クレーンの振れ止め制御方法及び制御装置
【課題】多重振り子構造のクレーン搬送システムにおいて、台車の速度パターンを適切に決定して吊り荷の振れ止めを高精度に実現可能とする。
【解決手段】クレーン本体１００による吊り荷５０３の支持構造が多重振り子構造を構成するクレーン搬送システムにおいて、多重振り子構造を振動させたときの吊り荷５０３の振れ角を検出する振れ角センサ５１２と、振れ角検出値から吊り荷５０３の振れ周期を演算する周期演算部１０１４Ｘと、吊り荷５０３を水平方向に搬送する際の加減速時間を前記振れ周期に等しくした複数の速度パターンの中から、吊り荷５０３の搬送距離に応じて一つの速度パターンを選択する速度パターン選択部１０１５Ｘと、選択した速度パターンを用いて吊り荷５０３を水平方向に搬送するためのインバータ制御部１１０Ｘ、インバータ１１１及びモータ１１２と、を備える。
【解決手段】クレーン本体１００による吊り荷５０３の支持構造が多重振り子構造を構成するクレーン搬送システムにおいて、多重振り子構造を振動させたときの吊り荷５０３の振れ角を検出する振れ角センサ５１２と、振れ角検出値から吊り荷５０３の振れ周期を演算する周期演算部１０１４Ｘと、吊り荷５０３を水平方向に搬送する際の加減速時間を前記振れ周期に等しくした複数の速度パターンの中から、吊り荷５０３の搬送距離に応じて一つの速度パターンを選択する速度パターン選択部１０１５Ｘと、選択した速度パターンを用いて吊り荷５０３を水平方向に搬送するためのインバータ制御部１１０Ｘ、インバータ１１１及びモータ１１２と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天井型クレーンの台車を自動運転して吊り荷を所定位置に搬送する天井型クレーン搬送システムにおいて、吊り荷を搬送する際の加減速終了時における吊り荷の振動を低減するためのクレーンの振れ止め制御方法及び制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のクレーン搬送システムでは、ある位置に置かれた吊り荷を吊り上げて目標位置まで搬送し、吊り荷を降ろすという一連の動作のサイクルタイムを減少させるため、水平方向へ搬送する際の加減速終了時における吊り荷の振れを抑制する制御（いわゆる振れ止め制御）が採用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、巻上ワイヤロープの振れ角、振れ角速度の計測値等に基づき高速振れ止めパターンにおける振れ止め加減速調整量を演算するファジィ推論手段等の振れ止め加減速調整量演算器と、吊り荷の最大許容振れ角に基づき設定された減速度を、目標速度と現在の設定速度との偏差の正負に応じて振れ止め加減速調整量に加減算し、その結果に演算周期を乗じたものを現在の設定速度または速度検出値に加算して高速振れ止めパターンにおける速度指令値を演算する高速振れ止め速度指令値演算器とを備えた振れ止め制御装置が開示されている。
この従来技術によれば、台車速度が目標速度よりも小さいときには速度を増加させ、逆に目標速度よりも大きいときには速度を減少させるような速度指令値が生成されるため、吊り荷の振れ止めを行ないながら目標速度に到達させることを可能にしている。
【０００４】
また、特許文献２には、吊り荷を巻き上げつつ走行する懸垂式クレーンの走行制御を所定の速度パターンに従って行う際に、速度パターンを、クレーンを所定速度まで加速する加速区間と等速区間とにより構成し、加速区間における加速度パターンを連続的に変化させることにより、巻き上げ・巻き下げ速度が高速であって駆動系がバネ特性を持つようなクレーンに対しても高精度の振れ止めを可能にした振れ止め制御方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２８３７３１４号公報（段落［０００９］〜［００３２］、図１，図２等）
【特許文献２】特許第３２３７５５７号公報（段落［００１６］〜［００２７］、図１〜図３等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、これらの従来技術では、基本的に、クレーン−吊り荷系を単振り子とみなすモデルに基づき、吊り荷の振れ周期に相当する加減速時間を求めて速度パターンを決定している。
すなわち、図６（ａ）はクレーン−吊り荷系の単振り子モデルであり、５０１はクレーンの台車、５０２はワイヤロープ、５０３は吊り荷、Ｌはロープ長（台車５０１から吊り荷５０３の重心までの距離）、θ０は吊り荷５０３の振れ角度である。また、図６（ｂ）は上記モデルにおける台車５０１の速度パターン，加速度パターンと、吊り荷５０３の振れ角度θ０との関係を示しており、Ｖｍａｘは速度最大値、Ａｍａｘ，−Ａｍａｘは加速度最大値、Ｔは加減速時間（吊り荷５０３の振れ周期）である。
なお、図６（ｃ）は吊り荷５０３の振れ角度と角速度との関係を示す軌跡図であり、図中の記号ａ，ｂ，ｃは図６（ｂ）における速度パターン上の記号ａ，ｂ，ｃに対応している。
【０００７】
ここで、加減速時間、つまり吊り荷５０３の振れ周期ＴはＴ＝２π√（Ｌ／ｇ）によって表されることが知られており（ｇは重力加速度）、図６（ｂ）によれば、台車５０１の加速終了時及び減速終了時に吊り荷５０３の振れ角度θ０が何れも０になるため、距離Ｌから求めた加減速時間Ｔに基づき、図６（ｂ）の上段に示すような速度パターンを作成して台車５０１を走行させれば、理論上、吊り荷５０３の振れ止め制御を行うことができる。
【０００８】
しかしながら、図７に示すように、ビーム５０４及びスプレッダ５０５を用いて吊り荷５０３を搬送する天井型クレーン搬送システムは、いわゆる二重振り子構造となっている。すなわち、ビーム５０４と、スプレッダ５０５及び吊り荷５０３の結合体との固有振動数がそれぞれ異なるため、台車５０１から吊り荷５０３の重心までの距離Ｌを求めて前記のＴ＝２π√（Ｌ／ｇ）により周期Ｔつまり加減速時間を求めたとしても、この加減速時間Ｔでは正確に振れ止めを行うことができない。なお、図７において、５０７，５０８は滑車、５０９は巻き上げ・巻き下げ用のドラム、５１０はワイヤロープ、５１１はロープを示す。
このように、図７に示したような二重振り子構造のクレーン搬送システムにおいては、支点から吊り荷５０３の重心までの距離Ｌに基づいて加減速時間を決定することができず、適切な速度パターンの決定が難しいため振れ止め制御の精度が低くなるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の解決課題は、多重振り子構造のクレーン搬送システムにおいて、搬送時の速度パターンを適切に決定して吊り荷の振れ止めを高精度に実現可能としたクレーンの振れ止め制御方法及び制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に係る振れ止め制御方法は、吊り荷及びその支持構造が多重振り子構造を構成し、クレーン本体によって吊り荷を搬送するクレーン搬送システムにおいて、前記多重振り子構造を振動させたときの吊り荷の振れ角を予め測定し、この振れ角から吊り荷の振れ周期を求め、吊り荷を搬送する際の加減速時間を前記振れ周期に等しくした速度パターンを用いて吊り荷を水平方向に搬送することにより加減速終了時の吊り荷の振れを抑制するものである。
【００１１】
請求項２に係る振れ止め制御方法は、請求項１において、前記多重振り子構造をＸ方向に振動させたときの吊り荷のＸ方向の振れ角と、前記多重振り子構造を前記Ｘ方向に直交するＹ方向に振動させたときの吊り荷のＹ方向の振れ角とをそれぞれ求め、前記Ｘ方向の振れ角から求めたＸ方向の振れ周期、前記Ｙ方向の振れ角から求めたＹ方向の振れ周期にそれぞれ等しい加減速時間を持つＸ方向速度パターン、Ｙ方向速度パターンを用いて、吊り荷をＸ方向、Ｙ方向に搬送するものである。
【００１２】
