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(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】
(24)【登録日】2023-03-03
(45)【発行日】2023-03-13
(54)【発明の名称】荷揚げ装置
(51)【国際特許分類】
B65G 67/60 20060101AFI20230306BHJP
G01S 17/88 20060101ALI20230306BHJP
【ＦＩ】
B65G67/60 G
B65G67/60 D
G01S17/88
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2019074025
(22)【出願日】2019-04-09
(65)【公開番号】P2020172350
(43)【公開日】2020-10-22
【審査請求日】2021-12-22
(73)【特許権者】
【識別番号】000000099
【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ
(73)【特許権者】
【識別番号】000198363
【氏名又は名称】ＩＨＩ運搬機械株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000936
【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】久保 諒太郎
(72)【発明者】
【氏名】坂野 肇
(72)【発明者】
【氏名】阿久根 圭
【審査官】吉川 直也
(56)【参考文献】
【文献】特開平１１－０５９９１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－２０８８９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／１９５０４６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１４－１７９０１６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６５Ｇ ６７／６０－６７／６２
Ｇ０１Ｓ １７／８８－１７／９５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
船庫の壁面までの距離を計測する測距センサと、前記測距センサによって計測された複数の計測点に基づく直線を導出する直線導出部と、
前記直線の集合体による前記船庫のモデルを生成するモデル生成部と、
を備え、
前記モデル生成部は、
前記船庫内の積荷を荷揚げする垂直運搬機構に上方向に向かって近づく前記直線を抽出して蓄積する、荷揚げ装置。
【請求項2】
前記モデル生成部は、異なる時間に導出された前記直線を、船舶の特定部位を基準とした座標系に変換して蓄積し、蓄積した前記直線による前記船庫のモデルを生成する請求項１に記載の荷揚げ装置。
【請求項3】
前記モデル生成部は、前記垂直運搬機構との距離の変化が所定範囲以内の前記直線を抽出して蓄積する請求項１または２に記載の荷揚げ装置。
【請求項4】
前記船庫のモデルに基づいて、前記船庫と、前記垂直運搬機構との距離を導出する距離導出部を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の荷揚げ装置。
【請求項5】
前記距離導出部により導出された前記距離に基づいて、前記船庫と、前記垂直運搬機構との接近判定を行う接近判定部を備える請求項４に記載の荷揚げ装置。
【請求項6】
前記直線導出部は、前記垂直運搬機構の最下点に対応する位置を前記直線の下端点として導出する請求項１から５のいずれか１項に記載の荷揚げ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、荷揚げ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
荷揚げ装置は、船庫内に積載された積荷を、船庫外に搬出する。荷揚げ装置の一例としてアンローダ装置がある。アンローダ装置では、積荷の状態や、船庫の壁面までの距離等を操縦者が直接目視することが困難または不可能なことが多い。アンローダ装置では、掻取部にセンサを取り付け、船庫の壁までの距離を計測する技術（例えば、特許文献１）が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平８－０１２０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、船庫内には、積荷が積載されているため、船庫の壁面が積荷に覆われているところもある。このような場合、上記特許文献１に記載されたような技術では、積荷に覆われている船庫の壁面を推定することが困難である。
【0005】
さらに、積荷に覆われている壁面の形状を推定するために平面を推定・延長することも考えられる。しかし、船庫は波型の凹凸形状を持つことが多い。そのため、一般的に行われている平面推定方法では正しく形状を推定することが困難である。
【0006】
本開示は、このような課題に鑑み、船庫の形状を推定することが可能な荷揚げ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る荷揚げ装置は、船庫の壁面までの距離を計測する測距センサと、測距センサによって計測された複数の計測点に基づく直線を導出する直線導出部と、直線の集合体による船庫のモデルを生成するモデル生成部と、
を備え、モデル生成部は、船庫内の積荷を荷揚げする垂直運搬機構に上方向に向かって近づく直線を抽出して蓄積する。
