JP2006219253A5 - - Google Patents

Description

車載式クレーン

本発明は、２台の移動式クレーンを用いて１個の吊荷を吊上げる作業である共吊り作業を制御する共吊り制御装置に関するものである。

吊荷が大型かつ大重量であるため１台の移動式クレーンではその吊荷を吊上げる作業ができない場合に、２台の移動式クレーンを近接して配置し吊荷を２台の移動式クレーンで同時に吊上げる共吊り作業が行われる。近年、大型公共工事における構造物の組み立て作業での、搬入される構造物の単位が大型・大重量化する傾向にあるため、使用される移動式クレーンも大型化されるようになってきた。そして、その大型化された移動式クレーンをもってしても吊上げ能力が不足する場合は上記共吊り作業が行われる。一方、大型構造物の組み立て作業においては、その構造物単位が大型・大重量であるのに対し、非常に高
精度な吊荷の移動が要求される。

本願出願人は、このような共吊り作業に用いられる複数クレーンの同期運転制御装置を提案している（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１の制御装置は、各クレーンのフックの３次元位置を検出するセンサと演算手段と、主クレーンと従クレーンとの相対位置入力手段と、主クレーンと従クレーン間の通信手段とを備え、従クレーンのフック位置を主クレーンのフック位置に追随変化するよう共吊り制御するものである。
特公昭６２−６０３５９号公報（第１−４頁、第１０図）

ところが、上記従来の制御装置は各クレーンのフックの３次元位置を検出するセンサとして、従来からクレーンに装備されている旋回角度検出器、起伏角度検出器、ブーム長さ検出器、ワイヤ長さ検出器、ワイヤ掛け数検出器を用い、それらが検出した旋回角度、起伏角度、ブーム長さ、ワイヤ長さ、ワイヤ掛け数に基づき演算手段がフックの３次元位置を演算するものであった。そのため、演算したフックの３次元位置の精度を高めようとしても限界があり、近年の高精度な共吊り制御の要求に十分応えることができなかった。

そこで、本発明は、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してフックの３次元位置を求め、当該フックの３次元位置に基づく制御を行う移動式クレーンの共吊り制御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共吊り制御装置は、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、装備したウインチによりブーム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を対象とする。そして、前記ブーム先端に配置されブーム先端の対地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、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コントローラと、を各移動式クレーンに備え、第１移動式クレーンのコントローラと第２移動式クレーンのコントローラ間とを信号連絡し、両者のフックの対地３次元位置からその離間距離を演算し、第１と第２の移動式クレーンを使用した共吊り作業においては前記演算したフック離間距離を一定に保持制御するようにしたことを特徴とする。

さらに、本願の請求項２に記載された移動式クレーンの共吊り制御装置は、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、装備したウインチによりブーム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を対象とする。そして、前記走行車体に配置され前記ブーム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までの距離とブーム先端方向を検出する車体ブーム先端間レーザー測距追尾装置と、前記ブーム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、前記車体ブーム先端間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コントローラと、を各移動式クレーンに備え、第２移動式クレーンにレーザービームを照射し、反射ビームにより第２移動式クレーンまでの距離と方向を検出する第１移動式クレーンに配置されたクレーン間レーザー測距追尾装置により第１移動式クレーンに対する第２移動式クレーンの３次元位置を演算すると共に、第１の移動式クレーンのコントローラと第２の移動式クレーンのコントローラ間とを信号連絡し、第１移動式クレーンに対する第２移動式クレーンの３次元位置及び各走行車体に対するフックの３次元位置からフック同士の離間距離を演算し、第１と第２の移動式クレー
ンを使用した共吊り作業においては前記演算したフック離間距離を一定に保持制御するようにしたことを特徴とする。

請求項１に記載した移動式クレーンの共吊り制御装置では、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対地３次元位置に基づくクレーン操作が可能となる。

