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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】P2024167103
(43)【公開日】2024-12-02
(54)【発明の名称】地切り制御装置、及び、移動式クレーン
(51)【国際特許分類】
B66C 23/00 20060101AFI20241125BHJP
B66C 13/46 20060101ALI20241125BHJP
【ＦＩ】
B66C23/00 A
B66C13/46 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021162599
(22)【出願日】2021-10-01
(71)【出願人】
【識別番号】000148759
【氏名又は名称】株式会社タダノ
(74)【代理人】
【識別番号】110001793
【氏名又は名称】弁理士法人パテントボックス
(72)【発明者】
【氏名】南 佳成
【テーマコード（参考）】
3F204
3F205
【Ｆターム（参考）】
3F204AA04
3F204FD02
3F204FD06
3F205AA05
3F205CA03
3F205CB02
(57)【要約】
【課題】荷振れを抑制しつつ、迅速に吊荷を地切りすることのできる地切り制御装置を提供する。
【解決手段】地切り制御装置Ｄは、ブーム１４と；ウインチ１３と；荷重計測手段２２と；制御部（コントローラ４０）であって吊荷を地切りする際に、ブーム１４の起伏角速度に基づくフィードフォワード制御、及び、ブーム１４の作業姿勢に基づくフィードバック制御、の両方に基づいて制御する、制御部（コントローラ４０）と；を備えている。また、起伏角速度に基づくフィードフォワード制御において、起伏角速度は、荷重計測手段２２によって計測された荷重の時間変化に基づいて起伏角度の変化量として計算され、該変化量を補うようにブーム１４を起仰させるようになっている。
【選択図】図５
【解決手段】地切り制御装置Ｄは、ブーム１４と；ウインチ１３と；荷重計測手段２２と；制御部（コントローラ４０）であって吊荷を地切りする際に、ブーム１４の起伏角速度に基づくフィードフォワード制御、及び、ブーム１４の作業姿勢に基づくフィードバック制御、の両方に基づいて制御する、制御部（コントローラ４０）と；を備えている。また、起伏角速度に基づくフィードフォワード制御において、起伏角速度は、荷重計測手段２２によって計測された荷重の時間変化に基づいて起伏角度の変化量として計算され、該変化量を補うようにブーム１４を起仰させるようになっている。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
起伏自在に構成されるブームと；
ワイヤを介して吊荷を巻上／巻下げるウインチと；
前記ブームに作用する荷重を計測する荷重計測手段と；
前記ブーム及び前記ウインチを制御する制御部であって、吊荷を地切りする際に、前記ブームの起伏角速度に基づくフィードフォワード制御、及び、前記ブームの姿勢に基づくフィードバック制御、の両方に基づいて制御する、制御部と；
を備える、地切り制御装置。
ワイヤを介して吊荷を巻上／巻下げるウインチと；
前記ブームに作用する荷重を計測する荷重計測手段と；
前記ブーム及び前記ウインチを制御する制御部であって、吊荷を地切りする際に、前記ブームの起伏角速度に基づくフィードフォワード制御、及び、前記ブームの姿勢に基づくフィードバック制御、の両方に基づいて制御する、制御部と；
を備える、地切り制御装置。
【請求項2】
前記起伏角速度の前記フィードフォワード制御において、前記起伏角速度は、前記荷重計測手段によって計測された荷重の時間変化に基づいて起伏角度の変化量として計算され、該変化量を補うように前記ブームを起仰させるようになっている、請求項１に記載された、地切り制御装置。
【請求項3】
前記ブームの姿勢に基づくフィードバック制御は、前記ブームの起伏角に基づくフィードバック制御である、請求項１又は請求項２に記載された、地切り制御装置。
【請求項4】
前記起伏角に基づく前記フィードバック制御において、制御の目標となる目標起伏角は、前記荷重計測手段によって計測された荷重に基づいて計算されるようになっている、請求項３に記載された、地切り制御装置。
【請求項5】
前記ブームの姿勢に基づくフィードバック制御は、前記ブームの作業半径に基づくフィードバック制御である、請求項１又は請求項２に記載された、地切り制御装置。
【請求項6】
