特開 2022-152540 クレーン及びクレーンの制御方法

(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】P2022152540

(43)【公開日】2022-10-12

(54)【発明の名称】クレーン及びクレーンの制御方法

(51)【国際特許分類】

   B66C 13/06 20060101AFI20221004BHJP

   B66C 13/22 20060101ALI20221004BHJP

【ＦＩ】

B66C13/06 M

B66C13/22 U

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021055350

(22)【出願日】2021-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001678

【氏名又は名称】藤央弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】桃井 康行

(72)【発明者】

【氏名】渡部 道治

(72)【発明者】

【氏名】家重 孝二

(72)【発明者】

【氏名】及川 裕吾

(72)【発明者】

【氏名】田上 達也

【テーマコード（参考）】

3F204

【Ｆターム（参考）】

3F204DB09

3F204EA15

(57)【要約】

【課題】地切り時の吊荷とトロリとの間の水平方向の位置偏差を低減させて、地切り前のトロリの動作時間をより短縮させる。
【解決手段】水平方向へ移動可能な水平移動装置と、水平移動装置に搭載されてロープを巻き上げ可能な巻上げモータを有する巻上装置と、ロープに取り付けられたフックと、プロセッサとメモリを有して前記水平移動装置と前記巻上装置を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、ロープに弛みのない緊張状態であるかを判定するロープ緊張状態判定部と、前記巻上装置を駆動してロープを緊張状態まで巻き上げた場合の状態量を測定する状態測定部と、水平移動装置を移動させる走行制御部と、を有し、状態測定部は、前記吊荷が着地している状態で、前記ロープが緊張状態となった水平移動装置の位置と前記状態量の測定結果を用いて前記吊荷位置を同定し、同定された吊荷位置へ水平移動装置を移動させる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータを有して水平方向へ移動可能な水平移動装置と、
前記水平移動装置に搭載されてロープを巻き上げ可能な巻上げモータを有する巻上装置と、
前記ロープに取り付けられて吊荷を吊り下げるフックと、
プロセッサとメモリを有して前記水平移動装置と前記巻上装置を制御する制御部と、を有するクレーンであって、
前記制御部は、
前記ロープに弛みのない緊張状態であるかを判定するロープ緊張状態判定部と、
前記巻上装置を駆動して前記ロープを前記緊張状態まで巻き上げた場合の前記クレーンの状態量を測定する状態測定部と、
前記水平移動装置を移動させる走行制御部と、を有し、
前記状態測定部は、
前記吊荷が着地している状態で、前記ロープが緊張状態となった水平移動装置の位置ｘと前記状態量の測定結果を用いて吊荷位置ｘｐを同定し、
前記走行制御部は、
前記同定された吊荷位置ｘｐへ前記水平移動装置を移動させて前記ロープを前記吊荷の真上に位置決めすることを特徴とするクレーン。

【請求項2】

請求項１に記載のクレーンであって、
前記状態量は、
前記ロープを緊張状態まで巻き上げた場合の前記水平移動装置から前記吊荷との距離Ｌであって、
前記状態測定部は、
移動方向の少なくとも２カ所で前記水平移動装置の位置ｘと前記水平移動装置から前記吊荷までの距離Ｌを前記水平移動装置に設けた第１のセンサで測定し、
前記測定結果をｘ^２－Ｌ^２＋ｐ１×ｘ＋ｐ２＝０を用いて前記係数ｐ１、ｐ２を算出し、算出された前記係数ｐ１、ｐ２から前記距離Ｌが最小となる前記水平移動装置の位置ｘを前記吊荷位置ｘｐとして算出することを特徴とするクレーン。

【請求項3】

請求項１に記載のクレーンであって、
前記ロープは、
端部に前記フックが取り付けられて、前記フックには前記吊荷を吊り下げる吊り下げ部材が取り付けられ、
前記状態量は、
前記ロープを緊張状態まで巻き上げた場合の前記ロープの長さＬｒであり、
前記状態測定部は、
移動方向の少なくとも３カ所で前記水平移動装置の位置ｘと前記ロープの長さＬｒを前記水平移動装置に設けた第１のセンサで測定し、
前記測定結果をｘ^２－Ｌｒ^２＋ｐ１×ｘ＋ｐ２×Ｌｒ＋ｐ３＝０を用いて前記係数ｐ１、ｐ２、ｐ３を算出し、算出された前記係数ｐ１、ｐ２、ｐ３から前記ロープの長さＬｒが最小となる前記水平移動装置の位置ｘを前記吊荷位置ｘｐとして算出することを特徴とするクレーン。

【請求項4】

請求項１に記載のクレーンであって、
前記状態量は、
前記ロープを緊張状態まで巻き上げた場合の前記水平移動装置に対する前記ロープの振れ角θであり、
前記状態測定部は、
移動方向の少なくとも２カ所で前記水平移動装置の位置ｘと前記ロープの振れ角θを前記水平移動装置に設けた第２のセンサで測定し、
前記測定結果をｘ＋ｐ１×ｔａｎθ＋ｐ２＝０を用いて係数ｐ１、ｐ２を算出し、算出された前記係数ｐ１、ｐ２から前記振れ角θが最小となる前記水平移動装置の位置ｘを前記吊荷位置ｘｐとして算出することを特徴とするクレーン。

【請求項5】

請求項１に記載のクレーンであって、
前記状態量は、
前記ロープを緊張状態まで巻き上げた場合の前記ロープの張力Ｔと、前記水平移動装置に対して水平方向に作用する力Ｆであり、
前記状態測定部は、
移動方向の少なくとも２カ所で前記水平移動装置の位置ｘと、前記ロープの張力Ｔを前記水平移動装置に設けた第３のセンサで測定し、前記水平方向に作用する力Ｆを前記水平移動装置に設けた第４のセンサで測定し、
前記測定結果から前記ロープの振れ角θをθ＝ａｒｃｓｉｎ（Ｆ／Ｔ）から算出し、ｘ＋ｐ１×ｔａｎθ＋ｐ２＝０を用いて係数ｐ１、ｐ２を算出し、算出された前記係数ｐ１、ｐ２から振れ角θが最小となる前記水平移動装置の位置ｘを前記吊荷位置ｘｐとして算出することを特徴とするクレーン。

