JP2021147139A - タワークレーンの自動経路設定システム - Google Patents

Abstract

【課題】タワークレーンの吊荷が建設中の建物に設定された三次元進入禁止区域に進入するのを回避すると共に、搬送路上の障害物が設定された三次元接近禁止区域に接近するのを阻止し、迅速かつ安全に吊荷を自動搬送するタワークレーンの自動経路設定システムを提供する。【解決手段】建設現場に配置されるタワークレーン２の吊荷５の近傍に設けられ、吊荷５の位置及び方角を測位し、吊荷５の三次元形状、吊荷５の荷取り位置、及び吊荷の荷卸し位置の計測を行うコアコントロールユニット３ｂと、コアコントロールユニット３ｂによる測位結果及び計測結果に基づき、吊荷５の荷取りから荷卸しまでの最適な三次元搬送経路６を選択する自動制御ユニットとを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、タワークレーンの自動経路設定システムに係り、特に、建設中の建物等に用いられるタワークレーンによる吊荷の搬送経路を、三次元進入禁止区域、及び、三次元接近禁止区域を設定することで吊荷が障害物に衝突するのを回避できる安全性の高いタワークレーンの自動経路設定システムに関する。

タワークレーンの運転者や現場作業員の急速な高齢化及び人手不足から、タワークレーンによる吊荷の搬送の完全自動化のニーズが高まっている。従来、タワークレーンの運転は、鳶工等の現場作業員の誘導に従い、熟練した運転者が目視によりタワークレーンを制御していた。しかし、上述した作業員や現場作業者の急速な高齢化及び人手不足により、タワークレーンの吊荷の搬送を完全自動化する要請が高まっている。しかし、このタワークレーンによる吊荷の搬送の完全自動化には、解決しなければならない種々の課題がある。

第１に、熟練した運転者や現場作業員に代わり、自動化により吊荷が建物等に衝突しないように制御しなければならない。第２に、クレーン操作による荷振れを最小限にしなければならない。第３に、吊荷の位置、吊荷の荷取り位置、吊荷の荷卸し位置を正確に測位しなければならない。さらに、第４に、吊荷そのものの詳細な形状、吊荷の荷取り位置の詳細な状況、吊荷の荷卸し位置の詳細な状況等を正確に把握しなければならない。これらの作業が高い信頼度で達成されなければクレーン操作の完全自動化は望めない。

特許文献１には、設定された搬送軌道から外れることなく、作業を効率よく行えるタワークレーンの自動運転システムが開示されている。ここでは、タワーの頂部とジブ先端とフックブロックとに常時衛星測位できる受信機をそれぞれ設け、制御装置に構築物の設計図の少なくとも三次元図面と、タワークレーンの回転角度による時間座標とジブの起伏角度による時間座標とを読み込ませて保存し、操作パネルに構築しようとする階層の三次元図面を表示させ、荷取エリアで吊り上げた建築部材位置とどの位置に設置するかをタッチすることで、吊り上げた位置から設置する位置に演算した座標に基づき最短移送位置を算出して自動的に移送して設置することが記載されている。

特開２０１９−１１２１７８号公報

吊荷の位置及び方角については、従来は、鳶工などの現場作業員がタワークレーンの吊荷の荷取り位置や荷卸し位置に待機してタワークレーンの運転者に吊荷の姿勢及び方角に関する情報を指示することが必須であった。しかし、タワークレーンによる吊荷の荷取り作業や荷卸し作業を完全自動化させるには、従来、タワークレーンの運転者や現場作業員に依存していた上述したオペレーションの機能を完全自動化する制御システムの構築が不可欠である。

また、タワークレーンによる吊荷の荷取り作業や荷卸し作業を完全自動化するには、吊荷のサイズ及び方角を検知するだけではなく、吊荷の種類、形状、個数、重量等の情報を人間の情報に匹敵する正確さで把握する機能が要求される。さらに、吊荷の荷取り作業や荷卸し作業では、吊荷を荷取する場所や荷卸しする場所に関する情報を人間の情報に匹敵する正確さで把握する機能が要求される。

また、建設中の建物の形状は、建設が進むことで刻々と変化し、タワークレーンにより吊荷を搬送する場合には、建設中の建物の動的な形状変化を考慮して吊荷を安全に運搬しなければならない。さらに、空中に浮かんでいる吊荷の揺れの状況等を動的な動きとして把握して制御する必要がある。

本願の目的は、かかる課題を解決し、タワークレーンの吊荷が建設中の建物に設定された三次元進入禁止区域に進入するのを回避し、また、搬送路上の障害物が設定された三次元接近禁止区域に接近するのを阻止し、迅速かつ安全に吊荷を自動搬送するタワークレーンの自動経路設定システムを提供する。

