JP2006219246A - 移動式クレーンのフック位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度な移動式クレーンのフック位置検出装置を提供する。
【解決手段】対象物の高精度な位置検出が可能なＧＰＳ装置２１、レーザー測距装置２２あるいは、レーザー測距追尾装置を使用することにより、精度の高いフック６の３次元位置を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動式クレーンのフック位置検出装置に関するものである。

移動式クレーンがクレーン作業を行う時には、ブーム先端又はジブ先端から吊下げたフック位置の正確な把握が重要である。建物に近接して移動式クレーンを設置した状態での屋上への荷揚げ作業あるいは地下への積み下ろし作業などでは、クレーン運転室から直接フックを目視することができないため、積み下ろし位置で作業指示を行う玉掛け作業者からの無線連絡に頼ってクレーンオペレータがクレーン操作しているのが現状である。この場合でも、フック位置検出装置によりクレーンオペレータが直接フック位置を把握することができれば、クレーン作業の効率化及び安全性向上を図ることができる。また、クレーン作業の自動化あるいはフックの振れ止め制御においても、フック位置の検出は重要な技術要素である。

移動式クレーンに用いられるフック位置検出装置として、例えば特許文献１に記載された装置が知られている。特許文献１の制御装置は、ウインチドラムに取り付けられたドラム回転検出器からの検出回転量、伸縮ブームのブーム長検出器からの検出ブーム長、および伸縮ブームのブーム起仰角度検出器からの検出ブーム起仰角度を演算部に入力し、フックの地上高さを、ドラムの回転量、ブーム長、およびブーム起伏角度の関数として算出する演算部とから構成されている。
実開平４−１１５８８０公報（第２−４頁、第４−５図）

ところが、上記従来のフック位置検出装置はフック位置を検出するセンサとして、従来からクレーンに使用されるドラム回転検出器、ブーム長検出器、およびブーム起仰角度検出器を用い、それらが検出した回転量、ブーム長及びブーム起仰角度に基づき演算部がフック位置を演算するものであったため、その検出精度を高めようとしても限界があった。また、近年の軽量化の要請に基づき高張力鋼を用いたブームあるいはジブでは、クレーン作業時のブームあるいはジブのたわみ変形が大きいため、フック位置を高精度に検出することが困難となっていた。

そこで、本発明は、対象物の高精度な位置検出が可能なＧＰＳ装置、レーザー測距装置あるいは、レーザー測距追尾装置を使用することにより、従来よりも精度の高いフックの３次元位置を検出できる移動式クレーンのフック位置検出装置を提供しようとするものである。

本願の請求項１に記載された移動式クレーンのフック位置検出装置は、走行車体に旋回自在に旋回台を搭載し、当該旋回台に伸縮自在なブームを起伏自在に枢着し、当該ブーム先端にジブを脱着可能とし、装備したウインチによりブーム先端又はジブ先端から吊下するフックを巻上下げ自在とした移動式クレーンのフック位置検出装置であって、前記ブーム先端又はジブ先端に配置されブーム先端又はジブ先端の対地３次元位置を検出するＧＰＳ装置と、前記ブーム先端又はジブ先端に配置され前記フックにレーザービームを照射し、反射ビームによりフックまでの距離を検出するレーザー測距装置と、を備え、前記ＧＰＳ装置とレーザー測距装置とからの信号により、前記フックの対地３次元位置を演算することを特徴とする。

本願の請求項２に記載された移動式クレーンのフック位置検出装置は、走行車体に旋回自在に旋回台を搭載し、当該旋回台に伸縮自在なブームを起伏自在に枢着し、当該ブーム先端にジブを脱着可能とし、装備したウインチによりブーム先端又はジブ先端から吊下するフックを巻上下げ自在とした移動式クレーンのフック位置検出装置であって、前記ブーム先端又はジブ先端に配置されブーム先端又はジブ先端の対地３次元位置を検出するＧＰＳ装置と、前記ブーム先端又はジブ先端に配置され前記フックにレーザービームを照射し、反射ビームによりフックまでの距離と方向を検出するレーザー測距追尾装置と、を備え、 前記ＧＰＳ装置とレーザー測距追尾装置とからの信号により、前記フックの対地３次元位置を演算することを特徴とする。