を備え、モデル生成部は、船庫内の積荷を荷揚げする垂直運搬機構に上方向に向かって近づく直線を抽出して蓄積する。
【0008】
モデル生成部は、異なる時間に導出された直線を、船舶の特定部位を基準とした座標系に変換して蓄積し、蓄積した直線による船庫のモデルを生成してもよい。
【0009】
モデル生成部は、垂直運搬機構との距離の変化が所定範囲以内の直線を抽出して蓄積してもよい。
【0010】
荷揚げ装置は、船庫のモデルに基づいて、船庫と、垂直運搬機構との距離を導出する距離導出部を備えてもよい。
【0011】
荷揚げ装置は、距離導出部により導出された距離に基づいて、船庫と、垂直運搬機構との接近判定を行う接近判定部を備えてもよい。
【0012】
直線導出部は、垂直運搬機構の最下点に対応する位置を直線の下端点として導出してもよい。
【発明の効果】
【0013】
荷揚げ装置は、船庫の形状を推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】アンローダ装置の概要を説明する図である。
【図2】アンローダ装置の構成を説明する図である。
【図3】測距センサの計測範囲を説明する図である。
【図4】測距センサの計測範囲を説明する図である。
【図5】測距センサの計測範囲を説明する図である。
【図6】測距センサの計測範囲を説明する図である。
【図7】アンローダ装置の電気的な構成を説明する図である。
【図8】船庫のモデルを作成して接近判定を行う処理の流れを示すフローチャートである。
【図9】アンローダ装置の座標系を説明する図である。
【図10】アンローダ装置の座標系を説明する図である。
【図11】測距センサの計測点を説明する図である。
【図12】エッジ点を検出する様子を示す図である。
【図13】直線導出処理における直線を導出する様子を説明する図である。
【図14】エレベータおよび掻取部の代表点を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
【0016】
図１は、アンローダ装置１００の概要を説明する図である。図１に示すように、荷揚げ装置の一例としてのアンローダ装置１００は、岸壁２に沿って敷設された一対のレール３上を、レール３の延在方向に走行可能である。アンローダ装置１００は、岸壁２に停泊された船舶４の船庫５内に積載された積荷６を外部に搬出する。積荷６は、ばら荷が想定されており、一例として石炭が挙げられる。
【0017】
図２は、アンローダ装置１００の構成を説明する図である。なお、図２では、岸壁２および船舶４を断面で示している。図２に示すように、アンローダ装置１００は、走行体１０２、旋回体１０４、ブーム１０６、トップフレーム１０８、エレベータ１１０、掻取部１１２、ブームコンベア１１４を含んで構成される。なお、トップフレーム１０８、エレベータ１１０および掻取部１１２は、積荷６を船庫５から搬出する垂直運搬機構部として機能する。
【0018】
走行体１０２は、不図示のアクチュエータが駆動することで、レール３上を走行可能である。走行体１０２には、位置センサ１１６が設けられる。位置センサ１１６は、例えばロータリーエンコーダである。位置センサ１１６は、走行体１０２の車輪の回転数に基づき、所定の原点位置に対する走行体１０２の水平面上の位置を計測する。
【0019】
旋回体１０４は、走行体１０２の上部に、垂直軸を中心に旋回自在に設けられる。旋回体１０４は、不図示のアクチュエータが駆動することで、走行体１０２に対して旋回可能である。
【0020】
ブーム１０６は、旋回体１０４の上部に、傾斜角度を変更可能に設けられる。ブーム１０６は、不図示のアクチュエータが駆動することで、旋回体１０４を基準とした傾斜角度を変更可能である。
【0021】
旋回体１０４には、旋回角度センサ１１８および傾斜角度センサ１２０が設けられる。旋回角度センサ１１８および傾斜角度センサ１２０は、例えばロータリーエンコーダである。旋回角度センサ１１８は、走行体１０２に対する旋回体１０４の旋回角度を計測する。傾斜角度センサ１２０は、旋回体１０４に対するブーム１０６の傾斜角度を計測する。
【0022】
トップフレーム１０８は、ブーム１０６の先端に設けられる。トップフレーム１０８には、エレベータ１１０を旋回させるアクチュエータが設けられる。
【0023】
エレベータ１１０は、略円柱形状に形成される。エレベータ１１０は、中心軸を中心として旋回自在にトップフレーム１０８に支持される。トップフレーム１０８には、旋回角度センサ１２２が設けられる。旋回角度センサ１２２は、例えばロータリーエンコーダである。旋回角度センサ１２２は、トップフレーム１０８に対するエレベータ１１０の旋回角度を計測する。
【0024】
掻取部１１２は、エレベータ１１０の下端に設けられる。掻取部１１２は、エレベータ１１０の旋回に伴って、エレベータ１１０と一体的に旋回する。
【0025】
掻取部１１２は、複数のバケツ１１２ａおよびチェーン１１２ｂが設けられる。複数のバケツ１１２ａは、チェーン１１２ｂに連続的に配置される。チェーン１１２ｂは、掻取部１１２、および、エレベータ１１０の内部に架け渡される。
【0026】
掻取部１１２は、不図示のリンク機構が設けられる。リンク機構は、可動することにより、掻取部１１２の底部の長さを可変させる。これにより、掻取部１１２は、船庫５内の積荷６と接するバケツ１１２ａの数を可変させる。掻取部１１２は、チェーン１１２ｂを回動させることにより、底部のバケツ１１２ａによって船庫５内の積荷６を掻き取る。そして、積荷６を掻き取ったバケツ１１２ａは、チェーン１１２ｂの回動に伴ってエレベータ１１０の上部に移動する。
【0027】
