JP3669242B2

JP3669242B2 - ケーブルクレーンの制御システム

Info

Publication number: JP3669242B2
Application number: JP2000058516A
Authority: JP
Inventors: 慶三風間; 通夫中尾
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2020-03-03
Also published as: JP2001240372A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばダムの構築現場などにおいてコンクリートをはじめとする各種資材を搬送するために設置されるケーブルクレーンの制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、例えばダムの構築現場において、コンクリートを製造現場から打設現場まで搬送するための手段の一つとしてケーブルクレーンが用いられている。このケーブルクレーンは、従来、図７に示すように、山間に構築されるダム１上にその長手方向に沿って張設された主索２と、主索２に懸垂されこれに沿って走行可能な横行トロリー３と、この横行トロリー３の牽引用牽索４と、横行トロリー３の下部に吊索５を介して吊下されたコンクリートバケット６と、前記牽索４を牽引して横行トロリー３を山側に設けた搬送開始位置Ａとダム１の底部任意位置に設定された搬送終了位置Ｂ間を往復移動させる横行ウインチ７と、前記吊索５を巻取，巻き下げしてバケット６を昇降させる縦行ウインチ８と、横行トロリー３の位置およびバケット６の位置を監視するとともに、これら各ウインチ７，８を駆動制御する操作室９を備えている。
【０００３】
搬送開始位置Ａの側方上部には、紙面と直交する方向に図示しないバッチャープラントで作られたコンクリートを搬送するトランスファーカー１０が走行可能に配置される。また、搬送終了位置Ｂにはコンクリートホッパー１１が配置されており、操作室９からの制御信号に基づき、横行トロリー３を横移動させつつバケット６を昇降させ、各位置Ａ，Ｂにバケット６を位置決めして、コンクリートの供給と排出を行う。
【０００４】
この種の構築物には多量のコンクリートを必要とするところから、工費の採算上都合からバケット６の一回あたりの搬送時間を可及的に短縮するために、図示のごとく斜めの軌跡で搬送している。各索４，５の繰り出し量や荷重に応じた主索２の撓み度合い等を検出し、この検出結果に応じて自動的にバケット６や横行トロリー３の座標を算出し、この算出結果に基づき各ウインチ７，８の駆動用制御装置に正逆回転，減速，停止を指令する。この指令によって、横行トロリー３を主索２に沿って横に移動させるとともにバケット６を昇降させて、バケット６を搬送開始位置Ａから搬送終了位置Ｂまで自動搬送する。
【０００５】
横行トロリー３の加速時または減速時には、例えば特許２６８４９４０号等に開示されているように、横行トロリー３の現在位置および速度並びにバケット６の振れ角度および角速度を検出して、フィードバック制御により各ウインチ７，８を駆動制御してバケット６の振れを相殺している。横行トロリー３の速度はウインチ７に設けた速度計を通じて検出し、バケット６の振れ角度および角速度は当該バケット６に設けたセンサを通じて検出している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなケーブルクレーンでは、長期間にわたり使用していると、経時変化等により牽索４や吊索５などのワイヤー類が伸びて緩んだりする場合がある。また、ウィンチ７，８稼働中に牽索４や吊索５などに滑りが発生する場合がある。このような場合に、牽索４や吊索５の繰り出し量を検出しても、横行トロリー３やバケット６の位置を精確に算出することはできず、算出結果に若干の誤差が生じた。このため、特に加速時または減速時の制御においては、横行トロリー３やバケット６の制御を適切に行うことができず、バケット６の振れを十分に相殺し切れなかったり、逆にバケット６の振れを増大させてしまうことがあった。
【０００７】
これを補完するために、トータルステーションによる光学的な測距が行われている。しかし、このシステムでは、霧などが発生した場合に、横行トロリー３やバケット６の位置を精確に測定することができず、天候に大きく左右され易いという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ワイヤー類の伸びや滑り、天候などの影響を受けずに横行トロリーやバケットの現在位置を精確に検出することができ、バケットの振れの相殺が十分に可能なケーブルクレーンの制御システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明では、ケーブルクレーンの制御システムを以下のように構成する。
