起重机的控制方法及起重机与流程

本发明涉及起重机的控制方法及通过该控制方法能够控制的起重机。

背景技术

以往，已知在起重机中利用自动驾驶将吊起的货物沿着设定的路径搬运到期望的设置位置的技术。例如专利文献1。

在使用专利文献1所记载的起重机利用自动驾驶来搬运货物的情况下，要求在抑制载荷摆动的同时搬运货物。但是，在以往的起重机中，采用在发生了载荷摆动时检测该载荷摆动并进行控制(所谓反馈控制(以下记作FB控制))的方法，因此难以控制为不发生载荷摆动。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2018-030692号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

本发明的目的在于，提供在使用起重机沿着设定的搬运路径自动搬运货物时能够抑制货物的载荷摆动的起重机的控制方法及通过该控制方法能够控制的起重机。

用于解决课题的手段

本发明想要解决的课题如上所述，接下来说明用于解决该课题的手段。

即，本发明所涉及的起重机的控制方法中，通过动作由控制装置控制的起重机，沿着作为点群数据被赋予的搬运路径自动搬运货物，该点群数据至少包含所述货物的经过点的坐标和各经过点的经过顺序，所述起重机的控制方法包括以下工序：通过所述起重机，计算在由经过顺序相邻的两个经过点所规定的区间中的所述货物的目标搬运时间；根据所述两个经过点间的距离以及计算出的所述目标搬运时间，计算所述区间中的所述货物的目标速度信号；以及通过目标值滤波器，将把所述区间的所述目标速度信号与和该区间相邻的其他区间的所述目标速度信号连接起来的阶跃状的目标速度信号，转换为非阶跃状的目标速度信号，并在所述货物在所述区间与所述相邻的其他区间之间跨越时，基于所述非阶跃状的目标速度信号对所述起重机进行控制。

另外，本发明所涉及的起重机的控制方法中，通过所述控制装置，将所述区间细分为由加速区间、定速区间和减速区间构成的控制区间，在所述加速区间和所述减速区间中，生成所述非阶跃状的目标速度信号。

另外，本发明所涉及的起重机的控制方法中，通过所述控制装置，针对所述控制区间制作数据集，该数据集至少包含该控制区间的搬运目标时间、以及与适于该控制区间的所述目标值滤波器有关的信息。

另外，本发明所涉及的起重机的控制方法中，通过所述控制装置，在开始进行如下的控制、即自动搬运所述货物的控制之前，制作所述数据集。

另外，本发明所涉及的起重机的控制方法中，所述目标值滤波器是基于逆动力学模型的高阶低通滤波器。

另外，本发明所涉及的起重机具备能够执行如技术方案1至技术方案5中任一项所述的起重机的控制方法的控制装置。

发明效果

本发明具有如下所示的效果。

根据本发明所涉及的起重机的控制方法及起重机，在沿着设定的搬运路径自动搬运货物时，能够抑制货物的载荷摆动。

附图说明

图1是表示起重机的整体结构的侧视图。

图2是表示起重机整体的控制结构的框图。

图3是表示控制装置的结构的框图。

图4是表示作为路径信息被赋予的点群数据的示意图。

图5是表示使用了本发明所涉及的控制方法的情况下的针对搬运路径的各区间的目标搬运时间的设定状况以及目标速度信号的变化与最大速度之间的关系的图。

图6是表示不使用本发明所涉及的控制方法的情况下的针对搬运路径的各区间的目标搬运时间的设定状况以及目标速度信号的变化与最大速度之间的关系的图。

图7是表示目标值滤波器对目标控制信号的处理的示意图。

图8A及图8B是表示起重机的控制工序的流程图，图8A是第1实施方式，图8B是第2实施方式。

具体实施方式

[起重机的整体结构]

以下，使用图1和图2，关于作为本发明的一个实施方式所涉及的起重机(复杂地形起重机)的起重机1进行说明。此外，在本实施方式中例示复杂地形起重机进行说明，但本发明的一个实施方式所涉及的起重机也可以是全地形起重机、汽车起重机、装载型汽车起重机等其他方式的移动式起重机或桥式起重机等安装式起重机。

