JP2012101867A - 自動積付システム、およびヤード管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】ヤードの有効利用を図ると共に、積付状況を容易に知ることのできる自動積付システムを提供する。
【解決手段】スタッカ１２におけるブーム３２の先端に設けられ、積山の頂点までの距離を計測する測距手段３６と、積付範囲をＸＹ座標系に反映し、前記ＸＹ座標系において予め定められた初期積付位置へブーム先端３２ａを導くためのスタッカ１２の走行距離、およびブーム３２の旋回角度を算出した場合、および測距手段３６によって検出される距離データに基づいて前記積山の高さを算出し、当該積山の高さが予め定められた規定値に達した時点で、ブーム先端３２ａを前記ＸＹ座標系において予め定められた距離に対応した１ピッチ分だけ移動させるためのスタッカ１２の走行距離及び／または前記旋回角度を算出した場合に指令信号を出力する演算手段４２と、指令信号を受け、モータ２６，２８を駆動させる駆動信号を出力する制御手段３８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、スタッカを用いて、石炭や鉱石等のばら物を貯蔵場（ヤード）において自動で積付を行うシステム、およびこれを利用したヤード管理システムに関する。

従来、粉粒体を貯蔵するヤードにおける積付や払出の作業は、作業者によるスタッカやリクレーマを操作に基づいて行われていた。ここで、スタッカやリクレーマに取り付けられたセンサ等により、走行位置、旋回位置（角度）、および起伏高さなどのデータが検出され、このデータに基づいて、積山の頂点位置、積付高さ、積付半径が算出される。なお、各データの算出に必要とされるスタッカ、またはリクレーマのブームの長さや、スタッカ、リクレーマの頭部基点から積山の頂点までの水平距離、垂直距離、および積山の安息角は、使用するスタッカ、またはリクレーマの機種、機体据付時の高さ、および取り扱う粉粒体の種類等によって定まる規定値として取り扱われる。このような、角度制御を用いた積付方法としては、特許文献１に開示されているような方法がある。そして、算出されたデータに基づき、頂点位置、安息角、積付半径の積山が、ヤード番号Ｘのヤードにあるといった形式で、ヤードマップが作成される。

しかし、このようなデータ管理のみで作成されたヤードマップは、ブルドーザ等による再積付や、自然崩落等の実際のヤード状況が反映できず、精度が悪い。

このような実状を鑑み、特許文献２に開示されているようなヤードマップの作成システムが提案された。特許文献２に開示されているヤードマップの作成システムは、粉粒体の積付、払出作業を行うスタッカ、またはリクレーマにおけるブームの先端に測距装置を取り付け、実際の積山の状況をデータとして取り込み、これをヤードマップに反映させるというものである。

特開２００８−３０３０２９号公報 特開２００２−２４９２２９号公報

確かに、特許文献２に開示されているようなシステムによれば、ヤードの実状を精度良く反映させたヤードマップを作成することができると考えられる。しかし、ヤードでの問題は多岐に亙り、例えば積山を連ねる積付の状態如何によって、所定の範囲に保管することのできる粉粒体の量は、大きく変わってくるのである。現状、隣接して積付される積山の頂点距離は、３ｍ程度で固定とされており、作業者の操作では、積付感覚を密にし、さらに高精度に積付を行う事は困難である。

本発明では、積山の積付間隔をより密にすることでヤードの有効利用を図ると共に、積付状況を容易に知ることのできる自動積付システム、およびヤード管理システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る自動積付システムは、粉粒体を保管するヤードにおいてスタッカを用いて、前記粉粒体の積付を行うシステムであって、前記スタッカを走行させる走行手段と、前記スタッカにおけるブームを旋回させる旋回手段と、前記スタッカにおける前記ブームの先端に設けられ、積山の頂点までの距離を計測する測距手段と、前記ヤード内における前記粉粒体の積付範囲をＸＹ座標系に反映し、前記ＸＹ座標系において予め定められた基点に対し、予め定められた初期積付位置へ前記ブームの先端を導くための前記スタッカの走行距離、および前記ブームの旋回角度を算出した場合、および前記測距手段によって検出される距離データに基づいて前記積山の高さを算出し、当該積山の高さが予め定められた規定値に達した時点で、前記ブームの先端を前記ＸＹ座標系において予め定められた距離に対応した１ピッチ分だけ、Ｘ軸方向またはＹ軸方向へ移動させるための前記スタッカの走行距離及び／または前記旋回角度を算出した場合に指令信号を出力する演算手段と、前記演算手段から出力された指令信号を受け、前記走行手段及び／または前記旋回手段を駆動させる駆動信号を出力する制御手段とを備えることを特徴とする。