ブームコンベア１１４は、ブーム１０６の下方に設けられる。ブームコンベア１１４は、バケツ１１２ａによってエレベータ１１０の上部に移動された積荷６を外部に搬出させる。
【0028】
このような構成でなるアンローダ装置１００は、走行体１０２によってレール３の延在方向に移動し、船舶４との長手方向の相対位置関係を調整する。また、アンローダ装置１００は、旋回体１０４によって、ブーム１０６、トップフレーム１０８、エレベータ１１０および掻取部１１２を旋回させ、船舶４との短手方向の相対位置関係を調整する。また、アンローダ装置１００は、ブーム１０６によって、トップフレーム１０８、エレベータ１１０および掻取部１１２を鉛直方向に移動させ、船舶４との鉛直方向の相対位置関係を調整する。また、アンローダ装置１００は、トップフレーム１０８によってエレベータ１１０および掻取部１１２を旋回させる。これにより、アンローダ装置１００は、掻取部１１２を任意の位置および角度に移動させることができる。
【0029】
ここで、船舶４は、複数の船庫５が設けられる。船庫５は、上部にハッチコーミング７が設けられる。ハッチコーミング７は、鉛直方向に所定高さの壁面を有している。また、ハッチコーミング７は、船庫５における中央付近の水平断面に比べて、開口面積が小さい。つまり、船庫５は、ハッチコーミング７により開口が窄まった形状をしている。なお、ハッチコーミング７の上方には、ハッチコーミング７を開閉するハッチカバー８が設けられる。
【0030】
アンローダ装置１００には、測距センサ１３０～１３６が設けられる。測距センサ１３０～１３６は、例えば、測距可能なレーザセンサであり、Ｖｅｌｏｄｙｎｅ社製のＶＬＰ－１６、ＶＬＰ－３２、Ｑｕａｎｅｒｇｙ社製のＭ８等が適用される。測距センサ１３０～１３６は、例えば円柱形状の本体部の側面に、軸方向に沿って離隔した１６のレーザー照射部が設けられる。レーザー照射部は、３６０度回転可能に本体部に設けられる。レーザー照射部は、互いに隣接して配置されたレーザー照射部との軸方向のレーザーの発射角度の差が１～２．５度間隔となるようにそれぞれ配置される。つまり、測距センサ１３０～１３６は、本体部の周方向に３６０度の範囲でレーザーを照射可能である。また、測距センサ１３０～１３６は、本体部の軸方向に直交する平面を基準として、±１５度の範囲でレーザーを発射可能である。また、測距センサ１３０～１３６は、レーザーを受信する受信部が本体部に設けられる。
【0031】
測距センサ１３０～１３６は、レーザー照射部を回転させながら所定角度毎にレーザーを照射する。測距センサ１３０～１３６は、複数のレーザー照射部から照射（投影）されて物体（計測点）で反射したレーザーを受信部でそれぞれ受信する。そして、測距センサ１３０～１３６は、レーザーが照射されてから受信するまでの時間に基づいて、物体までの距離を導出する。つまり、測距センサ１３０～１３６は、１つのレーザー照射部によって、１つの計測ライン上で複数の計測点までの距離をそれぞれ計測する。また、測距センサ１３０～１３６は、複数のレーザー照射部によって、複数の計測ライン上での複数の計測点までの距離をそれぞれ計測する。
【0032】
図３および図４は、測距センサ１３０～１３２の計測範囲を説明する図である。図３は、アンローダ装置１００を上方から見た際の測距センサ１３０～１３２の計測範囲を説明する図である。図４は、アンローダ装置１００を側方から見た際の測距センサ１３０～１３２の計測範囲を説明する図である。図３および図４において、測距センサ１３０～１３２の計測範囲を一点鎖線で示す。
【0033】
測距センサ１３０～１３２は、主に、ハッチコーミング７を検出する際に用いられる。測距センサ１３０～１３２は、図３および図４に示すように、トップフレーム１０８の側面に取り付けられる。具体的には、測距センサ１３０～１３２は、エレベータ１１０の中心軸を基準として、周方向に互いに１２０度離して配置される。また、測距センサ１３０～１３２は、本体部の中心軸が、エレベータ１１０の径方向に沿うように配置される。なお、測距センサ１３０～１３２は、鉛直方向の上半分が不図示のカバーで覆われる。
【0034】
したがって、測距センサ１３０～１３２は、図３および図４に示すように、計測方向として、水平面よりも下方であって、トップフレーム１０８の側面に接する接線を基準として±１５度の範囲に存在する物体までの距離を計測することができる。
【0035】
図５および図６は、測距センサ１３３～１３６の計測範囲を説明する図である。図５は、掻取部１１２を上方から見た際の測距センサ１３３～１３６の計測範囲を説明する図である。なお、図５では、アンローダ装置１００のうち、掻取部１１２のみを図示している。また、図５では、船舶４について、掻取部１１２と鉛直方向の同位置での水平断面を示している。図６は、アンローダ装置１００を側方から見た際の測距センサ１３３～１３６の計測範囲を説明する図である。図５および図６において、測距センサ１３３、１３４の計測範囲を一点鎖線で示す。また、図５および図６において、測距センサ１３５、１３６の計測範囲を二点鎖線で示す。
【0036】
測距センサ１３３～１３６は、主に、船庫５内の積荷６、および、船庫５の壁面（側壁および底面）を検出する際に用いられる。測距センサ１３３は、図５および図６に示すように、掻取部１１２の側面１１２ｃに取り付けられる。測距センサ１３３は、本体部の中心軸が、掻取部１１２の側面１１２ｃに直交するように配置される。測距センサ１３４は、掻取部１１２の側面１１２ｄに取り付けられる。測距センサ１３４は、本体部の中心軸が、掻取部１１２の側面１１２ｄに直交するように配置される。測距センサ１３３、１３４は、鉛直方向の一部が不図示のカバーで覆われる。
【0037】
