JPH092784A - 作業機の旋回速度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バックラッシュの影響を排除して高精度の旋
回速度検出を可能とした作業機の旋回速度検出装置を提
案する。 【構成】 パルス発生手段１０から出力されるパルス信
号に基づき周期算出手段１３においてパルス周期Ｔｎが
算出されるとともに、周期変化判定手段１４においては
上記パルス周期（Ｔｎ）と前回のパルス周期(Ｔｎ_-1）
との変化状態が判定される。また、この周期変化判定手
段１４での判定結果を受けて周期選択手段１６において
は、前回のパルス周期（Ｔｎ_-1）に対して今回のパルス
周期（Ｔｎ）が所定値以上変化している場合には前回の
パルス周期（Ｔｎ_-1）を選択し、逆に所定値以下である
場合には今回のパルス周期（Ｔｎ）を選択する。この周
期選択手段１６において選択されたパルス周期（Ｔｎ又
はＴｎ_-1）に基づき、旋回速度算出手段１７において現
在の旋回速度が算出され、これが旋回速度信号として出
力される。従って、算出される旋回速度はバックラッシ
ュの影響が完全に排除された精度の高いものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、作業機の旋回速度検出
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えばクレーン車、高所作業車等の旋回
機構を備えた作業機においては、その作業上の安全性の
確保等の観点から、ブーム等の旋回速度を高精度で検出
し、これを旋回速度制御（例えば、旋回の緩停止制御
等）に反映させることが必要である。しかし、かかるク
レーン車等の作業機の旋回速度は極めて低速であるため
その旋回速度を直接検出することは技術的に困難であ
り、このため、従来より旋回座ベアリングに設けた被駆
動ギヤと噛合してこれを駆動する駆動ギヤの回転軸（例
えば、減速機を介して駆動ギヤを駆動する構造のものに
あっては該減速機の出力軸）に該回転軸の回転角度に対
応したパルスを発生するロータリエンコーダ等のパルス
発生手段を取り付け、この回転軸の回転に伴って出力さ
れるパルスの周期に基づいて旋回速度を算出する方法を
とるのが一般的であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
旋回座ベアリング側の被駆動ギヤと噛合する駆動ギヤの
回転軸の回転角度に対応して発生されるパルスの周期に
基づいて旋回速度を算出する構成をとる場合には、算出
された旋回速度の信頼性という点において問題があっ
た。

【０００４】即ち、かかる旋回速度の算出方法において
は、所定時間当たりの入力パルス数からパルス周期を求
め、このパルス周期に基づいて旋回速度を算出するもの
であるが、このパルス周期は旋回機構の被駆動ギヤと駆
動ギヤとの間のバックラッシュの影響を受けて変化す
る。例えば、定速で旋回している場合には例え両ギヤ間
にバックラッシュがあったとしても該両ギヤにおける歯
当たり位置が一定位置に維持されることから、発生する
パルスの周期は該駆動ギヤの回転角度に正確に対応した
ものとなっており、従ってこの駆動ギヤ側のパルス周期
に基づいて算出される被駆動ギヤ側の旋回台等の旋回速
度は、該旋回台等の実際の旋回速度に対応した正確なも
のとなっている。即ち、かかる場合には旋回速度の算出
にバックラッシュの存在は何ら影響しない。

【０００５】ところが、例えば定速での旋回から減速さ
れた場合とか、減速旋回の途中から加速された場合等の
ように旋回状態が旋回動作の途中で変化した時は、この
旋回状態の変化時点において両ギヤ間におけるトルクの
伝達方向が逆転し、その歯当たり位置が歯の一方の歯面
から他方の歯面に変化する。このため、両ギヤ間にバッ
クラッシュがあると、このバックラッシュによって被駆
動ギヤと駆動ギヤとの間に周方向のガタツキが発生し、
被駆動ギヤと駆動ギヤとの間に回転速度差が生じる。従
って、かかる回転速度差が生じた状態において、被駆動
ギヤ側の回転速度を該駆動ギヤの回転軸の回転角度に対
応して発生するパルスの周期に基づいて算出し、この算
出された速度を被駆動ギヤ側の回転速度、即ち、旋回台
側の旋回速度として採用すると、該旋回台の実際の旋回
速度と算出された旋回速度との間には当然に差が生じ
る。このため、かかるバックラッシュに起因する速度差
を排除しない限り、精度の高い旋回速度制御は望むべく
もないものである。

