JPH11209066A

JPH11209066A - ケーブルクレーンのバケット位置測定装置

Info

Publication number: JPH11209066A
Application number: JP10019676A
Authority: JP
Inventors: Shuntaro Suzuki; 俊太郎鈴木; Yuji Gomi; 裕司五味; Shigeki Murayama; 茂樹村山; Hidetoshi Takimoto; 英敏瀧本; Kazuya Ono; 一也小野; Yoshiaki Takagi; 善朗高木; Mitsuteru Kishi; 光輝岸; Katsumi Tsukamoto; 克美塚本; Kenichi Takemura; 健一竹村
Original assignee: Kajima Corp; IHI Corp
Current assignee: Kajima Corp; IHI Corp
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 1999-08-03

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度の位置測定が行え、追尾性が向上し、
照射源からの死角がないケーブルクレーンのバケット位
置測定装置を提供する。【解決手段】掛け渡された主索４に沿ってトロリ５を
横行させつつ、そのトロリ５から巻上索１４を介して吊
り下げたバケット２０を、巻上索１４の端部が固定され
た巻上ドラム１６を回転させて昇降させるケーブルクレ
ーン１において、上記トロリ２０に取り付けられたミラ
ー２６に光Ｌを照射して照射源２７からトロリ５までの
距離と方向とを測定するトロリ位置検出手段２８と、上
記巻上ドラム１６の回転数に基いてトロリ５からバケッ
ト２０までの巻上索１４の吊下長さを検出する吊下長さ
検出手段３４とを備えたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ケーブルクレーン
のバケット位置測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１に示すケーブルクレーン１は、ダム
建設用のものである。このケーブルクレーン１は、谷の
左岸と右岸とに所定距離離間して配置された主塔２と副
塔３とを有する。これら主塔２と副塔３とは、それぞれ
紙面裏表方向に走行するようになっている。主塔２と副
塔３との間には、主索４が掛け渡されている。主索４に
は、トロリ５が横行自在に係合されている。トロリ５の
内部には、主索４に係合する滑車６、６が設けられてい
る。

【０００３】トロリ５には、第１および第２横行索７、
８が接続されている。第１横行索７は、その一端がトロ
リ５に接続され、他端が主塔２の滑車９に巻き掛けられ
て横行ドラム１０に巻き付けられている。第２横行索８
は、その一端がトロリ５に接続され、他端が副塔３の滑
車１１、１２に巻き掛けられて折り返され、主塔２に設
けられた滑車１３に巻き掛けられて横行ドラム１０に巻
き付けられている。横行ドラム１０に巻き付けられた第
１および第２横行索７、８は無端状に接続されており、
横行ドラム１０は所謂フリクションドラムとなってい
る。横行ドラム１０は、主塔２に設けられている。この
構成によれば、横行ドラム１０を正逆回転させることに
より、トロリ５が主索４に沿って横行する。

【０００４】トロリ５には、巻上索１４が係合する滑車
１５、１５が設けられている。巻上索１４は、巻上ドラ
ム１６から繰り出され、主塔２の滑車１７に巻き掛けら
れ、トロリ５の滑車１５に巻き掛けられて下方に偏向さ
れ、動滑車１８に巻き掛けられて上方に偏向され、トロ
リ５の滑車１５に巻き掛けられ、副塔３に取り付けられ
ている。巻上ドラム１６に巻き付けられた巻上索１４の
端部は、その巻上ドラム１６に固定されており、横行ド
ラム１０に対する第１および第２横行索７、８のように
滑らないようになっている。巻上ドラム１６は、主塔２
に設けられている。この構成によれば、巻上ドラム１６
を正逆回転させることにより、動滑車１８が昇降する。

【０００５】動滑車１８には、フック１９が設けられて
いる。フック１９には、コンクリートバケット２０が掛
けられている。コンクリートバケット２０は、バンカー
フィールド２１の床面２２に載置され、その上方のトラ
ンスファーカーフィールド２３上を移動する図示しない
トランスファーカから生コンクリートが供給される。そ
の後、コンクリートバケット２０は、トロリ５の横行に
伴って横行されると共に巻上索１４の繰り出しによって
下降され、バンカーフィールド２１からダムのコンクリ
ートブロック内の所定の位置に移動される。

【０００６】ところで、かかるケーブルクレーン１にお
いては、コンクリートバケット２０の三次元的な位置を
精度よく管理する必要がある。従来、バケット２０の位
置を求める方式として、以下の(1),(2) の方式が知られ
ている。

