安全性と作業効率を考慮した旋回クレーン地切り時姿勢制御システムの開発

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K03958
• Research Institution: National Institute of Technology, Toyota College
• Principal Investigator: 兼重 明宏 豊田工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (70224615)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐郷 幸法 豊田工業高等専門学校, 機械工学科, 講師 (70766435) ; 上木 諭 岐阜大学, 工学部, 准教授 (50467213) ; 野田 善之 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (60426492)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 旋回クレーン / 地切り / 姿勢制御

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，旋回クレーンの玉掛け・地切り時動作において，吊り荷の重心位置が特定できない複雑形状，密度の偏りに制限されることなく，大重量である吊り荷の振動を抑え且つ，目的地に短時間で荷の搬送を行う「安全性と作業効率を考慮した旋回クレーン地切り時の姿勢制御・搬送制御システムの開発」を行う．
これまで重心位置が不特定の場合において，地切り時の荷振れを抑制し，吊り荷が地面と平行となる様に姿勢を保つセンサレスの姿勢制御手法を提案しており，本年度は次のことを行った．（１）提案手法を実験検証する実験装置を改良し，荷の形状や重量に対する適用可能範囲を調査し実用化への知見を明らかにした．また，PID制御器により，姿勢制御系を設計し，制御過渡応答性，制御系の荷の重量変化に対するロバスト性の検証を行った．（２）提案手法は，センサレスのシステムであるが，姿勢制御システム設計，解析の知見を得るため，姿勢制御時にロープに働く張力を計測する装置を製作し，理論張力値との比較検証を行い，理論的解析を行った．（３）理論解析を行うためのシミュレータ解析の基礎的な検討を行った．また，搬送制御系に対して，荷の移動による障害物回避と荷振れを抑制する経路計画手法を検討して，検証を行った．なお，提案手法は，地切り時の姿勢が変化した場合に制御を行うものであり，過渡応答性に問題がある．ソフトウェア的制御手法だけでなく，ハードウェア的制御手法についても実験装置を追加製作して，提案手法の改良を図る必要がある．
本研究については，特許取得を考えているため，研究成果発表等は行っていない．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

申請書研究計画に記載のとおり，吊り荷の形状や密度の偏りに制限されることなく，重心位置が不特定の場合においても，地切り時の荷振れを抑制し，吊り荷が地面と平行となる様に姿勢を保つセンサレスの姿勢制御手法，すなわち重心位置を素早く玉掛け位置下垂点に自動的（強制的）に移動させることで荷振れを抑制し，荷が地面と平行となる姿勢制御ができる手法に対して，考案する機構の形状や重量の適用可能範囲を調査し実用化への知見を明らかにした．なお，実験検証にあたって，申請物品で実験装置の改良を行ったが，x-y-zの3次元挙動におけるx-zとy-z面の挙動は同じ理論で行えるため，2次元での挙動解析を行っている．

Strategy for Future Research Activity

申請書研究計画に記載のとおり，考案手法の機構動作の動的モデルを導出し，理論的解析を行い，機構設計に関する基礎的知見を得ることを確認する．一方，姿勢制御システムの機構を踏まえ，搬送中の荷振れと回転を抑制する機構の提案を行う．搬送制御システムは，申請者らが提案している最適化手法や振動抑制方法等を用いて開発する．なお，提案手法は，地切り時の姿勢が変化した場合に制御を行うものであり，過渡応答性に問題がある．ソフトウェア的制御手法だけでなく，ハードウェア的制御手法についても実験装置を追加製作して，提案手法の改良を図りたいと考えている．

Causes of Carryover

特許取得を考えており，研究成果旅費の支出がなかった．次年度に成果発表を行う．