特許 7445510 振れ角度検出装置

(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】2024-02-28

(45)【発行日】2024-03-07

(54)【発明の名称】振れ角度検出装置

(51)【国際特許分類】

   B66C 13/22 20060101AFI20240229BHJP

【ＦＩ】

B66C13/22 R

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020080916

(22)【出願日】2020-05-01

(65)【公開番号】P2021175684

(43)【公開日】2021-11-04

【審査請求日】2023-01-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(73)【特許権者】

【識別番号】000198363

【氏名又は名称】ＩＨＩ運搬機械株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】塙 裕彰

(72)【発明者】

【氏名】山崎 峻一

(72)【発明者】

【氏名】坂野 肇

(72)【発明者】

【氏名】西川 貴章

(72)【発明者】

【氏名】水崎 紀彦

【審査官】長尾 裕貴

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０１８５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１４７６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０００８３５１（ＵＳ，Ａ１）

(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】

ワイヤロープを用いて吊り荷を吊り上げるクレーンに設置され、前記ワイヤロープの振れ角度を検出する振れ角度検出装置であって、
前記クレーンの吊り上げ部に設置される固定部と、
前記吊り上げ部から垂らされた前記ワイヤロープと係合するワイヤ係合部と、
前記固定部に対する姿勢を可変として前記固定部と前記ワイヤ係合部とを連結する連結部と、
前記連結部に設置され、重力方向を基準として第１ロール角及び第１ピッチ角を検出する第１慣性センサと、
前記固定部に設置され、重力方向を基準として第２ロール角及び第２ピッチ角を検出する第２慣性センサと、
前記第１ロール角から前記第２ロール角を差し引いた角度値、及び、前記第１ピッチ角から前記第２ピッチ角を差し引いた角度値の少なくとも一方を用いて前記振れ角度を求める制御部と、
を備える、振れ角度検出装置。

【請求項2】

前記第１ロール角の検出軸である第１ロール軸と、前記第２ロール角の検出軸である第２ロール軸とは、重力方向視で互いに平行であり、
前記第１ピッチ角の検出軸である第１ピッチ軸と、前記第２ピッチ角の検出軸である第２ピッチ軸とは、重力方向視で互いに平行である、請求項１に記載の振れ角度検出装置。

【請求項3】

前記第１慣性センサと前記第２慣性センサとは、互いに同一の仕様である、請求項１又は２に記載の振れ角度検出装置。

【請求項4】

前記ワイヤ係合部は、ローラ同士で前記ワイヤロープをクランプするクランプ部であり、
前記連結部は、
前記固定部に接続される固定接続部と、該固定接続部に対して２軸の連結軸を介して連結する可動接続部とを有するユニバーサルジョイントと、
前記可動接続部に一端が接続され、前記クランプ部に他端が接続されるロッドと、
を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の振れ角度検出装置。

【請求項5】

前記ロッドは、前記可動接続部に接触するフランジを有し、
前記第１慣性センサは、前記フランジに取り付けられる、請求項４に記載の振れ角度検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、吊り荷を保持したワイヤロープの振れ角度を検出する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

建築現場や港湾等で使用されるクレーンに設置して、吊り荷を保持したワイヤロープの振れ角度を検出する振れ角度検出装置に関連する技術がある。振れ角度検出装置で検出された振れ角度値は、クレーンにおける振れ止め制御に用いられる。

【0003】

特許文献１は、クレーンに用いられる、ワイヤロープに取り付けられた過巻き検出リミットスイッチ用の重錘にＭＥＭＳ（Micro electro mechanical system）慣性センサを設けた振れ角度検出装置に関連する技術を開示している。このような振れ角度検出装置は、重錘に設けられた慣性センサの出力に基づいて振れ角度を求めるので、簡単な機構で、高精度かつリアルタイムで振れ止め制御を行うのに有利となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１３－１８６１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示されている振れ角度検出装置に採用される慣性センサとしては、例えば、重力方向、すなわち、重力加速度がかかる方向を基準として既定の軸周りの角度を検出する加速度センサが挙げられる。しかし、加速度センサでは、クレーンの動作方向に沿って発生する加速度に起因して、基準とする重力方向の認識にずれが生じ、その結果、検出された振れ角度に、実際の振れ角度に対する誤差が含まれる場合があり得る。

【0006】

そこで、本開示は、検出された振れ角度の正確性を向上させるのに有利となる振れ角度検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様は、ワイヤロープを用いて吊り荷を吊り上げるクレーンに設置され、ワイヤロープの振れ角度を検出する振れ角度検出装置であって、クレーンの吊り上げ部に設置される固定部と、吊り上げ部から垂らされたワイヤロープと係合するワイヤ係合部と、固定部に対する姿勢を可変として固定部とワイヤ係合部とを連結する連結部と、連結部に設置され、重力方向を基準として第１ロール角及び第１ピッチ角を検出する第１慣性センサと、固定部に設置され、重力方向を基準として第２ロール角及び第２ピッチ角を検出する第２慣性センサと、第１ロール角から第２ロール角を差し引いた角度値、及び、第１ピッチ角から第２ピッチ角を差し引いた角度値の少なくとも一方を用いて振れ角度を求める制御部と、を備える。

