JP2887198B2 - 相対位置計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、対象の方向と対象まで
の距離を測定する相対位置計測装置に関し、特に船倉か
らバラ物を荷揚げするための連続アンローダの自動運転
に必要な垂直ブームの位置を計測する相対位置計測装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】船舶の船倉にバラ積み状態で積載された
石炭、鉄鉱石などのバラ物を荷揚げするアンローダとし
て、岸壁に平行に敷設されたレールの上を走行するメイ
ンフレームに水平に旋回する水平ブームを設け、この水
平ブームの先端に垂直型コンベアを収容した垂直ブーム
を下方に向けて設け、この垂直ブームの下端に掻取り装
置を設けたものが知られている。このアンローダを用い
て船倉内のバラ物を荷揚げするには、船倉の開口部から
垂直ブームを垂直に挿入し、掻取り装置が船倉内の隅々
まで届くように移動させながらバラ物を連続的に掻き取
って垂直型コンベアの荷受け部に落とすと、コンベアが
このバラ物を垂直に運び上げ、さらに水平ブーム内に設
けた水平型コンベアや、岸壁上のメインフレーム内に設
けた別のコンベアを介して、岸壁コンベアに供給し、こ
の岸壁コンベアがストックヤードまで搬送する。

【０００３】船倉の内壁表面や内部の設備を破損しない
ようにして、船倉内のバラ物を短時間で余すことなく荷
揚げするためには、掻取り装置を適当な軌道の上を適当
な順序で動かす必要がある。この場合の最適な軌道と順
序は、掻取り装置の構造や船倉の形状、貨物の種類など
によっても異なり、オペレータの経験によって修得され
るものである。このためこの種のアンローダの自動運転
には、オペレータがティーチングボックスを介して手動
操縦で１周期分を運転してみせると、装置がその軌道を
記憶して後は自動的に再現運転するいわゆるプレイバッ
ク制御が選ばれることが多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、船の位置や姿
勢は、積載量の差異や荷揚げに伴う荷量の変化、潮の干
満、波の作用による船体のピッチングやローリングなど
により、常に変化する。従って、アンローダの自動運転
を成功させるためには、時々刻々変化する船倉とアンロ
ーダの相対位置を把握し、これに基づいて自動運転装置
を補償する必要があるが、適当な計測装置は入手が困難
であった。

【０００５】アンローダの自動運転のために、船や船倉
とアンローダの相対関係を測定しようとするものとし
て、特開平５−１１６７６７や特開平５−２６２４３２
の発明が公知である。特開平５−１１６７６７には、水
平距離センサを垂直アームに沿って昇降させて垂直アー
ムから壁までの距離が最も短いところの位置を検出して
ハッチの位置を調べ、これにより船とアンローダの相対
位置を検出する方法が開示されている。この方法はハッ
チの端部の厚さが小さく他の部分から急峻に突出してい
る場合に有効であり、例えばハッチカバーがスライド開
閉するタイプの船に用いられる。しかし、跳ね上げ式の
開閉機構を有するハッチには適用しにくい。また、ハッ
チ内にセンサ自体を挿入する必要があり、ハッチ内に充
満する粉塵や水蒸気等の影響を避けることが出来なかっ
た。

【０００６】特開平５−２６２４３２には、船体に設置
した反射器をアンローダの陸上部分に設置した自動追尾
型距離センサによって自動追尾し、このセンサからの信
号に基づいて船体とアンローダ先端部の相対位置関係を
推定する方法が開示されている。この方法においては、
荷揚げ作業の度に作業員が反射器を船体の決められた位
置に設置するため、高い精度を確保することが困難であ
った。また、測定位置が陸上にある本体部であるため水
平ブーム先端に垂下する垂直ブームの位置を正確に求め
るためには、水平ブームのたわみなどの影響を正確に推
定する必要があり、掻取り装置の相対位置を正確に確定
することは困難であった。

【０００７】本発明の目的は、船が荷揚げ中に動いても
連続アンローダの自動運転を可能にするために、船倉と
アンローダの相対的位置関係を常時把握することができ
る相対位置計測装置を提供するところにある。また、本
発明の別の目的は、船倉内の粉塵や水蒸気から影響を受
けにくく、また改めて反射板などを設置しなくても精度
の高い計測が可能な相対位置計測装置を提供するところ
にある。本発明のさらに別の目的は、上記相対位置計測
装置をバラ物の荷揚げ作業に利用する適切な方法を提供
するところにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の相対位置計測装
置は、垂直方向および水平方向に回動する雲 台に、撮像
装置と距離測定装置の光軸が実質的に同一になるように
配置 したものであって、雲台制御装置が雲台を撮像装置
の出力に基づいて撮 像装置等の光軸が対象物の有する直
線部材に対して実質的に垂直に交わ るように調整し、そ
の光軸方向と距離計測装置で求めた直線部材までの 距離
とから対象物との位置関係を計測するように構成される
ことを特徴 とする。