したがって、測距センサ１３３、１３４は、計測方向として、掻取部１１２の側面１１２ｃおよび側面１１２ｄの上方側の一部および下方側であって、掻取部１１２の側面１１２ｃおよび側面１１２ｄと平行な位置を基準として±１５度の範囲に存在する物体の距離を計測することができる。なお、本実施形態の測距センサ１３３、１３４は、掻取部１１２の底部が位置する平面上において、少なくとも掻取部１１２の底部の最大長さ以上の範囲を計測できるように配置される。
【0038】
測距センサ１３５は、掻取部１１２の側面１１２ｃに取り付けられる。測距センサ１３５は、本体部の中心軸が、掻取部１１２の底面と直交するように配置される。測距センサ１３６は、掻取部１１２の側面１１２ｄに取り付けられる。測距センサ１３６は、本体部の中心軸が、掻取部１１２の底面と直交するように配置される。
【0039】
したがって、測距センサ１３５、１３６は、計測方向として、掻取部１１２の外方であって、掻取部１１２の側面１１２ｃおよび側面１１２ｄに直交する水平面(あるいは、本体部の中心軸と直交する平面)を基準として±１５度の範囲に存在する物体の距離を計測することができる。
【0040】
測距センサ１３０～１３６は、物体までの距離を計測すると、物体までの距離を示す計測データをアンローダ制御部１４０（図７参照）に送信する。
【0041】
【0042】
アンローダ制御部１４０は、位置センサ１１６、旋回角度センサ１１８、傾斜角度センサ１２０、旋回角度センサ１２２、測距センサ１３０～１３６、記憶部１４２および表示部１４４と接続される。アンローダ制御部１４０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。アンローダ制御部１４０は、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。そして、アンローダ制御部１４０は、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して、アンローダ装置１００全体を管理および制御する。
【0043】
また、アンローダ制御部１４０は、駆動制御部１５０、領域生成部１５２、エッジ検出部１５４、計測データ取得部１５６、座標変換導出部１５８、直線導出部１６０、モデル生成部１６２、距離導出部１６４、接近判定部１６６として機能する。駆動制御部１５０は、アンローダ装置１００の駆動を制御する。なお、アンローダ制御部１４０の他の機能部の詳細については後述する。
【0044】
記憶部１４２は、ハードディスク、不揮発性メモリ等の記憶媒体である。記憶部１４２は、詳しくは後述する船庫５のモデルを記憶する。
【0045】
表示部１４４は、ＬＥＤディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等である。表示部１４４には、船庫５の３次元モデルに対してアンローダ装置１００の３次元モデルが配置された画像が表示される。
【0046】
図８は、船庫５のモデルを作成して接近判定を行う処理の流れを示すフローチャートである。なお、船庫５のモデルを作成して接近判定を行う処理は、アンローダ装置１００によって積荷６を初めて掻き取る船庫５に対して行われることを前提としている。
【0047】
図８に示すように、船庫５のモデルを作成して接近判定を行う処理を開始すると、まず、計測データ取得部１５６は、測距センサ１３０～１３６で計測された計測点の計測データを随時取得する（Ｓ１００）。なお、計測データ取得部１５６は、掻取部１１２が船庫５内の積荷６の掻き取り作業を開始してから、全ての積荷６を掻き取り終えるまでの間（例えば１０時間）、各測距センサ１３０～１３６から計測データを１秒に１～５回の頻度で定期的に取得する。
【0048】
図９および図１０は、アンローダ装置１００の座標系を説明する図である。図９は、アンローダ装置１００を上方から見た図である。図１０は、アンローダ装置１００を側方から見た図である。ここで、アンローダ装置１００は、３つの座標系、すなわち、地上座標系３００、トップフレーム座標系３１０およびハッチコーミング座標系３２０を有する。
【0049】
図９および図１０に示すように、地上座標系３００は、予め設定されたアンローダ装置１００の初期位置を原点としている。地上座標系３００は、レール３の延在方向および鉛直方向に直交する方向をＸａ軸方向とする。地上座標系３００は、レール３の延在方向をＹａ軸方向とする。地上座標系３００は、鉛直方向をＺａ軸方向とする。
【0050】
トップフレーム座標系３１０は、エレベータ１１０の中心軸上であって、鉛直方向におけるトップフレーム１０８の下端を原点としている。トップフレーム座標系３１０は、ブーム１０６の下面の延在方向であって、ブーム１０６に沿った方向をＸｂ軸方向とする。トップフレーム座標系３１０は、ブーム１０６の下面の延在方向であって、ブーム１０６に直交する方向をＹｂ軸方向とする。トップフレーム座標系３１０は、エレベータ１１０の延在方向をＺｂ軸方向とする。
【0051】
ハッチコーミング座標系３２０は、船舶４のハッチコーミング７における船尾側の壁面の中心位置であって、ハッチコーミング７の上端を原点（船舶４の特定部位）としている。ハッチコーミング座標系３２０は、船舶４の長手方向、つまり、船舶４に沿ったハッチコーミング７の延在方向をＸｃ軸方向とする。ハッチコーミング座標系３２０は、船舶４の短手方向（幅方向）をＹｃ軸方向とする。ハッチコーミング座標系３２０は、ハッチコーミング７の上端面に直交する上方向をＺｃ軸方向とする。
【0052】
そして、計測データ取得部１５６により測距センサ１３０～１３６から計測データが取得される度に、座標変換導出部１５８は、トップフレーム座標系３１０をハッチコーミング座標系３２０に変換するための変換パラメータを導出する座標変換処理を行う（Ｓ１０２）。