前記ブームの作業半径に基づく前記フィードバック制御において、制御の目標となる目標作業半径は、制御開始時の作業半径が記憶されて使用されるようになっている、請求項５に記載された、地切り制御装置。
【請求項7】
前記制御部は、計測された荷重の時系列データを監視し、前記時系列データの最初の極大値を捉えて地切りしたと判定するようにされている、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載された、地切り制御装置。
【請求項8】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載された地切り制御装置を備える、移動式クレーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、地面から吊荷を吊り上げる際の荷振れを抑制するための地切り制御装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から、ブームを備えたクレーンにおいて、地面から吊荷を吊り上げる際に、すなわち吊荷を地切りする際に、ブームに生じるたわみによって作業半径が増大することによって、吊荷が水平方向に振れる「荷振れ」が問題となっている（図１参照）。
【0003】
地切りの際の荷振れを防止することを目的として、例えば、特許文献１に記載された鉛直地切り制御装置は、エンジン回転数センサによってエンジンの回転数を検出し、ブームの起仰作動をエンジン回転数に応じた値に補正するように構成されている。このような構成によって、エンジン回転数の変化を加味した正確な地切り制御を実施できる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平８－１８８３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１を含む従来の地切り制御装置は、ウインチでワイヤが伸びた分だけ巻上げ、起伏を上げることにより作業半径を一定に保つように、２つのアクチュエータを併用して制御していた。そのため、複雑な制御となることで地切りに時間がかかってしまう、という問題があった。
【0006】
そこで、本発明は、荷振れを抑制しつつ、迅速に吊荷を地切りすることのできる地切り制御装置と、地切り制御装置を備えた移動式クレーンと、を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前述した目的を達成するために、本発明の地切り制御装置は、起伏自在に構成されるブームと；ワイヤを介して吊荷を巻上／巻下げるウインチと；前記ブームに作用する荷重を計測する荷重計測手段と；前記ブーム及び前記ウインチを制御する制御部であって、吊荷を地切りする際に、前記ブームの起伏角速度に基づくフィードフォワード制御、及び、前記ブームの姿勢に基づくフィードバック制御、の両方に基づいて制御する、制御部と；を備えている。
【発明の効果】
【0008】
このように、本発明の地切り制御装置は、ブームと；ウインチと；荷重計測手段と；吊荷を地切りする際に、ブームの起伏角速度に基づくフィードフォワード制御、及び、ブームの姿勢に基づくフィードバック制御、の両方に基づいて制御する、制御部と；を備えている。このように、ＦＦ制御とＦＢ制御とを併用することによって、荷振れを抑制しつつ、迅速に吊荷を地切りすることのできる地切り制御装置となる。特に、ＦＢ制御を併用することによって、地切り制御のロバスト性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】吊荷の荷振れについて説明する説明図である。
【図2】移動式クレーンの側面図である。
【図3】地切り制御装置のブロック図である。
【図4】地切り制御装置の全体のブロック線図である。
【図5】地切り制御（起伏角に基づくＦＢ制御の場合）のブロック線図である。
【図6】地切り制御（作業半径に基づくＦＢ制御の場合）のブロック線図である。
【図7】地切り制御のフローチャートである。
【図8】地切り判定の手法について説明するグラフである。
【図9】荷重－起伏角の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明に係る実施例について図面を参照して説明する。ただし、以下の実施例に記載されている構成要素は例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【0011】
