JP5700625B2

JP5700625B2 - 重心位置測定装置

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Publication number: JP5700625B2
Application number: JP2010179957A
Authority: JP
Inventors: 敏明木下
Original assignee: Yamato Scale Co Ltd
Current assignee: Yamato Scale Co Ltd
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2030-08-11
Also published as: JP2012037469A

Description

本発明は、クレーンによって運搬するコンテナ等の荷物の重心位置を測定する重心位置測定装置に関する。

港湾などにおけるコンテナ貨物の輸出入の際には、クレーンによってトレーラーへのコンテナの積み下ろしが行われ、トレーラーでコンテナが輸送されるが、コンテナ内の積荷のアンバランスによって、走行中コーナーを曲がる際などにトレーラーが横転する事故が発生している。

かかる積荷のアンバランスは、トレーラーに積載されたコンテナ内の積み荷が均一でないことにより、コンテナの重心が偏っていることなどに起因している。

このため、コンテナをクレーンによってトレーラーに積載する前に、コンテナの重心位置を測定し、測定結果に基づいて、コンテナの重心のバランスを考慮してトレーラーに適正に積載することが望まれる。

従来から、吊上げた荷物の重心位置を測定する重心測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−４３０６１号公報

しかしながら、上記特許文献１では、荷物の重心位置を測定するために、吊上げた荷物を傾斜させるという特別の操作を行わなければならず、例えば、クレーンによって荷物を吊上げ、水平方向に移動させて荷物を降ろすという一連の荷役作業とは別に、重心位置を測定するために、吊上げた荷物を傾斜させるという操作が必要となり、荷役作業の効率が低下するという課題がある。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、クレーンによって運搬される荷物の重心位置を、作業効率を低下させることなく測定できるようにすることを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明では、次のように構成している。

（１）本発明にかかる重心位置測定装置は、複数の索体によって荷物を吊上げて水平方向へ移動させて運搬するクレーンの前記荷物の重心位置を測定する重心位置測定装置であって、前記複数の各索体に作用する各張力を検出する荷重センサと、前記水平方向への移動に伴う前記索体の傾斜角度を検出する傾斜センサと、前記荷重センサおよび前記傾斜センサの検出出力に基づいて、前記荷物の水平面内および鉛直面内の各重心位置を演算する演算手段とを備え、前記傾斜センサが、前記索体に設けられる。

荷物とは、クレーンで運搬する物品、例えば、コンテナなどをいう。

索体とは、綱状の物をいい、例えば、ワイヤ、チェーン、ロープなどをいう。

本発明の重心位置測定装置によると、荷役作業においてクレーンの複数の索体で荷物を吊上げ、水平方向へ荷物を移動させる際に作用する慣性力によって前記索体が傾斜したときの前記索体に掛かる張力および索体の傾斜角度を検出して荷物の重心位置の演算に利用するので、従来例のように、荷物の重心位置を求めるために荷物を傾斜させるといった特別の操作を必要とせず、したがって、荷役作業の効率を低下させることなく、荷物の水平面内および鉛直面内の重心位置、すなわち、三次元的な重心位置を求めることができる。

（２）本発明の重心位置測定装置の別の実施態様では、前記クレーンは、少なくとも４本の前記索体によって前記荷物を吊上げ、前記荷重センサを前記索体毎に備えて、各索体に作用する各張力をそれぞれ検出する。

この実施態様によると、少なくも４本の各索体によって荷物を安定に吊上げて運搬すると共に、索体毎に設けた荷重センサによって、各ワイヤやチェーンに掛かる張力をそれぞれ検出して荷物の重心位置の演算に利用することができる。

（３）本発明の重心位置測定装置の好ましい実施態様では、前記演算手段は、前記荷物を吊上げた状態における前記荷重センサの検出出力に基づいて、前記荷物の水平面内の重心位置を演算し、前記水平方向への移動に伴って前記索体が傾斜した状態における前記荷重センサおよび前記傾斜センサの検出出力に基づいて、前記荷物の鉛直面内の重心位置を演算する。

