特開 2021-71411 クレーン用荷振れ角度推定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-71411(P2021-71411A)

(43)【公開日】2021年5月6日

(54)【発明の名称】クレーン用荷振れ角度推定装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 3/808 20060101AFI20210409BHJP

   B66C 13/22 20060101ALI20210409BHJP

【ＦＩ】

   G01S3/808

   B66C13/22 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2019-198961(P2019-198961)

(22)【出願日】2019年10月31日

(71)【出願人】

【識別番号】000246273

【氏名又は名称】コベルコ建機株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504136568

【氏名又は名称】国立大学法人広島大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】福光 昌由

【テーマコード（参考）】

3F204

5J083

【Ｆターム（参考）】

3F204AA04

3F204CA03

3F204EB03

5J083AA04

5J083AB20

5J083AC24

5J083AD15

5J083AE07

5J083AF05

5J083BA11

5J083BE17

5J083BE43

(57)【要約】

【課題】クレーンの荷振れ角度を正確且つ低コストに求める。
【解決手段】クレーン用荷振れ角度推定装置５０は、吊り荷支持部又は吊り荷に装着された音波発信器１０５と、複数の音波受信器と、音波発信器１０５が発信した音波を各音波受信器が受信するタイミングの差である時間差を算出する時間差算出部５１と、当該時間差及び各音波受信器の位置情報に基づき荷振れ角度を算出する荷振れ角算出部５２とを備える。時間差算出部５１は、各音波受信器により受信された音響信号に対して周波数変換を行って、各音波受信器の間における音響信号の位相差を算出し、当該位相差と音波発信器の発信周波数とを用いて時間差を算出する。発信周波数をｆ、各音波受信器のサンプリング周波数及びサンプリングデータ数をｆｓ及びＮとすると、ｆは、ｎ×ｆｓ／Ｎ（但しｎ＝０，１，２，・・・，Ｎ−１）の少なくとも１つと等しく設定される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

吊り荷支持部と、前記吊り荷支持部を吊り下げる吊り下げ部と、前記吊り下げ部が取り付けられた支持部とを備えたクレーンに用いられる荷振れ角度推定装置であって、
前記吊り荷支持部又は前記吊り荷支持部に支持された吊り荷に装着された音波発信器と、
所定の方向に沿って配置された複数の音波受信器と、
前記音波発信器が発信した音波を前記複数の音波受信器のそれぞれが受信するタイミングの差である時間差を算出する時間差算出部と、
前記時間差算出部により算出された前記時間差、及び、前記複数の音波受信器の位置情報に基づいて、前記所定の方向における荷振れ角度を算出する荷振れ角算出部と、
を備え、
前記時間差算出部は、前記複数の音波受信器により受信された音響信号に対して周波数変換を行うことにより、前記複数の音波受信器の間における前記音響信号の位相差を算出し、当該位相差と前記音波発信器の発信周波数とを用いて前記時間差を算出し、
前記発信周波数をｆ、前記複数の音波受信器のサンプリング周波数及びサンプリングデータ数をｆｓ及びＮとすると、
ｆは、ｎ×ｆｓ／Ｎ（但しｎ＝０，１，２，・・・，Ｎ−１）の少なくとも１つと等しく設定される、クレーン用荷振れ角度推定装置。

【請求項2】

前記周波数変換は、フーリエ変換である、請求項１に記載のクレーン用荷振れ角度推定装置。

【請求項3】

前記フーリエ変換は、高速フーリエ変換である、請求項２に記載のクレーン用荷振れ角度推定装置。

【請求項4】

前記荷振れ角算出部は、前記時間差算出部により算出された前記時間差に基づいて、前記音波発信器から前記複数の音波受信器のそれぞれまでの距離の差を算出し、当該距離の差と、前記複数の音波受信器の前記位置情報とに基づいて、前記荷振れ角度を算出する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のクレーン用荷振れ角度推定装置。

【請求項5】

前記複数の音波受信器は、第１音波受信器、第２音波受信器及び第３音波受信器を含み、
前記時間差算出部は、前記音波発信器が発信した前記音波を前記第１音波受信器が受信するタイミングと当該音波を前記第２音波受信器が受信するタイミングとの差である第１時間差Δτ₁、及び、当該音波を前記第１音波受信器又は前記第２音波受信器が受信するタイミングと当該音波を前記第３音波受信器が受信するタイミングとの差である第２時間差Δτ₂を算出し、
前記荷振れ角算出部は、前記音波発信器から前記第１音波受信器までの距離と前記音波発信器から前記第２音波受信器までの距離との差である第１距離差ΔＤ１を前記荷振れ角度をパラメータθとする第１関数Ｆ１（θ）で表すと共に、前記音波発信器から前記第１音波受信器又は前記第２音波受信器までの距離と前記音波発信器から前記第３音波受信器までの距離との差である第２距離差ΔＤ２を前記荷振れ角度をパラメータθとする第２関数Ｆ２（θ）で表し、前記音波の音速を未知数Ｖとして、前記第１距離差ΔＤ１について成り立つ前記音速Ｖ×前記第１時間差Δτ₁＝前記第１関数Ｆ１（θ）、及び、前記第２距離差ΔＤ２について成り立つ前記音速Ｖ×前記第２時間差Δτ₂＝前記第２関数Ｆ２（θ）を用いて、前記荷振れ角度を算出する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のクレーン用荷振れ角度推定装置。

【請求項6】

前記音波発信器は、可聴帯域又は非可聴帯域の音波を発信する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のクレーン用荷振れ角度推定装置。

【請求項7】

前記音波発信器は、オン／オフをリモートで制御できる、請求項１〜６のいずれか１項に記載のクレーン用荷振れ角度推定装置。

【請求項8】

前記複数の音波受信器は、指向性を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のクレーン用荷振れ角度推定装置。

【請求項9】

前記クレーンは、前記支持部であるジブと、前記ジブを支持する本体部とを備えるジブクレーンであり、
前記複数の音波受信器は、前記ジブに配置される、請求項１〜８のいずれか１項に記載のクレーン用荷振れ角度推定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、クレーンに生じた荷振れの角度を推定するためのクレーン用荷振れ角度推定装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

建設現場、工場、港湾等において様々な種類のクレーンが物資の運搬に利用されている。クレーンを用いて荷役を行う場合、巻上げ、巻下げ、旋回等の動作が行われるが、その際に吊り荷に振れ（以下、荷振れという）が生じることがある。荷振れが生じると、クレーンの操作が難しくなる。

【0003】

ジブ先端位置と吊り荷の重心位置とを結んだ線が鉛直方向となす角度（以下、荷振れ角度という）を測定する方法が色々提案されている。荷振れ角度の測定は、制振目的のみではなく、例えば、吊り荷の状態を把握する、いわゆる状態の「見える化」にも有用である。また、収集した荷振れ角度の測定データは、例えば、将来の自動運転の技術開発にも有益な情報となる。

【0004】

クレーンは大型機械であるため、ロータリーエンコーダのような接触センサを用いて荷振れ角度を測定することは困難であるので、従来、例えばＣＣＤカメラのような視覚センサを用いた荷振れ角度の測定が行われてきた。また、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）や電波を用いて吊り荷位置を特定し、荷振れ角度を求めることも検討されてきた。

【0005】

また、本願発明者らは、天井クレーンを対象として、吊り荷にスピーカーを取り付け、そこから出た音波を２つのマイクロホンで計測し、その計測結果から２つの音響信号の到来時間差を求め、当該到来時間差からマイクロホンとスピーカーとの間の距離の差を導出し、当該距離の差に基づいて荷振れ角度を算出する方法を提案している（非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】Journal of Robotics, Networking and Artificial Life, Vol. 4, No. 4, March 2018, p.322-325

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、視覚センサを利用した荷振れ角度測定には、荷振れ角度を画像として取得できる位置に視覚センサを配置しなければならないという制約があるうえに、導入やメンテナンスにもコストがかかってしまうという問題がある。

【0008】

また、ＧＮＳＳによる吊り荷位置測定については、ＧＮＳＳの利用可能地域に関する制約に加えて、都市部のビル等の狭間でクレーンによる作業が行われる場合に衛星測位が不十分となって測定精度が悪くなるという問題がある。また、電波による吊り荷位置測定についても法規制等の問題がある。

【0009】

また、非特許文献１に開示された方法では、２つのマイクロホンで取得された音響信号に対して相関計算を行うことによって、２つの音響信号の到来時間差を求めている。具体的には、マイクロホン１で取得される音響信号をｓ₁（ｔ）、マイクロホン２で取得される音響信号をｓ₂（ｔ）、マイクロホン１、２間の音響信号の遅れサンプル数をｄとして、相関関数Φ（ｄ）＝Σｓ₁（ｔ_k）・ｓ₂（ｔ_k＋ｄ）を最大にするｄを算出する。これにより、２つのマイクロホンのサンプリング周期をＴｓとして、２つの音響信号の到来時間差Δτは、Δτ＝ｄ×Ｔｓにより算出される。

【0010】

ところが、非特許文献１に開示された方法では、到来時間差Δτの算出精度がサンプリング周期Ｔｓ（つまりサンプリング周波数ｆｓ（＝１／Ｔｓ））に依存するという問題がある。例えば、記録媒体であるＣＤ等に用いられるサンプリング周波数（ｆｓ＝４４．１ｋＨｚ）を用いた場合、距離の差に換算すると（つまり到来時間差Δτに音速を乗じると）、数ｍｍ程度の誤差が生じる。その結果、荷振れ角度にも、吊り荷の振れ幅に換算して、数十ｃｍ程度の計算誤差が生じてしまう。

【0011】

前記に鑑み、本発明は、クレーンの荷振れ角度を正確且つ低コストに求めることを可能にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