【請求項6】

請求項１に記載のクレーンであって、
前記状態量は、
前記水平移動装置が移動する前に前記ロープを繰り出した長さＬｆと前記ロープを緊張状態まで巻き上げるまでの時間Ｔｆであり、
前記状態測定部は、
少なくとも３カ所で前記水平移動装置の位置ｘと前記ロープを繰り出した長さＬｆと前記ロープを緊張状態まで巻き上げるまでの時間Ｔｆを測定し、前記ロープの巻き上げ速度Ｖを前記ロープを繰り出した長さＬｆの変化量ｔと前記ロープを緊張状態まで巻き上げるまでの時間Ｔｆから算出し、
前記測定結果をｄＬ＝Ｌｆ－Ｖ×Ｔｆと、ｘ^２－ｄＬ^２＋ｐ１×ｘ＋ｐ２×ｄＬ＋ｐ３＝０を用いて係数ｐ１、ｐ２、ｐ３を算出し、算出された前記係数ｐ１、ｐ２、ｐ３から前記ｄＬが最小となる前記水平移動装置の位置ｘを前記吊荷位置ｘｐとして算出することを特徴とするクレーン。

【請求項7】

請求項１ないし請求項６の何れかひとつに記載のクレーンであって、
前記状態測定部は、
前記状態量と前記水平移動装置の位置ｘに基づいて、前記吊荷から前記水平移動装置までの高さＨを同定することを特徴とするクレーン。

【請求項8】

請求項７に記載のクレーンであって、
前記状態量と前記水平移動装置の位置ｘに基づいて、前記吊荷から前記水平移動装置までの高さＨを同定し、前記ロープの長さＬｒと前記高さＨから吊り下げ部材の長さＬｗを同定することを特徴とするクレーン。

【請求項9】

請求項３に記載のクレーンであって、
前記状態量と前記水平移動装置の位置ｘに基づいて、吊り下げ部材の長さＬｗを同定することを特徴とするクレーン。

【請求項10】

モータを有して水平方向へ移動可能な水平移動装置と、前記水平移動装置に搭載されてロープを巻き上げ可能な巻上げモータを有する巻上装置と、前記ロープに取り付けられて吊荷を吊り下げるフックと、プロセッサとメモリを有して前記水平移動装置と前記巻上装置を制御する制御部と、を有するクレーンの制御方法であって、
前記制御部が、前記ロープに弛みのない緊張状態であるかを判定するロープ緊張状態判定ステップと、
前記制御部が、前記巻上装置を駆動して前記ロープを前記緊張状態まで巻き上げた場合の前記クレーンの状態量を測定する状態測定ステップと、
前記制御部が、前記水平移動装置を移動させる走行制御ステップと、を含み、
前記状態測定ステップは、
前記吊荷が着地している状態で、前記ロープが緊張状態となった水平移動装置の位置ｘと前記状態量の測定結果を用いて吊荷位置ｘｐを同定し、
前記走行制御ステップは、
前記同定された吊荷位置へ前記水平移動装置を移動させて前記ロープを前記吊荷の真上に位置決めすることを特徴とするクレーンの制御方法。

【請求項11】

請求項１０に記載のクレーンの制御方法であって、
前記状態量は、
前記ロープを緊張状態まで巻き上げた場合の前記水平移動装置から前記吊荷との距離Ｌであって、
前記状態測定ステップは、
移動方向の少なくとも２カ所で前記水平移動装置の位置ｘと前記水平移動装置から前記吊荷までの距離Ｌを前記水平移動装置に設けた第１のセンサで測定し、
前記測定結果をｘ^２－Ｌ^２＋ｐ１×ｘ＋ｐ２＝０を用いて前記係数ｐ１、ｐ２を算出し、算出された前記係数ｐ１、ｐ２から前記距離Ｌが最小となる前記水平移動装置の位置ｘを前記吊荷位置ｘｐとして算出することを特徴とするクレーンの制御方法。

【請求項12】

請求項１０に記載のクレーンの制御方法であって、
前記ロープは、
端部に前記フックが取り付けられて、前記フックは前記吊荷を吊り下げる吊り下げ部材が取り付けられ、
前記状態量は、
前記ロープを緊張状態まで巻き上げた場合の前記ロープの長さＬｒであり、
前記状態測定ステップは、
移動方向の少なくとも３カ所で前記水平移動装置の位置ｘと前記ロープの長さＬｒを前記水平移動装置に設けた第１のセンサで測定し、
前記測定結果をｘ^２－Ｌｒ^２＋ｐ１×ｘ＋ｐ２×Ｌｒ＋ｐ３＝０を用いて前記係数ｐ１、ｐ２、ｐ３を算出し、算出された前記係数ｐ１、ｐ２、ｐ３から前記ロープの長さＬｒが最小となる前記水平移動装置の位置ｘを前記吊荷位置ｘｐとして算出することを特徴とするクレーンの制御方法。

【請求項13】

請求項１０に記載のクレーンの制御方法であって、
前記状態量は、
前記ロープを緊張状態まで巻き上げた場合の前記水平移動装置に対する前記ロープの振れ角θであり、
前記状態測定ステップは、
移動方向の少なくとも２カ所で前記水平移動装置の位置ｘと前記ロープの振れ角θを前記水平移動装置に設けた第２のセンサで測定し、
前記測定結果をｘ＋ｐ１×ｔａｎθ＋ｐ２＝０を用いて係数ｐ１、ｐ２を算出し、算出された前記係数ｐ１、ｐ２から前記振れ角θが最小となる前記水平移動装置の位置ｘを前記吊荷位置ｘｐとして算出することを特徴とするクレーンの制御方法。

