JP2019059593A - クレーン操縦支援装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、工事中の建造物の出来形1及び移動式のクレーン10を示した図面である。ここで、出来形1とは、工事の目的物たる建造物のうち施工が完了した部分をいう。
操縦室13内には、図2に示す据付型又は可搬型の表示デバイス32が配置されている。オペレータがクレーン10の操縦を容易に行えるように、図3に示すクレーン操縦支援装置30によって、出来形1及びクレーン10を仮想的な三次元空間内にモデリングした三次元モデル101,110が操縦室13内の表示デバイス32に即時に表示される。クレーン10によって吊り荷2を揚重する時には、更に吊り荷2を三次元空間内にモデリングした三次元モデル102が操縦室13内の表示デバイスに表示される。ここで、仮想的な三次元空間の座標系をワールド座標系という。ワールド座標系は互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸によって定義され、三次元空間内の位置はX座標、Y座標、Z座標によって表される。XY平面は現実の水平面に相当し、Z軸方向は現実の鉛直方向に相当する。
図3を参照して、クレーン操縦支援装置30について詳細に説明する。図3はクレーン操縦支援装置30のブロック図である。
コンピュータ31は、CPU、GPU、ROM、RAM、システムバス及びハードウェアインタフェース等を有する。
表示デバイス32は、例えば液晶ディスプレイデバイス、有機ELディスプレイデバイス又はプロジェクタである。コンピュータ31が演算処理によって映像信号を生成し、その映像信号を表示デバイス32に出力する。そうすると、映像信号に従った画面が表示デバイス32に表示される。表示デバイス32とコンピュータ31が一体化されていてもよいし、別体であってもよい。
入力デバイス33は、例えばスイッチ、キーボード若しくはポインティングデバイス又はこれらの組み合わせである。入力デバイス33は、表示デバイス32の表面に設けられたタッチパネルであってもよい。入力デバイス33は、操作されると操作内容に応じた信号をコンピュータ31に出力する。
記憶部34は、半導体メモリ又はハードディスクドライブ等からなる記憶装置である。記憶部34は、コンピュータ31に内蔵されたものでもよいし、コンピュータ31に外付けされたものでもよい。記憶部34には、コンピュータ31にとって読取可能なクレーンモデルデータ60及び建造物モデルデータ70が格納されている。更に、記憶部34には、コンピュータ31にとって読取可能且つ実行可能なプログラム80が格納されている。コンピュータ31の機能及び演算処理は、プログラム80によって実現される。クレーンモデルデータ60、建造物モデルデータ70及びプログラム80については、後に詳細に説明する。
無線モジュール35は、所定の通信規格、例えばZigBee(登録商標)の規格に従って無線モジュール36〜40と無線通信を行う。無線モジュール35が親機であり、無線モジュール36〜40が子機である。無線モジュール35〜40の無線通信には中継器が介在してもよい。
旋回角計測部41は、微細加工技術によって集積化したMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)センサである。なお、計測部42〜44もMEMSセンサである。
なお、マイコン41aが図6に示す処理を実行せず、コンピュータ31が実行するものとしてもよい。この場合、旋回角計測部41の検出値がマイコン41aによってAD変換等の信号処理をされるが、補償処理されない。そして、旋回角計測部41の検出値がマイコン41aから無線モジュール36,35を介してコンピュータ31に入力され、コンピュータ31が図6に示す処理を実行した上で、時間積分を行う。
図2に示すブーム起伏角計測部42は、ブーム14の姿勢、つまり水平面を基準としたブーム14の起伏角を計測する姿勢計測部である。より具体的には、ブーム起伏角計測部42は、ブーム14の起伏角に応じた重力の分力の加速度を検出する加速度センサによって構成される。ブーム起伏角計測部42の出力信号がマイコン42aによって信号処理されると、その出力信号がブーム14の起伏角に換算される。起伏角を表す検出値がマイコン42aから無線モジュール37に出力されて、無線モジュール37によって無線モジュール35に送信される。コンピュータ31は検出値をブーム14の起伏角として無線モジュール35から取得する。
