JPH03223093A - クレーン制御装置 - 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ブームの先端に吊るされた荷物を搬
送するクレーンの制御装置に関する。

従来の技術 一般にクレーンは重量物を水平方向および垂直方向にあ
る範囲内を自由に、また速やかに移動できるので、建築
現場、材料置場などで活用されている。その構成はクレ
ーンのブームを動かして移動するとともに、上下方向の
移動を速やかに、かつ容易に行うためにブームの先端に
ワイヤをつるして、それを伸縮している構造が一般であ
る。このワイヤ構造のためブームの旋回や起伏操作のと
きに、つるしている重量荷物の慣性にょシ、どうしても
揺れが発生する。

従来のクレーンの荷物のこの揺れを止める方法を第８図
を用いて説明する。第８図はクレーンが荷物２１を吊り
下げた状態であり荷物２１を移動するためにはブーム２
２を旋回させるか、ブーム２２の起伏角賢βを変えるか
によって行なう。旋回の開始および停止の瞬間には荷物
２１の移動方向に加速度が生じワイヤ２３があるため荷
物の揺れが生じてしまう。このためクレーンの運転者は
スロースタート、スローストップで揺れが生じにりくシ
たり、小きざみにブーム２２を操作し荷物２１の揺れ方
向と反対方向にブームを動かして揺れを早く止めるなど
しなければならず高度な仮術と熟練を必要とした。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、従来のクレーン制御で荷物の揺れを止め
るのはクレーンの運転者の高度な孜術と勘が必要であり
、また作業の保安上の問題からも荷物の揺れによる事故
を防ぐためにクレーンの作業はゆっくりと行われており
作業効率も良くなかった。本発明は上記課題に留意し、
自動的に荷物の藩れを防ぐことのできるクレーン制御装
置を提供しようとするものである。

課題を解決するだめの手段 上記目的を達成するために本発明は、クレーンのブーム
の先端に取付けられ、つりさげられたワイヤの揺れを検
出する可動アームを設け、その可動アームに角速度セン
サを設置し、そのワイヤの揺れに基づいた角速度センサ
の出力をデジタル信号に変換するム／Ｄコンバータと、
そのデジタル信号に基ついてブームの起伏制御装置と旋
回制御装置を制御し、ワイヤの揺れを停止させる制御を
行う制御手段を有するものである。

作用 上記構成の本発明のクレーン制御装置はクレーンのブー
ムの先端に取りつけられた可動アームは吊下げワイヤの
揺れを機械的に検出するもので、この可動アームに内蔵
された角速度センサはさらにこれをワイヤの揺れの電気
信号として変換する。

この電気信号はＡ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換
され制御手段であるコントローラに出力する。このコン
トローラには吊下げワイヤの揺れ信号から吊下げている
荷物の重、ＬＬ−位置までの長さと揺れの量を計算しブ
ームを左右に旋回するか、フ＝ムの起伏馬度を揺れに応
じて変化させることにより揺れを瞬間に停止する手段を
有する。この制御により荷物の揺れ、すなわちワイヤの
揺れを自動的ｌて停止させることができる。

実施例 以下本発明の一実施例を添付図面を用いて説明する。

まず使用している角速度センサである音叉構造振動型角
速度センサについて第６図〜第７図を用いて説明する。

角速度センナは第５図に示すような構造であり、主に４
つの圧電バイモルフからなる。駆動素子　モニター素子
、第１および第２の検知素子で構成され駆動素子１０１
と第１の検知素子１０３を第１の接合部材である接合部
１０５で直交接合した第１の振動ユニット１０９と、モ
ニター素子１０２と第２の検知素子１０４を接合部１０
６と同形状の屡合部１０６で直交接合した第２の振動ユ
ニット１１０とを第２の接合部材である連結板１ｏ了で
連結し、この連結板１０７を支持棒１０８で一点支持し
た音叉構造となっている。

