JP2020142888A - クレーンの操作支援システムおよび操作支援方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吊体を着床ターゲット面に着床させる着床操作の作業性を向上できるクレーンの操作支援システムおよび操作支援方法を提供する。【解決手段】クレーン１のトロリ３に設置された撮影装置２１により、トロリ３からワイヤ４により吊り下げられた吊体３０およびその下方の着床ターゲット面３３を含む画像を撮像し、位置情報取得装置２２により吊体３０および着床ターゲット面３３の三次元位置情報を取得し、制御装置２３により、位置情報取得装置２２が取得した三次元位置情報に基づいて、吊体３０の高さにおける吊体３０と着床ターゲット面３３との位置関係を特定できる標示５０を作成し、作成したその標示５０を撮影装置２１が撮像した画像に重ね合わせた重畳画像ＳＩを表示装置２４に表示させる。【選択図】図６

Description

本発明は、クレーンの操作支援システムおよび操作支援方法に関し、より詳細には、吊体を着床ターゲット面に着床させる着床操作の作業性を向上できるクレーンの操作支援システムおよび操作支援方法に関する。

クレーンのトロリからワイヤにより吊り下げられた吊体（吊具または吊具が掴んだ吊荷）を着床ターゲット面（置荷）に着床させる着床操作を支援する方法として、トロリに設置した撮影装置（カメラ）で、吊体とその下方の着床ターゲット面を斜め方向から撮影して、その撮影装置が撮像した画像を表示装置（ディスプレイ装置）に表示するクレーンの運転方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−２４６６８３号公報

ところで、吊体を着床ターゲット面に着床させる着床操作を行う際には、吊体をトロリの近傍からトロリの数十ｍ下方の着床ターゲット面に向かって降下させることになる。このとき、特許文献１に記載の運転方法のように、表示装置に吊体および着床ターゲット面を斜め方向から撮影した画像を表示させるだけでは、水平方向における吊体とその下方の着床ターゲット面との相対的な位置関係を把握しづらい。そのため、未熟なオペレータにとっては、吊体と着床ターゲット面とが鉛直方向遠方に離間している状態で、吊体と着床ターゲット面との水平方向の位置を合わせることが非常に難しかった。

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、吊体を着床ターゲット面に着床させる着床操作の作業性を向上できるクレーンの操作支援システムおよび操作支援方法を提供することにある。

上記のような目的を達成するための本発明のクレーンの操作支援システムは、クレーンのトロリに設置されていて前記トロリからワイヤにより吊り下げられた吊体およびその吊体の下方に位置する着床ターゲット面を撮影する撮影装置と、前記撮影装置によって撮像された画像が表示される表示装置とを備えたクレーンの操作支援システムにおいて、前記吊体および前記着床ターゲット面の三次元位置情報を逐次取得する位置情報取得装置と、前記撮影装置、前記位置情報取得装置、および前記表示装置に接続された制御装置とを有して、前記制御装置は、前記位置情報取得装置が取得した前記三次元位置情報に基づいて、前記吊体の高さにおける前記吊体と前記着床ターゲット面との位置関係を特定できる標示を作成し、その作成した前記特定できる標示を前記画像に重ね合わせた重畳画像を前記表示装置に表示させる構成であることを特徴とする。

上記のような目的を達成するための本発明のクレーンの操作支援方法は、クレーンのトロリに設置された撮影装置により、前記トロリからワイヤにより吊り下げられた吊体およびその吊体の下方に位置する着床ターゲット面を撮影し、前記撮影装置によって撮像した画像を表示装置に表示させるクレーンの操作支援方法において、前記撮影装置により前記吊体および前記着床ターゲット面を含む画像を撮像するステップと、位置情報取得装置により、前記吊体および前記着床ターゲット面の三次元位置情報を取得するステップと、制御装置により、位置情報取得装置が取得した前記三次元位置情報に基づいて、前記吊体の高さにおける前記吊体と前記着床ターゲット面との位置関係を特定できる標示を作成するステップと、その作成した前記特定できる標示を前記画像に重ね合わせた重畳画像を前記表示装置に表示させるステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、吊体の高さを基準とした吊体と着床ターゲット面との位置関係を特定できる標示を撮影装置が撮像した画像に重ね合わせて表示する。これにより、吊体と着床ターゲット面とが鉛直方向遠方に離間している状態でも、オペレータが吊体と着床ターゲット面との水平方向の位置関係を把握できる。それ故、吊体を着床ターゲット面に着床させる着床操作の作業性を向上し、未熟なオペレータであっても着床ターゲット面に対する吊体の水平方向の位置合わせを迅速かつ高精度に行うことが可能となる。これに伴って、着床ターゲット面に対する吊体の位置合わせに要する時間を短縮することができる。

本発明の操作支援システムの実施形態を例示する構成図である。 図１の吊体と着床ターゲット面との位置関係を側面視で例示する説明図である。 図１の操作支援システムを例示するブロック図である。 図１の吊体と着床ターゲット面との位置関係を斜視で例示する説明図である。 本発明の操作支援方法の実施形態を例示するフロー図である。 図１の表示装置に表示される重畳画像を例示する説明図であり、吊体と着床ターゲット面とが図４に示す位置関係であり、吊体と着床ターゲット面との水平方向の位置が合っていない状態を例示している。 図１の表示装置に表示される重畳画像を例示する説明図であり、吊体と着床ターゲット面との水平方向の位置が合っている状態を例示している。

以下、本発明のクレーンの操作支援システムおよび操作支援方法の実施形態について説明する。図中では、クレーン１のトロリ３の走行する方向をｘ１方向、水平方向においてｘ１方向に直交する方向をｙ１方向、鉛直方向をｚ１方向で示している。また、重畳画像ＳＩにおける縦方向をｘ２方向、横方向をｙ２方向で示している。