【0008】

上記の振れ角度検出装置では、第１ロール角の検出軸である第１ロール軸と、第２ロール角の検出軸である第２ロール軸とは、重力方向視で互いに平行であり、第１ピッチ角の検出軸である第１ピッチ軸と、第２ピッチ角の検出軸である第２ピッチ軸とは、重力方向視で互いに平行であってもよい。第１慣性センサと第２慣性センサとは、互いに同一の仕様であってもよい。ワイヤ係合部は、ローラ同士でワイヤロープをクランプするクランプ部であり、連結部は、固定部に接続される固定接続部と、該固定接続部に対して２軸の連結軸を介して連結する可動接続部とを有するユニバーサルジョイントと、可動接続部に一端が接続され、クランプ部に他端が接続されるロッドと、を有してもよい。また、ロッドは、可動接続部に接触するフランジを有し、第１慣性センサは、フランジに取り付けられてもよい。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、検出された振れ角度の正確性を向上させるのに有利となる振れ角度検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施形態に係る振れ角度検出装置の構成を示す側面図である。

【図2】一実施形態に係る振れ角度検出装置の構成を示す正面図である。

【図3】一実施形態に係る振れ角度検出装置の上端部を示す斜視図である。

【図4】一実施形態に係る振れ角度検出装置の下端部を示す斜視図である。

【図5】第１慣性センサ及び第２慣性センサの取付構造等を説明するための斜視図である。

【図6】ワイヤロープの前後方向の振れ角度を求めるための概念図である。

【図7】ワイヤロープの左右方向の振れ角度を求めるための概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、実施形態に示す寸法、材料、その他、具体的な数値等は例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。また、実質的に同一の機能及び構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、本開示に直接関係のない要素については図示を省略する。

【0012】

図１は、一実施形態に係る振れ角度検出装置１０の構成を示す側面図である。図２は、振れ角度検出装置１０の構成を示す正面図である。図３は、振れ角度検出装置１０の上端部を拡大した一部斜視図である。図４は、振れ角度検出装置１０の下端部を拡大した一部斜視図である。以下、各図を参照した説明では、「上」又は「下」との表現を用いる。ここで、「上」とは、おおよそ重力方向に沿った方向での上方を示す。一方、「下」とは、おおよそ重力方向に沿った方向での下方を示す。

【0013】

振れ角度検出装置１０は、ワイヤロープ２を用いて吊り荷を吊り上げるクレーン１に設置され、吊り荷を保持したワイヤロープ２の振れ角度を検出する。振れ角度検出装置１０が適用されるクレーン１は、本実施形態では、ジブ先端部１ａからワイヤロープ２を垂らした状態で、ジブの起伏動作と旋回動作とを行うことができるジブクレーンである。振れ角度検出装置１０は、クレーンの吊り上げ部としてのジブ先端部１ａに設置される。図１では、クレーン１本体の構成の一部として、綱車（シーブ）３が設置されているジブ先端部１ａを概略的に示している。また、図１では、綱車３に掛かるワイヤロープ２のうち、綱車３から吊り下げられている部分の一部のみが描画されている。

【0014】

また、本実施形態では、ジブの座標系として、Ｘ_Ｃ、Ｙ_Ｃ及びＺ_Ｃの各方向を規定する。Ｚ_Ｃ方向は、重力方向（鉛直方向）に沿って下から上に向かう方向である。Ｘ_Ｃ方向とＹ_Ｃ方向とは、それぞれ水平方向であり、互いに直交する。このうち、Ｘ_Ｃ方向は、ジブの根元側からジブ先端部１ａの側に向かう方向である。以下、Ｘ_Ｃ方向を「前後方向」と表現する場合がある。Ｙ_Ｃ方向は、ジブの旋回軸周りに描かれる円軌道に接する接線方向である。つまり、Ｙ_Ｃ方向は、ジブの起伏中心軸と平行となる方向である。以下、Ｙ_Ｃ方向を「左右方向」と表現する場合がある。

【0015】

振れ角度検出装置１０は、固定部１１と、連結部１２と、ワイヤ係合部１３と、第１慣性センサ１４と、第２慣性センサ１５と、制御部１６とを備える。

【0016】

固定部１１は、振れ角度検出装置１０をジブ先端部１ａに設置するに際して、ジブ先端部１ａに固定される。また、固定部１１は、連結部１２を介してワイヤ係合部１３を支持する。固定部１１は、例えば、図３に示すように、基板２０と取付枠２１とを有する。基板２０は、例えば、ジブ先端部１ａに固定部１１が固定されたときに、ジブ先端部１ａに予め設けられている歩廊の平面とおおよそ平行となる、金属製の平板部材である。この場合、基板２０は、上方に向かう表面部２０ａと、下方に向かう裏面部２０ｂとを含む。表面部２０ａには、取付枠２１が連結される。裏面部２０ｂには、連結部１２が連結される。取付枠２１は、固定部１１をジブ先端部１ａに固定するときに、直接的にジブ先端部１ａに取り付けられる、金属製の構造体である。取付枠２１は、例えば、それぞれ山形鋼で形成される２つの支持柱２２と、取付板２３とを含む。２つの支持柱２２は、互いに間隔を空けて並列に配置される。支持柱２２の一方の端部は、支持柱２２が基板２０の表面部２０ａに対して垂直方向に延伸するように、例えば溶接により表面部２０ａに連結される。支持柱２２の他方の端部は、例えば溶接により取付板２３の一表面に連結される。取付板２３には、不図示であるが、予め複数の貫通穴が形成されている。一方、ジブ先端部１ａには、不図示であるが、取付板２３に形成されている複数の貫通穴に対応する位置に複数の貫通穴が形成されている。作業者は、これらの貫通穴のそれぞれにボルト２４を貫通させてナット等を用いて締結することで、固定部１１をジブ先端部１ａに固定することができる。