【0053】
ここで、地上座標系３００、トップフレーム座標系３１０は、アンローダ装置１００の形状、および、アンローダ装置１００の移動に基づいて変換が可能である。
【0054】
例えば、測距センサ１３３～１３６は、掻取部１１２に取り付けられているため、掻取部１１２に対する位置は予め既知となっている。そして、エレベータ１１０の旋回角度に基づいて、トップフレーム座標系３１０の位置を導出することができる。
【0055】
また、測距センサ１３０～１３２は、トップフレーム１０８に取り付けられているため、トップフレーム座標系３１０の位置が予め既知となっている。
【0056】
ここで、トップフレーム座標系３１０と、ハッチコーミング座標系３２０とは、アンローダ装置１００および船舶４の移動に伴って相対的な位置関係が変化する。例えば、船舶４が揺れたり、潮の満ち引きや積荷６の積載量によって船舶４が鉛直方向に移動したりすることで、トップフレーム座標系３１０と、ハッチコーミング座標系３２０とは、相対的な位置関係が変化する。
【0057】
そこで、エッジ検出部１５４は、測距センサ１３０～１３２により測定される計測点の計測データに基づいてハッチコーミング７の上端のエッジを検出する。そして、座標変換導出部１５８は、検出したハッチコーミング７の上端のエッジに基づいて、トップフレーム座標系３１０をハッチコーミング座標系３２０に変換するための変換パラメータを導出する。
【0058】
まず、エッジ検出部１５４は、測距センサ１３０～１３２の位置、および、測距センサ１３０～１３２により計測された計測点までの距離に基づいて、トップフレーム座標系３１０における計測点の３次元位置を導出する。
【0059】
図１１は、測距センサ１３０～１３２の計測点を説明する図である。なお、図１１では、ハッチコーミング７上の測距センサ１３０～１３２の計測範囲を太線で示す。図１１に示すように、測距センサ１３０～１３２は、水平面よりも下方であって、トップフレーム１０８に接する平面を基準として測距センサ１３０～１３２から±１５度の範囲に存在する物体までの距離を計測する。
【0060】
したがって、測距センサ１３０～１３２は、測距センサ１３０～１３２の鉛直下方（エレベータ１１０の回転中心）を基準として、前方側と後方側とで異なるハッチコーミング７のエッジが計測範囲となる。なお、前方側とは、１回の計測において前半に計測された計測範囲をいう。また、後方側とは、１回の計測において後半に計測された計測範囲をいう。
【0061】
そこで、測距センサ１３０～１３２で計測された測定点を、測距センサ１３０～１３２の鉛直下方を基準として、前方側および後方側の２つに分割する。
【0062】
図１２は、エッジ点を検出する様子を示す図である。なお、図１２において、計測点を黒丸で示す。図１３では、測距センサ１３０～１３２の１つのレーザー照射部に照射されたレーザーによって計測された計測点を図示している。
【0063】
エッジ検出部１５４は、１つのレーザー照射部により照射されて計測された１つの計測ラインの計測点群毎（前方側、後方側毎）に以下の処理を行う。エッジ検出部１５４は、１つのレーザー照射部により照射されて計測された各計測点のベクトル（方向）を導出する。なお、計測点のベクトルは、連続して計測される計測点のうち、１の計測点に対する、次に計測される計測点の方向（ベクトル）を、１の計測点のベクトルとして導出する。
【0064】
そして、エッジ検出部１５４は、計測点のベクトルが鉛直方向とされる計測点を抽出する。これは、測距センサ１３０～１３２により計測されるハッチコーミング７の壁面（側面）が概ね鉛直方向に延在しているので、ハッチコーミング７の壁面に計測点がある場合、計測点のベクトルが鉛直方向となるからである。
【0065】
そして、エッジ検出部１５４は、抽出された計測点のうち、連続して抽出された計測点が複数ある場合、鉛直方向における最も上方の点を抽出する。これは、ハッチコーミング７の上端のエッジを検出するため、連続して計測された計測点群においては、最も上方の点が、ハッチコーミング７の上端のエッジである可能性があるからである。
【0066】
続いて、エッジ検出部１５４は、抽出された計測点のうち、トップフレーム座標系３１０におけるＸｂ軸方向およびＹｂ軸方向における最も原点に近い計測点を抽出する。つまり、エッジ検出部１５４は、エレベータ１１０の中心軸に最も近い計測点を抽出する。これは、ハッチコーミング７が船舶４の各構造物のうち、最もエレベータ１１０に近い位置にあるからである。
【0067】
そして、エッジ検出部１５４は、抽出された計測点に対して、トップフレーム座標系３１０におけるＸｂ軸方向およびＹｂ軸方向の所定の範囲（例えば数十ｃｍの範囲）に存在する計測点を再抽出する。ここでは、ハッチコーミング７上の計測点を抽出することになる。
【0068】
そして、エッジ検出部１５４は、再抽出した計測点、つまり、ハッチコーミング７上の計測点のうち、鉛直方向における最も上方の計測点をハッチコーミング７のエッジ点として抽出する。
【0069】
エッジ検出部１５４は、測距センサ１３０～１３２の１つのレーザー照射部により照射されて計測された計測点群毎に、前方側および後方側のエッジ点を抽出する。
【0070】
そして、全てのエッジ点が抽出されると、エッジ検出部１５４は、ハッチコーミング７のエッジの直線を検出する。具体的には、エッジ検出部１５４は、測距センサ１３０の前方側でそれぞれ抽出されたエッジ点を１つのグループとする。同様に、エッジ検出部１５４は、測距センサ１３０の後方側でそれぞれ抽出されたエッジ点を１つのグループとする。さらに、エッジ検出部１５４は、測距センサ１３１、１３２の前方側および後方側でそれぞれ抽出されたエッジ点をそれぞれグループとする。
