JP2003118981A

JP2003118981A - クレーン接近警報装置

Info

Publication number: JP2003118981A
Application number: JP2001320657A
Authority: JP
Inventors: Junji Ozaki; 淳二尾崎; Osamu Matsumoto; 修松本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2003-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】ジブなどクレーンの可動部分に衝突の可能性
が生じた場合、クレーンの形式を問わず衝突が未然に防
止できるようにしたクレーンの接近警報装置を提供する
こと。【解決手段】ＧＰＳなどを用いた位置検出装置１ａ、
１ｂによりクレーンＡ、Ｂ、Ｃのジブの先端とジブの旋
回軸の位置をそれぞれ検出して、可動部のシミュレーシ
ョンモデルを構築し、監視装置２により、このシミュレ
ーションモデルを実機と同じく動かすことにより衝突発
生を予見し、接触の可能性が生じた場合には、警報装置
３により自動的に警報を報知させると共に、自動的にク
レーンを停止させるようにしたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クレーンの可動部
が何らかの障害物に接近したとき警報を与える装置に係
り、特に複数台のクレーンが近接して使用されている場
合に好適なクレーン接近警報装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】比較的重量のある物体の搬送には、しば
しばジブクレーン(ジブ付クレーンともよばれる)が使用
されるが、このジブクレーンにも各種異なった形式のも
のがあり、例えば可搬型のジブクレーンとしては、図７
に示すトラッククレーンがあり、自走式クレーンには、
図８に示すレール走行式のクレーンなどがあり、固定式
のクレーンとしては、例えば図９に示すタワークレーン
がある。

【０００３】また、ジブの形式にも、エクステンション
ジブやダブルリンクジブなどの違いがあり、ここで、エ
クステンションジブとは、例えば図７のトラッククレー
ンに採用されているように、伸び縮み自在になったもの
であり、ダブルリンクジブとは、例えば埠頭に設置され
ているガントリークレーンに採用されているものであ
る。

【０００４】このジブクレーンの場合、ジブ又はブーム
と呼ばれる梁部材を用い、その先端から釣下げたロープ
により搬送物を持ち上げ、梁部材の角度と根本にある垂
直軸による回動位置を変えることにより搬送位置が任意
に選べるようになっているものであるが、このとき、図
７と図８のクレーンでは、その梁部材のことをブームＢ
と呼び、図９のクレーンではジブＪと呼ぶのが一般的で
あるが、ここでは、何れもジブと記すことにする。

【０００５】ところで、建設現場などの場合、複数台の
ジブクレーンが同時に使用され、接近して作業する場合
が多いが、このとき、作業の安全性確保のため、自クレ
ーンのジブが搬送物や他のクレーンのジブなどに接触す
る虞れが生じたとき、自動的に警報を発し、クレーンの
オペレータに知らせ、衝突を未然に防止する必要があ
る。

【０００６】そこで、このジブクレーンの衝突防止に関
して、例えば特開平４−２８６４０号公報では、監視機
能を備えた衝突防止装置について開示しており、特開平
７−２０６３８２号公報では、角度検出装置をクレーン
に装備した衝突防止装置について開示している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、クレ
ーンの衝突防止がオペレータによる安全性の確認処理に
頼っている点に配慮がされておらず、充分な安全性の確
保に問題があった。

【０００８】すなわち、トラッククレーンなど可搬型の
ジブクレーンにおいては、クレーン相互の位置関係が変
わるが、従来技術では、位置関係が変わる毎に、正確な
位置関係を求め、それに合わせて装置の設定を変更する
必要があり、このため実用性に乏しく、現状はオペレー
タの目視による安全確認に頼っている。

【０００９】この場合、建設現場などの作業現場におい
て、複数台のクレーンが近接して使用されたとき、ジブ
や搬送物が相互に衝突しないように、又はジブや搬送物
が他の設備に衝突などしないように、オペレータが目視
で確認する必要があるが、これでは、オペレータの疲労
が激しく、従って、従来技術では、充分な安全性の確保
が難しくなってしまうのである。

【００１０】しかも、ジブクレーンには、タワークレー
ンのような固定されたものやトラッククレーンのような
設置位置が頻繁に変わる可能性のあるもの、エクステン
ションジブやダブルリンクなどクレーンの機構が異なる
ものがある。

【００１１】そこで、本発明の目的は、ジブなどクレー
ンの可動部分に衝突の可能性が生じた場合、クレーンの
形式を問わず衝突が未然に防止できるようにしたクレー
ンの接近警報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】上記目的は、クレーン自
体の位置と当該クレーンの可動部の位置から、予め設定
してあるクレーンの周囲状況に基づいて、前記可動部に
よる衝突の発生をシミュレーションモデルから予想し、
この予想結果に応じて警報を発生させることにより達成
される。

