JP2019089612A - クレーンシステム、および、クレーンの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吊荷形状や障害物形状、荷振れなどの挙動、吊荷の進入禁止領域や通過高さの制約を考慮して、より高い安全性を確保しながらも、作業効率の低下を抑制する。【解決手段】ロープに吊り下げた吊荷を移動させるクレーンの制御方法であって、吊荷の形状を検出し、吊荷の三次元位置を検出し、障害物の位置および形状の情報を検出し、障害物の存在範囲および吊荷とロープが進入できない保護領域を三次元環境地図に記録し、三次元環境地図に基づいて、吊荷およびロープが通過する高さ範囲で吊荷およびロープが通過不可能な領域を記録した二次元環境地図を生成し、吊荷の形状と、吊荷の三次元位置と、二次元環境地図とに基づいて、吊荷もしくはロープが障害物と衝突する干渉状態、もしくは、吊荷およびロープが保護領域に進入する干渉状態が生じる可能性があるかを予測し、干渉状態が予測されたときに、クレーンに干渉状態を回避する動作を行わせる。【選択図】 図４

Description

本発明は、吊荷を吊り下げたクレーンを制御するクレーンシステムに関する。

近年、クレーンの熟練作業者の高齢化や、クレーン設置台数の増加による人手不足に伴い、クレーン業界では経験の浅い非熟練作業者が増加している。非熟練作業者によるクレーン操作は、障害物の位置や高さの見誤りや、吊荷の荷振れなどのクレーンの挙動予測の未熟さなどが原因で、熟練作業者のクレーン操作に比べ吊荷と障害物の衝突事故等のリスクが高くなりがちである。そのため、非熟練作業者は、衝突事故等を避けるべく、吊荷の移動中に障害物を大きく避ける回避動作が必要となり、安全性確保の代償として作業効率を下げざるを得なかった。

これに対し、安全性を確保しながらも作業効率の低下を抑える方法として、例えば、特許文献１の技術が開示されている。

特開２０１６−１９３４７３号公報

特許文献１の請求項１には「危険源と保護対象との距離が閾値以下になった場合に前記危険源に危険回避のための安全動作を行わせる安全動作制御手段と、前記危険源および前記保護対象の所在を示す空間情報を生成する空間情報出力手段と、前記空間情報に基づいて前記危険源と前記保護対象との距離を監視し、前記危険源と前記保護対象との距離の前記閾値への接近に応じて、前記危険源に危険回避動作を行わせる駆動制御装置とを具備することを特徴とする安全制御システム。」が開示されている。また、同文献の段落００１５には「保護対象たる人体」と記載され、段落００４８には「このクレーンは、重量物の吊り荷を吊って移動するものである。このため、本実施形態では、クレーン本体および吊り荷が危険源となる。」と記載されている。すなわち、同文献には、危険源であるクレーンや吊荷と保護対象である人体の距離が閾値以下なった場合に、クレーン等に停止や回避などの危険回避動作を行わせる技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１の技術では、危険源と保護対象の距離のみに基づいて危険回避動作の実行を決定しており、吊荷形状や障害物形状や、荷振れなどの挙動などの考慮がなされておらず、その分のマージンを考慮した大きな回避行動を実行する必要があった。また、保護対象が存在しない空間を吊荷が通過するのを禁止したり、通過を許容する高さを制限したりなどの制約を設定したりすることについて考慮されておらず、クレーン運用の自由度を高めることについては十分に配慮されていなかった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされるものであり、吊荷形状や障害物形状、荷振れなどの挙動、吊荷の進入禁止領域や通過高さの制約を考慮して、作業効率の低下を抑制しつつ、より高い安全性を確保できるクレーンシステムを提供することを目的とする。

