JP6309586B2 - 吊具の位置測定用ターゲット - Google Patents

Description

本発明は、コンテナの荷役を行うクレーンの吊具の位置を測定する位置測定用ターゲットに関する。

従来、コンテナターミナル等で、岸壁クレーン、門型クレーン及びストラドルキャリア等によりコンテナの荷役が行われている。これらのクレーンでコンテナの荷役を行う際、コンテナの振れ止めや荷役の自動化のために、吊具（以下、スプレッダという）の位置等をレーザ距離計で測定する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

図８に、レーザ距離計によりスプレッダの位置を測定する方法の概略を示す。特許文献１に記載のクレーンは、ガーダ１３等に沿って走行するトロリ８と、トロリ８からワイヤロープ１１を介して懸吊されたスプレッダ７を有している。また、クレーンは、トロリ８に設置されたレーザ距離計９を有している。このレーザ距離計９は、ミラーの回転等により放射状（扇形状）にレーザを順番に複数回射出し、その反射光を検知し、その経過時間ｔからレーザ光が反射した測定ポイントまでの距離を算出する構成を有している。ここで、ｄ及びｄ’は、隣接するレーザ光の間隔を示している。また、Ｈは、地表面からレーザ距離計９までの高さＨを示している。

次に、レーザ距離計９によるスプレッダ７の位置測定方法について説明する。まず、レーザ距離計９が、スプレッダ７に向けてレーザ光の軌跡が扇形を形成するように順次照射し、それぞれの反射光を検知するまでの経過時間ｔを測定する。レーザ距離計９は、各レーザ光の射出角度αｎと、経過時間ｔｎから算出される距離Ｌｎを、レーザ光が反射した各測定ポイントＰｎの極座標（Ｌｎ、αｎ）として取得する。その後、この各測定ポイントＰｎの極座標から、スプレッダ７の位置を推定する。なお、スプレッダ７に衝突しなかったレーザ光は、地表面１２等で反射され、レーザ距離計９に戻っていく。

ここで、射出角度αｎは、垂線に対するレーザ光のなす角度を示している。また、距離Ｌｎは、レーザ距離計９の下端部から、レーザ光が反射された測定ポイントＰｎまでの距離を示している。更に、Ｌｓは、トロリ８（又はレーザ距離計９）からスプレッダ７までの距離（以下、基準高さＬｓという）を示している。

なお、レーザ距離計９は、例えば０．１２５〜１．０００度程度の角度分解能を有している。つまり、レーザ距離計９は、レーザ光の射出角度αｎを例えば０．１２５度ずつずらしながら照射することができる。そのため、レーザ光の間隔ｄ’は、以下の式で求めることができる。

ここで、タンジェントの中の角度は、隣接するレーザ光の射出角度αｎの差を示してい
る。例えば、クレーンが岸壁クレーンである場合は、Ｈ＝１００ｍとし、角度分解能を最も高性能な０．１２５度とすると、レーザ光の間隔ｄ’は、約２１８ｍｍとなり、角度分解能を１．０度とすると間隔ｄ’は約１７５０ｍｍとなる。クレーンが門型クレーンの場合は、Ｈ＝３０ｍとし、角度分解能を最も高性能な０．１２５度とすると、レーザ光の間隔ｄ’は、約６５ｍｍとなり、角度分解能を１．０度とすると間隔ｄ’は約５２３ｍｍとなる。

図９に、従来の位置測定方法により測定を行っている際の様子を示す。具体的には、スプレッダ７にレーザ光が照射される様子の概略を示す。レーザ光は、スプレッダ７に衝突し、各測定ポイントＰ１〜Ｐ４で反射され、レーザ距離計９（図示しない）に戻っていく。また、スプレッダ７に衝突しなかったレーザ光は、地表面等で反射され（測定ポイントＰ５）、レーザ距離計９に戻っていく。

