(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-30
(45)【発行日】2023-11-08
(54)【発明の名称】タワークレーン吊荷の自動角度制御システム
(51)【国際特許分類】
B66C 13/08 20060101AFI20231031BHJP
B66C 13/00 20060101ALI20231031BHJP
【ＦＩ】
B66C13/08 J
B66C13/00 D
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2020072362
(22)【出願日】2020-04-14
(65)【公開番号】P2021169349
(43)【公開日】2021-10-28
【審査請求日】2022-11-17
(73)【特許権者】
【識別番号】000166432
【氏名又は名称】戸田建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001014
【氏名又は名称】弁理士法人東京アルパ特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】市村 元
(72)【発明者】
【氏名】松岡 明彦
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 信也
(72)【発明者】
【氏名】岡田 大輔
(72)【発明者】
【氏名】山本 真之
(72)【発明者】
【氏名】山内 博史
(72)【発明者】
【氏名】稲井 慎介
(72)【発明者】
【氏名】中村 保則
(72)【発明者】
【氏名】石田 正法
(72)【発明者】
【氏名】米本 謙一
【審査官】八板 直人
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１８－５３１２０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】登録実用新案第３２１５５９４（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２００１－０６３８１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】実公昭４７－０２９３２９（ＪＰ，Ｙ１）
【文献】特開２０２０－０２９３３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２０９１５６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０６９４６１５９（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６６Ｃ １３／００－１５／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
タワークレーンから自動角度制御装置を介して吊荷を吊り下げ、前記自動角度制御装置の上部に設けられた複数の衛星測位アンテナが受信した、前記吊荷のリアルタイムで連続した三次元位置情報と、
前記自動角度制御装置の下部に設けられた複数の立体カメラが撮影した前記吊荷又は設置位置に関する三次元画像情報と、に基づき、
吊荷仰角及び吊荷方位角を設置位置仰角及び設置位置方位角にそれぞれ合わせ、前記吊荷を前記設置位置に取付け、
前記自動角度制御装置は、底板と、前記吊荷を吊り下げる複数の鋼棒と、前記複数の鋼棒にそれぞれ設けられた複数の長さ調節器とを有し、
前記複数の鋼棒は、下にいくほど互いの間の間隔が広くなるよう配列され、
前記長さ調節器は、
特殊ワッシャにより前記底板に固定されたナットと、
前記鋼棒の上端に設けられ、前記鋼棒と同軸で前記ナットに螺合した雄ねじを回転させるコードレス電動ドライバーと
を有し、
前記コードレス電動ドライバーが前記雄ねじを回転させることにより、前記吊荷仰角を調整する
ことを特徴とするタワークレーン吊荷の自動角度制御システム。
【請求項2】
請求項１に記載のタワークレーン吊荷の自動角度制御システムであって、前記自動角度制御装置は、内部に設けられた高速回転するフライホールを傾け、ジャイロ効果により前記吊荷方位角を前記設置位置方位角に自動角度制御する
ことを特徴とするタワークレーン吊荷の自動角度制御システム。
【請求項3】
請求項１又は２に記載のタワークレーン吊荷の自動角度制御システムであって、前記自動角度制御装置は、前記吊荷が梁材の場合には、前記梁材の端部支持点及び中間支持点に吊り部材を設けて前記梁材の撓みによる端部の跳ね上がりを調整する
ことを特徴とするタワークレーン吊荷の自動角度制御システム。
【請求項4】
請求項１又は２に記載のタワークレーン吊荷の自動角度制御システムであって、前記自動角度制御装置は、前記吊荷が柱材の場合には、前記柱材の端部に４本の吊り部材を設けて前記柱材の縦方向の角度を調整する
ことを特徴とするタワークレーン吊荷の自動角度制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、タワークレーン吊荷の自動角度制御システム及び自動角度制御方法に係り、特に、タワークレーンにより吊り上げられた吊荷の方位角及び仰角を自動的に調整して設置位置に設置する自動角度制御システム及び自動角度制御方法に関する。なお、本明細書では、吊荷の方位角及び仰角とはタワークレーンにより吊り上げられた吊荷の向く角度を言う。方位角は水平面において北を０度として時計回りに振った角度であり、「北北西」等と磁石で方位を示す場合に用いられる。この方位角は、吊荷を旋回させて角度調整することから旋回角とも称する。一方、仰角は、水平面を基準として上方向又は下方向に向かう角度である。これらの方位角及び仰角を制御することで、空中にある吊荷の向きを吊荷の設置場所の向きに自動で調整して吊荷の設置位置に容易に設置することができる。
