JP7024514B2

JP7024514B2 - クレーン及び情報表示方法

Info

Publication number: JP7024514B2
Application number: JP2018043255A
Authority: JP
Inventors: 洋幸林
Original assignee: Tadano Ltd
Current assignee: Tadano Ltd
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2038-03-09
Also published as: CN111819152B; EP3763663A1; WO2019172414A1; US20210053803A1; CN111819152A; JP2019156535A; EP3763663A4; US11155448B2

Description

本発明は、クレーン及び情報表示方法に関する。

従来から車両及びクレーン装置で構成されたクレーンが知られている。車両は、複数の車輪及びアウトリガを備え、不特定の場所に移動可能であって、移動先で作業可能範囲を広げることができる。クレーン装置は、ブームのほかにワイヤロープやフック等で構成され、荷物を移動可能としている。

このようなクレーンにおいて、表示装置にブームの先端の可動範囲を表示する技術が開示されている（特許文献１参照）。これによれば、オペレータは表示装置を見ることでブームの先端の可動範囲を把握できるため、ブームの起伏、伸縮、旋回などの操作を容易に行うことができる。

特開平７－８９６９７号公報

しかしながら、特許文献１に記されている可動範囲は、ブームの先端が車両から離れる方向の境界は示しているが、ブームの先端が車両に近づく方向の境界は示していない。つまり、ブームの先端が車両に近づく方向は全て可動範囲となっている。したがって、オペレータは、フックに吊り下げられた荷物を車両から離れる方向に移動させる場合には表示される可動範囲を参考にすることができるが、フックに吊り下げられた荷物を車両に近づく方向に移動させる場合には表示される可動範囲を参考にすることができない。

本発明は、フックが車両に近づく方向の移動不可能又は移動可能な範囲を表示することにより、ブームの起伏、伸縮、旋回などの操作を容易に行うことができるクレーンを提供することを目的とする。また本発明は、フックが車両に近づく方向の移動不可能又は移動可能な範囲を表示することにより、ブームの起伏、伸縮、旋回などの操作を容易に行うことができる情報表示方法を提供することも目的とする。

クレーンは、車両と、前記車両上に配置されたブームと、前記ブームの基端側から先端側に向けて架け渡されるワイヤロープと、前記ブームの先端側から垂下されて前記ワイヤロープの繰り入れ及び繰り出しによって昇降するフックと、前記フックを含む画像を撮影するカメラと、前記画像を表示する表示装置と、前記カメラ及び前記表示装置に接続され、情報を処理する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記ブームの長さ又は前記フックの高さに基づき、前記フックが前記車両に近づく方向における移動可能な範囲と移動不可能な範囲との境界である内側境界を算出し、前記表示装置は、前記カメラで撮影された画像に前記内側境界を示す画像が重畳された画像を表示することを特徴とする。

上記のクレーンにおいて、前記移動可能な範囲は、前記ブームをその長さを維持したまま起立させて移動可能な範囲とすることができる。

また、上記のクレーンにおいて、前記移動可能な範囲は、前記ブームを前記フックの高さを維持したまま起立及び／又は旋回させて移動可能な範囲とすることができる。

また、上記のクレーンにおいて、前記車両が前記カメラで撮影された画像外に位置する場合、前記表示装置は、前記カメラで撮影された画像に前記車両が位置する方向を示す画像が重畳された画像を表示するようにしてもよい。

また、上記のクレーンにおいて、前記制御装置は、前記ブームの旋回可能な範囲と旋回不可能な範囲との境界である旋回境界を算出し、前記表示装置は、前記カメラで撮影された画像に前記旋回境界を示す画像が重畳された画像を表示するようにしてもよい。

情報表示方法は、車両と、前記車両上に配置されたブームと、前記ブームの基端側から先端側に向けて架け渡されるワイヤロープと、前記ブームの先端側から垂下されて前記ワイヤロープの繰り入れ及び繰り出しによって昇降するフックと、前記フックを含む画像を撮影するカメラと、前記画像を表示する表示装置と、前記カメラ及び前記表示装置に接続され、情報を処理する制御装置と、を備えたクレーンにおける情報表示方法であって、前記制御装置が、前記ブームの長さ又は前記フックの高さに基づき、前記フックが前記車両に近づく方向における移動可能な範囲と移動不可能な範囲との境界である内側境界を算出する工程と、前記表示装置が、前記カメラで撮影された画像に前記内側境界を示す画像が重畳された画像を表示する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、カメラで撮影された画像に内側境界を示す画像が重畳された画像を表示装置に表示することにより、オペレータは表示装置を見ることでフックが車両に近づく方向の移動可能な範囲を視覚的に把握できるため、ブームの起伏、伸縮、旋回などの操作を容易に行うことができる。

