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JP4218449B2 - クレーンの動作監視システム及び方法 - Google Patents

クレーンの動作監視システム及び方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、旋及び起伏の運動が可能なジブを有するクレーンの動作監視システム及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、クレーンの作業範囲を規制し、また、クレーンどうしの衝突を防止するために、クレーンの旋回角度や起伏角度をエンコーダや角度検出器で検出し、その検出情報に基づいてクレーンどうしの接近や進入禁止エリアへの接近を判定することが行われている。しかし、エンコーダや角度検出器ではクレーンの絶対的な位置を検出できないことから、上記の方法はクレーンの位置が固定されていることが前提となり、走行式クレーンのようにクレーンの位置が変化する場合には適用できない。また、エンコーダや角度検出器は校正が必要であるが、この校正作業は専門的な技術者が行なわねばならないため、取り付けや交換の際に不便である。
【0003】
一方、例えば特許文献1に開示されるクレーンの接触警報装置では、クレーン車に傾斜センサや障害物検知センサを取付けておき、傾斜センサで検出したブーム角度等に基づいてブームが侵入禁止エリアに接近または進入したか否かを判定すると共に、障害物検知センサに基づいて障害物に接近したか否かを判定している。このように障害物検知センサを用いた構成では、その障害物検知センサで検知可能な範囲に限っては、クレーンが移動する場合にも障害物の接近を判定できる。
【0004】
【特許文献1】
実開平7−4482号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献1に開示される装置では、障害物として架空線を想定し、架空線への接近を検知するべくブームの先端部に障害物検知センサを取り付けている。このため、例えば、2台の建設機械のブームどうしが先端部以外の部位で接近したことを検知することは難しい。
【0006】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、及び起伏の運動が可能なジブを有するクレーンどうしの衝突や侵入禁止エリアへの侵入の危険を正しく判定することが可能なクレーンの動作監視システム及び方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、走行部と、該走行部上に配置されて水平面内を旋回運動可能な旋回部と、該旋回部に対して起伏運動可能なジブとを有するクレーンの動作監視システムであって、
複数のクレーンの夫々について、その3次元的な輪郭形状を表す3次元モデルデータが記憶されたモデル記憶部と、
複数のクレーンの夫々について、前記ジブの何れか一の部位の3次元座標を検出可能な第1の位置検出手段と、
複数のクレーンの夫々について、前記旋回部の、旋回中心位置から外れた何れか一の部位の3次元座標を検出可能な第2の位置検出手段と、
前記第1及び第2の位置検出手段による3次元座標の検出結果に基づいて前記旋回部の旋回角度を計算し、該計算した旋回角度と、前記第2の位置検出手段による3次元座標の検出結果と、前記第2の位置検出手段による検出部位の前記旋回中心位置に対する相対位置とに基づいて前記旋回中心位置の座標を計算し、該計算した旋回中心位置の座標と、前記第1の位置検出手段による3次元座標の検出結果と、前記ジブの起伏中心の前記旋回中心位置に対する相対位置とに基づいて前記ジブの起伏角度を計算する計算手段と、
前記計算手段による計算結果と、前記モデル記憶部に記憶された3次元モデルデータとに基づいて、クレーンどうしの衝突の危険の有無又は各クレーンが侵入禁止エリアへ侵入する危険の有無の少なくとも何れかを判定する危険判定手段と、を備えることを特徴とする。
【0008】
また、本発明において、前記複数のクレーンの夫々に設けられた無線通信手段と、この無線通信手段と通信可能な監視装置とを備え、前記無線通信手段は、前記位置検出手段による検出結果を前記監視装置へ送信する機能を有し、前記監視装置が前記計算手段及び前記危険判定手段を備えていることとしてもよい。
