JP2012025507A

JP2012025507A - 振れ検出装置、振れ検出方法、及びクレーン

Info

Publication number: JP2012025507A
Application number: JP2010164154A
Authority: JP
Inventors: Tadaaki Monzen; 唯明門前; Masahito Kobayashi; 雅人小林
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2012-02-09

Abstract

【課題】簡易な構成で吊荷の振れ変位量を正確に検出することができる振れ検出装置、振れ検出方法、及びクレーンを得ることを目的とする。
【解決手段】トロリに設けられたセンサによりコンテナを把持するスプレッダに設けられたレーザ光源の位置を検知することで吊荷の振れ変位量が検出される。そして、オフセット誤差導出部６４が、吊荷の振れ角度、トロリの速度の微分値、及び振れ変位量の２階微分値に基づいてオフセット誤差を導出し、減算部６６が、オフセット誤差を検出した振れ変位量から減算することで、オフセット誤差を検出した振れ変位量から除去する。
【選択図】図５

Description

本発明は、振れ検出装置、振れ検出方法、及びクレーンに関するものである。

従来から、クレーンのガーダ上のトロリを目標位置まで自動で横行させ、吊荷を所定位置に位置決め及び振れ止めさせるために、トロリの横行位置と吊荷の振れ変位量を用いたトロリの移動に関する制御が行われている。
そして、特許文献１には、クレーンの吊荷の振れ角度及び角速度をリアルタイムで検出する検出装置として、振動ジャイロの角速度信号からドリフトを低周波数フィルタにより検出して減算器により除去し、その後、外乱ノイズ等の高周波数成分を高周波数フィルタにより除去して角速度を検出し、さらに積分器により積分して振れ角度を計測するクレーンの吊荷の振れ検出装置が開示されている。
また、ガーダ上を移動するトロリに設けられた検知手段であるＣＣＤカメラによって、貨物を把持する吊具に設けられたレーザ光源の位置を検知することでクレーンの吊荷の振れ変位量を検出する振れ検出装置も知られている。

特開平７−２７７７４号公報

しかしながら、トロリに設けられたＣＣＤカメラの角度は、必ずしも鉛直真下を向くのではなく、ＣＣＤカメラをトロリに取り付けたときに生じる取付誤差を有する。また、ガーダ上をトロリと共に吊荷が移動することでトロリと吊荷の荷重によりガーダが上下方向にたわみ、ＣＣＤカメラの向きが鉛直真下ではなくなり、例え吊荷がトロリの真下に位置していても振れ変位量はゼロ（零）とはならずに、誤差が生じる。
従来、ＣＣＤカメラの取付誤差に対しては、吊荷の振れ変位量を検出する前にゼロ点補正を行うことで解消していた。しかし、ガーダのたわみによる振れ変位量の誤差の補正はできていなかったため、トロリの目標位置に対する積分制御によって、トロリの目標位置への到達を行っていたが、積分制御ではトロリを目標位置に対して速度を落として徐々に近づけるため、位置決めのサイクルタイムが長くなっていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で吊荷の振れ変位量を正確に検出することができる振れ検出装置、振れ検出方法、及びクレーンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の振れ検出装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る振れ検出装置は、ガーダ上を移動するトロリに設けられた検知手段により貨物を把持する吊具に設けられた標識の位置を検知することで、クレーンの吊荷の振れ変位量を検出する振れ検出装置であって、前記吊荷の振れ角度、前記トロリの速度の微分値、及び前記振れ変位量の２階微分値に基づいて、前記検知手段と前記標識との取り付け位置の誤差を導出する導出手段と、前記振れ変位量から前記導出手段によって導出された前記誤差を減算する減算手段と、備える。