【背景技術】
【0002】
従来、タワークレーンにより吊荷を吊上げて建物の所定の設置位置に設置するのには、タワークレーンの運転補助者をその吊荷の設置位置の近傍に配置させ、吊荷の位置及び設置角度を目視により確認してタワークレーンの運転者に指示して調整していた。
【0003】
しかし、建設現場においてタワークレーンによる吊荷の運搬を完全自動化させ、安全で効率的な運搬作業を実現させるには、このタワークレーン運転補助者の機能を代替するシステムの構築が不可欠となる。このタワークレーン運転補助者の作業を完全自動化することで、建設現場でのタワークレーン運転補助者の落下事故やタワークレーンとの衝突事故等、危険を伴う作業を完全自動化することができる。また、タワークレーン運転補助者が、作業中に強風に煽られる、夏期に熱中症になる等の災害や健康被害を予め防止できる。さらに、この作業を完全自動化することにより迅速な吊荷の設置作業が可能となり、建設現場の作業効率を上げることができる。
【0004】
特許文献１には、吊荷の位置を常時把握でき、自動運転化できるタワークレーン装置が開示されている。ここでは、フックブロックに備えられた全周プリズムをクレーン本体に備えたトータルステーションにより追尾し、フックブロックの三次元位置を把握し、制御装置はこの三次元位置をフィードバックしてフックブロックを所定の位置に運転することが記載されている。
【0005】
特許文献２には、制御部材がコンパクトであり、取り扱い易く、かつ、吊荷を設置場所に降下させる作業効率を向上させた吊荷自動角度制御方法が開示されている。ここでは、強い風が吹いても所定の方向に吊荷を自動角度制御し、取り込みやすい位置で吊荷を受け取れることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２００１－０８０８８１号公報
【文献】特開２０１７-１０５６２７号公報
【非特許文献】
【0007】
【文献】カラートラッキング用いた能動制御システムの研究
【0008】
非特許文献１に示すカラートラッキング用いた能動制御システムとは、タワークレーンのジブトップのカメラ画像上で、部材設置場所の両端を指定する。部材の両端に設置した異なるカラーマーカ―(トラッキング対象)をカラートラッキングにより自動認識し、その両端の直交座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を（ｘ１，ｙ１），(ｙ１，ｙ２)とすると、設置部材の角度Θは、Θ＝ｃｏｔ（（ｙ２－ｙ１）／（ｘ２－ｘ１））で表される。一方、部材設置場所の角度Θ´は、部材設置場所の両端の座標を（ｕ１，ｖ１），(ｕ２，ｖ２)とすると、Θ´＝ｃｏｔ（（ｖ２－ｖ１）／（ｕ２－ｕ１））で表される。この部材設置場所の角度Θ´と、設置部材の角度Θの差を算定し、誤差範囲内かどうか確認する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上述したように、建設現場においてタワークレーンを用いて柱材や梁材等の建設資材を吊上げて鉄骨フレームの設置位置に設置する場合、タワークレーン運転補助者が設置位置の近傍に配置し、吊荷の位置及び設置角度を目視により確認し、タワークレーン運転者に指示している。このタワークレーン運転補助者が果たす機能は、建設現場の作業を自動化する上で最も困難な作業の一つであり、種々の問題が存在する。
【0010】
ここで、図９を用いて吊荷７が鉄骨梁２１の場合のタワークレーン２による設置手段を説明する。鉄骨梁２１は、コンクリート造等の他の工法と比較して比較的製作精度や建方精度が高いが、鉄骨梁２１や鉄骨柱２２の製作誤差により現場での設置に手間取る場合がある。従って、工期短縮を図り、又は工期遅延を防止するために、タワークレーン２により吊荷７を吊上げて吊荷設置位置に設置するまでの作業効率を自動化する必要がある。なお、吊荷７は、タワークレーン２のブーム３から上部吊り部材１２ａを介して吊り下げられる自動角度制御装置４、及び、自動角度制御装置４から吊荷７を吊る下部吊り部材１２ｂに設けられた右側長さ調節器１１ａ，左側長さ調節器１１ｂにより、吊荷仰角(α１) （図４（ａ）参照）及び吊荷方位角(β１)（図４（ｂ）参照）が調整され、立体カメラ９等により確認されて吊荷設置位置に設置される。吊り部材１２ａ，１２ｂは、例えば、ワイヤーロープ等の線材又はＰＣ鋼棒等の鋼材が用いられるが、これらの材料に限らない。
【0011】
また、風の影響やタワークレーン自体の動作に伴う慣性力により吊荷が旋回してしまう場合がある。この吊荷の旋回が発生すると吊荷の位置及び角度を維持することが難しい、という問題が発生する。このため、建設現場における安全上の問題が発生したり、吊荷に不要な回転が発生したり、回転を止めるため余分な作業が発生するという問題がある。
【0012】