【００１５】
（１）ダム等の構築予定構造物を挟んだ一方において二点間に張設された軌索と、この軌索に沿って走行可能な走行トロリーと、該走行トロリー牽引用の走行索と、一端が主索調整装置を介して前記走行トロリーに、他端が前記ダムを挟んだ他方側の固定塔に連結してこれらの間に張設される主索と、該主索に沿って走行可能な横行トロリーと、該横行トロリー牽引用の牽索と、前記横行トロリーの下方に吊索を介して吊下されたバケットと、前記走行索を牽引して前記走行トロリーを軌索に沿って往復移動させる走行ウィンチと、前記主索調整装置の主索調整索を牽引して主索の撓みを調整する主索調整ウィンチと、前記牽索を牽引して前記横行トロリーを主索に沿って往復移動させる横行ウインチと、前記吊索を巻取，巻き下げしてバケットを昇降させる縦行ウインチと、各ウインチを個別に駆動制御可能なウインチ制御装置とを備えた軌索式のケーブルクレーンにおいて、前記バケットを搬送開始位置から搬送終了位置まで移動させる際に使用するケーブルクレーンの制御システムにおいて、前記バケット、前記横行トロリー、前記走行トロリーおよび前記主索調整装置にそれぞれＧＰＳ受信機を搭載し、これらの４つのＧＰＳ受信機を通じて前記バケット、前記横行トロリー、前記走行トロリーおよび前記主索調整装置の現在位置を逐次測位する構成とする。
【００１６】
このシステムにおいても同様、横行トロリー、バケット、走行トロリーおよび主索調整装置にそれぞれＧＰＳ受信機を搭載したから、これらの現在位置を主索や牽索、吊索等のワイヤーの伸びや滑り、天候から悪影響を受けずに精確に測位することができる。また、計測速度も速くすることができる。
【００１７】
（２）このシステムにあっては、前記ウインチ制御装置は、前記搬送開始位置及び搬送終了位置、前記走行索の繰り出し長さ、前記主索調整索の繰り出し長さ、前記牽索の繰り出し長さ、前記吊索の繰り出し長さ、及びこれらの繰り出し速度を算定要素として、前記軌索、前記主索、前記横行トロリー及び前記バケットの挙動を予め解析してモデル化した運転パターンを多数記憶していて、前記バケットの移動の際に、前記ＧＰＳ受信機を通じて前記バケットの現在位置を測位して、この測位結果に基づき前記運転パターンの中から適切な運転パターンを選出してその運転パターンに従って前記バケットを搬送すべく前記ウインチを駆動制御する構成とする。
【００１８】
これにより、予め定められた運転パターンに従ってバケットを迅速かつ効率よく移動させることができ、制御負荷が軽減するとともに応答性が向上し、もってバケットを目的地まで短時間で移動させることができる。
【００１９】
（３）ここで、運転パターンについては、前記軌索、前記走行索、前記主索調整索、前記主索、前記牽索、及び前記吊索を懸垂曲線と仮定して、前記軌索、前記主索、前記トロリー及び前記バケットの挙動を解析してモデル化する構成とする。これにより正確な位置決めや振れ止めを行うことができ、好ましい。
【００２０】
（４）前記横行トロリーの加速時または減速時において、前記ＧＰＳ受信機を通じて測位された前記バケットおよび前記横行トロリーの現在位置に基づき前記横行トロリーの速度並びに前記バケットの振れ挙動を検出して、前記バケットの振れを相殺させるように前記各ウインチを駆動制御する構成とする。これにより、横行トロリーの加速時または減速時においては、測位された横行トロリーおよびバケットの現在位置情報に基づき横行トロリーの速度並びにバケットの振れ角度および角速度を精確に算出して、適切なタイミングでかつ適切なフィードバック量で横行トロリーやバケットを走行制御することができる。
【００２１】
（５）前記横行トロリーの加速時および減速時において行うバケットの振れを相殺するための制御を、前記トロリーを同方向に階段状に加速あるいは減速することにより行う構成とする。これにより、横行トロリーやバケットに限らずケーブルクレーン全体に不要な負荷を与えることなく効率的に振れを相殺することができる。
【００２２】
（６）前記横行トロリーの加速時および減速時において行うバケットの振れを相殺するための制御をファジー推論により行う構成とする。これにより、迅速かつ円滑な自動運転が可能になるとともに、搬送終了位置での精度の良い位置決め作業が容易になされることになる。
【００２３】
