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JP7626417B2 - Lifting device - Google Patents
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JP7626417B2 - Lifting device - Google Patents

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Description

本開示は、荷揚げ装置に関する。 This disclosure relates to a lifting device.

荷揚げ装置は、浮体物内に積載された積荷を、浮体物外に搬出する。荷揚げ装置の一例としてアンローダ装置がある。また、浮体物の一例として船舶がある。アンローダ装置は、船舶の所定位置を基準とした座標系に基づいて、船舶に積載された積荷を荷揚げする経路を導出するようになされている(例えば、特許文献1)。 A lifting device removes cargo loaded inside a floating object from the floating object. An example of a lifting device is an unloader device. Another example of a floating object is a ship. An unloader device is configured to derive a route for unloading cargo loaded onto a ship based on a coordinate system based on a predetermined position of the ship (for example, Patent Document 1).

特開2019-131393号公報JP 2019-131393 A

ところで、上記特許文献1に記載されたような技術では、船舶が波によって揺れてしまうと、船舶の揺れに合わせて座標系自体も移動することになる。しかしながら、積荷を荷揚げする掻取部の移動速度が遅いため、座標系の移動に伴い経路を逸脱してしまうおそれがある。 However, with the technology described in Patent Document 1, when a ship is rocked by waves, the coordinate system itself moves in accordance with the rocking of the ship. However, because the movement speed of the scraping unit that unloads the cargo is slow, there is a risk that the movement of the coordinate system will cause it to deviate from its route.

一方、地上の所定位置を基準とした座標系に基づいて掻取部を移動させると、潮汐による船舶の移動を考慮することができず、船舶と掻取部とが衝突するおそれがある。 On the other hand, if the scraping unit is moved based on a coordinate system based on a specific position on the ground, it is not possible to take into account the movement of the ship due to tides, and there is a risk of the ship colliding with the scraping unit.

したがって、波による船舶の揺れと、潮汐による船舶の移動の両方に対応することが可能な座標系を提案することが希求されている。 Therefore, there is a need to propose a coordinate system that can accommodate both the rocking of a ship due to waves and the movement of the ship due to tides.

本開示は、このような課題に鑑み、潮汐による浮体物の揺れ、および、波による浮体物の移動の影響を低減した座標系を導出することが可能な浮遊物監視装置を提供することを目的としている。 In view of these problems, the present disclosure aims to provide a floating object monitoring device capable of deriving a coordinate system that reduces the effects of the swaying of floating objects due to tides and the movement of floating objects due to waves.

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る荷揚げ装置は、船舶の船倉から積荷を荷揚げする垂直運搬機構と、垂直運搬機構に設けられ、船舶上の物体までの距離を定期的に測定する測距センサと、測距センサからの測定データから、地上の所定位置を基準とした地上座標系に対する、船舶上の所定位置を基準とした浮体物座標系の位置または姿勢に関する情報である位置姿勢情報を導出する位置姿勢導出部と、位置姿勢情報に対してローパスフィルタを施すローパスフィルタ部と、を備え、ローパスフィルタ部は、位置姿勢情報に対して、少なくとも、波によって船舶が揺れる周波数と、潮汐によって船舶が移動する周波数との間のカットオフ周波数でローパスフィルタを施す In order to solve the above problems, a lifting device according to one embodiment of the present disclosure includes a vertical transport mechanism for unloading cargo from a ship's hold, a ranging sensor provided on the vertical transport mechanism for periodically measuring the distance to an object on the ship, a position and attitude derivation unit that derives position and attitude information, which is information regarding the position or attitude of a floating object coordinate system based on a predetermined position on the ship, relative to a ground coordinate system based on a predetermined position on the ground, from measurement data from the ranging sensor, and a low-pass filter unit that applies a low-pass filter to the position and attitude information, wherein the low-pass filter unit applies a low-pass filter to the position and attitude information at a cutoff frequency at least between the frequency at which the ship sways due to waves and the frequency at which the ship moves due to tides .

揚げ装置は、ローパスフィルタが施された位置姿勢情報に基づいて、積荷を荷揚げする経路を、船倉の側壁の位置に沿って生成する経路生成部を備えてもよく、垂直運搬機構は、経路生成部により導出された経路で積荷を荷揚げしてもよい。 The lifting device may be equipped with a path generating unit that generates a path for lifting the cargo along the position of the side wall of the hold based on the position and attitude information that has been subjected to a low-pass filter, and the vertical transport mechanism may lift the cargo along the path derived by the path generating unit.

荷揚げ装置は、潮汐による浮体物の揺れ、および、波による浮体物の移動の影響を低減した座標系を導出することが可能となる。 The lifting device makes it possible to derive a coordinate system that reduces the effects of the swaying of floating objects caused by tides and the movement of floating objects caused by waves.

アンローダ装置の概要を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an outline of an unloader device. アンローダ装置の構成を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an unloader device. 測距センサの計測範囲を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a measurement range of a distance measuring sensor. 測距センサの計測範囲を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a measurement range of a distance measuring sensor. 測距センサの計測範囲を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a measurement range of a distance measuring sensor. 測距センサの計測範囲を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a measurement range of a distance measuring sensor. アンローダ装置の電気的な構成を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the electrical configuration of the unloader device. 船倉のモデルを作成して接近判定を行う処理の流れを示すフローチャートである。13 is a flowchart showing a process for creating a hold model and determining whether or not an approach has occurred. アンローダ装置の座標系を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a coordinate system of the unloader device. アンローダ装置の座標系を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a coordinate system of the unloader device. 測距センサの計測点を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating measurement points of a distance measuring sensor. エッジ点を検出する様子を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing how edge points are detected. ローパスフィルタのカットオフ周波数を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a cutoff frequency of a low-pass filter. 自動経路を説明する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an automatic route.

以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。 One embodiment of the present disclosure will be described in detail below with reference to the attached drawings. The dimensions, materials, and other specific values shown in the embodiment are merely examples for ease of understanding, and do not limit the present disclosure unless otherwise specified. In this specification and drawings, elements having substantially the same functions and configurations are given the same reference numerals to avoid duplicated explanations, and elements not directly related to the present disclosure are not illustrated.

図1は、アンローダ装置100の概要を説明する図である。図1に示すように、荷揚げ装置の一例としてのアンローダ装置100は、岸壁2に沿って敷設された一対のレール3上を、レール3の延在方向に走行可能である。アンローダ装置100は、岸壁2に停泊された船舶4の船倉5内に積載された積荷6を外部に搬出する。積荷6は、ばら荷が想定されており、一例として石炭が挙げられる。 Figure 1 is a diagram for explaining an overview of an unloader device 100. As shown in Figure 1, the unloader device 100, which is an example of a lifting device, is capable of traveling on a pair of rails 3 laid along a quay 2 in the direction in which the rails 3 extend. The unloader device 100 unloads cargo 6 loaded in a hold 5 of a ship 4 moored at the quay 2 to the outside. The cargo 6 is assumed to be bulk cargo, and one example is coal.

図2は、アンローダ装置100の構成を説明する図である。なお、図2では、岸壁2および船舶4を断面で示している。図2に示すように、アンローダ装置100は、走行体102、旋回体104、ブーム106、トップフレーム108、エレベータ110、掻取部112、ブームコンベア114を含んで構成される。なお、トップフレーム108、エレベータ110および掻取部112は、積荷6を船倉5から搬出する垂直運搬機構部として機能する。 Figure 2 is a diagram explaining the configuration of the unloader device 100. Note that in Figure 2, the quay 2 and the ship 4 are shown in cross section. As shown in Figure 2, the unloader device 100 is composed of a running body 102, a rotating body 104, a boom 106, a top frame 108, an elevator 110, a scraping unit 112, and a boom conveyor 114. Note that the top frame 108, the elevator 110, and the scraping unit 112 function as a vertical transport mechanism that transports the cargo 6 out of the hold 5.

走行体102は、不図示のアクチュエータが駆動することで、レール3上を走行可能である。走行体102には、位置センサ116が設けられる。位置センサ116は、例えばロータリーエンコーダである。位置センサ116は、走行体102の車輪の回転数に基づき、所定の原点位置に対する走行体102の水平面上の位置を計測する。 The running body 102 can run on the rails 3 by being driven by an actuator (not shown). A position sensor 116 is provided on the running body 102. The position sensor 116 is, for example, a rotary encoder. The position sensor 116 measures the position of the running body 102 on a horizontal plane relative to a predetermined origin position based on the number of rotations of the wheels of the running body 102.

