JPH0549600B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はクレーン特に大型のタワークレーンを
運転する際の監視方法および装置に関する。

周知の如く、建設現場において建設作業を効率
よく行うためにクレーンは多く用いられている。
しかしながら、クレーンの作業範囲内に構造物や
他のクレーンが設置されている場合、あるいは例
えばマイクロウエーブの電波域がある場合、当然
のことながら任意にクレーンを作動させることは
できない。

そのために従来技術によれば、例えば特公昭56
−22795号公報、特公昭58−20877号公報等に記載
されている通り、クレーンの作業状況を水平面内
に投影し、その平面上におけるクレーンと他のも
のとの接近距離を検知し、もつて衝突等を防止し
たものが知られている。しかしながら、クレーン
の作業は３次元的に行われるので、投影平面内に
おいて重複していても実際に衝突しない場合があ
り、そのために平面的に重複していることのみで
クレーンを停止させていては作業能率が損われ
る。また例えば電磁波や超音波の発信器を設けた
空気を媒体として接近を検知する手段も知られて
いるが、空気の状態により検知器の感度が異るた
めに、接近可能距離に余裕をもたせねばならず、
やはり能率が悪かつた。この点において電波区域
を検知しようとする場合も同様である。

そこで例えば特開昭58−74496号公報に記載さ
れている通り、ブーム先端の平面図上および立面
図上の位置を計算してクレーンの作業範囲を求め
る技術が知られている。しかしながら、かかる公
知の技術では、ブームの先端のみをチエツクして
いるので、クレーンの後部やワイヤの先端やその
他の突出位置の衝突の防止はできず、またその計
算手段も実用性に欠けていた。

また従来は作業員は運転室にある指示計を目読
してメモをとり、それで作業日報等を作成してい
たが、運転中にかかる作業を行うことは安全上問
題があり、また記録されるデータも不正確となり
がちである。しかも作成された作業日報からクレ
ーンの稼動状況を分析し、クレーンの吊荷の配分
を改善しようとするときに、そのクレーンの作業
日報の時間的な照合が困難であり、したがつてフ
イードバツク制御ができない。

例えば特開昭49−2250号公報には、実際のクレ
ーンを模擬した第１導電体と相手側を模擬した第
２導電体とをクレーンの動きに追従して動かして
電気的手段により衝突を防止する技術が開示され
ている。しかしながらかかる公知技術では模擬し
た第１および第２の導電体を作る作業が面倒であ
り、また例えばジブが伸縮する場合や相手側の建
物が建築されつつある場合のように形状が変化す
るものに対しては、その変化に応じて導電体を変
化させねばならず、実際の建築現場に適用するに
は不充分である。

また、特公昭56−22795号公報にはクレーンの
作動範囲を段階的に監視して衝突を防止する技術
が開示されているがクレーンのブームの位置を平
面的に投影するものであるから前述の欠点があ
る。

また実公昭54−30754号公報には吊りワイヤの
揚程を検出する技術は開示されているが、クレー
ンの衝突を防止することはできない。

したがつて本発明の目的は、比較的に簡単に計
算でき、かつ３次元的に複数台のクレーンの各部
が衝突することのないクレーンの監視方法および
装置を提供するにある。

本発明によれば、複数台のクレーンを運転する
際のクレーンの監視方法において、各クレーンに
設けたサブシステムにあらかじめそれらのクレー
ンの可動部材を複数の単純な形状に区画した３次
元の仮想ブロツクが相手側クレーンと重複してい
るか否かを演算する式を記憶させ、さらにサブシ
ステムにそれぞれ自クレーンの作業データを入力
し、次いで、自クレーンのジブの俯仰角と旋回台
の回転角度と吊りワイヤの揚程の各検出データを
入力し、それらのデータから自クレーンの各ブロ
ツクの位置および大きさを求め、サブシステムで
求めた自クレーンの各ブツロクの位置および大き
さデータを事務室に設けたメインシステムに送
り、メインシステムはそれらのクレーンの各ブロ
ツクの位置および大きさデータを各クレーンのサ
ブシステムに送り、サブシステムは前記の記憶し
た式に基づいて自クレーンの各ブロクツについて
他クレーンに対する警報エリアおよび停止エリア
を演算設定し、自クレーンの各ブロツクの警報エ
リアおよび停止エリアが相手側クレーンと重複し
ているか否かを演算し、相手側のクレーンが自ク
レーンの警報エリアに重複したときは警報を発
し、停止エリアに重複したときは自クレーンを停
止させるようになつている。

