JP3891492B2 - 自動クレーンシステム及びクレーン制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線ネットワークを利用して、被搬送物の精確な位置を検出し、被搬送物の移動を自動化する、自動クレーンシステム及びクレーン制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製鉄所等における物流ヤードでは、生産物（例えば、薄板鋼板を巻いたコイル）を、生産ラインにおける生産物の出口であるスキッドから保管場所（例えば、コイル置き場）に移動したり、その保管場所から出荷搬送用のパレットに移動したりする場合、天井クレーンを使っている。通常、天井クレーンは、オペレータの操作に基づいて、搬送される生産物のつかみ、移動、離しを行う。この天井クレーンの自動化の一環として、生産物をつかんだり、離したりしたときに、そのときのクレーンの位置情報を検出すると共に、生産物に取り付けられた発信装置から生産物の属性情報を読み取ることによって、その生産物の属性情報、その生産物の移動元及び移動先の位置情報を記憶し、管理する技術が公開されている（例えば、特許文献１参照）。これによれば、オペレータが情報採取の意識をすることなく通常のクレーン操作を行うだけで、生産物の位置情報を記憶し、管理することができる。
また、もう一つの自動化の例としては、スキッド、保管場所及びパレットにおける生産物の位置情報が、予めコンピュータに入力されたクレーンの水平位置及び番地の対応関係により管理されており、生産物を移動する場合、オペレータが移動元の番地及び移動先の番地を指定することによって、天井クレーンの水平移動が自動的に行われるという方法もある。
なお、これらの方法は、生産、出荷ヤードだけでなく、受け入れヤードでも実施されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２６３３８６号公報（段落［００１２］、［００１３］、［００１６］〜［００１８］、図１、図２、図４参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の天井クレーンでは、生産物の位置を精確に検出することが自動的にできないため、クレーンの水平移動及び上下移動の微調整、生産物のつかみ、離し等は、自動化されておらず、オペレータによって、クレーンと生産物との位置関係を確認しながら行っているのが現状である。また、特許文献１の例では、生産物の属性情報を無線で読み取ったり、そのときのクレーンの位置をその生産物の位置として記憶したりすることができるが、それには、生産物に取り付けられた発信装置と、クレーンに取り付けられた受信アンテナとが、十分に短い距離にあることが必要である。従って、簡単に生産物の属性情報や位置情報を取得することはできず、そのためにはオペレータによる精確なクレーン操作が要求され、オペレータの負担には大きいものがある。
そこで、本発明は、前記課題に鑑み、クレーンによる被搬送物の移動を全自動化する手段を提供することを主たる目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明は、クレーンが移動する対象である被搬送物に設置されたセンサネット端末、クレーンの吊り具に設置された少なくとも４つの基地局端末、及び、クレーンを制御するクレーン制御装置が接続されて構成される無線ネットワークを具備する自動クレーンシステム及びその自動クレーンシステムにおけるクレーン制御方法である。
クレーンによる被搬送物の移動を全自動化するためには、被搬送物の位置を精確に測定する必要がある。その位置測定手段として、無線ネットワークが自動的に機能する。具体的には、まず、クレーン制御装置が、基地局端末を介して、センサネット端末に第１の無線パケットの送信を要求する。次に、センサネット端末は、複数の基地局端末に対して、第１の無線パケットを送信する。そして、複数の基地局端末は、それぞれの端末における第１の無線パケットの受信時刻を測定し、その測定結果をクレーン制御装置に送信する。続いて、複数の基地局端末のうち、１つの基地局端末が、他の基地局端末に第２の無線パケットを送信する。第２の無線パケットを送信した基地局端末は、第２の無線パケットの送信時刻を測定し、その測定結果をクレーン制御装置に送信する。そして、第２の無線パケットを受信した基地局端末は、第２の無線パケットの受信時刻を測定し、その測定結果をクレーン制御装置に送信する。一方、クレーン制御装置は、クレーンに対して、吊り具に設置された基地局端末の位置情報を要求する。これを受けて、クレーンは、そのときの吊り具の位置に基づいて、各基地局端末の位置情報を算出して、その算出結果をクレーン制御装置に送信する。クレーン制御装置は、受信した無線パケット受信時刻、無線パケット送信時刻及び各基地局端末の位置情報に基づいて所定の計算を行い、センサネット端末の３次元の位置を求める。その求めた３次元の位置により、被搬送物の３次元の位置を特定することができ、その被搬送物の移動を自動化することができる。その所定の計算の基本原理については、後記する発明の実施の形態において詳細に説明する。
次に、被搬送物の移動を的確に行うためには、移動しようとしている被搬送物が所望のものであるか否かを確認することが必要である。そこで、センサネット端末が送信する第１の無線パケットに、その被搬送物を一意に識別できる識別情報を含める。これによって、クレーン制御装置において、その位置を特定した被搬送物が、所望のものであるか否かをチェックすることができる。
