JP4209532B2 - クレーン位置検出システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工場などに設置される天上クレーン設備などで使用されるクレーン位置検出システムに係わり、特にカメラを使用してクレーン設備を構成するトロリ装置の位置などを計測し、位置決め精度を飛躍的に向上させるクレーン位置検出システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
工場などに設置される天上クレーン設備などでは、ガーダ装置、トロリ装置などの各限界位置に設けられるリミットスイッチ、各運転用電動機、車輪などに取り付けられる複数のエンコーダ、これら各リミットスイッチ、各エンコーダの検出結果に基づき、トロリ装置の位置などを判定してオペレータに提示する処理装置などで構成されるクレーン位置検出システムを備えている。そして、このクレーン位置検出システムによって、前記ガーダ装置、トロリ装置の現在位置などを検知し、ガーダ装置、トロリ装置などが限界位置に来たとき、それ以上、ガーダ装置、トロリ装置などが移動しないようにして、作業の安全を確保しながら、オペレータに、ガーダ装置、トロリ装置などの現在位置などを提示して、ガーダ速度、ガーダ位置、トロリ速度、トロリ位置などを調整させ、荷物の積み降ろしなどを行わせている。
【０００３】
また、このようなクレーン位置検出システム以外では、超音波センサ、レーザセンサなどを使用して、２つのクレーンの接近距離を測定し、この測定結果に基づき、オペレータにクレーン間距離を知らせ、安全性をさらに高めたものも開発されている。
【０００４】
また、海運用コンテナなどの積み降ろしを行う荷役用クレーン設備やゴミ処理場などで使用されるゴミ処理クレーン設備など、高い作業効率が求められるクレーン設備では、クレーン位置検出システムを構成するエンコーダとして、高速で、かつ精密な検知を行うことができるエンコーダを使用し、走行位置、横行位置、巻き上げ位置などをリアルタイムで検知して、これをオペレータに提示するのみならず、検知結果を使用して、振れ止め制御、自動制御などを加味した最適な運転制御方式で、海運用コンテナ、ゴミなどの積み降ろしを行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、保管倉庫、ストックヤードなどで使用されるクレーン設備などでも、自動運転、あるいは半自動運転、さらに移動作業対象となる荷物の管理や省力化を行うことが強く求められている。
【０００６】
しかしながら、このような保管倉庫、ストックヤードなどで使用されている既存のクレーン設備では、要求される設備コスト、要求される運転精度などの関係上、海運用コンテナなどの積み降ろしを行う荷役用クレーン設備やゴミ処理場などで使用されるゴミ処理クレーン設備などで使用されているエンコーダ、すなわち高い応答速度、高い検知精度などを持つエンコーダを使用していないことが多いことから、処理装置内にインストールされているプログラムを改修しただけでは、自動運転、半自動運転、移動作業対象となる荷物の管理や省力化を実現することが難しいという問題があった。
【０００７】
そこで、このような問題を解決する方法として、このような保管倉庫、ストックヤードなどで使用される各クレーン設備に、高速で、かつ精密な検知を行うことができるエンコーダを追加して、巻き上げ位置、横行位置などを瞬時に、かつ精密に検知し得るようにし、自動運転、半自動運転、移動作業対象となる荷物の管理や省力化を実現する方法が提案されている。
【０００８】
しかしながら、このようなクレーン設備、特に天上クレーン設備では、設備全体の軽量化、設備全体の省スペース化を目的にした設計思想の下で設計され、エンコーダを追加する余裕を持っていないことが多い。このため、モータ、ギア、あるいはその周りなどの設計を変更するなどの大がかりな改造工事を行わなければならず、設備全体を容易に自動化、半自動化させることが難しいという問題があった。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑み、請求項１では、既存のクレーン設備についても、エンコーダなどを追加するときなどのように、モータやギア部分の設計変更を行うことなく、高い応答速度、高い検知精度で、ガーダ装置、トロリ装置などの位置を連続的に検知することができ、これによって運転の自動化、半自動化を達成することができるクレーン位置検出システムを提供することを目的としている。
【００１０】
請求項２では、撮像装置から出力される映像信号を画像処理して、トロリ装置などの走行位置、横行位置などを求めるときの処理手順を簡素化して、リアルタイムで、トロリ装置の走行位置、横行位置などを求めることができ、これによって運転の自動化、半自動化を達成することができるクレーン位置検出システムを提供することを目的としている。
【００１１】
請求項３では、撮像装置から出力される映像信号を画像処理して得られたトロリ装置などの走行位置、横行位置などに基づき、移動作業対象となる荷物の管理を簡素化して、保管業務などの省力化を達成することができるクレーン位置検出システムを提供することを目的としている。
【００１２】
請求項４では、撮像装置から出力される映像信号を画像処理してトロリ装置などの走行位置、横行位置を検知することができるのみならず、フックの上下位置などを検知することができ、これによって荷物の三次元管理を可能にして、移動作業対象となる荷物の管理や省力化を飛躍的に高めることができるクレーン位置検出システムを提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、請求項１では、壁などに固定された一対のガイドレール上にガーダ装置を走行可能に載置し、前記ガーダ装置上部にガーダ装置の走行方向と直交する方向に設けられた一対のガイドレール上にトロリ装置を走行可能に載置して構成されたクレーン設備における前記トロリ装置の位置を示すＸ軸座標値、Ｙ軸座標値を測定するクレーン位置検出システムであって、前記ガーダ装置の走行方向に沿って配置され、形状や色がそれぞれ異なる複数の走行目印と、前記クレーン設備を構成するガーダ装置に取り付けられ、前記走行目印、前記トロリ装置を撮影する撮像装置と、前記撮像装置で撮像された各走行目印映像とそれに対応する走行位置情報を予め登録した記憶装置と、前記撮像装置から出力される映像信号を画像解析して、前記トロリ装置のＸ軸座標値、Ｙ軸座標値を求める画像解析装置とを備え、前記画像解析装置は、前記記憶装置に登録された走行目印映像である走行目印登録映像と、前記撮像装置から出力される走行目印映像とを比較して走行位置を判定することを特徴としている。
【００１４】
請求項２では、請求項１に記載のクレーン位置検出システムにおいて、前記画像解析装置は、前記撮像装置から出力される映像信号中に含まれる走行目印の映像と前記撮像装置の視野中心との相対位置関係に基づき、前記トロリ装置のＸ軸座標値を求めるとともに、前記撮像装置から出力される映像信号中に含まれるトロリ装置の映像と前記撮像装置の視野中心との相対位置関係に基づき、前記トロリ装置のＹ軸座標値を求めることを特徴としている。
【００１５】
請求項３では、請求項１、２のいずれかに記載のクレーン位置検出システムにおいて、前記画像解析装置は、前記撮像装置から出力される映像信号を画像解析して得られたトロリ装置のＸ座標値、Ｙ座標値を荷役作業に関連する荷物の保管位置情報として出力することを特徴としている。
【００１６】
請求項４では、請求項１、２、３のいずれかに記載のクレーン位置検出システムにおいて、前記撮像装置は、前記トロリ装置に設けられた巻き上げ装置のフック部分を撮影し、前記画像解析装置は、前記トロリ装置のＹ座標値を参照しながら、前記撮像装置から出力される映像信号中に含まれる前記フックの映像と前記撮像装置の視野中心との相対位置関係に基づき、前記フックの上下座標値を求め、これを荷役作業に関連する荷物の保管位置情報として出力することを特徴としている。
【００１７】
上記の構成により、請求項１では、クレーン設備を構成するガーダ装置に取り付けられた撮像装置によって、クレーン設備の固定部側に取り付けられる１つ以上の走行目印、トロリ装置を撮影するとともに、画像解析装置によって、撮像装置から出力される映像信号を画像解析して、トロリ装置のＸ軸座標値、Ｙ軸座標値を求めることにより、既存のクレーン設備についても、エンコーダなどを追加するときなどのように、モータやギア部分の設計変更を行うことなく、高い応答速度、高い検知精度で、ガーダ装置、トロリ装置などの位置を連続的に検知し、これによって運転の自動化、半自動化を達成する。
【００１８】
請求項２では、画像解析装置によって、撮像装置から出力される映像信号中に含まれる走行目印の映像と、撮像装置の視野中心との相対位置関係に基づき、トロリ装置のＸ軸座標値を求めるとともに、撮像装置から出力される映像信号中に含まれるトロリ装置の映像と、撮像装置の視野中心との相対位置関係に基づき、トロリ装置のＹ軸座標値を求めることにより、撮像装置から出力される映像信号を画像処理して、トロリ装置などの走行位置、横行位置などを求めるときの処理手順を簡素化して、リアルタイムで、トロリ装置の走行位置、横行位置などを求め、これによって運転の自動化、半自動化を達成する。
【００１９】
請求項３では、画像解析装置によって、撮像装置から出力される映像信号を画像解析して得られたトロリ装置のＸ座標値、Ｙ座標値を荷役作業に関連する荷物の保管位置情報として出力することにより、撮像装置から出力される映像信号を画像処理して得られたトロリ装置などの走行位置、横行位置などに基づき、移動作業対象となる荷物の管理を簡素化して、保管業務などの省力化を達成する。
【００２０】
請求項４では、画像解析装置によって、トロリ装置のＹ座標値を参照しながら、撮像装置から出力される映像信号中に含まれるフックの映像と、撮像装置の視野中心との相対位置関係に基づき、フックの上下座標値を求め、必要に応じて、これを荷役作業に関連する荷物の保管位置情報として出力することにより、撮像装置から出力される映像信号を画像処理して、トロリ装置などの走行位置、横行位置を検知するのみならず、フックの上下位置などを検知し、これによって荷物の三次元管理を可能にして、移動作業対象となる荷物の管理や省力化を飛躍的に高める。
【００２１】
【発明の実施の形態】
《実施の形態の構成》
図１は本発明によるクレーン位置検出システムの一実施の形態を使用した天上クレーン設備の一例を示す斜視図である。
【００２２】
この図に示す天上クレーン設備１は、保管倉庫などの壁２などに固定される１対のガイドレール３と、各ガイドレール３上に載置され、オペレータからの指示に基づき、Ｘ軸方向に走行するガーダ装置４と、このガーダ装置４の上部に設けられた１対のガイドレール５上に載置され、オペレータからの指示に基づき、Ｙ軸方向に走行するトロリ装置６と、このトロリ装置６の上部に設けられ、ワイヤ７の巻き取り、繰り出しなどを行って、ワイヤ７の先端に取り付けられたフック８を上下させる巻き上げ装置９と、ガーダ装置４の下面側に取り付けられ、一方の壁２に描かれた複数の走行目印１０、トロリ装置６、フック８などを撮影するカメラ１１と、ガーダ装置４の下面に設けられる操縦室１２と、図２に示すように、操縦室１２内に配置され、カメラ１１で得られた映像信号を解析して、トロリ装置６の位置、フック８の位置などをオペレータに提示するパーソナルコンピュータ１３、ガーダ装置４の走行制御、トロリ装置６の走行制御、巻き上げ装置９の巻き上げ制御などを行うとき、オペレータによって操作されるコントローラ１４と、このコントローラ１４から出力される制御信号に基づき、パーソナルコンピュータ１３を動作させながら、ガーダ装置４、トロリ装置６、巻き上げ装置９などの動作を制御するシーケンサ１５とを備えている。