前記の目的を達成するために、本発明に係るクレーン用荷振れ角度推定装置は、吊り荷支持部と、吊り荷支持部を吊り下げる吊り下げ部と、吊り下げ部が取り付けられた支持部とを備えたクレーンに用いられる荷振れ角度推定装置であって、吊り荷支持部又は吊り荷支持部に支持された吊り荷に装着された音波発信器と、所定の方向に沿って配置された複数の音波受信器と、音波発信器が発信した音波を複数の音波受信器のそれぞれが受信するタイミングの差である時間差を算出する時間差算出部と、時間差算出部により算出された時間差、及び、複数の音波受信器の位置情報に基づいて、所定の方向における荷振れ角度を算出する荷振れ角算出部と、を備え、時間差算出部は、複数の音波受信器により受信された音響信号に対して周波数変換を行うことにより、複数の音波受信器の間における音響信号の位相差を算出し、当該位相差と音波発信器の発信周波数とを用いて時間差を算出し、発信周波数をｆ、複数の音波受信器のサンプリング周波数及びサンプリングデータ数をｆｓ及びＮとすると、ｆは、ｎ×ｆｓ／Ｎ（但しｎ＝０，１，２，・・・，Ｎ−１）の少なくとも１つと等しく設定される。

【0013】

本発明に係るクレーン用荷振れ角度推定装置によると、複数の音波受信器により受信された音響信号に対して周波数変換を行うことにより、各音波受信器間における音響信号の位相差を算出し、当該位相差と音波発信器の発信周波数とを用いて、各音波受信器が音響信号を受信するタイミングの差である時間差を算出する。このため、各音波受信器のサンプリング周波数に依存することなく、時間差を算出できるので、算出精度を向上させることができる。

【0014】

また、音波発信器の発信周波数をｆ、各音波受信器のサンプリング周波数及びサンプリングデータ数をｆｓ及びＮとして、ｆは、ｎ×ｆｓ／Ｎ（但しｎ＝０，１，２，・・・，Ｎ−１）の少なくとも１つと等しく設定される。このため、周波数領域の離散点上に周波数成分（正弦波の発信周波数）を持つ音波が音波発信器から発信されるため、音響信号の位相差の算出誤差が低減されるので。時間差の算出精度をさらに向上させることができる。従って、算出された時間差を用いて、荷振れ角度を高精度で算出可能となる。

【0015】

また、本発明に係るクレーン用荷振れ角度推定装置によると、吊り荷支持部又は吊り荷に装着された音波発信器を用いて荷振れ角度推定を行うため、地形的制約や法規制等の制約を受けにくい。また、音波受信器として指向性マイク等を用いれば、騒音等の周囲環境の影響も受けにくくなる。さらに、音波受信器として例えば指向性マイクを用いたとしても、従来の視覚センサを用いた場合と比較して、低コストで荷振れ角度を算出することができる。

【0016】

以上のように、本発明に係る音波発信器を含むクレーン用荷振れ角度推定装置によると、クレーンの荷振れ角度を正確且つ低コストで算出することができる。

【0017】

また、本発明に係るクレーン用荷振れ角度推定装置において、周波数変換は、フーリエ変換であってもよい。このようにすると、各音波受信器に受信される音響信号の位相差を確実に算出することができる。この場合、フーリエ変換が、高速フーリエ変換であると、音響信号の位相差を迅速に算出することができる。

【0018】

また、本発明に係るクレーン用荷振れ角度推定装置において、荷振れ角算出部は、時間差算出部により算出された時間差に基づいて、音波発信器から複数の音波受信器のそれぞれまでの距離の差を算出し、当該距離の差と、複数の音波受信器の位置情報とに基づいて、荷振れ角度を算出してもよい。このようにすると、余弦定理を用いて荷振れ角度を算術的に算出できるので、荷振れ角度を迅速且つ簡単に算出することができる。ここで、音波受信器が３つ以上あれば、音波発信器から各音波受信器までの距離に関して差分が２つ以上得られるので、「ワイヤー等の吊り下げ部の支持点から音波発信器までの距離」が既知でなくても、例えばニュートン法を用いるような複雑な計算を行うことなく、荷振れ角度を算出することができる。

【0019】

また、本発明に係るクレーン用荷振れ角度推定装置において、複数の音波受信器は、第１音波受信器、第２音波受信器及び第３音波受信器を含み、時間差算出部は、音波発信器が発信した音波を第１音波受信器が受信するタイミングと当該音波を第２音波受信器が受信するタイミングとの差である第１時間差Δτ₁、及び、当該音波を第１音波受信器又は第２音波受信器が受信するタイミングと当該音波を第３音波受信器が受信するタイミングとの差である第２時間差Δτ₂を算出し、荷振れ角算出部は、音波発信器から第１音波受信器までの距離と音波発信器から第２音波受信器までの距離との差である第１距離差ΔＤ１を荷振れ角度をパラメータθとする第１関数Ｆ１（θ）で表すと共に、音波発信器から第１音波受信器又は第２音波受信器までの距離と音波発信器から第３音波受信器までの距離との差である第２距離差ΔＤ２を荷振れ角度をパラメータθとする第２関数Ｆ２（θ）で表し、音波の音速を未知数Ｖとして、第１距離差ΔＤ１について成り立つ音速Ｖ×第１時間差Δτ₁＝第１関数Ｆ１（θ）、及び、第２距離差ΔＤ２について成り立つ音速Ｖ×第２時間差Δτ₂＝第２関数Ｆ２（θ）を用いて、荷振れ角度を算出してもよい。このようにすると、音速測定の必要なく、荷振れ角度を算出できるため、迅速且つ正確に荷振れ角度を求めることができる。ここで、荷振れ角度と共に音波の音速も算出可能である。また、音速の算出のために温度や風速等の環境条件の計測を行う必要がないため、温度計や風速計等の計測器が不要となるので、さらなる低コスト化を達成できる。また、荷振れ角度の算出には、複数の音波到来時間差に基づいて非線形方程式を解く必要があるが、この非線形方程式は、陽に解くことができないので、例えばニュートン法や二分法をはじめとする繰り返し計算等を利用して、荷振れ角度を算出してもよい。この場合、非線形関数は微分可能であるので、勾配関数（勾配ベクトル）を積極的に利用することにより、演算の高速化を図ることもできる。

【0020】

尚、本発明に係るクレーン用荷振れ角度推定装置において、音波受信器は４つ以上配置されていてもよい。このようにすると、故障に対する冗長性が得られるのみならず、４つ以上の音波受信器の中から選択される２つ又は３つの音波受信器の組み合わせが複数存在するので、組み合わせ毎に荷振れ角度を算出し、その平均や多数決を取ること等によって、得られる荷振れ角度の精度を向上させることができる。

【0021】

また、本発明に係るクレーン用荷振れ角度推定装置において、音波発信器は、可聴帯域又は超音波等の非可聴帯域の音波を発信してもよい。特に、音波発信器が可聴帯域の音波を発信すると、周辺の人間に吊り荷又は吊り荷支持部の接近を知らせて安全性を確保することができる。

【0022】

また、本発明に係るクレーン用荷振れ角度推定装置において、音波発信器は、オン／オフをリモートで制御可能であってもよい。このようにすると、荷振れ角度推定が必要なときのみ、音波を発信することができるので、騒音対策になる。

【0023】

また、本発明に係るクレーン用荷振れ角度推定装置において、複数の音波受信器は、指向性を有していてもよい。このようにすると、周囲の騒音の影響を受けにくい状態で荷振れ角度を推定することができる。

【0024】

また、本発明に係るクレーン用荷振れ角度推定装置において、各音波受信器は、例えばジブクレーンのジブや本体部等、クレーン自体に取り付けてもよいし、或いは、天井クレーンのような固定クレーンであれば、音波受信器の一部をクレーン外部の所定位置に設置してもよい。また、「所定の方向に沿って音波受信器が配置される」とは、ジブクレーンであれば、例えば、クレーンを上から見たときに「ジブ」の延びる方向に沿って各音波受信器が配置されることを意味し、必ずしも、全ての音波受信器が３次元における同一直線上に配置されることまでは必要としない。言い換えると、クレーンを上から見たときに「ジブ」の延びる方向に沿って全ての音波受信器が配置されていれば、クレーンを横（「ジブ」の延びる方向に対して垂直な方向）から見たときに各音波受信器が同一直線上に配置されていなくてもよい。

【0025】

特に、本発明に係るクレーン用荷振れ角度推定装置において、クレーンが、支持部であるジブと、ジブを支持する本体部とを備えるジブクレーンであり、複数の音波受信器が、ジブに配置されると、ジブクレーンにおいて、「ジブ」の延びる方向に沿った荷振れ角度を推定できる。従って、得られた荷振れ角度に基づいてジブの起伏角を制御することにより、荷振れの発生を防止することができる。例えば、地切りの前に、得られた荷振れ角度に基づいてジブの起伏角を制御することにより、ジブ先端と吊り荷重心とを鉛直線上に位置合わせしておけば、地切りの際に荷振れが発生することを防止することができる。

【0026】

尚、本発明に係るクレーン用荷振れ角度推定装置において、所定の方向（以下、第１の方向ということもある）に対して垂直な第２の方向に沿って複数の他の音波受信器を配置し、当該他の音波受信器に対応して、前述の時間差算出部及び荷振れ角算出部をそれぞれ設けてもよい。このようにすると、第２の方向における荷振れ角度を算出できるので、吊り荷の正確な位置を立体的に把握することができる。

