JPH01242322A - リクレーマの遠隔自動運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、鉱石９石炭１石灰石等バラ物の貯蔵ヤード
において、それらの原料パイルをリクレーマで払出す際
の遠隔自動運転方法に関するものである。

（従来の技術） 特公昭６１〜３９２５５号、特公昭６２−２３６８３号
、特公昭６１−５０８５１号、特開昭６０−１３７７２
７号の各公報に公開されているように、スタッカ、リク
レーマの機体の位置情報とセンサを設置して原料パイル
形状を把握して制御するリクレーマの自動運転方法は公
知である。

バラ物の貯蔵ヤードにおいては、貯蔵用にスタッカ、払
出用にリクレーマが用いられる。このようなスタッカの
構造の一例を示したのが第７図であり、レール上を走行
する機体１にクレーン機構等によって角度調節されるブ
ーム２が首振り自在に取付けられている。このブーム２
には、ベルトコンベア３が取付けられている。原料パイ
ル４の貯蔵は、ベルトコンベア３を回転させながらブー
ム２を旋回操作、並びに機体ｌを走行寸動操作させるこ
とによって行っている。貯蔵された原料パイル４の形状
の一例を示したのが第８図（ａ）　、　（ｂ）　。

（ｃ）であり、円錐形５１台形６．三角柱形７等が代表
的な形状である。リクレーマの構造を示したのが第９図
であり、レール上を走行する機体１にクレーン機構等に
よって角度調節されるブーム２が首振り自在に取付けら
れている。このブーム２の先端部には複数のパケットを
備えて回転するパケットホイール８が設けられ、これに
よって原料パイル４を払出し、ブーム２に設置されてい
るベルトコンベア３に投下し、機体１側に搬出する。

原料パイル４の払出しにあたっては、リクレーマのブー
ム２を旋回操作、ならびに機体ｌを走行寸動操作させる
ことによって行っている。

第１０図は、リクレーマによる原料パイル４の払出方法
を説明するための平面図である。第１０図中の半円弧ａ
はパケットホイール８の旋回軌跡を示し、半円弧ａとｂ
間の直線イの部分は機体１の走行寸動軌跡を示している
。ブーム２の高さは、予め定められた同−払出段の走行
範囲の払出が完了するまで一定に保たれている。同−払
出段の払出が完了すると、機体１を■の方向に後退させ
て、ブーム２を一段下の払出段まで下降着地させ、引続
き前述と同様の方法で旋回と走行寸動と繰返しながら払
出を行なう。リクレーマの遠隔運転は原料パイル４の形
状が多種多様であり、配置も日々変化するため、その形
状と位置（三次元座標）の正確な把握が困難であり、完
全な自動化が遅れていた。しかし、近年は第１１図に示
すような自動運転システムが実用に供されている。第１
１図は従来の自動運転システムを示すブロック図である
。

その構成は大きく分けると、制御装置１ｏに情報を入力
する各種センサ類９、制御装置１０と制御装置１０の出
力によって貯蔵ヤードの全作業の管理を行う管理用計算
機１１から成るもので、これらを有機的に結合、構成す
る手段の組合せによってスタッカ、リクレーマの機体１
およびブーム２の位置、状態を知り、更に原料パイル４
の形状を各種センサ類９によって、払出作業中に確認し
ながら必要量の操作を行うべく制御し、リクレーマの全
自動運転を行っている。各種センサ類９には、超音波セ
ンサあるいはレーザセンサが用いられ、原料パイル４と
各種センサ類９間の測距を行なって、原料パイル４の形
状と有無を判断している。

また、制御装置１０はスタッカ、リクレーマの機体１に
搭載する方法と中央制御室に設置する方法があるが、作
業性、経済性等を検討して貯蔵ヤードの実態に合致した
方法が選定されている。

第１２図は、従来の原料パイル４の形状、座標の把握状
況を図表化した一例を示す。未払出状態の原料パイル４
の形状と三次元座標は、スタッカの機体位置及び積山高
さセンサの情報と原料の安息角を設定することにより演
算把握し、記憶９作図２作表されている。原料パイル４
の払出が行なわれた時点の原料パイル４の形状、三次元
座標の把握は、リクレーマの走行寸動位置と各種センサ
類９から得られる、原料パイル４の幅方向のパイル有無
の情報によって、ブーム２の旋回角を各払出段毎に把握
して演算算出し、その結果をもとに、リクレーマ機体ｌ
を中心としブーム２の長さを半径とする円弧で、作図２
作表させると共に、スタッカ情報で演算算出された結果
を消去、修正している。

