專利名稱：確定起重機(jī)載荷以一沿升降方向延伸的擺動軸線擺動的方法和/或設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定起重機(jī)載荷擺動的方法和設(shè)備。在鋼繩上提升的載荷，例如集裝箱，可導(dǎo)致轉(zhuǎn)動和/或擺動，也稱為扭動。這種扭動，亦即某種類型的擺動運(yùn)動，目前借助一個(gè)用于確定載荷位置的系統(tǒng)檢測，它有兩臺攝像機(jī)，采用兩臺攝像機(jī)成本很高。只用一臺攝像機(jī)按先有技術(shù)是有問題的，因?yàn)閷τ谀茏銐蜓杆俚貙⒂嘘P(guān)載荷的新的位置實(shí)際值信息供給調(diào)節(jié)系統(tǒng)用于擺動控制而言，目前為了評估由攝像機(jī)攝錄的圖像所需要的計(jì)算時(shí)間太長了。
由專利文件DE 4190587C2已知一種只有一臺攝像機(jī)的設(shè)備。為了確定載荷的位置，設(shè)備分析攝像機(jī)的圖像。由攝像機(jī)攝錄的圖像有至少兩個(gè)標(biāo)記，它們用來計(jì)算位置。
采用這類如上述專利文件中的設(shè)備不能充分確定在鋼繩上提升的載荷，例如集裝箱，也稱為扭動的轉(zhuǎn)動和/或擺動，因?yàn)橛糜诖_定位置的掃描時(shí)間太長。也就是說，可測得的載荷位置實(shí)際值，對于為了消除扭動而要進(jìn)行的調(diào)整而言時(shí)間上彼此隔得太久。這種計(jì)算時(shí)間方面的問題阻礙了能檢測更多數(shù)量的載荷位置實(shí)際值。
本發(fā)明的目的是提供一種方法和設(shè)備，它們允許經(jīng)濟(jì)地檢測轉(zhuǎn)動和/或擺動。
此目的按權(quán)利要求1、6和7的特征成功地達(dá)到。
由從屬權(quán)利要求2至4和8至14說明有利的設(shè)計(jì)。
在按本發(fā)明的確定起重機(jī)上載荷擺動的方法中，起重機(jī)有一個(gè)用于載荷水平和/或垂直運(yùn)動的吊運(yùn)小車，在吊運(yùn)小車上裝一臺攝像機(jī)，攝像機(jī)可以對準(zhǔn)載荷的方向，按本方法，載荷有至少兩個(gè)彼此遠(yuǎn)離的標(biāo)記。標(biāo)記借助至少一個(gè)光源將光線反射和/或主動發(fā)送給攝像機(jī)。一個(gè)標(biāo)記處于一載荷擺動軸線內(nèi)，在這里所述的軸線沿升降方向延伸。載荷例如是一個(gè)有效載荷或是一個(gè)裝在載荷承接裝置上的有效載荷。有效載荷例如是集裝箱，而載荷承接裝置例如是集裝箱吊鉤。根據(jù)兩個(gè)標(biāo)記的位置識別載荷的擺動，其中至少一個(gè)標(biāo)記由攝像機(jī)攝錄并確定了其位置。對于在擺動軸線區(qū)域內(nèi)的標(biāo)記計(jì)算出它的一虛擬位置。
以此方式，當(dāng)?shù)诙€(gè)標(biāo)記的虛位置已知時(shí)，攝像機(jī)所攝錄圖像中的可供用于分析計(jì)算以確定位置的圖像片段便可以減少到優(yōu)選一個(gè)標(biāo)記上。由此可以取得更多的載荷位置實(shí)際值。在擺動軸線區(qū)域內(nèi)的這一個(gè)標(biāo)記的虛位置，在不處于擺動軸線內(nèi)的那個(gè)標(biāo)記被至少一次或也可多次攝錄后，通過圖像分析用實(shí)際位置修正。因此，與先有技術(shù)相比較，對于每次載荷位置的測量只需分析計(jì)算例如一數(shù)字?jǐn)z像機(jī)較少的像點(diǎn)。其結(jié)果是可以更多次地測量并因而更準(zhǔn)確地確定載荷的擺動。因此可以提高擺動控制的調(diào)整精度。做到這一點(diǎn)的基礎(chǔ)主要是在于，按本發(fā)明將一個(gè)標(biāo)記安設(shè)在一個(gè)與其他標(biāo)記相比有更小的運(yùn)動擺幅的區(qū)域內(nèi)。這例如是旋轉(zhuǎn)擺動的旋轉(zhuǎn)中心線，該旋轉(zhuǎn)中心線在本實(shí)施例中平行于載荷的升降方向。
通過檢測現(xiàn)在可能是實(shí)的抑或虛的標(biāo)記位置，可以計(jì)算出載荷的擺角和/或位置。
