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(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】P2024131790
(43)【公開日】2024-09-30
(54)【発明の名称】クレーンの制御装置およびこれを備えたクレーン
(51)【国際特許分類】
B66C 23/00 20060101AFI20240920BHJP
【ＦＩ】
B66C23/00 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023042254
(22)【出願日】2023-03-16
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 令和４年１１月１３日に第６５回自動制御連合講演会にて発表
(71)【出願人】
【識別番号】304027349
【氏名又は名称】国立大学法人豊橋技術科学大学
(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】100178582
【弁理士】
【氏名又は名称】行武 孝
(72)【発明者】
【氏名】田崎 良佑
(72)【発明者】
【氏名】佐野 滋則
(72)【発明者】
【氏名】川▲崎▼ 舜平
(72)【発明者】
【氏名】安和 薫広
(72)【発明者】
【氏名】竹中 裕憲
(72)【発明者】
【氏名】大久保 正基
【テーマコード（参考）】
3F205
【Ｆターム（参考）】
3F205AA07
3F205AC01
3F205CA01
3F205CA09
3F205DA01
3F205DA16
3F205DA20
(57)【要約】
【課題】平面視における吊り荷の振れの軌道を制御することが可能なクレーンの制御装置およびクレーンを提供する。
【解決手段】振れ止め装置１００は、主巻ロープのロープ長さを検出するロープ長さ検出部７４と、制御部９０とを備える。制御部９０は、検出された前記ロープ長さに基づいて吊り荷の振れの振れ周期を演算し、当該演算された振れ周期に基づいて決定したロープ周期に応じて前記ロープ長さを増減させるように、ウインチ駆動部８１に長さ指令信号を入力する。ウインチ駆動部８１が主巻ロープの巻き取り、繰り出しを行うことで、平面視における吊り荷の軌道が楕円化する。
【選択図】図２
【解決手段】振れ止め装置１００は、主巻ロープのロープ長さを検出するロープ長さ検出部７４と、制御部９０とを備える。制御部９０は、検出された前記ロープ長さに基づいて吊り荷の振れの振れ周期を演算し、当該演算された振れ周期に基づいて決定したロープ周期に応じて前記ロープ長さを増減させるように、ウインチ駆動部８１に長さ指令信号を入力する。ウインチ駆動部８１が主巻ロープの巻き取り、繰り出しを行うことで、平面視における吊り荷の軌道が楕円化する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
クレーン本体と、所定の支点から垂下され吊り荷に接続されるロープと、入力される長さ指令信号に応じて前記支点から垂下される前記ロープの長さを調整することが可能なロープ長さ調整部とを有するクレーンに用いられ、前記吊り荷の振れを制御することが可能なクレーンの制御装置であって、
前記支点から前記吊り荷までの前記ロープの長さであるロープ長さを検出するロープ長さ検出部と、
少なくとも前記ロープ長さ検出部によって検出された前記ロープ長さに基づいて前記吊り荷の振れの振れ周期を演算し、当該演算された振れ周期に基づいて決定したロープ周期に応じて前記ロープ長さを増減させるように前記ロープ長さ調整部に前記長さ指令信号を入力する制御部と、
を備える、クレーンの制御装置。
前記支点から前記吊り荷までの前記ロープの長さであるロープ長さを検出するロープ長さ検出部と、
少なくとも前記ロープ長さ検出部によって検出された前記ロープ長さに基づいて前記吊り荷の振れの振れ周期を演算し、当該演算された振れ周期に基づいて決定したロープ周期に応じて前記ロープ長さを増減させるように前記ロープ長さ調整部に前記長さ指令信号を入力する制御部と、
を備える、クレーンの制御装置。
【請求項2】
所定の時刻において前記ロープ長さ検出部によって検出された前記ロープ長さを初期ロープ長さとすると、前記制御部は、前記ロープ長さが前記初期ロープ長さよりも長い状態と前記初期ロープ長さよりも短い状態との間で前記ロープ周期に応じて交互に変化するように、前記ロープ長さ調整部に前記長さ指令信号を入力する、請求項１に記載のクレーンの制御装置。
【請求項3】
前記制御部は、前記吊り荷の振れ周期が前記ロープ周期のｎ倍（ｎは２以上の整数）となるように、前記ロープ長さ調整部に前記長さ指令信号を入力する、請求項１または２に記載のクレーンの制御装置。
【請求項4】
平面視において前記支点を原点とする前記吊り荷の座標（ｘ，ｙ）を検出することが可能な吊り荷位置検出部を更に備え、
前記制御部は、前記吊り荷位置検出部の検出結果に基づいて、平面視における前記吊り荷の回転角度λをλ＝ａｒｃｔａｎ２（ｘ，ｙ）として演算することが可能であり、当該演算された回転角度λを基準として前記ロープ長さ調整部に前記長さ指令信号を入力する、請求項１または２に記載のクレーンの制御装置。
前記制御部は、前記吊り荷位置検出部の検出結果に基づいて、平面視における前記吊り荷の回転角度λをλ＝ａｒｃｔａｎ２（ｘ，ｙ）として演算することが可能であり、当該演算された回転角度λを基準として前記ロープ長さ調整部に前記長さ指令信号を入力する、請求項１または２に記載のクレーンの制御装置。
【請求項5】
平面視における前記吊り荷の楕円軌道の長軸方向が所定の方向となるような前記回転角度λの目標値λｔを予め記憶する記憶部を更に備え、
前記制御部は、前記演算された回転角度λが前記目標値λｔとなるタイミングで前記ロープ長さ調整部に前記長さ指令信号を入力する、請求項４に記載のクレーンの制御装置。
前記制御部は、前記演算された回転角度λが前記目標値λｔとなるタイミングで前記ロープ長さ調整部に前記長さ指令信号を入力する、請求項４に記載のクレーンの制御装置。
【請求項6】
前記ロープ長さ調整部は、前記ロープを巻き取ることで前記吊り荷を上昇させ、前記ロープを繰り出すことで前記吊り荷を下降させることが可能な吊り荷ウインチを含み、
前記制御部は、前記吊り荷ウインチが前記ロープ周期に応じて前記ロープの巻き取りおよび繰り出しを行うように前記ロープ長さ調整部に前記長さ指令信号を入力する、請求項１に記載のクレーンの制御装置。
前記制御部は、前記吊り荷ウインチが前記ロープ周期に応じて前記ロープの巻き取りおよび繰り出しを行うように前記ロープ長さ調整部に前記長さ指令信号を入力する、請求項１に記載のクレーンの制御装置。
【請求項7】
前記クレーンは、前記支点を含み前記クレーン本体に起伏可能に支持される起伏体と、入力される起伏指令信号に応じて前記起伏体を起伏方向に回動させることが可能な起伏装置とを更に有し、
前記制御部は、前記起伏体の先端部が平面視における前後方向の前記吊り荷の位置に追従するように、前記起伏装置に前記起伏指令信号を入力する、請求項１に記載のクレーンの制御装置。
前記制御部は、前記起伏体の先端部が平面視における前後方向の前記吊り荷の位置に追従するように、前記起伏装置に前記起伏指令信号を入力する、請求項１に記載のクレーンの制御装置。
【請求項8】
前記クレーンは、前記支点を含み前記クレーン本体に起伏可能に支持される起伏体と、入力される起伏指令信号に応じて前記起伏体を起伏方向に回動させることが可能な起伏装置とを更に有し、
目標値λｔは、平面視における前記吊り荷の楕円軌道の長軸方向が前記クレーン本体の前後方向となるように設定されており、
前記制御部は、前記起伏体の先端部が平面視における前後方向の前記吊り荷の位置に追従するように前記起伏装置に前記起伏指令信号を入力する、請求項５に記載のクレーンの制御装置。
目標値λｔは、平面視における前記吊り荷の楕円軌道の長軸方向が前記クレーン本体の前後方向となるように設定されており、
前記制御部は、前記起伏体の先端部が平面視における前後方向の前記吊り荷の位置に追従するように前記起伏装置に前記起伏指令信号を入力する、請求項５に記載のクレーンの制御装置。
【請求項9】
前記制御部は、前記振れ周期の４分の１周期遅れで、前記起伏体の先端部が前記吊り荷の位置に追従するように前記起伏装置に前記起伏指令信号を入力する、請求項８に記載のクレーンの制御装置。
【請求項10】
クレーン本体と、