【０００９】さらに、撮像装置で取得した映像を画面に
表示するモニタ装置と画像内の点を指示するポインティ
ングデバイスを備え、対象物をモニタ画面中でポインテ
ィングデバイスにより指示出来るように構成されること
が好ましい。雲台がさらに水平方向に回動するものであ
って、撮像装置の光軸が対象物に対して実質的に垂直に
なるように雲台を自動的に調整するように構成されるこ
とが好ましい。さらに、本発明の相対位置計測装置は、
撮像装置がＣＣＤカメラであって、距離計測装置が光波
距離センサであってよい。

【００１０】さらに、本発明のアンローダの相対位置計
測方法は、船倉に垂下する垂直ブームを有するアンロー
ダの垂直ブームの上部に、少なくとも２基の本発明の相
対位置計測装置を搭載し、各相対位置計測装置が船倉の
ハッチのそれぞれ異なるエッジを対象として求めた位置
関係を用いて、船倉に対する垂直ブームの姿勢を求める
ことを特徴とする。

【００１１】本発明の相対位置計測装置によれば、撮像
装置で取得する画像に基づいて目標部分が画面のほぼ中
央に来るように雲台を調整すると、距離測定装置により
得られる値が画像中にある目標部分までの距離となり、
この距離と撮像装置の向きを用いて目標と計測装置の相
対位置を知ることが出来る。また、撮像装置の出力画像
を処理して対象物の映像の変位量を出す画像処理装置
と、その変位量に基づいて雲台を制御する雲台制御装置
を備える場合には、目標と計測装置の相対位置を自動的
に測定することが出来る。

【００１２】さらに、撮像装置で取得した映像を表示す
るモニタ装置とポインティングデバイスを備える場合に
は、操作員が画面を観察しながら状況に応じて直接的に
目標部分を指示することが出来る。雲台が水平方向に回
動し、撮像装置の光軸が対象物に対して実質的に垂直に
なるように雲台を自動的に調整するように構成されてい
るので、計測装置により求められる距離がそのまま計測
装置と目標部分の最短距離になり、相対位置の計算が単
純になる。さらに、本発明の相対位置計測装置は、撮像
装置がＣＣＤカメラであって、距離計測装置が光波距離
センサであれば、経済的に信頼性の高い装置を構成する
ことが出来る。

【００１３】また、本発明のアンローダの相対位置計測
方法は、船倉に垂下する垂直ブームを有するアンローダ
の垂直ブームの上部に搭載した相対位置計測装置により
求めるエッジとの相対位置を知り、少なくとも２個の相
対位置情報から船倉に対する垂直ブームの姿勢を求める
ことができる。このとき、相対位置計測装置は垂直ブー
ムの上端部分に設置することが出来るから、船倉内の塵
埃や水蒸気、開口部の気流などの影響を受けにくい。本
発明の相対位置計測方法によれば、船倉に初めから存在
する部分を目標とするから、荷揚げ毎に反射器を船体側
に設置する必要がなく、人為的ミスを誘発しない。ま
た、追跡状態の監視や異常の検知も、画像処理と監視員
の視認の２重の監視体制がとりやすく、信頼性が高い。
さらに、垂直アームの位置や姿勢が水平ブームのたわみ
の影響を受けることなく直接に求められるため、掻き取
り操作中の軌跡を積載量の変化や船体の動きに左右され
ず最適化することができる。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明の相対位置計測装置の実施例
を説明する機能ブロック図である。図１にあるように、
本発明実施例の相対位置計測装置１は、検出部２と画像
処理部３と制御部４とから構成される。検出部２は、光
波距離計１１とＣＣＤカメラ１２と電動雲台１３で構成
され、光波距離計１１とＣＣＤカメラ１２は電動雲台１
３に搭載されている。光波距離計１１の前面にはミラー
１４が据えられており、またＣＣＤカメラ１２の光軸上
にハーフミラー１５が設けられている。ミラー１４とハ
ーフミラー１５は、光波距離計１２から発射されるビー
ム光がミラー１４で反射してハーフミラー１５に入射
し、ＣＣＤカメラ１２の光軸上を伝搬するような関係位
置にセットされている。また、ハーフミラー１５は光波
距離計１１が発射するビーム光の波長成分を選択的に反
射するように表面加工されている。

