JP2021147139A - Automatic route setting system for tower crane - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タワークレーンの自動経路設定システムに係り、特に、建設中の建物等に用いられるタワークレーンによる吊荷の搬送経路を、三次元進入禁止区域、及び、三次元接近禁止区域を設定することで吊荷が障害物に衝突するのを回避できる安全性の高いタワークレーンの自動経路設定システムに関する。 The present invention relates to an automatic route setting system for a tower crane, and in particular, sets a three-dimensional entry prohibited area and a three-dimensional approach prohibited area as a transport route for suspended loads by a tower crane used for a building under construction. It relates to a highly safe automatic route setting system for tower cranes, which can prevent suspended loads from colliding with obstacles.
タワークレーンの運転者や現場作業員の急速な高齢化及び人手不足から、タワークレーンによる吊荷の搬送の完全自動化のニーズが高まっている。従来、タワークレーンの運転は、鳶工等の現場作業員の誘導に従い、熟練した運転者が目視によりタワークレーンを制御していた。しかし、上述した作業員や現場作業者の急速な高齢化及び人手不足により、タワークレーンの吊荷の搬送を完全自動化する要請が高まっている。しかし、このタワークレーンによる吊荷の搬送の完全自動化には、解決しなければならない種々の課題がある。 Due to the rapid aging of tower crane operators and field workers and labor shortages, there is an increasing need for full automation of the transportation of suspended loads by tower cranes. Conventionally, in the operation of a tower crane, a skilled operator visually controls the tower crane in accordance with the guidance of a field worker such as a black kite. However, due to the rapid aging of the above-mentioned workers and field workers and the labor shortage, there is an increasing demand for fully automating the transportation of suspended loads of tower cranes. However, there are various problems that must be solved in the complete automation of the transportation of suspended loads by this tower crane.
第1に、熟練した運転者や現場作業員に代わり、自動化により吊荷が建物等に衝突しないように制御しなければならない。第2に、クレーン操作による荷振れを最小限にしなければならない。第3に、吊荷の位置、吊荷の荷取り位置、吊荷の荷卸し位置を正確に測位しなければならない。さらに、第4に、吊荷そのものの詳細な形状、吊荷の荷取り位置の詳細な状況、吊荷の荷卸し位置の詳細な状況等を正確に把握しなければならない。これらの作業が高い信頼度で達成されなければクレーン操作の完全自動化は望めない。 First, on behalf of skilled drivers and field workers, automation must be used to control the suspended load from colliding with buildings and the like. Second, the load runout due to crane operation must be minimized. Third, the position of the suspended load, the position of loading the suspended load, and the position of unloading the suspended load must be accurately positioned. Furthermore, fourthly, it is necessary to accurately grasp the detailed shape of the suspended load itself, the detailed status of the loading position of the suspended load, the detailed status of the unloading position of the suspended load, and the like. Unless these operations are achieved with high reliability, full automation of crane operation cannot be expected.
特許文献1には、設定された搬送軌道から外れることなく、作業を効率よく行えるタワークレーンの自動運転システムが開示されている。ここでは、タワーの頂部とジブ先端とフックブロックとに常時衛星測位できる受信機をそれぞれ設け、制御装置に構築物の設計図の少なくとも三次元図面と、タワークレーンの回転角度による時間座標とジブの起伏角度による時間座標とを読み込ませて保存し、操作パネルに構築しようとする階層の三次元図面を表示させ、荷取エリアで吊り上げた建築部材位置とどの位置に設置するかをタッチすることで、吊り上げた位置から設置する位置に演算した座標に基づき最短移送位置を算出して自動的に移送して設置することが記載されている。 Patent Document 1 discloses an automatic operation system for a tower crane that can efficiently perform work without deviating from a set transport track. Here, receivers capable of constant satellite positioning are provided at the top of the tower, the tip of the jib, and the hook block, and the control device is equipped with at least a three-dimensional drawing of the design drawing of the structure, time coordinates according to the rotation angle of the tower crane, and undulations of the jib. By reading and saving the time coordinates by angle, displaying the 3D drawing of the hierarchy to be constructed on the operation panel, and touching the position of the building member lifted in the loading area and the position to install it, It is described that the shortest transfer position is calculated based on the coordinates calculated from the lifted position to the installation position, and the transfer is automatically performed.
吊荷の位置及び方角については、従来は、鳶工などの現場作業員がタワークレーンの吊荷の荷取り位置や荷卸し位置に待機してタワークレーンの運転者に吊荷の姿勢及び方角に関する情報を指示することが必須であった。しかし、タワークレーンによる吊荷の荷取り作業や荷卸し作業を完全自動化させるには、従来、タワークレーンの運転者や現場作業員に依存していた上述したオペレーションの機能を完全自動化する制御システムの構築が不可欠である。 Regarding the position and direction of the suspended load, conventionally, on-site workers such as black kite workers wait at the loading position and unloading position of the suspended load of the tower crane and ask the operator of the tower crane about the attitude and direction of the suspended load. It was essential to direct the information. However, in order to fully automate the loading and unloading work of suspended loads by the tower crane, a control system that fully automates the above-mentioned operation functions that conventionally depended on the tower crane operator and field workers. Construction is essential.