図１０に、レーザ距離計９により得られた測定データの例を示す。図１０のグラフは、レーザ距離計９で取得した各測定ポイントＰｎの極座標（Ｌｎ、αｎ）を、直交座標（Ｌｎｓｉｎαｎ、Ｌｎｃｏｓαｎ）に変換して示したものである。図１０からわかるように、スプレッダ７上の測定ポイントＰ１〜Ｐ４は、高さ（Ｌｎｃｏｓαｎ）がほぼ一定の値（基準高さＬｓ）を取る。また、スプレッダ７上で反射されなかった場合は、その測定ポイントＰ５の高さ（Ｌｎｃｏｓαｎ）が大きく異なる。そのため、スプレッダ７の側方端部（エッジとも言う）は、測定ポイントのＰ４とＰ５の間に位置することがわかる（図１０破線参照）。

以上より、レーザ距離計９は、スプレッダ７の位置を推定することができる。クレーンは、このスプレッダ７の位置情報により、スプレッダ７の振れ止め制御や、トロリ８による荷役の自動化等を実現している。

しかしながら、上記のレーザ距離計９によるスプレッダ７の位置測定方法は、いくつかの問題点を有している。第１に、測定精度が低いという問題を有している。これは、スプレッダ７等で反射されるレーザ光には、射出角度αｎの影響を受けた間隔ｄが生じ、この間隔ｄが測定誤差となってしまうからである。つまり、この位置測定方法では、図１０に破線で示すように、スプレッダ７の側方端部（エッジ）が測定ポイントＰ４とＰ５の間のどの位置に存在するかを、知ることができない。

第２に、レーザ距離計９からスプレッダ７までの距離が離れるほど、測定精度が低下してしまうという問題を有している。これは、図８に示すように、放射状のレーザ光は、その進む距離に応じてその間隔ｄがｄ’へと大きくなってしまうからである。一般的に、レーザ距離計９からスプレッダ７までの距離が離れているときほど、スプレッダ７の振れは発生しやすく、振れ止め等の制御が必要とされる。そのため、レーザ距離計９は、最も必要とされるときに、その測定精度が最も低下してしまう。具体的には、岸壁クレーンに最も角度分解能の高いレーザ距離計を使用した場合であっても、ｄ’は約２２０ｍｍとなる。

第３に、スプレッダ７の振れ止め制御、及び自動荷役制御等を高精度且つ安全に行うことが困難であるという問題を有している。これは、数十ｃｍ程度の間隔で載置されているコンテナの荷役を自動化するには、前述の測定精度では不十分となるからである。

特開２００６−３１２５２１号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、吊具（スプレッダ）の位置を測定する位置測定用ターゲットにおいて、スプレッダの位置を測定する測定精度を向上し、特にレーザ距離計からスプレッダが離れている場合であっても、測定精度を維持することができる位置測定用のターゲットを提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係る吊具の位置測定用ターゲットは、トロリに設
置されたレーザ距離計と吊具に設置されたターゲットとを有していて前記トロリに懸吊された前記吊具の位置を測定する位置測定装置の位置測定用ターゲットにおいて、前記ターゲットが、水平方向において前記レーザ距離計に近い側となる一端から遠い側となる他端に向けて上り傾斜に形成されて、上下方向において前記一端が下端となり前記他端が上端となるただ一つの傾斜部を備えていて、前記傾斜部が、レーザ光を反射した前記傾斜部の一つの測定ポイントの位置座標から、前記傾斜部の前記上端又は前記下端の境界部分までの長さを導き出せる予め定めた形状を有していることを特徴とする。

本発明による吊具の位置測定用ターゲットによれば、スプレッダの位置を測定する測定精度を向上し、特にレーザ距離計からスプレッダが離れている場合であっても、測定精度を維持することができる位置測定用ターゲットを提供することができる。

位置測定装置の構成の概略を示した図である。 本発明に係る実施の形態の位置測定用ターゲットの断面を示した図である。 位置測定装置により取得されるデータの例を示した図である。 本発明に係る異なる実施の形態の位置測定用ターゲットの概略を示した図である。 本発明に係る異なる実施の形態の位置測定用ターゲットの概略を示した図である。 本発明に係る異なる実施の形態の位置測定用ターゲットの概略を示した図である。 本発明に係る参考形態の位置測定用ターゲットの断面を示した図である。 従来の位置測定方法の構成の概略を示した図である。 従来の位置測定方法よる測定時の様子を示した図である。 従来の位置測定方法により取得されるデータの例を示した図である。