請求項３に係る振れ止め制御方法は、請求項１または２において、吊り荷の搬送距離に応じて、複数の前記速度パターンの中から一つの速度パターンを選択して用いるものである。
【００１３】
請求項４に係る振れ止め制御方法は、請求項１〜３の何れか１項において、前記多重振り子構造は、昇降するビームと、このビームに吊り下げられたスプレッダ及び吊り荷と、からなる二重振り子構造であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に係る振れ止め制御装置は、吊り荷及びその支持構造が多重振り子構造を構成し、クレーン本体によって吊り荷を搬送するクレーン搬送システムにおいて、前記多重振り子構造を振動させたときの吊り荷の振れ角を検出する検出手段と、前記振れ角の検出値から吊り荷の振れ周期を演算する演算手段と、吊り荷を水平方向に搬送する際の加減速時間を前記振れ周期に等しくした複数の速度パターンの中から、吊り荷の搬送距離に応じて一つの速度パターンを選択する選択手段と、選択した速度パターンを用いて吊り荷を水平方向に搬送する搬送手段と、を備えたものである。
【００１５】
請求項６に係る振れ止め制御装置は、請求項５において、前記検出手段は、前記多重振り子構造をＸ方向に振動させたときの吊り荷のＸ方向の振れ角と、前記多重振り子構造を前記Ｘ方向に直交するＹ方向に振動させたときの吊り荷のＹ方向の振れ角をそれぞれ検出し、前記演算手段は、前記Ｘ方向の振れ角からＸ方向の振れ周期を演算し、かつ、前記Ｙ方向の振れ角からＹ方向の振れ周期を演算し、前記選択手段は、吊り荷をＸ方向に搬送する際の加減速時間を前記Ｘ方向の振れ周期に等しくした複数のＸ方向速度パターンの中から吊り荷の搬送距離に応じて一つのＸ方向速度パターンを選択し、かつ、吊り荷をＹ方向に搬送する際の加減速時間を前記Ｙ方向の振れ周期に等しくした複数のＹ方向速度パターンの中から吊り荷の搬送距離に応じて一つのＹ方向速度パターンを選択するものである。
【００１６】
請求項７に係る振れ止め制御装置は、請求項５または６において、前記多重振り子構造は、昇降するビームと、このビームに吊り下げられたスプレッダ及び吊り荷と、からなる二重振り子構造であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、二重振り子等の多重振り子構造を有する天井型クレーン搬送システムにおいて、吊り荷を支持する支点から吊り荷の重心までの距離を用いずに振れ止め用の適切な速度パターンを求めることができ、この速度パターンに従って吊り荷を搬送することで加減速終了時の確実な振れ止めを行うことができる。これにより、クレーン搬送システムにおけるサイクルタイムの短縮が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態における天井型クレーン搬送システムの主要部構成図である。
【図２】図１におけるクレーン本体の概略説明図である。
【図３】図１におけるアシスト制御部及びクレーン制御部の概略構成図である。
【図４】吊り荷の振れ角の説明図である。
【図５】台車の速度パターンの説明図である。
【図６】クレーン−吊り荷系の単振り子モデルの説明図である。
【図７】二重振り子構造を有する天井型クレーン搬送システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本実施形態に係る天井型クレーン搬送システムの主要部構成図、図２は図１におけるクレーン本体１００の概略説明図（図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図）であり、建屋内の天井（高所）に設置されたクレーン本体１００によって吊り荷５０３を始点位置から目標位置まで搬送するシステムを示している。ここで、主として吊り荷５０３の支持構造に関して、図７と同一の構成要素には同一の番号を付してある。
本実施形態において、吊り荷５０３は例えばプレス加工用の金型であり、この金型を天井型クレーン搬送システムにより金型置場とプレス機との間で搬送する場合を想定しているが、本発明における吊り荷の種類や搬送場所等は何ら限定されないことは言うまでもない。
【００２０】
クレーン本体１００は、図２に示すように基台１００Ａと台車１００Ｂとを備えている。基台１００Ａは図１，図２のＹ方向、台車１００ＢはＸ方向にそれぞれ走行可能であるものとし、これによって台車１００Ｂに吊り下げられた吊り荷５０３はＸ−Ｙ平面を水平方向に移動可能である。なお、便宜的に、台車１００ＢのＸ方向の移動を「走行」、基台１００ＡのＹ方向の移動を「横行」というものとする。また、図１には、吊り荷５０３の昇降方向をＺで示している。
図１では、基台１００Ａ及び台車１００Ｂを図示しておらず、これらを有するクレーン本体１００を一つのブロックとして示してあるが、このブロック内の各構成要素は、基台１００Ａまたは台車１００Ｂの何れかに配置されるものである。
【００２１】
始めに、図１を参照しながらクレーン本体１００の構成を説明する。
クレーン本体１００において、１１０はＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラあるいはシーケンサ）等により構成されたクレーン制御部であり、後述するアシスト制御部１０１からの運転指令及び速度パターンに従い、インバータ１１１，１１３，１１５を運転して走行用モータ１１２、横行用モータ１１４、ドラム５０９の駆動用（巻き上げ・巻き下げ用）モータ１１６をそれぞれ駆動するようになっている。ここで、クレーン制御部１１０及びインバータ１１１，１１３，１１５による各モータ１１２，１１４，１１６の駆動システムや、モータ１１２による台車１００Ｂの走行機構、モータ１１４による基台１００Ａの走行機構、モータ１１６によるドラム５０９の駆動機構は、何れも既知のものであり、本発明の要旨ではないため、詳述を省略する。
【００２２】
アシスト制御部１０１も同じくＰＬＣ等により構成されており、主として前記モータ１１２，１１４，１１６に対する運転指令や走行時、横行時に吊り荷５０３の振れ止めを行うための速度パターンを前記クレーン制御部１１０に送出する機能を備えている。
なお、アシスト制御部１０１の構成及び機能については後に詳述する。
【００２３】
アシスト制御部１０１には受信部１０２が接続されており、この受信部１０２は、作業員が地上で設定操作するアシスト設定部２００との間で、無線ＬＡＮシステムにより各種データを送受信可能である。
アシスト設定部２００は、例えばタッチパネル方式により、台車１００Ｂの運行パターン（搬送速度、搬送経路上の中継場所の有無等）や目標位置、吊り荷５０３のパラメータ（吊り荷の種類、振れ止め制御を行わずに通常の搬送を行う場合の重心位置等）を設定するためのものである。また、吊り荷５０３を振れ止め制御する際に、速度パターンにおける加減速時間を決定するためのデータ（後述する振れ角センサ５１２により検出した振れ角等）も設定可能となっている。なお、２０１は、上記運行パターンに応じたモータ制御用プログラムや吊り荷５０３のパラメータ等が格納されたメモリカードを示している。
【００２４】
更に、１０３は吊り荷５０３の高さ（地上からの距離）を検出するための距離検出部であり、光学式エンコーダ等を利用して、ワイヤロープ５１０を巻き上げ、または巻き下げるドラム５０９の回転数から吊り荷５０３の高さを検出するようになっている。ここで、ドラム５０９は台車１００Ｂ上に固定されているものとする。
１０４は基台１００Ａ及び台車１００ＢのＸ方向、Ｙ方向の位置を検出するための距離検出部であり、詳しくは、図２（ａ）に示すように構成されている。
【００２５】
すなわち、図２（ａ）において、１０４ａ，１０４ｂは基台１００Ａの端部に固定されたレーザ距離計、１０５ａは台車１００Ｂの側面に固定された反射板、１０５ｂは基台１００Ａの外部の適宜な静止位置に固定された反射板であり、これらによって図１の距離検出部１０４が構成される。
