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JP7633068B2 - Unloading device, calibration method for unloading device, and calibration program for unloading device - Google Patents
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Unloading device, calibration method for unloading device, and calibration program for unloading device Download PDF

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Description

本発明は船の積荷を荷下ろしする荷下ろし装置に関する。 The present invention relates to an unloading device for unloading cargo from a ship.

船の積荷を荷下ろしする荷下ろし装置として、船に積まれた船荷を陸に荷揚げする荷揚げ装置が知られている。このような荷揚げ装置のうち、石炭や鉄鉱石等のばら積み貨物またはばら荷を荷役するものはアンローダ(Unloader)とも呼ばれる。また、船に積まれたばら荷を連続的に荷役するという意味で、連続アンローダまたは船舶用連続アンローダ(Continuous Ship Unloader)と呼ばれることもある。本明細書ではその略語であるCSUの表記を用いることがある。 As unloading equipment for unloading cargo from a ship, lifting equipment that unloads cargo loaded on a ship onto land is known. Among such lifting equipment, those that handle bulk cargo or bulk materials such as coal and iron ore are also called unloaders. They are also sometimes called continuous unloaders or continuous ship unloaders (Continuous Ship Unloaders) because they continuously load and unload bulk materials loaded on a ship. In this specification, the abbreviation CSU may be used.

特開2016-160034号公報JP 2016-160034 A

CSUには、ばら荷を格納する船庫またはばら荷を検知する測距センサやカメラ等の検知部が設けられることがある。検知部で検知された船庫またはばら荷との距離に応じて、CSUの各可動部(後述する移動部、旋回部、搬出部等)を正確に制御できれば、船庫内に挿入された搬出部の船庫への衝突を防止でき、ばら荷を効率的に荷揚げできる。しかし、検知部の取り付け位置や姿勢に誤差がある場合や、搬出部自体や荷役中のばら荷の重量、温度等の外部環境の変化によって検知部と各可動部との関係(相対的な位置や姿勢)が変化する場合は、上記の検知部の効果が減殺する。 A CSU may be equipped with a detection unit such as a distance sensor or a camera that detects the warehouse or bulk cargo that stores the bulk cargo. If each movable part of the CSU (the moving part, rotating part, carrying out part, etc. described below) can be accurately controlled according to the distance to the warehouse or bulk cargo detected by the detection unit, it is possible to prevent the carrying out part inserted inside the warehouse from colliding with the warehouse and to efficiently unload the bulk cargo. However, if there is an error in the installation position or attitude of the detection unit, or if the relationship (relative position and attitude) between the detection unit and each movable part changes due to changes in the external environment such as the weight or temperature of the carrying out part itself or the bulk cargo during loading and unloading, the effect of the above detection unit is reduced.

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、検知部の位置や姿勢に関する誤差を効果的に検出できる荷下ろし装置を提供することにある。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and its purpose is to provide an unloading device that can effectively detect errors related to the position and orientation of the detection unit.

上記課題を解決するために、本発明のある態様の荷下ろし装置は、船の積荷を荷下ろしする荷下ろし装置であって、船に対して移動可能な移動部と、移動部に対して旋回可能な旋回部と、旋回部に設けられ、積荷を搬出する搬出部と、検知対象物を検知する第1検知部と、第1検知部と異なる位置に設けられ、検知対象物を検知する第2検知部と、ある検知対象物を第1検知部で検知し、当該第1検知部を基準とする第1検知部座標系における第1検知部座標を取得する第1検知部座標取得部と、検知対象物を第2検知部で検知し、当該第2検知部を基準とする第2検知部座標系における第2検知部座標を取得する第2検知部座標取得部と、第1検知部と第2検知部の関係に基づいて、第1検知部座標および第2検知部座標を同一座標系に変換する座標変換部と、同一座標系において第1検知部座標と第2検知部座標の誤差を検出する座標誤差検出部とを備える。 In order to solve the above problem, an unloading device according to one embodiment of the present invention is an unloading device for unloading cargo from a ship, and includes a moving section movable relative to the ship, a rotating section rotatable relative to the moving section, a discharge section provided on the rotating section for discharging cargo, a first detection section for detecting a detection object, a second detection section provided at a position different from the first detection section for detecting the detection object, a first detection section coordinate acquisition section for detecting a detection object with the first detection section and acquiring the first detection section coordinates in a first detection section coordinate system based on the first detection section, a second detection section coordinate acquisition section for detecting a detection object with the second detection section and acquiring the second detection section coordinates in a second detection section coordinate system based on the second detection section, a coordinate conversion section for converting the first detection section coordinates and the second detection section coordinates into the same coordinate system based on the relationship between the first detection section and the second detection section, and a coordinate error detection section for detecting an error between the first detection section coordinates and the second detection section coordinates in the same coordinate system.

この態様によれば、第1検知部および第2検知部が同一の検知対象物を検知し、各検知部座標系における検知部座標を取得する。これらの両検知部座標は標変換部によって同一座標系に変換され、両座標の誤差が検出される。ここで、「第1/第2検知部を基準とする第1/第2検知部座標系」とは、第1/第2検知部座標系においてその基準となった第1/第2検知部の位置および姿勢が追跡可能であることを意味する。例えば、第1/第2検知部をそれぞれ原点とする座標系では、第1/第2検知部が常に原点にあり姿勢も一定であるため「第1/第2検知部を基準とする第1/第2検知部座標系」に該当する。 According to this aspect, the first and second detection units detect the same detection object, and obtain the detection unit coordinates in each detection unit coordinate system. These detection unit coordinates are converted into the same coordinate system by the coordinate conversion unit, and the error between the two coordinates is detected. Here, "first/second detection unit coordinate system based on the first/second detection unit" means that the position and orientation of the first/second detection unit that serves as the reference in the first/second detection unit coordinate system can be tracked. For example, in a coordinate system that has the first/second detection unit as the origin, respectively, the first/second detection unit is always at the origin and the orientation is constant, so this corresponds to "first/second detection unit coordinate system based on the first/second detection unit".

本発明の別の態様は、荷下ろし装置の校正方法である。この方法は、船に対して移動可能な移動部と、移動部に対して旋回可能な旋回部と、旋回部に設けられ、船の積荷を搬出する搬出部と、検知対象物を検知する第1検知部と、第1検知部と異なる位置に設けられ、検知対象物を検知する第2検知部とを備える荷下ろし装置の校正方法であって、ある検知対象物を第1検知部で検知し、当該第1検知部を基準とする第1検知部座標系における第1検知部座標を取得する第1検知部座標取得ステップと、検知対象物を第2検知部で検知し、当該第2検知部を基準とする第2検知部座標系における第2検知部座標を取得する第2検知部座標取得ステップと、第1検知部と第2検知部の関係に基づいて、第1検知部座標および第2検知部座標を同一座標系に変換する座標変換ステップと、同一座標系において第1検知部座標と第2検知部座標の誤差を検出する座標誤差検出ステップと、座標誤差検出ステップで検出された誤差が小さくなるように、第1検知部座標系および第2検知部座標系の関係を補正する座標系補正ステップとを備える。 Another aspect of the present invention is a method for calibrating an unloading device. This method is a method for calibrating an unloading device that includes a moving section that is movable relative to a ship, a rotating section that is rotatable relative to the moving section, a discharge section that is provided on the rotating section and discharges cargo from the ship, a first detection section that detects a detection object, and a second detection section that is provided at a position different from the first detection section and detects the detection object, and includes a first detection section coordinate acquisition step of detecting a detection object with the first detection section and acquiring the first detection section coordinates in a first detection section coordinate system based on the first detection section, and a second detection section of detecting a detection object with the second detection section and acquiring the first detection section coordinates in a first detection section coordinate system based on the first detection section. The method includes a second detection unit coordinate acquisition step for acquiring second detection unit coordinates in a second detection unit coordinate system based on the second detection unit, a coordinate conversion step for converting the first detection unit coordinates and the second detection unit coordinates into the same coordinate system based on the relationship between the first detection unit and the second detection unit, a coordinate error detection step for detecting an error between the first detection unit coordinates and the second detection unit coordinates in the same coordinate system, and a coordinate system correction step for correcting the relationship between the first detection unit coordinate system and the second detection unit coordinate system so as to reduce the error detected in the coordinate error detection step.

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。 In addition, any combination of the above components, and any transformation of the present invention into a method, device, system, recording medium, computer program, etc., are also valid aspects of the present invention.

本発明によれば、複数の検知部の相対的な位置や姿勢に関する誤差を効果的に検出できる荷下ろし装置を提供できる。 The present invention provides an unloading device that can effectively detect errors in the relative positions and orientations of multiple detectors.

荷揚げ装置の全体的な構成を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing the overall configuration of the lifting device. 荷揚げ装置の全体的な構成を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the overall configuration of the lifting device. 荷揚げ部の詳細な構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the detailed configuration of the lifting section. 測距センサの外観を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the appearance of a distance measuring sensor. 測距センサの配置例を示す上面図である。FIG. 4 is a top view showing an example of the arrangement of distance measuring sensors. 第1実施形態に係る校正装置の機能ブロック図である。1 is a functional block diagram of a calibration device according to a first embodiment. FIG. 荷揚げ装置に関して設定される各座標系を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a schematic diagram of each coordinate system set with respect to the lifting device. 荷揚げ装置による基準物の測定例を示す上面図である。FIG. 13 is a top view showing an example of measurement of a reference object using a lifting device. 第1実施形態に係る校正装置による測距センサの校正処理例を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating an example of a calibration process of a distance measuring sensor by the calibration device according to the first embodiment. 第2実施形態に係る校正装置の機能ブロック図である。FIG. 11 is a functional block diagram of a calibration device according to a second embodiment. 第2実施形態に係る校正装置によるカメラの校正処理例を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating an example of a camera calibration process performed by the calibration device according to the second embodiment. 第3実施形態に係る校正装置の機能ブロック図である。FIG. 11 is a functional block diagram of a calibration device according to a third embodiment. 第3実施形態に係る校正装置による複数の検知部の校正処理例を示すフローチャートである。13 is a flowchart illustrating an example of a calibration process for a plurality of detection units by the calibration device according to the third embodiment. 第4実施形態に係る異常検知装置の機能ブロック図である。FIG. 13 is a functional block diagram of an anomaly detection device according to a fourth embodiment. 第4実施形態に係る異常検知装置による異常検知処理例を示すフローチャートである。13 is a flowchart illustrating an example of an anomaly detection process performed by the anomaly detection device according to the fourth embodiment.

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。説明および図面において同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 Below, the embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description and drawings, the same or equivalent components, members, and processes are given the same reference numerals, and duplicated descriptions are omitted as appropriate. The scale and shape of each part shown in the drawings are set for convenience in order to facilitate explanation, and should not be interpreted as being limiting unless otherwise specified. The embodiments are illustrative and do not limit the scope of the present invention in any way. All features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.

図1は、本発明の第1実施形態に係る荷下ろし装置としての荷揚げ装置1の全体的な構成を示す。荷揚げ装置1は船200に積まれた船荷としてのばら荷Mを陸に荷揚げする連続アンローダまたは船舶用連続アンローダである。以下、荷揚げ装置1をCSU1とも表記する。CSU1は港湾等の埠頭102の岸壁101に接岸された船200の船庫201内に格納されたばら荷Mを連続的に陸上へ搬出する。ばら荷Mとしては、石炭、コークス、鉱石等が例示される。CSU1は、その本体部に設けられる主操作室16内の操作者によって操作される。CSU1を操作する操作室は、CSU1の他の場所に設けてもよいし、CSU1外の陸地上の任意の場所に設けてもよい。 Figure 1 shows the overall configuration of the lifting device 1 as a loading device according to the first embodiment of the present invention. The lifting device 1 is a continuous unloader or a ship continuous unloader that unloads bulk cargo M loaded on a ship 200 to land. Hereinafter, the lifting device 1 is also referred to as a CSU 1. The CSU 1 continuously transports bulk cargo M stored in a ship 201 of a ship 200 that is berthed at a quay 101 of a wharf 102 of a port or the like to land. Examples of bulk cargo M include coal, coke, ore, etc. The CSU 1 is operated by an operator in a main operation room 16 provided in the main body of the CSU 1. The operation room for operating the CSU 1 may be provided in a location other than the CSU 1, or may be provided in any location on land outside the CSU 1.

船200が接岸する埠頭102は、ばら荷Mが荷揚げされる陸地を構成し、鉄筋コンクリート等の高強度の材料で構成される。図2の斜視図にも示されるように、埠頭102には、岸壁101に接岸して停泊中の船200の長手方向(図1の紙面に垂直な方向)に沿った線路としての一対の平行なレール3が設けられる。レール3はCSU1の移動部としての走行部2が移動可能または走行可能な軌道を構成する。このレール3によってCSU1は停泊中の船200に対して移動可能である。図2に示されるようにレール3の設置方向は停泊中の船200または岸壁101の長手方向と一致させるのが好ましいが、その他の任意の方向としてもよい。また、レール3は曲線部や屈曲部を含んでもよい。船200からの荷揚げの際は、CSU1がレール3上を移動して荷揚げ対象の船庫201の開口部21に接近した位置で停止する。その後、後述する旋回フレーム5(旋回部)および荷揚げ部9(搬出部)を駆動して、船庫201からばら荷Mを荷揚げする。 The wharf 102 where the ship 200 comes ashore constitutes the land where the bulk cargo M is unloaded, and is made of high-strength materials such as reinforced concrete. As shown in the perspective view of FIG. 2, the wharf 102 is provided with a pair of parallel rails 3 as a track along the longitudinal direction (perpendicular to the paper surface of FIG. 1) of the ship 200 that is docked and anchored at the quay 101. The rails 3 constitute a track along which the running part 2 as the moving part of the CSU 1 can move or run. The rails 3 allow the CSU 1 to move relative to the anchored ship 200. As shown in FIG. 2, the installation direction of the rails 3 is preferably aligned with the longitudinal direction of the anchored ship 200 or the quay 101, but may be any other direction. The rails 3 may also include curved or bent parts. When unloading cargo from the ship 200, the CSU 1 moves on the rails 3 and stops at a position close to the opening 21 of the ship shed 201 to be unloaded. Then, the rotating frame 5 (rotating section) and the lifting section 9 (discharge section) described below are driven to lift the bulk cargo M from the warehouse 201.

埠頭102には、荷揚げされたばら荷Mを一定方向に運搬するコンベアとしてのベルトコンベア45が一対のレール3の間に設けられる。図2に示されるようにベルトコンベア45の設置方向すなわち運搬方向はレール3の設置方向と一致させるのが好ましいが、その他の任意の方向としてもよい。また、ベルトコンベア45は曲線部や屈曲部を含んでもよい。ベルトコンベア45は、CSU1から荷揚げされたばら荷Mを受け取る場所では一対のレール3の間に設けられる必要があるが、それ以外の場所では一対のレール3の外側に設けられてもよい。 At the wharf 102, a belt conveyor 45 is provided between the pair of rails 3 as a conveyor for transporting the unloaded bulk goods M in a certain direction. As shown in FIG. 2, it is preferable that the installation direction of the belt conveyor 45, i.e., the transport direction, coincides with the installation direction of the rails 3, but it may be any other direction. The belt conveyor 45 may also include curved or bent portions. The belt conveyor 45 needs to be provided between the pair of rails 3 at the location where the unloaded bulk goods M from the CSU 1 is received, but may be provided outside the pair of rails 3 at other locations.

CSU1は、船200に対して移動可能な移動部としての走行部2と、走行部2に対して旋回可能な旋回部を構成する旋回フレーム5と、旋回フレーム5の先端側に設けられ、ばら荷Mを搬出する搬出部としての荷揚げ部9を備える。旋回フレーム5は走行部2上に鉛直方向(図1の上下方向)の旋回軸の周りに旋回可能に支持される。旋回フレーム5には旋回軸に交差する横方向に延びるブーム7が設けられ、その先端部に荷揚げ部9の主要部を構成するバケットエレベータが支持される。 The CSU 1 comprises a traveling section 2 as a mobile section movable relative to the ship 200, a swivel frame 5 constituting a swivel section that can rotate relative to the traveling section 2, and a lifting section 9 provided at the tip of the swivel frame 5 as a discharge section for discharging bulk cargo M. The swivel frame 5 is supported on the traveling section 2 so as to be rotatable about a vertical (up and down direction in FIG. 1) swivel axis. The swivel frame 5 is provided with a boom 7 extending laterally and intersecting the swivel axis, and a bucket elevator constituting the main part of the lifting section 9 is supported at its tip.

荷揚げ部9は、旋回フレーム5、ブーム7、平行リンク8との間で構成される平行リンク機構によって、ブーム7の起伏角度(図1の紙面に垂直な起伏軸の周りの回転角度)によらず鉛直姿勢を保つ。また、旋回フレーム5におけるブーム7の先端部とは反対側の後端部にはカウンタウエイト13が設けられる。カウンタウエイト13はバランシングレバー12を介してブーム7の先端部と接続される。このカウンタウエイト13の作用によって荷揚げ部9は実質的に無負荷の状態となり、安定した荷重バランスが実現される。なお、旋回フレーム5、ブーム7、バランシングレバー12、カウンタウエイト13等、旋回部を構成する主要な構成を以下では本体部と総称することがある。 The lifting unit 9 maintains a vertical position regardless of the boom 7's elevation angle (the rotation angle around the elevation axis perpendicular to the plane of the paper in FIG. 1) by a parallel link mechanism formed between the revolving frame 5, boom 7, and parallel link 8. A counterweight 13 is provided at the rear end of the revolving frame 5 on the side opposite the tip of the boom 7. The counterweight 13 is connected to the tip of the boom 7 via a balancing lever 12. The action of this counterweight 13 puts the lifting unit 9 in a substantially unloaded state, achieving a stable load balance. The main components of the revolving unit, such as the revolving frame 5, boom 7, balancing lever 12, and counterweight 13, may be collectively referred to as the main body below.

ブーム7の起伏角度を調整するためにシリンダ15が設けられる。シリンダ15が基準長の時は起伏角度が0°、すなわちブーム7は地面に平行または水平(図1の左右方向)である。シリンダ15を基準長より伸ばすとブーム7の先端部が上昇し、正の起伏角度が生じる。シリンダ15を基準長より縮めるとブーム7の先端部が下降し、負の起伏角度が生じる。ブーム7の先端部に支持された荷揚げ部9は、ブーム7の起伏角度が大きくなると鉛直姿勢を保ったまま上昇し、ブーム7の起伏角度が小さくなると鉛直姿勢を保ったまま下降する。 A cylinder 15 is provided to adjust the hoisting angle of the boom 7. When the cylinder 15 is at its standard length, the hoisting angle is 0°, i.e., the boom 7 is parallel or horizontal to the ground (left and right direction in Figure 1). When the cylinder 15 is extended beyond the standard length, the tip of the boom 7 rises, resulting in a positive hoisting angle. When the cylinder 15 is shortened beyond the standard length, the tip of the boom 7 descends, resulting in a negative hoisting angle. The lifting unit 9 supported at the tip of the boom 7 rises while maintaining a vertical position when the hoisting angle of the boom 7 increases, and descends while maintaining a vertical position when the hoisting angle of the boom 7 decreases.

CSU1を操作する主操作室16は本体部に設けられる。具体的には、旋回フレーム5の荷揚げ部9側に主操作室16が設けられる。主操作室16内の操作者は荷揚げ部9を視認しながら安全にCSU1を操作できる。主操作室16の操作に応じて、走行部2の位置、旋回フレーム5の旋回角度、ブーム7の起伏角度等のCSU1の位置や姿勢に関するパラメータが制御される。また、荷揚げ部9によるばら荷Mの搬出動作も主操作室16によって操作可能である。 The main operation room 16 for operating the CSU 1 is provided in the main body. Specifically, the main operation room 16 is provided on the lifting unit 9 side of the revolving frame 5. An operator in the main operation room 16 can safely operate the CSU 1 while visually checking the lifting unit 9. Parameters related to the position and attitude of the CSU 1, such as the position of the traveling unit 2, the rotation angle of the revolving frame 5, and the elevation angle of the boom 7, are controlled according to the operation of the main operation room 16. In addition, the operation of discharging bulk cargo M by the lifting unit 9 can also be controlled from the main operation room 16.

荷揚げ部9は、ばら荷Mを掻き取る掻き取り部11と、掻き取られたばら荷Mを上方に運搬するエレベータ部としてのバケットエレベータを備える。掻き取り部11は荷揚げ部9の下部に設けられ、その外周に沿って移動可能に設けられた多数のバケット27(図3参照)によって船庫201内のばら荷Mを連続的に掘削して掻き取る。掻き取られたばら荷Mは、バケットエレベータによってバケット27と共に上方に運搬される。 The lifting section 9 is equipped with a scraping section 11 that scrapes off bulk goods M, and a bucket elevator as an elevator section that transports the scraped off bulk goods M upward. The scraping section 11 is provided at the bottom of the lifting section 9, and continuously excavates and scrapes off the bulk goods M in the warehouse 201 using a number of buckets 27 (see Figure 3) that are movably provided along its periphery. The scraped off bulk goods M are transported upward together with the buckets 27 by the bucket elevator.

図3は、荷揚げ部9の詳細な構成を示す。バケットエレベータは、鉛直方向に延伸する筒状のエレベータ本体14と、エレベータ本体14に対して周回運動するチェーンバケット29を備える。チェーンバケット29は、それぞれが無端チェーンで構成される一対のローラチェーン25と、当該一対のローラチェーン25によって両側が支持される複数のバケット27を備える。具体的には、一対のローラチェーン25は図3(B)の紙面に垂直な方向に並設され、各バケット27は一対のローラチェーン25の間に吊り下げられるように取り付けられる。 Figure 3 shows the detailed configuration of the lifting section 9. The bucket elevator comprises a cylindrical elevator body 14 extending vertically, and a chain bucket 29 that moves in circles relative to the elevator body 14. The chain bucket 29 comprises a pair of roller chains 25, each of which is an endless chain, and a number of buckets 27 supported on both sides by the pair of roller chains 25. Specifically, the pair of roller chains 25 are arranged side by side in a direction perpendicular to the plane of the paper in Figure 3 (B), and each bucket 27 is attached so as to be suspended between the pair of roller chains 25.

バケットエレベータは、架け渡されたローラチェーン25をガイドする駆動ローラ31aと、従動ローラ31b、31cと、転向ローラ33を備える。駆動ローラ31aは、バケットエレベータの最上部9aに設けられ、図示しないモータ等によって回転駆動されることでチェーンバケット29を周回運動させる。従動ローラ31bは掻き取り部11の前方(図3(B)の左方)に設けられ、従動ローラ31cは掻き取り部11の後方(図3(B)の右方)に設けられ、それぞれ周回運動するチェーンバケット29をガイドする。転向ローラ33は駆動ローラ31aの下方に設けられる従動ローラであり、周回運動するチェーンバケット29をガイドすると共に、その運動方向を転換する。従動ローラ31bと従動ローラ31cの間には伸縮可能なシリンダ35が設けられる。このシリンダ35が伸縮すると、両従動ローラ31b、31cの軸間距離が変わり、チェーンバケット29の周回運動の軌道が変わる。シリンダ35の伸縮制御は、主操作室16の操作で行ってもよいし、CSU1に組み込まれたコンピュータがプログラムに従って自動的に行ってもよい。なお、ローラチェーン25が2本設けられることに対応して、駆動ローラ31a、従動ローラ31b、31c、転向ローラ33も、それぞれ2個設けられ、図3(B)の紙面に垂直な方向に並設される。 The bucket elevator is equipped with a drive roller 31a that guides the roller chain 25, driven rollers 31b and 31c, and a deflecting roller 33. The drive roller 31a is provided at the top 9a of the bucket elevator, and is rotated by a motor or the like (not shown) to rotate the chain bucket 29. The driven roller 31b is provided in front of the scraping section 11 (left side of FIG. 3(B)), and the driven roller 31c is provided behind the scraping section 11 (right side of FIG. 3(B)), and each guides the rotating chain bucket 29. The deflecting roller 33 is a driven roller provided below the drive roller 31a, and guides the rotating chain bucket 29 and changes its direction of movement. An expandable cylinder 35 is provided between the driven roller 31b and the driven roller 31c. When the cylinder 35 expands and contracts, the distance between the axes of the driven rollers 31b and 31c changes, and the orbit of the orbital motion of the chain bucket 29 changes. The expansion and contraction control of the cylinder 35 may be performed by the operation of the main operation room 16, or may be performed automatically according to a program by a computer built into the CSU 1. In addition, in response to the provision of two roller chains 25, two each of the drive roller 31a, driven rollers 31b and 31c, and deflection roller 33 are also provided, and are arranged side by side in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 3(B).

駆動ローラ31aの回転駆動によって、チェーンバケット29はエレベータ本体14に対して周回運動する。例えば、チェーンバケット29は図3(B)に示される矢印Wに沿って反時計回りに周回運動する。このとき、チェーンバケット29は、バケットエレベータの最下部に設けられる掻き取り部11と、バケットエレベータの最上部9aに設けられる駆動ローラ31aの間で往復する。 The chain bucket 29 rotates relative to the elevator body 14 as the drive roller 31a rotates. For example, the chain bucket 29 rotates counterclockwise along the arrow W shown in FIG. 3(B). At this time, the chain bucket 29 reciprocates between the scraping unit 11 provided at the bottom of the bucket elevator and the drive roller 31a provided at the top 9a of the bucket elevator.

チェーンバケット29の各バケット27は、その開口部を上方に向けた姿勢を保ってエレベータ本体14内を上昇する。バケットエレベータの最上部9aにおいて各バケット27が駆動ローラ31aを通過する際、その運動方向が上向きから下向きに変化するのに伴って、各バケット27の開口部も上向きから下向きに転回する。このように下向きに転回した各バケット27の開口部の下方には図示しない排出シュートが設けられ、各バケット27が掻き取ったばら荷Mが排出される。排出シュートは、荷揚げ部9の上部の外周に設けられる回転フィーダ37(図1)上にばら荷Mを排出する。 Each bucket 27 of the chain bucket 29 rises inside the elevator body 14 with its opening facing upward. When each bucket 27 passes over the drive roller 31a at the top 9a of the bucket elevator, its direction of motion changes from upward to downward, and the opening of each bucket 27 also rotates from upward to downward. A discharge chute (not shown) is provided below the opening of each bucket 27 that has been turned downward in this way, and the bulk goods M picked up by each bucket 27 are discharged. The discharge chute discharges the bulk goods M onto a rotary feeder 37 (Figure 1) provided on the outer periphery of the upper part of the lifting section 9.

回転フィーダ37は、エレベータ本体14の延伸方向すなわち鉛直方向の回転軸の周りに回転し、排出シュートから排出されたばら荷Mをブーム7のブームコンベア39に移送する。ブームコンベア39はブーム7内でばら荷Mを旋回フレーム5の旋回軸の近傍まで搬送し、そこに設けられる図示しないホッパに供給する。ホッパの吐き出し口の下方の走行部2内にはばら荷Mを受ける機内コンベア43が設けられる。機内コンベア43は、陸地としての埠頭102に設けられる前述のベルトコンベア45にばら荷Mを移送する。 The rotary feeder 37 rotates around a rotation axis in the extension direction of the elevator body 14, i.e., the vertical direction, and transfers the bulk goods M discharged from the discharge chute to the boom conveyor 39 of the boom 7. The boom conveyor 39 transports the bulk goods M within the boom 7 to the vicinity of the rotation axis of the rotating frame 5, and supplies them to a hopper (not shown) provided there. An internal conveyor 43 that receives the bulk goods M is provided within the running section 2 below the discharge opening of the hopper. The internal conveyor 43 transfers the bulk goods M to the aforementioned belt conveyor 45 provided on the wharf 102 as land.

続いて、以上の構成を備えるCSU1の基本的な荷揚げ動作を説明する。 Next, we will explain the basic lifting operation of the CSU1 with the above configuration.

CSU1の操作者は主操作室16でCSU1を操作する。初めにレール3上で走行部2を走行させ、荷揚げ対象の船庫201の開口部21に接近した位置に停止させる。続いて、上面視(図1の上方から見た場合)で走行部2と重なる位置に設けられる鉛直方向の旋回軸を中心に旋回フレーム5を旋回させ、ブーム7の先端部に設けられる荷揚げ部9を荷揚げ対象の船庫201の開口部21の上方に移動させる。ここで、荷揚げ部9が埠頭102や船200に衝突しないように、ブーム7を正方向(図1の時計回り方向)に起伏させ、荷揚げ部9が上昇した状態で走行動作および旋回動作を行うのが好ましい。続いて、ブーム7を負方向(図1の反時計回り方向)に起伏させ、荷揚げ部9の先端に設けられる掻き取り部11を開口部21から船庫201内に挿入する。なお、走行部2の移動、旋回フレーム5の旋回、ブーム7の起伏は同時に行ってもよい。 The operator of the CSU 1 operates the CSU 1 in the main operation room 16. First, the traveling part 2 travels on the rail 3 and stops at a position close to the opening 21 of the shipyard 201 to be unloaded. Next, the revolving frame 5 is rotated around a vertical rotation axis provided at a position overlapping with the traveling part 2 in a top view (when viewed from above in FIG. 1), and the lifting part 9 provided at the tip of the boom 7 is moved above the opening 21 of the shipyard 201 to be unloaded. Here, it is preferable to perform the traveling operation and the revolving operation with the lifting part 9 raised by raising the boom 7 in the positive direction (clockwise direction in FIG. 1) so that the lifting part 9 does not collide with the wharf 102 or the ship 200. Next, the boom 7 is raised and lowered in the negative direction (counterclockwise direction in FIG. 1), and the scraping part 11 provided at the tip of the lifting part 9 is inserted into the shipyard 201 through the opening 21. The movement of the travel section 2, the rotation of the rotating frame 5, and the raising and lowering of the boom 7 may be performed simultaneously.

掻き取り部11が船庫201内に挿入された後、ローラチェーン25を矢印Wに沿って周回運動させる。ローラチェーン25に取り付けられた複数のバケット27は、ローラチェーン25と一体的に周回運動をする際に、船庫201内に格納されたばら荷Mを掘削して掻き取る。各バケット27で掻き取られたばら荷Mは、ローラチェーン25の周回運動に伴ってエレベータ本体14内で上方に運搬される。 After the scraping unit 11 is inserted into the shipyard 201, the roller chain 25 is rotated along the arrow W. As the multiple buckets 27 attached to the roller chain 25 rotate together with the roller chain 25, they excavate and scrape off the bulk goods M stored in the shipyard 201. The bulk goods M scraped off by each bucket 27 are transported upward in the elevator body 14 as the roller chain 25 rotates.

