特許 7176645 制御システムおよびクレーン

(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】2022-11-14

(45)【発行日】2022-11-22

(54)【発明の名称】制御システムおよびクレーン

(51)【国際特許分類】

   B66C 23/00 20060101AFI20221115BHJP

   B66C 13/22 20060101ALI20221115BHJP

【ＦＩ】

B66C23/00 C

B66C13/22 M

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021551744

(86)(22)【出願日】2020-10-12

(86)【国際出願番号】 JP2020038521

(87)【国際公開番号】W WO2021070971

(87)【国際公開日】2021-04-15

【審査請求日】2022-01-21

(31)【優先権主張番号】P 2019187994

(32)【優先日】2019-10-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(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】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】南 佳成

【審査官】須山 直紀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０９２２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１５６６０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／１９０８２１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６６Ｃ ２３／００

Ｂ６６Ｃ １３／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷物を搬送するクレーンのアクチュエータを制御する制御システムであって、
前記アクチュエータの目標作動量に関する信号を生成する信号処理部と、
前記目標作動量に関する信号とフィードバックした前記アクチュエータの作動量に関する信号との差分に基づいて前記アクチュエータを制御するフィードバック制御部と、
前記フィードバック制御部と協働しつつ前記目標作動量に関する信号に基づいて前記アクチュエータを制御し、教師信号に基づいて重み係数を調整することで前記アクチュエータの特性を学習するフィードフォワード制御部と、
前記荷物の目標速度に関する信号から、前記信号処理部への入力信号でありパルス状成分を有する前記荷物の目標移動位置に関する信号を生成する前側処理部と、
を備え、
前記信号処理部は、前記荷物の目標移動位置に関する信号からパルス状成分を除去して前記荷物の目標移動位置に関する信号を前記目標作動量に関する信号に変換する、
制御システム。

【請求項2】

荷物を搬送するクレーンのアクチュエータを制御する制御システムであって、
前記アクチュエータの目標作動量に関する信号を生成する信号処理部と、
前記目標作動量に関する信号とフィードバックした前記アクチュエータの作動量に関する信号との差分に基づいて前記アクチュエータを制御するフィードバック制御部と、
前記フィードバック制御部と協働しつつ前記目標作動量に関する信号に基づいて前記アクチュエータを制御し、教師信号に基づいて重み係数を調整することで前記アクチュエータの特性を学習するフィードフォワード制御部と、を備え、
前記信号処理部は、
入力信号から所定値以上の周波数を除去して前記荷物の目標軌道に関する信号を生成する第一処理部と、
前記目標軌道に関する信号に基づいて前記目標作動量に関する信号を生成する第二処理部と、を有する
制御システム。

【請求項3】

前記教師信号は、前記目標作動量に関する信号と前記作動量に関する信号との差分である、請求項１又は２に記載の制御システム。

【請求項4】

前記第一処理部は、ローパスフィルタにより構成されている、請求項２に記載の制御システム。

【請求項5】

前記ローパスフィルタの伝達関数は、式（１）により表される、請求項４に記載の制御システム。

【数1】

Ｔ _１ 、Ｔ _２ 、Ｔ _３ 、Ｔ _４ 、Ｃ _１ 、Ｃ _２ 、Ｃ _３ 、Ｃ _４ ：係数、ｓ：微分要素

【請求項6】

前記フィードバック制御部と前記フィードフォワード制御部とは、互いに並列に設けられ、且つ、前記信号処理部と直列に設けられている、請求項１～５の何れか一項に記載の制御システム。

【請求項7】

前記フィードフォワード制御部は、
前記クレーンにおけるアーム部の旋回角度、前記アーム部の起伏角度、および前記アーム部の伸縮長さから、前記アーム部の先端の現在位置を算出し、
前記荷物の目標位置に対する前記荷物の現在位置の差分に基づいて前記重み係数を調整し、
前記重み係数が調整された複数のサブシステムを用いて、
前記荷物の現在位置と前記アーム部の先端の現在位置とから、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前記アーム部の先端の目標位置を算出し、
前記アーム部の先端の目標位置に基づいてフィードフォワード制御信号を生成する請求項１～６の何れか一項に記載の制御システム。

【請求項8】

前記フィードバック制御部は、
前記クレーンのアーム部の旋回角度、前記アーム部の起伏角度、および前記アーム部の伸縮長さから、前記アーム部の先端の現在位置を算出し、
前記荷物の目標位置に対する前記荷物の現在位置の差分に基づいて前記荷物の現在位置と前記アーム部の先端の現在位置とから、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前記アーム部の先端の目標位置を算出し、
前記アーム部の先端の目標位置に基づいてフィードバック制御信号を生成する請求項１～７の何れか一項に記載の制御システム。

【請求項9】

前記フィードフォワード制御部は、複数のサブシステムを有する複数のサブシステム群を有し、
複数の前記サブシステム群はそれぞれ、複数の前記アクチュエータに対応付けて設けられている、請求項１～８の何れか一項に記載の制御システム。

