JP2017088330A - 屋内クレーンの自動運転装置及び自動運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】屋内クレーンによる被搬送物のハンドリングを必要とする作業において、被搬送物の現在位置を目標位置に高精度、効率的、且つ、安全に制御可能な屋内クレーンの自動運転装置及び自動運転方法を提供すること。
【解決手段】屋内クレーンの自動運転装置では、ホストコンピュータ３３が、航法用受信機３２が受信したＩＧＰＳ信号に基づき認識された上ロールの現在位置と目標位置との偏差を算出し、算出された現在位置と目標位置との偏差に基づいて上ロールの現在位置が目標位置になるように屋内クレーンを自律移動させる。これにより、屋内クレーンによる上ロールのハンドリングを必要とする作業において、上ロールの現在位置を目標位置に高精度、効率的、且つ、安全に制御することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、屋内位置測定システムを利用した屋内クレーンの自動運転装置及び自動運転方法に関する。

近年の製鉄ラインは高度に自動化されたものが一般的となっているが、作業者による遠隔操作装置の操作を伴う屋内クレーンによる、被搬送物の停止位置の制御等の被搬送物の高精度のハンドリングを必要とする製造・検査工程も残存している。このような製造・検査工程としては、例えば熱延ラインにおける圧延ロールの段組作業がある。この段組作業では、圧延機の上下ワークロールを予め上下方向に重ね合わせておき、圧延機のハウジング内に上下ワークロールを組み入れる。また、使用済みの上下ワークロールは、上下一対でハンドリングして圧延機のハウジングから取り出される。このため、段組作業では、作業者が上下ワークロールを上下方向に重ね合わせるハンドリング作業が必要になる。また、使用済みの圧延ロールの表面を研磨して再利用するために、ロール研磨用のグラインダに使用済みの圧延ロールを載置する作業においても作業者による圧延ロールのハンドリング作業が必要になる。

ここで、圧延ロールのハンドリング作業では、安全ルールに基づく屋内クレーンの吊り荷からの退避距離を確保する必要性や圧延ロールのサイズが大きいことに起因して、作業者一人では作業者寄りの圧延ロールの端部における水平方向の位置ずれを確認することは困難である。また、圧延ロールの水平面内における回転成分を調整するための屋内クレーンの旋回動作を含めた微妙な位置調整を一人作業で実施することは現実的に難しい。さらに、吊り上げ荷重が５ｔ以上である屋内クレーンを操作するためには、労働安全衛生法で定められた国家資格の１つであるクレーン運転士免許が必要となる。法律上、屋内クレーンの巻上げ、横行、走行等の操作を３つ同時に行ってはならないというルールが存在するため、吊り荷の軌道はスタート地点と目標地点とを結ぶ最短ルートをとることができず、吊り荷が目標地点に到達するまでの所要時間が増加し、作業効率が低下する。

このため、圧延ロールのハンドリング作業を容易にする方法が提案されている。具体的には、特許文献１には、被組立位置の相対座標計測用の計測装置及び構成部材の位置決め用のハンドリング装置によって、構成部材を被組立位置にハンドリングするように相対座標だけハンドリング装置を制御する方法が記載されている。この特許文献１記載の方法では、スリット光投光器及びＣＣＤカメラを備える計測装置を用いて、スリット光投影法に基づいて計測装置の座標系における被組立位置の相対座標を計測している。

特開平１１−８１６８６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているような被組立位置の相対座標計測用の計測装置を用いて圧延ロールを重ね合わせる場合、計測装置から重ね合わせる２つの圧延ロールが見えている必要がある。ところが、圧延ロールを屋内クレーンでハンドリングする場合、重ね合わせ作業が完了する直前には下側の圧延ロールは上側の圧延ロールによって覆い隠され、ほぼ死角の状態になるために、圧延ロールの重ね合わせを行うことができなくなる。一方、作業エリアをカバーするようにＣＣＤカメラから成る特許文献１記載の計測装置を設置する場合、建屋支柱上方に作業エリアを見下ろす形で計測装置を設置するのが現実的である。

この場合、一般的な工場建屋支柱スパンを２０ｍとすると、計測装置は最低でも１０ｍ遠方を水平視野角９０°で撮像できることが望ましい。ところが、この時、解像度３２００ｄｐｉ（４４１６×２８４４ピクセル）の高解像度ＣＣＤカメラを採用したとしても、視野中央１０ｍ遠方での水平方向の空間分解能は４．５２ｍｍ（＝１０ｍ×２／４４１６）程度となる。このため、広角域での歪み補正等の画像処理や相対位置計算のための演算処理を加えた場合、２物体の相対座標の測定精度は１０ｍｍ以上になってしまう。従って、特許文献１記載の方法では、２つの圧延ロールを重ね合わせる作業を行うことが困難になる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、屋内クレーンによる被搬送物のハンドリングを必要とする作業において、被搬送物の現在位置を目標位置に高精度、効率的、且つ、安全に制御可能な屋内クレーンの自動運転装置及び自動運転方法を提供することにある。