また、タワークレーンによる吊荷の荷取り作業や荷卸し作業を完全自動化するには、吊荷のサイズ及び方角を検知するだけではなく、吊荷の種類、形状、個数、重量等の情報を人間の情報に匹敵する正確さで把握する機能が要求される。さらに、吊荷の荷取り作業や荷卸し作業では、吊荷を荷取する場所や荷卸しする場所に関する情報を人間の情報に匹敵する正確さで把握する機能が要求される。 In addition, in order to fully automate the unloading work and unloading work of the suspended load by the tower crane, not only the size and direction of the suspended load are detected, but also information such as the type, shape, number, and weight of the suspended load is transmitted by humans. A function to grasp with accuracy comparable to the information of is required. Further, in the unloading work and the unloading work of the suspended load, a function of grasping the information on the place where the suspended load is picked up and the place where the suspended load is unloaded is required with the accuracy comparable to that of human information.
また、建設中の建物の形状は、建設が進むことで刻々と変化し、タワークレーンにより吊荷を搬送する場合には、建設中の建物の動的な形状変化を考慮して吊荷を安全に運搬しなければならない。さらに、空中に浮かんでいる吊荷の揺れの状況等を動的な動きとして把握して制御する必要がある。 In addition, the shape of the building under construction changes from moment to moment as the construction progresses, and when transporting the suspended load by a tower crane, the suspended load is safe in consideration of the dynamic shape change of the building under construction. Must be transported to. Furthermore, it is necessary to grasp and control the swaying condition of the suspended load floating in the air as a dynamic movement.
本願の目的は、かかる課題を解決し、タワークレーンの吊荷が建設中の建物に設定された三次元進入禁止区域に進入するのを回避し、また、搬送路上の障害物が設定された三次元接近禁止区域に接近するのを阻止し、迅速かつ安全に吊荷を自動搬送するタワークレーンの自動経路設定システムを提供する。 The purpose of the present application is to solve such a problem, to prevent the suspended load of the tower crane from entering the three-dimensional restricted area set in the building under construction, and to prevent the suspended load of the tower crane from entering the three-dimensional restricted area, and to set an obstacle on the transport path. Provided is an automatic route setting system for a tower crane that prevents access to a former no-access area and automatically transports suspended loads quickly and safely.
上記目的を達成するため、本発明に係るタワークレーンの自動経路設定システムは、建設現場に配置されるタワークレーンの吊荷の近傍に設けられ、吊荷の位置及び方角を測位し、吊荷の三次元形状、吊荷の荷取り位置、及び吊荷の荷卸し位置の計測を行うコアコントロールユニットと、コアコントロールユニットによる測位の結果及び計測の結果に基づき、吊荷の荷取りから荷卸しまでの最適な三次元搬送経路を選択する自動制御ユニットとを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the automatic route setting system for the tower crane according to the present invention is provided in the vicinity of the suspended load of the tower crane arranged at the construction site, positions and directions of the suspended load, and determines the position and direction of the suspended load. From the unloading of the suspended load to the unloading based on the core control unit that measures the three-dimensional shape, the unloading position of the suspended load, and the unloading position of the suspended load, and the positioning result and measurement result by the core control unit. It is characterized by being equipped with an automatic control unit that selects the optimum three-dimensional transport path.
上記構成により、タワークレーンの自動経路設定システムは、タワークレーンの吊荷の三次元搬送経路を選択する自動制御ユニットと、吊荷に関する測位及び計測を行うコアコントロールユニットとから構成される。そして、自動制御ユニットは、コアコントロールユニットの測位又は計測結果に基づいて三次元搬送経路を決定する。これにより、従来、タワークレーンの運転者又は現場作業員が目視により判断していた吊荷の三次元搬送経路を自動設定することが可能になる。また、三次元進入禁止区域を設定することで、吊荷の荷取り位置から荷卸し位置までの最適な三次元搬送経路を確保することができる。 With the above configuration, the automatic route setting system for the tower crane is composed of an automatic control unit that selects a three-dimensional transport path for the suspended load of the tower crane and a core control unit that performs positioning and measurement related to the suspended load. Then, the automatic control unit determines the three-dimensional transport path based on the positioning or measurement result of the core control unit. This makes it possible to automatically set a three-dimensional transport path for suspended loads, which has been visually determined by a tower crane operator or a field worker in the past. Further, by setting the three-dimensional entry prohibited area, it is possible to secure the optimum three-dimensional transport route from the loading position of the suspended load to the unloading position.
また、タワークレーンの自動経路設定システムは、コアコントロールユニットが、複数の衛星測位アンテナにより吊荷の位置及び方角をリアルタイムで連続して測位し、自動制御ユニットが、建物との関係で予め設定された三次元進入禁止区域を避けながら吊荷の三次元搬送経路を選択することが好ましい。このように、タワークレーンにより吊荷を搬送する際に、事前に三次元進入禁止区域が設定されて自動的に吊荷と建物との衝突が回避できる。 In addition, in the automatic route setting system of the tower crane, the core control unit continuously positions the position and direction of the suspended load in real time by a plurality of satellite positioning antennas, and the automatic control unit is preset in relation to the building. It is preferable to select the three-dimensional transport route of the suspended load while avoiding the three-dimensional entry prohibited area. In this way, when the suspended load is transported by the tower crane, a three-dimensional entry prohibited area is set in advance, and a collision between the suspended load and the building can be automatically avoided.