【０００６】
更に、本発明を製鉄所のコイル物流ヤードに適用した場合、コイルの設置場所を、番地及び位置情報の対応データとして記憶するデータ記憶装置を、クレーン制御装置に接続させる。クレーン制御装置は、別に接続されているクレーン操作装置から、オペレータ操作により入力されたコイルの識別番号、移動元番地及び移動先番地を入力し、それらの番地に対応する位置情報をデータ記憶装置から入力する。クレーン制御装置は、その位置情報に基づいた吊り具の移動要求をクレーンに対して送信する。また、センサネット端末は、コイルの上部両端に設置されており、それらのセンサネット端末に記憶されている識別情報は対になっているものとする。これによって、クレーン制御装置は、識別情報が対になっているか否かを確認することで、コイルの両端のセンサネット端末から送信された識別情報であるか否かをチェックすることができる。
なお、請求項における「被搬送物」は、後記する実施の形態における「コイル」に相当する。請求項における「コイル物流ヤード」は、後記する実施の形態では、その一例として「コイル出荷ヤード」について記載する。また、請求項における「データ記憶装置」は、後記する実施の形態における「制御情報ＤＢ」に相当する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。まず、無線ネットワークの基本原理を説明し、次に、その基本原理を利用した自動クレーンシステムの構成及び動作について説明する。
【０００８】
≪無線ネットワークの基本原理≫
最初に、図８を用いて、本発明の実施の形態に係る無線ネットワークによる位置測定の基本原理について説明する。図８に示すように、無線ネットワークは、センサネット端末１００、基地局端末１１０、１１１、１１２、サーバ１２０及びネットワーク１３０から構成されている。センサネット端末１００は、基地局端末１１０、１１１、１１２に対して第１の無線パケットを送信する。基地局端末１１０、１１１、１１２は、それぞれ内部にクロックを有し、センサネット端末１００が送信した第１の無線パケットの受信時刻を測定する。各基地局端末のクロックで測定した受信時刻をそれぞれＲ_p1-b0、Ｒ_p1-b1、Ｒ_p1-b2とする。第１の無線パケットが、センサネット端末１００から送信されてから各基地局端末に受信されるまでの時間から、センサネット端末と各基地局端末との距離が算出され、その距離に基づいて、センサネット端末の位置を知ることができる。しかし、受信時刻Ｒ_p1-b0、Ｒ_p1-b1、Ｒ_p1-b2は、各基地局端末固有のクロックに基づいて測定されており、各基地局端末のクロックの同期は保証されていないため、そのクロックのずれを検出して、補正を行う必要がある。
そこで、基地局端末１１０は、基地局端末１１１、１１２に対して第２の無線パケットを送信し、その送信時刻を測定する。基地局端末１１０のクロックで測定した送信時刻をＴ_p2-b0とする。基地局端末１１０は、センサネット端末１００からの第１の無線パケットの受信時刻Ｒ_p1-b0と、自局からの第２の無線パケットの送信時刻Ｔ_p2-b0とをサーバ１２０に伝達する。基地局端末１１１、１１２は、基地局端末１１０が送信した第２の無線パケットの受信時刻を測定する。各基地局端末のクロックで測定した受信時刻をそれぞれＲ_p2-b1、Ｒ_p2-b2とする。そして、基地局端末１１１、１１２は、それぞれ、センサネット端末１００からの第１の無線パケットの受信時刻Ｒ_p1-b1、Ｒ_p1-b2と、基地局端末１１０からの第２の無線パケットの受信時刻Ｒ_p2-b1、Ｒ_p2-b2とをサーバ１２０に伝達する。サーバ１２０は、基地局端末１１０、１１１、１１２それぞれの位置（Ｘ₀、Ｙ₀）、（Ｘ₁、Ｙ₁）、（Ｘ₂、Ｙ₂）を予め蓄積し、その各位置と、各基地局端末から取得した各時刻Ｒ_p1-b0、Ｒ_p1-b1、Ｒ_p1-b2、Ｔ_p2-b0、Ｒ_p2-b1、Ｒ_p2-b2とからセンサネット端末１００の位置（Ｘ_m、Ｙ_m）を算出する。
基地局端末１１０と基地局端末１１１、１１２の距離は予め知られているため、その距離を光速で割れば基地局端末間のパケットの伝搬時間が算出される。よって、基地局端末１１０からの送信時刻（基地局端末１１０のクロックに基づく）にその伝搬時間を加算すれば、基地局端末１１１、１１２における受信時刻（基地局端末１１０のクロックに基づく）が求められる。この受信時刻と、基地局端末１１１、１１２が自身のクロックで測定した受信時刻とのずれを検出することにより、基地局端末相互のクロックのずれを校正することができる。
【０００９】
次に、サーバ１２０における、センサネット端末１００の位置の算出方法について述べる。基地局端末１１０、１１１、１１２はそれぞれクロックを持っている。センサネット端末１００の位置（Ｘ_m、Ｙ_m）は式１に示す連立方程式（ｉ=１、２）を解くことによって得られる。ただし、ｃは光速であり、Ｅ_b0-bi（ｉ=１、２）はそれぞれ基地局端末１１０に対する基地局端末１１１、１１２のクロックの誤差である。なお、式１は、センサネット端末１００及び基地局端末１１ｉ（ｉ=１、２）の間の距離と、センサネット端末１００及び基地局端末１１０の間の距離との差を等式にしたものである。その左辺は、位置座標から求めた距離差であり、その右辺は、第１のパケットの受信時刻の差をクロックの誤差により補正した値に光速を掛けて求めた距離差である。