上記の課題を達成するために本発明のクレーンシステムは、ロープに吊り下げた吊荷を水平方向および垂直方向に移動させるものであって、前記吊荷の形状を検出する吊荷形状検出手段と、前記吊荷の三次元位置を検出する吊荷位置検出手段と、障害物の位置および形状を検出する障害物情報検出手段と、前記障害物の存在範囲および前記吊荷と前記ロープが進入できない保護領域を記録した三次元環境地図と、前記障害物情報検出手段が出力した障害物情報に基づき前記三次元環境地図を更新する三次元環境地図更新手段と、前記三次元環境地図に基づいて、前記吊荷および前記ロープが通過する高さ範囲で前記吊荷および前記ロープが通過不可能な領域を記録した二次元環境地図を生成する二次元環境地図生成手段と、前記吊荷形状検出手段が出力した前記吊荷の形状と、前記吊荷位置検出手段が出力した前記吊荷の三次元位置と、前記二次元環境地図とに基づいて、前記吊荷もしくは前記ロープが前記障害物と衝突する干渉状態、もしくは、前記吊荷および前記ロープが前記保護領域に進入する干渉状態が生じる可能性があるかを予測する干渉予測手段と、該干渉予測手段により干渉状態が予測されたときに、クレーンに干渉状態を回避する動作を行わせる回避動作実行手段と、を有するものとした。

本発明によれば、吊荷形状や障害物形状、荷振れなどの挙動、吊荷の進入禁止領域や通過高さの制約を考慮して、作業効率の低下を抑制しつつ、より高い安全性を確保できるクレーンシステムを提供することができる。

実施例１のクレーンシステムが制御するクレーンの概略図。 クレーンに吊り下げた吊荷の障害物回避方法を例示する斜視図。 クレーンに吊り下げた吊荷の他の障害物回避方法を例示する上面図。 実施例１のクレーンシステムのシステム構成図。 二次元環境地図生成部と予測部の処理を説明する図。 実施例２のクレーンシステムのシステム構成図。

以下、本発明のクレーンシステムの実施例を、図面を用いて説明する。

図１から図５を用いて、実施例１のクレーンシステムについて説明する。なお、このクレーンシステムは、クレーンが作業者によって操作されるか、システムによって自動操作されるかに拘わらず、吊荷８の移動時の干渉発生の可能性をリアルタイムに予測するものである。

図１は、本実施例のクレーンシステムが制御対象とするクレーンの構成例を説明する図である。ここではクレーンの一例として天井クレーンを例示するが、吊荷８を三次元に移動させることができれば、他種のクレーンと本実施例のクレーンシステムを組み合わせても良い。

ここに示すように、クレーン１は、建屋（図示せず）の両側の壁に沿って設けられたランウェイ２と、このランウェイ２の上面を移動するガーダ３と、ガーダ３の下面に沿って移動するトロリ４から構成される。トロリ４の下部には図示しない巻上機（ホイスト）が設けられており、これを用いてロープ５を巻上げ、または、巻下げることで、ロープ５先端のフック６を昇降させる。このフック６に直接ないしはワイヤー７を介して吊荷８を吊り下げており、フック６の昇降に伴い、吊荷８が昇降する。すなわち、クレーン１は、ガーダ３の移動（以下、単に「走行」と称する）とトロリ４の移動（以下、単に「横行」と称する）により吊荷８を水平方向に移動させ、巻上機により吊荷８を垂直方向に昇降させることができる。

図２は、クレーン１に吊り下げた吊荷８の障害物回避方法を例示する斜視図である。クレーン１の使用環境には、様々な障害物９が存在する。この障害物９は、例えば、床に置かれた装置や荷物であったり、荷物を運搬中のフォークリフトであったりする。図２は、障害物９の上方を通過して吊荷８を目標位置まで移動させるクレーン動作を模式的に示したものであり、次の（Ａ）から（Ｅ）の手順で行われる。なお、図２において、点線矢印は吊荷８を吊り下げる前のクレーン動作に対応しており、実線矢印と破線矢印は吊荷８を吊り下げた後のクレーン動作に対応している。
（Ａ）走行・横行させてトロリ４を吊荷８の直上に移動させる。
（Ｂ）ロープ５を巻下げた後、作業者がフック６に吊荷８を直接ないしはワイヤー７を介して吊り下げる。
（Ｃ）ロープ５を巻上げ、吊荷８を障害物９に衝突しない高さまで上昇させる。
（Ｄ）走行・横行させて、吊荷８を障害物９の上方を通過させて目標位置上方まで移動させる。
（Ｅ）ロープ５を巻下げ、吊荷８を目標位置に降ろし、フック６から吊荷８を外す。

