JP7411514B2

JP7411514B2 - クレーンの操作システム及びクレーンの操作指示方法

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Publication number: JP7411514B2
Application number: JP2020116259A
Authority: JP
Inventors: 昌博松浦
Original assignee: Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui E&S Co Ltd
Priority date: 2020-07-06
Filing date: 2020-07-06
Publication date: 2024-01-11
Anticipated expiration: 2040-07-06
Also published as: JP2022014101A

Description

本発明はクレーンの操作システム及びクレーンの操作指示方法に関する。

遠隔操作を行うクレーンは、クレーンから離れた場所に運転室を設ける場合が多く、運転室から荷役対象を目視し難いため、荷役対象と吊具を撮像する撮像部と、撮像した映像を表示する表示装置を運転室に設ける必要がある。
遠隔操作でない従来のクレーンも、運転手から遠方にある位置のように、運転手が目視し難い位置の映像を運転手に知得させるため、撮像部と表示部を設ける場合がある。
例えば特許文献１では、クレーンの操作によって移動するフックブロックの移動方向を取得し、撮像部が撮像した画像に基づき、移動方向をフックブロックから臨む画像を生成する構成が記載されている。この構成では、運転手が直接視認不能であり吊荷が移動する方向の障害物等の状態を確認できるとしている。
一方で、このような撮像部の大半はステレオカメラのような両眼視差を再現する構造ではない。そのため、撮像した映像は奥行方向の情報が乏しく、荷役対象と吊具の位置関係や現在の吊具の移動方向のような、荷役状況が分かりにくいという問題がある。
これに対して特許文献２では、フックを移動させる操作部に入力された操作により出力された操作信号からフックの移動方向を算出し、フックの画像と共に移動方向を示す画像を表示する構成が記載されている。

特開２０１７－１６００２７号公報特開２０１６－１７９８８９号公報

しかしながら特許文献１、２に記載の技術は操作信号に基づいて、その操作に資する情報を表示する技術である。そのため表示された情報からは、運転手の操作結果がクレーンの動作にどのように反映されたかは知得できるが、目標とする荷役操作を達成するために運転手が行うべき具体的な操作の情報は知得できない問題があった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、目標とする荷役操作を達成するために必要な操作の情報を運転手に知得させられるクレーンの操作システム及び操作指示方法の提供を目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明は、クレーンを運転手が操作する際に用いる操作機器と、前記クレーンの操作に必要な前記操作機器の操作条件を前記運転手に指示する指示部とを備えるクレーンの操作システムであって、前記クレーンの状態として、前記クレーンの吊具を移動させる目標である目標位置に対する前記吊具の振れの中心の位置ズレ量、及び前記吊具の振れ量を検出する検出部と、前記検出部及び前記指示部に接続され、前記吊具が振れたままで前記操作機器が操作されたと仮定した時点での前記位置ズレ量から前記振れ量を減算した前記吊具と前記目標位置との相対距離をゼロにし、かつ前記吊具が振れたままで前記相対距離をゼロにした状態を維持する前記吊具の移動速度および移動方向を前記操作条件として算出し、算出した前記操作条件を前記指示部に指示させる算出部と、を備えることを特徴とする。

また本発明は、クレーンを運転手が操作する際に用いる操作機器と、前記クレーンの操作に必要な前記操作機器の操作条件を前記運転手に指示する指示部とを備えるクレーンの操作を前記運転手に指示するクレーンの操作指示方法であって、前記クレーンの状態として、前記クレーンの吊具を移動させる目標である目標位置に対する前記吊具の振れの中心の位置ズレ量、及び前記吊具の振れ量を検出する検出工程と、前記吊具が振れたままで前記操作機器が操作されたと仮定した時点での前記位置ズレ量から前記振れ量を減算した前記吊具と前記目標位置との相対距離をゼロにし、かつ前記吊具が振れたままで前記相対距離をゼロにした状態を維持する前記吊具の移動速度および移動方向を前記操作条件として算出し、算出した前記操作条件を前記指示部に指示させる算出工程と、を実施することを特徴とする。

本発明では、検出部が検出したクレーンの状態から、操作条件を算出して指示部に指示させる。そのため、指示部の指示内容から目標とする荷役操作を達成するために必要な操作とそのタイミングを運転手が把握できる。
そのため、目標とする荷役操作を達成するために必要な操作の情報を運転手に知得させられる。

本実施形態に係るクレーンの操作システムの適用対象であるクレーンを示す側面図。図１の表示部に表示される映像の例を示す図。本実施形態に係るクレーンの操作システムの機能ブロック図。本実施形態に係るクレーンの操作システムが適用される事例として、吊具と着床目標の位置合わせの手順を説明するための斜視図。スプレッダの振れ量の時間による変動を、海側を正として模式的に示すグラフであって、（ａ）は実際の振れ量の時間による変動を示し、（ｂ）は、（ａ）の振れ量の計測値の時間による変動を示す。図５のスプレッダの振れ量ｄ０とスプレッダの振れ量ｄ０’を示す斜視図である。本実施形態に係るクレーンの操作システムを用いたクレーンの操作指示方法の概要を示すフロー図。

