JPH04361985A - クレーンの自動操縦方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、建築現場等に設置さ
れた中小規模の旋回式クレーンのクレーン荷役作業の省
人化（専任のオペレータ無し）を目的として実施される
もので、クレーン荷役に従事する作業員（オペレータ）
が光信号の発信機により吊り荷の位置へクレーンのブー
ム及びフックを誘導できるようにした、クレーンの自動
操縦方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、クレーンの操縦は、大形のタワー
クレーンには操縦室に専任のオペレータが乗り込んで荷
役作業を行なっている。中小規模のクレーンはキャプタ
イヤで繋がったコントロールスイッチをオペレータが操
作してブームの旋回及びフックの昇降操作を行っている
。

【０００３】ところで、相対移動する発光源（光信号）
を自動追尾し、その発光源位置の空間座標を求める「発
光源追尾装置」の発明が既に出願されている（特願平１
−３４０３６９号）。

【０００４】

【本発明が解決しようとする課題】従来のクレーン操縦
方法は、オペレータが操縦室へ乗り込むにせよ、又はコ
ントロールスイッチを操作するにせよ、そのオペレータ
の他に、吊り荷にフックを掛ける、云わば意思の疎通が
十分に図れた関係の玉掛け作業員との２人組が最低限必
要であった。しかし、現在は産業社会の人手不足が深刻
化しつつあり、人員の確保が困難なので、クレーン荷役
作業の省人化（専任のオペレータ無し）は重要な課題で
ある。

【０００５】また、コントロールスイッチのキャプタイ
ヤを吊り荷の位置毎に引き回す手間と作業は大変であり
、その解決が要望されている。とりわけ図７のようにク
レーンが建築物１４の屋上に設置されているような場合
は、地上からコントロールスイッチによる操縦はできな
いという問題がある。そこで、本発明の目的は、既に出
願された発明「発光源追尾装置」の応用例として、主に
中小規模のクレーンについて、クレーンによる荷役作業
を簡易化し、オペレータ無しで手軽に自動操縦でき、ク
レーン荷役作業の能率化、省人化及び効率化を図れるク
レーンの自動操縦方法及び装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記従来技術の課題を解
決するための手段として、第１の発明に係るクレーンの
自動操縦方法は、クレーンの上部に後記の発信機６から
発信された光信号１２を自動追尾して発信位置Ｔを旋回
角θと俯仰角φで求める追尾センサー４、及び前記追尾
センサー４で求めた旋回角θと俯仰角φに基づいてクレ
ーンの旋回装置と巻上機を自動制御するコントローラ４
１を設置し、発信機６で任意の吊り荷位置Ｔから前記追
尾センサー４に向けて光信号１２を発信させ、前記光信
号１２を自動追尾する追尾センサー４によって発信位置
Ｔ（吊り荷位置）を旋回角θ及び俯仰角φで特定せしめ
、前記の旋回角θ及び俯仰角φに基づくコントローラ４
１の自動制御によりクレーンのフック１８を発信位置Ｔ
（吊り荷位置）まで誘導させることを特徴とする。

【０００７】第２の発明に係るクレーンの自動操縦装置
は、後記の発信機６から発信された光信号１２を自動追
尾する追尾センサー４、及び前記追尾センサー４が前記
光信号１２を自動追尾して求めた発信位置Ｔ（吊り荷位
置）の旋回角θと俯仰角φに基づいてクレーンの旋回装
置と巻上機を自動制御するコントローラ４１がクレーン
の上部に設置され、吊り荷の位置Ｔ等から前記追尾セン
サー４に向かって光信号１２を発信する発信機６との組
合せから成ることを特徴とする。

【０００８】本発明の自動操縦装置は、発信機６が吊り
荷位置Ｔの光信号１２及び行先指示光信号の発信機構を
具備し、クレーンには追尾センサー４及び前記行先指示
光信号の受信機が設置され、前記行先指示光信号を受信
した受信機の信号はコントローラ４１へ入力され、コン
トローラ４１において前記行先指示光信号が解読され指
定された行き先位置へフック１８及び吊り荷が誘導され
ること（図６参照）、及び、発信機６から発信された光
信号１２及び行先指示光信号と、クレーンのコントロー
ラ４１とは、光の直進性を害されない位置に設置された
中継点１５の追尾センサー４及び光信号発信機１６とを
中継して連絡されること（図７参照）、もそれぞれ特徴
とする。

