JPH02132099A - 天井クレーンにおける振れ止め制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、クレーンの自動制御装置に係り、特に自動化
する際に必要とされる吊荷の振れ制御に好適な天井クレ
ーン用の撮れ止め制御装置に間するものである． 〔従来の技術〕 従来提案されているプログラム制御方式におけるクレー
ンの速度パターンは、加速・等速・減速の各区間の始点
・終点で振れ零の条件で算出されるのが一般的で、その
一例として特開昭６２−２５９９８６号公報を挙げる。

〔発明が解決しようとするｒＲ題〕

上述の方法によれば起動時に振れのある場合また制＃誤
差や外乱により残留振れの生じた場合には撮れ止めを実
現することができないという問題点があった。

〔ｔ！題を解決するための手段〕

本発明は、従来技術の問題点を解決すべく、初ＸＪＩ　
ｔｉれのある場合にも自動振れ止めを達成することを目
的とするものであって、クレーン駆動による振れを零と
する基本パターンと、初期振れによる残留振れを零とす
る修正パターンとを合成した速度パターンでクレーンの
振れ止めを自動制御する． 以下、本願発明の原理を説明する。

天井クレーンのモデルを単振子モデルと考え、その時、
振れ角が小さくまたロープ長が一定であるとすれば周知
のように次の運動方程式が成立する。

又θ＋ｇθ＝−ａ（１） Ｃｇ：１ｔ力加速度、文：　ロープ長、θ：　鉛直から
のロープ振れ角、ａ：　クレーン加速度）これを通常よ
く使われるθ−δ／ω平面の位相面軌道で表わし、振れ
角及び掘れ角速度の一般式を導くと次の通りとなる． 初期振れ角θ（ｔｏ）、初朋振れ角速度θ（ｔｏ）とし
となる．ここで、 この（２＞、（３）式で第１項は加速度ａによる振れす
なわちクレーンを駆動することにより生ずる振れを示し
、第２項は初期の振れ｛θ（ｔｏ）、θ（ｔｏ））によ
り残る振れを示していることに注目するとクレーンの荷
振れ＝クレーン駆動による振れ＋初朋振れによる残留振
れ てあり、したがって、 振れ止め制御＝クレーン駆動による振れを零とする制御 ＋初期振れによる残留振れを零 とする制御 という考え方が成立する， 発明者等は以上の知見により、クレーンの駆動による振
れを初期振れ及び制御誤差による振れを全く無視し、加
減達を行ない目標位置に到達したときに零とする速度パ
ターン（基本運行パターン）と初期振れを含む定速時（
加速度零時）の振れを零とする速度パターン（修正運行
パターン）を合成した速度パターンでクレーンを制御す
れば吊荷の振れ止めが可能であるとの結論に達し、加速
度を与えた時の振れ止め制御と加速度を零にした時の振
れ止め制御を同時に行なうことを基本とした。

〔実施例〕

次に、第１図を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図において、１はクレーンの移動距離及び吊荷の振
れ長さが与えられることにより、最短時間でクレーンを
所望の距離移動させ、かつ所定条件下でクレーン移動終
了時の撮れが零となるような速度パターンを発生させる
基本パターン発生装置．２は振れ止め制御を行なうルー
プ系で、吊荷の振れ角を検出する振れ角検出装置２ａと
、加速度を検出する加速度検出装置２ｃとによりその賑
れ角センサの検出量ＶＯＩとＶＯ２により、その振れを
止める速度パターンを発生する條正パターン発生装置２
ｂとからなっている。ここでＶＯＩはｔ１時のセンサ出
力で、ＶＯ２はｔ２時のセンサ出力を表わし、複数回の
計測で計測値の差より加速度を算出するようになってい
る。３は基本パターン発生装置１で発生する速度パター
ンと、條正パターン発生装置２ｂで発生する速度パター
ンを合成して速度制御信号を出すパターン合成装置。４
は前記パターン合成装置３より出力された速度制御信号
の指令によりクレーン５の電動機５ａを制御する制御装
置である。５は電動機５ａにより駆動されるクレーンで
、このクレーン５には一端にフック等の吊具を有するロ
ー１５ｂとそれを介して吊荷５ｃが吊り下げられている
。６はクレーン５の移動距離監視装置で、距離検出器６
ａと、その検出量により條正パターン発生装ａ２ｂから
の速度パターン出力を制御するスイッチ６ｂとが付属し
ている。