このとき、破線矢印で示すように、（Ｃ）の巻上げと（Ｄ）の走行・横行は障害物９に衝突しない範囲で同時に行うことも可能である。また、（Ｄ）の走行・横行と（Ｅ）の巻下げも同様である。

図３は、クレーン１に吊り下げた吊荷８の他の障害物回避方法を例示する上面図である。図２では、障害物９が低く、吊荷８は障害物９の上方を通過できたが、図３は、障害物９が高いため、吊荷８は障害物９の上方を通過できない状況を示している。このような場合には、図３の（Ｄ１）〜（Ｄ３）のように走行と横行を組み合わせ、障害物９を回避して吊荷８を目標位置に移動させる。

また、作業者が常駐していたり、吊荷８が落下した場合の被害が大きい装置が設置されていたりするなど、吊荷８やロープ５の進入を禁止したい保護領域１０がある場合には、この保護領域１０を回避するように、吊荷８を移動させる。

図４は、本実施例のクレーンシステムのシステム構成を説明する図である。ここに示すように、本クレーンシステムは、吊荷形状検出部１００と、吊荷位置検出部１０１と、障害物情報検出部１０２と、三次元環境地図１０３と、三次元環境地図更新部１０４と、二次元環境地図１０５と、二次元環境地図生成部１０６と、干渉予測部１０７と、回避動作実行部１０８と、を有する。なお、このクレーンシステムは、ＣＰＵ等の演算装置、半導体メモリ等の主記憶装置、ハードディスク等の補助記憶装置、および、通信装置などのハードウェアを備えたものであり、補助記憶装置に記録された三次元環境地図１０３や二次元環境地図１０５等のデータベースを参照しながら、主記憶装置に記憶されたプログラムを演算装置が実行することで、吊荷形状検出部１００や吊荷位置検出部１０１等の各機能を実現するものであるが、このような周知動作は適宜省略して説明を進める。以下、図４の各々の詳細を具体的に説明する。

吊荷形状検出部１００は、吊荷８の形状を検出するものであり、例えばトロリ４から下向きに取り付けた三次元レーザー距離センサにより実現できる。吊荷８を地面に置いた状態でトロリ４を前後左右に移動させ、吊荷８の表面形状を計測することにより、吊荷形状検出部１００は吊荷８の形状を検出できる。また、巻上機にエンコーダが付けられている場合には、吊荷８を上昇させ地面から離す地切りをした時のエンコーダ情報から吊荷８の高さを検出することもできる。なお、吊荷８の形状は、吊荷形状検出部１００によって検出する以外にも、作業者による数値入力によって取得される場合や、生産管理システム等とのリンクによって取得される場合もある。

吊荷位置検出部１０１は、吊荷８の三次元位置をリアルタイムに検出するものであり、ランウェイ２の端からガーダ３までの距離と、ガーダ３の端からトロリ４までの距離をレーザー距離センサで計測することでトロリ４の真下にある吊荷８の代表位置の水平位置をリアルタイムに計測し、巻上機のエンコーダ情報から地面からの吊荷８の代表位置の高さをリアルタイムに計測する。また、トロリ４に付けられた三次元レーザー距離センサでトロリ４から吊荷８の代表位置までの距離をリアルタイムに直接測定する。吊荷位置検出部１０１は、このようにして、ランウェイ２の一端、ガーダ３の一端、巻上機の高さを原点とした吊荷８の代表位置をリアルタイムに検出し、この代表位置と吊荷形状検出部１００で求めた吊荷８の形状に基づいて、吊荷８の吊下位置をリアルタイムに検出する。なお、吊荷８の三次元位置は、作業者による数値入力によって取得される場合や、生産管理システム等とのリンクによって取得される場合もある。

障害物情報検出部１０２は、吊荷８周辺の装置や荷物などの障害物９の位置および形状をリアルタイムに検出するものであり、トロリ４に下向きに取り付けた三次元レーザー距離センサにより実現できる。

