JP2005029338A

JP2005029338A - 建設機械の動作監視システム及び方法

Info

Publication number: JP2005029338A
Application number: JP2003195961A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Watanabe; 和哉渡邉
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2023-07-11
Also published as: JP4218449B2

Abstract

【課題】クレーン等の旋回又は起伏の少なくとも何れかの運動が可能なジブを有する建設機械の衝突や侵入禁止エリアへの侵入の危険を正しく判定する。
【解決手段】移動式クレーンのジブを含む２箇所にＧＰＳアンテナ１２，１４を取り付けてＧＰＳ計測装置１５により３次元絶対座標を検出する。検出結果は位置情報として無線通信装置１６から監視装置１８へ送信される。監視装置１８では、位置姿勢計算部２２が位置情報に基づき移動式クレーンの位置と姿勢を計算し、危険判定部２６はその計算結果と、モデル記憶部２４に記憶された各移動式クレーン等の３次元モデルデータに基づき衝突等の危険の有無を判定する。危険有りと判定されると判定結果送信部２８が該当するクレーンへ警報信号を送信する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クレーンや掘削機など、旋回または起伏の少なくとも何れかの運動が可能なジブを有する建設機械の動作監視システム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、クレーンの作業範囲を規制し、また、クレーンどうしの衝突を防止するために、クレーンの旋回角度や起伏角度をエンコーダや角度検出器で検出し、その検出情報に基づいてクレーンどうしの接近や進入禁止エリアへの接近を判定することが行われている。しかし、エンコーダや角度検出器ではクレーンの絶対的な位置を検出できないことから、上記の方法はクレーンの位置が固定されていることが前提となり、走行式クレーンのようにクレーンの位置が変化する場合には適用できない。また、エンコーダや角度検出器は校正が必要であるが、この校正作業は専門的な技術者が行なわねばならないため、取り付けや交換の際に不便である。
【０００３】
一方、例えば特許文献１に開示されるクレーンの接触警報装置では、クレーン車に傾斜センサや障害物検知センサを取付けておき、傾斜センサで検出したブーム角度等に基づいてブームが侵入禁止エリアに接近または進入したか否かを判定すると共に、障害物検知センサに基づいて障害物に接近したか否かを判定している。このように障害物検知センサを用いた構成では、その障害物検知センサで検知可能な範囲に限っては、クレーンが移動する場合にも障害物の接近を判定できる。
【０００４】
【特許文献１】
実開平７−４４８２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示される装置では、障害物として架空線を想定し、架空線への接近を検知するべくブームの先端部に障害物検知センサを取り付けている。このため、例えば、２台の建設機械のブームどうしが先端部以外の部位で接近したことを検知することは難しい。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、クレーンや掘削機等の旋回または起伏の少なくとも何れかの運動が可能なジブを有するクレーンや掘削機などの建設機械どうしの衝突や侵入禁止エリアへの侵入の危険を正しく判定することが可能な建設機械の動作監視システム及び方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、旋回または起伏の少なくとも何れかの運動が可能なジブを有するクレーンや掘削機などの建設機械の動作監視システムであって、
