JP2014097875A - 作業機用ブーム自動追従装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業者が、自身とクレーンとの位置関係を意識せずにクレーン操作を行うことができる作業機のブーム自動追従装置において、落下時に破損する可能性が少なく、操作可能範囲が広い作業機のブーム自動追従装置を提供する。
【解決手段】このブーム自動追従装置は、遠隔操作器１０が、超音波と、この超音波を発信したときの時刻情報とを送信する。クレーン本体側２０は、超音波を２つの受信部２３，２４で受信するとともに送信された時刻情報を受信する。そして、クレーン本体側２０のブーム自動追従制御部２２は、発信された時刻情報と超音波を受信したときの時刻情報との時間差から遠隔操作器１０と２つの受信部２３，２４との算出距離に基づいて遠隔操作器１０のＸＹ座標を求め、その座標に基づく移動指令をクレーン本体の制御部に送ることでブームの先端位置を遠隔操作器１０の上空位置に追従移動させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ブームを有する作業機に用いられるブーム自動追従装置に関する。

クレーン等のように、起伏、伸縮および旋回動作を含むブーム動作が可能なブームを有する作業機において荷吊りを行う場合、作業者が吊荷の近傍で吊り荷の状態を確認しつつブームの操作を行うことが一般的である。そこで、例えば特許文献１には、作業者が意図する吊荷の移動方向等の操作情報をクレーン本体側に的確に指示し得るようにしたクレーンの操作指示装置が開示されている。

同文献記載の技術は、クレーン本体と操作器とに方位角センサをそれぞれ設けるとともに、操作器に、力センサスティックと、クレーンのフック部分を把持可能なキャッチ部と、追従ボタンとを備える構成とし、作業者がキャッチ部でフックを掴んだ後に、追従ボタンを押しながらスティックでフックを引っ張ることにより、ブームが操作器に追従して動くようになっている。これにより、作業者は、自身とブームとの位置関係を意識せずにブームの操作を行うことができる。

特開２０１０−４２８８０号公報

しかしながら、特許文献１記載のクレーンの操作指示装置は、作業者がキャッチ部でフックを掴んだ後に、追従ボタンを押しながらスティックでフックを引っ張る必要があるので、スティックの到達する範囲のみでしかブームの追従操作をすることができない上、スティックで操作可能な範囲になるまでは通常の操作が必要である。また、スティックの傾き具合によって力センサで検出される力が変わるため、誤作動し易いという問題もある。

さらに、ブームの追従移動範囲が小さく且つ荷を吊っていない場合には、スティックで十分な力を発生させることが難しく、ブームを意図するように操作することができないという問題もある。また、操作器に、複雑で精密な機械部品（キャッチやセンサ）を搭載しているため、落下時に操作器を破損する可能性が高い。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、作業者が、自身とブームとの位置関係を意識せずにブームの追従操作を行うことができる作業機用ブーム自動追従装置において、落下時に破損する可能性が少なく、操作可能範囲が広い作業機用ブーム自動追従装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る作業機のブーム自動追従装置は、起伏、伸縮および旋回動作を含むブーム動作が可能なブームと、該ブームのブーム動作を制御する制御部とを有するクレーン本体を備える作業機に用いられ、前記ブームの先端位置を前記クレーン本体とは別個に設けられた位置指令発信器の存する位置に追従移動させるブーム自動追従装置において、前記クレーン本体に設けられて前記制御部に前記ブームの追従移動に必要な情報を送る追従情報生成部と、該追従情報生成部に前記ブームの先端位置を自身の位置に追従移動させるために必要な情報を無線によって送信する位置指令発信器とを備えるブーム自動追従装置であって、前記位置指令発信器は、超音波を発信する超音波発信部と、該超音波発信部が超音波を発信したときの超音波発信時刻情報を無線送信する時刻情報送信部とを有し、前記クレーン本体側には、相互に離隔して設けられて前記超音波発信部が発信した超音波をそれぞれ受信する２つの超音波受信部と、前記時刻情報送信部から送信された超音波発信時刻情報を受信する時刻情報受信部とが設けられており、前記追従情報生成部は、前記時刻情報受信部が受信した超音波発信時刻情報および前記２つの超音波受信部がそれぞれ超音波を受信したときの超音波受信時刻情報を取得し、前記超音波発信時刻情報と前記超音波受信時刻情報とを比較してその時間差から前記位置指令発信器と２つの超音波受信部との離隔距離をそれぞれ算出するとともにその算出した離隔距離に基づいて前記位置指令発信器のＸＹ座標を算出し、その算出されたＸＹ座標に基づく移動指令を前記制御部に送ることで前記ブームの先端位置を前記位置指令発信器の上空位置に追従移動させることを特徴とする。