掻き取り部11は、船庫201内の各所のばら荷Mを効率的に掻き取るために船庫201内の三次元位置を適宜変更する。例えば、荷揚げ作業の進捗に応じてばら荷Mの表面位置が低くなった場合、ブーム7を負方向に起伏させて掻き取り部11を下降させる。また、船庫201の壁付近のばら荷Mを掻き取るために、走行部2および/または旋回フレーム5を操作して、掻き取り部11の水平面内の位置を変更してもよい。掻き取り部11は三次元位置だけでなく姿勢や形状も変更できる。例えば、掻き取り部11はエレベータ本体14の延伸方向すなわち鉛直方向の回転軸の周りに回転可能であり、その向きを任意に変更可能である。また、図3(B)に一点鎖線で示されるように、掻き取り部11は垂直方向に収縮し水平方向に伸長した傾斜形状または横長形状を取ることができる。これにより、開口部21から壁までの水平距離が大きい船庫201であっても、掻き取り部11を壁に近づけて効率的にばら荷Mを掻き取れる。 The scraping unit 11 appropriately changes its three-dimensional position in the shipyard 201 in order to efficiently scrape off the bulk cargo M from various places in the shipyard 201. For example, when the surface position of the bulk cargo M becomes lower as the lifting work progresses, the boom 7 is raised and lowered in the negative direction to lower the scraping unit 11. In addition, in order to scrape off the bulk cargo M near the wall of the shipyard 201, the running unit 2 and/or the rotating frame 5 may be operated to change the position of the scraping unit 11 in the horizontal plane. The scraping unit 11 can change not only its three-dimensional position but also its attitude and shape. For example, the scraping unit 11 can rotate around a rotation axis in the extension direction of the elevator body 14, i.e., the vertical direction, and its orientation can be changed arbitrarily. In addition, as shown by the dashed line in FIG. 3B, the scraping unit 11 can take an inclined shape or a horizontally elongated shape that is contracted vertically and extended horizontally. This allows the scraping section 11 to be brought closer to the wall and efficiently scrape off the bulk cargo M, even in a shipyard 201 with a large horizontal distance from the opening 21 to the wall.

以上のような船庫201内での掻き取り部11の位置、姿勢、形状の変更は、後述する測距センサやカメラを利用してCSU1が自律的に行ってもよいし、船庫201内にいる作業員と連絡を取りながら主操作室16にいる操作者がマニュアルで行ってもよい。 The above-mentioned changes in the position, attitude, and shape of the scraping unit 11 inside the shipyard 201 may be performed autonomously by the CSU 1 using a distance sensor and camera described below, or may be performed manually by an operator in the main operation room 16 while communicating with an operator in the shipyard 201.

船庫201内のばら荷Mを掻き取ったバケット27はエレベータ本体14内を上昇し、その最上部9aで駆動ローラ31aを通過する際に上向きから下向きに転回する。バケット27の転回によって落下したばら荷Mは排出シュートに入り、回転フィーダ37上に排出される。以降、ばら荷Mは、ブームコンベア39および機内コンベア43を経て、陸地としての埠頭102に設けられるベルトコンベア45に移送される。以上のような搬出動作が複数のバケット27によって繰り返し行われることで、船庫201内のばら荷Mが連続的に陸揚げされる。 The bucket 27 that has scraped off the bulk goods M from the warehouse 201 rises inside the elevator body 14 and rotates from upward to downward as it passes through the drive roller 31a at its top 9a. The bulk goods M that fall as the bucket 27 rotates enters the discharge chute and is discharged onto the rotary feeder 37. The bulk goods M are then transferred via the boom conveyor 39 and the internal conveyor 43 to the belt conveyor 45 installed on the wharf 102 as land. The above-mentioned discharge operation is repeated by multiple buckets 27, so that the bulk goods M in the warehouse 201 are continuously unloaded.

続いて、荷揚げの安全性と効率性を向上させるためにCSU1に設けられる測距センサについて説明する。 Next, we will explain the distance measurement sensor installed in CSU1 to improve the safety and efficiency of cargo lifting.

図1に示されるように、荷揚げ部9の上部には下方および側方にある測定対象物との距離を測定する複数の測距センサ19が設けられる。図示の荷揚げ時では、開口部21の縁、船庫201の天井/壁/底、ばら荷Mその他の物、船庫201内の人/構造物、掻き取り部11、船200、ブーム7/旋回フレーム5/走行部2/主操作室16等のCSU1の他の部分、岸壁101、埠頭102、レール3、ベルトコンベア45等が測距センサ19の測定対象物となる。複数の測距センサ19は、例えば、筒状のエレベータ本体14の上部に、当該エレベータ本体14の外周を囲むように配置されてもよい。あるいは、複数の測距センサ19は、エレベータ本体14の上部を旋回可能に支持するフランジ部91に、エレベータ本体14の外周を囲むように設けてもよい。複数の測距センサ19の下方および側方の測定範囲にブーム7が入らないように、複数の測距センサ19は荷揚げ部9とブーム7の接続部分より下方に設けられるのが好ましい。一方、複数の測距センサ19が荷揚げ部9とブーム7の接続部分より上方に設けられる場合、上面視(図1の上方から見た場合)で各測距センサ19をブーム7と重ならない位置に設ければよい。複数の測距センサ19の上面視での配置については後述する。なお、測距センサ19の数は任意である。例えば、荷揚げ部9の下方を中心に測距する測距センサ19と、荷揚げ部9の側方を中心に測距する測距センサ19を、それぞれ任意の数設けてもよい。 1, a plurality of distance measuring sensors 19 are provided on the upper part of the lifting section 9 to measure the distance to the measurement objects below and to the sides. During lifting as shown in the figure, the measurement objects of the distance measuring sensors 19 are the edge of the opening 21, the ceiling/wall/bottom of the warehouse 201, the bulk cargo M and other objects, people/structures in the warehouse 201, the scraping section 11, the ship 200, other parts of the CSU 1 such as the boom 7/rotating frame 5/running section 2/main operation room 16, the quay 101, the wharf 102, the rail 3, the belt conveyor 45, etc. The plurality of distance measuring sensors 19 may be arranged, for example, on the upper part of the cylindrical elevator body 14 so as to surround the outer periphery of the elevator body 14. Alternatively, the plurality of distance measuring sensors 19 may be provided on the flange part 91 that rotatably supports the upper part of the elevator body 14 so as to surround the outer periphery of the elevator body 14. In order to prevent the boom 7 from entering the measurement range below and to the sides of the multiple distance measuring sensors 19, the multiple distance measuring sensors 19 are preferably provided below the connection between the lifting unit 9 and the boom 7. On the other hand, if the multiple distance measuring sensors 19 are provided above the connection between the lifting unit 9 and the boom 7, each distance measuring sensor 19 should be provided at a position that does not overlap with the boom 7 when viewed from above (when viewed from above in FIG. 1). The arrangement of the multiple distance measuring sensors 19 when viewed from above will be described later. The number of distance measuring sensors 19 is arbitrary. For example, any number of distance measuring sensors 19 that measure distances mainly below the lifting unit 9 and any number of distance measuring sensors 19 that measure distances mainly to the sides of the lifting unit 9 may be provided.

荷揚げ部9の下部の掻き取り部11には上方、側方、下方にある測定対象物との距離を測定する複数の測距センサ18が設けられる。図示の荷揚げ時では、開口部21の縁、船庫201の天井/壁/底、ばら荷Mその他の物、船庫201内の人/構造物、ブーム7等のCSU1の他の部分等が測距センサ18の測定対象物となる。測距センサ18は、掻き取り部11の前部(図1の左側部分)と後部(図1の右側部分)にそれぞれ設けられる。掻き取り部11のバケット27が掻き取ったばら荷Mの粉塵等による測定精度の悪化を避けるため、複数の測距センサ18はバケット27がばら荷Mを掘削する箇所(掻き取り部11の下部)から離れた位置(掻き取り部11の上部)に設けられるのが好ましい。なお、測距センサ18の数は任意である。例えば、掻き取り部11の側方を中心に測距する測距センサ18と、掻き取り部11の下方を中心に測距する測距センサ18を、それぞれ任意の数設けてもよい。 The scraping section 11 at the bottom of the lifting section 9 is provided with multiple distance measuring sensors 18 for measuring the distance to the measurement object above, to the side, and below. During lifting as shown in the figure, the measurement objects of the distance measuring sensors 18 are the edge of the opening 21, the ceiling/wall/bottom of the warehouse 201, the bulk goods M and other objects, people/structures in the warehouse 201, and other parts of the CSU 1 such as the boom 7. The distance measuring sensors 18 are provided at the front (left part of FIG. 1) and rear (right part of FIG. 1) of the scraping section 11, respectively. In order to avoid deterioration of the measurement accuracy due to dust of the bulk goods M scraped by the bucket 27 of the scraping section 11, it is preferable that the multiple distance measuring sensors 18 are provided at a position (upper part of the scraping section 11) away from the place where the bucket 27 excavates the bulk goods M (lower part of the scraping section 11). The number of distance measuring sensors 18 is arbitrary. For example, any number of distance measuring sensors 18 that measure distances centered on the sides of the scraping unit 11 and any number of distance measuring sensors 18 that measure distances centered on the bottom of the scraping unit 11 may be provided.

図4は、測距センサ18、19の外観を示す。測距センサ18、19は測距可能なレーザセンサであり、測定対象物にレーザ光を送る送波部としてのレーザ発光部(図示せず)と、測定対象物で反射したレーザ光を受ける受波部としてのレーザ受光部(図示せず)を備え、測定対象物との距離を測定する測距部を構成する。測距センサ18、19の円柱状の筐体17の側面の全周に亘ってレーザ光が透過可能な透光部171が無端帯状に形成される。 Figure 4 shows the external appearance of distance measuring sensors 18 and 19. Distance measuring sensors 18 and 19 are laser sensors capable of measuring distances, and include a laser emitting unit (not shown) as a wave transmitting unit that transmits laser light to the object to be measured, and a laser receiving unit (not shown) as a wave receiving unit that receives the laser light reflected by the object to be measured, constituting a distance measuring unit that measures the distance to the object to be measured. A light transmitting portion 171 through which laser light can pass is formed in an endless band shape around the entire circumference of the side surface of cylindrical housing 17 of distance measuring sensors 18 and 19.

筐体17内の透光部171に対向する位置に複数のレーザ発光部が設けられ、透光部171を介して筐体17外に直線状のレーザ光を発射する。各レーザ発光部は筐体17の軸Aの方向(図4の上下方向)に沿って所定間隔を置いて配置されるが、図4では簡易的に一点からレーザ光が発射されるように示す。また、模式的に図示されるように、各レーザ発光部の発射角度には互いに0.1°~3°程度の差異が設けられる。このような構成によって、測距センサ18、19は、筐体17の軸Aに垂直な面を基準面Sとして、基準面Sの上下の所定角度範囲内(図ではθ-~θ+の範囲内)にレーザ光を照射できる。θ-およびθ+は任意に設計可能だが、以下では-θ-=θ+=15°とする。このとき測距センサ18、19は基準面Sを中心とする±15°の範囲内にレーザ光を照射する。また、これらの複数のレーザ発光部は筐体17の軸Aの周りに360°回転可能に一体的に設けられる。このような構成によって、測距センサ18、19は、筐体17の周囲(側方)にある全ての測定対象物にレーザ光を照射できる。なお、CSU1や船200の内部や周囲にいる人を妨害しないように、近赤外線等の非可視波長のレーザ光を用いるのが好ましい。 A plurality of laser emission units are provided at positions facing the light-transmitting portion 171 in the housing 17, and linear laser light is emitted outside the housing 17 through the light-transmitting portion 171. The laser emission units are arranged at a predetermined interval along the direction of the axis A of the housing 17 (the vertical direction in FIG. 4), but FIG. 4 shows the laser light emitted from one point for simplicity. As shown in the schematic diagram, the emission angles of the laser emission units are different from each other by about 0.1° to 3°. With this configuration, the distance measurement sensors 18 and 19 can irradiate laser light within a predetermined angle range above and below the reference plane S (within the range of θ- to θ+ in the figure), with the plane perpendicular to the axis A of the housing 17 as the reference plane S. θ- and θ+ can be designed arbitrarily, but in the following, -θ- = θ+ = 15°. At this time, the distance measurement sensors 18 and 19 irradiate laser light within a range of ±15° centered on the reference plane S. In addition, these multiple laser emitters are integrally provided so as to be rotatable 360° around the axis A of the housing 17. With this configuration, the distance measuring sensors 18 and 19 can irradiate laser light to all measurement objects around (to the sides of) the housing 17. Note that it is preferable to use laser light with an invisible wavelength, such as near-infrared light, so as not to disturb people inside or around the CSU 1 or the ship 200.

測距センサ18、19は、複数のレーザ発光部を一体的に回転させながら、所定の回転角度毎にパルス状のレーザ光を発射させる。各レーザ発光部が発射したパルス状のレーザ光は、測定対象物で反射または散乱して測距センサ18、19に戻り、筐体17内に各レーザ発光部と共に設けられるレーザ受光部で受けられる。測距センサ18、19の演算部(図示せず)は、レーザ発光部がレーザ光のパルスを発射してからレーザ受光部が反射したレーザ光のパルスを受けるまでの時間に基づき、測定対象物との距離を演算する。この技術はLIDAR(Light Detection and RangingまたはLaser Imaging Detection and Ranging)とも呼ばれる。 Distance measuring sensors 18, 19 rotate multiple laser emitters together and emit pulsed laser light at a predetermined rotation angle. The pulsed laser light emitted by each laser emitter is reflected or scattered by the object to be measured and returns to distance measuring sensors 18, 19, where it is received by a laser receiver provided together with each laser emitter inside housing 17. A calculation unit (not shown) of distance measuring sensors 18, 19 calculates the distance to the object to be measured based on the time from when the laser emitter emits a pulse of laser light to when the laser receiver receives the reflected pulse of laser light. This technology is also called LIDAR (Light Detection and Ranging or Laser Imaging Detection and Ranging).

以上では測距センサ18、19の例としてレーザセンサを挙げたが、測距センサ18、19はその他の電磁波を用いるセンサでもよい。例えば、波長が1mm~10mm程度のいわゆるミリ波を用いたミリ波センサを測距センサ18、19として用いてもよい。ミリ波は、周波数が30GHz~300GHz程度と高いため、直進性が高くレーザと同様に扱える。ミリ波センサは図4のレーザセンサと同様に構成でき、レーザ発光部の代わりに測定対象物にミリ波を送るミリ波送信部を、レーザ受光部の代わりに測定対象物で反射したミリ波を受けるミリ波受信部を設ければよい。また、Time of Flight(ToF)方式のイメージセンサのように、レーザ光に限らない光を用いた光学センサを測距センサ18、19として用いてもよい。また、測距センサ18、19は、測定対象物に電磁波を送る送波部を備えないものでもよい。例えば、測定対象物を異なる方向から同時に撮影することで測距可能なステレオカメラ等を測距センサ18、19として用いてもよい。 Although laser sensors have been given as examples of distance measuring sensors 18 and 19 above, distance measuring sensors 18 and 19 may be sensors that use other electromagnetic waves. For example, millimeter wave sensors using so-called millimeter waves with wavelengths of about 1 mm to 10 mm may be used as distance measuring sensors 18 and 19. Since millimeter waves have a high frequency of about 30 GHz to 300 GHz, they have high linearity and can be treated like lasers. The millimeter wave sensor can be configured in the same way as the laser sensor in FIG. 4, and a millimeter wave transmitter that transmits millimeter waves to the object to be measured instead of the laser emitter, and a millimeter wave receiver that receives millimeter waves reflected by the object to be measured instead of the laser receiver may be provided. In addition, optical sensors that use light other than laser light, such as a Time of Flight (ToF) type image sensor, may be used as distance measuring sensors 18 and 19. In addition, distance measuring sensors 18 and 19 may not have a transmitter that transmits electromagnetic waves to the object to be measured. For example, a stereo camera capable of measuring distance by simultaneously photographing the object to be measured from different directions may be used as distance measuring sensors 18 and 19.

図4の測距センサ18、19は測定目的に応じた任意の姿勢で図1のCSU1に取り付けられる。例えば、掻き取り部11の測距センサ18は、図4の軸Aが鉛直方向で基準面Sが水平面となるように取り付けられる。このとき、測距センサ18は掻き取り部11の側方を中心に船庫201内を測距できる。また、測距センサ18は、図4の軸Aが水平方向で基準面Sが鉛直面となるように取り付けられてもよい。このとき、測距センサ18は掻き取り部11の上方の開口部21や掻き取り部11の下方のばら荷Mを測距できる。なお、測距センサ18の軸Aの向きは鉛直方向または水平方向に限らず任意の向きでよい。 The distance measuring sensors 18 and 19 in FIG. 4 are attached to the CSU 1 in FIG. 1 in any orientation depending on the purpose of measurement. For example, the distance measuring sensor 18 in the scraping unit 11 is attached so that the axis A in FIG. 4 is vertical and the reference plane S is a horizontal plane. In this case, the distance measuring sensor 18 can measure distances inside the warehouse 201 with the side of the scraping unit 11 as the center. The distance measuring sensor 18 may also be attached so that the axis A in FIG. 4 is horizontal and the reference plane S is a vertical plane. In this case, the distance measuring sensor 18 can measure distances to the opening 21 above the scraping unit 11 and the bulk cargo M below the scraping unit 11. The direction of the axis A of the distance measuring sensor 18 is not limited to the vertical or horizontal direction and may be any direction.

荷揚げ部9の上部の測距センサ19は、図4の軸Aが水平方向で基準面Sが鉛直面となるように取り付けられる。このとき、測距センサ19は下方にある船庫201の開口部21の縁や船庫201内のばら荷M等を測距できる。なお、この測距センサ19は上方にもレーザ光を発射できるが、上方には測定対象物が存在しないため、測距センサ19の上側を遮光性のカバーで覆う等によって上方の測距が無効化される。また、測距センサ19は、図4の軸Aが鉛直方向で基準面Sが水平面と平行になるように取り付けられてもよい。このとき、測距センサ19は側方にある船庫201外の測定対象物を効率的に測距できる。測距センサ19の軸Aの向きは水平方向または鉛直方向に限らず任意の向きでよいが、以下では水平方向の場合を詳細に説明する。 The distance measuring sensor 19 on the top of the lifting section 9 is attached so that the axis A in FIG. 4 is horizontal and the reference plane S is vertical. In this case, the distance measuring sensor 19 can measure the edge of the opening 21 of the warehouse 201 below and the bulk cargo M inside the warehouse 201. The distance measuring sensor 19 can also emit laser light upward, but since there is no measurement target above, the upper side of the distance measuring sensor 19 is covered with a light-shielding cover, etc., to disable the measurement above. The distance measuring sensor 19 may also be attached so that the axis A in FIG. 4 is vertical and the reference plane S is parallel to the horizontal plane. In this case, the distance measuring sensor 19 can efficiently measure the measurement target outside the warehouse 201 to the side. The direction of the axis A of the distance measuring sensor 19 can be any direction, not limited to the horizontal or vertical direction, but the case of the horizontal direction will be described in detail below.

以上のような測距センサ18、19を荷揚げ部9に設けることで、開口部21の縁、船庫201の天井/壁/底、ばら荷Mその他の物、船庫201内の人/構造物、掻き取り部11等の各種の測定対象物の位置を正確に把握できる。したがって、荷揚げ中の荷揚げ部9が他の物と衝突するのを防止でき、ばら荷Mを効率的に荷揚げできる。 By providing distance measuring sensors 18, 19 as described above in the lifting section 9, the positions of various measurement targets can be accurately grasped, such as the edge of the opening 21, the ceiling/walls/bottom of the warehouse 201, bulk cargo M and other objects, people/structures within the warehouse 201, the scraping section 11, etc. Therefore, the lifting section 9 can be prevented from colliding with other objects during lifting, and the bulk cargo M can be lifted efficiently.

図5は、測距センサ19の配置例を上面視で示す。測距センサ19として三つの測距センサ191、192、193が、フランジ部91またはエレベータ本体14の外周を囲むように配置される。測距センサ191は、図4の軸Aが図5の左右方向で、図4の基準面Sに対応する基準面S1が図5の上下方向になるように配置される。測距センサ191は基準面S1を中心とする±15°の範囲内にレーザ光を照射して測距する。測距センサ192、193は、図4の軸Aが図5の上下方向で、図4の基準面Sに対応する基準面S2、S3が図5の左右方向になるように配置される。測距センサ192、193は基準面S2、S3を中心とする±15°の範囲内にレーザ光を照射して測距する。測距センサ192、193の基準面S2、S3は互いに平行な異なる平面であり、測距センサ191の基準面S1と直交する。 Figure 5 shows an example of the arrangement of the distance measuring sensor 19 from a top view. Three distance measuring sensors 191, 192, and 193 as the distance measuring sensor 19 are arranged to surround the outer periphery of the flange portion 91 or the elevator body 14. The distance measuring sensor 191 is arranged so that the axis A in Figure 4 is in the left-right direction in Figure 5, and the reference plane S1 corresponding to the reference plane S in Figure 4 is in the up-down direction in Figure 5. The distance measuring sensor 191 measures distance by irradiating laser light within a range of ±15° centered on the reference plane S1. The distance measuring sensors 192 and 193 are arranged so that the axis A in Figure 4 is in the up-down direction in Figure 5, and the reference planes S2 and S3 corresponding to the reference plane S in Figure 4 are in the left-right direction in Figure 5. The distance measuring sensors 192 and 193 measure distance by irradiating laser light within a range of ±15° centered on the reference planes S2 and S3. The reference planes S2 and S3 of the distance measuring sensors 192 and 193 are different planes parallel to each other and are perpendicular to the reference plane S1 of the distance measuring sensor 191.

CSU1は図5に示される姿勢を荷揚げ時の基本姿勢として船庫201からばら荷Mを搬出する。この基本姿勢において、走行部2は船庫201の正面位置からずれた位置にあり、旋回フレーム5およびブーム7は走行部2の軌道を構成するレール3に対して鋭角をなす旋回位置にある。このとき、荷揚げ部9は船200の船庫201の上方にあり、その下部の掻き取り部11が開口部21から船庫201内に挿入される。 The CSU 1 unloads the bulk cargo M from the shipyard 201 with the posture shown in FIG. 5 as the basic posture for unloading. In this basic posture, the traveling section 2 is in a position shifted from the front position of the shipyard 201, and the rotating frame 5 and the boom 7 are in a rotating position that forms an acute angle with the rail 3 that forms the track of the traveling section 2. At this time, the unloading section 9 is located above the shipyard 201 of the ship 200, and the scraping section 11 at its lower part is inserted into the shipyard 201 through the opening 21.

船庫201の開口部21は、船200の進行方向(図5の左右方向)に長尺の矩形状であることが多い。この場合、開口部21の短辺(図5の上下方向の辺)に平行にレーザ光を照射する測距センサ191によって、開口部21の上辺の縁E11および下辺の縁E12を検出できる。なお、縁E11、E12の中心に示す点は測距センサ191の基準面S1上のレーザ光が開口部21の縁に当たる位置を表し、それを囲む矩形は基準面S1を中心とする±15°の範囲内に照射されたレーザ光が開口部21の縁に当たる範囲を模式的に表す。以下、測距センサ192、193についても同様の表記を用いる。 The opening 21 of the shipyard 201 is often a long rectangle extending in the direction of travel of the ship 200 (left-right direction in FIG. 5). In this case, the upper edge E11 and the lower edge E12 of the opening 21 can be detected by the distance measurement sensor 191 that irradiates laser light parallel to the short side of the opening 21 (the side in the vertical direction in FIG. 5). Note that the points shown at the centers of the edges E11 and E12 represent the positions where the laser light on the reference plane S1 of the distance measurement sensor 191 hits the edge of the opening 21, and the rectangle surrounding it represents the range where the laser light irradiated within a range of ±15° centered on the reference plane S1 hits the edge of the opening 21. Below, the same notation is used for the distance measurement sensors 192 and 193.

同様に、開口部21の長辺(図5の左右方向の辺)に平行にレーザ光を照射する測距センサ192、193によれば、開口部21の左辺の縁E21、E31および右辺の縁E22、E32を検出できる。二つの測距センサ192、193を用いることで、短尺方向に比べて測距難易度が高い長尺方向でも高精度に測距できる。このように図5の測距センサ191、192、193の配置は、長方形などの一方向に長尺な形状の開口部21の縁の検出に好適である。 Similarly, distance measurement sensors 192, 193 that irradiate laser light parallel to the long sides of opening 21 (the left and right sides in Figure 5) can detect edges E21, E31 on the left side and edges E22, E32 on the right side of opening 21. By using two distance measurement sensors 192, 193, distance measurement can be performed with high accuracy even in the long direction, which is more difficult to measure than the short direction. In this way, the arrangement of distance measurement sensors 191, 192, 193 in Figure 5 is suitable for detecting the edges of opening 21 that has a shape that is long in one direction, such as a rectangle.

なお、CSU1が図5に示される基本姿勢にない場合でも、荷揚げ部9が上面視で開口部21内にあれば、三つの測距センサ191、192、193によって、E11、E12、E21、E22、E31、E32に相当する開口部21の縁上の六つの測距点群を取得でき、開口部21の位置を正確に把握できる。 Even if the CSU1 is not in the basic position shown in FIG. 5, if the loading section 9 is within the opening 21 when viewed from above, the three distance measuring sensors 191, 192, and 193 can obtain six distance measuring point groups on the edge of the opening 21 corresponding to E11, E12, E21, E22, E31, and E32, and the position of the opening 21 can be accurately determined.

また、CSU1の荷揚げ時の基本姿勢は図5に示すものに限らず、例えば、走行部2が船庫201の正面にあり、旋回フレーム5およびブーム7がレール3に対して直角をなす姿勢を基本姿勢としてもよい。この場合、ブーム7の延伸方向が開口部21の短辺方向に一致するため、測距センサ191の基準面S1はブーム7の延伸方向と平行になり、測距センサ192、193の基準面S2、S3はブーム7の延伸方向と垂直になる。ここで、測距センサ191、192、193を筒状のエレベータ本体14の軸の周りに一体的に回転可能とすれば、CSU1の荷揚げ時の基本姿勢の変更に応じて、上記の長尺形状の開口部21に好適な測距センサ191、192、193の配置を容易に実現できる。 The basic position of the CSU1 during lifting is not limited to that shown in FIG. 5. For example, the basic position may be one in which the travel section 2 is in front of the shipyard 201 and the revolving frame 5 and boom 7 are at right angles to the rail 3. In this case, the extension direction of the boom 7 coincides with the short side direction of the opening 21, so that the reference surface S1 of the distance measuring sensor 191 is parallel to the extension direction of the boom 7, and the reference surfaces S2 and S3 of the distance measuring sensors 192 and 193 are perpendicular to the extension direction of the boom 7. If the distance measuring sensors 191, 192, and 193 are integrally rotatable around the axis of the cylindrical elevator body 14, the distance measuring sensors 191, 192, and 193 can be easily arranged in a manner suitable for the elongated opening 21 described above in accordance with changes in the basic position of the CSU1 during lifting.

上記の測距センサ19の数および配置は一例に過ぎず、任意の数および配置を採用できる。測距センサ19の数は、上面視で荷揚げ部9を囲む開口部21の形状を効率的に測定するために、少なくとも2個とするのが好ましい。より好ましくは3個以上とする。複数の測距センサ19は、フランジ部91またはエレベータ本体14の外周に沿って等間隔で配置してもよい。この場合の各測距センサ19の設置姿勢は任意であるが、例えば、各測距センサ19の基準面Sがフランジ部91またはエレベータ本体14の外周と接するように設置する。このように対称的な配置とすれば、CSU1の荷揚げ時の姿勢によらず安定的に開口部21の形状を測定できる。 The number and arrangement of the distance measuring sensors 19 described above are merely examples, and any number and arrangement can be adopted. The number of distance measuring sensors 19 is preferably at least two in order to efficiently measure the shape of the opening 21 surrounding the lifting section 9 when viewed from above. More preferably, it is three or more. Multiple distance measuring sensors 19 may be arranged at equal intervals along the outer periphery of the flange section 91 or the elevator body 14. In this case, the installation orientation of each distance measuring sensor 19 is arbitrary, but for example, each distance measuring sensor 19 is installed so that the reference surface S of the distance measuring sensor 19 is in contact with the outer periphery of the flange section 91 or the elevator body 14. With such a symmetrical arrangement, the shape of the opening 21 can be stably measured regardless of the orientation of the CSU 1 when lifting.

以上のような測距センサ18、19で測定された船庫201内外の測定対象物との距離に応じて、CSU1の各可動部、すなわち、移動可能な走行部2、旋回可能な旋回フレーム5、起伏可能なブーム7、回転および変形可能な掻き取り部11等を制御することで、荷揚げ中の荷揚げ部9が船庫201内外の他の物と衝突するのを防止でき、ばら荷Mを効率的に荷揚げできる。しかし、測距センサ18、19の取り付け位置や姿勢に誤差がある場合や、荷揚げ部9自体や荷役中のばら荷Mの重量、温度等の外部環境の変化によって測距センサ18、19とCSU1の各可動部との関係(相対的な位置および姿勢)が変化する場合は、上記の測距センサ18、19の効果が減殺する。そこで本実施形態では測距センサ18、19から最大の効果を得るため、測距センサ18、19の取り付け位置や姿勢の誤差や測距センサ18、19とCSU1の各可動部との関係の変化を校正(キャリブレーション)または補正する校正装置300が設けられる。 By controlling each movable part of the CSU 1, i.e., the movable running part 2, the rotatable rotating frame 5, the riseable boom 7, the rotatable and deformable scraping part 11, etc., according to the distance to the measurement object inside and outside the shipyard 201 measured by the distance measuring sensors 18, 19 as described above, it is possible to prevent the lifting part 9 from colliding with other objects inside and outside the shipyard 201 during lifting, and to efficiently lift the bulk goods M. However, if there is an error in the mounting position or posture of the distance measuring sensors 18, 19, or if the relationship (relative position and posture) between the distance measuring sensors 18, 19 and each movable part of the CSU 1 changes due to changes in the external environment such as the weight of the lifting part 9 itself or the temperature of the bulk goods M being loaded, the effect of the distance measuring sensors 18, 19 described above is reduced. Therefore, in this embodiment, in order to obtain the maximum effect from the distance measurement sensors 18, 19, a calibration device 300 is provided that calibrates or corrects errors in the mounting position and attitude of the distance measurement sensors 18, 19 and changes in the relationship between the distance measurement sensors 18, 19 and each movable part of the CSU 1.

