JP2018095359A - クレーン - Google Patents

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Abstract

【課題】クレーンの走行時と作業時の両方において、十分な範囲で障害物検知を可能とする技術を提供する。
【解決手段】クレーンにおいて、走行時、走行体の前側部に対する障害物の接近を検知し、かつ、作業時、旋回体の後側部に対する障害物の接近を検知する障害物センサを設けた。第一実施形態においては、前記障害物センサは、前方から後方に向けた検知範囲を有する。第二実施形態においては、前記障害物センサは、後方から前方に向けた検知範囲を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、障害物センサによって走行時及び作業時に障害物を検知する技術に関する。
特許文献１には、油圧ショベルの車両周辺を監視するために、上部旋回体に俯瞰画像を形成する第一のカメラと、上部旋回体の後端から側部へのコーナ部を視野範囲に含み、上部旋回体の旋回に追従して回動することでスルー画像を撮影する第二のカメラとを備え、ディスプレイに俯瞰画像とスルー画像を表示する構成が開示されている。
特開２０１６−３０８９１号公報
クレーンにおいて、特許文献１に記載の技術と同様に第一のカメラと第二のカメラを設けることで、走行時の障害物を検知することはできるが、クレーン作業時の姿勢は、走行時の姿勢と大きく異なり、監視領域や障害物との衝突パターンも異なるため、十分な作業範囲の検知ができないという課題が残る。例えば、走行時は、右左折時の巻き込みを防止すべく、監視対象や障害物との衝突パターンを考慮する必要があり、作業時は、左右旋回時の衝突を防止すべく、監視対象や障害物との衝突パターンを考慮する必要がある。
本発明は、クレーンの走行時と作業時の両方において、十分な範囲で障害物検知を可能とする技術を提供することを課題とする。
走行時、走行体の前側部に対する障害物の接近を検知し、かつ、作業時、旋回体の後側部に対する障害物の接近を検知する障害物センサを設けた。
前記障害物センサは、前方から後方に向けた検知範囲を有する。
前記障害物センサは、後方から前方に向けた検知範囲を有する。
本発明によれば、クレーンの走行時と作業時の両方において、十分な範囲で障害物検知を実行することができる。
クレーン走行時の側面図 クレーン作業時の側面図 クレーンによる障害物検知の実施形態を示す図 クレーンによる障害物検知の実施形態を示す図 クレーンの障害物検知の制御構成を示すブロック図 表示装置の表示例を示す図 障害物判定を示すフロー 旋回体後部に障害物センサを設けたクレーンによる障害物検知の実施形態を示す図 旋回体後部に障害物センサを設けたクレーンによる障害物検知の実施形態を示す図 表示装置の表示例を示す図 クレーンの別実施形態を示す図 クレーンの他の実施形態を示す図
図１及び図２を参照して、クレーンの全体構成について説明する。図１は、クレーン１の走行時の側面図である。図２は、クレーン１の作業時の側面図である。
クレーン１は、主に走行体２と旋回体３で構成されている。
走行体２は、左右一対のフロントタイヤ４とリヤタイヤ５を備えている。走行体２は、吊上作業を行う際に接地させて安定を図るアウトリガ６を備えている。走行体２は、これらを駆動するための油圧アクチュエータに加え、エンジンやトランスミッションなどを備えている。
旋回体３は、その中央後部から前方へ突き出すようにブーム７を備えている。ブーム７は、油圧アクチュエータである起伏シリンダ８によって起伏自在であり、かつ多段階に伸縮自在となっている。また、左右中央部にブーム７が配置され、ブーム７の右方に運転席が内装されるキャビン９が設けられる。以下の説明では、ブーム７の右方にキャビン９が配置される実施形態について説明するが、ブーム７の左方にキャビン９を設けることも可能である。