本発明の装置によれば、複数台のクレーンを運
転する際のクレーンの監視装置において、事務所
にメインシステムを設け、各クレーンにサブシス
テムを設けて前記メインシステムと前記サブシス
テムとを互いに各データを授受できるように接続
し、各クレーンには、クレーンのジブの俯仰角検
出器と旋回台の回転角度検出器と、吊りワイヤの
揚程検出器とを設け、前記サブシステムには、あ
らかじめ自クレーンの可動部分を複数の単純な形
状の３次元仮想ブロツクに区画し、前記検出器か
らの検出データと自クレーンの作業データから自
クレーンの前記各ブロツクの位置及び大きさを求
め、自クレーンの前記各ブロツク毎に警報エリア
及び停止エリアを演算設定する設定手段と、前記
メインシステムとのデータの授受により、自クレ
ーンの前記各ブロツクの警報エリア及び停止エリ
アが相手側クレーンと重複しているか否かを演算
する演算手段と、相手側クレーンが自クレーンの
警報エリアに重複しているときは警報を発する警
報手段と、相手側クレーンが自クレーンの停止エ
リアに重複しているときは自クレーンを停止させ
る停止手段とを有している。

したがつて、各クレーンの可動部が複数の単純
な形状の三次元の仮想ブロツクとして各クレーン
のサブシステムに記憶されているので、サブシス
テムの入力記憶および計算が容易である。

そして、メインシステムとサブシステムとのデ
ータの授受により、複数台のクレーンを容易に制
御できる。このようにメインシステムとサブシス
テムとの連繋により、寸法や機能の異なる複数台
のクレーンを簡単な計算で衝突を防止することが
できる。クレーンの運転者が自クレーンのどのブ
ロツクが相手側クレーンと重複するかを正確に解
るので、状況判断を適確に行うことができ、作業
効率が向上し、かつ作業の安全性が確保できる。

本発明の実施に際してクレーンのジブが伸縮可
能であることが好ましい。

本発明は複数台のクレーンの相互間の監視や１
台のクレーンが建物や電波区域と衝突しないよう
に制御することができる。相手側がクレーン等の
可動体である場合はコンピユータには相手側の位
置が変数として入力され、相手側が建物等である
場合は定数として入力される。したがつて相手側
の位置を求めるには定数の場合と変数の場合とが
ある。仮想ブロツクはクレーンの構造および作動
を勘案してクレーンに対して一定の幅を有してい
る。このようなブロツクを考えることによつて３
次元的に重複を検知でき、したがつて２次元的な
従来技術と比較してクレーンの作業能率が向上す
る。各ブロツクには重複エリアと停止エリアとを
予め設定しておくので、重複エリアが相手方と重
複したときに警報を発し、停止エリアが重複した
ときに減速停止させればよく、衝突の危険がな
い。

以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

以下の実施例の説明は、代表的な例として、２
台のクレーンが相互に衝突しないように監視する
場合について述べるけれども、本発明はクレーン
が３台以上の場合でも、或いは１台のクレーンが
建物等と衝突しないように監視する場合でも同様
に実施できることは明らかである。すなわち２台
のクレーン中１台のクレーンが稼動していない場
合は建物又は電波区域等と均等に考えることがで
きる。

