(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】P2023125186
(43)【公開日】2023-09-07
(54)【発明の名称】制御システム及び制御方法
(51)【国際特許分類】
B66C 15/00 20060101AFI20230831BHJP
B66C 13/00 20060101ALI20230831BHJP
【ＦＩ】
B66C15/00 A
B66C13/00 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022029156
(22)【出願日】2022-02-28
(71)【出願人】
【識別番号】518317052
【氏名又は名称】株式会社ＤｅｅｐＸ
(74)【代理人】
【識別番号】100166006
【弁理士】
【氏名又は名称】泉 通博
(74)【代理人】
【識別番号】100154070
【弁理士】
【氏名又は名称】久恒 京範
(74)【代理人】
【識別番号】100153280
【弁理士】
【氏名又は名称】寺川 賢祐
(72)【発明者】
【氏名】那須野 薫
(72)【発明者】
【氏名】冨山 翔司
(72)【発明者】
【氏名】呂 紹安
【テーマコード（参考）】
3F204
【Ｆターム（参考）】
3F204AA04
3F204BA02
3F204CA05
3F204FA03
3F204FA06
3F204FC03
3F204FC08
3F204FD02
3F204FD03
3F204FD07
(57)【要約】
【課題】クレーンを制御するシステムの一部が故障した状況でクレーンを停止させる際の安全性を高められるようにする。
【解決手段】本発明の一実施形態に係る制御システムＳは、クレーンの状態を示すセンサ値を測定する測定装置３と、センサ値を用いてクレーンの動作を制御する制御信号であって、測定装置が故障していると判定したことを条件としてクレーンの動作を停止させる制御信号を生成する制御装置１と、センサ値に基づいて予測された予測値を用いてクレーンの動作を停止させる停止信号を生成する停止装置２と、制御信号を停止信号に優先してクレーンに送信する送信部２２４と、を含む。
【選択図】図２
【解決手段】本発明の一実施形態に係る制御システムＳは、クレーンの状態を示すセンサ値を測定する測定装置３と、センサ値を用いてクレーンの動作を制御する制御信号であって、測定装置が故障していると判定したことを条件としてクレーンの動作を停止させる制御信号を生成する制御装置１と、センサ値に基づいて予測された予測値を用いてクレーンの動作を停止させる停止信号を生成する停止装置２と、制御信号を停止信号に優先してクレーンに送信する送信部２２４と、を含む。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
クレーンの動作を制御するための制御システムであって、
前記クレーンの状態を示すセンサ値を測定する測定装置と、
前記センサ値を用いて前記クレーンの動作を制御する制御信号であって、前記測定装置が故障していると判定したことを条件として前記クレーンの動作を停止させる制御信号を生成する制御装置と、
前記センサ値に基づいて予測された予測値を用いて前記クレーンの動作を停止させる停止信号を生成する停止装置と、
前記制御信号を前記停止信号に優先して前記クレーンに送信する送信部と、
を含む、制御システム。
前記クレーンの状態を示すセンサ値を測定する測定装置と、
前記センサ値を用いて前記クレーンの動作を制御する制御信号であって、前記測定装置が故障していると判定したことを条件として前記クレーンの動作を停止させる制御信号を生成する制御装置と、
前記センサ値に基づいて予測された予測値を用いて前記クレーンの動作を停止させる停止信号を生成する停止装置と、
前記制御信号を前記停止信号に優先して前記クレーンに送信する送信部と、
を含む、制御システム。
【請求項2】
前記停止装置は、前記測定装置が故障しているか否かに関わらず、前記センサ値を用いずに前記予測値を用いて、前記停止信号を生成する、
請求項１に記載の制御システム。
請求項１に記載の制御システム。
【請求項3】
前記制御装置は、前記センサ値及び前記予測値を用いて、前記制御信号を生成する、
請求項１又は２に記載の制御システム。
請求項１又は２に記載の制御システム。
【請求項4】
前記制御装置は、第１時点の前記クレーンの状態及び制御量に基づいて前記第１時点より後の第２時点の前記クレーンの状態を予測する物理モデルによって予測された前記クレーンの状態を示す前記予測値を用いて、前記制御信号を生成する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の制御システム。
請求項１から３のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項5】
前記停止装置は、第１時点の前記クレーンの状態及び制御量に基づいて前記第１時点より後の第２時点の前記クレーンの状態を予測する物理モデルによって予測された前記クレーンの状態を前記予測値として用いて、前記停止信号を生成する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の制御システム。
請求項１から３のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項6】
前記停止装置は、前記物理モデルにおいて、前記第２時点における前記クレーンの状態を所定の停止状態にする前記クレーンの制御量を算出し、算出した前記制御量を用いて前記クレーンの動作を停止させる前記停止信号を生成する、
請求項５に記載の制御システム。
請求項５に記載の制御システム。
【請求項7】
前記停止状態は、前記クレーンにおいて荷物を移動させるように動作する可動部材が静止しており、かつ前記可動部材から垂下されている前記荷物を吊るためのワイヤが静止している状態である、
請求項６に記載の制御システム。
請求項６に記載の制御システム。
【請求項8】
前記停止装置は、前記クレーンが前記停止状態になるまでの前記クレーンの状態と前記停止状態との差の所定の時間範囲における統計値が小さくなるように、前記停止信号を生成する、
請求項６又は７に記載の制御システム。
請求項６又は７に記載の制御システム。
