JP7343369B2 - Tower crane automatic operation control system - Google Patents

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Description

本発明は、タワークレーンの自動運転制御システムに係り、特に、建設現場でのタワークレーンによる吊荷の荷取り位置、及び取付け位置を自動的に計測して自動運転制御するタワークレーンの自動運転制御システムに関する。 The present invention relates to an automatic operation control system for a tower crane, and in particular, an automatic operation control system for a tower crane that automatically measures the loading position and attachment position of a suspended load by a tower crane at a construction site and controls the automatic operation. Regarding the system.

建設現場においては、建設労働者の急速な高齢化や人手不足、外国人労働者の増加等の問題が深刻化しつつある。特に、熟練した作業や経験が要求されるタワークレーンのオペレータは、タワークレーン作業の安全性を担保しなければならない。また、タワークレーンの正確な運転技術により迅速なオペレーションが要求される。さらに、吊荷の傍に配置されタワークレーンのオペレータに吊荷の状態を連絡したり吊荷の運転を指示する補助者についてもタワークレーンのオペレータと同様に高齢化や人手不足、外国人労働者の増加等の問題が深刻化しつつある。 At construction sites, problems such as the rapid aging of construction workers, labor shortages, and an increase in the number of foreign workers are becoming increasingly serious. In particular, tower crane operators who require skilled work and experience must ensure the safety of tower crane work. In addition, precise operating techniques for tower cranes require quick operations. Furthermore, the assistants who are placed next to the suspended load and who inform the tower crane operator about the status of the suspended load and instruct the operator to operate the suspended load are also aging, understaffed, and suffering from foreign workers, just like the tower crane operator. Problems such as the increase in the number of children are becoming more serious.

建設現場のタワークレーンは、クレーン操作による「荷振れ」や吊荷と建築物等との衝突が無いように、熟練したオペレータが目視や過去の経験等によりタワークレーンの運転制御をしている。或いは、上述したタワークレーン操作の補助者に依存しながらタワークレーンの制御をしている。 Tower cranes at construction sites are controlled by skilled operators based on visual inspection and past experience to prevent ``load swing'' caused by crane operation and collisions between suspended loads and buildings, etc. Alternatively, the tower crane is controlled while relying on the above-mentioned tower crane operating assistant.

一方、建設現場においては、上述したタワークレーンの熟練したオペレータ不足への対策としてタワークレーン操作の自動化を目指した取り組みが提案されている。特に、タワークレーン操作に対する補助者が必須となるタワークレーンの吊荷の荷取り時又は取付け時の作業を完全に自動化することが目指されている。そのためには、タワークレーンによる吊荷の荷取り時又は取付け時において吊荷の荷取り位置、或いは取り付け位置を正確にかつ素早く認識する技術を確立することが重要となる。 On the other hand, at construction sites, efforts aimed at automating tower crane operations have been proposed as a countermeasure to the above-mentioned shortage of skilled tower crane operators. In particular, the aim is to completely automate the work when loading or attaching a load to a tower crane, which requires an assistant to operate the tower crane. To this end, it is important to establish a technology that accurately and quickly recognizes the loading position or mounting position of a suspended load when the tower crane picks up or attaches the suspended load.

特許文献１は、タワークレーンのブームの移動を自動化することで作業の危険性を解消させるタワークレーンとその操作方法が開示されている。ここでは、タワークレーンのブームの移動を自動化することで作業の危険性を解消できるタワークレーンとその操作方法が開示されている。このタワークレーンは、発信装置からの信号を受信する受信装置と、この受信装置に接続されブームを発信装置の上に移動させるように制御する制御装置と、この制御装置により駆動されるブーム上下移動用の駆動装置とブーム回転移動用の駆動装置と、前記制御装置に接続されてフックの巻上げ・巻下げを制御する遠隔操作装置とを有し、任意の荷降ろし場所に対応でき、ブームの旋回移動を自動化して稼働の作業効率を上げることが記載されている。 Patent Document 1 discloses a tower crane and its operating method that eliminates the danger of work by automating the movement of the boom of the tower crane. This article discloses a tower crane and its operating method that can eliminate the dangers of work by automating the movement of the tower crane's boom. This tower crane includes a receiving device that receives signals from a transmitting device, a control device that is connected to this receiving device and controls the boom to move above the transmitting device, and a boom that moves up and down driven by this control device. It has a drive device for rotating the boom, a drive device for rotating the boom, and a remote control device that is connected to the control device to control hoisting and lowering of the hook. It describes how to automate movement and increase operational efficiency.

特許文献２は、吊荷の位置が常時把握できて自動運転化が可能なタワークレーン装置が開示されている。ここでは、フックブロックに備えられた全周プリズムをクレーン本体に備えたトータルステーションにより追尾してフックブロックの三次元位置を把握し、フックブロックの三次元位置をフィードバックしてフックブロックを所定の位置に運転する制御装置を備えることが記載されている。 Patent Document 2 discloses a tower crane device in which the position of a suspended load can be grasped at all times and automatic operation is possible. Here, the 3D position of the hook block is determined by tracking the all-around prism provided on the hook block by a total station provided in the crane body, and the 3D position of the hook block is fed back to position the hook block in a predetermined position. It is described that the vehicle is equipped with a control device for operating the vehicle.

特開２００１－２７８５８１号公報Japanese Patent Application Publication No. 2001-278581 特開２００１－８０８８１号公報Japanese Patent Application Publication No. 2001-80881

タワークレーンによる吊荷の荷取り位置、或いは取付け位置を認識する技術としては、人工衛星からの測位データを利用して吊荷の荷取り位置、或いは取付け位置を認識する手法が考えられる。また、タワークレーンに立体カメラ及び三次元物体認識センサを搭載して吊荷の荷取り位置、或いは取付け位置を計測する手法が開発されつつある。 As a technique for recognizing the pick-up position or attachment position of a suspended load by a tower crane, a method of recognizing the pick-up position or attachment position of a suspended load using positioning data from an artificial satellite can be considered. Furthermore, a method is being developed in which a tower crane is equipped with a three-dimensional camera and a three-dimensional object recognition sensor to measure the pick-up position or attachment position of a suspended load.

