JP2020109385A

JP2020109385A - 移動体スキッドに円筒状製品を自動積載するためのセンシング方法

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Publication number: JP2020109385A
Application number: JP2019000776A
Authority: JP
Inventors: 至康岸本; Shiko Kishimoto; 久之古賀; Hisashi Koga
Original assignee: Hitachi Plant Mechanics Co Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Mechanics Co Ltd
Priority date: 2019-01-07
Filing date: 2019-01-07
Publication date: 2020-07-16
Anticipated expiration: 2039-01-07
Also published as: JP7005835B2

Abstract

【課題】移動体の形状や移動体の停止位置などを含め、不確定要素が多い移動体スキッドの有する問題点に鑑み、このような移動体スキッドに対しても、自動クレーンを用いて円筒状製品を自動積載することができるようにするためのセンシング方法を提供すること。【解決手段】広域距離センサＭＳが測定した移動体スキッドＳＫの形状及び位置からなる高さデータに基づいて描いた移動体スキッドＳＫの高さラインの上に、円筒状製品ＣＯの直径データから導出した仮想円ＶＣを描き、右側鉛直方向最短距離部ＳＤＲと、左側鉛直方向最短距離部ＳＤＬとを割り出し、当該位置の左右の鉛直方向の距離が等しくなるように仮想円ＶＣを水平方向に移動させて、左右の鉛直方向の距離が等しくなる仮想円ＶＣの水平方向の位置を割り出し、当該割り出された仮想円ＶＣの水平方向の位置を、移動体スキッドＳＫに円筒状製品ＣＯが２点で安定的に当接して居座るようにできる位置とする。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、製紙工場、製鉄所等の薄物製品をロール状に巻き付けた円筒状製品を、製品置場等で稼働する自動クレーンを用いて、製品置場から外部に搬出するための移動体上に配置された転がり防止用のスキッドに自動積載するためのセンシング方法に関するものである。

近年、製紙工場、製鉄所等の製品置場でロール状に巻き付けた円筒状製品を運搬する作業は、自動運転化された自動クレーンを用いて無人化が図られている場合が多い。例えば、製品置場内の円筒状製品の収納、積み上げ、積み替え作業や場内運搬は、自動クレーンの自動化無人運転で行われる（例えば、特許文献１参照。）。

一方、製品置場から外部に搬出するために外部から持ち込まれた移動体に対しては、移動体上に設置された転がり防止用のスキッド（本明細書において、「移動体スキッド」という。）の形状や移動体の形状や移動体の停止位置などの不確定要素が多い。このため、外部から持ち込まれた移動体上のスキッドへの積載は、自動クレーンの無人運転を解除し、人が介在して天井クレーンを運転するなど、自動クレーンの自動運転による省人化効果が損なわれている実態がある。

特開平６−３２３８０９号公報

本発明は、移動体の形状や移動体の停止位置などを含め、不確定要素が多い移動体スキッドの有する問題点に鑑み、このような移動体スキッドに対しても、自動クレーンを用いて円筒状製品を自動積載することができるようにするためのセンシング方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の移動体スキッドに円筒状製品を自動積載するためのセンシング方法は、自動クレーンを用いて移動体スキッドに円筒状製品を自動積載するためのセンシング方法において、広域距離センサを用いて移動体スキッドの形状及び位置を測定し、該測定したデータ上に、円筒状製品の直径データから導出した仮想円を配置し、該仮想円の右半分の円弧と移動体スキッドの鉛直方向の距離が最も小さい位置と、仮想円の左半分の円弧と移動体スキッドの鉛直方向の距離が最も小さい位置とを割り出し、当該位置の左右の鉛直方向の距離が等しくなるように仮想円を水平方向に移動させて、左右の鉛直方向の距離が等しくなる仮想円の水平方向の位置を割り出し、当該割り出された仮想円の水平方向の位置を、移動体スキッドに円筒状製品が２点で安定的に当接して居座るようにできる位置として、自動クレーンで移動体スキッドに円筒状製品を自動積載するようにすることを特徴とする。