【請求項14】

請求項１０に記載のクレーンの制御方法であって、
前記状態量は、
前記ロープを緊張状態まで巻き上げた場合の前記ロープの張力Ｔと、前記水平移動装置に対して水平方向に作用する力Ｆであり、
前記状態測定ステップは、
移動方向の少なくとも２カ所で前記水平移動装置の位置ｘと前記ロープの張力Ｔと前記水平方向に作用する力Ｆを前記水平移動装置に設けた第３のセンサで測定し、
前記測定結果から前記ロープの振れ角θをθ＝ａｒｃｓｉｎ（Ｆ／Ｔ）から算出し、ｘ＋ｐ１×ｔａｎθ＋ｐ２＝０を用いて係数ｐ１、ｐ２を算出し、算出された前記係数ｐ１、ｐ２から振れ角θが最小となる前記水平移動装置の位置ｘを前記吊荷位置ｘｐとして算出することを特徴とするクレーンの制御方法。

【請求項15】

請求項１０に記載のクレーンの制御方法であって、
前記状態量は、
前記水平移動装置が移動する前に前記ロープを繰り出した長さＬｆと前記ロープを緊張状態まで巻き上げるまでの時間Ｔｆであり、
前記状態測定ステップは、
少なくとも３カ所で前記水平移動装置の位置ｘと前記ロープを繰り出した長さＬｆと前記ロープを緊張状態まで巻き上げるまでの時間Ｔｆを測定し、前記ロープの巻き上げ速度Ｖを前記ロープを繰り出した長さＬｆの変化量ｔと前記ロープを緊張状態まで巻き上げるまでの時間Ｔｆから算出し、
前記測定結果をｄＬ＝Ｌｆ－Ｖ×Ｔｆと、ｘ^２－ｄＬ^２＋ｐ１×ｘ＋ｐ２×ｄＬ＋ｐ３＝０を用いて係数ｐ１、ｐ２、ｐ３を算出し、算出された前記係数ｐ１、ｐ２、ｐ３から前記ｄＬが最小となる前記水平移動装置の位置ｘを前記吊荷位置ｘｐとして算出することを特徴とするクレーンの制御方法。

【請求項16】

請求項１０ないし請求項１５の何れかひとつに記載のクレーンの制御方法であって、
前記状態測定ステップは、
前記状態量と前記水平移動装置の位置ｘに基づいて、前記吊荷から前記水平移動装置までの高さＨを同定することを特徴とするクレーンの制御方法。

【請求項17】

請求項１６記載のクレーンの制御方法であって、
前記状態量と前記水平移動装置の位置ｘに基づいて、前記吊荷から前記水平移動装置までの高さＨを同定し、前記ロープの長さＬｒと前記高さＨから吊り下げ部材の長さＬｗを同定することを特徴とするクレーンの制御方法。

【請求項18】

請求項１２に記載のクレーンの制御方法であって、
前記状態量と前記水平移動装置の位置ｘに基づいて、吊り下げ部材の長さＬｗを同定することを特徴とするクレーンの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、吊荷を吊り下げて搬送するクレーン及びレーンの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、クレーンの熟練作業者の高齢化や、クレーン設置台数の増加による人手不足に伴い、経験の浅い未習熟作業者がクレーンを運転（操作）する場合が増加している。未習熟作業者は、特に吊荷の振れ（荷振れ）を抑制する振れ止め操作が不得手であり、荷振れによる衝突や挟まれなどの事故のリスクが高く、また、荷振れが収まるまで時間がかかり作業時間が長くなる。そこで、より安全で、かつ、作業効率を向上させるために、自動で荷振れを抑制する技術が求められている。

【0003】

ところで、吊荷が地面から離れる地切り時に吊荷とロープを介して吊荷を吊り下げている水平移動装置（トロリ）との間に水平方向の位置偏差があると、吊荷が地面から離れた瞬間に吊荷が振子運動を開始し荷振れ（初期振れ）が発生することがある。

【0004】

この初期振れを抑制する技術として、例えば、特許文献１の技術が開示されている。この特許文献１に記載されている先行技術では、地切り前に、ロープを弛みのない緊張状態まで巻き上げ、その時のロープ長を測定し、ロープ長がより短くなる方向へトロリを微小移動させ、これを繰り返すことでロープ長が最小となる位置偏差がない吊荷直上までトロリを移動させる。そして、ロープ長が最小かどうかの判定条件を、トロリの移動によるロープ長の変化量が所定の値まで小さくなる、もしくは、ロープ長の変化量が減少から増加に変化する、こととしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１９－１１９５８３号公報

【特許文献2】国際公開第２０１８／２１１７３９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

先行技術では、ロープ長の変化量によりロープ長が最小かどうかを判定している。ところが、吊荷とトロリとの位置偏差が小さくなるとロープ長の変化量も小さくなるため、ロープ長が最小となる位置の検出精度に限界があり、位置偏差の低減に限界がある。

【0007】

また、巻き上げによるロープの緊張、ロープ長の測定、トロリの微小移動を繰り返し行うため、位置偏差が大きいとトロリの移動の繰り返し数が多くなり、吊荷の直上までトロリを移動させる時間（動作時間）が長くなる、という問題があった。

【0008】

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、地切り時の吊荷とトロリとの間の水平方向の位置偏差をより低減させて、地切り前のトロリの動作時間をより短縮し、地切りまでの時間を短縮することが可能なクレーン及びクレーンの制御方法を提供すること目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、モータを有して水平方向へ移動可能な水平移動装置と、前記水平移動装置に搭載されてロープを巻き上げ可能な巻上げモータを有する巻き上げ装置と、前記ロープに取り付けられて吊荷を吊り下げるフックと、プロセッサとメモリを有して前記水平移動装置と前記巻上装置を制御する制御部と、を有するクレーンであって、前記制御部は、前記ロープに弛みのない緊張状態であるかを判定するロープ緊張状態判定部と、前記巻上装置を駆動して前記ロープを前記緊張状態まで巻き上げた場合の前記クレーンの状態量を測定する状態測定部と、前記水平移動装置を移動させる走行制御部と、を有し、前記状態測定部は、前記吊荷が着地している状態で、前記ロープが緊張状態となった水平移動装置の位置と前記状態量の測定結果を用いて前記吊荷位置を同定し、前記走行制御部は、前記同定された吊荷位置へ前記水平移動装置を移動させて前記ロープを前記吊荷の真上に位置決めする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、地切り時の吊荷とトロリとの間の水平方向の位置偏差をより低減させて、地切り前のトロリの動作時間をより短縮し、地切りまでの時間を短縮することが可能となる。

