JP4382551B2 - Swivel angle measuring device and crane equipped with the same - Google Patents

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Description

この発明は移送装置のブーム（可動アーム）の旋回角を測定する旋回角測定装置及びそれを備えているクレーンに関し、特にクレーンのブームの旋回角を測定するのに適した旋回角測定装置及びそれを備えているクレーンに関する。   The present invention relates to a swivel angle measuring device for measuring a swivel angle of a boom (movable arm) of a transfer device, and a crane equipped with the swivel angle measuring device. Relates to a crane equipped with

従来、ファイバオプティカルジャイロを用いた旋回角度計測器が知られている（下記特許文献１参照）。この旋回角度計測器はクレーンのブームの旋回角度を計測する装置である。   Conventionally, a turning angle measuring device using a fiber optical gyro is known (see Patent Document 1 below). This turning angle measuring device is a device that measures the turning angle of a crane boom.

この旋回角度計測器は制御用コンピュータ、ブームの起伏角度測定器、無線モデム及び警告灯とともにクレーンの制御部を構成する。   This turning angle measuring device constitutes a crane control unit together with a control computer, a boom hoisting angle measuring device, a wireless modem and a warning light.

この制御部はパソコン及びタブレットからなるデータ入力部とともにクレーンの制御装置を構成する。   This control unit constitutes a crane control device together with a data input unit composed of a personal computer and a tablet.

この制御装置のデータ入力部はクレーンのオペレータが乗り込むクレーン操作室に置かれている。制御装置の制御部はクレーン本体の近傍に置かれる。その制御部の一構成要素である旋回角度計測器はブームに取り付けられる。
特開２０００−３１３５８８号公報（段落００２０〜００２４参照） The data input unit of this control device is placed in a crane operation room where a crane operator gets in. The control unit of the control device is placed in the vicinity of the crane body. A turning angle measuring instrument which is one component of the control unit is attached to the boom.
JP 2000-313588 A (see paragraphs 0020-0024)

上述のように従来の旋回角度計測器のファイバオプティカルジャイロはブームに取り付けられるので、仮にこのファイバオプティカルジャイロが１軸であるとすると、ブームの起伏角が変化するのに伴ってファイバオプティカルジャイロの入力軸が傾き、ブームの旋回角度を正確に測定できなくなる。   As described above, since the fiber optical gyro of the conventional turning angle measuring instrument is attached to the boom, if this fiber optical gyro is uniaxial, the input of the fiber optical gyro is changed as the undulation angle of the boom changes. The axis is tilted and the boom turning angle cannot be measured accurately.

ブームの旋回角度を正確に測定する方法としては、もう一つファイバオプティカルジャイロをブームに取り付け、このファイバオプティカルジャイロによってブームの起伏角度を測定し、この起伏角度に基づいて旋回角度を補正する方法が考えられる。   Another method of accurately measuring the swing angle of the boom is to attach a fiber optical gyro to the boom, measure the undulation angle of the boom with this fiber optical gyro, and correct the swing angle based on this undulation angle. Conceivable.

しかし、この方法ではファイバオプティカルジャイロを２つ用いるので、コストが高くなる。   However, since this method uses two fiber optical gyros, the cost increases.

高いコストをかけずに旋回角度を正確に測定する方法として、ファイバオプティカルジャイロをクレーン本体に取り付ける方法が考えられる。しかし、この方法では、ブームに重いものが吊り下げられたとき、クレーン本体が傾き、これに伴ってファイバオプティカルジャイロの入力軸が傾き、やはり正確な旋回角度を測定できなくなる。   As a method for accurately measuring the turning angle without incurring a high cost, a method of attaching a fiber optical gyro to the crane body can be considered. However, according to this method, when a heavy object is suspended from the boom, the crane body tilts, and the input shaft of the fiber optical gyroscope tilts accordingly, so that an accurate turning angle cannot be measured.

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は高いコストをかけずにブームの旋回角を正確に測定することができる旋回角測定装置を提供することである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a turning angle measuring device that can accurately measure the turning angle of a boom without high cost.

