JP4183316B2 - 吊荷の振れ止め制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はクレーンによって吊荷を運搬する際に吊荷の振れ止め制御を行うために前記クレーンに備えた吊荷の振れ止め制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に示すクレーンでは、トロリー１２からロープ１３が垂れ下がっており、このロープ１３の下端に吊荷１４を取り付けた状態でトロリー１２がレール１１上を走行して吊荷４を運搬するようになっている。
【０００３】
このようなクレーンにおいて自動運転を行う場合には、トロリー１２を走行させて吊荷１４を指示された目標位置まで運搬するのと同時に、トロリー１２の走行終了後に吊荷１４の振れが残らないようにする吊荷１４の振れ止め制御機能をクレーンに組み込む必要がある。
【０００４】
そこで、従来はバンバン型の制御装置による吊荷の振れ止め制御が提案されている。即ち、上記のようなクレーンは台車・振り子系としてモデル化することができ、このような台車・振り子系モデルについては、トロリー１２の走行加速度を切り替えるバンバン型制御装置により吊荷の振れ止め制御が可能であることが示されている（参考文献「トロリーの最大速度に注目したクレーンの最短時間制御方法」、美多 勉 他、計測自動制御学会論文集VOL.15 No.6 pp.125-130 1979)。
【０００５】
このバンバン型制御装置の出力特性を図８に示す。バンバン型制御装置では、図８（ａ）に示すような走行速度パターンを予め計算しておき、この走行速度パターンにしたがってトロリー１２を速度制御することにより、吊荷１４の振れ止め制御を行う。図８（ｂ）と図８（ｃ）には、図８（ａ）に示す走行速度パターンに対応したトロリー１２の走行加速度と、ロープ１３と吊荷１２とからなる振り子の振幅（振れ角）とを示す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のバンバン型制御装置によって吊荷の振れ止め制御を行う場合には、図８（ｂ）に示すようにトロリー１２の加速途中及び減速途中にトロリー１２の走行加速度を急激に変化させる不連続点が存在する。このため、トロリー１２の走行駆動系の応答に遅れが生じ、この応答遅れが誤差要因となって、トロリー１２が走行速度パターンにしたがって走行した後に吊荷１４の振れが残留するということがしばしば発生する。
【０００７】
このことから、上記従来のバンバン型制御装置では走行速度パターン終了後に吊荷１４の残留振れを止めるための制御が付加されているが、このことが吊荷１４の運搬時間を長くする要因となって荷役効率を低下させるという重大な問題を有していた。
【０００８】
従って本発明は上記従来技術に鑑み、トロリー等の走行体の加速途中及び減速途中で走行加速度に不連続点を持たない走行速度パターンを得ることができ、この走行速度パターンに基づいて走行駆動系の追従性に起因する吊荷の残留振れが少ない高精度な振れ止め制御を行うことができる吊荷の振れ止め制御装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１発明の吊荷の振れ止め制御装置は、走行体から垂れ下がったロープの下端に吊荷を取り付け、この吊荷を前記走行体の走行により目標位置まで運搬するよう構成されたクレーンにおいて、このクレーンにより前記吊荷を運搬する際に前記吊荷の振れ止め制御を行う吊荷の振れ止め制御装置であって、
前記ロープの長さｌを検出するロープ長検出装置と、
前記走行体の現在位置ｘOを検出する走行体位置検出装置と、
速度指令値に基づいて前記走行体の走行速度を制御する機能を有する走行体駆動装置と、
この走行体駆動装置へ前記速度指令値を出力する制御装置とを備え、
この制御装置では、
基準ロープ長ｌ O に基づいて、次式により基準周期Ｔ計算し、
【数２９】
この基準周期Ｔと走行最大速度Ｖ max とに基づいて、次式により前記走行体の加速時の基準走行加速度ａ ko を計算し、
【数３０】
この基準走行加速度ａ ko と、前記基準ロープ長ｌ O と、前記ロープの長さｌと、重力加速度ｇと、振り子の振れ角φと、振り子の振れ角速度ωと、ロープ長変化率ν l とに基づいて、次のような前記走行体の加速時の走行加速度ａ k の式を求め、
【数３１】
この走行加速度ａ k を次式のように積分して、前記走行体の加速時の走行速度Ｖ a ( ｔ ) を計算し、
【数３２】
この走行速度Ｖ a ( ｔ ) を次式のように積分して、前記走行体の加速に要する加速部走行距離Ｄ a を計算するステップ１と、
【数３３】
前記基準ロープ長ｌ O に基づいて、次式により基準周期Ｔ計算し、
【数３４】
この基準周期Ｔと前記走行最大速度Ｖ max とに基づいて、次式により前記走行体の減速時の基準走行加速度ａ ko を計算し、
【数３５】
この基準走行加速度ａ ko と、前記基準ロープ長ｌ O と、前記ロープの長さｌと、重力加速度ｇと、振り子の振れ角φと、振り子の振れ角速度ωと、ロープ長変化率ν l とに基づいて、次のような前記走行体の減速時の走行加速度ａ k の式を求め、
【数３６】
この走行加速度ａ k を次式のように積分して、前記走行体の減速時の走行速度Ｖ d ( ｔ ) を計算し、
【数３７】
この走行速度Ｖ d ( ｔ ) を次式のように積分して、前記走行体の減速に要する減速部走行距離Ｄ d を計算するステップ２と、
【数３８】
前記走行体の走行目標位置Ｐ O と前記現在位置ｘ O とに基づいて、次式により前記走行体の全体の走行距離Ｄを計算し、
Ｄ＝ＰO−ｘO
この全体の走行距離Ｄと前記加速部走行距離Ｄ a と前記減速部走行距離Ｄ d とに基づいて、次式により前記走行体が前記走行最大速度Ｖ max で走行する距離Ｄ max を計算し、
Ｄmax＝Ｄ−Ｄa−Ｄd
この距離Ｄ max と前記走行最大速度Ｖ max とに基づいて、次式により前記走行体が前記走行最大速度Ｖ max で走行する距離Ｔ max を計算し、
【数３９】
前記加速時の走行速度Ｖ a ( ｔ ) と前記減速時の走行速度Ｖ d ( ｔ ) と前記走行最大速度Ｖ max とをつなげることによって、次式のような走行速度パターンｖ ( ｔ ) を計算するステップ ３とを実行し、
【数４０】
この走行速度パターンｖ(ｔ)に基づいて前記速度指令値を前記走行体駆動装置へ出力することを特徴とする。
【００１０】
また、第２発明の吊荷の振れ止め制御装置は、第１発明の吊荷の振れ止め制御装置において、
前記ロープ長検出装置の代わりに、前記実際の振り子の振れ周期もしくは振動数を検出する装置を備えたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態に係る吊荷の振れ止め制御装置を備えたクレーンのモデル図、図２は前記吊荷の振れ止め制御装置のブロック図、図３は前記吊荷の振れ止め制御装置の処理を示すフローチャート、図４は前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの加速部分の計算方法を表す説明図、図５は前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの減速部分の計算方法を表す説明図、図６は前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの一定速度部分の計算方法を表す説明図、図７は前記吊荷の振れ止め制御装置の出力特性を表す説明図である。