【００１５】光波距離計１１が発射するビームは、ミラ
ー１４とハーフミラー１５で反射してＣＣＤカメラ１２
の光軸上を走行し、光軸上にある対象物１０を照射す
る。対象物１０の表面で反射する光のうち光軸上を戻っ
てくる光はハーフミラー１５で一部が反射してミラー１
４に投射し全反射して光波距離計１１に戻る。光波距離
計１１は、ビーム光が往復する時間から対象までの距離
を求めてこれに対応する距離信号を出力する。光波距離
計１１として、時間幅の短い強いレーザーパルスを用い
て往復の時間を直接に求めるパルス式のものを用いるこ
とにより、照準位置に反射鏡等を設けずに測定できるよ
うにするのが好ましい。勿論、測定条件が許すときはよ
り精度の高い位相差測定式の光波距離計を使用すること
が出来ることはいうまでもない。

【００１６】一方、ＣＣＤカメラ１２は、ハーフミラー
１５を透過してくる対象物からの光を捕捉して、２次元
画像を生成し、映像信号を出力する。また、ズーム・フ
ォーカス・アイリスを遠隔で調整する機能を備えてい
る。電動雲台１３は直交する２個の駆動軸１６（図中に
は１軸のみ表示す）を有し、ＡＣ／ＤＣサーボモータ１
７により駆動される。ＡＣ／ＤＣサーボモータ１７は制
御部４から出力されるパルス列により駆動される。各軸
１６の回転角度は、付属するアブソリュートエンコーダ
１８により所定位置を基準とする絶対値として出力され
る。検出部２を屋外に据え付ける場合、特にバラ物を荷
揚げするアンローダの垂直ブーム部分に据える場合に
は、電動雲台上に防水・防塵構造のハウジングを備えて
この中にカメラや光波距離計を収納し、さらにハウジン
グ前面の透明シールド面を払拭するワイパーやデフロス
タ、冷却ファンを備えるようにすることが好ましい。屋
外において雨水を受けるばかりでなく、船倉内から発生
する粉塵や高温水蒸気などにより精密機器であるカメラ
や距離計が損傷を受けることを防止する必要があるから
である。

【００１７】画像処理部３は、ＣＣＤカメラ１２が出力
する映像信号を処理して、照準位置を検出し、ＣＣＤカ
メラ光軸からの変位を検出する。ＣＣＤカメラの光軸
は、ＣＣＤカメラの映像を表示する画面中に、例えば画
面中心など一定の基準位置として表される。画像処理部
３は、画像前処理部２１、パターン記憶メモリ２２、特
徴パターン抽出部２３、パターン変位算出部２４、フォ
ーカス調整部２５からなる。画像前処理部２１はＣＣＤ
カメラ１２からの映像信号を入力して、画面中から特定
した特徴部分を抽出するための前準備としての信号処理
をする。このような信号処理法として、画像信号の微分
を演算して急激に明度が変化するところを検出する微分
法や、濃度信号を画面軸方向に投影して加算することに
より特徴部分を検出する濃度投影加算法などが知られて
いる。処理方法は実際に特定すべき特徴部分の光学的性
質に従って最適なものが選択される。

【００１８】パターン記憶メモリ２２には予め指定され
る照準部分１０の画像上の特徴を判断基準として記憶し
ている。特徴パターン抽出部２３は、画像前処理部２１
で信号処理して得られた結果をパターン記憶メモリ２２
に格納される判断基準と比較して、画面中のどの部分が
照準部分の映像であるかを判断する。さらに、パターン
変位算出部２４が、光軸を表す画面中の基準位置と、特
徴パターン抽出部２３が判断した照準位置との変位を算
出して、変位量を表す変位信号を出力する。上記変位量
がゼロであれば照準位置が光軸上にあるので、照準位置
までの距離が光波距離計により求められる。また、フォ
ーカス調整部２５が、画像前処理部２１で得られた映像
の質を判断して、より明瞭で雑音の少ない適切な画像を
得るようにＣＣＤカメラ１２のズーム・フォーカス・ア
イリスを遠隔制御する。

