JP7459537B2 - 自動運転ユニット及び、該自動運転ユニットを備えたクレーン装置 - Google Patents

Description

本開示は、自動運転ユニット及び、該自動運転ユニットを備えたクレーン装置に関し、特に、既設の天井クレーンの自動運転化に好適な技術に関するものである。

一般に、山岳トンネル等の土木建築現場に設置されるコンクリートプラント（バッチャープラント）は、セメントサイロ、水タンク、ミキサ、計量部、ホッパ、天井クレーン等を備えており、セメントサイロから供給されるセメントと、水タンクから供給される水と、天井クレーンによりホッパに投入される骨材とを計量部で計量し、これらをミキサで混錬することにより、所望のコンクリートを製造する。この種のバッチャープラントで用いられる天井クレーンは、例えば、特許文献１，２に開示されている。

特許第５６０４０１５号 特開平１１－２５６８６７号公報

上記バッチャープラントの省人化や効率化を図るには、天井クレーンの運転をオペレータによるマニュアル操作ではなく、自動化することが望まれる。このような天井クレーンの自動運転化には、クラムバケットをホッパ上方等の所望の目標位置に正確に移動させる位置決め制御が重要となる。

位置決め制御の精度を向上するには、天井クレーンの駆動源を応答性や制御性に優れたサーボモータ等にすることが考えられる。しかしながら、既設の天井クレーンの駆動源を置き換える場合には、クレーンの構造自体の見直しや設計変更、大掛かりな改造が必要となり、コストが嵩むといった課題がある。

本開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡素な構成で、クレーン装置の自動運転化を容易にすることを目的とする。

本開示の自動運転ユニットは、第１方向に互いに並行に延びる一対の第１及び第２レールと、前記第１方向と直交する第２方向に延びると共に、前記第１及び第２レールに沿って前記第１方向に移動可能な第１移動体と、該第１移動体に沿って前記第２方向に移動可能な第２移動体と、該第２移動体に一体移動可能に設けられると共に、所定の荷を搬送可能な搬送部と、前記第１及び第２移動体に移動力を付与する駆動源と、を備えるクレーン装置の自動運転ユニットであって、所定の基準位置に対する前記搬送部の前記第１及び第２方向の位置情報を取得する位置情報取得手段と、取得される前記位置情報と、予め設定した前記搬送部の前記基準位置に対する前記第１及び第２方向の目標位置とに基づいて前記駆動源の駆動を制御することにより、前記クレーン装置を自動運転する制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、前記位置情報取得手段は、前記第１移動体の前記第２方向の一端部に設けられており、前記第１レールの一端からの相対距離、前記第１レールの他端からの相対距離及び、前記第２移動体からの相対距離を検出可能な第１センサと、前記第１移動体の前記第２方向の他端部に設けられており、前記第２レールの一端からの相対距離、前記第２レールの他端からの相対距離及び、前記第２移動体からの相対距離を検出可能な第２センサと、を有しており、前記第１及び第２センサにより検出される前記相対距離に基づいて、前記搬送部の前記基準位置に対する前記位置情報を取得することが好ましい。

また、前記制御手段は、前記第１センサにより検出される前記第１レールの一端からの相対距離と、前記第２センサにより検出される前記第２レールの一端からの相対距離との差が所定の閾値を超えた場合、又は、前記第１センサにより検出される前記第１レールの他端からの相対距離と、前記第２センサにより検出される前記第２レールの他端からの相対距離との差が所定の閾値を超えた場合に、前記自動運転を停止することが好ましい。

また、前記制御手段は、前記第１センサにより検出される前記第２移動体からの相対距離及び、前記第２センサにより検出される前記第２移動体からの相対距離の加算値と、前記第１及び第２センサの離間距離との差が所定の閾値を超えた場合に、前記自動運転を停止することが好ましい。

また、前記目標位置として、前記搬送部により搬送される荷を投入するホッパの上方位置が設定されており、前記ホッパの上方に設けられて、該ホッパの内部を撮像可能なデプスカメラをさらに備えており、前記制御手段は、前記搬送部が前記ホッパ上方の前記目標位置に到達すると、前記デプスカメラの画像データに基づいて、前記ホッパ内の被投入物の残量を取得すると共に、該残量が所定の閾値量まで減少すると、前記搬送部から前記ホッパに荷を投入させることが好ましい。

本開示のクレーン装置は、前記自動運転ユニットを備えることを特徴とする。

本開示の技術によれば、簡素な構成で、クレーン装置の自動運転化を容易にすることができる。

本実施形態に係る天井クレーンの模式的な上視図である。 本実施形態に係る天井クレーンの模式的な側面図である。 本実施形態に係る制御装置及び、関連する周辺構成を示す模式的な機能ブロック図である。 本実施形態に係る走行制御の一例を説明する模式的なタイミングチャート図である。 本実施形態に係る横行制御の一例を説明する模式的なタイミングチャート図である。 本実施形態に係る掴み取り制御の一例を説明する模式図である。 本実施形態に係る投入制御の一例を説明する模式図である。

