JP2018095371A - クレーン - Google Patents

Abstract

【課題】作業現場を再現した仮想空間上でティーチング操作を行なうことができるクレーンを提供する。
【解決手段】ブーム７と、ブーム７の基端側から先端側へ架け渡されるワイヤ８と、ワイヤ８の巻き入れおよび巻き出しをするウインチ９と、ワイヤ８に吊り下げられた状態で該ワイヤ８の巻き入れおよび巻き出しによって昇降するフック１０と、を備え、フック１０によって荷物Ｌを吊り上げて該荷物Ｌを運搬自在とするクレーン１において、ブーム７の姿勢およびウインチ９の作動状態を操作するための操作装置１８と、操作装置１８の操作によるブーム７とフック１０の挙動を解析する解析装置１２と、ティーチング操作において搭乗者Ｐの視界を画像化した視界画像Ｉを表示する表示装置１９と、を具備し、表示装置１９には、解析装置１２による解析結果に基づいてブーム７とフック１０の挙動が表される、とした。
【選択図】図６

Description

本発明は、クレーンに関する。詳しくは、作業現場を再現した仮想空間上でティーチング操作を行なうことができるクレーンに関する。

従来より、代表的な作業車両であるクレーンが知られている（特許文献１参照）。クレーンは、主に走行体と旋回体で構成されている。走行体は、複数の車輪を備え、走行自在に構成されている。旋回体は、ブームのほかにワイヤとウインチとフックを備え、荷物を運搬自在に構成されている。

ところで、このようなクレーンは、荷物を運搬する際の自動操作を実現すべく、いわゆる「ティーチング」を行なうことができる（特許文献２および特許文献３参照）。「ティーチング」とは、自動操作に要する情報を取得し、その情報を記憶させる操作行為をいう。しかし、「ティーチング」は、作業現場において実際に手動操作（ティーチング操作）を行なう必要があり、所要時間が長くかつ燃料の消費を伴うという問題があった。そこで、作業現場を再現した仮想空間上でティーチング操作を行なうことができるクレーンが求められていたのである。

特開２００５−１９４０２１号公報 特開２０１３−７５７３０号公報 特開２０１１−６１７８号公報

作業現場を再現した仮想空間上でティーチング操作を行なうことができるクレーンを提供する。

第一の発明は、
ブームと、
前記ブームの基端側から先端側へ架け渡されるワイヤと、
前記ワイヤの巻き入れおよび巻き出しをするウインチと、
前記ワイヤに吊り下げられた状態で該ワイヤの巻き入れおよび巻き出しによって昇降するフックと、を備え、
前記フックによって荷物を吊り上げて該荷物を運搬自在とするクレーンにおいて、
前記ブームの姿勢および前記ウインチの作動状態を操作するための操作装置と、
前記操作装置の操作による前記ブームと前記フックの挙動を解析する解析装置と、
ティーチング操作において搭乗者の視界を画像化した視界画像を表示する表示装置と、を具備し、
前記表示装置には、前記解析装置による解析結果に基づいて前記ブームと前記フックの挙動が表される、ものである。

第二の発明は、第一の発明に係るクレーンにおいて、
前記解析装置が前記荷物の挙動を解析し、
前記表示装置には、前記解析装置による解析結果に基づいて前記荷物の挙動が表される、ものである。

第三の発明は、第二の発明に係るクレーンにおいて、
前記解析装置が前記ブームの旋回速度と前記ワイヤの垂下量と前記荷物の重量に基づいて前記荷物の振れを解析し、
前記表示装置には、前記解析装置による解析結果に基づいて前記荷物の振れを含んだ挙動が表される、ものである。

第四の発明は、第一から第三のいずれかの発明に係るクレーンにおいて、
ティーチングモードを選択すると前記ティーチング操作を行なえるとし、
前記ティーチングモードを選択している場合においては、前記操作装置を操作しても前記ブームと前記ウインチが動かない、ものである。