【０００７】(1) 横行ドラム１０および巻上ドラム１６
の各モータ２４、２５にそれぞれエンコーダを取り付
け、各ドラム１０、１６の回転数を計測して横行索７、
８および巻上索１４の繰り出し量を求め、物理モデル計
算によってバケット２０の位置を求める。すなわち、横
行ドラム１０の回転数によってトロリ５の横行位置を求
め、巻上ドラム１６の回転数によってバケット２０の吊
下位置を求める。

【０００８】(2) バケット２０にミラー（図示せず）を
取り付けると共に、固定系（谷の右岸または左岸等）に
上記ミラーに光を照射してバケット２０の移動を追尾
し、照射源からバケット２０までの方向および距離の測
定を行う自動追尾式トータルステーション（図示せず）
を設け、照射源に対するバケット２０の距離と方向とに
よってバケット２０の位置を求める。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、(1) の方式で
は、物理モデルと実機との間に誤差があるため精度がよ
くない。また、横行ドラム１０はフリクションドラムな
ので、回転する横行ドラム１０と横行索７、８との間に
滑りが生じ、横行ドラム１０の回転数と横行索７、８の
繰り出し量とが一致せず、トロリ５の横行位置の誤差が
避けられない。よって、トロリ５から吊り下げられるバ
ケット２０の測定位置に誤差が生じる。

【００１０】また、(2) の方式では、バケット２０は、
トロリ５から巻上索１４を介して吊り下げられているた
め、障害物でミラーが隠れ、追尾できないことがある。
すなわち、バケット２０の位置によっては（特にバケッ
ト２０の位置が低い場合）、照射源とバケット２０との
間に障害物（既設コンクリートブロックや工事機械等）
が介在することも考えられ、それらが死角となってバケ
ット２０を追尾できない場合が考えられる。

【００１１】以上の事情を考慮して創案された本発明の
目的は、高精度の位置測定が行え、追尾性が向上し、照
射源からの死角がないケーブルクレーンのバケット位置
測定装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係るケーブルク
レーンのバケット位置測定装置は、掛け渡された主索に
沿ってトロリを横行させつつ、そのトロリから巻上索を
介して吊り下げたバケットを、巻上索の端部が固定され
た巻上ドラムを回転させて昇降させるケーブルクレーン
において、上記トロリに取り付けられたミラーに光を照
射して照射源からトロリまでの距離と方向とを測定する
トロリ位置検出手段と、上記巻上ドラムの回転数に基い
てトロリからバケットまでの巻上索の吊下長さを検出す
る吊下長さ検出手段とを備えたものである。

【００１３】本発明は、バケットの位置（三次元的な位
置）を測定する際に、直接バケットの位置を求めるので
はなく、バケットの位置をトロリの横行位置とトロリか
らの吊下位置とに分け、トロリの横行位置をトロリ位置
検出手段によって求め、トロリからの吊下位置を吊下長
さ検出手段によって別々に求めるようにしたものであ
る。

【００１４】トロリ位置検出手段は、バケットではなく
トロリを追尾する。トロリは、主索に沿って横行するも
のなので、巻上索に吊り下げられたバケットよりも遥か
に揺れが少ない。よって、バケットを追尾する従来技術
と比べて追尾性が大幅に向上する。また、バケットより
も高い位置にあるトロリを追尾しているので、障害物
（既設コンクリートブロックや工事機械等）が死角とな
ることもない。

【００１５】吊下長さ検出手段は、巻上ドラムの回転数
に基いてトロリからバケットまでの巻上索の吊下長さを
検出する。ここで、巻上ドラムには巻上索の端部が固定
されているので、ドラムの回転数と索の繰出量との間に
誤差が少なく、精度が向上する。

【００１６】また、上記システムにおいて、トロリ位置
をクレーンのモデル式から算出する第１手段と、トロリ
位置を光学センサで検出する第２手段と、第１手段で算
出されたトロリ位置を第２手段で補正する補正手段とを
備えていてもよい。

【００１７】また、さらに、トロリ速度が遅いときには
上記第２手段によってトロリの位置を検出し、トロリの
速度が速いときには上記第１手段によってトロリの位置
を算出する切替手段を備えていてもよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１９】上記実施形態に係るケーブルクレーンのバ
ケット位置測定装置は、前述した図１に示すケーブルク
レーン１に設けられる。すなわち、このケーブルクレー
ン１は、掛け渡された主索４に沿ってトロリ５を横行さ
せつつ、そのトロリ５から巻上索１４を介して吊り下げ
たバケット２０を、巻上索１４の端部が固定された巻上
ドラム１６を回転させて昇降させるものである。

