特許 6893864 位置算出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6893864

(24)【登録日】2021年6月4日

(45)【発行日】2021年6月23日

(54)【発明の名称】位置算出装置

(51)【国際特許分類】

   B66C 13/46 20060101AFI20210614BHJP

   B66C 13/22 20060101ALI20210614BHJP

   B66C 23/52 20060101ALI20210614BHJP

   G01S 19/14 20100101ALN20210614BHJP

【ＦＩ】

   B66C13/46 D

   B66C13/22 Y

   B66C23/52

   !G01S19/14

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-235003(P2017-235003)

(22)【出願日】2017年12月7日

(65)【公開番号】特開2019-99357(P2019-99357A)

(43)【公開日】2019年6月24日

【審査請求日】2020年7月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000166627

【氏名又は名称】五洋建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000752

【氏名又は名称】特許業務法人朝日特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】堤 賢一郎

【審査官】 八板 直人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−２０２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平１−１１２１９１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭６２−２３２８６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１５−１８７３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１５２８３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６６Ｃ １３／００−１５／０６

Ｂ６６Ｃ １９／００−２３／９４

Ｇ０１Ｓ ５／００−５／１４；１９／００−１９／５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

クレーンのブームの先端と水中の吊り荷との距離をワイヤロープの繰出量を用いて算出する距離算出手段と、
航法信号を用いて、前記ブームの先端の位置を算出する第１位置算出手段と、
航法信号を用いて、前記ワイヤロープと水面が交わる位置を算出する第２位置算出手段と、
前記距離算出手段により算出された距離と、前記第１位置算出手段により算出された位置と、前記第２位置算出手段により算出された位置とを用いて、前記吊り荷の位置を算出する吊り荷位置算出手段と
を備える位置算出装置。

【請求項2】

前記ワイヤロープに摺動自在に取り付けられた浮体と、
前記浮体に配置され航法信号を受信する受信機と
を備え、
前記第２位置算出手段は、前記受信機により受信された航法信号を用いて、前記ワイヤロープと水面が交わる位置を算出する
請求項１に記載の位置算出装置。

【請求項3】

航法信号を用いて、前記ブームの根元の位置を算出する第３位置算出手段と、
航法信号を用いて、前記クレーンを水上で支持する船舶の所定部分の位置を算出する第４位置算出手段と、
前記船舶の方位を計測する方位計測手段と、
前記第１位置算出手段により算出された位置と、前記吊り荷位置算出手段により算出された位置と、前記第３位置算出手段により算出された位置と、前記第４位置算出手段により算出された位置と、前記方位計測手段により計測された方位とを用いて、前記船舶と前記吊り荷との位置関係を特定する位置関係特定手段と
を備える請求項１又は２に記載の位置算出装置。

【請求項4】

航法信号を用いて、前記ブームの根元の位置を算出する第３位置算出手段と、
前記第１位置算出手段により算出された位置と、前記吊り荷位置算出手段により算出された位置と、前記第３位置算出手段により算出された位置とを用いて、前記クレーンと前記吊り荷との位置関係を特定する位置関係特定手段と
を備える請求項１又は２に記載の位置算出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水中の吊り荷の位置を計測する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

クレーン船により水中に吊り下げられた吊り荷の位置を特定する方法として、超音波を用いる方法が考えられる。例えば、吊り荷にトランスポンダが設置され、クレーン船に送波器と受波器アレイが設置される。超音波信号の送波から受波までに要した時間と水中音速とからトランスポンダまでの距離が算出され、受波器アレイで受波した超音波信号の位相差からトランスポンダの方位が算出される。