【0071】
ここで、図１１に示したように、測距センサ１３０～１３２の前方側および後方側でそれぞれ計測されるハッチコーミング７の上端のエッジの直線は、ハッチコーミング７の角を含む場合、２本計測されることになる。
【0072】
そこで、エッジ検出部１５４は、グループごとに、抽出されたエッジ点間の線分のうち、最も多くの類似の線分をもつものを候補ベクトルとして導出する。そして、エッジ検出部１５４は、候補ベクトルに対して予め設定された範囲内に存在するエッジ点を抽出する。そして、エッジ検出部１５４は、抽出したエッジ点を用いて直線を再計算する。
【0073】
次に、エッジ検出部１５４は、抽出されなかったエッジ点を用いて上記した処理を繰り返し行う。ただし、抽出されたエッジ点の数が、予め設定された閾値未満である場合、直線を導出しない。これにより、ハッチコーミング７の角を含む場合であっても、２本のエッジの直線を導出することができる。
【0074】
エッジ検出部１５４は、グループごとに、上記した処理を繰り返し行うことで、エッジの直線を導出する。
【0075】
このように、エッジの直線は、１箇所で最大２個検出されるため、最大で１２本検出されることになる。
【0076】
そして、エッジ検出部１５４は、検出された直線のうち、各直線間におけるなす角を導出する。そして、エッジ検出部１５４は、なす角が予め決められた閾値以下である場合、同一の直線であるとして統合する。具体的には、なす角が予め決められた閾値以下である直線を構成するエッジ点を用いて、最小二乗近似により直線を再導出する。
【0077】
続いて、エッジ検出部１５４は、検出したエッジの直線から、各辺の３次元方向ベクトル、各辺の３次元重心座標、各辺の長さ、各辺の端点の座標を含むエッジ辺情報を導出する。このように、船舶４の上方に設けられた測距センサ１３０～１３２を用いて、船庫５の上部に設けられたハッチコーミング７のエッジ辺情報を導出することで、船庫５の位置（姿勢）を精度よく容易に導出することが可能となる。
【0078】
次に、座標変換導出部１５８は、記憶部１４２に記憶されたハッチコーミング７の３次元モデル情報と、トップフレーム座標系３１０で表現されるエッジ辺情報（検出結果）とに基づいて、トップフレーム座標系３１０とハッチコーミング座標系３２０との変換パラメータを導出する座標変換処理を行う（図８のＳ１０２）。なお、ハッチコーミング７の３次元モデル情報は、ハッチコーミング座標系３２０によって表されるハッチコーミング７の３次元モデルを示すものである。ハッチコーミング７の３次元モデル情報は、測距センサ１３０～１３２によって計測された計測点の計測データを用いて作成されてもよい。また、ハッチコーミング７の３次元モデル情報は、他の計測器により計測された計測データを用いて作成されてもよい。また、ハッチコーミング７の３次元モデル情報は、ハッチコーミング７の図面に基づいて作成されてもよい。
【0079】
座標変換導出部１５８は、ブーム１０６の旋回角度だけ、検出したハッチコーミング７のエッジの直線の向きを回転させることで大まかな補正を行う。また、座標変換導出部１５８は、検出したハッチコーミング７のエッジの直線と、３次元形状情報におけるハッチコーミング７の上端の辺とを、エッジの向きが最も近い直線同士を対応付ける。これにより、正しい対応付けがなされるため、安定して正解に近い解の変換パラメータが得られる。なお、対応付けにおいては、検出したハッチコーミング７のエッジの直線を３次元点群で表し、その３次元点群と、３次元モデル情報におけるハッチコーミング７の上端の辺との最短距離の平均値が近いもの同士を対応付けてもよい。また、エッジの向きおよび最短距離の平均値の双方を考慮して対応付けてもよい。
【0080】
そして、座標変換導出部１５８は、変換パラメータである、Ｘｂ軸、Ｙｂ軸、Ｚｂ軸回りの回転角度α、β、γと、進行ベクトルｔ＝（ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ）とを例えばＬＭ法により求める。ＬＭ法では、例えばエッジの直線を構成するエッジ点と、３次元形状情報に基づくハッチコーミング７の上端の辺との距離の差の二乗和を評価関数とし、その評価関数を最小にする変換パラメータを求める。具体的には、エッジの直線を構成するエッジ点と３次元形状情報に基づくハッチコーミング７の上端の辺との距離の合計、または、エッジの直線と３次元形状情報に基づくハッチコーミング７の上端の辺とにより形成される曲面の面積が最小となるように変換パラメータを求める。なお、変換パラメータを求める手法は、ＬＭ法に限らず、最急降下法、ニュートン法など他の手法であってもよい。
【0081】
このようにして、座標変換導出部１５８は、トップフレーム座標系３１０をハッチコーミング座標系３２０に変換するための変換パラメータを導出する。
【0082】
これにより、アンローダ装置１００は、掻取部１１２に設けられた測距センサ１３３～１３６によって計測された計測点の３次元位置をハッチコーミング座標系３２０で表現することが可能となる。したがって、測距センサ１３３～１３６は、船庫５の計測点におけるハッチコーミング座標系３２０の３次元位置（位置情報）に関する計測データを計測しているとも言える。また、ハッチコーミング座標系３２０で表現することで、アンローダ装置１００に対する船舶４の揺れ、位置の変化の影響を低減することができる。
【0083】
直線導出部１６０は、測距センサ１３３および１３４により計測された計測点の３次元位置に基づいて、直線を導出する直線導出処理を行う（図８のＳ１０４）。
【0084】
【0085】