【０００６】しかるに、従来、かかる被駆動ギヤと駆動
ギヤとの間のバックラッシュに起因する旋回速度の誤検
出を回避するための技術はなんら提案されていない。

【０００７】そこで本発明は、バックラッシュの影響を
排除して高精度の旋回速度検出を可能とした作業機の旋
回速度検出装置を提案せんとしてなされたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明ではかかる課題を
解決するための具体的手段として、図１に例示するよう
に、固定側部材２に、被駆動ギヤ６を備えた旋回座ベア
リング３を介して旋回台４を旋回可能に取り付けるとと
もに、駆動手段２０の出力部２０ａに設けた駆動ギヤ７
を上記被駆動ギヤ６に噛合させ、該駆動ギヤ７により上
記被駆動ギヤ６を駆動することで上記旋回台４を旋回さ
せるようにした作業機において、上記駆動手段２０の出
力部２０ａの回転角に対応した周期でパルス信号を発生
するパルス発生手段１０と、時間を計測して時間信号を
出力する計時手段１１と、上記パルス発生手段１０から
入力されるパルス信号と上記計時手段１１から入力され
る時間信号とに基づいてパルス周期Ｔｎを算出する周期
算出手段１３と、該周期算出手段１３において算出され
た今回のパルス周期(Ｔｎ)と前回のパルス周期(Ｔ
ｎ_-1）との変化状態を判定しこれを変化状態判定信号と
して出力する周期変化判定手段１４と、上記周期変化判
定手段１４からの変化状態判定信号を受けて前回のパル
ス周期（Ｔｎ_-1）に対して今回のパルス周期（Ｔｎ）が
所定値以上変化している場合には前回のパルス周期（Ｔ
ｎ_-1）を選択し、所定値以下である場合には今回のパル
ス周期（Ｔｎ）を選択しこれを選択周期信号として出力
する周期選択手段１６と、上記周期選択手段１６により
選択されたパルス周期（Ｔｎ又はＴｎ_-1）に基づいて現
在の旋回速度を算出しこれを旋回速度信号として出力す
る旋回速度算出手段１７とを備えたことを特徴としてい
る。

【０００９】

【発明の作用・効果】本発明ではかかる構成とすること
により次のような作用・効果が得られる。即ち、本発明
の作業機の旋回速度検出装置では、パルス発生手段１０
により駆動手段２０の出力部２０ａの回転角に対応した
周期で出力されるパルス信号と計時手段１１から出力さ
れる時間信号とに基づき、周期算出手段１３においてパ
ルス周期Ｔｎが算出されるとともに、周期変化判定手段
１４においては上記パルス周期（Ｔｎ）と前回のパルス
周期(Ｔｎ_-1）との変化状態が判定される。そして、こ
の周期変化判定手段１４での判定結果を受けて周期選択
手段１６においては、前回のパルス周期（Ｔｎ_-1）に対
して今回のパルス周期（Ｔｎ）が所定値以上変化してい
る場合（即ち、バックラッシュの影響がパルス周期に及
んでいると判断される場合）には今回のパルス周期（Ｔ
ｎ）を排除して前回のパルス周期（Ｔｎ_-1）を選択し、
逆に所定値以下である場合（即ち、バックラッシュの影
響はパルス周期には及んでいないと判断される場合）に
は今回のパルス周期（Ｔｎ）を選択する。この周期選択
手段１６において選択されたパルス周期（Ｔｎ又はＴｎ
_-1）に基づき、旋回速度算出手段１７において現在の旋
回速度が算出され、これが旋回速度信号として出力され
るものである。

【００１０】従って、本発明の作業機の旋回速度検出装
置によれば、パルス発生手段１０から入力されるパルス
のパルス周期に基づいて旋回速度を算出するという基本
構成をとりつつも、このパルス周期がバックラッシュの
影響を受けていると判断される場合にはこれを排除して
バックラッシュの影響を受けていない前回のパルス周期
を選択しこれに基づいて旋回速度を算出するようにして
いるので、算出される旋回速度はバックラッシュの影響
が完全に排除された精度の高いものとなる。この結果、
この算出された旋回速度に基づく旋回速度制御（例え
ば、旋回の緩停止制御等）の信頼性は高く、それだけ作
業機における作業上の安全性が格段に向上することにな
る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の作業機の旋回速度検出装置を
実施例に基づいて具体的に説明する。

