JP4295591B2

JP4295591B2 - コンテナ衝突防止方法および装置

Info

Publication number: JP4295591B2
Application number: JP2003341135A
Authority: JP
Inventors: 信哉栢菅
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Co Ltd
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2023-09-30
Also published as: JP2005104665A

Description

本発明はコンテナ衝突防止方法および装置に係り、特に岸壁において船舶との間で海上輸送用のコンテナを船積みや陸揚げする際、若しくはコンテナヤード内で海上輸送用のコンテナをコンテナスタック内で移動する際の安全対策及び自動化を図るためのコンテナ衝突防止方法および装置に関するものである。

一般にコンテナを船積みしたり、陸揚げしたりする場合、岸壁に設置したクレーンによって行われる。クレーンによる作業は、ガーダに沿って横行するトロリからスプレッダを吊おろしてコンテナの天板部に接続した後、これを持ち上げて積上げ個所まで移動し、目標コンテナの上面に積層連結する作業となる。このとき、クレーンの巻き下げ操作によりコンテナを下降移動させる際、既存の積み付けコンテナとの衝突を確実に防止しながら積み付け作業を行う必要がある。

従来のコンテナ衝突防止技術としては、クレーン構造物にコンテナ列の数以上のセンサを下向きに並べて常時計測するか（特許文献１）、もしくは横行体（トロリ）に下向きにセンサを取り付けて一度横行してコンテナスタックの高さを記録する方法が知られている（特許文献２）。

特開平０７−１１７９８１号公報特開平０５−３１９７８１号公報

しかしながら、上記いずれの場合においても、巻上げ装置から得られる巻高さデータと比較して衝突の有無を判別するものである。この方法では吊具の巻上げ高さを基準としているのでコンテナ自身の高さ（８ｆｔ〜９ｆｔ６ｉｎ）が不明なために、コンテナを掴んでいるときはいつも一番背の高いコンテナを掴んでいるものとして考える必要がある。そのため衝突を防止するには必要以上に巻上げなくてはならない場合がある。

その他にも、クレーン構造物にコンテナ列の数以上のセンサを並べる場合は、吊具（スプレッダ）の位置の真下のスタック高さはそのままでは検出できず、全体のスタックを知るためにはコンテナ１個分以上横行する必要がある。また、センサの向いている所だけの高さ情報しか得られないので、コンテナスタックの横行方向の位置については大雑把な検出となってしまう欠点がある。また、横行体にセンサを下向きに取り付ける場合は、上記でも述べたように新しいベイに入るたびにベイ全体の高さ検出のために横行範囲内の横行動作が一度以上必要となるうえに、吊具の振れを見込んだ位置にセンサを付ける必要のため、横行体から張り出した位置にセンサを取り付ける必要があり、物理的に取り付けられない場合もある。
また、従来の衝突防止は横行方向の衝突のみを考慮し、巻き下げ方向の衝突防止機能を持っていない。

本発明は、上記従来の問題点に着目し、コンテナ段積み時の横行目標位置の検出、及び巻き下げ目標位置の高さ検出が行えると同時に、特に、横行運転時のみではなく、巻き下げ運転時のコンテナ衝突防止に有効なコンテナ衝突防止装置を提供することを目的とする。また、特に今まで行われていなかったハンドリング中のコンテナ高さを検出でき、効率のよい自動運転が可能なコンテナ衝突防止装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るコンテナ衝突防止方法は、コンテナのハンドリングを行うクレーンに吊られたコンテナの下縁部位置の見通し範囲におかれた二次元距離センサによりコンテナ底面エッジを検出するとともに、少なくとも前記二次元距離センサによりスタック対象コンテナの天井面エッジ位置を検出することにより、両エッジの高さを求めてコンテナ衝突防止を図りつつコンテナの吊降ろし処理をなすことを特徴とする。

また、本発明に係るコンテナ衝突防止装置は、コンテナのハンドリングを行うクレーンにおけるコンテナ吊具を備えた横行体に対し、吊具で吊られたコンテナの下縁部を見通しできる個所に横行方向に向けて扇形の検出範囲を有する二次元レーザセンサを取り付け、当該センサにより横行移動方向を走査してコンテナ底面エッジおよびスタック対象コンテナ天井面エッジまでの高さ方向の位置データから前記横行体の垂直移動位置の制御をなす制御手段を設けたことを特徴とする。

