JP2867187B2 - クレーンの自動操縦方法及び装置 - Google Patents

クレーンの自動操縦方法及び装置

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JP2867187B2
JP2867187B2 JP13650991A JP13650991A JP2867187B2 JP 2867187 B2 JP2867187 B2 JP 2867187B2 JP 13650991 A JP13650991 A JP 13650991A JP 13650991 A JP13650991 A JP 13650991A JP 2867187 B2 JP2867187 B2 JP 2867187B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、建築現場等に設置さ
れた中小規模の旋回式クレーンのクレーン荷役作業の省
人化(専任のオペレータ無し)を目的として実施される
もので、クレーン荷役に従事する作業員(オペレータ)
が光信号の発信機により吊り荷の位置へクレーンのブー
ム及びフックを誘導できるようにした、クレーンの自動
操縦方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、クレーンの操縦は、大形のタワー
クレーンには操縦室に専任のオペレータが乗り込んで荷
役作業を行なっている。中小規模のクレーンはキャプタ
イヤで繋がったコントロールスイッチをオペレータが操
作してブームの旋回及びフックの昇降操作を行ってい
る。
【0003】ところで、相対移動する発光源(光信号)
を自動追尾し、その発光源位置の空間座標を求める「発
光源追尾装置」の発明が既に出願されている(特願平1
−340369号)。
【0004】
【本発明が解決しようとする課題】従来のクレーン操縦
方法は、オペレータが操縦室へ乗り込むにせよ、又はコ
ントロールスイッチを操作するにせよ、そのオペレータ
の他に、吊り荷にフックを掛ける、云わば意思の疎通が
十分に図れた関係の玉掛け作業員との2人組が最低限必
要であった。しかし、現在は産業社会の人手不足が深刻
化しつつあり、人員の確保が困難なので、クレーン荷役
作業の省人化(専任のオペレータ無し)は重要な課題で
ある。
【0005】また、コントロールスイッチのキャプタイ
ヤを吊り荷の位置毎に引き回す手間と作業は大変であ
り、その解決が要望されている。とりわけ図7のように
クレーンが建築物14の屋上に設置されているような場
合は、地上からコントロールスイッチによる操縦はでき
ないという問題がある。そこで、本発明の目的は、既に
出願された発明「発光源追尾装置」の応用例として、主
に中小規模のクレーンについて、クレーンによる荷役作
業を簡易化し、オペレータ無しで手軽に自動操縦でき、
クレーン荷役作業の能率化、省人化及び効率化を図れる
クレーンの自動操縦方法及び装置を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記従来技術の課題を解
決するための手段として、第1の発明に係るクレーンの
自動操縦方法は、クレーンの上部に後記の発信機6から
発信された光信号12を自動追尾して発信位置Tを旋回
角θと俯仰角φで求める追尾センサー4、及び前記追尾
センサー4で求めた旋回角θと俯仰角φに基づいてクレ
ーンの旋回装置と巻上機を自動制御するコントローラ4
1を設置し、発信機6で任意の吊り荷位置Tから前記追
尾センサー4に向けて光信号12を発信させ、前記光信
号12を自動追尾する追尾センサー4によって発信位置
T(吊り荷位置)を旋回角θ及び俯仰角φで特定せし
め、前記の旋回角θ及び俯仰角φに基づくコントローラ
41の自動制御によりクレーンのフック18を発信位置
T(吊り荷位置)まで誘導させることを特徴とする。
【0007】第2の発明に係るクレーンの自動操縦装置
は、後記の発信機6から発信された光信号12を自動追
尾する追尾センサー4、及び前記追尾センサー4が前記
光信号12を自動追尾して求めた発信位置T(吊り荷位
