JPH07215669A - クレーンの動作領域監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動運転中のクレーンのフック及び吊り荷の
位置が予め設定した動作可能領域を超えていないかをリ
アルタイムに監視し、自動運転装置の安全性と信頼性を
向上させることを可能とする。 【構成】 吊り荷を移動する現在位置及び目標位置Ｅと
躯体１５と固定障害物８をもとにクレーンのフック及び
吊り荷の動作可能領域１１を予め設定し、クレーン自動
運転前に上記予め設定した動作可能領域１１とクレーン
の自動運転中に計測されるクレーン位置Ｐとを比較し、
動作可能領域内であるかどうかをチェックすることによ
り、動作可能領域１１内からの逸脱監視を行ない、逸脱
を検出した場合にはクレーンコントローラに停止信号２
１を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般産業用天井クレー
ン、ジブクレーン、クライミングクレーン、ケーブルク
レーン、アンローダ、移動式クレーン等のクレーンのク
レーン自動運転中に、予め設定した動作可能領域の逸脱
を監視し、逸脱したことを検出した時点で停止信号をク
レーンに出力するクレーンの動作領域監視装置に関する
ものであり、例えばクライミングクレーンによる作業範
囲内の躯体及び固定障害物位置をグラフィック画面上で
検索し、安全で効率的な運転パスの有無と、その運転パ
スの領域を確認し、運転パターンを決定することであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ジブクレーンを運転する際に
は、ジブの旋回及び起伏に伴って、加速及び減速に起因
するフック又は吊り荷の荷振れが生じ、作業の安全性が
損われると共に、フック又は吊り荷の振れを停止させる
ために余計な時間が掛ってしまうという問題がある。

【０００３】そこで、本出願人は、加速・減速を適宜中
断して前段で生じた振れを後段でキャンセルするという
二段階の加速・減速運転方法を自動運転において実現す
る方法として、荷振れ止めさせるための二段加速・減速
を含めて旋回運転速度パターン及び起伏運転速度パター
ンを荷役データ及びルールマップに基づいて第１のファ
ジー推論によって作成し、その速度パターンにおける二
段加速・減速時のクレーンの位置関係及び吊りロープ長
および吊り荷の高さを巻上位置センサ（図示せず）によ
り検出して演算の上、最適な指令用速度パターンを第２
のファジー推論によって決定し、この指令用速度パター
ンに従ってジブクレーンを自動制御運転させることを提
案している（特願平３−２７７９８９号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記自動運
転方法によれば、旋回運転パターンと起伏運転パターン
のパターンの組合せとそのパターン内における速度パタ
ーン（図示せず）での運転結果としてクレーンのジブ先
端が通過する動作可能領域を予測することができ、また
その予測される動作可能領域内においてクレーンを自動
運転させることが可能である。従って、建設現場等のク
ライミングクレーンの場合のように、隣接する建造物や
道路、送電線等のクレーンのフック及び吊り荷が進入し
てはならない領域がある場合には、この進入区域内に入
らないように運転パスを設定することが可能であるとい
う長所を有している。

【０００５】しかし、このようなクレーン自動運転制御
は、あくまで予測に基づき、即ち旋回と起伏の２つの二
段加速・減速パターンの組合せにより、フック又は吊り
荷の振れ止め制御を行いつつ、進入や接近をしてはなら
ない領域を回避することになるため、進入禁止領域の回
避が不完全となる。

【０００６】また、例えば建築中の躯体（建屋）屋上に
クライミングクレーンが設置されている場合（図９参
照）や、躯体（建屋）の外側にクライミングクレーンが
設置されている場合において、建築中の躯体（建屋障害
物）を運転前に考慮していないため、躯体（建屋障害
物）に対しフック又は吊り荷との干渉を避けるために十
分高い位置まで、巻き上げワイヤーを持ち上げ、この巻
き上げ操作終了後、旋回・起伏運転を行なっていた。即
ち、巻き上げ終了まで起伏・旋回運転ができないため効
率が悪く、特にクライミングクレーンの場合、揚程が高
いため、巻き上げ時間がかかり、効率の大幅な低下を招
いていた。