【００２３】
そして、操縦室１２内のオペレータによって、コントローラ１４、パーソナルコンピュータ１３、シーケンサ１５などの電源が投入されて、コントローラ１４が操作されたとき、カメラ１１によって得られた映像信号の解析処理を開始して、各走行目印１０の映像と、ガーダ装置４の映像と、カメラ１１の視野中心との位置関係、トロリ装置６の映像と、フック８の映像と、カメラ１１の視野中心との位置関係などに基づき、トロリ装置６の座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値などを計算して、オペレータに提示するとともに、オペレータの操作内容に応じて、ガーダ装置４、トロリ装置６、巻き上げ装置９などを制御して、荷物１６の積み降ろし、移動などを行うとともに、荷役・保管管理部（図示は省略する）からの要求に応じて、荷物１６に対する積み降ろし、移動などを行ったときの座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値などを荷役・保管管理部に供給し、保管倉庫内にある荷物１６の管理などを行わせる。
【００２４】
各ガイドレール３は、保管倉庫などを構成する各壁のうち、Ｘ軸方向に配置された壁２などの上部、あるいは天上を構成する梁のうち、Ｘ軸方向に配置された梁などの上部などに各々、配置されており、ガーダ装置４の各端部をＸ軸方向に走行自在に支持する。
【００２５】
ガーダ装置４は、枠状に形成されるガーダ本体部１７と、このガーダ本体部１７の一端側下面に回転自在に設けられ、その外周面が一方のガイドレール３上に接して、ガーダ本体部１７の一端側を支持する複数の走行輪１８と、ガーダ本体部１７の他端側下面に回転自在に設けられ、その外周面が他方のガイドレール３上に接して、ガーダ本体部１７の他端側を支持する複数の走行輪１９と、シーケンサ１５からの指示に基づき、各走行輪１８、１９を回転駆動して、ガーダ本体部１７をＸ軸方向に走行させる複数のモータ２０と、ガーダ本体部１７の上部に、Ｙ軸方向に沿うように配置される１対のガイドレール５とを備えており、シーケンサ１５からの指示に基づき、各モータ２０を動作させて、一方のガイドレール３上に載せられている一方の走行輪１８と、他方のガイドレール３に載せられている他方の走行輪１９とを回転駆動させ、ガーダ本体部１７をＸ軸方向に走行させる。
【００２６】
トロリ装置６は、箱状に形成されるトロリ本体２１と、このトロリ本体２１に描かれる横行目印２２と、トロリ本体２１の一側部下面に回転自在に設けられ、その外周面が一方のガイドレール５上に接して、トロリ本体２１の一側部を支持する複数の走行輪２３と、トロリ本体２１の他側部下面に回転自在に設けられ、その外周面が他方のガイドレール５上に接して、トロリ本体２１の他側部を支持する複数の走行輪２４と、シーケンサ１５からの指示に基づき、各走行輪２３、２４を回転駆動して、トロリ本体２１をＹ軸方向に走行させるモータ４９とを備えており、シーケンサ１５からの指示に基づき、モータ４９を動作させて、一方のガイドレール５に載せられている一方の各走行輪２３と、他方のガイドレール５に載せられている他方の各走行輪２４を回転駆動させ、トロリ本体２１をＹ軸方向に走行させる。
【００２７】
巻き上げ装置９は、トロリ本体２１の上部に配置される巻き上げ枠２５と、この巻き上げ枠２５内に回転自在に取り付けられる巻取部２６と、巻き上げ枠２５に固定され、シーケンサ１５からの指示に基づき、巻取部２６を正転方向または逆転方向に回転駆動して、巻取部２６に巻付けられているワイヤ７を上下方向に走行させる巻き上げモータ２７と、ワイヤ７の先端部分に設けられ、荷物１６を釣上げるフック８とを備えており、シーケンサ１５からの指示に基づき、巻き上げモータ２７を回転駆動させて、巻取部２６を正転方向または逆転方向に回転させ、ワイヤ７に先端に取り付けられているフック８を上下させる。
【００２８】
カメラ１１は、ガーダ本体部１７の下面部分のうち、壁２に描かれた各走行目印１０、トロリ装置６に描かれた横行目印２２、およびワイヤ７の先端に取り付けられたフック８などを撮影し得る部分に垂設される支持部２８と、この支持部２８の下端に固定され、水平方向を中心にして、壁２に描かれた各走行目印１０、トロリ装置６に描かれた横行目印２２、およびワイヤ７の先端に取り付けられたフック８などを撮影するテレビカメラ本体２９とを備えており、パーソナルコンピュータ１３からの指示に基づき、図３に示すように、壁２に描かれた各走行目印１０、トロリ装置６に描かれた横行目印２２、およびワイヤ７の先端に取り付けられたフック８などを撮影し、これによって得られた映像信号をパーソナルコンピュータ１３に供給する。
【００２９】
操縦室１２は、ガーダ本体部１７の下面に固定され、このガーダ本体部１７とともにＸ軸方向に移動する箱状の操縦室本体３０と、この操縦室本体３０の前面、側面に形成される複数の窓３１とを備えており、出入り口から操縦室本体３０内に乗り込んだオペレータに操縦空間を提供し、天上クレーン設備１の運転を行わせる。
【００３０】
コントローラ１４は、操縦室１２内に配置されるコントローラ筐体の上部などに配置され、オペレータによって操作される複数の操縦レバー３３と、コントローラ筐体内に配置され、各操縦レバー３３の操作内容に応じてガーダ装置４の各モータ２０、トロリ装置６のモータ４９、および巻き上げ装置９の巻き上げモータ２７をそれぞれ動作させるのに必要な制御信号を生成する処理部３４とを備えており、操縦室１２内のオペレータによって各操縦レバー３３が操作されたとき、ガーダ装置４の各モータ２０、トロリ装置６のモータ４９、巻き上げ装置９の巻き上げモータ２７を動作させるのに必要な制御信号を生成し、これをシーケンサ１５に供給する。
【００３１】
シーケンサ１５は、操縦室１２内に配置されるシーケンサ筐体内に配置され、アナログ信号を処理する複数のアナログボード３６と、シーケンサ筐体の裏面などに設けられ、各アナログボード３６に対してアナログ信号の入出力を行う複数のアナログ入出力端子３７と、シーケンサ筐体内に配置され、デジタル信号を処理する複数のデジタルボード３８と、シーケンサ筐体の裏面などに設けられ、各デジタルボード３８に対してデジタル信号の入出力を行う複数のデジタル入出力端子３９と、シーケンサ筐体内に配置され、各アナログボード３６と各デジタルボード３８とを連携させる処理ボード４０とを備えており、コントローラ１４から制御信号が出力されたとき、トリガー信号を生成して、これをパーソナルコンピュータ１３に供給するとともに、各制御信号に応じて、駆動電流を出力し、ガーダ装置４の走行制御、トロリ装置６の走行制御、巻き上げ装置９の巻き上げ制御などを行う。
【００３２】
パーソナルコンピュータ１３は、操縦室１２内に配置され、電源が投入されたときカメラ１１の動作を開始させ、このカメラ１１から出力される映像信号の取り込み処理を開始した後、シーケンサ１５からトリガー信号が出力される毎に、画像を解析して、各走行目印１０と視野中心との位置関係、トロリ装置６と視野中心との位置関係、およびフック８と視野中心との位置関係などを求めるとともに、これらの各位置関係に基づき、トロリ装置６の座標値（Ｘ，Ｙ）、フック７の上下座標値などの位置データを求めるパソコン本体４１と、このパソコン本体４１で得られた位置データを予め設定されている表示形式で、画面表示する表示器４２と、複数の文字キー、テンキーなどを有し、オペレータによって各文字キー、テンキーなどが操作されたとき、操作されたキーに応じた各種指令、各種データを生成してパソコン本体４１に供給するキーボード４３とを備えている。
【００３３】
このパーソナルコンピュータ１３では、電源が投入されたときカメラ１１を動作させ、このカメラ１１から出力される映像信号の取り込み処理を開始し、シーケンサ１５からトリガー信号が出力されたとき、カメラ１１から出力される映像信号を画像処理して各走行目印１０と視野中心との位置関係、トロリ装置６と視野中心との位置関係、およびフック８と視野中心との位置関係などを求め、さらにこれらの各位置関係に基づき、トロリ装置６の座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値などの位置データを求めて、これを記憶するとともに、予め設定されている表示形式で、表示器４２上に表示し、また荷役・保管管理部からデータ要求が出力される毎に、記憶している位置データのうち、要求された位置データを読み出し、これを荷役・保管管理部に転送する。
【００３４】
この場合、パソコン本体４１は、図４に示すように、パソコン本体４１の動作を規定するプログラム、画像解析処理で得られた各位置データなどを記憶するハードディスク機構４５と、キーボード４３から出力される各種指令、各種データの取込み処理、シーケンサ１５から出力されるトリガー信号などの取込み処理、荷役・保管管理部から出力されるデータ要求の取込み処理、荷物１６を保管した場所などを示す位置データ、各種信号の出力処理などを行う入出力ボード４６と、カメラ１１から出力される映像信号の取込み処理、表示データの出力処理などを行うビデオボード４７と、入出力ボード４６によって取り込まれた各種指令、各種データ、トリガー信号、データ要求などの処理、入出力ボード４６を介して、カメラ１１の動作を制御する処理、ビデオボード４７によって取り込まれた映像信号を解析してトロリ装置６の座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値などの位置データを求める処理、この処理で得られた位置データに基づき、表示データを生成する処理、この処理で得られた表示データをビデオボード４７を介し、表示器４２に供給する処理、位置データをハードディスク機構４５に記憶させる処理、このハードディスク機構４５に記憶されている位置データを入出力ボード４６に転送して、荷役・保管部（図示は省略する）などに供給する処理などを行うマザーボード４８とを備えている。
【００３５】
そして、オペレータによって、電源が投入されたとき、ハードディスク機構４５に記憶されているプログラムに基づき、入出力ボード４６、ビデオボード４７、マザーボード４８を起動させて、カメラ１１を動作させ、シーケンサ１５からトリガー信号が出力されたとき、このカメラ１１から出力される映像信号を画像処理して、各走行目印１０と視野中心との位置関係、トロリ装置６と視野中心との位置関係、フック８と視野中心との位置関係などを求めるとともに、これら各位置関係に基づき、トロリ装置６の座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値などの位置データを求め、これを表示器４２上に表示して、オペレータに提示しながら、ハードディスク機構４５に記憶する。また、この動作と並行し、荷役・保管管理部からデータ要求が出力される毎に、ハードディスク機構４５に記憶されている各位置データのうち、指定された位置データを読み出して、荷役・保管管理部に転送し、荷物１６の管理などを行わせる。
【００３６】
《実施の形態の動作》
次に、図１に示す斜視図、図２に示す正面図、図３に示す斜視図、図４に示すブロック図を参照しながら、この実施の形態の動作について詳細に説明する。
【００３７】