旋回体104は、走行体102の上部に、垂直軸を中心に旋回自在に設けられる。旋回体104は、不図示のアクチュエータが駆動することで、走行体102に対して旋回可能である。 The rotating body 104 is provided on the upper part of the running body 102 so as to be freely rotatable around a vertical axis. The rotating body 104 can be rotated relative to the running body 102 by being driven by an actuator (not shown).

ブーム106は、旋回体104の上部に、傾斜角度を変更可能に設けられる。ブーム106は、不図示のアクチュエータが駆動することで、旋回体104を基準とした傾斜角度を変更可能である。 The boom 106 is mounted on the upper part of the rotating body 104 so that the inclination angle can be changed. The boom 106 can change the inclination angle based on the rotating body 104 by being driven by an actuator (not shown).

旋回体104には、旋回角度センサ118および傾斜角度センサ120が設けられる。旋回角度センサ118および傾斜角度センサ120は、例えばロータリーエンコーダである。旋回角度センサ118は、走行体102に対する旋回体104の旋回角度を計測する。傾斜角度センサ120は、旋回体104に対するブーム106の傾斜角度を計測する。 The rotating body 104 is provided with a rotation angle sensor 118 and a tilt angle sensor 120. The rotation angle sensor 118 and the tilt angle sensor 120 are, for example, rotary encoders. The rotation angle sensor 118 measures the rotation angle of the rotating body 104 relative to the running body 102. The tilt angle sensor 120 measures the tilt angle of the boom 106 relative to the rotating body 104.

トップフレーム108は、ブーム106の先端に設けられる。トップフレーム108には、エレベータ110を旋回させるアクチュエータが設けられる。 The top frame 108 is provided at the tip of the boom 106. The top frame 108 is provided with an actuator that rotates the elevator 110.

エレベータ110は、略円柱形状に形成される。エレベータ110は、中心軸を中心として旋回自在にトップフレーム108に支持される。トップフレーム108には、旋回角度センサ122が設けられる。旋回角度センサ122は、例えばロータリーエンコーダである。旋回角度センサ122は、トップフレーム108に対するエレベータ110の旋回角度を計測する。 The elevator 110 is formed in a generally cylindrical shape. The elevator 110 is supported by the top frame 108 so as to be freely rotatable around a central axis. A rotation angle sensor 122 is provided on the top frame 108. The rotation angle sensor 122 is, for example, a rotary encoder. The rotation angle sensor 122 measures the rotation angle of the elevator 110 relative to the top frame 108.

掻取部112は、エレベータ110の下端に設けられる。掻取部112は、エレベータ110の旋回に伴って、エレベータ110と一体的に旋回する。 The scraping unit 112 is provided at the lower end of the elevator 110. The scraping unit 112 rotates integrally with the elevator 110 as the elevator 110 rotates.

掻取部112は、複数のバケツ112aおよびチェーン112bが設けられる。複数のバケツ112aは、チェーン112bに連続的に配置される。チェーン112bは、掻取部112、および、エレベータ110の内部に架け渡される。 The scraping unit 112 is provided with multiple buckets 112a and a chain 112b. The multiple buckets 112a are arranged continuously on the chain 112b. The chain 112b is stretched across the scraping unit 112 and the inside of the elevator 110.

掻取部112は、不図示のリンク機構が設けられる。リンク機構は、可動することにより、掻取部112の底部の長さを可変させる。これにより、掻取部112は、船倉5内の積荷6と接するバケツ112aの数を可変させる。掻取部112は、チェーン112bを回動させることにより、底部のバケツ112aによって船倉5内の積荷6を掻き取る。そして、積荷6を掻き取ったバケツ112aは、チェーン112bの回動に伴ってエレベータ110の上部に移動する。 The scraping unit 112 is provided with a link mechanism (not shown). The link mechanism is movable to vary the length of the bottom of the scraping unit 112. This allows the scraping unit 112 to vary the number of buckets 112a that come into contact with the cargo 6 in the hold 5. The scraping unit 112 rotates the chain 112b, causing the buckets 112a at the bottom to scrape off the cargo 6 in the hold 5. The buckets 112a that have scraped off the cargo 6 then move to the top of the elevator 110 as the chain 112b rotates.

ブームコンベア114は、ブーム106の下方に設けられる。ブームコンベア114は、バケツ112aによってエレベータ110の上部に移動された積荷6を外部に搬出させる。 The boom conveyor 114 is provided below the boom 106. The boom conveyor 114 transports the cargo 6 that has been moved to the top of the elevator 110 by the bucket 112a to the outside.

このような構成でなるアンローダ装置100は、走行体102によってレール3の延在方向に移動し、船舶4との長手方向の相対位置関係を調整する。また、アンローダ装置100は、旋回体104によって、ブーム106、トップフレーム108、エレベータ110および掻取部112を旋回させ、船舶4との短手方向の相対位置関係を調整する。また、アンローダ装置100は、ブーム106によって、トップフレーム108、エレベータ110および掻取部112を鉛直方向に移動させ、船舶4との鉛直方向の相対位置関係を調整する。また、アンローダ装置100は、トップフレーム108によってエレベータ110および掻取部112を旋回させる。これにより、アンローダ装置100は、掻取部112を任意の位置および角度に移動させることができる。 The unloader device 100 thus configured moves in the extension direction of the rail 3 by the travelling body 102, and adjusts the relative positional relationship in the longitudinal direction with the ship 4. The unloader device 100 also rotates the boom 106, the top frame 108, the elevator 110 and the scraping unit 112 by the rotating body 104, and adjusts the relative positional relationship in the transverse direction with the ship 4. The unloader device 100 also moves the top frame 108, the elevator 110 and the scraping unit 112 in the vertical direction by the boom 106, and adjusts the relative positional relationship in the vertical direction with the ship 4. The unloader device 100 also rotates the elevator 110 and the scraping unit 112 by the top frame 108. This allows the unloader device 100 to move the scraping unit 112 to any position and angle.

ここで、船舶4は、複数の船倉5が設けられる。船倉5は、上部にハッチコーミング7が設けられる。ハッチコーミング7は、鉛直方向に所定高さの壁面を有している。また、ハッチコーミング7は、船倉5における中央付近の水平断面に比べて、開口面積が小さい。つまり、船倉5は、ハッチコーミング7により開口が窄まった形状をしている。なお、ハッチコーミング7の上方には、ハッチコーミング7を開閉するハッチカバー8が設けられる。 Here, the ship 4 is provided with multiple holds 5. A hatch coaming 7 is provided at the top of each hold 5. The hatch coaming 7 has a wall surface of a certain height in the vertical direction. The hatch coaming 7 has a smaller opening area than the horizontal cross section near the center of the hold 5. In other words, the hold 5 has a shape in which the opening is narrowed by the hatch coaming 7. A hatch cover 8 for opening and closing the hatch coaming 7 is provided above the hatch coaming 7.

アンローダ装置100には、計測器としての測距センサ130~136が設けられる。測距センサ130~136は、例えば、測距可能なレーザセンサであり、Velodyne社製のVLP-16、VLP-32、Quanergy社製のM8等が適用される。測距センサ130~136は、例えば円柱形状の本体部の側面に、軸方向に沿って離隔した16のレーザー照射部が設けられる。レーザー照射部は、360度回転可能に本体部に設けられる。レーザー照射部は、互いに隣接して配置されたレーザー照射部との軸方向のレーザーの発射角度の差が1~2.5度間隔となるようにそれぞれ配置される。つまり、測距センサ130~136は、本体部の周方向に360度の範囲でレーザーを照射可能である。また、測距センサ130~136は、本体部の軸方向に直交する平面を基準として、±15度の範囲でレーザーを発射可能である。また、測距センサ130~136は、レーザーを受信する受信部が本体部に設けられる。 The unloader device 100 is provided with distance measuring sensors 130-136 as measuring instruments. The distance measuring sensors 130-136 are, for example, laser sensors capable of measuring distances, and VLP-16, VLP-32 manufactured by Velodyne, M8 manufactured by Quanery, etc. are applied. The distance measuring sensors 130-136 are provided with 16 laser irradiation units spaced apart along the axial direction, for example, on the side of a cylindrical main body. The laser irradiation units are provided on the main body so as to be rotatable 360 degrees. The laser irradiation units are each arranged so that the difference in the axial laser emission angle between adjacent laser irradiation units is 1 to 2.5 degrees apart. In other words, the distance measuring sensors 130-136 can irradiate a laser in a range of 360 degrees around the main body. The distance measuring sensors 130-136 can also emit a laser in a range of ±15 degrees based on a plane perpendicular to the axial direction of the main body. In addition, distance measurement sensors 130 to 136 have a receiving unit that receives the laser provided in the main body.