處于沿升降方向延伸的擺動軸線內(nèi)的標(biāo)記的位置至少通過在攝像機(jī)兩次攝錄值之間內(nèi)插取得。由此導(dǎo)致節(jié)省分析評估圖像點(diǎn)的計(jì)算時(shí)間。圖像點(diǎn)的分析評估可按這樣的方式優(yōu)化，即，只分析評估那些在它們上面預(yù)期有一個(gè)要尋找的標(biāo)記的圖像點(diǎn)。
按一種有利的方法，由攝像機(jī)攝錄一個(gè)圖像，它有至少兩個(gè)標(biāo)記。一個(gè)用于圖像識別的裝置識別這兩個(gè)標(biāo)記并計(jì)算它們的位置。同時(shí)識別出處于沿載荷升降方向延伸的擺動軸線內(nèi)的那個(gè)標(biāo)記。當(dāng)攝像機(jī)又拍攝到另一個(gè)包含至少兩個(gè)標(biāo)記的圖像時(shí)，則所述用于圖像識別的裝置僅計(jì)算出與在軸線內(nèi)的標(biāo)記不同的那個(gè)標(biāo)記的位置。對于處于沿升降方向延伸的軸線內(nèi)的那個(gè)標(biāo)記的位置來說，則是利用它的一個(gè)虛位置來計(jì)算載荷的位置。
比較有利的是，在攝像機(jī)兩次攝錄并確定被記錄的在處于沿載荷升降方向延伸的擺動軸線內(nèi)的那個(gè)標(biāo)記的位置之間，用攝像機(jī)至少兩次攝錄并確定另一個(gè)標(biāo)記的位置。
實(shí)施上述方法例如通過一種設(shè)備進(jìn)行，它有一臺攝像機(jī)和一個(gè)用于內(nèi)插處于擺動軸線內(nèi)的標(biāo)記位置的裝置，所述擺動軸線沿升降方向延伸。在這里有不同類型的內(nèi)插法，這些內(nèi)插類型包括階梯函數(shù)到多項(xiàng)式內(nèi)插。
一種用于確定起重機(jī)上載荷擺動的設(shè)備，其中起重機(jī)有一個(gè)用于載荷水平和/或垂直運(yùn)動的吊運(yùn)小車，所述設(shè)備有至少一臺在吊運(yùn)小車上的攝像機(jī)。攝像機(jī)可以對準(zhǔn)載荷的方向，載荷有至少兩個(gè)可以由攝像機(jī)檢測的標(biāo)記，它們可以由攝像機(jī)攝錄和處理。攝像機(jī)與用于圖像識別的裝置在數(shù)據(jù)技術(shù)上連接在一起。
有利的方式是，一個(gè)標(biāo)記處于沿載荷升降方向延伸的擺動軸線內(nèi)。在繞此軸線旋轉(zhuǎn)擺動時(shí)，處于該軸線區(qū)域內(nèi)的標(biāo)記沒有如處于此軸線之外的另一個(gè)標(biāo)記那么大的位置改變。也就是說，在軸線區(qū)域內(nèi)的標(biāo)記的位置可以比另一些標(biāo)記的位置更容易進(jìn)行內(nèi)插。因此，為了確定載荷的位置，或?yàn)榱舜_定載荷的擺動，可以為在軸線內(nèi)的標(biāo)記的位置提供一個(gè)虛的(內(nèi)插的)位置值。
按一項(xiàng)有利的設(shè)計(jì)，至少一個(gè)標(biāo)記可以在載荷上自由定位。因此載荷可以方便地更換，但不會放棄對位置或擺動的準(zhǔn)確確定。
若設(shè)一個(gè)裝置用于確定載荷擺動沿升降方向延伸的擺動軸線，則由此也可以方便地更換載荷。若扭動運(yùn)動的擺動軸線例如處于位置重心內(nèi)，則光線可以從攝像機(jī)出發(fā)對準(zhǔn)載荷上體現(xiàn)位置重心的點(diǎn)。
按有利的方式，通過一種在起重機(jī)中已經(jīng)利用的擺動算法，確定有時(shí)候要計(jì)算其虛位置的標(biāo)記的虛位置點(diǎn)。因此，只通過一個(gè)攝像機(jī)系統(tǒng)和一個(gè)紅外探照燈以及一些有利地也能發(fā)射紅外光的標(biāo)記，便可以實(shí)現(xiàn)簡單的扭動角檢測。
附圖表示本發(fā)明的實(shí)施例并在下面詳細(xì)說明。其中

圖1示意表示一臺設(shè)計(jì)為一臺起重機(jī)的吊車；圖2示意表示作為起重機(jī)的集裝箱裝卸橋；圖3表示有兩臺攝像機(jī)的用于檢測旋轉(zhuǎn)擺動的設(shè)備；圖4表示載荷的懸掛和攝像機(jī)與兩個(gè)標(biāo)記的定位；圖5表示載荷的擺動；以及圖6表示有一臺攝像機(jī)的用于檢測旋轉(zhuǎn)擺動的設(shè)備。
