JP5488572B2 - 荷役システム - Google Patents

Description

開示の実施形態は、荷役システムに関する。

従来、港湾等に形成されるコンテナターミナルには、コンテナ船とトラックとの間でコンテナを積み降ろしするクレーンや、トラックとコンテナヤードとの間で荷役作業を行うクレーンが設置される。

たとえば、特許文献１には、給電装置から供給される電力によって駆動するクレーンが提案されている。かかるクレーンは、給電装置から供給される電力を充電することができる蓄電装置を有する。

かかるクレーンは、たとえば吊り具の巻下げ動作によって生じた回生電力を蓄電装置へ充電し、吊り具の巻上げ時等の力行動作に蓄電装置に充電された回生電力が利用される。

また、かかるクレーンは、コンテナヤード内に設置される互いに平行な複数のレーン間を移動（以下、「レーンチェンジ」と記載する）する際に給電装置と切り離すので、その際に最も蓄電装置の電力を必要とする。

特開２０１１−１６６３５号公報

従来のクレーンによる荷役システムでは、通常、蓄電装置を満充電の状態にはしない。その理由は、クレーンは、蓄電装置を満充電の状態で回生電力が発生すると、回生電力を有効に利用することなく廃棄せざるを得ないからである。

このように、従来の荷役システムは、レーンチェンジの開始時であっても満充電ではないことになる。したがって、従来の荷役システムは、レーンチェンジ直前に給電装置から電力を充電する必要があると、クレーンを一旦停止させなくてはならないため、荷役の作業効率を低下させてしまうという問題があった。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、荷役の作業効率を向上させることができる荷役システムを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る荷役システムは、荷役作業を行うクレーンと、前記クレーンへ電力を供給する給電装置とを備える。前記クレーンは、蓄電装置と、クレーン駆動部と、充電指令部とを備える。前記蓄電装置は、前記給電装置から供給される電力を蓄電する。前記クレーン駆動部は、前記蓄電装置に蓄電された電力と前記給電装置から供給される電力とを駆動源とする。前記充電指令部は、前記蓄電装置の状態および前記クレーンの状態に基づき、前記蓄電装置の蓄電量が前記クレーンのレーンチェンジに十分な電気量となるように、前記蓄電装置へ電力を前記クレーンの走行中に充電させる充電指令を前記蓄電装置へ出力する。

実施形態の一態様によれば、荷役の作業効率を向上させることができる。

図１は、第１の実施形態に係るコンテナヤードの模式図である。 図２は、荷役システムのシステム構成を示す図である。 図３は、クレーンの外観構成を示す模式斜視図である。 図４は、蓄電装置の蓄電率と閉路電圧との関係を示すグラフである。 図５は、蓄電装置の蓄電量とレーンチェンジ位置との関係を示すグラフである。 図６は、蓄電量の閾値とレーンチェンジ位置との関係を示すグラフである。 図７は、第１の実施形態に係る指令出力処理の処理手順を示すフローチャートである。 図８は、第２の実施形態に係る指令出力処理の処理手順を示すフローチャートである。 図９は、第３の実施形態に係るコンテナヤードの模式図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する荷役システムの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る荷役システムが適用されるコンテナヤード２の外観について図１を用いて説明する。図１は、第１の実施形態に係るコンテナヤード２の模式図である。

図１は、コンテナヤード２を上方から見た図であり、Ｚ軸の正方向は、鉛直上向きを示す。なお、以下では同図右上に示すような座標軸を適宜用いて説明を行うこととし、また、同図では説明を容易にするために一部の形状を単純化して示す。

コンテナヤード２は、港湾施設や駅等に併設されており、コンテナ３００を荷役し、一時集積しておく場所のことである。また、コンテナヤード２の近傍には、ターミナルビル３が設置される。

図１に示すように、コンテナ３００の集積場所であるコンテナヤード２には、クレーン１ａ、１ｂと、Ｘ軸方向に平行に位置する複数のレーン２０１、２０２、２０３とが設置される。

なお、図１には２台のクレーン１ａ、１ｂが設置される場合について示したが、コンテナヤード２に設置されるクレーンは、１台であってもよいし、３台以上であっても構わない。

クレーン１ａ、１ｂは、コンテナヤード２に設けられるヤードクレーン等のクレーンであり、コンテナシャーシを牽引するトラック３０１とコンテナヤード２との間での荷役作業を行う。

具体的には、クレーン１ａ、１ｂは、トラック３０１によってコンテナ船等から配送されてきたコンテナ３００をコンテナヤード２へ降ろす積み降ろし作業やコンテナヤード２に集積されたコンテナ３００をトラック３０１に積み込む積み込み作業を行う。

また、クレーン１ａ、１ｂは、上述の積み降ろし作業や積み込み作業だけでなく、コンテナ３００の整理作業等も行う。たとえば、クレーン１ａ、１ｂは、トラック３０１に対するコンテナ３００の積み込み作業を迅速に行うために、トラック３０１へ積み込むべきコンテナ３００を予め積み込み易い場所へ移動させる。