測距センサ130~136は、レーザー照射部を回転させながら所定角度毎にレーザーを照射する。測距センサ130~136は、複数のレーザー照射部から照射(投影)されて物体(計測点)で反射したレーザーを受信部でそれぞれ受信する。そして、測距センサ130~136は、レーザーが照射されてから受信するまでの時間に基づいて、物体までの距離を導出する。つまり、測距センサ130~136は、1つのレーザー照射部によって、1つの計測ライン上で複数の計測点までの距離をそれぞれ計測する。また、測距センサ130~136は、複数のレーザー照射部によって、複数の計測ライン上での複数の計測点までの距離をそれぞれ計測する。 The distance measurement sensors 130-136 rotate the laser irradiation unit and irradiate a laser at a predetermined angle. The distance measurement sensors 130-136 each receive lasers irradiated (projected) from the multiple laser irradiating units and reflected by the object (measurement point) at a receiving unit. The distance measurement sensors 130-136 then derive the distance to the object based on the time between when the laser is irradiated and when it is received. In other words, the distance measurement sensors 130-136 use one laser irradiating unit to measure the distance to multiple measurement points on one measurement line. The distance measurement sensors 130-136 also use multiple laser irradiating units to measure the distance to multiple measurement points on multiple measurement lines.

図3および図4は、測距センサ130~132の計測範囲を説明する図である。図3は、アンローダ装置100を上方から見た際の測距センサ130~132の計測範囲を説明する図である。図4は、アンローダ装置100を側方から見た際の測距センサ130~132の計測範囲を説明する図である。図3および図4において、測距センサ130~132の計測範囲を一点鎖線で示す。 Figures 3 and 4 are diagrams explaining the measurement ranges of the distance measuring sensors 130 to 132. Figure 3 is a diagram explaining the measurement ranges of the distance measuring sensors 130 to 132 when the unloader device 100 is viewed from above. Figure 4 is a diagram explaining the measurement ranges of the distance measuring sensors 130 to 132 when the unloader device 100 is viewed from the side. In Figures 3 and 4, the measurement ranges of the distance measuring sensors 130 to 132 are indicated by dashed lines.

測距センサ130~132は、主に、ハッチコーミング7を検出する際に用いられる。測距センサ130~132は、図3および図4に示すように、トップフレーム108の側面に取り付けられる。具体的には、測距センサ130~132は、エレベータ110の中心軸を基準として、周方向に互いに120度離して配置される。また、測距センサ130~132は、本体部の中心軸が、エレベータ110の径方向に沿うように配置される。なお、測距センサ130~132は、鉛直方向の上半分が不図示のカバーで覆われる。 The distance measuring sensors 130-132 are mainly used to detect the hatch coaming 7. As shown in Figures 3 and 4, the distance measuring sensors 130-132 are attached to the side of the top frame 108. Specifically, the distance measuring sensors 130-132 are arranged 120 degrees apart from each other in the circumferential direction with the central axis of the elevator 110 as the reference. The distance measuring sensors 130-132 are also arranged so that the central axis of the main body is aligned in the radial direction of the elevator 110. The upper vertical halves of the distance measuring sensors 130-132 are covered by a cover (not shown).

したがって、測距センサ130~132は、図3および図4に示すように、計測方向として、水平面よりも下方であって、トップフレーム108の側面に接する接線を基準として±15度の範囲に存在する物体までの距離を計測することができる。 As shown in Figures 3 and 4, the distance measuring sensors 130 to 132 can therefore measure the distance to an object that is below the horizontal plane and within a range of ±15 degrees from the tangent line that touches the side of the top frame 108.

図5および図6は、測距センサ133~136の計測範囲を説明する図である。図5は、掻取部112を上方から見た際の測距センサ133~136の計測範囲を説明する図である。なお、図5では、アンローダ装置100のうち、掻取部112のみを図示している。また、図5では、船舶4について、掻取部112と鉛直方向の同位置での水平断面を示している。図6は、アンローダ装置100を側方から見た際の測距センサ133~136の計測範囲を説明する図である。図5および図6において、測距センサ133、134の計測範囲を一点鎖線で示す。また、図5および図6において、測距センサ135、136の計測範囲を二点鎖線で示す。 Figures 5 and 6 are diagrams explaining the measurement ranges of the distance measuring sensors 133 to 136. Figure 5 is a diagram explaining the measurement ranges of the distance measuring sensors 133 to 136 when the scraping unit 112 is viewed from above. Note that Figure 5 only illustrates the scraping unit 112 of the unloader device 100. Also, Figure 5 shows a horizontal cross section of the ship 4 at the same vertical position as the scraping unit 112. Figure 6 is a diagram explaining the measurement ranges of the distance measuring sensors 133 to 136 when the unloader device 100 is viewed from the side. In Figures 5 and 6, the measurement ranges of the distance measuring sensors 133 and 134 are indicated by dashed lines. Also, in Figures 5 and 6, the measurement ranges of the distance measuring sensors 135 and 136 are indicated by dashed lines.

測距センサ133~136は、主に、船倉5内の積荷6、および、船倉5の壁面(側壁および底面)を検出する際に用いられる。測距センサ133は、図5および図6に示すように、掻取部112の側面112cに取り付けられる。測距センサ133は、本体部の中心軸が、掻取部112の側面112cに直交するように配置される。測距センサ134は、掻取部112の側面112dに取り付けられる。測距センサ134は、本体部の中心軸が、掻取部112の側面112dに直交するように配置される。測距センサ133、134は、鉛直方向の一部が不図示のカバーで覆われる。 The distance measuring sensors 133 to 136 are mainly used to detect the cargo 6 in the hold 5 and the walls (side walls and bottom) of the hold 5. The distance measuring sensor 133 is attached to the side 112c of the scraping unit 112 as shown in Figures 5 and 6. The distance measuring sensor 133 is positioned so that the central axis of the main body is perpendicular to the side 112c of the scraping unit 112. The distance measuring sensor 134 is attached to the side 112d of the scraping unit 112. The distance measuring sensor 134 is positioned so that the central axis of the main body is perpendicular to the side 112d of the scraping unit 112. Part of the vertical direction of the distance measuring sensors 133 and 134 is covered by a cover (not shown).

したがって、測距センサ133、134は、計測方向として、掻取部112の側面112cおよび側面112dの上方側の一部および下方側であって、掻取部112の側面112cおよび側面112dと平行な位置を基準として±15度の範囲に存在する物体の距離を計測することができる。なお、本実施形態の測距センサ133、134は、掻取部112の底部が位置する平面上において、少なくとも掻取部112の底部の最大長さ以上の範囲を計測できるように配置される。 Therefore, the distance measuring sensors 133 and 134 can measure the distance to an object that exists in a range of ±15 degrees from a position parallel to the side 112c and side 112d of the scraping portion 112, which is a part of the upper side and the lower side of the side 112c and side 112d of the scraping portion 112 as a measurement direction. Note that the distance measuring sensors 133 and 134 of this embodiment are positioned on the plane on which the bottom of the scraping portion 112 is located so that they can measure a range at least equal to or greater than the maximum length of the bottom of the scraping portion 112.

測距センサ135は、掻取部112の側面112cに取り付けられる。測距センサ135は、本体部の中心軸が、掻取部112の底面と直交するように配置される。測距センサ136は、掻取部112の側面112dに取り付けられる。測距センサ136は、本体部の中心軸が、掻取部112の底面と直交するように配置される。 The distance measurement sensor 135 is attached to the side surface 112c of the scraping portion 112. The distance measurement sensor 135 is positioned so that the central axis of the main body is perpendicular to the bottom surface of the scraping portion 112. The distance measurement sensor 136 is attached to the side surface 112d of the scraping portion 112. The distance measurement sensor 136 is positioned so that the central axis of the main body is perpendicular to the bottom surface of the scraping portion 112.

