JP2023506611A - クレーンの設定状態を認識するための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、クレーン制御器に手動で入力されたクレーン設定状態を実際の現在の設定状態と比較する、クレーンの設定状態を認識するための方法であって、クレーン制御器に記憶されたクレーン設定状態および少なくとも１つのクレーンセンサ値に基づいて、クレーンに設置された少なくとも１つの目標クレーン要素の目標位置を決定する工程と、１つ以上の目標位置データを移動型飛翔デバイスに送信する工程と、飛翔デバイスを目標クレーン要素の目標位置に直近の領域に移動させ、目標位置に位置する現在のクレーン要素を検出手段を使用して検出および識別する工程と、検出領域において検出された現在のクレーン要素を識別し、検出されたクレーン要素が目標クレーン要素に一致するかどうかを確定する工程とを含む方法に関する。

Description

本発明は、クレーンの設定状態を認識するための方法であって、クレーン制御器に手動で入力されたクレーン設定状態が実際の設定状態と比較される、方法に関する。

複数の個々のコンポーネントから組み立てられ得るクレーンが従来から知られている。このようなクレーンの例としては、ある種の移動型クレーンまたは回転タワークレーンなどがある。この場合、様々なクレーンのコンポーネントを組み立てるための組み合わせの選択肢は、複数あることが多いが、一般に、製造者は、安全な動作を理由として、これらの装備の異なる組み合わせのすべてを承認するわけではない。これにより、特に類似したコンポーネントを使用する場合、組み立てが不完全または不適切になる可能性がある。

個々のクレーン要素を組み立てることによって組立が一旦完了すると、クレーンオペレータは、それに従い、クレーン制御器の設定を行う必要がある。これは、特に、クレーンの設定状態をクレーン制御器に手動で入力することを含む。また、クレーンオペレータは、設置されたクレーン要素の名称を特定し、それらの位置を特定する必要がある。クレーン制御器は、操作中において、入力設定状態、特に、負荷制限に基づいて動作する。

しかし、上記の理由から、入力が不正確となり、したがって、クレーン制御器のプログラミングが不正確となる可能性がある。したがって、手動で入力された設定状態を検証するためにさらなる安全対策が必要である。

この目的は、請求項１の特徴に係る方法によって達成される。この方法の有利な構成が従属請求項の内容である。

本発明の中心概念は、実際の現在のクレーン設定状態を特定し、そして、この情報に基づいて、手動で入力されたクレーン設定状態を検証するために、移動型飛翔物体を使用することである。このアプローチを主として可能な限り自律的に実現するために、クレーンに設置された少なくとも１つの目標クレーン要素の所望の目標位置が、まず、クレーン制御器内に記憶されたクレーン設定状態およびクレーンセンサからの１つ以上のセンサ値に基づいて決定される。これは、好ましくは、設置されたコンポーネントの大部分または設置されたコンポーネントのすべてに対して実施される。これは、特に、ブーム延長部を含むタワーまたはブームシステム用のブーム部およびラチス部に関係する。また、これは、任意の関節部、頭部、中間部、デリックブームの要素、パラレルタワー要素用のアダプタ、およびブレーシングの要素、すなわち、ガイロッド、ガイブロック、ケーブリングなどを含む。バラスト要素もまた、より広義の用語「クレーン要素」に含まれる。一般に、クレーンコンポーネントは、クレーンの組立時に変更され得る任意のコンポーネントであり、設定状態を手動で入力する場合に、クレーン制御器に入力される必要がある。

目標クレーン要素の現在位置は、少なくとも１つのセンサ値によって決定されるようになっている。例えば、チェック対象のクレーンおよび／またはクレーン要素の現在位置および向きを決定可能にするラフィング角度、回転角度および他の値が検出される。これらの決定はまた、例えば、カメラおよび関連するマーカからなるシステムであって、マーカがクレーン要素上に配置されたシステムに基づいてなされ得る。

少なくとも１つの目標クレーン要素の決定された目標位置は、好ましくは、クレーン関連座標系に対して決定される。この場合、クレーン関連座標系は、さらなる座標系、特に、移動型飛翔物体によって測位のために使用される座標系にリンクされ得る。ここでは、地理的座標系に対するリンクが好適である。