旋回体３は、メインウインチ１０及びサブウインチ１１を備えている。旋回体３は、メインフック１２及びサブフック１３を備えている。メインウインチ１０を巻き上げ又は巻き下げることでメインフック１２を用いた吊上作業を実施可能である。サブウインチ１１を巻き上げ又は巻き下げることでサブフック１３を用いた吊上作業を実施可能である。
クレーン１の走行時には、起伏シリンダ８を収縮させてブーム７を前方に倒伏させた状態とし、メインフック１２及びサブフック１３をブーム７の下方に格納する（図１参照）。クレーン１の作業時には、起伏シリンダ８を伸長させてブーム７を上方に起立させた状態とし、メインフック１２及びサブフック１３の格納を解除し、各種作業を実施可能とする（図２参照）。
図３から図７を参照して、クレーン周囲の障害物検知について説明する。図３は、クレーン１の走行時の障害物検知の様子を示す模式図である。図４は、クレーン１の作業時の障害物検知の様子を示す模式図である。図５は、クレーン１の周囲の障害物検知に関する制御ブロック図である。図６は、障害物検知の表示装置への表示例を示す図である。図７は、障害物判定のフローである。
図３及び図４に示すように、ブーム７の先端の左端に走行体２及び旋回体３の左方の映像を取得するための左カメラ２０が設けられ、右端に走行体２及び旋回体３の右方の映像を取得するための右カメラ２１が設けられている。
左カメラ２０は、旋回体３においてキャビン９が配置される側と反対側に設けられた（旋回体３の左側に向けて配置される）第一の障害物センサであり、その撮影範囲（検知範囲）がブーム７の先端から左斜め後方に向けた範囲となるように配置されている。右カメラ２１は、キャビン９と同じ側（旋回体３の右側）に設けられた第二の障害物センサであり、その撮影範囲（検知範囲）がブーム７の先端から右斜め後方に向けた範囲となるように配置されている。このように、左カメラ２０はクレーン１の左右中央部から左側を、右カメラ２１はクレーン１の左右中央部から右側をそれぞれ検知している。
なお、キャビン９をブーム７の左方に設ける場合は、運転席と反対側に配置される右カメラ２１が第一の障害物センサとなり、運転席と同じ側に配置される左カメラ２０が第二の障害物センサとなる。
図３に示すように、クレーン１の走行時は、ブーム７が伏せられた状態（図１参照）であることから、左カメラ２０は、走行体２の前端と左側方及び旋回体３の左側方の映像を取得し、右カメラ２１は、走行体２の前端と右側方及び旋回体３の右側方の映像を取得する。図４に示すように、クレーン１の作業時は、ブーム７が起こされた状態（図２参照）であることから、左カメラ２０は、旋回体３の後部と左側方の映像を取得し、右カメラ２１は、旋回体３の後部と右側方の映像を取得する。
左カメラ２０は、クレーン１の走行時は、走行体２の前端と左側方及び旋回体３の左側方の映像を取得する。つまり、運転席であるキャビン９と反対側に配置される左カメラ２０は、キャビン９側から目視にて確認し難い左方の状況を映像によって検知することで、左折時の障害物の存在を検知するものである。このとき、ブーム７は、前方に倒伏されており、その前端は走行体２の前端よりも前方に突出した状態となっている。これにより、ブーム７の前端に配置される左カメラ２０の映像は、走行体２及び旋回体３を前方から撮影したものとなり、クレーン１の左側方に存在する障害物を検知し易くなる。特に、左カメラ２０によって走行体２の前側部を捉えて障害物を検知することで、進路変更時の障害物の巻き込みを防止することができる。
また、クレーン１の作業時も同様に、キャビン９からは目視し難い旋回体３の左側方及び左後方の状況を映像によって検知することで、旋回時の障害物の存在を検知するものである。作業時には、ブーム７は上方に起立した状態となり、左カメラ２０によって取得される映像は、旋回体３を見下ろすようなアングルとなる。これにより、旋回体３の左側方に存在する障害物を検知し易くなる。このように、キャビン９と逆側の状況を確認することができる左カメラ２０を配置することで、走行時及び作業時の両方において十分な範囲での障害物検知が可能となる。特に、左カメラ２０によって旋回体３の後側部を捉えて障害物を検知することで、旋回時の障害物との衝突を防止することができる。
