JP6074233B2 - 作業機用ブーム自動追従装置 - Google Patents
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Description
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、作業者が、自身とブームとの位置関係を意識せずにブームの追従操作を行うことができる作業機用ブーム自動追従装置において、落下時に破損する可能性が少なく、操作可能範囲が広い作業機用ブーム自動追従装置を提供することを目的としている。
図1に示すように、この車両搭載型クレーン(以下、単に「クレーン本体」ともいう)1は、トラック等の車両9の運転席9aと荷台9bとの間に架装されるものであり、車両9のシャシフレーム(不図示)上にベース2が固定される。ベース2の左右には、車両幅方向に張り出し可能な一対のアウトリガ8が設けられている。ベース2上の車幅中央の位置にはコラム3が旋回自在に立設されている。そして、このコラム3の上端部に、ブーム4が伸縮および起伏自在に枢支されている。なお、コラム3には不図示のウインチが設けられ、このウインチから不図示のワイヤロープをブーム4の先端部4tに導き、不図示のフックに掛回している。
詳しくは、この遠隔操作器10は、図2に示すように、発信用制御部12と、時刻情報および操作信号送信部としての無線通信モジュール16と、超音波を発信する超音波発信ユニット14とを有しており、これにより、位置指令発信器を兼ねる構成になっている。
遠隔操作器10は、オペレータがクレーン1から離れた位置から所望のクレーン操作の入力をすると、所望のクレーン操作に対応した信号が、相互の無線通信モジュール16、26を介した無線通信によって追従情報生成装置20を経てコントローラ30に入力可能に構成されている。つまり、通常のクレーン操作においては、オペレータによる、上記アクチュエータに対応した遠隔操作器10の各選択スイッチ(不図示)の操作および速度レバー(不図示)の操作により、クレーン1の各アクチュエータを作動させる実行指令となる所定の操作データが、クレーン1側のコントローラ30に入力されるようになっている。
このブーム自動追従処理は、クレーン本体1が稼働状態のときに実行され、ブーム自動追従処理が実行されると、遠隔操作器10内の発信用制御部12では、図4(a)に示すように、まずステップS10に移行して超音波の発信時刻が更新されたか否かを監視し、更新されていれば(Yes)ステップS11に移行し、そうでなければ(No)ステップS10で待機する。
クレーン本体1が稼働状態のときにブーム自動追従処理が実行されると、追従情報生成装置20の受信用制御部22では、図5(a)に示すように、まずステップS30に移行して目標速度と目標位置の上空に位置すべきZ座標とを、予め格納されている設定テーブルを参照して設定し、続くステップS31では、超音波受信のための割込みの設定を行う。これは、メイン処理に超音波受信処理を組み込むと正確な受信時刻が測定できないので、超音波の受信については割込みで処理しており、このS31での超音波受信の割込み設定は、その初期設定である。同図(b)および(c)に示すように、メイン処理に並行して、ステップS40およびステップS50の割込みが常時実行され、これによりそれぞれ2つの超音波受信ユニット23,24からの受信時刻A、および受信時刻Bを取得して処理を戻すようになっている。
離隔距離Ra=発信・受信時間A×音速 (式1)
離隔距離Rb=発信・受信時間B×音速 (式2)
cosθ2=(Rb 2+D2−Ra 2)/(2RbD) (式3)
X=Rbcosθ2=(Rb 2+D2−Ra 2)/(2D) (式4)
Y=√(Rb 2−X2) (式5)
ここで、上記割込み処理(同図(b)および(c))のステップS40およびステップS50内における、受信時刻判定更新処理について図7を参照しつつ説明する。なお、この処理は、受信時刻A、および受信時刻Bのいずれの取得に対しても同じなので、ここでは受信時刻Aについて説明し受信時刻Bについては説明を省略する。
超音波を30ms以上受信しない状態が続いた後、最初に超音波受信を開始した時刻のみを直接波による受信時刻と判定し、それ以降に連続して超音波を受信した場合は反響音と判定し受信時刻の更新を行わない。
ここで、追従情報生成装置20側での超音波発信時刻と超音波受信時刻とを取得するタイミングは状況により異なる。そのため、「最新の超音波受信時刻」から「最新の超音波発信時刻」を引いた値が、そのまま「発信・受信時間」となるとは限らない。そこで、このマッチング処理では、超音波の発信・受信時刻情報をバッファリングし、そのバッファデータを用いて超音波受信後に超音波発信時刻と超音波受信時刻の対応付け(マッチング)を行うものである。なお、このマッチング処理についても、受信時間A,Bそれぞれに対して同様に処理を行うので、ここでは受信時間Aについて説明し、受信時間Bについては説明を省略する。
一方の、ステップS73では、旧い超音波受信時刻から新しい超音波発信時刻を引いた値を発信・受信時間としてステップS74に移行し、続くステップS74では、「%演算子」に基づき推定値を求める。なお、この「%演算子」は、除算後の余りを出力するものであって、例えば、14%3=2(14÷3=4あまり2)となる。この推定値は、図10(b)に示すように、電波受信処理が遅れた場合に対応しており(つまり、受信時刻(新)−発信時刻(新)>64ms)、発信・受信時間>64msとなる場合は、発信・受信時間=発信・受信時間%64msと計算した推定値を用いる。