図6は、校正装置300の機能ブロック図である。校正装置300は、測距点座標取得部301と、座標変換部302と、座標誤差検出部303と、座標系補正部304を備える。これらの機能ブロックは、CSU1内外のコンピュータの中央演算処理装置、メモリ、入力装置、出力装置、コンピュータに接続される周辺機器等のハードウェア資源と、それらを用いて実行されるソフトウェアの協働により実現される。コンピュータの種類や設置場所は問わず、上記の各機能ブロックは、単一のコンピュータのハードウェア資源で実現してもよいし、複数のコンピュータに分散したハードウェア資源を組み合わせて実現してもよい。 Figure 6 is a functional block diagram of the calibration device 300. The calibration device 300 includes a ranging point coordinate acquisition unit 301, a coordinate conversion unit 302, a coordinate error detection unit 303, and a coordinate system correction unit 304. These functional blocks are realized by the cooperation of hardware resources such as the central processing unit, memory, input device, output device, and peripheral devices connected to the computer of computers inside and outside the CSU1, and software executed using these. Regardless of the type of computer or the installation location, each of the above functional blocks may be realized by the hardware resources of a single computer, or may be realized by combining hardware resources distributed among multiple computers.

校正装置300の各機能ブロックを説明する前に、その前提となる座標系を説明する。図7は、CSU1に関して設定される各座標系を模式的に示す。図7(A)は走行部2、旋回フレーム5、ブーム7、荷揚げ部9を含む鉛直面内のCSU1の模式図であり、図7(B)は上面視のCSU1の模式図である。図7(A)は、図7(B)において斜め左下に延伸するブーム7を含む面による断面図である。 Before describing each functional block of the calibration device 300, the coordinate system that serves as the premise will be described. Figure 7 shows a schematic diagram of each coordinate system set for the CSU 1. Figure 7(A) is a schematic diagram of the CSU 1 in a vertical plane including the travel unit 2, the rotating frame 5, the boom 7, and the lifting unit 9, and Figure 7(B) is a schematic diagram of the CSU 1 as viewed from above. Figure 7(A) is a cross-sectional view of a plane including the boom 7 that extends diagonally downward and to the left in Figure 7(B).

座標系uは、走行部2が走行する地上を基準とする地上座標系(または走行部2を基準とする移動部座標系)であり、xyz直交座標系におけるx軸としてのu軸と、y軸としてのu軸と、z軸としてのu軸によって定められる。座標系uの原点はレール3が構成する走行部2の軌道上に設けられ、u軸の方向は走行部2の移動方向であるレール3の敷設方向と一致し、u軸の方向は水平面内でu軸と直交する方向であり、u軸の方向は鉛直方向である。 The coordinate system u is a ground coordinate system based on the ground on which the traveling unit 2 travels (or a moving unit coordinate system based on the traveling unit 2), and is defined by the u x axis as the x axis, the u y axis as the y axis, and the u z axis as the z axis in the xyz Cartesian coordinate system. The origin of the coordinate system u is provided on the track of the traveling unit 2 formed by the rails 3, the direction of the u x axis coincides with the laying direction of the rails 3, which is the moving direction of the traveling unit 2, the direction of the u y axis is perpendicular to the u x axis in the horizontal plane, and the direction of the u z axis is vertical.

ここで「座標系uが地上を基準とする地上座標系である」とは、座標系uが、地上の任意の点、または、地上における位置が既知の物体を原点とすることを意味する。例えば、地上座標系uは、走行部2が設置される陸地としての埠頭102上の任意の位置を原点とする座標系としてもよいし、地上における位置が既知の走行部2を原点とする座標系としてもよい。なお、地上座標系uは走行部2を基準とする移動部座標系でもある。ここで「座標系uが走行部2を基準とする移動部座標系である」とは、座標系uにおいてその基準である走行部2の位置および姿勢が正確に追跡可能であることを意味する。図示の例では、座標系uにおいて走行部2は一定姿勢でu軸方向のみに移動するため、そのu座標およびu座標は変化しない(以下では説明を簡素化するため走行部2のu座標およびu座標を0とする)。走行部2のu座標は、走行部2のレール3上の位置xtlを測定する位置センサ等によって正確に追跡できる。このように、座標系uにおける走行部2の三次元座標(u,u,u)=(xtl,0,0)および姿勢が正確に追跡可能であるため、座標系uは走行部2を基準とする移動部座標系である。なお、図示の例では説明の簡素化のためにu軸の方向をレール3の敷設方向と一致させたが、地上座標系uの各軸の方向は任意に設定できる。 Here, "the coordinate system u is a ground coordinate system based on the ground" means that the coordinate system u has an origin at an arbitrary point on the ground or an object whose position on the ground is known. For example, the ground coordinate system u may be a coordinate system whose origin is an arbitrary position on the wharf 102 as the land on which the running unit 2 is installed, or may be a coordinate system whose origin is the running unit 2 whose position on the ground is known. The ground coordinate system u is also a moving unit coordinate system whose reference is the running unit 2. Here, "the coordinate system u is a moving unit coordinate system whose reference is the running unit 2" means that the position and posture of the running unit 2, which is the reference, can be accurately tracked in the coordinate system u. In the illustrated example, the running unit 2 moves only in the u x axis direction with a constant posture in the coordinate system u, so its u y coordinate and u z coordinate do not change (hereinafter, to simplify the explanation, the u y coordinate and u z coordinate of the running unit 2 are set to 0). The u x coordinate of the running unit 2 can be accurately tracked by a position sensor or the like that measures the position x tl of the running unit 2 on the rail 3. In this way, since the three-dimensional coordinates ( ux , uy , uz ) = ( xtl , 0, 0) and the posture of the traveling unit 2 in the coordinate system u can be accurately tracked, the coordinate system u is a moving unit coordinate system based on the traveling unit 2. Note that in the illustrated example, for simplicity of explanation, the direction of the ux axis is made to coincide with the laying direction of the rails 3, but the direction of each axis of the ground coordinate system u can be set arbitrarily.

座標系rは、旋回フレーム5を基準とする旋回部座標系であり、xyz直交座標系におけるx軸としてのr軸と、y軸としてのr軸と、z軸としてのr軸によって定められる。座標系rの原点は、図7(B)の上面視で旋回フレーム5の旋回中心Oと一致し、図7(A)の断面視で旋回中心O直下の陸地上の点と一致する。r軸の方向はu軸の方向に対して旋回角θだけ旋回しており、r軸の方向は水平面内でr軸と直交する方向(上面視の図7(B)におけるブーム7の延伸方向)であり、r軸の方向は鉛直方向である。 The coordinate system r is a rotating part coordinate system based on the rotating frame 5, and is determined by the rx axis as the x-axis, the ry axis as the y - axis, and the rz axis as the z-axis in the xyz Cartesian coordinate system. The origin of the coordinate system r coincides with the rotating center Or of the rotating frame 5 in the top view of Fig. 7(B), and coincides with a point on land directly below the rotating center Or in the cross-sectional view of Fig. 7(A). The direction of the rx axis rotates by a rotation angle θ2 with respect to the direction of the ux axis, the direction of the ry axis is a direction perpendicular to the rx axis in the horizontal plane (the extension direction of the boom 7 in Fig. 7(B) in the top view), and the direction of the rz axis is the vertical direction.

ここで「座標系rが旋回フレーム5を基準とする旋回部座標系である」とは、座標系rにおいてその基準である旋回フレーム5の旋回中心Oの位置および姿勢が正確に追跡可能であることを意味する。図示の例では、上面視で旋回中心Oが座標系rの原点と一致するため、そのr座標およびr座標は0である。また、旋回中心Oのr座標は陸地からの高さhで一定である。また、旋回フレーム5の姿勢を表す旋回角θは角度センサ等によって測定可能である。このように、座標系rにおける旋回フレーム5の旋回中心Oの三次元座標(r,r,r)=(0,0,h)および姿勢が正確に追跡可能であるため、座標系rは旋回フレーム5を基準とする旋回部座標系である。なお、旋回部座標系rは、旋回部を構成する旋回フレーム5、ブーム7、カウンタウエイト13や、旋回部と一体的に旋回可能な主操作室16上の任意の位置を原点とする座標系としてもよい。また、図示の例では説明の簡素化のためにr軸の方向を上面視でブーム7の延伸方向と一致させたが、旋回部座標系rの各軸の方向は任意に設定できる。 Here, "the coordinate system r is a rotating part coordinate system based on the rotating frame 5" means that the position and attitude of the rotating center O r of the rotating frame 5, which is the reference, can be accurately tracked in the coordinate system r. In the illustrated example, the rotating center O r coincides with the origin of the coordinate system r in a top view, so its r x coordinate and r y coordinate are 0. In addition, the r z coordinate of the rotating center O r is constant at a height h r from the land. In addition, the turning angle θ 2 representing the attitude of the rotating frame 5 can be measured by an angle sensor or the like. In this way, the three-dimensional coordinates (r x , r y , r z ) = (0, 0, h r ) and attitude of the rotating center O r of the rotating frame 5 in the coordinate system r can be accurately tracked, so the coordinate system r is a rotating part coordinate system based on the rotating frame 5. The rotating part coordinate system r may be a coordinate system having its origin at any position on the rotating frame 5, boom 7, and counterweight 13 constituting the rotating part, or on the main operation room 16 which can rotate integrally with the rotating part. In the illustrated example, the direction of the r and y axes is made to coincide with the extension direction of the boom 7 in a top view for the sake of simplicity of explanation, but the direction of each axis of the rotating part coordinate system r can be set arbitrarily.

座標系bは、ブーム7および荷揚げ部9を基準とする起伏部座標系であり、xyz直交座標系におけるx軸としてのb軸と、y軸としてのb軸と、z軸としてのb軸によって定められる。座標系bの原点は、ブーム7と荷揚げ部9の連結部分に設けられる。b軸の方向は水平方向かつ図7(B)の上面視でブーム7の延伸方向と一致する方向であり、b軸の方向は水平面内でb軸と直交する方向であり、b軸の方向は鉛直方向である。 Coordinate system b is a hoisting unit coordinate system based on the boom 7 and the lifting unit 9, and is defined by the b x axis as the x axis, the b y axis as the y axis, and the b z axis as the z axis in an xyz Cartesian coordinate system. The origin of coordinate system b is provided at the connection between the boom 7 and the lifting unit 9. The b y axis is horizontal and coincides with the extension direction of the boom 7 when viewed from above in Figure 7 (B), the b x axis is perpendicular to the b y axis in the horizontal plane, and the b z axis is vertical.

ここで「座標系bがブーム7および荷揚げ部9を基準とする起伏部座標系である」とは、座標系bにおいてその基準である起伏中心Oの位置および姿勢が正確に追跡可能であることを意味する。図示の例では、ブーム7が基端側の起伏中心Oの周りに起伏角θだけ起伏している。図7(A)に示されるように座標系bの原点と起伏中心のOの距離をLb1とすれば、座標系bにおける起伏中心Oの座標(b,b,b)は(0,-Lb1cosθ,-Lb1sinθ)である。また、起伏部の姿勢を表す起伏角θは角度センサ等によって測定可能である。このように、座標系bにおける起伏中心Oの位置および姿勢が正確に追跡可能であるため、座標系bはブーム7および掻き取り部9を基準とする起伏部座標系である。なお、起伏部座標系bの原点は、起伏部を構成するブーム7上の任意の点でよく、例えば起伏中心Oを起伏部座標系bの原点としてもよい。この場合、各軸の方向は図示のままとして、ブーム7と掻き取り部9の連結部分の座標(b,b,b)は(0,Lb1cosθ,Lb1sinθ)となる。また、図示の例では説明の簡素化のためにb軸の方向を上面視でブーム7の延伸方向と一致させたが、起伏部座標系bの各軸の方向は任意に設定できる。 Here, "the coordinate system b is a hoisting section coordinate system based on the boom 7 and the lifting section 9" means that the position and attitude of the hoisting center O b , which is the reference, can be accurately tracked in the coordinate system b. In the illustrated example, the boom 7 hoists around the hoisting center O b on the base end side by a hoisting angle θ 1. If the distance between the origin of the coordinate system b and the hoisting center O b is L b1 as shown in FIG. 7(A), the coordinates (b x , b y , b z ) of the hoisting center O b in the coordinate system b are (0, -L b1 cos θ 1 , -L b1 sin θ 1 ). In addition, the hoisting angle θ 1, which represents the attitude of the hoisting section, can be measured by an angle sensor or the like. In this way, since the position and attitude of the hoisting center O b in the coordinate system b can be accurately tracked, the coordinate system b is a hoisting section coordinate system based on the boom 7 and the scraping section 9. The origin of the hoisting portion coordinate system b may be any point on the boom 7 that constitutes the hoisting portion, for example, the hoisting center Ob may be the origin of the hoisting portion coordinate system b. In this case, the direction of each axis remains as shown in the figure, and the coordinates ( bx , by , bz ) of the connection part between the boom 7 and the scraping part 9 are (0, Lb1cosθ1 , Lb1sinθ1 ). In the example shown in the figure, the direction of the by axis is made to coincide with the extension direction of the boom 7 when viewed from above for simplicity of explanation, but the direction of each axis of the hoisting portion coordinate system b can be set arbitrarily.

座標系lは、測距センサ19を基準とする測距部座標系であり、xyz直交座標系におけるx軸としてのl軸と、y軸としてのl軸と、z軸としてのl軸によって定められる。座標系lの原点は、測距センサ19の取り付け位置に設けられる。l軸の方向は水平方向かつ図7(B)の上面視でブーム7の延伸方向と一致する方向であり、l軸の方向は水平面内でl軸と直交する方向であり、l軸の方向は鉛直方向である。図5の測距センサ191~193のように測距センサが複数設けられる場合、座標系lは複数の測距センサに共通としてもよいし、測距センサごとに座標系lを設定してもよい。 The coordinate system l is a distance measurement unit coordinate system based on the distance measurement sensor 19, and is determined by the l x axis as the x axis, the l y axis as the y axis, and the l z axis as the z axis in the xyz Cartesian coordinate system. The origin of the coordinate system l is provided at the attachment position of the distance measurement sensor 19. The direction of the l y axis is horizontal and coincides with the extension direction of the boom 7 when viewed from above in FIG. 7B, the direction of the l x axis is perpendicular to the l y axis in the horizontal plane, and the direction of the l z axis is vertical. When multiple distance measurement sensors are provided, such as the distance measurement sensors 191 to 193 in FIG. 5, the coordinate system l may be common to the multiple distance measurement sensors, or a coordinate system l may be set for each distance measurement sensor.

ここで「座標系lが測距センサ19を基準とする測距部座標系である」とは、座標系lにおいてその基準である測距センサ19の位置および姿勢が正確に追跡可能であることを意味する。上記の例では、座標系lの原点と一致する測距センサ19の三次元座標(l,l,l)は常に(0,0,0)であり姿勢も一定である。なお、測距部座標系lは、測距センサ19が取り付けられる荷揚げ部9の上部における任意の位置を原点としてもよい。この場合、荷揚げ部9の上部における各測距センサ19の取り付け位置および姿勢を記録しておけば、測距部座標系lの原点に対する各測距センサ19の位置および姿勢を算出できる。また、図示の例では説明の簡素化のためにl軸の方向を上面視でブーム7の延伸方向と一致させたが、測距部座標系lの各軸の方向は任意に設定できる。 Here, "the coordinate system l is a distance measuring unit coordinate system based on the distance measuring sensor 19" means that the position and attitude of the distance measuring sensor 19, which is the reference, can be accurately tracked in the coordinate system l. In the above example, the three-dimensional coordinates (l x , l y , l z ) of the distance measuring sensor 19, which coincides with the origin of the coordinate system l, are always (0,0,0) and the attitude is also constant. The distance measuring unit coordinate system l may have an origin at any position on the upper part of the lifting unit 9 where the distance measuring sensor 19 is attached. In this case, if the mounting positions and attitudes of each distance measuring sensor 19 on the upper part of the lifting unit 9 are recorded, the position and attitude of each distance measuring sensor 19 relative to the origin of the distance measuring unit coordinate system l can be calculated. In addition, in the illustrated example, the direction of the l y axis is made to coincide with the extension direction of the boom 7 when viewed from above for simplicity of explanation, but the direction of each axis of the distance measuring unit coordinate system l can be set arbitrarily.

座標系dは、測距センサ18を基準とする測距部座標系であり、xyz直交座標系におけるx軸としてのd軸と、y軸としてのd軸と、z軸としてのd軸によって定められる。座標系dの原点は、エレベータ本体14と掻き取り部11の連結部分に設けられる。d軸の方向は水平方向かつ図7(B)の上面視で掻き取り部11(図示せず)の延伸方向と一致する方向であり、d軸の方向は水平面内でd軸と直交する方向であり、d軸の方向は鉛直方向である。図7(B)に示されるように、d軸の方向は、b軸およびr軸の方向すなわち上面視のブーム7の延伸方向に対して回転角θだけずれている。これは、掻き取り部11がエレベータ本体14の軸の周りにθだけ回転していることを示す。 The coordinate system d is a distance measuring unit coordinate system based on the distance measuring sensor 18, and is determined by the d x axis as the x axis, the d y axis as the y axis, and the d z axis as the z axis in the xyz Cartesian coordinate system. The origin of the coordinate system d is provided at the connecting portion between the elevator body 14 and the scraping unit 11. The direction of the d y axis is horizontal and coincides with the extension direction of the scraping unit 11 (not shown) in the top view of FIG. 7(B), the direction of the d x axis is perpendicular to the d y axis in the horizontal plane, and the direction of the d z axis is vertical. As shown in FIG. 7(B), the direction of the d y axis is shifted by a rotation angle θ 4 with respect to the directions of the b y axis and the r y axis, i.e., the extension direction of the boom 7 in the top view. This indicates that the scraping unit 11 rotates by θ 4 around the axis of the elevator body 14.

ここで「座標系dが測距センサ18を基準とする測距部座標系である」とは、座標系dにおいてその基準である測距センサ18の位置および姿勢が正確に追跡可能であることを意味する。図1において掻き取り部11上の複数の測距センサ18の取り付け位置および姿勢は既知であるため、エレベータ本体14と掻き取り部11の連結部分にある測距部座標系dの原点に対する各測距センサ18の三次元座標および姿勢を算出できる。なお、測距部座標系dの原点は掻き取り部11上の任意の位置でよく、例えば、測距センサ18の取り付け位置を測距部座標系dの原点としてもよい。ここで、図1のように測距センサ18が複数設けられる場合、座標系dは複数の測距センサに共通としてもよいし、測距センサごとに座標系dを設定してもよい。また、図示の例では説明の簡素化のためにd軸の方向を鉛直方向としたが、測距部座標系dの各軸の方向は任意に設定できる。 Here, "the coordinate system d is a distance measurement unit coordinate system based on the distance measurement sensor 18" means that the position and attitude of the distance measurement sensor 18, which is the reference, can be accurately tracked in the coordinate system d. In FIG. 1, the mounting positions and attitudes of the multiple distance measurement sensors 18 on the scraping unit 11 are known, so the three-dimensional coordinates and attitudes of each distance measurement sensor 18 relative to the origin of the distance measurement unit coordinate system d at the connecting portion between the elevator body 14 and the scraping unit 11 can be calculated. The origin of the distance measurement unit coordinate system d may be any position on the scraping unit 11, and for example, the mounting position of the distance measurement sensor 18 may be the origin of the distance measurement unit coordinate system d. Here, when multiple distance measurement sensors 18 are provided as in FIG. 1, the coordinate system d may be common to the multiple distance measurement sensors, or a coordinate system d may be set for each distance measurement sensor. In addition, in the illustrated example, the direction of the z- axis of d is set to the vertical direction for simplicity of explanation, but the direction of each axis of the distance measurement unit coordinate system d can be set arbitrarily.

なお、図7(A)では、エレベータ本体14の軸方向と直交する方向に延伸する矩形として掻き取り部11を示したが、図7(C)に模式的に示すように、ばら荷Mを掻き取る主要部11Aと、エレベータ本体14に対して屈曲可能な屈曲部11Bによって掻き取り部11を構成してもよい。この場合も測距部座標系dの原点は、掻き取り部11上すなわち主要部11Aおよび屈曲部11B上の任意の位置に設定できる。後述する座標変換においては、屈曲部11Bの屈曲角θも考慮される。 In Fig. 7(A), the scraping unit 11 is shown as a rectangle extending in a direction perpendicular to the axial direction of the elevator body 14, but as shown in Fig. 7(C) as a schematic, the scraping unit 11 may be configured with a main part 11A that scrapes off the bulk goods M and a bent part 11B that can be bent with respect to the elevator body 14. In this case as well, the origin of the distance measuring unit coordinate system d can be set at any position on the scraping unit 11, i.e., on the main part 11A and the bent part 11B. In the coordinate transformation described later, the bending angle θ5 of the bent part 11B is also taken into consideration.

続いて、図6の校正装置300の各機能ブロックを説明する。測距点座標取得部301は、走行部2が走行する地上を基準とする地上座標系uにおける座標が既知の基準物を測距センサ18、19でそれぞれ測定し、当該測距センサ18、19をそれぞれ基準とする測距部座標系l、dにおける測距点座標を取得する。 Next, each functional block of the calibration device 300 in FIG. 6 will be described. The ranging point coordinate acquisition unit 301 uses the ranging sensors 18 and 19 to measure a reference object whose coordinates are known in a ground coordinate system u based on the ground on which the traveling unit 2 travels, and acquires the ranging point coordinates in the ranging unit coordinate systems l and d based on the ranging sensors 18 and 19, respectively.

図8は、CSU1による基準物の測定例を上面視で示す。この例では旋回フレーム5の旋回角度が互いに45°ずつ異なる8つの測定位置P1~P8が設けられる。CSU1は各測定位置P1~P8で、測距センサ18(図示せず)および測距センサ19(191~193)によって基準物を測定する。基準物とは、校正装置300によるCSU1の校正に利用される地上座標系uの座標が既知の任意の静止物である。図7に関して説明したように、地上座標系uの原点は埠頭102上の任意の位置でよい。したがって、埠頭102上の任意の静止物を基準物として利用できる。好ましくは、測距センサ18、19で測定しやすい線状の縁およびその両側に平面を有する構造物を基準物として利用する。例えば、図8に示される岸壁101、レール3、ベルトコンベア45は長尺の直線状の縁およびその両側に広い平面を有するため基準物として好適である。また、図7で示した地上座標系uの原点は走行部2の軌道上に設けられるため、当該軌道に沿って配置された構造物であるレール3、ベルトコンベア45は基準物として特に好適である。詳細は後述するが、この場合、測距センサ18、19による基準物の測距情報のうち、基準物が延伸する方向のu座標のみを実質的に考慮すればよいので、効率的にCSU1を校正できる。さらに、測距センサ18、19の測距精度を上げるため、測距センサ18、19からのレーザ光の反射性能が高いリフレクタを、レール3やベルトコンベア45に沿って配置してもよい。 FIG. 8 shows an example of measuring a reference object by the CSU 1 from a top view. In this example, eight measurement positions P1 to P8 are provided, with the rotation angle of the rotating frame 5 differing from each other by 45°. The CSU 1 measures the reference object at each measurement position P1 to P8 using the distance measurement sensor 18 (not shown) and the distance measurement sensor 19 (191 to 193). The reference object is any stationary object whose coordinates in the ground coordinate system u used for calibrating the CSU 1 by the calibration device 300 are known. As described with reference to FIG. 7, the origin of the ground coordinate system u may be any position on the wharf 102. Therefore, any stationary object on the wharf 102 can be used as the reference object. Preferably, a structure having a linear edge and flat surfaces on both sides thereof that can be easily measured by the distance measurement sensors 18 and 19 is used as the reference object. For example, the quay wall 101, the rail 3, and the belt conveyor 45 shown in FIG. 8 are suitable as reference objects because they have long linear edges and wide flat surfaces on both sides thereof. 7 is located on the track of the traveling unit 2, the rail 3 and the belt conveyor 45, which are structures arranged along the track, are particularly suitable as reference objects. As will be described in detail later, in this case, it is sufficient to substantially consider only the u and x coordinates in the direction in which the reference object extends, among the distance measurement information of the reference object by the distance measurement sensors 18 and 19, so that the CSU 1 can be calibrated efficiently. Furthermore, in order to improve the distance measurement accuracy of the distance measurement sensors 18 and 19, reflectors with high reflectivity for the laser light from the distance measurement sensors 18 and 19 may be arranged along the rail 3 and the belt conveyor 45.

測定位置P1は図5に示したものである。荷揚げ時を示す図5では荷揚げ部9の下方に船200が存在したが、CSU1の校正のために基準物を測距する際は船200が存在しなくてもよい。一方、図5と同様に船200が存在する場合は、その船庫201からばら荷Mの荷揚げを行いながら、リアルタイムでCSU1を校正できる。各測距センサ191~193から両方向に伸びる点線はそれぞれの基準面S1~S3(図5参照)を表し、これらの点線が基準物と交差する場合に測距可能である。したがって、測定位置P1では測距センサ191のみが埠頭102上の基準物を測距できる。測距センサ191から埠頭102に向かって伸びる点線と各基準物との各交点である測距点を黒丸で示す。測距点座標取得部301は、これらの測距点の位置を、測距センサ191を基準とする測距点座標系lにおける測距点座標(l,l,l)として取得する。同様に、図示しない測距センサ18も測定位置P1で埠頭102上の各基準物を測距し、測距センサ18を基準とする測距点座標系dにおける測距点座標(d,d,d)が測距点座標取得部301によって取得される。 The measurement position P1 is shown in FIG. 5. In FIG. 5, which shows the time of unloading, the ship 200 is present below the unloading section 9, but the ship 200 does not have to be present when measuring the distance to the reference object for calibrating the CSU 1. On the other hand, if the ship 200 is present as in FIG. 5, the CSU 1 can be calibrated in real time while unloading the bulk cargo M from the shipyard 201. The dotted lines extending in both directions from each of the distance measuring sensors 191 to 193 represent the respective reference planes S1 to S3 (see FIG. 5), and distance measurement is possible when these dotted lines intersect with the reference object. Therefore, at the measurement position P1, only the distance measuring sensor 191 can measure the distance to the reference object on the wharf 102. The measurement points, which are the intersections of the dotted lines extending from the distance measuring sensor 191 toward the wharf 102 and each reference object, are indicated by black circles. The ranging point coordinate acquisition unit 301 acquires the positions of these ranging points as ranging point coordinates ( lx , ly , lz ) in a ranging point coordinate system l based on the ranging sensor 191. Similarly, the ranging sensor 18 (not shown) also measures the distance to each reference object on the wharf 102 at measurement position P1, and the ranging point coordinate acquisition unit 301 acquires the ranging point coordinates ( dx , dy , dz ) in the ranging point coordinate system d based on the ranging sensor 18.

同様に、他の測定位置P2~P8でも、測距点座標取得部301が、測距センサ18、19によって基準物の測距点座標(l,l,l)、(d,d,d)を取得する。測距センサ19について、測定位置P2では全測距センサ191~193が、測定位置P3では測距センサ192、193が、測定位置P4では全測距センサ191~193が、測定位置P5では測距センサ191が、測定位置P6では全測距センサ191~193が、測定位置P7では測距センサ192、193が、測定位置P8では全測距センサ191~193が、それぞれ埠頭102上の基準物を測距可能である。このように、各測定位置P1~P8で基準物を測距可能な測距センサ191~193は異なるが、複数の測定位置P1~P8をCSU1に巡回させることで全ての測距センサ191~193を校正できる。なお、図8には旋回角度が互いに45°ずつ異なる8つの測定位置P1~P8を例示したが、測定位置の旋回角度は任意である。 Similarly, at the other measurement positions P2 to P8, the distance measurement point coordinate acquisition unit 301 acquires the distance measurement point coordinates ( lx , ly , lz ), ( dx , dy , dz ) of the reference object by the distance measurement sensors 18 and 19. With regard to the distance measurement sensors 19, all distance measurement sensors 191 to 193 at measurement position P2, distance measurement sensors 192 and 193 at measurement position P3, all distance measurement sensors 191 to 193 at measurement position P4, distance measurement sensor 191 at measurement position P5, all distance measurement sensors 191 to 193 at measurement position P6, distance measurement sensors 192 and 193 at measurement position P7, and all distance measurement sensors 191 to 193 at measurement position P8 can measure the distance to the reference object on the pier 102. In this way, the distance measuring sensors 191 to 193 capable of measuring the distance to the reference object are different at each of the measurement positions P1 to P8, but all of the distance measuring sensors 191 to 193 can be calibrated by rotating the CSU 1 around the multiple measurement positions P1 to P8. Note that, although FIG. 8 illustrates eight measurement positions P1 to P8 with rotation angles differing from each other by 45°, the rotation angles of the measurement positions are arbitrary.

前述の通り、測定位置P1~P8のうち図5の基本姿勢で荷揚げが行われるのは測定位置P1のみである。その他の測定位置P2~P8では基本姿勢での荷揚げが想定されていないが、本実施形態ではこのように荷揚げを通常行わない姿勢でも測距点座標取得部301が基準物の測距点座標を取得する。換言すれば、測距点座標取得部301は、旋回フレーム5の旋回によって荷揚げ部9が船200の上方にない時(測定位置P1に船200がいない時を含む)に測距点座標を取得する。また、測定位置P2~P6では荷揚げ部9が陸地(埠頭102)の上方にある。このように、本実施形態ではCSU1が荷揚げの際に取り得ない姿勢でも測距点座標取得部301が基準物の測距点座標を取得する。特に、測定位置P2およびP6では測距センサ18、19が設けられた荷揚げ部9が測距対象物としての基準物の真上にあるため、全ての測距センサで高精度に測距点座標を取得でき、CSU1を効率的に校正できる。 As mentioned above, of the measurement positions P1 to P8, only measurement position P1 performs unloading in the basic posture in FIG. 5. At the other measurement positions P2 to P8, unloading in the basic posture is not assumed, but in this embodiment, the ranging point coordinate acquisition unit 301 acquires the ranging point coordinates of the reference object even in such postures where unloading is not normally performed. In other words, the ranging point coordinate acquisition unit 301 acquires the ranging point coordinates when the unloading unit 9 is not above the ship 200 due to the rotation of the rotating frame 5 (including when the ship 200 is not at measurement position P1). Also, at measurement positions P2 to P6, the unloading unit 9 is above land (pier 102). Thus, in this embodiment, the ranging point coordinate acquisition unit 301 acquires the ranging point coordinates of the reference object even in postures that the CSU 1 cannot assume when unloading. In particular, at measurement positions P2 and P6, the lifting section 9 on which the distance measuring sensors 18 and 19 are installed is located directly above the reference object as the object to be measured, so that all distance measuring sensors can obtain the coordinates of the measuring points with high accuracy, and the CSU 1 can be calibrated efficiently.