本発明の一態様に係る作業機のブーム自動追従装置によれば、位置指令発信器が超音波発信部から超音波を発信するとともにこの超音波を発信したときの超音波発信時刻情報を時刻情報送信部から送信する。そして、クレーン本体側は、発信された超音波を２つの超音波受信部で受信するとともに送信された超音波発信時刻情報を時刻情報受信部で受信する。そして、クレーン本体側の追従情報生成部は、超音波発信時刻情報と超音波受信時刻情報との時間差から位置指令発信器と２つの超音波受信部との離隔距離に基づいて位置指令発信器のＸＹ座標を求め、その座標に基づく移動指令をブームの制御部に送ることでブームの先端位置を位置指令発信器の上空位置に追従移動させることができる。

よって、作業者は、自身（位置指令発信器）とブームとの位置関係を意識せずにブームの追従操作を行うことができる。そして、このブーム自動追従装置によれば、位置指令発信器が、超音波を発信する超音波発信部と、この超音波発信部が超音波を発信したときの超音波発信時刻情報を送信する時刻情報送信部とを有する構成なので、上記例示した特許文献１に記載の操作器のようなキャッチによる操作が必要な構成に比べて、操作可能範囲が広い上、同文献記載の操作器に比べて、キャッチやセンサ等の複雑で精密な機械部品を有しないため、落下時に破損する可能性が少ない。

ここで、本発明の一態様に係る作業機のブーム自動追従装置において、前記追従情報生成部が、前記超音波発信時刻情報および前記超音波受信時刻情報をバッファリングしてそのバッファデータを用いて超音波受信後に超音波発信時刻と超音波受信時刻の対応付けをするマッチング処理手段を有し、当該マッチング処理手段は、新しい超音波受信時刻から新しい超音波発信時刻を引いた値が零よりも大きく且つ超音波の所定の送信間隔よりも小さいときには、正常のタイミングで電波受信処理が行われたものと判定し、そうでないときには、電波受信処理が遅れたものと判定することは好ましい。このような構成であれば、超音波発信時刻と超音波受信時刻の電波受信タイミングが状況により異なる場合であっても、超音波発信時刻と超音波受信時刻の対応付けを的確に行うことができる。

また、本発明の一態様に係る作業機のブーム自動追従装置において、前記追従情報生成部は、前記離隔距離の演算結果をバッファリングしてそのバッファデータを用いて、判定すべき離隔距離のデータが正常か否かを判定する距離エラーフィルタリング処理手段を有し、当該距離エラーフィルタリング処理手段は、前記離隔距離のバッファデータに対して所定条件下でクラスタリングを行い、判定すべき離隔距離のデータが最大データ点数を持つ集合に属する場合には正常データと判定し、属さない場合にはエラーデータと判定することは好ましい。このような構成であれば、超音波受信ミス等の影響で離隔距離の演算結果が突発的に変化した場合であっても、これをエラーと判断して除去（フィルタリング）することができる。

上述のように、本発明によれば、作業者が、自身とクレーン本体のブームとの位置関係を意識せずにブームの操作を行うことができる作業機用ブーム自動追従装置において、落下時に破損する可能性が少なく、操作可能範囲が広い。