【0017】

連結部１２は、固定部１１から吊り下げられ、固定部１１に対する姿勢を可変として、固定部１１とワイヤ係合部１３とを連結する。本実施形態では、連結部１２は、金属製のロッド３０と、ユニバーサルジョイント３３とを含む。

【0018】

ロッド３０の上方側にある一端には、上端フランジ３１が連結されている。一方、ロッド３０の下方側にある他端には、下端フランジ３２が連結されている。上端フランジ３１及び下端フランジ３２は、それぞれ、ロッド３０の延伸方向に対して垂直な接続面を含む金属板である。上端フランジ３１は、ユニバーサルジョイント３３の一方の接続部である可動接続部３３ｂに接続される。下端フランジ３２は、ワイヤ係合部１３の第２支持板４６に接続される。

【0019】

ユニバーサルジョイント３３は、固定部１１に対してロッド３０を一定範囲内での動きを許容しながら連結する自在継手である。ユニバーサルジョイント３３は、図３に示すように、固定接続部３３ａと、可動接続部３３ｂと、連結軸３３ｃとを含む。固定接続部３３ａは、固定部１１の一部である基板２０の裏面部２０ｂ（図１参照）に接続される。可動接続部３３ｂは、上記のとおり、ロッド３０の一部である上端フランジ３１に接続される。本実施形態では、ロッド３０の姿勢は、図１に示すように、ワイヤロープ２からおおよそ一定の距離で離間している裏面部２０ｂから、ワイヤロープ２に向かって延伸する形となる。そのため、ワイヤロープ２が綱車３から重力方向に垂れ下がっているとき、可動接続部３３ｂ及び上端フランジ３１の姿勢は、基板２０の裏面部２０ｂの垂線に対して一定角度で傾斜している形となる。連結軸３３ｃは、ジブの起伏中心軸と平行である第１軸と、第１軸に直交する第２軸との２つの軸を有する。例えば、固定接続部３３ａが連結軸３３ｃの第１軸を回転自在に支持し、可動接続部３３ｂが連結軸３３ｃの第２軸を回転自在に支持することで、可動接続部３３ｂは、連結軸３３ｃが有する２つの軸を基準として振れ動くことができる。この場合、可動接続部３３ｂが、連結軸３３ｃが有する２つの軸を含む平面に対して垂直な軸周りに回転する動作、すなわち、固定接続部３３ａに対するねじれは、予め抑止される。

【0020】

ワイヤ係合部１３は、綱車３から垂らされたワイヤロープ２の一部と係合してワイヤロープ２の動きに追従し、ワイヤロープ２の姿勢の変化を連結部１２に伝達する。本実施形態におけるワイヤ係合部１３は、ローラ同士でワイヤロープ２をクランプするクランプ部である。クランプ部としてのワイヤ係合部１３は、図４に示すように、押えローラ機構４０と、ベース４１とを有する。

【0021】

押えローラ機構４０は、それぞれ、おおよそ水平な回転軸を中心として回転する、固定ローラ４２と、押えローラ４３とを有する。固定ローラ４２は、Ｖ溝ローラであり、ワイヤロープ２をＶ溝内でガイドしながら摺動させることができる。押えローラ４３は、スプリングユニット４４により、固定ローラ４２の側に向かって付勢力を与えることができる。ワイヤロープ２は、固定ローラ４２のＶ溝に係合しつつ、固定ローラ４２と押えローラ４３とに挟み込まれた状態に維持されるため、上下方向に摺動しても、押えローラ機構４０から脱落しづらい。

【0022】

ベース４１は、押えローラ機構４０を支持し、かつ、ロッド３０に支持される。ベース４１は、例えば、金属板を加工して製作される金具である。ベース４１は、押えローラ機構４０を支持する第１支持板４５と、第１支持板４５に連続し、ロッド３０の一部である下端フランジ３２と接続される第２支持板４６とを含む。第１支持板４５は、固定ローラ４２及び押えローラ４３の各回転軸を支持することから、水平面に対して垂直となる面とおおよそ平行な主平面を有する。第２支持板４６は、下端フランジ３２を接続されることから、下端フランジ３２のフランジ面とおおよそ平行な主平面を有する。なお、ワイヤ係合部１３は、ワイヤロープ２に対して安定的に接触するために、重り４７を設置してもよい。

【0023】

第１慣性センサ１４及び第２慣性センサ１５は、それぞれ、重力方向に対するピッチとロールとの２軸の角度を検出する。第１慣性センサ１４及び第２慣性センサ１５として採用し得るセンサは、例えばＭＥＭＳ加速度センサを挙げることができるが、少なくとも２軸の角度を検出することができるものであれば、特に限定するものではない。ただし、第１慣性センサ１４と第２慣性センサ１５とは、互いに同一の仕様であることが望ましく、例えば、市販の慣性センサを採用する場合には、互いに同一の製品であることが望ましい。

【0024】

図５は、第１慣性センサ１４及び第２慣性センサ１５の取付構造と、そのように取り付けられた場合の座標系とを説明するための斜視図である。

【0025】

第１慣性センサ１４は、連結部１２に設置される。連結部１２は、ワイヤロープ２の振れに合わせて動くので、第１慣性センサ１４は、ワイヤロープ２の振れに合わせて姿勢を変化させる。本実施形態では、第１慣性センサ１４は、連結部１２のうちロッド３０の上端フランジ３１に、第１取付金具５０を介して取り付けられる。例えば、第１慣性センサ１４が、連結部１２のうちワイヤ係合部１３の近傍に取り付けられるとすると、ワイヤロープ２の表面の凹凸に起因した振動を受けやすくなったり、ワイヤロープ２の接触に伴って第１慣性センサ１４の位置ずれが大きくなったりする。このような事象は、最終的に第１慣性センサ１４の検出に基づく角度値に誤差を生じさせやすい。これに対して、本実施形態によれば、第１慣性センサ１４は、ワイヤ係合部１３から可能な限り離間した位置に取り付けられるので、このような角度誤差を予め生じづらくさせることができる。