そして、第１と第２の移動式クレーン両者のフック対地３次元位置からフック同士の離間距離を演算し、当該フック離間距離を一定に保持制御するように共吊り制御するようにしたので、共吊り作業に必要とされるフック離間距離を一定に保つ制御も高精度に行うことができる。また、異なる能力のクレーン同士でも共吊り制御が高精度に行える。

請求項２に記載した移動式クレーンの共吊り制御装置では、走行車体に配置した車体ブーム先端間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、極めて高精度なフック３次元位置に基づくクレーン操作が可能となる。

そして、第１移動式クレーンに配置したクレーン間レーザー測距追尾装置により第１移動式クレーンに対する第２移動式クレーンの３次元位置を検出し、当該第１移動式クレーンに対する第２移動式クレーンの３次元位置と、それぞれの移動式クレーンの走行車体に対するフックの３次元位置とからフック同士の離間距離を演算し、当該フック離間距離を一定に保持制御するように共吊り制御するようにしたので、共吊り作業に必要とされるフック間距離を一定に保つ制御も高精度に行うことができる。また、異なる能力のクレーン同士でも共吊り制御が高精度に行える。

移動式クレーンとして２台のラフテレーンクレーン１１、１２に本願発明を適用した実施例を説明する。

図１に、本発明の実施例１に係る共吊り制御装置１０を示す。図１の左側のラフテレーンクレーンを仮に第１クレーン１１、右側のラフテレーンクレーンを第２クレーン１２と呼ぶこととする。第1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。第１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。

第２クレーン１２も、上述した第１クレーン１１と同じ構成となっている。なお、図１では第１クレーン１１と第２クレーン１２が全く同じクレーンである場合を記載しているが、クレーンの種類、クレーンの吊上げ能力、作業揚程が相違するものであってもよい。本願発明の共吊り制御装置は、組み合わせるクレーンに制約が無いことも大きな特徴である。

２０は第１クレーン１１に搭載される第１制御装置である。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コントローラである。２９は共吊り操作手段であって、前記第１制御装置２０のコントローラ２３に操作信号を入力するようになっている。なお、本実施例１では共吊り操作手段２９の操作信号を第１制御装置２０に入力するようにしているが、後述する第２制御装置３０に入力するようにしてもよい。以下、第１制御装置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（以下の説明では敷地内基準点アンテナ２４として説明する。）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、図示しない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、敷地内基準点アンテナ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。フック６に配置される反射板７としてコーナーキューブが用いられている。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。

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との距離データはコントローラ２３に送られ、コントローラ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。

３０は第２クレーン１２に搭載される第２制御装置である。第２制御装置３０に含まれるＧＰＳ装置３１およびレーザー測距装置３２は既に説明した第１制御装置２０のＧＰＳ装置２１およびレーザー測距装置２２と同じものであるのでその説明を省略する。

第１クレーンのコントローラ２３と第２クレーンのコントローラ３３とは有線または無線により、上述したフック５とフック１５の対地３次元位置信号、および共吊り操作手段２９の操作信号を相互にやり取り可能に連絡されている。

上述した共吊り制御装置１０の制御内容は次の通りである。第１クレーン１１と第２クレーン１２の近くに置かれた大型・大重量の吊荷４０に対して、まず第１クレーン１１のフック６の玉掛け作業を行う。この場合、前記共吊り操作手段２９にある第１クレーン単独操作選択スイッチをＯＮにすることにより第１クレーン１１のみを操作し、ブーム先端５を吊荷４０の玉掛け位置４１の鉛直上方に移動させる。次にフック６をウインチにより上下させ、フック６に引っ掛けた玉掛けワイヤ４３が吊荷４０の玉掛け位置４１に掛けられた状態で緩みが無くなるよう緊張させる。次に同様に、共吊り操作手段２９にある第１クレーン単独操作選択スイッチをＯＦＦにすると共に、第２クレーン単独操作選択スイッチをＯＮにし、第２クレーン１２のみの玉掛け作業を行う。以上の作業により、共吊り作業準備が完了する。