なお、クレーン１ａ、１ｂの構成については、図３を用いて後述する。レーン２０１、２０２、２０３上において、クレーン１ａ、１ｂは、各レーン２０１、２０２、２０３に沿ってＸ軸方向へ移動（以下、「走行」と記載する）する。

また、破線で囲んだレーンチェンジエリア２００において、クレーン１ａ、１ｂは、Ｙ軸方向へ移動（以下、「縦走行」と記載する）し、その際必要によりレーンチェンジする。

クレーン１ａ、１ｂは、走行中にはレーン２０１、２０２、２０３付近に設置される給電装置（図示せず）から供給される電力によって駆動し、さらに給電装置から供給される電力をクレーン１ａ、１ｂに設けられる蓄電装置へ充電する。

なお、クレーン１ａ、１ｂは、たとえば吊り具の巻下げ動作または走行装置（図示せず）による減速動作によって生じた回生電力を蓄電装置へ充電する。また、クレーン１ａ、１ｂは、吊り具の巻上げ時等の力行動作には、蓄電装置に充電された回生電力が利用される。

ターミナルビル３には、コンテナ施設全体を管理する管理装置３０が設置される。管理装置３０は、クレーン１ａ、１ｂやガントリークレーン（図示せず）のスケジュール管理、クレーン１ａ、１ｂやガントリークレーンに対する作業指示およびクレーン１ａ、１ｂからの状態収集等を行う。このように、クレーン１ａ、１ｂは、管理装置３０によって集中管理され、管理装置３０からの指示に基づいて荷役作業等を実行する。

ここで、従来の荷役システムでは、上述した回生電力を有効利用するために、蓄電装置を満充電の状態にはしない。なぜなら、クレーン１ａ、１ｂは、蓄電装置が満充電の状態で回生電力が発生すると、それ以上充電することができないため、回生電力を廃棄せざるを得ないからである。

このように、従来の荷役システムは、最も蓄電装置の電力を必要とするレーンチェンジの開始時にも満充電ではないことになる。したがって、従来の荷役システムでは、レーンチェンジ直前にクレーンを一旦停止させ、給電装置から充電させなくてはならないため、充電中は作業が止まってしまい荷役の作業効率を低下させてしまう。

そこで、第１の実施形態に係る荷役システムでは、クレーン１ａ、１ｂがレーンチェンジエリア２００に到達するまでの走行中に予め蓄電装置へ所定量の電気量を充電しておくこととした。

具体的には、第１の実施形態に係る荷役システムでは、蓄電装置の状態およびクレーン１ａ、１ｂの状態に基づき、蓄電装置に蓄電される電気量を示す蓄電量がレーンチェンジするのに十分な電気量となるように蓄電装置へ充電する。

これにより、クレーン１ａ、１ｂは、レーンチェンジエリア２００に到達した時点でレーンチェンジする際に必要な電力が蓄電装置に充電されていることによって、クレーン１ａ、１ｂは、動作を止めることなくレーンチェンジすることができる。

このようにすることによって、第１の実施形態に係る荷役システムでは、作業効率を低下させることなく荷役作業を行うことができる。

つぎに、第１の実施形態に係る荷役システムの構成について図２を用いて説明する。図２は、荷役システムのシステム構成を示す図である。

図２に示すように、荷役システムは、クレーン１と、給電装置２０と、管理装置３０とを備える。クレーン１と給電装置２０とは、給電用ケーブルによって着脱可能に接続される。給電装置２０は、給電用ケーブルを介してクレーン１へ電力を供給する。

また、クレーン１と管理装置３０とは、通信ネットワーク４０を介して相互に接続される。なお、通信ネットワーク４０としては、たとえば有線ＬＡＮ（Local Area Network）や無線ＬＡＮといった一般的なネットワークを用いることができる。

管理装置３０は、荷役システム全体を管理する装置である。たとえば、管理装置３０は、コンテナ船の到着予定時刻、コンテナヤード２に蔵置されたコンテナ３００のトラック３０１による搬出予定時刻等の作業スケジュール情報に応じて荷役計画情報を作成し、作成した荷役計画情報をクレーン１の制御部１５へ送信する。

なお、荷役計画情報は、管理装置３０が作業スケジュール情報に基づいて自動的に作成することとしてもよいし、作業員等が管理装置３０を用いて手動で作成することとしてもよい。

なお、ここで、クレーン１の外観構成について図３を用いて説明しておく。図３は、クレーン１の外観構成を示す模式斜視図である。

図３に示すように、クレーン１は、一対の脚部１０１の上部にガーダ１０２を掛け渡した門型形状を備える。ガーダ１０２上には、吊り具１０３の巻上げまたは巻下げを行う巻上部（図示せず）を備えたトロリー１０４が横行可能に載置されており、トロリー１０４には運転室１０８が装備されている。

