JP7223227B2 - クレーン及び経路生成システム - Google Patents

Description

本発明は、クレーン及び経路生成システムに関する。

従来より、代表的な作業車両であるクレーンが知られている。クレーンは、主に車両とクレーン装置で構成されている。車両は、複数の車輪を備え、自走可能としている。クレーン装置は、ブームのほかにワイヤロープやフックを備え、荷物を吊り下げた状態でこれを搬送可能としている。

ところで、ロボットアームの移動経路を生成する軌道経路計画装置が存在している（特許文献１参照）。かかる軌道経路計画装置は、節点毎にロボットアームが障害物に衝突するか否かを判定し、衝突しないと判定した節点のみを結んで移動経路を生成する。しかし、このような軌道経路計画装置においても、隣接する節点の間隔が大きければ、節点から節点までの移動経路上に障害物が存在している場合があると考えられる。従って、かかる技術をクレーンに適用しても、搬送途中の荷物が障害物に衝突してしまうという懸念があった。また、クレーンによる荷物の搬送作業にあっては、特定の領域（以降、「侵入禁止領域」という）に荷物が侵入するのを禁止している場合がある。従って、荷物が侵入禁止領域に侵入するのを防ぐ必要もあった。

特開２０１２－１９０４０５号公報

搬送途中の荷物が障害物に衝突するのを防ぐとともに、荷物が侵入禁止領域に侵入するのを防ぐことができるクレーン及び経路生成システムを提供する。

第一の発明は、
ブームと、
前記ブームから吊り下げられるフックと、が設けられたクレーンであって、
複数の節点を配置して当該節点を結んで荷物の搬送経路を生成する制御装置を備え、
前記制御装置は、制限領域には前記節点を配置せず、
前記制御装置は、前記フック及び前記荷物を通る鉛直軸を設定し、前記鉛直軸から前記荷物の最側端までの水平方向長さを算出し、隣接する節点間の水平方向の距離が前記水平方向長さの２倍以下となるように前記節点の水平方向の間隔を設定し、
前記制御装置は、前記フックから前記荷物を含む前記鉛直軸上に基準位置を設定し、前記基準位置から前記荷物の最下端までの鉛直方向長さを算出し、隣接する節点間の鉛直方向の距離が前記鉛直方向長さ以下となるように前記節点の鉛直方向の間隔を設定し、
前記基準位置は、前記鉛直軸上において、前記基準位置から鉛直方向に前記鉛直方向長さの範囲で荷物の通過範囲が収まる位置にある、ものである。

第二の発明は、第一の発明に係るクレーンにおいて、
前記制御装置は、水平方向に相互に隣接した３つ以上の節点をそれぞれ中心とする半径が前記水平方向長さに等しく高さが前記鉛直方向長さに等しい円柱領域を想定し、前記円柱領域の少なくとも１つが制限領域に重なる場合、前記３つ以上の節点を除いた残りの節点を用いて前記搬送経路を生成し、
前記円柱領域の少なくとも１つが制限領域に重なる場合に前記３つ以上の節点を除くことを、配置された節点で形成される全ての区画に対して行う、ものである。

第三の発明は、第二の発明に係るクレーンにおいて、
前記制御装置は、前記制限領域に対して水平方向に前記水平方向長さを加え前記制限領域に対して鉛直方向に前記鉛直方向長さを加えた領域の外側で前記節点を配置する、ものである。

第四の発明は、第二の発明に係るクレーンにおいて、
前記制御装置は、前記荷物の想定される振れ幅を予測し、前記制限領域に対して水平方向に前記水平方向長さと前記振れ幅とを加え前記制限領域に対して鉛直方向に前記鉛直方向長さを加えた領域の外側で前記節点を配置する、ものである。

第五の発明は、
ブームと、
前記ブームから吊り下げられるフックと、が設けられたクレーンにより搬送される荷物の搬送経路を生成する経路生成システムであって、
複数の節点を配置して当該節点を結んで前記荷物の搬送経路を生成するシステム側制御装置を備え、
前記システム側制御装置は、制限領域には前記節点を配置せず、
前記システム側制御装置は、前記フック及び前記荷物を通る鉛直軸を設定し、前記鉛直軸から前記荷物の最側端までの水平方向長さを算出し、隣接する節点間の水平方向の距離が前記水平方向長さの２倍以下となるように前記節点の水平方向の間隔を設定し、
前記システム側制御装置は、前記フックから前記荷物を含む前記鉛直軸上に基準位置を設定し、前記基準位置から前記荷物の最下端までの鉛直方向長さを算出し、隣接する節点間の鉛直方向の距離が前記鉛直方向長さ以下となるように前記節点の鉛直方向の間隔を設定し、
前記基準位置は、前記鉛直軸上において、前記基準位置から鉛直方向に前記鉛直方向長さの範囲で荷物の通過範囲が収まる位置にある、ものである。

第一の発明に係るクレーンは、複数の節点を配置して当該節点を結んで荷物の搬送経路を生成する制御装置を備えている。制御装置は、制限領域には節点を配置しない。そして、フック及び荷物を通る鉛直軸を設定し、鉛直軸から荷物の最側端までの水平方向長さを算出し、隣接する節点間の水平方向の距離が水平方向長さの２倍以下となるように節点の水平方向の間隔を設定する。また、制御装置は、フックから荷物を含む鉛直軸上に基準位置を設定し、基準位置から荷物の最下端までの鉛直方向長さを算出し、隣接する節点間の鉛直方向の距離が鉛直方向長さ以下となるように節点の鉛直方向の間隔を設定する。基準位置は、鉛直軸上において、基準位置から鉛直方向に鉛直方向長さの範囲で荷物の通過範囲が収まる位置にある。かかるクレーンによれば、隣接する節点のそれぞれで荷物が障害物に衝突しないと判定される場合、この節点から節点までの搬送経路上でも荷物が障害物に衝突しない。同様に、隣接する節点のそれぞれで荷物が侵入禁止領域に侵入しないと判定される場合、この節点から節点までの搬送経路上でも荷物が侵入禁止領域に侵入しない。これにより、搬送途中の荷物が障害物に衝突するのを防ぐとともに、荷物が侵入禁止領域に侵入するのを防ぐことができる。