したがって、測距センサ135、136は、計測方向として、掻取部112の外方であって、掻取部112の側面112cおよび側面112dに直交する水平面(あるいは、本体部の中心軸と直交する平面)を基準として所定角度の範囲に存在する物体の距離を計測することができる。 The distance measuring sensors 135 and 136 can therefore measure the distance to an object that is outside the scraping portion 112 and within a specified angle range based on a horizontal plane perpendicular to the sides 112c and 112d of the scraping portion 112 (or a plane perpendicular to the central axis of the main body).

測距センサ130~136は、物体までの距離を計測すると、物体までの距離を示す計測データをアンローダ制御部140(図7参照)に送信する。 When the distance measuring sensors 130-136 measure the distance to an object, they transmit measurement data indicating the distance to the object to the unloader control unit 140 (see Figure 7).

図7は、アンローダ装置100の電気的な構成を説明する図である。図7に示すように、アンローダ装置100には、アンローダ制御部140、記憶部142および表示部144が設けられる。 Figure 7 is a diagram explaining the electrical configuration of the unloader device 100. As shown in Figure 7, the unloader device 100 is provided with an unloader control unit 140, a memory unit 142, and a display unit 144.

アンローダ制御部140は、位置センサ116、旋回角度センサ118、傾斜角度センサ120、旋回角度センサ122、測距センサ130~136、記憶部142および表示部144と接続される。アンローダ制御部140は、CPU(中央処理装置)を含む半導体集積回路で構成される。アンローダ制御部140は、ROMからCPU自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。そして、アンローダ制御部140は、ワークエリアとしてのRAMや他の電子回路と協働して、アンローダ装置100全体を管理および制御する。 The unloader control unit 140 is connected to the position sensor 116, the turning angle sensor 118, the tilt angle sensor 120, the turning angle sensor 122, the distance measuring sensors 130-136, the memory unit 142, and the display unit 144. The unloader control unit 140 is composed of a semiconductor integrated circuit including a CPU (central processing unit). The unloader control unit 140 reads out programs and parameters for operating the CPU itself from the ROM. The unloader control unit 140 then works together with the RAM as a work area and other electronic circuits to manage and control the entire unloader device 100.

また、アンローダ制御部140は、駆動制御部150、計測データ取得部152、エッジ検出部154、位置姿勢導出部156、ローパスフィルタ部158、経路生成部160、自動運転部162として機能する。駆動制御部150は、アンローダ装置100の駆動を制御する。なお、アンローダ制御部140の他の機能部の詳細については後述する。 The unloader control unit 140 also functions as a drive control unit 150, a measurement data acquisition unit 152, an edge detection unit 154, a position and orientation derivation unit 156, a low-pass filter unit 158, a path generation unit 160, and an automatic driving unit 162. The drive control unit 150 controls the driving of the unloader device 100. Details of the other functional units of the unloader control unit 140 will be described later.

記憶部142は、ハードディスク、不揮発性メモリ等の記憶媒体である。記憶部142は、詳しくは後述する船倉5のモデル等を記憶する。 The storage unit 142 is a storage medium such as a hard disk or non-volatile memory. The storage unit 142 stores a model of the hold 5, which will be described in detail later.

表示部144は、LEDディスプレイ、有機ELディスプレイ等である。表示部144には、船倉5の3次元モデルに対してアンローダ装置100の3次元モデルが配置された画像が表示される。 The display unit 144 is an LED display, an organic EL display, or the like. The display unit 144 displays an image in which a three-dimensional model of the unloader device 100 is placed relative to a three-dimensional model of the hold 5.

図8は、アンローダ制御部140が行う処理の流れを示すフローチャートである。図8に示すように、処理を開始すると、まず、計測データ取得部152は、測距センサ130~136で計測された計測点の計測データを随時取得する(S100)。なお、計測データ取得部152は、掻取部112が船倉5内の積荷6の掻き取り作業を開始してから、全ての積荷6を掻き取り終えるまでの間(例えば10時間)、各測距センサ130~136から計測データを1秒に1~5回の頻度で定期的に取得する。 Figure 8 is a flowchart showing the flow of processing performed by the unloader control unit 140. As shown in Figure 8, when processing begins, the measurement data acquisition unit 152 first acquires measurement data of the measurement points measured by the distance sensors 130-136 at any time (S100). Note that the measurement data acquisition unit 152 periodically acquires measurement data from each of the distance sensors 130-136 at a frequency of 1 to 5 times per second from the time the scraping unit 112 starts scraping the cargo 6 in the hold 5 until all of the cargo 6 has been scraped (e.g., 10 hours).

図9および図10は、アンローダ装置100の座標系を説明する図である。図9は、アンローダ装置100を上方から見た図である。図10は、アンローダ装置100を側方から見た図である。ここで、アンローダ装置100は、3つの座標系、すなわち、地上座標系300、掻取部座標系310およびハッチコーミング座標系320を有する。 Figures 9 and 10 are diagrams explaining the coordinate system of the unloader device 100. Figure 9 is a view of the unloader device 100 seen from above. Figure 10 is a view of the unloader device 100 seen from the side. Here, the unloader device 100 has three coordinate systems, namely, a ground coordinate system 300, a scraping section coordinate system 310, and a hatch combing coordinate system 320.

図9および図10に示すように、地上座標系300は、岸壁2(地上)に予め設定された所定位置、例えばアンローダ装置100の初期位置を原点としている。地上座標系300は、レール3の延在方向および鉛直方向に直交する方向をXa軸方向とする。地上座標系300は、レール3の延在方向をYa軸方向とする。地上座標系300は、鉛直方向をZa軸方向とする。 As shown in Figures 9 and 10, the ground coordinate system 300 has its origin at a predetermined position previously set on the quay 2 (ground), for example the initial position of the unloader device 100. In the ground coordinate system 300, the Xa axis direction is a direction perpendicular to the extension direction of the rail 3 and the vertical direction. In the ground coordinate system 300, the Ya axis direction is the extension direction of the rail 3. In the ground coordinate system 300, the Za axis direction is the vertical direction.

掻取部座標系310は、エレベータ110の中心軸上であって、鉛直方向におけるトップフレーム108の下端を原点としている。掻取部座標系310は、原点から掻取部112の先端部112eの中心に向かう方向をXb軸方向とする。掻取部座標系310は、エレベータ110の延在方向をZb軸方向とする。掻取部座標系310は、Xb軸方向およびZb軸方向に直交する方向をYa軸方向とする。 The scraping unit coordinate system 310 is on the central axis of the elevator 110, and has its origin at the lower end of the top frame 108 in the vertical direction. In the scraping unit coordinate system 310, the direction from the origin toward the center of the tip 112e of the scraping unit 112 is the Xb axis direction. In the scraping unit coordinate system 310, the extension direction of the elevator 110 is the Zb axis direction. In the scraping unit coordinate system 310, the direction perpendicular to the Xb axis direction and the Zb axis direction is the Ya axis direction.

ハッチコーミング座標系320は、船舶4のハッチコーミング7における船尾側の壁面の中心位置であって、ハッチコーミング7の上端を原点(船舶4の所定位置)とする。ハッチコーミング座標系320は、船舶4の長手方向、つまり、船舶4に沿ったハッチコーミング7の延在方向をXc軸方向とする。ハッチコーミング座標系320は、船舶4の短手方向(幅方向)をYc軸方向とする。ハッチコーミング座標系320は、ハッチコーミング7の上端面に直交する上方向をZc軸方向とする。 The hatch coaming coordinate system 320 is the center position of the stern wall surface of the hatch coaming 7 of the ship 4, and has the upper end of the hatch coaming 7 as the origin (a specified position of the ship 4). The hatch coaming coordinate system 320 has the Xc axis direction as the longitudinal direction of the ship 4, that is, the extension direction of the hatch coaming 7 along the ship 4. The hatch coaming coordinate system 320 has the Yc axis direction as the short side direction (width direction) of the ship 4. The hatch coaming coordinate system 320 has the Zc axis direction as the upward direction perpendicular to the upper end surface of the hatch coaming 7.