本願の請求項３に記載された移動式クレーンのフック位置検出装置は、走行車体に旋回自在に旋回台を搭載し、当該旋回台に伸縮自在なブームを起伏自在に枢着し、当該ブーム先端にジブを脱着可能とし、装備したウインチによりブーム先端又はジブ先端から吊下するフックを巻上下げ自在とした移動式クレーンのフック位置検出装置であって、前記走行車体に配置され前記ブーム先端又はジブ先端にレーザービームを照射し、反射ビームによりブーム先端又はジブ先端までの距離と方向を検出するレーザー測距追尾装置と、前記ブーム先端又はジブ先端に配置され前記フックにレーザービームを照射し、反射ビームによりフックまでの距離を検出するレーザー測距装置と、を備え、前記レーザー測距追尾装置とレーザー測距装置とからの信号により、前記フックの走行車体に対する３次元位置を演算することを特徴とする。

本願の請求項４に記載された移動式クレーンのフック位置検出装置は、走行車体に旋回自在に旋回台を搭載し、当該旋回台に伸縮自在なブームを起伏自在に枢着し、当該ブーム先端にジブを脱着可能とし、装備したウインチによりブーム先端又はジブ先端から吊下するフックを巻上下げ自在とした移動式クレーンのフック位置検出装置であって、前記走行車体に配置され前記ブーム先端又はジブ先端にレーザービームを照射し、反射ビームによりブーム先端又はジブ先端までの距離と方向を検出する第1レーザー測距追尾装置と、 前記ブーム先端又はジブ先端に配置され前記フックにレーザービームを照射し、反射ビームによりフックまでの距離と方向を検出する第２レーザー測距追尾装置と、を備え、前記第１レーザー測距追尾装置と第２レーザー測距追尾装置とからの信号により、前記フックの走行車体に対する３次元位置を演算することを特徴とする。

請求項１に記載した移動式クレーンのフック位置検出装置では、ブーム先端に配置したＧＰＳ装置によって移動式クレーンのブーム先端の対地３次元位置を検出するようにするとともに、ブーム先端に配置したレーザー測距装置によってブーム先端からフックまでの距離を検出するようにした。そして、上記ブーム先端の対地３次元位置とブーム先端からフックまでの距離とからフックの対地３次元位置を演算するようにしたので、極めて高精度なフックの対地３次元位置の検出が可能となる。

請求項２に記載した移動式クレーンのフック位置検出装置では、ブーム先端に配置したＧＰＳ装置によって各移動式クレーンのブーム先端の対地３次元位置を検出するようにするとともに、ブーム先端に配置したレーザー測距追尾装置によってブーム先端からフックまでの距離と方向を検出するようにした。そして、上記ブーム先端の対地３次元位置とブーム先端からフックまでの距離と方向とからフックの対地３次元位置を演算するようにしたので、極めて高精度なフック対地３次元位置の検出が可能となる。

請求項３に記載した移動式クレーンのフック位置検出装置では、走行車体に配置したレーザー測距追尾装置によって走行車体に対するブーム先端位置を検出するようにすると共に、ブーム先端に配置したレーザー測距装置によってブーム先端からフックまでの距離を検出するようにした。そして、上記走行車体に対するブーム先端の３次元位置とブーム先端からフックまでの距離とからフックの走行車体に対する３次元位置を演算するようにしたので、極めて高精度な走行車体に対するフック３次元位置の検出が可能となる。

請求項４に記載した移動式クレーンのフック位置検出装置では、走行車体に配置した第１レーザー測距追尾装置によって走行車体に対するブーム先端位置を検出するようにすると共に、ブーム先端に配置した第２レーザー測距追尾装置によってブーム先端からフックまでの距離と方向を検出するようにした。そして、上記走行車体に対するブーム先端の３次元位置とブーム先端からフックまでの距離と方向からフックの走行車体に対する３次元位置を演算するようにしたので、極めて高精度な走行車体に対するフック３次元位置の検出が可能となる。

移動式クレーンとしてラフテレーンクレーン１１に本願発明を適用した実施例を説明する。

図１に示すラフテレーンクレーン１１は、アウトリガ１を備えた走行車体２に旋回自在に旋回台３を搭載している。旋回台３には伸縮自在なブーム４を起伏自在に枢着している。ラフテレーンクレーン１１にはウインチが装備されており、ブーム先端５から吊下するフック６を巻上下げ自在に操作できるようになっている。

