特許 7546598 吊上げ機械上で使用するためのシステム、負荷移動機械上で使用するためのシステム、および、ブーム位置情報を報告するためのシステム

(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】2024-08-29

(45)【発行日】2024-09-06

(54)【発明の名称】吊上げ機械上で使用するためのシステム、負荷移動機械上で使用するためのシステム、および、ブーム位置情報を報告するためのシステム

(51)【国際特許分類】

   B66C 23/90 20060101AFI20240830BHJP

【ＦＩ】

B66C23/90 A

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2021566180

(86)(22)【出願日】2020-03-06

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-07-06

(86)【国際出願番号】 US2020021553

(87)【国際公開番号】W WO2020226739

(87)【国際公開日】2020-11-12

【審査請求日】2023-02-07

(31)【優先権主張番号】62/844,523

(32)【優先日】2019-05-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】521485575

【氏名又は名称】タルサ ウィンチ，インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100172041

【弁理士】

【氏名又は名称】小畑 統照

(74)【代理人】

【識別番号】100202854

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 卓行

(72)【発明者】

【氏名】ハーモン，アンドリュー

(72)【発明者】

【氏名】モーガン，ドリュー

(72)【発明者】

【氏名】シュトラール，シェーン

(72)【発明者】

【氏名】ジョーンズ，トニー

【審査官】山田 拓実

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－０４４９３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１２１４８１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００６／１０１０７８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１１４５７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０２５５４９４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０２２４４３９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特公昭５６－０４７１１７（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】米国特許第０６０８１２９２（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０１８９１６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０７－１２５９８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１６０１１９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６６Ｃ １３／００－１５／０６；

２３／００－２３／９４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも、負荷を吊り上げるブームおよび、前記ブームを支持し、吊り上げられた前記負荷により生じるモーメントを受ける基部を有する吊上げ機械上で使用するためのシステムであって、前記システムは、
前記ブーム上の第１の固定位置に配置された第１のセンサノードと、
前記基部上の第２の固定位置に配置された第２のセンサノードと、
前記第１および第２のセンサノードからデータを受信するセンサハブと
を備え、
前記第１および第２のセンサノードが、それぞれ前記第１および第２のセンサノードに関する位置情報を含むデータを前記センサハブに提供し、
前記第１および第２のセンサノードが、前記ブームと前記基部との間の直立角度の測定値を前記センサハブに提供し、
前記センサハブは、前記２つのセンサノード間の距離および前記ブームと前記基部との間の前記直立角度を、前記基部が受ける前記モーメントの算出に使用するため、負荷モーメントコンピュータに報告し、
少なくとも前記第１のセンサノードは、高さセンサを備え、
前記センサハブは、前記吊上げ機械に関する幾何学的情報を含み、前記第１のセンサノードから前記吊上げ機械の中心までの半径方向距離を報告し、
前記第１および第２のセンサノードは各々、少なくとも２つの距離測定センサを備え、前記第１および第２のセンサノードは、前記少なくとも２つの距離測定センサからの入力の融合に基づいて、前記センサノード間の前記距離を報告する
システム。

【請求項2】

前記ブームは、マルチセグメントブームであり、前記システムは、前記ブームのセグメントごとに少なくとも１つのセンサノードを備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

負荷移動機械上で使用するためのシステムであって、前記システムは、
少なくとも１つのセンサを有する第１のセンサノードと、
少なくとも１つのセンサを有する第２のセンサノードと
を備え、
前記第１および第２のセンサノードは、前記負荷移動機械に関する現在の幾何学的データを報告するために、前記第１および第２のセンサノードがそれぞれのセンサを利用するように、前記負荷移動機械に対する第１および第２の固定位置に配置され、
前記システムは、負荷または負荷フック上に位置するノードからデータを受信し、前記負荷の中心ずれまたは側方吊上げが生じようとしているときを判定するプロセッサまたはマイクロコントローラをさらに備える、
システム。

【請求項4】

前記第１および第２のセンサノードは各々、前記負荷移動機械に関する現在の幾何学的データを収集する複数のセンサを有する、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記第１および第２のセンサは各々、前記それぞれの複数のセンサからのデータに関してセンサ融合を実行するマイクロプロセッサを備え、前記センサ融合で得られたセンサ融合データを前記現在の幾何学的データとして報告する、請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

前記現在の幾何学的データは、前記負荷移動機械のブーム長さを含む、請求項４に記載のシステム。

【請求項7】

前記現在の幾何学的データは、前記負荷移動機械のブーム角度を含む、請求項４に記載のシステム。

【請求項8】

前記現在の幾何学的データは、前記負荷移動機械上の固定点からのブームの半径方向延長値を含む、請求項４に記載のシステム。

【請求項9】

前記第１および第２のセンサノードから前記負荷移動機械に関する前記現在の幾何学的データを受信するセンサハブをさらに備える、請求項３に記載のシステム。

【請求項10】

前記センサハブは、前記第１および第２のセンサノードから受信した前記幾何学的データに関してセンサ融合を実行し、前記センサ融合で得られた融合データを前記現在の幾何学的データとして提供する、請求項９に記載のシステム。

