監測吊鉤位置及防止吊鉤沖頂的方法、系統及起重的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種防止起重機吊鉤沖頂及監測吊鉤位置的控制方法、系統以及起重機，該方法包括：獲取可反映卷筒上的繩索纏繞狀態的圖像；對所獲取的圖像分別進行解碼及二值化處理，以生成數據矩陣；將該數據矩陣與預定數據矩陣進行比較，并根據比較結果執行以下操作中的至少一者：在所述數據矩陣與沖頂預警位置數據矩陣相等時，發出吊鉤沖頂預警信號；在所述數據矩陣與起升減速位置數據矩陣相等且起升機構未減速時，控制所述起升機構減速；以及在所述數據矩陣與起升緊急制動速位置數據矩陣相等且所述起升機構未停止起升操作時，制動所述起升機構。本發明可通過圖像處理的方式判斷吊鉤的位置，并根據吊鉤的位置執行相應的操作，以防止吊鉤沖頂。
【專利說明】監測吊鉤位置及防止吊鉤沖頂的方法、系統及起重機
【技術領域】
[0001]本發明涉及工程機械領域，具體地，涉及一種監測起重機吊鉤位置及防止起重機吊鉤沖頂以及的方法、系統、以及包含該系統的起重機。
【背景技術】
[0002]現有的塔式起重機在預防吊鉤沖頂時，一般采用高度限位器。該高度限位器可檢測鋼絲繩卷筒的旋轉角度，該角度可反映吊鉤與小車的距離。在該距離小于預設距離時，采取相應的操作，以防止吊鉤沖頂。
[0003]然而，當高度限位器發生故障，極易發生吊鉤沖頂，造成結構損壞、鋼絲繩斷裂、重物墜落，發生安全事故。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種基于圖像處理的防止起重機吊鉤沖頂以及監測起重機吊鉤位置的控制方法、系統、以及包含該系統的起重機，其提供了一種有別于上述高度限位器的另一新型防吊鉤沖頂方法。
[0005]為了實現上述目的，本發明提供一種防止起重機吊鉤沖頂的控制方法，該起重機包含卷筒、纏繞在卷筒上的繩索、連接在該繩索一端的吊鉤、以及驅動該卷筒轉動的電機，該方法包括:獲取可反映所述卷筒上的繩索纏繞狀態的圖像；對所獲取的圖像分別進行解碼及二值化處理，以生成數據矩陣；將該數據矩陣與預定數據矩陣進行比較，并根據比較結果執行以下操作中的至少一者:在所述數據矩陣與沖頂預警位置數據矩陣相等時，發出吊鉤沖頂預警信號；在所述數據矩陣與起升減速位置數據矩陣相等且所述起升機構未減速時，控制所述起升機構減速；以及在所述數據矩陣與起升緊急制動速位置數據矩陣相等且所述起升機構未停止起升操作時，制動所述起升機構。
[0006]相應的，本發明還提供一種防止起重機吊鉤沖頂的控制系統，該起重機包含卷筒、纏繞在卷筒上的繩索、連接在該繩索一端的吊鉤、以及驅動該卷筒轉動的電機，該系統包括:圖像采集裝置，用于獲取可反映所述卷筒上的繩索纏繞狀態的圖像；控制裝置，用于對所獲取的圖像分別進行解碼及二值化處理，以生成數據矩陣；將該數據矩陣與預定數據矩陣進行比較，并根據比較結果執行以下操作中的至少一者:在所述數據矩陣與沖頂預警位置數據矩陣相等時，發出吊鉤沖頂預警信號；在所述數據矩陣與起升減速位置數據矩陣相等且所述起升機構未減速時，控制所述起升機構減速；以及在所述數據矩陣與起升緊急制動速位置數據矩陣相等且所述起升機構未停止起升操作時，制動所述起升機構。