【００１９】制御部４は、３次元位置演算部３１、制御
量演算部３２、サーボアンプ３３とからなり、画像処理
部３から出力される照準部分の変位信号と検出部２から
出力される照準部分１０までの距離信号と駆動軸１６の
回転角度信号を入力して、電動雲台１３の姿勢を制御し
て対象とする照準部分１０に照準を合わせると共に、照
準部分１０の相対位置を表す３次元位置データを出力す
る。３次元位置演算部３１は、パターン変位算出部２４
からの照準部分の変位信号と光波距離計１１からの距離
信号とアブソリュートエンコーダ１８からの回転角度信
号を入力する。そして、照準部分の変位信号に基づいて
ＣＣＤカメラ１２の光軸が対象とする照準部分１０から
ずれている場合に、そのずれ量を評価し定量化して制御
量演算部３２に伝送する。また、ずれ量が無視できると
きに、距離信号と回転角度信号を用いて、検出部２を基
準とする照準部分１０の３次元位置を算出し３次元位置
信号を出力する。制御量演算部３２は、照準部分１０の
ずれ量を表す信号を入力して、画面中の基準とする位置
に移動させるための制御量を算出する。制御量は制御理
論に基づいて、最短時間であるいは最小行き過ぎ量で目
標位置に到達するようにするなど、目的に添った最適な
アルゴリズムに従って算出される。サーボアンプ３３
は、制御量演算部３２が与える制御信号をＡＣ／ＤＣモ
ータ１７の駆動に必要な水準の駆動信号に変換して供給
する。

【００２０】本実施例では、光波距離計１１からの発射
ビームをＣＣＤカメラ１２の光軸に一致させるためミラ
ー１４とハーフミラー１５を使用したが、ミラー１４を
省略して光波距離計の発射ビームをハーフミラー１５に
直接照射して両光軸を一致させるように構成することも
できる。また、測定距離が長大な場合や要求する測定精
度が高くない場合には、光波距離計１１とＣＣＤカメラ
１２を光軸が平行になるように併設してミラーやハーフ
ミラーを省略しても、２つの光軸間距離が測定に及ぼす
影響を無視できる。このように構成した場合は、検出部
の構造が簡単で小型になり、また光学的調整が容易にな
るため、経済的で取り扱いやすい相対位置計測装置を提
供することが出来る。

【００２１】次に、本発明の相対位置計測装置１を用い
てアンローダの相対位置を計測する方法を説明する。図
２は、本発明の相対位置計測方法の実施例を示すブロッ
ク図、図３は相対位置計測装置の検出部２の配置例を示
す検出部配置平面図である。図２において、船倉にバラ
物を積載した船舶４１が岸壁４２に係留されており、岸
壁上のアンローダ４３が船４１の船倉４４内のバラ物４
５を荷揚げしている。アンローダ４３は岸壁に敷設され
たレール上を走行するメインフレーム４６と、垂直ブー
ム４７と、メインフレーム４６から延伸して垂直ブーム
４７を支える水平ブーム４８からなる。垂直ブーム４７
の上部には電気室と運転室からなる制御室４９が設けら
れていて、ここにオペレータが乗り込んで直接あるいは
モニタを介して船倉内を観察しながらアンローダ４３を
操縦する。

【００２２】垂直ブーム４７には先端部に掻取装置５０
が取り付けられている。垂直ブーム４７はその中間に回
転自在の関節部５１があって、ここで先端側のブーム５
２を屈折・回転することにより、ブーム５２の先端部に
取り付けられる掻取装置５０が船倉４４の隅々まで到達
出来るようになっている。

【００２３】掻取装置５０はバケットホイール５３を備
え、ホイールの回転により船倉内に堆積した積み荷のバ
ラ物４５を掻き取って、垂直ブーム４７内に備えた垂直
型コンベア（図示しない）の上に落とす。掻き取られた
バラ物４５は、垂直型コンベアや、水平ブーム４８内に
設けられた水平型コンベア（図示しない）等を介して岸
壁４２上の岸壁コンベア（図示しない）まで搬送され
る。

【００２４】垂直ブーム４７の上端には相対位置検出装
置１の検出部２が４組、図３に表されるように、それぞ
れ背中合わせに光軸を四方に向けた状態で設けられてい
る。検出部２の光波距離計１１とＣＣＤカメラ１２は防
塵・防水のハウジングに収納されて、水平方向と垂直方
向に回転軸１６を有する電動雲台１３にマウントされて
いる。電動雲台１３は、遠隔制御により光軸の方向を上
下左右に調整できるようになっている。ＣＣＤカメラ１
２は、遠隔で制御できるズーム・フォーカス・アイリス
機能を有する。ハウジング前面の透明シールドにはワイ
パーが設けられている。