この場合において、前記左右の鉛直方向の距離が等しくなるように仮想円を水平方向に移動する際に、左右の鉛直方向の距離の数値を比較して、当該数値が大きい方向に仮想円を移動させ、左右の鉛直方向の距離の数値が等しくなった位置、又は、左右の鉛直方向の距離の数値の差が反転した位置の直近位置を、移動体スキッドに円筒状製品が２点で安定的に当接して居座るようにできる位置として、自動クレーンで移動体スキッドに円筒状製品を自動積載するようにすることができる。

また、前記割り出された左右の鉛直方向の距離が等しくなる仮想円の水平方向の位置における左右の鉛直方向の距離が最も小さい位置が、仮想円の中心を通る鉛直線付近に存在したときに、移動体スキッドに円筒状製品が２点で安定的に当接して居座るようにできないと判断するようにすることができる。

また、前記割り出された左右の鉛直方向の距離が等しくなる仮想円の水平方向の位置における仮想円の中心を通る鉛直線と、移動体スキッドが設置された移動体の中心を通る鉛直線とが大きくずれていたときに、移動体の走行安定性が損なわれると判断するようにすることができる。

本発明の移動体スキッドに円筒状製品を自動積載するためのセンシング方法によれば、移動体の形状や移動体の停止位置などを含め、不確定要素が多い移動体スキッドに対しても、自動クレーンを用いて円筒状製品を自動積載することが可能となり、自動クレーンの無人運転による省人化効果を発揮することができる。

また、移動体スキッドに円筒状製品が２点で安定的に当接して居座るようにできないとの判断や、移動体の走行安定性が損なわれるとの判断を、移動体スキッドに円筒状製品を自動積載するときに行うことが可能となり、作業性及び安全性を向上することができる。

本発明の移動体スキッドに円筒状製品を自動積載するためのセンシング方法の一実施例の説明図である。移動体スキッドの断面形状の代表例の説明図である。移動体スキッドに円筒状製品が居座る位置の説明図である。移動体スキッドに円筒状製品が居座る位置を割り出す方法の説明図である。

以下、本発明の移動体スキッドに円筒状製品を自動積載するためのセンシング方法について、図面に基づいて説明する。

図１〜図４に、本発明の移動体スキッドに円筒状製品を自動積載するためのセンシング方法の一実施例を示す。

この移動体スキッドに円筒状製品を自動積載するためのセンシング方法を実施するために、図１に示すように、円筒状製品ＣＯを運搬する自動クレーンＣＲの進行方向前方に自動クレーンＣＲから下方向に向けて走査線が走査される広域距離センサＭＳが取り付けてあり、自動クレーンＣＲにリフタＣＬで掴んで吊り下げられた円筒状製品ＣＯが、移動体スキッドＳＫ上に到達したときに、広域距離センサＭＳが移動体スキッドＳＫ上の全範囲を通過するように配置してある。

自動クレーンＣＲを移動体スキッドＳＫの方向に向かって自動走行させていくと、目的地に到達する前に移動体スキッドＳＫの位置を広域距離センサＭＳが走査するので、自動クレーンＣＲが移動体スキッドＳＫに接近している途中に、目的地である移動体スキッドＳＫの位置を認識することができる。

ここで、外部から持ち込まれた移動体ＴＲ上の移動体スキッドＳＫは形状が様々なため、移動体スキッドＳＫ上のどの位置が円筒状製品ＣＯが安定的に居座る位置かを割り出す必要がある。

このため、図３に示すように、まず、広域距離センサＭＳを用いて移動体スキッドＳＫの形状及び位置を測定することで、移動体スキッドＳＫの高さデータを作成し、この高さデータに基づいて、コンピュータ内に移動体スキッドＳＫの高さラインを描く。

次に、コンピュータ内の移動体スキッドＳＫの高さラインの上に、円筒状製品ＣＯの直径データから導出した仮想円ＶＣを描く。
この円筒状製品ＣＯの直径データは、その都度測定してコンピュータ内に入力するほか、円筒状製品ＣＯの製造時等に測定することによって、予めコンピュータ内に入力（例えば、円筒状製品ＣＯの個体識別番号に紐付けして入力。）しておくことができる。

