JP2023147887A - クレーンの状態特定システム、クレーンの状態特定装置及びそのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】現実のブーム状態をより精度良く特定可能なクレーンの状態特定システム、クレーンの状態特定装置及びクレーンの状態特定装置のプログラムを提供する。【解決手段】クレーン本体としての上部旋回体と、上部旋回体に設けられるブームと、を有するクレーンの状態特定システム１は、ブームの基本情報を取得するブーム基本情報取得部１８と、ブームの現実の情報を取得するブーム現実情報取得部１７と、基本情報と現実の情報とに基づいて、ブームの状態を特定する特定部２０と、を有している。【選択図】図２

Description

本発明はクレーンの状態特定システム、クレーンの状態特定装置及びそのプログラムに関する。

特許文献１には、ブーム角度及びブームのたわみを考慮して、ブームに掛かる負荷に応じて操作を止める過負荷防止装置が記載されている。

特開２００１－８９０７８号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、理想的な構造上のブームのたわみや角度を考慮した計算がされているため、ブームの経年劣化に対応しておらず、現実のブーム状態を考慮した過負荷防止の効果を得ることが困難である。

本発明は、現実のブーム状態をより精度良く特定可能なクレーンの状態特定システム、クレーンの状態特定装置及びそのプログラムを提供することを目的とする。

本発明は、クレーン本体に設けられるブームの状態を特定するクレーンの状態特定システムであって、
前記ブームの基本情報を取得するブーム基本情報取得部と、
前記ブームの現実の情報を取得するブーム現実情報取得部と、
前記基本情報と前記現実の情報とに基づいて、前記ブームの状態を特定する特定部と、
を有している。

また、本発明は、クレーン本体に設けられるブームの基本情報と前記ブームの現実の情報とに基づいて、前記ブームの状態を特定する特定部を有するクレーンの状態特定装置である。

また、本発明は、前記特定部による前記ブームの状態の特定を行う前記クレーンの状態特定装置のプログラムである。

本発明によれば、現実のブーム状態をより精度良く特定できる。

第１実施形態のクレーンの状態特定システムを示す図である。 クレーンの状態特定システムの計算処理部を示すブロック図である。 第２実施形態のクレーンの状態特定システムを示す図である。 第３実施形態のクレーンの状態特定システムを示す図である。 第４実施形態のクレーンの状態特定システムを示す図である。

以下、図面を参照して、各実施形態について詳細に説明する。

＜＜第１実施形態＞＞
図１は、第１実施形態のクレーンの状態特定システム１を示す図である。また、図２は、第１実施形態のクレーンの状態特定システム１を構成する計算処理部２の構成図である。

図１に示すように、クレーンの状態特定システム１を構成するクレーン３は、下部走行体４上に上部旋回体（クレーン本体）５が旋回可能に搭載されている。上部旋回体５には、ブーム６が起伏可能に取り付けられている。そして、上部旋回体５とブーム６は、下部走行体４に対して一体となって旋回できるようになっている。

ブーム６は、その下端部が図示しない回動支持軸等で上部旋回体５に起伏可能に支持されており、ブーム起伏ロープ７が上部旋回体５に設置されたブーム起伏ドラム８に巻き取られるか又は巻き戻されることにより、図示しない回動支持軸を回動支点として起伏させられるようになっている。また、ブーム６は、その上端部に設置された巻き上げワイヤ１０によって吊荷９を吊り下げることができるようになっている。

ブーム６は、上部旋回体５に連結される下部ブーム１１と、下部ブーム１１に複数連結される単位ブーム１２と、前記単位ブーム１２に連結される上部ブーム１３と、を備えている。そして、ブーム６は、全体を上部、中間部、下部の３部に大別した場合、上部、下部又は下部よりも下方の位置、のいずれかに測距装置（ブーム計測手段）１４が設置される。このように測距装置が配置されることにより、ブーム６の長手方向の各部の位置（変形）を広範囲に測定できる。なお、図１に示すクレーン３は、測距装置１４がブーム６の下部よりも下方に位置するように、上部旋回体５に取り付けられており、下部走行体４上を上部旋回体５及びブーム６と共に旋回できるようになっている。

また、ブーム６は、複数の単位ブーム１２のそれぞれにマーカー１５が設置されている。このマーカー１５は、測距装置１４から発射された信号（光、電波等）を測距装置１４に向けて反射できるようになっている。