本実施例では、移動式クレーンとしては、例えば、ラフテレーンクレーン、オールテレーンクレーン、トラッククレーン等が挙げられる。以下、本実施例に係る作業車両としてラフテレーンクレーンを例に説明するが、他の移動式クレーンにも、本発明に係る地切り制御装置（安全装置）を適用することができる。
【0012】
（移動式クレーンの構成）
まず、図２の側面図を用いて、移動式クレーンの構成について説明する。本実施例のラフテレーンクレーン１は、図２に示すように、走行機能を有する車両の本体部分となる車体１０と、車体１０の四隅に設けられたアウトリガ１１，・・・と、車体１０に水平旋回可能に取り付けられた旋回台１２と、旋回台１２の後方に取り付けられたブーム１４と、を備えている。
まず、図２の側面図を用いて、移動式クレーンの構成について説明する。本実施例のラフテレーンクレーン１は、図２に示すように、走行機能を有する車両の本体部分となる車体１０と、車体１０の四隅に設けられたアウトリガ１１，・・・と、車体１０に水平旋回可能に取り付けられた旋回台１２と、旋回台１２の後方に取り付けられたブーム１４と、を備えている。
【0013】
アウトリガ１１は、スライドシリンダを伸縮させることによって、車体１０から幅方向外側にスライド張出／スライド格納可能であるとともに、ジャッキシリンダを伸縮させることによって車体１０から上下方向にジャッキ張出／ジャッキ格納可能である。
【0014】
旋回台１２は、旋回モータ６１の動力が伝達されるピニオンギヤを有しており、このピニオンギヤが車体１０に設けた円形状のギヤに噛み合うことで旋回軸を中心に回動する。旋回台１２は、右前方に配置された操縦席１８と、後方に配置されたカウンタウェイト１９と、を有している。
【0015】
さらに、旋回台１２の後方には、ワイヤ１６を巻上／巻下げるためのウインチ１３が配置されている。ウインチ１３は、ウインチモータ６４を正方向／逆方向に回転させることによって、巻上げ方向（巻き取る方向）／巻下げ方向（繰り出す方向）の２方向に回転するようになっている。
【0016】
ブーム１４は、基端ブーム１４１と（１つ又は複数の）中間ブーム１４２と先端ブーム１４３とによって入れ子式に構成されており、内部に配置された伸縮シリンダ６３によって伸縮できるようになっている。先端ブーム１４３の最先端のブームヘッド１４４にはシーブが配置され、シーブにワイヤ１６が掛け回されてフック１７が吊下げられている。
【0017】
基端ブーム１４１の付け根部は、旋回台１２に設置された支持軸に回動自在に取り付けられており、支持軸を回転中心として上下に起伏できるようになっている。そして、旋回台１２と基端ブーム１４１の下面との間には、起伏シリンダ６２が架け渡されており、起伏シリンダ６２を伸縮することでブーム１４全体を起伏することができるようになっている。
【0018】
（制御系の構成）
次に、図３のブロック図を用いて、本実施例の地切り制御装置Ｄの制御系の構成について説明する。地切り制御装置Ｄは、制御部としてのコントローラ４０を中心として構成されている。コントローラ４０は、入力ポート、出力ポート、演算装置などを有する汎用の（マイクロ）コンピュータである。
次に、図３のブロック図を用いて、本実施例の地切り制御装置Ｄの制御系の構成について説明する。地切り制御装置Ｄは、制御部としてのコントローラ４０を中心として構成されている。コントローラ４０は、入力ポート、出力ポート、演算装置などを有する汎用の（マイクロ）コンピュータである。
【0019】
また、本実施例のコントローラ４０は、操作レバー５１～５４（旋回レバー５１、起伏レバー５２、伸縮レバー５３、ウインチレバー５４）からの操作信号を受けて、図示しない制御バルブを介してアクチュエータ６１～６４（旋回モータ６１、起伏シリンダ６２、伸縮シリンダ６３、ウインチモータ６４）を制御する。
【0020】
さらに、本実施例のコントローラ４０には、地切り制御を開始／停止するための地切りスイッチ２０と、地切り制御におけるウインチ１３の速度を設定するためのウインチ速度設定手段２１と、ブーム１４に作用する荷重を計測する荷重計測手段２２と、ブーム１４の姿勢を検出するための姿勢検出手段２３と、が接続されている。
【0021】
地切りスイッチ２０は、地切り制御の開始又は停止を指示するための入力機器であり、例えば、ラフテレーンクレーン１の安全装置に付加する構成とすることが可能であり、操縦席１８に配置されることが好ましい。
【0022】
ウインチ速度設定手段２１は、地切り制御におけるウインチ１３の速度を設定する入力機器であり、あらかじめ設定された速度から適切な速度を選択する方式のものや、テンキーによって入力する方式のものがある。さらに、ウインチ速度設定手段２１は、地切りスイッチ２０と同様に、ラフテレーンクレーン１の安全装置に付加する構成とすることが可能であり、操縦席１８に配置されることが好ましい。このウインチ速度設定手段２１によってウインチ１３の速度を調整することで、地切り制御に要する時間を調整することができる。
