特許 7172243 クレーンおよびクレーンの制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-08

(45)【発行日】2022-11-16

(54)【発明の名称】クレーンおよびクレーンの制御システム

(51)【国際特許分類】

   B66C 13/22 20060101AFI20221109BHJP

【ＦＩ】

B66C13/22 M

B66C13/22 Y

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018139849

(22)【出願日】2018-07-25

(65)【公開番号】P2020015589

(43)【公開日】2020-01-30

【審査請求日】2021-07-16

(73)【特許権者】

【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】110002217

【氏名又は名称】弁理士法人矢野内外国特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】南 佳成

【審査官】加藤 三慶

(56)【参考文献】

【文献】特表２００６－５２５９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２２１６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２６４７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１８４８２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】林喜章，山本元司，逆動力学に基づく旋回クレーン制御における軌道計画について，第２３回日本ロボット学会学術講演会予稿集，日本，社団法人日本ロボット学会，2005年09月15日，1-3

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６６Ｃ １３／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ブームからワイヤロープで吊り下げられている荷物の移動方向と速さに関する目標速度信号に基づいてアクチュエータを制御するクレーンであって、
目標速度信号における荷物の加速時間、速さおよび移動方向を入力する操作具と、
前記ブームの旋回角度検出手段と、
前記ブームの起伏角度検出手段と、
前記ブームの伸縮長さ検出手段と、
基準位置に対する荷物の現在位置を検出する荷物位置検出手段と、
前記目標速度信号から積分により荷物の目標軌道信号を算出し、前記目標軌道信号に対する前記荷物の現在位置の差分に基づいて前記目標軌道信号を補正するフィードバック制御部、および補正された前記目標軌道信号に基づいて前記クレーンの特性を表す伝達関数の重み係数を調整するフィードフォワード制御部を有する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記荷物位置検出手段から前記基準位置に対する前記荷物の現在位置を取得し、前記フィードバック制御部によって補正した前記目標軌道信号を、前記フィードフォワード制御部によって前記重み係数が調整された伝達関数によって補正し、
前記旋回角度検出手段が検出した旋回角度、前記起伏角度検出手段が検出した起伏角度および前記伸縮長さ検出手段が検出した伸縮長さから、前記基準位置に対するブームの先端の現在位置を算出し、
前記荷物の現在位置と前記ブームの先端の現在位置とから、前記ワイヤロープの繰出し量を算出し、
前記荷物の現在位置と前記荷物の目標位置とから、前記ワイヤロープの方向ベクトルを算出し、
前記ワイヤロープの繰出し量と前記ワイヤロープの前記方向ベクトルとから、前記荷物の目標位置におけるブームの先端の目標位置を算出し、
前記ブームの先端の目標位置に基づいて前記アクチュエータの作動信号を生成し、
前記制御装置は、
複数の前記フィードフォワード制御部を有し、
前記伝達関数を一以上の一次モデルに分解してモデル毎に前記重み係数を設け、前記フィードフォワード制御部毎に調整する前記重み係数が割り当てられているクレーン。

【請求項2】

ブームからワイヤロープで吊り下げられている荷物の移動方向と速さに関する目標速度信号に基づいてアクチュエータを制御するクレーンであって、
目標速度信号における荷物の加速時間、速さおよび移動方向を入力する操作具と、
前記ブームの旋回角度検出手段と、
前記ブームの起伏角度検出手段と、
前記ブームの伸縮長さ検出手段と、
基準位置に対する荷物の現在位置を検出する荷物位置検出手段と、
前記目標速度信号から積分により荷物の目標軌道信号を算出し、前記目標軌道信号に対する前記荷物の現在位置の差分に基づいて前記目標軌道信号を補正するフィードバック制御部、および補正された前記目標軌道信号に基づいて前記クレーンの特性を表す伝達関数の重み係数を調整するフィードフォワード制御部を有する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記荷物位置検出手段から前記基準位置に対する前記荷物の現在位置を取得し、前記フィードバック制御部によって補正した前記目標軌道信号を、前記フィードフォワード制御部によって前記重み係数が調整された伝達関数によって補正し、
前記旋回角度検出手段が検出した旋回角度、前記起伏角度検出手段が検出した起伏角度および前記伸縮長さ検出手段が検出した伸縮長さから、前記基準位置に対するブームの先端の現在位置を算出し、
前記荷物の現在位置と前記ブームの先端の現在位置とから、前記ワイヤロープの繰出し量を算出し、
前記荷物の現在位置と前記荷物の目標位置とから、前記ワイヤロープの方向ベクトルを算出し、
前記ワイヤロープの繰出し量と前記ワイヤロープの前記方向ベクトルとから、前記荷物の目標位置におけるブームの先端の目標位置を算出し、
前記ブームの先端の目標位置に基づいて前記アクチュエータの作動信号を生成し、
前記伝達関数は、所定の周波数成分を抑制するローパスフィルタを含む式（１）によって表されるクレーン。

【数1】

Ａ、Ｂ、Ｃ：係数、ｗ _α１ 、ｗ _α２ 、ｗ _α３ 、ｗ _α４ ：重み係数、ｓ：微分要素

【請求項3】

荷物の移動方向と速さに関する目標速度信号に基づいてアクチュエータを制御するクレーンの制御システムであって、
前記目標速度信号から積分により荷物の目標軌道信号を算出し、前記荷物の目標軌道信号に対する前記荷物の現在位置の差分に基づいて前記目標軌道信号を補正し、補正された前記目標軌道信号から前記荷物の目標位置を算出するフィードバック制御部と、
補正された前記目標軌道信号に基づいて前記クレーンの特性を表す伝達関数の重み係数を調整し、前記重み係数を調整した伝達関数によって前記補正された目標軌道信号を補正するフィードフォワード制御部と、を具備し、
前記フィードバック制御部によって前記目標軌道信号が補正される毎に、前記フィードフォワード制御部によって前記伝達関数の重み係数が調整され、
複数の前記フィードフォワード制御部を有し、
前記伝達関数を一以上の一次モデルに分解してモデル毎に前記重み係数を設け、前記フィードフォワード制御部毎に調整する前記重み係数が割り当てられているクレーンの制御システム。

【請求項4】

荷物の移動方向と速さに関する目標速度信号に基づいてアクチュエータを制御するクレーンの制御システムであって、
前記目標速度信号から積分により荷物の目標軌道信号を算出し、前記荷物の目標軌道信号に対する前記荷物の現在位置の差分に基づいて前記目標軌道信号を補正し、補正された前記目標軌道信号から前記荷物の目標位置を算出するフィードバック制御部と、
補正された前記目標軌道信号に基づいて前記クレーンの特性を表す伝達関数の重み係数を調整し、前記重み係数を調整した伝達関数によって前記補正された目標軌道信号を補正するフィードフォワード制御部と、を具備し、
前記フィードバック制御部によって前記目標軌道信号が補正される毎に、前記フィードフォワード制御部によって前記伝達関数の重み係数が調整され、
前記伝達関数は、所定の周波数成分を抑制するローパスフィルタを含む式（１）によって表されるクレーンの制御システム。

