JP3206255B2 - 作業船における作業ロープ速度制御方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、クレーン船やクラブ船
等の作業船において、作業ロープの速度を制御するため
の装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は、作業船の一例としてクレーン船
の一形態を示したものである。図示の台船（船本体）１
０には、鉛直方向の旋回中心軸１２回りにクレーン部
（作業装置）１４が旋回可能に設置され、このクレーン
部１４は起伏可能なブーム１６を備えている。ブーム１
６の先端にはシーブ１８が装着される一方、上記クレー
ン部１４の機械室にはウインチドラム２０等を備えた巻
上げ装置、ブーム起伏装置、旋回駆動装置等の各駆動装
置が搭載されている。そして、上記ウインチドラム２０
から繰り出された作業用ロープ２２が上記ブーム先端シ
ーブ１８とフック側シーブ２４との間に一もしくは複数
回巻回されており、この作業用ロープ２２によってフッ
ク２６が吊り下げられた状態となっている。

【０００３】なお、クラブ船の場合は、上記フック２６
に代えてバケットが吊り下げられることになる。

【０００４】このような作業船により海上で作業する場
合、その作業土台である台船１０は波や旋回動作による
重心の移動で揺動し、また吊り荷の重量によっても傾斜
する。従って、クレーン作業時の吊り荷の位置合せや、
バケットによる掘削時の海底掘削面でのバケットの保持
等にあたっては、上記船本体の揺動や傾斜に起因する、
ブーム先端と吊り荷との位置関係の変化を十分考慮する
必要がある。ここで従来は、操作者が状況を判断しなが
ら操縦装置を操作して手動で調節を行うといったことが
なされているが、このような操縦は豊富な経験と高度の
判断が必要であり、決して容易な作業ではない。

【０００５】そこで、このような操作の容易化を図る方
策として、特開平４−１９１２９６号公報には、作業船
の揺動によって生じるブームの鉛直方向の加速度を加速
度センサで検出し、この検出加速度を２回積分すること
によってブームの鉛直方向の変位量を求め、この変位量
を相殺するようにワイヤロープを繰り出しあるいは巻取
るようにしたものが開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に示される装
置には、次のような解決すべき課題がある。

【０００７】Ａ）一般に、上記加速度センサは、作業船
が水平な状態でかつクレーンが基本姿勢にある状態で鉛
直方向の加速度を検出する向きにブームに取付けられる
ので、作業船が傾いたり、クレーンが上記基本姿勢から
作動したりすると、上記加速度センサが加速度を検出す
る方向が鉛直方向から外れ、これが検出誤差となって制
御精度に悪影響を及ぼす。

【０００８】Ｂ）上記方法では、センサの検出値（加速
度）を２回積分した値を用いているので、上記検出値に
誤差を含む場合、この誤差が２回の積分によって集積さ
れ、増幅されてしまう。すなわち、検出誤差が制御精度
に与える影響が大きく、正確な制御を行うには極めて高
精度の高価なセンサを要することになる。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑み、作業船
の傾斜やブームの作業姿勢を相殺して、作業ロープの速
度を精度良く制御することができる装置を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明は、船本体と、この船本体に対し
て旋回可能でかつ起伏可能なブームをもつ作業装置と、
この作業装置に設けられ、上記ブーム先端から吊り下げ
られる作業ロープを駆動するロープ駆動装置とを備えた
作業船において、上記船本体における任意の基準点を含
む相異なる二つの鉛直面内での上記船本体の傾きを検出
する傾き検出手段と、上記ブームの起伏角度を検出する
ブーム角度検出手段と、船本体に対するブームの旋回角
度を検出する旋回角度検出手段と、上記傾き検出手段、
ブーム角度検出手段、及び旋回角度検出手段による検出
結果に基づいて上記基準点に対するブーム先端の鉛直方
向の相対位置を演算する位置演算手段と、この位置演算
手段で演算されるブーム先端位置の時間変化に基づいて
上記基準点に対するブーム先端の鉛直方向の相対速度を
演算するブーム速度演算手段と、このブーム速度演算手
段により演算されたブーム先端速度に基づき、このブー
ム先端速度を相殺して実際のロープ速度を基準速度に合
わせるための目標速度を演算する目標速度演算手段と、
この目標速度に基づいて上記ロープ駆動装置にロープ駆
動を行わせる指令手段と、上記基準点の対地高さを検出
する対地高さ検出手段とを備え、この対地高さ検出手段
で検出される対地高さの時間変化に基づいて上記基準点
の鉛直方向の速度を演算し、この基準点速度とこの基準
点に対するブーム先端の鉛直方向の対地速度とからブー
ム先端の対地速度を演算するように上記ブーム速度演算
手段を構成し、もしくはこのブーム速度演算手段で演算
されたブーム先端の対地速度を相殺して実際のロープ速
度を基準速度に合わせるための目標速度を演算するよう
に上記目標速度演算手段を構成した装置である（請求項
１）。