【請求項10】

複数の前記アクチュエータは、前記クレーンのアーム部を構成するブームを旋回させるためのアクチュエータ、前記ブームを起伏させるためのアクチュエータ、前記ブームを伸縮させるためのアクチュエータ、および前記クレーンのフックを昇降させるためのアクチュエータを含む、請求項９に記載の制御システム。

【請求項11】

請求項１～１０の何れか一項に記載の制御システムを備えたクレーン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、制御システムおよびクレーンに関する。

【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。このため、オペレータは、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できる（特許文献１参照）。

【0003】

特許文献１に記載のクレーンの場合、操作端末における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が操作端末からクレーンに送信される。このため、操作端末からの速度信号がステップ関数の態様でクレーンに入力される移動開始時や停止時において、クレーンは、不連続な加速度が生じて荷物に揺れが発生する可能性がある。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を図りつつ荷物の振れ角を最小とする速度信号によってクレーンを制御する技術が知られている（特許文献２参照）。

【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。従って、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の制御システムおよびクレーンを提供することである。

【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】

本発明に係る制御システムの一態様は、
クレーンのアクチュエータを制御する制御システムであって、
アクチュエータの目標作動量に関する信号を生成する信号処理部と、
目標作動量に関する信号とフィードバックしたアクチュエータの作動量に関する信号との差分に基づいてアクチュエータを制御するフィードバック制御部と、
フィードバック制御部と協働しつつ目標作動量に関する信号に基づいてアクチュエータを制御し、教師信号に基づいて重み係数を調整することでアクチュエータの特性を学習するフィードフォワード制御部と、を備え、
信号処理部は、入力信号からパルス状成分を除去して入力信号を目標作動量に関する信号に変換する。
上述のような制御システムを実施する場合に、好ましくは、制御システムは、荷物の目標速度に関する信号から、信号処理部への入力信号でありパルス状成分を有する荷物の目標移動位置に関する信号を生成する前側処理部を備えてもよい。この場合、信号処理部は、前記荷物の目標移動位置に関する信号からパルス状成分を除去して荷物の目標移動位置に関する信号を目標作動量に関する信号に変換する。
又、上述のような制御システムを実施する場合に、好ましくは、制御システムは、入力信号から所定値以上の周波数を除去して荷物の目標軌道に関する信号を生成する第一処理部と、目標軌道に関する信号に基づいて目標作動量に関する信号を生成する第二処理部と、を有してもよい。
又、上述のような制御システムを実施する場合に、好ましくは、教師信号は、標作動量に関する信号とフィードバック制御部においてフィードバックされたアクチュエータの作動量に関する信号との差分であってもよい。

【0009】

本発明に係るクレーンの一態様は、上述の制御システムを備える。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る制御システムによれば、フィードフォワード制御部への入力信号である目標作動量に関する信号が、パルス状成分を含んでいない。このため、フィードフォワード制御部において実施される学習の安定化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、クレーンの全体構成を示す側面図である。

【図2】図２は、クレーンの制御構成を示すブロック図である。

【図3】図３は、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である。

【図4】図４は、クレーンの逆動力学モデルを示す図である。

【図5】図５は、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である。

【図6】図６は、クレーンの制御工程を示すフローチャートを表す図である。

【図7】図７は、目標軌道算出工程を示すフローチャートを表す図である。

【図8】図８は、ブーム位置算出工程を示すフローチャートを表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

［実施形態］
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、作業車両は、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等でもよい。また、ワイヤロープで荷物を吊り下げる作業装置にも適用可能である。

【0013】

なお、以下の説明において、「（ｎ）、（ｎ＋１）、（ｎ＋２）」は、単位時間ｔ毎に取得される情報（例えばワイヤロープの繰り出し量）のうち、ｎ番目、ｎ＋１番目、ｎ＋２番目に取得した情報を意味する。つまり、「（ｎ）」は、情報の取得開始からｎ×ｔ時間経過後に取得した情報を意味する。また、「（ｎ＋１）」は、情報の取得開始から（ｎ＋１）×ｔ時間経過後に取得した情報を意味する。また、「（ｎ＋２）」は、情報の取得開始から（ｎ＋２）×ｔ時間経過後に取得した情報を意味する。

【0014】

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を荷物Ｗ基準で操作可能な荷物移動操作具３２（図２参照）を有する。

【0015】

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を有する。車両２は、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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

荷物位置検出部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部として構成することができる。なお、荷物位置検出部（旋回台カメラ７ｂ）は、後述するブームカメラ９ｂで構成してもよい。また、荷物位置検出部は、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。

【0019】

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（図４参照）と旋回速度とを検出する旋回角度検出部である旋回用センサ２７（図２参照）が設けられている。