本発明の一態様に係る作業機用ブーム自動追従装置を備えるブーム付き作業機の一実施形態を示す斜視図である。 本発明の一態様に係る作業機用ブーム自動追従装置の要部の構成を示すブロック図である。 ブームが遠隔操作器に自動追従するイメージを示す概念図（図１の平面図に対応する図）である。 遠隔操作器側でのブーム自動追従処理のフローチャートである。 クレーン本体側でのブーム自動追従処理のフローチャートである。 ２つの離隔距離と超音波受信ユニットの対向距離から遠隔操作器のＸＹ座標を算出する式を説明する図である。 クレーン本体側でのブーム自動追従処理中の、受信時刻判定更新処理のフローチャートである。 受信時刻判定処理における超音波受信タイミングを説明する図である。 クレーン本体側でのブーム自動追従処理中の、発信・受信時刻マッチング処理のフローチャートである。 発信・受信時刻マッチング処理における超音波の発信タイミングと受信タイミングとの組の例を示す図である。 クレーン本体側でのブーム自動追従処理中の、距離エラーフィルタリング処理のフローチャートである。 距離エラーフィルタリング処理におけるクラスタリングを説明する図である。 距離エラーフィルタリング処理におけるクラスタリングを使用しない場合の説明図である。 距離エラーフィルタリング処理におけるクラスタリングを使用しない場合の説明図である。

以下、本発明の一態様に係るブーム付き作業機の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、この実施形態は、ブーム付き作業機が車両搭載型クレーンの例である。
図１に示すように、この車両搭載型クレーン（以下、単に「クレーン本体」ともいう）１は、トラック等の車両９の運転席９ａと荷台９ｂとの間に架装されるものであり、車両９のシャシフレーム（不図示）上にベース２が固定される。ベース２の左右には、車両幅方向に張り出し可能な一対のアウトリガ８が設けられている。ベース２上の車幅中央の位置にはコラム３が旋回自在に立設されている。そして、このコラム３の上端部に、ブーム４が伸縮および起伏自在に枢支されている。なお、コラム３には不図示のウインチが設けられ、このウインチから不図示のワイヤロープをブーム４の先端部４ｔに導き、不図示のフックに掛回している。

そして、このクレーン１は、ブーム４の起伏、伸縮、旋回およびウインチの駆動にそれぞれ対応する複数のアクチュエータ（不図示）が設けられている。これら複数のアクチュエータは、ベース２部分に設けられたコントローラ３０の制御で駆動され、起伏、伸縮および旋回動作を含むブーム動作が可能になっている。このコントローラ３０が、ブーム動作を制御する制御部に対応する。

また、このクレーン本体１は、以下不図示であるが、上記ブーム４の長さを検出するブーム長検出器、ブーム４の起伏角度を検出するブーム角度検出器、コラム３の旋回角度を検出する旋回角度検出器、ウインチからのワイヤロープの繰り出しおよび繰り込み量を検出するウインチドラム回転検出器をそれぞれ備えている。そして、これらの検出器によって取得された信号は、上記コントローラ３０に読み込まれ、コントローラ３０は、各検出器からの信号により、ブーム４の先端部４ｔの位置およびフックの位置を認識できるようになっている。

ここで、このクレーン本体１は、上記コントローラ３０に追従情報生成装置２０が付設されるとともに、クレーン本体１とは別個に設けられた遠隔操作器１０を備えている。遠隔操作器１０は、クレーン本体１の追従情報生成装置２０との間でブーム動作に必要な信号を無線通信によって授受するようになっている。
詳しくは、この遠隔操作器１０は、図２に示すように、発信用制御部１２と、時刻情報および操作信号送信部としての無線通信モジュール１６と、超音波を発信する超音波発信ユニット１４とを有しており、これにより、位置指令発信器を兼ねる構成になっている。

他方、クレーン本体１側の追従情報生成装置２０は、上記コントローラ３０との間でデータの授受が可能な受信用制御部２２と、超音波受信部としての２つの超音波受信ユニット２３，２４と、時刻情報および操作信号受信部としての無線通信モジュール２６とを備えている。
遠隔操作器１０は、オペレータがクレーン１から離れた位置から所望のクレーン操作の入力をすると、所望のクレーン操作に対応した信号が、相互の無線通信モジュール１６、２６を介した無線通信によって追従情報生成装置２０を経てコントローラ３０に入力可能に構成されている。つまり、通常のクレーン操作においては、オペレータによる、上記アクチュエータに対応した遠隔操作器１０の各選択スイッチ（不図示）の操作および速度レバー（不図示）の操作により、クレーン１の各アクチュエータを作動させる実行指令となる所定の操作データが、クレーン１側のコントローラ３０に入力されるようになっている。