反射板１０５ａからのレーザ反射光を受光するレーザ距離計１０４ａの出力信号を用いれば台車１００ＢのＸ方向の位置（距離）を検出することができ、同様に反射板１０５ｂからのレーザ反射光を受光するレーザ距離計１０４ｂの出力信号を用いれば基台１００ＡのＹ方向の位置（距離）を検出することができる。よって、これらの検出値から台車１００Ｂ言い換えれば吊り荷５０３の絶対位置が求められ、吊り荷５０３の搬送先である目標位置（アシスト設定部２００により設定される）までの距離も求められる。
【００２６】
再び図１において、１０６はスプレッダ操作部であり、吊り荷５０３を保持するスプレッダ５０５のロック・アンロック操作を行うためのものである。このスプレッダ操作部１０６の動作は、機械式制御となっている。
３００は作業員による遠隔操作用の無線送信部であり、基台１００Ａ側に設置された受信部１１７を介してアシスト制御部１０１及びクレーン制御部１１０に指令を送り、本発明に係る振れ止め制御による搬送モードと振れ止め制御を行わない通常の搬送モードとの選択、クレーン搬送システム全体の起動、停止等を行わせる。
なお、１１８は地上の作業員がクレーン本体１００の行先を確認するための行先表示灯であり、この行先はアシスト制御部１０１から表示データとして行先表示灯１１８に与えられる。
【００２７】
更に、スプレッダ５０５の上端部には、振れ角センサ５１２が取り付けられている。この振れ角センサ５１２は、ドラム５０９を支点としたワイヤロープ５１０、ビーム５０４、ロープ５１１、スプレッダ５０５及び吊り荷５０３等からなる二重振り子構造を揺らしたときの吊り荷５０３の振れ角を検出するものであり、検出した振れ角はアシスト制御部１０１に送信されるようになっている。
【００２８】
次に、前記アシスト制御部１０１及びクレーン制御部１１０の主たる機能を、図３に基づいて説明する。
図３において、アシスト制御部１０１は、吊り荷５０３の昇降を制御するための昇降制御部１０１Ｚと、台車１００Ｂの走行を制御するための走行制御部１０１Ｘと、基台１００Ａの横行を制御するための横行制御部１０１Ｙとからなっている。ここで、基台１００Ａの横行と同時に基台１００Ａ上の台車１００Ｂも横行するのは言うまでもない。
【００２９】
昇降制御部１０１Ｚでは、前記距離検出部１０３により検出した吊り荷５０３の高さと巻上目標値との偏差を求め、その偏差に応じた吊り荷５０３の巻き上げ量を巻上量演算部１０１１により演算する。ここでは吊り荷５０３の巻き上げ、巻き下げを一括して巻き上げと呼ぶことにする。
なお、吊り荷５０３の有無（吊り荷５０３を搬送する時、及び、搬送した吊り荷５０３を降ろして空荷の状態で戻る時）に応じて停止位置に誤差が生じるため、この誤差に相当する位置補正量を巻上目標値に含ませることが望ましい。
【００３０】
演算された巻き上げ量は運転指令作成部１０１２に送られ、この作成部１０１２により、モータ１１６を駆動するインバータ１１５に対する運転指令が作成される。この運転指令は、ディジタル信号出力端子ＤＯを介してクレーン制御部１１０内のインバータ制御部１１０Ｚに送られ、インバータ制御部１１０Ｚでは、所定の速度指令値に従ってインバータ１１５のスイッチング素子に対するオンオフ信号を作成し、インバータ１１５を運転する。
これにより、モータ１１６が駆動され、ドラム５０９を回転させることにより吊り荷５０３を巻上目標値まで巻き上げる。
【００３１】
また、走行制御部１０１Ｘでは、前記距離検出部１０４（レーザ距離計１０４ａ）による距離検出値（台車１００ＢのＸ方向位置）から、起動時の台車１００Ｂの始点位置を求め、この始点位置とＸ方向目標位置とを全距離演算部１０１７Ｘに入力して始点位置から目標位置までの全距離Ｘ０を演算する。この全距離Ｘ０は、後述する振れ周期Ｔと共に速度パターン選択部１０１５Ｘに入力されている。
なお、Ｘ方向目標位置についても、吊り荷５０３の有無に応じて停止位置に誤差が生じるため、この誤差に相当する位置補正量をＸ方向目標位置に含ませることが望ましい。
【００３２】
一方、図１に示した振れ角センサ５１２による振れ角検出値が、走行制御部１０１Ｘの周期演算部１０１４Ｘに入力されている。
ここで、振れ角は、吊り荷５０３をスプレッダ５０５にセットした状態で搬送を開始する前に、例えば吊り荷５０３の始点位置において人為的に、二重振り子構造を構成するビーム５０４、スプレッダ５０５、吊り荷５０３等の全体をＸ方向に揺らして検出される。そして、検出された吊り荷５０３の振れ角は、アシスト制御部１０１に送信される。図４は、吊り荷５０３の振れ角の一例を示す図である。
【００３３】
この振れ角は、振れ止め制御用の設定データの一つとして、前記アシスト設定部２００からクレーン本体１００の受信部１０２に送られ、図３に示す如く振れ角検出値として走行制御部１０１Ｘの周期演算部１０１４Ｘに取り込まれる。
周期演算部１０１４Ｘは、振れ角検出値から振れ周期Ｔを演算するものである。具体的には、図４に示した振れ角のゼロクロス点を検出し、その間隔から周期Ｔを求める。
【００３４】
周期演算部１０１４Ｘにより演算した周期Ｔと前述の全距離Ｘ０とは速度パターン選択部１０１５Ｘに入力されており、これらの入力データに基づいて台車１００Ｂの所定の速度パターン（Ｘ方向速度パターン）が選択され、出力されるようになっている。
図５は、台車１００ＢのＸ方向速度パターンの例を示しており、これらの速度パターンは全距離Ｘ０に応じて選択される。すなわち、走行時間を短縮するために搬送距離が長いほど搬送速度を速くする必要があるので、速度パターン選択部１０１５は、モータの定格速度等に基づいて予め設定した最高速度Ｖｍａｘ、周期Ｔ、及び、制御遅れによる停止位置誤差（例えば、最高速度の５％×１秒（または２秒）など）を用いて演算した距離と全距離Ｘ０との大小関係に応じて、図５（ａ）〜図５（ｄ）のうちの何れかの速度パターンを選択する。ここで、図５（ｄ）は全距離Ｘ０が最も短い場合であってクリープ運転を行う時の速度パターンであるため、本実施形態の振れ止め制御は、実質的に図５（ａ）〜図５（ｃ）の速度パターンに従って実行される。
こうして選択されたＸ方向速度パターンは、アナログ出力端子ＡＯを介してクレーン制御部１１０内のインバータ制御部１１０Ｘに送られる。
【００３５】
図５（ａ）〜図５（ｃ）の速度パターンにおける加減速時間Ｔには、振れ角検出値から演算した周期Ｔがそのまま用いられる。
これは、ドラム５０９を支点としたワイヤロープ５１０、ビーム５０４、ロープ５１１、スプレッダ５０５及び吊り荷５０３等からなる二重振り子構造の全体を便宜的に単振り子構造とみなすことにより、速度パターンにおける加減速時間Ｔを振れ周期Ｔ（＝２π√（Ｌ／ｇ））に一致させれば、前述した振れ止めの原理によって振れ止めが可能であることに基づいている。
なお、各速度パターンにおける減速開始時点ｔ１は、レーザ距離計１０４ａにより求めた目標位置までの残存距離が、（減速時間の平均速度×時間Ｔ）に等しくなる時点とすれば良く、例えば、図５（ａ）の速度パターンでは、残存距離が（Ｖｍａｘ／２×Ｔ）となる時点にすれば良い。
【００３６】
図３のインバータ制御部１１０Ｘでは、入力されたＸ方向速度パターンと後述する運転指令とに基づき、インバータ１１１のスイッチング素子に対するオンオフ信号を作成し、インバータ１１１を運転する。これにより、モータ１１２が駆動され、選択した速度パターンに従って台車１００ＢをＸ方向に移動させる。
【００３７】
更に、走行制御部１０１Ｘに入力された距離検出値（台車１００ＢのＸ方向位置）とＸ方向目標位置との偏差が残存距離演算部１０１３Ｘに入力されており、目標位置までのＸ方向の残存距離が求められる。この残存距離は、前記インバータ１１１の出力周波数として検出された速度検出値と共に、運転指令作成部１０１６Ｘに入力されている。