圖1示意表示吊車1側(cè)視圖。圖示的吊車1有起重臂2和可移動的吊運(yùn)小車3。吊運(yùn)小車3的運(yùn)動方向用雙向箭頭20表示。吊運(yùn)小車3本身有四個(gè)各有一個(gè)卷繩筒的提升機(jī)構(gòu)，本圖由于是側(cè)視圖所以只能看到兩個(gè)提升機(jī)構(gòu)4，其他的被遮擋。載荷24的升降方向用雙向箭頭21表示。作為舉例，吊車1用作起重機(jī)，其中借助攝像機(jī)8可確定載荷24的位置或載荷承接裝置23的位置，后者例如是集裝箱用的吊鉤。通過確定位置也可以確定載荷24或載荷承接裝置23的擺動。載荷24或載荷承接裝置有用于攝像機(jī)8位置識別的標(biāo)記。
圖2表示另一個(gè)用作起重機(jī)的例子，這里用側(cè)視圖表示用于集裝箱傳送的集裝箱裝卸橋36。集裝箱裝卸橋36有一個(gè)吊運(yùn)小車3和一個(gè)升降裝置。升降裝置包括四個(gè)各有一個(gè)卷繩筒的提升機(jī)構(gòu)，在這里由于是側(cè)視圖只能看到兩個(gè)提升機(jī)構(gòu)4和5。按此圖，集裝箱裝卸橋36可在軌道34上移動。這種可移動性也可以通過無軌裝置實(shí)現(xiàn)，但圖中未表示。由于吊運(yùn)小車3或集裝箱裝卸橋36移動或由于載荷24和/或載荷承接裝置23沿升降方向21升和降，即使在集裝箱裝卸橋36的情況下也會出現(xiàn)載荷24和/或載荷承接裝置23的擺動，例如旋轉(zhuǎn)擺動(扭擺)。這種擺動可通過按本發(fā)明的位置確定方法和相應(yīng)的設(shè)備識別。為了識別，尤其需要一臺固定在吊運(yùn)小車3區(qū)域內(nèi)的攝像機(jī)8。
圖3表示兩臺攝像機(jī)8。為每臺攝像機(jī)8配設(shè)一個(gè)主動光源16，例如紅外探照燈。攝像機(jī)8規(guī)定用于攝錄一個(gè)象域11。標(biāo)記9、10處于此象域11內(nèi)。通過測定當(dāng)繞載荷的位置重心17旋轉(zhuǎn)擺動時(shí)標(biāo)記9、10的位置偏離，可以確定擺動運(yùn)動。為了區(qū)別標(biāo)記9、10，將標(biāo)記9相對于標(biāo)記10成直角錯(cuò)移地設(shè)在載荷或載荷承接裝置上。
為了便于理解圖4表示一個(gè)三維視圖。在吊運(yùn)小車3上通過鋼繩12、13、14和15懸掛一個(gè)載荷承接裝置23，載荷24再懸掛在載荷承接裝置23上。鋼繩12、13、14和15的長度可通過示意表示的提升機(jī)構(gòu)4、5、6和7改變。攝像機(jī)8通過一個(gè)朝載荷24的方向擴(kuò)展的象域11攝錄載荷24或載荷承接裝置23。在載荷承接裝置23上有兩個(gè)標(biāo)記9，它們通過由攝像機(jī)8攝錄圖像的圖像處理識別。象域11比標(biāo)記9的尺寸大。圖像處理有利地只針對象域11的區(qū)域進(jìn)行，這些區(qū)域含有規(guī)定用于確定載荷位置所需的標(biāo)記。載荷24有一個(gè)位置重心17，它處于Z軸Z內(nèi)。重合不是必要的，但便于畫圖。圖中還畫有垂直于Z軸Z的X軸X和Y軸Y。
圖5夸大表示繞旋轉(zhuǎn)中心33的旋轉(zhuǎn)擺動，旋轉(zhuǎn)中心33與Z軸Z或例如與位置重心重合。在X軸X與載荷中線37之間的夾角說明轉(zhuǎn)角，即所謂的扭動角28。繞Z軸的轉(zhuǎn)動用彎的雙向箭頭38表示。
圖6與圖3一樣表示兩個(gè)標(biāo)記29和30，但只表示一臺攝像機(jī)8。標(biāo)記30處于擺動運(yùn)動旋轉(zhuǎn)軸線31的范圍內(nèi)，其中，旋轉(zhuǎn)軸線31沿升降方向21延伸。因此，標(biāo)記30的位置按本發(fā)明與第二個(gè)標(biāo)記29相比不那么頻繁地通過分析評估攝像機(jī)8的象域確定。在此圖中象域11對準(zhǔn)標(biāo)記29。標(biāo)記29的位置通過圖像分析確定。標(biāo)記30的位置可以內(nèi)插確定。借助這兩個(gè)標(biāo)記29和30的位置，可以確定在它上面有這些標(biāo)記的載荷的擺動。