[0007]相應的，本發明還提供一種監測起重機吊鉤位置的方法，該起重機包含卷筒、纏繞在卷筒上的繩索、連接在該繩索一端的吊鉤、以及驅動該卷筒轉動的電機，該方法包括:獲取可反映所述卷筒上的繩索纏繞狀態的圖像；對所獲取的圖像分別進行解碼及二值化處理，以生成數據矩陣；以及根據該數據矩陣，確定所述吊鉤的位置。
[0008]相應的，本發明還提供一種監測起重機吊鉤位置的系統，該起重機包含卷筒、纏繞在卷筒上的繩索、連接在該繩索一端的吊鉤、以及驅動該卷筒轉動的電機，該系統包括:圖像采集裝置，用于獲取可反映所述卷筒上的繩索纏繞狀態的圖像；控制裝置，用于對所獲取的圖像分別進行解碼及二值化處理，以生成數據矩陣；以及根據該數據矩陣，確定所述吊鉤的位置。
[0009]相應的，本發明還提供一種起重機，該起重機包括上述防止起重機吊鉤沖頂的控制系統和/或監測起重機吊鉤位置的系統。
[0010]通過上述技術方案，可通過圖像處理的方式判斷吊鉤的位置，并根據吊鉤的位置執行相應的操作，以防止吊鉤沖頂。
[0011]本發明的其他特征和優點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中:
[0013]圖1為本發明提供的用于確定起重機卷筒的繩索纏繞狀態的系統的結構示意圖；
[0014]圖2為圖像采集裝置與卷筒的布局示意圖；
[0015]圖3為圖像采集所采集的圖像；
[0016]圖4為圖像處理流程圖；
[0017]圖5為對應于圖3所示的圖像的數據矩陣；
[0018]圖6A、圖6B以及圖6C分別為繩索纏繞狀態為正常狀態、疊繩狀態、及跳繞狀態的示意圖及相應的數據矩陣；
[0019]圖7A及圖7B分別為雙起升機構同步與不同步狀態下的繩索纏繞狀態示意圖；
[0020]圖8為傾角傳感器于吊鉤橫梁上的布置示意圖；
[0021]圖9A、圖9B、圖9C以及圖9D分別為具有雙起升機構的起重機的吊鉤處于沖頂預警位置、起升減速位置、起升緊急制動位置以及沖頂位置時的示意圖及相應的數據矩陣；以及
[0022]圖10A、圖10B、圖1OC以及圖1OD分別為具有單起升機構的起重機的吊鉤處于沖
頂預警位置、起升減速位置、起升緊急制動位置以及沖頂位置時的示意圖及相應的數據矩陣。
[0023]附圖標記說明
[0024]10、10a、IOb圖像采集裝置 20傾角傳感器
[0025]21吊鉤橫梁22太陽能電池板
[0026]23蓄電池24無線傳輸模塊
[0027]30電流檢測裝置 40電機
[0028]50制動機構60a、60b卷筒
[0029]70、70a、70b 繩索80 底板
[0030]100控制裝置25起重臂
[0031]26載重小車27變幅拉桿
[0032]29吊鉤
[0033]以下結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
[0034]圖1為本發明提供的用于確定卷筒的繩索纏繞狀態的系統的結構示意圖。如圖1所示，本發明提供了一種用于包含雙起升機構的起重機的控制系統，該雙起升機構包含第一起升機構及第二起升機構，該第一起升機構及第二起升機構均包含卷筒、纏繞在卷筒上的繩索、以及驅動該卷筒轉動的電機，該第一起升機構及第二起升機構用于驅動吊鉤橫梁起升和下降，該系統包括:圖像采集裝置10，用于針對所述雙起升機構，分別獲取可反映該起升機構的卷筒上的繩索纏繞狀態的圖像；控制裝置100，用于執行以下操作:對所獲取的圖像分別進行解碼及二值化處理，以生成兩個數據矩陣；比較該兩個數據矩陣，以判斷所述吊鉤橫梁是否發生傾斜；以及在所述吊鉤橫梁傾斜的情況下，調節所述電機的轉速，以使得所述吊鉤橫梁趨于水平。
