JP2018193158A - クレーン操縦アシスト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地上からの遠隔操作でも広範囲の視界を確保しつつ、スプレッダに遮られて死角となる部分を可視化させることが可能なクレーン操縦アシスト装置を提供すること。【解決手段】クレーン操縦アシスト装置の処理装置は、距離センサーで得られた第２位置と目標地点との間の距離に基づいて、第２位置で得られた拡大画像の倍率を、第１位置で得られた基準画像の倍率に合わせた上で拡大画像を基準画像に合成するとともに、拡大画像と基準画像との合成画像にスプレッダの仮想画像を透過させて合成する。【選択図】図１

Description

本発明は、クレーン操縦アシスト装置に関する。

トロリーに運転室がついている一般的なコンテナクレーンの動作としては、まず海脚と陸脚がコンテナ船と平行移動し目標とするコンテナの列とクレーンガータが同一列上になるようにする。この方向は走行方向と呼ばれている。次にクレーンガータ上をトロリーが移動（横行移動）し、目標地点の上部にスプレッダが重なるようにする。

トロリーにはコンテナをつかむスプレッダがついている。また、スプレッダには、滑車集合装置であるシーブブロックビームとフリッパがついている。スプレッダは、トロリーからワイヤーで吊るされており、ワイヤーの巻上/巻下により、スプレッダを上下させ目標地点まで上昇/降下する。

そしてスプレッダが目標地点に到達したらコンテナをつかみにいく、または降ろしに行く。なお、コンテナをつかみに行く場合、目標地点に近づいたらフリッパを降ろしてコンテナをつかむ際にずれが生じないように目標位置を定める。さらにコンテナをつかむ際はスプレッダのロックピンをコンテナのピン孔に係合させる。

先行技術文献として特許文献１には、スプレッダ部分についたカメラと、画像処理装置と、クレーンの制御装置を用いて、スプレッダを目標地点に着床させコンテナを把持する操作を簡易かつ効率的に行うコンテナクレーンの着床目標設定装置が開示されている。

特開２００２−２４１０７８号公報

トロリーに運転室がついているコンテナクレーンの場合、高所から目標地点を確認することになるので作業現場近辺だけでなく、周辺の広い視界を確保することが可能である。しかしトロリーについている運転室から、コンテナの積み降ろし作業を行っている作業地点を確認した際、スプレッダがさえぎり目標地点は死角となってしまう。これは精密操作が必要となるコンテナクレーンでは好ましくない状況である。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、地上からの遠隔操作でも広範囲の視界を確保しつつ、スプレッダに遮られて死角となる部分を可視化させることが可能なクレーン操縦アシスト装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、クレーンガータと、コンテナを把持するまたは降ろす目標地点との間を昇降されるスプレッダのフリッパに取り付けられ、前記スプレッダが前記クレーンガータ付近の高さに位置する第１位置から前記目標地点を撮影して基準画像を取得し、前記スプレッダが前記第１位置よりも前記目標地点に近づいた第２位置から前記目標地点を撮影して拡大画像を取得するカメラと、前記フリッパに取り付けられ、前記目標地点と前記スプレッダとの間の距離を検出する距離センサーと、前記距離センサーで得られた前記第２位置と前記目標地点との間の距離に基づいて、前記第２位置で得られた前記拡大画像の倍率を、前記第１位置で得られた前記基準画像の倍率に合わせた上で前記拡大画像を前記基準画像に合成するとともに、前記拡大画像と前記基準画像との合成画像に前記スプレッダの仮想画像を透過させて合成する処理装置と、を備えたクレーン操縦アシスト装置が提供される。

クレーンの運転効率を上げ、また、誘導員の人員数を削減することが可能となる。

実施形態のクレーンおよびクレーン操縦アシスト装置の構成を示す概略図。 実施形態のクレーンにおける降下前のスプレッダの拡大図。 実施形態のクレーンにおける降下中のスプレッダの拡大図。 実施形態のクレーンにおけるフリッパが下りている状態のスプレッダの拡大図。 実施形態のクレーン操縦アシスト装置で取得される広範囲の基準画像の模式図。 実施形態のクレーン操縦アシスト装置で取得される目標地点の拡大画像の模式図。 図５と図６の合成画像の模式図。 他の実施形態における画面表示例の模式図。 他の実施形態における画面表示例の模式図。

以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。

図１は、実施形態のクレーンおよびクレーン操縦アシスト装置の構成を示す概略図である。
図２は、実施形態のクレーンにおける降下前のスプレッダ７の拡大図である。
図３は、実施形態のクレーンにおける降下中のスプレッダ７の拡大図である。
図４は、実施形態のクレーンにおけるフリッパ９が下りている状態のスプレッダ７の拡大図である。