一実施形態のクレーンを示す図である。情報表示システムの構成を示す図である。情報表示方法のフローチャートを示す図である。出力画像の一例を示す図である。出力画像の一例を示す図である。出力画像の一例を示す図である。

図１を参照して、クレーン１について説明する。

クレーン１は、主に車両２とクレーン装置３で構成されている。

車両２は、左右一対の前輪４及び後輪５を備えている。また、車両２は、荷物Ｗの運搬作業を行なう際に接地させて安定を図るアウトリガ６を備えている。さらに、車両２は、これらを駆動するためのエンジンやトランスミッション等を備えている。

クレーン装置３は、その後部から前方へ突き出すようにブーム７を備えている。そのため、ブーム７は、アクチュエータによって旋回自在となっている（矢印Ａ参照）。また、ブーム７は、アクチュエータによって伸縮自在となっている（矢印Ｂ参照）。さらに、ブーム７は、アクチュエータによって起伏自在となっている（矢印Ｃ参照）。加えて、ブーム７には、ワイヤロープ８が架け渡されている。ブーム７の基端側には、ワイヤロープ８を巻き付けたウインチ９が配置され、ブーム７の先端側には、ワイヤロープ８によってフック１０が垂下されている。ウインチ９は、アクチュエータと一体的に構成されており、ワイヤロープ８の巻き入れ及び巻き出しを可能としている。そのため、フック１０は、アクチュエータによって昇降自在となっている（矢印Ｄ参照）。なお、クレーン装置３は、ブーム７の側方にキャビン１１を備えている。キャビン１１の内部には、後述する旋回操作具２１、伸縮操作具２２、起伏操作具２３、巻回操作具２４、操作具２５、表示装置２６が設けられている。

次に、図２を参照して、情報表示システム２７について説明する。

情報表示システム２７は、主に制御装置２０で構成されている。制御装置２０には、各種操作具２１～２４が接続されている。また、制御装置２０には、各種バルブ３１～３４が接続されている。さらに、制御装置２０には、各種センサ４１～４４が接続されている。

上述したように、ブーム７は、アクチュエータによって旋回自在となっている（図１における矢印Ａ参照）。本実施形態においては、かかるアクチュエータを旋回用油圧モータ５１（図１参照）と定義する。旋回用油圧モータ５１は、電磁比例切換弁である旋回用バルブ３１によって適宜に稼動される。つまり、旋回用油圧モータ５１は、旋回用バルブ３１が作動油の流動方向を切り替えたり作動油の流量を調節したりすることで適宜に稼動される。なお、ブーム７の旋回角度（図示しない）は、旋回用センサ４１によって検出される。そのため、制御装置２０は、ブーム７の旋回角度を認識することができる。

また、上述したように、ブーム７は、アクチュエータによって伸縮自在となっている（図１における矢印Ｂ参照）。本実施形態においては、かかるアクチュエータを伸縮用油圧シリンダ５２（図１参照）と定義する。伸縮用油圧シリンダ５２は、電磁比例切換弁である伸縮用バルブ３２によって適宜に稼動される。つまり、伸縮用油圧シリンダ５２は、伸縮用バルブ３２が作動油の流動方向を切り替えたり作動油の流量を調節したりすることで適宜に稼動される。なお、ブーム７の伸縮長さＥ（図１参照）は、伸縮用センサ４２によって検出される。そのため、制御装置２０は、ブーム７の伸縮長さＥを認識することができる。

さらに、上述したように、ブーム７は、アクチュエータによって起伏自在となっている（図１における矢印Ｃ参照）。本実施形態においては、かかるアクチュエータを起伏用油圧シリンダ５３（図１参照）と定義する。起伏用油圧シリンダ５３は、電磁比例切換弁である起伏用バルブ３３によって適宜に稼動される。つまり、起伏用油圧シリンダ５３は、起伏用バルブ３３が作動油の流動方向を切り替えたり作動油の流量を調節したりすることで適宜に稼動される。なお、ブーム７の起伏角度Ｆ（図１参照）は、起伏用センサ４３によって検出される。そのため、制御装置２０は、ブーム７の起伏角度Ｆを認識することができる。

