JPH07215678A - クレーンの自動運転装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 クレーン動作時に固定障害物と躯体障害物と
に干渉せず且つ振れ止め制御も行い得る運転パスを設定
することを可能とする。 【構成】 コンピュータの画面上で認識する固定障害物
と躯体障害物を特定の色で表示し、クレーン動作時に固
定障害物と躯体障害物に干渉する姿勢を色により認識
し、得られた動作可能領域内にて有効な振れ止めが行え
る運転パスを設定する。

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障害物回避と
フック及び吊り荷の振れ止めを考慮した動作可能領域た
る運転パスを自動設定して、吊り荷を自動揚重し得るク
レーンの自動運転装置に関するものである。

【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
するフック及び吊り荷の振れが生じ、作業の安全性が損
われると共に、フック及び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ー（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】このジブクレーンを自動運転する制御装置
においては、クレーン動作可能領域内に障害物がないこ
とを前提に、吊り荷の振れ止めのみを考慮した運転パス
の設定を行なっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、建設現
場等のクライミングクレーンが稼働する環境は、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。この点、従来のク
レーン自動運転制御装置においては、吊り荷の振れ止め
制御を優先し、進入や接近をしてはならない領域を回避
することを考慮していなかった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、クレーン動作時にフック及び吊り荷が障害物と干渉
せず且つ振れ止め制御も行い得る運転パスを設定し得る
クレーンの自動運転装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明によるクレーンの自動運転装置は、クレーンの
自動運転スタート位置、エンド位置および障害物の位置
関係から、予め設定された数種類の運転タイプに分類す
る“運転タイプ判別ブロック”と、コンピュータの画面
上で色検索して障害物を認識し、運転動作可能領域を設
定する“動作領域設定ブロック”と、その運転タイプと
動作可能領域からフック及び吊り荷の振れ止め制御を考
慮した旋回と起伏のスタート、エンド、加速、減速位置
を計算する“振れ止めファジー演算ブロック”と、その
演算結果により振れ止め制御を行う“速度パターン作成
ブロック”と、その速度パターンをコントロール信号に
変換し、クレーンの自動運転を実行するクレーン制御手
段を設けたことを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】本発明によれば、ジブクレーンの自立位置、固
定障害物位置及び躯体障害物位置、荷取り位置（クレー
ン動作スタート位置）、揚重位置（クレーン動作エンド
位置）等の作業現場の位置関係と、クレーンに取り付け
られたセンサ情報から、高さ方向、旋回方向及び起伏方
向の障害物回避を自動的に行い荷の振れ止めを考慮した
運転パスを設定し、吊り荷を自動揚重することができ
る。

【０００９】クレーン動作時にフック及び吊り荷が障害
物と干渉せず且つ振れ止め制御も行い得るという運転パ
スが設定されることから、進入や接近をしてはならない
隣接建造物や送電線等の障害物がある場合でも、その領
域内への高さ方向、旋回方向及び起伏方向での進入を自
動的に回避することができ、また従来通り、吊り荷の振
れ止め制御も有効に行われる。

【００１０】なお、スタート位置はクレーンに取り付け
られたセンサから、エンド位置は揚重管理をするシステ
ムから獲得しうる。

【００１１】

【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。図１は、運転パスを自動設定し自動揚重す
るジブクレーン自動運転装置の構成図であり、運転タイ
プ判別ブロック１と、動作領域設定ブロック２と、振れ
止めファジー演算ブロック３と、速度パターン作成ブロ
ック４と、クレーン制御盤５とで構成されている。

【００１２】（１）運転タイプ判別ブロック 運転タイプ判別ブロック１は、クレーンのスタート位置
Ｓ、エンド位置Ｅ、建屋等の障害物位置、その他センサ
データを受け、これらから予め設定された数種類の運転
タイプ（ここではタイプＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）のいずれかに
分類する機能を有する。ここでスタート位置Ｓはクレー
ンに取り付けられたセンサから、エンド位置Ｅは揚重管
理をする管理ＣＰＵシステムから獲得される。図２に、
クレーンのスタート位置Ｓ、エンド位置Ｅと、固定障害
物６と、動作可能領域７との位置関係を例示する。ここ
で、以下のように作業半径の名称ＳＲ，ＥＲ，ＭＲを定
める。

【００１３】ＳＲ：クレーンスタート位置の作業半径
（スタート半径） ＥＲ：クレーンエンド位置の作業半径（エンド半径） ＭＲ：固定障害物に接触する作業半径（障害物接触半
径） これら３つの半径の大小により、次のように運転タイプ
を判別する。