本発明に係る屋内クレーンの自動運転装置は、屋内位置測定システムを用いて作業エリア内において被搬送物を搬送する屋内クレーンを制御する屋内クレーンの自動運転装置であって、前記被搬送物を握持する前記屋内クレーンの吊り治具に装着された、前記屋内位置測定システムの１つ以上の航法用送信機から射出された回転ファンビームを測位信号として受信する第１の航法用受信機と、前記測位信号に基づき認識された前記被搬送物の現在位置と目標位置との偏差を算出し、算出された現在位置と目標位置との偏差に基づいて前記被搬送物の現在位置が目標位置になるように前記屋内クレーンを自律移動させる制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る屋内クレーンの自動運転装置は、上記発明において、前記作業エリア内にいる作業者に装着された、前記屋内位置測定システムの１つ以上の航法用送信機から射出された回転ファンビームを測位信号として受信する第２の航法用受信機を備え、前記制御手段は、前記第１の航法用受信機が受信した測位信号に基づき認識された前記被搬送物の現在位置及び姿勢情報から前記作業エリア内における退避領域を算出し、前記第２の航法用受信機が受信した測位信号に基づき認識された前記作業エリア内における前記作業者の位置を算出し、前記退避領域及び前記作業者の位置の位置関係に応じて前記屋内クレーンの自動移動動作を制御することを特徴とする。

本発明に係る屋内クレーンの自動運転装置は、上記発明において、前記作業者に装着された、前記屋内クレーンが接近していることを報知する警報手段を備え、前記制御手段は、前記退避領域及び前記作業者の位置の位置関係に応じて前記警報手段を制御することによって前記作業者に対し前記屋内クレーンが接近していることを報知することを特徴とする。

本発明に係る屋内クレーンの自動運転装置は、上記発明において、前記吊り治具に装着された、該吊り治具と周辺に存在するランドマークとの間の距離を測定する測距センサを備え、前記制御手段は、前記測距センサによって測定された距離と所定の閾値との大小関係に基づいて前記屋内クレーンの自動移動動作を制御することを特徴とする。

本発明に係る屋内クレーンの自動運転方法は、屋内位置測定システムを用いて作業エリア内において被搬送物を搬送する屋内クレーンを制御する屋内クレーンの自動運転方法であって、前記被搬送物を握持する前記屋内クレーンの吊り治具に装着された第１の航法用受信機が、前記屋内位置測定システムの１つ以上の航法用送信機から射出された回転ファンビームを測位信号として受信するステップと、制御手段が、前記第１の航法用受信機が受信した前記測位信号に基づき認識された前記被搬送物の現在位置と目標位置との偏差を算出し、算出された現在位置と目標位置との偏差に基づいて前記被搬送物の現在位置が目標位置になるように前記屋内クレーンを自律移動させるステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る屋内クレーンの自動運転方法は、上記発明において、前記作業エリア内にいる作業者に装着された第２の航法用受信機が、前記屋内位置測定システムの１つ以上の航法用送信機から射出された回転ファンビームを測位信号として受信するステップと、前記制御手段が、前記第１の航法用受信機が受信した測位信号に基づき認識された前記被搬送物の現在位置及び姿勢情報から前記作業エリア内における退避領域を算出し、前記第２の航法用受信機が受信した測位信号に基づき認識された前記作業エリア内における前記作業者の位置を算出し、前記退避領域及び前記作業者の位置の位置関係に応じて前記屋内クレーンの自動移動動作を制御するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る屋内クレーンの自動運転方法は、上記発明において、前記退避領域及び前記作業者の位置の位置関係に応じて前記作業者に装着された警報手段を制御することによって前記作業者に対し前記屋内クレーンが接近していることを報知するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る屋内クレーンの自動運転方法は、上記発明において、前記吊り治具に装着された測距センサが、該吊り治具と周辺に存在するランドマークとの間の距離を測定するステップと、前記制御手段が、前記測距センサによって測定された距離と所定の閾値との大小関係に基づいて前記屋内クレーンの自動移動動作を制御するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る屋内クレーンの自動運転装置及び自動運転方法によれば、屋内クレーンによる被搬送物のハンドリングを必要とする作業において、被搬送物の現在位置を目標位置に高精度、効率的、且つ、安全に制御することができる。

図１は、本発明の一実施形態である屋内クレーンの自動運転装置の全体構成を示す模式図である。 図２は、本発明の一実施形態である屋内クレーンの自動運転装置の構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の一実施形態であるグローバル座標系の設定処理の流れを示すフローチャートである。 図４は、図３に示すグローバル座標系の設定処理において測定された測定点の位置を示す斜視図である。 図５は、図３に示すグローバル座標系の設定処理において測定された測定点の位置を示す平面図である。 図６は、本発明の一実施形態である位置／姿勢情報取得処理の流れを示すフローチャートである。 図７は、図６に示す位置／姿勢情報取得処理における上ロールの測定点の位置を示す図である。 図８は、本発明の一実施形態である目標軌道計算処理の流れを示すフローチャートである。 図９は、図８に示す目標軌道計算処理における下ロールの測定点の位置を示す図である。 図１０は、目標軌道に沿った上ロールの自律移動動作を説明するための模式図である。 図１１は、本発明及び従来技術における上ロールの移動軌跡を示す模式図である。 図１２は、本発明の第１の実施形態である屋内クレーン制御処理を説明するための模式図である。 図１３は、本発明の第２の実施形態である屋内クレーン制御処理を説明するための模式図である。 図１４は、本発明の第２の実施形態である屋内クレーン制御処理を説明するための模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である屋内クレーンの自動運転装置の構成及びその動作について説明する。