√｛（Ｘ_m−Ｘ_i）²＋（Ｙ_m−Ｙ_i）²｝−√｛（Ｘ_m−Ｘ₀）²＋（Ｙ_m−Ｙ₀）²｝＝ｃ（Ｒ_p1-bi−Ｅ_b0-bi−Ｒ_p1-b0） ・・・式１
ここで、基地局端末１１０に対する基地局端末１１１、１１２のクロックの誤差Ｅ_b0-bi（ｉ=１、２）は、第２の無線パケットの送受信時刻の測定結果から、式２（ｉ=１、２）により求めることができる。式２（ｉ=１、２）において、右辺の“Ｒ_p2-bi−Ｔ_p2-b0”は、基地局端末１１０における第２の無線パケット送信時刻と、基地局端末１１ｉ（ｉ=１、２）における第２の無線パケット受信時刻との差を示している。また、右辺の第３項は基地局端末１１０と基地局端末１１ｉ（ｉ=１、２）との間の伝搬時間を示している。
Ｅ_b0-bi＝Ｒ_p2-bi−Ｔ_p2-b0−ｃ^-1√｛（Ｘ_i−Ｘ₀）²＋（Ｙ_i−Ｙ₀）²｝ ・・・式２
以上から、式２の右辺を計算して、式１に代入し、式１（ｉ=１、２）の連立方程式を解くことにより、センサネット端末１００の位置（Ｘ_m、Ｙ_m）を得ることができる。
【００１０】
図９を用いて、センサネット端末の位置を検出するときの無線ネットワークの基本動作について説明する。センサネット端末１００は、接続可能な基地局端末１１０を介して、サーバ１２０に自機の位置検出を要求する（ステップＳ３０１）。通常は、センサネット端末１００の最寄りの基地局端末を介して要求する。サーバ１２０は、前記要求を転送した基地局端末１１０、その周辺の基地局端末１１１、１１２に対して、位置検出に用いる無線のチャネルの監視を指示する（ステップＳ３０２）。サーバ１２０は、各基地局端末の位置を予め蓄積しているので、一つの基地局端末の周辺にある基地局端末を特定するのは容易である。前記監視を指示された各基地局端末は、それぞれ、サーバ１２０に応答を返す（ステップＳ３０３）。その後、サーバ１２０は、前記要求を転送した基地局端末１１０を介して、センサネット端末１００に対して、前記チャネル上に第１の無線パケットを送信することを要求する（ステップＳ３０４）。センサネット端末１００は、そのチャネル上に第１の無線パケットを送信する（ステップＳ３０５）。前記監視を指示された各基地局端末は、それぞれ、前記第１の無線パケットの受信時刻を測定する（ステップＳ３０６）。基地局端末１１０は、前記第１の無線パケットを受信してから、所定の時間が経過した後、周辺の基地局端末１１１、１１２に対して第２の無線パケットを送信する（ステップＳ３０７）。基地局端末１１０はその送信時刻を測定する（ステップＳ３０８）。周辺の基地局端末１１１、１１２は、それぞれ、前記第２の無線パケットの受信時刻を測定する（ステップＳ３０９）。各基地局端末は各無線パケットの受信時刻又は送信時刻を測定した結果をサーバ１２０に送信する（ステップＳ３１０）。サーバ１２０は、前記算出方法によりセンサネット端末１００の位置を算出し（ステップＳ３１１）、位置検出結果としてセンサネット端末１００に送信する（ステップＳ３１２）。
なお、前記第１、第２の無線パケットにはそれぞれ異なるコード（識別情報）を予め定めて載せておくと、各基地局端末は、受信時刻を測定するときに、無線パケットを容易に区別できる。
また、後記する、この無線ネットワークの基本原理を利用した自動クレーンシステムにおいては、センサネット端末のＸ座標、Ｙ座標及びＺ座標の３次元の位置を検出するために、基地局端末を４つ以上使うものとする。
【００１１】
≪自動クレーンシステムの構成と概要≫
次に、前記無線ネットワークの基本原理を利用した、自動クレーンシステムの構成と概要について説明する。自動クレーンシステムは、オペレータが被搬送物の移動指示を行い、その指示内容に基づいて、自動的に被搬送物の移動を行うものである。
図１は、本発明の実施の形態に係る自動クレーンシステムを適用した、製鉄所のコイル出荷ヤードの平面的なレイアウト構成図である。図１に示すように、コイル出荷ヤード４には、主として、最終的な生産物であるコイルを搬送して来る生産ライン４１、生産ライン４１の終端に位置し、コイルの出口にあたるスキッド４２、コイルを出荷する前の一時的な保管場所であるコイル置き場４３、出荷対象のコイルがその上に置かれ、まとめてフォークリフト等によってコイル出荷ヤード４から搬出されるパレット４４が配置されている。図１に示す斜線の正方形が、コイルの設置場所である。コイル出荷ヤード４の天井の近くには、クレーン１が配置され、クレーン１の長手方向（以下、「Ｘ方向」という）、コイル出荷ヤード４の長手方向（以下、「Ｙ方向」という）及び垂直方向（以下、「Ｚ方向」という）（図２参照）に移動することができ、スキッド４２からコイル置き場４３に、コイル置き場４３からパレット４４に、又は、コイル置き場４３の範囲内で、コイルを移動することができる。
【００１２】
コイル出荷ヤード４の外部には、オペレータがクレーンに指示を与えるために操作を行うクレーン操作装置１１、クレーン操作装置１１から入力した指示や制御情報ＤＢ１３から入力したデータに基づいて、クレーン１に移動指示やコイルの着脱指示を与えたり、クレーン１からセンサネット端末のデータを入力したりするクレーン制御装置１２、コイル出荷ヤード４におけるコイルの設置場所のデータ、例えば、各設置場所の番地とその位置情報（Ｘ座標、Ｙ座標及びＺ座標）との対応データ等が記憶されている制御情報ＤＢ１３等が配置されている。クレーン操作装置１１は、クレーン制御装置１２に接続され、クレーン制御装置１２は、制御情報ＤＢ１３に接続され、更に、クレーン制御装置１２は、クレーン１に接続されている。具体的なハードウエアとしては、クレーン操作装置１１は、ＰＣ（Personal Computer）のディスプレイやキーボード、マウス等のデータ入出力手段であり、クレーン制御装置１２は、ＰＣやサーバ本体等のコンピュータである。制御情報ＤＢ１３は、データを記憶し、蓄積する手段であり、例えば、ＰＣやサーバ本体に内蔵又は外部接続されるハードディスク装置等である。なお、自動クレーンシステムとは、クレーン１、クレーン操作装置１１、クレーン制御装置１２及び制御情報ＤＢ１３から構成されるものとする。
