JP2017160027A - クレーンの操作支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オペレータが直接視認不能な吊荷の周囲の状態を確認可能とすることでクレーン作業の安全性及び作業効率を向上させることのできるクレーンの操作支援装置を提供する。【解決手段】旋回台及び伸縮ブームの動作の結果移動するフックブロック５４の移動方向αを取得し、撮像部によって撮像した画像に基づいて移動方向αをフックブロック５４から臨む画像を生成して表示部に表示している。これにより、オペレータが直接視認不能であり吊荷が移動する方向の障害物等の状態を確実に確認することができるので、クレーン作業時における安全性及び作業効率の向上を図ることが可能となる。【選択図】図５

Description

本発明は、例えば、移動式クレーン等によるクレーン作業時においてクレーンの操作を支援するためのクレーンの操作支援装置に関するものである。

従来、クレーン装置としては、上下方向を軸として旋回する旋回台と、旋回台に対して起伏自在なブームと、ウインチに巻き掛けられ、先端側がブームの先端部から垂下されるワイヤロープと、ブームの先端部から垂下されたワイヤロープに吊り下げられるフックブロックと、フックブロックに設けられ、フックブロックから下方を撮像する撮像手段と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−２３７５０５号公報

しかし、前記クレーン装置では、フックブロックに掛けられた荷物の状態を上方から確認することは可能であるが、吊荷の周囲を確認することができない。前記クレーン装置では、例えば、オペレータが搭乗するキャブよりも上方に吊荷を持ち上げた場合における、吊荷の前方に位置する構造物等の障害物や、壁越しのクレーン作業時における吊荷の周囲の障害物が撮像手段によって撮像することができず、オペレータが直接視認することもできない。

本発明の目的とするところは、オペレータが直接視認不能な吊荷の周囲の状態を確認可能とすることでクレーン作業の安全性及び作業効率を向上させることのできるクレーンの操作支援装置を提供することにある。

本発明は、前記目的を達成するために、クレーンの操作を支援するクレーンの操作支援装置であって、荷物が掛けられるフックブロックに設けられ、フックブロックの周囲を撮像する撮像部と、クレーンの操作によって移動するフックブロックの移動方向を取得する移動方向取得部と、撮像部によって撮像した画像に基づいて、移動方向取得部によって取得したフックブロックの移動方向をフックブロックから臨む画像を生成する画像生成部と、画像生成部によって生成された画像を表示する表示部と、を備えている。

これにより、吊荷が移動する方向の状態をオペレータが表示部を介して確認することが可能となることから、オペレータが直接視認不能であり吊荷が移動する方向の障害物等の状態を確実に確認することができる。

本発明によれば、オペレータが直接視認不能であり吊荷が移動する方向の障害物等の状態を確実に確認することができるので、クレーン作業時における安全性及び作業効率の向上を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態を示す移動式クレーンの側面図である。 フックブロックの斜視図である。 操作支援装置のブロック図である。 撮像部の配置を示すフックブロックの平面図である。 各撮像部の撮像範囲及びフックブロックの移動方向を説明する図である。 複数の撮像部の画像を合成して表示部に表示する画像を生成する方法を示す図である。

図１乃至図６は、本発明の一実施形態を示すものである。

本発明の操作支援装置を備えたクレーンの一例である移動式クレーン１は、図１に示すように、一般の道路や作業エリア内を走行するための下部走行体１０と、下部走行体１０に対して水平方向に旋回自在に設けられた上部旋回体２０と、を備えている。

下部走行体１０は、前後方向に延びるキャリアフレームの前側及び後側の幅方向両側に設けられた車輪１１と、キャリアフレームの前端部及び後端部の幅方向両側に設けられたアウトリガ１２と、を備えている。下部走行体１０は、エンジンを駆動源として走行するとともに、エンジンによって駆動される油圧ポンプから吐出された作動油によってアウトリガ１２のジャッキシリンダが駆動する。

上部旋回体２０は、ボールベアリング式又はローラベアリング式の旋回サークル３０を介して下部走行体１０に対して旋回自在に設けられている。上部旋回体２０は、油圧ポンプから吐出された作動油によって駆動する旋回モータによって旋回方向の切り替えが可能に下部走行体１０に対して旋回動作を行う。