〔屋内クレーンの自動運転装置の構成〕
始めに、図１，図２を参照して、本発明の一実施形態である屋内クレーンの自動運転装置の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態である屋内クレーンの自動運転装置の全体構成を示す模式図である。図２は、本発明の一実施形態である屋内クレーンの自動運転装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態である屋内クレーンの自動運転装置１は、屋内クレーン２を利用して下ロールＲ１の上に上ロールＲ２を重ね合わせる作業を行うための装置である。図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態である屋内クレーンの自動運転装置１は、屋内クレーン２及び屋内位置測定システム３を主な構成要素として備えている。そして、屋内クレーン２は、吊り冶具２１、台車２２、作業者用コントローラ２３、及び測距センサ２４を備えている。

吊り冶具２１は、上ロールＲ２を把持する把持装置２１ａと、把持装置２１ａを固定するためのフレーム２１ｂと、を備え、上ロールＲ２を把持して固定する機能を有している。台車２２は、搭載コンピュータ２２ａと、モータ制御部２２ｂと、駆動部２２ｃと、を備えている。搭載コンピュータ２２ａは、情報処理装置によって構成され、作業者用コントローラ２３から送信された動作指令に従ってモータ制御部２２ｂを制御する。モータ制御部２２ｂは、搭載コンピュータ２２ａから出力された制御信号に従って駆動部２２ｃを制御する。

駆動部２２ｃは、モータ制御部２２ｂから出力された制御電流に従って、吊り冶具２１の矢印Ｄ１方向への巻上げや巻下げ、吊り冶具２１の矢印Ｄ２方向への横行、レールＲ上における台車２２の矢印Ｄ３方向への走行、吊り冶具２１の矢印Ｄ４方向への旋回動作、握持装置２１ａの矢印Ｄ５方向への開閉動作を行う。

作業者用コントローラ２３は、作業者Ｏによって操作され、後述するホストコンピュータ３３から送信された巻上げ、横行、走行、旋回、又は開閉動作指令を搭載コンピュータ２２ａに伝送する機能を有している。また、作業者用コントローラ２３は、作業者Ｏが自律移動モードＯＮ／ＯＦＦ切り替えスイッチ２３ａを操作することによって自律移動モードをオン状態に設定した場合、自律移動モードがオン状態に設定された旨の信号を搭載コンピュータ２２ａに送信する。自律移動モードがオン状態に設定された旨の信号を受信した場合、搭載コンピュータ２２ａは、作業者用コントローラ２３から送信される動作指令情報に基づいてモータ制御部２２ｂを制御することによって台車２２を自律走行させる。

測距センサ２４は、センサ投光部から射出されるスキャン型測距レーザーにより吊り治具２１と周辺ランドマークとの間の距離を広角に測定することによって吊り治具２１と障害物との間の距離を測定する。

屋内位置測定システム３は、複数の航法用送信機３１、航法用受信機３２、及びホストコンピュータ３３を備えている。

航法用送信機３１は、下ロールＲ１の上に上ロールＲ２を重ね合わせる作業を行う作業エリア内に設置され、２つの回転ファンビーム（扇形ビーム）ＦＢを射出する。回転ファンビームＦＢはレーザファンビームであってもよく、他の光放射手段であってもよい。

航法用受信機３２は、吊り冶具２１に装着され、複数の航法用送信機３１から射出された回転ファンビームＦＢを受信する。航法用受信機３２は、受信した回転ファンビームＦＢをＩＧＰＳ（Indoor Global Positioning System）信号として認識し、認識したＩＧＰＳ信号に関する情報を受信情報としてホストコンピュータ３３に無線伝送する。一般に、衛星航法システム（GPS : Global Positioning System）は３つ以上のＧＰＳ人工衛星を用いてＧＰＳ受信機の位置に符合する３次元座標値（以下、「座標値」という）を認識及び決定する装置であり、このような概念を屋内に適用したものが屋内位置測定システム（ＩＧＰＳ）である。屋内位置測定システムの詳細については、米国特許第６，５０１，５４３号明細書に詳細に記載されている。

ホストコンピュータ３３は、コンピュータ本体３３ａ、キーボード３３ｂ、及び受信装置３３ｃを備えている。コンピュータ本体３３ａの記憶手段には、現在位置演算用プログラム３３ｄ、目標軌道計算プログラム３３ｅ、周囲エリア計算プログラム３３ｆ、及びエリア判定プログラム３３ｇが記憶されている。キーボード３３ｂは、作業車Ｏの操作入力信号をコンピュータ本体３３ａに出力する。受信装置３３ｃは、航法用受信機３２から無線伝送された受信情報をコンピュータ本体３３ａに出力する。

コンピュータ本体３３ａは、現在位置演算用プログラム３３ｄを実行することによって、航法用受信機３２からの受信情報に基づいて航法用受信機３２の現在位置を算出する。具体的には、航法用送信機３１が射出する回転ファンビームＦＢは航法用送信機３１間で所定の角度ずつずれているので、受信した回転ファンビームＦＢに基づいて航法用受信機３２の座標値、すなわち位置又は高さを測定できる。航法用受信機３２からの受信情報は受信装置３３ｃを介してコンピュータ本体３３ａに伝送され、コンピュータ本体３３ａが、三角測量の原理に従って受信情報からグローバル座標系における航法用受信機３２の位置を演算する。