三次元環境地図１０３は、クレーン１可動範囲内に存在する障害物９の存在範囲と保護領域１０を記録したデータベースである。三次元環境地図１０３は、例えばＸＹ座標に対してその座標での障害物９の存在する高さ範囲や吊荷８やロープ５の進入できない高さ範囲を数値データとして保存したものであり、コンピュータなどで編集可能な形式をとる。この三次元環境地図１０３は、クレーン１可動範囲全域に亘りトロリ４を動かして得られる障害物情報から事前に作成しておくのが望ましい。さらに、保護領域１０や通過する高さを指定したい領域がある場合には、例えばコンピュータ上のソフトウェアで実現される吊荷通過条件設定部により三次元環境地図１０３を編集することで設定できるようにしても良い。また、工場内に設置されている装置の位置・形状を記録した施設情報データベースや工場内に置かれている荷物の位置と形状を記録した生産管理システムとリンクして、その情報を用いることで三次元環境地図１０３を作成することも可能である。

三次元環境地図更新部１０４は、障害物情報検出部１０２から出力される障害物情報に基づいて、三次元環境地図１０３をリアルタイムに更新するものである。これにより、障害物９がフォークリフトのように移動する場合であっても、障害物９である床に置かれた装置が追加、撤去、移動され設置位置が変更された場合であっても、それに関する障害物情報をリアルタイムに三次元環境地図１０３に反映させることができる。

二次元環境地図生成部１０６は、三次元環境地図１０３から吊荷８およびロープ５が通過する高さ範囲で吊荷８およびロープ５が通過可能な領域を示す二次元環境地図１０５を生成するものである。なお、この二次元環境地図１０５の生成方法の詳細は後述する。

干渉予測部１０７は、吊荷形状検出部１００が検出した吊荷形状と、吊荷位置検出部１０１が検出した吊荷位置と、二次元環境地図生成部１０６が生成した二次元環境地図１０５に基づいて、吊荷８やロープ５が障害物９と衝突する干渉状態や、吊荷８やロープ５が保護領域１０に進入する干渉状態が発生するかを予測するものである。

回避動作実行部１０８は、干渉予測部１０７の予測結果を踏まえ、必要な場合は、障害物９や保護領域１０との干渉状態の回避動作をクレーンに実行させるものである。

クレーンを動作させる際には、吊荷８やロープ５が障害物９と衝突したり保護領域１０に進入したりするなどの干渉状態を避けなければならない。そのため、干渉状態が生じる恐れがあるかをリアルタイムに予測し、干渉状態の発生が予測された場合には、それを回避する動作を行う必要がある。干渉状態発生の判定は、吊荷８やロープ５の形状や三次元位置と、三次元環境地図１０３に記録された障害物９と保護領域１０の情報から、吊荷８やロープ５が障害物９や保護領域１０と干渉するか予測することで判定できる。しかし、三次元モデルを用いてこの判定を行うには多大な演算が必要となるため、一般的な処理能力の演算装置を用いたクレーンシステムでは、リアルタイムの判定を行うことができない。そこで、本実施例では、二次元環境地図生成部１０６にて、三次元環境地図１０３を基にした二次元環境地図１０５を生成しておき、その二次元環境地図１０５を用いて干渉予測部１０７での判定を行うことで、一般的な演算装置を用いた場合であっても、リアルタイムに干渉状態発生の判定を行うことができるようにした。

次に、図５を用いて、二次元環境地図生成部１０６での二次元環境地図１０５の生成方法、および、それを用いた干渉予測部１０７での不具合予測方法を説明する。なお、図５（ａ）は三次元環境地図１０３、図５（ｂ）は二次元環境地図１０５である。

図５（ａ）に示す三次元環境地図１０３には、障害物９（９ａ、９ｂ、９ｃ）および保護領域１０（１０ａ、１０ｂ）の、位置、形状に関する情報が数値データとして記録されている。例えば、床に設置した障害物９ａ、９ｂについては、その設置位置と高さ等の情報が記録されており、建屋の壁から突出した片持ち梁等の障害物９ｃについては、その設置位置と長さ、太さ等の情報が記録されている。なお、フォークリフトのように移動する障害物９が存在する場合は、その位置情報等がリアルタイムに三次元環境地図１０３に反映されるが、以下では、移動する障害物９が存在しない状況を例に説明を進める。