第二の発明に係るクレーンにおいて、制御装置は、水平方向に相互に隣接した３つ以上の節点をそれぞれ中心とする半径が水平方向長さに等しく高さが鉛直方向長さに等しい円柱領域を想定し、円柱領域の少なくとも１つが制限領域に重なる場合、３つ以上の節点を除いた残りの節点を用いて搬送経路を生成する。円柱領域の少なくとも１つが制限領域に重なる場合に前記３つ以上の節点を除くことを、配置された節点で形成される全ての区画に対して行う。かかるクレーンによれば、水平方向に相互に隣接した３つ以上の節点を結んで形成される区画毎に、荷物が障害物に衝突するか否かが判定される。同様に、水平方向に相互に隣接した３つ以上の節点を結んで形成される区画毎に、荷物が侵入禁止領域に侵入するか否かが判定される。そして、荷物が障害物に衝突すると判定される節点と、荷物が侵入禁止領域に侵入すると判定される節点を除いた残りの節点を用いて搬送経路が生成される。これにより、搬送途中の荷物が障害物に衝突するのを防ぐとともに、荷物が侵入禁止領域に侵入するのを防ぐことができる。

第三の発明に係るクレーンにおいて、制御装置は、制限領域に対して水平方向に水平方向長さを加え制限領域に対して鉛直方向に鉛直方向長さを加えた領域の外側で節点を配置する。かかるクレーンによれば、荷物が障害物に衝突することが明らかな節点が配置されない。同様に、荷物が侵入禁止領域に侵入することが明らかな節点が配置されない。これにより、搬送途中の荷物が障害物に衝突するのを防ぐとともに、荷物が侵入禁止領域に侵入するのを防ぐことができる。また、配置される節点の数が少なくなるため、搬送経路の生成のための計算量を削減できる。

第四の発明に係るクレーンにおいて、制御装置は、荷物の想定される振れ幅を予測し、制限領域に対して水平方向に水平方向長さと振れ幅とを加え制限領域に対して鉛直方向に鉛直方向長さを加えた領域の外側で節点を配置する。かかるクレーンによれば、荷物の振れによって荷物が障害物に衝突する可能性のある節点が配置されない。同様に、荷物が侵入禁止領域に侵入する可能性のある節点が配置されない。これにより、搬送途中の荷物が障害物に衝突するのを防ぐとともに、荷物が侵入禁止領域に侵入するのを防ぐことができる。また、配置される節点の数が少なくなるため、搬送経路の生成のための計算量を削減できる。

第五の発明に係る経路生成システムは、複数の節点を配置して当該節点を結んで荷物の搬送経路を生成するシステム側制御装置を備えている。システム側制御装置は、制限領域には前記節点を配置しない。そして、システム側制御装置は、フック及び荷物を通る鉛直軸を設定し、鉛直軸から荷物の最側端までの水平方向長さを算出し、隣接する節点間の水平方向の距離が水平方向長さの２倍以下となるように節点の水平方向の間隔を設定する。また、システム側制御装置は、フックから荷物を含む鉛直軸上に基準位置を設定し、基準位置から荷物の最下端までの鉛直方向長さを算出し、隣接する節点間の鉛直方向の距離が鉛直方向長さ以下となるように節点の鉛直方向の間隔を設定する。基準位置は、鉛直軸上において、基準位置から鉛直方向に鉛直方向長さの範囲で荷物の通過範囲が収まる位置にある。かかる経路生成システムによれば、隣接する節点のそれぞれで荷物が障害物に衝突しないと判定される場合、この節点から節点までの搬送経路上でも荷物が障害物に衝突しない。同様に、隣接する節点のそれぞれで侵入禁止領域に侵入しないと判定される場合、この節点から節点までの搬送経路上でも荷物が侵入禁止領域に侵入しない。これにより、搬送途中の荷物が障害物に衝突するのを防ぐとともに、荷物が侵入禁止領域に侵入するのを防ぐことができる。

クレーンを示す図。 クレーンの制御構成を示す図。 節点の配置を示す図、（Ａ）クレーンの上方からみた節点の配置を示す図、（Ｂ）クレーンの側方からみた節点の配置を示す図。 任意の旋回角度における節点と経路を示す図。 荷物を斜め上方からみたときの水平方向長さを示す図。 節点の水平方向の間隔を示す図。 荷物を斜め上方からみたときの鉛直方向長さを示す図。 節点の鉛直方向の間隔を示す図。 荷物が障害物に衝突すると判定される状況を示す図、（Ａ）節点と制限領域を示す図、（Ｂ）４つの円柱領域と制限領域を示す図。 荷物の搬送経路を示す図。 節点の配置を示す図、（Ａ）制限領域の上方からみた節点の配置を示す図、（Ｂ）Ａ―Ａ断面における節点の配置を示す図。 荷物の振れ幅を示す図。 節点の配置を示す図、（Ａ）制限領域の上方からみた節点の配置を示す図、（Ｂ）Ａ―Ａ断面における節点の配置を示す図。 経路生成システムを示す図。

本願に開示する技術的思想は、以下に説明するクレーン１のほか、他のクレーンにも適用できる。

まず、図１を用いて、第一実施形態に係るクレーン１について説明する。本願においては、障害物が存在する領域と侵入禁止領域を併せて制限領域Ａｂ（図９参照）と定義する。

クレーン１は、主に車両２とクレーン装置３で構成されている。

車両２は、左右一対の前輪４と後輪５を備えている。また、車両２は、荷物Ｗの搬送作業を行なう際に接地させて安定を図るアウトリガ６を備えている。なお、車両２は、アクチュエータによって、その上部に支持するクレーン装置３を旋回自在としている。

クレーン装置３は、その後部から前方へ突き出すようにブーム７を備えている。そのため、ブーム７は、アクチュエータによって旋回自在となっている（矢印Ａ参照）。また、ブーム７は、アクチュエータによって伸縮自在となっている（矢印Ｂ参照）。更に、ブーム７は、アクチュエータによって起伏自在となっている（矢印Ｃ参照）。