（７）前記横行トロリーの加速時及び減速時におけるファジー推論によるフィードバック制御が、加速時には前記バケットの振れ角と振れ方向及び前記横行トロリーの速度を入力することにより行われ、減速時には前記バケットの振れ角と振れ方向及び前記横行トロリーの速度と位置を入力することにより行われ、さらに停止時には前記バケットの振れ角と振れ方向及び前記横行トロリーの速度と位置を入力することにより行われる構成とする。これにより、各タイミングに応じた適切な制御を行うことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明にかかるケーブルクレーンの制御システムの実施形態について添付図面を用いて説明する。図１および図２は、本発明にかかるケーブルクレーンの制御システムの第１実施形態を示したものである。図１はこの発明の全体構成を示す概略図であり、図２はシステム構成を示すブロック図である。なお、この実施の形態では、従来と同様または相当する箇所は同一符号を付すものとする。
【００２５】
ケーブルクレーンは、基本的には従来とほぼ同様に、山間に構築されるダム１の上部にその長手方向に沿って張設された主索２と、主索２に懸垂され、これに沿って走行可能な横行トロリー３と、この横行トロリー３の牽引用の牽索４と、横行トロリー３の下部に吊索５を介して吊下されたコンクリートバケット６と、前記牽索４を牽引して横行トロリー３を山側に設けた搬送開始位置Ａとダム１の底部任意位置に設定された搬送終了位置Ｂ間を往復移動させる横行ウインチ７と、前記吊索５を巻取、巻き下げしてバケット６を昇降させる縦行ウインチ８と、横行トロリー３の位置およびバケット６の位置を監視するとともに、これら各ウインチ７，８を駆動制御するための操作室９とを備えている。
【００２６】
搬送開始位置Ａには、紙面と直交する方向に図示しないバッチャープラントで造られたコンクリートを搬送するトランスファーカー１０が走行し、搬送終了位置Ｂにはコンクリートホッパー１１が設置されている。
【００２７】
操作室９には、各ウインチ７，８の運転用操作卓２０と、各ウインチ７，８に各種駆動モードを指令する制御部２２と、各種指令を出すにあたり必要な演算を行い、その演算結果を制御部２２に与える演算部２４と、無線機２６とを備えている。演算部２４は、ＣＰＵやメモリ、ハードディスク装置、ディスプレイ等を備えたコンピュータで構成される。
【００２８】
主索２の付根部には、傾斜角度検出装置２８が設けられている。傾斜角度検出装置２８は横行トロリー３の接近位置における主索４の傾斜度合いを検出する。
【００２９】
横行ウインチ７および縦行ウインチ８は、主索２の近傍の機械室３２に配置されるもので、図２に示すように、駆動制御装置３４，３６により正逆回転駆動される。駆動制御装置３４，３６は前記制御部２２に接続され、制御部２２からの指令に応じて各ウインチ７，８を正逆転及び加減速駆動する。
【００３０】
各ウインチ７，８は、それぞれモータ７ａ，８ａにブレーキ７ｂ，８ｂ、減速機７ｃ，８ｃを介して回転可能に連動し、牽索４，吊索５を巻取および繰り出しするドラム７ｄ，８ｄを有している。なお、前記横行ウインチ７はエンドレス式に牽索４を巻き取るもので、中間ドラム７ｄ−１及びドラム７ｄに巻き付けた状態で牽索４の両端を巻き付けている。
【００３１】
各モ―タ７ａ，８ａには速度検出器７ｅ，８ｅが設けられ、これらの検出値を前記速度制御装置２４，２６にフィードバックすることで、前記制御部２２からの走行指令に応じた適性回転方向および速度に制御される。また、各ドラム７ｄ，８ｄにはそれぞれエンコーダＸ，Ｚが設けられ、これらエンコーダＸ，Ｚによってトロリー３の横行き量の検出やバケット６の下降量の検出ができるようになっている。これらエンコーダＸ，Ｚの検出結果はすべて前記制御部２２に入力されるようになっている。なお、本実施の形態では、これら速度検出器７ｅ，８ｅやエンコーダＸ，Ｚは補助的に使用する。
【００３２】
搬送開始位置Ａであるバンカー線上には着底確認スイッチ４２が設けられているとともに、これの近傍にはエリアセンサ４４が配置され、さらには制御盤４６が配置されている。着底確認スイッチ４２はバケット６の着底を検出するものであり、エリアセンサー４４はバケット６の着底時における制御用のセンサーであり、このセンサー４４の検出範囲であれば着底できる。さらに制御盤４６は台車１０からバケット６に対するコンクリート放出時における制御を行うものである。
【００３３】
バケット６の下部には、図示しない油圧シリンダによって開閉されるゲート及び開閉検出用リミットスイッチ４８と、超音波エリアセンサー５０が設けられている。また、バケット６の上部には無線機５２，ジャイロ式振れ角検出計５４，制御盤５６及びこれらの可動部を駆動するためのバッテリ５８，ソーラ式充電装置６０が配置され、各センサーの検出値は図２に示すように、制御盤５２及び無線機５２，２６を通じて操作室９側の制御部２２に転送される。なお、本実施の形態では、ジャイロ式振れ角検出計５４は補助的に使用される。
【００３４】