【0009】
あるいは、前記複数のクレーンの夫々に設けられた無線通信手段と、この無線通信手段と通信可能な監視装置とを備え、前記計算手段は各クレーンに設けられ、前記無線通信手段は前記計算手段による計算結果を前記監視装置へ送信する機能を有し、前記監視手段が、前記危険判定手段を備えていることとしてもよい。
【0010】
ここで、前記監視装置は、前記危険判定手段により危険有りと判定された場合に、その旨の信号を該当するクレーンの前記無線通信手段へ送信する機能を有することとしてもよい。
【0011】
また、前記監視装置は、複数の建築現場に対して共通に設けられ、ネットワークに接続されたサーバーコンピュータにより構成されており、前記ネットワークを経由して、各クレーンに設けられた前記無線通信手段と通信を行うこととしてもよい。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の一実施形態であるクレーン監視システム10の全体構成図である。本実施形態のクレーン監視システム10は、移動式クレーンを監視対象として、クレーンどうしの衝突や、侵入禁止エリアへの侵入の危険を判定する。
【0013】
図1に示すように、クレーン監視システム10は、各移動式クレーンに取り付けられた第1GPSアンテナ12及び第2GPSアンテナ14を備えている。第1GPSアンテナ12及び第2GPSアンテナ14は、GPS計測装置15を介して、無線通信装置16に接続されている。GPS計測装置15及び無線通信装置16は、例えば、移動式クレーンの運転台に設置されている。GPS計測装置15は、第1GPSアンテナ12及び第2GPSアンテナ14がGPS衛星から夫々受信したGPS信号に基づいて、各アンテナ取付部位の3次元的な絶対座標すなわち(緯度,経度,高度)を検出する。無線通信装置16は例えば無線LAN、携帯電話通信、赤外線通信、あるいはレーザ通信等の無線方式で通信を行う機能を有しており、現場事務等に設置された監視装置18と通信を行うことができる。
【0014】
本実施形態では、無線通信装置16は監視装置18に向けて、GPS計測装置15により検出された座標情報と、当該移動式クレーン50に固有のクレーンIDとを送信する。監視装置18は無線通信装置16から受信したクレーンIDに基づいて送信元の移動式クレーン50を識別し、座標情報に基づいてクレーンどうしの衝突や、侵入禁止エリアへの侵入の危険の有無を判定する。
【0015】
図2は、移動式クレーン50の構成および移動式クレーン50への各GPSアンテナ12,14の取付位置を示す側面図であり、図3はその平面図である。これらの図面に示すように、移動式クレーン50は、走行部52と、走行部52上に配置されて水平面内を旋回運動可能な旋回部54と、旋回部54に対して起伏運動可能なブーム56(本発明における「ジブ」に相当)とを備えている。第1GPSアンテナ12は、移動式クレーン50のブーム56の先端部に取り付けられており、また、第2GPSアンテナ14は、第1GPSアンテナ12の取付位置と、旋回部52の旋回中心O1とを含む鉛直平面内の位置に取り付けられている。
【0016】
なお、以下の説明では、図2及び図3に示す通り、第2GPSアンテナ14の取付位置と旋回中心O1との距離をL1、ブーム56の起伏運動の回転中心(以下、起伏中心という)O2と旋回中心1との距離をL2,第1GPSアンテナ12の取付位置と起伏中心O2との距離をL3、第2GPSアンテナ14の取付位置の地上高をH1、起伏中心O2の地上高をH2で表すものとする。また、第1GPSアンテナ12及び第2GPSアンテナ14の座標を夫々(x1、y1、h1),(x2、y2、h2)で表し、また、移動式クレーン50の平面的な位置を旋回中心O1の絶対座標(X,Y)で表すものとする。さらに、移動式クレーンの旋回角度をX軸方向からの角度φで表し、起伏角度を水平面からの角度θで表すものとする。
【0017】
再び図1を参照して説明すると、監視装置18は、位置情報受信部20、位置姿勢計算部22、モデル記憶部24、危険判定部26、及び判定結果送信部28等の各機能部を備えている。
【0018】
位置情報受信部20は、各移動式クレーン50の無線通信装置16から、GPS計測装置15が検出した位置情報を受信する。