以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る自動運転ユニット及び、該自動運転ユニットを備えたクレーン装置について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

［全体構成］
図１は、本実施形態に係る天井クレーン１０の模式的な上視図であり、図２は、本実施形態に係る天井クレーン１０の模式的な側面図である。

図１及び図２に示すように、天井クレーン１０（本開示のクレーン装置の一例）は、バッチャープラント等の骨材貯蔵施設６０に設置されている。骨材貯蔵施設６０は、セメントに混合する骨材を受け入れて一時的に保管するもので、主として、粗骨材貯留槽６１と、細骨材貯留槽６２と、粗骨材ホッパ６３と、細骨材ホッパ６４と、ベルトコンベア６５，６６とを備えている。

粗骨材貯留槽６１及び、細骨材貯留槽６２は、骨材貯蔵施設６０内の地盤Ｇに凹設されており、トラック等により搬入される骨材を受け入れて貯留する。具体的には、粗骨材貯留槽６１は、砂利等の粒径が比較的大きい粗骨材Ａ１を貯留し、細骨材貯留槽６２は、砂等の粒径が小さい細骨材Ａ２を貯留する。なお、骨材貯留部６１，６２の個数は、図示例の各１個に限定されず、複数であってもよい。また、骨材Ａ１，Ａ２の種類は、砂・砂利に限定されず、セメントと混合可能な他の骨材であってもよい。

粗骨材ホッパ６３及び、細骨材ホッパ６４は、骨材貯蔵施設６０内の地盤Ｇよりも上方に設けられており、支柱６９（図２参照）等によって支持されている。各ホッパ６３，６４は、上端開口が下端開口よりも拡張された略角錐台形状に形成されており、その下方にはベルトコンベア６５，６６がそれぞれ設けられている。

骨材貯蔵施設６０においては、天井クレーン１０によって骨材貯留部６１，６２から取り出した骨材Ａ１，Ａ２を対応するホッパ６３，６４に投入すると共に、ホッパ６３，６４から落下する骨材Ａ１，Ａ２がベルトコンベア６５，６６によって不図示の計量部やミキサへと搬送されるようになっている。

［天井クレーン］
天井クレーン１０は、各ホッパ６３，６４よりも上方に設けられており、地盤Ｇから立設する支柱６７（図２参照）等によって支持されている。

具体的には、天井クレーン１０は、互いに略並行に延びる一対の第１走行レール１１及び第２走行レール１２と、各走行レール１１，１２を走行可能なガーダ１３（本開示の第１移動体）と、ガータ１３を走行可能なトロリ１４（本開示の第２移動体）と、トロリ１４に設けられた巻上げ機１５と、巻上げ機１５にワイヤ１６（図２参照）を介して吊り下げられたクラムバケット１７（本開示の搬送部の一例）と、ガーダ１３を走行させる走行用駆動源２０Ａ，２０Ｂ（図１参照）と、トロリ１４を横行させる横行用駆動源２１（図１参照）と、距離検出センサ３０，３１（本開示の第１及び第２センサ）と、デプスカメラ３２，３３と、制御装置４０（本開示の制御手段）とを備えている。

距離検出センサ３０，３１、デプスカメラ３２，３３及び、制御装置４０は、本開示の自動運転ユニットの構成要素として好ましい。なお、以下の説明では、水平方向のうち、ガーダ１３の走行方向を単にＸ方向（本開示の第１方向）、Ｘ方向と直交するトロリ１４の横行方向を単にＹ方向（本開示の第２方向）と称する。また、Ｘ及びＹ方向と直交する鉛直方向（バケット１７の昇降方向）を単にＺ方向と称する。

各走行レール１１，１２は、Ｘ方向に並行に延設されており、互いにＹ方向に所定間隔をおいて離間対向する。各走行レール１１，１２には、走行レール１１，１２に沿ってＸ方向に走行可能な第１サドル１３Ａ及び、第２サドル１３Ｂがそれぞれ設けられている。また、各走行レール１１，１２の両端部には、反射板等で形成されたＸ方向位置検出用のＸ位置ターゲット１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ（図１参照）がそれぞれ設けられている。

具体的には、第１走行レール１１の一端には、第１基準Ｘ位置ターゲット１１Ａが設けられ、第１走行レール１１の他端には、第１最大Ｘ位置ターゲット１１Ｂが設けられている。また、第２走行レール１２の一端には、第２基準Ｘ位置ターゲット１２Ａが設けられ、第２走行レール１２の他端には、第２最大Ｘ位置ターゲット１２Ｂが設けられている。

ガーダ１３は、一端側を第１サドル１３Ａに、他端側を第２サドル１３Ｂにそれぞれ固定されており、各走行レール１１，１２間にＹ方向に架け渡されている。ガーダ１３は、制御装置４０からの指令に応じて走行用駆動源２０Ａ，２０Ｂが駆動すると、各サドル１３Ａ，１３Ｂが走行レール１１，１２に沿って移動することにより、Ｘ方向へ適宜に走行する。