【0003】

別の方法として、航法衛星から送信される航法信号を利用する技術が知られている。例えば、特許文献１に記載されたクレーン船用吊り荷位置測定装置は、ジブに支持されたＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）アンテナの位置を計測するジブ側ＧＮＳＳ測位手段と、クレーン旋回部に固定されたＧＮＳＳアンテナの位置を計測する旋回部側ＧＮＳＳ測位手段と、ジブの方位を計測するジブ方位計測手段と、ジブ側ＧＮＳＳアンテナの位置及びジブ方位に基づきジブの中央に位置するジブ側基準位置を算出し、旋回部側ＧＮＳＳアンテナの位置、ジブ方位及び旋回中心に対する旋回部側ＧＮＳＳアンテナの相対位置に基づきクレーン旋回部の旋回中心位置を算出し、ジブ側基準位置と旋回中心位置とに基づきジブの起伏角を算出し、起伏角と、ジブ側ＧＮＳＳアンテナとシーブの中心との相対位置と、シーブ半径とに基づいてワイヤの繰り出し位置を算出する演算手段とを備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６−２０２５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところが、超音波を用いる方法では、水中での信号検知に数十秒から数分の時間がかかる。また、吊り荷を水中に降下させたときの水の濁りや気泡の影響により計測の誤差が発生するため、濁りや気泡が或る程度減少してから計測を行うことが望ましい。このように、超音波を用いる方法では、吊り荷を水中に降下させるたびに位置の計測のための時間を確保することが必要なため、作業効率が低下してしまう。

【0006】

一方、特許文献１に記載された構成では、超音波を用いる方法と比べて短時間で位置の計測が可能であるが、吊り荷の位置をジブ先端のワイヤ繰り出し位置の直下とみなすことから、吊り荷が水流に押されてワイヤ繰り出し位置の直下でない位置に移動した場合には吊り荷の位置に誤差が生じてしまう。

【0007】

上記の事情に鑑み、本発明は、強い水流が生じる環境下においても水中の吊り荷の位置を高精度且つ短時間で計測する手段を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、クレーンのブームの先端と水中の吊り荷との距離をワイヤロープの繰出量を用いて算出する距離算出手段と、航法信号を用いて、前記ブームの先端の位置を算出する第１位置算出手段と、航法信号を用いて、前記ワイヤロープと水面が交わる位置を算出する第２位置算出手段と、前記距離算出手段により算出された距離と、前記第１位置算出手段により算出された位置と、前記第２位置算出手段により算出された位置とを用いて、前記吊り荷の位置を算出する吊り荷位置算出手段とを備える位置算出装置を第１の態様として提案する。

【0009】

上記の第１の態様にかかる位置算出装置において、前記ワイヤロープに摺動自在に取り付けられた浮体と、前記浮体に配置され航法信号を受信する受信機とを備え、前記第２位置算出手段は、前記受信機により受信された航法信号を用いて、前記ワイヤロープと水面が交わる位置を算出する、という構成が第２の態様として採用されてもよい。

【0010】

上記の第１又は第２の態様にかかる位置算出装置において、航法信号を用いて、前記ブームの根元の位置を算出する第３位置算出手段と、航法信号を用いて、前記クレーンを水上で支持する船舶の所定部分の位置を算出する第４位置算出手段と、前記船舶の方位を計測する方位計測手段と、前記第１位置算出手段により算出された位置と、前記吊り荷位置算出手段により算出された位置と、前記第３位置算出手段により算出された位置と、前記第４位置算出手段により算出された位置と、前記方位計測手段により計測された方位とを用いて、前記船舶と前記吊り荷との位置関係を特定する位置関係特定手段とを備える、という構成が第３の態様として採用されてもよい。

【0011】

上記の第１又は第２の態様にかかる位置算出装置において、航法信号を用いて、前記ブームの根元の位置を算出する第３位置算出手段と、前記第１位置算出手段により算出された位置と、前記吊り荷位置算出手段により算出された位置と、前記第３位置算出手段により算出された位置とを用いて、前記クレーンと前記吊り荷との位置関係を特定する位置関係特定手段とを備える、という構成が第４の態様として採用されてもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、強い水流が生じる環境下においても水中の吊り荷の位置を高精度且つ短時間で計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態の全体を示す図。