加えて、ブーム７には、ワイヤロープ８が架け渡されている。ブーム７の基端側には、ワイヤロープ８を巻き付けたウインチ９が配置され、ブーム７の先端側には、ワイヤロープ８によってフック１０が吊り下げられている。ウインチ９は、アクチュエータと一体的に構成されており、ワイヤロープ８の繰り入れ及び繰り出しを可能としている。そのため、フック１０は、アクチュエータによって昇降自在となっている（矢印Ｄ参照）。なお、クレーン装置３は、ブーム７の側方にキャビン１１を備えている。

次に、図２を用いて、クレーン１の制御構成について説明する。

クレーン１は、制御装置２０を備える。制御装置２０には、各種操作具２１～２４が接続されている。また、制御装置２０には、各種バルブ３１～３４が接続されている。更に、制御装置２０には、各種センサ５１～５４が接続されている。

上述したように、ブーム７は、アクチュエータによって旋回自在となっている（図１における矢印Ａ参照）。本願においては、かかるアクチュエータを旋回用油圧モータ４１（図１参照）と定義する。旋回用油圧モータ４１は、方向制御弁である旋回用バルブ３１によって適宜に稼動される。つまり、旋回用油圧モータ４１は、旋回用バルブ３１が作動油の流動方向を切り替えることで適宜に稼動される。なお、旋回用バルブ３１は、オペレータによる旋回操作具２１の操作に基づいて稼動される。また、ブーム７の旋回角度は、旋回用センサ５１によって検出される。そのため、制御装置２０は、ブーム７の旋回角度を認識することができる。

また、上述したように、ブーム７は、アクチュエータによって伸縮自在となっている（図１における矢印Ｂ参照）。本願においては、かかるアクチュエータを伸縮用油圧シリンダ４２（図１参照）と定義する。伸縮用油圧シリンダ４２は、方向制御弁である伸縮用バルブ３２によって適宜に稼動される。つまり、伸縮用油圧シリンダ４２は、伸縮用バルブ３２が作動油の流動方向を切り替えることで適宜に稼動される。なお、伸縮用バルブ３２は、オペレータによる伸縮操作具２２の操作に基づいて稼動される。また、ブーム７の伸縮長さは、伸縮用センサ５２によって検出される。そのため、制御装置２０は、ブーム７の伸縮長さを認識することができる。

更に、上述したように、ブーム７は、アクチュエータによって起伏自在となっている（図１における矢印Ｃ参照）。本願においては、かかるアクチュエータを起伏用油圧シリンダ４３（図１参照）と定義する。起伏用油圧シリンダ４３は、方向制御弁である起伏用バルブ３３によって適宜に稼動される。つまり、起伏用油圧シリンダ４３は、起伏用バルブ３３が作動油の流動方向を切り替えることで適宜に稼動される。なお、起伏用バルブ３３は、オペレータによる起伏操作具２３の操作に基づいて稼動される。また、ブーム７の起伏角度は、起伏用センサ５３によって検出される。そのため、制御装置２０は、ブーム７の起伏角度を認識することができる。

加えて、上述したように、フック１０は、アクチュエータによって昇降自在となっている（図１における矢印Ｄ参照）。本願においては、かかるアクチュエータを巻回用油圧モータ４４（図１参照）と定義する。巻回用油圧モータ４４は、方向制御弁である巻回用バルブ３４によって適宜に稼動される。つまり、巻回用油圧モータ４４は、巻回用バルブ３４が作動油の流動方向を切り替えることで適宜に稼動される。なお、巻回用バルブ３４は、オペレータによる巻回操作具２４の操作に基づいて稼動される。また、フック１０の吊下長さは、巻回用センサ５４によって検出される。そのため、制御装置２０は、フック１０の吊下長さを認識することができる。

加えて、制御装置２０には、ＧＮＳＳ受信機５５、通信機５６が接続されている。

ＧＮＳＳ受信機５５は、全球測位衛星システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）を構成する受信機であって、衛星から測距電波を受信し、受信機の位置座標である緯度、経度、標高を算出する装置である。ＧＮＳＳ受信機５５は、ブーム７の先端部分とキャビン１１に設けられている。ＧＮＳＳ受信機５５は、ブーム７の先端部分とキャビン１１の位置座標を算出する。なお、ＧＮＳＳ受信機５５は、制御装置２０に接続されている。そのため、制御装置２０は、ＧＮＳＳ受信機５５が算出した位置座標を取得することができる。また、制御装置２０は、ブーム７の先端部分の位置座標と吊下長さに基づいて、荷物Ｗの位置座標を認識することができる。更に、制御装置２０は、ブーム７の先端部分の位置座標とキャビン１１の位置座標から、車両２を基準とするブーム７の方位を認識することができる。

通信機５６は、外部のサーバ等と通信を行う装置である。通信機５６は、キャビン１１に設けられている。通信機５６は、外部のサーバ等から後述する作業領域Ａｗの空間情報及び作業に関する情報等を取得するように構成されている。なお、通信機５６は、制御装置２０に接続されている。そのため、制御装置２０は、通信機５６を介して情報を取得することができる。

次に、図３と図４を用いて、荷物Ｗの搬送経路ＣＲの生成について説明する。ここでは、搬送経路の生成概念を分かりやすくするため、ブーム７の旋回、伸縮、起伏によって生成される搬送経路ＣＲについて説明する。以下の説明で、機体情報とは、クレーン１の性能諸元データである。作業に関する情報とは、荷物Ｗの吊り上げ地点Ｐｓ、荷物Ｗの吊り降ろし地点Ｐｅ、荷物Ｗの重量、荷物Ｗの形状、荷物Ｗの姿勢等に関する情報である。搬送経路情報とは、荷物Ｗの搬送経路、搬送速度等である。作業領域Ａｗの空間情報とは、作業領域Ａｗ内の制限領域Ａｂ（図９参照）等の三次元情報である。なお、作業に関する情報は、ＢＩＭ（Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ）を用いて、取得される。

制御装置２０は、搬送する荷物Ｗの重量から作業可能範囲Ａｒを設定する。具体的には、制御装置２０は、通信機５６を介して外部のサーバ等から作業に関する情報である荷物Ｗの重量と機体情報であるクレーン１の性能諸元データを取得する。そして、制御装置２０は、荷物Ｗの重量とクレーン１の性能諸元データからクレーン１が荷物Ｗを搬送することができる空間である作業可能範囲Ａｒを算出する。