ジブ起伏角計測部43は、ジブ15の姿勢、つまり水平面を基準としたジブ15の起伏角を計測する姿勢計測部である。より具体的には、ジブ起伏角計測部43は、ジブ15の起伏角に応じた重力の分力の加速度を検出する加速度センサによって構成される。ジブ起伏角計測部43の出力信号がマイコン43aによって信号処理されると、その出力信号がジブ15の起伏角に換算される。起伏角を表す検出値がマイコン43aから無線モジュール38に出力されて、無線モジュール38によって無線モジュール35に送信される。コンピュータ31は検出値をジブ15の起伏角として無線モジュール35から取得する。
高さ計測部44は、フックブロック17の高さを計測するセンサである。より具体的には、高さ計測部44は、フックブロック17の高さに応じた気圧を検出する気圧センサよって構成される。高さ計測部44の出力信号がマイコン44aによって信号処理されると、その出力信号がフックブロック17の高さに換算される。高さを表す検出値がマイコン44aから無線モジュール39に出力されて、無線モジュール39によって無線モジュール35に送信される。コンピュータ31は検出値をフックブロック17の高さとして無線モジュール35から取得する。
位置・向き計測部45は、下部走行体11の位置及び向きを計測するセンサである。より具体的には、位置・向き計測部45は、地面上に設置されたターゲット9に向けてレーザー光を水平に照射して、ターゲット9からのレーザー光の反射光を受光することによって、下部走行体11から位置・向き計測部45までの距離とレーザー光の照射角とを検出するレーザー計測器である。位置・向き計測部45によって検出される距離及び照射角は下部走行体11の位置及び向きに換算できる。位置・向き計測部45の出力信号がマイコン45aによって信号処理されると、その出力信号が下部走行体11の位置及び向きに換算される。位置及び向きを表す検出値がマイコン45aから無線モジュール40に出力されて、無線モジュール40によって無線モジュール35に送信される。コンピュータ31は検出値を下部走行体11の位置及び向きとして無線モジュール35から取得する。
クレーンモデルデータ60及び建造物モデルデータ70は、BIM(Building Information Modeling:ビルディング インフォメーション モデリング)を実現する設計用ソフトウェアによって作成されたものである。
コンピュータ31は、プログラム80による機能によって、クレーンモデル110をワールド座標系の三次元空間に配置する。つまり、コンピュータ31は、上述のクレーンモデルデータ60及び後述の計測部41〜44の検出値を利用して、座標演算処理を行う。具体的には、以下の通りである。
以上のようにして、クレーンモデル110(モデル111,112,114,115,117の集合体)をワールド座標系の三次元空間に配置する。
図8に示すように、建造物モデルデータ70は、複数の構成要素モデルデータ71の集合体である。構成要素モデルデータ71は三次元形状情報72、位置・向き情報73、属性情報74及び状態情報75から構成されている。三次元形状情報72は、構成要素モデルの三次元形状をモデリングするために、構成要素モデルの各点の位置をローカル座標系によって定義するものである。位置・向き情報73は、ワールド座標系における構成要素モデルの位置及び向きを定義するものである。属性情報74は、建造物の構成要素が有する属性(例えば、名前、種類、体積、重量、サイズ、仕様、素材、原材料、製造元、施工予定日等)を表すものである。状態情報75は、構成要素の現状状態、つまり構成要素の設置・施工が完了しているか否か、構成要素が吊り荷として吊られているか否かを表すものである。
コンピュータ31は、プログラム80による機能によって、出来形モデル101をワールド座標系の三次元空間に配置する。つまり、コンピュータ31は、上述の建造物モデルデータ70を利用して、座標演算処理を行う。具体的には、以下の通りである。
次に、コンピュータ31は、読み込んだ構成要素モデルデータ71の位置・向き情報73に基づいて、構成要素モデルをワールド座標系に座標変換する。
以上のようにワールド座標系の三次元空間に配置された構成要素モデルの集合体が出来形モデル101である。
コンピュータ31は、プログラム80による機能によって、吊り荷モデル102をワールド座標系の三次元空間に配置する。つまり、コンピュータ31は、上述の建造物モデルデータ70、高さ計測部44の検出値及び位置・向き計測部45の検出値を利用して、座標演算処理を行う。具体的には、以下の通りである。