本発明によれば、振れ検出装置は、ガーダ上を移動するトロリに設けられた検知手段により貨物を把持する吊具に設けられた標識の位置を検知することで、クレーンの吊荷の振れ変位量を検出するものである。なお、検知手段としては、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラが用いられ、標識としては、例えばレーザ光源が用いられる。
そして、振れ検出装置が備える導出手段によって、吊荷の振れ角度、トロリの速度の微分値、及び振れ変位量の２階微分値に基づいて、検知手段と標識との取り付け位置の誤差が導出される。
上記取り付け位置の誤差には、検知手段をトロリに取り付けたときに生じる取付誤差、ガーダ上をトロリと共に吊荷が移動することでトロリと吊荷の荷重によりガーダが上下方向にたわみ、検知手段の向きが鉛直真下ではなくなることにより生じる誤差が含まれる。

そして、減算手段によって、検出された振れ変位量から導出手段で導出された取り付け位置の誤差が減算される。
このように、本発明は、検出した吊荷の振れ変位量から、取り付け位置の誤差を除去するので、簡易な構成で吊荷の振れ変位量を正確に検出することができる。

また、本発明に係る振れ検出装置は、前記導出手段が、前記トロリの移動に応じて前記誤差を導出してもよい。
本発明によれば、導出手段によって検知手段と標識との取り付け位置の誤差がトロリの移動に応じて導出される。ここで、上述のように、取り付け位置の誤差には、ガーダのたわみの影響によって誤差が生じる。このガーダのたわみは、トロリ及び吊荷の荷重と共にトロリの横行位置によっても変化するため、これに伴いオフセット誤差も変化する。
そのため、本発明は、トロリの移動に応じて変化する取り付け位置の誤差をリアルタイムで導出するので、検知手段と標識との取り付け位置の誤差をより正確に導出することができる。

また、本発明に係る振れ検出装置は、前記吊荷の振れ角度が、前記振れ変位量及び前記トロリと前記吊荷とを結ぶロープの長さから求められてもよい。
本発明によれば、吊荷の振れ角度を、振れ変位量及びトロリと吊荷とを結ぶロープの長さから求めるので、検知手段と標識との取り付け位置の誤差をより簡易に導出することができる。

一方、上記課題を解決するために、本発明の振れ検出方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る振れ検出方法は、ガーダ上を移動するトロリに設けられた検知手段により貨物を把持する吊具に設けられた標識の位置を検知することで、クレーンの吊荷の振れ変位量を検出する振れ検出方法であって、前記吊荷の振れ角度、前記トロリの速度の微分値、及び前記振れ変位量の２階微分値に基づいて、前記検知手段と前記標識との取り付け位置の誤差を導出する第１工程と、前記振れ変位量から前記第１工程によって導出された前記誤差を減算する第２工程と、を有する。
本発明によれば、吊荷の振れ角度、トロリの速度の微分値、及び振れ変位量の２階微分値に基づいて、検知手段と標識との取り付け位置の誤差を導出し、検出した振れ変位量から導出した取り付け位置の誤差を減算することで、検出した吊荷の振れ変位量から、取り付け位置の誤差を除去するので、本発明は、簡易な構成で吊荷の振れ変位量を正確に検出することができる。

さらに、本発明のクレーンは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るクレーンは、上記記載の振れ検出装置と、前記振れ検出装置から送信された前記誤差が減算された前記振れ変位量に基づいて、前記トロリの移動を制御する制御装置と、を備える。

本発明によれば、制御装置によって、検知手段と標識との取り付け位置の誤差が減算された振れ変位量に基づいて、トロリの移動が制御される。
本発明は、より正確な吊荷の振れ変位量を用いてトロリの移動の制御を行うので、より正確にトロリを目標位置まで移動させることができ、これに伴い吊荷の位置決め及び振れ止めもより正確に行うことができる。また、上記取り付け位置の誤差には、ガーダのたわみの影響による誤差が含まれているため、従来のように積分制御により徐々に目標位置へトロリを移動させる必要がなく、より迅速にトロリを目標位置まで移動させることができる。

