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JPH0665595B2 - Attitude control device for suspended loads - Google Patents
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JPH0665595B2 - Attitude control device for suspended loads - Google Patents

Attitude control device for suspended loads

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Publication number
JPH0665595B2
JPH0665595B2 JP63323712A JP32371288A JPH0665595B2 JP H0665595 B2 JPH0665595 B2 JP H0665595B2 JP 63323712 A JP63323712 A JP 63323712A JP 32371288 A JP32371288 A JP 32371288A JP H0665595 B2 JPH0665595 B2 JP H0665595B2
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JP
Japan
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gyro
control
axis
suspended load
rotation
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JP63323712A
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Inventor
恭一 菱河
幸次 渡辺
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Obayashi Corp
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Obayashi Corp
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Publication date
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Publication of JPH0665595B2 publication Critical patent/JPH0665595B2/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66CCRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00Other constructional features or details
    • B66C13/04Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack
    • B66C13/08Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for depositing loads in desired attitudes or positions

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Load-Engaging Elements For Cranes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明は吊荷の方向角制御装置に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a directional control device for a suspended load.

《従来の技術》 従来、1本のワイヤロープ等で回転自在に吊られた吊荷
の方位角を制御するには、そのままではその吊荷を水平
方向に回転させるためのモーメントの反力を吊荷部分で
取ることができないため、吊荷に介しゃくロープの一端
を取り付けそのロープの他端を人力で引っ張ることで方
位角を変える方法が一般的に行なわれていた。しかしこ
の方法は高所作業などにおいては非常に危険である。
<Prior art> Conventionally, in order to control the azimuth angle of a suspended load that is rotatably suspended by one wire rope or the like, the reaction force of the moment for rotating the suspended load horizontally is suspended as it is. Since it cannot be picked up by the load, a method of changing the azimuth by attaching one end of the rope to be suspended to the suspended load and manually pulling the other end of the rope has been generally performed. However, this method is very dangerous when working in high places.

一方、門型クレーン等のようにクレーン側の定滑車の取
り付け間隔が十分に取れ、また吊荷側の動滑車の取り付
けも間隔も十分に取れ、かつ定滑車と動滑車との距離が
その距離に対して十分に小さい場合に限ってモーターを
使用した姿勢制御装置はあるが、制約条件が多く一般的
ではない。
On the other hand, the fixed pulley on the crane side, such as a gantry crane, can be installed at a sufficient distance, and the moving pulley on the suspended side can also be installed at a sufficient distance, and the distance between the fixed pulley and the moving pulley is that distance. However, there are attitude control devices that use a motor only when it is sufficiently small, but there are many constraints and it is not general.

そこで、近年ジャイロスコープのプレセッション効果を
利用した吊荷の姿勢制御装置が提案されている(特開昭
63−1695号)。このプレセッション効果というのはジャ
イロの回転軸に外部からトルクを加えると、そのトルク
の方向(ベクトル方向)と直角な方向(ベクトル方向)
の偶力が前記回転軸に生じることをいう。従って吊治具
に一体的にジャイロを取付け、前記プレセッション効果
の偶力が吊ワイヤ回りに生ずるようにすることにより吊
治具ひいては吊荷の姿勢を制御するようにしている。
Therefore, in recent years, a posture control device for a suspended load using the precession effect of a gyroscope has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. Sho 61-135).
63-1695). This precession effect means that when torque is applied to the rotation axis of the gyro from the outside, the direction (vector direction) is perpendicular to the direction of the torque (vector direction).
Means that a couple of is generated on the rotation shaft. Therefore, the gyro is integrally attached to the hanging jig, and the couple of the precession effect is generated around the hanging wire to control the posture of the hanging jig and thus the hanging load.

具体的には、吊荷を水平平面で旋回(方位制御)させる
場合には第11図(A)に示すように図示しない吊荷に連
結される吊治具1の上面にジャイロ2を水平平面内でジ
ャイロ2の回転軸3と直交する方向を軸として、ジャイ
ロ2の回転軸を傾動させることができるように配設す
る。このとき、吊治具をその長手方向の傾斜を拘束する
ように吊る。そしてジャイロ2の回転軸3が吊治具1の
長手方向と略一致するようになったときのプレセッショ
ン効果により水平旋回をさせるのである。すなわち、所
定方向(矢印A)に回転駆動させているジャイロ2を水
平平面内で回転軸3と直交する方向を軸として、矢印B
方向に傾動させ、所定のトルクを与える。すると、上記
プレセッション効果の水平成分により吊治具1が矢印C
方向に旋回することになる。
Specifically, when the suspended load is turned on a horizontal plane (direction control), the gyro 2 is placed on the horizontal plane on the upper surface of the hanging jig 1 connected to the suspended load (not shown) as shown in FIG. 11 (A). The rotation axis of the gyro 2 is arranged so that the rotation axis of the gyro 2 can be tilted about a direction orthogonal to the rotation axis 3 of the gyro 2. At this time, the hanging jig is hung so as to restrain the inclination in the longitudinal direction. Then, the rotating shaft 3 of the gyro 2 is horizontally swung by the precession effect when the rotating shaft 3 of the gyro 2 is substantially aligned with the longitudinal direction of the hanging jig 1. That is, the gyro 2 which is rotationally driven in the predetermined direction (arrow A) is set to have a direction orthogonal to the rotation axis 3 in the horizontal plane as an axis, and the arrow B
It tilts in the direction and gives a predetermined torque. Then, the horizontal component of the precession effect causes the hanging jig 1 to move to the arrow C.
Will turn in the direction.