上記目的を達成するため、本発明に係るタワークレーンの自動経路設定システムは、建設現場に配置されるタワークレーンの吊荷の近傍に設けられ、吊荷の位置及び方角を測位し、吊荷の三次元形状、吊荷の荷取り位置、及び吊荷の荷卸し位置の計測を行うコアコントロールユニットと、コアコントロールユニットによる測位の結果及び計測の結果に基づき、吊荷の荷取りから荷卸しまでの最適な三次元搬送経路を選択する自動制御ユニットとを備えることを特徴とする。

上記構成により、タワークレーンの自動経路設定システムは、タワークレーンの吊荷の三次元搬送経路を選択する自動制御ユニットと、吊荷に関する測位及び計測を行うコアコントロールユニットとから構成される。そして、自動制御ユニットは、コアコントロールユニットの測位又は計測結果に基づいて三次元搬送経路を決定する。これにより、従来、タワークレーンの運転者又は現場作業員が目視により判断していた吊荷の三次元搬送経路を自動設定することが可能になる。また、三次元進入禁止区域を設定することで、吊荷の荷取り位置から荷卸し位置までの最適な三次元搬送経路を確保することができる。

また、タワークレーンの自動経路設定システムは、コアコントロールユニットが、複数の衛星測位アンテナにより吊荷の位置及び方角をリアルタイムで連続して測位し、自動制御ユニットが、建物との関係で予め設定された三次元進入禁止区域を避けながら吊荷の三次元搬送経路を選択することが好ましい。このように、タワークレーンにより吊荷を搬送する際に、事前に三次元進入禁止区域が設定されて自動的に吊荷と建物との衝突が回避できる。

また、タワークレーンの自動経路設定システムは、コアコントロールユニットが、タワークレーンに取り付けられる複数の立体カメラにより撮影した吊荷の三次元形状から吊荷の吊荷高さを計測し、自動制御ユニットが、吊荷の吊荷高さを受信して三次元進入禁止区域を設定することが好ましい。これにより、自動制御ユニットは、コアコントロールユニットが計測したその吊荷の寸法だけではなく、その吊荷と同時に運搬する、例えば、梁材や柱材の寸法も加味することで、三次元進入禁止区域を的確に設定し、吊荷の搬送の安全が担保することができる。

また、タワークレーンの自動経路設定システムは、コアコントロールユニットが、立体カメラにより三次元進入禁止区域を形成する建物の三次元形状を把握し、自動制御ユニットが、建物からの所定のクリアランスを考慮して吊荷を誘導することが好ましい。これにより、吊荷を迅速かつ安全に所定の位置に設置でき、設置位置に障害物があっても事前に検知することができる。

また、タワークレーンの自動経路設定システムは、コアコントロールユニットが、立体カメラにより吊荷の三次元形状を把握し、自動制御ユニットが、吊荷から所定のクリアランスを確保した三次元接近禁止区域を設定することが好ましい。このように、吊荷から所定のクリアランスを確保した区域に三次元接近禁止区域を設定することで、例えば、タワークレーンにより吊下げられた吊荷が風や地震等により大きく揺れた場合や工事中建物からの落下物等による事故に対処でき工事の安全が担保できる。

また、タワークレーンの自動経路設定システムは、自動制御ユニットが、事前に入力された建物の図面と建物の建方計画に基づき、タワークレーンの吊荷の搬送時点における三次元進入禁止区域を設定することが好ましい。これにより、建設中の建物について、日々変化する建物の形状をその建物の図面及び建方計画に基づいて把握でき、吊荷を安全にかつ迅速に搬送することができる。

また、タワークレーンの自動経路設定システムは、自動制御ユニットが、複数の三次元進入禁止区域が存在する場合には、荷取り位置と誘導位置とを結ぶ直線が干渉する長方形を囲む、最大の長方形を三次元進入禁止区域とすることが好ましい。これにより、吊荷が搬送経路の障害物に干渉することを回避し、安全にかつ効率的に吊荷を搬送できる。

また、タワークレーンの自動経路設定システムは、自動制御ユニットが、事前に入力された、荷卸し位置からオフセットされた誘導位置に吊荷を移動させ、吊荷の位置及び方角を調整することが好ましい。これにより、吊荷を取り付ける際に誘導位置に吊荷を仮置きして吊荷の姿勢を調整し、吊荷を迅速かつ安全に所定の位置に設置することができる。

さらに、タワークレーンの自動経路設定システムは、自動制御ユニットが、吊荷が三次元進入禁止区域を越えて建物に接近する虞が生じた場合、又は、建物が三次元接近禁止区域を越えて吊荷に接近する虞が生じた場合は警報を発報することが好ましい。これにより、タワークレーンにより吊下げられた吊荷が風や地震等により揺れた場合、他の重機に接近した場合等に、吊荷が三次元進入禁止区域を越えて一時的に建物に接近する虞のあること、又は障害物が三次元接近禁止区域を越えて吊荷に接近する虞のあることをタワークレーンのオペレータに報知し、建物等と所定のクリアランスを確保して衝突を回避させることができる。

