JP4144716B2 - 作業船の吊荷揺れ抑制装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は海（水）上でクレーン作業を行うために用いる作業船の吊荷揺れ抑制装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
海（水）上でクレーン作業を行うための作業船の一つとしてクレーン船があり、該クレーン船は、図４（イ）にその一例の概略を示す如く、浮体構造物としての台船１上に、起伏自在なジブ３を備えたジブクレーン２を、旋回台４を介して旋回自在に搭載し、ウインチ６より繰り出したワイヤロープ７を上記ジブ３の先端に設けたガイドローラ５を介して垂下させ、該ワイヤロープ７の下端に取り付けてあるフック８に吊荷９を吊ることにより、クレーン作業を行うようにしてある。１０は台船１上に設けられた居住区画である。
【０００３】
ところで、上記クレーン船では、クレーン作業時に、波等の影響により台船１に揺れ（たとえば、ローリング）が発生すると、該台船１の揺れに伴ってジブクレーン２も一体となって揺れることから、吊荷９にも船幅方向の揺れが発生することとなるが、吊荷９の揺れが大きくなると、クレーン作業に支障を来す虞が生じるようになるため、吊荷９の揺れを抑制することが必要となる。
【０００４】
かかる観点から、これまでは、ジブ３の先端から４本のワイヤロープ７を垂下させるようにしてあるジブクレーン２が搭載してある場合には、該各ワイヤロープ７の先端部となる下端部に四角形状の吊枠１１を水平に支持させるようにし、更に、該吊枠１１上に、たとえば、図４（ロ）にその一例の概略を示す如く、曲率中心が上方に位置するよう底面を円弧状に湾曲形成した錘り１３を、支持ローラ１４を介して単弦振動できるようにしてなるパッシブ型の減揺装置１２を設けた構成として、台船１のローリングの際に、吊枠１１に作用する揺れエネルギーをパッシブ型の減揺装置１２により減衰させて、該吊枠１１の揺動を抑制することにより、吊枠１１の下側に吊られる吊荷９の揺れを抑制するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記ワイヤロープ７の先端部で吊枠１１上に減揺装置１２を設ける形式の場合、吊枠１１を水平に支持するためには少なくとも３〜４本のワイヤロープ７が必要であり、１本のワイヤロープ７により吊荷９を吊ってクレーン作業を行う形式のものでは、吊枠１１を設けることができず、減揺装置１２を設置することができないことから、吊荷９に発生する揺れを抑制することができないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、１本のワイヤロープにより吊荷を吊ってクレーン作業を行う形式の場合にも該吊荷に生じる揺れを抑制することができるようにしようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、台船上に搭載してあるジブクレーンのジブ先端部に、吊荷を上方から撮影するための撮像装置を、常に重力方向に向くように取り付け、且つ上記台船上に、アクチュエータにて錘りを単弦振動できるように揺動させることにより台船の揺れを抑制させるようにする減揺装置を搭載し、更に、上記撮像装置により撮影された吊荷の画像を基に吊荷画像の重心位置を求めるための画像演算器と、該画像演算器で求めた初期状態の吊荷画像を中心として吊荷画像の重心位置の揺動による中心からのずれを演算して吊荷の揺れを検出すると共に該検出された吊荷の揺れに対応して上記減揺装置の錘りの単弦振動を制御して台船の揺れを抑制させるよう減揺装置のアクチュエータに制御指令を送るようにした重心偏差演算器とを備えてなる制御装置を設けた構成とする。
【０００８】
