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JPH08198584A - クレーンの無人運転方法及びその装置 - Google Patents

クレーンの無人運転方法及びその装置

Info

Publication number
JPH08198584A
JPH08198584A JP7097950A JP9795095A JPH08198584A JP H08198584 A JPH08198584 A JP H08198584A JP 7097950 A JP7097950 A JP 7097950A JP 9795095 A JP9795095 A JP 9795095A JP H08198584 A JPH08198584 A JP H08198584A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
spreader
container
crane
trolley
error
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7097950A
Other languages
English (en)
Inventor
Hyeong-Rok Lee
リー、ヒョン−ロク
Jae-Hoon Kim
キム、ジャエ−フーン
Moon-Hyun Kang
カン、ムーン−ヒュン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SANSEI JUKOGYO KK
Samsung Heavy Industries Co Ltd
Original Assignee
SANSEI JUKOGYO KK
Samsung Heavy Industries Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1019940006497A external-priority patent/KR950026793A/ko
Priority claimed from KR1019940009817A external-priority patent/KR950031828A/ko
Priority claimed from KR1019940025062A external-priority patent/KR0153560B1/ko
Priority claimed from KR1019940040280A external-priority patent/KR100335327B1/ko
Application filed by SANSEI JUKOGYO KK, Samsung Heavy Industries Co Ltd filed Critical SANSEI JUKOGYO KK
Publication of JPH08198584A publication Critical patent/JPH08198584A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66CCRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00Other constructional features or details
    • B66C13/04Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack
    • B66C13/06Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads
    • B66C13/063Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads electrical
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66CCRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00Other constructional features or details
    • B66C13/18Control systems or devices
    • B66C13/46Position indicators for suspended loads or for crane elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control And Safety Of Cranes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】クレーンの無人運転方法及びその装置に係り、
特にコンテナを移動させるための港湾用クレーンを提供
する。 【構成】クレーンを運転する際風など外乱による影響を
補償し、スプレッダとクレーンの位置、姿勢を感知して
コンテナを自動に着脱できるようにすることにより、コ
ンテナを移動させるためのクレーンの完全自動化を可能
にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はクレーンの無人運転方法
及びその装置に係り、特にコンテナを移動させるための
港湾用クレーンに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、港湾用積載上に積載されている
コンテナを船舶に載せる作業や、船舶に積載されている
コンテナの荷役作業にはクレーンが使われる。このよう
なクレーンはコンテナが着脱できるスプレッダ、スプレ
ッダを上下に移動させるためのホイスト及びスプレッダ
を横移動させるためのトロリーを備えてある。係るクレ
ーンにおいて手動で運転する場合、トロリーなどは最大
速度に横行させた後一定位置で急に減速することにより
目標位置に達するようにしている。この場合、トロリー
が正確に目標位置に停止し難く、スプレッダの揺れが激
しくなる。従って、手動でクレーンを運転する際コンテ
ナ等のピックアップやドロップオフにかなり時間がかか
る。このような問題点を克服するためにクレーンの自動
運転方式が提案されている。この自動運転方式は目標位
