JP7181906B2 - ターゲット、検出システムおよび検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、クレーンの位置合わせを行う際に使用するターゲット、このターゲットを含む検出システムおよび検出方法に関するものであり、詳しくは検出精度を向上できるターゲット、このターゲットを含む検出システムおよび検出方法に関するものである。

門型クレーンの位置合わせを行う検出システムが種々提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載の検出システムは、地表面に引かれた白線をカメラで検出してクレーンの位置合わせを行う構成を有していた。

特許文献１に記載の門型クレーンは、白線に基づき走行方向の位置を検出することは可能であったが、この走行方向を直角に横断する横行方向における位置を検出することができなかった。

日本国特開平０８－３２４９５９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、その目的は検出精度を向上できるターゲット、このターゲットを含む検出システムおよび検出方法を提供することである。

上記の目的を達成するためのターゲットは、地表面に設置されるターゲットにおいて、地表面に平行な板状部材で構成されていて、平面視において第一方向と平行となる軸方向を有するとともに第一方向を直角に横断する第二方向に並べて配置される複数の棒状部材を有していて、かつ第二方向における前記棒状部材の数および配置位置の少なくとも一方が第一方向に沿って変化する構成を備えていて、第二方向を軸方向とする基準位置部材を備えることを特徴とする。

上記の目的を達成するための検出システムは、地表面に設置されるターゲットと、クレーンに設置されて前記ターゲットを検出するセンサとを備える検出システムにおいて、地表面に平行な板状部材で構成されていて、平面視において第一方向と平行となる軸方向を有するとともに第一方向を直角に横断する第二方向に並べて配置される複数の棒状部材を有していて、かつ第二方向における前記棒状部材の数および配置位置の少なくとも一方が第一方向に沿って変化する構成を有する前記ターゲットと、このターゲットにレーザ光を照射して距離を測定する前記センサと、このセンサで得られる値に基づき前記クレーンの位置を算出する演算機構とを備えることを特徴とする。

上記の目的を達成するための検出方法は、地表面に設置されるターゲットをクレーンに設置されているセンサで検出する検出方法において、地表面に平行な板状部材で構成されていて、平面視において第一方向と平行となる軸方向を有するとともに第一方向を直角に横断する第二方向に並べて配置される複数の棒状部材を有していて、かつ第二方向における前記棒状部材の数および配置位置の少なくとも一方が第一方向に沿って変化する構成を有する前記ターゲットが地表面に予め設置されていて、前記センサから照射されるレーザ光により前記センサから前記ターゲットまでの距離が測定されて、前記センサで得られる値に基づき前記クレーンの位置が算出されることを特徴とする。

本発明によれば、クレーンに設置されるセンサによりターゲットの位置を測定することで、棒状部材の数および配置位置から第一方向におけるクレーンの位置を算出できて、ターゲットまでの距離から第一方向を直角に横断する第二方向におけるクレーンの位置を算出できる。第一方向および第二方向からなる平面におけるクレーンの位置を高い精度で検出するには有利である。

ターゲットを例示する説明図である。 検出システムを例示する説明図である。 検出システムの作動状態を例示する平面図である。 図３のＡＡ断面を例示する説明図である。 図３の吊具にスキューが発生した状態を例示する平面図である。 センサにより取得される情報を例示する説明図である。 スキューの発生時にセンサにより取得される情報を例示する説明図である。 ターゲットの変形例を例示する説明図である。 図８のターゲットの変形例を例示する説明図である。 図９のターゲットの変形例を例示する説明図である。 図１のターゲットの変形例を例示する説明図である。

以下、ターゲット、このターゲットを含む検出システムおよび検出方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。図中ではクレーンの走行方向を矢印ｙ、この走行方向ｙを直角に横断する横行方向を矢印ｘ、上下方向を矢印ｚで示している。

