JP7243260B2 - クレーンおよびクレーンの経路生成システム - Google Patents

Description

本発明は、クレーンおよびクレーンの経路生成システムに関する。

従来、クレーンによる荷物の搬送作業においては、ブームの旋回、起伏、伸縮およびワイヤロープの巻き上げ等の動きを単独または併用することによって荷物を三次元空間内で移動させる。荷物の搬送経路は、クレーンの姿勢、地物の位置や形状、荷物の形状、吊り上げ位置および吊り下し位置を考慮して決定される。

荷物の搬送経路は、クレーンの作業可能範囲内で任意に設定することができる。また、クレーンは、アクチュエータの動きの組み合わせによって荷物を移動させるため、同じ搬送経路であっても異なる組み合わせによって荷物を移動させることができる。このため、操縦者には、最適な搬送経路の決定とアクチュエータの動きの組み合わせの決定に多くの経験や高い熟練度が求められる。そこで、障害物を回避する移動経路を作成し、自己位置を推定しつつ自律移動する自立移動装置が知られている。例えば特許文献１の如くである。

特許文献１に記載の自立移動装置は、三次元位置データから所定の閾値以上の高さを有する障害物の環境地図を生成する。さらに、自立移動装置は、通行可能な移動経路を環境地図上に生成し、目的地までの自律移動経路を決定する。このように構成することで、自立移動装置は、所定の閾値以上の高さを有する障害物を選別し、その位置を環境地図のデータとして記録するので、環境地図のデータ量を少なくすることができる。しかし、クレーンにおいては、このような環境地図のデータに基づいて経路の生成範囲を限定した場合、搬送経路を生成可能な範囲が必要以上に限定されたり、搬送経路が生成される可能性が低い範囲に経路が生成されたりするため計算量の抑制が十分でない場合があった。

特開２０１６－１４９０９０号公報

作業可能範囲の三次元空間内に荷物の搬送経路を生成する際の計算量を抑制しつつ、効率的な搬送経路を生成することができるクレーンおよびクレーンの経路生成システムを提供する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、第１の発明は、旋回台に起伏自在かつ伸縮自在のブームが設けられるクレーンであって、搬送する荷物の重量から前記荷物を搬送可能な作業可能範囲を設定する作業可能範囲設定部と、前記荷物の吊り上げ位置と前記荷物の吊り下し位置とを取得し、前記作業可能範囲内において、前記吊り上げ位置から前記吊り下し位置まで前記ブームを旋回させる場合の一方向への旋回角度と他方向への旋回角度のうち小さい方の旋回範囲であって、ブームの姿勢の制限に基づいて限定された範囲に前記荷物が通過可能な複数の節点を生成する節点生成部と、を備えるクレーンである。

第２の発明は、前記節点生成部で生成された節点毎に隣接する節点間を結ぶ複数の経路を生成する経路生成部と、生成された前記複数の節点と前記複数の経路から、前記クレーンの複数のアクチュエータを作動させる優先順位に基づいて、所定の条件を満たす前記荷物の搬送経路を決定する搬送経路決定部と、を更に備えるクレーンである。

第３の発明は、前記節点生成部は、節点の密度が一定の範囲に収まるように節点を生成するクレーンである。

第４の発明は、経路生成部は、前記作業可能範囲内の障害物の三次元情報を取得し、前記障害物と重複していない範囲に節点を生成するクレーンである。

第５の発明は、旋回台に起伏自在かつ伸縮自在のブームが設けられるクレーンの経路生成システムであって、前記クレーンの位置情報、前記クレーンの機体情報、荷物の吊り上げ位置と吊り下し位置および前記荷物の重量を取得する情報通信部と、搬送する前記荷物の重量から前記荷物を搬送可能な作業可能範囲を設定する作業可能範囲設定部と、前記荷物の吊り上げ位置と前記荷物の吊り下し位置とを取得し、前記作業可能範囲内において、前記吊り上げ位置から前記吊り下し位置まで前記ブームを旋回させる場合の一方向への旋回角度と他方向への旋回角度のうち小さい方の旋回範囲であって、ブームの姿勢の制限に基づいて限定された範囲に前記荷物が通過可能な複数の節点を生成する節点生成部と、前記節点生成部で生成された節点毎に隣接する節点間を結ぶ複数の経路、を生成する経路生成部と、生成された前記複数の節点と前記複数の経路から、前記クレーンの複数のアクチュエータを作動させる優先順位に基づいて、所定の条件を満たす前記荷物の搬送経路を決定する搬送経路決定部と、を備えるクレーンの経路生成システムである。

本発明は、以下に示すような効果を奏する。

第１の発明においては、所定の条件を満たす搬送経路が設定される可能性がある範囲に限定して節点と経路とが生成される。これにより、作業可能範囲の三次元空間内に荷物の搬送経路を生成する際の計算量を抑制しつつ、効率的な搬送経路を生成することができる。

第２の発明においては、所定の条件を満たす搬送経路が設定される可能性がある範囲に限定して節点と経路とが生成される。これにより、作業可能範囲の三次元空間内に荷物の搬送経路を生成する際の計算量を抑制しつつ、効率的な搬送経路を生成することができる。

第３の発明においては、作業可能範囲内に生成される節点が搬送経路の精度を適切に保てる程度の密度で生成される。これにより、作業可能範囲の三次元空間内に荷物の搬送経路を生成する際の計算量を抑制しつつ、効率的な搬送経路を生成することができる。

第４の発明においては、荷物が通過できる範囲のみに節点と経路が生成される。これにより、作業可能範囲の三次元空間内に荷物の搬送経路を生成する際の計算量を抑制しつつ、効率的な搬送経路を生成することができる。