【００１１】また本発明は、上記対地高さ検出手段に代
えて上記基準点の鉛直方向の加速度を検出する検出する
加速度検出手段を備え、この加速度検出手段で検出され
る加速度の時間積分に基づいて上記基準点の鉛直方向の
対地速度を演算し、この基準点速度とこの基準点に対す
るブーム先端の鉛直方向の速度とからブーム先端の対地
速度を演算するように上記ブーム速度演算手段を構成し
てもよい（請求項２）。

【００１２】さらに、上記各装置において、上記ブーム
角度検出手段で検出されるブームの起伏角度の時間変化
に基づいてこのブームの起伏角度の変化に起因するブー
ム先端とロープ巻取り部との間のロープ長さの変化速度
を演算するロープ速度演算手段を備え、このロープ速度
演算手段により演算された変化速度と上記ブーム速度演
算手段により演算された速度とに基づき、これらの速度
を相殺して実際のロープ速度を基準速度に合わせるため
の目標速度を演算するように上記目標速度演算手段を構
成すれば、後述のようなより優れた効果が得られる（請
求項３）。

【００１３】

【作用】請求項１，２記載の装置によれば、基準点での
船本体の傾き、ブーム起伏角度、及び旋回角度に基づい
て、上記基準点に対するブーム先端の相対位置が演算さ
れ、この位置の時間変化に基づいて（すなわち時間微分
によって）ブーム先端速度が求められ、このブーム先端
速度に基づいてロープ駆動が制御されるので、各検出結
果に誤差があってもこれが集積されることがなく、逆に
上記時間微分によって誤差が相殺され易い。従って、ブ
ーム先端の加速度を積分する場合よりも、検出誤差がロ
ープ駆動の制御精度に与える影響は非常に少ない。ま
た、ブーム先端に加速度センサを設ける場合と異なり、
作業船の傾きやブームの作業姿勢が変化しても常に安定
した検出及び制御を行うことができる。

【００１４】さらに、上記基準点の対地高さの時間変化
もしくは基準点の対地加速度の時間積分によって基準点
の対地速度が求められ、この基準点速度も相殺するよう
にロープ駆動が制御されるので、大きな波等によって基
準点自体が上下動する場合でも、これを考慮したロープ
速度制御を行うことができる。特に、請求項１記載の装
置では、対地高さの検出値の時間微分に基づいて制御が
行われるので、検出値が制御精度に与える影響はより小
さくなる。

【００１５】ここで、ブーム起伏角度が変化すると、ブ
ーム先端とロープ巻取り部との間のロープ長さも変動す
るが、請求項３記載の装置によれば、上記ロープ長さの
変動量も相殺するようにロープ速度が制御される。

【００１６】

【実施例】本発明の第１実施例を図１〜図７に基づいて
説明する。なお、この実施例において作業船の全体構造
は前記図２に示した通りであり、ここではその説明を省
略する。

【００１７】この実施例における制御装置は、図１に示
すように、操作レバー３０、ブーム角度センサ３２、旋
回角度センサ３４、左右傾斜センサ３６、前後傾斜セン
サ３７、及びコントローラ４０を備えている。

【００１８】操作レバー３０は、外部から操作を受け、
この操作量に応じた速度指令信号を出力する出力装置を
有している。この出力装置には、電気的なものではポテ
ンショメータ、油圧パイロット式のものでは圧力センサ
等が適用可能である。ブーム角度センサ３２は、前記図
２に示したブーム１６の水平面からの起伏角度θb を検
出するもので、旋回角度センサ３４は、基準角度位置か
らのブーム１６の旋回角度θs を検出するものであり、
これらにはポテンショメータやエンコーダ等が適用可能
である。

【００１９】左右傾斜センサ３６は、台船１０の所定の
基準点に設けられ、この基準点を含む左右方向（推進方
向と直交する方向）の鉛直面内での台船１０の傾きθx
を検出するものである。前後傾斜センサ３７は、同じく
上記基準点に設けられ、この基準点を含む前後方向（推
進方向と平行な方向）の鉛直面内での台船１０の傾きθ
y を検出するものである。なお、本発明における傾き検
出手段には、上記傾斜センサ３６，３７の他、ジャイロ
等を用いることも可能である。