置に達する際スプレッダが小さく触れるようにするため
にトロリーとホイストの駆動速度パターンを予め定めて
おき、この駆動速度パターンに合わせてトロリーとホイ
ストを駆動する方式である。この自動運転方式における
駆動速度パターンとクレーンに設けられているトロリー
とホイストの配置関係を図1に基づき説明する。
【0003】図1は従来のクレーンの自動運転方式を説
明するための説明図であって、図1(A)には従来の自
動運転方式の駆動速度パターンの一例を示したグラフ
を、図1(B)には一般のクレーンのトロリーとホイス
トを概略的に示した。
【0004】従来の自動運転方式は図1(A)に示した
通り、一定した駆動速度パターンを予め設定しておき、
この駆動速度パターンに合わせて図1(B)に示した通
り、コンテナ10を移動させるためのトロリー20また
はホイスト30を駆動する。もちろん、トロリー20と
ホイスト30の駆動速度パターンは実験、経験則などに
より別に求められる。
【0005】例えば、図1(A)の駆動速度パターンが
トロリー20の駆動速度パターンとすれば、トロリー2
0の横行速度は出発時一定比率に増加させ、一定時点で
減速していてから再び増加させ最大速度に至らせる。そ
の後、一定区間の間トロリー20の横行速度が最大にな
るように保つ。トロリー20の停止時には横行速度を一
定比率に落としていてからある時点で速度を出した後再
び落とす。
【0006】すなわち、従来には目標位置上にトロリー
20などが停止時スプレッダまたはコンテナを小さく振
れさせるためにトロリー20のホイスト30の駆動速度
を適宜に変換させて調節する方法を使った。しかし、こ
のような従来の自動運転方式はスプレッダなどの初期振
動、制御系振動、風などの外的要因による誤差が生じて
スプレッダなどの振れとトロリーなどの位置を正確に制
御し難い問題点があった。のみならず、従来の自動運転
方式はコンテナを正確に着脱し難くて別途の運転者を必
要とする短所もあった。よって、従来にはクレーンの完
全な無人自動化が実現できなかった。
【0007】
【本発明が解決しようとする課題】本発明の目的はスプ
レッダが正確な目標位置上に従来に比べて小さい振れ角
に達するようにし、正確なコンテナの着脱が実現できる
ようにするクレーンの無人運転方法を提供することであ
る。
【0008】本発明の他の目的は本発明の無人運転方法
を実現するための装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】前述したような本発明の
目的は、コンテナを着脱するためのスプレッダを備えて
第1目標位置に存するコンテナを第2目標位置へ移動さ
せるためのクレーンの無人運転方法において、前記第1
目標位置と第2目標位置の位置情報を入力する段階と、
前記入力された位置情報に応じて前記クレーンの基準駆
動速度パターンを算出する段階と、前記基準駆動速度パ
ターンにより前記クレーンを駆動しながら前記スプレッ
ダの振れ角を検出する段階と、前記クレーンの現在状態
と目標状態とのエラー値によりファジイ演算を通じて前
記基準駆動速度パターンを補償する段階と、前記目標位
置上に停止した後スプレッダとコンテナの位置を感知す
る段階と、前記感知されたスプレッダとコンテナの位置
により前記スプレッダの位置を修正する段階と、前記コ
ンテナをピックアップ/ドロップオフする段階を含むこ
とを特徴とするクレーンの無人運転方法により達せられ
る。
【0010】本発明の他の目的は、コンテナの着脱自在
はスプレッダを備えて第1目標位置に存するコンテナを
第2目標位置へ移動させるためのクレーンの無人運転装
置において、前記第1目標位置と第2目標位置の位置情
報を入力するための位置情報入力手段と、前記位置情報
に応じて前記クレーンの基準駆動速度パターンを算出す
る速度パターン発生部と前記基準駆動速度パターンによ
り前記クレーンを駆動する際所定情報に応じて外部誤差
要因により各時点の前記基準駆動速度パターンの補償を
行うファジイ演算制御部を備えて前記スプレッダの少な
い振れで目標位置上に停止させるようにするファジイロ
ジック制御器と、前記スプレッダの移動時前記スプレッ
ダの振れ情報を前記ファジイロジック制御器に供し、前
記スプレッダが目標位置上に達する時前記スプレッダと
コンテナの位置を感知して前記スプレッダが前記コンテ
ナを正確に着脱できるようにする位置感知装置を含むこ
とを特徴とするクレーンの無人運転装置により達成され
る。
【0011】
【実施例】以下、添付した図面に基づき本発明の実施例
を詳細に説明する。図2は、本発明によるクレーンの無
人運転装置の構成を示したブロック図である。
【0012】図2に示した通り、本発明によるクレーン
の無人運転装置はファジイロジック制御器110とクレ
ーンの各構成要素を駆動するドライブ120及びドライ
ブ120の信号に応じて駆動される駆動部130を備え
てある。本発明によるクレーンの無人運転装置はスプレ
ッダとコンテナの位置と姿勢を感知するための位置感知
装置140を備えてある。この位置感知装置140は感
知センサ141とセンサ制御部142を備えて構成され
ているが、これについては図3を説明する際に詳述す
る。
【0013】本発明によるクレーンの無人運転装置には
ファジイロジック制御器110にデータを入力するため
の入力機160と必要に応じてクレーンを手動で操作す
るためのマスタスイッチ170及び手動モードと自動モ
ードを選択するための切換スイッチ150が設けられて
いる。
【0014】ファジイロジック制御器110はトロリー
などの基準駆動速度パターンを算出するための速度パタ
ーン発生部111と速度パターン発生部111から算出
された基準駆動速度パターンを周りの誤差要因により補
償するためのファジイ演算制御部112を備えてある。
ここで、速度パターン発生部111は入力機160に入
力される目標位置とトロリー、ホイストの現状態により
マイコンなどでトロリーとホイストの1次基準駆動速度
パターンV1、V2を生成する。トロリーとホイストの1
次基準駆動速度パターンが求められれば速度パターン発
生部111はトロリーの位置、ホイストの駆動状態、ス
プレッダの振れ角による現在位置x,y,zと目標位置
間のエラーとエラーの変化量、現在速度
【数1】 と目標速度間のエラーとエラーの変化量、現在加速度
【数2】 と目標加速度間のエラーとエラーの変化量を入力値でフ
