JPH07237884A - クレーン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吊り荷を吊下した状態で姿勢制御可能であっ
て、吊り荷を搬入位置に適切に搬入することができるク
レーンを提供する。 【構成】 タワー１と、ブーム２と、ブーム２の長さ方
向に移動自在に取付けられたトロリー４と、トロリー４
からワイヤーＷを介して吊下支持された吊り荷把持装置
５と、トロリー４に設けられていて吊り荷把持装置５を
連結して揺動可能かつ回転可能に支持するマニピュレー
ター６と、吊り荷の位置・姿勢を検出する位置・姿勢検
出器７，８と、その検出出力に基づいてトロリー４、マ
ニピュレーター６、吊り荷把持装置５の作動を制御する
制御装置１１とを備える。マニピュレーター６としては
多自由度のパラレルリンクマニピュレーターを採用する
ことが良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吊り荷を適切に姿勢制
御するとともに、所定位置に精度良く搬入可能なクレー
ンに関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、例えばビルの建築施工に
おいては、タワークレーン等の揚重機によって鉄骨等の
建築部材を揚重吊下して所定の設置位置まで搬入するこ
とでその建方を行なうようにしているが、その位置決め
等の作業は、作業員とタワークレーンの操縦者との間の
交信による人的確認によって行なわれている。

【０００３】一方、近時、ビルの施工方法として、鉄骨
等の建築部材を地上で先組みしてユニット化するととも
に、このユニット化した建築部材を揚重吊下して設置位
置に搬入して建方を行なうことにより、作業効率を大幅
に高める工法が検討されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】係る工法においては、
大掛かりでかつ大重量であるユニット化した建築部材を
精度良く位置決めする必要があり、上記のような作業員
とタワークレーンの操縦者との間の交信による人的確認
作業に頼っていたのでは、多人数の作業員を必要とする
にもかかわらず、作業効率が低いばかりか、高い精度の
位置決めが困難であり、同工法のメリットが十分に得ら
れなくなってしまう問題がある。

【０００５】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
ので、吊り荷を吊下した状態で姿勢制御可能で、吊り荷
を搬入位置に適切に搬入することができるクレーンを提
供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るク
レーンは、上方に突出するように設置されたタワーと、
このタワーから側方に突出するように配設されたブーム
と、このブームの長さ方向に移動自在に取付けられたト
ロリーと、そのトロリーよりワイヤーによって昇降自在
に吊下支持されるとともに吊り荷を把持する吊り荷把持
装置と、前記トロリーに設けられていて前記ワイヤーに
より上昇させた吊り荷把持装置を連結して揺動可能かつ
回転可能に支持するマニピュレーターと、前記吊り荷の
位置・姿勢を検出する位置・姿勢検出器と、この位置・
姿勢検出器の検出結果に基づいて前記トロリー、前記マ
ニピュレーター、前記吊り荷把持装置の作動をそれぞれ
制御する制御装置とを備えてなることを特徴としてい
る。

【０００７】請求項２の発明に係るクレーンは、請求項
１に記載のクレーンにおいて、前記マニピュレーター
は、前記トロリー側に配設された第１プラットホーム
と、その第１プラットホームの下方の所定位置に配設さ
れた第２プラットホームと、これら第１、第２プラット
ホーム間に配設されてこれらを連結しているとともに第
２プラットホームの位置・姿勢を制御する複数のアクチ
ュエーターとを備えてなることを特徴としている。

【０００８】請求項３の発明に係るクレーンは、請求項
２に記載のクレーンにおいて、前記マニピュレーターに
おける第２プラットホームと前記吊り荷把持装置との双
方に、吊り荷把持装置を第２プラットホームの位置まで
上昇させたときに相対回転不能な状態に互いに嵌合して
それらを連結固定するための嵌合手段が設けられている
ことを特徴としている。

【０００９】

【作用】請求項１の発明のクレーンにおいては、トロリ
ーからワイヤーを介して吊下支持した吊り荷把持装置に
よって吊り荷が吊下されるが、この吊り荷の位置・姿勢
が位置・姿勢検出器により検出されるとともに、その検
出結果が制御装置に入力され、この制御装置によりトロ
リー、マニピュレーター、吊り荷把持装置の作動が制御
される。そして、特にマニピュレーターにより吊り荷の
姿勢および位置を高精度に制御し、たとえば吊り荷が揺
動するような場合にはその揺動を打ち消して速やかに減
衰させるようにマニピュレーターにより揺動と逆方向の
力を加え、また、吊り荷が回転するような場合にはその
回転を打ち消すようにマニピュレーターにより逆方向の
回転力を加える。そのようにして吊り荷の位置・姿勢を
刻々と制御して吊り荷を常に適切な姿勢に保持しつつ、
高い位置決め精度で所定位置に搬送する。