【００１３】
以上のレイアウト構成において、基本的には、クレーン１が自動的に動作するコイル出荷ヤード４内には、オペレータ等の作業者はいないことになり、無人エリアとなる。一方、コイル出荷ヤード４の外部では、オペレータが、クレーン操作装置１１を操作することによって、クレーン１によるコイルの移動作業を行う。なお、オペレータは、コイル出荷ヤード４内に設置された監視カメラや、コイル出荷ヤードの内部と外部とを仕切る透明なガラスを通して、クレーン１の実際の動作を監視、確認できるものとする。また、制御情報ＤＢ１３にコイルの設置場所の番地とその位置情報との対応データを記憶するには、オペレータがその対応データを記載したものを見ながらクレーン操作装置１１に入力する方法や、前記無線ネットワークの基本原理を利用して各設置場所にセンサネット端末を配置しておいて、クレーン１に取り付けた基地局端末を移動、停止しながら、クレーン制御装置１２においてセンサネット端末の位置を検出し、その検出した位置を制御情報ＤＢ１３に記憶する方法等が考えられる。
【００１４】
図２は、本発明の実施の形態に係るクレーンの構造を示す図である。図２に示すように、クレーン１は、コイル出荷ヤード４（図１参照）において、天井近くにＸ方向の両端に設けられた走行レール２１、自身に設けられたモータにより走行レール２１上をＹ方向に沿って走行するガーダ２２、ガーダ２２上においてＸ方向に設けられた横行レール２３、自身に設けられたモータにより横行レール２３上をＸ方向に沿って横行するクラブ２４、及び、クラブ２４からワイヤーロープ２６を介して吊垂支持した吊り具２７から構成される。
クラブ２４上にはドラム２５が備わっており、所定のモータにより、ドラム２５を駆動して、ワイヤーロープ２６を巻き上げ、巻き下げして吊り具２７を昇降させる。吊り具２７は、ワイヤーロープ２６の下端に固定されると共に、所定のモータにより吊りビーム２９を回転させる支持部２８、支持部２８のモータによって回転すると共に、所定のモータによりトング３０を開閉させる吊りビーム２９、及び、吊りビーム２９のモータによって開閉することによって、円筒形状であるコイル４０をつかんだり、離したりするトング３０から構成される。ここで、ワイヤーロープ２６は、複数本で構成されており、支持部２８がＸ方向及びＹ方向に揺動したり、回転したりしないようになっているものとする。
また、支持部２８の上部、並びに、吊りビーム２９の中心位置及びその両端には、基地局端末７０が設置されている。一方、各コイル４０には、コイル出荷ヤード４（図１参照）において、生産ライン４１からスキッド４２に移動されたときに、その上側の両端にセンサネット端末５０が貼り付けられる。
【００１５】
クレーン１の基本動作としては、クラブ２４によるＸ方向の移動、ガーダ２２によるＹ方向の移動、ドラム２５によるＺ方向の移動、支持部２８による吊りビーム２９の回転、及び、吊りビーム２９によるトング３０の開閉があり、クレーン制御装置１２からの要求により制御される。また、クレーン１の位置情報としては、クラブ２４のＸ方向の位置、ガーダ２２のＹ方向の位置、及び、ドラム２５の回転角度により計算された位置が、クレーン制御装置１２の要求に応じて出力されるようになっており、ここでは、吊りビーム２９の中心位置（Ｘ座標、Ｙ座標及びＺ座標）が出力される。更に、吊りビーム２９の回転角度及びトング３０の開閉状態も、クレーン制御装置１２からの要求に応じて出力されるものとする。以上の動作は、クラブ２４、ガーダ２２、ドラム２５、支持部２８及び吊りビーム２９に備えられている制御部（図示しない制御回路）によって制御され、具体的には、その各制御部が、電気的に接続されたクレーン制御装置１２からの要求を受信して、その要求内容に応じて所定のモータ及び位置検出器をコントロールすることによって実現される。
【００１６】
図３は、本発明の実施の形態に係る無線ネットワークの接続構成図である。図３に示すように、無線ネットワークは、センサにより外部からデータを入力し、その入力したデータを基地局端末７０に送信するセンサネット端末５０、センサネット端末５０から受信したデータやその他の情報をネットワークに送信する基地局端末７０、ネットワークを介して基地局端末７０からデータを受信するクレーン制御装置１２、及び、ネットワークから構成される。クレーン制御装置１２が受信したデータは、制御情報ＤＢ１３に格納される。ここで、基地局端末７０がネットワークに送信するデータとしては、各センサネット端末５０からの無線パケットの受信時刻及びその無線パケットに含まれる識別情報がある。また、ネットワークは、クレーン１の設備に備え付けられているものとする。
【００１７】
