特開 2022-69088 クレーン用荷振れ角度推定装置およびこれを備えたクレーン

(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】P2022069088

(43)【公開日】2022-05-11

(54)【発明の名称】クレーン用荷振れ角度推定装置およびこれを備えたクレーン

(51)【国際特許分類】

   B66C 13/22 20060101AFI20220428BHJP

【ＦＩ】

B66C13/22 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020178058

(22)【出願日】2020-10-23

(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

(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

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100067828

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 悦司

(74)【代理人】

【識別番号】100178582

【弁理士】

【氏名又は名称】行武 孝

(72)【発明者】

【氏名】福光 昌由

(72)【発明者】

【氏名】堀江 直貴

【テーマコード（参考）】

3F204

【Ｆターム（参考）】

3F204CA03

3F204EB03

(57)【要約】

【課題】吊り荷の荷振れ角度を精度良く推定することが可能なクレーン用荷振れ角度推定装置を提供する。
【解決手段】荷振れ角度推定装置５は、吊り荷１の周囲に装着された音波発信器１０５と、複数の音波受信器Ｍ１、Ｍ２と、時間差算出部５０３と、荷振れ角度算出部５０４とを備える。音波発信器１０５の発信周波数、複数の音波受信器の音響信号から抽出する複数のサンプリングデータのサンプリング周波数、サンプリング周期数およびサンプリングデータ数をそれぞれｆ、ｆｓ、ｍおよびＮとすると、ｆ＝ｍ×ｆｓ／（２Ｎ）の関係が満たされている。時間差算出部５０３は、前記音響信号の内積およびノルムに基づいて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および前記発信周波数ｆに基づいて音波の到達時間差を算出する。荷振れ角度算出部５０４は当該時間差に基づいて荷振れ角度を算出する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

支点部を含む機体と、
前記機体の前記支点部から垂下されたロープと、
前記ロープの下端部に装着され、吊り荷に接続される吊り部と、
を有するクレーンに用いられ、基準方向に対する前記吊り荷の振れ角度である荷振れ角度を推定するクレーン用荷振れ角度推定装置であって、
前記吊り部又は前記吊り荷に装着され、音波を発信することが可能な音波発信器と
、
並び方向に沿って互いに間隔をおいて配置されるように前記機体に装着され、前記音波発信器から発信された音波をそれぞれ受信するとともに、当該受信した音波に対応する音響信号をそれぞれ出力することが可能な、複数の音波受信器と、
前記複数の音波受信器のそれぞれから出力された前記音響信号に基づいて、前記複数の音波受信器が前記音波を受信した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って算出された前記時間差と、前記支点部に対する前記複数の音波受信器の相対位置に関する情報である位置情報と、前記支点部と前記吊り荷との間の前記ロープの長さに対応する情報であるロープ長さ情報とに基づいて、前記荷振れ角度を算出する荷振れ角度算出部と、
を備え、
前記時間差算出部は、前記複数の音波受信器から出力された前記音響信号の内積およびノルムに基づいて、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、当該位相差および前記音波発信器の発信周波数に基づいて前記時間差を算出し、
前記音波発信器の前記発信周波数をｆ、前記時間差算出部が前記内積および前記ノルムを算出するために前記複数の音波受信器の前記音響信号から抽出する複数のサンプリングデータのサンプリング周波数、サンプリング周期数およびサンプリングデータ数をそれぞれｆｓ（Ｈｚ）、ｍおよびＮとすると、ｆ＝ｍ×ｆｓ／（２Ｎ）の関係を満たすように、前記発信周波数が設定されている、クレーン用荷振れ角度推定装置。

【請求項2】

前記複数の音波受信器から出力された前記音響信号から前記発信周波数に対応する成分をそれぞれ抽出するフィルタ処理を実行するとともに、当該フィルタ処理を受けた後の前記音響信号である処理後音響信号を出力するフィルタ処理部を更に備え、
前記時間差算出部は、前記フィルタ処理部から出力された前記複数の音波受信器の前記処理後音響信号の内積およびノルムに基づいて前記位相差を算出する、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】

前記フィルタ処理部は、逆ノッチフィルタに基づいて前記フィルタ処理を実行する、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】

支点部を含む機体と、
前記機体の前記支点部から垂下されたロープと、
前記ロープの下端部に装着され、吊り荷に接続される吊り部と、
請求項１乃至３の何れか１項に記載のクレーン用荷振れ角度推定装置と、
を備え、
前記クレーン用荷振れ角度推定装置は、前記ロープに接続された前記吊り荷の前記支点部を支点とする荷振れ角度を推定する、クレーン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、クレーン用荷振れ角度推定装置およびこれを備えたクレーンに関する。

【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などに利用されている。このようなクレーンが、吊り荷の巻き上げ、巻き下げ、旋回等の動作を行う際に、吊り荷に振れ（以下、荷振れという）が生じることがある。このような荷振れが生じると、クレーンの操作および作業が困難になることが多い。このため、荷振れを抑制するために吊り荷の位置を正確に把握するための技術が種々提案されている。

【0003】

非特許文献１に開示された技術では、基準方向（たとえば鉛直方向）に対する吊り荷の振れ角度である荷振れ角度を測定するために、クレーンが、フックや吊り具に配置された音源と、クレーン本体に互いに間隔をおいて配置された２つのマイクユニットとを有する。当該技術では、２つのマイクユニットが音源の音響信号をそれぞれ受信し、算出部が２つの音響信号の到達時間差を求めた上で、この到達時間差と荷振れ角度との関係を非線形方程式で表し、計算処理によって荷振れ角度を算出する。