図３と図４に示すように、制御装置２０は、作業可能範囲Ａｒ内において搬送経路ＣＲを構成する候補となる全ての経路Ｒ（ｎ）を生成する（ｎは任意の自然数）。経路Ｒ（ｎ）は、複数の節点Ｐ（ｎ）を結んだものである。なお、節点Ｐ（ｎ）は、作業領域Ａｗ内の制限領域Ａｂ（図９参照）には配置されない。

制御装置２０は、任意の旋回角度θｘ（ｎ）、任意の起伏角度θｚ（ｎ）の位置にあるブーム７を伸縮可能なブーム長さＬｙ（ｎ）の全範囲において任意のブーム長さ刻み毎に伸縮させる場合の節点Ｐ（ｎ）を配置する。次に、制御装置２０は、任意の旋回角度刻みだけ異なる任意の旋回角度θｘ（ｎ＋１）、任意の起伏角度θｚ（ｎ）の位置にあるブーム７を任意のブーム長さ刻み毎に伸縮させる場合の節点Ｐ（ｎ）を、伸縮可能なブーム長さＬｙ（ｎ）の全範囲において配置する。このように、制御装置２０は、旋回可能な旋回角度θｘ（ｎ）の全範囲において任意の旋回角度刻み毎に、任意の起伏角度θｚ（ｎ）の位置にあるブーム７を伸縮させる場合の節点Ｐ（ｎ）を配置する。

同様にして、制御装置２０は、任意の起伏角度刻みだけ異なる任意の起伏角度θｚ（ｎ＋１）の位置にあるブーム７を任意のブーム長さ刻み毎に伸縮させる場合の節点Ｐ（ｎ）を、旋回可能な旋回角度θｘ（ｎ）の全範囲において任意の旋回角度刻み毎に配置する。このように、制御装置２０は、旋回可能な旋回角度θｘ（ｎ）の全範囲における任意の旋回角度刻み毎、かつ伸縮可能なブーム長さＬｙ（ｎ）の全範囲における任意のブーム長さ刻み毎、かつ起伏可能な起伏角度θｚ（ｎ）の全範囲における任意の起伏角度刻み毎に節点Ｐ（ｎ）を配置する。この結果、作業可能範囲Ａｒ内には、ブーム７の任意の旋回角度θｘ（ｎ）、任意のブーム長さＬｙ（ｎ）、任意の起伏角度θｚ（ｎ）における節点Ｐ（ｎ）が任意の旋回角度刻み毎、任意のブーム長さ刻み毎、任意の起伏角度刻み毎に配置されている。

図４に示すように、制御装置２０は、任意の一の節点Ｐ（ｎ）と隣り合う複数の他の節点Ｐ（ｎ＋１）、Ｐ（ｎ＋２）・・を、荷物Ｗが通る候補の点として特定する。制御装置２０は、一の節点Ｐ（ｎ）から隣り合う複数の他の節点Ｐ（ｎ＋１）、Ｐ（ｎ＋２）・・までの経路Ｒ（ｎ）、Ｒ（ｎ＋１）・・をそれぞれ生成する。制御装置２０は、全ての節点Ｐ（ｎ）間に経路Ｒ（ｎ）を生成することで、作業可能範囲Ａｒ内の空間をカバーする経路網を生成する。経路Ｒ（ｎ）は、任意の旋回角度θｘ（ｎ）、任意の伸縮長さＬｙ（ｎ）、任意の起伏角度θｚ（ｎ）で生成される。ここでは、任意の旋回角度θｘ（ｎ）における経路Ｒ（ｎ）について詳しく説明する。

制御装置２０は、任意の旋回角度θｘ（ｎ）において、起伏角度θｚ（ｎ）のブーム７を任意のブーム長さ刻み毎に縮小させる順に配置した節点Ｐ（ｎ）、節点Ｐ（ｎ＋１）と、起伏角度θｚ（ｎ＋１）のブーム７を任意のブーム長さ刻み毎に縮小させて順に配置した節点Ｐ（ｎ＋２）、節点Ｐ（ｎ＋３）をそれぞれ結んだ経路を生成する。節点Ｐ（ｎ）と節点Ｐ（ｎ＋１）を結ぶ経路Ｒ（ｎ＋１）は、ブーム７の伸縮によって荷物Ｗが通る経路である。節点Ｐ（ｎ）と節点Ｐ（ｎ＋２）を結ぶ経路Ｒ（ｎ＋２）は、ブーム７の起伏によって荷物Ｗが通る経路である。節点Ｐ（ｎ）と節点Ｐ（ｎ＋３）を結ぶ経路Ｒ（ｎ＋３）は、ブーム７の伸縮かつ起伏によって荷物Ｗが通る経路である。

任意の伸縮長さＬｙ（ｎ）でブーム７の旋回、起伏によって荷物Ｗが通る経路、任意の起伏角度θｚ（ｎ）でブーム７の旋回、伸縮によって荷物Ｗが通る経路も同様に隣り合う節点Ｐ（ｎ）を結んで生成される。このように生成される複数の経路Ｒ（ｎ）は、ブーム７の旋回、伸縮、起伏のそれぞれ単独の動きによって搬送される荷物Ｗの経路と、旋回、伸縮、起伏のうち、複数の動きの併用によって搬送される荷物Ｗの経路とから構成されている。

制御装置２０は、優先順位に基づいて作動させるアクチュエータ（旋回用油圧モータ４１、伸縮用油圧シリンダ４２、起伏用油圧シリンダ４３）を選択する。そして、制御装置２０は、所定の条件を満たすとともに、選択したアクチュエータの作動によって荷物Ｗが通る搬送経路ＣＲを生成する。搬送経路ＣＲは、複数の経路Ｒ（ｎ）によって構成される。つまり、搬送経路ＣＲは、節点Ｐ（ｎ）を結んで生成される。制御装置２０は、荷物Ｗが搬送経路ＣＲに沿うようにアクチュエータを制御して、吊り上げ地点Ｐｓから吊り降ろし地点Ｐｅまで荷物Ｗを搬送する。