この実施態様によると、荷物を吊上げた状態で、索体が鉛直方向に延びて傾斜していないときには、索体に掛かる張力を荷重センサで検出して荷物の水平面内の重心位置を演算し、水平方向への荷物の移動に伴って索体が傾斜した状態で、索体に掛かる張力を荷重センサで検出すると共に、傾斜センサで傾斜角度を検出して荷物の鉛直面内の重心位置を演算することができる。

（４）本発明の重心位置測定装置の別の実施態様では、前記演算手段は、前記荷物を吊上げて前記索体が傾斜した状態における前記荷重センサおよび前記傾斜センサの検出出力に基づいて、前記荷物の水平面内の重心位置を演算し、前記水平方向への移動に伴って前記索体が傾斜した状態における前記荷重センサおよび前記傾斜センサの検出出力に基づいて、前記荷物の鉛直面内の重心位置を演算する。

この実施態様によると、荷物を吊上げた状態で、索体が傾斜しているときには、索体に掛かる張力を荷重センサで検出する共に、傾斜センサで傾斜角度を検出して荷物の水平面内の重心位置を演算し、水平方向への荷物の移動に伴って索体が傾斜した状態で、索体に掛かる張力を荷重センサで検出すると共に、傾斜センサで傾斜角度を検出して荷物の鉛直面内の重心位置を演算することができる。

（５）本発明の重心位置測定装置の更に別の実施態様では、前記演算手段によって演算された重心位置のデータを出力する出力手段を備えている。

出力手段は、荷物の重心位置のデータを、表示、印字、あるいは、音の少なくともいずれか一つで出力するものであってもよいし、ネットワークを介してホストコンピュータなどに重心位置のデータを送信出力するものであってもよい。また、出力手段は、前記荷物に取付けられるＲＦＩＤタグなどに重心位置のデータを書込んだり、前記荷物に貼付けられるバーコードやＱＲコード（登録商標）などとして重心位置のデータを印刷するようなものであってもよい。

重心位置のデータとしては、重心位置そのものであってもよいし、重心位置のずれ量、すなわち、偏心量などであってもよい。

この実施態様によると、演算手段で演算された荷物の重心位置のデータが、出力手段によって出力されるので、作業者は、荷物の重心位置を容易に把握し、荷物の重心のバランスを考慮して、例えば、トレーラーへの荷物の積載作業が可能となる。

本発明によれば、クレーンによる荷役作業における荷物の水平方向への移動に伴う索体の傾斜角度および索体に掛かる張力を検出して、荷物の重心位置の演算に利用するので、従来例のように、荷物の重心位置を求めるために荷物を傾斜させるといった特別の操作を必要としない。これによって、荷役作業の効率を低下させることなく、荷物の水平面内および鉛直面内の重心位置を求めることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る重心位置測定装置を備えるクレーンの要部の側面図である。図２は、図１の吊上げ状態を説明するための概略的な斜視図である。図３は、クレーンによってコンテナを水平方向へ移動させるときの図１に対応する側面図である。図４は、図１の重心位置測定装置のブロック図である。図５は、コンテナの水平面内の重心位置を示す平面図である。図６は、クレーンによってコンテナを水平方向へ移動させるときの力の作用を説明するための側面図である。図７は、コンテナの鉛直面内の重心位置を示す側面図である。図８は、本発明の他の実施形態の図１に対応する側面図である。図９は、図８の吊上げ状態を説明するための概略的な斜視図である。図１０は、力の作用を説明するための図８に対応する側面図である。図１１は、クレーンによってコンテナを水平方向へ移動させるときの図１０に対応する側面図である。図１２は、水平方向への移動の前後におけるコンテナを拡大して示す図である。図１３は、クレーンによってコンテナを水平方向へ移動させるときのコンテナの傾斜角度γの算出方法を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係る重心位置測定装置を備えるクレーンと、このクレーンにより吊上げられる荷物としてのコンテナを示す側面図であり、図２は、前記クレーンによるコンテナの吊上げ状態を説明するための概略的な斜視図であり、図３は、クレーンによってコンテナを水平方向へ移動させるときの図１に対応する側面図である。