しかし、この人工衛星からの測位データを受信して吊荷の荷取り位置、或いは取付け位置を測位する計測手段は、タワークレーンを設置する建物近傍にマルチパスの影響があり、また、天空の視界が狭いことから測位精度が低下するという問題がある。 However, this measurement method that receives positioning data from artificial satellites and determines the loading position or installation position of a suspended load is affected by multipath near the building where the tower crane is installed, and the visibility of the sky is limited. There is a problem that positioning accuracy decreases because the area is narrow.

一方、立体カメラ及び三次元物体認識センサによる計測手段については、近接した吊荷の位置や周囲の状況に関する高精度の制御には向いているが、対象物の位置や周囲の状況を素早く認識することには向いていないという問題がある。 On the other hand, measurement methods using 3D cameras and 3D object recognition sensors are suitable for highly accurate control of the position of nearby hanging loads and the surrounding situation, but they can quickly recognize the position of the object and the surrounding situation. The problem is that it is not suitable for many things.

本願の目的は、かかる課題を解決し、タワークレーンによる吊荷の荷取り位置、及び取付け位置を自動で計測し、吊荷周囲の状況を把握してタワークレーンの正確、迅速でかつ安全な自動運転制御を行うことである。 The purpose of this application is to solve such problems, automatically measure the loading position and installation position of a suspended load by a tower crane, grasp the situation around the suspended load, and enable accurate, quick, and safe automatic operation of the tower crane. It is to perform operational control.

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運転制御システムは、建設現場のタワークレーンが、制御ユニットが搭載された吊上げ治具を介して吊荷を吊上げ、制御ユニットには、衛星測位アンテナが受信した衛星からの測位情報に基づき吊荷の位置及び周囲の状況を把握する第１計測システムと、立体カメラ及び三次元物体認識センサが計測した計測情報に基づき吊荷の位置及び周囲の状況を把握する第２計測システムと、が備えられ、第１計測システム又は第２計測システムにより吊荷の荷取り及び取付けを自動運転制御することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an automatic operation control system for a tower crane according to the present invention allows a tower crane at a construction site to lift a load via a lifting jig equipped with a control unit, and a control unit that includes a satellite A first measurement system that determines the position of the suspended load and its surroundings based on the positioning information from the satellite received by the positioning antenna, and a first measurement system that determines the position of the suspended load and its surroundings based on the measurement information measured by the 3D camera and the 3D object recognition sensor. A second measurement system for grasping the situation of the suspended load is provided, and the first measurement system or the second measurement system automatically controls the picking up and attachment of the suspended load.

上記構成により、建設現場におけるタワークレーンの自動運転制御システムは、衛星からの測位情報に基づく第１計測システムと、立体カメラ及び三次元物体認識センサによる計測情報に基づく第２計測システムとが備えられている。すなわち、２つの異なる計測システムを切り替えたり併用したりできる。このように、それぞれの計測システムの特徴を生かし、吊荷、荷取り位置、及び荷取り位置を正確に計測し、タワークレーンの運転を迅速に精度良くかつ安全に制御することができる。 With the above configuration, the automatic operation control system for a tower crane at a construction site is equipped with a first measurement system based on positioning information from a satellite, and a second measurement system based on measurement information from a three-dimensional camera and a three-dimensional object recognition sensor. ing. That is, two different measurement systems can be switched or used together. In this way, by taking advantage of the characteristics of each measurement system, it is possible to accurately measure the suspended load, the loading position, and the loading position, and control the operation of the tower crane quickly, accurately, and safely.

また、タワークレーンの自動運転制御システムは、第１計測システムの衛星測位アンテナが、制御ユニットの上部に取り付けられて衛星からの測位情報を受信し、第２計測システムの立体カメラ及び三次元物体認識センサは、制御ユニットの下部の支持材に設けられた開口部を通して、吊荷及び周囲の状況を把握することが好ましい。このように、制御ユニットは、衛星測位アンテナを制御ユニットの上部に設置して第１計測システムにより衛星からの測位データを妨害や干渉なく受信することができ、また、吊荷位置、荷取り位置及び取付け位置を制御ユニットの下部に取り付けたカメラ等により妨害や干渉なく計測することができる。 In addition, in the tower crane automatic operation control system, the satellite positioning antenna of the first measurement system is attached to the top of the control unit and receives positioning information from the satellite, and the 3D camera and three-dimensional object recognition of the second measurement system are installed on the top of the control unit. Preferably, the sensor detects the suspended load and surrounding conditions through an opening provided in the support member at the bottom of the control unit. In this way, the control unit can install the satellite positioning antenna on the top of the control unit and receive positioning data from the satellite by the first measurement system without disturbance or interference. The mounting position can be measured without disturbance or interference using a camera or the like attached to the bottom of the control unit.

また、タワークレーンの自動運転制御システムは、制御ユニットが吊荷の荷取り位置又は取付け位置の近傍に達するまでは、第１計測システムの測位情報に基づき、吊荷の荷取り位置又は取付け位置の近傍に達した後は、第２計測システムの計測情報に切り替える
ことが好ましい。これにより、例えば、第１計測システムによる吊荷等の位置把握がマルチパスの影響により精度が悪化する場合は、計測システム選択部により第２計測システムに切り替えられ、吊荷位置、荷取り位置及び取付け位置を迅速にかつ精度良く把握し、タワークレーンの運転を遠隔操作により安全に制御することができる。 In addition, the automatic operation control system of the tower crane uses the positioning information of the first measurement system to determine the loading position or attachment position of the suspended load until the control unit reaches the vicinity of the loading position or attachment position of the suspended load. After reaching the vicinity, it is preferable to switch to the measurement information of the second measurement system. As a result, for example, if the accuracy of grasping the position of a suspended load etc. by the first measurement system deteriorates due to the influence of multipath, the measurement system selection section switches to the second measurement system, The installation position can be quickly and accurately grasped, and the operation of the tower crane can be safely controlled by remote control.