【0020】

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伸縮用油圧シリンダ５１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。

【0021】

また、ブーム９の先端部には、ジブ９ａが設けられている。ブーム９およびジブ９ａは、アーム部の一例に該当する。アーム部は、例えば、ブーム９およびジブ９ａのうちのブーム９のみであってもよい。また、アーム部は、ブーム９と、ブーム９の先端部に支持されたジブ９ａと、を含んでもよい。アーム部の先端部は、移動式クレーンがブームのみを備えている場合には、ブームの先端部を意味する。一方、移動式クレーンが、ブーム９およびジブ９ａを備えている場合には、アーム部の先端部は、ジブ９ａの先端部を意味する。

【0022】

伸縮用油圧シリンダ５１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５１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長さ検出部である伸縮用センサ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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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（図４参照）を検出する起伏角度検出部である起伏用センサ３０（図２参照）が設けられている。

【0026】

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メイン油圧モータ５２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サブ油圧モータ５３によって回転されるように構成されている。

【0027】

メイン油圧モータ５２は、電磁比例切換弁であるメインバルブ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、メインバルブ２６ｍによってメイン油圧モータ５２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。

【0028】

同様に、サブウインチ１５は、電磁比例切換弁であるサブバルブ２６ｓ（図２参照）によってサブ油圧モータ５３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（ｎ）をそれぞれ検出する巻回用センサ３３（図２参照）が設けられている。

【0029】

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）。

【0030】

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５１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、サブ油圧モータ５３を操作することができる。

【0031】

キャビン１７には、荷物Ｗの移動方向と移動速さを入力する荷物移動操作部である荷物移動操作具３２が設けられている。荷物移動操作具３２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。

【0032】

荷物移動操作具３２は、操作レバーおよび操作レバー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。荷物移動操作具３２は、操作レバーが任意の方向に傾倒操作可能に構成されている。荷物移動操作具３２は、操縦席の着座方向から前方向（以下、単に「前方向」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制御装置３１（図２参照）に伝達するように構成されている。

【0033】

例えば、ブーム９の先端が北を向いている状態において荷物移動操作具３２が前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、クレーン１は、ブーム９の延伸方向である北から傾倒角度θ２＝４５°の方向である北西に、荷物移動操作具３２の傾倒量に応じた速さで荷物Ｗを移動させる。なお、荷物移動操作具３２は、遠隔操作端末に設けられる構成でもよい。

【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、ブームカメラ９ｂからの映像、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、旋回用バルブ２３、伸縮用バルブ２４、起伏用バルブ２５、メインバルブ２６ｍおよびサブバルブ２６ｓに接続され、旋回用バルブ２３、起伏用バルブ２５、メインバルブ２６ｍおよびサブバルブ２６ｓに各バルブの目標作動量である目標作動信号Ｍｄ（図４参照）を伝達することができる。

【0037】

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３３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。

【0038】

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目標作動信号Ｍｄを生成する。

【0039】

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。

【0040】

制御装置３１は、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Ｐｄαを算出する。さらに、制御装置３１は、目標軌道信号Ｐｄα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、メインバルブ２６ｍおよびサブバルブ２６ｓの目標作動信号Ｍｄを生成する（図４参照）。

【0041】

クレーン１は、荷物移動操作具３２の傾倒方向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、伸縮用油圧シリンダ５１、起伏用油圧シリンダ１２およびメイン油圧モータ５２等を目標作動信号Ｍｄによって制御する。

【0042】

このように構成することで、クレーン１は、ブーム９の延伸方向を基準として、荷物移動操作具３２の操作方向に対応する移動方向と操作量（傾倒量）に対応する移動速さを含む荷物Ｗの目標移動速度の制御信号である目標移動速度信号Ｖｄを単位時間ｔ毎に算出し、荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）を決定するので、操縦者が荷物移動操作具３２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。

【0043】

つまり、荷物移動操作具３２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、荷物移動操作具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に設けてもよい。

【0044】

次に、図３から図８を用いて、クレーン装置６の制御装置３１における目標作動信号Ｍｄを生成するための荷物Ｗの目標軌道信号Ｐｄα、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。

【0045】

図３に示すように、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をステレオカメラとして使用し、荷物位置検出部として荷物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）。

【0046】

図３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の目標移動速度信号Ｖｄを荷物Ｗの目標軌道信号Ｐｄα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の目標軌道信号Ｐｄαを荷物移動操作具３２から単位時間ｔ毎に取得することができる。

【0047】

また、目標軌道算出部３１ａは、取得した目標移動速度信号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Ｐｄα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。

【0048】

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Ｐｄα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Ｐｄαを取得することができる。

【0049】

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）を取得する。ブーム位置算出部３１ｂは、伸縮用センサ２８から伸縮長さｌｂ（ｎ）を取得する。ブーム位置算出部３１ｂは、起伏用センサ３０から起伏角度θｘ（ｎ）を取得する。ブーム位置算出部３１ｂは、巻回用センサ３３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）を取得する。ブーム位置算出部３１ｂは、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（図２参照）。