なお、図7における旋回角θによって定まる各測定位置P1~P8では、ブーム7の起伏角θ、掻き取り部11の回転角θ、掻き取り部11の屈曲角θ等のCSU1の各パラメータを変化させながら、測距点座標取得部301によって可能な限り多くの測距点座標を取得するのが好ましい。また、走行部2の軌道(レール3)に沿って基準物が配置される上記の例では、CSU1の校正のために走行部2を動かす必要はないが、基準物が走行部2の軌道に沿わない形状をしている場合は、走行部2の位置xtlも変化させながら測距点座標を取得するのが好ましい。 7, it is preferable to acquire as many distance measurement point coordinates as possible by the distance measurement point coordinate acquisition unit 301 while changing each parameter of the CSU 1 , such as the hoisting angle θ 1 of the boom 7, the rotation angle θ 4 of the scraping unit 11, and the bending angle θ 5 of the scraping unit 11. In the above example in which the reference object is placed along the track (rail 3) of the traveling unit 2, it is not necessary to move the traveling unit 2 to calibrate the CSU 1, but if the reference object has a shape that does not follow the track of the traveling unit 2, it is preferable to acquire distance measurement point coordinates while also changing the position xtl of the traveling unit 2.

座標変換部302は、測距センサ18、19に対する荷揚げ部9の相対的な位置や姿勢、荷揚げ部9に対する旋回フレーム5の相対的な位置や姿勢、旋回フレーム5に対する走行部2の相対的な位置や姿勢に基づいて、測距部座標系l、dにおける測距点座標および地上座標系uにおける基準物の既知の座標を同一座標系に変換する。以下では変換先の同一座標系を地上座標系uとして説明する。この場合、座標変換部302は埠頭102上の基準物の測距点座標(l,l,l)、(d,d,d)を測距部座標系l、dから地上座標系uの座標(u,u,u)に変換する。 The coordinate conversion unit 302 converts the ranging point coordinates in the ranging unit coordinate system l, d and the known coordinates of the reference object in the ground coordinate system u into an identical coordinate system based on the relative position and attitude of the lifting unit 9 with respect to the ranging sensors 18, 19, the relative position and attitude of the lifting unit 9 with respect to the lifting unit 9, and the relative position and attitude of the traveling unit 2 with respect to the revolving frame 5. In the following, the identical coordinate system to which the conversion is made is described as the ground coordinate system u. In this case, the coordinate conversion unit 302 converts the ranging point coordinates ( lx , ly , lz ), ( dx , dy , dz ) of the reference object on the wharf 102 from the ranging unit coordinate system l, d to coordinates ( ux , uy , uz ) in the ground coordinate system u.

測距センサ19が測距した基準物の測距部座標系lにおける測距点座標をp=(l,l,l)という三次元ベクトルで表す。この測距点座標pを測距部座標系lから地上座標系uに変換するために、座標変換部302は、測距部座標系lの座標pから起伏部座標系bの座標p=(b,b,b)への変換、起伏部座標系bの座標pから旋回部座標系rの座標p=(r,r,r)への変換、旋回部座標系rの座標pから地上座標系uの座標p=(u,u,u)への変換、という三段階の座標変換を行う。各座標変換は以下の式で表される。

Figure 0007633068000001
The coordinates of the distance measurement point of the reference object measured by the distance measurement sensor 19 in the distance measurement unit coordinate system l are expressed as a three-dimensional vector p l = (l x , l y , l z ). In order to convert this distance measurement point coordinate p l from the distance measurement unit coordinate system l to the ground coordinate system u, the coordinate conversion unit 302 performs three-stage coordinate conversion: converting the coordinate p l in the distance measurement unit coordinate system l to a coordinate p b = (b x , b y , b z ) in the undulating unit coordinate system b , converting the coordinate p b in the undulating unit coordinate system b to a coordinate p r = (r x , ry , r z ) in the rotating unit coordinate system r, and converting the coordinate p r in the rotating unit coordinate system r to a coordinate p u = ( ux , uy , uz ) in the ground coordinate system u. Each coordinate conversion is expressed by the following equation.
Figure 0007633068000001

第1の式は、測距部座標系lの座標pを起伏部座標系bの座標pに変換する式である。tlbは測距部座標系lの原点と起伏部座標系bの原点の間を結ぶ三次元並進ベクトルであり、Rlbは測距部座標系lと起伏部座標系bの姿勢の相違すなわち回転を表す3×3行列である。tlbおよびRlbは、測距センサ19が荷揚げ部9に設けられる位置や姿勢に応じて定まる。なお、図7の例では、各軸の方向が一致している測距部座標系lと起伏部座標系bの間に回転がないため、Rlbは3×3の単位行列である。 The first equation is an equation for converting a coordinate p1 in the distance measurement unit coordinate system l to a coordinate pb in the undulating unit coordinate system b. t1b is a three-dimensional translation vector connecting the origin of the distance measurement unit coordinate system l and the origin of the undulating unit coordinate system b, and R1b is a 3x3 matrix representing the difference in attitude between the distance measurement unit coordinate system l and the undulating unit coordinate system b, i.e., rotation. t1b and R1b are determined according to the position and attitude at which the distance measurement sensor 19 is provided on the lifting unit 9. In the example of Fig. 7, since there is no rotation between the distance measurement unit coordinate system l and the undulating unit coordinate system b, whose axes are in the same direction, R1b is a 3x3 unit matrix.

第2の式は、起伏部座標系bの座標pを旋回部座標系rの座標pに変換する式である。R(±θ)は起伏部座標系bの原点を通るb軸の周りに起伏角θだけ正方向または負方向に三次元座標を回転させる3×3の回転行列である。最初にR(-θ)をpに適用することで、そのy座標を起伏角θで起伏中のブーム7の延伸方向に沿った値に変換する。その上で、この方向に沿った起伏中心Oまでの距離Lb1が加算される。続いてR(+θ)を適用することで、元々の起伏部座標系bの姿勢(変換目標の旋回部座標系rと同じ姿勢でもある)に沿った座標に戻される。その上で、起伏中心Oと旋回部座標系rの原点のy方向の距離Lb3が減算され、z方向の距離Lが加算される。このように第2の式は、起伏中心Oを介した起伏部座標系bから旋回部座標系rへの座標変換を与える。また、この式のパラメータθ、Lb1、Lb3、Lは、荷揚げ部9に対する旋回フレーム5の相対的な位置や姿勢に応じて定まる。 The second equation is an equation for converting the coordinate p b in the hoisting unit coordinate system b to the coordinate p r in the rotating unit coordinate system r. R x (±θ 1 ) is a 3×3 rotation matrix that rotates the three-dimensional coordinate in the positive or negative direction by the hoisting angle θ 1 around the b x axis that passes through the origin of the hoisting unit coordinate system b. First, R x (−θ 1 ) is applied to p b to convert its y coordinate into a value along the extension direction of the boom 7 being hoisted at the hoisting angle θ 1. Then, the distance L b1 to the hoisting center O b along this direction is added. Next, R x (+θ 1 ) is applied to return it to a coordinate along the original attitude of the hoisting unit coordinate system b (which is also the same attitude as the rotating unit coordinate system r of the conversion target). Then, the distance L b3 in the y direction between the hoisting center O b and the origin of the rotating unit coordinate system r is subtracted, and the distance L p in the z direction is added. In this way, the second equation gives the coordinate transformation from the hoisting unit coordinate system b to the rotating unit coordinate system r via the hoisting center Ob . The parameters θ1 , Lb1 , Lb3 , and Lp in this equation are determined according to the relative position and attitude of the rotating frame 5 with respect to the lifting unit 9.

第3の式は、旋回部座標系rの座標pを地上座標系uの座標pに変換する式である。R(θ)は旋回部座標系rの原点を通るr軸の周りに旋回角θだけ三次元座標を回転させる3×3の回転行列であり、旋回部座標系rを地上座標系uの姿勢に合わせる作用をする。また、x座標としてxtlを持つx方向のベクトルは旋回部座標系rの原点と地上座標系uの原点の間を結ぶ並進ベクトルである。このように第3の式は、回転成分を変換する第1項と並進成分を変換する第2項によって、旋回部座標系rから地上座標系uへの座標変換を与える。また、この式のパラメータθは旋回フレーム5に対する走行部2の相対的な姿勢に基づいて定まり、xtlは走行部2のレール3上の位置を測定する位置センサ等によって測定される。 The third equation is an equation for converting the coordinate p r in the rotating unit coordinate system r to the coordinate p u in the ground coordinate system u. R z2 ) is a 3×3 rotation matrix that rotates the three-dimensional coordinates by a rotation angle θ 2 around the r z axis passing through the origin of the rotating unit coordinate system r, and acts to align the rotating unit coordinate system r with the attitude of the ground coordinate system u. In addition, the x-direction vector having x tl as the x coordinate is a translation vector connecting the origin of the rotating unit coordinate system r and the origin of the ground coordinate system u. In this way, the third equation gives the coordinate conversion from the rotating unit coordinate system r to the ground coordinate system u by the first term that converts the rotation component and the second term that converts the translation component. In addition, the parameter θ 2 in this equation is determined based on the relative attitude of the running unit 2 with respect to the rotating frame 5, and x tl is measured by a position sensor or the like that measures the position of the running unit 2 on the rail 3.

以上の第1~3の式によって、測距センサ19が測距した基準物の測距部座標系lにおける測距点座標p=(l,l,l)が、起伏部座標系bおよび旋回部座標系rを経て、地上座標系uにおける測距点座標p=(u,u,u)に変換される。同様に、測距センサ18が測距した基準物の測距部座標系dにおける測距点座標p=(d,d,d)も、起伏部座標系bおよび旋回部座標系rを経て、地上座標系uにおける測距点座標p=(u,u,u)に変換できる。この場合、上記の第1の式は測距部座標系dの座標pを起伏部座標系bの座標pに変換する式に置き換えられる。測距センサ18の位置や姿勢は、図7(B)(C)に示される掻き取り部11の回転角θおよび屈曲角θによっても変わるため、これらのパラメータが変換式に盛り込まれる。 By the above first to third equations, the distance measurement point coordinate p l = (l x , l y , l z ) of the reference object measured by the distance measurement sensor 19 in the distance measurement unit coordinate system l is converted to the distance measurement point coordinate p u = (ux, uy, uz ) in the ground coordinate system u via the undulating part coordinate system b and the rotating part coordinate system r. Similarly, the distance measurement point coordinate p d = ( dx , dy , dz ) of the reference object measured by the distance measurement sensor 18 in the distance measurement unit coordinate system d can also be converted to the distance measurement point coordinate p u = ( ux , uy , uz ) in the ground coordinate system u via the undulating part coordinate system b and the rotating part coordinate system r . In this case, the above first equation is replaced with an equation that converts the coordinate p d in the distance measurement unit coordinate system d to the coordinate p b in the undulating part coordinate system b. The position and attitude of the distance measuring sensor 18 also change depending on the rotation angle θ 4 and bending angle θ 5 of the scraping part 11 shown in FIGS. 7B and 7C, so these parameters are included in the conversion formula.

座標誤差検出部303は、基準物の地上座標系uにおける測距点座標p=(u,u,u)と、基準物の既知の座標pu0=(ux0,uy0,uz0)の誤差を検出する。ここで、基準物が埠頭102上の特定の点に設けられる目印や端点である場合や、基準物としての岸壁101、レール3、ベルトコンベア45上の特定の点に目印が付されている場合は、測距センサ18、19が目印を測距して得られる測距点座標p=(u,u,u)と目印の既知の座標pu0=(ux0,uy0,uz0)の各座標の誤差u-ux0、u-uy0、u-uz0や、距離((u-ux0)^2+(u-uy0)^2+(u-uz0)^2)^0.5等が座標誤差として座標誤差検出部303によって検出される。有意な検出誤差が検出された場合、後段の座標系補正部304でその検出誤差が補正ないし校正される。 The coordinate error detection unit 303 detects the error between the distance measurement point coordinates p u = ( ux , uy , uz ) of the reference object in the ground coordinate system u and the known coordinates p u0 = ( ux0 , uy0 , uz0 ) of the reference object. Here, when the reference object is a mark or an end point set at a specific point on the pier 102, or when a mark is attached to a specific point on the quay wall 101, rail 3, or conveyor belt 45 as the reference object, the coordinate error detection unit 303 detects the errors ux - ux0 , uy - uy0 , uz - uz0 of each coordinate between the distance measurement point coordinate p u = ( ux , uy , uz ) obtained by measuring the distance to the mark by the distance measurement sensors 18 , 19 and the known coordinate p u0 = (ux0, uy0, uz0 ) of the mark, or the distance (( ux - ux0 )^2+( uy - uy0 )^2+( uz - uz0 )^2)^0.5, etc. as coordinate errors. If a significant detection error is detected, the detection error is corrected or calibrated in the subsequent coordinate system correction unit 304 .

一方、岸壁101、レール3、ベルトコンベア45、長尺のリフレクタ等、一定の範囲に亘って基準物が設けられる場合、測距センサ18、19による基準物の測距点座標p=(u,u,u)が、基準物上のどの点に対応するか不明な場合もある。このような場合、一つの測距点ではなく同一の測距センサ18、19から得られる複数の測距点の群に基づいて座標誤差が検出される。図4および図5に関して前述したように、一つの測距センサ18、19は複数のレーザ発光部を含み、基準面Sを中心とする所定角度範囲(図5のθ-~θ+)を同時に測距できる。このため、直線状の縁を有する岸壁101、レール3、ベルトコンベア45、長尺のリフレクタ等を測距センサ18、19で測距すると、縁に対応して直線状に並んだ複数の測距点の群と、縁の両側の平面に対応して直交または交差する二つの平面状に並んだ複数の測距点の群が得られる。座標誤差検出部303は、この測距点群によって構成される線分または平面が基準物の既知の縁や平面に重なるか否かによって、基準物の測距点座標p=(u,u,u)と既知の座標pu0=(ux0,uy0,uz0)の誤差の有無を判定する。なお、測距センサ18、19の測距範囲にベルトコンベア45等の基準物の端点(角)が含まれている場合、基準物の端点に対応する測距点座標を容易に特定できるため、それを基準として測距点群と基準物の既知の形状的特徴を正確に比較できる。詳細については後段の座標系補正部304の処理に関して説明する。 On the other hand, when a reference object is provided over a certain range, such as the quay wall 101, the rail 3, the belt conveyor 45, or a long reflector, it may be unclear which point on the reference object corresponds to the coordinates p u = ( ux , uy , uz ) of the distance measurement point of the reference object measured by the distance measurement sensors 18, 19. In such cases, a coordinate error is detected based on a group of multiple distance measurement points obtained from the same distance measurement sensor 18, 19, rather than a single distance measurement point. As described above with reference to Figures 4 and 5, one distance measurement sensor 18, 19 includes multiple laser emission units and can simultaneously measure distances within a specified angle range (θ- to θ+ in Figure 5) centered on the reference plane S. Therefore, when the distance measuring sensors 18 and 19 measure the distance of the quay wall 101, the rail 3, the belt conveyor 45, a long reflector, etc., which have a straight edge, a group of multiple distance measuring points arranged in a straight line corresponding to the edge and a group of multiple distance measuring points arranged in two planes that are perpendicular or intersecting each other corresponding to the planes on both sides of the edge are obtained. The coordinate error detection unit 303 judges whether there is an error between the distance measuring point coordinates p u = ( ux , uy , uz ) of the reference object and the known coordinates p u0 = ( ux0 , uy0 , uz0 ) depending on whether the line segment or plane formed by this group of distance measuring points overlaps with the known edge or plane of the reference object. If the measurement range of the distance measuring sensors 18 and 19 includes the end point (corner) of the reference object such as the belt conveyor 45, the distance measuring point coordinates corresponding to the end point of the reference object can be easily specified, and the distance measuring point group can be accurately compared with the known shape characteristics of the reference object based on the specified coordinates. Details will be described later regarding the processing by the coordinate system correction unit 304.

座標系補正部304は、座標誤差検出部303で検出された誤差が小さくなるように、地上座標系uと測距部座標系l、dの関係を補正する。測距部座標系lと地上座標系uの関係を補正する補正モデルは例えば以下の式で表される。

Figure 0007633068000002
The coordinate system correction unit 304 corrects the relationship between the ground coordinate system u and the distance measurement unit coordinate systems l and d so as to reduce the error detected by the coordinate error detection unit 303. A correction model for correcting the relationship between the distance measurement unit coordinate system l and the ground coordinate system u is expressed by, for example, the following equation.
Figure 0007633068000002

第1~3の式は、座標変換部302による座標変換式の第1~3の式に対応するが、座標誤差検出部303で検出された誤差の原因となりやすいパラメータが以下の補正パラメータによって補正される。

Figure 0007633068000003
The first to third equations correspond to the first to third coordinate conversion equations by the coordinate conversion unit 302, but parameters that are likely to cause errors detected by the coordinate error detection unit 303 are corrected by the following correction parameters.
Figure 0007633068000003

第1の補正パラメータRxyz(φ)は、測距センサ19の姿勢の誤差を補正するものである。例えば、測距センサ19の取り付け時の誤差や、荷揚げ部9自体や荷役中のばら荷Mの重量、温度等の外部環境の変化によって荷揚げ部9等が変形し、測距センサ19と荷揚げ部9の関係が変化することで生じる測距センサ19の姿勢の誤差がRxyz(φ)によって補正される。具体的には、測距部座標系lと起伏部座標系bの間の回転を表す3×3行列Rlbが実際の測距センサ19の姿勢と整合していない場合、その不整合を最小化する三次元回転を与える3×3行列Rxyz(φ)によってRlbが補正される。ここで、Rxyz(φ)による回転軸の方向および回転角度φは、測距センサ19の姿勢の不整合を最小化するように演算によって求められる。 The first correction parameter R xyz (φ) corrects an error in the attitude of the distance measurement sensor 19. For example, an error in the attitude of the distance measurement sensor 19 caused by an error in mounting the distance measurement sensor 19, or a change in the relationship between the distance measurement sensor 19 and the lifting unit 9 due to deformation of the lifting unit 9 or the like caused by changes in the external environment such as the weight of the lifting unit 9 itself or the bulk load M being loaded, or changes in temperature, is corrected by R xyz (φ). Specifically, when the 3×3 matrix R lb representing the rotation between the distance measurement unit coordinate system l and the undulating unit coordinate system b does not match the actual attitude of the distance measurement sensor 19, R lb is corrected by the 3×3 matrix R xyz (φ) that gives a three-dimensional rotation that minimizes the mismatch. Here, the direction of the rotation axis and the rotation angle φ according to R xyz (φ) are calculated to minimize the mismatch in the attitude of the distance measurement sensor 19.

第2の補正パラメータbは、測距センサ19の位置の誤差を補正するものである。例えば、測距センサ19の取り付け時の誤差や、荷揚げ部9自体や荷役中のばら荷Mの重量、温度等の外部環境の変化によって荷揚げ部9等が変形し、測距センサ19と荷揚げ部9の関係が変化することで生じる測距センサ19の位置の誤差がbによって補正される。具体的には、測距部座標系lの原点と起伏部座標系bの原点の間を結ぶ三次元並進ベクトルtlbが実際の測距センサ19の位置と整合していない場合、その不整合を最小化する三次元並進ベクトルbによってtlbが補正される。ここで、bの方向および大きさは、測距センサ19の位置の不整合を最小化するように演算によって求められる。 The second correction parameter b is used to correct the error in the position of the distance measuring sensor 19. For example, the error in the position of the distance measuring sensor 19 caused by an error in mounting the distance measuring sensor 19 or a change in the relationship between the distance measuring sensor 19 and the lifting unit 9 due to deformation of the lifting unit 9 or the like caused by changes in the external environment such as the weight and temperature of the load M or the load itself being loaded, is corrected by b. Specifically, when a three-dimensional translation vector t lb connecting the origin of the distance measuring unit coordinate system l and the origin of the undulating unit coordinate system b does not match the actual position of the distance measuring sensor 19, t lb is corrected by a three-dimensional translation vector b that minimizes the mismatch. Here, the direction and magnitude of b are calculated to minimize the mismatch in the position of the distance measuring sensor 19.

第3の補正パラメータρは、起伏角θの誤差を補正するものである。例えば、荷揚げ部9自体や荷役中のばら荷Mの重量、温度等の外部環境の変化によってブーム7等が変形し、荷揚げ部9と旋回フレーム5の関係が変化することで生じる起伏角θの誤差や起伏角θを測定する角度センサの誤差がρによって補正される。具体的には、起伏角θが実際のブーム7の起伏角と整合していない場合、その不整合を最小化する補正角ρによってθが補正される。ここで、ρの方向および大きさは、起伏角θの不整合を最小化するように演算によって求められる。 The third correction parameter ρ1 corrects an error in the hoisting angle θ1 . For example, ρ1 corrects an error in the hoisting angle θ1 caused by deformation of the boom 7 and other components due to changes in the relationship between the lifting unit 9 and the rotating frame 5 caused by changes in the weight of the lifting unit 9 itself or the bulk load M being loaded, changes in the external environment such as temperature, and an error in the angle sensor measuring the hoisting angle θ1 . Specifically, if the hoisting angle θ1 does not match the actual hoisting angle of the boom 7, θ1 is corrected by a correction angle ρ1 that minimizes the mismatch. Here, the direction and magnitude of ρ1 are calculated to minimize the mismatch in the hoisting angle θ1 .

第4の補正パラメータρは、旋回角θの誤差を補正するものである。例えば、荷揚げ部9自体や荷役中のばら荷Mの重量、温度等の外部環境の変化によって旋回フレーム5等が変形し、旋回フレーム5と走行部2の関係が変化することで生じる旋回角θの誤差や旋回角θを測定する角度センサの誤差がρによって補正される。具体的には、旋回角θが実際の旋回フレーム5の旋回角と整合していない場合、その不整合を最小化する補正角ρによってθが補正される。ここで、ρの方向および大きさは、旋回角θの不整合を最小化するように演算によって求められる。 The fourth correction parameter ρ2 corrects an error in the slewing angle θ2 . For example, the error in the slewing angle θ2 caused by the deformation of the slewing frame 5 and the like due to changes in the external environment such as the weight of the lifting unit 9 itself or the bulk load M being loaded, the temperature, etc., and the relationship between the slewing frame 5 and the traveling unit 2 changes, and the error in the angle sensor measuring the slewing angle θ2 is corrected by ρ2 . Specifically, when the slewing angle θ2 does not match the actual slewing angle of the slewing frame 5, θ2 is corrected by a correction angle ρ2 that minimizes the mismatch. Here, the direction and magnitude of ρ2 are calculated to minimize the mismatch of the slewing angle θ2 .

第5の補正パラメータdは、ブーム7の延伸方向に沿った長さLb1(図7で起伏座標系bの原点と起伏中心Oの距離)の誤差を補正するものである。例えば、荷揚げ部9自体や荷役中のばら荷Mの重量、温度等の外部環境の変化によってブーム7が変形することで生じる長さLb1の誤差がdによって補正される。具体的には、長さLb1が実際のブーム7の長さと整合していない場合、その不整合を最小化する補正量dによってLb1が補正される。ここで、dの方向および大きさは、長さLb1の不整合を最小化するように演算によって求められる。なお、起伏中心Oと旋回部座標系rの原点のy方向の距離Lb3およびz方向の距離Lには補正パラメータが設定されていないが、ブーム7の長さLb1に比べて生じうる誤差が小さいと考えられるためである。しかし、より精緻な補正を行うためにLb3、距離Lにも補正パラメータを設定してもよい。 The fifth correction parameter d is for correcting an error in the length L b1 (the distance between the origin of the hoisting coordinate system b and the hoisting center O b in FIG. 7) along the extension direction of the boom 7. For example, an error in the length L b1 caused by deformation of the boom 7 due to changes in the external environment, such as the weight of the lifting unit 9 itself or the weight of the bulk load M being loaded, or temperature, is corrected by d. Specifically, when the length L b1 does not match the actual length of the boom 7, L b1 is corrected by a correction amount d that minimizes the mismatch. Here, the direction and magnitude of d are calculated to minimize the mismatch of the length L b1 . It should be noted that no correction parameters are set for the distance L b3 in the y direction and the distance L p in the z direction between the hoisting center O b and the origin of the rotating unit coordinate system r, because the possible errors are considered to be smaller than those for the length L b1 of the boom 7. However, correction parameters may also be set for L b3 and the distance L p in order to perform more precise correction.

また、補正モデルの第3の式における補正パラメータc、cは、それぞれ走行部2のu方向、u方向の位置の誤差を補正するものである。例えば、レール3の敷設時の誤差や、温度等の外部環境の変化によって走行部2やレール3が変形することで生じる走行部2の位置の誤差がc、cによって補正される。具体的には、補正モデルの第3の式の右辺における第1項および第2項で演算される基準物の測距点座標が、基準物のu方向、u方向の実際の位置と整合していない場合、その不整合を最小化する補正量c、cによって測距点座標が補正される。ここで、c、cの方向および大きさは、測距点座標の不整合を最小化するように演算によって求められる。なお、鉛直方向であるu方向の走行部2の位置の誤差はu方向、u方向の走行部2の位置の誤差に比べて小さいと考えられるため、u方向の補正パラメータcは設定されていない。しかし、より精緻な補正を行うためにu方向の補正パラメータcを設定してもよい。 Moreover, the correction parameters cx and cy in the third equation of the correction model are used to correct positional errors of the traveling part 2 in the ux and uy directions, respectively. For example, errors in the position of the traveling part 2 caused by errors during the installation of the rail 3 and deformation of the traveling part 2 and the rail 3 due to changes in the external environment such as temperature are corrected by cx and cy . Specifically, when the ranging point coordinates of the reference object calculated by the first and second terms on the right side of the third equation of the correction model do not match the actual positions of the reference object in the ux and uy directions, the ranging point coordinates are corrected by correction amounts cx and cy that minimize the mismatch. Here, the directions and magnitudes of cx and cy are calculated to minimize the mismatch of the ranging point coordinates. In addition, since the position error of the traveling part 2 in the vertical u z direction is considered to be smaller than the position error of the traveling part 2 in the u x and u y directions, the correction parameter c z in the u z direction is not set. However, in order to perform a more precise correction, the correction parameter c z in the u z direction may be set.

以上の補正モデルで使用される各補正パラメータを以下のようにまとめてxと表す。

Figure 0007633068000004
The correction parameters used in the above correction model are collectively represented as x as follows.
Figure 0007633068000004

また、以上の補正モデルの三つの式は、測距部座標系lの測距点座標pと地上座標系uの測距点座標pの関係を表す以下の式に変形できる。

Figure 0007633068000005
Moreover, the above three equations of the correction model can be transformed into the following equations which express the relationship between the distance measurement point coordinate p l in the distance measurement unit coordinate system l and the distance measurement point coordinate p u in the ground coordinate system u.
Figure 0007633068000005

2行目の表記は、測距部座標系lと地上座標系uの間の回転Rluおよび並進tluに着目したものであり、3行目の表記は、測距部座標系lの測距点座標p、CSU1の起伏/旋回/移動の状態を表すベクトルu=(θ,θ,xtl)、補正パラメータxを変数とする関数gとしてまとめたものである。 The notation in the second line focuses on the rotation R lu and translation t lu between the ranging unit coordinate system l and the ground coordinate system u, and the notation in the third line summarizes the ranging point coordinate p l in the ranging unit coordinate system l, the vector u = (θ 1 , θ 2 , x tl ) representing the upswing/rotation/movement state of CSU1, and the correction parameter x as a variable, as a function g.

座標系補正部304は、以上の補正モデルを用いて、座標誤差検出部303で検出された誤差が小さくなるように、地上座標系uと測距部座標系lの関係を補正する。ここではベルトコンベア45を基準物とした補正例を説明する。図8に示されるように、ベルトコンベア45は上面視でu方向の長辺とu方向の短辺を有する長方形状である。また図2に示されるように、ベルトコンベア45は鉛直方向(u方向)に高さを持つ直方体形状である。 The coordinate system correction unit 304 uses the above correction model to correct the relationship between the ground coordinate system u and the distance measurement unit coordinate system l so as to reduce the error detected by the coordinate error detection unit 303. Here, an example of correction using the belt conveyor 45 as a reference object will be described. As shown in Fig. 8, the belt conveyor 45 has a rectangular shape with long sides in the u x direction and short sides in the u y direction when viewed from above. Also, as shown in Fig. 2, the belt conveyor 45 has a rectangular parallelepiped shape with a height in the vertical direction (u z direction).

校正対象の測距センサ19が時刻kにベルトコンベア45を測距して得られる測距部座標系lにおける測距点座標pの群のうち、ベルトコンベア45の側面(u方向を法線とする面)に対応する測距点の集合と、ベルトコンベア45の上面(u方向を法線とする面)に対応する測距点の集合を、それぞれ以下のように表す。

Figure 0007633068000006
Figure 0007633068000007
Among the group of distance measurement point coordinates p l in the distance measurement unit coordinate system l obtained when the distance measurement sensor 19 to be calibrated measures the distance to the belt conveyor 45 at time k, the set of distance measurement points corresponding to the side of the belt conveyor 45 (surface with the u y direction as its normal) and the set of distance measurement points corresponding to the top surface of the belt conveyor 45 (surface with the u z direction as its normal) are expressed as follows.
Figure 0007633068000006
Figure 0007633068000007

一方、地上座標系uにおいて、ベルトコンベア45の側面のu座標をd、u方向の法線ベクトルをn=(0,1,0)とし、ベルトコンベア45の上面のu座標をd、u方向の法線ベクトルをn=(0,0,1)とする。 Meanwhile, in the ground coordinate system u, the uy coordinate of the side of the belt conveyor 45 is dy , the normal vector in the uy direction is ny = (0,1,0), the uz coordinate of the top surface of the belt conveyor 45 is dz , and the normal vector in the uz direction is nz = (0,0,1).

この時、以下の誤差評価式において、ng-d=n-dは地上座標系uに変換されたベルトコンベア45側面の測距点座標pのu座標(n)とベルトコンベア45側面の既知のu座標(d)の誤差を表し、ng-d=n-dは地上座標系uに変換されたベルトコンベア45上面の測距点座標pのu座標(n)とベルトコンベア45上面の既知のu座標(d)の誤差を表す。したがって、以下の誤差評価式の目的関数E(x)は、ベルトコンベア45側面の測距点座標の総二乗誤差とベルトコンベア45上面の測距点座標の総二乗誤差の平均を、時刻1からKに亘って足し合わせたものである。

Figure 0007633068000008
In this case, in the following error evaluation formula, n y g-d y = n y p u -d y represents the error between the u y coordinate (n y p u ) of the distance measurement point coordinate p u on the side of the belt conveyor 45 transformed into the ground coordinate system u and the known u y coordinate (d y ) on the side of the belt conveyor 45, and n z g-d z = n z p u -d z represents the error between the u z coordinate (n z p u ) of the distance measurement point coordinate p u on the top surface of the belt conveyor 45 transformed into the ground coordinate system u and the known u z coordinate (d z ) on the top surface of the belt conveyor 45. Therefore, the objective function E(x) in the following error evaluation formula is the sum of the total squared error of the distance measurement point coordinate on the side of the belt conveyor 45 and the average of the total squared error of the distance measurement point coordinate on the top surface of the belt conveyor 45 over time 1 to K.
Figure 0007633068000008

測距点座標に全く誤差がない場合、目的関数E(x)は0になり、測距センサ19の校正は不要である。一方、測距点座標に誤差がある場合、目的関数E(x)は正の値を持つ。このとき、座標系補正部304は、目的関数E(x)を最小化する補正パラメータxを探索することで、測距センサ19を校正する。 If there is no error in the ranging point coordinates, the objective function E(x) will be 0, and calibration of the ranging sensor 19 is not necessary. On the other hand, if there is an error in the ranging point coordinates, the objective function E(x) will have a positive value. In this case, the coordinate system correction unit 304 calibrates the ranging sensor 19 by searching for a correction parameter x that minimizes the objective function E(x).