【００２０】上記コントローラ４０は、ロープ基準速度
演算部４１、第１座標演算部（位置演算手段を構成）４
２、第２座標演算部（位置演算手段を構成）４３、実速
度演算部（ブーム速度演算手段）４４、目標速度演算部
（目標速度演算手段）４５、及び動作指令演算部（指令
手段）４６を備えている。

【００２１】上記ロープ基準速度演算部４１は、上記操
作レバー３０の出力装置から出力される速度指令信号を
受け、上記操作レバー３０の操作量に見合ったロープ基
準速度Ｖo を演算するものである。

【００２２】第１座標演算部４２は、ブーム角度センサ
３２及び旋回角度センサ３４で検出される角度θb ，θ
s に基づき、後述のようにブーム旋回中心軸１２上に原
点を有して旋回中心軸１２をｚ′軸とするｘ′−ｙ′−
ｚ′直交座標系でのブーム先端位置の座標（ｘp′，ｙ
p′，ｚp′）を演算するものであり、第２座標演算部４
３は、第１座標演算部４２で演算された座標（ｘp′，
ｙp′，ｚp′）を、後述のように上記基準点を原点とし
て鉛直方向にｚ軸が設定されるｘ−ｙ−ｚ直交座標系で
の座標（ｘp，ｙp，ｚp）に変換するものである。

【００２３】実速度演算部４４は、上記第２座標演算部
４３で演算されるブーム先端位置の座標（ｘp，ｙp，ｚ
p）の時間変化から、上記基準点に対するブーム先端の
鉛直方向の速度Ｖs を演算するとともに、ブーム起伏角
度θb の時間変化に基づいてウインチドラム２０とブー
ム先端との間のロープ長さの変化速度Ｖr を演算するも
のである。

【００２４】目標速度演算部４５は、上記速度Ｖs ，Ｖ
r を相殺して上記基準速度Ｖo を得るために実際に必要
な作業用ロープ２２の駆動の目標速度Ｖc を演算するも
のである。動作指令演算部４６は、この目標速度Ｖc を
得るために必要な指令信号を演算し、これをクレーン部
１４の機械室内の巻上げ装置２８に出力し、実際に作業
用ロープ２２の巻上げを行わせるものである。

【００２５】次に、この装置において行われる演算の基
本原理を説明する。

【００２６】まず、図３に示すように、クレーン部１４
の旋回中心軸１２上に原点をとり、旋回中心軸をＺ軸と
し、旋回径方向にＹ軸をとったＹ−Ｚ直交座標系を考え
る。ブームの起伏回動中心Ｂ、ウインチドラム軸中心
Ｄ、及びブーム先端Ｐの座標をそれぞれＢ（Ｙb，Ｚ
b）、Ｄ（Ｙd，Ｚd）、Ｐ（Ｙp，Ｚp）とし、ブーム長
さをＬbm、Ｙ軸に対するブーム中心軸の角度をθb とす
ると、Ｙｐ，Ｚｐ は次式の通り決定される。

【００２７】

【数１】 Ｙｐ ＝Ｙb ＋Ｌbm・cosθb Ｚｐ ＝Ｚb ＋Ｌbm・sinθb 次に、クレーン部１４が実際に台船１０上で旋回した時
のブーム先端Ｐの座標を考える。まず、上記Ｙ−Ｚ座標
系と同じ位置に原点をもち、旋回中心軸１２をｚ′軸と
し、船体の前後方向及び左右方向にそれぞれｙ′軸及び
ｘ′軸にとったｘ′−ｙ′−ｚ′座標系を設定する。こ
の座標系において、図４に示すように、ブーム１６が
ｙ′軸から角度θs 旋回した状態は、Ｙ−Ｚ座標系のＹ
Ｚ面がＺ′軸とｚ軸とを同一にして上記角度θs だけ回
転した状態に匹敵する。従って、同図に示すように、
ｘ′−ｙ′−ｚ′座標系でのブーム先端の座標Ｐ（ｘ
p′，ｙp′，ｚp′）は次式で表すことができる。