以上のように、第一の障害物センサとしての左カメラ２０によって取得される映像を確認することによって、走行時は左折時の巻き込みによる障害物との衝突を回避することが可能となり、作業時は右旋回に際する左後部の障害物との衝突を回避することが可能となる。つまり、運転席と反対側にあり視界が制限されている左側方の障害物検知において、一台の障害物センサによって走行時と作業時の両方における障害物との衝突を回避することが可能である。
以上のように、本クレーンの特徴は、走行体と、旋回体と、前記旋回体の中央後部から前方へ突き出すように設けられ、油圧アクチュエータによって起伏自在に設けられるブームと、前記ブームの一側方に配置される運転席とを備えるクレーンにおいて、前記運転席と反対側の障害物を、ブームの先端から斜め後方に向けて検知する第一の障害物センサを設け、前記第一の障害物センサは、走行時、前記走行体の前側部に対する障害物の接近を検知し、作業時、前記旋回体の後側部に対する障害物の接近を検知するものである。
このように、ブーム先端から斜め後方に向けた第一の障害物センサ、つまり、前方から後方に向けた検知範囲を有する障害物センサによれば、ブームを倒伏させた走行時は、前方から走行体及び旋回体の側方を検知することで走行体が進路変更する際の障害物の存在を良好に検知し、ブームを起立させた作業時は、上方から走行体及び旋回体の側方を検知することで旋回体が旋回する際の障害物の存在を良好に検知することができる。
本実施形態のクレーン１は、さらに右カメラ２１を備えている。右カメラ２１は、クレーン１の走行時は、走行体２の前端と走行体２及び旋回体３の右側方の映像を取得する。つまり、キャビン９側から目視にて確認し難い右方の状況を映像によって検知することで、右折時の障害物の巻き込みを検知するものである。このときのカメラアングルは、左カメラ２０と同様に前方からのアングルであり、クレーン１の右側方に存在する障害物を検知し易い。
また、クレーン１の作業時には、キャビン９からは目視し難い旋回体３の右側方及び右後方の状況を映像によって検知することで、旋回時の障害物との衝突を検知するものである。このときのカメラアングルは、左カメラ２０と同様に上方からのアングルであり、旋回体３の周囲に存在する障害物を検知し易い。このように、キャビン９と同じ側の状況、特にキャビン９の死角をカバーすることができる右カメラ２１を併せて配置することで、走行時及び作業時の両方においてより十分な範囲での障害物検知が可能となっている。
以上のように、第二の障害物センサとしての右カメラ２１によって取得される映像を確認することによって、走行時は右折時の巻き込みによる障害物との衝突を回避することが可能となり、作業時は左旋回に際する右後部の障害物との衝突を回避することが可能となる。つまり、運転席と同じ側の右側方の障害物検知において、一台の障害物センサによって走行時と作業時の両方における障害物との衝突を回避することが可能である。
以上のように、本クレーンの更なる特徴は、前記運転席と同じ側の障害物を、ブームの先端から斜め後方に向けて検知する第二の障害物センサを設け、前記第二の障害物センサは、走行時、前記走行体の前側部に対する障害物の接近を検知し、作業時、前記旋回体の後側部に対する障害物の接近を検知するものである。このように、第一の障害物センサの反対側の障害物を検知する第二の障害物センサを、前方から後方に向けた検知範囲を有する障害物センサとして設けることで、クレーンの周囲の障害物を二つの障害物センサで検知することができる。
図５に示すように、左カメラ２０及び右カメラ２１は、画像処理コントローラ３０と電気的に接続されており、それぞれ取得した映像データを画像処理コントローラ３０に送信している。画像処理コントローラ３０は、左カメラ２０と右カメラ２１とによって取得される映像を処理するものであり、例えば、映像内に含まれる人物・車両等の障害物を画像処理によって識別するものである。