第一の発明に係るクレーンは、ブームの姿勢およびウインチの作動状態を操作するための操作装置と、操作装置の操作によるブームとフックの挙動を解析する解析装置と、ティーチング操作において搭乗者の視界を画像化した視界画像を表示する表示装置と、を具備する。そして、表示装置には、解析装置による解析結果に基づいてブームとフックの挙動が表される。かかるクレーンによれば、搭乗者による操縦装置の操作にあわせて表示装置にブームとフックの挙動（動作）がモデル画像によって表されるので、表示装置を見ながらブームとフックの挙動（動作）を考慮したティーチング操作を行なうことができる。こうして、作業現場を再現した仮想空間上でティーチング操作を行なうことができる。

第二の発明に係るクレーンは、解析装置が荷物の挙動を解析する。そして、表示装置には、解析装置による解析結果に基づいて荷物の挙動が表される。かかるクレーンによれば、搭乗者による操縦装置の操作にあわせて表示装置に荷物の挙動（動作）がモデル画像によって表されるので、表示装置を見ながら荷物の挙動（動作）を考慮したティーチング操作を行なうことができる。

第三の発明に係るクレーンは、解析装置がブームの旋回速度とワイヤの垂下量と荷物の重量に基づいて荷物の振れを解析する。そして、表示装置には、解析装置による解析結果に基づいて荷物の振れを含んだ挙動が表される。かかるクレーンによれば、搭乗者による操縦装置の操作にあわせて表示装置に荷物の振れを含んだ挙動（動作）がモデル画像によって表されるので、表示装置を見ながら荷物の振れを含んだ挙動（動作）を考慮したティーチング操作を行なうことができる。

第四の発明に係るクレーンは、ティーチングモードを選択するとティーチング操作を行なえるとしている。そして、ティーチングモードを選択している場合においては、操作装置を操作してもブームとウインチが動かない。かかるクレーンによれば、安全性や経済性を確保しながらあらゆるティーチング操作を行なうことができる。

クレーンを示す図。 運搬作業中のクレーンを示す図。 ティーチングシステムを示す図。 キャビンの内部を示す図。 作業現場を再現した仮想空間を示す図。 フックを上昇させる操作をしたときの視界画像を示す図。 ブームを右旋回させる操作をしたときの視界画像を示す図。 フックを降下させる操作をしたときの視界画像を示す図。 第二実施形態に係るキャビンの内部を示す図。 第三実施形態に係るキャビンの内部を示す図。 自動操作を実行するまでの流れを示す図。

本願の発明に関する技術的思想は、以下に説明するクレーン１のほか、他のクレーンにも適用できる。

まず、本願の発明に係るクレーン１について簡単に説明する。

図１は、クレーン１を示している。図２は、運搬作業中のクレーン１を示している。

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。また、走行体２は、運搬作業を行な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。更に、走行体２は、これらを駆動するためのエンジンやトランスミッションに加え、複数の油圧アクチュエータを備えている。

旋回体３は、油圧アクチュエータによって旋回自在となっている（矢印Ａ参照）。旋回体３は、その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によって伸縮自在となっている（矢印Ｂ参照）。また、ブーム７は、油圧アクチュエータによって起伏自在となっている（矢印Ｃ参照）。加えて、旋回体３は、ブーム７の基端部から先端部へワイヤ８が架け渡されている。ワイヤ８の末端側には、ウインチ９が配置されており、該ウインチ９によって巻き入れおよび巻き出し自在となっている。また、ワイヤ８の先端側には、フック１０が吊り下げられており、ワイヤ８の巻き入れおよび巻き出しによって昇降自在となっている。なお、旋回体３は、ブーム７の右方にキャビン１１を備えている。キャビン１１には、操作装置であるレバー１８や表示装置であるディスプレイ１９が設けられている（図４参照）。