また、脚部１０１の下部には、シルビーム１１０を備え、さらに、シルビーム１１０の下部には、それぞれタイヤを備える走行部１０５が設けられる。走行部１０５は、ガーダ１０２と直交する方向、すなわち、トロリー１０４の横行方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）に向かって走行可能に構成されている。

なお、レーンチェンジする際には、走行部１０５に備えるタイヤの向きが９０°変換され、クレーン１は、横行方向（Ｙ軸方向）に向かって走行（縦走行）可能となる。

また、一方のシルビーム１１０には、電気制御室１０６と、ケーブルリール１０７とを備え、電気制御室１０６には、図示しない受電装置１１と、蓄電装置１２とをさらに備える。なお、受電装置１１と、蓄電装置１２とは別々の設置場所となることもある。

ケーブルリール１０７は、給電用ケーブル１０９の巻き取りおよび巻き戻しを行い、給電用ケーブル１０９へ一定の張力を与える。また、かかるケーブルリール１０７には、給電用ケーブル１０９の張力をなくしフリーな状態として自在に引き出すことができる機能が設けられる。

なお、給電用ケーブル１０９には、ケーブルリール１０７から所定長さの位置に給電用ケーブル１０９を分離できるコネクタ（図示せず）が設けられ、給電装置２０から着脱可能に接続される。

クレーン１がレーン２０１内を走行方向（Ｘ軸方向）に向かって走行中の場合には、電気制御室１０６に備える受電装置１１は、給電装置２０から供給される電力を受電することができる。

一方、レーンチェンジする際、すなわち、クレーン１がレーンチェンジエリア２００内を縦走行する際には、給電装置２０から給電用ケーブル１０９が外され、給電装置２０と切り離され、給電装置２０からの電力供給が遮断される。したがって、クレーン１は、レーンチェンジする際には、蓄電装置１２に蓄電される電力によって駆動する。

また、レーンチェンジする際には、クレーン１は、走行部１０５を蓄電装置１２の電力によってジャッキアップさせ、走行部１０５に備えるタイヤの向きを変換するための電力を消費する。

また、かかる動作中は、運転室１０８の冷暖房エアコンや冷却ファン（いずれも図示せず）等に供給される電力も蓄電装置１２から供給しなくてはならない。したがって、クレーン１は、レーンチェンジ中に最も蓄電装置１２の電力を消費する。

なお、クレーン１の走行動作、レーンチェンジ動作を含む縦走行動作、および吊り具１０３の巻上げまたは巻下げ動作（以下、単に「巻動作」と記載する）等は、作業員によって行われる。

具体的には、作業員は、運転室１０８に設けられる表示操作部（図示せず）の操作レバーやスイッチを操作することによって所望の動作を行う。そして、表示操作部は、各操作に対応する動作指令を制御部１５を介してクレーン制御部１４へ渡すことによってクレーン１の各動作が行われる。

なお、ここでは、クレーン１が有人クレーンである場合の例について説明するが、クレーン１は管理装置３０からの指示に従って自動的に動作する無人クレーンであってもよい。

また、給電装置２０は、給電用ケーブル１０９を介してクレーン１へ電力を供給する場合の例について示したが、給電設備の構成はこれに限定されるものではない。たとえば、トロリー線によって電力を供給してもよい。

このとき、クレーン１の一定の走行経路、すなわち、走行方向に沿ってトロリー線を敷設し、クレーン１に、トロリー線に摺動する集電子を設け、集電子を介して外部から電力を蓄電装置１２へ充電させる。また、レーンチェンジする際には、集電子がトロリー線より外され、外部からの電力供給が遮断される。

図２に戻り、クレーン１の内部構成について説明する。クレーン１は、受電装置１１と、蓄電装置１２と、クレーン駆動部１３と、クレーン制御部１４と、制御部１５とを備える。蓄電装置１２は、蓄電部１２ａと、昇降圧チョッパ１２ｂとをさらに備え、制御部１５は、充電指令部１５ａと、制限速度指令部１５ｂとをさらに備える。

受電装置１１は、給電装置２０から供給される交流電力を直流電力に変換する。

蓄電部１２ａは、バッテリやコンデンサ等が用いられ、直流電力を蓄電する。また、蓄電部１２ａは、受電装置１１からの供給電力やクレーン駆動部１３からの巻下げ動作、走行減速動作等による回生電力を充電する。

昇降圧チョッパ１２ｂは、たとえば、シリアル伝送によって充電指令部１５ａとの間でデータ（情報）を送受信する。昇降圧チョッパ１２ｂは、充電指令、放電指令および充電レートを充電指令部１５ａから受信する。さらに、昇降圧チョッパ１２ｂは、受電装置１１側の直流電圧、直流電流の値および蓄電部１２ａの直流電圧の値を充電指令部１５ａへ送信する。たとえば、受電装置１１側の直流電圧、直流電流は、昇降圧チョッパ１２ｂが検出し、蓄電部１２ａの直流電圧は、蓄電部１２ａが検出し、昇降圧チョッパ１２ｂに送信する。