所定の支点から垂下され吊り荷に接続されるロープと、
入力される長さ指令信号に応じて前記支点から垂下される前記ロープの長さを調整することが可能なロープ長さ調整部と、
前記吊り荷の振れを制御することが可能な請求項１に記載のクレーンの制御装置と、
を備える、クレーン。
所定の支点から垂下され吊り荷に接続されるロープと、
入力される長さ指令信号に応じて前記支点から垂下される前記ロープの長さを調整することが可能なロープ長さ調整部と、
前記吊り荷の振れを制御することが可能な請求項１に記載のクレーンの制御装置と、
を備える、クレーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、クレーンの制御装置およびこれを備えたクレーンに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、クレーンとして、所定の支点部から垂下された吊り荷ロープにフックが装着されており、当該フックに吊り荷が接続されることで、吊り荷が吊り上げられる技術が知られている。
【0003】
特許文献１には、クレーンにおいて、吊り荷の前後方向における振れ位置に応じてブームを起伏させ、ブーム先端部を吊り荷の振れ位置の直上に配置することで、吊り荷の振れを低減する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００８－７４５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
クレーンの作業現場では、旋回動作などのクレーンの動作や、風、地面の傾斜などの周囲の環境によって、さまざまな方向に吊り荷の振れが発生する場合がある。このため、たとえば特許文献１に記載された技術のように、吊り荷に対して前後方向および上下方向を含む平面内で外力を付与するブームの起伏動作では、吊り荷の左右方向の振れを低減することが難しいという問題がある。
【0006】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、平面視における吊り荷の振れの軌道を制御することが可能なクレーンの制御装置およびクレーンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一局面に係るクレーンの制御装置は、クレーン本体と、所定の支点から垂下され吊り荷に接続されるロープと、入力される長さ指令信号に応じて前記支点から垂下される前記ロープの長さを調整することが可能なロープ長さ調整部とを有するクレーンに用いられ、前記吊り荷の振れを制御することが可能なものである。前記制御装置は、前記支点から前記吊り荷までの前記ロープの長さであるロープ長さを検出するロープ長さ検出部と、少なくとも前記ロープ長さ検出部によって検出された前記ロープ長さに基づいて前記吊り荷の振れの振れ周期を演算し、当該演算された振れ周期に基づいて決定したロープ周期に応じて前記ロープ長さを増減させるように前記ロープ長さ調整部に前記長さ指令信号を入力する制御部と、を備える。
【0008】
本構成によれば、制御部が少なくとも前記ロープ長さ検出部によって検出された前記ロープ長さに基づいて前記吊り荷の振れの振れ周期を演算し、当該演算された振れ周期に基づいて決定したロープ周期に応じて前記ロープ長さを増減させるため、ロープに作用するコリオリ力に応じて、吊り荷の軌道を楕円形状に変化させることができる。したがって、クレーンにおいて、平面視における吊り荷の振れの軌道を制御することが可能となる。
【0009】
上記の構成において、所定の時刻において前記ロープ長さ検出部によって検出された前記ロープ長さを初期ロープ長さとすると、前記制御部は、前記ロープ長さが前記初期ロープ長さよりも長い状態と前記初期ロープ長さよりも短い状態との間で前記ロープ周期に応じて交互に変化するように、前記ロープ長さ調整部に前記長さ指令信号を入力するものでもよい。
【0010】
本構成によれば、前記ロープ長さが前記初期ロープ長さよりも長い状態と前記初期ロープ長さよりも短い状態との間で前記ロープ周期に応じて交互に変化することによって、吊り荷の振れの軌道をより安定して楕円形状に変化させることができる。
【0011】
上記の構成において、前記制御部は、前記吊り荷の振れ周期が前記ロープ周期のｎ倍（ｎは２以上の整数）となるように、前記ロープ長さ調整部に前記長さ指令信号を入力するものでもよい。
【0012】
本構成によれば、前記ロープ周期が前記吊り荷の振れ周期の１／ｎ倍に設定されるため、吊り荷が周回するにつれてその振れの軌道をより安定して楕円形状に変化させることができる。
【0013】
上記の構成において、平面視において前記支点を原点とする前記吊り荷の座標（ｘ，ｙ）を検出することが可能な吊り荷位置検出部を更に備え、前記制御部は、前記吊り荷位置検出部の検出結果に基づいて、平面視における前記吊り荷の回転角度λをλ＝ａｒｃｔａｎ２（ｘ，ｙ）として演算することが可能であり、当該演算された回転角度λを基準として前記ロープ長さ調整部に前記長さ指令信号を入力するものでもよい。
【0014】
本構成によれば、吊り荷の座標を検出することで、現在の吊り荷の回転角度λを把握することができる。このため、前記回転角度λを基準としてロープ長さの調整を精度良く実行することができる。
【0015】
上記の構成において、平面視における前記吊り荷の楕円軌道の長軸方向が所定の方向となるような前記回転角度λの目標値λｔを予め記憶する記憶部を更に備え、前記制御部は、前記演算された回転角度λが前記目標値λｔとなるタイミングで前記ロープ長さ調整部に前記長さ指令信号を入力するものでもよい。
【0016】
本構成によれば、予め吊り荷の楕円軌道の長軸方向を制御するための目標値λｔが記憶されているため、作業現場においてロープ長さの調整タイミングの設定を試行錯誤する場合と比較して、吊り荷の楕円軌道の長軸方向を精度良く効率的に制御することができる。
【0017】
上記の構成において、前記ロープ長さ調整部は、前記ロープを巻き取ることで前記吊り荷を上昇させ、前記ロープを繰り出すことで前記吊り荷を下降させることが可能な吊り荷ウインチを含み、前記制御部は、前記吊り荷ウインチが前記ロープ周期に応じて前記ロープの巻き取りおよび繰り出しを行うように前記ロープ長さ調整部に前記長さ指令信号を入力するものでもよい。
【0018】
本構成によれば、吊り荷ウインチによるロープの巻き取り、繰り出しによって、吊り荷の振れの軌道を容易に調整することができる。
【0019】
上記の構成において、前記クレーンは、前記支点を含み前記クレーン本体に起伏可能に支持される起伏体と、入力される起伏指令信号に応じて前記起伏体を起伏方向に回動させることが可能な起伏装置とを更に有し、前記制御部は、前記起伏体の先端部が前後方向の前記吊り荷の位置に追従するように、前記起伏装置に前記起伏指令信号を入力するものでもよい。
【0020】
本構成によれば、ロープ長さの調整に加えて、起伏体の起伏動作によって吊り荷の振れ制御を補助することができる。
【0021】
上記の構成において、前記クレーンは、前記支点を含み前記クレーン本体に起伏可能に支持される起伏体と、入力される起伏指令信号に応じて前記起伏体を起伏方向に回動させることが可能な起伏装置とを更に有し、目標値λｔは、平面視における前記吊り荷の楕円軌道の長軸方向が前記クレーン本体の前後方向となるように設定されており、前記制御部は、前記起伏体の先端部が前後方向の前記吊り荷の位置に追従するように前記起伏装置に前記起伏指令信号を入力するものでもよい。
【0022】
本構成によれば、ロープ長さの調整によって吊り荷の振れの軌道を前後方向に延びる楕円軌道に制御するとともに、起伏体の起伏動作によって前後方向の吊り荷の振れを低減させることができる。
【0023】
上記の構成において、前記制御部は、前記起伏体の先端部が前記吊り荷の位置に追従するように、前記振れ周期の４分の１周期遅れで前記起伏装置に前記起伏指令信号を入力するものでもよい。
【0024】
本構成によれば、起伏体の起伏動作によって前後方向の吊り荷の振れを安定して低減させることができる。
【0025】
また、本発明によって提供されるのは、クレーンである。当該クレーンは、クレーン本体と、所定の支点から垂下され吊り荷に接続されるロープと、入力される長さ指令信号に応じて前記支点から垂下される前記ロープの長さを調整することが可能なロープ長さ調整部と、前記吊り荷の振れを制御することが可能な上記に記載のクレーンの制御装置と、を備える。
【0026】
