WO2014064966A1 - 重心位置検出装置、重心位置検出方法およびプログラム - Google Patents

重心位置検出装置、重心位置検出方法およびプログラム Download PDF

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WO2014064966A1
WO2014064966A1 PCT/JP2013/067734 JP2013067734W WO2014064966A1 WO 2014064966 A1 WO2014064966 A1 WO 2014064966A1 JP 2013067734 W JP2013067734 W JP 2013067734W WO 2014064966 A1 WO2014064966 A1 WO 2014064966A1
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suspended load
center
suspended
actual measurement
value
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法貴 ▲柳▼井
唯明 門前
大作 林
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三菱重工マシナリーテクノロジー株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66CCRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00Other constructional features or details
    • B66C13/16Applications of indicating, registering, or weighing devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66CCRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00Other constructional features or details
    • B66C13/04Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack
    • B66C13/08Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for depositing loads in desired attitudes or positions
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M1/00Testing static or dynamic balance of machines or structures
    • G01M1/12Static balancing; Determining position of centre of gravity
    • G01M1/122Determining position of centre of gravity
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01GWEIGHING
    • G01G19/00Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups
    • G01G19/14Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for weighing suspended loads

Definitions

  • the present invention relates to a gravity center position detection device, a gravity center position detection method, and a program.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2012-234945 filed in Japan on October 24, 2012, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • the container center of gravity position detection device described in Patent Document 1 includes a radiation source, a detector disposed with a container entry space between the radiation source, and a detector. And an arithmetic device that performs arithmetic processing based on the output of the above.
  • the arithmetic unit obtains the intensity distribution of the radiation that has reached the detector from the radiation source in a state where the container has entered the container entry space, and calculates the density distribution of the container based on the intensity distribution of the radiation. Based on this, the position of the center of gravity of the container is specified.
  • the gravity center position of a container can be specified easily, without opening a container.
  • the center-of-gravity position detection device described in Patent Document 1 the center-of-gravity position can be specified also in the height direction of the container.
  • the present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a center-of-gravity position detection device, a center-of-gravity position detection method, and a program that can more accurately determine the center-of-gravity position in the height direction. There is.
  • a gravity center position detection device is a gravity center position detection device that obtains the gravity center position of a suspended load that is suspended by a rope.
  • a measured value acquisition unit for acquiring measured values of data indicating a state in which the load is suspended for at least two different states, and a state model of the suspended load including at least the gravity center position of the suspended load as an unknown constant;
  • a center-of-gravity position calculation unit that calculates a center-of-gravity position of the suspended load based on the actual measurement value acquired by the actual measurement value acquisition unit.
  • the center-of-gravity position detection device is the above-described center-of-gravity position detection device, wherein the actual measurement value acquisition unit calculates an actual measurement value of data indicating a state in which the suspended load is suspended, Acquired by time-series data including at least the time when the suspended load is accelerated, decelerated or rotated, and the gravity center position calculation unit uses the suspended load motion model as the suspended load state model.
  • a center-of-gravity position detection device is the above-described center-of-gravity position detection device, wherein the center-of-gravity position calculation unit includes initial values of variables and unknown constants included in the motion model of the suspended load.
  • the center-of-gravity position detection device is the above-described center-of-gravity position detection device, wherein the actual measurement value acquisition unit uses an actual measurement value of data indicating a state where the suspended load is suspended, Obtained by including an actual measurement value of the force to suspend the suspended load, the evaluation unit obtains the calculated value of the force to suspend the suspended load obtained from the value of the variable acquired by the variable value calculation unit, and the actual measurement value acquisition The value of the variable acquired by the variable value calculation unit is evaluated based on the actual value of the force that suspends the suspended load acquired by the unit.
  • the center-of-gravity position detection device is the above-described center-of-gravity position detection device, wherein the actual measurement value acquisition unit calculates an actual measurement value of data indicating a state in which the suspended load is suspended, The acceleration and angular acceleration of the suspended load are acquired in a negligible state, and the gravity center position calculation unit uses a static model of the suspended load as the state model of the suspended load.
  • the center-of-gravity position detection device is the above-described center-of-gravity position detection device, wherein the actual measurement value acquisition unit uses an actual measurement value of data indicating a state where the suspended load is suspended, The measured value of the amount of rotation of the suspended load and the measured value of the position of the suspended load are acquired, and the gravity center position calculation unit is configured to obtain the amount of rotation of the suspended load, the position of the suspended load, and the suspended load.
  • the center of gravity position of the suspended load is calculated based on the state model of the suspended load including a variable indicating the center of gravity position of the load and the actual measurement value acquired by the actual measurement value acquisition unit.
  • a center of gravity position detecting method is a center of gravity position detecting method of a center of gravity position detecting device for obtaining a center of gravity position of a suspended load suspended by a rope, wherein the suspended load is suspended.
  • actual measurement value acquisition step of acquiring actual measurement values of data indicating at least two different states, the suspended load state model including at least the center of gravity position of the suspended load as an unknown constant, and the actual measurement value acquisition step
  • a center-of-gravity position calculation unit step of calculating a center-of-gravity position of the suspended load based on the acquired actual measurement value.
  • the program according to another aspect of the present invention provides an actual measurement value of data indicating a state in which the suspended load is suspended in a computer serving as a gravity center position detection device that obtains the gravity center position of the suspended load suspended by a rope.
  • the state model of the suspended load including at least the gravity center position of the suspended load as an unknown constant, and the measured value acquired in the measured value acquisition step
  • a center-of-gravity position calculation unit step for calculating the center-of-gravity position of the suspended load.
  • the position of the center of gravity in the height direction can be obtained more accurately.
  • it is explanatory drawing which shows the example of the suspended load which a gravity center position detection apparatus makes into a gravity center position detection object.
  • It is a schematic block diagram which shows the function structure of the gravity center position detection apparatus in the 2nd Embodiment of this invention.
  • It is explanatory drawing which shows the example of the time change of the evaluation object value in the embodiment.
  • It is a flowchart which shows the procedure of the process in which the gravity center position detection apparatus in the embodiment detects the gravity center position of a suspended load.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing a functional configuration of the center-of-gravity position detection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the center-of-gravity position detection device 10 includes an actual measurement value acquisition unit 11 and a center-of-gravity position calculation unit 12.
  • the actual measurement value acquisition unit 11 acquires actual measurement values of data indicating a state where the suspended load is suspended for at least two different states.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an example of a suspended load that the gravity center position detection apparatus 10 uses as a gravity center position detection target.
  • a crane trolley 910, a rope 920, a spreader 930, and a container C11 are shown.
  • the container C11 is held by the spreader 930 and suspended from the trolley 910 by a rope 920.
  • the spreader 930 and the container C11 are combined and regarded as an integral rigid body, and are represented as a suspended load 800.
  • the data indicating the state where the suspended load is suspended is data indicating the dynamic state of the suspended load (suspended load 800 in the example of FIG. 2) or the rope (rope 920 in the example of FIG. 2).
  • Examples of data that can be measured among the data indicating the state of the suspended load are the position where the suspended load is supported by the rope, the posture of the suspended load (the inclination of the suspended load and the rotation angle around the vertical axis) Suspension load, suspension load force, suspension load speed, suspension load acceleration, suspension load angular velocity, suspension load angular acceleration, and position where the rope is supported by the trolley And data indicating the rope length and the force the rope receives from the trolley.
  • the data indicating the center of gravity position of the suspended load that is the detection target of the center-of-gravity position detection device 10 also corresponds to an example of data indicating the state in which the suspended load is suspended.
  • the center-of-gravity position detection device 10 is not limited to a suspended load suspended by a crane including a trolley, and can be applied to detection of the center-of-gravity positions of various suspended loads suspended by ropes.
  • the center-of-gravity position detection apparatus 10 can detect the center-of-gravity position of a suspended load suspended from a jib on a crane having a turnable jib.
  • an object supporting a rope such as a trolley or a jib is referred to as a “rope support”.
  • a position where the rope is supported by the rope support is referred to as an “upper suspension point position”.
  • a position where the suspended load is supported by the rope is referred to as a “suspended load hanging point position”.
  • the center-of-gravity position calculation unit 12 calculates the center-of-gravity position of the suspended load based on the state model of the suspended load including at least the center of gravity position of the suspended load as an unknown constant and the actual measurement value acquired by the actual measurement value acquisition unit 11.
  • the suspended load state model is a model that dynamically simulates a suspended load suspended on a rope. For example, a state equation indicating a condition to be satisfied by data indicating a state where a suspended load is suspended corresponds to an example of a state model of a suspended load, but is not limited thereto.
  • the center-of-gravity position calculation unit 12 can use various state models that can calculate other data in the state based on data indicating the state in which the suspended load is suspended.
  • the actual measurement value acquisition unit 11 acquires the actual measurement values of the data indicating the state in which the suspended load is suspended for at least two different states.
  • the center of gravity position of the suspended load is calculated based on the acquired actual measurement value.
  • the gravity center position detection apparatus 10 can obtain
  • the moment given to the suspended load by gravity is indicated by the inner product of the vector from the reference point of the moment to the position of the center of gravity and the gravity vector. Therefore, even if the gravity center position of the suspended load moves in the vertical direction (gravity vector direction), the moment does not change. For this reason, if the data indicating the state in which the suspended load is suspended is acquired for only one state, the height of the center of gravity of the suspended load (the position of the center of gravity of the suspended load in the vertical direction) cannot be determined.
  • the center-of-gravity position detection device 10 can obtain the height of the center of gravity of the suspended load by using data indicating the state where the suspended load is suspended in at least two different states as described above. it can.
  • the center-of-gravity position detection device 10 can determine the height of the center of gravity of the suspended load without using radiation, and more accurately determines the height of the center of gravity of the suspended load regardless of the amount of radiation transmitted through the suspended load. be able to.
  • FIG. 3 is a schematic block diagram showing a functional configuration of the center-of-gravity position detection device according to the second embodiment of the present invention.
  • the center-of-gravity position detection apparatus 100 includes an actual measurement value acquisition unit 110, a center-of-gravity position calculation unit 120, and a display unit 130.
  • the centroid position calculation unit 120 includes a preprocessing unit 121, a numerical value setting unit 122, a variable value calculation unit 123, and an evaluation unit 124.
  • the actual measurement value acquisition unit 110 corresponds to an example of the actual measurement value acquisition unit 11 (FIG. 1), and at least an actual measurement value of data indicating a state in which the suspended load is suspended is obtained by moving, accelerating, decelerating, or rotating at least the suspended load. It is acquired as time-series data including the current time. That is, the time-series data acquired by the actual measurement value acquisition unit 110 may or may not include data in a state where the acceleration and angular acceleration of the suspended load can be ignored.
  • the actual measurement value of the data indicating the state in which the suspended load is suspended which is acquired by the actual measurement value acquisition unit 110, is referred to as a “suspended state actual measurement value”.
  • a state in which the acceleration and angular acceleration of the suspended load can be ignored is referred to as a “static state” of the suspended load.
  • the center-of-gravity position calculation unit 120 corresponds to an example of the center-of-gravity position calculation unit 12 (FIG. 1), and uses a suspended load motion model as a suspended load state model.
  • the movement model of the suspended load here is a model that dynamically simulates the movement of the suspended load suspended on the rope.
  • the motion model of a suspended load corresponds to an example of a state model of a suspended load, and includes a variable indicating at least one of a suspended load speed, a suspended load acceleration, a suspended load angular velocity, or a suspended load angular acceleration. Consists of.
  • the gravity center position calculating unit 120 is The center of gravity position of the suspended load is calculated using a model that can express deceleration or rotation.
  • the motion model of the suspended load used by the actual measurement value acquisition unit 110 is not limited to the motion equation.
  • the actual measurement value acquisition unit 110 can use various motion models that can calculate other data in the state based on the data indicating the state in which the suspended load is suspended.
  • the preprocessing unit 121 obtains the suspended load amount (load) and the center of gravity position of the suspended load in the horizontal direction as preprocessing for obtaining the center of gravity position of the suspended load using the equation of motion. For example, the preprocessing unit 121 calculates the amount of suspended load and the center of gravity position of the suspended load in the horizontal direction based on the force that suspends the suspended load.
  • the force for suspending a suspended load here is the force that acts on the rope that suspends the suspended load or the force that acts on the rope.
  • the force that the rope acts on the suspended load at the suspended load position may be used, or the force that the rope support acts on the rope at the upper suspended point position may be used. For example, in the example of FIG.
  • the spreader 930 includes tension meters at each of four suspension load suspension point positions, and the tension detected by the tension meter (and hence the rope tension at the suspension load suspension point position) is suspended. You may make it use as a force which hangs a load.
  • the trolley 910 is provided with a tension meter at each of the four upper suspension point positions, and the tension detected by the tension meter (and hence the rope tension at the upper suspension point position) is used as a force for suspending the suspended load. May be.
  • the corrected force obtained by subtracting the force corresponding to the rope weight from the force that the rope support acts on the rope at the upper suspension point position may be used as the force for hanging the suspended load.
  • the center-of-gravity position detection device 100 may not include the preprocessing unit 121.
  • the gravity center position calculating unit 120 treats the suspended load amount as an unknown constant.