【0027】

ここで、「第１の方向に対して垂直な第２の方向に沿って他の音波受信器が配置される」とは、ジブクレーンであれば、例えば、クレーンを上から見たときに「ジブ」の延びる方向に対して垂直な方向に沿って他の音波受信器が配置されることを意味し、必ずしも、全ての他の音波受信器が３次元における同一直線上に配置されることまでは必要としない。言い換えると、クレーンを上から見たときに「ジブ」の延びる方向に対して垂直な方向に沿って全ての他の音波受信器が配置されていれば、クレーンを正面（「ジブ」の延びる方向）から見たときに全ての他の音波受信器が同一直線上に配置されていなくてもよい。

【0028】

また、「第１の方向に沿って配置された複数の音波受信器」のうちの１つの音波受信器と、「第２の方向に沿って配置された複数の他の音波受信器」のうちの１つの音波受信器とは、第１の方向と第２の方向とが交差する箇所に配置された共通の音波受信器であってもよい。

【発明の効果】

【0029】

本発明によると、クレーンの荷振れ角度を正確且つ低コストで推定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】実施形態１に係るクレーン用荷振れ角度推定装置によってジブクレーンの荷振れ角度を推定している様子の一例を示す図である。

【図2】図１に示すジブクレーンの吊り荷支持部に音波発信器が装着される様子の一例を示す図である。

【図3】実施形態１に係るクレーン用荷振れ角度推定装置のブロック図である。

【図4】比較例に係る音波発信器の発信周波数の設定及び周波数変換の結果を示す図である。

【図5】実施形態１に係る音波発信器の発信周波数の設定及び周波数変換の結果を示す図である。

【図6】実施形態１に係るクレーン用荷振れ角度推定装置における２つの音波受信器で取得される音響信号の波形の一例を示す図である。

【図7】実施形態１の変形例１に係るクレーン用荷振れ角度推定装置における２つの音波受信器で取得される音響信号の波形の一例を示す図である。

【図8】実施形態２に係るクレーン用荷振れ角度推定装置によってジブクレーンの荷振れ角度を推定している様子の一例を示す図である。

【図9】実施形態３に係るクレーン用荷振れ角度推定装置によってジブクレーンの荷振れ角度を推定している様子の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

（実施形態１）
以下、実施形態１に係るクレーン用荷振れ角度推定装置について、図面を参照しながら説明する。

【0032】

図１は、本実施形態のクレーン用荷振れ角度推定装置によってジブクレーンの荷振れ角度を推定している様子の一例を示す図である。図１に示すジブクレーンは、吊り荷１の支持部（吊り荷１と一体的に図示）と、当該支持部を吊り下げるワイヤー２と、ワイヤー２が一端Ｑに取り付けられたジブ３と、ジブ３の他端Ｏを支持する本体部１０とを備えている。吊り荷１は、位置Ｐに重心を有する。ワイヤー２は、例えばシーブ（図示省略）を介して巻上げ／巻下げ可能にジブ３の一端Ｑに取り付けられている。

【0033】

本実施形態では、ジブ３は起伏角（ジブ３の延びる方向が地平面となす角度）φで持ち上げられている。吊り荷１は、ジブ３の延びる方向に沿って荷振れを生じており、荷振れ角度はθである。荷振れ角度θは、ジブ３の一端Ｑと吊り荷１の重心位置Ｐとを結ぶ線が鉛直方向（重力方向）となす角度であり、本実施形態での推定対象である。

【0034】

図２は、図１に示すジブクレーンの吊り荷支持部に音波発信器が装着される様子の一例を示す図である。図２に示すように、吊り荷１を支持する吊り荷支持部１０１は、ワイヤー２の先端（下端）に取り付けられた吊り具１０２と、吊り具１０２に可動接合されたフック１０３と、フック１０３により支持され且つ吊り荷１に掛け渡されるロープ１０４とを有する。

【0035】

本実施形態では、例えば、音波発信器１０５が吊り具１０２に装着される。但し、音波発信器１０５は、フック１０３又は吊り荷１に装着されてもよい。音波発信器１０５を用いることにより、音波発信に指向性を持たせることが可能となる。このため、吊り荷１や吊り荷支持部１０１で自然発生する音を用いる場合と比べて、周囲の騒音の影響を受けにくい状態で荷振れ角度推定を行うことができる。音波発信器１０５は、可聴帯域又は超音波等の非可聴帯域の音波を発信してもよいが、音波発信器１０５が可聴帯域の音波を発信すると、周辺の人間に吊り荷１又は吊り荷支持部１０１の接近を知らせて安全性を確保することができる。また、音波発信器１０５のオン／オフをリモートで制御できると、荷振れ角度推定が必要なときのみ、音波を発信することができるので、騒音対策になる。

【0036】

尚、本実施形態の荷振れ角度θの算出において、ジブ３の一端Ｑと吊り荷１の重心位置Ｐとを結ぶ線上であれば、音波発信器１０５の配置位置は特に限定されない。

【0037】

図３は、本実施形態のクレーン用荷振れ角度推定装置のブロック図である。図３に示すように、クレーン用荷振れ角度推定装置５０は、音波発信器１０５と、複数の音波受信器（本実施形態では２つの音波受信器Ｍ１、Ｍ２）と、時間差算出部５１と、荷振れ角算出部５２とを備える。

【0038】

音波受信器Ｍ１、Ｍ２は、本実施形態ではジブ３に互いに離間して配置される。具体的には、図１に示すように、ジブ３の一端Ｑに音波受信器Ｍ１、音波受信器Ｍ１から距離Ｘ１離れた箇所に音波受信器Ｍ２がそれぞれ配置される。ここで、吊り荷１の重心位置Ｐから音波受信器Ｍ１、Ｍ２のそれぞれまでの距離は、Ｌ、Ｌ＋ΔＤ１である。音波受信器Ｍ１、Ｍ２としては、一般的なマイクロホンが使用可能であるが、集音器等の指向性を持つ音波受信器を使用すると、騒音等の周囲環境の影響を受けにくくなる。

【0039】

以下、簡単のため、本実施形態のクレーン用荷振れ角度推定装置５０で用いられる音波発信器１０５が吊り荷１の重心位置Ｐにあるものとして、本実施形態のクレーン用荷振れ角度推定装置５０による荷振れ角度推定方法について説明する。尚、ジブ３の一端Ｑと吊り荷１の重心位置Ｐとを結ぶ線上に音波発信器１０５があれば、以下の方法によって得られる荷振れ角度θは同じになる。

【0040】

まず、音波発信器１０５から発生した音を音波受信器Ｍ１、Ｍ２で受信する。ここで、図１に示すように、時刻Ｔ＝ｔに音波発信器１０５から所定の音波が発信され、当該音波を音波受信器Ｍ１、Ｍ２がそれぞれ時刻Ｔ＝ｔ＋τ₁、Ｔ＝ｔ＋τ₂に受信したものとする。すなわち、音波受信器Ｍ１、Ｍ２が音波を受信する遅れ時間はそれぞれτ₁、τ₂であり、時間差算出部５１は、音波受信器Ｍ１が音を受信したタイミング（Ｔ＝ｔ＋τ₁）と、音波受信器Ｍ２が音を受信したタイミング（Ｔ＝ｔ＋τ₂）との差である時間差Δτ（＝τ₂−τ₁）を算出する。

【0041】

時間差Δτの算出は、非特許文献１に開示された方法では、２つの音波受信器における受信音響信号の相関関数を用いて行われた。

【0042】

それに対して、本実施形態の時間差算出部５１では、音波受信器Ｍ１、Ｍ２の受信音響信号に対して周波数変換を行うことにより、音波受信器Ｍ１、Ｍ２の間における受信音響信号の位相差を算出し、当該位相差と音波発信器１０５の発信周波数とを用いて、時間差Δτを算出する。

【0043】

具体的には、音波受信器Ｍ１、Ｍ２の受信音響信号をそれぞれｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）とすると、例えば、時間ｔにおいて音波発信器１０５の発信周波数がｆ_k（但しｋ＝１、２、・・・、Ｋ）のときの受信音響信号ｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）は、正弦波Ｋ個の重ね合わせとして、
ｓ₁（ｔ）＝Σａ１_k・ｓｉｎ（２πｆ_k（ｔ＋τ₁）） ・・・（１）
ｓ₂（ｔ）＝Σａ２_k・ｓｉｎ（２πｆ_k（ｔ＋τ₂）） ・・・（２）
と表すことができる。ここで、Σは、ｋについて１からＫまでの総和を取ることを意味し、また、ａ１_k、ａ２_kは係数（振幅）である。また、式（１）、式（２）は、
ｓ₁（ｔ）＝Σａ１_k・ｓｉｎ（２πｆ_kｔ＋θ₁（ｆ_k）） ・・・（３）
ｓ₂（ｔ）＝Σａ２_k・ｓｉｎ（２πｆ_kｔ＋θ₂（ｆ_k）） ・・・（４）
と表すことができる。式（３）、式（４）において、θ₁（ｆ_k）は、周波数ｆ_kのときのｓ₁（ｔ）の位相２πｆ_kτ₁であり、θ₂（ｆ_k）は、周波数ｆ_kのときのｓ₂（ｔ）の位相２πｆ_kτ₂である。

【0044】

従って、時間差Δτは、
Δτ＝τ₂−τ₁＝（１／２πｆ_k）・（θ₂（ｆ_k）−θ₁（ｆ_k）） ・・・（５）
と表すことができる。これにより、ｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）のそれぞれの位相θ₁（ｆ_k）、θ₂（ｆ_k）が分かれば、言い換えると、ｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）の位相差Δθ（ｆ_k）（＝θ₂（ｆ_k）−θ₁（ｆ_k））が分かれば、時間差Δτを算出することができる。