トロリ１４は、ガーダ１３に走行可能に設けられており、制御装置４０からの指令に応じて横行用駆動源２１が駆動すると、ガーダ１３に沿ってＹ方向へ適宜に走行する。トロリ１４には、反射板等で形成されたＹ方向位置検出用のＹ位置ターゲット１８が設けられている。Ｙ位置ターゲット１８は、好ましくは、バケット１７のＺ方向直上に位置するように、トロリ１４の上面に取り付けられている。

巻上げ機１５は、トロリ１４に一体移動可能に設けられており、制御装置４０からの指令に応じて駆動する。巻上げ機１５には、ワイヤ１６を介してバケット１７が吊り下げられており、巻上げ機１５がワイヤ１６を巻き上げると、バケット１７がＺ方向へ上昇し、巻上げ機１５がワイヤ１６を巻き下げると、バケット１７がＺ方向へ降下するようになっている。

巻上げ機１５には、バケット１７のＺ方向の昇降位置（バケットＺ位置）を検出可能なロータリエンコーダ等のＺ位置検出センサ３４（図２参照）、バケット１７に掴み取られた骨材Ａ１，Ａ２の重量を計測可能なロードセル等の計重センサ３５（図２参照）が設けられている。これらセンサ３４，３５の検出信号は、制御装置４０に有線又は無線でリアルタイムに送信される。

距離検出センサ３０，３１（本開示の位置情報取得手段の一部）は、例えば、超音波センサ、レーザレーダ、ミリ波レーダ等のセンサであり、センサ周囲の対象物との相対距離を検出する。具体的には、第１距離検出センサ３０は、各ターゲット１１Ａ，１１Ｂを結ぶ直線上をＸ方向に移動するように、第１サドル１３Ａ（又は、ガーダ１３の一端）に一体移動可能に取り付けられている。第２距離検出センサ３１は、各ターゲット１２Ａ，１２Ｂを結ぶ直線上をＸ方向に移動するように、第２サドル１３Ｂ（又は、ガーダ１３の他端）に一体移動可能に取り付けられている。また、これら距離検出センサ３０，３１は、Ｙ位置ターゲット１８を挟んで互いにＹ方向に対峙する。

第１距離検出センサ３０は、第１基準Ｘ位置ターゲット１１Ａからの反射波を受信することにより、第１基準Ｘ位置ターゲット１１Ａとの相対距離Ｘ１_＿Ａを検出する。また、第１距離検出センサ３０は、第１最大Ｘ位置ターゲット１１Ｂからの反射波を受信することにより、第１最大Ｘ位置ターゲット１１Ｂとの相対距離Ｘ１_＿Ｂを検出する。さらに、第１距離検出センサ３０は、Ｙ位置ターゲット１８からの反射波を受信することにより、Ｙ位置ターゲット１８との相対距離Ｙ１を検出する。これら第１距離検出センサ３０の検出信号は、制御装置４０に有線又は無線でリアルタイムに送信される。

第２距離検出センサ３１は、第２基準Ｘ位置ターゲット１２Ａからの反射波を受信することにより、第２基準Ｘ位置ターゲット１２Ａとの相対距離Ｘ２_＿Ａを検出する。また、第２距離検出センサ３１は、第２最大Ｘ位置ターゲット１２Ｂからの反射波を受信することにより、第２最大Ｘ位置ターゲット１２Ｂとの相対距離Ｘ２_＿Ｂを検出する。さらに、第２距離検出センサ３１は、Ｙ位置ターゲット１８からの反射波を受信することにより、Ｙ位置ターゲット１８との相対距離Ｙ２を検出する。これら第２距離検出センサ３１の検出信号は、制御装置４０に有線又は無線でリアルタイムに送信される。

デプスカメラ３２，３３（図２参照）は、骨材貯蔵施設６０の上部梁６８等に、各ホッパ６３，６４の直上方に位置するように設けられている。具体的には、第１デプスカメラ３２は、粗骨材ホッパ６３の上方に設けられており、粗骨材ホッパ６３の内部を撮像してその画像データを生成する。第２デプスカメラ３３は、細骨材ホッパ６４の上方に設けられており、細骨材ホッパ６４の内部を撮像してその画像データを生成する。各デプスカメラ３２，３３によって生成される画像データは、制御装置４０に有線又は無線で送信される。

［制御装置］
図３は、本実施形態に係る制御装置４０及び、関連する周辺構成を示す模式的な機能ブロック図である。

制御装置４０は、例えば、コンピュータ等の演算を行う装置であり、互いにバス等で接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、出力ポート等を備え、自動運転プログラムを実行する。

