JP5961856B2 - 重心位置検出装置、重心位置検出方法およびプログラム - Google Patents
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Description
本発明は、重心位置検出装置、重心位置検出方法およびプログラムに関する。
コンテナの輸送中にコンテナ輸送車等がバランスを崩すことを防止するために、コンテナの高さ方向（上下方向）の重心位置を検出することが有用である。すなわち、コンテナの重心位置が高い場合は、重心位置が低い場合との比較においてバランスを崩し易い。そこで、コンテナの重心位置が高い場合、コンテナの積荷を並べ替えて重心位置を低くする、あるいは、コンテナ輸送車の運転手に注意を喚起するなどの対策を講じることが考えられる。
ここで、コンテナの重心位置の検出に関連して、特許文献１に記載のコンテナ重心位置検出装置では、放射線源と、放射線源との間にコンテナ進入スペースをあけて配置されるディテクタと、ディテクタの出力に基づいて演算処理を行う演算装置とを設ける。演算装置は、コンテナ進入スペースにコンテナが進入した状態での放射線源からディテクタに到達した放射線の強度分布を求めるとともに、放射線の強度分布に基づいて、コンテナの密度分布を算出し、この密度分布に基づいてコンテナの重心位置を特定する。
これにより、特許文献１に記載のコンテナ重心位置検出装置では、コンテナを開封することなしに、コンテナの重心位置を容易に特定することができる。特に、特許文献１に記載のコンテナ重心位置検出装置では、コンテナの高さ方向についても重心位置を特定することができる。
これにより、特許文献１に記載のコンテナ重心位置検出装置では、コンテナを開封することなしに、コンテナの重心位置を容易に特定することができる。特に、特許文献１に記載のコンテナ重心位置検出装置では、コンテナの高さ方向についても重心位置を特定することができる。
コンテナに積載されている荷物の種類によっては、比較的軽い荷物でも放射線透過量が比較的少ない場合や、比較的重い荷物でも放射線透過量が比較的多い場合がある。かかる場合、コンテナを通過した放射線の強度分布からコンテナの密度分布を算出した際に、得られた密度分布に誤差が含まれ得る。従って、当該密度分布から算出したコンテナの高さ方向の重心位置にも誤差が含まれ得る。比較的軽くて放射線透過量が比較的少ない荷物や、比較的重くて放射線透過量が比較的多い荷物がコンテナに積載されている場合にも、高さ方向の重心位置をより正確に求められることが好ましい。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、高さ方向の重心位置をより正確に求めることのできる重心位置検出装置、重心位置検出方法およびプログラムを提供することにある。
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様による重心位置検出装置は、ロープにより吊るされた吊荷の重心位置を求める重心位置検出装置であって、前記ロープを支持しているロープ支持物が移動しているときの前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも２つの異なる前記状態について取得する実測値取得部と、少なくとも前記吊荷の重心位置を未知定数として含む前記吊荷の状態モデルと、前記実測値取得部が取得した実測値とに基づいて、前記吊荷の重心位置を算出する重心位置算出部と、を具備することを特徴とする。
また、本発明の他の一態様による重心位置検出装置は、上述の重心位置検出装置であって、前記実測値取得部は、前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも前記吊荷が加速または減速または回転している時刻を含む時系列のデータにて取得し、前記重心位置算出部は、前記吊荷の状態モデルとして前記吊荷の運動モデルを用いることを特徴とする。
また、本発明の他の一態様による重心位置検出装置は、上述の重心位置検出装置であって、前記重心位置算出部は、前記吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を設定する数値設定部と、前記数値設定部が設定した値を前記運動モデルに適用して、前記実測値取得部が取得した前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値の測定時刻における、前記変数の値を求める変数値演算部と、前記変数値演算部が取得した前記変数の値を評価し、評価結果が所定の条件を満たす場合に、設定されている前記吊荷の重心位置を前記重心位置算出部の算出結果とする評価部とを具備し、前記数値設定部は、前記評価部の評価結果が前記所定の条件を満たさない場合に、前記吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を再設定することを特徴とする。
また、本発明の他の一態様による重心位置検出装置は、上述の重心位置検出装置であって、前記実測値取得部は、前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値に、前記吊荷を吊るす力の実測値を含んで取得し、前記評価部は、前記変数値演算部が取得した前記変数の値から得られる前記吊荷を吊るす力の計算値と、前記実測値取得部が取得した前記吊荷を吊るす力の実測値とに基づいて、前記変数値演算部が取得した前記変数の値を評価することを特徴とする。
また、本発明の他の一態様による重心位置検出方法は、ロープにより吊るされた吊荷の重心位置を求める重心位置検出装置の重心位置検出方法であって、前記ロープを支持しているロープ支持物が移動しているときの前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも２つの異なる前記状態について取得する実測値取得ステップと、少なくとも前記吊荷の重心位置を未知定数として含む前記吊荷の状態モデルと、前記実測値取得ステップにて取得した実測値とに基づいて、前記吊荷の重心位置を算出する重心位置算出部ステップと、を具備することを特徴とする。
また、本発明の他の一態様による重心位置検出方法は、上述の重心位置検出方法であって、前記実測値取得ステップでは、前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも前記吊荷が加速または減速または回転している時刻を含む時系列のデータにて取得し、前記重心位置算出ステップでは、前記吊荷の状態モデルとして前記吊荷の運動モデルを用い、前記吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を設定する数値設定ステップと、前記数値設定ステップで設定した値を前記運動モデルに適用して、前記実測値取得ステップで取得した前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値の測定時刻における、前記変数の値を求める変数値演算ステップと、前記変数値演算ステップで取得した前記変数の値を評価し、評価結果が所定の条件を満たす場合に、設定されている前記吊荷の重心位置を前記重心位置算出ステップでの算出結果とする評価ステップとをさらに具備し、前記評価ステップでの評価結果が前記所定の条件を満たさない場合、前記数値設定ステップで、前記吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を再設定することを特徴とする。
また、本発明の他の一態様による重心位置検出方法は、上述の重心位置検出方法であって、前記実測値取得ステップでは、前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも前記吊荷が加速または減速または回転している時刻を含む時系列のデータにて取得し、前記重心位置算出ステップでは、前記吊荷の状態モデルとして前記吊荷の運動モデルを用い、前記吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を設定する数値設定ステップと、前記数値設定ステップで設定した値を前記運動モデルに適用して、前記実測値取得ステップで取得した前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値の測定時刻における、前記変数の値を求める変数値演算ステップと、前記変数値演算ステップで取得した前記変数の値を評価し、評価結果が所定の条件を満たす場合に、設定されている前記吊荷の重心位置を前記重心位置算出ステップでの算出結果とする評価ステップとをさらに具備し、前記評価ステップでの評価結果が前記所定の条件を満たさない場合、前記数値設定ステップで、前記吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を再設定することを特徴とする。
また、本発明の他の一態様によるプログラムは、ロープにより吊るされた吊荷の重心位置を求める重心位置検出装置としてのコンピュータに、前記ロープを支持しているロープ支持物が移動しているときの前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも２つの異なる前記状態について取得する実測値取得ステップと、少なくとも前記吊荷の重心位置を未知定数として含む前記吊荷の状態モデルと、前記実測値取得ステップにて取得した実測値とに基づいて、前記吊荷の重心位置を算出する重心位置算出部ステップと、を実行させるためのプログラムである。
また、本発明の他の一態様によるプログラムは、上述のプログラムであって、前記コンピュータに、前記実測値取得ステップでは、前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも前記吊荷が加速または減速または回転している時刻を含む時系列のデータにて取得させ、前記重心位置算出ステップでは、前記吊荷の状態モデルとして前記吊荷の運動モデルを用いさせ、前記吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を設定する数値設定ステップと、前記数値設定ステップで設定した値を前記運動モデルに適用して、前記実測値取得ステップで取得した前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値の測定時刻における、前記変数の値を求める変数値演算ステップと、前記変数値演算ステップで取得した前記変数の値を評価し、評価結果が所定の条件を満たす場合に、設定されている前記吊荷の重心位置を前記重心位置算出ステップでの算出結果とする評価ステップとをさらに実行させ、前記評価ステップでの評価結果が前記所定の条件を満たさない場合、前記数値設定ステップで、前記吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を再設定させることを特徴とする。