【０００９】

【作用】クレーンの荷役作業を必要とする作業員５は、
吊り荷の位置Ｔに立ち、発信機６を追尾センサー４に向
けて操作ボタンを押し光信号１２を発信する。この光信
号１２は追尾センサー４が捕捉して自動追尾する。当該
追尾センサー４は、前記光信号１２の自動追尾によって
前記吊り荷の位置（光信号１２の発信位置）Ｔの空間座
標を旋回角θと俯仰角φとで求める。作業員５は、発信
機６の信号位置確認ランプが点灯するのを確認して操作
ボタンを解除する。コントローラ４１は、前記のように
して追尾センサー４が求めた旋回角θと俯仰角φとに基
づいてクレーンの旋回装置及び巻上機のモータを自動制
御し、フック１８を前記吊り荷位置Ｔの上方３ｍぐらい
の所まで降下させて停止する。その後は作業員５が発信
機６をマニュアル操作してフック１８を所定の位置まで
下ろし、吊り荷に玉掛け作業をする。

【００１０】玉掛け終了後、作業員５は発信機６で吊り
荷のおよその行き先イ〜リ（図６参照）を行先指示光信
号により指定し発信ボタンを押す。すると、吊り荷及び
フック１８は、コントローラ４１による旋回装置及び巻
上機の自動制御（プログラミング制御）により、指定位
置に誘導される。フック１８及び吊り荷が指定された行
先位置に到達し停止した後は、やはり同様な発信機６を
もつ受け取り人がマニュアル操作でフック１８及び吊り
荷を所定の場所に誘導してゆき、フック１８を外して吊
り荷を下ろす。

【００１１】

【実施例】次に、図示した本発明の実施例を説明する。 図１Ａ、Ｂは地上に立設したクレーンマスト１の上部に
、旋回台２が３６０°の旋回が自在に設置され、この旋
回台２に水平なブーム３が固定された旋回式クレーン（
トンボクレーン）を示している。該クレーンの上部には
、旋回台２（またはブーム３）と共に旋回して光信号を
受信する追尾センサー４として、まず全方位追尾センサ
ー４０が旋回台２に設置され、また、前記の全方位追尾
センサー４０が光信号を捕捉する上で障害物がある場合
に、その光信号を検知して発信位置の空間領域を特定す
るために、例えば約９０°の範囲を視野角として光信号
１２を検知する固定センサー４ａ〜４ｄがマスト１の上
部の直角４方向に合計４個設置され、もって３６０°全
旋回角の光交信が可能に構成されている。前記４個の９
０°監視の固定センサー４ａ〜４ｄは、図２Ｂに原理図
を示したように、開先角度が９０°のカバー４８の内隅
部に受光センサー（フォトトランジスタ）４９を設置し
て成り、カバー４８の開先角度（９０°）の範囲内に入
った光信号１２は検知してオン動作（電気信号の発生）
するが、カバー４８の外から入る光信号１２´はカット
され、オフ動作のままとなる。この固定センサー４ａ〜
４ｄは、図２Ａに示したように、マスト１の上部に各々
の位置を固定し、各々が９０°ずつの光信号検知の視野
角をもつ配置で設置されている。前記の全方位追尾セン
サー４０は、地上等の吊り荷位置Ｔに立つ作業員５が携
帯する発信機６から発信された光信号１２を自動追尾す
るものである。しかし、障害物のため全方位追尾センサ
ー４０が光信号１２を捕捉し得ず、他方、固定センサー
４ａ〜４ｄのいずれか一又は二つが光信号１２を検知し
たときは、検知した固定センサーの向きに旋回台２及び
ブーム３を回転させて全方位追尾センサー４０が光信号
１２を捕捉することを可能ならしめる。クレーンの上部
には、発信機６から発信された命令指示光信号を受信す
る受信機４２も設置されている。したがって、一例とし
て９０°ずつの視野角で光信号１２を検知する前記の固
定センサー４ａ〜４ｄは、場合によっては発信機６から
の光信号１２を１８０°の視野角で検知する一対で構成
し、この固定センサーをマスト１に１８０°対称な配置
で設置すること、又は逆に視野角が前記９０°よりも小
さい、６０°とか３０°の範囲で光信号を検知する固定
センサーをマスト１上に等角に多数設置した構成でも同
様に実施することもできる。