次に、クレーン１のティーチングシステムについて説明する。

図３は、ティーチングシステムを示している。なお、図４は、キャビン１１の内部を示している。図５は、作業現場を再現した仮想空間を示している。

解析装置１２は、ＣＰＵなどの処理部１３とＲＯＭやＲＡＭなどの記憶部１４を有している。処理部１３は、センサからの信号と記憶部１４のプログラムに基づいて様々な解析をすることができる。例えば、レバー１８の操作によるブーム７とフック１０の挙動を解析することができる。また、解析装置１２は、位置特定部１５を有している。位置特定部１５は、アンテナが受信した電波に基づいて現在位置を特定できる。更に、解析装置１２は、情報受信部１６を有している。情報受信部１６は、アンテナが電波を受信することにより、通信ネットワークＮｔを介して遠隔サーバＳｖに格納されている様々な情報を取得できる。例えば、荷物Ｌの形状や重さなどの情報を取得できる。また、作業現場における地形に加えて建築物の位置や形状を表す三次元情報を取得できる。

ここで、「三次元情報」について説明する。

三次元情報とは、作業現場における地形に加えて建築物の位置や形状が点群データによって表されたものである。具体的に説明すると、作業現場における地形に加えて建築物の位置や形状が無数の点データによって表されたものである。それぞれの点データは、緯度と経度と標高の要素を有している。従って、三次元情報は、ポリゴン化などの処理を施すことによって三次元マップに変換できる。このため、三次元情報とは、三次元マップとほぼ同義である。なお、三次元マップは、作業現場を再現した仮想空間といえる。

ところで、解析装置１２は、カメラ１７に接続されている。カメラ１７は、作業現場を上方から撮影すべく、ブーム７の先端部分に取り付けられている（図１および図２参照）。従って、解析装置１２は、三次元情報を遠隔サーバＳｖから取得して三次元マップに変換するのではなく、カメラ１７によって作業現場を撮影し、得られた画像データに基づいて三次元マップを作成するとしてもよい。また、別途に用意したカメラによって作業現場を撮影し、得られた画像データに基づいて三次元マップを作成するとしてもよい。更に、別途に用意したレーザースキャナによって作業現場を走査し、得られた点群データに基づいて三次元マップを作成するとしてもよい。三次元マップは、所定時間ごと若しくは作業行程ごとに更新されるのが好ましい。

加えて、解析装置１２は、上述したディスプレイ１９に接続されている。そのため、解析装置１２は、ディスプレイ１９に三次元マップを表示させることができる。三次元マップには、建築物のモデル画像ＭＢなどが含まれる。モデル画像ＭＢは、建築物の位置や形状に対応している。ディスプレイ１９に表示された三次元マップは、搭乗者Ｐの視界を画像化したものであるので、搭乗者Ｐの視界画像Ｉといえる。視界画像Ｉは、ブーム７の旋回動作やフック１０の昇降動作に合わせてスクロールする。詳細には、ブーム７が右旋回すると、ブーム７のモデル画像Ｍ７が右側へ移動し、所定の位置に達してから視界画像Ｉが右方へスクロールする（図５における矢印Ｒｓ参照）。他方、ブーム７が左旋回すると、ブーム７のモデル画像Ｍ７が左側へ移動し、所定の位置に達してから視界画像Ｉが左方へスクロールする（図５における矢印Ｌｓ参照）。また、フック１０が上昇すると、フック１０のモデル画像Ｍ１０が上側へ移動し、所定の位置に達してから視界画像Ｉが上方へスクロールする（図５における矢印Ｕｓ参照）。他方、フック１０が降下すると、フック１０のモデル画像Ｍ１０が下側へ移動し、所定の位置に達してから視界画像Ｉが下方へスクロールする（図５における矢印Ｄｓ参照）。

次に、ティーチング操作について説明する。

図６は、フック１０を上昇させる操作をしたときの視界画像Ｉを示している。図７は、ブーム７を右旋回させる操作をしたときの視界画像Ｉを示している。図８は、フック１０を降下させる操作をしたときの視界画像Ｉを示している。