【0019】
位置姿勢計算部22は、位置情報受信部20が受信した座標情報に基づいて、各移動式クレーンの位置及び姿勢を計算する。より具体的には、GPS計測装置15により計測された座標(x1,y1,h1)及び(x2,y2,h2)に基づいて、旋回部52の旋回角度φ、旋回中心O1の絶対座標(X,Y)、及びブーム56の起伏角度θを下式に従って計算する。
【0020】
φ=tan−1{(y1−y2)/(x1−x2)}
X=x2+L1・cosφ
Y=y2+L1・sinφ
θ=tan−1[(h1−H2)/[{(x1−X)+(y1−Y)}1/2−L2]]
モデル記憶部24には、各移動式クレーン50の3次元モデルデータが格納されている。具体的には、各移動式クレーン50に固有のクレーンIDに関係付けて、移動式クレーン50の3次元的な輪郭形状を表すデータが格納されている。また、モデル記憶部24には、建築現場の敷地周辺の建物などの進入禁止エリアを現す3次元モデルデータも格納されている。
【0021】
危険判定部26は、位置姿勢計算部22による各移動式クレーン50の位置・姿勢の計算結果と、モデル記憶部24に記憶された各移動式クレーン50及び侵入禁止エリアの3次元モデルデータとに基づいて、建築現場における移動式クレーン50の作業状況を表示装置30に描画すると共に、移動式クレーン50どうしの接触の危険や侵入禁止エリアへの侵入の危険の有無を判定する。
【0022】
図4及び図5は、危険判定部26により描画された表示画面の例を示す図であり、2台の移動式クレーン50どうしの衝突の危険が有ると判定される状況を示している。このような移動式クレーン50どうしの接触の危険の有無は、各移動式クレーン50の3次元モデルデータと位置・姿勢とに基づいて移動式クレーン50の周囲に衝突警報ゾーン(図4、図5中に斜線を付して示す)を設定し、この衝突警報ゾーン内に他の移動式クレーン50の衝突警報ゾーンに入ったか否かにより判定される。
【0023】
図6及び図7は、危険判定部26により描画された画面の別の例を示す図であり、移動式クレーン50が侵入禁止エリアへ侵入する危険が有ると判定される状況を示している。このような侵入禁止エリアへの侵入の危険の有無も、上記した衝突の判定の場合と同様に、移動式クレーン50の周囲に衝突警報ゾーンを設定し、この衝突警報ゾーン内に侵入禁止エリアが入ったか否かにより判定される。
【0024】
判定結果送信部28は、危険判定部26によりクレーンどうしの衝突の危険が有り、あるいは、侵入禁止エリアへの侵入の危険が有ると判定された場合に、クレーンIDに基づいて該当する移動式クレーン50を識別し、その移動式クレーン50の無線通信装置16へ警報信号を送信する。なお、無線通信装置16は、この警報信号を受信した際に、例えば光の点滅や警報音による警報機能が設けられているものとする。
【0025】
上記した監視装置18は、コンピュータシステムにより構成されており、位置姿勢計算部22及び危険判定部26はコンピュータがプログラムを実行することにより実現され、モデル記憶部24はコンピュータシステムが備えるハードディスク等の記憶装置に格納されている。
【0026】
以上説明したように、本実施形態のシステムによれば、各移動式クレーン50に第1GPSアンテナ12及び第2GPSアンテナ14を取り付けることで、各移動式クレーン50の姿勢のみならず、絶対的な位置も正確に判定することができる。このため、監視装置18は、そのような姿勢や位置の情報に基づいて移動式クレーン50の衝突や侵入禁止エリアへの侵入の危険の有無を判定することができる。そして、それらの危険が有ると判定された場合は、該当する移動式クレーン50へ警報信号を送信することができるので、移動式クレーン50のオペレータの注意を喚起して、衝突や侵入禁止エリアへの侵入を未然に防止することができる。
【0027】
また、GPSを用いて位置及び姿勢を検出するので、従前のようにエンコーダを用いた場合に必要であった煩雑な校正作業を不要にすることができる。
【0028】
なお、上記の説明では、移動式クレーン50に設けられたGPS計測装置15で検出された位置情報を監視装置18へ送信し、監視装置18にて、この位置情報から移動式クレーン50の位置及び姿勢を計算するものとした。しかしながら、本発明はこれに限らず、移動式クレーン50側に演算装置を設けて当該移動式クレーン50の位置・姿勢を計算し、その計算結果を監視装置18へ送信することとしてもよい。