【０００７】そこで、本発明の目的は、上記課題に鑑み
てなされたもので、自動運転中のクレーン位置が予め設
定した動作可能領域であるところの高さ方向、旋回方向
及び起伏方向で逸脱していないかをリアルタイムに監視
し、自動運転装置の安全性と信頼性を向上させることが
できるクレーンの動作領域監視装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によるクレーンの動作領域監視装置は、クレ
ーンのフック又は吊り荷を移動する現在位置及び目標位
置と躯体および固定障害物位置をもとにクレーンのフッ
ク又は吊り荷の動作可能領域を予め設定する動作領域設
定ブロックと、クレーンのフック又は吊り荷の位置の状
態をクレーンに取り付けた各種センサにより計測する機
能を持つと共に、クレーンの自動運転前に上記予め設定
した動作可能領域とクレーンの自動運転中に計測される
クレーンの位置関係とを比較し、動作可能領域内である
かどうかをチェックすることにより、動作可能領域内か
らのフック又は吊り荷の逸脱監視を行なう動作領域逸脱
監視ブロックと、動作可能領域からの逸脱を検出した場
合には自動運転装置が異常状態と判断して、クレーンコ
ントローラに停止信号を出力するクレーン停止信号出力
ブロックとを備えた構成のものである（請求項１）。

【０００９】上記動作可能領域内において、躯体および
固定障害物に干渉しない動作可能領域たる運転パスを検
索し、この各運転パスの有無と運転パスの領域に応じて
安全で効率的な運転パターンを決定し、この運転パター
ンにより自動運転されたときフック又は吊り荷の位置が
運転パス内から逸脱していないかの監視を上記動作領域
逸脱監視ブロックにより行なうことができる（請求項
２）。

【００１０】

【作用】自動運転クレーンは、予定された運転パスに沿
って動作することが目標である。従来の自動運転装置で
は、クレーンが動いても躯体及び固定障害物等に干渉し
ない動作可能領域を設定していたが、自動運転中になん
らかの原因で、この範囲を逸脱する可能性があった。

【００１１】請求項１においては、動作可能領域を設定
した後で、クレーンが自動運転されると、クレーンの動
作可能領域を外れているかどうかがリアルタイムで監視
され、クレーンが動作可能領域通りに作動せず動作可能
領域を超えてしまう場合には、停止信号が出力される。
即ち、異常であることの認識と運転停止ができるため、
クレーンが進入禁止区域に進入することが無くなり、躯
体及び固定障害物等と干渉することもなくなるので、自
動運転装置の安全性と信頼性が向上する。

【００１２】請求項２においては、躯体及び固定障害物
等の回避等、安全で効率的な運転パターンを決定される
ため、例えばクライミングクレーンの様に、動作が直線
的でなくまた揚程が非常に高いクレーンの自動運転に非
常に有効になる。この場合、運転パターンは、例えばク
レーンの自動運転前に、クレーンの作業範囲内の躯体及
び固定障害物位置を、コンピュータによる平面及び立面
グラフィック画面上の躯体及び固定障害物等表示色で高
さ方向、旋回方向及び起伏方向に検索し、事前に躯体及
び固定障害物等に干渉しない運転パスを確認したうえ
で、運転パターンを決定することができる。なお、本発
明は様々な種類のクレーンに適用可能である。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。本発明のクレーンの動作領域監視装置の概
要図を図１に示す。この動作領域監視装置は、同図に示
す動作領域逸脱監視ブロック１０とクレーン停止信号出
力ブロック２０とから構成される。動作領域逸脱監視ブ
ロック１０へ入力されるのは、クレーンの動作前に予め
計算した動作領域設定ブロックによる動作可能領域デー
タ１と、クレーンに取り付けられた各種センサからの自
動運転中のクレーン位置信号２とである。クレーン位置
信号２は、主として旋回センサ信号３，起伏センサ信号
４や走行センサ信号５，横行センサ信号６や巻上センサ
信号７等のように、クレーンの位置関係に関する信号
と、動作速度等に関する信号である。又、クレーン停止
信号出力ブロック２０の出力は、クレーンコントローラ
たるクレーン制御シーケンサ（図示せず）へのクレーン
停止信号２１である。