以下、図面に基づき本発明に好適な実施形態を詳細に説明する。
まず図１及び図２を参照して本実施形態に係るクレーンの操作システムの適用対象であるクレーンの概略構成を説明する。ここではクレーンとして岸壁に設けられ、接岸したコンテナ船との間で荷役対象であるコンテナの荷役を行う岸壁クレーンを例示する。

図１に示すように、クレーン１は脚部３、桁部９、走行装置７、トロリ１１、及びスプレッダ１３を備える。脚部３はクレーン１を構成する他の部材を支持する脚状の支持構造体であり、ここでは海側と陸側に１対設けられる。桁部９は脚部３に一方向（Ｘ方向、横行方向とも呼ぶ）に延在して跨設された桁状の構造物である。走行装置７は横行方向に直交する方向（Ｙ方向、走行方向とも呼ぶ）にクレーン１を走行させる装置であり、Ｙ方向に沿って岸壁１０に配置されたレール５上を走行する図示しない車輪及びその駆動機構を脚部３の下端に備える。トロリ１１はスプレッダ１３を保持して横行させる台車であり、トロリ１１に設けられた図視しないレール上を走行する。スプレッダ１３はコンテナ４９ａを吊り上げる吊具であり、トロリ１１にワイヤ８で吊り上げられて上下方向（Ｚ方向）に移動する。

図１のクレーン１は遠隔操作方式であり、運転室１５がクレーン１から離れた位置に設けられる。そのため、クレーン１は運転室１５から運転手が視認し難い位置の情報を把握する装置である撮像部１７及び表示部３１を備える。
撮像部１７は運転室１５から運転手が視認し難い位置を撮像するカメラであり、図１ではトロリ１１の横行方向陸側端部に設けられ、スプレッダ１３を見下ろす向きであるＡの向きに撮像する向きが保持される。この撮像する向きＡは遠隔操作でない従来のクレーンの運転席から運転手がスプレッダ１３を見る向きを再現するものである。表示部３１は撮像部１７が撮像した映像を表示するモニタであり、運転室１５に設けられる。撮像した映像１４の例を図２に示す。図２の映像１４は、撮像部１７が撮像したスプレッダ１３の映像及びコンテナ船４８に蔵置されたコンテナ４９ａの映像が含まれる。
以上がクレーン１の概要の説明である。

次に図２～図５を参照して本実施形態に係るクレーン１の操作システム２７の構成を説明する。
図３に示すように操作システム２７は、操作機器３２、指示部３５、検出部３０、及び算出部３３を備える。
操作機器３２はクレーン１を運転手が操作するためのレバーやボタンが配置された装置であり、運転室１５に設けられる。操作機器３２は走行装置７、トロリ１１、及びスプレッダ１３等のクレーン１を駆動する装置にＰＬＣ等を介して電気的に接続されている。そのため、運転手が操作機器３２を操作することでこれらの装置に操作信号が送信され、操作信号に基づき何れかの装置が駆動される。
指示部３５はクレーン１の操作に必要な操作機器３２の操作条件を運転手に指示する装置であり、運転室１５に設けられる。

ここでいうクレーン１の操作に必要な操作機器３２の操作条件とは、目標となるクレーン１の荷役を達成するために必要な操作の条件を意味する。
目標となるクレーン１の荷役とは、クレーン１を用いた荷役に必要な個々の装置の操作を意味する。
具体的には、クレーン１における荷役操作では走行装置７、トロリ１１、及びスプレッダ１３を操作して移動させる必要があるが、これらを移動目標へ移動させる操作が目標となるクレーン１の荷役に必要な操作である。

例えばスプレッダ１３がコンテナ船４８上に蔵置されたコンテナ４９ａを掴む場合、トロリ１１を横行させてスプレッダ１３のＸ座標をスプレッダ１３の着床目標であるコンテナ４９ａのＸ座標に合わせてコンテナ４９ａの直上で停止する操作が必要になる。具体的には図４に示すように、スプレッダ１３の平面上の図心であるＣ４を、コンテナ４９ａの上面の図心Ｃ２の直上に設定された目標位置である座標Ｃ３まで移動させて、座標Ｃ３上で停止させる操作が必要になる。この場合、コンテナ４９ａとスプレッダ１３のＸ座標の位置合わせが目標となるクレーン１の荷役であり、トロリ１１の横行操作が、その荷役に必要な操作である。
あるいは位置合わせ後にスプレッダ１３をコンテナ４９ａの上面に着床させる場合、スプレッダ１３を下降させる操作やスプレッダ１３のツイストロック等を用いた緊締操作が、荷役に必要な操作である。
以下の説明では特に断りが無い限り、クレーン１の荷役に必要な操作として、コンテナ４９ａとスプレッダ１３の位置合わせのためのトロリ１１の横行操作を例に本実施形態を説明する。