この実施形態のクレーン１は、クレーン本体２と、クレーン本体２が走行するレール３と、クレーン本体２から繰り出した４本の索体としてのワイヤ４₁〜４₄とを備えている。

このようなクレーン１においては、クレーン本体２から繰り出した各ワイヤ４₁〜４₄の各下端を、例えば、直方体状のコンテナ５の４箇所の上端隅部に係止させることで、コンテナ５を鉛直方向に吊上げると共に、クレーン本体２をレール３に沿って水平方向に移動させて運搬するものである。

コンテナ５を吊上げた静止状態では、各ワイヤ４₁〜４₄は、鉛直方向に延びており、コンテナ５は、水平に吊上げられている。

この実施形態では、コンテナ５の荷役作業中に、コンテナ５の重心位置を効率的に測定するために、図１に示すように、重心位置測定装置６を設けている。

この重心位置測定装置６は、４本の各ワイヤ４₁〜４₄に作用する張力をそれぞれ検出する４個の荷重センサとしての引張り型のロードセル７₁〜７₄と、各ワイヤ４₁〜４₄の傾斜角度をそれぞれ検出する４個の傾斜センサ８₁〜８₄と、これらセンサ７₁〜７₄，８₁〜８₄の検出出力に基づいて、コンテナ５の三次元的な重心位置、すなわち、水平面内（水平方向）の重心位置および鉛直面内（鉛直方向）の重心位置を演算する演算装置９とを備えている。

重心位置測定装置６において、各ロードセル７₁〜７₄は、図１に示すように、各ワイヤ４₁〜４₄のクレーン１側とコンテナ５側との間に連結されており、図２に示す各ワイヤ４₁〜４₄に掛かる引張り荷重、すなわち、張力Ｔ₁₁，Ｔ₁₂，Ｔ₂₁，Ｔ₂₂をそれぞれ検出する。なお、図１及び図３では、左側のワイヤ４₁，４₂の張力Ｔ₁₁，Ｔ₁₂の和Ｔ₁（＝Ｔ₁₁＋Ｔ₁₂）及び右側のワイヤ４₃，４₄の張力Ｔ₂₁，Ｔ₂₂の和Ｔ₂（＝Ｔ₂₁＋Ｔ₂₂）を示している。

各傾斜センサ８₁〜８₄は、各ワイヤ４₁〜４₄の鉛直方向に対する傾斜角度θをそれぞれ検出するものであって、例えば、ジャイロセンサなどからなる。

クレーン本体２をレール３に沿って、例えば水平方向の一方Ｈ１の方向へ走行させようとすると、コンテナ５に作用する慣性力によって、ワイヤ４₁〜４₄は、クレーン本体２とコンテナ５との間で図３に示すように鉛直方向（ｚ方向）に対して傾斜角度θで傾斜する。ワイヤ４₁〜４₄が傾斜状態にあるときに各ワイヤ４₁〜４₄に作用する張力はそれぞれ各ロードセル７₁〜７₄によりそれぞれ検出され、また、ワイヤ４₁〜４₄それぞれの傾斜角度θは各傾斜センサ８₁〜８₄でそれぞれ検出される。

演算装置９は、コンテナ５がクレーン１によって吊上げられて図１に示す静止状態にあるときの各ロードセル７₁〜７₄の検出出力に基づいて、コンテナ５の水平面内の重心位置を演算する。

更に、演算装置９は、コンテナ５がクレーン１によって水平方向の一方Ｈ１の方向へ移動する際の、水平方向の慣性力によって図３に示すようにワイヤ４₁〜４₄が傾斜した傾斜状態にあるときの各ロードセル７₁〜７₄の検出出力及び各傾斜センサ８₁〜８₄の検出出力に基づいて、コンテナ５の鉛直面内の重心位置を演算する。

以上の構成を有する重心位置測定装置６のブロック構成を、図４を参照して説明する。図４は、重心位置測定装置６の構成を詳細に示すブロック図であり、上述の図１〜図３に対応する部分には、同一の参照符号を付す。