そして、図４に示すように、仮想円ＶＣの右半分の円弧と移動体スキッドＳＫの鉛直方向の距離が最も小さい位置（以下、「右側鉛直方向最短距離部ＳＤＲ」という。）と、仮想円ＶＣの左半分の円弧と移動体スキッドＳＫの鉛直方向の距離が最も小さい位置（以下、「左側鉛直方向最短距離部ＳＤＬ」という。）とを割り出し、当該位置の左右の鉛直方向の距離が等しくなるように仮想円ＶＣを水平方向に移動させて、左右の鉛直方向の距離が等しくなる仮想円ＶＣの水平方向の位置を割り出し、当該割り出された仮想円ＶＣの水平方向の位置を、移動体スキッドＳＫに円筒状製品ＣＯが２点で安定的に当接して居座るようにできる位置とする。
このようにして、割り出された円筒状製品ＣＯが２点で安定的に当接して居座るようにできる位置を基に、自動クレーンＣＲの目標座標を設定し、自動クレーンＣＲで移動体スキッドＳＫに円筒状製品ＣＯを自動積載するようにする。

以下、具体的な例に基づいて説明する。
例えば、製紙工場や製鉄所等の薄物製品をロール状に巻き付けた円筒状製品ＣＯを製品置場から、外部に搬出する際、ある程度決められた範囲に移動体ＴＲ及びその上に搭載された移動体スキッドＳＫが停止し、配置される。

この時、円筒状製品ＣＯの配送管理を行っているコンピュータから、自動クレーンＣＲの搬送管理コンピュータに、搬出したい円筒状製品ＣＯの個体認識番号（この個体認識番号には、円筒状製品ＣＯの直径データ等の情報が紐付けされている。）が伝送される。
自動クレーンＣＲは、円筒状製品ＣＯをリフタＣＬで自動把持し、製品置場から移動体スキッドＳＫが配置された方向（進行方向ＴＦ）に向かって自動で移動運搬する。

自動クレーンＣＲの進行方向ＴＦの前方には、広域距離センサＭＳが下方に向けて走査線が走査されるように取り付けてあり、広域距離センサＭＳが測定したデータと、その測定時の自動クレーンＣＲの位置を突き合わせることで、フロア上の配置物の形状（高さ）や位置を自動クレーンＣＲを移動しながら広範囲で測定できるようになっている。

ここで、広域距離センサＭＳの取付位置の寸法Ｂは、移動体ＴＲの端部から移動体スキッドＳＫの中心位置距離Ａと自動クレーンＣＲの制動距離と位置決め距離を加算した移動距離寸法αを加味した寸法に設定することで、移動体スキッドＳＫの測定、認識、自動クレーンＣＲの減速、位置決め停止の一連の動作を連速的に行うことができ、効率的な自動運行時間で移動体スキッドＳＫへのセンターリングを行うことができるようにしている。

外部に円筒状製品ＣＯを搬出する場合は、通常、外部の専門業者が所有する移動体スキッドＳＫが持ち込まれるため、移動体スキッドＳＫの形状は特定することが難しい。
移動体スキッドＳＫの代表例としては、図２（ａ）に示すような、移動体ＴＲの平台車に２本の角形状の移動体スキッドＳＫが配置されたもの、図２（ｂ）に示すような、移動体ＴＲの荷台にＶ字形状の溝が切られて移動体スキッドＳＫとしているもの等があるが、それ以外の形状のものもあり、あらゆる形状の移動体スキッドＳＫに対してセンターリングできることが求められる。
なお、移動体ＴＲの走行安定性を確保するため、移動体ＴＲの中心線ＴＣ（移動体ＴＲの中心を通る鉛直線）の付近に移動体スキッドＳＫの中心位置が位置するように移動体スキッドＳＫが配置されている場合が多いので、これを前提に以下説明するが、２列に移動体スキッドＳＫが配置されているものなど、その他のものについても、対応することができる。