【請求項11】

前記センサハブは、前記現在の幾何学的データを、前記負荷移動機械に関連付けられた負荷モーメントインジケータシステムに提供する、請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記センサハブは、前記負荷移動機械に関連付けられた負荷モーメントインジケータシステムを備える、請求項１０に記載のシステム。

【請求項13】

クレーンのブーム位置情報を報告するためのシステムであって、前記システムは、
自己の場所に関する位置情報を提供する第１および第２のセンサノード
を備え、
前記第１のセンサノードは、ブームに堅く固定され、
前記第２のセンサノードは、前記ブーム上にない前記クレーンの中央位置に堅く固定され、
前記システムは、負荷または負荷フック上に位置するノードからデータを受信し、前記負荷の中心ずれまたは側方吊上げが生じようとしているときを判定するプロセッサまたはマイクロコントローラをさらに備える、
システム。

【請求項14】

前記第１および第２のセンサノードから前記位置情報を受信し、前記ブーム位置情報を、前記クレーンに関連付けられた負荷モーメントインジケータシステムに報告するセンサハブをさらに備える、請求項１３に記載のシステム。

【請求項15】

前記ブーム位置情報は、水平面に対するブーム角度を含む、請求項１４に記載のシステム。

【請求項16】

前記ブーム位置情報は、前記クレーンの中心からの前記ブームの最大距離を含む、請求項１４に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年５月７日に出願された米国仮特許出願第６２／８４４，５２３号の利益を主張し、上記仮出願を、現時点で完全に記載されているかのように、参照により本開示に組み込む。

【0002】

本開示は、一般に重機械に関し、より具体的には、様々な用途に適した負荷モーメント指示システムに関する。

【背景技術】

【0003】

クレーンまたは他の吊上げ装置もしくは移動装置などの重機の操作者は、吊り上げられた負荷による機械の安定性への影響に留意しなければならない。たとえば、より軽い負荷は、延長されたブーム上で安全に吊り上げられるかまたは移動され得るが、より重い負荷は、機械を不安定にするかまたは転倒させる傾向があることによって、安全でない状態を引き起こし得る。必要とされるものは、上記の問題および関連の問題に対処するためのシステムおよび方法である。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

本開示の発明は、その一態様において、少なくともブームおよび基部を有する吊上げ機械上で使用するためのシステムを備える。このシステムは、ブーム上の第１の固定位置に配置された第１のセンサノードと、基部上の第２の固定位置に配置された第２のセンサノードとを含む。第１および第２のセンサノードは、２つのノード間の距離の測定値を提供し、第１および第２のセンサノードは、ブームと基部との間の角度の測定値を提供する。

【0005】

このシステムは、第１および第２のセンサノードからデータを受信し、２つのノード間の距離およびブームと基部との間の角度を報告するセンサハブをさらに備えてもよい。少なくとも第１のセンサノードは、高さセンサを備え、その高さを基部に報告し得る。このハブはまた、吊上げ機械に関する幾何学的情報を含み、第１のセンサノードから吊上げ機械の中心までの半径方向距離を報告し得る。

【0006】

第１および第２のセンサノードは各々、少なくとも２つの距離測定センサを備え、少なくとも２つのセンサからの入力の融合に基づいて、センサノード間の距離を報告し得る。ブームは、マルチセグメントブームであってもよく、システムは、ブームのセグメントごとに少なくとも１つのセンサノードを含んでもよい。

【0007】

本開示の発明は、その別の態様において、少なくとも１つのセンサを有する第１のセンサノードと、少なくとも１つのセンサを有する第２のセンサノードとを有する負荷移動機械上で使用するためのシステムを含む。第１および第２のセンサノードは、負荷移動機械に関する現在の幾何学的データを報告するために、第１および第２のセンサノードがそれぞれのセンサを利用するように、吊上げ機械に対する第１および第２の固定位置に配置される。

【0008】

いくつかの実施形態では、第１および第２のセンサノードは各々、負荷移動機械に関する現在の幾何学的データを収集する複数のセンサを有する。それらは各々、それぞれの複数のセンサからのデータに関してセンサ融合を実行するマイクロプロセッサを備え、センサ融合データを現在の幾何学的データとして報告し得る。現在の幾何学的データは、負荷移動機械のブーム長さ、負荷移動機械のブーム角度、および／または負荷移動機械上の固定点からのブームの半径方向延長値を含む。

【0009】

このシステムは、第１および第２のノードから負荷移動機械に関する現在の幾何学的データを受信するセンサハブを含み得る。このセンサハブは、第１および第２のノードから受信したデータに関してセンサ融合を実行し、融合されたデータを現在の幾何学的データとして提供し得る。場合によっては、センサハブは、現在の幾何学的データを、負荷移動機械に関連付けられた負荷モーメントインジケータシステムに提供する。他の場合には、センサハブは、負荷移動機械に関連付けられた負荷モーメントインジケータシステムを備える。