具体的な運転手への指示の例を図２に操作条件指示画像１６として示す。
操作条件指示画像１６は、クレーン１の荷役に必要な操作として、運転手が必要な操作を指示する情報である。

操作条件指示画像１６は図２では表示部３１に表示される画像であり、図形画像１６ａ及び数値画像１６ｂを有する。
図形画像１６ａはトロリ１１の横行方向を図形で示す画像であり、ここでは矢印で横行方向を示している。図２に示す図形画像１６ａは、コンテナ４９ａとスプレッダ１３の位置合わせのために、トロリ１１をＸ方向海側に向けて横行する操作を運転手が行う必要があることを示す。数値画像１６ｂはトロリ１１の横行速度を数値で示すものである。図２では、コンテナ４９ａとスプレッダ１３の位置合わせのために、トロリ１１を１０ｍ／ｓで横行させる操作を運転手が行う必要があることを示す。

図２では操作条件指示画像１６を表示部３１の映像１４に重ねて表示するため表示部３１が指示部３５を兼ねている。ただし運転手が運転中に操作条件指示画像１６を視認できる位置にあれば指示部３５は表示部３１と別の装置でもよい。
また、運転手が操作条件を理解できる指示が出せるのであれば、指示部３５が運転手に指示する情報は図形や文字以外の情報でも良い。例えば操作条件を音声情報で指示してもよい。この場合は音声で操作条件を指示するスピーカ等が指示部３５となる。
さらに、図２の操作条件指示画像１６は、トロリ１１の横行方向と横行速度を、それぞれ図形画像１６ａと数値画像１６ｂで別の画像として表示しているが、横行方向と横行速度を１つの画像で表示してもよい。例えば操作条件指示画像１６を一つの矢印図形としてもよい。この場合、矢印の指す向きが横行方向（厳密には予測した方向）を示し、矢印の長さが横行速度（厳密には予測した速度）となり、例えば矢印が長くなるほど速度が速いことを意味する。この矢印の向きと長さの持つ意味は走行や巻き上げ／巻き下げ操作の場合も同様に予測した方向と速度を意味する。

なお、図２ではコンテナ４９ａとスプレッダ１３が映像１４として表示されているため、映像１４を運転手が見れば、コンテナ４９ａとスプレッダ１３の位置関係やトロリ１１の横行方向は、ある程度把握できる。にもかかわらず本実施形態で指示部３５を設けてトロリ１１の横行速度や横行方向を運転手に指示する理由について簡単に説明する。
図２に示す映像１４のようにトロリ１１からスプレッダ１３をＸ方向に見下した映像１４における上下の位置座標Ｘ’は、本来はＸ方向とＺ方向の情報を含む。しかし撮像部１７が単眼カメラのように両眼視差を再現しない装置の場合、映像１４は奥行方向の情報が乏しいため、スプレッダ１３が映像１４中で上下に移動していても、Ｘ方向及びＺ方向にどの程度移動しているのか映像１４から分かり難い。さらにトロリ１１と共に横行中のスプレッダ１３には「振れ」と呼ばれる周期的な位置変動も生じている。そのため、振れも含めたスプレッダ１３の移動状況を映像１４のみで運転手が把握するのは極めて困難な場合がある。

スプレッダ１３の移動状況を映像１４のみで把握するのが困難な場合、映像１４のみを運転手が参照しても、目標とする荷役操作を行うために必要な操作機器３２の操作条件が分かりにくい場合がある。具体的には、図２に示す映像１４のみでは、トロリ１１を横行させてコンテナ４９ａのＸ座標にスプレッダ１３のＸ座標を合わせて停止するために必要なトロリ１１の横行速度や横行方向が分かりにくい場合がある。
そこで操作条件を指示部３５が運転手に指示し、指示部３５から知得した操作条件に基づき操作機器３２を運転手が操作すれば、トロリ１１とスプレッダ１３の移動状況を映像１４のみで運転手が把握する場合と比べて、目標となるクレーン１の荷役を正確に行える。以上が本実施形態で指示部３５を設ける理由である。