ァジイ制御規則によるファジイ演算を通じてシミュレー
ションを行い修正値△V1、 △V2を算出する。速度パ
ターン発生部111は修正値△V1、 △V2をV1、V2
に加えて、トロリーとホイストの基準駆動速度パターン
VT、VHを算出する。
【0015】ファジイ演算制御部112は速度パターン
発生部111から算出された基準駆動速度パターンV
T、VHによりトロリーとホイストを作動しながら各瞬間
毎にスプレッダの振れ角、風などにより外乱、現在位置
などの誤差要因を検出してファジイ演算を通じて基準駆
動速度パターンVT、VHを補償する。ここで、ファジイ
演算の入力値としてはトロリーとホイストの現状態と目
標状態間のエラーとエラーの変化率、トロリーとホイス
トの現在駆動速度と基準駆動速度パターンによる駆動速
度間のエラーとエラーの変化率、位置感知装置から提供
される現在振れ角と目標振れ角間のエラーとエラーの変
化率及びセンサなどにより測定される外乱などのエラー
とエラー変化率を用い、出力値としては基準駆動速度パ
ターンの補償値△VT、△VHとする。ここにおいて入力
値はファジイ制御規則にしたがって推論される。ファジ
イ制御規則は人間の経験と合理的な思考により作られ
る。例えば、入力変数がXとYであり、出力変数がZの
場合のファジイ制御規則は次のように定義しうる。
【0016】 1:XがA1でありYがB1ならZはC1である。 2:XがA2でありYがB2ならZはC2である。 本発明によるクレーンの無人運転装置におけるファジイ
制御規則は次のようなものが用いられる。
【0017】規則1:If振動角x3がネガティブ方向
に多く発生し、トロリー/ホイストの位置と状態x1,
x2が目標状態に達しなければ、Then加速度は増加
させる。
【0018】規則2:If振動角x3がネガティブ方向
に多く発生し、トロリー/ホイストの位置と状態x1,
x2が目標状態に達しなければ、Then加速度は減少
させる。
【0019】すなわち、ファジイ演算制御部112は上
記のような運転者の経験に基づき得た制御規則によりフ
ァジイ推論を行って基準駆動速度パターンを補償する。
【0020】一方、位置感知装置140は感知センサ1
41でトロリーを移動する際スプレッダの振れ角を検出
してファジイ演算制御部112に提供する。位置感知装
置140の感知センサ141で振れ角を測定する方法は
後述する。かつ、位置感知装置140は感知センサ14
1で目標コンテナとスプレッダの位置と姿勢を感知して
トロリー、ホイストなどの制御部に提供することにより
クレーンのスプレッダがコンテナを正確な位置で着脱で
きるようにする。位置感知装置140にスプレッダとコ
ンテナの位置と姿勢を感知する方法については後述す
る。
【0021】図3は図2の位置感知装置の一例を示した
構造図である。図3に示した通り、位置感知装置はレー
ザビームを走査して目標物までの距離測定の可能な感知
センサ141を備えてある。この感知センサ141はセ
ンサ装着機構143に取り付けられている。このセンサ
装着機構143は感知センサ141を移動させるための
ものである。このセンサ装着機構143はサーボモータ
144により付着台145に設けられたボールスクリュ
ー146に沿って移動可能である。サーボモータ144
にはセンサ装着機構143の移動距離を測定するための
エンコーダ147が設置されている。このような位置感
知装置140にはサーボモータ144の駆動を制御する
ための駆動パネル148が設けられている。すなわち、
感知サンサー141はレーザビームを走査でき、かつボ
ールスクリュー146に沿って直線移動可能である。
【0022】図4は図3の位置感知装置が取り付けられ
ているクレーンのトロリー部を示した斜視図である。
【0023】図4に示したように、トロリー20の両端
部には一対の位置感知装置140a、140bが設けら
れている。二つの位置感知装置140a,140bは示
した通り、スプレッダ40とコンテナ10の対角線方向
側のエッジを検出するために対角線に配置するのが良
い。このような位置感知装置140a,140bに設け
られている感知センサ141a、141bはスプレッダ
40の幅方向にレーザビームを走査でき、かつスプレッ
ダ40の長手方向に移動できる。すなわち、位置感知装
置140a、140bはコンテナ10の長さに問わず必
要な位置に移動してコンテナ10の対角線方向のエッジ
を検出できる。もちろん、位置感知装置140a,14
0bはスプレッダ40の対角線方向の二つのエッジを感
知できる。このような位置感知装置140a、140b
は必要に応じて、同一直線上に配置してもよいが、図4
に示したように対角線に配置するのが効率的である。
【0024】前述したような位置感知装置を用いてスプ
レッダの振れ角とスキュー角(傾斜角)を測定する方法
を図5乃至図10に基づき説明する。
【0025】図5は港湾用クレーンを正面から見た正面
図である。図5に示したように床面にはコンテナ10が
積載されている。クレーン100にはトロリー20が設
けられている。このトロリー20は左右移動できる。こ
のトロリー20には位置感知装置の感知センサ141が
設けられており、一方の側には運転室21が設けられて
いる。このようなトロリー20にはスプレッダが吊られ
ている。感知センサ141から発射されるレーザビーム
の方向はスプレッダ40に向かうようになっている。
【0026】図6は図5のトロリーとスプレッダを側面
から見た図である。図5及び図6を通じて分かるよう
に、感知センサ141はスプレッダ40の両端辺りの縁
に向かうようになっている。感知センサ141によるレ
ーザビームはスプレッダ40の幅方向に走査され、かつ
感知センサ141はスプレッダ40の長手方向に移動で
きる。勿論、振れ角やスキュー角の測定時感知センサ1
41がスプレッダ40の長手方向に移動する必要はな
い。
【0027】図7は振れの発生したスプレッダを上から
見た図である。図7において点線40aで示したのは振
れとスキューが生じないスプレッダ40の初期位置を示
し、実線40bで示したのは振れが発生したスプレッダ
40の位置を示したものである。縦方向の点141dは
レーザビームがスプレッダ40の幅方向に1回走査され
た走査点を示したものである。
【0028】図8は図7の矢印方向から見たトロリー2