【0010】

本開示の発明は、その別の態様において、クレーンのブーム位置情報を報告するためのシステムを含む。このシステムは、自己の場所に関する位置情報を提供する第１および第２のセンサノードを含む。第１のセンサノードはブームに堅く固定され、第２のセンサノードはブーム上にないクレーンの中央位置に堅く固定される。

【0011】

このシステムは、第１および第２のセンサノードからのブーム位置情報を、クレーンに関連付けられた負荷モーメントインジケータシステムに報告するセンサハブを含み得る。このブーム位置情報は、水平面に対するブーム角度および／またはクレーンの中心からのブームの最大距離を含み得る。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本開示の態様による、負荷モーメントインジケータを有するクレーンの側面図である。

【図2】本開示の態様による、関節式クレーンを有する貨物トラックの側面図である。

【図3】図２の貨物トラックの俯瞰図である。

【図4】本開示の態様による、負荷モーメントインジケータのノードの例示的な概略図である。

【図5】本開示の態様による、負荷モーメント指示システムのノード間の例示的なトポロジ関係の概略図である。

【図6】本開示の態様による、負荷モーメントインジケータの動作フローを示すフローチャートである。

【図7】本開示の態様による、負荷モーメントインジケータの様々な構成要素の感知および計算動作を示す関係図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１は、ブームクレーン１００の斜視図である。これは、当技術分野で知られているように、本開示の実施形態が動作し得るクレーンの１つのタイプを表す。他のタイプのクレーンまたは吊上げ装置も、本開示のシステムおよび方法とともに使用され得る。これらは、限定はされないが、ラチス作業クレーン、タワークレーン、ローダクレーン、トラック搭載クレーンなどを含む。本開示の実施形態は、既存のクレーン上で動作するように改造され得るか、または製造時にクレーンと一体化され得る。

【0014】

クレーン１００は、基部１０４に回転式または関節式に取り付けられた運転室１０３および他の作業構成要素を提供し得る上側部分１０２を備える。基部１０４は、クレーン１００によって行われる吊り上げ、移動、および他の作業のための移動および全体的な配置を提供することができる。上側部分１０２は、回転駆動機構１０６によって基部１０４に固定されてもよい。回転駆動機構１０６は、ロテックスギアとして知られている場合もある。回転駆動機構１０６は、旋回リングと、関連の動力駆動歯車およびコントローラとを備え得る。

【0015】

上側部分１０２は、負荷が吊り上げられ移動され得るブーム１０８を提供する。単一ピースのブーム１０８が示されているが、ジブおよび他の従属部品を有する複数ピースのブームが利用されてもよいことを理解されたい。ホイスト機構１１０またはウィンチは、負荷フック１１４を使用して負荷を昇降させるためにウィンチライン１１２の巻上げおよび緩和を行う。ウィンチライン１１２は、当技術分野で知られているように、編まれた鋼線または他のウィンチラインを含むことができる。負荷フック１１４は、実際のフックを含んでも含まなくてもよい。負荷フック１１４は、関連する負荷１１６の固定および解放のための場所として機能する。ここで、負荷１１６は、単純な箱として示されているが、様々なタイプの他の負荷が本明細書で企図される。

【0016】

クレーン１００はまた、昇降に加えて、基部１０４に対して上側部分の構成要素としてブーム１０８を回転させる。したがって、負荷は、回転駆動機構１０６およびホイスト１１０の操作または回転に基づいて、吊り上げられ移動され得る。基部１０４は、負荷が操作されているとき、作業面１１８に対して静止したままであり得る。作業面１１８は、たとえば、作業現場における地面またはコンクリートの一部であってもよい。クレーン１００は、当技術分野で知られている、様々なアウトリガー、カウンタウェイト、および追加の構成要素を含んでもよい。

【0017】

負荷モーメントインジケータ（「ＬＭＩ」：ｌｏａｄ ｍｏｍｅｎｔ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）は、１つの操作機器（たとえば、クレーン１００など）が受ける転倒モーメントまたは負荷モーメントを、（直接的または間接的に）感知し、および／または様々なセンサに基づいて計算することによって機器操作者を支援するシステムを備える。一態様では、負荷モーメントは、クレーンの中心または質量中心からの負荷重量の半径または距離を乗算された負荷と考えることができる。すべての安全に動作する吊上げ機械は、負荷モーメントに関して定格容量を有する。ＬＭＩシステムは、吊上げ状態を定格容量と比較し、機器が動作している容量の割合を操作者に示すことができる。過負荷状態に近づいていることの警告として、光、ベル、またはブザーが組み込まれ得る。