駆動素子１０１に正弦波電圧信号を与えると、逆圧電効
果により第１の振動ユニッ）１０９が振動を始め、音叉
振動により第２の振動ユニット１１０も振動を開始する
。したがってモニター素子１０２の圧電効果によって素
子表面に発生する電荷は駆動素子１０１へ印加している
正弦波電圧信号に比例する。このモニター素子１０２に
発生する電荷を検出し、これが一定振幅になるように駆
動素子１０１へ印加する正弦波電圧信号をコントロール
することにより安定した音叉振動を得ることができる。

なお、モニター素子１０２は、定振幅制御が不要な場合
は第２の駆動素子として１駆動される。このセンサが角
速度に比例した出力を発生させるメカニズムを第６図お
よび第７図を用いて説明する。

第６図は第７図に示した角速度センサを上からみたもの
で、速度υで振動している検知素子１０３に角速度ωの
回転が加わると、検知素子１０３には「コリオリの力」
が生じる。この「コリオリの力」は速度υに垂直で大き
さは２ｍυωである（ｍは検知素子の先端の等価質量で
ある）。検知素子１０３は音叉振動をしているので、あ
る時点で検知素子１０３が速度υで振動しているとすれ
ば、検知素子１０４は速度−υで振動しており「コリオ
リの力」は−２ｍυωである。よって検知素子１０３　
、１０４は第７図のように互いに「コリオリの力」が働
く方向に変形し、素子表面には圧電効果によって電荷が
生じる。ここでυは音叉振動によって生じる運動であり
、音叉振動がυ＝ａ−８１ｎωｏｔ ａ：音叉振動の振幅 ω。：音叉振動の周期 であるとすれば、「コリオリの力」は Ｆ＝ａ・ω　Ｓ１ｎωｏｔ となり、角速度ωおよび音叉振幅ａに比例しており、検
知素子１０３，１０４を面方向に変形させる力となる。

したがって検知素子１０３，１０４の表面電荷量Ｑは Ｑ　ｏｃ　＆　・ω・Ｓ工ｎ　（１１（３ｔとなり音叉
振幅ａが一定にコントロールされているとすれば、 Ｑｃｘ：ω・Ｓ１ｎω。ｔ となり検知素子１０３　、１０４に発生する表面電荷量
Ｑは角速度ωに比例した出力として得られ、この信号を
ωｏｔで同期構成すれば角速度ωに比例した直流信号が
得られる。なお、このセンサに角速度以外の並進運動を
与えても検知素子１０３と検知素子１０４の２つの素子
表面には同極性の電荷が生ずるため、直流信号に変換時
、互に打ち消しあって出力は呂ないようになっている。

以上、圧電バイモルフ素子で説明したが、一般の圧電素
子でも同様の轡能を有することは言うまでもない。

第１図は本発明の上記角速度センサを用いた一実施例で
あり、第１図に示すように角速度センサ４はＸ軸方向の
ワイヤの揺れを電気信号として検出する。角速度センサ
６はＹ軸方向のワイヤの揺れを電気信号として検出する
。この電気信号を各各のＡ　／’　Ｄコンバータ６でデ
ジタル信号に変換し、コントローラ７はこのデジタル信
号から荷物の揺れ量を計算し、揺れを止めるのに必要な
ブームの運動量を算出する制御手段である。アクチュエ
−５８，９’ｄクレーンのブームの起伏制御装置と、旋
回制御装置のブーム移動のだめのアクチュエータ部を示
している。なお１０はこの自動揺れ止め５１両の０Ｎ１
０ＦＦスイツチである。

角速度センサ４は第４図に示すクレーンのブーム２の先
端に設けられた可動アーム３に内蔵され。

荷物１の揺れを検出している。

つぎに、これらの各構咬要素の互いの関連動作を第２図
〜第４図で説明する。第４図に示すブーム２の先端まで
の長さを第２図では球座標のｒの長さの直線として示し
ている。

