JP7358600B2 - クレーン操作システム - Google Patents

Description

本実施形態は、クレーン操作システムに関する。

クレーンを用いて物を吊り上げて移動させる際、オペレータはクレーンの操作室でクレーンの操作を行う。このため、オペレータからは見えない死角に物を移動させる場合、オペレータの他に、誘導者がオペレータからも死角からも見える位置で合図を送る必要がある。

しかし、誘導者の合図があっても、オペレータ自身からは死角の地点を充分に把握することは困難である。この場合、オペレータは、視覚による空間認識ができないため、正確かつ安全に物を置くことが困難である。

特開２０１６－０１３８９０号公報 特開２０１５－１３９１５８号公報

死角の地点であっても、正確かつ安全に物を置くことができるクレーン操作システムを提供する。

本実施形態によるクレーン操作システムは、荷物を吊り上げて移動させるクレーンの先端部に設置可能であり、該クレーンの先端部の位置を測定する測位装置を備えている。無人航空機は、測位装置で測定されたクレーンの先端部の位置に従って航行する。第１カメラは、無人航空機に設けられ、荷物の下方を撮像する。モニタは、第１カメラで撮像された画像を表示する。

第１実施形態によるクレーン操作システム１の構成例を示す概念図。 第１実施形態によるクレーン操作システム１の構成例を示すブロック図。 第２実施形態によるクレーン操作システム１の構成例を示すブロック図。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態によるクレーン操作システム１の構成例を示す概念図である。図２は、第１実施形態によるクレーン操作システム１の構成例を示すブロック図である。

クレーン操作システム１は、荷物を吊り上げて移動させるクレーン機構に取り付けられるシステムであり、例えば、クレーン車、クレーン船等に配置されたクレーン機構に取り付けることができる。図１および図２には、一例としてクレーン車１００が示されている。

クレーン車１００は、クレーン１１０と、操作室１２０と、コントローラ１２５と、フック１３０と、ケーブル１３５とを備えている。クレーン１１０は、アーム状のジブを、伸縮、旋回、あるいは、傾斜移動（上下移動）可能となっている。フック１３０は、ケーブル１３５によってクレーン１１０の先端部Ｅ１から吊られており、荷物を取り付けることができる。フック１３０は、ケーブル１３５を巻取ったりあるいは巻戻したりすることによって、荷物を鉛直上方向または鉛直下方向へ移動させることができる。ケーブル１３５は、クレーン１１０の先端部Ｅ１に架設されており、リール（図示せず）に巻き取りまたは巻き戻しできるように設けられている。ケーブル１３５の巻き取りにより、フック１３０は上方へ移動し、ケーブル１３５の巻き戻しにより、フック１３０は下方へ移動する。コントローラ１２５は、クレーン１１０およびフック１３０を制御する。オペレータは、操作室１２０においてコントローラ１２５を操作することによって、クレーン１１０および／またはフック１３０の位置を移動させることができる。これにより、クレーン車１００は、フック１３０に取り付けられた荷物を、クレーン１１０またはフック１３０の届く範囲において任意の位置に移動させることができる。

クレーン操作システム１は、ＧＰＳ受信機１０と、ドローン２０と、カメラ３０と、モニタ４０とを備えている。測位装置としてのＧＰＳ受信機１０は、クレーン１１０の先端部Ｅ１に設置することができ、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して自己の位置を特定する。
ＧＰＳ受信機１０は、クレーン１１０の先端部Ｅ１に固定配置されているので、ＧＰＳ受信機１０の位置は、クレーン１１０の先端部Ｅ１の位置にほぼ等しい。即ち、ＧＰＳ受信機１０は、クレーン１１０の先端部Ｅ１の位置を測定していると言ってもよい。