また、タワークレーンの自動運転制御システムは、制御ユニットが吊荷の荷取り位置又は取付け位置の近傍に達するまでは、第１計測システムの測位情報に基づき、吊荷の荷取り位置又は取付け位置の近傍に達した後は、第２計測システムの計測情報と第１計測システムの測位情報とを併用するが好ましい。これにより、位置の精度は高くないが迅速に吊荷にアプローチが可能な第１計測システムと、位置の精度は高いが迅速性に劣る第２計測システムとのそれぞれの特徴を生かして吊荷の荷取り位置及び取付け位置を迅速にかつ精度良く把握し、タワークレーンの運転を遠隔操作により安全に制御することができる。 In addition, the automatic operation control system of the tower crane uses the positioning information of the first measurement system to determine the loading position or attachment position of the suspended load until the control unit reaches the vicinity of the loading position or attachment position of the suspended load. After reaching the vicinity, it is preferable to use measurement information from the second measurement system and positioning information from the first measurement system together. As a result, the first measurement system, which does not have high positional accuracy but can quickly approach the suspended load, and the second measurement system, which has high positional accuracy but is less quick, can be utilized to measure the suspended load. It is possible to quickly and accurately grasp the loading position and mounting position, and to safely control the operation of the tower crane by remote control.

また、タワークレーンの自動運転制御システムは、制御ユニットが第１計測システムの測位情報がマルチパスの影響を受ける場合には、第２計測システムの計測情報に切り替えることが好ましい。これにより、マルチパスの影響を回避し、タワークレーンの運転を遠隔操作により安全に制御することができる。 Further, in the automatic operation control system for a tower crane, it is preferable that the control unit switches to the measurement information of the second measurement system when the positioning information of the first measurement system is affected by multipath. This makes it possible to avoid the effects of multipath and safely control the operation of the tower crane by remote control.

また、タワークレーンの自動運転制御システムは、制御ユニットがタワークレーンから吊り下げられた吊上げ治具により保持され、吊上げ治具は吊荷を上部から吊ることが好ましい。制御ユニットは、衛星測位アンテナを制御ユニットの上部に設置して第１計測システムにより衛星からの測位データを妨害や干渉なく受信することができ、また、吊荷位置、荷取り位置及び取付け位置を制御ユニットの下部に取り付けたカメラ等により妨害や干渉なく計測することができる。 Further, in the tower crane automatic operation control system, it is preferable that the control unit is held by a lifting jig suspended from the tower crane, and that the lifting jig suspends the load from above. The control unit has a satellite positioning antenna installed on the top of the control unit so that the first measurement system can receive positioning data from the satellite without disturbance or interference. Measurements can be made without disturbance or interference using a camera installed at the bottom of the control unit.

さらに、タワークレーンの自動運転制御システムは、吊荷の高さ位置が制御ユニットの所定のポイントの高さ位置を測定し、吊上げ治具の高さ分を補正して算出することができる。このように、吊荷の高さ位置が吊荷の種類により変動する本自動運転制御システムでは、高さが固定された吊上げ治具を介して制御ユニットの所定のポイントに高さ位置を設定することで吊荷の種類に拘わらず本自動運転制御システムを機能させることができる。 Further, the tower crane automatic operation control system can calculate the height position of the suspended load by measuring the height position of a predetermined point on the control unit and correcting the height of the lifting jig. In this automatic operation control system, where the height position of a suspended load varies depending on the type of load, the height position is set at a predetermined point on the control unit via a lifting jig with a fixed height. This allows the automatic operation control system to function regardless of the type of suspended load.

以上のように、本発明に係るタワークレーンの自動運転制御システムによれば、タワークレーンによる吊荷の荷取り位置、及び取付け位置を自動で計測し、吊荷周囲の状況を把握してタワークレーンの正確、迅速でかつ安全な自動運転制御を行うことができる。 As described above, according to the tower crane automatic operation control system according to the present invention, the tower crane automatically measures the loading position and attachment position of the suspended load by the tower crane, grasps the situation around the suspended load, and controls the tower crane. Accurate, quick, and safe automatic driving control can be performed.

本発明に係る建設現場におけるタワークレーンの自動運転制御システムの概要及びタワークレーンによる吊上げのステージを示す全体説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an overall explanatory diagram showing an outline of an automatic operation control system for a tower crane at a construction site according to the present invention and stages of lifting by the tower crane. 吊荷、制御ユニット、及び、吊上げ治具の位置関係を示す説明図である。It is an explanatory view showing the positional relationship of a suspended load, a control unit, and a lifting jig. 吊り下げられた制御ユニットの一つの実施形態を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of one embodiment of a suspended control unit. 図３の制御ユニットの断面図を示す。4 shows a cross-sectional view of the control unit of FIG. 3; FIG. 立体カメラ及び三次元物体認識センサに関する説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram regarding a three-dimensional camera and a three-dimensional object recognition sensor. 第１計測システムの測位データ、及び第２計測システムの計測データに基づいてタワークレーンの制御を行うシステム図である。It is a system diagram which controls a tower crane based on positioning data of a 1st measurement system, and measurement data of a 2nd measurement system.