そして、通常のクレーン操作においては、コントローラ３０側では、遠隔操作器１０の各選択スイッチのＯＮ／ＯＦＦの信号が入力されることにより、使用されるアクチュエータの選択と作動方向が判る。同様にして、コントローラ３０側には、比例制御が可能なトリガースイッチである速度レバーの比例量に応じた信号も入力され、これにより、作動速度の微調整を行うことで速度レバーでの操作を選択スイッチの操作と組み合わせ、所望のアクチュエータの作動を開始させるようになっている。

ここで、上記遠隔操作器１０には、ブーム自動追従処理（後述する）の実行の開始と終了をオペレータが入力するための追従モード開始ボタン（不図示）が設けられている。この追従モード開始ボタンが押されるとブーム自動追従処理が開始され、図３に示すように、遠隔操作器１０の位置にブーム４の先端４ｔが追従して移動するようになっている。そして、ボタンが離されるとブーム自動追従処理が終了するようになっている。

以下、このブーム自動追従処理について詳しく説明する。
このブーム自動追従処理は、クレーン本体１が稼働状態のときに実行され、ブーム自動追従処理が実行されると、遠隔操作器１０内の発信用制御部１２では、図４（ａ）に示すように、まずステップＳ１０に移行して超音波の発信時刻が更新されたか否かを監視し、更新されていれば（Ｙｅｓ）ステップＳ１１に移行し、そうでなければ（Ｎｏ）ステップＳ１０で待機する。

ステップＳ１１では、遠隔操作器１０の追従モード開始ボタンが押されているか否かが監視され、追従モード開始ボタンが押されていれば（ＯＮ）ステップＳ１２に移行し、そうでなければ（ＯＦＦ）ステップＳ１３に移行する。ステップＳ１２では、ブーム自動追従動作を許可（ＯＮ）に設定してステップＳ１４に移行する。また、ステップＳ１３では、ブーム自動追従動作を不許可（ＯＦＦ）に設定してステップＳ１４に移行する。ステップＳ１４では、受信側である追従情報生成装置２０に電波を送信する。この送信される電波には、超音波発信時刻情報と、動作許可信号（ＯＮまたはＯＦＦ）とが文字列の情報として含まれている。この送信される情報は文字列として送信されるため、遠隔操作器１０側が電波送信処理を開始してから、追従情報生成装置２０側が電波受信処理を完了するまでに、タイムラグが生じても、文字列から情報を読み取るため、超音波発信時刻情報を正確に伝送することができる。

また、この発信用制御部１２では、超音波の発信周期を安定させるために、超音波の所定の送信間隔として、６４ｍｓの周期の割込み処理が、クレーン本体１が稼働状態のときに常に実行されている。この割込み処理では、同図（ｂ）に示すように、ステップＳ２０に移行すると現時刻を超音波の発信時刻に設定してステップＳ２１に移行し、ステップＳ２１では、１ｍｓの間だけ、超音波発信部である超音波発信ユニット１４に超音波を発信させて同図（ａ）側の割込まれた位置に処理を戻す。このように、この発信用制御部１２では、メイン処理とは別個に、超音波の発信周期を６４ｍｓの周期の割込みで処理するため、発信周期が安定している。

次に、追従情報生成装置２０側でのブーム自動追従処理について説明する。
クレーン本体１が稼働状態のときにブーム自動追従処理が実行されると、追従情報生成装置２０の受信用制御部２２では、図５（ａ）に示すように、まずステップＳ３０に移行して目標速度と目標位置の上空に位置すべきＺ座標とを、予め格納されている設定テーブルを参照して設定し、続くステップＳ３１では、超音波受信のための割込みの設定を行う。これは、メイン処理に超音波受信処理を組み込むと正確な受信時刻が測定できないので、超音波の受信については割込みで処理しており、このＳ３１での超音波受信の割込み設定は、その初期設定である。同図（ｂ）および（ｃ）に示すように、メイン処理に並行して、ステップＳ４０およびステップＳ５０の割込みが常時実行され、これによりそれぞれ２つの超音波受信ユニット２３，２４からの受信時刻Ａ、および受信時刻Ｂを取得して処理を戻すようになっている。

