JPS62244893A - Swing-angle detector for hung load - Google Patents

Swing-angle detector for hung load

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JPS62244893A
JPS62244893A JP9039586A JP9039586A JPS62244893A JP S62244893 A JPS62244893 A JP S62244893A JP 9039586 A JP9039586 A JP 9039586A JP 9039586 A JP9039586 A JP 9039586A JP S62244893 A JPS62244893 A JP S62244893A
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hanging
swing
angle
suspended load
dimensional
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行伸 河野
平山 真明
康夫 中野
規秀 小松
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

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。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a device for detecting the swing angle of a suspended load, and more specifically, it detects the deflection angle of the suspended load with respect to the vertical direction from the inclination angle of the hanging rope with respect to the support. The present invention relates to a deflection angle detection device that can obtain the following values. This is used in the field of crane operation control to control the sway of a suspended load based on the sway 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。従来から壱
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針がある。それは、減衰をよ(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
とは菖なり、吊荷に光源などを取付は吊荷の真上より光
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54−157
953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 swinging of a suspended load during operation of a crane, etc., it is necessary to detect the swing angle of the suspended load. A well-known inclined needle has been conventionally employed to detect the deflection angle of a single object. It has a mechanical structure in which oil is sealed to improve damping, and it can accurately detect the angle of inclination of the hanging cable when the suspended load is stationary. This type of detection device is an irises system, in which a light source is attached to the suspended load, and the light source is observed with a two-dimensional imaging tube from directly above the suspended load to detect the deflection angle of the suspended load or hanging cable. However, for example, JP-A-54-157
It is described in Publication No. 953. This type of detection device allows for non-contact detection of the swinging of suspended loads and suspension cables, and the detection signal can be immediately input into a computer to simplify crane control. can.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上述した傾斜針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らず、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はス
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-mentioned inclined needle has a mechanical structure, the response speed is slow when there is acceleration, and since oil is sealed for damping, temperature correction is required. On the other hand, if the light source is observed with a two-dimensional imaging tube to detect the deflection angle of a suspended load or hanging cable, the imaging tube must always be positioned so that it faces the light source directly above the suspended load. , there are restrictions on the mounting position of the image pickup tube and light source. Depending on the crane, 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 was made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to enable the imaging tube and the object to be imaged to be installed at any position, and to detect the inclination angle of the hanging cable without contact, at high speed, and with high precision. However, it is an object of the present invention to provide a swing angle detection device for a suspended load that can obtain the swing angle of the suspended load based on the swing angle.

C問題点を解決するための手段〕 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、この吊下索追従子l1t7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l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lの傾斜角!、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θ電、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。
Means for Solving Problem C] The hanging load swing angle detection device of the present invention is characterized by:
Referring to FIG. 1, in a crane device 2 that lifts, supports, or suspends a load using a suspension rope 1, a suspension rope following means 7 that behaves in accordance with the movement of the suspension rope 1 is used. , an imaged object 8 that is attached to the hanging rope follower l1t7 and reflects or emits light, and a support body 5 for the hanging rope l.
is fixed to the two-dimensional light spot position detector 21 [see Figure 3]
The three-dimensional position of the imaged object 8 is calculated from the imaging positions on the light-receiving surfaces 23 (see Figure 3) of the two cameras 9 and the two two-dimensional light spot position detectors 21 (see Figure 3). Inclination angle of the hanging rope l with respect to the support 5 from the dimensional position! , Φ, and uses the inclination angle to calculate the swing angles θ and θ2 of the hanging load 6 in the elevation direction and the turning direction with respect to the vertical direction.

〔作   用〕[For production]

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
場像体8は吊荷6の振れと共に運動する。吊下索1を支
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lO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!、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 following means 7 follows the movement of the hanging rope 1 without interfering with the movement of the hanging rope 1, the field image body 8 attached thereto moves with the swinging of the hanging load 6. Two cameras 9 each having a built-in two-dimensional light spot position detector 21 fixed to a support 5 that supports the hanging cable 1 observe the imaged object 8, and the light received by each two-dimensional light spot position detector 21 is From the imaging position on the surface 23, the deflection angle calculating means 1O calculates the three-dimensional position of the imaged object 8. From that position, the angle of inclination of the hanging cable 1 to the support 5! , Φ are calculated, and the deflection angles θ1° θ2 of the hanging load 6 in the elevation direction and the turning direction with respect to the vertical direction are calculated. Therefore, it is possible to detect the inclination angle of the suspended load with respect to the support body without optical contact, and to detect the deflection of the suspended load using a two-dimensional light spot position detector and a microcomputer by installing the object to be imaged 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〕〔Effect of the invention〕