台船の揺れに伴い吊荷が揺れると、吊荷を上方から撮影するための撮像装置により撮影された吊荷の画像を基に吊荷画像の重心位置が画像演算器により求められ、求められた初期状態の吊荷画像を中心として吊荷画像の重心位置の変化から重心偏差演算器により吊荷の揺れが検出されると共に、該重心偏差演算器により、検出された吊荷の揺れに対応して減揺装置のアクチュエータに制御指令が送られて、該アクチュエータにより上記減揺装置の錘りが揺動させられて台船の揺れが抑制される結果、間接的に吊荷の揺れが抑制される。
【０００９】
又、台船上に、アクチュエータにより錘りを船幅方向に単弦振動させるようにしてなる減揺装置と、アクチュエータにより錘りを船長方向に単弦振動させるようにしてなる減揺装置の２台を設置し、吊荷の揺れによる吊荷画像の重心位置のずれを船幅方向及び船長方向についてそれぞれ求めると共に、該各方向の吊荷の揺れに対応して２台の減揺装置をそれぞれ制御させるようにした構成とすることにより、台船の前後、左右方向の揺れを抑制することができ、したがって、吊荷に生じる水平面内のあらゆる方向の揺れが間接的に抑制される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１１】
図１（イ）（ロ）（ハ）及び図２（イ）（ロ）は本発明の作業船の吊荷揺れ抑制装置の実施の一形態を示すもので、図４（イ）に示したと同様な構成としてある作業船としてのクレーン船において、ジブクレーン２のジブ３の先端部に、吊荷９を上方から撮影するための撮像装置としてのＣＣＤカメラ１５を、常に重力方向に向くように継手１６を介して取り付け、又、居住区画１０の屋根上に、錘りをアクチュエータにより任意の振動数で船幅方向に単弦振動させるようにしてなる減揺装置１７を設置する。
【００１２】
減揺装置１７は、図１（ロ）に示す如く、居住区画１０の屋根上に据え付けたベース１８上に、曲率中心が上方に位置するよう上下面を円弧状に湾曲形成した錘り１９を、上記ベース１８上に設けた支持ローラ２０を介して船幅方向へ単弦振動できるように揺動自在に配置すると共に、上記錘り１９の振動方向に沿う両端部側面にそれぞれ突起２１を設け、一方、上記錘り１９を前後で挟む位置に架台２２を設置して、その前後面に左右のバッファ２３を取り付け、上記突起２１がバッファ２３に当接する範囲内で上記錘り１９の振動領域が規制されるようにし、又、上記錘り１９の上面にラック２４を振動方向に沿って設けると共に、該ラック２４の上方部にラック２４と直交するよう配した軸２５を、減速機２６を介してアクチュエータとしてのサーボモータ２７に連結し、該軸２５の中間部に、上記ラック２４と噛合するようにピニオン２８を取り付け、サーボモータ２７の駆動により、軸２５を介してピニオン２８を回転させることによりラック２４と一体に錘り１９を所要の周期で揺動させられるようにしてある。２９は上記軸２５を支持する軸受である。
【００１３】
更に、図１（ハ）に減揺装置１７の制御ブロック図を示す如く、ＣＣＤカメラ１５から入力された吊荷９の画像を基に、吊荷画像の重心位置を算出するための画像演算器３１を備え、且つ、該画像演算器３１で求めた初期状態（揺れの発生していない状態）における吊荷画像の重心位置と揺動時の吊荷画像の重心位置との差、すなわち、初期状態の吊荷画像の重心位置（イニシャル画像重心）を中心として、吊荷画像の重心位置の揺動による中心からのずれ（リアルタイム画像演算重心）を演算して、揺れの発生を検出すると共に、算出されたずれに対応して上記減揺装置１７の錘り１９の単弦振動を制御し、吊荷９の揺れを発生させる原因となる台船１のローリングのエネルギーを減衰させるようにするための制御指令をサーボアンプ３３を介してサーボモータ２７に送る重心偏差演算器３２とを備えてなる制御装置３０を設ける。３４はサーボモータ２７に組み付けてあるパルスジェネレータを示す。なお、ＣＣＤカメラ１５と吊荷９との相対位置は、ジブ３の先端より垂下するワイヤロープ７の長さで変化するので、該ＣＣＤカメラ１５により撮影される吊荷９の画像の大きさは変化することとなるが、上記重心偏差演算器３２に対して、垂下するワイヤロープ７の長さの値を入力して補正することにより、イニシャル画像重心からの偏差演算結果は、垂下するワイヤロープの長さに拘らず等価になるようにしてある。その他、図４に示したと同一のものには同一符号が付してある。