そして、図５（ａ）に示すように、メイン処理においてステップＳ３２では、超音波発信時刻情報と動作許可信号を受信する。続くステップＳ３３では、２つの超音波受信ユニット２３，２４における超音波の受信時刻Ａおよび受信時刻Ｂがそれぞれ更新されているか否かを監視し、更新されていれば（Ｙｅｓ）ステップＳ３４に移行し、そうでなければ（Ｎｏ）ステップＳ３２に処理を戻す。ステップＳ３４では、超音波発信時刻と超音波受信時刻とを対応付けするマッチング処理（後述する）を行い、発信・受信時間Ａおよび発信・受信時間Ｂをそれぞれ設定する。なお、「発信・受信時間」とは、超音波発信時刻情報と超音波受信時刻情報とを比較してその時間差に基づき、後述の図９に示すマッチング処理によって設定される時間である。

そして、続くステップＳ３５では、遠隔操作器１０と２つの超音波受信ユニット２３，２４とのそれぞれの離隔距離Ｒａと離隔距離Ｒｂとを演算する。ここで、離隔距離Ｒａと離隔距離Ｒｂは、下記の（式１）、（式２）にて算出する。
離隔距離Ｒａ＝発信・受信時間Ａ×音速 （式１）
離隔距離Ｒｂ＝発信・受信時間Ｂ×音速 （式２）

続くステップＳ３６では、算出された離隔距離Ｒａと離隔距離Ｒｂにつき、距離エラーフィルタリング処理を行う。なお、この距離エラーフィルタリング処理は、超音波受信ミス等の影響で離隔距離の演算結果が突発的に変化した場合、これをエラーと判断して除去（フィルタリング）するものである（これについても後述する）。そして、ステップＳ３７では、２つの超音波受信ユニット２３，２４同士の対向距離と上記算出された離隔距離Ｒａおよび離隔距離Ｒｂとから遠隔操作器１０のＸＹ座標を算出する。

ここで、ＸＹ座標の算出は、図６に示すように、２つの超音波受信ユニット２３、２４同士の対向距離をＤとし、超音波受信ユニット２３と遠隔操作器１０および超音波受信ユニット２４をそれぞれ結ぶ直線同士のなす角の角度をθ_１とし、同様に超音波受信ユニット２４と遠隔操作器１０および超音波受信ユニット２３をそれぞれ結ぶ直線同士のなす角の角度をθ_２とすれば、上記算出された離隔距離Ｒ_ａおよびＲ_ｂと以下の（式３）、（式４）および（式５）によって余弦定理で求めることができる。
ｃｏｓθ_２＝（Ｒ_ｂ ^２＋Ｄ^２−Ｒ_ａ ^２）／（２Ｒ_ｂＤ） （式３）
Ｘ＝Ｒ_ｂｃｏｓθ_２＝（Ｒ_ｂ ^２＋Ｄ^２−Ｒ_ａ ^２）／（２Ｄ） （式４）
Ｙ＝√（Ｒ_ｂ ^２−Ｘ^２） （式５）

続くステップＳ３８では、ステップＳ３７で算出された遠隔操作器１０のＸＹ座標、設定されているクレーン１の動作速度、動作許可信号およびエラー情報を、コントローラ３０に転送して処理をステップＳ３２に戻す。
ここで、上記割込み処理（同図（ｂ）および（ｃ））のステップＳ４０およびステップＳ５０内における、受信時刻判定更新処理について図７を参照しつつ説明する。なお、この処理は、受信時刻Ａ、および受信時刻Ｂのいずれの取得に対しても同じなので、ここでは受信時刻Ａについて説明し受信時刻Ｂについては説明を省略する。

受信時刻判定更新処理は、超音波受信Ａ（超音波受信ユニット２３での受信）での割込み処理（ステップＳ４０）内での受信時刻判定更新処理であって、超音波受信Ａを開始した時刻を記録する。このとき、超音波受信ユニット２３では反響音（図８参照）なども受信する可能性があり、この反響音受信時刻を元に距離計算を行うと誤った距離が算出される。このため、反響音等を「受信中」と判定した場合はエラーとし、受信時刻を更新しないものである。
超音波を３０ｍｓ以上受信しない状態が続いた後、最初に超音波受信を開始した時刻のみを直接波による受信時刻と判定し、それ以降に連続して超音波を受信した場合は反響音と判定し受信時刻の更新を行わない。

