JP2022073508A - クレーン変形態様推定システム - Google Patents

Abstract

【課題】クレーンにおいて外力を受けるアタッチメントの仮想的な変形態様の推定精度の維持を図りながら、当該推定処理に要するデータ量の低減を図りうる技術を提供する。【解決手段】レーン本体に対して起伏可能に連結されているアタッチメント１４を構成する、ブーム１４１（第１アタッチメント要素）およびジブ１４２（第２アタッチメント要素）のそれぞれの変形態様がクレーンモデルにしたがって推定される。クレーンモデルは、クレーン本体に対して起伏可能に連結されているアタッチメント１４に対する力の作用態様を特定するための「作用力因子」と、ブーム１４１およびジブ１４２のそれぞれの姿勢を特定するための「姿勢因子」と、ブーム１４１およびジブ１４２のそれぞれの変形態様を表わす「角度変化（仰角偏差Δθ1、Δθ2）」と、の相関関係を表わすモデルである。【選択図】図４

Description

本発明は、クレーンにおいて外力および慣性力のそれぞれに応じて変形するアタッチメントの仮想的な変形態様を推定する技術に関する。

クレーンのジブ等の構造部材の変形を検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。クレーン分野について生産性および安全性の向上のため、ＢＩＭ（Ｂｕｌｉｄｉｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）が採用されている。施工段階において、施工に必要な重機の選定およびクレーンなどの建設機械の揚重計画が必要となるので、ＢＩＭが用いられて重機モデルにおけるたわみが３次元で表現されうる。

特開２０２０－１５８２２５号公報

しかし、クレーンを構成するジブ等の構造部材の姿勢と、クレーンにより吊り上げられる物体の重量など、当該構造部材に変形をもたらす因子との組み合わせごとに、仮想空間座標系において当該構造部材の複数の点のそれぞれを変位させて当該アタッチメントの変形態様を表現する際にデータ量が過多となってしまう。

そこで、本発明は、クレーンにおいて外力を受けるアタッチメントの仮想的な変形態様の推定精度の維持を図りながら、当該推定処理に要するデータ量の低減を図りうる技術を提供することを目的とする。

本発明のクレーン変形態様推定システムは、
クレーンにおいてクレーン本体に対して起伏可能に連結され、外力および慣性力のそれぞれに応じて変形するアタッチメントの仮想的な変形態様を推定するための演算処理装置を備えているシステムであって、
前記演算処理装置が、
入力インターフェースを通じて入力された前記アタッチメントに対する力の作用態様を特定するための作用力因子と、前記アタッチメントの姿勢を特定するための姿勢因子と、を認識する入力処理要素と、
前記入力処理要素により認識された前記作用力因子および前記姿勢因子に基づき、前記作用力因子と、前記姿勢因子と、前記アタッチメントの変形態様を表わす角度変化態様と、の相関関係を表わすクレーンモデルにしたがって、前記アタッチメントが前記姿勢因子により特定される姿勢を基準として、前記アタッチメントに対して前記作用力因子により特定される態様で力が作用している状態における当該アタッチメントの変形態様を表わす角度変化態様を前記アタッチメントの変形態様として推定する推定処理要素と、
前記推定処理要素により推定された前記アタッチメントの変形態様を表わす情報を出力インターフェースに出力させる出力処理要素と、を備えている。

当該構成のクレーン変形態様推定システムによれば、クレーン本体に対して起伏可能に連結されているアタッチメントの変形態様がクレーンモデルにしたがって推定される。クレーンモデルは、クレーン本体に対して起伏可能に連結されているアタッチメントに対する力の作用態様を特定するための「作用力因子」と、アタッチメントの姿勢を特定するための「姿勢因子」と、アタッチメントの変形態様を表わす「角度変化態様」と、の相関関係を表わすモデルである。すなわち、クレーンモデルでは、ある姿勢のアタッチメントに対する力の作用態様に応じた当該アタッチメントの変形態様が、アタッチメントの角度変化態様により表現されている。このため、アタッチメントのたわみ量などにより特定される変形態様が、当該アタッチメントの複数箇所のそれぞれの変位態様または複数の点のそれぞれの変位ベクトルにより表現されている場合と比較して、当該複数の点を代表する単一の角度によって表現されることでデータ量の低減を図りながらも、アタッチメントの変形態様の推定精度の向上が図られる。

本発明のクレーン変形態様推定システムにおいて、
前記入力処理要素が、前記アタッチメントを構成する、前記クレーン本体に対して起伏可能に連結されている第１アタッチメント要素の姿勢を特定するための第１姿勢因子と、前記第１アタッチメント要素に対して姿勢および位置のうち少なくとも一方を変更可能に、直接的にまたは間接的に連結されている第２アタッチメント要素の姿勢を特定するための第２姿勢因子と、のそれぞれを前記姿勢因子として認識し、
前記推定処理要素が、前記アタッチメントが前記姿勢因子により特定される姿勢を基準として、前記アタッチメントに対して前記作用力因子により特定される態様で力が作用している状態における前記第１アタッチメント要素および前記第２アタッチメント要素のそれぞれの姿勢変化態様を表わす角度変化態様を前記アタッチメントの変形態様として推定することが好ましい。