別の工程において、目標位置データは、移動型飛翔デバイスに送信される。次いで、飛翔デバイスは、選択された目標クレーン要素の与えられた目標位置に直近の領域内に移動する。次いで、飛翔デバイスに設置された検出手段によって、目標位置に位置する現在のクレーン要素が検出され、同時に識別される（その前に、そのクレーン要素に応じて飛翔デバイスの方向合わせを行う）。その後、識別された現在のクレーン要素は、目標クレーン要素と比較され得る。これらのクレーン要素が一致すれば、クレーン設定状態の手動の入力が正しいと確認され、そうでない場合は、エラーとなる。目標位置への飛翔ならびに検出、識別、および確定の処理は、好ましくは、目標クレーン要素の与えられた目標位置のすべてに対して連続して行われる。

本発明に係る方法によって、このように、個々のクレーン要素のそれぞれに対して、入力設定状態と一致するかどうかについてチェックされ得る。上記方法の特に有利な点は、現在のクレーン要素およびそれが目標クレーン要素に一致するかをチェックするために移動型飛翔デバイス、例えば、ドローンが使用され、完全な設定状態のクレーンに対してチェックがなされ得ることである。特に、この検証はまた、ブームシステムが直立し、ステーが引っ張られた状態で行われ得る。飛翔デバイスは、直立ブームシステムの領域内の非常に高い位置に主に留まり得るので、その場の人や物に対する危険性が最小限に抑えられる。

例えば、ドローンまたは飛翔物体に一体化されたカメラを検出手段として使用可能である。

検出されたクレーン要素は、様々な手法で識別可能である。例えば、ここでは、視覚画像評価を用いてもよい。自動検出および識別を単純化し、それらをより信頼性良くさせる別個の識別手段を個々のクレーン要素が備える場合は、全体の処理がより簡単になる。これは、例えば、クレーン要素に貼付された専用コード、例えば、バーコードによって実現され得る。また、板金標識を装着することも考えられる。あるいは、情報をやりとりするために飛翔物体の適切な読み取り器にデータを（例えば、誘導式に）送信する適切なトランスポンダをクレーン要素に備えつけることも等しく可能である。

また、この種の識別用の特徴を使用する場合、目標位置を決定する際に、クレーン要素に対する識別用の特徴の相対位置をさらに考慮することが役に立つ。これは、特に、大きな寸法を有するクレーン要素に対して必要である。したがって、飛翔物体へ送信される目標位置は、識別用の特徴の位置を考慮したものであるか、または識別用の特徴の位置に対応する。これにより、確実に、飛翔物体の作動した目標位置から困難なく識別用の特徴を検出することが可能になる。さらに、確実に、飛翔物体が計算された目標位置も実際に作動させることができるように、目標位置の測位において、クレーン要素についての幾何学的データも考慮してもよい。

さらに、個々の目標クレーン要素の目標位置を決定する前にクレーンを所定の状態または姿勢にしてもよい。ブームシステムを起立させた状態が選択可能である。最適なクレーン姿勢を選択することによって、検出および識別を単純化できる。さらに、飛翔物体の飛翔エリアを、関係する人や物に対して危険となり得る領域の外の領域に移動させることが可能である。また、クレーンの周辺に置かれ、使用されていないクレーンコンポーネントを誤って検出および識別する危険が最小限に抑えられる。しかし、上記方法を１つの特定のクレーン姿勢において行う必要はない。

上記のように、目標位置データは、クレーン関連座標系において規定できる。同様に、ここで、例えば、飛翔物体に一体化されたＧＰＳシステムによって確定可能な地理的座標を使用して、クレーン関連座標系をさらなる座標系にリンクさせることが考えられる。既知のドローンは、一般に、測位用の一体化されたＧＰＳシステムを有する。このような背景において、目標位置のクレーン関連座標を対応するＧＰＳ座標に変換することは、有用である。