[0035]圖2為圖像采集裝置與卷筒的布局示意圖。如圖2所示，可針對雙起升機構的兩個卷筒60a、60b (該兩個卷筒上分別纏繞有繩索70a和70b)，分別設置一圖像采集裝置10a、10b，該圖像采集裝置可采集卷筒上的繩索的排布情況。該圖像采集裝置所采集的圖像如圖3所示，附圖標記80代表卷筒底板，附圖標記70代表卷繞于該卷筒底板上的繩索。
[0036]圖4為圖像處理流程圖。如圖4所示，首先，通過圖像采集裝置獲取可反映所述卷筒上的繩索纏繞狀態的圖像。之后，控制裝置對該圖像進行解碼及二值化處理，以生成數據矩陣(對應于圖3所示的圖像的數據矩陣如圖5所示，數據矩陣中的值對應于所述圖像內的像素，所述圖像中顯示對象(例如，繩索或底板等)的像素對應于數據矩陣中的數據“ I ”，所述圖像中未顯示對象的像素(例如，表示空白的像素)對應于數據矩陣中的數據“0”，當然也可以反過來，例如所述圖像中顯示對象的像素對應于數據矩陣中的數據“0”，所述圖像中未顯示對象的像素對應于數據矩陣中的數據“I”)。之后，可基于該數據矩陣，確定所述卷筒上的繩索纏繞狀態，這將在以下進行詳細描述。
[0037]優選地，在對所述圖像進行二值化處理之前，所述控制裝置還可對所述圖像進行灰度化及去噪處理，這樣可以提高圖像二值化的精確度。
[0038]圖6A、圖6B以及圖6C分別為繩索纏繞狀態為正常狀態、疊繩狀態、及跳繞狀態的示意圖及相應的數據矩陣，需要說明的是，圖6A、圖6B以及圖6C以及下面的圖7A、圖7B中示出的繩索纏繞狀態均僅顯示了卷筒的上半部分，而未顯示下半部分，相應的數據矩陣也僅針對上半部分。實際上，無論是卷筒的上半部分、下半部分還是某一局部的部分(例如，卷筒上某一局部的伸縮纏繞狀態)，只要可根據其對應的數據矩陣達到相應的判斷目的(例如，判斷繩索是否亂繩、吊鉤的位置等)即可，而且對于亂繩而言，卷筒各部分的纏繞狀態均可能導致亂繩，因此理想狀態下應根據卷筒各部分(例如，同時考慮上部分與下部分)的纏繞狀態來判斷是否發生亂繩。本發明出于簡化說明的目的，在此僅以上半部分為例進行說明。如圖6A、圖6B以及圖6C所示，在其所顯示的數據矩陣中，數值“O”代表不存在對象(例如，繩索或底板等)，數值“I”代表存在對象。從圖中可很明顯看出，數據矩陣中的左右3列均代表了卷筒底板上的擋板，在圖6A的數據矩陣中，第4行可代表卷筒表面的繩索排列情況，其為規則排列；在圖6B的數據矩陣中，第3行和第4行可代表卷筒表面的繩索排列情況，其為疊繩狀態，即不規則排列；在圖6C的數據矩陣中，第4行可代表卷筒表面的繩索排列情況，其為跳繞狀態，即不規則排列。藉此，可基于數據矩陣，確定卷筒上的繩索纏繞狀態。[0039]具體而言，基于所述數據矩陣來確定所述卷筒上的繩索纏繞狀態可包括:從所述數據矩陣中選取一預定區域的數據作為判斷矩陣(請參見圖6A、圖6B以及圖6C所示的數據矩陣的框所限定的矩陣)；根據該判斷矩陣的數值分布規律，判斷所述卷筒上的繩索纏繞狀態。在所述判斷矩陣內，數值“O”代表不存在繩索，數值“I”代表存在繩索，在所述判斷矩陣中代表所述卷筒上繩索纏繞狀態的行中的I不連續的情況下，則判定所述卷筒上的繩索纏繞狀態為亂繩狀態。當然，在此僅例舉了一種根據數據矩陣確定繩索纏繞狀態的方式，本發明并不限于此，任何基于數據矩陣確定繩索纏繞狀態的方式皆適用于此，例如，可取一判斷矩陣，在該判斷矩陣中，數值“O”代表不存在對象(例如，繩索、擋板或其他對象)而數值“ I”代表存在對象，又或者數值“O”代表存在對象而數值“ I”代表不存在對象。
