JP7142655B2 - ターゲット、検出システムおよび検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、クレーンの位置合わせを行う際に使用するターゲット、このターゲットを含む検出システムおよび検出方法に関するものであり、詳しくは検出精度を向上できるターゲット、このターゲットを含む検出システムおよび検出方法に関するものである。

門型クレーンの位置合わせを行う検出システムが種々提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載の検出システムは、地表面に引かれた白線をカメラで検出してクレーンの位置合わせを行う構成を有していた。

特許文献１に記載の門型クレーンは、白線に基づき走行方向の位置を検出することは可能であったが、この走行方向を直角に横断する横行方向における位置を検出することができなかった。

日本国特開平０８－３２４９５９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、その目的は検出精度を向上できるターゲット、このターゲットを含む検出システムおよび検出方法を提供することである。

上記の目的を達成するためのターゲットは、地表面に設置されるターゲットにおいて、地表面に平行な板状部材で構成されていて、平面視において第一方向に平行となる基準辺と、この基準辺に対して予め定められた角度で傾斜する斜辺とを備えていて、前記斜辺が互いに逆向きに傾く状態で一対の前記ターゲットが地表面に設置されることを特徴とする。

上記の目的を達成するための検出システムは、地表面に設置される複数のターゲットと、吊具を有するクレーンに設置されて前記ターゲットを検出するセンサとを備える検出システムにおいて、地表面に平行な板状部材で構成されていて平面視において第一方向と平行となる基準辺とこの基準辺に対して予め定められた角度で傾斜する斜辺とを備える前記ターゲットと、このターゲットにレーザ光を照射して距離を測定する前記センサと、このセンサで得られる値に基づき前記吊具のスキューの角度を算出するとともに前記クレーンの位置を算出する演算機構とを備えることを特徴とする。

上記の目的を達成するための検出方法は、地表面に設置される複数のターゲットを、吊具を有するクレーンに設置されているセンサで検出する検出方法において、地表面に平行な板状部材で構成されていて平面視において第一方向と平行となる基準辺とこの基準辺に対して予め定められた角度で傾斜する斜辺とを備える複数の前記ターゲットが地表面に予め設置されていて、前記センサから照射されるレーザ光により前記センサから前記ターゲットまでの距離が測定されて、前記センサで得られる値に基づき前記吊具のスキューの角度が算出されるとともに前記クレーンの位置が算出されることを特徴とする。

本発明によれば、クレーンに設置されるセンサによりターゲットの位置を測定することで、基準辺と斜辺との間隔から第一方向におけるクレーンの位置を算出できて、基準辺の位置から第一方向を直角に横断する第二方向におけるクレーンの位置を算出できる。第一方向および第二方向からなる平面におけるクレーンの位置を高い精度で検出するには有利である。

ターゲットを例示する説明図である。 検出システムを例示する説明図である。 検出システムの作動状態を例示する平面図である。 図３のＡＡ断面を例示する説明図である。 図３の吊具にスキューが発生した状態を例示する平面図である。 図３のターゲットの配置の変形例を例示する説明図である。 図６のターゲットを拡大して例示する説明図である。

以下、ターゲット、このターゲットを含む検出システムおよび検出方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。図中ではクレーンの走行方向を矢印ｙ、この走行方向ｙを直角に横断する横行方向を矢印ｘ、上下方向を矢印ｚで示している。

図１に例示するようにターゲット１は、板状部材で構成されている。この実施形態ではターゲット１は第一方向である走行方向ｙと平行となる基準辺１ａと、この基準辺１ａに対して予め定められた角度θで傾斜する斜辺１ｂとを備えている。基準辺１ａと斜辺１ｂとのなす角θは例えば４５°に設定される。なす角θの大きさは上記に限定されない。なす角θは例えば５°～８５°の範囲で適宜設定することができる。

ターゲット１は、基準辺１ａの両端と斜辺１ｂの両端とをそれぞれ結ぶ一対の平行な直線部１ｃ、１ｄを有している。基準辺１ａと斜辺１ｂと直線部１ｃ、１ｄとにより囲まれていて、平面視で台形状となる板状部材でターゲット１は構成されている。つまりターゲット１は、横行方向ｘおよび走行方向ｙとで構成される平面において台形状となる。ターゲット１は横行方向ｘおよび走行方向ｙと略平行となる地表面に設置して使用される。

