特開2022-155994荷下ろし装置、荷下ろし装置の校正方法、荷下ろし装置の校正プログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022155994
(43)【公開日】2022-10-14
(54)【発明の名称】荷下ろし装置、荷下ろし装置の校正方法、荷下ろし装置の校正プログラム
(51)【国際特許分類】
B65G 67/60 20060101AFI20221006BHJP
【ＦＩ】
B65G67/60 G
【審査請求】未請求
【請求項の数】18
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021059477
(22)【出願日】2021-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】503002732
【氏名又は名称】住友重機械搬送システム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105924
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 賢樹
(74)【代理人】
【識別番号】100116274
【弁理士】
【氏名又は名称】富所 輝観夫
(72)【発明者】
【氏名】原 孝介
【テーマコード（参考）】
3F077
【Ｆターム（参考）】
3F077AA04
3F077BA02
3F077BB01
3F077CA01
3F077DA03
3F077DB04
3F077EA02
3F077EA04
3F077EA19
3F077EA20
3F077EA21
3F077FA01
3F077FA02
(57)【要約】
【課題】カメラの位置や姿勢に関する誤差を効果的に検出できる荷揚げ装置を提供する。
【解決手段】船荷を荷揚げする荷揚げ装置１は、船２００に対して移動可能な走行部２と、走行部２に対して旋回可能な旋回フレーム５と、旋回フレーム５とブーム７を介して連結され船荷を搬出する荷揚げ部９と、荷揚げ部９に設けられ撮影対象物を撮影するカメラと、埠頭１０２上のレール３等をカメラで撮影して画素座標を取得する画素座標取得部と、画素座標およびレール３等の既知の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画素とレール３等の既知の座標の誤差を検出する座標誤差検出部とを備える。
【選択図】図５
【解決手段】船荷を荷揚げする荷揚げ装置１は、船２００に対して移動可能な走行部２と、走行部２に対して旋回可能な旋回フレーム５と、旋回フレーム５とブーム７を介して連結され船荷を搬出する荷揚げ部９と、荷揚げ部９に設けられ撮影対象物を撮影するカメラと、埠頭１０２上のレール３等をカメラで撮影して画素座標を取得する画素座標取得部と、画素座標およびレール３等の既知の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画素とレール３等の既知の座標の誤差を検出する座標誤差検出部とを備える。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
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、
前記搬出部に設けられ、撮影対象物を撮影する撮影部と、
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撮影部で撮影し、得られた画像中の画素座標系における前記基準物の画素座標を取得する画素座標取得部と、
前記撮影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、画素座標系における前記画素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する座標変換部と、
前記同一座標系において前記画素座標と前記基準物の既知の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。
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、
前記搬出部に設けられ、撮影対象物を撮影する撮影部と、
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撮影部で撮影し、得られた画像中の画素座標系における前記基準物の画素座標を取得する画素座標取得部と、
前記撮影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、画素座標系における前記画素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する座標変換部と、
前記同一座標系において前記画素座標と前記基準物の既知の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。
【請求項2】
前記基準物は線分状の縁を有する構造物であり、
前記画素座標取得部は、前記画素座標系における前記縁上の少なくとも二点の画素座標を取得し、
前記座標誤差検出部は、前記同一座標系において、前記少なくとも二点の画素座標を結ぶ線分と、前記基準物の既知の線分状の縁のずれを検出する
請求項１に記載の荷下ろし装置。
前記画素座標取得部は、前記画素座標系における前記縁上の少なくとも二点の画素座標を取得し、
前記座標誤差検出部は、前記同一座標系において、前記少なくとも二点の画素座標を結ぶ線分と、前記基準物の既知の線分状の縁のずれを検出する
請求項１に記載の荷下ろし装置。
【請求項3】
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、前記地上座標系と前記画素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または２に記載の荷下ろし装置。
【請求項4】
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３に記載の荷下ろし装置。
【請求項5】
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３または４に記載の荷下ろし装置。
【請求項6】
前記搬出部は、前記積荷を掻き取る掻き取り部と、掻き取られた積荷を上方に運搬するエレベータ部を備え、
前記撮影部は前記掻き取り部に設けられる
請求項１から５のいずれかに記載の荷下ろし装置。
前記撮影部は前記掻き取り部に設けられる
請求項１から５のいずれかに記載の荷下ろし装置。
【請求項7】
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１から６のいずれかに記載の荷下ろし装置。
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１から６のいずれかに記載の荷下ろし装置。
【請求項8】
前記基準物は線状の縁を有する構造物である請求項７に記載の荷下ろし装置。
【請求項9】
前記基準物は平面を有する構造物である請求項７または８に記載の荷下ろし装置。
【請求項10】
前記基準物は端点を有する構造物である請求項７から９のいずれかに記載の荷下ろし装置。
【請求項11】
前記基準物はリフレクタである請求項７から１０のいずれかに記載の荷下ろし装置。
【請求項12】
前記基準物は前記軌道を構成する線路である請求項７から１１のいずれかに記載の荷下ろし装置。
【請求項13】
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１から１２のいずれかに記載の荷下ろし装置。
【請求項14】
前記画素座標取得部は、前記搬出部が前記積荷を搬出していない時に前記画素座標を取得する請求項１から１３のいずれかに記載の荷下ろし装置。
【請求項15】
前記画素座標取得部は、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画素座標を取得する請求項１から１４のいずれかに記載の荷下ろし装置。
【請求項16】
前記画素座標取得部は、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画素座標を取得する請求項１から１５のいずれかに記載の荷下ろし装置。
【請求項17】
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、
前記搬出部に設けられ、撮影対象物を撮影する撮影部と
を備える荷下ろし装置の校正方法であって、
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撮影部で撮影し、得られた画像中の画素座標系における前記基準物の画素座標を取得する画素座標取得ステップと、