0とスプレッダ40を示した図であって、スプレッダ4
0の振れ程度とスプレッダ40が吊られたロープ41の
長さで振れ角が分かる。すなわち、振れが生じない初期
のスプレッダ40の二つの縁の位置と振れが生じた場合
のスプレッダ40の二つの縁の位置を位置感知装置で感
知して比較することにより振れ角が分かる。もちろん、
スプレッダ40が吊られたロープ41の長さはスプレッ
ダ40の高低を調整するホイストなどにエンコーダなど
を設置すれば分かる。
【0029】図9はスキューが発生したスプレッダを上
から見た図である。図9に示した通り、点線40aで示
した初期スプレッダ40の一辺と実線40bで示したス
キューが発生したスプレッダ40の一辺の交差角がスキ
ュー角である。このスキュー角はスプレッダ40の一定
地点のエッジの変位量とその地点におけるスプレッダ4
0の中心までの距離が分かれば求められる。すなわち、
位置感知装置でスプレッダ40の一定地点の縁の変位量
を測定し、測定点とスプレッダ40の中心までの距離を
測定してスキュー角が分かる。もちろん、スプレッダ4
0に振れが発生したか否かを知るためには図9に示した
通り、左右両端の二つの部分のエッジの変位量を検出す
べきである。
【0030】図10は振れとスキューが同時に発生した
スプレッダを上から見た図である。この場合もやはり位
置感知装置で二つのエッジの変位程度を測定することに
より振れにより生じたスプレッダ40の平均移動間隔4
2が分かり、ロープの長さに鑑みることにより振れ角4
3が計算できる。スキュー角43は二つのエッジ点の変
位程度と2センサ間の距離を鑑みることにより容易に求
められる。
【0031】図11はスプレッダまたはコンテナの位置
を感知する方法を説明するための説明図であって、スプ
レッダまたはコンテナを上から見た図である。
【0032】図11において、二点鎖線141eで示し
た部分は位置感知装置によるレーザビームの走査領域を
示したもので、走査領域内の一連の点141dは感知セ
ンサが一回走査した走査点を示したものある。すなわ
ち、位置感知装置の感知センサはレーザビームをスプレ
ッダ40またはコンテナ10の幅方向に走査しながら同
時にスプレッダ40またはコンテナ10の長手方向に移
動する。こうしてスプレッダ40またはコンテナ10の
終端に達すれば走査距離が急に変わる。従って、位置感
知装置はスプレッダ40またはコンテナ10の両隅を感
知してその位置と姿勢を正確に知る。また、二つのセン
サを45゜以内の任意の角度に回転させてレーザビーム
を走査し、スプレッダ40とコンテナ10のトロリー及
びゲントリー方向のエッジを検出して感知する方法もあ
る。これにより、クレーンは位置感知装置によるスプレ
ッダ40とコンテナ10の位置情報により姿勢と位置を
修正しコンテナ10を正確に着脱できる。
【0033】すなわち、位置感知装置はトロリーの走行
中にはスプレッダの振れ情報を感知してファジイ制御部
に提供し、トロリーが目標位置上に達した時はスプレッ
ダとコンテナの位置と姿勢を感知してスプレッダが正確
にコンテナを着脱できるようにする。
【0034】一方、スプレッダとコンテナを感知するた
めにトロリーの下段に位置感知装置をもう一つ以上設け
られる。この場合の例を図12乃至図14に基づき説明
する。
【0035】図12は港湾用クレーンを正面から見た正
面図であり、図13は側面から見た位置感知装置とスプ
レッダ及びコンテナの側面図である。
【0036】図12に示した通り、クレーン100に横
行可能に設置されたトロリー20の下段には三つの位置
感知装置140a、140b、140cが設けられてい
る。この位置感知装置140a、140b、140cの
うち二つの位置感知装置140a、140bは上記の実
施例と同様にスプレッダ40とコンテナ10の幅方向に
レーザビームを走査し、残りの一つの位置感知装置14
0cはスプレッダ40とコンテナ10の長手方向の一側
端の辺りにレーザビームをスプレッダ40の長手方向に
走査する。この際走査されるレーザビームの走査軌跡が
図14に示されている。
【0037】図14はスプレッダまたはコンテナを上か
ら見た図である。図14に示したように、二つのレーザ
ビームの走査軌跡140dはスプレッダ40またはコン
テナ10の幅方向に示されており、もう一つの走査軌跡
はスプレッダ40またはコンテナ10の長手方向に示さ
れている。すなわち、二つの位置感知装置140a、1
40bはスプレッダ40またはコンテナ10の幅方向の
二つの縁を感知し、もう一つはスプレッダ40またはコ
ンテナ10の長手方向の一方の側の縁を感知することに
よりスプレッダ40またはコンテナ10の姿勢を正確に
感知できる。勿論、スプレッダ40とコンテナ10の姿
勢を一回のレーザビームの走査で同時に測定できる。こ
のように位置感知装置をもう一つ設ける場合、前述した
実施例とは異なり幅方向にレーザビームを走査する二つ
の感知センサがスプレッダ40またはコンテナ10の長
手方向に移動しなくてもスプレッダ40とコンテナ10
の位置、姿勢を感知できる長所がある。
【0038】図15及び図16は積載場に積載されたコ
ンテナの位置及び間隔などを検出する状態を示した。こ
こで、図15は位置感知装置でスプレッダとコンテナの
エッジを検出するクレーンの全体を示した図である。一
対の位置感知装置140a、140bが取り付けられた
トロリー20が移動しながら目標コンテナ10に達すれ
ば、位置感知装置140a、140bでスプレッダ40
及びコンテナ10のエッジを検出してスプレッダ40と
コンテナ10の位置及び姿勢を認識することになる。こ
の際、エッジを検出する原理は図16で詳述する。
【0039】図16はスプレッダとコンテナのエッジ検
出方法を説明するための説明図である。図16におい
て、スプレッダ40とコンテナ10の外周面に沿って示
した点は感知センサ141から走査されたレーザビーム
の走査点を示したものである。感知センサ141でその
下方に位置したスプレッダ40とコンテナ10を走査す
れば、その走査点が示した通りスプレッダ40及びコン
テナ10の面上に位置することになる。この際、スプレ
ッダ40の上面とコンテナ10の上面に走査された走査
点はそれぞれその位置情報が相違している。すなわち、
感知センサ141から路面50まで散在する走査点を任
意の距離別に分類し、この分類された距離毎に存する走