【請求項9】
前記停止装置は、前記制御装置が故障しているか否かに関わらず、前記停止信号を生成する、
請求項１から８のいずれか一項に記載の制御システム。
請求項１から８のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項10】
前記送信部は、前記制御装置が生成した前記制御信号と、前記停止装置が生成した前記停止信号と、の両方を送信可能な場合に、前記停止信号を前記クレーンに送信せず、前記制御信号を前記クレーンに送信する、
請求項１から９のいずれか一項に記載の制御システム。
請求項１から９のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項11】
クレーンの動作を制御するための制御方法であって、
測定装置において、前記クレーンの状態を示すセンサ値を測定するステップと、
制御装置において、前記センサ値を用いて前記クレーンの動作を制御する制御信号であって、前記測定装置が故障していると判定したことを条件として前記クレーンの動作を停止させる制御信号を生成するステップと、
前記制御装置とは異なる停止装置において、前記センサ値に基づいて予測された予測値を用いて前記クレーンの動作を停止させる停止信号を生成するステップと、
前記制御信号を前記停止信号に優先して前記クレーンに送信するステップと、
を含む、制御方法。
測定装置において、前記クレーンの状態を示すセンサ値を測定するステップと、
制御装置において、前記センサ値を用いて前記クレーンの動作を制御する制御信号であって、前記測定装置が故障していると判定したことを条件として前記クレーンの動作を停止させる制御信号を生成するステップと、
前記制御装置とは異なる停止装置において、前記センサ値に基づいて予測された予測値を用いて前記クレーンの動作を停止させる停止信号を生成するステップと、
前記制御信号を前記停止信号に優先して前記クレーンに送信するステップと、
を含む、制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、クレーンを停止させるための制御システム及び制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、クレーンのフック又は吊り荷の位置をセンサにより計測し、計測した位置に基づいて異常状態か否かを判定し、異常状態と判定した場合にクレーンに停止信号を出力する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平７－２１５６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
クレーンを制御するシステムが含むセンサやコンピュータ等が故障した場合には、クレーンを停止させる必要がある。しかしながら、クレーンへの制御信号の送信自体を止めたり、クレーンの制御量をいきなりゼロにしたりしてしまうと、クレーンが急停止し、クレーンのブーム（アーム）やクレーンが吊っている荷物が激しく揺れる等の事態が生じるおそれがあった。また、特許文献１に開示された発明では、クレーンを停止させるための制御をする装置自体が故障した状況では、当該装置を用いてクレーンを停止させることができないという問題があった。
【0005】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、クレーンを制御するシステムの一部が故障した状況でクレーンを停止させる際の安全性を高められるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の第１の態様の制御システムは、クレーンの動作を制御するための制御システムであって、前記クレーンの状態を示すセンサ値を測定する測定装置と、前記センサ値を用いて前記クレーンの動作を制御する制御信号であって、前記測定装置が故障していると判定したことを条件として前記クレーンの動作を停止させる制御信号を生成する制御装置と、前記センサ値に基づいて予測された予測値を用いて前記クレーンの動作を停止させる停止信号を生成する停止装置と、前記制御信号を前記停止信号に優先して前記クレーンに送信する送信部と、を含む。
【0007】
前記停止装置は、前記測定装置が故障しているか否かに関わらず、前記センサ値を用いずに前記予測値を用いて、前記停止信号を生成してもよい。
【0008】
前記制御装置は、前記センサ値及び前記予測値を用いて、前記制御信号を生成してもよい。
【0009】
前記制御装置は、第１時点の前記クレーンの状態及び制御量に基づいて前記第１時点より後の第２時点の前記クレーンの状態を予測する物理モデルによって予測された前記クレーンの状態を示す前記予測値を用いて、前記制御信号を生成してもよい。
【0010】
前記停止装置は、第１時点の前記クレーンの状態及び制御量に基づいて前記第１時点より後の第２時点の前記クレーンの状態を予測する物理モデルによって予測された前記クレーンの状態を前記予測値として用いて、前記停止信号を生成してもよい。
【0011】
前記停止装置は、前記物理モデルにおいて、前記第２時点における前記クレーンの状態を所定の停止状態にする前記クレーンの制御量を算出し、算出した前記制御量を用いて前記クレーンの動作を停止させる前記停止信号を生成してもよい。
【0012】
前記停止状態は、前記クレーンにおいて荷物を移動させるように動作する可動部材が静止しており、かつ前記可動部材から垂下されている前記荷物を吊るためのワイヤが静止している状態であってもよい。
【0013】
前記停止装置は、前記クレーンが前記停止状態になるまでの前記クレーンの状態と前記停止状態との差の所定の時間範囲における統計値が小さくなるように、前記停止信号を生成してもよい。
【0014】
前記停止装置は、前記制御装置が故障しているか否かに関わらず、前記停止信号を生成してもよい。
【0015】
前記送信部は、前記制御装置が生成した前記制御信号と、前記停止装置が生成した前記停止信号と、の両方を送信可能な場合に、前記停止信号を前記クレーンに送信せず、前記制御信号を前記クレーンに送信してもよい。
【0016】