この場合において、前記二次元レーザセンサは前記横行体の対角位置の２箇所以上、または横行体前側もしくは後側の一箇所以上に設けるようにすればよい。
また、より具体的なコンテナ衝突防止装置としては、岸壁に設置され海上輸送用コンテナのハンドリングを行うクレーンのコンテナ衝突防止装置において、その吊具を備えた横行体の対角位置に２ヶ所以上、または前側もしくは後側に１ヶ所以上、吊具で吊ったコンテナの側面よりも外側の位置に、横行方向に向けて検出範囲が扇形の２次元レーザセンサを取り付け、ハンドリング中のコンテナ底面のエッジ位置データと、スタックされたコンテナ天井面のエッジ位置データを同一センサで直接検出した少なくとも高さデータに基づき衝突防止信号を横行体に出力する制御手段を設けて、コンテナ衝突を防止することを特徴としてなる。

以上のように、本発明は、１次元のセンサではなく扇形の検出範囲を持つ２次元レーザセンサによって、斜め上から検出することによって、常時ハンドリング中のコンテナ底面のエッジ位置ならびに、スタックコンテナの天井面のエッジ位置データも得られるようにし、横行方向だけではなく巻下げ方向に関しても、精度よく衝突防止を行うことができる。また、この位置から検出するとセンサの視界を妨げないので、吊具及び吊荷の真下にあるコンテナの天井面も検出でき、巻下げ時のコンテナの衝突を防止することが出来るとともに、隣のコンテナとの接触も防止可能である。

付加的な機能として、コンテナ段積み時に目標位置となるコンテナ天井面のエッジ位置データの横行方向成分と、ハンドリング中のコンテナ底面のエッジ位置データの横行方向成分とを合わせるように制御することで精度よく段積みを行うことができる。

本装置はコンテナの検出のために２次元レーザセンサを利用し、ハンドリング中のコンテナを斜め上方から検出することによって、通常は隠れてしまうハンドリング中のコンテナの底面及びその下にあるコンテナの天井面が検出できるようにしたものである。また、横行体の前側もしくは後ろ側に複数台センサを取り付けることでハンドリング中のコンテナ及びスタックコンテナのスキューも検出可能である。

本装置はハンドリング中のコンテナを斜め上方から２次元レーザセンサによって検出することで、そのコンテナ底面のエッジ位置データを検出する事により、より高精度の衝突防止機能を提供するものである。また、２次元的にスタックコンテナの天井面が検出できるので、上記のハンドリング中のコンテナの底面エッジ位置データをスタックコンテナ天井面のエッジ位置データと比較することで、巻き下げ時の位置合わせの容易さや隣の列のコンテナとの衝突の防止および巻き下げ着床前の速度減速を行うことも可能である。

本発明によれば、同じセンサからの情報により、コンテナ段積み時の横行目標位置の検出、及び巻き下げ目標位置の高さ検出が行えると同時に、横行運転時のみではなく、巻き下げ運転時のコンテナ衝突防止に使用可能である。また、特に今まで行われていなかったハンドリング中のコンテナ高さを検出できるので、効率のよい自動運転にも使用が可能である。

以下に、本発明に係るコンテナ衝突防止方法及び装置の具体的実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は実施形態に係るコンテナ衝突防止装置を装備したヤードクレーンの概要を示している。図示のように、このヤードクレーン１０は、コンテナヤード内を走行できる門型クレーン構造とされており、コンテナ搬送トラック１２により搬送されて来たハンドリングコンテナ１４をヤード内に積み付けられているヤードコンテナ１４における特定されたコンテナ１４Ｓ上にスタックする（以下、コンテナの区別上、ハンドリングコンテナは１４Ｈ、ヤードコンテナは１４Ｙ、スタック対象コンテナは１４Ｓで付す）。このようなヤードクレーン１０には、水平梁としてのガーダ１６に沿って横行移動するトロリ１８が配備されている。トロリ１８には、図２に示しているように、吊具としてのスプレッダ２０が、図示しない巻き上げ手段により、ワイヤ２２を介して昇降できるようになっている。スプレッダ２０はコンテナ１４の天板部に連結されてコンテナ１４を吊上げる治具である。