本発明によれば、簡易な構成で吊荷の振れ変位量を正確に検出することができる、という優れた効果を有する。

本発明の実施形態に係るコンテナクレーンの全体構成図である。本発明の実施形態に係るトロリ及びスプレッダの構成図である。本発明の実施形態に係る吊荷の振れ変位量の説明に要する模式図である。本発明の実施形態に係るトロリの制御に関するハードウェア構成を示す機能ブロック図である。本発明の実施形態に係る制御装置のソフトウェア構成を示す機能ブロック図である。本発明の実施形態に係る振り子モデルを示す模式図である。本発明の実施形態に係る振れ変位量からオフセット誤差を除去するためのプログラムの処理の流れを示すフローチャートである。本発明の実施形態に係るオフセット誤差導出部によって導出されたオフセット誤差の一例を示すグラフである。

以下に、本発明に係る振れ検出装置、振れ検出方法、及びクレーンの一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に本実施形態に係るクレーン（以下、「コンテナクレーン」という。）１０を示す。
コンテナクレーン１０は、岸壁１２に接岸したコンテナ船１４から、搭載されたコンテナ等の貨物（以下、「コンテナ」という。）１６を陸上へ荷降し、もしくは陸上のコンテナ１６をコンテナ船１４に積載するため、岸壁１２に沿って走行するとともに、陸上とコンテナ船１４の艙口上の間を往復動するクレーンである。

図１に示すように、コンテナクレーン１０は、岸壁１２の基礎面に配置されたレール（図示せず）上に立設され、複数の走行車輪（図示せず）と、脚部１８と、ガーダ２０とを主たる要素として構成されている。
複数の走行車輪は、脚部１８の下端に設けられている。また、脚部１８には、他の脚部１８及びガーダ２０を支持するブレース材２２が、適当な位置に複数配置されている。
ガーダ２０は、岸壁１２の基礎面と平行方向に配置されている。このガーダ２０上には、走行架台（レール）２４が設けられており、この走行架台２４上をその長手方向（横行方向）にトロリ２６が移動する。

トロリ２６には、ウインチ２８が設置されており、ウインチ２８から繰り出されたロープ３０によってコンテナ１６の荷役を行う吊具（以下、「スプレッダ」という。）３２が吊り下げ支持されている。スプレッダ３２は、コンテナ１６を把持すると共に、ウインチ２８によってロープ３０の巻き上げ、巻き下げが行われることで昇降する。
そして、図２に示すように、トロリ２６には、オペレータが搭乗する運転室３４が設けられており、運転室３４ではトロリ２６の横行方向への走行の操作、ウインチ２８によるスプレッダ３２の巻き上げ及び巻き下げの操作、及びスプレッダ３２の操作等が行われる。

なお、本実施形態に係るコンテナクレーン１０は、コンテナ船１４上にトロリ２６を自動で横行させ、手動でコンテナ１６をコンテナ船１４に置く、又はコンテナ船１４から掴む。また、コンテナクレーン１０は、岸壁１２のシャーシレーン上にトロリ２６を自動で横行させ、手動でコンテナ１６をシャーシに置く、又はシャーシから掴む。このように、コンテナクレーン１０は、トロリ２６の横行位置と吊荷３６の巻き高さの操作が自動で行われ、コンテナ１６を置く又は掴む操作が手動で行われる半自動運転で操作される。

また、スプレッダ３２及びコンテナ１６である吊荷３６は、トロリ２６で搬送されることによって、横行方向又は横行方向と直交する方向（以下、「走行方向」という。）に振れる場合がある。
そこで、図２に示すように、吊荷３６の振れを検出するために、ガーダ上を移動するトロリ２６に設けられたセンサ４０によりスプレッダ３２に設けられた標識としてのレーザ光源３８の位置を検知する。
具体的には、スプレッダ３２にレーザ光源３８が上向き、すなわちレーザ光源３８が発するレーザ光が上方向に照射されるように設けられ、トロリ２６にレーザ光源３８を検知するセンサ４０が設けられている。なお、センサ４０は、一例としてＣＣＤカメラであり、該ＣＣＤカメラは、レーザ光源３８を検知できるように下向きに設置され、受光面には、レーザ光源３８が発するレーザ光の波長のみを透過させるフィルタが設けられている。
そして、図３に示すように、吊荷３６が振れると、センサ４０によって検知されるレーザ光源３８の位置が変化するため、センサ４０で検知されるレーザ光源３８の位置の変化量が、振れ変位量として検出される。