【００１４】
上記構成において、たとえば、図２（イ）（ロ）に示す如く、ジブクレーン２のジブ３を船長方向や船幅方向に向けてクレーン作業を行う際、波等の影響によりクレーン船の台船１がローリングさせられると、ジブクレーン２により吊られた吊荷９に船幅方向Ｘの揺れが発生する。この際、吊荷９はＣＣＤカメラ１５により撮影され、制御装置３０の画像演算器３１により吊荷画像の重心位置が求められ、揺れの生じていない状態における吊荷画像の重心位置を中心とするずれが重心偏差演算器３２により求められて、更に、該重心偏差演算器３２により、求められたずれに対応することができるように制御指令が減揺装置１７のサーボモータ２７へサーボアンプ３３を介して送られることにより、サーボモータ２７が正逆に駆動され、軸２５、ピニオン２８、ラック２４を介して錘り１９が船幅方向Ｘへ動かされて、台船１自体のローリングのエネルギーが消費され、吊荷９に船幅方向Ｘの揺れを生じさせることとなる台船１のローリングが抑制されることにより、吊荷９の揺れが間接的に抑制されるようになる。
【００１５】
上記の場合、吊荷画像の画像処理により吊荷９の揺れをリアルタイムで直接検出すると共に、その画像処理出力で台船１の居住区画１０上に設置した減揺装置１７を制御するようにしていることから、１本のワイヤロープ７に吊られた吊荷９の揺れを抑制することができると共に、構成を簡単なものとすることができ、又、ＣＣＤカメラ１５は継手１６により常に重力方向に向くよう支承されていることから、ジブクレーン２のジブ３の起伏に拘らず吊荷９の揺れを抑制することができ、更に、吊荷９の揺れを直接検出しているので、吊荷９の揺れを抑えるように減揺装置１７の錘り１９の駆動を最適に制御することができる。
【００１６】
次に、図３（イ）（ロ）は本発明の他の実施の形態を示すもので、図１（イ）に示したと同様な構成としてあるクレーン船において、台船１上に、図１（ロ）に示したと同様な構成としてある減揺装置１７′を、錘り１９の振動方向が船長方向Ｙとなるよう設置し、制御装置３０の重心偏差演算器３２において、初期状態の吊荷画像の重心位置を中心とした場合の、吊荷９の揺れによる吊荷画像の重心位置のずれを、船幅方向Ｘ及び船長方向Ｙについてそれぞれ求めると共に、該各方向の成分にそれぞれ対応するように、減揺装置１７，１７′をそれぞれ制御するようにしたものである。
【００１７】
本実施の形態によれば、ローリング及びピッチングあるいはその双方が組み合わさった台船１の揺れを抑制することにより、船幅方向Ｘ及び船長方向Ｙに加えて吊荷９に生じる水平面内のあらゆる方向の揺れを間接的に抑制することができる。
【００１８】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、減揺装置１７や１７′としては、単弦振動できるように設けた錘り１９を、アクチュエータとしてのサーボモータ２７により任意の振動数で揺動させる形式のものを示したが、錘りをアクチュエータにより任意の振動数で揺動させることができる減揺装置であれば、所謂、アクティブ型、ハイブリッド型、セミアクティブ型等、任意の形式のものを使用してよいこと、又、その設置場所も台船１上の任意の場所としてよいこと、更に、減揺装置の錘りの振動方向も、台船の揺動方向に応じた任意の方向としてよいこと、更に、継手１６としては、所謂自在継手、球面軸受、ボール軸受等を採用し得ること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の作業船の吊荷揺れ抑制装置によれば、次の如き優れた効果を発揮する。