【0018】

クレーンまたは他の機械に関する固定データまたは可変データは、制御コンピュータまたはＬＭＩコンピュータメモリに記憶され得る。これは、寸法データ、容量チャート、ブーム重量、および重心などの情報として含み得る。このようなデータは、動作状態を計算するために使用される参照情報を含み得る。

【0019】

本開示によれば、ブーム長さ、ブーム角度、ブーム高さ、および他のパラメータは、クレーン１００上またはその周囲の様々な位置のセンサノードからのデータに基づいて測定または計算される。長さ、位置、角度、高さ、回転、および他のデータなどのデータは、直接測定もしくは計算されたものであろうと、空間内の部品の位置に関連するものであろうと、または吊上げ機械の他の部品に関するものであろうと、または部品間の所定の範囲の関係を有する他の機械に関連するものであろうと、「幾何学的データ」として定義され得る。様々な部品間の関係は（たとえば、負荷、ブームなどの移動によって）時間とともに変化する可能性があるので、現在の位置または関係のデータは、「現在の幾何学的データ」として定義され得る。

【0020】

以下でさらに説明されるように、そのような幾何学的データを収集または計算するために使用され得る本開示の様々なセンサノードは、複数のＬＭＩノードセンサ４００（図４）を含み得る。センサ位置は、位置１１８（地表面）、位置１２０（ブーム１０８の基部またはその近傍）、位置１２２（運転室１０２の下側部分および／またはブーム接続点）、位置１２４（運転室１０２の上部および／またはホイスト位置）、位置１２６（運転室１０２の下側後方）、位置１２８（運転室１０２のほぼ中心回転軸）、位置１３０（無負荷クレーン１００のほぼ質量中心）、または他の位置を含み得る。追加の位置は、限定はされないが、ウィンチまたはリール、負荷フック、ジブアタッチメント、トラック、車台、およびアウトリガーを含む。油圧センサまたは他の装置は、吊り上げられている負荷の重量に関する情報を提供することもできる。いくつかの事例では、制御コンピュータは、安全でない動作状態を作り出すなど、操作者が負荷を移動させることを防止するようにプログラムまたは構成されてもよい。

【0021】

ここで図２を参照すると、本開示の態様による関節式クレーン２５０を有する貨物トラック２００の側面図が示されている。ここで、トラック２００は、運転室２０２および荷台２０３などを含み得る。クレーン２５０は、台２０３上に、場合によっては支柱２５１または他の支持構造体上に搭載されてもよい。関節式クレーンの正確な構造は様々であり得るが、図示されるように、クレーン２５０は、複数の関節式セグメント２５４、２５６を有するブーム２５２を備える。ブーム２５２は、継手２６０を介して回転可能プラットフォーム２５３に接合することができる。継手２６２は、セグメント２５４、２５６を接続してもよい。セグメント２５４、２５６および／またはプラットフォーム２５３の間の関節運動は、油圧および／または電気のモータまたはアクチュエータに基づいてもよい。操作中、プラットフォーム２５３の回転および継手２６０、２６２の周りのセグメント２５４、２５６の移動により、負荷（たとえば、負荷２５８）が地面または別の表面から台２０３上に、または台２０３から離れた場所に吊り上げられることが可能になる。例示的な負荷プラットフォーム２７６は、セグメント２５６の遠位端から吊り下げられているように示されているが、他の取付け装置（限定はされないが、フック、クランプなど）が利用され得る。

【0022】

クレーン１００と同様に、クレーン２００は、ＬＭＩ計算において使用するための距離、高さ、角度などを測定するためにセンサ（たとえば、以下に説明されるＬＭＩセンサノード４００）が配置され得る位置を提供する。ここでは、センサ位置は、回転プラットフォーム２８０の中心（これはまた、セグメント２５４がプラットフォーム２５３に接合する場所であってもよい）、中心接合位置２８２、遠いセグメント２５６の遠位端上もしくはその近傍の位置２８４、および／または多数の他の位置に示される。さらに、追加のセンサ位置は、負荷２５８、地面、負荷プラットフォーム２７６、トラック（たとえば、質量中心）上もしくはアウトリガー上の複数の位置、または他の重要な位置を含み得る。

【0023】

ここで図３を参照すると、図２の貨物トラック２００の俯瞰図が示されている。ここでは、トラック２００の中心線Ｃが示されている。負荷モーメントは、距離Ｄによって示される、この線から離れた位置に基づいて、または距離Ｒによって示される、プラットフォーム２５３の回転の中心２９０から計算されてもよい。いずれの場合も、任意のクレーンまたは吊上げ装置と同様に、転倒の危険なしに所与の重量の負荷を吊り上げることができる最大距離が存在する。当技術分野で知られているように、風、地形、および他の要因も考慮に入れることができる。クレーンまたはその中心から負荷までの距離を正確に測定することが重要であり得る。