本願の目的は、かかる課題を解決し、タワークレーンにより揚重された吊荷を簡便な方法により迅速に所望の仰角及び方位角に自動調整して設置位置に設置し、安全性を向上させて作業効率を改善するタワークレーン吊荷の自動角度制御システム及び自動角度制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記目的を達成するため、本発明に係るタワークレーン吊荷の自動角度制御システムはタワークレーンから自動角度制御装置を介して吊荷を吊り下げ、自動角度制御装置の上部に設けられた複数の衛星測位アンテナが受信した、吊荷のリアルタイムで連続した三次元位置情報と、自動角度制御装置の下部に設けられた複数の立体カメラが撮影した吊荷又は設置位置に関する三次元画像情報と、に基づき、吊荷仰角及び吊荷方位角を設置位置仰角及び設置位置方位角にそれぞれ合わせ、吊荷を設置位置に取付けることを特徴とする。
【0014】
上記構成により、本発明のタワークレーン吊荷の自動角度制御システムは、吊荷仰角及び吊荷方位角をそれぞれ設置位置の設置位置仰角及び設置位置方位角に合致させることで吊上げられた吊荷を鉄骨造等の設置位置に迅速にかつ容易に設置させることが可能となる。この吊上げられた吊荷仰角及び吊荷方位角と、設置位置の設置位置仰角及び設置位置方位角とは、自動角度制御装置に設けられた複数の衛星測位アンテナが測位した三次元位置情報、又は、自動角度制御装置に設けられた複数の立体カメラが撮影した三次元画像情報のいずれか可能な情報、又は双方の情報が採用される。
【0015】
また、本発明のタワークレーン吊荷の自動角度制御システムは、自動角度制御装置に設けられた複数の立体カメラにより撮影された吊荷の状況、例えば、梁材のように横長の部材か、或いは柱材のように縦長の部材か、吊荷の形状によりワイヤーロープ又は棒材を何本で吊れば良いか等の吊荷情報が容易に得ることができ、これらの吊荷情報により、どのように吊荷を吊れば良いかが決定される。
【0016】
タワークレーン吊荷の自動角度制御システムは、衛星からの測位情報に基づき吊上げられた吊荷仰角及び吊荷方位角を検出している。従って、風等の外力によりタワークレーンのブームが動いても自動角度制御装置の位置及び方向を正確に把握できる。さらに、吊上げられた吊荷の方位角をリアルタイムで連続して計測するため、タワークレーンのブームの動きの影響を最小限に抑えることができる。
【0017】
また、本発明のタワークレーン吊荷の自動角度制御システムは、自動角度制御装置が、内部に設けられた高速回転するフライホールを傾け、ジャイロ効果により吊荷方位角を設置位置方位角に自動角度制御することが好ましい。これにより、自動角度制御装置に吊り下げられた吊荷方位角を設置位置での設置位置方位角に容易に合わせることができる。
【0018】
また、タワークレーン吊荷の自動角度制御システムは、自動角度制御装置が、吊荷を吊り下げられる複数のワイヤーロープに設けられた長さ調節器によりワイヤーロープの長さを伸縮させて吊荷仰角を調整することが好ましい。これにより、タワークレーンにより吊荷を吊上げた際に、吊荷仰角を複数本のワイヤに設けられた長さ調節器により調整することができる。そして、調整された仰角を維持しながらジャイロ効果により吊荷の方位角を設置位置での部材方位角に合わせることが可能になる。
【0019】
また、タワークレーン吊荷の自動角度制御システムは、自動角度制御装置が、吊荷を吊り下げる複数の鋼棒に設けられた長さ調節器を回転させて鋼棒の長さを伸縮させて吊荷仰角を調整することが好ましい。これにより、自動角度制御装置から吊荷を吊り下げる複数本の鋼棒に取り付けた長さ調節器を回転させることで吊荷仰角が調整可能になる。
【0020】
また、タワークレーン吊荷の自動角度制御システムは、自動角度制御装置が、吊荷が梁材の場合には、梁材の端部支持点及び中間支持点に吊り部材を設けて梁材の撓みによる端部の跳ね上がりを調整することが好ましい。これにより、長尺の梁材を吊上げた際に、梁材に撓みが発生し、その撓みにより梁材の端部の跳ね上がりを抑制し、吊材を設置位置に容易に合わせることができる。
【0021】
また、タワークレーン吊荷の自動角度制御システムは、自動角度制御装置が、吊材が柱材の場合には、柱材の端部に４本の吊り部材を設けて柱材の縦方向の角度を調整することが好ましい。これにより、吊荷が柱材の場合は、自動角度制御装置から柱材を吊り下げることで、柱材の自重により吊荷仰角が調整されるため、吊荷を設置位置の部材旋回角に合わせることができる。これにより、吊材は、梁材のように横に長い部材だけではなく、柱材のように、縦に長い部材についても吊材を設置位置に容易に合わせることができる。
【0022】
また、タワークレーン吊荷の自動角度制御方法は、タワークレーンから自動角度制御装置を介して吊荷を吊り下げるステップと、自動角度制御装置に設けられた複数の衛星測位アンテナから発信された吊荷のリアルタイムで連続した三次元位置情報を受信するステップと、自動角度制御装置に設けられた複数の立体カメラが撮影した吊荷又は設置位置に関する三次元画像情報を受信するステップと、吊荷仰角及び吊荷方位角をそれぞれ設置位置仰角又は設置位置方位角に合わせるステップと、吊荷を設置位置に取付けるステップと、を備えることが好ましい。
【0023】
上記構成により、本発明のワークレーン吊荷の自動角度制御システム及び自動角度制御方法は、吊荷仰角及び吊荷方位角をそれぞれ設置位置の設置位置仰角及び設置位置方位角に合致させることで吊上げられた吊荷を鉄骨造等の設置位置に迅速にかつ容易に設置させることが可能となる。この吊上げられた吊荷仰角及び吊荷方位角と、設置位置の設置位置仰角及び設置位置方位角とは、自動角度制御装置に設けられた複数の衛星測位アンテナが測位した三次元位置情報、又は、自動角度制御装置に設けられた複数の立体カメラが撮影した吊荷情報のいずれか可能な情報、又は、双方の情報のいずれかが採用される。なお、吊荷仰角を設置位置の設置位置仰角に合致させるのと、吊荷方位角を設置位置の設置位置方位角に合致させるのとは、先後関係はなく、どちらを先に合致させても良い。