当該構成のクレーン変形態様推定システムによれば、クレーン本体に対して起伏可能に連結されているアタッチメントを構成する、第１アタッチメント要素および第２アタッチメント要素のそれぞれの変形態様がクレーンモデルにしたがって推定される。クレーンモデルは、クレーン本体に対して起伏可能に連結されているアタッチメントに対する力の作用態様を特定するための「作用力因子」と、第１アタッチメント要素および第２アタッチメント要素のそれぞれの姿勢を特定するための「姿勢因子」と、第１アタッチメント要素および第２アタッチメント要素のそれぞれの変形態様を表わす「角度変化態様」と、の相関関係を表わすモデルである。すなわち、クレーンモデルでは、ある姿勢のアタッチメントに対する力の作用態様に応じた当該アタッチメントを構成する第１アタッチメント要素および第２アタッチメント要素のそれぞれの変形態様が、第１アタッチメント要素および第２アタッチメント要素のそれぞれの角度変化態様により表現されている。このため、各アタッチメント要素のたわみ量などにより特定される変形態様が、当該各アタッチメント要素の複数箇所のそれぞれの変位態様または複数の点のそれぞれの変位ベクトルにより表現されている場合と比較して、データ量の低減を図りながらも、各アタッチメント要素の変形態様の推定精度の向上が図られる。

本発明のクレーン変形態様推定システムにおいて、
前記入力処理要素が、前記アタッチメントにより吊り上げられる吊荷の重量を前記作用力因子として認識することが好ましい。

当該構成のクレーン変形態様推定システムによれば、吊荷の重量が入力インターフェースを通じてユーザにより指定されることにより、当該指定重量を有する吊荷が吊り上げられている際にアタッチメントに作用する力に応じた当該アタッチメントの角度がその変形態様として推定される。

クレーン変形態様推定システムの構成説明図。 詳細クレーンモデルにより表現されるクレーンの概略説明図。 クレーンの構成説明図。 簡易クレーンモデルに関する説明図。 クレーン変形態様推定方法を示すフローチャート。 クレーン変形態様の推定結果の出力態様に関する説明図。

（クレーン変形態様システムの構成）
クレーン変形態様システム２０は、端末装置４０とネットワークを介して相互通信可能に接続されているサーバにより構成されている。

クレーン変形態様システム２０は、入力処理要素２１と、出力処理要素２２と、推定処理要素２４と、クレーンモデルデータベース２８と、を備えている。クレーンモデルデータベース２８は、クレーン変形態様システム２０を構成するサーバとは別個のデータベースサーバにより構成されていてもよい。

入力処理要素２１、出力処理要素２２および推定処理要素２４のそれぞれは、単一のまたは複数の演算処理装置（ＣＰＵ、シングルプロセッサコア、マルチプロセッサコアなど）により構成されている。当該演算処理装置が記憶装置（メモリ、ハードディスクなど）に格納されているデータおよびプログラム（コンピュータソフトウェア）を読み取り、当該データに基づき、当該プログラムにしたがって演算処理を実行する機能を有している。

端末装置４０は、例えばスマートホン、タブレット端末およびノートパソコンなどの携帯可能な情報処理装置により構成されている。端末装置４０は、端末入力インターフェース４１と、端末出力インターフェース４２と、端末制御装置４４と、を備えている。端末入力インターフェース４１は、手動操作式のキーおよび／またはボタン、ならびに必要に応じて音声認識装置により構成されている。端末出力インターフェース４２は、画像表示装置および必要に応じて音声出力装置により構成されている。端末入力インターフェース４１および端末出力インターフェース４２がタッチパネルにより構成されていてもよい。端末制御装置４４は、演算処理装置（ＣＰＵ、シングルプロセッサコア、マルチプロセッサコアなど）により構成されている。当該演算処理装置が記憶装置（メモリ、ハードディスクなど）に格納されているデータおよびプログラム（コンピュータソフトウェア）を読み取り、当該データに基づき、当該プログラムにしたがって演算処理を実行する機能を有している。

（詳細クレーンモデルにより表現されるクレーンの構成）
図２には、詳細クレーンモデルにより表現されるクレーンの一例が示されている。詳細クレーンモデルによれば、クレーン１０が無負荷状態であって変形していない場合における当該クレーンの複数の点ｐ_n（０）（ｎ＝１，２，‥Ｎ）の座標値が定義され、クレーン１０が負荷状態であって変形した場合における当該クレーンの複数の点ｐ_n（ｍ）の座標値が、ＦＥＭ（有限要素法）にしたがって計算または算定される。図２に示されている移動式のクレーン１０は、下部走行体１１と、上部旋回体１２と、ブーム起伏装置１２１と、ジブ起伏装置１２２と、ブーム１４１と、ジブ１４２と、を備えている。下部走行体１１および上部旋回体１２により「クレーン本体」が構成されている。ブーム１４１（第１アタッチメント要素）およびジブ１４２（第２アタッチメント要素）により「アタッチメント１４」が構成されている。

クレーン１０の種類、仕様およびアタッチメント１４の種類は様々に変更されてもよい。クレーン１０は、クローラクレーンではなく、ホイールクレーン（タイヤ走行するクレーン、ラフテレーンクレーン、トラッククレーン、オールテレーンクレーン）などの異なる移動式クレーンであってもよく、ジブクレーン、クライミングクレーンまたはタワークレーンなどの固定式クレーンであってもよい。クレーン１０が、タワークレーンのほか、ラフィングクレーンまたは固定ジブクレーンであってもよい。ジブ１４２が省略され、クレーン１０が、ブーム１４１をアタッチメント１４として備えていてもよい。ブーム１４が、テレスコ（登録商標）（伸縮）ブームのほか、ラチスブームであってもよい。