【0024】

図３の俯瞰図から、センサ位置２８４とセンサ位置２８０との間の距離は、距離Ｒに相当することも諒解されたい。セグメント２５４、２５６の角度を測定することができ、それらの長さが既知である場合（それらは任意の市販のクレーン上にある）、この距離を決定することも単純な幾何学的計算である。同様に、計算または測定された距離Ｒが与えられると、プラットフォーム２５３の回転角度を計算または測定することができれば、距離Ｄも計算することができる。

【0025】

負荷距離に関する同様の計算は、図１のセンサ位置に基づいて行われ得ることを諒解されたい。ここで、ブーム１０８の長さおよびその角度が既知である場合、たとえば、位置１２２の運転室からの負荷１１６の距離が計算され得る。センサ位置１２２とセンサ位置１２８との間の距離は、運転室１２８の中心からの負荷１１６の距離を計算するために使用することもできる。たとえば、センサ位置１２８およびセンサ位置１１９の絶対高さが、これらのセンサ間の距離とともに決定され得る場合、単純な三角関数計算または幾何学的計算が、負荷モーメント計算の距離部分（残りは負荷１１６の重量を含む）の決定を可能にすることも諒解されたい。本開示は、これらの種類の測定および計算などを可能にするセンサノードおよびネットワークのシステムおよび方法を提供する。

【0026】

ここで図４を参照すると、本開示の態様による負荷モーメントインジケータシステムのノード４００の分解図が示されている。本開示のＬＭＩノードまたは単に「ノード」４００は、先に論じられた様々な位置のいずれか、および場合によっては他の位置からの設置および操作が可能な頑丈で堅牢な装置を備える。いくつかの実施形態では、頑丈な耐候性および／または防水性の本体４０１が、内部構成要素を保護する。本体４０１は、金属合金、ポリマー、およびエラストマー、および／または他の材料を含み得る。本体４０１は、基部４０２およびカバー４０３を含み得る。基部４０２およびカバー４０３は、互いに取り外し可能に取り付けられ得るか、またはノード４００が組み立てられたときに長期的に接合されるように意図され得る（たとえば、内部ユーザサービス機能がない）。様々なガスケット、シール、接着剤、締結具または他の器具が、基部４０２とカバー４０４とを接合するために使用され得る。基部４０２または本体４０１の他の部分は、選択された位置にノード４００が固定されることを可能にするために、様々な取り付けフランジ、締結具、開口部、ねじ付き開口部などを含み得る。

【0027】

内部的には、ノード４００は、回路基板４１０、または場合によっては、必要に応じてバスもしくは他の通信経路によって結合された複数の回路基板を備え得る。マイクロコントローラ４１２は、ノード４００にローカルコンピューティングリソースを提供し得る。マイクロコントローラ４１２は、Ｉ／Ｏ機能、測定、Ａ／ＤおよびＤ／Ａ変換、通信、メモリおよび他の機能が、単一のチップ上で生じるように、システムオンチップデバイスを備え得る。マイクロコントローラ４１２は、汎用または市販のプロセッサまたは特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含み得る。他の実施形態では、マイクロコントローラ４１２の機能は、複数の構成要素の間で分割され得ることを理解されたい。たとえば、汎用マイクロコントローラは、まとめて、マイクロコントローラ４１２によって必要とされる必要な機能および動作を実行する、独立型通信プロトコルチップ、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ、および他のデバイスが取り付けられてもよい。簡単にするために、電源引込線、プルアップ抵抗器、安全コンデンサ、および他のアナログ信号調整および増幅回路は示されていない。

【0028】

１つまたは複数のセンサ４１４、４１６、４１８が、ノード４００による使用のために、またはノード４００のために含まれ得る。これらは、マイクロコントローラ４１２に直接供給し得るか、または信号調整回路を含み得る。それらはまた、それら自体の制御チップおよび／またはルーチンを有してもよい。限定はされないが、センサ４１４、４１６、４１８は、加速度計、速度ジャイロスコープ、磁力計、気圧センサ、湿度センサ、無線周波数、全地球測位システム（ＧＰＳ）、ＲＦ飛行時間または到着時間（たとえば、到着時間差、双方向測距）、角度（たとえば、フェーズドアレイ角度感知）、超音波距離センサ、ＬＩＤＡＲ、およびステレオカメラなどの視覚ベースの測距を含み得る。３つのセンサ４１４、４１６、４１８が例示目的で示されているが、より多くのまたはより少ないセンサがノード４００内に存在してもよいことを理解されたい。すべてのノード４００が同じセンサ群を含むことが必要であることにも留意されたい。いくつかのセンサは、カバー４０１内に完全に封入されて動作することが可能である。これらは、たとえば、角度センサおよびジャイロスコープセンサを含む。他のセンサは、周囲環境への少なくともある程度の露出を必要とし得る。これらは、たとえば、高さセンサおよび圧力センサ、光学センサ、ならびにＲＦデータの送信または受信に依拠する特定のセンサを含み得る。そのような場合、センサまたはセンサプローブは、そのようなアクセスが提供されるように、カバー４０１上またはその内部に配置されてもよい。カバー４０１は、当業者によって内部にセンサを収容するように容易に適合され得ることが諒解されよう。