図１に例示する実施形態の操作支援システム２０は、クレーン１を操作するオペレータが、クレーン１のトロリ３からワイヤ４により吊り下げられた吊体３０の着床面３１を、吊体３０の下方に位置する着床ターゲット面３３に着床させる着床操作（以下、着床操作という）を支援するシステムである。

本明細書における吊体３０は、トロリ３からワイヤ４により吊り下げられた吊具５が吊荷を掴んでいない場合には吊具５を示し、吊具５が吊荷を掴んでいる場合には吊具５および吊荷を示す。吊体３０が吊具５である場合の着床ターゲット面３３は、吊具５で掴みに行く置荷の上面であり、吊体３０が吊具５および吊荷である場合の着床ターゲット面３３は、吊荷を置きに行く、置荷の上面や、地面、船舶の床面、運搬機の荷台の上面等である。

吊体３０が吊具５である場合の吊体３０の着床面３１は、吊具５が着床ターゲット面３３に着床する際に、着床ターゲット面３３と高さが一致する吊具５の下面（着床ターゲット面４３に接地しない仮想面を含む）である。吊体３０が吊具５および吊荷である場合の吊体３０の着床面３１は、吊具５および吊荷が着床ターゲット面３３に着床する際に、着床ターゲット面３３と高さが一致する吊荷の下面（着床ターゲット面３３に接地しない仮想面を含む）である。

この実施形態では、船舶に対してコンテナ３２の荷役を行うクレーン１（所謂、岸壁クレーン）に搭載した操作支援システム２０を例示する。以下では、吊具５を置荷であるコンテナ３２の上面に着床させる場合、即ち、吊体３０の着床面３１を吊具５の下面とし、着床ターゲット面３３をコンテナ３２の上面とした場合を例示する。

図１に例示するように、クレーン１は、ｘ１方向に延在する桁部２と、桁部２に支持されてｘ１方向に移動するトロリ３と、トロリ３からワイヤ４により吊り下げられた吊具５とを備えている。桁部２は、複数の脚体と水平梁を有して構成された脚構造体６の上部に支持されている。脚構造体６の下端には、岸壁に敷設されたｙ１方向に延在するレールに沿って走行可能な走行装置７が設置されている。

脚構造体６の上部には機械室８が設けられていて、その機械室８にトロリ３をｘ１方向に移動させる移動装置９と、ワイヤ４を巻き取るあるいは繰り出すことで吊具５をｚ１方向に昇降させる昇降装置１０が設置されている。クレーン１としては、移動装置９がトロリ３に設置されるクレーンや、昇降装置１０がトロリ３に設置されるクレーンとしてもよい。

機械室８には、走行装置７、移動装置９、および昇降装置１０の制御を行うクレーン用制御装置１１が設置されている。クレーン用制御装置１１は、走行装置７、移動装置９、および昇降装置１０にそれぞれ信号線を介して電気的に接続されている。クレーン用制御装置１１の設置位置は機械室８に限らず、他の位置に配置することもできる。

この実施形態のクレーン１の操作室１２は、クレーン１と離間した位置に配置されている。操作室１２には、クレーン用制御装置１１に無線アンテナを介して通信可能に接続された操作装置１３が設置されている。クレーン１のオペレータは操作室１２において、操作装置１３を操作することにより、クレーン用制御装置１１を介してクレーン１（走行装置７、移動装置９、および昇降装置１０）の遠隔操作を行なう。なお、操作室１２がクレーン１の構造体に付設されている構成にすることもできる。

図１に例示するように、操作支援システム２０は、撮影装置２１、位置情報取得装置２２、制御装置２３、および表示装置２４を有して構成されている。撮影装置２１は、トロリ３に設置されていて、吊体３０と、吊体３０の下方に位置する着床ターゲット面３３とを逐次撮影することにより、吊体３０と着床ターゲット面３３とを含む画像を逐次撮像する。撮影装置２１としては、デジタルビデオカメラなどが例示できる。

図２に例示するように、撮影装置２１は、側面視（ｙ１方向から見た視点）で、トロリ３のｘ１方向の陸側端部に設置されていて、撮影レンズ２１ａが斜め下に向けられている。撮影装置２１の光軸Ａ１は、側面視で、上方側がｘ１方向陸側に、下方側がｘ１方向海側に向いてｚ１方向に対して傾いている。光軸Ａ１は、撮影レンズ２１ａの中心である撮影中心位置座標Ｃ１を通過して、撮影レンズ２１ａの面に対する垂直方向に延在する仮想的な軸である。光軸Ａ１は、ｚ１方向に対して、ｘ１方向海側に角度θ１傾いている。角度θ１は、撮影装置２１が撮像した画像に吊体３０とその下方の着床ターゲット面３３とが映る角度に設定されている。

このように、撮影レンズ２１ａを斜め下に向けて、吊体３０および着床ターゲット面３３を俯瞰撮影して画像を撮像することで、トロリ３に付設された運転室でクレーン操作を行っていた従来のオペレータの視界を再現している。なお、撮影装置２１は、吊体３０と吊体３０のｚ１方向真下を含んだ画像を撮像できればよい。撮影装置２１は、吊体３０のｚ１方向直上に設置されて撮影レンズ２１ａがｚ１方向真下に向けられた状態を除いて設置場所や撮影レンズ２１ａの向きを適宜変更してもよい。