【００１３】
＜構成＞
図１に示すクレーンでは、トロリー１２からロープ１３が垂れ下がっており、このロープ１３の下端に吊荷１４を取り付けた状態でトロリー１２がレール１１上を走行して吊荷４を運搬するようになっている。
【００１４】
そして、このクレーンにはロープ１３の長さ（ロープ長）ｌを検出するロープ長検出装置１７と、トロリー１２の現在位置ｘo を検出するトロリー位置検出装置１６と、速度指令値ｕに基づいてトロリー１２の走行速度を制御する機能を有するトロリー駆動装置１５と、トロリー駆動装置１５へ速度指令値ｕを出力する制御装置１８とを備えており、これらのロープ長検出装置１７、トロリー位置検出装置１６、トロリー駆動装置１５及び制御装置１８によって本実施の形態に係る吊荷の振れ止め制御装置が構成されている。
【００１５】
図２に示すように、制御装置１８には振れ止めパターン演算部２１が設けられており、この振れ止めパターン演算部２１では、詳細は後述するが、ロープ長検出装置１７で検出したロープ長ｌ及びトロリー位置検出装置１６で検出した現在位置ｘo と、前もって制御装置１８に与えられたパラメータである任意の基準ロープ長ｌo 、トロリー１２の走行最大速度Ｖmax 及びトロリー１２の走行目標位置Ｐo とに基づいて、吊荷１４の振れ止めに必要なトロリー１２の走行速度パターンｖ(t) を計算し、この走行速度パターンｖ(t) に基づいて速度指令値ｕをトロリー駆動装置１５へ出力する。
【００１６】
ここで、図３のフローチャートに基づき、振れ止めパターン演算部２１で実行される処理について具体的に説明する。図３のフローチャートにおいて、ステップ１〜ステップ３は吊荷１４の振れ止めのための走行速度パターンｖ(t) の計算方法を示しており、ステップ４〜ステップ７はステップ１〜ステップ３において計算した走行速度パターンｖ(t) にしたがってトロリー１２を駆動する手順（速度指令値ｕを出力する手順）を示している。
【００１７】
従って、まず、ステップ１〜ステップ３における走行速度パターンｖ(t) の計算方法について説明する。
【００１８】
［ステップ１］：走行加速時の走行速度パターンの計算
ステップ１では走行速度パターンの加速部分を計算する。
【００１９】
まず、ロープ長検出装置１７によって現在のロープ長ｌを検出する。なお、ロープ長を可変とする場合、例えば、トロリー１２の加速時にロープ１３を図示しない巻き取り装置により巻き取って吊荷１４を上昇させるような場合には、このときのロープ長の時間的な変化が予めわかっているものとする。また、計算に使用するパラメータとして、基準ロープ長ｌo と走行最大速度Ｖmax とを設定する。
【００２０】
計算手順は次の▲１▼〜▲６▼の通りである（図４参照）。
【００２１】
▲１▼ トロリー１２が走行して吊荷１４を運搬するとき（加速時）にロープ長が固定の場合には、ロープ長検出装置１７で検出したロープ長ｌを用いる。トロリー１２が走行して吊荷１４を運搬するとき（加速時）にロープ長が可変の場合には、時間的に変化するロープ長ｌを予め計算しておく。
▲２▼ 一方、基準ロープ長ｌo に基づいて、次の（１）式により基準周期Ｔを計算する。
【００２２】
【数１】
【００２３】
▲３▼ 上記▲２▼で計算した基準周期Ｔと走行最大速度Ｖmax とに基づいて、次の（２）式によりトロリー１２の基準走行加速度ａkoを計算する。その結果、図４（ａ）に点線で示すような一定の基準走行加速度ａkoが得られる。
【００２４】
【数２】
【００２５】
▲４▼ ここで、ロープ１３と吊荷１４とからなる実際の振り子（ロープ長ｌを持つ振り子）とトロリー１２とに関する運動方程式は、次の（３）式のように求められる。但し、（３）式において、φは振り子の振れ角、ωは振り子の振れ角速度、ｇは重力加速度、ａk はトロリー１２の走行加速度、νl はロープ長変化率である。なお、ロープ長変化率νl はロープ長を可変とした場合のロープ長の単位時間当たりの変化率であり、ロープ長が固定の場合にはゼロとなる。
【００２６】
【数３】
【００２７】
従って、基準ロープ長ｌo を持つ仮想振り子とトロリー１２とに関する運動方程式は、トロリー１２を基準走行加速度ａkoで基準周期Ｔだけ加速する場合、次の（４）式のようになる。
【００２８】
【数４】
【００２９】
この（４）式で基準ロープ長ｌo を固定とし、基準走行加速度ａkoを一定とすると、（４）式から、基準ロープ長ｌo を持つ仮想振り子の振れに関して、次の（５）式のような解が求められる。
【００３０】
【数５】
【００３１】
即ち、基準ロープ長ｌo を持つ仮想振り子の基準周期Ｔの間の振れ角φ及び振れ角速度ωの時間的な変化は図４（ｃ）、図４（ｄ）に示すようになり、基準周期Ｔが経過した時点では振れ角φ及び振れ角速度ωは何れもゼロとなっている。従って、ロープ長ｌを持つ実際の振り子の基準周期Ｔの間の振れ角φ及び振れ角速度ωが上式（５）となるようにトロリー１２の走行加速度ａk を決めてやれば、吊荷１４（実際の振り子）に対して期待通りの振れ止め制御ができるはずである。そこで、上記の（３）式と（４）式の右辺どうしが等しいとして走行加速度ａk を求めると、次の（６）式が得られる。
【００３２】
【数６】
【００３３】
従って、この（６）式により、時間ｔが０からＴまでの加速時の走行加速度ａk を求めることができる。即ち、図４（ａ）に実線で示したように、時間ｔの経過とともに連続的に変化する加速時の走行加速度ａk が得られる。
【００３４】
▲５▼ そして、時間ｔが０からＴまでの走行加速度ａk を次の（７）式のように積分して、トロリー１２の加速時の走行速度ｖa (t) を計算する。かくして、図４（ｂ）に実線で示すような走行速度パターンの加速部分が得られる。つまり、走行速度パターンの加速部分が図４（ｂ）に実線で示すようなパターンに設定されれば、加速時の走行加速度ａk は図４（ａ）に実線で示すように滑らかに変化することになる。
【００３５】
【数７】
【００３６】
▲６▼ 更に、この走行速度ｖa (t) を次の（８）式のように０からＴまで積分して、トロリー１２の加速に要する走行距離Ｄa を計算する。
【００３７】
【数８】
【００３８】
［ステップ２］：走行減速時の走行速度パターンの計算
ステップ２では走行速度パターンの減速部分を計算する。
【００３９】
計算に使用するロープ長としてステップ１で検出したロープ長ｌを用いる。なお、ロープ長を可変とする場合、例えば、トロリー１２の減速時にロープ１３を図示しない巻き取り装置により巻き戻して吊荷１４を下降させるような場合には、このときのロープ長の時間的な変化が予めわかっているものとする。また、ステップ１で設定した基準ロープ長ｌo と走行最大速度Ｖmax とをパラメータとして使用する。
【００４０】