【００２０】バケット２０の位置を測定するバケット位
置測定装置は、トロリ５に取り付けられたミラー２６に
光Ｌを照射して照射源２７からトロリ５までの距離と方
向とを測定するトロリ位置検出手段２８を有している。
トロリ位置検出手段２８は、トロリ５に取り付けられた
ミラー２６と、ミラー２６に光Ｌを照射してトロリ５の
移動を追尾すべく谷の右岸または左岸に設けられたトー
タルステーション２９と、トータルステーション２９か
らの出力に基いて照射源２７からトロリ５までの距離と
方向とを算出する第１演算部３０とから構成されてい
る。

【００２１】ミラー２６は、図２にも示すように、トロ
リ５の側面に設けられた半球面状の台座３１に、その球
面の周方向に沿って複数取り付けられている。図２中、
ミラー２６は、水平面の周方向に沿ってのみ取り付けら
れているように見えるが、実際にはその下方の球面にも
複数取り付けられている。各ミラー２６は、図３に示す
ように、凹状に形成されており、光Ｌが入射されるとそ
れと同方向に反射するようになっている。かかるミラー
２６が球面状の台座３１にその球面の周方向に沿って複
数取り付けられているので、光Ｌの入射方向と同方向に
反射可能な範囲が広がり、トータルステーション２９の
設置可能範囲が広がる。

【００２２】トータルステーション２９は、トロリ５が
どこに横行してもトロリ５のミラー２６が視認出来る位
置に設置された台座３２と、台座３２に上下方向及び水
平方向に回動自在に設けられた光の照射源２７とを有し
ている。照射源２７には、上記ミラー２６に光Ｌを照射
しその反射光を受けるべく、照射方向をミラー２６の移
動（トロリ５の横行）に合わせて変更し、トロリ５の横
行を追尾する追尾手段が設けられている。また、照射源
２７には、上下方向の回動角αと水平方向の回動角βと
をそれぞれ検出する角度検出手段が設けられている。ま
た、照射源２７には、照射光と反射光との位相差によっ
て照射源２７からミラー２６までの距離を測定する測距
手段が設けられている。

【００２３】第１演算部３０は、上記照射源２７の角度
検出手段と測距手段との出力に基いて、照射源２７を基
準としたミラー２６すなわちトロリ５の位置（距離と方
向）を算出するものである。照射源２７からミラー２６
（トロリ５）までの距離と方向が分かれば、照射源２７
を基準としたベクトルが定まり、もって照射源２７を基
準としたミラー２６（トロリ５）の位置が定まるのであ
る。第１演算部３０から出力されたトロリ５の位置の情
報は、後述するバケット位置算出部３３に入力される。

【００２４】また、本実施形態に係るバケット位置測定
装置は、上記トロリ位置検出手段２８の他に、巻上ドラ
ム１６の回転数に基いてトロリ５からバケット２０まで
の巻上索１４の吊下長さを検出する吊下長さ検出手段３
４を有している。吊下長さ検出手段３４は、巻上ドラム
１６の駆動モータ２５に取り付けられたエンコーダと、
エンコーダの出力に基いて巻上ドラム１６の回転数（ト
ータル回転角）を求め、トロリ５からバケット２０まで
の巻上索１４の吊下長さを算出する第２演算部３５とか
ら構成されている。第２演算部３５から出力されたトロ
リ５からバケット２０までの巻上索１４の吊下長さの情
報は、バケット位置算出部３３に入力される。

【００２５】バケット位置算出部３３には、第１演算部
３０からトロリ５の位置の情報が入力され、第２演算部
３５からトロリ５−バケット２０間の巻上索１４の吊下
長さの情報が入力される。バケット位置算出部３３は、
これらの情報に基いて照射源２７を基準としたバケット
２０の三次元的な位置を算出する。よって、照射源２７
のダム工事現場（谷全体）に対する相対位置（座標）が
分かっていえば、ダム工事現場（谷全体）に対するバケ
ット２０の位置が分かることになる。

【００２６】本実施形態の作用を述べる。

【００２７】本実施家形態は、バケット２０の位置（三
次元的な位置）を測定する際に、直接バケット２０の位
置を求めるのではなく、バケット２０の位置をトロリ５
の横行位置とトロリ５からの吊下位置とに分け、トロリ
５の横行位置をトロリ位置検出手段２８によって求め、
トロリ５からの吊下位置を吊下長さ検出手段３４によっ
て別々に求めるようにしたものである。