【0023】
荷重計測手段２２は、ブーム１４に作用する荷重を計測する計測機器であり、例えば、起伏シリンダ６２に作用する圧力を計測する圧力計（２２）とすることができる。圧力計（２２）によって計測された圧力信号は、コントローラ４０に伝送される。
【0024】
姿勢検出手段２３は、ブーム１４の姿勢を検出する計測機器であり、ブーム１４の起伏角度を計測する起伏角度計２３１と、起伏角速度を計測する起伏角速度計２３２と、ブーム１４の長さ（全長）を計測する長さ計測器２３３と、から構成される。具体的には、起伏角度計２３１としては、ポテンショメータを用いることができる。また、起伏角速度計２３２としては、起伏シリンダ１５に取り付けられたストロークセンサを用いることができる。さらに、長さ計測器２３３は、コードと巻取リールと回転変位計とから構成することができる。なお、後述するように、起伏角速度のＦＦ制御には、荷重計測手段２２によって計測された荷重に基づいて計算された予測値が使用される。起伏角度計２３１によって計測された起伏角度信号、起伏角速度計２３２によって計測された起伏角速度信号、及び、長さ計測器２３３によって計測された長さ信号は、コントローラ４０に伝送される。
【0025】
コントローラ４０は、ブーム１４及びウインチ１３の作動を制御する制御部であり、地切りスイッチ２０がＯＮにされることでウインチ１３を巻上げて吊荷を地切りする際に、ブーム１４の起伏角速度に基づくフィードフォワード制御（ＦＦ制御）、及び、ブーム１４の起伏角又は作業半径に基づくフィードバック制御（ＦＢ制御）、の両方を実行する。
【0026】
起伏角速度のＦＦ制御は、荷重計測手段２２によって計測された荷重の時間変化に基づいて、ブーム１４の起伏角度の変化量を予測し、この予測された変化量を補うようにブーム１４を起仰させる。すなわち、後述する（数３）に示すように、起伏角速度は起伏角度の変化量として、荷重の時間変化（微分）に基づいて計算（予測・推定）される。
【0027】
起伏角に基づくＦＢ制御は、荷重計測手段２２によって計測された荷重に基づいて、ブーム１４の目標起伏角を算出し、この目標起伏角となるように、（計測された起伏角速度から換算された）起伏角を追従させる。
【0028】
作業半径に基づくＦＢ制御は、制御開始時の作業半径が記憶されて、この目標作業半径を一定に保持するように起伏角を追従させる。ここにおいて、作業半径は、起伏角度計２３１で計測されたブーム１４の起伏角度と、長さ計測器２３３で計測されたブーム１４の長さと、荷重計測手段（圧力計）２２によって計測された圧力（撓み計算に用いられる）と、を用いて、幾何学的な関係に基づいて計算される。
【0029】
より具体的に言うと、コントローラ４０は、前述したＦＦ制御及びＦＢ制御を実施するための機能部として、ＦＦ制御とＦＢ制御の併用機能部４０ａと、実際に地切りされたか否かを判定することによって地切り制御を停止させる地切り判定機能部４０ｂと、を有している。
【0030】
併用機能部４０ａは、荷重計測手段としての圧力計２２からの圧力の初期値と、姿勢計測手段としての起伏角度計２３からの起伏角度の初期値と、の入力を受けて、適用する特性テーブル又は伝達関数を決定する。ここにおいて、伝達関数としては、以下のように、線形係数ａを用いた関係を適用することができる。
【0031】
（ＦＦ制御で用いられる線形係数の導出）
まず、図９の荷重－起伏角のグラフに示すように、荷振れが生じないようにブーム先端位置が常に吊荷の真上にくるように調整した場合に、荷重と起伏角（先端対地角度）は線形の関係にあることがわかっている。地切り中に、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に荷重Ｌｏａｄ１がＬｏａｄ２へ変化したと仮定すると、
まず、図９の荷重－起伏角のグラフに示すように、荷振れが生じないようにブーム先端位置が常に吊荷の真上にくるように調整した場合に、荷重と起伏角（先端対地角度）は線形の関係にあることがわかっている。地切り中に、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に荷重Ｌｏａｄ１がＬｏａｄ２へ変化したと仮定すると、
【0032】
【数1】
【0033】
【数2】
【0034】
【数3】
【0035】
（ＦＢ制御で用いられる目標起伏角の導出）