また、昇降圧チョッパ１２ｂは、充電指令部１５ａからの充放電指令にしたがって、蓄電部１２ａの直流電力を充放電する。なお、昇降圧チョッパ１２ｂは、蓄電部１２ａに入出力する電流が充放電指令となるように電流制御する。

具体的には、充放電指令が正であれば放電指令、負であれば充電指令であり、その絶対値が放電レートあるいは充電レート（Ｐｃｒ）に対応する。つまり、昇降圧チョッパ１２ｂは、充電指令部１５ａからの充放電指令が負の場合、充電レートに基づいて蓄電部１２ａを充電し、正の場合、放電レートに基づいて蓄電部１２ａを放電する。

クレーン駆動部１３は、受電装置１１と蓄電装置１２とからの直流電力を交流電力に変換し、クレーン制御部１４からの駆動指令に応じた交流電力を供給して各駆動部を駆動させる。

具体的には、クレーン駆動部１３には、クレーン１の走行および縦走行を行う走行部１０５、吊り具１０３の巻上げまたは巻下げを行う巻上部、トロリー１０４の横行を行う横行部等の駆動部を備える。そして、クレーン駆動部１３は、クレーン制御部１４からの駆動指令に応じて、各駆動部に設けられるモータ等を駆動させることによってそれぞれの動作をさせる。

クレーン制御部１４は、クレーン駆動部１３を制御する制御部である。具体的には、クレーン制御部１４は、制御部１５から受け付けた各動作に対応する動作指令に基づいてクレーン１の走行や縦走行等の動作をさせる。

また、クレーン制御部１４は、クレーン１に備える各種センサによってレーンチェンジエリア２００までの距離や走行速度等を管理する。したがって、クレーン制御部１４は、必要に応じて、クレーン１のレーンチェンジまでの距離や時間（距離／走行速度）を制御部１５へ渡す処理を併せて行う。

制御部１５は、クレーン１全体を制御する制御部である。具体的には、制御部１５は、管理装置３０から受信した荷役計画情報に基づいてクレーン１の動作指令を生成し、生成した動作指令をレーン制御部１４や蓄電装置１２に対して出力する。また、制御部１５は、クレーン制御部１４や蓄電装置１２から受け付けた各種情報に基づいて蓄電装置１２に対して充放電指令を出力し、表示操作部から受け付けた各操作に対応する動作指令をクレーン制御部１４に対して出力する処理を併せて行う。

ここで、荷役計画情報は、荷役作業に関する情報であり、コンテナ船との荷役作業の有無、トラック３０１との荷役作業の有無といった情報が含まれるものとする。

制御部１５は、管理装置３０からの荷役計画情報に限らず、クレーン１の状態情報等も取得するものとする。ここで、状態情報とは、たとえば、蓄電装置１２の電圧、クレーン１の姿勢、各駆動設備（吊り具１０３、トロリー１０４、走行部１０５）の位置、速度、稼働状況（稼働中か非稼動中かを区別する情報）等の情報である。

そして、制御部１５は、荷役計画情報やクレーン１の位置等に基づいてレーンチェンジが行われる旨を報知する「レーンチェンジ指示」を所定のタイミングで充電指令部１５ａへ出力する処理を併せて行う。なお、「レーンチェンジ指示」を制御部１５が報知することとしたが、管理装置３０が報知することとしてもよい。

ここで、クレーン１は、レーンチェンジ中に、最も蓄電部１２ａの電力を消費するため、レーンチェンジエリア２００に到達するまでの走行中に予め蓄電部１２ａへ所定量の電気量を充電しておく。

そこで、充電指令部１５ａは、レーンチェンジ指示を受け付けたならば、蓄電部１２ａから受け付けた電圧と、クレーン制御部１４から受け付けたレーンチェンジまでの距離や時間に基づいて充電レート（Ｐｃｒ）を算出する処理を行う処理部である。

ここで、充電レート（Ｐｃｒ）は、蓄電部１２ａが電力を充電する際に、給電装置２０から供給される単位時間当たりの電力量に対応している。充電指令部１５ａは、算出した充電レート（Ｐｃｒ）で充電するよう、昇降圧チョッパ１２ｂへ充放電指令を出力する処理を併せて行う。

上述しているように、充電指令部１５ａは、昇降圧チョッパ１２ｂの受電装置１１側の直流電圧、直流電流の値および蓄電部１２ａの直流電圧を受信している。そして、充電指令部１５ａは、これら受信した各情報に基づいて昇降圧チョッパ１２ｂが出力している直流電力を算出し、昇降圧チョッパ１２ｂへの充放電指令を算出して、昇降圧チョッパ１２ｂへ送信する。