リクレーマの自動運転は、上記の原料パイル４の形状、
座標に基づいて、管理用計算機１１からの指示により、
操作者が操作卓又は管理用計算機１１でセンシング開始
時のりクレーマ機体ｌの停止位置、センシング開始時の
ブーム２の旋回角度、喰付点の高さ、原料パイル４の最
上段の段数、安息角、１回の寸動量といったような必要
データを予め設定する。リクレーマは自動走行に先立っ
てブーム２を最上限まで上昇させ、その後、パケットホ
イール８が軌道上に達するまで旋回させた後、ブーム２
を水平まで下降させるＹＪ、備動作を行なう。

リクレーマが自動的に走行して、指定された位置に到達
したら着地前の準備動作としてブーム２を所定の高さま
で昇降させた後、指定された着地角度まで旋回する。そ
の後、リクレーマのブーム２に設けた各種センサ類９に
よって機体１と原料パイル４間の距離を自動的に測定し
ながら着地制御、旋回反転制御、段替制御を行なってい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、以上のような原料パイル４の把握状態と自動運
転方法では、各動作を効率的に自動運転することができ
ず、リクレーマの一作業時間当りの払出能力が低下し、
更に、原料パイル４の形状把握が不正確なため、操作者
による遠隔手動操作の介入が必要となる欠点があった。

これは以下の理由によっている。

原料パイル４の形状と三次元座標を演算するためのスタ
ッカ、リクレーマの機体位置は、その動作時に慣性惰走
が生じる。その惰走値は、動作速度、風向、制動装置の
保守状況の影響を受けて変化するため不正確である。ま
た、超音波あるいはレーザによる原料パイル４の形状把
握はその特性（超音波は照射径が大きく、レーザはスポ
ット径が小さい）と、機体稼動中に計測するために機体
揺動の影響を受けて形状の判定が不安定となる。

更に、鉱石１石炭１石灰石等のバラ物は、その粒度構成
、水分量、嵩比重等によってその都度、安息角に変化が
生じる。屋外貯蔵の場合には降雨等によって原料パイル
４の崩落も発生するので、形状の変化を常時正確に把握
することができなかった。

このように、従来の情報で演算された原料パイル４の形
状、座標はりクレーマの自動運転を効率的に行う情報と
しては不正確なものであり、原料パイル４の形状変化に
追従できなかった。そのため、機体移動、着地準備動作
は最も安全な第１３図に示す手順が採用され、この動作
に長時間を要し払出能力が低下している。また、操作者
は原料パイル４の近傍に機体１、ブーム２、パケットホ
イール８が接近した時点で、遠隔手動操作によって機体
１と原料パイル４の間隔をＩＴＶ等で監視しながら、着
地を確認した後、自動運転を開始していた。

本発明の目的は、上記した従来の欠点を解消するもので
あり、原料パイル４の払出作業において、完全自動運転
が可能な方法を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はＩＴＶ単独又はＩＴＶと発光体照射装置を用い
た稜線形状の把握装置と画像処理装置、論理演算装置を
用いて、実際の原料パイル４の形状と三次元座標を記憶
及び作図又は作表して、リクレーマによる原料パイル４
の払出作業時の各動作を最も効率的に制御して、完全自
動運転を行なえるようにしたものである。

第１図は本発明を説明するためのブロック図である。本
発明はその機器構成を大きく分けると、操作者から指示
される作業条件、スタッカとりクレーマの制御状態、衝
突防止演算制御結果及び原料パイル４の形状、三次元座
標、安息角の入力情報により貯蔵ヤード全体を管理する
管理用計算機１１と、管理用計算機１１の出力によって
スタツカ又はリクレーマを制御する装置１２、スタッカ
、リクレーマの機体同志及び機体と原料パイル４の衝突
防止を制御する装置１３と、原料パイル形状、座標検出
装置１４の人力によって原料パイル４の形状、三次元座
標、安息角を演算する装置１５から構成される。又、管
理用計算ａｌｌで直接スタッカ、リクレーマを制御しな
い場合は破線で示すように、操作卓に管理用計算機１１
の指示を表示し、操作者はその表示に従って原料パイル
４の形状、座標を確認して作業に必要な設定を行なった
後、スタッカ、リクレーマの自動運転制御ができる構成
である。

〔作　用〕

以下、本発明の作用を図面に基づいて原料パイル４の形
状、三次元座標の把握方法と、それを使用したりクレー
マの自動運転方法について説明する。

貯蔵ヤードの原料パイル４の形状は貯蔵ヤードの大きさ
、荷投機械の仕様、及び作業方法と作業状Ｈ（積付完了
直後、又は払出作業中）によって様々な形状を呈す。第
２図の（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）に積付完了後で
未払出の状態、第２図の（ｄ）　、　（ｅ）　、　（ｆ
）に払出中の状態にある原料パイル４の代表的な形状例
を示す。