【００１２】次に、上記の全方位追尾センサー４０の具
体的構成は、図３Ａに原理図を示したとおりである。光
通信用の受光レンズ９の視準軸１０上の焦点位置に、光
の入射に敏感なＰＳＤ又はＣＣＤの如き受光センサー８
が設置されている。そして、前記視準軸１０の両側に約
４５°方向に直交する配置で４個の監視センサー１１ａ
〜１１ｄが設置されている。図３Ａに示した全方位追尾
センサー４０は、回転軸７を中心として後述する制御モ
ータによって紙面と平行（例えば水平）に回転される。 ４個の監視センサー１１ａ〜１１ｄの構成は、図３Ｂに
示したとおり、図２Ｂの固定センサーと全く同様に、約
９０°の視野角（開先角度）をもつカバー４８の内隅部
に受光センサー（フォトトランジスタ）４９を設置した
構成である。図３Ａの全方位追尾センサー４０の場合、
受光レンズ９の左右両側の監視センサー１１ａ、１１ｄ
の視野角は、視準軸１０と平行な微小間隔ｗの空白部を
残し、４個の監視センサー１１ａ〜１１ｄは各々の視野
角が一部分重複する関係に設置されている。右側２個の
監視センサー１１ａと１１ｂ、及び左側２個の監視セン
サー１１ｃと１１ｄとは、図４のようにそれぞれ一組と
してオア回路３２と結線されている。従って、右側２個
の監視センサー１１ａと１１ｂは当該追尾センサー４０
の右側約１８０°の空間領域にくる光信号１２を監視し
検知する。右側の監視センサー１１ａ又は１１ｂのいず
れか一が光信号を検知しオン動作すると、中央制御装置
（ＣＰＵ）３５は右側１８０°の空間領域に光信号１２
がきたことを弁別し、モータドライバ３３にその旨を指
示して制御モータ３４を駆動し、全方位追尾センサー４
０の視準軸１０を右回りに回転させ自動追尾する。逆に
、左側の監視センサー１１ｃ又は１１ｄのいずれか一が
光信号を検知してオン動作すると、ＣＰＵ３５は左側１
８０°の空間領域に光信号１２´がきたことを弁別し、
視準軸１０を左回りに回転させて自動追尾する。自動追
尾の動作は、視準軸１０が光信号１２と同一の向きとな
るか、少なくとも空白域ｗの範囲に入ると、４個の監視
用センサー１１ａ〜１１ｄは全てオフ状態となり、他方
、受光レンズ９を通じて入った光信号によって受光セン
サー８がオン動作（電気信号の発生）をし、その信号が
ＣＰＵ３５に入力され、光信号１２の位置が高精度に検
出されるのである。全方位追尾センサー４０の前記回転
運動の回転軸は、必ずしも視準軸１０と各監視センサー
１１ａ〜１１ｄの受光面の法線１３とが交わる点でなく
てもよい。また、全方位追尾センサー４０の前記回転の
次元は、発光源の運動（光信号の変化）が上下あるいは
左右のように１次元の運動しかない場合なら１次元だけ
でよく、例えば図３Ａのように右回転又は左回転だけを
行なう構成にすればよい。発光源（光信号）が３次元空
間を移動する場合には、追尾センサー４０の回転次元は
２次元にする必要がある。例えば図３Ａにおいて視準軸
１０の方向にｚ軸、紙面の左から右の方向にｘ軸、紙面
の表側から裏側の方向にｙ軸をとると、ｙ軸方向に前記
受光レンズ９に対する一対の受光センサー１１ａ、１１
ｂとまったく同様な配置でもう一対の受光センサー（例
えば図５の符号１１ａ´と１１ｂ´）を設置すると、前
述した旋回角と俯仰角の両者をｙ軸方向にも自動追尾可
能となる。