以上のように、本発明に係るタワークレーンの自動経路設定システムによれば、タワークレーンの吊荷が建設中の建物に設定された三次元進入禁止区域に進入するのを回避し、また、搬送路上の障害物が設定された三次元接近禁止区域に接近するのを阻止することで迅速かつ安全に吊荷を自動搬送するタワークレーンの自動経路設定システムを提供することができる。

本発明に係るタワークレーンの自動経路設定システムの一つの実施形態の概略構成を示すブロック図である。 図２(ａ)は、タワークレーンを用いた高層ビルの鉄骨部材の荷取り手順、搬送手順、及び荷卸し手順を示す立面図であり、図２(ｂ)は、建設現場を横から見た平面図であり、図２（ｂ）は、建設現場を上方から見た平面図である。 図３(ａ)は、タワークレーンを用いた高層ビルの鉄骨建方の一つの具体例を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、鉄骨梁の荷卸しの手順を示す斜視図であり、図３（ｃ）は、図３（ｂ）を横から見た立面図である。 図４（ａ）は、タワークレーンに取り付けられたコアコントロールユニットを示す断面図であり、図４（ｂ）は、オペレータ室のモニタに表示された鉄骨建方の様子を示す説明図である。 図５（ａ）は、コアコントロールユニットの衛星測位アンテナ及び立体カメラの配置を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、タワークレーンによる吊荷の吊上げ方法を示す側面図である。 図６(ａ)〜図６（ｆ）は、建物にタワークレーンの三次元進入禁止区域を考慮した吊荷の誘導方法を示す説明図である。 図７(ａ)は、鉄骨建方における鉄骨部材の「吊荷高さ（Ｈ１，Ｈ２）」、「持上げ高さ」を示す説明図であり、図７（ｂ）は、「持上げ高さ（Ｈ３）」及び「建方最高高さ（Ｈ４）」を示す説明図である。

（タワークレーンの自動経路設定システム）
以下に、図面を用いて本発明に係るタワークレーン２の自動経路設定システム１につき、詳細に説明する。本発明は、建設現場１０に用いられるタワークレーン２に関する発明であり、実施形態として本システムが鉄骨建方工事に使用される場合について説明するが、この鉄骨建方工事に限らず、あらゆる建設現場での工事に使用するタワークレーン２に対応するシステムである。

（自動制御ユニットとコアコントロールユニット）
図１、図２に示すように、本タワークレーン２の自動経路設定システム１は、建設現場１０に配置されるタワークレーン２の吊荷５に関して設けられ、この吊荷５の位置及び方角を測位し、吊荷５の三次元形状、吊荷荷取り位置４３ａ、及び吊荷荷卸し位置４３ｆの計測を行うコアコントロールユニット３ｂと、このコアコントロールユニット３ｂによる測位結果及び計測結果に基づいて、吊荷５の荷取りから荷卸しまでの最適な三次元搬送経路６を選択する自動制御ユニット３ａとを備える。このコアコントロールユニット３ｂは、図１に示すように自動制御ユニット３ａに測位情報や計測情報を提供する。すなわち、コアコントロールユニット３ｂは、例えば、衛星測位アンテナ４、立体カメラ１１、三次元物体認識センサ１６等により測位や計測を行うユニットである。そして、自動制御ユニット３ａは、コアコントロールユニット３ｂが測位又は計測した情報に基づき吊荷５の荷取りから荷卸しまでの最適な三次元搬送経路６を探索するユニットである。このコアコントロールユニット３ｂと自動制御ユニット３ａとは、図１に示すようにそれぞれが独立したユニットとして情報のやり取りをしても良く、自動制御ユニット３ａがその内部にコアコントロールユニット３ｂを包含していても良い。

図１に示すように、自動制御ユニット３ａは、三次元進入禁止区域設定部２５、三次元接近禁止区域判定部２６、吊荷情報入力部３０、自動経路設定部３１、自動経路表示部３２、警報発報部３３から構成される。このうち、三次元進入禁止区域設定部２５は、タワークレーン２の吊荷５である鉄骨柱梁等が吊上げ途中において建方完了部分２３に衝突することが無いように吊荷５の三次元進入禁止区域２９を設定する。三次元接近禁止区域判定部２６は、他のタワークレーン２、重機、施工機器等の障害物が吊荷５に接近して衝突しないように接近禁止か否かを判定する。吊荷情報入力部３０は、オペレータにより入力された吊荷情報２８を読み込む。図１に示すように吊荷情報２８には、吊荷５の種類４０、吊荷サイズ４１、吊荷５の吊荷数量４２等の吊荷５に関する情報、吊荷５の荷取りから荷卸しまでの各ポイントの位置情報、高さ方向クリアランス４６ａ、横方向クリアランス４６ｂ等の吊荷５の運搬に関する情報が含まれる。また、自動経路設定部３１は、吊荷の最適な経路を設定する。ここでいう最適とは、最も安全で所要時間が短い経路をいう。そして、警報発報部３３は、吊荷５が三次元進入禁止区域２９を越えそうな場合、又は、障害物が三次元接近禁止区域２０ｄに接近した場合等に警報を発報して注意喚起をする。