また、上記目的を達成するための本発明に係るヤード管理システムは、上記のような特徴を有する自動積付システムと、表示手段とを備え、前記演算手段は、前記ＸＹ座標系に反映させた前記積付範囲を前記ピッチに合わせてグリッド化し、各グリッドに対して積付情報を関連付けて記録してヤードマップを作成し、作成したヤードマップを前記表示手段に表示することを可能としたことを特徴とする。

さらに、上記のような特徴を有するヤード管理システムにおいては、前記積付情報は、前記走行距離、および前記旋回角度を含むようにすると良い。走行距離と旋回角度を知ることができれば、規定値に基づいて種々の情報を算出することが可能となるからである。

上記のような特徴を有する自動積付システムによれば、積山の積付間隔（ピッチ）を任意に定めることが可能となるため、従来に比べて積付間隔を密にすることが可能となる。よって、ヤードの有効利用を図ることができる。また、上記特徴を有するヤード管理システムによれば、グリッド化されたヤードマップの各グリッドに、各積山の積付情報が関連づけられるため、積付状況（情報）を容易に知ることが可能となる。

実施形態に係る自動積付システムの概要構成を示す図である。 スタッカとヤードとの構成を示す図である。 自動積付における垂直積付型の形態を示す図である。 自動積付における平行積付型の形態を示す図である。 グリッド化されたヤードマップを示す表示画面である。 グリッドに関連付けられた積付実績を表示する表示画面の例である。 スタッカの駆動を制御するための制御画面の例である。

以下、本発明の自動積付システム、およびヤード管理システムに係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
まず、図２を参照して、本実施形態に係るスタッカ１２とヤードとの配置関係について説明する。本実施形態に係るスタッカ１２は、移動経路として敷設されたレール６０上を走行する。また、スタッカ１２には、レール６０間に配されたコンベアベルト６２により、石炭などの粉粒体が供給される。粉粒体を積付するヤードは、レール６０の両サイドに配置されている。以下、本実施形態では図面上、レール６０の左側に配置されたヤードをＡヤード、レールの右側に配置されたヤードをＢヤードと称することとする。

図１は、本実施形態に係るスタッカ１２と、このスタッカ１２を制御すると共にヤード内における積付状態を管理する管理塔４０、および制御手段３８の関係を示す概略図である。なお、図１においては説明を簡単にするために、レール６０の延長線上に積山があるように示しているが、実際には積山は、図２に示すように、レール６０に沿って設けられることとなる。

スタッカ１２は、少なくとも走行体１４、旋回台２２、およびブーム３２を備えている。走行体１４は、ベースフレーム１６と脚部１８、および車輪２０を有する。ベースフレーム１６は、詳細を後述する旋回台２２を旋回可能に支持する台座としての役割を担う。ベースフレーム１６には、旋回台２２を旋回させるための駆動手段（旋回手段）としてのモータ２８と、図示しないギアボックスなどが備えられ、駆動信号の入力により旋回台２２の旋回を可能としている。脚部１８は、ベースフレーム１６を所定高さに支持するための支柱である。このため脚部１８は、ベースフレーム１６の下部側に配置され、ベースフレーム１６が水平状態を保持可能なように支持することとなる。車輪２０は、脚部１８の下部に配置され、レール６０上を転動することにより、スタッカ１２の走行を可能とさせる。車輪２０には、ベースフレーム１６に備えられたモータ２６などの駆動手段（走行手段）からの動力が伝達される構成とされており、駆動信号の入力によるスタッカ１２の自走が可能となっている。

旋回台２２は、ベースフレーム１６の上面に配置される台座であり、回転軸２４を基点として、ベースフレーム１６上で旋回可能な構成とされている。旋回台２２の回転軸２４には、図示しないギアが設けられ、当該ギアがベースフレーム１６におけるギアボックスのギアと噛合うことで、ベースフレーム１６上に配置されたモータ（旋回手段）２８における駆動力が伝達されることとなる。旋回台２２には、詳細を後述するブーム３２が据付られる。このため、旋回台２２には、ブーム３２を起伏させるための駆動手段としてのモータ３０が備えられる。