上記方法の実行に関して、方法のどの工程を具体的にどのユニットまたはデバイスで行うかは重要でない。測位と、その後の評価および確定との両方を、クレーン制御器上で、現在のクレーン要素と目標クレーン要素とを比較することによって行うことが考えられる。これを行うためには、飛翔物体とクレーン制御器との間の双方向通信接続が必要である。同様に、目標位置データの決定をクレーン制御器で行うが、その後の工程は、飛翔物体の内部ロジックによって処理することが考えられる。また、上記方法工程のうちの１つ以上を行うために、例えばクラウドなどの外部コンピューティングシステムを組み込むことが考えられる。こうするためには、クレーン制御器および飛翔物体の両方との双方向通信が必要である。

建設現場に応じて、飛翔物体の飛翔エリアを規定の飛翔エリアに制限する必要があり得る。これは、例えば、空港または空港のすぐ近くなどの空域が制限された建設現場に適用可能であり得る。そのような場合、許可された飛翔エリアがまず規定され、そして、ドローンまたは飛翔物体に送信される。飛翔物体は、そのような飛翔回廊を離れることを許可されない。この回廊は、例えば、クレーンの最大旋回および／または回転範囲に、その旋回および／または回転範囲に対する構成可能な付加距離を合わせたものを考慮することによって規定される。

目標および現在のクレーン要素の個々の比較を確定させた結果は、好ましくは、映像的にまたはさらに音響的にクレーンオペレータに対して表示され得る。ここでは、クレーン運転室内のディスプレイが考えられる。同様に、クレーン要素のうちのすべてまたは少なくとも大半について、目標クレーン要素と現在のクレーン要素との間の一致が確定可能であった場合に通常のクレーン操作が可能とされるだけであることが特に好ましい。

当然ながら、飛翔物体はまた、クレーンオペレータによって手動で作動および操縦可能であってもよい。上記方法の発展例において、クレーン要素間の個々の設置点または接続点が飛翔物体によって目標を定めたやり方でチェックされることが可能であってもよい。ここで、典型的な例は、ボルトや、必要に応じて、可能な固定ピンが挿入されたかどうかを確定することが意図される状況において、ボルト接続が適切に行われていることである。

例えば、クレーンオペレータの運転室において、所望の設置点または接続点を一体化カメラによって検出するために飛翔物体を手動で作動させたり、ディスプレイ装置上で手動のチェックを行ったりすることが考えられる。あるいは、飛翔物体が設置点または接続点を自律的に作動するが、クレーンオペレータが設置点または接続点を目視でチェックしてもよい。こうするために、飛翔物体に設置されたカメラからの画像データは、クレーン運転室内のモニタに送信される。設置点または接続点に対して必要な目標位置データの決定は、本発明に係る方法にしたがって実施され得る。

あるいは、これは、手動のダブルチェックの代わりに、画像処理によって自動的に行われ得る。

本発明に係る方法に加えて、本発明は、同様に、少なくとも１つのクレーンと、少なくとも１つの移動型飛翔デバイス、特に、ドローンとからなるシステムに関する。このシステムは、クレーン制御器および飛翔物体に一体化された制御器の両方が上記方法を行うように構成されることを特徴とする。したがって、本発明によれば、クレーン制御器は、入力されたクレーン設定状態および任意の可能なセンサ値に基づいて、ならびに必要に応じて、個々のクレーン要素に対する幾何学的データおよび対応する識別用の特徴に対する位置データを考慮することによって、個々の目標クレーン要素の目標位置が計算されるようにプログラミングされる。さらに、クレーン制御器は、外部飛翔物体との通信に適している。ドローンおよび／またはクレーン制御器は、個々の現在のクレーン要素の識別および検出された現在のクレーン要素と記憶された目標クレーン要素との比較の両方に適する対応のソフトウエアコンポーネントを備える。

上記システムの有利な構成によれば、飛翔物体のための着陸および／または充電ステーションをクレーンに接続してもよく、またはクレーン構造の一体化コンポーネントにしてもよい。

例示の実施形態において説明する例示の実施形態を参照して、上記方法の他の利点や性質を以下により詳細に説明する。

図１は、第1のクレーンについてのクレーン設定状態の図である。 図２は、別のクレーンについてのクレーン設定状態の別の図である。 図３は、図１および２において設置されたクレーン要素を説明するための記号表を示す図である。 図４は、本発明に係る方法の実施に適したクローラクレーンの模式図である。 図５は、適切な設置点を必要に応じてチェックする工程を説明するためのクレーン要素を示す図である。