本構成によれば、制御部が少なくとも前記ロープ長さ検出部によって検出された前記ロープ長さに基づいて前記吊り荷の振れの振れ周期を演算し、当該演算された振れ周期に基づいて決定したロープ周期に応じて前記ロープ長さを増減させるため、吊り荷ロープに作用するコリオリ力に応じて、吊り荷の軌道を楕円形状に変化させることができる。したがって、クレーンにおいて、平面視における吊り荷の振れの軌道を制御することが可能となる。
【発明の効果】
【0027】
本発明によれば、平面視における吊り荷の振れの軌道を制御することが可能なクレーンの振れ止め装置およびクレーンが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】本発明の一実施形態に係るクレーンの側面図である。
【図2】本発明の一実施形態に係るクレーンのブロック図である。
【図3】本発明の一実施形態に係るクレーンの模式的な平面図である。
【図4】本発明の一実施形態に係るクレーンの模式的な側面図である。
【図5】クレーンの吊り荷の振れを説明するための斜視図である。
【図6】吊り荷に作用する力を説明するための側面図である。
【図7】ロープの巻上げ、巻下げによって吊り荷に作用する力を説明するための平面図である。
【図8】吊り荷の座標と回転角度との関係を示す平面図である。
【図9A】ロープの巻上げ、巻下げのタイミングを示す平面図である。
【図10A】ロープの巻上げ、巻下げのタイミングを示す平面図である。
【図11A】ロープの巻上げ、巻下げのタイミングを示す平面図である。
【図12A】ロープの巻上げ、巻下げのタイミングを示す平面図である。
【図13】吊り荷の振れ制御のフローチャートである。
【図14】ロープ長さ、ブーム角度、吊り荷の振れ角度の各推移を示すグラフである。
【図16】吊り荷の位置に応じたブームの起伏動作を示す側面図である。
【図17】吊り荷の振れの挙動を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0029】
以下、図面を参照しつつ、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るクレーン１０の側面図である。なお、図１を含む各図には、クレーン１０の上部旋回体１２を基準として、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」および「後」の方向が示されているが、当該方向は、本実施形態に係るクレーン１０の構造を説明するために便宜上示すものであり、本発明に係るクレーンの移動方向や使用態様などを限定するものではない。
【0030】
クレーン１０は、走行体１４と、走行体１４に上下方向に延びる旋回中心軸回りに旋回可能に支持された上部旋回体１２（クレーン本体）と、上部旋回体１２に起伏可能に支持されるブーム１６（起伏体）およびマスト２０と、を備える。また、上部旋回体１２の後部には、クレーン１０のバランスを調整するためのカウンタウエイト１３が積載されている。また、上部旋回体１２の前端部には、キャブ１５が備えられている。キャブ１５は、クレーン１０の運転席に相当する。
【0031】
図１に示されるブーム１６は、いわゆるラチス型であり、下部ブーム１６Ａ（起伏体基端部）と、一または複数（図例では３個）の中間ブーム１６Ｂ，１６Ｃ、１６Ｄと、上部ブーム１６Ｅ（前記起伏体基端部とは反対の起伏体先端部）とから構成される。具体的に、下部ブーム１６Ａは、上部旋回体１２の前部に水平な回転中心軸回りに起伏方向に回動可能となるように支持される。中間ブーム１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄは、その順に下部ブーム１６Ａの先端側に着脱可能に継ぎ足される。上部ブーム１６Ｅは中間ブーム１６Ｄの先端側に着脱可能に継ぎ足される。下部ブーム１６Ａは、その下端部に備えられたブームフット１６Ｓにおいて上部旋回体１２に回動可能に軸支される。
【0032】
また、ブーム１６は、アイドラシーブ３４Ｓ、３６Ｓを有する。アイドラシーブ３４Ｓ、３６Ｓは、下部ブーム１６Ａの基端部の後側面にそれぞれ回転可能に支持されている。
【0033】
ただし、本発明ではブームの具体的な構造は限定されない。例えば、当該ブームは、中間部材がないものでもよく、また、上記とは中間部材の数が異なるものでもよい。更に、ブームは、単一の部材で構成されたものでもよい。また、ブームは、伸縮可能なテレスコピックブームでも良い。
【0034】
マスト２０は、基端及び回動端を有し、その基端が上部旋回体１２に回動可能に連結される。マスト２０の回動軸は、ブーム１６の回動軸と平行でかつ当該ブーム１６の回動軸のすぐ後方に位置している。すなわち、このマスト２０はブーム１６の起伏方向と同方向に回動可能である。
【0035】
更に、クレーン１０は、左右一対のバックストップ２３と、左右一対のブーム用ガイライン２４と、を備える。
【0036】
左右一対のバックストップ２３はブーム１６の下部ブーム１６Ａの左右両側部に設けられる。これらのバックストップ２３は、ブーム１６が図１に示される起立姿勢まで到達した時点で、上部旋回体１２の前後方向の中央部に当接する。この当接によって、ブーム１６が強風等で後方に煽られることが規制される。
【0037】
左右一対のブーム用ガイライン２４は、マスト２０の回動端をブーム１６の先端部に連結する。この連結は、マスト２０の回動とブーム１６の回動とを連携させる。
【0038】
また、クレーン１０は、各種ウインチを更に備える。具体的には、クレーン１０は、ブーム１６を起伏させるためのブーム起伏用ウインチ３０（起伏装置）と、吊り荷の巻上げ及び巻下げを行うための主巻用ウインチ３４（ロープ長さ調整部、吊り荷ウインチ）及び補巻用ウインチ３６とを備える。また、クレーン１０は、ブーム起伏用ロープ３８と、上部ブーム１６Ｅ（ブーム１６の先端部）から垂下され吊り荷に接続される主巻ロープ５０（ロープ）と、補巻ロープ６０と、を備える。本実施形態に係るクレーン１０では、主巻用ウインチ３４および補巻用ウインチ３６がブーム１６の基端近傍部位に据え付けられる。また、ブーム起伏用ウインチ３０が上部旋回体１２に据え付けられる。これらのウインチ３０，３２，３４，３６の位置は、上記に限定されるものではない。
【0039】
ブーム起伏用ウインチ３０は、ブーム起伏用ロープ３８の巻き取り及び繰り出しを行う。そして、この巻き取り及び繰り出しによりマスト２０が回動するようにブーム起伏用ロープ３８が配索される。具体的には、マスト２０の回動端部及び上部旋回体１２の後端部にはそれぞれ複数のシーブが幅方向に配列されたシーブブロック４０，４２が設けられ、ブーム起伏用ウインチ３０から引き出されたブーム起伏用ロープ３８がシーブブロック４０，４２間に掛け渡される。従って、ブーム起伏用ウインチ３０がブーム起伏用ロープ３８の巻き取りや繰り出しを行うことにより、両シーブブロック４０，４２間の距離が変化し、これによってマスト２０さらにはこれと連動するブーム１６が起伏方向に回動する。
【0040】
主巻用ウインチ３４は、主巻ロープ５０による吊り荷の巻き上げ及び巻き下げを行う。主巻ロープ５０は、ブーム１６の上部ブーム１６Ｅから垂下され、吊り荷に接続される。また、上部ブーム１６Ｅには主巻用ガイドシーブ５４が配置され、当該主巻用ガイドシーブ５４に隣接する位置に複数の主巻用ポイントシーブ５６が幅方向に配列された主巻用シーブブロックが設けられている。主巻用ウインチ３４から引き出された主巻ロープ５０が、アイドラシーブ３４Ｓ、主巻用ガイドシーブ５４に順に掛けられ、かつ、シーブブロックの主巻用ポイントシーブ５６と、吊り荷用の主フック５７に設けられたシーブブロックのシーブ５８との間に掛け渡される。従って、主巻用ウインチ３４が主巻ロープ５０の巻き取りや繰り出しを行うと、両シーブ５６，５８間の距離が変わって、ブーム１６の先端から垂下された主巻ロープ５０に連結された主フック５７の巻き上げ及び巻き下げが行われる。この結果、吊り荷の巻き上げ、巻き下げが可能となる。
【0041】
同様にして、補巻用ウインチ３６は、補巻ロープ６０による吊り荷の巻き上げ及び巻き下げを行う。この補巻については、主巻用ガイドシーブ５４と同軸に補巻用ガイドシーブ６４が回転可能に設けられ、補巻用ガイドシーブ６４に隣接する位置に不図示の補巻用ポイントシーブが回転可能に設けられている。補巻用ウインチ３６から引き出された補巻ロープ６０は、アイドラシーブ３６Ｓ、補巻用ガイドシーブ６４に順に掛けられ、かつ、補巻用ポイントシーブから垂下される。従って、補巻用ウインチ３６が補巻ロープ６０の巻き取りや繰り出しを行うと、補巻ロープ６０の末端に連結された図略の吊り荷用の補フックが巻き上げられ、または巻き下げられる。