（自動運転制御システム）
以下に、図面を用いて本発明に係るタワークレーン５の自動運転制御システム１につき、詳細に説明する。図１に建設現場３０におけるタワークレーン５の自動運転制御システム１の概略構成、及び吊荷２の運搬に関する基本的な搬送ルートをステージ１～ステージ６で示す。なお、図１では、ステージの番号は丸数字で示し、明細書では「ステージ１～６」で示す。また、図１では、建設現場３０に吊荷２を搬送トラック６で搬入し、タワークレーン５により吊荷２を建築物２４の上部に取付ける場合を想定している。 (Automatic driving control system)
EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the automatic operation control system 1 of the tower crane 5 based on this invention is demonstrated in detail using drawing. FIG. 1 shows a schematic configuration of an automatic operation control system 1 for a tower crane 5 at a construction site 30 and a basic transport route for transporting a suspended load 2 in stages 1 to 6. Note that in FIG. 1, stage numbers are indicated by circled numbers, and in the specification, they are indicated as "stages 1 to 6." Moreover, in FIG. 1, it is assumed that the suspended load 2 is carried into the construction site 30 by the transport truck 6, and the suspended load 2 is attached to the upper part of the building 24 by the tower crane 5.

図１に示すように、一般的に建設現場３０における吊荷２の搬送ルートは、まず搬送トラック６により建設現場３０に吊荷２が搬入され（ステージ１）、次に、タワークレーン５により荷取り位置３の上方に所定の高さまでフック２５により持ち上げられ（ステージ２）、さらに、タワークレーン５により取付け位置４である建設物２４の上部まで横持ちされる（ステージ３）。そして、吊荷２が所望の取付け方向に向けられ(ステージ４)、その取付け方向を維持したまま下降して(ステージ５)、建設物２４の所定の取付け位置４である上部に取り付けられる(ステージ６)。この吊荷２は、吊上げ治具２２を介してタワークレーン５の吊上げワイヤ２３に接続されて持ち上げられる。そして、吊上げ治具２２には制御ユニット７が取り付けられ吊荷２の位置及び方向の制御が行われ、吊荷２や周辺の状況が認識される。この制御ユニット７は、コントロールユニット、コアコントロールユニットとも称され、タワークレーン５による吊荷２の搬送に関する機器やセンサが集約されている。なお、吊荷２は、搬送トラック６により建設現場３０に搬入される物に限らず、他の重機等により建設現場３０に持ち込まれた吊荷２でも良い。また、吊上げ治具２２は他の形式でも良く、吊荷２の吊上げ方法は他の方法であっても良い。さらに、各ステージ１～６はこれに限らず他の搬入ルートであっても良い。 As shown in FIG. 1, in general, the transport route of the suspended load 2 at the construction site 30 is that the suspended load 2 is first transported to the construction site 30 by the transport truck 6 (stage 1), and then the suspended load 2 is transported by the tower crane 5. It is lifted by the hook 25 to a predetermined height above the installation position 3 (stage 2), and is further carried sideways by the tower crane 5 to the top of the construction 24, which is the installation position 4 (stage 3). Then, the hanging load 2 is directed in the desired mounting direction (stage 4), descends while maintaining the mounting direction (stage 5), and is mounted on the upper part of the building 24 at a predetermined mounting position 4 (stage 6). This suspended load 2 is connected to a lifting wire 23 of a tower crane 5 via a lifting jig 22 and lifted. A control unit 7 is attached to the lifting jig 22 to control the position and direction of the suspended load 2, and to recognize the conditions of the suspended load 2 and its surroundings. This control unit 7 is also referred to as a control unit or a core control unit, and includes equipment and sensors related to the transportation of the suspended load 2 by the tower crane 5. Note that the suspended load 2 is not limited to one that is transported to the construction site 30 by the transport truck 6, but may be a suspended load 2 that is brought to the construction site 30 by other heavy machinery or the like. Further, the lifting jig 22 may be of another type, and the hanging load 2 may be lifted by another method. Furthermore, each stage 1 to 6 is not limited to this, and may be carried in other routes.

（制御ユニット）
図２に、タワークレーン５の吊荷２、制御ユニット７、及び、吊上げ治具２２の相互の位置関係を示す。図２(ａ)は、ステージ１において、タワークレーン５により吊荷２が搬送トラック６から「荷取り」される場合を示す。また、図２（ｂ）は、ステージ６にて、タワークレーン５により吊荷２が建築物２４の所定の位置に「取付けられる」場合を示す。この制御ユニット７は箱状のユニットであり、内部にカメラやセンサ等の機器が内蔵されて吊荷２の上部に配置される。これにより、人工衛星２７が測位した吊荷２の位置、方向等のデータが第１計測システム８によりタワークレーン５の制御ユニット７へと伝送される。吊荷２は、吊上げ治具２２に取り付けられた吊上げワイヤ２３によりタワークレーン５に吊り下げられる。吊荷２の高さ位置（ｈ１，ｈ２）は、例えば、図２(ａ)の荷取りの際には、地面２９から制御ユニット７の中心点までの高さ（ｈ１）が基準となる。また、図２（ｂ）の取付けの際には、建築物２４の頂部から制御ユニット７の中心点までの高さ（ｈ２）が基準となる。但し、地面２９や建築物２４の頂部等の基準点は、これに限らず他の測定可能な任意な基準点であっても良い。この測定により、吊荷２の高さ位置が正確に把握され、タワークレーン５による吊荷２の自動運転が可能となる。 (Controller unit)
FIG. 2 shows the mutual positional relationship of the suspended load 2, the control unit 7, and the lifting jig 22 of the tower crane 5. FIG. 2(a) shows a case where the suspended load 2 is "unloaded" from the transport truck 6 by the tower crane 5 in the stage 1. Moreover, FIG. 2(b) shows a case where the hanging load 2 is "attached" to a predetermined position of the building 24 by the tower crane 5 at the stage 6. This control unit 7 is a box-shaped unit, and has devices such as a camera and a sensor built therein, and is arranged above the suspended load 2. As a result, data such as the position and direction of the suspended load 2 measured by the artificial satellite 27 is transmitted to the control unit 7 of the tower crane 5 by the first measurement system 8. The suspended load 2 is suspended from the tower crane 5 by a lifting wire 23 attached to a lifting jig 22. The height position (h1, h2) of the hanging load 2 is based on the height (h1) from the ground 29 to the center point of the control unit 7, for example, when picking up the load in FIG. 2(a). Further, in the case of the installation shown in FIG. 2(b), the height (h2) from the top of the building 24 to the center point of the control unit 7 is used as a reference. However, the reference points such as the ground 29 and the top of the building 24 are not limited to these, and may be any other measurable reference points. Through this measurement, the height position of the suspended load 2 can be accurately grasped, and automatic operation of the suspended load 2 by the tower crane 5 becomes possible.