【0045】

そこで、本実施形態では、ｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）に対して、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等の周波数変換を行う。ｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）をフーリエ変換したものをそれぞれＳ₁（ｆ_k）、Ｓ₂（ｆ_k）とすると、
Ｓ₁（ｆ_k）＝Ａ１（ｆ_k）・ｅ^B1 ・・・（６）
Ｓ₂（ｆ_k）＝Ａ２（ｆ_k）・ｅ^B2 ・・・（７）
と表すことができる。ここで、Ａ１、Ａ２は係数（振幅）であり、Ｂ１、Ｂ２は、それぞれ、ｊθ₁（ｆ_k）、ｊθ₂（ｆ_k）である。但し、ｅはネイピア数、ｊは虚数単位（ｊ²＝−１）である。

【0046】

以上のように、ｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）に対して周波数変換を行うことにより、位相θ₁（ｆ_k）、θ₂（ｆ_k）、つまり、位相差Δθ（ｆ_k）（＝θ₂（ｆ_k）−θ₁（ｆ_k））が求まるので、式（５）を用いて時間差Δτを算出することができる。

【0047】

次に、本実施形態の荷振れ角算出部５２において、時間差Δτに基づいて、音波発信器１０５から音波受信器Ｍ１、Ｍ２のそれぞれまでの距離の差分ΔＤを算出する。具体的には、音波発信器１０５が吊り荷１の重心位置Ｐにあるとした場合、吊り荷１の重心位置Ｐから音波受信器Ｍ１までの距離Ｌと、吊り荷１の重心位置Ｐから音波受信器Ｍ２までの距離Ｌ＋ΔＤとの差分（距離差）ΔＤを算出する。距離差ΔＤの算出は、例えば、時間差Δτに音速を乗じることにより行ってもよい。

【0048】

次に、荷振れ角算出部５２は、算出された距離差ΔＤ、及び、音波受信器Ｍ１、Ｍ２のそれぞれの位置情報（音波受信器Ｍ１と音波受信器Ｍ２との距離Ｘ１等）に基づいて、ジブ３の延びる方向に沿った荷振れ角度θを算出する。

【0049】

以下、距離Ｘ１、距離差ΔＤ、ジブ３の起伏角φ、及び、吊り荷１の重心位置Ｐから音波受信器Ｍ１までの距離Ｌが既知であるとして、荷振れ角度θを算出する方法について説明する（図１参照）。

【0050】

△Ｍ１Ｍ２Ｐに余弦定理を用いると、下記の式
（Ｌ＋ΔＤ）²＝Ｌ²＋Ｘ１²−２Ｌ・Ｘ１・ｃｏｓ（π／２＋θ−φ）
＝Ｌ²＋Ｘ１²＋２Ｌ・Ｘ１・ｓｉｎ（θ−φ）
が得られる。

【0051】

従って、荷振れ角度θに関し下記の式
ｓｉｎ（θ−φ）＝（２Ｌ・ΔＤ＋ΔＤ²−Ｘ１²）／２Ｌ・Ｘ１
が得られるので、逆三角関数を適用して荷振れ角度θ（但し−π／２＜θ＜π／２）を算出することができる。

【0052】

荷振れ角度θが得られれば、当該荷振れ角度θに基づいてジブ３の起伏角φを制御することにより、ジブ３の一端Ｑと吊り荷１の重心位置Ｐとを鉛直線上に位置合わせすることができるので、荷振れの発生を防止することができる。例えば、地切りの前に、荷振れ角度θに基づいてジブ３の起伏角φを制御することにより、ジブ３の一端Ｑと吊り荷１の重心位置Ｐとを鉛直線上に位置合わせしておけば、地切りの際に荷振れが発生することを防止することができる。

【0053】

以上に説明したように、本実施形態のクレーン用荷振れ角度推定装置５０によると、複数の音波受信器Ｍ１、Ｍ２により受信された音響信号に対して周波数変換を行うことにより、各音波受信器間Ｍ１、Ｍ２における音響信号の位相差を算出し、当該位相差と音波発信器１０５の発信周波数とを用いて、各音波受信器Ｍ１、Ｍ２が音響信号を受信するタイミングの差である時間差Δτを算出する。このため、各音波受信器Ｍ１、Ｍ２のサンプリング周波数に依存することなく、時間差Δτが算出されるので、算出精度を向上させることができる。従って、算出された時間差Δτを用いて、荷振れ角度θを高精度で算出することが可能となる。

【0054】

また、本実施形態のクレーン用荷振れ角度推定装置５０によると、吊り荷支持部１０１又は吊り荷１に装着された音波発信器１０５を用いて荷振れ角度推定を行うため、地形的制約や法規制等の制約を受けにくい。また、音波受信器１０５として指向性マイク等を用いれば、騒音等の周囲環境の影響も受けにくくなる。さらに、音波受信器１０５として例えば指向性マイクを用いたとしても、従来の視覚センサを用いた場合と比較して、低コストで荷振れ角度θを算出することができる。

【0055】

以上のように、本実施形態のクレーン用荷振れ角度推定装置５０によると、クレーンの荷振れ角度θを正確且つ低コストで算出することができる。

【0056】

また、本実施形態のクレーン用荷振れ角度推定装置５０において、音波発信器１０５の発信周波数をｆ、各音波受信器Ｍ１、Ｍ２のサンプリング周波数及びサンプリングデータ数をｆｓ及びＮとして、ｆは、ｎ×ｆｓ／Ｎ（但しｎ＝０，１，２，・・・，Ｎ−１）の少なくとも１つと等しく設定される。このため、周波数領域の離散点上に周波数成分を持つ音波が音波発信器１０５から発信されるため、音響信号の位相差の算出誤差が低減されるので、時間差Δτの算出精度をさらに向上させ、それにより、荷振れ角度θをより正確に算出することができる。

【0057】

図４は、比較例として、サンプリング周波数ｆｓ及びサンプリングデータ数Ｎとは関係なく音波発信器１０５の発信周波数ｆが１０００Ｈｚに設定された音響信号ｓ（ｔ）（＝ｓｉｎ（２πｆｔ＋φ）：φは位相）、及び、ｓ（ｔ）を周波数変換（ＦＦＴ）した結果を示す図である。図５に示す場合、サンプリング周波数ｆｓ又はデータ数Ｎの値によっては周波数領域で所望の離散点上に周波数成分を取れないため、音響信号の位相差の算出結果に誤差が生じる。

【0058】

図５は、本実施形態において音波発信器１０５の発信周波数ｆをｎ×ｆｓ／Ｎに等しく設定した音響信号ｓ（ｔ）（＝ｓｉｎ（２π・（ｎ・ｆｓ／Ｎ）・ｔ＋φ）：φは位相）、及び、ｓ（ｔ）を周波数変換（ＦＦＴ）した結果を示す図である。図５に示す場合、周波数領域で離散点上に周波数成分を持つ音波が音波発信器１０５から発信されるため、音響信号の位相差の算出精度が向上する。

【0059】

図６は、本実施形態のクレーン用荷振れ角度推定装置５０における音波受信器Ｍ１、Ｍ２で取得される音響信号ｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）の波形の一例を示す図である。図６に示す場合、各音波受信器Ｍ１、Ｍ２のサンプリング周波数ｆｓ及びサンプリングデータ数Ｎはそれぞれ４４１００（Ｈｚ）、２¹³（個）であり、発信周波数ｆは１８６×ｆｓ／Ｎ＝１００１．２９３９（Ｈｚ）に設定され、ｓ₁（ｔ）＝ｓｉｎ（２πｆｔ）、ｓ₂（ｔ）＝０．７×ｓｉｎ（２πｆ（ｔ＋τ））である。ここで、簡単のため、ｓ₁（ｔ）の遅れ時間を０、ｓ₂（ｔ）の遅れ時間をτとしている。尚、各係数（振幅）の値は、フーリエ変換により得られる位相差の値には影響しない。

【0060】

図６に示すｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）に対してＦＦＴを行って時間差（つまりｓ₂（ｔ）の遅れ時間τ）を算出すると、真値１．０×１０^-4（秒）に対して１．００００×１０^-4（秒）が得られ、真値との誤差は１．０１６４×１０^-17（秒）であった。

【0061】

それに対して、図６に示すｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）に対して、非特許文献１に開示された時間領域での相関計算を行って時間差を算出すると、９．０７０３×１０^-5（秒）が得られ、真値との誤差は９．２９７１×１０^-6（秒）と本実施形態よりも１１桁ほど大きかった。

【0062】

また、本実施形態のクレーン用荷振れ角度推定装置５０において、音波受信器Ｍ１、Ｍ２により受信された音響信号に対する周波数変換にフーリエ変換を用いるため、各音波受信器Ｍ１、Ｍ２に受信される音響信号の位相差を確実に算出できる。この場合、フーリエ変換が高速フーリエ変換であると、音響信号の位相差を迅速に算出できる。

【0063】

また、本実施形態のクレーン用荷振れ角度推定装置５０において、荷振れ角算出部５２は、時間差算出部５１により算出された時間差に基づいて、音波発信器１０５から音波受信器Ｍ１、Ｍ２のそれぞれまでの距離の差ΔＤを算出し、当該距離の差ΔＤと、音波受信器Ｍ１、Ｍ２の位置情報とに基づいて、荷振れ角度θを算出する。このため、余弦定理を用いて荷振れ角度θを算術的に算出できるので、荷振れ角度θを迅速且つ簡単に算出することができる。

【0064】

尚、本実施形態において、クレーン用荷振れ角度推定装置５０のうち時間差算出部５１及び荷振れ角度算出部５２は、例えば、クレーン（本体部１０）の運転室内に制御装置（専用装置又は既存装置の一部）として搭載されてもよい。当該制御装置は、コンピュータを備えており、当該コンピュータがプログラムを実行することによって、時間差算出部５１及び荷振れ角度算出部５２の各機能が実施される。コンピュータは、プログラムに従って動作するプロセッサ、プログラムの実行に必要なデータ（音波受信器Ｍ１、Ｍ２の位置情報等）を記憶するメモリ等を主なハードウェア構成として備える。プロセッサは、プログラムを実行することによって機能を実現することができれば、その種類は問わないが、例えば半導体集積回路（ＩＣ）又はＬＳＩ（large scale integration）を含む一つ又は複数の電子回路により構成されていてもよい。プログラムやデータは、コンピュータが読み取り可能なＲＯＭ、光ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録される。プログラムやデータは、記録媒体に予め格納されていてもよいし、インターネット等を含む広域通信網を介して記録媒体に供給されてもよい。