なお、制御装置２０は、ウインチ９の繰り入れ及び繰り出し、ブーム７の先端部分に取り付けられるジブのチルト及び伸縮において、任意の刻み毎に節点Ｐ（ｎ）を生成することができる。つまり、クレーン１は、経路Ｒ（ｎ）及び搬送経路ＣＲをワイヤロープ８の繰り入れ及び繰り出し、ジブのチルト及び伸縮に基づいて生成することができる。

次に、図５及び図６を用いて、節点Ｐ（ｎ）の水平方向の間隔について説明する。本願における節点Ｐ（ｎ）の配置の概念を分かりやすくするため、格子状に配置される節点Ｐ（ｎ）について説明する。つまり、節点Ｐ（ｎ）の配置は、格子状に限定されない。

制御装置２０は、通信機５６を介して外部のサーバ等から作業に関する情報である荷物Ｗの形状と荷物Ｗがフック１０に吊り下げられた状態の荷物Ｗの姿勢を取得する。制御装置２０は、フック１０及び荷物Ｗを通る鉛直軸Ｖを設定し、鉛直軸Ｖから荷物Ｗの最側端Ｅまでの水平方向長さＬ１を算出する。これは、鉛直軸Ｖを中心として荷物Ｗが回転した場合、鉛直軸Ｖから水平方向に水平方向長さＬ１の範囲で荷物Ｗの通過範囲が収まるためである。なお、鉛直軸Ｖは、荷物Ｗの重心位置を通るが荷物Ｗの中心位置を通るとは限らない。また、最側端Ｅとは、荷物Ｗがフック１０に吊り下げられた状態で、鉛直軸Ｖから荷物Ｗの表面までの水平方向の長さが最大となる部分である。

制御装置２０は、隣接する節点Ｐ（ｎ）間の水平方向の距離Ｄ１が水平方向長さＬ１の２倍以下となるように節点Ｐ（ｎ）の水平方向の間隔を設定する。本願において、水平面上で相互に隣接する４つの節点Ｐ（ｎ）を結んで形成される区画を区画Ｆ１と定義すると、区画Ｆ１の節点Ｐ（ｎ）間の距離の中では、区画Ｆ１で対角に位置する節点Ｐ（ｎ）間の距離Ｄ１が最も大きい。そのため、制御装置２０は、距離Ｄ１が水平方向長さＬ１の２倍以下となるように節点Ｐ（ｎ）の水平方向の間隔を設定する。更に、本願において、節点Ｐ（ｎ）を中心とする半径が水平方向長さＬ１に等しい円形の領域を領域Ｓ１と定義すると、距離Ｄ１と水平方向長さＬ１の２倍が等しい場合、区画Ｆ１で対角に位置する節点Ｐ（ｎ）をそれぞれ中心とする領域Ｓ１が区画Ｆ１の内側で互いに接する。制御装置２０は、距離Ｄ１が水平方向長さＬ１の２倍以下となるように節点Ｐ（ｎ）の水平方向の間隔を設定することで、区画Ｆ１の内側で領域Ｓ１が存在しない領域をなくすことができる。

次に、図７及び図８を用いて、節点Ｐ（ｎ）の鉛直方向の間隔について説明する。以下の説明で、基準位置Ｐｔとは、フック１０から荷物Ｗを含む鉛直軸Ｖ上に配置される。制御装置２０は、搬送経路ＣＲに沿って荷物Ｗを搬送させる際に、基準位置Ｐｔが搬送経路ＣＲ上を通過するように荷物Ｗを搬送させる。

制御装置２０は、鉛直軸Ｖ上に基準位置Ｐｔを設定する。そして、制御装置２０は、基準位置Ｐｔから荷物Ｗの最下端Ｇまでの鉛直方向長さＬ２を算出する。これは、基準位置Ｐｔが搬送経路ＣＲ上を通過するように荷物Ｗを搬送する際に、基準位置Ｐｔから鉛直方向に鉛直方向長さＬ２の範囲で荷物Ｗの通過範囲が収まるためである。

制御装置２０は、隣接する節点Ｐ（ｎ）間の鉛直方向の距離Ｄ２が鉛直方向長さＬ２以下となるように節点Ｐ（ｎ）の鉛直方向の間隔を設定する。基準位置Ｐｔに節点Ｐ（ｎ）がある場合、この節点Ｐ（ｎ）に下方で隣接する節点Ｐ（ｎ）の高さが荷物Ｗの最下端Ｇの高さと等しい又は荷物Ｗの最下端Ｇの高さよりも高くなる。

次に、図９及び図１０を用いて、荷物Ｗが障害物に衝突すると判定される状況と荷物Ｗの搬送経路ＣＲについて説明する。節点Ｐ（ｎ）は、上述の水平方向及び鉛直方向の間隔で配置されているものとする。荷物Ｗが障害物に衝突すると判定される状況について説明するが、荷物Ｗが侵入禁止領域に侵入すると判定される状況でも同様に判定が可能である。また、水平方向に相互に隣接した４つの節点Ｐ（ｎ）を結んで形成される区画Ｆ２毎の判定について説明するが、３つ又は５つ以上の節点Ｐ（ｎ）を結んで形成される区画Ｆ２毎でも同様に判定が可能である。

制御装置２０は、通信機５６を介して外部のサーバ等から作業領域Ａｗの空間情報を取得する。制御装置２０は、作業領域Ａｗに基づいて障害物が存在する領域（制限領域Ａｂ）を認識する。

制御装置２０は、水平方向に相互に隣接した４つの節点Ｐ（ｎ）を選択する（白丸参照）。４つの節点Ｐ（ｎ）は、格子状に節点Ｐ（ｎ）が配置されている場合、上方からみて四角形の角に配置されている。なお、Ｐ（ｎ）の配置様態によっては、できるだけ水平となる４つの節点Ｐ（ｎ）が選択されるものとする。

