JP7003353B2 - クレーン衝突防止装置 - Google Patents

Description

本発明は、クレーン作業エリアにおける作業者とクレーンの吊荷の衝突などの事故を防止するクレーン衝突防止装置に関するものである。

従来、クレーン衝突防止装置として、距離センサを用いて対象物までの距離を求め、距離の時間変化に基づいて物体の移動速度を演算するとともに、クレーンの相対速度を取得して衝突防止制御を行うものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１７－７１４５５号公報

ところで、特許文献１において開示された技術では、相対速度と対象物までの距離で衝突防止を図っていた。そして、衝突防止は、クレーンそのものと対象物の衝突を防ぐことを行うものであった。このためクレーンが吊っている取扱物については配慮されておらず、特に取扱物が大きいと対象物に衝突する問題を解消できないという課題があった。

本発明は、上記従来のクレーン衝突防止装置の有する問題点に鑑み、簡易な設備構成で、クレーンの取扱物の大きさを吊上げ時に把握し、その情報に応じて減速距離を変えて、作業者などの対象物との衝突を防止する装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のクレーンの衝突防止装置は、クレーンが荷役する取扱物の荷姿情報を測域センサを用いて取得し、対象物との走行時の衝突を防止する減速距離を空荷時の減速距離に取扱物の荷姿情報を加えて算出し、該減速距離に基づいて減速を行うようにしたことを特徴とする。
ここで、「測域センサ」（Laser Range Scanner 又は 3D Scanner）とは、空間の物理的な形状データを出力することができる走査型の光波距離計をいう。

また、本発明のクレーンの衝突防止装置は、クレーンが荷役する取扱物の荷姿情報を測域センサを用いて取得し、対象物との走行時の衝突を防止する停止距離を空荷時の停止距離に取扱物の荷姿情報を加えて算出し、該停止距離に基づいて停止を行うようにしたことを特徴とする。

本発明のクレーンの衝突防止装置によれば、簡易な設備構成で、クレーンの取扱物の大きさを吊上げ時に把握し、その情報に応じて減速距離を変えて、作業者などの対象物との衝突を防止することができる。

本発明に係るクレーン衝突防止装置を適用した天井クレーンの一実施例を示す側面図である。 同クレーン衝突防止装置の制御装置の構成図である。 作業者のヘルメットに付けた再帰性反射材からなるマークの一例を示し、（ａ－１）は平面図、（ａ－２）は側面図、（ｂ－１）は他の例の平面図、（ｂ－２）は同側面図である。 赤外線投光器のＯＮ／ＯＦＦとカメラの撮影タイミングを表したタイムチャートである。 カメラで撮影した画像を示し、（ａ）は赤外線投光器がＯＦＦ時に撮影した画像例、（ｂ）は赤外線投光器がＯＮ時に撮影した画像例、（ｃ）は（ａ）の画像から（ｂ）の画像の差を取った画像例を示す。 無線機子機の押釦スイッチ配置の一例を示す説明図である。 測域センサとステッピングモータの説明図で、（ａ）は取り付けた状態を示す平面図、（ｂ）は測域センサをステッピングモータで首振りを行った側面図である。 測域センサから対象までの各角度における距離を測定する原理のイメージ図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。 作業者とクレーンの取扱物との関係図である。 走行開始時のスキャン状態のイメージ図である。 走行移動時障害物検知状態のイメージ図である。

以下、本発明のクレーン衝突防止装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１～図３に、本発明に係るクレーン衝突防止装置を適用した天井クレーンの一実施例を示す。

図１は、本発明に係るクレーン衝突防止装置を天井クレーンに適用した概略構成図で、天井クレーン０１下の作業者１３は、取扱物０９を他の場所に移動させるためフック０５に玉掛け作業を行っている。この状態の安全確認を実施するためにクレーン０１のクラブ０２に設置したカメラ２１で監視している。また、取扱物０９の形状を計測するために、天井クレーン０１上のクラブ０２に測域センサ２３を設置するようにしている。

図２は、このクレーン作業エリア安全確認装置の制御構成であるが、カメラ２１と赤外線投光器２２が、演算装置としての人検知パソコン２６に接続されている。クレーンコントローラ３０から人検知パソコン２６にクレーン作業エリアの作業者１３を検出するように指示が来ると、人検知パソコン２６は赤外線投光器２２のＯＮ／ＯＦＦを行い、それに同期してカメラ２１の撮影を行う。