前記撮影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、画素座標系における前記画素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する座標変換ステップと、
前記同一座標系において前記画素座標と前記基準物の既知の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、前記地上座標系と前記画素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。
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、
前記搬出部に設けられ、撮影対象物を撮影する撮影部と
を備える荷下ろし装置の校正方法であって、
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撮影部で撮影し、得られた画像中の画素座標系における前記基準物の画素座標を取得する画素座標取得ステップと、
前記撮影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、画素座標系における前記画素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する座標変換ステップと、
前記同一座標系において前記画素座標と前記基準物の既知の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、前記地上座標系と前記画素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。
【請求項18】
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、
前記搬出部に設けられ、撮影対象物を撮影する撮影部と
を備える荷下ろし装置の校正プログラムであって、
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撮影部で撮影し、得られた画像中の画素座標系における前記基準物の画素座標を取得する画素座標取得ステップと、
前記撮影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、画素座標系における前記画素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する座標変換ステップと、
前記同一座標系において前記画素座標と前記基準物の既知の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、前記地上座標系と前記画素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。
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、
前記搬出部に設けられ、撮影対象物を撮影する撮影部と
を備える荷下ろし装置の校正プログラムであって、
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撮影部で撮影し、得られた画像中の画素座標系における前記基準物の画素座標を取得する画素座標取得ステップと、
前記撮影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、画素座標系における前記画素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する座標変換ステップと、
前記同一座標系において前記画素座標と前記基準物の既知の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、前記地上座標系と前記画素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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１６－１６００３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ＣＳＵには、ばら荷を格納する船庫またはばら荷を撮影するカメラがばら荷を搬出する搬出部に設けられることがある。カメラで撮影された船庫またはばら荷の画像に基づいて、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、カメラ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カメラ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、上記のカメラの効果が減殺する。
【0005】
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、カメラ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。
【課題を解決するための手段】
【0006】
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、搬出部に設けられ、撮影対象物を撮影する撮影部と、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撮影部で撮影し、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画素座標取得部と、撮影部に対する搬出部の関係、搬出部に対する旋回部の関係、旋回部に対する移動部の関係に基づいて、画素座標系における画素座標および地上座標系における基準物の既知の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画素座標と基準物の既知の座標の誤差を検出する座標誤差検出部とを備える。
【0007】
この態様によれば、撮影部が既知の基準物を測定し、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。この画素座標および基準物の既知の座標は座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、「地上を基準とする地上座標系」とは、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座標系である。例えば、移動部が地上に敷設された既定のレール上を一定姿勢で移動する場合、レール上またはレール外の任意の点を地上座標系の原点としてもよいし、地上における位置が既知の移動部を地上座標系の原点としてもよい。この意味で、移動部を基準とする移動部座標系は、地上座標系の一つである。
【0008】
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、搬出部に設けられ、撮影対象物を撮影する撮影部とを備える荷下ろし装置の校正方法であって、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撮影部で撮影し、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画素座標取得ステップと、撮影部に対する搬出部の関係、搬出部に対する旋回部の関係、旋回部に対する移動部の関係に基づいて、画素座標系における画素座標および地上座標系における基準物の既知の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画素座標と基準物の既知の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、地上座標系と画素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。
【0009】
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。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、カメラ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できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】荷揚げ装置の全体的な構成を示す正面図である。
【図2】荷揚げ装置の全体的な構成を示す斜視図である。
【図3】荷揚げ部の詳細な構成を示す図である。
【図4】測距センサの外観を示す図である。
【図5】測距センサの配置例を示す上面図である。
【図6】第１実施形態に係る校正装置の機能ブロック図である。
【図7】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。