【0004】

更に、非特許文献１に開示された技術では、算出部が、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つの音響信号の到達時間差を求めている。具体的に、第１のマイクロホンで取得される音響信号をｓ_１（ｔ）、第２のマイクロホンで取得される音響信号をｓ_２（ｔ）、２つのマイクロホン間の音響信号の遅れサンプル数をｄとして、算出部が相関関数Φ（ｄ）＝Σｓ_１（ｔ_ｋ）・ｓ_２（ｔ_ｋ＋ｄ）を最大にするｄを算出する。そして、２つのマイクロホンのサンプリング周期をＴｓとして、算出部は、２つの音響信号の到達時間差Δτを、Δτ＝ｄ×Ｔｓにより算出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【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】

【0006】

非特許文献１に開示された方法のように、算出部が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関数に基づく演算を行うことによって２つの音響信号の到達時間差を求める場合、たとえば到達時間差の真値１０^－４秒に対して１０^－６秒程度の算出誤差が生じ、荷振れ角度にも吊り荷の振れ幅に換算して数十ｃｍ程度の誤差が生じるという問題があった。

【0007】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、吊り荷の荷振れ角度を精度良く推定することが可能なクレーン用荷振れ角度推定装置およびこれを備えたクレーンを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一の局面に係るクレーン用荷振れ角度推定装置は、支点部を含む機体と、前記機体の前記支点部から垂下されたロープと、前記ロープの下端部に装着され、吊り荷に接続される吊り部と、を有するクレーンに用いられ、基準方向に対する前記吊り荷の振れ角度である荷振れ角度を推定するクレーン用荷振れ角度推定装置であって、前記吊り部又は前記吊り荷に装着され、音波を発信することが可能な音波発信器と、並び方向に沿って互いに間隔をおいて配置されるように前記機体に装着され、前記音波発信器から発信された音波を受信するとともに、当該受信した音波に対応する音響信号を出力することが可能な、複数の音波受信器と、前記複数の音波受信器のそれぞれから出力された前記音響信号に基づいて、前記複数の音波受信器が前記音波を受信した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って算出された前記時間差と、前記支点部に対する前記複数の音波受信器の相対位置に関する情報である位置情報と、前記支点部と前記吊り荷との間の前記ロープの長さに対応する情報であるロープ長さ情報とに基づいて、前記荷振れ角度を算出する荷振れ角度算出部と、を備え、前記時間差算出部は、前記複数の音波受信器から出力された前記音響信号の内積およびノルムに基づいて、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、当該位相差および前記音波発信器の発信周波数に基づいて前記時間差を算出し、前記音波発信器の前記発信周波数をｆ、前記時間差算出部が前記内積および前記ノルムを算出するために前記複数の音波受信器の前記音響信号から抽出する複数のサンプリングデータのサンプリング周波数、サンプリング周期数およびサンプリングデータ数をそれぞれｆｓ（Ｈｚ）、ｍおよびＮとすると、ｆ＝ｍ×ｆｓ／（２Ｎ）の関係を満たすように、前記発信周波数が設定されている。

【0009】

本構成によれば、時間差算出部が音響信号の内積およびノルムに基づいて複数の音波受信器間の位相差を精度良く算出することが可能となるように、音波発信器がｍ×ｆｓ／（２Ｎ）の関係を満たす特定の音波を発信する。この結果、従来の相関関数に基づく算出手法と比較して、振れ角度算出部が前記位相差に基づいて吊り荷の振れ角度を高い精度で算出することが可能となる。

【0010】

上記の構成において、前記複数の音波受信器から出力された前記音響信号から前記発信周波数に対応する成分をそれぞれ抽出するフィルタ処理を実行するとともに、当該フィルタ処理を受けた後の前記音響信号である処理後音響信号を出力するフィルタ処理部を更に備え、前記時間差算出部は、前記フィルタ処理部から出力された前記複数の音波受信器の前記処理後音響信号の内積およびノルムに基づいて前記位相差を算出することが望ましい。この場合、前記フィルタ処理部は、逆ノッチフィルタに基づいて前記フィルタ処理を実行してもよい。

【0011】

本構成によれば、フィルタ処理部が複数の音波受信器の音響信号から発信周波数に対応する成分を抽出することができるため、振れ角度算出部が音波の発信過程および受信過程で含まれるノイズの影響を低減しながら吊り荷の振れ角度を高い精度で算出することが可能となる。

【0012】

本発明の他の局面に係るクレーンは、支点部を含む機体と、前記機体の前記支点部から垂下されたロープと、前記ロープの下端部に装着され、吊り荷に接続される吊り部と、上記の何れか１項に記載のクレーン用荷振れ角度推定装置と、を備え、前記クレーン用荷振れ角度推定装置は、前記ロープに接続された前記吊り荷の前記支点部を支点とする荷振れ角度を推定する。

【0013】

本構成によれば、従来の相関関数に基づく算出手法と比較して、クレーンにおける吊り荷の荷振れ角度を高い精度で算出することが可能となる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、吊り荷の荷振れ角度を精度良く推定することが可能なクレーン用荷振れ角度推定装置およびこれを備えたクレーンが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置を備えるクレーンの側面図である。

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

【図3】本発明の第１実施形態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】本発明の第１実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置のフィルタ処理部が実行するフィルタ処理の特性を示すグラフである。

【図5】本発明の第１実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置において時間差算出部が抽出するサンプリングデータを説明するためのグラフである。

【図6】本発明の第２実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置を備えるクレーンの側面図である。

【図7】本発明の第３実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置を備えるクレーンの側面図である。

【図8】本発明に係るクレーン用荷振れ角度推定装置の演算処理を説明するための観測信号１および観測信号２の相対的な位相関係を示すグラフである。

【図9】本発明に係るクレーン用荷振れ角度推定装置と比較される他のクレーン用荷振れ角度推定装置を備えるクレーンの側面図である。

【図10】本発明の一実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置および他のクレーン用荷振れ角度推定装置の推定精度を比較するグラフの一例である。