コアコントロールユニット３ｂには、衛星測位アンテナ４、三次元物体認識センサ１６、及び立体カメラ１１等が搭載される。これらの機器やセンサ等からの情報がコアコントロールユニット３ｂに集約され、これらの情報に基づいて自動制御ユニット３ａが吊荷５の荷取りから荷卸しまでの最適な三次元搬送経路６を探索する。

本タワークレーン２の自動経路設定システム１の実施に関して必要な情報は、建物１３の「施工情報」及び建物１３の「３次元ＣＡＤ情報」である。ここで、「建物１３」とは、タワークレーン２を用いて建設工事中の建物１３のことであり、本発明のタワークレーン２の自動経路設定システム１が適用される建物１３を指す。本建物１３の「施工情報」及び「３次元ＣＡＤ情報」は、施工者により事前に自動制御ユニット３ａにインプットされる。

（吊荷情報）
吊荷情報２８には、吊荷５の種類４０、吊荷サイズ４１、吊荷数量４２等の吊荷５自体の情報が含まれる。この吊荷情報２８は、タワークレーン２の吊荷５を管理する施工者等が吊荷５の種類ごとに吊荷５の条件を予め設定しておいても良く、コアコントロールユニット３ｂに設けられた立体カメラ１１、三次元物体認識センサ１６等による計測に基づいても良い。また、一回に吊上げる吊荷数量４２により吊荷サイズ４１が変化する。また、吊荷情報２８には、吊荷荷取り位置４３ａ、吊荷持上げ位置４３ｂ、吊荷上方位置４３ｃ、吊荷誘導位置４３ｄ、吊荷オフセット位置４３ｅ，吊荷荷卸し位置４３ｆ等の吊荷５の搬送位置に関する吊荷情報２８が含まれる。この吊荷情報２８には、人工衛星１７により測位されて衛星測位アンテナ４が受信した吊荷情報２８が含まれる。さらに、吊荷情報２８には、高さ方向クリアランス４６ａ、横方向クリアランス４６ｂ等の三次元進入禁止区域２９，２９ａ，２９ｂ，２９ｃ、及び三次元接近禁止区域２０ｄに関して設定される情報が含まれても良い。この情報は、予め施工者が標準値を設定し、建設現場１０において個別の条件として設定することができる。

（建物の施工情報）
「建物の施工情報」とは、鉄骨建方に関する情報であり、施工者により鉄骨建方計画２０に整理され、鉄骨建方計画書に鉄骨建方手順２１及び鉄骨建方工程表２２に関するデータが記載されている。但し、建物１３の施工情報には、タワークレーン２を使用した鉄骨建方計画２０に限らず、タワークレーン２の自動経路設定システム１に関連する他の計画書、例えば、建物１３の外壁取付け計画書等の関連する情報も含まれる。

タワークレーン２を使用する鉄骨工事において、鉄骨建方手順２１及び鉄骨建方工程表２２は、タワークレーン２によりその建物１３の柱梁等の主要な部材の搬送をする際に重要な問題となる。すなわち、鉄骨建方手順２１を誤ると、タワークレーン２によりその建物１３の柱梁等の主要な部材の搬送をする際に、既に建方が完了した建物１３の柱梁等の主要な部材等に衝突してしまい、場合によっては大事故に繋がるからである。一方、衝突を回避すべくその建物１３の柱梁等の主要な部材を大きく外した搬送路を採ると、工事の遅延が発生し、施工費の上昇に繋がる。そこで、より効率の良い搬送路を採用することが好ましい。

（建物の３次元ＣＡＤ情報）
「建物の３次元ＣＡＤ情報」とは、上述した「建物の施工情報」に基づき、鉄骨建方に関し前日までに完了している建方完了部分２３、及び当日施工対象である建方未完了部分２４を三次元ＣＡＤデータとして表示した情報である。この情報には鉄骨建方手順２１及び鉄骨建方工程表２２に関する情報が含まれている。これらの情報を活用することで、上述した「より効率の良い搬送路を採用する」ことが可能となる。「建方完了部分２３」とは、タワークレーン２により鉄骨柱梁等の部材を運搬する時点における三次元進入禁止区域２９を設定するために必要となる情報であり、建方がその時点で既に完了した部位に関する情報をいう。また、「建方未完了部分２４」とは、タワークレーン２により鉄骨柱梁等の部材を運搬する時点における三次元進入禁止区域２９を設定するために必要となる情報であり、建方がその時点でまだ完了していない部位に関する情報をいう。そして、これらの情報をＣＡＤ画面に表示し、モニタ１２により吊荷５の安全性をオペレータに確認させる。