無人航空機としてのドローン２０は、ＧＰＳ受信機１０で測定されたクレーン１１０の先端部Ｅ１の位置に従って航行する。例えば、図２に示すように、ドローン２０は、ＧＰＳ受信機１０から或る方向Ｄ１に、或る距離ＤＴだけ離れた状態を維持するように航行する。ＧＰＳ受信機１０に対するドローン２０の相対的な方向Ｄ１およびＧＰＳ受信機１０とドローン２０との間の相対的な距離ＤＴは、任意に設定可能である。オペレータは、クレーン１１０の動作を阻害せず、かつ、先端部Ｅ１の近傍を航行するように、ＧＰＳ受信機１０またはドローン２０を予め設定する。例えば、ドローン２０は、ＧＰＳ受信機１０の所定位置に対して略水平方向に、ＧＰＳ受信機１０から１～３メートルの距離だけ離れて航行するように設定されてもよい。これにより、ドローン２０は、クレーン１１０が静止しているときには、先端部Ｅ１に対して所定方向Ｄ１に、先端部Ｅ１から所定距離ＤＴだけ離れた位置に相対的に静止した状態で航行する。また、クレーン１１０が動作した場合でも、ドローン２０は、先端部Ｅ１に対してほぼ同一の位置を維持しつつ、先端部Ｅ１の移動に追従して先端部Ｅ１の近傍を航行する。即ち、ドローン２０は、クレーン１１０に対する相対位置がほぼ不変となるように設定される。勿論、クレーン１１０に対するドローン２０の相対位置は、変化するように設定されてもよい。例えば、クレーン１１０の先端部Ｅ１の位置が高いほど、距離ＤＴを大きくし、先端部Ｅ１の位置が低いほど、距離ＤＴを小さくしてもよい。これにより、先端部Ｅ１の位置が高いときには、ドローン２０がクレーン１１０に接触することを回避し、先端部Ｅ１の位置が低いときには、ドローン２０は、荷物の置き場所に接近してカメラ３０でその場所を詳細に撮像することができる。

ＧＰＳ受信機１０またはドローン２０の設定は、ＧＰＳ受信機１０またはドローン２０を直接設定してもよい。あるいは、ＧＰＳ受信機１０またはドローン２０の設定は、ＧＰＳ受信機１０および／またはドローン２０と無線通信可能に接続されたリモートコントローラ５０を用いて行ってもよい。この場合、オペレータは、操作室１２０に居ながらリモートコントローラ５０を操作することによってＧＰＳ受信機１０および／またはドローン２０を遠隔で設定することができる。この設定の変更は、ドローン２０の航行中であってもよい。例えば、クレーン１１０の操作中にＧＰＳ受信機１０に対するドローン２０の相対位置を変更したい場合に、オペレータは、リモートコントローラ５０を用いてドローン２０の相対位置を調整することができる。この場合、クレーン操作システム１は、リモートコントローラ５０をさらに備える。

カメラ（第１カメラ）３０は、ドローン２０に搭載されており、クレーン１１０で吊り上げられている荷物の下方を撮像するように配置される。クレーン１１０が荷物を下ろす際には、カメラ３０は、荷物を下ろす場所を撮像することができる。ドローン２０は先端部Ｅ１に対して所定方向に所定距離だけ離れて航行するので、カメラ３０は、クレーン１１０の動作に合わせて移動する荷物の下方を、クレーン１１０の動作に追従して継続的に撮像する。

カメラ３０は、リモートコントローラ５０と無線通信可能に接続されていてもよい。この場合、例えば、リモートコントローラ５０は、カメラ３０の撮像方向または焦点位置を調節してもよい。これにより、オペレータは、ＧＰＳ受信機１０に対するドローン２０の相対位置を変更することなく、カメラ３０による撮像位置や焦点を調節することができる。

