JP7018286B2 - クレーンの吊荷部材誘導システム - Google Patents

Description

本発明は、クレーンの吊荷部材誘導システムに関するものである。

一般に、クレーンの吊荷部材を建設物の目標位置に吊り降ろす作業は、玉掛作業者との無線による通話や玉掛作業者からの身振り手振りによる合図等をクレーンオペレータが受けてクレーンを操作することによって行われている。

前記玉掛作業者は、吊荷部材を建設物の目標位置に位置合わせして接合した後、吊荷部材から吊荷ワイヤを取り外すようになっている。

尚、クレーンの吊荷部材の組付けと関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。

特開平１１－１１８９７９号公報

しかしながら、従来、玉掛作業者とクレーンオペレータとの間で連携がうまく取れないような場合、吊荷部材の位置合わせに時間を要し、工期に影響を及ぼす虞があった。

又、特許文献１に開示されているもののように、映像情報及び音声情報を共有するだけで吊荷部材の位置合わせをすることは、クレーンオペレータの熟練性が要求され、改善の余地が残されていた。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、目標位置を正確に特定し得、又、吊荷部材の位置合わせを効率良く行って工期短縮を図り得るクレーンの吊荷部材誘導システムを提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明のクレーンの吊荷部材誘導システムは、衛星からの信号に基づき基準位置の空間座標を演算するＧＰＳ受信機と、
該ＧＰＳ受信機で演算された基準位置の空間座標、速度、加速度、角度、角速度及び角加速度に基づき前記基準位置の空間座標における姿勢角を計測する６軸慣性センサと、
前記基準位置の空間座標から目標位置に向けレーザを照射するレーザポインタと、
該レーザポインタから照射されたレーザにより前記基準位置の空間座標から目標位置までの距離を計測するレーザ距離計と、
前記基準位置の空間座標、姿勢角及び距離に基づき目標位置の空間座標を演算する空間座標演算器と
を備えた目標位置特定装置と、
クレーンのジブ、吊荷ワイヤ及び吊荷部材が接触する可能性のある障害物を検知し障害物情報を出力する障害物検知センサと、
前記吊荷部材の部材・施工情報が記録されたＢＩＭと、
クレーンのジブの起伏角度、起伏速度、旋回角度、旋回速度、吊荷ワイヤの巻上下速度及び吊荷部材の位置を含むクレーン情報を計測するクレーンセンサと、
前記目標位置の空間座標、障害物情報、部材・施工情報及びクレーン情報に基づき吊荷部材の目標位置までの運搬経路を求める誘導情報演算器と、
前記運搬経路に沿って吊荷部材が移動するよう、ジブの起伏駆動装置、ジブの旋回駆動装置及び吊荷ワイヤの巻上下駆動装置へ制御信号を出力するクレーン制御器と
を備えることができる。

又、本発明のクレーンの吊荷部材誘導システムは、衛星からの信号に基づき基準位置の空間座標を演算するＧＰＳ受信機と、
該ＧＰＳ受信機で演算された基準位置の空間座標、速度、加速度、角度、角速度及び角加速度に基づき前記基準位置の空間座標における姿勢角を計測する６軸慣性センサと、
前記基準位置の空間座標から目標位置に向けレーザを照射するレーザポインタと、
該レーザポインタから照射されたレーザにより前記基準位置の空間座標から目標位置までの距離を計測するレーザ距離計と、
前記基準位置の空間座標、姿勢角及び距離に基づき目標位置の空間座標を演算する空間座標演算器と
を備えた目標位置特定装置と、
クレーンのジブ、吊荷ワイヤ及び吊荷部材が接触する可能性のある障害物を検知し障害物情報を出力する障害物検知センサと、
前記吊荷部材の部材・施工情報が記録されたＢＩＭと、
クレーンのジブの起伏角度、起伏速度、旋回角度、旋回速度、吊荷ワイヤの巻上下速度及び吊荷部材の位置を含むクレーン情報を計測するクレーンセンサと、
前記目標位置の空間座標、障害物情報、部材・施工情報及びクレーン情報に基づき吊荷部材の目標位置までの運搬経路を求める誘導情報演算器と、
前記運搬経路に沿って吊荷部材を目標位置へ導く誘導支援情報をクレーンオペレータに伝達する誘導支援情報伝達器と
を備えることもできる。