以下、本発明に係る実施の形態の吊具の位置測定用ターゲットについて、図面を参照しながら説明する。図１に、位置測定装置１の構成の概略を示す。位置測定装置１は、トロリ８に設置されたレーザ距離計９と、吊具（以下、スプレッダという）７に設置された少なくとも１つの本発明のターゲット２を有している。また、位置測定装置１は、レーザ距離計９に信号線（図示しない）で接続された演算装置３を有している。このレーザ距離計９のレーザ光は、例えばｘ軸方向に広がるように照射される。更に、このターゲット２は、スプレッダ７の予め定めた位置に正確に設置されることが望ましい。

図２に、ターゲット２の断面の概略を示す。スプレッダ７に固定されたターゲット２は、平板状の水平部２１と、例えば角柱状の断面を有する傾斜部２２を有している。この傾斜部２２は、水平部２１に対して予め定めた角度θの傾きを有するように形成される。ここで、２３は、傾斜部２２の下端部の境界部分２３（エッジともいう）を示している。水平部２１は、傾斜部２２の下端部の境界部分２３を介して配置されている。

ここで、ｘ軸方向における水平部２１の長さＤ１及び傾斜部２２の長さＤ２は、スプレッダ７の位置測定が必要な領域において、レーザ光の少なくとも１つを反射できる長さとなるように決定される（Ｄ１＞ｄ、Ｄ２＞ｄ）。前述の数１に示した計算式によると、例えば、Ｈ＝１００ｍの岸壁クレーンで、角度分解能が０．１２５度のレーザ距離計を使用した場合は、レーザ光の間隔ｄ’は２２０ｍｍ程度となるため、長さＤ１及びＤ２は、２２０ｍｍを超える長さにすることが望ましい。また、例えば、ターゲット２のｙ軸方向（図２の紙面手前奥方向）の長さは８００〜１０００ｍｍ程度、ｚ軸方向の高さは１００〜１５０ｍｍ程度とすることができる。なお、ターゲット２の大きさは上記に限られず、スプレッダ７の位置測定を行う際に、レーザ光が少なくとも傾斜部２２で反射されるように構成されていればよい。

次に、位置測定装置１によるスプレッダ７の位置測定方法について説明する。まず、図２に示すように、レーザ距離計９（図示しない）が、ターゲット２に対してレーザ光を照射する。このレーザ光は、各測定ポイントＰ１〜Ｐ５（以下、総称する場合は測定ポイントＰｎという）で反射される。レーザ距離計９は、ターゲット２やスプレッダ７上の測定ポイントＰｎまでの距離Ｌｎと、レーザ光の射出角度αｎから、各測定ポイントＰｎの位置座標（極座標）を取得する（位置座標取得ステップ）。この各測定ポイントＰｎの位置座標は、随時、演算装置３に送られる。

図３に、レーザ距離計９で取得した各測定ポイントＰｎの極座標（Ｌｎ、αｎ）を、直交座標（Ｌｎｓｉｎαｎ、Ｌｎｃｏｓαｎ）に変換して示したものである。図３のＰ１は、スプレッダ７上の測定ポイントＰ１の位置座標を示し、Ｐ２及びＰ３は、ターゲット２の水平部２１上にある測定ポイントＰ２及びＰ３の位置座標を示している。また、測定ポイントＰ４は、傾斜部２２上でレーザ光を反射した部分の座標を示している。更に、測定ポイントＰ５は、地表面にてレーザ光を反射した部分の座標を示している。

ここで、Ｌｓは、スプレッダ７の上面の高さ又はターゲット２の水平部２１の高さと同じ高さとなる基準高さを表わしている。この基準高さＬｓは、スプレッダ７のワイヤロープの繰り出し量を測定するエンコーダ等から得ることができる。以上より得られた基準高さＬｓは、演算装置３に送られる（基準高さ取得ステップ）。