【数1】

Ａ、Ｂ、Ｃ：係数、ｗ _α１ 、ｗ _α２ 、ｗ _α３ 、ｗ _α４ ：重み係数、ｓ：微分要素

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、クレーンおよびクレーンの制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、移動式クレーン等において、各アクチュエータが操作端末等で操作されるクレーンが提案されている。このようなクレーンは、操作端末からの荷物を基準とした操作指令信号によって操作されるので、各アクチュエータの作動速度、作動量、作動タイミング等を意識することなく直観的に操作することができる。例えば、特許文献１の如くである。

【0003】

特許文献１に記載のクレーンは、操作端末から操作具の操作速度に関する速度信号と操作方向に関する方向信号とをクレーンに送信する。このため、クレーンは、操作端末からの速度信号がステップ関数の態様で入力される移動開始時や停止時に不連続な加速度が生じて荷物に揺れが発生する場合があった。そこで、クレーンの速度、位置、荷物の振れ角速度および振れ角をフィードバック量とした最適制御を適用するとともに、予見ゲインによって遅れを補償することで、クレーンの目標位置への位置決めと荷物の振れ角を最小とする速度信号によって制御する技術が知られている。例えば、特許文献２の如くである。

【0004】

特許文献２に記載のクレーンは、予め定められたクレーンの数学モデルに基づいて、クレーンの位置決め精度を向上させて荷物の振れを最小にするように制御されている。したがって、数学モデルの誤差が大きい場合、将来の予測値の誤差も大きくなり、クレーンの位置決め精度が低下し、荷物の振れが増大してしまう点で不利であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１０－２２８９０５号公報

【文献】特開平７－８１８７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的は、荷物を基準としてアクチュエータを制御する際に、荷物の動きからクレーンの動特性を学習することで、荷物の揺れを抑制しつつ操縦者の意図に沿った態様で荷物を移動させることができるクレーンおよびクレーンの制御システムの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

【0008】

即ち、第１の発明は、ブームからワイヤロープで吊り下げられている荷物の移動方向と速さに関する目標速度信号に基づいてアクチュエータを制御するクレーンであって、目標速度信号における荷物の加速時間、速さおよび移動方向を入力する操作具と、前記ブームの旋回角度検出手段と、前記ブームの起伏角度検出手段と、前記ブームの伸縮長さ検出手段と、基準位置に対する荷物の現在位置を検出する荷物位置検出手段と、前記目標速度信号から積分により荷物の目標軌道信号を算出し、前記目標軌道信号に対する前記荷物の現在位置の差分に基づいて前記目標軌道信号を補正するフィードバック制御部、および補正された前記目標軌道信号に基づいて前記クレーンの特性を表す伝達関数の重み係数を調整するフィードフォワード制御部を有する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記荷物位置検出手段から前記基準位置に対する前記荷物の現在位置を取得し、前記フィードバック制御部によって補正した前記目標軌道信号を、前記フィードフォワード制御部によって前記重み係数が調整された伝達関数によって補正し、前記旋回角度検出手段が検出した旋回角度、前記起伏角度検出手段が検出した起伏角度および前記伸縮長さ検出手段が検出した伸縮長さから、前記基準位置に対するブームの先端の現在位置を算出し、前記荷物の現在位置と前記ブームの先端の現在位置とから、前記ワイヤロープの繰出し量を算出し、前記荷物の現在位置と前記荷物の目標位置とから、前記ワイヤロープの方向ベクトルを算出し、前記ワイヤロープの繰出し量と前記ワイヤロープの前記方向ベクトルとから、前記荷物の目標位置におけるブームの先端の目標位置を算出し、前記ブームの先端の目標位置に基づいて前記アクチュエータの作動信号を生成し、前記制御装置は、複数の前記フィードフォワード制御部を有し、前記伝達関数を一以上の一次モデルに分解してモデル毎に前記重み係数を設け、前記フィードフォワード制御部毎に調整する前記重み係数が割り当てられているクレーンである。

【0010】

第２の発明は、ブームからワイヤロープで吊り下げられている荷物の移動方向と速さに関する目標速度信号に基づいてアクチュエータを制御するクレーンであって、目標速度信号における荷物の加速時間、速さおよび移動方向を入力する操作具と、前記ブームの旋回角度検出手段と、前記ブームの起伏角度検出手段と、前記ブームの伸縮長さ検出手段と、基準位置に対する荷物の現在位置を検出する荷物位置検出手段と、前記目標速度信号から積分により荷物の目標軌道信号を算出し、前記目標軌道信号に対する前記荷物の現在位置の差分に基づいて前記目標軌道信号を補正するフィードバック制御部、および補正された前記目標軌道信号に基づいて前記クレーンの特性を表す伝達関数の重み係数を調整するフィードフォワード制御部を有する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記荷物位置検出手段から前記基準位置に対する前記荷物の現在位置を取得し、前記フィードバック制御部によって補正した前記目標軌道信号を、前記フィードフォワード制御部によって前記重み係数が調整された伝達関数によって補正し、前記旋回角度検出手段が検出した旋回角度、前記起伏角度検出手段が検出した起伏角度および前記伸縮長さ検出手段が検出した伸縮長さから、前記基準位置に対するブームの先端の現在位置を算出し、前記荷物の現在位置と前記ブームの先端の現在位置とから、前記ワイヤロープの繰出し量を算出し、前記荷物の現在位置と前記荷物の目標位置とから、前記ワイヤロープの方向ベクトルを算出し、前記ワイヤロープの繰出し量と前記ワイヤロープの前記方向ベクトルとから、前記荷物の目標位置におけるブームの先端の目標位置を算出し、前記ブームの先端の目標位置に基づいて前記アクチュエータの作動信号を生成し、前記伝達関数は、所定の周波数成分を抑制するローパスフィルタを含む式（１）によって表されるクレーンである。

【数1】

Ａ、Ｂ、Ｃ：係数、ｗ_α１、ｗ_α２、ｗ_α３、ｗ_α４：重み係数、ｓ：微分要素

【0011】

第３の発明は、荷物の移動方向と速さに関する目標速度信号に基づいてアクチュエータを制御するクレーンの制御システムであって、前記目標速度信号から積分により荷物の目標軌道信号を算出し、前記荷物の目標軌道信号に対する前記荷物の現在位置の差分に基づいて前記目標軌道信号を補正し、補正された前記目標軌道信号から前記荷物の目標位置を算出するフィードバック制御部と、補正された前記目標軌道信号に基づいて前記クレーンの特性を表す伝達関数の重み係数を調整し、前記重み係数を調整した伝達関数によって前記補正された目標軌道信号を補正するフィードフォワード制御部と、を具備し、前記フィードバック制御部によって前記目標軌道信号が補正される毎に、前記フィードフォワード制御部によって前記伝達関数の重み係数が調整され、複数の前記フィードフォワード制御部を有し、前記伝達関数を一以上の一次モデルに分解してモデル毎に前記重み係数を設け、前記フィードフォワード制御部毎に調整する前記重み係数が割り当てられているクレーンの制御システムである。