第２図は、加速度検出機構を付加した制御装置を示Ｌ，
、第１図の制御装置に対し、加速度計７、整合加算回′
Ｉａ８、加速度検出装置２ｃが付加されている。また、
電動８！５ａに対してはインバータ９が付設され、電動
機５ａの速度をインバータ制御により行なうようになっ
ている．第２図において、　１０は振れ角検出部、　１
１はロープ巻取リール、１２は吊具側シーブ、ｌ３は検
出用ロープ、１４はクラブである． 次に動作につき説明する． クレーンの移動距離及び吊荷の撮れ長さが設定されると
、クレーンを最短時間で移動させかつ、始動前に吊荷の
振れが零であれば、移動終了時の吊荷の振れも零とする
ような適正制御値を基本パターン発生装ＩＩＩで速度信
号として発生させ、それをパターン合成装置３に人力す
る． 一方修正パターン発生装置２ｂでは、クレーン加速度零
時すなわちクレーンが停止を含む等速運行時に振れ角検
出装置２ａにより検出された吊荷の賑れ角信号に基づき
、その娠れを抑制するような適正制御値を速度信号とし
て発生しパターン合成装置３へ適宜付加制御的に出力す
る．これら２つの速度信号はパターン合成装置３により
合成され速度制御信号として制御装置に送られる．制御
装置４では、その制御信号によりクレーンの電動機５ａ
を制御する。マイコンが基本パターン発生装ｆｆｉｌ、
修正パターン発生装置２、バターン合成装置３等として
の機能を生ぜしめるべく第３図に示すフローチャートで
マイコンブログラム制御する． 次に各速度パターンを具体的に説明する。

（！）基本パターン このパターンは従来よりプログラム制御方式で採用され
ているもので、クレーンの移動距離と吊荷の振れ長さが
特定されることにより決定される。

この時加速及び減速の行程は、初期の振れが零ならば終
了時の娠れが零になるように設定する。これを第４図の
線図で説明する。

第４図は速度線図で、代表的な最短時間則による速度パ
ターンで示した。このパターンでクレーンを運行した場
合の吊荷の振れ状態を示したのが第４図（０），（ハ）
の振れ角線図である．第４図（０）は、初期振れがなく
、また制御誤差もないすなわち予め設定された条件通り
のクレーン運行を行なフた場合の荷振れの振れ角変化を
示すもので、加速と同時に荷が振れ始め、加速終了時に
荷は零点に復帰し、等速区間中は荷撮れなしで移動する
。減速開始と同時に再び荷は振れ始め、減速終了（停止
）と同時に荷は零点に復帰し荷振れも停止して、振れ止
め制御が実現される。

これがこの基本パターンによる振れ止め制御の基本的な
考えであるが、予め設定された条件以外、例えば第４図
（ハ）で示すように、初期に振れのある場合は、等速区
間及び停止後に残留振れが残り、振れ止めを実現できな
いという欠点がある。

（２）ｆｌ正パターン このパターンはある時点（例えば停止を含む等速時）で
の実際の吊荷の振れく振れ角及び撮れ角速度）を検出し
、その振れを抑止するに必要な制御量を発生させるため
の速度パターンで、これは振れ検出量と撮れ長さにより
、その制御量及び制御タイミングが特定される。これを
第５図の線図で説明すると、図において、時刻１＝０の
時の振れ（θ１＝０、θ１＝０）を検出したとするとそ
り振れを抑止する制御パターンは第５図（イ）の如く周
期的に作成することができ、それらの内いずれか１つを
選択的に実施すれば振れを抑止できる。

第５図（０）は、第５図（イ）で示した４種のパターン
を夫々実施した場合に夫々のパターン終了時に振れが零
に撮り止めされる様子を示している。

（３）合成パターン 前述の基本パターンと峰正パターンを合成したものが合
成パターンである。この合成パターンにてクレーンを運
行し、初期に振れのある場合、その加速区間で振れ止め
制御を行なう例を第６図にて説明する。

第６図において、（イ）は速度線図、（０）は振れ角線
図を示す。第６図（イ）で（Ａ）は基本パターン、（Ｂ
）は時刻ｔｌ点で振れを検出した場合の修正パターン、
また（Ａ　）＋（Ｂ　）が実際にクレーン運航する合成
パターンを各々に示している。第６図（０）のようにク
レーン始動前に娠れがある場合には、先に説明した通り
クレーンが等速区間に入っても、基本パターン（Ａ）の
みでは破線で示す振れが残ってしまう。一方合成パター
ンで運航した場合には実線の振れ角線図で示す通り、加
速終了と共に振れが零に抑止される． なお、修正パターンを基本パターンに付加する機会は、
第５図（イ）に示す如く周朋的に何度も与えられる。従
って、運転状態により都合の良いときに何れかを選択す
ればよい。好ましくは、制御の限界があるときはその限
界を越えない範囲で加速時には加速形パターンを、減速
時には減速形パターンで付加すると走行時間短縮をはか
ることができる。