  • the center of gravity position calculating unit 120 determines the center of gravity position of the suspended load in the horizontal direction (for example, the coordinate value in the traveling direction of the trolley, (Coordinate value in the transverse direction) is treated as an unknown constant.
  • the pre-processing unit 121 acquires the suspended load or the center of gravity position of the suspended load in the horizontal direction, thereby reducing the number of unknown constants in the suspended load motion model.
  • the load when the gravity center position detection apparatus 100 detects the gravity center position of the suspended load can be reduced, and the detection accuracy can be improved.
  • the load when the gravity center position detection device 100 detects the gravity center position of the suspended load is reduced, and the detection accuracy is increased. Can be improved. That is, it is expected that the suspended load amount calculated by the preprocessing unit 121 based on the actual measurement value and the center of gravity position of the suspended load in the horizontal direction are close to the actual values.
  • the center-of-gravity position calculation unit 120 starts the calculation from the initial value close to the actual value, so that the processing performed by the numerical value setting unit 122, the variable value calculation unit 123, and the evaluation unit 124 described below can be reduced. In addition, the position of the center of gravity of the suspended load can be detected with higher accuracy.
  • the numerical value setting unit 122 sets values of variables and unknown constants included in the suspended load motion model.
  • the variable value calculation unit 123 applies the value set by the numerical value setting unit 122 to the motion model, and obtains the value of the variable at the measurement time of the suspended state actual measurement value acquired by the actual measurement value acquisition unit 110.
  • the measurement time of the suspended state actual value acquired by the actual value acquisition unit 110 is referred to as “measurement value sampling time”.
  • an equation of motion used by the variable value calculation unit 123 as an exercise model will be described.
  • an equation of motion based on a three-dimensional coordinate space in which the x-axis, y-axis, and z-axis are set in the traveling direction of the trolley, the transverse direction of the trolley, and the vertical direction, respectively will be described as an example. This is not limited to this.
  • an equation of motion based on another coordinate space such as a polar coordinate space may be used.
  • the equation of motion for the translation of the suspended load at a certain time is expressed as, for example, Expression (1).
  • m represents the mass of the load
  • p c bold notation indicating a matrix or a vector is omitted in the description
  • p c is set to the suspended load such as the center position of the upper surface of the spreader. Reference point position
  • “′” indicates the first-order time derivative
  • “′′” indicates the second-order time derivative.
  • p c '' indicates the acceleration of the suspended load.
  • f i i is a positive integer of 1 ⁇ i ⁇ n (n is the number of ropes) indicates the force that the i-th rope applies to the suspended load
  • g indicates the gravitational acceleration
  • f d is An external force acting as a translational force on the suspended load is shown.
  • the equation of motion about the rotation of the suspended load around the center of gravity at a certain time is expressed as, for example, Expression (2).
  • N i (i is a positive integer of 1 ⁇ i ⁇ n (n is the number of ropes)) indicates a moment that the i-th rope gives around the center of gravity of the suspended load, “ ⁇ ” indicates an outer product, n d indicates an external force acting as a force in the rotational direction on the suspended load.
  • the force that the wind gives to the suspended load can be considered.
  • Various expressions can be used as expressions indicating the external force depending on the assumed external force. For example, when a force due to a constant cross wind is assumed as an external force, scalar constants f dx and f dy are used as wind parameters as shown in Expression (3).
  • T represents a transposed matrix or transposed vector.
  • the scalar constants f dx , f dy , a, and b are used as wind parameters as shown in Expression (4). Indicated.
  • the terms after the secondary component may be included in the formula.
  • the position p t (t) of the trolley (t in parentheses indicate the time)
  • rope length l i (t) suspended load position, suspended load speed, suspended load attitude, suspended load angular velocity, suspended load center of gravity (within the suspended load), rope Can be obtained based on characteristics.
  • the position of the trolley and the rope length can be detected.
  • the position of the center of gravity of the suspended load is constant and shown as an unknown constant. Therefore, the equation of motion shown in the equations (1) and (2) can be transformed into a first-order ordinary differential equation with 12 variables (p c , v c , ⁇ and ⁇ ) shown in the equation (5). .
  • v c represents the speed of the suspended load
  • theta indicates the attitude of the suspended load
  • R 3 represents a three-dimensional space.
  • H 1 to h 4 each represent a known function.
  • the function h 2 is known to can show as v c.
  • the variable value calculation unit 123 calculates the value of each variable at each sampling time of the actual measurement value using Expression (5). Specifically, first, the numerical value setting unit 122 sets initial values and unknown constant values of variables (p c , v c , ⁇ , and ⁇ ) included in Expression (5). For example, the numerical value setting unit 122 sets the inertia tensor of the suspended load, the position of the center of gravity in the height direction of the suspended load, and the value of the wind parameter as unknown constants included in the equation (5). When the preprocessing unit 121 does not calculate the suspension load amount, the numerical value setting unit 122 sets the suspension load amount as an unknown constant and sets the value. When the preprocessing unit 121 does not calculate the center of gravity position of the suspended load in the horizontal direction, the numerical value setting unit 122 sets the value of the center of gravity position of the suspended load in the horizontal direction as an unknown constant.
  • the unknown constant included in the equation (5) is not limited to the above, and it is sufficient that the center of gravity of the suspended load is included.
  • the corresponding constant can be treated as a known constant of the obtained value.
  • unknown constants included in the motion model for example, Expression (5) are collectively expressed as a vector x.
  • variable value calculation unit 123 applies the initial value of the variable and the value of the unknown constant set by the numerical value setting unit 122 to the motion model of Expression (5), and calculates the value of the variable at the sampling time of the actual measurement value.
  • the method of solving the equation of motion used by the variable value calculation unit 123 is not limited to the Runge-Kutta method.
  • the variable value calculation unit 123 can use various solutions such as the Euler method.
  • the equation of motion used by the variable value calculation unit 123 is not limited to the first-order ordinary differential equation. For example, when an algorithm for obtaining a variable value for each sampling period based on a second-order ordinary differential equation can be used, the variable value calculation unit 123 may use a motion equation of the second-order ordinary differential equation.
  • the evaluation unit 124 evaluates the value of the variable acquired by the variable value calculation unit 123. Specifically, a suspended state actual value acquired by the actual measured value acquisition unit 110 or a value that can be calculated from the suspended state actual value is preset as an evaluation target value. Then, the evaluation unit 124 determines the magnitude of the difference between the evaluation target value obtained from the variable value acquired by the variable value calculation unit 123 and the evaluation target value obtained from the suspended state actual measurement value acquired by the actual measurement value acquisition unit 110. To evaluate.
  • the evaluation target value obtained from the value of the variable acquired by the variable value calculation unit 123 is referred to as “evaluation target calculation value”.
  • the evaluation target value obtained from the suspended state actual measurement value acquired by the actual measurement value acquisition unit 110 is referred to as “evaluation target actual measurement value”.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the time change of the evaluation target value.
  • the horizontal axis of the graph indicates time, and the vertical axis indicates the evaluation target value.
  • the line L11 shows the evaluation target calculation value at each time
  • the line L12 shows the evaluation target actual measurement value at each time.
  • the evaluation unit 124 calculates the magnitude of the difference at each time of the difference D11 between the evaluation target actual measurement value indicated by the line L11 and the evaluation target calculation value indicated by the line L12 (in other words, the area of the region between the line L11 and the line L12). Size).
  • the evaluation unit 124 calculates the square of the difference between the evaluation target calculation value and the evaluation target actual measurement value at each sampling time of the actual measurement value, and sums the obtained values in the time direction to obtain an error evaluation value. As the obtained error evaluation value is smaller, it can be evaluated that the value set by the numerical value setting unit 122 is closer to the actual value. Therefore, as the error evaluation value is smaller, it can be evaluated that the gravity center position of the suspended load set by the numerical value setting unit 122 as an unknown constant is closer to the actual gravity center position.
  • the evaluation unit 124 resets the initial value of the variable or the value of the unknown constant based on the obtained error evaluation value and re-executes the calculation of the variable value, or aborts the process and the center of gravity of the suspended load. It is determined whether to output the position calculation result. For example, when the obtained error evaluation value is larger than a predetermined evaluation reference threshold value, the evaluation unit 124 determines to reset the initial value of the variable or the value of the unknown constant and re-execute the calculation of the variable value. On the other hand, when the obtained error evaluation value is equal to or smaller than the predetermined evaluation reference threshold value, the evaluation unit 124 aborts the processing, and uses the latest suspended load gravity center position set by the numerical value setting unit 122 as the suspended load gravity center position.
  • the evaluation unit 124 calculates the gravity center position of the suspended load that is set as the calculation result of the gravity center position calculation unit 120 when the evaluation result of the value of the variable acquired by the variable value calculation unit 123 satisfies the predetermined condition.
  • the method by which the evaluation unit 124 evaluates the value of the variable acquired by the variable value calculation unit 123 is not limited to the method described above.
  • the absolute value of the difference between the two is calculated, for example, when the difference between the evaluation target calculation value and the evaluation target actual measurement value is small.
  • Various evaluation methods can be used.
  • the evaluation unit 124 can also use various values for the evaluation target value.
  • the actual measurement value acquisition unit 110 acquires the actual measurement value of the force for hanging the suspended load in the hanging state actual measurement value
  • the evaluation unit 124 calculates the error evaluation value using the force for hanging the suspended load as the evaluation target value. You may do it. That is, the evaluation unit 124 is based on the calculated value of the force to suspend the suspended load obtained from the value of the variable acquired by the variable value calculation unit 123 and the actual measurement value of the force to suspend the suspended load acquired by the actual measurement value acquisition unit 110. Thus, the value of the variable acquired by the variable value calculation unit 123 may be evaluated.
  • the evaluation unit 124 calculates the error evaluation value J based on Expression (6).
  • f i (j) is the force that the i-th rope applies to the suspended load at time j (the j-th measured value sampling time counted from the measured value sampling time corresponding to the initial value setting of the numerical value setting unit 122). The calculated value of is shown. Further, f im (j) indicates an actual measurement value (tensometer measurement value) of the force applied to the suspended load by the i-th rope at time j.
  • a tension meter is already installed at the hanging load hanging point position or the upper hanging point position, it is not necessary to install a new sensor by setting the force for hanging the hanging load as an evaluation target value. In this respect, the cost of adding sensors can be suppressed.
  • the measured value acquisition unit 110 acquires the suspended state actual value including the actual measured value of the posture of the suspended load, and the evaluation unit 124 calculates the error evaluation value using the suspended load inclination as the evaluation target value. Also good. For example, the evaluation unit 124 calculates the error evaluation value J based on Expression (7).
  • ( theta ) (j) shows the calculated value of the attitude
  • ⁇ m (j) represents an actual measurement value of the posture of the suspended load at time j (for example, a measured value of an inclinometer provided on the suspended load). Since the slant of the suspended load is not easily affected by the wind, the gravity center position detection device 100 detects the center of gravity of the suspended load with high accuracy even under strong wind conditions by using the slant of the suspended load as an evaluation target value. can do.
  • the actual measurement value acquisition unit 110 acquires the actual measurement value of the suspended load position including the actual measurement value of the position of the suspended load, and the evaluation unit 124 calculates the error evaluation value using the position of the suspended load as the evaluation target value. Also good. For example, the evaluation unit 124 calculates the error evaluation value J based on Expression (8).
  • pc (j) represents the calculated value of the position of the suspended load at time j.
  • p cm (j) indicates an actual measurement value of the position of the suspended load at time j.
  • the evaluation unit 124 may perform evaluation by calculating a weighted average or a weighted sum of error evaluation values obtained by a plurality of methods, such as taking a weighted average of error evaluation values obtained by the above three methods. Also good.
  • the numerical value setting unit 122 When the evaluation unit 124 decides to reset the initial value of the variable or the value of the unknown constant and re-execute the calculation of the variable value, first, the numerical value setting unit 122 first sets the initial value of the variable or the value of the unknown constant. Reset the settings. As described above, the numerical value setting unit 122 resets the initial values of variables and the values of unknown constants included in the suspended load motion model when the evaluation result of the evaluation unit 124 does not satisfy a predetermined condition. At that time, the numerical value setting unit 122 resets the initial value of the variable and the value of the unknown constant so that the error evaluation value becomes smaller.
  • the numerical value setting unit 122 uses an optimization method to determine the initial value of the variable to be reset and the value of the unknown constant so that the error evaluation value J becomes smaller.
  • the numerical value setting unit 122 has various optimization methods such as a sliding down simplex method, a quasi-Newton method, a sequential quadratic programming method, a genetic algorithm (Generic Algorithm; GA), or an annealing method (Simulated Annealing; SA). The method can be used.
  • the display unit 130 has a display screen such as a liquid crystal panel or an organic EL (Organic Electroluminescence) panel, for example, and displays the gravity center position of the suspended load calculated by the gravity center position calculation unit 120. In addition, the display unit 130 may display the suspended load amount.
  • the method of outputting the gravity center position of the suspended load by the gravity center position detection device 100 is not limited to the method of visually displaying the gravity center position of the suspended load, and various methods can be used.
