JPH0780671B2 - Deflection angle detector for suspended load - Google Patents

Deflection angle detector for suspended load

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JPH0780671B2
JPH0780671B2 JP9039586A JP9039586A JPH0780671B2 JP H0780671 B2 JPH0780671 B2 JP H0780671B2 JP 9039586 A JP9039586 A JP 9039586A JP 9039586 A JP9039586 A JP 9039586A JP H0780671 B2 JPH0780671 B2 JP H0780671B2
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hanging rope
suspended load
angle
swing
dimensional
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行伸 河野
真明 平山
康夫 中野
規秀 小松
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Kawasaki Motors Ltd
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Kawasaki Jukogyo KK
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は吊荷の振れ角検出装置に係り、詳しくは、支持
体に対する吊下索の傾斜角から、吊荷の鉛直方向に対す
る振れ角を得ることができるようにした振れ角検出装置
に関する。これは、吊荷の振れ角から吊荷の振止め制御
を行なうクレーンの作動制御分野で利用されるものであ
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a swing angle detection device for a suspended load, and more specifically, a swing angle with respect to a vertical direction of a suspended load from an inclination angle of a hanging rope with respect to a support body. The present invention relates to a deflection angle detecting device that can be obtained. This is used in the field of operation control of a crane that performs vibration control of a suspended load from the deflection angle of the suspended load.

〔従来技術〕[Prior art]

クレーンなどの運転において吊荷の振れを防止するため
には、吊荷の振れ角を検出する必要がある。従来からそ
の振れ角を検出するために採用されているものに、一般
によく知られた傾斜計がある。それは、減衰をよくする
ためにオイルが封入されるなどした機械的構造のもので
あり、吊荷が静止した状態などにあって吊下索の傾斜角
を精度よく検出することができる。そのような検出装置
とは異なり、吊荷に光源などを取付け吊荷の真上より光
源を2次元撮像管で観測して、吊荷や吊下索の振れ角を
検出するようにしたものが、例えば特開昭54-157953号
公報に記載されている。この種の検出装置によれば、吊
荷や吊下索の振れを非接触で検出することができ、また
その検出信号を直ちに計算機に入力して、クレーンの制
御を簡便なものにすることができる。
In order to prevent the swing of the suspended load during operation of a crane, it is necessary to detect the swing angle of the suspended load. A well-known inclinometer is one that has been conventionally adopted to detect the deflection angle. It has a mechanical structure in which oil is sealed in order to improve damping, and the slant angle of the suspended rope can be accurately detected when the suspended load is stationary. Unlike such a detector, a light source is attached to the suspended load and the light source is observed from directly above the suspended load with a two-dimensional image pickup tube to detect the deflection angle of the suspended load or suspended rope. For example, it is described in JP-A-54-157953. According to this type of detecting device, the swing of the suspended load or the suspended rope can be detected in a non-contact manner, and the detection signal can be immediately input to the computer to simplify the control of the crane. it can.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上述した傾斜計は機械的構造であるため加速度のある場
合には応答速度が遅く、しかも減衰を図るためのオイル
が封入されているので、温度補正が必要とされる。一
方、光源を2次元撮像管で観測して、吊荷や吊下索の振
れ角を検出するものにあっては、撮像管が常に吊荷の真
上から光源を臨む位置になければなず、撮像管と光源の
取付位置に制限を受ける。クレーンによっては取付けス
ペースに限度があり、設置が困難である場合がある。
Since the above-described inclinometer has a mechanical structure, it has a slow response speed in the case of acceleration, and further, since oil for damping is enclosed, temperature correction is required. On the other hand, in the case of detecting the deflection angle of a suspended load or suspended rope by observing the light source with a two-dimensional image pickup tube, the image pickup tube must always be located directly above the suspended load. , The mounting position of the image pickup tube and the light source is limited. Depending on the crane, the installation space may be limited and installation may be difficult.

本発明は上述の問題に鑑みなされたもので、その目的
は、撮像管と被撮像体とを任意の位置に設置でき、吊下
索の傾斜角を非接触で、高速に、高精度で検出し、それ
を基にして吊荷の振れ角を得ることができる吊荷の振れ
角検出装置を提供することである。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to be able to install an image pickup tube and an image pickup object at arbitrary positions, to detect the inclination angle of a hanging rope without contact, at high speed, and with high accuracy. It is an object of the present invention to provide a swing angle detection device for a suspended load, which can obtain the swing angle of the suspended load based on the above.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の吊荷の振れ角検出装置の特徴とするところを、
第1図を参照して記載すると、吊下索1によって荷を吊
上げ、支持あるいは吊下げて運転するクレーン装置2に
おいて、吊下索1の動きに追従して挙動する吊下索追従
手段7と、この吊下索追従手段7に取付けられ、光を反
射または発する被撮像体8と、吊下索1の支持体5に固
定され2次元光点位置検出器21〔第3図参照〕を内蔵し
た2台のカメラ9と、2つの2次元光点位置検出器21の
受光面23〔第3図参照)上の結像位置から被撮像体8の
3次元位置を算出し、その3次元位置から支持体5に対
する吊下索1の傾斜角Ψ,Φを演算し、その傾斜角を用
いて鉛直方向に対する吊荷6の俯仰方向ならびに旋回方
向の振れ角θ1,θ2を算出する振れ角演算手段10とを具
備することである。
Where the features of the swing angle detection device of the suspended load of the present invention,
Referring to FIG. 1, in a crane device 2 that operates by suspending and supporting or suspending a load with a suspension rope 1, a suspension rope tracking means 7 that behaves following the movement of the suspension rope 1. An object to be imaged 8 that is attached to the hanging rope tracking means 7 and reflects or emits light, and a two-dimensional light spot position detector 21 [see FIG. 3] fixed to the support 5 of the hanging rope 1 are built in. The three-dimensional position of the object 8 is calculated from the two cameras 9 and the imaging positions on the light-receiving surfaces 23 (see FIG. 3) of the two two-dimensional light spot position detectors 21 and the three-dimensional positions thereof are calculated. The tilt angles Ψ and Φ of the suspension rope 1 with respect to the support 5 are calculated from the tilt angles, and the tilt angles are used to calculate the tilt angles θ 1 and θ 2 of the suspended load 6 in the vertical direction and the turning direction with respect to the vertical direction. The calculation means 10 is provided.