起重机1由车辆2和起重机装置6构成。

车辆2具备左右一对前轮3和后轮4。另外，车辆2具备在进行货物W的搬运作业时触地以实现稳定的外伸支腿5。此外，车辆2在其上部支承起重机装置6。

起重机装置6是通过钢缆吊起货物W的装置。起重机装置6具备回转台8、臂9、主带钩滑轮10、副带钩滑轮11、主卷扬机13、主钢缆14、副卷扬机15、副钢缆16、驾驶舱17等。

回转台8是以能够回转的方式构成起重机装置6的构造体。回转台8经由圆环状的轴承被设置在车辆2的框架上。在回转台8，设置有作为促动器的回转用液压马达81。回转台8构成为能够通过回转用液压马达81向左右方向回转。

回转用液压马达81通过作为电磁比例切换阀的回转用阀22被旋转操作。回转用阀22能够将向回转用液压马达81供给的工作油的流量控制为任意的流量。也就是说，回转台8构成为：能够经由被回转用阀22旋转操作的回转用液压马达81控制为任意的回转速度。在回转台8，设置有对回转台8的回转角度和回转速度进行检测的回转用传感器27。

臂9是构成为能够吊起货物W的构造体。臂9的基端在回转台8的大致中央以能够摆动的方式被设置。在臂9，设置有作为促动器的伸缩用液压油缸91和起伏用液压油缸92。臂9构成为通过伸缩用液压油缸91能够在长度方向上伸缩。另外，臂9构成为通过起伏用液压油缸92能够在上下方向上起伏。进而，在臂9设置有臂相机93。

伸缩用液压油缸91通过作为电磁比例切换阀的伸缩用阀23被伸缩操作。伸缩用阀23能够将向伸缩用液压油缸91供给的工作油的流量控制为任意的流量。也就是说，臂9构成为：能够经由被伸缩用阀23伸缩操作的伸缩用液压油缸91控制为任意的伸缩速度。在臂9，设置有对臂9的臂长度和伸缩速度进行检测的伸缩用传感器28。

起伏用液压油缸92通过作为电磁比例切换阀的起伏用阀24被伸缩操作。起伏用阀24能够将向起伏用液压油缸92供给的工作油的流量控制为任意的流量。也就是说，臂9构成为：能够经由被起伏用阀24伸缩操作的起伏用液压油缸92控制为任意的起伏速度。在臂9，设置有对臂9的起伏角度和起伏速度进行检测的起伏用传感器29。

臂相机93取得货物W、地上物体等的图像。臂相机93被设置在臂9的前端部。另外，臂相机93构成为能够以360°旋转，能够对以臂9的前端部为中心的全方位进行摄影。此外，臂相机93与后述的控制装置32连接。

主带钩滑轮10和副带钩滑轮11是用于吊起货物W的部件。在主带钩滑轮10设置有主钩10a。在副带钩滑轮11设置有副钩11a。

主卷扬机13和主钢缆14是用于将钩挂在主钩10a上的货物W吊起的机构。另外，副卷扬机15和副钢缆16是用于将钩挂在副钩11a上的货物W吊起的机构。在主卷扬机13和副卷扬机15，设置有对各自的旋转量进行检测的卷绕用传感器26。主卷扬机13构成为：通过作为电磁比例切换阀的主用阀25m对主用液压马达进行控制，能够操作为任意的转入及转出速度。同样，副卷扬机15构成为：通过作为电磁比例切换阀的副用阀25s对副用液压马达进行控制，能够操作为任意的转入及转出速度。

此外，在以下的说明中，如图1所示，例示通过副卷扬机15和副钢缆16将被钩挂在副钩11a上的货物W吊起的情况进行说明，但本发明所涉及的起重机的控制方法同样也能够适用于通过主卷扬机13和主钢缆14将被钩挂在主钩10a上的货物W吊起的情况，因此关于使用主钩10a的情况的说明适宜加以省略。

驾驶舱17是覆盖操控席的构造体。在驾驶舱17的内部，设置有用于对车辆2进行操作的操作工具、用于对起重机装置6进行操作的操作工具。回转操作工具18能够对回转用液压马达81进行操作。起伏操作工具19能够对起伏用液压油缸92进行操作。伸缩操作工具20能够对伸缩用液压油缸91进行操作。主卷筒操作工具21m能够对主用液压马达进行操作。副卷筒操作工具21s能够对副用液压马达进行操作。