また、制御装置４０は、自動運転プログラムの実行により、第１サドルＸ位置取得部４１（本開示の位置情報取得手段の一部）、第２サドルＸ位置取得部４２（本開示の位置情報取得手段の一部）、バケットＸ位置推定部４３（本開示の位置情報取得手段の一部）、バケットＹ位置推定部４４（本開示の位置情報取得手段の一部）、異常判定部４５、走行制御部４６、横行制御部４７、掴み取り制御部４８及び、投入制御部４９を備える装置として機能する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアである制御装置４０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

第１サドルＸ位置取得部４１は、第１距離検出センサ３０のセンサ値に基づいて、第１サドル１３Ａの第１基準Ｘ位置ターゲット１１Ａに対するＸ方向の相対位置（以下、単に第１サドルＸ位置という）を取得する。具体的には、制御装置４０のメモリには、予め各ターゲット１１Ａ，１１Ｂの離間距離が第１最大距離Ｘ１_＿Ｍａｘとして格納されている。第１サドルＸ位置取得部４１は、まず、第１距離検出センサ３０から送信される相対距離Ｘ１_＿Ａ及び、相対距離Ｘ１_＿Ｂを加算する。そして、第１サドルＸ位置取得部４１は、加算値（＝Ｘ１_＿Ａ＋Ｘ１_＿Ｂ）と第１最大距離Ｘ１_＿Ｍａｘとの差の絶対値が所定の閾値以下であれば、センサ値に異常がないものとし、相対距離Ｘ１_＿Ａを第１サドルＸ位置として取得する。

第２サドルＸ位置取得部４２は、第２距離検出センサ３１のセンサ値に基づいて、第２サドル１３Ｂの第２基準Ｘ位置ターゲット１２Ａに対するＸ方向の相対位置（以下、単に第２サドルＸ位置という）を取得する。具体的には、制御装置４０のメモリには、予め各ターゲット１２Ａ，１２Ｂの離間距離が第２最大距離Ｘ２_＿Ｍａｘとして格納されている。第２サドルＸ位置取得部４２は、まず、第２距離検出センサ３１から送信される相対距離Ｘ２_＿Ａ及び、相対距離Ｘ２_＿Ｂを加算する。そして、第２サドルＸ位置取得部４２は、加算値（＝Ｘ２_＿Ａ＋Ｘ２_＿Ｂ）と第２最大距離Ｘ２_＿Ｍａｘとの差の絶対値が所定の閾値以下であれば、センサ値に異常がないものとし、相対距離Ｘ２_＿Ａを第２サドルＸ位置として取得する。

バケットＸ位置推定部４３は、第１サドルＸ位置取得部４１から送信される第１サドルＸ位置と、第２サドルＸ位置取得部４２から送信される第２サドルＸ位置との平均値を求めると共に、求めた該平均値をバケット１７の各基準ターゲット１１Ａ，１２Ａに対するＸ方向の相対位置（以下、単にバケットＸ位置という）として推定する。

バケットＹ位置推定部４４は、第１距離検出センサ３０及び第２距離検出センサ３１のセンサ値に基づいて、バケット１７の第１サドル１３Ａ（又は、各ターゲット１１Ａ，１１Ｂを結ぶＸ方向の直線）に対するＹ方向の相対位置（以下、単にバケットＹ位置という）を推定する。具体的には、制御装置４０のメモリには、予め各センサ３０，３１の対向距離が最大距離Ｙ_＿Ｍａｘとして格納されている。バケットＹ位置推定部４４は、まず、各センサ３０，３１から送信される相対距離Ｙ１，Ｙ２を加算する。そして、バケットＹ位置推定部４４は、加算値（＝Ｙ１＋Ｙ２）と最大距離Ｙ_＿Ｍａｘとの差の絶対値が所定の閾値以下であれば、センサ値に異常がないものとし、相対距離Ｙ１をバケットＹ位置として推定する。

異常判定部４５は、第１距離検出センサ３０、第２距離検出センサ３１及び、計重センサ３５のセンサ値に基づいて、天井クレーン１０の異常を判定する。具体的には、異常判定部４５は、以下の、条件（１）～（６）の何れかが成立すると、天井クレーン１０に異常が発生したと判定し、自動運転（後述する走行制御、横行制御、投入制御等）を緊急停止させる。

条件（１）：第１距離検出センサ３０から送信される相対距離Ｘ１_＿Ａ及び相対距離Ｘ１_＿Ｂの加算値（＝Ｘ１_＿Ａ＋Ｘ１_＿Ｂ）と、第１最大距離Ｘ１_＿Ｍａｘとの差の絶対値が所定の閾値を超えている場合。

条件（２）：第２距離検出センサ３１から送信される相対距離Ｘ２_＿Ａ及び相対距離Ｘ２_＿Ｂの加算値（＝Ｘ２_＿Ａ＋Ｘ２_＿Ｂ）と、第２最大距離Ｘ２_＿Ｍａｘとの差の絶対値が所定の閾値を超えている場合。

条件（３）：各距離検出センサ３０，３１から送信される相対距離Ｙ１，Ｙ２の加算値（＝Ｙ１＋Ｙ２）と、最大距離Ｙ_＿Ｍａｘとの差の絶対値が所定の閾値を超えている場合。