コンピュータ31は、以上のように出来形モデル101、吊り荷モデル102及びクレーンモデル110をワールド座標系の三次元空間に配置したら、出来形モデル101、吊り荷モデル102及びクレーンモデル110のレンダリング処理を実行する。これにより、出来形モデル101、吊り荷モデル102及びクレーンモデル110が二次元画像として表示デバイス32に表示される。具体的には、以下の通りである。
図2に示す差分表示領域109に表示される差分について、図9及び図10を参照して詳細に説明する。
(1) ワールド座標系の三次元空間に配置されたクレーンモデル110及び吊り荷モデル102は、計測部41〜45の計測結果を利用して、位置及び姿勢が決められたものである。それゆえ、オペレータがクレーン10を操縦すると、表示デバイス32に表示されるクレーンモデル110もクレーン10と同じように動き、吊り荷モデル102も吊り荷2と同じように動く。よって、オペレータが表示デバイス32の画面を見れば、クレーン10及び吊り荷2の状態を客観的に把握することができる。これは越境防止に寄与する。つまり、オペレータは、吊り荷2やクレーン10が所定の進入禁止領域に進入しないようにクレーン10を操縦することができる。
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。以下に、以上の実施形態からの変更点について説明する。以下に説明する変更点は、可能な限り組み合わせて適用してもよい。
特許請求の範囲に記載の発明のほかに以下の発明も、本明細書に記載されている。
所定期間の間中、前記角速度センサの検出値を所定閾値と比較する比較手段と、
前記比較手段の比較の結果、前記角速度センサの検出値が前記所定期間の間中常に前記所定閾値以下である場合に、前記角速度センサの検出値を補償する補償手段と、
前記比較手段の比較の結果、前記角速度センサの検出値が前記所定期間の間中に前記所定閾値を超えた場合に、前記補償手段を無効化する手段と、
を備える補償装置。
好ましくは、前記角速度センサがジャイロセンサである。
11…下部走行体
12…上部旋回体(可動部)
14…ブーム(可動部)
15…ジブ(可動部)
17…フックブロック
30…クレーン操縦支援装置
31…コンピュータ(クレーンモデル配置手段、吊り荷モデル配置手段、描画手段、差分計算手段)
34…記憶部(記憶手段)
41…旋回角計測部(姿勢計測手段)
42…ブーム起伏角計測部(姿勢計測手段)
43…ジブ起伏角計測部(姿勢計測手段)
44…高さ計測部(高さ計測手段)
102…吊り荷モデル
110…クレーンモデル
111…下部モデル
112…上部モデル
114…ブームモデル
115…ジブモデル
117…フックブロックモデル
Claims (3)
- 吊り荷を吊るクレーンの操縦を三次元コンピュータグラフィックスにより支援するクレーン操縦支援装置であって、
前記クレーンの可動部に設けられ、前記可動部の姿勢を計測する姿勢計測手段と、
前記クレーンのフックブロックに設けられ、前記フックブロックの高さを計測する高さ計測手段と、
前記姿勢計測手段の計測結果に基づいてクレーンモデルの可動部モデルを仮想的な三次元空間に配置し、前記姿勢計測手段の計測結果及び前記高さ計測手段の計測結果に基づいてクレーンモデルのフックブロックモデルを前記三次元空間に配置するクレーンモデル配置手段と、
前記姿勢計測手段の計測結果及び前記高さ計測手段の計測結果に基づいて吊り荷モデルを前記三次元空間に配置する吊り荷モデル配置手段と、
前記三次元空間内の前記可動部モデル、前記フックブロックモデル及び前記吊り荷モデルの描画処理をして、表示デバイスに前記可動部モデル、前記フックブロックモデル及び前記吊り荷モデルを表示させる描画手段と、を備える
クレーン操縦支援装置。 - 前記姿勢計測手段がMEMSセンサを有する
請求項1に記載のクレーン操縦支援装置。 - 前記吊り荷モデルの設置位置を表す座標を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段によって記憶された座標と、前記吊り荷モデル配置手段によって配置された前記吊り荷モデルの座標との差分を計算する差分計算手段と、
前記差分計算手段によって差分を前記可動部モデル、前記フックブロックモデル及び前記吊り荷モデルとともに前記表示デバイスに表示させる手段と、を更に備える
請求項1又は2に記載のクレーン操縦支援装置。
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