運転指令作成部１０１６Ｘは、経時的に変化するＸ方向の残存距離と速度検出値とに基づいて運転指令を作成し、この運転指令を、ディジタル出力端子ＤＯを介してインバータ制御部１１０Ｘに送出するものである。
【００３８】
横行制御部１０１Ｙは、基台１００ＡをＹ方向に走行させるもので、Ｙ方向目標位置及びＹ方向の全距離Ｙ０が用いられる点を除けば、その構成は基本的に走行制御部１０１Ｘと同様である。すなわち、横行制御部１０１Ｙにおいて、１０１３Ｙは残存距離演算部、１０１４Ｙは周期演算部、１０１５Ｙは速度パターン選択部、１０１６Ｙは運転指令作成部、１０１７Ｙは全距離演算部であり、それぞれの機能は走行制御部１０１Ｘにおける各要素と同一である。
【００３９】
なお、基台１００Ａ（言い換えれば台車１００Ｂ）のＹ方向速度パターンは、最高速度Ｖｍａｘ、周期Ｔ、及び、制御遅れによる停止位置誤差を用いて演算した距離と全距離Ｙ０との大小関係に応じて、図５と同様に速度パターン選択部１０１５Ｙが選択すれば良い。この場合の周期Ｔは、ビーム５０４、スプレッダ５０５及び吊り荷５０３等の全体をＹ方向に揺らした時の吊り荷５０３の振れ角を振れ角センサ５１２により検出し、その振れ角検出値から求めれば良く、この周期ＴをＹ方向速度パターンの加減速時間として用いる点もＸ方向と同様である。
【００４０】
なお、Ｘ方向，Ｙ方向の振れ角は、起動時、振れ角センサ５１２により検出したＸ方向，Ｙ方向の振れ角をアシスト制御部１０１に送信すれば良い。
【００４１】
上記のように、本実施形態によれば、ビーム５０４、スプレッダ５０５及び吊り荷５０３を有する二重振り子構造を有する天井型クレーン搬送システムにおいて、ドラム５０９から吊り荷５０３の重心までの距離を用いずに振れ止め用の適切な速度パターンを選択、決定することができる。そして、この速度パターンに従って台車１００Ｂ及び基台１００Ａを走行させることにより、加減速終了時の確実な振れ止めを可能にし、吊り荷５０３の搬送に要するサイクルタイムを最小限にすることができる。
吊り荷５０３の形状、構造によってその重心位置は異なるが、本実施形態では、振れ止め制御のために吊り荷５０３の重心位置を考慮する必要もないので、演算負荷も少なくて済むものである。
【００４２】
なお、吊り荷５０３の始点位置から目標位置までの搬送経路は、搬送時間及び搬送距離が最小となり、しかも障害物のない経路が選ばれるが、本発明の要旨ではないため説明を省略する。
また、走行制御及び横行制御を同時に行えば吊り荷を斜めに搬送することも可能であるが、斜め搬送時の振れ止め制御は既述の走行時及び横行時の振れ止め制御に分解して考えることができるから、この点についても説明を割愛する。
【００４３】
上記実施形態では、ドラム５０９により吊り荷５０３を昇降する機構を備えたクレーン搬送システムについて説明したが、本発明は、吊り荷５０３の昇降機構を持たず、少なくとも吊り荷を水平方向に搬送するクレーン搬送システムであれば適用可能である。
また、本発明は、ビーム５０４、スプレッダ５０５及び吊り荷５０３等からなる二重振り子構造だけでなく、吊り荷５０３を含む搬送負荷全体が三重以上の振り子となるような多重振り子構造にも適用することができる。
なお、吊り荷５０３の昇降機構や走行・横行機構は、図示例に何ら限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４４】
１００：クレーン本体
１００Ａ：基台
１００Ｂ：台車
１０１：アシスト制御部
１０１Ｘ：走行制御部
１０１Ｙ：横行制御部
１０１Ｚ：昇降制御部
１０１１：巻上量演算部
１０１２：運転指令作成部
１０１３Ｘ，１０１３Ｙ：残存距離演算部
１０１４Ｘ，１０１４Ｙ：周期演算部
１０１５Ｘ，１０１５Ｙ：速度パターン選択部
１０１６Ｘ，１０１６Ｙ：運転指令作成部
１０１７Ｘ，１０１７Ｙ：全距離演算部
１０２：受信部
１０３，１０４：距離検出部
１０４ａ，１０４ｂ：レーザ距離計
１０５ａ，１０５ｂ：反射板
１０６：スプレッダ操作部
１１０：クレーン制御部
１１０Ｘ，１１０Ｙ，１１０Ｚ：インバータ制御部
１１１，１１３，１１５：インバータ
１１２，１１４，１１６：モータ
１１７：受信部
１１８：行先表示灯
２００：振れ止め設定部
２０１：メモリカード
３００：無線送信部
５０３：吊り荷
５０４：ビーム
５０５：スプレッダ
５０９：ドラム
５１０：ワイヤロープ
５１１：ロープ
５１２：振れ角センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天井型クレーンの台車を自動運転して吊り荷を所定位置に搬送する天井型クレーン搬送システムにおいて、吊り荷を搬送する際の加減速終了時における吊り荷の振動を低減するためのクレーンの振れ止め制御方法及び制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のクレーン搬送システムでは、ある位置に置かれた吊り荷を吊り上げて目標位置まで搬送し、吊り荷を降ろすという一連の動作のサイクルタイムを減少させるため、水平方向へ搬送する際の加減速終了時における吊り荷の振れを抑制する制御（いわゆる振れ止め制御）が採用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、巻上ワイヤロープの振れ角、振れ角速度の計測値等に基づき高速振れ止めパターンにおける振れ止め加減速調整量を演算するファジィ推論手段等の振れ止め加減速調整量演算器と、吊り荷の最大許容振れ角に基づき設定された減速度を、目標速度と現在の設定速度との偏差の正負に応じて振れ止め加減速調整量に加減算し、その結果に演算周期を乗じたものを現在の設定速度または速度検出値に加算して高速振れ止めパターンにおける速度指令値を演算する高速振れ止め速度指令値演算器とを備えた振れ止め制御装置が開示されている。
この従来技術によれば、台車速度が目標速度よりも小さいときには速度を増加させ、逆に目標速度よりも大きいときには速度を減少させるような速度指令値が生成されるため、吊り荷の振れ止めを行ないながら目標速度に到達させることを可能にしている。
【０００４】
また、特許文献２には、吊り荷を巻き上げつつ走行する懸垂式クレーンの走行制御を所定の速度パターンに従って行う際に、速度パターンを、クレーンを所定速度まで加速する加速区間と等速区間とにより構成し、加速区間における加速度パターンを連続的に変化させることにより、巻き上げ・巻き下げ速度が高速であって駆動系がバネ特性を持つようなクレーンに対しても高精度の振れ止めを可能にした振れ止め制御方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２８３７３１４号公報（段落［０００９］〜［００３２］、図１，図２等）
【特許文献２】特許第３２３７５５７号公報（段落［００１６］〜［００２７］、図１〜図３等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、これらの従来技術では、基本的に、クレーン−吊り荷系を単振り子とみなすモデルに基づき、吊り荷の振れ周期に相当する加減速時間を求めて速度パターンを決定している。
すなわち、図６（ａ）はクレーン−吊り荷系の単振り子モデルであり、５０１はクレーンの台車、５０２はワイヤロープ、５０３は吊り荷、Ｌはロープ長（台車５０１から吊り荷５０３の重心までの距離）、θ０は吊り荷５０３の振れ角度である。また、図６（ｂ）は上記モデルにおける台車５０１の速度パターン，加速度パターンと、吊り荷５０３の振れ角度θ０との関係を示しており、Ｖｍａｘは速度最大値、Ａｍａｘ，−Ａｍａｘは加速度最大値、Ｔは加減速時間（吊り荷５０３の振れ周期）である。
なお、図６（ｃ）は吊り荷５０３の振れ角度と角速度との関係を示す軌跡図であり、図中の記号ａ，ｂ，ｃは図６（ｂ）における速度パターン上の記号ａ，ｂ，ｃに対応している。
【０００７】