【００２８】

【数２】 ｘp′＝Ｙｐ・sinθs ｙp′＝Ｙｐ・cosθs ｚp′＝Ｚｐ この式に基づいて、上記第１座標演算部４２はブーム先
端座標Ｐを演算する。

【００２９】次に、台船１０が揺動した時のブーム先端
の位置変化を考える。今度は、台船１０上の任意の位置
に基準点をとってこれを原点Ｏとし、鉛直方向にｚ軸を
とり、原点Ｏを通ってｚ軸に直交する平面内で台船１０
の前後方向にｙ軸をとり、左右方向にｘ軸を取ったｘ−
ｙ−ｚ直交座標系を設定する。また、台船１０に傾きが
ない時、ｘ軸とｘ′軸、ｙ軸とｙ′軸、ｚ軸とｚ′軸と
はそれぞれ平行であるが、この状態でのｘ′−ｙ′−
ｚ′座標軸をｘ−ｙ−ｚ座標系においてｘ″−ｙ″−
ｚ″座標軸とする。

【００３０】いま、台船１０が左右方向に角度θx 、前
後方向に角度θy だけ傾いたとすると、図５に示すよう
に、上記ｘ″−ｙ″−ｚ″座標軸は、ｘ−ｙ平面内で点
Ｏを通ってｘ軸と角度φで交わる直線Ａ−Ａ′軸の回り
に角度αだけ回転し、同図のｘ′−ｙ′−ｚ′座標軸の
位置に移ることになる。この図５から次の式を得ること
ができる。

【００３１】

【数３】 tanφ＝tanθx ／tanθy tan²α＝tan²θx ＋tan²θy （ただし、θx＜０かつθ
y＜０のときα＜０）この式に基づき、角度φ，αを求
めることができる。

【００３２】ところで、このｘ′−ｙ′−ｚ′座標系
は、ｘ−ｙ−ｚ座標系をＡ−Ａ′軸回りに角度αだけ回
転させ、その後原点Ｏを図中の点Ｏ′の位置まで平行移
動させたものと同等である。

【００３３】そこでまず、図６に示すように原点Ｏと原
点Ｏ′とを合致させ、ｘ−ｙ−ｚ座標系に対してｘ′−
ｙ′−ｚ′座標系をＡ−Ａ′軸回りに角度αだけ回転さ
せた時の座標変換式を求めることとする。ｘ軸、ｙ軸、
ｚ軸、ｘ′軸、ｙ′軸、ｚ′軸の各方向の単位ベクトル
をそれぞれＶｅx，Ｖｅy，Ｖｅz，Ｖｅx′Ｖｅy′Ｖｅ
z′とすると、各ベクトル間には次の関係式が成立す
る。

【００３４】

【数４】 Ｖｅx′＝（cos²φ＋sin²φ・cosα)Ｖｅx−sinφ・cosφ(１−cosα)Ｖｅy −sinφ・sinα・Ｖｅz Ｖｅy′＝−sinφ・cosφ(１−cosα)Ｖｅx＋(sin²φ＋cos²φ・cosα)Ｖｅy −cosφ・sinα・Ｖｅz Ｖｅz′＝ sinφ・sinα・Ｖｅx＋ cosφ・sinα・Ｖｅy＋cosα・Ｖｅz この関係式が成立するとき、次のような行列方程式が成
立する。

【００３５】

【数５】

【００３６】この式は、次式に置き換えることができ
る。

【００３７】

【数６】

【００３８】この式において、右辺の３−３行列の中身
をＭとおくと、次式が得られる。

【００３９】

【数７】

【００４０】次に、回転したｘ′−ｙ′−ｚ′座標系の
原点を図５の点Ｏ′に平行移動したときの座標変換式を
求める。

【００４１】点Ｏ′は、ベクトルＯＯ″をＡ−Ａ′軸の
回りに角度αだけ回転させた時の点Ｏ″の位置と合致す
る。従って、Ｏ″の座標を（Ａ，Ｂ，Ｃ）、Ｏ′の座標
を（ａ，ｂ，ｃ）とすると、次式を得ることができる。

【００４２】

【数８】

【００４３】Ａ−Ａ′軸の回りにα回転させて原点を
Ｏ′に平行移動したｘ′−ｙ′−ｚ′座標系での点は、
ｘ−ｙ−ｚ座標系において上記数７、数８で合成したも
のと等しくなるので、次の数９を得ることができる。