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5検出が可能となる。
According to the configuration of the present invention as described above, since the suspension rope following means and the optical observation means are used, the swing angle of the suspended load can be detected in a non-contact manner without causing any disturbance to the suspension rope. Since the object to be imaged and the camera can be placed in any position and measured,
Unlike conventional optical detectors, there are no restrictions on the type of crane or mounting location, and there is no need to mount the sensor directly above the suspended load with high precision. Fast response speed 2
The swing angle of the suspended load can be detected at high speed using a dimensional light spot position detector and high-speed calculation using a microcomputer. By improving the detection accuracy of the two-dimensional light spot position detector, it becomes possible to detect the deflection angle of the suspended load with high accuracy.

その振れ負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。
By using the negative swing output signal, it is possible to control the hanging load to prevent it from swinging, and stable automation of crane work is 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W3の概略図である。
FIG. 1 explains the configuration of an embodiment of the present invention, which includes a crane device 2 that lifts and supports or suspends a load using a hanging rope 1, and a swing angle detection device W3 for a suspended load attached to the crane device 2. FIG.

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、図示しないウィンチを介し
て吊下索l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¥9t10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(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。
The crane main body 4 is rotatably installed on a ship, for example, and has a support 5 called a boom or jib that supports the suspension cable 1 so as to be able to move up and down, and the suspension cable 1 is hoisted up via a winch (not shown). The hanging load 6 is raised and lowered and transferred by being let out. The deflection angle detection device 3 is
It is equipped with a hanging cable following means 7, an object to be imaged 8, two cameras 9, and a deflection angle calculation unit ¥9t10. In addition, if the center of gravity of the ship moves while loading and unloading suspended cargo between the ship and the quay, or if the ship's attitude changes due to rocking due to wind and waves, the elevation angle of the support will immediately change to the crane device 2.
Therefore, the behavior of the suspended load during movement differs depending on the attitude of the ship.

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。
The above-mentioned suspension cable following means 7 has two rotation axes. For example, when the suspension cable 1 swings in the up-and-down direction, it follows and rotates around the rotation axis 11, and when the suspension cable 1 swings in the turning direction, it rotates around the rotation axis. 12 and follows the movement of the hanging load 6 without inhibiting the movement of the hanging cable 1.

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1
3〔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ェイト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の索導に対面する位置に
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1B、19で吊下索lを挟持するガイド体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
!、Φ〔第7図(b)および(d)参照〕の如何によら
ず、吊下索l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。
To explain in more detail, the support 5 for suspending the suspension cable 1
The apparatus shown in FIGS. 2(a) to 2(d) is provided on the upper part of the apparatus. A sheave 1 on which a suspension cable 1 is stretched is attached to the upper end of the support 5.
3 [see Figure 1], and an elevation arm 14 coaxially with it.
is attached, and it swings in a vertical plane about the rotating shaft 11 in a nearly horizontal state without losing its balance due to the counterweight 15. An auxiliary member 16 extending in a direction parallel to the rotating shaft 11 is integrally provided at the tip of the elevating arm 14, a rotating shaft 12 is protruded from a position facing the cable guide of the sheave 13, and a rotating arm 17 is attached to the rotating shaft 12. It is provided to swing in a direction perpendicular to the elevation arm 14. At the lower end of the swing arm 17, there is a guide body 20 that holds the suspension cable l between two pairs of opposing rollers 1B and 19, which controls the rotation and elevation of the crane device 2 and the swinging of the suspension cable 1. The angle of inclination of the suspension rope 1 with respect to the support 5 due to! , Φ (see FIGS. 7(b) and (d)) follows the hanging cable l. In this way, the hanging rope following means 7
In this case, the guide body 20 always moves together with the suspension cable 1 while the elevation arm 14 and the swing arm 17 swing.
Change that attitude.