【００１４】動作可能領域データ１は、以下に説明する
動作領域設定ブロックにより得られるものである。動作
可能領域設定ブロックは、クレーンジブ先端の動作可能
領域（安全領域）を検索して求める。この動作領域の検
索には、コンピュータによるグラフィック画面上の躯体
及び固定障害物等の表示色（カラーパレット）と、検索
ポイントのカラーパレットを比較し、躯体及び固定障害
物等を検索するというカラーパレット検索方法が用いら
れ、この検索機能はコンピュータによるクレーンの自動
運転装置内のソフトウェアとして構成される。

【００１５】即ち、図８に示すように、コンピュータの
画面上で、認識すべき固定障害物８を特定の色（ここで
は赤色とする）で描画しておく。そして、まず図８
（ａ）の如くクレーンの最小作業半径から半径方向に等
間隔で画面の色を検索して行き、つまり座標の色が赤色
に変わるかどうかチェックして行き、固定障害物に定め
た色（赤）に変わる位置（座標）になった時点で固定障
害物８に接触したと判断し、これを固定障害物に接触す
る作業半径ＭＲとする。この作業半径ＭＲより内側の領
域９ａは、クレーンをどこから旋回しても固定障害物に
接触しない安全領域となる。次に、図８（ｂ）の如く、
図８（ａ）と同じ手法でＭＲの検索と同様に、クレーン
現在位置Ｓから旋回方向に等間隔で画面の色を検索して
行き座標の色が固定障害物に定めた色（赤）に変わる位
置（座標）に出会ったならば、その旋回角を固定障害物
接触旋回角ＭＳＳとする。このＭＳＳまでの領域９ｂ
は、どこから起しを始めても固定障害物には接触しない
安全領域となる。このようにして、得られた固定障害物
接触半径ＭＲと、固定障害物接触旋回角ＭＳＳとによ
り、図８（ｃ）の如く、全体の安全領域が動作可能領域
９として求められる。

【００１６】図１に戻り、動作領域逸脱監視ブロック１
０では、上記の如く予め与えられる動作可能領域データ
１を受け、図８の動作可能領域９に対応するイメージ
を、図２の如く動作可能領域１１としてコンピュータの
画面上に、特定の色、例えば緑色で描いておく。また、
固定障害物１５の領域も、上記動作可能領域１１とは別
の色、例えば赤色で描いておく。そのうえで、動作領域
逸脱監視ブロック１０は、自動運転中の現在のフック及
び吊り荷の位置（現在位置）Ｐの座標をプロットすると
共に、その現在位置Ｐの座標の色を読込んで、いずれの
領域の色に属するかをチェックする。

【００１７】安全領域の色（緑色）であった場合には動
作可能領域１１内にあるが、別の色（緑色以外）であっ
たら動作可能領域１１を逸脱したと判断して、逸脱検出
信号１３を出力する。この逸脱検出の仕方は、上記カラ
ーパレット検索方法に類似したものとなる。

【００１８】上記逸脱検出信号１３を受けた場合、クレ
ーン停止信号出力ブロック２０は、クレーン制御シーケ
ンサにクレーン停止信号２１を出力し、クレーンの自動
運転を停止させる。

【００１９】これにより、クレーンの自動運転が始まっ
てから、クレーンが予定した方向と反対方向の動作をし
たり、動作可能領域設定範囲をオーバしても動作が終了
しないというような何等かの異常状態を認識して、クレ
ーンを自動的に停止させることが可能となる。また、ク
レーン自動運転装置には、既に躯体及び固定障害物との
衝突防止を監視する機能が付いているものもあるが、実
際に衝突をしない方向に誤動作（動作可能領域の逸脱）
をした場合にもクレーンを停止させることができるよう
になり、クレーン自動運転時の安全性と信頼性が向上す
る。なお、通常の障害物衝突防止制御回路は、本クレー
ン動作領域監視装置のバックアップとして機能すること
になる。