【００４４】

【数９】

【００４５】この式に基づき、第２座標演算部４３は、
座標Ｐ（ｘp，ｙp，ｚp）の演算を行う。

【００４６】なお、本発明では鉛直方向の位置すなわち
ｚ方向の位置ｚｐのみを演算すれば十分であり、このｚ
ｐは次式で与えられる。

【００４７】

【数１０】 ｚp ＝ｃ＋（Ｙb＋Ｌbm・cosθb ）・cos(φ−θs)・sinα ＋（Ｚb＋Ｌbm・sinθb )・cosα そして、実速度演算部４４は、上記鉛直方向の位置ｚp
を時間微分することにより、ブーム先端の鉛直方向の速
度Ｖs を演算する。すなわち、この速度Ｖs は次式によ
って与えられる。

【００４８】

【数１１】Ｖs ＝ｄ(ｚp）／ｄｔ 同時に、この実速度演算部４４は、作業状況に応じて変
化するブーム起伏角度θb に基づき、ウインチドラム２
０とブーム先端との間のロープ長さの時間変化量すなわ
ち変化速度を演算する。

【００４９】その原理を図７に基づいて説明する。同図
に示すように、ブーム起伏角度θbが変化した時、ロー
プ長さＬrpはブーム先端Ｐとドラム軸中心Ｄとの間の距
離Ｌpd、及びブーム先端側シーブ１８とロープ２２との
接触領域の角度θv の変化の影響を受ける。

【００５０】まず、図においては次式が成立する。

【００５１】

【数１２】 Ｌbd＝ＢＤ＝√[(Ｙb−Ｙd)²＋(Ｚb−Ｚd)²] βpd＝arctan[(Ｚd−Ｚb）／(Ｙb−Ｙd)] ∴θpd＝π−θb−βpd Ｌpd²＝（ＰＤ）²＝Ｌbm²＋Ｌbd²−２・Ｌbm・Ｌbd・co
sθpd 上記式により、Ｌpdが決定される。従って、ウインチド
ラム２０のドラム径ｄｂとシーブ径ｄｓとの差に基づく
角度θdsは次式で表されることになる。

【００５２】

【数１３】θds＝arccos[(ｄｂ／２−ｄｓ／２）／Ｌp
d] よって、ウインチドラム２０とロープ２２との接触点か
らシーブ１８とロープ２２との接触点までの距離Ｌdsが
次式により与えられる。

【００５３】

【数１４】Ｌds＝Ｌpd・sinθds 一方、図７では次式が成立する。

【００５４】

【数１５】∠ＰＤＢ＝θdb＝arcsin[(Ｌbm/Ｌpd)・sin
θpd] θv ＝θdb−βbd＋θds−π／２ 従って、ブーム起伏角度θbの変化に伴うドラム−シー
ブポイント間のロープ長さＬrｐは次式で与えられる。

【００５５】

【数１６】Ｌrp＝Ｌds＋(θv／２π)・ｄｓ 実速度演算部４４は、この式で与えられる長さＬrｐを
時間微分してロープ長さ変化速度Ｖr を求め、上記ブー
ム先端速度Ｖs とともに目標速度演算部４５に出力す
る。すなわち、上記変化速度Ｖr は次式により求められ
る。

【００５６】

【数１７】Ｖr ＝ｄ(Ｌrｐ)／ｄｔ 目標速度演算部４５は、上記実速度演算部４４で演算さ
れた両速度Ｖs，Ｖrを相殺して実際のロープ駆動速度を
ロープ基準速度演算部４１で演算された基準速度Ｖo に
合わせるための目標速度Ｖc を演算する。この目標速度
Ｖc は、ブーム先端シーブ１８とフック側シーブ２４と
の間でのロープ巻数をｎ（≧１）とすると、次式で与え
られる。

【００５７】

【数１８】Ｖc ＝Ｖo −ｎ・Ｖs ＋Ｖr そして、この演算された目標速度Ｖc が得られるように
動作指令演算部４６から巻上げ装置２８に指令信号が出
力され、巻上げ装置２８が実際に作動してロープ２２の
巻上げ駆動が行われる。

【００５８】以上のように、この実施例に示す制御方法
及び装置は、ブーム１６の作業姿勢及び台船１０の傾き
状態からブーム先端位置を演算し、このブーム先端位置
の時間変化からブーム先端速度を求めてこれを相殺する
ようにロープ駆動を制御するものであるので、従来のよ
うにブーム先端側に加速度センサを設けるものと異な
り、このブーム先端が台船１０の揺動等で傾いても検出
結果に悪影響が与えられることがない。また、検出値で
ある加速度を積分してブーム先端の変位量を求める場合
には、検出誤差が積算され、増幅された状態で制御に取
り込まれるため、検出誤差が制御精度に与える影響が比
較的大きいが、上記方法及び装置では、検出結果である
ブーム先端位置を時間微分することによりブーム先端速
度を求めているので、逆に検出誤差が相殺され易く、制
御精度に与える影響を非常に小さくすることができる。