クレーン１０に対して位置および姿勢が固定されている、詳細クレーンモデルを定義する仮想空間における実機座標系は、下部走行体１１に対する上部旋回体１２の旋回軸線に平行なｚ軸と、上部旋回体１２の前後方向に平行なｘ軸と、ｚ軸およびｘ軸のそれぞれに直交するｙ軸と、により定義されている。クレーン１０の構成要素の位置および／または姿勢を説明するために実機座標系が適宜参照される。

下部走行体１１は、例えば、原動機の動力をクローラおよび／またはホイールに伝達することにより当該クローラおよび／またはホイールが接している地面に対して移動する機能を有している。上部旋回体１２は、下部走行体１１の上側にあって下部走行体１１に対して旋回可能に連結されている。上部旋回体１２は、クレーン１０の前後方向のバランスをとるためのカウンタウエイト１２０と、キャブ１２４（運転室）と、を備えている。

ブーム１４１は、左右一対のブームフットピン１４１０（フットピン）のそれぞれを介して、上部旋回体１２の左右両側に対して起伏可能に取り付けられる。ブーム１４１は、パイプが組み合わされたラチス構造を有するラチスブームであってもよく、箱形構造を有する伸縮ブームであってもよい。

ブーム１４１がラチスブームである場合、ブーム１４１の長手方向に垂直なブーム１４１の断面形状は、略四角形である。ブーム１４１は、左右の側面１４１１と、背面１４１２と、腹面１４１３と、を有している。ブーム１４１の左右の側面１４１１のそれぞれは、左方向（＋ｙ方向）および右方向（－ｙ方向）のそれぞれに向いている。ブーム１４１の背面１４１２は、当該ブーム１４１が起こされた状態においてブーム１４１の後方向（－ｘ方向）に向いている。ブーム１４１の腹面１４１３は、この状態においてブーム１４１の前方向（＋ｘ方向）に向いている。

ブーム１４１が箱型構造の伸縮ブームである場合、ブーム１４１の長手方向に対してブーム１４１の断面形状は、略四角形である。この場合、当該断面における腹面１４１３に相当する輪郭線は略半円形状または略円弧状であってもよい。ブーム１４１がラチスブームである場合、ブーム１４１を構成するパイプには、主柱１４１４と、縦材１４１５と、横材（図示略）と、斜材１４１６と、がある。主柱１４１４は、ブーム１４１の四角形断面の４つの隅角部分に配置され、ブーム１４１の長手方向に延在しているパイプである。縦材１４１５は、側面１４１１を構成し、ブーム１４１の長手方向および横方向Ｙのそれぞれに直交する方向に延在している。図示しない横材は、背面１４１２および腹面１４１３を構成し、左右方向に延在しているパイプである。斜材１４１６は、ブーム１４１の表面を構成し、主柱１４１４、縦材１４１５および横材のそれぞれに対して傾斜する方向に延在している。

ブーム１４１の背面１４１２の左右のそれぞれには、左右一対のブームバックストップ１２１０のそれぞれが取り付けられている。ブームバックストップ１２１０（バックストップ）は、ブーム１４１の回転を制限し、ひいては、上部旋回体１２に対するブーム１４１の後方向への回転を制限する。ブームバックストップ１２１０の上端部は、ブーム１４１に接触可能であってもよく、ブーム１４１に接続されていてもよい。ブームバックストップ１２１０の下端部は、上部旋回体１２に接触可能であってもよく、上部旋回体１２に接続されていてもよい。ブームバックストップ１２１０の上端部および下端部のうち少なくとも一方の端部は、当該端部と隣り合う構造物（ブーム１４１または上部旋回体１２）に対して連結されている。ブームバックストップ１２１０は、ばねにより伸縮可能であってもよく、油圧により伸縮可能であってもよく、ばねおよび油圧により伸縮可能であってもよい。ジブバックストップ１２２０も同様である。

上部旋回体１２に対してブーム１４１をクレーン本体または上部旋回体１２に対して起伏させるためのブーム起伏装置１２１は、マスト１２１１と、ブームガイライン１２１２（ガイライン）と、上部スプレッダ１２１３と、下部スプレッダ１２１４と、ブーム起伏ロープ１２１５と、を備えている。

マスト１２１１は、上部旋回体１２に起伏可能に取り付けられ、ブーム１４１よりも後方向に配置される。マスト１２１１は、左右の（２本の）主柱と、左右の主柱どうしをつなぐ部材と、を備えている。

ブームガイライン１２１２（ガイライン）は、マスト１２１１の先端部（上部旋回体１２に取り付けられる側とは反対側）とブーム１４１の先端部とに接続される。ブームガイライン１２１２は、リンク部材（ガイリンク）およびロープ（ガイロープ）の少なくともいずれかを有する部材である（後述するジブガイライン１２２３およびストラットガイライン１２２４も同様）。ブームガイライン１２１２は、左右に（２本）設けられ、ブーム１４１およびマスト１２１１のそれぞれの左右部分に取り付けられる。