一方、吊治具1を垂直平面内で旋回すなわち、所定の角
度をもって傾斜させる(傾斜制御)場合には、第11図
(B)に示すように、上記とは逆に吊治具をその長手方
向の傾斜を拘束しないように吊り、垂直平面内で回転軸
3と直交する方向を軸としてジャイロ2を矢印D方向に
傾動させることにより行うことができる。
On the other hand, when the suspension jig 1 is swung in a vertical plane, that is, when the suspension jig 1 is inclined at a predetermined angle (inclination control), as shown in FIG. It can be performed by suspending the gyro 2 so as not to restrain the inclination of the direction and tilting the gyro 2 in the direction of the arrow D about the axis orthogonal to the rotation axis 3 in the vertical plane.

《発明が解決しようとする課題》 しかし、前述したジャイロを利用した装置では方位制御
を行う場合と傾斜制御を行う場合におけるジャイロ2の
傾動の軸が異なる。
<< Problems to be Solved by the Invention >> However, in the device using the gyroscope described above, the axis of tilt of the gyro 2 is different between when the azimuth control is performed and when the tilt control is performed.

したがって、それぞれ別の制御を行える制御装置(制御
モータの取付位置が異なる)を用意し、必要に応じて両
者を使い分けなければならず、その作業が煩雑であり、
ヒスト高となる。
Therefore, it is necessary to prepare a control device (control motor mounting position is different) capable of performing different control, respectively, and to use both properly as necessary, which is complicated work.
High hist.

また、仮に一つの制御装置で方位・傾斜制御を行おうす
れば、ジャイロ2に取り付ける制御モータが2つ必要に
なり、装置が大型化すると共にその重量も大きく実用に
供し得ないという問題があった。
Further, if the azimuth / tilt control is performed by one control device, two control motors are required to be attached to the gyro 2, resulting in a problem that the device becomes large in size and its weight cannot be put to practical use. It was

本発明は上記した問題点に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは一つの制御装置で方位制御並びに傾
斜制御の2つの制御を行うことができると共に、装置の
小型化を図ることのできる吊荷の姿勢制御装置を提供す
るにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to make it possible to perform two controls of azimuth control and tilt control with one control device and to reduce the size of the device. An object is to provide a posture control device for a suspended load.

《課題を解決するための手段》 上記した目的を達成するため、本件発明に係る吊荷の姿
勢制御装置では、鉛直方向に垂下させた索条の下端に水
平な吊治具を介して連結した吊荷を、3次元平面内で旋
回させる吊荷の姿勢制御装置において、該吊治具にジャ
イロの回転軸が該吊治具の長手方向の軸と直交する平面
内に位置するように該ジャイロを配設するとともに、該
ジャイロに制御モータを連繋させ該ジャイロを該平面内
で傾動可能とした。
<Means for Solving the Problem> In order to achieve the above-mentioned object, in the attitude control device for a suspended load according to the present invention, the lower end of the rope suspended in the vertical direction is connected via a horizontal suspension jig. In a posture control device for a suspended load for rotating a suspended load in a three-dimensional plane, the suspension jig has a gyro so that a rotation axis of the gyro is positioned in a plane orthogonal to a longitudinal axis of the suspension jig. And a control motor is connected to the gyro so that the gyro can be tilted within the plane.

《作用》 方位制御を行う場合には、ジャイロの回転軸を概ね水平
に位置させた状態で強く回転させながら制御モータを駆
動させてジャイロを所定方向に傾動させる。すると、そ
の回転軸とジャイロの出力軸の両軸に直交する方向すな
わち概ね鉛直方向を軸とする回転モーメントが生じ(プ
レセッション効果)、これにより吊治具ひいては吊荷が
所定角度だけ水平平面内で旋回する。
<< Operation >> When the azimuth control is performed, the control motor is driven to tilt the gyro in a predetermined direction while strongly rotating with the rotation axis of the gyro positioned substantially horizontally. Then, a rotational moment is generated about the axis perpendicular to both the rotation axis and the output axis of the gyro, that is, approximately the vertical direction (precession effect). To turn.

また、傾斜制御を行うには、ジャイロの回転軸を概ね起
立させた状態でジャイロを所定方向に強く回転させなが
ら、制御モータを作動させてジャイロを所定角度傾動さ
せる。すると、プレセッション効果により吊治具ひいて
は吊治具に連繋された吊荷が所定角度だけ垂直平面内で
旋回する。
Further, in order to perform the tilt control, the control motor is operated to tilt the gyro by a predetermined angle while strongly rotating the gyro in a predetermined direction with the rotation axis of the gyro being substantially upright. Then, due to the precession effect, the suspending jig and, in turn, the suspended load connected to the suspending jig swivel in the vertical plane by a predetermined angle.

なお、制御モータとジャイロモータの関連制御により、
方位制御と傾斜制御とを同時に行なうこともできる。
By the related control of the control motor and the gyro motor,
The azimuth control and the tilt control can be performed simultaneously.

《実施例》 以下、本発明に係る吊荷の姿勢制御装置の好適な実施例
について添付図面を参照にして詳述する。なお、従来と
同一或いは相当する部材には同一符号を付す。
<Examples> Hereinafter, preferred examples of the attitude control device for a suspended load according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the same or corresponding members as the conventional ones are designated by the same reference numerals.

