JP2005263331A - Vehicle position measuring method of harbor crane - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、港湾クレーンによる搬送用車輌へのコンテナ積み降ろし作業における、車輌位置計測方法に関する。 The present invention relates to a vehicle position measurement method in a container loading / unloading operation on a transportation vehicle by a harbor crane.
コンテナ荷役用の港湾クレーンをトラック等の搬送用車輌の上に正確に位置決め、あるいはトラック等をクレーン下の所定の位置に正確に位置決めして、港湾クレーンの作業を効率化するために、港湾クレーンにスキャナ付きのレーザ距離計を取り付けて車輌の位置を計測する装置が知られている(例えば、特許文献1)。図4は、特許文献1に開示された装置の概念図である。この装置は、レーザ距離計1から出力されるレーザ光2をスキャンできるよう回転可能なミラー3とその回転角度を検出する角度検出装置4から構成されるレーザセンサ5をクレーン6上に設置したものである。このレーザセンサ5により下方にある車輌7に対し計測を行い、その後部位置8を求めて、トロリー9を車輌7の真上に誘導する。図5は、この装置の動作フローを示す図である。図5に示すように、スキャン開始(ステップ1)されると、レーザ距離計の値を読み込み(ステップ2)、そのときのスキャン角度の検出を行う(ステップ3)。これらの計測データをXY座標系に変換する(ステップ4)。これらの動作を繰り返し、所定の計測範囲まで計測完了した場合にはスキャンを終了する(ステップ6)。XY座標変換された計測データ群をX方向に微分(ステップ7)を行い、車輌後部位置8のエッジ位置を検出し出力(ステップ8)する。
また、港湾クレーン以外の分野では、基準となるターゲットを複数設置して計測対象とともに基準ターゲットも計測することで計測精度をあげる方法もある。(例えば、特許文献2)。この方法では計測対象と別に各々の位置が既知である3個以上の基準ターゲットまでの距離とそのときの投光角度をも併せて計測することで高精度に位置計測を行うという手法がとられていた。
In fields other than harbor cranes, there is a method of increasing the measurement accuracy by installing a plurality of reference targets and measuring the reference target together with the measurement target. (For example, patent document 2). In this method, a method of measuring the position with high accuracy by measuring the distance to three or more reference targets whose positions are known separately from the measurement target and the projection angle at that time is also taken. It was.
従来の港湾クレーンの車輌位置計測装置では、車輌位置は距離とスキャン角度によって決定されるため、実作業中にトロリーを移動することによって生じる振動や風などで生じるレーザセンサの揺れ、或いは熱変形などにより誤差が生じてしまうという問題があった。特にスキャン方向と同じ方向の角度誤差が計測精度に及ぼす影響は著しく、搬送車輌を適正な荷役作業位置へ誘導できなくなるなどの問題もあった。また、実作業中では搬送用車輌の近くに基準ターゲットを設置することは荷役作業の障害となり安全性の面からも問題となる。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、実作業時の振動や揺れ、或いは熱変形などで生じるセンサの方向のずれに起因する誤差を計測時に補正することができ、しかも荷役作業で障害となりえる基準ターゲットを設置することなく高精度の車輌位置計測を行うことができる装置および方法を提供することを目的とする。
In conventional port crane vehicle position measuring devices, the vehicle position is determined by the distance and the scan angle, so the vibration of the laser sensor caused by the movement of the trolley during actual work, the wind of the laser sensor, the thermal deformation, etc. There is a problem that an error occurs. In particular, the influence of the angle error in the same direction as the scan direction on the measurement accuracy is significant, and there is a problem that the transport vehicle cannot be guided to an appropriate cargo handling work position. Also, during actual work, installing a reference target near the transport vehicle becomes an obstacle to cargo handling work, which is also a problem in terms of safety.
The present invention has been made in view of such problems, and can correct errors caused by deviations in the direction of the sensor caused by vibration or shaking during actual work or thermal deformation at the time of measurement. It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method capable of performing highly accurate vehicle position measurement without installing a reference target that can be an obstacle in cargo handling work.