前記共吊り操作手段２９の共吊り選択スイッチをＯＮにすると、共吊り操作手段２９の操作信号は前記第１制御装置２０および第２制御装置３０に送られ、第１クレーン１１と第２クレーン１２は共吊り作業を開始する。その際、第１制御装置２０が演算した第１クレーン１１のフック６の対地３次元位置（経度、緯度、高さ）および、第２制御装置３０が演算した第２クレーン１２のフック１６の対地３次元位置（緯度、経度、高さ）からフック離間距離ＨＬを演算する。そして、共吊り操作手段２９の操作信号に基づき、第１クレーン１１と第２クレーン１２は原則として吊荷４０が平行移動するように制御される。さらに、その制御において共吊り制御装置は自動的に前記フック離間距離ＨＬを一定に保持するよう制御する。

上述したＧＰＳ装置２１，３１およびレーザー測距装置２２，３２によって、極めて高精度にフック離間距離ＨＬが演算されるため、共吊り作業において重要な事項である共吊り作業中におけるフック離間距離ＨＬの一定保持制御も高精度に行われることとなる。したがい、大型・大重量の吊荷を対象とする共吊り作業における非常に高精度な吊荷の共吊り制御が達成される。

吊荷４０を回転移動させる際には、前記第１クレーン単独操作選択スイッチまたは第２クレーン単独操作選択スイッチを選択操作し、一方のフックのみの移動を行うことにより吊荷４０を回転移動させる。この場合にも、共吊り選択スイッチがＯＮ状態の時にはフック離間距離ＨＬを一定に保持する条件のもとに、一方のフックが移動するよう制御される。 なお、本願発明の共吊り制御装置１０は極めて高精度なフックの３次元位置（緯度、経度、高さ）を演算していることから、当該フック３次元位置を共吊り制御装置で表示するようにし、共吊り操作における情報として利用するようにしてもよいこと勿論である。

図３に、本発明の実施例２に係る共吊り制御装置７０を示す。図３の左側のラフテレーンクレーンを第１クレーン１１、右側のラフテレーンクレーンを第２クレーン１２と呼ぶこと、および両クレーンの基本的な構成は図１に示したものと同じである。

８０は第１クレーン１１に搭載される第１制御装置である。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までの距離とブーム先端方向を検出する車体ブーム先端間レーザー測距追尾装置である。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。８５は、前記車体ブーム先端間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３次元位置を演算するコントローラである。２９は共吊り操作手段であって、前記第１制御装置８０のコントローラ８５に操作信号を入力するようになっている。なお、本実施例２では共吊り操作手段２９の操作信号を第１制御装置８０に入力するようにしているが、後述する第２制御装置９０に入力するようにしてもよい。８３は、第２クレーン１２に配置された反射板８４にレーザービーム８７を照射し、反射ビームにより第２クレーン１２までの距離と方向を検出する第１クレーン１１に配置されたクレーン間レーザー測距追尾装置である。

以下、第１制御装置８０の各構成を詳述する。車体ブーム先端間レーザー測距追尾装置８１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は車体ブーム先端間レーザー測距追尾装置８１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用の反射鏡６５で制御し、ブーム先端５に当てる。装置から発射されたレーザー光は、ブーム先端５に取付けられた反射鏡５２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ブーム先端５を追跡でき、ガルバノスキャナー７１の回転角からブーム先端５の方向が分るようになっている。

クレーン間レーザー測距追尾装置８３は、上述した車体ブーム先端間レーザー測距追尾装置８１と同じものであるので説明を省略する。ブーム先端５に配置されたレーザー測距装置２２についても、実施例１で説明したものと同じであるので説明を省略する。

