JP2023075757A - クレーンの旋回中心検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】固有のセンサを用いることなくクレーンの旋回中心を検出することができるクレーンの旋回中心検出システムを得る。【解決手段】クレーンの旋回中心検出システムは、クレーンに設けられた旋回動作及び起伏動作が可能なブーム又はジブの先端に取り付けられ、位置データを取得するＧＮＳＳ端末と、旋回するブーム又はジブの異なる３位置においてＧＮＳＳ端末によって夫々取得された位置データに基づいてクレーンの旋回中心を検出する検出装置とを備えている。【選択図】図４

Description

本開示は、クレーンの旋回中心検出システムに関する。

特許文献１に記載の作業機の位置管理装置では、油圧ショベルは、上部旋回体の中心線上に設置した１台のＧＰＳと、上部旋回体の旋回角を検出する旋回角センサと、上部旋回体の傾斜角を検出する傾斜センサとを備えている。

特開２０１１－５８２６９号公報

従来のクレーンの位置管理装置では、クレーンの旋回中心を検出するために、固有のセンサが必要であった。また、衛星の電波を受信するＧＮＳＳ端末をブームの中心線上に取り付けるのは困難であった。

本開示の課題は、固有のセンサを用いることなくクレーンの旋回中心を検出することである。

第１態様に係るクレーンの旋回中心検出システムは、クレーンに設けられた旋回動作及び起伏動作が可能なブーム又はジブの先端に取り付けられ、位置データを取得するＧＮＳＳ端末と、 旋回する前記ブーム又はジブの異なる３位置において前記ＧＮＳＳ端末によって夫々取得された位置データに基づいて前記クレーンの旋回中心を検出する検出装置と、を備えることを特徴とする。

第１態様に係る構成によれば、旋回するブームの異なる３位置における位置データをＧＮＳＳ端末が夫々取得する。そして、検出装置が、異なる３位置における位置データに基づいてクレーンの旋回中心を検出する。このように、固有のセンサを用いることなくクレーンの旋回中心を検出することができる。

第２態様に係るクレーンの旋回中心検出システムは、クレーンに設けられた旋回動作及び起伏動作が可能なブーム又はジブの先端に取り付けられ、位置データを取得するＧＮＳＳ端末と、起伏する前記ブーム又はジブの異なる２位置において前記ＧＮＳＳ端末によって夫々取得された位置データと、前記２位置における前記ブーム又はジブの作業半径とに基づいて前記クレーンの旋回中心を検出する検出装置と、を備えることを特徴とする。

第２態様に係る構成によれば、起伏するブームの異なる２位置における位置データをＧＮＳＳ端末が夫々取得する。そして、検出装置が、異なる２位置における位置データと、この２位置におけるブームの作業半径とに基づいてクレーンの旋回中心を検出する。このように、固有のセンサを用いることなくクレーンの旋回中心を検出することができる。

第３態様に係るクレーンの旋回中心検出システムは、第１又は第２態様に記載のクレーンの旋回中心検出システムにおいて、前記検出装置は、一時停止した前記ブームに取り付けられたＧＮＳＳ端末によって取得された複数の位置データの中で予め決められた精度以上の位置データの重心を位置情報として用いて前記クレーンの旋回中心を検出することを特徴とする。

第３態様に係る構成によれば、複数の位置データの中で予め決められた精度以上の位置データの重心を位置情報とすることで、１個の位置データを位置情報とする場合と比して、位置精度を向上させることができる。