この受信時刻判定更新処理でステップＳ６０に移行すると、超音波受信ユニット２３が超音波を受信した現時刻を仮の受信時刻ＡとしてステップＳ６１に移行する。ステップＳ６１では、仮の受信時刻Ａが、それ以前に受信した最終受信時刻Ａに３０ｍｓを加えた値よりも大きいか否かを判定する。つまり、仮の受信時刻Ａ＞（最終受信時刻Ａ＋３０ｍｓ）であれば（Ｙｅｓ）ステップＳ６２に移行し、そうでなければ（Ｎｏ）ステップＳ６３に移行する。ステップＳ６２では、仮の受信時刻Ａを受信時刻Ａに更新してステップＳ６３に移行する。これにより、図８に示すように、超音波の所定の送信間隔である約６４ｍｓ毎に１ｍｓの間だけ送信される超音波に対し、記録したい受信タイミング以外の反響音などが含まれる３０ｍｓ以内の受信音をエラーとして判定することができる。そして、ステップＳ６３では、仮の受信時刻Ａについてこれを最終受信時刻Ａとする。この処理により、記録したい受信タイミングに対応した受信時刻Ａをより確実に取得することができる。

次に、上記マッチング処理について説明する。
ここで、追従情報生成装置２０側での超音波発信時刻と超音波受信時刻とを取得するタイミングは状況により異なる。そのため、「最新の超音波受信時刻」から「最新の超音波発信時刻」を引いた値が、そのまま「発信・受信時間」となるとは限らない。そこで、このマッチング処理では、超音波の発信・受信時刻情報をバッファリングし、そのバッファデータを用いて超音波受信後に超音波発信時刻と超音波受信時刻の対応付け（マッチング）を行うものである。なお、このマッチング処理についても、受信時間Ａ，Ｂそれぞれに対して同様に処理を行うので、ここでは受信時間Ａについて説明し、受信時間Ｂについては説明を省略する。

すなわち、受信用制御部２２でマッチング処理が実行されると、図９に示すように、まずステップＳ７０に移行し、超音波発信時刻情報および超音波受信時刻情報をそれぞれバッファリングしてステップＳ７１に移行する。ステップＳ７１では、新しい超音波受信時刻から新しい超音波発信時刻を引いた値が零よりも大きく、且つ新しい超音波受信時刻から新しい超音波発信時刻を引いた値が所定の送信間隔である６４ｍｓよりも小さいか否かを判定し、そうであれば（Ｙｅｓ）ステップＳ７２に移行し、そうでなければ（Ｎｏ）ステップＳ７３に移行する。

ここで、ステップＳ７２は、図１０（ａ）に示すように、電波受信処理が正常のタイミングで行われた場合に対応しており（つまり、受信時刻（新）−発信時刻（新）＞０、受信時刻（新）−発信時刻（新）＜６４ｍｓ）、このときは、発信・受信時間＝受信時刻（新）−発信時刻（新）とする。
一方の、ステップＳ７３では、旧い超音波受信時刻から新しい超音波発信時刻を引いた値を発信・受信時間としてステップＳ７４に移行し、続くステップＳ７４では、「％演算子」に基づき推定値を求める。なお、この「％演算子」は、除算後の余りを出力するものであって、例えば、１４％３＝２（１４÷３＝４あまり２）となる。この推定値は、図１０（ｂ）に示すように、電波受信処理が遅れた場合に対応しており（つまり、受信時刻（新）−発信時刻（新）＞６４ｍｓ）、発信・受信時間＞６４ｍｓとなる場合は、発信・受信時間＝発信・受信時間％６４ｍｓと計算した推定値を用いる。

次に、上記距離エラーフィルタリング処理について説明する。
この距離エラーフィルタリング処理は、超音波の受信ミス等の影響で離隔距離の演算結果が突発的に変化した場合、これをエラーと判断して除去（フィルタリング）するものである。なお、この距離エラーフィルタリング処理についても演算された離隔距離Ｒ_ａおよびＲ_ｂそれぞれに対して同様に処理を行うものである。ここでは離隔距離Ｒ_ａの距離エラーフィルタリング処理について説明し、離隔距離Ｒ_ｂについては省略する。