本発明の第２の態様の制御方法は、クレーンの動作を制御するための制御方法であって、測定装置において、前記クレーンの状態を示すセンサ値を測定するステップと、制御装置において、前記センサ値を用いて前記クレーンの動作を制御する制御信号であって、前記測定装置が故障していると判定したことを条件として前記クレーンの動作を停止させる制御信号を生成するステップと、前記制御装置とは異なる停止装置において、前記センサ値に基づいて予測された予測値を用いて前記クレーンの動作を停止させる停止信号を生成するステップと、前記制御信号を前記停止信号に優先して前記クレーンに送信するステップと、を含む。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、クレーンを制御するシステムの一部が故障した状況でクレーンを停止させる際の安全性を高められるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】実施形態に係る制御システムの概要を示す図である。
【図2】実施形態に係る制御システムのブロック図である。
【図3】測定装置が測定するセンサ値を説明するための模式図である。
【図4】クレーンに制御信号又は停止信号を送信する処理を説明するための模式図である。
【図5】クレーンに制御信号又は停止信号を送信する処理を説明するための模式図である。
【図6】クレーンに制御信号又は停止信号を送信する処理を説明するための模式図である。
【図7】実施形態に係る制御システムが実行する例示的な制御方法のシーケンス図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
［制御システムＳの概要］
図１は、本実施形態に係る制御システムＳの概要を示す図である。制御システムＳは、制御装置１と、停止装置２と、測定装置３と、を含む。制御システムＳは、その他のサーバ、端末等の機器を含んでもよい。制御システムＳは、クレーン４の動作を制御するためのシステムである。
図１は、本実施形態に係る制御システムＳの概要を示す図である。制御システムＳは、制御装置１と、停止装置２と、測定装置３と、を含む。制御システムＳは、その他のサーバ、端末等の機器を含んでもよい。制御システムＳは、クレーン４の動作を制御するためのシステムである。
【0020】
制御装置１は、測定装置３が測定したセンサ値を用いてクレーン４の動作を制御するコンピュータである。制御装置１は、例えば、予め設定された荷物の軌道と、測定装置３が測定したセンサ値と、に基づいて制御信号を生成することによって、クレーン４を動作させ、又はクレーン４の動作を停止させる。制御装置１は、生成した制御信号を、有線通信又は無線通信によって、停止装置２を介してクレーン４に送信する。
【0021】
停止装置２は、測定装置３が測定したセンサ値に基づいて予測された予測値を用いてクレーン４の動作を停止させるコンピュータである。停止装置２は、例えば、クレーン４の現在の状態から将来の状態を予測する物理モデルによってクレーン４を所定の停止状態にするための制御量を算出し、算出した制御量に対応する停止信号を生成することによって、クレーン４の動作を停止させる。現在の状態は、例えば、測定装置３がセンサ値を測定した時点のクレーン４の状態である。特に、現在の状態は、測定装置３がセンサ値を測定した直近の時点のクレーン４の状態であることが望ましい。停止装置２は、制御装置１が生成した制御信号、又は停止装置２が生成した停止信号を、有線通信又は無線通信によって、クレーン４に送信する。
【0022】
測定装置３は、クレーン４の状態を示すセンサ値を測定する装置である。測定装置３は、例えば、クレーン４が有するブーム（アームともいう）の角度及び速度、クレーン４が荷物を吊るためのワイヤの角度及び速度等をセンサ値として測定するための一又は複数のセンサを含む。また、測定装置３は、クレーン４に関するその他の値を測定するためのセンサを含んでもよい。測定装置３が含む一又は複数のセンサは独立しており、一又は複数のセンサの少なくとも一部が故障し得る。以下、測定装置３が含む一又は複数のセンサの少なくとも一部が故障していることを、測定装置３が故障していることという。測定装置３は、測定したセンサ値を、有線通信又は無線通信によって、制御装置１及び停止装置２に送信する。
【0023】
クレーン４は、荷物を吊り上げて移動させる装置である。荷物は、クレーン４によって吊り上げられ、所定の目的地に移動させられる物体である。クレーン４は、例えば、ジブクレーン、天井クレーン、橋形クレーン、タワークレーン、又は荷物を吊り上げて移動可能なその他のクレーンである。クレーン４は、自走可能であってもよく、地面、天井、壁等に固定されていてもよい。クレーン４は、予め設定された軌道に沿って自動的に荷物を移動させるものであってもよい。
【0024】
本実施形態に係る制御システムＳが実行する処理の概要を以下に説明する。測定装置３は、クレーン４の状態を示すセンサ値を測定する。制御装置１は、測定装置３が測定したセンサ値を用いてクレーン４の動作を制御する制御信号であって、測定装置３が故障していると判定したことを条件としてクレーン４の動作を停止させる制御信号を生成する。制御装置１は、例えば、測定装置３が故障していない場合にはクレーン４に荷物を移動させるための制御信号を生成し、測定装置３が故障している場合にはクレーン４を停止させるための制御信号を生成する。制御装置１は、生成した制御信号を、停止装置２に送信する。
【0025】
停止装置２は、測定装置３が測定したセンサ値に基づいて、将来のクレーン４の状態を示す予測値を予測する。将来のクレーン４の状態は、例えば、測定装置３がセンサ値を測定した時点よりも後の時点のクレーン４の状態である。停止装置２は、例えば、第１時点のクレーン４の状態及び制御量に基づいて第１時点より後の第２時点のクレーン４の状態を予測する物理モデルによって、予測値を予測する。停止装置２は、予測した予測値を用いて、クレーン４の動作を停止させる停止信号を生成する。
【0026】
停止装置２は、制御装置１が生成した制御信号、又は停止装置２が生成した停止信号を、クレーン４に送信する。ここで停止装置２の送信部は、制御装置１が生成した制御信号を、停止装置２が生成した停止信号に優先して、クレーン４に送信する。停止装置２の送信部は、例えば、制御装置１が故障していない場合、すなわち制御装置１が生成した制御信号と、停止装置２が生成した停止信号と、の両方を送信可能な場合に、停止信号をクレーン４に送信せず、制御信号をクレーン４に送信する。一方、停止装置２の送信部は、例えば、制御装置１が故障している場合、すなわち制御装置１が制御信号を生成できない場合もしくは制御装置１が生成した制御信号を送信できない場合又は制御装置１が送信した制御信号が制御装置１の異常を示している場合に、停止装置２が生成した停止信号をクレーン４に送信する。