  • the center-of-gravity position detection device 100 includes a speaker, and outputs the center-of-gravity position of the suspended load by voice instead of or in addition to the visual display of the center-of-gravity position of the suspended load. Also good. Or you may make it the gravity center position detection apparatus 100 output the data which show the gravity center position of a suspended load to other apparatuses, such as a server apparatus or a display apparatus.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of processing in which the gravity center position detection device 100 detects the gravity center position of the suspended load.
  • the center-of-gravity position detection apparatus 100 starts the process illustrated in FIG. 1 in response to a user operation that instructs detection of the center-of-gravity position of a suspended load.
  • the center-of-gravity position detection device 100 may automatically start the process, for example, when the suspended load is grounded, the center-of-gravity position detection device 100 starts the process of FIG.
  • the actual measurement value acquisition unit 110 acquires the suspended state actual measurement value for a predetermined time (step S ⁇ b> 101). For example, for 10 seconds after the suspended load is grounded, the actual measurement value acquisition unit 110 has a sampling period of 10 milliseconds (ms), the tension of each rope at the upper suspension point position, the position of the suspended load, and the suspended load.
  • the load posture (the inclination of the suspended load in the transverse direction, the inclination of the suspended load in the traveling direction, and the rotation angle around the vertical axis) is acquired.
  • the preprocessing unit 121 detects a suspended load amount (step S102). For example, the preprocessing unit 121 calculates a suspended load amount based on the total value of the force that suspends the suspended load of each rope immediately after the ground cutting. Alternatively, the preprocessing unit 121 may detect the suspended load amount by another method such as calculating the suspended load amount from the voltage value or current value of the hoisting motor. Further, the preprocessing unit 121 calculates the center of gravity position of the suspended load in the horizontal direction (step S103). For example, the preprocessing unit 121 calculates the position of the center of gravity of the suspended load in the horizontal direction based on the balance of the force that suspends the suspended load of each rope immediately after the ground cutting.
  • the numerical value setting unit 122 sets initial values of variables and various coefficients (including unknown coefficients) included in the suspended load motion model (step S104). For example, the numerical value setting unit 122 sets the suspended load detected by the preprocessing unit 121 in step S102. Moreover, the numerical value setting part 122 sets a predetermined standard value as the suspended load inertia tensor. The numerical value setting unit 122 sets the center of gravity detected by the pre-processing unit 121 in step S103 for the horizontal direction as the center of gravity of the suspended load, and sets a predetermined standard center of gravity for the vertical direction.
  • the numerical value setting part 122 sets the suspended load position at the time of ground cutting based on the rope length at the time of ground cutting, and sets the angle, speed, and angular velocity of the suspended load to zero. Moreover, the numerical value setting part 122 sets a wind parameter to a no-wind state.
  • variable value calculation unit 123 solves the suspended load motion model using a solution such as the Runge-Kutta method based on the value set by the numerical value setting unit 122, and the measured value sampling time (measured value in step S101).
  • the position and orientation of the suspended load are calculated for each of the suspended state actual measurement values acquired by the acquisition unit 110 (step S105).
  • the evaluation unit 124 evaluates the variable value calculated by the variable value calculation unit 123 (step S106), and determines whether or not the condition for aborting the variable value is satisfied based on the evaluation result (step S106). S107). For example, the evaluation unit 124 calculates the error evaluation value as described above, and determines that the truncation condition is satisfied when the error evaluation value is equal to or less than the evaluation reference threshold value.
  • step S107: NO When it is determined that the abort condition is not satisfied (step S107: NO), as described above, the numerical value setting unit 122 resets the value of the variable or the unknown coefficient included in the motion model (step S111). . Thereafter, the process returns to step S105.
  • step S107: YES when it is determined that the termination condition is satisfied (step S107: YES), the display unit 130 displays the gravity center position of the suspended load calculated by the gravity center position calculation unit 120 (step S121). Thereafter, the process of FIG.
  • the actual measurement value acquisition unit 110 uses the time-series data including at least the time when the suspended load is accelerated, decelerated, or rotated as the actual measured value indicating the state in which the suspended load is suspended. get.
  • the center-of-gravity position calculation unit 120 uses the suspended load motion model as the suspended load state model. Thereby, the center-of-gravity position detection device 100 can detect the center-of-gravity position of the suspended load even if the suspended load is not in a static state. Therefore, for example, when the suspended load is swaying, it is not necessary to interrupt the handling operation to detect the position of the center of gravity of the suspended load, such as waiting for the suspended load to be in a stationary state by stopping the trolley.
  • the center-of-gravity position detection device 100 can detect the center-of-gravity position of the suspended load without reducing the cargo handling efficiency.
  • the center-of-gravity position detection device 100 can detect the center-of-gravity position in the height direction of the suspended load without reducing the cargo handling efficiency.
  • the numerical value setting unit 122 sets initial values and unknown constant values of variables included in the suspended load motion model. Then, the variable value calculation unit 123 applies the value set by the numerical value setting unit 122 to the motion model, and measures the measured value of the data indicating the state where the suspended load acquired by the measured value acquisition unit is suspended. Find the value of the variable at the time. Furthermore, the evaluation unit 124 evaluates the value of the variable acquired by the variable value calculation unit 123, and the numerical value setting unit 122 sets the motion model of the suspended load when the evaluation result of the evaluation unit 124 does not satisfy a predetermined condition. Reset initial values of variables and unknown constants.
  • the numerical value setting unit 122 resets the initial value of the variable or the value of the unknown constant, and the variable value calculation unit 123 obtains the variable value.
  • the gravity center position detection apparatus 100 can detect the gravity center position of the suspended load with high accuracy.
  • the evaluation unit 124 generates an error evaluation value for the entire sampling period of the suspended state actual value acquired by the actual value acquisition unit 110. Thereby, even when noise such as sensor noise is included in a part of the suspended state actual measurement value, the influence of the noise can be reduced, and the gravity center position detection device 100 can accurately determine the gravity center position of the suspended load. Can be detected.
  • the actual measurement value acquisition unit 110 acquires the actual measurement value of the force for hanging the suspended load in the hanging state actual measurement value
  • the evaluation unit evaluates the value of the variable acquired by the variable value calculation unit 123 using the force to suspend the suspended load as the evaluation target value.
  • the gravity center position calculation unit 120 may calculate the gravity center position and weight of the suspended load body.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an example of the center of gravity position of the suspended load body and the center of gravity position of the hanging tool.
  • a container C11 is shown as an example of a suspended load body
  • a spreader 930 is shown as an example of a hanging tool.
  • p g denotes the center of gravity of the suspended load 800 (total suspended load)
  • p sg represents the center of gravity of the spreader 930.
  • pcg shows the gravity center position of the container C11.
  • the weight m of the suspended load 800 is shown as equation (9).
  • equation (10) is obtained.
  • the center-of-gravity position calculation unit 120 calculates the weight of the container C11 using Expression (10). Further, the formula (11) is established for the moment around the reference point.
  • equation (12) is obtained.
  • the center-of-gravity position calculation unit 120 calculates the center-of-gravity position of the container C11 using Expression (12).
  • the gravity center position calculation unit 120 does not calculate the weight of the suspended load body or the gravity center position.
  • the center-of-gravity position calculation unit 120 may use a suspended load motion model in a two-dimensional space.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an example of coordinate setting in a two-dimensional space.
  • the x coordinate is set in the traveling direction of the trolley, and the y coordinate is set in the vertical direction.
  • the coordinate of the trolley in the transverse direction is not set.
  • the center-of-gravity position calculation unit 120 uses the movement model of the suspended load in the two-dimensional space shown in FIG.
  • the center of gravity position in the height direction of the suspended load may be obtained.
  • the variable value calculation unit 123 can more easily calculate the value of the variable.
  • the actual measurement value acquisition unit 11 acquires the suspended state actual measurement value in the static state of the suspended load.
  • the actual measurement value acquisition unit 11 includes an actual measurement value of the amount of rotation (rotation angle) of the suspended load and an actual measurement value of the position of the suspended load in the actual measurement value of the data indicating the state in which the suspended load is suspended. get.
  • the center-of-gravity position calculation unit 12 uses a static model of the suspended load as the state model of the suspended load.
  • the suspended load static model here is a model that dynamically simulates a suspended load in a static state, and corresponds to an example of a suspended load state model.
  • the static model of the suspended load does not include any of a variable indicating the speed of the suspended load, a variable indicating the acceleration of the suspended load, a variable indicating the angular velocity of the suspended load, and a variable indicating the angular acceleration of the suspended load.
  • the center-of-gravity position calculation unit 12 includes the amount of rotation of the suspended load, the position of the suspended load on the rope, the position of the portion of the suspended rope supported by the rope support, and the center of gravity of the suspended load.
  • the center of gravity position of the suspended load is calculated based on the state model of the suspended load including the variable indicating the position and the actual measurement value acquired by the actual measurement value acquisition unit 11.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an example of points set in the static model of the suspended load used by the gravity center position calculation unit 12.
  • a suspended load 800 and a rope 920 are shown.
  • Points FR1, FL1, AR1, and AL1 indicate the upper suspension point positions.
  • the x coordinate is set in the traveling direction of the trolley, the y coordinate is set in the transverse direction, and the z coordinate is set in the vertical direction.
  • the coordinate system is not limited to this, and various coordinate systems can be adopted.
  • the upper hang point position can be detected by detecting the sheave displacement with an encoder, for example. Alternatively, when there is no sheave opening / closing operation of mechanical shaking, the upper hang point position is a fixed value.
  • the coordinates of the upper suspension point position are expressed as FR1 (x1FR, y1FR, z1FR), FL1 (x1FL, y1FL, z1FL), AR1 (x1AR, y1AR, z1AR) and AL1 (x1AL, y1AL, z1AL). To do.
  • Points FR2, FL2, AR2, and AL2 indicate initial positions of the suspended load hanging point positions.
  • the initial position of the suspended load hanging point position the position in the case of being directly below the upper hanging point position is used.
  • the initial position of the hanging load hanging point position can be obtained geometrically from the rope length.
  • the coordinates of the initial position of the suspended load hanging point position are FR2 (x2FR, y2FR, z2FR), FL2 (x2FL, y2FL, z2FL), AR2 (x2AR, y2AR, z2AR) and AL2 (x2AL, y2AL, z2AL).
  • the suspended load suspension point positions after movement of FR2, FL2, AR2, and AL2 are set to FR5 and FL5, respectively. , AR5, AL5.
  • the coordinates of the suspended load hanging point position after movement are FR5 (x5FR, y5FR, z5FR), FL5 (x5FL, y5FL, z5FL), AR5 (x5AR, y5AR, z5AR) and AL5 (x5AL, y5AL, z5AL).
  • Point O ′ indicates the center position of the suspended load hanging point after movement.
  • Point G indicates the position of the center of gravity of the suspended load after movement. Note that, unlike the case of the second embodiment, in the third embodiment, “′” is a part of the variable name and does not indicate time differentiation.
  • the movement of the suspended load will be divided into parallel movement and rotation around the center of gravity (around G).
  • the x component (list) of the rotation amount around the center of gravity is expressed as xs
  • the y component (trim) is expressed as ys
  • the z component (skew) is expressed as zs.
  • the list xs and trim ys can be detected, for example, by installing an inclinometer on the spreader in each of the x coordinate direction and the y coordinate direction.
  • the skew zs can be detected by, for example, a gyroscope or a shake sensor.
  • the suspended load hanging point position after translation is unknown. That is, the movement of the suspended load can be measured in a form in which the parallel movement and the rotation are mixed, but it is difficult to measure only the parallel movement component.
  • the coordinates of the hanging load hanging point position after the parallel movement from FR2 are expressed as FR3 (x3FR, y3FR, z3FR).
  • the coordinates of the hanging load hanging point position after the parallel movement from FL2 are expressed as FL3 (x3FL, y3FL, z3FL).
  • the coordinates of the hanging load hanging point position after the parallel movement from AR2 are expressed as AR3 (x3AR, y3AR, z3AR).
  • the coordinates of the hanging load hanging point position after the parallel movement from AL2 are expressed as AL3 (x3AL, y3AL, z3AL).
  • AL3 x3AL, y3AL, z3AL
  • the amount of eccentricity of the gravity center position of the suspended load with respect to the center position of the suspended load hanging point is unknown.
  • dx the x coordinate component of the eccentric amount of the gravity center position of the suspended load with respect to the center position of the suspended load suspension point
  • dy coordinate component is denoted as dy
  • the z coordinate component is denoted as dz.
  • the initial position (xh0, yh0, zh0) of the suspended load suspension point center position is expressed by the equation (13) using the initial position of the suspended load suspension point position.
  • the parallel movement of the suspended load is shown as the difference between the suspended load suspension point center position after the parallel movement and the initial position of the suspended load suspension point center position, and this is added to the initial position of the suspended load suspension point position.
  • (xh1, yh1, zh1) indicates the coordinates of the suspended load hanging point center position O ′ after movement. Also, by subtracting the coordinates of the suspended load center position after the parallel movement from the coordinates of the suspended load suspension position after the parallel movement, the coordinates of the suspended load center position after the parallel movement are subtracted from the coordinates of the suspended load center after the parallel movement. It can be converted into coordinates in a coordinate system with the position as the origin. Accordingly, the coordinate FR4 (x4FR, y4FR, z4FR) obtained by converting the coordinate system of the suspended load hanging point position FR3 after the parallel movement is expressed as in Expression (16).