図４は、本発明の実施の形態に係るセンサネット端末のブロック構成及び外観イメージを示す図である。図４（ａ）に示すように、センサネット端末５０は、その中枢機能を実現するＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit、大規模集積回路）５１、基地局端末７０（図２等参照）とのデータの送受信を行うアンテナ６０、外部からデータを入力するセンサ６１、及び、発電素子（太陽光発電素子、振動発電素子、マイクロ波発電素子等）を備えた電池等の電源６２から構成される。ＬＳＩ５１は、アンテナ６０に接続され、基地局端末７０とのデータの送受信を制御する無線送受信回路５２、ＬＳＩ５１の全体制御を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）であるコントローラ回路５３、センサネット端末５０が添付されるコイル４０の識別情報を記録する不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリ）である識別情報記録回路５４、センサ６１から入力したデータをＡ／Ｄ（Analog / Digital）変換するＡ／Ｄ変換回路５５、プログラムを記録するＲＯＭ（Read Only Memory）であるプログラムメモリ５６、プログラムを実行するときのワーク用ＲＡＭ（Random Access Memory）である作業用メモリ５７、一定間隔の信号（クロック信号）を発生させるタイマ回路５８、及び、電源６２から供給される電力を一定の電圧に調整すると共に、電力不要のときに電源を切断し、消費電力を抑制する制御を行う電源制御回路５９から構成される。ＬＳＩ５１は、１チップに限定されるものではなく、複数チップを搭載したボード又はＭＣＰ（Multi Chip Package）であってもよい。
また、図４（ｂ）に示すように、センサネット端末５０の外観は、アンテナ６０、センサネット端末５０本体及びセンサ６１に分かれており、センサネット端末５０本体上にＬＳＩ５１と電源６２とが設けられている。
識別情報記録回路５４に記録される識別情報としては、識別番号及びコイルの属性（製品種類、板幅、板厚、材質）等の製品情報があげられる。これに追加して、センサネット端末５０はコイル４０の両端に添付されるので、それを確認するために、それぞれの識別情報が対になっていることを示す情報（例えば、識別情報のうち、特定のバイト位置にあるデータが“０”と“１”になっている）が必要になる。
【００１８】
図５は、本発明の実施の形態に係る基地局端末のブロック構成及び外観イメージを示す図である。図５（ａ）に示すように、基地局端末７０は、ＬＳＩ７１、センサネット端末５０とのデータの送受信を行うアンテナ８０、ネットワークに接続するネットワーク接続機器８１、及び、電源６２から構成される。ＬＳＩ７１は、アンテナ８０に接続され、センサネット端末５０とのデータの送受信を制御する無線送受信回路７２、コントローラ回路７３、センサネット端末５０の位置測定に関する情報（具体的には、無線パケットの送受信時刻）及びコイル４０の識別情報を記録する不揮発メモリ（例えば、フラッシュメモリ）である位置及び識別情報記録回路７４、ネットワークプロトコルに則ってネットワークとのデータの送受信を制御するネットワークインタフェース回路７５、プログラムメモリ７６、作業用メモリ７７、タイマ回路７８、及び、電源制御回路７９から構成される。
また、図５（ｂ）に示すように、基地局端末７０の外観は、アンテナ８０、基地局端末７０本体及びネットワーク接続機器８１に分かれており、基地局端末７０本体上にＬＳＩ７１と電源８２とが設けられている。
なお、以上の説明においては、センサネット端末５０と共通する部分（同一の名称）の詳細説明を割愛した。
【００１９】
≪自動クレーンシステムの動作≫
続いて、図６及び図７のフローチャートに沿って、本発明の実施の形態に係る自動クレーンシステムがコイルを移動するときの動作について説明する。
まず、オペレータは、クレーン操作装置１１を使って、“「コイルＡ１１１」を「スキッド４２の番地００３」から「コイル置き場４３の番地０２０」に移動する”という指示を発行する。具体的な指示操作としては、オペレータに対して、コイル４０の識別番号としての「Ａ１１１」、スキッド４２の番地番号としての「００３」及びコイル置き場４３の番地番号としての「０２０」を手入力させる方法や、制御情報ＤＢ１３に管理されているコイルの識別番号及びコイル出荷ヤード４におけるコイルの設置場所を示す番地番号をクレーン操作装置１１のディスプレイ上に表示して、オペレータにマウス等のポインティングデバイスにより選択させる方法等が考えられる。
【００２０】
クレーン操作装置１１は、オペレータ操作によるコイル移動の指示内容（コイル識別番号、移動元番地、移動先番地）をクレーン制御装置１２に送信する（ステップＳ２０１）。
クレーン制御装置１２は、そのコイル移動の指示内容を受信して、まず、コイル４０が設置されている移動元番地にクレーン１の吊り具２７を移動させるために、制御情報ＤＢ１３から、移動元である「スキッド４２の番地００３」に対応する位置情報（Ｘ座標、Ｙ座標及びＺ座標）を入力する（ステップＳ２０２）。そして、その入力した位置情報への移動要求をクレーン１に送信する（ステップＳ２０３）。移動要求を受信したクレーン１において、クラブ２４及びガーダ２２の移動並びにドラム２５の回転により、その移動要求の位置に吊り具２７を移動させる（ステップＳ２０４）。クレーン１は、吊り具２７の移動が完了すると、その旨のメッセージをクレーン制御装置１２に送信する（ステップＳ２０５）。ここで、制御情報ＤＢ１３に格納されている位置情報のうち、Ｘ座標及びＹ座標は、その番地が示す設置場所の中心位置であり、Ｚ座標は、その番地の設置面の高さになる。その設置場所にコイルが設置されていることを考慮すると、所定の位置としては、Ｘ方向、Ｙ方向は、Ｘ座標、Ｙ座標をそのまま使い、Ｚ方向は、設置面の高さであるＺ座標より高い位置に調整するのが適当であると考えられる。その高さを調整する値は、クレーン１で加味してもよいし、クレーン制御装置１２が移動要求のときのＺ座標に反映させてもよい。