第５の発明においては、十分な計算能力を有する外部のサーバコンピュータによって、所定の条件を満たす搬送経路が設定される可能性がある範囲に限定して節点と経路とが生成される。これにより、作業可能範囲の三次元空間内に荷物の搬送経路を生成する際の計算量を抑制しつつ、効率的な搬送経路を生成することができる。

本発明に係るクレーンの全体構成を示す側面図。 クレーンの制御構成を示すブロック図。 制御装置における経路生成の制御構成を示すブロック図。 図４は作業可能範囲の設定状態を示す。（Ａ）はクレーンの上方からみた作業可能範囲の状態を示し、（Ｂ）は、クレーンの側方からみた作業可能範囲の状態を示す。 図５は節点の生成状態を示す。（Ａ）はクレーンの上方からみた節点の状態を示し、（Ｂ）は、クレーンの側方からみた節点の状態を示す。 図６は別実施形態における節点の生成状態を示す。（Ａ）はクレーンの上方からみた節点の状態を示し、（Ｂ）は、クレーンの側方からみた節点の状態を示す。 図７は節点と経路を示す。（Ａ）は起伏角度毎の節点と経路を示し、（Ｂ）は、旋回角度毎の節点と経路を示し、（Ｃ）はブーム長さ毎の節点と経路を示す。 経路毎の搬送速度を基準とする重みを示す図。 図９は搬送経路の選択の態様を示す。（Ａ）は同じ旋回半径における経路の長さによる搬送経路の違いを示し、（Ｂ）は旋回半径の違いによる搬送経路の違いを示す。 サーバコンピュータにおける経路生成の制御構成を示すブロック図。

以下に、図１と図２を用いて、クレーン１について説明する。本願では、ラフテレーンクレーンについて説明を行うが、本願に開示する技術的思想は、オールテレーンクレーン、トラッククレーン、積載型トラッククレーン、高所作業車等にも適用できる。

クレーン１は、車両２とクレーン装置６で構成されている。

車両２は、左右一対の前輪３と後輪４を備えている。また、車両２は、荷物Ｗの搬送作業を行う際に接地させて安定を図るアウトリガ５を備えている。なお、車両２は、その上部にクレーン装置６を支持している。

クレーン装置６は、荷物Ｗをワイヤロープによって吊り上げる装置である。クレーン装置６は、旋回台８、ブーム９、メインフックブロック１０、サブフックブロック１１、メインウインチ１３、メインワイヤロープ１４、サブウインチ１５、サブワイヤロープ１６、キャビン１７等を具備している。

旋回台８は、クレーン装置６を旋回可能に構成する構造体である。旋回台８は、円環状の軸受を介して車両２のフレーム上に設けられる。旋回台８には、アクチュエータである旋回用油圧モータ８１が設けられている。旋回台８は、旋回用油圧モータ８１によって左右方向に旋回可能に構成されている。

旋回用油圧モータ８１は、電磁比例切換バルブである旋回用バルブ２２によって回転操作される。旋回用バルブ２２は、旋回用油圧モータ８１に供給される作動油の流量を任意の流量に制御することができる。つまり、旋回台８は、旋回用バルブ２２によって回転操作される旋回用油圧モータ８１を介して任意の旋回速度に制御可能に構成されている。旋回台８には、旋回台８の旋回角度と旋回速度とを検出する旋回用センサ２７が設けられている。

ブーム９は、荷物Ｗを吊り上げ可能に構成する構造体である。ブーム９は、その基端が旋回台８の略中央に揺動可能に設けられている。ブーム９には、アクチュエータである伸縮用油圧シリンダ９１と起伏用油圧シリンダ９２が設けられている。ブーム９は、伸縮用油圧シリンダ９１によって長手方向に伸縮可能に構成されている。また、ブーム９は、起伏用油圧シリンダ９２によって上下方向に起伏可能に構成されている。さらに、ブーム９には、ブームカメラ９３が設けられている。

伸縮用油圧シリンダ９１は、電磁比例切換バルブである伸縮用バルブ２３によって伸縮操作される。伸縮用バルブ２３は、伸縮用油圧シリンダ９１に供給される作動油の流量を任意の流量に制御することができる。つまり、ブーム９は、伸縮用バルブ２３によって伸縮操作される伸縮用油圧シリンダ９１を介して任意の伸縮速度に制御可能に構成されている。ブーム９には、ブーム９のブーム長さと伸縮速度とを検出する伸縮用センサ２８が設けられている。

起伏用油圧シリンダ９２は、電磁比例切換バルブである起伏用バルブ２４によって伸縮操作される。起伏用バルブ２４は、起伏用油圧シリンダ９２に供給される作動油の流量を任意の流量に制御することができる。つまり、ブーム９は、起伏用バルブ２４によって伸縮操作される起伏用油圧シリンダ９２を介して任意の起伏速度に制御可能に構成されている。ブーム９には、ブーム９の起伏角度と起伏速度とを検出する起伏用センサ２９が設けられている。

ブームカメラ９３は、荷物Ｗおよび地物Ｃの画像を取得する。ブームカメラ９３は、ブーム９の先端部に設けられている。また、ブームカメラ９３は、３６０°回転可能に構成され、ブーム９の先端部を中心とする全方位を撮影することができる。なお、ブームカメラ９３は、後述する制御装置３２に接続されている。

メインフックブロック１０とサブフックブロック１１は、荷物Ｗを吊り上げるための部材である。メインフックブロック１０には、メインフック１０ａが設けられている。サブフックブロック１１には、サブフック１１ａが設けられている。