測距装置１４は、例えば、ＬｉＤＡＲ、ミリ波レーダー、超音波距離センサー等が使用され、上部旋回体５に固定してもよく、また、ブーム６の起伏角度（倒れ角度）に追随して回動させて、ブーム６に設置されたマーカー１５に常時一定の角度で信号（光、電波等）を発射できるようにしてもよい。なお、測距装置１４をブーム６の起伏角度に追随して回動させるには、例えば、上部旋回体５に固定した図示しないステッピングモータの回動軸に測距装置１４を取り付け、ブーム６の起伏角度分だけステッピングモータの回動軸を回転させることが考えられる。また、測距装置１４としては、撮像手段（カメラ等）を使用してもよい。さらに、測距装置１４としては、クレーン３の周辺監視システムを使用してもよい。

この測距装置１４は、各単位ブーム１２のマーカー１５の位置を３次元データとして計測し、その計測結果（３次元データ）が計算処理部本体１６のブーム現実情報取得部１７に取り込まれるようになっている。

図１及び図２に示すように、上部旋回体５には、計算処理部本体１６が設置されている。この計算処理部本体１６は、ブーム基本情報取得部１８と、ブーム現実情報取得部１７と、特定部２０と、報知部２１と、制御部２２とを有している。そして、この計算処理部本体１６は、ブーム基本データ入力手段２３及び測距装置（ブーム計測手段）１４を含めて計算処理部２を構成している。また、この計算処理部２において、ブーム基本情報取得部１８と、ブーム現実情報取得部１７と、特定部２０は、クレーンの状態特定装置を構成している。そして、クレーンの状態特定装置には、図２に示すように、ブーム６の基本情報を取得するブーム基本情報取得部１８と、ブーム６の現実の情報を取得するブーム現実情報取得部１７と、基本情報と現実の情報とに基づいて、ブーム６の状態を特定する特定部２０としてコンピュータ（計算処理部本体１６）に機能させるプログラム３０が使用される。プログラム３０は、計算処理部本体１６を構成する記憶部２８に格納されている。

ブーム基本情報取得部１８は、使用前（クレーン設計時）におけるクレーン３のブーム６の基本情報（予め入力したブーム６の構造データ、予測される吊荷９の荷重、ブーム起伏ロープ７に作用する張力、掛け数、ブーム６の起伏角度等）からシミュレーションによってブーム６の変形を計算し、第１物理量としてのブーム６の基本情報（撓み又はねじれ）として読み出し可能に記憶する。なお、このブーム基本情報取得部１８は、外部のブーム基本データ入力手段２３（外部パソコン、スマートフォン、タブレット端末等）から入力されたブーム６の設計データに基づいて、予めインストールされたシミュレーションソフトによってブーム６のマーカー１５設置部の変形（撓み又はねじれ）を計算してもよい。また、ブーム基本情報取得部１８は、外部のブーム基本データ入力手段２３によって予めシミュレーション計算された使用前のブーム６の撓み及びねじれを、第１物理量として読み出し可能に記憶するようにしてもよい。また、ブーム基本情報取得部１８は、使用前（例えば、クレーン３の試運転時）のブーム６の各マーカー１５を測距装置１４によって計測し、その測距装置１４の計測データからブーム６のマーカー１５設置部の撓み及びねじれを計算してもよい。

ブーム現実情報取得部１７は、現実のクレーン３のブーム６に設置された各マーカー１５の位置が測距装置１４によって計測され、測距装置１４によって計測された３次元データ（現実の情報）を受信すると、現実のブーム６の歪み（撓み又はねじれ）を計算し、計算結果を第２物理量として読み出し可能に記憶する。

特定部２０は、基本情報から得られる第１物理量と現実の情報から得られる第２物理量とに基づいて、ブーム６の状態を特定する（例えば、ブーム６の状態が正常か又は異常かを判定する）。例えば、特定部２０は、マーカー１５毎の第１物理量（ε１）と第２物理量（ε２）とを比較し、第２物理量（ε２）の方が第１物理量（ε１）よりも大きくて、第２物理量（ε２）と第１物理量（ε１）との差（ε２－ε１）が閾値（ε）よりも大きい場合に、ブーム６の状態が異常であると判定する。なお、閾値（ε）は、ブーム６の設計時における安全率等を考慮し、最適な数値が決定される。

特定部２０は、ブーム６の状態が異常と判断した場合、報知部２１に異常検知信号を出力し、クレーン３の運転台の操縦者やクレーン３の運転管理室の管理者に報知部２１からブーム６の異常を通報する。また、特定部２０は、ブーム６の状態が異常と判断した場合、制御部２２に異常検知信号を出力する。