【発明の効果】
【0024】
以上のように、本発明に係るタワークレーン吊荷の自動角度制御システム及び自動角度制御方法によれば、タワークレーンにより揚重された吊荷を簡便な方法により所望の吊荷仰角及び吊荷方位角に自動調整して取り付け、安全性を向上させて作業効率を改善するタワークレーン吊荷の自動角度制御システム及び自動角度制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明に係るタワークレーン吊荷の自動角度制御システムの自動角度制御装置の一つの実施形態の概略構成を示す斜視図である。
【図2】本自動角度制御システムを構成する自動角度制御装置の概略構成を示す断面図である。
【図3】本自動角度制御システムの構成を示すブロック図である。
【図4】例えば、鉄骨梁のように横方向に長い吊荷を吊上げる際の吊荷仰角（α１）及び吊荷方位角（β１）の説明図である。
【図5】例えば、鉄骨柱のように縦方向に長い吊荷を吊上げる際の吊荷仰角（α１）及び吊荷方位角（β１）の説明図である。
【図6】自動角度制御装置の底部に定着する吊り部材の長さ調節器を示す詳細図である。
【図7】自動角度制御装置内部のフライホイールとシンバルとによる回転制御機構を示す説明図である。
【図8】吊荷の自動角度制御方法を示すフロー図である。
【図9】吊荷が鉄骨梁の場合のタワークレーンによる設置手段を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
（吊荷の自動角度制御システムの構成）
以下に、図面を用いて本発明に係るタワークレーン吊荷の自動角度制御システム１につき、詳細に説明する。図１に、本発明に係るタワークレーン吊荷の自動角度制御システム１の自動角度制御装置４の一つの実施形態の概略構成を斜視図で示す。図２に、本自動角度制御システム１を構成する自動角度制御装置４の概略構成を断面図で示す。図３に、本自動角度制御システム１の構成をブロック図で示す。図４に、例えば、鉄骨梁２１のように横方向に長い吊荷７を吊上げる際の吊荷仰角（α１）及び吊荷方位角（β１）を示す。図５に、例えば、鉄骨柱２２のように縦方向に長い吊荷７を吊上げる際の吊荷仰角（α１）及び吊荷方位角（β１）を示す。図６に、吊り部材１２ａ、１２ｂの端部に設けられる長さ調節器１１ａ，１１ｂを詳細図で示す。図７に、吊荷７の自動角度制御装置４の内部のフライホイール１７ａ、シンバル１８ａ、及び、駆動用モータ１９による回転制御機構を示す。図８に、吊荷７の自動角度制御方法をフロー図で示す。
以下に、図面を用いて本発明に係るタワークレーン吊荷の自動角度制御システム１につき、詳細に説明する。図１に、本発明に係るタワークレーン吊荷の自動角度制御システム１の自動角度制御装置４の一つの実施形態の概略構成を斜視図で示す。図２に、本自動角度制御システム１を構成する自動角度制御装置４の概略構成を断面図で示す。図３に、本自動角度制御システム１の構成をブロック図で示す。図４に、例えば、鉄骨梁２１のように横方向に長い吊荷７を吊上げる際の吊荷仰角（α１）及び吊荷方位角（β１）を示す。図５に、例えば、鉄骨柱２２のように縦方向に長い吊荷７を吊上げる際の吊荷仰角（α１）及び吊荷方位角（β１）を示す。図６に、吊り部材１２ａ、１２ｂの端部に設けられる長さ調節器１１ａ，１１ｂを詳細図で示す。図７に、吊荷７の自動角度制御装置４の内部のフライホイール１７ａ、シンバル１８ａ、及び、駆動用モータ１９による回転制御機構を示す。図８に、吊荷７の自動角度制御方法をフロー図で示す。
【0027】
図１に示すように、タワークレーン２による吊荷７の自動角度制御システム１は、タワークレーン２のブーム３の先端のジブ１０から自動角度制御装置４を介して吊荷７が吊り下げられる。自動角度制御装置４は、フック１６に懸けられた上部吊り部材１２ａにより吊り下げられる。さらに、自動角度制御装置４から下部吊り部材１２ｂを介して吊荷７が吊り下げられる。
【0028】
図２に示すように、自動角度制御装置４の上部に設けられた少なくとも２個の衛星測位アンテナ５が図２に示す衛星１４から吊荷７のリアルタイムで連続した吊荷三次元位置情報２７(図３参照)を受信する。また、自動角度制御装置４の下部に設けられた少なくとも２個(図２参照)の立体カメラ９が吊荷７及び吊荷設置位置６を撮影し、吊荷三次元画像情報２６(図３参照)を受信する。そして、これら吊荷三次元位置情報２７及び吊荷三次元画像情報２６に基づいて吊荷７を吊荷設置位置６に設置させる。
【0029】
本タワークレーン２による吊荷７の自動角度制御システム１では、吊荷７が鉄骨梁２１又は鉄骨柱２２の場合について説明する。図１では、タワークレーン２に吊上げられた鉄骨梁２１を所定の鉄骨梁ブラケット２８間に設置する場合を示す。鉄骨梁ブラケット２８は、鉄骨加工工場にて鉄骨柱２２に取り付けられ、工事現場にて鉄骨梁２１を鉄骨柱２２に取り付ける接続用の部材である。鉄骨梁２１は、自動角度制御装置４から下部吊り部材１２ｂにより吊り下げられる。そして、下部吊り部材１２ｂの一端には、図４（ｂ）に示すように、右側長さ調節器１１ａ及び左側長さ調節器１１ｂが設けられて下部吊り部材１２ｂの長さが調節される。この右側長さ調節器１１ａ及び左側長さ調節器１１ｂは「右側」や「左側」に意味はなく下部吊り部材１２ｂの長さを調節器可能な機構であれば良く、また、２本に限らず３本以上であっても良い。
【0030】
図３に示すように、自動角度制御装置４は、吊荷７の吊荷仰角(α１)を自動的に制御する吊荷仰角駆動部２４と、吊荷７の吊荷方位角(β１)を自動的に制御する吊荷方位角駆動部２５とから構成される。そして、自動角度制御装置４は、衛星１４から送信された吊荷