また、本発明の他の一態様によるプログラムは、上述のプログラムであって、前記コンピュータに、前記実測値取得ステップでは、前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも前記吊荷が加速または減速または回転している時刻を含む時系列のデータにて取得させ、前記重心位置算出ステップでは、前記吊荷の状態モデルとして前記吊荷の運動モデルを用いさせ、前記吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を設定する数値設定ステップと、前記数値設定ステップで設定した値を前記運動モデルに適用して、前記実測値取得ステップで取得した前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値の測定時刻における、前記変数の値を求める変数値演算ステップと、前記変数値演算ステップで取得した前記変数の値を評価し、評価結果が所定の条件を満たす場合に、設定されている前記吊荷の重心位置を前記重心位置算出ステップでの算出結果とする評価ステップとをさらに実行させ、前記評価ステップでの評価結果が前記所定の条件を満たさない場合、前記数値設定ステップで、前記吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を再設定させることを特徴とする。
本発明によれば、高さ方向の重心位置をより正確に求めることができる。
＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態における重心位置検出装置の機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、重心位置検出装置１０は、実測値取得部１１と、重心位置算出部１２とを具備する。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態における重心位置検出装置の機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、重心位置検出装置１０は、実測値取得部１１と、重心位置算出部１２とを具備する。
実測値取得部１１は、吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも２つの異なる状態について取得する。
ここで、図２は、重心位置検出装置１０が重心位置検出対象とする吊荷の例を示す説明図である。同図では、クレーンのトロリ９１０と、ロープ９２０と、スプレッダ９３０と、コンテナＣ１１とが示されており、コンテナＣ１１は、スプレッダ９３０に把持されてロープ９２０にてトロリ９１０から吊るされている。
以下では、スプレッダ９３０とコンテナＣ１１とを合わせて一体の剛体とみなし、吊荷８００と表記する。
ここで、図２は、重心位置検出装置１０が重心位置検出対象とする吊荷の例を示す説明図である。同図では、クレーンのトロリ９１０と、ロープ９２０と、スプレッダ９３０と、コンテナＣ１１とが示されており、コンテナＣ１１は、スプレッダ９３０に把持されてロープ９２０にてトロリ９１０から吊るされている。
以下では、スプレッダ９３０とコンテナＣ１１とを合わせて一体の剛体とみなし、吊荷８００と表記する。
ここでいう吊荷が吊るされている状態を示すデータとは、吊荷（図２の例では吊荷８００）またはロープ（図２の例ではロープ９２０）の力学的な状態を示すデータである。吊荷が吊るされている状態を示すデータのうち実測可能なデータの例として、吊荷がロープに支持されている位置や、吊荷の姿勢（吊荷の傾きや垂直軸回りの回転角度）や、吊荷重量や、吊荷がロープから受ける力や、吊荷の速度や、吊荷の加速度や、吊荷の角速度や、吊荷の角加速度や、ロープがトロリに支持されている位置や、ロープ長や、ロープがトロリから受ける力などを示すデータが挙げられる。また、重心位置検出装置１０の検出対象である吊荷の重心位置を示すデータも、吊荷が吊るされている状態を示すデータの一例に該当する。
但し、重心位置検出装置１０は、トロリを備えるクレーンに吊るされた吊荷に限らず、ロープで吊るされた様々な吊荷の重心位置の検出に適用し得る。例えば、重心位置検出装置１０は、旋回可能なジブを有するクレーンに当該ジブから吊るされた吊荷の重心位置を検出し得る。
以下では、トロリやジブなどロープを支持している物を「ロープ支持物」と称する。また、ロープがロープ支持物に支持されている位置を「上部吊点位置」と称する。また、吊荷がロープに支持されている位置を「吊荷吊点位置」と称する。
以下では、トロリやジブなどロープを支持している物を「ロープ支持物」と称する。また、ロープがロープ支持物に支持されている位置を「上部吊点位置」と称する。また、吊荷がロープに支持されている位置を「吊荷吊点位置」と称する。
重心位置算出部１２は、少なくとも吊荷の重心位置を未知定数として含む吊荷の状態モデルと、実測値取得部１１が取得した実測値とに基づいて、吊荷の重心位置を算出する。
ここでいう吊荷の状態モデルとは、ロープに吊るされている吊荷を力学的に模擬するモデルである。例えば、吊荷が吊るされている状態を示すデータが満たすべき条件を示す状態方程式が、吊荷の状態モデルの一例に該当するがこれに限らない。重心位置算出部１２は、吊荷が吊るされている状態を示すデータに基づいて、当該状態における他のデータを算出可能な様々な状態モデルを用いることができる。
ここでいう吊荷の状態モデルとは、ロープに吊るされている吊荷を力学的に模擬するモデルである。例えば、吊荷が吊るされている状態を示すデータが満たすべき条件を示す状態方程式が、吊荷の状態モデルの一例に該当するがこれに限らない。重心位置算出部１２は、吊荷が吊るされている状態を示すデータに基づいて、当該状態における他のデータを算出可能な様々な状態モデルを用いることができる。
以上のように、実測値取得部１１が、吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも２つの異なる状態について取得し、重心位置算出部１２は、実測値取得部１１が取得した実測値に基づいて吊荷の重心位置を算出する。
これにより、重心位置検出装置１０は、当該吊荷の重心の高さ（高さ方向の重心位置）を求めることができる。
これにより、重心位置検出装置１０は、当該吊荷の重心の高さ（高さ方向の重心位置）を求めることができる。
ここで、重力が吊荷に与えるモーメントは、モーメントの基準点から重心位置までのベクトルと、重力ベクトルとの内積にて示される。従って、吊荷の重心位置が垂直方向（重力ベクトル方向）に移動しても、モーメントは変化しない。
このため、吊荷が吊るされている状態を示すデータを１つの状態についてのみ取得したのでは、吊荷の重心の高さ（垂直方向についての吊荷の重心位置）を確定することができない。
このため、吊荷が吊るされている状態を示すデータを１つの状態についてのみ取得したのでは、吊荷の重心の高さ（垂直方向についての吊荷の重心位置）を確定することができない。
これに対して、重心位置検出装置１０は、上記のように少なくとも２つの異なる状態における、吊荷が吊るされている状態を示すデータを用いることで、吊荷の重心の高さを求めることができる。
特に、重心位置検出装置１０は、放射線を用いずに吊荷の重心の高さを求めることができ、吊荷の放射線透過量にかかわらず、当該吊荷の重心の高さをより正確に求めることができる。
特に、重心位置検出装置１０は、放射線を用いずに吊荷の重心の高さを求めることができ、吊荷の放射線透過量にかかわらず、当該吊荷の重心の高さをより正確に求めることができる。
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態では、第１の実施形態で説明した重心位置検出装置１０を更に具体化した一例について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態における重心位置検出装置の機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、重心位置検出装置１００は、実測値取得部１１０と、重心位置算出部１２０と、表示部１３０とを具備する。重心位置算出部１２０は、前処理部１２１と、数値設定部１２２と、変数値演算部１２３と、評価部１２４とを具備する。
第２の実施形態では、第１の実施形態で説明した重心位置検出装置１０を更に具体化した一例について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態における重心位置検出装置の機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、重心位置検出装置１００は、実測値取得部１１０と、重心位置算出部１２０と、表示部１３０とを具備する。重心位置算出部１２０は、前処理部１２１と、数値設定部１２２と、変数値演算部１２３と、評価部１２４とを具備する。
実測値取得部１１０は、実測値取得部１１（図１）の一例に該当し、吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも吊荷が移動または加速または減速または回転している時刻を含む時系列のデータにて取得する。すなわち、実測値取得部１１０が取得する当該時系列のデータには、吊荷の加速度と角加速度とを無視し得る状態におけるデータが含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。
なお、以下では、実測値取得部１１０が取得する、吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を「吊り状態実測値」と称する。また、吊荷の加速度と角加速度とを無視し得る状態を、吊荷の「静定状態」と称する。
なお、以下では、実測値取得部１１０が取得する、吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を「吊り状態実測値」と称する。また、吊荷の加速度と角加速度とを無視し得る状態を、吊荷の「静定状態」と称する。
重心位置算出部１２０は、重心位置算出部１２（図１）の一例に該当し、吊荷の状態モデルとして吊荷の運動モデルを用いる。
ここでいう吊荷の運動モデルとは、ロープに吊るされている吊荷の運動を力学的に模擬するモデルである。吊荷の運動モデルは、吊荷の状態モデルの一例に該当し、吊荷の速度または吊荷の加速度または吊荷の角速度または吊荷の角加速度のうち少なくとも何れか１つを示す変数を含んで構成される。
すなわち、実測値取得部１１０が、吊荷が移動または加速または減速または回転している時刻における吊り状態実測値を取得するのに応じて、重心位置算出部１２０は、吊荷の移動または加速または減速または回転を表現可能なモデルを用いて吊荷の重心位置を算出する。
ここでいう吊荷の運動モデルとは、ロープに吊るされている吊荷の運動を力学的に模擬するモデルである。吊荷の運動モデルは、吊荷の状態モデルの一例に該当し、吊荷の速度または吊荷の加速度または吊荷の角速度または吊荷の角加速度のうち少なくとも何れか１つを示す変数を含んで構成される。