【0026】

第１取付金具５０は、第１センサ設置部５０ａと、第１接続部５０ｂと、支持部５０ｃとを有する。第１センサ設置部５０ａは、第１慣性センサ１４を設置する平板部である。例えば、基板２０の表面部２０ａにおいて第２慣性センサ１５が設置される面が水平面であり、かつ、ワイヤロープ２に振れが発生していないとき、第１センサ設置部５０ａにおいて第１慣性センサ１４が設置される面は水平面となってもよい。第１接続部５０ｂは、例えば複数のボルトを用いた締結により、上端フランジ３１と接続される平板部である。支持部５０ｃは、第１接続部５０ｂに対して第１センサ設置部５０ａを支持させる平板部である。

【0027】

第１慣性センサ１４の座標系は、図５に示すように、第１ロール軸Ｘ_Ｓ１と、第１ピッチ軸Ｙ_Ｓ１との２軸で規定される。

【0028】

第１ロール軸Ｘ_Ｓ１は、クレーンの座標系におけるＹ_Ｃ方向に対応した方向に延伸する。第１センサ設置部５０ａにおいて第１慣性センサ１４が設置される面が水平面であり、かつ、ワイヤロープ２に振れが発生していないとき、第１ロール軸Ｘ_Ｓ１は、Ｙ_Ｃ方向と平行となってもよい。本実施形態では、第１ロール軸Ｘ_Ｓ１を検出軸とした回転方向が第１ロール方向Ｄ_１ｒである。つまり、第１慣性センサ１４は、第１ロール方向Ｄ_１ｒでの傾斜角、すなわち第１ロール角Ｓ_１ｒを検出することができる。例えば、第１慣性センサ１４は、ジブの対地角度であるジブ角度が４５°で、かつ、ワイヤロープ２に振れが発生していないときに、第１ロール角Ｓ_１ｒが０°となるように設定されていてもよい。

【0029】

第１ピッチ軸Ｙ_Ｓ１は、クレーンの座標系におけるＸ_Ｃ方向に対応した方向に延伸する。第１センサ設置部５０ａにおいて第１慣性センサ１４が設置される面が水平面であり、かつ、ワイヤロープ２に振れが発生していないとき、第１ピッチ軸Ｙ_Ｓ１は、Ｘ_Ｃ方向と平行となってもよい。本実施形態では、第１ピッチ軸Ｙ_Ｓ１を検出軸とした回転方向が第１ピッチ方向Ｄ_１ｐである。つまり、第１慣性センサ１４は、第１ピッチ方向Ｄ_１ｐでの傾斜角、すなわち第１ピッチ角Ｓ_１ｐを検出することができる。

【0030】

第２慣性センサ１５は、固定部１１に設置される。固定部１１は、ワイヤ係合部１３とは、ユニバーサルジョイント３３を含む連結部１２を介して連結されているので、ワイヤロープ２の振れを受けにくい。そのため、第２慣性センサ１５は、ワイヤロープ２の振れのみでは、姿勢を変化させにくい。本実施形態では、第２慣性センサ１５は、固定部１１のうち基板２０の表面部２０ａに、第２取付金具５１を介して取り付けられる。

【0031】

第２取付金具５１は、第２センサ設置部５１ａと、第２接続部５１ｂとを有する。第２センサ設置部５１ａは、第２慣性センサ１５を設置する平板部である。例えば、第２センサ設置部５１ａにおいて第２慣性センサ１５が設置される面は、ジブ角度が４５°であるときに水平面となるように、基板２０の表面部２０ａから傾斜角θ_Ｓ分、傾斜していてもよい。一般に、ジブクレーンでは、ジブは、水平に対して１０°～８０°程度の角度範囲で起伏する。そこで、本実施形態では、制御部１６で実行される計算処理の簡易化の観点から、ジブ角度が当該角度範囲のおおよそ中間としての４５°であるときに水平面となるように、第２慣性センサ１５が設置される面を規定している。すなわち、第２慣性センサ１５が設置される面の傾斜角θ_Ｓは、ここでの例以外の角度であってもよい。第２接続部５１ｂは、例えば溶接により、基板２０の表面部２０ａと接続される平板部である。なお、第２センサ設置部５１ａと第２接続部５１ｂとは、直接的に連結されている。

【0032】

第２慣性センサ１５の座標系は、図５に示すように、第２ロール軸Ｘ_Ｓ２と、第２ピッチ軸Ｙ_Ｓ２との２軸で規定される。

【0033】

第２ロール軸Ｘ_Ｓ２は、クレーンの座標系におけるＹ_Ｃ方向と平行である。本実施形態では、第２ロール軸Ｘ_Ｓ２を検出軸とした回転方向が第２ロール方向Ｄ_２ｒである。つまり、第２慣性センサ１５は、第２ロール方向Ｄ_２ｒでの傾斜角、すなわち第２ロール角Ｓ_２ｒを検出することができる。ここで、第２慣性センサ１５は、ジブ角度が４５°のときに、第２ロール角Ｓ_２ｒが０°となるように設定されていてもよい。