【００２０】次に、クライミングクレーンの自動運転に
おいて、現在位置又は目標位置を含む運転パス（躯体に
干渉しない領域）を検索により求めることで効率的な運
転パターンの決定を行なう場合について説明する。

【００２１】図９において、クライミングクレーンのよ
うに、動作が直線的でなく、又揚程が非常に高いクレー
ンの自動運転においては、安全で効率的な運転パターン
を決定する必要性が生じる。この実施例では、クレーン
の運転前にクレーン作業範囲内での躯体障害物を、コン
ピュータによる平面及び立面グラフィック画面上の躯体
表示色で、旋回方向及び起伏方向に検索し、事前に躯体
に干渉しない運転パスを確認したうえで運転パターンを
決定する。運転パスの検索には、コンピュータによるグ
ラフィック面上の躯体障害物の表示色（カラーパレッ
ト）例えば橙色と、検索ポイントのカラーパレットを比
較し、躯体障害物を検索する方法が取られる。

【００２２】まず前提となる個々の運転パスについて図
３にて説明する。現在位置Ｓから目標位置Ｅまでの間で
クレーンのフック又は吊り荷が通過する可能性のある移
動範囲のうち、全右旋回又は全起ししても躯体に干渉し
ない領域（ルート）をそれぞれ「旋回パス」「起伏パ
ス」と称するものとする。また、このうち現在位置Ｓを
含むものを「スタート旋回（起伏）パス」、目標位置Ｅ
を含むものを「エンド旋回（起伏）パス」と称するもの
とする。

【００２３】はスタート起伏パス（現在位置Ｓの作業
半径ＭＳから目標位置作業半径ＭＥまでの躯体に干渉し
ない範囲）、はスタート旋回パス（現在位置Ｓの旋回
角度ＭＳＰから目標位置の旋回角度ＭＳＥまでの躯体に
干渉しない範囲）、はエンド起伏パス（現在位置Ｓの
作業半径ＭＳから目標位置Ｅまでの躯体に干渉しない範
囲）、はエンド旋回パス（現在位置Ｓの旋回角度ＭＳ
Ｐから目標位置Ｅまでの躯体に干渉しない範囲）であ
る。

【００２４】スタート旋回パスの検索例（図４）を図５
のフローに従って説明する。 まず、現在位置、作業半径、旋回角等についてグラフ
ィック平面座標変換した後（ステップ(1)(2)）、現在位
置Ｓより図４に矢印１４で示す如く目標位置Ｅの旋回角
ＭＳＥに向かって、一定のピッチ（ＰＳ）で、そのグラ
フィック座標の表示色を読み込んで行く（ステップ(3)
〜(6) ）。

【００２５】読み込まれた表示色をあらかじめ決めて
あるところの躯体の表示色と比較し（ステップ(4) ）、
読み込まれた表示色が躯体表示色と一致すれば、そのと
きの作業半径を記録して、検索を終了する（ステップ
(8) ）。一致しなければ、検索旋回角を一定ピッチ（Ｐ
Ｓ）加算し、検索旋回角が目標旋回角を越えるまで、即
ち目標位置の旋回角ＭＳＥに至るまで検索を続ける（ス
テップ(5)(6)(2) 〜(6)）。

【００２６】目標位置Ｅの旋回角ＭＳＥまでに躯体を
検出できなければ、作業半径を目標位置Ｅの作業半径Ｅ
Ｒ側に一定ピッチ（ＰＲ）近づけて（ステップ(7) ）、
再度旋回方向に検索を行なう。

【００２７】上記の操作〜を繰り返すことによ
り、読み込まれた表示色が躯体表示色と一致する点（図
４ではＡ点）が現れるので、その検出ポイントＡの作業
半径を記録して、検索を終了する（ステップ(8) ）。同
様の手法にてスタート起伏パスの検索は作業半径を旋回
角に、旋回角を作業半径に置き変え一定ピッチでＰＲ方
向に起伏パスの検索を行う。