〔作用〕[Action]

吊下索追従手段7は、吊下索1の動きと干渉することな
く吊下索の動きに追従するので、それに取付けられた被
撮像体8は吊荷6の振れと共に運動する。吊下索1の支
持する支持体5に固定した2次元光点位置検出器21を内
蔵した2台のカメラ9が被撮像体8を観測し、それぞれ
の2次元光点位置検出器21の受光面23上の結像位置か
ら、振れ角演算手段10が被撮像体8の3次元位置を算出
する。その位置から吊下索1の支持体5に対する傾斜角
Ψ,Φが演算され、鉛直方向に対する吊荷6の俯仰方向
ならびに旋回方向の振れ角θ1,θ2が算出される。した
がって、光学的に非接触で吊荷の支持体に対する傾斜角
を検出でき、かつ、被撮像体とカメラを任意の位置に設
置して2次元光点位置検出器とマイクロコンピュータに
よって吊荷の振れ角を演算することにより、高精度で吊
荷の振れ角を得ることができる。
Since the hanging rope tracking means 7 follows the movement of the hanging rope without interfering with the movement of the hanging rope 1, the image-captured object 8 attached thereto moves with the swing of the hanging load 6. Two cameras 9 having a two-dimensional light spot position detector 21 fixed to a support 5 supported by the hanging rope 1 observe the imaged object 8 and receive light from each two-dimensional light spot position detector 21. From the image formation position on the surface 23, the shake angle calculation means 10 calculates the three-dimensional position of the imaged body 8. From the position, the inclination angles Ψ and Φ of the hanging rope 1 with respect to the support 5 are calculated, and the deflection angles θ 1 and θ 2 of the suspended load 6 in the elevation direction and the turning direction with respect to the vertical direction are calculated. Therefore, the tilt angle of the suspended load with respect to the support can be detected optically without contact, and the suspended object can be shaken by the two-dimensional light spot position detector and the microcomputer by setting the imaged object and the camera at arbitrary positions. By calculating the angle, the swing angle of the suspended load can be obtained with high accuracy.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

上述したような本発明の構成によれば、吊下索追従手段
と光学的観測手段を用いているので、吊下索に外乱を与
えることなく非接触で吊荷の振れ角を検出できる。被撮
像体とカメラを任意の位置に設置して計測できるので、
従来の光学式検出器のように、クレーンの種類や取付位
置に制限が課せられたり、吊荷の真上に高い精度で装着
しなければならない煩わしさがない。応答速度の速い2
次元光点位置検出器とマイクロコンピュータによる高速
演算により、高速度で吊荷の振れ角を検出できる。そし
て、2次元光点位置検出器の検出精度を向上することに
よって、高精度な吊荷の振れ角の検出が可能となる。そ
の振れ角出力信号を利用することにより、吊荷の振止め
制御を行なうことができ、クレーン作業の安定した自動
化が実現される。
According to the configuration of the present invention as described above, since the hanging rope tracking means and the optical observing means are used, the swing angle of the suspended load can be detected in a non-contact manner without giving a disturbance to the hanging rope. Since the imaged object and the camera can be installed at arbitrary positions and measured,
Unlike conventional optical detectors, there are no restrictions on the type of crane or mounting position, and there is no need to mount the crane directly above a suspended load with high accuracy. Fast response speed 2
The deflection angle of the suspended load can be detected at high speed by the high-speed calculation by the dimensional light spot position detector and the microcomputer. By improving the detection accuracy of the two-dimensional light spot position detector, it becomes possible to detect the swing angle of the suspended load with high accuracy. By utilizing the swing angle output signal, swing load control can be performed, and stable automation of crane work can be realized.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の一実施例の構成を説明するもので、吊
下索1によって荷を吊上げ支持あるいは吊下げて運転す
るクレーン装置2と、それに装着された吊荷の振れ角検
出装置3の概略図である。クレーン本体4は例えば船上
に旋回可能に設置され、吊下索1を支持するブームまた
はジブなどと称される支持体5が俯仰自在に設けられ、
図示しないウインチを介して吊下索1が巻き上げ繰り出
されて吊荷6の昇降と移送が行なわれるようになってい
る。振れ角検出装置3は、吊下索追従手段7、被撮像体
8、2台のカメラ9および振れ角演算手段10とを具備し
ている。なお、吊荷を船体と岸壁の間で積み卸しするう
ちに船体の重心が移動したり、風波により船体が揺動し
てその姿勢が変わったりすると、支持体の俯仰角度が直
ちにクレーン装置2の俯仰角とならなくなり、吊荷の移
動中の挙動は船体の姿勢の違いにより異なったものにな
る。
FIG. 1 illustrates a configuration of an embodiment of the present invention, in which a crane device 2 that lifts and supports or suspends a load by a hanging rope 1 and a swing angle detection device 3 of a suspended load attached to the crane device 2. FIG. The crane body 4 is installed, for example, on the ship so as to be rotatable, and a support body 5 called a boom or a jib that supports the hanging rope 1 is provided so as to be raised and lowered.
The suspended rope 1 is rolled up and unwound via a winch (not shown) to lift and lower the suspended load 6. The shake angle detection device 3 includes a hanging rope tracking means 7, an imaged object 8, two cameras 9, and a shake angle calculation means 10. If the center of gravity of the hull moves while loading and unloading the suspended load between the hull and the quay, or if the hull oscillates due to wind waves and its posture changes, the elevation angle of the support immediately increases. The angle of elevation will no longer be obtained, and the behavior of the suspended load during movement will differ depending on the attitude of the hull.