【００１３】監視センサー１１ａ〜１１ｄは光信号を検
知すると連続的に電流値又は電圧値の電気量出力を発生
するので、各監視センサー１１ａ〜１１ｄからの出力は
連続的に取り出すことができる。その電気量出力（オン
動作）によって視準軸１０を回転する制御モータ３４の
回転方向を決めて制御すると、視準軸１０は常に発光源
に向かう追尾動作をする。制御モータ３４にＤＣモータ
を用いた場合、２個のオア回路３２、３２のいずれに出
力が発生するかによって電流の向きを反転させるだけで
よいから、簡単なリレー回路によって前記の自動追尾動
作を行なわせることができる。空間で光通信を行なう場
合、太陽光等の外乱光と発信機６による光信号１２とを
区別する必要があるため、発光源（光信号１２）は、レ
ーザ光や発光ダイオード（ＬＥＤ）等の波長スペクトラ
ムの尖ったもの、又はＴＶ等の家電製品の遠隔操作に利
用されている赤外線タイプのコントロールスイッチを改
良し、放射角を絞り到達距離を長くしたものなどを有効
利用できる。光信号１２の受光側には光源の波長付近だ
けを限定的に通す光学フィルター３０を設け、同調回路
を設ける方法が有効である。図４の回路図において、光
学フィルター３０を通して特定されいずれか一の監視セ
ンサー１１ａ〜１１ｄに入射した光信号１２は、それぞ
れ電気量出力に変換され、同調増幅回路３１により光信
号との同調増幅が行なわれた上で、オア回路３２に入力
され、中央制御装置（ＣＰＵ）３５へ導入される。ＣＰ
Ｕ３５には視準軸１０上の受光レンズ９から入った光信
号１２を検知するＰＳＤ（又はＣＣＤ）８で発生した電
気信号も入力され、自動追尾の情報とされる。

【００１４】図５Ａ、Ｂは、上述した原理の全方位追尾
センサー４０を、クレーンの自動操縦用として構成した
図である。図において１１ａ〜１１ｄはｙ軸回りの方向
から入る光信号を３６０°の範囲にわたり検知する監視
センサーであり、１１ａ´と１１ｂ´はｘ軸回りの方向
から入る光信号を検知する監視センサーである。図３Ａ
におけるｚ軸（視準軸１０でもある）はｘ軸、ｙ軸と直
交し、図５Ａでは紙面裏側から表側に向かう方向にとら
れている。ｙ軸回りの回転は、基台２０に取り付けられ
たｙ軸ギアドモータ２１により行なわれる。ｘ軸回りの
回転は、ヨーク２２に取り付けられたｘ軸ギアドモータ
２３により行なわれる。ヨーク２２はｙ軸ギアドモータ
２１の回転軸２４に支持されている。光信号の受光レン
ズ９及び監視センサー１１ａ〜１１ｂ並びに１１ａ´と
１１ｂ´を取付けた回転ユニット２５は、回転軸２６で
ヨーク２２に支持されている。ヨーク２２は回転軸２４
に支持され、各々の軸２６、２４の回りに回転される結
果、３次元移動空間で送信されてくる光信号１２の追尾
動作が可能である。

【００１５】上記構成の全方位追尾センサー４０は、基
台２０をクレーンの旋回台２に取付け、受光レンズ９の
視準軸１０がブーム３の中心線と同一方向で斜め下向き
の配置で設置される。従って、吊り荷の位置Ｔに立つ作
業員が発信機６をクレーン上部の追尾センサー４に向け
て発信した場合に、全方位追尾センサー４０が光信号１
２を捕捉し得たときは、直ちにその光信号１２を自動追
尾して光信号１２の発信位置Ｔの座標を旋回角θと俯仰
角φとで特定する。全方位追尾センサー４０が発信機６
からの前記光信号１２を捕捉し得ないとき（ブーム３又
は旋回台２の向きが障害になっているとき）は、光信号
１２をいずれか一の固定センサー４ａ〜４ｄが検知し、
光信号１２を検知した固定センサーの検知信号を受けた
コントローラ４１が同固定センサーの視野角（旋回角）
の範囲を弁別し、クレーンの旋回装置を自動制御し、同
固定センサーの視野角の範囲に向って全方位追尾センサ
ー４０の視準軸１０が入ってゆくように旋回台２及びブ
ーム３を旋回させ誘導する。その結果、全方位追尾セン
サー４０が光信号１２を捕捉することとなり、同光信号
１２を自動追尾して光信号１２の発信位置Ｔが特定され
る。この段階で発信機６の位置確認ランプが点灯する。 光信号１２の発信位置Ｔの座標を特定する演算処理は次
のように行なわれる。