設定状態を認識するための本発明に係る方法によって、ホイール式走行装置またはクローラ走行装置を備える移動型ラチスブームクレーンまたは伸縮自在クレーンについて、ブーム組合せを含む設定状態全体を可能な限り確定できる。クレーンは、上部構造３７と、車台３６とを備える（図４）。本発明に係る解決手段は、特に、ラチスブームまたは伸縮自在ブームが、クレーン要素の長さや順序に関して、正しく取り付けられたかどうかを確定する。同様に、バラストの正しい構成を確定できる。

設定状態は、クレーンを過負荷から保護するための必須要素である。正しく入力されている設定状態は、クレーンを安全に操作するための基本である。以下に、設定状態に対して必須であるクレーン要素１１の概略を示す。

・ブーム４２
・ラッファ（luffer）、必要に応じて固定フライジブ４４
・ＷＡフレーム４３、４７
・デリック４１
・図２に示すような平行ブーム（Ｐブームと略す）における枝部
・接合部
・バラスト要素３９、４０（上部構造バラスト、デリックバラスト、吊り下げバラスト、バラストトレーラ、中心バラスト）
・ホイストケーブル４６のリーブ（reeving）
・フックブロック４８（重り、負荷フック）
・ボルト５０
・ボルトロックデバイス５１。

図１および２は、異なる装備を有する２つのクレーンについての設定状態情報を示す。図１は、ラチスブーム４２と、デリックブーム４１とを備えるクレーンを示す。ラフィングブーム４４は、ラフィングできるようにラチスブーム４２に関節で結合される。ラフィングブームのジブは、５つの異なる構成にしたがって装備され得る。ラフィングブームのジブの構造に対しては、異なる構成オプションがある。図１は、ブームシステム用の個々のクレーン要素４９を設置順に示す。図３は、短い説明を付した、設置されたクレーン要素４９のリストを示す。図４は、図１からの設定情報を用いたクレーンを模式的に示す。

図２は、図１のクレーンと類似するが、平行ブームを有する点で異なるクレーンについての設定情報を示す。

上記方法を実施するために、設置されたクレーン要素４９、すなわち、ラチス部またはバラスト要素などには、識別手段６０が設けられる。これは、関連のクレーン要素４９を製造する際に行われる。この種の識別手段６０の例として、従来から既知の板金標識が使用できる。この標識は、ラチス部４９の要素に固定される（図５を参照）。識別手段６０のクレーン要素４９上の正確な位置は、クレーン制御器に対して利用可能である。すべての識別手段６０は、同様のやり方で識別できる。粘着ラベル、トランスポンダ、バーコードなどを板金標識の代わりに使用できる。必ずしもすべてのクレーン要素４９が同じタイプの情報手段６０を備える必要はない。

本発明によれば、クレーンオペレータは、予め用意した設定状態をクレーン１００のクレーン制御器３８に入力する。この制御器は、データおよび設定状態をドローン２００に送信する。データ送信６１は、無線であり得る。ドローン２００は、ある種のドッキングステーション２１０に駐機させることができる。ドッキングステーション２１０はまた、クレーン１００に一体化され得る。ドローン２００は、ドッキングステーション２１０において継続的に充電され、常に使用可能状態になっている。データは、ドローン２００からクレーン１００に送り返すこともできる。さらに、ドローン２００は、位置認識のためのシステムを備える。位置認識は、ＧＰＳシステムの方式で行われるか、またはＧＰＳシステムを使用して行われる。ドローン２００はまた、識別手段６０を認識するための少なくとも１つの認識システム２２０を備える。最も簡単には、認識システム２２０は、光学カメラであってもよい。

クレーンオペレータが「設定状態認識」モードを入力すると、クレーン１００は、そのクレーン要素４９のすべてとともに、所定の姿勢に移動される。この所定の姿勢は、必ずしも、図1に示すような起立ブーム姿勢でなくてもよい。所定の姿勢はまた、ブームがまだ起立されていない状態から、ブームが直立し、ステーが引っ張られた状態にされ得る。制御器３８は、クレーン要素４９の少なくとも１つの位置、好ましくは、すべての位置に対して、制御器３８に記憶された、入力設定状態、アプローチされるクレーン要素４９の角度位置、および関連のクレーン要素４９の識別手段６０の幾何学的データ、ならびに種々のクレーン要素４９の幾何学的データから、それぞれの識別手段６０の所望の目標位置を計算する。