【００２１】
移動完了のメッセージを受けたクレーン制御装置１２は、移動元番地に所望のコイルがあるか否かの確認及びコイル４０の精確な位置情報の算出を行うために、クレーン１に対して測定結果要求を送信する（ステップＳ２０６）。これに対して、クレーン１では、前記無線ネットワークの基本原理（３次元に適用）に従って、支持部２８及び吊りビーム２９に設置された各基地局端末７０が、コイル４０の両端に設置されたセンサネット端末５０に関する無線パケットの送受信時刻を測定し（ステップＳ２０７）、その測定結果をネットワークを介してクレーン制御装置１２に送信する（ステップＳ２０８）。
その測定結果を受信したクレーン制御装置１２は、まず、受信した測定結果からコイル４０の識別番号を抽出して、それが所望のコイル「Ａ１１１」であるか否かを確認する（ステップＳ２０９）。所望のコイルであれば（ステップＳ２０９のＹｅｓ）、更に、２つの識別情報が対になっているか否かを確認する（ステップＳ２１０）。この「対」の確認方法としては、例えば、２つの識別情報の特定のバイト位置にあるデータが、それぞれ“０”及び“１”になっていることを確認する方法等が考えられる。対になっていれば（ステップＳ２１０のＹｅｓ）、前記無線ネットワークの基本原理（３次元に適用）に従って、各基地局端末７０から受信した測定結果と、別途クレーン１に要求し、クレーン１から受信した各基地局端末７０の位置情報とを合わせて計算し、２つのセンサネット端末５０の位置情報を算出する。その算出した２つの位置情報から、まず、その中間位置（コイルの上側におけるＸ方向、Ｙ方向の中心位置）のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標を求める。次に、その中間位置のＺ座標と移動先番地のＺ座標との中間の値、すなわち、コイル４０の円筒形としての中心軸の高さを求める。更に、その高さにトング３０の先端部分が位置するような吊りビーム２９の高さ位置をＺ座標とする。以上により求めた（ステップＳ２１１）Ｘ座標、Ｙ座標及びＺ座標への移動要求をクレーン１に送信する（ステップＳ２１２）。クレーン１は、前記移動要求を受信して、吊り具２７の移動を行い（ステップＳ２１３）、移動完了のメッセージをクレーン制御装置１２に送信する（ステップＳ２１４）。
ここで、クレーン制御装置１２は、コイル４０の識別情報を確認した結果、所望のコイルでない（ステップＳ２０９のＮｏ）、又は、識別情報が対になっていない（ステップＳ２１０のＮｏ）場合には、ＮＧ（No Good）のメッセージをクレーン操作装置１１に送信する（ステップＳ２１５）。クレーン操作装置１１は、そのメッセージを受信し、ディスプレイに表示する（ステップＳ２１６）。オペレータは、そのメッセージを見て、今後の対応を検討することになる。
【００２２】
移動完了のメッセージを受けたクレーン制御装置１２は、前記２つのセンサネット端末５０の位置情報に基づいて、吊り具２７の吊りビーム２９の長手方向がコイル４０の長手方向と平行になるような、吊りビーム２９の基準位置からの角度を求める（ステップＳ２１７）。そして、その求めた角度への吊りビーム２９の回転要求をクレーン１に送信する（ステップＳ２１８）。クレーン１は、その回転要求を受信して、支持部２８のモータによって吊りビーム２９を回転する（ステップＳ２１９）。そして、回転完了のメッセージをクレーン制御装置１２に送信する（ステップＳ２２０）。
回転完了のメッセージを受けたクレーン制御装置１２は、吊り具２７のトング３０を閉じる要求をクレーン１に送信する（ステップＳ２２１）。クレーン１は、その要求を受信して、吊りビーム２９のモータによってトング３０を閉じる（ステップＳ２２２）。これによって、吊り具２７がコイル４０を掴持する。そして、閉じる動作完了のメッセージをクレーン制御装置１２に送信する（ステップＳ２２３）。
【００２３】
その閉じる動作完了のメッセージを受信したクレーン制御装置１２は、移動先番地にクレーン１の吊り具２７を移動させるために、制御情報ＤＢ１３から、移動先である「コイル置き場４３の番地０２０」に対応する位置情報（Ｘ座標、Ｙ座標及びＺ座標）を入力する（ステップＳ２２４）。そして、その入力した位置情報への移動要求をクレーン１に送信する（ステップＳ２２５）。移動指示を受けたクレーン１において、クラブ２４及びガーダ２２の移動及びドラム２５の回転により、所定の位置に吊り具２７を移動させる（ステップＳ２２６）。クレーン１は、吊り具２７の移動が完了すると、その旨のメッセージをクレーン制御装置１２に送信する（ステップＳ２２７）。
その移動完了のメッセージを受信したクレーン制御装置１２は、吊り具２７のトング３０を開く要求をクレーン１に送信する（ステップＳ２２８）。クレーン１は、その要求を受信して、吊りビーム２９のモータによってトング３０を開く（ステップＳ２２９）。そして、開く動作完了のメッセージをクレーン制御装置１２に送信する（ステップＳ２３０）。