まず、操縦室１２内のオペレータによって、コントローラ１４、シーケンサ１５、パーソナルコンピュータ１３の電源が投入されると、パーソナルコンピュータ１３内のバードディスク機構４５に記憶されたプログラムに基づき、マザーボード４８内のメモリ上に、図５に示すように、画像処理目印判別部４９、走行目印選別部５０、走行位置演算部５１、走行位置メモリ部５２、横行位置演算部５３、横行位置メモリ部５４、巻き上げ位置演算部５５、巻き上げ位置メモリ部５６が形成されるとともに、カメラ１１が動作して、壁２に形成された複数の走行目印１０の映像と、トロリ装置６の映像と、フック８の映像とを含む映像信号の出力が開始される。
【００３８】
そして、オペレータによって、コントローラ１４の操作が開始されて、このコントローラ１４から制御信号の出力が開始され、シーケンサ１５からトリガー信号が出力されると、パーソナルコンピュータ１３内に形成された画像処理目印判別部４９によって、カメラ１１から出力される映像信号が取り込まれるとともに、この映像信号中に含まれている各走行目印１０の映像（走行目印映像）、横行目印２２の映像（横行目印映像）、フック８の映像（フック映像）が判別されて、抽出される。
【００３９】
この後、走行目印選別部５０によって、画像処理目印判別部４９で抽出された各走行目印映像のうち、カメラ１１の視野中心に近い走行目印映像が選択されるとともに、走行位置演算部５１によって、走行目印選別部５０で選択された走行目印映像と、予め登録されている各走行目印登録映像とが比較されて、走行目印映像と形状や色が一致する走行目印登録映像が選択された後、この走行目印登録映像の番号に基づき、ガーダ装置４の大まかな走行位置（Ｘ座標値）が判定され、さらに走行目印映像がカメラ１１の視野中心から左方向、右方向のどちらに、どの程度ずれているかが判定され、この判定結果に基づき、ガーダ装置４の細かな走行位置（Ｘ座標値）が求められる。
【００４０】
この際、カメラ１１を取り付けた後、行われる調整時点で、何点か実測して得られた値に基づき、カメラ１１に設けられているレンズ５７の特性に応じた、画像上の相対距離と、実際の距離とが解析されて、演算上の倍率（定数）、標準レンズの視野、広角レンズの視野、その曲率関数ｆ（ｘ）などを示す各関数が一義的に決めらていることから、カメラ１１に取り付けられているレンズ５７が図６に示すような標準レンズであるとき、次式に示す演算が行われて、ガーダ装置４の細かな走行位置（Ｘ座標値）が求められるとともに、これがガーダ装置４の大まかな走行位置（Ｘ座標値）に加算されて、ガーダ装置４の正確な走行位置（Ｘ座標値）が求められ、これが走行位置メモリ部５２と、ハードディスク機構４５とに記憶される。
【００４１】
Ｌ＝Ｌ’・Ｓ／Ｓ’ …（１）
但し、Ｌ：走行目印１０と、ガーダ装置４の中心との距離
Ｓ：カメラ１１のレンズ５７と、壁２との距離
Ｌ’：カメラ１１のレンズ５７による投影面の中心と、投影面上に
ある走行目印１０との距離
Ｓ’：カメラ１１のレンズ５７と、このレンズ５７による投影面と
の距離
また、カメラ１１に取り付けられているレンズ５７が図７に示すような広角レンズであるときには、カメラ１１に取り付けられているレンズ５７のレンズ面曲率を示す曲率関数ｆ（ｘ）に基づき、レンズ５７による投影面の中心と、投影面上の走行目印１０との距離Ｌ’が補正された後、補正済みの距離Ｌ’が（１）式に代入されて、ガーダ装置４の細かな走行位置（Ｘ座標値）が求められるとともに、これがガーダ装置４の大まかな走行位置（Ｘ座標値）に加算されて、ガーダ装置４の正確な走行位置（Ｘ座標値）が求められ、これが走行位置メモリ部５２と、ハードディスク機構４５とに記憶される。
【００４２】
また、上述した動作と並行し、横行位置演算部５３によって、画像処理目印判別部４９で抽出された横行目印映像が視野中心から、どの程度、上方にずれているかが判定され、この判定結果に基づき、トロリ装置６の細かな横行位置（Ｙ座標値）が求められる。
【００４３】
この際、カメラ１１を取り付けた後、行われる調整時点で、何点か実測して得られた値に基づき、カメラ１１に取り付けられているレンズ５７の特性に応じた、画像上の相対距離と、実際の距離とが解析されて、演算上の倍率（定数）、標準レンズの視野、広角レンズの視野、その曲率関数ｆ（ｘ）などを示す各関数が一義的に決めらていることから、カメラ１１に取り付けられているレンズ５７が図８に示すような標準レンズであるとき、次式に示す演算が行われて、トロリ装置６の正確な横行位置（Ｙ座標値）が求められ、これが横行位置メモリ部５４と、ハードディスク機構４５とに記憶される。
【００４４】
ｔ＝ａ×ｂ／ｔ’ …（２）
但し、ｔ：カメラ１１のレンズ５７と、トロリ装置６との水平距離
ａ：トロリ装置６の下面から、カメラ１１のレンズ５７までの垂直
距離
ｂ：カメラ１１のレンズ５７と、このレンズ５７による投影面との
水平距離
ｔ’：カメラ１１のレンズ５７による投影面の中心と、投影面上に
ある横行目印２２との垂直距離
また、カメラ１１に取り付けられているレンズ５７が広角レンズであるときには、カメラ１１に取り付けられているレンズ５７のレンズ面曲率を示す曲率関数ｆ（ｘ）に基づき、レンズ５７による投影面の中心と、投影面上の横行目印２２との垂直距離ｔ’が補正された後、補正済みの垂直距離ｔ’が（２）式に代入されて、トロリ装置６の正確な横行位置（Ｙ座標値）が求められ、これが横行位置メモリ部５４と、ハードディスク機構４５とに記憶される。
【００４５】
また、上述した動作と並行し、巻き上げ位置演算部５５によって、横行位置メモリ部５４に記憶されているトロリ装置６の正確な横行位置（Ｙ座標値）が参照されて、画像処理目印判別部４９で抽出されたフック映像が視野中心から、どの程度、下方または上方にずれているかが判定され、この判定結果に基づき、フック８の細かな上下位置（上下座標値）が求められる。
【００４６】
この際、カメラ１１を取り付けた後、行われる調整時点で、何点か実測して得られた値に基づき、カメラ１１に取り付けられているレンズ５７の特性に応じた、画像上の相対距離と、実際の距離とが解析されて、演算上の倍率（定数）、標準レンズの視野、広角レンズの視野、その曲率関数ｆ（ｘ）などを示す各関数が一義的に決めらていることから、カメラ１１に取り付けられているレンズ５７が図８に示すような標準レンズであるとき、次式に示す演算が行われて、フック８の正確な上下位置（上下座標値）が求められ、これが巻き上げ位置メモリ部５６と、ハードディスク機構４５とに記憶される。
【００４７】
ｄ＝ｄ’×ｔ／ｂ …（３）
但し、ｄ：フック８の正確な上下位置（上下座標値）
ｔ：カメラ１１のレンズ５７と、トロリ装置６との水平距離
ｂ：カメラ１１のレンズ５７と、このレンズ５７による投影面との
水平距離
ｄ’：カメラ１１のレンズ５７による投影面の中心と、投影面上に
あるフック映像との垂直距離
また、カメラ１１に取り付けられているレンズ５７が広角レンズであるときには、カメラ１１に取り付けられているレンズ５７のレンズ面曲率を示す曲率関数ｆ（ｘ）に基づき、レンズ５７による投影面の中心と、投影面上のフック映像との垂直距離ｄ’が補正された後、補正済みの垂直距離ｄ’が（３）式に代入されて、フック８の正確な上下位置（上下座標値）が求められ、これが巻き上げ位置メモリ部５６と、ハードディスク機構４５とに記憶される。
【００４８】
そして、マザーボード４８のＣＰＵによって、走行位置メモリ部５２に記憶されているＸ座標値、横行位置メモリ部５４に記憶されているＹ座標値、巻き上げ位置メモリ部５６に記憶されている上下座標値に基づき、表示データが作成されて、表示器４２上に、トロリ装置６の座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値が表示され、オペレータに提示される。
【００４９】
以下、所定の周期で、上述した動作が繰り返されて、ガーダ装置４の移動、トロリ装置６の移動、フック８の移動に伴い、表示器４２上に表示されているトロリ装置６の座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値がリアルタイムで更新される。
【００５０】
また、上述した動作と並行し、操縦室１２内のオペレータによって、コントローラ１４の操縦レバー３３が操作されて、このコントローラ１４から操縦レバー３３の操作内容に応じた制御信号が出力される毎に、シーケンサ１５から制御信号に応じた駆動電流が出力されて、ガーダ装置４に設けられた各モータ２０、トロリ装置６に設けられたモータ４９、巻き上げ装置９に設けられた巻き上げモータ２７が駆動される。
【００５１】
これにより、ガーダ装置４、トロリ装置６がＸ軸方向、Ｙ軸方向に各々、走行して、トロリ装置６のＸ座標、Ｙ座標が調整されるとともに、ワイヤ７の繰り出し、巻き戻しが行われて、フック８の上下座標が調整され、荷物１６の積み降ろしが行われる。
【００５２】
この際、作業対象となる荷物１６のＸ座標値、Ｙ座標値、上下座標値を予め設定し、自動モード、半自動モードを設定しておけば、シーケンサ１５によって、パーソナルコンピュータ１３によって得られたトロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値と、作業対象となる荷物１６のＸ座標値、Ｙ座標値とが比較され、これらが一致した時点で、ガーダ装置４、トロリ装置６が停止状態にされた後、フックの上下座標値と、作業対象となる荷物１６の上下座標値とが比較され、これらが一致した時点で、巻き上げ装置９が停止状態にされて、荷物１６の積み降ろしが行われる。
【００５３】
また、この動作と並行し、荷役・保管管理部（図示は省略する）からデータ要求が出されたとき、マザーボード４８によって、ハードディスク機構４５に記憶されている各積み降ろし時の位置データのうち、要求された位置データが読み出されて、これが荷役・保管管理部に供給されて、保管倉庫内にある荷物１６の管理などが行われる。
【００５４】
このようにこの実施の形態においては、操縦室１２内のオペレータによって、コントローラ１４、パーソナルコンピュータ１３、シーケンサ１５などの電源が投入されて、コントローラ１４が操作されたとき、カメラ１１によって得られた映像信号の解析処理を開始して、各走行目印１０の映像と、ガーダ装置４の映像と、カメラ１１の視野中心との位置関係、トロリ装置６の映像と、フック８の映像と、カメラ１１の視野中心との位置関係などに基づき、トロリ装置６の座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値などを計算して、オペレータに提示するとともに、オペレータの操作内容に応じて、ガーダ装置４、トロリ装置６、巻き上げ装置９などを制御して、荷物１６の積み降ろし、移動などを行うようにしているので、ガーダ装置４の下面側に１台のカメラ１１を取付け、簡単な配線作業を行うだけで、機械的な改造を一切、行うことなく、トロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値を正確に、かつリアルタイムで検知することができ、これによってクレーン設備を新設するとき、少なくとも３つのエンコーダを省略して、その分だけ設備コストを低減させることができるとともに、横行方向に移動するトロリ装置６と、操縦室１２との間の配線を省略して、スマートな機械設計を行わせることができる。
【００５５】