特に、クレーン関連座標系６２を使用してもよい。この座標系６２は、ＧＰＳデータなどの他の座標系にリンクされてもよい。

次いで、ドローン２００は、すべての必要なデータを制御器３８から受信する。次いで、ドローン２００は、起動し、クレーン要素４９を識別できると期待されるすべての位置に飛翔する。設定状態によって、ドローン２００はまた、各位置にどのクレーン要素４９があると期待されるかを知る。図２の例によれば、ドローン２００は、所定の向きで、位置Ｐ（ｘ_１、ｙ_１、ｚ_１）へ飛翔する。この点において、認識システム２２０は、可視検出範囲Ｓを有する。識別手段６０は、この検出範囲Ｓ内にあることが期待される。識別手段６０がここで認識できなかった場合、ドローン２００によってメモリ２３０にエラーが記録される。識別手段６０がここで認識されると、この識別手段６０を読み出し、所望の目標値（入力設定状態に係るクレーン要素４９）と比較される。その結果は、メモリ２３０内に記録される。次いで、ドローン２００は、すべてのタスクＰ（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ、ｚ_ｉ）を処理し、その後、ドッキングステーション２１０に戻る。

図４に示すような、ホイストケーブル４６のリーブおよび搭載バラストプレート３９、４０のチェックが、特別に、設定状態を決定するクレーン要素４９として挙げられ得る。その結果は、クレーン１００の制御器３８に送信され、それによってさらに処理される。この処理は、実際の設定状態が所望の設定状態に一致するかどうかに関する情報を構成し得る。これが正しければ、クレーン１００は、クレーン作業可能にされる。

また、クレーンオペレータがリモート制御によってドローン２００に影響を与えるか、または完全に制御することが可能であることが考えられる。別の可能な目的は、様々なクレーン要素４９の完全かつ正確な取り付けを確認することである。したがって、選択された接続点および必須の接続点が正しく接続されているかについてチェックされ得る。これは、例えば、画像認識によって、および／または、記録された画像をドローン２００からクレーン運転室に、そして、クレーンオペレータに送信することによって実施される。したがって、クレーンオペレータは、ラチス部形態の２つのクレーン要素４９を接続するボルト５０（図５を参照）が正しく挿入されているかどうか、およびボルトロックデバイス５１が正しく装着されているかどうかを評価できる。その他のすべての必須の取り付け結果もこのようにチェックできる。

上記方法の本質的な利点は、直立姿勢でチェックしてもよいことである。チェック後、クレーンは、直ちに使用可能となるが、設定状態への変更は、作業の流れに対して大きな影響となり得る。意図しない、不正確な実行は、複雑さやコストに関連するので、排除されたと同然である。また、ドローン２００が高高度で動作することも有利である。これにより、検出中のクレーン１００に接続されない無関係のクレーン要素４９の危険を低減する。使用時の安全がさらに増大される。

なお、また、本質的な計算作業が制御器３８内で実施されるか、ドローン２００内のコンピュータで実施されるかは重要でない。したがって、ドローン２００はまた、ある「レベルの知能」を有し得る。「クラウドコンピューティング」によって計算されることも考えられる。識別手段６０が適切に構成される場合、困難な条件下においても識別が行われ得る。困難な条件とは、暗闇、霧、臨界温度、降雨、または降雪であり得る。同様に、クレーン要素４９上の氷、雪、または腐食は、識別を困難にさせ得るが、そのような困難は、例えばトランスポンダなど、識別手段を適切に構成することによって回避され得る。