計算手順は次の▲１▼〜▲６▼の通りである（図５参照）。
【００４１】
▲１▼ トロリー１２が走行して吊荷１４を運搬するとき（減速時）にロープ長が固定の場合には、ステップ１においてロープ長検出装置１７で検出したロープ長ｌを用いる。トロリー１２が走行して吊荷１４を運搬するとき（減速時）にロープ長が可変の場合には、時間的に変化するロープ長ｌを予め計算しておく。
▲２▼ 一方、基準ロープ長ｌo に基づいて、次の（９）式により基準周期Ｔを計算する。
【００４２】
【数９】
【００４３】
▲３▼ 上記▲２▼で計算した基準周期Ｔと走行最大速度Ｖmax とに基づいて、次の（１０）式によりトロリー１２の基準走行加速度ａkoを計算する。その結果、図５（ａ）に点線で示すような一定の基準走行加速度ａkoが得られる。なお、同図に示すように、減速時であるため基準走行加速度ａkoはマイナスとなっている。
【００４４】
【数１０】
【００４５】
▲４▼ 基準ロープ長ｌo を持つ仮想振り子について、トロリー１２を基準走行加速度ａkoで基準周期Ｔだけ減速する場合の振れに関する解は、ステップ１と同様の計算により（ステップ１の計算手順▲４▼参照）、次の（１１）式のように得られる。
【００４６】
【数１１】
【００４７】
即ち、基準ロープ長ｌo を持つ仮想振り子の基準周期Ｔの間の振れ角φ及び振れ角速度ωの時間的な変化は図５（ｃ）、（ｄ）に示すようになり（減速時であるため振り子の振れ方向が図４（ｃ）、（ｄ）に示す加速時の振れ方向とは逆になっている）、基準周期Ｔが経過した時点では振れ角φ及び振れ角速度ωは何れもゼロとなっている。従って、ロープ長ｌを持つ実際の振り子がこのような振れとなるために必要なトロリー１２の走行加速度ａk を、ステップ１と同様の計算により（ステップ１の計算手順▲４▼参照）、次の（１２）式のように求める。
【００４８】
【数１２】
【００４９】
この（１２）式により、時間ｔが０からＴまでの減速時の走行加速度ａk を求めることができる。即ち、図５（ａ）に実線で示したように、時間ｔの経過とともに連続的に変化する減速時の走行加速度ａk が得られる。なお、同図に示すように、減速時であるため走行加速度ａk はマイナスとなっている。
【００５０】
▲５▼ そして、時間ｔが０からＴまでの走行加速度ａk を次の（１３）式のように積分して、トロリー１２の減速時の走行速度ｖd (t) を計算する。かくして、図５（ｂ）に実線で示すような走行速度パターンの加速部分が得られる。つまり、走行速度パターンの減速部分が図５（ｂ）に実線で示すようなパターンに設定されれば、減速時の走行加速度ａk は図５（ａ）に実線で示すように滑らかに変化することになる。
【００５１】
【数１３】
【００５２】
▲６▼ 更に、この走行速度ｖd (t) を次の（１４）式のように０からＴまで積分して、トロリー１２の減速に要する走行距離Ｄd を計算する。
【００５３】
【数１４】
【００５４】
［ステップ３］：走行速度パターンの結合（加速部分＋減速部分）
ステップ３ではステップ１で計算した走行速度パターンの加速部分（図４（ｂ）参照）と、ステップ２で計算した走行速度パターンの減速部分（図５（ｂ）参照）とを結合して、走行速度パターンｖ(t) を計算する。
【００５５】
入力として、ステップ１で計算した加速側走行速度パターンの時系列データｖa (t) 、ステップ２で計算した減速側走行速度パターンの時系列データｖd (t) 、走行最大速度Ｖmax 、全体の走行距離Ｄ、加速部走行距離Ｄa 及び減速部走行距離Ｄd を使用し、出力として、走行速度パターンｖ(t) （速度指令値ｕの時系列データ）を求める。
【００５６】
計算手順は次の▲１▼〜▲４▼の通りである（図６、図７参照）。
【００５７】
▲１▼ トロリー１２の全体の走行距離Ｄは、次の（１５）式のように、トロリー１２の走行目標位置Ｐo と現在位置ｘo との差より求まる。
【００５８】
Ｄ＝Ｐo −ｘo ・・・（１５）
【００５９】
トロリー１２が一定の走行最大速度Ｖmax で走行する距離Ｄmax は、次の（１６）式のように、全体の走行距離Ｄから加速部走行距離Ｄa と減速部走行距離Ｄd とを引いた値である（図６参照）。
【００６０】
Ｄmax ＝Ｄ−Ｄa −Ｄd ・・・（１６）
【００６１】
▲２▼ トロリー１２が走行最大速度Ｖmax で走行する時間Ｔmax は、次の（１７）式より求めることができる。
【００６２】
【数１５】
【００６３】
▲３▼ 加速側走行速度パターンの時系列データｖa (t) と減速側走行速度パターンの時系列データｖd (t) とを走行最大速度Ｖmax でつなげることによって、次の（１８）式のような走行速度パターンｖ(t) を求めることができる。即ち、図７（ａ）に示すような左右の加減速部と中央の一定速度部とからなる走行速度パターンｖ(t) が得られる（図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６参照）。図７（ｂ）と図７（ｃ）には、図７（ａ）に示す走行速度パターンｖ(t) に対応したトロリー１２の走行加速度ａk と、ロープ１３と吊荷１２とからなる実際の振り子の振幅（振れ角）φとを示す（図４（ａ）、図４（ｃ）、図５（ａ）、図５（ｃ）参照）。
【００６４】
【数１６】
【００６５】
▲４▼ 走行速度パターンｖ(t) の所要時間は次の（１９）式となる。この所要時間２Ｔ＋Ｔmax は後述する走行速度パターンの終了判定に用いる。
【００６６】
走行速度パターン所要時間＝２Ｔ＋Ｔmax ・・・（１９）
【００６７】
以上のように、ステップ１〜ステップ３の処理により、吊荷１４の振れ止め制御を行うための走行速度パターンｖ(t) を計算することができる。
【００６８】
次に、この走行速度パターンｖ(t) にしたがってトロリー１２を駆動する手順（速度指令値ｕを出力する手順）について説明する（ステップ４〜ステップ７）。
【００６９】
［ステップ４］：走行速度パターン出力の準備
ステップ４では走行速度パターン出力の準備、即ち、トロリー駆動装置１５へ速度指令値ｕを出力する準備として、時間カウントの初期化を行う。
【００７０】
振れ止めパターン演算部２１では、刻み時間Δｔごとに演算処理が行われるものとする。そして、時間カウントｉを用意し、この時間カウントｉを増加することにより、次の（２０）式に示すように時間ｔを刻み時間Δｔずつ増加させて、時間ｔの経過を表す。そこで、まず、初期化処理として、次の（２１）式に示すように時間カウントｉを０に初期化する。
【００７１】
ｔ＝Δｔ＊ｉ ・・・（２０）
ｉ＝０ ・・・（２１）
【００７２】
［ステップ５］：時間カウントを進める
ステップ５では、次の（２２）式に示すように、時間カウントｉの前回値に１をたすことによって時間カウントｉを進める。
【００７３】
ｉ＝ｉ＋１ ・・・（２２）
【００７４】
［ステップ６］：速度指令値の出力
ステップ６では走行速度パターンｖ(t) に基づいて速度指令値ｕをトロリー駆動装置１５へ出力する。
【００７５】
走行速度パターンｖ(t) の開始からの経過時間ｔは上記（２０）式のようにｔ＝Δｔ＊ｉで表されるため、この経過時間ｔに対応した走行速度パターンｖ(t) の値を、次の（２３）式のように、トロリー１２に対する速度指令値ｕとしてトロリー駆動装置１５へ順次出力する。