このように複雑な原料パイル４の形状、座標を正確に把
握するための原料パイル形状、座標検出装置１４を第３
図に示す、この原料パイル形状、座標検出装置１４は原
料パイル面に光源を照射する光源照射装置１６と、これ
と同期して光源を追尾する光源追尾装置１７から構成さ
れ、光源照射装置１６は原料パイルに対して照射間隔距
離が等間隔となるように首振、俯仰の角度を自由に設定
出来る機能を有する。原料パイルに対する照射方法の例
として、水平方向、垂直方向の照射があるが、その照射
方法は前記の方法に限定されるものではない。

また、この原料パイル形状、座標検出装置１４は、広大
な貯蔵ヤードの全ての原料パイルを視界内に収め計測で
きる機能が必要である。この機能を満足させるためには
、原料パイル形状、座標検出装置１４を走行移動させて
検出する方法と、地上の高架構築物に１ケ所又は複数個
固定して設定する方法があるが、貯蔵ヤードの大きさ（
配置）によって、その方法は選択することができる。

第４図はこの原料パイル形状、座標検出装置１４の設置
場所として、スタッカまたはりクレーマ機体１に搭載し
た例を示す。

第５図（ａ）〜（ｅ）は形状、座標検出装置１４による
稜線、変曲点及び払出中の状態にある原料パイル４の払
出段積線の検出方法を示す。稜線と変曲点は以下の２動
作によって検出する。まず、原料パイル形状、座標検出
装置１４の垂直昇降高さ（俯仰角）を等間隔に設定した
後、光源が貯蔵ヤード全幅に到達できる範囲に当該検出
装置１４を水平方向□に首振させる。光源照射装置１６
から照射された光源は、原料パイル４で反射されるので
、その反射光の形状変化、軌跡の変曲点、反射光の有無
を光源追尾装置１７で感知する。一方、光源追尾装置１
７は２台が装備されているので三角測量の原理によって
原料パイル４の光源反射点と光源追尾装置１７間の距離
を計測することができる。

このようにして原料パイル４の幅方向稜線の形状と座標
を認識する０次に、原料パイル形状、座標検出装置１４
の水平方向照射間隔を等間隔に設定して、貯蔵ヤード全
幅に亘って、当該検出装置１４を上下に垂直昇降させて
、前述と同様に反射光の変化感知と測距を行ない、原料
パイル４の高さ方向の稜線形状と座標を認識する。払出
段積線の検出は、三次元座標から、原料パイル４の中央
近傍の角度を演算し、その角度に当該検出装置１４を設
定した後、原料パイル４の高さ方向に垂直昇降させて、
払出段毎の変曲点を感知、測距して稜線形状と座標を認
識する。［株］点も上記と同様の方法で測距される。

認識された原料パイル４の形状と測距値は、第１図に示
す演算装置１５に伝送され、信号解析、画像処理を行な
って、原料パイル４の形状、三次元座標、安息角が論理
演算され、その結果を管理用計算機１１及び衝突防止演
算制御装置１３に伝送すると共に記憶、作図又は作表を
行なう。払出段積線の座標と作図は、機体１とパケット
ホイール８間の長さを半径とする円弧で演算され、かつ
、作図される。

次に、正確に把握された原料パイル４の形状と三次元座
標を用いたりクレーマの自動運転方法について説明する
。

従来の原料パイル４の形状、三次元座標の把握精度で自
動運転による機体の移動を行なう場合には、原料パイル
４と機体の衝突を防止するために、第１３図に示す手順
が採用されている。この一連の動作は、機側手動運転に
比べて長時間を要するため払出能力が大幅に低下してい
た。

本発明は、待機場所と指定された場所間に存在する原料
パイル４の形状、三次元座標が正確に把握されているの
で、この原料パイル４の形状、三次元座標値によって、
原料パイル４との衝突防止演算監視を行ないながら、機
体の移動と俯仰、旋回の動作を同時に実施しながら機体
移動制御を行なう。

原料パイル４にパケットホイール８を着地（喰付き）さ
せる従来の制御方法の一例を示したのが第１４図（ａ）
　、　（ｂ）である。従来の方法は、未払出の状態、払
出中の状態の原料パイル４ともに、超音波あるいはレー
ザ等の測距センサを用いて、原料パイル４の端部（レー
ル側）でパケットホイール８と原料パイル４間の距離を
測定して、その測定値によって着地の判断を行なう方法
が採用されていた。しかし、原料パイル４の端部は、そ
の形状が最も複雑、多様な箇所であり、更に測距センサ
は前述のように検出が不安定であるため、着地点を検出
、判断するのに長時間が必要であるうえに誤検出が発生
していた。