【0034】

第２ピッチ軸Ｙ_Ｓ２は、クレーンの座標系におけるＸ_Ｃ方向に対応した方向に延伸する。例えば、ジブ角度が４５°となったとき、第２ピッチ軸Ｙ_Ｓ２は、Ｘ_Ｃ方向と平行となってもよい。本実施形態では、第２ピッチ軸Ｙ_Ｓ２を検出軸とした回転方向が第２ピッチ方向Ｄ_２ｐである。つまり、第２慣性センサ１５は、第２ピッチ方向Ｄ_２ｐでの傾斜角、すなわち第２ピッチ角Ｓ_２ｐを検出することができる。

【0035】

また、第１慣性センサ１４及び第２慣性センサ１５は、第１ロール軸Ｘ_Ｓ１と第２ロール軸Ｘ_Ｓ２とが重力方向視で互いに平行となり、かつ、第１ピッチ軸Ｙ_Ｓ１と第２ピッチ軸Ｙ_Ｓ２とが重力方向視で互いに平行となるように取り付けられている。また、第１慣性センサ１４と第２慣性センサ１５とは、Ｘ_Ｃ方向視では、図２に示すように、おおよそＺ_Ｃ方向に沿って並んでいる。

【0036】

制御部１６は、第１慣性センサ１４及び第２慣性センサ１５から取得した検出信号を受信し、これらの検出信号に基づいて、ワイヤロープ２の振れ角度を算出する。制御部１６は、振れ角度検出装置１０ごとに備えられるものであってもよいし、又は、ジブクレーンの主制御部に含まれるものであってもよい。

【0037】

次に、振れ角度検出装置１０の作用について説明する。

【0038】

図６は、Ｘ_Ｃ方向に相当する前後方向の振れに関して、重力方向に対するワイヤロープ２の振れ角度θを求めるための概念図である。図６は、図１に示す振れ角度検出装置１０の構成を示す側面図に対応している。また、図６では、ワイヤロープ２の一部と綱車３とが、二点鎖線で概略的に描画されている。図６（ａ）は、ワイヤロープ２に振れが生じていないときの振れ角度検出装置１０の状態を示す。図６（ｂ）は、ワイヤロープ２に振れ角度θで表される振れが生じているときの振れ角度検出装置１０の状態を示す。制御部１６は、例えば、以下のような計算処理により、前後方向に関するワイヤロープ２の振れ角度θを求める。

【0039】

この計算処理の例では、図１及び図６に示すように、振れ角度θを求めるための系を構成する３つの点が以下のように規定される。点Ｐ_Ａは、ワイヤ係合部１３の固定ローラ４２とワイヤロープ２との接触点である。点Ｐ_Ｂは、綱車３上のワイヤロープ２の揺動支点である。点Ｐ_Ｃは、振れ角度検出装置１０の回転中心に相当する、ユニバーサルジョイント３３の連結軸３３ｃの回動中心点である。また、本実施形態では、振れ角度θを求める際の基準位置となる原点Ｏは、綱車３の回転中心に設定されるものとする。

【0040】

まず、制御部１６は、原点Ｏに対する点Ｐ_ＢのＸ_Ｃ座標と、点Ｐ_ＣのＸ_Ｃ座標及びＹ_Ｃ座標とを求める。本実施形態では、第２慣性センサ１５は、ジブ角度が４５°のときに第２ロール角Ｓ_２ｒが０°となるように設定されている。この場合、制御部１６は、ジブ角度が４５°のときを基準として、第２慣性センサ１５の出力値である第２ロール角Ｓ_２ｒに基づいて、検出時点でのジブ角度を算出する。そして、制御部１６は、算出されたジブ角度に基づいて、点Ｐ_ＢのＸ_Ｃ座標を算出することができる。一方、制御部１６は、原点Ｏを基準として、点Ｐ_Ｃまでの長さと、ジブ角度及び幾何配置を参照して求められた原点Ｏを通る水平面に対する点Ｐ_Ｃの傾斜角度とに基づいて、点Ｐ_ＣのＸ_Ｃ座標及びＹ_Ｃ座標を算出することができる。

【0041】

次に、制御部１６は、点Ｐ_Ｂと点Ｐ_Ｃとの間の直線Ｌ_ａ１と、点Ｐ_Ａと点Ｐ_Ｃとの間の直線Ｌ_ｂ１とのなす角度α_Ｃを求める。制御部１６は、算出された点Ｐ_ＢのＸ_Ｃ座標並びに点Ｐ_ＣのＸ_Ｃ座標及びＹ_Ｃ座標と、第１慣性センサ１４の出力値である第１ロール角Ｓ_１ｒに基づいて、角度α_Ｃを算出することができる。

【0042】

次に、制御部１６は、直線Ｌ_ａ１と、点Ｐ_Ａと点Ｐ_Ｂとの間の直線Ｌ_ｃ１との角度α_Ｂを求める。直線Ｌ_ａ１の長さは、点Ｐ_ＢのＸ_Ｃ座標並びに点Ｐ_ＣのＸ_Ｃ座標及びＹ_Ｃ座標を三平方の定理に適用することで求められる。直線Ｌ_ｂ１の長さは、既定である。そこで、制御部１６は、直線Ｌ_ａ１の長さ、直線Ｌ_ｂ１の長さ、及び、算出された角度α_Ｃを余弦定理に適用することで、直線Ｌ_ｃ１の長さを算出することができる。そして、制御部１６は、直線Ｌ_ａ１、直線Ｌ_ｂ１及び直線Ｌ_ｃ１のそれぞれの長さをさらに余弦定理に適用することで、角度α_Ｂを算出することができる。