GNSS接收机30从卫星接收测距电波，计算纬度、经度、标高。GNSS接收机30被设置于驾驶舱17。因此，起重机1能够取得驾驶舱17的位置坐标。另外，能够取得以车辆2为基准的方位。此外，GNSS接收机30与后述的控制装置32连接。

通信机31是与外部的服务器计算机进行通信的装置。通信机31被设置于驾驶舱17。通信机31构成为从外部的服务器计算机取得后述的路径信息等。此外，通信机31与后述的控制装置32连接。此外，在本实施方式中，例示了从外部的服务器计算机取得路径信息的结构，但也可以构成为：在被配置于起重机1的存储装置中事先存储路径信息，控制装置32能够以不经由通信机31的方式取得路径信息。

控制装置32经由各操作阀对起重机1的各促动器进行控制。控制装置32被设置于驾驶舱17内。控制装置35在实体上既可以是CPU、ROM、RAM、HDD等由总线连接的结构，或者也可以是由单片的LSI等构成的结构。

控制装置32是对各种切换阀(回转用阀22、伸缩用阀23、起伏用阀24、主用阀25m及副用阀25s)进行控制的计算机。控制装置32为了对各种切换阀(22、23、24、25m、25s)进行控制而存放着各种程序、数据。另外，控制装置32与各种传感器(卷绕用传感器26、回转用传感器27、伸缩用传感器28及起伏用传感器29)连接。进而，控制装置32与各种操作工具(回转操作工具18、起伏操作工具19、伸缩操作工具20、主卷筒操作工具21m及副卷筒操作工具21s)连接。因此，控制装置32能够生成与各种操作工具(18、19、20、21m、21s)的操作量对应的控制信号。

另外，控制装置32在进行起重机1的自动搬运的情况下，能够基于被赋予的路径信息，生成对各种切换阀(回转用阀22、伸缩用阀23、起伏用阀24、主用阀25m及副用阀25s)进行控制的控制信号。

像这样构成的起重机1通过使车辆2行驶，能够使起重机装置6移动到任意的位置。另外，起重机1通过使臂9起立而且使臂9伸长，能够扩大起重机装置6的扬程、作业半径。另外，起重机1通过单独进行或者并用臂9的回转、起伏、伸缩及副钢缆16的提升等动作，能够使货物W移动。

[控制装置的详细结构]

控制装置32具有目标搬运时间设定部32a、目标搬运速度计算部32b、目标速度信号生成部32c。

目标搬运时间设定部32a是控制装置32的一部分，针对各区间设定目标搬运时间Ti。

目标搬运速度计算部32b是控制装置32的一部分，基于计算出的各区间的目标搬运时间Ti、以及各区间中的货物W的移动距离，计算目标搬运速度Vi。

目标速度信号生成部32c是控制装置32的一部分，基于计算出的各区间的目标搬运速度Vi，生成在各区间中搬运货物W时的臂9的起伏方向的目标速度信号VU、回转方向的目标速度信号VR以及副钢缆16的转入及转出方向的目标速度信号VW。

另外，目标速度信号生成部32c在计算对象的区间是后述的加速区间或者减速区间的情况下，对生成的目标速度信号进而适用滤波器(后述的目标值滤波器F)，来对目标速度信号进行修正。

此外，控制装置32也能够对由臂相机93摄影的图像进行图像处理，从而检测货物W的当前位置，或者，基于由GNSS接收机30接收的位置信息，检测货物W的当前位置。

[目标速度信号的生成过程]

接下来，关于起重机1的控制方法中的目标速度信号的生成过程进行说明。

起重机1被赋予的货物W的路径信息由另行准备的路径信息生成机构作为如图4所示的点群数据P(n)生成(n为自然数)。在本实施方式中，将外部服务器作为路径信息生成机构，经由与外部服务器通信的通信机31，向起重机1的控制装置32取入作为路径信息的点群数据P(n)(参照图2)。