上述した被撮像体8は、吊下索追従手段7のガイド体2
0に取付けられ、光を反射または発するものである0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22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Ql、Q2に結像した光源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Ill
〜In+Izt〜I24として出力される。
The above-described imaged object 8 is the guide body 2 of the hanging rope following means 7.
In this example, a light source such as a light emitting diode is used, and two light sources are installed in the upper and lower positions. Note that the number of light sources is 1
However, depending on the calculation format, two may be required, which varies depending on the configuration of the device. These light sources 8
.. Two cameras 9 and 9 are mounted on the support 5 so as to face the camera 8.
is fixed. As shown in FIG.
A dimensional light spot position detector 21 is built in, and a lens 22 collects light from the outside onto a light receiving surface 23 of the two-dimensional light spot position detector 21 to form an image of the light source 8 . 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 is also a two-dimensional light spot position detector 21. A photodiode including a set of electrodes 28-31. Note that the current generated by the incident light from the light source 8 that is imaged at the imaging positions Ql and Q2 of the two-dimensional light spot position detector 21 flows through the electrodes 24 to 27 and 28.
~31, respectively, and each current Ill
~In+Izt~I24.

振れ角演算手段10は、2つの2次元光点位置検出易2
1の受光面23上の結像位置Qs 、 Q2から光源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の俯仰方向の傾斜角!および旋回方向の
傾斜角Φを演算し、その傾斜角!、Φを用いて鉛直方向
に対する俯仰方向の吊荷の振れ角θi、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1+t
〜h4は、処理回路32に与えられ、結像位置Qの座標
(X c+、 Y c鵞)が、 Xc+=  (In  −112)  /  (111
+  1+z)  −−−=−(1)Ycs−(1+x
  −114)  /  (II!  +  114)
  −−−−−121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IH〜124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(X
C21YO2)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 two two-dimensional light spot positions 2.
Image formation position Qs on the light receiving surface 23 of 1, from Q2 to the light source 8
The three-dimensional position of is calculated, and from that three-dimensional position, the inclination angle in the vertical direction of the hanging cable 1 with respect to the support body 5! and calculate the tilt angle Φ in the turning direction, and calculate the tilt angle! , Φ are used to calculate the deflection angle θi of the suspended load in the elevation direction with respect to the vertical direction and the deflection angle θ2 in the turning direction, and is configured by, for example, a microcomputer. Output 1+t of each electrode 24 to 27 described above
~h4 is given to the processing circuit 32, and the coordinates (X c+, Y c) of the imaging position Q are expressed as Xc+= (In -112) / (111
+ 1+z) −−−=−(1) Ycs−(1+x
-114) / (II! +114)
----121. The calculation result is input to the calculation circuit 33. In the case of the other two-dimensional light spot position detector 21, the output current IH~124 is outputted to the processing circuit 32 in a similar operation, and the output current IH~124 is outputted to the two-dimensional light spot position detector 21 in accordance with this current value. The coordinates (X
A signal representing C21YO2) is applied from the processing circuit 32 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
出する方法を暉明する。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Q*
  (Xct、 Yct) 。
Here, a method for measuring and calculating the three-dimensional position of the light source 8 will be explained using FIG. A light source located at an arbitrary position on the hanging cable 1 is observed using two cameras. The coordinates of the light source P in the coordinate system fixed to the support 5 (see Figure 1) are
, Z), the imaging coordinate of point P in the camera coordinate system is Q*
(Xct, Yct).

C2(XC2,YO2)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)、 (41のような変換行列CI
、C2を用いて式(5)および(6)で表わされる。
C2 (XC2, YO2), the transformation from the coordinate system fixed on the support 5 at point P to the camera coordinate system can be done using the transformation matrix CI as shown in equation (3), (41) using a homogeneous coordinate system.
, C2 is expressed by equations (5) and (6).

その変換行列G+、Czの各要素をカメラパラメータと
呼ぶが、([l’r 、 ([l’2が既知として、(
Xct。
Each element of the transformation matrix G+, Cz is called a camera parameter, but ([l'r, ([l'2 is known, (
Xct.