【0042】
図２は、本実施形態に係るクレーン１０のブロック図である。図２を参照して、クレーン１０は、操作部７０と、入力部７１と、カメラ７２（吊り荷位置検出部）と、ブーム角度計７３と、ロープ長さ検出部７４と、吊り重量検出部７５と、ブーム起伏駆動部８０と、ウインチ駆動部８１と、旋回駆動部８２と、制御部９０とを更に備える。
【0043】
操作部７０は、一例としてキャブ１５内に配置されており、オペレータによるクレーン１０の各部材を駆動するための操作を受け付ける。操作部７０は、起伏操作部７０Ａと、ウインチ操作部７０Ｂと、旋回操作部７０Ｃとを含む。なお、クレーン１０が遠隔操作される場合、操作部７０はクレーン１０とは異なる場所に配置されてもよい。
【0044】
起伏操作部７０Ａは、ブーム起伏駆動部８０によってブーム１６を起伏するための操作を受け付ける。起伏操作部７０Ａは、ブーム１６を起伏させるための起伏用位置とブーム１６の起伏を停止させるための中立位置との間で切換可能とされている。たとえば、起伏操作部７０Ａはレバーであり、当該レバーを一の方向に倒すことでブーム１６が起立方向に回動し、当該レバーを前記一の方向とは逆の他の方向に倒すことでブーム１６が倒伏方向に回動し、前記レバーを中立位置に配置することで、ブーム１６の起伏動作が停止する。当該レバーの操作方向および操作量に対応する信号は制御部９０に入力される。
【0045】
ウインチ操作部７０Ｂは、ウインチ駆動部８１によって吊り荷を昇降させるための操作を受け付ける。ウインチ操作部７０Ｂは、吊り荷を昇降させるための昇降用位置と吊り荷の昇降を停止させるための中立位置との間で切換可能とされている。たとえば、ウインチ操作部７０Ｂはレバーであり、当該レバーを一の方向に倒すことで吊り荷が上昇するように主巻用ウインチ３４が回転し、当該レバーを前記一の方向とは逆の他の方向に倒すことで吊り荷が下降するように主巻用ウインチ３４が回転し、前記レバーを中立位置に配置することで、吊り荷の昇降動作（主巻用ウインチ３４の回転動作）が停止する。当該レバーの操作方向および操作量に対応する信号は制御部９０に入力される。
【0046】
旋回操作部７０Ｃは、旋回駆動部８２によって上部旋回体１２を旋回駆動するための操作を受け付ける。旋回操作部７０Ｃは、上部旋回体１２を第１旋回方向および前記第１旋回方向とは逆の第２旋回方向にそれぞれ旋回させるための旋回用位置と上部旋回体１２の旋回を停止させるための中立位置との間で切換可能とされている。たとえば、旋回操作部７０Ｃはレバーであり、当該レバーを一の方向に倒すことで上部旋回体１２が前記第１旋回方向に旋回し、当該レバーを前記一の方向とは逆の他の方向に倒すことで上部旋回体１２が前記第２旋回方向に旋回し、前記レバーを中立位置に配置することで、上部旋回体１２の旋回動作が停止する。当該レバーの操作方向および操作量に対応する信号は制御部９０に入力される。
【0047】
入力部７１は、一例としてキャブ１５内に配置されており、オペレータによるクレーン１０に関する各種の入力情報を受け付ける。入力部７１は、後記の振れ止め制御の実行を開始するための実行スイッチを含む。
【0048】
カメラ７２は、図４に示すように、ブーム１６の上端部に配置されており、その撮像範囲が下方を向くように設定されている。カメラ７２は、基準線ＣＬ（図４）に対する吊り荷Ｒの相対位置を検出することが可能であり、より詳しくは平面視においてブーム１６の先端部（支点）を原点とする吊り荷Ｒの座標（ｘ，ｙ）を検出することが可能である。本実施形態では、カメラ７２によって撮像された画像が制御部９０に入力され、吊り荷Ｒの位置情報などが取得される。この際、主フック５７に予め不図示のマーカーが装着されていることで、カメラ７２は前記マーカーの位置を追従し、吊り荷Ｒの位置を正確に検出（撮影）することができる。
【0049】
ブーム角度計７３は、ブームフット１６Ｓの近傍に配置されており（図１）、ブーム１６の起伏角α（図４）を検出する。起伏角αは、ブーム１６の長手方向に延びる中心線とブームフット１６Ｓから前方に延びる水平線とがなす角度である。なお、起伏角αは、その他の角度に基づいて検出されるものでもよい。
【0050】
ロープ長さ検出部７４は、主巻ロープ５０がブーム１６の上端部から垂下されるロープ長さを検出する。なお、一例として、前記ロープ長さは、ブーム１６の上端部の主巻用ポイントシーブ５６（主巻ロープ５０の振れ支点）から吊り荷Ｒ（より詳しくはその重心）までの長さであるが、主巻用ポイントシーブ５６から主フック５７（シーブ５８）までの長さなどでもよい。ロープ長さ検出部７４は、主巻用ウインチ３４の回転量を検出可能な回転量検出部と、主巻用ウインチ３４の外周面上における主巻ロープ５０の巻き層数を検出する巻き層検出部とを含む。ロープ長さ検出部７４は、主巻用ウインチ３４のウインチ径、前記回転量検出部が検出するウインチ回転量に加え、前記巻き層検出部が検出する主巻ロープ５０の巻き層から推定される主巻用ウインチ３４から繰りだされる主巻ロープ５０の繰り出し量と、主巻用ポイントシーブ５６とシーブ５８のシーブブロックとの間における主巻ロープ５０の掛け数とから、前記距離を算出し出力する。前記ロープ長さは、その他の手法によって算出されるものでもよい。
【0051】
なお、ブーム１６の長さ、ロープ長さ検出部７４によって検出されるロープ長さ、ブーム角度計７３によって検出されるブーム１６の起伏角αは、吊り荷Ｒ（主フック５７）の地面に対する相対的な高さＨ（図４）の算出にも用いられる。高さＨは、吊り荷Ｒが基準線ＣＬ上に静止していると仮定した場合の高さである。なお、高さＨの基準は地面以外でもよい。
【0052】
図２のブーム起伏駆動部８０は、前述のブーム起伏用ウインチ３０を含むとともに、当該ブーム起伏用ウインチ３０を回転させるための駆動力を発生し、ブーム１６を前記回転中心軸回りに回動させることが可能とされている。ブーム起伏駆動部８０は、作動油の供給を受けることでブーム起伏用ウインチ３０を回転させる油圧式モータを含む。
【0053】
ウインチ駆動部８１は、前述の主巻用ウインチ３４を含むとともに、当該主巻用ウインチ３４を回転させるための駆動力を発生し、主巻用ウインチ３４によって主巻ロープ５０の巻き取りおよび繰り出しを行うことで吊り荷を地面に対して相対的に昇降させることが可能とされている。補巻用ウインチ３６についても同様である。ウインチ駆動部８１は、作動油の供給を受けることで主巻用ウインチ３４および補巻用ウインチ３６をそれぞれ回転させる油圧式モータを含む。
【0054】
なお、ウインチ駆動部８１は、本発明のロープ長さ調整部を構成する。当該ロープ長さ調整部は、入力される長さ指令信号に応じて前記支点から垂下されるロープの長さを調整することが可能である。
【0055】
旋回駆動部８２は、上部旋回体１２を前記旋回中心軸回りに前記第１旋回方向および前記第２旋回方向にそれぞれ旋回させることが可能な駆動力を発生する。旋回駆動部８２は、作動油の供給を受けることで上部旋回体１２を旋回させる油圧式モータを含む。
【0056】
制御部９０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９０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、駆動制御部９０１、荷振れ制御部９０２および記憶部９０３の各機能部を備えるように機能する。これらの機能部は、実体を有するものではなく、前記制御プログラムによって実行される機能の単位に相当する。なお、制御部９０のすべてまたは一部は、クレーン１０内に設けられるものに限定されず、クレーン１０がリモート制御される場合には、クレーン１０とは異なる位置に配置されても良い。また、前記制御プログラムは遠隔地のサーバ（管理装置）やクラウドなどからクレーン１０内の制御部９０に送信され実行されるものでもよいし、前記サーバやクラウド上で前記制御プログラムが実行され、その指令がクレーン１０に送信されるものでもよい。制御部９０は、前述のカメラ７２、ブーム角度計７３およびロープ長さ検出部７４などとともに、本発明の振れ止め装置１００（図２）（制御装置）を構成する。振れ止め装置１００は、ブーム１６の先端部を支点とした吊り荷Ｒの振れを制御するとともに、前記振れを抑える振れ止め制御を実行することが可能である。
【0057】