【００２５】また、水平ブーム４８の他端には垂直ブー
ム４７等の荷重を相殺するためにカウンタバランス５７
が設けられている。水平ブーム４８は、荷揚げしようと
する船倉４４のハッチ５９に対して垂直ブーム４７を搬
送するためメインフレーム４６の上に設けた垂直軸５８
の周りを水平方向に回動することが出来るようになって
いると共に、垂直ブーム４７を目的のハッチ５９に挿入
しその深さを調整するため水平軸６０の周りを垂直方向
に軸動することが出来る。

【００２６】図４は、本実施例の相対位置計測方法に用
いる相対位置計測装置１の構成を周辺回路と共に示すシ
ステム概略図である。図４にあるように、垂直ブーム４
７の上端部には、光波距離計１１とＣＣＤカメラ１２
と、カメラの光軸方向を調整する電動雲台１３を備えた
検出部２が４基（図には２基のみ表示されている）搭載
されている。ＣＣＤカメラ１２はハッチ５９のエッジ６
１を照準するように制御される。ハッチ５９のエッジ６
１は船倉４４に固有の部分であって、船倉４４と垂直ブ
ーム４７の相対関係を把握するのに適格であるばかりで
なく、ＣＣＤカメラ１２で撮像したときに光学的に周囲
の部分と顕著な差異を有するため、照準対象として最も
適当である。検出部２は、画像処理部３と制御部４を備
えていて、これらの働きによりエッジ６１の映像が常に
画面の中央に来るように電動雲台１３の姿勢を制御する
ことが出来るため、相対位置計測装置１は自動追尾機能
を備えた自動追尾型距離センサを構成している。図３に
表示されるように、検出部２はハッチ５９の４辺のエッ
ジ６１に対してそれぞれ１基ずつ、合計４基設備されて
いて、これらの検出部２の各エッジ６１との相対位置関
係から垂直ブーム４７の船倉４４に対する相対位置が求
められることになる。

【００２７】制御室４９のうち電気室には、相対位置計
測装置１それぞれに対応した画像処理部３と制御部４か
らなる回路部６２と共に、演算制御装置６３と通信制御
装置６４が設けられる。演算制御装置６３は４基の相対
位置計測装置回路部６２から供給される４個の３次元位
置信号出力を統合してアンローダ４３の位置および姿勢
を確定し、これに基づいて予め記憶された掻取パターン
を適当に修正して求めた掻取装置５０の最適軌跡を演算
し、その情報をアンローダ制御装置６５に伝達する。ま
た、通信制御装置６４は、相対位置計測装置回路部６２
と演算制御装置６３の出力を外部の装置に高速伝送す
る。

【００２８】また、運転室にはインターフェース装置６
６が設置され、通信制御装置６４と通信路で連結され
る。インターフェース装置６６を介して、モニタ装置６
７やマウスなどのポインティングデバイス６８あるいは
操縦桿６９を用いたマン・マシン・インターフェースを
実現するように構成される。モニタ装置６７は各ＣＣＤ
カメラ１２で取得した映像を表示し、操作員がこれを監
視して運転が正しく行われているかを確認することが出
来ると共に、ポインティングデバイス６８で画像中の適
当な位置を指定することによりシステムに照準すべき位
置を教示することが出来る。また、操作員は操縦桿６９
を用いて雲台１３を手動調整することが出来る。なおこ
こで、制御室４９を電気室と運転室に区分したのは管理
上の便宜のためであって、１室で両者を兼ねるようにす
ることも装置の各部分をどちらに収納することも可能で
あることはいうまでもない。

【００２９】演算制御装置６３は、相対位置演算部７
０、アンローダ姿勢演算部７１、雲台左右角制御部７
２、掻取パターンデータベース７３、アンローダ制御量
演算部７４から構成される。相対位置演算部７０は４基
の相対位置計測装置回路部６２から供給されるエッジ６
１の３次元位置情報を受け取って総合し、垂直ブーム４
７と船倉ハッチ５９との相対位置、すなわちハッチ５９
を基準とする垂直ブーム４７の平面的位置と傾きならび
に挿入深さを算出する。

【００３０】船舶４１は係留されていて鉛直軸周りの回
転は生じにくいため、エッジ６１が形成する方形は対地
的には回転運動をしないとしてよいが、水平ブーム４８
の向きは垂直ブーム４７あるいはメインフレーム４６の
移動に従って変化するから、ＣＣＤカメラ１２がエッジ
６１と正対するようになる左右角は変化する。ＣＣＤカ
メラ１２の光軸がエッジ６１と直交していない場合は、
垂直ブーム４７とエッジ６１の正しい距離を求めるため
に演算で求めた値を補正する必要ある。従って、本発明
の測定方法によりエッジ６１と相対位置測定装置１の検
出部２との間の距離を正確に測定するためには、ＣＣＤ
カメラ１２の光軸がエッジ６１の延伸する方向と直交す
るように左右角を調整することが望ましい。