【図8】荷揚げ装置による基準物の測定例を示す上面図である。
【図9】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。
【図10】第２実施形態に係る校正装置の機能ブロック図である。
【図11】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。
【図12】第３実施形態に係る校正装置の機能ブロック図である。
【図13】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。
【図14】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。
【図15】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。
【発明を実施するための形態】
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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ｕｘ軸と、ｙ軸としてのｕｙ軸と、ｚ軸としてのｕｚ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、ｕｘ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、ｕｙ軸の方向は水平面内でｕｘ軸と直交する方向であり、ｕｚ軸の方向は鉛直方向である。
【0053】
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ｕｘ軸方向のみに移動するため、そのｕｙ座標およびｕｚ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ｕｙ座標およびｕｚ座標を０とする）。走行部２のｕｘ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（ｕｘ，ｕｙ，ｕｚ）＝（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ｕｘ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。
【0054】
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ｒｘ軸と、ｙ軸としてのｒｙ軸と、ｚ軸としてのｒｚ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Ｏｒと一致し、図７（Ａ）の断面視で旋回中心Ｏｒ直下の陸地上の点と一致する。ｒｘ軸の方向はｕｘ軸の方向に対して旋回角θ２だけ旋回しており、ｒｙ軸の方向は水平面内でｒｘ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、ｒｚ軸の方向は鉛直方向である。
【0055】
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Ｏｒ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Ｏｒが座標系ｒの原点と一致するため、そのｒｘ座標およびｒｙ座標は０である。また、旋回中心Ｏｒのｒｚ座標は陸地からの高さｈｒで一定である。また、旋回フレーム５の姿勢を表す旋回角θ２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Ｏｒの三次元座標（ｒｘ，ｒｙ，ｒｚ）＝（０，０，ｈｒ）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ｒｙ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。
【0056】
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ｂｘ軸と、ｙ軸としてのｂｙ軸と、ｚ軸としてのｂｚ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。ｂｙ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、ｂｘ軸の方向は水平面内でｂｙ軸と直交する方向であり、ｂｚ軸の方向は鉛直方向である。
【0057】
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Ｏｂ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Ｏｂの周りに起伏角θ１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Ｏｂの距離をＬｂ１とすれば、座標系ｂにおける起伏中心Ｏｂの座標（ｂｘ，ｂｙ，ｂｚ）は（０，－Ｌｂ１ｃｏｓθ１，－Ｌｂ１ｓｉｎθ１）である。また、起伏部の姿勢を表す起伏角θ１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Ｏｂ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Ｏｂ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（ｂｘ，ｂｙ，ｂｚ）は（０，Ｌｂ１ｃｏｓθ１，Ｌｂ１ｓｉｎθ１）となる。また、図示の例では説明の簡素化のためにｂｙ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。
【0058】
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ｌｘ軸と、ｙ軸としてのｌｙ軸と、ｚ軸としてのｌｚ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。ｌｙ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、ｌｘ軸の方向は水平面内でｌｙ軸と直交する方向であり、ｌｚ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。
【0059】
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（ｌｘ，ｌｙ，ｌｚ）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ｌｙ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。
【0060】
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ｄｘ軸と、ｙ軸としてのｄｙ軸と、ｚ軸としてのｄｚ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。ｄｙ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、ｄｘ軸の方向は水平面内でｄｙ軸と直交する方向であり、ｄｚ軸の方向は鉛直方向である。図７（Ｂ）に示されるように、ｄｙ軸の方向は、ｂｙ軸およびｒｙ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θ４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θ４だけ回転していることを示す。
【0061】
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ｄｚ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。
【0062】
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θ５も考慮される。
【0063】
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。
【0064】
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ｕｘ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。
【0065】
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（ｌｘ，ｌｙ，ｌｚ）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（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）が測距点座標取得部３０１によって取得される。
【0066】