第1図は本発明の一実施例を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention.

同図に示すように、水平状態に配置された吊治具1の両
端近傍部にそれぞれジャイロ2,2を装着する。そして、
ジャイロ2,2を設ける位置は、吊治具1の長手方向中央
部を対象として左右対象な位置に設定してある。このよ
うに2か所にジャイロ2を配置したのは、ジャイロの旋
回時における傾斜成分および傾斜時における旋回成分を
互いに打消すことによって吊治具1の姿勢安定性を確保
するためのものであり、従来例および第3図のように吊
治具1の中心部分に1個ないし数個を設けるようにして
もよい。
As shown in the figure, the gyros 2, 2 are attached to the vicinity of both ends of the hanging jig 1 arranged horizontally. And
The positions where the gyros 2 and 2 are provided are set symmetrically with respect to the longitudinal center of the hanging jig 1. The reason why the gyros 2 are arranged at two places in this way is to ensure the posture stability of the hanging jig 1 by canceling out the tilt component during turning of the gyro and the turning component during tilt. Alternatively, one or several pieces may be provided in the central portion of the hanging jig 1 as in the conventional example and FIG.

また、ジャイロ2の回転軸3は、常に吊治具の長手方向
の軸と直交する平面内に位置するようになっており、具
体的には、方位制御を行う場合は同図(A)に示すよう
に主に回転軸3が水平方向に向いたときのプレセッショ
ン効果による偶力を利用し、また、傾斜制御を行う場合
は同図(B)に示すように主に垂直方向に向いたときの
偶力を利用するようにする。
Further, the rotary shaft 3 of the gyro 2 is always located in a plane orthogonal to the longitudinal axis of the hanging jig. Specifically, in the case of performing azimuth control, it is shown in FIG. As shown, mainly the couple force due to the precession effect when the rotary shaft 3 is oriented in the horizontal direction is used, and when tilt control is performed, it is oriented mainly in the vertical direction as shown in FIG. Try to use the couple of times.

そして、ジャイロ2を傾動させるための制御モータ(図
示せず)は、その制御モータの出力軸が吊治具1の長手
方向と一致するように配置されている。そして、この制
御モータは旋回方向および傾斜方向に対応すべく正逆回
転駆動できるようになっており、それに連繋するジャイ
ロ2を所定回転方向に所定量だけ傾動することができる
ようになっている。
A control motor (not shown) for tilting the gyro 2 is arranged such that the output shaft of the control motor is aligned with the longitudinal direction of the hanging jig 1. The control motor can be driven to rotate normally and reversely so as to correspond to the turning direction and the tilting direction, and the gyro 2 linked thereto can be tilted by a predetermined amount in a predetermined rotating direction.

このとき、ジャイロ2の駆動モータ(ジャイロモータ)
を正逆回転駆動できるようにすることが好ましい。すな
わち、回転軸3が吊荷方位制御時に立上がってしまった
り、吊荷傾斜制御時に水平になってしまったときは、ジ
ャイロモータの逆転により、同一方向の吊荷方位制御や
吊荷傾斜制御の続行が容易になるからである。
At this time, the drive motor of the gyro 2 (gyro motor)
It is preferable to allow forward and reverse rotation. That is, when the rotating shaft 3 rises during the suspended load control or becomes horizontal during the suspended load control, the gyro motor reverses to control the suspended load direction and the suspended load control in the same direction. It is easy to continue.

また、ジャイロを第1図のように偶数個用いる場合に
は、吊治具の係止部を従来のものを使用した場合でも方
位制御と傾斜制御を明瞭に区別して行うことができる。
この場合には、二つのジャイロの制御モータの回転方向
を逆にして同一角速度で回転させる。すると、両者90°
進む毎にジャイロの回転軸が一致するが、この一致する
位置をジャイロの軸が垂直になったときと水平になった
ときとに一致するように定める。そして、垂直になった
ときにジャイロの回転方向を逆になるようにすれば偶力
は傾斜モーメントのみとなり、方位制御モーメントは互
いに打消される。逆に、水平になったときに、ジャイロ
の回転方向が逆になるようにジャイロモータを制御すれ
ば、傾斜モーメントは打消され、方位制御モーメントは
二つのジャイロの分が加算され2倍になるとともに縦ゆ
れが解消される。
Further, when an even number of gyros are used as shown in FIG. 1, the azimuth control and the tilt control can be clearly distinguished even when a conventional locking jig is used.
In this case, the control motors of the two gyros are rotated at the same angular velocity by reversing the rotation directions. Then both 90 °
The rotation axis of the gyro matches each time it advances, and the matching position is set to match when the axis of the gyro becomes vertical and when it becomes horizontal. If the gyro is rotated in the opposite direction when it becomes vertical, the couple has only a tilt moment, and the azimuth control moments cancel each other out. Conversely, if the gyro motor is controlled so that the gyro rotates in the opposite direction when it becomes horizontal, the tilt moment is canceled and the azimuth control moment is doubled by adding the two gyro components. Vertical shaking is eliminated.