ホッパー１１は、搬送終了位置Ｂ上に設置された支持架台６２に支持されたものであり、その下部には図示しない油圧シリンダによって開閉するゲート及び開閉検出用リミットスイッチ６４が設けられている。また支持架台６２の脚部にはホッパー１１の下部に停止するダンプトラック６６の運転席の見えやすい位置及び操作しやすい位置にコンクリート放出用手動スイッチ６８，表示装置７０，制御盤７２等が配置されている。
【００３５】
ところで、横行トロリー３およびバケット６にはそれぞれＧＰＳ(Global Positioning System)受信機８０，８２が搭載されている。各ＧＰＳ受信機８０，８２は、上空の複数の人工衛星８４から送られてくる電波をリアルタイムで受信して、その受信結果に基づき横行トロリー３およびバケット６の各々の現在位置座標を三次元座標としてリアルタイムに算出し、その算出結果をそれぞれバケット６上部の無線機５２，横行トロリー３上部の無線機５３を通じて操作室９の制御部２２に送信する。
【００３６】
演算部２４には、モデル化された多数の運転パターンのプログラムが記憶されている。この運転パターンは、搬送開始位置Ａおよび搬送終了位置Ｂ、主索２の撓み度合い、牽索４の繰り出し長さおよび吊索５の繰り出し長さを算定要素として、主索４、横行トロリー３およびバケット６の挙動を予め解析して得たもので、搬送時間が最短となるようにモデル化されてプログラムが組まれている。また、演算部２４は、横行トロリー３に対するバケット６の振れ角度及び角速度に応じて当該振れを相殺するための制御量及びタイミングを演算する機能が内蔵されている。
【００３７】
前記解析によるプログラム内容は図３（ａ）に示すように、ダム１の対象領域を幾つかの小ブロックに分割し、各ブロック毎に振れ止めを考慮して横行トロリー３の運転の速度、バケット６の昇降速度を定め、最短時間での運転パタ―ンを算定したもので、横行トロリーの運転速度Ｖｘは図３（ｂ）に示すようにスタート座標から加速し、次いで一定速度となり、次いで減速により目標座標で０となる運転パタ―ンが設定されている。バケット６の吊索５の昇降速度Ｖｚは図３（ｃ）に示すように横行トロリー３の運転パタ―ンに準じた運転パタ―ンに設定されている。
【００３８】
主索２の撓み度合いは、主索２の張力と主索２に加わる全荷重によって異なる。しかしながら主索２の張力を計測し既知の値で一定とすれば、変数として荷重を入力することによって、前記プログラムによる運転時間，運転パタ―ンが定まる。また主索２，横行トロリー３，バケット６の荷重は既知の値であり、バケット６内に投入されるコンクリートの重量に応じて定まる。
【００３９】
このコンクリートは、打設場所及び工種に応じてモルタル，中練りコンクリート，固練りコンクリートであり、バケット６の容量を一定とするとその比重に応じて異なってくる。バッチャープラントで製造されたコンクリートは搬送台車１０によってバンカー線上に運ばれるとともに、その品種情報も操作室９側及びバケット６側にもたらされ、この情報を元に運転が実行される。
【００４０】
制御部２２は、バケット６の搬送に際し、バケット６の現在位置を搬送開始位置Ａとして前記ＧＰＳ受信機８２を通じて取得する。そして、演算部２４は、バケット６の現在位置と、指定された搬送終了位置Ｂとに基づき、所定のアルゴリズムに従って、複数の運転パターンの中から適切な運転パターンを１つ選出する。制御部２２は、選出された運転パターンに従って、入力されたコンクリートの品種情報を元に各ウインチ７，８を駆動させて横行トロリー３を移動させながら、バケット６を搬送開始位置Ａから搬送終了位置Ｂまで自動搬送する。
【００４１】
横行トロリー３の加速時および減速時には、横行トロリー３に対するバケット６の速度の応答遅れにより振れが生じるため、この振れを相殺すべく、制御部２２はフィードバック制御を行う。ここで、演算部２４は、横行トロリー３およびバケット６の現在位置をこれらに搭載した各ＧＰＳ受信機８０，８２でリアルタイムに逐次測位して、その測位結果に基づき、横行トロリー３の速度、並びにこの横行トロリー３に対するバケット６の振れ角度及びその角速度を算出する。具体的には、横行トロリー３の速度は、ＧＰＳ受信機８０より逐次取得した位置情報に基く変位量とその時間差から算出する。また、バケット６の振れ角度については、ＧＰＳ受信機８２より逐次取得した位置情報に基く変位量と変位方向から算出し、またバケット６の角速度についてはＧＰＳ受信機８２より逐次取得した位置情報に基く変位量と時間差から算出する。演算部２４はこれらの値をリアルタイムで算出する。そして、演算部２４は、算出したこれら値を振れ止め用の所定の運動方程式に当てはめて振れ止め用の制御電圧を演算する。
【００４２】
図４及び図５は加速時における制御手順と、制御内容に応じた速度とバケット６の振れの状態との関係を示すものである。図４に示すように、運転開始後、横行トロリー３の一段階の加速が終了した時点で、横行トロリー３の位置，速度、及びバケット６の振れ角度及び角速度の測位または検出が行われ、これらに基づき振れ止め用の制御電圧が算出されるとともに、制御開始時間が計算され、開始するまで制御待機状態となる（ステップ１０１〜１０７）。