（位置計測システム）
図３に、吊り下げられた制御ユニット７に搭載された第１計測システム８及び第２計測システム１０（図６参照）の構成を斜視図で示し、図４に、図３の制御ユニット７の断面図を示す。制御ユニット７の上部には、人工衛星２７から発信された測位データを受信する２台の衛星測位アンテナ９が設けられ、吊荷２の三次元位置等がリアルタイムに連続して測位される。このように、制御ユニット７の上部に２台の衛星測位アンテナ９を搭載させることで第１計測システム８による吊荷２の測位が可能となる。また、図４に示すように、制御ユニット７の下部には、第２計測システム１０に係る立体カメラ１１及び三次元物体認識センサ１２が搭載され、制御ユニット７の底板２８に設けられた開口部２６を通じて立体カメラ１１及び三次元物体認識センサ１２が吊上げられる吊荷２までの距離及び吊荷２の荷取り位置３及び取付け位置４周囲の状況を計測する。 (Position measurement system)
FIG. 3 shows a perspective view of the configuration of the first measurement system 8 and second measurement system 10 (see FIG. 6) mounted on the suspended control unit 7, and FIG. A cross-sectional view is shown. Two satellite positioning antennas 9 are provided above the control unit 7 to receive positioning data transmitted from an artificial satellite 27, and the three-dimensional position of the suspended load 2 is continuously measured in real time. In this way, by mounting two satellite positioning antennas 9 on the upper part of the control unit 7, it becomes possible to measure the position of the suspended load 2 by the first measurement system 8. Further, as shown in FIG. 4, a stereoscopic camera 11 and a three-dimensional object recognition sensor 12 related to the second measurement system 10 are mounted at the bottom of the control unit 7, and an opening provided in the bottom plate 28 of the control unit 7 26, the three-dimensional camera 11 and the three-dimensional object recognition sensor 12 measure the distance to the suspended load 2 to be lifted and the situation around the loading position 3 and attachment position 4 of the suspended load 2.

図５に、立体カメラ１１及び三次元物体認識センサ１２の一つの実施例を示す。図５（ａ）は、立体カメラ１１の実施例を示す。図５（ｂ）は、三次元物体認識センサ１２の実施例を示す。立体カメラ１１は、ステレオカメラとも称され、幅（Ｗ）だけ離された２個のカメラにより所定の吊荷２までの距離（Ｌ）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１２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２の荷取り位置３及び取付け位置４付近の部材位置を計測する。図５（ｂ）に示す実施例では、対象物を開口角１２０°の角度及び１５°の仰角で２４か所のスキャン位置にわたり継ぎ目なしに形状を検出することが可能である。従って、動いている対象物であってもスキャンし、測定することができる。この３Ｄ－ＬｉＤＥＲ技術は、主として自動車の自動運転用のセンサ等に利用されているが、本願発明では、この技術を建設現場３０におけるタワークレーン５の自動運転制御システム１に応用する。 FIG. 5 shows one embodiment of the stereoscopic camera 11 and the three-dimensional object recognition sensor 12. FIG. 5(a) shows an example of the stereoscopic camera 11. FIG. 5(b) shows an example of the three-dimensional object recognition sensor 12. The three-dimensional camera 11 is also called a stereo camera, and measures the distance (L) to a predetermined suspended load 2 using two cameras separated by a width (W) to recognize its position and shape. The three-dimensional object recognition sensor 12 is also referred to as 3D-LiDER, and uses electromagnetic waves with a shorter wavelength than radar to measure scattered light in response to pulsed laser irradiation. The shape of the object is analyzed and the position of the parts near the pick-up position 3 and attachment position 4 of the suspended load 2 is measured. In the embodiment shown in FIG. 5(b), it is possible to seamlessly detect the shape of an object across 24 scan positions at an aperture angle of 120° and an elevation angle of 15°. Therefore, even moving objects can be scanned and measured. This 3D-LiDER technology is mainly used in sensors for automatic driving of automobiles, etc., but in the present invention, this technology is applied to an automatic driving control system 1 for a tower crane 5 at a construction site 30.