クレーンは全体が、陸上に設置された海脚４および陸脚５によって、図１における紙面の手前または奥行き方向に移動する。この移動方向を走行方向とする。

その走行方向に対して交差（例えば直交）する横行方向（図１において左右方向）にクレーンガータ１が延び、そのクレーンガータ１上をトロリー２が移動する。トロリー２は、陸上と、海上のコンテナ船１０の上方との間を移動する。コンテナ船１０は、複数のコンテナ１１を搭載可能である。

トロリー２からは、ヘッドブロック８がワイヤー６によって吊り下げられている。ヘッドブロック８には、コンテナ１１を把持するためのスプレッダ７が取り付けられている。

スプレッダ７には、フリッパ９が取り付けられている。フリッパ９は、スプレッダ７をコンテナ１１に係合するようにガイドする。

ワイヤー６の巻き上げ／巻き下げ動作により、ヘッドブロック８、スプレッダ７、およびフリッパ９は一体となって、クレーンガータ１と、コンテナ１１を把持するまたは降ろす目標地点との間を昇降する。

図２、３、４に示すように、フリッパ９にはセンサー１３が取り付けられている。４つのフリッパ９がそれぞれスプレッダ７の四隅に取り付けられている。したがって、センサー１３もスプレッダ７の四隅に取り付けられている。さらに、１つのフリッパ９につき、２つのセンサー１３がフリッパ９の上下両端に取り付けられている。

センサー１３は、イメージセンサー（カメラ）と、距離センサーとを含む。距離センサーは、コンテナ１１を把持するまたは降ろす目標位置と、スプレッダ７との間の距離（目標位置からのスプレッダ７の高さ）ｄを検出する。距離センサーとしては、例えば、赤外線センサーや超音波センサー等を用いることができ、多少の衝撃でも動作の影響や故障がないものであれば、距離センサーの種類は自由に選定可能である。

カメラは、スプレッダ７がクレーンガータ１付近の高さに位置する図２に示す第１位置から、コンテナ１１を把持するまたは降ろす目標地点を撮影して基準画像を取得する。さらに、カメラは、スプレッダ７が第１位置よりも目標地点に近づいた図３または図４に示す第２位置から目標地点を撮影して、基準画像よりもズームアップされた拡大画像を取得する。

カメラは、スプレッダ７のフリッパ９が上がっている状態でも下りている状態でも目標地点を撮影できるようにしている。カメラは、例えば、図２に示すように目標地点の上部で停止した際のスプレッダ７の降下前、図３に示すように目標地点に向けてスプレッダ７が降下している降下中(この時、フリッパ９は上がっている)、および図４に示すようにスプレッダ７が目標地点の近くまで降下しフリッパ９を下ろした状態で撮影を行う。

なお、カメラの撮影のタイミングは作業中であれば運転手が自由に決めてよいものとする。また、カメラは特定のタイミング毎に静止画で撮影することも、リアルタイムで動画として撮影することも可能とする。

また、実施形態のクレーン操縦アシスト装置は、図１においてブロック図で模式的に表す処理装置２１と表示装置２２を備えている。処理装置２１および表示装置２２は、地上に設置された運転室（図示せず）に設置される。また、運転室には、クレーンの操作部も設置される。また、例えばタッチパネル式の表示装置２２が操作部を兼ねても良い。

図５は、スプレッダ７が目標地点の上方で停止しスプレッダ７が下降しだす前の状態（第１位置）で撮影された基準画像を表す。
図６は、スプレッダ７が降下中に（第２位置で）撮影された目標地点の拡大画像を表す。
図７は、図６の拡大画像を図５の基準画像に合成した合成画像を表す。

図５〜７に示すような、カメラの撮影画像や画像処理（合成処理）後の画像は、表示装置２２に表示される。

処理装置２１は、フリッパ９に取り付けられた距離センサーで得られた上記第２位置と目標地点との間の距離ｄに基づいて、第２位置で得られた拡大画像（図６）の倍率を、上記第１位置で得られた基準画像（図５）の倍率に合わせた上で、図７に示すように拡大画像を基準画像に合成するとともに、拡大画像と基準画像との合成画像にスプレッダ７の仮想画像１５を透過させて合成する。

カメラだけではカメラが撮影した画像の倍率が分からず、合成することが困難になってしまう。そこで、距離センサーによって得られるスプレッダ７と目標地点との間の距離ｄ（目標地点からのスプレッダ７の高さ）から、拡大画像の基準画像に対する倍率を算出し、その拡大画像を、より広範囲表示の基準画像に合成する。