【００１４】(a) タイプＡ：（ＭＲ≧ＳＲ）（ＭＲ≧Ｅ
Ｒ） これは、図３に示すように、クレーンスタート位置Ｓの
作業半径ＳＲおよびクレーンエンド位置Ｅの作業半径Ｅ
Ｒが、共に固定障害物に接触する作業半径ＭＲより小さ
い場合であり、固定障害物に接触しないタイプである。

【００１５】(b) タイプＢ：（ＭＲ＜ＳＲ）（ＭＲ≧Ｅ
Ｒ） これは、図５に示すように、スタート位置Ｓの作業半径
ＳＲが固定障害物接触作業半径ＭＲよりもよりも遠くに
在り、固定障害物に接触するタイプである。

【００１６】(c) タイプＣ：（ＭＲ≧ＳＲ）（ＭＲ＜Ｅ
Ｒ） これは、図７に示すように、スタート位置Ｓの作業半径
ＳＲは固定障害物に接触する作業半径ＭＲよりも近くに
在るが、エンド位置Ｅの作業半径ＥＲが固定障害物接触
作業半径ＭＲよりもよりも遠くに在り、固定障害物に接
触するタイプである。

【００１７】(d) タイプＤ：（ＭＲ＜ＳＲ）（ＭＲ＜Ｅ
Ｒ） これは、図９に示すように、固定障害物６の両側にスタ
ート位置Ｓとエンド位置Ｅが存在し、障害物により動作
可能領域７が分断されるタイプである。

【００１８】（２）動作領域設定ブロック 上記のようにして運転タイプが判断されると、その運転
タイプが動作領域設定ブロック２に通知される。動作領
域設定ブロック２は、その通知された運転タイプにあっ
たクレーン動作の動作可能範囲（安全領域）７を検索し
て求める。即ち、コンピュータの画面上で、色検索によ
り固定障害物の像エリアを認識し、これを進入禁止区域
として動作可能領域７を設定する。

【００１９】固定障害物のデータには衝突防止ＣＰＵ
（図示せず）で設定管理されているデータを用い、その
高さにより、「進入禁止区域」を躯体（建設中の建屋）
に設定されてある高さより高い障害物について定め、進
入禁止区域はクレーンの吊り荷高さがどこの位置にあっ
ても吊り荷が通過できないものとし、躯体障害物は設定
されているある高さより高い位置にて吊り荷が通過でき
るものとする。

【００２０】運転タイプ別の動作可能領域７を図３，図
５，図７，図９に示す。ここで、図中のＭＳＳはスター
ト側からの固定障害物接触旋回角、ＭＳＥはエンド側か
らの固定障害物接触回避角である。

【００２１】動作可能領域の検索は、ディスプレイのグ
ラフィイック画面上におけるカラーパレット検索方式に
より行なう。即ち、図１１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６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１１
（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６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８は、クレーンをどこから旋回してもフック及び吊り
荷が固定障害物に接触しない安全領域となる。

【００２２】次に、図１１（ｂ）の如く、図１１（ａ）
と同じ手法でＭＲの検索を行う。クレーンスタート位置
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９は、どこか
ら起伏を始めてもフック及び吊り荷は固定障害物には接
触しない安全領域となる。クレーンエンド位置Ｅから旋
回方向に等間隔で画面の色検索をし、障害物の色（赤）
に出会ったならば、その旋回角を固定障害物接触旋回角
ＭＳＥとする（図７，図９参照）。

【００２３】このようにして、タイプ判別に必要な固定
障害物接触半径ＭＲと、動作可能領域の設定に必要な固
定障害物接触旋回角ＭＳＳ，ＭＳＥとが求められる。こ
れにより判明する全体の動作可能領域７は図１１（ｃ）
の如くであり、これは上記図１１（ａ）で求めた作業半
径ＭＲとエンド位置の作業半径ＥＲからなる扇形領域８
ａと、図１１（ｂ）で求めたスタート側からの固定障害
物接触旋回角ＭＳＳとスタート旋回角からなる扇形領域
９ａとの２つの和になる。

【００２４】（３）固定障害物回避と荷振れ止めを考慮
した動作可能領域たる運転パスの設定 振れ止めファジー演算ブロック３及び速度パターン作成
ブロックは動作可能領域たる運転パスを運転する手段と
して機能しており、上記により得られた動作可能領域７
内での振れ止めを達成できる二段加速・減速制御につい
てファジー推論による演算を行ない、速度パターンを設
定する。即ち、運転タイプ別に、旋回・起伏の先行順序
を決定し、振れ止めの演算をして安全な動作可能領域７
を外れないようなクレーン動作の速度パターンを設定す
る。

