JP6165939B2 - 吊具の振れ検出装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、吊具の水平方向の振れを検出する振れ検出装置及びその制御方法に関する。

従来、コンテナターミナル等で、岸壁クレーン、門型クレーン及びストラドルキャリア等によりコンテナの荷役が行われている。これらのクレーンでコンテナの荷役を行う際、コンテナの振れ止めや荷役の自動化のために、吊具（以下、スプレッダという）の振れを検出する振れ検出装置が開示されている（例えば特許文献１参照）。

この振れ検出装置は、スプレッダに設置されたレーザ光源の光を、その上方のトロリに設置されたセンサで検知する構成を有している。この構成により、スプレッダの振れを抑制するための自動制御を行うことができる。

他方で、トロリに設置したカメラでスプレッダの画像を取得し、この画像の解析から、スプレッダの振れを検出する振れ検出装置が開示されている（例えば特許文献２参照）。この構成により、前述と同様、スプレッダの振れを抑制するための自動制御を行うことができる。

しかしながら、上記の振れ検出装置は、いくつかの問題点を有している。第１に、特許文献１に記載されたレーザ光源を使用した振れ検出装置は、吊具をクラブバケットとしたアンローダには、適用できないという問題を有している。これは、アンローダが、クラブバケット（吊具）側に電源を有しておらず、レーザ光源を設置することができないためである。

第２に、特許文献２に記載されたカメラを使用した振れ検出装置は、電源を有さないクラブバケットに適用することができるが、振れを抑制するための自動制御を適切に行うことが困難であるという問題を有している。これは、画像処理に時間がかかってしまうからである。

第３に、カメラを使用した振れ検出装置は、夜間に使用した場合、その検出精度が著しく低下するという問題を有している。これは、夜間作業用の光源等の使用に伴い吊具に影が発生し、この影が画像処理に悪影響を与えるからである。この問題は、雨天の際など、カメラに映る画像に影響がでる環境下においても同様に発生する。

特開２０１２−０２５５０７号公報 特開２００５−０４１６８９号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、クレーン等の吊具の振れを検出する振れ検出装置及びその制御方法において、クラブバケットのように吊具側に電源がない場合であっても、吊具の振れを適切に検出することのできる振れ検出装置及びその制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係る吊具の振れ検出装置は、トロリに懸吊された吊具の振れを検出する振れ検出装置において、前記吊具に対して回転自在に設置されていて前記吊具から独立して水平を維持する構成を有する水平維持機構と、この水平維持機構に設置される少なくとも二つのターゲットと、前記トロリに設置されるレーザ距離計と、制御装置とを備えていて、前記制御装置が、前記レーザ距離計により測定される前記二つのターゲットの間の見かけ上の水平距離と、前記二つのターゲットの間の予め定められた水平距離との差を算出する構成と、前記見かけ上の水平距離と前記予め定められた水平距離との差と、前記レーザ距離計が前記二つのターゲットの間の見かけ上の水平距離を測定する際に必要とした時間とから、前記吊具の水平方向における振れ速度を算出する構成とを備えていることを特徴とする。

上記の目的を達成するための本発明に係る吊具の振れ検出装置の制御方法は、トロリに懸吊された吊具の振れを検出する振れ検出装置の制御方法において、前記吊具から独立して水平を維持する構成を有する水平維持機構を前記吊具に対して回転自在に設置して、この水平維持機構に少なくとも二つのターゲットを設置して、前記トロリにレーザ距離計と制御装置とを設置して、前記制御装置が、前記レーザ距離計により測定される前記二つのターゲットの間の見かけ上の水平距離と、前記二つのターゲットの間の予め定められた水平距離との差を算出して、前記見かけ上の水平距離と前記予め定められた水平距離との差と、前記レーザ距離計が前記二つのターゲットの間の見かけ上の水平距離を測定する際に必要とした時間とから、前記吊具の水平方向における振れ速度を算出することを特徴とする。

本発明による振れ検出装置及びその制御方法によれば、クラブバケットのように吊具側に電源がない場合であっても、吊具の振れを適切に検出することのできる振れ検出装置及びその制御方法を提供することができる。