本発明のクレーンの吊荷部材誘導システムによれば、目標位置を正確に特定し得、又、吊荷部材の位置合わせを効率良く行って工期短縮を図り得るという優れた効果を奏し得る。

本発明のクレーンの吊荷部材誘導システムに用いられる目標位置特定装置の実施例を示す概要構成図である。 本発明のクレーンの吊荷部材誘導システムの実施例を示すブロック図である。 本発明のクレーンの吊荷部材誘導システムの実施例を示す全体図である。 本発明のクレーンの吊荷部材誘導システムの実施例を示す要部拡大図であって、図３のＩＶ部相当図である。 本発明のクレーンの吊荷部材誘導方法の実施例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１～図５は本発明のクレーンの吊荷部材誘導システムの実施例である。

図１に示す如く、本実施例の目標位置特定装置１０は、ＧＰＳ受信機１１と、６軸慣性センサ１２と、レーザポインタ１３と、レーザ距離計１４と、空間座標演算器１５とを備えている。

前記ＧＰＳ受信機１１は、衛星からの信号に基づき基準位置Ａの空間座標（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）を演算するようになっている。

前記６軸慣性センサ１２は、前記ＧＰＳ受信機１１で演算された基準位置Ａの空間座標（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）、速度、加速度、角度、角速度及び角加速度に基づき前記基準位置Ａの空間座標（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）における姿勢角を計測するようになっている。

前記レーザポインタ１３は、前記基準位置Ａの空間座標（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）から目標位置Ｇに向けレーザを照射するようになっている。

前記レーザ距離計１４は、前記レーザポインタ１３から照射されたレーザにより前記基準位置Ａの空間座標（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）から目標位置Ｇまでの距離Ｌを計測するようになっている。

前記空間座標演算器１５は、前記基準位置Ａの空間座標（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）、姿勢角及び距離Ｌに基づき目標位置Ｇの空間座標（ｘ，ｙ，ｚ）を演算するようになっている。

本実施例のクレーンの吊荷部材誘導システムは、図２に示す如く、前記目標位置特定装置１０が用いられ、障害物検知センサ２０と、ＢＩＭ３０と、クレーンセンサ４０と、誘導情報演算器５０と、クレーン制御器６０とを備えている。

前記障害物検知センサ２０は、クレーン２００のジブ２０１、吊荷ワイヤ２０２及び吊荷部材２０３（図３参照）が接触する可能性のある障害物を検知し障害物情報２１を出力するようになっている。

前記ＢＩＭ３０は、前記吊荷部材２０３の部材・施工情報３１が記録されている。因みに、ＢＩＭとは、Building Information Modeling（ビルディング インフォメーション モデリング）の略称であり、コンピュータ上に現実と同じ建設物の立体モデル（ＢＩＭモデル）を再現して、建設物の施工に活用していくためのものであって、建設現場特有のものである。前記ＢＩＭモデルは、オブジェクトの集合体であるため、建材パーツには幅や奥行き、高さに加え、素材や組み立てる工程（時間）等も盛り込むことができ、図面以外の多くのデータを引き出すことができる。構造体の入力、設備機器も再現可能であり、設備機器には品番、メーカ、価格等も詳しく入れられるため、メンテナンスや資材管理にも使うことができる。

前記クレーンセンサ４０は、前記クレーン２００のジブ２０１の起伏角度、起伏速度、旋回角度、旋回速度、吊荷ワイヤ２０２の巻上下速度及び吊荷部材２０３の位置を含むクレーン情報４１を計測するようになっている。

前記誘導情報演算器５０は、前記目標位置Ｇの空間座標（ｘ，ｙ，ｚ）、障害物情報２１、部材・施工情報３１及びクレーン情報４１に基づき吊荷部材２０３の目標位置Ｇまでの最適な運搬経路５１を求めるようになっている。

前記クレーン制御器６０は、前記運搬経路５１に沿って吊荷部材２０３が移動するよう、吊荷部材２０３の振れ止めを行いながら駆動されるジブ２０１の起伏駆動装置７０、ジブ２０１の旋回駆動装置８０及び吊荷ワイヤ２０２の巻上下駆動装置９０へ制御信号６１，６２，６３を出力するようになっている。尚、前記ジブ２０１の起伏駆動装置７０は、起伏インバータ７１と起伏モータ７２とによって構成されている。又、前記ジブ２０１の旋回駆動装置８０は、旋回インバータ８１と旋回モータ８２とによって構成されている。更に又、前記吊荷ワイヤ２０２の巻上下駆動装置９０は、巻上下インバータ９１と巻上下モータ９２とによって構成されている。