モニタ４０は、クレーン車１００の操作室１２０内に設けられ、カメラ３０と無線通信可能に接続されている。モニタ４０は、例えば、カメラ３０とＷｉＦｉを介して接続されている。これにより、カメラ３０で撮像された画像はモニタ４０に表示され得る。モニタ４０は、例えば、タッチパネル式ディスプレイであってもよい。モニタ４０において、ＧＰＳ受信機１０に対するドローン２０の位置を設定可能にしてもよい。モニタ４０には、ＧＰＳ受信機１０に対するドローン２０の相対位置を示してもよい。クレーン１１０のオペレータは、モニタ４０の画像やドローン２０の相対位置を参照することで、クレーン１１０で吊り上げられている荷物の下方の状態を確認しながら、クレーン１１０を操作することができる。

従って、例えば、クレーン車１００の近傍にある荷物３００を、壁２００の反対側へ移動させる場合、オペレータは、直接目視で確認しながら荷物を吊り上げた後、壁２００の反対側へ移動させ、その荷物を下ろす。このとき、オペレータにとって壁２００の反対側の領域は、死角領域Ｄとなっている。従って、オペレータは、操作室１２０から壁２００の反対側を直接目視することができない。尚、壁２００は、例えば、工事現場の周囲に設けられた遮音壁や防塵壁等でよい。

しかし、本実施形態によるクレーン操作システム１では、ドローン２０がクレーン１１０の先端部Ｅ１に追従して移動し、カメラ３０が荷物３００の下方を撮像する。即ち、カメラ３０は、荷物３００の下方の死角領域Ｄを撮像し、その画像をモニタ４０に表示させる。オペレータは、荷物３００の下方の死角領域Ｄを、操作室１２０に居ながらモニタ４０で確認することができる。つまり、オペレータは、死角領域Ｄを直接目視することはできないものの、カメラ３０およびモニタ４０を介して死角領域Ｄを間接的に目視することができる。これにより、オペレータは、壁２００の反対側の死角領域Ｄの所定の位置に、荷物３００を正確かつ安全に移動させ置くことができる。その結果、誘導者をオペレータからも死角からも見える位置に配置する必要がない。これにより、人件費削減に繋がる。

また、ドローン２０は、ＧＰＳ受信機１０に対して所定方向Ｄ１に所定距離ＤＴだけ離隔して自律的に航行する。従って、オペレータは、ドローン２０をほとんど意識することなくクレーン１１０の操作に集中することができる。

尚、ＧＰＳ受信機１０をフック１３０に配置して、フック１３０の位置に従ってドローン２０を航行させてもよい。

また、ＧＰＳ受信機１０がクレーン１１０の高さ位置を正確に検出することができない場合、クレーン１１０の先端部Ｅ１に高さセンサ６５を設けてもよい。高さセンサ６５は、ドローン２０と無線通信可能に接続されており、クレーン１１０の先端部Ｅ１の高さを検出してドローン２０に送信する。ドローン２０は、高さセンサ６５からの測定値に従って高さ方向に移動する。これにより、ドローン２０は、クレーン１１０の先端部Ｅ１とほぼ等しい高さを維持しながら航行することができる。

（変形例１）
変形例１によるクレーン操作システム１は、クレーン１１０の先端部Ｅ１に設置可能な近接センサ６０と、操作室１２０内に設置可能なアラーム装置７０とをさらに備えている。近接センサ６０とアラーム装置７０とは互いに無線通信可能に接続されている。

近接センサ（第１センサ）６０は、自己とその周辺に存在する物体との間の距離を測定する。近接センサ６０は、例えば、磁気センサ、光学センサ、音響センサ等でよい。もし、近接センサ６０と物体との間の距離が閾値未満になった場合には、近接センサ６０は、その警告信号をアラーム装置７０へ送信し、アラーム装置７０が警告を発生する。アラーム装置７０は、例えば、ランプやスピーカでよい。もし、近接センサ６０と物体との間の距離が閾値未満になった場合には、アラーム装置７０としてのランプが点灯し、あるいは、アラーム装置７０としてのスピーカが警告音を発する。