【図11】本発明の一実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置および他のクレーン用荷振れ角度推定装置の推定精度を比較するグラフの一例である。

【図12】本発明の一実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置および他のクレーン用荷振れ角度推定装置の推定精度を比較するグラフの一例である。

【図13】本発明の一実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置および他のクレーン用荷振れ角度推定装置の推定精度を比較するグラフの一例である。

【図14】本発明の一実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置および他のクレーン用荷振れ角度推定装置の推定精度を比較するグラフの一例である。

【図15】本発明の一実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置および他のクレーン用荷振れ角度推定装置の推定精度を比較するグラフの一例である。

【図16】本発明の一実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置および他のクレーン用荷振れ角度推定装置の推定精度を比較するグラフの一例である。

【図17】本発明の一実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置および他のクレーン用荷振れ角度推定装置の推定精度を比較するグラフの一例である。

【図18】本発明の一実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置および他のクレーン用荷振れ角度推定装置の推定精度を比較するグラフの一例である。

【図19】本発明の一実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置および他のクレーン用荷振れ角度推定装置の推定精度を比較するグラフの一例である。

【図20】本発明の一実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置および他のクレーン用荷振れ角度推定装置の推定精度を比較するグラフの一例である。

【図21】本発明の一実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置および他のクレーン用荷振れ角度推定装置の推定精度を比較するグラフの一例である。

【図22】本発明の一実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置および他のクレーン用荷振れ角度推定装置の推定精度を比較するグラフの一例である。

【図23】本発明の一実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置および他のクレーン用荷振れ角度推定装置の推定精度を比較するグラフの一例である。

【図24】本発明の一実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置および他のクレーン用荷振れ角度推定装置の推定精度を比較するグラフの一例である。

【図25】本発明の一実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置および他のクレーン用荷振れ角度推定装置の推定精度を比較するグラフの一例である。

【図26】本発明の一実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置および他のクレーン用荷振れ角度推定装置の推定精度を比較するグラフの一例である。

【図27】本発明の一実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置および他のクレーン用荷振れ角度推定装置の推定精度を比較するグラフの一例である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置５およびこれを有するクレーン１００について、図面を参照しながら説明する。

【0017】

図１は、本実施形態に係る荷振れ角度推定装置５（クレーン用荷振れ角度推定装置）を有するクレーン１００において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に示すクレーン１００は、機体１００Ｓと、吊り荷１を支持する吊り部１０１（吊り荷１と一体的に図示、図２参照）と、当該支持部を吊り下げるワイヤー２（ロープ）と、荷振れ角度推定装置５（図３）と、を備える。機体１００Ｓは、ワイヤー２が取り付けられた一端部Ｑ（先端部）と当該一端部Ｑとは反対の他端部Ｏ（基端部）とを有するジブ３（起伏体、ブームともいう）と、ジブ３の他端部Ｏを支持するクレーン本体１０とを有している。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の一端部Ｑに取り付けられている。すなわち、ジブ３の一端部Ｑは、本発明の支点部を構成する。ワイヤー２は、一端部Ｑから垂下されている。また、ジブ３は水平な回転中心軸回りに回動可能なようにクレーン本体１０に支持されている。

【0018】

図１に示す状態では、ジブ３は起伏角ψ（ジブ３の延びる方向が地面となす角度、対地角ともいう）でクレーン本体１０に対して起立している。吊り荷１は、ジブ３の延びる方向に沿って（ジブ３を含む面内において）荷振れを生じており、その荷振れ角度がθと定義される。荷振れ角度θは、ジブ３の一端部Ｑと吊り荷１の重心位置Ｐとを結ぶ直線が鉛直方向（重力方向）となす角度であり、本実施形態に係る荷振れ角度推定装置５が推定する対象（推定対象）である。

【0019】

図２は、図１に示すクレーン１００の吊り部１０１に音波発信器１０５が装着された様子の一例を示す図である。図３は、本実施形態に係る荷振れ角度推定装置のブロック図である。図２に示すように、吊り部１０１は、ワイヤー２の下端部に装着され、吊り荷１に接続される。このように吊り荷１を支持する吊り部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に対して相対的に移動可能なように吊り具１０２に接合されたフック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。

【0020】

荷振れ角度推定装置５は、クレーン１００に用いられ、基準方向（鉛直方向）に対する吊り荷１の振れ角度である荷振れ角度を推定する。図３に示すように、荷振れ角度推定装置５は、音波発信器１０５と、複数の音波受信器（本実施形態では２つの第１音波受信器Ｍ１および第２音波受信器Ｍ２）と、制御部５０とを備える。

【0021】

本実施形態では、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は、所定の発信周波数ｆの音波を発信することが可能とされている。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θを推定することができる。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θの推定が必要なときにのみ、音波を発信することができるため不必要な騒音を防止することができる。

【0022】

なお、本実施形態に係る荷振れ角度推定装置５における荷振れ角度θの算出において、音波発信器１０５はジブ３の一端部Ｑと吊り荷１の重心位置Ｐとを結ぶ線上に配置されることが望ましいが、音波発信器１０５の配置位置は特に上記の態様だけに限定されるものではない。

【0023】

第１音波受信器Ｍ１および第２音波受信器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。すなわち、第１音波受信器Ｍ１および第２音波受信器Ｍ２は、ジブ３の長手方向と平行な並び方向に沿って互いに間隔をおいて配置されるように機体１００Ｓ（ジブ３）に装着されている。具体的に、図１に示すように、ジブ３の一端部Ｑに第１音波受信器Ｍ１が配置され、ジブ３のうち第１音波受信器Ｍ１から距離Ｘ１だけ離れた箇所に第２音波受信器Ｍ２が配置されている。ここで、吊り荷１の重心位置Ｐから第１音波受信器Ｍ１および第２音波受信器Ｍ２のそれぞれまでの距離が、Ｌ、Ｌ＋ΔＤと定義される。第１音波受信器Ｍ１および第２音波受信器Ｍ２は、音波発信器１０５から発信された音波を受信するとともに、当該受信した音波に対応する音響信号を出力することが可能とされている。