なお、補正パラメータxは多数の補正パラメータ(φ、ρ、ρ、b、c、c、d)を含む高次元の量であり、目的関数E(x)を最小化する解xを一意的に求めることが難しい場合もある。そこでE(x)を最小化する代わりに、L2正則化を行った以下の式を最小化する。ηは正則化係数であり、Nは点の総数である。

Figure 0007633068000009
Note that the correction parameter x is a high-dimensional quantity including many correction parameters (φ, ρ 1 , ρ 2 , b , c x , cy , d), and it may be difficult to uniquely find a solution x that minimizes the objective function E(x). Therefore, instead of minimizing E(x), the following equation, which is L2 regularized, is minimized. η is a regularization coefficient, and N is the total number of points.
Figure 0007633068000009

また、以上の目的関数E(x)を用いた誤差評価式に加えて/代えて、ベルトコンベア45側面についての二乗平均平方根誤差RMSEと、ベルトコンベア45上面についての二乗平均平方根誤差RMSEを個別に評価し、それらが最小化されるように補正パラメータxを調整してもよい。

Figure 0007633068000010
In addition to/instead of the error evaluation formula using the above objective function E(x), the root mean square error RMSE y for the side surface of the belt conveyor 45 and the root mean square error RMSE z for the upper surface of the belt conveyor 45 may be evaluated individually, and the correction parameter x may be adjusted so that they are minimized.
Figure 0007633068000010

以上、測距部座標系lに設けられる測距センサ19の座標系補正部304による校正方法について説明した。測距部座標系dに設けられる測距センサ18も同様に校正できる。「測距センサ19」を「測距センサ18」に、測距部座標系の「l」を「d」に置換すれば、以上の式や説明は測距センサ18の校正にほとんどそのまま当てはまる。なお、掻き取り部11に設けられる測距センサ18では、CSU1の状態を表すパラメータとして掻き取り部11の回転角θと屈曲角θが加わるため、CSU1の状態を表すベクトルuは(θ,θ,θ,θ,xtl)と書き換えられる。また、θ、θの補正パラメータρ、ρと同様に、θ,θの補正パラメータρ、ρを設定してもよい。 The above describes the method of calibrating the distance measurement sensor 19 provided in the distance measurement unit coordinate system l by the coordinate system correction unit 304. The distance measurement sensor 18 provided in the distance measurement unit coordinate system d can be calibrated in the same manner. If the "distance measurement sensor 19" is replaced with the "distance measurement sensor 18" and "l" in the distance measurement unit coordinate system is replaced with "d", the above formulas and explanations are almost directly applicable to the calibration of the distance measurement sensor 18. Note that in the distance measurement sensor 18 provided in the scraping unit 11, the rotation angle θ4 and bending angle θ5 of the scraping unit 11 are added as parameters representing the state of the CSU1, so that the vector u representing the state of the CSU1 is rewritten as (θ1, θ2, θ4, θ5, xtl). In addition, the correction parameters ρ4, ρ5 for θ4 , θ5 may be set in the same way as the correction parameters ρ1 , ρ2 for θ1 , θ2 .

なお、以上の校正装置300の説明では、測距部座標系l、dの測距点座標p、pを地上座標系uの測距点座標pに変換した上で、基準物の既知の座標との誤差を検出していたが、誤差の検出は地上座標系u以外の任意の座標系で行ってもよい。例えば、上記とは逆に地上座標系uにおける基準物の既知の座標を測距部座標系l、dに変換した上で、測距部座標系l、dの測距点座標p、pとの誤差を検出してもよい。また、測距部座標系l、dと地上座標系uの中間にある座標系、例えば起伏部座標系bや旋回部座標系rに測距点座標と基準物の既知の座標をそれぞれ変換して誤差を検出してもよい。また、上記の各座標系以外の任意の同一座標系に測距点座標と基準物の既知の座標をそれぞれ変換して誤差を検出してもよい。 In the above description of the calibration device 300, the distance measurement point coordinates p l , p d in the distance measurement unit coordinate system l , d are converted to the distance measurement point coordinate p u in the ground coordinate system u, and then the error with the known coordinates of the reference object is detected, but the error detection may be performed in any coordinate system other than the ground coordinate system u. For example, the known coordinates of the reference object in the ground coordinate system u may be converted to the distance measurement unit coordinate system l, d, and then the error with the distance measurement point coordinates p l , p d in the distance measurement unit coordinate system l, d may be detected. Furthermore, the distance measurement point coordinates and the known coordinates of the reference object may be converted to a coordinate system intermediate between the distance measurement unit coordinate system l, d and the ground coordinate system u, such as the undulating unit coordinate system b or the rotating unit coordinate system r, and then the error may be detected. Furthermore, the distance measurement point coordinates and the known coordinates of the reference object may be converted to any identical coordinate system other than the above-mentioned coordinate systems, and then the error may be detected.

次に、座標系補正部304が測距部座標系lと地上座標系uの関係を補正する補正モデルの第2の例を示す。この補正モデルは以下の式で表される。

Figure 0007633068000011
Next, a second example of a correction model for correcting the relationship between the distance measurement unit coordinate system l and the ground coordinate system u by the coordinate system correction unit 304 will be shown. This correction model is expressed by the following equation.
Figure 0007633068000011

また、第2の補正モデルで設定される補正パラメータは以下の通りである。

Figure 0007633068000012
Figure 0007633068000013
Moreover, the correction parameters set in the second correction model are as follows:
Figure 0007633068000012
Figure 0007633068000013

第2の補正モデルは、CSU1の荷揚げ中に生じる各種の誤差をリアルタイムで高精度に補正することを目的とする。このようなリアルタイムの誤差としては、荷揚げ中のCSU1各部の位置や姿勢、CSU1各部自体や荷役中のばら荷Mの重量、荷揚げ中にCSU1各部に加わる外力、温度等の外部環境の変化等によって生じる荷揚げ部9の傾きやブーム7のねじれが例示される。また、起伏部、旋回部におけるギアのバックラッシュ等によって、起伏角θ、旋回角θをセンサで正確に測定できないこともある。 The second correction model is intended to accurately correct in real time various errors that occur during the lifting of the CSU 1. Examples of such real-time errors include the position and attitude of each part of the CSU 1 during lifting, the weight of each part of the CSU 1 itself and the bulk load M being loaded, external forces applied to each part of the CSU 1 during lifting, and the inclination of the lifting unit 9 and the twist of the boom 7 that occur due to changes in the external environment such as temperature. In addition, the hoisting angle θ 1 and the rotation angle θ 2 may not be accurately measured by the sensors due to gear backlash in the hoisting unit and the rotating unit.

このようなリアルタイムの誤差を補正するために、第2の補正モデルは第1の補正モデルに加え、荷揚げ部9の傾きを補正する3×3行列Rbs、ブーム7のねじれを補正する3×3行列R(ζ)、起伏角θ、旋回角θを補正する補正角ξ、ξを補正パラメータとして含む。ここで、Rbsに含まれるパラメータκ、κはそれぞれ荷揚げ部9のx方向、y方向の傾き角を表し、R(ζ)に含まれるパラメータζはブーム7のねじれ角を表す。なお、上付き添え字kは離散的な時刻を表し、上付き添え字m(=1~M)は各測距センサ19の番号を表す。 In order to correct such real-time errors, the second correction model includes, in addition to the first correction model, a 3×3 matrix R bs that corrects the inclination of the lifting unit 9, a 3×3 matrix R y (ζ) that corrects the torsion of the boom 7, and correction angles ξ 1 and ξ 2 that correct the hoisting angle θ 1 and the swing angle θ 2 as correction parameters. Here, parameters κ 1 and κ 2 included in R bs represent the inclination angles of the lifting unit 9 in the x and y directions, respectively, and parameter ζ included in R y (ζ) represents the torsion angle of the boom 7. Note that superscript k represents a discrete time, and superscript m (=1 to M) represents the number of each distance measurement sensor 19.

以上の第2の補正モデルの三つの式は、測距部座標系lの測距点座標pと地上座標系uの測距点座標pの関係を表す以下の式に変形できる。

Figure 0007633068000014
The above three equations of the second correction model can be transformed into the following equations which express the relationship between the distance measurement point coordinate p l in the distance measurement unit coordinate system l and the distance measurement point coordinate p u in the ground coordinate system u.
Figure 0007633068000014

この式において、以下のx(yおよびz)は第1の補正モデルにおける補正パラメータxに対応し、第1の補正モデルに関して説明した方法によって座標誤差を最小化する最適なものを見つけることができる。

Figure 0007633068000015
In this formula, x (y and z) below corresponds to the correction parameter x in the first correction model, and the optimal one that minimizes the coordinate error can be found by the method described for the first correction model.
Figure 0007633068000015

一方、以下のvは第2の補正モデルで追加的に設けられたリアルタイム誤差を補正するための補正パラメータである。以下、リアルタイム誤差を最小化する最適な補正パラメータvを見つける方法を説明する。

Figure 0007633068000016
Meanwhile, v below is a correction parameter for correcting the real-time error additionally provided in the second correction model. Hereinafter, a method for finding an optimal correction parameter v that minimizes the real-time error will be described.
Figure 0007633068000016

最適な補正パラメータvを見つけるための誤差評価式は例えば以下で与えられる。

Figure 0007633068000017
An error evaluation formula for finding the optimal correction parameter v is given, for example, as follows:
Figure 0007633068000017

この誤差評価式は、E(x)を目的関数とする第1の補正モデルの誤差評価式に対応する。ここで、括弧内の第1項におけるiは基準物としてのベルトコンベア45の側面(u方向を法線とする面)を表す集合に属する測距点の番号(1~N)を表し、括弧内の第2項におけるiは基準物としてのベルトコンベア45の上面(u方向を法線とする面)を表す集合に属する測距点の番号(1~N)を表す。また、第1の補正モデルの誤差評価式でd、dと表記されたベルトコンベア45の側面のu座標、上面のu座標は、ここではβ、βと表記されている。 This error evaluation formula corresponds to the error evaluation formula of the first correction model with E(x) as the objective function. Here, i in the first term in parentheses represents the number (1 to N y ) of the distance measurement point belonging to the set representing the side (surface with the u y direction as the normal line) of the belt conveyor 45 as the reference object, and i in the second term in parentheses represents the number (1 to N z ) of the distance measurement point belonging to the set representing the upper surface (surface with the u z direction as the normal line) of the belt conveyor 45 as the reference object. In addition, the u y coordinate of the side surface and the u z coordinate of the upper surface of the belt conveyor 45, which are denoted as d y and d z in the error evaluation formula of the first correction model, are denoted as β y and β z here.

測距点座標に全く誤差がない場合、目的関数E(v)は0になり、測距センサ19の校正は不要である。一方、測距点座標に誤差がある場合、目的関数E(v)は正の値を持つ。このとき、座標系補正部304は、目的関数E(v)を最小化する補正パラメータvを探索することで、測距センサ19をリアルタイムに校正する。 If there is no error in the ranging point coordinates, the objective function E(v) will be 0, and calibration of the ranging sensor 19 is not necessary. On the other hand, if there is an error in the ranging point coordinates, the objective function E(v) will have a positive value. In this case, the coordinate system correction unit 304 calibrates the ranging sensor 19 in real time by searching for the correction parameter v that minimizes the objective function E(v).

なお、最適な補正パラメータvを見つけるために、以下の式を用いてもよい。

Figure 0007633068000018
In order to find the optimal correction parameter v, the following formula may be used:
Figure 0007633068000018

括弧内の第2項は正則化項であり、補正パラメータvの推定を安定化させる効果を持つ。χは各補正パラメータの必要補正量に応じて設定されるパラメータ群であり、必要補正量の大きな補正パラメータに対応する値は小さく、良好なセンサが設置されている等の必要補正量の小さな補正パラメータに対応する値は大きく設定される。 The second term in the parentheses is a regularization term, which has the effect of stabilizing the estimation of the correction parameter v. χ is a group of parameters that are set according to the required correction amount for each correction parameter, and values corresponding to correction parameters that require a large amount of correction are set small, and values corresponding to correction parameters that require a small amount of correction, such as when a good sensor is installed, are set large.

括弧内の第3項は前時刻k-1の推定値vk-1との差分を考慮することで、現時刻kの補正パラメータvの推定を安定化させる効果を持つ。γは各補正パラメータの変動量に応じて設定されるパラメータ群であり、変動量の大きな補正パラメータに対応する値は小さく、変動量の小さな補正パラメータに対応する値は大きく設定される。 The third term in the parentheses has the effect of stabilizing the estimation of the correction parameter v k at the current time point k by considering the difference with the estimated value v k-1 at the previous time point k-1 . γ is a parameter group set according to the amount of fluctuation of each correction parameter, and a value corresponding to a correction parameter with a large amount of fluctuation is set small, and a value corresponding to a correction parameter with a small amount of fluctuation is set large.

図9は、校正装置300による測距センサ18、19の校正処理例を示すフローチャートである。フローチャートにおける「S」はステップを意味する。 Figure 9 is a flowchart showing an example of the calibration process of the distance measuring sensors 18 and 19 by the calibration device 300. "S" in the flowchart means a step.

S1では、校正装置300が、図8に示されるような測定位置P1~P8の一つにCSU1の各可動部を移動させる。S2では、校正装置300が、S1でCSU1が移動した測定位置から測距センサ18、19に埠頭102上の基準物を測距させる。この際、S1でCSU1が移動した測定位置を基準としつつ、ブーム7の起伏角θ、旋回フレーム5の旋回角θ、掻き取り部11の回転角θ、掻き取り部11の屈曲角θ、走行部2の位置xtl等のCSU1の各状態パラメータを変化させ、測距センサ18、19の測定姿勢を少しずつ変えながら基準物を測距するのが好ましい。 In S1, the calibration device 300 moves each movable part of the CSU 1 to one of the measurement positions P1 to P8 as shown in Fig. 8. In S2, the calibration device 300 causes the distance measuring sensors 18, 19 to measure the distance to a reference object on the wharf 102 from the measurement position to which the CSU 1 moved in S1. At this time, it is preferable to change each state parameter of the CSU 1, such as the hoisting angle θ 1 of the boom 7, the swivel angle θ 2 of the swivel frame 5, the rotation angle θ 4 of the scraping unit 11, the bending angle θ 5 of the scraping unit 11, and the position xtl of the traveling unit 2, while taking the measurement position to which the CSU 1 moved in S1 as a reference, and to measure the distance to the reference object while gradually changing the measurement attitude of the distance measuring sensors 18, 19.

S3では、測距点座標取得部301が、S2で測距センサ18、19が測距した結果である測距点座標を取得する。測距センサ18の測距点座標pは測距部座標系lに属し、測距センサ19の測距点座標pは測距部座標系dに属する。S4では、測距点座標取得部301が、S3で取得した測距点座標の群から、ベルトコンベア45等の基準物の側面(u方向を法線とする面)に対応する測距点の平面状の集合や、ベルトコンベア45等の基準物の上面(u方向を法線とする面)に対応する測距点の平面状の集合や、ベルトコンベア45等の基準物の直線状の縁に対応する測距点の線分状の集合を抽出する。 In S3, the ranging point coordinate acquisition unit 301 acquires ranging point coordinates which are the results of the ranging by the ranging sensors 18 and 19 in S2. The ranging point coordinate p_l of the ranging sensor 18 belongs to the ranging unit coordinate system l, and the ranging point coordinate p_d of the ranging sensor 19 belongs to the ranging unit coordinate system d. In S4, the ranging point coordinate acquisition unit 301 extracts, from the group of ranging point coordinates acquired in S3, a planar set of ranging points corresponding to the side surface (surface having the u_y direction as a normal line) of a reference object such as the belt conveyor 45, a planar set of ranging points corresponding to the top surface (surface having the u_z direction as a normal line) of a reference object such as the belt conveyor 45, and a line segment set of ranging points corresponding to a linear edge of a reference object such as the belt conveyor 45.

S5では、校正装置300が、S2の各測距時刻におけるCSU1の状態ベクトルu=(θ,θ,θ,θ,xtl)を取得する。S6では、校正装置300が、全ての測定位置での測距が完了したか否かを判定する。未測距の測定位置がある場合はS1に戻り、CSU1の各可動部が次の測定位置に移動する。前述の通り、船200からの荷揚げ中のCSU1は基本的に図8の測定位置P1にいる必要があるため、荷揚げ中にリアルタイムで校正を行う場合は測定位置P1に関してS1~S5の処理が実行されて後続のS7に進む。一方、船200の寄港前等のCSU1が荷揚げを行っていない間は測定位置P1以外の測定位置P2~P8でも基準物の測距を行うことで校正精度を向上できる。 In S5, the calibration device 300 acquires the state vector u=(θ 1 , θ 2 , θ 4 , θ 5 , x tl ) of the CSU 1 at each ranging time in S2. In S6, the calibration device 300 judges whether or not ranging has been completed at all measurement positions. If there are measurement positions for which ranging has not been performed, the process returns to S1, and each movable part of the CSU 1 moves to the next measurement position. As described above, the CSU 1 during unloading from the ship 200 basically needs to be at the measurement position P1 in FIG. 8, so when calibration is performed in real time during unloading, the processes of S1 to S5 are executed for the measurement position P1, and the process proceeds to the subsequent S7. On the other hand, while the CSU 1 is not unloading, such as before the ship 200 calls at a port, the calibration accuracy can be improved by measuring the distance of the reference object at measurement positions P2 to P8 other than the measurement position P1.

S6で全ての測定位置での測距が完了したと判定された場合、S7において座標変換部302が、S5で取得されたCSU状態に基づいて、S3で取得された測距部座標系l、dにおける測距点座標および地上座標系uにおける基準物の既知の座標を同一座標系に変換する。S8では座標誤差検出部303が、S7で変換された同一座標系において測距点座標および基準物の既知の座標の誤差を検出する。 If it is determined in S6 that distance measurement has been completed at all measurement positions, in S7 the coordinate conversion unit 302 converts the distance measurement point coordinates in the distance measurement unit coordinate system l, d acquired in S3 and the known coordinates of the reference object in the ground coordinate system u into the same coordinate system based on the CSU state acquired in S5. In S8, the coordinate error detection unit 303 detects an error in the distance measurement point coordinates and the known coordinates of the reference object in the same coordinate system converted in S7.

S9では、座標系補正部304が、S8で検出された誤差が小さくなるように、地上座標系uと測距部座標系l、dの関係を補正する補正パラメータを求める。ここで、CSU1が荷揚げを行っていない間に校正を行う場合は、第1の補正モデルによって補正パラメータxを求めるのが好ましい。一方、CSU1が荷揚げを行っている間にリアルタイムで校正を行う場合は、第2の補正モデルによって静的な補正パラメータxに加えて動的な補正パラメータvをリアルタイムで求めるのが好ましい。この場合、S9で求められた補正パラメータx、vは即時にCSU1に適用され、一定時間経過後に再びS2に戻り以降の処理S2~S9(S6はスキップ)が繰り返される。 In S9, the coordinate system correction unit 304 determines correction parameters for correcting the relationship between the ground coordinate system u and the ranging unit coordinate systems l and d so as to reduce the error detected in S8. Here, if calibration is performed while the CSU1 is not unloading, it is preferable to determine the correction parameter x using the first correction model. On the other hand, if calibration is performed in real time while the CSU1 is unloading, it is preferable to determine the dynamic correction parameter v in real time in addition to the static correction parameter x using the second correction model. In this case, the correction parameters x and v determined in S9 are immediately applied to the CSU1, and after a certain period of time has elapsed, the process returns to S2 and the subsequent processes S2 to S9 (S6 is skipped) are repeated.

続いて、本発明の第2実施形態を説明する。第2実施形態に係るCSU1では、第1実施形態における測距センサ18、19に代えて/加えて、撮影対象物を撮影する撮影部としての一個または複数個のカメラが荷揚げ部9の任意の位置に任意の姿勢で設けられる。カメラは、測距センサ18のように荷揚げ部9の下部の掻き取り部11に設けても良いし、測距センサ19のように荷揚げ部9の上部に設けてもよい。カメラの撮影対象物は特に限定されるものではないが、CSU1の荷揚げ時は、測距センサ18、19と同様に、開口部21の縁、船庫201の天井/壁/底、ばら荷Mその他の物、船庫201内の人/構造物、掻き取り部11、船200、ブーム7/旋回フレーム5/走行部2/主操作室16等のCSU1の他の部分、岸壁101、埠頭102、レール3、ベルトコンベア45等が撮影対象物となる。カメラを荷揚げ部9に設けることで、開口部21の縁、船庫201の天井/壁/底、ばら荷Mその他の物、船庫201内の人/構造物、掻き取り部11等の位置を正確に把握できる。したがって、荷揚げ中の荷揚げ部9が他の物と衝突するのを防止でき、ばら荷Mを効率的に荷揚げできる。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the CSU 1 according to the second embodiment, instead of/in addition to the distance measuring sensors 18 and 19 in the first embodiment, one or more cameras as a photographing unit for photographing a photographing object are provided at any position of the lifting unit 9 in any posture. The camera may be provided in the scraping unit 11 at the bottom of the lifting unit 9 like the distance measuring sensor 18, or in the upper part of the lifting unit 9 like the distance measuring sensor 19. The object photographed by the camera is not particularly limited, but when the CSU 1 is lifted, the edge of the opening 21, the ceiling/wall/bottom of the warehouse 201, the bulk cargo M and other objects, people/structures in the warehouse 201, the scraping unit 11, the ship 200, other parts of the CSU 1 such as the boom 7/swivel frame 5/traveling unit 2/main operation room 16, the quay wall 101, the wharf 102, the rail 3, the belt conveyor 45, etc. are photographed as with the distance measuring sensors 18 and 19. By installing a camera in the lifting section 9, the positions of the edge of the opening 21, the ceiling/walls/bottom of the warehouse 201, the bulk cargo M and other objects, people/structures in the warehouse 201, the scraping section 11, etc. can be accurately grasped. Therefore, the lifting section 9 can be prevented from colliding with other objects during lifting, and the bulk cargo M can be lifted efficiently.

図10は、第2実施形態に係る校正装置300の機能ブロック図である。図6における測距点座標取得部301が画素座標取得部305に置き換わっている点を除いて、第1実施形態に係る校正装置300と同様の構成である。 Figure 10 is a functional block diagram of the calibration device 300 according to the second embodiment. It has the same configuration as the calibration device 300 according to the first embodiment, except that the ranging point coordinate acquisition unit 301 in Figure 6 is replaced with a pixel coordinate acquisition unit 305.

画素座標取得部305は、走行部2が走行する地上を基準とする地上座標系uにおける座標が既知の基準物をカメラで撮影し、得られた画像中の画素座標系における基準物の画素座標を取得する。ここで、画素座標系とは画像を構成する画素の位置を定める座標系であり、平面画像の場合は二次元直交座標系となり、ToF方式のイメージセンサを備えるカメラ等で得られる立体画像の場合は三次元直交座標系となる。なお、立体画像を撮影可能なカメラは第1実施形態の測距センサ18、19として扱えるため、以下の第2実施形態では、カメラで撮影される画像が平面画像であり、画素座標系が二次元直交座標系である場合を説明する。画素座標系を構成する二つの直交軸をu軸およびv軸とし、画素座標をq=(q,q)等と表す。 The pixel coordinate acquisition unit 305 photographs a reference object whose coordinates in a ground coordinate system u based on the ground on which the traveling unit 2 travels are known, using a camera, and acquires pixel coordinates of the reference object in the pixel coordinate system in the obtained image. Here, the pixel coordinate system is a coordinate system that determines the positions of pixels that constitute an image, and in the case of a planar image, it is a two-dimensional orthogonal coordinate system, and in the case of a stereoscopic image obtained by a camera equipped with a ToF image sensor, it is a three-dimensional orthogonal coordinate system. Since a camera capable of photographing a stereoscopic image can be treated as the distance measurement sensors 18 and 19 of the first embodiment, the following second embodiment will explain the case where the image photographed by the camera is a planar image and the pixel coordinate system is a two-dimensional orthogonal coordinate system. The two orthogonal axes that constitute the pixel coordinate system are the u axis and the v axis, and the pixel coordinate is expressed as q = (q u , q v ), etc.

画素座標取得部305がカメラの取り付け位置や姿勢の校正のために撮影する基準物は、第1実施形態と同様に埠頭102上の任意の静止物でよい。画像認識技術によって画像中の基準物を認識し、その各点の画素座標qを取得できる。特に、現在の画像認識技術では画像中の線(境界線等)の検出精度が高いため、検出しやすい線状の縁を有する構造物を基準物とするのが好ましい。したがって、第1実施形態と同様に、岸壁101、レール3、ベルトコンベア45等の長尺の直線状の縁を有する構造物が基準物として好適である。また、線状の縁を有するマーカー(目印)をレール3等に沿って配置したものを基準物としてもよい。この場合、画素座標取得部305は基準物の縁上の少なくとも二点の画素座標を取得する。なお、画素座標取得部305が画素座標を取得する形状的な特徴は直線に限らず、曲線、点線、鎖線、角、円、楕円、多角形等でもよい。 The reference object photographed by the pixel coordinate acquisition unit 305 for calibrating the mounting position and attitude of the camera may be any stationary object on the wharf 102, as in the first embodiment. The reference object in the image can be recognized by image recognition technology, and the pixel coordinates q of each point of the reference object can be obtained. In particular, since the current image recognition technology has high detection accuracy for lines (boundaries, etc.) in an image, it is preferable to use a structure with a linear edge that is easy to detect as the reference object. Therefore, as in the first embodiment, a structure with a long linear edge such as the quay wall 101, the rail 3, the belt conveyor 45, etc. is suitable as the reference object. In addition, a marker (mark) with a linear edge arranged along the rail 3, etc. may be used as the reference object. In this case, the pixel coordinate acquisition unit 305 acquires pixel coordinates of at least two points on the edge of the reference object. Note that the shape feature for which the pixel coordinate acquisition unit 305 acquires pixel coordinates is not limited to a straight line, and may be a curve, a dotted line, a chain line, a corner, a circle, an ellipse, a polygon, etc.

画素座標取得部305は、第1実施形態の図8と同様に、CSU1の各可動部の位置および姿勢を変えながらカメラで埠頭102上の基準物を順次撮影できる。CSU1が基本姿勢で荷揚げしている間は図8の撮影位置P1にあるが、CSU1が基本姿勢で荷揚げをしていない間は他の撮影位置P2~P8も巡回しながら異なる位置および姿勢で多数の画素座標を取得でき、後段の座標系補正部304によって高精度にカメラを校正できる。 The pixel coordinate acquisition unit 305 can sequentially capture images of reference objects on the wharf 102 with the camera while changing the position and posture of each movable part of the CSU 1, as in FIG. 8 of the first embodiment. While the CSU 1 is unloading in the basic posture, it is at the shooting position P1 in FIG. 8, but while the CSU 1 is not unloading in the basic posture, it can also patrol other shooting positions P2 to P8 and capture multiple pixel coordinates at different positions and postures, and the camera can be calibrated with high accuracy by the coordinate system correction unit 304 in the subsequent stage.

座標変換部302は、カメラに対する荷揚げ部9の相対的な位置や姿勢、荷揚げ部9に対する旋回フレーム5の相対的な位置や姿勢、旋回フレーム5に対する走行部2の相対的な位置や姿勢に基づいて、画素座標系における画素座標および地上座標系uにおける基準物の既知の座標を同一座標系に変換する。以下では変換先の同一座標系を画素座標系として説明するが、地上座標系u、旋回部座標系r、起伏部座標系b、測距部座標系l、d、後述する撮影部座標系cを含む他の任意の座標系としてもよい。座標変換部302は、基準物の既知の座標を地上座標系uから画素座標系の座標(r,r)に変換する。具体的には、基準物の直線状の縁の二つの端点の地上座標系uにおける既知の座標pu1=(pu1x,pu1y,pu1z)、pu2=(pu2x,pu2y,pu2z)を、画素座標系における線分の端点r=(r1u,r1v)、r=(r2u,r2v)に射影する座標変換が行われる。 The coordinate conversion unit 302 converts pixel coordinates in the pixel coordinate system and known coordinates of the reference object in the ground coordinate system u into an identical coordinate system based on the relative position and attitude of the lifting unit 9 with respect to the camera, the relative position and attitude of the swivel frame 5 with respect to the lifting unit 9, and the relative position and attitude of the traveling unit 2 with respect to the swivel frame 5. In the following, the identical coordinate system to which the conversion is made is described as a pixel coordinate system, but it may be any other coordinate system including the ground coordinate system u, the swivel unit coordinate system r, the undulating unit coordinate system b, the ranging unit coordinate systems l and d, and the imaging unit coordinate system c described below. The coordinate conversion unit 302 converts the known coordinates of the reference object from the ground coordinate system u into coordinates (r u , r v ) in the pixel coordinate system. Specifically, a coordinate transformation is performed to project the known coordinates p u1 = (p u1x , p u1y , p u1z ) and p u2 = (p u2x , p u2y , p u2z ) of the two endpoints of the linear edge of the reference object in the ground coordinate system u onto the endpoints r 1 = (r 1u , r 1v ) and r 2 = (r 2u , r 2v ) of the line segment in the pixel coordinate system.