本開示によれば、固有のセンサを用いることなくクレーンの旋回中心を検出することができる。

本開示の第１実施形態に係るクレーンの旋回中心検出システムによって旋回中心が検出されるクレーン車を示した側面図である。 （Ａ）（Ｂ）本開示の第１実施形態に係るクレーンの旋回中心検出システムを示したハードウェアブロック図及び機能ブロック図である。 本開示の第１実施形態に係るクレーンの旋回中心検出システムの作業フローを示したフロー図である。 本開示の第１実施形態に係るクレーンの旋回中心検出システムによって旋回中心が検出されるクレーン車を示した平面図である。 本開示の第１実施形態に係るクレーンの旋回中心検出システムによって旋回中心が検出されることを説明するのに用いた説明図である。 本開示の第１実施形態に係るクレーンの旋回中心検出システムによって旋回中心が検出されるクレーン車を示した平面図である。 本開示の第１実施形態に係るクレーンの旋回中心検出システムによって旋回中心が検出される複数のクレーン車を示した平面図である。 本開示の第２実施形態に係るクレーンの旋回中心検出システムの作業フローを示したフロー図である。 本開示の第２実施形態に係るクレーンの旋回中心検出システムによって旋回中心が検出されるクレーン車を示した側面図である。 本開示の第２実施形態に係るクレーンの旋回中心検出システムによって旋回中心が検出されることを説明するのに用いた説明図である。

＜第１実施形態＞
本開示の第１実施形態に係るクレーンの旋回中心検出システムについて図１～図７に従って説明する。各図に示す矢印Ｈはブームが備えられたクレーンとしてのクレーン車の上下方向（鉛直方向）を示し、矢印Ｌは、クレーン車が所定の位置に固定されたときの前後方向（水平方向）を示し、矢印Ｗは、クレーン車が所定の位置に固定されたときの幅方向（水平方向）を示す。また、上下方向、前後方向、及び幅方向は、互いに直交する。なお、本開示における上下方向、前後方向、及び幅方向は、クレーン車の使用状態の方向と異なる場合がある。

〔全体構成〕
クレーンの旋回中心検出システム１０（以下「旋回中心検出システム１０」）は、図１に示すクレーン車５０に設けられたクレーン装置７０の旋回中心（緯度、経度）を検出するシステムである。具体的には、クレーン装置７０に設けられた伸縮ブーム７２の旋回中心（緯度、経度）を検出することで、クレーン装置７０の旋回中心（緯度、経度）を検出するシステムである。伸縮ブーム７２は、ブーム又はジブの一例である。

伸縮ブーム７２の旋回中心の位置を検出することで、伸縮ブーム７２を旋回（回転）させたときの伸縮ブーム７２の先端の軌跡を予め取得することができる。これにより、例えば、伸縮ブーム７２の先端が、旋回中心検出システム１０に予め入力された規制範囲に侵入するのを防止することができる。

先ず、最初に旋回中心検出システム１０によって旋回中心が検出される伸縮ブーム７２を備えたクレーン車５０について説明する。そして、次に、旋回中心検出システム１０について説明する。

（クレーン車５０）
クレーン車５０は、図１に示されるように、一般の道路や作業エリア内を走行するための車体６０と、クレーン作業を行うためのクレーン装置７０と、車体６０の走行に関する操作及びクレーン装置７０の動作に関する操作を行うためのキャブ８０とを備えている。クレーン装置７０及びキャブ８０は、車体６０に対して水平方向に回転可能な旋回台４０に支持され、旋回台４０において幅方向の中央部分にクレーン装置７０が配置され、幅方向の端部分にキャブ８０が配置されている。

－車体６０－
車体６０は、前方部分及び後方部分の幅方向両側に設けられた車輪６４と、前方部分の車輪６４に対して前方、及び後方部分の車輪６４に対して後方に設けられたアウトリガ６２とを備えている。

車体６０は、エンジンの駆動力によって走行するようになっている。アウトリガ６２は、図示しない油圧式のジャッキシリンダの伸縮動作によって、車体６０を持ち上げて車体６０を支持した状態と支持を解除した状態とを切り替える。

この構成において、アウトリガ６２によって車体６０が持ち上げられることで、クレーン車５０が、予め定められた所定の位置に固定される。

－クレーン装置７０－
クレーン装置７０は、車体６０に対して旋回動作及び起伏動作が可能とされると共に伸縮自在な伸縮ブーム７２と、伸縮ブーム７２に沿って延びると共に伸縮ブーム７２の先端部から吊り下げられるワイヤロープ７４とを備えている。さらに、クレーン装置７０は、ワイヤロープ７４の巻き取り及び巻き出しを行うウインチ７６と、伸縮ブーム７２の先端から吊り下げられたワイヤロープ７４の端部に取り付けられたフックブロック７８とを備えている。