２０はラフテレーンクレーン１１に搭載されるフック位置検出装置である。２１はブーム先端５の対地３次元位置を検出するＧＰＳ装置である。２２は、前記ブーム先端５に配置され前記フック６に配置された反射鏡７にレーザービーム８を照射し、反射ビームによりフック６までの距離を検出するレーザー測距装置である。２３は、前記ＧＰＳ装置２１とレーザー測距装置２２とからの信号により、前記フック６の対地３次元位置を演算する演算手段である。以下、フック位置検出装置２０の各構成を詳述する。

ＧＰＳ装置２１は、人工衛星からの電波を受信することによって世界中のどこにいても自分自身の位置を知ることができるシステムであり、現在既に開発されて船や自動車等の移動体の位置を高精度に測定するナビゲーションシステムや工事測量等に応用されている。

本実施例１においては、ＧＰＳ装置２１の一組のアンテナ２４およびレシーバ２５が地表面の任意の位置に既知の基準点として設置されるとともに、他のもう一組のアンテナ２６およびレシーバ２７がブーム先端５に設置される。すなわち、図１に示したように敷地内アンテナ２４がクレーン作業敷地内の任意の位置に既知の基準点として設置されているとともに、この敷地内基準点アンテナ２４に接続されているレシーバ２５が隣接して配備されている。また、ブーム先端５にＧＰＳアンテナ２６が配置されているとともに、クレーンの運転室にＧＰＳアンテナ２６に接続されているレシーバ２７が配備されている。

両方のレシーバ２５、２７には現在の時刻が格納されていて、両レシーバ２５，２７はこの現在時刻を基に現在飛んでいるすべての人工衛星の位置を知ることができるようになっている。すなわち、敷地内基準アンテナ２４が、複数個（例えば５個等）の人工衛星２８（図１では1個しか図示されていない）からの電波を随時受けてレシーバ２５に送信し、レシーバ２５は既知の基準点位置の経度Ｘ０、緯度Ｙ０、高さＺ０を知ることができるようになっている。また、ＧＰＳアンテナ２６が複数個（例えば５個等）の人工衛星２８（図１では１個しか図示されていない）からの電波を随時受けてレシーバ２７に送信し、レシーバ２７はＧＰＳアンテナ２６からの信号に基づいてブーム先端５の位置の経度Ｘ１、緯度Ｙ１、高さＺ１を知ることができるようになっている。

既知の基準点の経度Ｘ０、緯度Ｙ０、高さＺ０のデータが敷地内基準点アンテナ２４から無線でＧＰＳアンテナ２６に出力され、更にＧＰＳアンテナ２６からレシーバ２７に送信される。レシーバ２７は、ＧＰＳアンテナ２６が受信した人工衛星２８からの電波に基づいて得たブーム先端５の経度Ｘ１、緯度Ｙ１、高さＺ１のデータを既知の基準点の経度Ｘ０、緯度Ｙ０、高さＺ０のデータにより補正して、地表面上におけるブーム先端５の位置の経度Ｘ、緯度Ｙ、高さＺの正確なデータを得ることができるようになっている。

図２はレーザー測距装置２２の説明図である。図２に示したレーザー測距装置２２は「レーザー光の振幅（または偏向）変調を利用し基準波形と戻ってきた波形の位相のずれを測定することによって距離を求める方法」が使用されている。レーザー光を変調器５１により周波数ｆで振幅変調させ、フック６に設置した反射板７に向けて照射する。反射板７から反射されたレーザー光を光電検出器５３で受ける。レーザー光が反射板７まで往復する時間があるので、戻ってきたレーザー光の変調の位相は送信光とは異なっている。この位相差Φを位相計５４で計測することによりブーム先端５とフック６との距離Ｌを求めるようになっている。なお、上記反射板７をフック６に設置せずに吊荷４０に直接設置するようにしてもよい。この場合は、ブーム先端５と吊荷４０との距離を直接求めることができる。

上述したＧＰＳ装置２１が得たブーム先端５の位置データと、レーザー測距装置２２が求めたブーム先端５とフック６との距離データは演算手段２３に送られ、演算手段２３は両データからフック６の対地３次元位置（経度Ｘ、緯度Ｙ、高さＺ−Ｌ）を演算する。フック位置検出手段２０の演算手段２３と移動式クレーン制御装置３３とはフック６の対地３次元位置信号等のクレーン制御に必要な信号を相互にやり取り可能に連絡されている。

