CN101269751A - 用于集装箱装载设备的定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于集装箱装载设备的定位系统，该定位系统包括安装在集装箱装载设备(16)中的计算单元和连接到所述计算单元上并发射和接收无线电信号的发射/接收器，以及包括至少两个安装在起重机(10)中并与集装箱装载设备(16)的发射/接收器通信的装置。集装箱装载设备(16)中的计算单元恒定地计算集装箱装载设备(16)中的发射/接收器和起重机(10)中的与所述发射/接收器通信的装置之间的距离，并且相对于起重机(10)确定集装箱装载设备(16)在其移动时的位置和停车的确切位置以便装载和/或卸载集装箱(13)。

Description

用于集装箱装载设备的定位系统
本发明涉及一种用于集装箱装载设备的定位系统，其用于将集装箱装载设备定位在由起重机确定的位置中，所述起重机在位于所述起重机下面的车道内装卸和移动集装箱，该起重机把其已经移动的一个/多个集装箱下降到该位置和/或起重机从该位置将由集装箱装载设备装载的一个/多个集装箱吊起以便进一步装载/存储到其他地方。
本发明因此涉及借助于集装箱对货物的移动和运输。货物在集装箱内被很方便地从货物的制造者/分配者那里直接输送到购买者/收货人那里，在中间不需要任何特殊的步骤。当运输距离较长时，运输货物的重要地方在运输集装箱的方式改变的地方，例如港口，在那里大量的集装箱必须被卸载，放置在中间的存储库中并且被重新装载以便进行另一种方式的运输。由于将船搁置在港口非常昂贵并且如果船只耽误了预定的行程从而延误了装载/卸载将花费更多，因此港口的目的是取得尽可能短的装载/卸载时间。如果船只必须赶上延误的行程，那么就必须使用更高的和更加不经济的巡航速度，借此燃料消耗量和燃料费用将比预计的更高。因此船舶的装载和卸载必须尽可能的快并且没有任何额外的延误和干扰。
集装箱起重机在港口中用于船舶的装载和卸载。所述起重机将集装箱从机动车牵引的拖车上吊起并且将集装箱移动到船舶上，反之亦然，也就是说，所述起重机将集装箱从船舶移动到拖车上。
所述集装箱起重机是能够允许同一时间在所述起重机下有几辆车的大型装置。由于尺寸大，在这些工作循环中，所述集装箱起重机仅仅能够缓慢地和困难地移动。由于这样的原因，在装载时，所述车辆和牵引的拖车总处于相对于所述起重机的正确位置是非常重要的。集装箱枢纽站已经采用各种方式解决车辆/拖车相对于所述起重机的定位问题，例如，采用如下方式：
在最简单的方案中，机动车司机利用眼睛追随所述起重机的移动并且在最后时刻尽力将拖车移动到正确地点。当装载车辆/拖车时，这意味着所述车辆和拖车在接近所述起重机和一个集装箱/多个集装箱的下部移动，当卸载时在起重机的集装箱夹具下面移动。根据另一种简单的方法，起重机的操作者有一个助手，他在起重机下为靠近的车辆确定停车和等待集装箱夹具或集装箱的正确位置。
在使用中和市场中还有其他的技术方案，在那里的起重机装备有能告知车辆驾驶员正确停车位置的设备。这些技术方案通常基于光学轮廓识别装置，例如借助于激光。这些技术方案的主要缺点在于系统的高价格和不确定的功能，尤其是同时在起重机下有几辆车的时候。
美国专利US7,123,132可以作为已知技术的一个例子，其中描述的使车辆到达起重机下正确地点和位置的系统是基于三维激光照相机的使用，所述三维激光照相机对目标进行扫描并且测量所述照相机或一些固定点与被测量目标之间的距离。该系统具有与上述技术方案同样的缺点。美国专利US6,571,172描述了一种借助于激光扫描器确定龙门起重机相对于集装箱起重机位置的系统。所述系统的优点和缺点与前述技术方案相同。美国专利US5,142,658描述了一种帮助车辆驾驶员将他的车辆定位在集装箱起重机下面的正确位置以便将集装箱装载到车辆上或从其上面卸载的系统。所述系统基于设置在车道上部和起重机下部以便进行轮廓识别摄像机和位于起重机下部的驾驶员可见的并且帮助驾驶员将车辆移动/停在正确位置的指示灯的使用。该系统也具有上文已经描述过的相同缺点。
本发明的目的是提供一种新型的用于集装箱装载设备的定位系统，该系统避免了现有技术存在的缺点并且实现了集装箱装载设备精确和快速的定位。为了取得上述目的，本发明的主要特征在于，所述定位系统包括安装在集装箱装载设备中的计算单元和与计算单元连接并且发射和接收无线电信号的发射/接收器，以及至少两个安装在所述起重机中并且与集装箱装载设备的发射/接收器通信的装置，因此集装箱装载设备中的计算单元恒定地计算集装箱搬运设置中的发射/接收器和起重机中的与所述发射/接收器通信的装置之间的距离，并且相对于起重机确定集装箱装载设备当其移动时的位置和准确的停车位置以便装载起重机和/或卸载。
在根据本发明的定位系统中，所述安装在起重机内并且与所述发射/接收器通信的装置最好为相同类型的、以相同频率操作的、用于接收集装箱装载设备的发射/接收器发送的无线电信号并相应地向集装箱装载设备的发射/接收器发射无线电信号的发射/接收器。这种设置能够取得最精确和最可靠的定位。
当设置在起重机中的装置与集装箱装载设备中的发射/接收器通信时，可使用这种类型的反射器来代替发射/接收器，该反射器用于接收和反射集装箱搬运设置中的发射/接收器发射的无线电信号。