画像処理コントローラ３０は、クレーンコントローラ３１と電気的に接続されている。クレーンコントローラ３１は、クレーン装置を制御するものである。クレーンコントローラ３１は、起伏シリンダ８及びＰＴＯ切替スイッチ３２と電気的に接続されており、ブーム７の姿勢（起伏角度）、及びクレーン装置の駆動の有無に関する情報を取得している。クレーンコントローラ３１は、取得したこれらの情報を画像処理コントローラ３０に送信する。
画像処理コントローラ３０は、表示装置３３と電気的に接続されている。画像処理コントローラ３０では、クレーンコントローラ３１から送信された情報に基づいて、視点変換映像（俯瞰映像）が生成される。表示装置３３では、画像処理コントローラ３０によって生成された俯瞰映像、又は、撮影された通常映像（生映像）の何れか、若しくはそれら両方が表示される。また、表示装置３３に表示する画像を選択することも可能である。すなわち、表示装置３３を操作することで、図６に示すように、（１）通常映像、（２）俯瞰映像、若しくは（３）これら両方、から選択することができる。なお、表示装置３３に左カメラ２０の映像と右カメラ２１の映像を同時に表示しても良い。
また、画像処理コントローラ３０は、報知装置３４と電気的に接続されている。画像処理コントローラ３０では、左カメラ２０及び右カメラ２１から送信された映像に基づいて、障害物の有無が認識される。画像処理コントローラ３０は、障害物が存在すると判定すると、報知装置３４に電気信号を送信して、ブザー、インジケータ等によってクレーン１の周囲に障害物が存在する旨を報知する。報知装置３４によって報知することによって、運転者（又は障害物となる人物）に障害物の接近を確実に知らせることができ、障害物との衝突を回避し易くなる。
画像処理コントローラ３０は、さらに、障害物の接近を検知して、クレーンコントローラ３１にクレーン装置を緩停止や自動停止する旨の制御信号を送信する。
次に、図７を用いて、画像処理コントローラ３０において実行される障害物判定ステップについて説明する。
まず、クレーン１の状況に関する情報を取得する。すなわち、ＰＴＯ切替スイッチ３２のポジションに関する情報を取得し（ステップＳ１）、起伏シリンダ８のポジションに関する情報を取得してブーム７の起伏角度を取得する（ステップＳ２）。これとともに、ブーム７の起伏角度から左カメラ２０及び右カメラ２１の位置座標を取得する（ステップＳ３）。カメラの位置座標を取得することで、元画像から俯瞰画像への変換が可能となる。
そして、ステップＳ４で、クレーン１が走行状態、又は作業状態の何れであるかを判定する。次に、ステップＳ５で、表示装置３３に表示する映像を俯瞰映像又は通常映像（カメラによって撮影された生映像）の何れかから選択する。例えば、クレーン１が走行状態の場合、左折時には左カメラ２０の通常映像を表示装置３３に表示したり、クレーン１が作業状態の場合、右旋回時には右カメラ２１の俯瞰映像を表示装置３３に表示したりすることも可能である。
このように取得されたカメラ映像から障害物（人物、車等）を識別する（ステップＳ６）。ステップＳ７において、識別された障害物がクレーン１に接近しているか否かが判定される。障害物が接近している場合（ステップＳ７：Ｙ）は、報知装置３４によってその旨が報知される（ステップＳ８）。
さらに障害物が接近し、クレーン１との衝突の可能性がある場合（ステップＳ９：Ｙ）は、クレーン１の作動を緩やかに自動停止する（ステップＳ１０）。
次に、図８から図１０を参照して、クレーン周囲の障害物検知の別実施形態について説明する。図８は、旋回体３の後部に設けた後部カメラ４０によるクレーン１の走行時の障害物検知の様子を示す図である。図９は、同じくクレーン１の作業時の障害物検知の様子を示す図である。図１０は、障害物検知の表示装置への表示例を示す図である。
図８に示すように、クレーン１には、左カメラ２０と右カメラ２１に加えて、旋回体３の後部両側端に走行体２及び旋回体３の側方の映像を取得するための後部カメラ４０が設けられている。後部カメラ４０は、旋回体３の後端に設けられた第三の障害物センサであり、その撮影範囲（検知範囲）が旋回体３の後部の側端から機体外側に向けて斜め前方に向けた範囲となるように配置されている。