置)の旋回角θと俯仰角φに基づいてクレーンの旋回装
置と巻上機を自動制御するコントローラ41がクレーン
の上部に設置され、吊り荷の位置T等から前記追尾セン
サー4に向かって光信号12を発信する発信機6との組
合せから成ることを特徴とする。
【0008】本発明の自動操縦装置は、発信機6が吊り
荷位置Tの光信号12及び行先指示光信号の発信機構を
具備し、クレーンには追尾センサー4及び前記行先指示
光信号の受信機が設置され、前記行先指示光信号を受信
した受信機の信号はコントローラ41へ入力され、コン
トローラ41において前記行先指示光信号が解読され指
定された行き先位置へフック18及び吊り荷が誘導され
ること(図6参照)、及び、発信機6から発信された光
信号12及び行先指示光信号と、クレーンのコントロー
ラ41とは、光の直進性を害されない位置に設置された
中継点15の追尾センサー4及び光信号発信機16とを
中継して連絡されること(図7参照)、もそれぞれ特徴
とする。
【0009】
【作用】クレーンの荷役作業を必要とする作業員5は、
吊り荷の位置Tに立ち、発信機6を追尾センサー4に向
けて操作ボタンを押し光信号12を発信する。この光信
号12は追尾センサー4が捕捉して自動追尾する。当該
追尾センサー4は、前記光信号12の自動追尾によって
前記吊り荷の位置(光信号12の発信位置)Tの空間座
標を旋回角θと俯仰角φとで求める。作業員5は、発信
機6の信号位置確認ランプが点灯するのを確認して操作
ボタンを解除する。コントローラ41は、前記のように
して追尾センサー4が求めた旋回角θと俯仰角φとに基
づいてクレーンの旋回装置及び巻上機のモータを自動制
御し、フック18を前記吊り荷位置Tの上方3mぐらい
の所まで降下させて停止する。その後は作業員5が発信
機6をマニュアル操作してフック18を所定の位置まで
下ろし、吊り荷に玉掛け作業をする。
【0010】玉掛け終了後、作業員5は発信機6で吊り
荷のおよその行き先イ〜リ(図6参照)を行先指示光信
号により指定し発信ボタンを押す。すると、吊り荷及び
フック18は、コントローラ41による旋回装置及び巻
上機の自動制御(プログラミング制御)により、指定位
置に誘導される。フック18及び吊り荷が指定された行
先位置に到達し停止した後は、やはり同様な発信機6を
もつ受け取り人がマニュアル操作でフック18及び吊り
荷を所定の場所に誘導してゆき、フック18を外して吊
り荷を下ろす。
【0011】
【実施例】次に、図示した本発明の実施例を説明する。
図1A、Bは地上に立設したクレーンマスト1の上部
に、旋回台2が360°の旋回が自在に設置され、この
旋回台2に水平なブーム3が固定された旋回式クレーン
(トンボクレーン)を示している。該クレーンの上部に
は、旋回台2(またはブーム3)と共に旋回して光信号
を受信する追尾センサー4として、まず全方位追尾セン
サー40が旋回台2に設置され、また、前記の全方位追
尾センサー40が光信号を捕捉する上で障害物がある場
合に、その光信号を検知して発信位置の空間領域を特定
するために、例えば約90°の範囲を視野角として光信
号12を検知する固定センサー4a〜4dがマスト1の
上部の直角4方向に合計4個設置され、もって360°
全旋回角の光交信が可能に構成されている。前記4個の
90°監視の固定センサー4a〜4dは、図2Bに原理
図を示したように、開先角度が90°のカバー48の内
隅部に受光センサー(フォトトランジスタ)49を設置
して成り、カバー48の開先角度(90°)の範囲内に
入った光信号12は検知してオン動作(電気信号の発
生)するが、カバー48の外から入る光信号12´はカ
ットされ、オフ動作のままとなる。この固定センサー4
a〜4dは、図2Aに示したように、マスト1の上部に
各々の位置を固定し、各々が90°ずつの光信号検知の
視野角をもつ配置で設置されている。前記の全方位追尾
センサー40は、地上等の吊り荷位置Tに立つ作業員5
が携帯する発信機6から発信された光信号12を自動追
尾するものである。しかし、障害物のため全方位追尾セ
ンサー40が光信号12を捕捉し得ず、他方、固定セン
サー4a〜4dのいずれか一又は二つが光信号12を検