【0011】

本明細書において開示される主題の、少なくとも一つの実施の詳細は、添付されている図面と以下の記述の中で述べられる。開示される主題のその他の特徴、態様、効果は、以下の開示、図面、請求項により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施例１を示し、マルチコアプロセッサを用いて並列処理を行う計算機の一例を示すブロック図である。

【図2】本発明の実施例１を示し、クレーンの制御装置の構成を示すブロック図である。

【図3A】本発明の実施例１を示し、地切り時のクレーンの動きを説明する図である。

【図3B】本発明の実施例１を示し、地切り時のクレーンの動きを説明する図である。

【図4】従来例の処理の一例を示すフローチャートである。

【図5】従来例の処理の一例を示すクレーンの動きを示す図である。

【図6】本発明の実施例１を示し、トロリと吊荷の位置とロープ長の関係を説明する図である。

【図7】本発明の実施例１を示し、位置偏差とロープ長との関係を示すグラフである。

【図8】本発明の実施例１を示し、本発明の原理を説明するトロリ位置とロープ長の関係を示すグラフである。

【図9】本発明の実施例１を示し、クレーンの動きを示す図である。

【図10】本発明の実施例１を示し、処理の一例を示すフローチャートである。

【図11】本発明の実施例１を示し、ロープ長が最小となる位置を同定する処理の詳細なフローチャートである。

【図12】本発明の実施例３を示し、ロープ振れ角を用いて吊荷位置を同定する制御の一例を説明する図である。

【図13】本発明の実施例３を示し、ロープの繰り出し量と緊張状態までの巻上時間を用いて吊荷位置を同定する制御の一例を示す図である。

【図14】本発明の実施例３、４、５のクレーンの制御装置の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

【実施例0014】

＜クレーンの構成、動作の説明＞
本発明の実施例１のクレーン１の構成と、その動作について説明する。なお、各図面において、同一機器(装置、部品)には同一の符号を付し、後の説明では既出の機器の説明は省略する場合がある。

【0015】

図１は天井クレーンの概略の構成を示している。クレーン１は、工場等の建屋（図示せず）の両側の壁に沿って設けられたランウェイ２と、このランウェイ２の上面を移動するガーダ３と、ガーダ３の下面に沿って移動するトロリ４から構成される。

【0016】

ガーダ３とトロリ４には電動モータ（図示省略）で駆動される車輪（図示省略）が設けられており、この車輪によってガーダ３とトロリ４は移動可能である。ガーダ３は、ランウェイ２に沿って走行し、トロリ４は、ガーダ３の下面でランウェイ２、２の間を横行（水平方向：図中左右方向）する。

【0017】

また、トロリ４には巻上装置（ホイスト）５が設けられている。巻上装置５には電動モータで駆動されるドラム（図示省略）が設けられ、このドラムを回転させてロープ６を巻き上げ、又は、巻き下げることにより、ロープ６の先端のフック７を昇降させる。

【0018】

このフック７に直接又はワイヤー８を介して吊荷９を吊り下げており、フック７の昇降に伴い、吊荷９が昇降する。クレーン１は、ガーダ３の水平方向の移動（走行）とトロリ４の水平方向の移動（横行）により吊荷９を水平方向に移動させ、巻上装置５により吊荷９を垂直方向（上下方向）に昇降させることができる。

【0019】

なお、フック７に吊荷９を吊り下げる部材はワイヤー８に限定されるものではなく、チェーンやロープなどの吊り下げ部材を用いることができる。

【0020】

図１ではトロリ４とガーダ３が「水平移動装置」に該当するが、トロリ４、或いは、ガーダ３の少なくとも一方を「水平移動装置」とすることもできる。或いは、ガーダ３に沿って移動するトロリ４を第１の水平移動装置とし、ランウェイ２に沿って移動するガーダ３を第２の水平移動装置としてもよい。

【0021】

また、巻上装置５にはドラムの回転角を検出するためのエンコーダ５ａ（図２参照）が設けられており、ドラムから繰り出されたロープ６の長さ（ロープ長）を測定できる。

【0022】

＜制御装置の説明＞
図２は本実施形態におけるクレーン１の制御装置の構成を示している。なお、図２では説明を簡単にするために、トロリ４による横行と巻上装置５による昇降の制御を示しており、ガーダ３による走行は省略している。

【0023】

また、電動モータ等の駆動部は省略している。クレーン１の制御装置１００は、演算制御部と、トロリ４の電動モータ（横行モータ）を制御する横行モータ制御装置３００と、巻上装置５の電動モータ（巻上モータ）を制御する巻上モータ制御装置３１０と、操作入力装置２００及び、表示装置２１０を有する。なお、図示はしないが、制御装置１００は、ガーダ３をランウェイ２に沿って駆動する電動モータ（走行モータ）を制御する走行モータ制御装置を含む。

【0024】

制御装置１００は、操作入力装置２００からの入力される操作入力や、エンコーダ５ａ（第１のセンサ）などのセンサからの取得情報に基づき、トロリ４や巻上装置５などへの速度指令値の演算及び出力、表示装置２１０への情報の出力を行う。