一方、吊治具を吊る係止部材は、従来のもので差支えな
いが、ジャイロが奇数個であって複雑な制御を避けよう
とする場合には、方位制御と傾斜制御を区別して行うべ
く、第1図に示すように切換可能な係止部材を用いる。
すなわち吊治具1の長手方向両側端部上面には、リング
状の一対の第1係止部5,5が配設され、この第1係止部
5,5のリング状頭部に第1ワイヤロープ6の下端を連結
するとともに、その第1ワイヤロープ6の上端をリング
7を介してクレーンフック8に玉掛けできるようになっ
ている。なおクレーンフック8のフック部8aは回転自在
になっており、第1ワイヤロープ6に過度のねじりを与
えない構成になっている。また、吊治具1の長手方向略
中央部の両側面には第2係止部9が配設されており、こ
の第2係止部9に第2ワイヤロープ10の下端が装着され
ている。そして、この第2ワイヤロープ10の上端部は連
結棒11並びにジャッキ12を介して上記クレーンフック8
に玉掛けできるようになっている。そして、そのジャッ
キ12を伸縮作動させることにより吊治具1の荷重を第1
或いは第2のワイヤロープ6,10にかけるようになってい
る。
On the other hand, the locking member that suspends the hanging jig may be the conventional one, but when trying to avoid complicated control with an odd number of gyros, in order to distinguish between azimuth control and tilt control, A switchable locking member is used as shown in FIG.
That is, a pair of ring-shaped first locking portions 5, 5 are arranged on the upper surfaces of both ends in the longitudinal direction of the hanging jig 1.
The lower ends of the first wire ropes 6 can be connected to the ring-shaped heads 5 and 5, and the upper ends of the first wire ropes 6 can be slung on the crane hooks 8 via the rings 7. The hook portion 8a of the crane hook 8 is rotatable and is configured not to give an excessive twist to the first wire rope 6. Further, a second locking portion 9 is provided on both side surfaces of a substantially central portion in the longitudinal direction of the hanging jig 1, and the lower end of the second wire rope 10 is attached to the second locking portion 9. . The upper end of the second wire rope 10 is connected to the crane hook 8 via the connecting rod 11 and the jack 12.
You can hang it on. Then, by extending and retracting the jack 12, the load of the hanging jig 1
Alternatively, it is adapted to be hung on the second wire ropes 6 and 10.

次に上記した実施例の作用について説明すると、上記し
た吊治具1は図示しない吊荷の上方略中央位置に一体的
に取り付けられる。したがって、吊荷の姿勢と吊治具1
の姿勢とが一致する。そして第2図に示すように、水平
平面内の任意の位置にある吊荷(実線)を、その位置か
ら水平,垂直平面内での異なる角度(水平;角度θa,垂
直;角度θb)を有する位置(一点鎖線)まで旋回させ
るには、まず、ジャッキ12を伸長させて吊治具1の荷重
を第1ワイヤロープ6で受けるようにする(第1図
(A))。そしてジャイロ2の回転軸3を水平に位置さ
せたときに回転速度が最大になるようにしながらジャイ
ロ2を所定方向(矢印E)に回転させるとともに、制御
モータを作動させてジャイロ2を所定角度傾動(矢印
F)させる。すると、回転軸3と制御モータの出力軸の
両軸に直交する方向を軸とする回転モーメントが生じ
(プレセッション効果)、これにより吊治具1ひいては
吊荷が角度θaだけ水平平面内で旋回移動する。
Next, the operation of the above-described embodiment will be described. The above-mentioned hanging jig 1 is integrally attached to a not-shown hanging load at a substantially central position above the hanging load. Therefore, the posture of the suspended load and the suspension jig 1
And the posture of. Then, as shown in FIG. 2, a suspended load (solid line) at an arbitrary position in the horizontal plane has different angles (horizontal; angle θa, vertical; angle θb) in the horizontal and vertical planes from that position. In order to turn to the position (chain line), first, the jack 12 is extended so that the load of the hanging jig 1 is received by the first wire rope 6 (FIG. 1 (A)). Then, when the rotation shaft 3 of the gyro 2 is horizontally positioned, the gyro 2 is rotated in a predetermined direction (arrow E) while the rotation speed is maximized, and the control motor is operated to tilt the gyro 2 by a predetermined angle. (Arrow F). Then, a rotation moment is generated about the direction orthogonal to both the rotation shaft 3 and the output shaft of the control motor (precession effect), which causes the hanging jig 1 and thus the hanging load to swivel within the horizontal plane by the angle θa. Moving.

次に、ジャッキ12を収縮させて吊治具1の荷重を第2ワ
イヤロープ10で受けるようにする(同図(B))。そし
て、ジャイロ2の回転軸3を起立させたときに回転速度
が最大になるように制御しながらジャイロ2を所定方向
(矢印G方向)に回転させるとともに、制御モータを作
動させてジャイロ2を所定角度傾動(矢印H)させる。
すると、プレセッション効果により吊治具1ひいては吊
荷が角度θbだけ垂直平面内で旋回する。これにより、
所定の方向に吊荷を向けることができる。但し、吊荷を
角度θbで傾斜させた状態で維持させるには、吊荷等の
自重に伴うモーメントを打ち消す必要があるため、常時
所定の大きさを有する力を吊荷にかけ続ける必要があ
る。
Next, the jack 12 is contracted so that the load of the hanging jig 1 is received by the second wire rope 10 (FIG. 2B). Then, the gyro 2 is rotated in a predetermined direction (direction of arrow G) while controlling the rotation speed to be maximum when the rotary shaft 3 of the gyro 2 is erected, and the control motor is operated to set the gyro 2 to a predetermined direction. Angle tilt (arrow H).
Then, due to the precession effect, the hanging jig 1 and, in turn, the hanging load swivels in the vertical plane by the angle θb. This allows
The suspended load can be directed in a predetermined direction. However, in order to maintain the suspended load in a state of being inclined at the angle θb, it is necessary to cancel the moment associated with the weight of the suspended load or the like, and therefore it is necessary to constantly apply a force having a predetermined magnitude to the suspended load.