【0027】
このように、制御システムＳは、クレーン４の停止が必要な際に、制御装置１が故障していない場合には制御装置１がセンサ値に基づいて生成した停止信号をクレーン４に送信し、制御装置１が故障している場合には停止装置２がセンサ値の予測値に基づいて生成した停止信号をクレーン４に送信する。これにより、制御システムＳは、クレーン４を制御するシステムの一部が故障している状況であっても、クレーン４を安全に停止させるための信号を送信でき、クレーン４を停止させる際の安全性を高められる。
【0028】
［制御システムＳの構成］
図２は、本実施形態に係る制御システムＳのブロック図である。図２において、矢印は主なデータの流れを示しており、図２に示したもの以外のデータの流れがあってもよい。図２において、各ブロックはハードウェア（装置）単位の構成ではなく、機能単位の構成を示している。そのため、図２に示すブロックは単一の装置内に実装されてもよく、あるいは複数の装置内に分かれて実装されてもよい。ブロック間のデータの授受は、データバス、ネットワーク、可搬記憶媒体等、任意の手段を介して行われてよい。
図２は、本実施形態に係る制御システムＳのブロック図である。図２において、矢印は主なデータの流れを示しており、図２に示したもの以外のデータの流れがあってもよい。図２において、各ブロックはハードウェア（装置）単位の構成ではなく、機能単位の構成を示している。そのため、図２に示すブロックは単一の装置内に実装されてもよく、あるいは複数の装置内に分かれて実装されてもよい。ブロック間のデータの授受は、データバス、ネットワーク、可搬記憶媒体等、任意の手段を介して行われてよい。
【0029】
制御装置１は、記憶部１１と、制御部１２とを有する。制御装置１は、２つ以上の物理的に分離した装置が有線又は無線で接続されることにより構成されてもよい。また、制御装置１は、コンピュータ資源の集合であるクラウドによって構成されてもよい。
【0030】
記憶部１１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ハードディスクドライブ等を含む記憶媒体である。記憶部１１は、制御部１２が実行するプログラムを予め記憶している。また、記憶部１１は、クレーン４が荷物を移動させる予定の軌道である予定軌道を示す軌道情報を予め記憶している。記憶部１１は、制御装置１の外部に設けられてもよく、その場合にネットワークを介して制御部１２との間でデータの授受を行ってもよい。
【0031】
制御部１２は、受信部１２１と、予測部１２２と、制御信号生成部１２３と、送信部１２４と、を有する。制御部１２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサであり、記憶部１１に記憶されたプログラムを実行することにより、受信部１２１、予測部１２２、制御信号生成部１２３及び送信部１２４として機能する。制御部１２の機能の少なくとも一部は電気回路によって実行されてもよい。また、制御部１２の機能の少なくとも一部は、制御部１２がネットワーク経由で実行されるプログラムを実行することによって実現されてもよい。
【0032】
停止装置２は、記憶部２１と、制御部２２とを有する。停止装置２は、２つ以上の物理的に分離した装置が有線又は無線で接続されることにより構成されてもよい。また、停止装置２は、コンピュータ資源の集合であるクラウドによって構成されてもよい。
【0033】
記憶部２１は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクドライブ等を含む記憶媒体である。記憶部２１は、制御部２２が実行するプログラムを予め記憶している。記憶部２１は、停止装置２の外部に設けられてもよく、その場合にネットワークを介して制御部２２との間でデータの授受を行ってもよい。
【0034】
制御部２２は、受信部２２１と、予測部２２２と、停止信号生成部２２３と、送信部２２４と、を有する。制御部２２は、例えばＣＰＵ等のプロセッサであり、記憶部２１に記憶されたプログラムを実行することにより、受信部２２１、予測部２２２、停止信号生成部２２３及び送信部２２４として機能する。制御部２２の機能の少なくとも一部は電気回路によって実行されてもよい。また、制御部２２の機能の少なくとも一部は、制御部２２がネットワーク経由で実行されるプログラムを実行することによって実現されてもよい。
【0035】
以下、制御システムＳが実行する処理について詳細に説明する。クレーン４が荷物を吊って移動させる前又は最中に、測定装置３は、０．０１秒、０．１秒等の所定の時間間隔でクレーン４の状態を示すセンサ値を測定する。
【0036】
図３は、測定装置３が測定するセンサ値を説明するための模式図である。図３は、クレーン４の構造を模式的に表している。クレーン４は、ブーム４１と、ワイヤ４２と、吊り具４３と、を有する。ブーム４１（アーム）は、モータ、アクチュエータ等の動力により、起伏、伸縮、旋回等の動作をすることが可能な可動部材である。ブーム４１は、吊り具４３に吊られた荷物を移動させるように動作をする。天井クレーン等のクレーン４は、ブーム４１に代えて、吊り具４３を移動させることが可能なその他の可動部材を有してもよい。
【0037】
ワイヤ４２（ケーブル）は、ブーム４１から垂下されている線状部材である。ワイヤ４２は、ウインチ等によって巻き取られることにより、ブーム４１から垂下されている部分の長さが変更可能であり、これにより吊り具４３及び荷物の鉛直方向に沿った高さが変更される。
【0038】
吊り具４３は、荷物を吊るための部材である。吊り具４３は、例えば、ブーム４１から垂下されているワイヤ４２の一方端に設けられている。吊り具４３は、例えば、フックである。
【0039】
測定装置３は、クレーン４が配置されている空間上で互いに直行する所定の３軸（図３のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）において、クレーン４、すなわちブーム４１及びワイヤ４２の状態を示す値を測定する。例えば、ｘｙ平面を地面に平行な平面とし、ブーム４１がｘｙ平面に沿って回転する方向を旋回方向と呼び、ブーム４１がｘｙ平面に対して垂直な面に沿って回転する方向を起伏方向と呼ぶ。