【００１０】請求項２の発明のクレーンにおいては、吊
り荷の位置・姿勢を制御するためのマニピュレーターと
して多自由度のいわゆるパラレルリンクマニピュレータ
ー、すなわち第１、第２プラットホームを複数のアクチ
ュエーターにより連結した構成のものが採用されてお
り、吊り荷の位置・姿勢を多自由度、かつ高速、高精度
で制御する。

【００１１】請求項３の発明のクレーンにおいては、ワ
イヤーにより吊り荷把持装置を上昇させると、マニピュ
レーターにおける第２プラットホームと吊り荷把持装置
とが嵌合手段により自ずと相対回転不能な状態に連結さ
れて固定されてしまい、かつ、嵌合手段により連結され
ることのみで吊り荷の概略的な位置決めと姿勢制御が自
ずとなされる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を参照して
詳細に説明する。図１ないし図４は本発明に係るクレー
ンの一実施例を示すもので、図中の符号Ｃは本実施例の
クレーンを示している。

【００１３】図１に示すように、本実施例のクレーンＣ
は、上方に突出して設置されたタワー１に水平方向に延
びるブーム２が取付けられてなるクレーン本体３と、ブ
ーム２の下面側にその長さ方向に移動自在に配設された
トロリー４と、このトロリー４からワイヤーＷを介して
吊下支持されている吊り荷把持装置５と、前記トロリー
４に設けられていて前記吊り荷把持装置５を連結して揺
動可能かつ回転可能に支持することにより吊り荷の姿勢
や位置を制御するためのマニピュレーター６とを有して
構成されている。なお、トロリー４をブーム２の長さ方
向に移動させるのみならず、ブーム２自体もタワー１に
対して水平方向に移動自在としてトロリー４の移動範囲
を拡大させるように構成しても良い。

【００１４】さらに、このクレーンＣには、前記吊り荷
の高さを検出するレーザー式の距離計７（位置検出器）
と、吊り荷の画像を撮影して画像処理を行なうことでそ
の姿勢を検出するためのカメラ８（姿勢検出器）と、ト
ロリー４の位置を検出するべくブーム２の基部に設置さ
れている距離計３０ と、それら距離計７、カメラ８、
距離計３０の検出出力に基づいて、トロリー４とマニピ
ュレーター６の作動および吊り荷把持装置５の作動（す
なわちワイヤーＷの巻き上げ巻下げを行うウィンチ９
（図４参照）と後述するフック１０（図３参照）の作
動）を制御するための制御装置１１（図４参照）とが備
えられている。なお、マニピュレーター６に対する制御
信号の送信は後述するように光通信方式により行なわれ
るようになっており、図１における符号３１，３２，３
３はそのためのデータ送信装置、光通信ユニット、光受
光器である。

【００１５】前記トロリー４は、ブーム２の水平方向に
移動自在かつ任意の位置で位置決めできる構成とされて
おり、その下端面にはマニピュレーター６が取り付けら
れている。また、このトロリー４には前記ワイヤーＷを
垂下させるプーリー（図示せず）が配設されている。

【００１６】前記マニピュレーター６はパラレルリンク
マニピュレーターと称される型式の多自由度のものであ
って、トロリー４の下端面に固定された平面視円形の板
状部材からなる第１プラットホーム１２と、この第１プ
ラットホーム１２の下方の所定位置に配設された同様の
板状部材からなる第２プラットホーム１３と、これら第
１、第２プラットホーム１２、１３を連結する軸線方向
に伸縮自在の６基の油圧シリンダー１４…とを備えた構
成とされている。

【００１７】油圧シリンダー１４は、前記各プラットホ
ーム１２、１３間において、二本のシリンダーを一対と
してこれらが正面視してハ字状を形成するように配設さ
れるとともに、これらが当該プラットホーム１２、１３
間において均等に配設されている。また、油圧シリンダ
ー１４と各プラットホーム１２、１３とは、ロータリー
ジョイント１５により連結されている。そして、前記制
御装置１１からの制御信号により各油圧シリンダー１４
を駆動させることにより、第２プラットホーム１３に６
自由度の高速、高精度の姿勢制御が可能な構成とされて
いる。なお、各シリンダー１４の伸縮状態およびこれに
作用する荷重は、エンコーダーおよびロードセル（とも
に図示せず）により計測されて制御装置１１にフィード
バックされるようになっている。また、本実施例におけ
るマニピュレーター６は、重力補償された吊り荷の水平
姿勢を制御できる出力に設定されている。