【００１３】同じく上記目的は、複数台のクレーンのそ
れぞれにおいて、各クレーン自体の位置と当該クレーン
の可動部の位置を検出し、これらの検出結果を前記複数
台の各クレーン間で伝送させ、前記複数台のクレーン相
互間での衝突の発生をシミュレーションモデルから予想
し、この予想結果に応じて前記複数台のクレーンのそれ
ぞれにおいて警報を発生させることによっても達成され
る。

【００１４】このとき、前記シミュレーションモデル
は、２次元又は高さ方向の衝突も監視する場合は３次元
の何れかであってもよく、搬送物の状態荷重、移動方
向、移動速度、ロープ長、ロープ角度など搬送物の状態
を考慮した接近警報領域モデルと、衝突の危険性がある
作業現場の建物、装置などの作業禁止領域モデルを備
え、衝突の危険を検知するものでもよい。

【００１５】また、このとき、前記シミュレーションモ
デルは、衝突が発生する前に回避操作ができるようにす
るため、少なくともクレーンのジブの動作方向と動作速
度、それに停止距離を考慮し、これらから安全距離を取
った接近警報領域モデル及び作業禁止領域モデルを備
え、前記可動部の移動方向や速度により可変できるよう
にしてもよい。

【００１６】更に、前記各クレーン間での検出結果の伝
送が、有線伝送と無線伝送の少なくとも一方であり、前
記無線伝送は、無線ＬＡＮによる場合を含むようにして
もよく、前記可動部の位置が、データ無線装置で伝送さ
れるようにしてもよい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるクレーン接近
警報装置について、図示の実施の形態により詳細に説明
する。ここで、図１と図２は、クレーンＡ(自機)とクレ
ーンＢ(相手機１)、クレーンＣ(相手機２)の３台のクレ
ーンからなるシステムに、本発明を適用した場合の一実
施形態である。

【００１８】これら図１と図２において、１ａは先端位
置検出装置、１ｂは旋回軸位置検出装置、２は監視装
置、３は警報装置、４は無線装置、そして５は制御装置
で、これらは、３台のジブ付クレーンＡ、Ｂ、Ｃに夫々
設けられている。

【００１９】そして、まず、先端位置検出装置１ａは、
クレーンのジブの先端の位置を検出する働きをし、次に
旋回軸位置検出装置１ｂは、同じくジブの旋回軸の位置
を検出する働きをする。

【００２０】ここで、先端の位置と旋回軸の位置は、何
れも各クレーンが置かれている場所での絶対位置のこと
であり、従って、これらの位置検出装置１ａ、１ｂに
は、高精度で測位が可能なＧＰＳによる位置検出装置が
使用されている。

【００２１】次に、監視装置２は、マイコンなどのデー
タ処理装置を備え、入力インターフェースを介して入力
されたデータと、各位置検出装置１ａ、１ｂにより検出
した位置情報により、後述するようにして形状シミュレ
ーションモデルを構築し、衝突をシミュレーションし
て、衝突の発生を未然に検知する働きをする。

【００２２】また、警報装置３は、衝突発生の虞れが検
知されたとき、所定の音響などを発生してオペレータに
報知する働きをし、無線装置４は、衝突の虞れがある相
手のクレーンと、位置情報など必要な情報を交換する働
きをする。

【００２３】ここで、無線装置４には、取り扱いが容易
で高速通信が可能な無線ＬＡＮ(ローカル・エリア・ネ
ットワークーク)が使用されている。

【００２４】さらに制御装置５は、クレーンの駆動装置
を制御し、衝突発生の虞れが検知されたときクレーンを
緊急停止させる働きをする。

【００２５】そして、これらの機器は、図２に示されて
いるように、各クレーンＡ、Ｂ、Ｃに夫々個別に設置さ
れ、このとき、夫々のクレーンにおける各機器の間はケ
ーブルにより配線されているが、このとき、先端位置検
出装置１ａなど、ケーブルによる配線が難しい機器につ
いては、バッテリなどによる自律電源を備えた無線ＬＡ
Ｎで伝送するようになっている。