具体的には、充電指令部１５ａは、蓄電部１２ａの直流電圧に基づいて、蓄電部１２ａの蓄電量を算出する。ここで、蓄電部１２ａの蓄電量の算出手法の詳細について図４を用いて説明する。図４は、蓄電部１２ａの蓄電率と閉路電圧との関係を示すグラフである。閉路電圧とは蓄電部１２ａに充放電電流が流れていない状態の電圧のことである。

まず、図４に示すような蓄電部１２ａの蓄電率と閉路電圧との関係の場合、蓄電部１２ａの電圧がａ（Ｖ）ならば、蓄電率はｂ（％）であることがわかる。そして、満充電の時の蓄電部１２ａの蓄電量（ｆ）へ蓄電率を乗じることによって現時点の蓄電量（ｆ×ｂ／１００）が算出される。

なお、上記のようにして蓄電量を算出することとしたが、昇降圧チョッパ１２ｂから入出力される電力量に基づいて蓄電量を算出してもよい。さらに、充電指令部１５ａが受信する情報のいくつかを、充電指令部１５ａが直接検出するようにしてもよい。

つづいて、充電指令部１５ａは、現時点の蓄電量が所定の閾値以下の場合に、充電を開始することとし、充電レート（Ｐｃｒ）を算出する。ここで、充電レート（Ｐｃｒ）の算出手法の詳細について図５および図６を用いて説明する。図５は、蓄電部１２ａの蓄電量とレーンチェンジ位置との関係を示すグラフであり、図６は、蓄電量の閾値とレーンチェンジ位置との関係を示すグラフである。

図５に示すように、横軸は、レーン２０１上の位置を示し、ｘ１はレーンチェンジエリア２００の位置であり、横軸左方向からｘ１へ向かって移動するクレーン１の位置を示す。縦軸は、蓄電部１２ａの蓄電量を示す。また、目標蓄電量（ｅ１）は、レーンチェンジする時点の蓄電量を予測したものであり、レーンチェンジするのに十分な電気量（Ｅｌｃ）に基づいて設定される。

たとえば、実線のグラフに示すように、充電指令部１５ａは、位置：ｘ０の地点で蓄電部１２ａの蓄電量（ｅ０）が所定の閾値（Ｔｈ）以下となるので、蓄電部１２ａへ充電を開始させることとする。

そして、充電指令部１５ａは、クレーン制御部１４から受け付けたレーンチェンジまでの距離（ｘ１−ｘ０）に基づいて充電レート（Ｐｃｒ）を算出する。

ここで、クレーン１は、一定の走行速度（ｖ０）で走行しているので、レーンチェンジまでの時間（ｔ０）は、式（１）のようになる。なお、加速度・減速度は一定のため、走行速度（ｖ０）までに要する加速時間、減速時間については省略した。
ｔ０＝（ｘ１−ｘ０）／ｖ０ …（１）

したがって、充電レート（Ｐｃｒ）は、式（２）のようになる。
Ｐｃｒ＝（ｅ１−ｅ０）／ｔ０ …（２）

充電指令部１５ａは、算出した充電レート（Ｐｃｒ）で充電するよう、昇降圧チョッパ１２ｂへ充放電指令を出力する。これによって、クレーン１がレーンチェンジエリア２００に到着した時点に、蓄電部１２ａの蓄電量は、目標蓄電量（ｅ１）となる。

破線のグラフの場合も同様に、充電指令部１５ａは、クレーン１の位置がｘ２の地点となったら、充電を開始させる。これにより、荷役システムでは、レーンチェンジまでの距離に応じて、充電レートを変更することができ、効率よく充電を行うことができる。

ところが、１点破線のグラフに示すように、クレーン１の位置がｘ３の地点で充電を開始させた場合、ｘ３からｘ１まで移動する時間が短いため、算出した充電レート（Ｐｃｒ）は、設備容量を超えてしまうことがある。

なお、設備容量とは、受電装置１１が給電装置２０から供給する際の単位時間当たりの最大電力量のことである。また、レーンチェンジまでの時間（ｔ０）とレーンチェンジまでの距離とは比例関係にあるので、充電レート（Ｐｃｒ）や設備容量は、充電を開始させる位置からｘ１までのグラフの傾きで表される。

たとえば、設備容量が２点破線に示した傾きｃであるとするならば、１点破線のグラフに示すグラフは、傾きｃより急傾斜であるので、算出した充電レートが設備容量を超えてしまうこととなる。

この場合、制限速度指令部１５ｂは、充電レート（Ｐｃｒ）が設備容量を超えないように調整する。具体的には、制限速度指令部１５ｂは、レーンチェンジする直前に、給電装置２０から電力を充電するためにクレーン１を一旦停止して充電する場合よりも時間がかからない範囲で、クレーン１の走行速度を遅く制限する。

そして、制限速度指令部１５ｂは、制限した走行速度でクレーン１を走行させる制限速度指令をクレーン制御部１４へ出力する。これにより、レーンチェンジまでの時間が長くなることから、制限速度指令部１５ｂは、充電レート（Ｐｃｒ）が設備容量を超えないように調整することができる。また、制限速度指令部１５ｂは、必要な場合には速度を制限する充電レートの閾値をクレーン１単独の設備容量でなく、港湾設備にかかる設備容量から決定してもよいし、港湾設備で消費している電力量に応じて切替えてもよい。