搭乗者Ｐは、ティーチングモードを選択するためにスイッチ２０を押す必要がある（図３および図４参照）。スイッチ２０を押すと、レバー１８を操作してもブーム７やウインチ９が動かなくなる。このようにしたのは、安全性や経済性の観点からである。また、ディスプレイ１９には、視界画像Ｉが表示される。視界画像Ｉには、ブーム７のモデル画像Ｍ７やフック１０のモデル画像Ｍ１０、更には荷物Ｌのモデル画像ＭＬが含まれる。なお、モデル画像Ｍ７は、ブーム７の位置や形状に対応している。モデル画像Ｍ１０は、フック１０の位置や形状に対応している。モデル画像ＭＬは、荷物Ｌの位置や形状に対応している。

本願の発明に係るクレーン１においては、搭乗者Ｐがレバー１８を操作してフック１０を上昇させる操作を行なうと、それに応じてフック１０のモデル画像Ｍ１０が上昇し、同時に荷物Ｌのモデル画像ＭＬも上昇することとなる（図６における矢印Ｘ参照）。このとき、仮想空間におけるモデル画像Ｍ１０・ＭＬが上昇していく過程の情報が取得され、現実空間における荷物Ｌを吊り上げていく過程の情報として記憶部１４などに記憶される。具体的には、仮想空間におけるモデル画像Ｍ１０・ＭＬが上昇していく過程の情報が取得され、現実空間における荷物Ｌの吊上高さや吊上速度などの情報として記憶部１４などに記憶される。なお、本願の発明に係るクレーン１においては、解析装置１２がブーム７の弾性係数と荷物Ｌの重量に基づいてブーム７のたわみを解析する。そのため、視界画像Ｉにおけるモデル画像Ｍ７もたわんでいるように表される。

その後、本願の発明に係るクレーン１においては、搭乗者Ｐがレバー１８を操作してブーム７を右旋回させる操作を行なうと、それに応じてモデル画像Ｍ７が右旋回し、同時にフック１０のモデル画像Ｍ１０と荷物Ｌのモデル画像ＭＬも右旋回することとなる（図７における矢印Ｙ参照）。このとき、仮想空間におけるモデル画像Ｍ７・Ｍ１０・ＭＬが旋回していく過程の情報が取得され、現実空間におけるブーム７を旋回していく過程の情報として記憶部１４などに記憶される。具体的には、仮想空間におけるモデル画像Ｍ７・Ｍ１０・ＭＬが旋回していく過程の情報が取得され、現実空間におけるブーム７の旋回角度や旋回速度などの情報として記憶部１４などに記憶される。なお、本願の発明に係るクレーン１においては、解析装置１２がブーム７の旋回速度とワイヤ８の垂下量と荷物Ｌの重量に基づいて荷物Ｌの振れ（周波数および振幅：図７における矢印Ｓ参照）を解析する。そのため、視界画像Ｉにおけるモデル画像ＭＬも振れているように表される。

その後、本願の発明に係るクレーン１においては、搭乗者Ｐがレバー１８を操作してフック１０を降下させる操作を行なうと、それに応じてフック１０のモデル画像Ｍ１０が降下し、同時に荷物Ｌのモデル画像ＭＬも降下することとなる（図８における矢印Ｚ参照）。このとき、仮想空間におけるモデル画像Ｍ１０・ＭＬが降下していく過程の情報が取得され、現実空間における荷物Ｌを吊り降ろしていく過程の情報として記憶部１４などに記憶される。具体的には、仮想空間におけるモデル画像Ｍ１０・ＭＬが降下していく過程の情報が取得され、現実空間における荷物Ｌの吊降高さや吊降速度などの情報として記憶部１４などに記憶される。