図１に例示するようにターゲット１は、板状部材で構成されている。ターゲット１は第一方向である走行方向ｙと平行となる軸方向を有する棒状部材１ａを有している。この実施形態では平面視で四角形に構成される底板１ｂと、この底板１ｂの上面に配置される四本の棒状部材１ａをターゲット１は有している。ターゲット１は少なくとも棒状部材１ａを有していればよく、底板１ｂは必須要件ではない。

複数の棒状部材１ａは第二方向である横行方向ｘに沿って並べて配置されている。横行方向ｘに隣接する棒状部材１ａどうしは、横行方向ｘに予め定められた間隔ｄをあけて配置されている。複数の棒状部材１ａは横行方向ｘに間隔ｄをあけずに互いに接触する状態で配置されていてもよい。

四本の棒状部材１ａはそれぞれ軸方向における長さが異なる。横行方向ｘにおける棒状部材１ａの数および配置位置の少なくとも一方が走行方向ｙに沿って変化する状態に、複数の棒状部材１ａは配置されている。

ターゲット１は横行方向ｘおよび走行方向ｙと略平行となる地表面に設置して使用される。ターゲット１は例えば走行方向ｙの長さが２００ｍｍ、横行方向ｘの長さが１５０ｍｍ、厚さが５０ｍｍに構成することができる。ターゲット１の厚さとは上下方向ｚにおける長さをいい、棒状部材１ａと底板１ｂとを含む長さをいう。ターゲット１の大きさは上記に限定されない。ターゲット１が大きいほど検出精度を向上しやすくなる。ターゲット１が小さいほどターゲット１を地表面に設置した際に地表面を走行する車両の走行の妨げになり難くなる。ターゲット１の厚さは上記に限定されない。ターゲット１の厚さは例えば１０ｍｍ以上８０ｍｍ以下の範囲で適宜設定することができる。ターゲット１の厚さは、雨天時に水没しない程度であり、且つ車両の走行の妨げになり難い程度に設定されることが望ましい。
ターゲット１を構成する材料は特に限定されない。例えば鋼板や繊維強化プラスチック等で構成できる。

図２に例示するように検出システム２は、地表面に設置されるターゲット１と、クレーン３に設置されていてターゲット１を検出するセンサ４と、センサ４で得られる値に基づき演算を行う演算機構５とを備えている。

コンテナターミナルの地表面には複数のターゲット１が設置されている。この実施形態ではコンテナＣが載置される目標位置Ｓごとに二つずつターゲット１が設置されている。説明のため図２では目標位置Ｓを破線で示している。

クレーン３は例えば門型クレーンで構成される。クレーン３は門型クレーンに限らない。クレーン３は、コンテナＣを荷役する構成を有していればよく、例えば岸壁クレーンやストラドルキャリアやリーチスタッカーなどの荷役機器を含む概念である。

センサ４はクレーン３に設置されている。この実施形態ではクレーン３の吊具６にセンサ４が設置されている。平面視で略長方形に形成される吊具６において、走行方向ｙと平行となる一対の辺にそれぞれ二つずつのセンサ４が設置されている。

センサ４が設置される位置は上記に限定されない。クレーン３を構成するトロリ７やクレーン３の運転室の下面等にセンサ４が設置される構成にしてもよい。センサ４がクレーン３のトロリ７等に設置される場合は、ターゲット１に対するトロリ７等の相対位置を取得できる。クレーン３を構成する脚部材にセンサ４を設置してもよい。ターゲット１に対するクレーン３の相対位置を取得できる。

センサ４は例えば横行方向ｘに沿ってレーザ光を走査する２Ｄレーザセンサで構成される。センサ４は２Ｄレーザセンサに限らない。センサ４は、地表面に設置されているターゲット１の位置を検出できる構成を有していればよく、例えば３Ｄレーザセンサやレーザ距離計を含む概念である。

演算機構５はクレーン３に設置されている。この実施形態ではクレーン３のトロリ７に演算機構５が設置されている。演算機構５が設置される位置は上記に限定されない。クレーン３の運転室や、コンテナターミナルの管理棟などに演算機構５が設置される構成にしてもよい。演算機構５はセンサ４と有線または無線で接続されている。