受信用制御部２２で同処理が実行されると、図１１に示すように、まずステップＳ８０に移行して離隔距離Ｒ_ａの演算結果をバッファリングし、続くステップＳ８１では、そのバッファデータを元にクラスタリングを行う。このクラスタリングは、本実施形態の例では、図１２に示すように、離隔距離の演算結果に対し、所定条件として、上下幅±０．６ｍの範囲内のデータを同一集合とする条件下でクラスタリングを行い、これに基づいてエラー判定する。

ここで、エラー判定の方法としては、移動平均やローパスフィルタによるエラー吸収も可能なものの、図１３に示すように、正常のデータに対するエラーデータの誤差が大きい場合や、図１４に示すように、エラーデータの点数が多い場合には誤差の影響が大きくなる。そのため、本実施形態では、図１２に示したようなクラスタリングを行ってエラー判定をしている。

このクラスタリングは、最大データ点数を持つ集合に属する場合を正常なデータとし、属さない場合をエラーデータと判定する。つまり、図１２の例では、最終データ（データＮｏ．１０）は、最大データ数「７」を持つ集合「集合１」に属している。そのため、正常なデータとなる。そして、このクラスタリングによって判定された正常データのみについて離隔距離の平均値を計算し、これを出力とする。

次に、このクレーン１の動作および作用・効果について説明する。
上述のように、位置指令発信器を兼ねる遠隔操作器１０は、超音波発信ユニット１４から所定の送信間隔として６４ｍｓ周期で４０ｋＨｚの超音波を１ｍｓの間、遠隔操作器１０の操作に関係なく常に発信する。今、遠隔操作器１０の追従モード開始ボタン（動作許可ボタン）が押されると、これにより、遠隔操作器１０は、座標測定に用いる時刻情報信号およびクレーンのブーム動作許可信号を無線通信モジュール１６から文字列として発信する。ブーム動作許可信号は、追従モード開始ボタンを押している間だけ出力される。

クレーン側の追従情報生成装置２０は、無線通信モジュール２６を介して時刻情報信号およびブーム動作許可信号を受信する。また、２つの超音波受信ユニット２３，２４それぞれにより４０ｋＨｚ付近の超音波を受信する。
追従情報生成装置２０の受信用制御部２２は、超音波発信時刻情報と超音波受信時刻情報とから遠隔操作器１０（発信機）と各超音波受信ユニット２３，２４（受信機）間の離隔距離を演算する。そして、演算した２つの離隔距離Ｒ_ａ，Ｒ_ｂと超音波受信ユニット２３，２４同士の対向距離Ｄの関係から遠隔操作器１０のＸＹ座標を演算する。そして、受信用制御部２２は、その演算されたＸＹ座標並びに予め設定された目標速度および動作許可信号をクレーン１のコントローラ３０に通信ポートを介して転送する。

コントローラ３０は、動作許可信号を受信するとクレーンの制御を開始する。コントローラ３０は、クレーン１に備えられているブーム角センサ等からブーム４の先端４ｔの位置を算出しこれを現在位置とする。そして、クレーン１のブーム４の先端４ｔに対する遠隔操作器１０のＸＹ座標を目標位置とし、目標位置と現在位置とを比較してクレーン１が動くべき方向を決定し、動作許可信号が入力されている間、その方向に向けて目標位置と現在位置とが一致するように各アクチュエータを駆動させ、ブーム先端４ｔが測位した目標位置の上空に移動するように制御する。そして、目標位置近傍で減速し、更に近づくと目標点に到達したと判断して停止する。このようにして、ブーム４の先端４ｔの位置を遠隔操作器１０の位置に追従移動させることができる。なお、高さ（Ｚ軸方向）は一定値として予め設定しており、遠隔操作器１０からのスイッチ入力などで設定変更可能とすることができる（高さの計測は行わない）。

よって、作業者は、自身（遠隔操作器１０）とブーム４との位置関係を意識せずにブーム４の追従操作を行うことができる。そして、このブーム自動追従装置を備えたクレーン１によれば、遠隔操作器１０が、超音波を発信する超音波発信ユニット１４と、この超音波発信ユニット１４が超音波を発信したときの時刻情報を送信する無線通信モジュール１６とを有する構成なので、上記例示した特許文献１に記載の操作器のようなキャッチによる操作が必要な構成に比べて、操作可能範囲が広い上、同文献記載の操作器に比べて、キャッチやセンサ等の複雑で精密な機械部品を有しないため、落下時に破損する可能性が少ない。