【0043】

そして、制御部１６は、算出された角度α_Ｂと、点Ｐ_ＢのＸ_Ｃ座標並びに点Ｐ_ＣのＸ_Ｃ座標及びＹ_Ｃ座標とに基づいて、重力方向に対する振れ角度θを算出することができる。

【0044】

図７は、Ｙ_Ｃ方向に相当する左右方向の振れに関して、重力方向に対するワイヤロープ２の振れ角度ψを求めるための概念図である。図７は、図２に示す振れ角度検出装置１０の構成を示す側面図に対応している。また、図７では、ワイヤロープ２の一部と綱車３とが、二点鎖線で概略的に描画されている。図７（ａ）は、ワイヤロープ２に振れが生じていないときの振れ角度検出装置１０の状態を示す。図７（ｂ）は、ワイヤロープ２に振れ角度ψで表される振れが生じているときの振れ角度検出装置１０の状態を示す。制御部１６は、例えば、以下のような計算処理により、ジブの左右方向に関するワイヤロープ２の振れ角度ψを求める。

【0045】

図７を用いて説明する計算処理の例においても、振れ角度ψを求めるための系を構成する３つの点として、図１及び図６で示したものと同じく、点Ｐ_Ａ、点Ｐ_Ｂ及び点Ｐ_Ｃを規定する。また、ここでも、振れ角度ψを求める際の基準位置となる原点Ｏは、綱車３の回転中心に設定される。

【0046】

まず、制御部１６は、点Ｐ_Ａと点Ｐ_Ｃとの間の直線Ｌ_ｂ２の長さを求める。直線Ｌ_ｂ２の長さは、前後方向の振れ角度θを算出する際に参照した直線Ｌ_ｂ１をＸ_Ｃ方向に沿って投影した長さに相当する。そこで、制御部１６は、直線Ｌ_ｂ１の長さと、前後方向の振れ角度θを算出する際に参照した特定箇所の角度とに基づいて、直線Ｌ_ｂ２の長さを算出することができる。

【0047】

次に、制御部１６は、算出された直線Ｌ_ｂ２と重力方向とのなす角度βを求める。角度βは、ジブが旋回していない状態では、第１慣性センサ１４が検出した第１ピッチ角Ｓ_１ｐに相当する。ここで、重力方向を基準として検出値を特定する第１慣性センサ１４及び第２慣性センサ１５は、重力方向とは異なる方向の加速度を受けると、重力方向を正確に認識することができない場合がある。このような重力方向の誤認は、例えば、ジブが旋回している状態では、第１慣性センサ１４が検出した第１ピッチ角Ｓ_１ｐに、旋回移動に係る「加速度×時間」に比例した角度誤差を含ませる場合もあり得る。そこで、本実施形態では、制御部１６は、第１慣性センサ１４が検出した第１ピッチ角Ｓ_１ｐから、第２慣性センサ１５が検出した第２ピッチ角Ｓ_２ｐを差し引いた角度値を、ここでの角度βと推定する。

【0048】

ここで、第２慣性センサ１５は、ワイヤロープ２の振れの影響を受けない又は受けづらい固定部１１に設置されている。したがって、ジブが旋回していない状態では、ワイヤロープ２に振れが発生したとしても、第２ロール角Ｓ_２ｒ及び第２ピッチ角Ｓ_２ｐは、基本的には変化しない。そのため、ジブが旋回している状態で第２ピッチ角Ｓ_２ｐに変化が生じたとすれば、第２ピッチ角Ｓ_２ｐの変化分の角度値は、旋回移動に係る「加速度×時間」に比例した誤差値であると推定される。

【0049】

一方で、第２慣性センサ１５は、ジブの旋回動作に合わせて、第１慣性センサ１４とともに同一方向に旋回移動する。ここで、第１慣性センサ１４と第２慣性センサ１５とは、互いに同一の仕様であるので、同一の外的要因を受ければ、基本的には同一の検出値を出力する。すなわち、ジブが旋回している状態で第２慣性センサ１５が検出した第２ピッチ角Ｓ_２ｐは、ジブが旋回している状態で第１慣性センサ１４が検出した第１ピッチ角Ｓ_１ｐに含まれる角度誤差分の角度値と同じである。つまり、第１慣性センサ１４が検出した第１ピッチ角Ｓ_１ｐから、第２慣性センサ１５が検出した第２ピッチ角Ｓ_２ｐを差し引いた角度値は、ジブの旋回動作に伴う角度誤差が排除された、より実際の値に近い角度βである。

【0050】

次に、制御部１６は、点Ｐ_ＡのＹ_Ｃ座標とＺ_Ｃ座標とを求める。制御部１６は、算出された直線Ｌ_ｂ２の長さ、角度β、及び、点Ｐ_ＣのＹ_Ｃ座標に基づいて、点Ｐ_ＡのＹ_Ｃ座標を算出することができる。また、制御部１６は、算出された直線Ｌ_ｂ２の長さ及び角度βに基づいて、点Ｐ_ＡのＺ_Ｃ座標を算出することができる。

【0051】

そして、制御部１６は、算出された点Ｐ_ＡのＹ_Ｃ座標及びＺ_Ｃ座標に基づいて、重力方向に対する振れ角度ψを算出することができる。

【0052】

なお、実際には、ワイヤロープ２の振れ方に伴って、例えば、上記規定した点Ｐ_Ａや点Ｐ_Ｂの位置にずれが生じる場合もあり得る。しかし、これらの位置ずれは、実際のジブクレーンの規模と比較すれば微小である。したがって、制御部１６は、実際の計算処理においては、簡単化のために、これらの位置ずれを考慮しなくてもよい。