【0025】

制御装置１００の演算制御部は、汎用の計算機を使用したものが主流であり、内蔵しているプログラムやデータ等を用いて制御や演算処理を実行するマイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ： Ｍｉｃｒｏ－Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０１、プログラムやデータ等を記憶するメモリ１０２と、外部からのデータや、信号の入力や、ＭＰＵ１０１が演算処理した信号等を外部に出力するための入出力制御部１０３から構成される。ＭＰＵ１０１、メモリ１０２、入出力制御部１０３は、信号やデータの授受を行うためのバスライン１０４で接続されている。

【0026】

操作入力装置２００は、クレーン１の操作者等が操作する操作端末装置２０１が接続されており、操作端末装置２０１には吊荷の移動方向である前方、後方、右方、左方、上方、下方の各方向に対応した操作ボタン２０２が設けられている。

【0027】

表示装置２１０はクレーン１の状態などの情報を表示する。操作端末装置２０１は制御装置１００とは有線で接続されても、無線で接続されていてもよい。また、表示装置２１０は操作端末装置２０１と同一の筐体に搭載してもよい。

【0028】

横行モータ制御装置３００と巻上モータ制御装置３１０は、制御装置１００から出力される速度指令値に基づきトロリ４と巻上装置５の電動モータを制御する。横行モータ制御装置３００と巻上モータ制御装置３１０の具体的な構成は図示していないが、制御装置１００と同様に汎用の計算機、及びインバータ回路等により構成できる。また、横行モータ制御装置３００と巻上モータ制御装置３１０は、制御装置１００と同一の筐体に搭載してもよい。

【0029】

なお、図２では省略しているが、制御装置１００は、トロリ４、巻上装置５だけでなく、ガーダ３の速度指令値も出力する。ガーダ３側は、この速度指令値に基づき図示していない電動モータ（走行モータ）制御装置により電動モータを制御する。

【0030】

メモリ１０２には、ロープ緊張状態判定部２１と、状態測定部２２と、巻き上げ制御部２３と、走行制御部２４がプログラムとしてロードされてＭＰＵ１０１によって実行される。

【0031】

ＭＰＵ１０１は、各機能部のプログラムに従って処理を実行することによって、所定の機能を提供する機能部として稼働する。例えば、ＭＰＵ１０１は、ロープ緊張状態判定プログラムに従って処理を実行することでロープ緊張状態判定部２１として機能する。他のプログラムについても同様である。さらに、ＭＰＵ１０１は、各プログラムが実行する複数の処理のそれぞれの機能を提供する機能部としても稼働する。計算機及び計算機システムは、これらの機能部を含む装置及びシステムである。

【0032】

ロープ緊張状態判定部２１は、巻上装置５の電動モータの電流値などにもと付いて、ロープ６が弛みのない緊張状態か否かを判定する。状態測定部２２は、後述するように、吊荷が着地している状態で、ロープ６を緊張状態まで巻き上げてロープ長とトロリ４及びガーダ３の位置等の状態量を測定し、状態量から吊荷位置を推定し、トロリ４及びガーダ３を吊荷位置へ移動させてロープ６を吊荷９の直上へ移動させて位置決めを行う。

【0033】

走行制御部２４は操作端末装置２０１からの指令値や、状態測定部２２からの吊荷位置を受け付けて、横行モータ制御装置３００でトロリ４を駆動し、図示しない走行モータ制御装置でガーダ３を駆動して水平方向の移動を行う。

【0034】

巻き上げ制御部２３は、操作端末装置２０１からの指令値や、状態測定部２２からの指令値に応じて巻上モータ制御装置３１０に指令値を出力する。

【0035】

＜地切り動作＞
ところで、吊荷９が地面（又は床面）から離れる地切り時に荷振れ（初期振れ）が発生することがある。図３Ａ、図３Ｂは地切り時のクレーン１の動きを示している。図３Ａのように地面に置かれた吊荷９とトロリ４との間に水平方向の位置偏差Ｄがあると、図３Ｂのようにロープ６を巻き上げて吊荷９が地面から離れた後に、吊荷９は振幅Ｄ、角周波数（ｇ／Ｌ）^１／２（Ｌ：トロリ４から吊荷９までの距離、ｇ；重力加速度）の振子運動を始める。これが初期振れである。

【0036】

＜先行技術の説明と課題＞
この初期振れを抑制するためには、地切り時の吊荷９のトロリ４との水平方向の位置偏差を低減すればよく、地切り前に吊荷９の直上へトロリ４を移動させればよい。これを実現する技術として前記特許文献１に開示されている先行技術が知られている。

【0037】

この先行技術では、地切り前に、ロープを弛みのない緊張状態まで巻き上げ、その時のロープ長を測定し、ロープ長がより短くなる方向へトロリを微小移動させ、これを繰り返すことでロープ長が最小となる位置偏差がない吊荷の直上までトロリを移動させる。

【0038】

そして、ロープ長が最小かどうかの判定条件を、トロリの移動によるロープ長の変化量が所定の値まで小さくなる、もしくは、ロープ長の変化量が減少から増加に変化する、こととしている。

【0039】

図４は先行技術の制御の一例を示すフローチャートを示す。この詳細は以下の通りである。なお、以下では、制御装置がトロリと巻上装置で吊荷を移動する制御の一例を示す。

【0040】

まず、制御装置は、巻き上げ操作を不許可にする（Ｓ１０１）。次に、制御装置は巻上装置に指令してロープを弛みのない緊張状態まで巻き上げる（Ｓ１０２）。制御装置は、巻上装置に設置したエンコーダ等から状態量Ψとしてロープ長を検出する（Ｓ１０３）。

【0041】

ステップＳ１０４では、制御装置が状態量Ψに基づいて終了判定を行う。終了条件は、ロープ長の変化量が所定の値より小さくなる、もしくは、ロープ長が減少から増加へ変化する、とする。終了条件を満たさない場合はステップＳ１０５へ進み、満たした場合はステップＳ１０７へ進む。