条件（４）：第１距離検出センサ３０から送信される相対距離Ｘ１_＿Ａと、第２距離検出センサ３１から送信される相対距離Ｘ２_＿Ａとの差の絶対値が、所定の上限値を超えている場合。

条件（５）：第１距離検出センサ３０から送信される相対距離Ｘ１_＿Ｂと、第２距離検出センサ３１から送信される相対距離Ｘ２_＿Ｂとの差の絶対値が、所定の上限値を超えている場合。

条件（６）：後述する投入制御時にバケット１７に対して開閉作動指示を出力しても、計重センサ３５のセンサ値が変化しない場合。

条件（１），（２），（３）については、距離検出センサ３０，３１自体に何らかの故障が発生しているか、或いは、距離検出センサ３０，３１とターゲット１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ，１８との間に何らかの障害物等が介在し、センサ値に狂いが生じていると考えられるためである。条件（４），（５）については、サドル１３Ａ，１３Ｂの脱輪や、駆動源２０Ａ，２０Ｂの故障等により、ガーダ１３が各走行レール１１，１２に対して斜めに傾いていると考えられるためである。条件（６）については、バケット１７に何らかの故障が発生し、骨材Ａ１，Ａ２をホッパ６３，６４に適切に投入できていないと考えられるためである。このような場合に、天井クレーン１０を異常と判定し、自動運転を緊急停止することより、事故等の発生を未然に防止できるようになり、安全性の向上が図られるようになる。

走行制御部４６は、バケットＸ位置推定部４３から送信されるバケットＸ位置に基づいて、ガーダ１３をＸ方向に走行させる走行制御を実施する。具体的には、制御装置４０のメモリには、粗骨材貯留槽６１上方の第１目標Ｘ位置（Ｘ１）、細骨材貯留槽６２上方の第２目標Ｘ位置（Ｘ２）、粗骨材ホッパ６３上方の第３目標Ｘ位置（Ｘ３）及び、細骨材ホッパ６４上方の第４目標Ｘ位置（Ｘ４）が予め格納されている。走行制御部４６は、これら第１～第４目標Ｘ位置（Ｘ１～Ｘ４）と、バケットＸ位置推定部４３から送信されるバケットＸ位置との偏差ΔＸに基づいて、走行用駆動源２０Ａ，２０Ｂの駆動を制御することにより、ガーダ１３を所望の第１～第４目標Ｘ位置に向けて走行移動させる。

図４は、本実施形態に係る走行制御の一例を説明する模式的なタイミングチャート図である。図４は、バケット１７に粗骨材Ａ１を保持した状態でガーダ１３を第１目標Ｘ位置（Ｘ１）から第３目標Ｘ位置（Ｘ３）に向けて移動させる走行制御の一例である。ガーダ１３を第２目標Ｘ位置（Ｘ２）から第４目標Ｘ位置（Ｘ４）へ走行させる他の走行制御も同様の処理内容となるため、それらの詳細な説明は省略する。

図４の時刻ｔ０は、バケットＸ位置が第１目標Ｘ位置（Ｘ１）にある状態を示しめしている。走行制御部４６は、時刻ｔ０から時刻ｔ１に亘って、ガーダ１３が第１目標Ｘ位置（Ｘ１）から徐々に加速走行するように走行用駆動源２０Ａ，２０Ｂの駆動を制御する。時刻ｔ１にてガーダ１３の走行速度が所定の目標速度に達したならば、走行制御部４６は、ガーダ１３を目標速度で定速走行さるように走行用駆動源２０Ａ，２０Ｂの駆動を制御する。このように、ガーダ１３を徐々に加速させた後に定速走行へと切り替えることにより、バケット１７の周期的な振れを効果的に抑制できるようになる。ガーダ１３の加速距離や加速時間をどの程度とするかは、第１目標Ｘ位置（Ｘ１）と第３目標Ｘ位置（Ｘ３）との距離やバケット１７が保持している骨材Ａ１の重量等に応じて適宜に設定すればよい。

時刻ｔ２にて、バケットＸ位置が第３目標Ｘ位置（Ｘ３）よりも前の所定Ｘ位置に達すると、走行制御部４６は、ガーダ１３が第３目標Ｘ位置（Ｘ３）に向けて次第に減速走行するように走行用駆動源２０の駆動を制御する。ガーダ１３の減速距離や減速時間をどの程度とするかは、時刻ｔ３にてバケットＸ位置と第３目標Ｘ位置（Ｘ３）との偏差が所定の許容閾値以内に収まるように、バケット１７に保持されている骨材Ａ１の重量や、定速走行時の速度等に応じて適宜に設定すればよい。