次に、演算装置３による演算処理について説明する。まず、演算装置３は、レーザ距離計９により得られた複数の測定ポイントＰｎの位置座標と、エンコーダ等で得られた基準高さＬｓを比較する（比較ステップ）。この比較により、基準高さＬｓに比較的近い距離に位置する測定ポイントＰ１〜Ｐ３は、水平部２１上又はスプレッダ７上にあると推定できる。また、この水平部２１上にある測定ポイントに対して、その距離が最初に大きく変化した測定ポイントＰ４は、傾斜部２２上にあると推定できる。つまり、測定ポイントＰ３とＰ４の間に、水平部２１と傾斜部２２の境界部分２３（図２参照）が存在することが推定できる（ポイント絞込みステップ）。

なお、基準高さＬｓの取得は、エンコーダ等を利用しない方法でも可能である。例えば、仮の基準高さＬｓ’を任意に決定し、この仮の基準高さＬｓ’に対して、上記の比較ステップ及びポイント絞込みステップを実行する。その過程で、水平部２１上又はスプレッダ７上にあると推定された測定ポイントの有する高さ（Ｌｎｃｏｓαｎ）を、基準高さＬｓとして利用する。この場合は、Ｐ１〜Ｐ３の平均値を基準高さＬｓとしたり、水平部２１のみ高さを抽出し基準高さＬｓとしたりすることができる。

この構成により、位置測定装置１の測定精度を向上することができる。これは、測定誤差の小さいレーザ距離計９により測定した水平部２１又はスプレッダ７の高さを、基準高さＬｓとして利用するからである。なお、エンコーダ等を利用した場合は、ワイヤロープ
１１の伸び等の影響で、若干ではあるが測定誤差が生じてしまう。これに対して、レーザ距離計９の測定誤差は、極めて小さいものとなる。

次に、演算装置３は、図２に示すように、例えば水平部２１の上面の高さに決定された基準高さＬｓと、傾斜部２２上の少なくとも１つの測定ポイントＰ４の位置座標から、測定ポイントＰ４の高さδを算出する（傾斜部高さδ算出ステップ）。ここで算出された高さδを、演算装置３に予め入力されているターゲット２の傾斜部２２の形状関数に代入する。具体的には、図２に示すようにターゲット２の傾斜部２２が、水平部２１に対して角度θで傾いている場合、傾斜部２２の形状関数は、以下の式で表わすことができる。

上記の式により、Ｐ４から境界部分（エッジ）２３までの水平方向（ｘ軸方向）の距離ｘが求められる（境界部分算出ステップ）。以上より、高い精度で求められた境界部分２３の位置座標を求めることができ、この境界部分２３の位置座標から、スプレッダ７の位置を正確に測定することができる。

上記の構成により、本発明のスプレッダの位置測定用ターゲット２は、以下の作用効果を得ることができる。第１に、位置を測定する測定精度を向上することができる。これは、レーザ距離計９により傾斜部２２上の測定ポイントＰｎの位置座標を測定し、基準高さＬｓに対する傾斜部の測定ポイントＰｎの高さδを求め、この高さδからエッジ２３の位置を正確に算出することができるからである。

このとき、エッジ２３の位置は、従来の測定誤差であったレーザ光の間隔ｄ（例えば１００〜３００ｍｍ程度）の長さに比べると、格段に高い精度で決定することができる。具体的には、エッジ２３の位置を測定する際の誤差は、レーザ距離計９による測定誤差（±数ｍｍ程度）、及びターゲット２をスプレッダ７に固定する際の寸法誤差の影響を受ける程度である。

第２に、位置測定装置１は、スプレッダ７の位置がレーザ距離計９から大きく離れた場合であっても、高い測定精度を実現することができる。これは、位置測定装置１の測定精度が、レーザ光の間隔ｄの影響を受けない構成を有しているためである。