上述したフック位置検出装置２０によって、高精度なフックの対地３次元位置が演算されるため、クレーン操作及びクレーン制御においても高精度なフック３次元位置が利用できることとなる。したがって、たわみの大きなブームあるいはジブを持つ移動式クレーンであっても、正確なフック位置（又は吊荷位置）の把握と制御が可能となる。

図３は、実施例２の移動式クレーンのフック位置検出装置２９である。実施例２のフック位置検出装置２９は、上述した実施例１のフック位置検出装置２０のブーム先端５に配置したレーザー測距装置２２をレーザー測距追尾装置３０とした点のみが相違する。

レーザー測距追尾装置３０の測距機能部分は、図２に図示し実施例１で説明したレーザー測距装置２２と同じであるので説明を省略する。図４はレーザー測距追尾装置３０の追尾機能部分６０を説明するものである。光源として半導体レーザー６１を使用し、レーザー光は、コリメートレンズ６２、凹レンズ６３、偏光ビームスプリッタ６４、凸レンズ６７通過した後に、レーザー光を発射する方向を偏光鏡６５で制御し、フック６に当てる。装置から発射されたレーザー光は、フック６に取付けられた反射鏡７によって反射される。この反射レーザー光のうち装置に戻って凸レンズ６７の径内にあるものが集光される。４分の１波長シート６８によって偏光方向が９０度回転しているため、偏光ビームスプリッタ６４によって反射され、バンドパスフィルタ６９を透過して４分割光検出器７０の光検出面上に結像する。そこで、４分割光検出器７０の各チャンネルからの光強度信号間の差を利用して、像の位置が４分割光検出器７０の中心からどの程度離れているかを検出し、この像が常に中心位置へ来るようにガルバノスキャナー７１へ制御信号を送る。ガルバノスキャナー７１は電磁力で回転を得る一種のモーターで、これに偏光用の反射鏡６５を取付けることで光の方向が制御できる。このような方式により、スキャナーの可動範囲で目標のフック６を追跡でき、スキャナー７１の回転角からフック６の方向が分るようになっている。

上述した構成のフック位置検出装置２９は、ブーム先端５に配置したレーザー測距追尾装置３０がフック６までの距離のみならず、その方向をも検出することができる。そのため、吊荷４０が振れているような場合、あるいは吊荷４０が接地していて吊荷４０とブーム先端５との位置がずれているような場合であっても、高精度なフック６の対地３次元位置を検出することができる。

図５は実施例３のフック位置検出装置８０である。８１は走行車体２に配置されブーム先端５に配置された反射板８２にレーザービーム８６を照射し、反射ビームによりブーム先端５までの距離と方向を検出するレーザー測距追尾装置である。レーザー測距追尾装置８１は実施例２で説明したレーザー測距追尾装置３０と同じものであるので、詳細な説明は省略する。２２は、ブーム先端５に配置されフック６に配置された反射鏡７にレーザービーム８を照射し、反射ビームによりフック６までの距離を検出するレーザー測距装置である。８５は、前記レーザー測距追尾装置８１とレーザー測距装置２２とからの信号により、前記フック６の走行車体２に対する３次元位置を演算する演算手段である。フック位置検出装置８０の演算手段８５と移動式クレーン制御装置９３とはフック６の３次元位置信号等のクレーン制御に必要な信号を相互にやり取り可能に連絡されている。

上述したフック位置検出装置８０によって、高精度にフックの走行車体２に対する３次元位置が演算されるため、クレーン操作及びクレーン制御において高精度なフック３次元位置が利用できることとなる。したがって、たわみの大きなブームあるいはジブを持つ移動式クレーンであっても、正確なフック位置の把握と制御が可能となる。

図６は、実施例４の移動式クレーンのフック位置検出装置９０である。実施例４のフック位置検出装置９０は、上述した実施例３のフック位置検出装置８０のブーム先端５に配置したレーザー測距装置２２をレーザー測距追尾装置９２とした点のみが相違する。

上述した構成のフック位置検出装置９０は、ブーム先端５に配置したレーザー測距追尾装置９２がフック６までの距離のみならず、その方向をも検出することができる。そのため、吊荷４０が振れているような場合あるいは吊荷４０が接地していて吊荷４０とブーム先端５との位置がずれているような場合であっても、高精度なフック６の走行車体２に対する３次元位置を検出することができる。