上述の吊下索追従手段7は2つの回転軸を有し、例えば
吊下索1が俯仰方向に振れると回転軸11を中心に追従回
転し、吊下索1が旋回方向に振れると回転軸12を中心に
追従回転し、吊下索1の動きを阻害することなく吊荷6
の動きに追従する。もう少し詳しく述べれば、吊下索1
を吊下する支持体5の上部に、第2図(a)〜(d)に
示す装置が設けられる。支持体5の上端部には吊下索1
を張架するシーブ13〔第1図参照〕があり、それと同軸
に俯仰アーム14が取付けられ、それがカウンターウエイ
ト15でバランスを崩すことなく、概ね水平に近い状態で
回転軸11を中心に垂直面内で揺動する。その俯仰アーム
14の先端には回転軸11に平行する方向に延びる補助部材
16が一体的に設けられ、シーブ13の索溝に対面する位置
に回転軸12が突設され、それに旋回アーム17が俯仰アー
ム14に直角な方向で揺動するように設けられている。そ
の旋回アーム17の下端部には、対向する2対のローラ1
8,19で吊下索1を挾持するガイド体20があり、それが、
クレーン装置2の旋回と俯仰および吊下索1の振れに起
因する支持体5に対する吊下索1の傾斜角Ψ,Φ〔第7
図(b)および(d)参照〕の如何によらず、吊下索1
に追従する。このように吊下索追従手段7においては、
俯仰アーム14と旋回アーム17とが揺動しながら、ガイド
体20が常に吊下索1と共に挙動し、その姿勢を変える。
The above-mentioned hanging rope tracking means 7 has two rotation axes. For example, when the hanging rope 1 swings in the elevation direction, the hanging rope follows and rotates about the rotation axis 11, and when the hanging rope 1 swings in the turning direction, the rotation axis moves. It rotates around 12 and rotates the suspended load 6 without hindering the movement of the suspended rope 1.
Follow the movement of. In more detail, hanging rope 1
The device shown in FIGS. 2 (a) to 2 (d) is provided on the upper part of the support body 5 for suspending. At the upper end of the support body 5, the suspended rope 1
There is a sheave 13 (see Fig. 1) that stretches the shaft, and the elevation arm 14 is attached coaxially with it, and it is vertical to the rotating shaft 11 with the counterweight 15 being almost horizontal without losing the balance. It swings in the plane. That supine arm
At the tip of 14 is an auxiliary member extending in a direction parallel to the rotation axis 11.
16 is integrally provided, a rotary shaft 12 is projectingly provided at a position facing the rope groove of the sheave 13, and a swing arm 17 is provided so as to swing in a direction perpendicular to the elevation arm 14. At the lower end of the revolving arm 17, there are two pairs of rollers 1 facing each other.
There is a guide body 20 that holds the suspended rope 1 with 8, 19 and it is
The tilt angles Ψ and Φ of the suspension rope 1 with respect to the support 5 due to the turning of the crane device 2 and the elevation and swing of the suspension rope 1 [7th
(See Figures (b) and (d)]
To follow. In this way, in the hanging rope tracking means 7,
While the elevation arm 14 and the swing arm 17 swing, the guide body 20 always moves together with the hanging rope 1 to change its posture.