上部スプレッダ１２１３は、複数のシーブを有する装置であり、マスト１２１１の先端部に配置される。下部スプレッダ１２１４は、複数のシーブを有する装置であり、上部旋回体１２の後方向端部に配置される。ブーム起伏ロープ１２１５は、下部スプレッダ１２１４および上部スプレッダ１２１３に掛けられている。このため、ブーム起伏ロープ１２１５が、ウインチ（図示略）により巻き取られまたは繰り出されると、下部スプレッダ１２１４と上部スプレッダ１２１３との間隔が変化する。その結果、マスト１２１１は、上部旋回体１２に対して起伏する。マスト１２１１とブーム１４１とがブームガイライン１２１２で接続されているので、上部旋回体１２に対してマスト１２１１が起伏すると、上部旋回体１２に対してブーム１４１が起伏する。

ジブ１４２は、左右一対のジブフットピン１４２０（フットピン）のそれぞれを介して、ブーム１４１の左右両側に対して起伏可能または回動可能に連結されている。ジブ１４２は、ブーム１４１を介して、クレーン本体または上部旋回体１２に対して起伏可能である。ジブ１４２は、ラチス構造を有するラチスジブでもよく、箱形構造を有してもよい。

ブーム１４１と同様に、ジブ１４２は、左右の側面１４２１と、背面１４２２と、腹面１４２３と、を有している。ブーム１４１と同様に、ジブ１４２を構成するパイプには、主柱１４２４と、縦材１４２５と、横材（図示略）と、斜材１４２６と、が含まれている。

ジブ１４２の背面１４２２の左右両側のそれぞれに、左右一対のジブバックストップ１２２０が取り付けられている。ジブバックストップ１２２０（バックストップ）は、ジブ１４２の回転を制限し、ひいてはブーム１４１に対するジブ１４２の後方向への回転を制限する。ジブバックストップ１２２０の長手方向の一端は、ジブ１４２に接続されてもよく、ジブ１４２に接触可能でもよい。ジブバックストップ１２２０の長手方向の他端（ジブ１４２に接続される側とは反対側の端）は、ブーム１４１の先端部に接触可能でもよく、ブーム１４１の先端部に接続されてもよい。ジブバックストップ１２２０の一端および他端の少なくともいずれかの端部は、この端部と隣り合う構造物（ジブ１４２またはブーム１４１）に接続されている。

ブーム１４１に対してジブ１４２を回動させるためのジブ起伏装置１２２は、フロントストラット１２２１と、リアストラット１２２２と、ジブガイライン１２２３（ガイライン）と、ストラットガイライン１２２４（ガイライン）と、ジブ起伏ロープ１２２６と、を備えている。ストラット１２２１、１２２２は、ブーム１４１の先端部に対して起伏可能であり、ジブ１４２よりも後方向に配置されている。フロントストラット１２２１は、ブーム１４１の先端部に起伏可能に取り付けられていてもよく、ジブ１４２の基端部に起伏可能に取り付けられていてもよい。フロントストラット１２２１は、ラチス構造を有していてもよく、箱形構造を有していてもよい。これは、リアストラット１２２２についても同様である。フロントストラット１２２１の先端部には、複数のシーブが設けられる。これは、リアストラット１２２２についても同様である。リアストラット１２２２は、ブーム１４１の先端部に起伏可能に取り付けられている。リアストラット１２２２は、フロントストラット１２２１よりも、下方向および後方向のうち少なくともいずれか一方に配置されている。

ストラットは、１本のみ設けられていてもよく、３本以上設けられていてもよい。リアストラット１２２２にバックストップ（リアストラットバックストップ１２２５）が取り付けられているが、フロントストラット１２２１にバックストップが取り付けられていてもよい。

ジブガイライン１２２３（ガイライン）は、フロントストラット１２２１の先端部とジブ１４２の先端部とに接続される。左右一対のジブガイライン１２２３は、ジブ１４２およびフロントストラット１２２１のそれぞれの左側および右側のそれぞれに取り付けられている。

ストラットガイライン１２２４（ガイライン）は、リアストラット１２２２の先端部とブーム１４１とに接続されている。左右一対のストラットガイライン１２２４は、リアストラット１２２２およびブーム１４１のそれぞれの左側および右側のそれぞれに取り付けられている。

ジブ起伏ロープ１２２６は、フロントストラット１２２１およびリアストラット１２２２のそれぞれの先端部のシーブに掛けられている。このため、ジブ起伏ロープ１２２６が、図示しないウインチにより巻き取られまたは繰り出されると、リアストラット１２２２の先端部とフロントストラット１２２１の先端部との間隔が変わる。この結果、フロントストラット１２２１が、ブーム１４１に対して起伏する。フロントストラット１２２１とジブ１４２とがジブガイライン１２２３で接続されているので、ブーム１４１に対してフロントストラット１２２１が起伏すると、ブーム１４１に対してジブ１４２が起伏する。

キャブ１２４の内部に配置されている操作レバーおよびペダルなどにより構成されている実機操作機構が、当該キャブ１２４の内部に搭乗したオペレータにより操作されることにより、クレーン１０の動作が制御される。遠隔操作装置を構成する操作レバーおよびペダルなどにより構成されている遠隔操作機構がオペレータにより操作されることにより、クレーン１０の動作が遠隔制御されてもよい。クレーン１０は、例えば、油圧ポンプ、油圧アクチュエータ、およびコントロールバルブなどを備えている油圧回路により構成されている駆動機構によって駆動される。

クレーン１０は、主巻フック１６１と、補巻フック１６２と、主巻フック１６１を巻き上げるための主巻ワイヤロープ１６３と、補巻フック１６２を巻き上げるための補巻ワイヤロープ１６４と、をさらに備えている。主巻ワイヤロープ１６３および補巻ワイヤロープ１６４のそれぞれが別個のウインチ（図示略）により巻き上げられるまたは巻き下げられることにより主巻フック１６１および補巻フック１６２のそれぞれが昇降される。