[0040]圖7A及圖7B分別為雙起升機構同步與不同步狀態下的繩索纏繞狀態示意圖。如圖7A及圖7B所示，起升機構同步的情況下，根據圖像采集裝置所采集的圖像得到的數據矩陣應該是相同的，而在起升機構不同步的情況下，根據圖像采集裝置所采集的圖像得到的數據矩陣應該是不相同的。藉此，可判斷起升機構是否同步，在起升機構不同步的情況下，吊鉤橫梁必然是傾斜的。
[0041]以上介紹了如何根據圖像采集裝置所采集的圖像判斷吊鉤橫梁是否發生傾斜，如何判斷吊鉤橫梁是否發生傾斜還可通過以下兩種方式進行:
[0042](I)傾角傳感器
[0043]圖8為傾角傳感器于吊鉤橫梁上的布置示意圖。如圖8所示，傾角傳感器20、太陽能電池板22、蓄電池23、無線傳輸模塊24均位于吊鉤橫梁21上，太陽能電池板22及蓄電池23給傾角傳感器20及無線傳輸模塊24供電，傾角傳感器20可檢測吊鉤橫梁21的傾斜角度，并經由無線傳輸模塊24發送給控制裝置。控制裝置可根據所接收的傾斜角度判斷吊鉤橫梁是否發生傾斜。
[0044](2)電流檢測裝置
[0045]如圖1所示，該電流檢測裝置30可檢測所述雙起升機構的電機的電流，并將該電流的電流大小發送給控制裝置。該控制裝置可在該電流之差的絕對值大于預設值時，判斷所述述吊鉤橫梁發生傾斜。所述電流可代表電機的輸出轉矩，當一起升機構的電機的電流明顯大于另一起升機構的電機的電流時，代表雙起升機構的輸出轉矩不一樣，而造成這一事實的原因即為吊鉤橫梁發生了傾斜，從而導致起升物體施加至雙起機構的力矩不一樣，從而導致雙起升機構的輸出轉矩不一樣。通過該方式，亦可判斷吊鉤橫梁是否發生傾斜。
[0046]以上介紹了判斷吊鉤橫梁是否發送傾斜的三種方式，當通過任一種方式檢測到吊鉤橫梁發生傾斜時，均應調節雙起升機構的電機轉速，使吊鉤橫梁趨于水平。例如，當吊鉤橫梁朝一起升機構傾斜時，代表該起升機構起升速度過慢，可提高該起升機構的電機的轉速，待吊鉤橫梁達到水平(可根據傾角傳感器輸出的傾角來判定)時，再將該起升機構的電機轉速調節至與另一起升機構的電機轉速相同。
[0047]事實上，造成吊鉤橫梁傾斜的原因有很多，鋼絲繩亂繩即為其中之一。如果鋼絲繩在卷筒上排列很差(即，亂繩)，會導致鋼絲橫擠壓磨損，在排繩過程中產生巨大的沖擊載荷，長時間積累會最終導致結構損壞、鋼絲繩斷裂，從而引發重大安全事故。為此，優選地，所述控制裝置還用于執行以下操作:基于所述數據矩陣，確定所述起升機構的繩索纏繞狀態；在所述雙起升機構任一者的繩索纏繞狀態為亂繩狀態時，控制所述雙起升機構停止驅動吊鉤橫梁起升。此時，控制裝置可控制雙起升機構將吊重降下來，通過人工干預等方式，重新排布繩索，使繩索纏繞狀態重歸正常狀態。藉此，可通過圖像采集裝置采集圖像的方式識別繩索纏繞狀態，并在發生亂繩的情況下，及時解決該亂繩問題，避免引發安全事故。