ここで、加減速時間、つまり吊り荷５０３の振れ周期ＴはＴ＝２π√（Ｌ／ｇ）によって表されることが知られており（ｇは重力加速度）、図６（ｂ）によれば、台車５０１の加速終了時及び減速終了時に吊り荷５０３の振れ角度θ０が何れも０になるため、距離Ｌから求めた加減速時間Ｔに基づき、図６（ｂ）の上段に示すような速度パターンを作成して台車５０１を走行させれば、理論上、吊り荷５０３の振れ止め制御を行うことができる。
【０００８】
しかしながら、図７に示すように、ビーム５０４及びスプレッダ５０５を用いて吊り荷５０３を搬送する天井型クレーン搬送システムは、いわゆる二重振り子構造となっている。すなわち、ビーム５０４と、スプレッダ５０５及び吊り荷５０３の結合体との固有振動数がそれぞれ異なるため、台車５０１から吊り荷５０３の重心までの距離Ｌを求めて前記のＴ＝２π√（Ｌ／ｇ）により周期Ｔつまり加減速時間を求めたとしても、この加減速時間Ｔでは正確に振れ止めを行うことができない。なお、図７において、５０７，５０８は滑車、５０９は巻き上げ・巻き下げ用のドラム、５１０はワイヤロープ、５１１はロープを示す。
このように、図７に示したような二重振り子構造のクレーン搬送システムにおいては、支点から吊り荷５０３の重心までの距離Ｌに基づいて加減速時間を決定することができず、適切な速度パターンの決定が難しいため振れ止め制御の精度が低くなるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の解決課題は、多重振り子構造のクレーン搬送システムにおいて、搬送時の速度パターンを適切に決定して吊り荷の振れ止めを高精度に実現可能としたクレーンの振れ止め制御方法及び制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に係る振れ止め制御方法は、吊り荷及びその支持構造が多重振り子構造を構成し、クレーン本体によって吊り荷を搬送するクレーン搬送システムにおいて、前記多重振り子構造を振動させたときの吊り荷の振れ角を予め測定し、この振れ角から吊り荷の振れ周期を求め、吊り荷を搬送する際の加減速時間を前記振れ周期に等しくした速度パターンを用いて吊り荷を水平方向に搬送することにより加減速終了時の吊り荷の振れを抑制するものである。
【００１１】
請求項２に係る振れ止め制御方法は、請求項１において、前記多重振り子構造をＸ方向に振動させたときの吊り荷のＸ方向の振れ角と、前記多重振り子構造を前記Ｘ方向に直交するＹ方向に振動させたときの吊り荷のＹ方向の振れ角とをそれぞれ求め、前記Ｘ方向の振れ角から求めたＸ方向の振れ周期、前記Ｙ方向の振れ角から求めたＹ方向の振れ周期にそれぞれ等しい加減速時間を持つＸ方向速度パターン、Ｙ方向速度パターンを用いて、吊り荷をＸ方向、Ｙ方向に搬送するものである。
【００１２】
請求項３に係る振れ止め制御方法は、請求項１または２において、吊り荷の搬送距離に応じて、複数の前記速度パターンの中から一つの速度パターンを選択して用いるものである。
【００１３】
請求項４に係る振れ止め制御方法は、請求項１〜３の何れか１項において、前記多重振り子構造は、昇降するビームと、このビームに吊り下げられたスプレッダ及び吊り荷と、からなる二重振り子構造であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に係る振れ止め制御装置は、吊り荷及びその支持構造が多重振り子構造を構成し、クレーン本体によって吊り荷を搬送するクレーン搬送システムにおいて、前記多重振り子構造を振動させたときの吊り荷の振れ角を検出する検出手段と、前記振れ角の検出値から吊り荷の振れ周期を演算する演算手段と、吊り荷を水平方向に搬送する際の加減速時間を前記振れ周期に等しくした複数の速度パターンの中から、吊り荷の搬送距離に応じて一つの速度パターンを選択する選択手段と、選択した速度パターンを用いて吊り荷を水平方向に搬送する搬送手段と、を備えたものである。
【００１５】
請求項６に係る振れ止め制御装置は、請求項５において、前記検出手段は、前記多重振り子構造をＸ方向に振動させたときの吊り荷のＸ方向の振れ角と、前記多重振り子構造を前記Ｘ方向に直交するＹ方向に振動させたときの吊り荷のＹ方向の振れ角をそれぞれ検出し、前記演算手段は、前記Ｘ方向の振れ角からＸ方向の振れ周期を演算し、かつ、前記Ｙ方向の振れ角からＹ方向の振れ周期を演算し、前記選択手段は、吊り荷をＸ方向に搬送する際の加減速時間を前記Ｘ方向の振れ周期に等しくした複数のＸ方向速度パターンの中から吊り荷の搬送距離に応じて一つのＸ方向速度パターンを選択し、かつ、吊り荷をＹ方向に搬送する際の加減速時間を前記Ｙ方向の振れ周期に等しくした複数のＹ方向速度パターンの中から吊り荷の搬送距離に応じて一つのＹ方向速度パターンを選択するものである。
【００１６】
請求項７に係る振れ止め制御装置は、請求項５または６において、前記多重振り子構造は、昇降するビームと、このビームに吊り下げられたスプレッダ及び吊り荷と、からなる二重振り子構造であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、二重振り子等の多重振り子構造を有する天井型クレーン搬送システムにおいて、吊り荷を支持する支点から吊り荷の重心までの距離を用いずに振れ止め用の適切な速度パターンを求めることができ、この速度パターンに従って吊り荷を搬送することで加減速終了時の確実な振れ止めを行うことができる。これにより、クレーン搬送システムにおけるサイクルタイムの短縮が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態における天井型クレーン搬送システムの主要部構成図である。
【図２】図１におけるクレーン本体の概略説明図である。
【図３】図１におけるアシスト制御部及びクレーン制御部の概略構成図である。
【図４】吊り荷の振れ角の説明図である。
【図５】台車の速度パターンの説明図である。
【図６】クレーン−吊り荷系の単振り子モデルの説明図である。
【図７】二重振り子構造を有する天井型クレーン搬送システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本実施形態に係る天井型クレーン搬送システムの主要部構成図、図２は図１におけるクレーン本体１００の概略説明図（図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図）であり、建屋内の天井（高所）に設置されたクレーン本体１００によって吊り荷５０３を始点位置から目標位置まで搬送するシステムを示している。ここで、主として吊り荷５０３の支持構造に関して、図７と同一の構成要素には同一の番号を付してある。
本実施形態において、吊り荷５０３は例えばプレス加工用の金型であり、この金型を天井型クレーン搬送システムにより金型置場とプレス機との間で搬送する場合を想定しているが、本発明における吊り荷の種類や搬送場所等は何ら限定されないことは言うまでもない。
【００２０】
クレーン本体１００は、図２に示すように基台１００Ａと台車１００Ｂとを備えている。基台１００Ａは図１，図２のＹ方向、台車１００ＢはＸ方向にそれぞれ走行可能であるものとし、これによって台車１００Ｂに吊り下げられた吊り荷５０３はＸ−Ｙ平面を水平方向に移動可能である。なお、便宜的に、台車１００ＢのＸ方向の移動を「走行」、基台１００ＡのＹ方向の移動を「横行」というものとする。また、図１には、吊り荷５０３の昇降方向をＺで示している。
図１では、基台１００Ａ及び台車１００Ｂを図示しておらず、これらを有するクレーン本体１００を一つのブロックとして示してあるが、このブロック内の各構成要素は、基台１００Ａまたは台車１００Ｂの何れかに配置されるものである。
【００２１】
始めに、図１を参照しながらクレーン本体１００の構成を説明する。