【0040】
測定装置３は、例えば、ブーム４１について、長さ、起伏方向角度、起伏方向角速度、旋回方向角度、旋回方向角速度を測定する。また、測定装置３は、例えば、ワイヤ４２について、長さ、速度、起伏方向振れ角、起伏方向振れ角速度、旋回方向振れ角、及び旋回方向振れ角速度を測定する。測定装置３は、ここに示した具体的な値に限られず、クレーン４の状態を示すその他の値を測定してもよい。
【0041】
また、制御装置１の記憶部１１及び停止装置２の記憶部２１は、それぞれ第１時点のクレーン４の状態及び制御量に基づいて第１時点より後の第２時点のクレーン４の状態を予測する物理モデルを記憶している。物理モデルは、例えば、以下の式（１）によって表される。
【数1】
【0042】
fは物理モデルであり、例えば運動方程式である。aはクレーン４の加速度であり、クレーン４の制御量に対応する。θはクレーン４の状態を示す状態変数であり、θ’はクレーン４の状態を示す状態変数の予測値である。時刻tから時刻t+1への経過時間が短い場合に、θとθ’との間の推定誤差が小さいため、状態変数の推定値θ’を状態変数θとみなすことができる。
【0043】
制御装置１及び停止装置２は、物理モデルfを用いてモデル予測制御（Model Predictive Control、MPC）を行うことによって、クレーン４の将来実現させたい目標状態に向けて行動系列を算出する。制御装置１及び停止装置２は、例えば、目標状態の状態変数をθgとすると、θg＝θt+Tとなるように加速度の系列at, at+1,…、at+Tを算出し、算出した加速度の系列に対応する制御信号又は停止信号を生成することによって、クレーン４を所定の状態になるように制御することができる。
【0044】
図４、図５及び図６は、クレーン４に制御信号又は停止信号を送信する処理を説明するための模式図である。図４は、制御装置１及び測定装置３が故障していない状況を表している。図５は、制御装置１が故障しておらず、測定装置３が故障している状況を表している。図６は、制御装置１が故障している状況を表している。
【0045】
まず、図４を用いて、制御装置１及び測定装置３が故障していない状況における処理を説明する。測定装置３は、測定したセンサ値を、制御装置１及び停止装置２それぞれに送信する。制御装置１の受信部１２１は、測定装置３が送信したセンサ値を受信し、記憶部１１に記憶させる。停止装置２の受信部２２１は、測定装置３が送信したセンサ値を受信し、記憶部２１に記憶させる。
【0046】
ここで受信部１２１及び受信部２２１は、所定期間内（例えば、センサ値を前回受信してから２秒以内、望ましくは１秒以内）に測定装置３からセンサ値の少なくとも一部が受信できない場合、又は測定装置３から受信したセンサ値の少なくとも一部が測定装置３の異常を示している場合（センサ値が異常値である場合等）に、測定装置３が故障していると判定し、そうでない場合に測定装置３が故障していないと判定する。図４は、測定装置３が故障していないと受信部１２１及び受信部２２１が判定した場合の処理を表している。
【0047】
制御装置１の予測部１２２は、例えば、測定装置３から受信したセンサ値を、記憶部１１に記憶された上述の物理モデルの状態変数（すなわち、第１時点のクレーン４の状態）に入力する。さらに予測部１２２は、例えば、クレーン４が移動させている荷物が記憶部１１に予め記憶された軌道情報が示す予定軌道上にある状態を、物理モデルの目標状態（すなわち、第２時点のクレーン４の状態）に設定する。そして予測部１２２は、物理モデルを用いて、目標状態を実現するための加速度の系列を算出する。
【0048】
制御信号生成部１２３は、予測部１２２が算出した加速度の系列に対応する制御量を示す制御信号、すなわちクレーン４を動作させる制御信号（図４における動作用の制御信号）を生成する。送信部１２４は、制御信号生成部１２３が生成した制御信号を、停止装置２に送信する。
【0049】
停止装置２において、受信部２２１は、制御装置１が送信した制御信号を受信する。受信部２２１は、所定期間内（例えば、センサ値を前回受信してから２秒以内、望ましくは１秒以内）に制御装置１から制御信号を受信できない場合、又は制御装置１から受信した制御信号が制御装置１の異常を示している場合（制御信号が異常な信号である場合等）に、制御装置１が故障していると判定し、そうでない場合に制御装置１が故障していないと判定する。図４は、制御装置１が故障していないと受信部２２１が判定した場合の処理を表している。
【0050】
測定装置３が故障していないと受信部２２１が判定した場合に、予測部２２２は、例えば、測定装置３から受信したセンサ値を、記憶部２１に記憶された上述の物理モデルの状態変数（すなわち、第１時点のクレーン４の状態）に入力する。さらに予測部２２２は、クレーン４が停止していることを示す所定の停止状態を、物理モデルの目標状態（すなわち、第２時点のクレーン４の状態）に設定する。停止状態の内容については、図６を用いて後述する。
【0051】
そして予測部２２２は、物理モデルを用いて、目標状態を実現するための加速度の系列を算出する。停止信号生成部２２３は、予測部２２２が算出した加速度の系列に対応する制御量を示す停止信号、すなわちクレーン４の動作を停止させる停止信号を生成する。
【0052】
送信部２２４は、受信部２２１が制御装置１から受信した制御信号を、停止信号生成部２２３が生成した停止信号に優先してクレーン４に送信する。図４の状況では、制御信号及び停止信号の両方を送信可能であるため、送信部２２４は、停止信号をクレーン４に送信せず、制御信号をクレーン４に送信する。クレーン４は、停止装置２から受信した、制御装置１が生成した制御信号に従って動作をする。
【0053】
これにより、制御システムＳは、制御装置１が故障した場合に速やかにクレーン４の停止を開始できるように停止装置２において停止信号を生成しながら、制御装置１が故障していない状況では制御装置１が生成した制御信号によりクレーン４を移動させることができる。
【0054】