【００１８】各プラットホーム１２、１３の略中央部に
は前記ワイヤーＷが挿通可能な孔が形成されているが、
図２（ｃ）に示すように、第２プラットホーム１３に形
成された孔１３ａには、下方に向けて拡開する偏心楕円
錐状の嵌合凹部１３ｂが形成されている。この嵌合凹部
１３ｂには後述する吊り荷把持装置５における嵌合部材
１８が嵌まり込んで装着されるようになっており、それ
ら嵌合凹部１３ｂと嵌合部材１８とにより吊り荷把持装
置５をマニピュレーター６に対して相対回転不能な状態
に連結固定するための嵌合手段が構成されている。

【００１９】一方、トロリー４からワイヤーＷにより吊
下支持されているとともに前記ウインチ９により昇降可
能とている前記吊り荷把持装置５は、平面視矩形状に組
み立てられた枠体１６に、その角部１６ａから当該枠体
１６の上方中央部にむけて収束するように高剛性の斜材
１７が組み立てられ、さらに枠体１６の各角部１６ａの
下端部に吊り荷を把持固定するフック１０が取付けられ
た構成とされている。さらに、各斜材１７の上端部に
は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、前記第２プラッ
トホーム１３の孔１３ａに形成されている前記嵌合凹部
１３ｂに嵌合し得る偏心楕円錐形状の嵌合部材１８が固
定されている。

【００２０】前記フック１０は、図３（ａ）ないし
（ｃ）に示すように、側面視してコ字状でかつ水平方向
に挿通孔１０ａを有するクランプ部１０ｂを有すると共
に、前記挿通孔１０ａに挿通されるピン１０ｃと、この
ピン１０ｃの一端部に連結され、当該ピン１０ｃを挿通
孔１０ａに挿通したときに、その引き抜けを防止するリ
ンク機構１０ｄと、ピン１０ｃを挿通孔１０ａに挿通し
た状態で上方よりロックする（図３（ｂ）参照）ピンロ
ック１０ｅ機構とを具備した構成とされており、前記制
御装置１１からの制御信号によりこれらリンク機構１０
ｄ、ピンロック機構１０ｅの遠隔操作が可能な構成とさ
れている。そして、吊り荷Ｕに、前記クランプ部１０ｂ
に対応して嵌合される被把持部Ｖおよびピン１０ｃが挿
通可能な孔Ｘを設けることにより、吊り荷と当該吊り荷
把持装置５とが一体的に連結できるように構成されてい
る（図３（ａ）参照）。

【００２１】そして、図４に示すように、前記距離計７
により検出される吊り荷の高さデータ、前記カメラ８に
よるマーカーの画像データ、距離計３０により検出され
るトロリー４の位置はそれぞれ制御装置１１に入力さ
れ、制御装置１１はそれらのデータを演算処理し、トロ
リー４、マニピュレーター６、ウィンチ９、吊り荷把持
装置５のフック１０に対して制御信号を出力してこれら
を駆動させ、トロリー４の位置および積み荷の高さ・水
平姿勢を適宜制御して、適切な位置決めを行なうものと
されている。この場合、マニピュレーター６に対する制
御信号の送信は光通信方式により行なわれるようになっ
ており、図１に示すようにその制御信号はデータ送信装
置３１からブーム２の基部に設けられた光通信ユニット
３２を介してマニピュレーター６に取り付けられた光受
光器３３に向けて送信されるようになっている。

【００２２】以上の構成からなる本実施例のクレーンＣ
においては、ブーム２に配設されたトロリー４の位置か
らワイヤーＷを介して吊下支持した吊り荷把持装置５の
下方に吊り荷が吊下されるが、トロリー４には上記構成
のマニピュレーター６が設けられており、特にそのマニ
ピュレーター６としていわゆるパラレルリンクマニピュ
レーターを採用したので、これにより高速、高精度で吊
り荷の位置・水平姿勢の制御を確実に行なうことができ
るものである。たとえば、吊り荷が揺動するような場合
にはマニピュレーター６がその揺動を打ち消して速やか
に減衰させるように吊り荷把持装置５に揺動と逆方向の
力を加えることができる。また、吊り荷が回転するよう
な場合にはマニピュレーター６がその回転を打ち消すよ
うに吊り荷把持装置５に速やかに逆方向の回転力を作用
させることができる。また、マニピュレーター６の第２
プラットホーム１３と吊り荷把持装置５の双方に嵌合手
段としての嵌合凹部１３ｂおよび嵌合部材１８を設けて
いるので、吊り荷把持手段５を第２プラットホーム１３
の位置まで上昇させるとそれらが自ずと相対回転不能な
状態に連結固定されてしまい、上記のようなマニピュレ
ーター６による吊り荷の位置・姿勢が可能となるととも
に、嵌合手段により連結されることのみで吊り荷の概略
的な位置決めと姿勢制御が自ずとなされることになる。