【0013】

第４の発明は、荷物の移動方向と速さに関する目標速度信号に基づいてアクチュエータを制御するクレーンの制御システムであって、前記目標速度信号から積分により荷物の目標軌道信号を算出し、前記荷物の目標軌道信号に対する前記荷物の現在位置の差分に基づいて前記目標軌道信号を補正し、補正された前記目標軌道信号から前記荷物の目標位置を算出するフィードバック制御部と、補正された前記目標軌道信号に基づいて前記クレーンの特性を表す伝達関数の重み係数を調整し、前記重み係数を調整した伝達関数によって前記補正された目標軌道信号を補正するフィードフォワード制御部と、を具備し、前記フィードバック制御部によって前記目標軌道信号が補正される毎に、前記フィードフォワード制御部によって前記伝達関数の重み係数が調整され、前記伝達関数は、所定の周波数成分を抑制するローパスフィルタを含む式（１）によって表されるクレーンの制御システムである。

【数1】

Ａ、Ｂ、Ｃ：係数、ｗ_α１、ｗ_α２、ｗ_α３、ｗ_α４：重み係数、ｓ：微分要素

【発明の効果】

【0014】

本発明は、以下に示すような効果を奏する。

【0015】

第１の発明と第３の発明においては、荷物が現在位置と目標位置との差異に基づいて目標位置に移動するようにフィードバック制御を実施するとともに、差分に応じて伝達関数の重み係数が調整されるので、クレーンの伝達関数がクレーンの操作中にクレーンの特性に適用したものに調整される。これにより、荷物を基準としてアクチュエータを制御する際に、荷物の動きからクレーンの動特性を学習することで、荷物の揺れを抑制しつつ操縦者の意図に沿った態様で荷物を移動させることができる。 また、高次の伝達関数が一次のモデル毎に調整されるので動特性の変化に柔軟に対応する。これにより、荷物を基準としてアクチュエータを制御する際に、荷物の動きからクレーンの動特性を学習することで、荷物の揺れを抑制しつつ操縦者の意図に沿った態様で荷物を移動させることができる。

【0017】

第２の発明と第４の発明においては、荷物が現在位置と目標位置との差異に基づいて目標位置に移動するようにフィードバック制御を実施するとともに、差分に応じて伝達関数の重み係数が調整されるので、クレーンの伝達関数がクレーンの操作中にクレーンの特性に適用したものに調整される。これにより、荷物を基準としてアクチュエータを制御する際に、荷物の動きからクレーンの動特性を学習することで、荷物の揺れを抑制しつつ操縦者の意図に沿った態様で荷物を移動させることができる。
また、ローパスフィルタの係数をクレーンの動特性に応じて同定することができる。これにより、荷物を基準としてアクチュエータを制御する際に、荷物の動きからクレーンの動特性を学習することで、荷物の揺れを抑制しつつ操縦者の意図に沿った態様で荷物を移動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】クレーンの全体構成を示す側面図。

【図2】クレーンの制御構成を示すブロック図。

【図3】操作端末の概略構成を示す平面図。

【図4】操作端末の制御構成を示すブロック図。

【図5】吊り荷移動操作具が操作された場合の荷物の搬送される方位を示す図。

【図6】本実施形態における制御装置の制御構成を示すブロック図。

【図7】クレーンの逆動力学モデルを示す図。

【図8】本実施形態における制御システムの制御構成を示すブロック図。

【図9】クレーンの制御方法の制御工程を示すフローチャートを表す図。

【図10】目標軌道算出工程を示すフローチャートを表す図。

【図11】ブーム位置算出工程を示すフローチャートを表す図。

【図12】作動信号生成工程を示すフローチャートを表す図。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に、図１と図２とを用いて、本発明の一実施形態に係る作業車両として移動式クレーン（ラフテレーンクレーン）であるクレーン１について説明する。なお、本実施形態においては、作業車両としてクレーン１（ラフテレーンクレーン）ついて説明を行うが、オールテレーンクレーン、トラッククレーン、積載型トラッククレーン、高所作業車等でもよい。

【0020】

図１に示すように、クレーン１は、不特定の場所に移動可能な移動式クレーンである。クレーン１は、車両２、作業装置であるクレーン装置６およびクレーン装置６を操作可能な操作端末３２（図２参照）を有する。

【0021】

車両２は、クレーン装置６を搬送する走行体である。車両２は、複数の車輪３を有し、エンジン４を動力源として走行する。車両２には、アウトリガ５が設けられている。アウトリガ５は、車両２の幅方向両側に油圧によって延伸可能な張り出しビームと地面に垂直な方向に延伸可能な油圧式のジャッキシリンダとから構成されている。車両２は、アウトリガ５を車両２の幅方向に延伸させるとともにジャッキシリンダを接地させることにより、クレーン１の作業可能範囲を広げることができる。

【0022】

クレーン装置６は、荷物Ｗをワイヤロープによって吊り上げる作業装置である。クレーン装置６は、旋回台７、ブーム９、ジブ９ａ、メインフックブロック１０、サブフックブロック１１、起伏用油圧シリンダ１２、メインウインチ１３、メインワイヤロープ１４、サブウインチ１５、サブワイヤロープ１６およびキャビン１７等を具備する。

【0023】

旋回台７は、クレーン装置６を旋回可能に構成する駆動装置である。旋回台７は、円環状の軸受を介して車両２のフレーム上に設けられる。旋回台７は、円環状の軸受の中心を回転中心として回転自在に構成されている。旋回台７には、アクチュエータである油圧式の旋回用油圧モータ８が設けられている。旋回台７は、旋回用油圧モータ８によって一方向と他方向とに旋回可能に構成されている。

【0024】

荷物位置検出手段である旋回台カメラ７ｂは、旋回台７の周辺の障害物や人物等を撮影する監視装置である。旋回台カメラ７ｂは、旋回台７の前方の左右両側および旋回台７の後方の左右両側に設けられている。各旋回台カメラ７ｂは、それぞれの設置個所の周辺を撮影することで、旋回台７の全周囲を監視範囲としてカバーしている。また、旋回台７の前方の左右両側にそれぞれ配置されている旋回台カメラ７ｂは、一組のステレオカメラとして使用可能に構成されている。つまり、旋回台７の前方の旋回台カメラ７ｂは、一組のステレオカメラとして使用することで吊り下げられている荷物Ｗの位置情報を検出する荷物位置検出手段として構成することができる。なお、荷物位置検出手段（旋回台カメラ７ｂ）は、後述するブームカメラ９ｂでも構成してもよい。また、荷物位置検出手段は、ミリ波レーダー、加速度センサ、ＧＮＳＳ等の荷物Ｗの位置情報を検出できるものであればよい。

【0025】

旋回用油圧モータ８は、電磁比例切換弁である旋回用バルブ２３（図２参照）によって回転操作されるアクチュエータである。旋回用バルブ２３は、旋回用油圧モータ８に供給される作動油の流量を任意の流量に制御することができる。つまり、旋回台７は、旋回用バルブ２３によって回転操作される旋回用油圧モータ８を介して任意の旋回速度に制御可能に構成されている。旋回台７には、旋回台７の旋回角度θｚ（角度）と旋回速度とを検出する旋回用センサ２７（図２参照）が設けられている。

【0026】

ブーム９は、荷物Ｗを吊り上げ可能な状態にワイヤロープを支持する可動支柱である。ブーム９は、複数のブーム部材から構成されている。ブーム９は、ベースブーム部材の基端が旋回台７の略中央に揺動可能に設けられている。ブーム９は、各ブーム部材をアクチュエータである図示しない伸縮用油圧シリンダで移動させることで軸方向に伸縮自在に構成されている。また、ブーム９には、ジブ９ａが設けられている。