如图4所示，点群数据P(n)是由n个节点(点)构成的信息，各节点包含货物W的经过点的坐标的信息。对节点附加的数字表现各节点的经过顺序。即，节点P1是货物W的第1个经过点的坐标数据，节点Pn是货物W的第n个(最后)的经过点的坐标数据。作为货物W的位置，例如使用货物W的重心位置的坐标。

控制装置32如果被赋予了点群数据P(n)，则首先设定各节点间的目标搬运时间Ti。此外，在以下的说明中，将节点与节点之间称为区间。控制装置32例如考虑各区间中的搬运距离等对用户所希望的搬运所需时间(从起点到终点的搬运所需的时间)进行分配，设定目标搬运时间Ti。目标搬运时间的后缀i表现其是第几个区间(i为自然数)。

控制装置32如果设定了各区间的目标搬运时间Ti，则接下来基于该目标搬运时间Ti计算各区间的目标搬运速度Vi。在此计算的目标搬运速度Vi，是用各区间的距离除以目标搬运时间Ti而得到的值。即，目标搬运速度Vi相当于区间内的货物W的平均搬运速度，在区间内成为一定的速度。

控制装置32如果计算出各区间的目标搬运速度Vi，则基于该目标搬运速度Vi和起重机模型，计算臂9的起伏方向的目标速度信号VU、回转方向的目标速度信号VR、以及副卷扬机15中的副钢缆16的转入及转出方向的目标速度信号VW。在此所谓的“目标速度信号”，是用于向各促动器指示使臂9向起伏方向及回转方向位移的目标速度、以及使副钢缆16向转入及转出方向位移的目标速度的信号，包含与各目标速度有关的信息。

[区间的细分]

如果将计算出的目标搬运速度Vi原样转换为目标速度信号，则目标速度信号的变化成为如图6所示的线形。即，在相邻的区间之间目标搬运速度Vi存在差异的情况下，目标速度信号在跨越区间时以阶跃状变化。另外，这样的目标速度信号的阶跃状的变化成为导致货物W摆动的重要原因。在起重机1中，通过消除目标速度信号的阶跃状的变化，减小了自动搬运时的货物W的摆动。

具体而言，在起重机1中，通过控制装置32，将设定的区间适宜地进一步细分为加速区间、定速区间和减速区间。

在图5所示的例子中，在第1区间中，在速度0的状态下从起点P1开始自动搬运，因此为了上升时的加速而设定加速区间，设定该加速区间的目标搬运时间T1a。另外，在第1区间中，接着加速区间设定定速区间，设定该定速区间的目标搬运时间T1b。进而，由于第2区间的目标搬运速度V2比第1区间的目标搬运速度V1小，因此设定减速区间，设定该减速区间的目标搬运时间T1c。

另外，在第4区间中，由于第4区间的目标搬运速度V4比第3区间的目标搬运速度V3小，因此设定减速区间，设定该减速区间的目标搬运时间T4a。另外，在第4区间中，接着减速区间设定定速区间，设定该定速区间的目标搬运时间T4b。进而，由于在此未图示的第5区间的目标搬运速度V5比第4区间的目标搬运速度V1大，因此设定加速区间，设定该加速区间的目标搬运时间T4c。

此外，也能够在第3区间中设定相当于第4区间中的减速区间的减速区间。因此，控制装置32对第3区间、第4区间和目标搬运时间进行比较，由于在目标搬运时间长的第3区间中将定速区间设定得更长对缩短整体的搬运时间是有利的，因此设为在第4区间中设定减速区间。

[目标值滤波器]

控制装置32在如上述那样设定的各加速区间及各减速区间中，针对以阶跃状变化的目标速度信号，适用目标值滤波器F。目标值滤波器F是高阶的低通滤波器。如图7所示，通过适用目标值滤波器F，以阶跃状变化的目标速度信号被转换为具有曲线状的线形的(即以非阶跃状变化的)信号。

目标值滤波器F被选择为与各加速区间及各减速区间的特性相应的滤波器。另外，在针对目标速度信号适用目标值滤波器F时，设定认为不发生货物W的摆动的各加速区间及各减速区间中的目标搬运速度。