【００２３】次に、本実施例に係るクレーンＣにより鉄
骨躯体を構築する際の一例として、図１、図５、図６を
参照して説明すれば、まず、地上若しくは作業床上で予
め柱１９および梁２０からなる鉄骨ユニットＵを、梁２
０の下面にマーカー２１（図１参照）を少なくとも３箇
所に付して組み立てるとともに、この鉄骨ユニットＵの
所定の建方位置に距離計７およびカメラ８を設置してお
く（図６参照）。なお、鉄骨ユニットＵには、前記フッ
ク１０のクランプ部１０ｂに対応した被把持部（図示せ
ず）および前記ピン１０ｃに対応した孔（図示せず）を
設けておく。

【００２４】そして、図５に示すように前記鉄骨ユニッ
トＵを揚重吊下し、図６に示すように距離計７およびカ
メラ８の上方まで搬入したら、カメラ８により撮影を行
なってその画像データを制御装置１１（図４参照）に入
力し、また、距離計７で鉄骨ユニットＵの高さを測定す
るとともに距離計３０でトロリー４の位置を測定し、そ
れらのデータを制御装置１１に入力する。制御装置１１
はそれらのデータを演算処理し、特に画像データ中のマ
ーカー２１の位置情報から鉄骨ユニットＵの位置・姿勢
を検知するとともに、制御信号を前記トロリー４、マニ
ピュレータ６、およびウィンチ９に対して出力して鉄骨
ユニットＵの位置・水平姿勢が最適となるように制御し
つつ鉄骨躯体Ｓに固定する。鉄骨ユニットＵの位置決め
および接合が終了した後に、前フック１０を制御して吊
り荷把持装置５を鉄骨ユニットＵから離脱させる。

【００２５】係る作業を、搬入する鉄骨ユニットＵ、お
よびその設置位置に応じて適宜行うことにより、目的と
する鉄骨躯体を効率良く構築することができる。

【００２６】このように、本実施例に係るクレーンＣに
よれば、カメラ８、距離計７，３０によるデータに基づ
いて鉄骨ユニットＵの位置・姿勢が常に最適となるよう
に制御することにより、鉄骨ユニットＵを目的とする鉄
骨躯体に合わせた姿勢で搬入することができるので、従
来のように多人数の作業員による人的作業を不要とし、
作業効率を大幅に高めることができるほか、作業員を危
険作業から解放することができる。また、上記マニピュ
レーター６は高速かつ高精度で鉄骨ユニットＵの位置・
姿勢制御を行なうことができるものであるし、しかも、
吊り荷把持装置５をマニピュレーター６の位置まで上昇
させることのみでそれらが嵌合手段により自ずと連結固
定されるので、複雑な構造の格別な連結手段は不要であ
る。

【００２７】なお、上記の実施例においては、マニピュ
レーター６のアクチュエーターとして油圧シリンダーを
採用したが、吊り荷の荷重、応答速度等を考慮して、空
気、電気粘性流体等の各種の作動媒体により作動するシ
リンダーを採用することができることは勿論であり、ま
た、ボールねじと電動モーターからなる直動型のアクチ
ュエーターを採用しても良いことは勿論である。

【００２８】また、上記の実施例においては、距離計７
およびカメラ８を構築する躯体側に配設するようにした
が、例えば、クレーン本体３のタワー１あるいはブーム
２、またはトロリー４等に固定して設けることも可能で
あり、係る場合にも上記の作業効率の向上などの効果を
得ることができる。

【００２９】さらに、吊り荷把持装置５をマニピュレー
ター６に対して連結固定するための嵌合手段の構造につ
いても、マニピュレーター６と吊り荷把持装置５とを自
ずと連結でき、かつそれらの相対回転を規制することが
できる構造であれば、他の形態を採用してもよいことは
勿論である。