伸縮ブーム７２は、筒状に形成された複数のブーム部材から構成されており、テレスコピック式の伸縮機構を有している。また、伸縮ブーム７２は、油圧式の図示しない伸縮シリンダによって伸縮動作を行うようになっている。さらに、伸縮ブーム７２の伸長方向の中央部と旋回台４０とは、油圧式の起伏シリンダ７２ａによって連結されており、起伏シリンダ７２ａの伸縮動作によって伸縮ブーム７２が起伏動作を行うようになっている。

ウインチ７６は、伸縮ブーム７２の基端部分に配置されており、油圧式の図示しないウインチモータによってワイヤロープ７４の巻き取り動作及び巻き出し動作を行うようになっている。

旋回台４０は、ボールベアリング式またはローラベアリング式の旋回サークル４２を介して車体６０に対して旋回自在に取り付けられ、油圧式の図示しない旋回モータによって旋回動作を行うようになっている。換言すれば、旋回台４０の旋回動作によってクレーン装置７０及びクレーン装置７０に設けられた伸縮ブーム７２が旋回動作を行うようになっている。

（旋回中心検出システム１０）
旋回中心検出システム１０は、図２（Ａ）に示されるように、ＧＮＳＳ端末１２と、検出装置２０とを備えている。

ＧＮＳＳ端末１２は、汎用性のある端末であって、伸縮ブーム７２（図１参照）の先端に取り付けられる。ここで、汎用性とは、位置データを取得するために幅広く適用され、一般的に活用したりすることができることを意味する。

また、検出装置２０は、ＧＮＳＳ端末１２の位置データに基づいて伸縮ブーム７２の旋回中心（回転中心）を検出する。

以下、検出装置２０のハードウェア構成について説明する。
検出装置２０は、図２（Ａ）に示されるように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２４、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２６、ストレージ２８、通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）３０、入力部３４、及び表示部３６を有する。各構成は、バス３２を介して相互に通信可能に接続されている。

ＣＰＵ２２は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。すなわち、ＣＰＵ２２は、ＲＯＭ２４またはストレージ２８からプログラムを読み出し、ＲＡＭ２６を作業領域としてプログラムを実行する。ＣＰＵ２２は、ＲＯＭ２４またはストレージ２８に記録されているプログラムにしたがって、各構成の制御および各種の演算処理を行う。本実施形態では、ＲＯＭ２４またはストレージ２８には、伸縮ブーム７２の旋回中心を導出する導出プログラムが格納されている。

ＲＯＭ２４は、各種プログラムおよび各種データを格納する。ＲＡＭ２６は、作業領域として一時的にプログラムまたはデータを記憶する。ストレージ２８は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）またはＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、および各種データを格納する。通信インタフェース３０は、検出装置２０がＧＮＳＳ端末１２と通信するためのインタフェースであり、たとえば、イーサネット（登録商標）、ＦＤＤＩ、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、ＬＴＥ等の規格が用いられる。

入力部３４は、マウス等のポインティングデバイス、およびキーボードを含み、各種の入力を行うために使用される。さらに、表示部３６は、たとえば、液晶ディスプレイであり、各種の情報を表示する。表示部３６は、タッチパネル方式を採用して、入力部３４として機能しても良い。

以下、検出装置２０の機能構成について説明する。
検出装置２０は、図２（Ｂ）に示されるように、位置データ受付部４４、作業半径受付部４６、及び導出部４８を有する。各機能構成は、ＣＰＵ２２がＲＯＭ２４またはストレージ２８に記憶された導出プログラムを読み出し、実行することにより実現される。

位置データ受付部４４は、伸縮ブーム７２の先端に取り付けられたＧＮＳＳ端末１２から伸縮ブーム７２の先端の位置データを受け付ける。

作業半径受付部４６は、作業者が入力部３４を介して入力した伸縮ブーム７２の作業半径を受け付ける。ここで、作業半径とは、伸縮ブーム７２の旋回中心から伸縮ブーム７２の先端までの水平距離である。