【００２８】トロリ位置検出手段２８は、バケット２０
ではなくトロリ５（ミラー２６）を追尾する。トロリ５
は、主索４に沿って横行するものなので、巻上索１４に
吊り下げられたバケット２０よりも遥かに揺れ（振動）
が少ない。よって、バケット２０を追尾する従来技術と
比べて追尾性が大幅に向上する。従って、照射源２７か
らトロリ５（ミラー２６）までの距離と方向とを、トロ
リ５の横行に伴って見失うことなく連続的に正確に測定
できる。

【００２９】また、本実施形態は、バケット２０よりも
高い位置にあるトロリ５を追尾しているので、障害物
（既設コンクリートブロックや工事機械等）が照射源２
７の死角となることもない。トロリ５より上方に障害物
は存在することは有り得ない。何故なら仮にそのような
障害物があれば主塔２および副塔３が図１の紙面裏表方
向に走行出来なくなってしまうからである。

【００３０】吊下長さ検出手段３４は、巻上ドラム１６
の回転数に基いてトロリ５からバケット２０までの巻上
索１４の吊下長さを検出する。ここで、巻上ドラム１６
には巻上索１４の端部が固定されているので、ドラム１
６の回転数と索１４の繰出量との間に誤差が少ない。す
なわち、横行ドラム１０のようなフリクションドラムで
はドラム１０と索７、８との間に滑りがあるので誤差が
大きくなってしまうが、巻上ドラム１６のように巻上索
１４の端部がドラム１６に固定されているタイプでは滑
りが生じないので誤差が少ない。

【００３１】よって、巻上ドラム１６の回転数に基いて
トロリ５からバケット２０までの巻上索１４の吊下長さ
を精度よく測定できる。なお、バケット２０の積載荷重
に応じて巻上索１４には伸びが生じるが、バケット２０
の積載荷重に応じた巻上索１４の伸び量を補正する計算
式を用いれば、トロリ５からバケット２０までの巻上索
１４の吊下長さの測定精度が更に向上する。

【００３２】バケット位置算出部３３は、第１演算部３
０からのトロリ５の横行位置の情報および第２演算部３
５からのトロリ５−バケット２０間の巻上索１４の吊下
長さの情報に基いて、照射源２７を基準としたバケット
２０の三次元的な位置を算出する。よって、照射源２７
のダム工事現場（谷全体）に対する相対位置（相対座
標）に基いて、ダム工事現場（谷全体）に対するバケッ
ト２０の位置を決定できる。

【００３３】このようにして、バケット２０の三次元的
な位置を正確に測定できるので、バケット２０を目標位
置に精度よく移動させることができる。例えば、バケッ
ト２０の実際位置の座標が目標位置の座標から許容範囲
を超えてズレている場合には、横行ドラム１０及び巻上
ドラム１６を適宜駆動してズレを解消するようにする。

【００３４】また、同じ目標位置に対して複数回すなわ
ち何往復もバケット２０を移動させる場合には、上記ズ
レのデータを次回以降の運転にフィードバックして目標
位置の座標を修正することにより、次回以降のズレを小
さくできる。また、かかるフィードバックを複数回行っ
て同一の目標位置に対する到達精度が十分向上したなら
ば、フィードバックを中止してバケット２０の往復運転
のサイクルタイムを稼ぐようにしてもよい。

【００３５】また、上述したトータルステーション２９
によるトロリ５の位置検出及び制御は、バケット２０が
目標位置に到達する直前のトロリ５の速度が十分遅くな
ったときの最後の微調整の段階で使用し、バケット２０
が目標位置に到達する遥か前のトロリ５の速度が速いと
きには従来と同様に横行ドラム１０の回転数に基いて行
うことが望ましい。トータルステーション２９の計測サ
イクルがモータ２４のエンコーダの計測サイクルよりも
長いためである。

【００３６】すなわち、トータルステーション２９の光
学センサを用いてトロリ５の位置を検出し、それをフィ
ードバック制御してトロリ５の位置を制御する際には、
計測→一次計算→二次計算→ＰＬＣ信号→横行ウィンチ
（サイリスタ）制御盤→横行モータ２４の回転→横行索
７、８の巻き出し巻き込み→トロリの横行となるので、
この間の時間が例えば２秒かかったとすると、横行速度
350m/minのケーブルクレーンではトロリ５の位置は350/
60×2 ＝11.7m も先に行ってしまっている。これでは、
計測時のトロリ５の位置を基準にフィードバック制御し
ても、トロリ５の位置は制御できない。