複数の建設機械の夫々について、前記ジブの何れかの部位を含む少なくとも２つの部位の３次元座標を検出可能な位置検出手段と、
前記位置検出手段による３次元座標の検出結果に基づいて、各建設機械の位置及び前記ジブの姿勢を計算する計算手段と、
前記計算手段による計算結果に基づいて、建設機械どうしの衝突の危険の有無又は各建設機械が侵入禁止エリアへ侵入する危険の有無の少なくとも何れかを判定する危険判定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明において、前記複数の建設機械の夫々に設けられた無線通信手段と、この無線通信手段と通信可能な監視装置とを備え、前記無線通信手段は、前記位置検出手段による検出結果を前記監視装置へ送信する機能を有し、前記監視装置が前記計算手段及び前記危険判定手段を備えていることとしてもよい。
【０００９】
あるいは、前記複数の建設機械の夫々に設けられた無線通信手段と、この無線通信手段と通信可能な監視装置とを備え、前記計算手段は各建設機械に設けられ、前記無線通信手段は前記計算手段による計算結果を前記監視装置へ送信する機能を有し、前記監視手段が、前記危険判定手段を備えていることとしてもよい。
【００１０】
ここで、前記監視装置は、前記危険判定手段により危険有りと判定された場合に、その旨の信号を該当する建設機械の前記無線通信手段へ送信する機能を有することとしてもよい。
【００１１】
また、前記監視装置は、複数の建築現場に対して共通に設けられ、ネットワークに接続されたサーバーコンピュータにより構成されており、前記ネットワークを経由して、各建設機械に設けられた前記無線通信手段と通信を行うこととしてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態であるクレーン監視システム１０の全体構成図である。本実施形態のクレーン監視システム１０は、移動式クレーンを監視対象として、クレーンどうしの衝突や、侵入禁止エリアへの侵入の危険を判定する。
【００１３】
図１に示すように、クレーン監視システム１０は、各移動式クレーンに取り付けられた第１ＧＰＳアンテナ１２及び第２ＧＰＳアンテナ１４を備えている。第１ＧＰＳアンテナ１２及び第２ＧＰＳアンテナ１４は、ＧＰＳ計測装置１５を介して、無線通信装置１６に接続されている。ＧＰＳ計測装置１５及び無線通信装置１６は、例えば、移動式クレーンの運転台に設置されている。ＧＰＳ計測装置１５は、第１ＧＰＳアンテナ１２及び第２ＧＰＳアンテナ１４がＧＰＳ衛星から夫々受信したＧＰＳ信号に基づいて、各アンテナ取付部位の３次元的な絶対座標すなわち（緯度，経度，高度）を検出する。無線通信装置１６は例えば無線ＬＡＮ、携帯電話通信、赤外線通信、あるいはレーザ通信等の無線方式で通信を行う機能を有しており、現場事務等に設置された監視装置１８と通信を行うことができる。
【００１４】
本実施形態では、無線通信装置１６は監視装置１８に向けて、ＧＰＳ計測装置１５により検出された座標情報と、当該移動式クレーン５０に固有のクレーンＩＤとを送信する。監視装置１８は無線通信装置１６から受信したクレーンＩＤに基づいて送信元の移動式クレーン５０を識別し、座標情報に基づいてクレーンどうしの衝突や、侵入禁止エリアへの侵入の危険の有無を判定する。
【００１５】
図２は、移動式クレーン５０の構成および移動式クレーン５０への各ＧＰＳアンテナ１２，１４の取付位置を示す側面図であり、図３はその平面図である。これらの図面に示すように、移動式クレーン５０は、走行部５２と、走行部５２上に配置されて水平面内を旋回運動可能な旋回部５４と、旋回部５４に対して起伏運動可能なブーム５６（本発明における「ジブ」に相当）とを備えている。第１ＧＰＳアンテナ１２は、移動式クレーン５０のブーム５６の先端部に取り付けられており、また、第２ＧＰＳアンテナ１４は、第１ＧＰＳアンテナ１２の取付位置と、旋回部５２の旋回中心Ｏ１とを含む鉛直平面内の位置に取り付けられている。
【００１６】