第３に、スプレッダ７の位置を測定する測定精度の向上により、スプレッダ７が振れている際のその振れの方向及び加速度を、高い精度で測定することができる。これは、スプレッダ７の位置の変化を、誤差をほとんど含まずに測定できるためである。

図４に、本発明に係る異なる実施の形態の位置測定用ターゲット２Ａの概略を示す。ターゲット２Ａは、スプレッダ７の上面よりも高い位置となる直方体状の水平部２１Ａと、水平部２１Ａからスプレッダ７の上面に向かって下るように傾斜した平板状の傾斜部２２Ａを有している。２３は、演算装置３により位置を測定されるエッジ２３を示している。

このとき、基準高さＬｓは、水平部２１Ａの上面に設定することができる。この基準高さＬｓは、エンコーダ等で得られたスプレッダ７の上面の高さに、水平部２１Ａの高さを加えて求めてもよく、水平部２１Ａの上面の測定ポイントＰｎの位置座標から推定してもよい。また、傾斜部２２Ａが水平面に対してなす角θを有する場合、このターゲット２Ａの形状関数は、前述の数２と同様の式で表わすことができる。

図５に、本発明に係る異なる実施の形態の位置測定用ターゲット２Ｂの概略を示す。ターゲット２Ｂは、平板状の水平部２１Ｂと、水平部２１Ｂから凸となるような湾曲面を備えた傾斜部２２Ｂを有している。この傾斜部２２Ｂは、例えば円柱を軸方向に４等分した形状を有している。傾斜部２２Ｂが、半径ｒで中心角９０度の扇型である場合、形状関数は以下の式で表わすことができる。

ここで、ｘは、傾斜部２２Ｂ上の測定ポイントからエッジ２３までの水平方向（ｘ軸方向）の距離ｘを表わしている。

同様に、図６に、本発明に係る異なる実施の形態の位置測定用ターゲット２Ｃの概略を示す。ターゲット２Ｃは、平板状の水平部２１Ｃと、水平部２１Ｃから凹となるような湾曲面を備えた傾斜部２２Ｃを有している。傾斜部２２Ｃが、直方体から半径ｒで中心角９０度の扇型をくり貫いた形状である場合、形状関数は以下の式で表わすことができる。

ここで、ｘは、傾斜部２２Ｃ上の測定ポイントからエッジ２３までの水平方向（ｘ軸方向）の距離ｘを表わしている。

以上のように、ターゲットの傾斜部は、基準高さＬｓに対する傾斜部上の測定ポイントの高さδと予め定められた形状関数から、エッジ２３までの距離ｘを求めることができる。そのため、傾斜部は、高さδに対して距離ｘが一義的に決定することができる形状を有していればよい。具体的には、傾斜部の角度が途中で変化するような不連続な形状でも、高さδに対して距離ｘが１つ導き出せる形状であればよい。なお、基準高さＬｓは、傾斜部の上端から下端までの間のいずれかの高さに設定すればよいが、傾斜部の上端又は下端の高さに設定することが望ましい。この構成により、境界部分の位置を求める演算を簡略化することができるからである。

なお、ターゲット２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、ｙ軸方向に長手方向を有するように図示しているが、本発明の位置測定用ターゲット２は、この構成に限られない。ターゲット２は、ｘ軸方向に長手方向を有するようにスプレッダ７に設置してもよく、例えばｘ軸方向に対して４５度傾いた方向に、長手方向を有するように設置してもよい。

また、ターゲット２の設置個数は、スプレッダ７に少なくとも１つ設置すればよいが、スプレッダ７の位置、姿勢等の必要とする情報に応じて適宜変更することができる。つまり、ターゲット２の設置個数を増やし、レーザ距離計９からスプレッダ７までの距離Ｌに加えて、スプレッダ７の旋回方向の傾き（垂直軸ｚを中心とする回転）や、水平面に対する傾斜（ｘ軸及びｙ軸を中心とする回転）を測定することができる。