次に、制御部９０の各機能部について説明する。駆動制御部９０１は、起伏操作部７０Ａ、ウインチ操作部７０Ｂおよび旋回操作部７０Ｃが受け付ける操作の操作方向および操作量に応じた指令信号をブーム起伏駆動部８０、ウインチ駆動部８１および旋回駆動部８２にそれぞれ入力し、各駆動部を駆動する。
【0058】
荷振れ制御部９０２は、上部旋回体１２の旋回動作停止後などに、主巻ロープ５０に接続された吊り荷Ｒが上部ブーム１６Ｅの主巻用ポイントシーブ５６を支点として振れる現象である吊り荷Ｒの振れを制御するとともに、前記振れを抑えることが可能である（振れ止め制御）。当該吊り荷Ｒの振れの制御には、平面視における吊り荷Ｒの振れの軌道を変化させることを含む。
【0059】
なお、吊り荷Ｒの振れには、クレーン１０の静止状態において風などの影響によって発生するものも含まれる。また、荷振れ制御部９０２が振れ止め制御を実行する場合、起伏操作部７０Ａ、ウインチ操作部７０Ｂおよび旋回操作部７０Ｃが受け付ける操作の操作方向および操作量に関わらず、振れ止め制御のための指令信号が荷振れ制御部９０２から各駆動部に入力される。
【0060】
記憶部９０３は、駆動制御部９０１が実行する通常の駆動制御、および荷振れ制御部９０２が実行する振れ止め制御において参照される各種の閾値、パラメータなどを予め記憶している。一例として、記憶部９０３は、ブーム１６の長さであるブーム長を予め記憶している。なお、作業者が入力部７１を通じてブーム長を入力し、記憶部９０３が記憶してもよい。更に、本実施形態では、記憶部９０３は、回転角度λの目標値λｔを予め記憶している。目標値λｔは、平面視における吊り荷Ｒの楕円軌道の長軸方向が所定の方向となるような回転角度λの目標値である。
【0061】
上記のような各機能部を有する制御部９０は、ブーム起伏駆動部８０またはウインチ駆動部８１を制御することで、吊り荷Ｒの振れ止め制御を実行する。特に、制御部９０は、少なくともロープ長さ検出部７４によって検出された前記ロープ長さに基づいて吊り荷Ｒの振れの振れ周期を演算し、当該演算された振れ周期に基づいて決定したロープ周期に応じて前記ロープ長さを増減させるようにウインチ駆動部８１に指令信号（長さ指令信号）を入力する。
【0062】
なお、振れ止め装置１００が振れ止め制御を実行するスイッチを有する場合、前記スイッチがオンにされると制御部９０は振れ止め制御が許容された状態であると判定し、前記スイッチがオフにされると制御部９０は振れ止め制御が禁止された状態であると判定すればよい。
【0063】
＜吊り荷の振れ制御について＞
クレーンの作業現場では、旋回動作などのクレーンの動作や、風、地面の傾斜などの周囲の環境によって、さまざまな方向に吊り荷Ｒの振れが発生する場合がある。一方、吊り荷Ｒに対して前後方向および上下方向を含む平面内で外力を付与するブーム１６の起伏動作では、吊り荷Ｒの左右方向の振れを充分に低減することが難しい。また、吊り荷Ｒに対して左右方向および上下方向を含む平面内で外力を付与する旋回動作では、吊り荷Ｒの前後方向の振れを充分に低減することが難しい。
クレーンの作業現場では、旋回動作などのクレーンの動作や、風、地面の傾斜などの周囲の環境によって、さまざまな方向に吊り荷Ｒの振れが発生する場合がある。一方、吊り荷Ｒに対して前後方向および上下方向を含む平面内で外力を付与するブーム１６の起伏動作では、吊り荷Ｒの左右方向の振れを充分に低減することが難しい。また、吊り荷Ｒに対して左右方向および上下方向を含む平面内で外力を付与する旋回動作では、吊り荷Ｒの前後方向の振れを充分に低減することが難しい。
【0064】
更に、平面視において吊り荷Ｒの振れの軌道が真円に近い場合、吊り荷Ｒはブーム１６の先端部の下方を実質的に水平に周回しており上下方向における移動量が少ないため、ブーム１６の起伏動作や上部旋回体１２の旋回動作などによってその振れを低減する効果を得にくいことが新たに知見された。
【0065】
加えて、クレーン１０の作業現場では、クレーン１０の周辺に他の構造物などが位置する場合もあるため、クレーン１０の静止状態において風などの影響で吊り荷Ｒが大きく振れ始めると、周囲の構造物と干渉する可能性がある。このため、速やかな振れ低減が難しい場合でも少なくともその軌道の形状、向きを制御することは、上記のような干渉問題を回避することに繋がる。
【0066】
本発明の発明者は上記のような諸問題について鋭意検討した結果、吊り荷Ｒの振れの軌道の形状を制御すること、特に、平面視における吊り荷Ｒの振れの軌道を楕円形状に制御することに着目し、その実現に至った。更に、本発明者は、このような振れの軌道を制御しつつ、その振れ量を低減することも実現するに至った。
【0067】
図３は、実施形態に係るクレーン１０の模式的な平面図である。図４は、クレーン１０の模式的な側面図である。図５は、クレーン１０の吊り荷Ｒの振れを説明するための斜視図である。図３乃至図５に示すように、ブーム１６の先端部（支点）を通る鉛直線を基準線ＣＬとする。基準線ＣＬ上に位置する場合の主フック５７（図１）を原点として、左右方向、前後方向および上下方向に、それぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定義する。基準線ＣＬに対する主巻ロープ５０の角度（振れ角度）は、図５に示すように、ＺＹ平面に投影した振れ角度θｙと、ＺＸ平面に投影したθｘの各々の成分に分けることができる。吊り荷Ｒの移動について、基準線ＣＬから後方に向かう方向、すなわち、上部旋回体１２に向かう水平な方向を－Ｙ方向、基準線ＣＬから前方に向かう水平な方向を＋Ｙ方向と定義する。また、基準線ＣＬから右方に向かう方向を＋Ｘ方向、基準線ＣＬから左方に向かう方向を－Ｘ方向と定義する。また、上方向を＋Ｚ方向と定義し、下方向を－Ｚ方向と定義する。
【0068】
更に、図６は、吊り荷Ｒに作用する力を説明するための側面図である。主巻ロープ５０の巻上げ動作時のクレーン１０を可変長振子系として扱うと、吊り荷Ｒには、図６に示す力がそれぞれ作用し、この際のコリオリ力Ｆｃは以下の式１で表すことができる。
【数1】
【0069】
このコリオリ力は、ロープ長さｌの増加時には吊り荷Ｒの振れを減衰させる向きに働き、ロープ長さｌの減少時には吊り荷Ｒの振れを増大させる向きに働く。したがって、吊り荷Ｒの振れを効率よく減衰させるためには、振れ角速度の絶対値が大きい範囲でロープ長さｌを増加させ、振れ角速度の絶対値が小さい範囲でロープ長さｌを減少させることが望ましい。ここでは、急激な速度変動が生じないように、ロープ長さｌを正弦波状に変化させるものとする。この場合、θ＝０でロープ長さｌの変動速度ｌ’（ｌの微分）が最大になり、θ’（θの微分）＝０でロープ長さの変動速度ｌ’が最小になるタイミングで 、巻上げ動作を行うことで、振れの減衰効果が最大となる。なお、各式では変数の上にドットを付すことでその微分を表しているが、本文では代わりに変数の後にアポストロフィを付している。
【0070】
上記の減衰効果を得るために、以下の式２で表わされる吊り荷の振れ角θ（ｔ）に対して、式３に示すようにロープ長さｌ（ｔ）を変化させることで、吊り荷Ｒを制振することができる。
なお、上記の式において、Ａ（ｒａｄ）は初期の吊り荷Ｒの振れから決まる振幅であり、ωｎ（ｒａｄ／ｓｅｃ）は吊り荷Ｒの振れの固有角振動数であり、ｌ０（ｍ）は初期のロープ長さであり、Δｌ（ｍ）は最大ロープ長さ変動量であり、ωｈ（ｒａｄ／ｓｅｃ）は振れ制御を行うことで変化する吊り荷Ｒの振れの角振動数である。
【数2】
【数3】
【0071】
次に、上記のような主巻ロープ５０のロープ長さの調整によって、吊り荷Ｒの振れの軌道が楕円形状になる原理について詳述する。図７は、主巻ロープ５０の巻上げ、巻下げによって吊り荷Ｒに作用する力を説明するための平面図である。図７に示すように、平面視において反時計回りに吊り荷Ｒの振れが起きている場合に、主巻ロープ５０の巻上げ、巻下げを交互に行うと、吊り荷Ｒに対して図７の太矢印で示す方向にコリオリ力がそれぞれ発生する。各コリオリ力の向きは、巻上げ時には反時計回り、巻下げ時には時計回りに発生する。
なお、図７の太矢印は吊り荷Ｒから見たコリオリ力の向きであるので、外部から見ると太矢印の逆向きに力が掛かることになる。このため、図７の巻下げ領域では吊り荷Ｒの加速度が増加し、単位時間当たりの移動量が大きくなるため、振れの回転半径が大きくなる。一方、巻上げ領域では吊り荷Ｒの加速度が減少し、単位時間当たりの移動量が小さくなるため、振れの回転半径が小さくなる。この結果、吊り荷Ｒの振れの軌道が、巻下げから巻上げに切り換わる境目のあたりを長半径とする楕円形状に変化していく。