検出部３０はクレーン１の状態を検出する装置である。ここでいうクレーン１の状態とは、目標となるクレーン１の荷役を行う際に、操作する必要がある装置の位置及び変動を意味する。目標となるクレーン１の荷役が、スプレッダ１３とコンテナ４９ａのＸ座標を合わせる位置合わせ操作の場合、図４に示すスプレッダ１３のコンテナ４９ａの位置に対するＸ方向の相対距離Ｌがクレーン１の状態に該当する。
より具体的には相対距離Ｌは、スプレッダ１３のＸ方向の振れ中心Ｃ１の、コンテナ４９ａの上面の図心Ｃ２に対するＸ方向の位置ズレ量Ｌ０からスプレッダ１３の振れのＸ方向成分である振れ量ｄを減じた値である（Ｌ＝Ｌ０－ｄ）。よって位置ズレ量Ｌ０と振れ量ｄもクレーン１の状態に含まれる。ただし検出部３０が相対距離Ｌを求める必要はない。検出部３０が振れ量ｄと位置ズレ量Ｌ０を求め、算出部３３が相対距離Ｌを求めればよい。

振れ中心の位置ズレ量Ｌ０とは、スプレッダ１３がＸ方向における周期振動を生じている場合に、スプレッダ１３において振動の振幅のＸ方向成分が０となる振れ中心Ｃ１から、コンテナ４９ａの上面の図心Ｃ２までのＸ方向距離を意味する。なおＣ１はトロリ１１に対して相対移動しない座標なので、トロリ１１のコンテナ４９ａに対するＸ方向のズレ量を求めれば、そのズレ量を基に位置ズレ量Ｌ０を求められる。
トロリ１１の位置は、トロリ１１を駆動させるドラム等に設けられたエンコーダ等で求められる。コンテナ４９ａの位置は、クレーン１に求めた位置センサで求められる。この場合はエンコーダや位置センサが検出部３０になる。

スプレッダ１３のＸ方向の振れとは、Ｘ方向成分を有するスプレッダ１３の周期振動を意味する。図４では、ワイヤ８とトロリ１１の結束点をＣ０、ワイヤ８とスプレッダ１３の結束点をＣ４とした場合に、Ｃ０を中心としたスプレッダ１３のＸ－Ｚ平面内での振れをＸ方向の振れとして例示している。ただし、Ｘ方向成分を有するスプレッダ１３の周期振動であれば、Ｘ－Ｙ平面内での振れであるスキューもＸ方向の振れである。
振れのＸ方向成分を検出する検出部３０としては、スプレッダ１３の上面にビーコン等の発信機を設け、トロリ１１にビーコンの位置を検出するカメラを設けた構成を例示できる。
なおスプレッダ１３の振れは周期振動であるため、振れと時間の関係を示す波形を求めれば、振れのＸ方向成分は必ずしも逐次検出しなくてもよい場合がある。例えば振れ角が微小である場合は周期振動を単振動と仮定でき、この場合は波形を正弦波で表せるため、振れ量の最大値と振れの周期を求めれば波形を求められる。
振れの周期を求める方法としては、振れを単振動と仮定してスプレッダ１３とワイヤ８の間に張設されたワイヤ８の長さｌｗから周期を求める方法がある。これは単振動の周期はワイヤ８の長さｌｗのみを変数とする関数で表せるためである。ワイヤ８の長さｌｗは、ワイヤ８を繰り出す図示しないドラム等に設けたエンコーダ等で求めることができる。この場合はエンコーダが検出部３０になる。なお、ワイヤ８はスプレッダ１３や掴んだコンテナ４９ａの重さで伸びる場合がある。そのため、ワイヤ８のスプレッダ１３やトロリ１１との結束部にあるシーブ等にロードセルを設けてワイヤ８の張力を検出し、検出した張力とワイヤ８の弾性率からワイヤ８の伸びを求めて、エンコーダで求めたワイヤ８の長さに加算してもよい。この構成では、エンコーダのみを用いる場合と比べてワイヤ８の長さをより正確に求められる。この場合はロードセルも検出部３０となる。

図４では振れの検出と計算の説明を簡略化するためにワイヤ８のスプレッダ１３との結束点Ｃ４をスプレッダ１３の平面上の図心位置１箇所としている。また、ワイヤ８のトロリ１１との結束点Ｃ０も振れ中心Ｃ１の直上の１箇所としている。ただし実際のワイヤ８は図２に示すようにスプレッダ１３に複数本が平面視で図心を中心として均等配置されるため、結束点Ｃ４は図心位置の１箇所ではない。結束点Ｃ０も振れ中心Ｃ１の直上１箇所ではない。一方で、各結束点に加えられる張力の合力の作用点は図心になり、図４のワイヤ８を合力の作用線が通る。そのため、結束点Ｃ４が図心位置の１箇所に配置され、結束点Ｃ０が振れ中心Ｃ１の直上１箇所に位置すると仮定して振れ量ｄを求めてもよい。また振動の振幅が大きい等の理由で振れを単振動とみなせない場合は運動方程式の厳密解を求めてもよい。