【0024】

なお、第１音波受信器Ｍ１および第２音波受信器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。なお、後記のように、第１音波受信器Ｍ１および第２音波受信器Ｍ２は、ジブ３の幅方向（左右方向）において互いに間隔をおいて配置されるようにジブ３に装着されてもよい。この場合、吊り荷１の左右方向における荷振れ角度が推定される。

【0025】

制御部５０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成されている。制御部５０には、第１音波受信器Ｍ１、第２音波受信器Ｍ２および音波発信器１０５などが電気的に接続されている。当該接続関係は、有線接続または無線接続のいずれでもよい。

【0026】

制御部５０は、前記ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、信号入力部５０１、フィルタ処理部５０２、時間差算出部５０３、荷振れ角度算出部５０４および記憶部５０５を備えるように機能する。なお、上記の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。

【0027】

信号入力部５０１は、音波発信器１０５に発信指令信号を入力することで、音波発信器１０５に所定の音波を発信させる。この際、後記の音波パラメータ（ｆ、ｆｓ、Ｎ、ｍ）が固定されている場合は、音波発信器１０５は前記発信指令信号を受けて予め決められた音波を発信する。また、クレーン１００の周辺環境に応じて上記の音波パラメータが可変とされている場合は、信号入力部５０１は、当該音波パラメータに関する情報を含む発信指令信号を音波発信器１０５に入力してもよい。

【0028】

フィルタ処理部５０２は、第１音波受信器Ｍ１および第２音波受信器Ｍ２が音波を受信し出力した音響信号に対して、所定の発信周波数ｆに対応する成分をそれぞれ抽出するフィルタ処理を実行するとともに、当該フィルタ処理を受けた後の前記音響信号である処理後音響信号を出力する。図４は、本実施形態に係る荷振れ角度推定装置５のフィルタ処理部５０２が実行するフィルタ処理の特性を示すグラフである。図４に示されるフィルタ特性は、公知の逆ノッチフィルタである。なお、前記フィルタ特性は、ピークフィルタ、ローパスフィルタおよびハイパスフィルタを組み合わせた他のフィルタやバンドパスフィルタでもよいし、共振器でもよい。すなわち、フィルタ処理部５０２は、前記音波信号から音波発信器１０５の発信周波数ｆ（特定周波数）に対応する周波数成分を選択的に抽出するフィルタ処理を実行する。抽出される成分には、使用されるフィルタ特性に応じて発信周波数ｆの周辺の周波数の成分を含んでもよい。

【0029】

時間差算出部５０３は、第１音波受信器Ｍ１および第２音波受信器Ｍ２のそれぞれから出力された音響信号に基づいて、第１音波受信器Ｍ１および第２音波受信器Ｍ２が前記音波を受信したタイミングの差である時間差Δτを算出する。特に、本実施形態では、時間差算出部５０３は、フィルタ処理部５０２から出力された前記処理後音響信号の内積およびノルムに基づいて前記音響信号間の位相差ΔΦを算出するとともに、当該位相差ΔΦおよび音波発信器１０５の発信周波数ｆに基づいて時間差Δτを算出する。

【0030】

荷振れ角度算出部５０４は、時間差算出部５０３によって算出された上記の時間差Δτに基づいて、吊り荷１の荷振れ角度θを算出する。具体的に、荷振れ角度算出部５０４は、時間差算出部５０３によって算出された時間差Δτと、ジブ３の一端部Ｑに対する第１音波受信器Ｍ１および第２音波受信器Ｍ２の相対位置に関する情報である位置情報と、ジブ３の一端部Ｑと吊り荷１との間のワイヤー２の長さＬ（ロープ長さ情報）とに基づいて、荷振れ角度θを算出する。

【0031】

記憶部５０５は、フィルタ処理部５０２、時間差算出部５０３および荷振れ角度算出部５０４が実行する処理や演算において参照される各種の情報、定数、変数および数式などを格納している。

【0032】

以下、説明および理解を容易とするために、本実施形態の荷振れ角度推定装置５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、本実施形態の荷振れ角度推定装置５による荷振れ角度推定方法について説明する。尚、ジブ３の一端部Ｑと吊り荷１の重心位置Ｐとを結ぶ直線上に音波発信器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。また、たとえジブ３の一端部Ｑと吊り荷１の重心位置Ｐとを結ぶ直線から僅かに外れた位置に音波発信器１０５が配置されていたとしても、所定の誤差範囲内で荷振れ角度θを算出することが可能である。

【0033】

まず、音波発信器１０５から発生した音を第１音波受信器Ｍ１および第２音波受信器Ｍ２がそれぞれ受信する。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、当該音波を第１音波受信器Ｍ１が時刻Ｔ＝ｔ＋τ１に、第２音波受信器Ｍ２が時刻Ｔ＝ｔ＋τ２にそれぞれ受信したものとする。すなわち、第１音波受信器Ｍ１、第２音波受信器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５０３は、第１音波受信器Ｍ１が音を受信したタイミング（Ｔ＝ｔ＋τ１）と、第２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。

【0034】

時間差Δτの算出について、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。当該相関関数に基づく時間差Δτの演算方法については後記で詳述する。一方、本実施形態に係る荷振れ角度推定装置５では、２つの受信音響信号の内積およびノルムを用いて時間差Δτを算出することができる。以下に、その算出方法について説明する。

【0035】

図３を参照して、音波発信器１０５から発信された音波が第１音波受信器Ｍ１および第２音波受信器Ｍ２によってそれぞれ受信された後、各音響信号がフィルタ処理部５０２によるフィルタ処理を受けることで生成される２つの処理後音響信号は、以下の式１（第１音波受信器Ｍ１に対応）、式２（第２音波受信器Ｍ２に対応）によって表すことができる。