【0065】

（実施形態１の変形例１）
前述の実施形態１では、クレーン用荷振れ角度推定装置５０における音波受信器Ｍ１、Ｍ２で取得される音響信号ｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）は、単一の発信周波数ｆを含む信号（式（１）〜（４）でＫ＝１とした場合）であった。

【0066】

それに対して、本変形例では、音波受信器Ｍ１、Ｍ２で取得される音響信号ｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）は、複数の発信周波数ｆを含む信号である。

【0067】

図７は、本変形例のクレーン用荷振れ角度推定装置５０における音波受信器Ｍ１、Ｍ２で取得される音響信号ｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）の波形の一例を示す図である。図７に示す場合、各音波受信器Ｍ１、Ｍ２のサンプリング周波数ｆｓ及びサンプリングデータ数Ｎはそれぞれ４４１００（Ｈｚ）、２¹³（個）であり、ｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）は３つの正弦波の重ね合わせ（式（１）〜（４）でＫ＝３とした場合）であり、第１発信周波数ｆ₁は９３×ｆｓ／Ｎ＝５００．６４７（Ｈｚ）、第２発信周波数ｆ₂は１８６×ｆｓ／Ｎ＝１００１．２９４（Ｈｚ）、第３発信周波数ｆ₃は３７２×ｆｓ／Ｎ＝２００２．５８７（Ｈｚ）に設定され、ｓ₁（ｔ）＝１＋ｓｉｎ（２πｆ₁ｔ）＋ｓｉｎ（２πｆ₂ｔ）＋ｓｉｎ（２πｆ₃ｔ）、ｓ₂（ｔ）＝０．７＋０．７×ｓｉｎ（２πｆ₁（ｔ＋τ））＋０．７×ｓｉｎ（２πｆ₂（ｔ＋τ））＋０．７×ｓｉｎ（２πｆ₃（ｔ＋τ））である。ここで、簡単のため、ｓ₁（ｔ）の遅れ時間を０、ｓ₂（ｔ）の遅れ時間をτとしている。尚、各係数（振幅）の値は、フーリエ変換により得られる位相差の値には影響しない。

【0068】

図７に示すｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）に対してＦＦＴを行って時間差（つまりｓ₂（ｔ）の遅れ時間τ）を算出すると、真値１．０×１０^-4（秒）に対して、第１発信周波数ｆ₁（約５００Ｈｚ）では１．００００×１０^-4（秒）が得られ、真値との誤差は１．６６０６×１０^-16（秒）であり、第２発信周波数ｆ₂（約１０００Ｈｚ）では１．００００×１０^-4（秒）が得られ、真値との誤差は７．２０７２×１０^-17（秒）であり、第３発信周波数ｆ₃（約２０００Ｈｚ）では１．００００×１０^-4（秒）が得られ、真値との誤差は２．２３３４×１０^-17（秒）であった。

【0069】

それに対して、図７に示すｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）に対して、非特許文献１に開示された時間領域での相関計算を行って時間差を算出すると、９．０７０３×１０^-5（秒）が得られ、真値との誤差は９．２９７１×１０^-6（秒）と本変形例よりも１０〜１１桁ほど大きかった。

【0070】

以上のように、本変形例によると、前述の実施形態１と同様の効果に加えて、次のような効果を得ることができる。すなわち、音波受信器Ｍ１、Ｍ２で取得される音響信号ｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）は、複数の発信周波数ｆを含む信号であるため、時間差の算出において雑音等の影響を受けにくくなる。尚、原理的には発信周波数ｆの数が多いほど、時間差の算出において雑音等の影響を受けにくくなる一方、発信周波数ｆの数が多くなると、音波発信器１０５での消費電力が増大するので、実用的には、数個程度の発信周波数ｆを含む音響信号を用いることが好ましい。

【0071】

（実施形態１の変形例２）
本変形例では、前述の実施形態１と同様に、クレーン用荷振れ角度推定装置５０における音波受信器Ｍ１、Ｍ２で取得される音響信号ｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）は、単一の発信周波数ｆを含む信号であるが、サンプリング周波数ｆｓを前述の実施形態１よりも小さくした。具体的には、各音波受信器Ｍ１、Ｍ２のサンプリング周波数ｆｓ及びサンプリングデータ数Ｎはそれぞれ８０００（Ｈｚ）、２¹³（個）であり、発信周波数ｆは１０２４×ｆｓ／Ｎ＝１０００．０００（Ｈｚ）に設定され、ｓ₁（ｔ）＝ｓｉｎ（２πｆｔ）、ｓ₂（ｔ）＝０．７×ｓｉｎ（２πｆ（ｔ＋τ））である。ここで、簡単のため、ｓ₁（ｔ）の遅れ時間を０、ｓ₂（ｔ）の遅れ時間をτとしている。尚、各係数（振幅）の値は、フーリエ変換により得られる位相差の値には影響しない。

【0072】

前述のｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）に対してＦＦＴを行って時間差（つまりｓ₂（ｔ）の遅れ時間τ）を算出すると、真値１．０×１０^-4（秒）に対して１．００００×１０^-4（秒）が得られ、真値との誤差は１．９１０９×１０^-18（秒）であった。

【0073】

それに対して、前述のｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）に対して、非特許文献１に開示された時間領域での相関計算を行って時間差を算出すると、１．２５００×１０^-4（秒）が得られ、真値との誤差は２．５０００×１０^-5（秒）と本変形例よりも１３桁ほど大きかった。

【0074】

以上のように、本変形例によると、サンプリング周波数ｆｓを小さくしても、前述の実施形態１と同様の効果を得ることができる。

【0075】

（実施形態１の変形例３）
本変形例では、前述の実施形態１と同様に、クレーン用荷振れ角度推定装置５０における音波受信器Ｍ１、Ｍ２で取得される音響信号ｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）は、単一の発信周波数ｆを含む信号であるが、サンプリングデータ数Ｎを前述の実施形態１よりも小さくした。具体的には、各音波受信器Ｍ１、Ｍ２のサンプリング周波数ｆｓ及びサンプリングデータ数Ｎはそれぞれ４４１００（Ｈｚ）、２¹¹（個）であり、発信周波数ｆは４７×ｆｓ／Ｎ＝１０１２．０６０５（Ｈｚ）に設定され、ｓ₁（ｔ）＝ｓｉｎ（２πｆｔ）、ｓ₂（ｔ）＝０．７×ｓｉｎ（２πｆ（ｔ＋τ））である。ここで、簡単のため、ｓ₁（ｔ）の遅れ時間を０、ｓ₂（ｔ）の遅れ時間をτとしている。尚、各係数（振幅）の値は、フーリエ変換により得られる位相差の値には影響しない。

【0076】

前述のｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）に対してＦＦＴを行って時間差（つまりｓ₂（ｔ）の遅れ時間τ）を算出すると、真値１．０×１０^-4（秒）に対して１．００００×１０^-4（秒）が得られ、真値との誤差は２．４６６５×１０^-18（秒）であった。

【0077】

それに対して、前述のｓ₁（ｔ）、ｓ₂（ｔ）に対して、非特許文献１に開示された時間領域での相関計算を行って時間差を算出すると、９．０７０３×１０^-5（秒）が得られ、真値との誤差は９．２９７１×１０^-6（秒）と本変形例よりも１２桁ほど大きかった。

【0078】

以上のように、本変形例によると、サンプリングデータ数Ｎを小さくしても、前述の実施形態１と同様の効果を得ることができる。

【0079】

（実施形態２）
以下、実施形態２に係るクレーン用荷振れ角度推定装置について、図面を参照しながら説明する。

【0080】

図８は、本実施形態のクレーン用荷振れ角度推定装置によってジブクレーンの荷振れ角度を推定している様子の一例を示す図である。尚、図８において、図１に示す実施形態１と同じ構成要素には同じ符号を付す。

【0081】

本実施形態のクレーン用荷振れ角度推定装置５０が、図３に示す実施形態１のクレーン用荷振れ角度推定装置５０と異なっている点は、複数の音波受信器として、３つの音波受信器Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を備えていることである。

【0082】

音波受信器Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３は、本実施形態ではジブ３に互いに離間して配置される。具体的には、図８に示すように、ジブ３の一端Ｑに音波受信器Ｍ１、音波受信器Ｍ１から距離Ｘ１離れた箇所に音波受信器Ｍ２、音波受信器Ｍ２から距離Ｘ２離れた箇所に音波受信器Ｍ３がそれぞれ配置される。ここで、吊り荷１の重心位置Ｐから音波受信器Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３のそれぞれまでの距離は、Ｌ、Ｌ＋ΔＤ１、Ｌ＋Ｄ２である。音波受信器Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３としては、一般的なマイクロホンが使用可能であるが、集音器等の指向性を持つ音波受信器を使用すると、騒音等の周囲環境の影響を受けにくくなる。

【0083】

以下、簡単のため、本実施形態のクレーン用荷振れ角度推定装置５０で用いられる音波発信器１０５が吊り荷１の重心位置Ｐにあるものとして、本実施形態のクレーン用荷振れ角度推定装置５０による荷振れ角度推定方法について説明する。尚、ジブ３の一端Ｑと吊り荷１の重心位置Ｐとを結ぶ線上に音波発信器１０５があれば、以下の方法によって得られる荷振れ角度θは同じになる。