導出部４８は、位置データ受付部４４が受け付けた位置データに基づいて伸縮ブーム７２の旋回中心を導出する。なお、位置データ受付部４４、作業半径受付部４６、及び導出部４８の具体的構成については、後述する作用と共に説明する。

（作用）
次に、旋回中心検出システム１０の作用について、図３に示すフロー図を用いて説明する。

図１に示すクレーン車５０の伸縮ブーム７２の先端にＧＮＳＳ端末１２を取り付け、アウトリガ６２によってクレーン車５０が、予め定められた所定の位置に固定される。さらに、クレーン車５０のキャブ８０に乗り込んだ作業者が、検出装置２０の入力部３４から旋回中心の検出開始を入力する。作業者が旋回中心の検出開始を検出装置２０に入力するとステップＳ１００に移行する。

ステップＳ１００では、検出装置２０は、伸縮ブーム７２の先端に取り付けられたＧＮＳＳ端末１２から伸縮ブーム７２の先端の位置情報を入手する。

具体的には、伸縮ブーム７２が図４の実線で示す開始位置に停止している状態で、作業者が開始点計測を入力部３４から入力する。そうすると、検出装置２０の位置データ受付部４４は、一定時間（例えば３秒間）伸縮ブーム７２の先端の位置データをＧＮＳＳ端末１２から複数受け付ける。そして、位置データ受付部４４は、複数の位置データの中で予め決められた精度以上の位置データの重心を開始位置における伸縮ブーム７２の位置情報として入手する。位置データ受付部４４が開始位置における位置情報を入手すると、ステップＳ２００へ移行する。

ステップＳ２００では、作業者が伸縮ブーム７２を旋回させて図４の二点鎖線で示す中間位置に停止させた状態で、作業者が中間点計測を入力部３４から入力する。そうすると、検出装置２０の位置データ受付部４４は、一定時間（例えば３秒間）伸縮ブーム７２の先端の位置データをＧＮＳＳ端末１２から複数受け付ける。そして、位置データ受付部４４は、複数の位置データの中で予め決められた精度以上の位置データの重心を中間位置における伸縮ブーム７２の位置情報として入手する。位置データ受付部４４が中間位置における位置情報を入手すると、ステップＳ３００へ移行する。

ステップＳ３００では、作業者が伸縮ブーム７２を旋回させて図４の破線で示す終了位置に停止させた状態で、作業者が終了点計測を入力部３４から入力する。そうすると、検出装置２０の位置データ受付部４４は、一定時間（例えば３秒間）伸縮ブーム７２の先端の位置データをＧＮＳＳ端末１２から複数受け付ける。そして、位置データ受付部４４は、複数の位置データの中で予め決められた精度以上の位置データの重心を終了位置における伸縮ブーム７２の位置情報として入手する。位置データ受付部４４が終了位置における位置情報を入手すると、ステップＳ４００へ移行する。

ステップＳ４００では、検出装置２０の導出部４８が、開始位置の位置情報、中間位置の位置情報、及び終了位置の位置情報から伸縮ブーム７２の旋回中心（緯度、経度）を導出する。

具体的には、図５に示されるように、開始位置の位置情報による位置を位置Ｐ１とし、中間位置の位置情報による位置を位置Ｐ２とし、終了位置の位置情報による位置を位置Ｐ３とする。

さらに、位置Ｐ１から位置Ｐ２まで延びる線分を線分Ｌ１とし、位置Ｐ２から位置Ｐ３まで延びる線分を線分Ｌ２とする。また、線分Ｌ１の垂直二等分線を線Ｌ３と、線分Ｌ２の垂直二等分線を線Ｌ４とする。そして、導出部４８は、線Ｌ３と線Ｌ４との交点を、伸縮ブーム７２の旋回中心Ｃ１（経度、緯度）として導出する。

さらに、導出された伸縮ブーム７２の旋回中心Ｃ１が表示部３６に表示されると、一連の工程が終了する。

なお、本実施形態では、一例とて、作業半径が２０ｍ前後で、伸縮ブーム７２の水平角度が０度から３０度の中の予め定められた一の角度で旋回中心の検出を行った。

（まとめ）
以上説明しように、旋回中心検出システム１０では、ＧＮＳＳ端末１２を用い、伸縮ブーム７２を旋回させて伸縮ブーム７２の旋回中心を検出する。このため、固有のセンサを用いることなく伸縮ブーム７２の旋回中心を検出することができる。