【数1】

【数2】

【0036】

ここで、２つの処理後音響信号の位相差をΔΦとすると、当該位相差は以下の式３のように表すことが出来る。

【数3】

【0037】

また、上記の式１、式３を用いると、式２は以下の式４のように変形することができる。

【数4】

【0038】

ここで、時間差算出部５０３は信号Ｓ_０（ｔ）、Ｓ_１（ｔ）のそれぞれにおいて、離散時間ｔ_１、ｔ_２・・・ｔ_Ｎに対して音響データのサンプリングを行う。図５は、本実施形態に係る荷振れ角度推定装置５において時間差算出部５０３が抽出するサンプリングデータを説明するためのグラフである。今、当該サンプリングをどのような周期でいくつ抽出するかを決定するパラメータとして、サンプリング周波数ｆｓ、サンプリング周期数ｍ、サンプリングデータ数Ｎをそれぞれ定義する。サンプリング周波数ｆｓは、複数のサンプリングデータを抽出するための周波数である。換言すれば、連続する複数のサンプリングデータ間の周期（時間差）は、１／ｆｓで表すことができる。また、サンプリング周期数ｍは、何周期分に亘ってサンプリングデータを取得するかを意味する。図５では、ｓｉｎ波の音響信号から２周期分（ｍ＝２）のサンプリングデータが取得される。この結果、Ｎ個のサンプリングデータを取得するために要する時間は、Ｎ／ｆｓで表すことができる。

【0039】

式１に基づいて、信号Ｓ_０（ｔ）からサンプリングしたデータをベクトルで表記すると、以下の式５を得ることが出来る。なお、Ａ_０は信号Ｓ_０（ｔ）の最大振幅である。

【数5】

同様に、式２に基づいて、信号Ｓ_１（ｔ）をサンプリングしたデータをベクトルで表記すると、以下の式６を得ることが出来る。なお、Ａ_１は信号Ｓ_１（ｔ）の最大振幅である。

【数6】

【0040】

ここで、式６をベクトル展開すると、式７のように表すことが出来る。

【数7】

【0041】

変換した式７と前述の式５とから、２つの信号Ｓ_０、Ｓ_１の内積を以下の式８のように表すことができる。

【数8】

【0042】

ここで、式８の最終行のΣの項について検討する。離散時間ｔ_１、ｔ_２・・・ｔ_Ｎに対して、サンプリングデータの取得期間がｓｉｎ（４πｆｔ_ｋ）の周期の整数倍となるように、発信周波数ｆ、サンプリングデータ数Ｎおよびサンプリング周波数ｆｓを決定すると、式９のように、式８の第２項はゼロとみなすことができる。

【数9】

【0043】

すなわち、信号ｓｉｎ（４πｆｔ_ｋ）のｍ周期分が、Ｎ個のサンプリングデータ分の観測時間（サンプリング取得時間）となるように、以下の式１０が満たされればよい。

【数10】

【0044】

式１０を変形すると、以下の式１１のように、音波発信器１０５の発信周波数ｆを表すことができる。

【数11】

したがって、式１１を満たすように発信周波数ｆを設定すると、正弦波の周期性から、常に式９の近似が成立することになる。

【0045】

上記の近似式９を得ることで、式８は、以下の式１２のように表すことができる。

【数12】

【0046】

ここで、式１２の一部は、以下の式１３のように変形することができる。

【数13】

【0047】

一方、離散時間ｔ_１、ｔ_２・・・・ｔ_Ｎに対して、ｓｉｎ（２πｆｔ_ｋ）の半周期に相当するように発信周波数ｆを設定していることから、Ｎが充分に大きい場合、任意のΦ_０およびΦ_１に対して以下の式１４の近似が成立する。

【数14】

したがって、式１４に基づいて、式１５の近似式が成立する。

【数15】

【0048】

したがって、式１２、式１３および式１５から、以下の式１６が導かれる。

【数16】

【0049】

式１６は、信号ｓ_０および信号ｓ_１の内積をそれぞれのノルムで除したものに相当する。当該内積およびノルムは、式５、式６で表現されるサンプリングデータからそれぞれ算出することが可能である。

【0050】

式１６から、ｃｏｓ（ΔΦ）が算出されると、逆三角関数ｃｏｓ^－１（Δφ）から位相差ΔΦを算出することができる。この結果、位相差ΔΦおよび発信周波数ｆを用いて、以下の式１７から第１音波受信器Ｍ１、第２音波受信器Ｍ２間の到達時間差Δτを算出することができる。

【数17】

【0051】

次に、本実施形態に係る荷振れ角度算出部５０４が、上記のように導出された時間差Δτに基づいて、音波発信器１０５から第１音波受信器Ｍ１、第２音波受信器Ｍ２のそれぞれまでの距離の差分ΔＤを算出する。具体的に、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から第１音波受信器Ｍ１までの距離Ｌと、吊り荷１の重心位置Ｐから第２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うことができる。

【0052】

次に、荷振れ角度算出部５０４は、算出された距離差ΔＤ、及び、第１音波受信器Ｍ１、第２音波受信器Ｍ２のそれぞれの位置情報（第１音波受信器Ｍ１と第２音波受信器Ｍ２との距離Ｘ１等）に基づいて、ジブ３の回転中心軸と平行な方向から見た荷振れ角度θを算出する。

【0053】

以下、距離Ｘ１、距離差ΔＤ、ジブ３の起伏角ψ、及び、吊り荷１の重心位置Ｐから第１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）。

【0054】

△Ｍ１・Ｍ２・Ｐに余弦定理を適用すると、下記の式１８が得られる。

【数18】

【0055】

従って、荷振れ角度θに関し下記の式１９が得られるので、当該式１９に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。