【0084】

まず、音波発信器１０５から発生した音を音波受信器Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３で受信する。ここで、図８に示すように、時刻Ｔ＝ｔに音波発信器１０５から所定の音波が発信され、当該音波を音波受信器Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３がそれぞれ時刻Ｔ＝ｔ＋τ₁、Ｔ＝ｔ＋τ₂、Ｔ＝ｔ＋τ₃に受信したものとする。すなわち、音波受信器Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３が音波を受信する遅れ時間はそれぞれτ₁、τ₂、τ₃であり、時間差算出部５１は、音波受信器Ｍ１が音波を受信したタイミング（Ｔ＝ｔ＋τ₁）と音波受信器Ｍ２が音波を受信したタイミング（Ｔ＝ｔ＋τ₂）との差である第１時間差Δτ₁（＝τ₂−τ₁）、及び、音波受信器Ｍ１が音波を受信したタイミング（Ｔ＝ｔ＋τ₁）と音波受信器Ｍ３が音波を受信したタイミング（Ｔ＝ｔ＋τ₃）との差である第２時間差Δτ₂（＝τ₃−τ₁）を算出する。尚、時間差算出部５１は、第２時間差Δτ₂として、音波受信器Ｍ２が音波を受信したタイミング（Ｔ＝ｔ＋τ₂）と音波受信器Ｍ３が音波を受信したタイミング（Ｔ＝ｔ＋τ₃）との差「τ₃−τ₂」を算出してもよい。

【0085】

次に、時間差算出部５１は、実施形態１（特に式（１）〜（７）参照）と同様に、音波受信器Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の受信音響信号に対して周波数変換、具体的には高速フーリエ変換を行う。これにより、音波受信器Ｍ１、Ｍ２の間における受信音響信号の位相差を算出し、当該位相差と音波発信器１０５の発信周波数とを用いて、時間差Δτ₁を算出すると共に、音波受信器Ｍ１、Ｍ３の間における受信音響信号の位相差を算出し、当該位相差と音波発信器１０５の発信周波数とを用いて、時間差Δτ₂を算出する。

【0086】

次に、本実施形態の荷振れ角算出部５２において、時間差Δτ₁に基づいて、音波発信器１０５から音波受信器Ｍ１、Ｍ２のそれぞれまでの距離の差分ΔＤ１を算出すると共に、時間差Δτ₂に基づいて、音波発信器１０５から音波受信器Ｍ１、Ｍ３のそれぞれまでの距離の差分ΔＤ２を算出する。具体的には、音波発信器１０５が吊り荷１の重心位置Ｐにあるとした場合、吊り荷１の重心位置Ｐから音波受信器Ｍ１までの距離Ｌと、吊り荷１の重心位置Ｐから音波受信器Ｍ２までの距離Ｌ＋ΔＤ１との差分（第１距離差）ΔＤ１を算出すると共に、吊り荷１の重心位置Ｐから音波受信器Ｍ１までの距離Ｌと、吊り荷１の重心位置Ｐから音波受信器Ｍ３までの距離Ｌ＋ΔＤ２との差分（第２距離差）ΔＤ２を算出する。ここで、距離差ΔＤ１、ΔＤ２の算出は、例えば、時間差Δτ₁、Δτ₂にそれぞれ音速を乗じることにより行ってもよい。尚、荷振れ角算出部５２は、第２距離差として、吊り荷１の重心位置Ｐから音波受信器Ｍ２までの距離Ｌ＋ΔＤ１と、吊り荷１の重心位置Ｐから音波受信器Ｍ３までの距離Ｌ＋ΔＤ２との差分「ΔＤ２−ΔＤ１」を算出してもよい。

【0087】

次に、荷振れ角算出部５２は、算出された距離差ΔＤ１、ΔＤ２、及び、音波受信器Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３のそれぞれの位置情報（音波受信器Ｍ１と音波受信器Ｍ２との距離Ｘ１、音波受信器Ｍ２と音波受信器Ｍ３との距離Ｘ２等）に基づいて、ジブ３の延びる方向に沿った荷振れ角度θを算出する。

【0088】

以下、距離Ｘ１、Ｘ２、距離差ΔＤ１、ΔＤ２、及び、ジブ３の起伏角φが既知であるとして、荷振れ角度θを算出する方法について説明する（図８参照）。尚、本実施形態では、ワイヤー２にはたるみが生じており、その結果、吊り荷１の重心位置Ｐから音波受信器Ｍ１までの距離Ｌは未知であるとする。

【0089】

△Ｍ２Ｍ１Ｐ、△Ｍ３Ｍ１Ｐに余弦定理を用いると、下記の二式
（Ｌ＋ΔＤ１）²＝Ｌ²＋Ｘ１²−２Ｌ・Ｘ１・ｃｏｓ（π／２＋θ−φ）
＝Ｌ²＋Ｘ１²＋２Ｌ・Ｘ１・ｓｉｎ（θ−φ）
（Ｌ＋ΔＤ２）² ＝Ｌ² ＋（Ｘ１＋Ｘ２）²−２Ｌ・（Ｘ１＋Ｘ２）・ｃｏｓ（π／２＋θ−φ）＝Ｌ²＋（Ｘ１＋Ｘ２）²＋２Ｌ・（Ｘ１＋Ｘ２）・ｓｉｎ（θ−φ）
が得られる。これらより、距離Ｌに関し、下記の二式
Ｌ＝（Ｘ１²−ΔＤ１²）／（２ΔＤ１−２Ｘ１・ｓｉｎ（θ−φ））
Ｌ＝（（Ｘ１＋Ｘ２）²−ΔＤ２²）／（２ΔＤ２−２（Ｘ１＋Ｘ２）・ｓｉｎ（θ−φ））
が得られる。従って、距離Ｌを消去すれば、荷振れ角度θに関し下記の式
ｓｉｎ（θ−φ）＝（Ｘ１²・ΔＤ２−（Ｘ１＋Ｘ２）²・ΔＤ１−ΔＤ１・ΔＤ２・（ΔＤ１−ΔＤ２））／（Ｘ１・ΔＤ２²−Ｘ１・Ｘ２・（Ｘ１＋Ｘ２）−（Ｘ１＋Ｘ２）・ΔＤ１²）
が得られるので、逆三角関数を適用して荷振れ角度θ（但し−π／２＜θ＜π／２）を算出することができる。

【0090】

荷振れ角度θが得られれば、当該荷振れ角度θに基づいてジブ３の起伏角φを制御することにより、ジブ３の一端Ｑと吊り荷１の重心位置Ｐとを鉛直線上に位置合わせすることができるので、荷振れの発生を防止することができる。例えば、地切りの前に、荷振れ角度θに基づいてジブ３の起伏角φを制御することにより、ジブ３の一端Ｑと吊り荷１の重心位置Ｐとを鉛直線上に位置合わせしておけば、地切りの際に荷振れが発生することを防止することができる。

【0091】

以上に説明したように、本実施形態のクレーン用荷振れ角度推定装置５０によると、前述の実施形態１と同様の効果を得ることができる。また、３つの音波受信器Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を用いるため、音波発信器１０５から各音波受信器Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３までの距離に関して差分が２つ得られるので、「ワイヤー等の吊り下げ部２の支持点Ｑ（本実施形態では音波受信器Ｍ１）から音波発信器１０５（本実施形態では吊り荷１の重心位置Ｐ）までの距離」が既知でなくても、例えばニュートン法を用いるような複雑な計算を行うことなく、荷振れ角度を算出することができる。

【0092】

尚、本実施形態のクレーン用荷振れ角度推定装置５０において、音波受信器は４つ以上配置されていてもよい。このようにすると、故障に対する冗長性が得られるのみならず、４つ以上の音波受信器の中から選択される２つ又は３つの音波受信器の組み合わせが複数存在するので、組み合わせ毎に荷振れ角度を算出し、その平均や多数決を取ること等によって、得られる荷振れ角度の精度を向上させることができる。

【0093】

（実施形態２の変形例）
前述の実施形態２においては、荷振れ角算出部５２は、時間差算出部５１により算出された時間差Δτ₁（＝τ₂−τ₁）、Δτ₂（＝τ₃−τ₁）にそれぞれ音速を乗じることにより、距離差ΔＤ１、ΔＤ２を算出した（図８参照）。

【0094】

それに対して、本変形例では、以下に説明する方法によって距離差ΔＤ１、ΔＤ２を算出する。第２の実施形態と同様に、時間差算出部５１が時間差Δτ₁、Δτ₂を算出した後、本変形例の荷振れ角算出部５２は、音波発信器１０５（本変形例では吊り荷１の重心位置Ｐ）から音波受信器Ｍ１（本変形例ではワイヤー２の取り付け位置であるジブ３の一端Ｑ）までの距離（Ｌ）と音波発信器１０５から音波受信器Ｍ２までの距離（Ｌ＋ΔＤ１）との差である第１距離差ΔＤ１を、荷振れ角度θをパラメータとする第１関数Ｆ１（θ）で表すと共に、音波発信器１０５から音波受信器Ｍ１までの距離（Ｌ）と音波発信器１０５から音波受信器Ｍ３までの距離（Ｌ＋ΔＤ２）との差である第２距離差ΔＤ２を、荷振れ角度θをパラメータとする第２関数Ｆ２（θ）で表す。尚、荷振れ角算出部５２は、音波発信器１０５から音波受信器Ｍ２までの距離（Ｌ＋ΔＤ１）と音波発信器１０５から音波受信器Ｍ３までの距離（Ｌ＋ΔＤ２）との差「ΔＤ２−ΔＤ１」を第２距離差として、荷振れ角度θをパラメータとする第２関数Ｆ２（θ）で表してもよい。