このように検出部３０を設けることで、目標となるクレーン１の荷役を行う際に、操作する必要がある装置の位置及び変動を検出でき、目標となるクレーン１の荷役に対して、現在の装置の状態が目標からどの程度逸脱しているのかを把握できる。これにより、目標を達成するために必要な操作条件を求める際の基となる情報として検出したクレーン１の状態を利用できる。

算出部３３は、検出部３０が検出したクレーン１の状態から、操作条件を算出して、その操作条件を指示部３５に指示させる指令を送信する装置である。算出部３３は、検出部３０及び指示部３５に有線又は無線で電気的に接続される。
ここでいう操作条件とは、目標となるクレーン１の荷役を完了させるために予測される操作機器３２の操作と、その操作を行うタイミングを含む条件である。
目標となるクレーン１の荷役がスプレッダ１３とコンテナ４９ａの位置合わせの場合、予測される操作機器３２の操作は、目標位置でスプレッダ１３を停止させるために必要なスプレッダ１３の移動方向、移動速度を実現する操作機器３２の操作である。その方向と速度にするための操作機器３２の操作を行うタイミングが、操作を行うタイミングである。具体的な移動方向、移動速度は図４に示す相対距離Ｌを最短時間で０にし、かつその状態を維持するためのトロリ１１の移動速度と移動する向きである。なお、操作機器３２の操作を示す具体的な情報としては、この速度や向きを実現するために操作すべき操作機器３２のレバーやボタン、あるいは、その操作量を具体的に指定する情報でもよい。ただし、図２のように単にトロリ１１の移動速度と移動する向きを求めて、これを必要な操作機器３２の操作としてもよい。これは、トロリ１１の移動速度と移動する向きを運転手が知得できれば、その速度と向きを実現するために必要な操作機器３２の操作量は運転手でも判断できるためである。

また、ここでいう操作条件とは、操作機器３２が操作されたと仮定した時点での操作条件である。
操作されたと仮定した時点とは、操作条件を算出する基準時刻であり、目標となるクレーン１の荷役中における任意の時刻である。
操作されたと仮定した時点は予め定められた時点でもよい。例えば目標となるクレーン１の荷役がスプレッダ１３とコンテナ４９ａのＸ座標を合わせる位置合わせ操作である場合、振れ量ｄが所定の値になった時点で運転手に所定の横行操作をさせると位置合わせの精度が高くなる場合がある。この場合は振れ量ｄが所定量、例えば０になった時点で運転手にトロリ１１の横行操作を指示したいので、振れ量ｄが所定量になった時点を、操作されたと仮定した時点とする。
あるいは、位置決めの操作中は常に指示部３５に指示をさせ続けたい場合、例えば図２の操作条件指示画像１６を表示部３１にリアルタイムで表示させ続けたい場合は、操作されたと仮定した時点は、位置決め操作の開始から終了までの全期間である。
さらに、運転手が何らかの操作を行った時点を、操作されたと仮定した時点としてもよい。例えば運転手が操作機器３２の所定のボタンを押したタイミングを操作されたと仮定した時点としてもよい。

ただし、運転手が何らかの操作を行った時点を、操作されたと仮定した時点とするということは、操作機器３２のスプレッダ１３等への操作内容を算出部３３が取得して、取得した操作内容を基に操作条件を算出するという意味ではない。算出部３３は、予測される操作条件を求める際の基準時刻として、運転手が操作を行った時点に対応する時刻を参照するだけであり、操作機器３２の具体的な操作内容を取得する必要はない。

算出部３３は、算出した操作条件に基づく操作を運転手が行うべき時点で、算出した操作条件、具体的には予測される操作とその操作を行うタイミングを指示部３５に指示する。ここでいう操作を行うタイミングとは、操作されたと仮定した時点のことである。これは、算出した操作条件は、操作されたと仮定したタイミングで運転手が操作すべき条件だからである。

操作条件を指示部３５に指示させる具体的な手段としては、算出した操作条件に基づく操作を運転手が行うべき時点で指示部３５に操作条件を送信する手段が挙げられる。あるいは、操作を示す情報に、操作を行うべき時刻を含めた情報を操作条件として、その時刻の前に指示部３５に送信し、操作を行うべき時刻に指示部３５が操作を示す情報に基づく指示を行う手段も挙げられる。

操作条件に基づく操作を運転手が行うタイミングを知得させる方法は、運転手にタイミングを間接的に知得させる方法でも、直接的に知得させる方法でも良い。間接的に知得させる方法としては、操作条件に基づく操作を運転手が行うタイミングで操作条件指示画像１６を表示する方法がある。この方法では、操作条件指示画像１６が表示されたタイミングが、運転手が操作を行うべきタイミングとなる。
直接的に知得させる方法としては、運転手が操作を行うべきタイミングの前に、操作すべき時刻を操作予告として操作条件指示画像１６の一部に含めて表示させる方法がある。この場合は算出した操作条件に基づく操作を運転手が行うべき時点よりも前の任意の時刻に、算出部３３は操作条件指示画像１６を指示部３５に表示させる指令を送信する。