上記問題を解決するため、本発明は、レーザ距離計と、前記レーザ距離計を走査するスキャナと、前記スキャナのスキャン角度を計測する角度計測部とを備え、前記レーザ距離計から入力される距離データと前記角度計測部から入力されるスキャン角度に基づいて、車輌の位置を計測する港湾クレーンの車輌位置計測装置において、
事前に地面の傾きを計測して記憶する手段と、実作業において計測された地面の傾きと前記事前に計測された傾きの差を求める手段と、前記差に基づいて計測誤差を補正する手段を備えるものである。
In order to solve the above problem, the present invention includes a laser distance meter, a scanner that scans the laser distance meter, and an angle measurement unit that measures a scan angle of the scanner, and a distance input from the laser distance meter. In the vehicle position measuring device of the harbor crane that measures the position of the vehicle based on the data and the scan angle input from the angle measuring unit,
Means for measuring and storing the inclination of the ground in advance, means for obtaining a difference between the inclination of the ground measured in actual work and the inclination measured in advance, and means for correcting a measurement error based on the difference Is provided.
本願発明によると、実作業時の振動や揺れ、或いは熱変形などに起因する誤差を計測時に補正し、高精度な車輌位置の計測が可能である。 According to the present invention, it is possible to accurately measure a vehicle position by correcting an error caused by vibration or shaking during actual work or thermal deformation during measurement.
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。 Hereinafter, specific examples of the method of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に本発明の実施例を示す車輌位置計測装置の概念図であり、図2は車輌位置計測装置による処理手順を示すフローチャートである。レーザセンサ5は従来技術の例で説明したものと同一の構成であり、レーザ距離計1、回転可能なミラー3、ミラー角度を計測するための角度検出装置4を有している。レーザ距離計1から照射されるレーザ光2をミラー3で反射させ測定対象へ照射し、このときのレーザ距離計1の値を読み込むと同時にミラー3の角度を角度検出装置4により検出することで照射されるレーザ光2の照射角度12を計測する。このときのレーザ距離計の値をl、レーザ距離計1からミラー3までの距離をd、レーザ照射角度をθとする。これをミラー3を基準として、X軸を車輌進行方向、Y軸をミラー3から下向きの方向として、XY座標に変換を行うと、その座標は、 FIG. 1 is a conceptual diagram of a vehicle position measuring apparatus showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure by the vehicle position measuring apparatus. The laser sensor 5 has the same configuration as that described in the prior art example, and includes a laser distance meter 1, a rotatable mirror 3, and an angle detection device 4 for measuring the mirror angle. The laser beam 2 emitted from the laser distance meter 1 is reflected by the mirror 3 and irradiated onto the measurement object. At this time, the value of the laser distance meter 1 is read and at the same time the angle detection device 4 detects the angle of the mirror 3. The irradiation angle 12 of the irradiated laser beam 2 is measured. The value of the laser distance meter at this time is l, the distance from the laser distance meter 1 to the mirror 3 is d, and the laser irradiation angle is θ. When this is converted into XY coordinates with the mirror 3 as a reference and the X axis as the vehicle traveling direction and the Y axis as the downward direction from the mirror 3, the coordinates are:
(x, y) = ((l-d)sinθ, (l-d)cosθ) (式1) (x, y) = ((l-d) sinθ, (l-d) cosθ) (Equation 1)
