专利名称：用于起重机的吊运车组件及包括该吊运车组件的起重机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种吊运车组件和用于装载和卸载货物的起重机。
背景技术：
与其它运输方式相比，使用船作为向遥远地区运送货品的方式的海运消耗更少的能量，并产生较低的运输成本，因此其占了全球贸易的大部分。近来，像集装箱运输船这样的海运使用大船来提高运输效率，并且，大船的使用增大了船的运量，以确保运输的经济效益。因此，越来越需要更多的具有允许大船停在码头旁的停泊设备以及装载和卸载设备的港口。然而，允许大集装箱船停在码头旁的港口在全世界是有限的，并且，这种港口的建造由于为了保持港口中的水深而进行挖泥等产生了大量的成本，并需要宽阔的区域。另外， 大港口的建造导致附近的交通拥挤，或者显著地影响周围环境，例如破坏沿海环境，对大港口的建造留下许多限制。因此，正在进行对移动港口的研究，其允许大船在远离陆地的海中锚定并装卸 (handle)货物，而非使大船停在港口中的码头旁。图1是示出了通过安装在作为移动港口的船50中的起重机1执行集装箱C相对于集装箱运输船S的装卸工作的示意图。这里，将吊杆10的宽度方向(或船50的长度方向)定义为横向方向(图中的X方向)，并且，将吊杆10的长度方向(或船50的宽度方向) 定义为纵向方向(图中的Y方向)。总的来说，起重机1包括吊具30，抓住集装箱C并在竖直方向上移动；吊运车20， 支撑吊具30并在纵向方向上移动；以及吊杆10，引导吊运车20的移动。通过使用提升钢丝索系统使吊具30在竖直方向上移动。同时，在海中，船50和吊具30由于风、波浪、潮流等的影响而必定会移动(或摇动或转动)。这种移动典型地可包括摇摆(sway)、起伏(surge)和偏斜(skew)。在这种情况下，在传统的起重机1中，沿着吊杆10移动的吊运车20和安装在吊运车20上的吊具30仅能在纵向方向上移动。因此，当由于摇摆等而无法保持吊具30与待装载和待卸载的集装箱C之间的相对位置时，则难于固定或分离它们。当吊具30摇动或移动时，难以测量吊具30的移动。并且此外，为了校正吊具的位置，必须移动起重机1本身或船50本身，导致不易控制且消耗大量能量的问题。
发明内容
本发明提供一种用于起重机的吊运车组件，其通过精确地测量吊具的移动而能够轻松地控制并稳定吊具的姿态(posture)(或位置)。根据本发明的一个方面，提供了一种用于起重机的吊运车组件，包括第一吊运车，能够沿着起重机的吊杆在纵向方向上移动；第二吊运车，能够在第一吊运车上在横向方向上移动；提升机，设置在第二吊运车上；吊具，通过提升机能够在竖直方向上移动；发光单元，设置在吊具上；以及智能相机，用于捕获发光单元的图像以测量吊具的移动，其中，提升机的移动通过位置控制单元基于测量到的吊具的移动来控制。根据本发明的另一方面，提供了一种包括吊运车组件的起重机。
从以下结合附图给出的对实施方式的描述中，本发明的目的和特征将变得显而易见，附图中图1是示出了通过安装在船中的起重机来执行相对于集装箱运输船的货物装卸工作的示意图；图2是示出了根据本发明的一个实施方式的用于起重机的吊运车组件的结构的示意图；图3是示出了安装在吊具中的光源的示意图；图4是示出了安装在吊运车组件中的智能相机的构造的示意性方块图；图5是示出了控制根据本发明的一个实施方式的起重机吊具的姿态的方法的过程的流程图；图6A示出了从智能相机看到的吊具的形状；图6B示出了通过对由智能相机捕获的图像进行二值化处理(binarize)而获得的图像；图6C示出了标记光源和噪声的相应集群(cluster)的状态；图6D示出了检测两个光源的位置的状态；图7A是示出了吊具的各种状态的示意图；以及图7B是示出了通过智能相机分析图像的过程的示意图。