広域距離センサＭＳを用いた移動体ＴＲの全体の測定が終わると、移動体ＴＲの積載エリア内で最も高い位置の物体を探し、これを横ずれ防止用ストッパＳＰと認識する。
この横ずれ防止用ストッパＳＰの後方に円筒状製品ＣＯを積載するので、横ずれ防止用ストッパＳＰの後方の移動体ＴＲの高さデータを水平Ｘ方向列のデータ列でピックアップする。

そして、このデータ列の中から鉛直Ｙ方向データが移動体ＴＲの高さとなる数値データの位置と、鉛直Ｙ方向データがフロアレベルＦＬのデータとなる位置の境目の２箇所をピックアップし、その２つの水平Ｘ方向データの数値差が移動体ＴＲの幅寸法Ｗとなるので、その１／２の値の位置にある移動体ＴＲの中心線ＴＣを割り出す。
続いて、横ずれ防止用ストッパＳＰの後方の水平Ｘ方向列のデータ列の中心線ＴＣの上方に積載予定の円筒状製品ＣＯの直径データから導出した仮想円ＶＣを中心線ＣＣ（仮想円ＶＣの中心を通る鉛直線）を合わせて配置する。

ここで、１列配置の場合は、移動体ＴＲの中心位置に仮想円ＶＣを配置するが、２列配置や３列配置などの多列配置の場合は、その配列数の寸法案分の位置に、仮想円ＶＣを配置する。

続いて、移動体ＴＲの各ドットポイントＴＤＰ（以下、符号のみで表示する場合がある（他の符号も同様。）。）の鉛直Ｙ方向上方の仮想円ＶＣの円周上のポイントＣＤＰを算出し、各ＴＤＰとそれの鉛直Ｙ方向真上の各ＣＤＰとの各Ｙ方向距離を算出し、仮想円ＶＣの右側Ｒの各ＴＤＰと各ＣＤＰ間距離が短い点ＳＤＲと、仮想円ＶＣの左側Ｌの各ＴＤＰと各ＣＤＰ間距離が短い点ＳＤＬとを割り出すようにする。そして、両者の値が等しくなる点が移動体スキッドＳＫに円筒状製品ＣＯが置かれたときに接する点となる。

円筒状製品ＣＯは、移動体ＴＲの走行時の安定性を確保するために、移動体ＴＲの中心線ＴＣの鉛直線上に円筒状製品ＣＯの中心線ＣＣが位置するように移動体スキッドＳＫが配置されているはずであるが、実態としては、図４に示すように、移動体スキッドＳＫの位置は若干のズレが存在する。このため、移動体ＴＲの中心に仮想円ＶＣの中心を合わせて配置しても、仮想円ＶＣの右側鉛直方向最短距離部ＳＤＲと左側鉛直方向最短距離部ＳＤＬの距離には差が生じる。
この時、ＳＤＲとＳＤＬの数値の大きい側（図４の場合は左側Ｌ）に仮想円ＶＣを水平Ｘ方向に移動させながら、ＳＤＲとＳＤＬの数値を比較する。この時、ＳＤＲとＳＤＬの値が同じ値になる点が、移動体スキッドＳＫに円筒状製品ＣＯを置いたときに安定する点となる。
具体的には、コンピュータ内でデジタル処理をするので、仮想円ＶＣは、一定ピッチ間隔で移動させる。したがって、ピッチ移動を繰り返すうちにＳＤＲとＳＤＬが等しくなる点を通り過ぎてしまう。この通り過ぎた時、ＳＤＲとＳＤＬの数値の大小が反転するので、この反転した点の少し手前にＳＤＲとＳＤＬが等しくなる点が存在し、反転した点の前後のうちＳＤＲとＳＤＬの数値の数値が小さい方（この点を、ＳＤＲとＳＤＬの数値の大小が反転した位置の直近位置とする。）を、移動体スキッドＳＫに円筒状製品ＣＯを置いたときに安定する点とする。