また、旋回中心検出システム１０では、ＧＮＳＳ端末１２を伸縮ブーム７２の先端に取り付けるようになっている。つまり、伸縮ブームの旋回中心にＧＮＳＳ端末を予め設置する場合と異なり、完成したクレーン車５０の伸縮ブーム７２の先端にＧＮＳＳ端末１２を容易に後付けすることができる。

また、旋回中心検出システム１０では、開始位置における位置情報、中間位置における位置情報、及び終了位置における位置情報は、伸縮ブーム７２の旋回を一時停止させた状態で受け取った複数の位置データの中で予め決められた精度以上の位置データの重心である。このため、一個の位置データを位置情報とする場合と比して、伸縮ブーム７２の揺れ等のノイズが軽減されるため、位置精度を向上させることができる。

また、旋回中心検出システム１０によって検出された旋回中心を用いて、作業半径を入力部３４に入力することで、図６に示されるように、例えば、伸縮ブーム７２の旋回領域を導出することができる。これにより、旋回領域と検出装置２０に予め入力された規制区域が重なっている場合に、検出装置２０がブザー等の警告を発することができる。

また、図７に示されるように、クレーン車５０が複数の場合には、例えば、夫々に備えられた検出装置２０を相互通信させることで、隣接するクレーン車５０の旋回領域が重なっている場合には、検出装置２０がブザー等の警告を発することができる。

＜第２実施形態＞
本開示の第２実施形態に係る旋回中心検出システムについて図８～図１０に従って説明する。なお、第２実施形態については、第１実施形態に対して異なる部分を主に説明する。

以下、第２実施形態に係る旋回中心検出システム１１０の作用について、図８に示すフロー図を用いて説明する。

作業者が伸縮ブーム７２を起伏させて起き位置（図９の実線）とした状態で、旋回中心の検出開始を検出装置２０に入力するとステップＳ１１００に移行する。

ステップＳ１１００では、検出装置２０は、伸縮ブーム７２の先端に取り付けられたＧＮＳＳ端末１２から伸縮ブーム７２の先端の位置情報を入手する。

具体的には、伸縮ブーム７２が図９の実線で示す起き位置に停止している状態で、作業者が開始点計測を入力部３４から入力する。そうすると、検出装置２０の位置データ受付部４４は、一定時間（例えば３秒間）伸縮ブーム７２の先端の位置データをＧＮＳＳ端末１２から複数受け付ける。そして、位置データ受付部４４は、複数の位置データの中で予め決められた精度以上の位置データの重心を起き位置における伸縮ブーム７２の位置情報として入手する。位置データ受付部４４が起き位置における位置情報を入手すると、ステップＳ１２００へ移行する。

ステップＳ１２００では、作業者は、起き位置に配置された伸縮ブーム７２の作業半径を入力部３４から入力する。そして、作業半径受付部４６が作業半径を受け付けると、ステップＳ１３００へ移行する。

ステップＳ１３００では、作業者が伸縮ブーム７２を起伏させて図９の二点鎖線で示す伏せ位置に停止させた状態で、作業者が終了点計測を入力部３４から入力する。そうすると、検出装置２０の位置データ受付部４４は、一定時間（例えば３秒間）伸縮ブーム７２の先端の位置データをＧＮＳＳ端末１２から複数受け付ける。そして、位置データ受付部４４は、複数の位置データの中で予め決められた精度以上の位置データの重心を伏せ位置における伸縮ブーム７２の位置情報として入手する。位置データ受付部４４が伏せ位置における位置情報を入手すると、ステップＳ１４００へ移行する。

ステップＳ１４００では、作業者は、伏せ位置に配置された伸縮ブーム７２の作業半径を入力部３４から入力する。そして、作業半径受付部４６が作業半径を受け付けると、ステップＳ１５００へ移行する。