【００４３】
この状態は図５（ａ）に示すように、運転開始から横行トロリー３の速度が定速ｖ_１に至った時間をｔ_１とすると、バケット６は応答遅れにより振れが生じ、振れ幅ｖ_２で示す左右に振れる振り子状の正弦曲線となり、その周期は吊索５の長さが一定なら一定であり、また最大振幅もその長さにより定まる。これに基づき、時刻ｔ_１以降にｖ_２＝０となるポイント時刻ｔ_２を求め、このポイントからｖ_２＝ｍａｘに該当する二段階目の加速を所定時間加えることにより振れが相殺されることになる。開始時間ｔ_２になったなら一次フィードバック制御を開始し、横行トロリー３に加速のための制御電圧を駆動装置３４に与え、その結果の振れ具合を計測し、それ以後の振れ状態を演算する。その結果、許容値内であるならば、フィードバック制御を終了する（ステップ１０８，１０９）。
【００４４】
時刻ｔ_３まで一次フィードバック制御がなされた状態は図５（ｂ）に示される。この間（時刻ｔ_２〜ｔ_３間）におけるｖ_２＝ｍａｘ＜許容値であるならばフィーバック制御を終了する。
【００４５】
これに対し、許容値を超えていたのならば、前記と同様の手順により二次フィードバック開始時刻ｔ_４を計算し、開始時刻となった場合にはステップ１０９で出された制御電圧を三段階目の加速を所定時間加えるとともに、振れを計測する（ステップ１１０〜１１４）。
【００４６】
二次フィードバック制御がなされた状態は図５（ｃ）に示される。またこの間（時刻ｔ_３〜ｔ_４間）におけるｖ_２＝ｍａｘ＜許容値であるならばフィーバック制御を終了するが、許容値を超えていたならば、許容値に収束するまで再度ステップ１１０に戻り同様のフィードバック制御を繰返す。なお、減速時における制御も同一であるが、制御方向が異なり、階段状の減速パタ―ンにより振れを相殺する。
【００４７】
また、完全に振れが停止した位置は搬送開始位置Ａまたは搬送終了位置Ｂの真上である事が望ましいが、フィードバック制御を掛けることにより実際の目標位置に対して横行トロリー３の行き足が足りなかったり、逆に行き過ぎる場合があるので、制御終了後は微速移動により位置修正し、バケット６を下ろせば搬送作業を終了する。
【００４８】
往路においてバケット６を下ろす場合には、例えばバケット６及びホッパー１１に設けた超音波エリアセンサ５０，７６で縦横の自動微調整作業を行い、補完する。この後、ホッパー１１上に停止してゲートを開いてコンクリートを放出し、往路における全作業を終了する。
【００４９】
また、復路においてバケット６を下ろす場合も同様に、フィードバック制御の後微調整によりバケット６はバンカー線の直上に至り、その後はバケット６及びバンカー線に備えられた超音波エリアセンサ５０，４４で縦横の自動微調整作業を行い、補完する。この後、バンカー線上に着底し、スイッチ４２により確認されると再びコンクリート受け入れ待機状態となる。
【００５０】
次に本発明にかかるケーブルクレーンの制御システムの第２実施形態について説明する。図６は、この発明にかかるケーブルクレーンの制御システムの第２実施形態を示したものである。ここでは、本発明の制御システムを軌索式ケーブルクレーンに採用した場合について示す。なお、ここでは、前記実施の形態と同一の構成要素には原則として同一の符号を付すとともに、前記実施の形態と同一の構成については説明を省き、前記実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【００５１】
この軌索式ケーブルクレーンは、山間の谷部にダム１をコンクリートを打設して構築すべく設けられたもので、ダム１の構築予定箇所を挟んだ一方の山側において２本の主塔９０，９１間に張設される軌索９２と、この軌索９２に沿って走行する走行トロリー９３と、この走行トロリー９３を牽引する走行索９４と、走行トロリー９３を軌索９２に沿って移動させるべく走行索９４を牽引する走行ウインチ９７とを備える。主索２は、一端が走行トロリー９３に連結され、他端がダム１を挟んだ他方の山側の固定塔９５に連結され、これらの間に張設されている。この主索２と走行トロリー９３との間には主索調整索９６が介設され、主索調整ウインチ９８により牽引されて主索２の撓みを調整する。この他、前記実施の形態と同様、横行トロリー３と、牽索４と、吊索５と、バケット６と、横行ウインチ７と、縦行ウインチ８とを備える。
【００５２】
軌索９２は、その一端が一方の主塔９０に固定されるとともに、他端が他方の主塔９１に軌索緊張装置（図示外）を介して固定され、これらの主塔９０，９１間に所定の緊張力で懸架されている。
【００５３】