この重心位置測定装置６は、上述のように、４個のロードセル７₁〜７₄と、４個の傾斜センサ８₁〜８₄と、各ロードセル７₁〜７₄の検出出力及び各傾斜センサ８₁〜８₄の検出出力に基づいて、コンテナ５の重心位置を演算する演算装置９とを備えている。

演算装置９は、各ロードセル７₁〜７₄の検出出力をそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１０と、各傾斜センサ８₁〜８₄の検出出力をそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１１と、入出力（Ｉ／Ｏ）回路１２を介して入力される前記Ａ／Ｄ変換器１０，１１からのデジタル出力に基づいて、後述のようにしてコンテナ５の水平面内の重心位置及び鉛直面内の重心位置を演算する演算手段１３と、演算結果である重心位置のデータを表示する、例えば液晶ディスプレイからなる表示部１４とを備えている。

演算手段１３は、例えば、ＣＰＵ１５及びメモリ１６等を備えるマイクロコンピュータによって構成されている。

次に、重心位置測定装置６の演算装置９による重心位置の演算処理の手順について説明する。

先ず、コンテナ５の水平面内の重心位置を求める手順について説明する。水平面内の重心位置は、クレーン１によってコンテナ５が吊上げられた図１に示される静止状態で、各ロードセル７₁〜７₄でそれぞれ検出される各ワイヤ４₁〜４₄の張力Ｔ₁₁〜Ｔ₂₂に基づいて算出される。

図５は、コンテナ５の水平面内の重心位置を示す平面図である。

ここで、コンテナ５は、図２に示されるように、横方向（ｘ方向）の長さがａ、縦方向（ｙ方向）の長さがｂ、高さ方向（ｚ方向）の長さｈの直方体にモデル化して説明する。

図５に示すように、水平面内の重心Ｇの位置（ｘ_G，ｙ_G）、すなわち、ｘ方向の長さがａ、ｙ方向の長さｂの長方形の中心を原点０としたときのｘ方向及びｙ方向の位置（ｘ_G，ｙ_G）は、図１及び図２に示される静止状態における４本のワイヤ４₁〜４₄にかかる張力Ｔ₁₁〜Ｔ₂₂を測定することによって、次のようにして求めることができる。

先ず、ｘ方向の重心位置ｘ_Gは、図５においてｙ軸回りのモーメントの釣り合いを考えると、
ｍｇ×ｘ_G＋（Ｔ₁₁＋Ｔ₁₂）×（ａ／２）＝（Ｔ₂₁＋Ｔ₂₂）×（ａ／２）
の関係が成立する。

従って、ｘ方向の重心位置ｘ_Gは、以下の式によって求めることができる。

ｘ_G＝[（ａ／２）[（Ｔ₂₁＋Ｔ₂₂）−（Ｔ₁₁＋Ｔ₁₂）]]／ｍｇ
＝[ａ[（Ｔ₂₁＋Ｔ₂₂）−（Ｔ₁₁＋Ｔ₁₂）]]／｛２（Ｔ₁₁＋Ｔ₁₂＋Ｔ₂₁＋Ｔ₂₂）｝
∵ｍｇ＝Ｔ₁₁＋Ｔ₁₂＋Ｔ₂₁＋Ｔ₂₂
次にｙ方向の重心位置ｙ_Gは、図５においてｘ軸回りのモーメントの釣り合いを考えると、
ｍｇ×ｙ_G＋（Ｔ₁₁＋Ｔ₂₁）×（ｂ／２）＝（Ｔ₁₂＋Ｔ₂₂）×（ｂ／２）
の関係が成立する。

したがって、ｙ方向の重心位置ｙ_Gは、以下の式によって求めることができる。

ｙ_G＝[（ｂ／２）[（Ｔ₁₂＋Ｔ₂₂）−（Ｔ₁₁＋Ｔ₂₁）]]／ｍｇ
＝[ｂ[（Ｔ₁₂＋Ｔ₂₂）−（Ｔ₁₁＋Ｔ₂₁）]]／｛２（Ｔ₁₁＋Ｔ₁₂＋Ｔ₂₁＋Ｔ₂₂）｝
次に、コンテナ５の鉛直面内の重心位置を求める原理を、図６及び図７に基づいて説明する。