また、この実施の形態では、高速応答性を持ち、かつ精密な検知を行う高価なエンコーダを使用することなく、トロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値、フック８の上下座標値を正確に、かつリアルタイムで検知することができることから、これまで、エンコーダを取り付けることができなかった既存のクレーン設備に１台のカメラ１１を取付け、簡単な配線作業を行うだけで、エンコーダなどを追加するときなどのように、モータやギア部分の設計変更を行うことなく、高い応答速度、高い検知精度で、ガーダ装置４、トロリ装置６などの位置を連続的に検知することができ、これによって運転の自動化、半自動化を達成することができる（請求項１の効果）。
【００５６】
また、カメラ１１から出力される映像信号を処理して、トロリ装置６の座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値などを計算するとき、各走行目印１０と視野中心との位置関係、トロリ装置６と視野中心との位置関係、フック８と視野中心との位置関係などを求めるとともに、これら各位置関係に基づき、トロリ装置６の座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値などの位置データを求めるようにしているので、カメラ１１から出力される映像信号を画像処理する際の手順を簡素化して、リアルタイムで、トロリ装置６の走行位置、横行位置などを求めることができ、これによって運転の自動化、半自動化を達成することができる（請求項２の効果）。
【００５７】
また、この実施の形態では、カメラ１１から出力される映像信号を画像処理して得られたトロリ装置６の座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値などの位置データをハードディスク機構４５に記憶しておき、荷役・保管管理部（図示は省略する）から要求があったとき、ハードディスク機構４５をアクセスして、荷物１６に対する積み降ろし、移動などを行ったときの座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値などを荷役・保管管理部に供給し、保管倉庫内にある荷物１６の管理などを行わせるようにしているので、移動作業対象となる荷物１６の管理を簡素化して、保管業務などの省力化を達成することができる（請求項３の効果）。
【００５８】
また、この実施の形態では、カメラ１１から出力される映像信号を画像処理してフック８の上下座標値を求め、この上下座標値を保管管理業務に使用するようにしているので、荷物１６の三次元管理を可能にして、移動作業対象となる荷物１６の管理や省力化を飛躍的に高めることができる（請求項４の効果）。
【００５９】
《他の実施の形態》
また、上述した実施の形態では、壁２に複数の走行目印１０を設けるとともに、トロリ装置６に横行目印２２を設け、これら各走行目印１０の映像、横行目印２２の映像を抽出して、トロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値を求めるようにしているが、実際のクレーン設備、または保管倉庫内などの各部位に、画像処理技術を使用して、判別可能な部位などがあれば、これら部位の映像を抽出して、トロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値を求めるようにしても良い。
【００６０】
このようにすることにより、壁２に複数の走行目印１０を描くことなく、かつトロリ装置６に横行目印２２を描くことなく、トロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値を求めることができ、その分だけ、初期コストを低減させることができる。
【００６１】
また、上述した実施の形態では、フック８の映像を処理して、フック８の上下座標を求めるようにしているが、荷物１６の上下座標を必要としないときには、このようなフック８の映像処理を省略するようにしても良い。
【００６２】
このようにすることにより、パーソナルコンピュータ１３の処理負担を軽くし、その分だけＣＰＵの処理速度を下げるとともに、メモリ使用量を低減させ、パーソナルコンピュータ１３のコストを下げることができる。
【００６３】
また、上述した実施の形態では、１台のカメラ１１によって、壁２に描かれた各走行目印１０、トロリ装置６に描かれた横行目印２２、ワイヤ７の先端に設けられたフック８などを撮影して、トロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値、フック８の上下座標値を求めるようにしているが、１台のカメラ１１によって、各走行目印１０、横行目印２２、フック８などを撮影することが難しいとき、複数のカメラによって、これら各走行目印１０、横行目印２２、フック８などを分担して撮影し、これによって得られた各映像信号を画像処理して、トロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値、フック８の上下座標値を求めたり、複数のカメラによって、複数の方向を撮影し、これによって得られた各映像信号のうち、各走行目印１０、横行目印２２、フック８などを含む１つの映像信号を選択して、トロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値、フック８の上下座標値を求めるようにしても良い。
【００６４】
このようにすることにより、各カメラの視野角を小さくして、画像処理の精度を高くし、トロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値、フック８の上下座標値を求めるときの精度をさらに向上させることができる。
【００６５】
また、上述した実施の形態では、１台のカメラ１１によって、壁２に描かれた各走行目印１０、トロリ装置６に描かれた横行目印２２、ワイヤ７の先端に設けられたフック８などを撮影して、トロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値、フック８の上下座標値を求めるようにしているが、ガーダ装置４、トロリ装置６、巻き上げ装置９などに、１つ以上のエンコーダを設け、これらのエンコーダによって、トロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値、フック８の上下座標値のいずれか１つ以上を検知しているときには、この検知結果と、カメラ１１から出力される映像信号を画像処理して得られた検知結果とを組み合わせて、総合的な位置データを求めるようにしても良い。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、請求項１のクレーン位置検出システムでは、既存のクレーン設備についても、エンコーダなどを追加するときなどのように、モータやギア部分の設計変更を行うことなく、高い応答速度、高い検知精度で、ガーダ装置、トロリ装置などの位置を連続的に検知することができ、これによって運転の自動化、半自動化を達成することができる。また、実際のクレーン設備、または保管倉庫内などの各部位に、画像処理技術を使用して、判別可能な部位などがあれば、これら部位の映像を抽出して、トロリ装置のＸ座標値、Ｙ座標値を求めるようにすることで、壁に複数の走行目印を描く必要がなく、かつトロリ装置に横行目印を描く必要もなく、その分だけ、初期コストを低減させることができる。
【００６７】
請求項２のクレーン位置検出システムでは、撮像装置から出力される映像信号を画像処理して、トロリ装置などの走行位置、横行位置などを求めるときの処理手順を簡素化して、リアルタイムで、トロリ装置の走行位置、横行位置などを求めることができ、これによって運転の自動化、半自動化を達成することができる。
【００６８】
請求項３のクレーン位置検出システムでは、撮像装置から出力される映像信号を画像処理して得られたトロリ装置などの走行位置、横行位置などに基づき、移動作業対象となる荷物の管理を簡素化して、保管業務などの省力化を達成することができる。
【００６９】
請求項４のクレーン位置検出システムでは、撮像装置から出力される映像信号を画像処理して、トロリ装置などの走行位置、横行位置を検知することができるのみならず、フックの上下位置などを検知することができ、これによって荷物の三次元管理を可能にして、移動作業対象となる荷物の管理や省力化を飛躍的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるクレーン位置検出システムの一実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す操縦室内に設けられるコントローラ、シーケンサ、パーソナルコンピュータの詳細な構成例を示す正面図である。
【図３】図１に示すカメラから見える像の一例を示す斜視図である。
【図４】図２に示すパソコン本体の詳細な回路構成例を示すブロック図である。
【図５】図４に示すマザーボードのメモリ上に形成される各処理部の一例を示す説明図である。
【図６】図１に示すカメラ１１に標準レンズを取り付けた状態で、トロリ装置のＸ軸座標値を求めるときの動作を示す説明図である。
【図７】図１に示すカメラ１１に広角レンズを取り付けた状態で、トロリ装置のＸ軸座標値を求めるときの動作を示す説明図である。
【図８】図１に示すカメラ１１に標準レンズを取り付けた状態で、トロリ装置のＹ軸座標値、フックの上下座標値を求めるときの動作を示す説明図である。
【符号の説明】
１…天上クレーン設備、２…壁、３…ガイドレール、４…ガーダ装置、５…ガイドレール、６…トロリ装置、７…ワイヤ、８…フック、９…巻き上げ装置、１０…走行目印、１１…カメラ（撮像装置）、１２…操縦室、１３…パーソナルコンピュータ（画像解析装置）、１４…コントローラ、１５…シーケンサ、１６…荷物、１７…ガーダ本体部、１８…走行輪、１９…走行輪、２０…モータ、２１…トロリ本体、２２…横行目印、２３…走行輪、２４…走行輪、２５…巻き上げ枠、２６…巻取部、２７…巻き上げモータ、２８…支持部、２９…テレビカメラ本体、３０…操縦室本体、３１…窓、３３…操縦レバー、３４…処理部、３６…アナログボード、３７…アナログ入出力端子、３８…デジタルボード、３９…デジタル入出力端子、４０…処理ボード、４１…パソコン本体、４２…表示器、４３…キーボード、４５…ハードディスク機構、４６…入出力ボード、４７…ビデオボード、４８…マザーボード、４９…モータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、工場などに設置される天上クレーン設備などで使用されるクレーン位置検出システムに係わり、特にカメラを使用してクレーン設備を構成するトロリ装置の位置などを計測し、位置決め精度を飛躍的に向上させるクレーン位置検出システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
工場などに設置される天上クレーン設備などでは、ガーダ装置、トロリ装置などの各限界位置に設けられるリミットスイッチ、各運転用電動機、車輪などに取り付けられる複数のエンコーダ、これら各リミットスイッチ、各エンコーダの検出結果に基づき、トロリ装置の位置などを判定してオペレータに提示する処理装置などで構成されるクレーン位置検出システムを備えている。そして、このクレーン位置検出システムによって、前記ガーダ装置、トロリ装置の現在位置などを検知し、ガーダ装置、トロリ装置などが限界位置に来たとき、それ以上、ガーダ装置、トロリ装置などが移動しないようにして、作業の安全を確保しながら、オペレータに、ガーダ装置、トロリ装置などの現在位置などを提示して、ガーダ速度、ガーダ位置、トロリ速度、トロリ位置などを調整させ、荷物の積み降ろしなどを行わせている。