すなわち、実測値取得部１１０が、吊荷が移動または加速または減速または回転している時刻における吊り状態実測値を取得するのに応じて、重心位置算出部１２０は、吊荷の移動または加速または減速または回転を表現可能なモデルを用いて吊荷の重心位置を算出する。
なお、以下では、実測値取得部１１０が吊荷の運動方程式を用いる場合を例に説明するが、実測値取得部１１０が用いる吊荷の運動モデルは運動方程式に限らない。実測値取得部１１０は、吊荷が吊るされている状態を示すデータに基づいて、当該状態における他のデータを算出可能な様々な運動モデルを用いることができる。
前処理部１２１は、運動方程式を用いて吊荷の重心位置を求める前処理として、吊荷重量（荷重）と、水平方向における吊荷の重心位置とを求める。例えば、前処理部１２１は、吊荷を吊るす力に基づいて吊荷重量や、水平方向における吊荷の重心位置を算出する。
ここでいう吊荷を吊るす力は、吊荷を吊るすロープが作用させる力、または、当該ロープに作用する力である。吊荷を吊るす力として、吊荷吊点位置においてロープが吊荷に作用させる力を用いてもよいし、上部吊点位置においてロープ支持物がロープに作用させる力を用いてもよい。例えば、図２の例においてスプレッダ９３０が、４箇所の吊荷吊点位置の各々に張力計を具備し、当該張力計の検出する張力（従って、吊荷吊点位置におけるロープ張力）を、吊荷を吊るす力として用いるようにしてもよい。あるいは、トロリ９１０が４箇所の上部吊点位置の各々に張力計を具備し、当該張力計の検出する張力（従って、上部吊点位置におけるロープ張力）を、吊荷を吊るす力として用いるようにしてもよい。あるいは、上部吊点位置においてロープ支持物がロープに作用させる力からロープ重量分の力を減算した補正後の力を、吊荷を吊るす力として用いるようにしてもよい。
ここでいう吊荷を吊るす力は、吊荷を吊るすロープが作用させる力、または、当該ロープに作用する力である。吊荷を吊るす力として、吊荷吊点位置においてロープが吊荷に作用させる力を用いてもよいし、上部吊点位置においてロープ支持物がロープに作用させる力を用いてもよい。例えば、図２の例においてスプレッダ９３０が、４箇所の吊荷吊点位置の各々に張力計を具備し、当該張力計の検出する張力（従って、吊荷吊点位置におけるロープ張力）を、吊荷を吊るす力として用いるようにしてもよい。あるいは、トロリ９１０が４箇所の上部吊点位置の各々に張力計を具備し、当該張力計の検出する張力（従って、上部吊点位置におけるロープ張力）を、吊荷を吊るす力として用いるようにしてもよい。あるいは、上部吊点位置においてロープ支持物がロープに作用させる力からロープ重量分の力を減算した補正後の力を、吊荷を吊るす力として用いるようにしてもよい。
なお、前処理部１２１が行う、吊荷重量の算出と、水平方向における吊荷の重心位置の算出とのいずれか一方、または両方を省略可能である。従って、重心位置検出装置１００が前処理部１２１を具備しない構成としてもよい。前処理部１２１が吊荷重量を取得しない場合、重心位置算出部１２０は、吊荷重量を未知定数として扱う。また、前処理部１２１が水平方向における吊荷の重心位置を取得しない場合、重心位置算出部１２０は、水平方向における吊荷の重心位置（例えば、トロリの進行方向における座標値、および、トロリの横行方向における座標値）を未知定数として扱う。
一方、前処理部１２１が、吊荷荷重や水平方向における吊荷の重心位置を取得することで、吊荷の運動モデルにおける未知定数の数を減らすことができる。これにより、重心位置検出装置１００が吊荷の重心位置を検出する際の負荷を軽減でき、また、検出精度を向上させ得る。
あるいは、未知定数の数を減らさない場合でも、これらの未知定数に初期値を与えることで、重心位置検出装置１００が吊荷の重心位置を検出する際の負荷を軽減させ、かつ、検出精度を向上させ得る。すなわち、前処理部１２１が実測値に基づいて算出する吊荷重量や水平方向における吊荷の重心位置は、実際の値に近いことが期待される。重心位置算出部１２０が、この実際の値に近い初期値から演算を開始することで、以下に説明する数値設定部１２２、変数値演算部１２３および評価部１２４が行う処理の繰り返しが少なくて済み、また、より高精度に吊荷の重心位置を検出し得る。
一方、前処理部１２１が、吊荷荷重や水平方向における吊荷の重心位置を取得することで、吊荷の運動モデルにおける未知定数の数を減らすことができる。これにより、重心位置検出装置１００が吊荷の重心位置を検出する際の負荷を軽減でき、また、検出精度を向上させ得る。
あるいは、未知定数の数を減らさない場合でも、これらの未知定数に初期値を与えることで、重心位置検出装置１００が吊荷の重心位置を検出する際の負荷を軽減させ、かつ、検出精度を向上させ得る。すなわち、前処理部１２１が実測値に基づいて算出する吊荷重量や水平方向における吊荷の重心位置は、実際の値に近いことが期待される。重心位置算出部１２０が、この実際の値に近い初期値から演算を開始することで、以下に説明する数値設定部１２２、変数値演算部１２３および評価部１２４が行う処理の繰り返しが少なくて済み、また、より高精度に吊荷の重心位置を検出し得る。
数値設定部１２２は、吊荷の運動モデルに含まれる変数および未知定数の値を設定する。
変数値演算部１２３は、数値設定部１２２が設定した値を運動モデルに適用して、実測値取得部１１０が取得した吊り状態実測値の測定時刻における、変数の値を求める。なお、以下では、実測値取得部１１０が取得した吊り状態実測値の測定時刻を「実測値のサンプリング時刻」と称する。
変数値演算部１２３は、数値設定部１２２が設定した値を運動モデルに適用して、実測値取得部１１０が取得した吊り状態実測値の測定時刻における、変数の値を求める。なお、以下では、実測値取得部１１０が取得した吊り状態実測値の測定時刻を「実測値のサンプリング時刻」と称する。
ここで、変数値演算部１２３が運動モデルとして用いる運動方程式について説明する。なお、以下では、トロリの進行方向、トロリの横行方向、垂直方向に、それぞれｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を設定した３次元座標空間に基づく運動方程式を例に説明するが、座標空間の設定の仕方はこれに限らない。例えば、極座標空間など、他の座標空間に基づく運動方程式を用いるようにしてもよい。
まず、ある時刻における吊荷の並進についての運動方程式は、例えば式（１）のように示される。
まず、ある時刻における吊荷の並進についての運動方程式は、例えば式（１）のように示される。
但し、ｍは荷重の質量を示し、ｐｃ（明細書の記載において、行列やベクトルを示す太字表記を省略する）は吊荷の位置（例えばスプレッダ上面の中央の位置など、吊荷に設定された基準点の位置）を示す。また、「’」は１階の時間微分を示し、「’’」は２階の時間微分を示す。従って、ｐｃ’’は吊荷の加速度を示す。
また、ｆｉ（ｉは、１≦ｉ≦ｎ（ｎはロープの本数）の正整数）は、ｉ番目のロープが吊荷に与える力を示し、ｇは重力加速度を示し、ｆｄは、吊荷に対して並進方向の力として作用する外力を示す。
また、ある時刻における吊荷の重心回りの回転についての運動方程式は、例えば式（２）のように示される。
また、ｆｉ（ｉは、１≦ｉ≦ｎ（ｎはロープの本数）の正整数）は、ｉ番目のロープが吊荷に与える力を示し、ｇは重力加速度を示し、ｆｄは、吊荷に対して並進方向の力として作用する外力を示す。
また、ある時刻における吊荷の重心回りの回転についての運動方程式は、例えば式（２）のように示される。
ただし、Ｉは吊荷の慣性テンソルを示し、ωは吊荷の角速度を示す。また、ｎｉ（ｉは、１≦ｉ≦ｎ（ｎはロープの本数）の正整数）は、ｉ番目のロープが吊荷の重心回りに与えるモーメントを示し、「×」は外積を示し、ｎｄは、吊荷に対して回転方向の力として作用する外力を示す。
吊荷に作用する外力としては、例えば風が吊荷に与える力が考えられる。外力を示す式として、想定する外力に応じて様々な式を用いることができる。
例えば外力として一定の横風による力を想定する場合、スカラ定数ｆｄｘおよびｆｄｙを風パラメータとして式（３）のように示される。
例えば外力として一定の横風による力を想定する場合、スカラ定数ｆｄｘおよびｆｄｙを風パラメータとして式（３）のように示される。
但し、「Ｔ」は転置行列ないし転置ベクトルを示す。
また、外力を、吊荷に対して水平方向に作用する正弦波の強さの力と見做す場合、スカラ定数ｆｄｘ、ｆｄｙ、ａおよびｂを風パラメータとして式（４）のように示される。
また、外力を、吊荷に対して水平方向に作用する正弦波の強さの力と見做す場合、スカラ定数ｆｄｘ、ｆｄｙ、ａおよびｂを風パラメータとして式（４）のように示される。
あるいは、式（４）に示す、外力をフーリエ級数展開した１次成分に加えて、２次成分以降の項も式に含めるようにしてもよい。
ここで、ｉ番目のロープが吊荷に与える力ｆｉや、当該ロープが吊荷の重心回りに与えるモーメントｎｉは、トロリの位置ｐｔ（ｔ）（括弧内のｔは時刻を示す）や、ロープ長ｌｉ（ｔ）や、吊荷の位置や、吊荷の速度や、吊荷の姿勢や、吊荷の角速度や、吊荷の（吊荷内における）重心位置や、ロープの特性に基づいて得ることができる。また、トロリの位置やロープ長は検出可能である。また、吊荷の重心位置は一定であり未知定数として示される。
従って、式（１）および式（２）に示される運動方程式は、式（５）に示される１２変数（ｐｃ、ｖｃ、θおよびω）の１階常微分方程式に変形することができる。
ここで、ｉ番目のロープが吊荷に与える力ｆｉや、当該ロープが吊荷の重心回りに与えるモーメントｎｉは、トロリの位置ｐｔ（ｔ）（括弧内のｔは時刻を示す）や、ロープ長ｌｉ（ｔ）や、吊荷の位置や、吊荷の速度や、吊荷の姿勢や、吊荷の角速度や、吊荷の（吊荷内における）重心位置や、ロープの特性に基づいて得ることができる。また、トロリの位置やロープ長は検出可能である。また、吊荷の重心位置は一定であり未知定数として示される。
従って、式（１）および式（２）に示される運動方程式は、式（５）に示される１２変数（ｐｃ、ｖｃ、θおよびω）の１階常微分方程式に変形することができる。
但し、ｖ ｃは吊荷の速度を示し、θは吊荷の姿勢を示す。また、Ｒ３は３次元空間を示す。また、ｈ１〜ｈ４は、それぞれ公知の関数を示す。例えば、関数ｈ２はｖｃとして示せることが知られている。
この１階常微分方程式の各変数に初期値を与えれば、ルンゲ・クッタ法等の解法を用いて、時刻毎の各変数の値を算出できる。いわば、シミュレーション開始時刻における変数値を設定し、運動モデルを用いてシミュレーションを行うことで、サンプリング時間毎の変数値を得ることができる。
また、各ロープが吊荷に与える力の大きさ｜ｆｉ｜も、計算過程で得ることができる。
この１階常微分方程式の各変数に初期値を与えれば、ルンゲ・クッタ法等の解法を用いて、時刻毎の各変数の値を算出できる。いわば、シミュレーション開始時刻における変数値を設定し、運動モデルを用いてシミュレーションを行うことで、サンプリング時間毎の変数値を得ることができる。
また、各ロープが吊荷に与える力の大きさ｜ｆｉ｜も、計算過程で得ることができる。