本発明は、着地用の測距センサを設置せず、原料パイル
４の形状、三次元座標データによって、未払出の状態の
パイルの着地角度の算出方法を示したのが、第６図（ａ
）である。まず、安息角と原料パイル４の高さから、当
該払出段のパイル半径ｒを算出し、次に、事前に設定可
能なパケットホイールの旋回半径Ｒから、両円弧の接点
Ｐの着地角θを算出して着地角度を決定する。

払出中の状態のパイルの着地方法を示したのが、第６図
（ｂ）である。払出中の状態のパイルの着地も、原料パ
イル４の形状、三次元座標データから各払出段毎の着地
角度をα、〈θ〈β２あるいはα２くθくβ、の範囲内
の値になるように演算算出して制御するが、その場所は
原料パイル４の形状が最も安定した切出稜線となる原料
パイル４の中央部分近傍で実施する。

従来の段替制御は、走行寸動による演算制御と前述の測
距センサ９を用いて各払出段の高さを検出して、払出段
の変化を検出する制御が併用実施されており、段替後の
着地点は原料パイル４の端部（レール側）に限定されて
いた。本発明は段替用の測距センサを設置せず、原料パ
イル４の形状、三次元座標データによる演算制御のみと
し、段替後の着地点は前述の払出中の状態の着地制御と
同様に原料パイル４の形状が最も安定した中央部分近傍
で行なう。

以上説明した作用例は一例であり、原料パイルの三次元
座標を把握する方法として、自動焦点カメラ、テレビカ
メラと画像処理装置を使用した構成でも、本発明は適用
できるので、その構成（作用）はこれに限定されるもの
ではない。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によって貯蔵ヤ
ードの原料パイル４の形状と三次元座標を常に最新情報
で正確に把握できるので、リクレーマ自動払出運転（機
体移動１着地１段替９反転等の各動作）を最も効率よく
、完全に自動運転することができるので払出能力の低下
を抑制し、オペレータの省力化が可能となり、オペレー
タの熟練度を要しないという利点がある。

更に、この原料パイル４の形状、三次元座標の把握結果
から貯蔵ヤードの貯蔵量を正確に、精度よく算出する事
ができるので在庫管理、棚卸し要員の省力化が行なえる
利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の機器構成を示すブロック図、第２図（
ａ）〜（ｆ）は原料パイルの形状を示す立体図、第３図
は原料パイル形状、座標検出装置の構成図、第４図は原
料パイル形状、座標検出装置をスタッカまたはリクレー
マに搭載した例を示す断面図、第５図（ａ）〜（ｅ）は
原料パイルの稜線、変曲点、払出段積線の検出方法を示
す図、第６図（ａ）　、　（ｂ）は本発明の着地角度の
決定方法を示す図、第７図はスタッカの構造を示す断面
図、第８図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は原料パイ
ルの形状を示す立体図、第９図はリクレーマの構造を示
す断面図、第１０図は原料パイルの払出方法を示す平面
図、第１１図は従来の運転方法を示すブロック図、第１
２図は従来の原料パイルの形状、座標の把握状況を図表
化した例、第１３図は従来の機体移動の手順、第１４図
（ａ）　、　（ｂ）は従来の着地点検出の方法を示す図
である。 ■・・・スタッカ、リクレーマ機体、２・・・ブーム、
３・・・ベルトコンベア、４・・・Ｒ料ハイ／Ｉ／、５
・・・円錐形、６・・・台形、７・・・三角柱、８・・
・パケットホイール、９・・・各種センサ類、１０・・
・制御装置、１１・・・管理用計算機、１２・・・スタ
ッカ又はリクレーマを制御する装置、１３・・・衝突防
止を制御する装置、１４・・・原料パイル形状、座標検
出装置、１５・・・原料パイルの形状、三次元座標、安
息角を演算する装置、１６・・・光源照射装置、１７・
・・光源追尾装置第２図 第３図 ｒ７　　　　　ｔｂ　　　　　ｒｔ 第４図 ［ｂ）　　　　　　　　　　（ｄ） 第８図 第１３区 第１４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原料パイルの稜線形状と距離を計測、解析し、三次元座
   標を演算算出して、該三次元座標に基づいてリクレーマ
   の移動、着地、反転、段替動作を自動制御することを特
   徴とするリクレーマの遠隔自動運転方法