制御装置２０は、選択した４つの節点Ｐ（ｎ）をそれぞれ中心とする半径が水平方向長さＬ１に等しく高さが鉛直方向長さＬ２に等しい４つの円柱領域Ａｃを算出する。円柱領域Ａｃは、その底面が水平であり、上方の底面の中心に節点Ｐ（ｎ）がある。本願において、選択した４つの節点Ｐ（ｎ）と下方に隣接する４つの節点Ｐ（ｎ）それぞれを頂点とする立体の領域を領域Ｓ２と定義すると、節点Ｐ（ｎ）の水平方向及び鉛直方向の間隔が設定されていることによって、領域Ｓ２の内側で円柱領域Ａｃが存在しない領域がない状態となる。そのため、領域Ｓ２内に制限領域Ａｂが存在する場合、４つの円柱領域Ａｃの少なくとも1つに制限領域Ａｂと重なる部分Ｓ３が存在する。制御装置２０は、４つの円柱領域Ａｃの少なくとも１つが制限領域Ａｂに重なる場合、４つの節点Ｐ（ｎ）を荷物Ｗが障害物に衝突する節点Ｐ（ｎ）と判定する。つまり、制御装置２０は、選択した４つの節点Ｐ（ｎ）を結んで形成される区画Ｆ２を荷物Ｗが障害物に衝突する区画Ｆ２と判定する。

このため、制御装置２０は、隣接した節点Ｐ（ｎ）のそれぞれで荷物Ｗが障害物に衝突しないと判定される場合、この節点Ｐ（ｎ）から節点Ｐ（ｎ）までの搬送経路ＣＲ上でも荷物Ｗが障害物に衝突しないようにすることができる。なお、円柱領域Ａｃの半径を水平方向長さＬ１よりも大きくし、円柱領域Ａｃの高さを鉛直方向長さＬ２よりも大きくすることによって、荷物Ｗが障害物に衝突するか否かの判定の条件に余裕を持たせてもよい。

図１０に示すように、制御装置２０は、配置された節点Ｐ（ｎ）で形成される全ての区画Ｆ２に対して荷物Ｗが障害物に衝突するか否かを判定する。その結果、制御装置２０は、白丸の節点Ｐ（ｎ）を荷物Ｗが障害物に衝突する節点Ｐ（ｎ）と判定している。制御装置２０は、荷物Ｗが障害物に衝突する節点Ｐ（ｎ）を除いた残りの節点Ｐ（ｎ）を用いて搬送経路ＣＲを生成する。

このように、本クレーン１は、複数の節点Ｐ（ｎ）を配置して当該節点Ｐ（ｎ）を結んで荷物Ｗの搬送経路ＣＲを生成する制御装置２０を備えている。そして、フック１０及び荷物Ｗを通る鉛直軸Ｖを設定し、鉛直軸Ｖから荷物Ｗの最側端Ｅまでの水平方向長さＬ１を算出し、隣接する節点Ｐ（ｎ）間の水平方向の距離Ｄ１が水平方向長さＬ１の２倍以下となるように節点Ｐ（ｎ）の水平方向の間隔を設定する。また、更に制御装置２０は、フック１０から荷物Ｗを含む鉛直軸Ｖ上に基準位置Ｐｔを設定し、基準位置Ｐｔから荷物Ｗの最下端Ｇまでの鉛直方向長さＬ２を算出し、隣接する節点Ｐ（ｎ）間の鉛直方向の距離Ｄ２が鉛直方向長さＬ２以下となるように節点Ｐ（ｎ）の鉛直方向の間隔を設定する。かかるクレーン１によれば、隣接する節点Ｐ（ｎ）のそれぞれで荷物Ｗが障害物に衝突しないと判定される場合、この節点Ｐ（ｎ）から節点Ｐ（ｎ）までの搬送経路ＣＲ上でも荷物Ｗが障害物に衝突しない。同様に、隣接する節点Ｐ（ｎ）のそれぞれで荷物Ｗが侵入禁止領域に侵入しないと判定される場合、この節点Ｐ（ｎ）から節点Ｐ（ｎ）までの搬送経路ＣＲ上でも荷物Ｗが侵入禁止領域に侵入しない。これにより、搬送途中の荷物Ｗが障害物に衝突するのを防ぐとともに、荷物Ｗが侵入禁止領域に侵入するのを防ぐことができる。また、障害物との衝突や侵入禁止領域への侵入の判定の漏れがなくなり、効率よく判定を行うことができる。

更に制御装置２０は、水平方向に相互に隣接した３つ以上の節点Ｐ（ｎ）をそれぞれ中心とする半径が水平方向長さＬ１に等しく高さが鉛直方向長さＬ２に等しい円柱領域Ａｃを想定し、円柱領域Ａｃの少なくとも１つが制限領域Ａｂに重なる場合、３つ以上の節点Ｐ（ｎ）を除いた残りの節点Ｐ（ｎ）を用いて搬送経路ＣＲを生成する。かかるクレーン１によれば、水平方向に相互に隣接した３つ以上の節点Ｐ（ｎ）を結んで形成される区画Ｆ２毎に、荷物Ｗが障害物に衝突するか否かが判定される。同様に、水平方向に相互に隣接した３つ以上の節点Ｐ（ｎ）を結んで形成される区画Ｆ２毎に、荷物Ｗが侵入禁止領域に侵入するか否かが判定される。そして、荷物Ｗが障害物に衝突すると判定される節点Ｐ（ｎ）と、荷物Ｗが侵入禁止領域に侵入すると判定される節点Ｐ（ｎ）を除いた残りの節点Ｐ（ｎ）を用いて搬送経路ＣＲが生成される。これにより、搬送途中の荷物Ｗが障害物に衝突するのを防ぐとともに、荷物Ｗが侵入禁止領域に侵入するのを防ぐことができる。

次に、図１１を用いて、第二実施形態に係るクレーン１について説明する。以下においては、第一実施形態に係るクレーン１の説明で用いた名称と符号を用いることで、同じものを指すこととする。ここでは、第一実施形態に係るクレーン１に対して相違する部分を中心に説明する。侵入禁止領域が制限領域Ａｂである場合の節点Ｐ（ｎ）の配置について説明するが、障害物が存在する領域が制限領域Ａｂの場合でも同様に節点Ｐ（ｎ）が配置される。

制御装置２０は、通信機５６を介して外部のサーバ等から作業領域Ａｗの空間情報を取得する。制御装置２０は、作業領域Ａｗに基づいて侵入禁止領域（制限領域Ａｂ）を認識する。