  • a coordinate FL4 (x4FL, y4FL, z4FL) obtained by converting the coordinate system of the suspended load hanging point position FL3 after translation
  • a coordinate AR4 (x4AR, y4AR, z4AR) obtained by transforming the coordinate system of the suspended load hanging point position AR3 after translation.
  • the suspended load hanging point position FR5 (x5FR, y5FR, z5FR) after the movement includes the coordinate FR4 (x4FR, y4FR, z4FR), the rotation amounts xs, ys, zs around the center of gravity, and the suspended load center after the parallel movement.
  • a function of the position (xg, yg, zg) it is expressed as shown in Expression (17).
  • fxfr1, fyfr1, and fzfr1 all indicate functions.
  • the suspended load hanging point center position O ′ (xh5, yh5, zh5) after movement is expressed as in Expression (18) based on the suspended load hanging point position after movement.
  • rope_l indicates the natural length of the rope.
  • rope_y indicates the Young's modulus of the rope.
  • rope_a shows the cross-sectional area of a rope.
  • “ ⁇ ” Represents a scalar product.
  • the upper suspension point position AL1 and the suspension point The same applies to the tension tens_AL of the rope connecting the position AL5.
  • the equation (18) is changed into the initial coordinates FR2, FL2, AR2, AL2 of the suspended load hanging point position and the suspended hung after the movement. It can be transformed into three equations of coordinates xh1, yh1 and zh1 of the load suspension point center position, eccentric amounts dx, dy and dz of the suspension load center position, and rotation amounts xs, ys and zs of the suspended load.
  • the rope_FR is eliminated using the equation (19), and further, the rope tension tens_FR and the natural length rope_l of the rope based on the relationships shown in the equations (13) to (17) and the like.
  • the center position coordinates xh1, yh1, and zh1, the eccentric amounts dx, dy, and dz of the suspended load center position, and the rotation amounts xs, ys, and zs of the suspended load can be transformed into equations.
  • the center-of-gravity position calculation unit 12 solves the equation to obtain six unknown values, that is, the coordinates xh1, yh1, and zh1 of the suspended load suspension point center position after the movement,
  • the eccentric amounts dx, dy and dz of the load center position can be obtained.
  • the center-of-gravity position calculation unit 12 can calculate the eccentric amounts dx, dy, and dz indicating the center-of-gravity position of the suspended load, and can determine the center-of-gravity position of the suspended load.
  • the center-of-gravity position detection device 10 can use various methods as an output method of the detection result of the center-of-gravity position of the suspended load.
  • the center-of-gravity position detection device 10 may include a display unit and visually display the detection result of the center-of-gravity position of the suspended load.
  • the center-of-gravity position detection device 10 may be provided with a speaker and output by voice instead of or in addition to the visual display of the detection result of the center-of-gravity position of the suspended load.
  • the actual measurement value acquisition unit 11 may acquire the suspended state actual measurement values in three or more different states.
  • the center-of-gravity position calculation unit can calculate the center-of-gravity position of the suspended load based on more data. Even when noise such as sensor noise is included in the part, the influence of the noise can be reduced. Therefore, the gravity center position detection device 10 can detect the gravity center position of the suspended load with high accuracy.
  • the measured value acquisition part 11 acquire repeatedly the same hanging state measured value.
  • the actual measurement value acquiring unit 11 may repeatedly acquire only the amount of rotation of the suspended load and the suspended load suspension point center position.
  • offset errors of sensors such as inclinometers are measured and calibrated with a reference container whose center of gravity is at the center of the container, for example.
  • the center of gravity is detected when returning to the sea side only with the spreader, and the average value is acquired as an offset error, and is removed from the detected value of the center of gravity position during container transportation. May be.
  • the actual measurement value acquisition unit 11 acquires the suspended state actual measurement value in the static state of the suspended load.
  • the actual measurement value acquisition unit 11 acquires the actual suspended value and the actual measured value of the amount of rotation of the suspended load and the actual measured value of the position of the suspended load.
  • the center-of-gravity position calculation unit 12 uses a static model of the suspended load as the state model of the suspended load.
  • the center-of-gravity position calculation unit 12 includes a suspended load state model including variables indicating the amount of rotation of the suspended load, the position of the suspended load, and the center of gravity position of the suspended load, and the actual measurement value acquired by the actual measurement value acquisition unit 11. Based on the above, the center of gravity position of the suspended load is calculated.
  • the center-of-gravity position calculation unit 12 can calculate the center-of-gravity position of the suspended load without having to solve the differential equation.
  • the center-of-gravity position calculation unit 12 can calculate the center-of-gravity position of the center position suspended load by a simple process.
  • the gravity center position calculation unit 12 can calculate the gravity center position of the suspended load in the height direction.
  • the state model of the suspended load used by the gravity center position calculation unit 12 is not limited to the above, and various state models can be used.
  • the actual measurement value acquiring unit 11 acquires the suspended state actual measurement value according to the state model. For example, when the actual measurement value acquisition unit 11 detects a suspended load using a load cell, it is not necessary to add equipment, and the suspended load can be detected at low cost in this respect. Moreover, when the actual measurement value acquisition part 11 detects a suspended load amount using a strain gauge, it is not necessary to add an installation, and a suspended load can be detected inexpensively in this respect. Alternatively, the actual measurement value acquisition unit 11 may detect the suspended load based on the hoisting torque.
  • the actual measurement value acquisition part 11 detects the rotation speed of a winding drum using a winding encoder and calculates
  • the natural length of the rope can be detected at low cost. Also, with this method, the natural length of the rope can be detected with relatively high accuracy.
  • the actual measurement value acquisition part 11 detects the displacement of the cylinder which moves an upper suspension point position using an encoder, and detects an upper suspension point position based on the displacement of the obtained cylinder, it adds an installation. There is no need, and in this respect, the position of the upper suspension point can be detected at a low cost.
  • the amount of rotation (trim) of the suspended load can be detected relatively inexpensively.
  • the measured value acquisition unit 11 detects the amount of rotation (list) of the suspended load using an inclinometer provided in the spreader, the amount of rotation (list) of the suspended load can be detected relatively inexpensively.