図２に示す本実施例のクレーンの吊荷部材誘導システムは、前記運搬経路５１に沿って吊荷部材２０３を目標位置Ｇへ導く誘導支援情報をクレーンオペレータに伝達する誘導支援情報伝達器１００を備えることもできる。該誘導支援情報伝達器１００は、最適となる最短の運搬経路５１や障害物等を画面上に表示すると共に、音声によるガイダンスを行うようになっている。

そして、本実施例のクレーンの吊荷部材誘導システムは、図３に示す如く、クレーン２００によって吊荷部材２０３を建設物３００の目標位置Ｇに運搬する際、図４に示す如く、玉掛作業者Ｗが前記目標位置特定装置１０を用いて前記建設物３００の目標位置Ｇに向けレーザを照射するようになっている。因みに、前記クレーン２００には、図３に示す如く、クレーンＧＰＳ受信機２０４が備えられ、該クレーンＧＰＳ受信機２０４によりクレーン２００自身のクレーン基準位置Ｏの空間座標（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）を認識すると共に、該クレーン基準位置Ｏの空間座標（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）と前記クレーン情報４１とに基づき吊荷部材２０３の運搬開始基準位置Ｐの空間座標（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）を求めるようになっている。尚、図４に示す例では、前記吊荷部材２０３を建設物３００の目標位置Ｇに運搬した後、該建設物３００に対し吊荷部材２０３をボルト・ナット等の締結部材２０５により連結するようになっている。

又、本実施例のクレーンの吊荷部材誘導方法は、図５に示す如く、目標位置特定工程（ステップＳ１０参照）と、誘導情報演算工程（ステップＳ２０参照）と、クレーン誘導工程（ステップＳ３０参照）とを有している。

前記目標位置特定工程は、吊荷部材２０３を組み付ける目標位置Ｇの空間座標（ｘ，ｙ，ｚ）を前記目標位置特定装置１０によって特定する工程である。

前記誘導情報演算工程は、前記目標位置特定工程で特定された目標位置Ｇの空間座標（ｘ，ｙ，ｚ）に基づき運搬経路５１を求める工程である。

前記クレーン誘導工程は、前記誘導情報演算工程で求められた運搬経路５１に沿ってクレーン２００を駆動し吊荷部材２０３を目標位置Ｇへ導く工程である。

図５に示す本実施例のクレーンの吊荷部材誘導方法は、前記誘導情報演算工程で求められた運搬経路５１に沿って吊荷部材２０３を目標位置Ｇへ導く誘導支援情報をクレーンオペレータに伝達する誘導支援工程（ステップＳ３１参照）を有することもできる。

次に、上記実施例の作用を説明する。

先ず、目標位置特定装置１０においては、図１に示す如く、前記目標位置特定装置１０のＧＰＳ受信機１１において、衛星からの信号に基づき基準位置Ａの空間座標（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）が演算され、前記ＧＰＳ受信機１１で演算された基準位置Ａの空間座標（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）、速度、加速度、角度、角速度及び角加速度に基づき６軸慣性センサ１２において前記基準位置Ａの空間座標（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）における姿勢角が計測される。この状態で、前記目標位置特定装置１０のレーザポインタ１３から目標位置Ｇに向けレーザが照射されると、前記基準位置Ａの空間座標（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）から目標位置Ｇまでの距離Ｌがレーザ距離計１４において計測され、前記基準位置Ａの空間座標（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）、姿勢角及び距離Ｌに基づき目標位置Ｇの空間座標（ｘ，ｙ，ｚ）が空間座標演算器１５において演算される。図３に示すような実際の現場において上記の操作は、図４に示す如く、玉掛作業者Ｗが前記目標位置特定装置１０を用いて前記建設物３００の目標位置Ｇに向けレーザを照射することによって行われる。尚、前記目標位置特定装置１０を用いて前記建設物３００の目標位置Ｇに向けレーザを照射する操作は、必ずしも玉掛作業者Ｗが行う必要はなく、一般の建設作業者であっても良い。

前述の如く吊荷部材２０３を組み付ける目標位置Ｇの空間座標（ｘ，ｙ，ｚ）が目標位置特定装置１０によって特定される工程は、目標位置特定工程（図５のステップＳ１０参照）となる。