【００３７】そこで、上述したトータルステーション２
９によるトロリ５の位置検出及び制御は、バケット２０
が目標位置に到達する直前のトロリ５の速度が十分遅く
なったときの最後の微調整の段階で使用し、バケット２
０が目標位置に到達する遥か前のトロリ５の速度が速い
ときには従来と同様に横行ドラム１０の回転数に基いて
行うことが望ましいのである。

【００３８】具体的には、上記システムにおいて、トロ
リ５の位置をケーブルクレーン１のモデル式（各ドラム
１０、１６の回転数、バケット２０の荷重による索４、
７、１４の伸び等で決まる）から算出する第１手段と、
トロリ５の位置を光学センサで検出する第２手段と、第
１手段で算出されたトロリ５の位置を第２手段で補正す
る補正手段とを備えていてもよい。そして、特に、トロ
リ５の速度が遅いときには上記第２手段によってトロリ
５の位置を検出し、トロリ５の速度が速いときには上記
第１手段によってトロリ５の位置を算出する切替手段を
備えていることが好ましいのである。

【００３９】また、このように横行ドラム１０の回転数
による制御からトータルステーション２９の光ベクトル
による制御に切り換えるとき、切換時のトロリ５の実際
位置の座標と測定位置の座標とのズレに基いて横行ドラ
ム１０（フリクションドラム）の滑りの補正を行い、以
降、トロリ５が高速で横行している場合にその補正をか
けた横行ドラム１０の回転数のデータを用いるようにす
れば、横行ドラム１０の回転数に基くトロリ５の位置制
御を向上させることができる。

【００４０】なお、トータルステーション２９を主塔２
または副塔３に設ける場合には、トロリ５に取り付けら
れるミラー２６を平面状としてもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るケーブ
ルクレーンのバケット位置測定装置によれば、次の如き
優れた効果を発揮できる。

【００４２】(1)モデル誤差や横行ドラム（フリクショ
ンドラム）の滑りがあっても高精度の位置測定ができ
る。

【００４３】(2)振動や上下動の少ないトロリを追尾す
るので、追尾性が大幅に向上すると共に、障害物（既設
コンクリートブロックや工事機械等）が死角にならな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るケーブルクレーンの
バケット位置測定装置の概略図である。

【図２】図１の部分平面図である。

【図３】ミラーの説明図であり、図３(a) は正面図、図
３(b) は断面図である。

【符号の説明】

１ケーブルクレーン４主索５トロリ１４巻上索１６巻上ドラム２０バケット２６ミラー２７照射源２８トロリ位置検出手段３４吊下長さ検出手段Ｌ光

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年４月３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項３

【補正方法】変更

【補正内容】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者五味裕司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)発明者瀧本英敏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)発明者小野一也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)発明者高木善朗東京都江東区毛利一丁目19番10号石川島播磨重工業株式会社江東事務所内 (72)発明者岸光輝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)発明者塚本克美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)発明者竹村健一東京都港区元赤坂一丁目２番７号鹿島建設株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】掛け渡された主索に沿ってトロリを横行
させつつ、そのトロリから巻上索を介して吊り下げたバ
ケットを、巻上索の端部が固定された巻上ドラムを回転
させて昇降させるケーブルクレーンにおいて、上記トロ
リに取り付けられたミラーに光を照射して照射源からト
ロリまでの距離と方向とを測定するトロリ位置検出手段
と、上記巻上ドラムの回転数に基いてトロリからバケッ
トまでの巻上索の吊下長さを検出する吊下長さ検出手段
とを備えたことを特徴とするケーブルクレーンのバケッ
ト位置測定装置。
【請求項２】上記システムにおいて、トロリ位置をク
レーンのモデル式から算出する第１手段と、トロリ位置
を光学センサで検出する第２手段と、第１手段で算出さ
れたトロリ位置を第２手段で補正する補正手段とを備え
た請求項１記載のケーブルクレーンのバケット位置測定
装置。
【請求項３】さらに、トロリ速度が遅いときには上記
第１手段によってトロリの位置を検出し、トロリの速度
が速いときには上記第２手段によってトロリの位置を算
出する切替手段を備えた請求項２記載のケーブルクレー
ンのバケット位置測定装置。