また、充電レート（Ｐｃｒ）が設備容量を超えないように調整することとしたが、制限速度指令部１５ｂは、昇降圧チョッパ１２ｂが行う電流制御の出力が所定値を超えるか否かによってクレーン１の走行速度を制限することとしてもよい。

なお、ここでは、充電指令部１５ａが充電を開始するかを判定する際の蓄電量の閾値（Ｔｈ）を、所定の設定値（ｅ０）を用いることとしたが、図６に示すように、レーンチェンジまでの距離、すなわちクレーン１の位置に基づいて、閾値を変動させてもよい。

図６に示すように、横軸は、図５と同様にレーン２０１上の位置を示し、縦軸は、蓄電部１２ａの蓄電量を示す。そして、同図のグラフに示したように、レーンチェンジまでの距離が長いほど、閾値を高くすることによって充電レート（Ｐｃｒ）が設備容量を超えないようにすることができる。

また、閾値（Ｔｈ）は、レーンチェンジするのに十分な電気量（Ｅｌｃ）と、レーンチェンジまでの時間（ｔ０）と、充電レート（Ｐｃｒ）とに基づいて式（３）のように設定してもよい。
Ｔｈ＝Ｅｌｃ−Ｐｃｒ×ｔ０ …（３）

図６または式（３）のようにレーンチェンジまでの距離に応じて閾値（Ｔｈ）を設定することによって、荷役システムでは、効率よく充電を行うことができる。

ここで、クレーン１では、巻上げ動作および横行動作を行った場合には電力を消費することとなるが、巻下げ動作を行った場合には回生電力の発生により消費電力がマイナスとなる。

このため、レーンチェンジ指示を受け付けてから、クレーン１がレーンチェンジエリア２００に到達するまでの間に、巻動作がある場合には、充電指令部１５ａは、かかる動作による過不足電力量（Ｅｈ）を加味したうえで充電レート（Ｐｃｒ）を算出する。また、レーンチェンジ指示を受け付けてから、クレーン１がレーンチェンジエリア２００に到達するまでの間に、巻動作がない場合には、過不足電力量（Ｅｈ）は０とする。

なお、図２に示したクレーン１全体を制御する制御部１５の処理は、クレーン制御部１４内で行ってもよい。また、制御部１５をクレーン１とは別体とし、クレーン１および管理装置３０に接続される制御装置を設ける構成とし、制御装置によって制御部１５の処理を行ってもよい。

つぎに、クレーン１が実行する指令出力処理の処理手順について図７を用いて説明する。図７は、第１の実施形態に係る指令出力処理の処理手順を示すフローチャートである。

図７に示すように、充電指令部１５ａは、レーンチェンジ指示を受け付けたか否かを判定し（ステップＳ１０１）、受け付けていない場合（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、レーンチェンジ指示を受け付けるまでステップＳ１０１を繰り返す。

また、充電指令部１５ａは、レーンチェンジ指示を受け付けた場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、昇降圧チョッパ１２ｂから電圧を取得し（ステップＳ１０２）、取得した電圧によって蓄電部１２ａの現時点の蓄電量を算出する（ステップＳ１０３）。

充電指令部１５ａは、現時点の蓄電量が所定の閾値以下であるか否かを判定し（ステップＳ１０４）、現時点の蓄電量が所定の閾値より大きい場合(ステップＳ１０４，Ｎｏ)、ステップＳ１０２へ処理を移行する。

一方、充電指令部１５ａは、現時点の蓄電量が所定の閾値以下の場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、クレーン制御部１４からレーンチェンジまでの距離を取得する（ステップＳ１０５）。

また、充電指令部１５ａは、巻動作による過不足電力量を算出し（ステップＳ１０６）、蓄電部１２ａの現時点の蓄電量とレーンチェンジまでの距離とに基づいて充電レートを算出する（ステップＳ１０７）。

その後、充電指令部１５ａは、算出した充電レートが設備容量を超えないか否かを判定する（ステップＳ１０８）。そして、充電指令部１５ａは、充電レートが設備容量を超えない場合（ステップＳ１０８，Ｙｅｓ）、充放電指令として充電レートを昇降圧チョッパ１２ｂへ出力し（ステップＳ１０９）、一連の指令出力処理を終了する。

一方、ステップＳ１０７で算出した充電レートが設備容量を超えた場合（ステップＳ１０８，Ｎｏ）、制限速度指令部１５ｂは、充電レートが設備容量を超えないように制限して走行速度および充電レートを算出する（ステップＳ１１０）。