このようなヤードクレーン１０において、実施形態では、コンテナ吊具としてスプレッダ２０を備えた横行体であるトロリ１８に対し、スプレッダ２０で吊られたハンドリングコンテナ１４Ｈの下縁部を見通しできる個所に、距離センサとしての二次元レーザセンサ２４を取り付けた構成とされている。この二次元レーザセンサ２４によるレーザ光の走査方向は、トロリ横行方向に沿うように設定されており、扇形の検出範囲が横行方向と平行となるように設定されている。すなわち、図２に詳細を示しているが、トロリ１８に設けてある運転室２６の下面外縁側のコーナに二次元レーザセンサ２４が取り付けられており、このセンサ２４による走査方向がトロリ１８の横行方向に沿った方向とされ、レーザ照射範囲が光源を要とした扇形となるように設定されている。そして、二次元レーザセンサ２４は、少なくともハンドリング対象のコンテナ１４Ｈの下縁部と、このコンテナ１４Ｈを積み付ける対象となっているコンテナ１４Ｓを含むヤードコンテナ１４Ｙの天井面エッジを見通すことができるように、トロリ１８の外側縁部に配置されているのである。したがって、このセンサ取り付け位置は、スプレッダ２０で吊ったハンドリングコンテナ１４Ｈの側面よりも外側の位置にあるように配置される。

このようにヤードクレーン１０のトロリ１８に配備された二次元レーザセンサ２４によって、図３に示しているように、既にスタックされているヤードコンテナ１４Ｙのスタック高さのプロフィールが検出される。図３に示されているように、ヤードコンテナ１４Ｙの天井面における計測点の位置データが求められ（図３のドット）、図示しない制御手段はこの二次元レーザセンサ２４の検出信号に基づき、センサ位置を原点とするヤードコンテナ１４Ｙの各列コンテナエッジの位置データを算出できる。

例えば、ヤードコンテナ１４Ｙのコンテナエッジの特定方法は次のように行う。すなわち、図４に示されるように、二次元レーザセンサ２４から得られるデータは角度及び距離のデータをもつ極座標系データである。この極座標系データを平面座標系データに変換し、ヤードコンテナ１４Ｙの水平方向データの並びが垂直方向に検出精度以上変化した点の座標を個々のヤードコンテナ１４Ｙのエッジと判断する。図４中の各矢印線が距離と方向を示すが、図中左側から垂直距離の変化が大きく、３本目から垂直変化が小さくなっているので変化率の大きさによってエッジを特定できる。図は模式的に示しているため検出矢印の本数は少ないが、実際のデータは非常に多いため、変化率が一定以上に変化した１つの矢印線は特定できるので、その点がエッジを示すことになる。また、海上輸送用コンテナの場合、天井面の幅（エッジ間距離）は２．４ｍ（ＩＳＯ規格）なので、片方のエッジが検出できれば反対側のエッジが直接検出できない場合でも類推可能である。このようにしてコンテナエッジの水平方向位置とその高さを検出する。

また、既に吊り上げられているハンドリングコンテナ１４Ｈの底面エッジの特定は次のように行う。すなわち、図５に示しているように、二次元レーザセンサ２４から得られるデータは角度及び距離のデータをもつ極座標データである。この極座標データを平面座標データに変換し、吊り上げたハンドリングコンテナ１４Ｈの底面付近で、垂直方向データの並びが水平方向の検出精度以上変化した点の座標をコンテナエッジと判断する。この内容は上記ヤードコンテナ１４Ｙの場合と同様である。このようにしてコンテナ１４Ｈの底面エッジの水平方向位置とその高さを検出する。

コンテナの段積みを行うには、目標スタックコンテナ１４Ｓのエッジ高さとハンドリングコンテナ１４Ｈの底面エッジ高さの比較を行って、その間の距離が近くになるに従い、巻き下げ速度を減少させることで高速での衝突を防止する。