時刻ｔ３にて、バケットＸ位置と第３目標Ｘ位置（Ｘ３）との偏差が所定の許容閾値を超えている場合には、以降、走行制御部４６は、バケットＸ位置が許容閾値以内に収まるように、ガーダ１３を微移動させるＸ位置合わせ制御を実行する。ここで、走行制御やＸ位置合わせ制御は、２個のセンサ３０，３１の検出信号から推定されるバケットＸ位置に基づいて行われるため、１個のセンサの検出信号に基づいて制御する場合に比べ、位置決め精度を確実に向上できるようになる。

図３に戻り、横行制御部４７は、バケットＹ位置推定部４４から送信されるバケットＹ位置に基づいて、トロリ１４をＹ方向に横行させる横行制御を実施する。具体的には、制御装置４０のメモリには、粗骨材貯留槽６１上方の第１目標Ｙ位置（Ｙ１）、細骨材貯留槽６２上方の第２目標Ｙ位置（Ｙ２）、粗骨材ホッパ６３上方の第３目標Ｙ位置（Ｙ３）及び、細骨材ホッパ６４上方の第４目標Ｙ位置が予め格納されている。横行制御部４７は、これら第１～第４目標Ｙ位置（Ｙ１～Ｙ４）と、バケットＹ位置推定部４４から送信されるバケットＹ位置との偏差ΔＹに基づいて、横行用駆動源２１の駆動を制御することにより、トロリ１４を所望の第１～第４目標Ｙ位置（Ｙ１～Ｙ４）に向けて横行移動させる。

図５は、本実施形態に係る横行制御の一例を説明する模式的なタイミングチャート図である。図５は、バケット１７に粗骨材Ａ１を保持した状態でトロリ１４を第１目標Ｙ位置（Ｙ１）から第３目標Ｙ位置（Ｙ３）に向けて移動させる横行制御の一例である。トロリ１４を第２目標Ｙ位置（Ｙ２）から第４目標Ｙ位置（Ｙ４）へ走行させる他の横行制御も同様の処理内容となるため、それらの詳細な説明は省略する。

図５の時刻ｔ０は、バケットＹ位置が第１目標Ｙ位置（Ｙ１）にある状態を示しめしている。横行制御部４７は、時刻ｔ０から時刻ｔ１に亘って、トロリ１４が第１目標Ｙ位置（Ｙ１）から徐々に加速走行するように横行用駆動源２１の駆動を制御する。時刻ｔ１にてトロリ１４の走行速度が所定の目標速度に達したならば、横行制御部４７は、トロリ１４を目標速度で定速走行さるように横行用駆動源２１の駆動を制御する。このように、トロリ１４を徐々に加速させた後に定速走行へと切り替えることにより、バケット１７の周期的な振れを効果的に抑制できるようになる。トロリ１４の加速距離や加速時間をどの程度とするかは、第１目標Ｙ位置（Ｙ１）と第３目標Ｙ位置（Ｙ３）との距離やバケット１７が保持している骨材Ａ１の重量等に応じて適宜に設定すればよい。

時刻ｔ２にて、バケットＹ位置が第３目標Ｙ位置（Ｙ３）よりも前の所定Ｙ位置に達すると、横行制御部４７は、トロリ１４が第３目標Ｙ位置（Ｙ３）に向けて次第に減速走行するように横行用駆動源２１の駆動を制御する。トロリ１４の減速距離や減速時間をどの程度とするかは、時刻ｔ３にてバケットＹ位置と第３目標Ｘ位置（Ｙ３）との偏差が所定の許容閾値以内に収まるように、バケット１７に保持されている骨材Ａ１の重量や、定速走行時の速度等に応じて適宜に設定すればよい。

時刻ｔ３にて、バケットＹ位置と第３目標Ｙ位置（Ｙ３）との偏差が所定の許容閾値を超えている場合には、以降、横行制御部４７は、バケットＹ位置が許容閾値以内に収まるように、トロリ１４を微移動させるＹ位置合わせ制御を実行する。ここで、横行制御やＹ位置合わせ制御は、２個のセンサ３０，３１の検出信号から推定されるバケットＹ位置に基づいて行われるため、１個のセンサの検出信号に基づいて制御する場合に比べ、位置決め精度を確実に向上できるようになる。

図３に戻り、掴み取り制御部４８は、前述の走行制御や横行制御によってバケット１７が粗骨材貯留槽６１上方の第１目標Ｘ，Ｙ位置又は、細骨材貯留槽６２上方の第２目標Ｘ，Ｙ位置に到達すると、バケット１７をＺ方向へ昇降させることにより、バケット１７に骨材Ａ１，Ａ２を掴み取らせる掴み取り制御を実施する。

具体的には、制御装置４０のメモリには、図６に示す、ホッパ６３，６４よりも下方、且つ、骨材貯留槽６１，６２よりも上方の所定の目標Ｚ位置が予め格納されている。掴み取り制御部４８は、まず、目標Ｚ位置と、Ｚ位置検出センサ３４から送信されるバケットＺ位置との偏差ΔＺに基づいて、巻上げ機１５の巻き下げ駆動を制御することにより、バケット１７を所望の目標Ｚ位置に向けて降下させる。