報知部２１は、クレーン３の運転台に設置されたディスプレイ、スピーカー等で構成されている。この報知部２１は、特定部２０からの異常検知信号を受信すると、文字や図形等からなる画像をディスプレイで表示し、ブーム６の状態が異常であることをクレーン３の操縦者や管理者に視覚的に知らせることができる。また、報知部２１は、特定部２０からの異常検知信号を受信すると、警報音をスピーカーから発し、ブーム６の状態が異常であることをクレーン３の操縦者に聴覚的に知らせることができる。

制御部２２は、特定部２０からの異常検知信号を受信すると、駆動停止信号をクレーン駆動部２５に出力し、操縦者のコントロールを受け付けずに、クレーン駆動部２５の作動を自動停止させることができるようになっている。

以上のような本実施形態のクレーンの状態特定システム１によれば、現実のブーム６の状態をより精度良く特定できる。例えば、本実施形態のクレーンの状態特定システム１によれば、ブーム基本情報取得部１８で記憶した第１物理量とブーム現実情報取得部１７で記憶した第２物理量とに基づいて、ブーム６が正常か又は異常であるかを特定部２０で判定することにより、経年劣化等に起因する現実のブーム６の変形を考慮し、ブーム６に過負荷が作用するのを防止することができる。

また、本実施形態のクレーンの状態特定システム１によれば、各単位ブーム１２にマーカー１５を設置し、各単位ブーム１２の変形（撓み、ねじれ）を測距できるため、ブーム６の変形を正確に計測することが可能になる。

また、本実施形態のクレーンの状態特定システム１によれば、現実のブーム６の変形を考慮して、ブーム６に過負荷が作用するのを防止できるため、常時クレーン３の運転をより安全に行うことができる。

また、本実施形態のクレーンの状態特定システム１によれば、単に実際のブーム６の曲がり方に閾値を求めるものに比べて、ブーム６に小さい負荷がかかった場合にも、ブーム６が新品の状態からどのくらい経年劣化しているかを判断できる。

なお、本実施形態において、測距装置１４としてカメラを使用する場合には、カメラでマーカー１５を撮影して、マーカー１５の位置変化のデータからブーム６の曲がり具合とブーム６に作用する荷重を計算してもよい。また、測距装置１４としては、クレーン３の周辺監視システムを使用し、クレーン３の周辺監視システムによって取得したマーカー１５の位置変化のデータからブーム６の曲がり具合とブーム６に作用する荷重を計算してもよい。また、測距装置１４としては、例示したＬｉＤＡＲ、カメラ、周辺監視システム等を使用する場合に限定されず、ブーム６の曲がり具合を計算するためのデータの取得が可能なものであれば使用できる。

＜＜第２実施形態＞＞
図３は、第２実施形態のクレーンの状態特定システム１を示す図である。

図３において、クレーンの状態特定システム１を構成するクレーン３は、ブーム６の先端部に測距装置１４が取り付けられている。この測距装置１４は、ブーム６の上部側からブーム６の下部側へ向けて信号を発射できるようになっている。そして、この測距装置１４は、各単位ブーム１２のマーカー１５からの反射信号を受光することにより、各単位ブーム１２のマーカー１５の位置を３次元データとして計測し、その計測結果（３次元データ）が計算処理部本体１６のブーム現実情報取得部１７に取り込まれるようになっている。なお、本実施形態のクレーンの状態特定システム１を構成する計算処理部２は、第１実施形態で示した計算処理部２と同様に構成されている。

以上のような本実施形態のクレーンの状態特定システム１は、第１実施形態のクレーンの状態特定システム１と同様の効果を得ることができる。

＜＜第３実施形態＞＞
図４は、第３実施形態のクレーンの状態特定システム１を示す図である。

図４において、クレーンの状態特定システム１は、クレー３の側面側に位置する外部構造体２６（下端部が地表に埋設された支柱、地表に固定された建造物等）に測距装置１４が取り付けられている。この測距装置１４は、クレーン３の側面側からブーム６の側面へ向けて信号を発射できるようになっている。そして、この測距装置１４は、各単位ブーム１２のマーカー１５からの反射信号を受光することにより、各単位ブーム１２のマーカー１５の位置を３次元データとして計測し、その計測結果（３次元データ）が計算処理部本体１６のブーム現実情報取得部１７に取り込まれるようになっている。なお、本実施形態のクレーンの状態特定システム１を構成する計算処理部２は、第１実施形態で示した計算処理部２と同様に構成されている。

