(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンテナ荷役用クレーンの脚部に設けた３次元レーザセンサとコントローラから成り、
前記３次元レーザセンサは、１次元レーザ距離計と平面ミラーを具備し、該平面ミラーを縦軸先端の凹形枠体に回転自在に設けた横軸によって支持し、かつ、前記凹形枠体に平面ミラーを回転させる第２モーターを設けると共に、第２モーターによる平面ミラーの回転を測定する第２エンコーダを設け、更に、前記縦軸を回転させる第１モーターと、該第１モーターによる平面ミラーの回転を測定する第２エンコーダを設けて成り、
前記コントローラは、３次元レーザセンサのモーターを制御するセンサコントローラとデータ処理部から成り、該データ処理部は、１次元レーザ距離計から入力する距離データｃと、エンコーダから入力する回転角データｄ，ｅからコンテナ或いはコンテナ搬送用車両の３次元データを求めると共に、この３次元データからコンテナ或いはコンテナ搬送用車両のエッジ又は重心位置を算出し、
算出されたコンテナ或いはコンテナ搬送用車両のエッジ又は重心位置を入力したクレーン制御装置によってガーダ上の横行台車を制御するコンテナ荷役用クレーンのコンテナ或いはコンテナ搬送用車両の位置・姿勢検出システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンテナターミナルにおいて、コンテナと、シャシーや無人台車などのコンテナ搬送機器とを対象物とし、その位置及び姿勢を効率的に検出するコンテナ荷役用クレーンのコンテナ或いはコンテナ搬送用車両の位置・姿勢検出システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トランスファークレーンに取り付けたカラーカメラで撮影したシャーシ側面のカラーマーカの映像を、前記クレーンに搭載したカラーモニターで確認しながらコンテナを搭載している前記シャーシの位置決めを行なうシャーシ位置表示設備が知られている（特開平１０−３６０７０号公報）。
【０００３】
また、レーザー光線をコイルに向かって走査させ、その反射光をコイル位置検出部で処理してコイルの位置を検出する信号を求め、その信号と、予め与えられているコイルデータ及び搬入データとからコイルの正しい位置を測定するワーク位置検出装置が知られている（特開平６−２９８４８９号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の場合は、コンテナを運搬するシャーシの側面にそれぞれカラーマーカを取り付ける必要があるため、多数のシャーシを扱う場合には不向きである。また、カラーマーカ上で太陽光線などが反射する場合には、カラーマーカの判別が困難になるなどの問題がある。
【０００５】
一方、後者の場合は、レーザー光線をコイルに向かって走査させ、その反射光をコイル位置検出部で処理してコイルの位置を検出する信号を求め、その信号と、予め与えられているコイルデータ及び搬入データとからコイルの正しい位置を測定するため、コイル位置検出部におけるデータ処理が煩雑になるなどの問題がある。
【０００６】
ところで、３次元レーザセンサとして、ポリゴンミラーを用いることも考えられるが、ポリゴンミラーは、レーザーの走査角度が狭く、例えば４面ポリゴンミラーでは、走査角度が９０度となる。また、走査角度を任意に設定することも不可能である。また、限られた範囲のみを走査する場合でも、その範囲外の部分を走査することになるため、走査時間が長くなる。また、ポリゴンミラーは、高価である。
【０００７】
従って、コンテナヤードにおけるコンテナ荷役の高効率化を考えた場合、任意の限られた場所を短時間で走査することが必要となる。また、センサ自体の低コスト化も必要である。
【０００８】
本発明は、係る従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コンテナ或いはコンテナ搬送装置の位置及び姿勢を高効率で検出することができるコンテナ荷役用クレーンのコンテナ或いはコンテナ搬送用車両の位置・姿勢検出システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、コンテナ荷役用クレーンの脚部に設けた３次元レーザセンサとコントローラから成り、前記３次元レーザセンサは、１次元レーザ距離計と平面ミラーを具備し、該平面ミラーを縦軸先端の凹形枠体に回転自在に設けた横軸によって支持し、かつ、前記凹形枠体に平面ミラーを回転させる第２モーターを設けると共に、第２モーターによる平面ミラーの回転を測定する第２エンコーダを設け、更に、前記縦軸を回転させる第１モーターと、該第１モーターによる平面ミラーの回転を測定する第２エンコーダを設けて成り、前記コントローラは、３次元レーザセンサのモーターを