なお、図７の太矢印は吊り荷Ｒから見たコリオリ力の向きであるので、外部から見ると太矢印の逆向きに力が掛かることになる。このため、図７の巻下げ領域では吊り荷Ｒの加速度が増加し、単位時間当たりの移動量が大きくなるため、振れの回転半径が大きくなる。一方、巻上げ領域では吊り荷Ｒの加速度が減少し、単位時間当たりの移動量が小さくなるため、振れの回転半径が小さくなる。この結果、吊り荷Ｒの振れの軌道が、巻下げから巻上げに切り換わる境目のあたりを長半径とする楕円形状に変化していく。
【0072】
図８は、吊り荷Ｒの座標と回転角度との関係を示す平面図である。図９Ａは、ロープの巻上げ、巻下げのタイミングを示す平面図である。図９Ｂは、図９Ａに対応する吊り荷の振れの挙動を示すグラフである。なお、図９Ａにおいて、吊り荷Ｒは反時計回りに回転しているとする。上記については、図１０Ａから図１２Ｂまでについても同様である。
【0073】
図８を参照して、本実施形態では、平面視においてブーム１６の先端部（支点）を原点とする吊り荷Ｒの座標（ｘ，ｙ）が検出される。具体的に、カメラ７２が撮像する画像情報が制御部９０に入力されると、荷振れ制御部９０２が当該画像情報を解析することによって、吊り荷Ｒの位置が検出される。前述のように定義されたＸ座標、Ｙ座標に基づいて、荷振れ制御部９０２が上記の座標を検出する。なお、カメラ７２および荷振れ制御部９０２は、本発明の吊り荷位置検出部を構成する。
【0074】
更に、制御部９０の荷振れ制御部９０２は、上記の吊り荷Ｒの座標の検出結果に基づいて、平面視における吊り荷Ｒの回転角度λを以下の式４に基づいて演算することが可能である。
したがって、荷振れ制御部９０２は、上記の演算された回転角度λを基準としてウインチ駆動部８１に指令信号（長さ指令信号）を入力することで、吊り荷Ｒに対する主巻ロープ５０の巻上げ、巻下げのタイミングを制御することができる。以下の例では、吊り荷Ｒの振れ周期（吊り荷Ｒが図９Ａの円軌道上を１周する周期）の間に、吊り荷Ｒの巻上げ、巻下げを含む動作が２回（２周期）実行される（ｎ＝２）。換言すれば、この場合、吊り荷Ｒの振れ周期（単位：時間）が主巻ロープ５０の巻上げ、巻下げの周期（ロープ周期）の２倍となる。
【数4】
【0075】
たとえば、図９Ａに示すように、λ＝０のタイミングで吊り荷Ｒの巻上げ、巻下げを交互に実行すると、図９Ｂに示すように、略真円形状の吊り荷Ｒの振れ軌道が楕円軌道に変化する。この際、楕円形状の長軸は、図９Ｂの右上から左下に向かって延びている。
【0076】
同様に、図１０Ａに示すように、λ＝π／４のタイミングで吊り荷Ｒの巻上げ、巻下げを交互に実行すると、図１０Ｂに示すように、略真円形状の吊り荷Ｒの振れ軌道が楕円軌道に変化する。この際、楕円形状の長軸は、図１０Ｂの略上から略下に向かって延びている。
【0077】
また、図１１Ａに示すように、λ＝π／２のタイミングで吊り荷Ｒの巻上げ、巻下げを交互に実行すると、図１１Ｂに示すように、略真円形状の吊り荷Ｒの振れ軌道が楕円軌道に変化する。この際、楕円形状の長軸は、図１１Ｂの左上から右下に向かって延びている。
【0078】
更に、図１２Ａに示すように、λ＝３π／４のタイミングで吊り荷Ｒの巻上げ、巻下げを交互に実行すると、図１２Ｂに示すように、略真円形状の吊り荷Ｒの振れ軌道が楕円軌道に変化する。この際、楕円形状の長軸は、図１２Ｂの略左から略右に向かって延びている。
【0079】
上記のように、本発明者は、吊り荷Ｒの振れが平面視で円運動となっている場合に、所定のタイミングで主巻ロープ５０の巻き取り、繰り出しを行うと、吊り荷Ｒの振れの軌道が楕円軌道に変化することを新たに知見した。なお、図９Ａ～図１２Ｂの結果では、楕円の長軸方向とλの位置とが必ずしも合致していない。これはクレーン１０における主巻ロープ５０の特性、吊り荷Ｒの重量などの外乱の影響によるものと推察される。このような場合であっても、予め実験によって、図９Ａ～図１２Ｂの結果を取得し、各データ間の情報を補完することで、平面視における吊り荷Ｒの楕円軌道の長軸方向が所定の方向となるような回転角度λの目標値λｔを予め把握することができる。したがって、荷振れ制御部９０２は、前記演算された回転角度λがこの目標値λｔとなるタイミングでウインチ駆動部８１に指令信号を入力すればよい。そして、本実施形態では、この目標値λｔの情報が予め記憶部９０３に記憶されている。一例として、楕円軌道の長軸方向が、上部旋回体１２の前後方向（Ｙ軸方向）、左右方向（Ｘ方向）を向くような２つの目標値λｔがそれぞれ記憶されている。
【0080】
＜振れ止め制御の流れについて＞
次に、本実施形態に係る振れ止め装置１００による吊り荷Ｒの振れ止め制御の流れについて説明する。以下の説明では、主巻ロープ５０の巻き取りおよび繰り出し、更にはブーム１６の起伏動作によって吊り荷Ｒの振れを抑制する態様について説明する。
次に、本実施形態に係る振れ止め装置１００による吊り荷Ｒの振れ止め制御の流れについて説明する。以下の説明では、主巻ロープ５０の巻き取りおよび繰り出し、更にはブーム１６の起伏動作によって吊り荷Ｒの振れを抑制する態様について説明する。
【0081】
図１３は、本実施形態に係るクレーン１０の旋回振れ止め制御のフローチャートである。一例として、キャブ１５内の作業者が入力部７１（図２）に含まれる振れ止め制御の実行スイッチを入れると、制御部９０が振れ止め制御を開始する。この際、オペレータが操作部７０を操作しても、当該操作に関わらず、振れ止め制御が自動的に実行される。
【0082】
制御部９０が振れ止め制御を開始すると、荷振れ制御部９０２が吊り荷Ｒの振れ量を測定する（図１３のステップＳ１）。当該測定では、カメラ７２が吊り荷Ｒを含む画像を連続的に撮影し、当該画像情報が制御部９０に入力される。荷振れ制御部９０２は、前記画像情報から基準線ＣＬに対する吊り荷Ｒの相対位置を特定し、その振れ角度θｘ、θｙを取得する。
【0083】
次に、荷振れ制御部９０２は、上記のように取得されたθｘ、θｙが予め記憶部９０３に記憶された閾値角度以下か否かを判定する（図１３のステップＳ２）。一例として、閾値角度は５度に設定される。なお、吊り荷Ｒがいずれの方向に振れている場合でも、その振れ角度を精度良く判定するために、θｘ、θｙの各々の絶対値が上記の閾値角度と比較されることが望ましい。
【0084】
ステップＳ２において、θｘ、θｙの少なくとも一方が閾値角度よりも大きい場合（ステップＳ２でＮＯ）、荷振れ制御部９０２は、主巻ロープ５０のロープ長さ、ブーム１６の起伏角をそれぞれ取得する（図１３のステップＳ３）。なお、前述のように、前記ロープ長さはロープ長さ検出部７４によって測定され、ブーム１６の起伏角はブーム角度計７３によって測定される。
【0085】
次に、荷振れ制御部９０２は、上記のロープ長さに基づいて吊り荷Ｒの振れ周期Ｔおよび各振動数ωｈを演算する（図１３のステップＳ４）。吊り荷Ｒの振れが単振り子として仮定すると、以下の式５に基づいて、周期Ｔ、角振動数ωｈを算出することができる。
【数5】
【0086】
次に、荷振れ制御部９０２は、現在の吊り荷Ｒの振れ位置を確認する。具体的に、荷振れ制御部９０２は、前述の式４によって特定される吊り荷Ｒの回転角度λが予め設定された目標値λｔに合致するか否かを判定する（図１３のステップＳ５）。この際、本実施形態では、吊り荷Ｒの楕円軌道の長軸が上部旋回体１２の前後方向（Ｙ軸方向）を向くように、目標値λｔが設定されている。
【0087】
回転角度λ＝目標値λｔの場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、荷振れ制御部９０２は主巻ロープ５０のロープ長さを変化させる（ステップＳ６）。具体的に、荷振れ制御部９０２は、前述の式３に示すように、各振動数ωｈの２倍の角振動数で吊り荷Ｒの巻上げ、巻下げが交互に実行されるようにウインチ駆動部８１に指令信号を入力する。すなわち、ステップＳ５は、適切なタイミングで吊り荷Ｒの巻上げ、巻下げが開始されるように設定されている。なお、ステップＳ５において、現在の回転角度λが目標値λｔとは異なる場合、ステップＳ１以降が繰り返される。この際、ステップＳ１まで戻ることなく、ステップＳ５が繰り返されてもよい。
【0088】
ステップＳ６において主巻ロープ５０の長さが変化されると、次第に吊り荷Ｒの振れ軌道が楕円形状に変化する（ステップＳ７）。
【0089】