まず、座標変換部302は以下の式のpにpu1、pu2をそれぞれ代入し、カメラを基準とする撮影部座標系cの三次元座標pに変換する(それぞれpc1、pc2とする)。ここで、撮影部座標系cは第1実施形態における測距部座標系l、dに対応し、座標系を表す添え字がcに変わっている点を除いて座標変換式は第1実施形態で説明したものと同様である。すなわち、第1の式におけるtcbおよびRcbはカメラが荷揚げ部9に設けられる位置や姿勢に応じて定まる。具体的には、tcbは撮影部座標系cの原点と起伏部座標系bの原点の間を結ぶ三次元並進ベクトルであり、Rcbは撮影部座標系cと起伏部座標系bの姿勢の相違すなわち回転を表す3×3行列である。なお、上付き添え字kはカメラによる撮影時刻を表す。

Figure 0007633068000019
First, the coordinate conversion unit 302 substitutes p u1 and p u2 for p u in the following formula, respectively, and converts it into a three-dimensional coordinate p c of the image capture unit coordinate system c based on the camera (represented as p c1 and p c2 , respectively). Here, the image capture unit coordinate system c corresponds to the distance measurement unit coordinate systems l and d in the first embodiment, and the coordinate conversion formula is the same as that described in the first embodiment, except that the subscript representing the coordinate system has been changed to c. That is, t cb and R cb in the first formula are determined according to the position and attitude of the camera installed on the lifting unit 9. Specifically, t cb is a three-dimensional translation vector connecting the origin of the image capture unit coordinate system c and the origin of the undulating unit coordinate system b, and R cb is a 3×3 matrix representing the difference in attitude between the image capture unit coordinate system c and the undulating unit coordinate system b, i.e., rotation. Note that the superscript k represents the time of image capture by the camera.
Figure 0007633068000019

以上の座標変換によって得られる撮影部座標系cにおける二つの三次元座標pc1、pc2は、カメラのモデルに従って平面画像上の画素座標に射影される。例えば、カメラがピンホールカメラモデルに従う場合、その焦点距離f、fおよび画像中心c、cが既知であるとして、以下の式によって、pc1=(pc1x,pc1y,pc1z)がr=(r1u,r1v)に射影され、pc2=(pc2x,pc2y,pc2z)がr=(r2u,r2v)に射影される。 The two three-dimensional coordinates p c1 and p c2 in the image capture unit coordinate system c obtained by the above coordinate transformation are projected onto pixel coordinates on a planar image according to the camera model. For example, when the camera follows the pinhole camera model, its focal lengths f u and f v and image centers c u and c v are known, and p c1 = (p c1x , p c1y , p c1z ) is projected onto r 1 = (r 1u , r 1v ), and p c2 = (p c2x , p c2y , p c2z ) is projected onto r 2 = (r 2u , r 2v ) according to the following equations.

1u=f(pc1x/pc1z)+c
1v=f(pc1y/pc1z)+c
2u=f(pc2x/pc2z)+c
2v=f(pc2y/pc2z)+c
r 1u =f u (p c1x /p c1z )+c u
r 1v = f v (p c1y / p c1z ) + c v
r 2u = f u (p c2x /p c2z )+c u
r 2v = f v (p c2y /p c2z ) + c v

以上の通り、座標変換部302によって、基準物の縁の端点の地上座標系uにおける既知の座標pu1=(pu1x,pu1y,pu1z)、pu2=(pu2x,pu2y,pu2z)が、撮影部座標系cにおける座標pc1=(pc1x,pc1y,pc1z)、pc2=(pc2x,pc2y,pc2z)を経て、画素座標系における座標r=(r1u,r1v)、r=(r2u,r2v)に変換された。 As described above, the coordinate conversion unit 302 converted the known coordinates p u1 = (p u1x , p u1y , p u1z ), p u2 = (p u2x , p u2y , p u2z ) of the end points of the edge of the reference object in the ground coordinate system u into coordinates r 1 = (r 1u , r 1v ), r 2 = (r 2u , r 2v ) in the pixel coordinate system via coordinates p c1 = (p c1x , p c1y , p c1z ), p c2 = ( p c2x , p c2y , p c2z ) in the imaging unit coordinate system c.

座標誤差検出部303は、基準物をカメラで撮影して得られる画素座標q=(q,q)と、基準物の既知の座標r=(r,r)の誤差を、画素座標系において検出する。より具体的には、座標誤差検出部303は、基準物の線分状の縁をカメラで撮影して得られる縁上の少なくとも二点の画素座標q=(q1u,q1v)、q=(q2u,q2v)を結ぶ画像上の線分と、基準物の縁上の少なくとも二点の既知の座標r=(r1u,r1v)、r=(r2u,r2v)を結ぶ画像上の線分のずれを座標誤差として検出する。例えば、rとrを結ぶ既知の線分に対する点qの距離をd、点qの距離をdとした場合、d+d、d^2+d^2、(d^2+d^2)^0.5等の線分間のずれを表す量に基づいて座標誤差を検出する。 The coordinate error detection unit 303 detects an error between pixel coordinates q = ( qu , qv ) obtained by photographing a reference object with a camera and known coordinates r = ( ru , rv ) of the reference object in a pixel coordinate system. More specifically, the coordinate error detection unit 303 detects, as a coordinate error, a deviation between a line segment on an image connecting at least two pixel coordinates q1 = ( q1u , q1v ) and q2 = ( q2u , q2v ) on an edge obtained by photographing a linear edge of the reference object with a camera and a line segment on an image connecting at least two known coordinates r1 = ( r1u , r1v ) and r2 = ( r2u , r2v ) on the edge of the reference object. For example, if the distance of point q1 to a known line segment connecting r1 and r2 is d1 and the distance of point q2 is d2 , then coordinate errors are detected based on amounts representing the deviation between the lines, such as d1 + d2 , d1 ^2 + d2 ^2, ( d1 ^2 + d2 ^2)^0.5, etc.

座標系補正部304は、座標誤差検出部303で検出された座標誤差が小さくなるように、地上座標系uと画素座標系の関係を補正する。前述したように、地上座標系uは撮影部座標系cを介して画素座標系と関係づけられる。ここで、撮影部座標系cと画素座標系はピンホールカメラモデル等によってほぼ固定的に関係づけられるため、主な補正対象となるのは地上座標系uと撮影部座標系cの関係である。地上座標系uと撮影部座標系cの関係を補正する補正モデルは例えば以下の式で表される。

Figure 0007633068000020
The coordinate system correction unit 304 corrects the relationship between the ground coordinate system u and the pixel coordinate system so as to reduce the coordinate error detected by the coordinate error detection unit 303. As described above, the ground coordinate system u is related to the pixel coordinate system via the image capture unit coordinate system c. Here, since the image capture unit coordinate system c and the pixel coordinate system are related in an almost fixed manner by a pinhole camera model or the like, the main subject of correction is the relationship between the ground coordinate system u and the image capture unit coordinate system c. A correction model for correcting the relationship between the ground coordinate system u and the image capture unit coordinate system c is expressed by, for example, the following equation.
Figure 0007633068000020

第1~3の式は、座標変換部302による座標変換式の第1~3の式に対応するが、座標誤差検出部303で検出された誤差の原因となりやすいパラメータが以下の補正パラメータによって補正される。

Figure 0007633068000021
The first to third equations correspond to the first to third coordinate conversion equations by the coordinate conversion unit 302, but parameters that are likely to cause errors detected by the coordinate error detection unit 303 are corrected by the following correction parameters.
Figure 0007633068000021

これらの補正パラメータの趣旨は第1実施形態と同様なので説明を省略する。第1実施形態と同様に、各補正パラメータを以下のようにまとめてxと表す。

Figure 0007633068000022
The purpose of these correction parameters is the same as in the first embodiment, and therefore the description will be omitted. As in the first embodiment, the correction parameters are collectively represented as x as follows.
Figure 0007633068000022

また、以上の補正モデルの三つの式は、撮影部座標系cの三次元座標pと地上座標系uの三次元座標pの関係を表す以下の式に変形できる。

Figure 0007633068000023
2行目の表記は、撮影部座標系cと地上座標系uの間の回転Rcuおよび並進tcuに着目したものである。 Moreover, the three equations of the correction model above can be transformed into the following equations which express the relationship between the three-dimensional coordinate p c in the image capture unit coordinate system c and the three-dimensional coordinate p u in the ground coordinate system u.
Figure 0007633068000023
The notation in the second line focuses on the rotation R cu and translation t cu between the camera coordinate system c and the ground coordinate system u.

座標系補正部304は、以上の補正モデルを用いて、座標誤差検出部303で検出された座標誤差が小さくなるように、地上座標系uと画素座標系の関係を補正する。例えば、座標系補正部304は、以下の誤差評価式の目的関数E(x)を最小化する最適な補正パラメータxを見つける。

Figure 0007633068000024
The coordinate system correction unit 304 uses the above correction model to correct the relationship between the ground coordinate system u and the pixel coordinate system so as to reduce the coordinate error detected by the coordinate error detection unit 303. For example, the coordinate system correction unit 304 finds an optimal correction parameter x that minimizes an objective function E(x) of the following error evaluation formula:
Figure 0007633068000024

この誤差評価式において、添え字kはカメラによる撮影時刻を表し、添え字iは基準物の複数の縁の番号を表す。右辺の第1項は、時刻kで撮影されたi番目の既知の縁(線分)に対する画素座標qの距離dの二乗を、時刻kおよび縁番号iに亘って足し合わせて2で割ったものである。右辺の第2項は、時刻kで撮影されたi番目の既知の縁(線分)に対する画素座標qの距離dの二乗を、時刻kおよび縁番号iに亘って足し合わせて2で割ったものである。このように、以上の目的関数E(x)は、基準物の既知の縁に対する画素座標の誤差(距離)の大きさを反映する。 In this error evaluation formula, the subscript k represents the time of photographing by the camera, and the subscript i represents the number of the edges of the reference object. The first term on the right side is the sum of the squares of the distance d1 of the pixel coordinate q1 to the i-th known edge (line segment) photographed at time k, over time k and edge number i, and divided by 2. The second term on the right side is the sum of the squares of the distance d2 of the pixel coordinate q2 to the i-th known edge (line segment) photographed at time k, over time k and edge number i, and divided by 2. In this way, the above objective function E(x) reflects the magnitude of the error (distance) of the pixel coordinates with respect to the known edge of the reference object.

画素座標に全く誤差がない場合、目的関数E(x)は0になり、カメラの校正は不要である。一方、画素座標に誤差がある場合、目的関数E(x)は正の値を持つ。このとき、座標系補正部304は、目的関数E(x)を最小化する補正パラメータxを探索することで、カメラを校正する。 If there is no error in the pixel coordinates, the objective function E(x) will be 0, and no camera calibration is required. On the other hand, if there is an error in the pixel coordinates, the objective function E(x) will have a positive value. In this case, the coordinate system correction unit 304 calibrates the camera by searching for the correction parameter x that minimizes the objective function E(x).

なお、E(x)を最小化する代わりに、二次の正則化を行った以下の式を最小化してもよい。これによって撮影画像の数や基準物における縁の数が小さい場合でも安定して最適解xを求めることができる.この式において、Λは対角行列であり、Nは距離の取得総数である。対角行列Λでは、xのうち必要補正量の大きな補正パラメータに対応する成分は小さく、必要補正量の小さな補正パラメータに対応する成分は大きく設定される。具体的には、CSU1の設計値は安定していることが多いため、カメラの取り付け位置や姿勢に関するφ、bに対応する成分を小さく、CSU1の設計値に関するρ、ρ、c、c、dに対応する成分を大きく設定するのが好ましい。

Figure 0007633068000025
Instead of minimizing E(x), the following formula, which has been regularized by a second order, may be minimized. This allows the optimum solution x to be stably obtained even when the number of captured images or the number of edges in the reference object is small. In this formula, Λ is a diagonal matrix, and N is the total number of distances obtained. In the diagonal matrix Λ, the components of x corresponding to correction parameters with a large required correction amount are set small, and the components corresponding to correction parameters with a small required correction amount are set large. Specifically, since the design values of the CSU1 are often stable, it is preferable to set the components corresponding to φ and b related to the mounting position and orientation of the camera small, and the components corresponding to ρ 1 , ρ 2 , c x , cy , and d related to the design values of the CSU1 large.
Figure 0007633068000025

以上の補正モデルは第1実施形態における第1の補正モデルに対応する。第1実施形態ではCSU1の荷揚げ中に生じる各種の誤差をリアルタイムで高精度に補正するための第2の補正モデルも例示したが、第2実施形態でも同様に第2の補正モデルを構成できる。具体的な内容は第1実施形態の説明から理解できるため、ここでは重複して説明しない。 The above correction model corresponds to the first correction model in the first embodiment. In the first embodiment, a second correction model for correcting various errors that occur during unloading of CSU1 in real time with high accuracy was also exemplified, but a second correction model can be configured in a similar manner in the second embodiment. The specific contents can be understood from the explanation of the first embodiment, so a redundant explanation will not be given here.

図11は、第2実施形態に係る校正装置300によるカメラの校正処理例を示すフローチャートである。 Figure 11 is a flowchart showing an example of a camera calibration process performed by the calibration device 300 according to the second embodiment.

S11では、校正装置300が、図8に示されるような撮影位置P1~P8の一つにCSU1の各可動部を移動させる。S12では、校正装置300が、S11でCSU1が移動した撮影位置からカメラに埠頭102上の基準物を撮影させる。この際、S11でCSU1が移動した撮影位置を基準としつつ、ブーム7の起伏角θ、旋回フレーム5の旋回角θ、掻き取り部11の回転角θ、掻き取り部11の屈曲角θ、走行部2の位置xtl等のCSU1の各状態パラメータを変化させ、カメラの撮影姿勢を少しずつ変えながら基準物を撮影するのが好ましい。 In S11, the calibration device 300 moves each movable part of the CSU 1 to one of the photographing positions P1 to P8 as shown in Fig. 8. In S12, the calibration device 300 causes the camera to photograph a reference object on the wharf 102 from the photographing position to which the CSU 1 was moved in S11. At this time, it is preferable to photograph the reference object while gradually changing the photographing attitude of the camera by changing each state parameter of the CSU 1, such as the hoisting angle θ 1 of the boom 7, the swivel angle θ 2 of the swivel frame 5, the rotation angle θ 4 of the scraping unit 11, the bending angle θ 5 of the scraping unit 11, and the position xtl of the traveling unit 2, while taking the photographing position to which the CSU 1 was moved in S11 as a reference.

S13では、画素座標取得部305が、S12で撮影された画像に映る基準物の形状的特徴を抽出する。形状的特徴としては、直線、曲線、点線、鎖線、角、端点、円、楕円、多角形等が例示される。S14では、画素座標取得部305が、S13で抽出された形状的特徴上の画素座標を取得する。 In S13, the pixel coordinate acquisition unit 305 extracts the geometric features of the reference object shown in the image captured in S12. Examples of geometric features include straight lines, curves, dotted lines, chain lines, corners, end points, circles, ellipses, polygons, etc. In S14, the pixel coordinate acquisition unit 305 acquires pixel coordinates on the geometric features extracted in S13.

S15では、校正装置300が、S12の各撮影時刻におけるCSU1の状態ベクトルu=(θ,θ,θ,θ,xtl)を取得する。S16では、校正装置300が、全ての撮影位置での撮影が完了したか否かを判定する。未撮影の撮影位置がある場合はS11に戻り、CSU1の各可動部が次の撮影位置に移動する。前述の通り、船200からの荷揚げ中のCSU1は基本的に図8の撮影位置P1にいる必要があるため、荷揚げ中にリアルタイムで校正を行う場合は撮影位置P1に関してS11~S15の処理が実行されて後続のS17に進む。一方、船200の寄港前等のCSU1が荷揚げを行っていない間は撮影位置P1以外の撮影位置P2~P8でも基準物の撮影を行うことで校正精度を向上できる。 In S15, the calibration device 300 acquires the state vector u=(θ 1 , θ 2 , θ 4 , θ 5 , x tl ) of the CSU 1 at each photographing time in S12. In S16, the calibration device 300 judges whether or not photographing at all photographing positions has been completed. If there is a photographing position that has not been photographed, the process returns to S11, and each movable part of the CSU 1 moves to the next photographing position. As described above, since the CSU 1 during unloading from the ship 200 basically needs to be at the photographing position P1 in FIG. 8, when performing calibration in real time during unloading, the processes of S11 to S15 are executed for the photographing position P1, and the process proceeds to the subsequent S17. On the other hand, while the CSU 1 is not unloading, such as before the ship 200 calls at a port, the calibration accuracy can be improved by photographing the reference object at the photographing positions P2 to P8 other than the photographing position P1.

S16で全ての撮影位置での撮影が完了したと判定された場合、S17において座標変換部302が、S15で取得されたCSU状態に基づいて、S14で取得された画素座標系における画素座標および地上座標系uにおける基準物の既知の座標を同一座標系に変換する。S18では座標誤差検出部303が、S17で変換された同一座標系において画素座標および基準物の既知の座標の誤差を検出する。 If it is determined in S16 that photographing at all photographing positions has been completed, in S17, the coordinate conversion unit 302 converts the pixel coordinates in the pixel coordinate system acquired in S14 and the known coordinates of the reference object in the ground coordinate system u into the same coordinate system based on the CSU state acquired in S15. In S18, the coordinate error detection unit 303 detects an error in the pixel coordinates and the known coordinates of the reference object in the same coordinate system converted in S17.

S19では、座標系補正部304が、S18で検出された誤差が小さくなるように、地上座標系uと画素座標系の関係を補正する補正パラメータを求める。ここで、CSU1が荷揚げを行っていない間に校正を行う場合は、第1の補正モデルによって補正パラメータxを求めるのが好ましい。一方、CSU1が荷揚げを行っている間にリアルタイムで校正を行う場合は、第2の補正モデルによって静的な補正パラメータxに加えて動的な補正パラメータvをリアルタイムで求めるのが好ましい。この場合、S19で求められた補正パラメータx、vは即時にCSU1に適用され、一定時間経過後に再びS12に戻り以降の処理S12~S19(S16はスキップ)が繰り返される。 In S19, the coordinate system correction unit 304 determines a correction parameter for correcting the relationship between the ground coordinate system u and the pixel coordinate system so as to reduce the error detected in S18. If calibration is performed while the CSU1 is not unloading, it is preferable to determine the correction parameter x using the first correction model. On the other hand, if calibration is performed in real time while the CSU1 is unloading, it is preferable to determine the dynamic correction parameter v in real time in addition to the static correction parameter x using the second correction model. In this case, the correction parameters x and v determined in S19 are immediately applied to the CSU1, and after a certain period of time has elapsed, the process returns to S12 and the subsequent processes S12 to S19 (S16 is skipped) are repeated.

続いて、本発明の第3実施形態を説明する。第3実施形態に係るCSU1では、第1実施形態で説明した測距センサや第2実施形態で説明したカメラが、検知対象物を検知する検知部としてCSU1の異なる位置に複数設けられ、各検知部間で校正が行われる。第1実施形態および第2実施形態では検知部(測距センサまたはカメラ)が荷揚げ部9に設けられたが、第3実施形態では荷揚げ部9に限定されないCSU1の任意の位置に設けられる。例えば、検知部はブーム7、旋回フレーム5、走行部2、カウンタウエイト13、主操作室16等に設けてもよい。 Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the CSU 1 according to the third embodiment, the distance measuring sensor described in the first embodiment and the camera described in the second embodiment are provided in multiple locations on the CSU 1 as detectors for detecting objects to be detected, and calibration is performed between each detector. In the first and second embodiments, the detector (distance measuring sensor or camera) is provided on the lifting unit 9, but in the third embodiment, the detector is provided at any location on the CSU 1, not limited to the lifting unit 9. For example, the detector may be provided on the boom 7, the rotating frame 5, the traveling unit 2, the counterweight 13, the main operation room 16, etc.

以下、校正対象の検知部の任意の対のうち一方を第1検知部といい他方を第2検知部という。第1検知部および第2検知部は、それぞれ測距センサまたはカメラによって構成される。したがって、第1検知部および第2検知部の両方が測距センサの場合、第1検知部および第2検知部の両方がカメラの場合、第1検知部および第2検知部の一方が測距センサで他方がカメラの場合があり得る。測距センサとカメラの違いは、それぞれで検知される検知対象物の座標が属する座標系の違いとして表れる。 Hereinafter, one of any pair of detection units to be calibrated will be referred to as the first detection unit and the other as the second detection unit. The first detection unit and the second detection unit are each composed of a distance measurement sensor or a camera. Therefore, there may be cases where both the first detection unit and the second detection unit are distance measurement sensors, where both the first detection unit and the second detection unit are cameras, or where one of the first detection unit and the second detection unit is a distance measurement sensor and the other is a camera. The difference between a distance measurement sensor and a camera is manifested as a difference in the coordinate system to which the coordinates of the object detected by each belong.

荷揚げ部9に設けられる測距センサで検知される検知対象物の座標系は第1実施形態で説明した測距部座標系l、dとなる。また、測距センサがブーム7等に設けられる場合は起伏部座標系bとなり、測距センサが旋回フレーム5等に設けられる場合は旋回部座標系rとなり、測距センサが走行部2等に設けられる場合は走行部座標系uとなる。また、カメラで検知される検知対象物の座標系は第2実施形態で説明した画素座標系となる。第2実施形態で説明したように、画素座標系はピンホールカメラモデル等によって撮影部座標系cに関係づけられる。さらに撮影部座標系cはカメラの設置位置によって起伏部座標系b、旋回部座標系r、地上座標系uと関係づけられる。以下、第1検知部を基準とする座標系を第1検知部座標系といい、第2検知部を基準とする座標系を第1検知部座標系という。以上のように、第1検知部座標系および第2検知部座標系は、それぞれ、測距部座標系、起伏部座標系、旋回部座標系、地上座標系、画素座標系(または撮影部座標系)となる可能性があるが、第1実施形態および第2実施形態で詳述したように、これらの各座標系を相互に変換する式が与えられる。したがって、第1検知部座標系および第2検知部座標系は相互に変換可能である。 The coordinate system of the object detected by the distance measuring sensor installed in the lifting section 9 is the distance measuring section coordinate system l, d described in the first embodiment. If the distance measuring sensor is installed on the boom 7, etc., it is the elevation section coordinate system b, if the distance measuring sensor is installed on the rotating frame 5, etc., it is the rotation section coordinate system r, and if the distance measuring sensor is installed on the traveling section 2, etc., it is the traveling section coordinate system u. The coordinate system of the object detected by the camera is the pixel coordinate system described in the second embodiment. As described in the second embodiment, the pixel coordinate system is related to the shooting section coordinate system c by a pinhole camera model, etc. Furthermore, the shooting section coordinate system c is related to the elevation section coordinate system b, the rotation section coordinate system r, and the ground coordinate system u depending on the installation position of the camera. Hereinafter, the coordinate system based on the first detection section is referred to as the first detection section coordinate system, and the coordinate system based on the second detection section is referred to as the first detection section coordinate system. As described above, the first detection unit coordinate system and the second detection unit coordinate system can be the ranging unit coordinate system, the undulating unit coordinate system, the rotating unit coordinate system, the ground coordinate system, and the pixel coordinate system (or the image capture unit coordinate system), respectively, but as described in detail in the first and second embodiments, equations are given for converting these coordinate systems into each other. Therefore, the first detection unit coordinate system and the second detection unit coordinate system can be converted into each other.

図12は、第3実施形態に係る校正装置300の機能ブロック図である。第1検知部座標取得部306は、検知対象物を第1検知部で検知し第1検知部座標系における第1検知部座標を取得する。第1検知部が測距センサの場合、第1検知部座標取得部306は第1実施形態(図6)の測距点座標取得部301として機能し、第1検知部がカメラの場合、第1検知部座標取得部306は第2実施形態(図10)の画素座標取得部305として機能する。第2検知部座標取得部307は、検知対象物を第2検知部で検知し第2検知部座標系における第2検知部座標を取得する。第2検知部が測距センサの場合、第2検知部座標取得部307は第1実施形態(図6)の測距点座標取得部301として機能し、第2検知部がカメラの場合、第2検知部座標取得部307は第2実施形態(図10)の画素座標取得部305として機能する。 Figure 12 is a functional block diagram of the calibration device 300 according to the third embodiment. The first detection unit coordinate acquisition unit 306 detects the detection object with the first detection unit and acquires the first detection unit coordinates in the first detection unit coordinate system. When the first detection unit is a distance measurement sensor, the first detection unit coordinate acquisition unit 306 functions as the distance measurement point coordinate acquisition unit 301 of the first embodiment (Figure 6), and when the first detection unit is a camera, the first detection unit coordinate acquisition unit 306 functions as the pixel coordinate acquisition unit 305 of the second embodiment (Figure 10). The second detection unit coordinate acquisition unit 307 detects the detection object with the second detection unit and acquires the second detection unit coordinates in the second detection unit coordinate system. If the second detection unit is a distance sensor, the second detection unit coordinate acquisition unit 307 functions as the distance measurement point coordinate acquisition unit 301 of the first embodiment (FIG. 6), and if the second detection unit is a camera, the second detection unit coordinate acquisition unit 307 functions as the pixel coordinate acquisition unit 305 of the second embodiment (FIG. 10).

第3実施形態に係る校正装置300は、第1検知部座標取得部306および第2検知部座標取得部307によって同一の検知対象物の検知部座標を取得し、座標変換部302によって同一座標系に変換した上で、座標誤差検出部303による座標誤差の検出と座標系補正部304による座標系の補正を行う。 The calibration device 300 according to the third embodiment acquires the detection unit coordinates of the same detection object by the first detection unit coordinate acquisition unit 306 and the second detection unit coordinate acquisition unit 307, converts them into the same coordinate system by the coordinate conversion unit 302, and then detects coordinate errors by the coordinate error detection unit 303 and corrects the coordinate system by the coordinate system correction unit 304.

第1実施形態および第2実施形態では検知部の校正のために埠頭102上の基準物を検知対象物としたが、第3実施形態において第1検知部および第2検知部が共通して検知する検知対象物は埠頭102上の基準物に限らず、各検知部が同じ時刻または異なる時刻に検知可能な任意の物でよい。例えば、図2では開口部21の縁、船庫201の天井/壁/底、ばら荷Mその他の物、船庫201内の人/構造物、船200、荷揚げ部9/ブーム7/旋回フレーム5/走行部2/主操作室16等のCSU1の各部、岸壁101、埠頭102、レール3、ベルトコンベア45等を第1検知部および第2検知部の共通の検知対象物として各検知部を校正できる。なお、第1検知部および第2検知部が同じ時刻に検知を行う場合は、船庫201内のばら荷Mや人等の時間変化の大きい物も検知対象物とできるが、第1検知部および第2検知部が異なる時刻に検知を行う場合は、時間変化の小さいその他の物を検知対象物とするのが好ましい。 In the first and second embodiments, the reference object on the wharf 102 is used as the detection object for calibrating the detection unit, but in the third embodiment, the detection object commonly detected by the first and second detection units is not limited to the reference object on the wharf 102, and may be any object that each detection unit can detect at the same time or different times. For example, in FIG. 2, the edge of the opening 21, the ceiling/wall/bottom of the shipyard 201, bulk cargo M and other objects, people/structures in the shipyard 201, the ship 200, each part of the CSU 1 such as the lifting unit 9/boom 7/rotating frame 5/traveling unit 2/main operation room 16, the wharf 101, the wharf 102, the rail 3, the belt conveyor 45, etc. can be used as common detection objects for the first and second detection units to calibrate each detection unit. In addition, when the first detection unit and the second detection unit perform detection at the same time, objects that change significantly over time, such as bulk cargo M or people in the warehouse 201, can be detected as objects to be detected. However, when the first detection unit and the second detection unit perform detection at different times, it is preferable to detect other objects that change less over time as objects to be detected.

座標変換部302は、第1検知部と第2検知部の相対的な位置や姿勢に基づいて、第1検知部座標系における第1検知部座標および第2検知部座標系における第2検知部座標を同一座標系に変換する。座標系の変換については、第1実施形態において測距部座標系l、dと起伏部座標系b、旋回部座標系r、地上座標系uの間の変換式を示し、第2実施形態において画素座標系および測定部座標系cと起伏部座標系b、旋回部座標系r、地上座標系uの間の変換式を示した。これらの変換式の組合せにより、第1検知部座標系および第2検知部座標系が測距部座標系、起伏部座標系、旋回部座標系、地上座標系、画素座標系のいずれの場合でも、両検知部座標を同一座標系に変換できる。なお、座標変換部302の変換先の同一座標系は、第1検知部座標系でもよいし、第2検知部座標系でもよいし、第1検知部座標系および第2検知部座標系以外の任意の座標系でもよい。 The coordinate conversion unit 302 converts the first detection unit coordinates in the first detection unit coordinate system and the second detection unit coordinates in the second detection unit coordinate system into the same coordinate system based on the relative positions and attitudes of the first detection unit and the second detection unit. Regarding the conversion of the coordinate system, the conversion formula between the distance measurement unit coordinate system l, d and the undulating unit coordinate system b, the rotation unit coordinate system r, and the ground coordinate system u was shown in the first embodiment, and the conversion formula between the pixel coordinate system and the measurement unit coordinate system c and the undulating unit coordinate system b, the rotation unit coordinate system r, and the ground coordinate system u was shown in the second embodiment. By combining these conversion formulas, the coordinates of both detection units can be converted into the same coordinate system regardless of whether the first detection unit coordinate system and the second detection unit coordinate system are the distance measurement unit coordinate system, the undulating unit coordinate system, the rotation unit coordinate system, the ground coordinate system, or the pixel coordinate system. The same coordinate system converted by the coordinate conversion unit 302 may be the first detection unit coordinate system, the second detection unit coordinate system, or any coordinate system other than the first detection unit coordinate system and the second detection unit coordinate system.

座標誤差検出部303は、座標変換部302によって変換された同一座標系において第1検知部座標および第2検知部座標の誤差を検出する。第1検知部および/または第2検知部として測距センサが用いられる場合、第1実施形態で説明したように測距点群が構成する検知対象物の縁や平面等の形状的特徴に基づいて座標誤差を検出できる。第1検知部および/または第2検知部としてカメラが用いられる場合、第2実施形態で説明したように画像に映る検知対象物の形状的特徴(直線、曲線、点線、鎖線、角、端点、円、楕円、多角形等)に基づいて座標誤差を検出できる。 The coordinate error detection unit 303 detects an error between the first detection unit coordinates and the second detection unit coordinates in the same coordinate system converted by the coordinate conversion unit 302. When a distance measurement sensor is used as the first detection unit and/or the second detection unit, the coordinate error can be detected based on the shape features such as edges and planes of the detection object constituted by the distance measurement point cloud as described in the first embodiment. When a camera is used as the first detection unit and/or the second detection unit, the coordinate error can be detected based on the shape features (straight lines, curves, dotted lines, chain lines, corners, end points, circles, ellipses, polygons, etc.) of the detection object shown in the image as described in the second embodiment.