算出部３３は予測される操作条件を算出する基準時刻として、操作されたと仮定した時点に、検出部３０と操作機器３２の少なくとも一方に起因する遅延時間を加えた時刻における操作条件を予測される操作条件として算出するのが好ましい。理由は以下の通りである。

まず検出部３０に起因する遅延時間について説明する。検出部３０がクレーン１の状態検出を開始してから、実際に状態が検出されるまでには一定の時間を要する。これは検出の際に検出部３０の検出素子の応答速度や信号の伝送速度に起因する遅延が生じるためである。このような遅延時間を以下の説明では検出系遅延時間Δｔ１と称す。例えばスプレッダ１３の振れと時刻の関係を示す実際の波形が図５（ａ）で示される場合、検出部３０が該波形を検出して得た計測波形は、振れと時刻の関係が、図５（ｂ）に示すように、検出系遅延時間Δｔ１だけ実際の波形から遅れた波形となる。

この状態で、例えば時刻ｔ２が操作されたと仮定した時点である場合、本来は図５（ａ）の時刻ｔ２における振れ量ｄ０を基に予測される操作条件を算出部３３が算出する必要がある。しかしながら、算出部３３に入力された計測波形が検出系遅延時間Δｔ１だけ遅れている場合、図５（ｂ）に示すように時刻ｔ２における計測波形の振れ量はｄ０´となり、図６に示すようにｄ０と異なる値となる。これは、図５（ｂ）に示す計測波形での時刻ｔ２における振れ量ｄ０´は、図５（ａ）に示す実際の波形では、時刻ｔ２から検出系遅延時間Δｔ１だけ遅れた時刻ｔ２’における振れ量になるためである。振れ量が異なると相対距離Ｌも異なる。そのため、振れ量ｄ０´を基に時刻ｔ２において予測される操作条件を算出部３３が算出すると、スプレッダ１３とコンテナ４９ａのＸ座標が合わない位置でスプレッダ１３が停止する操作条件が算出される可能性がある。そこで、時刻ｔ２に運転手が操作を行うと仮定した場合、算出部３３は時刻ｔ２に検出系遅延時間Δｔ１を加えた時刻ｔ３における図５（ｂ）での振れ量ｄ０を基に予測される操作条件を算出する。これにより、検出系遅延時間Δｔ１が生じる場合でも、予測される操作条件を、検出部３０が検出して算出部３３に入力された振れと時刻の関係に基づき算出できる。
検出系遅延時間Δｔ１は一般的に検出部３０に固有であるため、実測するか、あるいは検出部３０のカタログスペックを基に決定すればよい。

次に操作機器３２に起因する遅延時間について説明する。指示部３５の指示に基づき運転手が操作機器３２を操作する場合、視覚又は聴覚で指示部３５の指示を運転手が知得してから、操作機器３２を操作するまでには反応時間と呼ばれる遅延が生じる。操作機器３２を運転手が操作した場合、操作機器３２が操作信号を生成して操作対象となる装置に送信し、操作信号を受信した装置が動作を開始する。この間は信号の伝送速度等に起因する遅延が生じる。
このように操作機器３２に起因する遅延時間は、指示部３５の指示を受けてから運転手が操作機器３２の操作を開始するまでに要する時間と、操作機器３２が操作されてからクレーン１がその操作に基づき動作を開始するまでに要する時間の和で表される。この遅延時間を操作系遅延時間Δｔ２と称す。

例えば検出系遅延時間Δｔ１が無いと仮定すると、時刻ｔ２を操作されたと仮定した時点にした場合、本来は図５（ａ）の時刻ｔ２における振れ量ｄ０を基に予測される操作条件を算出部３３が算出して指示部３５に送信する必要がある。しかしながら、予測される操作条件を指示部３５から知得した運転手が、時刻ｔ２に操作を開始したとしても、実際にその操作に基づきクレーン１が移動を開始するのは時刻ｔ２に操作系遅延時間Δｔ２を加えた時刻ｔ５である。図５（ａ）において時刻ｔ５における振れ量はｄ１であり、振れ量ｄ０とは異なる。そのため、時刻ｔ２における振れ量ｄ０を基に予測される操作を算出部３３が算出すると、実際にその操作に基づきクレーン１が移動を開始した時点（時刻ｔ５）の振れ量ｄ１と異なる振れ量ｄ０に基づき操作条件が算出される。そのため、スプレッダ１３とコンテナ４９ａのＸ座標が合わない位置でスプレッダ１３が停止する操作条件が算出される可能性がある。