走行索９４は、両端が２本の主塔９０，９１に各々固定され、走行ウインチにより牽引されることにより、走行トロリー９５を軌索９２に沿って両方向に任意に移動させる。走行索９４は、その一端が主塔に対して走行索緊張装置（図示外）を介して固定されることにより、所定の緊張力を保持するようになっている。
【００５４】
主索２は、その一端が主索調整装置に連結され、その他端が固定塔９５に連結固定されていて、走行トロリー９３と固定塔９５との間に懸架されているとともに、走行トロリー９３の移動に伴って固定塔９５を中心とした略扇型の領域をカバーするように移動する。
【００５５】
主索調整装置９９は、複数の巻回プーリーを備え、この巻回プーリーに主索調整索９６が順次巻回されている。主索調整索９６は、主索調整ウィンチ９８の回動によって主索調整装置９９の長さを調整し、これによって、主索調整装置９９の一端に取り付けた主索２の、走行トロリー９３の移動による撓みの変動を調整するようになっている。
【００５６】
固定塔９５周辺に隣接して設置された操作室９には、各ウィンチ７，８，９７，９８の駆動制御装置や運点用操作卓、運転パターンを演算解析したりデータを保存するコンピュータからなる演算部、無線機などが設けられている。各ウインチ７，８，９７，９８は、各々、ドラム、モータ、ブレーキ、減速機、制御装置等を備え、操作室１７の駆動制御装置からの指令によりドラムを回転駆動して、各索４，５，９４，９６を牽引する。
【００５７】
ＧＰＳ受信機は、横行トロリー３およびバケット６とともに、走行トロリー９３と主索調整装置とに搭載されている。各ＧＰＳ受信機は、横行トロリー３、走行トロリー９３、バケット６、主索調整装置９９の各々の現在位置座標を三次元座標としてリアルタイムに算出し、その算出結果をそれぞれ各無線機５２，５３等を通じて操作室９の制御部に送信する。
【００５８】
演算部は、前記の場合と同様に、モデル化された多数の運転パターンのプログラムを記憶している。ただし、記憶している運転パターンは、搬送開始位置Ａおよび搬送終了位置Ｂ、横行トロリー３の位置や主索調整装置索９６と主索２との連結位置、主索調整装置９９と走行トロリー９３との連結位置、軌索９２上における走行トロリー３の配設位置等の各接点における静的釣合い方程式から、バケット６の各位置に対応する走行索９４の繰り出し長さ、主索調整索９６の繰り出し長さ、牽索４の繰り出し長さ、吊索５の繰り出し長さ、及びこれらの索４，５，９４，９６の繰り出し速度を算定要素として、また振子の運動方程式に基づいて、搬送開始位置であるバンカー部２０や、搬送終了位置であるコンクリートの打設箇所などのバケット６の各停止位置においてバケット６が振れを生じないようにするための、走行索９４、主索調整索９６、牽索４、及び吊索５の繰り出し速度の組み合わせが解析されることから、これらの解析結果からモデル化されている。演算部は、ケーブルクレーンを運転する際に、設定条件に応じて前記モデル化された運転パターンを選択して、目標地点まで走行索５、主索調整索８、牽索１０、及び吊索１１の繰り出しを時間関数として計算してこれをコンピュータのメモリに保存する。
【００５９】
演算部は、このメモリに保存した運転パターンの情報に基づき、走行ウィンチ９７，主索調整ウィンチ９６、横行ウインチ７、及び縦行ウインチ８の制御装置に指示を与え、各ウィンチ７，８，９６，９７による繰り出し速度を制御して、スタート位置から目標位置まで、振れ止めを考慮した自動運転を行なう。このとき、演算部は、各ＧＰＳ受信機を通じて横行トロリー３やバケット６、走行トロリー９３、主索調整装置９９の各現在位置をリアルタイムに逐次測位して、バケット６が予定通り所定の運転パターンに沿って移動しているかどうか逐次監視する。なお、コンクリートの打設位置からバンカー部２０に至る復路においては、走行トロリー９３を動かさないような運転パターンにしてもよい。
【００６０】
ここで、演算部は、横行トロリー３の加速時、減速時、停止時において、横行トロリー３に対するバケット６の振れを相殺するために、例えば特開平１１−３５２８１号等に開示されるような周知のファジー推論によるフィードバック制御を行う。具体的には、「吊索の長さ」、「横行トロリーの速度」、「バケットの振れ角」、「振れ方向」、「減速開始位置からのズレ」、「停止後・加速後の振れ（停止または加速度どの程度の振れ幅であるかを示す）」、「停止位置のずれ（バケットが停止した時、目標位置からどの程度ずれたかを示すもの）」などの要素についてそれぞれファジー推論の内容と実測値とを対応させたメンバーシップ関数を定義する。
【００６１】
演算部は、横行トロリー３の加速時及び減速時においては、各ＧＰＳ受信機を通じて横行トロリー３およびバケット６の現在位置をリアルタイムに逐次測位し、その測位結果に基づき、横行トロリー３の速度、並びにこの横行トロリー３に対するバケット６の振れ角度及びその角速度を算出し、その算出結果を予め定義したメンバーシップ関数に入力し、バケット６の振れを相殺するための適切なフィードバック制御を推論し、これを実行する。横行トロリー３の速度、並びに横行トロリー３に対するバケット６の振れ角度及びその角速度については、前述した方法で算出する。