座標系補正部304は、座標誤差検出部303で検出された誤差が小さくなるように、第1検知部座標系と第2検知部座標系の関係を補正する。第1実施形態では、三次元座標系である地上座標系uにおいて、検知対象物の形状的特徴に基づく誤差(ベルトコンベア45の側面および上面に関する誤差)を最小化する誤差評価式および目的関数E(x)を示した。第2実施形態では、二次元座標系である画素座標系において、検知対象物の形状的特徴に基づく誤差(基準物の縁に対応する線分に関する誤差)を最小化する誤差評価式および目的関数E(x)を示した。これらの誤差評価式およびE(x)によって、座標誤差検出部303による座標誤差検出および座標系補正部304による座標系補正を実行する座標系が三次元座標系(例えば測距部座標系、起伏部座標系、旋回部座標系、地上座標系、撮影部座標系)の場合も二次元座標系(例えば画素座標系)の場合も、座標誤差を最小化する最適な補正パラメータxを見つけることができる。 The coordinate system correction unit 304 corrects the relationship between the first detection unit coordinate system and the second detection unit coordinate system so that the error detected by the coordinate error detection unit 303 is reduced. In the first embodiment, an error evaluation formula and an objective function E(x) that minimize the error based on the shape characteristics of the detected object (error related to the side and top surface of the belt conveyor 45) in the ground coordinate system u, which is a three-dimensional coordinate system, are shown. In the second embodiment, an error evaluation formula and an objective function E(x) that minimize the error based on the shape characteristics of the detected object (error related to the line segment corresponding to the edge of the reference object) in the pixel coordinate system, which is a two-dimensional coordinate system, are shown. With these error evaluation formulas and E(x), it is possible to find the optimal correction parameter x that minimizes the coordinate error, whether the coordinate error detection by the coordinate error detection unit 303 and the coordinate system correction by the coordinate system correction unit 304 are performed in a three-dimensional coordinate system (e.g., a ranging unit coordinate system, an undulating unit coordinate system, a rotating unit coordinate system, a ground coordinate system, or a photographing unit coordinate system) or a two-dimensional coordinate system (e.g., a pixel coordinate system).

なお、第1実施形態および第2実施形態の目的関数E(x)では校正対象の検知部が一つだったが、本実施形態の目的関数E(x)では校正対象の検知部が二つ(対)になるため、以下のように補正パラメータxは各検知部の取り付け姿勢に関するφと各検知部の取り付け位置に関するbを二つずつ含む。以下の例では、測距部座標系lの第1検知部の姿勢に関するφ、位置に関するbおよび撮影部座標系cの第2検知部の姿勢に関するφ、位置に関するbが補正パラメータxに含まれる。

Figure 0007633068000026
また、第1実施形態および第2実施形態と同様に、静的な補正パラメータxに加えて動的な補正パラメータvを設定し、荷揚げ部9の傾きやブーム7のねじれ等のCSU1の荷揚げ中に生じる誤差をリアルタイムに補正してもよい。 In the objective function E(x) of the first and second embodiments, there is one detection unit to be calibrated, but in the objective function E(x) of this embodiment, there are two detection units (pairs) to be calibrated, so the correction parameter x includes two φ related to the mounting attitude of each detection unit and two b related to the mounting position of each detection unit, as follows: In the following example, the correction parameter x includes φ l related to the attitude and b l related to the position of the first detection unit in the ranging unit coordinate system l , and φ c related to the attitude and b c related to the position of the second detection unit in the imaging unit coordinate system c.
Figure 0007633068000026
Furthermore, similarly to the first and second embodiments, a dynamic correction parameter v may be set in addition to the static correction parameter x, and errors that occur during lifting of the CSU 1, such as the inclination of the lifting section 9 and the twisting of the boom 7, may be corrected in real time.

図13は、第3実施形態に係る校正装置300による第1検知部および第2検知部の校正処理例を示すフローチャートである。図13(A)は、船200の寄港前等のCSU1が荷揚げを行っていない間に複数の検知部を相互に校正するフローチャートであり、図13(B)は、船200からの荷揚げ中にリアルタイムで複数の検知部を相互に校正するフローチャートである。 Figure 13 is a flowchart showing an example of the calibration process of the first detection unit and the second detection unit by the calibration device 300 according to the third embodiment. Figure 13 (A) is a flowchart showing mutual calibration of multiple detection units while the CSU 1 is not unloading cargo, such as before the ship 200 calls at port, and Figure 13 (B) is a flowchart showing mutual calibration of multiple detection units in real time while unloading cargo from the ship 200.

S21では、校正装置300が、任意の検知位置の一つにCSU1の各可動部を移動させる。第1実施形態および第2実施形態では、図8に示されるように、レール3等の埠頭102上の基準物を各検知部が異なる位置と姿勢で検知できるように、CSU1の各可動部を所定の検知位置P1~P8に移動させていた。一方、本実施形態で第1検知部および第2検知部が検知する検知対象物は埠頭102上の基準物に限らない任意の物でよいため、必ずしも所定の検知位置P1~P8で検知対象物を検知する必要はなく、任意の検知位置で検知対象物を検知できる。 In S21, the calibration device 300 moves each movable part of the CSU 1 to one of the arbitrary detection positions. In the first and second embodiments, as shown in FIG. 8, each movable part of the CSU 1 is moved to a predetermined detection position P1 to P8 so that each detection unit can detect a reference object on the wharf 102, such as a rail 3, at a different position and attitude. On the other hand, in this embodiment, the detection object detected by the first detection unit and the second detection unit can be any object, not limited to a reference object on the wharf 102, so it is not necessary to detect the detection object at the predetermined detection position P1 to P8, and the detection object can be detected at any detection position.

S22では、校正装置300が、S21でCSU1が移動した検知位置から第1検知部および第2検知部に検知対象物を検知させる。ここで、S21の検知位置において第1検知部および第2検知部の両方の検知範囲に検知対象物が入っている場合は、両検知部が検知対象物を同じ時刻に検知する。また、一方の検知部の検知範囲のみに検知対象物が入っている場合は、当該一方の検知部のみが検知対象物を検知する(第1時刻)。他方の検知部は、後の時刻(第2時刻)に再度実行されるS21においてCSU1が他の検知位置に移動した際に、この検知対象物を検知する。このように本実施形態の校正装置300によれば、異なる第1時刻および第2時刻に取得される検知部座標(S24)に基づいて複数の検知部を相互に校正できる。 In S22, the calibration device 300 causes the first and second detection units to detect the detection object from the detection position to which the CSU1 moved in S21. Here, if the detection object is within the detection ranges of both the first and second detection units at the detection position of S21, both detection units detect the detection object at the same time. Also, if the detection object is within the detection range of only one detection unit, only that one detection unit detects the detection object (first time). The other detection unit detects the detection object when the CSU1 moves to another detection position in S21, which is executed again at a later time (second time). In this way, according to the calibration device 300 of this embodiment, multiple detection units can be mutually calibrated based on the detection unit coordinates (S24) acquired at different first and second times.

S23では、第1検知部座標取得部306および第2検知部座標取得部307が、S22で得られた検知データから検知対象物の形状的特徴を抽出する。S24では、第1検知部座標取得部306および第2検知部座標取得部307が、S23で抽出された形状的特徴に対応する第1検知部座標および第2検知部座標を取得する。 In S23, the first detection unit coordinate acquisition unit 306 and the second detection unit coordinate acquisition unit 307 extract shape features of the detected object from the detection data obtained in S22. In S24, the first detection unit coordinate acquisition unit 306 and the second detection unit coordinate acquisition unit 307 acquire the first detection unit coordinates and the second detection unit coordinates that correspond to the shape features extracted in S23.

S25では、校正装置300が、S22の各検知時刻におけるCSU1の状態ベクトルu=(θ,θ,θ,θ,xtl)を取得する。S26では、校正装置300が、全ての検知位置での検知が完了したか否かを判定する。未検知の検知位置がある場合はS21に戻り、CSU1の各可動部が次の検知位置に移動する。 In S25, the calibration device 300 acquires the state vector u = ( θ1 , θ2 , θ4 , θ5 , xtl ) of the CSU 1 at each detection time in S22. In S26, the calibration device 300 determines whether detection at all detection positions is complete. If there are any undetected detection positions, the process returns to S21, and each movable part of the CSU 1 moves to the next detection position.

S26で全ての検知位置での検知が完了したと判定された場合、S27において座標変換部302が、S25で取得されたCSU状態から認識できる第1検知部と第2検知部の相対的な位置や姿勢に基づいて、S24で取得された第1検知部座標および第2検知部座標を同一座標系に変換する。S28では座標誤差検出部303が、S27で変換された同一座標系において第1検知部座標および第2検知部座標の誤差を検出する。 If it is determined in S26 that detection at all detection positions has been completed, in S27, the coordinate conversion unit 302 converts the first detection unit coordinates and the second detection unit coordinates acquired in S24 into the same coordinate system based on the relative positions and orientations of the first detection unit and the second detection unit that can be recognized from the CSU state acquired in S25. In S28, the coordinate error detection unit 303 detects an error between the first detection unit coordinates and the second detection unit coordinates in the same coordinate system converted in S27.

S29では、座標系補正部304が、S28で検出された誤差が小さくなるように、第1検知部座標系と第2検知部座標系の関係を補正する補正パラメータを求める。ここで、CSU1が荷揚げを行っていない間に校正を行う図13(A)では、荷揚げ中に生じるリアルタイム誤差を考慮する第2の補正モデルを使用する必要はなく、より簡素な第1の補正モデルを使用するのが好ましい。 In S29, the coordinate system correction unit 304 determines correction parameters for correcting the relationship between the first detection unit coordinate system and the second detection unit coordinate system so as to reduce the error detected in S28. Here, in FIG. 13(A) where calibration is performed while the CSU1 is not lifting, it is not necessary to use the second correction model that takes into account the real-time error that occurs during lifting, and it is preferable to use the simpler first correction model.

CSU1が荷揚げを行っている間にリアルタイムで校正を行う図13(B)では、最初のS30でCSU1の各可動部が荷揚げ位置(例えば図8のP1)に移動する。その後、図13(A)と同様の処理S22~25、27~29が実行される。S29の座標系の補正では、荷揚げ中に生じるリアルタイム誤差を考慮する第2の補正モデルを使用するのが好ましい。S29で求められた静的な補正パラメータxおよび動的な補正パラメータvは即時に適用され、検知部が荷揚げ中にリアルタイムで校正される。S30では、校正装置300が、荷揚げが終了したか否かを判定する。以降、荷揚げが終了するまで、処理S22~25、27~29が繰り返される。 In FIG. 13(B), where calibration is performed in real time while the CSU 1 is unloading, in the first step S30, each movable part of the CSU 1 moves to the unloading position (e.g., P1 in FIG. 8). Then, steps S22 to 25 and 27 to 29 are executed similar to those in FIG. 13(A). In correcting the coordinate system in S29, it is preferable to use a second correction model that takes into account real-time errors that occur during unloading. The static correction parameter x and dynamic correction parameter v determined in S29 are applied immediately, and the detection unit is calibrated in real time while unloading. In S30, the calibration device 300 determines whether unloading has been completed. Thereafter, steps S22 to 25 and 27 to 29 are repeated until unloading is completed.

以上の繰り返し処理において、CSU1は所定の荷揚げ位置(例えば図8のP1)に停止している。このような場合、埠頭102上の基準物を検知部の校正に利用する第1実施形態および第2実施形態では、検知部の取り付け位置や姿勢によって校正のための検知データ(測距点座標、画素座標)の取得に制限があった。例えば、図8の荷揚げ位置P1では測距センサ192、193が基準物を測距できないため、これらを荷揚げ中にリアルタイムで校正することはできなかった。 In the above repeated process, CSU1 is stopped at a specified unloading position (e.g., P1 in FIG. 8). In such a case, in the first and second embodiments in which a reference object on the wharf 102 is used to calibrate the detection unit, there are limitations on the acquisition of detection data (distance measurement point coordinates, pixel coordinates) for calibration depending on the mounting position and attitude of the detection unit. For example, at unloading position P1 in FIG. 8, distance measurement sensors 192 and 193 cannot measure the distance to the reference object, and therefore cannot be calibrated in real time during unloading.

しかし、本実施形態では検知部の校正に利用する検知対象物は任意の物でよいため、測距センサ192、193も校正のための測距を荷揚げ中にリアルタイムで行える。例えば、図5に示されるように、測距センサ192、193は、荷揚げ中に船200、開口部21、船庫201等を検知できる。これらの検知対象物を撮影可能な検知部としてのカメラをブーム7等に設ければ、当該カメラと測距センサ192、193の間で相互に校正を行える。このように、第3実施形態の校正装置300は、CSU1の荷揚げ中にリアルタイムで検知部を校正する用途に好適である。 However, in this embodiment, the detection object used to calibrate the detection unit can be any object, so the distance measuring sensors 192, 193 can also perform distance measurements for calibration in real time during unloading. For example, as shown in FIG. 5, the distance measuring sensors 192, 193 can detect the ship 200, opening 21, shiphouse 201, etc. during unloading. If a camera serving as a detection unit capable of photographing these detection objects is provided on the boom 7, etc., mutual calibration can be performed between the camera and the distance measuring sensors 192, 193. In this way, the calibration device 300 of the third embodiment is suitable for use in calibrating the detection unit in real time during unloading of the CSU 1.

一方、船200の寄港前等のCSU1が荷揚げを行っていない間に検知部を校正する用途では、埠頭102上の絶対的な基準物に基づいて各検知部を個別に校正する第1実施形態および第2実施形態の校正装置300が好適である。したがって、CSU1が荷揚げを行っていない時に第1実施形態および第2実施形態の基準物に基づく絶対的な校正を行い、CSU1が荷揚げを行っている時に第3実施形態の複数検知部に基づく相対的な校正を行うのが好ましい。同様に、旋回フレーム5の旋回によって荷揚げ部9が船200の上方にない時に第1実施形態および第2実施形態の基準物に基づく絶対的な校正を行い、旋回フレーム5の旋回によって荷揚げ部9が船200の上方にある時に第3実施形態の複数検知部に基づく相対的な校正を行うのが好ましい。また、旋回フレーム5の旋回によって荷揚げ部9が陸地の上方にある時に第1実施形態および第2実施形態の基準物に基づく絶対的な校正を行い、旋回フレーム5の旋回によって荷揚げ部9が陸地の上方にない時に第3実施形態の複数検知部に基づく相対的な校正を行うのが好ましい。 On the other hand, in the case of calibrating the detector while the CSU 1 is not unloading, such as before the ship 200 calls at port, the calibration device 300 of the first and second embodiments, which individually calibrates each detector based on an absolute reference on the wharf 102, is suitable. Therefore, it is preferable to perform absolute calibration based on the reference of the first and second embodiments when the CSU 1 is not unloading, and to perform relative calibration based on the multiple detectors of the third embodiment when the CSU 1 is unloading. Similarly, it is preferable to perform absolute calibration based on the reference of the first and second embodiments when the unloading unit 9 is not above the ship 200 due to the rotation of the rotating frame 5, and to perform relative calibration based on the multiple detectors of the third embodiment when the unloading unit 9 is above the ship 200 due to the rotation of the rotating frame 5. It is also preferable to perform absolute calibration based on the reference object of the first and second embodiments when the lifting unit 9 is above land due to the rotation of the rotating frame 5, and to perform relative calibration based on the multiple detectors of the third embodiment when the lifting unit 9 is not above land due to the rotation of the rotating frame 5.

続いて、本発明の第4実施形態を説明する。第4実施形態に係るCSU1では、第3実施形態と同様にCSU1の任意の位置に設けられる検知部(測距センサまたはカメラ)が検知する検知対象物の位置に基づいてCSU1の異常の検知を行う異常検知装置400が設けられる。ここで、異常検知装置400が検知するCSU1の異常の類型としては、検知部の取り付け位置や姿勢の変化、荷揚げ部9/ブーム7/旋回フレーム5/走行部2等のCSU1各部の変形や相対的な位置や姿勢の変化、走行部2が移動するレール3の変形、起伏角θ/旋回角θ/回転角θ/屈曲角θ/走行位置xtl等のCSU1の状態パラメータの操作量と測定量の乖離等が例示される。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the CSU 1 according to the fourth embodiment, an abnormality detection device 400 is provided to detect an abnormality of the CSU 1 based on the position of a detection target detected by a detection unit (distance measurement sensor or camera) provided at an arbitrary position of the CSU 1, as in the third embodiment. Examples of types of abnormalities of the CSU 1 detected by the abnormality detection device 400 include changes in the mounting position and posture of the detection unit, deformations and relative positions and postures of each part of the CSU 1, such as the lifting unit 9, the boom 7, the rotating frame 5, and the traveling unit 2, deformations of the rail 3 on which the traveling unit 2 moves, and discrepancies between the operation amount and the measurement amount of the state parameters of the CSU 1, such as the elevation angle θ 1 /the turning angle θ 2 /the rotation angle θ 4 /the bending angle θ 5 /the traveling position xtl , etc.

図14は、異常検知装置400の機能ブロック図である。異常検知装置400は、検知部座標取得部401と、座標変換部402と、位置記憶部403と、位置比較部404と、異常検知部405と、異常推定部406を備える。 Figure 14 is a functional block diagram of the anomaly detection device 400. The anomaly detection device 400 includes a detection unit coordinate acquisition unit 401, a coordinate conversion unit 402, a position storage unit 403, a position comparison unit 404, an anomaly detection unit 405, and an anomaly estimation unit 406.

検知部座標取得部401は、検知対象物を検知部で検知し、当該検知部を基準とする検知部座標系における検知部座標を取得する。ここで、検知部は測距センサまたはカメラによって構成される。第3実施形態と同様に、CSU1に設けられる検知部の数は任意であり、その取り付け位置や姿勢も任意である。例えば、各検知部は、荷揚げ部9、ブーム7、旋回フレーム5、走行部2、カウンタウエイト13、主操作室16等に取り付けられる。また、検知部で検知する検知対象物は、第3実施形態と同様に、埠頭102上の基準物に限らない任意の物でよい。例えば、図2では開口部21の縁、船庫201の天井/壁/底、ばら荷Mその他の物、船庫201内の人/構造物、船200、荷揚げ部9/ブーム7/旋回フレーム5/走行部2/主操作室16等のCSU1の各部、岸壁101、埠頭102、レール3、ベルトコンベア45等を検知対象物とできる。また、検知対象物の数は任意である。 The detection unit coordinate acquisition unit 401 detects a detection object with a detection unit and acquires the detection unit coordinates in a detection unit coordinate system based on the detection unit. Here, the detection unit is composed of a distance measurement sensor or a camera. As in the third embodiment, the number of detection units provided in the CSU 1 is arbitrary, and the mounting positions and postures of the detection units are also arbitrary. For example, each detection unit is mounted on the lifting unit 9, boom 7, rotating frame 5, running unit 2, counterweight 13, main operation room 16, etc. Also, as in the third embodiment, the detection object detected by the detection unit may be any object, not limited to a reference object on the wharf 102. For example, in FIG. 2, the detection objects can be the edge of the opening 21, the ceiling/walls/bottom of the shipyard 201, bulk cargo M and other objects, people/structures in the shipyard 201, the ship 200, various parts of the CSU 1 such as the lifting section 9/boom 7/rotating frame 5/traveling section 2/main operation room 16, the wharf 101, the pier 102, the rail 3, the belt conveyor 45, etc. Also, the number of detection objects is arbitrary.

検知部を基準とする検知部座標系は、検知部の取り付け箇所と、測距センサまたはカメラの別に応じて異なる。検知部が荷揚げ部9に設けられる測距センサの場合、第1実施形態で説明した測距部座標系l、dが検知部座標系となる。同様に、ブーム7等に設けられる測距センサの場合は起伏部座標系bが検知部座標系となり、旋回フレーム5等に設けられる測距センサの場合は旋回部座標系rが検知部座標系となり、走行部2等に設けられる測距センサの場合は地上座標系(または移動部座標系)uが検知部座標系となる。また、検知部がカメラの場合、第2実施形態で説明した画素座標系が検知部座標系となる。以上のように、各検知部が検知部座標を取得する検知部座標系は互いに異なる可能性があるが、第1~3実施形態で説明したように、これらの各座標系を相互に変換する式が与えられる。次に述べる座標変換部402は、異なる検知部から取得された検知部座標を同一座標系で比較するための座標変換を行う。この変換先の同一座標系は任意であり、第1~3実施形態で説明した測距部座標系、起伏部座標系、旋回部座標系、地上座標系、画素座標系、撮影部座標系のいずれかでもよいし、その他の任意の座標系でもよい。以下では、座標変換部402が各検知部座標を各検知部座標系から地上座標系uに変換する例を説明する。 The detection unit coordinate system based on the detection unit differs depending on the installation location of the detection unit and whether it is a distance sensor or a camera. When the detection unit is a distance sensor installed in the lifting unit 9, the distance sensor coordinate system l, d described in the first embodiment becomes the detection unit coordinate system. Similarly, when the detection unit is a distance sensor installed in the boom 7, the elevation unit coordinate system b becomes the detection unit coordinate system, when the distance sensor is installed in the rotating frame 5, the rotating unit coordinate system r becomes the detection unit coordinate system, and when the distance sensor is installed in the traveling unit 2, the ground coordinate system (or moving unit coordinate system) u becomes the detection unit coordinate system. Also, when the detection unit is a camera, the pixel coordinate system described in the second embodiment becomes the detection unit coordinate system. As described above, the detection unit coordinate systems from which each detection unit acquires the detection unit coordinates may differ from each other, but as described in the first to third embodiments, an equation is given to convert these respective coordinate systems into each other. The coordinate conversion unit 402 described next performs coordinate conversion to compare the detection unit coordinates acquired from different detection units in the same coordinate system. The same coordinate system to which this conversion is made is arbitrary, and may be any of the distance measurement unit coordinate system, undulating unit coordinate system, rotating unit coordinate system, ground coordinate system, pixel coordinate system, and image capture unit coordinate system described in the first to third embodiments, or any other coordinate system. Below, an example is described in which the coordinate conversion unit 402 converts each detection unit coordinate from each detection unit coordinate system to the ground coordinate system u.

座標変換部402は、検知部と走行部2の相対的な位置や姿勢に基づいて、検知部座標取得部401で取得された検知部座標を検知部座標系から地上座標系uに変換する。なお、検知部が地上座標系(または移動部座標系)uに設けられている場合は座標変換の必要はない。また、後段の位置比較処理において、同一の検知部が異なる時刻に取得する検知部座標(位置)を比較する場合や、CSU1の同一箇所(例えば荷揚げ部9)に設けられる複数の検知部が取得する検知部座標(位置)を比較する場合は、検知部座標系のまま位置比較が可能であるため、必ずしも地上座標系uに変換する必要はない。しかし、後述するように、座標変換の演算過程をトレースすることで異常箇所の推定が可能となるため、同一の検知部座標系に由来する検知部座標を比較する際も座標変換部402による座標変換を行うのが好ましい。 The coordinate conversion unit 402 converts the detection unit coordinates acquired by the detection unit coordinate acquisition unit 401 from the detection unit coordinate system to the ground coordinate system u based on the relative positions and attitudes of the detection unit and the traveling unit 2. If the detection unit is installed in the ground coordinate system (or the moving unit coordinate system) u, coordinate conversion is not necessary. In addition, in the position comparison process at the subsequent stage, when comparing detection unit coordinates (positions) acquired by the same detection unit at different times, or when comparing detection unit coordinates (positions) acquired by multiple detection units installed at the same location of the CSU1 (for example, the lifting unit 9), position comparison is possible as is in the detection unit coordinate system, so conversion to the ground coordinate system u is not necessarily required. However, as will be described later, it is preferable to perform coordinate conversion by the coordinate conversion unit 402 even when comparing detection unit coordinates derived from the same detection unit coordinate system, because tracing the calculation process of the coordinate conversion makes it possible to estimate abnormal locations.

位置記憶部403は、座標変換部402によって地上座標系uに変換された検知部座標を検知対象物の位置データとして記憶する。以下、位置記憶部403に記憶される検知対象物の位置データをP(k,m,n)と表記する。ここで、kは離散的な検知時刻を表し、m(=1~M)は検知部の番号を表し、n(=1~N)は検知対象物(または検知対象物における各検知対象箇所)の番号を表す。したがって、位置データP(k,m,n)は時刻kにm番目の検知部がn番目の検知対象物を検知した位置を表す。 The position memory unit 403 stores the detection unit coordinates converted into the ground coordinate system u by the coordinate conversion unit 402 as position data of the detected object. Hereinafter, the position data of the detected object stored in the position memory unit 403 will be represented as P(k, m, n). Here, k represents a discrete detection time, m (= 1 to M) represents the number of the detection unit, and n (= 1 to N) represents the number of the detected object (or each detection point on the detected object). Therefore, the position data P(k, m, n) represents the position where the mth detection unit detected the nth detected object at time k.

位置比較部404は、位置記憶部403に記憶された同一の検知対象物の複数の位置データ同士を、または、位置記憶部403に記憶された位置データと検知部で新たに検知した同一の検知対象物の位置データを比較する。後者の場合、新たに検知された位置データは位置記憶部403に記憶しなくてもよいが、便宜上、上記のP(k,m,n)の表記を当該位置データにも用いる。ここで、n番目の検知対象物が位置比較対象であるとして、比較対象の第1位置データはP(k,m,n)と表され、比較対象の第2位置データはP(k,m,n)と表される。すなわち、第1位置データは時刻k(第1時刻)にm番目の検知部がn番目の検知対象物を検知した位置を表し、第2位置データは時刻k(第2時刻)にm番目の検知部がn番目の検知対象物を検知した位置を表す。 The position comparison unit 404 compares a plurality of position data of the same detection object stored in the position storage unit 403, or compares the position data stored in the position storage unit 403 with the position data of the same detection object newly detected by the detection unit. In the latter case, the newly detected position data does not need to be stored in the position storage unit 403, but for convenience, the above notation P(k, m, n) is also used for the position data. Here, assuming that the nth detection object is the position comparison object, the first position data of the comparison object is expressed as P(k 1 , m 1 , n), and the second position data of the comparison object is expressed as P(k 2 , m 2 , n). That is, the first position data represents the position where the m 1st detection unit detected the nth detection object at time k 1 (first time), and the second position data represents the position where the m 2nd detection unit detected the nth detection object at time k 2 (second time).

ここで、第1時刻kと第2時刻kは同時刻でもよい。この場合、異なる検知部(m≠m)が同時刻(k=k=k)に同一検知対象物(n)を検知した位置データP(k,m,n)とP(k,m,n)が比較される。また、第1時刻kと第2時刻kは異なる時刻でもよい。この場合、同一検知部(m=m=m)が異なる時刻(k≠k)に同一検知対象物(n)を検知した位置データP(k,m,n)とP(k,m,n)を比較してもよいし、異なる検知部(m≠m)が異なる時刻(k≠k)に同一検知対象物(n)を検知した位置データP(k,m,n)とP(k,m,n)を比較してもよい。このように、位置比較部404は、異なる検知時刻や異なる検知部の間で位置データP(k,m,n)を比較できる。 Here, the first time k1 and the second time k2 may be the same time. In this case, position data P( k0 , m1 , n ) and P( k0 , m2 , n ) in which different detection units (m1 ≠ m2) detect the same detection object (n) at the same time ( k0 = k1 = k2) are compared. Also, the first time k1 and the second time k2 may be different times. In this case, position data P ( k1 ,m0 ,n) and P( k2 , m0 ,n) obtained when the same detection unit (m0 = m1 = m2 ) detects the same detection object (n) at different times ( k1 ≠ k2) may be compared, or position data P( k1 , m1 , n ) and P( k2 , m2 ,n) obtained when different detection units ( m1m2 ) detect the same detection object (n) at different times (k1 ≠ k2 ) may be compared. In this way, position comparison unit 404 can compare position data P( k ,m,n) at different detection times or between different detection units.

位置比較部404の位置比較処理では、第1~3実施形態の座標誤差検出部303に関して説明したように、検知点群(測距センサによる測距点群やカメラによる画素群)が構成する検知対象物の形状的特徴に基づいて両位置データP(k,m,n)、P(k,m,n)の誤差を検出してもよい。 In the position comparison process of the position comparison unit 404, as explained with respect to the coordinate error detection unit 303 in the first to third embodiments, the error between both position data P(k 1 , m 1 , n) and P(k 2 , m 2 , n) may be detected based on the shape characteristics of the detected object constituted by the detection point cloud (the ranging point cloud by the ranging sensor or the pixel group by the camera).

異常検知部405は、位置比較部404で比較された第1位置データP(k,m,n)と第2位置データP(k,m,n)の差異が一定以上の場合にCSU1の異常を検知する。第1位置データP(k,m,n)および第2位置データP(k,m,n)は、同一座標系(地上座標系u)に変換された同一検知対象物(n)の検知部座標であるため、通常であれば一致する。逆に、これらの差異が一定以上の場合はCSU1に異常が生じている可能性が高いため、異常検知部405はその旨を主操作室16のオペレータ等に報知する。 The abnormality detection unit 405 detects an abnormality in the CSU 1 when the difference between the first position data P( k1 , m1 , n) and the second position data P( k2 , m2 , n) compared by the position comparison unit 404 is equal to or greater than a certain value. The first position data P( k1 , m1 , n) and the second position data P( k2 , m2 , n) are the detection unit coordinates of the same detection object (n) transformed into the same coordinate system (ground coordinate system u), and therefore normally match. Conversely, when the difference between these is equal to or greater than a certain value, there is a high possibility that an abnormality has occurred in the CSU 1, and the abnormality detection unit 405 notifies the operator in the main operation room 16 of this fact.

異常検知部405はCSU1の異常を検知する際、複数の位置データ対の比較結果を参照する。前述したように、n番目の検知対象物の検知位置の差異を評価するための位置データ対P(k,m,n)、P(k,m,n)は、検知時刻k、kおよび検知部番号m、mの組合せに応じて複数ある。また、検知対象物は全部でN個(n=1~N)あるため、その分CSU1の異常検知の際に参照できる位置データ対の数は多くなる。このように異常検知部405がCSU1の異常を検知する際に参照可能な位置データ対の総数をNとする。 When detecting an abnormality in the CSU1, the abnormality detection unit 405 refers to the comparison results of a plurality of pairs of position data. As described above, there are a plurality of pairs of position data P( k1 , m1 , n) and P( k2 , m2 , n) for evaluating the difference in the detection position of the nth detection object, depending on the combination of the detection times k1 , k2 and the detection unit numbers m1 , m2 . In addition, since there are a total of N detection objects (n=1 to N), the number of pairs of position data that can be referred to when detecting an abnormality in the CSU1 increases accordingly. In this way, the total number of pairs of position data that the abnormality detection unit 405 can refer to when detecting an abnormality in the CSU1 is set to Np .