図４は、トロリ２６の制御に関するハードウェア構成を示す機能ブロック図である。
トロリ２６は、画像処理装置５０、目標入力装置５２、巻き駆動装置５４、横行駆動装置５６、及び制御装置５８を備えている。

画像処理装置５０は、センサ４０であるＣＣＤカメラによって撮影された画像を示す画像信号を解析することによって、吊荷３６の振れ変位量を検出する振れ検出処理を行う。そして、画像処理装置５０は、振れ検出処理によって検出した振れ変位量を制御装置５８へ送信する。

目標入力装置５２は、トロリ２６の横行方向に対する目標位置（以下、「横行目標位置」という。）の入力を受け付け、横行目標位置を制御装置５８へ送信する。

巻き駆動装置５４は、ロープ３０の巻き上げ及び巻き下げを行い、トロリ２６からスプレッダ３２までのロープ３０の長さ（以下、「ロープ長」という。）を制御装置５８へ送信する。

横行駆動装置５６は、ガーダ２０の走行架台２４上を横行方向に移動するように、トロリ２６を駆動させる。なお、横行駆動装置５６は、制御装置５８から送信された横行速度指令により示される速度でトロリ２６が横行するようにトロリ２６を駆動させ、トロリ２６の速度（以下、「横行速度」という。）、及びトロリ２６の位置（以下、「横行位置」という。）を制御装置５８へ送信する。

制御装置５８は、トロリ２６を横行方向に移動させる制御を行うことによって、吊荷３６の位置決め及び振れ止めを行う。具体的には、制御装置５８は、画像処理装置５０から送信された振れ変位量、目標入力装置５２から送信された横行目標位置、巻き駆動装置５４から送信されたロープ長、並びに横行駆動装置５６から送信された横行速度及び横行位置に基づいて、トロリ２６が横行目標位置に到達するための横行速度を演算し、演算された横行速度を示す横行速度指令を横行駆動装置５６へ送信する。なお、横行速度指令は、吊荷３６の振れ止めのために、振れ変位量に対して９０°位相がずれてトロリ２６を移動させるための値を含んでいる。

図５は、制御装置５８のソフトウェア構成を示す機能ブロック図である。
制御装置５８は、画像処理装置５０から送信された振れ変位量から、レーザ光源３８とセンサ４０との取り付け位置の誤差（以下、「オフセット誤差」という。）が除かれた振れ変位量を算出するオフセット誤差除去部６０、及び横行速度指令値を演算する制御演算部６２を備える。
なお、ここでいうオフセット誤差には、センサ４０をトロリ２６に取り付けたときに生じる取付誤差、及びガーダ２０上をトロリ２６と共に吊荷３６が移動することでトロリ２６と吊荷３６の荷重によりガーダ２０が上下方向にたわむ影響によって、センサ４０の向きが鉛直真下ではなくなることによって生じる誤差が含まれる。

オフセット誤差除去部６０は、吊荷３６の振れ角度、トロリ２６の横行速度の微分値、及び振れ変位量の２階微分値に基づいて、オフセット誤差を導出するオフセット誤差導出処理を行うオフセット誤差導出部６４を備える。オフセット誤差導出部６４には、画像処理装置５０から送信された振れ変位量、巻き駆動装置５４から送信されたロープ長、及び横行駆動装置５６から送信された横行速度が送信される。
そして、オフセット誤差除去部６０は、画像処理装置５０から送信された振れ変位量から、オフセット誤差導出部６４によって導出されたオフセット誤差を減算部６６で減算して出力する。

ここで、オフセット誤差導出部６４によるオフセット誤差の導出について、ロープ３０に結ばれた吊荷３６を振り子としてモデル化した図６に示す振り子モデルを参照して説明する。
なお、以下の説明において、x₂は振れ変位量、x₁はトロリ２６の横行位置、Ｌはロープ長、ｍは吊荷３６の質量（スプレッダ３２及びスプレッダ３２が把持するコンテナ１６の合計質量）、θは吊荷３６の振れ角度である。