知したときは、検知した固定センサーの向きに旋回台2
及びブーム3を回転させて全方位追尾センサー40が光
信号12を捕捉することを可能ならしめる。クレーンの
上部には、発信機6から発信された命令指示光信号を受
信する受信機42も設置されている。したがって、一例
として90°ずつの視野角で光信号12を検知する前記
の固定センサー4a〜4dは、場合によっては発信機6
からの光信号12を180°の視野角で検知する一対で
構成し、この固定センサーをマスト1に180°対称な
配置で設置すること、又は逆に視野角が前記90°より
も小さい、60°とか30°の範囲で光信号を検知する
固定センサーをマスト1上に等角に多数設置した構成で
も同様に実施することもできる。
【0012】次に、上記の全方位追尾センサー40の具
体的構成は、図3Aに原理図を示したとおりである。光
通信用の受光レンズ9の視準軸10上の焦点位置に、光
の入射に敏感なPSD又はCCDの如き受光センサー8
が設置されている。そして、前記視準軸10の両側に約
45°方向に直交する配置で4個の監視センサー11a
〜11dが設置されている。図3Aに示した全方位追尾
センサー40は、回転軸7を中心として後述する制御モ
ータによって紙面と平行(例えば水平)に回転される。
4個の監視センサー11a〜11dの構成は、図3Bに
示したとおり、図2Bの固定センサーと全く同様に、約
90°の視野角(開先角度)をもつカバー48の内隅部
に受光センサー(フォトトランジスタ)49を設置した
構成である。図3Aの全方位追尾センサー40の場合、
受光レンズ9の左右両側の監視センサー11a、11d
の視野角は、視準軸10と平行な微小間隔wの空白部を
残し、4個の監視センサー11a〜11dは各々の視野
角が一部分重複する関係に設置されている。右側2個の
監視センサー11aと11b、及び左側2個の監視セン
サー11cと11dとは、図4のようにそれぞれ一組と
してオア回路32と結線されている。従って、右側2個
の監視センサー11aと11bは当該追尾センサー40
の右側約180°の空間領域にくる光信号12を監視し
検知する。右側の監視センサー11a又は11bのいず
れか一が光信号を検知しオン動作すると、中央制御装置
(CPU)35は右側180°の空間領域に光信号12
がきたことを弁別し、モータドライバ33にその旨を指
示して制御モータ34を駆動し、全方位追尾センサー4
0の視準軸10を右回りに回転させ自動追尾する。逆
に、左側の監視センサー11c又は11dのいずれか一
が光信号を検知してオン動作すると、CPU35は左側
180°の空間領域に光信号12´がきたことを弁別
し、視準軸10を左回りに回転させて自動追尾する。自
動追尾の動作は、視準軸10が光信号12と同一の向き
となるか、少なくとも空白域wの範囲に入ると、4個の
監視用センサー11a〜11dは全てオフ状態となり、
他方、受光レンズ9を通じて入った光信号によって受光
センサー8がオン動作(電気信号の発生)をし、その信
号がCPU35に入力され、光信号12の位置が高精度
に検出されるのである。全方位追尾センサー40の前記
回転運動の回転軸は、必ずしも視準軸10と各監視セン
サー11a〜11dの受光面の法線13とが交わる点で
なくてもよい。また、全方位追尾センサー40の前記回
転の次元は、発光源の運動(光信号の変化)が上下ある
いは左右のように1次元の運動しかない場合なら1次元
だけでよく、例えば図3Aのように右回転又は左回転だ
けを行なう構成にすればよい。発光源(光信号)が3次
元空間を移動する場合には、追尾センサー40の回転次
元は2次元にする必要がある。例えば図3Aにおいて視
準軸10の方向にz軸、紙面の左から右の方向にx軸、
紙面の表側から裏側の方向にy軸をとると、y軸方向に
前記受光レンズ9に対する一対の受光センサー11a、
11bとまったく同様な配置でもう一対の受光センサー
(例えば図5の符号11a´と11b´)を設置する
と、前述した旋回角と俯仰角の両者をy軸方向にも自動
追尾可能となる。
【0013】監視センサー11a〜11dは光信号を検