（計測システムのシステム構成）
図６に、第１計測システム８及び第２計測システム１０のシステム構成をブロック図で示す。第１計測システム８は、人工衛星２７の衛星測位データ送信部１６ａから発信される衛星測位データを衛星測位アンテナ９により受信する衛星測位データ受信部１６ｂ、受信した測位データから吊荷２の位置データ等を算出する制御ユニット７ａ、及び、タワークレーン５の動作を制御するタワークレーン制御部２１ａから構成される。また、制御ユニット７ａは、吊荷２の地面２９からの高さ又は所定の位置から吊荷２等の位置を検出する吊荷位置検出部１３を含む。この吊荷位置検出部１３は、電波高度計３１により吊荷２の高さを算出する吊荷高さ計測部１３ａ、及び、吊荷２の経度及び緯度から測定された測位情報を座標変換してＸＹＺ座標に変換する吊荷位置座標変換部１３ｂから構成される。この電波高度計３１は、電波を使用して目標物からの反射時間を測定して地上からの高度を測定する。第１計測システム８では、地上や建物近傍において、無線信号が空間を伝播する際に２つ以上の伝播経路を持つことにより生じる反射などの現象である「マルチパス」の影響が生じ易い。また、天空の視界が狭いことから人工衛星２７から発信された測位データを補足する必要があり、その場合は、測位精度の低下が発生する虞がある。 (System configuration of measurement system)
FIG. 6 shows a block diagram of the system configuration of the first measurement system 8 and the second measurement system 10. The first measurement system 8 includes a satellite positioning data receiving unit 16b that receives satellite positioning data transmitted from a satellite positioning data transmitting unit 16a of an artificial satellite 27 using a satellite positioning antenna 9, and a satellite positioning data receiving unit 16b that receives satellite positioning data transmitted from a satellite positioning data transmitting unit 16a of an artificial satellite 27. The tower crane controller 21a is configured to include a control unit 7a that calculates etc., and a tower crane control section 21a that controls the operation of the tower crane 5. Further, the control unit 7a includes a suspended load position detection section 13 that detects the position of the suspended load 2 and the like from the height of the suspended load 2 from the ground 29 or from a predetermined position. The suspended load position detection unit 13 includes a suspended load height measurement unit 13a that calculates the height of the suspended load 2 using a radio altimeter 31, and coordinate conversion of positioning information measured from the longitude and latitude of the suspended load 2. It is composed of a hanging load position coordinate conversion section 13b that converts into XYZ coordinates. This radio altimeter 31 measures the altitude from the ground by measuring the reflection time from a target object using radio waves. In the first measurement system 8, on the ground or near buildings, the effect of "multipath" is likely to occur, which is a phenomenon such as reflection caused by a radio signal having two or more propagation paths when propagating in space. Furthermore, since the visibility of the sky is narrow, it is necessary to supplement the positioning data transmitted from the artificial satellite 27, and in this case, there is a risk that the positioning accuracy will decrease.

また、第２計測システム１０は、立体カメラ１１及び三次元物体認識センサ１２が測定した測定データを発信する測定情報送信部２０ａ、その測定データを受信する測定情報受信部２０ｂ、受信した測定データから吊荷２の位置データ等を算出する制御ユニット７ｂ、さらに、タワークレーン５の動作を制御するタワークレーン制御部２１ｂから構成される。制御ユニット７ｂは吊荷位置検出部１３からなり、さらに、この吊荷位置検出部１３は、吊荷高さ計測部１３ａ、荷取り位置計測部１７、及び取付け位置計測部１８から構成される。吊荷位置座標変換部１３ｂは、立体カメラ１１及び三次元物体認識センサ１２が測定した三次元座標データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を計測する。荷取り位置計測部１７は、吊荷２の荷取り位置３を三次元物体認識センサ１２により特定する。また、取付け位置計測部１８は、吊荷２の荷取り位置３を三次元物体認識センサ１２により特定する。 The second measurement system 10 also includes a measurement information transmitter 20a that transmits measurement data measured by the three-dimensional camera 11 and the three-dimensional object recognition sensor 12, a measurement information receiver 20b that receives the measurement data, and a measurement information receiver 20b that receives the measurement data. It is composed of a control unit 7b that calculates position data of the suspended load 2, etc., and a tower crane control section 21b that controls the operation of the tower crane 5. The control unit 7b includes a suspended load position detection section 13, and the suspended load position detection section 13 further includes a suspended load height measurement section 13a, a pickup position measurement section 17, and an attachment position measurement section 18. The hanging load position coordinate conversion unit 13b measures three-dimensional coordinate data (X, Y, Z) measured by the three-dimensional camera 11 and the three-dimensional object recognition sensor 12. The pick-up position measurement unit 17 specifies the pick-up position 3 of the suspended load 2 using the three-dimensional object recognition sensor 12. Furthermore, the attachment position measurement unit 18 specifies the pick-up position 3 of the suspended load 2 using the three-dimensional object recognition sensor 12 .

(計測システムの選択)
計測システム選択部１９は、計測システムとして第１計測システム８、又は第２計測システム１０のいずれかを選択する。例えば、荷取り位置３や取付け位置４の近傍では、よりきめの細かい作業を迅速にかつ正確にできる第２計測システム１０による。一方、荷取り位置３や取付け位置４以外であって吊荷２を横持ちする場合、荷取り位置３や取付け位置４に素早く接近する場合などでは、第１計測システム８による。具体的には、荷取り位置３や取付け位置４から約３０ｍ以内では第２計測システム１０が好ましく、荷取り位置３や取付け位置４から約３０ｍを越すと第１計測システム８が好ましいと言われている。従って、上述した建設現場３０における吊荷２の搬送ルートにおいてステージ１、ステージ６では第２計測システム１０を採用し、ステージ２～５では第１計測システム８を採用するのが好ましい。 (Selection of measurement system)
The measurement system selection unit 19 selects either the first measurement system 8 or the second measurement system 10 as the measurement system. For example, in the vicinity of the loading position 3 and the mounting position 4, the second measurement system 10 is used, which can perform more detailed work quickly and accurately. On the other hand, when the suspended load 2 is held horizontally at a position other than the loading position 3 or the mounting position 4, or when the hanging load 2 is quickly approached to the loading position 3 or the mounting position 4, the first measurement system 8 is used. Specifically, it is said that the second measurement system 10 is preferable within about 30 m from the cargo pick-up position 3 or the mounting position 4, and the first measurement system 8 is preferable beyond about 30 m from the cargo pick-up position 3 or the mounting position 4. ing. Therefore, in the transportation route of the suspended load 2 at the construction site 30 described above, it is preferable to use the second measurement system 10 in stages 1 and 6, and to use the first measurement system 8 in stages 2 to 5.