【００１６】図２Ａに示したクレーン作業平面において
、光信号１２の発信位置（吊り荷の位置）をＴ点とし、
その位置から発信機６で光信号１２がクレーン上部の追
尾センサー４に向けて発信されると、該光信号１２を検
知した固定センサー４ｂは、その視野角が旋回角にして
０°〜９０°の範囲に光信号１２があることをコントロ
ーラ４１へ知らしめる。そこでコントローラ４１が旋回
台２を旋回させ、全方位追尾センサー４０が光信号１２
を捕捉することを可能ならしめ、全方位追尾センサー４
０が光信号１２を自動追尾することによって旋回角θを
求めると、基準軸０°の位置から右回りの旋回角θの位
置であることが知れる。地上から全方位追尾センサー４
０までの高さをＨ０　、人間の平均的身長をｈとすると
、既知の高さＨ０　とｈ、及び自動追尾によって得た俯
仰角φとに基づいて、発信位置Ｔを表わす作業半径Ｒは
次の〔数１〕のように求めることができる。 〔数１〕Ｒ＝（Ｈ０　−ｈ）／ｔａｎφ従って、上記の
演算処理に基づいてコントローラ４１は旋回装置及び巻
上機のモータを自動制御し、ブーム３及びフック１８が
光信号１２の発信位置（吊り荷の位置）Ｔへ自動的に誘
導される。図１に示したトンボクレーンの場合、フック
１８はブーム３上を水平移動する移動台１９に吊られて
いるので、前記の作業半径Ｒは移動台１９のモータ制御
によりブーム３上の水平移動距離として実現される。ブ
ーム３が俯仰動作する形式のクレーンでは、前記作業半
径Ｒはブーム３の俯仰角に換算され、ブーム俯仰用モー
タの制御によって実現される。フック１８の高さは、巻
上機のモータ制御により、既知のマスト高さＨ０　及び
人間の平均的身長ｈを基にして、床上（又は地上）約３
ｍの位置までは自動的に降下して止まるプログラム制御
が行なわれる。その自動停止後は、発信機６を持った作
業員５が発信機６を操作してフック１８の下降を命令す
るマニュアル的操作により玉掛け作業に適切な位置まで
下降させ、玉掛け作業を行なう。吊り荷の玉掛け終了後
は、同じ発信機６を操作して行先を指定し発信ボタンを
押す。このとき発信機６から発信された命令指示光信号
は、クレーンの上部の全方位追尾センサー４０に設置さ
れた命令指示光信号受信機の受信用レンズ４２（図５Ａ
）が受信してコントローラ４１へ送る。図５Ａにおいて
符号４３は命令指示信号送信用レンズである。コントロ
ーラ４１は、前記の命令指示光信号を解読し、例えば図
６のように当該クレーンの平面的な作業範囲をイ〜リの
ように９つに区分して、いずれかの行先区分へフック１
８を誘導するプログラム制御が行なわれる。かくしてフ
ック１８及び吊り荷は指定された行先区分イ〜リのいず
れかに誘導されるので、後は受取人が持つ発信機を操作
してマニュアル的に位置を指示して所定の場所へ誘導し
フックから吊り荷を外すことになる。

【００１７】

【その他の実施例】図７は建築中のビル１４の上部にク
レーンを設置した場合の自動操縦の実施例を示している
。本実施例はビル１４によって光信号１２の直進性が害
され発信機６とクレーン上部の全方位追尾センサー４０
又は固定４ａ〜４ｄとの間で光交信することができない
場合に、作業所事務所１５に中継用の全方位追尾センサ
ー４と命令指示光信号発信機１６を設置し、一方、クレ
ーンの上部には全方位追尾センサー４０の他に命令指示
光信号受信機１７を設置した構成を特徴とする。このよ
うにすると、光信号の発信位置が建築中のビル１４の影
になっても、発信機６とクレーン上部の全方位追尾セン
サー４０とは何不自由なく光交信ができ、ブーム３、フ
ック１８を光信号１２の発信位置Ｔに誘導することがで
きる。