【０００３】
また、このようなクレーン位置検出システム以外では、超音波センサ、レーザセンサなどを使用して、２つのクレーンの接近距離を測定し、この測定結果に基づき、オペレータにクレーン間距離を知らせ、安全性をさらに高めたものも開発されている。
【０００４】
また、海運用コンテナなどの積み降ろしを行う荷役用クレーン設備やゴミ処理場などで使用されるゴミ処理クレーン設備など、高い作業効率が求められるクレーン設備では、クレーン位置検出システムを構成するエンコーダとして、高速で、かつ精密な検知を行うことができるエンコーダを使用し、走行位置、横行位置、巻き上げ位置などをリアルタイムで検知して、これをオペレータに提示するのみならず、検知結果を使用して、振れ止め制御、自動制御などを加味した最適な運転制御方式で、海運用コンテナ、ゴミなどの積み降ろしを行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、保管倉庫、ストックヤードなどで使用されるクレーン設備などでも、自動運転、あるいは半自動運転、さらに移動作業対象となる荷物の管理や省力化を行うことが強く求められている。
【０００６】
しかしながら、このような保管倉庫、ストックヤードなどで使用されている既存のクレーン設備では、要求される設備コスト、要求される運転精度などの関係上、海運用コンテナなどの積み降ろしを行う荷役用クレーン設備やゴミ処理場などで使用されるゴミ処理クレーン設備などで使用されているエンコーダ、すなわち高い応答速度、高い検知精度などを持つエンコーダを使用していないことが多いことから、処理装置内にインストールされているプログラムを改修しただけでは、自動運転、半自動運転、移動作業対象となる荷物の管理や省力化を実現することが難しいという問題があった。
【０００７】
そこで、このような問題を解決する方法として、このような保管倉庫、ストックヤードなどで使用される各クレーン設備に、高速で、かつ精密な検知を行うことができるエンコーダを追加して、巻き上げ位置、横行位置などを瞬時に、かつ精密に検知し得るようにし、自動運転、半自動運転、移動作業対象となる荷物の管理や省力化を実現する方法が提案されている。
【０００８】
しかしながら、このようなクレーン設備、特に天上クレーン設備では、設備全体の軽量化、設備全体の省スペース化を目的にした設計思想の下で設計され、エンコーダを追加する余裕を持っていないことが多い。このため、モータ、ギア、あるいはその周りなどの設計を変更するなどの大がかりな改造工事を行わなければならず、設備全体を容易に自動化、半自動化させることが難しいという問題があった。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑み、請求項１では、既存のクレーン設備についても、エンコーダなどを追加するときなどのように、モータやギア部分の設計変更を行うことなく、高い応答速度、高い検知精度で、ガーダ装置、トロリ装置などの位置を連続的に検知することができ、これによって運転の自動化、半自動化を達成することができるクレーン位置検出システムを提供することを目的としている。
【００１０】
請求項２では、撮像装置から出力される映像信号を画像処理して、トロリ装置などの走行位置、横行位置などを求めるときの処理手順を簡素化して、リアルタイムで、トロリ装置の走行位置、横行位置などを求めることができ、これによって運転の自動化、半自動化を達成することができるクレーン位置検出システムを提供することを目的としている。
【００１１】
請求項３では、撮像装置から出力される映像信号を画像処理して得られたトロリ装置などの走行位置、横行位置などに基づき、移動作業対象となる荷物の管理を簡素化して、保管業務などの省力化を達成することができるクレーン位置検出システムを提供することを目的としている。
【００１２】
請求項４では、撮像装置から出力される映像信号を画像処理してトロリ装置などの走行位置、横行位置を検知することができるのみならず、フックの上下位置などを検知することができ、これによって荷物の三次元管理を可能にして、移動作業対象となる荷物の管理や省力化を飛躍的に高めることができるクレーン位置検出システムを提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、請求項１では、壁などに固定された一対のガイドレール上にガーダ装置を走行可能に載置し、前記ガーダ装置上部にガーダ装置の走行方向と直交する方向に設けられた一対のガイドレール上にトロリ装置を走行可能に載置して構成されたクレーン設備における前記トロリ装置の位置を示すＸ軸座標値、Ｙ軸座標値を測定するクレーン位置検出システムであって、前記ガーダ装置の走行方向に沿って配置され、形状や色がそれぞれ異なる複数の走行目印と、前記クレーン設備を構成するガーダ装置に取り付けられ、前記走行目印、前記トロリ装置を撮影する撮像装置と、前記撮像装置で撮像された各走行目印映像とそれに対応する走行位置情報を予め登録した記憶装置と、前記撮像装置から出力される映像信号を画像解析して、前記トロリ装置のＸ軸座標値、Ｙ軸座標値を求める画像解析装置とを備え、前記画像解析装置は、前記記憶装置に登録された走行目印映像である走行目印登録映像と、前記撮像装置から出力される走行目印映像とを比較して走行位置を判定することを特徴としている。
【００１４】
請求項２では、請求項１に記載のクレーン位置検出システムにおいて、前記画像解析装置は、前記撮像装置から出力される映像信号中に含まれる走行目印の映像と前記撮像装置の視野中心との相対位置関係に基づき、前記トロリ装置のＸ軸座標値を求めるとともに、前記撮像装置から出力される映像信号中に含まれるトロリ装置の映像と前記撮像装置の視野中心との相対位置関係に基づき、前記トロリ装置のＹ軸座標値を求めることを特徴としている。
【００１５】
請求項３では、請求項１、２のいずれかに記載のクレーン位置検出システムにおいて、前記画像解析装置は、前記撮像装置から出力される映像信号を画像解析して得られたトロリ装置のＸ座標値、Ｙ座標値を荷役作業に関連する荷物の保管位置情報として出力することを特徴としている。
【００１６】
請求項４では、請求項１、２、３のいずれかに記載のクレーン位置検出システムにおいて、前記撮像装置は、前記トロリ装置に設けられた巻き上げ装置のフック部分を撮影し、前記画像解析装置は、前記トロリ装置のＹ座標値を参照しながら、前記撮像装置から出力される映像信号中に含まれる前記フックの映像と前記撮像装置の視野中心との相対位置関係に基づき、前記フックの上下座標値を求め、これを荷役作業に関連する荷物の保管位置情報として出力することを特徴としている。
【００１７】
上記の構成により、請求項１では、クレーン設備を構成するガーダ装置に取り付けられた撮像装置によって、クレーン設備の固定部側に取り付けられる１つ以上の走行目印、トロリ装置を撮影するとともに、画像解析装置によって、撮像装置から出力される映像信号を画像解析して、トロリ装置のＸ軸座標値、Ｙ軸座標値を求めることにより、既存のクレーン設備についても、エンコーダなどを追加するときなどのように、モータやギア部分の設計変更を行うことなく、高い応答速度、高い検知精度で、ガーダ装置、トロリ装置などの位置を連続的に検知し、これによって運転の自動化、半自動化を達成する。
【００１８】
請求項２では、画像解析装置によって、撮像装置から出力される映像信号中に含まれる走行目印の映像と、撮像装置の視野中心との相対位置関係に基づき、トロリ装置のＸ軸座標値を求めるとともに、撮像装置から出力される映像信号中に含まれるトロリ装置の映像と、撮像装置の視野中心との相対位置関係に基づき、トロリ装置のＹ軸座標値を求めることにより、撮像装置から出力される映像信号を画像処理して、トロリ装置などの走行位置、横行位置などを求めるときの処理手順を簡素化して、リアルタイムで、トロリ装置の走行位置、横行位置などを求め、これによって運転の自動化、半自動化を達成する。
【００１９】
請求項３では、画像解析装置によって、撮像装置から出力される映像信号を画像解析して得られたトロリ装置のＸ座標値、Ｙ座標値を荷役作業に関連する荷物の保管位置情報として出力することにより、撮像装置から出力される映像信号を画像処理して得られたトロリ装置などの走行位置、横行位置などに基づき、移動作業対象となる荷物の管理を簡素化して、保管業務などの省力化を達成する。
【００２０】
請求項４では、画像解析装置によって、トロリ装置のＹ座標値を参照しながら、撮像装置から出力される映像信号中に含まれるフックの映像と、撮像装置の視野中心との相対位置関係に基づき、フックの上下座標値を求め、必要に応じて、これを荷役作業に関連する荷物の保管位置情報として出力することにより、撮像装置から出力される映像信号を画像処理して、トロリ装置などの走行位置、横行位置を検知するのみならず、フックの上下位置などを検知し、これによって荷物の三次元管理を可能にして、移動作業対象となる荷物の管理や省力化を飛躍的に高める。
【００２１】
【発明の実施の形態】
《実施の形態の構成》
図１は本発明によるクレーン位置検出システムの一実施の形態を使用した天上クレーン設備の一例を示す斜視図である。
【００２２】
この図に示す天上クレーン設備１は、保管倉庫などの壁２などに固定される１対のガイドレール３と、各ガイドレール３上に載置され、オペレータからの指示に基づき、Ｘ軸方向に走行するガーダ装置４と、このガーダ装置４の上部に設けられた１対のガイドレール５上に載置され、オペレータからの指示に基づき、Ｙ軸方向に走行するトロリ装置６と、このトロリ装置６の上部に設けられ、ワイヤ７の巻き取り、繰り出しなどを行って、ワイヤ７の先端に取り付けられたフック８を上下させる巻き上げ装置９と、ガーダ装置４の下面側に取り付けられ、一方の壁２に描かれた複数の走行目印１０、トロリ装置６、フック８などを撮影するカメラ１１と、ガーダ装置４の下面に設けられる操縦室１２と、図２に示すように、操縦室１２内に配置され、カメラ１１で得られた映像信号を解析して、トロリ装置６の位置、フック８の位置などをオペレータに提示するパーソナルコンピュータ１３、ガーダ装置４の走行制御、トロリ装置６の走行制御、巻き上げ装置９の巻き上げ制御などを行うとき、オペレータによって操作されるコントローラ１４と、このコントローラ１４から出力される制御信号に基づき、パーソナルコンピュータ１３を動作させながら、ガーダ装置４、トロリ装置６、巻き上げ装置９などの動作を制御するシーケンサ１５とを備えている。
【００２３】
そして、操縦室１２内のオペレータによって、コントローラ１４、パーソナルコンピュータ１３、シーケンサ１５などの電源が投入されて、コントローラ１４が操作されたとき、カメラ１１によって得られた映像信号の解析処理を開始して、各走行目印１０の映像と、ガーダ装置４の映像と、カメラ１１の視野中心との位置関係、トロリ装置６の映像と、フック８の映像と、カメラ１１の視野中心との位置関係などに基づき、トロリ装置６の座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値などを計算して、オペレータに提示するとともに、オペレータの操作内容に応じて、ガーダ装置４、トロリ装置６、巻き上げ装置９などを制御して、荷物１６の積み降ろし、移動などを行うとともに、荷役・保管管理部（図示は省略する）からの要求に応じて、荷物１６に対する積み降ろし、移動などを行ったときの座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値などを荷役・保管管理部に供給し、保管倉庫内にある荷物１６の管理などを行わせる。