【００３１】アンローダ姿勢演算部７１は、船舶４１の
接岸位置とアンローダ４３の岸壁上の位置と水平ブーム
４８の延伸方向とから、荷揚げしようとする船倉４４の
ハッチ５９の各エッジ６１に対して垂直ブーム４７がど
のような姿勢になっているかを算出する。

【００３２】雲台左右角制御部７２が、アンローダ姿勢
演算部７１で算出された垂直ブーム４７の向きに対応し
て、各電動雲台１３の垂直軸周りの回転を制御し、ＣＣ
Ｄカメラ１２の光軸がそれぞれエッジ６１の延長方向に
対して直交するように左右角を調整する。雲台１３の左
右角は雲台毎に制御しても良いが、ハッチ５９は普通矩
形をなすから、ＣＣＤカメラ１２がエッジ６１に正対す
るようにするためには、４基の検出部２ともに同じ角度
だけ同じ方向に振れば良いことになる。したがって、同
じ制御信号を各電動雲台１３に送って同じように動かす
代わりに、機械的に同じだけ向きを変える機構を利用す
るのでも良い。なお、雲台左右角制御部７２の制御信号
を相対位置計測装置１の制御部４に伝達して、各制御部
４内に設けられた雲台駆動軸用の制御量演算部３２とサ
ーボアンプ３３を介して制御するようにしても良い。こ
の場合は、システムの構成が整理されて配線等が単純に
なる利点がある。

【００３３】掻取パターンデータベース７３には、事前
に算出されている最適な掻取パターンを予め格納してあ
る。最適パターンは船倉の形態、積載貨物の種類、荷揚
げの段階、その他の条件により異なり、経験的な要素も
強い。パターンは、シーケンス制御プログラムや数値制
御プログラムの形態として格納するものであっても、オ
ペレータがティーチングボックスを用いて教え込むよう
な方法を用いてもよい。

【００３４】アンローダ制御量演算部７４は、相対位置
演算部７０による垂直ブーム４７の３次元位置情報と掻
取パターンデータベース７３から供給される最適掻取パ
ターンに基づいて、アンローダメインフレーム４６の位
置、水平ブーム４８の向き、垂直ブーム４７の高さ、掻
取装置５０の３次元的位置等を最適調整するための指標
を演算して求め、アンローダ制御装置に伝送する。アン
ローダ制御装置がこれら情報を用いてアンローダ４３に
最適な掻き取り作業を遂行させる。

【００３５】次に、本実施例の相対位置計測方法につい
て、図５に従って操作の手順を説明する。図５は、操作
手順を説明するブロック図である。作業を開始するとき
は、操作員が荷揚げ作業の対象となる船４１の船名と荷
揚げをする船倉４４のハッチ番号を特定し、適当な入力
装置を介して演算制御装置６３に入力する（ステップ
１）。演算制御装置６３は予め船と船倉に関するデータ
や船倉に応じた最適掻き取りパターンに関するデータを
掻取パターンデータベース７３に蓄積しており、これら
入力情報から、船倉４４の位置と形状、ハッチサイズ、
掻取パターンをデータベースから検索抽出してアンロー
ダ制御量演算部７４にセットする（ステップ２）。船４
１を係留後、手動によりアンローダ４３を運転して、掻
取り部分４７を作業対象ハッチ５９の上に移動する（ス
テップ３）。

【００３６】操作員が、ＣＣＤカメラ１２が捕捉する映
像をモニタ６７で観察しながらカメラの上下角・左右角
を操縦桿で手動調整し、ＣＣＤカメラ１２が正対するハ
ッチ・エッジ６１を画面にとらえるようにする（ステッ
プ４）。画面中のエッジ６１の映像をポインティングデ
バイス６８を用いて装置に教示し、ロックボタンを押し
てその信号上の特徴を記憶させる（ステップ５）。操作
員は、４組の相対位置計測装置１のカメラ全てについて
同様の調整・操作を行う。このようにして各カメラ１２
毎の判断基準を確定してから計測を開始する。