【００７６】
ｕ＝ｖ(t) ・・・（２３）
【００７７】
［ステップ７］：走行速度パターンの終了判定
ステップ７では走行速度パターンｖ(t) の出力（速度指令値ｕの出力）の開始からの経過時間ｔが、走行速度パターンｖ(t) の所要時間２Ｔ＋Ｔmax を超えているか否かを判定する。経過時間ｔが所要時間２Ｔ＋Ｔmax を超えている場合には、走行速度パターン出力を終了させる。経過時間ｔが所要時間２Ｔ＋Ｔmax を超えていない場合には、ステップ５に戻って時間カウントｉを進めるとともに、走行速度パターン出力を継続する。
【００７８】
なお、具体的には、ステップ１〜ステップ７の処理プログラムを、制御装置１８を構成するマイクロコンピュータなどに実装し、このマイクロコンピュータで連続して処理することにより、上記のような走行速度パターンｖ(t) の計算と、この走行速度パターンｖ(t) に基づくトロリー１２の駆動制御（走行速度制御）、即ち、吊荷１４の振れ止め制御とを行うことができる。
【００７９】
＜作用・効果＞
以上のように、本実施の形態に係る吊荷の振れ止め制御装置では、制御装置１８の振れ止めパターン演算部２１において、ロープ長検出装置１７で検出したロープ長ｌ及びトロリー位置検出装置１６で検出した現在位置ｘo と、前もって与えられた任意の基準ロープ長ｌo 、走行最大速度Ｖmax 及び走行目標位置Ｐo とに基づいて、基準ロープ長ｌo を持つ仮想振り子の１周期分の時間でトロリー１２を加減速させたときの前記仮想振り子の状態を計算し、ロープ長検出装置１７で検出したロープ長ｌを持つ実際の振り子が前記仮想振り子の状態に一致するようにトロリー１２の走行速度パターンｖ(t) を計算するとともに、この走行速度パターンｖ(t) に基づいて速度指令値ｕをトロリー駆動装置１５へ出力する。
【００８０】
従って、本実施の形態に係る吊荷の振れ止め制御装置によれば、図７に示すようにトロリー１２の加速途中及び減速途中で走行加速度に不連続点を持たない走行速度パターンｖ(t) を得ることができ、この走行速度パターンｖ(t) に基づいて走行駆動系の追従性に起因する吊荷１４の残留振れが少ない高精度な振れ止め制御を行うことができる。
【００８１】
なお、上記の吊荷の振れ止め制御装置ではロープ長検出装置１７を有し、このロープ長検出装置１７で検出したロープ長ｌを用いて走行速度パターンｖ(t) を計算しているが、走行速度パターンｖ(t) を計算するためには吊荷１４（実際の振り子）の振れ周期もしくは振動数がわかればよい。
【００８２】
即ち、具体的な数式は省略するが、吊荷１４の振れ周期に基づいて、同振れ周期とロープ長ｌとの関係式からロープ長ｌを計算することができ、もしくは吊荷１４の振動数に基づいて、同振動数と振れ周期との関係式及び同振れ周期とロープ長ｌとの関係式からロープ長ｌを計算することができるため、この計算したロープ長ｌを上記（３）式に用いればよい。このため、ロープ長検出装置１７の代わりに、吊荷１４の振れ周期もしくは振動数を検出する装置を備えるようにしてもよい。
【００８３】
【発明の効果】
以上、発明の実施の形態と共に具体的に説明したように、第１発明の吊荷の振れ止め制御装置は、走行体から垂れ下がったロープの下端に吊荷を取り付け、この吊荷を前記走行体の走行により目標位置まで運搬するよう構成されたクレーンにおいて、このクレーンにより前記吊荷を運搬する際に前記吊荷の振れ止め制御を行う吊荷の振れ止め制御装置であって、
前記ロープの長さｌを検出するロープ長検出装置と、
前記走行体の現在位置ｘOを検出する走行体位置検出装置と、
速度指令値に基づいて前記走行体の走行速度を制御する機能を有する走行体駆動装置と、
この走行体駆動装置へ前記速度指令値を出力する制御装置とを備え、
この制御装置では、
基準ロープ長ｌ O に基づいて、次式により基準周期Ｔ計算し、
【数４１】
この基準周期Ｔと走行最大速度Ｖ max とに基づいて、次式により前記走行体の加速時の基準走行加速度ａ ko を計算し、
【数４２】
この基準走行加速度ａ ko と、前記基準ロープ長ｌ O と、前記ロープの長さｌと、重力加速度ｇと、振り子の振れ角φと、振り子の振れ角速度ωと、ロープ長変化率ν l とに基づいて、次のような前記走行体の加速時の走行加速度ａ k の式を求め、
【数４３】
この走行加速度ａ k を次式のように積分して、前記走行体の加速時の走行速度Ｖ a ( ｔ ) を計算し、
【数４４】
この走行速度Ｖ a ( ｔ ) を次式のように積分して、前記走行体の加速に要する加速部走行距離Ｄ a を計算するステップ１と、
【数４５】
前記基準ロープ長ｌ O に基づいて、次式により基準周期Ｔ計算し、
【数４６】
この基準周期Ｔと前記走行最大速度Ｖ max とに基づいて、次式により前記走行体の減速時の基準走行加速度ａ ko を計算し、
【数４７】
この基準走行加速度ａ ko と、前記基準ロープ長ｌ O と、前記ロープの長さｌと、重力加速度ｇと、振り子の振れ角φと、振り子の振れ角速度ωと、ロープ長変化率ν l とに基づいて、次のような前記走行体の減速時の走行加速度ａ k の式を求め、
【数４８】
この走行加速度ａ k を次式のように積分して、前記走行体の減速時の走行速度Ｖ d ( ｔ ) を計算し、
【数４９】
この走行速度Ｖ d ( ｔ ) を次式のように積分して、前記走行体の減速に要する減速部走行距離Ｄ d を計算するステップ２と、
【数５０】
前記走行体の走行目標位置Ｐ O と前記現在位置ｘ O とに基づいて、次式により前記走行体の全体の走行距離Ｄを計算し、
Ｄ＝ＰO−ｘO
この全体の走行距離Ｄと前記加速部走行距離Ｄ a と前記減速部走行距離Ｄ d とに基づいて、次式により前記走行体が前記走行最大速度Ｖ max で走行する距離Ｄ max を計算し、
Ｄmax＝Ｄ−Ｄa−Ｄd
この距離Ｄ max と前記走行最大速度Ｖ max とに基づいて、次式により前記走行体が前記走行最大速度Ｖ max で走行する距離Ｔ max を計算し、
【数５１】
前記加速時の走行速度Ｖ a ( ｔ ) と前記減速時の走行速度Ｖ d ( ｔ ) と前記走行最大速度Ｖ max とをつなげることによって、次式のような走行速度パターンｖ ( ｔ ) を計算するステップ ３とを実行し、
【数５２】
この走行速度パターンｖ(ｔ)に基づいて前記速度指令値を前記走行体駆動装置へ出力することを特徴とする。
【００８４】
従って、この第１発明の吊荷の振れ止め制御装置によれば、走行体の加速途中及び減速途中で走行加速度に不連続点を持たない走行速度パターンを得ることができ、この走行速度パターンに基づいて走行駆動系の追従性に起因する吊荷の残留振れが少ない高精度な振れ止め制御を行うことができる。
【００８５】
また、第２発明の吊荷の振れ止め制御装置は、第１発明の吊荷の振れ止め制御装置において、
前記ロープ長検出装置の代わりに、前記実際の振り子の振れ周期もしくは振動数を検出する装置を備えたことを特徴とする。
【００８６】