【0029】
図8は、本発明の別の実施形態の全体構成図を示す。この実施形態では、複数の建築現場に対して共通の監視サーバー100を、例えば建設会社の本社や工場等に設置している。この監視サーバー100は、インターネット等のネットワーク102に接続されたサーバーコンピュータにより構成されており、図1に示す監視装置18と同様の機能ブロック構成を有している。また、各移動式クレーン50に設けられた無線通信装置16は、適宜な基地局を介してネットワーク102に接続可能とされている。したがって、監視サーバー100は、ネットワーク102を介して各建築現場に配置された移動式クレーン50の無線通信装置16と通信し、各移動式クレーン50のGPS計測装置15により検出された座標情報に基づいて、移動式クレーン50の衝突や侵入禁止エリアへの侵入の危険の有無を判定し、危険が有ると判定された場合には該当する移動式クレーン50へ警報信号を送信することができる。
【0030】
なお、本実施形態では、監視サーバー100が備えるモデル記憶部24には、各建築現場の侵入禁止エリアを表す3次元モデルデータを、各建築現場のIDに関連付けて記憶しておき、侵入禁止エリアへの侵入の危険は、該当する建築現場のデータに基づいて判定するものとする。
【0031】
本実施形態によれば、複数の建築現場に共通の監視サーバー100が設けられるので、移動式クレーン50が別の建築現場へ移って使用される場合にも、そのままの状態で、監視サーバー100による監視対象とすることができる。すなわち、例えば、移動式クレーン50がリース品であって、建築現場が頻繁に変わる場合にも、何ら設定等を変更することなく、その移動式クレーン50の衝突等の危険判定を行うことができる。
【0032】
なお、各移動式クレーン50に例えば風力計等の環境センサや、各種故障を検出するためのセンサを設けて、それらの検出情報を監視サーバー100へ送信することにより、監視サーバー100にて各移動式クレーン50の動作環境や故障状況を集中管理できるようにしてもよい。
【0033】
また、上記各実施形態では、本発明が移動式クレーン50の動作監視に適用された場合について説明したが、これに限らず、各種クレーンや掘削機など、旋回運動または起伏運動の少なくとも何れかの運動が可能なジブを有する建設機械の動作監視に広く適用が可能である。
【0034】
また、上記各実施形態では、本発明が移動式クレーン50の動作監視に適用された場合について説明したが、これに限らず、旋回運動及び起伏運動が可能なジブを有するクレーンの動作監視に広く適用が可能である。
【0035】
【発明の効果】
本発明によれば、旋及び起伏の運動が可能なジブを有するクレーンどうしの衝突や侵入禁止エリアへの侵入の危険を正しく判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態であるクレーン監視システムの全体構成図である。
【図2】移動式クレーンの構成および移動式クレーンへの各GPSアンテナの取付位置を示す側面図である。
【図3】図2の平面図である。
【図4】危険判定部により描画された表示画面の第1の例を示す図であり、2台の移動式クレーンどうしが衝突する危険が有ると判定される状況を示す。
【図5】危険判定部により描画された表示画面の第2の例を示す図であり、2台の移動式クレーンどうしが衝突する危険が有ると判定される状況を示す。
【図6】危険判定部により描画された画面の第3の例を示す図であり、移動式クレーンが侵入禁止エリアへ侵入する危険が有ると判定される状況を示す。
【図7】危険判定部により描画された画面の第4の例を示す図であり、移動式クレーンが侵入禁止エリアへ侵入する危険が有ると判定される状況を示す。
【図8】本発明の別の実施形態のシステム全体構成図である。
【符号の説明】
10 クレーン監視システム
12 第1GPSアンテナ
14 第2GPSアンテナ
16 無線通信装置
18 監視装置
20 位置情報受信部
22 位置姿勢計算部
24 モデル記憶部
26 危険判定部
28 判定結果送信部
50 移動式クレーン
100 監視サーバー
102 ネットワーク

Claims (6)