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（ｌｘ，ｌｙ，ｌｚ）、（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）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。
【0067】
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。
【0068】
なお、図７における旋回角θ２によって定まる各測定位置Ｐ１～Ｐ８では、ブーム７の起伏角θ１、掻き取り部１１の回転角θ４、掻き取り部１１の屈曲角θ５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。
【0069】
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（ｌｘ，ｌｙ，ｌｚ）、（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）を測距部座標系ｌ、ｄから地上座標系ｕの座標（ｕｘ，ｕｙ，ｕｚ）に変換する。
【0070】
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ｐｌ＝（ｌｘ，ｌｙ，ｌｚ）という三次元ベクトルで表す。この測距点座標ｐｌ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ｐｌから起伏部座標系ｂの座標ｐｂ＝（ｂｘ，ｂｙ，ｂｚ）への変換、起伏部座標系ｂの座標ｐｂから旋回部座標系ｒの座標ｐｒ＝（ｒｘ，ｒｙ，ｒｚ）への変換、旋回部座標系ｒの座標ｐｒから地上座標系ｕの座標ｐｕ＝（ｕｘ，ｕｙ，ｕｚ）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。
【数1】
【0071】
第１の式は、測距部座標系ｌの座標ｐｌを起伏部座標系ｂの座標ｐｂ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。
【0072】
第２の式は、起伏部座標系ｂの座標ｐｂを旋回部座標系ｒの座標ｐｒに変換する式である。Ｒｘ（±θ１）は起伏部座標系ｂの原点を通るｂｘ軸の周りに起伏角θ１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Ｒｘ（－θ１）をｐｂに適用することで、そのｙ座標を起伏角θ１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Ｏｂまでの距離Ｌｂ１が加算される。続いてＲｘ（＋θ１）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Ｏｂ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Ｌｐが加算される。このように第２の式は、起伏中心Ｏｂ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θ１、Ｌｂ１、Ｌｂ３、Ｌｐ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。
【0073】
第３の式は、旋回部座標系ｒの座標ｐｒを地上座標系ｕの座標ｐｕに変換する式である。Ｒｚ（θ２）は旋回部座標系ｒの原点を通るｒｚ軸の周りに旋回角θ２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θ２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。
【0074】
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ｐｌ＝（ｌｘ，ｌｙ，ｌｚ）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ｐｕ＝（ｕｘ，ｕｙ，ｕｚ）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ｐｄ＝（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）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ｐｕ＝（ｕｘ，ｕｙ，ｕｚ）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ｐｄを起伏部座標系ｂの座標ｐｂ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θ４および屈曲角θ５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。
【0075】
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ｐｕ＝（ｕｘ，ｕｙ，ｕｚ）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ｐｕ＝（ｕｘ，ｕｙ，ｕｚ）と目印の既知の座標ｐｕ０＝（ｕｘ０，ｕｙ０，ｕｚ０）の各座標の誤差ｕｘ－ｕｘ０、ｕｙ－ｕｙ０、ｕｚ－ｕｚ０や、距離（（ｕｘ－ｕｘ０）^2＋（ｕｙ－ｕｙ０）^2＋（ｕｚ－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。
【0076】
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ｐｕ＝（ｕｘ，ｕｙ，ｕｚ）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ｐｕ＝（ｕｘ，ｕｙ，ｕｚ）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。
【0077】
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。
【数2】
【0078】
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。
【数3】
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
第３の補正パラメータρ１は、起伏角θ１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θ１の誤差や起伏角θ１を測定する角度センサの誤差がρ１によって補正される。具体的には、起伏角θ１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ρ１によってθ１が補正される。ここで、ρ１の方向および大きさは、起伏角θ１の不整合を最小化するように演算によって求められる。
【0082】
第４の補正パラメータρ２は、旋回角θ２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θ２の誤差や旋回角θ２を測定する角度センサの誤差がρ２によって補正される。具体的には、旋回角θ２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ρ２によってθ２が補正される。ここで、ρ２の方向および大きさは、旋回角θ２の不整合を最小化するように演算によって求められる。
【0083】
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Ｏｂ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Ｏｂ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Ｌｐ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Ｌｐにも補正パラメータを設定してもよい。
【0084】
また、補正モデルの第３の式における補正パラメータｃｘ、ｃｙは、それぞれ走行部２のｕｘ方向、ｕｙ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ｃｘ、ｃｙ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ｕｘ方向、ｕｙ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ｃｘ、ｃｙによって測距点座標が補正される。ここで、ｃｘ、ｃｙ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ｕｚ方向の走行部２の位置の誤差はｕｘ方向、ｕｙ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、ｕｚ方向の補正パラメータｃｚ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ｕｚ方向の補正パラメータｃｚを設定してもよい。