【0050】

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）を算出する。ブーム位置算出部３１ｂは、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。

【0051】

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。また、ブーム位置算出部３１ｂは、目標軌道信号Ｐｄα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。

【0052】

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。ブーム位置算出部３１ｂは、逆動力学モデルを用いて荷物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。

【0053】

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目標作動信号Ｍｄ等を生成する。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。

【0054】

作動信号生成部３１ｃは、ブーム９の現在位置座標ｑ（ｎ）と荷物Ｗの目標位置座標ｐ（ｎ＋１）とから旋回用バルブ２３、伸縮用バルブ２４、起伏用バルブ２５、メインバルブ２６ｍまたはサブバルブ２６ｓの目標作動信号Ｍｄ、後述するフィードバック作動信号Ｍｄ１およびフィードフォワード作動信号Ｍｄ２を生成する。

【0055】

次に、図４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。

【0056】

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）示す。θｘは、例えば起伏角度θｘ（ｎ）を示す。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）を示す。ｆは、ワイヤロープの張力ｆを示す。ｅは、例えばワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ）を示す。

【0057】

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）によって表さる。また、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

【0058】

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。

【0059】

【数4】

【0060】

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。

【0061】

【数5】

【0062】

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。

【0063】

【数6】

【0064】

次に、図５を用いて、学習型逆動力学モデルを含むクレーン１の制御システム３４による目標作動信号Ｍｄ（フィードバック作動信号Ｍｄ１およびフィードフォワード作動信号Ｍｄ２）の生成について説明する。

【0065】

クレーン１は、クレーン１の制御システム３４として、荷物移動操作具３２、旋回用センサ２７、起伏用センサ３０、伸縮用センサ２８、旋回台カメラ７ｂ、目標値フィルタ３５、目標作動量算出部３６、フィードバック制御部３７およびフィードフォワード制御部３９とを含む。

【0066】

制御システム３４は、図４に示すように、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３７とフィードフォワード制御部３９とを構成している。

【0067】

本実施形態の場合、制御システム３４は、図５に示すように、クレーンのアクチュエータを制御する制御システムであって、アクチュエータの目標作動量に関する信号を生成する信号処理部（目標値フィルタ３５および目標作動量算出部３６）と、目標作動量に関する信号（目標作動信号Ｍｄ）とフィードバックしたアクチュエータの作動量に関する信号（実作動信号Ｍｄｒ）との差分に基づいてアクチュエータを制御するフィードバック制御部３７と、フィードバック制御部３７と協働しつつ目標作動量に関する信号（目標作動信号Ｍｄ）に基づいてアクチュエータを制御し、教師信号（目標作動信号Ｍｄと実作動信号Ｍｄｒとの差分）に基づいて重み係数を調整することでアクチュエータの特性を学習するフィードフォワード制御部３９と、を備える。そして、制御システム34の場合、信号処理部（目標値フィルタ３５および目標作動量算出部３６）は、入力信号（目標移動位置信号Ｐｄ）からパルス状成分を除去して入力信号（目標移動位置信号Ｐｄ）を目標作動量に関する信号（目標作動信号Ｍｄ）に変換する。

【0068】

具体的には、図５に示すように、目標値フィルタ３５は、荷物Ｗの目標移動位置の制御信号である目標移動位置信号Ｐｄから荷物Ｗの目標軌道信号Ｐｄαを算出する。目標値フィルタ３５は、信号処理部および第一処理部の一例に該当し、所定の周波数以上の周波数を減衰させる。目標値フィルタ３５には、荷物移動操作具３２の目標移動速度信号Ｖｄを積分器３２ａによって変換した荷物Ｗの目標移動位置信号Ｐｄが入力される。積分器３２ａは、前側処理部の一例に該当する。

【0069】

荷物Ｗの目標移動位置信号Ｐｄは、信号処理部に入力される入力信号の一例に該当する。目標移動位置信号Ｐｄは、例えば、パルス状（ステップ状）の信号である。目標移動位置信号Ｐｄは、目標値フィルタ３５が適用されることにより、パルス状成分を除去された目標軌道信号Ｐｄαに変換される。換言すれば、目標移動位置信号Ｐｄは、目標値フィルタ３５が適用されることにより、目標軌道の時間変化（換言すれば、位置座標の各軸方向の速度）がパルス状（ステップ状）になるような急激な変化が抑制された目標軌道信号Ｐｄαに変換される。このような目標軌道信号Ｐｄαは、パルス状成分を含まないため、フィードフォワード制御部３９における微分操作による特異点（急激な位置変動）の発生が抑制される。目標値フィルタ３５は、式（１）の伝達関数Ｇ（ｓ）からなるローパスフィルタである。伝達関数Ｇ（ｓ）は、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を係数、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。