となる。同様にしてミラー3を回転させレーザ光の照射角度12を変えながら繰り返し計測を行う。図3はXY座標系に変換された計測データの例を示す図である。この例では地面11を計測した部分13と車輌7を計測した部分14が観測される。解かりやすく説明するために、図3ではこれらの計測データを線で表しているが、実際には点列である。通常、港湾クレーンの荷役を行う車輌レーンはほぼ水平と考えてよい。しかし、振動や揺れなどが存在しない場合においても距離計の取り付け誤差、車輌レーンの傾きなどが存在するため、図3のように地面部分は傾いた直線状に表示されることもある。これらのXY座標系へ変換された計測データのうち、レーザ距離計3までの距離、近傍の計測値との差分などから計測データの領域分けを行い、地面部分を計測したデータ13を切り出す。切り出された地面部分を計測した個々のデータの座標を(xn, yn)とする。地面の直線方程式はy=ax+bと表されることから、 It becomes. Similarly, measurement is repeated while rotating the mirror 3 and changing the irradiation angle 12 of the laser beam. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of measurement data converted into the XY coordinate system. In this example, a portion 13 where the ground 11 is measured and a portion 14 where the vehicle 7 is measured are observed. For easy understanding, these measurement data are represented by lines in FIG. 3, but are actually point sequences. In general, the vehicle lane that handles harbor cranes can be considered to be almost horizontal. However, even when there is no vibration or shaking, the ground portion may be displayed in an inclined straight line as shown in FIG. Among the measurement data converted into these XY coordinate systems, the measurement data is divided from the distance to the laser distance meter 3, the difference from the measurement value in the vicinity, and the like, and the data 13 obtained by measuring the ground portion is cut out. Let (x n , y n ) be the coordinates of individual data obtained by measuring the cut ground portion. Since the linear equation of the ground is expressed as y = ax + b,
となる。式2の左辺をXC、右辺をYとおき最小2乗法でCを求めると、 It becomes. When the left side of Equation 2 is XC and the right side is Y and C is obtained by the least square method,
により地面の直線方程式が算出でき、地面の傾きφが求まる。あらかじめ振動や揺れなどがない状態でこの地面部分の傾きφを求め、メモリに記憶しておく。実作業時にも同様にしてミラー3を回転させながら逐次レーザ距離計1の値と、レーザ照射角度12を計測し、XY座標系に変換する。トロリー9の移動に伴う振動や風などの揺れ、或いは熱変形に起因する誤差などが存在するなら、このとき得られる地面部分を計測したデータはあらかじめ振動や揺れがない状態で計測した地面部分のデータと異なる値を示す。レーザセンサ5のスキャン周期がクレーンの振動や揺れの周期に対し十分小さければ、地面部分の計測データ13もほぼ直線として観測される。このときの地面部分の傾きを算出し、あらかじめメモリに記憶された地面部分の傾きとの差Δφを求める。この値Δφが振動や揺れ或いは熱変形などによって生じ、計測精度に多大に影響を及ぼす成分である角度誤差10を表す。そのため補正量を加えた変換式 Can calculate the linear equation of the ground, and the ground inclination φ can be obtained. The inclination φ of the ground portion is obtained in advance without any vibration or shaking, and stored in the memory. Similarly, during actual work, the value of the laser distance meter 1 and the laser irradiation angle 12 are sequentially measured while rotating the mirror 3 and converted into the XY coordinate system. If there are vibrations or vibrations caused by the movement of the trolley 9 or errors due to thermal deformation, the data obtained by measuring the ground part at this time is the data of the ground part measured in advance without vibrations or shaking. Indicates a value different from the data. If the scanning cycle of the laser sensor 5 is sufficiently small with respect to the crane vibration or shaking cycle, the measurement data 13 of the ground portion is also observed as a substantially straight line. The inclination of the ground portion at this time is calculated, and a difference Δφ with respect to the inclination of the ground portion stored in advance in the memory is obtained. This value Δφ represents an angular error 10 that is a component that is caused by vibration, shaking, thermal deformation, or the like and greatly affects the measurement accuracy. Therefore, conversion formula with correction amount added
(x, y) = ((l-d)sin(θ-Δφ), (l-d)cos(θ-Δφ)) (式4) (x, y) = ((l-d) sin (θ-Δφ), (l-d) cos (θ-Δφ)) (Formula 4)
により計測データを再度XY座標系への変換を行い、変換された計測データからX方向の微分をとることにより、車輌の後部エッジ部分の位置8を高精度に計測することが出来る。 By converting the measurement data into the XY coordinate system again and taking the X-direction differentiation from the converted measurement data, the position 8 of the rear edge portion of the vehicle can be measured with high accuracy.