続いて、前記目標位置Ｇの空間座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、図２に示す如く、前記目標位置特定装置１０から誘導情報演算器５０へ入力される。又、障害物検知センサ２０においては、クレーン２００のジブ２０１、吊荷ワイヤ２０２及び吊荷部材２０３（図３参照）が接触する可能性のある障害物が検知され、障害物情報２１が誘導情報演算器５０へ出力される。又、ＢＩＭ３０からは、前記吊荷部材２０３の部材・施工情報３１が誘導情報演算器５０へ出力される。更に又、クレーンセンサ４０においては、前記クレーン２００のジブ２０１の起伏角度、起伏速度、旋回角度、旋回速度、吊荷ワイヤ２０２の巻上下速度及び吊荷部材２０３の位置を含むクレーン情報４１が計測され、誘導情報演算器５０へ出力される。尚、クレーンＧＰＳ受信機２０４によりクレーン２００自身のクレーン基準位置Ｏの空間座標（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）は認識されると共に、該クレーン基準位置Ｏの空間座標（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）と前記クレーン情報４１とに基づき吊荷部材２０３の運搬開始基準位置Ｐの空間座標（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）は求められている。そして、前記誘導情報演算器５０において、前記目標位置Ｇの空間座標（ｘ，ｙ，ｚ）、障害物情報２１、部材・施工情報３１及びクレーン情報４１に基づき吊荷部材２０３の目標位置Ｇまでの最適な運搬経路５１が求められる。

このように、前記目標位置特定工程で特定された目標位置Ｇの空間座標（ｘ，ｙ，ｚ）に基づき運搬経路５１が求められる工程は、誘導情報演算工程（図５のステップＳ２０参照）となる。

この後、図２に示すクレーン制御器６０においては、前記運搬経路５１に沿って吊荷部材２０３が移動するよう、吊荷部材２０３の振れ止めを行いながら駆動されるジブ２０１の起伏駆動装置７０の起伏インバータ７１、ジブ２０１の旋回駆動装置８０の旋回インバータ８１及び吊荷ワイヤ２０２の巻上下駆動装置９０の巻上下インバータ９１へ制御信号６１，６２，６３が出力され、前記ジブ２０１の起伏駆動装置７０の起伏モータ７２と、前記ジブ２０１の旋回駆動装置８０の旋回モータ８２と、前記吊荷ワイヤ２０２の巻上下駆動装置９０の巻上下モータ９２とが駆動される。これにより、前記吊荷部材２０３は目標位置Ｇへ導かれる。

前記誘導情報演算工程で求められた運搬経路５１に沿ってクレーン２００が駆動され吊荷部材２０３が目標位置Ｇへ導かれる工程は、クレーン誘導工程（図５のステップＳ３０参照）となる。

又、図２に示す誘導支援情報伝達器１００には、最適となる最短の運搬経路５１や障害物等が画面上に表示されると共に、音声によるガイダンスが行われ、前記運搬経路５１に沿って吊荷部材２０３を目標位置Ｇへ導く誘導支援情報がクレーンオペレータに伝達される。クレーンオペレータは、前記クレーン制御器６０による自動運転の代わりに、前記誘導支援情報伝達器１００からの誘導支援情報を参考にしながらクレーン２００を操作することもできる。

前記誘導情報演算工程で求められた運搬経路５１に沿って吊荷部材２０３を目標位置Ｇへ導く誘導支援情報がクレーンオペレータに伝達される工程は、誘導支援工程（図５のステップＳ３１参照）となる。

本実施例の場合、クレーン２００の吊荷部材２０３を建設物３００の目標位置Ｇに吊り降ろす作業時、玉掛作業者Ｗとの無線による通話や玉掛作業者Ｗからの身振り手振りによる合図等をクレーンオペレータが受けてクレーンを操作する必要がなくなり、玉掛作業者Ｗとクレーンオペレータとの間での連携に左右されず、吊荷部材２０３の位置合わせに要する時間が短縮され、工期の遅れが避けられる。

又、特許文献１に開示されているものとは異なり、映像情報及び音声情報を共有するだけで吊荷部材２０３の位置合わせをするのではないため、クレーンオペレータの熟練性も要求されなくて済む。

こうして、目標位置Ｇを正確に特定し得、又、吊荷部材２０３の位置合わせを効率良く行って工期短縮を図り得る。

上述の実施例では、ジブ２０１の起伏駆動装置７０、ジブ２０１の旋回駆動装置８０及び吊荷ワイヤ２０２の巻上下駆動装置９０を備えたクレーン２００に適用した例を示したが、例えば、天井クレーン、各種ジブクレーン、橋形クレーン、アンローダといったクレーンにも適用できることは言うまでもない。因みに、前記アンローダの場合、吊荷ワイヤを備えていないものもあるが、クレーンとしてのアンローダでは、バラ物を搬送するバケットが吊荷部材となる。又、前記ＢＩＭは建設現場特有のものであるため、建設現場以外で用いられるアンローダのようなクレーンでは、ＢＩＭ以外の情報が利用される。