上述した被撮像体8は、吊下索追従手段7のガイド体20
に取付けられ、光を反射または発するものである。本例
にあっては発光ダイオードなどの光源が採用され、かつ
上下位置に2つ設けられている。なお、光源の数は1つ
でもよいが計算形態によっては2つ必要とされる場合も
あり、装置の構成などにより異なる。これらの光源8,8
に臨むようにして、2台のカメラ9,9が支持体5に固定
されている。カメラ9は第3図に示すように、2次元光
点位置検出器21を内蔵し、レンズ2は2次元光点位置検
出器21の受光面23上に外部からの光を集めて、光源8を
結像する。第4図で2次元光点位置検出器21は、対をな
す2組の電極24〜27を含む例えばフォトダイオードであ
り、他のカメラ9内の2次元光点位置検出器21も同様に
2組の電極28〜31を含むフォトダイオードである。な
お、ここで2次元光点位置検出器21の結像位置Q1,Q2
結像した光源8からの入射光によって発生した電流は、
電極24〜27や28〜31によってそれぞれ分割され、それぞ
れ電流I11〜I14,I21〜I24として出力される。
The above-mentioned imaged body 8 is the guide body 20 of the hanging rope tracking means 7.
It is attached to and reflects or emits light. In this example, a light source such as a light emitting diode is adopted, and two light sources are provided at upper and lower positions. It should be noted that the number of light sources may be one, but depending on the calculation form, two light sources may be required, and this may differ depending on the configuration of the device. These light sources 8,8
Two cameras 9 and 9 are fixed to the support 5 so as to face the camera. As shown in FIG. 3, the camera 9 has a built-in two-dimensional light spot position detector 21, and the lens 2 collects light from the outside on the light-receiving surface 23 of the two-dimensional light spot position detector 21 to generate a light source 8. Image. In FIG. 4, the two-dimensional light spot position detector 21 is, for example, a photodiode including two pairs of electrodes 24 to 27, and the two-dimensional light spot position detector 21 in the other camera 9 has the same structure. A photodiode including a set of electrodes 28-31. The current generated by the incident light from the light source 8 focused on the image forming positions Q 1 and Q 2 of the two-dimensional light spot position detector 21 is
Are each divided by the electrodes 24 to 27 and 28 to 31, is outputted as a current I 11 ~I 14, I 21 ~I 24 respectively.

振れ角演算手段10は、2つの2次元光点位置検出器21の
受光面23上の結像位置Q1,Q2から光源8の3次元位置を
検出し、その3次元位置から支持体5に対する吊下索1
の俯仰方向の傾斜角Ψおよび旋回方向の傾斜角Φを演算
し、その傾斜角Ψ,Φを用いて鉛直方向に対する俯仰方
向の吊荷の振れ角θ1,旋回方向の振れ角θ2を算出する
もので、例えばマイクロコンピュータで構成される。上
述した各電極24〜27の出力I11〜I14は、処理回路32に与
えられ、結像位置Qの座標(XC1,YC1)が、 XC1=〔I11-I12〕/〔I11+I12〕……(1) YC1=〔I13-I14〕/〔I13+I14〕……(2) によって求められる。その演算結果は演算回路33に入力
されるようになっている。もう1つの2次元光点位置検
出器21における場合も、同様な動作で出力電流I21〜I24
が処理回路32に出力され、この電流値に対応して2次元
光点位置検出器21に入射した光源8からの入射光の結像
位置Q2の座標(XC2,YC2)を表わす信号が、処理回路32
から演算回路33に与えられる。
The deflection angle calculation means 10 detects the three-dimensional position of the light source 8 from the image forming positions Q 1 and Q 2 on the light receiving surface 23 of the two two-dimensional light spot position detectors 21, and detects the support 5 from the three-dimensional position. Hanging rope against
The tilt angle Ψ of the vertical direction and the tilt angle Φ of the turning direction are calculated, and the tilt angle Ψ and Φ are used to calculate the swing angle θ 1 of the suspended load in the vertical direction and the swing angle θ 2 of the turning direction with respect to the vertical direction. For example, it is composed of a microcomputer. The outputs I 11 to I 14 of the electrodes 24 to 27 described above are given to the processing circuit 32, and the coordinates (X C1 , Y C1 ) of the image forming position Q are X C1 = [I 11 -I 12 ] / [ I 11 + I 12 ] ... (1) Y C1 = [I 13 -I 14 ] / [I 13 + I 14 ] ... (2) The calculation result is input to the calculation circuit 33. Also in the case of the other two-dimensional light spot position detector 21, the output currents I 21 to I 24 are similarly operated.
Is output to the processing circuit 32, and a signal representing the coordinates (X C2 , Y C2 ) of the image forming position Q 2 of the incident light from the light source 8 incident on the two-dimensional light spot position detector 21 corresponding to this current value. But the processing circuit 32
Given to the arithmetic circuit 33.