７の位置データを衛星測位アンテナ５により受信して吊荷三次元位置情報２７を取得する。また、立体カメラ９により撮影された吊荷７又は吊荷設置位置６の映像データを受信して吊荷三次元画像情報２６を取得する。これら吊荷三次元位置情報２７及び吊荷三次元画像情報２６に基づき吊荷７の吊荷仰角(α１)、吊荷方位角(β１)、吊荷設置位置仰角(α２)、吊荷設置位置方位角(β２)を算出する。これら吊荷仰角(α１)、吊荷方位角(β１)、吊荷設置位置仰角(α２)、吊荷設置位置方位角(β２)は、吊荷三次元位置情報２７及び吊荷三次元画像情報２６の一方から算出しても良く、或いは、吊荷三次元位置情報２７及び吊荷三次元画像情報２６の双方から算出しても良い。例えば、吊荷三次元位置情報２７は，衛星１４による測位が電波の反射等によりマルチパス等の影響で乱れてしまうことがある。その場合は、吊荷三次元画像情報２６により補完する。一方、吊荷三次元画像情報２６は、画像情報であるため死角となる角度については撮影できない。その場合は、吊荷三次元位置情報２７及び吊荷三次元画像情報２６により補完する。
従って、吊荷三次元位置情報２７及び吊荷三次元画像情報２６の双方の特徴を踏まえて最適な情報を選択する必要がある。
７の位置データを衛星測位アンテナ５により受信して吊荷三次元位置情報２７を取得する。また、立体カメラ９により撮影された吊荷７又は吊荷設置位置６の映像データを受信して吊荷三次元画像情報２６を取得する。これら吊荷三次元位置情報２７及び吊荷三次元画像情報２６に基づき吊荷７の吊荷仰角(α１)、吊荷方位角(β１)、吊荷設置位置仰角(α２)、吊荷設置位置方位角(β２)を算出する。これら吊荷仰角(α１)、吊荷方位角(β１)、吊荷設置位置仰角(α２)、吊荷設置位置方位角(β２)は、吊荷三次元位置情報２７及び吊荷三次元画像情報２６の一方から算出しても良く、或いは、吊荷三次元位置情報２７及び吊荷三次元画像情報２６の双方から算出しても良い。例えば、吊荷三次元位置情報２７は，衛星１４による測位が電波の反射等によりマルチパス等の影響で乱れてしまうことがある。その場合は、吊荷三次元画像情報２６により補完する。一方、吊荷三次元画像情報２６は、画像情報であるため死角となる角度については撮影できない。その場合は、吊荷三次元位置情報２７及び吊荷三次元画像情報２６により補完する。
従って、吊荷三次元位置情報２７及び吊荷三次元画像情報２６の双方の特徴を踏まえて最適な情報を選択する必要がある。
【0031】
自動角度制御装置４は、算出された吊荷７の吊荷仰角(α１)、吊荷方位角(β１)、吊荷設置位置仰角(α２)、吊荷設置位置方位角(β２)に基づき、仰角比較部２３ａ及び方位角比較部２３ｂに仰角角度差(Δα)又は方位角角度差(Δβ)を算出させる。この吊荷仰角(α１)と吊荷設置位置仰角(α２)との仰角角度差(Δα)、又は、吊荷方位角(β１)と吊荷設置位置方位角(β２)との方位角角度差(Δβ)が事前に設定された許容値Δα´，Δβ´以内の場合には、吊荷仰角駆動部２４又は吊荷方位角駆動部２５により吊荷仰角(α１)又は吊荷方位角(β１)が調整される。この吊荷仰角(α１)と吊荷設置位置仰角(α２)との角度差(仰角角度差(Δα)、又は、吊荷方位角(β１)と吊荷設置位置方位角(β２)との方位角度差(Δβ)のいずれかが事前に設定された（仰角の許容値Δα´，方位角の許容値Δβ´）を越える場合には、後述する吊荷仰角駆動部２４又は吊荷方位角駆動部２５により吊荷７の姿勢を調整する。
【0032】
（吊荷長さ調節器）
図４に、吊荷７の吊り部材１２ａ、１２ｂの端部に設けられる長さ調節器１１ａ，１１ｂによる吊荷仰角（α１）の調整について説明する。図４(ａ)は、吊荷７を上面から見た平面図であり、図４（ｂ）は、吊荷７の側面図である。図４（ｂ）に示すように、自動角度制御装置４は、吊荷７を吊り下げられる複数のワイヤに設けられた長さ調節器１１ａ，１１ｂにより吊り部材１２ａ、１２ｂの長さを伸縮させ、吊荷仰角（α１）を調節することで吊荷７を水平方向に保持する。これにより、まず、タワークレーン２により吊荷７を吊上げて吊荷設置位置６の上方に移動させる。吊荷仰角（α１）を複数本の吊り部材１２ａ、１２ｂに設けられた長さ調節器１１ａ，１１ｂにより自動的に調整する。そして、調整された吊荷仰角（α１）を保持しながらジャイロ効果により吊荷７の吊荷方位角(β１)を吊荷設置位置方位角(β２)に合わせることが可能になる。
図４に、吊荷７の吊り部材１２ａ、１２ｂの端部に設けられる長さ調節器１１ａ，１１ｂによる吊荷仰角（α１）の調整について説明する。図４(ａ)は、吊荷７を上面から見た平面図であり、図４（ｂ）は、吊荷７の側面図である。図４（ｂ）に示すように、自動角度制御装置４は、吊荷７を吊り下げられる複数のワイヤに設けられた長さ調節器１１ａ，１１ｂにより吊り部材１２ａ、１２ｂの長さを伸縮させ、吊荷仰角（α１）を調節することで吊荷７を水平方向に保持する。これにより、まず、タワークレーン２により吊荷７を吊上げて吊荷設置位置６の上方に移動させる。吊荷仰角（α１）を複数本の吊り部材１２ａ、１２ｂに設けられた長さ調節器１１ａ，１１ｂにより自動的に調整する。そして、調整された吊荷仰角（α１）を保持しながらジャイロ効果により吊荷７の吊荷方位角(β１)を吊荷設置位置方位角(β２)に合わせることが可能になる。
【0033】
自動角度制御装置４の吊り部材１２ａ、１２ｂは、ワイヤーロープなどの線材に代えて、例えば、ＰＣ棒鋼等の棒材を用いて吊上げても良い。この場合は、長さ調節器１１ａ，１１ｂにより複数の棒材の一端をスライドさせて棒材と吊材７との成す角度を増減させて仰角を調整することができる。これにより、自動角度制御装置４から吊荷７を吊り下げる複数本の棒の設置位置をスライドさせることで吊荷７の仰角が調整可能になる。