【0095】

ここで、距離Ｘ１、Ｘ２は固定で予め既知であり、ジブ３の起伏角φ、距離Ｌ（ワイヤー２の繰り出し長さ）もクレーンの操作情報として特定可能であるとして、図８に示す△Ｍ２Ｍ１Ｐ、△Ｍ３Ｍ１Ｐに余弦定理を用いると、Ｆ１（θ）、Ｆ２（θ）はそれぞれ、
ΔＤ１＝（Ｌ²＋Ｘ１²＋２Ｌ・Ｘ１・ｓｉｎ（θ−φ））^0.5−Ｌ＝Ｆ１（θ）
ΔＤ２＝（Ｌ²＋（Ｘ１＋Ｘ２）²＋２Ｌ・（Ｘ１＋Ｘ２）・ｓｉｎ（θ−φ））^0.5−Ｌ＝Ｆ２（θ）
と表される。

【0096】

次に、荷振れ角度算出部５２は、音波発信器１０５で発生した音の音速を未知数Ｖとして、第１距離差ΔＤ１について成り立つ「ΔＤ１＝Ｖ×ΔＴ１＝Ｆ１（θ）」、及び、第２距離差ΔＤ２について成り立つ「ΔＤ２＝Ｖ×ΔＴ２＝Ｆ２（θ）」を用いて、荷振れ角度θを算出する。すなわち、荷振れ角度θ及び音速Ｖを未知数とする２つの連立方程式を解くことによって、荷振れ角度θ及び音速Ｖを求めることが可能である。ここで、Ｆ１（θ）、Ｆ２（θ）は非線形であるので、例えばニュートン法や二分法をはじめとする繰り返し計算等を利用して、荷振れ角度θを算出してもよい。この場合、非線形関数は微分可能であるので、勾配関数（勾配ベクトル）を積極的に利用することにより、演算の高速化を図ることもできる。

【0097】

荷振れ角度θが得られれば、当該荷振れ角度θに基づいてジブ３の起伏角φを制御することにより、ジブ３の一端Ｑと吊り荷１の重心位置Ｐとを鉛直線上に位置合わせすることができるので、荷振れの発生を防止することができる。例えば、地切りの前に、荷振れ角度θに基づいてジブ３の起伏角φを制御することにより、ジブ３の一端Ｑと吊り荷１の重心位置Ｐとを鉛直線上に位置合わせしておけば、地切りの際に荷振れが発生することを防止することができる。

【0098】

以上に説明したように、本変形例によると、前述の実施形態１と同様の効果に加えて、次のような効果を得ることができる。すなわち、音波発信器１０５から３つの音波受信器Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３までの距離同士の差ΔＤ１、ΔＤ２を、荷振れ角度θをパラメータとする関数Ｆ１（θ）、Ｆ２（θ）で表すと共に、当該距離差ΔＤ１、ΔＤ２が、時間差ΔＴ１、ΔＴ２と音速Ｖ（未知数）との積に等しいことを利用して、音速の測定（つまり気温、風速等の測定）を行うことなく、荷振れ角度θを算出する。すなわち、３つの音波受信器Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を用いて求めた２つの時間差ΔＴ１、ΔＴ２のそれぞれについて、時間差ΔＴ１、ΔＴ２と音速Ｖとの積が、荷振れ角度θをパラメータとする関数Ｆ１（θ）、Ｆ２（θ）と等しいという関係を利用して、音速測定の必要なく、荷振れ角度θを算出する。また、荷振れ角度θと共に音速Ｖも算出可能である。

【0099】

ところで、気温や風速等を正確に計測することが困難な屋外等の環境においては、音速を推定することは困難であるので、音速を用いて荷振れ角度を推定すると、荷振れ角度の推定精度が低下する。それに対して、本変形例では、気温や風速等から音速を計算する必要がないので，屋外等の環境においても荷振れ角度θの推定精度が向上する。すなわち、迅速且つ正確に荷振れ角度θを求めることができる。

【0100】

また、本変形例によると、音速の算出のために温度や風速等の環境条件の計測を行う必要がないため、温度計や風速計等の計測器が不要となるので、さらなる低コスト化を達成できる。

【0101】

尚、本変形例において、音波発信器１０５（吊り荷１の重心位置Ｐ）から音波受信器Ｍ１（ジブ３の一端Ｑ）までの距離Ｌが、ワイヤー２の繰り出し長さに等しいとして、２つの時間差ΔＴ１、ΔＴ２、及び、２つの関数Ｆ１（θ）、Ｆ２（θ）を用いて、荷振れ角度θを算出した。しかし、例えば、ワイヤー２にたるみが生じており、音波発信器１０５から音波受信器Ｍ１までの距離（吊り荷１の重心位置Ｐからジブ３の一端Ｑまでの距離）Ｌが未知数となる場合は、例えばジブ３等の所定の方向に沿った音波受信器の設置数を４つとして、３つの音波到来時間差ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３、及び、３つの関数Ｆ１（θ）、Ｆ２（θ）、Ｆ３（θ）を用いて、荷振れ角度θを音速Ｖ及び距離Ｌと共に算出してもよい。

【0102】

（実施形態３）
以下、実施形態３に係るクレーン用荷振れ角度推定装置について、図面を参照しながら説明する。

【0103】

図９は、本実施形態のクレーン用荷振れ角度推定装置によって水平ジブクレーンの荷振れ角度を推定している様子の一例を示す図である。尚、図９において、図１、図８に示す実施形態１、２と同じ構成要素には同じ符号を付す。

【0104】

本実施形態が図１、図８に示す実施形態１、２と異なっている点は、図９に示すように、ジブ３が、地平面に対して水平に支柱１５によって固定されている点である。また、ワイヤー２は、ジブ３に沿って移動可能なトロリー４に巻上げ／巻下げ可能に取り付けられている。さらに、ジブ３におけるトロリー４が配置されていない側には、カウンタウェイト１６が設けられていると共に、支柱１５の上部には、ジブ３の両側を支持するアーム１７が設けられている。

【0105】

本実施形態では、吊り荷１は、ジブ３の延びる方向に沿って荷振れを生じており、荷振れ角度はθである。荷振れ角度θは、トロリー４（ジブ３の位置Ｑに配置）と吊り荷１の重心位置Ｐとを結ぶ線が鉛直方向（重力方向）となす角度であり、本実施形態での推定対象である。

【0106】

また、本実施形態では、３つの音波受信器Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３のうち音波受信器Ｍ１はトロリー４に配置され、音波受信器Ｍ２、Ｍ３はジブ３に配置される。具体的には、図９に示すように、音波受信器Ｍ１から距離Ｘ１離れた箇所に音波受信器Ｍ２、音波受信器Ｍ２から距離Ｘ２離れた箇所に音波受信器Ｍ３がそれぞれ配置される。ここで、吊り荷１の重心位置Ｐから音波受信器Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３のそれぞれまでの距離は、Ｌ、Ｌ＋ΔＤ１、Ｌ＋ΔＤ２である。

【0107】

本実施形態のクレーン用荷振れ角度推定装置５０が、前述の実施形態２の変形例（図８参照）と異なっている点は、音波受信器Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の取り付け位置、並びに、荷振れ角度算出部５２で用いる、荷振れ角度θをパラメータとする関数Ｆ１（θ）、Ｆ２（θ）の内容である。尚、本実施形態のクレーン用荷振れ角度推定装置５０の基本構成は、音波受信器の個数を除いて、図３に示す実施形態１のクレーン用荷振れ角度推定装置５０と同じである。

【0108】

本実施形態においても、まず、音波発信器１０５（例えば吊り荷１の重心位置Ｐに位置）から発信した音波を音波受信器Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３で受信する。ここで、図９に示すように、時刻Ｔ＝ｔに音波発信器１０５から所定の音波が発信され、当該音波を音波受信器Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３がそれぞれ時刻Ｔ＝ｔ＋τ₁、Ｔ＝ｔ＋τ₂、Ｔ＝ｔ＋τ₃に受信したものとする。すなわち、音波受信器Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３が音波を受信する遅れ時間はそれぞれτ₁、τ₂、τ₃であり、時間差算出部５１は、音波受信器Ｍ１が音波を受信したタイミング（Ｔ＝ｔ＋τ₁）と音波受信器Ｍ２が音波を受信したタイミング（Ｔ＝ｔ＋τ₂）との差である第１時間差Δτ₁（＝τ₂−τ₁）、及び、音波受信器Ｍ１が音波を受信したタイミング（Ｔ＝ｔ＋τ₁）と音波受信器Ｍ３が音波を受信したタイミング（Ｔ＝ｔ＋τ₃）との差である第２時間差Δτ₂（＝τ₃−τ₁）を算出する。尚、時間差算出部５１は、第２時間差Δτ₂として、音波受信器Ｍ２が音波を受信したタイミング（Ｔ＝ｔ＋τ₂）と音波受信器Ｍ３が音波を受信したタイミング（Ｔ＝ｔ＋τ₃）との差「τ₃−τ₂」を算出してもよい。

【0109】

次に、時間差算出部５１は、実施形態１（特に式（１）〜（７）参照）と同様に、音波受信器Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の受信音響信号に対して周波数変換、具体的には高速フーリエ変換を行う。これにより、音波受信器Ｍ１、Ｍ２の間における受信音響信号の位相差を算出し、当該位相差と音波発信器１０５の発信周波数とを用いて、時間差Δτ₁を算出すると共に、音波受信器Ｍ１、Ｍ３の間における受信音響信号の位相差を算出し、当該位相差と音波発信器１０５の発信周波数とを用いて、時間差Δτ₂を算出する。