図２に、タワークレーン２を用いた高層ビルの鉄骨部材の荷取り手順、搬送手順、及び荷卸し手順を示す説明図であり、図２(ａ)は、建設現場１０を横から見た立面図であり、図２（ｂ）は、建設現場１０を自動経路設定部３１は予め入力された建物１３の鉄骨建方計画２０に基づき、上述した三次元進入禁止区域２９を考慮して三次元搬送経路６（図２（ａ），図２（ｂ）参照）を策定する。自動経路表示部３２は、三次元ＣＡＤ画面に自動経路設定部３１が策定した自動経路を表示してオペレータに吊荷５の安全な運搬を確認させる。そして、警報発報部３３は、三次元ＣＡＤ画面上で吊荷５が三次元進入禁止区域２９を越えて建物１３に接近する虞が生じた場合、又は、建物１３が三次元接近禁止区域２０ｄを越えて吊荷５に接近する虞が生じた場合は警報を発報して停止させる。

図２(ａ)を用いて吊荷荷取り位置４３ａ及び吊荷持上げ位置４３ｂにおける三次元搬送経路６を説明する。図２（ａ）では、吊荷５である鉄骨部材は鉄骨梁の場合とする。建方を行う吊荷５である鉄骨梁は、鉄骨加工業者の工場で製作され、鉄骨建方手順２１に合わせて搬送トラック１５により建設現場１０の吊荷荷取り位置４３ａに搬送され、小型クレーン２ａにより搬送トラック１５から荷卸しされる。そして、その建設現場１０に配置されたタワークレーン２により吊荷持上げ位置４３ｂまで吊り上げられる(図２（ａ）)。このとき、建設中の建物１３に衝突しないように高さ方向クリアランス４６ａ及び横方向クリアランス４６ｂが設定される。自動制御ユニット３ａは、これらのクリアランスを厳守し、タワークレーン２及び吊荷５が建物１３等に衝突しないような三次元搬送経路６を提示する。

図２(ｂ)を用いて吊荷上方位置４３ｃ、吊荷誘導位置４３ｄ、吊荷オフセット位置４３ｅ、及び吊荷荷卸し位置４３ｆにおける三次元搬送経路６を説明する。図２(ｂ)に、タワークレーン２による高層ビルの鉄骨柱材等の部材の荷取り方法を平面図で示す。自動制御ユニット３ａは、吊荷持上げ位置４３ｂまで吊り上げられた吊荷５を吊荷上方位置４３ｃにまで移動させる。そして、吊荷誘導位置４３ｄから吊荷オフセット位置４３ｅに移動させて吊荷荷卸し位置４３ｆで所定の荷卸し位置にセットする。このように、自動制御ユニット３ａは、吊荷５の経路を探索し、タワークレーン２の最適な三次元搬送経路６を提示する。

（タワークレーンによる吊荷の搬送）
図３に、タワークレーン２を用いた高層ビルの鉄骨建方の一具体例を示す。図３（ａ）は、タワークレーン２を用いた高層ビルの鉄骨建方の一例を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、例えば、タワークレーン２による鉄骨梁の荷取りから荷卸しまでの手順を示す説明図である。鉄骨工事に関しては、その建物１３の鉄骨柱、鉄骨梁等の主要な部材の鉄骨建方を対象とする。図３（ａ）〜（ｃ）では、このうち鉄骨梁の搬送手順を図３（ａ）の丸数字１〜６で示す。まず、搬送トラック１５により建設現場１０に持ち込まれた吊荷５は、図３（ａ）に示すように、小型クレーンにより建物１３の近傍の建設資材用の吊荷荷取り位置４３ａ（図３の丸文字１）に仮置きされる。そして、タワークレーン２に吊上げられ、建物１３に接触しない高さ位置である吊荷持上げ位置４３ｂまで持上げられる（図３の丸文字２に示す）。次に、吊荷５を吊荷上方位置４３ｃ（図３の丸文字３）に移動させ、吊荷誘導位置４３ｄ（図３の丸文字４に示す）に降下させる。

図３(ｂ)に、吊荷上方位置４３ｃ以降の吊荷５の手順を説明する。図３（ｃ）は、図３（ｂ）の側面図である。図３（ｂ）、図３（ｃ）の丸文字３に示す吊荷上方位置４３ｃ、及び、図３（ｂ）、図３（ｃ）の丸文字４に示す吊荷誘導位置４３ｄを経由するのは、主として吊荷５等が鉄骨柱の現場溶接の作業用に設けられるコラムステージ４７に接触するのを避けるためである。そして、吊荷５を吊荷オフセット位置４３ｅ（図３（ｂ）、図３（ｃ）の丸文字５に示す）に横移動させる。そして、吊荷荷卸し位置４３ｆ（図３（ｂ）、図３（ｃ）の丸文字６に示す）に合わせ、その建物１３の所定の鉄骨組立て位置にボルト接合又は溶接接合する。図３（ｃ）には、吊荷５と鉄骨柱梁との高さ方向クリアランス４６ａが少なくとも１．５ｍであり、横方向クリアランス４６ｂが少なくとも１ｍであることが示されている。