計測システム選択部１９は、第１計測システム８と第２計測システム１０とを切り替える計測システム切替え部１４、及び、第１計測システム８と第２計測システム１０との切り替えの条件を気象条件、吊荷２の種類や大きさ、ステージの種類等から判定する計測システム調整部１５から構成される。このようなハイブリッドな計測システムを機能させるには、上述した吊荷２の搬送ルートの途中で第１計測システム８と第２計測システム１０とを切り替える作業をする必要があり、過去の経験、過去の実績などから判定条件を決定しなければならない。 The measurement system selection unit 19 includes a measurement system switching unit 14 that switches between the first measurement system 8 and the second measurement system 10, and a measurement system selection unit 19 that sets conditions for switching between the first measurement system 8 and the second measurement system 10 based on weather conditions, It consists of a measurement system adjustment section 15 that makes decisions based on the type and size of the load 2, the type of stage, etc. In order to make such a hybrid measurement system function, it is necessary to switch between the first measurement system 8 and the second measurement system 10 during the transport route of the suspended load 2 mentioned above, and past experience, Judgment conditions must be determined based on past performance.

制御ユニット７は、吊荷２の荷取り位置３又は取付け位置４の近傍に達するまでは、第１計測システム８の測位情報に基づき、吊荷２の荷取り位置３又は取付け位置４の近傍に達した後は、第２計測システム１０の計測情報に切り替えても良い。また、制御ユニット７は、吊荷２の荷取り位置３又は取付け位置４の近傍に達するまでは、第１計測システム８の測位情報に基づき、吊荷２の荷取り位置３又は取付け位置４の近傍に達した後は、第２計測システム１０の計測情報と第１計測システム８の測位情報とを併用しても良い。さらに、制御ユニット７は、第１計測システム８の測位情報がマルチパスの影響を受ける場合には、第２計測システム１０の計測情報に切り替えても良い。 The control unit 7 moves the suspended load 2 to the vicinity of the pickup position 3 or attachment position 4 based on the positioning information of the first measurement system 8 until it reaches the vicinity of the pickup position 3 or attachment position 4 of the suspended load 2. After reaching this point, you may switch to the measurement information of the second measurement system 10. Furthermore, the control unit 7 controls the position of the unloading position 3 or the attaching position 4 of the suspended load 2 based on the positioning information of the first measurement system 8 until it reaches the vicinity of the unloading position 3 or the attaching position 4 of the suspended load 2. After reaching the vicinity, the measurement information of the second measurement system 10 and the positioning information of the first measurement system 8 may be used together. Furthermore, the control unit 7 may switch to the measurement information of the second measurement system 10 when the positioning information of the first measurement system 8 is affected by multipath.

このように、計測システム選択部１９は、その時の状況に応じて最善の計測システムを探索してタワークレーン５の動作に適用する。この計測システム選択部１９の計測システムの履歴は、気象条件、マルチパスの状況、吊荷２の種類、大きさ、重量等と共に自動運転制御システム１のデータベースに保存されることが好ましい。 In this way, the measurement system selection unit 19 searches for the best measurement system according to the situation at that time and applies it to the operation of the tower crane 5. It is preferable that the history of the measurement system of the measurement system selection unit 19 is stored in the database of the automatic operation control system 1 together with weather conditions, multipath conditions, type, size, weight, etc. of the suspended load 2.

以上の実施形態で説明された自動運転制御システム１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。 The configuration, shape, size, and arrangement relationship of the automatic driving control system 1 described in the above embodiments are merely shown schematically to the extent that the present invention can be understood and implemented. Therefore, the present invention is not limited to the described embodiments, but can be modified in various forms without departing from the scope of the technical idea indicated in the claims.

１ 自動運転制御システム、２ 吊荷、３ 荷取り位置、４ 取付け位置、５ タワークレーン、６ 搬送トラック、７ 制御ユニット，７ａ 制御ユニット（第１計測システム），７ｂ 制御ユニット（第２計測システム）、８ 第１計測システム、９ 衛星測位アンテナ、１０ 第２計測システム、１１ 立体カメラ（ステレオカメラ）、１２ 三次元物体認識センサ（３Ｄ－ＬｉＤＥＲ）、１３ 吊荷位置検出部、１３ａ 吊荷高さ計測部，１３ｂ 吊荷位置座標変換部、１４ 計測システム切替え部、１５ 計測システム調整部、１６ａ 衛星測位データ送信部，１６ｂ 衛星測位データ受信部、１７ 荷取り位置計測部、１８ 取付け位置計測部、１９ 計測システム選択部、２０ａ 測定情報送信部，２０ｂ 測定情報受信部、２１ａ，２１ｂ タワークレーン制御部、２２ 吊上げ治具、２３ 吊上げワイヤ、２４ 建設物、２５ フック、２６ 開口部、２７ 人工衛星、２８ 底板、２９ 地面、３０ 建設現場、３１ 電波高度計、ｈ１ 地面から制御ユニットの中心点までの高さ、ｈ２ 建設物の頂部から制御ユニットの中心点までの高さ、Ｌ 吊荷までの距離、Ｗ 立体カメラの幅。
1 automatic operation control system, 2 hanging load, 3 loading position, 4 mounting position, 5 tower crane, 6 transport truck, 7 control unit, 7a control unit (first measurement system), 7b control unit (second measurement system) , 8 first measurement system, 9 satellite positioning antenna, 10 second measurement system, 11 three-dimensional camera (stereo camera), 12 three-dimensional object recognition sensor (3D-LiDER), 13 suspended load position detection unit, 13a suspended load height Measuring unit, 13b Hanging load position coordinate conversion unit, 14 Measuring system switching unit, 15 Measuring system adjusting unit, 16a Satellite positioning data transmitting unit, 16b Satellite positioning data receiving unit, 17 Loading position measuring unit, 18 Mounting position measuring unit, 19 measurement system selection section, 20a measurement information transmission section, 20b measurement information reception section, 21a, 21b tower crane control section, 22 lifting jig, 23 lifting wire, 24 construction, 25 hook, 26 opening, 27 artificial satellite, 28 Bottom plate, 29 Ground, 30 Construction site, 31 Radio altimeter, h1 Height from the ground to the center point of the control unit, h2 Height from the top of the construction to the center point of the control unit, L Distance to the suspended load, W Width of the 3D camera.