図６は、クレーン１によってコンテナ５を水平方向の一方Ｈ１の方向へ移動させようとするときの、コンテナ５に作用する慣性力によってワイヤ４₁〜４₄が鉛直方向に対して傾斜角度θで傾斜した状態を示す図であり、図７は、コンテナ５の鉛直面内の重心Ｇの位置、すなわち、コンテナ５の上面からの位置ｅを示す側面図である。この図６では、左側のワイヤ４₁，４₂の張力Ｔ₁₁，Ｔ₁₂の和Ｔ₁（＝Ｔ₁₁＋Ｔ₁₂）及び右側のワイヤ４₃，４₄の張力Ｔ₂₁，Ｔ₂₂の和Ｔ₂（＝Ｔ₂₁＋Ｔ₂₂）を示している。

水平方向ｘにおける力の釣り合いから、

の関係が成立する。

また、点Ｑまわりのモーメントの釣り合いから、

の関係が成立する。

従って、上記２式からコンテナ５の鉛直面内の重心位置ｅは、
ｅ＝（Ｔ₁ａｃｏｓθ−ｍｇｃ）／｛（Ｔ₁＋Ｔ₂）ｓｉｎθ｝ ……（３）
上記（３）式において、静止状態の張力からコンテナ５の重量ｍｇ、水平方向ｘでの重心位置ｃを演算し、クレーン１が移動してコンテナ５が角度θだけ傾斜しているときのワイヤ４₁，４₂；４₃，４₄の張力Ｔ₁，Ｔ₂と傾斜角度θを測定することによってコンテナ５の上面からのｚ方向の重心位置ｅを測定することができる。

なお、クレーン１によるコンテナ５の水平方向への移動に伴ってワイヤ４₁，４₂；４₃，４₄の張力Ｔ₁，Ｔ₂と傾斜角度θとが変化し、それに応じた重心位置ｅがそれぞれ得られることになるので、例えば、それぞれ得られる重心位置の平均値を、最終的な重心位置ｅとしてもよいし、傾斜角度θが最大となったときに得られる重心位置を最終的な重心位置ｅとしてもよい。また、傾斜角度θも、各ワイヤ４₁〜４₄にそれぞれ対応する傾斜センサ８₁〜８₄によってそれぞれ検出されることになるので、例えば、それらの平均値を傾斜角度θとすればよい。なお、傾斜センサを１個としていずれかのワイヤの傾斜角度を検出するようにしてもよい。

この実施形態によると、クレーン１がコンテナ５を水平方向へ移動させる際の加減速時及びコンテナ５が自由振動している時にも重心位置を求めることができる。

以上のようにして、演算装置９では、コンテナ５の水平面内の重心位置（水平方向の重心位置）及び鉛直面内の重心位置（鉛直方向の重心位置）、すなわち、三次元的な重心位置を演算算出する。

この実施形態では、算出した水平面内の重心位置及び鉛直面内の重心位置を、表示部１４に表示するようにしている。

また、演算装置９をＩ／Ｏ回路１２を介してプリンタに接続し、重心位置のデータを印字出力できるようにしてもよい。

本発明の他の実施形態として、演算装置９によって算出された重心位置のデータを、ネットワークを介してホストコンピュータなどに送信し、ホストコンピュータなどでコンテナ５の重心位置に基づいて、コンテナ５の積載の管理などを行うようにしてもよい。

また、演算装置９によって算出された重心位置のデータを、ＲＦＩＤライタによってＲＦＩＤタグに書込み、このＲＦＩＤタグをコンテナ５に取付けるようにし、コンテナ５に取付けられたＲＦＩＤタグから重心位置のデータを読み出せるようにしてもよい。あるいは、演算装置９によって算出された重心位置のデータを、バーコードやＱＲコード（登録商標）として印刷し、コンテナ５に貼り付けるようにしてもよい。