位置情報取得装置２２は、吊体３０および着床ターゲット面３３のそれぞれの三次元位置情報を逐次取得する装置である。図２に例示するように、この実施形態の位置情報取得装置２２は、吊体３０の三次元位置情報として吊体３０の上面のｘ１方向およびｙ１方向における中心位置座標Ｃ２を逐次取得する。また、位置情報取得装置２２は、着床ターゲット面３３の三次元位置情報として、着床ターゲット面３３のｘ１方向およびｙ１方向における中心位置座標Ｃ３を逐次取得する構成となっている。

より具体的には、この実施形態の位置情報取得装置２２は、トロリ３に設置された第１位置情報取得装置２２ａと第２位置情報取得装置２２ｂとで構成されている。第１位置情報取得装置２２ａは、３次元レーザーセンサによって吊体３０および着床ターゲット面３３の形状を認識する形状認識システムを有して構成されている。第２位置情報取得装置２２ｂは、トロリ３に対する吊体３０の振れ角を検出する振れ角センサを有して構成されている。

位置情報取得装置２２は、吊体３０および着床ターゲット面３３の三次元位置情報を取得できれば上記の構成に限定されない。位置情報取得装置２２は、例えば、トロリ３に設置されたステレオカメラで撮像した画像を解析して吊体３０および着床ターゲット面３３の形状を認識する形状認識システムを有する構成にすることもできる。また、位置情報取得装置２２は、例えば、吊具５に設置されたＧＰＳ受信器や、ワイヤ４の繰り出し量や巻き取り量を測定するセンサ、吊具５に設置された３次元レーザーセンサなどを有する構成にすることもできる。また、位置情報取得装置２２によって三次元位置情報として取得する吊体３０および着床ターゲット面３３の対象位置座標は中心位置座標に限らず、例えば、吊体３０および着床ターゲット面３３の四つ角の外周角や隅金具の位置座標などに設定することもできる。

図３に例示するように、制御装置２３は、各種情報処理を行うＣＰＵ、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、および各種インターフェースなどから構成されるハードウェアである。制御装置２３は、光ファイバ等の通信線や無線アンテナなどを介して、撮影装置２１、位置情報取得装置２２、および表示装置２４にそれぞれ通信可能に接続されている。この実施形態では、制御装置２３を操作室１２に配置しているが、制御装置２３は機械室８などの他の場所に配置することもできる。

制御装置２３には、撮影装置２１が撮像した画像（以下、撮影画像という）と、位置情報取得装置２２が取得した吊体３０および着床ターゲット面３３の三次元位置情報が逐次入力される。制御装置２３は、入力された三次元位置情報に基づいて、吊体３０の高さにおける吊体３０と着床ターゲット面３３との位置関係を特定できる標示５０を作成する。そして、制御装置２３は、その作成した特定できる標示５０を撮影画像に重ね合わせた重畳画像ＳＩを表示装置２４に表示させる。

表示装置２４は、制御装置２３から出力された重畳画像ＳＩが表示されるディスプレイである。表示装置２４は、クレーン１のオペレータが操作装置１３の操作中に見ることができる操作室１２の所定位置に設置される。

より詳しくは、制御装置２３は各機能要素として、算出部２３ａ、標示作成部２３ｂ、および表示制御部２３ｃを有している。算出部２３ａは、位置情報取得装置２２から入力された吊体３０および着床ターゲット面３３の三次元位置情報に基づいて、目標位置座標Ｃ３、ガイド位置座標Ｃ４、および吊体位置座標Ｃ５のそれぞれの撮影画像における二次元座標を算出する機能要素である。図２および図４に例示するように、目標位置座標Ｃ３は、着床ターゲット面３３の所定の位置座標である。ガイド位置座標Ｃ４は、目標位置座標Ｃ３の高さ（ｚ１座標）を吊体３０の高さ（ｚ１座標）にした位置座標である。吊体位置座標Ｃ５は、吊体３０の所定の位置座標である。

この実施形態では、吊体３０の高さの基準を吊体３０の着床面３１としている。そして、目標位置座標Ｃ３を着床ターゲット面３３の中心位置座標とし、ガイド位置座標Ｃ４を着床ターゲット面３３の中心位置座標を吊体３０の着床面３１の高さにした位置座標とし、吊体位置座標Ｃ５を吊体３０の着床面３１の中心位置座標としている。この実施形態の算出部２３ａは、位置情報取得装置２２が取得した吊体３０の上面の中心位置座標Ｃ２と着床ターゲット面３３の中心位置座標Ｃ３とに基づいて、前述した目標位置座標Ｃ３、ガイド位置座標Ｃ４、および吊体位置座標Ｃ５のそれぞれの撮影画像における二次元座標を算出する。算出部２３ａによる具体的な算出方法は後述する。

標示作成部２３ｂは、算出部２３ａで算出された目標位置座標Ｃ３、ガイド位置座標Ｃ４、および吊体位置座標Ｃ５の二次元座標に基づいて、吊体３０の高さにおける吊体３０と着床ターゲット面３３との位置関係を特定できる標示５０を作成する機能要素である。図４に例示するように、この実施形態の標示作成部２３ｂは、特定できる標示５０として、ガイド印５１、鉛直ガイド線５２、および吊体印５３を作成する構成になっている。ガイド印５１は、ガイド位置座標Ｃ４の位置を示す標示である。鉛直ガイド線５２は、目標位置座標Ｃ３からｚ１方向上方に向かって少なくともガイド位置座標Ｃ４まで延びる鉛直線を示す標示である。吊体印５３は、吊体位置座標Ｃ５の位置を示す標示である。この実施形態の標示作成部２３ｂは、さらに、目標位置座標Ｃ３の位置を示す目標印５４を作成する構成となっている。