【0042】

ステップＳ１０５では制御装置は、トロリの移動方向を判定して、ロープ長がより短くなる方向をトロリの搬送（横行）方向とする。ステップＳ１０６では、上記ステップＳ１０５で制御装置が決定した方向へ所定の移動距離だけトロリを搬送する。搬送が完了した後はステップＳ１０２へ戻って上記処理を繰り返す。

【0043】

一方、ステップＳ１０７では、制御装置が終了条件を満足して吊荷の真上にトロリを移動できたかを判定して、作業者に巻き上げ操作を許可する。

【0044】

また、図５は先行技術でのクレーン１の動作を示している。先行技術では、巻き上げによるロープ６の緊張、ロープ長の測定、トロリ４の微小移動を繰り返し、トロリ４を吊荷９の直上へ漸近的に移動させる。

【0045】

この先行技術では以下の２つの課題がある。１つは、ロープ長の検出精度による位置偏差低減の限界である。図６はトロリ４と吊荷９との位置とロープ長との関係を示している。トロリ４と吊荷９との水平方向の位置偏差をＤ、吊荷９からトロリ４までの高さをＨとすると、トロリ４から吊荷９までの距離、すなわち、ワイヤー８を含めたロープ６の長さＬは次の（１）式のようになる。

【0046】

【数1】

【0047】

図７は、式（１）から得られる位置偏差Ｄとロープ長Ｌとの関係を示すグラフである。この図７より、位置偏差Ｄが小さくなるとロープ長Ｌの変化量は小さくなり、ロープ長Ｌの変化を検出するのに必要となるトロリ４の移動距離は長くなることが分かる。ロープ長Ｌはエンコーダ５ａにより検出できるが、エンコーダ５ａによるロープ長Ｌの検出分解能をΔＬとすると、位置偏差Ｄの最小値Ｄｍｉｎは次の（２）式のようになる。

【0048】

【数2】

【0049】

以上のように、位置偏差Ｄの最小値Ｄｍｉｎはエンコーダ５ａの検出分解能により決定され、位置偏差Ｄの低減には限界がある。

【0050】

また、もう１つの課題は、位置偏差Ｄが大きくなると、トロリ４が吊荷９の直上までに移動するまでの動作時間が長くなることである。図４に示されるように、先行技術では、巻き上げによるロープの緊張、ロープ長の測定、トロリ４の微小移動を繰り返す。このため、位置偏差Ｄが大きいと、その繰り返しの回数が多くなり、動作時間が長くなる、という問題があった。

【0051】

＜本発明の概要及び原理＞
本発明では、上記の課題を次のように解決する。図８は本発明の原理を示すロープ長Ｌとトロリ位置ｘの関係を示すグラフである。また、図９は本発明におけるクレーン１の動作を示す図である。トロリ４の横行方向のトロリ位置ｘ（ｉ）と、トロリ位置ｘでの緊張状態のトロリ４と吊荷９との距離（ワイヤー８を含めたロープ長）Ｌ（ｉ）は次の（３）式のような関係になる。ただし、ｉはロープ長Ｌの測定回数を示す自然数である。

【0052】

【数3】

【0053】

図８において、吊荷位置ｘｐは横行（ガーダ３）方向にトロリ４を移動させた場合にロープ長Ｌが最小となるトロリ位置であり、吊荷９の横行方向の位置（吊荷位置）ｘｐである。この（３）式の両辺を二乗すると、次の（４）式を得る。

【0054】

【数4】

【0055】

ここで、吊荷９からトロリ４（又は巻上装置５）までの高さＨと、吊荷位置ｘｐを含む係数をｐ１、ｐ２とすると、上記（４）式は次の（５）式のようになる。

【0056】

【数5】

【0057】

このようにロープ長Ｌ（ｉ）の二乗値はトロリ位置ｘ（ｉ）の２次関数で表せることができる。そこで、横行方向にトロリ４を移動させ、少なくとも２カ所のトロリ位置ｘ（ｉ）と緊張状態のロープ長Ｌ（ｉ）を状態量として測定し、得られたトロリ位置ｘ（ｉ）とロープ長Ｌ（ｉ）を最小二乗法などの周知又は公知の手法により上記（５）式にフィッティングして係数ｐ１、ｐ２を算出する。なお、本実施例のフィッティングは、曲線あてはめ又はカーブフィッティングを用い、測定されたデータに最もよく当てはまるような曲線（上記（５）式）を求める。

【0058】

そして、算出された係数ｐ１、ｐ２より、制御装置１００は吊荷９の横行方向のトロリ４の吊荷位置ｘｐは次の（６）式により算出することができる。

【0059】

【数6】

【0060】

同様に、ガーダ３の走行方向に少なくとも２カ所のガーダ位置ｙ（ｉ）とロープ長Ｌ（ｉ）を測定することで、ガーダ３の走行方向でトロリ４からのロープ長Ｌが最小となる吊荷９の走行方向の吊荷位置ｙｐを上記吊荷位置ｘｐと同様にして算出することができる。

【0061】

このように得られた吊荷位置（ｘｐ、ｙｐ）へトロリ４を横行方向と走行方向に移動させることで、吊荷９とトロリ４との水平方向の位置偏差Ｄを低減することができ、初期振れを抑制することができる。

【0062】

以上のように、本発明では上記（５）式に示す２次曲線にロープ長Ｌ（ｉ）とトロリ位置ｘ（ｉ）をフィッティングさせることで、先行技術のようにエンコーダの検出分解能により決定される精度に比べ、より高精度に吊荷９の真上の位置を決定することができ、位置偏差Ｄをより低減することが可能である。

【0063】

また、本発明では、巻き上げによるロープ６の緊張、ロープ長Ｌの測定、トロリ４の移動を、横行及び走行方向について少なくとも２回行えばよく、先行技術に比べ繰り返し数を少なくすることができ、動作時間を短くすることが可能となる。

【0064】

＜本発明の制御＞
図１０は本発明の制御装置１００で行われる処理の一例を示すフローチャートである。この処理は操作者の指令に基づいて開始される。この詳細は以下の通りである。