前述の課題を解決するため請求項１の発明の旋回角測定装置は、ブームの旋回角を測定する旋回角測定装置において、入力軸が前記ブームの旋回軸に平行になるように設けられ、前記ブームの角速度を計測する１軸のジャイロスコープと、前記ブームの遠心加速度と重力加速度との合成加速度を計測する加速度計と、前記１軸のジャイロスコープの出力と前記加速度計の出力とに基づいて前記ブームの旋回角を演算する演算手段とを備えていることを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problem, the turning angle measuring device of the invention of claim 1 is a turning angle measuring device for measuring a turning angle of a boom, wherein an input shaft is provided so as to be parallel to the turning shaft of the boom, Based on a one-axis gyroscope that measures the angular velocity of the boom, an accelerometer that measures the combined acceleration of the centrifugal acceleration and gravity acceleration of the boom, and an output of the one-axis gyroscope and an output of the accelerometer And a calculating means for calculating a turning angle of the boom.

上述のように、ジャイロスコープの出力と加速度計の出力とに基づいてブームの旋回角を求めるようにしたので、ジャイロスコープの入力軸の傾きによる旋回角の誤差が解消される。   As described above, since the turning angle of the boom is obtained based on the output of the gyroscope and the output of the accelerometer, the error of the turning angle due to the inclination of the input shaft of the gyroscope is eliminated.

請求項２の発明のクレーンは請求項１記載の旋回角測定装置を備えていることを特徴とする。   A crane according to a second aspect of the present invention includes the turning angle measuring device according to the first aspect.

上述のように、ジャイロスコープの出力と加速度計の出力とに基づいてクレーンのブームの旋回角を求めるようにしたので、ジャイロスコープの入力軸の傾きによる旋回角の誤差が解消される。   As described above, since the turning angle of the boom of the crane is obtained based on the output of the gyroscope and the output of the accelerometer, the error of the turning angle due to the inclination of the input shaft of the gyroscope is eliminated.

以上説明したように請求項１の発明によれば、高いコストをかけずに正確にブームの旋回角を測定することができる。   As described above, according to the first aspect of the invention, the turning angle of the boom can be accurately measured without high cost.

請求項２の発明によれば、高いコストをかけずに正確にクレーンのブームの旋回角を測定することができる。   According to the invention of claim 2, the turning angle of the boom of the crane can be accurately measured without high cost.

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１はこの発明の一実施形態に係る旋回角測定装置を備えたクレーンのクレーン本体が傾斜していない状態を示す概念図、図２は図１に示すクレーン本体が傾斜している状態を示す概念図、図３は図１に示す旋回角測定装置のブロック図、図４は図２に示す状態のときのジャイロスコープ及び加速度計の入力軸の傾きを示す概念図である。   FIG. 1 is a conceptual diagram showing a state in which a crane main body of a crane equipped with a turning angle measuring device according to an embodiment of the present invention is not inclined, and FIG. 2 shows a state in which the crane main body shown in FIG. 1 is inclined. 3 is a conceptual diagram, FIG. 3 is a block diagram of the turning angle measuring apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a conceptual diagram showing the inclination of the input shaft of the gyroscope and accelerometer in the state shown in FIG.

図１に示すように、このクレーン２１はクレーン本体２２とブーム２３と支柱２４と旋回角測定装置１とを備える。   As shown in FIG. 1, the crane 21 includes a crane main body 22, a boom 23, a column 24, and a turning angle measuring device 1.

クレーン本体２２は操作室２２１と駆動源（図示せず）とを有する。クレーン本体２２は、支柱２４の中心軸と一致する旋回軸２４１を中心軸として旋回可能なように、支柱２４の上端に取り付けられている。駆動源はクレーン本体２２及びブーム２３を駆動する。   The crane body 22 has an operation chamber 221 and a drive source (not shown). The crane main body 22 is attached to the upper end of the column 24 so that the crane body 22 can pivot about the pivot axis 241 that coincides with the center axis of the column 24. The drive source drives the crane body 22 and the boom 23.