ここで、クレーン作業エリア登録装置は、汎用の天井クレーンに適用することができ、天井クレーン０１には、汎用の天井クレーンが備える、例えば、天井クレーン０１の走行位置を把握するための走行レーザ距離計２７、横行位置を把握するための横行レーザ距離計２８等の機器を備えるようにしている。
天井クレーン０１は３方向の動作が可能となっており、巻上下動作を行う巻上モータ３２、巻上モータの速度制御を行う巻上インバータ３１、横行動作を行う横行モータ３４、横行モータの速度制御を行う横行インバータ３３、走行動作を行う走行モータ３６、走行モータの速度制御を行う走行インバータ３５からなる。

測域センサ２３は、演算手段としての形状認識パソコン２９に接続されている。
ここで、測域センサ２３は、Laser Range Scanner 又は 3D Scannerとも呼ばれ、空間の物理的な形状データを出力することができる走査型の光波距離計をいい、「光検出と測距」又は「レーザ画像検出と測距」とも呼ばれる「ＬＩＤＡＲ」（Light Detection and Ranging 又は Laser Imaging Detection and Rangingの略語。光を用いたリモートセンシング技術の一つで、パルス状に発光するレーザ照射に対する散乱光を測定し、遠距離にある対象までの距離やその対象の形状や性質を分析する装置。）、例えば、北陽電機社製の「ＵＴＭ－３０ＬＸ－ＥＷ」を好適に使用することができる。
この測域センサ２３は、半円状に光を出して反射光が戻ってくるまでの時間を測定し、測域センサから対象までの各角度における距離を測定する。
そして、測域センサ２３は、図７に示すように、モータコントローラ２５によって制御されるステッピングモータ２４を用いてスキャニングの角度が変えられるようになっている。
図８（ａ）はそのイメージ図で半円方向に光をスキャンし、取扱物０９からの距離を測定する。しかし、これだけでは取扱物０９の一部分を捉えただけであるので半円方向と直角方向に測域センサ２３を回転させて距離を測定する。図８（ｂ）はその動作を行った場合の取扱物０９の上方から見た図である。このようにして取扱物０９のように床面より高い物体について計測を行いその座標を求める。
測域センサ２３の視野内にあるすべての高さを持つ物体について計測を行い、その座標を算出する。

以下、本発明に係るクレーン衝突防止装置を、この天井クレーン０１の動作に基づいて説明する。
天井クレーン０１は、クラブ０２が図面の矢印方向に動作し、横行と直角方向に走行車輪０６を備えた天井クレーン０１が走行レール０７上を走行して目的位置に移動する。

天井クレーン０１が目的位置へ移動完了後、フック０５下の取扱物０９の検知を行う。
形状認識パソコン２９は、取扱物０９の形状を測域センサ２３を使用して計測する。
測域センサ２３は、半円状に光を出して反射光が戻ってくるまでの時間を測定し、測域センサ２３から対象までの各角度における距離を測定する。
図４は、そのイメージ図で半円方向に光をスキャンし、取扱物０９からの距離を測定する。
しかし、これだけでは取扱物０９の一部分を捉えただけであるので半円方向と直角方向に測域センサ２３を回転させて距離を測定する。
図５はその動作を行った場合の取扱物０９の上方から見た図である。このようにして取扱物０９の形状について計測を行い、形状認識パソコン２９はその大きさを求める。

天井クレーン０１の走行路上に居る作業者１３の検知は、作業者１３のヘルメット１１に、図４に示すような再帰性反射材らなるマーク１２を取り付け、カメラ２１の近くに投光器２２を設けて、投光器２２のＯＮ／ＯＦＦに同期してクレーン周辺を撮像する。撮像した投光器のＯＮ時の映像とＯＦＦ時の映像の差分を取って、ヘルメット１１に取り付けた再帰性反射材のマーク映像を抽出し、作業者１３の認識を行う。
図５（ａ）は、赤外線投光器２２がＯＦＦ時の画像例で、図５（ｂ）は、赤外線投光器２２がＯＮ時の画像例である。人検知パソコン２６はヘルメット１１に付けられた再回帰性反射材からなるマーク１２の映像をＯＮ／ＯＦＦ時に分けてカメラ２１から画像を取り込んで、ＯＮ時の画像からＯＦＦ時の画像の差を取ることにより図５（ｃ）に示すようなマークを抽出した画像例を得ることができる。
ここで、再回帰性反射材には、従来公知のガラスビーズ等を用いたあらゆる方向から入射した光に対して常に入射した方向に光を反射させる、具体的には、入射した光が光源に向けて反射する特性を備えた素材を用いることができる。

巻上動作を行ったときに、取扱物０９の大きさ情報（Ｗｍ、Ｗｓ）を形状認識パソコン２９は、クレーンコントローラ３０に送る。

クレーンコントローラ３０は、天井クレーン０１が取扱物０９を持った場合の減速距離Ｌｍ、Ｌｓは、空荷のときの減速距離に取扱物０９の大きさの１／２の長さを加えたものとして算出する。