従って、この第２発明の吊荷の振れ止め制御装置によれば、ロープ長検出装置の代わりに、実際の振り子の振れ周期もしくは振動数を検出する装置を備えることにより、上記第１発明の吊荷の振れ止め制御装置と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る吊荷の振れ止め制御装置を備えたクレーンのモデル図である。
【図２】前記吊荷の振れ止め制御装置のブロック図である。
【図３】前記吊荷の振れ止め制御装置の処理を示すフローチャートである。
【図４】前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの加速部分の計算方法を表す説明図である。
【図５】前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの減速部分の計算方法を表す説明図である。
【図６】前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの一定速度部分の計算方法を表す説明図である。
【図７】前記吊荷の振れ止め制御装置の出力特性を表す説明図である。
【図８】従来の吊荷の振れ止め制御装置の出力特性を表す説明図である。
【符号の説明】
１１ レール
１２ トロリー
１３ ロープ
１４ 吊荷
１５ トロリー駆動装置
１６ トロリー位置検出装置
１７ ロープ長検出装置
１８ 制御装置
２１ 振れ止めパターン演算部
【発明の属する技術分野】
本発明はクレーンによって吊荷を運搬する際に吊荷の振れ止め制御を行うために前記クレーンに備えた吊荷の振れ止め制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に示すクレーンでは、トロリー１２からロープ１３が垂れ下がっており、このロープ１３の下端に吊荷１４を取り付けた状態でトロリー１２がレール１１上を走行して吊荷４を運搬するようになっている。
【０００３】
このようなクレーンにおいて自動運転を行う場合には、トロリー１２を走行させて吊荷１４を指示された目標位置まで運搬するのと同時に、トロリー１２の走行終了後に吊荷１４の振れが残らないようにする吊荷１４の振れ止め制御機能をクレーンに組み込む必要がある。
【０００４】
そこで、従来はバンバン型の制御装置による吊荷の振れ止め制御が提案されている。即ち、上記のようなクレーンは台車・振り子系としてモデル化することができ、このような台車・振り子系モデルについては、トロリー１２の走行加速度を切り替えるバンバン型制御装置により吊荷の振れ止め制御が可能であることが示されている（参考文献「トロリーの最大速度に注目したクレーンの最短時間制御方法」、美多 勉 他、計測自動制御学会論文集VOL.15 No.6 pp.125-130 1979)。
【０００５】
このバンバン型制御装置の出力特性を図８に示す。バンバン型制御装置では、図８（ａ）に示すような走行速度パターンを予め計算しておき、この走行速度パターンにしたがってトロリー１２を速度制御することにより、吊荷１４の振れ止め制御を行う。図８（ｂ）と図８（ｃ）には、図８（ａ）に示す走行速度パターンに対応したトロリー１２の走行加速度と、ロープ１３と吊荷１２とからなる振り子の振幅（振れ角）とを示す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のバンバン型制御装置によって吊荷の振れ止め制御を行う場合には、図８（ｂ）に示すようにトロリー１２の加速途中及び減速途中にトロリー１２の走行加速度を急激に変化させる不連続点が存在する。このため、トロリー１２の走行駆動系の応答に遅れが生じ、この応答遅れが誤差要因となって、トロリー１２が走行速度パターンにしたがって走行した後に吊荷１４の振れが残留するということがしばしば発生する。
【０００７】
このことから、上記従来のバンバン型制御装置では走行速度パターン終了後に吊荷１４の残留振れを止めるための制御が付加されているが、このことが吊荷１４の運搬時間を長くする要因となって荷役効率を低下させるという重大な問題を有していた。
【０００８】
従って本発明は上記従来技術に鑑み、トロリー等の走行体の加速途中及び減速途中で走行加速度に不連続点を持たない走行速度パターンを得ることができ、この走行速度パターンに基づいて走行駆動系の追従性に起因する吊荷の残留振れが少ない高精度な振れ止め制御を行うことができる吊荷の振れ止め制御装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１発明の吊荷の振れ止め制御装置は、走行体から垂れ下がったロープの下端に吊荷を取り付け、この吊荷を前記走行体の走行により目標位置まで運搬するよう構成されたクレーンにおいて、このクレーンにより前記吊荷を運搬する際に前記吊荷の振れ止め制御を行う吊荷の振れ止め制御装置であって、
前記ロープの長さｌを検出するロープ長検出装置と、
前記走行体の現在位置ｘOを検出する走行体位置検出装置と、
速度指令値に基づいて前記走行体の走行速度を制御する機能を有する走行体駆動装置と、
この走行体駆動装置へ前記速度指令値を出力する制御装置とを備え、
この制御装置では、
基準ロープ長ｌ O に基づいて、次式により基準周期Ｔ計算し、
【数２９】
【数３０】
【数３１】
【数３２】
【数３３】
【数３４】
【数３５】
【数３６】
【数３７】
【数３８】
Ｄ＝ＰO−ｘO
この全体の走行距離Ｄと前記加速部走行距離Ｄ a と前記減速部走行距離Ｄ d とに基づいて、次式により前記走行体が前記走行最大速度Ｖ max で走行する距離Ｄ max を計算し、
Ｄmax＝Ｄ−Ｄa−Ｄd
この距離Ｄ max と前記走行最大速度Ｖ max とに基づいて、次式により前記走行体が前記走行最大速度Ｖ max で走行する距離Ｔ max を計算し、
【数３９】
【数４０】
【００１０】
また、第２発明の吊荷の振れ止め制御装置は、第１発明の吊荷の振れ止め制御装置において、
前記ロープ長検出装置の代わりに、前記実際の振り子の振れ周期もしくは振動数を検出する装置を備えたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態に係る吊荷の振れ止め制御装置を備えたクレーンのモデル図、図２は前記吊荷の振れ止め制御装置のブロック図、図３は前記吊荷の振れ止め制御装置の処理を示すフローチャート、図４は前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの加速部分の計算方法を表す説明図、図５は前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの減速部分の計算方法を表す説明図、図６は前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの一定速度部分の計算方法を表す説明図、図７は前記吊荷の振れ止め制御装置の出力特性を表す説明図である。
【００１３】
＜構成＞
図１に示すクレーンでは、トロリー１２からロープ１３が垂れ下がっており、このロープ１３の下端に吊荷１４を取り付けた状態でトロリー１２がレール１１上を走行して吊荷４を運搬するようになっている。