【数19】

【0056】

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ψを制御することにより、ジブ３の一端部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、吊り荷１の荷振れの発生を防止することができる。例えば、吊り荷を地面から吊り上げる地切りの前に、荷振れ角度θに基づいてジブ３の起伏角ψを制御することにより、ジブ３の一端部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抑止することができる。

【0057】

以上に説明したように、本実施形態の荷振れ角度推定装置５によると、複数の第１音波受信器Ｍ１、第２音波受信器Ｍ２により受信された音響信号に対して内積およびノルムに基づく演算を行うことにより、第１音波受信器Ｍ１および第２音波受信器Ｍ２における音響信号の位相差ΔΦを算出し、当該位相差ΔΦと音波発信器１０５の発信周波数ｆ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。特に、音波発信器１０５の発信周波数、時間差算出部５０３が内積およびノルムを算出するために第１音波受信器Ｍ１および第２音波受信器Ｍ２の音響信号から抽出する複数のサンプリングデータのサンプリング周波数、サンプリング周期数およびサンプリングデータ数をそれぞれｆ、ｆｓ、ｍおよびＮとすると、ｆ＝ｍ×ｆｓ／（２Ｎ）の関係が満たされるように、前記発信周波数ｆが設定されている。

【0058】

このような構成によれば、音波発信器１０５が発信周波数ｆ（＝ｍ×ｆｓ／（２Ｎ））の音波を発信することによって、時間差算出部５０３が複数の音波受信器間の位相差ΔΦを音響信号の内積およびノルムによって精度良く算出することができる。このため、従来のように相関関数を用いた演算方法と比較して、高い精度で時間差Δτを算出することができる。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。

【0059】

特に、本実施形態では、発信周波数ｆが式１１の関係を満たす場合に、式９のような近似が成立することに着目し、位相差ΔΦが２つの音響信号の内積およびノルムによって算出されることを新たに知見したものである。このような構成によれば、位相差ΔΦ、時間差Δτおよび荷振れ角度θを算出するための制御部５０の算出負荷および算出時間を低減することも可能となる。

【0060】

また、本実施形態の荷振れ角度推定装置５によると、吊り部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Ｍ１、Ｍ２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Ｍ１、Ｍ２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。

【0061】

また、本実施形態では、フィルタ処理部５０２は、複数の音波受信器から出力された音響信号から発信周波数ｆに対応する成分をそれぞれ抽出するフィルタ処理を実行するとともに、当該フィルタ処理を受けた後の前記音響信号である処理後音響信号を出力する。また、時間差算出部５０３は、フィルタ処理部５０２から出力された前記複数の音波受信器の前記処理後音響信号の内積およびノルムに基づいて位相差Δφを算出する。

【0062】

このような構成によれば、複数の音波受信器の音響信号において発信周波数ｆに対応する成分を抽出することで、音波の発信、受信過程で含まれるノイズの影響を低減しながら、吊り荷の振れ角度θを高い精度で算出することが可能となる。

【0063】

特に、フィルタ処理部５０２は、逆ノッチフィルタに基づいて前記フィルタ処理を実行するため、簡易なフィルタ特性に基づいて、荷振れ角度θを高精度で算出することが可能となる。

【0064】

なお、本実施形態において、荷振れ角度推定装置５の制御部５０は、例えば、クレーン１００（クレーン本体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。また、クレーン本体１０から離れた位置に備えられる遠隔操作装置が制御部５０を有するものでもよい。この場合、制御部５０を含む遠隔操作装置からクレーン１００の制御装置に荷振れ角度θに応じた駆動指令信号が入力され、ジブ３の起伏角ψが制御することができる。

【0065】

＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態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。

【0066】

図６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６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。

【0067】

本実施形態の荷振れ角度推定装置５が、図１に示す第１実施形態の荷振れ角度推定装置５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。

【0068】

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６に示すように、ジブ３の一端部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。

【0069】

以下、簡単のため、本実施形態の荷振れ角度推定装置５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、本実施形態の荷振れ角度推定装置５による荷振れ角度推定方法について説明する。尚、ジブ３の一端部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。音波発信器１０５の配置は必ずしも上記に限定されるものではない。

【0070】

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６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５０３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５０３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。

【0071】

次に、時間差算出部５０３は、第１実施形態と同様に、音波受信器Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の受信音響信号に対して内積およびノルムに基づく演算を行う。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。

【0072】

次に、本実施形態の荷振れ角度算出部５０４が、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、荷振れ角度算出部５０４は、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、荷振れ角度算出部５０４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。

【0073】

次に、荷振れ角度算出部５０４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。

【0074】

以下、距離Ｘ１、Ｘ２、距離差ΔＤ１、ΔＤ２、及び、ジブ３の起伏角ψ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６参照）。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。

【0075】

△Ｍ２・Ｍ１・Ｐ、△Ｍ３・Ｍ１・Ｐの各三角形に余弦定理を適用すると、下記の式２０および式２１が得られる。

【数20】

【数21】

これらより、距離Ｌに関し下記の式２２および式２３が得られる。

【数22】

【数23】

従って、上記の式２２および式２３から距離Ｌを消去すれば、荷振れ角度θに関し下記の式２４が得られるため、当該式２４に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。

【数24】

【0076】

上記のように荷振れ角度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ψを制御することにより、ジブ３の一端部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、吊り荷１の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ψを制御することにより、ジブ３の一端部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。

【0077】

以上に説明したように、本実施形態の荷振れ角度推定装置５によると、前述の第１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２（ロープ）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θを算出することができる。

【0078】

尚、本実施形態の荷振れ角度推定装置５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。

【0079】

＜第２実施形態の変形例＞
前述の第２実施形態においては、荷振れ角度算出部５０４は、時間差算出部５０３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６参照）。