そこで、変数値演算部１２３は、実測値のサンプリング時刻毎の各変数の値を、式（５）を用いて算出する。
具体的には、まず、数値設定部１２２が、式（５）に含まれる変数（ｐｃ、ｖｃ、θおよびω）の初期値および未知定数の値を設定する。例えば、数値設定部１２２は、式（５）に含まれる未知定数として、吊荷の慣性テンソルや、吊荷の高さ方向の重心位置や、風パラメータの値を設定する。また、前処理部１２１が吊荷重量を算出しない場合、数値設定部１２２は、吊荷重量も未知定数として、その値を設定する。また、前処理部１２１が水平方向における吊荷の重心位置を算出しない場合、数値設定部１２２は、水平方向における吊荷の重心位置も未知定数として、その値を設定する。
具体的には、まず、数値設定部１２２が、式（５）に含まれる変数（ｐｃ、ｖｃ、θおよびω）の初期値および未知定数の値を設定する。例えば、数値設定部１２２は、式（５）に含まれる未知定数として、吊荷の慣性テンソルや、吊荷の高さ方向の重心位置や、風パラメータの値を設定する。また、前処理部１２１が吊荷重量を算出しない場合、数値設定部１２２は、吊荷重量も未知定数として、その値を設定する。また、前処理部１２１が水平方向における吊荷の重心位置を算出しない場合、数値設定部１２２は、水平方向における吊荷の重心位置も未知定数として、その値を設定する。
但し、式（５）に含まれる未知定数は上記のものに限らず、吊荷の重心位置を含んでいればよい。例えば、上記の未知定数のいずれかについて、何らかのセンサで値を測定できる場合、該当する定数を、得られた値の既知定数として扱うことができる。
なお、以下では、運動モデル（例えば式（５））に含まれる未知定数を纏めて、ベクトルｘと表記する。
なお、以下では、運動モデル（例えば式（５））に含まれる未知定数を纏めて、ベクトルｘと表記する。
次に、変数値演算部１２３は、数値設定部１２２が設定した変数の初期値および未知定数の値を式（５）の運動モデルに適用して、実測値のサンプリング時刻における、変数の値を求める。
なお、変数値演算部１２３が用いる運動方程式の解法は、ルンゲ・クッタ法に限らない。変数値演算部１２３は、例えばオイラー法など様々な解法を用いることができる。
また、変数値演算部１２３が用いる運動方程式は、１階の常微分方程式に限らない。例えば、２階常微分方程式に基づいてサンプリング周期毎の変数値を得るためのアルゴリズムを利用可能な場合、変数値演算部１２３が、２階常微分方程式の運動方程式を用いるようにしてもよい。
なお、変数値演算部１２３が用いる運動方程式の解法は、ルンゲ・クッタ法に限らない。変数値演算部１２３は、例えばオイラー法など様々な解法を用いることができる。
また、変数値演算部１２３が用いる運動方程式は、１階の常微分方程式に限らない。例えば、２階常微分方程式に基づいてサンプリング周期毎の変数値を得るためのアルゴリズムを利用可能な場合、変数値演算部１２３が、２階常微分方程式の運動方程式を用いるようにしてもよい。
評価部１２４は、変数値演算部１２３が取得した変数の値を評価する。
具体的には、実測値取得部１１０が取得する吊り状態実測値、または、吊り状態実測値から算出可能な値が、評価対象値として予め設定されている。そして、評価部１２４は、変数値演算部１２３が取得した変数の値から得られる評価対象値と、実測値取得部１１０が取得する吊り状態実測値から得られる評価対象値との差の大きさを評価する。なお、以下では、変数値演算部１２３が取得した変数の値から得られる評価対象値を「評価対象演算値」と称する。また、実測値取得部１１０が取得する吊り状態実測値から得られる評価対象値を「評価対象実測値」と称する。
具体的には、実測値取得部１１０が取得する吊り状態実測値、または、吊り状態実測値から算出可能な値が、評価対象値として予め設定されている。そして、評価部１２４は、変数値演算部１２３が取得した変数の値から得られる評価対象値と、実測値取得部１１０が取得する吊り状態実測値から得られる評価対象値との差の大きさを評価する。なお、以下では、変数値演算部１２３が取得した変数の値から得られる評価対象値を「評価対象演算値」と称する。また、実測値取得部１１０が取得する吊り状態実測値から得られる評価対象値を「評価対象実測値」と称する。
図４は、評価対象値の時刻変化の例を示す説明図である。同図において、グラフの横軸は時刻を示し、縦軸は評価対象値を示す。また、線Ｌ１１は、各時刻における評価対象演算値を示し、線Ｌ１２は、各時刻における評価対象実測値を示す。評価部１２４は、線Ｌ１１の示す評価対象実測値と線Ｌ１２の示す評価対象演算値との差Ｄ１１の各時刻における差の大きさ（いわば、線Ｌ１１と線Ｌ１２との間の領域の面積の大きさ）を評価する。
例えば、評価部１２４は、実測値のサンプリング時刻毎に、評価対象演算値と評価対象実測値との差の二乗を算出し、得られた値を時間方向に合計して誤差評価値とする。得られた誤差評価値が小さいほど、数値設定部１２２の設定した値が実際の値に近いと評価できる。従って、誤差評価値が小さいほど、数値設定部１２２が未知定数として設定した吊荷の重心位置が、実際の重心位置に近いと評価できる。
そこで、評価部１２４は、得られた誤差評価値に基づいて、変数の初期値や未知定数の値を再設定して変数値の演算を再実行するか、当該処理を打ち切って吊荷の重心位置の算出結果を出力するかを判定する。例えば、得られた誤差評価値が所定の評価基準閾値より大きい場合、評価部１２４は、変数の初期値や未知定数の値を再設定して変数値の演算を再実行することに決定する。一方、得られた誤差評価値が所定の評価基準閾値以下である場合、評価部１２４は、当該処理を打ち切り、数値設定部１２２が設定した最新の吊荷の重心位置を、吊荷の重心位置の算出結果として出力することに決定する。
このように、評価部１２４は、変数値演算部１２３が取得した変数の値の評価結果が所定の条件を満たす場合に、設定されている吊荷の重心位置を重心位置算出部１２０の算出結果とする。
このように、評価部１２４は、変数値演算部１２３が取得した変数の値の評価結果が所定の条件を満たす場合に、設定されている吊荷の重心位置を重心位置算出部１２０の算出結果とする。
ただし、評価部１２４が、変数値演算部１２３の取得した変数の値を評価する方法は、上述した方法に限らない。例えば、評価対象演算値と評価対象実測値の差の二乗に代えて、両者の差の絶対値を算出するなど、評価対象演算値と評価対象実測値との差が小さい場合に高評価とする様々な評価方法を用いることができる。
また、評価部１２４は、評価対象値についても様々な値を用いることができる。
また、評価部１２４は、評価対象値についても様々な値を用いることができる。
例えば、実測値取得部１１０が、吊り状態実測値に、吊荷を吊るす力の実測値を含んで取得し、評価部１２４が、吊荷を吊るす力を評価対象値として誤差評価値を算出するようにしてもよい。すなわち、評価部１２４が、変数値演算部１２３の取得した変数の値から得られる吊荷を吊るす力の計算値と、実測値取得部１１０が取得した吊荷を吊るす力の実測値とに基づいて、変数値演算部１２３が取得した変数の値を評価するようにしてもよい。
ここで、上述したように、吊荷を吊るす力として、吊荷吊点位置においてロープが吊荷に作用させる力を用いてもよいし、上部吊点位置においてロープ支持物がロープに作用させる力を用いてもよい。例えば、評価部１２４は、式（６）に基づいて誤差評価値Ｊを算出する。
但し、ｆｉ（ｊ）は、時刻ｊ（数値設定部１２２の初期値設定に相当する実測値サンプリング時刻から数えてｊ番目の実測値サンプリング時刻）において、ｉ番目のロープが吊荷に与える力の演算値を示す。また、ｆｉｍ（ｊ）は、時刻ｊにおいて、ｉ番目のロープが吊荷に与える力の実測値（張力計の測定値）を示す。
特に、吊荷吊点位置または上部吊点位置に張力計が既に設置されている場合、吊荷を吊るす力を評価対象値とすることで、新たなセンサを設置する必要がない。この点において、センサを増設するコストを抑制できる。
特に、吊荷吊点位置または上部吊点位置に張力計が既に設置されている場合、吊荷を吊るす力を評価対象値とすることで、新たなセンサを設置する必要がない。この点において、センサを増設するコストを抑制できる。
あるいは、実測値取得部１１０が、吊り状態実測値に吊荷の姿勢の実測値を含んで取得し、評価部１２４が、吊荷の傾きを評価対象値として誤差評価値を算出するようにしてもよい。例えば、評価部１２４は、式（７）に基づいて誤差評価値Ｊを算出する。
但し、θ（ｊ）は時刻ｊにおける吊荷の姿勢の演算値を示す。また、θｍ（ｊ）は時刻ｊにおける吊荷の姿勢の実測値（例えば、吊荷に設けられた傾斜計の測定値）を示す。
吊荷の傾きは風の影響を受けにくいため、吊荷の傾きを評価対象値とすることで、重心位置検出装置１００は、風の強い状況下でも吊荷の重心位置を高精度にて検出することができる。
吊荷の傾きは風の影響を受けにくいため、吊荷の傾きを評価対象値とすることで、重心位置検出装置１００は、風の強い状況下でも吊荷の重心位置を高精度にて検出することができる。
あるいは、実測値取得部１１０が吊り状態実測値に、吊荷の位置の実測値を含んで取得し、評価部１２４が、吊荷の位置を評価対象値として誤差評価値を算出するようにしてもよい。例えば、評価部１２４は、式（８）に基づいて誤差評価値Ｊを算出する。
但し、ｐ ｃ（ｊ）は時刻ｊにおける吊荷の位置の演算値を示す。また、ｐ ｃｍ（ｊ）は時刻ｊにおける吊荷の位置の実測値を示す。
この方法では、誤差評価する変数の数が多いため、重心位置検出装置１００は、吊荷の重心位置を高精度にて検出することができる。
あるいは、評価部１２４が、上記の３つの方法で得られる誤差評価値の重み付け平均をとるなど、複数の方法で得られる誤差評価値の重み付け平均または重み付け合計を算出して評価を行うようにしてもよい。
この方法では、誤差評価する変数の数が多いため、重心位置検出装置１００は、吊荷の重心位置を高精度にて検出することができる。
あるいは、評価部１２４が、上記の３つの方法で得られる誤差評価値の重み付け平均をとるなど、複数の方法で得られる誤差評価値の重み付け平均または重み付け合計を算出して評価を行うようにしてもよい。
評価部１２４が、変数の初期値や未知定数の値を再設定して変数値の演算を再実行することに決定した場合、まず、数値設定部１２２が、変数の初期値や未知定数の値の再設定を行う。このように、数値設定部１２２は、評価部１２４の評価結果が所定の条件を満たさない場合に、吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を再設定する。
その際、数値設定部１２２は、誤差評価値がより小さくなるように、変数の初期値および未知定数の値の再設定を行う。
その際、数値設定部１２２は、誤差評価値がより小さくなるように、変数の初期値および未知定数の値の再設定を行う。