具体实施例方式在下文中，现在将参考附图描述本发明的实施方式，其中，对相同或相应的元件使用相同的参考标号，因此将省去重复描述。现在将参考图2至图4描述根据本发明的一个实施方式的吊运车组件的结构和功能。图2是示出了根据本发明的一个实施方式的用于起重机的吊运车组件的结构的示意图。如在此所示，吊运车组件200包括第一吊运车210、第二吊运车220、第三吊运车 230、转子M0、提升机250、吊具沈0、光源270、智能相机280和位置控制单元四0。第一吊运车210能够沿着集装箱起重机的吊杆110在纵向方向上移动。第一吊运车210主要用于在传送货物(例如集装箱)时移动。第二吊运车220能够在第一吊运车210上在横向方向上移动，并且第三吊运车230 能够在第二吊运车220上在纵向方向上移动。可替代地，可构造成使得第三吊运车230在第一吊运车210上移动且第二吊运车220在第三吊运车230上移动。转子240可旋转地连接在第一吊运车210上。在本实施方式中，转子240设置在第三吊运车230上。通过第一吊运车210上的两个以上的轴使得提升机250是活动的。在本实施方式中，提升机250设置在转子240上。吊具沈0通过钢丝索W与提升机250连接，以在竖直方向上移动(或上升和下降)。 吊具260用来抓住集装箱以进行传送，从而装载或卸载集装箱。提升机250和吊具260可根据第二吊运车220的横向方向移动、第三吊运车230 的纵向方向移动、以及转子MO的旋转移动沿三个轴移动。提升机250可缠绕或展开钢丝索W。可替代地，可不设置第三吊运车230。在此实施方式中，提升机250仍可根据第一吊运车210的移动在纵向方向上移动。图3是示出了安装在吊具中的光源的示意图。光源270是发光单元。光源270设置在吊具260上。光源270可发出具有特定波段的波长的光。在此实施方式中，光源270发出红外线波长的光，并可发出例如850nm波段的光。可设置两个以上的光源270。在此实施方式中，两个光源270设置在对称的位置处。光源270包括发出光的发光体272。发光体272可为发出红外线的LED。光源270可包括保护发光体的壳体274和盖276。壳体274环绕发光体272，以减小从外界施加的影响并保护发光体272不受外界污染。盖276形成在壳体274的上部上， 以允许将发光体选择性地暴露于外界。在此实施方式中，盖276构造成可开启和关闭，从而使得当需要控制吊具260的姿态时，盖276使发光体272暴露，并且，在平时，盖276盖住发光体272以保护其不受外界影响。图4是示出了安装在吊运车组件中的智能相机的示意性方块图。图4所示的智能相机280处理与吊具160和光源270相关的图像，以测量吊具260 的移动。智能相机280可设置在转子240上，但是不限于此。智能相机280包括滤光透镜272，该滤光透镜允许由发光单元(例如光源270)发出的具有特定波段的波长的光选择性地通过。在此实施方式中，滤光透镜272仅允许红外线波段的光(例如，具有范围在840nm至860nm的波长的光)通过。智能相机280包括计算模块观4，例如CPU，用于处理图像。计算模块284处理大量图像信息，以计算少量移动信息，并将计算出的移动信息传输至位置控制单元四0。计算模块284可测量吊具260相对于参考位置的当前位置。计算模块284处理捕获(或包括)两个以上的光源270的图像，以测量吊具260的摇摆值、起伏值、以及偏斜值。 计算模块284包括图像获取单元，用于获取捕获吊具260和光源270的图像；图像处理单元，用于基于获取的图像信息检测光源270的位置；以及图像分析单元观如，用于基于检测到的位置信息计算吊具沈0的移动。位置控制单元290基于通过使用光源270测量到的吊具沈0的移动(例如，摇动或转动)信息来控制提升机250的移动。具体地，位置控制单元290分别基于摇摆值、起伏值、以及偏斜值来控制提升机250的纵向方向移动、横向方向移动、以及旋转移动。通过使第二吊运车220、第三吊运车230、以及转子240移动，位置控制单元290控制吊具沈0的位置和姿态、以及提升机250的位置。在此实施方式中，位置控制单元290设置在吊运车组件 200上。可替代地，位置控制单元290可远离吊运车组件200。
在此实施方式中，与通过普通视觉进行的测量不同，通过使用发出具有特定波段的波长的光的光源270和允许光通过的滤光透镜观2，可通过使环境变量(例如天气、亮度等)的影响以及测量对象指标的损坏或污染减到最小来简单且准确地测量吊具260的移动。而且，由于多级吊运车结构而使得吊具沈0能够沿多个轴移动，并且位置控制单元290 实时地整体控制它们，所以可轻松地控制吊具沈0的位置和姿态。现在将参考图5至图7描述控制根据本发明的一个实施方式的吊具的姿态的方法。图5是示出了控制根据本发明的一个实施方式的起重机吊具的姿态的方法的过程的流程图。