加えて、上述したように、フック１０は、アクチュエータによって昇降自在となっている（図１における矢印Ｄ参照）。本実施形態においては、かかるアクチュエータを巻回用油圧モータ５４（図１参照）と定義する。巻回用油圧モータ５４は、電磁比例切換弁である巻回用バルブ３４によって適宜に稼動される。つまり、巻回用油圧モータ５４は、巻回用バルブ３４が作動油の流動方向を切り替えたり作動油の流量を調節したりすることで適宜に稼動される。なお、フック１０の吊下長さＬ（図１参照）は、巻回用センサ４４によって検出される。そのため、制御装置２０は、フック１０の吊下長さＬを認識することができる。

加えて、制御装置２０には、操作具２５、カメラ２８、表示装置２６が接続されている。

操作具２５は、表示装置２６の表示態様を選択的に切り替えたり、カメラ２８の撮影倍率や撮影方向を切り替えたりするものである。表示態様には、カメラ２８で撮影された画像を表示、その画像にフック１０の移動可能な範囲と移動不可能な範囲との境界を示す画像を重畳表示、その画像にブーム７の旋回可能な範囲と旋回不可能な範囲との境界を示す画像を重畳表示などがある。

カメラ２８は、画像を撮影するものである。カメラ２８は、ブーム７の先端部分に取り付けられている。制御装置２０は、カメラ２８がフック１０を含む画像を撮影するように制御することができる。カメラ２８は、ほぼリアルタイムに画像を撮影することができる。

表示装置２６は、上述したように、カメラ２８で撮影された画像、その画像にフック１０の移動可能な範囲と移動不可能な範囲との境界を示す画像を重畳した画像、その画像にブーム７の旋回可能な範囲と旋回不可能な範囲との境界を示す画像を重畳した画像などを表示するものである。

次に、図３から図６を参照して、表示装置２６の表示態様について説明する。ここでは、図１に示すように、フック１０が荷物Ｗを吊り下げた状態であって、地面から荷物Ｗの底面までの高さが車両２の高さより低い状況を想定して説明する。

フック１０が車両２に近づく方向における荷物Ｗの移動可能な範囲と移動不可能な範囲との境界である内側境界と、ブーム７の旋回可能な範囲と旋回不可能な範囲との境界である旋回境界とは、内側境界算出工程Ｋ１０１、旋回境界算出工程Ｋ１０２、表示工程Ｋ１０３を経て表示される。

内側境界算出工程Ｋ１０１において、制御装置２０は、ブーム７の長さに基づいてフック１０が車両２に近づく方向における荷物Ｗの移動可能な範囲と移動不可能な範囲との境界である第１内側境界を算出する。具体的には、制御装置２０は、ブーム７の現在の長さを認識し、ブーム７をその長さを維持したまま起立させたときのフック１０が移動可能な範囲の内側の境界（第１内側境界）を算出する。クレーン１の仕様によって起伏角度Ｆの最大値は決まっているため、ブーム７の長さが決まることによって第１内側境界が決まる。

また、内側境界算出工程Ｋ１０１において、制御装置２０は、フック１０の高さに基づいてフック１０が車両２に近づく方向における荷物Ｗの移動可能な範囲と移動不可能な範囲との境界である第２内側境界を算出する。具体的には、制御装置２０は、地面から荷物Ｗの底面までの高さを認識し、ブーム７をフック１０の高さを維持したまま起立及び／又は旋回させたときの荷物Ｗが車両２に衝突せずに移動可能な範囲の内側の境界（第２内側境界）を算出する。

クレーン１の仕様によって車両２の高さは決まっているため、地面から荷物Ｗの底面までの高さを求めることによって、現在のフック１０の高さを維持したままフック１０を車両２に近づく方向に移動させたときに荷物Ｗが車両２に衝突するか否かを判別できる。その結果、衝突する場合には車両２の外周に沿って第２内側境界が定められる。一方、衝突しない場合には第２内側境界は算出されない。