【0034】
自動角度制御装置４は、吊材７が鉄骨梁２１等の横型の場合には、鉄骨梁２１の端部支持点及び中間支持点等の複数個所にワイヤーロープ等の吊り部材１２ａ、１２ｂを増設して鉄骨梁２１の撓み量を低減させ、端部の跳ね上がりを調整する。これにより、長尺の梁材を吊上げた際に、鉄骨梁２１に大きな撓みが発生した場合、その撓みにより鉄骨梁２１の端部に生じる跳ね上がりを抑制し、吊荷７を吊荷設置位置６の吊荷仰角(α１)又は吊荷方位角(β１)に容易に合わせることができる。
【0035】
（横型部材の仰角調整機構）
図４に、吊荷７として横方向に長い鉄骨梁２１を吊上げる際の吊荷方位角（β１）及び吊荷仰角（α１）を示す。ここで、他の回転角である吊荷７の断面の捩じれ角は、吊荷方位角（β１）及び吊荷仰角（α１）に比べて無視できるので本発明では取り扱わない。吊荷方位角（β１）及び吊荷仰角（α１）をそれぞれ設置位置の吊荷設置位置仰角（α２）及び吊荷設置位置方位角(β２)に合致させることで吊上げられた吊荷７を鉄骨造等の設置位置に迅速にかつ容易に設置させることが可能となる。この吊荷仰角（α１）を設置位置の吊荷設置位置仰角（α２）に合わせるには、図４（ｂ）に示す右側長さ調節器１１ａ又は左側長さ調節器１１ｂの片方又は両方を用いて吊り部材１２ａ、１２ｂの長さを調節する。右側長さ調節器１１ａ及び左側長さ調節器１１ｂの内部には、長さ調節用のコードレス電動ドライバー２９にナット３０が組み込まれており（図６参照）、ナット３０は自動角度制御装置４から送信された電波信号により自動で回転してその位置が変化する。吊り部材１２ａ、１２ｂの上端は自動角度制御装置４に固定され、吊り部材１２ａ、１２ｂの下端は吊荷７に固定されるため、吊り部材１２ａ、１２ｂ自体の長さ及び設置角度は不変である。
図４に、吊荷７として横方向に長い鉄骨梁２１を吊上げる際の吊荷方位角（β１）及び吊荷仰角（α１）を示す。ここで、他の回転角である吊荷７の断面の捩じれ角は、吊荷方位角（β１）及び吊荷仰角（α１）に比べて無視できるので本発明では取り扱わない。吊荷方位角（β１）及び吊荷仰角（α１）をそれぞれ設置位置の吊荷設置位置仰角（α２）及び吊荷設置位置方位角(β２)に合致させることで吊上げられた吊荷７を鉄骨造等の設置位置に迅速にかつ容易に設置させることが可能となる。この吊荷仰角（α１）を設置位置の吊荷設置位置仰角（α２）に合わせるには、図４（ｂ）に示す右側長さ調節器１１ａ又は左側長さ調節器１１ｂの片方又は両方を用いて吊り部材１２ａ、１２ｂの長さを調節する。右側長さ調節器１１ａ及び左側長さ調節器１１ｂの内部には、長さ調節用のコードレス電動ドライバー２９にナット３０が組み込まれており（図６参照）、ナット３０は自動角度制御装置４から送信された電波信号により自動で回転してその位置が変化する。吊り部材１２ａ、１２ｂの上端は自動角度制御装置４に固定され、吊り部材１２ａ、１２ｂの下端は吊荷７に固定されるため、吊り部材１２ａ、１２ｂ自体の長さ及び設置角度は不変である。
【0036】
自動角度制御装置４は、長さ調節器１１ａ，１１ｂから吊荷７を吊り下げる複数の棒材の一端をスライドさせて棒材と吊材７との成す角度を増減させて仰角を調整しても良い。長さ調節器１１ａ，１１ｂは、吊り部材１２ａ、１２ｂ以外の部材、例えば、ＰＣ鋼棒のように形状が変化しない棒材であっても良い。この棒材を用いる場合には、
【0037】
（縦型部材の吊上げ方法）
図５に、吊荷７として縦方向に長い鉄骨柱２２等を吊上げる際の吊荷仰角（α１）及び吊荷方位角（β１）を示す。図５（ａ）は、上方から見た断面図を示し、図５（ｂ）は、側面図を示す。ここで、他の回転角である吊荷７の断面の捩じれ角は、吊荷仰角（α１）及び吊荷方位角（β１）に比べて無視できるので本発明では取り扱わない。吊荷の吊荷仰角（α１）及び吊荷方位角（β１）をそれぞれ設置位置の吊荷設置位置仰角（α２）及び吊荷設置位置方位角(β２)に合致させることで吊上げられた吊荷７を鉄骨造等の設置位置に迅速にかつ容易に設置させることが可能となる。自動角度制御装置４は、吊材７が柱材の場合には、吊荷７が鉄骨柱２２等の縦型の場合は、端部に４本のワイヤーロープ等の吊り部材１２ａ、１２ｂにより吊り上げ、柱材の縦方向の角度を調整する。なお、この縦方向に長い鉄骨柱２２等を吊上げる際には、鉄骨柱２２の自重により図５（ｂ）に示す吊荷方位角（β１）のついては制御する必要がない場合もある。しかし、鉄骨柱２２の場合には、図５（ｂ）に示すように、鉄骨梁２１用の鉄骨梁ブラケット２８が取り付けられて吊上げられるのが一般的であり、この場合、鉄骨梁ブラケット２８が鉄骨柱２２の中心に対して非対象に取り付けられ、吊荷方位角（β１）が発生する。また、鉄骨梁２１が縦方向に複数個連なって吊上げられ、鉄骨梁２１が鉄骨柱２２の中心に対して非対象に取り付けられることで吊荷方位角（β１）が発生する場合がある。このように、鉄骨梁２１が複数個連なって吊上げられる場合は、自動角度制御装置４に設けられた複数の立体カメラ９により、どのように吊荷７を吊れば良いかが判断される。