【0070】

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。目標値フィルタ３５は、荷物Ｗの目標移動位置信号Ｐｄに伝達関数Ｇ（ｓ）を乗算することで、目標移動位置信号Ｐｄを目標軌道信号Ｐｄαに変換する。

【0071】

【数1】

【0072】

目標作動量算出部３６は、信号処理部および第二処理部の一例に該当し、逆動力学モデルを用いて、クレーン１の姿勢情報、荷物Ｗの現在位置情報および荷物Ｗの目標軌道信号Ｐｄαから各アクチュエータの目標作動信号Ｍｄを生成する。目標作動量算出部３６は、逆動力学モデルを有する。

【0073】

目標作動量算出部３６は、目標値フィルタ３５に直列に接合されている。目標作動量算出部３６は、目標値フィルタ３５が算出した目標軌道信号Ｐｄα、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算出した荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）および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））から逆動力学モデルを用いて単位時間ｔ経過後のブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋１）を算出する。

【0074】

次に、目標作動量算出部３６は、逆動力学モデルにおいて算出した目標位置座標ｑ（ｎ＋１）から各アクチュエータの目標作動量を表す目標作動信号Ｍｄを生成する。目標作動信号Ｍｄは、目標作動量に関する信号の一例に該当する。

【0075】

フィードバック制御部３７は、目標作動信号Ｍｄと目標作動信号Ｍｄに対する各アクチュエータの実作動量を表す実作動信号Ｍｄｒの差分に基づいて、目標作動信号Ｍｄを補正した各アクチュエータのフィードバック作動量であるフィードバック作動信号Ｍｄ１を生成する。実作動信号Ｍｄｒは、アクチュエータの作動量に関する信号の一例に該当する。

【0076】

フィードバック制御部３７は、目標作動信号Ｍｄを補正するフィードバック制御器３８を有する。フィードバック制御器３８は、目標作動量算出部３６に直列に接続されている。フィードバック制御部３７は、クレーン１の各センサから実作動信号Ｍｄｒを取得することができる。フィードバック制御部３７は、実作動信号Ｍｄｒを目標作動信号Ｍｄにフィードバックさせるように構成されている。

【0077】

フィードバック制御部３７は、目標作動量算出部３６から荷物Ｗの目標作動信号Ｍｄを取得する。また、フィードバック制御部３７は、クレーン１の各センサから実作動信号Ｍｄｒを取得する。フィードバック制御部３７は、取得した目標作動信号Ｍｄに取得した実作動信号Ｍｄｒをフィードバック（ネガティブフィードバック）する。

【0078】

フィードバック制御部３７は、目標作動信号Ｍｄに対する実作動信号Ｍｄｒの差分に基づいてフィードバック制御器３８によって目標作動信号Ｍｄを補正し、フィードバック作動信号Ｍｄ１を算出する。

【0079】

このようなフィードバック制御部３７は、クレーン１のブーム９（アーム部）の旋回角度、ブーム９（アーム部）の起伏角度、およびブーム９（アーム部）の伸縮長さから、ブーム９（アーム部）の先端の現在位置を算出する。又、フィードバック制御部３７は、荷物の目標位置に対する荷物の現在位置の差分に基づいて荷物の現在位置とブーム９（アーム部）の先端の現在位置とから、ワイヤロープの繰出し量を算出する。又、フィードバック制御部３７は、荷物の現在位置と荷物の目標位置とから、ワイヤロープの方向ベクトルを算出する。又、フィードバック制御部３７は、ワイヤロープの繰出し量とワイヤロープの方向ベクトルとから、荷物の目標位置におけるブーム９（アーム部）の先端の目標位置を算出する。そして、フィードバック制御部３７は、ブーム９（アーム部）の先端の目標位置に基づいてフィードバック制御信号を生成する。具体的には、フィードバック制御部３７は、各時間ごとのブーム９（アーム部）の先端の目標位置およびわーわロープの繰り出し量の変化に基づいて各アクチュエータの目標速度信号を算出し、目標速度信号にクレーンのアクチュエータの実応答が一致するように補正するためのフィードバック制御信号を生成する。

【0080】

フィードフォワード制御部３９は、フィードバック制御部３７と並列に設けられている。フィードフォワード制御部３９は、学習型逆動力学モデル４０を用いて、クレーン１の姿勢情報、荷物Ｗの現在位置情報および荷物Ｗの目標作動信号Ｍｄから各アクチュエータのフィードフォワード作動量であるフィードフォワード作動信号Ｍｄ２を生成する。