なお、本発明に係る作業機のブーム自動追従装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、測定点を２箇所の超音波受信ユニット２３，２４とした場合を例に説明したが、上述の構成のみによれば、遠隔操作器１０が車両９の前方後方どちらにあるかの判定ができない。そのため、遠隔操作器１０が車両９の前方後方どちらにあるかの設定をする前後切替機能（ボタンによる切替など）で前後方向の判定を予め行うように構成してもよい。

１ 車両搭載型クレーン（クレーン本体）
２ ベース
３ コラム
４ ブーム
８ アウトリガ
９ 車両
１０ 遠隔操作器（位置指令発信器）
１２ 発信用制御部
１４ 超音波発信ユニット（超音波発信部）
１６ 無線通信モジュール（時刻情報送信部）
２０ 追従情報生成装置
２２ 受信用制御部
２３ 超音波受信ユニット（超音波受信部）
２４ 超音波受信ユニット（超音波受信部）
２６ 無線通信モジュール（時刻情報受信部）
３０ コントローラ（制御部）

Claims (3)

1. 起伏、伸縮および旋回動作を含むブーム動作が可能なブームと、該ブームのブーム動作を制御する制御部とを有するクレーン本体を備える作業機に用いられ、前記ブームの先端位置を前記クレーン本体とは別個に設けられた位置指令発信器の存する位置に追従移動させるブーム自動追従装置において、
   前記クレーン本体に設けられて前記制御部に前記ブームの追従移動に必要な情報を送る追従情報生成部と、該追従情報生成部に前記ブームの先端位置を自身の位置に追従移動させるために必要な情報を無線によって送信する位置指令発信器とを備えるブーム自動追従装置であって、
   前記位置指令発信器は、超音波を発信する超音波発信部と、該超音波発信部が超音波を発信したときの超音波発信時刻情報を無線送信する時刻情報送信部とを有し、
   前記クレーン本体側には、相互に離隔して設けられて前記超音波発信部が発信した超音波をそれぞれ受信する２つの超音波受信部と、前記時刻情報送信部から送信された超音波発信時刻情報を受信する時刻情報受信部とが設けられており、
   前記追従情報生成部は、前記時刻情報受信部が受信した超音波発信時刻情報および前記２つの超音波受信部がそれぞれ超音波を受信したときの超音波受信時刻情報を取得し、前記超音波発信時刻情報と前記超音波受信時刻情報とを比較してその時間差から前記位置指令発信器と２つの超音波受信部との離隔距離をそれぞれ算出するとともにその算出した離隔距離に基づいて前記位置指令発信器のＸＹ座標を算出し、その算出されたＸＹ座標に基づく移動指令を前記制御部に送ることで前記ブームの先端位置を前記位置指令発信器の上空位置に追従移動させることを特徴とする作業機用ブーム自動追従装置。
2. 前記追従情報生成部は、前記超音波発信時刻情報および前記超音波受信時刻情報をバッファリングしてそのバッファデータを用いて超音波受信後に超音波発信時刻と超音波受信時刻の対応付けをするマッチング処理手段を有し、当該マッチング処理手段は、新しい超音波受信時刻から新しい超音波発信時刻を引いた値が零よりも大きく且つ超音波の所定の送信間隔よりも小さいときには、正常のタイミングで電波受信処理が行われたものと判定し、そうでないときには、電波受信処理が遅れたものと判定することを特徴とする請求項１に記載の作業機用ブーム自動追従装置。
3. 前記追従情報生成部は、前記離隔距離の演算結果をバッファリングしてそのバッファデータを用いて、判定すべき離隔距離のデータが正常か否かを判定する距離エラーフィルタリング処理手段を有し、当該距離エラーフィルタリング処理手段は、前記離隔距離のバッファデータに対して所定条件下でクラスタリングを行い、判定すべき離隔距離のデータが最大データ点数を持つ集合に属する場合には正常データと判定し、属さない場合にはエラーデータと判定することを特徴とする請求項１または２に記載の作業機用ブーム自動追従装置。

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