【0027】

図示しない伸縮用油圧シリンダは、電磁比例切換弁である伸縮用バルブ２４（図２参照）によって伸縮操作されるアクチュエータである。伸縮用バルブ２４は、伸縮用油圧シリンダに供給される作動油の流量を任意の流量に制御することができる。ブーム９には、ブーム９の長さを検出する伸縮用センサ２８と、ブーム９の先端を中心とする方位を検出する方位センサ２９とが設けられている。

【0028】

ブームカメラ９ｂ（図２参照）は、荷物Ｗおよび荷物Ｗの周辺の地物を撮影する検知装置である。ブームカメラ９ｂは、ブーム９の先端部に設けられている。ブームカメラ９ｂは、荷物Ｗの鉛直上方から荷物Ｗおよびクレーン１周辺の地物や地形を撮影可能に構成されている。

【0029】

メインフックブロック１０とサブフックブロック１１とは、荷物Ｗを吊る吊り具である。メインフックブロック１０には、メインワイヤロープ１４が巻き掛けられる複数のフックシーブと、荷物Ｗを吊るメインフック１０ａとが設けられている。サブフックブロック１１には、荷物Ｗを吊るサブフック１１ａが設けられている。

【0030】

起伏用油圧シリンダ１２は、ブーム９を起立および倒伏させ、ブーム９の姿勢を保持するアクチュエータである。起伏用油圧シリンダ１２は、シリンダ部の端部が旋回台７に揺動自在に連結され、ロッド部の端部がブーム９のベースブーム部材に揺動自在に連結されている。起伏用油圧シリンダ１２は、電磁比例切換弁である起伏用バルブ２５（図２参照）によって伸縮操作される。起伏用バルブ２５は、起伏用油圧シリンダ１２に供給される作動油の流量を任意の流量に制御することができる。ブーム９には、起伏角度θｘを検出する起伏用センサ３０（図２参照）が設けられている。

【0031】

メインウインチ１３とサブウインチ１５とは、メインワイヤロープ１４とサブワイヤロープ１６との繰り入れ（巻き上げ）および繰り出し（巻き下げ）を行う巻回装置である。メインウインチ１３は、メインワイヤロープ１４が巻きつけられるメインドラムがアクチュエータである図示しないメイン用油圧モータによって回転され、サブウインチ１５は、サブワイヤロープ１６が巻きつけられるサブドラムがアクチュエータである図示しないサブ用油圧モータによって回転されるように構成されている。

【0032】

メイン用油圧モータは、電磁比例切換弁であるメイン用バルブ２６ｍ（図２参照）によって回転操作される。メインウインチ１３は、メイン用バルブ２６ｍによってメイン用油圧モータを制御し、任意の繰り入れおよび繰り出し速度に操作可能に構成されている。同様に、サブウインチ１５は、電磁比例切換弁であるサブ用バルブ２６ｓ（図２参照）によってサブ用油圧モータを制御し、任意の繰り入れおよび繰り出し速度に操作可能に構成されている。メインウインチ１３とサブウインチ１５とには、メインワイヤロープ１４とサブワイヤロープ１６の繰り出し量ｌをそれぞれ検出する巻回用センサ４３（図２参照）が設けられている。

【0033】

キャビン１７は、筐体に覆われた操縦席である。キャビン１７は、旋回台７に搭載されている。図示しない操縦席が設けられている。操縦席には、車両２を走行操作するための操作具やクレーン装置６を操作するための旋回操作具１８、起伏操作具１９、伸縮操作具２０、メインドラム操作具２１ｍ、サブドラム操作具２１ｓ等が設けられている（図２参照）。旋回操作具１８は、旋回用油圧モータ８を操作することができる。起伏操作具１９は、起伏用油圧シリンダ１２を操作することができる。伸縮操作具２０は、伸縮用油圧シリンダを操作することができる。メインドラム操作具２１ｍは、メイン用油圧モータを操作することができる。サブドラム操作具２１ｓは、サブ用油圧モータを操作することができる。

【0034】

図２に示すように、制御装置３１は、各操作弁を介してクレーン装置６のアクチュエータを制御する制御装置３１である。制御装置３１は、キャビン１７内に設けられている。制御装置３１は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。制御装置３１は、各アクチュエータや切換えバルブ、センサ等の動作を制御するために種々のプログラムやデータが格納されている。

【0035】

制御装置３１は、旋回台カメラ７ｂ、ブームカメラ９ｂ、旋回操作具１８、起伏操作具１９、伸縮操作具２０、メインドラム操作具２１ｍおよびサブドラム操作具２１ｓに接続され、旋回台カメラ７ｂからの映像ｉ１、ブームカメラ９ｂからの映像ｉ２、を取得し、旋回操作具１８、起伏操作具１９、メインドラム操作具２１ｍおよびサブドラム操作具２１ｓのそれぞれの操作量を取得することができる。

【0036】

制御装置３１は、操作端末３２の端末側制御装置４１に接続され、操作端末３２からの制御信号を取得することができる。

【0037】

制御装置３１は、旋回用バルブ２３、伸縮用バルブ２４、起伏用バルブ２５、メイン用バルブ２６ｍおよびサブ用バルブ２６ｓに接続され、旋回用バルブ２３、起伏用バルブ２５、メイン用バルブ２６ｍおよびサブ用バルブ２６ｓに作動信号Ｍｄを伝達することができる。

【0038】

制御装置３１は、旋回用センサ２７、伸縮用センサ２８、方位センサ２９、起伏用センサ３０および巻回用センサ４３に接続され、旋回台７の旋回角度θｚ、伸縮長さＬｂ、起伏角度θｘ、メインワイヤロープ１４またはサブワイヤロープ１６（以下、単に「ワイヤロープ」と記す）の繰り出し量ｌ（ｎ）および方位を取得することができる。

【0039】

制御装置３１は、旋回操作具１８、起伏操作具１９、メインドラム操作具２１ｍおよびサブドラム操作具２１ｓの操作量に基づいて各操作具に対応した作動信号Ｍｄを生成する。

【0040】

このように構成されるクレーン１は、車両２を走行させることで任意の位置にクレーン装置６を移動させることができる。また、クレーン１は、起伏操作具１９の操作によって起伏用油圧シリンダ１２でブーム９を任意の起伏角度θｘに起立させて、伸縮操作具２０の操作によってブーム９を任意のブーム９長さに延伸させたりすることでクレーン装置６の揚程や作業半径を拡大することができる。また、クレーン１は、サブドラム操作具２１ｓ等によって荷物Ｗを吊り上げて、旋回操作具１８の操作によって旋回台７を旋回させることで荷物Ｗを搬送することができる。

【0041】

図３と図４に示すように、操作端末３２は、荷物Ｗを移動させる方向と速さに関する目標速度信号Ｖｄを入力する端末である。操作端末３２は、筐体３３、筐体３３の操作面に設けられる吊り荷移動操作具３５、端末側旋回操作具３６、端末側伸縮操作具３７、端末側メインドラム操作具３８ｍ、端末側サブドラム操作具３８ｓ、端末側起伏操作具３９、端末側表示装置４０および端末側制御装置４１（図３、図５参照）等を具備する。操作端末３２は、吊り荷移動操作具３５または各種操作具の操作により生成される荷物Ｗの目標速度信号Ｖｄをクレーン１（クレーン装置６）の制御装置３１に送信する。