図３に例示するように、この実施形態では棒状部材１ａの配置が逆向きになる状態で、地表面に一対のターゲット１が設置されている。一対のターゲット１における棒状部材１ａの配置は横行方向ｘに沿う直線に対して線対称となる状態である。上記の構成に限らず棒状部材１ａの配置が互いに同じ向きになる状態で、地表面に一対のターゲット１が設置される構成であってもよい。

検出システム２のセンサ４は、ターゲット１に対してレーザ光を照射する。センサ４は横行方向ｘに沿ってターゲット１の形状を取得する構成を有している。センサ４から横行方向ｘに沿って走査されるレーザ光により、ターゲット１において走行方向ｙと直交する断面の形状がセンサ４で取得される。図３においてセンサ４から伸びる矢印はレーザ光の走査方向を示している。

図４に例示するように厚さのあるターゲット１は地表面から鉛直上向きに突出する状態で配置されている。センサ４が２Ｄレーザセンサで構成されている場合は、センサ４の真下から横行方向ｘに沿って複数のレーザ光が照射角度αを変化させながら照射される。２Ｄレーザセンサは、照射角度αとレーザ光が反射される地点までの距離Ｌとを組み合わせたデータを複数取得する。

照射角度αが０°のとき、センサ４は吊具６の高さＨを取得できる。センサ４による測定を常時行っていて吊具６の高さＨが予め設定された値以下となったときに、センサ４で得られる値に基づく演算を演算機構５で行う構成としてもよい。またトロリ７に設置されるエンコーダなどの他の機器で吊具６の高さＨを監視しておき、吊具６の高さＨが予め設定された値以下となったときに、センサ４による計測および演算機構５による演算を開始させる構成にしてもよい。

図３に例示するように検出システム２は、まずセンサ４により一対のターゲット１までの距離を測定する。このとき例えばターゲット１の底板１ｂの縁部の座標Ｐ１、Ｐ２の値を利用できる。演算機構５は二つのターゲット１の座標Ｐ１と座標Ｐ２に基づき、吊具６のスキューを演算機構５で算出する。スキューとは、上下方向ｚを中心軸とする吊具６の回転をいう。例えば座標Ｐ１と座標Ｐ２の値が等しい場合は、スキューが発生していない状態であることがわかる。

図５に例示するように平面視において吊具６から座標Ｐ１までの距離の方が、座標P２までの距離よりも小さい場合は、吊具６が時計回りに回転していることがわかる。図５では説明のため、スキューが発生していない状態の吊具６を一点鎖線で示している。座標Ｐ１および座標Ｐ２の値の差から、吊具６のスキューの角度を算出できる。算出されるスキューの角度に基づき、センサ４で得られるターゲット１の形状からスキューの影響を取り除く補正を演算機構５が行う。

次に検出システム２の演算機構５は、二つのターゲット１の座標Ｐ１と座標Ｐ２の少なくとも一方に基づき、横行方向ｘにおける吊具６の位置を算出する。吊具６にスキューが発生していない場合は座標Ｐ１と座標Ｐ２の値は等しくなるため、いずれか一方を利用して横行方向ｘにおけるターゲット１の位置を算出すればよい。吊具６にスキューが発生している場合は、前述の補正により座標Ｐ１と座標Ｐ２の値が等しくなっている。この場合も座標Ｐ１または座標Ｐ２のいずれか一方を利用して横行方向ｘにおけるターゲット１の位置を算出すればよい。

図６に例示するようにターゲット１の形状は走行方向ｙに沿って変化する。そのためセンサ４で得られるターゲット１の形状は、ターゲット１に対する吊具６の走行方向ｙにおける相対位置に応じて異なる形状となる。例えば図６の左方に示す領域Ｑ１にセンサ４のレーザ光が照射される場合には、図６の右方に示すＱ１に対応するターゲット１の形状を取得できる。領域Ｑ１では一つの棒状部材１ａの形状がセンサ４により検出される。センサ４により検出される棒状部材１ａの数に基づき、レーザ光が照射されている範囲が領域Ｑ１～Ｑ４のいずれであるかを、検出システム２は取得できる。