二次元環境地図生成部１０６では、三次元環境地図１０３の情報を基に、図５（ｂ）に示す吊荷８の周辺の二次元環境地図１０５を生成する。ここでいう吊荷８の周辺とは、吊荷８とロープ５が通過する高さに限定した所定の範囲であり、具体的には、図５（ａ）中の領域１１０のように、ロープ５の上端から吊荷８の最下部までの高さの平行六面体に収まる範囲である。二次元環境地図１０５に吊荷８の下方の情報を含ませないのは、吊荷８よりも低い位置に障害物９が存在しても、吊荷８やロープ５の移動の障害とならないため、干渉予測時に考慮不要だからである。

そして、この領域１１０のＸＹ座標の各点に対して、障害物９の有無と保護領域１０に該当するかを確認した後、その確認結果と通過高さの制約の有無との論理和を取り、吊荷８やロープ５が通過できない領域を抽出する。そして、これを通過不可領域１１２として記録し、他の領域を通過可能領域として記録した二次元環境地図１０５を生成する。この結果、例えば、図５（ａ）の三次元環境地図１０３に対応する二次元環境地図１０５には、吊荷８と障害物９ａ、９ｂの衝突が予測される通過不可領域１１２ａ、１１２ｂ、ロープ５と障害物９ｃの衝突が予測される通過不可領域１１２ｃ、保護領域１０ａ、１０ｂに対応する通過不可領域１１２ｄ、１１２ｅが、通過不可領域１１２として記録される。

干渉予測部１０７では、生成された二次元環境地図１０５を用いて、吊荷８の水平投射範囲１１１と通過不可領域１１２の干渉の可能性を逐次判定する。この干渉演算を二次元環境地図１０５に基づいて行うことにより、三次元環境地図１０３を用いる場合に比べ、干渉予測部１０７での演算量を大きく低減させることが可能である。また、二次元環境地図１０５は吊荷８の近傍のみで生成すればよいため、これによっても演算量を低減させることができる。

以上で説明した、本実施例の干渉予測方法では、吊荷８や障害物９の形状を考慮して干渉発生の可能性を演算するので、それらの形状を考慮しない特許文献１のように形状の余裕をみたマージンを取る必要はない。すなわち、吊荷８の移動時に障害物９を大きく回避させる必要はなく作業効率の悪化は抑制される。さらに、保護領域１０や通過高さの制約を考慮しているので、より効率の良い経路での干渉判定が可能となる。

干渉予測部１０７により干渉状態発生の可能性が予測されたときには、回避動作実行部１０８によりクレーン１に干渉を回避するための動作を行わせる。

干渉回避動作の一例としては、クレーンを操作する作業者に干渉可能性をアラートなどで報知して、クレーンの停止操作を促す方法がある。また、別の例としては、作業者に干渉可能性を報知したうえで、クレーンシステムにより自動でクレーンを停止させる方法もある。さらには、作業者への報知後に、システムが、二次元環境地図１０５を用いて吊荷８が障害物９の回避経路１２０を生成してクレーンを自動的に動作させる方法もある。このとき、システムは、吊荷８と障害物９の形状を取得しているので、必要以上に大きな回避経路を生成する必要がなく、移動時間の増加を最小限に抑え作業効率の低下を抑制することができる。なお、二次元環境での回避経路生成としては、特開２００９−２２３６３４号の技術が知られており、これを本実施例の回避経路生成に適用しても良い。

また、二次元環境地図１０５に記録される通過不可領域１１２や回避経路１２０は、本クレーンシステムに接続された操作端末の画面などの表示部に、図５（ｂ）の如く表示されるようにしてもよい。

なお、以上の例では、吊荷形状検出部１００や障害物情報検出部１０２として、トロリ４に下向きに取り付けた三次元レーザー距離センサを用いたが、これに代え、トロリ４に下向きに取り付けたステレオカメラなどの画像情報を用いても同様の動作が実現可能である。さらに、建屋の天井などの複数個所にクレーン１の可動範囲全域を観察可能に取り付けたカメラを用いても、吊荷８の形状や三次元位置、障害物９の情報を取得することは可能である。この場合には、トロリ４に取り付けたセンサでは観察できない死角領域の観察ができ、より安全性を高めることが可能となる。