ターゲット１は、例えば基準辺１ａが１５０mm、直線部１ｃが２００ｍｍ、直線部１ｄが５０ｍｍ、厚さが５０ｍｍに構成することができる。直線部１ｃが５０ｍｍ、直線部１ｄが２００ｍｍとなる状態にターゲット１を構成してもよい。ターゲット１の厚さとは上下方向ｚにおける長さをいう。ターゲット１の大きさは上記に限定されない。ターゲット１が大きいほど検出精度を向上しやすくなる。ターゲット１が小さいほどターゲット１を地表面に設置した際に地表面を走行する車両の走行の妨げになり難くなる。ターゲット１の厚さは上記に限定されない。ターゲット１の厚さは例えば１０ｍｍ以上８０ｍｍ以下の範囲で適宜設定することができる。ターゲット１の厚さは、雨天時に水没しない程度であり、且つ車両の走行の妨げになり難い程度に設定されることが望ましい。
ターゲット１を構成する材料は特に限定されない。例えば鋼板や繊維強化プラスチック等で構成できる。

ターゲット１の形状は台形状に限らない。例えば平面視で三角形状となる板状部材でターゲット１を構成してもよい。この場合にターゲット１は直線部１ｄを有さない。ターゲット１は少なくとも基準辺１ａと斜辺１ｂとを備えていればよい。そのため直線部１ｃ、１ｄが互いに平行でなくてもよい。

図２に例示するように検出システム２は、地表面に設置されるターゲット１と、クレーン３に設置されていてターゲット１を検出するセンサ４と、センサ４で得られる値に基づき演算を行う演算機構５とを備えている。

コンテナターミナルの地表面には複数のターゲット１が設置されている。この実施形態ではコンテナＣが載置される目標位置Ｓごとに二つずつターゲット１が設置されている。説明のため図２では目標位置Ｓを破線で示している。

クレーン３は例えば門型クレーンで構成される。クレーン３は門型クレーンに限らない。クレーン３は、コンテナＣを荷役する構成を有していればよく、例えば岸壁クレーンやストラドルキャリアやリーチスタッカーなどの荷役機器を含む概念である。

センサ４はクレーン３に設置されている。この実施形態ではクレーン３の吊具６にセンサ４が設置されている。平面視で略長方形に形成される吊具６において、走行方向ｙと平行となる一対の辺にそれぞれ二つずつのセンサ４が設置されている。

センサ４が設置される位置は上記に限定されない。クレーン３を構成するトロリ７やクレーン３の運転室の下面等にセンサ４が設置される構成にしてもよい。センサ４がクレーン３のトロリ７等に設置される場合は、ターゲット１に対するトロリ７等の相対位置を取得できる。クレーン３を構成する脚部材にセンサ４を設置してもよい。ターゲット１に対するクレーン３の相対位置を取得できる。

センサ４は例えば横行方向ｘに沿ってレーザ光を走査する２Ｄレーザセンサで構成される。センサ４は２Ｄレーザセンサに限らない。センサ４は、地表面に設置されているターゲット１の位置を検出できる構成を有していればよく、例えば３Ｄレーザセンサやレーザ距離計を含む概念である。

演算機構５はクレーン３に設置されている。この実施形態ではクレーン３のトロリ７に演算機構５が設置されている。演算機構５が設置される位置は上記に限定されない。クレーン３の運転室や、コンテナターミナルの管理棟などに演算機構５が設置される構成にしてもよい。演算機構５はセンサ４と有線または無線で接続されている。

図３に例示するように、この実施形態では斜辺１ｂが互いに逆向きに傾く状態で、地表面に一対のターゲット１が設置されている。一対のターゲット１の斜辺１ｂは横行方向ｘに沿う直線に対して線対称となる状態である。

検出システム２のセンサ４は、ターゲット１に対してレーザ光を照射する。センサ４は少なくともターゲット１の基準辺１ａの座標と斜辺１ｂの座標とを取得構成を有している。この実施形態では一方のセンサ４が一方のターゲット１の基準辺１ａの座標Ｐ１と斜辺１ｂの座標Ｐ２とを取得して、他方のセンサ４が他方のターゲット１の基準辺１ａの座標Ｐ３と斜辺１ｂの座標Ｐ４とを取得する構成を有している。図３においてセンサ４から伸びる矢印はレーザ光の走査方向を示している。

図４に例示するように厚さのあるターゲット１は地表面から鉛直上向きに突出する状態で配置されている。センサ４が２Ｄレーザセンサで構成されている場合は、センサ４の真下から横行方向ｘに沿って複数のレーザ光が照射角度αを変化させながら照射される。２Ｄレーザセンサは、照射角度αとレーザ光が反射される地点までの距離Ｌとを組み合わせたデータを複数取得する。

照射角度αが０°のとき、センサ４は吊具６の高さＨを取得できる。センサ４による測定を常時行っていて吊具６の高さＨが予め設定された値以下となったときに、座標Ｐ１、Ｐ２の演算を演算機構５で行う構成としてもよい。またトロリ７に設置されるエンコーダなどの他の機器で吊具６の高さＨを監視しておき、吊具６の高さＨが予め設定された値以下となったときに、センサ４による計測および演算機構５による演算を開始させる構成にしてもよい。