第１図において第１のクレーンＩは、マスト１
ａ上に旋回自在に設けた旋回台２ａを備え、その
旋回台２ａにはジブ３ａが俯仰自在に設けられて
いる。そしてジブ３ａの先端には吊りワイヤ４ａ
が上下動自在に吊り下げられ、その先端にはフツ
ク５ａが取付けられている。また旋回台２ａには
制御室６ａが設けられている。他方第２のクレー
ンも同様に構成されており、各部品はサフイツ
クスｂを付して示してある。この制御室６ａには
第１ａ図に示すサブシステムＳが設けられてい
る。このサブシステムＳは図示の実施例において
各種の検出手段として荷重検出器１０と、ジブ３
ａの俯仰角検出器１１と、旋回台２ａの旋回角度
検出器１２と、フツク５ａの揚程検出器１３とを
備えている。荷重検出器１０と俯仰角検出器１１
からの信号はモーメントリミツタ１５を介してサ
ブコンピユータ１４に入力されている。旋回角度
検出器１２は旋回台の回転角度をパルスに変換す
るパルススイツチ１２ａと、旋回台の零リセツト
スイツチ１２ｂとを備え、それらの各スイツチ１
２ａ，１２ｂからの信号がサブコンピユータ１４
に入力されている。揚程検出器１３はシーブ１３
ａの回転数を検知する近接スイツチ１３ｂを備
え、その近接スイツチ１３ｂからの信号がサブコ
ンピユータ１４に入力されている。さらにサブシ
ステムＳは吊荷の種別を記号化しておき、その種
別に応じて操作する吊荷種別検出器１６を有し、
その吊荷種別検出器１６からの信号もサブコンピ
ユータ１４に入力されている。図中符号１７は操
作盤であり、１８はデスプレイである。サブコン
ピユータ１４からの出力は、モデム１９を介して
ケーブル２０を通つて後述のメインシステムＭに
送られる。

再び第１図を参照して例えば現場事務室等に設
置されているメインシステムＭはメインコンピユ
ータ２１を備え、そのメインコンピユータ２１は
対応するクレーンに相応する数のモデム２２を有
する通信用ユニツト２３を介してサブシステムＳ
との信号を授受するようになつている。そして公
知の態様で操作盤２４、デイスプレイ２５、プリ
ンタ２６、フロツピイデイスクユニツト２７を有
している。

さて本発明の実施に際してクレーンの座標を求
めねばならない。その算出方法の一例につき第２
図を参照して説明する。

今第１のクレーンのマスト１ａの頂部におけ
る旋回台２ａの旋回中心点Ｏの座標をXa，Ya，
Zaとし、基準方向（Ｘ軸と平行な方向）に対す
る旋回台２ａの旋回によるジブ３ａの角度をαa
とし、ジブ３ａの俯仰角をβaとし、ジブ３ａの
長さをLa、旋回台２ａの後部の突出長さをBa、
ガイサポート７ａの高さをHaとする。なお計算
を簡素化するために、第２図の実施例においては
ジブの指示点とガイサポートの頂部とはマストの
中心線の延長線上に存するものとする。

ジブの先端点Ａの座標（XA，YA，ZA）は XA＝Xa＋Lcosαa・cosβa YA＝Ya＋Lsinαa・cosβa ZA＝Za＋Lsinβa 同様にガイサポート７ａの頂点Ｂの座標
（XB，YB，ZB）は XB＝Xa YB＝Ya ZB＝Za＋Ha であり、また後部の突出点Ｃの座標 （XC，YC，ZC）は XC＝Xa−Bacosαa YC＝Ya−Basinαa ZC＝Za である。

次に重複又は接近を判定するに際して第３図に
示すようにクレーンの点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｏを直線で
結んで一定の幅Ｗを有する仮想ブロツクを考え
る。この巾Ｗは例えば16ｍ位であり、このブロツ
クが他の建物又はクレーンに重複したときに警報
を発し、例えば巾10ｍ位のブロツクが重複したと
きにクレーンの減速又は停止を行うようにすれば
よい。

このブロツクとは、３角形Ａ，Ｂ，Ｏの周囲に
形成された第１のブロツクL₁と３角形Ｂ，Ｃ，
Ｏの周囲に形成された第２のブロツクL₂と吊り
ワイヤ４の周囲に形成された第３のブロツクL₃
であり、マスト１ａは角柱又は円柱の第４ブロツ
クL₄と考える。