なお、地面から荷物Ｗの底面までの高さは、例えば、フック１０から荷物Ｗの底面までの長さを予め求めておくことにより算出できる。具体的には、荷物Ｗを地切りする際の巻回用センサ４４の検知結果から、ワイヤロープ８が緊張状態になった時点を認識する。そして、その時点におけるブーム７の先端の高さからフック１０の吊下長さＬを差し引いた値が、フック１０から荷物Ｗの底面までの長さとなる。よって、その後荷物Ｗを吊り上げた状態において地面から荷物Ｗの底面までの高さを求めるには、フック１０の吊下長さＬに予め求めたフック１０から荷物Ｗの底面までの長さを加えた値を、ブーム７の先端の高さから差し引けばよい。

旋回境界算出工程Ｋ１０２において、制御装置２０は、ブーム７の旋回可能な範囲と旋回不可能な範囲との境界である旋回境界を算出する。ブーム７の旋回可能な範囲とはクレーン１が倒れずに旋回可能な範囲であり、旋回境界は、ブーム７の長さと、ブーム７の起伏角度Ｆと、巻回用センサ４４で検知される荷重とに基づいて算出される。

表示工程Ｋ１０３において、表示装置２６は、カメラ２８で撮影された画像に、内側境界（第１内側境界及び第２内側境界）を示す画像と、旋回境界を示す画像とが重畳された画像を表示する（図４参照）。具体的には、制御装置２０は、カメラ２８で撮影された画像６１に、第１内側境界を示す画像６２と、第２内側境界を示す画像６３と、旋回境界を示す画像６４とを重畳して出力画像６０を生成する。そして、制御装置２０は出力画像６０を表示装置２６へ出力し、表示装置２６が出力画像６０を表示する。

図４において、第１内側境界を示す画像６２と、第２内側境界を示す画像６３と、旋回境界を示す画像６４とは、境界線を表示している。したがって、出力画像６０に表示される荷物Ｗの位置から各境界線までが荷物Ｗの移動可能な範囲となる。なお、境界線の替わりに移動可能な範囲又は移動不可能な範囲を周囲と異なる色で表示してもよい。例えば、移動可能な範囲をカラー表示、移動不可能な範囲を白黒表示とすることができる。

なお、旋回境界は、旋回境界算出工程Ｋ１０２の算出結果の他に、オペレータが任意に入力できるようにしてもよい。例えば、オペレータが建物の壁や近くのクレーンの旋回範囲等を旋回境界として入力することが考えられえる。この場合、オペレータによって入力された旋回境界も同様に出力画像６０に重畳される。

このように、カメラ２８で撮影された画像６１に内側境界を示す画像６２、６３と旋回境界を示す画像６４とが重畳された出力画像６０を表示装置２６に表示することにより、オペレータは表示装置２６を見ることで荷物Ｗが車両２に近づく方向及び旋回方向の移動可能な範囲を視覚的に把握できるため、ブームの起伏、伸縮、旋回などの操作を容易に行うことができる。

さらに、内側境界算出工程Ｋ１０１と旋回境界算出工程Ｋ１０２との間に、外側境界算出工程を追加し、表示工程Ｋ１０３において、表示装置２６はカメラ２８で撮影された画像に外側境界を示す画像が重畳された画像を表示するようにしてもよい（図５参照）。具体的には、制御装置２０は、ブーム７の現在の長さ及び巻回用センサ４４で検知される荷重を認識し、ブーム７をその長さを維持したまま倒伏させたときのフック１０が移動可能な範囲の外側境界を算出する。フック１０が移動可能な範囲とはクレーン１が倒れずに倒伏可能な範囲であり、外側境界は、ブーム７の現在の長さ及び巻回用センサ４４で検知される荷重に基づいて算出される。

続いて、制御装置２０は、カメラ２８で撮影された画像６１に、第１内側境界を示す画像６２と、第２内側境界を示す画像６３と、旋回境界を示す画像６４と、外側境界を示す画像６５とを重畳して出力画像６６を生成する。そして、制御装置２０は出力画像６６を表示装置２６へ出力し、表示装置２６が出力画像６６を表示する。

このように、カメラ２８で撮影された画像６１に外側境界を示す画像６５が重畳された出力画像６６を表示装置２６に表示することにより、オペレータは表示装置２６を見ることで荷物Ｗが車両２から離れる方向の移動可能な範囲を視覚的に把握できるため、ブームの起伏、伸縮、旋回などの操作を容易に行うことができる。