また、タワークレーンの自動経路設定システムは、コアコントロールユニットが、タワークレーンに取り付けられる複数の立体カメラにより撮影した吊荷の三次元形状から吊荷の吊荷高さを計測し、自動制御ユニットが、吊荷の吊荷高さを受信して三次元進入禁止区域を設定することが好ましい。これにより、自動制御ユニットは、コアコントロールユニットが計測したその吊荷の寸法だけではなく、その吊荷と同時に運搬する、例えば、梁材や柱材の寸法も加味することで、三次元進入禁止区域を的確に設定し、吊荷の搬送の安全が担保することができる。 In addition, in the tower crane automatic route setting system, the core control unit measures the suspended load height from the three-dimensional shape of the suspended load taken by multiple three-dimensional cameras attached to the tower crane, and the automatic control unit operates. , It is preferable to receive the suspended load height of the suspended load and set a three-dimensional entry prohibited area. As a result, the automatic control unit is prohibited from entering three-dimensionally by taking into account not only the dimensions of the suspended load measured by the core control unit but also the dimensions of the suspended load, for example, the beam material and the column material. The area can be set accurately and the safety of transporting suspended loads can be guaranteed.
また、タワークレーンの自動経路設定システムは、コアコントロールユニットが、立体カメラにより三次元進入禁止区域を形成する建物の三次元形状を把握し、自動制御ユニットが、建物からの所定のクリアランスを考慮して吊荷を誘導することが好ましい。これにより、吊荷を迅速かつ安全に所定の位置に設置でき、設置位置に障害物があっても事前に検知することができる。 In addition, in the tower crane's automatic route setting system, the core control unit grasps the three-dimensional shape of the building forming the three-dimensional entry prohibited area with a stereo camera, and the automatic control unit considers the predetermined clearance from the building. It is preferable to guide the suspended load. As a result, the suspended load can be quickly and safely installed at a predetermined position, and even if there is an obstacle at the installation position, it can be detected in advance.
また、タワークレーンの自動経路設定システムは、コアコントロールユニットが、立体カメラにより吊荷の三次元形状を把握し、自動制御ユニットが、吊荷から所定のクリアランスを確保した三次元接近禁止区域を設定することが好ましい。このように、吊荷から所定のクリアランスを確保した区域に三次元接近禁止区域を設定することで、例えば、タワークレーンにより吊下げられた吊荷が風や地震等により大きく揺れた場合や工事中建物からの落下物等による事故に対処でき工事の安全が担保できる。 In addition, in the tower crane's automatic route setting system, the core control unit grasps the three-dimensional shape of the suspended load with a stereo camera, and the automatic control unit sets a three-dimensional access prohibited area that secures a predetermined clearance from the suspended load. It is preferable to do so. In this way, by setting a three-dimensional access prohibited area in the area where a predetermined clearance is secured from the suspended load, for example, when the suspended load suspended by the tower crane is greatly shaken by wind, an earthquake, etc., or during construction. It is possible to deal with accidents caused by falling objects from the building and ensure the safety of construction.
また、タワークレーンの自動経路設定システムは、自動制御ユニットが、事前に入力された建物の図面と建物の建方計画に基づき、タワークレーンの吊荷の搬送時点における三次元進入禁止区域を設定することが好ましい。これにより、建設中の建物について、日々変化する建物の形状をその建物の図面及び建方計画に基づいて把握でき、吊荷を安全にかつ迅速に搬送することができる。 In addition, in the tower crane automatic route setting system, the automatic control unit sets the three-dimensional exclusion zone at the time of transporting the suspended load of the tower crane based on the building drawing and the building construction plan input in advance. Is preferable. As a result, with respect to the building under construction, the shape of the building that changes daily can be grasped based on the drawing of the building and the construction plan, and the suspended load can be safely and quickly transported.
また、タワークレーンの自動経路設定システムは、自動制御ユニットが、複数の三次元進入禁止区域が存在する場合には、荷取り位置と誘導位置とを結ぶ直線が干渉する長方形を囲む、最大の長方形を三次元進入禁止区域とすることが好ましい。これにより、吊荷が搬送経路の障害物に干渉することを回避し、安全にかつ効率的に吊荷を搬送できる。 In addition, the automatic route setting system of the tower crane is the largest rectangle in which the automatic control unit surrounds the rectangle where the straight line connecting the loading position and the guidance position interferes when there are multiple three-dimensional exclusion zones. Is preferably a three-dimensional entry prohibited area. As a result, it is possible to prevent the suspended load from interfering with obstacles in the transport path, and to safely and efficiently transport the suspended load.
また、タワークレーンの自動経路設定システムは、自動制御ユニットが、事前に入力された、荷卸し位置からオフセットされた誘導位置に吊荷を移動させ、吊荷の位置及び方角を調整することが好ましい。これにより、吊荷を取り付ける際に誘導位置に吊荷を仮置きして吊荷の姿勢を調整し、吊荷を迅速かつ安全に所定の位置に設置することができる。 Further, in the automatic route setting system of the tower crane, it is preferable that the automatic control unit moves the suspended load to a pre-input guidance position offset from the unloading position and adjusts the position and direction of the suspended load. .. As a result, when the suspended load is attached, the suspended load can be temporarily placed at the guidance position to adjust the posture of the suspended load, and the suspended load can be quickly and safely installed at a predetermined position.
さらに、タワークレーンの自動経路設定システムは、自動制御ユニットが、吊荷が三次元進入禁止区域を越えて建物に接近する虞が生じた場合、又は、建物が三次元接近禁止区域を越えて吊荷に接近する虞が生じた場合は警報を発報することが好ましい。これにより、タワークレーンにより吊下げられた吊荷が風や地震等により揺れた場合、他の重機に接近した場合等に、吊荷が三次元進入禁止区域を越えて一時的に建物に接近する虞のあること、又は障害物が三次元接近禁止区域を越えて吊荷に接近する虞のあることをタワークレーンのオペレータに報知し、建物等と所定のクリアランスを確保して衝突を回避させることができる。 In addition, the tower crane's automatic routing system allows the automatic control unit to suspend a suspended load beyond the 3D exclusion zone or when the building is suspended beyond the 3D exclusion zone. It is preferable to issue an alarm when there is a risk of approaching the load. As a result, when the suspended load suspended by the tower crane shakes due to wind, earthquake, etc., or when it approaches other heavy machinery, the suspended load temporarily approaches the building beyond the three-dimensional entry prohibited area. Notify the tower crane operator that there is a risk or that an obstacle may approach the suspended load beyond the three-dimensional access prohibited area, and secure a predetermined clearance with the building to avoid a collision. Can be done.