對于為控制繞旋轉(zhuǎn)軸線31旋轉(zhuǎn)擺動的調(diào)節(jié)而言，循環(huán)時(shí)間越短越好，在這里的循環(huán)時(shí)間處于毫秒范圍內(nèi)。因?yàn)楝F(xiàn)在為識別擺動時(shí)載荷的位置提供了標(biāo)記30的一個(gè)虛的位置，而且現(xiàn)在只還有一個(gè)標(biāo)記29可通過圖像處理確定其位置，所以可以連續(xù)執(zhí)行多次位置確定的任務(wù)。標(biāo)記30的虛位置當(dāng)然應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)用實(shí)的實(shí)際位置加以修正。在這種情況下，象域11至少對準(zhǔn)標(biāo)記30和必要時(shí)也同時(shí)對準(zhǔn)標(biāo)記29。若在圖像處理時(shí)要計(jì)算兩個(gè)標(biāo)記29和30的位置，則由此比只針對一個(gè)標(biāo)記時(shí)需要更長的計(jì)算時(shí)間。這種附加的時(shí)間至少通過利用在這里處于旋轉(zhuǎn)軸線31內(nèi)的虛的重心位置和相應(yīng)標(biāo)記30位置的內(nèi)插加以補(bǔ)償。決定性的是，標(biāo)記29的位置確定通過攝像機(jī)8比標(biāo)記30更頻繁地進(jìn)行，因?yàn)闃?biāo)記30在轉(zhuǎn)動時(shí)它的位置變化不那么大。例如，標(biāo)記30位置的修正在每第十次確定標(biāo)記29的位置后進(jìn)行。扭角例如根據(jù)標(biāo)記30的虛位置和標(biāo)記29的實(shí)位置得出。
本發(fā)明有許多優(yōu)點(diǎn)。首先省去了第二臺攝像機(jī)。再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以方便地改造已經(jīng)有一臺攝像機(jī)的起重機(jī)，使它也能檢測繞沿升降方向的軸線的旋轉(zhuǎn)擺動。為了改造，尤其要在載荷和/或載荷承接裝置上設(shè)第二個(gè)標(biāo)記。若這兩個(gè)標(biāo)記29和30有附加的發(fā)射閃光的主動光源，則可以進(jìn)一步提高起重機(jī)的工作可靠性。閃光可通過來自攝像機(jī)方向的第一次閃爍觸發(fā)。通過利用在標(biāo)記30區(qū)域內(nèi)一個(gè)虛的位置點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)更長的掃描時(shí)間，由此可以達(dá)到更小的測量噪聲。
權(quán)利要求
1.一種確定一起重機(jī)(1、36)上載荷(23、24)擺動的方法，該起重機(jī)有一個(gè)吊運(yùn)小車(3)，在該吊運(yùn)小車(3)上裝設(shè)有一臺攝像機(jī)(8)，其中，該攝像機(jī)(8)可對準(zhǔn)載荷(24)的方向以及該載荷(24)有至少兩個(gè)彼此遠(yuǎn)離的標(biāo)記(29、30)，其中一個(gè)標(biāo)記(30)在沿升降方向延伸的一擺動軸線內(nèi)，其特征為根據(jù)兩個(gè)標(biāo)記(29、30)的位置識別載荷(23、24)的擺動，其中，至少一個(gè)標(biāo)記被攝像機(jī)(8)攝錄并確定其位置。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為計(jì)算所述載荷的擺角和/或位置。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征為所述處于沿升降方向延伸的擺動軸線內(nèi)的那個(gè)標(biāo)記的位置在攝像機(jī)(8)兩次攝錄之間進(jìn)行內(nèi)插。