本発明に係る実施の形態の振れ検出装置の構成の概略を示した図である。 本発明に係る実施の形態の振れ検出装置による測定の様子を示した図である。 本発明に係る実施の形態の振れ検出装置による測定の様子を示した図である。 本発明に係る実施の形態の振れ検出装置による測定の様子を示した図である。 本発明に係る実施の形態の振れ検出装置による測定の様子を示した図である。 本発明に係る異なる実施の形態の振れ検出装置の構成の概略を示した図である。

以下、本発明に係る実施の形態の吊具の振れ検出装置及びその制御方法について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明に係る実施の形態の振れ検出装置１の構成の概略を示す。振れ検出装置１は、トロリ２に設置されたレーザ距離計３と、クラブバケット等の吊具４に設置された少なくとも２つのターゲット５と、制御装置６を有している。

このレーザ距離計３は、ミラーの回転等により放射状（扇形状）にレーザ光Ｌを順番に複数回射出し、その反射光を検知し、その経過時間からレーザ光Ｌが反射されたターゲット５までの距離を算出する構成を有している。ここで、矢印Ｓは、レーザ光Ｌの進行方向（スキャン方向）を示している。また、レーザ距離計３は、例えば、最大視野が１９０度、角度分解能が０．１２５〜１．０００度、スキャン周波数が２５〜１００Ｈｚである。

なお、ｘはトロリ２が走行する横行方向ｘを、ｚは鉛直方向ｚを示している。ここで、２つのターゲット５は、長尺の１つのターゲットで置き換えてもよい。

次に、振れ検出装置１の作動について説明する。図２に、停止している吊具４に対して、振れ検出装置１が測定を行う際の様子を示す。まず、振れ検出装置１のレーザ距離計３が、スキャン方向Ｓに沿って順次レーザ光を照射し、測定データを取得する（測定ステップ）。ここで、レーザ距離計３が取得するデータは、レーザ光を照射する角度α_ｔｎ（α_ｔ１、α_ｔ２）と、レーザ距離計３からターゲット５までの距離Ｌ_ｔｎ（Ｌ_ｔ１、Ｌ_ｔ２）である。この角度α_ｔｎは、例えば垂直に対するなす角として得ることができ、時刻ｔｎの関数となる。また、距離Ｌ_ｔｎは、レーザ距離計３がレーザ光を照射してから反射光を得るまでの時間から算出することができる。

次に、制御装置６が、取得したデータ（角度α_ｔｎ、距離Ｌ_ｔｎ）をパラメータとして、以下の式により、２つのターゲット５の間の見かけ上の水平距離（Ｗ_ｔ１＋Ｗ_ｔ２）を算出する（水平距離算出ステップ）。

次に、制御装置６が、２つのターゲット５の間の予め定められた水平距離Ｗ_０と、水平距離算出ステップで得られた２つのターゲット５の間の見かけ上の水平距離（Ｗ_ｔ１＋Ｗ_ｔ２）の差ｄ_ｎを、以下の式により算出する（水平距離の差算出ステップ）。

最後に、制御装置６が、水平距離の差ｄ_ｎを、２つのターゲット５の間の見かけ上の水平距離を測定する際に必要とした時間（ｔ２−ｔ１）から、吊具の振れ速度Ｖ_ｎを算出する（振れ速度算出ステップ）。

以上より、振れ検出装置１は、吊具４の横行方向ｘにおける振れ速度Ｖ_ｎを算出することができる。具体的には、図２の吊具４は停止しているため、Ｗ_ｔ１＋Ｗ_ｔ２＝Ｗ_０とな
り、ｄ_ｎ＝０となり、振れ速度Ｖ_ｎは０となる。

図３に、前述とは異なる状況における振れ検出装置１の作動について説明する。ここで、図３は、吊具４が図３右方に振れている状態を示している。まず、前述と同様、振れ検出装置１のレーザ距離計３が、スキャン方向Ｓに沿って順次レーザ光を照射し、測定データを取得する（測定ステップ）。このとき、時刻ｔ１における吊具４のターゲット５は、破線で示す位置にあるため、レーザ距離計３は、角度α_ｔ１及び距離Ｌ_ｔ１を得ることができる。他方で、時刻ｔ２における吊具４のターゲット５は、振れ（移動）により実線で示す位置にあるため、レーザ距離計３は、角度α_ｔ２及び距離Ｌ_ｔ２を得る。