【００６２】
なお、ここでは、横行トロリー３の加速時には前記バケット６の振れ角と振れ方向及び横行トロリー３の速度を入力することにより行い、横行トロリー３の減速時にはバケット６の振れ角と振れ方向及び横行トロリー３の速度と位置を入力することにより行い、横行トロリー３の停止時にはバケット６の振れ角と振れ方向及び横行トロリー３の速度と位置を入力することにより行う。
【００６３】
このようにバケット６の振れを相殺するための制御をファジー推論により行うことで、迅速かつ円滑な自動運転が可能になるとともに、搬送終了位置での精度の良い位置決め作業が容易になされることになる。
【００６４】
＝＝＝他の実施の形態＝＝＝
（１）前記速度検出器７ｅ，８ｅ、前記エンコーダＸ，Ｚおよび前記光波測距計３０については、ＧＰＳ受信機が何らかの不具合により測位不能に陥ったときに、横行トロリーやバケットの位置検出に使用する。
【００６５】
（２）本発明にあっては、前述したタイプのケーブルクレーン以外に他のタイプのケーブルクレーン、例えば並行移動式や弧動式のケーブルクレーン等において適用することができる。
【００６６】
（３）図１に示すケーブルクレーンの制御システムにおいては、特許第２６８４９３９号に開示される周知なファージー推論による制御を行ってもよく、また、図６に示す軌索式ケーブルクレーンの制御システムにおいては、特開平１１−３５２８０号に開示されるようなバケットの振れ止め制御を行ってもかまわない。
【００６７】
【発明の効果】
本発明にかかる第１および第２ケーブルクレーンの制御システムによれば、バケットや横行トロリー等にそれぞれＧＰＳ受信機を搭載し、これらのＧＰＳ受信機を通じて横行トロリーやバケット等の現在位置を測位することで、従来のように主索や牽索、吊索等のワイヤーの伸びや滑り、天候等の悪影響を受けずに済むとともに、計測速度が速くなり精度も向上する。
【００６８】
また、前記バケットの搬送開始位置および搬送終了位置、主索の撓み具合、主索の撓み度合い、牽索の繰り出し長さ、吊索の繰り出し長さ、走行索の繰り出し長さ、主索調整索の繰り出し長さに基づき、主索や横行トロリー、バケット、軌索の挙動を予め解析して得られた多数のモデル化した運転パターンの中から、ＧＰＳ受信機を通じて検出される前記バケットと横行トロリーとの現在位置情報に応じて、適切な運転パターンを選択してその運動パターンに従って前記バケットを搬送すべく前記各ウインチを駆動制御することで、バケットを迅速に精度良くかつ短時間に目的地まで到達させることができ、バケットの搬送効率の可及的な向上を図ることができる。
【００６９】
また、横行トロリーの加速時または減速時においては、横行トロリーの速度並びにバケットの振れ角度および角速度を精確に算出して、適切なタイミングでかつ適切なフィードバック量で制御を行うことができ、バケットの振れを十分に相殺することができる。
【００７０】
また、第２のケーブルクレーンの制御システムにあっては、軌索、走行索、主索調整索、主索、牽索、及び吊索を懸垂曲線と仮定して、軌索、主索、横行トロリー及びバケットの挙動を解析して運転パターンをモデル化したことで、より正確な位置決めや振れ止めを行うことができる。
【００７１】
さらに、このシステムでは、横行トロリーの加速時および減速時において行うバケットの振れを相殺するための制御を、横行トロリーを同方向に階段状に加速あるいは減速することにより行うことで、横行トロリーやバケットに限らずケーブルクレーン全体に不要な負荷を与えることなく効率的に振れを相殺することができる。
【００７２】
また、前記横行トロリーの加速時および減速時において行うバケットの振れを相殺するための制御をファジー推論により行うことで、迅速かつ円滑な自動運転が可能になるとともに、搬送終了位置での精度の良い位置決め作業が容易に行える。
【００７３】
ここで、前記横行トロリーの加速時及び減速時におけるファジー推論によるフィードバック制御が、加速時には前記バケットの振れ角と振れ方向及び前記横行トロリーの速度を入力することにより行われ、減速時には前記バケットの振れ角と振れ方向及び前記横行トロリーの速度と位置を入力することにより行われ、さらに停止時には前記バケットの振れ角と振れ方向及び前記横行トロリーの速度と位置を入力することにより行われることで、各タイミングに応じた適切な制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるケーブルクレーンの制御システムの一実施形態を示した全体説明図である。