そこで、時刻ｔ２に運転手が操作を行ったと仮定した場合、算出部３３は時刻ｔ２に操作系遅延時間Δｔ２を加えた時刻ｔ５における図５（ｂ）での振れ量ｄ１を基に予測される操作条件を算出する。これにより、操作系遅延時間Δｔ２が生じる場合でも、実際にクレーン１が移動を開始した時点（時刻ｔ５）で予測される操作条件を算出できる。
操作系遅延時間Δｔ２のうち、操作機器３２に起因する遅延時間は一般的に操作機器３２に固有であるため、実測するか、あるいは操作機器３２のカタログスペックを基に決定すればよい。操作系遅延時間Δｔ２のうち、運転手の反応時間に起因する遅延時間は、指示部３５の指示内容や運転手の熟練度によって異なるが、例えば０．２秒～１．０秒程度である。反応時間に起因する遅延時間は実測で求めればよい。また反応時間に起因する遅延時間が運転手の熟練度によって異なる場合、遅延時間を設定変更可能としてもよい。

図５（ｂ）に示すように、算出部３３は、運転手が操作を行ったと仮定した時点ｔ２に、検出系遅延時間Δｔ１及び操作系遅延時間Δｔ２を加えた時刻ｔ４における操作条件を予測される操作条件として算出するのが、より好ましい。ｔ２に検出系遅延時間Δｔ１と操作系遅延時間Δｔ２の一方のみをｔ２に加えた時刻における操作条件を算出する場合と比べて、目標となるクレーン１の荷役を、より正確に行える操作条件を算出できるためである。

なお、操作されたと仮定した時点に、検出系遅延時間Δｔ１又は操作系遅延時間Δｔ２の少なくとも一方を加えた時刻を基に操作条件を算出した場合でも、算出した操作条件に基づく操作を運転手が行うべきタイミングは、操作されたと仮定した時点である。
例えば図５で操作されたと仮定した時点を時刻ｔ２とした場合、検出系遅延時間Δｔ１及び操作系遅延時間Δｔ２を加えた時刻ｔ４を基に操作条件を算出した場合でも、算出した操作条件に基づく操作を運転手が行うべきタイミングは時刻ｔ２である。これは、検出系遅延時間Δｔ１及び操作系遅延時間Δｔ２を加えた時刻ｔ４は操作条件を算出する基準時刻であって、算出した操作を運転手が行うべきタイミングではないためである。
以上が本実施形態に係るクレーン１の操作システム２７の構成の説明である。

次に本実施形態に係るクレーン１の操作システム２７を用いたクレーン１の操作指示方法の手順について、図７を参照して説明する。
まず前提として所定の荷役操作が開始されているとする。例えばコンテナ４９ａのＸ座標にスプレッダ１３のＸ座標を位置合わせする荷役操作が開始されているとする（図７のＳ０）。

この場合、検出部３０は該当する荷役操作の条件を算出部３３が算出するのに必要なクレーン１の状態として、振れ量ｄ及び位置ズレ量Ｌ０を検出して算出部３３に送信する（図７のＳ１、検出工程）。
検出部３０に検出の開始及び検出する具体的な状態を指示する主体は、所定の荷役操作が行われていることを知得できる手段であり、例えば算出部３３である。例えば所定の荷役が、スプレッダ１３とコンテナ４９ａのＸ座標を合わせる位置合わせ操作である場合、トロリ１１の横行操作の開始時点を所定の荷役操作が開始された時点として、算出部３３が検出部３０に検出開始の指示を出せばよい。スプレッダ１３の高さがセーフティハイト等の所定の高さ以下になった時点、又はスプレッダ１３が所定のＸ方向の距離までコンテナ４９ａに接近した時点を位置合わせ操作が開始された時点としてもよい。

クレーン１の状態を受信した算出部３３は、Ｓ１で検出されたクレーン１の状態から、目標となるクレーン１の荷役を行うために予測される操作条件を算出する。さらに、算出した操作条件を指示部３５に指示させる指令を送信する（図７のＳ２、算出工程）。具体的には、算出した操作条件に基づく操作を運転手が行うべき時点で指示部３５に操作条件を送信するか、操作を示す情報に、操作を行うべきタイミングを示す時刻を含めた情報を操作条件として、その時刻の前に指示部３５に送信する。
操作条件を知得した指示部３５は、知得した操作条件に含まれる操作を文字、図形、音声等の情報に変換して、操作を行うべきタイミングと共に運転手に指示することで、操作条件を運転手に知得させる。操作条件を知得した運転手は操作を行うべきタイミングで、指示に従って操作機器３２を操作する。