例えば、オペレータがクレーン１１０を操作しているときに、近接センサ６０（先端部Ｅ１）と電線４００との間の距離が閾値未満になった場合、近接センサ６０が電線４００を検出し、アラーム装置７０が警告を発生させる。これにより、オペレータは、クレーン１１０の先端部Ｅ１が電線４００に近付いたことを知ることができる。

また、近接センサ６０は、コントローラ１２５と接続され、近接センサ６０と物体との間の距離が閾値未満になった場合に警告信号をコントローラ１２５にも送信する。コントローラ１２５は、近接センサ６０から警告信号を受けたときに、クレーン１１０の先端部Ｅ１がそれ以上上方へ移動しないようにクレーン１１０の動作を制限する。例えば、オペレータがクレーン１１０を上方へ移動させようとしたり、延ばそうとしたときに、コントローラ１２５は、クレーン１１０にロックを掛ける。一方、オペレータがクレーン１１０を下方へ移動させようとしたり、縮めようとしたときには、クレーン１１０はその操作に従って動作する。近接センサ６０と電線４００との間の距離が閾値以上になった場合には、警告信号は解除される。これにより、オペレータは、クレーン１１０の先端部Ｅ１の上方にある電線等の物体を左程気にすること無く、クレーン１１０の操作に意識を集中することができる。

アラーム装置７０は、モニタ４０に組み込んでもよい。この場合、モニタ４０がアラーム装置としての機能も兼ね備える。

（変形例２）
変形例２によるクレーン操作システム１は、クレーン１１０のフック１３０に設けられたカメラ（第２カメラ）８０をさらに備えている。カメラ８０は、カメラ３０と同様に、モニタ４０および／またはリモートコントローラ５０と無線通信可能に接続されている。
カメラ８０は、フック１３０から下方を撮像しており、その画像をモニタ４０に表示させることができる。これにより、オペレータは、ドローン２０から撮像した画像だけでなく、フック１３０から撮像した画像もモニタ４０で確認しながらクレーン１１０を操作することができる。

（変形例３）
変形例３によるクレーン操作システム１は、ドローン２０に設けられた近接センサ（第２センサ）６７をさらに備えている。近接センサ６７は、自己とその周辺に存在する物体との間の距離を測定する。近接センサ６７は、例えば、磁気センサ、光学センサ、音響センサ等でよい。ドローン２０の周辺に障害物があった場合、ドローン２０は、その障害物を避けながら航行する必要がある。従って、もし、近接センサ６７と物体（障害物）との間の距離が閾値未満になった場合には、近接センサ６７は、警告信号をドローン２０のコントローラ（図示せず）へ送信する。ドローン２０は、近接センサ６７から警告信号を受けたときに、一旦逆方向に移動して警告信号を解除する。そして、ドローン２０は、近接センサ６７から警告信号を受けないように、物体との距離を閾値以上に維持しつつ、物体を迂回するように移動する。これにより、ドローン２０は、障害物を回避しながら、クレーン１１０の先端部Ｅ１に追従することができる。

（第２実施形態）
第１実施形態によるクレーン操作システム１では、ドローン２０は、ＧＰＳ受信機１０および／または高さセンサ６５からの信号に基づいて自律的に航行する。これに対し、第２実施形態によるクレーン操作システム１では、ドローン２０は、コントローラ１２５によるクレーン１１０の操作信号に基づいて自律的に航行する。

図３は、第２実施形態によるクレーン操作システム１の構成例を示すブロック図である。第２実施形態によるクレーン操作システム１は、コントローラ１２５からクレーン１１０の操作信号をドローン２０へ送信する送信器９０をさらに備えている。送信器９０は、ＷｉＦｉ等を用いてドローン２０と無線通信可能に接続されている。尚、第２実施形態では、ＧＰＳ受信機１０は設けられていなくてもよい。