【図２】本発明にかかるケーブルクレーンの制御システムのシステム構成の一実施形態を示したブロック構成図である。
【図３】本発明にかかるケーブルクレーンの制御システムのバケット搬送制御方法を示す説明図である。
【図４】本発明にかかるケーブルクレーンの制御システムのバケットの加速時の処理手順の一例を示したフローチャートである。
【図５】本発明にかかるケーブルクレーンの制御システムにおけるバケット加速時の振れと速度との関係を示した説明図である。
【図６】本発明にかかるケーブルクレーンの制御システムを軌索式ケーブルクレーンに適用した場合の一実施形態を示す全体説明図である。
【図７】従来のケーブルクレーンの制御システムの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ダム９０，９１主塔
２主索９２軌索
３横行トロリー９３走行トロリー
４牽索９４走行索
５吊索９５固定塔
６コンクリートバケット９６主索調整索
７横行ウインチ９７走行ウィンチ
８縦行ウインチ９８主索調整ウィンチ
２２制御部９９主索調整装置
３４，３６駆動制御装置
８０，８２ＧＰＳ受信機
８４人工衛星

Claims

ダム等の構築予定構造物を挟んだ一方において二点間に張設された軌索と、この軌索に沿って走行可能な走行トロリーと、該走行トロリー牽引用の走行索と、一端が主索調整装置を介して前記走行トロリーに、他端が前記ダムを挟んだ他方側の固定塔に連結してこれらの間に張設される主索と、該主索に沿って走行可能な横行トロリーと、該横行トロリー牽引用の牽索と、前記横行トロリーの下方に吊索を介して吊下されたバケットと、前記走行索を牽引して前記走行トロリーを軌索に沿って往復移動させる走行ウィンチと、前記主索調整装置の主索調整索を牽引して主索の撓みを調整する主索調整ウィンチと、前記牽索を牽引して前記横行トロリーを主索に沿って往復移動させる横行ウインチと、前記吊索を巻取，巻き下げしてバケットを昇降させる縦行ウインチと、各ウインチを個別に駆動制御可能なウインチ制御装置とを備えた軌索式のケーブルクレーンにおいて、前記バケット、前記横行トロリー、前記走行トロリーおよび前記主索調整装置にそれぞれＧＰＳ受信機を搭載し、これらの４つのＧＰＳ受信機を通じて前記バケット、前記横行トロリー、前記走行トロリーおよび前記主索調整装置の現在位置を逐次測位することを特徴とするケーブルクレーンの制御システム。
前記ウインチ制御装置は、前記搬送開始位置及び搬送終了位置、前記走行索の繰り出し長さ、前記主索調整索の繰り出し長さ、前記牽索の繰り出し長さ、前記吊索の繰り出し長さ、及びこれらの繰り出し速度を算定要素として、前記軌索、前記主索、前記横行トロリー及び前記バケットの挙動を予め解析してモデル化した運転パターンを多数記憶していて、前記バケットの移動の際に、前記ＧＰＳ受信機を通じて前記バケットの現在位置を測位して、この測位結果に基づき前記運転パターンの中から適切な運転パターンを選出してその運転パターンに従って前記バケットを搬送すべく前記ウインチを駆動制御することを特徴とする請求項１に記載のケーブルクレーンの制御システム。
前記運転パターンは、前記軌索、前記走行索、前記主索調整索、前記主索、前記牽索、及び前記吊索を懸垂曲線と仮定して、前記軌索、前記主索、前記横行トロリー及び前記バケットの挙動を解析してモデル化されたことを特徴とする請求項２に記載のケーブルクレーンの制御システム。
前記横行トロリーの加速時または減速時において、前記ＧＰＳ受信機を通じて測位された前記バケットおよび前記横行トロリーの現在位置に基づき前記横行トロリーの速度並びに前記バケットの振れ挙動を検出して、前記バケットの振れを相殺させるように前記各ウインチを駆動制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のケーブルクレーンの制御システム。
前記横行トロリーの加速時および減速時において行うバケットの振れを相殺するための制御を、前記横行トロリーを同方向に階段状に加速あるいは減速することにより行うことを特徴とする請求項４に記載のケーブルクレーンの制御システム。
前記横行トロリーの加速時および減速時において行うバケットの振れを相殺するための制御をファジー推論により行うことを特徴とする請求項４に記載のケーブルクレーンの制御システム。
前記横行トロリーの加速時及び減速時におけるファジー推論によるフィードバック制御が、加速時には前記バケットの振れ角と振れ方向及び前記横行トロリーの速度を入力することにより行われ、減速時には前記バケットの振れ角と振れ方向及び前記横行トロリーの速度と位置を入力することにより行われ、さらに停止時には前記バケットの振れ角と振れ方向及び前記横行トロリーの速度と位置を入力することにより行われることを特徴とする請求項６に記載のケーブルクレーンの制御システム。