(1) 台船上に搭載してあるジブクレーンのジブ先端部に、吊荷を上方から撮影するための撮像装置を、常に重力方向に向くように取り付け、且つ上記台船上に、アクチュエータにて錘りを単弦振動できるように揺動させることにより台船の揺れを抑制させるようにする減揺装置を搭載し、更に、上記撮像装置により撮影された吊荷の画像を基に吊荷画像の重心位置を求めるための画像演算器と、該画像演算器で求めた初期状態の吊荷画像を中心として吊荷画像の重心位置の揺動による中心からのずれを演算して吊荷の揺れを検出すると共に該検出された吊荷の揺れに対応して上記減揺装置の錘りの単弦振動を制御して台船の揺れを抑制させるよう減揺装置のアクチュエータに制御指令を送るようにした重心偏差演算器とを備えてなる制御装置を設けた構成としてあるので、吊荷画像の画像処理により吊荷の揺れを直接検出することができると共に、その画像処理出力で台船上に設置した減揺装置を制御させるようにすることによって、１本のワイヤロープに吊られた吊荷の揺れであっても抑制することができ、又、撮像装置は継手により常に重力方向に向くよう支承されていることから、ジブクレーンのジブの起伏に拘らず吊荷の揺れを抑制することができ、更に、吊荷の揺れを直接検出していることから、吊荷の揺れを抑えるよう減揺装置を最適に制御することができる。
(2) 台船上に、アクチュエータにより錘りを船幅方向に単弦振動させるようにしてなる減揺装置と、アクチュエータにより錘りを船長方向に単弦振動させるようにしてなる減揺装置の２台を設置し、吊荷の揺れによる吊荷画像の重心位置のずれを船幅方向及び船長方向についてそれぞれ求めると共に、該各方向の吊荷の揺れに対応して２台の減揺装置をそれぞれ制御させるようにした構成としてあるので、吊荷に生じる水平面内のあらゆる方向の揺れを間接的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の作業船の吊荷揺れ抑制装置の実施の一形態を示すもので、（イ）はクレーン船の概略側面図、（ロ）は減揺装置の拡大斜視図、（ハ）は制御装置を示すブロック図である。
【図２】図１のクレーン船でのクレーン作業時に台船に揺動が生じた場合を示すもので、（イ）はジブクレーンのジブを船長方向に向けた状態を、（ロ）はジブクレーンのジブを船幅方向に向けた状態をそれぞれ示す模式図である。
【図３】本発明の他の実施の形態を示すもので、（イ）は概略側面図、（ロ）は概略平面図である。
【図４】従来のクレーン船の一例を示すもので、（イ）は概略側面図、（ロ）は減揺装置の拡大正面図である。
【符号の説明】
１ 台船
２ ジブクレーン
３ ジブ
７ ワイヤロープ
９ 吊荷
１５ ＣＣＤカメラ（撮像装置）
１６ 継手
１７，１７′ 減揺装置
１９ 錘り
２７ サーボモータ（アクチュエータ）
３０ 制御装置
３１ 画像演算器
３２ 重心偏差演算器

Claims (2)

1. 台船上に搭載してあるジブクレーンのジブ先端部に、吊荷を上方から撮影するための撮像装置を、常に重力方向に向くように取り付け、且つ上記台船上に、アクチュエータにて錘りを単弦振動できるように揺動させることにより台船の揺れを抑制させるようにする減揺装置を搭載し、更に、上記撮像装置により撮影された吊荷の画像を基に吊荷画像の重心位置を求めるための画像演算器と、該画像演算器で求めた初期状態の吊荷画像を中心として吊荷画像の重心位置の揺動による中心からのずれを演算して吊荷の揺れを検出すると共に該検出された吊荷の揺れに対応して上記減揺装置の錘りの単弦振動を制御して台船の揺れを抑制させるよう減揺装置のアクチュエータに制御指令を送るようにした重心偏差演算器とを備えてなる制御装置を設けた構成を有することを特徴とする作業船の吊荷揺れ抑制装置。
2. 台船上に、アクチュエータにより錘りを船幅方向に単弦振動させるようにしてなる減揺装置と、アクチュエータにより錘りを船長方向に単弦振動させるようにしてなる減揺装置の２台を設置し、吊荷の揺れによる吊荷画像の重心位置のずれを船幅方向及び船長方向についてそれぞれ求めると共に、該各方向の吊荷の揺れに対応して２台の減揺装置をそれぞれ制御させるようにした請求項１記載の作業船の吊荷揺れ抑制装置。

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