ここで、第5図を用いて、光源8の3次元位置を計測算
出する方法を説明する。吊下索1の任意の位置にある光
源を2台のカメラで観測する。支持体5に固定した座標
系〔第1図参照〕における光源Pの座標をP(X,Y,
Z)、点Pのカメラ座標系における結像座標をQ1(XC1,Y
C1),Q2(XC2,YC2)とすると、点Pの支持体5に固定した
座標系からカメラ座標系への変換は、同次座標系を用い
れば、式(3),(4)のような変換行列 を用いて式(5)および(6)で表わされる。その変換
行列 の各要素をカメラパラメータと呼ぶが、 が既知として、(XC1, C1(1,1)X+C1(1,2)Y+C1(1,3)Z+C1(1,4)-C1(3,1)XC1X-C
1(3,2)XC1Y-C1(3,3)XC1Z-C1(3,4)XC1=0 ……(11) C1(2,1)X+C1(2,2)Y+C1(2,3)Z+C1(2,4)-C1(3,1)YC1X-C
1(3,2)YC1Y-C1(3,3)YC1Z-C1(3,4)YC1=0 ……(12) C1=〔C1(1,1)C1(1,2)C1(1,3)C1(1,4)C1(2,1)C1(2,2)C
1(2,3)C1(2,4)C1(3,1)C1(3,2)C1(3,3)〕 ……(14) C1(3,4)=1 ……(15) R1=〔XC1YC1……XCnYCn〕 ……(16) YC1),(XC2,YC2)のデータから注目点の物体座標系におけ
る3次元位置を求める。すなわち、Q,F,Vをそれぞれ式
(7),(8)および(9)とおくと、F=QVと表わさ
れ、注目点の3次元位置は、 V=(QtQ)-1QtF ……(10) より求まる。
Here, a method for measuring and calculating the three-dimensional position of the light source 8 will be described with reference to FIG. The light source at an arbitrary position of the hanging rope 1 is observed by two cameras. The coordinate of the light source P in the coordinate system fixed to the support 5 [see FIG. 1] is P (X, Y,
Z), the image forming coordinate of the point P in the camera coordinate system is Q 1 (X C1 , Y
C1 ), Q 2 (X C2 , Y C2 ), the coordinate system fixed to the support 5 at the point P can be converted to the camera coordinate system by using the homogeneous coordinate systems (3), (4) ) Transformation matrix Is expressed by equations (5) and (6). Its transformation matrix Each element of is called a camera parameter, Is known, (X C1 , C 1 (1,1) X + C 1 (1,2) Y + C 1 (1,3) Z + C 1 (1,4) -C 1 (3,1) X C1 XC
1 (3,2) X C1 YC 1 (3,3) X C1 ZC 1 (3,4) X C1 = 0 …… (11) C 1 (2,1) X + C 1 (2,2) Y + C 1 (2,3) Z + C 1 (2,4) -C 1 (3,1) Y C1 XC
1 (3,2) Y C1 YC 1 (3,3) Y C1 ZC 1 (3,4) Y C1 = 0 …… (12) C 1 = (C 1 (1,1) C 1 (1,2) C 1 (1,3) C 1 (1,4) C 1 (2,1) C 1 (2,2) C
1 (2,3) C 1 (2,4) C 1 (3,1) C 1 (3,2) C 1 (3,3)] t …… (14) C 1 (3,4) = 1 …… (15) R 1 = [X C1 Y C1 …… X Cn Y Cn ] …… (16) Y C1 ), (X C2 , Y C2 ) From the data of 3D position in the object coordinate system Ask. That, Q, formula F, V, respectively (7), placing a (8) and (9), is expressed as F = QV, 3-dimensional position of the target point, V = (Q t Q) -1 Q t F ・ ・ ・ (10)

カメラパラメータ の各要素は次の手順により求まる。一方のカメラについ
て式(5)を展開すると式(11),(12)となる。した
がって、12個の未知数を求めるためには、同一平面上に
ない6点の3次元位置と、それに対応するカメラ画像中
の位置を求めればよい。なお、パラメータの精度を上げ
るには、6点以上の計測を行ない、最小二乗法によりパ
ラメータを決定すればよい。いま、A1C1R1を式(13)
(14)(15)(16)とおけば、 A1C1=R1 が成り立つ。
Camera parameters Each element of is obtained by the following procedure. When formula (5) is expanded for one camera, formulas (11) and (12) are obtained. Therefore, in order to obtain twelve unknowns, six three-dimensional positions not on the same plane and corresponding positions in the camera image may be obtained. In addition, in order to improve the accuracy of the parameter, it is only necessary to measure six or more points and determine the parameter by the least square method. Now, use A 1 C 1 R 1 as the formula (13).
If you write (14) (15) (16), A 1 C 1 = R 1 .

C1=(A1 tA1)-1A1 tR1 ……(17) から一方のカメラパラメータを決定することができる。
なお、他方のカメラについても同様に行なえばよい。
One camera parameter can be determined from C 1 = (A 1 t A 1 ) -1 A 1 t R 1 (17).
It should be noted that the same may be done for the other camera.

吊り荷の振れ角は以下の手順で求められる。The deflection angle of the suspended load is calculated by the following procedure.

〔i〕 2個の光源を使用する場合 吊下索追従手段7の任意の位置に2個の光源8,8を
固定する。
[I] When using two light sources Two light sources 8 and 8 are fixed at arbitrary positions of the suspended rope following means 7.

吊下索2を鉛直方向に垂らし、2個の光源8,8の3
次元位置を計測する。その結果を LED1(x1,y1,z1) LED2(x2,y2,z2) とすると、2個の光源8,8で決まる方向ベクトルは、 =(x1-x2,y1-y2,z1-z2) で与えられる。
The hanging rope 2 is hung vertically and the two light sources 8 and 3
Measure the dimensional position. If the result is LED1 (x 1 , y 1 , z 1 ) LED2 (x 2 , y 2 , z 2 ), the direction vector determined by the two light sources 8 and 8 is = (x 1 -x 2 , y It is given by 1 -y 2 , z 1 -z 2 ).