そして、コンピュータ本体３３ａは、作業エリア内における屋内クレーン２の走行、横行、巻上げ、及び旋回方向成分に対応したグローバル座標系をそれぞれ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び（θｘ,θｙ,θｚ）と定義しておくことにより、航法用受信機３２の位置を屋内クレーン２の制御方向と直接関連付けできる。なお、クレーンガーターを含む建屋自身の方向が大きく変化することは無いため、グローバル座標系の設定作業はメンテナンス作業等によって航法用送信機３１の設置位置がずれた際等に行う程度で十分である。

ここで、図３〜図５を参照して、グローバル座標系の設定方法について説明する。図３は、本発明の一実施形態であるグローバル座標系の設定処理の流れを示すフローチャートである。図４及び図５はそれぞれ、グローバル座標系の設定処理において測定された測定点Ａ１，Ｂ１，Ｃ１の位置を説明するための斜視図及び平面図である。図４に示すように、グローバル座標系を設定する際には、始めに、作業者Ｏが、航法用受信機３２を備える治具５０の接触式プローブ部５１を工場建屋支柱Ｔ１の表面に設けられたランドマークＬ１に接触させ、航法用受信機３２からホストコンピュータ３３に受信情報を送信することによって、ランドマークＬ１の測定点Ａ１の位置を測定する（ステップＳ１）。

なお、ランドマークの位置を高精度に測定するため、航法用受信機３２と接触式プローブ部５１の幾何学的位置関係は±５０マイクロメートル以内の高精度で決定しておくことが望ましい。屋内位置測定システムによって航法用受信機３２の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び姿勢（θｘ,θｙ,θｚ）の情報が得られるため、航法用受信機３２と接触式プローブ部５１との幾何学的位置関係が決まっていれば、航法用受信機３２の受信情報を接触式プローブ部５１の位置情報（ランドマークの位置情報）に変換できる。

次に、作業者Ｏは、屋内クレーン２の走行方向Ｄ３において工場建屋支柱Ｔ１に隣接する支柱Ｔ２の表面に設けられたランドマークＬ２に治具５０の接触式プローブ部５１を接触させ、航法用受信機３２からホストコンピュータ３３に受信情報を送信することによって、ランドマークＬ２の測定点Ｂ１の位置を測定する（ステップＳ２）。次に、作業者Ｏは、屋内クレーン２の横行方向Ｄ２において工場建屋支柱Ｔ１に隣接する支柱Ｔ３の表面に設けられたランドマークＬ３に治具５０の接触式プローブ部５１を接触させ、航法用受信機３２からホストコンピュータ３３に受信情報を送信することによって、ランドマークＬ３の測定点Ｃ１の位置を測定する（ステップＳ３）。そして最後に、ホストコンピュータ３３が、航法用受信機３２からの受信情報に基づいて、測定点Ａ１，Ｂ１，Ｃ１の位置をコーナに含み、測定点Ａ１の位置を原点とする座標系をグローバル座標系（図５参照）として定義する（ステップＳ４）。

なお、回転ファンビームの強度にも依存するが、商用化されている屋内位置測定システムでは、半径２０〜３０ｍの範囲で±５０マイクロメートル以内の測位精度が得られる。このため、作業エリア全体をカバーするように航法用送信機３１を設置する場合には、建屋支柱の上方に作業エリアを見下ろす形で航法用送信機３１を設置するのが現実的である。従って、一般的な工場建屋支柱スパンを２０ｍとした場合であっても十分な精度で測位を行うことができる。

また、本実施形態では、作業者Ｏは、航法用受信機３２と同じ構成の航法用受信機４１と、携帯型クレーン接近アラーム４２を装着している。航法用受信機４１及び携帯型クレーン接近アラーム４２はそれぞれ、本発明に係る第２の航法用受信機及び警報手段として機能する。

このような構成を有する屋内クレーンの自動運転装置１は、以下に示す位置／姿勢情報取得処理及び目標軌道計算処理を実行することによって、屋内クレーン２によって下ロールＲ１の上に上ロールＲ２を重ね合わせる作業において、高精度、効率的、且つ、安全に下ロールＲ１の上に上ロールＲ２を重ね合わせる。以下、位置／姿勢情報取得処理及び目標軌道計算処理を実行する際の屋内クレーンの自動運転装置１の動作について説明する。

〔位置／姿勢情報取得処理〕
始めに、図６，図７を参照して、位置／姿勢情報取得処理を実行する際の屋内クレーンの自動運転装置１の動作について説明する。図６は、本発明の一実施形態である位置／姿勢情報取得処理の流れを示すフローチャートである。図７は、図６に示す位置／姿勢情報取得処理における上ロールの測定点の位置を示す模式図である。図６に示すフローチャートは、作業者Ｏがキーボード３３ｂを操作することによってホストコンピュータ３３に対して位置／姿勢情報取得処理の実行を指示したタイミングで開始となる。ホストコンピュータ３３は、位置／姿勢情報取得処理の実行を指示されるのに応じて、現在位置演算用プログラム３３ｄを実行することによって位置／姿勢情報取得処理を実行する。

図６に示すように、位置／姿勢情報取得処理では、始めに、作業者Ｏが、航法用受信機３２が取り付けられた治具５０の接触式プローブ部５１を下ロールＲ１のコーナに接触させ、航法用受信機３２からホストコンピュータ３３に受信情報を送信することによって、下ロールＲ１のコーナの測定点Ａ２（図７参照）の位置を測定する（ステップＳ１１）。次に、作業者Ｏは、下ロールＲ１の軸方向において測定点Ａ２に隣り合うコーナに治具５０の接触式プローブ部５１を接触させ、航法用受信機３２からホストコンピュータ３３に受信情報を送信することによって、下ロールＲ１のコーナの測定点（ロール端測定点）Ｂ２（図７参照）の位置を測定する（ステップＳ１２）。