図ンこ示すように荷物１を吊り下げたブーム２の動きは
ブーム２の旋回角度をα、ブーム２の起伏角度をβ、ブ
ームの先端までの長さをｒとすると、ブームの先端の位
置は第２図に示すように球座標上を移動すると考えるこ
とができる。第３図は第２図を真上から見た図で今、荷
物１を吊り下げたブーム２が旋回し初期位置からα１だ
け旋回して止ったとすると、荷物１の揺れのベクトルは
旋回方向でのベクトルｖ１と旋回による向心力によって
生じるベクトルマ２に分解でき、荷物１は楕円運動をす
る。マ１がＸ方向とすると角速度センサ４はｖｌを検出
し、角速度センサ５はｖ２を検出することができる。今
仮りに７２だけに注目するとして、第４図において荷物
１の振れの運動方程式は ｇ：重力加速度 ｌ：ブーム先端から荷物の重心までの距離１１時間 Ｖ：荷物のゆれ最大速度 θ：吊り下げワイヤの揺れ角 となる。これは単振子の運動であり何らかの外力が加わ
らない限り無限にこの振動をくり返す。

仮りにｌが１０ｍとするとＴは６秒である。

角速度センサの信号からＴを求めれば荷物１の重心まで
の距離は、 ４π２Ｔ２ １−　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・（３
）で求められる。最大振れ角速θ、はブーム先端の移動
速度Ｖに比例し、 θ、−Ｖ／石　　　　　　　　　　　　・・・・（４）
であるが、単振子の理論から角速度が最大になるのは重
心が真下に来たとき、すなわちθ＝０のときであるから
角速度センサ信号の最大値ｖＩ！ｌ　　を読み取れば重
心が真下に来たときの荷物１の速度Ｖは、 で求まる。以上のように角速度センサの信号により荷物
の揺れの大きさ１周期、吊り下げワイヤの長さ（ブーム
先端から荷物の１屯・までの距離）が求まる。

コントローラ７はこのデータから荷物が単振子の運動に
よって受ける加速変を打ち消すたけの運動をブーム先端
を微動することによって発生させ荷物の揺れを止めるべ
きタイミングと運動量を算出し、アクチュエータ８．９
を駆動し、クレーンのブーム２の起伏装置か、旋回装置
を、駆動し、荷物の揺れを止める。

なお、角速度センサに振動型角速度センサを用いたが、
同様の機能を有する他方式の角速度センサであっても同
効果を得ることは、言うまでもない。

発明の効果 以上の説明から明らかなように本発明によればつぎのよ
うな効果が得られる。

（１）荷物の揺れを瞬時に止めることができる。

（２＞　　（１）の効果によって従来クレーン運転者の
高度な技術と熟練を必要としていたものが不要となる。

（３）荷物の揺れによる事故が防げ安全な作業ができる
。

（４）　　（１）の効果により荷物の移動スピードを上
げ作業時間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のクレーン制御装置のブロッ
ク図、第２図は球座標に示したクレーン第５図は音叉構
造振動型角速度センサの斜視図、第６図および第７図は
同動作説明図、第８図は従来のクレーン制御方法を示す
側面図である。 １　・・・荷物、２・・・・・・ブーム、３・・・・・
可動アーム４．５　　・・角速度センサ、６・・・Ａ／
Ｄコンバータ、７・・・−・・コントローラ（制御手段
）、８，９・・′・アクチュエータ、１ｏ・・・・・・
スイッチ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）クレーンのブームの先端に取付けられつりさげワ
   イヤの揺れを検出する可動アームと、前記可動アームに
   内蔵された角速度センサと、前記角速度センサの出力信
   号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記
   ブームの旋回を制御する旋回制御装置と、前記ブームの
   起伏を制御する起伏制御装置とを具備し、前記可動アー
   ムに内蔵された前記角速度センサの出力信号を前記Ａ／
   Ｄコンバータでデジタル信号に変換し、前記旋回制御装
   置および前記起伏制御装置を前記デジタル信号で制御し
   、前記ワイヤの揺れを瞬時に停止させる制御手段を有す
   るクレーン制御装置。
2. （２）角速度センサが、駆動用圧電素子と、検知用圧電
   素子と、前記駆動用圧電素子と前記検知用圧電素子とを
   振動方向が直交するように積み上げ接合する第１の接合
   部材と、前記接合された素子の一対を音叉構造に接合す
   る第２の接合部材とを具備したものである請求項１記載
   のクレーン制御装置。