また、吊荷位置検出部１０１としてトロリ４に取り付けた三次元レーザー距離センサやステレオカメラから取得された吊荷８周辺の障害物９の情報を三次元環境地図とマッチングして推定するようにしてもよい。あるいは、トロリ水平高さで水平方向に走査するよう取り付けた二次元レーザー距離センサを用いて取得した障害物情報と、その高さでの二次元環境地図とマッチングして推定するようにしてもよい。

以上のように、本発明のクレーンシステムにより、吊荷形状や障害物形状、吊荷の進入禁止領域や通過高さの制約を考慮して、より高い安全性を確保しながらも、作業効率の低下を抑制することができる。

次に、図６を用いて、本発明の実施例２のクレーンシステムを説明する。なお、実施例１との共通点は重複説明を省略する。

図６は実施例２のクレーンシステムのシステム構成図であり、図４に示した実施例１のクレーンシステムに、吊荷８の荷振れ挙動を計測もしくは推測する荷振れ挙動検出部１０９を付加している。

吊荷８の荷振れ挙動は、吊荷形状検出部１００や障害物情報検出部１０２としても用いられる、トロリ４に取り付けた三次元レーザー距離センサやステレオカメラ、建屋天井などに取り付けたカメラにより計測することができる。または、クレーンの動力学モデルを構築し、それを用いて挙動を推定することも可能である。

本実施例の干渉予測部１０７では、荷振れ挙動を加味して干渉予測を行う。これは二次元環境地図１０５を用いた干渉判定を行う時の吊荷８の水平投射範囲１１１を求める際に吊荷８の位置情報に荷振れ量を加えることで加味できる。

また、本実施例の回避動作実行部１０８においても、荷振れ挙動を加味してクレーンに干渉回避の動作を行わせる。

以上のように、本実施例のクレーンシステムでは、荷振れ挙動も考慮して、干渉予測や回避動作が実行されるため、実施例１の構成よりも更に高い安全性を確保しながらも、作業効率の低下を抑制することができる。

次に、本発明の実施例３のクレーンシステムを説明する。なお、上述の実施例との共通点は重複説明を省略する。

本実施例では、三次元環境地図１０３に吊荷通過可能最低高さを記録している。これにより、本実施例の干渉予測部１０７は、吊荷８の形状・位置と、三次元環境地図１０３から、吊荷８の予測進行経路上に吊荷８の底面高さより吊荷通過可能最低高さが高い箇所が存在するか判断し、そのような箇所が存在する場合に干渉状態が生じる恐れがあると予測する。

そして、本実施例の回避動作実行部１０８は、吊荷８の巻上が可能な場合は、三次元環境地図１０３に記録された吊荷８の予測進行経路上の吊荷通過可能最低高さより吊荷８の底面高さが高くなるように巻上機を巻き上げ、ロープ５の長さを短くしてから、障害物９の上方を通過移動する。

以上のように、本実施例のクレーンシステムにより、簡易に高さ方向の回避を実現することできるため、より高い安全性を確保しながらも、作業効率の低下を抑制することができる。

次に、本発明の実施例４のクレーンシステムを説明する。なお、上述の実施例との共通点は重複説明を省略する。

本実施例では、吊荷８の目標位置を入力する目標位置入力部と、三次元環境地図１０３と吊荷８の現在位置と入力された目標位置とから吊荷８が移動する目標経路を生成する目標経路生成部を付加する。

目標位置入力部は、例えば別途設けた操作端末の画面に、吊荷８や障害物９、保護領域１０等の配置を示した図５（ｂ）のような地図を表示し、その上で目標位置を指定するようにする。または、目標位置を座標で指定するようにしてもよい。または、吊荷８の目標位置情報を記録した生産管理システムとリンクして、その情報を用いるようにしてもよい。または、吊荷８の位置を記録する機能を付加し、その機能により記録された位置情報を呼び出し目標位置としてもよい。