【0042】

吊り荷移動操作具３５は、水平面において荷物Ｗの移動方向と速さについての指示を入力する操作具である。吊り荷移動操作具３５は、筐体３３の操作面から略垂直に起立した操作スティックおよび操作スティックの傾倒方向および傾倒量を検出する図示しないセンサから構成されている。吊り荷移動操作具３５は、操作スティックが任意の方向に傾倒操作可能に構成されている。吊り荷移動操作具３５は、操作面に向かって上方向（以下、単に「上方向」と記す）をブーム９の延伸方向として図示しないセンサで検出した操作スティックの傾倒方向とその傾倒量についての操作信号を端末側制御装置４１（図２参照）に伝達するように構成されている。

【0043】

端末側旋回操作具３６は、クレーン装置６の旋回方向と速さについての指示が入力される操作具である。端末側伸縮操作具３７は、ブーム９の伸縮と速さについての指示を入力する操作具である。端末側メインドラム操作具３８ｍ（端末側サブドラム操作具３８ｓ）は、メインウインチ１３の回転方向と速さについての指示を入力する操作具である。端末側起伏操作具３９は、ブーム９の起伏と速さについての指示を入力する操作具である。各操作具は、筐体３３の操作面から略垂直に起立した操作スティックおよび操作スティックの傾倒方向および傾倒量を検出する図示しないセンサから構成されている。各操作具は、一側および他側に傾倒可能に構成されている。

【0044】

端末側表示装置４０は、クレーン１の姿勢情報や荷物Ｗの情報等の様々な情報を表示する。端末側表示装置４０は、液晶画面等の画像表示装置から構成されている。端末側表示装置４０は筐体３３の操作面に設けられている。端末側表示装置４０には、ブーム９の延伸方向を端末側表示装置４０に向かって上方向とし、その方位が表示されている。

【0045】

図４に示すように、制御部である端末側制御装置４１は、操作端末３２を制御する。端末側制御装置４１は、操作端末３２の筐体３３内に設けられている。端末側制御装置４１は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。端末側制御装置４１は、吊り荷移動操作具３５、端末側旋回操作具３６、端末側伸縮操作具３７、端末側メインドラム操作具３８ｍ、端末側サブドラム操作具３８ｓ、端末側起伏操作具３９および端末側表示装置４０等の動作を制御するために種々のプログラムやデータが格納されている。

【0046】

端末側制御装置４１は、吊り荷移動操作具３５、端末側旋回操作具３６、端末側伸縮操作具３７、端末側メインドラム操作具３８ｍ、端末側サブドラム操作具３８ｓおよび端末側起伏操作具３９に接続され、各操作具の操作スティックの傾倒方向および傾倒量からなる操作信号を取得することができる。

【0047】

端末側制御装置４１は、端末側旋回操作具３６、端末側伸縮操作具３７、端末側メインドラム操作具３８ｍ、端末側サブドラム操作具３８ｓおよび端末側起伏操作具３９の各センサから取得した各操作スティックの操作信号から、荷物Ｗの目標速度信号Ｖｄを生成することができる。また、端末側制御装置４１は、クレーン装置６の制御装置３１に有線または無線で接続され、生成した荷物Ｗの目標速度信号Ｖｄをクレーン装置６の制御装置３１に送信することができる。

【0048】

次に、図５を用いて、操作端末３２によるクレーン装置６の制御について説明する。

【0049】

図５に示すように、ブーム９の先端が北を向いている状態において操作端末３２の吊り荷移動操作具３５が上方向に対して左方向に傾倒角度θ２＝４５°の方向に任意の傾倒量だけ傾倒操作された場合、端末側制御装置４１は、ブーム９の延伸方向である北から傾倒角度θ２＝４５°の方向である北西への傾倒方向と傾倒量についての操作信号を吊り荷移動操作具３５の図示しないセンサから取得する。さらに、端末側制御装置４１は、取得した操作信号から、北西に向かって傾倒量に応じた速さで荷物Ｗを移動させる目標速度信号Ｖｄを単位時間ｔ毎に算出する。操作端末３２は、算出した目標速度信号Ｖｄを単位時間ｔ毎にクレーン装置６の制御装置３１に送信する（図４参照）。

【0050】

制御装置３１は、操作端末３２から目標速度信号Ｖｄを単位時間ｔ毎に受信すると、方位センサ２９が取得したブーム９の先端の方位に基づいて、荷物Ｗの目標軌道信号Ｐｄを算出する。さらに、制御装置３１は、目標軌道信号Ｐｄから荷物Ｗの目標位置である荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）を算出する。制御装置３１は、目標位置座標ｐ（ｎ＋１）に荷物Ｗを移動させる旋回用バルブ２３、伸縮用バルブ２４、起伏用バルブ２５、メイン用バルブ２６ｍおよびサブ用バルブ２６ｓの作動信号Ｍｄを生成する（図７参照）。クレーン１は、吊り荷移動操作具３５の傾倒方向である北西に向けて傾倒量に応じた速さで荷物Ｗを移動させる。この際、クレーン１は、旋回用油圧モータ８、縮用油圧シリンダ、起伏用油圧シリンダ１２およびメイン用油圧モータ等を作動信号Ｍｄによって制御する。

【0051】

このように構成することで、クレーン１は、操作端末３２からブーム９の延伸方向を基準として、吊り荷移動操作具３５の操作方向に基づいた移動方向と速さの目標速度信号Ｖｄを単位時間ｔ毎に取得し、荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）を決定するので、操縦者が吊り荷移動操作具３５の操作方向に対するクレーン装置６の作動方向の認識を喪失することがない。つまり、吊り荷移動操作具３５の操作方向と荷物Ｗの移動方向とが共通の基準であるブーム９の延伸方向に基づいて算出されている。これにより、クレーン装置６の操作を容易かつ簡単に行うことができる。なお、本実施形態において、操作端末３２は、キャビン１７の内部に設けられているが、端末側無線機を設けてキャビン１７の外部から遠隔操作可能な遠隔操作端末として構成してもよい。

【0052】

次に、図６から図１２を用いて、クレーン装置６の制御装置３１における作動信号Ｍｄを生成するための荷物Ｗの目標軌道信号Ｐｄ、およびブーム９の先端の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）を算出する制御工程の一実施形態について説明する。制御装置３１は、目標軌道算出部３１ａ、ブーム位置算出部３１ｂ、作動信号生成部３１ｃを有している。また、制御装置３１は、旋回台７の前方の左右両側の一組の旋回台カメラ７ｂを荷物位置検出手段であるステレオカメラとし、荷物Ｗの現在位置情報を取得可能に構成されている（図２参照）。

【0053】

図６に示すように、目標軌道算出部３１ａは、制御装置３１の一部であり、荷物Ｗの目標速度信号Ｖｄを荷物Ｗの目標軌道信号Ｐｄ_αに変換する。目標軌道算出部３１ａは、荷物Ｗの移動方向および速さから構成されている荷物Ｗの目標速度信号Ｖｄを操作端末３２から単位時間ｔ毎に取得することができる。また、目標軌道算出部３１ａは、取得した目標速度信号Ｖｄを積分して単位時間ｔ毎の荷物Ｗのｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の目標軌道信号Ｐｄ_αを算出することができる。ここで、添え字αは、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向のいずれかを表す符号である。