制御するセンサコントローラとデータ処理部から成り、該データ処理部は、１次元レーザ距離計から入力する距離データｃと、エンコーダから入力する回転角データｄ，ｅからコンテナ或いはコンテナ搬送用車両の３次元データを求めると共に、この３次元データからコンテナ或いはコンテナ搬送用車両のエッジ又は重心位置を算出し、算出されたコンテナ或いはコンテナ搬送用車両のエッジ又は重心位置を入力したクレーン制御装置によってガーダ上の横行台車を制御するように構成されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明するが、図１は本発明に係るコンテナ荷役用クレーンのコンテナ或いはコンテナ搬送用車両の位置・姿勢検出システムの概略図、図２は３次元レーザセンサシステムの概略図である。
【００１１】
図１に示すように、３次元レーザセンサシステムＡは、３次元レーザセンサ１およびコントローラ２から構成され、コンテナクレーン３の陸側の脚４に設置した３次元レーザセンサ１により対象物、すなわち、コンテナ５あるいはコンテナを搬送するシャーシや無人台車などのコンテナ搬送装置６を上方より走査し、この３次元レーザセンサ１から得られたコンテナ５あるいはコンテナ搬送装置６の３次元データをコントローラ２で処理してコンテナ５あるいはコンテナ搬送装置６の位置および姿勢を検出するようになっている。
【００１２】
上記コントローラ２は、３次元レーザセンサ１のモータを制御するセンサコントローラ７と、対象物であるコンテナ５あるいはコンテナ搬送装置６のエッジおよび重心位置を演算するデータ処理部８とから構成されている。
【００１３】
図２に示すように、３次元レーザセンサ１は、１次元レーザ距離計９と、レーザ光走査用の平面ミラー１０と、該ミラー１０を回転させる２台のモータ１１，１２と、ミラーの回転角度を測定する２台のエンコーダ１３，１４とにより構成されている。
【００１４】
例えばロール・ピッチ方式の３次元レーザセンサ１の場合、平面ミラー１０は、凹形の枠体１５に回転自在に取り付けた一対のＸ軸方向の軸１６、１６によって支持されており、枠体１５の一方の側面には、前記ミラー１０を２頭矢印ａのように回転させる第２モータ１２が取り付けられ、他方の側面には、前記ミラー１０の回転角を検出する第２エンコーダ１４が取り付けられている。
【００１５】
更に、枠体１５の端面に取り付けたＹ軸方向の軸１７は、第１モータ１１によって２頭矢印ｂのように回転される。すなわち、Ｙ軸方向の軸１７に設けたベルト車１８と、第１モータ１１の回転軸（図示せず）に取り付けたベルト車１９との間にベルト２０が巻回され、第１モータ１１の回転がベルト２０を介してＹ軸方向の軸１７に伝達される。その上、Ｙ軸方向の軸１７を支持する支持体２１の一つに第１エンコーダ１３が取り付けられている。
【００１６】
更に、コントローラ２のデータ処理部８には、１次元レーザ距離計９からの距離データｃと、第１，第２エンコーダ１３，１４からのミラー角度データｄ，ｅがそれぞれ入力され、第１，第２モータ１１，１２及びクレーン制御装置２２には、センサコントローラ７からの指令ｆ，ｇ，ｈがそれぞれ入力される。
【００１７】
上記データ処理部８は、１次元レーザ距離計９から入力される距離データｃと、前記エンコーダ１３，１４から入力される回転角データｄ，ｅとから対象物の３次元データを求めるとともに、この３次元データより対象物のエッジ及び重心位置を算出する機能を有している。また、データ処理装置８は、センサコントローラ７に指令を出して第１，第２モータ１１，１２の回転、換言すれば、ミラー１０の回転角度を制御するようになっている。
【００１８】
次に、上記構成からなるコンテナの位置・姿勢検出システムの作用について説明する。
【００１９】
図３に示すように、３次元レーザセンサ１の下方にコンテナ５を搭載したコンテナ搬送装置６が停止すると、３次元レーザセンサ１を作動させ、平面ミラー１０を２頭矢印ａ及びｂで示すように回転させるとともに、１次元レーザ距離計９からレーザ光線ｉを発してコンテテ５を走査する。
【００２０】
１次元レーザ距離計９から発したレーザ光線ｉは、平面ミラー１０で反射してコンテナ５に至る。コンテナ５上で反射した反射光は、再度、平面ミラー１０で反射して１次元レーザ距離計９に戻り、コンテナまでの距離が検出されるが、その距離データｃは、データ処理部８に入力される（図２参照）。このデータ処理部８には、更に、第１，第２エンコーダ１３，１４から平面ミラー１０の各回転角度ｄ，ｅが入力されるので、１次元レーザ距離計９から入力する距離データｄと、第１，第２エンコーダ１３，１４から入力するミラー１０の各回転角度データｄ，ｅとから直交座標系におけるコンテナの３次元位置データを得ることができる。
【００２１】