【0029】

ノード４００は、内部電源４１４またはバッテリによって給電され得る。電源は、ソーラーパネル４２４によって、たとえば、オンボード車両電圧へのアクセスによって、誘導手段によって、既知の寄生電源アクセス方法によって、または任意の他の既知の方法によって、再充電可能であり得る。ノード４２２は、充電、データ転送、プログラミング、および／または他の機能のために使用され得る外部ポート４２２も有し得る。アンテナ４２０は、マイクロプロセッサ４１２の構成要素もしくは他の構成要素として内部に、またはカバー４０１の外部もしくはその内部に設けられてもよい。

【0030】

ここで図５を参照すると、本開示の態様による負荷モーメント指示システム５００のノード４００間の例示的なトポロジ関係の概略図が示されている。ノード４００の物理的位置は、前述の例示的なクレーン（たとえば、１００、２５０）上の様々な位置に対応し得るか、または他の物理的位置もしくは構成が採用され得ることを理解されたい。図５は、ノード４００の考え得るネットワークトポロジを示す。５００に示すように、ノード４００は、有線５０４および／または無線プロトコルを介してハブ５０２と通信するように構成され得る。無線プロトコルは、限定はされないが、Ｗｉ－ＦｉおよびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）を含んでもよい。図５に示されるノードの数は、任意の所与のＬＭＩ計算ネットワークにおいてより多くてもより少なくてもよいので、例示のためだけである。

【0031】

１つのトポロジでは、ノード４００は、それらのデータをハブ５０２に通信することを報告する。ハブ５０２は、当技術分野で知られているＬＭＩコンピュータを備え得るか、または本開示のノード４００とともに使用するために特に構成されたハブを備え得る。以下でさらに説明されるように、個々のセンサデータは、ノード４００において取得され得るが、データの最適な融合においてノード４００をさらに支援するために、いくつかのデータがハブ５０２によって提供され得る。このデータは、最終的に局所的ノード位置を決定するために、センサ融合アルゴリズムにおいて（たとえば、ハブ５０２またはノード４００自体によって）組み合わせられる。これは、ハブ５０２に送り返され（そこで計算されない場合）、最終的に、操作者および／またはクレーン制御コンピュータによる使用のためにＬＭＩデバイスまたはディスプレイに伝達される。したがって、ハブ５０２自体が様々な計算能力を備え得ることが諒解され得る。ハブ５０２は、ノード４００と相互作用し、必要な計算を実行することが可能な汎用コンピュータまたは専用デバイスに基づくことができる。当業者は、ハブ５０２が動作するように構成され得る多種多様な方法を諒解するであろう。いくつかの実施形態では、ハブ５０２は、ユーザまたは操作者が、ハブ５０２上のデータを閲覧し、試験、プログラミング、および場合によっては他の動作を実行することを可能にするためのディスプレイおよび他のＩ／Ｏ手段を提供する。

【0032】

ノード４００は、ハブに関して動作することに加えて、いくつかの実施形態では、５５０に示すようにハブレス構成で動作し、測定を行い、計算を行うことなどが可能である。このタイプの構成は、動作中にピアツーピアまたはアドホックと見なされ得る。ノード４００は、互いに無線でまたは有線５０６と通信し得る。そのような構成におけるノード４００のうちの１つまたは複数は、５０８に示されるように、測定値、計算値、または他のパラメータを、ＬＭＩコンピュータ、ディスプレイ、ネットワーク、または他のデバイスに向けて転送することが可能であり得る。通信リンク５０８は、一方向または双方向であってもよく、無線または有線プロトコルであってもよい。特定の計算（たとえば、距離またはブーム角度）を行うために、１つまたは複数のノード４００が、ネットワーク５５０上の他のノード４００のうちの１つまたは複数からデータを受信することが必要であり得ることが諒解されよう。次いで、受信ノード４００は、たとえば、マイクロコントローラ４１２を使用して、任意の必要な計算（たとえば、先に論じられた計算）を実施し得る。

【0033】

ここで図６を参照すると、本開示の態様による負荷モーメントインジケータの動作フローを示すフローチャートが示されている。複数の別個のセンサ（たとえば、４１４、４１６、４１８、またはその他）が、個別のパッケージまたはノード４００内に配置されてもよい。論じられたように、複数のセンサ４１４、４１６、４１８は、同じ物理的な個別のパッケージまたはノード４００内で組み合わせられ得る。複数のセンサ位置に関するデータを取得する複数のセンサノード４００は、ＬＭＩディスプレイ、コンピュータ、または制御機構５０２によって使用されてもよい。センサ融合アルゴリズムは、複数のセンサノード４００または位置から有用なデータを提供するように展開され得る。