相手側の座標（この座標は相手側がクレーンの
ように移動する場合は変数であり、建物や電波域
のような固定部分に対しては定数である。）をＸ，
Ｙ，Ｚとすると重複の条件は Xa−（Ｗ／２）sinαa≦Ｘ≦Xa ＋Lcosαacosβa＋（Ｗ／２）sinαa……(1) Ya＋（Ｘ−Xa）tanαa−（Ｗ／２） （１／cosαa）≦Ｙ≦Ya＋（Ｘ−Xa）tanαa ＋（Ｗ／２）（１／cosαa） ……(2) Ya−（Ｘ−Xa）／tanαa≦Ｙ≦Ya ＋Lcosβa・sinαa−（Ｘ−Xa−Lcosβa・ cosαa）／tanαa ……(3) Za＋tanβa［｛（Ｘ−Xa）／cosαa） −sinαa｛（Ｘ−Xa）tanαa−（Ｙ−Ya）｝］ ≦Ｚ≦Za＋Ha＋｛（Lsinβa−Ha）／ （Lcosβa）｝［｛（Ｘ−Xa）／cosαa｝ −sinαa｛（Ｘ−Xa）tanαa−（Ｙ−Ya）｝］
……(4) 相手側の第２のクレーン１ｂを考える場合は線
状のものと考える。すなわち第２図の線AOの式
を求める（サフイツクスｂは第２のクレーン１ｂ
に関するものであり、Ｘ，Ｙ，Ｚは第２のクレー
ンの相手側である第１のクレーン１ａの位置を示
している）。

Xb≦Ｘ≦Xb＋Lcosαb・cosβb ……(5) Ｙ＝（Ｘ−Xa）tanαb＋Yb ……(6) Ｚ＝tanβb｛（Ｘ−Xb）／cosαb｝＋Zb ……(7) 上記の式(1)〜(7)をすべて満足する点（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）が存在すれば第１のクレーン１ａの第１ブロ
ツクL₁が第２のクレンー1bの線AOと交叉してい
ることになる。

このようにして第２のクレーン１ｂの線AB，
BC、が第１のクレーン１ｂの第１のブロツクL₁
と交叉している条件式を求め、さらに第２、第３
の各ブロツクL₂，L₃に関しても同様に計算式を
求める。これらの式はいずれもそのサブコンピユ
ータ１４に記憶されている。すなわち相手側の第
２のクレーン１ｂの位置の変化はそのサブコンピ
ユータからメインシステムＭを介して第１のクレ
ーン１ａのサブコンピユータ１４に送られる。ま
た例えば位置Zaは高くなるが、そのときに新な
データを入れればよい。

それらの演算のチエツクとデイスプレイの表示
はそれぞれのサブシステムＳで行いメインシステ
ムＭはデータの伝送制御やデータの記憶を行うよ
うにするのが好ましい。またデイスプレイには操
作員がすぐわかるように３次元グラフイツクスに
より表示するのが好ましい。また一定範囲内の警
報エリアに入つた場合には警報を出し、そして減
速信号により減速し、次いで前記警報エリアより
接近した停止エリアに入つた場合に停止するよう
にすれば荷振れを防止できる。

次に主として第４図を参照して作動を説明す
る。

第４図において左側はメインシステムＭの作動
を示し、右側はサブシステムを示している。

メインシステムＭおよびサブシステムＳは共に
スタート後それぞれ初期設定を行う（ステツプ
S_1n、ステツプS_1s）。サブシステムＳにおいて、
当日の作業における各データ、例えばクレーンの
位置、作動半径、荷重、揚程、吊荷の種類等を入
力する（ステツプS₂）。次いで、俯仰角検出器１
１、旋回角度検出器１２、揚程検出器１３の各デ
ータを入力する（ステツプS₃）。そして以上の各
ステツプS₂，S₃に基づいてそのタレーン（例えば
クレーン）の各ブロツクの位置および大きさを
設定する（ステツプS₄）。この位置の情報はメイ
ンコンピユータ２１にデータ移送される（ステツ
プS₅）。第１図に示した如く通信ユニツト２３を
介して行われるが、この通信ユニツト２３は(a)シ
リアル電送をパラレル電送に変換する機能と、(b)
パラレル電送をシリアル電送に変換する機能と、
(c)送受信をバツフアリングする機能と、(d)異常警
報をする機能とを備えている。メインコンピユー
タ２１はサブシステムＳからのデータを受信し
（ステツプS₆）、次いでメインコンピユータ２１は
別のクレーン（例えばクレーン、建物、電波域
等）の各位置のデータをサブシステムＳに送る
（ステツプS₇）。そのデータは通信ユニツト２３を
介して送られ、サブシステムＳのサブコンピユー
タ１４はそのメインコンピユータ２１からの信号
を受信する（ステツプS₈）。そこでサブコンピユ
ータ１４はシステムに異常があるかないかを検知
し（ステツプS₉）、異常がある場合（YES）は異
常処理を行い（ステツプ₁₀）、異常処理が終了し
たらば、また異常がない場合（NO）はモードを
チエツクする（ステツプS₁₁）。コマンドモードに
関してはパラメータをセツトし（ステツプS₁₂）、
監視モードに移る。