図５に、吊荷７として縦方向に長い鉄骨柱２２等を吊上げる際の吊荷仰角（α１）及び吊荷方位角（β１）を示す。図５（ａ）は、上方から見た断面図を示し、図５（ｂ）は、側面図を示す。ここで、他の回転角である吊荷７の断面の捩じれ角は、吊荷仰角（α１）及び吊荷方位角（β１）に比べて無視できるので本発明では取り扱わない。吊荷の吊荷仰角（α１）及び吊荷方位角（β１）をそれぞれ設置位置の吊荷設置位置仰角（α２）及び吊荷設置位置方位角(β２)に合致させることで吊上げられた吊荷７を鉄骨造等の設置位置に迅速にかつ容易に設置させることが可能となる。自動角度制御装置４は、吊材７が柱材の場合には、吊荷７が鉄骨柱２２等の縦型の場合は、端部に４本のワイヤーロープ等の吊り部材１２ａ、１２ｂにより吊り上げ、柱材の縦方向の角度を調整する。なお、この縦方向に長い鉄骨柱２２等を吊上げる際には、鉄骨柱２２の自重により図５（ｂ）に示す吊荷方位角（β１）のついては制御する必要がない場合もある。しかし、鉄骨柱２２の場合には、図５（ｂ）に示すように、鉄骨梁２１用の鉄骨梁ブラケット２８が取り付けられて吊上げられるのが一般的であり、この場合、鉄骨梁ブラケット２８が鉄骨柱２２の中心に対して非対象に取り付けられ、吊荷方位角（β１）が発生する。また、鉄骨梁２１が縦方向に複数個連なって吊上げられ、鉄骨梁２１が鉄骨柱２２の中心に対して非対象に取り付けられることで吊荷方位角（β１）が発生する場合がある。このように、鉄骨梁２１が複数個連なって吊上げられる場合は、自動角度制御装置４に設けられた複数の立体カメラ９により、どのように吊荷７を吊れば良いかが判断される。
【0038】
図６に、吊り部材１２ａ，１２ｂの長さ調節機構である長さ調節器１１ａ，１１ｂの機構を示す。自動角度制御装置４の下方から吊り部材１２ａ，１２ｂにより吊荷７が吊り上げられる。この吊り部材１２ａ、１２ｂの上端には、それぞれコードレス電動ドライバー２９が設けられている。コードレス電動ドライバー２９は、雄ねじが切られてナット３０と特殊ワッシャ３１により自動角度制御装置４の底板３２に係止される。そして、電動で回転してナット３０に設けられた雌ねじがナット３０の雄ねじに係合して吊り部材１２ａ，１２ｂの長さが増減する。この左右の長さ調節器１１ａ，１１ｂをそれぞれ独立して調節することで所望の吊荷仰角（α１）が得られる。
【0039】
（吊荷方位角駆動機構）
図７に、吊荷７の自動角度制御装置４の内部に設けられるジャイロ機構について説明する。ジャイロ機構とは、一般的には、物体が高速で自転運動をするとその自転が高速なほど姿勢を乱されにくくなる現象を利用した機構である。図６に示すように、ジャイロ機構は、コマのようにＸ軸回りに高速回転するフライホイール１７ａと、このフライホイール１７ａをＸ軸回りに高速回転させるスピン駆動部１７ｂと、Ｙ軸回りで所望の方向に回転するシンバル１８ａと、このシンバル１８ａをＹ軸回りに回転させるシンバル駆動部１８ｂと、フライホイール１７ａを回転させる駆動用モータ１９と、角度検出用エンコーダ２０から構成される。まず、シンバル駆動部１８ｂにより、シンバル１８ａをＹ軸回りに回転させる。それにより、フライホイール１７ａが傾きプレセッション（軸旋回）応答によるジャイロモーメントが発生し、Ｚ軸周りに回転する吊荷旋回角(γ)が生じる。この吊荷旋回角（γ）は自動角度制御装置４を介して吊荷７に伝達され、吊荷７の吊荷方位角（β１）となる。これにより、自動角度制御装置４に吊り下げられた吊荷７の吊荷方位角(β１)を吊荷設置位置６での吊荷設置位置方位角（β２）に容易に合わせることができる。
図７に、吊荷７の自動角度制御装置４の内部に設けられるジャイロ機構について説明する。ジャイロ機構とは、一般的には、物体が高速で自転運動をするとその自転が高速なほど姿勢を乱されにくくなる現象を利用した機構である。図６に示すように、ジャイロ機構は、コマのようにＸ軸回りに高速回転するフライホイール１７ａと、このフライホイール１７ａをＸ軸回りに高速回転させるスピン駆動部１７ｂと、Ｙ軸回りで所望の方向に回転するシンバル１８ａと、このシンバル１８ａをＹ軸回りに回転させるシンバル駆動部１８ｂと、フライホイール１７ａを回転させる駆動用モータ１９と、角度検出用エンコーダ２０から構成される。まず、シンバル駆動部１８ｂにより、シンバル１８ａをＹ軸回りに回転させる。それにより、フライホイール１７ａが傾きプレセッション（軸旋回）応答によるジャイロモーメントが発生し、Ｚ軸周りに回転する吊荷旋回角(γ)が生じる。この吊荷旋回角（γ）は自動角度制御装置４を介して吊荷７に伝達され、吊荷７の吊荷方位角（β１）となる。これにより、自動角度制御装置４に吊り下げられた吊荷７の吊荷方位角(β１)を吊荷設置位置６での吊荷設置位置方位角（β２）に容易に合わせることができる。
【0040】
（自動角度制御方法）
図８に、吊荷７の自動角度制御方法をフロー図で示す。フロー図では、ステップ１からステップ１２までをＳ１～Ｓ１２で示す。まず、タワークレーン２から自動角度制御装置４を介して吊荷７を吊り下げる（Ｓ１）。次に、この自動角度制御装置４に設けられた複数の衛星測位アンテナ５が衛星１４から送信された吊荷７のリアルタイムで連続した吊荷三次元位置情報２７を取得する（Ｓ２）。そして、この吊荷三次元位置情報２７に基づいて吊荷７を吊荷設置位置６の上部に移動させる（Ｓ３）。次に、自動角度制御装置４に取り付けられた立体カメラ９が撮影した吊荷三次元画像情報２６を取得する（Ｓ４）。これらの吊荷三次元位置情報２７及び吊荷三次元画像情報２６に基づき、片方の情報、又は両方の情報に基づき、吊荷７の形状、例えば、横型又は縦型等を把握する（Ｓ５）。そして、吊荷７の形状により最適な吊り降ろし方法を決定する（Ｓ６）。例えば、吊荷三次元位置情報２７は，衛星１４による測位が電波の反射等によりマルチパス等の影響で乱れてしまうことがある。その場合は、吊荷三次元画像情報２６により補完する。一方、吊荷三次元画像情報２６は、画像情報であるため死角となる角度については撮影できない。その場合は、吊荷三次元位置情報２７及び吊荷三次元画像情報２６により補完する。従って、吊荷三次元位置情報２７及び吊荷三次元画像情報２６の双方の特徴を踏まえて最適な情報を選択する必要がある。