上部旋回体２０は、旋回サークル３０に固定された旋回台４０と、旋回台４０の幅方向一方に設けられたクレーン装置５０と、旋回台４０の幅方向他方に設けられ、下部走行体１０の走行及びクレーン装置５０の操作を行うためのキャブ６０と、を備えている。

クレーン装置５０は、旋回台４０に対して起伏自在に設けられた伸縮ブーム５１と、伸縮ブーム５１の基端側から先端側に向かって延びると共に伸縮ブーム５１の先端部から垂下されるワイヤロープ５２と、ワイヤロープ５２の巻き取り及び繰り出しを行うウインチ５３と、伸縮ブーム５１の先端部から垂下されるワイヤロープ５２に吊り下げられるフックブロック５４と、を備えている。

伸縮ブーム５１は、筒状に形成された複数のブーム部材５１ａからなり、最先端側を除くブーム部材５１ａの内部に、それぞれ先端側に隣り合うブーム部材５１ａが収納されている。伸縮ブーム５１は、最先端側を除くブーム部材５１ａに対してそれぞれ先端側に隣り合うブーム部材５１ａが移動自在に構成され、図示しない油圧式の伸縮シリンダによって最基端側を除くブーム部材５１ａを移動させることにより伸縮動作を行う。また、最基端側のブーム部材５１ａは、基端部が旋回台４０に上下方向に回動自在に連結されている。最基端側のブーム部材５１ａの伸長方向の略中央部と旋回台４０との間には、図示しない油圧式の起伏シリンダが連結されており、起伏シリンダの伸縮動作によって伸縮ブーム５１が起伏動作を行う。

ウインチ５３は、軸方向の両端側にフランジが形成されたウインチドラム５３ａを有し、ウインチドラム５３ａにワイヤロープ５２が巻き掛けられている。ウインチドラム５３ａは、旋回台４０に回転自在に支持されており、図示しない油圧式のウインチモータによってワイヤロープ５２の巻き取り動作及び繰り出し動作を行う。

フックブロック５４は、図２に示すように、一対の側板５４ａと、一対の側板５４ａの幅方向両側を互いに連結する一対の連結板５４ｂと、一対の側板５４ａの下部に設けられたフック５４ｃと、一対の側板５４ａの間に支軸を介して回転自在に支持された複数のフックシーブ５４ｄと、を有している。フックブロック５４は、伸縮ブーム５１の先端部から垂下されるワイヤロープ５２をフックシーブ５４ｄに巻き掛け、ワイヤロープ５２の端部を伸縮ブーム５１の先端部または側板５４ａに固定することによって、ワイヤロープ５２に吊り下げられる。即ち、フックブロック５４は、伸縮ブーム５１の先端部との間において２本掛け以上の掛け数でワイヤロープ５２に吊り下げられる。

キャブ６０は、図１に示すように、前面、後面、左右両面及び上面に透明板が配置された箱体であり、内部には、搭乗者が着座するシート、車輪１１を操向するためのハンドル、クレーン装置５０を操作するための操作レバー及びスイッチ等が配置されている。

また、移動式クレーン１は、キャブ６０に搭乗したオペレータが、クレーン作業時に吊荷が移動する方向の障害物等の状態を確認するための操作支援装置７０を備えている。

操作支援装置７０は、図３に示すように、フックブロック５４の前方を撮像するための前方撮像部７１と、フックブロック５４の後方を撮像するための後方撮像部７２と、フックブロック５４の左方を撮像するための左方撮像部７３と、フックブロック５４の右方を撮像するための右方撮像部７４と、撮像部７１、７２、７３、７４（以降、７１〜７４と記載する）によって取得したフックブロック５４の周囲の画像を表示するための表示部７５と、旋回台４０の旋回動作、伸縮ブーム５１の起伏動作及び伸縮動作、ウインチの巻き上げ動作及び繰り出し動作をオペレータが入力するための操作入力部としての複数の操作レバー７６と、旋回台４０及び伸縮ブーム５１の状態を検出するための姿勢検出部７７と、操作レバー７６の操作及び姿勢検出部７７の検出結果に基づいてフックブロック５４の移動する方向を取得する移動方向取得部７８と、各撮像部７１〜７４によって取得した画像データ及び移動方向取得部７８によって取得したフックブロック５４の移動方向に基づいて表示部７５に表示する画像データを生成するための画像生成部７９と、を有している。