演算機構５によりスキューの影響を取り除いた後に、横行方向ｘおよび走行方向ｙにおける吊具６の位置を算出する方法について上記説明したが、演算機構５による処理はこれに限らない。横行方向ｘおよび走行方向ｙにおける吊具６の位置を算出する途中で、スキューの影響を補正する処理を行う構成としてもよい。

走行方向ｙに沿って棒状部材１ａの数または配置位置の少なくとも一方が変化するターゲット１により、検出システム２は横行方向ｘおよび走行方向ｙからなる平面においてターゲット１に対する吊具６の相対位置を高い精度で検出することができる。目標位置Ｓに対してターゲット１は予め定められた位置に配置されているため、目標位置Ｓに対する吊具６の相対位置も高い精度で検出できる。検出結果に基づき吊具６の位置を調整することで、目標位置ＳにコンテナＣを正確に載置させることができる。クレーン３の荷役を自動化する際には特に有利である。

厚さのあるターゲット１を地表面から鉛直上向きに突出する状態で配置しているため、雨天の際にターゲット１が水没する不具合を回避しやすくなる。雨天でもターゲット１の位置を高い精度で検出することができる。地表面に引かれた白線をターゲットとする場合は、雨天で白線が水没すると検出精度が著しく低下する不具合があった。

ターゲット１が厚さの比較的薄い板状部材で構成されているため、地表面を走行する車両やクレーンがターゲット１に乗り上げても悪影響がほとんどない。ターゲット１が車両等の走行を妨げることがない。

検出システム２は、板状部材で構成されるターゲット１にレーザ光を照射して検出する構成であるため、周囲の明るさの影響をほとんど受けない。昼夜でターゲット１の検出精度が変動する不具合を回避するには有利である。地表面に引かれた白線をカメラで撮影する場合は、周囲の明るさの影響で白線を認識できない不具合があった。また従来は車両のスリップ痕などの影響で白線を認識でない不具合があったが、検出システム２ではスリップ痕の影響を受けない。

一つの目標位置Ｓに対して一対のターゲット１を配置する構成は必須の構成要件ではない。一つの目標位置Ｓに対して一つのターゲット１を配置する構成にしてもよい。例えばストラドルキャリアなどスキューがほとんど発生しないクレーン３の場合は、ターゲット１を一つとしてもターゲット１に対する吊具６の相対位置を検出する精度がほとんど低下しない。

図４に例示するように隣の目標位置Ｓに設置されているターゲット１を同時に検出することで、スキューの影響を取得する構成としてもよい。このとき横行方向ｘにおいて吊具６の両側に配置されているセンサ４をそれぞれ利用して、それぞれ対応するターゲット１を検出する。

図７の左方に例示するように横行方向ｘにおける棒状部材１ａどうしの間隔ｄの長さからスキューの影響を取得する構成としてもよい。図７の右方に例示するようにセンサ４により得られる間隔が予め定められた間隔ｄと等しい値であればスキューが発生していない状態であることがわかる。センサ４により得られる間隔ｄ‘が予め定められた間隔ｄよりも大きい値であればスキューが発生していることがわかる。センサ４により取得される間隔ｄ’と予め定められた間隔ｄとの比較から、吊具６のスキューの角度を算出できる。算出されるスキューの角度に基づき、センサ４で得られるターゲット１の形状からスキューの影響を取り除く補正を演算機構５が行う。