メインウインチ１３とメインワイヤロープ１４は、メインフック１０ａに引っ掛けられた荷物Ｗを吊り上げるための機構である。また、サブウインチ１５とサブワイヤロープ１６は、サブフック１１ａに引っ掛けられた荷物Ｗを吊り上げるための機構である。メインウインチ１３とサブウインチ１５には、それぞれの回転量を検出する巻回用センサ２６が設けられている。メインウインチ１３は、電磁比例切換バルブであるメイン用バルブ２５ｍによってメイン用油圧モータを制御し、任意の繰り入れおよび繰り出し速度に操作可能に構成されている。同様に、サブウインチ１５は、電磁比例切換バルブであるサブ用バルブ２５ｓによってサブ用油圧モータを制御し、任意の繰り入れおよび繰り出し速度に操作可能に構成されている。

キャビン１７は、操縦席を覆う構造体である。キャビン１７の内部には、車両２を操作するための操作具やクレーン装置６を操作するための操作具が設けられている。旋回操作具１８は、旋回用油圧モータ８１を操作することができる。起伏操作具１９は、起伏用油圧シリンダ９２を操作することができる。伸縮操作具２０は、伸縮用油圧シリンダ９１を操作することができる。メインドラム操作具２１ｍは、メイン用油圧モータを操作することができる。サブドラム操作具２１ｓは、サブ用油圧モータを操作することができる。

ＧＮＳＳ受信機３０は、衛星から測距電波を受信し、緯度、経度、標高を算出するものである。ＧＮＳＳ受信機３０は、キャビン１７に設けられている。従って、クレーン１は、キャビン１７の位置座標を取得することができる。また、車両２を基準とする方位を取得することができる。なお、ＧＮＳＳ受信機３０は、後述する制御装置３２に接続されている。

データ通信機３１は、外部のサーバコンピュータと通信を行う装置である。データ通信機３１は、キャビン１７に設けられている。データ通信機３１は、外部のサーバコンピュータから後述する作業領域Ａｗの空間情報および搬送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、データ通信機３１は、後述する制御装置３２に接続されている。

制御装置３２は、各種切換バルブ（旋回用バルブ２２、伸縮用バルブ２３、起伏用バルブ２４、メイン用バルブ２５ｍおよびサブ用バルブ２５ｓ）を制御するコンピュータである。制御装置３２は、各種切換バルブ（２２、２３、２４、２５ｍ、２５ｓ）を制御するために種々のプログラムやデータが格納されている。また、制御装置３２は、各種センサ（巻回用センサ２６、旋回用センサ２７、伸縮用センサ２８および起伏用センサ２９）に接続されている。さらに、制御装置３２は、各種操作具（旋回操作具１８、起伏操作具１９、伸縮操作具２０、メインドラム操作具２１ｍおよびサブドラム操作具２１ｓ）に接続されている。そのため、制御装置３２は、各種操作具（１８、１９、２０、２１ｍ、２１ｓ）の操作量に対応した制御信号を生成することができる。

このように構成されるクレーン１は、車両２を走行させることで任意の位置にクレーン装置６を移動させることができる。また、クレーン１は、ブーム９を起立させ、かつブーム９を伸長させることでクレーン装置６の揚程や作業半径を拡大することができる。そして、クレーン１は、ブーム９の旋回、起伏、伸縮およびワイヤロープ（メインワイヤロープ１４、サブワイヤロープ１６）の巻き上げ等の動きを単独または併用することによって荷物Ｗを移動させることができる。

次に、図３から図８を用いて、クレーン１の作業領域Ａｗの作業可能範囲Ａｒ内における荷物Ｗの搬送経路ＣＲの自動生成について説明する。クレーン１は、建設現場等の作業領域Ａｗに配置されているものとする。また、クレーン１は、生成された搬送経路ＣＲに沿って自動でサブフック１１ａに吊り下げられた荷物Ｗを搬送するものとする。以下の説明で、位置情報とは、クレーン１の位置座標データである。機体情報とは、クレーン１の性能諸元データである。制御情報とは、クレーン１の作動状態、制御信号、各種センサの検出値等である。作業に関する情報とは、荷物Ｗの吊り上げ位置Ｐｓ、荷物Ｗの吊り下し位置Ｐｅ、荷物Ｗの重量Ｗｇ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ＣＲ、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内の地物Ｃ等の三次元情報である。

図３に示すように、クレーン１は、制御装置３２において荷物Ｗの搬送経路ＣＲを自動生成する。制御装置３２は、作業可能範囲設定部３２ａ、節点生成部３２ｂ、経路生成部３２ｃ、搬送経路決定部３２ｄ、搬送制御部３２ｅを有する。

制御装置３２の作業可能範囲設定部３２ａは、搬送する荷物Ｗの重量Ｗｇから作業可能範囲Ａｒを仮想空間上に設定する。作業可能範囲設定部３２ａは、データ通信機３１を介して外部のサーバコンピュータ等から作業に関する情報として吊り上げ位置Ｐｓ、吊り下し位置Ｐｅ、荷物Ｗの重量Ｗｇと作業領域Ａｗ（図４参照）の空間情報とを取得する。作業可能範囲設定部３２ａは、クレーン１の機体情報、荷物Ｗの重量Ｗｇ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（図４参照）を算出する。

図４（Ａ）に示すように、作業可能範囲設定部３２ａ（図３参照）は、取得した吊り上げ位置Ｐｓから吊り下し位置Ｐｅまでのブーム９の一方向（例えば反時計回り）の旋回角度と他方向（例えば時計回り）の旋回角度とのうち、小さい方の一方向の旋回角度幅θｙ（ｒ）の範囲に作業可能範囲Ａｒ（薄墨部分）を限定する。つまり、作業可能範囲設定部３２ａは、ブーム９の旋回中心から吊り上げ位置Ｐｓまでを結ぶ基準線とブーム９の旋回中心から吊り下し位置Ｐｅまでを結ぶ基準線とが成す旋回範囲のうち、吊り上げ位置Ｐｓから吊り下し位置Ｐｅまでの最短経路が含まれない範囲を作業可能範囲Ａｒから除外する。