ここで、数値設定部１２２が設定する変数の初期値や未知定数の値が変化すると、通常、評価部１２４の算出する誤差評価値Jが変化する。すなわち、誤差評価値Jは、数値設定部１２２が設定する変数の初期値および未知変数の値の関数となっている。そこで、数値設定部１２２は、最適化手法を用いて、誤差評価値Ｊがより小さくなるように、再設定する変数の初期値および未知定数の値を決定する。数値設定部１２２は、最適化手法として、例えば、滑落シンプレックス法、準ニュートン法、逐次２次計画法、遺伝的アルゴリズム（Generic Algorithm；ＧＡ）、または焼きなまし法（Simulated Annealing；ＳＡ）など、様々な方法を用いることができる。
表示部１３０は、例えば液晶パネルまたは有機ＥＬ（Organic Electroluminescence）パネルなどの表示画面を有し、重心位置算出部１２０が算出した吊荷の重心位置を表示する。併せて、表示部１３０が吊荷重量を表示するようにしてもよい。
ただし、重心位置検出装置１００が吊荷の重心位置を出力する方法は、吊荷の重心位置を視覚的に表示する方法に限らず、様々な方法を用いることができる。例えば、重心位置検出装置１００が、スピーカを具備し、吊荷の重心位置の視覚的表示に代えて、あるいは当該視覚的表示に加えて、吊荷の重心位置を音声にて出力するようにしてもよい。あるいは、重心位置検出装置１００が、吊荷の重心位置を示すデータを、サーバ装置または表示装置など他機器に出力するようにしてもよい。
ただし、重心位置検出装置１００が吊荷の重心位置を出力する方法は、吊荷の重心位置を視覚的に表示する方法に限らず、様々な方法を用いることができる。例えば、重心位置検出装置１００が、スピーカを具備し、吊荷の重心位置の視覚的表示に代えて、あるいは当該視覚的表示に加えて、吊荷の重心位置を音声にて出力するようにしてもよい。あるいは、重心位置検出装置１００が、吊荷の重心位置を示すデータを、サーバ装置または表示装置など他機器に出力するようにしてもよい。
次に、図５を参照して重心位置検出装置１００の動作について説明する。
図５は、重心位置検出装置１００が吊荷の重心位置を検出する処理の手順を示すフローチャートである。重心位置検出装置１００は、例えば、吊荷の重心位置検出を指示するユーザ操作に応じて同図の処理を開始する。あるいは、吊荷が地切りすると重心位置検出装置１００が同図の処理を開始するなど、重心位置検出装置１００が自動的に処理を開始するようにしてもよい。
図５は、重心位置検出装置１００が吊荷の重心位置を検出する処理の手順を示すフローチャートである。重心位置検出装置１００は、例えば、吊荷の重心位置検出を指示するユーザ操作に応じて同図の処理を開始する。あるいは、吊荷が地切りすると重心位置検出装置１００が同図の処理を開始するなど、重心位置検出装置１００が自動的に処理を開始するようにしてもよい。
図５の処理において、まず、実測値取得部１１０が、所定時間分の吊り状態実測値を取得する（ステップＳ１０１）。例えば、吊荷が地切りしてから１０秒間について、実測値取得部１１０は、１０ミリ秒（ｍｓ）のサンプリング周期で、上部吊点位置における各ロープの張力と、吊荷の位置と、吊荷の姿勢（横行方向における吊荷の傾き、走行方向における吊荷の傾き、および、垂直軸回りの回転角度）とを取得する。
次に、前処理部１２１は、吊荷重量を検出する（ステップＳ１０２）。例えば、前処理部１２１は、地切り直後における、各ロープの吊荷を吊るす力の合計値に基づいて、吊荷重量を算出する。あるいは、前処理部１２１が、巻上モータの電圧値や電流値から吊荷重量を算出するなど、他の方法で吊荷重量を検出するようにしてもよい。
また、前処理部１２１は、水平方向における吊荷の重心位置を算出する（ステップＳ１０３）。例えば、前処理部１２１は、地切り直後における、各ロープの吊荷を吊るす力のバランスに基づいて、水平方向における吊荷の重心位置を算出する。
また、前処理部１２１は、水平方向における吊荷の重心位置を算出する（ステップＳ１０３）。例えば、前処理部１２１は、地切り直後における、各ロープの吊荷を吊るす力のバランスに基づいて、水平方向における吊荷の重心位置を算出する。
次に、数値設定部１２２は、吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値や各種係数（未知係数を含む）の値を設定する（ステップＳ１０４）。例えば、数値設定部１２２は、ステップＳ１０２において前処理部１２１が検出した吊荷荷重を設定する。また、数値設定部１２２は、吊荷慣性テンソルとして、所定の標準値を設定する。また、数値設定部１２２は、吊荷の重心位置として、水平方向については、ステップＳ１０３で前処理部１２１が検出した重心位置を設定し、垂直方向については、所定の標準重心位置を設定する。また、数値設定部１２２は、地切り時のロープ長に基づいて地切り時の吊荷位置を設定し、吊荷の角度や速度や角速度については０に設定する。また、数値設定部１２２は、風パラメータについては無風状態に設定する。
次に、変数値演算部１２３は、数値設定部１２２が設定した値に基づいて、吊荷の運動モデルをルンゲ・クッタ法などの解法を用いて解き、実測値サンプリング時刻（ステップＳ１０１で実測値取得部１１０が取得した吊り状態実測値のサンプリング時刻）の各々について、吊荷の位置や姿勢を算出する（ステップＳ１０５）。
次に、評価部１２４は、変数値演算部１２３が算出した変数値の評価を行い（ステップＳ１０６）、評価結果に基づいて、変数値算出の打ち切り条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１０７）。例えば、評価部１２４は、上述したように誤差評価値を算出し、誤差評価値が評価基準閾値以下である場合に、打ち切り条件が成立したと判定する。
打ち切り条件が成立していないと判定した場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）、上述したように、数値設定部１２２が、運動モデルに含まれる変数値や未知係数の値の再設定を行う（ステップＳ１１１）。その後、ステップＳ１０５へ戻る。
一方、打ち切り条件が成立したと判定した場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、表示部１３０が、重心位置算出部１２０の算出した吊荷の重心位置を表示する（ステップＳ１２１）。その後、同図の処理を終了する。
一方、打ち切り条件が成立したと判定した場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、表示部１３０が、重心位置算出部１２０の算出した吊荷の重心位置を表示する（ステップＳ１２１）。その後、同図の処理を終了する。
以上のように、実測値取得部１１０は、吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも前記吊荷が加速または減速または回転している時刻を含む時系列のデータにて取得する。また、重心位置算出部１２０は、吊荷の状態モデルとして前記吊荷の運動モデルを用いる。
これにより、重心位置検出装置１００は、吊荷が静定状態となっていなくても吊荷の重心位置を検出することができる。従って、例えば吊荷が揺れている場合にトロリを静止させて吊荷が静定状態となるのを待つなど、吊荷の重心位置を検出するために荷役作業を中断する必要がない。この点において、重心位置検出装置１００は、荷役効率を低下させずに吊荷の重心位置を検出することができる。
特に、重心位置検出装置１００は、荷役効率を低下させずに吊荷の高さ方向の重心位置を検出することができる。
これにより、重心位置検出装置１００は、吊荷が静定状態となっていなくても吊荷の重心位置を検出することができる。従って、例えば吊荷が揺れている場合にトロリを静止させて吊荷が静定状態となるのを待つなど、吊荷の重心位置を検出するために荷役作業を中断する必要がない。この点において、重心位置検出装置１００は、荷役効率を低下させずに吊荷の重心位置を検出することができる。
特に、重心位置検出装置１００は、荷役効率を低下させずに吊荷の高さ方向の重心位置を検出することができる。
また、数値設定部１２２は、吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を設定する。そして、変数値演算部１２３は、数値設定部１２２が設定した値を運動モデルに適用して、前記実測値取得部が取得した前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値の測定時刻における、変数の値を求める。さらに、評価部１２４は、変数値演算部１２３が取得した変数の値を評価し、数値設定部１２２は、評価部１２４の評価結果が所定の条件を満たさない場合に、吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を再設定する。
このように、評価部１２４が変数値の演算の打ち切りを決定するまで、数値設定部１２２が変数の初期値や未知定数の値を再設定し、変数値演算部１２３が変数値を求めることで、重心位置検出装置１００は、吊荷の重心位置を高精度にて検出することができる。
このように、評価部１２４が変数値の演算の打ち切りを決定するまで、数値設定部１２２が変数の初期値や未知定数の値を再設定し、変数値演算部１２３が変数値を求めることで、重心位置検出装置１００は、吊荷の重心位置を高精度にて検出することができる。
また、実測値取得部１１０が取得した吊り状態実測値のサンプリング期間全体を対象として、評価部１２４が、誤差評価値を生成する。これにより、吊り状態実測値の一部にセンサノイズ等のノイズが含まれている場合でも、当該ノイズの影響を低減させることができ、重心位置検出装置１００は、吊荷の重心位置を高精度にて検出することができる。
また、実測値取得部１１０は、吊り状態実測値に、吊荷を吊るす力の実測値を含んで取得し、
評価部は、吊荷を吊るす力を評価対象値として、変数値演算部１２３が取得した変数の値を評価する。
これのより、吊荷吊点位置または上部吊点位置に張力計が既に設置されている場合、吊荷を吊るす力を評価対象値とすることで、新たなセンサを設置する必要がない。この点において、センサを増設するコストを抑制できる。
評価部は、吊荷を吊るす力を評価対象値として、変数値演算部１２３が取得した変数の値を評価する。
これのより、吊荷吊点位置または上部吊点位置に張力計が既に設置されている場合、吊荷を吊るす力を評価対象値とすることで、新たなセンサを設置する必要がない。この点において、センサを増設するコストを抑制できる。
なお、コンテナなど吊荷本体の重量に対してスプレッダなど吊具の重量を無視できない場合、例えば重心位置算出部１２０が、吊荷本体の重心位置や重量を算出するようにしてもよい。
図６は、吊荷本体の重心位置および吊具の重心位置の例を示す説明図である。同図において、吊荷本体の例としてコンテナＣ１１が示され、吊具の例としてスプレッダ９３０が示されている。また、ｐｇは吊荷８００（吊荷全体）の重心位置を示し、ｐｓｇはスプレッダ９３０の重心位置を示す。また、ｐｃｇはコンテナＣ１１の重心位置を示す。
ここで、スプレッダ９３０の重量をｍｓで示し、コンテナＣ１１の重量をｍｃで示すと、吊荷８００の重量ｍは式（９）のように示される。