知すると連続的に電流値又は電圧値の電気量出力を発生
するので、各監視センサー11a〜11dからの出力は
連続的に取り出すことができる。その電気量出力(オン
動作)によって視準軸10を回転する制御モータ34の
回転方向を決めて制御すると、視準軸10は常に発光源
に向かう追尾動作をする。制御モータ34にDCモータ
を用いた場合、2個のオア回路32、32のいずれに出
力が発生するかによって電流の向きを反転させるだけで
よいから、簡単なリレー回路によって前記の自動追尾動
作を行なわせることができる。空間で光通信を行なう場
合、太陽光等の外乱光と発信機6による光信号12とを
区別する必要があるため、発光源(光信号12)は、レ
ーザ光や発光ダイオード(LED)等の波長スペクトラ
ムの尖ったもの、又はTV等の家電製品の遠隔操作に利
用されている赤外線タイプのコントロールスイッチを改
良し、放射角を絞り到達距離を長くしたものなどを有効
利用できる。光信号12の受光側には光源の波長付近だ
けを限定的に通す光学フィルター30を設け、同調回路
を設ける方法が有効である。図4の回路図において、光
学フィルター30を通して特定されいずれか一の監視セ
ンサー11a〜11dに入射した光信号12は、それぞ
れ電気量出力に変換され、同調増幅回路31により光信
号との同調増幅が行なわれた上で、オア回路32に入力
され、中央制御装置(CPU)35へ導入される。CP
U35には視準軸10上の受光レンズ9から入った光信
号12を検知するPSD(又はCCD)8で発生した電
気信号も入力され、自動追尾の情報とされる。
【0014】図5A、Bは、上述した原理の全方位追尾
センサー40を、クレーンの自動操縦用として構成した
図である。図において11a〜11dはy軸回りの方向
から入る光信号を360°の範囲にわたり検知する監視
センサーであり、11a´と11b´はx軸回りの方向
から入る光信号を検知する監視センサーである。図3A
におけるz軸(視準軸10でもある)はx軸、y軸と直
交し、図5Aでは紙面裏側から表側に向かう方向にとら
れている。y軸回りの回転は、基台20に取り付けられ
たy軸ギアドモータ21により行なわれる。x軸回りの
回転は、ヨーク22に取り付けられたx軸ギアドモータ
23により行なわれる。ヨーク22はy軸ギアドモータ
21の回転軸24に支持されている。光信号の受光レン
ズ9及び監視センサー11a〜11b並びに11a´と
11b´を取付けた回転ユニット25は、回転軸26で
ヨーク22に支持されている。ヨーク22は回転軸24
に支持され、各々の軸26、24の回りに回転される結
果、3次元移動空間で送信されてくる光信号12の追尾
動作が可能である。
【0015】上記構成の全方位追尾センサー40は、基
台20をクレーンの旋回台2に取付け、受光レンズ9の
視準軸10がブーム3の中心線と同一方向で斜め下向き
の配置で設置される。従って、吊り荷の位置Tに立つ作
業員が発信機6をクレーン上部の追尾センサー4に向け
て発信した場合に、全方位追尾センサー40が光信号1
2を捕捉し得たときは、直ちにその光信号12を自動追
尾して光信号12の発信位置Tの座標を旋回角θと俯仰
角φとで特定する。全方位追尾センサー40が発信機6
からの前記光信号12を捕捉し得ないとき(ブーム3又
は旋回台2の向きが障害になっているとき)は、光信号
12をいずれか一の固定センサー4a〜4dが検知し、
光信号12を検知した固定センサーの検知信号を受けた
コントローラ41が同固定センサーの視野角(旋回角)
の範囲を弁別し、クレーンの旋回装置を自動制御し、同
固定センサーの視野角の範囲に向って全方位追尾センサ
ー40の視準軸10が入ってゆくように旋回台2及びブ
ーム3を旋回させ誘導する。その結果、全方位追尾セン
サー40が光信号12を捕捉することとなり、同光信号
12を自動追尾して光信号12の発信位置Tが特定され
る。この段階で発信機6の位置確認ランプが点灯する。
光信号12の発信位置Tの座標を特定する演算処理は次
のように行なわれる。
【0016】図2Aに示したクレーン作業平面におい
て、光信号12の発信位置(吊り荷の位置)をT点と