  • the actual measurement value acquisition unit 11 detects the amount of rotation (skew) of the suspended load using a gyro, the amount of rotation (skew) of the suspended load can be detected relatively inexpensively.
  • the actual measurement value acquisition unit 11 detects the amount of rotation (skew) of the suspended load using a shake sensor, the amount of rotation (skew) of the suspended load can be detected with higher accuracy.
  • the displacement can be detected with higher accuracy.
  • the actual measurement value acquisition unit 11 detects the acceleration of the suspended load using an accelerometer and detects the horizontal displacement of the suspended load by taking the second order integration, the horizontal direction of the suspended load is relatively inexpensive. Can be detected.
  • the actual measurement value acquisition unit 11 detects the horizontal displacement of the suspended load from the traverse motor torque, it is not necessary to add equipment, and in this respect, the horizontal displacement of the load is detected at low cost. be able to.
  • the actual measurement value acquisition part 11 detects the rotation speed of a winding drum using a winding encoder and detects the movement displacement of the vertical load based on the obtained rotation speed, it is necessary to add equipment. In this respect, the horizontal displacement of the load can be detected at a low cost. Or you may make it the actual value acquisition part 11 detect the movement displacement of the hanging load of a perpendicular direction using a laser distance meter.
  • the actual measurement value acquisition unit 11 detects the tension of the winding rope using the load cell, it is not necessary to add equipment, and in this respect, the tension of the winding rope can be detected at a low cost. Or you may make it the actual value acquisition part 11 detect the tension
  • a program for realizing all or a part of the functions of each part of the center-of-gravity position detection device 10 or 100 is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into a computer system.
  • the processing of each unit may be performed by executing.
  • the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. Further, the “computer system” includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW system is used.
  • the “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM or a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system.
  • the “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line.
  • a volatile memory in a computer system serving as a server or a client in that case and a program that holds a program for a certain period of time are also included.
  • the program may be a program for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system.
  • the present invention is a center-of-gravity position detection device that obtains the center-of-gravity position of a suspended load suspended by a rope, and acquires measured values of data indicating a state in which the suspended load is suspended for at least two different states. Based on the actual measurement value acquisition unit, the state model of the suspended load including at least the gravity center position of the suspended load as an unknown constant, and the actual measurement value acquired by the actual measurement value acquisition unit, the gravity center position of the suspension load is calculated. And a center-of-gravity position detector. According to the present invention, the position of the center of gravity in the height direction can be obtained more accurately.

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Abstract

 ロープにより吊るされた吊荷の重心位置を求める重心位置検出装置が、吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも2つの異なる状態について取得する実測値取得部と、少なくとも吊荷の重心位置を未知定数として含む吊荷の状態モデルと、実測値取得部が取得した実測値とに基づいて、吊荷の重心位置を算出する重心位置算出部と、を具備する。

Description

重心位置検出装置、重心位置検出方法およびプログラム
 本発明は、重心位置検出装置、重心位置検出方法およびプログラムに関する。
 本願は、2012年10月24日に、日本に出願された特願2012-234945号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 コンテナの輸送中にコンテナ輸送車等がバランスを崩すことを防止するために、コンテナの高さ方向(上下方向)の重心位置を検出することが有用である。すなわち、コンテナの重心位置が高い場合は、重心位置が低い場合との比較においてバランスを崩し易い。そこで、コンテナの重心位置が高い場合、コンテナの積荷を並べ替えて重心位置を低くする、あるいは、コンテナ輸送車の運転手に注意を喚起するなどの対策を講じることが考えられる。
 ここで、コンテナの重心位置の検出に関連して、特許文献1に記載のコンテナ重心位置検出装置では、放射線源と、放射線源との間にコンテナ進入スペースをあけて配置されるディテクタと、ディテクタの出力に基づいて演算処理を行う演算装置とが設けられている。演算装置は、コンテナ進入スペースにコンテナが進入した状態での放射線源からディテクタに到達した放射線の強度分布を求めるとともに、放射線の強度分布に基づいて、コンテナの密度分布を算出し、この密度分布に基づいてコンテナの重心位置を特定する。
 これにより、特許文献1に記載のコンテナ重心位置検出装置では、コンテナを開封することなしに、コンテナの重心位置を容易に特定することができる。特に、特許文献1に記載のコンテナ重心位置検出装置では、コンテナの高さ方向についても重心位置を特定することができる。
特開2006-9803号公報
 コンテナに積載されている荷物の種類によっては、比較的軽い荷物でも放射線透過量が比較的少ない場合や、比較的重い荷物でも放射線透過量が比較的多い場合がある。かかる場合、コンテナを通過した放射線の強度分布からコンテナの密度分布を算出した際に、得られた密度分布に誤差が含まれ得る。従って、当該密度分布から算出したコンテナの高さ方向の重心位置にも誤差が含まれ得る。比較的軽くて放射線透過量が比較的少ない荷物や、比較的重くて放射線透過量が比較的多い荷物がコンテナに積載されている場合にも、高さ方向の重心位置をより正確に求められることが好ましい。
 本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、高さ方向の重心位置をより正確に求めることのできる重心位置検出装置、重心位置検出方法およびプログラムを提供することにある。
 この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様による重心位置検出装置は、ロープにより吊るされた吊荷の重心位置を求める重心位置検出装置であって、前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも2つの異なる前記状態について取得する実測値取得部と、少なくとも前記吊荷の重心位置を未知定数として含む前記吊荷の状態モデルと、前記実測値取得部が取得した実測値とに基づいて、前記吊荷の重心位置を算出する重心位置算出部と、を具備する。
 また、本発明の他の一態様による重心位置検出装置は、上述の重心位置検出装置であって、前記実測値取得部は、前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも前記吊荷が加速または減速または回転している時刻を含む時系列のデータにて取得し、前記重心位置算出部は、前記吊荷の状態モデルとして前記吊荷の運動モデルを用いる。
 また、本発明の他の一態様による重心位置検出装置は、上述の重心位置検出装置であって、前記重心位置算出部は、前記吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を設定する数値設定部と、前記数値設定部が設定した値を前記運動モデルに適用して、前記実測値取得部が取得した前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値の測定時刻における、前記変数の値を求める変数値演算部と、前記変数値演算部が取得した前記変数の値を評価し、評価結果が所定の条件を満たす場合に、設定されている前記吊荷の重心位置を前記重心位置算出部の算出結果とする評価部とを具備し、前記数値設定部は、前記評価部の評価結果が前記所定の条件を満たさない場合に、前記吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を再設定する。
 また、本発明の他の一態様による重心位置検出装置は、上述の重心位置検出装置であって、前記実測値取得部は、前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値に、前記吊荷を吊るす力の実測値を含んで取得し、前記評価部は、前記変数値演算部が取得した前記変数の値から得られる前記吊荷を吊るす力の計算値と、前記実測値取得部が取得した前記吊荷を吊るす力の実測値とに基づいて、前記変数値演算部が取得した前記変数の値を評価する。
 また、本発明の他の一態様による重心位置検出装置は、上述の重心位置検出装置であって、前記実測値取得部は、前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、前記吊荷の加速度と角加速度とを無視し得る状態において取得し、前記重心位置算出部は、前記吊荷の状態モデルとして前記吊荷の静的モデルを用いる。
 また、本発明の他の一態様による重心位置検出装置は、上述の重心位置検出装置であって、前記実測値取得部は、前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値に、前記吊荷の回転量の実測値と、前記吊荷の位置の実測値とを含んで取得し、前記重心位置算出部は、前記吊荷の回転量と、前記吊荷の位置と、前記吊荷の重心位置とを示す変数を含む前記吊荷の状態モデルと、前記実測値取得部が取得した実測値とに基づいて、前記吊荷の重心位置を算出する。
 また、本発明の他の一態様による重心位置検出方法は、ロープにより吊るされた吊荷の重心位置を求める重心位置検出装置の重心位置検出方法であって、前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも2つの異なる前記状態について取得する実測値取得ステップと、少なくとも前記吊荷の重心位置を未知定数として含む前記吊荷の状態モデルと、前記実測値取得ステップにて取得した実測値とに基づいて、前記吊荷の重心位置を算出する重心位置算出部ステップと、を具備する。
 また、本発明の他の一態様によるプログラムは、ロープにより吊るされた吊荷の重心位置を求める重心位置検出装置としてのコンピュータに、前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも2つの異なる前記状態について取得する実測値取得ステップと、少なくとも前記吊荷の重心位置を未知定数として含む前記吊荷の状態モデルと、前記実測値取得ステップにて取得した実測値とに基づいて、前記吊荷の重心位置を算出する重心位置算出部ステップと、を実行させるためのプログラムである。
 本発明によれば、高さ方向の重心位置をより正確に求めることができる。
本発明の第1の実施形態における重心位置検出装置の機能構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態において、重心位置検出装置が重心位置検出対象とする吊荷の例を示す説明図である。 本発明の第2の実施形態における重心位置検出装置の機能構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態における評価対象値の時刻変化の例を示す説明図である。 同実施形態における重心位置検出装置が吊荷の重心位置を検出する処理の手順を示すフローチャートである。 同実施形態における、吊荷本体の重心位置および吊具の重心位置の例を示す説明図である。 同実施形態での、2次元空間における座標設定の例を示す説明図である。 同実施形態における重心位置算出部が用いる吊荷の静的モデルにおいて設定される点の例を示す説明図である。
 以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
<第1の実施形態>
 図1は、本発明の第1の実施形態における重心位置検出装置の機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、重心位置検出装置10は、実測値取得部11と、重心位置算出部12とを具備する。 実測値取得部11は、吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも2つの異なる状態について取得する。
 ここで、図2は、重心位置検出装置10が重心位置検出対象とする吊荷の例を示す説明図である。同図では、クレーンのトロリ910と、ロープ920と、スプレッダ930と、コンテナC11とが示されている。コンテナC11は、スプレッダ930に把持されてロープ920にてトロリ910から吊るされている。
 以下では、スプレッダ930とコンテナC11とを合わせて一体の剛体とみなし、吊荷800と表記する。