【００３７】計測は、次の手順により自動的に行われ
る。ＣＣＤカメラ１２が画像を取り込む（ステップ１
１）。画像信号は画像前処理部２１に送られて、特徴パ
ターン抽出部２３において微分法や濃度投影加算法など
の手法により画像信号に含まれる特徴信号を抽出し（ス
テップ１２）、パターン変位算出部２４において上記の
判断基準に従ってエッジ６１の位置を検出する（ステッ
プ１３）。画像中のエッジ位置の情報に基づいて、雲台
１３の俯角（上下角）を調整してエッジ６１の映像が画
面中央に来るようにする（ステップ１４）。このように
してＣＣＤカメラ１２の光軸上に目標とするエッジ６１
を合わせた時に、光波距離計１１により距離計測を行う
（ステップ１５）。

【００３８】なお、エッジ６１の映像は、画面中では周
囲と明度の異なる部分が水平方向に連続している形で現
れており、水平方向には顕著な変化を有しない。そこ
で、画像処理は垂直方向の明度変化に基づいて行われ
る。この方法によって、ＣＣＤカメラ１２の照準を合わ
せると、光軸とエッジ６１の延長方向とが直交しない場
合に求めた距離について交差角に基づく補正を施す必要
が生じる。そこで、ＣＣＤカメラ１２の光軸とエッジ６
１の垂直関係を確保するため、別途、検出部２がエッジ
６１に対して正対するように電動雲台１３の左右角を制
御する。先に述べたように、船４１は係留してあるため
鉛直軸周りの回転は生じないものと見なすことができ
る。また、垂直ブーム４７は水平ブーム４８に固定さ
れ、検出部２は垂直ブーム４７に固定されていることか
ら、エッジ６１に正対する検出部２の向きはアンローダ
４３自体の姿勢から決定できる。アンローダ姿勢演算部
７１は、水平ブーム４８の左右角を監視して（ステップ
１６）、必要な情報に基づいて適切な左右角を決定し
（ステップ１７）、その角度をとるように電動雲台１３
を制御する（ステップ１８）。さらに、ステップ１５で
求めた相対的位置関係とステップ１８で決まる雲台１３
の左右角とから、エッジ６１と垂直ブーム４７の３次元
的位置関係を算出する（ステップ１９）。

【００３９】他の３組の検出部２についても、同じ測定
手順を踏むことで、それぞれが正対するエッジ６１との
３次元的位置関係が算出される。相対位置演算部７０
が、これら４個の相対位置計測装置１からの情報を統合
して、垂直ブーム４７の船倉４４に対する姿勢、あるい
は船倉４４の垂直ブーム４７との位置関係を算出し確定
して（ステップ２０）、アンローダ制御量演算部７４に
その計測値を送信する（ステップ２１）。その後、測定
手順は再びＣＣＤカメラ１２が画像を取り込み（ステッ
プ１１）、以下同じ工程を繰り返して新たな測定値を求
める。

【００４０】連続式アンローダ装置４３は、垂直ブーム
４７の位置を正確に求めた上記データを受け、これに合
わせて実行中の掻取パターンを随時修正しながら、メイ
ンフレーム４６の位置、水平ブーム４８の方向、垂直ブ
ーム４７の挿入深さ、掻取装置５０の位置、バッケトホ
イール５３の回転等を制御して、バラ物４５の荷揚げ作
業を進める。なお、上記実施例では、相対位置計測装置
１を４基備えているが、対象とするハッチ５９の形状は
予め明らかであるので、相対位置計測装置１は隣り合っ
た任意の２基あれば足り、他の２基は冗長分として測定
結果の信頼性をより高める機能を有するものである。

【００４１】

【発明の効果】本発明のアンローダの相対位置計測装置
によれば、撮像装置により対象物の方向を求め、光波距
離計により距離を求めて相対位置を計測するから、計測
装置の機構がより単純化できる。またＣＣＤカメラの画
面を観察しながら光波距離計の照準を選択できるから、
状況に応じて適格な距離計測が可能になる。また、照準
位置として対象物に予め備わった部分を選ぶことが出来
るから、計測の度に従業員がターゲットとなる反射板を
対象物に取り付けたりする必要が無く、計測に人為的な
誤差が入る余地がない。本発明の相対位置計測装置によ
れば、対象物を画像でとらえてモニタ画面に常時表示す
ることができるから、画像処理と監視員の視認の２重の
監視体制がとれ、追跡状態の監視や異常の検知も可能に
なり、測定の信頼性も高い。