吊荷が振れたときの2個の光源8,8の3次元位置を
計測し、 LED1(x1′,y1′,z1′) LED2(x2′,y2′,z2′) とすると、2個の光源8,8で決まる方向ベクトル′
は、 ′=(x1′−x2′,y1′−y2′,z1′−z2′) で与えられる。
The three-dimensional position of the two light sources 8 and 8 when the suspended load is shaken is measured, and LED1 (x 1 ′, y 1 ′, z 1 ′) LED2 (x 2 ′, y 2 ′, z 2 ′) Then, the direction vector ′ determined by the two light sources 8,8
Is given by ′ = (x 1 ′ −x 2 ′, y 1 ′ −y 2 ′, z 1 ′ −z 2 ′).

このときの吊荷の傾斜角度Θは、 Θ=cos-1〔(・′)/(||)・(|′
|)〕 傾斜角Θを俯仰方向(y方向)と旋回方向(x方
向)の成分に分解すると、 俯仰方向Ψは、 Ψ=cos-1〔(・′)・(||・|′|)〕 …
…(18) ただし、=(y1-y2,z1-z2) ′=(y1′−y2′,z1′−z2′) 旋回方向Φは、 Φ=cos-1〔(・′/(||・|′|)〕 ……
(19) ただし、=(x1-x2,z1-z2) ′=(x1′−x2′,z1′−z2′) で求められる。
The inclination angle Θ of the suspended load at this time is Θ = cos -1 [(・ ') / (||) ・ (|'
|)] Decomposing the tilt angle Θ into components in the elevation direction (y direction) and the turning direction (x direction), the elevation direction Ψ is Ψ = cos -1 [(・ ') ・ (|| ・ |' |) ] ...
(18) However, = (y 1 -y 2 , z 1 -z 2 ) ′ = (y 1 ′ −y 2 ′, z 1 ′ −z 2 ′) The turning direction Φ is Φ = cos −1 [ (・ '/ (|||||)] ……
(19) However, it can be obtained by = (x 1 -x 2 , z 1 -z 2 ) ′ = (x 1 ′ −x 2 ′, z 1 ′ −z 2 ′).

〔ii〕 1個の光源を使用する場合 第6図を参照して、 吊下索追従手段7の任意の位置に1つの光源8を固
定する。
[Ii] When using one light source With reference to FIG. 6, one light source 8 is fixed at an arbitrary position of the suspended rope following means 7.

吊下索1を鉛直方向に垂らし、光源8の3次元位置
を計測し、この位置を(0,0,0)とする。
The hanging rope 1 is hung vertically and the three-dimensional position of the light source 8 is measured, and this position is set to (0,0,0).

吊荷6が振れたときの光源8の3次元位置を計測
し、上記位置(0,0,0)からの変化量を(X,Y,Z)とする
と、吊荷の傾斜角Θの、俯仰方向Ψは、Ψ= cos-1〔1-{Y2+Z2}/2(l2+(r-δ)2}〕 ……(20) 旋回方向Φは、Φ=sin-1(X/l) ……(21) ただし、rはシーブ13の半径 δは光源8の吊下索1からの偏位置 lはシーブ13の中心から光源8までの吊下索1に沿った
長さ 以上説明したように光源が1つか2つかによって演算形
態はやや異なるが、支持体5に対する吊下索1の俯仰方
向の傾斜角Ψと旋回方向の傾斜角Φの演算は以上によう
にして行なわれる。
When the three-dimensional position of the light source 8 when the suspended load 6 swings is measured and the amount of change from the above position (0,0,0) is (X, Y, Z), the inclination angle Θ of the suspended load is The elevation direction Ψ is Ψ = cos -1 [1- {Y 2 + Z 2 } / 2 (l 2 + (r-δ) 2 }] ...... (20) The turning direction Φ is Φ = sin -1 ( X / l) (21) where r is the radius of the sheave 13 δ is the offset position of the light source 8 from the hanging rope 1 l is the length from the center of the sheave 13 to the light source 8 along the hanging rope 1 As described above, the calculation form is slightly different depending on whether the number of light sources is one or two, but the inclination angle Ψ in the elevation direction and the inclination angle Φ in the turning direction of the hanging rope 1 with respect to the support 5 are calculated as described above. Be done.