直線導出部１６０は、測距センサ１３３により計測点の計測データを取得すると、計測ライン毎に直線を導出する。つまり、図１３は、特定のレーザー照射部による１回の計測軌道に基づいて切取った船庫５の断面を示す図ともいえる。上記したように、測距センサ１３３は、１６のレーザー照射部が設けられているため、一回の測定において１６の計測ライン上の計測点までの距離を計測することができる。なお、直線導出部１６０は、測距センサ１３４により計測点の計測データを取得すると、同様に、計測ライン毎に直線を導出する。
【0086】
直線導出部１６０は、１の計測ライン上の計測点毎に直線を導出する。具体的には、直線導出部１６０は、測距センサ１３３および１３４により計測された計測点のうち、１の計測ライン上の計測点のトップフレーム座標系３１０の３次元位置を導出する。
【0087】
続いて、直線導出部１６０は、１の計測ライン上の計測点のベクトル（方向）を導出する。なお、直線導出部１６０は、連続して計測される計測点のうち、１の計測点に対する、(当該計測の時系列で)次に計測される計測点の方向（ベクトル）を、１の計測点のベクトルとして導出する。
【0088】
そして、直線導出部１６０は、計測点のベクトルが、船庫５の壁面とされる計測点を抽出する。ここでは、例えば、計測点のベクトルが鉛直方向であること、または、鉛直方向に対して所定の範囲内であることが設定されている。つまり、直線導出部１６０は、ベクトルが鉛直方向に近い計測点を選定している。これは、測距センサ１３３により計測される船庫５の壁面（側壁および上壁）が概ね鉛直方向および鉛直方向に対して所定の範囲内に延在しているからである。
【0089】
直線導出部１６０は、抽出した計測点をクラスタリングする。ここでは、直線導出部１６０は、抽出した計測点のベクトルが同一とみなされる範囲内である計測点同士を同一のクラスタに分類していく。図１３の例では、側壁５ａに対応する計測点と、上壁５ｂに対応する計測点とが、それぞれ異なるクラスタに分類される。
【0090】
そして、直線導出部１６０は、同一のクラスタに分類された計測点を用いて直線Ｌを導出する。ここでは、直線導出部１６０は、同一のクラスタに分類された計測点の３次元位置に対して例えば最小二乗法等を適用して近似直線を求めることにより直線Ｌを導出する。図１３の例では、２つの直線Ｌ１、Ｌ２が導出される。直線Ｌは、船庫５の壁面（側壁５ａおよび上壁５ｂ）を表す直線として導出される。
【0091】
続いて、直線導出部１６０は、導出した直線Ｌの上端点ＴＰおよび下端点ＢＰを導出する。上端点ＴＰは、直線Ｌを導出したクラスタに属する計測点のうち、最もＺｂ軸方向の値が大きい計測点のＺｂ軸方向の座標を直線Ｌに代入した位置である。下端点ＢＰは、掻取部１１２の底面のＺｂ軸方向の座標を直線Ｌに代入した位置である。図１３の例では、直線Ｌ１について、上端点ＴＰ１および下端点ＢＰ１が導出され、直線Ｌ２について、上端点ＴＰ２および不図示の下端点ＢＰ２が導出される。つまり、直線Ｌは、上端点ＴＰから下端点ＢＰまでの直線となる。
【0092】
このように、直線Ｌは、掻取部１１２の底面のＺｃ軸方向の座標（垂直運搬機構における最下点）に対応する下端点ＢＰまで延長されることになる。これにより、直線Ｌは、積荷６に覆われている部分まで船庫５の壁面が存在するものと推定して抽出されることになる。
【0093】
また、直線導出部１６０は、直線Ｌを導出したクラスタに属する計測点の重心位置を、直線Ｌの重心位置として導出する。さらに、直線導出部１６０は、直線Ｌのベクトル（方向）を導出する。
【0094】
続いて、直線導出部１６０は、導出された直線Ｌのうち、Ｚｂ軸方向の正方向（上方向）に向かうに連れて、原点、つまり、エレベータ１１０および掻取部１１２（垂直運搬機構）に近づく直線Ｌを抽出する。ここでは、上壁５ｂに相当する直線Ｌが抽出される。
【0095】
また、直線導出部１６０は、導出された直線Ｌのうち、エレベータ１１０および掻取部１１２（垂直運搬機構）との距離の変化がＸｂ軸方向に亘って所定範囲以内（相対的に小さい）の直線Ｌを抽出する。ここでは、側壁５ａに相当する直線Ｌが抽出される。なお、直線導出部１６０は、全ての直線Ｌを抽出するようにしてもよい。
【0096】
直線導出部１６０は、計測ライン毎に、直線Ｌを導出および抽出するとともに、直線Ｌの上端点ＴＰ、下端点ＢＰ、重心位置およびベクトルを導出する。
【0097】
また、直線導出部１６０は、掻取部１１２が所定角度（例えば、１～５度）回転する、もしくは、所定の距離移動する度に、測距センサ１３３、１３４で計測された計測データに基づいて、直線Ｌを導出および抽出するとともに、直線Ｌの上端点ＴＰ、下端点ＢＰ、重心位置およびベクトルを導出する。
【0098】
モデル生成部１６２は、直線導出部１６０により抽出された直線Ｌを、変換パラメータを用いてハッチコーミング座標系３２０の３次元位置に変換して蓄積していく。そして、モデル生成部１６２は、蓄積された（異なる時間で蓄積された）直線Ｌの集合体である船庫５のモデルを生成する（図８のＳ１０６）。したがって、船庫５のモデルは、船庫５を形どる情報となる多数の直線Ｌによって表されたモデルとなる。つまり、船庫５のモデルは、船庫５の壁面部分がモデル化されたものとなる。また、船庫５のモデルは、時系列的に異なる直線Ｌが集められたものとなるため、限られた視野の測距センサ１３３、１３４を用いても、直線Ｌを蓄積することで、船庫５全周の壁面を作成することができる。さらに、船庫５のモデルは、概ね鉛直方向に向かう直線Ｌの集合によりモデル化することで、船庫５の波型の壁面も、リブが出ている形状も精度良く推定することが可能となる。
【0099】
距離導出部１６４は、船庫５のモデルと、エレベータ１１０および掻取部１１２との距離を導出する。