尚、本発明のクレーンの吊荷部材誘導システムは、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、目標位置特定装置はクレーンに限らず、例えば、橋梁の検査やドローンの飛行着陸位置設定といった用途にも適用可能なこと等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１０ 目標位置特定装置
１１ ＧＰＳ受信機
１２ ６軸慣性センサ
１３ レーザポインタ
１４ レーザ距離計
１５ 空間座標演算器
２０ 障害物検知センサ
２１ 障害物情報
３０ ＢＩＭ
３１ 部材・施工情報
４０ クレーンセンサ
４１ クレーン情報
５０ 誘導情報演算器
５１ 運搬経路
６０ クレーン制御器
６１ 制御信号
６２ 制御信号
６３ 制御信号
７０ 起伏駆動装置
８０ 旋回駆動装置
９０ 巻上下駆動装置
１００ 誘導支援情報伝達器
２００ クレーン
２０１ ジブ
２０２ 吊荷ワイヤ
２０３ 吊荷部材
Ａ 基準位置
Ｇ 目標位置
Ｌ 距離

Claims (2)

1. 衛星からの信号に基づき基準位置の空間座標を演算するＧＰＳ受信機と、
   該ＧＰＳ受信機で演算された基準位置の空間座標、速度、加速度、角度、角速度及び角加速度に基づき前記基準位置の空間座標における姿勢角を計測する６軸慣性センサと、
   前記基準位置の空間座標から目標位置に向けレーザを照射するレーザポインタと、
   該レーザポインタから照射されたレーザにより前記基準位置の空間座標から目標位置までの距離を計測するレーザ距離計と、
   前記基準位置の空間座標、姿勢角及び距離に基づき目標位置の空間座標を演算する空間座標演算器と
   を備えた目標位置特定装置と、
   クレーンのジブ、吊荷ワイヤ及び吊荷部材が接触する可能性のある障害物を検知し障害物情報を出力する障害物検知センサと、
   前記吊荷部材の部材・施工情報が記録されたＢＩＭと、
   クレーンのジブの起伏角度、起伏速度、旋回角度、旋回速度、吊荷ワイヤの巻上下速度及び吊荷部材の位置を含むクレーン情報を計測するクレーンセンサと、
   前記目標位置の空間座標、障害物情報、部材・施工情報及びクレーン情報に基づき吊荷部材の目標位置までの運搬経路を求める誘導情報演算器と、
   前記運搬経路に沿って吊荷部材が移動するよう、吊荷部材の振れ止めを行いながら駆動されるジブの起伏駆動装置、ジブの旋回駆動装置及び吊荷ワイヤの巻上下駆動装置へ制御信号を出力するクレーン制御器と
   を備えたクレーンの吊荷部材誘導システム。
2. 衛星からの信号に基づき基準位置の空間座標を演算するＧＰＳ受信機と、
   該ＧＰＳ受信機で演算された基準位置の空間座標、速度、加速度、角度、角速度及び角加速度に基づき前記基準位置の空間座標における姿勢角を計測する６軸慣性センサと、
   前記基準位置の空間座標から目標位置に向けレーザを照射するレーザポインタと、
   該レーザポインタから照射されたレーザにより前記基準位置の空間座標から目標位置までの距離を計測するレーザ距離計と、
   前記基準位置の空間座標、姿勢角及び距離に基づき目標位置の空間座標を演算する空間座標演算器と
   を備えた目標位置特定装置と、
   クレーンのジブ、吊荷ワイヤ及び吊荷部材が接触する可能性のある障害物を検知し障害物情報を出力する障害物検知センサと、
   前記吊荷部材の部材・施工情報が記録されたＢＩＭと、
   クレーンのジブの起伏角度、起伏速度、旋回角度、旋回速度、吊荷ワイヤの巻上下速度及び吊荷部材の位置を含むクレーン情報を計測するクレーンセンサと、
   前記目標位置の空間座標、障害物情報、部材・施工情報及びクレーン情報に基づき吊荷部材の目標位置までの運搬経路を求める誘導情報演算器と、
   前記運搬経路に沿って吊荷部材を目標位置へ導く誘導支援情報をクレーンオペレータに伝達する誘導支援情報伝達器と
   を備えたクレーンの吊荷部材誘導システム。
   

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