【００２６】次に、監視装置２による衝突検知処理につ
いて、図３のフローチャートにより説明する。

【００２７】ここで、この図３の処理は、クレーンを動
作状態に立ち上げたとき、監視装置２により開始され、
３台夫々のクレーンにおいて実行されるものである。

【００２８】そして、このとき、まず作業開始時の初期
処理として、自機のジブの形状モデルを構築するために
必要なパラメータを、用途に応じて、３次元又は２次元
の何れかのモデルを選択した上で設定する(処理ステッ
プＳ１)。

【００２９】具体的には、自機クレーンの動作方向や速
度を考慮し、衝突する前に回避操作が可能な様に、特に
移動方向には大きく安全距離を取った接近警報領域モデ
ルのパラメータを、例えばパネルコンピュータにより設
定する。

【００３０】また、搬送物の加重や移動方向、移動速
度、ジブから釣下げたロープの長さ、ロープの角度な
ど、搬送物の状態も、接近警報領域モデルのパラメータ
として設定するのである。

【００３１】次に、同じく作業開始時の初期処理とし
て、無線装置２のアクセス範囲内に存在する相手クレー
ンから、無線通信により、ジブの形状モデル及び接近警
報領域モデルを取得する(処理ステップＳ２)。

【００３２】このため、各クレーンにある無線装置２
は、動作状態に立ち上げられた後、自機の先端位置情報
と旋回位置情報を、常時、相手機に送信し続けるように
なっている。

【００３３】こうして作業開始時の初期処理が終わった
ら、各クレーンでは、監視装置２上で、まず自機の位置
情報からジブの接近警報領域を表わすシミュレーション
モデルを構築し(処理ステップＳ３)、次に、同じく監視
装置２上で、今度は他機の位置情報からジブの接近警報
領域を表わすシミュレーションモデルを構築する(処理
ステップＳ４)。

【００３４】この後、互いのシミュレーションモデルに
より、衝突をシミュレーションし、監視する(処理ステ
ップＳ５)。

【００３５】そして、まず、シミュレーション結果が
“衝突なし”となったときは処理ステップＳ３に戻る。

【００３６】一方、監視装置２によるシミュレーション
の結果、自機の接近警報領域が相手機の接近警報領域と
接触した場合は、警報装置３によりブザーや表示灯を作
動させ、クレーンのオペレータに緊急事態の発生を報知
し(処理ステップＳ６)、次いでクレーンの移動速度を監
視する(処理ステップＳ７)。

【００３７】そして、この後、クレーンが減速したら、
緊急事態の発生がオペレータに報知されたものとして、
このまま処理ステップＳ３に戻るが、それでもクレーン
が減速されなかったときは処理ステップＳ８を実行し、
制御装置５によりクレーンを緊急停止させてから処理ス
テップＳ３に戻るのである。

【００３８】このとき、監視装置２は、自機クレーンと
相手機クレーンのジブの位置関係をグラフィックで表示
できるように構成してあり、クレーンのオペレータによ
る状況把握を助けることができる。

【００３９】次に、このときのシミュレーションモデル
の構築処理と、形状シミュレーションモデルによる衝突
監視処理について、一例として、計算処理に必要な負荷
が軽く、しかも適用範囲が広い、２次元モデルを利用し
た場合について説明する。

【００４０】図４は、一例として、基本となるジブの形
状と接近警報領域を、水平投影面法により２次元モデル
として示したもので、ここでは、シミュレーションモデ
ル間の衝突確認の処理を容易にするため、ジブの形状に
ついて実用上問題ないレベルまで単純化してある。

【００４１】まず、図示のように、ジブの旋回軸の位置
を原点(０，０)とし、その先端位置をＰs とする。次
に、ジブの形状を座標Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃、Ｐ₄ で囲まれた
領域により表わし、座標Ｐ₁'、Ｐ₂'、Ｐ₃'、Ｐ₄'で囲ま
れた領域により接近警報領域を表わす。

【００４２】ここで、座標Ｐ₂、Ｐ₃、Ｐ₂'、Ｐ₃'は、先
端位置Ｐs を基準とした相対位置で設定してあり、従っ
て、実際の位置は先端位置Ｐs により変化する。

【００４３】そこで、接近警報領域の座標Ｐ₃'、Ｐ₄'を
移動速度Ｖに連動して可変にしたパラメータとして持た
せることにより、移動速度Ｖが速いときは、旋回方向Ｒ
での接近警報領域を長く取るなど、移動速度Ｖに合わせ
て、適切な警報が出せるようにすることができる。

【００４４】そして、このときの移動距離Ｌと移動速度
Ｖは、各位置検出装置１ａ、１ｂから、或る時刻ｔ₁ で
得られた座標Ｚ₁(ｘ₁、ｙ₁)と、この時刻ｔ₁ より後の
時刻ｔ₂ で得られた座標Ｚ₂(ｘ₂、ｙ₂)から、次の(1)式
と(2)式により、求めることができる。