以上のように、本発明に係るタワークレーンの自動経路設定システムによれば、タワークレーンの吊荷が建設中の建物に設定された三次元進入禁止区域に進入するのを回避し、また、搬送路上の障害物が設定された三次元接近禁止区域に接近するのを阻止することで迅速かつ安全に吊荷を自動搬送するタワークレーンの自動経路設定システムを提供することができる。 As described above, according to the automatic route setting system for the tower crane according to the present invention, it is possible to prevent the suspended load of the tower crane from entering the three-dimensional entry prohibited area set in the building under construction, and to carry the load. It is possible to provide an automatic route setting system for a tower crane that automatically transports a suspended load quickly and safely by preventing obstacles on the road from approaching a set three-dimensional access prohibited area.
(タワークレーンの自動経路設定システム)
以下に、図面を用いて本発明に係るタワークレーン2の自動経路設定システム1につき、詳細に説明する。本発明は、建設現場10に用いられるタワークレーン2に関する発明であり、実施形態として本システムが鉄骨建方工事に使用される場合について説明するが、この鉄骨建方工事に限らず、あらゆる建設現場での工事に使用するタワークレーン2に対応するシステムである。
(Automatic route setting system for tower cranes)
Hereinafter, the automatic route setting system 1 of the
(自動制御ユニットとコアコントロールユニット)
図1、図2に示すように、本タワークレーン2の自動経路設定システム1は、建設現場10に配置されるタワークレーン2の吊荷5に関して設けられ、この吊荷5の位置及び方角を測位し、吊荷5の三次元形状、吊荷荷取り位置43a、及び吊荷荷卸し位置43fの計測を行うコアコントロールユニット3bと、このコアコントロールユニット3bによる測位結果及び計測結果に基づいて、吊荷5の荷取りから荷卸しまでの最適な三次元搬送経路6を選択する自動制御ユニット3aとを備える。このコアコントロールユニット3bは、図1に示すように自動制御ユニット3aに測位情報や計測情報を提供する。すなわち、コアコントロールユニット3bは、例えば、衛星測位アンテナ4、立体カメラ11、三次元物体認識センサ16等により測位や計測を行うユニットである。そして、自動制御ユニット3aは、コアコントロールユニット3bが測位又は計測した情報に基づき吊荷5の荷取りから荷卸しまでの最適な三次元搬送経路6を探索するユニットである。このコアコントロールユニット3bと自動制御ユニット3aとは、図1に示すようにそれぞれが独立したユニットとして情報のやり取りをしても良く、自動制御ユニット3aがその内部にコアコントロールユニット3bを包含していても良い。
(Automatic control unit and core control unit)
As shown in FIGS. 1 and 2, the automatic route setting system 1 of the
図1に示すように、自動制御ユニット3aは、三次元進入禁止区域設定部25、三次元接近禁止区域判定部26、吊荷情報入力部30、自動経路設定部31、自動経路表示部32、警報発報部33から構成される。このうち、三次元進入禁止区域設定部25は、タワークレーン2の吊荷5である鉄骨柱梁等が吊上げ途中において建方完了部分23に衝突することが無いように吊荷5の三次元進入禁止区域29を設定する。三次元接近禁止区域判定部26は、他のタワークレーン2、重機、施工機器等の障害物が吊荷5に接近して衝突しないように接近禁止か否かを判定する。吊荷情報入力部30は、オペレータにより入力された吊荷情報28を読み込む。図1に示すように吊荷情報28には、吊荷5の種類40、吊荷サイズ41、吊荷5の吊荷数量42等の吊荷5に関する情報、吊荷5の荷取りから荷卸しまでの各ポイントの位置情報、高さ方向クリアランス46a、横方向クリアランス46b等の吊荷5の運搬に関する情報が含まれる。また、自動経路設定部31は、吊荷の最適な経路を設定する。ここでいう最適とは、最も安全で所要時間が短い経路をいう。そして、警報発報部33は、吊荷5が三次元進入禁止区域29を越えそうな場合、又は、障害物が三次元接近禁止区域20dに接近した場合等に警報を発報して注意喚起をする。
As shown in FIG. 1, the
コアコントロールユニット3bには、衛星測位アンテナ4、三次元物体認識センサ16、及び立体カメラ11等が搭載される。これらの機器やセンサ等からの情報がコアコントロールユニット3bに集約され、これらの情報に基づいて自動制御ユニット3aが吊荷5の荷取りから荷卸しまでの最適な三次元搬送経路6を探索する。
The
本タワークレーン2の自動経路設定システム1の実施に関して必要な情報は、建物13の「施工情報」及び建物13の「3次元CAD情報」である。ここで、「建物13」とは、タワークレーン2を用いて建設工事中の建物13のことであり、本発明のタワークレーン2の自動経路設定システム1が適用される建物13を指す。本建物13の「施工情報」及び「3次元CAD情報」は、施工者により事前に自動制御ユニット3aにインプットされる。
The information necessary for the implementation of the automatic route setting system 1 of the
(吊荷情報)