 ここでいう吊荷が吊るされている状態を示すデータとは、吊荷(図2の例では吊荷800)またはロープ(図2の例ではロープ920)の力学的な状態を示すデータである。吊荷が吊るされている状態を示すデータのうち実測可能なデータの例として、吊荷がロープに支持されている位置や、吊荷の姿勢(吊荷の傾きや垂直軸回りの回転角度)や、吊荷重量や、吊荷がロープから受ける力や、吊荷の速度や、吊荷の加速度や、吊荷の角速度や、吊荷の角加速度や、ロープがトロリに支持されている位置や、ロープ長や、ロープがトロリから受ける力などを示すデータが挙げられる。また、重心位置検出装置10の検出対象である吊荷の重心位置を示すデータも、吊荷が吊るされている状態を示すデータの一例に該当する。
 但し、重心位置検出装置10は、トロリを備えるクレーンに吊るされた吊荷に限らず、ロープで吊るされた様々な吊荷の重心位置の検出に適用し得る。例えば、重心位置検出装置10は、旋回可能なジブを有するクレーンに当該ジブから吊るされた吊荷の重心位置を検出し得る。
 以下では、トロリやジブなどロープを支持している物を「ロープ支持物」と称する。また、ロープがロープ支持物に支持されている位置を「上部吊点位置」と称する。また、吊荷がロープに支持されている位置を「吊荷吊点位置」と称する。
 重心位置算出部12は、少なくとも吊荷の重心位置を未知定数として含む吊荷の状態モデルと、実測値取得部11が取得した実測値とに基づいて、吊荷の重心位置を算出する。
 ここでいう吊荷の状態モデルとは、ロープに吊るされている吊荷を力学的に模擬するモデルである。例えば、吊荷が吊るされている状態を示すデータが満たすべき条件を示す状態方程式が、吊荷の状態モデルの一例に該当するがこれに限らない。重心位置算出部12は、吊荷が吊るされている状態を示すデータに基づいて、当該状態における他のデータを算出可能な様々な状態モデルを用いることができる。
 以上のように、実測値取得部11が、吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも2つの異なる状態について取得し、重心位置算出部12は、実測値取得部11が取得した実測値に基づいて吊荷の重心位置を算出する。
 これにより、重心位置検出装置10は、当該吊荷の重心の高さ(高さ方向の重心位置)を求めることができる。
 ここで、重力が吊荷に与えるモーメントは、モーメントの基準点から重心位置までのベクトルと、重力ベクトルとの内積にて示される。従って、吊荷の重心位置が垂直方向(重力ベクトル方向)に移動しても、モーメントは変化しない。
 このため、吊荷が吊るされている状態を示すデータを1つの状態についてのみ取得したのでは、吊荷の重心の高さ(垂直方向についての吊荷の重心位置)を確定することができない。
 これに対して、重心位置検出装置10は、上記のように少なくとも2つの異なる状態における、吊荷が吊るされている状態を示すデータを用いることで、吊荷の重心の高さを求めることができる。
 特に、重心位置検出装置10は、放射線を用いずに吊荷の重心の高さを求めることができ、吊荷の放射線透過量にかかわらず、当該吊荷の重心の高さをより正確に求めることができる。
<第2の実施形態>
 第2の実施形態では、第1の実施形態で説明した重心位置検出装置10を更に具体化した一例について説明する。
 図3は、本発明の第2の実施形態における重心位置検出装置の機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、重心位置検出装置100は、実測値取得部110と、重心位置算出部120と、表示部130とを具備する。重心位置算出部120は、前処理部121と、数値設定部122と、変数値演算部123と、評価部124とを具備する。
 実測値取得部110は、実測値取得部11(図1)の一例に該当し、吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも吊荷が移動または加速または減速または回転している時刻を含む時系列のデータにて取得する。すなわち、実測値取得部110が取得する当該時系列のデータには、吊荷の加速度と角加速度とを無視し得る状態におけるデータが含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。
 なお、以下では、実測値取得部110が取得する、吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を「吊り状態実測値」と称する。また、吊荷の加速度と角加速度とを無視し得る状態を、吊荷の「静定状態」と称する。
 重心位置算出部120は、重心位置算出部12(図1)の一例に該当し、吊荷の状態モデルとして吊荷の運動モデルを用いる。
 ここでいう吊荷の運動モデルとは、ロープに吊るされている吊荷の運動を力学的に模擬するモデルである。吊荷の運動モデルは、吊荷の状態モデルの一例に該当し、吊荷の速度または吊荷の加速度または吊荷の角速度または吊荷の角加速度のうち少なくとも何れか1つを示す変数を含んで構成される。
 すなわち、実測値取得部110が、吊荷が移動または加速または減速または回転している時刻における吊り状態実測値を取得するのに応じて、重心位置算出部120は、吊荷の移動または加速または減速または回転を表現可能なモデルを用いて吊荷の重心位置を算出する。
 なお、以下では、実測値取得部110が吊荷の運動方程式を用いる場合を例に説明するが、実測値取得部110が用いる吊荷の運動モデルは運動方程式に限らない。実測値取得部110は、吊荷が吊るされている状態を示すデータに基づいて、当該状態における他のデータを算出可能な様々な運動モデルを用いることができる。
 前処理部121は、運動方程式を用いて吊荷の重心位置を求める前処理として、吊荷重量(荷重)と、水平方向における吊荷の重心位置とを求める。例えば、前処理部121は、吊荷を吊るす力に基づいて吊荷重量や、水平方向における吊荷の重心位置を算出する。
 ここでいう吊荷を吊るす力は、吊荷を吊るすロープが作用させる力、または、当該ロープに作用する力である。吊荷を吊るす力として、吊荷吊点位置においてロープが吊荷に作用させる力を用いてもよいし、上部吊点位置においてロープ支持物がロープに作用させる力を用いてもよい。例えば、図2の例においてスプレッダ930が、4箇所の吊荷吊点位置の各々に張力計を具備し、当該張力計の検出する張力(従って、吊荷吊点位置におけるロープ張力)を、吊荷を吊るす力として用いるようにしてもよい。あるいは、トロリ910が4箇所の上部吊点位置の各々に張力計を具備し、当該張力計の検出する張力(従って、上部吊点位置におけるロープ張力)を、吊荷を吊るす力として用いるようにしてもよい。あるいは、上部吊点位置においてロープ支持物がロープに作用させる力からロープ重量分の力を減算した補正後の力を、吊荷を吊るす力として用いるようにしてもよい。
 なお、前処理部121が行う、吊荷重量の算出と、水平方向における吊荷の重心位置の算出とのいずれか一方、または両方を省略可能である。従って、重心位置検出装置100が前処理部121を具備しない構成としてもよい。前処理部121が吊荷重量を取得しない場合、重心位置算出部120は、吊荷重量を未知定数として扱う。また、前処理部121が水平方向における吊荷の重心位置を取得しない場合、重心位置算出部120は、水平方向における吊荷の重心位置(例えば、トロリの進行方向における座標値、および、トロリの横行方向における座標値)を未知定数として扱う。
 一方、前処理部121が、吊荷荷重や水平方向における吊荷の重心位置を取得することで、吊荷の運動モデルにおける未知定数の数を減らすことができる。これにより、重心位置検出装置100が吊荷の重心位置を検出する際の負荷を軽減でき、また、検出精度を向上させ得る。
 あるいは、未知定数の数を減らさない場合でも、これらの未知定数に初期値を与えることで、重心位置検出装置100が吊荷の重心位置を検出する際の負荷を軽減させ、かつ、検出精度を向上させ得る。すなわち、前処理部121が実測値に基づいて算出する吊荷重量や水平方向における吊荷の重心位置は、実際の値に近いことが期待される。重心位置算出部120が、この実際の値に近い初期値から演算を開始することで、以下に説明する数値設定部122、変数値演算部123および評価部124が行う処理の繰り返しが少なくて済み、また、より高精度に吊荷の重心位置を検出し得る。
 数値設定部122は、吊荷の運動モデルに含まれる変数および未知定数の値を設定する。
 変数値演算部123は、数値設定部122が設定した値を運動モデルに適用して、実測値取得部110が取得した吊り状態実測値の測定時刻における、変数の値を求める。なお、以下では、実測値取得部110が取得した吊り状態実測値の測定時刻を「実測値のサンプリング時刻」と称する。
 ここで、変数値演算部123が運動モデルとして用いる運動方程式について説明する。
なお、以下では、トロリの進行方向、トロリの横行方向、垂直方向に、それぞれx軸、y軸、z軸を設定した3次元座標空間に基づく運動方程式を例に説明するが、座標空間の設定の仕方はこれに限らない。例えば、極座標空間など、他の座標空間に基づく運動方程式を用いるようにしてもよい。
 まず、ある時刻における吊荷の並進についての運動方程式は、例えば式(1)のように示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 但し、mは荷重の質量を示し、p(明細書の記載において、行列やベクトルを示す太字表記を省略する)は吊荷の位置(例えばスプレッダ上面の中央の位置など、吊荷に設定された基準点の位置)を示す。また、「’」は1階の時間微分を示し、「’’」は2階の時間微分を示す。従って、p’’は吊荷の加速度を示す。
 また、f(iは、1≦i≦n(nはロープの本数)の正整数)は、i番目のロープが吊荷に与える力を示し、gは重力加速度を示し、fは、吊荷に対して並進方向の力として作用する外力を示す。
 また、ある時刻における吊荷の重心回りの回転についての運動方程式は、例えば式(2)のように示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 ただし、Iは吊荷の慣性テンソルを示し、ωは吊荷の角速度を示す。また、n(iは、1≦i≦n(nはロープの本数)の正整数)は、i番目のロープが吊荷の重心回りに与えるモーメントを示し、「×」は外積を示し、nは、吊荷に対して回転方向の力として作用する外力を示す。
 吊荷に作用する外力としては、例えば風が吊荷に与える力が考えられる。外力を示す式として、想定する外力に応じて様々な式を用いることができる。
 例えば外力として一定の横風による力を想定する場合、スカラ定数fdxおよびfdyを風パラメータとして式(3)のように示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 但し、「」は転置行列ないし転置ベクトルを示す。
 また、外力を、吊荷に対して水平方向に作用する正弦波の強さの力と見做す場合、スカラ定数fdx、fdy、aおよびbを風パラメータとして式(4)のように示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 あるいは、式(4)に示す、外力をフーリエ級数展開した1次成分に加えて、2次成分以降の項も式に含めるようにしてもよい。
 ここで、i番目のロープが吊荷に与える力fや、当該ロープが吊荷の重心回りに与えるモーメントnは、トロリの位置p(t)(括弧内のtは時刻を示す)や、ロープ長l(t)や、吊荷の位置や、吊荷の速度や、吊荷の姿勢や、吊荷の角速度や、吊荷の(吊荷内における)重心位置や、ロープの特性に基づいて得ることができる。また、トロリの位置やロープ長は検出可能である。また、吊荷の重心位置は一定であり未知定数として示される。
 従って、式(1)および式(2)に示される運動方程式は、式(5)に示される12変数(p、v、θおよびω)の1階常微分方程式に変形することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 但し、vは吊荷の速度を示し、θは吊荷の姿勢を示す。また、Rは3次元空間を示す。また、h~hは、それぞれ公知の関数を示す。例えば、関数hはvとして示せることが知られている。
 この1階常微分方程式の各変数に初期値を与えれば、ルンゲ・クッタ法等の解法を用いて、時刻毎の各変数の値を算出できる。いわば、シミュレーション開始時刻における変数値を設定し、運動モデルを用いてシミュレーションを行うことで、サンプリング時間毎の変数値を得ることができる。
 また、各ロープが吊荷に与える力の大きさ|f|も、計算過程で得ることができる。
 そこで、変数値演算部123は、実測値のサンプリング時刻毎の各変数の値を、式(5)を用いて算出する。
 具体的には、まず、数値設定部122が、式(5)に含まれる変数(p、v、θおよびω)の初期値および未知定数の値を設定する。例えば、数値設定部122は、式(5)に含まれる未知定数として、吊荷の慣性テンソルや、吊荷の高さ方向の重心位置や、風パラメータの値を設定する。また、前処理部121が吊荷重量を算出しない場合、数値設定部122は、吊荷重量も未知定数として、その値を設定する。また、前処理部121が水平方向における吊荷の重心位置を算出しない場合、数値設定部122は、水平方向における吊荷の重心位置も未知定数として、その値を設定する。
 但し、式(5)に含まれる未知定数は上記のものに限らず、吊荷の重心位置を含んでいればよい。例えば、上記の未知定数のいずれかについて、何らかのセンサで値を測定できる場合、該当する定数を、得られた値の既知定数として扱うことができる。
 なお、以下では、運動モデル(例えば式(5))に含まれる未知定数を纏めて、ベクトルxと表記する。
 次に、変数値演算部123は、数値設定部122が設定した変数の初期値および未知定数の値を式(5)の運動モデルに適用して、実測値のサンプリング時刻における、変数の値を求める。
 なお、変数値演算部123が用いる運動方程式の解法は、ルンゲ・クッタ法に限らない。変数値演算部123は、例えばオイラー法など様々な解法を用いることができる。
 また、変数値演算部123が用いる運動方程式は、1階の常微分方程式に限らない。例えば、2階常微分方程式に基づいてサンプリング周期毎の変数値を得るためのアルゴリズムを利用可能な場合、変数値演算部123が、2階常微分方程式の運動方程式を用いるようにしてもよい。
 評価部124は、変数値演算部123が取得した変数の値を評価する。
 具体的には、実測値取得部110が取得する吊り状態実測値、または、吊り状態実測値から算出可能な値が、評価対象値として予め設定されている。そして、評価部124は、変数値演算部123が取得した変数の値から得られる評価対象値と、実測値取得部110が取得する吊り状態実測値から得られる評価対象値との差の大きさを評価する。なお、以下では、変数値演算部123が取得した変数の値から得られる評価対象値を「評価対象演算値」と称する。また、実測値取得部110が取得する吊り状態実測値から得られる評価対象値を「評価対象実測値」と称する。
 図4は、評価対象値の時刻変化の例を示す説明図である。同図において、グラフの横軸は時刻を示し、縦軸は評価対象値を示す。また、線L11は、各時刻における評価対象演算値を示し、線L12は、各時刻における評価対象実測値を示す。評価部124は、線L11の示す評価対象実測値と線L12の示す評価対象演算値との差D11の各時刻における差の大きさ(いわば、線L11と線L12との間の領域の面積の大きさ)を評価する。
 例えば、評価部124は、実測値のサンプリング時刻毎に、評価対象演算値と評価対象実測値との差の二乗を算出し、得られた値を時間方向に合計して誤差評価値とする。得られた誤差評価値が小さいほど、数値設定部122の設定した値が実際の値に近いと評価できる。従って、誤差評価値が小さいほど、数値設定部122が未知定数として設定した吊荷の重心位置が、実際の重心位置に近いと評価できる。
 そこで、評価部124は、得られた誤差評価値に基づいて、変数の初期値や未知定数の値を再設定して変数値の演算を再実行するか、当該処理を打ち切って吊荷の重心位置の算出結果を出力するかを判定する。例えば、得られた誤差評価値が所定の評価基準閾値より大きい場合、評価部124は、変数の初期値や未知定数の値を再設定して変数値の演算を再実行することに決定する。一方、得られた誤差評価値が所定の評価基準閾値以下である場合、評価部124は、当該処理を打ち切り、数値設定部122が設定した最新の吊荷の重心位置を、吊荷の重心位置の算出結果として出力することに決定する。
 このように、評価部124は、変数値演算部123が取得した変数の値の評価結果が所定の条件を満たす場合に、設定されている吊荷の重心位置を重心位置算出部120の算出結果とする。
 ただし、評価部124が、変数値演算部123の取得した変数の値を評価する方法は、上述した方法に限らない。例えば、評価対象演算値と評価対象実測値の差の二乗に代えて、両者の差の絶対値を算出するなど、評価対象演算値と評価対象実測値との差が小さい場合に高評価とする様々な評価方法を用いることができる。
 また、評価部124は、評価対象値についても様々な値を用いることができる。
 例えば、実測値取得部110が、吊り状態実測値に、吊荷を吊るす力の実測値を含んで取得し、評価部124が、吊荷を吊るす力を評価対象値として誤差評価値を算出するようにしてもよい。すなわち、評価部124が、変数値演算部123の取得した変数の値から得られる吊荷を吊るす力の計算値と、実測値取得部110が取得した吊荷を吊るす力の実測値とに基づいて、変数値演算部123が取得した変数の値を評価するようにしてもよい。
 ここで、上述したように、吊荷を吊るす力として、吊荷吊点位置においてロープが吊荷に作用させる力を用いてもよいし、上部吊点位置においてロープ支持物がロープに作用させる力を用いてもよい。例えば、評価部124は、式(6)に基づいて誤差評価値Jを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 但し、fi(j)は、時刻j(数値設定部122の初期値設定に相当する実測値サンプリング時刻から数えてj番目の実測値サンプリング時刻)において、i番目のロープが吊荷に与える力の演算値を示す。また、fim(j)は、時刻jにおいて、i番目のロープが吊荷に与える力の実測値(張力計の測定値)を示す。