この１次元レーザ距離計９による距離データｄの入力と、第１，第２エンコーダ１３，１４によるミラー１０の各回転角度データｄ，ｅの入力とは、サンプルタイム毎に行われる。
【００２２】
前記データ処理部８は、この３次元位置データを水平面についてマトリクス化し、Ｘ軸およびＹ軸方向にそれぞれ微分を行うことによりコンテナ上面のエッジを求めるとともに、得られたエッジよりコンテナ上面の面積を算出することによりコンテナ上面の重心を求める。
【００２３】
得られたコンテナ上面のエッジ及び重心位置は、データ処理部８から信号ｈとしてクレーン制御装置２２に入力されるから（図１参照）、コンテナ上面のエッジ及び重心位置を入力したクレーン制御装置２２は、このコンテナ上面のエッジ及び重心位置に基づいてガーダー２３上の横行台車２４に搭載されている走行モータ、横行モータ、及び巻上げモータなどを制御し、コンテナ搬送装置６上のコンテナ５を搬送する。
【００２４】
上記のように、本発明は、レーザ距離計とロール・ピッチ方式の平面ミラーとを用いた３次元レーザセンサシステムを適用したために、これらの機器を採用していない従来方式に比べてコンテナの位置及び姿勢を迅速に、かつ高精度で検出することができる。その結果、サイクルタイムの短縮を計り、コンテナを効率的に搬送することができる。
【００２５】
以上の説明では、コンテナの位置及び姿勢を検出する場合について説明したが、コンテナを搭載するコンテナ搬送装置の位置及び姿勢についても同様に検出することが可能である。
【００２６】
また、以上の説明では、エッジの計算方法として、３次元データをマトリクス化してエッジを求める方法について説明したが、これに限らず、例えば最小２乗法、すなわち、得られた直交座標系における３次元データからエッジ部分のデータを抽出し、その抽出データより最小２乗法を用いてエッジの直線を算出する方法を用いることも可能である。
【００２７】
また、以上の説明では、平面ミラーの駆動方式としてロール・ピッチ方式を適用した場合について説明したが、これに限らず、例えばヨー・ピッチ方式を採用してもよい。また、平面ミラーおよびレーザ距離計の配置例としては、更に、５つの例が考えられるが、同じ部品に同じ符号を付け、詳しい説明については省略する。
【００２８】
【発明の効果】
上記のように、本発明は、レーザ距離計と、互いに交差する２つの軸で支持された平面ミラーと、前記軸を各々回転させるモータと、前記軸の回転角を各々検出するエンコーダとから構成された３次元レーザセンサと、
前記モータを各々制御するセンサコントローラと、
前記レーザ距離計から入力される距離データと、前記エンコーダから入力される回転角データとから対象物の３次元データを求めるとともに、該３次元データより対象物のエッジ及び重心位置を算出するデータ処理部とから構成されているので、従来方式に比べてコンテナの位置及び姿勢を迅速に、かつ高精度で検出することができる。
【００２９】
また、３次元レーザセンサに平面ミラーを用いているため、従来のポリゴンミラー方式に比べて走査範囲が広い。また、その走査範囲内であれば、ある限られた任意の範囲のみを走査することが可能である。
【００３０】
従って、必要な部分のみを走査することにより、コンテナやコンテナ搬送装置の位置及び姿勢の検出を素早く行うことができ、サイクルタイムの短縮が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコンテナ荷役用クレーンのコンテナ或いはコンテナ搬送用車両の位置・姿勢検出システムの概略図である。
【図２】３次元レーザセンサシステムの概略図である。
【図３】３次元レーザセンサの作用説明図である。
【図４】ヨー・ピッチ方式の３次元レーザセンサの一部断面を含む斜視図である。
【図５】レーザセンサと回転ミラーの配置図である。
【図６】レーザセンサと回転ミラーの配置図である。
【図７】レーザセンサと回転ミラーの配置図である。
【図８】レーザセンサと回転ミラーの配置図である。
【図９】レーザセンサと回転ミラーの配置図である。
【符号の説明】
１  ３次元レーザセンサ
７  センサコントローラ
８  データ処理部
９  １次元レーザ距離計
１０  平面ミラー
１１，１２  モータ
１３，１４  エンコーダ
ｃ  距離データ
ｄ，ｅ  回転角データ
【図１】
0004750957.tif 000002
【図２】
0004750957.tif 000003
【図３】
0004750957.tif 000004
【図４】
0004750957.tif 000005
【図５】
0004750957.tif 000006
【図６】
0004750957.tif 000007
【図７】
0004750957.tif 000008
【図８】
0004750957.tif 000009
【図９】
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