さらに、作業可能範囲設定部３２ａは、取得した作業領域Ａｗの空間情報から作業可能範囲Ａｒ内に存在する地物Ｃが占める空間を除外した空間に作業可能範囲Ａｒを限定する。つまり、作業可能範囲設定部３２ａは、地物Ｃがあることで荷物Ｗが通過できない空間を作業可能範囲Ａｒから除外する。この際、作業可能範囲設定部３２ａは、地物Ｃと荷物Ｗとの干渉を回避するため、荷物Ｗの自転時の最大半径分だけ地物Ｃの表面を外側にオフセットした空間を作業可能範囲Ａｒから更に除外する構成でもよい。

図４（Ｂ）に示すように、作業可能範囲設定部３２ａは、所定の条件の一つとしてブーム９の起伏、伸縮によって荷物Ｗが移動することができる範囲に作業可能範囲Ａｒを限定する。つまり、作業可能範囲設定部３２ａは、ブーム９の起伏角度、伸縮長さの範囲が限定されることで荷物Ｗが通過できない空間を作業可能範囲Ａｒから除外する。ブーム９の起伏可能範囲が起伏角度０°からの起伏角度幅θｚ（ｒ）の範囲に設定されている場合、作業可能範囲設定部３２ａは、ブーム９の起伏角度０°から起伏角度θｚ（ｒ）までの起立によって荷物Ｗが移動する範囲に作業可能範囲Ａｒ（薄墨部分）を限定する。

このように、作業可能範囲設定部３２ａは、荷物Ｗの重量Ｗｇから算出された作業可能範囲Ａｒにおいて、地物Ｃの形状、ブーム９の稼働範囲、吊り上げ位置Ｐｓから吊り下し位置Ｐｅまでの最短経路を考慮して、荷物Ｗを搬送するために必要な空間を作業可能範囲Ａｒとして設定する。

図５に示すように、制御装置３２の節点生成部３２ｂ（図３参照）は、作業可能範囲Ａｒ内において荷物Ｗが通過可能な全ての節点Ｐ（ｎ）を生成する。節点Ｐ（ｎ）は、三次元座標で表される。

節点生成部３２ｂは、ブーム９の旋回中心を原点とする極座標系において、作業可能範囲Ａｒ内にブーム９の任意のブーム長さＬｘ（ｎ）、任意の旋回角度θｙ（ｎ）および任意の起伏角度θｚ（ｎ）を所定の任意のブーム長さ刻み毎、かつ任意の旋回角度刻み毎、かつ任意の起伏角度刻み毎に、それぞれ変更させる場合に荷物Ｗが通過可能な節点Ｐ（ｎ）を仮想空間内に生成する（ｎは任意の自然数）。

節点生成部３２ｂは、車両２の進行方向を基準として時計回り方向の任意の旋回角度θｙ（ｎ）（図５（Ａ）参照）、水平方向を基準として任意の起伏角度θｚ（ｎ）の位置にあるブーム９を伸縮可能なブーム長さＬｘ（ｎ）の全範囲において（図５（Ｂ）参照）、任意のブーム長さ刻み毎に伸縮させる場合の節点Ｐ（ｎ）を生成する。次に、節点生成部３２ｂは、任意の旋回角度刻みだけ異なる任意の旋回角度θｙ（ｎ＋１）、任意の起伏角度θｚ（ｎ）の位置にあるブーム９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Ｌｘ（ｎ）の全範囲において生成する。このように、節点生成部３２ｂは、作業可能範囲Ａｒを構成する吊り上げ位置Ｐｓから吊り下し位置Ｐｅまでの旋回角度幅θｙ（ｒ）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９を伸縮させる場合の節点Ｐ（ｎ）を生成する。

同様にして、節点生成部３２ｂは、任意の旋回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９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、旋回角度幅θｙ（ｒ）の全範囲において任意の旋回角度刻み毎に生成する。このように、節点生成部３２ｂは、旋回角度幅θｙ（ｒ）の全範囲における任意の旋回角度刻み毎、かつブーム９の起伏可能範囲である起伏角度幅θｚ（ｒ）の全範囲における任意の起伏角度刻み毎、かつ伸縮可能なブーム長さＬｘ（ｎ）の全範囲における任意のブーム長さ刻み毎に節点Ｐ（ｎ）を生成する。この結果、作業可能範囲Ａｒ内には、ブーム９の任意のブーム長さＬｘ（ｎ）、任意の旋回角度θｙ（ｎ）および任意の起伏角度θｚ（ｎ）における節点Ｐ（ｎ）が任意の旋回角度刻み毎、任意の起伏角度刻み毎、任意のブーム長さ刻み毎に生成されている。この際、地物Ｃが占有している空間は、作業可能範囲Ａｒに含まれていないので、節点生成部３２ｂによって節点Ｐ（ｎ）が生成されない。