異常検知部405が複数の位置データ対の比較結果に基づいてCSU1の異常を検知する基準は任意に設定できる。例えば、N個の位置データ対のうち一定数以上(例えば半分(N/2)以上)の位置データ対の差異が一定以上の場合にCSU1に異常が発生したと判断する。また、検知対象物に着目し、N個の検知対象物のうち一定数以上(例えば半分(N/2)以上)の検知対象物において位置データ対の差異が一定以上の場合にCSU1に異常が発生したと判断する。また、検知部に着目し、M個の検知部のうち一定数以上(例えば半分(M/2)以上)の検知部が検知した位置データ対の差異が一定以上の場合にCSU1に異常が発生したと判断する。このように、異常検知部405がCSU1の異常検知の際に複数の位置データ対の比較結果を参照することで、特定時刻k、特定番号mの検知部、特定番号nの検知対象物に一時的に生じる外乱や異物検知等の偶発的な事象による誤検知を防止できる。 The criteria for the anomaly detection unit 405 to detect an anomaly in the CSU1 based on the comparison results of a plurality of pairs of position data can be set arbitrarily. For example, when the difference between a certain number or more (e.g., half (N p /2) or more) of Np pairs of position data is a certain number or more, it is determined that an anomaly has occurred in the CSU1. Also, focusing on the detection object, when the difference between the position data pairs in a certain number or more (e.g., half (N/2) or more) of N detection objects is a certain number or more, it is determined that an anomaly has occurred in the CSU1. Also, focusing on the detection unit, when the difference between the position data pairs detected by a certain number or more (e.g., half (M/2) or more) of M detection units is a certain number or more, it is determined that an anomaly has occurred in the CSU1. In this way, by the anomaly detection unit 405 referring to the comparison results of a plurality of pairs of position data when detecting an anomaly in the CSU1, it is possible to prevent erroneous detection due to accidental events such as disturbances temporarily occurring at a specific time k, a detection unit with a specific number m, or a detection object with a specific number n, or detection of a foreign object.

異常推定部406は、異常検知部405が異常を検知した際、座標変換部402における演算過程をトレースし、CSU1に発生した異常の類型を推定する。具体的には、検知部の取り付け位置や姿勢の変化、CSU1各部の変形や相対的な位置や姿勢の変化、走行部2が移動するレール3の変形、CSU1の状態パラメータの操作量と測定量の乖離等の異常の類型を推定する。 When the anomaly detection unit 405 detects an anomaly, the anomaly estimation unit 406 traces the calculation process in the coordinate conversion unit 402 and estimates the type of anomaly that has occurred in the CSU 1. Specifically, it estimates the type of anomaly, such as a change in the mounting position or posture of the detection unit, deformation of each part of the CSU 1 or a change in the relative position or posture, deformation of the rail 3 on which the traveling unit 2 moves, or a discrepancy between the manipulated variable and the measured variable of the state parameters of the CSU 1.

異常推定部406は、位置比較部404で検出された位置データ(検知部座標)の誤差に対して、第3実施形態の座標系補正部304が実行した第1の補正モデルまたは第2の補正モデルに基づく補正処理を施す。第1の補正モデルに基づく補正処理の結果、目的関数E(x)を最小化する最適な補正パラメータxが求められる。第3実施形態で示したように、補正パラメータxには、位置比較部404で比較された位置データを生成した各検知部の姿勢に関するφと位置に関するb、起伏角θに関するρ、旋回角θに関するρ、走行部2の位置に関するc、c、ブーム7の長さLb1に関するd等が含まれる。 The abnormality estimation unit 406 performs correction processing based on the first correction model or the second correction model executed by the coordinate system correction unit 304 of the third embodiment on the error of the position data (detection unit coordinates) detected by the position comparison unit 404. As a result of the correction processing based on the first correction model, an optimal correction parameter x that minimizes the objective function E(x) is obtained. As shown in the third embodiment, the correction parameter x includes φ related to the attitude and b related to the position of each detection unit that generated the position data compared by the position comparison unit 404, ρ 1 related to the hoisting angle θ 1 , ρ 2 related to the rotation angle θ 2 , c x and cy related to the position of the traveling unit 2, d related to the length L b1 of the boom 7, and the like.

異常推定部406は、これらの各補正パラメータの異常発生前後の変化を観測することで、異常発生の箇所や原因を推定できる。すなわち、φが異常発生前後で有意に変化した場合は検知部の姿勢に異常が生じたことが分かり、bが異常発生前後で有意に変化した場合は検知部の位置に異常が生じたことが分かり、ρが異常発生前後で有意に変化した場合は起伏角θの操作系統やセンサに異常が生じたことがわかり、ρが異常発生前後で有意に変化した場合は旋回角θの操作系統やセンサに異常が生じたことがわかり、c、cが異常発生前後で有意に変化した場合は走行部2やレール3に異常が生じたことが分かり、dが異常発生前後で有意に変化した場合はブーム7の変形等が生じたことが分かる。 The abnormality estimation unit 406 can estimate the location and cause of the abnormality by observing the changes in each of these correction parameters before and after the occurrence of the abnormality. That is, if φ changes significantly before and after the occurrence of the abnormality, it is understood that an abnormality has occurred in the attitude of the detection unit, if b changes significantly before and after the occurrence of the abnormality, it is understood that an abnormality has occurred in the position of the detection unit, if ρ 1 changes significantly before and after the occurrence of the abnormality, it is understood that an abnormality has occurred in the operation system or sensor for the hoisting angle θ 1 , if ρ 2 changes significantly before and after the occurrence of the abnormality, it is understood that an abnormality has occurred in the operation system or sensor for the swing angle θ 2 , if c x and c y change significantly before and after the occurrence of the abnormality, it is understood that an abnormality has occurred in the traveling unit 2 or the rail 3, and if d changes significantly before and after the occurrence of the abnormality, it is understood that deformation of the boom 7, etc. has occurred.

また、異常推定部406が第2の補正モデルに基づく補正処理を施した場合、上記の補正パラメータxに加え、目的関数E(v)を最小化する最適な補正パラメータvが求められる。第1実施形態で示したように、補正パラメータvには、起伏角θのリアルタイム誤差に関するξ、旋回角θのリアルタイム誤差に関するξ、荷揚げ部9の傾きに関するκ、κ、ブーム7のねじれに関するζ等が含まれる。上記と同様に、ξが異常発生前後で有意に変化した場合は起伏角θの操作系統やセンサにリアルタイム誤差が生じたことがわかり、ξが異常発生前後で有意に変化した場合は旋回角θの操作系統やセンサにリアルタイム誤差が生じたことがわかり、κ、κが異常発生前後で有意に変化した場合は荷揚げ部9に傾きが生じたことが分かり、ζが異常発生前後で有意に変化した場合はブーム7にねじれが生じたことがわかる。 Furthermore, when the abnormality estimation unit 406 performs a correction process based on the second correction model, in addition to the above correction parameter x, an optimal correction parameter v that minimizes the objective function E(v) is obtained. As shown in the first embodiment, the correction parameter v includes ξ 1 related to the real-time error of the hoisting angle θ 1 , ξ 2 related to the real-time error of the slewing angle θ 2 , κ 1 and κ 2 related to the inclination of the lifting unit 9, and ζ related to the twist of the boom 7. As in the above, if ξ 1 changes significantly before and after the occurrence of an abnormality, it is understood that a real-time error has occurred in the operation system or sensor of the hoisting angle θ 1 , if ξ 2 changes significantly before and after the occurrence of an abnormality, it is understood that a real-time error has occurred in the operation system or sensor of the slewing angle θ 2 , if κ 1 and κ 2 change significantly before and after the occurrence of an abnormality, it is understood that a tilt has occurred in the lifting unit 9, and if ζ changes significantly before and after the occurrence of an abnormality, it is understood that a twist has occurred in the boom 7.

異常推定部406が推定した異常発生の箇所や原因は、異常発生の旨と共に主操作室16のオペレータ等に異常検知部405が報知する。これによって、オペレータは異常の調査と解消に向けたアクションを迅速に取れる。また、異常発生によって最適な補正パラメータx、vが変化した場合、異常推定部406は、第1~3実施形態の座標系補正部304のように変化後の最適な補正パラメータx、vを即時にCSU1に適用して異常の解消を試みてもよい。 The anomaly detection unit 405 notifies the operator in the main operation room 16 of the location and cause of the anomaly estimated by the anomaly estimation unit 406, along with the fact that an anomaly has occurred. This allows the operator to quickly take action to investigate and resolve the anomaly. Furthermore, if the optimal correction parameters x and v change due to the occurrence of an anomaly, the anomaly estimation unit 406 may immediately apply the changed optimal correction parameters x and v to the CSU 1, as in the coordinate system correction unit 304 in the first to third embodiments, in an attempt to resolve the anomaly.

図15は、第4実施形態に係る異常検知装置400による異常検知処理例を示すフローチャートである。図15(A)は、船200の寄港前等のCSU1が荷揚げを行っていない間に正常時の位置データを記憶するフローチャートであり、図15(B)は、船200からの荷揚げ中にCSU1に発生した異常を検知するフローチャートである。 Figure 15 is a flowchart showing an example of an anomaly detection process by the anomaly detection device 400 according to the fourth embodiment. Figure 15 (A) is a flowchart for storing normal position data while the CSU 1 is not unloading cargo, such as before the ship 200 calls at port, and Figure 15 (B) is a flowchart for detecting an anomaly that occurs in the CSU 1 while unloading cargo from the ship 200.

図15(A)の処理は以下の通りである。S41では、異常検知装置400が、任意の検知位置の一つにCSU1の各可動部を移動させる。第3実施形態と同様に、検知部が検知する検知対象物は埠頭102上の基準物に限らない任意の物でよいため、検知位置は図8に示されるP1~P8に限られない。 The process of FIG. 15(A) is as follows. In S41, the anomaly detection device 400 moves each movable part of the CSU 1 to one of the arbitrary detection positions. As in the third embodiment, the detection object detected by the detection part may be any object, not limited to the reference object on the wharf 102, so the detection positions are not limited to P1 to P8 shown in FIG. 8.

S42では、異常検知装置400が、S41でCSU1が移動した検知位置から検知部に検知対象物を検知させる。S43では、検知部座標取得部401が、S42で得られた検知データから検知対象物の形状的特徴を抽出する。S44では、検知部座標取得部401が、S43で抽出された形状的特徴に対応する検知部座標を取得する。 In S42, the anomaly detection device 400 causes the detection unit to detect the detection object from the detection position to which the CSU1 was moved in S41. In S43, the detection unit coordinate acquisition unit 401 extracts the shape characteristics of the detection object from the detection data obtained in S42. In S44, the detection unit coordinate acquisition unit 401 acquires the detection unit coordinates corresponding to the shape characteristics extracted in S43.

S45では、異常検知装置400が、S42の各検知時刻におけるCSU1の状態ベクトルu=(θ,θ,θ,θ,xtl)を取得する。S46では、異常検知装置400が、全ての検知位置での検知が完了したか否かを判定する。未検知の検知位置がある場合はS41に戻り、CSU1の各可動部が次の検知位置に移動する。 In S45, the anomaly detection device 400 acquires the state vector u=( θ1 , θ2 , θ4 , θ5 , xtl ) of the CSU 1 at each detection time in S42. In S46, the anomaly detection device 400 determines whether detection has been completed at all detection positions. If there are any undetected detection positions, the process returns to S41, and each movable part of the CSU 1 moves to the next detection position.

S46で全ての検知位置での検知が完了したと判定された場合、S47において座標変換部402が、S45で取得されたCSU状態に基づいて、S44で取得された検知部座標を検知部座標系から地上座標系uに変換する。S48では、位置記憶部403が、S47で地上座標系uに変換された検知部座標を検知対象物の位置データP(k,m,n)として記憶する。 If it is determined in S46 that detection at all detection positions has been completed, in S47 the coordinate conversion unit 402 converts the detection unit coordinates acquired in S44 from the detection unit coordinate system to the ground coordinate system u based on the CSU state acquired in S45. In S48, the position storage unit 403 stores the detection unit coordinates converted to the ground coordinate system u in S47 as position data P(k,m,n) of the detected object.

図15(B)の処理は以下の通りである。S49では、CSU1の各可動部が荷揚げ位置(例えば図8のP1)に移動する。その後、図15(A)と同様の処理S42~45、47が実行される。S50では、位置比較部404が、S48で記憶された正常時の検知対象物の第1位置データP(k,m,n)と、図15(B)のS44で新たに取得された同一検知対象物(n)の第2位置データP(k,m,n)を比較する。 The process in Fig. 15(B) is as follows. In S49, each movable part of the CSU 1 moves to the unloading position (for example, P1 in Fig. 8). Then, the same processes S42 to S45 and S47 as in Fig. 15(A) are executed. In S50, the position comparison unit 404 compares the first position data P( k1 , m1 , n) of the detection object in normal operation stored in S48 with the second position data P( k2 , m2 , n) of the same detection object (n) newly acquired in S44 in Fig. 15(B).

S51では、異常検知部405が、S50で比較された第1位置データP(k,m,n)と第2位置データP(k,m,n)の差異が一定以上の場合にCSU1に異常が発生したと判定する。S51で異常が発生したと判定された場合はS52に進み、異常推定部406が、S50で検出された位置データの誤差に対して所定の補正モデルを適用することでS47における座標変換の演算過程をトレースし、CSU1に発生した異常の類型を推定する。S53では、異常検知部405が、S52で推定された異常の類型と共に異常発生の旨を主操作室16のオペレータ等に報知する。 In S51, the abnormality detection unit 405 determines that an abnormality has occurred in the CSU 1 if the difference between the first position data P( k1 , m1 , n) and the second position data P( k2 , m2 , n) compared in S50 is equal to or greater than a certain value. If it is determined that an abnormality has occurred in S51, the process proceeds to S52, where the abnormality estimation unit 406 traces the calculation process of the coordinate transformation in S47 by applying a predetermined correction model to the error in the position data detected in S50, and estimates the type of abnormality that has occurred in the CSU 1. In S53, the abnormality detection unit 405 notifies the operator in the main operation room 16 of the occurrence of the abnormality together with the type of abnormality estimated in S52.

以上の通り、本実施形態に係る異常検知装置400によれば、図15(A)でCSU1が荷揚げを行っていない間に記録した正常時の検知対象物の位置データをリファレンスとして、図15(B)でCSU1が荷揚げを行っている間に発生した異常を効果的に検知して報知できる。また、第1~3実施形態で説明した補正モデルを利用することで、CSU1に発生した異常の類型を具体的に特定できる。 As described above, the anomaly detection device 400 according to this embodiment can effectively detect and report an anomaly that occurs while the CSU 1 is unloading cargo in FIG. 15(B) by using as a reference the position data of the object to be detected during normal times that is recorded while the CSU 1 is not unloading cargo in FIG. 15(A). In addition, by using the correction model described in the first to third embodiments, the type of anomaly that has occurred in the CSU 1 can be specifically identified.

以上、本発明を実施形態に基づいて説明した。実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present invention has been described above based on the embodiments. The embodiments are merely examples, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications are possible in the combination of each component and each processing process, and that such modifications are also within the scope of the present invention.

本発明は、実施形態で説明したバケットエレベータ式の連続アンローダに限らず、スパイラル型の連続アンローダや、エアー搬送機構を備える連続アンローダにも適用できる。 The present invention is not limited to the bucket elevator type continuous unloader described in the embodiment, but can also be applied to spiral type continuous unloaders and continuous unloaders equipped with an air conveying mechanism.

なお、実施形態で説明した各装置の機能構成はハードウェア資源またはソフトウェア資源により、あるいはハードウェア資源とソフトウェア資源の協働により実現できる。ハードウェア資源としてプロセッサ、ROM、RAM、その他のLSIを利用できる。ソフトウェア資源としてオペレーティングシステム、アプリケーション等のプログラムを利用できる。 The functional configuration of each device described in the embodiments can be realized by hardware resources or software resources, or by the cooperation of hardware and software resources. Processors, ROM, RAM, and other LSIs can be used as hardware resources. Programs such as operating systems and applications can be used as software resources.

1 荷揚げ装置(CSU)、2 走行部、3 レール、5 旋回フレーム、7 ブーム、9 荷揚げ部、11 掻き取り部、14 エレベータ本体、16 主操作室、18 測距センサ、19 測距センサ、21 開口部、45 ベルトコンベア、101 岸壁、102 埠頭、191~193 測距センサ、200 船、201 船庫、300 校正装置、301 測距点座標取得部、302 座標変換部、303 座標誤差検出部、304 座標系補正部、305 画素座標取得部、306 第1検知部座標取得部、307 第2検知部座標取得部、400 異常検知装置、401 検知部座標取得部、402 座標変換部、403 位置記憶部、404 位置比較部、405 異常検知部、406 異常推定部。 1 Lifting unit (CSU), 2 Traveling unit, 3 Rail, 5 Swivel frame, 7 Boom, 9 Lifting unit, 11 Scraping unit, 14 Elevator body, 16 Main operation room, 18 Distance measurement sensor, 19 Distance measurement sensor, 21 Opening, 45 Belt conveyor, 101 Quay, 102 Pier, 191-193 Distance measurement sensor, 200 Ship, 201 Warehouse, 300 Calibration device, 301 Distance measurement point coordinate acquisition unit, 302 Coordinate conversion unit, 303 Coordinate error detection unit, 304 Coordinate system correction unit, 305 Pixel coordinate acquisition unit, 306 First detection unit coordinate acquisition unit, 307 Second detection unit coordinate acquisition unit, 400 Abnormality detection device, 401 Detection unit coordinate acquisition unit, 402 Coordinate conversion unit, 403 Position memory unit, 404 Position comparison unit, 405 anomaly detection unit, 406 anomaly estimation unit.

Claims (18)

船の積荷を荷下ろしする荷下ろし装置であって、
前記船に対して移動可能な移動部と、
前記移動部に対して旋回可能な旋回部と、
前記旋回部に設けられ、前記積荷を搬出する搬出部と、
検知対象物を検知する第1検知部と、
前記第1検知部と異なる位置に設けられ、検知対象物を検知する第2検知部と、
ある検知対象物を前記第1検知部で検知し、当該第1検知部を基準とする第1検知部座標系における第1検知部座標を取得する第1検知部座標取得部と、
前記検知対象物を前記第2検知部で検知し、当該第2検知部を基準とする第2検知部座標系における第2検知部座標を取得する第2検知部座標取得部と、
前記第1検知部と前記第2検知部の関係に基づいて、前記第1検知部座標および前記第2検知部座標を同一座標系に変換する座標変換部と、
前記同一座標系において前記第1検知部座標と前記第2検知部座標の誤差を検出する座標誤差検出部と
を備える荷下ろし装置。
A discharge device for discharge of cargo from a ship, comprising:
A moving part movable relative to the ship;
A rotating unit that is rotatable relative to the moving unit;
A discharge section provided on the rotating section and configured to discharge the cargo;
A first detection unit that detects a detection object;
A second detection unit that is provided at a position different from that of the first detection unit and detects a detection target;
a first detection unit coordinate acquisition unit that detects a certain detection object with the first detection unit and acquires first detection unit coordinates in a first detection unit coordinate system based on the first detection unit;
a second detection unit coordinate acquisition unit that detects the detection object with the second detection unit and acquires second detection unit coordinates in a second detection unit coordinate system based on the second detection unit;
a coordinate conversion unit that converts the first detection unit coordinates and the second detection unit coordinates into a single coordinate system based on a relationship between the first detection unit and the second detection unit;
a coordinate error detection unit that detects an error between the first detection unit coordinates and the second detection unit coordinates in the same coordinate system.
前記第1検知部および前記第2検知部の一方は、測定対象物との距離を測定する測距部であり、
前記第1検知部および前記第2検知部の他方は、撮影対象物を撮影する撮影部である
請求項1に記載の荷下ろし装置。
One of the first detection unit and the second detection unit is a distance measurement unit that measures a distance to a measurement object,
The unloading device according to claim 1 , wherein the other of the first detection unit and the second detection unit is an imaging unit that captures an image of an object to be photographed.
前記第1検知部は、測定対象物との距離を測定する第1測距部であり、
前記第2検知部は、測定対象物との距離を測定する第2測距部である
請求項1に記載の荷下ろし装置。
The first detection unit is a first distance measurement unit that measures a distance to a measurement object,
The unloading device according to claim 1 , wherein the second detection unit is a second distance measuring unit that measures a distance to a measurement object.
前記第1検知部は、撮影対象物を撮影する第1撮影部であり、
前記第2検知部は、撮影対象物を撮影する第2撮影部である
請求項1に記載の荷下ろし装置。
The first detection unit is a first imaging unit that captures an image of a target object,
The unloading device according to claim 1 , wherein the second detection unit is a second photographing unit that photographs an object to be photographed.
前記座標誤差検出部で検出された誤差が小さくなるように、前記第1検知部座標系および前記第2検知部座標系の関係を補正する座標系補正部を更に備える請求項1から4のいずれかに記載の荷下ろし装置。 The unloading device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a coordinate system correction unit that corrects the relationship between the first detection unit coordinate system and the second detection unit coordinate system so as to reduce the error detected by the coordinate error detection unit. 前記座標系補正部は、前記移動部、前記旋回部、前記搬出部の少なくとも一つの位置または姿勢の誤差を補正する補正パラメータを算出する請求項5に記載の荷下ろし装置。 The unloading device according to claim 5, wherein the coordinate system correction unit calculates a correction parameter that corrects an error in the position or attitude of at least one of the moving unit, the rotating unit, and the unloading unit. 前記座標系補正部は、前記搬出部が前記積荷を搬出している時に生じる誤差をリアルタイムで補正する請求項5または6に記載の荷下ろし装置。 The unloading device according to claim 5 or 6, wherein the coordinate system correction unit corrects in real time errors that occur when the unloading unit is unloading the cargo. 前記第1検知部は前記搬出部に設けられ、
前記第1検知部座標取得部は、前記移動部が移動する地上を基準とする地上座標系における座標が既知の基準物を前記第1検知部で検知し、
前記座標変換部は、前記第1検知部に対する前記搬出部の関係、前記搬出部に対する前記旋回部の関係、前記旋回部に対する前記移動部の関係に基づいて、第1検知部座標系における前記第1検知部座標および地上座標系における前記基準物の既知の座標を同一座標系に変換し、
前記座標誤差検出部は、前記同一座標系において前記第1検知部座標と前記基準物の既知の座標の誤差を検出する
請求項1から7のいずれかに記載の荷下ろし装置。
The first detection unit is provided at the discharge unit,
the first detection unit coordinate acquisition unit detects, by the first detection unit, a reference object whose coordinates in a ground coordinate system based on the ground on which the moving unit moves are known;
the coordinate conversion unit converts the first detection unit coordinates in a first detection unit coordinate system and the known coordinates of the reference object in a ground coordinate system into an identical coordinate system based on a relationship of the discharge unit to the first detection unit, a relationship of the rotation unit to the discharge unit, and a relationship of the moving unit to the rotation unit;
The unloading device according to claim 1 , wherein the coordinate error detection unit detects an error between the coordinates of the first detection unit and known coordinates of the reference object in the same coordinate system.
前記座標誤差検出部は、
前記搬出部が前記積荷を搬出していない時に前記第1検知部座標と前記基準物の既知の座標の誤差を検出し、
前記搬出部が前記積荷を搬出している時に前記第1検知部座標と前記第2検知部座標の誤差を検出する
請求項8に記載の荷下ろし装置。
The coordinate error detection unit
Detecting an error between the first detection unit coordinates and the known coordinates of the reference object when the discharge unit is not discharging the cargo;
The unloading device according to claim 8, further comprising: a detection unit configured to detect an error between the coordinates of the first detection unit and the coordinates of the second detection unit when the unloading unit is unloading the cargo.
前記座標誤差検出部は、
前記旋回部の旋回によって前記搬出部が前記船の上方にない時に前記第1検知部座標と前記基準物の既知の座標の誤差を検出し、
前記旋回部の旋回によって前記搬出部が前記船の上方にある時に前記第1検知部座標と前記第2検知部座標の誤差を検出する
請求項8または9に記載の荷下ろし装置。
The coordinate error detection unit
Detecting an error between the first detection unit coordinates and the known coordinates of the reference object when the delivery unit is not above the ship due to the rotation of the rotation unit;
The unloading device according to claim 8 or 9, further comprising: a detecting unit configured to detect an error between the coordinates of the first detection unit and the coordinates of the second detection unit when the unloading unit is located above the ship due to the rotation of the rotating unit.
前記座標誤差検出部は、
前記旋回部の旋回によって前記搬出部が陸地の上方にある時に前記第1検知部座標と前記基準物の既知の座標の誤差を検出し、
前記旋回部の旋回によって前記搬出部が陸地の上方にない時に前記第1検知部座標と前記第2検知部座標の誤差を検出する
請求項8から10のいずれかに記載の荷下ろし装置。
The coordinate error detection unit
detecting an error between the first detection unit coordinates and the known coordinates of the reference object when the delivery unit is above land due to the rotation of the rotation unit;
The unloading device according to claim 8 , further comprising: a detecting unit configured to detect an error between the first detection unit coordinates and the second detection unit coordinates when the unloading unit is not above land due to the rotation of the swivel unit.
前記移動部は所定の軌道に沿って移動可能であり、
前記基準物は前記軌道に沿って配置された構造物である
請求項8から11のいずれかに記載の荷下ろし装置。
The moving part is movable along a predetermined trajectory,
The unloading device according to any one of claims 8 to 11, wherein the reference object is a structure arranged along the track.
前記基準物は前記軌道を構成する線路である請求項12に記載の荷下ろし装置。 The unloading device according to claim 12, wherein the reference object is a railroad track that constitutes the track. 前記基準物は荷下ろしされた前記積荷を前記地上座標系における一定方向に運搬するコンベアである請求項8から13のいずれかに記載の荷下ろし装置。 The unloading device according to any one of claims 8 to 13, wherein the reference object is a conveyor that transports the unloaded cargo in a fixed direction in the ground coordinate system. 前記第1検知部座標取得部が前記第1検知部座標を取得する第1時刻と前記第2検知部座標取得部が前記第2検知部座標を取得する第2時刻は異なり、
前記座標変換部は、前記第1時刻における第1検知部と前記第2時刻における第2検知部の関係に基づいて、前記第1検知部座標および前記第2検知部座標を同一座標系に変換する
請求項1から14のいずれかに記載の荷下ろし装置。
a first time when the first detection unit coordinate acquisition unit acquires the first detection unit coordinates and a second time when the second detection unit coordinate acquisition unit acquires the second detection unit coordinates are different from each other;
The unloading device according to any one of claims 1 to 14, wherein the coordinate conversion unit converts the first detection unit coordinates and the second detection unit coordinates into the same coordinate system based on the relationship between the first detection unit at the first time and the second detection unit at the second time.
前記座標誤差検出部によって検出された前記第1検知部座標と前記第2検知部座標の誤差が一定以上の場合に異常を検知する異常検知部を備える請求項1から15のいずれかに記載の荷下ろし装置。An unloading device as described in any one of claims 1 to 15, further comprising an abnormality detection unit that detects an abnormality when the error between the first detection unit coordinates and the second detection unit coordinates detected by the coordinate error detection unit is equal to or greater than a certain value. 船に対して移動可能な移動部と、
前記移動部に対して旋回可能な旋回部と、
前記旋回部に設けられ、前記船の積荷を搬出する搬出部と、
検知対象物を検知する第1検知部と、
前記第1検知部と異なる位置に設けられ、検知対象物を検知する第2検知部と
を備える荷下ろし装置の校正方法であって、
ある検知対象物を前記第1検知部で検知し、当該第1検知部を基準とする第1検知部座標系における第1検知部座標を取得する第1検知部座標取得ステップと、
前記検知対象物を前記第2検知部で検知し、当該第2検知部を基準とする第2検知部座標系における第2検知部座標を取得する第2検知部座標取得ステップと、
前記第1検知部と前記第2検知部の関係に基づいて、前記第1検知部座標および前記第2検知部座標を同一座標系に変換する座標変換ステップと、
前記同一座標系において前記第1検知部座標と前記第2検知部座標の誤差を検出する座標誤差検出ステップと、
前記座標誤差検出ステップで検出された誤差が小さくなるように、前記第1検知部座標系および前記第2検知部座標系の関係を補正する座標系補正ステップと
を備える荷下ろし装置の校正方法。
A moving part that is movable relative to the ship;
A rotating unit that is rotatable with respect to the moving unit;
A discharge section provided on the rotating section for discharging cargo from the ship;
A first detection unit that detects a detection object;
A method for calibrating an unloading device comprising: a second detection unit provided at a position different from the first detection unit and configured to detect a detection object, the method comprising:
a first detection unit coordinate acquisition step of detecting a certain detection object with the first detection unit and acquiring first detection unit coordinates in a first detection unit coordinate system based on the first detection unit;
a second detection unit coordinate acquisition step of detecting the detection object with the second detection unit and acquiring second detection unit coordinates in a second detection unit coordinate system based on the second detection unit;
a coordinate conversion step of converting the first detection unit coordinates and the second detection unit coordinates into a single coordinate system based on a relationship between the first detection unit and the second detection unit;
a coordinate error detection step of detecting an error between the first detection unit coordinates and the second detection unit coordinates in the same coordinate system;
a coordinate system correction step of correcting the relationship between the first detection unit coordinate system and the second detection unit coordinate system so as to reduce the error detected in the coordinate error detection step.
船に対して移動可能な移動部と、
前記移動部に対して旋回可能な旋回部と、
前記旋回部に設けられ、前記船の積荷を搬出する搬出部と、
検知対象物を検知する第1検知部と、
前記第1検知部と異なる位置に設けられ、検知対象物を検知する第2検知部と
を備える荷下ろし装置の校正プログラムであって、
ある検知対象物を前記第1検知部で検知し、当該第1検知部を基準とする第1検知部座標系における第1検知部座標を取得する第1検知部座標取得ステップと、
前記検知対象物を前記第2検知部で検知し、当該第2検知部を基準とする第2検知部座標系における第2検知部座標を取得する第2検知部座標取得ステップと、
前記第1検知部と前記第2検知部の関係に基づいて、前記第1検知部座標および前記第2検知部座標を同一座標系に変換する座標変換ステップと、
前記同一座標系において前記第1検知部座標と前記第2検知部座標の誤差を検出する座標誤差検出ステップと、
前記座標誤差検出ステップで検出された誤差が小さくなるように、前記第1検知部座標系および前記第2検知部座標系の関係を補正する座標系補正ステップと
をコンピュータに実行させる荷下ろし装置の校正プログラム。
A moving part that is movable relative to the ship;
A rotating unit that is rotatable with respect to the moving unit;
A discharge section provided on the rotating section for discharging cargo from the ship;
A first detection unit that detects a detection object;
A calibration program for an unloading device comprising: a second detection unit provided at a position different from the first detection unit and configured to detect a detection target,
a first detection unit coordinate acquisition step of detecting a certain detection object with the first detection unit and acquiring first detection unit coordinates in a first detection unit coordinate system based on the first detection unit;
a second detection unit coordinate acquisition step of detecting the detection object with the second detection unit and acquiring second detection unit coordinates in a second detection unit coordinate system based on the second detection unit;
a coordinate conversion step of converting the first detection unit coordinates and the second detection unit coordinates into a single coordinate system based on a relationship between the first detection unit and the second detection unit;
a coordinate error detection step of detecting an error between the first detection unit coordinates and the second detection unit coordinates in the same coordinate system;
A coordinate system correction step of correcting the relationship between the first detection unit coordinate system and the second detection unit coordinate system so as to reduce the error detected in the coordinate error detection step.
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