控制吊具的姿态的方法包括从装备在吊具260上的光源270发出光，通过可在吊运车组件200中移动的提升机250使上述吊具上升或下降(步骤S310)；通过设置在吊运车组件上的智能相机280处理捕获(或包括)吊具260和光源270的图像，以测量吊具沈0 的移动(步骤S320)；以及基于测量到的吊具沈0的移动信息控制提升机250的移动(步骤 S330)。在发出光的步骤S310中，从两个以上的光源270发出光。这两个光源可设置为是对称的。光源270可发出具有特定波段的波长的光。在此实施方式中，上述特定波段的波长是红外线波长。测量移动的步骤S320包括捕获吊具260和光源270的图像(步骤S322)；通过基于捕获的图像信息检测光源270的位置来处理图像(步骤S3M)；以及通过基于检测到的位置信息计算吊具260的移动来分析图像(步骤S3^)。通过智能相机的计算模块观4 执行测量移动的步骤S320。在图像获取步骤S322中，通过使用允许由光源270发出的具有特定波段的波长的光选择性地通过的滤光透镜282来捕获图像。在此实施方式中，滤光透镜282仅允许红外线波段的光通过。在图像处理步骤S3M中，基于阈值对捕获的图像信息进行二值化处理，对其进行标记，从而为二值化的图像的每个集群给出一个标记值，并且，基于每个标记的集群的像素尺寸消除噪声。在图像分析步骤中，可测量吊具沈0的位置和移动。通过计算两个以上的光源270的位置的中间点和旋转角度来获得吊具沈0的移动。通过从检测到的照明区域信息计算吊具260相对于参考位置的当前位置来获得吊具沈0的摇摆值、起伏值、以及偏斜值。通过位置控制单元290执行移动控制步骤S330。基于测量到的吊具260的移动信息来控制提升机250的两个以上轴的移动。在此实施方式中，通过使用摇摆值、起伏值、以及偏斜值来控制提升机250的纵向方向移动、横向方向移动、以及旋转移动的三个轴。通过使第二吊运车220、第三吊运车230、以及转子240移动来控制吊具260的位置和姿态、以及提升机250的位置。现在将参考图6A至图6D更详细地描述移动测量步骤S320的图像处理步骤S3M。 图6A至图6D示意性地示出了通过智能相机处理图像的过程。图6A示出了从智能相机看到的实际吊具的形状。通过使用智能相机的红外滤光透镜282捕获的图像包括吊具260上的两个光源270和噪声成分(noise component)。
图6B示出了通过基于阈值对捕获的图像信息进行二值化处理而获得的图像。将红外线光源和噪声成分的像素值处理为0，并将其它区域的像素值处理为255。图6C示出了用相同的指定标记值来标记光源和噪声的相应集群的状态。通过对图像的整个区域依次检查像素值来检查集群。将相应的集群指定为(1)至(η)标记值。在此实施方式中，如所示的，为相应集群指定(1)至(7)标记值。图6D示出了在没有噪声的情况下检测两个光源的位置的状态。检查关于相应标记的像素尺寸，并且，当标记不满足一定参考尺寸时，确定是噪声并删去。在这种情况下，可参考光源(或吊具)和透镜(或智能相机)之间的差异来确定参考尺寸。在此实施方式中， 已经去除了其它剩余的零件，除光源标记的标记⑷和(5)以外。现在将参考图7Α和图7Β更详细地描述移动测量步骤的图像分析步骤S3^。图 7A是示出了吊具的各种状态的示意图。图7B是示出了通过智能相机分析图像的过程的示意图。在图7A中，(参考)示出了当吊具不移动时光源和吊具的位置，并且，吊具的此位置是吊具参考位置。(摇摆)示出了当发生摇摆时吊具的当前位置。(起伏)示出了当发生起伏时吊具的当前位置。(偏斜)示出了当偏斜发生时吊具的当前位置。(所有)示出了当摇摆、起伏、以及偏斜一起发生时吊具的当前位置。通过比较两个光源的已经用参考位置进行了图像处理的当前位置来测量吊具的移动。在图7B中，(参考)示出了通过智能相机对未移动的吊具进行图像处理的状态。 (摇摆)示出了当发生摇摆时对吊具进行图像处理的状态。(起伏)示出了当发生起伏时对吊具进行图像处理的状态。(偏斜)示出了当发生偏斜时对吊具进行图像处理的状态。 (所有)示出了当摇摆、起伏、以及偏斜一起发生时对吊具进行图像处理的状态。通过在(参考)至(所有)的位置处获得两个光源中的每个的中心，可计算两个光源之间的中间点，并且，还可计算连接两个光源的线段的旋转角度。通过比较当前位置(例如，在位置(所有)处计算的中间点和旋转角度)和参考位置(即，位置(参考)处的中间点和旋转角度)，可计算摇摆值、起伏值、以及偏斜值。在这种情况下，参考光源(或吊具)和透镜(或相机)之间的距离而获得摇摆值和起伏值。