その後、制限速度指令部１５ｂは、制限した走行速度でクレーン１を走行させる制限速度指令をクレーン制御部１４へ出力する（ステップＳ１１１）。また、充電指令部１５ａは、充放電指令として再算出された充電レートを昇降圧チョッパ１２ｂへ出力し（ステップＳ１１２）、一連の指令出力処理を終了する。

上述したように、第１の実施形態に係る荷役システムでは、蓄電装置の状態およびクレーンの状態に基づき、蓄電装置の蓄電量がレーンチェンジするのに十分な電気量を確保できるよう、クレーンの走行中に蓄電装置へ電力を充電させる。

これにより、クレーンは、レーンチェンジエリアに到達した時点でレーンチェンジする際に必要な電力が蓄電装置へ充電されることによって、クレーンは、動作を止めることなくレーンチェンジを開始することができる。このようにすることによって、第１の実施形態に係る荷役システムでは、作業効率を低下させることなく荷役作業を行うことができる。

ところで、上述した第１の実施形態に係る荷役システムでは、レーンチェンジ指示を受け付けた時点で、蓄電装置へ充電するか否かを判定することとしたが、これに限定されるものではない。

たとえば、レーンチェンジ指示を受け付けるまでは、レーンチェンジまでの距離または時間に基づいて蓄電装置へ充電するか否かを別途判定することとしてもよい。そこで、以下に示す第２の実施形態では、レーンチェンジ指示を受け付けるまでにも、指令出力処理を行う場合について説明する。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る荷役システムは、レーンチェンジ指示を受け付けるまでに、図８を用いて説明する指令出力処理を別途行う点が、第１の実施形態に係る荷役システムとは異なる。

なお、コンテナヤードの構成および荷役システムのシステム構成については、図１および図２と同様であるので、ここでは、コンテナヤードの構成および荷役システムのシステム構成の説明については省略することとする。

第２の実施形態に係る荷役システムのクレーン１が実行する指令出力処理の処理手順について図８を用いて説明する。図８は、第２の実施形態に係る指令出力処理の処理手順を示すフローチャートである。

図８に示すように、充電指令部１５ａは、クレーン制御部１４からレーンチェンジまでの距離を取得し（ステップＳ２０１）、取得した距離が所定の閾値以下であるかを判定する（ステップＳ２０２）。

そして、充電指令部１５ａは、取得した距離が所定の閾値より長い場合（ステップＳ２０２，Ｎｏ）、ステップＳ２０１へ処理を移行する。

一方、充電指令部１５ａは、取得した距離が所定の閾値以下である場合（ステップＳ２０２，Ｙｅｓ）、昇降圧チョッパ１２ｂから電圧を取得し（ステップＳ２０３）、取得した電圧によって蓄電部１２ａの現時点の蓄電量を算出する（ステップＳ２０４）。

以下、ステップＳ２０５〜ステップＳ２１０の処理は、図７のステップＳ１０６〜ステップＳ１１２の処理と同じであるので、説明を省略する。

なお、ここでは、レーンチェンジまでの距離に基づいて蓄電部１２ａへ充電するか否かを判定することとしたが、レーンチェンジまでの時間に基づいて判定を行ってもよい。また、距離と時間とのそれぞれに閾値を設け、独立させて各判定の論理和（ＯＲ）によって判定を行ってもよい。さらに、クレーン１では、レーンチェンジ指示を受け付けたか否かに関わらず、管理装置３０から受信した荷役計画情報に基づいて蓄電部１２ａへ充電するタイミングを決定してもよい。

上述したように、第２の実施形態に係る荷役システムでは、レーンチェンジ指示を受け付けるタイミング以外にも、レーンチェンジまでの距離や時間に基づいて蓄電装置へ充電するか否かを判定することとした。

これにより、第２の実施形態に係る荷役システムでは、充電指令部１５ａがレーンチェンジ指示を受け付けてからレーンチェンジまでの時間が短い場合であっても、既に他の条件に基づいて蓄電装置への充電が開始される。

このため、第２の実施形態に係る荷役システムは、算出した充電レートが設備容量を超えることがないので、クレーンの走行速度を遅く調整する必要がない。したがって、第２の実施形態に係る荷役システムは、荷役の作業効率を向上させることができる。

（第３の実施形態）
つぎに、第３の実施形態に係る荷役システムについて図９を用いて説明する。図９は、第３の実施形態に係るコンテナヤードの模式図である。第３の実施形態に係る荷役システムは、コンテナヤードに複数のレーンチェンジエリア２００ａ、２００ｂが設置される点で、第１の実施形態および第２の実施形態の荷役システムとは異なる。

なお、荷役システムのシステム構成については、図２と同様であるので、ここでは、荷役システムのシステム構成の説明については省略することとする。

図９に示すように、第３の実施形態に係るコンテナヤードは、２ケ所のレーンチェンジエリア２００ａ、２００ｂが設置される。各レーンに対するクレーン１の走行方向（Ｘ軸方向）および縦走行方向（Ｙ軸方向）は、第１の実施形態と同様である。