そして、計測データ取得部152により測距センサ130~136から計測データが取得される度に、位置姿勢導出部156は、(1)式を用いて、地上座標系300から見たハッチコーミング座標系320の位置姿勢GRHCを導出する(S102)。

Figure 0007626417000001
なお、位置姿勢Tは、位置および姿勢に関する情報、すなわち、位置姿勢情報であり、原点の変位および回転(ロール、ピッチ、ヨー)を4×4の行列で表した同次元変換行列である。つまり、位置姿勢Tは、一般的にX軸、Y軸、Z軸で表される3軸に加え、ロール、ピッチ、ヨーを加えた6軸で表されている。なお、位置姿勢Tは、位置または姿勢に関する情報であってもよい。また、(1)式において、GRは地上座標系300を示し、BEは掻取部座標系310を示し、HCはハッチコーミング座標系320を示す。 Then, each time the measurement data acquisition unit 152 acquires measurement data from the distance measurement sensors 130 to 136, the position and orientation derivation unit 156 derives the position and orientation GR T HC of the hatch combing coordinate system 320 viewed from the ground coordinate system 300 using equation (1) (S102).
Figure 0007626417000001
The position and attitude T is information on the position and attitude, that is, position and attitude information, and is a homogeneous transformation matrix in which the displacement and rotation (roll, pitch, yaw) of the origin are expressed as a 4×4 matrix. That is, the position and attitude T is expressed by six axes, which are the three axes generally represented by the X-axis, Y-axis, and Z-axis, plus the roll, pitch, and yaw. The position and attitude T may be information on the position or attitude. In addition, in formula (1), GR indicates the ground coordinate system 300, BE indicates the scraping unit coordinate system 310, and HC indicates the hatch combing coordinate system 320.

また、位置姿勢GRBEは、地上座標系300から見た掻取部座標系310の位置姿勢を示す。位置姿勢HCBEは、ハッチコーミング座標系320から見た掻取部座標系310の位置姿勢を示す。 Moreover, the position and orientation GR T BE indicates the position and orientation of the scraping unit coordinate system 310 as viewed from the ground coordinate system 300. The position and orientation HC T BE indicates the position and orientation of the scraping unit coordinate system 310 as viewed from the hatch combing coordinate system 320.

ここで、地上座標系300から見た掻取部座標系310の原点の位置および回転は、アンローダ装置100の形状、アンローダ装置100の移動、および、掻取部112の旋回に基づいて幾何学的に導出可能である。そこで、位置姿勢導出部156は、アンローダ装置100の形状、アンローダ装置100の移動、および、掻取部112の旋回に基づいて、位置姿勢GRBEを導出する。 Here, the position and rotation of the origin of the scraping unit coordinate system 310 as viewed from the ground coordinate system 300 can be geometrically derived based on the shape of the unloader apparatus 100, the movement of the unloader apparatus 100, and the rotation of the scraping unit 112. Therefore, the position and orientation derivation unit 156 derives the position and orientation GR T BE based on the shape of the unloader apparatus 100, the movement of the unloader apparatus 100, and the rotation of the scraping unit 112.

また、測距センサ130~132は、トップフレーム108に取り付けられているため、掻取部座標系310における位置が予め既知となっている。そこで、エッジ検出部154は、測距センサ130~132により測定される計測点の計測データに基づいてハッチコーミング7の上端のエッジを検出する。そして、位置姿勢導出部156は、検出したハッチコーミング7の上端のエッジに基づいて、位置姿勢HCBEを導出する。 In addition, since the distance measuring sensors 130 to 132 are attached to the top frame 108, their positions in the scraping unit coordinate system 310 are known in advance. Therefore, the edge detection unit 154 detects the upper edge of the hatch combing 7 based on the measurement data of the measurement points measured by the distance measuring sensors 130 to 132. Then, the position and orientation derivation unit 156 derives the position and orientation HC T BE based on the detected upper edge of the hatch combing 7.

具体的には、まず、エッジ検出部154は、測距センサ130~132の位置、および、測距センサ130~132により計測された計測点までの距離および方向に基づいて、掻取部座標系310における計測点の3次元位置を導出する。 Specifically, first, the edge detection unit 154 derives the three-dimensional position of the measurement point in the scraping unit coordinate system 310 based on the positions of the distance measurement sensors 130-132 and the distance and direction to the measurement point measured by the distance measurement sensors 130-132.

図11は、測距センサ130~132の計測点を説明する図である。なお、図11では、ハッチコーミング7上の測距センサ130~132の計測範囲を太線で示す。図11に示すように、測距センサ130~132は、水平面よりも下方であって、トップフレーム108に接する平面を基準として測距センサ130~132から±所定角度の範囲に存在する物体までの距離を計測する。 Figure 11 is a diagram explaining the measurement points of the distance measuring sensors 130-132. In Figure 11, the measurement range of the distance measuring sensors 130-132 on the hatch combing 7 is indicated by a thick line. As shown in Figure 11, the distance measuring sensors 130-132 are below the horizontal plane and measure the distance to an object that exists within a range of ± a specified angle from the distance measuring sensors 130-132 using a plane that is tangent to the top frame 108 as a reference.

したがって、測距センサ130~132は、測距センサ130~132の鉛直下方(エレベータ110の回転中心)を基準として、前方側と後方側とで異なるハッチコーミング7のエッジが計測範囲となる。なお、前方側とは、1回の計測において前半に計測された計測範囲をいう。また、後方側とは、1回の計測において後半に計測された計測範囲をいう。 Therefore, the distance measuring sensors 130-132 use the vertically downward point of the distance measuring sensors 130-132 (the center of rotation of the elevator 110) as a reference point, and the measurement range is the edge of the hatch combing 7, which differs between the front and rear sides. Note that the front side refers to the measurement range measured in the first half of a single measurement. The rear side refers to the measurement range measured in the second half of a single measurement.

そこで、測距センサ130~132で計測された測定点を、測距センサ130~132の鉛直下方を基準として、前方側および後方側の2つに分割する。 Therefore, the measurement points measured by the distance measuring sensors 130 to 132 are divided into two, the front side and the rear side, based on the vertically downward direction of the distance measuring sensors 130 to 132.

図12は、エッジ点を検出する様子を示す図である。なお、図12において、計測点を黒丸で示す。図12では、測距センサ130~132の1つのレーザー照射部に照射されたレーザーによって計測された計測点を図示している。 Figure 12 is a diagram showing how edge points are detected. In Figure 12, measurement points are indicated by black circles. Figure 12 illustrates measurement points measured by a laser irradiated by one of the laser irradiation sections of distance measuring sensors 130-132.

エッジ検出部154は、1つのレーザー照射部により照射されて計測された1つの計測ラインの計測点群毎(前方側、後方側毎)に以下の処理を行う。エッジ検出部154は、1つのレーザー照射部により照射されて計測された各計測点のベクトル(方向)を導出する。なお、計測点のベクトルは、連続して計測される計測点のうち、1の計測点に対する、次に計測される計測点の方向(ベクトル)を、1の計測点のベクトルとして導出する。 The edge detection unit 154 performs the following processing for each group of measurement points (for both the front and rear sides) of one measurement line irradiated and measured by one laser irradiation unit. The edge detection unit 154 derives the vector (direction) of each measurement point irradiated and measured by one laser irradiation unit. Note that the vector of a measurement point is derived by deriving the direction (vector) of the next measurement point measured relative to one measurement point among the measurement points measured consecutively as the vector of one measurement point.

そして、エッジ検出部154は、計測点のベクトルが鉛直方向とされる計測点を抽出する。これは、測距センサ130~132により計測されるハッチコーミング7の壁面(側面)が概ね鉛直方向に延在しているので、ハッチコーミング7の壁面に計測点がある場合、計測点のベクトルが鉛直方向となるからである。 The edge detection unit 154 then extracts measurement points whose vectors are vertical. This is because the wall surface (side surface) of the hatch combing 7 measured by the distance measurement sensors 130 to 132 extends in a roughly vertical direction, so if a measurement point is on the wall surface of the hatch combing 7, the vector of the measurement point will be vertical.

そして、エッジ検出部154は、抽出された計測点のうち、連続して抽出された計測点が複数ある場合、鉛直方向における最も上方の点を抽出する。これは、ハッチコーミング7の上端のエッジを検出するため、連続して計測された計測点群においては、最も上方の点が、ハッチコーミング7の上端のエッジである可能性があるからである。 Then, when there are multiple consecutively extracted measurement points among the extracted measurement points, the edge detection unit 154 extracts the uppermost point in the vertical direction. This is because, in order to detect the upper edge of the hatch combing 7, the uppermost point in the group of consecutively measured measurement points may be the upper edge of the hatch combing 7.