本実施例では、全計測データを補正量を加えた変換式により再変換を行った後に、車輌の後部エッジ部分を計測する手法を説明したが、再変換前のデータにより車輌の後部エッジ部を先に計測し、そのエッジ部の距離データと照射角度のみに対して補正量を加えた変換式で変換することで計算量を減ずることも可能である。
また、車輌の後部エッジ部分を計測する手法としてX方向の微分を用いる代わりに、XY変換後のデータに対し車輌の高さ付近に計測窓を設けて、車輌計測データのみを切り出すことで、車輌の後部エッジ部分を計測することも可能である。
In the present embodiment, the method of measuring the rear edge portion of the vehicle after performing the reconversion of all the measurement data by the conversion formula including the correction amount has been described, but the rear edge portion of the vehicle is determined by the data before the reconversion. It is also possible to reduce the amount of calculation by measuring first and converting with a conversion formula in which a correction amount is added to only the distance data and irradiation angle of the edge portion.
In addition, instead of using X-direction differentiation as a method for measuring the rear edge portion of the vehicle, a vehicle is provided by cutting out only the vehicle measurement data by providing a measurement window near the vehicle height with respect to the data after XY conversion. It is also possible to measure the rear edge portion.
以上のように、本発明によって実作業時においても高精度に搬送車輌の位置計測が可能となるため、港湾クレーン荷役作業の作業効率の向上に適用できる。 As described above, according to the present invention, since the position of the transport vehicle can be measured with high accuracy even during actual work, the present invention can be applied to improve work efficiency of harbor crane handling work.
1 レーザ距離計、2 レーザ光、3 ミラー、4 角度検出装置、5 レーザセンサ、6 クレーン、7 車輌、8 車輌後部位置、9 トロリー、10 角度誤差、11 地面、12 レーザ照射角度、13 地面部計測データ、14 車輌部計測データ、15 地面の傾き DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser distance meter, 2 Laser light, 3 Mirror, 4 Angle detection apparatus, 5 Laser sensor, 6 Crane, 7 Vehicle, 8 Vehicle rear position, 9 Trolley, 10 Angle error, 11 Ground, 12 Laser irradiation angle, 13 Ground Measurement data, 14 vehicle section measurement data, 15 Ground tilt
Claims (2)
事前に地面の傾きを計測して記憶する手段と、実作業において計測された地面の傾きと前記事前に計測された傾きの差を求める手段と、前記差に基づいて計測誤差を補正する手段を備えたことを特徴とする港湾クレーンの車輌位置装置。 A laser rangefinder, a scanner that scans the laser rangefinder, and an angle measurement unit that measures a scan angle of the scanner, and distance data that is input from the laser rangefinder and scan that is input from the angle measurement unit In the vehicle position measuring device of the harbor crane that measures the position of the vehicle based on the angle,
Means for measuring and storing the inclination of the ground in advance, means for obtaining a difference between the inclination of the ground measured in actual work and the inclination measured in advance, and means for correcting a measurement error based on the difference A vehicle position device for a harbor crane, comprising:
事前に地面の傾きを計測しておき、実作業において計測された地面の傾きと前記事前に計測された傾きの差を求め、前記差に基づいて計測誤差を補正することを特徴とする港湾クレーンの車輌位置計測方法。
Using a laser distance meter, a scanner that scans the laser distance meter, and an angle measurement unit that measures a scan angle of the scanner, distance data input from the laser distance meter and an angle measurement unit In the vehicle position measurement method of the harbor crane that measures the position of the vehicle based on the scan angle,
A harbor characterized by measuring the inclination of the ground in advance, obtaining a difference between the inclination of the ground measured in actual work and the inclination measured in advance, and correcting a measurement error based on the difference Crane vehicle position measurement method.
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