その開く動作完了のメッセージを受信したクレーン制御装置１２は、コイル４０の移動が完了したことを認識し、その旨のメッセージをクレーン操作装置１１に送信する（ステップＳ２３１）。なお、クレーン制御装置１２は、この後、吊り具２７を所定の待機位置に戻すために、その位置への移動要求をクレーン１に送信するようにしてもよい。
クレーン操作装置１１は、クレーン制御装置１２からコイル４０の移動完了のメッセージを受信し、その内容をディスプレイ上に表示する（ステップＳ２３２）。この表示によって、オペレータは、先に指示したコイル４０の移動が完了したことを認識する。
【００２４】
図１等に示すクレーン操作装置１１及びクレーン制御装置１２のそれぞれで実行されるプログラムをコンピュータによる読み取り可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、本発明の実施の形態に係るクレーン操作装置１１及びクレーン制御装置１２が実現されるものとする。ここでいうコンピュータシステムとは、ＯＳ（Operating System）等のソフトウエアや周辺機器等のハードウエアを含むものである。
【００２５】
≪その他の実施の形態≫
以上本発明について好適な実施の形態について一例を示したが、本発明は前記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。例えば、前記実施の形態では、コイル出荷ヤードの自動クレーンシステムに無線ネットワークを適用した例を説明したが、コイルの出荷先や受け入れ先のヤードにも無線ネットワークの基地局端末を設置することによって、コイルの識別情報や位置を管理することができ、出荷したコイルの追跡を行うことが可能になる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、無線ネットワークを利用して被搬送物の精確な位置を検出し、クレーンの位置移動及び被搬送物の着脱を自動的に行うことによって、クレーンによる被搬送物の移動を全自動化する手段を提供することが可能になる。また、無線ネットワークを構成するセンサネット端末及び基地局端末にマイクロ波発電素子を備えた電池等の電源を付加することによって、センサネット端末及び基地局端末の設置を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る自動クレーンシステムを適用したコイル出荷ヤードのレイアウト構成を示す平面図である。
【図２】 本発明の実施の形態に係るクレーンの構造を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態に係る無線ネットワークの接続構成を示す図である。
【図４】 本発明の実施の形態に係るセンサネット端末のブロック構成及び外観イメージを示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態に係る基地局端末のブロック構成及び外観イメージを示す図である。
【図６】 本発明の実施の形態に係る自動クレーンシステムの動作を示すフローチャートである。
【図７】 本発明の実施の形態に係る自動クレーンシステムの動作を示すフローチャート（図６の続き）である。
【図８】 本発明の実施の形態に係る無線ネットワークの実施例を示す構成図である。
【図９】 本発明の実施の形態に係る位置検出の基本動作の実施例を示すフロー図である。
【符号の説明】
１…クレーン
４…コイル出荷ヤード
１１…クレーン操作装置
１２…クレーン制御装置
１３…制御情報ＤＢ
２２…ガーダ
２４…クラブ
２５…ドラム
２７…吊り具
２８…支持部
２９…吊りビーム
３０…トング
４０…コイル
４１…生産ライン
４２…スキッド
４３…コイル置き場
４４…パレット
５０、１００…センサネット端末
７０、１１０、１１１、１１２…基地局端末
１２０…サーバ
１３０…ネットワーク

Claims (9)

1. クレーン操作装置、そのクレーン操作装置の支持に応じてクレーンを制御するクレーン制御装置、及び、そのクレーン制御装置の制御によって動作するクレーンを含んで構成される自動クレーンシステムであって、
   前記自動クレーンシステムは、
   前記クレーン制御装置と、
   前記クレーンによる移動の対象である被搬送物に設置されたセンサネット端末と、
   前記クレーンに具備され、前記被搬送物を掴持する吊り具に設置された少なくとも４つの基地局端末と、
   が接続されて構成される無線ネットワークを具備し、
   前記センサネット端末は、前記基地局端末に第１の無線パケットを送信し、
   前記少なくとも４つの基地局端末は、前記センサネット端末から前記第１の無線パケットを受信した時刻である第１の無線パケット受信時刻を前記クレーン制御装置に送信し、
   前記基地局端末が、前記第１の無線パケット受信時刻を前記クレーン制御装置に送信した後、前記少なくとも４つの基地局端末のうち、１つの基地局端末は、該基地局端末とは別の基地局端末のそれぞれへ第２の無線パケットを送信し、
   前記第２の無線パケットを送信した基地局端末は、前記第２の無線パケットを送信した時刻である無線パケット送信時刻を前記クレーン制御装置に送信し、
   前記第２の無線パケットを受信した基地局端末は、前記第２の無線パケットを受信した時刻である第２の無線パケット受信時刻を前記クレーン制御装置に送信し、
   前記クレーンは、前記基地局端末の位置を前記クレーン制御装置に送信し、