次に、作業者Ｏは、測定点Ａ２を含み、下ロールＲ１の軸方向と直交する線分上にあり、且つ、測定点Ａ２を含む水平面内にある下ロールＲ１のコーナに治具５０の接触式プローブ部５１を接触させ、航法用受信機３２からホストコンピュータ３３に受信情報を送信することによって、下ロールＲ１のコーナの測定点（ロール端測定点）Ｃ２（図７参照）の位置を測定する（ステップＳ１３）。次に、作業者Ｏは、測定点Ａ２を含み、下ロールＲ１の軸方向と直交する線分上にあり、且つ、測定点Ａ２，Ｂ２，Ｃ２を含む水平面の垂直方向にある下ロールＲ１のコーナに治具５０の接触式プローブ部５１を接触させ、航法用受信機３２からホストコンピュータ３３に受信情報を送信することによって、下ロールＲ１のコーナの測定点（ロール端測定点）Ｄ２（図７参照）の位置を測定する（ステップＳ１４）。

次に、ホストコンピュータ３３が、航法用受信機３２からの受信情報に基づいて、測定点Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２の位置をコーナに含む直方体形状を演算し、演算された直方体形状に基づいて下ロールＲ１の位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）及び姿勢（θ１ｘ,θ１ｙ,θ１ｚ）を認識する。そして、ホストコンピュータ３３は、測定点Ａ２を原点とし、測定点Ａ２から測定点Ｂ２へのベクトル方向をＸ方向、測定点Ａ２から測定点Ｃ２へのベクトル方向をＹ方向、測定点Ａ２から測定点Ｄ２へのベクトル方向をＺ方向とする座標系（下ロール座標系）（図７参照）を設定する（ステップＳ１５）。これにより、一連の位置／姿勢情報取得処理は終了する。

〔目標軌道計算処理〕
次に、図８，９を参照して、目標軌道計算処理を実行する際の屋内クレーンの自動運転装置１の動作について説明する。図８は、本発明の一実施形態である目標軌道計算処理の流れを示すフローチャートである。図９は、図８に示す目標軌道計算処理における下ロールの測定点の位置を示す模式図である。図８に示すフローチャートは、作業者Ｏがキーボード３３ｂを操作することによってホストコンピュータ３３に対して目標軌道計算処理の実行を指示したタイミングで開始となる。ホストコンピュータ３３は、目標軌道計算処理の実行を指示されるのに応じて、目標軌道計算プログラム３３ｅを実行することによって目標軌道計算処理を実行する。

図８に示すように、目標軌道計算処理では、始めに、作業者Ｏが、航法用受信機３２が取り付けられた治具５０の接触式プローブ部５１を上ロールＲ２のコーナに接触させ、航法用受信機３２からホストコンピュータ３３に受信情報を送信することによって、上ロールＲ２のコーナの測定点Ａ３（図９参照）の位置を測定する（ステップＳ２１）。次に、作業者Ｏは、上ロールＲ２の軸方向において測定点Ａ３に隣り合うコーナに治具５０の接触式プローブ部５１を接触させ、航法用受信機３２からホストコンピュータ３３に受信情報を送信することによって、上ロールＲ２のコーナの測定点（ロール端測定点）Ｂ３（図９参照）の位置を測定する（ステップＳ２２）。

次に、作業者Ｏは、測定点Ａ３を含み、上ロールＲ２の軸方向と直交する線分上にあり、且つ、測定点Ａ３を含む水平面内にあるコーナに治具５０の接触式プローブ部５１を接触させ、航法用受信機３２からホストコンピュータ３３に受信情報を送信することによって、上ロールＲ２のコーナの測定点（ロール端測定点）Ｃ３（図９参照）の位置を測定する（ステップＳ２３）。次に、作業者Ｏは、測定点Ａ３を含み、上ロールＲ２の軸方向と直交する線分上にあり、且つ、測定点Ａ３，Ｂ３，Ｃ３を含む水平面の垂直方向にあるコーナに治具５０の接触式プローブ部５１を接触させ、航法用受信機３２からホストコンピュータ３３に受信情報を送信することによって、上ロールＲ２のコーナの測定点（ロール端測定点）Ｄ３（図９参照）の位置を測定する（ステップＳ２４）。

次に、ホストコンピュータ３３が、航法用受信機３２から送信された情報に基づいて、測定点Ａ３，Ｂ３，Ｃ３，Ｄ３の位置をコーナに含む直方体形状を演算し、演算された直方体形状に基づいて上ロールＲ２の位置（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）及び姿勢（θ２ｘ,θ２ｙ,θ２ｚ）を認識する。また、ホストコンピュータ３３は、測定点Ａ３を原点とし、測定点Ａ３から測定点Ｂ３へのベクトル方向をＸ方向、測定点Ａ３から測定点Ｃ３へのベクトル方向をＹ方向、測定点Ａ３から測定点Ｄ３へのベクトル方向をＺ方向とする座標系（上ロール座標系）を設定する（ステップＳ２５）。