【００１２】図１には、本発明の実施例にかかる旋回速
度検出装置をクレーン車１に適用した場合における該旋
回速度検出装置の全体システム図を示している。

【００１３】このクレーン車１は、車体２（特許請求の
範囲中の「固定側部材」に該当する）上に搭載された旋
回座ベアリング３上に旋回台４を取り付けるとともに、
該旋回台４にはブーム５の基端部を連結している。ま
た、上記旋回座ベアリング３の外周面に形成した被駆動
ギヤ６には、減速機８と駆動モータ９とからなる駆動手
段２０の出力部２０ａ（即ち、上記減速機８の出力軸８
ａ）に取り付けた駆動ギヤ７が噛合されており、上記駆
動モータ９の駆動力が該駆動ギヤ７を介して上記被駆動
ギヤ６に伝達されることで上記旋回台４は上記車体２に
対して旋回せしめられるようになっている。

【００１４】さらに、上記減速機８の出力軸８ａには、
該出力軸８ａの回転角度に対応したパルス信号を発生す
るロータリエンコーダ等のパルス発生手段１０が備えら
れており、該パルス発生手段１０からの出力パルスに基
づいて上記旋回台４の旋回速度が、次述するコントロー
ルユニット１２において算出され、この算出された旋回
速度は例えばクレーン車１の作業状態の制御要素の一つ
として作業状態制御系に出力される。

【００１５】上記コントロールユニット１２は、後述す
る如く周期算出手段１３と周期変化判定手段１４と記憶
手段１５と周期選択手段１６と旋回速度算出手段１７と
を備えて構成される。

【００１６】上記周期算出手段１３は、上記減速機８の
出力軸８ａの回転角に対応して上記パルス発生手段１０
から出力されるパルス信号と、計時手段１１から出力さ
れる時間信号とを受けて、現在の旋回動作に伴って出力
されているパルスの周期を算出するものである。

【００１７】上記周期変化判定手段１４は、上記周期算
出手段１３において算出された現在のパルス周期と、記
憶手段１５から出力される前回の測定時におけるパルス
周期とを比較し、今回のパルス周期の前回のパルス周期
に対する変化状態を判定するものである。

【００１８】上記周期選択手段１６は、上記周期変化判
定手段１４における判定結果を受けて、旋回速度の算出
基準となるパルス周期として、今回のパルス周期を採用
するか、それともこれを排除して前回のパルス周期を採
用するかを選択するものである。尚、ここで選択された
パルス周期は、「前回のパルス周期」として上記記憶手
段１５に記憶され、上記周期変化判定手段１４での比較
対象とされる。

【００１９】上記旋回速度算出手段１７は、上記周期選
択手段１６により選択されたパルス周期と予め設定した
変換係数とに基づいて旋回台４の現在の旋回速度を算出
しこれを出力するものである。

【００２０】即ち、この実施例においては、上記周期変
化判定手段１４における判定結果を受けて上記周期選択
手段１６において旋回速度の算出基準となるパルス周期
を、今回のパルス周期と前回のパルス周期との間で選択
することで、上記被駆動ギヤ６と駆動ギヤ７との間のバ
ックラッシュに起因する旋回速度の誤算出が防止され、
旋回速度制御等のクレーン車１の作業状態制御が精度良
く行われるものである。

【００２１】以下、この旋回速度の検出制御の実際を図
２に示すフローチャートに基づいて具体的に説明する
。

【００２２】制御開始後、先ずステップＳ１において、
パルス発生手段１０の出力パルスの取り込みと計時を行
う。次に、ステップＳ２において、取り込まれたパルス
信号と時間とに基づいて、今回のパルス周期（Ｔｎ）を
算出する。

【００２３】次に、ステップＳ３において、今回のパル
ス周期（Ｔｎ）と前回のパルス周期（Ｔｎ_-1）とに基づ
いて、今回のパルス周期（Ｔｎ）の前回のパルス周期
（Ｔｎ_-1）に対する変化状態を判定する。即ち、今回の
パルス周期（Ｔｎ）と前回のパルス周期（Ｔｎ_-1）との
差分と、前回のパルス周期（Ｔｎ_-1）との比の絶対値で
表される変化率が、バックラッシュに起因して発生する
であろうとの予測の下で予め設定したパルス周期の変化
率（Ａ％）以上か否かを判定し、Ａ％以上である場合に
は今回のパルス周期（Ｔｎ）はバックラッシュの影響を
受けた不正確な値と判断し、逆にＡ％以下である場合に
は今回のパルス周期（Ｔｎ）はバックラッシュの影響を
受けていない正確な値と判断する。