【００２４】
各ガイドレール３は、保管倉庫などを構成する各壁のうち、Ｘ軸方向に配置された壁２などの上部、あるいは天上を構成する梁のうち、Ｘ軸方向に配置された梁などの上部などに各々、配置されており、ガーダ装置４の各端部をＸ軸方向に走行自在に支持する。
【００２５】
ガーダ装置４は、枠状に形成されるガーダ本体部１７と、このガーダ本体部１７の一端側下面に回転自在に設けられ、その外周面が一方のガイドレール３上に接して、ガーダ本体部１７の一端側を支持する複数の走行輪１８と、ガーダ本体部１７の他端側下面に回転自在に設けられ、その外周面が他方のガイドレール３上に接して、ガーダ本体部１７の他端側を支持する複数の走行輪１９と、シーケンサ１５からの指示に基づき、各走行輪１８、１９を回転駆動して、ガーダ本体部１７をＸ軸方向に走行させる複数のモータ２０と、ガーダ本体部１７の上部に、Ｙ軸方向に沿うように配置される１対のガイドレール５とを備えており、シーケンサ１５からの指示に基づき、各モータ２０を動作させて、一方のガイドレール３上に載せられている一方の走行輪１８と、他方のガイドレール３に載せられている他方の走行輪１９とを回転駆動させ、ガーダ本体部１７をＸ軸方向に走行させる。
【００２６】
トロリ装置６は、箱状に形成されるトロリ本体２１と、このトロリ本体２１に描かれる横行目印２２と、トロリ本体２１の一側部下面に回転自在に設けられ、その外周面が一方のガイドレール５上に接して、トロリ本体２１の一側部を支持する複数の走行輪２３と、トロリ本体２１の他側部下面に回転自在に設けられ、その外周面が他方のガイドレール５上に接して、トロリ本体２１の他側部を支持する複数の走行輪２４と、シーケンサ１５からの指示に基づき、各走行輪２３、２４を回転駆動して、トロリ本体２１をＹ軸方向に走行させるモータ４９とを備えており、シーケンサ１５からの指示に基づき、モータ４９を動作させて、一方のガイドレール５に載せられている一方の各走行輪２３と、他方のガイドレール５に載せられている他方の各走行輪２４を回転駆動させ、トロリ本体２１をＹ軸方向に走行させる。
【００２７】
巻き上げ装置９は、トロリ本体２１の上部に配置される巻き上げ枠２５と、この巻き上げ枠２５内に回転自在に取り付けられる巻取部２６と、巻き上げ枠２５に固定され、シーケンサ１５からの指示に基づき、巻取部２６を正転方向または逆転方向に回転駆動して、巻取部２６に巻付けられているワイヤ７を上下方向に走行させる巻き上げモータ２７と、ワイヤ７の先端部分に設けられ、荷物１６を釣上げるフック８とを備えており、シーケンサ１５からの指示に基づき、巻き上げモータ２７を回転駆動させて、巻取部２６を正転方向または逆転方向に回転させ、ワイヤ７に先端に取り付けられているフック８を上下させる。
【００２８】
カメラ１１は、ガーダ本体部１７の下面部分のうち、壁２に描かれた各走行目印１０、トロリ装置６に描かれた横行目印２２、およびワイヤ７の先端に取り付けられたフック８などを撮影し得る部分に垂設される支持部２８と、この支持部２８の下端に固定され、水平方向を中心にして、壁２に描かれた各走行目印１０、トロリ装置６に描かれた横行目印２２、およびワイヤ７の先端に取り付けられたフック８などを撮影するテレビカメラ本体２９とを備えており、パーソナルコンピュータ１３からの指示に基づき、図３に示すように、壁２に描かれた各走行目印１０、トロリ装置６に描かれた横行目印２２、およびワイヤ７の先端に取り付けられたフック８などを撮影し、これによって得られた映像信号をパーソナルコンピュータ１３に供給する。
【００２９】
操縦室１２は、ガーダ本体部１７の下面に固定され、このガーダ本体部１７とともにＸ軸方向に移動する箱状の操縦室本体３０と、この操縦室本体３０の前面、側面に形成される複数の窓３１とを備えており、出入り口から操縦室本体３０内に乗り込んだオペレータに操縦空間を提供し、天上クレーン設備１の運転を行わせる。
【００３０】
コントローラ１４は、操縦室１２内に配置されるコントローラ筐体の上部などに配置され、オペレータによって操作される複数の操縦レバー３３と、コントローラ筐体内に配置され、各操縦レバー３３の操作内容に応じてガーダ装置４の各モータ２０、トロリ装置６のモータ４９、および巻き上げ装置９の巻き上げモータ２７をそれぞれ動作させるのに必要な制御信号を生成する処理部３４とを備えており、操縦室１２内のオペレータによって各操縦レバー３３が操作されたとき、ガーダ装置４の各モータ２０、トロリ装置６のモータ４９、巻き上げ装置９の巻き上げモータ２７を動作させるのに必要な制御信号を生成し、これをシーケンサ１５に供給する。
【００３１】
シーケンサ１５は、操縦室１２内に配置されるシーケンサ筐体内に配置され、アナログ信号を処理する複数のアナログボード３６と、シーケンサ筐体の裏面などに設けられ、各アナログボード３６に対してアナログ信号の入出力を行う複数のアナログ入出力端子３７と、シーケンサ筐体内に配置され、デジタル信号を処理する複数のデジタルボード３８と、シーケンサ筐体の裏面などに設けられ、各デジタルボード３８に対してデジタル信号の入出力を行う複数のデジタル入出力端子３９と、シーケンサ筐体内に配置され、各アナログボード３６と各デジタルボード３８とを連携させる処理ボード４０とを備えており、コントローラ１４から制御信号が出力されたとき、トリガー信号を生成して、これをパーソナルコンピュータ１３に供給するとともに、各制御信号に応じて、駆動電流を出力し、ガーダ装置４の走行制御、トロリ装置６の走行制御、巻き上げ装置９の巻き上げ制御などを行う。
【００３２】
パーソナルコンピュータ１３は、操縦室１２内に配置され、電源が投入されたときカメラ１１の動作を開始させ、このカメラ１１から出力される映像信号の取り込み処理を開始した後、シーケンサ１５からトリガー信号が出力される毎に、画像を解析して、各走行目印１０と視野中心との位置関係、トロリ装置６と視野中心との位置関係、およびフック８と視野中心との位置関係などを求めるとともに、これらの各位置関係に基づき、トロリ装置６の座標値（Ｘ，Ｙ）、フック７の上下座標値などの位置データを求めるパソコン本体４１と、このパソコン本体４１で得られた位置データを予め設定されている表示形式で、画面表示する表示器４２と、複数の文字キー、テンキーなどを有し、オペレータによって各文字キー、テンキーなどが操作されたとき、操作されたキーに応じた各種指令、各種データを生成してパソコン本体４１に供給するキーボード４３とを備えている。
【００３３】
このパーソナルコンピュータ１３では、電源が投入されたときカメラ１１を動作させ、このカメラ１１から出力される映像信号の取り込み処理を開始し、シーケンサ１５からトリガー信号が出力されたとき、カメラ１１から出力される映像信号を画像処理して各走行目印１０と視野中心との位置関係、トロリ装置６と視野中心との位置関係、およびフック８と視野中心との位置関係などを求め、さらにこれらの各位置関係に基づき、トロリ装置６の座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値などの位置データを求めて、これを記憶するとともに、予め設定されている表示形式で、表示器４２上に表示し、また荷役・保管管理部からデータ要求が出力される毎に、記憶している位置データのうち、要求された位置データを読み出し、これを荷役・保管管理部に転送する。
【００３４】
この場合、パソコン本体４１は、図４に示すように、パソコン本体４１の動作を規定するプログラム、画像解析処理で得られた各位置データなどを記憶するハードディスク機構４５と、キーボード４３から出力される各種指令、各種データの取込み処理、シーケンサ１５から出力されるトリガー信号などの取込み処理、荷役・保管管理部から出力されるデータ要求の取込み処理、荷物１６を保管した場所などを示す位置データ、各種信号の出力処理などを行う入出力ボード４６と、カメラ１１から出力される映像信号の取込み処理、表示データの出力処理などを行うビデオボード４７と、入出力ボード４６によって取り込まれた各種指令、各種データ、トリガー信号、データ要求などの処理、入出力ボード４６を介して、カメラ１１の動作を制御する処理、ビデオボード４７によって取り込まれた映像信号を解析してトロリ装置６の座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値などの位置データを求める処理、この処理で得られた位置データに基づき、表示データを生成する処理、この処理で得られた表示データをビデオボード４７を介し、表示器４２に供給する処理、位置データをハードディスク機構４５に記憶させる処理、このハードディスク機構４５に記憶されている位置データを入出力ボード４６に転送して、荷役・保管部（図示は省略する）などに供給する処理などを行うマザーボード４８とを備えている。
【００３５】
そして、オペレータによって、電源が投入されたとき、ハードディスク機構４５に記憶されているプログラムに基づき、入出力ボード４６、ビデオボード４７、マザーボード４８を起動させて、カメラ１１を動作させ、シーケンサ１５からトリガー信号が出力されたとき、このカメラ１１から出力される映像信号を画像処理して、各走行目印１０と視野中心との位置関係、トロリ装置６と視野中心との位置関係、フック８と視野中心との位置関係などを求めるとともに、これら各位置関係に基づき、トロリ装置６の座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値などの位置データを求め、これを表示器４２上に表示して、オペレータに提示しながら、ハードディスク機構４５に記憶する。また、この動作と並行し、荷役・保管管理部からデータ要求が出力される毎に、ハードディスク機構４５に記憶されている各位置データのうち、指定された位置データを読み出して、荷役・保管管理部に転送し、荷物１６の管理などを行わせる。
【００３６】
《実施の形態の動作》
次に、図１に示す斜視図、図２に示す正面図、図３に示す斜視図、図４に示すブロック図を参照しながら、この実施の形態の動作について詳細に説明する。
【００３７】
まず、操縦室１２内のオペレータによって、コントローラ１４、シーケンサ１５、パーソナルコンピュータ１３の電源が投入されると、パーソナルコンピュータ１３内のバードディスク機構４５に記憶されたプログラムに基づき、マザーボード４８内のメモリ上に、図５に示すように、画像処理目印判別部４９、走行目印選別部５０、走行位置演算部５１、走行位置メモリ部５２、横行位置演算部５３、横行位置メモリ部５４、巻き上げ位置演算部５５、巻き上げ位置メモリ部５６が形成されるとともに、カメラ１１が動作して、壁２に形成された複数の走行目印１０の映像と、トロリ装置６の映像と、フック８の映像とを含む映像信号の出力が開始される。
【００３８】
そして、オペレータによって、コントローラ１４の操作が開始されて、このコントローラ１４から制御信号の出力が開始され、シーケンサ１５からトリガー信号が出力されると、パーソナルコンピュータ１３内に形成された画像処理目印判別部４９によって、カメラ１１から出力される映像信号が取り込まれるとともに、この映像信号中に含まれている各走行目印１０の映像（走行目印映像）、横行目印２２の映像（横行目印映像）、フック８の映像（フック映像）が判別されて、抽出される。
【００３９】