査点が予め定められた臨界の数以上存する領域を区分す
る。特に、感知センサ141からスプレッダ40の間に
はクレーンの他の構成要素がないので区分された領域の
うち一番目の領域はスプレッダ40と判定する。また、
スプレッダ40とコンテナ10とを確実に区分したい場
合はクレーンのホイストエンコーダ(図示せず)から提
供するトロリーからスプレッダまでの長さ情報を参考に
する。すなわち、感知センサ141で測定した走査点の
領域のうちホイストエンコーダの値辺りの領域を抽出
し、その辺りの領域を細分して多くの走査点が存する領
域をスプレッダ40と判別する。このようにスプレッダ
40の領域に存する走査点のうち終端に存する走査点を
捜し出してその走査点の位置情報をもってスプレッダ4
0のエッジを検出させる。すなわち、スプレッダ40の
領域に存する走査点のうち終端の走査点はその次の走査
点と急な距離変化を有するのでこの部分をエッジと認識
する。
【0040】以上述べたようにしてスプレッダ40のエ
ッジを捜し出した後臨界値により区分された走査点でな
された領域のうち路面50とスプレッダ40の領域を除
いた走査点の領域をコンテナ10と判定する。前述した
スプレッダ40のエッジ検出方法と同一な方法でコンテ
ナ10のエッジも検出する。すなわち、スプレッダ40
とコンテナ10のエッジを検出することによりスプレッ
ダ40とコンテナ10の位置と姿勢を感知することにな
る。
【0041】図17は位置感知装置で積載場に積載され
たコンテナの積載現況を検出するための方法を説明する
ための説明図である。示した通り、積載場には多数のコ
ンテナ10が路面50に並んで積載されている。このよ
うに並んで積載されたコンテナ10は多数の段で積載さ
れている。このような積載場の状態は、トロリー(図示
せず)を移動させながら位置感知装置の感知センサ14
1でコンテナ10の高さを判別する。この際、位置感知
装置はトロリーエンコーダからトロリー位置を把握しな
がらレーザビームを走査する。このコンテナ10の列に
よる段数(層数)は路面50からコンテナ10の上面ま
での距離を算定して判定することになる。勿論、この際
コンテナ10の高さはクレーン制御部などに記憶されて
いるのでこの値を用いて段数を計算する。
【0042】図18は位置感知装置でスプレッダ及びコ
ンテナの位置を判別する方法の順序を示した流れ図であ
る。
【0043】感知センサでスプレッダ及びコンテナにレ
ーザビームを走査し、走査された点のうち測定に失敗し
た点を取り除く(段階200)。このように測定された
走査点の距離により任意の間隔別に分類する。(段階2
01)。この際、分類された走査点を臨界の数以上存す
る領域別に区分し、ホイストエンコーダの測定値に近い
一領域を選択してスプレッダとする(段階202、20
3)。このように検出されたスプレッダ領域で距離が急
に変わる点を選択してスプレッダエッジと設定する。
(段階204)。一方、分類された領域のうちスプレッ
ダ領域と路面との間の領域のうち臨界値が最も大きい領
域を選択してコンテナと判別し、前述したように距離の
変化が急激な点を選択してコンテナエッジと設定する
(段階205、206)。以上述べたように、スプレッ
ダとコンテナのエッジを検出すればスプレッダとコンテ
ナの位置は容易に判別できる。
【0044】図19及び図20は本発明によるクレーン
の無人運転装置が設けられたクレーンの全体的な動作を
説明するための流れ図である。図19及び図20に基づ
きクレーンの全体的な動作を説明する。
【0045】コンソールで自動モードを選択し、目標コ
ンテナをピックアップするための第1目標位置とドロッ
プオフするための第2目標位置をキーボードで入力する
(段階301、302)。この際、座標は第1、第2目
標位置の段と列に対する行列に入力される。コントロー
ラはコンテナをピックアップしない状態で第1目標位置
と現在位置とを比較し、ファジイ演算を通じてトロリ
ー、ホイストなどを駆動するための第1基準駆動速度パ
ターンを算出する(段階303)。この算出された第1
基準駆動速度パターンにより走行しながら感知センサで
振れ角を測定してファジイ演算を通じて第1基準駆動速
度パターンを補償して実速度パターンを算出する。この
補償された実速度パターンによりホイスト/トロリーの
駆動速度や位置をコントロールし振れ角を制御する(段
階304)。それから、第1目標位置と停止位置とを比
較してからトロリー/ゲントリー位置エラーとスプレッ
ダとの傾斜角を測定する(段階305、306)。感知
センサで得たデータによりトロリーの位置エラーを補償
し、かつ傾斜角をも補償する(段階307、308)。
傾斜角を補償したスプレッダはコンテナをピックアップ
するための過程に入り(段階309)、これについては
図20に基づき後述する。
【0046】ピックアップ過程を終えてから段階302
で入力された第2目標位置(終着位置)と現位置とを比
較してファジイ演算を通して第2基準駆動速度パターン
を算出する(段階310)。算出された第2基準駆動速
度パターンにより走行しながら感知センサで振れ角を測
定してファジイ演算を通じて第2基準駆動速度パターン
を補償して実速度パターンを算出する。この補償された
実速度パターンによりトロリー、ホイストなどの駆動速
度や位置を調整してスプレッダなどの振れを制御する
(段階311)。終着位置に達すれば終着位置と停止位
置を比較した後、トロリー/ゲントリー位置エラーを測
定すると共にスプレッダの傾斜角を測定する(段階31
2、313)。このように測定されたトロリーなどの位
置エラーと傾斜角をもってトロリーの位置エラーと傾斜
角を補償する(段階314、315)。補償を終えた
後、スプレッダを下降させコンテナを着陸させる(段階
316)。この着陸シーケンスについては図22及び図
23に基づき後述する。
【0047】図21は図19及び図20のピックアップ
動作を詳細に説明するための流れ図である。トロリーが
目標位置で停止すればトロリーが定められた位置内に存
するかを判定する(段階400)。この際、トロリーが
定められた位置内に存しなければエラーによりトロリー
の位置を補正した後トロリーの位置を再び判別する(段
階401、400)。反面、トロリーが定められた位置
内に存すればホイストを駆動してスプレッダを下降させ