[0048]通過以上數據矩陣，還可得知卷筒上繩索的纏繞層數及當前釋放的繩索處于卷筒上的位置，從而得出其釋放了多長的繩索，進而精確判斷出吊鉤所處于的位置。為防止吊鉤橫梁沖頂，優選地，所述控制裝置還用于執行以下操作中的至少一者:將所述兩個數據矩陣中的一數據矩陣與沖頂預警位置數據矩陣(例如，該沖頂預警位置數據矩陣可為圖9A所示的數據矩陣)進行比較，并在兩者相等時，發出吊鉤沖頂預警信號，從而提醒操作人員減速的警報信號；將所述兩個數據矩陣中的一數據矩陣與起升減速位置數據矩陣(例如，該起升減速位置數據矩陣可為圖9B所示的數據矩陣)進行比較，并在兩者相等且所述雙起升機構未減速時，控制所述雙起升機構減速；以及將所述兩個數據矩陣中的一數據矩陣與起升緊急制動位置數據矩陣(例如，該起升緊急制動位置數據矩陣可為圖9C所示的數據矩陣)進行比較，并在兩者相等且所述雙起升機構未停止起升時，控制制動機構50進行制動,制動所述雙起升機構。由于吊鉤橫梁處于一定高度時，通過圖像采集裝置采集圖像而得到的數據矩陣是一定的，藉此，可通過圖像采集狀態采集圖像的方式判斷吊鉤橫梁的高度，并在該高度等于預定高度時，進行相應的控制操作，以避免吊鉤橫梁沖頂。圖9A、圖9B、圖9C以及圖9D分別為具有雙起升機構的起重機的吊鉤處于沖頂預警位置、起升減速位置、起升緊急制動位置以及沖頂位置時的示意圖及相應的數據矩陣，且需要注意的是，在此為了簡化說明，圖9A、圖9B、圖9C以及圖9D所示的數據矩陣均為對應于卷筒上半部分繩索纏繞狀態的數據矩陣。
[0049]本發明的方案通過對多種信息(S卩，圖像信息、傾角信息、電流大小信息)進行融合處理，可解決三方面的問題:(I)防吊鉤橫梁傾斜；(2)防亂繩；以及(3)防吊鉤橫梁沖頂。需要說明了的是，此處確定卷筒的繩索纏繞狀態、根據纏繞狀態確定是否發生亂繩以及根據纏繞狀態確定吊鉤的位置并不限應用于起重機，亦可應用于旋挖鉆機等具有卷揚機構的設備中。除了防吊鉤橫梁傾斜，防亂繩以及防吊鉤橫梁沖頂均不限于雙起升機構，單起升機構亦適用，例如圖10A、圖10B、圖1OC以及圖1OD分別為具有單起升機構的起重機的吊鉤處于沖頂預警位置、起升減速位置、起升緊急制動位置以及沖頂位置時的示意圖及相應的數據矩陣，單起升機構可不涉及吊鉤橫梁，而是直接驅動吊鉤升降。
[0050]相應的，本發明還提供了一種用于確定卷筒的繩索纏繞狀態的方法，該方法包括:獲取可反映所述卷筒上的繩索纏繞狀態的圖像；對該圖像進行解碼及二值化處理，以生成數據矩陣；以及基于該數據矩陣，確定所述卷筒上的繩索纏繞狀態。
[0051]相應的，本發明還提供了一種用于包含雙起升機構的起重機的控制方法，該起升機構包含卷筒、纏繞在卷筒上的繩索、以及驅動該卷筒轉動的電機，該雙起升機構用于驅動吊鉤橫梁起升和下降，該方法包括:針對所述雙起升機構，分別獲取可反映該起升機構的卷筒上的繩索纏繞狀態的圖像；對所獲取的圖像分別進行解碼及二值化處理，以生成兩個數據矩陣；比較該兩個數據矩陣，以判斷所述吊鉤橫梁是否發生傾斜；以及在所述吊鉤橫梁傾斜的情況下，調節所述電機的轉速，以使得所述吊鉤橫梁趨于水平。
[0052]有關上述方法的具體細節及益處與上述控制系統的相同或相對應，于此不再贅述。[0053]相應的，本發明還提供了一種起重機，該起重機包括上述用于包含雙起升機構的起重機的控制系統。
[0054]以上結合附圖詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發明的保護范圍。
[0055]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0056]此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。