クレーン本体１００において、１１０はＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラあるいはシーケンサ）等により構成されたクレーン制御部であり、後述するアシスト制御部１０１からの運転指令及び速度パターンに従い、インバータ１１１，１１３，１１５を運転して走行用モータ１１２、横行用モータ１１４、ドラム５０９の駆動用（巻き上げ・巻き下げ用）モータ１１６をそれぞれ駆動するようになっている。ここで、クレーン制御部１１０及びインバータ１１１，１１３，１１５による各モータ１１２，１１４，１１６の駆動システムや、モータ１１２による台車１００Ｂの走行機構、モータ１１４による基台１００Ａの走行機構、モータ１１６によるドラム５０９の駆動機構は、何れも既知のものであり、本発明の要旨ではないため、詳述を省略する。
【００２２】
アシスト制御部１０１も同じくＰＬＣ等により構成されており、主として前記モータ１１２，１１４，１１６に対する運転指令や走行時、横行時に吊り荷５０３の振れ止めを行うための速度パターンを前記クレーン制御部１１０に送出する機能を備えている。
なお、アシスト制御部１０１の構成及び機能については後に詳述する。
【００２３】
アシスト制御部１０１には受信部１０２が接続されており、この受信部１０２は、作業員が地上で設定操作するアシスト設定部２００との間で、無線ＬＡＮシステムにより各種データを送受信可能である。
アシスト設定部２００は、例えばタッチパネル方式により、台車１００Ｂの運行パターン（搬送速度、搬送経路上の中継場所の有無等）や目標位置、吊り荷５０３のパラメータ（吊り荷の種類、振れ止め制御を行わずに通常の搬送を行う場合の重心位置等）を設定するためのものである。また、吊り荷５０３を振れ止め制御する際に、速度パターンにおける加減速時間を決定するためのデータ（後述する振れ角センサ５１２により検出した振れ角等）も設定可能となっている。なお、２０１は、上記運行パターンに応じたモータ制御用プログラムや吊り荷５０３のパラメータ等が格納されたメモリカードを示している。
【００２４】
更に、１０３は吊り荷５０３の高さ（地上からの距離）を検出するための距離検出部であり、光学式エンコーダ等を利用して、ワイヤロープ５１０を巻き上げ、または巻き下げるドラム５０９の回転数から吊り荷５０３の高さを検出するようになっている。ここで、ドラム５０９は台車１００Ｂ上に固定されているものとする。
１０４は基台１００Ａ及び台車１００ＢのＸ方向、Ｙ方向の位置を検出するための距離検出部であり、詳しくは、図２（ａ）に示すように構成されている。
【００２５】
すなわち、図２（ａ）において、１０４ａ，１０４ｂは基台１００Ａの端部に固定されたレーザ距離計、１０５ａは台車１００Ｂの側面に固定された反射板、１０５ｂは基台１００Ａの外部の適宜な静止位置に固定された反射板であり、これらによって図１の距離検出部１０４が構成される。
反射板１０５ａからのレーザ反射光を受光するレーザ距離計１０４ａの出力信号を用いれば台車１００ＢのＸ方向の位置（距離）を検出することができ、同様に反射板１０５ｂからのレーザ反射光を受光するレーザ距離計１０４ｂの出力信号を用いれば基台１００ＡのＹ方向の位置（距離）を検出することができる。よって、これらの検出値から台車１００Ｂ言い換えれば吊り荷５０３の絶対位置が求められ、吊り荷５０３の搬送先である目標位置（アシスト設定部２００により設定される）までの距離も求められる。
【００２６】
再び図１において、１０６はスプレッダ操作部であり、吊り荷５０３を保持するスプレッダ５０５のロック・アンロック操作を行うためのものである。このスプレッダ操作部１０６の動作は、機械式制御となっている。
３００は作業員による遠隔操作用の無線送信部であり、基台１００Ａ側に設置された受信部１１７を介してアシスト制御部１０１及びクレーン制御部１１０に指令を送り、本発明に係る振れ止め制御による搬送モードと振れ止め制御を行わない通常の搬送モードとの選択、クレーン搬送システム全体の起動、停止等を行わせる。
なお、１１８は地上の作業員がクレーン本体１００の行先を確認するための行先表示灯であり、この行先はアシスト制御部１０１から表示データとして行先表示灯１１８に与えられる。
【００２７】
更に、スプレッダ５０５の上端部には、振れ角センサ５１２が取り付けられている。この振れ角センサ５１２は、ドラム５０９を支点としたワイヤロープ５１０、ビーム５０４、ロープ５１１、スプレッダ５０５及び吊り荷５０３等からなる二重振り子構造を揺らしたときの吊り荷５０３の振れ角を検出するものであり、検出した振れ角はアシスト制御部１０１に送信されるようになっている。
【００２８】
次に、前記アシスト制御部１０１及びクレーン制御部１１０の主たる機能を、図３に基づいて説明する。
図３において、アシスト制御部１０１は、吊り荷５０３の昇降を制御するための昇降制御部１０１Ｚと、台車１００Ｂの走行を制御するための走行制御部１０１Ｘと、基台１００Ａの横行を制御するための横行制御部１０１Ｙとからなっている。ここで、基台１００Ａの横行と同時に基台１００Ａ上の台車１００Ｂも横行するのは言うまでもない。
【００２９】
昇降制御部１０１Ｚでは、前記距離検出部１０３により検出した吊り荷５０３の高さと巻上目標値との偏差を求め、その偏差に応じた吊り荷５０３の巻き上げ量を巻上量演算部１０１１により演算する。ここでは吊り荷５０３の巻き上げ、巻き下げを一括して巻き上げと呼ぶことにする。
なお、吊り荷５０３の有無（吊り荷５０３を搬送する時、及び、搬送した吊り荷５０３を降ろして空荷の状態で戻る時）に応じて停止位置に誤差が生じるため、この誤差に相当する位置補正量を巻上目標値に含ませることが望ましい。
【００３０】
演算された巻き上げ量は運転指令作成部１０１２に送られ、この作成部１０１２により、モータ１１６を駆動するインバータ１１５に対する運転指令が作成される。この運転指令は、ディジタル信号出力端子ＤＯを介してクレーン制御部１１０内のインバータ制御部１１０Ｚに送られ、インバータ制御部１１０Ｚでは、所定の速度指令値に従ってインバータ１１５のスイッチング素子に対するオンオフ信号を作成し、インバータ１１５を運転する。
これにより、モータ１１６が駆動され、ドラム５０９を回転させることにより吊り荷５０３を巻上目標値まで巻き上げる。
【００３１】
また、走行制御部１０１Ｘでは、前記距離検出部１０４（レーザ距離計１０４ａ）による距離検出値（台車１００ＢのＸ方向位置）から、起動時の台車１００Ｂの始点位置を求め、この始点位置とＸ方向目標位置とを全距離演算部１０１７Ｘに入力して始点位置から目標位置までの全距離Ｘ０を演算する。この全距離Ｘ０は、後述する振れ周期Ｔと共に速度パターン選択部１０１５Ｘに入力されている。
なお、Ｘ方向目標位置についても、吊り荷５０３の有無に応じて停止位置に誤差が生じるため、この誤差に相当する位置補正量をＸ方向目標位置に含ませることが望ましい。
【００３２】
一方、図１に示した振れ角センサ５１２による振れ角検出値が、走行制御部１０１Ｘの周期演算部１０１４Ｘに入力されている。
ここで、振れ角は、吊り荷５０３をスプレッダ５０５にセットした状態で搬送を開始する前に、例えば吊り荷５０３の始点位置において人為的に、二重振り子構造を構成するビーム５０４、スプレッダ５０５、吊り荷５０３等の全体をＸ方向に揺らして検出される。そして、検出された吊り荷５０３の振れ角は、アシスト制御部１０１に送信される。図４は、吊り荷５０３の振れ角の一例を示す図である。
【００３３】
この振れ角は、振れ止め制御用の設定データの一つとして、前記アシスト設定部２００からクレーン本体１００の受信部１０２に送られ、図３に示す如く振れ角検出値として走行制御部１０１Ｘの周期演算部１０１４Ｘに取り込まれる。
周期演算部１０１４Ｘは、振れ角検出値から振れ周期Ｔを演算するものである。具体的には、図４に示した振れ角のゼロクロス点を検出し、その間隔から周期Ｔを求める。