横行方向ｘにおける棒状部材１ａの長さと、センサ４により得られる棒状部材１ａの長さとの比較から、吊具６のスキューの角度を算出する構成にしてもよい。

ターゲット１において配置される棒状部材１ａのパターンは上記に限らない。走行方向ｙに沿って棒状部材１ａの数や配置位置が変化する構成であれば適宜採用できる。

図８に例示するように領域Ｑ１～Ｑ７に向かって棒状部材１ａの数および配置位置が二進数で変化する構成にしてもよい。この実施形態ではターゲット１は、平面視で四角形に形成される枠体１ｃと、枠体１ｃの内部に配置される棒状部材１ａを備えている。枠体１ｃの内部には走行方向ｙに延設される複数の支持材１ｄが配置されていて、棒状部材１ａは支持材１ｄにより枠体１ｃに固定されている。棒状部材１ａおよび支持材１ｄは円柱形状または円筒形状の部材で構成されている。この実施形態ではターゲット１は底板１ｂを有していない。

図８の下方では領域Ｑ１～Ｑ７における断面の状態を模式的に示している。図８の下方に例示するように棒状部材１ａの数および配置位置は、二進数と同じ状態で走行方向ｙに向かって段階的に変化していく。このターゲット１は、横行方向ｘに三列に並べて配置される棒状部材１ａにより、領域Ｑ１～Ｑ７を区別することができる。棒状部材１ａが四列に配置される図４のターゲット１に比べて、図８のターゲット１は小型化するには有利である。

図９に例示するように棒状部材１ａを横行方向ｘに四列並べて配置すると、走行方向ｙにおいて領域Ｑ１～Q１５を区別することができる。図９の下方には参考のため領域Ｑ６における断面を模式的に示している。この実施形態では棒状部材１ａおよび支持材１ｄは角柱形状または平板形状の部材で構成されている。棒状部材１ａは支持材１ｄの上面に配置されている。横行方向ｘにおける棒状部材１ａの列を増やすことで、走行方向ｙにおける検出システム２の分解能を向上できる。

図１０に例示するように、領域Ｑ１～Ｑ１５の位置を走行方向ｙに入れ替えることで、棒状部材１ａが可能な限り軸方向である走行方向ｙに細分化されない状態にターゲット１を構成してもよい。

図１０に例示するように横行方向ｘを軸方向とする基準位置部材１ｅをターゲット１が備える構成にしてもよい。この実施形態では棒状部材１ａおよび支持材１ｄの上方となる位置に基準位置部材１ｅが配置されている。

ターゲット１に対して吊具６が正しい位置に停止しているときに、センサ４から走査されるレーザ光が通過する位置に基準位置部材１ｅは配置されている。この構成によれば、吊具６が正しい位置にあるとき、センサ４により取得されるターゲット１の断面の形状は他の場合とは明らかに異なる状態で検出される。吊具６の位置合わせが完了していることを検出システム２は検出しやすくなる。特にクレーン３による荷役を自動化する際には有利である。

基準位置部材１ｅの形状は上記に限定されない。横行方向ｘを軸方向として延設される部材であればよい。例えば横行方向ｘに複数に分割されていて、棒状部材１ａの間を埋める状態で配置される構成を基準位置部材１ｅが備えていてもよい。

図１１に例示するように棒状部材１ａの厚さを段階的に異なる大きさとしてもよい。この実施形態では横行方向ｘにおいて一方側から他方側に向けて棒状部材１ａの厚さが段階的に大きくなる状態に構成されている。例えばレーザ光を照射するセンサ４から近い側に厚さの小さい棒状部材１ａが配置される状態にターゲット１を設置できる。

センサ４から照射されるレーザ光が他の棒状部材１ａに遮られて目的の棒状部材１ａが検知されない状態を回避しやすくなる。ターゲット１から吊具６が横行方向ｘに比較的離れている場合であっても、すべての棒状部材１ａを精度良く検出することができる。棒状部材１ａの厚さの大きさをそれぞれ異ならせることで、棒状部材１ａの順番を把握することができる。棒状部材１ａの厚さを段階的に異なる大きさとする構成は、図１に例示する実施形態のみならず、図８～図１０に例示する実施形態においても同様に採用することができる。棒状部材１ａの長さ及び厚みの両方を異ならせ、検出した情報を併用することでより確実に精度良く位置検出が可能となる。