【００４２】本発明のアンローダの相対位置計測方法に
よれば、積載量の差異や荷揚げに伴う荷量の変化、潮の
干満、波の作用による船体のピッチングやローリングな
どにより船の位置や姿勢が変化しても、船倉に対する水
平ブームの相対的な姿勢が常時正確に求まるから、掻取
装置と船倉内壁が衝突することなく、アンローダの自動
運転が可能になる。また、距離検出装置を垂直アーム上
部の船倉のハッチ口より高い位置に取り付けることが可
能で、計測結果に荷揚げ中に発生する粉塵や水蒸気、気
流等の影響を受けにくい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の相対位置計測装置の実施例を説明する
機能ブロック図である。

【図２】本発明の相対位置計測方法の実施例を示すブロ
ック図である。

【図３】本発明の相対位置計測装置の検出部の配置例を
示す平面図である。

【図４】本実施例の相対位置計測方法における相対位置
計測装置の構成を示すシステム概略図である。

【図５】本実施例の相対位置計測装置の操作手順を説明
するブロック図である。

【符号の説明】

１ 相対位置計測装置 ２ 検出部 ３ 画像処理部 ４ 制御部 １０ 対象物 １１ 光波距離計 １２ ＣＣＤカメラ １３ 雲台 １４ ミラー １５ ハーフミラー １６ 回転軸 １７ ＡＣ／ＤＣモータ １８ アブソリュートエンコーダ ２１ 画像前処理部 ２２ パターン記憶メモリ ２３ 特徴パターン抽出部 ２４ パターン変位算出部 ２５ フォーカス調整部 ３１ ３次元位置演算部 ３２ 制御量演算部 ３３ サーボアンプ ４１ 船 ４２ 岸壁 ４３ アンローダ ４４ 船倉 ４５ バラ物 ４６ メインフレーム ４７ 垂直ブーム ４８ 水平ブーム ４９ 制御室 ５０ 掻取装置 ５１ 関節部 ５２ ブーム ５３ バケットホイール ５７ カウンタバランス ５８ 垂直軸 ５９ ハッチ ６０ 水平軸 ６１ エッジ ６２ 相対位置計測装置回路部 ６３ 演算制御装置 ６４ 通信制御装置 ６５ アンローダ制御装置 ６６ インターフェース装置 ６７ モニタ ６８ ポインティングデバイス ６９ 操縦桿 ７０ 相対位置演算部 ７１ アンローダ姿勢演算部 ７２ 雲台左右角制御部 ７３ 掻取パターンデータベース ７４ アンローダ制御量演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古田 守 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工 業株式会社 明石工場内 (72)発明者 中上 雄吾 兵庫県神戸市中央区東川崎町１丁目１番 ３号 川崎重工業株式会社 神戸本社内 (72)発明者 中野 隆志 兵庫県神戸市中央区東川崎町１丁目１番 ３号 川崎重工業株式会社 神戸本社内 (56)参考文献 特開 昭58−6482（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−183806（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01S 3/00 - 17/95 G01B 11/00 - 11/24

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 垂直方向および水平方向に回動する雲台
   に、撮像装置の 光軸に距離測定装置の光軸が重なるよう
   に配置した相対位置計測装置に おいて、 雲台制御装置が前記雲台を前記撮像装置の出力に基づい
   て前記光軸が 対象物の有する直線部材に対して実質的に
   垂直に交わるように調整し、 前記光軸の方向と 前記距離計測装置により求める前記直
   線部材までの距離の測定値とから該対象物との位置関係
   を計測する相対位置計測装置。
2. 【請求項２】 前記撮像装置からの映像出力を画面に表
   示するモニタ装 置を備えたことを特徴とする請求項１記
   載の相対位置計測装置。
3. 【請求項３】 前記モニタ装置の画像内の点を指示する
   ポインティングデバイスを備え、前記対象物の所定直線
   部材を前記画面中でポインティングデバイスにより指示
   できるようにしたことを特徴とする請求項１または２記
   載の相対位置計測装置。
4. 【請求項４】 前記撮像装置がＣＣＤカメラであって、
   前記距離計測装置が光波距離センサであることを特徴と
   する請求項１ないし３のいずれかに記載の相対位置計測
   装置。
5. 【請求項５】 船倉に垂下する垂直ブームを有するアン
   ローダの該垂直ブームの上部に、少なくとも２基の請求
   項１ないし４のいずれかに記載の相対位置計測装置を搭
   載し、各相対位置計測装置が船倉のハッチのそれぞれ異
   なる辺に存在する水平エッジを対象として求めた位置関
   係を用いて前記船倉に対する該垂直ブームの姿勢を求め
   るアンローダの相対位置計測方法。