撮像部７１〜７４は、例えば、撮像素子としてＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を備えたビデオカメラである。撮像部７１〜７４は、図４に示すように、フックブロック５４の一対の側板５４ａまたは一対の連結板５４ｂに取り付けられており、ワイヤロープに吊り下げられた状態のフックブロック５４の前方、後方、左方、右方に向けられている。撮像部７１〜７４は、それぞれ略９０度の画角を有し、図５に示すように、４つの撮像部７１〜７４によってフックブロック５４の周方向の全体が撮像される。

表示部７５は、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の表示装置であり、キャブ６０内の搭乗者が視認可能な位置、例えば、キャブ６０内の前側に位置する操作パネルの上部に取り付けられている。表示部７５には、画像生成部７９が接続されている。

複数の操作レバー７６は、旋回台４０の旋回操作、伸縮ブーム５１の起伏操作、伸縮ブーム５１の伸縮操作、ウインチ５３の操作毎に割り当てられている。操作レバー７６は、中立位置から前方及び後方に傾倒操作が可能なものであり、キャブ６０内のシートの前方または側方に設けられている。操作レバー７６は、クレーン装置５０の各動作速度の入力が可能であり、所定の傾倒操作量以上の操作において、クレーン装置５０の各動作を開始するとともに、傾倒操作量の大きさがクレーン装置５０の各動作速度に対応している。

姿勢検出部７７は、旋回台４０の旋回角度、伸縮ブーム５１の起伏角度及び伸縮長さをそれぞれ検出し、クレーン装置５０の現在の姿勢を検出するものである。

移動方向取得部７８の入力側には、操作レバー７６及び姿勢検出部７７が接続されている。移動方向取得部７８は、旋回台４０の旋回方向及び旋回速度に関する操作入力と、伸縮ブーム５１の起伏方向及び起伏速度に関する操作入力と、伸縮ブーム５１の伸縮方向及び伸縮速度に関する操作入力と、クレーン装置５０の現在の姿勢と、に基づいてフックブロック５４の移動方向αを以下のように算出する。

伸縮ブーム５１が所定の起伏角度θ及び所定の伸縮長さＬにおいて、所定の角速度Ｖθで起伏動作を行う場合におけるフックブロック５４の前後方向の移動速度Ｖｆｂ１は、次式のように求められる。
Ｖｆｂ１＝Ｌ・Ｖθ・ｓｉｎθ
また、伸縮ブーム５１が所定の起伏角度θにおいて所定の速度Ｖｔで伸縮動作を行う場合におけるフックブロック５４の前後方向の移動速度Ｖｆｂ２は、次式のように求められる。
Ｖｆｂ２＝Ｖｔ・ｃｏｓθ
したがって、伸縮ブーム５１の所定の起伏角度θ及び所定の伸縮長さＬにおいて、起伏動作及び伸縮動作によってフックブロック５４の前後方向の移動速度Ｖｆｂは、次式のように求められる。
Ｖｆｂ＝Ｖｆｂ１＋Ｖｆｂ２

伸縮ブーム５１が所定の作業半径Ｒにおいて所定の角速度Ｖφで旋回動作を行う場合のフックブロック５４の旋回方向の移動速度Ｖｒは、次式のように求められる。
Ｖｒ＝Ｒ・Ｖφ

フックブロック５４の移動方向αは、フックブロック５４の前後方向の移動速度Ｖｆｂと、旋回方向の移動速度Ｖｒと、に基づいて次式のように求められる。
α＝ａｔａｎ（Ｖｒ／Ｖｆｂ）

画像生成部７９の入力側には、各撮像部７１〜７４及び移動方向取得部７８が接続されている。各撮像部７１〜７４は、図示しない無線通信装置を介して画像生成部７９に接続されている。画像生成部７９には、各撮像部７１〜７４で撮像した画像データが無線通信装置を介して入力される。画像生成部７９は、各撮像部７１〜７４で撮像した画像及び移動方向取得部７８において算出されたフックブロック５４の移動方向αに基づいて、フックブロック５４から移動方向αを臨む画像データを以下のように生成する。

フックブロック５４の移動方向αが前後方向や左右方向の場合には、各撮像部７１〜７４の何れかで撮像した画像を表示部７５に表示する画像とする。

フックブロック５４の移動方向αが前後方向や左右方向以外の場合には、移動方向αを撮像範囲に含む撮像部７１〜７４の画像と、移動方向αを中心とする水平方向に９０度の角度の範囲を撮像範囲に含む撮像部７１〜７４の画像を合成して表示部７５に表示する画像を生成する。