表示制御部２３ｃは、図６に例示するように、標示作成部２３ｂが作成した標示５０を撮影画像に重ね合わせた重畳画像ＳＩを表示装置２４に表示させる機能要素である。制御装置２３を構成する各機能要素は、プログラムとして内部記憶装置に記憶されていて、適時、ＣＰＵにより実行されている。なお、各機能要素としては、プログラムの他にそれぞれが独立して機能するＰＬＣとしてもよい。

図４に例示するように、この操作支援システム２０では、着床操作を行う際の吊体３０の基準となる所定位置が吊体印５３で示され、着床ターゲット面３３の基準となる所定位置が目標印５４で示される。そして、着床ターゲット面３３と着床面３１との水平方向の位置を合わせるための吊体印５３の水平方向の目標位置がガイド印５１で示される。さらに、ガイド印５１まで移動させた吊体印５３を最終的な目標位置である目標印５４まで移動させる目標経路が鉛直ガイド線５２で示される。

それ故、吊体３０と着床ターゲット面３３とがｚ１方向遠方に離間している状態でも、オペレータは、吊体印５３をガイド印５１の位置に一致させるように、トロリ３を水平方向に移動させて吊体３０の位置を調節することで、着床ターゲット面３３と着床面３１との水平方向の位置合わせを行うことが可能となる。そして、吊体印５３をガイド印５１の位置に一致させた状態で、吊体印５３が鉛直ガイド線５２に沿うように吊体３０をｚ１方向に下降させて、吊体印５３と目標印５４との位置を一致させるようにクレーン１を操作することで、着床ターゲット面３３に対して吊体３０を正確な位置に着床させることができる。

なお、図４は、ガイド印５１、鉛直ガイド線５２、吊体印５３、および目標印５４の位置関係を説明するための説明図であり、制御装置２３が表示装置２４に表示させる重畳画像ＳＩは、図６および図７に例示している。吊体３０と着床ターゲット面３３とが図４に例示する位置関係にある場合には、図６に例示するような重畳画像ＳＩが表示装置２４に表示される。

前述した算出部２３ａは、位置情報取得装置２２が取得した三次元位置情報に基づいて以下に示す演算を行っている。算出部２３ａは、図２に例示する第３角度θ３、第４角度θ４、および第５角度θ５を算出する。

第３角度θ３は、撮影中心位置座標Ｃ１から目標位置座標Ｃ３までを結ぶ線分Ａ３と光軸Ａ１とのなす角である。第４角度θ４は、撮影中心位置座標Ｃ１からガイド位置座標Ｃ４までを結ぶ線分Ａ４と光軸Ａ１とのなす角である。第５角度θ５は、撮影中心位置座標Ｃ１から吊体位置座標Ｃ５までを結ぶ線分Ａ５と光軸Ａ１とのなす角である。算出部２３ａは、算出した第３角度θ３、第４角度θ４、および第５角度θ５を用いて、撮影画像における、目標位置座標Ｃ３、ガイド位置座標Ｃ４、および吊体位置座標Ｃ５のそれぞれの二次元座標を算出する。

なお、通常では着床操作を行う以前に、走行装置７によるクレーン１のｙ１方向の移動を完了し、着床ターゲット面３３と吊体３０とのｙ１方向の位置合わせは完了した状態となる。そのため、以下では、吊体位置座標Ｃ４と、目標位置座標Ｃ３のｙ１方向の座標は略一致しているものとする。

算出部２３ａで、第３角度θ３、第４角度θ４、および第５角度θ５を算出する際のｘ１方向の基準となる基準位置座標Ｃ６は、吊体３０とワイヤ４とを単純振り子と見做した場合に、その単純振り子の支点となる位置座標を示している。ｚ１方向の基準となる基準面４０は、その単純振り子の支点となる基準位置座標Ｃ６が存在する水平面である。この実施形態では、トロリ３の下端面を基準面４０としている。なお、基準位置座標Ｃ６はトロリ３のｘ１方向の中心とは限らず、基準面４０はトロリ３の下端面と異なる位置に設定してもよい。

図２のＨ１、Ｈ２は第１位置情報取得装置２２ａが取得する測定値であり、Ｈ３〜Ｈ５は予め設定された設定値であり、Ｈ６〜Ｈ８は算出部２３ａが算出する算出値であり、それぞれｚ１方向下方を正、上方を負とする高さ（ｚ１方向の離間距離）を示す。測定値Ｈ１は、第１位置情報取得装置２２ａの下端から着床ターゲット面３３までの高さである。測定値Ｈ２は、第１位置情報取得装置２２の下端から吊体３０の上面までの高さである。設定値Ｈ３は、基準面４０から第１位置情報取得装置２２の下端までの高さである。設定値Ｈ４は、基準面４０から撮影中心位置座標Ｃ１までの高さである。設定値Ｈ５は、吊体３０の上面から着床面３１までの高さである。算出値Ｈ６は、撮影中心位置座標Ｃ１から着床ターゲット面３３までの高さである。算出値Ｈ７は、吊体３０の着床面３１から着床ターゲット面３３までの高さである。算出値Ｈ８は、撮影中心位置座標Ｃ１から吊体３０の着床面３１までの高さである。

この実施形態では、吊体３０が吊具５である場合を例示しているため、設定値Ｈ５は、吊具５の上面から吊具５の下面までの高さとしているが、吊体３０が吊具５および吊荷である場合の設定値Ｈ５は、吊具５の上面から吊荷の下面までの高さになる。なお、測定値Ｈ２は、ロープ繰り出し量に基づいて取得される場合には、基準面４０から吊体３０の上面までの高さとなる。