図８に示すように、クレーン１の走行時、旋回体３の後部右側端に配置される後部カメラ４０は、走行体２及び旋回体３の右側面の周辺、旋回体３の後部左側端に配置される後部カメラ４０は、走行体２及び旋回体３の左側面の周辺に存在する障害物をそれぞれ検知している。図９に示すように、クレーン１の作業時、旋回体３の後部右側端に配置される後部カメラ４０は、右旋回時の旋回体３の左後部に接近する障害物を検知し、旋回体３の後部左側端に配置される後部カメラ４０は、左旋回時の旋回体３の右後部に接近する障害物を検知している。
図９に示すように、クレーン１の作業時、後部カメラ４０は、設置箇所となる旋回体３の後部側端の旋回時の旋回軌跡となる円（一点鎖線で示す円）の接線方向に向けて傾けられる。つまり、クレーン１の作業時には、後部カメラ４０による検知範囲を旋回体３の後部の移動方向に向けた範囲とするように撮影方向を変更することで、旋回体３の後部と障害物の接触をより確実に検知することが可能である。
以上のように、クレーン１の走行時には、後部カメラ４０の撮影範囲を前方寄りに設定することで右折時や左折時等の進路変更時にクレーン１の両側方に存在する障害物を検知し易くなり、クレーン１の作業時には、後部カメラ４０の撮影範囲を側方寄りに設定することで旋回体３の旋回範囲に位置する障害物を検知し易くなる。また、旋回時には、旋回方向と同じ側の後部カメラ４０によってブーム７の移動先に存在する障害物を早いタイミングで検知することが可能である。
クレーン１による作業を開始する際は、走行体２のアウトリガ６を設置した上で、ブーム７を起立させることとなる。つまり、アウトリガ６を設置したこと又はブーム７の操作を開始したことを作業開始のトリガーとして利用し、それを受けて後部カメラ４０を側方に向けて傾けて検知範囲を変更することができる。
後部カメラ４０は、それぞれ画像処理コントローラ３０と電気的に接続されており、取得した映像データを画像処理コントローラ３０に送信している。画像処理コントローラ３０は、後部カメラ４０によって撮影された映像内に含まれる人物・車両等の障害物を画像処理によって識別し、適宜クレーンコントローラ３１、表示装置３３、報知装置３４に電気信号を送信する。表示装置３３では、後部カメラ４０によって取得される生映像を表示することも可能であるし、例えば、図１０に示すように俯瞰画像に旋回体３の旋回半径（旋回体３の後端側部の旋回軌跡）を重畳して表示することも可能である。
以上のように、クレーン１は、ブーム７の先端から斜め後方に向けた検知範囲を有する左カメラ２０・右カメラ２１に加えて、旋回体３の後端両側から斜め前方に向けた検知範囲を有する後部カメラ４０・４０を備えている。このように、前方から後方に向けた検知範囲を有する障害物センサによる前方からの周囲監視と、後方から前方に向けた検知範囲を有する障害物センサによる後方からの周囲監視を同時に行うことで、より確実な障害物の検知が可能となり、クレーン１と障害物の接触をさらに回避し易くなる。
以上のように、本クレーンの更なる特徴は、前記走行体及び旋回体の両側方の障害物を、旋回体の後端から斜め前方に向けて検知する第三の障害物センサを設け、前記第三の障害物センサは、走行時、前記走行体の前側部に対する障害物の接近を検知し、作業時、前記旋回体の後側部に対する障害物の接近を検知するものである。
このように、旋回体後端から斜め前方に向けた検知範囲、つまり後方から前方に向けた検知範囲を有する第三の障害物センサによれば、ブームを倒伏させた走行時は、後方から走行体及び旋回体の側方を検知することで走行体が進路変更する際の障害物の存在を良好に検知し、ブームを起立させた作業時は、旋回体の側方を検知することで旋回体が旋回する際の障害物の存在を良好に検知することができる。
さらに、前記第三の障害物センサは、作業を開始する際に、前記旋回体の後端から斜め前方に向けた検知範囲を、前記旋回体の後側端の旋回軌跡となる円の接線方向に向けて傾けることが好ましい。このように、旋回体の後端の旋回軌跡に向けて傾斜させることで、旋回体との衝突を良好に回避することができる。