移動体スキッドＳＫに円筒状製品ＣＯが置かれたときに接する２点ＳＤＲ、ＳＤＬの点が決定すると、その２点の座標と円筒状製品ＣＯの半径から円筒状製品ＣＯを自動積載するためのＸ軸、Ｙ軸座標が決定する。
それに横ずれ防止用ストッパＳＰの位置との相関関係からＺ軸座標を決定し、当該Ｘ、Ｙ、Ｚ軸座標を目標に自動クレーンＣＲを自動運行させ、自動積載を行う。

ここで、移動体スキッドＳＫと円筒状製品ＣＯの接する点であるＳＤＲ及びＳＤＬの位置が、仮想円ＶＣの中心線ＣＣの近くに存在した場合（この判定は、例えば、仮想円ＶＣの直径のそれぞれ１５〜３０％程度の範囲で任意に設定することができる。）は、円筒状製品ＣＯを安定的に積載できず、移動体スキッドＳＫ上に円筒状製品ＣＯを積載した移動体ＴＲの移動中に円筒状製品ＣＯが転がるおそれがある。
また、円筒状製品ＣＯが移動体スキッドＳＫに安定的に配置されると算出された位置の仮想円ＶＣの中心線ＣＣと移動体ＴＲの中心線ＴＣの位置が大きくずれていた場合（この判定は、例えば、移動体ＴＲの幅寸法の１０〜３０％程度の範囲で任意に設定することができる。）は、移動体ＴＲの重心がずれて移動に危険が生じるおそれがある。
このため、このような場合は、自動積載を中断し、移動体スキッドＳＫにかませ物をして調整するようにオペレータにガイダンスをする。

この移動体スキッドに円筒状製品を自動積載するためのセンシング方法によれば、移動体ＴＲの形状や移動体ＴＲの停止位置などを含め、不確定要素が多い移動体スキッドＳＫに対しても、自動クレーンＣＲを用いて円筒状製品ＣＯを自動積載することが可能となり、自動クレーンＣＲの無人運転による省人化効果を発揮することができる。
また、移動体スキッドＳＫに円筒状製品ＣＯが２点で安定的に当接して居座るようにできないとの判断や、移動体ＴＲの走行安定性が損なわれるとの判断を、移動体スキッドＳＫに円筒状製品ＣＯを自動積載するときに行うことが可能となり、作業性及び安全性を向上することができる。

以上、本発明の移動体スキッドに円筒状製品を自動積載するためのセンシング方法について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の移動体スキッドに円筒状製品を自動積載するためのセンシング方法は、移動体の形状や移動体の停止位置などを含め、不確定要素が多い移動体スキッドに対しても、自動クレーンを用いて円筒状製品を自動積載することが可能となり、自動クレーンの無人運転による省人化効果を発揮することができるという特性を有していることから、製紙工場、製鉄所等の薄物製品をロール状に巻き付けた円筒状製品を、製品置場等で稼働する自動クレーンを用いて、製品置場から外部に搬出するための移動体上に配置された転がり防止用のスキッドに自動積載するための用途に好適に用いることができる。

ＣＲ自動クレーン
ＭＳ広域距離センサ
ＣＯ円筒状製品
ＴＲ移動体
ＳＫ移動体スキッド
ＳＰ横ずれ防止用ストッパ
ＣＬリフタ
ＴＦ自動クレーンの進行方向
ＳＣ広域測距センサ走査線
Ａ移動体の端部から移動体スキッド中心位置距離
Ｂ広域距離センサの取付位置の寸法
α 移動距離の寸法
Ｘ水平方向（Ｘ軸）
Ｙ鉛直方向（Ｙ軸）
Ｚ奥行き方向（Ｚ軸）
ＴＤＰ広域距離センサによる測定ドットポイント
Ｗ移動体の幅寸法
ＦＬフロアレベル
ＶＣ仮想円
ＣＤＰ仮想円の円周上のドットポイント
Ｒ右側
Ｌ左側
ＳＤＲ右側鉛直方向最短距離部
ＳＤＬ左側鉛直方向最短距離部
ＴＣ移動体の中心線
ＣＣ仮想円の中心線