図２のＬ１は第１位置情報取得装置２２ａが取得する測定値であり、Ｌ２、Ｌ３は予め設定された設定値であり、Ｌ４〜Ｌ６は算出部２３ａが算出する算出値であり、それぞれｘ１方向右側を正、左側を負とする長さ（ｘ１方向の離間距離）を示す。測定値Ｌ１は、第１位置情報取得装置２２ａのｘ１方向の中心から目標位置座標Ｃ３までの長さである。設定値Ｌ２は、基準位置座標Ｃ６から第１位置情報取得装置２２ａのｘ１方向の中心までの長さである。設定値Ｌ３は、基準位置座標Ｃ６から撮影中心位置座標Ｃ１までの長さである。算出値Ｌ４は、撮影中心位置座標Ｃ１から目標位置座標Ｃ３までの長さである。算出値Ｌ５は、目標位置座標Ｃ３から吊体位置座標Ｃ５までの長さである。

図中の角度θ１は予め設定された設定値であり、角度θ２は第２位置情報取得装置２２ｂが取得する測定値である。第３角度θ３、第４角度θ４、および第５角度θ５は算出部２３ａが算出する算出値である。設定値θ１は、撮影装置２１の光軸Ａ１の傾きである。測定値θ２は、吊体３０の振れ角である。

算出部２３ａは、第３角度θ３に基づいて、目標位置座標Ｃ３の撮影画像における二次元座標を算出する。具体的に、算出部２３ａは、下記の数式（１）〜（３）を用いて第３角度θ３を算出し、算出した第３角度θ３と撮影装置２１の画素数とに基づいて、目標位置座標Ｃ３の画像におけるｘ２座標（Ｌθ３）を算出する。

さらに、算出部２３ａは、第４角度θ４に基づいて、ガイド位置座標Ｃ４の画像における二次元座標を算出する。具体的に、算出部２３ａは、上記の数式（３）および下記の数式（４）、（５）を用いて第４角度θ４を算出し、算出した第４角度θ４と撮影装置２１の画素数とに基づいて、ガイド位置座標Ｃ４の撮影画像におけるｘ２座標（Ｌθ４）を算出する。

さらに、算出部２３ａは、第５角度θ５に基づいて、吊体位置座標Ｃ５の画像における二次元座標を算出する。具体的に、算出部２３ａは、上記の数式（３）、（５）および下記の数式（６）、（７）を用いて第５角度θ５を算出し、算出した第５角度θ５と撮影装置２１の画素数とに基づいて、吊体位置座標Ｃ５の画像におけるｘ２座標（Ｌθ５）を算出する。

さらに、算出部２３ａは、下記の数式（８）を用いて、着床面３１から着床ターゲット面３３までのｚ１方向の離間距離として算出値Ｈ７を算出する。

図５に例示するように、上記の操作支援システム２０を利用した操作支援方法は、クレーン１のオペレータが吊体３０を指示された着床ターゲット面３３に着床させる着床操作を行うときに実行される方法である。

オペレータが操作装置１３により吊体３０の着床操作を開始すると、撮影装置２１が吊体３０とその下方に位置する着床ターゲット面３３とを撮影して撮影画像を撮像する（Ｓ１０）。次いで、位置情報取得装置２２を構成する第１位置情報取得装置２２ａおよび第２位置情報取得装置２２ｂが吊体３０および着床ターゲット面３３の三次元位置情報（測定値：Ｈ１、Ｈ２、Ｌ１、θ２）を取得する（Ｓ２０）。

次いで、制御装置２３の算出部２３ａが、位置情報取得装置２２が取得した三次元位置情報（測定値）と予め入力されている設定値（Ｌ２、Ｌ３、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５、θ１）とに基づいて、第３角度θ３、第４角度θ４、および第５角度θ５を算出する。そして、算出部２３ａが、撮影装置２１の画素数と第３角度θ３、第４角度θ４、および第５角度θ５とに基づいて、目標位置座標Ｃ３、ガイド位置座標Ｃ４、および吊体位置座標Ｃ５の撮影画像における二次元座標をそれぞれ算出する（Ｓ３０）。

次いで、算出部２３ａが算出した二次元座標に基づいて制御装置２３の標示作成部２３ｂが、特定できる標示５０として、ガイド位置座標Ｃ４を示すガイド印５１と、目標位置座標Ｃ３およびガイド位置座標Ｃ４を通る鉛直線を示す鉛直ガイド線５２と、吊体位置座標Ｃ５を示す吊体印５３とを作成する（Ｓ４０）。さらに、算出部２３ａは、目標位置座標Ｃ３を示す目標印５４を作成する。

次いで、制御装置２３の表示制御部２３ｃが、標示作成部２３ｂによって作成された特定できる標示５０であるガイド印５１、鉛直ガイド線５２、および吊体印５３と、目標印５４とを撮影画像に重ね合わせた重畳画像ＳＩを表示装置２４に表示する（Ｓ５０）。次いで、制御装置２３が、算出部２３ａが算出した吊体３０の着床面３１から着床ターゲット面３３までの高さである算出値Ｈ７に基づいて、吊体３０が着床ターゲット面３３に着床したか否かを判定する（Ｓ６０）。ステップＳ６０において、制御装置２３が、着床ターゲット面３３に吊体３０が着床していないと判定すると、Ｓ１０へ戻る。一方、制御装置２３が、着床ターゲット面３３に吊体３０が着床したと判定すると、この操作支援方法は完了する。