特性計測の結果によれば、たわみ角の変化は梁モデルによって近似できることがわかった。安全装置（制御装置）の荷重と実荷重のずれを考慮すると、たわみ角は以下のように表される。
Ｗ：荷重
Ｌ：ブーム長
Ｒ：作業半径―ブーム根元ピン位置
Ｋ：線形係数（作業半径、長さの関数）
特性計測の結果によれば、たわみ角の変化は梁モデルによって近似できることがわかった。安全装置（制御装置）の荷重と実荷重のずれを考慮すると、たわみ角は以下のように表される。
【数4】
Ｌ：ブーム長
Ｒ：作業半径―ブーム根元ピン位置
Ｋ：線形係数（作業半径、長さの関数）
【0036】
具体的には、補正起伏角量の推定式は次式となる。
Ｗ：荷重
Ｌ：ブーム長
Ｒ：作業半径―ブーム根元ピン位置
ＣＢＭ：ブーム状態のＬＡ／ＲＡモデル係数
【数5】
Ｌ：ブーム長
Ｒ：作業半径―ブーム根元ピン位置
ＣＢＭ：ブーム状態のＬＡ／ＲＡモデル係数
【0037】
（理論のまとめ）
上述したように、角速度（起伏角速度）を用いたＦＦ制御と、角度（起伏角）を用いたＦＢ制御と、を併用することによって、地切り制御の精度を向上させることができる。すなわち、即応性は角速度情報を用いたＦＦ制御、外乱に対するロバスト性は角度情報を用いたＦＢ制御で担保される。
上述したように、角速度（起伏角速度）を用いたＦＦ制御と、角度（起伏角）を用いたＦＢ制御と、を併用することによって、地切り制御の精度を向上させることができる。すなわち、即応性は角速度情報を用いたＦＦ制御、外乱に対するロバスト性は角度情報を用いたＦＢ制御で担保される。
【数6】
【0038】
地切り判定機能部４０ｂは、荷重計測手段としての圧力計２２からの圧力信号から計算した荷重の値の時系列データを監視し、地切りの有無を判定する。地切り判定の手法については、図８を用いて後述する。
【0039】
（全体のブロック線図）
次に、図４のブロック線図を用いて、本実施例の地切り制御を含む全体の要素間の入力・出力関係を説明する。まず、荷重変化算出部７１において、荷重計測手段２２によって計測された荷重の時系列データに基づいて荷重変化が計算される。計算された荷重変化は、目標軸速度算出部７２に入力される。この目標軸速度算出部７２における入力・出力関係については、図５を用いて後述する。
次に、図４のブロック線図を用いて、本実施例の地切り制御を含む全体の要素間の入力・出力関係を説明する。まず、荷重変化算出部７１において、荷重計測手段２２によって計測された荷重の時系列データに基づいて荷重変化が計算される。計算された荷重変化は、目標軸速度算出部７２に入力される。この目標軸速度算出部７２における入力・出力関係については、図５を用いて後述する。
【0040】
目標軸速度算出部７２では、起伏角の初期値と、設定ウインチ速度と、入力された荷重変化と、に基づいて、目標軸速度が算出される。目標軸速度は、ここでは、目標起伏角速度（及び、必須ではないが、目標ウインチ速度）である。算出された目標軸速度は、軸速度コントローラ７３に入力される。ここまでの前半部分の制御が、ＦＦ制御に関する処理である。
【0041】
その後、軸速度コントローラ７３、軸速度の操作量変換処理部７４を経て操作量が制御対象７５に入力される。この後半部分の制御は、ＦＢ制御に関する処理であり、計測された起伏角速度から起伏角が算出され、この起伏角がフィードバック制御されている。
【0042】
（ＦＦ制御及びＦＢ制御（起伏角に基づく）のブロック線図）
次に、図５のブロック線図を用いて、本実施例のフィードフォワード制御（ＦＦ制御）とフィードバック制御（起伏角に基づくＦＢ制御）の並行処理について、より具体的な入出力関係を詳細に説明する。
次に、図５のブロック線図を用いて、本実施例のフィードフォワード制御（ＦＦ制御）とフィードバック制御（起伏角に基づくＦＢ制御）の並行処理について、より具体的な入出力関係を詳細に説明する。
【0043】
ＦＦ制御では、図示しないが、初期のクレーン姿勢が、併用機能部（４０ａ）に入力される。併用機能部（４０ａ）では、特性テーブル又は伝達関数を使用して、最も適切な定数（線形係数）ａが選択される。そして、数値微分部８１において、荷重変化の数値微分（時間に関する微分）が実施されて、換算部８２で初期のクレーン姿勢から求められた定数ａを乗ずることで、目標起伏角速度が計算される。すなわち、「数３」の計算が実行される。
【0044】
ＦＢ制御では、起伏角が直接的に計測されるか、又は、起伏角速度の数値積分が実施されて起伏角度に換算されて、起伏角度変化量が求められる。一方で、換算部８３において、初期のクレーン姿勢から求められた定数ａと荷重値の時間変化に基づいて、目標起伏角補正量が計算される。すなわち、「数４（数５）」の計算が実行される。そして、この目標起伏角補正量に基づいて、起伏角をフィードバック制御する。このＦＢ制御において、例えば、図５に示すＰＤ制御することや、ＰＩＤ制御することが好ましい。