図７に、本発明に係る参考形態の位置測定用ターゲット２Ｄの概略を示す。ターゲット２Ｄは、スプレッダ７の上面よりも高い位置となる直方体状の水平部２１Ｄと、水平部２１Ｄからスプレッダ７の上面に向かって下るように傾斜した２つの平板状の傾斜部２２Ｄを有している。つまり、ターゲット２Ｄは、２つのエッジ２３を有するように構成されている。

このとき、基準高さＬｓは、水平部２１Ｄの上面の高さとすることができる。また、この水平部２１Ｄの上面の測定ポイントの座標から、それぞれの傾斜部２２Ｄ上の測定ポイントを特定することができる。

この構成により、スプレッダ７の位置を測定する際のエラーの発生を防止することができる。これは、例えば、一方の傾斜部２２Ｄに付着した雨等の水滴により、十分にレーザ光の反射光が得られなかった場合であっても、他方の傾斜部２２Ｄからの反射光により、スプレッダ７の位置を測定することができるからである。

また、ターゲット２Ｄを採用した位置測定装置は、スプレッダ７が、軸ｚを中心に回転し傾きを有する場合であっても、その傾きを測定することができる。これは、２つのエッジ２３の間の予め定められた距離と、位置測定装置により測定された見かけ上の２つのエッジ２３の間の距離の比較から、スプレッダ７の傾きを算出することができるからである。

なお、レーザ距離計９は、レーザ光の軌跡が扇形を形成する二次元レーザ距離計の他に、レーザ光の軌跡が円錐形を形成する三次元レーザ距離計等を利用することもできる。このレーザ距離計に合わせて、ターゲットを、例えば円錐台形等に形成し、三次元へ拡張することもできる。この構成により、レーザ距離計及びターゲットの設置個数を増やさずに、スプレッダの回転等の詳細を測定することが可能となる。

また、ターゲット２の水平部２１は、スプレッダ７の天面等を利用する構成としてもよい。つまり、スプレッダ７の平板状の天面に、傾斜部２２のみを有するターゲット２を設置する構成としてもよい。この場合、境界部分（エッジ）２３は、傾斜部２２の上端又は下端となる。この構成により、ターゲットの製造コストを抑制することができる。このとき、スプレッダ７の天面の高さを抽出し基準高さＬｓとすることができる。

１ 位置測定装置
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ ターゲット
３ 演算装置
７ スプレッダ
８ トロリ
９ レーザ距離計
２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ 水平部
２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ 傾斜部
２３ 境界部分（エッジ）
Ｌｎ （レーザ距離計から測定ポイントまでの）距離
Ｌｓ 基準高さ
Ｐｎ、Ｐ、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ 測定ポイント
δ （傾斜部の測定ポイントの）高さ
ｄ （レーザ光の）間隔

Claims (5)

1. トロリに設置されたレーザ距離計と吊具に設置されたターゲットとを有していて前記トロリに懸吊された前記吊具の位置を測定する位置測定装置の位置測定用ターゲットにおいて、
   前記ターゲットが、水平方向において前記レーザ距離計に近い側となる一端から遠い側となる他端に向けて上り傾斜に形成されて、上下方向において前記一端が下端となり前記他端が上端となるただ一つの傾斜部を備えていて、
   前記傾斜部が、レーザ光を反射した前記傾斜部の一つの測定ポイントの位置座標から、前記傾斜部の前記上端又は前記下端の境界部分までの長さを導き出せる予め定めた形状を有していることを特徴とするターゲット。
2. 前記ターゲットが、前記傾斜部の前記上端から下方に向かって延設される壁部と、この壁部の下端から前記傾斜部の前記一端に向かって水平方向に延設されて前記吊具と当接する底部とを備える請求項１に記載のターゲット。
3. 前記レーザ距離計から照射される前記レーザ光が衝突しない構成を前記壁部が備える請求項２に記載のターゲット。
4. 前記ターゲットが、傾斜した平板状の前記傾斜部を有している請求項１〜３のいずれかに記載のターゲット。
5. 前記ターゲットが、凸又は凹となるような湾曲面を備えた前記傾斜部を有している請求項１〜４のいずれかに記載のターゲット。

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