図６および図７は、表示装置２４に表示される重畳画像ＳＩを例示している。図６に例示するように、重畳画像ＳＩでは、撮影画像の中心である光軸Ａ１を示す原点（０、０）に対して、二次元座標が（Ｌθ３、０）の位置に目標印５４が表示され、二次元座標が（Ｌθ４、０）の位置にガイド印５１が表示され、二次元座標が（Ｌθ５、０）の位置に吊体印５３が表示される。さらに、二次元座標が（Ｌθ３、０）の位置と（Ｌθ４、０）の位置とを通る鉛直ガイド線５２が表示される。

この実施形態では、ガイド印５１を円形の標示で示し、吊体印５３および目標印５４をそれぞれ円と十字線を組み合わせた標示で示している。ガイド印５１、吊体印５３、および目標印５４の形状や色、表示サイズなどは、この実施形態に限定されず他にも例えば、多角形や二重丸などで表示することもできる。ガイド印５１、吊体印５３、および目標印５４は、それぞれ配色や形状を異ならせて互いに区別しやすい標示にするとよい。

この実施形態では、鉛直ガイド線５２をガイド印５１よりも上方の位置まで延在して表示させているが、鉛直ガイド線５２は、少なくとも目標印５４とガイド印５１との間に延在して表示させればよく、例えば、鉛直ガイド線５２を目標印５４とガイド印５１との間の区間にのみ表示させることもできる。また、鉛直ガイド線５２は、例えば、目標印５４とガイド印５１との間の部分と、ガイド印５１よりも上方の部分との線種や色を異ならせて表示する構成にすることもできる。

図６に例示するように、着床ターゲット面３３と着床面３１とのｘ１方向の位置が合っていない状態、即ち、ガイド位置座標Ｃ４と吊体位置座標Ｃ５との位置が合っていない状態では、表示装置２４に表示される重畳画像ＳＩに、ガイド印５１と吊体印５３とがｘ２方向に離間した状態で表示される。

吊体３０の位置が着床ターゲット面３３に対してｘ１方向海側にずれている場合には、重畳画像ＳＩにおいてガイド印５１よりも吊体印５３が上側に表示された状態となる。一方、吊体３０の位置が着床ターゲット面３３に対してｘ１方向陸側にずれている場合には、重畳画像ＳＩにおいてガイド印５１よりも吊体印５３が下側に表示された状態となる。オペレータは重畳画像ＳＩを見ながら、ガイド印５１と吊体印５３との位置が合うようにトロリ３をｘ１方向に移動させて吊体３０の位置を調節することで、着床ターゲット面３３と吊体３０との水平方向の位置を合わせる。

吊体３０がトロリ３に対してｘ１方向に振れている場合には、吊体３０の振れに対応して重畳画像ＳＩにおいて吊体印５３がｘ２方向に往復移動する状態となる。それ故、オペレータは、吊体印５３の振れ（往復移動）の中心位置がガイド印５１に合うように吊体３０の位置を調節して、着床ターゲット面３３と吊体３０との水平方向の位置を合わせる。

図７に例示するように、ガイド位置座標Ｃ４と吊体位置座標Ｃ５との位置が合った状態、即ち、着床ターゲット面３３と着床面３１との水平方向の位置が合った状態では、ガイド印５１と吊体印５３とが同じ位置に重なった状態で表示される。第４角度θ４と第５角度θ５は等しく、光軸Ａ１を示す原点（０、０）に対して、ガイド印５１の二次元座標と吊体印５３の二次元座標が一致した状態になっている。

この実施形態の制御装置２３は、位置情報取得装置２２が取得した三次元位置情報に基づいて、吊体３０と着床ターゲット面３３との水平方向の離間距離が予め設定された許容距離以内である場合と、前述した離間距離が許容距離よりも遠い場合とで、特定できる標示５０を変化させる構成となっている。具体的には、図６および図７に例示するように、三次元位置情報に基づいて算出部２３ａが算出した算出値Ｌ５が、吊体３０を着床ターゲット面３３に着床させることが可能な許容距離以内である場合と、許容距離よりも大きい場合とで、ガイド印５１および吊体印５３の色を異ならせる構成になっている。

オペレータは、表示装置２４に表示される重畳画像ＳＩを見て、ガイド印５１と吊体印５３との位置を合せた状態で、吊体印５３が鉛直ガイド線５２に沿うように、吊体３０を着床ターゲット面３３に向かってｚ１方向に降下させる。吊体３０を降下させると、吊体３０の高さ位置の変化に応じて、吊体印５３とともにガイド印５１の表示位置も変化していく。そして、ガイド印５１と吊体印５３との位置を合せた状態を維持して、吊体３０の着床面３１を着床ターゲット面３３に着床させる。吊体３０の着床面３１が着床ターゲット面３３に正確に着床すると、吊体印５３と目標印５４とが重なった状態となり、吊体３０の着床操作が完了する。

吊体３０がトロリ３に対してｘ１方向に振れている場合には、まず、吊体３０を着床ターゲット面３３から数メートル上方の位置まで移動させる。そして、その着床ターゲット面３３の近傍の位置でガイド印５１と吊体印５３との位置が合うタイミングを図って、吊体３０を着床ターゲット面４３に向かって降下させ、吊体３０を着床ターゲット面３３に着床させる。吊体３０を着床ターゲット面４３に降下させるタイミングは、特定できる標示５０が変化するタイミングを見て判断することもできる。

このように、操作支援システム２０によれば、吊体３０の高さを基準とした吊体３０と着床ターゲット面３３との位置関係を特定できる標示５０を撮影画像に重ね合わせて表示する。これにより、吊体３０と着床ターゲット面３３とがｚ１方向遠方に離間している状態でも、オペレータが吊体３０と着床ターゲット面３３との水平方向の位置関係を把握できる。それ故、吊体３０を着床ターゲット面３３に着床させる着床操作の作業性を向上し、未熟なオペレータであっても着床ターゲット面３３に対する吊体３０の水平方向の位置合わせを迅速かつ高精度に行うことが可能となる。これに伴って、着床ターゲット面３３に対する吊体３０の位置合わせに要する時間を短縮することができる。