目標位置を設定した後の目標経路生成は、例えば、三次元環境地図１０３を用いて現在位置から目標位置までを結ぶ直線経路上の吊荷通過可能最低高さを取得し、吊荷８をその高さ以上に上昇させて現在位置から目標位置までを直線で移動する経路を生成する。もし、この経路上に通過できない領域が設定されている場合には、それを回避する経路を生成する。なお、通過できない高さ範囲に干渉しない範囲で、走行・横行動作と昇降動作を同時行うようにしてもよい。

以上のように、本実施例のクレーンシステムにより、移動時間・距離を短い目標経路を生成することも可能となり、作業効率を向上させることができる。

次に、本発明の実施例５のクレーンシステムを説明する。なお、上述の実施例との共通点は重複説明を省略する。

本実施例では、作業者を検出する作業者検出部を更に付加しており、干渉予測部１０７において作業者検出部により検出された作業者の上方を通過する恐れがある場合も干渉状態と予測し、回避動作実行部１０８においては作業者上方の領域を回避および作業者に減速して接近する経路を生成しクレーンを動作させる。

作業者検出部は、例えば、吊荷形状検出部１００および障害物情報検出部１０２に使われているトロリ４に下向きに取り付けた三次元レーザー距離センサを使って実現することができる。または、トロリ４に取り付けたステレオカメラや、建屋天井などに設置したカメラなどの画像情報を用いることによっても実現できる。画像情報を用いる場合には、作業者が着用しているヘルメットなどを特徴点として抽出するようにすればよい。

本実施例のクレーンシステムにより、作業者の安全も考慮し、より安全性を向上させることができる。

以上の実施例を用いて説明した本発明のクレーンシステムにより、吊荷形状や障害物形状、荷振れなどの挙動、吊荷の進入禁止領域や通過高さの制約を考慮して、より高い安全性を確保しながらも、作業効率の低下を抑制することが可能となる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。各実施例の構成について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

１ クレーン、
２ ランウェイ、
３ ガーダ、
４ トロリ、
５ ロープ、
６ フック、
７ ワイヤー、
８ 吊荷、
９、９ａ、９ｂ、９ｃ 障害物、
１０、１０ａ、１０ｂ 保護領域、
１００ 吊荷形状検出部、
１０１ 吊荷位置検出部、
１０２ 障害物情報検出部、
１０３ 三次元環境地図、
１０４ 三次元環境地図更新部、
１０５ 二次元環境地図、
１０６ 二次元環境地図生成部、
１０７ 干渉予測部、
１０８ 回避動作実行部、
１０９ 荷振れ挙動検出部、
１１０ 吊荷およびロープが通過する高さ範囲領域、
１１１ 吊荷およびロープの水平投射領域、
１１２、１１２ａ〜１１２ｄ 通過不可領域、
１２０ 回避経路

Claims (14)