ブーム２３は、水平な軸（図示せず）を回転軸として回転（ブーム２３の上昇・下降）できるように、クレーン本体２２に取り付けられている。   The boom 23 is attached to the crane main body 22 so as to be rotatable (the boom 23 is raised and lowered) with a horizontal axis (not shown) as a rotation axis.

支柱２４は敷地などに設置される。   The support 24 is installed on the site.

図３に示すように、旋回角測定装置１はジャイロスコープ３と加速度計５と演算器（演算手段）７とを有する。   As shown in FIG. 3, the turning angle measuring device 1 includes a gyroscope 3, an accelerometer 5, and a calculator (calculation means) 7.

ジャイロスコープ３として例えば、１軸の入力軸３１を有するファイバオプティカルジャイロスコープが用いられている。ジャイロスコープ３は入力軸３１を旋回軸としてジャイロスコープ３が旋回したときの角速度を検出する。   As the gyroscope 3, for example, a fiber optical gyroscope having a uniaxial input shaft 31 is used. The gyroscope 3 detects an angular velocity when the gyroscope 3 turns with the input shaft 31 as a turning axis.

加速度計５は１軸の入力軸５１を有する。加速度計５として例えばサーボ型加速度計が用いられる。加速度計５は入力軸５１と平行な方向の加速度を検出する。   The accelerometer 5 has a uniaxial input shaft 51. As the accelerometer 5, for example, a servo type accelerometer is used. The accelerometer 5 detects acceleration in a direction parallel to the input shaft 51.

ジャイロスコープ３と加速度計５とは一体的にユニット化されている。このユニット９は操作室２２１に配置されている。クレーン本体２２が傾いていない状態（図１に示す状態）のとき、ジャイロスコープ３の入力軸３１は旋回軸２４１に平行である。また、加速度計５の入力軸５１は、ジャイロスコープ３の入力軸３１に直交し、クレーン本体２２の前後方向Ｄ１（図１参照）に平行である。更に、加速度計５の中心点５２は旋回軸２４１から所定距離ｒだけ離れている（図４参照）。   The gyroscope 3 and the accelerometer 5 are integrally unitized. This unit 9 is disposed in the operation chamber 221. When the crane body 22 is not tilted (the state shown in FIG. 1), the input shaft 31 of the gyroscope 3 is parallel to the turning shaft 241. The input shaft 51 of the accelerometer 5 is orthogonal to the input shaft 31 of the gyroscope 3 and is parallel to the longitudinal direction D1 (see FIG. 1) of the crane body 22. Further, the center point 52 of the accelerometer 5 is separated from the turning shaft 241 by a predetermined distance r (see FIG. 4).

ジャイロスコープ３が検出する角速度はブーム２３が旋回軸２４１を中心軸として旋回したときの角速度に等しい。また、クレーン本体２２が傾いていないとき、加速度計５が検出する加速度は旋回軸２４１からｒだけ離れた位置におけるブーム２３の遠心加速度に等しい。   The angular velocity detected by the gyroscope 3 is equal to the angular velocity when the boom 23 turns around the turning axis 241. Further, when the crane body 22 is not tilted, the acceleration detected by the accelerometer 5 is equal to the centrifugal acceleration of the boom 23 at a position separated from the turning shaft 241 by r.

演算器７はジャイロスコープ３の検出信号である角速度Ωz(t)と加速度計５の検出信号である加速度αとに基づいてブーム２３の旋回角を演算する。演算器７は演算結果である旋回角βを表わす信号が出力され、その信号がクレーン本体２２の旋回を制御するコントローラ１１に入力される。演算器７、コントローラ１１としてコンピュータが採用されている。   The calculator 7 calculates the turning angle of the boom 23 based on the angular velocity Ωz (t) that is a detection signal of the gyroscope 3 and the acceleration α that is a detection signal of the accelerometer 5. The calculator 7 outputs a signal representing the turning angle β as a calculation result, and the signal is input to the controller 11 that controls the turning of the crane body 22. A computer is employed as the computing unit 7 and the controller 11.

次に、ブーム２３の旋回角をどのようにして検出するかについて説明する。   Next, how to detect the turning angle of the boom 23 will be described.