【００２４】ここで、Ａ％以下であると判断された場合
には後述のステップＳ８に移行するが、Ａ％以上である
と判断された場合には次述のステップＳ４に移行し、こ
こでは過去所定時間（Ｂ）の間にパルス周期の排除処理
（即ち、後述のステップＳ６での処理であって、今回の
パルス周期（Ｔｎ）がバックラッシュの影響を受けてい
ると思われる場合には今回のパルス周期（Ｔｎ）を排除
して前回のパルス周期（Ｔｎ_-1）を旋回速度の算出用の
パルス周期として採用する処理）が実行されたかどうか
を判定する。

【００２５】これは、クレーン車１等の作業機における
旋回速度は極めて低速であるため、その旋回動作中の短
い時間（上記時間Ｂ）の間に「定速→減速」あるいは
「減速→加速」という操作（即ち、旋回速度の算出にバ
ックラッシュの影響が及ぶような操作）が複数回行われ
るとは考えられないので、この時間Ｂ中に一度でも周期
排除処理が行われていれば、例え今回のパルス周期（Ｔ
ｎ）の変化率がＡ％以上であっても今回のパルス周期
（Ｔｎ）はバックラッシュの影響を受けていない状態で
の通常の旋回速度の変化であると判断し、再度の周期排
除処理の実行を回避するためである。

【００２６】従って、このステップＳ４において、周期
排除処理が既に行われている場合には後述のステップＳ
８に移行するが、周期排除処理が行われていない場合に
は次述のステップＳ５に移行する。

【００２７】ステップＳ５においては、さらに今回のパ
ルス周期（Ｔｎ）が上記時間Ｂの１／２以下であるか否
かを判定し、１／２以上である場合には後述のステップ
Ｓ８に移行するが、１／２以上である場合には次述のス
テップＳ６に移行する。

【００２８】ここで、上記ステップＳ５において今回の
パルス周期（Ｔｎ）が時間Ｂの１／２以上かどうかを判
定したのは次のような理由による。即ち、パルス周期
（Ｔｎ）が１／２以上であるということは、この時間Ｂ
の間に測定可能なパルス周期の数は１個であって２個以
上存在することはない。従って、この時間Ｂの間におい
て測定可能な唯一のパルス周期（Ｔｎ）を排除すると旋
回速度算出のための情報が大きく失われ精度の高い旋回
速度の算出が困難であるため、かかる場合には周期排除
処理を行わないようにして情報量を確保し、また逆にパ
ルス周期（Ｔｎ）が時間Ｂの１／２以下である場合には
この時間Ｂの間において測定可能なパルス周期の数は少
なくとも２個以上であるため、例えそのうちの一つを排
除したとしても旋回速度算出のための情報量は十分に確
保されるのでこの場合には周期排除処理を実行するよう
にしたものである。

【００２９】従って、ステップＳ５での判定の結果、
〔（Ｔｎ）＜（Ｂ／２）〕である場合には次述のステッ
プＳ６に移行し、〔（Ｔｎ）＞（Ｂ／２）〕である場合
には後述のステップＳ８に移行する。

【００３０】先ず、ステップＳ６での処理であるが、こ
のステップＳ６に移行する条件は上述のように、今回の
パルス周期（Ｔｎ）の変化率が大きくバックラッシュの
影響があると思われる場合で、且つ過去時間Ｂの間に周
期排除処理が行われていないのでこれを実行する必要が
ある場合であって、しかもこの時間Ｂの間に測定可能な
パルス周期の数が少なくとも２個以上であってそのうち
の一つを排除しても情報量不足とならない場合であるか
ら、ここでは周期排除処理を実行する。即ち、旋回速度
算出の基礎となるパルス周期（Ｔ）として、今回のパル
ス周期（Ｔｎ）を排除して前回のパルス周期（Ｔｎ_-1）
を採用する。そして、このパルス周期（Ｔ）として前回
のパルス周期（Ｔｎ_-1）を採用した後は、この前回のパ
ルス周期（Ｔｎ_-1）を「前回のパルス周期（Ｔｎ_-1）」
として更新記憶し、これを上記ステップＳ３における変
化率算出の基礎とする。