【００５９】さらに、この実施例装置では、ブーム起伏
角度θb の変化に伴うドラム−シーブポイント間のロー
プ長さの変化速度Ｖr を考慮し、この変化速度Ｖr をも
相殺するような目標速度Ｖc を演算しているので、より
精度の高い制御を実行することができる。

【００６０】また、この実施例では、巻上げ装置２８に
よるウインチドラム２０の駆動回転数を検出する回転数
センサ３５が設けられ、その検出結果に基づき、ロープ
実速度演算部４７及びＰＩＤ制御演算部４８によりフィ
ードバック制御が実行されるようになっている。ロープ
実速度演算部４７は、上記回転数センサ３５の検出回転
数に基づき、ロープ２２の実際の駆動速度を演算するも
のであり、ＰＩＤ制御演算部４８は、ロープの実速度と
目標速度Ｖc との偏差に基づいてＰＩＤ補正制御量を演
算するものである。そして、動作指令演算部４６は、基
準速度Ｖoに上記ＰＩＤ補正制御量を加えた補正後の速
度で巻上げ装置２８を作動させるための指令信号を演
算、出力するように構成されている。

【００６１】このような装置によれば、実際のロープ速
度を考慮することにより、さらに精度の高いロープ速度
制御を実現することができる。なお、上記回転数センサ
３５は、ロータリエンコーダ等の公知のものが使用可能
であり、また、ドラム回転数を検出する代わりにシーブ
回転数を検出するようにしてもよい。

【００６２】ところで、上記のように台船１０上に設定
された基準点に対するブーム先端速度に基づいてロープ
駆動速度の制御が行われるものにおいて、海上の波が高
い場合など、上記基準点そのものの上下変位が大きく、
しかも海底の荷を吊り上げる場合等においては、基準点
の鉛直方向の速度も考慮に入れることが望ましい。

【００６３】そこで、この第１実施例では、前記各種セ
ンサに加えてさらに、上記基準点の対地高さ（海底から
の高さ）Ｈo を検出する対地高さセンサ３８が設けら
れ、この対地高さセンサ３８の検出値に基づき、実速度
演算部４４により、海底に対するブーム先端速度(すな
わち対地速度)Ｖs′が演算されるようになっている。

【００６４】その演算内容を説明すると、まず、ブーム
先端の対地高さＨp は次式で与えられる。

【００６５】

【数１９】Ｈp ＝Ｈo ＋ｚp この式から、ブーム先端速度Ｖs′を次のようにして求
めることができる。

【００６６】Ｖs′＝ｄ(Ｈp）／ｄｔ＝ｄ(Ｈo）／ｄｔ
＋ｄ(ｚp）／ｄｔ 実速度演算部４４は、この式に基づいて演算したＶs′
を目標速度演算部４５に出力し、目標速度演算部４５は
このブーム先端対地速度Ｖs′を相殺するための目標速
度Ｖcを演算する。

【００６７】このような装置によれば、比較的基準点の
上下変動が大きい場合にも、正確なロープ速度制御を行
うことができる。

【００６８】なお、上記基準点の対地高さＨo を検出す
る手段としては、宇宙衛星を利用したＧＰＳを用いた
り、超音波を海中に放射して海底からの反射波を測定し
たり、陸地の固定点からレーザや電波を放射したりする
ことが有効である。

【００６９】また、ブーム先端対地速度Ｖs′を求める
場合には、第２実施例として図８に示すように、上記対
地高さセンサ３８に代えて基準点の鉛直方向の加速度を
検出する加速度センサ３９を設け、その検出値である加
速度を積分して上記速度Ｖs′を求めるようにしてもよ
い。この場合、上記ブーム先端対地速度Ｖs′は次式で
表される。

【００７０】

【数２０】

【００７１】ただし、前記第１実施例のようにブーム対
地高さＨo を時間微分するようにすれば、加速度の積分
によりブーム先端速度Ｖs′を求める場合よりも検出誤
差の集積が少なく、逆に相殺し易くなり、より精度の高
い制御を実行することが可能となる。