Claims (6)

建設現場のタワークレーンは、制御ユニットが搭載された吊上げ治具を介して吊荷を吊上げ、
前記制御ユニットには、衛星測位アンテナが受信した衛星からの測位情報に基づき吊荷の位置を把握する第１計測システムと、
立体カメラ及び三次元物体認識センサが計測した計測情報に基づき前記吊荷の位置及び周囲の状況を把握する第２計測システムと、が備えられ、
前記第１計測システム又は前記第２計測システムにより前記吊荷の荷取り及び取付けを自動運転制御し、
前記制御ユニットは、前記吊荷の荷取り位置又は取付け位置の近傍に達するまでは、前記第１計測システムの測位情報に基づき、前記吊荷の荷取り位置又は取付け位置の近傍に達した後は、前記第２計測システムの計測情報に切り替える
ことを特徴とするタワークレーンの自動運転制御システム。 Tower cranes at construction sites lift loads through lifting jigs equipped with control units.
The control unit includes a first measurement system that determines the position of the suspended load based on positioning information from the satellite received by the satellite positioning antenna;
a second measurement system that grasps the position of the suspended load and the surrounding situation based on measurement information measured by a three-dimensional camera and a three-dimensional object recognition sensor;
Automatic operation control of loading and mounting of the hanging load by the first measurement system or the second measurement system ,
The control unit is configured to operate, based on the positioning information of the first measurement system, until the control unit reaches the vicinity of the loading position or attachment position of the suspended load, and after reaching the vicinity of the loading position or attachment position of the hanging load. , an automatic operation control system for a tower crane, characterized in that switching to measurement information from the second measurement system . 建設現場のタワークレーンは、制御ユニットが搭載された吊上げ治具を介して吊荷を吊上げ、
前記制御ユニットには、衛星測位アンテナが受信した衛星からの測位情報に基づき吊荷の位置を把握する第１計測システムと、
立体カメラ及び三次元物体認識センサが計測した計測情報に基づき前記吊荷の位置及び周囲の状況を把握する第２計測システムと、が備えられ、
前記第１計測システム又は前記第２計測システムにより前記吊荷の荷取り及び取付けを自動運転制御し、
前記制御ユニットは、前記吊荷の荷取り位置又は取付け位置の近傍に達するまでは、前記第１計測システムの測位情報に基づき、前記吊荷の荷取り位置又は取付け位置の近傍に達した後は、前記第２計測システムの計測情報と前記第１計測システムの測位情報とを併用する
ことを特徴とするタワークレーンの自動運転制御システム。 Tower cranes at construction sites lift loads through lifting jigs equipped with control units.
The control unit includes a first measurement system that determines the position of the suspended load based on positioning information from the satellite received by the satellite positioning antenna;
a second measurement system that grasps the position of the suspended load and the surrounding situation based on measurement information measured by a three-dimensional camera and a three-dimensional object recognition sensor;
Automatic operation control of loading and mounting of the hanging load by the first measurement system or the second measurement system ,
The control unit is configured to operate, based on the positioning information of the first measurement system, until the control unit reaches the vicinity of the loading position or attachment position of the suspended load, and after reaching the vicinity of the loading position or attachment position of the hanging load. , an automatic operation control system for a tower crane, characterized in that measurement information from the second measurement system and positioning information from the first measurement system are used together . 請求項１又は２に記載のタワークレーンの自動運転制御システムであって、前記第１計測システムの前記衛星測位アンテナは、前記制御ユニットの上部に取り付けられて衛星からの測位情報を受信し、
前記第２計測システムの前記立体カメラ及び三次元物体認識センサは、前記制御ユニットの下部の支持材に設けられた開口部を通して、吊荷及び周囲の状況を把握することを特徴とするタワークレーンの自動運転制御システム。 3. The automatic operation control system for a tower crane according to claim 1 , wherein the satellite positioning antenna of the first measurement system is attached to the top of the control unit and receives positioning information from a satellite.
The three-dimensional camera and the three-dimensional object recognition sensor of the second measurement system grasp the suspended load and the surrounding situation through an opening provided in a support member at the bottom of the control unit. Automatic driving control system. 請求項１乃至３の何れか１項に記載のタワークレーンの自動運転制御システムであって、前記制御ユニットは、前記第１計測システムの測位情報がマルチパスの影響を受ける場合には、前記第２計測システムの計測情報に切り替えることを特徴とするタワークレーンの自動運転制御システム。 The automatic operation control system for a tower crane according to any one of claims 1 to 3 , wherein the control unit is configured to control the automatic operation of the tower crane when the positioning information of the first measurement system is affected by multipath. An automatic operation control system for tower cranes that is characterized by switching to measurement information from two measurement systems. 請求項１乃至４の何れか１項に記載のタワークレーンの自動運転制御システムであって、前記制御ユニットは、前記タワークレーンから吊り下げられた吊上げ治具により保持され、前記吊上げ治具は前記吊荷を上部から吊ることを特徴とするタワークレーンの自動運転制御システム。 5. The automatic operation control system for a tower crane according to claim 1 , wherein the control unit is held by a lifting jig suspended from the tower crane, and the lifting jig is An automatic operation control system for tower cranes that suspends loads from above. 請求項１乃至５の何れか１項に記載のタワークレーンの自動運転制御システムであって、前記吊荷の高さ位置は、前記制御ユニットの所定のポイントの高さ位置を測定し、前記吊上げ治具の高さ分を補正して算出することを特徴とするタワークレーンの自動運転制御システム。 6. The automatic operation control system for a tower crane according to claim 1, wherein the height position of the suspended load is determined by measuring the height position of a predetermined point of the control unit. An automatic operation control system for tower cranes that is characterized by correcting and calculating the height of the jig.
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