図３に示されているように、クレーン１０は、実機制御装置１００、センサ群１０１、実機操作機構１０２および駆動機構１０４を備えている。これらの構成は、詳細クレーンモデルにおいてクレーンを表現する際には省略される構成である。

実機操作機構１０２は、上部旋回体１２の一部を構成するキャブ１２４（運転室）に搭載されている。実機操作機構１０２は、実機入力インターフェース１０２１および実機出力インターフェース１０２２を備えている。実機入力インターフェース１０２１は、下部走行体１１の移動動作、下部走行体１１に対する上部旋回体１２の旋回動作など、クレーン１０を操作するための操作レバーおよび操作ボタンなどにより構成されている。実機出力インターフェース１０２２は、画像表示装置のほか、音響出力装置により構成されている。操作レバーおよび操作ボタン、ならびに、画像表示装置等は、キャブ１２４の内部においてオペレータが座るシートの周囲に配置されている。

センサ群１０１は、ブーム１４１の上端部の位置または当該上端部を構成する４本の支柱１４１４のそれぞれの変位量を測定するためのセンサ、ならびに、ジブ１４２の上端部（先端部）の位置または当該上端部を構成する４本の支柱１４２４のそれぞれの変位量を測定するためのセンサにより構成されている。センサ群１０１は、さらに、ブームフットピン１４１０まわりのブーム１４１の仰角（または起伏角）および方位を測定するためのセンサ、ジブフットピン１４２０まわりのジブ１４２の回動角（または起伏角）および方位を測定するためのセンサ、吊荷用のワイヤに生じる張力およびワイヤの繰り出し長さを測定するためのセンサ、ならびに、下部走行体１１に対する上部旋回体１２の旋回角度を測定するためのセンサなどにより構成されている。ブーム１４１がラチスブームである場合、当該ブーム１４１の延在長さを測定するためのセンサは省略される。

駆動機構１０４は、実機入力インターフェース１０２１を構成する実機操作レバー等の操作態様に応じて、下部走行体１１の移動、下部走行体１１に対する上部旋回体１２の旋回、ブーム１４１およびジブ１４２のそれぞれの起伏および／または伸縮、ウインチによるワイヤの巻き取りまたは繰り出し等を実現するためのアクチュエータおよび力伝達機構等により構成されている。

（クレーンモデル）
前記構成のクレーン１０のアタッチメント１４の変形態様を表現するための簡易クレーンモデルによれば、図４に示されているように、アタッチメント１４が実機座標系のｘ－ｚ平面に平行な平面におけるスケルトンにより表現されている。

図４において、点Ｐ₀（０）、Ｐ₁（０）、Ｐ₂（０）およびＰ₃（０）のそれぞれは、アタッチメント１４により吊荷が吊り上げられていない状態（吊荷の重力がアタッチメント１４に作用していない無負荷状態）におけるブームフットピン１４１０、ブーム１４１の先端部（例えば、リアストラット１２２２の取り付け位置）、ジブフットピン１４２０およびジブ１４２の先端部のそれぞれに相当する。

当該無負荷状態において、例えば、左右のブームフットピン１４１０のそれぞれを表わす２つの点ｐ₁₄₁₀₁（０）およびｐ₁₄₁₀₂（０）の座標値の平均値が点Ｐ₀（０）の座標値（ｘ₀（０）、ｙ₀（０）、ｚ₀（０））として定義されている。同様に、左右のジブフットピン１４２０のそれぞれを表わす２つの点ｐ₁₄₂₀₁（０）およびｐ₁₄₂₀₂（０）の座標値の平均値が点Ｐ₂（０）の座標値（ｘ₂（０）、ｙ₂（０）、ｚ₂（０））として定義されている。また、ブーム１４１の先端部を構成する４本の支柱１４１４またはそれらの先端部のそれぞれを表わす４つの点ｐ₁₄₁₄₁（０）、ｐ₁₄₁₄₂（０）、ｐ₁₄₁₄₃（０）およびｐ₁₄₁₄₄（０）の座標値の平均値が点Ｐ₁（０）の座標値（ｘ₁（０）、ｙ₁（０）、ｚ₁（０））として定義されている。同様に、ジブ１４２の先端部を構成する４本の支柱１４２４またはそれらの先端部のそれぞれを表わす４つの点ｐ₁₄₂₄₁（０）、ｐ₁₄₂₄₂（０）、ｐ₁₄₂₄₃（０）およびｐ₁₄₂₄₄（０）の座標値の平均値が点Ｐ₃（０）の座標値（ｘ₃（０）、ｙ₃（０）、ｚ₃（０））として定義されている。
ブーム１４１（線分Ｐ₀（０）－Ｐ₁（０）に相当する。）およびジブ１４２（線分Ｐ₂（０）－Ｐ₃（０）に相当する）のそれぞれの水平面に対する仰角θ₁（０）およびθ₂（０）は次の関係式（０１）および（０２）により表現される。