本実施形態において、節点生成部３２ｂは、ブーム９の旋回中心を原点とする極座標系において、任意の起伏角度刻み毎、および任意の旋回角度刻み毎に節点Ｐ（ｎ）を生成しているが別実施形態として、節点Ｐ（ｎ）を生成する周方向の間隔を変更して節点Ｐ（ｎ）を生成してもよい。例えば、図６に示すように、節点生成部３２ｂは、起伏半径および旋回半径の大きさに関わらず、節点Ｐ（ｎ）の周方向の間隔が一定の範囲に収まるように節点Ｐ（ｎ）を生成してもよい。節点生成部３２ｂは、基準となる密度で節点Ｐ（ｎ）が生成されている旋回半径Ｄ１および起伏半径Ｄ２よりも内側の範囲に基準となる密度で節点Ｐ（ｎ）を生成する。つまり、節点生成部３２ｂは、基準となる密度よりも密に節点Ｐ（ｎ）を生成することがない。また、節点生成部３２ｂは、基準となる密度で節点Ｐ（ｎ）が生成されている起伏半径Ｄ１および旋回半径Ｄ２よりも外側の範囲に基準となる密度で節点Ｐ（ｎ）を生成する。つまり、節点生成部３２ｂは、基準となる密度よりも疎に節点Ｐ（ｎ）を生成することがない。これにより、節点生成部３２ｂは、節点Ｐ（ｎ）の密度が一定の範囲に収まるように節点Ｐ（ｎ）を生成するので、荷物Ｗの到達精度と計算量とのバランスを適切に保つことができる。

図７に示すように、制御装置３２の経路生成部３２ｃ（図３参照）は、作業可能範囲Ａｒ内において荷物Ｗが通過可能な全ての経路Ｒ（ｎ）を生成する。経路Ｒ（ｎ）は、例えばサブワイヤロープ１６を最も巻き上げた状態で吊り下げられた荷物Ｗが通過可能な複数の節点Ｐ（ｎ）間を繋いだものである。経路Ｒ（ｎ）は、繋がれている節点Ｐ（ｎ）の三次元座標で表される。なお、ジブの起伏、メインウインチ１３およびサブウインチ１５による巻き上げ、巻き下げによって荷物Ｗを搬送してもよい。

経路生成部３２ｃは、作業可能範囲Ａｒ内において、生成した節点Ｐ（ｎ）のうち、隣り合う位置にある節点Ｐ（ｎ）間を繋ぐことで節点Ｐ（ｎ）間の経路Ｒ（ｎ）を生成する（図５参照）。
経路生成部３２ｃ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）・・を一の節点Ｐ（ｎ）から荷物Ｗを移動可能な節点として特定する。経路生成部３２ｃ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。経路生成部３２ｃ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。

図７（Ａ）に示すように、経路生成部３２ｃは、任意の旋回角度θｙ（ｎ）において（図５（Ａ）参照）、起伏角度θｚ（ｎ）のブーム９を任意のブーム長さ刻み毎に縮小させる順に生成した節点Ｐ（ｎ）、節点Ｐ（ｎ＋１）と、起伏角度θｚ（ｎ＋１）のブーム９を任意のブーム長さ刻み毎に縮小させて順に生成した荷物Ｗの節点Ｐ（ｎ＋２）、節点Ｐ（ｎ＋３）をそれぞれ繋いだ経路を生成する。節点Ｐ（ｎ）と節点Ｐ（ｎ＋１）を繋ぐ経路Ｒ（ｎ＋１）は、ブーム９の伸縮によって荷物Ｗが通過する経路である。節点Ｐ（ｎ）と節点Ｐ（ｎ＋２）を繋ぐ経路Ｒ（ｎ＋２）は、ブーム９の起伏によって荷物Ｗが通過する経路である。節点Ｐ（ｎ）と節点Ｐ（ｎ＋３）を繋ぐ経路Ｒ（ｎ＋３）は、ブーム９の伸縮かつ起伏によって荷物Ｗが通過する経路である。

また、図７（Ｂ）に示すように、経路生成部３２ｃは、任意のブーム長さＬｘ（ｎ）において（図５（Ｂ）参照）、旋回角度θｙ（ｎ）のブーム９を任意の起伏角度刻み毎に起立させて生成した荷物Ｗの節点Ｐ（ｎ＋４）、節点Ｐ（ｎ＋５）と、旋回角度θｙ（ｎ＋１）のブーム９を任意の起伏角度刻み毎に起立させて生成した荷物Ｗの節点Ｐ（ｎ＋６）、節点Ｐ（ｎ＋７）をそれぞれ繋いだ経路を生成する。節点Ｐ（ｎ＋４）と節点Ｐ（ｎ＋５）を繋ぐ経路Ｒ（ｎ＋５）は、ブーム９の起伏によって荷物Ｗが通過する経路である。節点Ｐ（ｎ＋４）と節点Ｐ（ｎ＋６）を繋ぐ経路Ｒ（ｎ＋６）は、ブーム９の旋回によって荷物Ｗが通過する経路である。節点Ｐ（ｎ＋４）と節点Ｐ（ｎ＋７）を繋ぐ経路Ｒ（ｎ＋７）は、ブーム９の旋回かつ起伏によって荷物Ｗが通過する経路である。

また、図７（Ｃ）に示すように、経路生成部３２ｃは、任意の起伏角度θｚ（ｎ）において（図５（Ｂ）参照）、ブーム長さＬｘ（ｎ）のブーム９を任意の旋回角度刻み毎に時計回り方向へ旋回させて生成した荷物Ｗの節点Ｐ（ｎ＋８）、節点Ｐ（ｎ＋９）と、ブーム長さＬｘ（ｎ＋１）のブーム９を任意の旋回角度刻み毎に時計回り方向へ旋回させて生成した荷物Ｗの節点Ｐ（ｎ＋１０）、節点Ｐ（ｎ＋１１）とをそれぞれ繋いだ経路を生成する。節点Ｐ（ｎ＋８）と節点Ｐ（ｎ＋９）を繋ぐ経路Ｒ（ｎ＋９）は、ブーム９の旋回によって荷物Ｗが通過する経路である。節点Ｐ（ｎ＋８）と節点Ｐ（ｎ＋１０）を繋ぐ経路Ｒ（ｎ＋１０）は、ブーム９の伸縮によって荷物Ｗが通過する経路である。節点Ｐ（ｎ＋８）と節点Ｐ（ｎ＋１１）を繋ぐ経路Ｒ（ｎ＋１１）は、ブーム９の旋回かつ伸縮によって荷物Ｗが通過する経路である。なお、経路Ｒ（ｎ＋１０）、経路Ｒ（ｎ＋１１）において、ブーム９の伸縮による高さ方向の変動は、サブワイヤロープ１６の巻き上げ、巻き下げによって生じないように制御されているものとする。