【００２５】（４）速度パターンの設定 この運転タイプ別の速度パターンを、図４，図６，図
８，図１０に示す。尚、図４，図６，図８において、ス
タートとエンド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（可逆運転）の運転パターンも可
能である。

【００２６】図４は、タイプＡの運転パスを決定する運
転速度パターンであり、旋回速度パターン１１及び起伏
速度パターン１２共に、二段加速・減速制御による荷振
れ止め運転制御となっている。

【００２７】旋回速度パターン１１において、ｔ１は加
速トリガ（巻上終了時点）、ｔ２は減速トリガ（旋回角
度）、Ｔ１は加速制御時間、Ｔ２は減速制御時間であ
る。同様に、起伏速度パターン１２において、ｔ３は加
速トリガ（旋回角度）、ｔ４は減速トリガ（作業半
径）、Ｔ３は加速制御時間、Ｔ４は減速制御時間であ
る。加速制御時間Ｔ１，Ｔ３、減速制御時間Ｔ２，Ｔ４
は、振れ止めファジー演算ブロック３における荷振れ止
め制御演算により求められる時間データであり、又、加
速・減速のトリガｔ１，ｔ２とｔ３，ｔ４は、クレーン
の目的位置までの運転パスの設定により求められる位置
データである。加速制御時間Ｔ１，Ｔ３と減速制御時間
Ｔ２，Ｔ４をファジー推論により吊り荷振れ角θ（図示
せず）が最小となるように決定することで、荷振れを押
さえながら目標位置まで自動運転することができる。

【００２８】要するに、運転可能な動作可能領域を外れ
ない運転パスを運転パターンにより設定するが、振れ止
め制御については、なるべく少ない動作で目標位置まで
運転できるパスを設定したほうが振れ止め効果が高い。
つまり、スタート位置からエンド位置までの間で停止を
行うと、停止点で荷振れ防止又は再スタート点での荷振
れ防止のためにファジー演算などが必要となり、１工程
の運転時間も長くなり効果的でない。そこで、１工程１
動作とするのが望ましい。

【００２９】図４の運転パターンは、時刻ｔ１で巻上が
完了すると同時に右旋回運転を開始し、加速制御時間Ｔ
１だけずらせて起し運転を開始している。従って、図３
にジブ先端（吊り荷）の動きを一例として描くと、矢印
付の軌跡１３のようになる。これは運転タイプに合わ
せ、固定障害物回避と荷の振れ止めを考慮し、旋回と起
伏のスタート、エンド、加速、減速位置を計算し、吊り
荷の動き（ルート）を軌跡１３の如く設定したことにな
る。

【００３０】なお、図４では、躯体の高さを越える位置
まで巻上を行い巻上が停止した条件により右旋回のトリ
ガにより右旋回を行う場合を示したが、クライミングク
レーンの位置と躯体の位置関係により必ずしも図４のパ
ターンにする必要はなく、旋回または起伏の動作の後に
巻上動作が入るパターンとしても良い。

【００３１】図６は、タイプＢの運転パスを決定する運
転速度パターンであり、起し運転を先行スタートし、二
段加速が終了した起し運転の途中の時刻ｔ１で右旋回運
転を開始している。即ち、時刻ｔ１までに既にジブが起
されて作業半径が固定障害物接触作業半径ＭＲより小さ
くなってから旋回させている。従って、吊り荷の動き
（ルート）は、図５に軌跡１４で示すようになる。

【００３２】図８は、タイプＣの運転パスを決定する運
転速度パターンであり、右旋回運転を先行スタートし、
二段加速が終了した右旋回運転の途中の時刻ｔ３で伏せ
運転を開始している。即ち、時刻ｔ３までに既にジブが
旋回角度ＭＳＥ以上に右旋回されており、それから伏せ
運転をさせている。従って、吊り荷の動き（ルート）
は、図７に軌跡１５で示すようになる。

【００３３】図１０は、タイプＤの運転パスを決定する
運転速度パターンである。タイプＤの場合は、クレーン
スタート位置の作業半径及びクレーンエンド位置の作業
半径より固定障害物接触作業半径ＭＲの方が小さいの
で、固定障害物をかわせる半径までジブを起こしてか
ら、旋回運転を行い、仮りの目標位置ＤＥまでを自動運
転して終了する。従って、吊り荷の動き（ルート）は、
図９に軌跡１６で示すようになる。この場合、最終目標
位置であるエンド位置Ｅまでを自動運転としないのは、
そのようにすると、旋回運転を終了した時点で吊り荷に
残留振れが発生していることがあり、この荷振れを更に
増幅する方向に運転する危険があるためである。従っ
て、仮りの目標位置ＤＥから最終目標位置Ｅまでの区間
は手動運転により行う。