【0045】
その後、ＦＦ制御で得られた目標起伏角速度と、ＦＢ制御で得られた目標起伏角速度と、を加え合わせてフィルタ処理することで、起伏角速度制御信号とする。すなわち、上述した処理において、「数６」の計算が実行される。
【0046】
（ＦＦ制御及びＦＢ制御（作業半径に基づく）のブロック線図）
同様に、図６のブロック線図を用いて、本実施例のフィードフォワード制御（ＦＦ制御）とフィードバック制御（作業半径に基づくＦＢ制御）の並行処理について、より具体的な入出力関係を詳細に説明する。
同様に、図６のブロック線図を用いて、本実施例のフィードフォワード制御（ＦＦ制御）とフィードバック制御（作業半径に基づくＦＢ制御）の並行処理について、より具体的な入出力関係を詳細に説明する。
【0047】
ＦＦ制御では、図示しないが、初期のクレーン姿勢が、併用機能部（４０ａ）に入力される。併用機能部（４０ａ）では、特性テーブル又は伝達関数を使用して、最も適切な定数（線形係数）ａが選択される。そして、数値微分部８１において、荷重変化の数値微分（時間に関する微分）が実施されて、換算部８２で初期のクレーン姿勢から求められた定数ａを乗ずることで、目標起伏角速度が計算される。すなわち、「数３」の計算が実行される。
【0048】
ＦＢ制御では、作業半径が計測される。すなわち、ブーム１４の長さと角度と荷重（圧力）の計測値を用いて、幾何学的な関係に基づいて作業半径が求められる。そして、求められた作業半径は、起伏角変換部８３Ａにおいて起伏角に変換される。一方、作業半径の初期値（制御開始時の作業半径）が目標値として記憶されており、起伏角変換部８３Ｂにおいて目標起伏角に変換される。そして、この目標起伏角となるように、起伏角をフィードバック制御する。このＦＢ制御において、例えば、図６に示すＰＤ制御することや、ＰＩＤ制御することが好ましい。
【0049】
その後、ＦＦ制御で得られた目標起伏角速度と、ＦＢ制御で得られた目標起伏角速度と、を加え合わせてフィルタ処理することで、起伏角速度制御信号とする。すなわち、上述した処理において、「数６」の計算が実行される。
【0050】
なお、上述した作業半径に基づくフィードバック制御において、「作業半径」は、その都度計算するのではなく、クレーンの個体ごとに実測値から作成されたデータ（安全装置中に荷重―撓み（作業半径）のデータ（テーブル）として保持される）を用いることが好ましい。
【0051】
（フローチャート）
次に、図７のフローチャートを用いて、本実施例の地切り制御の全体の流れについて説明する。
次に、図７のフローチャートを用いて、本実施例の地切り制御の全体の流れについて説明する。
【0052】
はじめに、オペレータが地切りスイッチ２０を押すことで地切り制御が開始される（ＳＴＡＲＴ）。このとき、地切り制御の開始前に又は開始後に、ウインチ速度設定手段２１を介して、ウインチ１３の目標速度が設定される。そうすると、コントローラ４０は、一定の目標速度で、ウインチ制御（巻上げ）を開始する（ステップＳ１）。
【0053】
次に、ウインチ１３が巻上げられると同時に、荷重計測手段２２によって吊荷荷重計測が開始されて、コントローラ４０に荷重値が入力される（ステップＳ２）。そうすると、併用機能部４０ａでは、荷重の初期値と、姿勢計測手段としての起伏角度計２３からの起伏角度の初期値と、の入力を受けて、適用する特性テーブル又は伝達関数が決定される（ステップＳ３１）。
【0054】
次に、コントローラ４０では、適用される特性テーブル又は伝達関数と、荷重変化と、に基づいて、起伏角速度が算出される（ステップＳ３２）。すなわち、起伏角速度がフィードフォワード制御される。
【0055】
このステップＳ３１及びステップＳ３２と並行して、起伏角がフィードバック制御される（ステップＳ４）。すなわち、コントローラ４０は、計測された起伏角速度に基づいて時々刻々の起伏角を算出し、それと同時に計測された荷重値に基づいて時々刻々の目標起伏角を算出する。そして、起伏角が目標起伏角となるように、起伏シリンダ６２を制御する。あるいは、コントローラ４０は、制御開始時の作業半径を記憶して、記憶された初期作業半径を一定に保つように、起伏シリンダ６２を制御する。
【0056】
実際の処理では、起伏角をＦＢ制御しようとして算出された起伏角速度と、起伏角速度のＦＦ制御で算出された起伏角速度と、を足し合わせて、起伏シリンダ６２の制御信号を作成することで、ＦＦ制御とＦＢ制御を併用するようになっている（式６参照）。