本願発明に係る第１実施例の説明図である。 レーザー測距装置の説明図である。 本願発明に係る第２実施例の説明図である。 レーザー追尾機能部分の説明図である。 本願発明に係る第３実施例の説明図である。 本願発明に係る第４実施例の説明図である。

符号の説明

１：アウトリガ
２：走行車体
３：旋回台
４：ブーム
５：ブーム先端
６：フック
１１：ラフテレーンクレーン
２０、２９、８０、９０：フック位置検出装置
２１：ＧＰＳ装置
２２：レーザー測距装置
２３、８５：演算手段
３０、８１、９２：レーザー測距追尾装置

Claims (4)

1. 走行車体に旋回自在に旋回台を搭載し、当該旋回台に伸縮自在なブームを起伏自在に枢着し、当該ブーム先端にジブを脱着可能とし、装備したウインチによりブーム先端又はジブ先端から吊下するフックを巻上下げ自在とした移動式クレーンのフック位置検出装置であって、
   前記ブーム先端又はジブ先端に配置されブーム先端又はジブ先端の対地３次元位置を検出するＧＰＳ装置と、
   前記ブーム先端又はジブ先端に配置され前記フックにレーザービームを照射し、反射ビームによりフックまでの距離を検出するレーザー測距装置と、を備え、
   前記ＧＰＳ装置とレーザー測距装置とからの信号により、前記フックの対地３次元位置を演算することを特徴とする移動式クレーンのフック位置検出装置。
2. 走行車体に旋回自在に旋回台を搭載し、当該旋回台に伸縮自在なブームを起伏自在に枢着し、当該ブーム先端にジブを脱着可能とし、装備したウインチによりブーム先端又はジブ先端から吊下するフックを巻上下げ自在とした移動式クレーンのフック位置検出装置であって、
   前記ブーム先端又はジブ先端に配置されブーム先端又はジブ先端の対地３次元位置を検出するＧＰＳ装置と、
   前記ブーム先端又はジブ先端に配置され前記フックにレーザービームを照射し、反射ビームによりフックまでの距離と方向を検出するレーザー測距追尾装置と、を備え、
   前記ＧＰＳ装置とレーザー測距追尾装置とからの信号により、前記フックの対地３次元位置を演算することを特徴とする移動式クレーンのフック位置検出装置。
3. 走行車体に旋回自在に旋回台を搭載し、当該旋回台に伸縮自在なブームを起伏自在に枢着し、当該ブーム先端にジブを脱着可能とし、装備したウインチによりブーム先端又はジブ先端から吊下するフックを巻上下げ自在とした移動式クレーンのフック位置検出装置であって、
   前記走行車体に配置され前記ブーム先端又はジブ先端にレーザービームを照射し、反射ビームによりブーム先端又はジブ先端までの距離と方向を検出するレーザー測距追尾装置と、
   前記ブーム先端又はジブ先端に配置され前記フックにレーザービームを照射し、反射ビームによりフックまでの距離を検出するレーザー測距装置と、を備え、
   前記レーザー測距追尾装置とレーザー測距装置とからの信号により、前記フックの走行車体に対する３次元位置を演算することを特徴とする移動式クレーンのフック位置検出装置。
4. 走行車体に旋回自在に旋回台を搭載し、当該旋回台に伸縮自在なブームを起伏自在に枢着し、当該ブーム先端にジブを脱着可能とし、装備したウインチによりブーム先端又はジブ先端から吊下するフックを巻上下げ自在とした移動式クレーンのフック位置検出装置であって、
   前記走行車体に配置され前記ブーム先端又はジブ先端にレーザービームを照射し、反射ビームによりブーム先端又はジブ先端までの距離と方向を検出する第1レーザー測距追尾装置と、
   前記ブーム先端又はジブ先端に配置され前記フックにレーザービームを照射し、反射ビームによりフックまでの距離と方向を検出する第２レーザー測距追尾装置と、を備え、
   前記第１レーザー測距追尾装置と第２レーザー測距追尾装置とからの信号により、前記フックの走行車体に対する３次元位置を演算することを特徴とする移動式クレーンのフック位置検出装置。
   

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