なお、後部カメラ４０についても、左カメラ２０及び右カメラ２１と同様に旋回体３の左右両側に配置されることが好ましいが、キャビン９が設けられる側と反対側、つまり左後部カメラ４０のみを配置し、キャビン９から目視し難い領域を監視する構成としても良い。
上述のように、後部カメラ４０は、走行時及び作業時に十分な範囲での障害物検知を可能であるため、図１１に示すように、後部カメラ４０のみを用いて周囲監視を行う構成としても良い。この際の周囲監視における障害物判定ステップは上述と同様である。
以上のように、本クレーンの特徴は、走行体と、旋回体と、前記旋回体の中央後部から前方へ突き出すように設けられ、油圧アクチュエータによって起伏自在に設けられるブームと、前記ブームの一側方に配置される運転席とを備えるクレーンにおいて、前記走行体及び旋回体の両側方の障害物を、旋回体の後端から斜め前方に向けて検知する第三の障害物センサを設け、前記第三の障害物センサは、走行時、前記走行体の前側部に対する障害物の接近を検知し、作業時、前記旋回体の後側部に対する障害物の接近を検知するものである。
このように、旋回体後端から斜め前方に向けた検知範囲を有する第三の障害物センサによれば、ブームを倒伏させた走行時は、後方から走行体及び旋回体の側方を検知することで走行体が進路変更する際の障害物の存在を良好に検知し、ブームを起立させた作業時は、旋回体の側方を検知することで旋回体が旋回する際の障害物の存在を良好に検知することができる。
次に、図１２を参照して、前方から後方に向けた検知範囲を有する障害物センサを用いたクレーン周囲の障害物検知の他の実施形態について説明する。図１２は、走行体２の前部両側に設けた前部カメラ５０によるクレーン１の障害物検知の様子を示す図である。
図１２に示すように、前部カメラ５０は、走行体２の前端の左右両側に設けられる。前部カメラ５０は、走行体２の前端において、機体外方側に斜め後方に向けて配置されている。前部カメラ５０は、走行体２及び旋回体３の側方の映像を取得する撮影装置であり、前方から後方に向けた撮影範囲（検知範囲）を有する。前部カメラ５０は、例えば走行体２の前端に設けられるサイドミラーの近傍に設けることが可能である。
このように配置される左右の前部カメラ５０によって、クレーン１の走行時及び作業時に、走行体２及び旋回体３の左右両側面の周囲に存在する障害物をそれぞれ検知している。この際の周囲監視における障害物判定ステップは上述と同様である。また、前部カメラ５０についても、左カメラ２０及び右カメラ２１と同様に旋回体３の左右両側に配置されることが好ましいが、キャビン９が設けられる側と反対側、つまり左前部カメラ５０のみを配置し、キャビン９から目視し難い領域を監視する構成としても良い。
また、上述の実施形態では、障害物センサとしての各カメラを走行体２又は旋回体３の側端部に配置しているが、例えば広角のカメラを旋回体３の左右中央部に設け、走行体２及び旋回体３の両側方における監視領域を検知範囲に含めるようにしても良い。
以上の実施形態では、障害物センサとして撮影装置であるカメラを採用しているが、同様の検知範囲を有する距離センサ、赤外線センサ等、一般的に障害物センサとして用いられているセンサを代用し、障害物の接近を検知して報知する構成とすることも可能である。
１：クレーン、２：走行体、３：旋回体、７：ブーム、９：キャビン、２０：左カメラ（障害物センサ）、２１：右カメラ（障害物センサ）、３０：画像処理コントローラ、３１：クレーンコントローラ、３３：表示装置、３４：報知装置、４０：後部カメラ（障害物センサ）、５０：前部カメラ（障害物センサ）

Claims (3)

  1. 走行時、走行体の前側部に対する障害物の接近を検知し、かつ、作業時、旋回体の後側部に対する障害物の接近を検知する障害物センサを設けたことを特徴とするクレーン。
  2. 前記障害物センサは、前方から後方に向けた検知範囲を有する請求項１に記載のクレーン。
  3. 前記障害物センサは、後方から前方に向けた検知範囲を有する請求項１に記載のクレーン。
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