【0085】
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。
【数4】
【0086】
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ｐｌと地上座標系ｕの測距点座標ｐｕの関係を表す以下の式に変形できる。
【数5】
【0087】
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ｐｌ、ＣＳＵ１の起伏／旋回／移動の状態を表すベクトルｕ＝（θ１，θ２，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。
【0088】
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ｕｘ方向の長辺とｕｙ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（ｕｚ方向）に高さを持つ直方体形状である。
【0089】
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ｐｌの群のうち、ベルトコンベア４５の側面（ｕｙ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（ｕｚ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。
【数6】
【数7】
【0090】
一方、地上座標系ｕにおいて、ベルトコンベア４５の側面のｕｙ座標をｄｙ、ｕｙ方向の法線ベクトルをｎｙ＝（０，１，０）とし、ベルトコンベア４５の上面のｕｚ座標をｄｚ、ｕｚ方向の法線ベクトルをｎｚ＝（０，０，１）とする。
【0091】
この時、以下の誤差評価式において、ｎｙｇ－ｄｙ＝ｎｙｐｕ－ｄｙ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ｐｕのｕｙ座標（ｎｙｐｕ）とベルトコンベア４５側面の既知のｕｙ座標（ｄｙ）の誤差を表し、ｎｚｇ－ｄｚ＝ｎｚｐｕ－ｄｚ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ｐｕのｕｚ座標（ｎｚｐｕ）とベルトコンベア４５上面の既知のｕｚ座標（ｄｚ）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。
【数8】
【0092】
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。
【0093】
なお、補正パラメータｘは多数の補正パラメータ（φ、ρ１、ρ２、ｂ、ｃｘ、ｃｙ、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。
【数9】
【0094】
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ＲＭＳＥｙ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ＲＭＳＥｚ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。
【数10】
【0095】
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θ４と屈曲角θ５が加わるため、ＣＳＵ１の状態を表すベクトルｕは（θ１，θ２，θ４，θ５，ｘｔｌ）と書き換えられる。また、θ１、θ２の補正パラメータρ１、ρ２と同様に、θ４，θ５の補正パラメータρ４、ρ５を設定してもよい。
【0096】
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ｐｌ、ｐｄを地上座標系ｕの測距点座標ｐｕ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ｐｌ、ｐｄ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。
【0097】
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。
【数11】
【0098】
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。
【数12】
【数13】
【0099】
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θ１、旋回角θ２をセンサで正確に測定できないこともある。
【0100】
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Ｒｙ（ζ）、起伏角θ１、旋回角θ２を補正する補正角ξ１、ξ２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κ１、κ２はそれぞれ荷揚げ部９のｘ方向、ｙ方向の傾き角を表し、Ｒｙ（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。
【0101】
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ｐｌと地上座標系ｕの測距点座標ｐｕの関係を表す以下の式に変形できる。
【数14】
【0102】
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。
【数15】
【0103】
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。
【数16】
【0104】
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。
【数17】
【0105】
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（ｕｙ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～Ｎｙ）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（ｕｚ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～Ｎｚ）を表す。また、第１の補正モデルの誤差評価式でｄｙ、ｄｚと表記されたベルトコンベア４５の側面のｕｙ座標、上面のｕｚ座標は、ここではβｙ、βｚと表記されている。
【0106】
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。
【0107】
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。
【数18】
【0108】
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。
【0109】
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ｖｋ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。
【0110】
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。
【0111】
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θ１、旋回フレーム５の旋回角θ２、掻き取り部１１の回転角θ４、掻き取り部１１の屈曲角θ５、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。
【0112】
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ｐｌは測距部座標系ｌに属し、測距センサ１９の測距点座標ｐｄ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（ｕｙ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（ｕｚ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。
【0113】
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＝（θ１，θ２，θ４，θ５，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。
【0114】
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。
【0115】
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。