し、その位置から発信機6で光信号12がクレーン上部
の追尾センサー4に向けて発信されると、該光信号12
を検知した固定センサー4bは、その視野角が旋回角に
して0°〜90°の範囲に光信号12があることをコン
トローラ41へ知らしめる。そこでコントローラ41が
旋回台2を旋回させ、全方位追尾センサー40が光信号
12を捕捉することを可能ならしめ、全方位追尾センサ
ー40が光信号12を自動追尾することによって旋回角
θを求めると、基準軸0°の位置から右回りの旋回角θ
の位置であることが知れる。地上から全方位追尾センサ
ー40までの高さをH0 、人間の平均的身長をhとする
と、既知の高さH0 とh、及び自動追尾によって得た俯
仰角φとに基づいて、発信位置Tを表わす作業半径Rは
次の〔数1〕のように求めることができる。 〔数1〕R=(H0 −h)/tanφ 従って、上記の演算処理に基づいてコントローラ41は
旋回装置及び巻上機のモータを自動制御し、ブーム3及
びフック18が光信号12の発信位置(吊り荷の位置)
Tへ自動的に誘導される。図1に示したトンボクレーン
の場合、フック18はブーム3上を水平移動する移動台
19に吊られているので、前記の作業半径Rは移動台1
9のモータ制御によりブーム3上の水平移動距離として
実現される。ブーム3が俯仰動作する形式のクレーンで
は、前記作業半径Rはブーム3の俯仰角に換算され、ブ
ーム俯仰用モータの制御によって実現される。フック1
8の高さは、巻上機のモータ制御により、既知のマスト
高さH0 及び人間の平均的身長hを基にして、床上(又
は地上)約3mの位置までは自動的に降下して止まるプ
ログラム制御が行なわれる。その自動停止後は、発信機
6を持った作業員5が発信機6を操作してフック18の
下降を命令するマニュアル的操作により玉掛け作業に適
切な位置まで下降させ、玉掛け作業を行なう。吊り荷の
玉掛け終了後は、同じ発信機6を操作して行先を指定し
発信ボタンを押す。このとき発信機6から発信された命
令指示光信号は、クレーンの上部の全方位追尾センサー
40に設置された命令指示光信号受信機の受信用レンズ
42(図5A)が受信してコントローラ41へ送る。図
5Aにおいて符号43は命令指示信号送信用レンズであ
る。コントローラ41は、前記の命令指示光信号を解読
し、例えば図6のように当該クレーンの平面的な作業範
囲をイ〜リのように9つに区分して、いずれかの行先区
分へフック18を誘導するプログラム制御が行なわれ
る。かくしてフック18及び吊り荷は指定された行先区
分イ〜リのいずれかに誘導されるので、後は受取人が持
つ発信機を操作してマニュアル的に位置を指示して所定
の場所へ誘導しフックから吊り荷を外すことになる。
【0017】
【その他の実施例】図7は建築中のビル14の上部にク
レーンを設置した場合の自動操縦の実施例を示してい
る。本実施例はビル14によって光信号12の直進性が
害され発信機6とクレーン上部の全方位追尾センサー4
0又は固定4a〜4dとの間で光交信することができな
い場合に、作業所事務所15に中継用の全方位追尾セン
サー4と命令指示光信号発信機16を設置し、一方、ク
レーンの上部には全方位追尾センサー40の他に命令指
示光信号受信機17を設置した構成を特徴とする。この
ようにすると、光信号の発信位置が建築中のビル14の
影になっても、発信機6とクレーン上部の全方位追尾セ
ンサー40とは何不自由なく光交信ができ、ブーム3、
フック18を光信号12の発信位置Tに誘導することが
できる。
【0018】あるいは建築中のビル14の所要位置に直
接中継用の全方位追尾センサーと命令指示光信号発信機
の対を設置し、これらとクレーン上部に前記のように設
置されたコントローラ41とをキャプタイヤ等で接続
し、発信機6をビル14に設置した中継用の全方位追尾
センサーに向けて発信する構成で実施することもでき
る。
【0019】
【本発明が奏する効果】本発明によれば、クレーンの荷
役作業に従事する作業員が、発信機6を携帯し吊り荷の
位置Tから全方位追尾センサー40へ光信号を発信する
だけの操作によって、自分の位置へクレーンのフック1