【0110】

次に、荷振れ角算出部５２は、音波発信器１０５（本変形例では吊り荷１の重心位置Ｐ）から音波受信器Ｍ１（本変形例ではワイヤー２が取り付けられたトロリー４の位置Ｑ）までの距離（Ｌ）と音波発信器１０５から音波受信器Ｍ２までの距離（Ｌ＋ΔＤ１）との差である第１距離差ΔＤ１を、荷振れ角度θをパラメータとする第１関数Ｆ１（θ）で表すと共に、音波発信器１０５から音波受信器Ｍ１までの距離（Ｌ）と音波発信器１０５から音波受信器Ｍ３までの距離（Ｌ＋ΔＤ２）との差である第２距離差ΔＤ２を、荷振れ角度θをパラメータとする第２関数Ｆ２（θ）で表す。尚、荷振れ角算出部５２は、音波発信器１０５から音波受信器Ｍ２までの距離（Ｌ＋ΔＤ１）と音波発信器１０５から音波受信器Ｍ３までの距離（Ｌ＋ΔＤ２）との差「ΔＤ２−ΔＤ１」を第２距離差として、荷振れ角度θをパラメータとする第２関数Ｆ２（θ）で表してもよい。

【0111】

ここで、距離Ｘ２は固定で予め既知であり、距離Ｘ１（音波受信器Ｍ２からトロリー４の配置位置Ｑまでの距離）、距離Ｌ（ワイヤー２の繰り出し長さ）もクレーンの操作情報として特定可能であるとして、図９に示す△ＰＭ１Ｍ２、△ＰＭ１Ｍ３に余弦定理を用いると、Ｆ１（θ）、Ｆ２（θ）はそれぞれ、
ΔＤ１＝（Ｌ²＋Ｘ１²＋２Ｌ・Ｘ１・ｓｉｎ（θ））^0.5−Ｌ＝Ｆ１（θ）
ΔＤ２＝（Ｌ²＋（Ｘ１＋Ｘ２）²＋２Ｌ・（Ｘ１＋Ｘ２）・ｓｉｎ（θ））^0.5−Ｌ
＝Ｆ２（θ）
と表される。

【0112】

次に、荷振れ角度算出部５２は、音波発信器１０５から発生した音の音速を未知数Ｖとして、第１距離差ΔＤ１について成り立つ「ΔＤ１＝Ｖ×ΔＴ１＝Ｆ１（θ）」、及び、第２距離差ΔＤ２について成り立つ「ΔＤ２＝Ｖ×ΔＴ２＝Ｆ２（θ）」を用いて、荷振れ角度θを算出する。すなわち、荷振れ角度θ及び音速Ｖを未知数とする２つの連立方程式を解くことによって、荷振れ角度θ及び音速Ｖを求めることが可能である。ここで、Ｆ１（θ）、Ｆ２（θ）は非線形であるので、例えばニュートン法や二分法をはじめとする繰り返し計算等を利用して、荷振れ角度θを算出してもよい。この場合、非線形関数は微分可能であるので、勾配関数（勾配ベクトル）を積極的に利用することにより、演算の高速化を図ることもできる。

【0113】

荷振れ角度θが得られれば、当該荷振れ角度θに基づいてトロリー４の位置を制御することにより、トロリー４（ワイヤー２の取付箇所）と吊り荷１の重心位置Ｐとを鉛直線上に位置合わせすることができるので、荷振れの発生を防止することができる。例えば、地切りの前に、荷振れ角度θに基づいてトロリー４の位置を制御することにより、トロリー４の位置と吊り荷１の重心位置Ｐとを鉛直線上に位置合わせしておけば、地切りの際に荷振れが発生することを防止することができる。

【0114】

以上に説明した本実施形態のクレーン用荷振れ角度推定装置においても実施形態２の変形例と同様の効果を得ることができる。

【0115】

尚、本実施形態において、音波発信器１０５（吊り荷１の重心位置Ｐ）から音波受信器Ｍ１（トロリー４の位置）までの距離Ｌが、ワイヤー２の繰り出し長さに等しいとして、２つの時間差ΔＴ１、ΔＴ２、及び、２つの関数Ｆ１（θ）、Ｆ２（θ）を用いて、荷振れ角度θを算出した。しかし、例えば、ワイヤー２にたるみが生じており、音波発信器１０５から音波受信器Ｍ１までの距離（吊り荷１の重心位置Ｐからトロリー４の位置までの距離）Ｌが未知数となる場合は、例えばジブ３等の所定の方向に沿った音波受信器の設置数を４つとして、３つの音波到来時間差ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３、及び、３つの関数Ｆ１（θ）、Ｆ２（θ）、Ｆ３（θ）を用いて、荷振れ角度θを音速Ｖ及び距離Ｌと共に算出してもよい。或いは、距離Ｌは未知数である一方、音速Ｖが既知であれば、前述の第２の実施形態のように、荷振れ角算出部５２が、時間差算出部５１により算出された時間差Δτ₁（＝τ₂−τ₁）、Δτ₂（＝τ₃−τ₁）にそれぞれ音速を乗じることにより、距離差ΔＤ１、ΔＤ２を算出し、算出された距離差ΔＤ１、ΔＤ２、及び、音波受信器Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３のそれぞれの位置情報（音波受信器Ｍ１と音波受信器Ｍ２との距離Ｘ１、音波受信器Ｍ２と音波受信器Ｍ３との距離Ｘ２等）に基づいて、余弦定理を用いて荷振れ角度θを算術的に算出してもよい。

【0116】

（その他の実施形態）
以上、本発明についての実施形態（変形例を含む）を説明したが、本発明は前述の実施形態のみに限定されず、発明の範囲内で種々の変更が可能である。すなわち、前述の各実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

【0117】

例えば、前述の各実施形態では、ジブクレーン（水平ジブクレーンを含む）を例として本発明について説明したが、吊り荷支持部と、吊り荷支持部を吊り下げる吊り下げ部と、吊り下げ部が取り付けられた支持部とを備えた他のタイプのクレーン、例えば天井クレーン、橋形クレーン等にも本発明は広く適用可能である。

【0118】

また、前述の各実施形態では、吊り荷支持部として、フック及び吊り具を例示したが、吊り荷を支持できれば、吊り荷支持部の種類は特に限定されない。また、吊り下げ部として、ワイヤーを例示したが、吊り荷を吊り下げられれば、吊り下げ部の種類は特に限定されず、例えば、ロープやチェーン等であってもよい。

【0119】

また、前述の各実施形態では、複数の音波受信器のうちの１つ（Ｍ１）を、ワイヤー２の取り付け位置（図１、図８に示すジブ３の一端Ｑや、図９に示すトロリー４）に設置したが、所定の方向に沿った設置位置であれば、ワイヤー２の取り付け位置以外の設置位置に全ての音波受信器を設置してもよい。

【0120】

また、前述の各実施形態では、全ての音波受信器をジブ３又はジブ３上のトロリー４に設けたが、所定の方向に沿った設置位置であれば、少なくとも一部の音波受信器を例えばクレーンの本体部等に設置してもよい。また、天井クレーンのような固定タイプのクレーンであれば、音波受信器の少なくとも一部をクレーンの外部に設置してもよい。ここで、「所定の方向に沿って音波受信器が配置される」とは、ジブクレーンであれば、例えば、クレーンを上から見たときに「ジブ」の延びる方向に沿って各音波受信器が配置されることを意味し、必ずしも、全ての音波受信器が３次元における同一直線上に配置されることまでは必要としない。言い換えると、クレーンを上から見たときに「ジブ」の延びる方向に沿って全ての音波受信器が配置されていれば、クレーンを横（「ジブ」の延びる方向に対して垂直な方向）から見たときに各音波受信器が同一直線上に配置されていなくてもよい。

【0121】

また、前述の各実施形態において、所定の方向（以下、第１の方向という）に対して垂直な第２の方向に沿って複数の他の音波受信器を配置し、当該他の音波受信器に対応して、前述の時間差算出部５１及び荷振れ角算出部５２と同様の機能部をそれぞれ設けてもよい。このようにすると、第２の方向における荷振れ角度を算出できるので、吊り荷の正確な位置を立体的に把握することができる。

【0122】

ここで、「第１の方向に対して垂直な第２の方向に沿って他の音波受信器が配置される」とは、ジブクレーンであれば、例えば、クレーンを上から見たときに「ジブ」の延びる方向に対して垂直な方向に沿って他の音波受信器が配置されることを意味し、必ずしも、全ての他の音波受信器が３次元における同一直線上に配置されることまでは必要としない。言い換えると、クレーンを上から見たときに「ジブ」の延びる方向に対して垂直な方向に沿って全ての他の音波受信器が配置されていれば、クレーンを正面（「ジブ」の延びる方向）から見たときに全ての他の音波受信器が同一直線上に配置されていなくてもよい。

【0123】

また、「第１の方向に沿って配置された複数の音波受信器」のうちの１つの音波受信器と、「第２の方向に沿って配置された複数の他の音波受信器」のうちの１つの音波受信器とは、第１の方向と第２の方向とが交差する箇所に配置された共通の音波受信器であってもよい。

【0124】

また、前述の各実施形態において、各音波受信器に受信される音響信号の位相差を算出するために、フーリエ変換を使用したが、これに代えて、他の周波数変換法を用いてもよい。

【0125】

また、前述の各実施形態において、法規制等の問題が生じない場合には、音波（音波発信器／音波受信器の組み合わせ）に代えて、電波や光等の電磁波（電磁波発信器／電磁波受信器の組み合わせ）を用いて、荷振れ角度推定を行うことも可能である。

【符号の説明】

【0126】

１ 吊り荷
２ ワイヤー
３ ジブ
４ トロリー
１０ 本体部
１５ 支柱
１６ カウンタウェイト
１７ アーム
５０ クレーン用荷振れ角度推定装置
５１ 時間差算出部
５２ 荷振れ角算出部
１０１ 吊り荷支持部
１０２ 吊り具
１０３ フック
１０４ ロープ
１０５ 音波発信器
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３ 音波受信器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】