【0054】

ブーム位置算出部３１ｂは、制御装置３１の一部であり、ブーム９の姿勢情報と荷物Ｗの目標軌道信号Ｐｄ_αからブーム９の先端の位置座標を算出する。ブーム位置算出部３１ｂは、目標軌道算出部３１ａから目標軌道信号Ｐｄ_αを取得することができる。ブーム位置算出部３１ｂは、旋回用センサ２７から旋回台７の旋回角度θｚ（ｎ）を取得し、伸縮用センサ２８から伸縮長さｌｂ（ｎ）を取得し、起伏用センサ３０から起伏角度θｘ（ｎ）を取得し、巻回用センサ４３からメインワイヤロープ１４またはサブワイヤロープ１６（以下、単に「ワイヤロープ」と記す）の繰り出し量ｌ（ｎ）を取得し、旋回台７の前方の左右両側にそれぞれ配置されている一組の旋回台カメラ７ｂが撮影した荷物Ｗの画像から荷物Ｗの現在位置情報を取得することができる（図２参照）。

【0055】

ブーム位置算出部３１ｂは、取得した荷物Ｗの現在位置情報から荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）を算出し、取得した旋回角度θｚ（ｎ）、伸縮長さｌｂ（ｎ）、起伏角度θｘ（ｎ）からブーム９の先端の現在位置であるブーム９の先端（ワイヤロープの繰り出し位置）の現在位置座標ｑ（ｎ）（以下、単に「ブーム９の現在位置座標ｑ（ｎ）」と記す）を算出することができる。また、ブーム位置算出部３１ｂは、荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）とブーム９の現在位置座標ｑ（ｎ）とからワイヤロープの繰り出し量ｌ（ｎ）を算出することができる。また、ブーム位置算出部３１ｂは、目標軌道信号Ｐｄから単位時間ｔ経過後の荷物Ｗの位置である荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）を算出することができる。さらに、ブーム位置算出部３１ｂは、荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）と荷物Ｗの位置である荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）とから荷物Ｗが吊り下げられているワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ＋１）を算出することができる。ブーム位置算出部３１ｂは、逆動力学を用いて荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）と、ワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ＋１）とから単位時間ｔ経過後のブーム９の先端の位置であるブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）を算出するように構成されている。

【0056】

作動信号生成部３１ｃは、制御装置３１の一部であり、単位時間ｔ経過後のブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）から各アクチュエータの作動信号Ｍｄを生成する。作動信号生成部３１ｃは、ブーム位置算出部３１ｂから単位時間ｔ経過後のブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）を取得することができる。作動信号生成部３１ｃは、旋回用バルブ２３、伸縮用バルブ２４、起伏用バルブ２５、メイン用バルブ２６ｍまたはサブ用バルブ２６ｓの作動信号Ｍｄを生成するように構成されている。

【0057】

次に、図７に示すように、制御装置３１は、ブーム９の先端の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）を算出するためのクレーン１の逆動力学モデルを定める。逆動力学モデルは、ＸＹＺ座標系に定義され、原点Ｏをクレーン１の旋回中心とする。制御装置３１は、逆動力学モデルにおいて、ｑ、ｐ、ｌｂ、θｘ、θｚ、ｌ、ｆおよびｅをそれぞれ定義する。ｑは、例えばブーム９の先端の現在位置座標ｑ（ｎ）を示し、ｐは、例えば荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）を示す。ｌｂは、例えばブーム９の伸縮長さｌｂ（ｎ）示し、θｘは、例えば起伏角度θｘ（ｎ）を示し、θｚは、例えば旋回角度θｚ（ｎ）を示す。ｌは、例えばワイヤロープの繰り出し量ｌ（ｎ）を示し、ｆはワイヤロープの張力ｆを示し、ｅは、例えばワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ）を示す。

【0058】

このように定まる逆動力学モデルにおいてブーム９の先端の目標位置ｑと荷物Ｗの目標位置ｐとの関係が、荷物Ｗの目標位置ｐと荷物Ｗの質量ｍとワイヤロープのばね定数ｋｆとから式（２）によって表され、ブーム９の先端の目標位置ｑが、荷物Ｗの時間の関数である式（３）によって算出される。

【数2】

【数3】

ｆ：ワイヤロープの張力、ｋｆ：ばね定数、ｍ：荷物Ｗの質量、ｑ：ブーム９の先端の現在位置または目標位置、ｐ：荷物Ｗの現在位置または目標位置、ｌ：ワイヤロープの繰出し量、ｅ：方向ベクトル、ｇ：重力加速度

【0059】

ワイヤロープの繰り出し量ｌ（ｎ）は、以下の式（４）から算出される。
ワイヤロープの繰り出し量ｌ（ｎ）は、ブーム９の先端位置であるブーム９の現在位置座標ｑ（ｎ）と荷物Ｗの位置である荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）の距離で定義される。

【0060】

【数4】

【0061】

ワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ）は、以下の式（５）から算出される。
ワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ）は、ワイヤロープの張力ｆ（式（２）参照）の単位長さのベクトルである。ワイヤロープの張力ｆは、荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）と単位時間ｔ経過後の荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）から算出される荷物Ｗの加速度から重力加速度を減算して算出される。

【0062】

【数5】

【0063】

単位時間ｔ経過後のブーム９の先端の目標位置であるブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）は、式（２）をｎの関数で表した式（６）から算出される。ここで、αは、ブーム９の旋回角度θｚ（ｎ）を示している。
ブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）は、逆動力学を用いてワイヤロープの繰り出し量ｌ（ｎ）と荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）と方向ベクトルｅ（ｎ＋１）とから算出される。

【0064】

【数6】

【0065】

次に、図８を用いて、ローパスフィルタＬｐの伝達関数Ｇ（ｓ）の重み係数であるｗ_α１、ｗ_α２、ｗ_α３およびｗ_α４（式（１）参照）の調整方法について説明する。クレーン１は、制御システム４２として、制御装置３１の目標軌道算出部３１ａ、ブーム位置算出部３１ｂおよび作動信号生成部３１ｃが協働することにより、フィードバック制御部４２ａとフィードフォワード制御部４２ｂとを構成している。

【0066】

ローパスフィルタＬｐは、所定の周波数以上の周波数を減衰させる。ローパスフィルタＬｐは、荷物Ｗの目標速度信号Ｖｄに適用することにより微分操作による特異点（急激な位置変動）の発生を抑制している。ローパスフィルタＬｐは、式（１）の伝達関数Ｇ（ｓ）からなる。伝達関数Ｇ（ｓ）は、Ａ、ＢおよびＣを係数、ｗ_α１、ｗ_α２、ｗ_α３およびｗ_α４を重み係数、ｓを微分要素として部分分数分解した形式で表現している。ここで、添え字αは、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸のいずれかを表す符号である。つまり、式（１）の伝達関数Ｇ（ｓ）は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸毎に設定されている。このように、伝達関数Ｇ（ｓ）は、１次遅れの伝達関数を重ね合わせたものとして表現することができる。荷物Ｗの目標速度信号Ｖｄは、ローパスフィルタＬｐの伝達関数Ｇ（ｓ）が乗算されることで後述する目標軌道信号Ｐｄ２_αに変換される。目標軌道信号Ｐｄ２_αからは、荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）が算出される。