【0053】

次に、振れ角度検出装置１０の効果について説明する。

【0054】

本実施形態に係る振れ角度検出装置１０は、ワイヤロープ２を用いて吊り荷を吊り上げるクレーンに設置され、ワイヤロープ２の振れ角度ψを検出する。振れ角度検出装置１０は、クレーンの吊り上げ部に設置される固定部１１と、吊り上げ部から垂らされたワイヤロープ２と係合するワイヤ係合部１３と、固定部１１に対する姿勢を可変として固定部１１とワイヤ係合部１３とを連結する連結部１２とを備える。振れ角度検出装置１０は、連結部１２に設置され、重力方向を基準として第１ロール角Ｓ_１ｒ及び第１ピッチ角Ｓ_１ｐを検出する第１慣性センサ１４を備える。振れ角度検出装置１０は、固定部１１に設置され、重力方向を基準として第２ロール角Ｓ_２ｒ及び第２ピッチ角Ｓ_２ｐを検出する第２慣性センサ１５を備える。また、振れ角度検出装置１０は、第１ロール角Ｓ_１ｒから第２ロール角Ｓ_２ｒを差し引いた角度値を用いて振れ角度ψを求める制御部１６を備える。

【0055】

ここで、クレーンが上記例示したようなジブクレーンである場合、クレーンの吊り上げ部は、ジブ先端部１ａに相当する。この場合、ワイヤロープ２がジブの起伏動作に伴って前後方向に振れたとする。まず、振れ角度検出装置１０によれば、連結部１２は、固定部１１を基準として、ワイヤロープ２の振れに合わせて姿勢を変化させる。連結部１２には、第１慣性センサ１４が設置されているので、制御部１６は、第１慣性センサ１４が検出した第１ロール角Ｓ_１ｒに基づいて、前後方向に関しての重力方向に対する振れ角度θを求めることができる。同様に、ワイヤロープ２がジブの旋回動作に伴って左右方向に振れたときには、制御部１６は、第１慣性センサ１４が検出した第１ピッチ角Ｓ_１ｐに基づいて、左右方向に関しての重力方向に対する振れ角度ψを求めることができる。

【0056】

しかし、第１慣性センサ１４が重力方向を基準として検出値を特定するセンサである場合、重力方向とは異なる例えば旋回方向の加速度を受けたときには、上記のとおり、正確な検出値を出力することができないこともあり得る。つまり、制御部１６は、第１慣性センサ１４からの出力値のみを参照したのでは、正確な振れ角度ψを求めることが難しい場合もあり得る。

【0057】

これに対して、振れ角度検出装置１０は、連結部１２に設置される第１慣性センサ１４とは別に、固定部１１に設置される第２慣性センサ１５を備える。第２慣性センサ１５は、ジブの旋回動作に合わせて、第１慣性センサ１４とともに同一方向に旋回移動することができる。また、第２慣性センサ１５は、固定部１１に設置されているので、ジブが旋回していない状態では、ワイヤロープ２に振れが発生したとしても、第２ロール角Ｓ_２ｒ及び第２ピッチ角Ｓ_２ｐには、基本的には変化が生じない。これらの条件に基づけば、ジブが旋回している状態で第２ピッチ角Ｓ_２ｐに変化が生じたとすれば、第２ピッチ角Ｓ_２ｐの変化分の角度値は、旋回移動に係る「加速度×時間」に比例した誤差値であると推定することができる。そして、制御部１６は、第１ピッチ角Ｓ_１ｐから第２ピッチ角Ｓ_２ｐを差し引いた角度値を用いて振れ角度ψを求めるので、特定された振れ角度ψは、予めジブの旋回動作に伴う角度誤差が排除された、より実際の振れ角度に近い値となる。

【0058】

このように、本実施形態によれば、検出された振れ角度ψの正確性を向上させるのに有利となる振れ角度検出装置１０を提供することができる。

【0059】

なお、振れ角度検出装置１０が適用されるクレーンは、上記の説明ではジブクレーンであるものとしたが、ワイヤロープを用いて荷を吊り上げて移動させるものであれば、ジブクレーンに限らず、他の駆動方式のクレーンであってもよい。例えば、旋回動作に代えて、水平面に対して２軸方向に平行移動するような、いわゆる天井クレーン等においても、本開示に係る振れ角度検出装置を適用することができる。

【0060】

例えば、本開示に係る振れ角度検出装置が適用されるクレーンが、クレーンの吊り上げ部が水平面上で互いに直交するＸ軸とＹ軸との２軸方向に移動する天井クレーンであるとする。この場合、例えば、Ｘ軸に沿った方向をロール軸、Ｙ軸に沿った方向をピッチ軸と規定すると、制御部１６は、第１ピッチ角から第２ピッチ角を差し引いた角度値を用いて、Ｘ軸方向に沿って振れるワイヤロープの振れ角度を求めることができる。同様に、制御部１６は、第１ロール角から第２ロール角を差し引いた角度値を用いて、Ｙ軸方向に沿って振れるワイヤロープの振れ角度を求めることができる。このように求められた振れ角度は、上記説明したジブクレーンに適用される振れ角度検出装置１０により求められた振れ角度と同様に、より実際の振れ角度に近い値となる。