る(段階402)。そして、スプレッダがコンテナの牽
着位置に着陸したかを判別する(段階403)。スプレ
ッダの着陸がなされていなければコンテナにスプレッダ
が着陸されるまで段階402、403をフィードバック
し、着陸後段階404に進む。一方、スプレッダがコン
テナに着陸したと判定されればホイストの駆動を停止さ
せ、スプレッダでコンテナを牽着してコンテナをリフテ
ィングする(段階404、405)。
【0048】図22及び図23は、図19及び図20の
ドロップオフ動作を詳述するための流れ図である。
【0049】クレーンがゲントリー方向への走行を停止
しトロリーが目標位置に移動して停止すれば目標コンテ
ナの下部に他のコンテナが積載されているかを判断す
る。すなわち、コンテナの積載段数が1より大きいかを
判断して、大きければ下部に積載された他のコンテナと
目標コンテナの積載位置を検出してトロリー/ゲントリ
ー方向の位置エラーとスプレッダの傾斜角を測定する
(段階500、501)。この測定されたエラー値によ
りトロリーなどの位置エラーとスプレッダの傾斜角を補
償した後トロリーが許容位置内にいるかを判断する(段
階502、503、504)。勿論、この際トロリーが
許容範囲内にいなければ段階501乃至段階504を繰
り返して実行する。一方、段階500においてコンテナ
の段数が1より小さい時は下部に他のコンテナが積載さ
れていないのでエンコーダ信号によりトロリーが目標位
置の許容位置内に存するかを判断する(段階504
a)。この際、目標コンテナが許容位置内にいなければ
トロリーエンコーダにより位置補正をし(段階504
b),許容位置内に存在すればホイストを駆動してコン
テナを把持しているスプレッダを下降させる(段階50
5)。このようにスプレッダを下降させながら着陸した
か否かを判断する過程を繰り返す。コンテナが着陸した
場合はホイストの駆動を停止させる(段階506、50
7)。ホイストの駆動を停止した後スプレッダからコン
テナを離脱させる(段階508)。コンテナが離脱され
れば実行を終了する(段階509)。一方、コンテナが
離脱されなければドロップオフ失敗エラーを表示する
(段階510)。
【0050】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によるクレー
ンの無人運転方法及びその装置は、風などの外乱による
スプレッダの振れ、トロリーなどの位置エラーを補償し
て目標位置に停止する際スプレッダの振れが殆どない。
従って、本発明によるクレーンの無人運転方法及びその
装置を用いればコンテナの着脱にかかる時間が少なくな
る。また、本発明によるクレーンの無人運転方法及びそ
の装置はスプレッダとコンテナの位置を正確に感知して
無人でコンテナを着脱できるようにするのでクレーンの
無人運転を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のクレーンの自動運転方式を説明するため
の説明図である。
【図2】本発明によるクレーンの無人運転装置の構成を
示したブロック図である。
【図3】図2の位置感知装置の一例を示した構造図であ
る。
【図4】図3の位置感知装置が取り付けられているクレ
ーンのトロリー部を示した斜視図である。
【図5】港湾用クレーンを正面から見た正面図である。
【図6】図5のトロリーとスプレッダを側面から見た図
である。
【図7】振れが生じたスプレッダを上から見た平面図で
ある。
【図8】図7の矢印方向から見たトロリーとスプレッダ
の側面図である。
【図9】スキューが生じたスプレッダの平面図である。
【図10】振れとスキューが同時に生じたスプレッダの
平面図である。
【図11】スプレッダまたはコンテナの位置を感知する
方法を説明するための説明図である。
【図12】港湾用クレーンを正面から見た正面図であ
る。
【図13】側面から見た位置感知装置のスプレッダ及び
コンテナの側面図である。
【図14】レーザビームの走査軌跡を示したスプレッダ
またはコンテナの平面図である。
【図15】位置感知装置でスプレッダとコンテナのエッ
ジを検出するクレーンの全体を示した正面図である。
【図16】スプレッダとコンテナのエッジ検出方法を説
明するための説明図である。
【図17】位置感知装置で積載場に積載されたコンテナ
の積載現況を検出するための方法を説明するための説明
図である。
【図18】位置感知装置でスプレッダ及びコンテナの位
置を判別する方法の順序を示した流れ図である。
【図19】本発明によるクレーンの無人運転装置が設け
られたクレーンの全体的な動作を説明するための流れ図
である。
【図20】本発明によるクレーンの無人運転装置が設け
られたクレーンの全体的な動作を説明するための流れ図
である。
【図21】図19及び図20のピックアップ動作を詳述
するための流れ図である。
【図22】図19及び図20のピックアップ動作を詳述
するための流れ図である。
【図23】図19及び図20のドロップオフ動作を詳細
に説明するための流れ図である。
【符号の説明】
10 コンテナ 20 トロリー 30 ホイスト 40 スプレッダ 50 路面 100 クレーン 110 ファジイロジック制御器 111 速度パターン発生部 112 ファジイ演算制御部 120 ドライブ 130 駆動部 140 位置感知装置 141 感知センサ 142 センサ制御部 143 センサ装着機構 144 サーボモータ 145 付着台 146 ボールスクリュー 147 エンコーダ 150 切換スイッチ 160 入力機 170 マスタスイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 1994−25062 (32)優先日 1994年9月30日 (33)優先権主張国 韓国(KR) (31)優先権主張番号 1994−40280 (32)優先日 1994年12月31日 (33)優先権主張国 韓国(KR) (72)発明者 カン、ムーン−ヒュン 大韓民国釜山市北區周禮3洞530−15番地 現代アパート102棟402戸

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コンテナの着脱自在なスプレッダを備え
    て第1目標位置に存するコンテナを第2目標位置へ移動
    させるためのクレーンの無人運転装置において、 前記第1目標位置と第2目標位置の位置情報を入力する