このため、第1図(C)に示すように、リンクチェーン
7aに代え、これをフック8に係止したブレーキ7cつきの
スプロケット7bに係合させる。ブレーキ7cを解除した状
態で吊荷を所定の角度に傾斜させ、その状態でブレーキ
7cを作動させれば、吊荷の傾斜を保持させることができ
る。この場合、ブレーキ7cを解除すれば吊荷の傾斜を拘
束しなくなるので、第2係止部は不要となる。
Therefore, as shown in FIG. 1 (C), the link chain
Instead of 7a, this is engaged with a sprocket 7b with a brake 7c locked to a hook 8. With the brake 7c released, tilt the suspended load at a specified angle, and then brake in that state.
By operating 7c, the slant of the suspended load can be maintained. In this case, if the brake 7c is released, the inclination of the suspended load is not restrained, so that the second locking portion is unnecessary.

一方、水平旋回ときには、吊荷の傾斜が自重による任意
の傾斜で差支えない場合には、第1係止部は不要とな
り、かつ、第2係止部のジャッキ12も省略できる。
On the other hand, at the time of horizontal turning, if the inclination of the suspended load does not have to be an arbitrary inclination due to its own weight, the first locking portion becomes unnecessary and the jack 12 of the second locking portion can be omitted.

第2係止部のみで、方位制御および傾斜制御を行うこと
もできる。この場合、方位制御中に回転軸3が垂直に近
ついたとき、回転軸3および出力軸34の回転および回動
を同時に停止させ、かつ、同時に逆方向に回転および回
動をさせる。
The azimuth control and the tilt control can be performed only by the second locking portion. In this case, when the rotating shaft 3 approaches the vertical during the azimuth control, the rotating shaft 3 and the output shaft 34 are stopped from rotating and rotating at the same time, and at the same time, rotating and rotating in opposite directions.

次に上記した実施例のさらに具体的な構成の一例を説明
する。すなわち、上述したように1箇所に配置するジャ
イロを1個のみとすると、制御可能な旋回角度範囲が狭
いため、以下に示す構成として制御角度を360度とする
のである。
Next, an example of a more specific configuration of the above-described embodiment will be described. That is, as described above, if only one gyro is arranged at one place, the controllable turning angle range is narrow, and therefore the control angle is set to 360 degrees in the configuration described below.

すなわち、第3図〜第5図に示す如く制御モータ20、ケ
ース21、3つのジャイロモータ22およびフライホイール
23によって主として構成されている。また、3つのジャ
イロモータ22の回転軸3は第6図に示す如く互いにa=
120°の等間隔で配設され、1つの回転軸3が鉛直方向
に延びるZ軸に重なっても残りの2つの回転軸3が常に
Z軸に重ならない構成になっており、これにより残り2
つの回転軸3に制御モータ20のトルクを作用させること
によりZ軸回りの偶力を常に発生させることができるよ
うになっている。
That is, as shown in FIG. 3 to FIG. 5, a control motor 20, a case 21, three gyro motors 22 and a flywheel.
It is mainly composed of 23. The rotary shafts 3 of the three gyro motors 22 have a = a as shown in FIG.
Even if one rotary shaft 3 is overlapped with the Z axis extending in the vertical direction, the remaining two rotary shafts 3 are not always overlapped with the Z axis.
By applying the torque of the control motor 20 to one of the rotating shafts 3, it is possible to always generate a couple about the Z axis.

また、本実施例では上記ジャイロモータ22,フライホイ
ル23並びに回転軸3でジャイロ2が構成されている。
Further, in this embodiment, the gyro 2 is constituted by the gyro motor 22, the flywheel 23 and the rotary shaft 3.

一方吊治具2は、その両端部下面に第3図および第4図
に示す如く左右一対のブラケット24を有し、このブラケ
ット24に吊荷であるH型鋼26の一対のブラケット27をピ
ン28で連結できるようになっている。一方、吊治具2の
上面には左右一対の支持台30,31が一体的に立設され、
一方の支持台30に制御モータ20が配設され、他方の支持
台31に軸受33が配設されている。なお制御モータ20の出
力軸34はX軸方向を向いている。また支持台30と31の間
には、内部が中空のほぼ三角柱状をなすケース21が配設
され、このケース21の一端壁21aに上記制御モータ20の
出力軸34が連結され、ケース21の他端壁21bに突設され
た軸部21cが前記軸受33に回動自在に挿入されている。
On the other hand, the hoisting jig 2 has a pair of left and right brackets 24 on the lower surfaces of both ends thereof, as shown in FIGS. You can connect with. On the other hand, a pair of left and right support bases 30 and 31 are integrally erected on the upper surface of the hanging jig 2,
The control motor 20 is provided on one support base 30, and the bearing 33 is provided on the other support base 31. The output shaft 34 of the control motor 20 is oriented in the X-axis direction. Further, a case 21 having a hollow substantially triangular prism shape is disposed between the support bases 30 and 31, and an output shaft 34 of the control motor 20 is connected to one end wall 21a of the case 21 to form a case 21. A shaft portion 21c protruding from the other end wall 21b is rotatably inserted into the bearing 33.