このような演算制御をなすための制御手段のブロック図を図６に示す。ヤードクレーン１０には前述したように二次元レーザセンサ２４が搭載されており、その検出データを入力する座標変換処理部２８が設けられている。また、トロリ１８の横行位置検出センサ３０や、主巻位置検出センサ３２があり、座標変換処理部２８の出力データと前記横行位置検出センサ３０からの出力信号を入力してスタックコンテナエッジ位置を計算する演算部３４と、座標変換処理部２８の出力データと前記主巻位置検出センサ３２からの出力信号を入力する吊りコンテナ底面エッジ位置演算部３６とが設けられている。これら両演算部３２、３６からの各出力信号を入力する横行方向衝突保護手段３８と、巻下げ方向衝突保護手段４０があり、これらはトロリ１８の移動加速度に伴うハンドリングコンテナ１４Ｈの振れを防止すると共に、クレーン巻下げ処理の異常な巻下げ速度によるコンテナ同士の衝突防止を図るための制御信号を生成するようにしている。これら横行方向衝突保護手段３８と巻下げ方向衝突保護手段４０の出力側には、クレーン制御装置４２が接続され、前記制御信号をもとに横行モータ４４、主巻モータ４６の駆動制御をなすようにしている。なお、図中４８はクレーン操作器である。

このような構成により、ヤードクレーン１０は二次元レーザセンサ２４とともに横行位置検出センサ３０や主巻位置検出センサ３２の信号を受けて、最終的に吊下げているハンドリングコンテナ１４Ｈの挙動を制御するのである。このとき、制御ブロックは、センサにより検出されたスタックコンテナ１４Ｓのエッジ位置データとハンドリングコンテナ１４Ｈの底面エッジ位置データを比較して、横行時及び着床時の衝突を回避するようにクレーン制御装置４２に対して制御を行うのである。

そして、制御手段は、積み付け対象のスタックコンテナ１４Ｓのエッジ位置データと、搬送しているハンドリングコンテナ１４Ｈの下縁エッジ位置データとの間の距離と水平偏差を求め、この差がゼロすなわち、相互に一致するようにトロリ１８の横行駆動手段と、スプレッダ２０の巻き上げ手段の駆動制御を行わせて、ヤードコンテナ１４Ｙとの衝突を避けながらハンドリングコンテナ１４Ｈを積み付け対象のスタックコンテナ１４Ｓの天井面に接合してスタックさせるのである。

このように、本実施形態では、ヤードクレーン１０に吊られたコンテナ１４Ｈの下縁部位置を見通し範囲とする二次元レーザセンサ２４により検出するとともに、少なくとも前記二次元レーザセンサ２４によりスタック対象コンテナ１４Ｓの天井面エッジ位置を検出して、トロリ１８の位置制御とスプレッダ２０の速度や高さ制御をなすことにより、コンテナ衝突防止を図りつつコンテナ１４の吊降ろし処理をなすことができる。

上記実施形態では、二次元レーザセンサ２４をトロリ１８に１箇所設けた例を説明したが、図７〜８はトロリ１８の対角線の前後２箇所に設けた実施形態の例を示している。また、図９〜１０はトロリ１８の横行方向前縁部側の左右２箇所に二次元レーザセンサ２４を設けた例を示している。前者の場合は積み降ろすコンテナ１４の左右のエッジ合わせが精度良く行われるので、捻れも回避しながらスタック処理することができる。後者の場合は、運転室２６から見通すことのできない領域の各コンテナエッジの位置データを計測することができるので、いわゆるデッドゾーンでの衝突回避が可能となる利点が得られる。