【００３０】

【発明の効果】本発明に係るクレーンによれば、以下の
効果を奏する。請求項１に記載のクレーンによれば、位
置・姿勢検出器の出力に基づいて制御装置によりトロリ
ー、マニピュレーター、吊り荷把持装置の作動を制御す
ることにより吊り荷の位置・姿勢の制御を行なうように
したので、吊り荷を常に適切な姿勢に保持しつつ高い位
置決め精度で確実に搬入することができる。したがっ
て、従来のように、吊り荷の搬入位置に作業員を多人数
配置させる必要がなく、作業効率を大幅に高めることが
でき、しかも、作業員を危険作業から解放することがで
きる。

【００３１】請求項２に記載のクレーンによれば、前記
マニピュレーターを、前記トローリ側に配設された第１
プラットホームと、該第１プラットホームの下方の所定
位置に配設された第２プラットホームと、これら第１、
第２プラットホーム間を連結する複数のアクチュエータ
ーとを備えた構成のいわゆるマルチパラレルリンクマニ
ピュレーターを採用したので、上記の効果に加えて、吊
り荷の姿勢制御を十分に高速かつ高精度で行なうことが
できる。

【００３２】請求項３に記載のクレーンによれば、マニ
ピュレーターと吊り荷把持装置の双方に嵌合手段を設け
たので、吊り荷把持手段を吊り上げることのみでそれを
マニピュレーターに対して自ずと相対回転不能な状態に
連結固定することができ、上記のようなマニピュレータ
ーによる吊り荷の位置・姿勢が可能となるとともに、嵌
合手段により連結固定することのみで吊り荷の概略的な
位置決めと姿勢制御を自ずと行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るクレーンの一実施例を示す図であ
る。

【図２】同実施例に係るクレーンのマニピュレーターと
吊り荷把持装置とに設けられた嵌合手段を示す図であ
り、（ａ）は嵌合部材を示す側面図、（ｂ）は（ａ）の
平面図、（ｃ）は第２プラットホームの要部側断面図で
ある。

【図３】把持装置のフック部の構成を示す概略図であ
り、（ａ）はピンロック機構およびリンクロック機構に
より把持した状態を示す概略側面図、（ｂ）はリンクロ
ック機構を解除した状態を示す概略側面図、（ｃ）はピ
ンロック、リンクロック機構を解除した状態を示すが略
側面図である。

【図４】同実施例のクレーンの姿勢・位置検出器、制御
装置、および制御装置の出力先を示すブロック図であ
る。

【図５】同クレーンにより鉄骨ユニットを吊下している
状態を示す該略図である。

【図６】同クレーンにより鉄骨ユニットを所定位置に搬
入して鉄骨躯体を構築している状態を示す該略図であ
る。

【符号の説明】

１ タワー ２ ブーム ４ トロリー ５ 吊り荷把持装置 ６ マニピュレーター ７ 距離計（位置検出器） ８ カメラ（姿勢検出器） １１ 制御装置 １２ 第１プラットホーム １３ 第２プラットホーム １３ｂ 嵌合凹部（嵌合手段） １４ 油圧シリンダー（アクチュエーター） １８ 嵌合部材（嵌合手段） ３０ 距離計 Ｃ クレーン Ｗ ワイヤー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上方に突出するように設置されたタワー
   と、このタワーから側方に突出するように配設されたブ
   ームと、このブームの長さ方向に移動自在に取付けられ
   たトロリーと、そのトロリーよりワイヤーによって昇降
   自在に吊下支持されるとともに吊り荷を把持する吊り荷
   把持装置と、前記トロリーに設けられていて前記ワイヤ
   ーにより上昇させた吊り荷把持装置を連結して揺動可能
   かつ回転可能に支持するマニピュレーターと、前記吊り
   荷の位置・姿勢を検出する位置・姿勢検出器と、この位
   置・姿勢検出器の検出結果に基づいて前記トロリー、前
   記マニピュレーター、前記吊り荷把持装置の作動をそれ
   ぞれ制御する制御装置とを備えてなることを特徴とする
   クレーン。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のクレーンにおいて、前
   記マニピュレーターは、前記トロリー側に配設された第
   １プラットホームと、その第１プラットホームの下方の
   所定位置に配設された第２プラットホームと、これら第
   １、第２プラットホーム間に配設されてこれらを連結し
   ているとともに第２プラットホームの位置・姿勢を制御
   する複数のアクチュエーターとを備えてなることを特徴
   とするクレーン。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のクレーンにおいて、前
   記マニピュレーターにおける第２プラットホームと前記
   吊り荷把持装置との双方に、吊り荷把持装置を第２プラ
   ットホームの位置まで上昇させたときに相対回転不能な
   状態に互いに嵌合してそれらを連結固定するための嵌合
   手段が設けられていることを特徴とするクレーン。