    ための位置情報入力手段と、 前記位置情報に応じて前記クレーンの基準駆動速度パタ
    ーンを算出する速度パターン発生部と前記基準駆動速度
    パターンにより前記クレーンを駆動する際所定情報に応
    じて外部誤差要因による各時点の前記基準駆動速度パタ
    ーンの補償を行うファジイ演算制御部を備えて前記スプ
    レッダの少ない振れで目標位置上に停止できるようにす
    るファジイロジック制御器と、 前記スプレッダの移動時前記スプレッダの振れ情報を前
    記ファジイロジック制御に供し、前記スプレッダが目標
    上に達する時前記スプレッダとコンテナの位置を感知し
    て前記スプレッダが前記コンテナを正確に着脱できるよ
    うにする位置感知装置を含むことを特徴とするクレーン
    の無人運転装置。
  2. 【請求項2】 前記算出される基準駆動速度パターンは
    前記スプレッダを必要に応じて上下に移動させるための
    ホイストと前記スプレッダを必要に応じて横移動させる
    ためのトロリーの基準駆動速度パターンであることを特
    徴とする請求項1に記載のクレーンの無人運転装置。
  3. 【請求項3】 前記速度パターン発生部は前記位置情報
    に応じて前記トロリーとホイストの1次駆動速度パター
    ンをそれぞれ算出し、前記トロリーの位置、ホイストの
    駆動状態、スプレッダの振れ角による現在状態と目標状
    態間のエラーとエラーの変化量、現在速度と目標速度間
    のエラーとエラーの変化量、現在加速度と目標加速度間
    のエラーとエラーの変化量に従ってシミュレーションを
    通じて前記算出された1次駆動速度パターンを修正して
    前記基準駆動速度パターンを算出することを特徴とする
    請求項2に記載のクレーンの無人運転装置。
  4. 【請求項4】 前記ファジイ演算制御部は前記トロリー
    とホイストの現在状態と目標状態間のエラーとエラーの
    変化率、前記トロリーとホイストの現在駆動速度と前記
    基準駆動速度パターンによる駆動速度間のエラーとエラ
    ー変化率、前記位置感知装置から提供される現在振れ角
    と目標振れ角間のエラーとエラーの変化率により前記基
    準駆動速度パターンの補償を行うことを特徴とする請求
    項2に記載のクレーンの無人運転装置。
  5. 【請求項5】 前記位置感知装置は一定した角範囲を有
    しレーザビームを走査して所定物体との距離を測定する
    ための感知センサ、前記感知センサが取り付けられ、前
    記スプレッダの長手方向に移動自在なセンサ装着機構及
    び前記センサ装着機構の移動距離を測定するためのエン
    コーダを備えることを特徴とする請求項2に記載のクレ
    ーンの無人運転装置。
  6. 【請求項6】 前記位置感知装置は前記トロリーの下段
    に二つが互いに対角線に配置されていることを特徴とす
    る請求項5に記載のクレーンの無人運転装置。
  7. 【請求項7】 前記対角線に配置された位置感知装置の
    感知センサは前記スプレッダの幅方向にレーザビームを
    走査することを特徴とする請求項6に記載のクレーンの
    無人運転装置。
  8. 【請求項8】 前記トロリー下段には前記スプレッダの
    長手方向にレーザビームを走査する感知センサを有する
    位置感知装置がもう一つ設けられていることを特徴とす
    る請求項7に記載のクレーンの無人運転装置。
  9. 【請求項9】 コンテナを着脱するためのスプレッダを
    備えて第1目標位置に存するコンテナを第2目標位置へ
    移動させるためのクレーンの無人運転方法において、 前記第1目標位置と第2目標位置の位置情報を入力する
    段階と、 前記入力された位置情報に応じて前記クレーンの基準駆
    動速度パターンを算出する段階と、 前記基準駆動速度パターンにより前記クレーンを駆動し
    ながら前記スプレッダの振れ角を検出する段階と、 前記クレーンの現在状態と目標状態とのエラー値により
    ファジイ演算を通じて前記基準駆動速度パターンを補償
    する段階と、 前記目標位置上に停止した後スプレッダとコンテナの位
    置を感知する段階と、 前記感知されたスプレッダとコンテナの位置により前記
    スプレッダの位置を修正する段階と、 前記コンテナをピックアップ/ドロップオフする段階を
    含むことを特徴とするクレーンの無人運転方法。
  10. 【請求項10】 前記算出される基準駆動速度パターン
    は前記スプレッダを必要に応じて上下に移動させるため
    のホイストと前記スプレッダを必要に応じて横移動させ
    るためのトロリーの基準駆動速度パターンであることを
    特徴とする請求項9に記載のクレーンの無人運転方法。
  11. 【請求項11】 前記基準駆動速度パターンは前記位置
    情報により前記トロリーとホイストの1次駆動速度パタ
    ーンをそれぞれ算出し、前記トロリーの位置、ホイスト
    の駆動状態、スプレッダの振れ角の現在状態と目標状態
    間のエラーとエラーの変化量、現在速度と目標速度間の
    エラーとエラーの変化量、現在加速度と目標加速度間の
    エラーとエラーの変化量によりシミュレーションを通じ
    て前記算出された1次駆動速度パターンを修正して算出
    することを特徴とする請求項10に記載のクレーンの無
    人運転方法。
  12. 【請求項12】 前記スプレッダの振れ角の検出段階は
    レーザビームを走査して振れのない初期の前記スプレッ
    ダの二つの縁の位置を感知する段階、レーザビームを走
    査して前記トロリーの走行時変動された前記スプレッダ
    の二つの縁の位置を感知する段階及び前記感知された初
    期の二つの縁の位置と変動された二つの縁の位置とを比
    較して前記スプレッダが吊られたロープの長さに鑑みて
    前記スプレッダの振れ角を判断する段階を備えることを
    特徴とする請求項11に記載のクレーンの無人運転方
    法。
  13. 【請求項13】 前記基準駆動速度は前記トロリーとホ
    イストの現在状態と目標状態間のエラーとエラーの変化