【0100】
図１４は、エレベータ１１０および掻取部１１２の代表点を説明する図である。なお、図１４では、エレベータ１１０および掻取部１１２の代表点を黒丸で示す。図１４に示すように、エレベータ１１０および掻取部１１２には、予め代表点が設定されている。代表点は、アンローダ装置１００が駆動する際に、船庫５と接近する可能性がある位置（表面）に設定されており、エレベータ１１０および掻取部１１２の延在方向に対して複数設定されている。
【0101】
距離導出部１６４は、船庫５のモデルに含まれる直線Ｌと、エレベータ１１０および掻取部１１２の代表点との同一ＸｃＹｃ平面上での距離を、Ｚｃ軸方向の位置を変えてそれぞれ導出する（図８のＳ１０８）。なお、距離導出部１６４は、エレベータ１１０および掻取部１１２の代表点と、その代表点のＸｃ軸方向の位置に対して一定範囲内に重心位置が含まれる直線Ｌとの距離を導出してもよい。
【0102】
そして、距離導出部１６４は、同一ＸｃＹｃ平面上において、船庫５のモデルに含まれる直線Ｌと、エレベータ１１０および掻取部１１２の代表点との距離が最も近い距離を最小距離として抽出する。つまり、距離導出部１６４は、Ｚｃ軸方向の異なる位置における最小距離をそれぞれ導出する。これにより、同一ＸｃＹｃ平面上において、船庫５と、エレベータ１１０および掻取部１１２とが最も接近している位置および距離が把握可能となる。
【0103】
接近判定部１６６は、距離導出部１６４により抽出された最小距離に基づいて、船庫５と、エレベータ１１０および掻取部１１２との接近判定を行う（図８のＳ１１０）。ここでは、接近判定部１６６は、最小距離が予め設定された閾値以下である場合、船庫５と、エレベータ１１０および掻取部１１２とが衝突するおそれがあると判定する。そして、接近判定部１６６は、最小距離が予め設定された閾値以下である場合、船庫５と、エレベータ１１０および掻取部１１２とが衝突するおそれがあるとして作業者に対して警告を行う。これにより、船庫５に対してエレベータ１１０および掻取部１１２が衝突してしまうことを回避させることができる。
【0104】
以上のように、アンローダ装置１００では、測距センサ１３３、１３４で計測された複数の計測点の直線Ｌを導出し、導出した直線Ｌの集合体である船庫５のモデルを生成した。これにより、アンローダ装置１００では、船庫５と、エレベータ１１０および掻取部１１２との位置関係を把握することができる。
【0105】
また、アンローダ装置１００では、直線Ｌを、掻取部１１２の底面に対応する位置（下端点ＢＰ）まで延長するようにした。これにより、アンローダ装置１００では、積荷６によって覆われている部分の船庫５の壁面の位置を、直線Ｌによって推測することができる。
【0106】
以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に技術的範囲に属するものと了解される。
【0107】
例えば、上記実施形態において、エッジ検出部１５４によるエッジの検出方法は一例に過ぎない。エッジ検出部１５４は、他の方法によりハッチコーミング７のエッジを抽出するようにしてもよい。
【0108】
また、上記実施形態において、アンローダ装置１００の移動に伴って測距センサ１３３、１３４を移動させるようにしたが、測距センサ１３３、１３４の向き等を変更可能にしてもよい。これにより、測距センサ１３３、１３４の計測範囲を広くし、早期に船庫５のモデル（直線Ｌ）を導出することができる。
【0109】
また、上記実施形態において、直線導出部１６０が、掻取部１１２が所定角度回転する度に、測距センサ１３３、１３４で計測された計測データに基づいて、直線Ｌを導出するようにした。しかしながら、モデル生成部１６２は、一定時間毎に、船庫５のモデルから、古い直線Ｌを削除していくようにしてもよい。これにより、データ容量の削減、および、処理負荷を低減することができる。
【0110】
また、上記実施形態において、直線導出部１６０が、測距センサ１３３、１３４で計測された全ての計測ライン毎に直線Ｌを導出するようにした。しかしながら、直線導出部１６０は、全ての計測ライン毎に直線Ｌを抽出しなくてもよい。つまり、直線導出部１６０は、導出する直線Ｌを間引くようにしてもよい。
【0111】
また、上記実施形態において、直線導出部１６０が、船庫５の壁面に相当する直線Ｌを導出するようにした。しかしながら、直線導出部１６０は、積荷６の表面に相当する直線Ｌを導出するようにしてもよい。
【0112】
また、上記実施形態において、座標変換処理を毎回行うようにした。しかしながら、ＳＬＡＭ法を用いて、過去に計測された計測点と、今回計測された計測点とのマッチングを取ることにより、計測点のハッチコーミング座標系３２０の３次元位置を推定するようにしてもよい。
【0113】
また、上記実施形態において、荷揚げ装置の一例としてアンローダ装置１００を例に挙げて説明した。しかしながら、荷揚げ装置は、連続アンローダ(バケット式、ベルト式、垂直スクリューコンベア式など)、ニューマチックアンローダ等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【0114】
本開示は、荷揚げ装置に利用することができる。
【符号の説明】
【0115】
１００ アンローダ装置（荷揚げ装置）
１３３ 測距センサ
１３４ 測距センサ
１６０ 直線導出部
１６２ モデル生成部
１６４ 距離導出部
１６６ 接近判定部
１３３ 測距センサ
１３４ 測距センサ
１６０ 直線導出部
１６２ モデル生成部
１６４ 距離導出部
１６６ 接近判定部
【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】