【0057】
そして、計測されている荷重の時系列データに基づいて地切りの有無が判定される（ステップＳ５）。なお、判定手法については後述する。判定の結果、地切りされていない場合は（ステップＳ５のＮＯ）、ステップＳ２へ戻って、荷重に基づくフィードフォワード制御とフィードバック制御の併用制御を繰り返す（ステップＳ２～ステップＳ５）。
【0058】
判定の結果、地切りされている場合は（ステップＳ５のＹＥＳ）、地切り制御を緩停止する（ステップＳ６）。すなわち、ウインチモータによるウインチ１３の回転駆動速度を落としながら停止するとともに、起伏シリンダ６２による起伏駆動速度を落としながら停止する。
【0059】
（地切り判定）
次に、図８のグラフを用いて、本実施例の地切り判定の手法について説明する。本実施例では、コントローラ４０は、地切り制御においてウインチ１３を巻き上げている途中に、計測された荷重の時系列データを監視しており、この時系列データの最初の極大値を捉えて地切りしたものと判定するようにされている。
次に、図８のグラフを用いて、本実施例の地切り判定の手法について説明する。本実施例では、コントローラ４０は、地切り制御においてウインチ１３を巻き上げている途中に、計測された荷重の時系列データを監視しており、この時系列データの最初の極大値を捉えて地切りしたものと判定するようにされている。
【0060】
より具体的に言うと、図８に示すように、一般に、荷重データの時系列をとると、地切りした次の瞬間にオーバーシュートし、さらにアンダーシュートし、その後、振動し続けるように推移する。したがって、振動の最初の山の頂点の時刻、すなわち、最初の極大値、を捉えることで、地切りしたことを判定することができる。ただし、実際には、地切りしていると判定した時刻である、最初の極大値を記録した時刻では、慣性力を受けてややオーバーシュートしている状態と考えられる。
【0061】
（効果）
次に、本実施例の地切り制御装置Ｄの奏する効果を列挙して説明する。
次に、本実施例の地切り制御装置Ｄの奏する効果を列挙して説明する。
【0062】
（１）上述してきたように、本実施例の地切り制御装置Ｄは、ブーム１４と；ウインチ１３と；荷重計測手段２２と；制御部（コントローラ４０）であってウインチ１３を巻上げて吊荷を地切りする際に、ブーム１４の起伏角速度に基づくフィードフォワード制御、及び、ブーム１４の姿勢に基づくフィードバック制御、の両方に基づいて制御する、制御部（コントローラ４０）と；を備えている。このように、ＦＦ制御とＦＢ制御とを併用することによって、荷振れを抑制しつつ、迅速に吊荷を地切りすることのできる地切り制御装置Ｄとなる。特に、ＦＢ制御を併用することによって、地切り制御のロバスト性を向上させることができる。
【0063】
つまり、フィードフォワード制御のみでは、モデル誤差や外乱の影響に対応できない場合がある。しかしながら、フィードバック制御を併用することで、モデル誤差や外乱が生じた場合でも、状況に即応して荷振れなく自動で地切りすることができる。
【0064】
（２）また、起伏角速度に基づくフィードフォワード制御において、起伏角速度は、荷重計測手段２２によって計測された荷重の時間変化に基づいて起伏角度の変化量として計算され、該変化量を補うようにブーム１４を起仰させるようになっている。このように、地切り制御装置Ｄは、荷重と起伏角速度補正量がモデル化された関数を用いるため、調整工数や計算負荷が小さくなる。加えて、荷重変化やロープ長などの従来計測していた手法よりも、目標値が明確になるため、フック揺れ（移動）をより抑えられる。
【0065】
（３）また、ブーム１４の姿勢に基づくフィードバック制御は、ブーム１４の起伏角に基づくフィードバック制御であることが好ましい。そうすれば、ＦＦ制御で用いられる線形係数を利用して、荷重変化に合わせた時々刻々の目標起伏角を算出できる。この目標起伏角を目標値として、計測された起伏角度とのズレを補償するようにＦＢ制御を実施することでロバスト性を高めることができるのである。主に、アクチュエータの応答遅れ、外乱の補償に効果がある。
【0066】
（４）さらに、起伏角のフィードバック制御において、制御の目標となる目標起伏角は、荷重計測手段２２によって計測された荷重に基づいて計算されるようになっている。このように、地切り制御装置Ｄは、荷重と起伏角補正量がモデル化された関数を用いるため、調整工数や計算負荷が小さくなる。
【0067】