【００２８】かくして、図３及び図６のように、スター
ト旋回パスとエンド起伏パスがある場合、旋回パスがあ
るため旋回は無条件にスタート可能であり、更にエンド
起伏パスまで運転される運転パターンと、図９のよう
に、巻き上げ高さが躯体高さをクリア後、起伏動作を行
なうという運転パターンができる。

【００２９】図６，図７及び図９に、躯体及び固定障害
物の回避及び効率的な運転を行なうための運転パターン
とそれを決定するパスの組合せの仕方を示す。

【００３０】パターン１（図６(a) ）はスタート旋回パ
スのみの場合であり、巻上・旋回の同時スタートが可
能である。パターン２（図６(b) ）はスタート起伏パス
のみの場合であり、巻上・起伏の同時スタートが可能
である。パターン３（図６(c) ）はスタート旋回パス
及びエンド起伏パスの場合であり、巻上・旋回の同時
スタートが可能であり、旋回がエンド起伏パス内に入
れば起伏運転が可能である。パターン４（図６(d) ）は
スタート起伏パス及びエンド旋回パスの場合であ
り、巻上・起伏の同時スタートが可能であり、起伏がエ
ンド旋回パス内に入れば起伏運転が可能である。

【００３１】尚、図６において、現在位置と目標位置の
位置関係が逆になる場合、つまり自動運転における戻り
運転の運転パターンも可能である。

【００３２】このように平面的及び立面的にクレーンの
フック及び吊り荷が通過する可能性のある領域１１に、
〜のパス（躯体及び固定障害物に干渉しない領域）
を検索設定し、この各運転パスの有無とその運転パスの
領域の幅に応じて運転パターンを決定する。図７はこの
ようなパターン１からパターン４に属する形態を、パス
〜の組合せで示す。

【００３３】上記のように動作可能な運転パスを検索設
定することにより、次のような利点が得られる。 (1) 従来、フック及び吊り荷が躯体より十分高くなけれ
ば、安全上、旋回・起伏運転は開始できなかったが、運
転前にパスの検索を行なうことにより、動作可能領域
（運転パスを有する動作）では、巻き上げ終了前に起動
することができ、作業効率の向上が図られる。

【００３４】(2) 各動作が１回の起動から停止までのサ
イクルで終了するため、二段加速・減速運転によるフッ
ク及び吊り荷の振れ止め制御を行なう場合に、振れ止め
制御効果の向上が図れる。

【００３５】(3) 躯体及び固定障害物の検出にカラー検
索方式を採用したため、躯体及び固定障害物の平面形状
が複雑となっても検索ができる。

【００３６】(4) パスを画面に表示するため、オペレー
タに概略移動範囲が目視確認できる。

【００３７】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果が得られる。 １）請求項１によれば、クレーンの動作開始位置、終了
位置、躯体及び固定障害物位置から予め計算される動作
可能領域と、自動運転中の各センサからのリアルタイム
のフック及び吊り荷の位置を比較して、設定した動作可
能領域を超えていないかをチェックすることで逸脱監視
を行ない、逸脱した時点でクレーン動作を停止させるこ
とができる。従って、自動運転が始まってから、クレー
ンが予定した方向と反対方向の動作をしたり、動作可能
領域設定範囲をオーバしても動作が終了しないというよ
うななんらかの異常状態を認識して、クレーンを自動的
に停止させることが可能となった。クレーン自動運転装
置には、既に躯体及び固定障害物との衝突防止を監視す
る機能が付いているものもあるが、衝突をしない方向に
誤動作した場合にもクレーンを停止させることができる
ようになり、クレーン自動運転時の安全性と信頼性とを
向上し得る。

【００３８】２）請求項２によれば、安全で効率的な運
転パターンを決定しているため、ジブクライミングクレ
ーンの様に、動作が直線的でなくまた揚程が非常に高い
クレーンの自動運転において非常に有効になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクレーンの動作領域監視装置を示す概
略ブロック図である。