演算装置９では、上述のように、重心位置に限らず、コンテナ５の重量を算出できるので、重心位置のデータに加えてコンテナ５の重量データを表示や印字できるようにしてもよい。

このようにコンテナ５の水平面内の重心位置および鉛直面内の重心位置が、表示部１４に表示されるので、コンテナ５の水平及び垂直方向の偏心状態を確認することができる。これによって、例えば、コンテナ５をトレーラーに積載する際に、重心のバランスを考慮して安定した積載を行えることになり、安全な輸送が可能となる。

（実施形態２）
図８は、本発明の他の実施形態の重心位置測定装置を備えるクレーンの側面図であり、図９は、吊上げ状態を説明するための概略的な斜視図であり、上述の実施形態に対応する部分には、同一の参照符号を付す。

この実施形態では、クレーン本体２ａのワイヤの吊上げ支点の間隔が狭くなっており、上述の実施形態では、コンテナ５を吊上げた静止状態では、各ワイヤ４₁〜４₄は、傾斜することなく、鉛直方向に延びていたけれども、この実施形態では、コンテナ５を吊上げた静止状態で各ワイヤ４₁〜４₄が傾斜している。

また、左側の２本のワイヤ４₁，４₂と、右側の２本のワイヤ４₃，４₄の長さが相違しており、コンテナ５を吊上げた静止状態では、左側のワイヤ４₁，４₂は、鉛直方向に対して、反時計回りにθ₁傾斜し、右側のワイヤ４₃，４₄は、鉛直方向に対して、時計回りにθ₂傾斜している。

このように、コンテナ５を吊上げた静止状態で各ワイヤ４₁〜４₄が傾斜している場合のコンテナ５の重心位置を次のようにして求めることができる。

図１０は、力の釣り合いを示す図８に対応する側面図であり、この図１０では、左側のワイヤ４₁，４₂の張力Ｔ₁₁，Ｔ₁₂の和Ｔ₁（＝Ｔ₁₁＋Ｔ₁₂）及び右側のワイヤ４₃，４₄の張力Ｔ₂₁，Ｔ₂₂の和Ｔ₂（＝Ｔ₂₁＋Ｔ₂₂）を示している。

先ず、静止状態におけるｚ方向の力の釣り合いから
Ｔ₁ｃｏｓθ₁＋Ｔ₂ｃｏｓθ₂＝ｍｇ ……（４）
点Ｑまわりのモーメントの釣り合いから
ｍｇｃ−Ｔ₁ａｃｏｓθ₁＝０ ……（５）
（５）式より
ｃ＝Ｔ₁ａｃｏｓθ₁／ｍｇ ……（６）
図１１は、クレーン１によってコンテナ５を水平方向の一方Ｈ１の方向へ移動させるときの慣性力によってワイヤ４₁〜４₄が傾斜した状態を示す図１０に対応する図であり、図１２は、移動の前後におけるコンテナ５のモデルを拡大して示す図である。

図１１において、θ₁’、θ₂’は、クレーン１を水平方向の一方Ｈ１方向へ移動させるときの左側のワイヤ４₁，４₂及び右側のワイヤ４₃，４₄の傾斜角度であり、Ｔ１’，Ｔ２’は、そのときの左側のワイヤ４₁，４₂の張力の和及び右側のワイヤ４₃，４₄の張力の和であり、γは、そのときのコンテナ５の水平方向に対する傾斜角度である。

図１２において、ｃは静止状態におけるコンテナ５の右側上辺を基準とした水平面内の重心の位置、ｃ’は移動時におけるコンテナ５の前記右側上辺を基準とした水平面内の重心の位置、ｅは静止状態におけるコンテナ５の前記右側上辺を基準とした鉛直面内の重心の位置、ｅ’は移動時における前記右側上辺を基準とした鉛直面内の重心位置である。