さらにケース21の中には、第6図に示す如く3つのジャ
イロモータ22が収納されている。これらジャイロモータ
22はケース21の3つの側壁21d〜21fの各内側面に取付け
られており、その回転軸3は制御モータ20の出力軸34な
いし軸部21cに直角でかつ回転軸3が相互にa=120°の
等間隔をなしている。一方、ケース21の側壁21d〜21fの
外側には3つのフライホイール23が配設され、これらフ
ライホイール23の中心は側壁21d〜21fの孔35から突出し
た回転軸3に連結されている。なおフライホイール23は
有底円筒状のカバー36で覆われている。
Further, as shown in FIG. 6, three gyro motors 22 are housed in the case 21. These gyro motors
Reference numeral 22 is attached to each inner surface of the three side walls 21d to 21f of the case 21, and its rotation shaft 3 is perpendicular to the output shaft 34 or the shaft portion 21c of the control motor 20 and the rotation shafts 3 are mutually a = 120. Evenly spaced at °. On the other hand, three flywheels 23 are arranged outside the side walls 21d to 21f of the case 21, and the centers of these flywheels 23 are connected to the rotary shaft 3 protruding from the holes 35 of the side walls 21d to 21f. The flywheel 23 is covered with a cylindrical cover 36 having a bottom.

またジャイロモータ22の回転方向は第7図に示す如くそ
の回転軸3がZ軸に重なる前後の所定範囲b,d,e,c内で
一旦回転軸3を停止させ次いで逆転するようになってい
る。このような回転方向の切換は例えば制御モータ20の
出力軸34の角度検出手段とジャイロモータ22の電気回路
とを組合わせることにより簡単に行なえる。そして、出
力軸34を第7図で時計方向に回動させる場合は、範囲b,
cでジャイロモータ22にブレーキを作用させてその回転
を停止し、範囲d,eでジャイロモータ22を逆方向に始動
して定速に達するようになっている。なお出力軸34を第
7図で反時計方向に回動させる場合には範囲d,eでジャ
イロモータ22にブレーキを作用させ、範囲b,cでジャイ
ロモータ22を逆始動する。さらに範囲f,gではジャイロ
モータ22は一方向に高速定回転をする。なおまた、ブレ
ーキを作用させる手段として、例えば発電ブレーキを用
いるとエネルギー節約になる。
Further, as shown in FIG. 7, the rotation direction of the gyro motor 22 is such that the rotation shaft 3 is once stopped within a predetermined range b, d, e, c before and after the rotation shaft 3 overlaps the Z axis, and then it is reversed. There is. Such rotation direction switching can be easily performed by, for example, combining the angle detection means of the output shaft 34 of the control motor 20 and the electric circuit of the gyro motor 22. When the output shaft 34 is rotated clockwise in FIG. 7, the range b,
In c, the gyro motor 22 is braked to stop its rotation, and in the ranges d and e, the gyro motor 22 is started in the reverse direction to reach a constant speed. When the output shaft 34 is rotated counterclockwise in FIG. 7, the gyro motor 22 is braked in the ranges d and e, and the gyro motor 22 is reversely started in the ranges b and c. Further, in the ranges f and g, the gyro motor 22 makes high-speed constant rotation in one direction. In addition, energy can be saved by using, for example, a power generation brake as a means for applying a brake.

次に、上記実施例の作用について説明する。Next, the operation of the above embodiment will be described.

吊荷の姿勢角制御装置は上述の如く構成されており、第
3図で矢印I方向にH型鋼26を旋回させる場合は次のよ
うに操作する。すなわち第7図を第3図で矢印H方向か
ら見た図と仮定し、ジャイロモータ22の回転軸3(第7
図では3a〜3cで示す)のうち回転軸3aのフライホイール
を内端側から見て時計方向に、回転軸3cのフライホイー
ルを内端側から見て反時計方向にそれぞれ回転させてい
る場合は、出力軸34を時計方向に回動させる。なお第7
図に示す位置では回転軸3bのフライホイールはちょうど
停止している。このとき制御モータ20を作動させて所定
角度だけ出力軸34を回動させると、ジャイロスコープの
有する特性により各ジャイロモータ22に接続された回転
軸3a,3cのフライホイール23がそれぞれ矢印I方向へ回
転しようとするトルク(プレセッション効果)を発生す
る。この発生したトルクが吊治具2を介してH型鋼26に
伝わ、これによりH型鋼26が所定方向に所定角度だけ旋
回する。
The suspended load posture angle control device is configured as described above, and when the H-shaped steel 26 is turned in the direction of arrow I in FIG. 3, it is operated as follows. That is, assuming that FIG. 7 is a view as seen from the direction of the arrow H in FIG. 3, the rotary shaft 3 of the gyro motor 22
(Indicated by 3a to 3c in the figure), the flywheel of the rotary shaft 3a is rotated clockwise when viewed from the inner end side, and the flywheel of the rotary shaft 3c is rotated counterclockwise when viewed from the inner end side. Rotates the output shaft 34 in the clockwise direction. The seventh
At the position shown in the figure, the flywheel of the rotating shaft 3b has just stopped. At this time, when the control motor 20 is operated to rotate the output shaft 34 by a predetermined angle, the flywheels 23 of the rotary shafts 3a and 3c connected to the gyromotors 22 are respectively moved in the direction of arrow I due to the characteristics of the gyroscope. Generates torque (precession effect) to rotate. The generated torque is transmitted to the H-shaped steel 26 via the hanging jig 2, and thereby the H-shaped steel 26 turns in a predetermined direction by a predetermined angle.