図６は、吊荷本体の重心位置および吊具の重心位置の例を示す説明図である。同図において、吊荷本体の例としてコンテナＣ１１が示され、吊具の例としてスプレッダ９３０が示されている。また、ｐｇは吊荷８００（吊荷全体）の重心位置を示し、ｐｓｇはスプレッダ９３０の重心位置を示す。また、ｐｃｇはコンテナＣ１１の重心位置を示す。
ここで、スプレッダ９３０の重量をｍｓで示し、コンテナＣ１１の重量をｍｃで示すと、吊荷８００の重量ｍは式（９）のように示される。
式（９）を変形すると、式（１０）のようになる。
そこで、重心位置算出部１２０は、式（１０）を用いてコンテナＣ１１の重量を算出する。
また、基準点回りのモーメントについて、式（１１）が成り立つ。
また、基準点回りのモーメントについて、式（１１）が成り立つ。
式（１１）を変形すると、式（１２）のようになる。
そこで、重心位置算出部１２０は、式（１２）を用いてコンテナＣ１１の重心位置を算出する。
但し、吊荷本体の重量や重心位置の算出は必須ではない。例えば、吊荷本体の重量に対して吊具の重量を無視し得る場合や、吊荷本体と吊具とが不可分に一体化されているなど、吊荷本体と吊具とか一体の状態のまま吊荷が搬送される場合は、重心位置算出部１２０は、吊荷本体の重量や重心位置の算出を行わない。
なお、重心位置算出部１２０が、２次元空間における吊荷の運動モデルを用いるようにしてもよい。
図７は、２次元空間における座標設定の例を示す説明図である。同図では、トロリの走行方向にｘ座標が設定され、垂直方向にｙ座標が設定されている。一方、トロリの横行方向の座標は設定されていない。例えば、トロリの横行量が少ない場合など、横行方向の運動の影響が小さい場合、重心位置算出部１２０が、図７に示す２次元空間における吊荷の運動モデルを用いて吊荷の重心位置（特に、吊荷の高さ方向の重心位置）を求めるようにしてもよい。
これにより、吊荷の運動モデルに含まれる変数の個数を減らすことができ、変数値演算部１２３は、より簡単に変数の値を算出することができる。
図７は、２次元空間における座標設定の例を示す説明図である。同図では、トロリの走行方向にｘ座標が設定され、垂直方向にｙ座標が設定されている。一方、トロリの横行方向の座標は設定されていない。例えば、トロリの横行量が少ない場合など、横行方向の運動の影響が小さい場合、重心位置算出部１２０が、図７に示す２次元空間における吊荷の運動モデルを用いて吊荷の重心位置（特に、吊荷の高さ方向の重心位置）を求めるようにしてもよい。
これにより、吊荷の運動モデルに含まれる変数の個数を減らすことができ、変数値演算部１２３は、より簡単に変数の値を算出することができる。
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態では、第１の実施形態で説明した重心位置検出装置１０を更に具体化したもう一つの例について説明する。
本実施形態における重心位置検出装置の機能構成は、図１に示す構成と同様であり、以下、図１を参照して説明する。但し、本実施形態において、実測値取得部１１は、吊り状態実測値を、吊荷の静定状態において取得する。
特に、実測値取得部１１は、吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値に、吊荷の回転量（回転角度）の実測値と、吊荷の位置の実測値とを含んで取得する。
第３の実施形態では、第１の実施形態で説明した重心位置検出装置１０を更に具体化したもう一つの例について説明する。
本実施形態における重心位置検出装置の機能構成は、図１に示す構成と同様であり、以下、図１を参照して説明する。但し、本実施形態において、実測値取得部１１は、吊り状態実測値を、吊荷の静定状態において取得する。
特に、実測値取得部１１は、吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値に、吊荷の回転量（回転角度）の実測値と、吊荷の位置の実測値とを含んで取得する。
また、重心位置算出部１２は、吊荷の状態モデルとして吊荷の静的モデルを用いる。
ここでいう吊荷の静的モデルとは、静定状態にある吊荷を力学的に模擬するモデルであり、吊荷の状態モデルの一例に該当する。また、吊荷の静的モデルは、吊荷の速度を示す変数や吊荷の加速度を示す変数や吊荷の角速度を示す変数や吊荷の角加速度を示す変数のいずれも含まない。
特に、重心位置算出部１２は、吊荷の回転量と、吊荷における、ロープに吊るされている箇所の位置と、ロープがロープ支持物に支持されている箇所の位置と、吊荷の重心位置とを示す変数を含む吊荷の状態モデルと、実測値取得部１１が取得した実測値とに基づいて、吊荷の重心位置を算出する。
ここでいう吊荷の静的モデルとは、静定状態にある吊荷を力学的に模擬するモデルであり、吊荷の状態モデルの一例に該当する。また、吊荷の静的モデルは、吊荷の速度を示す変数や吊荷の加速度を示す変数や吊荷の角速度を示す変数や吊荷の角加速度を示す変数のいずれも含まない。
特に、重心位置算出部１２は、吊荷の回転量と、吊荷における、ロープに吊るされている箇所の位置と、ロープがロープ支持物に支持されている箇所の位置と、吊荷の重心位置とを示す変数を含む吊荷の状態モデルと、実測値取得部１１が取得した実測値とに基づいて、吊荷の重心位置を算出する。
ここで、図８は、重心位置算出部１２が用いる吊荷の静的モデルにおいて設定される点の例を示す説明図である。
同図において、吊荷８００とロープ９２０とが示されている。
また、点ＦＲ１、ＦＬ１、ＡＲ１およびＡＬ１は上部吊点位置を示す。上部吊点位置の中心位置を原点として、トロリの走行方向にｘ座標を設定し、横行方向にｙ座標を設定し、垂直方向にｚ座標を設定する。但し、座標系の取り方はこれに限らず、様々な座標系を採用し得る。
同図において、吊荷８００とロープ９２０とが示されている。
また、点ＦＲ１、ＦＬ１、ＡＲ１およびＡＬ１は上部吊点位置を示す。上部吊点位置の中心位置を原点として、トロリの走行方向にｘ座標を設定し、横行方向にｙ座標を設定し、垂直方向にｚ座標を設定する。但し、座標系の取り方はこれに限らず、様々な座標系を採用し得る。
上部吊点位置は、例えばエンコーダでシーブ変位を検出することで、検出可能である。あるいは、機械式振止のシーブ開閉操作がない場合は、上部吊点位置は固定値となる。
なお、以下では、上部吊点位置の座標を、ＦＲ１（ｘ１ＦＲ，ｙ１ＦＲ，ｚ１ＦＲ）、ＦＬ１（ｘ１ＦＬ，ｙ１ＦＬ，ｚ１ＦＬ）、ＡＲ１（ｘ１ＡＲ，ｙ１ＡＲ，ｚ１ＡＲ）およびＡＬ１（ｘ１ＡＬ，ｙ１ＡＬ，ｚ１ＡＬ）と表記する。
なお、以下では、上部吊点位置の座標を、ＦＲ１（ｘ１ＦＲ，ｙ１ＦＲ，ｚ１ＦＲ）、ＦＬ１（ｘ１ＦＬ，ｙ１ＦＬ，ｚ１ＦＬ）、ＡＲ１（ｘ１ＡＲ，ｙ１ＡＲ，ｚ１ＡＲ）およびＡＬ１（ｘ１ＡＬ，ｙ１ＡＬ，ｚ１ＡＬ）と表記する。
また、点ＦＲ２、ＦＬ２、ＡＲ２およびＡＬ２は吊荷吊点位置の初期位置を示す。ここで、吊荷吊点位置の初期位置として、上部吊点位置の真下にある場合の位置を用いる。吊荷吊点位置の初期位置は、ロープ長から幾何学的に求めることができる。
なお、以下では、吊荷吊点位置の初期位置の座標を、ＦＲ２（ｘ２ＦＲ，ｙ２ＦＲ，ｚ２ＦＲ）、ＦＬ２（ｘ２ＦＬ，ｙ２ＦＬ，ｚ２ＦＬ）、ＡＲ２（ｘ２ＡＲ，ｙ２ＡＲ，ｚ２ＡＲ）およびＡＬ２（ｘ２ＡＬ，ｙ２ＡＬ，ｚ２ＡＬ）と表記する。
なお、以下では、吊荷吊点位置の初期位置の座標を、ＦＲ２（ｘ２ＦＲ，ｙ２ＦＲ，ｚ２ＦＲ）、ＦＬ２（ｘ２ＦＬ，ｙ２ＦＬ，ｚ２ＦＬ）、ＡＲ２（ｘ２ＡＲ，ｙ２ＡＲ，ｚ２ＡＲ）およびＡＬ２（ｘ２ＡＬ，ｙ２ＡＬ，ｚ２ＡＬ）と表記する。
また、吊荷が初期位置から移動した場合（吊荷吊点位置が初期位置から移動した場合）を考え、ＦＲ２、ＦＬ２、ＡＲ２、ＡＬ２の移動後の吊荷吊点位置を、それぞれＦＲ５、ＦＬ５、ＡＲ５、ＡＬ５とする。以下では、移動後の吊荷吊点位置の座標を、ＦＲ５（ｘ５ＦＲ，ｙ５ＦＲ，ｚ５ＦＲ）、ＦＬ５（ｘ５ＦＬ，ｙ５ＦＬ，ｚ５ＦＬ）、ＡＲ５（ｘ５ＡＲ，ｙ５ＡＲ，ｚ５ＡＲ）およびＡＬ５（ｘ５ＡＬ，ｙ５ＡＬ，ｚ５ＡＬ）と表記する。
また、点Ｏ’は、移動後の吊荷吊点の中心位置を示す。また、点Ｇは、移動後の吊荷の重心位置を示す。なお、第２の実施形態の場合と異なり、第３の実施形態では、「’」は変数名の一部であり、時間微分を示すものではない。
また、点Ｏ’は、移動後の吊荷吊点の中心位置を示す。また、点Ｇは、移動後の吊荷の重心位置を示す。なお、第２の実施形態の場合と異なり、第３の実施形態では、「’」は変数名の一部であり、時間微分を示すものではない。
ここで、吊荷の移動について、平行移動と重心回り（Ｇ回り）の回転とに分けて考える。
以下では、重心回りの回転量のｘ成分（リスト）をｘｓと表記し、ｙ成分（トリム）をｙｓと表記し、ｚ成分（スキュー）をｚｓと表記する。リストｘｓやトリムｙｓは、例えばスプレッダ上にｘ座標方向、ｙ座標方向のそれぞれに傾斜計を設置して検出し得る。また、スキューｚｓは、例えばジャイロや振れセンサで検出し得る。
以下では、重心回りの回転量のｘ成分（リスト）をｘｓと表記し、ｙ成分（トリム）をｙｓと表記し、ｚ成分（スキュー）をｚｓと表記する。リストｘｓやトリムｙｓは、例えばスプレッダ上にｘ座標方向、ｙ座標方向のそれぞれに傾斜計を設置して検出し得る。また、スキューｚｓは、例えばジャイロや振れセンサで検出し得る。
一方、平行移動後の吊荷吊点位置は未知である。すなわち、吊荷の移動は、平行移動と回転とが混ざった形では測定可能だが、そのうち平行移動成分のみを測定することは困難である。以下では、ＦＲ２から平行移動後の吊荷吊点位置の座標を、ＦＲ３（ｘ３ＦＲ，ｙ３ＦＲ，ｚ３ＦＲ）と表記する。同様に、ＦＬ２から平行移動後の吊荷吊点位置の座標を、ＦＬ３（ｘ３ＦＬ，ｙ３ＦＬ，ｚ３ＦＬ）と表記する。また、ＡＲ２から平行移動後の吊荷吊点位置の座標を、ＡＲ３（ｘ３ＡＲ，ｙ３ＡＲ，ｚ３ＡＲ）と表記する。また、ＡＬ２から平行移動後の吊荷吊点位置の座標を、ＡＬ３（ｘ３ＡＬ，ｙ３ＡＬ，ｚ３ＡＬ）と表記する。
また、吊荷吊点の中心位置に対する吊荷の重心位置の偏心量は未知である。以下では、吊荷吊点の中心位置に対する吊荷の重心位置の偏心量のｘ座標成分をｄｘ、ｙ座標成分をｄｙ、ｚ座標成分をｄｚと表記する。
また、吊荷吊点の中心位置に対する吊荷の重心位置の偏心量は未知である。以下では、吊荷吊点の中心位置に対する吊荷の重心位置の偏心量のｘ座標成分をｄｘ、ｙ座標成分をｄｙ、ｚ座標成分をｄｚと表記する。
ここで、吊荷吊点中心位置の初期位置（ｘｈ０，ｙｈ０，ｚｈ０）は、吊荷吊点位置の初期位置を用いて式（１３）のように示される。
また、吊荷の平行移動分は、平行移動後の吊荷吊点中心位置と吊荷吊点中心位置の初期位置との差分として示され、これを吊荷吊点位置の初期位置に加えたものが、平行移動後の吊荷吊点位置となる。従って、吊荷吊点位置の初期位置ＦＲ２から平行移動した吊荷吊点位置ＦＲ３（ｘ３ＦＲ，ｙ３ＦＲ，ｚ３ＦＲ）は、式（１４）のように示される。
吊荷吊点位置の初期位置ＦＬ２、ＡＲ２、ＡＬ２から平行移動した吊荷吊点位置ＦＬ３（ｘ３ＦＬ，ｙ３ＦＬ，ｚ３ＦＬ）、ＡＲ３（ｘ３ＡＲ，ｙ３ＡＲ，ｚ３ＡＲ）、ＡＬ３（ｘ３ＡＬ，ｙ３ＡＬ，ｚ３ＡＬ）についても同様である。