吊荷情報28には、吊荷5の種類40、吊荷サイズ41、吊荷数量42等の吊荷5自体の情報が含まれる。この吊荷情報28は、タワークレーン2の吊荷5を管理する施工者等が吊荷5の種類ごとに吊荷5の条件を予め設定しておいても良く、コアコントロールユニット3bに設けられた立体カメラ11、三次元物体認識センサ16等による計測に基づいても良い。また、一回に吊上げる吊荷数量42により吊荷サイズ41が変化する。また、吊荷情報28には、吊荷荷取り位置43a、吊荷持上げ位置43b、吊荷上方位置43c、吊荷誘導位置43d、吊荷オフセット位置43e,吊荷荷卸し位置43f等の吊荷5の搬送位置に関する吊荷情報28が含まれる。この吊荷情報28には、人工衛星17により測位されて衛星測位アンテナ4が受信した吊荷情報28が含まれる。さらに、吊荷情報28には、高さ方向クリアランス46a、横方向クリアランス46b等の三次元進入禁止区域29,29a,29b,29c、及び三次元接近禁止区域20dに関して設定される情報が含まれても良い。この情報は、予め施工者が標準値を設定し、建設現場10において個別の条件として設定することができる。
(Hanging information)
The suspended
(建物の施工情報)
「建物の施工情報」とは、鉄骨建方に関する情報であり、施工者により鉄骨建方計画20に整理され、鉄骨建方計画書に鉄骨建方手順21及び鉄骨建方工程表22に関するデータが記載されている。但し、建物13の施工情報には、タワークレーン2を使用した鉄骨建方計画20に限らず、タワークレーン2の自動経路設定システム1に関連する他の計画書、例えば、建物13の外壁取付け計画書等の関連する情報も含まれる。
(Building construction information)
"Building construction information" is information on steel frame construction, which is organized by the builder into the steel
タワークレーン2を使用する鉄骨工事において、鉄骨建方手順21及び鉄骨建方工程表22は、タワークレーン2によりその建物13の柱梁等の主要な部材の搬送をする際に重要な問題となる。すなわち、鉄骨建方手順21を誤ると、タワークレーン2によりその建物13の柱梁等の主要な部材の搬送をする際に、既に建方が完了した建物13の柱梁等の主要な部材等に衝突してしまい、場合によっては大事故に繋がるからである。一方、衝突を回避すべくその建物13の柱梁等の主要な部材を大きく外した搬送路を採ると、工事の遅延が発生し、施工費の上昇に繋がる。そこで、より効率の良い搬送路を採用することが好ましい。
In the steel frame construction using the
(建物の3次元CAD情報)
「建物の3次元CAD情報」とは、上述した「建物の施工情報」に基づき、鉄骨建方に関し前日までに完了している建方完了部分23、及び当日施工対象である建方未完了部分24を三次元CADデータとして表示した情報である。この情報には鉄骨建方手順21及び鉄骨建方工程表22に関する情報が含まれている。これらの情報を活用することで、上述した「より効率の良い搬送路を採用する」ことが可能となる。「建方完了部分23」とは、タワークレーン2により鉄骨柱梁等の部材を運搬する時点における三次元進入禁止区域29を設定するために必要となる情報であり、建方がその時点で既に完了した部位に関する情報をいう。また、「建方未完了部分24」とは、タワークレーン2により鉄骨柱梁等の部材を運搬する時点における三次元進入禁止区域29を設定するために必要となる情報であり、建方がその時点でまだ完了していない部位に関する情報をいう。そして、これらの情報をCAD画面に表示し、モニタ12により吊荷5の安全性をオペレータに確認させる。
(3D CAD information of the building)
"Three-dimensional CAD information of the building" is based on the above-mentioned "building construction information", the construction completed
図2に、タワークレーン2を用いた高層ビルの鉄骨部材の荷取り手順、搬送手順、及び荷卸し手順を示す説明図であり、図2(a)は、建設現場10を横から見た立面図であり、図2(b)は、建設現場10を自動経路設定部31は予め入力された建物13の鉄骨建方計画20に基づき、上述した三次元進入禁止区域29を考慮して三次元搬送経路6(図2(a),図2(b)参照)を策定する。自動経路表示部32は、三次元CAD画面に自動経路設定部31が策定した自動経路を表示してオペレータに吊荷5の安全な運搬を確認させる。そして、警報発報部33は、三次元CAD画面上で吊荷5が三次元進入禁止区域29を越えて建物13に接近する虞が生じた場合、又は、建物13が三次元接近禁止区域20dを越えて吊荷5に接近する虞が生じた場合は警報を発報して停止させる。
FIG. 2 is an explanatory view showing a procedure for unloading, transporting, and unloading a steel frame member of a high-rise building using a
図2(a)を用いて吊荷荷取り位置43a及び吊荷持上げ位置43bにおける三次元搬送経路6を説明する。図2(a)では、吊荷5である鉄骨部材は鉄骨梁の場合とする。建方を行う吊荷5である鉄骨梁は、鉄骨加工業者の工場で製作され、鉄骨建方手順21に合わせて搬送トラック15により建設現場10の吊荷荷取り位置43aに搬送され、小型クレーン2aにより搬送トラック15から荷卸しされる。そして、その建設現場10に配置されたタワークレーン2により吊荷持上げ位置43bまで吊り上げられる(図2(a))。このとき、建設中の建物13に衝突しないように高さ方向クリアランス46a及び横方向クリアランス46bが設定される。自動制御ユニット3aは、これらのクリアランスを厳守し、タワークレーン2及び吊荷5が建物13等に衝突しないような三次元搬送経路6を提示する。
The three-
図2(b)を用いて吊荷上方位置43c、吊荷誘導位置43d、吊荷オフセット位置43e、及び吊荷荷卸し位置43fにおける三次元搬送経路6を説明する。図2(b)に、タワークレーン2による高層ビルの鉄骨柱材等の部材の荷取り方法を平面図で示す。自動制御ユニット3aは、吊荷持上げ位置43bまで吊り上げられた吊荷5を吊荷上方位置43cにまで移動させる。そして、吊荷誘導位置43dから吊荷オフセット位置43eに移動させて吊荷荷卸し位置43fで所定の荷卸し位置にセットする。このように、自動制御ユニット3aは、吊荷5の経路を探索し、タワークレーン2の最適な三次元搬送経路6を提示する。
The three-
(タワークレーンによる吊荷の搬送)