なお、以下の説明では、図２及び図３に示す通り、第２ＧＰＳアンテナ１４の取付位置と旋回中心Ｏ１との距離をＬ１、ブーム５６の起伏運動の回転中心（以下、起伏中心という）Ｏ２と旋回中心１との距離をＬ２，第１ＧＰＳアンテナ１２の取付位置と起伏中心Ｏ２との距離をＬ３、第２ＧＰＳアンテナ１４の取付位置の地上高をＨ１、起伏中心Ｏ２の地上高をＨ２で表すものとする。また、第１ＧＰＳアンテナ１２及び第２ＧＰＳアンテナ１４の座標を夫々（ｘ１、ｙ１、ｈ１），（ｘ２、ｙ２、ｈ２）で表し、また、移動式クレーン５０の平面的な位置を旋回中心Ｏ１の絶対座標（Ｘ，Ｙ）で表すものとする。さらに、移動式クレーンの旋回角度をＸ軸方向からの角度φで表し、起伏角度を水平面からの角度θで表すものとする。
【００１７】
再び図１を参照して説明すると、監視装置１８は、位置情報受信部２０、位置姿勢計算部２２、モデル記憶部２４、危険判定部２６、及び判定結果送信部２８等の各機能部を備えている。
【００１８】
位置情報受信部２０は、各移動式クレーン５０の無線通信装置１６から、ＧＰＳ計測装置１５が検出した位置情報を受信する。
【００１９】
位置姿勢計算部２２は、位置情報受信部２０が受信した座標情報に基づいて、各移動式クレーンの位置及び姿勢を計算する。より具体的には、ＧＰＳ計測装置１５により計測された座標（ｘ１，ｙ１，ｈ１）及び（ｘ２，ｙ２，ｈ２）に基づいて、旋回部５２の旋回角度φ、旋回中心Ｏ１の絶対座標（Ｘ，Ｙ）、及びブーム５６の起伏角度θを下式に従って計算する。
【００２０】
φ＝ｔａｎ^−１｛（ｙ１−ｙ２）／（ｘ１−ｘ２）｝
Ｘ＝ｘ２＋Ｌ１・ｃｏｓφ
Ｙ＝ｙ２＋Ｌ１・ｓｉｎφ
θ＝ｔａｎ^−１［（ｈ１−Ｈ２）／［｛（ｘ１−Ｘ）^２＋（ｙ１−Ｙ）^２｝^１／２−Ｌ２］］
モデル記憶部２４には、各移動式クレーン５０の３次元モデルデータが格納されている。具体的には、各移動式クレーン５０に固有のクレーンＩＤに関係付けて、移動式クレーン５０の３次元的な輪郭形状を表すデータが格納されている。また、モデル記憶部２４には、建築現場の敷地周辺の建物などの進入禁止エリアを現す３次元モデルデータも格納されている。
【００２１】
危険判定部２６は、位置姿勢計算部２２による各移動式クレーン５０の位置・姿勢の計算結果と、モデル記憶部２４に記憶された各移動式クレーン５０及び侵入禁止エリアの３次元モデルデータとに基づいて、建築現場における移動式クレーン５０の作業状況を表示装置３０に描画すると共に、移動式クレーン５０どうしの接触の危険や侵入禁止エリアへの侵入の危険の有無を判定する。
【００２２】
図４及び図５は、危険判定部２６により描画された表示画面の例を示す図であり、２台の移動式クレーン５０どうしの衝突の危険が有ると判定される状況を示している。このような移動式クレーン５０どうしの接触の危険の有無は、各移動式クレーン５０の３次元モデルデータと位置・姿勢とに基づいて移動式クレーン５０の周囲に衝突警報ゾーン（図４、図５中に斜線を付して示す）を設定し、この衝突警報ゾーン内に他の移動式クレーン５０の衝突警報ゾーンに入ったか否かにより判定される。
【００２３】
図６及び図７は、危険判定部２６により描画された画面の別の例を示す図であり、移動式クレーン５０が侵入禁止エリアへ侵入する危険が有ると判定される状況を示している。このような侵入禁止エリアへの侵入の危険の有無も、上記した衝突の判定の場合と同様に、移動式クレーン５０の周囲に衝突警報ゾーンを設定し、この衝突警報ゾーン内に侵入禁止エリアが入ったか否かにより判定される。
【００２４】
判定結果送信部２８は、危険判定部２６によりクレーンどうしの衝突の危険が有り、あるいは、侵入禁止エリアへの侵入の危険が有ると判定された場合に、クレーンＩＤに基づいて該当する移動式クレーン５０を識別し、その移動式クレーン５０の無線通信装置１６へ警報信号を送信する。なお、無線通信装置１６は、この警報信号を受信した際に、例えば光の点滅や警報音による警報機能が設けられているものとする。
【００２５】