次に、図５を用いて、制御装置１が故障しておらず、測定装置３が故障している状況における処理を説明する。測定装置３は、測定したセンサ値を、制御装置１及び停止装置２それぞれに送信する。制御装置１の受信部１２１は、測定装置３が送信したセンサ値を受信し、記憶部１１に記憶させる。停止装置２の受信部２２１は、測定装置３が送信したセンサ値を受信し、記憶部２１に記憶させる。
【0055】
ここで受信部１２１及び受信部２２１は、所定期間内（例えば、センサ値を前回受信してから１秒以内等）に測定装置３からセンサ値の少なくとも一部を受信できない場合、又は測定装置３から受信したセンサ値の少なくとも一部が測定装置３の異常を示している場合に、測定装置３が含む一又は複数のセンサの少なくとも一部が故障している、すなわち測定装置３が故障していると判定し、そうでない場合に測定装置３が故障していないと判定する。図５は、測定装置３が故障していると受信部１２１及び受信部２２１が判定したことを条件とした処理を表している。
【0056】
制御装置１の予測部１２２は、例えば、物理モデルが過去に予測した状態変数の予測値を、記憶部１１に記憶された上述の物理モデルの状態変数（すなわち、第１時点のクレーン４の状態）に入力する。また、予測部１２２は、測定装置３が含む一又は複数のセンサのうち故障していないセンサについては、測定装置３から受信したセンサ値を、物理モデルの状態変数に入力してもよい。すなわち、制御装置１は、センサ値及び予測値の両方を用いて、後述の制御信号を生成してもよい。これにより、制御装置１は、測定装置３が含む一又は複数のセンサの少なくとも一部が故障している場合であっても、センサ値を物理モデルが予測した予測値で補完し、クレーン４を安全に停止させることができる。
【0057】
さらに予測部１２２は、クレーン４が停止していることを示す所定の停止状態を、物理モデルの目標状態（すなわち、第２時点のクレーン４の状態）に設定する。停止状態の内容については、図６を用いて後述する。
【0058】
そして予測部１２２は、物理モデルを用いて、目標状態を実現するための加速度の系列を算出する。制御信号生成部１２３は、予測部１２２が算出した加速度の系列に対応する制御量を示す制御信号、すなわちクレーン４の動作を停止させる制御信号（図５における停止用の制御信号）を生成する。送信部１２４は、制御信号生成部１２３が生成した制御信号を、停止装置２に送信する。
【0059】
停止装置２において、受信部２２１は、制御装置１が送信した制御信号を受信する。受信部２２１は、所定期間内（例えば、センサ値を前回受信してから２秒以内、望ましくは１秒以内）に制御装置１から制御信号を受信できない場合、又は制御装置１から受信した制御信号が制御装置１の異常を示している場合（制御信号が異常な信号である場合等）に、制御装置１が故障していると判定し、そうでない場合に制御装置１が故障していないと判定する。図５は、制御装置１が故障していないと受信部２２１が判定した場合の処理を表している。
【0060】
測定装置３が故障していると受信部２２１が判定した場合に、予測部２２２は、例えば、物理モデルが過去に予測した状態変数の予測値を、記憶部２１に記憶された上述の物理モデルの状態変数（すなわち、第１時点のクレーン４の状態）に入力する。また、予測部２２２は、測定装置３が含む一又は複数のセンサのうち故障していないセンサについては、測定装置３から受信したセンサ値を、物理モデルの状態変数に入力してもよい。これにより、停止装置２は、測定装置３が含む一又は複数のセンサの少なくとも一部が故障している場合であっても、センサ値を物理モデルが予測した予測値で補完し、クレーン４を安全に停止させることができる。
【0061】
さらに予測部２２２は、クレーン４が停止していることを示す所定の停止状態を、物理モデルの目標状態（すなわち、第２時点のクレーン４の状態）に設定する。停止状態の内容については、図６を用いて後述する。
【0062】
そして予測部２２２は、物理モデルを用いて、目標状態を実現するための加速度の系列を算出する。停止信号生成部２２３は、予測部２２２が算出した加速度の系列に対応する制御量を示す停止信号、すなわちクレーン４の動作を停止させる停止信号を生成する。
【0063】
送信部２２４は、受信部２２１が制御装置１から受信した制御信号を、停止信号生成部２２３が生成した停止信号に優先してクレーン４に送信する。図５の状況では、制御信号及び停止信号の両方を送信可能であるため、送信部２２４は、停止信号をクレーン４に送信せず、制御信号をクレーン４に送信する。クレーン４は、停止装置２から受信した、制御装置１が生成した制御信号に従って、動作を停止する。
【0064】
これにより、制御システムＳは、制御装置１が故障した場合に速やかにクレーン４の停止を開始できるように停止装置２において停止信号を生成しながら、制御装置１が故障していない状況では制御装置１が生成した制御信号によりクレーン４を安全に停止させることができる。
【0065】
次に、図６を用いて、制御装置１が故障している状況における処理を説明する。測定装置３は、測定したセンサ値を、制御装置１及び停止装置２それぞれに送信する。停止装置２の受信部２２１は、測定装置３が送信したセンサ値を受信し、記憶部２１に記憶させる。
【0066】
図４、図５と同様に、停止装置２において、受信部２２１は、制御装置１が送信した制御信号を受信する。受信部２２１は、所定期間内（例えば、センサ値を前回受信してから ２秒以内、望ましくは１秒以内）に制御装置１から制御信号を受信できない場合、又は制御装置１から受信した制御信号が制御装置１の異常を示している場合（制御信号が異常な信号である場合等）に、制御装置１が故障していると判定し、そうでない場合に制御装置１が故障していないと判定する。図６は、制御装置１が故障していると受信部２２１が判定した場合の処理を表している。
【0067】
制御装置１が故障していると受信部２２１が判定した場合に、予測部２２２は、例えば、物理モデルが過去に予測した状態変数の予測値を、記憶部２１に記憶された上述の物理モデルの状態変数（すなわち、第１時点のクレーン４の状態）に入力する。受信部２２１によって制御装置１が故障していると判定された後、クレーン４の動作が停止するまで、予測部２２２は、測定装置３が故障しているか否かに関わらず、センサ値を用いずに予測値を用いて、物理モデルによる状態変数の予測を行う。これにより、停止装置２は測定装置３からセンサ値をリアルタイムで取得して処理する必要がないため、停止装置２の処理性能を抑えることができる。これにより、停止装置２の構成を制御装置１よりも単純で頑健な構成にでき、制御システムＳを導入するためのコストを削減できる。