次に、第7図(a)のように、クレーン装置2の俯仰方
向における任意の初期状態にあっては、吊荷6の鉛直に
垂らしたとき、鉛直方向に対するクレーン本体4の俯仰
方向の傾斜角がα0であり、クレーン支持体4に対する
支持体5の俯仰角がγ0、支持体5に対する吊下索1の
俯仰方向の傾斜角がΨ0となっている。なお、以上の値
は船体が何かの原因で傾いていたりクレーン本体5が元
の状態に戻っていないからであるが、クレーン装置2の
運転制御にあっては、ある状態を基準にしてそこからの
動きを把握できれば充分であるので、任意の状態にある
一例として上述の状態を初期状態としている。第7図
(b)は俯仰方向に振れ角θ1をとっている状態図で、
このθ1は、鉛直方向に対するクレーン本体4の俯仰方
向の傾斜角がα、クレーン本体4に対する支持体5の俯
仰角がγ、支持体5に対する吊下索1の俯仰方向の傾斜
角がΨになっているときに生じている角度である。その
θ1は、上述した吊下索追従手段7などを介して求めら
れる傾斜角Ψ0やΨを使って得られ、その吊荷の俯仰方
向の振れ角θ1は、θ1=(α0−α)+(γ0−γ)+
(Ψ0−Ψ) ……(22) で求められる。なお、この演算も上述した振れ角演算手
段10内で行なわれる。
Next, as shown in FIG. 7 (a), in an arbitrary initial state in the elevation direction of the crane device 2, when the suspended load 6 is hung vertically, the inclination of the crane body 4 in the elevation direction with respect to the vertical direction. The angle is α 0 , the depression angle of the support 5 with respect to the crane support 4 is γ 0 , and the inclination angle of the suspension rope 1 with respect to the support 5 in the depression direction is Ψ 0 . It should be noted that the above values are because the hull is tilted for some reason or the crane body 5 has not returned to its original state. Since it is sufficient to understand the movement from the above, the above-mentioned state is set as an initial state as an example of an arbitrary state. FIG. 7 (b) is a state diagram in which the deflection angle θ 1 is taken in the elevation direction,
For this θ 1 , the inclination angle of the crane body 4 in the elevation direction with respect to the vertical direction is α, the elevation angle of the support 5 with respect to the crane body 4 is γ, and the inclination angle of the suspension rope 1 with respect to the support 5 in the elevation direction is Ψ. Is the angle that occurs when The θ 1 is obtained by using the inclination angles Ψ 0 and Ψ obtained through the above-mentioned hanging rope tracking means 7 and the like, and the deflection angle θ 1 of the suspended load in the elevation direction is θ 1 = (α 0 −α) + (γ 0 −γ) +
0 −Ψ) ・ ・ ・ (22). It should be noted that this calculation is also performed in the deflection angle calculating means 10 described above.

第7図(c)はクレーン装置2の旋回方向における初期
状態の模式図で、第7図(d)は旋回方向に振れ角θ2
をとっている状態図である。β0,βは鉛直方向に対す
るクレーン本体4の旋回方向の傾斜角、Φ0,Φは支持
体5に対する吊下索1の旋回方向の傾斜角である。そし
て、吊荷の旋回方向の振れ角θ2は、 θ2=(β0−β)−(Φ0−Φ) ……(23) で求まる。したがって、クレーン本体4の傾斜角や支持
体5の俯仰角が変化しても、鉛直方向に対する吊荷の振
れ角を得ることができる。この演算についても上述した
振れ角演算手段10によって行なわれ、その振れ角信号は
クレーン装置2を駆動制御する制御装置に入力され、吊
荷の振止め制御を行なうことができ、クレーン作業の安
定した自動化が実現される。
FIG. 7 (c) is a schematic view of the initial state of the crane device 2 in the turning direction, and FIG. 7 (d) is a deflection angle θ 2 in the turning direction.
It is the state diagram which is taking. β 0 and β are tilt angles of the crane body 4 in the turning direction with respect to the vertical direction, and Φ 0 and Φ are tilt angles of the hanging rope 1 with respect to the support 5 in the turning direction. Then, the swing angle θ 2 of the suspended load in the turning direction is obtained by θ 2 = (β 0 −β) − (Φ 0 −Φ) (23). Therefore, even if the inclination angle of the crane main body 4 and the depression angle of the support body 5 change, the deflection angle of the suspended load with respect to the vertical direction can be obtained. This calculation is also performed by the deflection angle calculating means 10 described above, and the deflection angle signal is input to the control device that drives and controls the crane device 2 so that the swing load can be controlled to stabilize the crane work. Automation is realized.

このような装置によれば、光学的手段を用いているの
で、吊下索に外乱を加えることなく非接触で計測するこ
とができ、しかも、光源とカメラを任意の位置に設置で
きるので、従来の光学式検出器のように、限定された位
置例えば吊荷の真上に精密に設置する煩わしさがなくな
る。その結果、天井クレーンやデッキクレーンなどの種
類を問わず、吊下索で荷を吊る型式のクレーンすべてに
適用できる。加えて、応答速度の速い2次元光点位置検
出器とマイクロコンピュータによる高速演算により高速
度で吊荷の振れ角を検出できる。その2次元光点位置検
出器の検出精度を向上させれば、高精度な吊荷の振れ角
検出が可能となる。
According to such a device, since the optical means is used, it is possible to perform non-contact measurement without adding a disturbance to the hanging rope, and further, since the light source and the camera can be installed at arbitrary positions, As with the optical detector of (1), there is no need for the trouble of precisely installing the device at a limited position, for example, directly above the suspended load. As a result, it can be applied to all types of cranes that suspend loads with hanging ropes, regardless of types such as overhead cranes and deck cranes. In addition, the deflection angle of the suspended load can be detected at high speed by the high-speed calculation by the two-dimensional light spot position detector having a fast response speed and the microcomputer. If the detection accuracy of the two-dimensional light spot position detector is improved, the swing angle of the suspended load can be detected with high accuracy.