次に、実施形態のクレーンおよびクレーン操縦アシスト装置の動作について説明する。

まず、目標とするコンテナ１１の列まで海脚４と陸脚５が移動してクレーンガータ１と目標とするコンテナ１１の列をそろえる。

次に、目標とするコンテナ１１までクレーンガータ１上をトロリー２が移動する。そしてスプレッダ７が目標地点（目標コンテナ）の上方に到達し、トロリー２が停止したら、フリッパ９に取り付けられたカメラ１３が、図５に示すような基準画像を撮影し、さらにフリッパ９に取り付けられたセンサー１３が、スプレッダ７と目標地点との間の距離ｄ（スプレッダ７の高さ）の計測を開始する。

そして電気室３内にあるモーターが駆動し、ワイヤー６に吊られたスプレッダ７が図３に示すように目標地点に向けて降下しだす。その降下中にカメラ１３が図６に示すような拡大画像を撮影する。

この時、処理装置２１は、センサー１３により得られた距離（高さ）ｄを用いて、図６の拡大画像が、基準画像を撮影した高さ（スプレッダ７が下降する前の高さ）からどのくらい下の位置で撮影したものか判断し、基準画像に倍率を合わせたうえで図６の拡大画像を図５の基準画像に合成する。図７は、その合成後の画像を表す。図６の画像が図５の画像におけるどの範囲を表すか算出され、合成処理が行われる。

カメラ１３はスプレッダ７の四隅に取り付けられ、図５〜７に示す画像は、４つのカメラ１３の画像を合成した画像である。そして、そのような４つのカメラ１３の撮影範囲はスプレッダ７の平面的な範囲に対応する。これにより、実際にはカメラ１３に映らないスプレッダ７の仮想画像１５を得ることができる。

そして、そのスプレッダ７の仮想画像１５は、図７に示す合成画像上に重ね合わせる。スプレッダ７の仮想画像１５を透過させることで、トロリー２につけられた運転室から目標地点を見た場合にはスプレッダ７に遮られて死角となる部分も可視化することができる。

また、スプレッダ７がコンテナ１１の積み下ろしを行う際に、スプレッダ７の目標地点までの距離ｄを運転手に数値で明確に伝えることで、より高効率な運転をすることも可能である。そのような情報は、例えば画面の右下に表示される。

スプレッダ７が目標とする地点に近づき図４に示すようにフリッパ９が下りたら、フリッパ９の上下両端に取り付けられているカメラ／距離センサー１３を切り替えて、引き続き撮影および距離計測を行う。すなわち、フリッパ９が上がっている状態ではフリッパ９の下端についているカメラ／距離センサー１３を使う。フリッパ９が下りると、フリッパ９の上下が反転するので、フリッパ９が上がっている状態のときはフリッパ９の上端に位置していたカメラ／距離センサー１３が下端に位置するので、その下端に位置するカメラ／距離センサー１３を使う。

フリッパ９を下ろすときはスプレッダ７の降下を一旦停止する。これはカメラ／距離センサー１３を切り替える際に画像取得と距離計測ができなくなることを防ぐためである。なお、スプレッダ７がさらに下降してフリッパ９が上がる際も同様にスプレッダ７の動作を一時停止して、使用するカメラ／距離センサー１３を切り替える。

そして、スプレッダ７が目標とするコンテナ１１をつかむと、ワイヤー６が電気室３内のモーター駆動により巻き取られ、スプレッダ７が上昇していく。そして、スプレッダ７が図２に示す最高点に上昇したら、トロリー２がクレーンガータ１上を陸側に向けて移動していく。なお、スプレッダ７が上昇しきった後も、カメラ／距離センサー１３は動作し続けても、または電源をオフにしてもよい。

以上説明した実施形態によれば、カメラと距離センサーを組み合わせて使うことで、地上からの遠隔操作でもトロリー２の運転室から見たときと同等の広い視界を確保しつつ、さらにスプレッダ７を透過させて目標地点の付近を見やすくできるので、コンテナの積み降ろし作業時に死角となる部分の可視化と着床位置の明確化を可能とする。これは、クレーンの運転効率を上げ、また、誘導員の人員数を削減することが可能となる。

以上説明したカメラ／距離センサー１３をスプレッダ７の上昇／下降中だけでなく、クレーン起動時から常に動作させ、コンテナ１１の大きさと、複数のコンテナ１１の並びを検出することも可能である。そして運転手がクレーンの走行方向で移動させたい方向(左か右か)と、クレーンガータ１をそろえたいコンテナ１１の列(現在の列から何列目)といった情報を指示することで、得られたコンテナ１１の大きさと、クレーンの現在位置を基に、クレーンが自動で走行方向に移動して目標とするコンテナの列で停止させる制御が可能になる。