【００７２】また、本発明は以上の実施例に限定される
ものでなく、例として次のような態様をとることも可能
である。

【００７３】(1) 本発明において基準点は台船１０上の
任意に設定すれば良い。ただし、この基準点を、台船１
０の傾きによる変位の少ない台船１０の重心近傍に設定
すれば、より精度の高い制御を行うことが可能になる。

【００７４】(2) 上記実施例では、ロープ２２の巻上げ
駆動について説明したが、ロープ２２の繰り出し制御を
行う場合にも同様に適用することができる。

【００７５】

【発明の効果】以上のように本発明は、ブームの作業姿
勢及び船本体の傾き状態からブーム先端位置を演算し、
このブーム先端位置の時間変化からブーム先端速度を求
めてこれを相殺するようにロープ駆動を制御するもので
あるので、従来のようにブーム先端側に加速度センサを
設けるものと異なり、このブーム先端が船本体の揺動等
で傾いても検出結果に悪影響が与えられることがない。
また、検出である加速度を積分してブーム先端の変位量
を求める場合には、検出誤差が積算され、増幅された状
態で制御に取り込まれるため、検出誤差が制御精度に与
える影響が比較的大きいが、上記方法及び装置では、検
出結果であるブーム先端位置を時間微分することにより
ブーム先端速度を求めているので、逆に検出誤差が相殺
され易く、制御精度に与える影響を非常に小さくするこ
とができる。従って、従来と異なり、船本体の傾きやブ
ームの作業姿勢に関係なく常に精度の高いロープ駆動制
御を行うことができる効果がある。

【００７６】さらに、上記基準点の対地高さの時間変化
もしくは基準点の対地加速度の時間積分によって基準点
の対地速度を求め、この基準点速度も相殺するようにロ
ープ駆動を制御するので、大きな波等によって基準点自
体が上下動する場合でも、これを考慮してロープ速度制
御の精度を高く維持することができる効果がある。特
に、請求項１記載の装置では、対地高さの検出値の時間
微分に基づいて制御が行われるので、検出値が制御精度
に与える影響をより小さくすることができる。

【００７７】さらに、請求項３記載の装置では、ブーム
起伏角度の変化に伴うブーム先端とロープ巻取り部との
間のロープ長さの変化速度を演算し、この変化速度も相
殺するようにロープ速度を制御するようにしているの
で、ブーム先端速度のみを考慮に入れた制御に比べ、さ
らに精度の高いロープ駆動制御を実行することができる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例におけるロープ速度制御装
置の機能構成を示すブロック図である。

【図２】作業船であるクレーン船の一形態を示す側面図
である。

【図３】上記ロープ速度制御装置における演算で導入さ
れるＹ−Ｚ座標系を示す説明図である。

【図４】上記Ｙ−Ｚ座標系とｘ′−ｙ′−ｚ′座標系と
の関係を示す説明図である。

【図５】上記ｘ′−ｙ′−ｚ′座標系とｘ−ｙ−ｚ座標
系との関係を示す説明図である。

【図６】上記ｘ′−ｙ′−ｚ′座標系の原点とｘ−ｙ−
ｚ座標系の原点とを合致させた状態を示す説明図であ
る。

【図７】上記クレーン船におけるブーム起伏角度とドラ
ム−シーブポイント間でのロープ長さとの関係を示す説
明図である。

【図８】本発明の第２実施例におけるロープ速度制御装
置の機能構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０ 台船（船本体） １２ 旋回中心軸 １４ クレーン部（作業装置） １６ ブーム １８ ブーム先端側シーブ ２０ ウインチドラム（ロープ巻取り部） ２２ 作業用ロープ ３２ ブーム角度センサ（ブーム角度検出手段） ３４ 旋回角度センサ（旋回角度検出手段） ３６ 左右傾斜センサ（傾き検出手段） ３７ 前後傾斜センサ（傾き検出手段） ３８ 対地高さセンサ（対地高さ検出手段） ３９ 加速度センサ（加速度検出手段） ４０ コントローラ ４２ 第１座標演算部（位置演算手段） ４３ 第２座標演算部（位置演算手段） ４４ 実速度演算部（ブーム速度演算手段） ４５ 目標速度演算部（目標速度演算手段） ４６ 動作指令演算部（指令手段） θb ブーム起伏角度 θs 旋回角度 θx 台船の左右方向の傾斜角度 θx，θy 台船の前後方向の傾斜角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−191296（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−29159（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B66C 13/32,23/00,23/52