具体的には、フックブロック５４の移動方向αが、図５に示すように、前方の斜め右方向の場合に、図６に示すように、移動方向αを撮像範囲に含む前方撮像部７１の画像と、移動方向αを中心とする９０度の範囲の一部を撮像範囲に含む右方撮像部７４の画像を合成して移動方向αを中心とする９０度の範囲が含まれる画像を生成する。

以上のように構成された移動式クレーン１のクレーン作業時において、キャブ６０内のオペレータが、操作レバー７６を操作すると、操作レバー７６に対する入力に基づいて移動方向取得部７８においてフックブロック５４の移動方向αが算出され、画像生成部７９において移動方向αを中心とする９０度の範囲の画像が生成され、表示部７５に移動方向αを中心とする９０度の範囲の画像が表示される。

したがって、キャブ６０内のオペレータは、キャブよりも上方に吊荷を持ち上げた場合における吊荷の前方に位置する構造物等の障害物や、壁越しのクレーン作業時における吊荷の周囲の構造物等の障害物がキャブ６０内のオペレータから直接視認できない場合においても、フックブロック５４の移動方向の状態を表示部７５を介して確認することができる。

このように、本実施形態のクレーンの操作支援装置によれば、クレーン装置５０の操作によって移動するフックブロック５４の移動方向αを取得し、撮像部７１〜７４によって撮像した画像に基づいて移動方向αをフックブロック５４から臨む画像を生成して表示部７５に表示している。

これにより、オペレータが直接視認不能であり吊荷が移動する方向の障害物等の状態を確実に確認することができるので、クレーン作業時における安全性及び作業効率の向上を図ることが可能となる。

また、移動方向取得部７８は、操作レバー７６に対する入力を検出することでフックブロック５４の移動方向αを取得している。

これにより、旋回台４０及び伸縮ブーム５１が実際に動作を開始する以前にフックブロック５４の移動方向αをフックブロック５４から臨む画像を表示部７５に表示することが可能となるので、クレーン作業時における安全性及び作業効率をより向上させることが可能となる。

また、操作レバー７６は、クレーン装置５０の動作速度に関する入力が可能であり、移動方向取得部７８は、姿勢検出部７７によって検出された旋回台４０の旋回角度、伸縮ブーム５１の起伏角度及び伸縮ブーム５１の伸縮長さと、操作レバー７６に対して入力された旋回台４０の旋回方向及び旋回角度、伸縮ブーム５１の起伏方向及び起伏速度、及び、伸縮ブーム５１の伸縮方向及び伸縮速度と、に基づいてフックブロック５４の移動方向αを取得している。

これにより、旋回台４０及び伸縮ブーム５１が実際に動作を開始する以前にフックブロック５４の移動方向αをより正確に取得することが可能となる。

また、画像生成部７９は、移動方向取得部７８によって取得したフックブロック５４の移動方向αを中心とする所定の範囲が複数の撮像部７１〜７４の撮像範囲にわたる場合に、複数の撮像部７１〜７４の画像を合成して表示部７５に表示する画像データを生成する。

これにより、複数の撮像部７１〜７４によって撮像した画像に基づいてフックブロック５４の移動方向αをフックブロック５４から臨む画像を表示部７５に表示させることができるので、画角の狭い安価なカメラを用いることが可能となり、製造コストの低減を図ることが可能となる。

尚、前記実施形態では、移動式クレーン１のクレーン装置５０を示したが、これに限られるものではなく、タワークレーン等のクレーン装置に本発明を適用してもよい。本発明をタワークレーンに適用した場合には、ブームが伸縮動作を行わないため、姿勢検出部によって検出された旋回台の旋回角度及びブームの起伏角度と、操作入力部に対して入力された旋回台の旋回方向及び旋回速度、ブームの起伏方向及び起伏速度と、に基づいてフックブロックの移動方向を取得すればよい。