【0068】
さらに予測部２２２は、クレーン４が停止していることを示す所定の停止状態を、物理モデルの目標状態（すなわち、第２時点のクレーン４の状態）に設定する。停止状態は、例えば、クレーン４において荷物を移動させるように動作する可動部材であるブーム４１が静止しており、ブーム４１から垂下されている、荷物を吊るためのワイヤ４２が静止している状態である。停止状態は、ワイヤ４２が振り子運動において折り返す際に速度がゼロになっている状態を含まず、ブーム４１からワイヤ４２の垂下が始まる根元の位置（例えば、ワイヤ４２の向きを鉛直方向に変えるガイドローラの位置）の鉛直方向下方においてワイヤ４２が静止している状態を含む。
【0069】
停止状態における物理モデルの状態変数は、例えば、以下の表１のように設定される。
【表1】
【0070】
そして予測部２２２は、物理モデルを用いて、目標状態を実現するための加速度の系列を算出する。停止信号生成部２２３は、予測部２２２が算出した加速度の系列に対応する制御量を示す停止信号、すなわちクレーン４の動作を停止させる停止信号を生成する。
【0071】
予測部２２２及び停止信号生成部２２３は、クレーン４が停止状態になるまでのクレーン４の状態と停止状態との差の所定の時間範囲における統計値（平均値、最頻値等）が小さくなるように、停止信号を生成することが望ましい。
【0072】
この場合に、予測部２２２は、例えば、クレーン４が停止状態になるまでの各時点におけるクレーン４の状態変数と停止状態の状態変数との間の差を評価する評価関数（例えば、差が大きいほど値が大きい関数）を用いて、当該評価関数の値の所定の時間範囲における平均値が最小となるように、クレーン４が停止状態になるまでの加速度の系列を算出する。停止信号生成部２２３は、予測部２２２が算出した加速度の系列に対応する制御量を示す停止信号を生成する。これにより、停止装置２は、最終的な停止状態に近いクレーン４の状態が、所定の時間範囲内で多くなるように制御し、クレーン４及び荷物の急激な動きを抑えることができる。
【0073】
送信部２２４は、停止信号生成部２２３が生成した停止信号を、クレーン４に送信する。図６の状況では、停止信号のみを送信可能であるため、送信部２２４は、制御信号をクレーン４に送信せず、停止信号をクレーン４に送信する。クレーン４は、停止装置２から受信した停止信号に従って、動作を停止する。
【0074】
このように、制御システムＳにおいて、停止装置２は、制御装置１が故障しているか否かに関わらず停止信号を生成しているため、制御装置１が故障した場合に速やかにクレーン４の停止を開始できる。また、停止装置２は、物理モデルによって予測された予測値を用いて所定の停止状態にする停止信号を生成するため、停止装置２の処理性能が低くても、クレーン４を安全に停止させることができる。
【0075】
［制御方法のシーケンス］
図７は、本実施形態に係る制御システムＳが実行する例示的な制御方法のシーケンス図である。測定装置３は、測定したセンサ値を、制御装置１及び停止装置２それぞれに送信する。制御装置１の受信部１２１は、測定装置３が送信したセンサ値を受信し、記憶部１１に記憶させる（Ｓ１１）。停止装置２の受信部２２１は、測定装置３が送信したセンサ値を受信し、記憶部２１に記憶させる（Ｓ１２）。
図７は、本実施形態に係る制御システムＳが実行する例示的な制御方法のシーケンス図である。測定装置３は、測定したセンサ値を、制御装置１及び停止装置２それぞれに送信する。制御装置１の受信部１２１は、測定装置３が送信したセンサ値を受信し、記憶部１１に記憶させる（Ｓ１１）。停止装置２の受信部２２１は、測定装置３が送信したセンサ値を受信し、記憶部２１に記憶させる（Ｓ１２）。
【0076】
制御装置１において、受信部１２１は、所定期間内に測定装置３からセンサ値の少なくとも一部が受信できない場合、又は測定装置３から受信したセンサ値の少なくとも一部が測定装置３の異常を示している場合に、測定装置３が故障していると判定し、そうでない場合に測定装置３が故障していないと判定する。
【0077】
測定装置３が故障していないと受信部１２１が判定した場合に（Ｓ１３のＮＯ）、制御装置１はステップＳ１５に進む。測定装置３が故障していると受信部１２１が判定した場合に（Ｓ１３のＹＥＳ）、予測部１２２は、例えば、物理モデルが過去に予測した状態変数の予測値を、物理モデルの状態変数に入力することにより、故障しているセンサのセンサ値を補完する（Ｓ１４）。予測部１２２は、故障していないセンサについては、測定装置３から受信したセンサ値を、物理モデルの状態変数に入力してもよい。
【0078】
測定装置３が故障していないと受信部１２１が判定した場合に、予測部１２２は、例えば、クレーン４が移動させている荷物が記憶部１１に予め記憶された軌道情報が示す予定軌道上にある状態を、物理モデルの目標状態に設定する。一方、測定装置３が故障していると受信部１２１が判定した場合に、予測部１２２は、クレーン４が停止していることを示す所定の停止状態を、物理モデルの目標状態に設定する。そして予測部１２２は、物理モデルを用いて、目標状態を実現するための加速度の系列を算出する。
【0079】
制御信号生成部１２３は、予測部１２２が算出した加速度の系列に対応する制御量を示す制御信号、すなわちクレーン４を動作又は停止させる制御信号を生成する（Ｓ１５）。送信部１２４は、制御信号生成部１２３が生成した制御信号を、停止装置２に送信する。
【0080】
停止装置２において、受信部２２１は、所定期間内に測定装置３からセンサ値の少なくとも一部が受信できない場合、又は測定装置３から受信したセンサ値の少なくとも一部が測定装置３の異常を示している場合に、測定装置３が故障していると判定し、そうでない場合に測定装置３が故障していないと判定する。
【0081】
また、受信部２２１は、制御装置１が送信した制御信号を受信する。受信部２２１は、所定期間内に制御装置１から制御信号を受信できない場合、又は制御装置１から受信した制御信号が制御装置１の異常を示している場合に、制御装置１が故障していると判定し、そうでない場合に制御装置１が故障していないと判定する。