  1. 走行部と、該走行部上に配置されて水平面内を旋回運動可能な旋回部と、該旋回部に対して起伏運動可能なジブとを有するクレーンの動作監視システムであって、
    複数のクレーンの夫々について、その3次元的な輪郭形状を表す3次元モデルデータが記憶されたモデル記憶部と、
    複数のクレーンの夫々について、前記ジブの何れか一の部位の3次元座標を検出可能な第1の位置検出手段と、
    複数のクレーンの夫々について、前記旋回部の、旋回中心位置から外れた何れか一の部位の3次元座標を検出可能な第2の位置検出手段と、
    前記第1及び第2の位置検出手段による3次元座標の検出結果に基づいて前記旋回部の旋回角度を計算し、該計算した旋回角度と、前記第2の位置検出手段による3次元座標の検出結果と、前記第2の位置検出手段による検出部位の前記旋回中心位置に対する相対位置とに基づいて前記旋回中心位置の座標を計算し、該計算した旋回中心位置の座標と、前記第1の位置検出手段による3次元座標の検出結果と、前記ジブの起伏中心の前記旋回中心位置に対する相対位置とに基づいて前記ジブの起伏角度を計算する計算手段と、
    前記計算手段による計算結果と、前記モデル記憶部に記憶された3次元モデルデータとに基づいて、クレーンどうしの衝突の危険の有無又は各クレーンが侵入禁止エリアへ侵入する危険の有無の少なくとも何れかを判定する危険判定手段と、を備えることを特徴とするクレーンの動作監視システム。
  2. 前記複数のクレーンの夫々に設けられた無線通信手段と、この無線通信手段と通信可能な監視装置とを備え、
    前記無線通信手段は、前記位置検出手段による検出結果を前記監視装置へ送信する機能を有し、
    前記監視装置が前記計算手段及び前記危険判定手段を備えていることを特徴とする請求項1記載のクレーンの動作監視システム。
  3. 前記複数のクレーンの夫々に設けられた無線通信手段と、この無線通信手段と通信可能な監視装置とを備え、
    前記計算手段は各クレーンに設けられ、前記無線通信手段は前記計算手段による計算結果を前記監視装置へ送信する機能を有し、
    前記監視装置が、前記危険判定手段を備えていることを特徴とする請求項1記載のクレーンの動作監視システム。
  4. 前記監視装置は、前記危険判定手段により危険有りと判定された場合に、その旨の信号を該当するクレーンの前記無線通信手段へ送信する機能を有することを特徴とする請求項2または3記載のクレーンの動作監視システム。
  5. 請求項2〜4のうち何れか1項記載のクレーンの動作監視システムにおいて、
    前記監視装置は、複数の建築現場に対して共通に設けられ、ネットワークに接続されたサーバーコンピュータにより構成されており、前記ネットワークを経由して、各クレーンに設けられた前記無線通信手段と通信を行うことを特徴とするクレーンの動作監視システム。
  6. 走行部と、該走行部上に配置されて水平面内を旋回運動可能な旋回部と、該旋回部に対して起伏運動可能なジブとを有するクレーンの動作監視方法であって、
    複数のクレーンの夫々について、その3次元的な輪郭形状を表す3次元モデルデータを記憶しておくと共に、
    複数のクレーンの夫々について、前記ジブの何れか一の部位の3次元座標を検出可能な第1の位置検出器と、前記旋回部の、旋回中心位置から外れた何れか一の部位の3次元座標を検出可能な第2の位置検出器とを設けておき、
    前記第1及び第2の位置検出器による3次元座標の検出結果に基づいて前記旋回部の旋回角度を計算し、該計算した旋回角度と、前記第2の位置検出器による3次元座標の検出 結果と、前記第2の位置検出器による検出部位の前記旋回中心位置に対する相対位置とに基づいて前記旋回中心位置の座標を計算し、該計算した旋回中心位置の座標と、前記第1の位置検出器による3次元座標の検出結果と、前記ジブの起伏中心の前記旋回中心位置に対する相対位置とに基づいて前記ジブの起伏角度を計算し、
    これらの計算結果と、前記記憶した3次元モデルデータとに基づいて、クレーンどうしの衝突の危険の有無又は各クレーンが侵入禁止エリアへ侵入する危険の有無の少なくとも何れかを判定することを特徴とするクレーンの動作監視方法。
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