【００１４】
そして、このクレーンにはロープ１３の長さ（ロープ長）ｌを検出するロープ長検出装置１７と、トロリー１２の現在位置ｘo を検出するトロリー位置検出装置１６と、速度指令値ｕに基づいてトロリー１２の走行速度を制御する機能を有するトロリー駆動装置１５と、トロリー駆動装置１５へ速度指令値ｕを出力する制御装置１８とを備えており、これらのロープ長検出装置１７、トロリー位置検出装置１６、トロリー駆動装置１５及び制御装置１８によって本実施の形態に係る吊荷の振れ止め制御装置が構成されている。
【００１５】
図２に示すように、制御装置１８には振れ止めパターン演算部２１が設けられており、この振れ止めパターン演算部２１では、詳細は後述するが、ロープ長検出装置１７で検出したロープ長ｌ及びトロリー位置検出装置１６で検出した現在位置ｘo と、前もって制御装置１８に与えられたパラメータである任意の基準ロープ長ｌo 、トロリー１２の走行最大速度Ｖmax 及びトロリー１２の走行目標位置Ｐo とに基づいて、吊荷１４の振れ止めに必要なトロリー１２の走行速度パターンｖ(t) を計算し、この走行速度パターンｖ(t) に基づいて速度指令値ｕをトロリー駆動装置１５へ出力する。
【００１６】
ここで、図３のフローチャートに基づき、振れ止めパターン演算部２１で実行される処理について具体的に説明する。図３のフローチャートにおいて、ステップ１〜ステップ３は吊荷１４の振れ止めのための走行速度パターンｖ(t) の計算方法を示しており、ステップ４〜ステップ７はステップ１〜ステップ３において計算した走行速度パターンｖ(t) にしたがってトロリー１２を駆動する手順（速度指令値ｕを出力する手順）を示している。
【００１７】
従って、まず、ステップ１〜ステップ３における走行速度パターンｖ(t) の計算方法について説明する。
【００１８】
［ステップ１］：走行加速時の走行速度パターンの計算
ステップ１では走行速度パターンの加速部分を計算する。
【００１９】
まず、ロープ長検出装置１７によって現在のロープ長ｌを検出する。なお、ロープ長を可変とする場合、例えば、トロリー１２の加速時にロープ１３を図示しない巻き取り装置により巻き取って吊荷１４を上昇させるような場合には、このときのロープ長の時間的な変化が予めわかっているものとする。また、計算に使用するパラメータとして、基準ロープ長ｌo と走行最大速度Ｖmax とを設定する。
【００２０】
計算手順は次の▲１▼〜▲６▼の通りである（図４参照）。
【００２１】
▲１▼ トロリー１２が走行して吊荷１４を運搬するとき（加速時）にロープ長が固定の場合には、ロープ長検出装置１７で検出したロープ長ｌを用いる。トロリー１２が走行して吊荷１４を運搬するとき（加速時）にロープ長が可変の場合には、時間的に変化するロープ長ｌを予め計算しておく。
▲２▼ 一方、基準ロープ長ｌo に基づいて、次の（１）式により基準周期Ｔを計算する。
【００２２】
【数１】
▲３▼ 上記▲２▼で計算した基準周期Ｔと走行最大速度Ｖmax とに基づいて、次の（２）式によりトロリー１２の基準走行加速度ａkoを計算する。その結果、図４（ａ）に点線で示すような一定の基準走行加速度ａkoが得られる。
【００２４】
【数２】
▲４▼ ここで、ロープ１３と吊荷１４とからなる実際の振り子（ロープ長ｌを持つ振り子）とトロリー１２とに関する運動方程式は、次の（３）式のように求められる。但し、（３）式において、φは振り子の振れ角、ωは振り子の振れ角速度、ｇは重力加速度、ａk はトロリー１２の走行加速度、νl はロープ長変化率である。なお、ロープ長変化率νl はロープ長を可変とした場合のロープ長の単位時間当たりの変化率であり、ロープ長が固定の場合にはゼロとなる。
【００２６】
【数３】
従って、基準ロープ長ｌo を持つ仮想振り子とトロリー１２とに関する運動方程式は、トロリー１２を基準走行加速度ａkoで基準周期Ｔだけ加速する場合、次の（４）式のようになる。
【００２８】
【数４】
この（４）式で基準ロープ長ｌo を固定とし、基準走行加速度ａkoを一定とすると、（４）式から、基準ロープ長ｌo を持つ仮想振り子の振れに関して、次の（５）式のような解が求められる。
【００３０】
【数５】
即ち、基準ロープ長ｌo を持つ仮想振り子の基準周期Ｔの間の振れ角φ及び振れ角速度ωの時間的な変化は図４（ｃ）、図４（ｄ）に示すようになり、基準周期Ｔが経過した時点では振れ角φ及び振れ角速度ωは何れもゼロとなっている。従って、ロープ長ｌを持つ実際の振り子の基準周期Ｔの間の振れ角φ及び振れ角速度ωが上式（５）となるようにトロリー１２の走行加速度ａk を決めてやれば、吊荷１４（実際の振り子）に対して期待通りの振れ止め制御ができるはずである。そこで、上記の（３）式と（４）式の右辺どうしが等しいとして走行加速度ａk を求めると、次の（６）式が得られる。
【００３２】
【数６】
従って、この（６）式により、時間ｔが０からＴまでの加速時の走行加速度ａk を求めることができる。即ち、図４（ａ）に実線で示したように、時間ｔの経過とともに連続的に変化する加速時の走行加速度ａk が得られる。
【００３４】
▲５▼ そして、時間ｔが０からＴまでの走行加速度ａk を次の（７）式のように積分して、トロリー１２の加速時の走行速度ｖa (t) を計算する。かくして、図４（ｂ）に実線で示すような走行速度パターンの加速部分が得られる。つまり、走行速度パターンの加速部分が図４（ｂ）に実線で示すようなパターンに設定されれば、加速時の走行加速度ａk は図４（ａ）に実線で示すように滑らかに変化することになる。
【００３５】
【数７】
▲６▼ 更に、この走行速度ｖa (t) を次の（８）式のように０からＴまで積分して、トロリー１２の加速に要する走行距離Ｄa を計算する。
【００３７】
【数８】
［ステップ２］：走行減速時の走行速度パターンの計算
ステップ２では走行速度パターンの減速部分を計算する。
【００３９】
計算に使用するロープ長としてステップ１で検出したロープ長ｌを用いる。なお、ロープ長を可変とする場合、例えば、トロリー１２の減速時にロープ１３を図示しない巻き取り装置により巻き戻して吊荷１４を下降させるような場合には、このときのロープ長の時間的な変化が予めわかっているものとする。また、ステップ１で設定した基準ロープ長ｌo と走行最大速度Ｖmax とをパラメータとして使用する。
【００４０】
計算手順は次の▲１▼〜▲６▼の通りである（図５参照）。
【００４１】
▲１▼ トロリー１２が走行して吊荷１４を運搬するとき（減速時）にロープ長が固定の場合には、ステップ１においてロープ長検出装置１７で検出したロープ長ｌを用いる。トロリー１２が走行して吊荷１４を運搬するとき（減速時）にロープ長が可変の場合には、時間的に変化するロープ長ｌを予め計算しておく。
▲２▼ 一方、基準ロープ長ｌo に基づいて、次の（９）式により基準周期Ｔを計算する。
【００４２】
【数９】
▲３▼ 上記▲２▼で計算した基準周期Ｔと走行最大速度Ｖmax とに基づいて、次の（１０）式によりトロリー１２の基準走行加速度ａkoを計算する。その結果、図５（ａ）に点線で示すような一定の基準走行加速度ａkoが得られる。なお、同図に示すように、減速時であるため基準走行加速度ａkoはマイナスとなっている。
