障害物認識・回避と荷振れを考慮した自律走行天井クレーンシステムの開発

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08750271
• Research Institution: Oshima National College of Maritime Technology
• Principal Investigator: 兼重 明宏 大島商船高等専門学校, 商船学科, 講師 (70224615)
• Keywords: 天井クレーン / 自律走行 / 障害物認識 / 障害物回避 / 最適経路計画 / 振れ止め制御 / 搬送制御 / FMS

Research Abstract

各種生産工程間における天井クレーンは,作業敷地内上方を移動するため敷地を専有することなく利用でき,また搬送経路も3次元空間を自由に選択できるなどフレキシビリティーのあるものであり、あらゆる産業分野において幅広く利用されている.しかしながら,その構造上荷振れが発生し,荷振れ防止が障害物回避のため,熟練オペレータによ操業や,自動化に至っても固定経路での搬送制御に留まっているのが現状である。
天井クレーンの自動化を合理的に進めるためには,1)搬送環境の障害物認識,2)障害物を回避し目的位置へ到達する最適搬送経路の探索,3)搬送する荷物の振れ止め搬送制御,が自動的に行えることが必要であると考える
本研究では,上記1)から3)を統合したオフライン障害物認識と最適搬送経路計画,荷振れを抑制した搬送制御が可能な自律走行天井クレーンシステムの開発を行った.まず,三角測量の原理を利用した光切断法を用いて搬送環境上の障害物の認識を行い,障害物回避に必要な3次元空間上の障害物の位置と高さの情報を含む環境地図を自動的に作成するシステムを構築した.そして,生成された環境地図に基づいたクレーンの最短距離や最小エネルギーの経路の条件を満たす最適搬送経路の自動生成システムを構築した.さらに,目標軌道への追従性と荷振れの抑制を考慮した制御系を最適レギュレータにより構築した.天井クレーン実験装置を用いて,提案した方法により未知障害物回避搬送制御実験を行い,開発したシステムの検証および有用性について考察を行った.本システムの開発により,天井クレーンの自律化に対する一手法の提案ができ,従来,閉所内でかつ過酷な労働条件下にあった熟練オペレータの省力化が図られ,搬送中および搬送終了時に発生する荷振れを抑えた最適な搬送が可能となり,生産性,労働環境の向上,安全性が図られると考える.

Research Products

• [Publications] 兼重明宏: "振動抑制と目標値追従性を考慮したクレーンにより液体コンテナ搬送制御" 日本機械学会論文集C編. 65・596. 75-82 (1996)
• [Publications] 定森健: "巻き上げを考慮した天井クレーンの制御" 第40回システム制御情報学会研究発表講演会. 413-414 (1996)
• [Publications] 兼重明宏: "障害物認識・回避と荷振れを考慮した天井クレーンの自律走行" 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'96. 315-318 (1996)
• [Publications] 兼重明宏: "自律走行天井クレーンのための障害物認識と経路計画" 日本機械学会インテリジェントシステムシンポジウム. 420-423 (1996)
• [Publications] 兼重明宏: "巻き上げ,カーブ軌道を有する天井クレーンの搬送制御" 日本機械学会論文集C編. (掲載決定). (1997)
• [Publications] Akihiro Kaneshige: "Autonomous mobile crane system with optimal path planning and environmental recognition for obstacle avoidance" Proc.of 2nd Asian Control Conference,Seoul,Korea,. (掲載決定). (1997)