【００１８】あるいは建築中のビル１４の所要位置に直
接中継用の全方位追尾センサーと命令指示光信号発信機
の対を設置し、これらとクレーン上部に前記のように設
置されたコントローラ４１とをキャプタイヤ等で接続し
、発信機６をビル１４に設置した中継用の全方位追尾セ
ンサーに向けて発信する構成で実施することもできる。

【００１９】

【本発明が奏する効果】本発明によれば、クレーンの荷
役作業に従事する作業員が、発信機６を携帯し吊り荷の
位置Ｔから全方位追尾センサー４０へ光信号を発信する
だけの操作によって、自分の位置へクレーンのフック１
８を誘導する自動操縦ができる。しかも行き先をプログ
ラミングしておけば、ほぼ目的としている場所まで吊り
荷を送る自動操縦もでき、クレーン荷役作業の能率化、
省人化及び効率化に大きく寄与するのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａ、Ｂは本発明に係る自動操縦クレーンの実施
例を示した平面図と立面図である。

【図２】Ａ、Ｂは図１の実施例において固定センサーに
より発信方向を割出すための説明図及び固定センサーの
原理図である。

【図３】Ａ、Ｂは全方位追尾センサーの原理図と９０°
監視センサーの原理図である。

【図４】光信号を処理する回路図である。

【図５】Ａ、Ｂは全方位追尾センサーの平面図と正面図
である。

【図６】クレーンフックの行先指定の区分を例示した平
面図である。

【図７】自動操縦クレーンの他の実施例を示した側面図
である。

【符号の説明】

３　　　　　　ブーム ４０　　　　全方位追尾センサー ４ａ〜４ｄ　　　　　　固定センサー １１ａ〜１１ｄ　　９０°監視センサー６　　　　　　
発信機 １８　　　　フック φ　　　　　　俯仰角 θ　　　　　　旋回角

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　クレーンの上部に後記の発信機から発
   信された光信号を自動追尾して発信位置を旋回角と俯仰
   角で求める追尾センサー、及び前記の追尾センサーで求
   めた旋回角と俯仰角に基づいてクレーンの旋回装置と巻
   上機を自動制御するコントローラを設置し、発信機で任
   意の吊り荷位置から前記追尾センサーに向けて光信号を
   発信させ、前記光信号を自動追尾する追尾センサーによ
   って発信位置を旋回角及び俯仰角で特定せしめ、前記の
   旋回角及び俯仰角に基づくコントローラの自動制御によ
   りクレーンのフックを吊り荷位置まで誘導させることを
   特徴とする、クレーンの自動操縦方法。
2. 【請求項２】　　後記の発信機から発信された光信号を
   自動追尾する追尾センサー、及び前記の追尾センサーが
   前記光信号を自動追尾して求めた発信位置の旋回角と俯
   仰角に基づいてクレーンの旋回装置と巻上機を自動制御
   するコントローラがクレーンの上部に設置され、吊り荷
   位置等から前記追尾センサーに向かって光信号を発信す
   る発信機との組合せから成ることを特徴とする、クレー
   ンの自動操縦装置。
3. 【請求項３】　　発信機は吊り荷位置の光信号及び行先
   指示光信号の発信機構を具備し、クレーンには追尾セン
   サーおよび前記行先指示光信号の受信機が設置されてお
   り、前記行先指示光信号を受信した受信機の信号はコン
   トローラへ入力され、コントローラにおいて前記行先指
   示信号が解読され指定された行き先位置へフック及び吊
   り荷が誘導されることを特徴とする、請求項２に記載し
   たクレーンの自動操縦装置。
4. 【請求項４】　　発信機から発信される光信号及び行先
   指示光信号と、クレーンのコントローラとは、光の直進
   性を害されない位置に設置された中継点の追尾センサー
   及び光信号発信機とを中継して連絡されることを特徴と
   する、請求項２又は３に記載したクレーンの自動操縦装
   置。