次に、ホストコンピュータ３３が、吊り冶具２１に装着された航法用受信機３２の位置（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）及び姿勢（θ３ｘ,θ３ｙ,θ３ｚ）の情報と上ロール座標系の情報とに基づいて、吊り治具２１と上ロールＲ２との相対位置（Ｘ３−Ｘ２，Ｙ３−Ｙ２，Ｚ３−Ｚ２）及び姿勢（θ３ｘ−θ２ｘ，θ３ｙ−θ２ｙ，θ３ｚ−θ２ｚ）を演算する（ステップＳ２５）。次に、ホストコンピュータ３３が、下ロール座標系と上ロール座標系の相対位置（Ｘ１−Ｘ２，Ｙ１−Ｙ２，Ｚ１−Ｚ２）及び姿勢（θ１ｘ−θ２ｘ，θ１ｙ−θ２ｙ，θ１ｚ−θ２ｚ）を算出する（ステップＳ２６）。

次に、ホストコンピュータ３３は、吊り冶具２１に装着された航法用受信機３２の位置及び姿勢の情報を用いて吊り冶具２１の目標移動位置（Ｘ３＋Ｘ１−Ｘ２，Ｙ３＋Ｙ１−Ｙ２，Ｚ３＋Ｚ１−Ｚ２）及び目標姿勢（θ３ｘ＋θ１ｘ−θ２ｘ，θ３ｙ＋θ１ｙ−θ２ｙ，θ３ｚ＋θ１ｚ−θ２ｚ）を吊り冶具２１の目標移動成分として算出する。そして、ホストコンピュータ３３が、吊り冶具２１に装着された航法用受信機３２の位置及び姿勢情報が目標移動位置及び目標姿勢となるように目標軌道を設定し、目標軌道に沿って吊り治具２１を自律移動させる。具体的には、図１０に示すように、ホストコンピュータ３３は、（Ａ）上ロールＲ２が周辺構造物及び作業者Ｏと干渉しない高さまで吊り治具２１を巻き上げた後、（Ｂ）横行、走行、及び旋回同時動作によって目標軌道に沿って吊り治具２１を最短距離移動させる。その後、ホストコンピュータ３３は、（Ｃ）吊り治具２１の巻き下げ動作を行った後、（Ｄ）下ロールＲ１と接触する１０ｃｍ手前にて巻き下げ速度を減速し、上ロールＲ２の位置及び姿勢に微調整を加えながら下ロールＲ１の上に上ロールＲ２を接地させる（ステップＳ２７）。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である金属板の重ね合わせ装置１では、下ロールＲ１の上に上ロールＲ２を重ね合わせる作業を行う作業エリア内に設けられた複数の航法用送信機３１が、回転ファンビームを射出し、吊り治具２１に上ロールＲ２を係止することによって上ロールＲ２を移動する屋内クレーン２の吊り治具２１に装着された航法用受信機３２が、回転ファンビームをＩＧＰＳ信号として受信し、ホストコンピュータ３３が、航法用受信機３２が受信したＩＧＰＳ信号に基づいて吊り治具２１の現在位置を算出し、算出された現在位置と目標位置との偏差に基づいて吊り治具２１の現在位置が目標位置になるように屋内クレーン２を自律走行させることによって、下ロールＲ１の上に上ロールＲ２を重ね合わせる。これにより、屋内クレーンによって下ロールＲ１の上に上ロールＲ２を重ね合わせる作業において、高精度、効率的、且つ、安全に上ロールＲ２を重ね合わせることができる。

ここで、作業者や仮設足場等の未知の障害物を回避する場合と違い、既知の障害物については事前に障害物の位置を把握しておくことができる。そこで、既知の障害物については、３次元ＣＡＤ情報に基づいて既知の障害物の位置及び姿勢に関する情報を予めホストコンピュータ３３に記憶しておき、既知の障害物の位置及び姿勢の座標をグローバル座標系に応じて変換し、クレーンハンドリング時に緩衝の危険が高いポイントである障害物のコーナ座標（例えば図１１に示す座標(a,b,c),(d,e,f),(A,B,C),(D,E,F)）を事前に算出しておくことが望ましい。これにより、図１１に示すように、上ロールＲ２の目標軌道を算出する際、従来技術における目標軌道よりも短く、３次元空間において上ロールＲ２が既知の障害物６０ａ，６０ｂと緩衝せずに十分な距離を確保して現在位置Ａ３から目標位置Ａ３＊に移動可能な目標軌道を算出できる。

なお、安全通路を建設した後に設置された障害物等、３次元ＣＡＤ情報等の図面情報が十分にない障害物であっても、治具５０を用いてその障害物のコーナ座標を測定しておくことによっても同様の対応ができる。さらに、障害物の位置がグローバル座標系において大きく変化しないのであれば、グローバル座標系を設定する際のキャリブレーション作業と同様、障害物のコーナ座標を何度も測定する必要はない。例えばメンテナンス作業等によって航法用送信機３１の設置位置がずれた場合等に行う程度で十分である。また、本実施形態では、治具５０の測定結果に基づいて上ロールＲ２の目標位置を決定しているが、目標位置が作業エリア内の固定された構造物上にある場合等、目標位置が変化しない場合には、ホストコンピュータ３３上で目標位置を設定してもよい。これにより、治具５０を用いた測定作業が不要となり、作業効率を向上させることができる。