【図2】浮体２２と第２受信機３２を示す図。

【図3】位置算出装置１０のハードウェア構成を示すブロック図。

【図4】位置算出装置１０の機能構成を示すブロック図。

【図5】位置算出処理の流れ図。

【図6】本実施形態で想定する吊り荷９の状態を示す図。

【図7】位置算出処理の結果の表示例を示す図。

【図8】位置算出処理の結果の表示例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明を実施するための形態の一例について説明する。
図１は、実施形態の全体を示す図である。作業船１（船舶の一例）は、船体２にクレーン３を備えて構成される。クレーン３は、旋回体４、ブーム５および巻取装置６を備える。旋回体４は、船体２に支持され、旋回動作を行う。ブーム５の一端は、旋回体４に設けられた水平軸５１に支持され、水平軸５１を支点として起伏動作を行う。ワイヤロープ７は、一端が巻取装置６に巻き付けられ、ブーム５の先端に設けられた滑車８に掛け回される。吊り荷９は、例えばグラブバケットであり、滑車８から垂下されたワイヤロープ７によって吊り下げられる。巻取装置６を用いたワイヤロープ７の巻き取りと繰り出しにより、吊り荷９の昇降が行われる。巻取装置６は、ワイヤロープ７の繰出量を計測し、計測された繰出量を示す繰出量データを出力する。

【0015】

旋回体４には、位置算出装置１０と操縦装置２０が備えられている。操縦装置２０は、旋回体４とブーム５を操縦する機能を備える。第１受信機３１、第２受信機３２、第３受信機３３、第４受信機３４は、航法衛星から送信される航法信号を受信する。第１受信機３１は、ブーム５の先端に設けられる。第１受信機３１は、ブーム５の先端において、滑車８の外縁におけるワイヤロープ７が垂下される位置（以下、垂下位置という。）の近傍に設けられることが望ましい。

【0016】

図２は、浮体２２と第２受信機３２を示す図である。浮体２２は、ワイヤロープ７が通される貫通孔２３を有し、ワイヤロープ７に摺動自在に取り付けられる。図示した例は、浮体２２の形状が環状である例であるが、浮体２２の形状はいかなる形状でもよい。第２受信機３２は、浮体２２の上部に配置され、ワイヤロープ７と水面が交わる位置で航法信号を受信する。第３受信機３３は、ブーム５の根元の位置、例えば、旋回体４におけるブーム５を支持する水平軸５１の近傍に設けられる。第４受信機３４は、船体２に設けられる。

【0017】

方位計２１は、船体２に設けられ、船体２の方位を計測する。方位計２１は、例えば船体２の長軸方向に並べて配置された２個の受信機を備え、各々の受信機が受信した航法信号を用いて各々の受信機の位置を計測し、２個の受信機の位置を通る直線の方位を求める。この方位は、船体２の方位を表す。方位計２１は、この方位を表す方位データを出力する。

【0018】

図３は、位置算出装置１０のハードウェア構成を示すブロック図である。位置算出装置１０のハードウェア構成は一般的なコンピュータのハードウェアを含み、演算部１１、記憶部１２、入出力Ｉ／Ｆ（Interface）部１３およびＵＩ（User Interface）部１４を備える。

【0019】

記憶部１２は、例えばハードディスクドライブ等の記憶装置を備え、プログラムやデータを記憶する。演算部１１は、プロセッサとデータ処理におけるワークエリアとして用いられるメモリを備え、記憶部１２に記憶されたプログラムに従い各種データ処理を実行する。

【0020】

入出力Ｉ／Ｆ部１３には、第１受信機３１、第２受信機３２、第３受信機３３、第４受信機３４、巻取装置６、方位計２１が接続される。演算部１１は、入出力Ｉ／Ｆ部１３を介して、第１受信機３１、第２受信機３２、第３受信機３３、第４受信機３４から航法信号を受信し、巻取装置６から繰出量データを受信し、方位計２１から方位データを受信する。

【0021】

ＵＩ部１４は、表示部と操作部を備え、表示部が各種情報を表示し、ユーザによる操作を操作部が受け付ける。表示部は、例えば液晶パネルである。操作部は、例えばキーボードとポインティングデバイスである。なお、ＵＩ部１４が位置算出装置１０の本体から分離された装置として構成され、入出力Ｉ／Ｆ部１３にＵＩ部１４が接続されてもよい。

【0022】

図４は、位置算出装置１０の機能構成を示すブロック図である。図５は、位置算出処理の流れ図である。記憶部１２には位置算出処理の手順を記述したプログラムが記憶されており、演算部１１がこのプログラムを実行することにより、図４に示す各機能が実現される。

【0023】

最初に、距離算出手段１００が、クレーン３のブーム５の先端と水中の吊り荷９との距離Ｌ１をワイヤロープ７の繰出量を用いて算出する（ステップＳ０１）。具体的には、以下のとおりである。