 特に、吊荷吊点位置または上部吊点位置に張力計が既に設置されている場合、吊荷を吊るす力を評価対象値とすることで、新たなセンサを設置する必要がない。この点において、センサを増設するコストを抑制できる。
 あるいは、実測値取得部110が、吊り状態実測値に吊荷の姿勢の実測値を含んで取得し、評価部124が、吊荷の傾きを評価対象値として誤差評価値を算出するようにしてもよい。例えば、評価部124は、式(7)に基づいて誤差評価値Jを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 但し、θ(j)は時刻jにおける吊荷の姿勢の演算値を示す。また、θm(j)は時刻jにおける吊荷の姿勢の実測値(例えば、吊荷に設けられた傾斜計の測定値)を示す。
 吊荷の傾きは風の影響を受けにくいため、吊荷の傾きを評価対象値とすることで、重心位置検出装置100は、風の強い状況下でも吊荷の重心位置を高精度にて検出することができる。
 あるいは、実測値取得部110が吊り状態実測値に、吊荷の位置の実測値を含んで取得し、評価部124が、吊荷の位置を評価対象値として誤差評価値を算出するようにしてもよい。例えば、評価部124は、式(8)に基づいて誤差評価値Jを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 但し、pc(j)は時刻jにおける吊荷の位置の演算値を示す。また、但し、pcm(j)は時刻jにおける吊荷の位置の実測値を示す。
 この方法では、誤差評価する変数の数が多いため、重心位置検出装置100は、吊荷の重心位置を高精度にて検出することができる。
 あるいは、評価部124が、上記の3つの方法で得られる誤差評価値の重み付け平均をとるなど、複数の方法で得られる誤差評価値の重み付け平均または重み付け合計を算出して評価を行うようにしてもよい。
 評価部124が、変数の初期値や未知定数の値を再設定して変数値の演算を再実行することに決定した場合、まず、数値設定部122が、変数の初期値や未知定数の値の再設定を行う。このように、数値設定部122は、評価部124の評価結果が所定の条件を満たさない場合に、吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を再設定する。
 その際、数値設定部122は、誤差評価値がより小さくなるように、変数の初期値および未知定数の値の再設定を行う。
 ここで、数値設定部122が設定する変数の初期値や未知定数の値が変化すると、通常、評価部124の算出する誤差評価値Jが変化する。すなわち、誤差評価値Jは、数値設定部122が設定する変数の初期値および未知変数の値の関数となっている。そこで、数値設定部122は、最適化手法を用いて、誤差評価値Jがより小さくなるように、再設定する変数の初期値および未知定数の値を決定する。数値設定部122は、最適化手法として、例えば、滑落シンプレックス法、準ニュートン法、逐次2次計画法、遺伝的アルゴリズム(Generic Algorithm;GA)、または焼きなまし法(Simulated Annealing;SA)など、様々な方法を用いることができる。
 表示部130は、例えば液晶パネルまたは有機EL(Organic Electroluminescence)パネルなどの表示画面を有し、重心位置算出部120が算出した吊荷の重心位置を表示する。併せて、表示部130が吊荷重量を表示するようにしてもよい。
 ただし、重心位置検出装置100が吊荷の重心位置を出力する方法は、吊荷の重心位置を視覚的に表示する方法に限らず、様々な方法を用いることができる。例えば、重心位置検出装置100が、スピーカを具備し、吊荷の重心位置の視覚的表示に代えて、あるいは当該視覚的表示に加えて、吊荷の重心位置を音声にて出力するようにしてもよい。あるいは、重心位置検出装置100が、吊荷の重心位置を示すデータを、サーバ装置または表示装置など他機器に出力するようにしてもよい。
 次に、図5を参照して重心位置検出装置100の動作について説明する。
 図5は、重心位置検出装置100が吊荷の重心位置を検出する処理の手順を示すフローチャートである。重心位置検出装置100は、例えば、吊荷の重心位置検出を指示するユーザ操作に応じて同図の処理を開始する。あるいは、吊荷が地切りすると重心位置検出装置100が同図の処理を開始するなど、重心位置検出装置100が自動的に処理を開始するようにしてもよい。
 図5の処理において、まず、実測値取得部110が、所定時間分の吊り状態実測値を取得する(ステップS101)。例えば、吊荷が地切りしてから10秒間について、実測値取得部110は、10ミリ秒(ms)のサンプリング周期で、上部吊点位置における各ロープの張力と、吊荷の位置と、吊荷の姿勢(横行方向における吊荷の傾き、走行方向における吊荷の傾き、および、垂直軸回りの回転角度)とを取得する。
 次に、前処理部121は、吊荷重量を検出する(ステップS102)。例えば、前処理部121は、地切り直後における、各ロープの吊荷を吊るす力の合計値に基づいて、吊荷重量を算出する。あるいは、前処理部121が、巻上モータの電圧値や電流値から吊荷重量を算出するなど、他の方法で吊荷重量を検出するようにしてもよい。
 また、前処理部121は、水平方向における吊荷の重心位置を算出する(ステップS103)。例えば、前処理部121は、地切り直後における、各ロープの吊荷を吊るす力のバランスに基づいて、水平方向における吊荷の重心位置を算出する。
 次に、数値設定部122は、吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値や各種係数(未知係数を含む)の値を設定する(ステップS104)。例えば、数値設定部122は、ステップS102において前処理部121が検出した吊荷荷重を設定する。また、数値設定部122は、吊荷慣性テンソルとして、所定の標準値を設定する。また、数値設定部122は、吊荷の重心位置として、水平方向については、ステップS103で前処理部121が検出した重心位置を設定し、垂直方向については、所定の標準重心位置を設定する。また、数値設定部122は、地切り時のロープ長に基づいて地切り時の吊荷位置を設定し、吊荷の角度や速度や角速度については0に設定する。また、数値設定部122は、風パラメータについては無風状態に設定する。
 次に、変数値演算部123は、数値設定部122が設定した値に基づいて、吊荷の運動モデルをルンゲ・クッタ法などの解法を用いて解き、実測値サンプリング時刻(ステップS101で実測値取得部110が取得した吊り状態実測値のサンプリング時刻)の各々について、吊荷の位置や姿勢を算出する(ステップS105)。
 次に、評価部124は、変数値演算部123が算出した変数値の評価を行い(ステップS106)、評価結果に基づいて、変数値算出の打ち切り条件が成立したか否かを判定する(ステップS107)。例えば、評価部124は、上述したように誤差評価値を算出し、誤差評価値が評価基準閾値以下である場合に、打ち切り条件が成立したと判定する。
 打ち切り条件が成立していないと判定した場合(ステップS107:NO)、上述したように、数値設定部122が、運動モデルに含まれる変数値や未知係数の値の再設定を行う(ステップS111)。その後、ステップS105へ戻る。
 一方、打ち切り条件が成立したと判定した場合(ステップS107:YES)、表示部130が、重心位置算出部120の算出した吊荷の重心位置を表示する(ステップS121)。その後、同図の処理を終了する。
 以上のように、実測値取得部110は、吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも前記吊荷が加速または減速または回転している時刻を含む時系列のデータにて取得する。また、重心位置算出部120は、吊荷の状態モデルとして前記吊荷の運動モデルを用いる。
 これにより、重心位置検出装置100は、吊荷が静定状態となっていなくても吊荷の重心位置を検出することができる。従って、例えば吊荷が揺れている場合にトロリを静止させて吊荷が静定状態となるのを待つなど、吊荷の重心位置を検出するために荷役作業を中断する必要がない。この点において、重心位置検出装置100は、荷役効率を低下させずに吊荷の重心位置を検出することができる。
 特に、重心位置検出装置100は、荷役効率を低下させずに吊荷の高さ方向の重心位置を検出することができる。
 また、数値設定部122は、吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を設定する。そして、変数値演算部123は、数値設定部122が設定した値を運動モデルに適用して、前記実測値取得部が取得した前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値の測定時刻における、変数の値を求める。さらに、評価部124は、変数値演算部123が取得した変数の値を評価し、数値設定部122は、評価部124の評価結果が所定の条件を満たさない場合に、吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を再設定する。
 このように、評価部124が変数値の演算の打ち切りを決定するまで、数値設定部122が変数の初期値や未知定数の値を再設定し、変数値演算部123が変数値を求めることで、重心位置検出装置100は、吊荷の重心位置を高精度にて検出することができる。
 また、実測値取得部110が取得した吊り状態実測値のサンプリング期間全体を対象として、評価部124が、誤差評価値を生成する。これにより、吊り状態実測値の一部にセンサノイズ等のノイズが含まれている場合でも、当該ノイズの影響を低減させることができ、重心位置検出装置100は、吊荷の重心位置を高精度にて検出することができる。
 また、実測値取得部110は、吊り状態実測値に、吊荷を吊るす力の実測値を含んで取得し、
 評価部は、吊荷を吊るす力を評価対象値として、変数値演算部123が取得した変数の値を評価する。
 これにより、吊荷吊点位置または上部吊点位置に張力計が既に設置されている場合、吊荷を吊るす力を評価対象値とすることで、新たなセンサを設置する必要がない。この点において、センサを増設するコストを抑制できる。
 なお、コンテナなど吊荷本体の重量に対してスプレッダなど吊具の重量を無視できない場合、例えば重心位置算出部120が、吊荷本体の重心位置や重量を算出するようにしてもよい。
 図6は、吊荷本体の重心位置および吊具の重心位置の例を示す説明図である。同図において、吊荷本体の例としてコンテナC11が示され、吊具の例としてスプレッダ930が示されている。また、pは吊荷800(吊荷全体)の重心位置を示し、psgはスプレッダ930の重心位置を示す。また、pcgはコンテナC11の重心位置を示す。
 ここで、スプレッダ930の重量をmで示し、コンテナC11の重量をmで示すと、吊荷800の重量mは式(9)のように示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 式(9)を変形すると、式(10)のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 そこで、重心位置算出部120は、式(10)を用いてコンテナC11の重量を算出する。
 また、基準点回りのモーメントについて、式(11)が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 式(11)を変形すると、式(12)のようになる。
 そこで、重心位置算出部120は、式(12)を用いてコンテナC11の重心位置を算出する。
 但し、吊荷本体の重量や重心位置の算出は必須ではない。例えば、吊荷本体の重量に対して吊具の重量を無視し得る場合や、吊荷本体と吊具とが不可分に一体化されているなど、吊荷本体と吊具とか一体の状態のまま吊荷が搬送される場合は、重心位置算出部120は、吊荷本体の重量や重心位置の算出を行わない。
 なお、重心位置算出部120が、2次元空間における吊荷の運動モデルを用いるようにしてもよい。
 図7は、2次元空間における座標設定の例を示す説明図である。同図では、トロリの走行方向にx座標が設定され、垂直方向にy座標が設定されている。一方、トロリの横行方向の座標は設定されていない。例えば、トロリの横行量が少ない場合など、横行方向の運動の影響が小さい場合、重心位置算出部120が、図7に示す2次元空間における吊荷の運動モデルを用いて吊荷の重心位置(特に、吊荷の高さ方向の重心位置)を求めるようにしてもよい。
 これにより、吊荷の運動モデルに含まれる変数の個数を減らすことができ、変数値演算部123は、より簡単に変数の値を算出することができる。
<第3の実施形態>
 第3の実施形態では、第1の実施形態で説明した重心位置検出装置10を更に具体化したもう一つの例について説明する。
 本実施形態における重心位置検出装置の機能構成は、図1に示す構成と同様であり、以下、図1を参照して説明する。但し、本実施形態において、実測値取得部11は、吊り状態実測値を、吊荷の静定状態において取得する。
 特に、実測値取得部11は、吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値に、吊荷の回転量(回転角度)の実測値と、吊荷の位置の実測値とを含んで取得する。
 また、重心位置算出部12は、吊荷の状態モデルとして吊荷の静的モデルを用いる。
 ここでいう吊荷の静的モデルとは、静定状態にある吊荷を力学的に模擬するモデルであり、吊荷の状態モデルの一例に該当する。また、吊荷の静的モデルは、吊荷の速度を示す変数や吊荷の加速度を示す変数や吊荷の角速度を示す変数や吊荷の角加速度を示す変数のいずれも含まない。
 特に、重心位置算出部12は、吊荷の回転量と、吊荷における、ロープに吊るされている箇所の位置と、ロープがロープ支持物に支持されている箇所の位置と、吊荷の重心位置とを示す変数を含む吊荷の状態モデルと、実測値取得部11が取得した実測値とに基づいて、吊荷の重心位置を算出する。
 ここで、図8は、重心位置算出部12が用いる吊荷の静的モデルにおいて設定される点の例を示す説明図である。
 同図において、吊荷800とロープ920とが示されている。
 また、点FR1、FL1、AR1およびAL1は上部吊点位置を示す。上部吊点位置の中心位置を原点として、トロリの走行方向にx座標を設定し、横行方向にy座標を設定し、垂直方向にz座標を設定する。但し、座標系の取り方はこれに限らず、様々な座標系を採用し得る。
 上部吊点位置は、例えばエンコーダでシーブ変位を検出することで、検出可能である。
あるいは、機械式振止のシーブ開閉操作がない場合は、上部吊点位置は固定値となる。
 なお、以下では、上部吊点位置の座標を、FR1(x1FR,y1FR,z1FR)、FL1(x1FL,y1FL,z1FL)、AR1(x1AR,y1AR,z1AR)およびAL1(x1AL,y1AL,z1AL)と表記する。
 また、点FR2、FL2、AR2およびAL2は吊荷吊点位置の初期位置を示す。ここで、吊荷吊点位置の初期位置として、上部吊点位置の真下にある場合の位置を用いる。吊荷吊点位置の初期位置は、ロープ長から幾何学的に求めることができる。
 なお、以下では、吊荷吊点位置の初期位置の座標を、FR2(x2FR,y2FR,z2FR)、FL2(x2FL,y2FL,z2FL)、AR2(x2AR,y2AR,z2AR)およびAL2(x2AL,y2AL,z2AL)と表記する。
 また、吊荷が初期位置から移動した場合(吊荷吊点位置が初期位置から移動した場合)を考え、FR2、FL2、AR2、AL2の移動後の吊荷吊点位置を、それぞれFR5、FL5、AR5、AL5とする。以下では、移動後の吊荷吊点位置の座標を、FR5(x5FR,y5FR,z5FR)、FL5(x5FL,y5FL,z5FL)、AR5(x5AR,y5AR,z5AR)およびAL5(x5AL,y5AL,z5AL)と表記する。
 また、点O’は、移動後の吊荷吊点の中心位置を示す。また、点Gは、移動後の吊荷の重心位置を示す。なお、第2の実施形態の場合と異なり、第3の実施形態では、「’」は変数名の一部であり、時間微分を示すものではない。
 ここで、吊荷の移動について、平行移動と重心回り(G回り)の回転とに分けて考える。
 以下では、重心回りの回転量のx成分(リスト)をxsと表記し、y成分(トリム)をysと表記し、z成分(スキュー)をzsと表記する。リストxsやトリムysは、例えばスプレッダ上にx座標方向、y座標方向のそれぞれに傾斜計を設置して検出し得る。また、スキューzsは、例えばジャイロや振れセンサで検出し得る。
 一方、平行移動後の吊荷吊点位置は未知である。すなわち、吊荷の移動は、平行移動と回転とが混ざった形では測定可能だが、そのうち平行移動成分のみを測定することは困難である。以下では、FR2から平行移動後の吊荷吊点位置の座標を、FR3(x3FR,y3FR,z3FR)と表記する。同様に、FL2から平行移動後の吊荷吊点位置の座標を、FL3(x3FL,y3FL,z3FL)と表記する。また、AR2から平行移動後の吊荷吊点位置の座標を、AR3(x3AR,y3AR,z3AR)と表記する。また、AL2から平行移動後の吊荷吊点位置の座標を、AL3(x3AL,y3AL,z3AL)と表記する。
 また、吊荷吊点の中心位置に対する吊荷の重心位置の偏心量は未知である。以下では、吊荷吊点の中心位置に対する吊荷の重心位置の偏心量のx座標成分をdx、y座標成分をdy、z座標成分をdzと表記する。
 ここで、吊荷吊点中心位置の初期位置(xh0,yh0,zh0)は、吊荷吊点位置の初期位置を用いて式(13)のように示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
 また、吊荷の平行移動分は、平行移動後の吊荷吊点中心位置と吊荷吊点中心位置の初期位置との差分として示され、これを吊荷吊点位置の初期位置に加えたものが、平行移動後の吊荷吊点位置となる。従って、吊荷吊点位置の初期位置FR2から平行移動した吊荷吊点位置FR3(x3FR,y3FR,z3FR)は、式(14)のように示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