次に、水平距離算出ステップにより、２つのターゲット５の間の見かけ上の水平距離（Ｗ_ｔ１＋Ｗ_ｔ２）を算出する。このとき、吊具４の移動によりターゲット５の位置が移動しているため、見かけ上の水平距離（Ｗ_ｔ１＋Ｗ_ｔ２）は、予め定められた水平距離Ｗ_０より長くなる。そのため、水平距離の差算出ステップで求められるｄ_１は、ｄ_１＞０となる。

最後に、振れ速度算出ステップにより、吊具４の振れ速度Ｖ_１を算出する。このとき、Ｖ_１＞０となり、吊具４が、図３右方に移動している際の速度Ｖ_１を得ることができる。

図４に、前述とは異なる状況における振れ検出装置１の作動について説明する。ここで、図４は、吊具４が図４左方に振れている状態を示している。まず、前述と同様、振れ検出装置１のレーザ距離計３が、スキャン方向Ｓに沿って順次レーザ光を照射し、測定データを取得する（測定ステップ）。このとき、時刻ｔ１における吊具４のターゲット５は、破線で示す位置にあるため、レーザ距離計３は、角度α_ｔ１及び距離Ｌ_ｔ１を得ることができる。他方で、時刻ｔ２における吊具４のターゲット５は、振れ（移動）により実線で示す位置にあるため、レーザ距離計３は、角度α_ｔ２及び距離Ｌ_ｔ２を得る。

次に、水平距離算出ステップにより、２つのターゲット５の間の見かけ上の水平距離（Ｗ_ｔ１＋Ｗ_ｔ２）を算出する。このとき、吊具４の移動によりターゲット５の位置が移動しているため、見かけ上の水平距離（Ｗ_ｔ１＋Ｗ_ｔ２）は、予め定められた水平距離Ｗ０より短くなる。そのため、水平距離の差算出ステップで求められるｄ_２は、ｄ_２＜０となる。

最後に、振れ速度算出ステップにより、吊具４の振れ速度Ｖ_２を算出する。このとき、Ｖ_２＜０となり、吊具４が、図４左方に移動している際の速度Ｖ_２を得ることができる。

上記の構成により、本発明の振れ検出装置１及びその制御方法は、以下の作用効果を得ることができる。第１に、振れ検出装置１は、電源を有さないクラブバケット等の吊具であっても、その吊具の振れ速度を検出することができ、吊具の振れ止め等の自動制御を正確に行うことができる。これは、振れ検出装置１が、吊具４に設置した２つのターゲット５の間の見かけ上の水平距離（Ｗ_ｔ１＋Ｗ_ｔ２）から吊具４の振れ速度を算出することができるからである。

第２に、振れ検出装置１は、クレーン等による荷役の自動化を実現することができる。これは、吊具４の振れ速度Ｖ_ｎを高い精度で且つ高い頻度で取得することができるからである。

第３に、振れ検出装置１は、夜間や悪天候の場合であっても、振れ速度Ｖ_ｎを高い精度で取得することができる。レーザ距離計３で取得したデータから、振れ速度Ｖ_ｎを算出することができるからである。

なお、吊具４の振れ速度Ｖ_ｎは、トロリ２が横行方向ｘに移動中であっても、吊具４が下降中であっても取得することができる。図５を参照して、具体的に説明する。ここで、図５は、トロリ２が図５右方に横行（移動）し、且つ吊具４が下方に降下している状態を示している。このような場合であっても、振れ検出装置１は、２つのターゲット５の間の見かけ上の水平距離（Ｗ_ｔ１＋Ｗ_ｔ２）を算出することができる。そのため、振れ検出装置１は、トロリ２に対する吊具４の相対的な振れ速度Ｖ_ｎを算出することができる。

なお、前述では、振れ検出装置１が測定する吊具４の振れ方向を、トロリ２の横行方向ｘとして説明したが、この横行方向ｘに直行する方向の振れ速度を測定するように構成することもできる。この場合は、２つのターゲットの設置方向と、レーザ距離計のスキャン方向Ｓを変更すればよい。