【００３４】
周期演算部１０１４Ｘにより演算した周期Ｔと前述の全距離Ｘ０とは速度パターン選択部１０１５Ｘに入力されており、これらの入力データに基づいて台車１００Ｂの所定の速度パターン（Ｘ方向速度パターン）が選択され、出力されるようになっている。
図５は、台車１００ＢのＸ方向速度パターンの例を示しており、これらの速度パターンは全距離Ｘ０に応じて選択される。すなわち、走行時間を短縮するために搬送距離が長いほど搬送速度を速くする必要があるので、速度パターン選択部１０１５は、モータの定格速度等に基づいて予め設定した最高速度Ｖｍａｘ、周期Ｔ、及び、制御遅れによる停止位置誤差（例えば、最高速度の５％×１秒（または２秒）など）を用いて演算した距離と全距離Ｘ０との大小関係に応じて、図５（ａ）〜図５（ｄ）のうちの何れかの速度パターンを選択する。ここで、図５（ｄ）は全距離Ｘ０が最も短い場合であってクリープ運転を行う時の速度パターンであるため、本実施形態の振れ止め制御は、実質的に図５（ａ）〜図５（ｃ）の速度パターンに従って実行される。
こうして選択されたＸ方向速度パターンは、アナログ出力端子ＡＯを介してクレーン制御部１１０内のインバータ制御部１１０Ｘに送られる。
【００３５】
図５（ａ）〜図５（ｃ）の速度パターンにおける加減速時間Ｔには、振れ角検出値から演算した周期Ｔがそのまま用いられる。
これは、ドラム５０９を支点としたワイヤロープ５１０、ビーム５０４、ロープ５１１、スプレッダ５０５及び吊り荷５０３等からなる二重振り子構造の全体を便宜的に単振り子構造とみなすことにより、速度パターンにおける加減速時間Ｔを振れ周期Ｔ（＝２π√（Ｌ／ｇ））に一致させれば、前述した振れ止めの原理によって振れ止めが可能であることに基づいている。
なお、各速度パターンにおける減速開始時点ｔ１は、レーザ距離計１０４ａにより求めた目標位置までの残存距離が、（減速時間の平均速度×時間Ｔ）に等しくなる時点とすれば良く、例えば、図５（ａ）の速度パターンでは、残存距離が（Ｖｍａｘ／２×Ｔ）となる時点にすれば良い。
【００３６】
図３のインバータ制御部１１０Ｘでは、入力されたＸ方向速度パターンと後述する運転指令とに基づき、インバータ１１１のスイッチング素子に対するオンオフ信号を作成し、インバータ１１１を運転する。これにより、モータ１１２が駆動され、選択した速度パターンに従って台車１００ＢをＸ方向に移動させる。
【００３７】
更に、走行制御部１０１Ｘに入力された距離検出値（台車１００ＢのＸ方向位置）とＸ方向目標位置との偏差が残存距離演算部１０１３Ｘに入力されており、目標位置までのＸ方向の残存距離が求められる。この残存距離は、前記インバータ１１１の出力周波数として検出された速度検出値と共に、運転指令作成部１０１６Ｘに入力されている。
運転指令作成部１０１６Ｘは、経時的に変化するＸ方向の残存距離と速度検出値とに基づいて運転指令を作成し、この運転指令を、ディジタル出力端子ＤＯを介してインバータ制御部１１０Ｘに送出するものである。
【００３８】
横行制御部１０１Ｙは、基台１００ＡをＹ方向に走行させるもので、Ｙ方向目標位置及びＹ方向の全距離Ｙ０が用いられる点を除けば、その構成は基本的に走行制御部１０１Ｘと同様である。すなわち、横行制御部１０１Ｙにおいて、１０１３Ｙは残存距離演算部、１０１４Ｙは周期演算部、１０１５Ｙは速度パターン選択部、１０１６Ｙは運転指令作成部、１０１７Ｙは全距離演算部であり、それぞれの機能は走行制御部１０１Ｘにおける各要素と同一である。
【００３９】
なお、基台１００Ａ（言い換えれば台車１００Ｂ）のＹ方向速度パターンは、最高速度Ｖｍａｘ、周期Ｔ、及び、制御遅れによる停止位置誤差を用いて演算した距離と全距離Ｙ０との大小関係に応じて、図５と同様に速度パターン選択部１０１５Ｙが選択すれば良い。この場合の周期Ｔは、ビーム５０４、スプレッダ５０５及び吊り荷５０３等の全体をＹ方向に揺らした時の吊り荷５０３の振れ角を振れ角センサ５１２により検出し、その振れ角検出値から求めれば良く、この周期ＴをＹ方向速度パターンの加減速時間として用いる点もＸ方向と同様である。
【００４０】
なお、Ｘ方向，Ｙ方向の振れ角は、起動時、振れ角センサ５１２により検出したＸ方向，Ｙ方向の振れ角をアシスト制御部１０１に送信すれば良い。
【００４１】
上記のように、本実施形態によれば、ビーム５０４、スプレッダ５０５及び吊り荷５０３を有する二重振り子構造を有する天井型クレーン搬送システムにおいて、ドラム５０９から吊り荷５０３の重心までの距離を用いずに振れ止め用の適切な速度パターンを選択、決定することができる。そして、この速度パターンに従って台車１００Ｂ及び基台１００Ａを走行させることにより、加減速終了時の確実な振れ止めを可能にし、吊り荷５０３の搬送に要するサイクルタイムを最小限にすることができる。
吊り荷５０３の形状、構造によってその重心位置は異なるが、本実施形態では、振れ止め制御のために吊り荷５０３の重心位置を考慮する必要もないので、演算負荷も少なくて済むものである。
【００４２】
なお、吊り荷５０３の始点位置から目標位置までの搬送経路は、搬送時間及び搬送距離が最小となり、しかも障害物のない経路が選ばれるが、本発明の要旨ではないため説明を省略する。
また、走行制御及び横行制御を同時に行えば吊り荷を斜めに搬送することも可能であるが、斜め搬送時の振れ止め制御は既述の走行時及び横行時の振れ止め制御に分解して考えることができるから、この点についても説明を割愛する。
【００４３】
上記実施形態では、ドラム５０９により吊り荷５０３を昇降する機構を備えたクレーン搬送システムについて説明したが、本発明は、吊り荷５０３の昇降機構を持たず、少なくとも吊り荷を水平方向に搬送するクレーン搬送システムであれば適用可能である。
また、本発明は、ビーム５０４、スプレッダ５０５及び吊り荷５０３等からなる二重振り子構造だけでなく、吊り荷５０３を含む搬送負荷全体が三重以上の振り子となるような多重振り子構造にも適用することができる。
なお、吊り荷５０３の昇降機構や走行・横行機構は、図示例に何ら限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４４】
１００：クレーン本体
１００Ａ：基台
１００Ｂ：台車
１０１：アシスト制御部
１０１Ｘ：走行制御部
１０１Ｙ：横行制御部
１０１Ｚ：昇降制御部
１０１１：巻上量演算部
１０１２：運転指令作成部
１０１３Ｘ，１０１３Ｙ：残存距離演算部
１０１４Ｘ，１０１４Ｙ：周期演算部
１０１５Ｘ，１０１５Ｙ：速度パターン選択部
１０１６Ｘ，１０１６Ｙ：運転指令作成部
１０１７Ｘ，１０１７Ｙ：全距離演算部
１０２：受信部
１０３，１０４：距離検出部
１０４ａ，１０４ｂ：レーザ距離計
１０５ａ，１０５ｂ：反射板
１０６：スプレッダ操作部
１１０：クレーン制御部
１１０Ｘ，１１０Ｙ，１１０Ｚ：インバータ制御部
１１１，１１３，１１５：インバータ
１１２，１１４，１１６：モータ
１１７：受信部
１１８：行先表示灯
２００：振れ止め設定部
２０１：メモリカード
３００：無線送信部
５０３：吊り荷
５０４：ビーム
５０５：スプレッダ
５０９：ドラム
５１０：ワイヤロープ
５１１：ロープ
５１２：振れ角センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吊り荷及びその支持構造が多重振り子構造を構成し、クレーン本体によって吊り荷を搬送するクレーン搬送システムにおいて、
前記多重振り子構造を振動させたときの吊り荷の振れ角を予め測定し、この振れ角から吊り荷の振れ周期を求め、吊り荷を搬送する際の加減速時間を前記振れ周期に等しくした速度パターンを用いて吊り荷を水平方向に搬送することにより加減速終了時の吊り荷の振れを抑制することを特徴とするクレーンの振れ止め制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載したクレーンの振れ止め制御方法において、