上記した監視装置１８は、コンピュータシステムにより構成されており、位置姿勢計算部２２及び危険判定部２６はコンピュータがプログラムを実行することにより実現され、モデル記憶部２４はコンピュータシステムが備えるハードディスク等の記憶装置に格納されている。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態のシステムによれば、各移動式クレーン５０に第１ＧＰＳアンテナ１２及び第２ＧＰＳアンテナ１４を取り付けることで、各移動式クレーン５０の姿勢のみならず、絶対的な位置も正確に判定することができる。このため、監視装置１８は、そのような姿勢や位置の情報に基づいて移動式クレーン５０の衝突や侵入禁止エリアへの侵入の危険の有無を判定することができる。そして、それらの危険が有ると判定された場合は、該当する移動式クレーン５０へ警報信号を送信することができるので、移動式クレーン５０のオペレータの注意を喚起して、衝突や侵入禁止エリアへの侵入を未然に防止することができる。
【００２７】
また、ＧＰＳを用いて位置及び姿勢を検出するので、従前のようにエンコーダを用いた場合に必要であった煩雑な校正作業を不要にすることができる。
【００２８】
なお、上記の説明では、移動式クレーン５０に設けられたＧＰＳ計測装置１５で検出された位置情報を監視装置１８へ送信し、監視装置１８にて、この位置情報から移動式クレーン５０の位置及び姿勢を計算するものとした。しかしながら、本発明はこれに限らず、移動式クレーン５０側に演算装置を設けて当該移動式クレーン５０の位置・姿勢を計算し、その計算結果を監視装置１８へ送信することとしてもよい。
【００２９】
図８は、本発明の別の実施形態の全体構成図を示す。この実施形態では、複数の建築現場に対して共通の監視サーバー１００を、例えば建設会社の本社や工場等に設置している。この監視サーバー１００は、インターネット等のネットワーク１０２に接続されたサーバーコンピュータにより構成されており、図１に示す監視装置１８と同様の機能ブロック構成を有している。また、各移動式クレーン５０に設けられた無線通信装置１６は、適宜な基地局を介してネットワーク１０２に接続可能とされている。したがって、監視サーバー１００は、ネットワーク１０２を介して各建築現場に配置された移動式クレーン５０の無線通信装置１６と通信し、各移動式クレーン５０のＧＰＳ計測装置１５により検出された座標情報に基づいて、移動式クレーン５０の衝突や侵入禁止エリアへの侵入の危険の有無を判定し、危険が有ると判定された場合には該当する移動式クレーン５０へ警報信号を送信することができる。
【００３０】
なお、本実施形態では、監視サーバー１００が備えるモデル記憶部２４には、各建築現場の侵入禁止エリアを表す３次元モデルデータを、各建築現場のＩＤに関連付けて記憶しておき、侵入禁止エリアへの侵入の危険は、該当する建築現場のデータに基づいて判定するものとする。
【００３１】
本実施形態によれば、複数の建築現場に共通の監視サーバー１００が設けられるので、移動式クレーン５０が別の建築現場へ移って使用される場合にも、そのままの状態で、監視サーバー１００による監視対象とすることができる。すなわち、例えば、移動式クレーン５０がリース品であって、建築現場が頻繁に変わる場合にも、何ら設定等を変更することなく、その移動式クレーン５０の衝突等の危険判定を行うことができる。
【００３２】
なお、各移動式クレーン５０に例えば風力計等の環境センサや、各種故障を検出するためのセンサを設けて、それらの検出情報を監視サーバー１００へ送信することにより、監視サーバー１００にて各移動式クレーン５０の動作環境や故障状況を集中管理できるようにしてもよい。
【００３３】
また、上記各実施形態では、本発明が移動式クレーン５０の動作監視に適用された場合について説明したが、これに限らず、各種クレーンや掘削機など、旋回運動または起伏運動の少なくとも何れかの運動が可能なジブを有する建設機械の動作監視に広く適用が可能である。
【００３４】