【００４５】Ｌ＝｛(ｘ₁−ｘ₂)²＋(ｙ₁−ｙ₂)²｝^1/2 ………… (1) Ｖ＝Ｌ／(ｔ₂−ｔ₁) …… …… (2) また、旋回方向Ｒは、旋回位置の座標をＧとすると、ベ
クトルＧＺ ₁ とベクトルＺ ₁ Ｚ ₂ の外積の符号から求め
ることができる。

【００４６】そこで、以上の座標値と補助パラメータ値
を設定することにより、近接警戒領域を構築し、これを
基本モデルとする。

【００４７】次に、図４に示すようにして構築した基本
モデルを、実際の位置関係に変換するときの処理につい
て、図５により説明する。

【００４８】この図５において、まず、基本モデルの基
準軸となる原点(０，０)から先端位置Ｐs に向かうベク
トルをＰs、旋回軸位置検出装置１ｂで検出した同時刻
の旋回軸位置Ｐo(ｘ₀，ｙ₀)から先端位置Ｐs'に向かう
ベクトルをＰs'、ベクトルＰsとベクトルＰs'の成す角
をθ、基本モデルの座標を(ｘ,ｙ)、実際のモデルの座
標を(ｘ',ｙ')とすると、次の(3)式と(4)式が成立す
る。

【００４９】 θ＝cos^-1{(Ｐs・Ｐs')／(|Ｐs|×|Ｐs'|)} ……… (3)

【数４】そうすると、これらの式により、基本モデルの座標(ｘ,
ｙ)から実際のモデルの座標(ｘ',ｙ')が求められること
になり、このことから、各クレーンＡ、Ｂ、Ｃについ
て、各々の近接警戒領域モデルを作成することができ
る。

【００５０】ここで、図６は、３台のクレーンＡ、Ｂ、
Ｃについて、各々の接近警報領域モデルを作成した場合
を示したもので、このときのモデル間の衝突の有無は、
自機の接近警報領域モデルを構成する線分Ｊ１,Ｊ２,Ｊ
３と、相手側のモデルを構成する線分の交差を調べるこ
とにより判定でき、交差する場合は衝突していると判断
できる。

【００５１】従って、この実施形態によれば、タワーク
レーンのような固定されたものや、トラッククレーンの
ような設置位置が頻繁に変わる可能性のあるもの、エク
ステンションジブやダブルリンクなど、クレーンの機構
の違いを問わず簡単に設置移動することができる。

【００５２】そして、この結果、ジブ付クレーン相互の
ジブが衝突する可能性がある場合に警報などでオペレー
タに知らせることができ、従って、未然に衝突を防ぐこ
とができ、充分に安全性を保持することができる。

【００５３】また、このとき、作業中にクレーンの旋回
軸が移動しない場合は、準備段階で旋回軸の位置を位置
検出装置で求め、固定値として監視装置に設定すること
により、作業中の旋回軸の位置検出装置が不要となり、
装置コストを抑えることができる。

【００５４】更に、この実施形態によれば、作業現場の
周辺に衝突する危険性のある建物や装置がある場合は、
これらも作業禁止領域モデルとして監視装置に設定し、
接近警報領域モデルと合わせて監視しすることにより、
クレーン以外の障害物との衝突も未然に回避できる。

【００５５】また、上記実施形態において、接近警報領
域モデルを３次元モデルにし、３次元モデルによる衝突
監視を行うように構成してもよく、このようにした実施
形態によれば、用途により高さ方向の接近警報が必要と
なる場合にも容易に対応して衝突を確実に回避させるこ
とができる。

【００５６】さらに、上記実施形態において、クレーン
間の通信情報を現場指揮所など、他の場所でも共有でき
るようにしてもよく、こうすることにより、作業現場状
況の集中監視が行え、的確な作業指示により、作業効率
や安全性の向上が図れる。

【００５７】ここで、本発明の実施形態を列挙すれば、
以下の通りである。

【００５８】(1)ジブの位置関係を得るための位置検出
装置、ジブのシミュレーションモデルを構築し、ジブ同
士の衝突を監視する監視装置、衝突の可能性がある場合
に、オペレータに知らせる警報装置、クレーンの動作を
停止させる制御装置、クレーン相互間で情報を共有する
ための通信装置で構成されるものとする。