次に、算出部３３は所定の荷役操作が終了したか否かを判断する（図７のＳ３）。例えば所定の荷役が、スプレッダ１３とコンテナ４９ａのＸ座標を合わせる位置合わせ操作である場合、相対距離Ｌが０の状態が一定時間以上になれば、位置合わせ操作が終了した時点と判断できる。あるいはスプレッダ１３とコンテナ４９ａに着床が完了した時点を、着床センサやツイストロックの動作から計測して、位置合わせ操作が終了したと判断してもよい。所定の荷役操作が終了したと判断した場合、算出部３３は操作条件の算出を終了し、別の荷役操作が開始するまで待機する。この際に算出部３３は、必要に応じて検出部３０に対して検出を終了する指示を出す。所定の荷役操作が終了していないと判断した場合は、算出部３３は次にクレーン１の状態を受信するまで待機してＳ１に戻る。この際は、検出部３０に対して検出の続行を算出部３３が指示してもよいし、検出を終了する指示が出るまで所定のサンプリング周期で検出部３０が検出を続ける構成にしてもよい。
以上が本実施形態に係るクレーン１の操作システム２７を用いたクレーン１の操作指示方法の手順の説明である。

このように本実施形態によればクレーン１の操作システム２７は、検出部３０が検出したクレーン１の状態から、操作条件を算出部３３が算出し、指示部３５に指示させる。
そのため、指示部３５の指示内容から目標とする荷役操作を達成するために必要な操作を運転手が把握できる。
よって、目標とする荷役操作を達成するために必要な操作の情報を運転手に知得させられる。

なお、上記した実施形態は本発明を岸壁クレーンに適用した場合を例に説明したものであるが、本発明は橋型クレーン、アンローダ、ジブクレーン等の、岸壁クレーン以外のクレーンにも適用できる。
また上記した実施形態ではコンテナ４９ａとスプレッダ１３の位置合わせのためのトロリ１１の横行操作の指示を本発明の適用例として説明したが、クレーン１を用いた荷役に必要な操作であれば、本発明はトロリ１１の横行操作以外の操作にも適用できる。例えばスプレッダ１３の着床操作の指示に本発明を適用してもよい。

１クレーン
３脚部
５レール
７走行装置
８ワイヤ
９桁部
１０岸壁
１１トロリ
１３スプレッダ
１４映像
１５運転室
１６操作条件指示画像
１６ａ図形画像
１６ｂ数値画像
１７撮像部
２７操作システム
３０検出部
３１表示部
３２操作機器
３３算出部
３５指示部
４８コンテナ船
４９ａコンテナ

Claims

クレーンを運転手が操作する際に用いる操作機器と、前記クレーンの操作に必要な前記操作機器の操作条件を前記運転手に指示する指示部とを備えるクレーンの操作システムであって、
前記クレーンの状態として、前記クレーンの吊具を移動させる目標である目標位置に対する前記吊具の振れの中心の位置ズレ量、及び前記吊具の振れ量を検出する検出部と、
前記検出部及び前記指示部に接続され、前記吊具が振れたままで前記操作機器が操作されたと仮定した時点での前記位置ズレ量から前記振れ量を減算した前記吊具と前記目標位置との相対距離をゼロにし、かつ前記吊具が振れたままで前記相対距離をゼロにした状態を維持する前記吊具の移動速度および移動方向を前記操作条件として算出し、算出した前記操作条件を前記指示部に指示させる算出部と、
を備えることを特徴とするクレーンの操作システム。
前記操作条件は、
前記検出部が前記クレーンの状態の検出を開始してから、実際に状態が検出されるまでに要する時間である検出系遅延時間と、
前記指示部の指示を受けてから前記運転手が前記操作機器の操作を開始するまでに要する時間と前記操作機器が操作されてから前記クレーンがその操作に基づき動作を開始するまでに要する時間の和である操作系遅延時間と、
を前記操作機器が操作されたと仮定した時点に加えた時刻における条件である請求項１に記載のクレーンの操作システム。
前記指示部の指示を受けてから前記運転手が前記操作機器の操作を開始するまでに要する時間が前記運転手の熟練度によって異なる場合、その時間が設定変更可能である請求項２に記載のクレーンの操作システム。
クレーンを運転手が操作する際に用いる操作機器と、前記クレーンの操作に必要な前記操作機器の操作条件を前記運転手に指示する指示部とを備えるクレーンの操作を前記運転手に指示するクレーンの操作指示方法であって、
前記クレーンの状態として、前記クレーンの吊具を移動させる目標である目標位置に対する前記吊具の振れの中心の位置ズレ量、及び前記吊具の振れ量を検出する検出工程と、
前記吊具が振れたままで前記操作機器が操作されたと仮定した時点での前記位置ズレ量から前記振れ量を減算した前記吊具と前記目標位置との相対距離をゼロにし、かつ前記吊具が振れたままで前記相対距離をゼロにした状態を維持する前記吊具の移動速度および移動方向を前記操作条件として算出し、算出した前記操作条件を前記指示部に指示させる算出工程と、
を実施することを特徴とするクレーンの操作指示方法。