【図２】本発明のクレーンの動作領域監視装置の監視機
能の説明図である。

【図３】本発明の実施例で用いた運転パスの取決めを示
す図である。

【図４】躯体に関するスタート旋回パスの検索動作の説
明に供する図である。

【図５】図４の旋回パスの検索方法を示すフローチャー
トである。

【図６】本発明の実施例で扱った運転パスの組合せによ
る運転パターンを示す図である。

【図７】本発明の実施例で扱った運転パスの組合せと運
転パターンとの関係を示す図である。

【図８】固定障害物に関するクレーン動作の動作可能領
域の検索方法を示したもので、（ａ）は固定障害物接触
半径ＭＲの検索方法を示す図、（ｂ）は固定障害物接触
旋回角ＭＳＳの検索方法を示す図、（ｃ）は得られた全
体の動作可能領域の設定を示す図である。

【図９】本発明の実施例で扱った動作可能領域設定にお
けるクライミングクレーンと躯体（建築中建屋）と固定
障害物との位置関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 動作可能領域 ２ クレーン状態信号 ３ 旋回センサ信号 ４ 起伏センサ信号 ５ 走行センサ信号 ６ 横行センサ信号 ７ 巻上センサ信号 ８ 固定障害物 ９ 動作可能領域 １０ 動作領域逸脱監視ブロック １１ 動作可能領域 １２ 自動運転中のクレーン位置像 １３ 逸脱検出信号 １４ 矢印 １５ 躯体（建築中建屋） ２０ クレーン停止信号出力ブロック ２１ クレーン停止信号 Ａ 検出ポイント（表示色が躯体表示色と一致する点） Ｐ ジブ先端の現在位置 Ｓ 現在位置（スタート位置） Ｅ 目標位置（エンド位置） ＰＳ 旋回方向検索ピッチ ＰＲ 半径方向検索ピッチ ＭＲ 固定障害物に接触する作業半径 ＭＳＳ 現在位置側からの固定障害物接触旋回角 ＭＳＥ 目標位置の旋回角 ＭＥ 目標位置の作業半径 ＭＳＰ 現在位置の旋回角 ＭＳ 現在位置の作業半径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保 喜良 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 根本 勤 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 佐藤 竜郎 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 村山 茂樹 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内 (72)発明者 斉藤 俊明 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内 (72)発明者 岡野 茂 東京都千代田区神田小川町１丁目１番地 石川島輸送機株式会社内 (72)発明者 牟田 吉宏 東京都千代田区神田小川町１丁目１番地 石川島輸送機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クレーンのフック又は吊り荷を移動する
   現在位置及び目標位置と躯体及び固定障害物位置をもと
   にクレーンのフック又は吊り荷の動作可能領域を予め設
   定する動作領域設定ブロックと、 クレーンのフック又は吊り荷の位置をクレーンに取り付
   けた各種センサにより計測する機能を持つと共に、クレ
   ーンの自動運転前に上記予め設定した動作可能領域とク
   レーンの自動運転中に計測されるクレーンの位置関係と
   を比較し、動作可能領域内であるかどうかをチェックす
   ることにより、動作可能領域内からのフック又は吊り荷
   の逸脱監視を行なう動作領域逸脱監視ブロックと、 動作可能領域からの逸脱を検出した場合には自動運転装
   置が異常状態と判断して、クレーンコントローラに停止
   信号を出力するクレーン停止信号出力ブロックとを備え
   たことを特徴とするクレーンの動作領域監視装置。
2. 【請求項２】 上記動作可能領域内において、躯体およ
   び固定障害物に干渉しない動作可能領域たる運転パスを
   検索し、この各運転パスの有無と運転パスの領域に応じ
   て安全で効率的な運転パターンを決定し、この運転パタ
   ーンにより自動運転されたときフック又は吊り荷の位置
   が運転パス内から逸脱していないかの監視を上記動作領
   域逸脱監視ブロックにより行なうことを特徴とする請求
   項１記載のクレーンの動作領域監視装置。