また、上記各実施形態では、移動式クレーンどうしの衝突と、侵入禁止エリアへの侵入の双方の危険を判定できるものとしたが、本発明はこれに限らず、衝突又は侵入禁止エリアへの侵入の少なくとも何れかの危険を判定できればよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、クレーンや掘削機等の旋回または起伏の少なくとも何れかの運動が可能なジブを有するクレーンや掘削機などの建設機械どうしの衝突や侵入禁止エリアへの侵入の危険を正しく判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるクレーン監視システムの全体構成図である。
【図２】移動式クレーンの構成および移動式クレーンへの各ＧＰＳアンテナの取付位置を示す側面図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】危険判定部により描画された表示画面の第１の例を示す図であり、２台の移動式クレーンどうしが衝突する危険が有ると判定される状況を示す。
【図５】危険判定部により描画された表示画面の第２の例を示す図であり、２台の移動式クレーンどうしが衝突する危険が有ると判定される状況を示す。
【図６】危険判定部により描画された画面の第３の例を示す図であり、移動式クレーンが侵入禁止エリアへ侵入する危険が有ると判定される状況を示す。
【図７】危険判定部により描画された画面の第４の例を示す図であり、移動式クレーンが侵入禁止エリアへ侵入する危険が有ると判定される状況を示す。
【図８】本発明の別の実施形態のシステム全体構成図である。
【符号の説明】
１０クレーン監視システム
１２第１ＧＰＳアンテナ
１４第２ＧＰＳアンテナ
１６無線通信装置
１８監視装置
２０位置情報受信部
２２位置姿勢計算部
２４モデル記憶部
２６危険判定部
２８判定結果送信部
５０移動式クレーン
１００監視サーバー
１０２ネットワーク

Claims

旋回または起伏の少なくとも何れかの運動が可能なジブを有するクレーンや掘削機などの建設機械の動作監視システムであって、
複数の建設機械の夫々について、前記ジブの何れかの部位を含む少なくとも２つの部位の３次元座標を検出可能な位置検出手段と、
前記位置検出手段による３次元座標の検出結果に基づいて、各建設機械の位置及び前記ジブの姿勢を計算する計算手段と、
前記計算手段による計算結果に基づいて、建設機械どうしの衝突の危険の有無又は各建設機械が侵入禁止エリアへ侵入する危険の有無の少なくとも何れかを判定する危険判定手段と、を備えることを特徴とするシステム。
前記複数の建設機械の夫々に設けられた無線通信手段と、この無線通信手段と通信可能な監視装置とを備え、
前記無線通信手段は、前記位置検出手段による検出結果を前記監視装置へ送信する機能を有し、
前記監視装置が前記計算手段及び前記危険判定手段を備えていることを特徴とする請求項１記載のシステム。
前記複数の建設機械の夫々に設けられた無線通信手段と、この無線通信手段と通信可能な監視装置とを備え、
前記計算手段は各建設機械に設けられ、前記無線通信手段は前記計算手段による計算結果を前記監視装置へ送信する機能を有し、
前記監視装置が、前記危険判定手段を備えていることを特徴とする請求項１記載のシステム。
前記監視装置は、前記危険判定手段により危険有りと判定された場合に、その旨の信号を該当する建設機械の前記無線通信手段へ送信する機能を有することを特徴とする請求項２または３記載のシステム。
請求項２〜４のうち何れか１項記載のシステムにおいて、
前記監視装置は、複数の建築現場に対して共通に設けられ、ネットワークに接続されたサーバーコンピュータにより構成されており、前記ネットワークを経由して、各建設機械に設けられた前記無線通信手段と通信を行うことを特徴とするシステム。
旋回または起伏の少なくとも何れかの運動が可能なジブを有するクレーンや掘削機などの建設機械の監視方法であって、
複数の建設機械の夫々について、前記ジブの何れかの部位を含む少なくとも２つの部位の３次元座標を検出可能な位置検出器を設けておき、
前記位置検出器による３次元座標の検出結果に基づいて、各建設機械の位置及び前記ジブの姿勢を計算し、
この計算結果に基づいて、建設機械どうしの衝突の危険の有無又は各建設機械が侵入禁止エリアへ侵入する危険の有無の少なくとも何れかを判定することを特徴とする方法。