サブコンピユータ１４は前述した各ブロツク
L₁〜L₄が重複をしているか否を検知する式を記
憶しており、その状況（相手側のクレーンの位置
等）に応じた警報エリア、停止エリア等を設定す
る（ステツプS₁₃）、そこでサブコンピユータ１４
は重複か否かを判断する（ステツプS₁₄）。重複し
ていない場合（NO）、一定秒（例えば１秒）経
過したか否かを判断し（ステツプS₁₅）、一定秒経
過した後にデイスプレイ１８の表示を替える（ス
テツプS₁₆）。ステツプS₁₅において一定秒経過し
ないとき、およびステツプS₁₆の後はステツプS₂
に戻る。

他方ステツプS₁₄において重複していた場合
（YES）、サブコンピユータ１４は停止エリアに
あるか否かを判断する（ステツプS₁₇）。重複して
いるが停止エリアにない場合（NO）、警報ブザ
ーを鳴らし、かつデイスプレイ１８に表示する
（ステツプS_18a）。停止エリアにある場合（YES）、
サブコンピユータ１４は減速指令を出し（ステツ
プS₁₈）、次いで停止信号を出す（ステツプ₁₉）。
そしてサブコンピユータ１４は迂回方向を指示し
（ステツプS₂₀）、次いでステツプS₁₅に戻り、以下
この作業を繰り返す。

他方メインシステムＭにおいて、各クレーンの
サブシステムに位置データを送信した（ステツプ
S₇）後、メインコンピユータ２１はシステムに異
常があるかないかをチエツクする（ステツプ
S₂₁）。異常がある場合（YES）は、異常を処理し
（ステツプS₂₂）、異常のない場合、および異常処
理が終つたならば、メインコンピユータ２１は一
定時間（例えば１秒間）が経過したか否かを判断
し（ステツプS₂₃）、その時間が経過していたなら
ば（YES）、デイスプレイ２５の画面を書き替え
（ステツプS₂₄）、そしてクレーンの作業を検出す
る（ステツプS₂₅）、ステツプS₂₃において一定時
間経過していないときはステツプS₂₅に行く。そ
の後メインコンピユータ２１はクレーンの作業が
終了しているか否かを判断する（ステツプS₂₆）。
作業が終了した場合（YES）は、データフアイ
ルを作成し（ステツプS₂₇）、そしてプリンタで打
出す（ステツプS₂₈）。打出し後およびステツプ
S₂₆で作業が終了していないことを判断した場合
は、モードをチエツクし（ステツプS₂₉）、コマン
ドモードのときは該当するクレーン用にパラメー
タをセツトし（ステツプS₃₀）、パラメータセツト
後および監視モードの場合はステツプS₆に戻り、
以下上記の作業を繰り返す。

第５図は本発明を実施するに公的なタワークレ
ーンが示されている。第５図において第１図と対
応する部品にはサフイツクスを取り去つた符号を
付して説明を省略する。

旋回台２には矢印Ｘ方向に移動自在に可動型の
のカウンタウエイト８が設けられ、またガイサポ
ート７から吊りワイヤおよび起伏ワイヤ９がジブ
３の先端に延びている。そしてジブ３は伸縮自在
に構成されている。またガイサポート７の先端に
は風向風速計Ｈが設けられ、また吊りワイヤ４の
荷振れを検出する荷振れ検出装置Ｖがジブ３の先
端に設けられている。

かかるクレーンを用いると、ジブ３の伸縮に伴
つてカウンタウエイト８が動いて全体のバランス
を自動的に保ち、また荷振れ検出装置Ｖによつて
荷振れの方向と量とが検出され、自動的に振れ止
めを行うことができる。したがつて多数のクレー
ンが林立していたり、建物と建物との間の狭い空
間で使用する場合でも能率よく安全に作業ができ
る。