図１１〜１２は第４の実施形態を示しており、これは岸壁に設けられた海上輸送用コンテナのハンドリングを行うクレーンのコンテナ衝突防止装置の例である。これは、吊具としてのスプレッダ２０を備えた横行体であるトロリ１８の対角位置に２ヶ所に二次元レーザセンサ２４を設けた構成としている。この二次元レーザセンサ２４は、スプレッダ２０で吊られているコンテナ１４の側面よりも外側の位置に、横行方向に向けて検出範囲が扇形となるように取り付けられ、ハンドリング中のコンテナ１４底面のエッジ位置データと、スタックされたコンテナ１４Sの天井面のエッジ位置データを同一センサで直接検出するようにしている。また、前記データに基づき衝突防止信号をトロリ１８やスプレッダ２０の駆動手段に出力する制御手段を設けてコンテナ衝突を防止するようにしている。コンテナ船へのコンテナ積上げ作業に適用することにより、船体の揺動にも充分追従させることができ、波浪状態でもコンテナ同士の衝突を有効に防止することができる。

岸壁において船舶との間で海上輸送用のコンテナを船積みや陸揚げする際の安全対策及び自動化を図るためのコンテナ衝突防止技術に利用することができる。

実施形態に係るコンテナ衝突防止装置を備えたヤードクレーンの概要を示す正面図である。同ヤードクレーンの要部説明図である。同ヤードクレーンによるコンテナエッジ位置の計測データの説明図である。水平方向エッジの検出方法の説明図である。垂直方向エッジの検出方法の説明図である。制御手段のブロック図である。第２の実施形態に係るコンテナ衝突防止装置の平面図である。第２の実施形態に係るコンテナ衝突防止装置の正面図である。第３の実施形態に係るコンテナ衝突防止装置の平面図である。第３の実施形態に係るコンテナ衝突防止装置の正面図である。第４の実施形態に係るコンテナ衝突防止装置の正面図である。同装置を備えたヤードクレーンの作業説明図である。

符号の説明

１０………ヤードクレーン、１２………コンテナ搬送トラック、１４………コンテナ、１６………ガーダ、１８………トロリ、２０………スプレッダ、２２………ワイヤ、２４………二次元レーザセンサ、２６………運転室、２８………座標変換処理部、３０………横行位置検出センサ、３２………主巻位置検出センサ、３４………スタックコンテナエッジ位置検出演算部、３６………吊りコンテナ底面エッジ位置演算部、３８………横行方向衝突保護手段、４０………巻下げ方向衝突保護手段、４２………クレーン制御装置、４４………横行モータ、４６………主巻モータ、４８………クレーン操作器。

Claims

コンテナのハンドリングを行うクレーンに吊られたコンテナの下縁部位置の見通し範囲におかれた二次元距離センサによりコンテナ底面エッジを検出するとともに、少なくとも前記二次元距離センサによりスタック対象コンテナの天井面エッジ位置を検出することにより、両エッジの高さを求めてコンテナ衝突防止を図りつつコンテナの吊降ろし処理をなすことを特徴とするコンテナ衝突防止方法。
コンテナのハンドリングを行うクレーンにおけるコンテナ吊具を備えた横行体に対し、吊具で吊られたコンテナの下縁部を見通しできる個所に横行方向に向けて扇形の検出範囲を有する二次元レーザセンサを取り付け、当該センサにより横行移動方向を走査してコンテナ底面エッジおよびスタック対象コンテナ天井面エッジまでの高さ方向の位置データから前記横行体の垂直移動位置の制御をなす制御手段を設けたことを特徴とするコンテナ衝突防止装置。
前記二次元レーザセンサは前記横行体の対角位置の２箇所以上、または横行体前側もしくは後側の一箇所以上に設けてなることを特徴とする請求項２に記載のコンテナ衝突防止装置。
岸壁に設置され海上輸送用コンテナのハンドリングを行うクレーンのコンテナ衝突防止装置において、その吊具を備えた横行体の対角位置に２ヶ所以上、または前側もしくは後側に１ヶ所以上、吊具で吊ったコンテナの側面よりも外側の位置に、横行方向に向けて検出範囲が扇形の２次元レーザセンサを取り付け、ハンドリング中のコンテナ底面のエッジ位置データと、スタックされたコンテナ天井面のエッジ位置データを同一センサで直接検出した少なくとも高さデータに基づき衝突防止信号を横行体に出力する制御手段を設けて、コンテナ衝突を防止することを特徴としたコンテナ衝突防止装置。