1. ロープに吊り下げた吊荷を水平方向および垂直方向に移動させるクレーンシステムであって、
   障害物の位置および形状を検出する障害物情報検出手段と、
   前記障害物の存在範囲および前記吊荷と前記ロープが進入できない保護領域を記録した三次元環境地図と、
   前記障害物情報検出手段が出力した障害物情報に基づき前記三次元環境地図を更新する三次元環境地図更新手段と、
   前記三次元環境地図に基づいて、前記吊荷および前記ロープが通過する高さ範囲で前記吊荷および前記ロープが通過不可能な通過不可領域を記録した二次元環境地図を生成する二次元環境地図生成手段と、
   前記吊荷の形状と、前記吊荷の三次元位置と、前記二次元環境地図とに基づいて、前記吊荷もしくは前記ロープが前記障害物と衝突する干渉状態、もしくは、前記吊荷および前記ロープが前記保護領域に進入する干渉状態が生じる可能性があるかを予測する干渉予測手段
   を有することを特徴とするクレーンシステム。
2. 請求項１に記載のクレーンシステムにおいて、
   前記干渉予測手段により干渉状態が予測されたときに、クレーンに干渉状態を回避する動作を行わせる回避動作実行手段と、
   を有することを特徴とするクレーンシステム。
3. 請求項１に記載のクレーンシステムにおいて、
   前記吊荷の形状を検出する吊荷形状検出手段と、
   前記吊荷の三次元位置を検出する吊荷位置検出手段とを有することを特徴とするクレーンシステム。
4. 請求項１に記載のクレーンシステムにおいて、
   前記三次元環境地図に対して前記吊荷が進入できない領域および前記吊荷が通過可能な最低高さを設定する吊荷通過条件設定手段を更に有することを特徴とするクレーンシステム。
5. 請求項１に記載のクレーンシステムにおいて、
   前記三次元環境地図には吊荷通過可能最低高さが記録されており、
   前記干渉予測手段は、前記吊荷の形状と、前記吊荷の三次元位置と、前記三次元環境地図とに基づいて、
   前記吊荷の予測進行経路上に前記吊荷の底面高さより前記吊荷通過可能最低高さが高い箇所が存在する場合に、干渉状態が生じる可能性があると予測することを特徴とするクレーンシステム。
6. 請求項２に記載のクレーンシステムにおいて、
   前記吊荷の荷振れ挙動を計測もしくは推測する荷振れ挙動検出手段を更に有し、
   前記干渉予測手段は、前記荷振れ挙動検出手段が出力した荷振れ挙動を加味して干渉状態が生じる可能性があるかを予測し、
   前記回避動作実行手段は、前記荷振れ挙動検出手段が出力した荷振れ挙動を加味してク前記レーンに干渉状態を回避する動作を行わせることを特徴とするクレーンシステム。
7. 請求項２に記載のクレーンシステムにおいて、
   前記干渉予測手段が干渉の発生を予測した場合、
   前記回避動作実行手段は操作者に干渉の可能性を報知することを特徴とするクレーンシステム。
8. 請求項７に記載のクレーンシステムにおいて、
   前記回避動作実行手段は、前記報知の後、前記クレーンを停止させることを特徴とするクレーンシステム。
9. 請求項７に記載のクレーンシステムにおいて、
   前記回避動作実行手段は、前記報知の後、前記二次元環境地図を用いて前記通過不可領域を回避する経路を生成し、該経路に従って前記クレーンを動作させることを特徴とするクレーンシステム。
10. 請求項７に記載のクレーンシステムにおいて、
    前記回避動作実行手段は、前記報知の後、前記三次元環境地図に記録された、前記吊荷の予測進行経路上の吊荷通過可能最低高さより前記吊荷の底面高さが高くなるように前記ロープを変更させることを特徴とするクレーンシステム。
11. 請求項１に記載のクレーンシステムにおいて、
    前記吊荷の目標位置を入力する目標位置入力手段と、
    前記三次元環境地図と、前記目標位置入力手段により入力された前記目標位置と、前記吊荷の現在位置に基づいて、前記吊荷が移動する目標経路を生成する目標経路生成手段と、
    を有することを特徴とするクレーンシステム。
12. 請求項２に記載のクレーンシステムにおいて、
    前記二次元環境地図に記録された情報および前記吊荷の進行経路情報が表示される表示手段を有することを特徴とするクレーンシステム。
13. 請求項２に記載のクレーンシステムにおいて、
    作業者を検出する作業者検出手段を更に有し、
    前記干渉予測手段は、前記作業者検出手段により検出された作業者の上方を通過する可能性がある場合も干渉状態と予測し、
    前記回避動作実行手段は、前記作業者の上方の領域を回避および減速して接近する経路を生成しクレーンを動作させることを特徴とするクレーンシステム。
14. ロープに吊り下げた吊荷を水平方向および垂直方向に移動させるクレーンの制御方法であって、
    前記吊荷の形状を検出し、
    前記吊荷の三次元位置を検出し、
    障害物の位置および形状の情報を検出し、
    前記障害物の存在範囲および前記吊荷と前記ロープが進入できない保護領域を三次元環境地図に記録し、
    前記三次元環境地図に基づいて、前記吊荷および前記ロープが通過する高さ範囲で前記吊荷および前記ロープが通過不可能な領域を記録した二次元環境地図を生成し、
    前記吊荷の形状と、前記吊荷の三次元位置と、前記二次元環境地図とに基づいて、前記吊荷もしくは前記ロープが前記障害物と衝突する干渉状態、もしくは、前記吊荷および前記ロープが前記保護領域に進入する干渉状態が生じる可能性があるかを予測ることを特徴とするクレーンの制御方法。

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