ところで、上述のようにして効率を優先させた最短ルートに沿って屋内クレーン２を自律移動させた場合、作業エリア内で作業する作業者Ｏの上方を屋内クレーン２が通過するケースが発生し得る。すなわち、効率が優先される一方、屋内クレーン２からの退避距離の確保という安全ルールが遵守されないケースが発生し得る。また、万一上ロールＲ２が屋内クレーン２から落下した場合には、重大労働災害に繋がるリスクがある。さらには、作業エリアの上方には障害物が無いことを前提として屋内クレーン２の目標軌道を設定した場合、装置点検のための仮設足場等の想定外の障害物が作業エリア内に存在した時には、その障害物と上ロールＲ２とが接触する可能性がある。そして、この場合も上記の場合と同じく、災害に繋がるリスクがある。

そこで、以下に示す本発明の第１及び第２の実施形態である屋内クレーン制御処理を実行することによって、上述のようなリスクが発生することを抑制することが望ましい。なお、以下に示す屋内クレーン制御処理は、ホストコンピュータ３３が、周囲エリア計算プログラム３３ｆ及びエリア判定プログラム３３ｇを読み出し、実行することによって実現される。

図１２は、本発明の第１の実施形態である屋内クレーン制御処理を説明するための模式図である。図１２に示すように、本発明の第１の実施形態である屋内クレーン制御処理では、ホストコンピュータ３３が、エリア判定プログラム３３ｇを実行することによって、作業者Ｏに装着させた航法用受信機４１により作業者Ｏの位置情報をリアルタイムで取得する。また、ホストコンピュータ３３は、周囲エリア計算プログラム３３ｆを実行することによって、航法用受信機３２を用いて認識した上ロールＲ２の位置及び姿勢情報から上ロールＲ２の吊り上げ高さに応じて作業者Ｏの退避距離の目安となる作業フロア領域を演算する。

例えば、ホストコンピュータ３３は、上ロールＲ２の測定点Ａ３から吊り上げ高さＨ分だけ退避距離を確保した領域を危険エリアＲＡとして演算する。また、ホストコンピュータ３３は、危険エリアＲＡからさらに任意量の退避距離の余裕代を確保した領域を警報エリアＲＢとして演算する。そして、エリア判定プログラム３３ｇによって作業者Ｏの位置が警報エリアＲＢ内にあると判別された場合、ホストコンピュータ３３は、自律移動制御における屋内クレーン２の目標速度を例えば１／３に減速させて徐行動作を実行する。

さらに、ホストコンピュータ３３は、作業者Ｏが装着している携帯型クレーン接近アラーム４２を制御することによって屋内クレーン３が接近していることを報知する警報を発生し、作業者Ｏに対して退避距離の確保を促す。さらに、エリア判定プログラム３３ｇによって作業者Ｏの位置が危険エリアＲＡ内にあると判別された場合には、ホストコンピュータ３３は、屋内クレーン２の自律移動制御モードをオフとして屋内クレーン２を緊急停止させる。これにより、作業者Ｏが上ロールＲ２に近づくリスクを低減できる。

なお、屋内位置測定システムは高精度での測位が可能であるが、作業者の位置監視のために±５０マイクロメートル以内の測位精度はオーバースペックとなる。作業者の位置監視については測位精度±１ｍ以内であれば十分であり、屋内位置測定システムに限定されることはない。例えばWifi信号や超広帯域無線通信であるUWB（UltraWideBand）を用いて３点測量を行う屋内測位システム、衛星ＧＰＳ信号を利用する屋内ＧＰＳ(ＩＭＥＳ方式)等、精度向上を目指して開発途上にあるシステムは多く存在する。従って、将来的に、金属板の位置は屋内位置測定システムを利用し、作業者の位置監視には他の測位システムを併用することも十分に考えられる。

図１３，図１４は、本発明の第２の実施形態である屋内クレーン制御処理を説明するための模式図である。本発明の第２の実施形態である屋内クレーン制御処理では、始めに、搭載コンピュータ２２ａが、屋内クレーン２の吊り冶具２１に装着された測距センサ２４ａ，２４ｂによって吊り治具２１と障害物６０との間の距離を測定する。なお、図１３，１４に示す例では、障害物として装置点検のための仮設足場を例示している。そして、搭載コンピュータ２２ａは、ホストコンピュータ３３によって演算された航法用受信機３２と吊り治具２１との相対位置関係とに基づいて、測定された距離のデータをグローバル座標系におけるデータに変換する。