【0065】

ステップＳ２０１で、制御装置１００は、本発明の地切り前のトロリ移動を行う初期位置調整モードへ動作モードを切り替える。動作モードの切り替えは、例えば、操作入力装置２００に動作モード切り替えスイッチを設け、操作者がそれを操作するようにすればよい。

【0066】

また、動作モードが周囲に分かるように、例えば、表示装置２１０に動作モードを表示させる、又は、クレーン１に動作モードを示すランプを設けるようにしてもよい。

【0067】

ステップＳ２０２では、制御装置１００はトロリ４を移動して、横行方向の吊荷位置ｘｐを同定する。この制御の詳細は後に示す。そして、ステップＳ２０３では、制御装置１００がガーダ３をランウェイ２方向に移動して、ガーダ３の走行方向での吊荷位置ｙｐを同定する。

【0068】

そして、ステップＳ２０４では、上記同定された吊荷位置（ｘｐ、ｙｐ）へトロリ及びガーダ３を移動させる。これにより、トロリ４から垂下されたロープ６は吊荷９の真上に位置決めされる。

【0069】

ステップＳ２０５では、制御装置１００が操作端末装置２０１に設けられた操作ボタン２０２が押された方向へ吊荷９を移動させる通常操作モードへ切り替える。この切り替えは、例えば操作端末装置２０１に動作モードの切り替えスイッチを操作するなど明示的な操作で切り替えるだけではなく、吊荷位置（ｘｐ、ｙｐ）へトロリ４が到達したら自動で切り替えるようにしてもよい。

【0070】

なお、安全性を確保するため、上記ステップＳ２０２、Ｓ２０３、Ｓ２０４において、操作端末装置２０１に設けられた操作ボタン２０２が押されている間だけトロリが移動するようにしてもよい。

【0071】

図１１は図１０のステップＳ２０２で行われる吊荷位置ｘｐの同定処理の詳細を示すフローチャートである。この詳細は以下の通りである。なお、上記ステップＳ２０３の詳細は以下の説明の横行方向を走行方向に置き換えたものになる。

【0072】

ステップＳ３０１では、制御装置１００は、トロリ４の初期のトロリ位置ｘ（１）でロープ６が緊張するまでロープ６を巻き上げ、ロープ６が緊張状態となった時のロープ長Ｌ（１）をエンコーダ５ａの検出値から測定する。

【0073】

ロープ６が緊張したかどうかは、例えば、巻き上げモータの電流値が閾値を超えたかどうか、又は、ロープ６に張力センサを取り付け、その張力が閾値を超えたかどうか、など周知又は公知の技術で判定するようにすればよい。

【0074】

ステップＳ３０２では、制御装置１００が、トロリ４をトロリ位置ｘ（１）から所定の距離ｄｘだけ離れたトロリ位置ｘ（２）へ移動させ、その位置でロープ６が緊張するまでロープ６を巻き上げて、ロープ長Ｌ（２）をエンコーダ５ａから測定する。トロリ４の水平位置は、例えばトロリ４の移動時間から算出したり、トロリ４にレーザー距離センサを取り付けて測定すればよい。

【0075】

なお、制御装置１００は、上記ステップＳ３０１、Ｓ３０２の処理をガーダ３の走行方向でも同様に実施して、ガーダ３をガーダ位置ｙ（１）から所定の距離ｄｙだけ離れたガーダ位置ｙ（２）へ移動させ、その位置でロープ６が緊張するまでロープ６を巻き上げて、ロープ長Ｌ（２）をエンコーダ５ａから測定する。

【0076】

ステップＳ３０３では、制御装置１００が上記ステップＳ３０１、Ｓ３０２で測定されたトロリ位置（ｘ（１）、Ｌ（１））、トロリ位置（ｘ（２）、Ｌ（２））を最小二乗法などの周知又は公知の手法により上記（５）式にフィッティングし、トロリ４の横行方向における係数ｐ１、ｐ２を同定する。

【0077】

また、制御装置１００は、上記と同様の手法でガーダ３の走行方向におけるガーダ位置（ｙ（１）、Ｌ（１））、ガーダ位置（ｙ（２）、Ｌ（２））を最小二乗法などの周知又は公知の手法により上記（５）式にフィッティングし、ガーダ３の走行方向における係数ｐ１、ｐ２を同定する。

【0078】

ステップＳ３０４では、制御装置１００が、トロリ４の横行方向における係数を図中ｐ１ｘとして、上記（６）式によりロープ長Ｌ（状態量）が最小となる横行方向の吊荷位置ｘｐを決定する。また、制御装置１００は、ガーダ３の走行方向における係数を図中ｐ１ｙとして、上記（６）式によりロープ長Ｌが最小となる走行方向の吊荷位置ｙｐを決定する。

【0079】

なお、上記ステップＳ３０２において、ロープ６が緊張した状態でトロリ４を移動させると吊荷９が引きずられる恐れがある。そこで、トロリ４を移動させる前にロープ６を繰り出してからトロリ４の移動を開始させる。なお、ガーダ３の走行方向でも同様である。

【0080】

この例では、横行方向にトロリを移動させ、２カ所のトロリ位置とロープ長を測定しているが、吊荷位置ｘｐの検出精度を高めるために測定する位置を増やしてもよい。

【0081】

以上のように、トロリ位置ｘ（１）、ｘ（２）と緊張状態のロープ長Ｌ（１）、Ｌ（２）を図８に示した２次曲線にフィッティングさせることで、より高精度に吊荷９の位置を決定することができ、位置偏差をより低減することが可能である。

【0082】

また、本実施例では、トロリ４の巻き上げによるロープ６の緊張、ロープ長Ｌの測定、トロリ４（又はガーダ３）の移動を、横行及び走行方向に少なくとも２回行えばよく繰り返し数を少なくすることができることから、地切り前のトロリ４の動作時間をより短縮し、地切りまでの時間を短くすることが可能となる。