【００４４】
【数１０】
▲４▼ 基準ロープ長ｌo を持つ仮想振り子について、トロリー１２を基準走行加速度ａkoで基準周期Ｔだけ減速する場合の振れに関する解は、ステップ１と同様の計算により（ステップ１の計算手順▲４▼参照）、次の（１１）式のように得られる。
【００４６】
【数１１】
即ち、基準ロープ長ｌo を持つ仮想振り子の基準周期Ｔの間の振れ角φ及び振れ角速度ωの時間的な変化は図５（ｃ）、（ｄ）に示すようになり（減速時であるため振り子の振れ方向が図４（ｃ）、（ｄ）に示す加速時の振れ方向とは逆になっている）、基準周期Ｔが経過した時点では振れ角φ及び振れ角速度ωは何れもゼロとなっている。従って、ロープ長ｌを持つ実際の振り子がこのような振れとなるために必要なトロリー１２の走行加速度ａk を、ステップ１と同様の計算により（ステップ１の計算手順▲４▼参照）、次の（１２）式のように求める。
【００４８】
【数１２】
この（１２）式により、時間ｔが０からＴまでの減速時の走行加速度ａk を求めることができる。即ち、図５（ａ）に実線で示したように、時間ｔの経過とともに連続的に変化する減速時の走行加速度ａk が得られる。なお、同図に示すように、減速時であるため走行加速度ａk はマイナスとなっている。
【００５０】
▲５▼ そして、時間ｔが０からＴまでの走行加速度ａk を次の（１３）式のように積分して、トロリー１２の減速時の走行速度ｖd (t) を計算する。かくして、図５（ｂ）に実線で示すような走行速度パターンの加速部分が得られる。つまり、走行速度パターンの減速部分が図５（ｂ）に実線で示すようなパターンに設定されれば、減速時の走行加速度ａk は図５（ａ）に実線で示すように滑らかに変化することになる。
【００５１】
【数１３】
▲６▼ 更に、この走行速度ｖd (t) を次の（１４）式のように０からＴまで積分して、トロリー１２の減速に要する走行距離Ｄd を計算する。
【００５３】
【数１４】
［ステップ３］：走行速度パターンの結合（加速部分＋減速部分）
ステップ３ではステップ１で計算した走行速度パターンの加速部分（図４（ｂ）参照）と、ステップ２で計算した走行速度パターンの減速部分（図５（ｂ）参照）とを結合して、走行速度パターンｖ(t) を計算する。
【００５５】
入力として、ステップ１で計算した加速側走行速度パターンの時系列データｖa (t) 、ステップ２で計算した減速側走行速度パターンの時系列データｖd (t) 、走行最大速度Ｖmax 、全体の走行距離Ｄ、加速部走行距離Ｄa 及び減速部走行距離Ｄd を使用し、出力として、走行速度パターンｖ(t) （速度指令値ｕの時系列データ）を求める。
【００５６】
計算手順は次の▲１▼〜▲４▼の通りである（図６、図７参照）。
【００５７】
▲１▼ トロリー１２の全体の走行距離Ｄは、次の（１５）式のように、トロリー１２の走行目標位置Ｐo と現在位置ｘo との差より求まる。
【００５８】
Ｄ＝Ｐo −ｘo ・・・（１５）
【００５９】
トロリー１２が一定の走行最大速度Ｖmax で走行する距離Ｄmax は、次の（１６）式のように、全体の走行距離Ｄから加速部走行距離Ｄa と減速部走行距離Ｄd とを引いた値である（図６参照）。
【００６０】
Ｄmax ＝Ｄ−Ｄa −Ｄd ・・・（１６）
【００６１】
▲２▼ トロリー１２が走行最大速度Ｖmax で走行する時間Ｔmax は、次の（１７）式より求めることができる。
【００６２】
【数１５】
▲３▼ 加速側走行速度パターンの時系列データｖa (t) と減速側走行速度パターンの時系列データｖd (t) とを走行最大速度Ｖmax でつなげることによって、次の（１８）式のような走行速度パターンｖ(t) を求めることができる。即ち、図７（ａ）に示すような左右の加減速部と中央の一定速度部とからなる走行速度パターンｖ(t) が得られる（図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６参照）。図７（ｂ）と図７（ｃ）には、図７（ａ）に示す走行速度パターンｖ(t) に対応したトロリー１２の走行加速度ａk と、ロープ１３と吊荷１２とからなる実際の振り子の振幅（振れ角）φとを示す（図４（ａ）、図４（ｃ）、図５（ａ）、図５（ｃ）参照）。
【００６４】
【数１６】
▲４▼ 走行速度パターンｖ(t) の所要時間は次の（１９）式となる。この所要時間２Ｔ＋Ｔmax は後述する走行速度パターンの終了判定に用いる。
【００６６】
走行速度パターン所要時間＝２Ｔ＋Ｔmax ・・・（１９）
【００６７】
以上のように、ステップ１〜ステップ３の処理により、吊荷１４の振れ止め制御を行うための走行速度パターンｖ(t) を計算することができる。
【００６８】
次に、この走行速度パターンｖ(t) にしたがってトロリー１２を駆動する手順（速度指令値ｕを出力する手順）について説明する（ステップ４〜ステップ７）。
【００６９】
［ステップ４］：走行速度パターン出力の準備
ステップ４では走行速度パターン出力の準備、即ち、トロリー駆動装置１５へ速度指令値ｕを出力する準備として、時間カウントの初期化を行う。
【００７０】
振れ止めパターン演算部２１では、刻み時間Δｔごとに演算処理が行われるものとする。そして、時間カウントｉを用意し、この時間カウントｉを増加することにより、次の（２０）式に示すように時間ｔを刻み時間Δｔずつ増加させて、時間ｔの経過を表す。そこで、まず、初期化処理として、次の（２１）式に示すように時間カウントｉを０に初期化する。
【００７１】
ｔ＝Δｔ＊ｉ ・・・（２０）
ｉ＝０ ・・・（２１）
【００７２】
［ステップ５］：時間カウントを進める
ステップ５では、次の（２２）式に示すように、時間カウントｉの前回値に１をたすことによって時間カウントｉを進める。
【００７３】
ｉ＝ｉ＋１ ・・・（２２）
【００７４】
［ステップ６］：速度指令値の出力
ステップ６では走行速度パターンｖ(t) に基づいて速度指令値ｕをトロリー駆動装置１５へ出力する。
【００７５】
走行速度パターンｖ(t) の開始からの経過時間ｔは上記（２０）式のようにｔ＝Δｔ＊ｉで表されるため、この経過時間ｔに対応した走行速度パターンｖ(t) の値を、次の（２３）式のように、トロリー１２に対する速度指令値ｕとしてトロリー駆動装置１５へ順次出力する。
【００７６】
ｕ＝ｖ(t) ・・・（２３）
【００７７】
［ステップ７］：走行速度パターンの終了判定
ステップ７では走行速度パターンｖ(t) の出力（速度指令値ｕの出力）の開始からの経過時間ｔが、走行速度パターンｖ(t) の所要時間２Ｔ＋Ｔmax を超えているか否かを判定する。経過時間ｔが所要時間２Ｔ＋Ｔmax を超えている場合には、走行速度パターン出力を終了させる。経過時間ｔが所要時間２Ｔ＋Ｔmax を超えていない場合には、ステップ５に戻って時間カウントｉを進めるとともに、走行速度パターン出力を継続する。
【００７８】