【0116】
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。
【0117】
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。
【0118】
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＝（ｑｕ，ｑｖ）等と表す。
【0119】
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。
【0120】
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。
【0121】
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（ｒｕ，ｒｖ）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ｒ１＝（ｒ１ｕ，ｒ１ｖ）、ｒ２＝（ｒ２ｕ，ｒ２ｖ）に射影する座標変換が行われる。
【0122】
まず、座標変換部３０２は以下の式のｐｕ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ｐｃ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。
【数19】
【0123】
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ｆｕ、ｆｖおよび画像中心ｃｕ、ｃｖが既知であるとして、以下の式によって、ｐｃ１＝（ｐｃ１ｘ，ｐｃ１ｙ，ｐｃ１ｚ）がｒ１＝（ｒ１ｕ，ｒ１ｖ）に射影され、ｐｃ２＝（ｐｃ２ｘ，ｐｃ２ｙ，ｐｃ２ｚ）がｒ２＝（ｒ２ｕ，ｒ２ｖ）に射影される。
【0124】
ｒ１ｕ＝ｆｕ（ｐｃ１ｘ／ｐｃ１ｚ）＋ｃｕ
ｒ１ｖ＝ｆｖ（ｐｃ１ｙ／ｐｃ１ｚ）＋ｃｖ
ｒ２ｕ＝ｆｕ（ｐｃ２ｘ／ｐｃ２ｚ）＋ｃｕ
ｒ２ｖ＝ｆｖ（ｐｃ２ｙ／ｐｃ２ｚ）＋ｃｖ
ｒ１ｖ＝ｆｖ（ｐｃ１ｙ／ｐｃ１ｚ）＋ｃｖ
ｒ２ｕ＝ｆｕ（ｐｃ２ｘ／ｐｃ２ｚ）＋ｃｕ
ｒ２ｖ＝ｆｖ（ｐｃ２ｙ／ｐｃ２ｚ）＋ｃｖ
【0125】
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ｒ１＝（ｒ１ｕ，ｒ１ｖ）、ｒ２＝（ｒ２ｕ，ｒ２ｖ）に変換された。
【0126】
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＝（ｑｕ，ｑｖ）と、基準物の既知の座標ｒ＝（ｒｕ，ｒｖ）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ｑ１＝（ｑ１ｕ，ｑ１ｖ）、ｑ２＝（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ｒ１＝（ｒ１ｕ，ｒ１ｖ）、ｒ２＝（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、ｒ１とｒ２を結ぶ既知の線分に対する点ｑ１の距離をｄ１、点ｑ２の距離をｄ２とした場合、ｄ１＋ｄ２、ｄ１^2＋ｄ２^2、（ｄ１^2＋ｄ２^2）^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。
【0127】
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。
【数20】
【0128】
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。
【数21】
【0129】
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。
【数22】
【0130】
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ｐｃと地上座標系ｕの三次元座標ｐｕの関係を表す以下の式に変形できる。
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。
【数23】
【0131】
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。
【数24】
【0132】
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ｑ１の距離ｄ１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ｑ２の距離ｄ２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。
【0133】
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。
【0134】
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ρ１、ρ２、ｃｘ、ｃｙ、ｄに対応する成分を大きく設定するのが好ましい。
【数25】
【0135】
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。
【0136】
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。
【0137】
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θ１、旋回フレーム５の旋回角θ２、掻き取り部１１の回転角θ４、掻き取り部１１の屈曲角θ５、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。
【0138】
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。
【0139】
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＝（θ１，θ２，θ４，θ５，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。
【0140】
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。
【0141】
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。
【0142】
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。
【0143】
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。
【0144】
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。
【0145】
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。
【0146】
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。
【0147】
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。
【0148】
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。
【0149】
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。
【0150】
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。
【0151】
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φｌ、位置に関するｂｌおよび撮影部座標系ｃの第２検知部の姿勢に関するφｃ、位置に関するｂｃが補正パラメータｘに含まれる。
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。
【数26】
【0152】
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。
【0153】
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。
【0154】
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。
【0155】
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。
【0156】
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＝（θ１，θ２，θ４，θ５，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。