また、平行移動後の吊荷重心位置（ｘｇ，ｙｇ，ｚｇ）は、式（１５）のように示される。
また、平行移動後の吊荷重心位置（ｘｇ，ｙｇ，ｚｇ）は、式（１５）のように示される。
但し、（ｘｈ１，ｙｈ１，ｚｈ１）は、移動後の吊荷吊点中心位置Ｏ’の座標を示す。
また、平行移動後の吊荷吊点位置の座標から平行移動後の吊荷重心位置の座標を減算することで、平行移動後の吊荷吊点位置の座標を、平行移動後の吊荷重心位置を原点とする座標系における座標に変換することができる。従って、平行移動後の吊荷吊点位置ＦＲ３の座標系を変換した座標ＦＲ４（ｘ４ＦＲ，ｙ４ＦＲ，ｚ４ＦＲ）は、式（１６）のように示される。
また、平行移動後の吊荷吊点位置の座標から平行移動後の吊荷重心位置の座標を減算することで、平行移動後の吊荷吊点位置の座標を、平行移動後の吊荷重心位置を原点とする座標系における座標に変換することができる。従って、平行移動後の吊荷吊点位置ＦＲ３の座標系を変換した座標ＦＲ４（ｘ４ＦＲ，ｙ４ＦＲ，ｚ４ＦＲ）は、式（１６）のように示される。
平行移動後の吊荷吊点位置ＦＬ３の座標系を変換した座標ＦＬ４（ｘ４ＦＬ，ｙ４ＦＬ，ｚ４ＦＬ）、平行移動後の吊荷吊点位置ＡＲ３の座標系を変換した座標ＡＲ４（ｘ４ＡＲ，ｙ４ＡＲ，ｚ４ＡＲ）、平行移動後の吊荷吊点位置ＡＬ３の座標系を変換した座標ＡＬ４（ｘ４ＡＬ，ｙ４ＡＬ，ｚ４ＡＬ）についても同様である。
また、移動後の吊荷吊点位置ＦＲ５（ｘ５ＦＲ，ｙ５ＦＲ，ｚ５ＦＲ）は、座標ＦＲ４（ｘ４ＦＲ，ｙ４ＦＲ，ｚ４ＦＲ）と、重心回りの回転量ｘｓ、ｙｓ、ｚｓと、平行移動後の吊荷重心位置（ｘｇ，ｙｇ，ｚｇ）との関数として、式（１７）のように示される。
但し、ｆｘｆｒ１、ｆｙｆｒ１、ｆｚｆｒ１は、いずれも関数を示す。
移動後の吊荷吊点位置ＦＬ５（ｘ５ＦＬ，ｙ５ＦＬ，ｚ５ＦＬ）、ＡＲ５（ｘ５ＡＲ，ｙ５ＡＲ，ｚ５ＡＲ）、ＡＬ５（ｘ５ＡＬ，ｙ５ＡＬ，ｚ５ＡＬ）についても同様である。
また、移動後の吊荷吊点中心位置Ｏ’（ｘｈ５，ｙｈ５，ｚｈ５）は、移動後の吊荷吊点位置に基づいて式（１８）のように示される。
移動後の吊荷吊点位置ＦＬ５（ｘ５ＦＬ，ｙ５ＦＬ，ｚ５ＦＬ）、ＡＲ５（ｘ５ＡＲ，ｙ５ＡＲ，ｚ５ＡＲ）、ＡＬ５（ｘ５ＡＬ，ｙ５ＡＬ，ｚ５ＡＬ）についても同様である。
また、移動後の吊荷吊点中心位置Ｏ’（ｘｈ５，ｙｈ５，ｚｈ５）は、移動後の吊荷吊点位置に基づいて式（１８）のように示される。
また、上部吊点位置ＦＲ１と吊荷吊点位置ＦＲ５とを結ぶロープのロープ長ｒｏｐｅ＿ＦＲは、式（１９）のように示される。
上部吊点位置ＦＬ１と吊荷吊点位置ＦＬ５とを結ぶロープのロープ長ｒｏｐｅ＿ＦＬ、上部吊点位置ＡＲ１と吊荷吊点位置ＡＲ５とを結ぶロープのロープ長ｒｏｐｅ＿ＡＲ、上部吊点位置ＡＬ１と吊荷吊点位置ＡＬ５とを結ぶロープのロープ長ｒｏｐｅ＿ＡＬについても同様である。
また、上部吊点位置ＦＲ１と吊荷吊点位置ＦＲ５とを結ぶロープの張力ｔｅｎｓ＿ＦＲは式（２０）のように示される。
また、上部吊点位置ＦＲ１と吊荷吊点位置ＦＲ５とを結ぶロープの張力ｔｅｎｓ＿ＦＲは式（２０）のように示される。
但し、ｒｏｐｅ＿ｌはロープの自然長を示す。また、ｒｏｐｅ＿ｙはロープのヤング率を示す。また、ｒｏｐｅ＿ａはロープの断面積を示す。また、「・」はスカラ積を示す。
上部吊点位置ＦＬ１と吊荷吊点位置ＦＬ５とを結ぶロープの張力ｔｅｎｓ＿ＦＬ、上部吊点位置ＡＲ１と吊荷吊点位置ＡＲ５とを結ぶロープの張力ｔｅｎｓ＿ＡＲ、上部吊点位置ＡＬ１と吊荷吊点位置ＡＬ５とを結ぶロープの張力ｔｅｎｓ＿ＡＬについても同様である。
上部吊点位置ＦＬ１と吊荷吊点位置ＦＬ５とを結ぶロープの張力ｔｅｎｓ＿ＦＬ、上部吊点位置ＡＲ１と吊荷吊点位置ＡＲ５とを結ぶロープの張力ｔｅｎｓ＿ＡＲ、上部吊点位置ＡＬ１と吊荷吊点位置ＡＬ５とを結ぶロープの張力ｔｅｎｓ＿ＡＬについても同様である。
ここで、式（１３）〜（１７）等に示される関係に基づいて、式（１８）を、吊荷吊点位置の初期位置ＦＲ２、ＦＬ２、ＡＲ２、ＡＬ２の各座標と、移動後の吊荷吊点中心位置の座標ｘｈ１、ｙｈ１およびｚｈ１と、吊荷重心位置の偏心量ｄｘ、ｄｙおよびｄｚと、吊荷の回転量ｘｓ、ｙｓおよびｚｓとの方程式３つに変形できる。吊荷吊点位置の初期位置ＦＲ２、ＦＬ２、ＡＲ２、ＡＬ２の各座標と、吊荷の回転量ｘｓ、ｙｓおよびｚｓとは検出可能でなので、移動後の吊荷吊点中心位置の座標ｘｈ１、ｙｈ１およびｚｈ１と、吊荷重心位置の偏心量ｄｘ、ｄｙおよびｄｚとの６つの未知の値に対して３つの方程式を得られる。
また、式（２０）に対し、式（１９）を用いてｒｏｐｅ＿ＦＲを消去し、さらに、式（１３）〜（１７）等に示される関係に基づいて、ロープ張力ｔｅｎｓ＿ＦＲと、ロープの自然長ｒｏｐｅ＿ｌと、ヤング率ｒｏｐｅ＿ｙと、ロープの断面積ｒｏｐｅ＿ａと、上部吊点位置ＦＲ１の座標と、吊荷吊点位置の初期位置ＦＲ２、ＦＬ２、ＡＲ２、ＡＬ２の各座標と、移動後の吊荷吊点中心位置の座標ｘｈ１、ｙｈ１およびｚｈ１と、吊荷重心位置の偏心量ｄｘ、ｄｙおよびｄｚと、吊荷の回転量ｘｓ、ｙｓおよびｚｓとの方程式に変形できる。
ロープの自然長ｒｏｐｅ＿ｌと、ヤング率ｒｏｐｅ＿ｙと、ロープの断面積ｒｏｐｅ＿ａと、上部吊点位置ＦＲ１の座標と、吊荷吊点位置の初期位置ＦＲ２、ＦＬ２、ＡＲ２、ＡＬ２の各座標と、吊荷の回転量ｘｓ、ｙｓおよびｚｓとは検出可能でなので、移動後の吊荷吊点中心位置の座標ｘｈ１、ｙｈ１およびｚｈ１と、吊荷重心位置の偏心量ｄｘ、ｄｙおよびｄｚとの６つの未知の値に対して３つの方程式を得られる。
他のロープについても同様に方程式を得ることができ、従って、４本のロープから４つの方程式を得られる。
ロープの自然長ｒｏｐｅ＿ｌと、ヤング率ｒｏｐｅ＿ｙと、ロープの断面積ｒｏｐｅ＿ａと、上部吊点位置ＦＲ１の座標と、吊荷吊点位置の初期位置ＦＲ２、ＦＬ２、ＡＲ２、ＡＬ２の各座標と、吊荷の回転量ｘｓ、ｙｓおよびｚｓとは検出可能でなので、移動後の吊荷吊点中心位置の座標ｘｈ１、ｙｈ１およびｚｈ１と、吊荷重心位置の偏心量ｄｘ、ｄｙおよびｄｚとの６つの未知の値に対して３つの方程式を得られる。
他のロープについても同様に方程式を得ることができ、従って、４本のロープから４つの方程式を得られる。
このように、移動後の吊荷吊点中心位置の座標ｘｈ１、ｙｈ１およびｚｈ１と、吊荷重心位置の偏心量ｄｘ、ｄｙおよびｄｚとの６つの未知の値に対して７つの方程式を得られる。
もっとも、これら７つの方程式は独立ではなく、上述したように、吊荷が吊るされている状態を示すデータを１つの状態についてのみ取得したのでは、吊荷の重心の高さを確定することができない。
そこで、実測値取得部１１は、異なる２つの状態について、各実測値を取得する。これにより、重心位置算出部１２は、１４個の方程式を得られる。これら１４個の方程式は独立ではないが、重心位置算出部１２は、方程式を解くことで６つの未知の値、すなわち、移動後の吊荷吊点中心位置の座標ｘｈ１、ｙｈ１およびｚｈ１と、吊荷重心位置の偏心量ｄｘ、ｄｙおよびｄｚとを求めることができる。特に、重心位置算出部１２は、吊荷の重心位置を示す偏心量ｄｘ、ｄｙおよびｄｚを算出でき、吊荷の重心位置を求めることができる。
もっとも、これら７つの方程式は独立ではなく、上述したように、吊荷が吊るされている状態を示すデータを１つの状態についてのみ取得したのでは、吊荷の重心の高さを確定することができない。
そこで、実測値取得部１１は、異なる２つの状態について、各実測値を取得する。これにより、重心位置算出部１２は、１４個の方程式を得られる。これら１４個の方程式は独立ではないが、重心位置算出部１２は、方程式を解くことで６つの未知の値、すなわち、移動後の吊荷吊点中心位置の座標ｘｈ１、ｙｈ１およびｚｈ１と、吊荷重心位置の偏心量ｄｘ、ｄｙおよびｄｚとを求めることができる。特に、重心位置算出部１２は、吊荷の重心位置を示す偏心量ｄｘ、ｄｙおよびｄｚを算出でき、吊荷の重心位置を求めることができる。
なお、重心位置検出装置１０は、吊荷の重心位置の検出結果の出力方法として様々な方法を用いることができる。例えば、重心位置検出装置１０が表示部を具備し、吊荷の重心位置の検出結果を視覚的に表示するようにしてもよい。あるいは、重心位置検出装置１０がスピーカを具備し、吊荷の重心位置の検出結果の視覚的な表示に代えて、あるいは視覚的な表示に加えて、音声にて出力するようにしてもよい。あるいは、重心位置検出装置１０が、吊荷の重心位置の検出結果を、サーバ装置や表示装置など他機器に出力するようにしてもよい。
なお、実測値取得部１１が、異なる３つ以上の状態にて吊り状態実測値を取得するようにしてもよい。これにより、重心位置算出部は、より多くのデータに基づいて吊荷の重心位置を算出することができ、最小二乗法による平均値をとるなどして、センサノイズなど、吊り状態実測値の一部にセンサノイズ等のノイズが含まれている場合でも、当該ノイズの影響を低減させることができる。従って、重心位置検出装置１０は、吊荷の重心位置を高精度にて検出することができる。
また、実測値取得部１１が、同一の吊り状態実測値繰り返し取得するようにしてもよい。例えば、実測値取得部１１が、吊荷の回転量と吊荷吊点中心位置とのみを、繰り返し取得するようにしてもよい。
また、ヤング率などの固定パラメータも未知パラメータとして状態モデルに含めておくことで、経年劣化に対応することが可能である。
また、ヤング率などの固定パラメータも未知パラメータとして状態モデルに含めておくことで、経年劣化に対応することが可能である。
なお、傾斜計等のセンサのオフセット誤差に対しては、例えば重心がコンテナ中心にある基準コンテナで計測し校正する。あるいは，コンテナをヤードシャーシ上に載せた後、スプレッダのみで海側へ戻る際に重心を検出し、平均値をオフセット誤差として取得して、コンテナ搬送時の重心位置の検出値から除去するようにしてもよい。
以上のように、実測値取得部１１は、吊り状態実測値を、吊荷の静定状態において取得する。例えば、実測値取得部１１は、吊り状態実測値に、吊荷の回転量の実測値と、吊荷の位置の実測値とを含んで取得する。
また、重心位置算出部１２は、吊荷の状態モデルとして吊荷の静的モデルを用いる。例えば、重心位置算出部１２は、吊荷の回転量と、吊荷の位置と、吊荷の重心位置とを示す変数を含む吊荷の状態モデルと、実測値取得部１１が取得した実測値とに基づいて、吊荷の重心位置を算出する。
これにより、重心位置算出部１２は、微分方程式を解く必要無しに、吊荷の重心位置を算出することができる。この点において、重心位置算出部１２は、簡単な処理にて心位置吊荷の重心位置を算出することができる。
特に、重心位置算出部１２は、高さ方向の吊荷の重心位置を算出することができる。
また、重心位置算出部１２は、吊荷の状態モデルとして吊荷の静的モデルを用いる。例えば、重心位置算出部１２は、吊荷の回転量と、吊荷の位置と、吊荷の重心位置とを示す変数を含む吊荷の状態モデルと、実測値取得部１１が取得した実測値とに基づいて、吊荷の重心位置を算出する。
これにより、重心位置算出部１２は、微分方程式を解く必要無しに、吊荷の重心位置を算出することができる。この点において、重心位置算出部１２は、簡単な処理にて心位置吊荷の重心位置を算出することができる。