以上のように、本願の発明に係るクレーン１は、ブーム７の姿勢およびウインチ９の作動状態を操作するための操作装置（レバー１８）と、操作装置（１８）の操作によるブーム７とフック１０の挙動を解析する解析装置１２と、ティーチング操作において搭乗者Ｐの視界を画像化した視界画像Ｉを表示する表示装置（ディスプレイ１９）と、を具備する。そして、表示装置（１９）には、解析装置１２による解析結果に基づいてブーム７とフック１０の挙動が表される。かかるクレーン１によれば、搭乗者Ｐによる操縦装置（１８）の操作にあわせて表示装置（１９）にブーム７とフック１０の挙動（動作）がモデル画像Ｍ７・Ｍ１０によって表されるので、表示装置（１９）を見ながらブーム７とフック１０の挙動（動作）を考慮したティーチング操作を行なうことができる。こうして、作業現場を再現した仮想空間上でティーチング操作を行なうことができる。

また、本願の発明に係るクレーン１は、解析装置１２が荷物Ｌの挙動を解析する。そして、表示装置（ディスプレイ１９）には、解析装置１２による解析結果に基づいて荷物Ｌの挙動が表される。かかるクレーン１によれば、搭乗者Ｐによる操縦装置（レバー１８）の操作にあわせて表示装置（１９）に荷物Ｌの挙動（動作）がモデル画像ＭＬによって表されるので、表示装置（１９）を見ながら荷物Ｌの挙動（動作）を考慮したティーチング操作を行なうことができる。

更に、本願の発明に係るクレーン１は、解析装置１２がブーム７の旋回速度とワイヤ８の垂下量と荷物Ｌの重量に基づいて荷物Ｌの振れを解析する。そして、表示装置（ディスプレイ１９）には、解析装置１２による解析結果に基づいて荷物Ｌの振れを含んだ挙動が表される。かかるクレーン１によれば、搭乗者Ｐによる操縦装置（レバー１８）の操作にあわせて表示装置（１９）に荷物Ｌの振れを含んだ挙動（動作）がモデル画像ＭＬによって表されるので、表示装置（１９）を見ながら荷物Ｌの振れを含んだ挙動（動作）を考慮したティーチング操作を行なうことができる。

加えて、本願の発明に係るクレーン１は、ティーチングモードを選択するとティーチング操作を行なえるとしている。そして、ティーチングモードを選択している場合においては、操作装置（レバー１８）を操作してもブーム７とウインチ９が動かない。かかるクレーン１によれば、安全性や経済性を確保しながらあらゆるティーチング操作を行なうことができる。

更に加えて、建築物のモデル画像ＭＢにフック１０のモデル画像Ｍ１０や荷物Ｌのモデル画像ＭＬが近接若しくは干渉した場合は、表示装置（ディスプレイ１９）に警告が表示されるとしてもよい。或いは、取得された情報が消去されるとしてもよい。このようにすれば、誤った情報に基づいて自動操作が実行されることがなくなる。

次に、他の実施形態に係るキャビン１１について説明する。

図９は、第二実施形態に係るキャビン１１の内部を示している。図１０は、第三実施形態に係るキャビン１１の内部を示している。

第二実施形態に係るキャビン１１には、表示装置としてヘッドマウント型のディスプレイ２１が設けられている。ディスプレイ２１には、搭乗者Ｐの視界画像Ｉが表示される（図５から図８参照）。このような構成としても、本願の発明に関する効果を得ることができる。

他方、第三実施形態に係るキャビン１１には、表示装置としてプロジェクター２２とスクリーン２３が設けられている。スクリーン２３には、搭乗者Ｐの視界画像Ｉが表示される（図５から図８参照）。このような構成としても、本願の発明に関する効果を得ることができる。

次に、自動操作を実行するまでの流れについて説明する。

図１１は、自動操作を実行するまでの流れを示している。

ステップＳ１において、解析装置１２は、ティーチングモードが選択されているか否かを認識する。具体的には、スイッチ２０が押されて「入」状態となっているか否かを認識する。スイッチ２０が押されて「入」状態となっている場合は、ティーチング操作を行なうことが可能となる。