【0080】

これに対して、本変形例では、以下に説明する方法によって距離差ΔＤ１、ΔＤ２を算出することができる。第２実施形態と同様に、時間差算出部５０３が時間差Δτ₁、Δτ₂を算出した後、本変形例の荷振れ角度算出部５０４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の一端部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、荷振れ角度算出部５０４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。

【0081】

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ψ、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６に示す△Ｍ２・Ｍ１・Ｐ、△Ｍ３・Ｍ１・Ｐに余弦定理を用いると、Ｆ１（θ）、Ｆ２（θ）はそれぞれ、式２５、式２６のように表される。

【数25】

【数26】

【0082】

次に、荷振れ角度算出部５０４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×Δτ_１＝Ｆ１（θ）」、及び、第２距離差ΔＤ２について成り立つ「ΔＤ２＝Ｖ×Δτ_２＝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。

【0083】

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ψを制御することにより、ジブ３の一端部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、吊り荷１の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ψを制御することにより、ジブ３の一端部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。

【0084】

以上に説明したように、本変形例によると、前述の第１実施形態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Δτ_１、Δτ_２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Δτ_１、Δτ_２のそれぞれについて、時間差Δτ_１、Δτ_２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。

【0085】

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。

【0086】

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。

【0087】

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の一端部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Δτ_１、Δτ_２、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の一端部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つの音波到達時間差Δτ_１、Δτ_２、Δτ_３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。

【0088】

＜第３実施形態＞
以下、本発明の第３実施形態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。

【0089】

図７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７において、図１、図６に示す第１実施形態、第２実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付す。

【0090】

本実施形態が図１、図６に示す各実施形態と異なっている点は、図７に示すように、ジブ３が、地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。支柱１５、ジブ３、トロリー４は、本発明の機体を構成する。

【0091】

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。

【0092】

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７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。

【0093】

本実施形態の荷振れ角度推定装置５が、前述の第２実施形態の変形例（図６参照）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５０４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、本実施形態の荷振れ角度推定装置５の基本構成は、音波受信器の個数を除いて、図３に示す第１実施形態の荷振れ角度推定装置５と同じである。

【0094】

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が受信する。ここで、図７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５０３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５０３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。

【0095】

次に、時間差算出部５０３は、第１実施形態と同様に、音波受信器Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の受信音響信号に対して内積およびノルムに基づいて演算を行う。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。

【0096】

次に、荷振れ角度算出部５０４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、荷振れ角度算出部５０４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。

【0097】

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７に示す△Ｐ・Ｍ１・Ｍ２、△Ｐ・Ｍ１・Ｍ３に余弦定理を用いると、Ｆ１（θ）、Ｆ２（θ）はそれぞれ式２７、式２８で表される。

【数27】

【数28】

【0098】

次に、荷振れ角度算出部５０４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×Δτ_１＝Ｆ１（θ）」、及び、第２距離差ΔＤ２について成り立つ「ΔＤ２＝Ｖ×Δτ_２＝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。

【0099】

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。

【0100】

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第２実施形態の変形例と同様の効果を得ることができる。

【0101】

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つの音波到達時間差Δτ_１、Δτ_２、Δτ_３、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、荷振れ角度算出部５０４が、時間差算出部５０３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。

【0102】

＜変形実施形態＞
以上、本発明についての各実施形態（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。

【0103】

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、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。

【0104】

また、前述の各実施形態では、吊り部として、フック及び吊り具を例示したが、吊り荷を支持できれば、吊り部の種類は特に限定されない。また、ロープ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ロープの種類は特に限定されず、例えばチェーン等であってもよい。

【0105】

また、上記の各実施形態において、フィルタ処理部５０２によるフィルタ処理は必ずしも実行されなくてもよい。

【0106】

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６に示すジブ３の一端部Ｑや、図７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。

【0107】

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本体１０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、「所定の並び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。

【0108】

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５０３及び荷振れ角度算出部５０４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。

【0109】

ここで、上記の「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。

【0110】

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。

【実施例0111】

以下に、実施例および比較例を挙げて本発明につき更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。各評価では、実施例として、前述のように内積およびノルムを用いて位相差ΔΦ、時間差Δτを算出した。図８は、本発明に係るクレーン用荷振れ角度推定装置５（実施例）の演算処理を説明するための観測信号１および観測信号２の相対的な位相関係を示すグラフである。当該比較計算では、観測信号１、観測信号２との間に「設定ずれ量」を設定し、両者の間に意図的に時間差を設けている。以後の説明において、当該設定ずれ量は、隣接するサンプルデータ間の時間差を基準として、その倍数で定義する。

【0112】

一方、図９は、本発明に係るクレーン用荷振れ角度推定装置と比較される他のクレーン用荷振れ角度推定装置（比較例）を備えるクレーン１００Ｚの側面図である。当該比較例では、相関計算方法について位相差ΔΦ、時間差Δτを算出している。図９に示すように、ジブ３上に互いに間隔をおいて配置される基準音波受信器Ｍ０、第１音波受信器Ｍ１のそれぞれが受信する音波の観測信号をｓ_０（ｔ_ｋ）、ｓ_１（ｔ_ｋ）とした場合、相関関数Φ（τ_ｋ）は、以下の式２９で表すことができる。なお、Ｎはサンプリングデータ数である。

【数29】

【0113】

式２９の相関関数を用いて、到達時間差τ_ｋ ^＊（単位はサンプル数）は以下の式３０によって表すことができる。すなわち、到達時間差τ_ｋ ^＊は、相関関数Φ（τ_ｋ）を最大とするようなτ_ｋに相当する。

【数30】

【0114】

この結果、式３０から得られた到達時間差τ_ｋ ^＊（サンプル数）から、下記の式３１に基づいて、到達時間差（単位はｓｅｃ）を算出することができる。なお、Ｔｓはサンプリング時間（ｓｅｃ）である。