【００３４】上記のように運転パスは旋回速度パターン
１１及び起伏速度パターン１２の形でクレーン制御盤
（クレーン制御手段）５に与えられ、該クレーン制御盤
５はこれをクレーンの旋回モータ信号及び起伏モータ信
号等のコントロール信号に変換して、クレーンの自動運
転を実行する。

【００３５】上記実施例によれば、次のような利点が得
られる。 クレーン自動運転において、障害物回避と吊り荷の振
れ止めが可能な運転パスが設計できる。 画面の色検索による障害物の認識は、簡単な手法でか
つ他の手法より高速に処理できるので、制御サイクルタ
イムが向上する。 旋回と起伏の動作が同時に実行でき、かつ振れ止めを
考慮した速度パターンを設定できる。 荷振れ防止と高精度な位置決めにより、オペレータの
負担を軽減する荷の自動揚重が可能となる。

【００３６】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、クレーン
動作時に障害物と干渉せず且つ振れ止め制御も行い得る
という運転パスが設定される。従って、進入や接近をし
てはならない隣接建造物や送電線等の障害物がある場合
でも、その領域内への進入を自動的に回避することがで
き、また従来通り、吊り荷の振れ止め制御も有効に行な
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるクレーンの自動運転装置を示す構
成図である。

【図２】固定障害物とクレーンのスタート位置及びエン
ド位置との関係を示す図である。

【図３】運転タイプＡの動作可能領域を示す図である。

【図４】運転タイプＡの旋回・起伏の速度パターンを示
す図である。

【図５】運転タイプＢの動作可能領域を示す図である。

【図６】運転タイプＢの旋回・起伏の速度パターンを示
す図である。

【図７】運転タイプＣの動作可能領域を示す図である。

【図８】運転タイプＣの旋回・起伏の速度パターンを示
す図である。

【図９】運転タイプＤの動作可能領域を示す図である。

【図１０】運転タイプＤの旋回・起伏の速度パターンを
示す図である。

【図１１】クレーン動作の動作可能領域を示したもの
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）はクレーン動作の動作可能領域の設定を
示す図である。

【図１２】本発明の実施例として、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側面図及び平面図である。

【符号の説明】

１ 運転タイプ判別ブロック ２ 運転可能領域設定ブロック ３ 振れ止めファジー演算ブロック ４ 速度パターン作成ブロック ５ クレーン制御盤 ６ 固定障害物 ７ 動作可能領域（安全領域） ８ 動作可能領域（安全領域） ９ 動作可能領域（安全領域） １１ 旋回速度パターン １２ 起伏速度パターン １３，１４，１５，１６ 軌跡（ルート） １７ クレーン ２０ 躯体（建築中の建屋） Ｓ スタート位置 Ｅ エンド位置 ＳＲ クレーンスタート位置の作業半径 ＥＲ クレーンエンド位置の作業半径 ＭＲ 固定障害物に接触する作業半径 ＭＳＳ スタート側からの固定障害物接触旋回角 ＭＳＥ エンド側からの固定障害物接触回避角 ｔ１ 加速トリガ（巻上終了時点） ｔ２ 減速トリガ（旋回角度） ｔ３ 加速トリガ（旋回角度） ｔ４ 減速トリガ（作業半径） Ｔ１ 加速制御時間 Ｔ２ 減速制御時間 Ｔ３ 加速制御時間 Ｔ４ 減速制御時間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｄ 13/62 Ｆ 7740−3Ｈ Ｂ 7740−3Ｈ (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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クレーンの自動運転スタート位置、エン
   ド位置および障害物の位置関係から、予め設定された数
   種類の運転タイプに分類する“運転タイプ判別ブロッ
   ク”と、コンピュータの画面上で色検索して障害物を認
   識し、運転動作可能領域を設定する“動作領域設定ブロ
   ック”と、その運転タイプと動作可能領域からフック及
   び吊り荷の振れ止め制御を考慮した旋回と起伏のスター
   ト、エンド、加速、減速位置を計算する“振れ止めファ
   ジー演算ブロック”と、その演算結果により振れ止め制
   御を行う“速度パターン作成ブロック”と、その速度パ
   ターンをコントロール信号に変換し、クレーンの自動運
   転を実行するクレーン制御手段を設けたことを特徴とす
   るクレーンの自動運転装置。