図３に例示するように検出システム２は、まずセンサ４により一対のターゲット１の基準辺１ａおよび斜辺１ｂの座標Ｐ１～Ｐ４を取得する。演算機構５は二つの基準辺１ａの座標Ｐ１と座標Ｐ３に基づき、吊具６のスキューを演算機構５で算出する。スキューとは、上下方向ｚを中心軸とする吊具６の回転をいう。例えば座標Ｐ１と座標Ｐ３の値が等しい場合は、スキューが発生していない状態であることがわかる。

図５に例示するように平面視において吊具６から座標Ｐ１までの距離の方が、座標P3までの距離よりも小さい場合は、吊具６が時計回りに回転していることがわかる。図５では説明のため、スキューが発生していない状態の吊具６を一点鎖線で示している。座標Ｐ１および座標Ｐ３の値の差から、吊具６のスキューの角度を算出できる。算出されるスキューの角度に基づき、座標Ｐ１～Ｐ４の値からスキューの影響を取り除く補正を演算機構５が行う。

次に検出システム２の演算機構５は、基準辺１ａの座標Ｐ１または座標Ｐ３の少なくとも一方に基づき、横行方向ｘにおける吊具６の位置を算出する。吊具６にスキューが発生していない場合は座標Ｐ１と座標Ｐ３の値は等しくなるため、いずれか一方を利用して横行方向ｘにおけるターゲット１の位置を算出すればよい。吊具６にスキューが発生している場合は、前述の補正により座標Ｐ１と座標Ｐ３の値が等しくなっている。この場合も座標Ｐ１または座標Ｐ３のいずれか一方を利用して横行方向ｘにおけるターゲット１の位置を算出すればよい。

図３に例示するように検出システム２の演算機構５は、基準辺１ａの座標Ｐ１と斜辺１ｂの座標Ｐ２との差に基づき、走行方向ｙにおける吊具６の位置を算出する。吊具６が右方にずれるほど平面視において座標Ｐ１と座標Ｐ２との間隔が大きくなり、吊具６が左方にずれるほど座標Ｐ１と座標Ｐ２との間隔が小さくなる。
演算機構５によりスキューの影響を取り除いた後に、横行方向ｘおよび走行方向ｙにおける吊具６の位置を算出する方法について上記説明したが、演算機構５による処理はこれに限らない。座標Ｐ１～Ｐ４を利用して横行方向ｘおよび走行方向ｙにおける吊具６の位置を算出する途中で、スキューの影響を補正する処理を行う構成としてもよい。

基準辺１ａと斜辺１ｂとを備えるターゲット１により、検出システム２は横行方向ｘおよび走行方向ｙからなる平面においてターゲット１に対する吊具６の相対位置を高い精度で検出することができる。目標位置Ｓに対してターゲット１は予め定められた位置に配置されているため、目標位置Ｓに対する吊具６の相対位置も高い精度で検出できる。検出結果に基づき吊具６の位置を調整することで、目標位置ＳにコンテナＣを正確に載置させることができる。クレーン３の荷役を自動化する際には特に有利である。

厚さのあるターゲット１を地表面から鉛直上向きに突出する状態で配置しているため、雨天の際にターゲット１が水没する不具合を回避しやすくなる。雨天でもターゲット１の位置を高い精度で検出することができる。地表面に引かれた白線をターゲットとする場合は、雨天で白線が水没すると検出精度が著しく低下する不具合があった。

ターゲット１が厚さの比較的薄い板状部材で構成されているため、地表面を走行する車両やクレーンがターゲット１に乗り上げても悪影響がほとんどない。ターゲット１が車両等の走行を妨げることがない。

検出システム２は、板状部材で構成されるターゲット１にレーザ光を照射して検出する構成であるため、周囲の明るさの影響をほとんど受けない。昼夜でターゲット１の検出精度が変動する不具合を回避するには有利である。地表面に引かれた白線をカメラで撮影する場合は、周囲の明るさの影響で白線を認識できない不具合があった。また従来は車両のスリップ痕などの影響で白線を認識でない不具合があったが、検出システム２ではスリップ痕の影響を受けない。

一つの目標位置Ｓに対して一対のターゲット１を配置する構成は必須の構成要件ではない。一つの目標位置Ｓに対して一つのターゲット１を配置する構成にしてもよい。例えばストラドルキャリアなどスキューがほとんど発生しないクレーン３の場合は、ターゲット１を一つとしてもターゲット１に対する吊具６の相対位置を検出する精度がほとんど低下しない。

図４に例示するように隣の目標位置Ｓに設置されているターゲット１を同時に検出することで、スキューの影響を取得する構成としてもよい。このとき横行方向ｘにおいて吊具６の両側に配置されているセンサ４をそれぞれ利用して、それぞれ対応するターゲット１を検出する。