(コアコントロールユニット）
図４（ａ）に、タワークレーン２に取り付けられたコアコントロールユニット３ｂを断面図で示す。図４（ｂ）には、オペレータ室のモニタ１２に建物１３の鉄骨建方の状況が表示され、監視することができる。本発明に係るタワークレーン２の自動経路設定システム１は、タワークレーン２に設けられたコアコントロールユニット３ｂからの情報により安全が確認される。このコアコントロールユニット３ｂは、タワークレーン２の先端において吊上げワイヤ１４により吊り下げられ(図５(ｂ)参照)、人工衛星１７が測位した吊荷５の位置、方角等のデータを受信する。そして、コアコントロールユニット３ｂの内部に立体カメラ１１や三次元物体認識センサ１６等の機器が内蔵され、吊荷５の上部から吊荷５の位置、方角や状態を監視する。

（衛星測位アンテナ）
図４に示すように、人工衛星１７から発信される吊荷５の測位情報は、コアコントロールユニット３ｂの上部に設けられた複数の衛星測位アンテナ４により受信される。また、立体カメラ１１や三次元物体認識センサ１６等の機器の計測データは、コアコントロールユニット３ｂに設けられたエッジコンピュータ２７に集約される。そして、これらの測位情報及び計測データは、オペレータ室のモニタ１２に表示される。吊荷５の測位情報には、吊荷５の中心位置及び吊荷５の方角が含まれる。吊荷５の中心位置とは、吊荷５の固定点の絶対座標の平均値が衛星測位アンテナ４により求められる。吊荷５の方角は、少なくとも２台の衛星測位アンテナ４により３次元データとして測位される。

（立体カメラ、三次元物体認識センサ）
図４及び図５に示すように、吊荷５の状態や方向は、コアコントロールユニット３ｂ内部に設けられた複数の立体カメラ１１により撮影され、３次元データとしてオペレータ室のモニタ１２に表示される。立体カメラ１１は、図４に示すようにコアコントロールユニット３ｂの床に取り付けられた穴を通して下方の吊荷荷取り位置４３ａ及び吊荷荷卸し位置４３ｆを撮像する。従って、立体カメラ１１が撮像したデータから、上述した吊荷５の種類４０、吊荷サイズ４１、吊荷数量４２等の吊荷情報２８を確認することができる。立体カメラ１１は、ステレオカメラとも称され、所定の幅だけ離された２個のカメラにより吊荷５の所定の距離を計測してその位置及び形状を認識する。また、三次元物体認識センサ１６は、３Ｄ−ＬｉＤＥＲとも称され、レーダーよりも短い波長の電磁波を用い、パルス状に発光するレーザ照射に対する散乱光を測定し、遠距離にある対象までの距離やその対象の形状を分析し、吊荷５の吊荷荷取り位置４３ａ及び吊荷荷卸し位置４３ｆ付近の部材位置を計測する。なお、図４に示すように、立体カメラ１１と同時に物体を認識できる三次元センサ機能を有する三次元物体認識センサ１６が搭載されても良いし、立体カメラ１１と三次元物体認識センサ１６とがどちらも搭載されても良い。

（コアコントロールユニット）
図５に、コアコントロールユニット３ｂの衛星測位アンテナ４及び立体カメラ１１の配置を示し、タワークレーン２による吊荷５の吊上げ方法を示す。図５（ａ）は、コアコントロールユニット３ｂの衛星測位アンテナ４及び立体カメラ１１を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、タワークレーン２により吊り上げられた吊荷５周りの構成を示す側面図である。図５（ａ）に示すように、コアコントロールユニット３ｂは、タワークレーン２の先端から吊上げワイヤ１４により吊下げられる。そして、コアコントロールユニット３ｂには、衛星測位アンテナ４及び立体カメラ１１が最適な位置に搭載される。すなわち、衛星測位アンテナ４は、コアコントロールユニット３ｂの上部に上向きに取り付けられて人工衛星１７の発信する測位データを受信する。また、立体カメラ１１は、コアコントロールユニット３ｂの下部に下向きに取り付けられ、吊荷５の状態、吊荷５の揺れや動き、吊荷５の周囲の情報を撮影する。これらの衛星測位アンテナ４及び立体カメラ１１によりタワークレーン２による吊荷５の吊上げの完全自動化が達成される。