図3に、タワークレーン2を用いた高層ビルの鉄骨建方の一具体例を示す。図3(a)は、タワークレーン2を用いた高層ビルの鉄骨建方の一例を示す斜視図であり、図3(b)は、例えば、タワークレーン2による鉄骨梁の荷取りから荷卸しまでの手順を示す説明図である。鉄骨工事に関しては、その建物13の鉄骨柱、鉄骨梁等の主要な部材の鉄骨建方を対象とする。図3(a)〜(c)では、このうち鉄骨梁の搬送手順を図3(a)の丸数字1〜6で示す。まず、搬送トラック15により建設現場10に持ち込まれた吊荷5は、図3(a)に示すように、小型クレーンにより建物13の近傍の建設資材用の吊荷荷取り位置43a(図3の丸文字1)に仮置きされる。そして、タワークレーン2に吊上げられ、建物13に接触しない高さ位置である吊荷持上げ位置43bまで持上げられる(図3の丸文字2に示す)。次に、吊荷5を吊荷上方位置43c(図3の丸文字3)に移動させ、吊荷誘導位置43d(図3の丸文字4に示す)に降下させる。
(Transportation of suspended cargo by tower crane)
FIG. 3 shows a specific example of how to construct a steel frame of a high-rise building using a
図3(b)に、吊荷上方位置43c以降の吊荷5の手順を説明する。図3(c)は、図3(b)の側面図である。図3(b)、図3(c)の丸文字3に示す吊荷上方位置43c、及び、図3(b)、図3(c)の丸文字4に示す吊荷誘導位置43dを経由するのは、主として吊荷5等が鉄骨柱の現場溶接の作業用に設けられるコラムステージ47に接触するのを避けるためである。そして、吊荷5を吊荷オフセット位置43e(図3(b)、図3(c)の丸文字5に示す)に横移動させる。そして、吊荷荷卸し位置43f(図3(b)、図3(c)の丸文字6に示す)に合わせ、その建物13の所定の鉄骨組立て位置にボルト接合又は溶接接合する。図3(c)には、吊荷5と鉄骨柱梁との高さ方向クリアランス46aが少なくとも1.5mであり、横方向クリアランス46bが少なくとも1mであることが示されている。
FIG. 3B describes the procedure of the suspended
(コアコントロールユニット)
図4(a)に、タワークレーン2に取り付けられたコアコントロールユニット3bを断面図で示す。図4(b)には、オペレータ室のモニタ12に建物13の鉄骨建方の状況が表示され、監視することができる。本発明に係るタワークレーン2の自動経路設定システム1は、タワークレーン2に設けられたコアコントロールユニット3bからの情報により安全が確認される。このコアコントロールユニット3bは、タワークレーン2の先端において吊上げワイヤ14により吊り下げられ(図5(b)参照)、人工衛星17が測位した吊荷5の位置、方角等のデータを受信する。そして、コアコントロールユニット3bの内部に立体カメラ11や三次元物体認識センサ16等の機器が内蔵され、吊荷5の上部から吊荷5の位置、方角や状態を監視する。
(Core control unit)
FIG. 4A shows a cross-sectional view of the
(衛星測位アンテナ)
図4に示すように、人工衛星17から発信される吊荷5の測位情報は、コアコントロールユニット3bの上部に設けられた複数の衛星測位アンテナ4により受信される。また、立体カメラ11や三次元物体認識センサ16等の機器の計測データは、コアコントロールユニット3bに設けられたエッジコンピュータ27に集約される。そして、これらの測位情報及び計測データは、オペレータ室のモニタ12に表示される。吊荷5の測位情報には、吊荷5の中心位置及び吊荷5の方角が含まれる。吊荷5の中心位置とは、吊荷5の固定点の絶対座標の平均値が衛星測位アンテナ4により求められる。吊荷5の方角は、少なくとも2台の衛星測位アンテナ4により3次元データとして測位される。
(Satellite positioning antenna)
As shown in FIG. 4, the positioning information of the suspended
(立体カメラ、三次元物体認識センサ)
図4及び図5に示すように、吊荷5の状態や方向は、コアコントロールユニット3b内部に設けられた複数の立体カメラ11により撮影され、3次元データとしてオペレータ室のモニタ12に表示される。立体カメラ11は、図4に示すようにコアコントロールユニット3bの床に取り付けられた穴を通して下方の吊荷荷取り位置43a及び吊荷荷卸し位置43fを撮像する。従って、立体カメラ11が撮像したデータから、上述した吊荷5の種類40、吊荷サイズ41、吊荷数量42等の吊荷情報28を確認することができる。立体カメラ11は、ステレオカメラとも称され、所定の幅だけ離された2個のカメラにより吊荷5の所定の距離を計測してその位置及び形状を認識する。また、三次元物体認識センサ16は、3D−LiDERとも称され、レーダーよりも短い波長の電磁波を用い、パルス状に発光するレーザ照射に対する散乱光を測定し、遠距離にある対象までの距離やその対象の形状を分析し、吊荷5の吊荷荷取り位置43a及び吊荷荷卸し位置43f付近の部材位置を計測する。なお、図4に示すように、立体カメラ11と同時に物体を認識できる三次元センサ機能を有する三次元物体認識センサ16が搭載されても良いし、立体カメラ11と三次元物体認識センサ16とがどちらも搭載されても良い。
(Stereo camera, 3D object recognition sensor)
As shown in FIGS. 4 and 5, the state and direction of the suspended
(コアコントロールユニット)
図5に、コアコントロールユニット3bの衛星測位アンテナ4及び立体カメラ11の配置を示し、タワークレーン2による吊荷5の吊上げ方法を示す。図5(a)は、コアコントロールユニット3bの衛星測位アンテナ4及び立体カメラ11を示す斜視図であり、図5(b)は、タワークレーン2により吊り上げられた吊荷5周りの構成を示す側面図である。図5(a)に示すように、コアコントロールユニット3bは、タワークレーン2の先端から吊上げワイヤ14により吊下げられる。そして、コアコントロールユニット3bには、衛星測位アンテナ4及び立体カメラ11が最適な位置に搭載される。すなわち、衛星測位アンテナ4は、コアコントロールユニット3bの上部に上向きに取り付けられて人工衛星17の発信する測位データを受信する。また、立体カメラ11は、コアコントロールユニット3bの下部に下向きに取り付けられ、吊荷5の状態、吊荷5の揺れや動き、吊荷5の周囲の情報を撮影する。これらの衛星測位アンテナ4及び立体カメラ11によりタワークレーン2による吊荷5の吊上げの完全自動化が達成される。
(Core control unit)
FIG. 5 shows the arrangement of the
(三次元進入禁止区域)