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船本体と、この船本体に対して旋回可能
   でかつ起伏可能なブームをもつ作業装置と、この作業装
   置に設けられ、上記ブーム先端から吊り下げられる作業
   ロープを駆動するロープ駆動装置とを備えた作業船にお
   いて、上記船本体における任意の基準点を含む相異なる
   二つの鉛直面内での上記船本体の傾きを検出する傾き検
   出手段と、上記ブームの起伏角度を検出するブーム角度
   検出手段と、船本体に対するブームの旋回角度を検出す
   る旋回角度検出手段と、上記傾き検出手段、ブーム角度
   検出手段、及び旋回角度検出手段による検出結果に基づ
   いて上記基準点に対するブーム先端の鉛直方向の相対位
   置を演算する位置演算手段と、この位置演算手段で演算
   されるブーム先端位置の時間変化に基づいて上記基準点
   に対するブーム先端の鉛直方向の相対速度を演算するブ
   ーム速度演算手段と、このブーム速度演算手段により演
   算されたブーム先端速度に基づき、このブーム先端速度
   を相殺して実際のロープ速度を基準速度に合わせるため
   の目標速度を演算する目標速度演算手段と、この目標速
   度に基づいて上記ロープ駆動装置にロープ駆動を行わせ
   る指令手段と、上記基準点の対地高さを検出する対地高
   さ検出手段とを備え、この対地高さ検出手段で検出され
   る対地高さの時間変化に基づいて上記基準点の鉛直方向
   の速度を演算し、この基準点速度とこの基準点に対する
   ブーム先端の鉛直方向の対地速度とからブーム先端の対
   地速度を演算するように上記ブーム速度演算手段を構成
   し、このブーム速度演算手段で演算されたブーム先端の
   対地速度を相殺して実際のロープ速度を基準速度に合わ
   せるための目標速度を演算するように上記目標速度演算
   手段を構成したことを特徴とする作業船における作業ロ
   ープ速度制御装置。
2. 【請求項２】 船本体と、この船本体に対して旋回可能
   でかつ起伏可能なブームをもつ作業装置と、この作業装
   置に設けられ、上記ブーム先端から吊り下げられる作業
   ロープを駆動するロープ駆動装置とを備えた作業船にお
   いて、上記船本体における任意の基準点を含む相異なる
   二つの鉛直面内での上記船本体の傾きを検出する傾き検
   出手段と、上記ブームの起伏角度を検出するブーム角度
   検出手段と、船本体に対するブームの旋回角度を検出す
   る旋回角度検出手段と、上記傾き検出手段、ブーム角度
   検出手段、及び旋回角度検出手段による検出結果に基づ
   いて上記基準点に対するブーム先端の鉛直方向の相対位
   置を演算する位置演算手段と、この位置演算手段で演算
   されるブーム先端位置の時間変化に基づいて上記基準点
   に対するブーム先端の鉛直方向の相対速度を演算するブ
   ーム速度演算手段と、このブーム速度演算手段により演
   算されたブーム先端速度に基づき、このブーム先端速度
   を相殺して実際のロープ速度を基準速度に合わせるため
   の目標速度を演算する目標速度演算手段と、上記基準点
   の鉛直方向の加速度を検出する検出する加速度検出手段
   とを備え、この加速度検出手段で検出される加速度の時
   間積分に基づいて上記基準点の鉛直方向の対地速度を演
   算し、この基準点速度とこの基準点に対するブーム先端
   の鉛直方向の速度とからブーム先端の対地速度を演算す
   るように上記ブーム速度演算手段を構成し、このブーム
   速度演算手段で演算されたブーム先端の対地速度を相殺
   して実際のロープ速度を基準速度に合わせるための目標
   速度を演算するように上記目標速度演算手段を構成した
   ことを特徴とする作業船における作業ロープ速度制御装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の作業船における
   作業ロープ速度制御装置において、上記ブーム角度検出
   手段で検出されるブームの起伏角度の時間変化に基づい
   てこのブームの起伏角度の変化に起因するブーム先端と
   ロープ巻取り部との間のロープ長さの変化速度を演算す
   るロープ速度演算手段を備え、このロープ速度演算手段
   により演算された変化速度と上記ブーム速度演算手段に
   より演算された速度とに基づき、これらの速度を相殺し
   て実際のロープ速度を基準速度に合わせるための目標速
   度を演算するように上記目標速度演算手段を構成したこ
   とを特徴とする作業船における作業ロープ速度制御装
   置。