この後、走行目印選別部５０によって、画像処理目印判別部４９で抽出された各走行目印映像のうち、カメラ１１の視野中心に近い走行目印映像が選択されるとともに、走行位置演算部５１によって、走行目印選別部５０で選択された走行目印映像と、予め登録されている各走行目印登録映像とが比較されて、走行目印映像と形状や色が一致する走行目印登録映像が選択された後、この走行目印登録映像の番号に基づき、ガーダ装置４の大まかな走行位置（Ｘ座標値）が判定され、さらに走行目印映像がカメラ１１の視野中心から左方向、右方向のどちらに、どの程度ずれているかが判定され、この判定結果に基づき、ガーダ装置４の細かな走行位置（Ｘ座標値）が求められる。
【００４０】
この際、カメラ１１を取り付けた後、行われる調整時点で、何点か実測して得られた値に基づき、カメラ１１に設けられているレンズ５７の特性に応じた、画像上の相対距離と、実際の距離とが解析されて、演算上の倍率（定数）、標準レンズの視野、広角レンズの視野、その曲率関数ｆ（ｘ）などを示す各関数が一義的に決めらていることから、カメラ１１に取り付けられているレンズ５７が図６に示すような標準レンズであるとき、次式に示す演算が行われて、ガーダ装置４の細かな走行位置（Ｘ座標値）が求められるとともに、これがガーダ装置４の大まかな走行位置（Ｘ座標値）に加算されて、ガーダ装置４の正確な走行位置（Ｘ座標値）が求められ、これが走行位置メモリ部５２と、ハードディスク機構４５とに記憶される。
【００４１】
Ｌ＝Ｌ’・Ｓ／Ｓ’ …（１）
但し、Ｌ：走行目印１０と、ガーダ装置４の中心との距離
Ｓ：カメラ１１のレンズ５７と、壁２との距離
Ｌ’：カメラ１１のレンズ５７による投影面の中心と、投影面上に
ある走行目印１０との距離
Ｓ’：カメラ１１のレンズ５７と、このレンズ５７による投影面と
の距離
また、カメラ１１に取り付けられているレンズ５７が図７に示すような広角レンズであるときには、カメラ１１に取り付けられているレンズ５７のレンズ面曲率を示す曲率関数ｆ（ｘ）に基づき、レンズ５７による投影面の中心と、投影面上の走行目印１０との距離Ｌ’が補正された後、補正済みの距離Ｌ’が（１）式に代入されて、ガーダ装置４の細かな走行位置（Ｘ座標値）が求められるとともに、これがガーダ装置４の大まかな走行位置（Ｘ座標値）に加算されて、ガーダ装置４の正確な走行位置（Ｘ座標値）が求められ、これが走行位置メモリ部５２と、ハードディスク機構４５とに記憶される。
【００４２】
また、上述した動作と並行し、横行位置演算部５３によって、画像処理目印判別部４９で抽出された横行目印映像が視野中心から、どの程度、上方にずれているかが判定され、この判定結果に基づき、トロリ装置６の細かな横行位置（Ｙ座標値）が求められる。
【００４３】
この際、カメラ１１を取り付けた後、行われる調整時点で、何点か実測して得られた値に基づき、カメラ１１に取り付けられているレンズ５７の特性に応じた、画像上の相対距離と、実際の距離とが解析されて、演算上の倍率（定数）、標準レンズの視野、広角レンズの視野、その曲率関数ｆ（ｘ）などを示す各関数が一義的に決めらていることから、カメラ１１に取り付けられているレンズ５７が図８に示すような標準レンズであるとき、次式に示す演算が行われて、トロリ装置６の正確な横行位置（Ｙ座標値）が求められ、これが横行位置メモリ部５４と、ハードディスク機構４５とに記憶される。
【００４４】
ｔ＝ａ×ｂ／ｔ’ …（２）
但し、ｔ：カメラ１１のレンズ５７と、トロリ装置６との水平距離
ａ：トロリ装置６の下面から、カメラ１１のレンズ５７までの垂直
距離
ｂ：カメラ１１のレンズ５７と、このレンズ５７による投影面との
水平距離
ｔ’：カメラ１１のレンズ５７による投影面の中心と、投影面上に
ある横行目印２２との垂直距離
また、カメラ１１に取り付けられているレンズ５７が広角レンズであるときには、カメラ１１に取り付けられているレンズ５７のレンズ面曲率を示す曲率関数ｆ（ｘ）に基づき、レンズ５７による投影面の中心と、投影面上の横行目印２２との垂直距離ｔ’が補正された後、補正済みの垂直距離ｔ’が（２）式に代入されて、トロリ装置６の正確な横行位置（Ｙ座標値）が求められ、これが横行位置メモリ部５４と、ハードディスク機構４５とに記憶される。
【００４５】
また、上述した動作と並行し、巻き上げ位置演算部５５によって、横行位置メモリ部５４に記憶されているトロリ装置６の正確な横行位置（Ｙ座標値）が参照されて、画像処理目印判別部４９で抽出されたフック映像が視野中心から、どの程度、下方または上方にずれているかが判定され、この判定結果に基づき、フック８の細かな上下位置（上下座標値）が求められる。
【００４６】
この際、カメラ１１を取り付けた後、行われる調整時点で、何点か実測して得られた値に基づき、カメラ１１に取り付けられているレンズ５７の特性に応じた、画像上の相対距離と、実際の距離とが解析されて、演算上の倍率（定数）、標準レンズの視野、広角レンズの視野、その曲率関数ｆ（ｘ）などを示す各関数が一義的に決めらていることから、カメラ１１に取り付けられているレンズ５７が図８に示すような標準レンズであるとき、次式に示す演算が行われて、フック８の正確な上下位置（上下座標値）が求められ、これが巻き上げ位置メモリ部５６と、ハードディスク機構４５とに記憶される。
【００４７】
ｄ＝ｄ’×ｔ／ｂ …（３）
但し、ｄ：フック８の正確な上下位置（上下座標値）
ｔ：カメラ１１のレンズ５７と、トロリ装置６との水平距離
ｂ：カメラ１１のレンズ５７と、このレンズ５７による投影面との
水平距離
ｄ’：カメラ１１のレンズ５７による投影面の中心と、投影面上に
あるフック映像との垂直距離
また、カメラ１１に取り付けられているレンズ５７が広角レンズであるときには、カメラ１１に取り付けられているレンズ５７のレンズ面曲率を示す曲率関数ｆ（ｘ）に基づき、レンズ５７による投影面の中心と、投影面上のフック映像との垂直距離ｄ’が補正された後、補正済みの垂直距離ｄ’が（３）式に代入されて、フック８の正確な上下位置（上下座標値）が求められ、これが巻き上げ位置メモリ部５６と、ハードディスク機構４５とに記憶される。
【００４８】
そして、マザーボード４８のＣＰＵによって、走行位置メモリ部５２に記憶されているＸ座標値、横行位置メモリ部５４に記憶されているＹ座標値、巻き上げ位置メモリ部５６に記憶されている上下座標値に基づき、表示データが作成されて、表示器４２上に、トロリ装置６の座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値が表示され、オペレータに提示される。
【００４９】
以下、所定の周期で、上述した動作が繰り返されて、ガーダ装置４の移動、トロリ装置６の移動、フック８の移動に伴い、表示器４２上に表示されているトロリ装置６の座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値がリアルタイムで更新される。
【００５０】
また、上述した動作と並行し、操縦室１２内のオペレータによって、コントローラ１４の操縦レバー３３が操作されて、このコントローラ１４から操縦レバー３３の操作内容に応じた制御信号が出力される毎に、シーケンサ１５から制御信号に応じた駆動電流が出力されて、ガーダ装置４に設けられた各モータ２０、トロリ装置６に設けられたモータ４９、巻き上げ装置９に設けられた巻き上げモータ２７が駆動される。
【００５１】
これにより、ガーダ装置４、トロリ装置６がＸ軸方向、Ｙ軸方向に各々、走行して、トロリ装置６のＸ座標、Ｙ座標が調整されるとともに、ワイヤ７の繰り出し、巻き戻しが行われて、フック８の上下座標が調整され、荷物１６の積み降ろしが行われる。
【００５２】
この際、作業対象となる荷物１６のＸ座標値、Ｙ座標値、上下座標値を予め設定し、自動モード、半自動モードを設定しておけば、シーケンサ１５によって、パーソナルコンピュータ１３によって得られたトロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値と、作業対象となる荷物１６のＸ座標値、Ｙ座標値とが比較され、これらが一致した時点で、ガーダ装置４、トロリ装置６が停止状態にされた後、フックの上下座標値と、作業対象となる荷物１６の上下座標値とが比較され、これらが一致した時点で、巻き上げ装置９が停止状態にされて、荷物１６の積み降ろしが行われる。
【００５３】
また、この動作と並行し、荷役・保管管理部（図示は省略する）からデータ要求が出されたとき、マザーボード４８によって、ハードディスク機構４５に記憶されている各積み降ろし時の位置データのうち、要求された位置データが読み出されて、これが荷役・保管管理部に供給されて、保管倉庫内にある荷物１６の管理などが行われる。
【００５４】
このようにこの実施の形態においては、操縦室１２内のオペレータによって、コントローラ１４、パーソナルコンピュータ１３、シーケンサ１５などの電源が投入されて、コントローラ１４が操作されたとき、カメラ１１によって得られた映像信号の解析処理を開始して、各走行目印１０の映像と、ガーダ装置４の映像と、カメラ１１の視野中心との位置関係、トロリ装置６の映像と、フック８の映像と、カメラ１１の視野中心との位置関係などに基づき、トロリ装置６の座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値などを計算して、オペレータに提示するとともに、オペレータの操作内容に応じて、ガーダ装置４、トロリ装置６、巻き上げ装置９などを制御して、荷物１６の積み降ろし、移動などを行うようにしているので、ガーダ装置４の下面側に１台のカメラ１１を取付け、簡単な配線作業を行うだけで、機械的な改造を一切、行うことなく、トロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値を正確に、かつリアルタイムで検知することができ、これによってクレーン設備を新設するとき、少なくとも３つのエンコーダを省略して、その分だけ設備コストを低減させることができるとともに、横行方向に移動するトロリ装置６と、操縦室１２との間の配線を省略して、スマートな機械設計を行わせることができる。
【００５５】
また、この実施の形態では、高速応答性を持ち、かつ精密な検知を行う高価なエンコーダを使用することなく、トロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値、フック８の上下座標値を正確に、かつリアルタイムで検知することができることから、これまで、エンコーダを取り付けることができなかった既存のクレーン設備に１台のカメラ１１を取付け、簡単な配線作業を行うだけで、エンコーダなどを追加するときなどのように、モータやギア部分の設計変更を行うことなく、高い応答速度、高い検知精度で、ガーダ装置４、トロリ装置６などの位置を連続的に検知することができ、これによって運転の自動化、半自動化を達成することができる（請求項１の効果）。
【００５６】
また、カメラ１１から出力される映像信号を処理して、トロリ装置６の座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値などを計算するとき、各走行目印１０と視野中心との位置関係、トロリ装置６と視野中心との位置関係、フック８と視野中心との位置関係などを求めるとともに、これら各位置関係に基づき、トロリ装置６の座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値などの位置データを求めるようにしているので、カメラ１１から出力される映像信号を画像処理する際の手順を簡素化して、リアルタイムで、トロリ装置６の走行位置、横行位置などを求めることができ、これによって運転の自動化、半自動化を達成することができる（請求項２の効果）。