図１１において、ｘ方向の力の釣り合いから、

の関係が成立する。

点Ｑまわりのモーメントの釣り合いから

の関係が成立する。

また、図１２に示される幾何学的関係から、以下の式が成立する。

ｃ＝ｘ₁＋ｘ₂ ……（９）
ｘ₁＝ｃ’／ｃｏｓγ ……（１０）
ｘ₂＝ｅｔａｎγ ……（１１）
ｅ’＝ｘ₁ｓｉｎγ＋（ｅ／ｃｏｓγ） ……（１２）
（７）式を（８）式に代入すると、
（Ｔ₂’ｓｉｎθ₂’＋Ｔ₁’ｓｉｎθ₁’）ｅ’＋ｍｇ×ｃ’
＝Ｔ₁’ａ（ｃｏｓθ₁’ｃｏｓγ＋ｓｉｎθ₁’ｓｉｎγ） ……（８’）
（９），（１０），（１１）式より
ｃ’＝ｃｃｏｓγ−ｅｓｉｎγ ……（１３）
（１３）式を（８’）式に代入すると、
（Ｔ₂’ｓｉｎθ₂’＋Ｔ₁’ｓｉｎθ₁’）ｅ’＋ｍｇ（ｃｃｏｓγ−ｅｓｉｎγ）
＝Ｔ₁’ａ（ｃｏｓθ₁’ｃｏｓγ＋ｓｉｎθ₁’ｓｉｎγ）……（８’’）
また、（１０），（１２），（１３）式より、
ｅ’＝（ｃ’／ｃｏｓγ）ｓｉｎγ＋（ｅ／ｃｏｓγ）
＝（ｃｃｏｓγ−ｅｓｉｎγ）ｔａｎγ＋（ｅ／ｃｏｓγ）
＝ｃｓｉｎγ＋ｅｃｏｓγ
上式を、（８’’）式に代入すると、
（Ｔ₂’ｓｉｎθ₂’＋Ｔ₁’ｓｉｎθ₁’）（ｃｓｉｎγ＋ｅｃｏｓγ）＋ｍｇ（ｃｃｏｓγ−ｅｓｉｎγ）＝Ｔ₁’ａ（ｃｏｓθ₁’ｃｏｓγ＋ｓｉｎθ₁’ｓｉｎγ）
ｅ｛（Ｔ₂’ｓｉｎθ₂’＋Ｔ₁’ｓｉｎθ₁’）ｃｏｓγ−ｍｇｓｉｎγ｝
＝Ｔ₁’ａ（ｃｏｓθ₁’ｃｏｓγ＋ｓｉｎθ₁’ｓｉｎγ）−ｃ｛（Ｔ₂’ｓｉｎθ₂’＋Ｔ₁’ｓｉｎθ₁’）ｓｉｎγ＋ｍｇｃｏｓγ｝
したがって、
ｅ＝［Ｔ₁’ａ（ｃｏｓθ₁’ｃｏｓγ＋ｓｉｎθ₁’ｓｉｎγ）−ｃ｛（Ｔ₂’ｓｉｎθ₂’＋Ｔ₁’ｓｉｎθ₁’）ｓｉｎγ＋ｍｇｃｏｓγ｝］／｛（Ｔ₂’ｓｉｎθ₂’＋Ｔ₁’ｓｉｎθ₁’）ｃｏｓγ−ｍｇｓｉｎγ｝ ……（１４）
上記（１４）式より、鉛直面内の重心位置、すなわち、コンテナ５の上面からのｚ方向の重心位置ｅを求めることができる。

しかしながら、上記（１４）式で重心位置ｅを求めるためには、コンテナ５の水平方向に対する傾斜角度γが必要である。

そこで、鉛直面内の重心位置の算出に必要なコンテナ５の水平方向の傾斜角度γの算出方法について説明する。

図１１に対応する図１３において、原点Ｏを、図のようにとり、点Ｐの座標を、（ｘ_p，ｚ_p）、点Ｑの座標を、（ｘ_q，ｚ_q）とし、点Ｐ側のワイヤの長さをＬ₁、点Ｑ側のワイヤの長さをＬ₂、上側の支点間距離をｒとすると、点Ｐ及び点Ｑの座標は、次のようになる。