【００３１】これに対して、ステップＳ８に移行する条
件は、今回のパルス周期（Ｔｎ）の変化率は小さくバッ
クラッシュの影響はないと判断される場合、過去時間Ｂ
の間に既に周期排除処理が行われており再度これを実行
する必要がない場合、又はこの時間Ｂの間において測定
可能なパルス周期の数が１個であってこれを排除すると
情報量不足となる場合、のいずれかに該当する場合であ
る。このため、このステップＳ８では周期排除処理は行
わず、旋回速度算出の基礎となるパルス周期（Ｔ）とし
て、今回のパルス周期（Ｔｎ）をそのまま採用する。そ
して、このパルス周期（Ｔ）として今回のパルス周期
（Ｔｎ）を採用した後は、この今回のパルス周期（Ｔ
ｎ）を「前回のパルス周期（Ｔｎ_-1）」として更新記憶
し、これを上記ステップＳ３における変化率算出の基礎
とする。

【００３２】以上のようにしてパルス周期（Ｔ）が算出
されると、ステップＳ１０においては、このパルス周期
（Ｔ）と所定の変換係数とに基づいて、現在の旋回速度
（Ｖ）を算出する。

【００３３】このように、減速機８の出力軸８ａの回転
角に対応して発生するパルスの周期に基づいて旋回速度
を算出するに際して、被駆動ギヤ６と駆動ギヤ７との間
のバックラッシュが旋回速度の算出の基礎となる今回の
パルス周期（Ｔｎ）に影響を及ぼすと思われる場合にこ
の今回のパルス周期（Ｔｎ）を排除して前回のパルス周
期（Ｔｎ_-1）をパルス周期（Ｔ）として採用するように
することで、上記バックラッシュの影響を可及的に排除
したより精度の高い旋回速度の算出が可能となるもので
あり、従って、クレーン車１の作業状態の制御（例え
ば、旋回の緩停止制御等）がより高い信頼性をもって行
われることになり、作業上の安全性が格段に向上するも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる作業機の旋回速度検出
装置の全体システム図である。

【図２】図１に示した旋回速度検出装置における制御フ
ローチャートである。

【符号の説明】

１はクレーン車、２は車体、３は旋回座ベアリング、４
は旋回台、５はブーム、６は被駆動ギヤ、７は駆動ギ
ヤ、８は減速機、９は駆動モータ、１０はパルス発生手
段、１１は計時手段、１２はコントロールユニット、１
３は周期算出手段、１４は周期変化判定手段、１５は記
憶手段、１６は周期選択手段、１７は旋回速度算出手
段、２０は駆動手段、２０ａは駆動手段の出力部であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定側部材（２）に、被駆動ギヤ（６）
   を備えた旋回座ベアリング（３）を介して旋回台（４）
   を旋回可能に取り付けるとともに、駆動手段（２０）の
   出力部（２０ａ）に設けた駆動ギヤ（７）を上記被駆動
   ギヤ（６）に噛合させ、該駆動ギヤ（７）により上記被
   駆動ギヤ（６）を駆動することで上記旋回台（４）を旋
   回させるようにした作業機において、 上記駆動手段（２０）の出力部（２０ａ）の回転角に対
   応した周期でパルス信号を発生するパルス発生手段（１
   ０）と、 時間を計測して時間信号を出力する計時手段（１１）
   と、 上記パルス発生手段（１０）から入力されるパルス信号
   と上記計時手段（１１）から入力される時間信号とに基
   づいてパルス周期（Ｔｎ）を算出する周期算出手段（１
   ３）と、 該周期算出手段（１３）において算出された今回のパル
   ス周期（Ｔｎ）と前回のパルス周期（Ｔｎ_-1）との変化
   状態を判定しこれを変化状態判定信号として出力する周
   期変化判定手段（１４）と、 上記周期変化判定手段（１４）からの変化状態判定信号
   を受けて前回のパルス周期（Ｔｎ_-1）に対して今回のパ
   ルス周期（Ｔｎ）が所定値以上変化している場合には前
   回のパルス周期（Ｔｎ_-1）を選択し、所定値以下である
   場合には今回のパルス周期（Ｔｎ）を選択しこれを選択
   周期信号として出力する周期選択手段(１６)と、 上記周期選択手段（１６）により選択されたパルス周期
   （Ｔｎ又はＴｎ_-1）に基づいて現在の旋回速度を算出し
   これを旋回速度信号として出力する旋回速度算出手段
   （１７）と、を備えたことを特徴とする作業機の旋回速
   度検出装置。