図１に示すように、クレーン２１のブーム２３に軽い物体４１を吊り下げた場合、クレーン本体２２の底面２２ａは水平を保ち、旋回軸２４１とジャイロスコープ３の入力軸３１とが平行である。この実施形態では、後述するようにクレーン本体２２が傾いていないときも、ジャイロスコープ３の出力信号である角速度Ωz(t)と加速度計５の出力信号である加速度αとに基づいてブーム２３の旋回角を演算する。   As shown in FIG. 1, when a light object 41 is suspended from the boom 23 of the crane 21, the bottom surface 22 a of the crane body 22 is kept horizontal, and the turning shaft 241 and the input shaft 31 of the gyroscope 3 are parallel. In this embodiment, as will be described later, even when the crane body 22 is not tilted, the boom 23 is controlled based on the angular velocity Ωz (t) that is the output signal of the gyroscope 3 and the acceleration α that is the output signal of the accelerometer 5. Calculate the turning angle.

図２に示すように、クレーン２１のブーム２３に重い物体４２を吊り下げた場合、クレーン本体２２の底面２２ａは水平面に対して角度θだけ傾く。この結果、図４に示すように、ジャイロスコープ３の入力軸３１は角度θと同じ角度だけ傾く。この場合、ジャイロスコープ３が検出する旋回角とブーム２３の実際の旋回角βとの間に誤差が生じる。   As shown in FIG. 2, when a heavy object 42 is suspended from the boom 23 of the crane 21, the bottom surface 22 a of the crane body 22 is inclined by an angle θ with respect to the horizontal plane. As a result, as shown in FIG. 4, the input shaft 31 of the gyroscope 3 is inclined by the same angle as the angle θ. In this case, an error occurs between the turning angle detected by the gyroscope 3 and the actual turning angle β of the boom 23.

この場合にジャイロスコープ３が検出する角速度Ωz(t)（時間関数とする）は、

Figure 0004382551
で表わされる。 In this case, the angular velocity Ωz (t) (which is a time function) detected by the gyroscope 3 is
Figure 0004382551
 It is represented by

但し、Ω(t)はブーム２３の旋回角速度、θはクレーン本体２２の底面２２ａと水平面Ｈとがなす角度である（図２参照）。   However, (omega) (t) is the turning angular velocity of the boom 23, (theta) is the angle which the bottom face 22a of the crane main body 22 and the horizontal surface H make (refer FIG. 2).

逆にブーム２３の旋回角速度Ω(t)は（１）式より、

Figure 0004382551
と表わされる。 On the other hand, the turning angular velocity Ω (t) of the boom 23 is obtained from the equation (1)
Figure 0004382551
 It is expressed as

また、加速度計５が検出する加速度αは、ブーム２３が旋回することにより発生する旋回軸２４１からrだけ離れた位置における遠心加速度r(Ωz(t))２とクレーン本体２２の傾きとによって発生する重力加速度ｇsinθ との合成となるため、

Figure 0004382551
と表わされる。 Further, the acceleration α detected by the accelerometer 5 is generated by the centrifugal acceleration r (Ωz (t)) 2 and the inclination of the crane body 22 at a position separated by r from the turning shaft 241 generated by turning the boom 23. Since it is a combination with the gravitational acceleration gsinθ
Figure 0004382551
 It is expressed as

但し、ｒは旋回軸２４１から加速度計５の中心点５２までの距離を表わし、ｇは重力加速度を表わす。   However, r represents the distance from the turning axis 241 to the center point 52 of the accelerometer 5, and g represents gravitational acceleration.

次に（３）式よりθを導き出すと、

Figure 0004382551
となり、 Next, when θ is derived from the equation (3),
Figure 0004382551
 And

（２）式に（４）式を代入すると、

Figure 0004382551
となる。 Substituting (4) into (2),
Figure 0004382551
 It becomes.

よって、ブーム２３の旋回角βは、

Figure 0004382551
となり、加速度計５が検出する加速度αとジャイロスコープ３が検出する角速度Ωz(t)との関数で表わされる。 Therefore, the turning angle β of the boom 23 is
Figure 0004382551
 And expressed by a function of the acceleration α detected by the accelerometer 5 and the angular velocity Ωz (t) detected by the gyroscope 3.