8を誘導する自動操縦ができる。しかも行き先をプログ
ラミングしておけば、ほぼ目的としている場所まで吊り
荷を送る自動操縦もでき、クレーン荷役作業の能率化、
省人化及び効率化に大きく寄与するのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】A、Bは本発明に係る自動操縦クレーンの実施
例を示した平面図と立面図である。
【図2】A、Bは図1の実施例において固定センサーに
より発信方向を割出すための説明図及び固定センサーの
原理図である。
【図3】A、Bは全方位追尾センサーの原理図と90°
監視センサーの原理図である。
【図4】光信号を処理する回路図である。
【図5】A、Bは全方位追尾センサーの平面図と正面図
である。
【図6】クレーンフックの行先指定の区分を例示した平
面図である。
【図7】自動操縦クレーンの他の実施例を示した側面図
である。
【符号の説明】
3 ブーム 40 全方位追尾センサー 4a〜4d 固定センサー 11a〜11d 90°監視センサー 6 発信機 18 フック φ 俯仰角 θ 旋回角
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 星野 春夫 東京都江東区南砂二丁目5番14号 株式 会社竹中工務店技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−139985(JP,A) 特開 昭63−123797(JP,A) 特開 昭59−104259(JP,A) 特開 昭50−113691(JP,A) 特開 平3−200087(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B66C 13/00 - 15/06

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 クレーンの上部に後記の発信機から発信
    された光信号を自動追尾して発信位置を旋回角と俯仰角
    で求める追尾センサー、及び前記の追尾センサーで求め
    た旋回角と俯仰角に基づいてクレーンの旋回装置と巻上
    機を自動制御するコントローラを設置し、発信機で任意
    の吊り荷位置から前記追尾センサーに向けて光信号を発
    信させ、前記光信号を自動追尾する追尾センサーによっ
    て発信位置を旋回角及び俯仰角で特定せしめ、前記の旋
    回角及び俯仰角に基づくコントローラの自動制御により
    クレーンのフックを吊り荷位置まで誘導させることを特
    徴とする、クレーンの自動操縦方法。
  2. 【請求項2】 後記の発信機から発信された光信号を自
    動追尾する追尾センサー、及び前記の追尾センサーが前
    記光信号を自動追尾して求めた発信位置の旋回角と俯仰
    角に基づいてクレーンの旋回装置と巻上機を自動制御す
    るコントローラがクレーンの上部に設置され、吊り荷位
    置等から前記追尾センサーに向かって光信号を発信する
    発信機との組合せから成ることを特徴とする、クレーン
    の自動操縦装置。
  3. 【請求項3】 発信機は吊り荷位置の光信号及び行先指
    示光信号の発信機構を具備し、クレーンには追尾センサ
    ーおよび前記行先指示光信号の受信機が設置されてお
    り、前記行先指示光信号を受信した受信機の信号はコン
    トローラへ入力され、コントローラにおいて前記行先指
    示信号が解読され指定された行き先位置へフック及び吊
    り荷が誘導されることを特徴とする、請求項2に記載し
    たクレーンの自動操縦装置。
  4. 【請求項4】 発信機から発信される光信号及び行先指
    示光信号と、クレーンのコントローラとは、光の直進性
    を害されない位置に設置された中継点の追尾センサー及
    び光信号発信機とを中継して連絡されることを特徴とす
    る、請求項2又は3に記載したクレーンの自動操縦装
    置。
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