前記多重振り子構造をＸ方向に振動させたときの吊り荷のＸ方向の振れ角と、前記多重振り子構造を前記Ｘ方向に直交するＹ方向に振動させたときの吊り荷のＹ方向の振れ角とをそれぞれ求め、前記Ｘ方向の振れ角から求めたＸ方向の振れ周期、前記Ｙ方向の振れ角から求めたＹ方向の振れ周期にそれぞれ等しい加減速時間を持つＸ方向速度パターン、Ｙ方向速度パターンを用いて、吊り荷をＸ方向、Ｙ方向に搬送することを特徴とするクレーンの振れ止め制御方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載したクレーンの振れ止め制御方法において、
吊り荷の搬送距離に応じて、複数の前記速度パターンの中から一つの速度パターンを選択して用いることを特徴とするクレーンの振れ止め制御方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載したクレーンの振れ止め制御方法において、
前記多重振り子構造は、昇降するビームと、このビームに吊り下げられたスプレッダ及び吊り荷と、からなる二重振り子構造であることを特徴とするクレーンの振れ止め制御方法。
【請求項５】
吊り荷及びその支持構造が多重振り子構造を構成し、クレーン本体によって吊り荷を搬送するクレーン搬送システムにおいて、
前記多重振り子構造を振動させたときの吊り荷の振れ角を検出する検出手段と、
前記振れ角の検出値から吊り荷の振れ周期を演算する演算手段と、
吊り荷を水平方向に搬送する際の加減速時間を前記振れ周期に等しくした複数の速度パターンの中から、吊り荷の搬送距離に応じて一つの速度パターンを選択する選択手段と、
選択した速度パターンを用いて吊り荷を水平方向に搬送する搬送手段と、
を備えたことを特徴とするクレーンの振れ止め制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載したクレーンの振れ止め制御装置において、
前記検出手段は、前記多重振り子構造をＸ方向に振動させたときの吊り荷のＸ方向の振れ角と、前記多重振り子構造を前記Ｘ方向に直交するＹ方向に振動させたときの吊り荷のＹ方向の振れ角と、をそれぞれ検出し、
前記演算手段は、前記Ｘ方向の振れ角からＸ方向の振れ周期を演算し、かつ、前記Ｙ方向の振れ角からＹ方向の振れ周期を演算し、
前記選択手段は、吊り荷をＸ方向に搬送する際の加減速時間を前記Ｘ方向の振れ周期に等しくした複数のＸ方向速度パターンの中から吊り荷の搬送距離に応じて一つのＸ方向速度パターンを選択し、かつ、吊り荷をＹ方向に搬送する際の加減速時間を前記Ｙ方向の振れ周期に等しくした複数のＹ方向速度パターンの中から吊り荷の搬送距離に応じて一つのＹ方向速度パターンを選択することを特徴とするクレーンの振れ止め制御装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載したクレーンの振れ止め制御装置において、
前記多重振り子構造は、昇降するビームと、このビームに吊り下げられたスプレッダ及び吊り荷と、からなる二重振り子構造であることを特徴とするクレーンの振れ止め制御装置。
【請求項１】
吊り荷及びその支持構造が多重振り子構造を構成し、クレーン本体によって吊り荷を搬送するクレーン搬送システムにおいて、
前記多重振り子構造を振動させたときの吊り荷の振れ角を予め測定し、この振れ角から吊り荷の振れ周期を求め、吊り荷を搬送する際の加減速時間を前記振れ周期に等しくした速度パターンを用いて吊り荷を水平方向に搬送することにより加減速終了時の吊り荷の振れを抑制することを特徴とするクレーンの振れ止め制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載したクレーンの振れ止め制御方法において、
前記多重振り子構造をＸ方向に振動させたときの吊り荷のＸ方向の振れ角と、前記多重振り子構造を前記Ｘ方向に直交するＹ方向に振動させたときの吊り荷のＹ方向の振れ角とをそれぞれ求め、前記Ｘ方向の振れ角から求めたＸ方向の振れ周期、前記Ｙ方向の振れ角から求めたＹ方向の振れ周期にそれぞれ等しい加減速時間を持つＸ方向速度パターン、Ｙ方向速度パターンを用いて、吊り荷をＸ方向、Ｙ方向に搬送することを特徴とするクレーンの振れ止め制御方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載したクレーンの振れ止め制御方法において、
吊り荷の搬送距離に応じて、複数の前記速度パターンの中から一つの速度パターンを選択して用いることを特徴とするクレーンの振れ止め制御方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載したクレーンの振れ止め制御方法において、
前記多重振り子構造は、昇降するビームと、このビームに吊り下げられたスプレッダ及び吊り荷と、からなる二重振り子構造であることを特徴とするクレーンの振れ止め制御方法。
【請求項５】
吊り荷及びその支持構造が多重振り子構造を構成し、クレーン本体によって吊り荷を搬送するクレーン搬送システムにおいて、
前記多重振り子構造を振動させたときの吊り荷の振れ角を検出する検出手段と、
前記振れ角の検出値から吊り荷の振れ周期を演算する演算手段と、
吊り荷を水平方向に搬送する際の加減速時間を前記振れ周期に等しくした複数の速度パターンの中から、吊り荷の搬送距離に応じて一つの速度パターンを選択する選択手段と、
選択した速度パターンを用いて吊り荷を水平方向に搬送する搬送手段と、
を備えたことを特徴とするクレーンの振れ止め制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載したクレーンの振れ止め制御装置において、
前記検出手段は、前記多重振り子構造をＸ方向に振動させたときの吊り荷のＸ方向の振れ角と、前記多重振り子構造を前記Ｘ方向に直交するＹ方向に振動させたときの吊り荷のＹ方向の振れ角と、をそれぞれ検出し、
前記演算手段は、前記Ｘ方向の振れ角からＸ方向の振れ周期を演算し、かつ、前記Ｙ方向の振れ角からＹ方向の振れ周期を演算し、
前記選択手段は、吊り荷をＸ方向に搬送する際の加減速時間を前記Ｘ方向の振れ周期に等しくした複数のＸ方向速度パターンの中から吊り荷の搬送距離に応じて一つのＸ方向速度パターンを選択し、かつ、吊り荷をＹ方向に搬送する際の加減速時間を前記Ｙ方向の振れ周期に等しくした複数のＹ方向速度パターンの中から吊り荷の搬送距離に応じて一つのＹ方向速度パターンを選択することを特徴とするクレーンの振れ止め制御装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載したクレーンの振れ止め制御装置において、
前記多重振り子構造は、昇降するビームと、このビームに吊り下げられたスプレッダ及び吊り荷と、からなる二重振り子構造であることを特徴とするクレーンの振れ止め制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−９３６３３（Ｐ２０１１−９３６３３Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４７１７０（Ｐ２００９−２４７１７０）
【出願日】平成２１年１０月２８日（２００９．１０．２８）
【出願人】（５０２３６７８４５）富士アイティ株式会社 (5)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２８日（２００９．１０．２８）
【出願人】（５０２３６７８４５）富士アイティ株式会社 (5)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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