【0067】

【数1】

【0068】

図８に示すように、フィードバック制御部４２ａは、荷物の現在位置と目標位置との差分に基づいて制御を行う。フィードバック制御部４２ａは、目標軌道算出部３１ａ、ブーム位置算出部３１ｂおよび作動信号生成部３１ｃが直列に接合されているとともに（接続記号Ｄ参照）、荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）を荷物Ｗの目標軌道信号Ｐｄ_αにフィードバックさせるように構成されている。

【0069】

フィードバック制御部４２ａは、荷物Ｗの目標速度信号Ｖｄを取得すると、目標軌道算出部３１ａにおいて、荷物Ｗのｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の目標軌道信号Ｐｄ_αを算出する。次に、フィードバック制御部４２ａは、旋回台カメラ７ｂから取得した荷物Ｗの現在位置情報から荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）を算出し、目標軌道信号Ｐｄ_αにフィードバック（ネガティブフィードバック）する。フィードバック制御部４２ａは、目標軌道信号Ｐｄ_αに対する荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）の差分に基づいて目標軌道信号Ｐｄ_αを補正し、目標軌道信号Ｐｄ１_αを算出する。

【0070】

次に、フィードバック制御部４２ａは、ブーム位置算出部３１ｂにおいて、上流側で補正された後述する目標軌道信号Ｐｄ２_αと、各センサから取得したクレーン１の姿勢情報（旋回角度θｚ（ｎ）、伸縮長さｌｂ（ｎ）、起伏角度θｘ（ｎ）、繰り出し量ｌ（ｎ））と、旋回台カメラ７ｂから取得した荷物Ｗの現在位置情報から逆動力学を用いて単位時間ｔ経過後のブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）を算出する。次に、フィードバック制御部４２ａは、作動信号生成部３１ｃにおいて、ブーム位置算出部３１ｂが算出したブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）から各アクチュエータの作動信号Ｍｄを生成する。フィードバック制御部４２ａは、作動信号Ｍｄによってクレーン１の各アクチュエータを作動させて荷物Ｗを移動させる。

【0071】

フィードフォワード制御部４２ｂは、荷物Ｗの目標速度信号ＶｄにローパスフィルタＬｐを適用する制御を行う。フィードフォワード制御部４２ｂは、例えば四次のローパスフィルタＬｐの伝達関数Ｇ（ｓ）を第１モデルＧ１（ｓ）、第２モデルＧ２（ｓ）、第３モデルＧ３（ｓ）および第４モデルＧ４（ｓ）の４つの一次モデルからなる伝達関数とし、それぞれの一次モデルが一のサブシステムとして直列に結合されている。フィードフォワード制御部４２ｂは、フィードバック制御部４２ａで補正された荷物Ｗの目標軌道信号Ｐｄ１_αにローパスフィルタＬｐを適用して所定の周波数成分を抑制した目標軌道信号Ｐｄ２_αを算出する。

【0072】

フィードフォワード制御部４２ｂは、四次のローパスフィルタＬｐの伝達関数Ｇ（ｓ）を部分分数分解した１次遅れの伝達関数である第１モデルＧ１（ｓ）、第２モデルＧ２（ｓ）、第３モデルＧ３（ｓ）および第４モデルＧ４（ｓ）が重ね合わせられている。また、フィードフォワード制御部４２ｂは、伝達関数Ｇ（ｓ）のゲインを重み係数として、第１モデルＧ１（ｓ）に重み係数ｗ_α１、第２モデルＧ２（ｓ）に重み係数ｗ_α２、第３モデルＧ３（ｓ）に重み係数ｗ_α３および第４モデルＧ４（ｓ）に重み係数ｗ_α４が割り当てられている。フィードフォワード制御部４２ｂは、フィードバック制御部４２ａで補正された荷物Ｗの目標軌道信号Ｐｄ１_αに基づいて各モデルの重み係数ｗ_α１、ｗ_α２、ｗ_α３およびｗ_α４を調整する。

【0073】

フィードフォワード制御部４２ｂは、荷物Ｗの目標速度信号Ｖｄを取得すると、目標速度信号Ｖｄに重み係数ｗ_α１とする第１モデルＧ１（ｓ）を適用する。本実施形態において、第１モデルＧ１（ｓ）は積分要素であるため、荷物Ｗの目標速度信号Ｖｄから荷物Ｗの目標軌道信号Ｐｄ_αが算出される。次に、フィードフォワード制御部４２ｂは、第１モデルＧ１（ｓ）からの出力に重み係数ｗ_α２とする第２モデルＧ２（ｓ）を適用する。次に、フィードフォワード制御部４２ｂは、第２モデルＧ２（ｓ）からの出力に重み係数ｗ_α３とする第３モデルＧ３（ｓ）を適用する。次に、フィードフォワード制御部４２ｂは、第３モデルＧ３（ｓ）からの出力に重み係数ｗ_α４とする第４モデルＧ４（ｓ）を適用する。最後に、フィードフォワード制御部４２ｂは、一次モデル毎の出力を加算し、フィードバック制御部４２ａで補正された荷物Ｗの目標軌道信号Ｐｄ１_αを更に補正して目標軌道信号Ｐｄ２_αを算出する。つまり、クレーン１の制御システム４２は、フィードバック制御部４２ａで補正された荷物Ｗの目標軌道信号Ｐｄ１_αを、フィードフォワード制御部４２ｂでさらに補正する。そして、クレーン１の制御システム４２は、目標軌道信号Ｐｄ２_αからブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）を算出する。

【0074】

次に図９から図１２を用いて、クレーン１の制御システム４２における作動信号Ｍｄを生成するための荷物Ｗの目標軌道信号Ｐｄの算出およびブーム９の先端の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）の算出の制御工程について詳細に記載する。

【0075】

図９に示すように、ステップＳ１００において、制御システム４２は、目標軌道算出工程Ａを開始し、ステップをステップＳ１１０に移行させる（図１０参照）。そして、目標軌道算出工程Ａが終了するとステップをステップＳ２００に移行させる（図９参照）。

【0076】

ステップ２００において、制御システム４２は、ブーム位置算出工程Ｂを開始し、ステップをステップＳ２１０に移行させる（図１１参照）。そして、ブーム位置算出工程Ｂが終了するとステップをステップＳ３００に移行させる（図９参照）。

【0077】

ステップ３００において、制御システム４２は、作動信号生成工程Ｃを開始し、ステップをステップＳ３１０に移行させる（図１２参照）。そして、作動信号生成工程Ｃが終了するとステップをステップＳ１００に移行させる（図９参照）。

【0078】

図１０に示すように、ステップＳ１１０において、制御システム４２は、制御装置３１の目標軌道算出部３１ａによって荷物Ｗの目標速度信号Ｖｄを取得したか否か判定する。
その結果、荷物Ｗの目標速度信号Ｖｄを取得した場合、制御システム４２はステップをＳ１２０に移行させる。
一方、荷物Ｗの目標速度信号Ｖｄを取得していない場合、制御システム４２はステップをＳ１１０に移行させる。