Q嵩 −・−(刀 C+ (1,1) X+C+ (1,2) Y+C+ 
(1,3) Z+C+ 1.4)−C+ (3+1 )
 Xc+X−C+ (3,2) Xc +Y−C+ (
3+3 ) Xc+Z−C+ C3*4 ) X++=
0・−−−・(11) ◆C+ (2,1) X+CI(2,2) Y+CI 
(213) Z+CI (2,4)−C+ C3+1 
)  Yc +X−C+ (3,2)  Yc+Y−C
+ (Sr1 )  Yc+Z−C+ (&4 ) Y
c+−0・−(121 C+ (3,4) = 1             
   −−−− (15)Rt = (XctYct・
−・・・・・XcnYcn)         −−−
−−(16)國下余白− Yc+) 、  (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
、より求まる。
Q volume -・-(sword C+ (1,1) X+C+ (1,2) Y+C+
(1,3) Z+C+ 1.4)-C+ (3+1)
Xc+X-C+ (3,2) Xc+Y-C+ (
3+3) Xc+Z-C+ C3*4) X++=
0・---・(11) ◆C+ (2,1) X+CI(2,2) Y+CI
(213) Z+CI (2,4)-C+ C3+1
) Yc +X-C+ (3,2) Yc+Y-C
+ (Sr1) Yc+Z-C+ (&4) Y
c+-0・-(121 C+ (3,4) = 1
----- (15) Rt = (XctYct・
--...XcnYcn) ---
--(16) Kunishita Margin - Find the three-dimensional position of the point of interest in the object coordinate system from the data of Yc+) and (XC2, YC2). That is, Q, F, and V are expressed by equations (7), (8), and (9), respectively.
Then, it is expressed as F=QV, and the three-dimensional position of the point of interest can be more easily determined.

カメラパラメータct、c2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、AICIRIを式(13)  (
14)  (15)  (16)%式% から一方のカメラパラメータを決定することができる。
Each element of camera parameters ct and c2 is determined by the following procedure. Expanding equation (5) for one camera results in equations (11) and (12). Therefore, in order to find 12 unknowns, we need to find 3 points of 6 points that are not on the same plane.
What is necessary is to find the dimensional position and the corresponding position in the camera image. Note that in order to increase the accuracy of the parameters, it is sufficient to measure at six or more points and determine the parameters by the least squares method. Now, AICIRI is expressed as formula (13) (
14) (15) (16) One camera parameter can be determined from the % formula %.

なお、他方のカメラについても同様に行なえばよい。Note that the same procedure may be performed for the other camera.

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

〔132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。
[When using 132 light sources ■ Two light sources 8.8 at any position of the hanging rope following means 7
to be fixed.

■ 吊下索2を鉛直方向に垂らし、21111ilの光
源8゜8の3次元位置を計測する。その結果をLEDI
  (x+ 、yI 、zl )LED2 (X2 、
  y2.22 )とすると、2(I?i1の光源8,
8で決まる方向ベクトルaは、 a= (x+−X2.yI−y2.  zl −22)
で与えられる。
(2) Hanging the hanging cable 2 in the vertical direction, measure the three-dimensional position of the light source 8°8 of 21111il. LEDI
(x+, yI, zl) LED2 (X2,
y2.22), then 2(I?i1 light source 8,
The direction vector a determined by 8 is a= (x+-X2.yI-y2.zl-22)
is given by

■ 吊荷が振れたときの2(flitの光源8,8の3
次元位置を計測し、 L E D 1  (x +’ 、  y I’ 、 
 z I’ )LED2 (X2’、  X2’、22
’)とすると、2個の光源8.8で決まる方向ベクトル
a′は、 al’= (XI’ −X2’、  3z’−X2’、
  zI’−22’)で与えられる。
■ 2 when the suspended load swings (flit light source 8, 8-3)
Measure the dimensional position, L E D 1 (x +', y I',
z I') LED2 (X2', X2', 22
'), the direction vector a' determined by the two light sources 8.8 is al'= (XI' - X2', 3z' - X2',
zI'-22').

■ このときの吊荷の傾斜角θは、 ■ 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!は、 −・・・・−・・・(18) ただし、v−Or+ −72、21−22)v’= (
y+’−yz’、  zt’−Z2’)−−−一−−・
・−(19) ただし、u= (XI −X2.  zl −22)u
= (xt’−x2’、  zI’−22’)で求めら
れる。
■ The inclination angle θ of the suspended load at this time is: ■ If the inclination angle θ is decomposed into the components of the elevation direction (y direction) and the turning direction (X direction), we get: Elevation direction! is −・・・・−・・・(18) However, v−Or+ −72, 21−22) v′= (
y+'-yz', zt'-Z2')---1---・
・−(19) However, u= (XI −X2.zl −22)u
= (xt'-x2', zI'-22').