第２実施形態によるクレーン操作システム１では、ドローン２０は、コントローラ１２５からクレーン１１０の操作信号を受け取り、その操作信号に基づいて航行する。例えば、オペレータは、コントローラ１２５を操作してクレーン１１０を伸縮させ、旋回させ、あるいは、傾斜させる。このとき、コントローラ１２５は、操作信号をクレーン１１０とともに、ドローン２０にも送信する。

ドローン２０は、操作信号とクレーン１１０の動作との対応関係を示すテーブルを記憶部２５に予め格納している。ドローン２０は、操作信号を受けると、その操作信号に対応するクレーン１１０の動作を該テーブルから認識し、クレーン１１０の先端部Ｅ１に追従するように移動する。例えば、操作信号がクレーン１１０を或る速度で伸縮させることを示している場合、ドローン２０は、クレーン１１０の伸縮方向へクレーン１１０の伸縮速度に合わせて移動する。尚、クレーン１１０の伸縮方向は、初期位置に対して、それまでの操作信号における旋回角度の累積、および、傾斜角度の累積から分かる。

第２実施形態のその他の構成は、第１実施形態の対応する構成と同様でよい。従って、第２実施形態によるクレーン操作システム１でも、ドローン２０は、クレーン１１０の先端部Ｅ１の位置に追従して航行することができる。その結果、第２実施形態は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、変形例１～変形例３は、第２実施形態に組み合わせてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ クレーン操作システム、１０ ＧＰＳ受信機、２０ ドローン、３０ カメラ、４０
モニタ、５０ リモートコントローラ、６０ 近接センサ、６５ 高さセンサ、６７ 近接センサ、７０ アラーム装置、８０ カメラ、９０ 送信器 １００ クレーン車、１１０ クレーン、１２０ 操作室、１２５ コントローラ、１３０ フック、１３５ ケーブル、１０ ＧＰＳ受信機

Claims (5)

1. 荷物を吊り上げて移動させるクレーンの先端部の位置に従って航行する無人航空機と、
   前記無人航空機に設けられ、前記荷物の下方を撮像する第１カメラと、
   前記第１カメラで撮像された画像を表示するモニタと、
   前記クレーンを制御するコントローラと、
   前記コントローラから出力される操作信号を送信する送信器と、
   前記操作信号と前記クレーンの動作との対応関係を格納する記憶部とを備え、
   前記第１カメラは、前記無人航空機に設けられ、前記荷物の下方を撮像し、
   前記モニタは、前記第１カメラで撮像された画像を表示し、
   前記無人航空機は、前記操作信号に対応する前記クレーンの動作を前記対応関係から認識し、該クレーンの動作に基づいて前記クレーンの先端部の位置に従って航行し、前記クレーンの伸縮方向へ該クレーンの伸縮速度に合わせて移動する、クレーン操作システム。
2. 前記無人航空機は、前記クレーンの先端部の位置からほぼ等しい距離を維持しながら航行する、請求項１に記載のクレーン操作システム。
3. 前記クレーンの先端部に設置可能な第１センサであり、前記第１センサとその周辺に存在する物体との間の距離を測定するセンサと、
   前記第１センサとその周辺に存在する物体との間の距離が閾値未満になったときに警告を発生するアラーム装置と、をさらに備えた請求項１または請求項２に記載のクレーン操作システム。
4. 前記クレーンに巻き取りまたは巻き戻し可能に架設されたケーブルと、
   前記ケーブルに設けられたフックと、
   前記フックに設けられた第２カメラと、をさらに備えた請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のクレーン操作システム。
5. 前記無人航空機に設置可能な第２センサであり、前記第２センサとその周辺に存在する物体との間の距離を測定する第２センサをさらに備え、
   前記無人航空機は、前記第２センサとその周辺に存在する物体との間の距離が閾値未満になったときに、該距離が閾値以上となるように一旦逆方向に移動する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のクレーン操作システム。

Images