また、ターゲットは、ｘｚ平面において三角形を有する形状に限定されない。ターゲットは、吊具上に設置された２つのターゲットの間の距離が測定できる形状であればよい。

更に、振れ検出装置は、天井クレーン等その他の吊具を有する荷役機器にも適用することができる。

加えて、振れ検出装置は、スプレッダ等の電源を有する吊具に採用してもよい。この構成により、振れ速度を測定する精度を向上し、且つ振れ検出装置のコストを抑制することができる。

図６に、本発明に係る異なる実施の形態の吊具の振れ検出装置１Ａの概略を示す。振れ検出装置１Ａは、トロリ２に設置されたレーザ距離計３と、クラブバケット等の吊具４Ａに設置されたターゲット５Ａと、制御装置６を有している。このターゲット５Ａは、水平維持機構１１を介して吊具４Ａに設置されている。水平維持機構１１は、棒状の本体１２と、本体１２の両端に設置されたウェイト１３を有している。また、水平維持機構１１は、吊具４Ａに対して回転自在に設置されている。この水平維持機構１１は、吊具４Ａが水平に振れるのではなく、図６に示すように回転を伴う場合であっても、ウェイト１３により吊具４Ａから独立して水平を維持するように構成されている。

この構成により、振れ検出装置１Ａは、吊具の振れ速度Ｖｎを更に正確に検出することができ、吊具の振れ止め等の自動制御を正確に行うことができる。これは、吊具４Ａに回転が生じた場合であっても、ターゲット５Ａに傾きが生じ、２つのターゲット５Ａの間の見かけ上の水平距離（Ｗ_ｔ１＋Ｗ_ｔ２）が短くなるような事態を避けることができるからである。つまり、振れ検出装置１Ａによる測定誤差の発生を抑制することができる。

１、１Ａ 振れ検出装置
２ トロリ
３ レーザ距離計
４、４Ａ 吊具
５、５Ａ ターゲット
６ 制御装置
１１ 水平維持機構
１２ 本体
１３ ウェイト
Ｗ_０ 予め定められた水平距離
Ｗ_ｔ１＋Ｗ_ｔ２見かけ上の水平距離
ｄ_ｎ 水平距離の差
ｔ２−ｔ１ 測定する際に必要とした時間
Ｖ_ｎ 振れ速度

Claims (4)

1. トロリに懸吊された吊具の振れを検出する振れ検出装置において、
   前記吊具に対して回転自在に設置されていて前記吊具から独立して水平を維持する構成を有する水平維持機構と、この水平維持機構に設置される少なくとも二つのターゲットと、前記トロリに設置されるレーザ距離計と、制御装置とを備えていて、
   前記制御装置が、前記レーザ距離計により測定される前記二つのターゲットの間の見かけ上の水平距離と、前記二つのターゲットの間の予め定められた水平距離との差を算出する構成と、
   前記見かけ上の水平距離と前記予め定められた水平距離との差と、前記レーザ距離計が前記二つのターゲットの間の前記見かけ上の水平距離を測定する際に必要とした時間とから、前記吊具の水平方向における振れ速度を算出する構成とを備えていることを特徴とする振れ検出装置。
2. 前記水平維持機構が、水平方向に延在する棒状の本体と、この本体の両端にそれぞれ設置されるウェイトとを備えている請求項１に記載の振れ検出装置。
3. 前記二つのターゲットが、前記トロリが移動する方向に沿って間隔をあけた状態で前記水平維持機構に設置されていて、前記トロリが移動する方向と上下方向とからなる平面での断面形状が直角三角形であり、互いに向き合う内側に斜辺が配置される請求項１または２に記載の振れ検出装置。
4. トロリに懸吊された吊具の振れを検出する振れ検出装置の制御方法において、
   前記吊具から独立して水平を維持する構成を有する水平維持機構を前記吊具に対して回転自在に設置して、この水平維持機構に少なくとも二つのターゲットを設置して、前記トロリにレーザ距離計と制御装置とを設置して、
   前記制御装置が、前記レーザ距離計により測定される前記二つのターゲットの間の見かけ上の水平距離と、前記二つのターゲットの間の予め定められた水平距離との差を算出して、
   前記見かけ上の水平距離と前記予め定められた水平距離との差と、前記レーザ距離計が前記二つのターゲットの間の前記見かけ上の水平距離を測定する際に必要とした時間とから、前記吊具の水平方向における振れ速度を算出することを特徴とする振れ検出装置の制御方法。

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