作为在起重机1中适用的目标值滤波器F，优选采用基于逆动力学模型的4阶低通滤波器，但根据起重机1的结构，也可以采用3阶或2阶的低通滤波器。另外，通过从转换后的目标速度信号进行逆运算，能够计算在各加速区间及各减速区间中使货物W不摆动地搬运货物W所需的时间(目标搬运时间)。能够首先计算为了使货物W不摆动地搬运货物W而在加速区间及减速区间中所需的时间，并将其剩余时间分配为定速区间的目标搬运时间。此外，在超过了最初设定的目标搬运时间的情况下，也可以延长目标搬运时间。

在适用了目标值滤波器F的情况下发生响应延迟，因此与不适用的情况相比存在搬运时间变长的倾向。在起重机1中，加减速时间与定速时间的合计时间成为各区间的搬运时间，通过控制装置32，对定速区间中的目标搬运速度进行调整以使该合计时间不超过目标搬运时间。此外，在各促动器的能力有富余的情况下，例如也可以进行控制以进一步增大定速区间中的目标搬运速度，来缩短目标搬运时间。

另外，如果适用目标值滤波器F，则考虑由于响应延迟的影响，与不适用目标值滤波器F的情况相比，到最终位置的所需时间变慢。但是，如果适用目标值滤波器F，则不发生载荷摆动，因此能够将到达了最终位置的货物W立即设置于规定位置。另一方面，在不适用目标值滤波器F的情况下，由于到达了最终位置的货物W发生载荷摆动，因此需要等待直到该载荷摆动收敛。也就是说，通过适用目标值滤波器F，无需等待载荷摆动收敛的时间，因此能够综合地缩短作业时间。

另外，如果由目标值滤波器F将具有跨越区间时的阶跃状的线形的信号替换为具有平滑地转换的线形的信号，则目标速度信号的变化表现为如图5所示。目标速度信号在整体上成为具有平滑地变化的线形的信号。

[第1实施方式所涉及的控制流程]

接下来，遵循更具体性的控制流程，关于起重机1的控制方法进行说明。起重机1依照如图8A所示的第1实施方式所涉及的控制流程，能够自动搬运货物W。

如图8A所示，在起重机1的控制方法中，控制装置32如果被赋予了路径信息(点群数据P(n))(参照图4)，则对区间进行细分并设定目标搬运时间Ti，进而，按每个细分的区间计算目标搬运速度Vi(STEP-101)。此时，控制装置32将各区间细分为定速区间、加速区间、减速区间。以下，将被细分而成的各区间也称为控制区间。

控制装置32按每个控制区间进行不同的控制。具体而言，控制装置32按每个控制区间设定目标搬运时间，根据目标搬运时间计算目标搬运速度。进而，控制装置32对目标搬运速度适用基于逆动力学模型的目标值滤波器F，生成该控制区间中的目标速度信号(STEP-102)。起重机1通过适用基于逆动力学模型的目标值滤波器F，能够生成能够使货物W不摆动地搬运货物W的目标速度信号。

此时，控制装置32分别计算臂9的起伏方向的目标速度信号VU、回转方向的目标速度信号VR、以及副卷扬机15中的副钢缆16的转入及转出方向的目标速度信号VW，针对各个目标速度信号，执行基于目标值滤波器F的处理。对每个目标速度信号，选定适于该目标速度信号的特性的目标值滤波器F。此外，在此目标速度信号VW设为副卷扬机15中的副钢缆16的转入及转出方向的目标速度信号，但在利用主卷扬机13中的主钢缆14及主钩10a吊起货物W的情况下，设为主卷扬机13中的主钢缆14的转入及转出方向的目标速度信号。

然后，控制装置32基于按每个控制区间生成的目标速度信号，对起重机1进行前馈控制(STEP-103)。

起重机1通过具备实现这样的控制方法的控制装置32的结构，在沿着基于被赋予的路径信息(点群数据P(n))设定的路径自动搬运货物W时，能够使货物W不摆动地自动搬运货物W。

[第2实施方式所涉及的控制流程]

另外，起重机1依照如图8B所示的第2实施方式所涉及的控制流程，能够自动搬运货物W。

在第2实施方式所涉及的起重机1的控制方法中，通过预先准备如上所述的转换后的目标速度信号，实现了更为流畅的控制。

如图8B所示，在第2实施方式所涉及的起重机1的控制方法中，由控制装置32进行预处理(STEP-201)。预处理是针对被赋予的路径信息(点群数据P(n))预先制作数据集DS的处理，由起重机1在实际进行货物W的自动搬运之前进行。