次に、荷振れ制御部９０２は、現在の吊り荷Ｒが側面視（図４）においてどの領域に位置するかを判定する。具体的に、荷振れ制御部９０２は、θｙ＝０か否かを判定する（ステップＳ８）。当該判定は、吊り荷Ｒに大きな運動エネルギが生じている場合に、ブーム１６の起伏動作による振れ制御を開始するために行われる。すなわち、θｙ＝０の場合、吊り荷Ｒは、側面視において基準線ＣＬを通過する位置にあり、その移動速度も大きい状態となる。なお、ステップＳ８の判定処理は必須ではない。また、ステップＳ８において、θｙ≠０の場合（ステップＳ８でＮＯ）、ステップＳ１以降が繰り返される。この際、ステップＳ１まで戻ることなく、ステップＳ８が繰り返されてもよい。
【0090】
本実施形態では、ステップＳ８においてθｙ＝０の場合（ステップＳ８でＹＥＳ）、荷振れ制御部９０２は、更に吊り荷Ｒが基準線ＣＬの前方に位置するか否かを判定する（ステップＳ９）。そして、吊り荷Ｒが基準線ＣＬの前方に位置する場合（ステップＳ９でＹＥＳ）、荷振れ制御部９０２はブーム起伏駆動部８０に対してブーム１６を下げる（倒伏方向に回動させる）ように指令信号（ブーム起伏信号）を入力する（ステップＳ１０、ブーム下げ動作）。この際、予め設定された角度分だけブーム１６が回動される。一例として、５度だけブーム１６の起伏角が小さくなるように、ブーム１６が回動される。
【0091】
一方、吊り荷Ｒが基準線ＣＬの後方に位置する場合（ステップＳ９でＮＯ）、荷振れ制御部９０２はブーム起伏駆動部８０に対してブーム１６を上げる（起立方向に回動させる）ように指令信号（ブーム起伏信号）を入力する（ステップＳ１１、ブーム上げ動作）。この際も、予め設定された角度分だけブーム１６が回動される。一例として、５度だけブーム１６の起伏角が大きくなるように、ブーム１６が回動される。
【0092】
ステップＳ１０またはステップＳ１１が実行されると、再びステップＳ１以降が繰り返される。そして、やがてステップＳ２においてθｘ、θｙのいずれもが閾値角度以下になった場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、フック昇降（主巻ロープ５０の巻上げ、巻下げ）およびブーム１６の起伏動作がいずれも停止される（ステップＳ１２）。この結果、吊り荷Ｒの振れが低減される。
【0093】
図１４は、上記の振れ制御におけるロープ長さ、ブーム角度、吊り荷の振れ角度の各推移を示すグラフである。図１４のグラフ（Ａ）は、主巻ロープ５０のロープ長さの変化量の推移を示している。同グラフ（Ｂ）は、ブーム１６の起伏角の変化量の推移を示している。同グラフ（Ｃ）は、振れ角度θｘの推移を示し、同グラフ（Ｄ）は、振れ角度θｙの推移を示している。また、図１５は、図１４のロープ長さのグラフ（Ａ）の一部を拡大したグラフである。
【0094】
図１４の例では、時刻０ｓｅｃから２ｓｅｃまでの間に、振れ角度θｘが１周期分、変化している。この間に、荷振れ制御部９０２が図１３のステップＳ１からＳ４までを実行し、振れ周期Ｔ（＝２ｓｅｃ）、振動数ωｈを演算する。この結果、図１３のステップＳ６では、前述の式３で示されるように周期的にロープ長さが変化される。この際、ロープ長さが変化する周期（ロープ周期）は、振れ周期Ｔの２分の１倍となる。すなわち、図１４（Ａ）およびその拡大図である図１５で示されるように、吊り荷Ｒの振れ周期Ｔの１周期分の間に、吊り荷Ｒの昇降（主巻ロープ５０の巻上げ、巻下げ）が２周期分実行される。図１５の極値は、それぞれ吊り荷Ｒの昇降変化点に相当する。なお、図１４（Ａ）、図１５では、時刻２ｓｅｃにおいてλ＝λｔが成立し、吊り荷Ｒの昇降が開始されている。図１４（Ａ）で示すような吊り荷Ｒの昇降、すなわち、主巻ロープ５０の巻上げ、巻下げによって、図１４（Ｃ）で示すようにθｘが収束していく。すなわち、吊り荷Ｒの楕円軌道が前後方向に長く延びる楕円形状となっていることがわかる。
【0095】
一方、図１４（Ｄ）においては時刻が約３ｓｅｃの際にθｙ＝０となっている。すなわち、この際に図１３のステップＳ８の条件が成立するため、ブーム１６の起伏動作が開始される。換言すれば、図１４（Ｄ）のグラフに対して図１４（Ｂ）のグラフで示されるように、ブーム１６の先端部が吊り荷Ｒの前後方向（Ｙ軸方向）における位置に追従するように、θｙの振れ周期に対してその４分の１周期だけ遅らせてブーム１６の起伏が実行される。この場合、ブーム１６の先端部の動きは、吊り荷Ｒのθｙの変化に同期して制御される。
【0096】
図１６は、この際の吊り荷の位置に応じたブームの起伏動作を示す側面図である。各図において、実線矢印は吊り荷Ｒの軌跡、破線矢印は吊り荷Ｒの水平方向の速度、一点鎖線矢印はブーム１６の起伏動作における水平方向の速度を意味する。図１６（Ａ）では、吊り荷Ｒが基準線ＣＬよりも後方（上部旋回体１２側）に位置し、基準線ＣＬに近づくように前方に移動している。また、図１６（Ｄ）では、吊り荷Ｒが基準線ＣＬよりも後方（上部旋回体１２側）に位置し、基準線ＣＬから離れるように後方に移動している。このように、吊り荷Ｒが基準線ＣＬよりも後方に位置する場合には、前述のように図１３のステップＳ１１においてブーム１６の上げ動作が実行される。この際、図１６（Ａ）では、ブーム１６の上げ動作が吊り荷Ｒの移動速度に対して減速効果をもたらす（減速上げ動作）。また、図１６（Ｄ）では、ブーム１６の上げ動作が吊り荷Ｒの移動速度に対して加速効果をもたらす（加速上げ動作）。
【0097】
一方、図１６（Ｂ）では、吊り荷Ｒが基準線ＣＬよりも前方に位置し、基準線ＣＬから離れるように前方に移動している。また、図１６（Ｃ）では、吊り荷Ｒが基準線ＣＬよりも前方に位置し、基準線ＣＬに近づくように後方に移動している。このように、吊り荷Ｒが基準線ＣＬよりも前方に位置する場合には、前述のように図１３のステップＳ１０においてブーム１６の下げ動作が実行される。この際、図１６（Ｂ）では、ブーム１６の下げ動作が吊り荷Ｒの移動速度に対して加速効果をもたらす（加速下げ動作）。また、図１６（Ｃ）では、ブーム１６の下げ動作が吊り荷Ｒの移動速度に対して減速効果をもたらす（減速上げ動作）。図１３のステップＳ９、Ｓ１０およびＳ１１の処理、並びに図１６の各図で示されるブーム１６の起伏動作は、いわゆる追いノッチ操作に相当する。このような動作によって、図１４（Ｄ）に示すように、振れ角度θｙが収束していく。
【0098】
図１７は、吊り荷の振れの挙動を示すグラフであって、上記で説明した主巻ロープ５０の巻上げ、巻下げ動作、ならびにブーム１６の起伏動作の組み合わせに応じた吊り荷Ｒの振れの挙動を示すものである。図１７（Ａ）では、吊り荷Ｒの振れの軌道を真円から楕円に変化させるために、主巻ロープ５０の巻上げ、巻下げのみを行ったものである（図１３のステップＳ１～Ｓ７）。図１７（Ｂ）は、本実施形態のように、主巻ロープ５０の巻上げ、巻下げ動作、ならびにブーム１６の起伏動作を組み合わせた場合の吊り荷Ｒの振れの挙動を示すものである（図１３のステップＳ１～Ｓ１０、Ｓ１１）。更に、図１７（Ｃ）は、主巻ロープ５０の巻上げ、巻下げを行わずに、ブーム１６の起伏動作のみを行った場合の吊り荷Ｒの挙動を示すものである。
【0099】
クレーン１０の作業現場の制約によって、吊り荷Ｒの振れの軌道を所定の方向に沿った楕円軌道に調整したい場合には、主巻ロープ５０の巻上げ、巻下げを所定のタイミングで周期的に実行することで、図１７（Ａ）のように軌道の楕円化が実行される。また、吊り荷Ｒの振れの軌道を楕円化するとともに速やかにその振れ量を低減させたい場合には、主巻ロープ５０の巻上げ、巻下げに加えて、ブーム１６の起伏動作を行うことで、図１７（Ｂ）のように吊り荷Ｒの位置を点状に収束させることができる。一方、吊り荷Ｒの振れの軌道の向きを考慮することなく、ブーム１６の起伏動作のみを行った場合には、図１７（Ｃ）のように左右方向の振れ量が直線状に残存する結果となる。なお、吊り荷Ｒの振れの軌道の向きを考慮することなく、上部旋回体１２の旋回動作のみを行った場合には、図１７（Ｃ）のグラフを９０度回転させたように前後方向の振れ量が直線状に残存する結果となる。
【0100】
以上のように、本実施形態では、制御部９０の荷振れ制御部９０２が、少なくともロープ長さ検出部７４によって検出されたロープ長さに基づいて吊り荷Ｒの振れの振れ周期Ｔを演算し、当該演算された振れ周期Ｔに基づいて決定したロープ周期に応じて前記ロープ長さを増減させるようにウインチ駆動部８１に長さ指令信号を入力する。
【0101】