θ₁（０）＝ｔａｎ^-1｛（ｚ₁（０）－ｚ₀（０））／（ｘ₁（０）－ｘ₀（０））｝ ‥（０１）。

θ₂（０）＝ｔａｎ^-1｛（ｚ₃（０）－ｚ₂（０））／（ｘ₃（０）－ｘ₂（０））｝ ‥（０２）。

図４において、点Ｐ₀（ｍ）、Ｐ₁（ｍ）、Ｐ₂（ｍ）およびＰ₃（ｍ）のそれぞれは、アタッチメント１４により質量ｍの吊荷が吊り上げられている状態（吊荷の重力がアタッチメント１４に作用している負荷状態）におけるブームフットピン１４１０、ブーム１４１の先端部、ジブフットピン１４２０およびジブ１４２の先端部のそれぞれに相当する。

当該負荷状態において、例えば、ＦＥＭ（有限要素法）にしたがって算出される左右のブームフットピン１４１０のそれぞれを表わす２つの点ｐ₁₄₁₀₁（ｍ）およびｐ₁₄₁₀₂（ｍ）の座標値の平均値が点Ｐ₀（ｍ）の座標値（ｘ₀（ｍ）、ｙ₀（ｍ）、ｚ₀（ｍ））として算出される。同様に、ＦＥＭ（有限要素法）にしたがって算出される左右のジブフットピン１４２０のそれぞれを表わす２つの点ｐ₁₄₂₀₁（ｍ）およびｐ₁₄₂₀₂（ｍ）の座標値の平均値が点Ｐ₂（ｍ）の座標値（ｘ₂（ｍ）、ｙ₂（ｍ）、ｚ₂（ｍ））として算出される。また、ＦＥＭ（有限要素法）にしたがって算出されるブーム１４１の先端部を構成する４本の支柱１４１４またはそれらの先端部のそれぞれを表わす４つの点ｐ₁₄₁₄₁（ｍ）、ｐ₁₄₁₄₂（ｍ）、ｐ₁₄₁₄₃（ｍ）およびｐ₁₄₁₄₄（ｍ）の座標値の平均値が点Ｐ₁（ｍ）の座標値（ｘ₁（ｍ）、ｙ₁（ｍ）、ｚ₁（ｍ））として算出される。同様に、ＦＥＭ（有限要素法）にしたがって算出されるジブ１４２の先端部を構成する４本の支柱１４２４またはそれらの先端部のそれぞれを表わす４つの点ｐ₁₄₂₄₁（ｍ）、ｐ₁₄₂₄₂（ｍ）、ｐ₁₄₂₄₃（ｍ）およびｐ₁₄₂₄₄（ｍ）の座標値の平均値が点Ｐ₃（ｍ）の座標値（ｘ₃（ｍ）、ｙ₃（ｍ）、ｚ₃（ｍ））として算出される。クレーン１０の仕様によっては、ブーム１４１またはジブ１４２の先端部の点を表わす座標値として、フック１６１、１６２を吊り下げるシーブを表わす点の座標値または複数の点の座標値の平均値が用いられてもよい。

ブーム１４１（線分Ｐ₀（ｍ）－Ｐ₁（ｍ）に相当する。）およびジブ１４２（線分Ｐ₂（ｍ）－Ｐ₃（ｍ）に相当する）のそれぞれの水平面に対する仰角θ₁（ｍ）およびθ₂（ｍ）は次の関係式（２１）および（２２）により表現される。

θ₁（ｍ）＝ｔａｎ^-1｛（ｚ₁（ｍ）－ｚ₀（ｍ））／（ｘ₁（ｍ）－ｘ₀（ｍ））｝ ‥（２１）。

θ₂（ｍ）＝ｔａｎ^-1｛（ｚ₃（ｍ）－ｚ₂（ｍ））／（ｘ₃（ｍ）－ｘ₂（ｍ））｝ ‥（２２）。

ブーム１４１の水平面に対する仰角の偏差Δθ₁＝θ₁（ｍ）－θ₁（ｍ）は、ブーム１４１が水平面に対して仰角θ₁（ｍ）（～上部旋回体１２に対する起伏角度）をなす姿勢にあり、かつ、ジブ１４２が水平面に対して仰角θ₂（ｍ）（～上部旋回体１２に対する起伏角度）をなす姿勢にある状態で、アタッチメント１４により質量ｍの吊荷が吊り上げられた際のブーム１４１の変形態様またはたわみ量を表わしている。ジブ１４２の水平面に対する仰角の偏差Δθ₂＝θ₂（ｍ）－θ₂（ｍ）は、ブーム１４１が水平面に対して仰角θ₁（ｍ）の姿勢にあり、かつ、ジブ１４２が水平面に対して仰角θ₂（ｍ）の姿勢にある状態で、アタッチメント１４により質量ｍの吊荷が吊り上げられた際のジブ１４２の変形態様またはたわみ量を表わしている。

アタッチメント１４の姿勢（ブーム１４１の仰角θ₁（ｍ）およびジブ１４２の仰角θ₂（ｍ）により特定される。）および当該アタッチメント１４により吊り上げられる吊荷の質量ｍがさまざまに変更されたうえで、前記のようなアタッチメント１４の変形態様を表わす仰角偏差Δθ₁、Δθ₂の特定が繰り返される。結果的に、アタッチメント１４の姿勢と、吊荷の質量ｍ（アタッチメント１４に対する力の作用態様）と、仰角偏差（角度変化態様）で表現されているアタッチメント１４の変形態様と、の相関関係を表わす簡易クレーンモデルがテーブル、関数またはモデルパラメータなどにより定義される。簡易クレーンモデルは、詳細クレーンモデルと同様にクレーン１０の機種ごとに別個に構築され、機種を識別するための機種識別子と関連付けられてクレーンモデルデータベース２８に登録される。
（機能）
前記構成のクレーン変形態様推定システム２０の機能について図５のフローチャートを用いて説明する。