【数31】

【0115】

図１０乃至図２７は、本実施形態に係るクレーン用荷振れ角度推定装置５（実施例）および他のクレーン用荷振れ角度推定装置（比較例）の推定精度を比較するグラフの一例である。なお、各グラフでは、実施例の結果をＩｎｎｅｒ（内積：Ｉｎｎｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔ）と表記し、比較例の結果をＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ（相関）と表記している。また、各グラフでは、実施例の計算において、式１１で定義される最も望ましい発信周波数ｆに所定の係数ｋを乗じた周波数を用いて位相差ΔΦ、時間差Δτを算出した場合も表示している。すなわち、各グラフにおいて、ｋ＝１の場合は、計算に用いた発信周波数ｆは式１１で定義される周波数に等しい。ｋが１よりも大きい場合または１よりも小さい場合には、上記のように最も望ましい発信周波数ｆよりも僅かに大きな周波数または僅かに小さな周波数が位相差ΔΦ、時間差Δτの算出に使用されている。この結果、発信周波数ｆに対する実施例の結果の変動、ばらつきを評価することができる。一方、相関関数を用いた比較例の結果は、各グラフにおいて発信周波数ｆの大きさに依存せず一定である。また、各グラフの縦軸は、図８の設定ずれ量（時間差）における真値に対する算出誤差を時間または対数換算で表示している。

【0116】

図１０乃至図１３のグラフは、発信周波数ｆ＝１０００（Ｈｚ）、サンプリング周波数ｆｓ＝４４１００（Ｈｚ）、Ｎ＝２^１３、ｍ＝７４４の場合の結果であり、図１０は、図８における設定ずれ量を隣接サンプリング時間の５．５倍、図１１では同１０．５倍、図１２では同２０．５倍、図１３では、同４０．５倍に設定した場合の結果である。

【0117】

図１４、図１５のグラフは、発信周波数ｆ＝１０００（Ｈｚ）、サンプリング周波数ｆｓ＝２２０５０（Ｈｚ）、Ｎ＝２^１３、ｍ＝７４４の場合の結果であり、図１４は、図８における設定ずれ量を隣接サンプリング時間の５．５倍、図１５では同１０．５倍に設定した場合の結果である。

【0118】

図１６乃至図１９のグラフは、発信周波数ｆ＝１００００（Ｈｚ）、サンプリング周波数ｆｓ＝４４１００（Ｈｚ）、Ｎ＝２^１３、ｍ＝７４３１の場合の結果であり、図１６は、図８における設定ずれ量を隣接サンプリング時間の０．５倍、図１７では同１．５倍、図１８では同２．５倍、図１９では、同３．５倍に設定した場合の結果である。

【0119】

図２０、図２１のグラフは、発信周波数ｆ＝１００００（Ｈｚ）、サンプリング周波数ｆｓ＝２２０５０（Ｈｚ）、Ｎ＝２^１３、ｍ＝７４３１の場合の結果であり、図２０は、図８における設定ずれ量を隣接サンプリング時間の０．５倍、図２１では同１．５倍に設定した場合の結果である。

【0120】

また、図２２、図２３、図２４、図２５は、発信周波数ｆ＝１０００（Ｈｚ）、サンプリング周波数ｆｓ＝４４１００（Ｈｚ）、Ｎ＝２^１３、ｍ＝３７２の場合の結果であり、図２２は、図８における設定ずれ量を隣接サンプリング時間の５．５倍、図２３では同１０．５倍、図２４では同２０．５倍、図２５では、同４０．５倍に設定した場合の結果であって、縦軸の真値に対する誤差を対数換算で表示したものである。

【0121】

また、図２６、図２７は、発信周波数ｆ＝１００００（Ｈｚ）、サンプリング周波数ｆｓ＝４４１００（Ｈｚ）、Ｎ＝２^１３、ｍ＝３７１６の場合の結果であり、図２６は、図８における設定ずれ量を隣接サンプリング時間の０．５倍、図２７では同１．５倍に設定した場合の結果であって、縦軸の真値に対する誤差を対数換算で表示したものである。

【0122】

図１０乃至図２７に示すように、本発明の実施例では、発信周波数ｆが式１１を満たす場合（ｋ＝１）に、比較例（相関関数）と比較して真値に対する誤差が大幅に小さくなる結果を得ることができた。特に、図２２乃至図２７に示されるように、比較例の誤差は真値に対して１０^－６から１０^－５程度であることに対して、実施例では、１０^－１５程度に抑えることが可能となる。

【0123】

なお、図２５に示される例では、図８の２つの観測信号の時間差が、隣接するサンプリングデータ間の時間差（隣接サンプリング時間）の４０．５倍と最も厳しい条件に設定されている。このような場合においても、図２５の矢印で示すように、０．９９×ｍ×ｆｓ／（２Ｎ）≦ｆ≦１．０１×ｍ×ｆｓ／（２Ｎ）の関係を満たすように音波発信器１０５の発信周波数ｆが設定されれば、相関関数に基づく演算手法と比較して高い精度で位相差ΔΦ、時間差Δτを算出し、吊り荷１の荷振れ角度θを精度良く算出することが可能となる。

【符号の説明】

【0124】

１ 吊り荷
１０ クレーン本体
１００ クレーン
１００Ｓ 機体
１０１ 吊り部
１０２ 吊り具
１０３ フック
１０４ ロープ
１０５ 音波発信器
２ ワイヤー
３ ジブ
５ 荷振れ角度推定装置
５０ 制御部
５０１ 信号入力部
５０２ フィルタ処理部
５０３ 時間差算出部
５０４ 荷振れ角度算出部
５０５ 記憶部
Ｍ１ 第１音波受信器
Ｍ２ 第２音波受信器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】