【0081】

フィードフォワード制御部３９は、例えばクレーン１が有する複数の特性をｎ個のサブシステムで表した学習型逆動力学モデル４０を有している。学習型逆動力学モデル４０は、目標作動量算出部３６に並列に接続されている。また、学習型逆動力学モデル４０は、複数の第１サブシステムＳＭ１、第２サブシステムＳＭ２、第３サブシステムＳＭ３・・・第ｎサブシステムＳＭｎが並列に結合されている。サブシステムＳＭ１～ＳＭｎは、サブシステム群の一例に該当する。本実施形態の場合、一つのサブシステム群は、クレーン１の一つのアクチュエータ（例えば、旋回用油圧モータ８）に対応している。図示は省略するが、本実施形態の場合、フィードフォワード制御部３９は、制御対象であるクレーン１のアクチュエータの数に対応する数のサブシステム群を有している。

【0082】

つまり、学習型逆動力学モデル４０の各サブシステムは、フィードバック制御器３８と並列に接続されている。学習型逆動力学モデル４０は、第１サブシステムＳＭ１に重み係数ｗ１、第２サブシステムＳＭ２に重み係数ｗ２、第３サブシステムＳＭ３に重み係数ｗ３・・・および第ｎサブシステムＳＭｎに重み係数ｗｎが割り当てられている。

【0083】

フィードフォワード制御部３９は、目標作動信号Ｍｄに対する実作動信号Ｍｄｒの差分に関する信号（教師信号）に基づいて、各モデルの重み係数ｗ１、ｗ２、ｗ３・・・およびｗｎを調整する。

【0084】

このように、フィードフォワード制御部３９は、学習型逆動力学モデル４０の重み係数を調整することでクレーン１の特性を有する学習型逆動力学モデル４０を習得可能に構成されている。

【0085】

フィードフォワード制御部３９は、目標作動信号Ｍｄを取得する。また、フィードフォワード制御部３９は、フィードバック制御部３７から目標作動信号Ｍｄに対する実作動信号Ｍｄｒの差分を教師信号として取得する。フィードフォワード制御部３９は、目標作動信号Ｍｄに対する実作動信号Ｍｄｒの差分に基づいて、各モデルの重み係数ｗ１、ｗ２、ｗ３・・・およびｗαｎを調整する。

【0086】

つまり、フィードフォワード制御部３９は、目標作動量と実作動量との差分に基づいて学習型逆動力学モデル４０の１層の重み係数を調整することで、各サブシステムの特性がクレーン１の実特性に適応する。

【0087】

フィードフォワード制御部３９は、目標作動信号Ｍｄ、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算出した荷物Ｗの現在位置座標ｐ（ｎ）および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））から学習型逆動力学モデル４０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。

【0088】

次に、フィードフォワード制御部３９は、算出した目標位置座標ｑ（ｎ＋１）から各アクチュエータのフィードフォワード作動信号Ｍｄ２を生成する。フィードフォワード制御部３９は、生成したフィードフォワード作動信号Ｍｄ２をフィードバック作動信号Ｍｄ１に加算する。

【0089】

クレーン１の制御システム３４は、フィードバック制御部３７が算出したフィードバック作動信号Ｍｄ１とフィードフォワード制御部３９が算出したフィードフォワード作動信号Ｍｄ２とをクレーン１の各アクチュエータに送信する。つまり、制御システム３４は、フィードバック作動信号Ｍｄ１およびフィードフォワード作動信号Ｍｄ２に基づいて、制御対象であるアクチュエータを制御する。

【0090】

制御システム３４は、フィードバック作動信号Ｍｄ１とフィードフォワード作動信号Ｍｄ２とを各アクチュエータに送信後、クレーン１の各センサが検出した実作動信号Ｍｄｒをフィードバック制御部３７によって目標作動信号Ｍｄに減算する。制御システム３４は、目標作動信号Ｍｄに対する実作動信号Ｍｄｒの差分に基づいて学習型逆動力学モデル４０の重み係数を調整する。

【0091】

制御システム３４は、フィードフォワード制御部３９の学習型逆動力学モデル４０の特性とクレーン１の特性との乖離度合いが小さいほど、目標作動信号Ｍｄに対する実作動信号Ｍｄｒの差分が小さくなる。また、制御システム３４は、目標作動信号Ｍｄに対する実作動信号Ｍｄｒの差分が小さくなるにつれて、学習型逆動力学モデル４０の重み係数の調整量が少なくなる。

【0092】

つまり、制御システム３４は、学習型逆動力学モデル４０の特性が学習によってクレーン１の特性に近似するにつれて、フィードバック制御部３７が算出したフィードバック作動信号Ｍｄ１による制御割合が減少し、フィードフォワード作動信号Ｍｄ２による制御割合が増加する。

【0093】

次に図６から図８を用いて、制御システム３４におけるクレーン１のフィードフォワード学習制御について詳細に記載する。

【0094】

図６に示すように、ステップＳ１００において、制御システム３４は、目標軌道算出工程Ａを開始し、ステップをステップＳ１０１に移行させる（図７参照）。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６参照）。