端末装置４０において端末入力インターフェース４１を通じて指定アプリ（アプリケーションソフトウェア）が起動されるなどの指定操作があったことに応じて、機種識別子を指定するための画面が端末制御装置４４によって端末出力インターフェース４２に出力される（図５／ＳＴＥＰ４１０）。

端末制御装置４４により、端末入力インターフェース４１を通じて機種識別子が一定時間内に指定されたか否かが判定される（図５／ＳＴＥＰ４１２）。当該判定結果が否定的である場合（図５／ＳＴＥＰ４１２‥ＮＯ）、ＳＴＥＰ４１０以降の処理が繰り返される。

当該判定結果が肯定的である場合（図５／ＳＴＥＰ４１２‥ＹＥＳ）、姿勢因子および作用力因子を指定するための画面が端末制御装置４４によって端末出力インターフェース４２に出力される（図５／ＳＴＥＰ４１４）。

「作用力因子」は、アタッチメント１４に対する力の作用態様を特定するための因子である。例えば、アタッチメント１４により吊り上げられる吊荷の質量が作用力因子に該当する。「姿勢因子」は、アタッチメント１４の姿勢を特定するための因子である。例えば、ブーム１４１の水平面に対する仰角θ₁（ｍ）（～上部旋回体１２に対する起伏角度）およびジブ１４２の水平面に対する仰角θ₂（ｍ）（～上部旋回体１２に対する起伏角度）が姿勢因子に該当する。

端末制御装置４４により、端末入力インターフェース４１を通じて姿勢因子および作用力因子が一定時間内に指定されたか否かが判定される（図５／ＳＴＥＰ４１６）。当該判定結果が否定的である場合（図５／ＳＴＥＰ４１６‥ＮＯ）、ＳＴＥＰ４１０以降の処理が繰り返される。

当該判定結果が肯定的である場合（図５／ＳＴＥＰ４１６‥ＹＥＳ）、機種識別子、姿勢因子および作用力因子が端末制御装置４４によって、端末出力インターフェース４２を構成する端末無線通信機器により、クレーン変形態様推定システム２０を構成するサーバに対して送信される（図５／ＳＴＥＰ４１８）。

クレーン変形態様推定システム２０において、入力処理要素２１により機種識別子、姿勢因子および作用力因子が受信される（図５／ＳＴＥＰ２１０）。推定処理要素２４により、機種識別子により識別される機種に対応するクレーンモデルがクレーンモデルデータベース２８から読み出されまたは検索される（図５／ＳＴＥＰ２１２）。推定処理要素２４により、姿勢因子および作用力因子に基づき、当該クレーンモデルにしたがって、クレーン１０のアタッチメント１４の仮想空間における変形態様が推定される（図５／ＳＴＥＰ２１４）。これにより、ブーム１４１が水平面に対して仰角θ₁（ｍ）をなす姿勢にあり、かつ、ジブ１４２が水平面に対して仰角θ₂（ｍ）をなす姿勢にある状態で、アタッチメント１４により質量ｍの吊荷が吊り上げられた際のブーム１４１の変形態様またはたわみ量がブーム１４１の水平面に対する仰角偏差Δθ₁＝θ₁（ｍ）－θ₁（ｍ）およびジブ１４２の水平面に対する仰角偏差Δθ₂＝θ₂（ｍ）－θ₂（ｍ）が、ブーム１４１およびジブ１４２の変形態様またはたわみ量として推定される（図４参照）。

続いて、出力処理要素２２により当該推定結果が端末装置４０に対して送信される（図５／ＳＴＥＰ２２０）。これに応じて、端末装置４０において端末制御装置４４により端末無線通信機器を通じて当該推定結果が受信される（図５／ＳＴＥＰ４２０）。そして、端末制御装置４４により、端末出力インターフェース４２に当該推定結果を表わす画面が出力される（図５／ＳＴＥＰ４２０）。これにより、例えば図６に示されているように、姿勢因子により特定される姿勢にある変形前のアタッチメント１４と、作用力因子により特定される態様で仮想的に作用する力に応じた変形後のアタッチメント１４と、が模擬的に表現され、かつ、当該変形量を表わす仰角偏差Δθ₁およびΔθ₂の数値が示されている画面が端末出力インターフェース４２に出力される。

（作用効果）
前記機能を発揮するクレーン変形態様推定システム２０によれば、クレーン本体に対して起伏可能に連結されているアタッチメント１４を構成する、ブーム１４１（第１アタッチメント要素）およびジブ１４２（第２アタッチメント要素）のそれぞれの変形態様がクレーンモデルにしたがって推定される。クレーンモデルは、クレーン本体に対して起伏可能に連結されているアタッチメント１４に対する力の作用態様を特定するための「作用力因子」と、ブーム１４１およびジブ１４２のそれぞれの姿勢を特定するための「姿勢因子」と、ブーム１４１およびジブ１４２のそれぞれの変形態様を表わす「角度変化（仰角偏差Δθ₁、Δθ₂）」と、の相関関係を表わすモデルである（図４参照）。すなわち、クレーンモデルでは、ある姿勢のアタッチメント１４に対する力の作用態様に応じた当該アタッチメント１４を構成するブーム１４１およびジブ１４２のそれぞれの変形態様が、ブーム１４１およびジブ１４２のそれぞれの角度変化量により表現されている。このため、各アタッチメント要素のたわみ量などにより特定される変形態様が、当該各アタッチメント要素の複数箇所のそれぞれの変位態様または複数の点のそれぞれの変位ベクトルにより表現されている場合と比較して、当該複数の点を代表する単一の角度によって表現されることでデータ量の低減を図りながらも、ブーム１４１およびジブ１４２の変形態様の推定精度の向上が図られる。