ステップＳ１５００では、検出装置２０の導出部４８が、起き位置の位置情報、起き位置の作業半径、伏せ位置の位置情報、伏せ位置の作業半径から伸縮ブーム７２の旋回中心（緯度、経度）を導出する。

具体的には、図１０に示されるように、起き位置の位置情報による位置を位置Ｐ１１とし、伏せ位置の位置情報による位置を位置Ｐ１２とする。そして、位置Ｐ１１と位置Ｐ１２を通る線を線Ｌ１１とする。そうすると、線Ｌ１１上に旋回中心が存在する。

さらに、起き位置の作業半径を作業半径Ｒ１１とし、伏せ位置の作業半径を作業半径Ｒ１２とする。位置Ｐ１１から作業半径Ｒ１１だけ離れ、位置Ｐ１２から作業半径Ｒ１２だけ離れ、かつ、線Ｌ１１上の位置が旋回中心Ｃ１となる。

さらに、導出された伸縮ブーム７２の旋回中心が表示部３６に表示されると、一連の工程が終了する。なお、一例として、伸縮ブーム７２の水平角度を３０〔度〕～１０〔度〕に伏せて旋回中心の検出を行った。

（まとめ）
以上説明しように、旋回中心検出システム１１０では、ＧＮＳＳ端末１２を用い、伸縮ブーム７２を起伏させて伸縮ブーム７２の旋回中心を検出する。このため、固有のセンサを用いることなく伸縮ブーム７２の旋回中心を検出することができる。

なお、本開示を特定の実施形態について詳細に説明したが、本開示は係る実施形態に限定されるものではなく、本開示の範囲内にて他の種々の実施形態をとることが可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、クレーン車５０を用いて旋回中心検出システム１０、１１０を説明したが、回転及び起伏する部分を備えていればよく、例えば、タワークレーン、及び油圧ショベル等の旋回中心を、旋回中心検出システム１０、１１０を用いて検出してもよい。

また、上記実施形態では、ＧＮＳＳ端末１２が取得した複数の位置データの中で予め決められた精度以上の位置データの重心を位置情報としたが、ＧＮＳＳ端末１２が取得した１個の位置データを位置情報としてもよい。しかし、この場合には、複数の位置データの中で予め決められた精度以上の位置データの重心を位置情報とすることで奏する作用は奏しない。

また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、検出装置２０としてタブレット、又はパソコン等を用いることができる。

また、上記第２実施形態では、起き位置の作業半径Ｒ１１と、伏せ位置の作業半径Ｒ１２とを入力したが、どちらか一方の作業半径でもよい。

また、上記第２実施形態では、起き位置、伏せ位置の順に工程が実施されたが、伏せ位置、起き位置の順であってもよい。

１０ 旋回中心検出システム
１２ ＧＮＳＳ端末
２０ 検出装置
５０ クレーン車（作業機の一例）
７２ 伸縮ブーム（ブーム又はジブの一例）
１１０ 旋回中心検出システム

Claims (3)

1. クレーンに設けられた旋回動作及び起伏動作が可能なブーム又はジブの先端に取り付けられ、位置データを取得するＧＮＳＳ端末と、
   旋回する前記ブーム又はジブの異なる３位置において前記ＧＮＳＳ端末によって夫々取得された位置データに基づいて前記クレーンの旋回中心を検出する検出装置と、
   を備えるクレーンの旋回中心検出システム。
2. クレーンに設けられた旋回動作及び起伏動作が可能なブーム又はジブの先端に取り付けられ、位置データを取得するＧＮＳＳ端末と、
   起伏する前記ブーム又はジブの異なる２位置において前記ＧＮＳＳ端末によって夫々取得された位置データと、前記２位置における前記ブーム又はジブの作業半径とに基づいて前記クレーンの旋回中心を検出する検出装置と、
   を備えるクレーンの旋回中心検出システム。
3. 前記検出装置は、一時停止した前記ブームに取り付けられたＧＮＳＳ端末によって取得された複数の位置データの中で予め決められた精度以上の位置データの重心を位置情報として用いて前記クレーンの旋回中心を検出する、
   請求項１又は２に記載のクレーンの旋回中心検出システム。

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