（三次元進入禁止区域）
図６に、建物にタワークレーン２の三次元進入禁止区域２９，２９ａ，２９ｂ，２９ｃを考慮した吊荷５の誘導方法を示す。図６(ａ)〜（ｃ）は、タワークレーン２の三次元進入禁止区域２９が一つだけ存在する場合を示す。吊荷荷取り位置４３ａ（図６の丸数字１で示す。）及び吊荷持上げ位置４３ｂ（図６の丸数字２で示す。）から吊荷５上方位置（図６の丸数字３で示す。）、吊荷誘導位置４３ｄ（図６（ａ）の丸数字４で示す）、吊荷オフセット位置４３ｅ（図６（ｆ）の丸数字５で示す）を経由して、吊荷荷卸し位置４３f（図６の丸数字６で示す。）に至る吊荷５の誘導経路である。吊荷荷取り位置４３ａ（図６の丸数字１で示す。）と吊荷持上げ位置４３ｂ（図６の丸数字２で示す。）とは、平面的にみると重なるため並べて記載した。また、吊荷上方位置４３ｃ（図６の丸数字３で示す。）と、吊荷誘導位置４３ｄ（図６の丸数字４で示す）と、吊荷オフセット位置４３ｅ（図６（ｆ）の丸数字５で示す）とについてもほぼ同じ位置に重なる場合があるため並べて記載した。

図６（ａ）に明らかなように、吊荷５を丸数字１，２から丸数字３〜６へと直線的に進めると建物１３に衝突してしまう。そこで、図６（ｂ）又は図６（ｃ）に示すように三次元進入禁止区域２９を長方形で囲み、その最大の長方形を平面的に設定する。そして、三次元進入禁止区域２９を回避するルートを設定して衝突を避けることができる。なお、図６(ｂ)，（ｃ）の破線は三次元進入禁止区域２９を示す。自動制御ユニット３ａは、タワークレーン２が設定された三次元進入禁止区域２９を越える虞が発生しそうな場合は、衝突を避けるために警報を発報して警告する。

図６(ｄ)〜（ｆ）に、建物１３においてタワークレーン２の三次元進入禁止区域２９が複数個存在する場合における吊荷５の誘導方法を示す。図６(ｄ)〜（ｆ）に示すように、複数の三次元進入禁止区域２９ａ，２９ｂが存在する場合には、自動制御ユニット３ａは、吊荷持上げ位置４３ｂと吊荷荷卸し位置４３ｆとを結ぶ直線が干渉する最大の長方形を三次元進入禁止区域２９ｃと想定する。そして、複数の三次元進入禁止区域２９ａ、２９ｂ，２９ｃを回避するルートを設定し、衝突を避けることができる。このように、複数の三次元進入禁止区域２９ａ，２９ｂが存在する場合には、通過点の認識はせずに、各三次元進入禁止区域２９ａ，２９ｂが形成する最大の長方形の三次元進入禁止区域２９ｃを想定して個々に回避するルートを設定し、衝突を避けることができる。

図７に、鉄骨建方における鉄骨部材の「吊荷高さ（Ｈ１，Ｈ２）」、「持上げ高さ（Ｈ３）」及び「建方最高高さ（Ｈ４）」を示す。図７（ａ）に、鉄骨部材が鉄骨梁の場合の吊荷高さ（Ｈ１，Ｈ２）を示す。図７（ｂ）に、高層ビルの場合の持上げ高さ（Ｈ３）と建方最高高さ（Ｈ４）との関係を示す。吊荷５の持上げ高さ（Ｈ３）は、建方最高高さ（Ｈ４）と吊荷高さ（Ｈ１，Ｈ２）とを合計した高さに、高さ方向クリアランス４６ａを加えた高さとなる。図７（ａ）に例示すように、鉄骨建方においては複数の柱梁接合部を一回の吊上げにより運搬する場合の持上げ高さ（Ｈ３）と、複数の梁材をワイヤで連結して一回の吊上げにより運搬する場合の吊荷高さ（Ｈ２）とがある。いずれの場合も、吊荷５の持上げ高さ（Ｈ３）は、建方最高高さ（Ｈ４）に吊荷高さ（Ｈ１，Ｈ２）に高さ方向クリアランス４６ａを加えた高さとしなければならない。

（三次元接近禁止区域）
三次元進入禁止区域設定部２５は、上述した三次元進入禁止区域２９，２９ａ，２９ｂ，２９ｃを設定すると共に、吊荷５の周囲に三次元接近禁止区域２９ｄを設定する。自動制御ユニット３ａは、建物１３等が三次元接近禁止区域２９ｄを越えて吊荷５に接近する虞が生じた場合は警報を発報する。これは、例えば、建設中の他のタワークレーン２を含む吊上げ重機、ユンボ、コンクリートミキサー車などの稼動する重機が、建設中のタワークレーン２に接近した場合、衝突するのを避けるためである。或いは、タワークレーン２が稼働中に鳥等が誤ってタワークレーン２に向かって飛び込んできた場合に衝突を回避するためである。

以上の実施形態で説明されたタワークレーンの自動経路設定システム１に係る発明の構成、形状、大きさ、及び配置関係については、本発明が理解、実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。従って、本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