天井クレーン０１は、取扱物０９を巻き上げた後に走行動作に移る。

人検知パソコン２６は、走行動作時にカメラ２１を用いて進行方向に作業者１３が居ないかチェックしながら走行する。
作業者１３の検出は、カメラ２１、投光器２２及び人検知パソコン２６を用いて行う。

人検知パソコン２６が、作業者１３を発見したときは、「空荷時の減速距離＋取扱物０９の大きさの１／２の長さ」の距離で減速処理を行うようにクレーンコントローラ３０に送信する。同時に作業者１３に対して警告を発報するようにクレーンコントローラ３０に送信する。

警告を発報しても作業者１３が居続けた場合は、「空荷時の停止距離＋取扱物０９の大きさの１／２の長さ」の距離で停止処理を行うように人検知パソコン２６はクレーンコントローラ３０に送信する。

このようにして人検知パソコン２６はクレーンコントローラ３０と連動して衝突防止を実現する。

ここで、上記説明は、対象物を作業者１３として説明したが、対象物が床面に置かれた物体の場合にも同様に衝突防止の機能を持たせるようにすることができる。
具体的には、操業に入って、図１０に示すように、ワイヤロープ０４に取り付けたフック０５で取扱物０９を吊って目的地まで移動する場合は、測域センサ２３をステッピングモータ２４を使用して走行方向を規定角度まで移動させる。

測域センサ２３は規定角度に固定した状態で前方をスキャンする。

図１１に示すように、走行を開始し、移動を開始して点線のような位置で測域センサ２３は物体１７を検知する。

移動を続けて、２点鎖線の位置で取扱物０９の搬送位置より背の高い物体との判断を形状認識パソコン２９は行い、クレーンコントローラ３０に減速を指示する。
このとき、図９に示すように、「空荷時の減速距離＋取扱物０９の大きさの１／２の長さ」の距離、すなわち、減速距離Ｌｍ、Ｌｓで減速処理を行うようにする。

クレーンコントローラ３０は走行インバータ３５に減速を指示する。同時に衝突警報ランプ６１を点灯させる。

更に移動が継続された場合は、形状認識パソコン２９は、クレーンコントローラ３０に停止指示を行う。
このとき、「空荷時の停止距離＋取扱物０９の大きさの１／２の長さ」の距離で停止処理を行うようにする。

クレーンコントローラ３０は走行インバータ３５に停止を指示する。同時に停止ランプ６２を点灯させる。

以上、本発明のクレーン衝突防止装置について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明のクレーン衝突防止装置は、簡易な設備構成で、クレーンの取扱物の大きさを吊上げ時に把握し、その情報に応じて減速距離を変えて、作業者などの対象物との衝突を防止することができることから、天井クレーンの用途に好適に用いることができるほか、例えば、クレーンを用いる建設機械等の用途にも用いることができる。

０１ クレーン（天井クレーン）
０２ クラブ
０３ 巻上装置
０４ ワイヤロープ
０５ フック
０６ 走行車輪
０７ 走行レール
０９ 取扱物
１１ ヘルメット
１２ 再帰性反射材からなるマーク
１３ 作業者（対象物）
１４ 玉掛けワイヤ
１７ 物体
２１ カメラ
２２ 赤外線投光器
２３ 測域センサ
２４ ステッピングモータ
２５ モータコントローラ
２６ 演算装置（人検知パソコン）
２７ 走行レーザ距離計
２８ 横行レーザ距離計
２９ 演算装置（形状認識パソコン）
３０ クレーンコントローラ
３１ 巻上インバータ
３２ 巻上モータ
３３ 横行インバータ
３４ 横行モータ
３５ 走行インバータ
３６ 走行モータ
３７ 無線機親機
３８ 無線機子機
６１ 衝突警報ランプ
６２ 停止ランプ
Ｌｍ 減速距離
Ｌｓ 減速距離

Claims (2)

1. 走行モータの速度制御を行う走行インバータを備えたクレーンの衝突防止装置であって、クレーンが荷役する取扱物の荷姿情報を測域センサを用いて取得し、対象物との走行時の衝突を防止する減速距離を空荷時の減速距離に取扱物の荷姿情報を加えて算出し、該減速距離に基づいて減速を行うようにしたことを特徴とするクレーンの衝突防止装置。
2. 走行モータの速度制御を行う走行インバータを備えたクレーンの衝突防止装置であって、クレーンが荷役する取扱物の荷姿情報を測域センサを用いて取得し、対象物との走行時の衝突を防止する停止距離を空荷時の停止距離に取扱物の荷姿情報を加えて算出し、該停止距離に基づいて停止を行うようにしたことを特徴とするクレーンの衝突防止装置。

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