基準辺１ａと平行となる第一方向を横行方向ｘとして、この第一方向を直角に横断する第二方向を走行方向ｙとする状態で、ターゲット１を地表面に設置する構成としてもよい。つまり第一方向は走行方向ｙと平行であっても、横行方向ｘと平行であってもよい。

図６に例示するように横行方向ｘに並べて一対のターゲット１を配置する構成にしてもよい。図３に例示する実施形態と同様に図６に例示する実施形態でも斜辺１ｂが互いに逆向きに傾く状態となる。図６では一対のターゲット１の斜辺１ｂは走行方向ｙに沿う直線に対して線対称となる状態である。

図７に例示するように検出システム２は、一方のターゲット１の基準辺１ａの座標Ｐ１と斜辺１ｂの座標Ｐ２の間隔と、他方のターゲット１の基準辺１ａの座標Ｐ３と斜辺１ｂの座標Ｐ４との間隔とから吊具６のスキューを演算機構５で算出する。

例えば座標Ｐ１と座標Ｐ２の間の距離よりも、座標Ｐ３と座標Ｐ４の間の距離の方が小さい場合は、吊具６が時計回りに回転していることがわかる。座標Ｐ１、Ｐ２の間隔と座標Ｐ３、Ｐ４の間隔とが等しい場合はスキューが発生していない状態となる。

検出システム２は基準辺１ａの座標Ｐ１またはＰ３から吊具６の横行方向ｘにおけるずれを算出できる。また検出システム２は座標Ｐ１と座標Ｐ２の間の距離、または座標Ｐ３と座標Ｐ４の間の距離から吊具６の走行方向ｙにおけるずれを算出できる。

１ ターゲット
１ａ 基準辺
１ｂ 斜辺
１ｃ 直線部
１ｄ 直線部
２ 検出システム
３ クレーン
４ センサ
５ 演算機構
６ 吊具
７ トロリ
ｘ 横行方向
ｙ 走行方向
ｚ 上下方向
θ なす角
Ｃ コンテナ
Ｓ 目標位置
α 照射角度
Ｌ 距離
Ｈ 高さ
Ｐ１～Ｐ４ 座標

Claims (6)

1. 地表面に設置されるターゲットにおいて、
   地表面に平行な板状部材で構成されていて、平面視において第一方向に平行となる基準辺と、この基準辺に対して予め定められた角度で傾斜する斜辺とを備えていて、
   前記斜辺が互いに逆向きに傾く状態で一対の前記ターゲットが地表面に設置されることを特徴とするターゲット。
2. 地表面に設置される際に鉛直上向きに突出する厚さを有する前記板状部材で構成される請求項１に記載のターゲット。
3. 前記基準辺の両端と前記斜辺の両端とをそれぞれ結ぶ一対の平行な直線部と、前記基準辺と、前記斜辺とで囲まれる台形状の前記板状部材で構成される請求項１または２に記載のターゲット。
4. 地表面に設置される複数のターゲットと、吊具を有するクレーンに設置されて前記ターゲットを検出するセンサとを備える検出システムにおいて、
   地表面に平行な板状部材で構成されていて平面視において第一方向と平行となる基準辺とこの基準辺に対して予め定められた角度で傾斜する斜辺とを備える前記ターゲットと、このターゲットにレーザ光を照射して距離を測定する前記センサと、このセンサで得られる値に基づき前記吊具のスキューの角度を算出するとともに前記クレーンの位置を算出する演算機構とを備えることを特徴とする検出システム。
5. 地表面に設置されるターゲットと、クレーンに設置されて前記ターゲットを検出するセンサとを備える検出システムにおいて、
   地表面に平行な板状部材で構成されていて平面視において第一方向と平行となる基準辺とこの基準辺に対して予め定められた角度で傾斜する斜辺とを備える前記ターゲットと、このターゲットにレーザ光を照射して距離を測定する前記センサと、このセンサで得られる値に基づき前記クレーンの位置を算出する演算機構とを備えていて、
   前記斜辺が互いに逆向きに傾く状態で地表面に設置される一対の前記ターゲットを備えることを特徴とする検出システム。
6. 地表面に設置される複数のターゲットを、吊具を有するクレーンに設置されているセンサで検出する検出方法において、
   地表面に平行な板状部材で構成されていて平面視において第一方向と平行となる基準辺とこの基準辺に対して予め定められた角度で傾斜する斜辺とを備える複数の前記ターゲットが地表面に予め設置されていて、
   前記センサから照射されるレーザ光により前記センサから前記ターゲットまでの距離が測定されて、前記センサで得られる値に基づき前記吊具のスキューの角度が算出されるとともに前記クレーンの位置が算出されることを特徴とする検出方法。

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