このように、ｒは旋回軸２４１から加速度計５の中心点５２までの距離であるので、旋回角度測定装置１を操作室２２１に設置した後、演算器７のメモリ（図示せず）にｒを定数として記憶させておく。   Thus, since r is the distance from the turning axis 241 to the center point 52 of the accelerometer 5, after the turning angle measuring device 1 is installed in the operation chamber 221, r is stored in a memory (not shown) of the computing unit 7. Is stored as a constant.

以上のように、ブーム２３の旋回角βを演算するときにθに応じて旋回角βが補正される。   As described above, when the turning angle β of the boom 23 is calculated, the turning angle β is corrected according to θ.

この実施形態によれば、クレーン２１のブーム２３に重い物体が吊り下げられてクレーン本体２２が傾いたとしてもブーム２３の旋回角を正確に測定することができる。   According to this embodiment, even if a heavy object is suspended from the boom 23 of the crane 21 and the crane body 22 is tilted, the turning angle of the boom 23 can be accurately measured.

また、構成が簡素であるので、ジャイロスコープを２つ用いる方法に較べコストを抑えることができる。   In addition, since the configuration is simple, the cost can be reduced as compared with the method using two gyroscopes.

次に、建設現場でのクレーンの動きについて説明する。   Next, the movement of the crane at the construction site will be described.

図５は図１に示す旋回角測定装置を備えた２つのクレーンを上方から見た状態を示す概念図である。   FIG. 5 is a conceptual diagram showing a state where two cranes equipped with the turning angle measuring device shown in FIG. 1 are viewed from above.

図５に示すように、第１クレーン２１と第２クレーン２１´とはブーム同士が衝突しないだけの間隔で設置されておらず、第１クレーン２１と第２クレーン２１´との間には衝突範囲Ａが存在する。この衝突範囲Ａ内では、第１クレーン２１のブーム２３と第２クレーン２１´のブーム２３´とが衝突する可能性がある。   As shown in FIG. 5, the first crane 21 and the second crane 21 ′ are not installed at such an interval that the booms do not collide with each other, and there is a collision between the first crane 21 and the second crane 21 ′. Range A exists. Within this collision range A, the boom 23 of the first crane 21 and the boom 23 ′ of the second crane 21 ′ may collide.

この実施形態では、いずれか一方のブーム２３又は２３´が衝突範囲Ａにあるとき、他方のブーム２３´又は２３の回転可能な範囲を強制的に制限する衝突回避システムが採用されている。すなわち、図５に示すように、第２クレーン２１´のブーム２３´が衝突範囲Ａにあるとき、第１クレーン２１のブーム２３は衝突範囲Ａを除いた範囲でしか回転できない。   In this embodiment, when either one of the booms 23 or 23 'is in the collision range A, a collision avoidance system that forcibly limits the rotatable range of the other boom 23' or 23 is employed. That is, as shown in FIG. 5, when the boom 23 ′ of the second crane 21 ′ is in the collision range A, the boom 23 of the first crane 21 can rotate only in the range excluding the collision range A.

この衝突回避システムに上記旋回角測定装置１を用いると、一方又は両方のブーム２３，２３´に重い物体４２が吊り下げられたとしても、軽い物体４１が吊り下げられたときと同様に、ブーム２３，２３´の正しい旋回角を測定することができるので、ブーム２３，２３´同士の衝突を確実に回避することができる。   When the turning angle measuring device 1 is used in this collision avoidance system, even if a heavy object 42 is suspended on one or both booms 23, 23 ', the boom is the same as when a light object 41 is suspended. Since the correct turning angle of 23 and 23 'can be measured, the collision between the booms 23 and 23' can be surely avoided.

なお、上述の旋回角測定装置１はクレーン２１に適用されたが、クレーン２１に代えて例えば、産業用ロボットの可動アーム（ブーム）等にも適用することができる。   In addition, although the above-mentioned turning angle measuring apparatus 1 was applied to the crane 21, it can replace with the crane 21 and can be applied also to the movable arm (boom) etc. of an industrial robot, for example.

