する荷振れを抑える制御について検討している.動作抵抗を減速に利用する省エネルギー化について提案し,それに伴い発生する荷振れの軽減が有効であることをシミュレーションにより確認している.小型クレーン装置を用いた実験によって動作時の電流値をぎ"則して消費エネルギーを計算し,省エネルギー化の前後で比較して消費エネルギーが低減していることと荷振れの低減を確認している

第4章では,クレーン操作性を向上させるタワーブームの捻り岡叶生の設計について検討し,その有効性を確認するために手動操作実験を行っている.タワーブームと吊り荷の振動は2次モードとなるため,吊り荷質量,ロープ長,捻り岡1什生を変化させた場合の2次モードゲインを3次元空間にプロットし,それぞれの平均値,分散値,最大値が最小となる捻り岡1什生を選出する設計法を提案している.それらの捻り岡1什生を実験装置に設定し,被験者の協力のもと手動操作実験を行い,運搬時間,振動抑伶卵寺間,残留振動の各計測結果と実験後に集めたアンケート結果より,二次モードゲインの分散値を最小化することでクレーン操イ乍陛が向上することを確認している

第5章では本研究の成果をまとめ,今後の展望を述べている

別紙4

1 (課程博士(英文))Date ofsubmission (monthday, year)

Department of
Mecha11ical
StLldentlD Number

En8ineering

78血 2022

Prof Naokiuchiyama
Prof Shozo Kawamura

D199101
Supervisors

Pplicant's name

HidekiTakahashi

Abstract (Doctor)
Title ofThesis

Optimalcontroland operability lmprovement ofLar今e Rotary cranes withTower Elasticity

Approx 80o words

The desi号n of large rotary cranes has been focused on weight reduction to
improve the transportabi1北y of the components, and this has resulted in adecrease the stiffness of the crane body. This has caused elastic deformation of

the crane body durin今 10adin牙 and unloading, which has become a problem of
reduced operability of the cl'ane.1n this paper, an automatic control method forrotary motion is studied in consideration of the tower torsion, especia11y for lar今erotary cranes

In add北ion, such cranes often・perform repetitive operations at construction
Sites, energy savin今 is also an important issue in consideration of recent 晉10bal
environmental, resource and ener目y issues. This study also deals with an eneτ曾ySavin今 Control method that can be applied t0 晉eneral cranes, including rotary
Cranes.

Furthermore, when considering the wei套ht reduction of the crane body, thedesi牙n of the tower torsional stiffness that improves the operability is also
examined. The above back宮rounds are explained in chapter l

In chapter 2, W'e 丘rst present a dynamic model for rotary crane load・sway
Suppression that considers the tower torsion. Next, usin今 the model, we propose a
10ad'sway suppression method that optimizes the crane motion

Usln今 aSequential quadratic pr0今rammin曾 method. An experimental system W'as
desi今ned to confirm the effectiveness of the proposed method. Furthermore, weVerify the influence of tower torsion affectin牙 the crane control usin号 an actualIar牙e crane and confirm that the proposed metbod is effective for load・swaySuppression even when the torsional stiffness is reduced

In chapter 3, an ener号y、savin晉 Control method for 牙eneralcrane operations are
discussed, and simultaneously, a method to reduce load・sway are considered.1t isConfirlned that energy"savin曾 Can be achieved by reducin牙 the deceleration time

Tbe load、sway 曾enerated by energy savin曾 Control can also be suppressed byContr01

In chapter 4, the effect of the tower torsion on the crane operation is analyzed
by simulation, and the torsional stiffness, W'hich improves the operabi1北y, isestimated. The estimated torsional stiffness is implenlented the experimental
Syste血, and a crane operation experilnent is conducted by unski11ed operators
Secondary 血ode characteristics of the load、sway are analyzed when the tower
torsional stiffness,10ad mass, and rope len宮th are changed, and the torsional
Stiffness that minimizes the mean, variance, and maximum values ofthese 今alns

is selected. usin今 the selected torsional stiffness, we set up an experimental
System and conduct manipulation experiments.1t is shown that minimizing theVariance improves the crane operabi1北yChapter 5 Summarizes the results ofthis study and discusses future works