このように生成される複数の経路Ｒ（ｎ）は、ブーム９の伸縮、起伏または旋回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、伸縮、起伏および旋回のうち、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。また、複数の経路Ｒ（ｎ）は、旋回角度幅θｙ（ｒ）の範囲、かつ起伏角度幅θｚ（ｒ）の範囲であって、地物Ｃが占める空間を除いた範囲に形成されている（図５参照）。つまり、経路生成部３２ｃは、吊り上げ位置Ｐｓから吊り下し位置Ｐｅまで荷物Ｗを搬送する際に、荷物Ｗを搬送可能な範囲であって、最短の搬送経路ＣＲを決定するために必要な範囲のみに複数の経路Ｒ（ｎ）を生成している。

制御装置３２の搬送経路決定部３２ｄ（図３参照）は、アクチュエータを作動させる優先順位および所定の条件を満たす荷物Ｗの搬送経路ＣＲを決定する。アクチュエータを作動させる優先順位は、ブーム９を旋回させる旋回用油圧モータ８１、ブーム９を起伏させる起伏用油圧シリンダ９２、ブーム９を伸縮させる図示しない伸縮用油圧シリンダ９１とする。また、本実施形態の所定の条件である第一の条件は、各アクチュエータの単独作動による荷物Ｗの搬送時間を最小にする経路を選択することとする。さらに、所定の条件である第二の条件は、荷物Ｗの搬送時の旋回半径を小さくする経路を選択することとする。なお、本実施形態において、搬送経路決定部３２ｄによる搬送経路ＣＲの決定は、荷物Ｗの高さ方向が一定である平面上の経路において実施するものとする。

図８に示すように、経路生成部３２ｃで生成された経路は、任意の旋回半径ＲＡの円周上に等しい間隔で生成されている節点Ｐ（Ａ１）、節点Ｐ（Ａ２）、・・節点Ｐ（Ａ６）と、任意の旋回半径ＲＢの円周上に等しい間隔で生成されている節点Ｐ（Ｂ１）、節点Ｐ（Ｂ２）、・・節点Ｐ（Ｂ６）を互いに繋いで生成されている。節点Ｐ（Ａ１）から節点Ｐ（Ａ６）を繋ぐ経路を経路Ｒ（ｎ＋１）、経路Ｒ（ｎ＋２）、・・経路Ｒ（ｎ＋６）とする。節点Ｐ（Ｂ１）から節点Ｐ（Ｂ６）を繋ぐ経路を経路Ｒ（ｎ＋７）、経路Ｒ（ｎ＋８）、・・経路Ｒ（ｎ＋１２）とする。また、節点Ｐ（Ａ１）と節点Ｐ（Ｂ１）とを繋ぐ経路をＲ（ｎ＋１３）とする。節点Ｐ（Ａ３）と節点Ｐ（Ｂ３）とを繋ぐ経路をＲ（ｎ＋１４）とする。経路Ｒ（ｎ＋１）から経路Ｒ（ｎ＋１２）は、ブーム９の旋回によって荷物Ｗが搬送される経路である。経路Ｒ（ｎ＋１３）と経路Ｒ（ｎ＋１４）は、ブーム９の起伏または伸縮によって荷物Ｗが搬送される経路である。

搬送経路決定部３２ｄは、第一の条件を満たす経路Ｒ（ｎ）を選択するために搬送時間に関する重みを各経路Ｒ（ｎ）に設定する。搬送経路決定部３２ｄは、搬送速度が最も速いブーム９の旋回によって荷物Ｗが搬送される経路Ｒ（ｎ＋１）から経路Ｒ（ｎ＋１２）に重み１を設定する（図８における囲み数字）。同様に、搬送経路決定部３２ｄは、搬送速度が旋回の次に速いブーム９の起伏、または搬送速度が最も遅いブーム９の伸縮によって荷物Ｗが搬送される経路Ｒ（ｎ＋１３）と経路Ｒ（ｎ＋１４）に、起伏による搬送時の重み２と伸縮による搬送時の重み３を設定する（図６における囲み数字）。つまり、複数の経路Ｒ（ｎ）の組み合わせから構成される搬送経路ＣＲは、重みの合計が小さいほど搬送時間が短くなる。

図９（Ａ）に示すように、節点Ｐ（Ａ１）を吊り上げ位置Ｐｓとし、節点Ｐ（Ａ３）を吊り下し位置Ｐｅとした場合、搬送経路決定部３２ｄは、ダイクストラ法等を用いて、節点Ｐ（Ａ１）と節点Ｐ（Ａ３）とを繋ぐ経路の重みが最小である経路を決定する。節点Ｐ（Ａ１）から節点Ｐ（Ａ３）までの経路は、優先順位の高いブーム９の旋回によって荷物Ｗが搬送される経路Ｒ（ｎ＋１）および経路Ｒ（ｎ＋２）を繋いだ搬送経路ＣＲ１（白塗矢印）と、経路Ｒ（ｎ＋６）、経路Ｒ（ｎ＋５）、経路Ｒ（ｎ＋４）および経路Ｒ（ｎ＋３）を繋いだ搬送経路ＣＲ２（黒塗矢印）がある。搬送経路ＣＲ１の旋回半径と搬送経路ＣＲ２の旋回半径とは、同一であるのでどちらの搬送経路ＣＲでも第二の条件を満たす。搬送経路決定部３２ｄは、重みの合計２の搬送経路ＣＲ１と重みの合計４の搬送経路ＣＲ２とのうち、経路の重みの合計が小さい搬送経路ＣＲ１を第一の条件を満たす搬送経路ＣＲとして選択する。