以上のような本実施形態のクレーンの状態特定システム１は、第１実施形態のクレーンの状態特定システム１と同様の効果を得ることができる。

＜＜第４実施形態＞＞
図５は、第４実施形態のクレーンの状態特定システム１を示す図である。

図５において、クレーンの状態特定システム１は、ドローン等の飛行体２７に測距装置１４が取り付けられており、その測距装置１４から各単位ブーム１２のマーカー１５に向けて信号を発射できるようになっている。そして、飛行体２７に取り付けられた測距装置１４は、各単位ブーム１２のマーカー１５からの反射信号を受光することにより、各単位ブーム１２のマーカー１５の位置を３次元データとして計測し、その計測結果（３次元データ）を計算処理部本体１６のブーム現実情報取得部１７に送信するようになっている。なお、本実施形態のクレーンシステム１を構成する計算処理部２は、第１実施形態で示した計算処理部２と同様に構成されている。

以上のような本実施形態のクレーンの状態特定システム１は、第１実施形態のクレーンの状態特定システム１と同様の効果を得ることができる。

＜＜その他の実施形態＞＞
第１実施形態において、第１物理量及び第２物理量は、ブーム６の歪（撓み又はねじれ）を例示しているが、これに限られず、ブーム６の固有振動数やブーム６の振幅でもよい。このように、本発明に係るクレーンの状態特定システム１は、ブーム６の固有振動数やブーム６の振幅の変化に基づいてブーム６の異常を検知し、クレーン３に過負荷が作用するのを防止するようにしてもよい。なお、ブーム６の第１物理量としての固有振動数及び振幅は、ブーム６の基本情報をシミュレーションソフトに入力し、シミュレーションによって算出してもよい。また、ブーム６の第２物理量としての固有振動数は、ブーム計測手段としての固有振動数測定システム（例えば、リオン株式会社のＳＡ－Ａ１）で実測してもよい。また、ブーム６の第２物理量としての振幅は、ブーム計測手段としての携帯型デジタル振動計（例えば、シンフォニアテクノロジー株式会社の商品名Ｖチェッカー）で実測してもよい。

本発明のクレーンの状態特定システム、クレーンの状態特定装置及びそのプログラムは、前述の各実施形態においてクローラクレーンを例示したが、これに限られない。例えば、ホイールクレーン、トラッククレーン等の移動式クレーンに加えて、港湾クレーン、天井クレーン、門型クレーン、アンローダ、ジグクレーンや固定式クレーン等にも広く適用できる。

１ クレーンの状態特定システム
５ 上部旋回体（クレーン本体）
６ ブーム
１１ 下部ブーム
１２ 単位ブーム
１３ 上部ブーム
１４ 測距装置（ブーム計測手段）
１５ マーカー
１７ ブーム現実情報取得部
１８ ブーム基本情報取得部
２０ 特定部
２１ 報知部
２２ 制御部

Claims (9)

1. クレーン本体に設けられるブームの状態を特定するクレーンの状態特定システムであって、
   前記ブームの基本情報を取得するブーム基本情報取得部と、
   前記ブームの現実の情報を取得するブーム現実情報取得部と、
   前記基本情報と前記現実の情報とに基づいて、前記ブームの状態を特定する特定部と、
   を有するクレーンの状態特定システム。
2. 前記特定部は、前記基本情報から得られる第１物理量と前記現実の情報から得られる第２物理量とに基づいて、前記ブームの状態が正常か又は異常かを判定する、
   請求項１に記載のクレーンの状態特定システム。
3. 前記第１物理量及び前記第２物理量は、少なくとも、前記ブームの撓み、ねじれ、振動数、振幅のいずれかである、
   請求項１又は２に記載のクレーンの状態特定システム。
4. 前記第２物理量における前記ブームの撓み及びねじれは、測距装置によって取得される、
   請求項３に記載のクレーンの状態特定システム。
5. 前記ブームは、前記クレーン本体に連結される下部ブームと、前記クレーン本体とは反対側の先端部に配置される上部ブームと、を備え、
   前記測距装置は、前記上部ブーム、前記下部ブーム、前記下部ブームよりも下方の位置、のいずれかに配置される、
   請求項４に記載のクレーンの状態特定システム。
6. 前記ブームは、前記クレーン本体に連結される下部ブームと、下部ブームに複数連結される単位ブームと、前記単位ブームに連結される上部ブームと、を備え、
   前記測距装置からの信号を反射するマーカーが前記単位ブーム毎に設置された、
   請求項４又は５に記載クレーンの状態特定システム。
7. 前記特定部の特定結果を報知する報知部、
   を有する請求項１から６のいずれかに記載のクレーンの状態特定システム。
8. クレーン本体に設けられるブームの基本情報と前記ブームの現実の情報とに基づいて、前記ブームの状態を特定する特定部を有するクレーンの状態特定装置。
9. 前記特定部による前記ブームの状態の特定を行う請求項８に記載のクレーンの状態特定装置のプログラム。

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