【0083】

＜変形例１＞
ところで、上記（４）式と（５）式の定数項を見ると、高さＨは次の（７）式により算出される。

【0084】

【数7】

【0085】

この高さＨからトロリ４が吊荷９の直上での緊張状態でのトロリ４からフック７までのロープ長Ｌｒ（ｘ＝ｘｐ）を減じると、フック７から吊荷９までのワイヤー８の長さＬｗが次の（８）式のように算出される。

【0086】

【数8】

【0087】

以上のようにすれば、ワイヤー８の長さ（以下、ワイヤー長さ）Ｌｗを自動で取得することが可能となり、エンコーダ５ａにより検知されるトロリ４からフック７までのロープ６の長さＬｒにワイヤー長さＬｗを加えれば、トロリ４から吊荷９までの距離Ｌを自動で取得できるようになる。なお、この距離Ｌは、上述のトロリ４から吊荷９までのロープ長Ｌと同一である。

【0088】

この距離Ｌは吊荷９の搬送時に発生する荷振れの抑制制御に必要なパラメータである。搬送時の荷振れはトロリ４の加減速により吊荷９に慣性力が作用し、角周波数ωｒは、

【0089】

【数9】

【0090】

の振れが励起することで発生する。この荷振れを抑制するには、例えば、国際公開第２０１８／２１１７３９号（以下、公知例）に示されているようなトロリ４の速度指令値から角周波数ωｒの周波数成分を除去する荷振れ抑制制御を行えばよい。

【0091】

しかし、上記公知例はワイヤー長さＬｗを予め設定、もしくは、記録された値を読み出すものであり、使用するワイヤー８に応じてワイヤー長さＬｗを自動で取得する方法は開示されていない。以上のようにすれば、ワイヤー長さＬｗを自動で取得できるようになり、搬送時の荷振れの抑制性能を向上させることが可能となる。

【0092】

＜変形例１の効果＞
また、以上のようにすれば、吊荷９からトロリ４までの高さＨも自動で取得することが可能となる。これにより、巻下げ時の下限リミットを自動で設定することが可能となり、巻下げ過ぎによる不用意な吊荷と地面との衝突やワイヤーが弛みフックから外れることを防止することができ、クレーン１の安全性を向上できる。

【実施例0093】

次に、本発明の実施例２のクレーン１を説明する。なお、上述の実施例との共通点についての重複説明は省略する。なお、クレーン１及び制御装置１００の構成は前記実施例１と同様である。

【0094】

実施例１のクレーン１では、トロリ４と吊荷９との距離（ワイヤー８を含めたロープ６の長さ）を状態量に用いて吊荷位置を同定した。ところで、図１に示しているようにトロリ４から吊り下げられるロープ６の先端にはフック７が取り付けられ、ワイヤー８を介してフック７に吊荷９が吊り下げられる。

【0095】

巻上装置５に搭載されたエンコーダによりトロリ４からフック７までの距離、すなわち、ロープ６の長さを検出できるが、フック７から吊荷９までの距離、すなわち、ワイヤー８の長さを直接検出する装置は通常搭載されていない。そこで、本実施例ではワイヤー８の長さも未知数として、吊荷位置ｘｐ（ｙｐ）を同定する。

【0096】

ロープ長をＬｒ（ｉ）、ワイヤー長をＬｗ、トロリ４の位置をｘ（ｉ）、吊荷の位置をｘｐ、吊荷９からトロリ４までの高さをＨとすると、これらは次の（９）式のような関係になる。

【0097】

【数10】

【0098】

この両辺を二乗すると、次の（１０）式を得る。

【0099】

【数11】

【0100】

ここで、ワイヤー長さＬｗ、高さＨ、吊荷位置ｘｐを含む係数をｐ１，ｐ２，ｐ３とすると、次の（１１）式のようになる。

【0101】

【数12】

【0102】

そこで、横行方向にトロリ４を移動させ、少なくとも３カ所のトロリ位置ｘ（ｉ）と緊張状態のロープ長Ｌｒ（ｉ）を測定し、得られたトロリ位置ｘ（ｉ）とロープ長Ｌｒ（ｉ）を最小二乗法などにより上記（１１）式にフィッティングして係数ｐ１、ｐ２、ｐ３を算出する。そして、算出された係数より吊荷９の横行方向の吊荷位置ｘｐは次の（１２）式により算出することができる。

【0103】

【数13】

【0104】

同様に、走行方向にも少なくとも３カ所のガーダ位置ｙ（ｉ）とロープ長Ｌｒ（ｉ）を測定することで、走行方向にガーダ３を移動させた時にロープ長Ｌｒが最小となる吊荷９の走行方向の吊荷位置ｙｐを算出することができる。

【0105】

このように得られた吊荷位置（ｘｐ、ｙｐ）へトロリ４及びガーダ３を移動させることで、吊荷９とトロリ４及びガーダ３との水平方向の位置偏差をなくすことができ、初期振れを抑制することができる。

【0106】

以上のようにすれば、フック７から吊荷９までの距離、すなわち、ワイヤー長Ｌｗが未知であっても、吊荷９の位置を同定することができる。

【0107】

＜変形例２＞
ところで、上記（１０）式と（１１）式のロープ長Ｌｒ（ｉ）の係数を見ると、ワイヤー長さＬｗは次の（１３）式により算出される。

【0108】

【数14】

【0109】

また、上記（１０）式と（１１）式の定数項を見ると、高さＨは次の（１４）式により算出される。

【0110】

【数15】

【0111】

算出された高さＨとトロリ４が吊荷９の直上での緊張状態でのトロリ４からフック７までのロープ長Ｌｒ（ｘ＝ｘｐ）とから上記（８）式によりワイヤー長さＬｗを算出することもできる。

【0112】

以上のようにすれば、ワイヤー長さＬｗを自動で取得することが可能となり、搬送時の荷振れ抑制制御の性能を向上させることが可能となる。また、高さＨも自動で取得することが可能となり、巻下げ時の下限リミットを自動で設定することでクレーン１の安全性を向上できる。