【0024】

図６は、本実施形態で想定する吊り荷９の状態を示す図である。吊り荷９が水流に押されることにより、ワイヤロープ７の垂下位置（滑車８の外縁におけるワイヤロープ７が垂下される位置）の直下でない位置に移動させられた状態を想定する。距離Ｌ１は、ワイヤロープ７の滑車８から垂下された部分の長さ（以下、垂下量という。）に相当する。例えば、吊り荷９を空中に吊り下げた状態を初期状態として、初期状態における垂下量が既知であるとする。巻取装置６は、初期状態におけるワイヤロープ７の繰出量を示す繰出量データを出力する。ワイヤロープ７を繰り出して吊り荷９を水中に降下させると、巻取装置６は、吊り荷９を降下させた状態におけるワイヤロープ７の繰出量を示す繰出量データを出力する。距離算出手段１００は、初期状態に対する繰出量の増分を算出し、初期状態における垂下量に繰出量の増分を加算することにより、距離Ｌ１が算出される。

【0025】

次に、第１位置算出手段３０１が、第１受信機３１により受信された航法信号を用いて、ブーム５の先端の位置を算出する（ステップＳ０２）。本実施形態では、ブーム５の先端において第１受信機３１がワイヤロープ７の垂下位置の近傍に設けられており、第１受信機３１により受信された航法信号から算出された位置Ａの座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）をブーム５の先端の位置の座標として用いる。座標系はどのように定められてもよいが、例えば、東西方向をＸ軸とし、南北方向をＹ軸とし、鉛直方向をＺ軸としてもよい。

【0026】

次に、第２位置算出手段３０２が、第２受信機３２により受信された航法信号を用いて、ワイヤロープ７と水面が交わる位置を算出する（ステップＳ０３）。ワイヤロープ７と水面が交わる位置Ｂの座標を（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）とする。

【0027】

次に、吊り荷位置算出手段２００が、距離算出手段１００により算出された距離と、第１位置算出手段３０１により算出された位置と、第２位置算出手段３０２により算出された位置とを用いて、吊り荷９の位置を算出する（ステップＳ０４）。具体的には、垂下されたワイヤロープ７と吊り荷９とが連結された位置Ｔを吊り荷９の位置とする。垂下位置からワイヤロープ７と水面が交わる位置までの距離Ｌ２は、次式で求められる。

【数1】

【0028】

吊り荷９の位置Ｔの座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とすると次式が成り立つ。
（Ｘ−Ｘ１）／（Ｘ２−Ｘ１）＝Ｌ１／Ｌ２
（Ｙ−Ｙ１）／（Ｙ２−Ｙ１）＝Ｌ１／Ｌ２
（Ｚ−Ｚ１）／（Ｚ２−Ｚ１）＝Ｌ１／Ｌ２
よって、Ｘ、Ｙ、Ｚは次式で求められる。
Ｘ＝（Ｘ２−Ｘ１）Ｌ１／Ｌ２＋Ｘ１
Ｙ＝（Ｙ２−Ｙ１）Ｌ１／Ｌ２＋Ｙ１
Ｚ＝（Ｚ２−Ｚ１）Ｌ１／Ｌ２＋Ｚ１

【0029】

次に、第３位置算出手段３０３が、第３受信機３３により受信された航法信号を用いて、ブーム５の根元の位置Ｃの座標（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）を算出する。第４位置算出手段３０４は、第４受信機３４により受信された航法信号を用いて、クレーン３を水上で支持する船体２の所定部分の位置Ｄの座標（Ｘ４，Ｙ４，Ｚ４）を算出する。方位計測手段４００は、前述の方位計２１であり、船体２の方位を計測し、計測された方位を示す方位データを出力する（ステップＳ０５）。

【0030】

次に、位置関係特定手段５００が、第１位置算出手段３０１により算出された位置と、吊り荷位置算出手段２００により算出された位置と、第３位置算出手段３０３により算出された位置と、第４位置算出手段３０４により算出された位置と、方位計測手段４００により計測された方位とを用いて、船体２と吊り荷９との位置関係を特定する（ステップＳ０６）。具体的には、第１位置算出手段３０１により算出されたブーム５の先端の位置と、第３位置算出手段３０３により算出されたブーム５の根元の位置とから、ブーム５の方位が算出される。算出されたブーム５の方位と、方位計測手段４００により計測された船体２の方位とから、船体２に対するブーム５の旋回角度が算出される。