図6に、建物にタワークレーン2の三次元進入禁止区域29,29a,29b,29cを考慮した吊荷5の誘導方法を示す。図6(a)〜(c)は、タワークレーン2の三次元進入禁止区域29が一つだけ存在する場合を示す。吊荷荷取り位置43a(図6の丸数字1で示す。)及び吊荷持上げ位置43b(図6の丸数字2で示す。)から吊荷5上方位置(図6の丸数字3で示す。)、吊荷誘導位置43d(図6(a)の丸数字4で示す)、吊荷オフセット位置43e(図6(f)の丸数字5で示す)を経由して、吊荷荷卸し位置43f(図6の丸数字6で示す。)に至る吊荷5の誘導経路である。吊荷荷取り位置43a(図6の丸数字1で示す。)と吊荷持上げ位置43b(図6の丸数字2で示す。)とは、平面的にみると重なるため並べて記載した。また、吊荷上方位置43c(図6の丸数字3で示す。)と、吊荷誘導位置43d(図6の丸数字4で示す)と、吊荷オフセット位置43e(図6(f)の丸数字5で示す)とについてもほぼ同じ位置に重なる場合があるため並べて記載した。
(Three-dimensional entry prohibited area)
FIG. 6 shows a method of guiding the suspended
図6(a)に明らかなように、吊荷5を丸数字1,2から丸数字3〜6へと直線的に進めると建物13に衝突してしまう。そこで、図6(b)又は図6(c)に示すように三次元進入禁止区域29を長方形で囲み、その最大の長方形を平面的に設定する。そして、三次元進入禁止区域29を回避するルートを設定して衝突を避けることができる。なお、図6(b),(c)の破線は三次元進入禁止区域29を示す。自動制御ユニット3aは、タワークレーン2が設定された三次元進入禁止区域29を越える虞が発生しそうな場合は、衝突を避けるために警報を発報して警告する。
As is clear from FIG. 6A, if the suspended
図6(d)〜(f)に、建物13においてタワークレーン2の三次元進入禁止区域29が複数個存在する場合における吊荷5の誘導方法を示す。図6(d)〜(f)に示すように、複数の三次元進入禁止区域29a,29bが存在する場合には、自動制御ユニット3aは、吊荷持上げ位置43bと吊荷荷卸し位置43fとを結ぶ直線が干渉する最大の長方形を三次元進入禁止区域29cと想定する。そして、複数の三次元進入禁止区域29a、29b,29cを回避するルートを設定し、衝突を避けることができる。このように、複数の三次元進入禁止区域29a,29bが存在する場合には、通過点の認識はせずに、各三次元進入禁止区域29a,29bが形成する最大の長方形の三次元進入禁止区域29cを想定して個々に回避するルートを設定し、衝突を避けることができる。
6 (d) to 6 (f) show a method of guiding the suspended
図7に、鉄骨建方における鉄骨部材の「吊荷高さ(H1,H2)」、「持上げ高さ(H3)」及び「建方最高高さ(H4)」を示す。図7(a)に、鉄骨部材が鉄骨梁の場合の吊荷高さ(H1,H2)を示す。図7(b)に、高層ビルの場合の持上げ高さ(H3)と建方最高高さ(H4)との関係を示す。吊荷5の持上げ高さ(H3)は、建方最高高さ(H4)と吊荷高さ(H1,H2)とを合計した高さに、高さ方向クリアランス46aを加えた高さとなる。図7(a)に例示すように、鉄骨建方においては複数の柱梁接合部を一回の吊上げにより運搬する場合の持上げ高さ(H3)と、複数の梁材をワイヤで連結して一回の吊上げにより運搬する場合の吊荷高さ(H2)とがある。いずれの場合も、吊荷5の持上げ高さ(H3)は、建方最高高さ(H4)に吊荷高さ(H1,H2)に高さ方向クリアランス46aを加えた高さとしなければならない。
FIG. 7 shows the “hanging load height (H1, H2)”, “lifting height (H3)”, and “building maximum height (H4)” of the steel frame member in the steel frame construction. FIG. 7A shows the suspended load heights (H1, H2) when the steel frame member is a steel frame beam. FIG. 7B shows the relationship between the lifting height (H3) and the maximum building height (H4) in the case of a high-rise building. The lifting height (H3) of the suspended
(三次元接近禁止区域)
三次元進入禁止区域設定部25は、上述した三次元進入禁止区域29,29a,29b,29cを設定すると共に、吊荷5の周囲に三次元接近禁止区域29dを設定する。自動制御ユニット3aは、建物13等が三次元接近禁止区域29dを越えて吊荷5に接近する虞が生じた場合は警報を発報する。これは、例えば、建設中の他のタワークレーン2を含む吊上げ重機、ユンボ、コンクリートミキサー車などの稼動する重機が、建設中のタワークレーン2に接近した場合、衝突するのを避けるためである。或いは、タワークレーン2が稼働中に鳥等が誤ってタワークレーン2に向かって飛び込んできた場合に衝突を回避するためである。
(Three-dimensional access prohibited area)
The three-dimensional entry prohibition
以上の実施形態で説明されたタワークレーンの自動経路設定システム1に係る発明の構成、形状、大きさ、及び配置関係については、本発明が理解、実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。従って、本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。 The configuration, shape, size, and arrangement of the invention according to the tower crane automatic route setting system 1 described in the above embodiments are only schematically shown to the extent that the present invention can be understood and implemented. No. Therefore, the present invention is not limited to the described embodiments, and can be changed to various forms as long as it does not deviate from the scope of the technical idea shown in the claims.