この実施形態のように、特定できる標示５０が、目標位置座標Ｃ３の高さを吊体３０の高さにしたガイド位置座標Ｃ４を示すガイド印５１を含むと、着床ターゲット面３３と吊体３０との水平方向の位置関係が非常に分かり易くなる。さらに、目標位置座標Ｃ３を着床ターゲット面３３の中心位置座標とし、吊体３０の高さの基準を吊体３０の着床面３１の高さにすると、オペレータは、ガイド印５１に吊体３０の着床面３１の中心を合わせるようにクレーン１を操作することで、吊体３０と着床ターゲット面３３との水平方向の位置合わせを容易に行うことができる。

特定できる標示５０が、吊体位置座標Ｃ５を示す吊体印５３を含むと、オペレータは、吊体印５３をガイド印５１に合わせるようにクレーン１を操作することで、吊体３０と着床ターゲット面３３との水平方向の位置合わせを直感的により容易に行うことができる。吊体印５３を表示することで、ガイド印５１に対する吊体３０の移動の推移がより把握しやすくなるので、吊体３０と着床ターゲット面３３との水平方向の位置をより合わせやすくなる。また、オペレータは、吊体３０と着床ターゲット面３３との水平方向の位置が完全に一致していなくとも、吊体印５３とガイド印５１との重なり具合を見ることで、吊体３０と着床ターゲット面３３との水平方向の位置ずれが吊体３０を着床ターゲット面３３に着床させることが可能な許容距離以内であるか否かを把握することが可能となる。

さらに、吊体印５３を表示することで、吊体３０がトロリ３に対して水平方向に揺れている場合にも、吊体３０の振れの中心位置や吊体３０と着床ターゲット面３３との水平方向の位置が合うタイミングをより把握しやすくなる。これにより、トロリ３に対して吊体３０が振れている場合にも吊体印５３がガイド印５１の位置に合うタイミングを図って吊体３０を着床ターゲット面３３に着床させることが可能となる。それ故、吊体３０の振れが収まるまで待機する必要がなくなり、着床操作に要する作業時間を短縮するにも有利になる。

さらに、特定できる標示５０が、目標位置座標Ｃ３からｚ１方向上方に向かって少なくともガイド位置座標Ｃ４まで延びる鉛直線を示す鉛直ガイド線５２を含むと、オペレータが、吊体３０を着床ターゲット面３３に着床させるまでの吊体３０の目標経路を明確に把握できる。それ故、吊体３０を着床ターゲット面３３に向かって降下させる際のクレーン１の操作をより行い易くなる。重畳画像ＳＩに鉛直ガイド線５２が表示されることで、オペレータが、ガイド位置座標Ｃ４と目標位置座標Ｃ３との位置関係を３次元的に捉えやすくなるというメリットもある。

鉛直ガイド線５２に、例えば、着床ターゲット面３３からのｚ１方向の離間距離を示す目盛や数値等を付けて表示することもできる。また、例えば、吊体３０の着床面３１と着床ターゲット面３３とのｚ１方向の離間距離に応じて重畳画像ＳＩにおける鉛直ガイド線５２の表示パターン（例えば、色や太さなど）を変化させる構成にすることもできる。このようにすると、鉛直ガイド線５２の表示パターンの変化によって吊体３０と着床ターゲット面３３とのｚ１方向の離間距離がより把握しやすくなる。

重畳画像ＳＩに目標位置座標Ｃ３を示す目標印５４を表示させると、吊体印５３を合わせる最終的な目標位置がより分かり易くなるので、オペレータが着床操作をより行い易くなる。

この実施形態では、制御装置２３が、位置情報取得装置２２が取得した三次元位置情報に基づいて、吊体３０と着床ターゲット面３３との水平方向の離間距離が予め設定された許容距離以内である場合と、離間距離が許容距離よりも遠い場合とで、特定できる標示５０を変化させている。このようにすると、オペレータは特定できる標示５０の変化を確認することで、吊体３０と着床ターゲット面３３との水平方向の位置ずれが吊体３０を着床ターゲット面３３に着床させることが可能な許容距離以内であるか否かをより正確に判断できる。そのため、着床操作の作業性の向上や着床操作に要する作業時間を短縮するにはより有利になる。

この実施形態では、特定できる標示５０の変化として、ガイド印５１と吊体印５３の色を変化させる場合を例示したが、例えば、ガイド印５１と吊体印５３のいずれかの色のみを変化させる構成にすることもできるし、鉛直ガイド線５２の色を変化させる構成にすることもできる。また、ガイド印５１や吊体印５３の形状や、鉛直ガイド線５２の太さなどを変化させる構成にしてもよい。特定できる標示５０の変化として、ガイド印５１や吊体印５３、ガイド線５２などを点滅させる構成にすることもできる。

図６および図７に例示するように、操作支援システム２０は、例えば、特定できる標示５０の近傍に、吊体位置座標Ｃ５とガイド位置座標Ｃ４との離間距離（算出値Ｌ５）や、吊体３０が着床ターゲット面３３に着床するまでのｚ１方向の距離（算出値Ｈ７）を数値で表示させる構成にすることもできる。このように距離を数値で表示させると、オペレータが、吊体３０を着床ターゲット面３３の水平位置に合わせるために必要な吊体３０の移動距離をより正確に把握できるので、着床操作の作業性を向上させるには有利になる。