また、回転軸3a,3cまたは出力軸34のどちらかの回転ま
たは回動方向を反対方向にすればH型鋼26は第1図で矢
印J方向に旋回する。これが方位制御である。
Further, if either the rotating shafts 3a, 3c or the output shaft 34 is rotated or rotated in the opposite direction, the H-shaped steel 26 is swung in the direction of arrow J in FIG. This is azimuth control.

なお、制御モータを一定に回転させたまま傾斜制御を行
う場合には、回転軸3が水平に近つくにつれてフライホ
イールの回転にブレーキをかけて、水平のとき停止さ
せ、逆始動させる。
When the tilt control is performed while the control motor is constantly rotated, the rotation of the flywheel is braked as the rotary shaft 3 approaches the horizontal direction, and the flywheel is stopped when the rotary shaft 3 is horizontal, and the reverse start is performed.

このように、フライホイールの回転の停止、逆始動の位
置を代えるだけで、方位制御と傾斜制御とに切換えでき
るのであり、さらには、以下に説明するとおり、これら
を複合した制御も可能となる。すなわち、第8図の如
く、現在向いているOAの方向から、所定の方向OBに吊荷
を向けて停止させ、その姿勢を保持するように制御する
場合(方位制御+傾斜制御)について説明すると、点A
と点Bとを結ぶ直線を含む平面内を旋回させ所定の位置
で停止し、旋回中心を通る垂線と点Bとを含む垂直平面
内において、吊り点を中心とする自重によるモーメント
とバランスするだけのモーメントを加え続けることで制
御する。このように制御する方法を第9図に基づいて説
明する。
In this way, it is possible to switch between azimuth control and tilt control simply by changing the position of stop and reverse start of flywheel rotation. Furthermore, as described below, combined control of these is also possible. . That is, as shown in FIG. 8, a case (direction control + tilt control) in which the suspended load is directed to the predetermined direction OB from the direction of the currently facing OA and stopped to control the attitude (direction control + tilt control) will be described. , Point A
And makes a stop in a predetermined position by turning in a plane including a straight line connecting the point B and the point B, and in a vertical plane including the point B and a perpendicular line passing through the turning center, only balances with the moment due to its own weight centering on the hanging point. Control by continuing to add the moment of. A method of controlling in this way will be described with reference to FIG.

すなわち、吊り点の中心を座標原点とした絶対座標XYZ
を仮想し、その座標軸のX軸と平行に吊荷が安定した状
態で吊られているものとする。そして、それをZ軸を回
転軸として反時計周りに旋回して、Z軸からみてY軸と
平行ですなわち平面的に一致させ、且つ、Y軸とθの角
度をもって停止しているように制御する場合には、ま
ず、フライホイル23の傾動軸をx軸とし、その傾動軸と
フライホイル23の回転軸との交点を座標原点とし吊荷に
対して垂直方向をz軸とする座標xyzをさらに仮想す
る。そして、x軸を含みy軸とδをなす平面(イ)(当
然、xyz座標の原点を含む。)を仮想し、その平面
(イ)に対し、x軸を含む垂直面(ロ)を仮想し、さら
にその垂直面をフライホイル23の回転方向を逆転する回
転制御面(ロ)の位置とし、それぞれのフライホイル23
の回転方向は回転制御面(ロ)でフライホイル23の回転
方向を代えながら、フライホイル23の傾動ベクトルすな
わちx軸が平面(イ)に沿ってY軸に合致する方向に旋
回するように、フライホイル23を傾動させていく。
That is, the absolute coordinates XYZ with the center of the hanging point as the coordinate origin
Is assumed to be imaginary, and the suspended load is suspended in a stable state parallel to the X axis of the coordinate axis. Then, it is rotated counterclockwise about the Z axis as a rotation axis so that it is parallel to the Y axis as viewed from the Z axis, that is, in a plane, and is controlled to stop at an angle of θ with the Y axis. In this case, first, the coordinate xyz with the tilt axis of the flywheel 23 as the x-axis, the intersection of the tilt axis and the rotation axis of the flywheel 23 as the coordinate origin, and the z-axis in the direction perpendicular to the suspended load is used. Further virtual. Then, a plane (a) including the x-axis and forming a δ with the y-axis (naturally including the origin of the xyz coordinates) is hypothesized, and a vertical plane (b) including the x-axis is hypothesized with respect to the plane (a). In addition, the vertical surface is set as the position of the rotation control surface (b) that reverses the rotation direction of the flywheel 23, and each flywheel 23
While changing the rotation direction of the flywheel 23 on the rotation control surface (b), the tilt vector of the flywheel 23, that is, the x-axis is rotated along the plane (a) in a direction coinciding with the Y-axis, Tilt the flywheel 23.