ブーム３２は上述したように、旋回台２２に据付られている。ブーム３２には、少なくともコンベア３４と測距手段３６が備えられている。コンベア３４は、旋回台２２の旋回中心付近からブーム３２の先端（ブーム先端３２ａ）にかけてベルトが配されており、コンベア３４を駆動させることにより、ブーム３２の基端側に供給された粉粒体を先端に移送することができる。測距手段３６は、ブーム先端３２ａから垂直下部までの距離を測定する手段である。ブーム先端３２ａの高さＨ_２を基準とし、積山までの距離をＨ_１として計測された距離を減算すれば、積付された積山の高さＨを得ることができる。測距手段３６としては、例えばレーザ式の測距計を採用することができる。

なお、上述したように、各駆動手段としてモータ２６，２８，３０を用いる場合には、当該モータはサーボモータとすると良い。サーボモータは、回転軸の回転角度を駆動信号の入力パルスによって制御することができるからである。各モータ２６，２８，３０には、制御手段３８としてのインバータ等から電力、および駆動信号が供給される。制御手段３８は、詳細を後述する演算手段４２から出力される指令信号に基づいて、スタッカ１２に設けられたモータ２６，２８，３０に対して電力を供給すると共に駆動信号を出力し、スタッカ１２におけるブーム先端３２ａを積付位置へ移動させる駆動制御を成す。

管理塔４０には、少なくとも演算手段４２、表示手段５０、および図示しない入力手段が設けられている。演算手段４２は、制御手段３８に対して指令信号を出力すると共に、ヤードにおける積付情報を記録してヤードマップを作成する役割を担う。演算手段４２には、少なくとも記憶部４６と演算部４４、およびインターフェース４８が備えられる。

記憶部４６には、スタッカ１２の走行位置や粉粒体の積付を行うヤードを、実際の距離を反映させたＸＹ座標系として記録したヤードマップや、判定プログラム、積付位置変更プログラム、ピッチカウンタ、および各種演算に必要とされる入力データ等が記憶されている。ヤードマップ上では、例えば図２に示すように、スタッカ１２の走行用レール６０の幅方向をＸ軸、レール６０の敷設方向をＹ軸としている。Ｘ軸方向の基点は、スタッカ１２における旋回台２２の旋回中心であり、Ｙ軸方向の基点は、スタッカ１２の走行始点等である。

このようにしてＸＹ座標が定められるヤードマップにおいて、Ａヤード、Ｂヤードは共に、Ａ−Ｄで囲まれた領域に積付範囲を有すると位置付けられており、Ａ−Ｄの各点は、ＸＹ座標上の点として示されることとなる。このように定められたヤードマップ上においては、ブーム３２の先端位置の座標（Ｘｓ，Ｙｓ）は次のように定めることができる。

なお、数式１、２において、Ｌ_１はスタッカ１２におけるブーム３２の長さであり、Ｌ_２はスタッカ１２における機体端部（基点側端部）から旋回台２２の旋回中心までの長さ（機体長）である（図１参照）。また、角度θは、Ｙ軸を基点としたブーム３２の旋回角度であり、Ｄはスタッカ１２の走行距離である。ブーム長Ｌ_１（ブーム３２の起伏は、ブーム長Ｌ_１に考慮されているものとする）、機体長Ｌ_２は、スタッカ１２の機種が定まることにより決定されるため、積付位置のＸＹ座標が定まれば、数式１を移行することにより角度θを求めることができる。さらに、求められた角度θを数式２に代入することで、走行距離Ｄを求めることができる。

スタッカ１２における車輪２０や旋回台２２の駆動手段として使用されているモータ２６，２８をサーボモータとした場合、モータ２６の駆動力を車輪２０に伝達するギアのギア比Ｇ_１や、モータ２８の駆動力を旋回台２２に伝達するギアのギア比Ｇ_２、および駆動信号１パルス分のモータ２６，２８の回転角度Δθ、ならびに車軸一回転当たりのスタッカ１２の進行距離ΔＤ等が既知であれば、旋回角度θを得るためのモータ２８への駆動信号のパルス数Ｐ_１、および走行距離Ｄを得るためのモータ２６への駆動信号のパルス数Ｐ_２を導くことができる。

よって、演算手段４２は、目的とするポイント（例えば初期積付位置Ａ）へブーム３２の先端を移動させる際には、制御手段３８に対して、算出されたパルス数（Ｐ_１、Ｐ_２）の駆動信号を出力するように、指令信号を出力する。