【００５７】
また、この実施の形態では、カメラ１１から出力される映像信号を画像処理して得られたトロリ装置６の座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値などの位置データをハードディスク機構４５に記憶しておき、荷役・保管管理部（図示は省略する）から要求があったとき、ハードディスク機構４５をアクセスして、荷物１６に対する積み降ろし、移動などを行ったときの座標値（Ｘ，Ｙ）、フック８の上下座標値などを荷役・保管管理部に供給し、保管倉庫内にある荷物１６の管理などを行わせるようにしているので、移動作業対象となる荷物１６の管理を簡素化して、保管業務などの省力化を達成することができる（請求項３の効果）。
【００５８】
また、この実施の形態では、カメラ１１から出力される映像信号を画像処理してフック８の上下座標値を求め、この上下座標値を保管管理業務に使用するようにしているので、荷物１６の三次元管理を可能にして、移動作業対象となる荷物１６の管理や省力化を飛躍的に高めることができる（請求項４の効果）。
【００５９】
《他の実施の形態》
また、上述した実施の形態では、壁２に複数の走行目印１０を設けるとともに、トロリ装置６に横行目印２２を設け、これら各走行目印１０の映像、横行目印２２の映像を抽出して、トロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値を求めるようにしているが、実際のクレーン設備、または保管倉庫内などの各部位に、画像処理技術を使用して、判別可能な部位などがあれば、これら部位の映像を抽出して、トロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値を求めるようにしても良い。
【００６０】
このようにすることにより、壁２に複数の走行目印１０を描くことなく、かつトロリ装置６に横行目印２２を描くことなく、トロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値を求めることができ、その分だけ、初期コストを低減させることができる。
【００６１】
また、上述した実施の形態では、フック８の映像を処理して、フック８の上下座標を求めるようにしているが、荷物１６の上下座標を必要としないときには、このようなフック８の映像処理を省略するようにしても良い。
【００６２】
このようにすることにより、パーソナルコンピュータ１３の処理負担を軽くし、その分だけＣＰＵの処理速度を下げるとともに、メモリ使用量を低減させ、パーソナルコンピュータ１３のコストを下げることができる。
【００６３】
また、上述した実施の形態では、１台のカメラ１１によって、壁２に描かれた各走行目印１０、トロリ装置６に描かれた横行目印２２、ワイヤ７の先端に設けられたフック８などを撮影して、トロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値、フック８の上下座標値を求めるようにしているが、１台のカメラ１１によって、各走行目印１０、横行目印２２、フック８などを撮影することが難しいとき、複数のカメラによって、これら各走行目印１０、横行目印２２、フック８などを分担して撮影し、これによって得られた各映像信号を画像処理して、トロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値、フック８の上下座標値を求めたり、複数のカメラによって、複数の方向を撮影し、これによって得られた各映像信号のうち、各走行目印１０、横行目印２２、フック８などを含む１つの映像信号を選択して、トロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値、フック８の上下座標値を求めるようにしても良い。
【００６４】
このようにすることにより、各カメラの視野角を小さくして、画像処理の精度を高くし、トロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値、フック８の上下座標値を求めるときの精度をさらに向上させることができる。
【００６５】
また、上述した実施の形態では、１台のカメラ１１によって、壁２に描かれた各走行目印１０、トロリ装置６に描かれた横行目印２２、ワイヤ７の先端に設けられたフック８などを撮影して、トロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値、フック８の上下座標値を求めるようにしているが、ガーダ装置４、トロリ装置６、巻き上げ装置９などに、１つ以上のエンコーダを設け、これらのエンコーダによって、トロリ装置６のＸ座標値、Ｙ座標値、フック８の上下座標値のいずれか１つ以上を検知しているときには、この検知結果と、カメラ１１から出力される映像信号を画像処理して得られた検知結果とを組み合わせて、総合的な位置データを求めるようにしても良い。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、請求項１のクレーン位置検出システムでは、既存のクレーン設備についても、エンコーダなどを追加するときなどのように、モータやギア部分の設計変更を行うことなく、高い応答速度、高い検知精度で、ガーダ装置、トロリ装置などの位置を連続的に検知することができ、これによって運転の自動化、半自動化を達成することができる。また、実際のクレーン設備、または保管倉庫内などの各部位に、画像処理技術を使用して、判別可能な部位などがあれば、これら部位の映像を抽出して、トロリ装置のＸ座標値、Ｙ座標値を求めるようにすることで、壁に複数の走行目印を描く必要がなく、かつトロリ装置に横行目印を描く必要もなく、その分だけ、初期コストを低減させることができる。
【００６７】
請求項２のクレーン位置検出システムでは、撮像装置から出力される映像信号を画像処理して、トロリ装置などの走行位置、横行位置などを求めるときの処理手順を簡素化して、リアルタイムで、トロリ装置の走行位置、横行位置などを求めることができ、これによって運転の自動化、半自動化を達成することができる。
【００６８】
請求項３のクレーン位置検出システムでは、撮像装置から出力される映像信号を画像処理して得られたトロリ装置などの走行位置、横行位置などに基づき、移動作業対象となる荷物の管理を簡素化して、保管業務などの省力化を達成することができる。
【００６９】
請求項４のクレーン位置検出システムでは、撮像装置から出力される映像信号を画像処理して、トロリ装置などの走行位置、横行位置を検知することができるのみならず、フックの上下位置などを検知することができ、これによって荷物の三次元管理を可能にして、移動作業対象となる荷物の管理や省力化を飛躍的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるクレーン位置検出システムの一実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す操縦室内に設けられるコントローラ、シーケンサ、パーソナルコンピュータの詳細な構成例を示す正面図である。
【図３】図１に示すカメラから見える像の一例を示す斜視図である。
【図４】図２に示すパソコン本体の詳細な回路構成例を示すブロック図である。
【図５】図４に示すマザーボードのメモリ上に形成される各処理部の一例を示す説明図である。
【図６】図１に示すカメラ１１に標準レンズを取り付けた状態で、トロリ装置のＸ軸座標値を求めるときの動作を示す説明図である。
【図７】図１に示すカメラ１１に広角レンズを取り付けた状態で、トロリ装置のＸ軸座標値を求めるときの動作を示す説明図である。
【図８】図１に示すカメラ１１に標準レンズを取り付けた状態で、トロリ装置のＹ軸座標値、フックの上下座標値を求めるときの動作を示す説明図である。
【符号の説明】
１…天上クレーン設備、２…壁、３…ガイドレール、４…ガーダ装置、５…ガイドレール、６…トロリ装置、７…ワイヤ、８…フック、９…巻き上げ装置、１０…走行目印、１１…カメラ（撮像装置）、１２…操縦室、１３…パーソナルコンピュータ（画像解析装置）、１４…コントローラ、１５…シーケンサ、１６…荷物、１７…ガーダ本体部、１８…走行輪、１９…走行輪、２０…モータ、２１…トロリ本体、２２…横行目印、２３…走行輪、２４…走行輪、２５…巻き上げ枠、２６…巻取部、２７…巻き上げモータ、２８…支持部、２９…テレビカメラ本体、３０…操縦室本体、３１…窓、３３…操縦レバー、３４…処理部、３６…アナログボード、３７…アナログ入出力端子、３８…デジタルボード、３９…デジタル入出力端子、４０…処理ボード、４１…パソコン本体、４２…表示器、４３…キーボード、４５…ハードディスク機構、４６…入出力ボード、４７…ビデオボード、４８…マザーボード、４９…モータ
Claims (4)
- 壁などに固定された一対のガイドレール上にガーダ装置を走行可能に載置し、前記ガーダ装置上部にガーダ装置の走行方向と直交する方向に設けられた一対のガイドレール上にトロリ装置を走行可能に載置して構成されたクレーン設備における前記トロリ装置の位置を示すＸ軸座標値、Ｙ軸座標値を測定するクレーン位置検出システムであって、
前記ガーダ装置の走行方向に沿って配置され、形状や色がそれぞれ異なる複数の走行目印と、
前記クレーン設備を構成するガーダ装置に取り付けられ、前記走行目印、前記トロリ装置を撮影する撮像装置と、
前記撮像装置で撮像された各走行目印映像とそれに対応する走行位置情報を予め登録した記憶装置と、
前記撮像装置から出力される映像信号を画像解析して、前記トロリ装置のＸ軸座標値、Ｙ軸座標値を求める画像解析装置とを備え、
前記画像解析装置は、前記記憶装置に登録された走行目印映像である走行目印登録映像と、前記撮像装置から出力される走行目印映像とを比較して走行位置を判定する、
ことを特徴とするクレーン位置検出システム。 - 請求項１に記載のクレーン位置検出システムにおいて、
前記画像解析装置は、前記撮像装置から出力される映像信号中に含まれる走行目印の映像と前記撮像装置の視野中心との相対位置関係に基づき、前記トロリ装置のＸ軸座標値を求めるとともに、前記撮像装置から出力される映像信号中に含まれるトロリ装置の映像と前記撮像装置の視野中心との相対位置関係に基づき、前記トロリ装置のＹ軸座標値を求める、
ことを特徴とするクレーン位置検出システム。 - 請求項１または２に記載のクレーン位置検出システムにおいて、
前記画像解析装置は、前記撮像装置から出力される映像信号を画像解析して得られたトロリ装置のＸ座標値、Ｙ座標値を荷役作業に関連する荷物の保管位置情報として出力する、
ことを特徴とするクレーン位置検出システム。 - 請求項１、２、３のいずれか１項に記載のクレーン位置検出システムにおいて、
前記撮像装置は、前記トロリ装置に設けられた巻き上げ装置のフック部分を撮影し、
前記画像解析装置は、前記トロリ装置のＹ座標値を参照しながら、前記撮像装置から出力される映像信号中に含まれる前記フックの映像と前記撮像装置の視野中心との相対位置関係に基づき、前記フックの上下座標値を求め、これを荷役作業に関連する荷物の保管位置情報として出力する、
ことを特徴とするクレーン位置検出システム。
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