【0082】
測定装置３が故障していないと受信部２２１が判定した場合に（Ｓ１６のＮＯ）、停止装置２はステップＳ１８に進む。測定装置３が故障していると受信部２２１が判定した場合に（Ｓ１６のＹＥＳ）、予測部２２２は、例えば、物理モデルが過去に予測した状態変数の予測値を、物理モデルの状態変数に入力することにより、故障しているセンサのセンサ値を補完する（Ｓ１７）。
【0083】
制御装置１が故障していると受信部２２１が判定した場合に、予測部２２２は、例えば、物理モデルが過去に予測した状態変数の予測値を、記憶部２１に記憶された物理モデルの状態変数に入力する。受信部２２１によって制御装置１が故障していると判定された後、クレーン４の動作が停止するまで、予測部２２２は、測定装置３が故障しているか否かに関わらず、センサ値を用いずに予測値を用いて、物理モデルによる状態変数の予測を行う。一方、制御装置１が故障していないと受信部２２１が判定した場合に、予測部２２２は、測定装置３から受信したセンサ値を、物理モデルの状態変数に入力してもよい。
【0084】
さらに予測部２２２は、クレーン４が停止していることを示す所定の停止状態を、物理モデルの目標状態に設定する。そして予測部２２２は、物理モデルを用いて、目標状態を実現するための加速度の系列を算出する。停止信号生成部２２３は、予測部２２２が算出した加速度の系列に対応する制御量を示す停止信号、すなわちクレーン４の動作を停止させる停止信号を生成する（Ｓ１８）。
【0085】
制御装置１が故障していると受信部２２１が判定した場合に（Ｓ１９のＹＥＳ）、送信部２２４は、停止信号生成部２２３が生成した停止信号を、クレーン４に送信する（Ｓ２０）。制御装置１が故障していないと受信部２２１が判定した場合に（Ｓ１９のＮＯ）、送信部２２４は、受信部２２１が制御装置１から受信した制御信号を、クレーン４に送信する（Ｓ２１）。クレーン４は、停止装置２から受信した制御信号又は停止信号に従って、動作を停止する。
【0086】
［実施形態の効果］
本実施形態に係る制御システムＳは、クレーン４の停止が必要な際に、制御装置１が故障していない場合には制御装置１がセンサ値に基づいて生成した停止信号をクレーン４に送信し、制御装置１が故障している場合には停止装置２がセンサ値の予測値に基づいて生成した停止信号をクレーン４に送信する。これにより、制御システムＳは、クレーン４を制御するシステムの一部が故障している状況であっても、クレーン４を安全に停止させるための信号を送信でき、クレーン４を停止させる際の安全性を高められる。
本実施形態に係る制御システムＳは、クレーン４の停止が必要な際に、制御装置１が故障していない場合には制御装置１がセンサ値に基づいて生成した停止信号をクレーン４に送信し、制御装置１が故障している場合には停止装置２がセンサ値の予測値に基づいて生成した停止信号をクレーン４に送信する。これにより、制御システムＳは、クレーン４を制御するシステムの一部が故障している状況であっても、クレーン４を安全に停止させるための信号を送信でき、クレーン４を停止させる際の安全性を高められる。
【0087】
［変形例］
上述の実施形態では、停止装置２が制御信号を停止信号に優先してクレーン４に送信する送信部２２４として機能しているが、制御装置１及び停止装置２の外部に設けられたその他の装置が送信部２２４として機能してもよい。
上述の実施形態では、停止装置２が制御信号を停止信号に優先してクレーン４に送信する送信部２２４として機能しているが、制御装置１及び停止装置２の外部に設けられたその他の装置が送信部２２４として機能してもよい。
【0088】
この場合に、制御システムＳは、制御装置１、停止装置２及びクレーン４と有線通信又は無線通信によって通信可能な通信装置をさらに含む。制御装置１は、制御信号生成部１２３が生成した制御信号を、通信装置に送信する。停止装置２は、停止信号生成部２２３が生成した停止信号を、通信装置に送信する。
【0089】
送信部２２４である通信装置は、制御装置１から受信した制御信号を、停止装置２から受信した停止信号に優先してクレーン４に送信する。すなわち、通信装置は、制御信号及び停止信号の両方を送信可能である場合、又は制御信号のみを送信可能である場合に、停止信号をクレーン４に送信せず、制御信号をクレーン４に送信する。一方、通信装置は、停止信号のみを送信可能である場合に、制御信号をクレーン４に送信せず、停止信号をクレーン４に送信する。
【0090】
本変形例によれば、制御信号及び停止信号のクレーン４への送信を切り替える送信部２２４を制御装置１及び停止装置２の外部に設けるため、制御装置１が故障しておらず、停止装置２が故障している状況であっても、クレーン４を安全に停止させるための信号を送信でき、クレーン４を停止させる際の安全性を高められる。
【0091】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。
【0092】
制御装置１及び停止装置２のプロセッサは、図７に示す制御方法に含まれる各ステップ（工程）の主体となる。すなわち、制御装置１及び停止装置２のプロセッサは、図７に示す制御方法を実行するためのプログラムを記憶部１１、２１から読み出し、該プログラムを実行することによって、図７に示す制御方法を実行する。図７に示す制御方法に含まれるステップは一部省略されてもよく、ステップ間の順番が変更されてもよく、複数のステップが並行して行われてもよい。
【符号の説明】
【0093】
Ｓ 制御システム
１ 制御装置
１１ 記憶部
１２１ 受信部
１２２ 予測部
１２３ 制御信号生成部
１２４ 送信部
１２ 制御部
２ 停止装置
２１ 記憶部
２２ 制御部
２２１ 受信部
２２２ 予測部
２２３ 停止信号生成部
２２４ 送信部
３ 測定装置
４ クレーン
４１ ブーム
４２ ワイヤ
４３ 吊り具
１ 制御装置
１１ 記憶部
１２１ 受信部
１２２ 予測部
１２３ 制御信号生成部
１２４ 送信部
１２ 制御部
２ 停止装置
２１ 記憶部
２２ 制御部
２２１ 受信部
２２２ 予測部
２２３ 停止信号生成部
２２４ 送信部
３ 測定装置
４ クレーン
４１ ブーム
４２ ワイヤ
４３ 吊り具
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】