図９（Ｂ）に示すように、節点Ｐ（Ａ１）を吊り上げ位置Ｐｓとし、節点Ｐ（Ｂ３）を吊り下し位置Ｐｅとした場合、節点Ｐ（Ａ１）から節点Ｐ（Ｂ３）までの経路は、優先順位の高いブーム９の旋回とブーム９の起伏によって荷物Ｗが搬送される経路Ｒ（ｎ＋１）、経路Ｒ（ｎ＋２）および経路Ｒ（ｎ＋１４）を繋いだ旋回半径ＲＡの搬送経路ＣＲ３（黒塗矢印）と、経路Ｒ（ｎ＋１３）、経路Ｒ（ｎ＋７）および経路Ｒ（ｎ＋８）を繋ぐ旋回半径ＲＢの搬送経路ＣＲ４（白塗矢印）がある。搬送経路決定部３２ｄは、経路Ｒ（ｎ＋１３）と経路Ｒ（ｎ＋１４）に起伏による重み２を設定する。搬送経路ＣＲ３の重みの合計と搬送経路ＣＲ４の重みの合計とは、共に４であるのでどちらの搬送経路ＣＲでも第一の条件を満たす。搬送経路決定部３２ｄは、小さい旋回半径ＲＢの搬送経路ＣＲ４を第二の条件を満たす搬送経路ＣＲとして選択する。

制御装置３２の搬送制御部３２ｅ（図３参照）は、アクチュエータの優先順位に基づいて決定された搬送経路ＣＲに沿って荷物Ｗを搬送するようにクレーン装置６の各種切換バルブに制御信号Ｍｄを送信する（図３参照）。荷物Ｗを搬送経路ＣＲ４で搬送する場合、搬送制御部３２ｅは、吊り上げ位置Ｐｓである節点Ｐ（Ａ１）からブーム９を起伏させて節点Ｐ（Ｂ１）に荷物Ｗを搬送させる。続けて、搬送制御部３２ｅは、荷物Ｗが節点Ｐ（Ｂ１）に到達すると、ブーム９を旋回させて節点Ｐ（Ｂ２）を介して吊り下し位置Ｐｅである節点Ｐ（Ｂ３）に荷物Ｗを搬送させる。

このように構成することで、クレーン１は、荷物Ｗの重量Ｗｇによって定まる作業可能範囲Ａｒ内（図４参照）のみに節点Ｐ（ｎ）とそれらを繋ぐ経路Ｒ（ｎ）を生成することで、経路生成のためのコストを削減することができる。また、クレーン１は、アクチュエータの荷物Ｗの搬送に優先順位の高いアクチュエータを用いて荷物Ｗが最短時間で吊り上げ位置Ｐｓから吊り下し位置Ｐｅまで搬送される搬送経路ＣＲと、搬送経路ＣＲで荷物Ｗを搬送する際に用いるアクチュエータの組み合わせが決定される。つまり、クレーン１は、その特性や作業可能範囲Ａｒの状態等から定めたアクチュエータの優先順位に基づいて、第一の条件および第二の条件を満たすアクチュエータの組み合わせを選択する。これにより、アクチュエータの作動条件を考慮した最適な搬送経路ＣＲで荷物Ｗを搬送することができる。

また、搬送経路決定部３２ｄは、各アクチュエータの単独作動における経路の選択を第一の条件としているが、各アクチュエータの併用作動による経路Ｒ（ｎ）の選択を第一の条件にしてもよい。このように構成することで、クレーン１は、複数のアクチュエータの作動タイミングに応じた搬送経路ＣＲが決定される。これにより、アクチュエータの作動条件を考慮した最適な搬送経路ＣＲで荷物Ｗを搬送することができる。なお、節点Ｐ（ｎ）は、メインウインチ１３およびサブウインチ１５の繰り入れおよび繰り出し、ジブのチルトおよび伸縮において、任意の刻み毎に生成することができる。つまり、クレーン１は、経路Ｒ（ｎ）および搬送経路ＲＣをメインウインチ１３およびサブウインチ１５の繰り入れおよび繰り出し、ジブのチルトおよび伸縮に基づいて生成することができる。

本実施形態において、クレーン１は、外部のサーバコンピュータ等から作業領域Ａｗの空間情報および作業に関する情報等を取得し、制御装置３２において荷物Ｗの搬送経路ＣＲを自動生成するが、外部のサーバコンピュータ３５に構成されている経路生成システム３３において生成された荷物Ｗの搬送経路ＣＲを取得する構成でもよい。

図１０に示すように、経路生成システム３３は、クレーン１による荷物Ｗの搬送経路ＣＲを自動生成する。経路生成システム３３は、サーバコンピュータ側通信機３４を有するサーバコンピュータ３５に構成されており、クレーン１の制御装置３２とデータ通信機３１を介して接続されている。経路生成システム３３は、情報通信部３３ａ、作業可能範囲設定部３２ａ、節点生成部３２ｂ、経路生成部３２ｃ、搬送経路決定部３２ｄを有する。なお、以下の経路生成システム３３は、クレーン１に替えて適用されるものとして、その説明で用いた名称、図番、符号を用いることで、同じものを指すこととし、以下の実施形態において、既に説明した実施形態と同様の点に関してはその具体的説明を省略し、相違する部分を中心に説明する。