基準位置Ｐｔ（図７参照）が搬送経路ＣＲ上を通過するように荷物Ｗを搬送する際に、基準位置Ｐｔから水平方向に水平方向長さＬ１の範囲内と、基準位置Ｐｔから鉛直方向に鉛直方向長さＬ２の範囲内を荷物Ｗが通過する。制御装置２０は、侵入禁止領域に侵入することが明らかな節点Ｐ（ｎ）を無駄に配置しないようにするため、制限領域Ａｂに対して水平方向に水平方向長さＬ１を加え制限領域Ａｂに対して鉛直方向に鉛直方向長さＬ２を加えた領域Ａｎ１の外側で節点Ｐ（ｎ）を配置する。

このように、更に制御装置２０は、制限領域Ａｂに対して水平方向に水平方向長さＬ１を加え制限領域Ａｂに対して鉛直方向に鉛直方向長さＬ２を加えた領域Ａｎ１の外側で節点Ｐ（ｎ）を配置する。かかるクレーン１によれば、荷物Ｗが障害物に衝突することが明らかな節点Ｐ（ｎ）が配置されない。同様に、荷物Ｗが侵入禁止領域に侵入することが明らかな節点Ｐ（ｎ）が配置されない。これにより、搬送途中の荷物Ｗが障害物に衝突するのを防ぐとともに、荷物Ｗが侵入禁止領域に侵入するのを防ぐことができる。また、配置される節点Ｐ（ｎ）の数が少なくなるため、搬送経路ＣＲの生成のための計算量を削減できる。

次に、図１２及び図１３を用いて、第三実施形態に係るクレーン１について説明する。ここでも、第一実施形態に係るクレーン１に対して相違する部分を中心に説明する。侵入禁止領域が制限領域Ａｂである場合の節点Ｐ（ｎ）の配置について説明するが、障害物が存在する領域が制限領域Ａｂの場合でも同様に節点Ｐ（ｎ）が配置される。

制御装置２０は、フック１０に吊り下げられた荷物Ｗの想定される振れ幅Ｌ３（例えば、搬送中の最大の振れ幅）を予測する。荷物Ｗの振れは、ブーム７の旋回や作業領域Ａｗの風によって生じる。振れ幅Ｌ３は、通信機５６を介して外部のサーバ等から取得される機体情報や、荷物Ｗの重量、荷物Ｗの形状、作業領域Ａｗの風速に基づいて算出される。

制御装置２０は、通信機５６を介して外部のサーバ等から作業領域Ａｗの空間情報を取得する。制御装置２０は、作業領域Ａｗに基づいて侵入禁止領域（制限領域Ａｂ）を認識する。

本願において、水平方向長さＬ１と振れ幅Ｌ３を合わせた長さを長さＬ４と定義すると、基準位置Ｐｔ（図７参照）が搬送経路ＣＲ上を通過するように荷物Ｗを搬送する際に、基準位置Ｐｔから水平方向に長さＬ４の範囲内と、基準位置Ｐｔから鉛直方向に鉛直方向長さＬ２の範囲内を荷物Ｗが通過する。制御装置２０は、侵入禁止領域に侵入する可能性がある節点Ｐ（ｎ）を無駄に配置しないようにするため、制限領域Ａｂに対して水平方向に長さＬ４を加え制限領域Ａｂに対して鉛直方向に鉛直方向長さＬ２を加えた領域Ａｎ２の外側で節点Ｐ（ｎ）を配置する。

このように、更に制御装置２０は、荷物Ｗの想定される振れ幅Ｌ３を予測し、制限領域Ａｂに対して水平方向に水平方向長さＬ１と振れ幅Ｌ３とを加え（長さＬ４を加え）制限領域Ａｂに対して鉛直方向に鉛直方向長さＬ２を加えた領域Ａｎ２の外側で節点Ｐ（ｎ）を配置する。かかるクレーン１によれば、荷物Ｗの振れによって荷物Ｗが障害物に衝突する可能性のある節点Ｐ（ｎ）が配置されない。同様に、荷物Ｗの振れによって荷物Ｗが侵入禁止領域に侵入する可能性のある節点Ｐ（ｎ）が配置されない。これにより、搬送途中の荷物Ｗが障害物に衝突するのを防ぐとともに、荷物Ｗが制限領域Ａｂに侵入するのを防ぐことができる。また、配置される節点Ｐ（ｎ）の数が少なくなるため、搬送経路ＣＲの生成のための計算量を削減できる。

次に、図１４を用いて、経路生成システム７０について説明する。経路生成システム７０は、データセンタ等の外部施設に設けられている。

経路生成システム７０が情報の通信を行うクレーン１は、クレーン１２である。クレーン１２は、節点Ｐ（ｎ）の配置や搬送経路ＣＲの生成を行わない点がクレーン１と相違する。

経路生成システム７０は、システム側制御装置７１を備える。システム側制御装置７１には、システム側通信部７２が接続されている。

システム側通信部７２は、クレーン１２の通信機５６や外部のサーバ等と通信を行う装置である。システム側通信部７２は、情報を通信機５６へ伝達するように構成されている。システム側通信部７２は、外部のサーバ等から作業領域Ａｗの空間情報及び作業に関する情報等を取得するように構成されている。なお、システム側通信部７２は、システム側制御装置７１に接続されている。そのため、システム側制御装置７１は、システム側通信部７２を介して情報を取得することができる。また、システム側制御装置７１は、システム側通信部７２を介して通信機５６へ情報を伝達することができる。

システム側制御装置７１は、クレーン１の制御装置２０と同様に節点Ｐ（ｎ）を配置し、搬送経路ＣＲを生成する。生成した搬送経路ＣＲは、システム側通信部７２を介してクレーン１２に伝達される。クレーン１２は、基準位置Ｐｔ（図７参照）が搬送経路ＣＲ上を通過するようにアクチュエータ（旋回用油圧モータ４１、伸縮用油圧シリンダ４２、起伏用油圧シリンダ４３、巻回用油圧モータ４４）を制御して、吊り上げ地点Ｐｓから吊り下し位置Ｐｅまで荷物Ｗを搬送する。

このように、通信機５６を介してクレーン１２の制御装置２０に接続し、上述の各実施形態と同様に節点Ｐ（ｎ）を配置して搬送経路ＣＲを生成し、生成した搬送経路ＣＲをクレーン１２に伝達するシステムを構成することができる。