このとき、第10図からわかるように旋回するにしたがっ
て、吊荷26の自重によって発生する吊り点を回転中心と
したモーメントMg(吊り荷が元の安定した姿勢に戻ろう
とする方向に働く)が大きくなるため、それに合わせて
回転制御面(ロ)を元の位置からy軸の(−)側へ傾き
αが大きくなるように傾けていくことで、フライホイル
の傾倒モーメントのy軸に関するモーメント成分を大き
くする。また、傾きαを大きくしながらフライホイルの
傾動モーメントNも大きくすることで、モーメントMgと
バランスさせつつ、吊荷26の旋回角速度が小さくならな
いようにする。そのように制御しながら吊荷26を旋回さ
せて行き、やがて目的とする制御姿勢に近付いたら、徐
々にフライホイル23の傾動モーメントNを小さくしつ
つ、回転制御面(ロ)の傾きαがさらに大きくなるよう
に傾けて行く。そして吊荷26が目的とする制御姿勢に至
った時点で、回転制御面(ロ)とy軸とが一致するよう
にし、且つ吊荷26が元の安定した姿勢に戻ろうとするモ
ーメントMgと同じ大きさの傾動モーメントNでフライホ
イル23を傾動させ続けることによりフライホイル23の傾
動モーメントのy軸に関するモーメント成分とがバラン
スし、目的とする制御姿勢を保持することができる。
At this time, as can be seen from FIG. 10, as it turns, the moment Mg (acting in the direction in which the suspended load returns to its original stable posture) is generated with the suspended point generated by the own weight of the suspended load 26 as the center of rotation. Since it becomes larger, the rotation control surface (b) is tilted from the original position toward the (−) side of the y-axis so that the inclination α becomes larger, so that the moment component of the tilting moment of the flywheel with respect to the y-axis. To increase. Further, by increasing the tilting moment N of the flywheel while increasing the inclination α, the turning angular velocity of the suspended load 26 is prevented from becoming small while balancing with the moment Mg. When the suspended load 26 is swung while controlling as described above, and when the target control posture is approached, the tilting moment N of the flywheel 23 is gradually reduced and the inclination α of the rotation control surface (b) is further increased. Tilt to grow. Then, when the suspended load 26 reaches the target control posture, the rotation control surface (b) and the y-axis are made to coincide with each other, and the same as the moment Mg for the suspended load 26 to return to the original stable posture. By continuing to tilt the flywheel 23 with a large tilting moment N, the tilting moment of the flywheel 23 is balanced with the moment component with respect to the y-axis, and the desired control posture can be maintained.

なお、このような複合制御は、本実施例に限らず、ジャ
イロの回転軸が吊治具の長手方向の軸と直交する平面内
に常に位置するものであれば、すべて可能である。
It should be noted that such composite control is not limited to the present embodiment, and is possible as long as the rotation axis of the gyro is always located in the plane orthogonal to the longitudinal axis of the hanging jig.

《発明の効果》 以上のように本発明にかかる吊荷の姿勢制御装置では、
方位制御は勿論のこと傾斜制御をも行うことができる。
すなわち、吊荷を3次元空間内の任意の位置に旋回移動
させるとともにその状態を維持することができる。
<< Effects of the Invention >> As described above, in the suspended load posture control device according to the present invention,
Not only azimuth control but also tilt control can be performed.
That is, the suspended load can be rotated and moved to an arbitrary position in the three-dimensional space, and the state can be maintained.

また、本装置では、基本的にはジャイロとそれに配設さ
れた一つの制御モータでもって構成されるため、装置の
小形軽量化を図ることができる。
In addition, since the present device is basically composed of the gyro and one control motor arranged therein, it is possible to reduce the size and weight of the device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明にかかる吊荷の姿勢制御装置の概略構成
を示す図、第2図は作用を説明する図、第3図は本発明
の具体的構成の一例を示す斜視図、第4図は同装置の側
面図、第5図は同装置の縦断面図、第6図は同装置の横
断面図、第7図はジャイロの回転軸と制御モータの出力
軸の回動方向を説明するための説明図、第8図〜第10図
は作用を説明する図、第11図は従来例を示す図である。 1……吊治具、2……ジャイロ 3……回転軸、5……第1係止部 9……第2係止部、20……制御モータ 22……ジャイロモータ、23……フライホイル
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a suspended load posture control device according to the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining the operation, FIG. 3 is a perspective view showing an example of a specific configuration of the present invention, and FIG. The figure is a side view of the same device, FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of the same device, FIG. 6 is a horizontal cross-sectional view of the same device, and FIG. 7 is a rotational direction of a gyro rotary shaft and a control motor output shaft. FIGS. 8 to 10 are views for explaining the operation, and FIG. 11 is a view showing a conventional example. 1 ... Suspension jig, 2 ... Gyro 3 ... Rotating shaft, 5 ... First locking part 9 ... Second locking part, 20 ... Control motor 22 ... Gyro motor, 23 ... Flywheel

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】鉛直方向に垂下させた索条の下端に水平な
吊治具を介して連結した吊荷を、3次元平面内で旋回さ
せる吊荷の姿勢制御装置において、該吊治具にジャイロ
の回転軸が該吊治具の長手方向の軸と直交する平面内に
位置するように該ジャイロを配設するとともに、該ジャ
イロに制御モータを連繋させ該ジャイロを該平面内で傾
動可能としたことを特徴とする吊荷の姿勢制御装置。
1. A posture control device for a suspended load, in which a suspended load connected to a lower end of a rope suspended in the vertical direction through a horizontal suspending jig is swung in a three-dimensional plane. The gyro is arranged so that the rotation axis of the gyro is located in a plane orthogonal to the longitudinal axis of the hanging jig, and a control motor is connected to the gyro so that the gyro can be tilted in the plane. An attitude control device for a suspended load, characterized in that
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