この距離エラーフィルタリング処理は、超音波の受信ミス等の影響で離隔距離の演算結果が突発的に変化した場合、これをエラーと判断して除去(フィルタリング)するものである。なお、この距離エラーフィルタリング処理についても演算された離隔距離RaおよびRbそれぞれに対して同様に処理を行うものである。ここでは離隔距離Raの距離エラーフィルタリング処理について説明し、離隔距離Rbについては省略する。
上述のように、位置指令発信器を兼ねる遠隔操作器10は、超音波発信ユニット14から所定の送信間隔として64ms周期で40kHzの超音波を1msの間、遠隔操作器10の操作に関係なく常に発信する。今、遠隔操作器10の追従モード開始ボタン(動作許可ボタン)が押されると、これにより、遠隔操作器10は、座標測定に用いる時刻情報信号およびクレーンのブーム動作許可信号を無線通信モジュール16から文字列として発信する。ブーム動作許可信号は、追従モード開始ボタンを押している間だけ出力される。
追従情報生成装置20の受信用制御部22は、超音波発信時刻情報と超音波受信時刻情報とから遠隔操作器10(発信機)と各超音波受信ユニット23,24(受信機)間の離隔距離を演算する。そして、演算した2つの離隔距離Ra,Rbと超音波受信ユニット23,24同士の対向距離Dの関係から遠隔操作器10のXY座標を演算する。そして、受信用制御部22は、その演算されたXY座標並びに予め設定された目標速度および動作許可信号をクレーン1のコントローラ30に通信ポートを介して転送する。
例えば、上記実施形態では、測定点を2箇所の超音波受信ユニット23,24とした場合を例に説明したが、上述の構成のみによれば、遠隔操作器10が車両9の前方後方どちらにあるかの判定ができない。そのため、遠隔操作器10が車両9の前方後方どちらにあるかの設定をする前後切替機能(ボタンによる切替など)で前後方向の判定を予め行うように構成してもよい。
2 ベース
3 コラム
4 ブーム
8 アウトリガ
9 車両
10 遠隔操作器(位置指令発信器)
12 発信用制御部
14 超音波発信ユニット(超音波発信部)
16 無線通信モジュール(時刻情報送信部)
20 追従情報生成装置
22 受信用制御部
23 超音波受信ユニット(超音波受信部)
24 超音波受信ユニット(超音波受信部)
26 無線通信モジュール(時刻情報受信部)
30 コントローラ(制御部)
Claims (3)
- 起伏、伸縮および旋回動作を含むブーム動作が可能なブームと、該ブームのブーム動作を制御する制御部とを有するクレーン本体を備える作業機に用いられ、前記ブームの先端位置を前記クレーン本体とは別個に設けられた位置指令発信器の存する位置に追従移動させるブーム自動追従装置において、
前記クレーン本体に設けられて前記制御部に前記ブームの追従移動に必要な情報を送る追従情報生成部と、該追従情報生成部に前記ブームの先端位置を自身の位置に追従移動させるために必要な情報を電波によって送信する位置指令発信器とを備えるブーム自動追従装置であって、
前記位置指令発信器は、超音波を発信する超音波発信部と、該超音波発信部が超音波を発信したときの超音波発信時刻情報と前記ブームの追従移動に必要な情報とを文字列の情報として電波により送信する時刻情報送信部とを有し、
前記クレーン本体側には、相互に離隔して設けられて前記超音波発信部が発信した超音波をそれぞれ受信する2つの超音波受信部と、前記時刻情報送信部から電波により送信された超音波発信時刻情報を受信する時刻情報受信部とが設けられており、
前記追従情報生成部は、前記時刻情報受信部が受信した超音波発信時刻情報および前記2つの超音波受信部がそれぞれ超音波を受信したときの超音波受信時刻情報を取得し、前記超音波発信時刻情報と前記超音波受信時刻情報とを比較してその時間差から前記位置指令発信器と2つの超音波受信部との離隔距離をそれぞれ算出するとともにその算出した離隔距離に基づいて前記位置指令発信器のXY座標を算出し、その算出されたXY座標に基づく移動指令を前記制御部に送ることで前記ブームの先端位置を前記位置指令発信器の上空位置に追従移動させることを特徴とする作業機用ブーム自動追従装置。 - 前記追従情報生成部は、前記超音波発信時刻情報および前記超音波受信時刻情報をバッファリングしてそのバッファデータを用いて超音波受信後に超音波発信時刻と超音波受信時刻の対応付けをするマッチング処理手段を有し、当該マッチング処理手段は、新しい超音波受信時刻から新しい超音波発信時刻を引いた値が零よりも大きく且つ超音波の所定の送信間隔よりも小さいときには、正常のタイミングで電波受信処理が行われたものと判定し、そうでないときには、電波受信処理が遅れたものと判定することを特徴とする請求項1に記載の作業機用ブーム自動追従装置。
- 前記追従情報生成部は、前記離隔距離の演算結果をバッファリングしてそのバッファデータを用いて、判定すべき離隔距離のデータが正常か否かを判定する距離エラーフィルタリング処理手段を有するとともに、該距離エラーフィルタリング処理手段によって処理された正常データのみからなる平均値を基に前記位置指令発信器のXY座標を算出するように構成され、
前記距離エラーフィルタリング処理手段は、前記離隔距離のバッファデータに対して所定条件下でクラスタリングを行い、判定すべき離隔距離のデータが最大データ点数を持つ集合に属する場合には前記正常データと判定し、属さない場合にはエラーデータと判定することを特徴とする請求項1または2に記載の作業機用ブーム自動追従装置。
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