図８に、吊荷７の自動角度制御方法をフロー図で示す。フロー図では、ステップ１からステップ１２までをＳ１～Ｓ１２で示す。まず、タワークレーン２から自動角度制御装置４を介して吊荷７を吊り下げる（Ｓ１）。次に、この自動角度制御装置４に設けられた複数の衛星測位アンテナ５が衛星１４から送信された吊荷７のリアルタイムで連続した吊荷三次元位置情報２７を取得する（Ｓ２）。そして、この吊荷三次元位置情報２７に基づいて吊荷７を吊荷設置位置６の上部に移動させる（Ｓ３）。次に、自動角度制御装置４に取り付けられた立体カメラ９が撮影した吊荷三次元画像情報２６を取得する（Ｓ４）。これらの吊荷三次元位置情報２７及び吊荷三次元画像情報２６に基づき、片方の情報、又は両方の情報に基づき、吊荷７の形状、例えば、横型又は縦型等を把握する（Ｓ５）。そして、吊荷７の形状により最適な吊り降ろし方法を決定する（Ｓ６）。例えば、吊荷三次元位置情報２７は，衛星１４による測位が電波の反射等によりマルチパス等の影響で乱れてしまうことがある。その場合は、吊荷三次元画像情報２６により補完する。一方、吊荷三次元画像情報２６は、画像情報であるため死角となる角度については撮影できない。その場合は、吊荷三次元位置情報２７及び吊荷三次元画像情報２６により補完する。従って、吊荷三次元位置情報２７及び吊荷三次元画像情報２６の双方の特徴を踏まえて最適な情報を選択する必要がある。
【0041】
次に、自動角度制御装置４は、上述した吊荷７の吊荷三次元位置情報２７及び吊荷三次元画像情報２６に基づき、吊荷仰角(α１)及び吊荷設置位置仰角(α２)を算出する（Ｓ７）。そして、この仰角角度差Δα(α１-α２)が予め設定された許容範囲内か否かを判定する（Ｓ８）。許容範囲内であれば（Ｙｅｓの場合は）Ｓ１０に進む。許容範囲内でなければ（Ｎｏの場合は）吊荷仰角(α１)を吊り部材１２ａ、１２ｂの一端に設けられた長さ調節器１１ａ、１１ｂにより調節し、吊荷仰角(α１)を吊荷設置位置仰角(α２)に合わせる（Ｓ９）。次に、吊荷方位角(β１)及び吊荷設置位置方位角(β２)を算出する（Ｓ１０）。そして、この方位角角度差Δβ(β１-β２)が予め設定された許容範囲内か否かを判定する（Ｓ１１）。許容範囲内であれば終了する（Ｙｅｓの場合）。許容範囲内でなければ（Ｎｏの場合は）、歳差誤差によりジャイロモーメントを発生させ、吊荷方位角(β１)を旋回させて吊荷設置位置方位角(β２)に合わせる（Ｓ１２）。
【0042】
上記吊荷７の自動角度制御方法により、本発明のワークレーン２による吊荷７の自動角度制御システム１は、吊荷７の吊荷仰角（α１）及び吊荷方位角(β１)をそれぞれ設置位置の吊荷設置位置仰角(α２)及び吊荷設置位置方位角（β２）に容易に合致させることができる。それにより、吊上げられた吊荷７を鉄骨造等の設置位置に迅速にかつ容易に設置させることが可能となる。この吊上げられた吊荷７の吊荷仰角（α１）及び吊荷方位角(β１)と、設置位置の吊荷設置位置仰角（α２）及び吊荷設置位置方位角(β２)とは、自動角度制御装置４に設けられた複数の衛星測位アンテナ５が測位した吊荷三次元位置情報２７、又は、自動角度制御装置４に設けられた複数の立体カメラ９が撮影した吊荷三次元画像情報２６のいずれか一方の情報により測定できるが、これらの情報の特徴を生かして併用しても良い。また、吊荷仰角(α１)を吊荷設置位置仰角(α２)に合わせるステップ（Ｓ７～Ｓ９）と、吊荷方位角(β１)を旋回させて吊荷設置位置方位角(β２)に合わせるステップ（Ｓ１０～Ｓ１２）とは、現場の状況により、どちらを先行しても良い。
【0043】
以上の実施形態で説明されたタワークレーン吊荷の自動角度制御システム及び自動角度制御方法の構成、形状、大きさ、及び配置関係については、本発明が理解、実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。従って、本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる
【符号の説明】
【0044】
１ （タワークレーン吊荷の）自動角度制御システム、２ タワークレーン、３ (タワークレーンの)ブーム、４ 自動角度制御装置、５ 衛星測位アンテナ、６ 吊荷設置位置（又は設置位置）、７ （吊上げられた）吊荷、９ 立体カメラ、１０ （タワークレーンの）ジブ、１１ａ 右側長さ調節器，１１ｂ 左側長さ調節器、１２ａ 上部吊り部材，１２ｂ 下部吊り部材、１４ 衛星、１６ フック、１７ａ フライホイール，１７ｂ スピン駆動部、１８ａ シンバル，１８ｂ シンバル駆動部、１９ 駆動用モータ、２０ 角度検出用エンコーダ、２１ 鉄骨梁、２２ 鉄骨柱、２３ａ 仰角比較部，２３ｂ 方位角比較部、２４ 吊荷仰角駆動部、２５ 吊荷方位角駆動部、２６ 吊荷三次元画像情報（又は三次元画像情報）、２７ 吊荷三次元位置情報（又は三次元位置情報）、２８ 鉄骨梁ブラケット、２９ コードレス電動ドライバー、３０ ナット、３１ 特殊ワッシャ、３２ 底板、α１ 吊荷仰角，α２ 吊荷設置位置仰角（又は設置位置仰角）、β１ 吊荷方位角，β２ 吊荷設置位置方位角（又は設置位置方位角）、γ 吊荷旋回角、Δα 仰角角度差（α１-α２）、Δβ 方位角角度差（β１-β２）Δα´ 仰角の許容値、Δβ´ 方位角の許容値、Ｘ，Ｙ，Ｚ 直交座標。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】