1 自動経路設定システム、2 タワークレーン,2a 小型クレーン、3a 自動制御ユニット,3b コアコントロールユニット、4 衛星測位アンテナ、5 吊荷、6 三次元搬送経路、10 建設現場、11 立体カメラ、12 モニタ、13 建物、14 吊上げワイヤ、15 搬送トラック、16 三次元物体認識センサ、17 人工衛星、20 鉄骨建方計画、21 鉄骨建方手順、22 鉄骨建方工程表、23 建方完了部分、24 建方未完了部分、25 三次元進入禁止区域設定部、26 三次元接近禁止区域判定部、27 エッジコンピュータ、28 吊荷情報、29,29a,29b,29c 三次元進入禁止区域,29d 三次元接近禁止区域、30 吊荷情報入力部、31 自動経路設定部、32 自動経路表示部、33 警報発報部、40 吊荷の種類、41 吊荷サイズ、42 吊荷数量、43a 吊荷荷取り位置(1)、43b 吊荷持上げ位置(2)、43c 吊荷上方位置(3)、43d 吊荷誘導位置(4)、43e 吊荷オフセット位置(5)、43f 吊荷荷卸し位置(6)、46a 高さ方向クリアランス,46b 横方向クリアランス、47 コラムステージ、H1,H2 吊荷高さ、H3 持上げ高さ、H4 建方最高高さ。
1 Automatic route setting system, 2 Tower crane, 2a Small crane, 3a Automatic control unit, 3b Core control unit, 4 Satellite positioning antenna, 5 Suspended load, 6 3D transport route, 10 Construction site, 11 Solid camera, 12 Monitor, 13 Building, 14 Crane, 15 Crane, 16 3D Object Recognition Sensor, 17 Artificial Satellite, 20 Steel Construction Plan, 21 Steel Construction Procedure, 22 Steel Construction Schedule, 23 Construction Completed Part, 24 Construction Unfinished part, 25 3D no-entry area setting part, 26 3D no-access area judgment part, 27 edge computer, 28 Crane information, 29, 29a, 29b, 29c 3D no-entry area, 29d 3D no-access area , 30 Crane information input unit, 31 Automatic route setting unit, 32 Automatic route display unit, 33 Alarm alarm unit, 40 Crane type, 41 Crane size, 42 Crane quantity, 43a Crane loading position (1) ), 43b Suspended load lifting position (2), 43c Suspended load upper position (3), 43d Suspended load guidance position (4), 43e Suspended load offset position (5), 43f Suspended load unloading position (6), 46a height Vertical clearance, 46b lateral clearance, 47 column stage, H1, H2 suspended load height, H3 lifting height, H4 maximum building height.
Claims (9)
前記コアコントロールユニットによる前記測位の結果及び前記計測の結果に基づき、前記吊荷の荷取りから荷卸しまでの最適な三次元搬送経路を選択する自動制御ユニットと、を備えるタワークレーンの自動経路設定システム。 It is installed near the suspended load of a tower crane placed at a construction site, measures the position and direction of the suspended load, and measures the three-dimensional shape of the suspended load, the loading position of the suspended load, and the unloading position. With the core control unit that performs
Automatic route setting of a tower crane including an automatic control unit that selects an optimum three-dimensional transport route from unloading to unloading of the suspended load based on the positioning result by the core control unit and the measurement result. system.
The automatic route setting system for a tower crane according to any one of claims 1 to 8, wherein the automatic control unit may approach the building beyond the three-dimensional entry prohibited area. An automatic route setting system for a tower crane, which issues an alarm when it occurs, or when there is a risk that the building will approach the suspended load beyond the three-dimensional access prohibited area.
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