ドローン２００自体は、衝突を認識する。さらに、安全のためや特定の場所（例えば、空港）での使用のため、ドローンの飛翔エリアは、制限され得る。したがって、この飛翔エリアは、クレーン１００のブームシステムの旋回や回転の範囲に必要な付加距離を合わせたものに制限されることが考えられる。また、ドローン２００によって、ログファイルが生成され得る。このログファイルにおいて、すべての確認事項が記録され得る。したがって、正しいクレーンの設定状態が常に理解可能であり得る。クレーンオペレータは、クレーン１００が仕様にしたがって組み立てられたかどうかに関する確認またはフィードバックを受け取る。この場合、過負荷保護のために選択された負荷テーブルが与えられた設定状態に対応する。

Claims (14)

1. クレーン制御器に手動で入力されたクレーン設定状態が実際の現在の設定状態と比較される、クレーンの設定状態を認識するための方法であって、
   前記クレーンに設置された少なくとも１つの目標クレーン要素の目標位置を、前記クレーン制御器に記憶されたクレーン設定状態および少なくとも１つのクレーンセンサ値に基づいて、決定する工程と、
   １つ以上の目標位置データを移動型飛翔デバイスに送信する工程と、
   前記飛翔デバイスを前記目標クレーン要素の前記目標位置に直近の領域に移動させ、そして検出手段を使用して、前記目標位置に位置する現在のクレーン要素を検出および識別する工程と、
   検出領域において検出された前記現在のクレーン要素を識別し、前記検出されたクレーン要素が前記目標クレーン要素に一致するかどうかを確定する工程と、
   を含む方法。
2. 前記検出手段として、光学カメラが使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. １つ以上のクレーン要素が識別手段を備えることと、前記識別手段によって与えられる識別情報を評価することによって、前記検出された現在のクレーン要素が識別されることとを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記目標クレーン要素の前記目標位置を判定する際に、前記目標クレーン要素の幾何学的データおよび／または前記目標クレーン要素上の前記識別手段についての位置情報がさらに考慮されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 識別手段は、前記クレーン要素に貼付された接着ラベルおよび／または貼付バーコードおよび／またはトランスポンダであることを特徴とする、請求項１～４のいずれかに記載の方法。
6. 前記クレーンは、前記目標位置を判定する前に、所定の状態、特に、ブームが直立した状態に移動されることを特徴とする、請求項１～５のいずれかに記載の方法。
7. 前記目標位置は、クレーン関連座標系において規定され、前記クレーン関連座標系は、好ましくは、少なくとも１つのさらなる座標系にリンクされ、前記少なくとも１つのさらなる座標系は、特に、飛翔物体に一体化された測位システム、例えば、ＧＰＳによって好ましくは確定される地理的座標を有することを特徴とする、請求項１～６のいずれかに記載の方法。
8. 前記現在のクレーン要素を識別し、および／または前記目標クレーン要素と前記現在のクレーン要素との一致を確定する工程は、前記クレーン制御器および／または前記飛翔物体の制御器および／またはクラウド方式によって行われることを特徴とする、請求項１～７のいずれかに記載の方法。
9. 前記飛翔物体の飛翔エリアは、許容規定飛翔エリアに限定され、前記飛翔エリアは、好ましくは、前記クレーンの旋回および／または回転範囲に、設定可能な付加距離を合わせたものに制限されることを特徴とする、請求項１～８のいずれかに記載の方法。
10. 前記確定の結果は、クレーンオペレータに対して視覚的または光学的に表示されることを特徴とする、請求項１～９のいずれかに記載の方法。
11. 前記クレーン制御器は、前記目標クレーン要素と前記現在のクレーン要素との一致が確定された場合に、クレーン操作を可能にすることを特徴とする、請求項１～１０のいずれかに記載の方法。
12. 設置点の視覚検出範囲を画像認識によって評価し、および／または手動の評価のために好ましくはクレーン運転室内のディスプレイ装置に送信することによって、クレーン要素がクレーン構造上に正しく取り付けられていることをチェックするために、飛翔物体がさらに使用されることを特徴とする、請求項１～１１のいずれかに記載の方法。
13. クレーンと、少なくとも１つの移動型飛翔デバイス、特に、ドローンとからなるシステムであって、クレーン制御器および飛翔物体の制御器が前記方法を実施するために構成された、システム。
14. 前記クレーンは、飛翔物体用の一体化着陸／充電ステーションを備えることを特徴とする、請求項１３に記載のシステム。

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