（本発明の他の実施形態）
前記実施形態では、クレーン変形態様推定システム２０が端末装置４０と相互通信機能を有するサーバにより構成されていたが、他の実施形態としてクレーン変形態様推定システム２０が端末装置４０により構成されていてもよい。

前記実施形態では、ブーム１４１およびジブ１４２のそれぞれの変形態様が、実機座標系のｘ－ｚ平面に平行な平面におけるブーム１４１およびジブ１４２のそれぞれの仰角偏差Δθ₁、Δθ₂として表現または推定されていたが、他の実施形態として、ブーム１４１およびジブ１４２のそれぞれの変形態様が、実機座標系のｙ－ｚ平面またはｘ－ｙ平面に平行な平面におけるブーム１４１およびジブ１４２のそれぞれの仰角偏差Δθ₁、Δθ₂として表現または推定されていてもよい。アタッチメント１４のたわみ方向およびたわみ量のほか、アタッチメント１４のねじれ方向およびねじれ量により、アタッチメント１４の変形態様が表現または定義されていてもよい。

前記実施形態では、アタッチメント１４により吊り上げられる吊荷の質量ｍ、ひいては当該吊荷の重力由来の力がワイヤを介してアタッチメント１４に作用する態様が力作用因子により定義または特定されていたが、他の実施形態として、吊荷の質量ｍに代えてまたは加えて、下部走行体１１に対する上部旋回体１２の旋回角速度および／または旋回角加速度の時間変化態様、ブーム１４１の起伏角速度および／または起伏角加速度の時間変化態様、ならびに、ジブ１４２の起伏角速度および／または起伏角加速度の時間変化態様により、当該角速度および／または角加速度に由来してアタッチメント１４に作用する慣性力の作用態様が力作用因子により定義または特定されていてもよい。

１０‥クレーン、１１‥下部走行体、１２‥上部旋回体、１４‥アタッチメント、２０‥クレーン変形態様推定システム、２１‥入力処理要素、２２‥出力処理要素、２４‥推定処理要素、２８‥クレーンモデルデータベース、４０‥端末装置、４１‥端末入力インターフェース、４２‥端末出力インターフェース、４４‥端末制御装置、１００‥実機制御装置、１０１‥センサ群、１０２‥実機操作機構、１０４‥駆動機構、１２４‥キャブ（運転室）、１４１‥ブーム、１４２‥ジブ、１０２１‥実機入力インターフェース、１０２２‥実機出力インターフェース。

Claims (3)

1. クレーンにおいてクレーン本体に対して起伏可能に連結され、外力および慣性力のそれぞれに応じて変形するアタッチメントの仮想的な変形態様を推定するための演算処理装置を備えているシステムであって、
   前記演算処理装置が、
   入力インターフェースを通じて入力された前記アタッチメントに対する力の作用態様を特定するための作用力因子と、前記アタッチメントの姿勢を特定するための姿勢因子と、を認識する入力処理要素と、
   前記入力処理要素により認識された前記作用力因子および前記姿勢因子に基づき、前記作用力因子と、前記姿勢因子と、前記アタッチメントの変形態様を表わす角度変化態様と、の相関関係を表わすクレーンモデルにしたがって、前記アタッチメントが前記姿勢因子により特定される姿勢を基準として、前記アタッチメントに対して前記作用力因子により特定される態様で力が作用している状態における当該アタッチメントの変形態様を表わす角度変化態様を前記アタッチメントの変形態様として推定する推定処理要素と、
   前記推定処理要素により推定された前記アタッチメントの変形態様を表わす情報を出力インターフェースに出力させる出力処理要素と、を備えている
   ことを特徴とするクレーン変形態様推定システム。
2. 請求項１記載のクレーン変形態様推定システムにおいて、
   前記入力処理要素が、前記アタッチメントを構成する、前記クレーン本体に対して起伏可能に連結されている第１アタッチメント要素の姿勢を特定するための第１姿勢因子と、前記第１アタッチメント要素に対して姿勢および位置のうち少なくとも一方を変更可能に、直接的にまたは間接的に連結されている第２アタッチメント要素の姿勢を特定するための第２姿勢因子と、のそれぞれを前記姿勢因子として認識し、
   前記推定処理要素が、前記アタッチメントが前記姿勢因子により特定される姿勢を基準として、前記アタッチメントに対して前記作用力因子により特定される態様で力が作用している状態における前記第１アタッチメント要素および前記第２アタッチメント要素のそれぞれの姿勢変化態様を表わす角度変化態様を前記アタッチメントの変形態様として推定する
   ことを特徴とするクレーン変形態様推定システム。
3. 請求項１または２記載のクレーン変形態様推定システムにおいて、
   前記入力処理要素が、前記アタッチメントにより吊り上げられる吊荷の重量を前記作用力因子として認識する
   ことを特徴とするクレーン変形態様推定システム。

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