特に、重心位置算出部１２は、高さ方向の吊荷の重心位置を算出することができる。
なお、重心位置算出部１２が用いる吊荷の状態モデルは上記のものに限らず、様々な状態モデルを用いることができる。その場合、実測値取得部１１は、状態モデルに応じた吊り状態実測値を取得する。
例えば、実測値取得部１１が、ロードセルを用いて吊荷重量を検出する場合、設備の追加を行う必要が無く、この点において安価に吊荷荷重を検出することができる。また、実測値取得部１１が、歪ゲージを用いて吊荷重量を検出する場合も、設備の追加を行う必要が無く、この点において安価に吊荷荷重を検出することができる。あるいは、実測値取得部１１が、巻上トルクに基づいて吊荷荷重を検出するようにしてもよい。
例えば、実測値取得部１１が、ロードセルを用いて吊荷重量を検出する場合、設備の追加を行う必要が無く、この点において安価に吊荷荷重を検出することができる。また、実測値取得部１１が、歪ゲージを用いて吊荷重量を検出する場合も、設備の追加を行う必要が無く、この点において安価に吊荷荷重を検出することができる。あるいは、実測値取得部１１が、巻上トルクに基づいて吊荷荷重を検出するようにしてもよい。
また、実測値取得部１１が、巻きエンコーダを用いて巻きドラムの回転数を検出し、得られた回転数に基づいてロープの自然長を求める場合、設備の追加を行う必要が無く、この点において安価にロープの自然長を検出することができる。また、この方法では、比較的高精度にロープの自然長を検出し得る。
また、実測値取得部１１が、上部吊点位置を移動させるシリンダの変位をエンコーダを用いて検出し、得られたシリンダの変位に基づいて上部吊点位置を検出する場合、設備の追加を行う必要が無く、この点において安価に上部吊点位置を検出することができる。
また、実測値取得部１１が、スプレッダに設けられた傾斜計を用いて吊荷の回転量（トリム）を検出する場合、比較的安価に吊荷の回転量（トリム）を検出できる。同様に、実測値取得部１１が、スプレッダに設けられた傾斜計を用いて吊荷の回転量（リスト）を検出する場合、比較的安価に吊荷の回転量（リスト）を検出できる。
また、実測値取得部１１が、ジャイロを用いて吊荷の回転量（スキュー）を検出する場合、比較的安価に吊荷の回転量（スキュー）を検出できる。一方、実測値取得部１１が、振れセンサを用いて吊荷の回転量（スキュー）を検出する場合、より高精度に吊荷の回転量（スキュー）を検出することができる。
また、実測値取得部１１が、振れセンサを用いて吊荷の水平方向の移動変位を検出する場合、より高精度に移動変位を検出することができる。あるいは、実測値取得部１１が、加速度計を用いて吊荷の加速度を検出し、二階積分を取ることで吊荷の水平方向の移動変位を検出する場合、比較的安価に吊荷の水平方向の移動変位を検出することができる。また、実測値取得部１１が、横行モータトルクから吊荷の水平方向の移動変位を検出する場合、設備の追加を行う必要が無く、この点において安価に荷の水平方向の移動変位を検出することができる。
また、実測値取得部１１が、巻きエンコーダを用いて巻きドラムの回転数を検出し、得られた回転数に基づいて垂直方向の吊荷の移動変位を検出する場合、設備の追加を行う必要が無く、この点において安価に荷の水平方向の移動変位を検出することができる。あるいは、実測値取得部１１が、レーザ距離計を用いて垂直方向の吊荷の移動変位を検出するようにしてもよい。
また、実測値取得部１１が、ロードセルを用いて巻きロープの張力を検出する場合、設備の追加を行う必要が無く、この点において安価に巻きロープの張力を検出することができる。あるいは、実測値取得部１１が、歪ゲージを用いて巻きロープの張力を検出するようにしてもよい。
なお、重心位置検出装置１０や１００の各部の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、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各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
１０、１００ 重心位置検出装置
１１、１１０ 実測値取得部
１２、１２０ 重心位置算出部
１２１ 前処理部
１２２ 数値設定部
１２３ 変数値演算部
１２４ 評価部
１２５ 再設定部
１３０ 表示部
１１、１１０ 実測値取得部
１２、１２０ 重心位置算出部
１２１ 前処理部
１２２ 数値設定部
１２３ 変数値演算部
１２４ 評価部
１２５ 再設定部
１３０ 表示部
Claims (8)
- ロープにより吊るされた吊荷の重心位置を求める重心位置検出装置であって、
前記ロープを支持しているロープ支持物が移動しているときの前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも２つの異なる前記状態について取得する実測値取得部と、
少なくとも前記吊荷の重心位置を未知定数として含む前記吊荷の状態モデルと、前記実測値取得部が取得した実測値とに基づいて、前記吊荷の重心位置を算出する重心位置算出部と、
を具備することを特徴とする重心位置検出装置。 - 前記実測値取得部は、前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも前記吊荷が加速または減速または回転している時刻を含む時系列のデータにて取得し、
前記重心位置算出部は、前記吊荷の状態モデルとして前記吊荷の運動モデルを用いる
ことを特徴とする請求項１に記載の重心位置検出装置。 - 前記重心位置算出部は、
前記吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を設定する数値設定部と、
前記数値設定部が設定した値を前記運動モデルに適用して、前記実測値取得部が取得した前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値の測定時刻における、前記変数の値を求める変数値演算部と、
前記変数値演算部が取得した前記変数の値を評価し、評価結果が所定の条件を満たす場合に、設定されている前記吊荷の重心位置を前記重心位置算出部の算出結果とする評価部とを具備し、
前記数値設定部は、前記評価部の評価結果が前記所定の条件を満たさない場合に、前記吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を再設定する
ことを特徴とする請求項２に記載の重心位置検出装置。 - 前記実測値取得部は、前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値に、前記吊荷を吊るす力の実測値を含んで取得し、
前記評価部は、前記変数値演算部が取得した前記変数の値から得られる前記吊荷を吊るす力の計算値と、前記実測値取得部が取得した前記吊荷を吊るす力の実測値とに基づいて、前記変数値演算部が取得した前記変数の値を評価する
ことを特徴とする請求項３に記載の重心位置検出装置。 - ロープにより吊るされた吊荷の重心位置を求める重心位置検出装置の重心位置検出方法であって、
前記ロープを支持しているロープ支持物が移動しているときの前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも２つの異なる前記状態について取得する実測値取得ステップと、
少なくとも前記吊荷の重心位置を未知定数として含む前記吊荷の状態モデルと、前記実測値取得ステップにて取得した実測値とに基づいて、前記吊荷の重心位置を算出する重心位置算出ステップと、
を具備することを特徴とする重心位置検出方法。 - 前記実測値取得ステップでは、前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも前記吊荷が加速または減速または回転している時刻を含む時系列のデータにて取得し、
前記重心位置算出ステップでは、前記吊荷の状態モデルとして前記吊荷の運動モデルを用い、
前記吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を設定する数値設定ステップと、
前記数値設定ステップで設定した値を前記運動モデルに適用して、前記実測値取得ステップで取得した前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値の測定時刻における、前記変数の値を求める変数値演算ステップと、
前記変数値演算ステップで取得した前記変数の値を評価し、評価結果が所定の条件を満たす場合に、設定されている前記吊荷の重心位置を前記重心位置算出ステップでの算出結果とする評価ステップとをさらに具備し、
前記評価ステップでの評価結果が前記所定の条件を満たさない場合、前記数値設定ステップで、前記吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を再設定する
ことを特徴とする請求項５に記載の重心位置検出方法。 - ロープにより吊るされた吊荷の重心位置を求める重心位置検出装置としてのコンピュータに、
前記ロープを支持しているロープ支持物が移動しているときの前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも２つの異なる前記状態について取得する実測値取得ステップと、
少なくとも前記吊荷の重心位置を未知定数として含む前記吊荷の状態モデルと、前記実測値取得ステップにて取得した実測値とに基づいて、前記吊荷の重心位置を算出する重心位置算出ステップと、
を実行させるためのプログラム。 - 前記コンピュータに、
前記実測値取得ステップでは、前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも前記吊荷が加速または減速または回転している時刻を含む時系列のデータにて取得させ、
前記重心位置算出ステップでは、前記吊荷の状態モデルとして前記吊荷の運動モデルを用いさせ、
前記吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を設定する数値設定ステップと、
前記数値設定ステップで設定した値を前記運動モデルに適用して、前記実測値取得ステップで取得した前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値の測定時刻における、前記変数の値を求める変数値演算ステップと、
前記変数値演算ステップで取得した前記変数の値を評価し、評価結果が所定の条件を満たす場合に、設定されている前記吊荷の重心位置を前記重心位置算出ステップでの算出結果とする評価ステップとをさらに実行させ、
前記評価ステップでの評価結果が前記所定の条件を満たさない場合、前記数値設定ステップで、前記吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を再設定させる
ことを特徴とする請求項７に記載のプログラム。
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