【0157】
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。
【0158】
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。
【0159】
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。
【0160】
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。
【0161】
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。
【0162】
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。
【0163】
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θ１／旋回角θ２／回転角θ４／屈曲角θ５／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。
【0164】
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。
【0165】
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。
【0166】
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。
【0167】
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。
【0168】
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。
【0169】
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（ｋ１，ｍ１，ｎ）と表され、比較対象の第２位置データはＰ（ｋ２，ｍ２，ｎ）と表される。すなわち、第１位置データは時刻ｋ１（第１時刻）にｍ１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ｋ２（第２時刻）にｍ２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。
【0170】
ここで、第１時刻ｋ１と第２時刻ｋ２は同時刻でもよい。この場合、異なる検知部（ｍ１≠ｍ２）が同時刻（ｋ０＝ｋ１＝ｋ２）に同一検知対象物（ｎ）を検知した位置データＰ（ｋ０，ｍ１，ｎ）とＰ（ｋ０，ｍ２，ｎ）が比較される。また、第１時刻ｋ１と第２時刻ｋ２は異なる時刻でもよい。この場合、同一検知部（ｍ０＝ｍ１＝ｍ２）が異なる時刻（ｋ１≠ｋ２）に同一検知対象物（ｎ）を検知した位置データＰ（ｋ１，ｍ０，ｎ）とＰ（ｋ２，ｍ０，ｎ）を比較してもよいし、異なる検知部（ｍ１≠ｍ２）が異なる時刻（ｋ１≠ｋ２）に同一検知対象物（ｎ）を検知した位置データＰ（ｋ１，ｍ１，ｎ）とＰ（ｋ２，ｍ２，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。
【0171】
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（ｋ１，ｍ１，ｎ）、Ｐ（ｋ２，ｍ２，ｎ）の誤差を検出してもよい。
【0172】
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（ｋ１，ｍ１，ｎ）と第２位置データＰ（ｋ２，ｍ２，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（ｋ１，ｍ１，ｎ）および第２位置データＰ（ｋ２，ｍ２，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。
【0173】
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（ｋ１，ｍ１，ｎ）、Ｐ（ｋ２，ｍ２，ｎ）は、検知時刻ｋ１、ｋ２および検知部番号ｍ１、ｍ２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Ｎｐとする。
【0174】
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、Ｎｐ個の位置データ対のうち一定数以上（例えば半分（Ｎｐ／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。
【0175】
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。
【0176】
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θ１に関するρ１、旋回角θ２に関するρ２、走行部２の位置に関するｃｘ、ｃｙ、ブーム７の長さＬｂ１に関するｄ等が含まれる。
【0177】
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、ρ１が異常発生前後で有意に変化した場合は起伏角θ１の操作系統やセンサに異常が生じたことがわかり、ρ２が異常発生前後で有意に変化した場合は旋回角θ２の操作系統やセンサに異常が生じたことがわかり、ｃｘ、ｃｙ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。
【0178】
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θ１のリアルタイム誤差に関するξ１、旋回角θ２のリアルタイム誤差に関するξ２、荷揚げ部９の傾きに関するκ１、κ２、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、ξ１が異常発生前後で有意に変化した場合は起伏角θ１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、ξ２が異常発生前後で有意に変化した場合は旋回角θ２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、κ１、κ２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。
【0179】
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。
【0180】
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。
【0181】
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。
【0182】
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。
【0183】
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＝（θ１，θ２，θ４，θ５，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。
【0184】
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。
【0185】
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（ｋ１，ｍ１，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（ｋ２，ｍ２，ｎ）を比較する。
【0186】
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（ｋ１，ｍ１，ｎ）と第２位置データＰ（ｋ２，ｍ２，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。
【0187】
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。
【0188】
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。
【0189】
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。
【0190】
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。
【符号の説明】
【0191】
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。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】