また、前記実施形態では、ワイヤロープ５２の捩じれによってフックブロック５４が上下方向を軸に揺動する場合が考えられるが、フックブロック５４にジャイロセンサを設けることで、各撮像部７１〜７４の撮像する方向を補正するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、旋回台４０及び伸縮ブーム５１の動作速度に対応する操作レバー７６の傾倒操作量に基づいてフックブロック５４の移動方向αを算出するようにしたものを示したが、これに限られるものではない。例えば、操作レバー７６の旋回台４０及び伸縮ブーム５１が動作を開始しない所定の操作量未満の傾倒操作を検出して、フックブロックの移動方向を取得するようにしもよい。この場合、フックブロック５４が実際に移動を開始する前にフックブロック５４の移動方向αをオペレータが確認することが可能となるので、クレーン作業時の安全性をより向上させることが可能となる。

また、前記実施形態では、フックブロック５４の実際の移動方向の水平方向成分のみを移動方向αとして表示部７５に表示する画像を生成するようにしたものを示したが、これに限られるものではない。旋回台４０及び伸縮ブーム５１の動作の結果、または、旋回台４０、伸縮ブーム５１及びウインチ５３の動作の結果、フックブロック５４が上下方向に移動する場合に、移動方向α且つ上下方向の移動方向に向けた画像を表示部７５に表示するようにしてもよい。

４０…旋回台、５０…クレーン装置、５１…伸縮ブーム、５２…ワイヤロープ、５３…ウインチ、５４…フックブロック、７０…操作支援装置、７１…前方撮像部、７２…後方撮像部、７３…左方撮像部、７４…右方撮像部、７５…表示部、７６…操作レバー、７７…姿勢検出部、７８…移動方向取得部、７９…画像生成部。

Claims (5)

1. クレーンの操作を支援するクレーンの操作支援装置であって、
   荷物が掛けられるフックブロックに設けられ、フックブロックの周囲を撮像する撮像部と、
   クレーンの操作によって移動するフックブロックの移動方向を取得する移動方向取得部と、
   撮像部によって撮像した画像に基づいて、移動方向取得部によって取得したフックブロックの移動方向をフックブロックから臨む画像を生成する画像生成部と、
   画像生成部によって生成された画像を表示する表示部と、を備えた
   ことを特徴とするクレーンの操作支援装置。
2. オペレータがクレーンの操作に関する入力を行う操作入力部を備え、
   移動方向取得部は、操作入力部に対する入力を検出することでフックブロックの移動方向を取得する
   ことを特徴とする請求項１に記載のクレーンの操作支援装置。
3. クレーンの姿勢を検出する姿勢検出部を備え、
   クレーンは、上下方向を軸として旋回動作を行う旋回台と、旋回台に対して起伏動作を行うブームと、を有し、
   姿勢検出部は、旋回台の旋回角度及びブームの起伏角度を検出するものであり、
   操作入力部は、旋回台の旋回速度及びブームの起伏速度に関する入力が可能であり、
   移動方向取得部は、姿勢検出部によって検出された旋回台の旋回角度及びブームの起伏角度と、操作入力部に対して入力された旋回台の旋回方向及び旋回速度、ブームの起伏方向及び起伏速度と、に基づいてフックブロックの移動方向を取得する
   ことを特徴とする請求項２に記載のクレーンの操作支援装置。
4. クレーンの姿勢を検出する姿勢検出部を備え、
   クレーンは、上下方向を軸として旋回動作を行う旋回台と、旋回台に対して起伏動作を行うと共に伸縮動作を行うブームと、を有し、
   姿勢検出部は、旋回台の旋回角度、ブームの起伏角度及びブームの伸縮長さを検出するものであり、
   操作入力部は、旋回台の旋回速度、ブームの起伏速度及びブームの伸縮速度に関する入力が可能であり、
   移動方向取得部は、姿勢検出部によって検出された旋回台の旋回角度、ブームの起伏角度及びブームの伸縮長さと、操作入力部に対して入力された旋回台の旋回方向及び旋回角度、ブームの起伏方向及び起伏速度、及び、ブームの伸縮方向及び伸縮速度と、に基づいてフックブロックの移動方向を取得する
   ことを特徴とする請求項２に記載のクレーンの操作支援装置。
5. 撮像部は、フックブロックの側部に設けられた複数の撮像部からなり、
   画像生成部は、移動方向取得部によって取得したフックブロックの移動方向を中心とする所定の範囲が複数の撮像部の撮像範囲にまたがる場合に、複数の撮像部の画像を合成して表示部に表示する画像を生成する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のクレーンの操作支援装置。

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