次いで、掴み取り制御部４８は、バケットＺ位置が目標Ｚ位置に達すると、バケット１７を開作動させながら、バケット１７を骨材貯留槽６１，６２内の骨材Ａ１，Ａ２に着床させる。バケット１７が着床したか否かは、計重センサ３５の検出信号に基づいて把握すればよい。バケット１７が着床すると、掴み取り制御部４８は、バケット１７を閉作動させることにより、バケット１７に骨材Ａ１，Ａ２を掴み取らせる。

次いで、掴み取り制御部４８は、巻上げ機１５を巻き上げ作動させることにより、バケット１７をＺ方向へ上昇させる。この際、掴み取り制御部４８は、計重センサ３５のセンサ値に基づいて、バケット１７が所望量の骨材Ａ１，Ａ２を掴み取れているか否かを判定する。

具体的には、バケット１７の上昇中に、計重センサ３５により取得される重量値ＷＳからバケット１７の自重ＷＢを差し引いた値が所定の閾値以上であれば、掴み取り制御部４８は、バケット１７の上昇移動を継続させる。一方、重量値ＷＳから自重ＷＢを差し引いた値が所定の閾値未満であれば、掴み取り制御部４８は、バケット１７が骨材Ａ１，Ａ２を十分に掴み取れていないものとし、バケット１７の上昇移動を中断する。これにより、バケット１７に異常等が発生し、骨材Ａ１，Ａ２の掴み取りに失敗した場合には、天井クレーン１０の無駄な自動運転の継続を効果的に停止させることが可能になる。

図３に戻り、投入制御部４９は、前述の走行制御や横行制御によってバケット１７が粗骨材ホッパ６３上方の第３目標Ｘ，Ｙ位置又は、細骨材ホッパ６４上方の第４目標Ｘ，Ｙ位置に到達すると、バケット１７を開作動させることにより、ホッパ６３，６４内に骨材Ａ１，Ａ２を投入する投入制御を実施する。

まず、投入制御部４９は、横行制御によりバケット１７がホッパ６３，６４の上方に到達すると、デプスカメラ３２，３３で生成される画像データに基づき、ホッパ６３，６４内の骨材残量を取得する。ここで、図７に示すように、ホッパ６３，６４は、上端開口が下端開口よりも拡張された略角錐台形状をなしており、下端開口から骨材Ａ１，Ａ２が排出されると、ホッパ６３，６４内には骨材Ａ１，Ａ２による略円錐状の表面Ａ３が形成される。このため、超音波センサやミリ波レーダ等を用いると、反射波を効果的に受信することができず、ホッパ６３，６４内の骨材残量を的確に把握できない場合がある。本実施形態では、デプスカメラ３２，３３により生成される画像データを用いているため、ホッパ６３，６４内の骨材Ａ１，Ａ２の表面Ａ３の影響を受けることなく、骨材残量を正確に取得することが可能になる。

次いで、投入制御部４９は、ホッパ６３，６４内の骨材残量が所定の閾値量まで減少しているか否かを判定する。骨材残量が所定の閾値量まで減少していれば、投入制御部４９は、バケット１７を開作動させることにより、ホッパ６３，６４に骨材Ａ１，Ａ２を投入する。一方、骨材残量が所定の閾値量を超えていれば、投入制御部４９は、バケット１７を閉状態で待機させ、骨材残量が所定の閾値量まで減少すると、バケット１７を開作動させる。

次いで、投入制御部４９は、バケット１７を開作動させた後、計重センサ３５のセンサ値に基づいて、骨材Ａ１，Ａ２がホッパ６３，６４に確実に投入されたか否かを判定する。具体的には、バケット１７に対して開作動信号を送信した後、計重センサ３５により取得される重量値ＷＳが所定量以上変化しない場合には、投入制御部４９は、バケット１７に動作異常が発生したものとして、自動運転を停止させる。これにより、バケット１７に異常等が発生し、骨材Ａ１，Ａ２の投入に失敗した場合には、天井クレーン１０の無駄な自動運転の継続を効果的に停止させることが可能になる。

以上詳述した本実施形態によれば、天井クレーン１０に、バケット１７のＸ方向位置及びＹ方向位置を検出可能な距離検出センサ３０，３１を設け、該センサ３０，３１のセンサ値に基づいて、ガーダ１３の走行やトロリ１４の横行を自動制御するように構成されている。これにより、オペレータによる天井クレーン１０の操作が不要となり、バッチャープラントにおる省人化や効率化、さらには、安全性の向上を図ることも可能になる。

また、天井クレーン１０がマニュアル操作式であっても、センサ３０，３１やデプスカメラ３２，３３及び、制御装置４０の各機能要素４１～４９を追加すれば、天井クレーン１０を容易に自動運転化できるように構成されている。これにより、天井クレーン１０の構造見直しや大掛かりな改造を伴うことなく、既設クレーン装置を容易に自動化することが可能になる。