    率、前記トロリーとホイストの現在駆動速度と前記基準
    駆動速度パターンによる駆動速度間のエラーとエラーの
    変化率、前記スプレッダの現在振れ角と目標振れ角間の
    エラーとエラーの変化率により補償されることを特徴と
    する請求項12に記載のクレーンの無人運転方法。
  14. 【請求項14】 前記スプレッダとコンテナの位置を感
    知する段階は感知センサで前記スプレッダとコンテナに
    向かってレーザビームを走査する段階と、前記走査され
    た走査点を距離に応じて領域別に分類する段階と、前記
    分類された領域を前記クレーンに設けられたホイストの
    エンコーダから測定された前記スプレッダの距離値な一
    定規定値に基づき前記スプレッダとコンテナの領域を積
    み出す段階及び前記積み出されたスプレッダとコンテナ
    の領域を有し前記スプレッダとコンテナのエッジを検出
    する段階を備えることを特徴とする請求項11に記載の
    クレーンの無人運転方法。
  15. 【請求項15】 前記レーザビームは前記スプレッダ及
    びコンテナの対角線方向に位置する二つのエッジ近傍に
    それぞれ長手方向に移動されながら任意の角45゜を用
    いて傾斜しに走査されることを特徴とする請求項14に
    記載のクレーンの無人運転方法。
  16. 【請求項16】 前記エッジ検出段階で検出される前記
    スプレッダとコンテナのエッジは前記検出されたスプレ
    ッダとコンテナの領域のうち距離が急に変わる走査点の
    境であることを特徴とする請求項14に記載のクレーン
    の無人運転方法。
  17. 【請求項17】 前記スプレッダとコンテナの位置感知
    段階には前記検出されるスプレッダとコンテナのエッジ
    と初期状態における前記スプレッダとコンテナのエッジ
    を比較することにより前記スプレッダとコンテナのスキ
    ュー角を算出することを特徴とする請求項16に記載の
    クレーンの無人運転方法。
  18. 【請求項18】 前記領域別に分類する段階は走査点の
    全領域のうち臨界の数以上の走査点が存する領域を調べ
    て分類することを特徴とする請求項14に記載のクレー
    ンの無人運転方法。
  19. 【請求項19】 前記レーザビームは前記スプレッダ及
    びコンテナの対角線方向に位置する二つのエッジ近傍に
    それぞれ長手方向に移動されながら幅方向に走査される
    ことを特徴とする請求項14に記載のクレーンの無人運
    転方法。
  20. 【請求項20】 前記レーザビーム走査段階には前記ス
    プレッダとコンテナの長手方向の一側端の辺りに前記ス
    プレッダとコンテナの長手方向にレーザビームがさらに
    走査されることを特徴とする請求項19に記載のクレー
    ンの無人運転方法。
  21. 【請求項21】 前記ピックアップ段階は前記ホイスト
    を駆動してスプレッダを下降させる段階、前記スプレッ
    ダが着陸したか否かを判断する段階及び前記スプレッダ
    の着陸判断過程で非着陸と判定されればホイストを駆動
    してスプレッダを下降させ、再び着陸したか否かを判断
    する過程をフィードバックする段階を備えることを特徴
    とする請求項10に記載のクレーンの無人運転方法。
  22. 【請求項22】 前記ドロップオフ段階は前記ホイスト
    を駆動してコンテナを下降させる段階、前記コンテナが
    着陸したか否かを判断する段階及び前記コンテナの着陸
    判断過程で非着陸と判定されればホイストを駆動してコ
    ンテナを下降させ、再び着陸したか否かを判断する過程
    を繰り返すことを特徴とする請求項10に記載のクレー
    ンの無人運転方法。
  23. 【請求項23】 前記クレーン無人運転方法は積載上に
    積載されたコンテナの列に沿ってレーザビームを走査し
    てトロリーの位置によるコンテナの高さを検出すること
    によりコンテナの積載状態を感知する段階をさらに備え
    ることを特徴とする請求項9に記載のクレーンの無人運
    転方法。
  24. 【請求項24】 コンテナを着脱するためのスプレッ
    ダ、前記スプレッダを横行させるためのトロリーを備え
    るクレーンのスプレッダとコンテナの位置認識装置にお
    いて、 前記トロリーの下方に設けられ、スプレッダの長手方向
    に移動自在であり、エンコーダで移動距離測定の可能な
    センサ装着機構と、 前記センサ装着機構に設けられ下方に一定した角範囲を
    有してレーザビームを走査して走査点との距離測定の可
    能な感知センサを含むことを特徴とするスプレッダとコ
    ンテナの位置認識装置。
  25. 【請求項25】 前記位置認識装置は前記トロリーの下
    段に対角線に配置されていることを特徴とする請求項2
    4に記載のスプレッダとコンテナの位置認識装置。
  26. 【請求項26】 前記トロリーの下段には前記スプレッ
    ダとコンテナの長手方向の一側端を感知するための位置
    認識装置がもう一つ設けられていることを特徴とする請
    求項25に記載のスプレッダとコンテナの位置認識装
    置。
  27. 【請求項27】 スプレッダの振れ角とスキュー角を測
    定する方法においてレーザビームを走査して振れとスキ
    ューが生じない初期のスプレッダの二つの縁の位置を感
    知して記憶する段階と、 レーザビームを走査して振れとスキューが生じた前記の
    スプレッダの前記二つの縁の位置を感知して記憶する段
    階と、 前記初期のスプレッダの二つの縁の位置と前記振れとス
    キューが生じたスプレッダの二つの縁の位置とを比較し
    て前記スプレッダ振れ角とスキュー角を判断する段階を
    含むことを特徴とする振れ角とスキュー角の測定方法。
JP7097950A 1994-03-30 1995-03-30 クレーンの無人運転方法及びその装置 Pending JPH08198584A (ja)

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