１ ターゲット
１ａ 棒状部材
１ｂ 底板
１ｃ 枠体
１ｄ 支持材
１ｅ 基準位置部材
２ 検出システム
３ クレーン
４ センサ
５ 演算機構
６ 吊具
７ トロリ
ｘ 横行方向
ｙ 走行方向
ｚ 上下方向
ｄ 間隔
Ｃ コンテナ
Ｓ 目標位置
α 照射角度
Ｌ 距離
Ｈ 高さ
Ｐ１、Ｐ２ 座標
Ｑ 領域

Claims (7)

1. 地表面に設置されるターゲットにおいて、
   地表面に平行な板状部材で構成されていて、平面視において第一方向と平行となる軸方向を有するとともに第一方向を直角に横断する第二方向に並べて配置される複数の棒状部材を有していて、かつ第二方向における前記棒状部材の数および配置位置の少なくとも一方が第一方向に沿って変化する構成を備えていて、
   第二方向を軸方向とする基準位置部材を備えることを特徴とするターゲット。
2. 地表面に設置されるターゲットにおいて、
   地表面に平行な板状部材で構成されていて、平面視において第一方向と平行となる軸方向を有するとともに第一方向を直角に横断する第二方向に並べて配置される複数の棒状部材を有していて、かつ第二方向における前記棒状部材の数および配置位置の少なくとも一方が第一方向に沿って変化する構成を備えていて、
   平面視で四角形の枠体と、この枠体の内部に配置される複数の前記棒状部材とを有していて、
   第二方向に隣接する前記棒状部材どうしが、第二方向に予め定められた間隔をあけて配置される構成を有することを特徴とするターゲット。
3. 地表面に設置されるターゲットにおいて、
   地表面に平行な板状部材で構成されていて、平面視において第一方向と平行となる軸方向を有するとともに第一方向を直角に横断する第二方向に並べて配置されるとともに互いに厚さの異なる複数の棒状部材を有していて、かつ第二方向における前記棒状部材の数および配置位置の少なくとも一方が第一方向に沿って変化する構成を備えていて、
   第二方向の一方側から他方側に向けて前記棒状部材の厚さが段階的に大きくなる状態に複数の前記棒状部材が配置されることを特徴とするターゲット。
4. 地表面に設置される際に鉛直上向きに突出する厚さを有する前記板状部材で構成される請求項１～３のいずれかに記載のターゲット。
5. 地表面に設置されるターゲットと、クレーンに設置されて前記ターゲットを検出するセンサとを備える検出システムにおいて、
   地表面に平行な板状部材で構成されていて、平面視において第一方向と平行となる軸方向を有するとともに第一方向を直角に横断する第二方向に並べて配置される複数の棒状部材を有していて、かつ第二方向における前記棒状部材の数および配置位置の少なくとも一方が第一方向に沿って変化する構成を有する前記ターゲットと、
   このターゲットにレーザ光を照射して距離を測定する前記センサと、このセンサで得られる値に基づき前記クレーンの位置を算出する演算機構とを備えることを特徴とする検出システム。
6. 第一方向に間隔をあける状態で地表面に設置される一対の前記ターゲットを備える請求項５に記載の検出システム。
7. 地表面に設置されるターゲットをクレーンに設置されているセンサで検出する検出方法において、
   地表面に平行な板状部材で構成されていて、平面視において第一方向と平行となる軸方向を有するとともに第一方向を直角に横断する第二方向に並べて配置される複数の棒状部材を有していて、かつ第二方向における前記棒状部材の数および配置位置の少なくとも一方が第一方向に沿って変化する構成を有する前記ターゲットが地表面に予め設置されていて、
   前記センサから照射されるレーザ光により前記センサから前記ターゲットまでの距離が測定されて、前記センサで得られる値に基づき前記クレーンの位置が算出されることを特徴とする検出方法。

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