このような構成によれば、ロープに作用するコリオリ力に応じて、吊り荷Ｒの軌道を楕円形状に変化させることができる。したがって、クレーン１０の作業現場における要求に応じて、平面視における吊り荷Ｒの振れの軌道を制御することが可能となる。
【0102】
なお、吊り荷Ｒの振れの軌道が平面視において真円に近い軌道から楕円軌道に変化することは、側面視における吊り荷Ｒの上下移動がより顕著に発生することを意味する。したがって、このような軌道の制御によって、その後のブーム１６の起伏動作や上部旋回体１２の旋回動作などによる振れの低減効果を高めることが可能になる。
【0103】
更に、このような構成によれば、作業現場において、平面視における吊り荷Ｒの楕円形状の軌道の長軸方向を異なる方向に変化させることができる。
【0104】
また、本実施形態では、所定の時刻においてロープ長さ検出部７４によって検出された前記ロープ長さを初期ロープ長さ（式３、図１４（Ａ）のｌ０）とすると、荷振れ制御部９０２は、前記ロープ長さが前記初期ロープ長さよりも長い状態と前記初期ロープ長さよりも短い状態との間で前記ロープ周期に応じて交互に変化するように、ウインチ駆動部８１に前記長さ指令信号を入力する。
【0105】
このような構成によれば、前記ロープ長さが前記初期ロープ長さよりも長い状態と前記初期ロープ長さよりも短い状態との間で前記ロープ周期に応じて交互に変化することによって、吊り荷Ｒの振れの軌道をより安定して楕円形状に変化させることができる。
【0106】
また、本実施形態では、荷振れ制御部９０２が、吊り荷Ｒの振れ周期がロープ周期のｎ倍（ｎは２以上の整数）となるように、ウインチ駆動部８１に前記長さ指令信号を入力する。
【0107】
このような構成によれば、前記ロープ周期が吊り荷Ｒの振れ周期の１／ｎ倍に設定されるため、吊り荷Ｒの振れの軌道をより安定して楕円形状に変化させることができる。なお、先の実施形態では、ｎ＝２の場合に基づいて説明したが、上記のｎは偶数であってもよいし、２の乗数であってもよい。なお、ｎは自然数であればよいが、ｎが大きいほど制御性能が相対的に低くなるため、ｎの値は小さいことが望ましい。
【0108】
また、本実施形態では、荷振れ制御部９０２は、カメラ７２を含む吊り荷位置検出部の検出結果に基づいて、平面視における吊り荷Ｒの回転角度λを式４に基づいて演算することが可能であり、当該演算された回転角度λを基準としてウインチ駆動部８１に前記長さ指令信号を入力する。
【0109】
このような構成によれば、吊り荷Ｒの座標を検出することで、現在の吊り荷Ｒの回転角度λを把握することができる。このため、前記回転角度λを基準としてロープ長さの調整を精度良く実行することができる。
【0110】
また、本実施形態では、平面視における吊り荷Ｒの楕円軌道の長軸方向が所定の方向となるような回転角度λの目標値λｔを予め記憶部９０３が記憶しており、荷振れ制御部９０２は、前記演算された回転角度λが前記目標値λｔとなるタイミングでウインチ駆動部８１に前記長さ指令信号を入力する。
【0111】
このような構成によれば、予め吊り荷Ｒの楕円軌道の長軸方向を制御するための目標値λｔが記憶されているため、作業現場においてロープ長さの調整タイミングの設定を試行錯誤する場合と比較して、吊り荷Ｒの楕円軌道の長軸方向を精度良く効率的に制御することができる。
【0112】
更に、本実施形態では、本発明に係るロープ長さ調整部として、クレーン１０が備える主巻用ウインチ３４を利用し、当該主巻用ウインチ３４による主巻ロープ５０の巻き取り、繰り出しによって、吊り荷Ｒの振れ軌道を容易に制御することができる。
【0113】
また、本実施形態では、荷振れ制御部９０２は、ブーム１６の先端部が前後方向の吊り荷Ｒの位置に追従するように、ブーム起伏駆動部８０に起伏指令信号を入力する。
【0114】
このような構成によれば、主巻ロープ５０のロープ長さの調整に加えて、ブーム１６の起伏動作によって吊り荷Ｒの振れ制御を補助することができる。
【0115】
また、本実施形態では、吊り荷Ｒの巻上げ、巻下げを行う際に、楕円軌道の長軸方向が前後方向となるように、回転角度λの目標値λｔが設定されている。そして、吊り荷Ｒの軌道を楕円化することに加えて、吊り荷Ｒに対して前後方向の強制力を付与することが可能なブーム１６の起伏動作が組み合わされる。この結果、ロープ長さの調整によって吊り荷Ｒの振れの軌道を前後方向に延びる楕円軌道に制御するとともに、ブーム１６の起伏動作によって前後方向の吊り荷Ｒの振れを低減させることができるため、吊り荷Ｒの振れを早期に収束させることができる。
【0116】
更に、本実施形態では、荷振れ制御部９０２は、ブーム１６の先端部が前後方向における吊り荷Ｒの位置に追従するように、吊り荷Ｒの振れ周期Ｔの４分の１周期遅れでブーム起伏駆動部８０に起伏指令信号を入力する。このような構成によれば、ブーム１６の起伏動作によって前後方向の吊り荷Ｒの振れを安定して低減させることができる。なお、ブーム１６の起伏動作を開始するタイミングは、上記のタイミングに限定されるものではない。
【0117】
以上、本発明の各実施形態に係る振れ止め装置１００およびこれを備えたクレーン１０について説明した。なお、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。本発明は、例えば以下のような変形実施形態を取ることができる。
【0118】
（１）本発明に係る振れ止め装置１００が適用されるクレーンの構造は、図１に示されるクレーン１０に限定されるものではなく、他の構造を有するクレーンであってもよい。すなわち、本発明が適用されるクレーンは、ラチスマストやガントリが備えられるものや、ウインチ３４、３６が上部旋回体１２の上部フレーム（後側）に配置されるものでもよい。また、クレーンは、ブームの先端部にジブやストラットが装着されたものでもよい。
【0119】
（２）上記の実施形態では、主巻ロープ５０の巻上げ、巻下げに際して、主巻ロープ５０の長さをＳｉｎ波形状に変化させる態様にて説明したが、本発明はこれに限定されない。巻上げ、巻下げ時の主巻ロープ５０の長さのプロファイルは、矩形状など異なるものでもよい。更に、Ｓｉｎ波状のプロファイルであっても、一の極値に向かうカーブと前記一の極値から離れるカーブとが互いに異なる形状のものでもよい。
【0120】
（３）先の実施形態では、吊り荷Ｒの振れ周期（単位：時間）が主巻ロープ５０の巻上げ、巻下げの周期（ロープの動作周期）の２倍となる、換言すれば、主巻ロープ５０の巻上げ、巻下げの周期が、吊り荷Ｒの振れ周期の２分の１になる態様にて説明した。なお、ロープの動作周期については、ロープの巻上げ、巻下げのための入力信号を一時的に入力しないことでロープの動作周期を低く設定するものでもよい。
【0121】
（４）また、先の実施形態では、図１３のフローチャートにおいて吊り荷Ｒの振れを楕円化したのちにブーム１６の動きを制御（追いノッチ）する態様にて説明したが、図１４のグラフに示すように、楕円化の完了を待たずに追いノッチ制御を開始してもよい。すなわち、楕円化および追いノッチの順序は上記の各態様に限定されるものではない。
【符号の説明】
【0122】
１０ クレーン
１００ 振れ止め装置（制御装置）
１２ 上部旋回体（クレーン本体）
１４ 走行体
１５ キャブ
１６ ブーム（起伏体）
１６Ｓ ブームフット
２０ マスト
３０ ブーム起伏用ウインチ（起伏装置）
３４ 主巻用ウインチ（吊り荷ウインチ）
５０ 主巻ロープ（ロープ）
５７ 主フック
５７Ｍ マーカー
７０ 操作部
７１ 入力部
７２ カメラ（吊り荷位置検出部）
７３ ブーム角度計
７４ ロープ長さ検出部
７５ 吊り重量検出部
８０ ブーム起伏駆動部
８１ ウインチ駆動部
８２ 旋回駆動部
９０ 制御部
９０１ 駆動制御部
９０２ 荷振れ制御部
９０３ 記憶部
ＣＬ 基準線
Ｒ 吊り荷
１００ 振れ止め装置（制御装置）
１２ 上部旋回体（クレーン本体）
１４ 走行体
１５ キャブ
１６ ブーム（起伏体）
１６Ｓ ブームフット
２０ マスト
３０ ブーム起伏用ウインチ（起伏装置）
３４ 主巻用ウインチ（吊り荷ウインチ）
５０ 主巻ロープ（ロープ）
５７ 主フック
５７Ｍ マーカー
７０ 操作部
７１ 入力部
７２ カメラ（吊り荷位置検出部）
７３ ブーム角度計
７４ ロープ長さ検出部
７５ 吊り重量検出部
８０ ブーム起伏駆動部
８１ ウインチ駆動部
８２ 旋回駆動部
９０ 制御部
９０１ 駆動制御部
９０２ 荷振れ制御部
９０３ 記憶部
ＣＬ 基準線
Ｒ 吊り荷
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