【００５９】(2)ジブの衝突を未然に防ぐため、実際の
作業現場におけるクレーンのシミュレーションモデルを
監視装置内に構築し、このモデルを実機と同じくリアル
タイムで動作させ、クレーン同士が衝突する可能性があ
る場合、オペレータに音声や表示などで知らせ、さらに
接近を続ける場合には、制御装置によりクレーンを停止
する。

【００６０】(3)上記(2)におけるシミュレーションモデ
ルは、ジブの動作方向や動作速度、停止距離などを考慮
し、衝突する前に回避操作ができる様に、ジブ自体及び
搬送物やロープから安全距離を取った接近警報領域や作
業禁止領域を備え、この接近警報領域が相手クレーンの
接近警報領域と接触した場合に衝突の可能性ありと判断
する。シミュレーションモデルの位置関係は、ジブ旋回
軸の位置及び先端の位置から決まり、この位置は、位置
検出装置でリアルタイムに求める。

【００６１】(4)上記(2)において、相手クレーンも上記
と同じシステムを搭載し、シミュレーションモデルや位
置情報を相互に無線装置を使用してリアルタイムに伝送
することにより、相手クレーンのジブの位置関係を監視
装置内の構築し、複数のクレーンシミュレーションモデ
ルとの衝突監視を行う。

【００６２】

【発明の効果】本発明によれば、クレーン自体が移動す
る場合も含め、ジブクレーンの種別を問わず、クレーン
に簡易に設置できる装置により、接近して作業を行うク
レーン間の衝突が未然に検知でき、クレーンのオペレー
タに知らせることができ、この結果、衝突を確実に回避
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるクレーン近接警報装置を３台のク
レーンに適用した場合の一実施形態を示すブロック図で
ある。

【図２】本発明の一実施形態における３台のクレーンを
示す説明図である。

【図３】本発明の一実施形態による接近警報処理手順の
一例を示すフローチャートである。

【図４】本発明の一実施形態によるシミュレーションモ
デルの構築例を示す説明図である。

【図５】本発明の一実施形態におけるシミュレーション
モデルの座標変換例の説明図である。

【図６】本発明の一実施形態による接近検知例の説明図
である。

【図７】トラッククレーンの概略図である。

【図８】走行式ジブ付クレーンの概略図である。

【図９】ジブ付タワークレーンの概略図である。

【符号の説明】１ａ位置検出装置(先端）１ｂ位置検出装置(旋回軸）２監視装置３警報装置４無線装置５制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】クレーン自体の位置と当該クレーンの可
動部の位置から、予め設定してあるクレーンの周囲状況
に基づいて、前記可動部による衝突の発生をシミュレー
ションモデルから予想し、この予想結果に応じて警報を
発生させることを特徴とするクレーン接近警報装置。
【請求項２】複数台のクレーンのそれぞれにおいて、
各クレーン自体の位置と当該クレーンの可動部の位置を
検出し、これらの検出結果を前記複数台の各クレーン間
で伝送させ、前記複数台のクレーン相互間での衝突の発生をシミュレ
ーションモデルから予想し、この予想結果に応じて前記
複数台のクレーンのそれぞれにおいて警報を発生させる
ことを特徴とするクレーン接近警報装置。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の発明の何
れかにおいて、前記シミュレーションモデルは、２次元又は３次元の何
れかであることを特徴とするクレーン接近警報装置。
【請求項４】請求項１に記載の発明において、前記シミュレーションモデルは、搬送物の状態荷重、移
動方向、移動速度、ロープ長、ロープ角度など搬送物の
状態を考慮した接近警報領域モデルと、衝突の危険性が
ある作業現場の建物、装置などの作業禁止領域モデルを
備え、衝突の危険を検知することを特徴とするクレーン
接近警報装置。
【請求項５】請求項２に記載の発明において、前記シミュレーションモデルは、衝突が発生する前に回
避操作ができるようにするため、少なくともクレーンの
ジブ又はブームの動作方向と動作速度、それに停止距離
を考慮し、これらから安全距離を取った接近警報領域モ
デル及び作業禁止領域モデルを備え、前記可動部の移動
方向や速度により可変できるように構成されていること
を特徴とするクレーン接近警報装置。
【請求項６】請求項２に記載の発明において、前記各クレーン間での検出結果の伝送が、有線伝送と無
線伝送の少なくとも一方であり、前記無線伝送は、無線ＬＡＮによる場合を含むことを特
徴とするクレーン近接警報装置。
【請求項７】請求項１又は請求項２に記載の発明の何
れかにおいて、前記可動部の位置が、データ無線装置で伝送されること
を特徴とするクレーン接近警報装置。