円筒状製品ＣＯは、移動体ＴＲの走行時の安定性を確保するために、移動体ＴＲの中心線ＴＣの鉛直線上に円筒状製品ＣＯの中心線ＣＣが位置するように移動体スキッドＳＫが配置されているはずであるが、実態としては、図４に示すように、移動体スキッドＳＫの位置は若干のズレが存在する。このため、移動体ＴＲの中心に仮想円ＶＣの中心を合わせて配置しても、仮想円ＶＣの右側鉛直方向最短距離部ＳＤＲと左側鉛直方向最短距離部ＳＤＬの距離には差が生じる。
この時、ＳＤＲとＳＤＬの数値の大きい側（図４の場合は左側Ｌ）に仮想円ＶＣを水平Ｘ方向に移動させながら、ＳＤＲとＳＤＬの数値を比較する。この時、ＳＤＲとＳＤＬの値が同じ値になる点が、移動体スキッドＳＫに円筒状製品ＣＯを置いたときに安定する点となる。
具体的には、コンピュータ内でデジタル処理をするので、仮想円ＶＣは、一定ピッチ間隔で移動させる。したがって、ピッチ移動を繰り返すうちにＳＤＲとＳＤＬが等しくなる点を通り過ぎてしまう。この通り過ぎた時、ＳＤＲとＳＤＬの数値の大小が反転するので、この反転した点の少し手前にＳＤＲとＳＤＬが等しくなる点が存在し、反転した点の前後のうちＳＤＲとＳＤＬの数値の差が小さい方の点（この点が、ＳＤＲとＳＤＬの数値の大小が反転した位置の直近位置となる。）を、移動体スキッドＳＫに円筒状製品ＣＯを置いたときに安定する点とする。

Claims

自動クレーンを用いて移動体スキッドに円筒状製品を自動積載するためのセンシング方法において、
広域距離センサを用いて移動体スキッドの形状及び位置を測定し、
該測定したデータ上に、円筒状製品の直径データから導出した仮想円を配置し、
該仮想円の右半分の円弧と移動体スキッドの鉛直方向の距離が最も小さい位置と、仮想円の左半分の円弧と移動体スキッドの鉛直方向の距離が最も小さい位置とを割り出し、
当該位置の左右の鉛直方向の距離が等しくなるように仮想円を水平方向に移動させて、左右の鉛直方向の距離が等しくなる仮想円の水平方向の位置を割り出し、
当該割り出された仮想円の水平方向の位置を、移動体スキッドに円筒状製品が２点で安定的に当接して居座るようにできる位置として、自動クレーンで移動体スキッドに円筒状製品を自動積載するようにすることを特徴とする移動体スキッドに円筒状製品を自動積載するためのセンシング方法。
前記左右の鉛直方向の距離が等しくなるように仮想円を水平方向に移動する際に、左右の鉛直方向の距離の数値を比較して、当該数値が大きい方向に仮想円を移動させ、左右の鉛直方向の距離の数値が等しくなった位置、又は、左右の鉛直方向の距離の数値の差が反転した位置の直近位置を、移動体スキッドに円筒状製品が２点で安定的に当接して居座るようにできる位置として、自動クレーンで移動体スキッドに円筒状製品を自動積載するようにすることを特徴とする請求項１に記載の移動体スキッドに円筒状製品を自動積載するためのセンシング方法。
前記割り出された左右の鉛直方向の距離が等しくなる仮想円の水平方向の位置における左右の鉛直方向の距離が最も小さい位置が、仮想円の中心を通る鉛直線付近に存在したときに、移動体スキッドに円筒状製品が２点で安定的に当接して居座るようにできないと判断するようにすることを特徴とする請求項１に記載の移動体スキッドに円筒状製品を自動積載するためのセンシング方法。
前記割り出された左右の鉛直方向の距離が等しくなる仮想円の水平方向の位置における仮想円の中心を通る鉛直線と、移動体スキッドが設置された移動体の中心を通る鉛直線とが大きくずれていたときに、移動体の走行安定性が損なわれると判断するようにすることを特徴とする請求項１に記載の移動体スキッドに円筒状製品を自動積載するためのセンシング方法。