(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 Referring to FIG. 6, (1) Fix one light source 8 at an arbitrary position of the hanging rope following means 7.

■ 吊下索l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。
(2) Hanging the hanging cable l in the vertical direction, measuring the three-dimensional position of the light source 8, and setting this position to (0, 0, 0).

■ 吊荷6が振れたときの光源803次元位置を計測し
、上記位f! (0,O,O)からの変化量を(X、Y
、Z)とすると、吊荷の傾斜角θの、俯仰方向甲は、甲
= cos  (1−(Y+Z  ) /2 (j!+ (
r−δ))〕ただし、rはシーブ13の半径 δは光源8の吊下索lからの偏位量 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つかにより演算形態
はやや異なるが、支持体5に対する吊下′ 索1の俯仰
方向の傾斜角甲と旋回方向の傾斜角Φの演算は以上のよ
うにして行なわれる。
■ Measure the three-dimensional position of the light source 80 when the suspended load 6 swings, and the above position f! The amount of change from (0, O, O) is (X, Y
, Z), the inclination angle θ of the suspended load in the elevation direction is as follows:
r-δ))] where r is the radius δ of the sheave 13 is the amount of deviation l of the light source 8 from the hanging cable l is the length along the hanging cable 1 from the center of the sheave 13 to the light source 8. As mentioned above, the calculation method differs slightly depending on whether there is one or two light sources, but the calculation of the inclination angle Φ in the elevation direction and the inclination angle Φ in the turning direction of the suspension rope 1 with respect to the support 5 is performed as described above. .

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を鉛直に
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、クレーン本体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
仰方向の傾斜角が甲0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
甲となっているときに生じている角度である。その01
は、上述した吊下索追従手段7などを介して求められる
顛斜角甲0や甲を使って得られ、その吊荷の俯仰方向の
振れ角θ1は、  θ1=(α0−α)十(To−r”
) + (’Po−’P)−・−・(22) で求められる。なお、この演算も上述した振れ角演算手
Y!110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 crane body 4 is tilted in the elevation direction with respect to the vertical direction. The angle is α0, the elevation angle of the support body 5 with respect to the crane body 4 is γ0, and the inclination angle of the suspension cable 1 in the elevation direction with respect to the support body 5 is A0. The above values are due to the fact that the hull is tilted for some reason or the crane body 5 has not returned to its original state, but in the operation control of the crane device 2, it is possible to change the value based on a certain state. Since it is sufficient to be able to grasp the movement from , the above-mentioned state is taken as an example of an arbitrary state as the initial state. Figure 7 (b
) is a state diagram in which the tilt angle θ1 is taken in the elevation direction, and this θ1 is 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 body 5 with respect to the crane body 4 is γ, and the support body This is the angle that occurs when the inclination angle of the suspension cable 1 in the elevation direction with respect to 5 is the instep. Part 01
is obtained using the bevel angle A0 and A obtained through the above-mentioned hanging rope tracking means 7, etc., and the swing angle θ1 of the suspended load in the elevation direction is as follows: θ1=(α0−α)×( Tor"
) + ('Po−'P)−・−・(22). Note that this calculation is also performed using the above-mentioned deflection angle calculation method Y! 110.

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 diagram of the initial state of the crane device 2 in the turning direction, and FIG. 7(d) shows the swing angle θ2 in the turning direction.
This is a state diagram in which β0°β is the inclination angle of the crane body 4 in the turning direction with respect to the vertical direction, Φ0. Φ is the inclination angle of the suspension cable 1 in the turning direction with respect to the support body 5. Then, the deflection angle θ2 of the hanging load in the turning direction is θ2=(β0−β)−(Φ0−Φ)・・・−・−・(23
). Therefore, even if the inclination angle of the crane main body 4 or the elevation angle of the support body 5 changes, the swing angle of the suspended load relative to the vertical direction can be obtained. This calculation is also performed by the swing angle calculating means 10 mentioned above, and the swing angle signal is inputted to the control device that drives and controls the crane device 2, so that it is possible to control the hanging load to prevent it from swinging, and to stabilize the crane operation. Automation is achieved.