   前記クレーン制御装置は、前記基地局端末から受信した前記第１の無線パケット受信時刻、前記第２の無線パケット受信時刻、前記無線パケット送信時刻及び前記クレーンから受信した前記基地局端末の位置から、前記センサネット端末の３次元の位置を算出することにより、被搬送物の３次元の位置を検出する
   ように構成されたことを特徴とする自動クレーンシステム。
2. 前記センサネット端末及び基地局端末は、自身に電力を供給する電源を具備することを特徴とする請求項１に記載の自動クレーンシステム。
3. 前記電源は、太陽光発電素子を備えた電池であることを特徴とする請求項２に記載の自動クレーンシステム。
4. 前記自動クレーンシステムは、
   製鉄所のコイル物流ヤードにおいて使用される場合に、
   前記被搬送物であるコイルを一時的に置く設置場所を、番地及び位置情報の対応データとして記憶すると共に、前記クレーン制御装置から入力した番地に対応する位置情報を出力するデータ記憶装置を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の自動クレーンシステム。
5. クレーン操作装置、そのクレーン操作装置の指示に応じてクレーンを制御するクレーン制御装置、及び、そのクレーン制御装置の制御によって動作するクレーンを含んで構成される自動クレーンシステムにおけるクレーン制御方法であって、
   前記クレーン制御装置が、前記クレーンに具備され、前記被搬送物を掴持する吊り具に設置された少なくとも４つの基地局端末を介して、前記クレーンによる移動の対象である被搬送物に設置されたセンサネット端末に対して、第１の無線パケットの送信を要求するステップと、
   前記センサネット端末が、前記基地局端末に前記第１の無線パケットを送信するステップと、
   前記基地局端末が、前記センサネット端末から前記第１の無線パケットを受信した時刻である第１の無線パケット受信時刻を前記クレーン制御装置に送信するステップと、
   前記基地局端末が、前記第１の無線パケット受信時刻を前記クレーン制御装置に送信した後、前記少なくとも４つの基地局端末のうち、１つの基地局端末が、該基地局端末とは別の基地局端末のそれぞれへ第２の無線パケットを送信するステップと、
   前記第２の無線パケットを送信した基地局端末が、前記第２の無線パケットを送信した時刻である無線パケット送信時刻を前記クレーン制御装置に送信するステップと、
   前記第２の無線パケットを受信した基地局端末が、前記第２の無線パケットを受信した時刻である第２の無線パケット受信時刻を前記クレーン制御装置に送信するステップと、
   前記クレーン制御装置が、前記クレーンに対して、前記基地局端末の位置を要求するステップと、
   前記クレーンが、前記基地局端末の位置を送信するステップと、
   前記クレーン制御装置が、前記基地局端末から受信した前記第１の無線パケット受信時刻、前記第２の無線パケット受信時刻、前記無線パケット送信時刻及び前記クレーンから受信した前記基地局端末の位置から、前記センサネット端末の３次元の位置を算出することにより、被搬送物の３次元の位置を検出するステップと、
   を含むことを特徴とするクレーン制御方法。
6. 前記各ステップに追加して、
   前記センサネット端末が、前記基地局端末に前記第１の無線パケットを送信するときに、その第１の無線パケットに前記被搬送物を一意に識別する識別情報を載せるステップと、
   前記基地局端末が、前記第１の無線パケット受信時刻を前記クレーン制御装置に送信するときに、前記識別情報を含めて送信するステップと、
   前記クレーン制御装置が、前記第１の無線パケット受信時刻を前記基地局端末から受信するときに、前記識別情報を含めて受信するステップと、
   を含むことを特徴とする請求項５に記載のクレーン制御方法。
7. 前記クレーン制御装置が、
   前記受信した識別情報が所望の被搬送物であることを示すときに、
   前記検出した被搬送物の位置に基づいて、前記クレーンに対して前記被搬送物の移動要求を送信することを特徴とする請求項６に記載のクレーン制御方法。
8. 前記クレーン制御方法は、
   製鉄所のコイル物流ヤードにおいて実施される場合に、
   前記クレーン制御装置が、
   前記被搬送物であるコイルを一時的に置く設置場所を、番地及び位置情報の対応データとしてデータ記憶装置に記憶するステップと、
   前記クレーン操作装置から入力したコイルの移動元及び移動先である番地に対応する位置情報を、前記データ記憶装置から入力するステップと、
   その入力した位置情報に基づいて、前記クレーンに対して前記コイルの移動要求を送信するステップと、
   を含むことを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか一項に記載のクレーン制御方法。
9. 前記クレーン制御方法は、
   製鉄所のコイル物流ヤードにおいて実施される場合に、
   前記クレーン制御装置が、
   前記受信した識別情報がコイルの両端に設置されたセンサネット端末から送信され、対になっている情報であることを示すときに、
   前記検出した被搬送物の位置である、コイルの位置に基づいて、前記クレーンに対して前記コイルの移動要求を送信することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のクレーン制御方法。

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