【図面の簡単な説明】 第1図は吊下索によって荷を吊上げ移動するクレーン装
置と、それに装着された吊荷の振れ角検出装置の概略
図、第2図(a)は吊下索追従手段の正面図、第2図
(b)はその平面図、第2図(c)は同図(a)のII-I
I線矢視図、第2図(d)は同図(a)のIII-III線矢視
図、第3図はカメラの斜視図、第4図は振れ角演算手段
の構成ブロック図、第5図は2次元光点位置検出器の結
像より3次元位置を求める原理図、第6図は光源が1つ
の場合の吊下索追従手段の挙動説明図、第7図(a)は
クレーン装置の俯仰方向における初期状態の模式図、第
7図(b)は俯仰方向に振れ角をとっている状態図、第
7図(c)はクレーン装置の旋回方向における初期状態
の模式図、第7図(d)は旋回方向に振れ角をとってい
る状態図である。 1……吊下索、2……クレーン装置、5……支持体、6
……吊荷、7……吊下索追従手段、8……被撮像体(光
源)、9……カメラ、10……振れ角演算手段、13……シ
ーブ、14……俯仰アーム、17……旋回アーム、20……ガ
イド体、21……2次元光点位置検出器、23……受光面、
Ψ,Φ……傾斜角、θ1,θ2……振れ角。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram of a crane device for hoisting and moving a load by a hanging rope, and a swing angle detection device of a hanging load attached to the crane device. FIG. A front view of the means, FIG. 2 (b) is a plan view thereof, and FIG. 2 (c) is II-I of FIG.
FIG. 2 (d) is a view taken along the line III-III in FIG. 2 (a), FIG. 3 is a perspective view of the camera, and FIG. FIG. 5 is a principle diagram for obtaining a three-dimensional position from an image formed by a two-dimensional light spot position detector, FIG. 6 is an explanatory diagram of behavior of the hanging rope tracking means when there is one light source, and FIG. 7 (a) is a crane. Fig. 7 (b) is a schematic diagram of the initial state in the elevation direction of the device, Fig. 7 (b) is a state diagram in which the deflection angle is taken in the elevation direction, and Fig. 7 (c) is a schematic diagram of the initial state in the turning direction of the crane device. FIG. 7D is a state diagram in which the deflection angle is taken in the turning direction. 1 ... Hanging rope, 2 ... Crane device, 5 ... Support, 6
…… Suspended load, 7 …… Suspended line tracking means, 8 …… Image to be picked up (light source), 9 …… Camera, 10 …… Deflection angle calculation means, 13 …… Sheave, 14 …… Depression arm, 17… … Swivel arm, 20 …… guide body, 21 …… two-dimensional light spot position detector, 23 …… light receiving surface,
Ψ, Φ …… Inclination angle, θ 1 , θ 2 …… Deflection angle.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小松 規秀 兵庫県神戸市西区櫨谷町松本234番地 川 崎重工業株式会社西神戸工場内 (56)参考文献 特開 昭61−126413(JP,A) 特開 昭60−213693(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (72) Inventor Norihide Komatsu No. 234 Matsumoto, Higashiya-cho, Nishi-ku, Kobe City, Hyogo Prefecture Kawasaki Heavy Industries, Ltd. Nishi-Kobe Plant (56) Reference JP-A-61-126413 (JP, A) JP-A-60-213693 (JP, A)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】吊下索によって荷を吊上げ、支持あるいは
吊下げて運転するクレーン装置において、 吊下索の動きに追従して挙動する吊下索追従手段と、 この吊下索追従手段に取付けられ、光を反射または発す
る被撮像体と、 吊下索の支持体に固定され、2次元光点位置検出器を内
蔵した2台のカメラと、 2つの2次元光点位置検出器の受光面上の結像位置から
被撮像体の3次元位置を算出し、その3次元位置から前
記支持体に対する吊下索の傾斜角を演算し、その傾斜角
を用いて鉛直方向に対する吊荷の俯仰方向ならびに旋回
方向の振れ角を算出する振れ角演算手段とを具備するこ
とを特徴とする吊荷の振れ角検出装置。
1. A crane apparatus for operating a load by suspending and supporting or suspending a load by a hanging rope, and a hanging rope following means that behaves following the movement of the hanging rope, and attached to this hanging rope following means. Image pickup object that reflects or emits light, two cameras that are fixed to the support of the hanging rope and have a built-in two-dimensional light spot position detector, and light-receiving surfaces of the two two-dimensional light spot position detectors. The three-dimensional position of the object to be imaged is calculated from the image forming position above, the tilt angle of the hanging rope with respect to the support is calculated from the three-dimensional position, and the tilt angle is used to determine the vertical direction of the suspended load relative to the vertical direction. And a swing angle calculation device for calculating a swing angle in the turning direction.
【請求項2】前記吊下索追従手段は、吊下索を吊下する
シーブと同軸の俯仰アームと、その俯仰アームに取付け
られ旋回方向に回動する旋回アームと、その旋回アーム
に取付けられ吊下索を挾持するガイド体とを有すること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の吊荷の振れ角
検出装置。
2. The hanging rope following means is attached to the elevation arm coaxial with a sheave for suspending the hanging rope, a swing arm attached to the elevation arm and rotatable in a swing direction, and the swing arm. The swing angle detection device for a suspended load according to claim 1, further comprising: a guide body that holds the hanging rope.
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JP4982630B2 (en) * 2005-06-03 2012-07-25 学校法人 中央大学 Swing angle detection device, swing angle detection program, recording medium, and two-dimensional wire suspension device
JP7322548B2 (en) * 2019-06-26 2023-08-08 コベルコ建機株式会社 Hanging rope deflection determination method, data processing device, crane

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