第２制御装置９０の車体ブーム先端間レーザー測距追尾装置９１およびレーザー測距装置３２は、第１制御装置８０の車体ブーム先端間レーザー測距追尾装置８１およびレーザー測距装置２２と同じものである。第２制御装置９０は、クレーン間レーザー測距追尾装置８３が備えられていない点のみが第１制御装置８０と相違する。なお、クレーン間レーザー測距追尾装置８３を第1制御装置８０に備えずに、第２制御装置９０に備えるようにしてもよいことは勿論である。

第１クレーンのコントローラ８５と第２クレーンのコントローラ９３とは有線または無線により連絡されており、上述したフック６とフック１６の３次元位置信号、第1クレーン１１に対する第２クレーン１２の３次元位置信号および共吊り操作手段２９の操作信号
を相互にやり取り可能となっている。

上述した共吊り制御装置７０の制御内容は次の通りである。第１クレーン１１と第２クレーン１２の近くに置かれた大型・大重量の吊荷４０に対して、まず第１クレーン１１のフック６の玉掛け作業を行う。この場合、前記共吊り操作手段２９にある第１クレーン単独操作選択スイッチをＯＮにすることにより第１クレーン１１のみを操作し、ブーム先端５を吊荷４０の玉掛け位置４１の鉛直上方に移動させる。次にフック６をウインチにより上下させ、フック６に引っ掛けた玉掛けワイヤ４３が吊荷４０の玉掛け位置４１に掛けられた状態で緩みが無くなるよう緊張させる。次に同様に、共吊り操作手段２９にある第１クレーン単独操作選択スイッチをＯＦＦにすると共に、第２クレーン単独操作選択スイッチをＯＮにし、第２クレーン１２のみの玉掛け作業を行う点は実施例１の場合と同様である。

前記共吊り操作手段２９の共吊り選択スイッチをＯＮにすると、共吊り操作手段２９の操作信号は前記第１制御装置８０および第２制御装置９０に送られ、第１クレーン１１と第２クレーン１２は共吊り作業を開始する。その際、第１制御装置８０が演算した第１クレーン１１のフック６の３次元位置、第２制御装置９０が演算した第２クレーン１２のフック１６の３次元位置および、第１クレーン１１に対する第２クレーン１２の３次元位置からフック離間距離ＨＬを演算する。そして、共吊り操作手段２９の操作信号に基づき、第１クレーン１１と第２クレーン１２は原則として吊荷４０が平行移動するように制御される。その制御において、共吊り制御装置は自動的に前記フック離間距離ＨＬを一定に保持するよう制御する。

上述した車体ブーム先端間レーザー測距追尾装置８１、９１、レーザー測距装置２２、３２およびクレーン間レーザー測距追尾装置８３によって、極めて高精度にフック離間距離ＨＬが演算されるため、共吊り作業において重要な事項である共吊り作業中におけるフック離間距離の一定保持制御も高精度に行われることとなる。したがい、大型・大重量の吊荷４０を対象とする共吊り作業における非常に高精度な吊荷の共吊り制御が達成される。

吊荷４０を回転移動させる際には、前記第１クレーン単独操作選択スイッチまたは第２クレーン単独操作選択スイッチを選択操作し、一方のフックのみの移動を行うことにより吊荷４０を回転移動出来る点、およびフック３次元位置を共吊り制御装置で表示し、共吊り操作に利用するようにしてもよい点は実施例１の場合と同様である。

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。

符号の説明

１：アウトリガ
２：走行車体
３：旋回台
４、１４：ブーム
５、１５：ブーム先端
６、１６：フック
１０、７０：共吊り制御装置
２０、８０：第１制御装置
３０、９０：第２制御装置
２１、３１：ＧＰＳ装置
２２、３２：レーザー測距装置
２３、８５：コントローラ
２９：共吊り操作装置
３３、９３：コントローラ
８１、９１：車体ブーム先端間レーザー測距追尾装置
８３：クレーン間レーザー測距追尾装置