【0031】

図７は、位置算出処理の結果の表示例を示す図である。左側の画面には、作業船１の上方に視点を置いて、船体２、旋回体４、ブーム５、ワイヤロープ７、吊り荷９が表示され、位置関係特定手段５００により特定された船体２と吊り荷９との位置関係が表示される。船体２の中心線が画面の上下方向に一致するように船体２が配置され、位置関係特定手段５００により算出された旋回角度だけ旋回体４が船体２に対して旋回された様子を示している。右上の画面には、吊り荷９の目標位置と吊り荷位置算出手段２００により算出された吊り荷９の位置との位置関係が図示されている。右下の画面には、吊り荷９と水底との距離が図示されている。水底の標高は、事前の調査により既知である。

【0032】

本実施形態によれば、水流の影響により吊り荷９がブーム５の先端のワイヤロープ７の垂下位置の直下でない位置に移動した場合であっても吊り荷９の位置が高精度で計測される。また、本実施形態では、航法衛星から送信される航法信号を用いて位置を算出するから、超音波を用いる方法と比べて短時間で吊り荷９の位置が算出される。また、本実施形態では、ブーム５の先端の位置とブーム５の根元の位置が算出され、これらの位置からブーム５の姿勢（旋回角度、起伏角度）が算出されるから、ブーム長が可変式のクレーン船であっても簡単にブーム５の姿勢が算出される。

【0033】

上記の実施形態を次のように変形してもよい。また、複数の変形例を組み合わせてもよい。

【0034】

［変形例１］
位置関係特定手段５００が、第１位置算出手段３０１により算出された位置と、吊り荷位置算出手段２００により算出された位置と、第３位置算出手段３０３により算出された位置とを用いて、クレーン３と吊り荷９との位置関係を特定するように構成されてもよい。この構成においては、上記実施形態における第４位置算出手段３０４と方位計測手段４００は必須ではない。

【0035】

図８は、本変形例にかかる位置算出処理の結果の表示例を示す図である。左側の画面には、旋回体４、ブーム５、ワイヤロープ７、吊り荷９が表示され、位置関係特定手段５００により特定されたクレーン３と吊り荷９との位置関係が表示される。ブーム５の長手方向が画面の上下方向に一致するように各部が配置されている。右上の画面と右下の画面の内容は、図７と同じである。

【0036】

［変形例２］
上記の実施形態では、ブーム５の方位と船体２の方位とから船体２に対するブーム５の旋回角度が算出され、作業船１の上方に視点を置いた各部の位置関係が表示される例（図７の左の図）を示したが、ブーム５の先端の位置とブーム５の根元の位置とからブーム５の起伏角度が算出され、図６に示すように作業船１の側方に視点を置いた各部の位置関係が表示されるように構成されてもよい。

【0037】

［変形例３］
上記の実施形態では、第１受信機３１により受信された航法信号から算出された位置Ａの座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）をブーム５の先端の座標として用いたが、第１受信機３１と垂下位置との位置関係に基づいて位置Ａの座標を補正し、補正した座標をブーム５の先端の座標として用いてもよい。このとき、第１受信機３１と垂下位置との位置関係はブーム５の起伏角度によって変化するから、起伏角度を用いて位置Ａの座標を補正してもよい。

【符号の説明】

【0038】

１…作業船、２…船体、３…クレーン、４…旋回体、５…ブーム、６…巻取装置、７…ワイヤロープ、８…滑車、９…吊り荷、１０…位置算出装置、２０…操縦装置、２１…方位計、３１…第１受信機、３２…第２受信機、３３…第３受信機、３４…第４受信機、２２…浮体、３２…第２受信機、２３…貫通孔、１１…演算部、１２…記憶部、１３…入出力Ｉ／Ｆ部、１４…ＵＩ部、１００…距離算出手段、２００…吊り荷位置算出手段、３０１…第１位置算出手段、３０２…第２位置算出手段、３０３…第３位置算出手段、３０４…第４位置算出手段、４００…方位計測手段、５００…位置関係特定手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】