第３の実施形態に係る充電指令部１５ａは、クレーン１の位置および走行方向に基づいて蓄電装置へ充電するか否かを判定する。

具体的には、充電指令部１５ａは、管理装置３０から受信したクレーン１の位置および走行方向に基づいていずれのレーンチェンジエリア２００ａ、２００ｂへ向かって走行しているかを判定する。

そして、充電指令部１５ａは、走行方向の終端側に設けられるレーンチェンジエリアの位置と現時点のクレーン１の位置との差分からレーンチェンジまでの距離を算出する。なお、走行方向の終端側に双方のレーンチェンジエリア２００ａ、２００ｂがある場合は、クレーン１の位置から近いレーンチェンジエリアをレーンチェンジするエリアとする。

したがって、充電指令部１５ａは、レーンチェンジするエリアの位置と、現時点のクレーン１の位置との差分からレーンチェンジまでの距離を算出する。また、管理装置３０から受信した荷役計画情報によってレーンチェンジするエリアを決定してもよい。

なお、図９に示したコンテナヤードには、２ケ所のレーンチェンジエリアを設置することとしたが、レーンの長さに応じて、３ケ所以上のレーンチェンジエリアを設置してもよい。

上述したように、第３の実施形態に係る荷役システムでは、コンテナヤードの所定のレーンに対して２ケ所のレーンチェンジエリアを設置することとした。これにより、第３の実施形態に係る荷役システムは、レーンチェンジするまでの走行方向の移動距離が短くなることによって消費電力を抑止することができるとともに、走行時間を短縮することができる。したがって、第３の実施形態に係る荷役システムでは、総作業時間を短縮することができ荷役の作業効率を向上させることができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１、１ａ、１ｂ クレーン
１１ 受電装置
１２ 蓄電装置
１２ａ 蓄電部
１２ｂ 昇降圧チョッパ
１３ クレーン駆動部
１４ クレーン制御部
１５ 制御部
１５ａ 充電指令部
１５ｂ 制限速度指令部
２０ 給電装置
３０ 管理装置
４０ 通信ネットワーク

Claims (7)

1. 荷役作業を行うクレーンと、
   前記クレーンへ電力を供給する給電装置と
   を備え、
   前記クレーンは、
   前記給電装置から供給される電力を蓄電する蓄電装置と、
   前記蓄電装置に蓄電された電力と前記給電装置から供給される電力とを駆動源とするクレーン駆動部と、
   前記蓄電装置の状態および前記クレーンの状態に基づき、レーンチェンジ指示を受け付けてから前記蓄電装置に蓄電される電気量を示す蓄電量が閾値以下となるタイミングまたはレーンチェンジエリアまでの距離もしくは時間が閾値以下となるタイミングから目的とする前記レーンチェンジエリアへ前記クレーンが到達するタイミングまでの間に前記蓄電量がレーンチェンジするのに十分な電気量となるように、前記蓄電装置へ電力を前記クレーンの走行中に充電させる充電指令を前記蓄電装置へ出力する充電指令部と
   を備えることを特徴とする荷役システム。
2. 前記充電指令部は、
   前記レーンチェンジ指示を受け付けてから前記蓄電装置に蓄電される電気量を示す蓄電量が閾値以下となる場合またはレーンチェンジエリアまでの距離もしくは時間が閾値以下となる場合に、前記給電装置から単位時間当たりに供給される電力量を示す充電レートを算出し、算出した前記充電レートで電力を充電させる前記充電指令を前記蓄電装置へ出力することを特徴とする請求項１に記載の荷役システム。
3. 前記充電指令部は、
   前記レーンチェンジ指示を受け付けてから前記蓄電量が閾値以下となるタイミングまたは前記レーンチェンジエリアまでの距離もしくは時間が閾値以下となるタイミングから前記レーンチェンジエリアへ前記クレーンが到達するタイミングまでの間の前記クレーンの走行距離または時間に基づいて前記充電レートを算出することを特徴とする請求項２に記載の荷役システム。
4. 前記充電指令部は、
   前記蓄電装置の電圧または前記蓄電量に基づいて前記充電レートを算出することを特徴とする請求項２または３に記載の荷役システム。
5. 前記充電レートが所定の容量を超える場合、前記所定の容量以内の前記充電レートとなるように制限した走行速度で前記クレーンを走行させるよう前記クレーン駆動部へ制限速度指令を出力する制限速度指令部
   をさらに備えることを特徴とする請求項２、３または４に記載の荷役システム。
6. 前記充電指令部は、
   前記クレーンの巻上げ動作による力行動作と巻下げ動作による回生動作とによって充放電されることによって変化する前記蓄電量を加味して前記充電レートを算出することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の荷役システム。
7. 前記充電指令部は、
   前記レーンチェンジエリアへ前記クレーンが到達するまでの間の前記クレーンの走行距離または時間に基づいて前記充電指令を前記蓄電装置へ出力するタイミングを決定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の荷役システム。

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