また、演算手段４２には、ブーム３２の先端に配置された測距手段３６からの距離データＨ_１が入力される。なおＨ_１は、図１に示すように、積山頂点からブーム先端までの距離（高さ）である。演算手段は、入力された距離データＨ_１を記憶部に一時的に記録し、予め記録されている地表（積付高さ０となる点）からスタッカにおけるブーム先端までの距離（高さ）Ｈ_２と共に演算部へ読み出し、積山高さＨを算出する。積山高さＨは、

で求めることができる。

演算手段４２は、距離データＨ_１の入力が開始されると共に、記憶部４６に記憶された判定プログラムを起動させる。判定プログラムは、積山高さＨが、予め定められた高さＨ_０に等しいか否かを判定するプログラムである。演算手段４２は判定プログラムによる判定の結果が「真」であった場合には、積付位置の変更のための指令信号を出力し、判定の結果が「偽」であった場合には、判定結果が「真」となるまで待機し、積付状態を維持する。

積付位置の変更のための指令信号は、記憶部４６に記憶された積付位置変更プログラムに基づいて演算される。積付位置変更プログラムは、積付位置の遷移形態として、２種類の形態を選択できるようにプログラミングされている。具体的には、垂直積付型と平行積付型である。垂直積付型は、積付位置をレール６０の敷設方向に対して垂直な方向に移動させていく事を主とした形態である。ＸＹ座標系では、Ｘ軸方向の移動を主とした移動形態である（図３参照）。一方、平行積付型は、積付位置をレール６０の敷設方向に平行な方向に移動させていく事を主とした形態である。ＸＹ座標系では、Ｙ軸方向の移動を主とした移動形態である（図４参照）。

ヤードマップ上では、ヤード内の積付位置を「ピッチ」として、Ａ−Ｃ（Ｂ−Ｄ）間をＭピッチ分に分割し、Ａ−Ｂ（Ｃ−Ｄ）間をＮピッチに分割して記憶される。ヤード上のピッチをグリッドとして示したものが図５に示す表示画面である。ここでは、１ピッチ＝ｘｍ（ｘは、予め定める）として定め、積付位置変更プログラムにより、Ｘ軸方向にａピッチ移動とした場合には、ブーム３２の先端（ブーム先端３２ａ）がＸ軸方向にａ×ｘｍ移動し、Ｙ軸方向にｂピッチ移動とした場合には、ブーム３２の先端（ブーム先端３２ａ）がＹ軸方向にｂ×ｘｍ移動するように指令信号が出力される。

例えばＡヤードでの積付において、垂直積付型の積付形態では、初期積付位置Ａの積山高さＨがＨ_０に達した場合、積付位置変更プログラムにより、ブーム先端３２ａをＸ軸方向に「−１」ピッチ移動させる旨の判定が出力される。演算手段４２は、この判定に従い、ブーム先端３２ａを所定位置に移動させるための旋回角度θ、および走行位置Ｄを算出し、この値に基づいた指令信号を出力する。指令信号出力後、記憶部４６に記憶されたピッチカウンタが読み出され、Ｘ軸方向のピッチを定めるカウンタに「１」が加えられ、記憶部４６に記録される。

垂直積付型の積付形態では、Ｘ軸方向のカウンタが「Ｍ」となるまで上記制御が繰り返され、Ｘ軸方向のカウンタが「Ｍ」に達した後は、ブーム先端３２ａをＹ軸方向に「−１」ピッチ移動させる旨の判定が出力される。判定に従って指令信号が出力された後、記憶部４６に記憶されたピッチカウンタが読み出され、Ｙ軸方向のピッチを定めるカウンタに「１」が加えられ、記憶部４６に記録される。ピッチカウンタは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向共に「１」を基点として「Ｍ」または「Ｎ」までカウントされる。ピッチカウンタによるカウントは、ピッチ方向と共に減算されていくこととなる。よって、垂直積付型の場合、Ｙ軸方向のカウンタが奇数の場合と偶数の場合とで、Ｘ軸方向におけるピッチの加算と減算が逆、すなわちブーム３２の旋回方向が逆となる。

また、Ａヤードにおける平行積付型の積付形態では、初期積付位置Ａの積山高さＨがＨ_０に達した場合、積付位置変更プログラムにより、ブーム先端３２ａをＹ軸方向に「−１」ピッチ移動させる旨の判定が出力される。判定に従って指令信号が出力されると、記憶部４６に記憶されたピッチカウンタが読み出され、Ｙ軸方向のピッチを定めるカウンタに「１」が加えられ、記憶部４６に記録される。