また、バケット１７の位置計測に、Ｘ方向の２方向及びＹ方向の少なくとも計３方向を検出可能な２個の距離検出センサ３０，３１を用いることで、１個のセンサを用いて自動運転制御する場合に比べ、バケット１７の位置決め精度を確実に向上することも可能になる。

［その他］
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜に変形して実施することが可能である。

例えば、距離検出センサ３０，３１の個数は、図示例の２個に限定されず、１個、或いは、３個以上であってもよい。また、天井クレーン１０が設けられる現場は、バッチャープラントに限定されず、他の現場であってもよい。また、クレーン装置は、天井クレーン１０に限定されず、所定の荷をＸ方向やＹ方向に搬送する他のクレーンにも広く適用することが可能である。

１０ 天井クレーン（クレーン装置）
１１ 第１走行レール（第１レール）
１２ 第２走行レール（第２レール）
１３ ガーダ（第１走行体）
１３Ａ 第１サドル
１３Ｂ 第２サドル
１４ トロリ（第２走行体）
１５ 巻上げ機
１６ ロープ
１７ バケット（搬送部）
２０Ａ 第１走行用駆動源
２０Ｂ 第２走行用駆動源
２１ 横行用駆動源
３０ 第１距離検出センサ（位置情報取得手段）
３１ 第２距離検出センサ（位置情報取得手段）
３２ 第１デプスカメラ
３３ 第２デプスカメラ
３４ Ｚ位置検出センサ
３５ 計重センサ
４０ 制御装置（制御手段）
４１ 第１サドルＸ位置取得部（位置情報取得手段）
４２ 第２サドルＸ位置取得部（位置情報取得手段）
４３ バケットＸ位置推定部（位置情報取得手段）
４４ バケットＹ位置推定部（位置情報取得手段）
４５ 異常判定部
４６ 走行制御部
４７ 横行制御部
４８ 掴み取り制御部
４９ 投入制御部

Claims (5)

1. 第１方向に互いに並行に延びる一対の第１及び第２レールと、前記第１方向と直交する第２方向に延びると共に、前記第１及び第２レールに沿って前記第１方向に移動可能な第１移動体と、該第１移動体に沿って前記第２方向に移動可能な第２移動体と、該第２移動体に一体移動可能に設けられると共に、所定の荷を搬送可能な搬送部と、前記第１及び第２移動体に移動力を付与する駆動源と、を備えるクレーン装置の自動運転ユニットであって、
   所定の基準位置に対する前記搬送部の前記第１及び第２方向の位置情報を取得する位置情報取得手段と、
   取得される前記位置情報と、予め設定した前記搬送部の前記基準位置に対する前記第１及び第２方向の目標位置とに基づいて前記駆動源の駆動を制御することにより、前記クレーン装置を自動運転する制御手段と、を備えており、
   前記位置情報取得手段は、
   前記第１移動体の前記第２方向の一端部に設けられており、前記第１レールの一端からの相対距離、前記第１レールの他端からの相対距離及び、前記第２移動体からの相対距離を検出可能な第１センサと、
   前記第１移動体の前記第２方向の他端部に設けられており、前記第２レールの一端からの相対距離、前記第２レールの他端からの相対距離及び、前記第２移動体からの相対距離を検出可能な第２センサと、を有しており、
   前記第１及び第２センサにより検出される前記相対距離に基づいて、前記搬送部の前記基準位置に対する前記位置情報を取得する
   ことを特徴とする自動運転ユニット。
2. 前記制御手段は、
   前記第１センサにより検出される前記第１レールの一端からの相対距離と、前記第２センサにより検出される前記第２レールの一端からの相対距離との差が所定の閾値を超えた場合、又は、前記第１センサにより検出される前記第１レールの他端からの相対距離と、前記第２センサにより検出される前記第２レールの他端からの相対距離との差が所定の閾値を超えた場合に、前記自動運転を停止する
   請求項１に記載の自動運転ユニット。
3. 前記制御手段は、
   前記第１センサにより検出される前記第２移動体からの相対距離及び、前記第２センサにより検出される前記第２移動体からの相対距離の加算値と、前記第１及び第２センサの離間距離との差が所定の閾値を超えた場合に、前記自動運転を停止する
   請求項１又は２に記載の自動運転ユニット。
4. 前記目標位置として、前記搬送部により搬送される荷を投入するホッパの上方位置が設定されており、
   前記ホッパの上方に設けられて、該ホッパの内部を撮像可能なデプスカメラをさらに備えており、
   前記制御手段は、
   前記搬送部が前記ホッパ上方の前記目標位置に到達すると、前記デプスカメラの画像データに基づいて、前記ホッパ内の被投入物の残量を取得すると共に、該残量が所定の閾値量まで減少すると、前記搬送部から前記ホッパに荷を投入させる
   請求項１から３の何れか一項に記載の自動運転ユニット。
5. 請求項１から４の何れか一項に記載の自動運転ユニットを備えたクレーン装置。

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