ｘ_p＝Ｌ₁ｓｉｎ（−θ₁）＝−Ｌ₁ｓｉｎθ₁
ｚ_p＝−Ｌ₁ｃｏｓ（−θ₁）＝−Ｌ₁ｃｏｓθ₁
ｘ_q＝Ｌ₂ｓｉｎθ₂＋ｒ
ｚ_q＝−Ｌ₂ｃｏｓθ₂
上式から傾斜角γは以下のように表すことができる。

ｔａｎγ＝（ｚ_q−ｚ_p）／（ｘ_q−ｘ_p）
＝（Ｌ₁ｃｏｓθ₁−Ｌ₂ｃｏｓθ₂）／（Ｌ₂ｓｉｎθ₂＋ｒ＋Ｌ₁ｓｉｎθ₁）
γ＝ｔａｎ^-1｛（Ｌ₁ｃｏｓθ₁−Ｌ₂ｃｏｓθ₂）／（Ｌ₂ｓｉｎθ₂＋ｒ＋Ｌ₁ｓｉｎθ₁）｝
以上のようにしてコンテナ５の傾斜角度γを算出することができ、これによって、コンテナ５の鉛直面内の重心位置ｅを算出することができる。

また、水平面内の重心位置は、上述の実施形態と同様に、モーメントの釣り合いから算出することができる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態２では、クレーン本体２ａのワイヤの吊上げ支点の間隔が狭くなっていたけれども、本発明は、クレーン本体２ａのワイヤの吊上げ支点の間隔が広くなっている場合にも同様に適用できるものである。

ロードセルには、傾斜センサを備えたものがあるので、かかるロードセルを使用して傾斜センサ８₁〜８₄を省略してもよい。

上述の各実施形態では、荷物としてコンテナ５に適用して説明したけれども、コンテナに限らず、クレーンによって運搬される各種の物品に適用できるものである。

上述の各実施形態では、荷物を、４本のワイヤ４₁〜４₄で吊上げたけれども、少なくとも２本のワイヤやチェーンによって吊上げるようにしてもよい。また、３本あるいは５本以上のワイヤ等によって荷物を吊上げるようにしてもよい。

本発明は、クレーンによって運搬される荷物の重心位置の測定に有用である。

１クレーン
３レール
４₁〜４₄ ワイヤ
５コンテナ
６重心位置測定装置
７₁〜７₄ ロードセル
８₁〜８₄ 傾斜センサ
９演算装置

Claims

複数の索体によって荷物を吊上げて水平方向へ移動させて運搬するクレーンの前記荷物の重心位置を測定する重心位置測定装置であって、
前記複数の各索体に作用する各張力を検出する荷重センサと、
前記水平方向への移動に伴う前記索体の傾斜角度を検出する傾斜センサと、
前記荷重センサおよび前記傾斜センサの検出出力に基づいて、前記荷物の水平面内および鉛直面内の各重心位置を演算する演算手段とを備え、
前記傾斜センサが、前記索体に設けられる、
ことを特徴とする重心位置測定装置。
前記クレーンは、少なくとも４本の前記索体によって前記荷物を吊上げ、
前記荷重センサを前記索体毎に備えて、各索体に作用する各張力をそれぞれ検出する、
請求項１に記載の重心位置測定装置。
前記演算手段は、前記荷物を吊上げた状態における前記荷重センサの検出出力に基づいて、前記荷物の水平面内の重心位置を演算し、前記水平方向への移動に伴って前記索体が傾斜した状態における前記荷重センサおよび前記傾斜センサの検出出力に基づいて、前記荷物の鉛直面内の重心位置を演算する、
請求項１または２に記載の重心位置測定装置。
前記演算手段は、前記荷物を吊上げて前記索体が傾斜した状態における前記荷重センサおよび前記傾斜センサの検出出力に基づいて、前記荷物の水平面内の重心位置を演算し、前記水平方向への移動に伴って前記索体が傾斜した状態における前記荷重センサおよび前記傾斜センサの検出出力に基づいて、前記荷物の鉛直面内の重心位置を演算する、
請求項１または２に記載の重心位置測定装置。
前記演算手段によって演算された重心位置のデータを出力する出力手段を備える、
請求項１ないし４のいずれかに記載の重心位置測定装置。