【0079】

ステップＳ１２０において、制御システム４２は、一組の旋回台カメラ７ｂによって荷物Ｗを撮影し、任意に定めた基準位置Ｏ（例えば、ブーム９の旋回中心）を原点として荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）を算出し、ステップをステップＳ１３０に移行させる。

【0080】

ステップＳ１３０において、制御システム４２は、目標軌道算出部３１ａによって取得した荷物Ｗの目標速度信号Ｖｄを積分して荷物Ｗの目標軌道信号Ｐｄ_αを算出し、ステップをステップＳ１４０に移行させる。

【0081】

ステップＳ１４０において、制御システム４２は、フィードバック制御部４２ａにより、荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）と目標軌道信号Ｐｄ_αとの差分に基づいて目標軌道信号Ｐｄ_αを補正して目標軌道信号Ｐｄ１_αを算出し、ステップをステップＳ１５０に移行させる。

【0082】

ステップＳ１５０において、制御システム４２は、フィードフォワード制御部４２ｂにより、ローパスフィルタＬｐの伝達関数Ｇ（ｓ）の各一次モデル（図８参照）の重み係数ｗ_α１、ｗ_α２、ｗ_α３およびｗ_α４を目標軌道信号Ｐｄ１_αに基づいて調整し、ステップをステップＳ１６０に移行させる。

【0083】

ステップＳ１６０において、制御システム４２は、各モデルの重み係数ｗ_α１、ｗ_α２、ｗ_α３およびｗ_α４が調整されたローパスフィルタＬｐを目標軌道信号Ｐｄ１_αに適用して、目標軌道信号Ｐｄ２_αを算出し、目標軌道算出工程Ａを終了してステップをステップＳ２００に移行させる（図９参照）。

【0084】

図１１に示すように、ステップＳ２１０において、制御システム４２は、ブーム位置算出部３１ｂにより、取得した旋回台７の旋回角度θｚ（ｎ）、伸縮長さｌｂ（ｎ）およびブーム９の起伏角度θｘ（ｎ）からブーム９の先端の現在位置座標ｑ（ｎ）を算出し、ステップをステップＳ２２０に移行させる。

【0085】

ステップＳ２２０において、制御システム４２は、ブーム位置算出部３１ｂにより、荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）とブーム９の現在位置座標ｑ（ｎ）から上述の式（４）を用いてワイヤロープの繰り出し量ｌ（ｎ）を算出し、ステップをステップＳ２３０に移行させる。

【0086】

ステップＳ２３０において、制御システム４２は、ブーム位置算出部３１ｂにより、荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）を基準として、目標軌道信号Ｐｄ２_αから単位時間ｔ経過後の荷物Ｗの目標位置である荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）を算出し、ステップをステップＳ２４０に移行させる。

【0087】

ステップＳ２４０において、制御システム４２は、ブーム位置算出部３１ｂにより、荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）と荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）とから荷物Ｗの加速度を算出し、重力加速度を用いて上述の式（５）を用いてワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ＋１）を算出し、ステップをステップＳ２５０に移行させる。

【0088】

ステップＳ２５０において、制御システム４２は、ブーム位置算出部３１ｂにより、算出したワイヤロープの繰り出し量ｌ（ｎ）とワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ＋１）とから上述の式（６）を用いてブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）を算出し、ブーム位置算出工程Ｂを終了してステップをステップＳ３００に移行させる（図９参照）。

【0089】

図１２に示すように、ステップＳ３１０において、制御システム４２は、作動信号生成部３１ｃにより、ブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）から単位時間ｔ経過後の旋回台７の旋回角度θｚ（ｎ＋１）、伸縮長さＬｂ（ｎ＋１）、起伏角度θｘ（ｎ＋１）およびワイヤロープの繰り出し量ｌ（ｎ＋１）を算出し、ステップをステップＳ３２０に移行させる。

【0090】

ステップＳ３２０において、制御システム４２は、作動信号生成部３１ｃにより、算出した旋回台７の旋回角度θｚ（ｎ＋１）、伸縮長さＬｂ（ｎ＋１）、起伏角度θｘ（ｎ＋１）、ワイヤロープの繰り出し量ｌ（ｎ＋１）から旋回用バルブ２３、伸縮用バルブ２４、起伏用バルブ２５、メイン用バルブ２６ｍまたはサブ用バルブ２６ｓの作動信号Ｍｄをそれぞれ生成し、作動信号生成工程Ｃを終了してステップをステップＳ１００に移行させる（図９参照）。

【0091】

クレーン１の制御システム４２は、目標軌道算出工程Ａとブーム位置算出工程Ｂと作動信号生成工程Ｃとを繰り返すことで、ブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）を算出し、単位時間ｔ経過後に、ワイヤロープの繰り出し量ｌ（ｎ＋１）と荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ＋１）と荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）ｐ（ｎ＋２）からワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ＋２）を算出し、ワイヤロープの繰り出し量ｌ（ｎ＋１）とワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ＋２）とから、更に単位時間ｔ経過後のブーム９の目標位置座標ｐ（ｎ＋１）ｑ（ｎ＋２）を算出する。つまり、制御システム４２は、ワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ）を算出し、逆動力学を用いて荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ＋１）と荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）とワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ）とから単位時間ｔ後のブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）を順次算出する。制御システム４２は、ブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）に基づいて作動信号Ｍｄを生成し、各アクチュエータを制御している。

【0092】

このようにクレーン１およびクレーン１の制御システム４２は、物理的な特性が明確なモデルを複数のサブシステムとし、複数のサブシステムからの出力にそれぞれ重み係数を掛けることで１層のニューラルネットワークとみなすことができる。クレーン１の制御システム４２は、フィードバック制御部４２ａによって、荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）と目標軌道信号Ｐｄ_αとの差分に基づいて各アクチュエータを制御するとともに、フィードフォワード制御部４２ｂによって、荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）と目標軌道信号Ｐｄ１_αとの差分に基づいてローパスフィルタＬｐを構成する各一次モデルをサブシステムとして、それぞれの重み係数を独立して調整する。つまり、クレーン１の制御システム４２は、クレーン１の作動中に、その動特性の変化に柔軟に対応しながらローパスフィルタＬｐの係数を同定する。つまり、高次の伝達関数が一次のモデル毎に調整される。これにより、荷物を基準としてアクチュエータを制御する際に、荷物の動きからクレーン１の動特性を学習することで、荷物の揺れを抑制しつつ操縦者の意図に沿った態様で荷物を移動させることができる。本実施形態において制御システム４２は、ローパスフィルタＬｐの一次モデルをサブシステムとしたが他の物理的な特性が明確なモデルでもよい。

【0093】

上述の実施形態は、代表的な形態を示したに過ぎず、一実施形態の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

【符号の説明】

【0094】

１ クレーン
６ クレーン装置
９ ブーム
３１ 制御装置
Ｏ 基準位置
Ｗ 荷物
Ｖｄ 目標速度信号
Ｐｄ_α 目標軌道信号
ｗ_α１、ｗ_α２、ｗ_α３、ｗ_α４ 重み係数
Ｇ（ｓ） 伝達関数

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】