このように、本経路生成システム７０は、複数の節点Ｐ（ｎ）を配置して当該節点Ｐ（ｎ）を結んで荷物Ｗの搬送経路ＣＲを生成するシステム側制御装置７１を備えている。そして、システム側制御装置７１は、フック１０及び荷物Ｗを通る鉛直軸Ｖを設定し、鉛直軸Ｖから荷物Ｗの最側端Ｅまでの水平方向長さＬ１を算出し、隣接する節点Ｐ（ｎ）間の水平方向の距離Ｄ１が水平方向長さＬ１の２倍以下となるように節点Ｐ（ｎ）の水平方向の間隔を設定する。また、更にシステム側制御装置７１は、フック１０から荷物Ｗを含む鉛直軸Ｖ上に基準位置Ｐｔを設定し、基準位置Ｐｔから荷物Ｗの最下端Ｇまでの鉛直方向長さＬ２を算出し、隣接する節点Ｐ（ｎ）間の鉛直方向の距離Ｄ２が鉛直方向長さＬ２以下となるように節点Ｐ（ｎ）の鉛直方向の間隔を設定する。かかる経路生成システム７０によれば、隣接する節点Ｐ（ｎ）のそれぞれで荷物Ｗが障害物に衝突しないと判定される場合、この節点Ｐ（ｎ）から節点Ｐ（ｎ）までの搬送経路ＣＲ上でも荷物Ｗが障害物に衝突しない。同様に、隣接する節点Ｐ（ｎ）のそれぞれで侵入禁止領域に侵入しないと判定される場合、この節点Ｐ（ｎ）から節点Ｐ（ｎ）までの搬送経路ＣＲ上でも荷物Ｗが侵入禁止領域に侵入しない。これにより、搬送途中の荷物Ｗが障害物に衝突するのを防ぐとともに、荷物Ｗが侵入禁止領域に侵入するのを防ぐことができる。

上述の実施形態は、代表的な形態を示したに過ぎず、一実施形態の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。更に種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲に記載の均等の意味、及び範囲内のすべての変更を含む。

１ クレーン
２ 車両
３ クレーン装置
７ ブーム
１０ フック
１２ クレーン
２０ 制御装置
７０ 経路生成システム
７１ システム側制御装置
Ａｂ 制限領域
Ａｃ 円柱領域
Ａｎ１ 領域
Ａｎ２ 領域
ＣＲ 搬送経路
Ｄ１ 距離
Ｄ２ 距離
Ｅ 最側端
Ｇ 最下端
Ｌ１ 水平方向長さ
Ｌ２ 鉛直方向長さ
Ｌ３ 振れ幅
Ｐ（ｎ） 節点
Ｐｔ 基準位置
Ｖ 鉛直軸
Ｗ 荷物

Claims (5)

1. ブームと、
   前記ブームから吊り下げられるフックと、が設けられたクレーンであって、
   複数の節点を配置して当該節点を結んで荷物の搬送経路を生成する制御装置を備え、
   前記制御装置は、制限領域には前記節点を配置せず、
   前記制御装置は、前記フック及び前記荷物を通る鉛直軸を設定し、前記鉛直軸から前記荷物の最側端までの水平方向長さを算出し、隣接する節点間の水平方向の距離が前記水平方向長さの２倍以下となるように前記節点の水平方向の間隔を設定し、
   前記制御装置は、前記フックから前記荷物を含む前記鉛直軸上に基準位置を設定し、前記基準位置から前記荷物の最下端までの鉛直方向長さを算出し、隣接する節点間の鉛直方向の距離が前記鉛直方向長さ以下となるように前記節点の鉛直方向の間隔を設定し、
   前記基準位置は、前記鉛直軸上において、前記基準位置から鉛直方向に前記鉛直方向長さの範囲で荷物の通過範囲が収まる位置にある、ことを特徴とするクレーン。
2. 前記制御装置は、水平方向に相互に隣接した３つ以上の節点をそれぞれ中心とする半径が前記水平方向長さに等しく高さが前記鉛直方向長さに等しい円柱領域を想定し、前記円柱領域の少なくとも１つが制限領域に重なる場合、前記３つ以上の節点を除いた残りの節点を用いて前記搬送経路を生成し、
   前記円柱領域の少なくとも１つが制限領域に重なる場合に前記３つ以上の節点を除くことを、配置された節点で形成される全ての区画に対して行う、ことを特徴とする請求項１に記載のクレーン。
3. 前記制御装置は、前記制限領域に対して水平方向に前記水平方向長さを加え前記制限領域に対して鉛直方向に前記鉛直方向長さを加えた領域の外側で前記節点を配置する、ことを特徴とする請求項２に記載のクレーン。
4. 前記制御装置は、前記荷物の想定される振れ幅を予測し、前記制限領域に対して水平方向に前記水平方向長さと前記振れ幅とを加え前記制限領域に対して鉛直方向に前記鉛直方向長さを加えた領域の外側で前記節点を配置する、ことを特徴とする請求項２に記載のクレーン。
5. ブームと、
   前記ブームから吊り下げられるフックと、が設けられたクレーンにより搬送される荷物の搬送経路を生成する経路生成システムであって、
   複数の節点を配置して当該節点を結んで前記荷物の搬送経路を生成するシステム側制御装置を備え、
   前記システム側制御装置は、制限領域には前記節点を配置せず、
   前記システム側制御装置は、前記フック及び前記荷物を通る鉛直軸を設定し、前記鉛直軸から前記荷物の最側端までの水平方向長さを算出し、隣接する節点間の水平方向の距離が前記水平方向長さの２倍以下となるように前記節点の水平方向の間隔を設定し、
   前記システム側制御装置は、前記フックから前記荷物を含む前記鉛直軸上に基準位置を設定し、前記基準位置から前記荷物の最下端までの鉛直方向長さを算出し、隣接する節点間の鉛直方向の距離が前記鉛直方向長さ以下となるように前記節点の鉛直方向の間隔を設定し、
   前記基準位置は、前記鉛直軸上において、前記基準位置から鉛直方向に前記鉛直方向長さの範囲で荷物の通過範囲が収まる位置にある、ことを特徴とする経路生成システム。

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