続いて、エッジ検出部154は、抽出された計測点のうち、掻取部座標系310におけるXb軸方向およびYb軸方向における最も原点に近い計測点を抽出する。つまり、エッジ検出部154は、エレベータ110の中心軸に最も近い計測点を抽出する。これは、ハッチコーミング7が船舶4の各構造物のうち、最もエレベータ110に近い位置にあるからである。 Then, the edge detection unit 154 extracts the measurement point that is closest to the origin in the Xb-axis direction and the Yb-axis direction in the scraping unit coordinate system 310 from among the extracted measurement points. In other words, the edge detection unit 154 extracts the measurement point that is closest to the central axis of the elevator 110. This is because the hatch coaming 7 is located closest to the elevator 110 among the various structures of the ship 4.

そして、エッジ検出部154は、抽出された計測点に対して、掻取部座標系310におけるXb軸方向およびYb軸方向の所定の範囲(例えば数十cmの範囲)に存在する計測点を再抽出する。ここでは、ハッチコーミング7上の計測点を抽出することになる。 Then, the edge detection unit 154 re-extracts measurement points that exist within a predetermined range (e.g., a range of several tens of centimeters) in the Xb-axis direction and Yb-axis direction in the scraping unit coordinate system 310 from the extracted measurement points. Here, the measurement points on the hatch combing 7 are extracted.

そして、エッジ検出部154は、再抽出した計測点、つまり、ハッチコーミング7上の計測点のうち、鉛直方向における最も上方の計測点をハッチコーミング7のエッジ点として抽出する。 Then, the edge detection unit 154 extracts the re-extracted measurement point, that is, the uppermost measurement point in the vertical direction among the measurement points on the hatch combing 7, as an edge point of the hatch combing 7.

エッジ検出部154は、測距センサ130~132の1つのレーザー照射部により照射されて計測された計測点群毎に、前方側および後方側のエッジ点を抽出する。 The edge detection unit 154 extracts front and rear edge points for each group of measurement points irradiated and measured by one of the laser irradiation units of the distance measurement sensors 130 to 132.

そして、全てのエッジ点が抽出されると、エッジ検出部154は、ハッチコーミング7のエッジの直線を検出する。具体的には、エッジ検出部154は、測距センサ130の前方側でそれぞれ抽出されたエッジ点を1つのグループとする。同様に、エッジ検出部154は、測距センサ130の後方側でそれぞれ抽出されたエッジ点を1つのグループとする。さらに、エッジ検出部154は、測距センサ131、132の前方側および後方側でそれぞれ抽出されたエッジ点をそれぞれグループとする。 When all edge points have been extracted, the edge detection unit 154 detects straight lines of the edges of the hatch combing 7. Specifically, the edge detection unit 154 groups the edge points extracted on the front side of the distance measurement sensor 130 into one group. Similarly, the edge detection unit 154 groups the edge points extracted on the rear side of the distance measurement sensor 130 into one group. Furthermore, the edge detection unit 154 groups the edge points extracted on the front and rear sides of the distance measurement sensors 131 and 132 into groups.

ここで、図11に示したように、測距センサ130~132の前方側および後方側でそれぞれ計測されるハッチコーミング7の上端のエッジの直線は、ハッチコーミング7の角を含む場合、2本計測されることになる。 Here, as shown in FIG. 11, two straight lines of the upper edge of the hatch combing 7 are measured on the front and rear sides of the distance measuring sensors 130-132, respectively, and if the corners of the hatch combing 7 are included, then two straight lines will be measured.

そこで、エッジ検出部154は、グループごとに、抽出されたエッジ点間の線分のうち、最も多くの類似の線分をもつものを候補ベクトルとして導出する。そして、エッジ検出部154は、候補ベクトルに対して予め設定された範囲内に存在するエッジ点を抽出する。そして、エッジ検出部154は、抽出したエッジ点を用いて直線を再計算する。 The edge detection unit 154 then derives, for each group, the line segments between the extracted edge points that have the most similar line segments as a candidate vector. The edge detection unit 154 then extracts edge points that exist within a preset range for the candidate vector. The edge detection unit 154 then recalculates the straight line using the extracted edge points.

次に、エッジ検出部154は、抽出されなかったエッジ点を用いて上記した処理を繰り返し行う。ただし、抽出されたエッジ点の数が、予め設定された閾値未満である場合、直線を導出しない。これにより、ハッチコーミング7の角を含む場合であっても、2本のエッジの直線を導出することができる。 Next, the edge detection unit 154 repeats the above process using the edge points that were not extracted. However, if the number of extracted edge points is less than a preset threshold, no straight lines are derived. This makes it possible to derive straight lines for two edges even when the corners of the hatch combing 7 are included.

エッジ検出部154は、グループごとに、上記した処理を繰り返し行うことで、エッジの直線を導出する。このように、エッジの直線は、1箇所で最大2個検出されるため、最大で12本検出されることになる。 The edge detection unit 154 derives the edge straight lines by repeating the above process for each group. In this way, a maximum of two edge straight lines are detected at one location, resulting in a maximum of 12 straight lines being detected.

そして、エッジ検出部154は、検出された直線のうち、各直線間におけるなす角を導出する。そして、エッジ検出部154は、なす角が予め決められた閾値以下である場合、同一の直線であるとして統合する。具体的には、なす角が予め決められた閾値以下である直線を構成するエッジ点を用いて、最小二乗近似により直線を再導出する。 The edge detection unit 154 then derives the angles between the detected straight lines. If the angles between the straight lines are equal to or smaller than a predetermined threshold, the edge detection unit 154 merges the straight lines as being the same straight line. Specifically, the edge detection unit 154 re-derives straight lines by least squares approximation using edge points that constitute straight lines whose angles are equal to or smaller than a predetermined threshold.

続いて、エッジ検出部154は、検出したエッジの直線から、各辺の3次元方向ベクトル、各辺の3次元重心座標、各辺の長さ、各辺の端点の座標を含むエッジ辺情報を導出する。 Next, the edge detection unit 154 derives edge information from the straight lines of the detected edges, including the three-dimensional direction vector of each side, the three-dimensional center of gravity coordinates of each side, the length of each side, and the coordinates of the endpoints of each side.

次に、位置姿勢導出部156は、記憶部142に記憶されたハッチコーミング7の3次元モデル情報と、掻取部座標系310で表現されるエッジ辺情報(検出結果)とに基づいて、位置姿勢HCBEを導出する。なお、ハッチコーミング7の3次元モデル情報は、ハッチコーミング座標系320によって表されるハッチコーミング7の3次元モデルを示すものである。 Next, the position and orientation derivation unit 156 derives the position and orientation HC T BE based on the three-dimensional model information of the hatch combing 7 stored in the storage unit 142 and the edge side information (detection result) expressed in the scraping unit coordinate system 310. Note that the three-dimensional model information of the hatch combing 7 indicates a three -dimensional model of the hatch combing 7 represented by the hatch combing coordinate system 320.

位置姿勢導出部156は、ブーム106の旋回角度だけ、検出したハッチコーミング7のエッジの直線の向きを回転させることで大まかな補正を行う。また、位置姿勢導出部156は、検出したハッチコーミング7のエッジの直線と、3次元モデル情報におけるハッチコーミング7の上端の辺とを、エッジの向きが最も近い直線同士を対応付ける。 The position and orientation derivation unit 156 performs rough correction by rotating the orientation of the detected straight line of the edge of the hatch combing 7 by the rotation angle of the boom 106. In addition, the position and orientation derivation unit 156 associates the straight line of the detected edge of the hatch combing 7 with the upper edge of the hatch combing 7 in the 3D model information by matching the straight lines with the closest edge orientation.