【0095】

ステップＳ２００において、制御システム３４は、ブーム位置算出工程Ｂを開始し、ステップをステップＳ２０１に移行させる（図８参照）。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Ｓ１１０に移行させる（図６参照）。

【0096】

図６に示すように、ステップＳ１１０において、制御システム３４は、算出した目標位置座標ｑ（ｎ＋１）から目標作動信号Ｍｄを算出し、ステップをステップＳ１２０に移行させる。

【0097】

ステップＳ１２０において、制御システム３４は、クレーン１の各センサから実作動信号Ｍｄｒを取得し、ステップをステップＳ１３０に移行させる。

【0098】

ステップＳ１３０において、制御システム３４は、目標作動信号Ｍｄと実作動信号Ｍｄｒとの差分を算出し、ステップをステップＳ１４０に移行する。

【0099】

ステップＳ１４０において、制御システム３４は、フィードバック制御器３８で目標作動信号Ｍｄと実作動信号Ｍｄｒとの差分に基づいて目標作動信号Ｍｄを補正したフィードバック作動信号Ｍｄ１を生成し、ステップをステップＳ１５０に移行させる。

【0100】

ステップＳ１３１において、制御システム３４は、目標作動信号Ｍｄと実作動信号Ｍｄｒとの差から学習型逆動力学モデル４０の重み係数ｗ１、ｗ２、ｗ３、・・・ｗｎを調整し、ステップをステップＳ３００に移行させる。

【0101】

ステップＳ３００において、制御システム３４は、ブーム位置算出工程Ｂを開始し、ステップをステップＳ３０１に移行させる（図８参照）。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Ｓ１３２に移行させる（図６参照）。

【0102】

ステップＳ１３２において、制御システム３４は、目標位置座標ｑ（ｎ＋１）からフィードフォワード作動信号Ｍｄ２を生成し、ステップをステップＳ１５０に移行させる。

【0103】

ステップＳ１５０において、制御システム３４は、フィードバック作動信号Ｍｄ１とフィードフォワード作動信号Ｍｄ２と加算し、ステップをステップＳ１６０に移行させる。

【0104】

ステップＳ１６０において、制御システム３４は、クレーン１の各アクチュエータにフィードバック作動信号Ｍｄ１とフィードフォワード作動信号Ｍｄ２とを加算した信号を送信しステップをステップＳ１００に移行させる。

【0105】

図７に示すように、ステップＳ１０１において、制御システム３４は、目標移動速度信号Ｖｄが積分器３２ａで変換された目標移動位置信号Ｐｄを取得したか否か判定する。ここで、目標移動速度信号Ｖｄは、オペレータのレバー操作に基づいて生成される信号であって、荷物の移動方向及び移動速度を指示するための信号である。つまり、目標移動速度信号Ｖｄは、クレーン１（荷物）の位置を指示する信号ではない。そこで、本実施形態の場合、目標移動速度信号Ｖｄを積分器３２ａにより積分して目標移動位置信号Ｐｄに変換する。目標移動位置信号Ｐｄは、パルス状（ステップ状）の信号である。ステップＳ１０１において目標移動位置信号Ｐｄを取得した場合（ステップＳ１０１において“ＹＥＳ”）、制御システム３４はステップをステップＳ１０２に移行させる。一方、目標移動位置信号Ｐｄを取得していない場合（ステップＳ１０１において“ＮＯ”）、制御システム３４はステップをステップＳ１０１に移行させる。

【0106】

ステップＳ１０２において、制御システム３４は、ブームカメラ９ｂで荷物Ｗを検出し、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Ｓ１０３に移行させる。

【0107】

ステップＳ１０３において、制御システム３４は、取得した目標移動位置信号Ｐｄと目標値フィルタ３５である伝達関数Ｇ（ｓ）とから、目標軌道信号Ｐｄαを算出し、目標軌道算出工程Ａを終了させ、ステップをステップＳ２００に移行させる。ここで、目標軌道信号Ｐｄαは、離散的な位置情報である目標移動位置信号Ｐｄの間を補完する位置情報及びこの位置情報に時間の情報が追加された軌道（経路）情報と捉えてよい。

【0108】

図８に示すように、ステップＳ２０１・Ｓ３０１において、制御システム３４は、ブーム位置算出部３１ｂが取得した旋回台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Ｓ２０２・Ｓ３０２に移行させる。

【0109】

ステップＳ２０２・Ｓ３０２において、制御システム３４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Ｓ２０３・Ｓ３０３に移行させる。

【0110】

ステップＳ２０３・Ｓ３０３において、制御システム３４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Ｐｄα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Ｓ２０４・Ｓ３０４に移行させる。

【0111】

ステップＳ２０４・Ｓ３０４において、制御システム３４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Ｓ２０５・Ｓ３０５に移行させる。

【0112】

ステップＳ２０５・Ｓ３０５において、制御システム３４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Ｓ１１０またはステップＳ１３２に移行させる（図６参照）。