在此实施方式中，因为使用可自己处理信息的智能相机观0，所以可省去单独的计算处理装置以及大量的数据传输处理，由此，可快速地处理图像，并且可简单地实施与测量相关的装置。而且，通过使用这样的算法可准确地控制位置，即，该算法通过使用两个光源 270简单且有效地计算两个以上轴的移动。根据本发明的一个实施方式的吊运车组件200可设置在起重机中。吊运车组件 200可沿着起重机的吊杆110在纵向方向上移动。起重机可安装在漂浮在海中的浮体中、或者安装在移动港口中，以装载和卸载集装箱。浮体可以是能够自供以动力地(self-power)活动的船或停泊在海上的漂浮结构。漂浮在海上的浮体可用作将集装箱运送至集装箱运输船或暂时地装载集装箱的移动港口，而非陆上的港口或除陆上的港口之外。浮体(它是移动港口)可包括具有在其中装载集装箱的空间的平台、用于获取与平台的位置相关的信息的位置确定装置、用于在装载或卸载集装箱的同时不会与集装箱运输船碰撞地保持连接状态的停泊装置、以及用于调节平台以使得可与基于集装箱的装载和卸载的重量的变化对应地将平台保持在竖直位置中的平衡装置。根据本发明的实施方式，因为可通过准确地测量吊具在装卸集装箱时的移动而轻松地控制并稳定吊具的姿态，所以，可平稳地执行集装箱的装载和卸载，尽管移动港口和吊具移动或摇动。虽然已经相对于优选实施方式示出并描述了本发明，但是，本领域的技术人员将理解，在不背离如权利要求所限定的本发明的范围的前提下，可做出各种改变和修改。
权利要求
1.一种用于起重机的吊运车组件，包括第一吊运车，能够沿着所述起重机的吊杆在纵向方向上移动； 第二吊运车，能够在所述第一吊运车上在横向方向上移动； 提升机，设置在所述第二吊运车上； 吊具，通过所述提升机能够在竖直方向上移动； 发光单元，设置在所述吊具上；以及智能相机，用于捕获所述发光单元的图像以测量所述吊具的移动， 其中，所述提升机的移动通过位置控制单元基于测量到的所述吊具的移动来控制。
2.根据权利要求1所述的吊运车组件，进一步包括第三吊运车，所述第三吊运车能够在所述第二吊运车上在纵向方向上移动。
3.根据权利要求1所述的吊运车组件，进一步包括转子，所述转子可旋转地设置在所述第二吊运车上。
4.根据权利要求3所述的吊运车组件，其中，所述智能相机构造成处理捕获的图像以计算所述吊具相对于参考位置的当前位置，并且所述位置控制单元构造成基于所述当前位置来控制所述提升机的纵向移动、横向移动、以及旋转移动。
5.根据权利要求1所述的吊运车组件，其中，所述发光单元包括两个以上的光源，并且所述智能相机构造成处理捕获的所述两个以上的光源的图像，以计算所述吊具的摇摆值、起伏值、以及偏斜值。
6.根据权利要求5所述的吊运车组件，其中，所述光源的数量是两个，并且所述两个光源设置为相对于所述吊具的中心是对称的。
7.根据权利要求5所述的吊运车组件，其中，每个所述光源均包括发光体，用于发出光；壳体，环绕所述发光体以对其进行保护；以及盖，形成在所述壳体上以允许选择性地暴露所述发光体。
8.根据权利要求1所述的吊运车组件，其中，所述发光单元发出具有特定波段的波长的光，并且所述智能相机包括允许光选择性地通过的滤光透镜。
9.根据权利要求8所述的吊运车组件，其中，所述智能相机包括 图像获取单元，用于获取所述光源的图像；图像处理单元，用于基于获取的图像检测所述发光单元的位置；以及图像分析单元，用于基于检测到的位置计算所述吊具的移动。
10.一种起重机，包括根据权利要求1至9中任一项所述的吊运车组件。
全文摘要
本发明公开了一种用于起重机的吊运车组件以及包括该吊运车组件的起重机。本吊运车组件包括第一吊运车，能够沿着起重机的吊杆在纵向方向上移动；第二吊运车，能够在第一吊运车上在横向方向上移动；提升机，设置在第二吊运车上；吊具，通过提升机能够在竖直方向上移动；发光单元，设置于吊具上；以及智能相机，用于捕获发光单元的图像以测量吊具的移动。提升机的移动通过位置控制单元基于测量到的吊具的移动来控制。
文档编号B66C9/14GK102241362SQ20101062009
公开日2011年11月16日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年5月10日
发明者周韩钟, 张仁权, 郑尹燮, 郭柄晚, 金京洙, 金经一, 金银镐 申请人:韩国科学技术院