4.按照上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征為所述攝像機(jī)(8)攝錄一個(gè)包含至少兩個(gè)標(biāo)記(29、30)的圖像，并且一個(gè)用于圖像識別的裝置識別這兩個(gè)標(biāo)記(29、30)并計(jì)算它們的位置，以及識別出處于沿載荷(23、24)升降方向延伸的擺動軸線內(nèi)的標(biāo)記(30)，以及，由攝像機(jī)拍攝另一個(gè)包含至少兩個(gè)標(biāo)記的圖像，以及所述用于圖像識別的裝置計(jì)算與所述在軸線內(nèi)的那個(gè)標(biāo)記不同的標(biāo)記(29)的位置。
5.按照上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征為在攝像機(jī)(8)兩次攝錄并確定被記錄的在處于沿載荷(24)升降方向的擺動軸線內(nèi)的那個(gè)標(biāo)記的位置之間，用攝像機(jī)(8)至少兩次攝錄并確定另一個(gè)標(biāo)記的位置。
6.一種實(shí)施按照權(quán)利要求1至5之一所述的方法的設(shè)備，其特征為該設(shè)備有一臺攝像機(jī)(8)和一個(gè)用于內(nèi)插處于沿升降方向延伸的擺動軸線內(nèi)的標(biāo)記位置的裝置。
7.一種確定一起重機(jī)(1、36)上載荷(23、24)擺動的設(shè)備，該起重機(jī)有一個(gè)吊運(yùn)小車(3)，其特征為在吊運(yùn)小車(3)上裝一臺攝像機(jī)(8)，該攝像機(jī)(8)可以對準(zhǔn)載荷(23、24)的方向，該載荷(23、24)有至少兩個(gè)可以由攝像機(jī)(8)抓拍到的標(biāo)記(29、30)，該至少兩個(gè)標(biāo)記(29、30)可以由攝像機(jī)(8)攝錄和處理，以及，所述攝像機(jī)(8)與一用于圖像識別的裝置在數(shù)據(jù)技術(shù)上連接在一起。
8.按照權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征為一個(gè)標(biāo)記在一沿載荷的升降方向延伸的載荷擺動軸線內(nèi)。
9.按照權(quán)利要求7或8所述的設(shè)備，其特征為所述標(biāo)記可以在載荷上自由定位。
10.按照權(quán)利要求7至9之一所述的設(shè)備，其特征為設(shè)有一個(gè)用于確定沿升降方向延伸的載荷擺動軸線的裝置。
11.按照權(quán)利要求7至10之一所述的設(shè)備，其特征為所述標(biāo)記是一個(gè)主動光源和/或一個(gè)被動光源。
12.按照權(quán)利要求7至11之一所述的設(shè)備，其特征為一個(gè)主動光源從吊運(yùn)小車(3)對準(zhǔn)載荷標(biāo)記的方向。
13.按照權(quán)利要求7至12之一所述的設(shè)備，其特征為所述載荷(23、24)包括一個(gè)載荷承接裝置(23)和/或一個(gè)有效載荷(24)。
14.按照權(quán)利要求7至12之一所述的設(shè)備用于實(shí)施按照權(quán)利要求1至5之一所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種確定在起重機(jī)(1、36)上載荷(23、24)擺動的方法和設(shè)備，該起重機(jī)有一個(gè)吊運(yùn)小車(3)，在吊運(yùn)小車(3)上裝有一臺攝像機(jī)(8)，該攝像機(jī)(8)可對準(zhǔn)載荷(23、24)的方向。該載荷(23、24)有至少兩個(gè)彼此遠(yuǎn)離的標(biāo)記(29、30)，其中一個(gè)標(biāo)記(30)處于沿升降方向延伸的擺動軸線內(nèi)。根據(jù)兩個(gè)標(biāo)記(29、30)的位置可以確定載荷(23、24)的擺動，其中至少一個(gè)標(biāo)記被攝像機(jī)(8)攝錄并確定其位置。至少有時(shí)候在包含一個(gè)虛的標(biāo)記位置的情況下來進(jìn)行擺動的確定。
文檔編號B66C13/04GK1684900SQ03822608
公開日2005年10月19日 申請日期2003年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月30日
發(fā)明者彼得·舒爾特, 彼得·莫勒, 英格伯特·斯特雷貝爾 申請人:西門子公司