【0113】

クレーン１の制御システム３４は、目標軌道算出工程Ａとブーム位置算出工程Ｂ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＋２）からワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ＋２）を算出する。

【0114】

また、制御システム３４は、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ｑ（ｎ＋２）を算出する。

【0115】

つまり、制御システム３４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＋２）とワイヤロープの方向ベクトルｅ（ｎ＋２）とから単位時間ｔ後のブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋２）を順次算出する。

【0116】

制御システム３４は、ブーム９の目標位置座標ｑ（ｎ＋２）に基づいて目標作動信号Ｍｄを生成し、各アクチュエータを制御する。

【0117】

このように制御システム３４の学習型逆動力学モデル４０は、物理的な特性が明確な複数のサブシステムから構成されている。また、学習型逆動力学モデル４０は、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。

【0118】

学習型逆動力学モデル４０は、目標作動信号Ｍｄと実作動信号Ｍｄｒとの差分に基づいて重み係数ｗ１、ｗ２、ｗ３・・・ｗｎを独立して調整することで、第１サブシステムＳＭ１、第２サブシステムＳＭ２、第３サブシステムＳＭ３・・・第ｎサブシステムＳＭｎの物理的な特性をクレーン１の特性に近似させることができる。

【0119】

このように、クレーン１の制御システム３４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学習型逆動力学モデル４０の重み係数ｗ１、ｗ２、ｗ３、・・・ｗｎを同定する。つまり、制御システム３４は、高次の伝達関数が複数の低次の第１サブシステムＳＭ１、第２サブシステムＳＭ２、第３サブシステムＳＭ３・・・第ｎサブシステムＳＭｎ毎に調整される。

【0120】

これにより、制御システム３４は、荷物Ｗを基準としてアクチュエータを制御する際に、荷物Ｗの動きからクレーン１の動特性を学習することで、荷物Ｗの揺れを抑制しつつ操縦者の意図に沿った態様で荷物Ｗを移動させることができる。なお、本実施形態において制御システム３４は、学習型逆動力学モデル４０を複数のサブシステムとして構成したが他の物理的な特性が明確なモデルでもよい。

【0121】

また、制御システム３４は、学習型逆動力学モデル４０に入力される目標軌道信号Ｐｄαを４次のローパスフィルタである目標値フィルタ３５を介して生成しているので目標軌道信号Ｐｄαにおける特異点の発生が抑制されている。従って、制御システム３４は、特異点が抑制された目標軌道信号Ｐｄαを学習型逆動力学モデル４０に入力することで、学習型逆動力学モデル４０の学習の収束が促進される。これにより、制御システム３４は、荷物Ｗを基準としてアクチュエータを制御する際に、荷物Ｗの揺れを抑制しつつ操縦者の意図に沿った態様で荷物Ｗを移動させることができる。

【0122】

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。

【0123】

２０１９年１０月１１日出願の特願２０１９－１８７９９４の日本出願に含まれる明細書、図面、および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

【産業上の利用可能性】

【0124】

本発明は、移動式クレーンに限らず、種々のクレーンに適用できる。

【符号の説明】

【0125】

１ クレーン
２ 車両
３ 車輪
４ エンジン
５ アウトリガ
６ クレーン装置
７ 旋回台
７ｂ 旋回台カメラ
８ 旋回用油圧モータ
９ ブーム
９ａ ジブ
１０ メインフックブロック
１０ａ メインフック
１１ サブフックブロック
１１ａ サブフック
１２ 起伏用油圧シリンダ
１３ メインウインチ
１４ メインワイヤロープ
１５ サブウインチ
１６ サブワイヤロープ
１７ キャビン
１８ 旋回操作具
１９ 起伏操作具
２０ 伸縮操作具
２１ｍ メインドラム操作具
２１ｓ サブドラム操作具
２３ 旋回用バルブ
２４ 伸縮用バルブ
２５ 起伏用バルブ
２６ｍ メインバルブ
２６ｓ サブバルブ
２７ 旋回用センサ
２８ 伸縮用センサ
２９ 方位センサ
３０ 起伏用センサ
３１ 制御装置
３１ａ 目標軌道算出部
３１ｂ ブーム位置算出部
３１ｃ 作動信号生成部
３２ 荷物移動操作具
３２ａ 積分器
３３ 巻回用センサ ３４ 制御システム
３５ 目標値フィルタ
３６ 目標作動量算出部
３７ フィードバック制御部
３９ フィードフォワード制御部
３８ フィードバック制御器
４０ 学習型逆動力学モデル
５１ 伸縮用油圧シリンダ
５２ メイン油圧モータ
５３ サブ油圧モータ
Ｗ 荷物
Ｖｄ 目標移動速度信号
Ｐｄ 目標移動位置信号
Ｐｄα 目標軌道信号
ｗ１、ｗ２、ｗ３、ｗ４ 重み係数

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】