次に、ホストコンピュータ３３は、上ロールＲ２の位置及び姿勢に関する情報と吊り治具２１と障害物６０との間の距離とに基づいて上ロールＲ２と障害物６０との間の距離を近接距離Ｄとして演算し、近接距離Ｄと所定の閾値との大小関係を判別する。例えば、ホストコンピュータ３３は、測距センサ２４ａ，２４ｂの位置を中心とした半径３ｍの円形領域を危険エリアＲＣ，ＲＤに設定し、更に任意量の退避距離の余裕代を確保した測距センサ２４ａ，２４ｂの位置を中心とした半径５ｍの円形領域を警報エリアに設定する。そして、判別の結果、近接距離Ｄが５ｍより小さく３ｍ以上である場合、ホストコンピュータ３３は、障害物６０が警報エリア内にあると判断し、自律移動制御における目標速度を例えば１／３に減速する。さらに、近接距離Ｄが３ｍより小さい場合、ホストコンピュータ３３は、障害物６０が危険エリアＲＣ，ＲＤ内にあると判断し、屋内クレーン２の自律移動制御モードをオフとして屋内クレーン２を緊急停止させる。これにより、仮設足場等の非定常的な周辺障害物と上ロールＲ２との接触事故を防止できる。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、本実施形態は屋内位置測定システム（ＩＧＰＳ）を用いたものであるが、本用途に耐えうる測定範囲及び精度を有する３角測量の原理に基づく屋内位置測定システムであれば本発明に適用可能である。このように、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ 金属板の自動運転装置
２ 屋内クレーン
３ 屋内位置測定システム
２１ 吊り冶具
２１ａ 把持装置
２１ｂ フレーム
２２ 台車
２２ａ 搭載コンピュータ
２２ｂ モータ制御部
２２ｃ 駆動部
２３ 作業者用コントローラ
２４ 測距センサ
３１ 航法用送信機
３２，４１ 航法用受信機
３３ ホストコンピュータ
３３ａ コンピュータ本体
３３ｂ キーボード
３３ｃ 受信装置
３３ｄ 現在位置演算用プログラム
３３ｅ 目標軌道計算プログラム
３３ｆ 周囲エリア計算プログラム
３３ｇ エリア判定プログラム
４２ 携帯型クレーン接近アラーム
ＦＢ 回転ファンビーム
Ｒ１ 下ロール
Ｒ２ 上ロール

Claims (8)

1. 屋内位置測定システムを用いて作業エリア内において被搬送物を搬送する屋内クレーンを制御する屋内クレーンの自動運転装置であって、
   前記被搬送物を握持する前記屋内クレーンの吊り治具に装着された、前記屋内位置測定システムの１つ以上の航法用送信機から射出された回転ファンビームを測位信号として受信する第１の航法用受信機と、
   前記測位信号に基づき認識された前記被搬送物の現在位置と目標位置との偏差を算出し、算出された現在位置と目標位置との偏差に基づいて前記被搬送物の現在位置が目標位置になるように前記屋内クレーンを自律移動させる制御手段と、
   を備えることを特徴とする屋内クレーンの自動運転装置。
2. 前記作業エリア内にいる作業者に装着された、前記屋内位置測定システムの１つ以上の航法用送信機から射出された回転ファンビームを測位信号として受信する第２の航法用受信機を備え、前記制御手段は、前記第１の航法用受信機が受信した測位信号に基づき認識された前記被搬送物の現在位置及び姿勢情報から前記作業エリア内における退避領域を算出し、前記第２の航法用受信機が受信した測位信号に基づき認識された前記作業エリア内における前記作業者の位置を算出し、前記退避領域及び前記作業者の位置の位置関係に応じて前記屋内クレーンの自動移動動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の屋内クレーンの自動運転装置。
3. 前記作業者に装着された、前記屋内クレーンが接近していることを報知する警報手段を備え、前記制御手段は、前記退避領域及び前記作業者の位置の位置関係に応じて前記警報手段を制御することによって前記作業者に対し前記屋内クレーンが接近していることを報知することを特徴とする請求項２に記載の屋内クレーンの自動運転装置。
4. 前記吊り治具に装着された、該吊り治具と周辺に存在するランドマークとの間の距離を測定する測距センサを備え、前記制御手段は、前記測距センサによって測定された距離と所定の閾値との大小関係に基づいて前記屋内クレーンの自動移動動作を制御することを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか１項に記載の屋内クレーンの自動運転装置。
5. 屋内位置測定システムを用いて作業エリア内において被搬送物を搬送する屋内クレーンを制御する屋内クレーンの自動運転方法であって、
   前記被搬送物を握持する前記屋内クレーンの吊り治具に装着された第１の航法用受信機が、前記屋内位置測定システムの１つ以上の航法用送信機から射出された回転ファンビームを測位信号として受信するステップと、
   制御手段が、前記第１の航法用受信機が受信した前記測位信号に基づき認識された前記被搬送物の現在位置と目標位置との偏差を算出し、算出された現在位置と目標位置との偏差に基づいて前記被搬送物の現在位置が目標位置になるように前記屋内クレーンを自律移動させるステップと、
   を含むことを特徴とする屋内クレーンの自動運転方法。
6. 前記作業エリア内にいる作業者に装着された第２の航法用受信機が、前記屋内位置測定システムの１つ以上の航法用送信機から射出された回転ファンビームを測位信号として受信するステップと、
   前記制御手段が、前記第１の航法用受信機が受信した測位信号に基づき認識された前記被搬送物の現在位置及び姿勢情報から前記作業エリア内における退避領域を算出し、前記第２の航法用受信機が受信した測位信号に基づき認識された前記作業エリア内における前記作業者の位置を算出し、前記退避領域及び前記作業者の位置の位置関係に応じて前記屋内クレーンの自動移動動作を制御するステップと、
   を含むことを特徴とする請求項５に記載の屋内クレーンの自動運転方法。
7. 前記退避領域及び前記作業者の位置の位置関係に応じて前記作業者に装着された警報手段を制御することによって前記作業者に対し前記屋内クレーンが接近していることを報知するステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の屋内クレーンの自動運転方法。
8. 前記吊り治具に装着された測距センサが、該吊り治具と周辺に存在するランドマークとの間の距離を測定するステップと、
   前記制御手段が、前記測距センサによって測定された距離と所定の閾値との大小関係に基づいて前記屋内クレーンの自動移動動作を制御するステップと、
   を含むことを特徴とする請求項５〜７のうち、いずれか１項に記載の屋内クレーンの自動運転方法。

Images