情報通信部３３ａは、クレーン１から各種情報を取得し、各種情報をクレーン１に伝達する。情報通信部３３ａは、サーバコンピュータ側通信機３４を用いて、クレーン１の位置情報、クレーン１の機体情報、作業に関する情報等をクレーン１の制御装置３２から取得する。また、情報通信部３３ａは、搬送経路決定部３２ｄで決定した搬送経路ＣＲをクレーン１に伝達する。

作業可能範囲設定部３２ａは、情報通信部３３ａが取得した搬送する荷物Ｗの重量Ｗｇから作業可能範囲Ａｒをサーバコンピュータ３５内の仮想空間上に設定する。さらに、作業可能範囲設定部３２ａは、情報通信部３３ａが取得した作業に関する情報である吊り上げ位置Ｐｓ、吊り下し位置Ｐｅ、荷物Ｗの重量Ｗｇと作業領域Ａｗ（図４参照）の空間情報とを取得する。作業可能範囲設定部３２ａは、クレーン１の機体情報、荷物Ｗの重量Ｗｇ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（図４参照）を算出する。

節点生成部３２ｂは、作業可能範囲Ａｒ内において荷物Ｗが通過可能な全ての節点Ｐ（ｎ）を生成する（図５参照）。節点Ｐ（ｎ）は、三次元座標で表される。この際、地物Ｃが占有している空間は、作業可能範囲Ａｒに含まれていないので、節点生成部３２ｂによって節点Ｐ（ｎ）が生成されない。

経路生成部３２ｃは、作業可能範囲Ａｒ内において荷物Ｗが通過可能な全ての経路Ｒ（ｎ）を生成する（図７参照）。経路Ｒ（ｎ）は、例えばサブワイヤロープ１６を最も巻き上げた状態で吊り下げられた荷物Ｗが通過可能な複数の節点Ｐ（ｎ）間を繋いだものである。そして、搬送経路決定部３２ｄは、アクチュエータを作動させる優先順位および所定の条件を満たす荷物Ｗの搬送経路ＣＲを決定する。

経路生成システム３３は、サーバコンピュータ３５の仮想空間内で算出した搬送経路ＣＲを、サーバコンピュータ側通信機３４を用いてクレーン１の制御装置３２に送信する。制御装置３２は、経路生成システム３３から取得した搬送経路ＣＲの情報に基づいて、クレーン１の各アクチュエータを制御する。このように構成することで、経路生成システム３３は、クレーン１の位置情報、クレーン１の機体情報、作業に関する情報を取得し、十分な計算能力を有するサーバコンピュータ３５を用いて搬送経路ＣＲを算出する。これにより、経路生成システム３３は、計算能力に制限があるクレーン１の制御装置３２の計算量を抑制することができる。

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。さら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、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１ クレーン
８ 旋回台
９ ブーム
３２ａ 作業可能範囲設定部
３２ｂ 節点生成部
３２ｃ 経路生成部
３２ｄ 搬送経路決定部
３２ｅ 搬送制御部
Ａｒ 作業可能範囲
Ｐｓ 吊り上げ位置
Ｐｅ 吊り下し位置
Ｐ（ｎ） 節点
Ｒ（ｎ） 経路
ＣＲ 搬送経路
Ｗ 荷物
Ｗｇ 荷物の重量

Claims (5)

1. 旋回台に起伏自在かつ伸縮自在のブームが設けられるクレーンであって、
   搬送する荷物の重量から前記荷物を搬送可能な作業可能範囲を設定する作業可能範囲設定部と、
   前記荷物の吊り上げ位置と前記荷物の吊り下し位置とを取得し、前記作業可能範囲内において、前記吊り上げ位置から前記吊り下し位置まで前記ブームを旋回させる場合の一方向への旋回角度と他方向への旋回角度のうち小さい方の旋回範囲であって、ブームの姿勢の制限に基づいて限定された範囲に前記荷物が通過可能な複数の節点を生成する節点生成部と、を備えるクレーン。
2. 前記節点生成部で生成された節点毎に隣接する節点間を結ぶ複数の経路を生成する経路生成部と、
   生成された前記複数の節点と前記複数の経路から、前記クレーンの複数のアクチュエータを作動させる優先順位に基づいて、所定の条件を満たす前記荷物の搬送経路を決定する搬送経路決定部と、を更に備える請求項１に記載のクレーン。
3. 前記節点生成部は、節点の密度が一定の範囲に収まるように節点を生成する請求項１または請求項２に記載のクレーン。
4. 前記節点生成部は、前記作業可能範囲内の障害物の三次元情報を取得し、前記障害物と重複していない範囲に節点を生成する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のクレーン。
5. 旋回台に起伏自在かつ伸縮自在のブームが設けられるクレーンの経路生成システムであって、
   前記クレーンの位置情報、前記クレーンの機体情報、荷物の吊り上げ位置と吊り下し位置および前記荷物の重量を取得し、前記荷物の搬送経路を伝達する情報通信部と、
   前記荷物の重量から前記荷物を搬送可能な作業可能範囲を設定する作業可能範囲設定部と、
   前記荷物の吊り上げ位置と前記荷物の吊り下し位置とを取得し、前記作業可能範囲内において、前記吊り上げ位置から前記吊り下し位置まで前記ブームを旋回させる場合の一方向への旋回角度と他方向への旋回角度のうち小さい方の旋回範囲であって、ブームの姿勢の制限に基づいて限定された範囲に前記荷物が通過可能な複数の節点を生成する節点生成部と、
   前記節点生成部で生成された節点毎に隣接する節点間を結ぶ複数の経路、を生成する経路生成部と、
   生成された前記複数の節点と前記複数の経路から、前記クレーンの複数のアクチュエータを作動させる優先順位に基づいて、所定の条件を満たす前記荷物の搬送経路を決定する搬送経路決定部と、を備えるクレーンの経路生成システム。

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