【權利要求】
1.一種防止起重機吊鉤沖頂的控制方法，該起重機包含起升機構，該起升機構包含卷筒、纏繞在卷筒上的繩索、連接在該繩索一端的吊鉤、以及驅動該卷筒轉動的電機，該方法包括: 獲取可反映所述卷筒上的繩索纏繞狀態的圖像； 對所獲取的圖像分別進行解碼及二值化處理，以生成數據矩陣； 將該數據矩陣與預定數據矩陣進行比較，并根據比較結果執行以下操作中的至少一者: 在所述數據矩陣與沖頂預警位置數據矩陣相等時，發出吊鉤沖頂預警信號； 在所述數據矩陣與起升減速位置數據矩陣相等且所述起升機構未減速時，控制所述起升機構減速；以及 在所述數據矩陣與起升緊急制動速位置數據矩陣相等且所述起升機構未停止起升操作時，制動所述起升機構。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在對所述圖像進行二值化處理之前，該方法還包括:對所述圖像進行灰度化及去噪處理。
3.一種防止起重機吊鉤沖頂的控制系統，該起重機包含卷筒、纏繞在卷筒上的繩索、連接在該繩索一端的吊鉤、以及驅動該卷筒轉動的電機，該系統包括: 圖像采集裝置，用于獲取可反映所述卷筒上的繩索纏繞狀態的圖像； 控制裝置，用于對所 獲取的圖像分別進行解碼及二值化處理，以生成數據矩陣；將該數據矩陣與預定數據矩陣進行比較，并根據比較結果執行以下操作中的至少一者: 在所述數據矩陣與沖頂預警位置數據矩陣相等時，發出吊鉤沖頂預警信號； 在所述數據矩陣與起升減速位置數據矩陣相等且所述起升機構未減速時，控制所述起升機構減速；以及 在所述數據矩陣與起升緊急制動速位置數據矩陣相等且所述起升機構未停止起升操作時，制動所述起升機構。
4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述控制裝置還用于在對所述圖像進行二值化處理之前，對所述圖像進行灰度化及去噪處理。
5.一種監測起重機吊鉤位置的方法，該起重機包含卷筒、纏繞在卷筒上的繩索、連接在該繩索一端的吊鉤、以及驅動該卷筒轉動的電機，該方法包括: 獲取可反映所述卷筒上的繩索纏繞狀態的圖像； 對所獲取的圖像分別進行解碼及二值化處理，以生成數據矩陣；以及 根據該數據矩陣，確定所述吊鉤的位置。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，在對所述圖像進行二值化處理之前，該方法還包括:對所述圖像進行灰度化及去噪處理。
7.一種監測起重機吊鉤位置的系統，該起重機包含卷筒、纏繞在卷筒上的繩索、連接在該繩索一端的吊鉤、以及驅動該卷筒轉動的電機，該系統包括: 圖像采集裝置，用于獲取可反映所述卷筒上的繩索纏繞狀態的圖像； 控制裝置，用于對所獲取的圖像分別進行解碼及二值化處理，以生成數據矩陣；以及根據該數據矩陣，確定所述吊鉤的位置。
8.根據權利要求7所述的系統，其特征在于，所述控制裝置還用于在對所述圖像進行二值化處理之前，對所述圖像進行灰度化及去噪處理。
9.一種起重機,該起 重機包括根據權利要求3、4、7或8所述的系統。
【文檔編號】B66C23/90GK103466480SQ201210365660
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年9月27日 優先權日:2012年9月27日
【發明者】陽云華 申請人:中聯重科股份有限公司