なお、具体的には、ステップ１〜ステップ７の処理プログラムを、制御装置１８を構成するマイクロコンピュータなどに実装し、このマイクロコンピュータで連続して処理することにより、上記のような走行速度パターンｖ(t) の計算と、この走行速度パターンｖ(t) に基づくトロリー１２の駆動制御（走行速度制御）、即ち、吊荷１４の振れ止め制御とを行うことができる。
【００７９】
＜作用・効果＞
以上のように、本実施の形態に係る吊荷の振れ止め制御装置では、制御装置１８の振れ止めパターン演算部２１において、ロープ長検出装置１７で検出したロープ長ｌ及びトロリー位置検出装置１６で検出した現在位置ｘo と、前もって与えられた任意の基準ロープ長ｌo 、走行最大速度Ｖmax 及び走行目標位置Ｐo とに基づいて、基準ロープ長ｌo を持つ仮想振り子の１周期分の時間でトロリー１２を加減速させたときの前記仮想振り子の状態を計算し、ロープ長検出装置１７で検出したロープ長ｌを持つ実際の振り子が前記仮想振り子の状態に一致するようにトロリー１２の走行速度パターンｖ(t) を計算するとともに、この走行速度パターンｖ(t) に基づいて速度指令値ｕをトロリー駆動装置１５へ出力する。
【００８０】
従って、本実施の形態に係る吊荷の振れ止め制御装置によれば、図７に示すようにトロリー１２の加速途中及び減速途中で走行加速度に不連続点を持たない走行速度パターンｖ(t) を得ることができ、この走行速度パターンｖ(t) に基づいて走行駆動系の追従性に起因する吊荷１４の残留振れが少ない高精度な振れ止め制御を行うことができる。
【００８１】
なお、上記の吊荷の振れ止め制御装置ではロープ長検出装置１７を有し、このロープ長検出装置１７で検出したロープ長ｌを用いて走行速度パターンｖ(t) を計算しているが、走行速度パターンｖ(t) を計算するためには吊荷１４（実際の振り子）の振れ周期もしくは振動数がわかればよい。
【００８２】
即ち、具体的な数式は省略するが、吊荷１４の振れ周期に基づいて、同振れ周期とロープ長ｌとの関係式からロープ長ｌを計算することができ、もしくは吊荷１４の振動数に基づいて、同振動数と振れ周期との関係式及び同振れ周期とロープ長ｌとの関係式からロープ長ｌを計算することができるため、この計算したロープ長ｌを上記（３）式に用いればよい。このため、ロープ長検出装置１７の代わりに、吊荷１４の振れ周期もしくは振動数を検出する装置を備えるようにしてもよい。
【００８３】
【発明の効果】
以上、発明の実施の形態と共に具体的に説明したように、第１発明の吊荷の振れ止め制御装置は、走行体から垂れ下がったロープの下端に吊荷を取り付け、この吊荷を前記走行体の走行により目標位置まで運搬するよう構成されたクレーンにおいて、このクレーンにより前記吊荷を運搬する際に前記吊荷の振れ止め制御を行う吊荷の振れ止め制御装置であって、
前記ロープの長さｌを検出するロープ長検出装置と、
前記走行体の現在位置ｘOを検出する走行体位置検出装置と、
速度指令値に基づいて前記走行体の走行速度を制御する機能を有する走行体駆動装置と、
この走行体駆動装置へ前記速度指令値を出力する制御装置とを備え、
この制御装置では、
基準ロープ長ｌ O に基づいて、次式により基準周期Ｔ計算し、
【数４１】
【数４２】
【数４３】
【数４４】
【数４５】
【数４６】
【数４７】
【数４８】
【数４９】
【数５０】
Ｄ＝ＰO−ｘO
この全体の走行距離Ｄと前記加速部走行距離Ｄ a と前記減速部走行距離Ｄ d とに基づいて、次式により前記走行体が前記走行最大速度Ｖ max で走行する距離Ｄ max を計算し、
Ｄmax＝Ｄ−Ｄa−Ｄd
この距離Ｄ max と前記走行最大速度Ｖ max とに基づいて、次式により前記走行体が前記走行最大速度Ｖ max で走行する距離Ｔ max を計算し、
【数５１】
【数５２】
【００８４】
従って、この第１発明の吊荷の振れ止め制御装置によれば、走行体の加速途中及び減速途中で走行加速度に不連続点を持たない走行速度パターンを得ることができ、この走行速度パターンに基づいて走行駆動系の追従性に起因する吊荷の残留振れが少ない高精度な振れ止め制御を行うことができる。
【００８５】
また、第２発明の吊荷の振れ止め制御装置は、第１発明の吊荷の振れ止め制御装置において、
前記ロープ長検出装置の代わりに、前記実際の振り子の振れ周期もしくは振動数を検出する装置を備えたことを特徴とする。
【００８６】
従って、この第２発明の吊荷の振れ止め制御装置によれば、ロープ長検出装置の代わりに、実際の振り子の振れ周期もしくは振動数を検出する装置を備えることにより、上記第１発明の吊荷の振れ止め制御装置と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る吊荷の振れ止め制御装置を備えたクレーンのモデル図である。
【図２】前記吊荷の振れ止め制御装置のブロック図である。
【図３】前記吊荷の振れ止め制御装置の処理を示すフローチャートである。
【図４】前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの加速部分の計算方法を表す説明図である。
【図５】前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの減速部分の計算方法を表す説明図である。
【図６】前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの一定速度部分の計算方法を表す説明図である。
【図７】前記吊荷の振れ止め制御装置の出力特性を表す説明図である。
【図８】従来の吊荷の振れ止め制御装置の出力特性を表す説明図である。
【符号の説明】
１１ レール
１２ トロリー
１３ ロープ
１４ 吊荷
１５ トロリー駆動装置
１６ トロリー位置検出装置
１７ ロープ長検出装置
１８ 制御装置
２１ 振れ止めパターン演算部
Claims (2)
- 走行体から垂れ下がったロープの下端に吊荷を取り付け、この吊荷を前記走行体の走行により目標位置まで運搬するよう構成されたクレーンにおいて、このクレーンにより前記吊荷を運搬する際に前記吊荷の振れ止め制御を行う吊荷の振れ止め制御装置であって、
前記ロープの長さｌを検出するロープ長検出装置と、
前記走行体の現在位置ｘOを検出する走行体位置検出装置と、
速度指令値に基づいて前記走行体の走行速度を制御する機能を有する走行体駆動装置と、
この走行体駆動装置へ前記速度指令値を出力する制御装置とを備え、
この制御装置では、
基準ロープ長ｌ O に基づいて、次式により基準周期Ｔ計算し、
Ｄ＝ＰO−ｘO
この全体の走行距離Ｄと前記加速部走行距離Ｄ a と前記減速部走行距離Ｄ d とに基づいて、次式により前記走行体が前記走行最大速度Ｖ max で走行する距離Ｄ max を計算し、
Ｄmax＝Ｄ−Ｄa−Ｄd
この距離Ｄ max と前記走行最大速度Ｖ max とに基づいて、次式により前記走行体が前記走行最大速度Ｖ max で走行する距離Ｔ max を計算し、
- 請求項１に記載する吊荷の振れ止め制御装置において、
前記ロープ長検出装置の代わりに、前記実際の振り子の振れ周期もしくは振動数を検出する装置を備えたことを特徴とする吊荷の振れ止め制御装置。
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