ステップＳ２において、解析装置１２は、クレーン１の状態を認識する。具体的には、センサからの信号に基づいてブーム７の姿勢やフック１０の高さなどを認識する。また、荷物Ｌの形状や重さについても認識する。

ステップＳ３において、解析装置１２は、三次元情報を取得する。具体的には、作業現場における地形に加えて建築物の位置や形状を表す三次元情報を取得する。なお、ディスプレイ１９には、搭乗者Ｐの視界画像Ｉが表示される。

ステップＳ４において、解析装置１２は、ティーチング操作を認識する。具体的には、レバー１８による操作対象を認識する。また、レバー１８の操作方向ならびに操作量などについても認識する。

ステップＳ５において、解析装置１２は、クレーン１や荷物Ｌの挙動を解析する。具体的には、ブーム７やフック１０の挙動を解析する。また、荷物Ｌの振れを含んだ挙動についても解析する。なお、ディスプレイ１９には、ブーム７やフック１０の挙動、荷物Ｌの挙動が表される。搭乗者Ｐは、視界画像Ｉを繰返し見て確認することができる。

ステップＳ６において、解析装置１２は、ティーチング操作が完了したか否かを認識する。具体的には、ティーチング操作の完了を示すスイッチ（図示せず）が押されたか否かを認識する。かかるスイッチが押された場合は、ティーチング操作が完了した旨を示したこととなる。

ステップＳ７において、解析装置１２は、ティーチングモードが終了したか否かを認識する。具体的には、スイッチ２０が押されて「切」状態となっているか否かを認識する。スイッチ２０が押されて「切」状態となっている場合は、ティーチング操作を行なうことが不可能となる。

ステップＳ８において、解析装置１２は、ティーチング操作によって取得された情報に基づいて自動操作を指示する。つまり、解析装置１２は、荷物Ｌを運搬する自動操作を指示する。

１ クレーン
２ 走行体
３ 旋回体
７ ブーム
８ ワイヤ
９ ウインチ
１０ フック
１１ キャビン
１２ 解析装置
１８ レバー（操作装置）
１９ ディスプレイ（表示装置）
２０ スイッチ
Ｉ 視界画像
Ｌ 荷物
ＭＢ 建築物のモデル画像
Ｍ７ ブームのモデル画像
Ｍ１０ フックのモデル画像
ＭＬ 荷物のモデル画像

Claims (4)

1. ブームと、
   前記ブームの基端側から先端側へ架け渡されるワイヤと、
   前記ワイヤの巻き入れおよび巻き出しをするウインチと、
   前記ワイヤに吊り下げられた状態で該ワイヤの巻き入れおよび巻き出しによって昇降するフックと、を備え、
   前記フックによって荷物を吊り上げて該荷物を運搬自在とするクレーンにおいて、
   前記ブームの姿勢および前記ウインチの作動状態を操作するための操作装置と、
   前記操作装置の操作による前記ブームと前記フックの挙動を解析する解析装置と、
   ティーチング操作において搭乗者の視界を画像化した視界画像を表示する表示装置と、を具備し、
   前記表示装置には、前記解析装置による解析結果に基づいて前記ブームと前記フックの挙動が表される、ことを特徴とするクレーン。
2. 前記解析装置が前記荷物の挙動を解析し、
   前記表示装置には、前記解析装置による解析結果に基づいて前記荷物の挙動が表される、ことを特徴とする請求項１に記載のクレーン。
3. 前記解析装置が前記ブームの旋回速度と前記ワイヤの垂下量と前記荷物の重量に基づいて前記荷物の振れを解析し、
   前記表示装置には、前記解析装置による解析結果に基づいて前記荷物の振れを含んだ挙動が表される、ことを特徴とする請求項２に記載のクレーン。
4. ティーチングモードを選択すると前記ティーチング操作を行なえるとし、
   前記ティーチングモードを選択している場合においては、前記操作装置を操作しても前記ブームと前記ウインチが動かない、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のクレーン。

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