コンテナ１１の長手方向サイズは、複数種類のサイズが規格で決められている。そのサイズに合わせて、スプレッダ７はコンテナ１１の長手方向に伸縮自在となっている。

図８において横方向がクレーンの走行方向を、縦方向がトロリー２の横行方向を表す。コンテナ１１は、その長手方向をクレーンの走行方向に平行にした状態でコンテナ船１０上に積載される。

処理装置２１は、スプレッダ７の伸びからコンテナ１１の長手方向の大きさ（図８のＡ）を検出し、その検出されたコンテナ１１の大きさＡに基づいて、クレーンをコンテナ１１の長手方向に沿って目標の列まで自動で移動させる制御を実行する。コンテナ１１の大きさＡは、一つの列の幅に対応する。

このとき、カメラ１３は上記実施形態と同じものを使用することができる。距離センサー１３は、高さｄだけでなく、スプレッダ７が伸縮した際の伸びを計測できるようにスプレッダ７の伸縮前の位置と伸縮後の位置も検出できるようにする。

次に、クレーンを自動走行させる実施形態の動作について説明する。

スプレッダ７の四隅にあるフリッパ９に取り付けられた距離センサー１３で、コンテナ１１をつかんだ際にスプレッダ７が伸びた距離をセンサーで検出する。距離センサー１３で、スプレッダ７が伸びる前の位置を検出し、そしてスプレッダ７が伸び終わった後の位置も検出する。この検出結果より、コンテナ１１の大きさＡが算出される。また、スプレッダ７が図２に示す基準点（基準高さ）にあるときの基準画像（図５）を取得したうえで、その際に現在のコンテナの列の様子を記憶しておく。

そして、運転手がクレーンを走行方向に動かしたい方向(現在位置から右側か左側か)と、動かしたい距離を例えば列で指定（特定）して入力すると、クレーンが先ほど記憶した情報と運転手の入力情報を基に、動くべき距離と方向を算出して、海脚４と陸脚５が走行方向に移動する。図９はこのときに表示装置２２に表示される画面例を表す。そしてクレーンが目標とする列１８まで到達したら自動で停止する。

コンテナ１１の大きさＡが全て同じ大きさの場合はトロリー２の位置はどこでもよい。コンテナ１１の大きさＡが列ごとに異なる場合は、カメラ１３で撮影を行いながらクレーンを走行させ列ごとのコンテナ１１の大きさを計測する。

その後、列ごとのコンテナ１１の大きさ情報と、運転手の入力情報を基に、動くべき距離と方向を算出して、海脚４と陸脚５が走行方向に移動し、目標とする列で自動停止する。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…クレーンガータ、２…トロリー、３…電気室、４…海脚、５…陸脚、６…ワイヤー、７…スプレッダ、８…ヘッドブロック、９…フリッパ、１０…コンテナ船、１１…コンテナ、１３…カメラ／距離センサー、１５…スプレッダの仮想画像、１８…目標とするコンテナの列、２１…処理装置、２２…表示装置

Claims (4)

1. クレーンガータと、コンテナを把持するまたは降ろす目標地点との間を昇降されるスプレッダのフリッパに取り付けられ、前記スプレッダが前記クレーンガータ付近の高さに位置する第１位置から前記目標地点を撮影して基準画像を取得し、前記スプレッダが前記第１位置よりも前記目標地点に近づいた第２位置から前記目標地点を撮影して拡大画像を取得するカメラと、
   前記フリッパに取り付けられ、前記目標地点と前記スプレッダとの間の距離を検出する距離センサーと、
   前記距離センサーで得られた前記第２位置と前記目標地点との間の距離に基づいて、前記第２位置で得られた前記拡大画像の倍率を、前記第１位置で得られた前記基準画像の倍率に合わせた上で前記拡大画像を前記基準画像に合成するとともに、前記拡大画像と前記基準画像との合成画像に前記スプレッダの仮想画像を透過させて合成する処理装置と、
   を備えたクレーン操縦アシスト装置。
2. 前記フリッパおよび前記カメラは、前記スプレッダの四隅に取り付けられている請求項１記載のクレーン操縦アシスト装置。
3. 前記カメラおよび前記距離センサーのそれぞれは、前記フリッパの上下両端に取り付けられている請求項１または２に記載のクレーン操縦アシスト装置。
4. 前記スプレッダは、コンテナの長手方向に伸縮自在であり、
   前記処理装置は、前記スプレッダの伸びから前記コンテナの前記長手方向の大きさを検出し、前記検出された前記コンテナの大きさに基づいて、クレーンを前記コンテナの前記長手方向に沿って目標の列まで自動で移動させる請求項１〜３のいずれか１つに記載のクレーン操縦アシスト装置。

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