【0034】

本開示によるシステムは、クレーン１００、２５０などの可変配置構造体の位置を推測または計算することができることを諒解されたい。センサノード４００は、関連する構造体または機械上の重要な位置に分散または固定されてもよい。角度、位置、相対位置（たとえば、センサ対センサ）、および他の情報に関する物理的測定値は、したがって、様々な位置において取得され得る。測定される構造体の幾何学的形状は可変であってもよいが、それが特定のパラメータ内にあることも知られている場合がある。たとえば、図２のクレーンでは、位置２８０と位置２８２との間の距離は、固定されたままである。位置２８０と位置２８２との間の距離も固定されたままである。これらの既知の距離は、測定される必要はない場合があるが、他のデータ点を計算するために使用され得る。同様に、地面に対する様々な場所の位置（たとえば、高さ）は、任意の直立動作クレーンまたは他のデバイスに関して既知であり得る。この情報は、場合によってはセンサノード４００からの追加の測定値を使用して、他のパラメータを計算するために使用され得る。角度測定値について述べる場合、これらは、水平面（たとえば、地面１１８）に対する角度、２つの構成要素（たとえば、セグメント２５４、２５６）間の垂直角度（直立）、および／または他の角度であり得ることを諒解されたい。

【0035】

測定はまた、機械（たとえば、クレーン１００、２５０）に固定されていない位置に関して行われてもよい。たとえば、ノード４００が負荷（または、１１６などの負荷フック）に固定される場合、中心ずれまたは側方吊上げが（たとえば、風によって）生じようとしているときを判定することが可能であり得る。したがって、ブーム１００は、吊り上げる前に負荷１１６の真上に配置され得、これは、負荷のずれを防止することができる。同様に、ノード４００間のいくつかの関係が常に特定のパラメータ内にあるべきであると考えると、パラメータを超える測定値が得られた場合、それは、ＬＭＩノード４００、ハブ５０２、またはクレーンもしくは他の機械自体における障害の指示であり得る。たとえば、ブーム２５２のセグメント２５４、２５６間の角度は、クレーン２５０またはトラック２００が修理または保守を必要とする、破損または疲労した構成要素を示すことができる。

【0036】

ここで図７を参照すると、本開示の態様による負荷モーメントインジケータの様々な構成要素の感知および計算動作を示す関係図７００が示されている。図７は、いくつかのノード４００を示し、その各々は、位置、角度などに関する情報を構築するために、複数のセンサからのデータを照合および融合することが可能であり得る。これは、マイクロプロセッサ４１２上で行われ得る。データは、融合アルゴリズムも実行し得るハブ５０２に送信されてもよい。幾何学的情報は、必要に応じて、ノード４００に戻された融合データと組み合わせてノード４００に送信され得る。最後に、負荷モーメントに関する最終的な幾何学的情報は、クレーンまたは他の機械が安全パラメータ外で操作されないことを確実にするように、計算および／または負荷チャート（電子またはデジタル）との比較のために、ＬＭＩシステム７０２に送信され得る。

【0037】

様々な融合アルゴリズムは、特に読取り値が完全には安定していない場合、または読取り値もしくはそれらの読取り値に基づく計算値の間に矛盾がある場合に、センサ／場所の最終位置を確立するために使用され得る。限定はされないが、そのような方法およびアルゴリズムは、カルマン、拡張カルマン、アンセンテッドカルマン（確立されたセンサ融合アルゴリズムのタイプ、内部係数およびパラメータは各フィルタに固有である）、および相補フィルタを含む。センサ読取り値（ジャイロ読取り値および加速度計読取り値など）間の関係が、角度感知を平滑化し、（たとえば）それらの読取り値の比によって半径を計算するために使用され得る。これらの関係は、たとえば、カルマンフィルタの行列に符号化され得る。物理的プラットフォーム（この場合はクレーン）の幾何学的制約は、追加の精度をもたらす。

【0038】

非直接的に測定されたパラメータに関して、パラメータの真の値をより十分に計算するために、余分のセンサが使用され得る。追加のノード４００は、正しい構成の検出または位置特定を支援するために、アタッチメント上に配置され得る（または負荷上にも配置されるか、または手で運ばれる）。本開示の様々なノード４００または他の既知のセンサタイプ以外の、線の一部（フック滑車ブロックを通る吊上げロープのいくつかのループ）、アウトリガー位置、ブーム先端またはフックに対する負荷位置などの追加のパラメータが、間接的に測定され得る。

【0039】

センサ融合は、機械全体にわたる、または機械（たとえば、クレーン１００、２５０または他の機械）の関連部分のみに関する属性を決定するために、情報が組み立てられ、照合され、または別様に使用されることを可能にし得る。位置は、制御および／またはＬＭＩコンピュータに報告され得る。いくつかの特定の実施形態では、ブームの角度および位置の情報は、ＬＭＩによって利用され、負荷の安全な吊上げまたは移動に関する記憶または計算された値と比較され得る。この情報は、制御コンピュータによって使用されるか、またはデータとして操作者に提供されてもよい。安全でない負荷状態は、可聴、可視、または触覚の警告を操作者に提供し得る。いくつかの実施形態では、制御コンピュータは、本明細書に説明されるＬＭＩシステムおよび方法に基づいて、安全でない移動を防止または停止する。