操作支援システム２０は、例えば、吊体印５３をガイド印５１に近づける方向を示す方向表示５５を重畳画像ＳＩに表示させる構成にすることもできる。このように、方向表示５５を表示させると、オペレータが、吊体３０と着床ターゲット面３３との水平方向の位置合わせを行う際に、吊体３０を移動させるべき方向がより分かりやすくなるので、着床操作の作業性を向上させるにはより有利になる。この実施形態では、方向表示５５を矢印で示しているが、方向表示５５は例えば、三角形の印や方向を示す文字などで示すこともできる。

なお、既述した実施形態では、吊体３０の高さの基準を吊体３０の着床面３１の高さに設定した場合を例示したが、吊体３０の高さの基準は、例えば、吊体３０の上面や吊体３０のｚ１方向の中心位置に設定することもできる。目標位置座標Ｃ３、ガイド位置座標Ｃ４、および吊体位置座標Ｃ５は、吊体３０および着床ターゲット面３３のそれぞれの中心位置座標とすることが好ましいが、例えば、吊体３０および着床ターゲット面３３のそれぞれの外周角や隅金具の位置座標などの他の箇所に設定することもできる。

既述した実施形態では、着床ターゲット面３３と吊体３０とのｙ１方向の位置合わせが完了しているものとして、吊体位置座標Ｃ５、目標位置座標Ｃ３、およびガイド位置座標Ｃ４の画像における二次元座標を算出したが、着床ターゲット面３３と吊体３０とのｙ１方向の位置が一致していないものとして、ｘ１座標と同様の算出方法でｙ１座標について二次元座標を算出することも可能である。

既述した実施形態では、船舶に対してコンテナ３２の荷役をするクレーン１（所謂、岸壁クレーン）に適用した操作支援システム２０を例示したが、操作支援システム２０は、岸壁クレーンに限らず、コンテナターミナルにおいて、運搬機や蔵置レーンに対してコンテナ３２の荷役をする門型クレーンや天井クレーンに適用することもできる。また、操作支援システム２０は、コンテナ３２の荷役をするコンテナクレーンに限らず、その他の荷役対象物の荷役をする様々なクレーンに適用することができる。

１ クレーン
３ トロリ
５ 吊具
１２ 操作室
１３ 操作装置
２０ 操作支援システム
２１ 撮影装置
２２ 位置情報取得装置
２３ 制御装置
２４ 表示装置
３０ 吊体
３１ 着床面
３３ 着床ターゲット面
５０ 特定できる標示
５１ ガイド印
５２ 鉛直ガイド線
５３ 吊体印
５４ 目標印
５５ 方向表示
５６ 警告
Ｃ１ 撮影中心位置座標
Ｃ３ 目標位置座標
Ｃ４ ガイド位置座標
Ｃ５ 吊体位置座標
ＳＩ 重畳画像

Claims (6)

1. クレーンのトロリに設置されていて前記トロリからワイヤにより吊り下げられた吊体およびその吊体の下方に位置する着床ターゲット面を撮影する撮影装置と、前記撮影装置によって撮像された画像が表示される表示装置とを備えたクレーンの操作支援システムにおいて、
   前記吊体および前記着床ターゲット面の三次元位置情報を逐次取得する位置情報取得装置と、前記撮影装置、前記位置情報取得装置、および前記表示装置に接続された制御装置とを有して、
   前記制御装置は、前記位置情報取得装置が取得した前記三次元位置情報に基づいて、前記吊体の高さにおける前記吊体と前記着床ターゲット面との位置関係を特定できる標示を作成し、その作成した前記特定できる標示を前記画像に重ね合わせた重畳画像を前記表示装置に表示させる構成であることを特徴とするクレーンの操作支援システム。
2. 前記特定できる標示が、前記着床ターゲット面の所定の位置座標である目標位置座標の高さを前記吊体の高さにしたガイド位置座標を示すガイド印を含む請求項１に記載のクレーンの操作支援システム。
3. 前記特定できる標示が、前記吊体の所定の位置座標である吊体位置座標を示す吊体印を含む請求項２に記載のクレーンの操作支援システム。
4. 前記特定できる標示が、前記目標位置座標から鉛直方向上方に向かって少なくとも前記ガイド位置座標まで延びる鉛直線を示す鉛直ガイド線を含む請求項２または３に記載のクレーンの操作支援システム。
5. 前記制御装置は、前記三次元位置情報に基づいて、前記吊体と前記着床ターゲット面との水平方向の離間距離が予め設定された許容距離以内である場合と、前記離間距離が前記許容距離よりも遠い場合とで、前記特定できる標示を変化させる構成にした請求項１〜４のいずれか１項に記載のクレーンの操作支援システム。
6. クレーンのトロリに設置された撮影装置により、前記トロリからワイヤにより吊り下げられた吊体およびその吊体の下方に位置する着床ターゲット面を撮影し、前記撮影装置によって撮像した画像を表示装置に表示させるクレーンの操作支援方法において、
   前記撮影装置により前記吊体および前記着床ターゲット面を含む画像を撮像するステップと、
   位置情報取得装置により、前記吊体および前記着床ターゲット面の三次元位置情報を取得するステップと、
   制御装置により、位置情報取得装置が取得した前記三次元位置情報に基づいて、前記吊体の高さにおける前記吊体と前記着床ターゲット面との位置関係を特定できる標示を作成するステップと、
   その作成した前記特定できる標示を前記画像に重ね合わせた重畳画像を前記表示装置に表示させるステップと、を含むことを特徴とするクレーンの操作支援方法。

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