また、この実施形態の旋回角測定装置１では、ジャイロスコープとしてファイバオプティカルジャイロスコープを用いているが、ジャイロスコープとしてはこれに限られず、レーザ式や機械式のジャイロスコープ等を用いてもよい。   Further, in the turning angle measuring apparatus 1 of this embodiment, a fiber optical gyroscope is used as the gyroscope, but the gyroscope is not limited to this, and a laser type or mechanical type gyroscope may be used.

なお、この実施形態では、加速度計５の入力軸５１はジャイロスコープ３の入力軸３１に直交し、クレーン本体２２の前後方向Ｄ１に平行になるように設置されているが、加速度計５の入力軸５１は必ずしもこのように配置されなくともよい。例えば、加速度計５の入力軸５１とジャイロスコープ３の入力軸３１とがなす角度及び加速度計５の入力軸５１とクレーン本体２２の前後方向Ｄ１とがなす角度が分かっていれば、ブーム２３の旋回角βを演算する過程でこれらの角度をキャンセルすることができる。   In this embodiment, the input shaft 51 of the accelerometer 5 is installed so as to be orthogonal to the input shaft 31 of the gyroscope 3 and parallel to the longitudinal direction D1 of the crane body 22. The shaft 51 is not necessarily arranged in this way. For example, if the angle formed between the input shaft 51 of the accelerometer 5 and the input shaft 31 of the gyroscope 3 and the angle formed between the input shaft 51 of the accelerometer 5 and the longitudinal direction D1 of the crane body 22 are known, These angles can be canceled in the process of calculating the turning angle β.

図１はこの発明の一実施形態に係る旋回角測定装置を備えたクレーンのクレーン本体が傾斜していない状態を示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing a state where a crane body of a crane provided with a turning angle measuring device according to an embodiment of the present invention is not inclined. 図２は図１に示すクレーン本体が傾斜している状態を示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing a state in which the crane body shown in FIG. 1 is inclined. 図３は図１に示す旋回角測定装置のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of the turning angle measuring apparatus shown in FIG. 図４は図２に示す状態のときのジャイロスコープ及び加速度計の入力軸の傾きを示す概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram showing the inclination of the input shaft of the gyroscope and accelerometer in the state shown in FIG. 図５は図１に示す旋回角測定装置を備えた２つのクレーンを上方から見た状態を示す概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram showing a state where two cranes equipped with the turning angle measuring device shown in FIG. 1 are viewed from above.

符号の説明Explanation of symbols

１ 旋回角測定装置
３ ジャイロスコープ
３１ 入力軸
５ 加速度計
５１ 入力軸
７ 演算器（演算手段）
２１ クレーン
２２ クレーン本体
２３ ブーム
２４ 支柱
２４１ 旋回軸 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turning angle measuring device 3 Gyroscope 31 Input shaft 5 Accelerometer 51 Input shaft 7 Calculator (calculation means)
21 Crane 22 Crane body 23 Boom 24 Post 241 Rotating axis

Claims (2)

ブームの旋回角を測定する旋回角測定装置において、
入力軸が前記ブームの旋回軸に平行になるように設けられ、前記ブームの角速度を計測する１軸のジャイロスコープと、
前記ブームの遠心加速度と重力加速度との合成加速度を計測する加速度計と、
前記１軸のジャイロスコープの出力と前記加速度計の出力とに基づいて前記ブームの旋回角を演算する演算手段と
を備えていることを特徴とする旋回角測定装置。 In the turning angle measuring device for measuring the turning angle of the boom,
A single-axis gyroscope provided so that an input shaft is parallel to the pivot axis of the boom and measuring the angular velocity of the boom;
An accelerometer for measuring a combined acceleration of the centrifugal acceleration of the boom and the gravitational acceleration;
A turning angle measuring device comprising: a calculating means for calculating a turning angle of the boom based on an output of the one-axis gyroscope and an output of the accelerometer. 請求項１記載の旋回角測定装置を備えていることを特徴とするクレーン。   A crane comprising the turning angle measuring device according to claim 1.
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