在预处理(STEP-201)中，控制装置32被赋予路径信息(点群数据P(n))(STEP-201-1)。控制装置32基于被赋予的路径信息，制作数据集DS(STEP-201-2)。

控制装置32以被细分为定速区间、加速区间、减速区间的控制区间作为一个单位，按每个控制区间制作数据集DS。在一个数据集DS中，至少包含与该控制区间中的目标搬运时间有关的信息和与目标搬运速度有关的信息、以及与适于该控制区间的目标值滤波器F有关的信息。数据集DS中包含的目标搬运时间考虑了相同的数据集DS中包含的目标值滤波器F的特性。

例如，在被赋予了如图5所示的路径信息(点群数据P1～p5)的情况下，控制装置32将路径细分为9个控制区间，预先计算DS1～DS9共计9个数据集DS，然后进行存储。

起重机1在完成了预处理(STEP-201)之后，开始由控制装置32进行货物W的自动搬运所涉及的控制。控制装置32如果开始了货物W的自动搬运控制，则根据起重机1的姿态信息检测货物W的当前位置，并且确定货物W的当前位置位于哪个控制区间。然后，控制装置32选择与确定出的控制区间对应的数据集DS(STEP-202)。例如，在图5所示的例中，在判断为货物W当前位于的控制区间是第1a区间时，控制装置32选择与第1a区间对应的数据集DS1。

接下来，控制装置32基于选择的数据集DS1，生成目标速度信号(STEP-203)。此时，控制装置32使用基于逆动力学模型的目标值滤波器作为目标值滤波器F，生成基于逆动力学模型的目标速度信号。在控制区间为加速区间或者减速区间的情况下，生成具有随着时间经过以曲线状变化的线形的目标速度信号。或者，在控制区间为定速区间的情况下，生成定速的目标速度信号。

接下来，控制装置32在第1a区间中，基于生成的目标速度信号通过前馈控制对起重机1的动作进行控制(STEP-204)。

接下来，控制装置32计算起重机1的动作结果(实际的动作速度)与目标速度信号的差异，将与该差异有关的信息反馈至生成的目标速度信号(STEP-205)。

另外，控制装置32根据上述动作后的起重机1的姿态信息，检测动作后的货物W的位置，判断在动作后货物W位于的控制区间(STEP-206)。另外，在起重机1具备用于检测货物W的位置信息的其他机构(例如臂相机96、GNSS接收机30等)的情况下，也可以基于该机构的检测结果，检测货物W的位置信息。

然后，控制装置32使用(STEP-206)中的控制区间的判断结果，选择下一数据集DS(STEP-202)。

然后，控制装置32反复执行(STEP-202)～(STEP-206)的处理，直到检测为货物W的位置与最终节点Pn一致为止。控制装置1通过这样的结构，对起重机1的动作进行控制，沿着设定的搬运路径，从节点P1直到节点Pn进行货物W的自动搬运。

在起重机1中，通过具备执行这样的控制方法的控制装置32，在使用起重机1沿着基于路径信息(点群数据P(n))设定的路径自动搬运货物W时，能够使货物W不摆动地自动搬运货物W，并且可靠地使货物W沿着路径信息(点群数据P(n))所涉及的路径。

上述实施方式不过示出了代表性的方式，能够在不脱离一个实施方式的主旨的范围内进行各种变形来实施。显然，还能够以其他各种方式实施，本发明的范围由权利要求书的记载示出，还包含与权利要求书的记载等同的含义及范围内的全部变更。

工业实用性

本发明能够用于起重机的控制方法及通过该控制方法能够控制的起重机。

附图标记说明

1 起重机

9 臂

32 控制装置

Ti 目标搬运时间

Vi 目标搬运速度

VU (臂的起伏方向的)目标速度信号

VW (钢缆的转入及转出方向的)目标速度信号

VR (臂的回转方向的)目标速度信号

W 货物

P(n) 点群数据

F 目标值滤波器