 吊荷吊点位置の初期位置FL2、AR2、AL2から平行移動した吊荷吊点位置FL3(x3FL,y3FL,z3FL)、AR3(x3AR,y3AR,z3AR)、AL3(x3AL,y3AL,z3AL)についても同様である。
 また、平行移動後の吊荷重心位置(xg,yg,zg)は、式(15)のように示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
 但し、(xh1,yh1,zh1)は、移動後の吊荷吊点中心位置O’の座標を示す。
 また、平行移動後の吊荷吊点位置の座標から平行移動後の吊荷重心位置の座標を減算することで、平行移動後の吊荷吊点位置の座標を、平行移動後の吊荷重心位置を原点とする座標系における座標に変換することができる。従って、平行移動後の吊荷吊点位置FR3の座標系を変換した座標FR4(x4FR,y4FR,z4FR)は、式(16)のように示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
 平行移動後の吊荷吊点位置FL3の座標系を変換した座標FL4(x4FL,y4FL,z4FL)、平行移動後の吊荷吊点位置AR3の座標系を変換した座標AR4(x4AR,y4AR,z4AR)、平行移動後の吊荷吊点位置AL3の座標系を変換した座標AL4(x4AL,y4AL,z4AL)についても同様である。
 また、移動後の吊荷吊点位置FR5(x5FR,y5FR,z5FR)は、座標FR4(x4FR,y4FR,z4FR)と、重心回りの回転量xs、ys、zsと、平行移動後の吊荷重心位置(xg,yg,zg)との関数として、式(17)のように示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
 但し、fxfr1、fyfr1、fzfr1は、いずれも関数を示す。
 移動後の吊荷吊点位置FL5(x5FL,y5FL,z5FL)、AR5(x5AR,y5AR,z5AR)、AL5(x5AL,y5AL,z5AL)についても同様である。
 また、移動後の吊荷吊点中心位置O’(xh5,yh5,zh5)は、移動後の吊荷吊点位置に基づいて式(18)のように示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
 また、上部吊点位置FR1と吊荷吊点位置FR5とを結ぶロープのロープ長rope_FRは、式(19)のように示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
 上部吊点位置FL1と吊荷吊点位置FL5とを結ぶロープのロープ長rope_FL、上部吊点位置AR1と吊荷吊点位置AR5とを結ぶロープのロープ長rope_AR、上部吊点位置AL1と吊荷吊点位置AL5とを結ぶロープのロープ長rope_ALについても同様である。
 また、上部吊点位置FR1と吊荷吊点位置FR5とを結ぶロープの張力tens_FRは式(20)のように示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
 但し、rope_lはロープの自然長を示す。また、rope_yはロープのヤング率を示す。また、rope_aはロープの断面積を示す。また、「・」はスカラ積を示す。
 上部吊点位置FL1と吊荷吊点位置FL5とを結ぶロープの張力tens_FL、上部吊点位置AR1と吊荷吊点位置AR5とを結ぶロープの張力tens_AR、上部吊点位置AL1と吊荷吊点位置AL5とを結ぶロープの張力tens_ALについても同様である。
 ここで、式(13)~(17)等に示される関係に基づいて、式(18)を、吊荷吊点位置の初期位置FR2、FL2、AR2、AL2の各座標と、移動後の吊荷吊点中心位置の座標xh1、yh1およびzh1と、吊荷重心位置の偏心量dx、dyおよびdzと、吊荷の回転量xs、ysおよびzsとの方程式3つに変形できる。吊荷吊点位置の初期位置FR2、FL2、AR2、AL2の各座標と、吊荷の回転量xs、ysおよびzsとは検出可能でなので、移動後の吊荷吊点中心位置の座標xh1、yh1およびzh1と、吊荷重心位置の偏心量dx、dyおよびdzとの6つの未知の値に対して3つの方程式を得られる。
 また、式(20)に対し、式(19)を用いてrope_FRを消去し、さらに、式(13)~(17)等に示される関係に基づいて、ロープ張力tens_FRと、ロープの自然長rope_lと、ヤング率rope_yと、ロープの断面積rope_aと、上部吊点位置FR1の座標と、吊荷吊点位置の初期位置FR2、FL2、AR2、AL2の各座標と、移動後の吊荷吊点中心位置の座標xh1、yh1およびzh1と、吊荷重心位置の偏心量dx、dyおよびdzと、吊荷の回転量xs、ysおよびzsとの方程式に変形できる。
 ロープの自然長rope_lと、ヤング率rope_yと、ロープの断面積rope_aと、上部吊点位置FR1の座標と、吊荷吊点位置の初期位置FR2、FL2、AR2、AL2の各座標と、吊荷の回転量xs、ysおよびzsとは検出可能でなので、移動後の吊荷吊点中心位置の座標xh1、yh1およびzh1と、吊荷重心位置の偏心量dx、dyおよびdzとの6つの未知の値に対して3つの方程式を得られる。
 他のロープについても同様に方程式を得ることができ、従って、4本のロープから4つの方程式を得られる。
 このように、移動後の吊荷吊点中心位置の座標xh1、yh1およびzh1と、吊荷重心位置の偏心量dx、dyおよびdzとの6つの未知の値に対して7つの方程式を得られる。
 もっとも、これら7つの方程式は独立ではなく、上述したように、吊荷が吊るされている状態を示すデータを1つの状態についてのみ取得したのでは、吊荷の重心の高さを確定することができない。
 そこで、実測値取得部11は、異なる2つの状態について、各実測値を取得する。これにより、重心位置算出部12は、14個の方程式を得られる。これら14個の方程式は独立ではないが、重心位置算出部12は、方程式を解くことで6つの未知の値、すなわち、移動後の吊荷吊点中心位置の座標xh1、yh1およびzh1と、吊荷重心位置の偏心量dx、dyおよびdzとを求めることができる。特に、重心位置算出部12は、吊荷の重心位置を示す偏心量dx、dyおよびdzを算出でき、吊荷の重心位置を求めることができる。
 なお、重心位置検出装置10は、吊荷の重心位置の検出結果の出力方法として様々な方法を用いることができる。例えば、重心位置検出装置10が表示部を具備し、吊荷の重心位置の検出結果を視覚的に表示するようにしてもよい。あるいは、重心位置検出装置10がスピーカを具備し、吊荷の重心位置の検出結果の視覚的な表示に代えて、あるいは視覚的な表示に加えて、音声にて出力するようにしてもよい。あるいは、重心位置検出装置10が、吊荷の重心位置の検出結果を、サーバ装置や表示装置など他機器に出力するようにしてもよい。
 なお、実測値取得部11が、異なる3つ以上の状態にて吊り状態実測値を取得するようにしてもよい。これにより、重心位置算出部は、より多くのデータに基づいて吊荷の重心位置を算出することができ、最小二乗法による平均値をとるなどして、センサノイズなど、吊り状態実測値の一部にセンサノイズ等のノイズが含まれている場合でも、当該ノイズの影響を低減させることができる。従って、重心位置検出装置10は、吊荷の重心位置を高精度にて検出することができる。
 また、実測値取得部11が、同一の吊り状態実測値繰り返し取得するようにしてもよい。例えば、実測値取得部11が、吊荷の回転量と吊荷吊点中心位置とのみを、繰り返し取得するようにしてもよい。
 また、ヤング率などの固定パラメータも未知パラメータとして状態モデルに含めておくことで、経年劣化に対応することが可能である。
 なお、傾斜計等のセンサのオフセット誤差に対しては、例えば重心がコンテナ中心にある基準コンテナで計測し校正する。あるいは,コンテナをヤードシャーシ上に載せた後、スプレッダのみで海側へ戻る際に重心を検出し、平均値をオフセット誤差として取得して、コンテナ搬送時の重心位置の検出値から除去するようにしてもよい。
 以上のように、実測値取得部11は、吊り状態実測値を、吊荷の静定状態において取得する。例えば、実測値取得部11は、吊り状態実測値に、吊荷の回転量の実測値と、吊荷の位置の実測値とを含んで取得する。
 また、重心位置算出部12は、吊荷の状態モデルとして吊荷の静的モデルを用いる。例えば、重心位置算出部12は、吊荷の回転量と、吊荷の位置と、吊荷の重心位置とを示す変数を含む吊荷の状態モデルと、実測値取得部11が取得した実測値とに基づいて、吊荷の重心位置を算出する。
 これにより、重心位置算出部12は、微分方程式を解く必要無しに、吊荷の重心位置を算出することができる。この点において、重心位置算出部12は、簡単な処理にて心位置吊荷の重心位置を算出することができる。
 特に、重心位置算出部12は、高さ方向の吊荷の重心位置を算出することができる。
 なお、重心位置算出部12が用いる吊荷の状態モデルは上記のものに限らず、様々な状態モデルを用いることができる。その場合、実測値取得部11は、状態モデルに応じた吊り状態実測値を取得する。
 例えば、実測値取得部11が、ロードセルを用いて吊荷重量を検出する場合、設備の追加を行う必要が無く、この点において安価に吊荷荷重を検出することができる。また、実測値取得部11が、歪ゲージを用いて吊荷重量を検出する場合も、設備の追加を行う必要が無く、この点において安価に吊荷荷重を検出することができる。あるいは、実測値取得部11が、巻上トルクに基づいて吊荷荷重を検出するようにしてもよい。
 また、実測値取得部11が、巻きエンコーダを用いて巻きドラムの回転数を検出し、得られた回転数に基づいてロープの自然長を求める場合、設備の追加を行う必要が無く、この点において安価にロープの自然長を検出することができる。また、この方法では、比較的高精度にロープの自然長を検出し得る。
 また、実測値取得部11が、上部吊点位置を移動させるシリンダの変位をエンコーダを用いて検出し、得られたシリンダの変位に基づいて上部吊点位置を検出する場合、設備の追加を行う必要が無く、この点において安価に上部吊点位置を検出することができる。
 また、実測値取得部11が、スプレッダに設けられた傾斜計を用いて吊荷の回転量(トリム)を検出する場合、比較的安価に吊荷の回転量(トリム)を検出できる。同様に、実測値取得部11が、スプレッダに設けられた傾斜計を用いて吊荷の回転量(リスト)を検出する場合、比較的安価に吊荷の回転量(リスト)を検出できる。
 また、実測値取得部11が、ジャイロを用いて吊荷の回転量(スキュー)を検出する場合、比較的安価に吊荷の回転量(スキュー)を検出できる。一方、実測値取得部11が、振れセンサを用いて吊荷の回転量(スキュー)を検出する場合、より高精度に吊荷の回転量(スキュー)を検出することができる。
 また、実測値取得部11が、振れセンサを用いて吊荷の水平方向の移動変位を検出する場合、より高精度に移動変位を検出することができる。あるいは、実測値取得部11が、加速度計を用いて吊荷の加速度を検出し、二階積分を取ることで吊荷の水平方向の移動変位を検出する場合、比較的安価に吊荷の水平方向の移動変位を検出することができる。また、実測値取得部11が、横行モータトルクから吊荷の水平方向の移動変位を検出する場合、設備の追加を行う必要が無く、この点において安価に荷の水平方向の移動変位を検出することができる。
 また、実測値取得部11が、巻きエンコーダを用いて巻きドラムの回転数を検出し、得られた回転数に基づいて垂直方向の吊荷の移動変位を検出する場合、設備の追加を行う必要が無く、この点において安価に荷の水平方向の移動変位を検出することができる。あるいは、実測値取得部11が、レーザ距離計を用いて垂直方向の吊荷の移動変位を検出するようにしてもよい。
 また、実測値取得部11が、ロードセルを用いて巻きロープの張力を検出する場合、設備の追加を行う必要が無く、この点において安価に巻きロープの張力を検出することができる。あるいは、実測値取得部11が、歪ゲージを用いて巻きロープの張力を検出するようにしてもよい。
 なお、重心位置検出装置10や100の各部の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
 また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。
 また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
 以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
 本発明は、ロープにより吊るされた吊荷の重心位置を求める重心位置検出装置であって、前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも2つの異なる前記状態について取得する実測値取得部と、少なくとも前記吊荷の重心位置を未知定数として含む前記吊荷の状態モデルと、前記実測値取得部が取得した実測値とに基づいて、前記吊荷の重心位置を算出する重心位置算出部と、を具備する重心位置検出装置に関する。
 本発明によれば、高さ方向の重心位置をより正確に求めることができる。
 10、100  重心位置検出装置
 11、110  実測値取得部
 12、120  重心位置算出部
 121  前処理部
 122  数値設定部
 123  変数値演算部
 124  評価部
 125  再設定部
 130  表示部

Claims (8)

  1.  ロープにより吊るされた吊荷の重心位置を求める重心位置検出装置であって、
     前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも2つの異なる前記状態について取得する実測値取得部と、
     少なくとも前記吊荷の重心位置を未知定数として含む前記吊荷の状態モデルと、前記実測値取得部が取得した実測値とに基づいて、前記吊荷の重心位置を算出する重心位置算出部と、
     を具備する重心位置検出装置。
  2.  前記実測値取得部は、前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも前記吊荷が加速または減速または回転している時刻を含む時系列のデータにて取得し、
     前記重心位置算出部は、前記吊荷の状態モデルとして前記吊荷の運動モデルを用いる
     請求項1に記載の重心位置検出装置。
  3.  前記重心位置算出部は、
     前記吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を設定する数値設定部と、
     前記数値設定部が設定した値を前記運動モデルに適用して、前記実測値取得部が取得した前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値の測定時刻における、前記変数の値を求める変数値演算部と、
     前記変数値演算部が取得した前記変数の値を評価し、評価結果が所定の条件を満たす場合に、設定されている前記吊荷の重心位置を前記重心位置算出部の算出結果とする評価部とを具備し、
     前記数値設定部は、前記評価部の評価結果が前記所定の条件を満たさない場合に、前記吊荷の運動モデルに含まれる変数の初期値および未知定数の値を再設定する
     請求項2に記載の重心位置検出装置。
  4.  前記実測値取得部は、前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値に、前記吊荷を吊るす力の実測値を含んで取得し、
     前記評価部は、前記変数値演算部が取得した前記変数の値から得られる前記吊荷を吊るす力の計算値と、前記実測値取得部が取得した前記吊荷を吊るす力の実測値とに基づいて、前記変数値演算部が取得した前記変数の値を評価する
     請求項3に記載の重心位置検出装置。
  5.  前記実測値取得部は、前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、前記吊荷の加速度と角加速度とを無視し得る状態において取得し、
     前記重心位置算出部は、前記吊荷の状態モデルとして前記吊荷の静的モデルを用いる
     請求項1に記載の重心位置検出装置。
  6.  前記実測値取得部は、前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値に、前記吊荷の回転量の実測値と、前記吊荷の位置の実測値とを含んで取得し、
     前記重心位置算出部は、前記吊荷の回転量と、前記吊荷の位置と、前記吊荷の重心位置とを示す変数を含む前記吊荷の状態モデルと、前記実測値取得部が取得した実測値とに基づいて、前記吊荷の重心位置を算出する
     請求項5に記載の重心位置検出装置。
  7.  ロープにより吊るされた吊荷の重心位置を求める重心位置検出装置の重心位置検出方法であって、
     前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも2つの異なる前記状態について取得する実測値取得ステップと、
     少なくとも前記吊荷の重心位置を未知定数として含む前記吊荷の状態モデルと、前記実測値取得ステップにて取得した実測値とに基づいて、前記吊荷の重心位置を算出する重心位置算出部ステップと、
     を具備する重心位置検出方法。
  8.  ロープにより吊るされた吊荷の重心位置を求める重心位置検出装置としてのコンピュータに、
     前記吊荷が吊るされている状態を示すデータの実測値を、少なくとも2つの異なる前記状態について取得する実測値取得ステップと、
     少なくとも前記吊荷の重心位置を未知定数として含む前記吊荷の状態モデルと、前記実測値取得ステップにて取得した実測値とに基づいて、前記吊荷の重心位置を算出する重心位置算出部ステップと、
     を実行させるためのプログラム。
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