１ 自動経路設定システム、２ タワークレーン，２ａ 小型クレーン、３ａ 自動制御ユニット，３ｂ コアコントロールユニット、４ 衛星測位アンテナ、５ 吊荷、６ 三次元搬送経路、１０ 建設現場、１１ 立体カメラ、１２ モニタ、１３ 建物、１４ 吊上げワイヤ、１５ 搬送トラック、１６ 三次元物体認識センサ、１７ 人工衛星、２０ 鉄骨建方計画、２１ 鉄骨建方手順、２２ 鉄骨建方工程表、２３ 建方完了部分、２４ 建方未完了部分、２５ 三次元進入禁止区域設定部、２６ 三次元接近禁止区域判定部、２７ エッジコンピュータ、２８ 吊荷情報、２９，２９ａ，２９ｂ，２９ｃ 三次元進入禁止区域，２９ｄ 三次元接近禁止区域、３０ 吊荷情報入力部、３１ 自動経路設定部、３２ 自動経路表示部、３３ 警報発報部、４０ 吊荷の種類、４１ 吊荷サイズ、４２ 吊荷数量、４３ａ 吊荷荷取り位置（１）、４３ｂ 吊荷持上げ位置（２）、４３ｃ 吊荷上方位置（３）、４３ｄ 吊荷誘導位置（４）、４３ｅ 吊荷オフセット位置（５）、４３ｆ 吊荷荷卸し位置（６）、４６ａ 高さ方向クリアランス，４６ｂ 横方向クリアランス、４７ コラムステージ、Ｈ１，Ｈ２ 吊荷高さ、Ｈ３ 持上げ高さ、Ｈ４ 建方最高高さ。

Claims (9)

1. 建設現場に配置されるタワークレーンの吊荷の近傍に設けられ、前記吊荷の位置及び方角を測位し、前記吊荷の三次元形状、吊荷の荷取り位置、及び、荷卸し位置の計測を行うコアコントロールユニットと、
   前記コアコントロールユニットによる前記測位の結果及び前記計測の結果に基づき、前記吊荷の荷取りから荷卸しまでの最適な三次元搬送経路を選択する自動制御ユニットと、を備えるタワークレーンの自動経路設定システム。
2. 請求項１に記載のタワークレーンの自動経路設定システムであって、前記コアコントロールユニットは、複数の衛星測位アンテナにより前記吊荷の位置及び方角をリアルタイムで連続して測位し、自動制御ユニットが、建物との関係で予め設定された三次元進入禁止区域を回避しながら前記吊荷の前記三次元搬送経路を選択することを特徴とするタワークレーンの自動経路設定システム。
3. 請求項１又は２に記載のタワークレーンの自動経路設定システムであって、前記コアコントロールユニットは、前記タワークレーンに取り付けられる複数の立体カメラにより撮影した前記吊荷の三次元形状から前記吊荷の吊荷高さを計測し、前記自動制御ユニットは、前記吊荷の吊荷高さを考慮して立体的な前記三次元進入禁止区域を設定することを特徴とするタワークレーンの自動経路設定システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のタワークレーンの自動経路設定システムであって、前記コアコントロールユニットは、前記立体カメラにより前記三次元進入禁止区域を形成する前記建物の三次元形状を把握し、前記自動制御ユニットは、前記建物からの所定のクリアランスを考慮して前記吊荷を誘導することを特徴とするタワークレーンの自動経路設定システム。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のタワークレーンの自動経路設定システムであって、前記コアコントロールユニットは、前記立体カメラにより前記吊荷の三次元形状を把握し、前記自動制御ユニットは、前記吊荷から所定のクリアランスを確保した三次元接近禁止区域を設定することを特徴とするタワークレーンの自動経路設定システム。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のタワークレーンの自動経路設定システムであって、前記自動制御ユニットは、事前に入力された前記建物の図面と前記建物の建方計画に基づき、前記タワークレーンの前記吊荷の搬送時点における前記三次元進入禁止区域を設定することを特徴とするタワークレーンの自動経路設定システム。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のタワークレーンの自動経路設定システムであって、前記自動制御ユニットは、複数の前記三次元進入禁止区域が存在する場合には、前記荷取り位置と誘導位置とを結ぶ直線が干渉する長方形を囲む、最大の長方形を前記三次元進入禁止区域とすることを特徴とするタワークレーンの自動経路設定システム。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載のタワークレーンの自動経路設定システムであって、前記自動制御ユニットは、事前に入力された、前記荷取り位置からオフセットされた誘導位置に前記吊荷を移動させ、前記吊荷の位置及び方角を調整することを特徴とするタワークレーンの自動経路設定システム。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のタワークレーンの自動経路設定システムであって、前記自動制御ユニットは、前記吊荷が前記三次元進入禁止区域を越えて前記建物に接近する虞が生じた場合、又は、前記建物が前記三次元接近禁止区域を越えて前記吊荷に接近する虞が生じた場合は警報を発報することを特徴とするタワークレーンの自動経路設定システム。
   

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