平行積付型の積付形態では、Ｙ軸方向のカウンタが「Ｎ」となるまで上記制御が繰り返され、Ｙ軸方向のカウンタが「Ｎ」に達した後は、ブーム先端３２ａをＸ軸方向に「−１」ピッチ移動させる旨の判定が出力される。平行積付型の積付形態では、垂直積付型とは逆に、Ｘ軸方向のカウンタが奇数の場合と偶数の場合とで、Ｙ軸方向におけるピッチの加算と減算が逆転する。

なお、ヤード内における積付ピッチは、１．５ｍ〜３．０ｍ程度の範囲で適宜定めることができ、１ピッチあたりの指定距離に伴い、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向における総ピッチ数が定まる。なお、積付ピッチを狭めるほど、積山の頂点間距離を短くした密な積付が可能となる。よって、積付ピッチを狭めた場合、従来（従来の積付ピッチは３ｍ程度で固定）よりも多くの粉粒体を、定められた積付範囲内に積付けることができることとなる。

このような構成の自動積付システム１０によれば、積山の積付間隔を従来よりも密にすることができ、ヤードの有効利用を図ることができる。

図５に示すグリッド状のヤードマップにおける各グリッドには、各グリッドにおいて積付を行った際の実績が、関連付けられて記録されている。実績（積付実績）としては、例えばスタッカ１２の走行距離Ｄや、ブーム３２の旋回角度θ、およびその他積付に関連する情報である。

よって、記憶部４６に記憶されたヤードマップ上において、積付済みのグリッドを選択すると、図６に示すような積付実績が表示される。走行距離Ｄと旋回角度θが解れば、ＸＹ座標系における位置も特定することができるため、積付状況を容易に知ることが可能となる。なお、グリッド数が多く、１画面に全ての情報が表示できない場合には、スクロール表示を選択することにより、画面表示外となっている情報を表示させることができる。

表示手段５０は、図示しない入力手段を介して、スタッカ１２を駆動させるための制御値や規定値の入力を行うための入力画面や、積付を行う（行った）ヤードマップを表示する役割を担うディスプレイである。なお、図７は、スタッカ１２の駆動を制御するための制御画面の例である。

１０………自動積付システム、１２………スタッカ、１４………走行体、１６………ベースフレーム、１８………脚部、２０………車輪、２２………旋回台、２４………回転軸、２６………モータ（走行手段）、２８………モータ（旋回手段）、３０………モータ、３２………ブーム、３２ａ………ブーム先端、３４………コンベア、３６………測距手段、３８………制御手段、４０………管理塔、４２………演算手段、４４………演算部、４６………記憶部、４８………インターフェース、５０………表示手段、６０………レール、６２………コンベアベルト。

Claims (3)

1. 粉粒体を保管するヤードにおいてスタッカを用いて、前記粉粒体の積付を行うシステムであって、
   前記スタッカを走行させる走行手段と、
   前記スタッカにおけるブームを旋回させる旋回手段と、
   前記スタッカにおける前記ブームの先端に設けられ、積山の頂点までの距離を計測する測距手段と、
   前記ヤード内における前記粉粒体の積付範囲をＸＹ座標系に反映し、前記ＸＹ座標系において予め定められた基点に対し、予め定められた初期積付位置へ前記ブームの先端を導くための前記スタッカの走行距離、および前記ブームの旋回角度を算出した場合、および前記測距手段によって検出される距離データに基づいて前記積山の高さを算出し、当該積山の高さが予め定められた規定値に達した時点で、前記ブームの先端を前記ＸＹ座標系において予め定められた距離に対応した１ピッチ分だけ、Ｘ軸方向またはＹ軸方向へ移動させるための前記スタッカの走行距離及び／または前記旋回角度を算出した場合に指令信号を出力する演算手段と、
   前記演算手段から出力された指令信号を受け、前記走行手段及び／または前記旋回手段を駆動させる駆動信号を出力する制御手段とを備えることを特徴とする自動積付システム。
2. 請求項１に記載の自動積付システムと、
   表示手段とを備え、
   前記演算手段は、前記ＸＹ座標系に反映させた前記積付範囲を前記ピッチに合わせてグリッド化し、各グリッドに対して積付情報を関連付けて記録してヤードマップを作成し、作成したヤードマップを前記表示手段に表示することを可能としたことを特徴とするヤード管理システム。
3. 前記積付情報は、前記走行距離、および前記旋回角度を含むことを特徴とする請求項２に記載のヤード管理システム。
   

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