そして、位置姿勢導出部156は、例えばエッジの直線を構成するエッジ点と、3次元モデル情報に基づくハッチコーミング7の上端の辺との距離の差の二乗和を評価関数とし、その評価関数を最小にする位置姿勢HCBEを例えばLM法により求める。具体的には、エッジの直線を構成するエッジ点と3次元モデル情報に基づくハッチコーミング7の上端の辺との距離の合計、または、エッジの直線と3次元モデル情報に基づくハッチコーミング7の上端の辺とにより形成される曲面の面積が最小となるように位置姿勢HCBEを求める。なお、位置姿勢HCBEを求める手法は、LM法に限らず、最急降下法、ニュートン法など他の手法であってもよい。 Then, the position and orientation derivation unit 156 uses, for example, the sum of squares of the differences in distance between edge points constituting the straight line of the edge and the upper side of the hatch combing 7 based on the three-dimensional model information as an evaluation function, and obtains the position and orientation HC T BE that minimizes the evaluation function, for example, by the LM method. Specifically, the position and orientation HC T BE is obtained so that the sum of the distances between the edge points constituting the straight line of the edge and the upper side of the hatch combing 7 based on the three-dimensional model information, or the area of the curved surface formed by the straight line of the edge and the upper side of the hatch combing 7 based on the three-dimensional model information, is minimized. Note that the method for obtaining the position and orientation HC T BE is not limited to the LM method, and other methods such as the steepest descent method and Newton's method may be used.

そして、位置姿勢導出部156は、導出された位置姿勢GRBEおよび位置姿勢HCBEに基づいて、(1)式を用いて、位置姿勢GRHCを導出する。位置姿勢GRHCは、測距センサ130~132によって計測データが取得される度に導出されることになる。 Then, the position and orientation derivation unit 156 derives the position and orientation GR T HC using the equation (1) based on the derived position and orientation GR T BE and position and orientation HC T BE . The position and orientation GR T HC is derived every time measurement data is acquired by the distance measurement sensors 130 to 132.

ローパスフィルタ部158は、位置姿勢導出部156によって位置姿勢GRHCが導出されると、位置姿勢GRHCに対してローパスフィルタを施す(S104)。 When the position and orientation GR T HC is derived by the position and orientation derivation unit 156, the low-pass filter unit 158 applies a low-pass filter to the position and orientation GR T HC (S104).

ローパスフィルタは、カットオフ周波数が予め決められた一次遅れ系のフィルタである。ただし、ローパスフィルタは、一次遅れ系のフィルタに限らず、例えば二次遅れ系のフィルタであってもよい。ローパスフィルタは、カットオフ周波数以下の周波数成分をカット(減衰)できれば、どのようなフィルタでもよい。 A low-pass filter is a first-order lag filter with a predetermined cutoff frequency. However, the low-pass filter is not limited to a first-order lag filter, and may be, for example, a second-order lag filter. Any type of filter may be used as a low-pass filter as long as it can cut (attenuate) frequency components below the cutoff frequency.

図13は、ローパスフィルタのカットオフ周波数を説明する図である。図13に示すように、測距センサ130~132による計測データには、例えば、時定数が0.5秒の計測ノイズがのっている。また、波の影響による船舶4の揺れは、時定数が例えば5秒である。また、潮汐による船舶4の移動は、時定数が例えば数時間から半日である。 Figure 13 is a diagram explaining the cutoff frequency of a low-pass filter. As shown in Figure 13, the measurement data from the distance sensors 130 to 132 includes measurement noise with a time constant of, for example, 0.5 seconds. The rocking of the ship 4 due to the influence of waves has a time constant of, for example, 5 seconds. The movement of the ship 4 due to the tides has a time constant of, for example, several hours to half a day.

ローパスフィルタのカットオフ周波数は、波による船舶4の揺れ、および、計測ノイズの影響を減衰させる値に設定されている。一方、ローパスフィルタのカットオフ周波数は、潮汐による船舶4の移動の影響を減衰させない値に設定されている。 The cutoff frequency of the low-pass filter is set to a value that attenuates the effects of the rocking of the ship 4 caused by waves and the effects of measurement noise. On the other hand, the cutoff frequency of the low-pass filter is set to a value that does not attenuate the effects of the movement of the ship 4 caused by the tides.

つまり、ローパスフィルタの時定数は、波による船舶4の揺れの時定数と、潮汐による船舶4の移動の時定数との間に設定される。例えば、ローパスフィルタの時定数は、10秒から1分の間に設定される。換言すると、ローパスフィルタのカットオフ周波数は、波により船舶4が揺れる周波数と、潮汐により船舶4が移動する周波数との間に設定されている。 In other words, the time constant of the low-pass filter is set between the time constant of the rocking of the ship 4 due to waves and the time constant of the movement of the ship 4 due to tides. For example, the time constant of the low-pass filter is set between 10 seconds and 1 minute. In other words, the cutoff frequency of the low-pass filter is set between the frequency at which the ship 4 rocks due to waves and the frequency at which the ship 4 moves due to tides.

ローパスフィルタ部158は、位置姿勢導出部156によって位置姿勢GRHCが導出されると、カットオフ周波数以上の周波数を減衰させるローパスフィルタを位置姿勢GRHCに対して施す。換言すると、ローパスフィルタが施された位置姿勢LPF(GRHC)は、位置姿勢GRHCに対してローパスフィルタによる処理が施された情報である。 When the position and orientation GR T HC is derived by the position and orientation derivation unit 156, the low-pass filter unit 158 applies a low-pass filter to the position and orientation GR T HC , which attenuates frequencies equal to or higher than a cutoff frequency. In other words, the position and orientation LPF( GR T HC ) that has been subjected to the low-pass filter is information obtained by subjecting the position and orientation GR T HC to processing by the low-pass filter.

これにより、位置姿勢LPF(GRHC)は、波により船舶4が揺れる周波数成分、および、計測ノイズの周波数成分がカット(減衰)されることになる。また、位置姿勢LPF(GRHC)は、潮汐により船舶4が移動する周波数成分がカットされずに残ったままとなる。 As a result, the position and attitude LPF ( GR THC ) cuts (attenuates) the frequency components of the ship 4 rocking due to waves and the frequency components of measurement noise. Moreover, the position and attitude LPF ( GR THC ) does not cut the frequency components of the ship 4 moving due to the tides, and the frequency components remain.

次に、アンローダ装置100の経路生成部160、自動運転部162の処理について説明する。 Next, we will explain the processing of the route generation unit 160 and automatic driving unit 162 of the unloader device 100.

図14は、自動経路を説明する図である。ここで、アンローダ装置100により積荷6を掻き取る際、大まかに3つの工程がある。船倉5内の積荷6が一度も掻き取られていない場合、積荷6は、船倉5内において山型に積まれている。そこで、第1の工程として、船倉5内の積荷6を平らにする工程である。第1の工程は、作業者がアンローダ装置100を手動で操作することにより行われる。 Figure 14 is a diagram explaining the automatic route. Here, when the unloader device 100 scrapes off the cargo 6, there are roughly three processes. If the cargo 6 in the hold 5 has never been scraped off, the cargo 6 is piled up in the hold 5 in a mountain shape. Therefore, the first process is to flatten the cargo 6 in the hold 5. The first process is performed by an operator manually operating the unloader device 100.

その後、船倉5内に積まれた積荷6の表面がほぼ平らになると、第2の工程として、図14に示すように、掻取部112を、船倉5の壁面に沿って複数周移動させた後、中央を1回移動させる。この第2の工程は、掻取部112を移動させる経路が単純であり、かつ、積荷6の掻き取り量も安定しているため、自動化が可能である。 After that, when the surface of the cargo 6 loaded in the hold 5 becomes almost flat, in the second step, as shown in FIG. 14, the scraping unit 112 is moved around the wall of the hold 5 several times, and then moved once around the center. This second step can be automated because the path along which the scraping unit 112 moves is simple and the amount of cargo 6 scraped is stable.

その後、船倉5内の積荷6が少なくなると、第3の工程として、残りの積荷6を掻取部112によって掻き取る。この第3の工程では、船倉5内に残っている積荷6の位置まで掻取部112を移動させる必要がある。また、第3の工程では、船倉5の底面の近くで掻取部112を可動させる必要がある。そのため、第3の工程は、作業者がアンローダ装置100を手動で操作することにより行われる。 After that, when the cargo 6 in the hold 5 becomes small, the remaining cargo 6 is scraped off by the scraping unit 112 in the third step. In this third step, it is necessary to move the scraping unit 112 to the position of the cargo 6 remaining in the hold 5. Also, in the third step, it is necessary to move the scraping unit 112 near the bottom of the hold 5. Therefore, the third step is performed by an operator manually operating the unloader device 100.

このように、アンローダ装置100により積荷6を掻き取る際の3つの工程のうち、第2の工程は、アンローダ装置100の自動化が可能である。 In this way, of the three steps involved in scraping off the cargo 6 using the unloader device 100, the second step can be automated by the unloader device 100.