そして、図６に示す振り子モデルでは、振れ角度θは、振れ変位量x₂及びロープ長Ｌから求められるため、下記（１）式が成り立ち、（１）式から（２）式が導かれる。

さらに、図６に示す振り子モデルにおいて、振れ変位量x₂の検出値x_2s（画像処理装置５０から送信された振れ変位量）にオフセット誤差x₂₀が含まれているとすると、下記（３）式が成り立つ。

次に、（２）式に（３）式を代入するとことで下記（４）式が導かれ、該（４）式から下記（５）式が導かれ、オフセット誤差x₂₀が導出される。

このように、本実施形態に係るオフセット誤差導出部６４は、振れ変位量の検出値x_2s、ロープ長Ｌ、トロリ２６の横行速度の微分値（トロリ２６の横行位置x₁の２階微分値）、及び振れ変位量の検出値x_2sの２階微分値からオフセット誤差x₂₀を導出する。
を備えている。

一方、制御演算部６２は、オフセット誤差除去部６０から送信されたオフセット誤差が除去された振れ変位量、巻き駆動装置５４から送信されたロープ長、横行駆動装置５６から送信された横行速度、及び横行駆動装置５６から送信された横行位置を目標入力装置５２から送信された横行目標位置で減算した値（減算部６８から出力される値）に基づいて、横行速度指令値を算出し、横行駆動装置５６へ送信する。
なお、制御演算部６２は、吊荷３６の振れ止めのために、オフセット誤差を除去された振れ変位量に対して９０°位相がずれてトロリ２６が移動するための横行速度指令値を横行駆動装置５６へ送信する。

次に、本実施形態に係るオフセット誤差除去部６０で行われる上述した処理を、図７を参照して説明する。
図７は、オフセット誤差除去部６０で行われる上述した処理を実行するためのプログラムの流れを示すフローチャートであり、該プログラムは不図示の半導体記憶装置又は磁気記憶装置等の記憶手段の所定領域に予め記憶されている。また、本プログラムは、トロリ２６の半自動運転の開始と共に開始される。

まず、ステップ１００では、画像処理装置５０から振れ変位量、巻き駆動装置５４からロープ長、及び横行駆動装置５６から横行速度を受信するまで待ち状態となり、受信すると、ステップ１０２へ移行する。
次のステップ１０２では、受信した振れ変位量を２階微分すると共に、受信した横行速度を微分する。
次のステップ１０４では、上記（５）式を用いてオフセット誤差を導出する。
次のステップ１０６では、画像処理装置５０から送信された振れ変位量から、ステップ１０４で導出したオフセット誤差を減算する。
次のステップ１０８では、オフセット誤差が除去された振れ変位量を制御演算部６２へ送信する。

次のステップ１１０では、トロリ２６の運転が終了したか否かを判定し、肯定判定の場合は、本プログラムを終了する一方、否定判定の場合は、ステップ１００へ戻り、オフセット誤差の導出を繰り返し行う。
なお、上述したように、オフセット誤差には、ガーダ２０のたわみの影響による誤差が含まれている。そして、ガーダ２０のたわみは、トロリ２６及び吊荷３６の荷重と共にトロリ２６の横行位置によっても変化するため、これに伴いオフセット誤差も変化する。そのため、トロリ２６の運転が終了するまで、トロリ２６の移動に応じて変化するオフセット誤差をリアルタイムで導出するので、より正確にオフセット誤差を導出することができる。

図８に、振れ変位量の検出値と導出したオフセット誤差の一例を示す。図８に示す例では、振れ変位量の検出値がトロリ２６の横行速度に応じて変化するが、オフセット誤差は略一定である。