（５）また、ブーム１４の姿勢に基づくフィードバック制御は、ブーム１４の作業半径に基づくフィードバック制御であることが好ましい。このように構成すれば、ＦＦ制御とは別のより多くの計測値（パラメータ）を用いてＦＢ制御できるため、より精度よく制御することが可能となる。
【0068】
さらに、上述の起伏角に基づくＦＢ制御では、ＦＦ制御で用いられる関数（線形係数を含む）を利用できるメリットがある。一方、関数自体にモデル誤差を含んでいるために、完全にＦＦ制御のモデル誤差を補償することはできない。主に、アクチュエータの応答遅れ、外乱の補償に効果がある。一方で、作業半径に基づくＦＢ制御であれば、モデル誤差の要因がなくなるため、モデル誤差が大きい場合には有効な制御手段といえる。
【0069】
（６）また、ブーム１４の作業半径に基づくフィードバック制御において、制御の目標となる目標作業半径は、制御開始時の作業半径が記憶されて使用されるようになっていることが好ましい。このように構成すれば、実測値（幾何学的な計算は含む）のみに用いて制御できるため、モデル誤差の影響を
排除することができる。
排除することができる。
【0070】
（７）さらに、本実施例の地切り制御装置Ｄは、ウインチ１３を巻上げて吊荷を地切りする際に、計測された荷重の時系列データを監視し、時系列データの最初の極大値を捉えて地切りしたと判定するようにされている。このように荷重のみに基づいて制御することによって、簡易かつ迅速に地切りを判定することができる。
【0071】
（８）また、本実施例の移動式クレーンであるラフテレーンクレーン１は、上述したいずれかの地切り制御装置Ｄを備えることで、荷振れを抑制しつつ、迅速に吊荷を地切りすることのできるラフテレーンクレーン１となる。
【0072】
また、地切り制御装置Ｄは、ウインチ１３を巻上げて吊荷を地切りする際に、ウインチ１３の速度を調整することによって、地切りに要する時間を調整するようにされていることが好ましい。このように構成すれば、吊荷の重量や環境条件に応じて適切なウインチ１３の速度を選択することで、安全かつ効率よく作業することができる。
【0073】
以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【0074】
例えば、実施例では、フィードバック制御の例として、起伏角に基づくモードと作業半径に基づくモードとに分けて説明したが、これらはいずれかのモードを選択可能に構成することが実用的である。
【0075】
また、実施例では、操縦席１８に配置された地切りスイッチ２０によって地切り制御が開始されるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、タブレット等を用いて遠隔操作することも可能である。
【0076】
また、実施例では説明しなかったが、上述した起伏角速度のＦＦ制御と、起伏角のＦＢ制御と、に加えて、起伏角速度情報を用いた速度フィードバック制御をさらに併用することも可能である。
【0077】
その他、実施例では特に説明しなかったが、ウインチとしてメインウインチを使用して地切りする場合でも、サブウインチを使用して地切りする場合でも、本発明の地切り制御装置Ｄを適用することができる。
【符号の説明】
【0078】
Ｄ：地切り制御装置； ａ：線形係数；
１：ラフテレーンクレーン； １０：車体； １２：旋回台；
１３：ウインチ； １４：ブーム； １６：ワイヤ； １７：フック；
２０：地切りスイッチ；
２１：ウインチ速度設定手段；
２２：圧力計（荷重計測手段）；
２３：起伏角度計（姿勢検出手段）；
２３１：起伏角度計； ２３２：起伏角速度計； ２３３：長さ計測器；
４０：コントローラ；
４０ａ：併用機能部； ４０ｂ：地切り判定機能部；
５１：旋回レバー； ５２：起伏レバー；
５３：伸縮レバー； ５４：ウインチレバー；
６１：旋回モータ； ６２：起伏シリンダ；
６３：伸縮シリンダ； ６４：ウインチモータ
１：ラフテレーンクレーン； １０：車体； １２：旋回台；
１３：ウインチ； １４：ブーム； １６：ワイヤ； １７：フック；
２０：地切りスイッチ；
２１：ウインチ速度設定手段；
２２：圧力計（荷重計測手段）；
２３：起伏角度計（姿勢検出手段）；
２３１：起伏角度計； ２３２：起伏角速度計； ２３３：長さ計測器；
４０：コントローラ；
４０ａ：併用機能部； ４０ｂ：地切り判定機能部；
５１：旋回レバー； ５２：起伏レバー；
５３：伸縮レバー； ５４：ウインチレバー；
６１：旋回モータ； ６２：起伏シリンダ；
６３：伸縮シリンダ； ６４：ウインチモータ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】