また、加速度が零の時に修正を実施すれば、その結果が
補正フィードバックされるので、数回の繰り返しが可能
である。

更に、インバータ制御によりクレーンの電動機の速度制
御を行なった場合には、定格速度を越える速度で修正パ
ターンを付加することが可能であり、この場合には、修
正パターンを与える機会の選択幅が増大し、より短時間
で振れ止めができる．第７図は基本パターンを、クレー
ンの目的地までの移動距離に応じて判定式により、　　
短距離モード、　　中距離モード、　　長距離モードの
３つに分け、夫々のモードに応じて第８図〜第工Ｏｒ！
！Ｊに示す振れ止めパターンを作成し、その撮れ止めパ
ターンに従ってクレーンを運転する場合の基本パターン
作成の手順を示す実施例である．第７図において、下記
によりまず基本計算を行なう． ■周ＩＪＩ丁−→丹　　　　一（ｓ） ■直線加減速限界時間　（β，，　−　Ｚ／二外＝　（
　一＝　Ｖｌｄ　）　−　（り（１ｓｔｔ ■移動距Ｍ限界値 Ｓ１１６１　　＝　　””　　（　ｔ６５Ｈ　＋　Ｔ・
　ｅｌｌａｒ　）　　　　　　　　（７冫Ｓお２．至凪
ア　　　　　　ー（８， ここで、Ｌｅｆは実効振れ長さを表わし、実際の出荷の
振れ周朋に関係する撮り子長さでロープ長、吊具、吊荷
の大きさ、重量等から計算する値である＊　　ａｓｅｔ
は設定加速度を、ｖｌａｔは定格速度を表わす。又　Ｓ
　ｓｅｔは移動設定距離を表わし、目標位置までの距離
に対し、撮れ修正やクレーン速度制御誤差條正のための
余裕距離を考慮したクレーンの移動目標距離である。

次に、目的地までの設定された移動設定距離Ｓ　ｓｅｔ
と移動距離限界値ＳＢＯＩとの比較を行ない、Ｓ　ｓｅ
ｔ≧９　８０１の場合は　長距離モードと判定する．Ｓ
　ｓｅｔ≧Ｓ　８０１でない場合は、次にＳｓｅｔとＳ
　Ｂｏ２との比較を行ない、Ｓｓｅｔ≦Ｓ　Ｂｏ２の場
合は　短距離モードと判定する。そして、Ｓ　ｓｅｔ＜
　３　８０２でない場合は　中距離モードと判定する． 短距離モードと判定した場合は、第８図（Ａ）に示す振
れ止めパターンに従ってクレーンを運転する。第８図（
Ｂ）はこの場合のθ一ｂ／ω平面の位相面軌道で表わし
た図である。

中距離モードと判定した場合は、第９図（Ａ）に示す振
れ止めパターンに従ってクレーンを運転する。第９図（
Ｂ）はこの場合のθ−ｂ／ω平面の位相面軌道で表わし
た図である。

長距離モードと判定した場合は、第１０図（Ａ）に示す
振れ止めパターンに従ってクレーンを運転する。第１０
図（Ｂ）はこの場合のθ−θ／ω平面の位相面軌道で表
わした図である。

第１１図は條正パターンを、クレーンが停止を含む加速
度が零の時に、撮れ角を測定し、その測定結果に基づき
振れ角速度及び振幅の振れ計算を行ない、次に測定振れ
角の位相、加減速開始位相及び位相差の計算を行ない、
複数作成し、いずれかのパターンを選択し、基本パター
ンに付加して振れ止め制御を行なう場合の條正パターン
作成の手順を示す実施例である。

第７図において、測定した振れ角センサの出力ＶＯＩと
ＶＯ２により、 ６８．６ 振れ中心角　　＆。ｏ＝　ｏ．ｏ３３ｂ　−　−ｚ−　
　−（９）振れ角　　　　θｔｏ１　＝　”　　−　ｅ
３ｏｏ　　　　　　ＯＯ）｛４６９ Ｖｏ　ｔ （９ｔｔｎ　＝　−　−　＆ｏｏ　　　　　　　（／ｌ
　）＋４’Ｊ を計算する。