また従来暴風時にはタワークレーン本体を下
げ、ジブを地上にあずけて退避していたが、この
実施例では、風向風速計Ｈにより、作業時と同じ
ように風圧が最も少い向きとしてジブを制御すれ
ばよく、作業時においても風圧等を考えて衝突す
ることなく制御できる。

以上の如く本発明によれば３次元的な仮想ブロ
ツクを考えてそのブロツクが相手側と重複してい
るか否かを検知するので、クレーンの作業能率が
向上し、また衝突を未然に防ぐことができる。

なお、信号伝送路は第１図ではモデムと金属ケ
ーブルを使用しているが、これに限らず、どのよ
うな伝送路でもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を２台のクレーンの監視に実施
した所を示す説明図、第１ａ図はサブシステムの
一実施例を示す説明図、第２図はクレーンの座標
算出作業を説明するための説明図、第３図はクレ
ーンに対して仮想ブロツクに分割した所を示す説
明図、第４図は本発明の作動のフローチヤートを
示す図、第５図は本発明に実施するクレーンの好
ましい例を示す断面図である。 ……第１のクレーン、……第２のクレー
ン、１１……ジブの俯仰角検出器、１２……旋回
台の回転角度検出器、１３……吊りワイヤの揚程
検出器、１４……サブコンピユータ、Ｍ……メイ
ンシステム、Ｓ……サブシステム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数台のクレーンを運転する際のクレーンの
   監視方法において、各クレーンに設けたサブシス
   テムにあらかじめそれらのクレーンの可動部材を
   複数の単純な形状に区画した３次元の仮想ブロツ
   クが相手側クレーンと重複しているか否かを演算
   する式を記憶させ、さらにサブシステムにそれぞ
   れ自クレーンの作業データを入力し、次いで、自
   クレーンのジブの俯仰角と旋回台の回転角度と吊
   りワイヤの揚程の各検出データを入力し、それら
   のデータから自クレーンの各ブロツクの位置およ
   び大きさを求め、サブシステムで求めた自クレー
   ンの各ブツロクの位置および大きさデータを事務
   室に設けたメインシステムに送り、メインシステ
   ムはそれらのクレーンの各ブロツクの位置および
   大きさデータを各クレーンのサブシステムに送
   り、サブシステムは前記の記憶した式に基づいて
   自クレーンの各ブロツクについて他クレーンに対
   する警報エリアおよび停止エリアを演算設定し、
   自クレーンの各ブロツクの警報エリアおよび停止
   エリアが相手側クレーンと重複しているか否かを
   演算し、相手側のクレーンが自クレーンの警報エ
   リアに重複したときは警報を発し、停止エリアに
   重複したときは自クレーンを停止させることを特
   徴とするクレーンの監視方法。 ２ 複数台のクレーンを運転する際のクレーンの
   監視装置において、事務所にメインシステムを設
   け、各クレーンにサブシステムを設けて前記メイ
   ンシステムと前記サブシステムとを互いに各デー
   タを授受できるように接続し、各クレーンには、
   クレーンのジブの俯仰角検出器と旋回台の回転角
   度検出器と、吊りワイヤの揚程検出器とを設け、
   前記サブシステムには、あらかじめ自クレーンの
   可動部分を複数の単純な形状の３次元仮想ブロツ
   クに区画し、前記検出器からの検出データと自ク
   レーンの作業データから自クレーンの前記各ブロ
   ツクの位置及び大きさを求め、自クレーンの前記
   各ブロツク毎に警報エリア及び停止エリアを演算
   設定する設定手段と、前記メインシステムとのデ
   ータの授受により、自クレーンの前記各ブロツク
   の警報エリア及び停止エリアが相手側クレーンと
   重複しているか否かを演算する演算手段と、相手
   側クレーンが自クレーンの警報エリアに重複して
   いるときは警報を発する警報手段と、相手側クレ
   ーンが自クレーンの停止エリアに重複していると
   きは自クレーンを停止させる停止手段とを有する
   ことを特徴とするクレーンの監視装置。