【0040】

「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「構成される（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ）」という用語およびその文法的変形形態は、１つまたは複数の構成要素、特徴、ステップ、もしくは整数、またはそれらの群の追加を排除するものではなく、これらの用語は、構成要素、特徴、ステップ、または整数を指定するものとして解釈されるべきであることを理解されたい。

【0041】

本明細書または特許請求の範囲が「追加の」要素に言及する場合、それは、２つ以上の追加の要素が存在することを排除しない。

【0042】

特許請求の範囲または明細書が「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」要素に言及する場合、そのような言及は、その要素が１つだけ存在すると解釈されないことを理解されたい。

【0043】

本明細書が、構成要素、特徴、構造、または特性を含んで「もよい」、含み「得る」、含む「ことができる」、または含む「可能性がある」と述べる場合、その特定の構成要素、特徴、構造、または特性を含む必要がないことを理解されたい。

【0044】

適用可能な場合、実施形態について説明するために、状態図、流れ図、またはその両方が使用され得るが、本発明は、それらの図または対応する説明に限定されない。たとえば、フローは、図示された各ボックスまたは状態を通って、または図示および説明されたものとまったく同じ順序で移動する必要はない。

【0045】

本発明の方法は、選択されたステップまたはタスクを手動で、自動で、またはそれらの組合せで実行または完了することによって実施され得る。

【0046】

「方法」という用語は、限定はされないが、本発明が属する技術分野の当業者に知られている方法、手段、技法、および手順、または当業者によって既知の方法、手段、技法、および手順から容易に開発される方法、手段、技法、および手順を含む、所与のタスクを達成するための方法、手段、技法、および手順を指すことがある。

【0047】

数が続く「少なくとも」という用語は、本明細書において、その数で始まる範囲の開始を示すために使用される（定義されている変数に応じて、上限を有するまたは上限を有しない範囲であり得る）。たとえば、「少なくとも１つ」は、１つ以上を意味する。数が続く「最大で」という用語は、本明細書では、その数で終わる範囲（定義されている変数に応じて、その下限として１もしくは０を有する範囲、または下限を有しない範囲であり得る）の終わりを示すために使用される。たとえば、「最大で４」は、４または４未満を意味し、「最大で４０％」は、４０％または４０％未満を意味する。

【0048】

本明細書において、範囲が「（第１の数）から（第２の数）」または「（第１の数）～（第２の数）」として与えられる場合、これは、下限が第１の数であり、上限が第２の数である範囲を意味する。たとえば、２５から１００は、下限が２５であり、上限が１００である範囲を意味すると解釈されるべきである。さらに、範囲が与えられる場合、その範囲内のすべての考え得る部分範囲または間隔はまた、文脈が反対を示さない限り、具体的に意図されることに留意されたい。たとえば、本明細書が２５から１００の範囲を示す場合、そのような範囲はまた、２６～１００、２７～１００など、２５～９９、２５～９８などの部分範囲、ならびに記載された範囲内の下限値および上限値の任意の他の考え得る組合せ、たとえば、３３～４７、６０～９７、４１～４５、２８～９６などを含むことが意図される。整数範囲値は、例示のみを目的として本段落で使用されており、十進数値および小数値（たとえば、４６．７～９１．３）は、具体的に除外されない限り、考え得る部分範囲端点として意図されることも理解されるべきであることに留意されたい。

【0049】

本明細書において２つ以上の定義されたステップを含む方法が参照される場合、定義されたステップは、任意の順序でまたは同時に実施され得（文脈がその可能性を除外する場合を除く）、この方法はまた、定義されたステップのいずれかの前に、定義されたステップの２つの間に、または定義されたステップのすべての後に実施される１つ以上の他のステップを含み得る（文脈がその可能性を除外する場合を除く）ことに留意されたい。

【0050】

さらに、近似の用語（たとえば、「約」、「実質的に」、「ほぼ」など）は、本明細書において別段の指示がない限り、関連する技術分野において使用されるそれらの通常の慣習的な意味に従って解釈されるべきであることに留意されたい。本開示内に特定の定義がなく、関連技術分野における通常の慣習的な用法がない場合、そのような用語は、基準値のプラスマイナス１０％であると解釈されるべきである。

【0051】

したがって、本発明は、目的を実行し、上述の目的および利点ならびにその中に固有のものを達成するように十分に適合される。本発明の装置は、添付の図面に関連して特定の好ましい実施形態を参照して本明細書中に記載および例示されてきたが、様々な変更およびさらなる改変は、本明細書中に示されるかまたは示唆されるものとは別に、本発明の概念の思想から逸脱することなく、当業者によってなされ得、本発明の概念の範囲は、次の特許請求の範囲によって決定される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】