次に、（ｌＯ）及Ｕ（ＩＩ）式より振れ計算を次式によ
？行なう。

振れ角　　　　　　θｔ，ｅ句Ｌ二ρ工例一　　一（１
２）振れ角速度　　　　６，Ｏ＝■“−　　一Ｕ３）乙
ｔ 振幅　　　　　　　θＪａ”−”：，ｌ；；７７隔りー
（ｔ４）次に（１２）〜（ｌ３）式により修正パターン
計算を次式により行なう。

測定振れ角の位相　ｔＲｕ　＝　−ｉ　ｃａｓ−’（　
脛）　　　　（／ｊ）θｄｒｙ ここで、θｔＯ≧０の場合は（ｌ４）式での表１ を、θｔＯく０の場合は とする． 加Ｗ速開始位相　　ｔ−ｅｎ　−　６　ｃｏｉ’　（　
哩伽１　−　１９　ー（／６）位相差（待時間）　　　
ｃｔＩｓ　−　ｔｅｎ　−　’Ｒｌｌ　　　　　−ｏ７
）加減速時間　　　　’ｔｅｌや一子一鶴、　　　　一
０８）次に、（１３）〜（１８）の計算結果と表１に示
す各条件に基づき第１２図に示す修正パターンを、本実
施例では８種類作成する場合を示す． なお、條正パターンは実施例は８種類としたが、種類は
この数に限定されることがないのは勿論である。

又、本実施例ではクレーンの動作は一方向として説明し
たが、これはクレーンの横行及び走行を同時に動作する
ときも同様に夫々の方向に一方向のものを適用し、組み
合わせて横行及び走行動作を同時に適用できるのは勿論
である． 〔発明の効果〕 本発明は、天井クレーンの振れ止め制御に際し、従来の
プログラム制御において欠点とざれていた起動時に振れ
のある場合や制御誤差や外乱により残留振れを生じた場
合にも、それを制御するに必要な適正な制御量が適宜付
加されるため、クレーンの振れ止め制御を自動制御でも
確実に行ない得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施するための天井クレーンにおけ
る振れ止め制御装置の機構を示すブロック図。第２図は
加速度検出機構を付加した同様のブロック図である。 第３図は、本発明の振れ止め制御を行なうためのマイコ
ンプログラムの一例を示すフローチャートである． 第４図乃至第６図は、本発明に振れ止め制御を示す説明
図で、第４図は基本パターンを示し、（イ）は速度線図
、＜ａ＞．＜ハ）は吊荷の娠れの撮れ角線図で、（ロ）
は初Ｘｌｌ　［れ角が無い場合、（ハ）は初期振れ角が
ある場合である。第５図は｛１正パターンを示し、（イ
）は速度線図、（０）は蛋れ角線図である． 第６図は合成パターンを示し、（イ）は速度線図、（ロ
）は振れ角線図である。 第７図は基本パターン作成の手順を示す実施例で、第８
図は短距離パターンを、第９図は中距離パターンを、第
１０図は長距離パターンの実施例を示す． 第１１図は修正パターン作成の手順を示す実施例で、第
１２図は峰正パターンの説明図である． １は基本パターン発生装置、２は撮れ止め制御ループ系
、２ａは振れ角検出装置、２ｂは修正パターン発生装置
、３はパターン合成装置、７は加速度計、　１０は振れ
角検出部。 ばか１名

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロープで吊荷を吊り移動する天井クレーンの振れ
   止め制御装置において、吊荷の振れを検出する振れ検出
   装置と、クレーンが所定距離移動したときに、クレーン
   の加減速により生ずる振れをクレーンが停止時に零とす
   る速度パターンを基本パターンとする基本パターン発生
   装置と、クレーンが停止を含む加減速度が零であるとき
   の吊荷の振れを検出しその振れを零とする速度パターン
   を修正パターンとする修正パターン発生装置と、前記基
   本パターンに前記修正パターンを付加して速度パターン
   を合成するパターン合成装置と、合成された速度パター
   ンを速度指令として電動機に出力する速度制御装置とを
   備えてなることを特徴とする天井クレーンにおける振れ
   止め制御装置。
2. （２）請求項（１）記載の天井クレーンの振れ止め制御
   装置において、修正パターンを基本パターンに付加する
   タイミングを与えるクレーンの移動距離を監視する距離
   監視装置を備えたことを特徴とする振れ止め制御装置。