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、天井クレーンやデツ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。
Since such a device uses optical means, it is possible to perform non-contact measurement without adding any disturbance to the suspension cable.Moreover, the light source and camera can be installed at any position, which is different from conventional methods. This eliminates the trouble of precisely installing the sensor in a limited location, such as directly above the suspended load, as with the optical detector. As a result, it can be applied to all types of cranes that suspend loads using hanging ropes, regardless of the type, such as overhead cranes or deck cranes. In addition, the swing angle of the suspended load can be detected at high speed using a two-dimensional light spot position detector with a fast response speed and high-speed calculation using a microcomputer. If the detection accuracy of the two-dimensional light spot position detector is improved, it becomes possible to detect the deflection angle of the suspended load with high precision.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

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n−n線
矢視図、第2図(d)は同図(a)のm−m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。 l−・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、!、Φ−傾斜角、°θ1.02−振れ角
。 特許出願人   川崎重工業株式会社 代理人 弁理士 吉村勝俊(ほか1名)第4図 第5図 第7図 (a) 第7図(b) M7図(C) i 第7図(d)
Fig. 1 is a schematic diagram of a crane device that lifts and moves a load using a suspension rope, and a swing angle detection device for the suspended load attached thereto; Fig. 2(a) is a front view of the suspension cable tracking means; Figure (b
) is a plan view thereof, FIG. 2(C) is a view taken along the line nn in FIG. 2(a), FIG. 2(d) is a view taken along the line mm in FIG. 2(a),
Figure 3 is a perspective view of the camera, Figure 4 is a block diagram of the configuration of the deflection angle calculation means, Figure 5 is a diagram of the principle of determining the three-dimensional position from the image formed by the two-dimensional light spot position detector, and Figure 6 is the light source. 7(a) is a schematic diagram of the initial state of the crane device in the elevation direction, and FIG. 7(b) shows the swing angle in the elevation direction. FIG. 7(c) is a schematic diagram of the initial state of the crane device in the turning direction, and FIG. 7(d) is a state diagram showing the swing angle in the turning direction. l--suspension cable, 2-crane device, 5--support, 6
- Hanging load, 7... Suspension cable following means, 8 - Imaged object (light source), 9-... Camera, 10- Deflection angle calculation means, 13-
・Sheave, 14--Elevation arm, 17--Swivel arm,
20-guide body, 21-2-dimensional light spot position detector, 23
−・− Light receiving surface,! , Φ - tilt angle, °θ1.02 - deflection angle. Patent applicant Kawasaki Heavy Industries, Ltd. Agent Patent attorney Katsutoshi Yoshimura (and one other person) Figure 4 Figure 5 Figure 7 (a) Figure 7 (b) Figure M7 (C) i Figure 7 (d)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (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) In a crane device that lifts, supports, or suspends a load using a suspension rope, a suspension rope following means that behaves in accordance with the movement of the suspension rope; An imaged object that reflects or emits light, two cameras that are fixed to the support of the hanging cable and have built-in two-dimensional light spot position detectors, and two cameras on the 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 imaging position, the inclination angle of the suspension cable with respect to the support body is calculated from the three-dimensional position, and the inclination angle is used to determine the elevation direction and turning of the suspended load with respect to the vertical direction. A swing angle detection device for a suspended load, comprising swing angle calculation means for calculating a swing angle in a direction.
(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
けられ吊下索を挟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 includes an elevating arm coaxial with the sheave from which the hanging rope is hung, a swing arm that is attached to the elevating arm and rotates in the turning direction, and a swing arm that is attached to the swing arm and that hangs the hanging cable. 2. A swing angle detection device for a suspended load according to claim 1, further comprising a guide body that clamps a rope.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006337253A (en) * 2005-06-03 2006-12-14 Tama Tlo Kk Device and program for detecting swing angle, and recording medium and two-dimensional wire suspending apparatus
JP2021004119A (en) * 2019-06-26 2021-01-14 コベルコ建機株式会社 Suspension rope swing determination method, data processing device, and crane

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