さらに、カメラ２８で撮影された画像外に車両２が位置する場合、表示装置２６は、カメラ２８で撮影された画像に、車両２が位置する方向を示す画像が重畳された画像を表示するようにしてもよい（図６参照）。具体的には、制御装置２０は、カメラ２８で撮影された画像外の車両２の位置を認識し、カメラ２８で撮影された画像６１に車両２が位置する方向を示す矢印画像６７と、各境界を示す画像６４、６５とを重畳して出力画像６８を生成する。そして、制御装置２０は出力画像６８を表示装置２６へ出力し、表示装置２６が出力画像６８を表示する。

このように、車両が前記カメラで撮影された画像外に位置する場合、カメラ２８で撮影された画像６１に車両２が位置する方向を示す矢印画像６７が重畳された出力画像６８を表示装置２６に表示することにより、オペレータは表示装置２６を見ることで車両２が位置する方向を視覚的に把握できるため、ブームの起伏、伸縮、旋回などの操作を容易に行うことができる。

上記の実施形態では、フック１０に荷物Ｗが吊り下げられている場合を例に説明したが、フック１０に荷物が吊り下げられていない場合でも同様にフック１０の移動可能な範囲と移動不可能な範囲との境界を算出して表示することができる。この場合、第２内側境界はフック１０が車両２と干渉しない範囲の境界となる。

なお、第１内側境界を示す画像６２、第２内側境界を示す画像６３、旋回境界を示す画像６４、外側境界を示す画像６５は、カメラ２８で撮影された画像に単独で重畳してもよいし、適宜組み合わせて表示してもよい。そして、これらの表示態様は操作具２５によって切り替えできるようにしてもよい。

また、クレーン１はクレーン装置３の揚程や作業半径を拡大するジブを備えていてもよい。この場合、ジブのフックについても同様に、内側境界、旋回境界、外側境界を示す画像を表示することができる。

また、図４から図６に示した出力画像６０、６６、６８は、３Ｄマッピング等を用いて三次元で表示することも可能である。

１クレーン
２車両
７ブーム
８ワイヤロープ
１０フック
２０制御装置
２６表示装置
２８カメラ
６２、６３画像（内側境界を示す画像）
６４画像（旋回境界を示す画像）

Claims

車両と、
前記車両上に配置されたブームと、
前記ブームの基端側から先端側に向けて架け渡されるワイヤロープと、
前記ブームの先端側から垂下されて前記ワイヤロープの繰り入れ及び繰り出しによって昇降するフックと、
前記フックを含む画像を撮影するカメラと、
前記画像を表示する表示装置と、
前記カメラ及び前記表示装置に接続され、情報を処理する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記ブームの長さ又は前記フックの高さに基づき、前記フックが前記車両に近づく方向における移動可能な範囲と移動不可能な範囲との境界である内側境界を算出し、
前記表示装置は、前記カメラで撮影された画像に前記内側境界を示す画像が重畳された画像を表示することを特徴とするクレーン。
前記移動可能な範囲は、前記ブームをその長さを維持したまま起立させて移動可能な範囲であることを特徴とする請求項１に記載のクレーン。
前記移動可能な範囲は、前記ブームを前記フックの高さを維持したまま起立及び／又は旋回させて移動可能な範囲であることを特徴とする請求項１に記載のクレーン。
前記車両が前記カメラで撮影された画像外に位置する場合、
前記表示装置は、前記カメラで撮影された画像に前記車両が位置する方向を示す画像が重畳された画像を表示することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のクレーン。
前記制御装置は、前記ブームの旋回可能な範囲と旋回不可能な範囲との境界である旋回境界を算出し、
前記表示装置は、前記カメラで撮影された画像に前記旋回境界を示す画像が重畳された画像を表示することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載のクレーン。
車両と、
前記車両上に配置されたブームと、
前記ブームの基端側から先端側に向けて架け渡されるワイヤロープと、
前記ブームの先端側から垂下されて前記ワイヤロープの繰り入れ及び繰り出しによって昇降するフックと、
前記フックを含む画像を撮影するカメラと、
前記画像を表示する表示装置と、
前記カメラ及び前記表示装置に接続され、情報を処理する制御装置と、を備えたクレーンにおける情報表示方法であって、
前記制御装置が、前記ブームの長さ又は前記フックの高さに基づき、前記フックが前記車両に近づく方向における移動可能な範囲と移動不可能な範囲との境界である内側境界を算出する工程と、
前記表示装置が、前記カメラで撮影された画像に前記内側境界を示す画像が重畳された画像を表示する工程と、を有することを特徴とする情報表示方法。