以上説明したように、本実施形態に係るオフセット誤差除去部６０は、吊荷３６の振れ角度、トロリ２６の速度の微分値、及び振れ変位量の２階微分値に基づいて、オフセット誤差を導出し、導出したオフセット誤差を振れ変位量から減算することで、オフセット誤差を振れ変位量から除去する。このため、オフセット誤差除去部６０は、簡易な構成で吊荷３６の振れ変位量を正確に検出することができる。
なお、本実施形態では、吊荷３６の振れ角度を、検出した振れ変位量及びトロリ２６と吊荷３６とを結ぶロープ３０の長さから求める。
また、本実施形態では、トロリ２６の移動に応じて変化するオフセット誤差をリアルタイムに導出するので、より正確にオフセット誤差を導出することができる。

さらに、本実施形態に係るコンテナクレーン１０は、オフセット誤差が除去された振れ変位量の大きさに基づいて、トロリ２６の移動を制御するので、より正確にトロリ２６を目標位置まで移動させることができる。また、オフセット誤差には、ガーダ２０のたわみの影響による誤差が含まれているため、従来のように積分制御により徐々に目標位置へトロリ２６を移動させる必要がなく、より迅速にトロリ２６を目標位置まで移動させることができる。

以上、本発明を、上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記実施形態では、吊荷３６の振れ止め及び位置決めをトロリ２６の移動方向である横行方向に対して行う場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、吊荷３６の振れ止め及び位置決めを走行方向に対して行う形態としてもよい。
この形態の場合、コンテナクレーン１０全体を走行方向に移動させることで、吊荷３６の振れ止め及び位置決めが行われる。

また、上記実施形態では、オフセット誤差除去部６０を備えるクレーンを図１に示すようなコンテナクレーン１０とする場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、オフセット誤差除去部６０をラバー・タイヤード・ガントリー・クレーン（ＲＴＧクレーン）に備える形態としてもよい。

また、上記実施形態では、センサ４０としてＣＣＤカメラを用いる場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、センサ４０としてＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等他の固体撮像素子を用いたカメラを用いる形態としてもよい。

また、上記実施形態では、レーザ光源３８を標識として用いる場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等、センサ４０で検知できるものであればレーザ光源３８以外のものを標識として用いる形態としてもよい。

１０コンテナクレーン
２０ガーダ
２６トロリ
３０ロープ
３２スプレッダ
３６吊荷
３８レーザ光源
４０センサ
５０画像処理装置
６０オフセット誤差除去部
６２制御演算部
６４オフセット誤差導出部
６６減算部

Claims

ガーダ上を移動するトロリに設けられた検知手段により貨物を把持する吊具に設けられた標識の位置を検知することで、クレーンの吊荷の振れ変位量を検出する振れ検出装置であって、
前記吊荷の振れ角度、前記トロリの速度の微分値、及び前記振れ変位量の２階微分値に基づいて、前記検知手段と前記標識との取り付け位置の誤差を導出する導出手段と、
前記振れ変位量から前記導出手段によって導出された前記誤差を減算する減算手段と、
を備えた振れ検出装置。
前記導出手段は、前記トロリの移動に応じて前記誤差を導出する請求項１記載の振れ検出装置。
前記吊荷の振れ角度は、前記振れ変位量及び前記トロリと前記吊荷とを結ぶロープの長さから求められる請求項１又は請求項２記載の振れ検出装置。
ガーダ上を移動するトロリに設けられた検知手段により貨物を把持する吊具に設けられた標識の位置を検知することで、クレーンの吊荷の振れ変位量を検出する振れ検出方法であって、
前記吊荷の振れ角度、前記トロリの速度の微分値、及び前記振れ変位量の２階微分値に基づいて、前記検知手段と前記標識との取り付け位置の誤差を導出する第１工程と、
前記振れ変位量から前記第１工程によって導出された前記誤差を減算する第２工程と、
を有する振れ検出方法。
請求項１から請求項３の何れか１項記載の振れ検出装置と、
前記振れ検出装置から送信された前記誤差が減算された前記振れ変位量に基づいて、前記トロリの移動を制御する制御装置と、
を備えたクレーン。