経路生成部160は、記憶部142に記憶された船倉5の3次元モデルを読み出す。船倉5の3次元モデルは、ハッチコーミング座標系320によって表されている。 The path generation unit 160 reads out the three-dimensional model of the hold 5 stored in the memory unit 142. The three-dimensional model of the hold 5 is represented by the hatch coaming coordinate system 320.

そして、経路生成部160は、船倉5の3次元モデルの座標系を、ハッチコーミング座標系320から位置姿勢LPF(GRHC)を用いた座標系に変換する。 Then, the path generating unit 160 converts the coordinate system of the three-dimensional model of the hold 5 from the hatch coaming coordinate system 320 into a coordinate system using the position and attitude LPF ( GR THC ).

そして、経路生成部160は、座標系が変換された船倉5の3次元モデルを用いて、図14に示すような、掻取部112を船倉5の側壁に沿って並進させる自動経路を作成する(S106)。 Then, the path generation unit 160 uses the three-dimensional model of the hold 5 with the transformed coordinate system to create an automatic path for translating the scraping unit 112 along the side wall of the hold 5, as shown in FIG. 14 (S106).

自動運転部162は、経路生成部160により作成された経路に沿って掻取部112を移動させる(S108)。このとき、船倉5の3次元モデルは、ローパスフィルタが施された位置姿勢LPF(GRHC)を用いて座標系が変更されている。これにより、波による船舶4の揺れの影響が取り除かれているため、掻取部112の移動速度が遅くても、波による船舶4の揺れの影響を受けずに、作成された経路で掻取部112を移動(追従)させることができる。 The automatic driving unit 162 moves the scraping unit 112 along the path created by the path generating unit 160 (S108). At this time, the coordinate system of the three-dimensional model of the hold 5 is changed using the position and attitude LPF ( GR THC ) that has been subjected to a low-pass filter. This removes the influence of the rocking of the ship 4 caused by waves, so that even if the moving speed of the scraping unit 112 is slow, the scraping unit 112 can move (follow) along the created path without being influenced by the rocking of the ship 4 caused by waves.

また、潮汐により船舶4が移動する周波数成分がカットされていないが、掻取部112の移動速度は、潮汐による船舶4の移動に十分対応できる。 In addition, although the frequency components that cause the ship 4 to move due to the tides are not cut off, the movement speed of the scraping unit 112 is sufficient to accommodate the movement of the ship 4 due to the tides.

かくして、アンローダ装置100は、潮汐による船舶4の揺れ、および、波による船舶4の移動の影響を低減した座標系を、位置姿勢LPF(GRHC)を用いて導出することができる。また、アンローダ装置100は、作成された自動経路で掻取部112を移動させることができる。また、アンローダ装置100は、計測ノイズの影響も低減することができる。 Thus, the unloader apparatus 100 can derive a coordinate system that reduces the effects of the swaying of the ship 4 due to tides and the movement of the ship 4 due to waves, using the position and attitude LPF ( GR THC ). The unloader apparatus 100 can also move the scraping unit 112 along the created automatic route. The unloader apparatus 100 can also reduce the effects of measurement noise.

また、位置姿勢LPF(GRHC)は、ロール、ピッチ、ヨーの3軸を表しているため、船舶4の挙動を把握しやすいように表すことができる。 In addition, since the position and attitude LPF ( GR THC ) represents the three axes of roll, pitch, and yaw, the behavior of the ship 4 can be represented in a manner that makes it easy to understand.

以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に技術的範囲に属するものと了解される。 Although the embodiments have been described above with reference to the attached drawings, it goes without saying that the present disclosure is not limited to such embodiments. It is clear that a person skilled in the art can come up with various modified or revised examples within the scope of the claims, and it is understood that these also naturally fall within the technical scope.

例えば、上記実施形態において、浮体物として船舶4を例に挙げて説明した。しかしながら、浮体物は、液体(例えば、海)を浮遊しているものであれば、船舶4に限らない。 For example, in the above embodiment, a ship 4 is used as an example of a floating object. However, the floating object is not limited to a ship 4 as long as it floats in a liquid (e.g., the sea).

また、上記実施形態における位置姿勢GRHCの導出方法は一例に過ぎない。位置姿勢GRHCの導出方法は、他の方法であってもよい。例えば、船舶4にGPSを取り付け、GPSの情報に基づいて位置姿勢GRHCを導出するようにしてもよい。 Furthermore, the method of deriving the position and attitude GR T HC in the above embodiment is merely an example. The method of deriving the position and attitude GR T HC may be another method. For example, a GPS may be attached to the ship 4, and the position and attitude GR T HC may be derived based on information from the GPS.

また、上記実施形態においては、自動運転部162が、経路生成部160によって作成された自動経路に沿って掻取部112を移動させるようにした。しかしながら、経路生成部160によって作成された自動経路を表示部144に表示し、作業者が自動経路を確認しながら掻取部112を移動させるようにしてもよい。 In the above embodiment, the automatic driving unit 162 moves the scraping unit 112 along the automatic path created by the path generation unit 160. However, the automatic path created by the path generation unit 160 may be displayed on the display unit 144, and the worker may move the scraping unit 112 while checking the automatic path.

また、上記実施形態において、荷揚げ装置の一例としてアンローダ装置100を例に挙げて説明した。しかしながら、荷揚げ装置は、連続アンローダ(バケット式、ベルト式、垂直スクリューコンベア式など)、ニューマチックアンローダ等であってもよい。 In the above embodiment, the unloader device 100 has been described as an example of a lifting device. However, the lifting device may be a continuous unloader (bucket type, belt type, vertical screw conveyor type, etc.), a pneumatic unloader, etc.

本開示は、荷揚げ装置に利用することができる。 This disclosure can be used in lifting devices.

100 アンローダ装置(荷揚げ装置)
130 測距センサ(計測器)
131 測距センサ(計測器)
131 測距センサ(計測器)
156 位置姿勢導出部
158 ローパスフィルタ部
160 経路生成部
100 Unloader device (unloading device)
130 Distance sensor (measuring instrument)
131 Distance sensor (measuring instrument)
131 Distance sensor (measuring instrument)
156 Position and orientation derivation unit 158 Low-pass filter unit 160 Path generation unit

Claims (2)

船舶の船倉から積荷を荷揚げする垂直運搬機構と、
前記垂直運搬機構に設けられ、前記船舶上の物体までの距離を定期的に測定する測距センサと、
前記測距センサからの測定データから、地上の所定位置を基準とした地上座標系に対する、前記船舶上の所定位置を基準とした浮体物座標系の位置または姿勢に関する情報である位置姿勢情報を導出する位置姿勢導出部と、
前記位置姿勢情報に対してローパスフィルタを施すローパスフィルタ部と、
を備え
前記ローパスフィルタ部は、前記位置姿勢情報に対して、少なくとも、波によって前記船舶が揺れる周波数と、潮汐によって前記船舶が移動する周波数との間のカットオフ周波数で前記ローパスフィルタを施す、
荷揚げ装置。
a vertical transport mechanism for unloading cargo from a hold of the ship;
a distance sensor provided on the vertical transport mechanism for periodically measuring a distance to an object on the vessel;
a position and attitude derivation unit that derives, from the measurement data from the distance measuring sensor, position and attitude information that is information regarding a position or attitude of a floating object coordinate system based on a predetermined position on the ship with respect to a ground coordinate system based on a predetermined position on the ground;
a low-pass filter unit that applies a low-pass filter to the position and orientation information;
Equipped with
the low-pass filter unit applies the low-pass filter to the position and attitude information at a cutoff frequency between a frequency at which the ship is swayed by waves and a frequency at which the ship moves by tides;
Lifting equipment.
記荷揚げ装置は、前記ローパスフィルタが施された前記位置姿勢情報に基づいて、前記積荷を荷揚げする経路を、前記船倉の側の位置に沿って生成する経路生成部を備え、
前記垂直運搬機構は、前記経路生成部により導出された経路で前記積荷を荷揚げする、
請求項1に記載の荷揚げ装置。
the lifting device includes a path generating unit that generates a path for lifting the cargo along a position of a side wall of the hold based on the position and attitude information that has been subjected to the low-pass filter,
The vertical transport mechanism unloads the cargo along the route derived by the route generation unit.
2. The lifting device of claim 1 .
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