【0061】

また、振れ角度検出装置１０では、第１ロール角Ｓ_１ｒの検出軸である第１ロール軸Ｘ_Ｓ１と、第２ロール角Ｓ_２ｒの検出軸である第２ロール軸Ｘ_Ｓ２とは、重力方向視で互いに平行であってもよい。また、第１ピッチ角Ｓ_１ｐの検出軸である第１ピッチ軸Ｙ_Ｓ１と、第２ピッチ角Ｓ_２ｐの検出軸である第２ピッチ軸Ｙ_Ｓ２とは、重力方向視で互いに平行であってもよい。

【0062】

例えば、第１慣性センサ１４の座標系と第２慣性センサ１５の座標系とで互いにずれがあったとしても、制御部１６での計算処理において座標のずれ分を考慮することで、制御部１６は、所望の振れ角度を求めることができる。これに対して、このような振れ角度検出装置１０によれば、第１慣性センサ１４の連結部１２への取付姿勢と、第２慣性センサ１５の固定部１１への取付姿勢とが合う。したがって、第１慣性センサ１４の出力値と第２慣性センサ１５の出力値との比較が容易となることから、制御部１６での計算処理の負担を軽減させることができ、又は、最終的に求められる振れ角度の正確性をより向上させることができる。

【0063】

また、振れ角度検出装置１０では、第１慣性センサ１４と第２慣性センサ１５とは、互いに同一の仕様であってもよい。

【0064】

第１慣性センサ１４と第２慣性センサ１５とは、少なくとも、互いに類似する仕様であれば、同一の外的要因を受けたときには類似の検出値を出力する。そのため、ジブが旋回している状態で第２慣性センサ１５が検出した第２ピッチ角Ｓ_２ｐは、ジブが旋回している状態で第１慣性センサ１４が検出した第１ピッチ角Ｓ_１ｐに含まれる角度誤差分の角度値と類似である推定することができる。つまり、このような場合であっても、振れ角度検出装置１０は、最終的に求められる振れ角度の正確性を向上させることができる。

【0065】

これに対して、第１慣性センサ１４と第２慣性センサ１５とが互いに同一の仕様であれば、同一の外的要因を受けたとき、基本的には同一の検出値を出力する。すなわち、この場合には、ジブが旋回している状態で第２慣性センサ１５が検出した第２ピッチ角Ｓ_２ｐは、ジブが旋回している状態で第１慣性センサ１４が検出した第１ピッチ角Ｓ_１ｐに含まれる角度誤差分の角度値と同じであると推定することができる。したがって、最終的に求められる振れ角度の正確性をより向上させることができる。

【0066】

また、振れ角度検出装置１０では、ワイヤ係合部１３は、ローラ同士でワイヤロープ２をクランプするクランプ部であってもよい。この場合、連結部１２は、固定部１１に接続される固定接続部３３ａと、該固定接続部３３ａに対して２軸の連結軸３３ｃを介して連結する可動接続部３３ｂとを有するユニバーサルジョイント３３を有してもよい。また、連結部１２は、可動接続部３３ｂに一端が接続され、クランプ部に他端が接続されるロッド３０を有してもよい。

【0067】

このような振れ角度検出装置１０によれば、上記のように、検出された振れ角度の正確性を向上させることができる構成の例として、より簡易的な構成で実現させることができる。

【0068】

また、振れ角度検出装置１０では、ロッド３０は、可動接続部３３ｂに接触するフランジを有してもよい。この場合、第１慣性センサ１４は、フランジに取り付けられてもよい。例えば、可動接続部３３ｂに接触するフランジは、上記説明した上端フランジ３１に相当する。

【0069】

上記のとおり、仮に、第１慣性センサ１４がワイヤ係合部１３の近傍に取り付けられるとすると、ワイヤロープ２の表面の凹凸に起因した振動を受けやすくなるなど、最終的に第１慣性センサ１４の検出に基づく角度値に誤差を生じさせやすい原因となり得る。これに対して、このような振れ角度検出装置１０によれば、第１慣性センサ１４は、ワイヤ係合部１３から可能な限り離間した位置に取り付けられることになるので、このような原因に基づく角度誤差を予め生じづらくさせることができる。

【0070】

なお、他の実施形態として、ワイヤ係合部１３は、上記説明したようなローラ同士でワイヤロープ２をクランプするクランプ部に代えて、不図示であるが、例えば、２本の非自転性ワイヤロープを用いたものであってもよい。非自転性ワイヤロープの上端は、固定部１１に支持され、下端は、重錘を介してワイヤロープ２に係合する。この場合、第１慣性センサ１４は、少なくとも一方の非自転性ワイヤロープの上方に設置され、第２慣性センサ１５は、固定部１１に設置される。このような振れ角度検出装置によっても、上記説明した振れ角度検出装置１０による効果と同様の効果を奏することができる場合がある。

【0071】

いくつかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正又は変形をすることが可能である。

【符号の説明】

【0072】

１ａ ジブ先端部
２ ワイヤロープ
１０ 振れ角度検出装置
１１ 固定部
１２ 連結部
１３ ワイヤ係合部
１４ 第１慣性センサ
１５ 第２慣性センサ
１６ 制御部
３０ ロッド
３３ ユニバーサルジョイント
３３ａ 固定接続部
３３ｂ 可動接続部
３３ｃ 連結軸
Ｓ_１ｒ 第１ロール角
Ｓ_１ｐ 第１ピッチ角
Ｓ_２ｒ 第２ロール角
Ｓ_２ｐ 第２ピッチ角
Ｘ_Ｓ１ 第１ロール軸
Ｘ_Ｓ２ 第２ロール軸
Ｙ_Ｓ１ 第１ピッチ軸
Ｙ_Ｓ２ 第２ピッチ軸
ψ 振れ角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】