用于集装箱装载设备的定位系统还包括与计算单元连接的安装在集装箱装载设备中并提供给集装箱装载设备操作者使用的定位系统用户界面，该用户界面为操作者指示停车的准确地点和驱动车辆到达所述停车准确地点的正确方向。
所述用户界面装备有指示灯以便指示确切的停车位置和正确的驾驶方向，另外还装备有用于对所述停车的确切位置进行校正的校正装置。
所述集装箱装载设备可以优选地为车辆和拖车或底盘的组合，由此所述集装箱装载设备的计算单元，发射和接收无线电信号的发射/接收器以及用户界面安装在所述组合的车辆上。拖车或其他如不同类型和尺寸的底盘可连接到车辆上，为了在使用中校正车辆和拖车或其他如底盘的组合或者每次投入使用，每辆拖车或其他如底盘装置上设置有指示标记，相应地，安装在车辆上的计算单元设置有用于接近距离识别每次连接在车辆上的拖车或其他如底盘的无线传感器。
所述集装箱装载设备也可以为行进式集装箱起重机架，该行进式起重机架设置用于在所述起重机下方转换集装箱以便进一步通过起重机转移或者用于将起重机转移的集装箱运输离开起重机下方。
所述起重机可为港口或其他装卸的地方使用的集装箱起重机或者在集装箱码头或相关集装箱场地使用的龙门起重机。
下文将描述本发明与前述技术方案相比的优点。根据本发明的系统不是基于光学的使用，而是基于无线电频率的使用，因此本发明的技术方案比光学系统更加可靠。在光学系统中，“光柱”路径上的任何物理障碍将切断“光柱”，但是基于无线电频率的系统不存在这样的问题。除了操作可靠性外，该设备在成本上(例如，与光学系统比较)也有相当大的优势。该技术方案大大提高了装载和卸载的速度，因此产生了相当大的经济利益。本发明的其他优点和特征将在下文对说明书的详细描述中体现，其中本发明借助于附图进行解释和说明。
在下文中，通过参考附图中的附图标记对本发明进行更详细的描述，其中：
图1为在码头中使用的并且可以使用根据本发明的用于集装箱装载设备的定位系统的集装箱起重机的示意图；
图2为在集装箱码头使用的可使用根据本发明的用于集装箱装载设备的定位系统的龙门起重机示意图；
图3为根据图1的集装箱装载设备的结构和运输集装箱的车辆牵引设备的示意性透视图；
图4说明了应用了根据本发明的方法的包括集装箱起重机和移动集装箱龙门起重机的组合；
图5A和5B说明了应用根据本发明的用于集装箱装载设备的定位系统的车辆-牵引设备的组合；
图6为安装在车辆中的根据本发明定位系统的用户界面示意图。
图1为从一侧看的集装箱起重机的示意图，该集装箱起重机作为例子并且可以应用根据本发明的用于集装箱装载设备的定位系统。在图1中，所述集装箱起重机由附图标记10表示并且它被称为STS(船到岸)起重机，该起重机被安装在码头11上以便沿着轨道12移动。在船舶14装载和卸载的过程中，所述集装箱起重机10用于将集装箱13从集装箱船舶14移动到底盘15或者其他的如由车辆16牵引的拖车17上，反之亦然。所述集装箱起重机10装备有包括支柱18，19并且支撑水平梁20的垂直主体，在水平梁上设置有起重机天车(liftbogie)21以便沿其移动。借助起重绳22，起重机天车21携带有从上面夹紧集装箱13的集装箱夹紧装置23。连接到起重机天车21上的操作室由附图标记24表示，所述起重机的电力机组由附图标记25表示。在起重机下面有车辆通道26，拖车在起重机下面沿着车辆通道移动以便将集装箱13从拖车移动到集装箱船舶14上或反方向移动。因此，在装载和卸载的过程中，拖车位于集装箱起重机右侧位置是非常重要的。
图2为在集装箱码头使用的龙门起重机10a的示意图，所述龙门起重机可应用根据本发明的用于集装箱装载设备的定位系统。所述龙门起重机10a可为轨道式龙门起重机(RMG)或者如图2所示的轮胎式龙门起重机(RTG)。所述龙门起重机10a用于从底盘15或其他如由机动车牵引的拖车上移动集装箱13并且将集装箱13堆积到集装箱排列中，反之亦然。所述龙门起重机10a具有一个垂直的主体，所述主体包括支腿18a，19a并且支撑一个水平梁20a，沿着所述水平梁设置有一个起重机天车21a以便沿其移动。所述起重机天车21a通过起重绳22a携带有一个集装箱夹紧装置23a，所述夹紧装置从上部夹紧所述集装箱13a。所述集装箱排列保持在龙门起重机10a的支腿18a，19a之间，并且在所述支腿之间还有一个机动车道26a，拖车在所述起重机下部沿着车道行驶以便将所述集装箱13从所述拖车移动到集装箱排列中，或者反之亦然。同样在龙门起重机10a的情况下，为了加速集装箱的装卸，从底盘15卸下的或者装到底盘15上的集装箱13位于龙门起重机10a的右侧并且尤其是位于集装箱夹紧装置23a的右侧是非常重要的。因而不需要与所述起重机一起的不必要的前后移动。
图3为根据图1的集装箱起重机10的部分结构和运输集装箱13的拖车组合16，17的示意性透视图。为了移动所述集装箱13，所述拖车组合16，17沿着其中一个车道26(在集装箱起重机10的情况下，有几条平行的车道26)在所述起重机10的支腿18，18’，19，19’之间运动并且停在所述起重机10的下面。借助于根据本发明的定位系统，所述拖车组合16，17可被停在正确位置以便移动所述集装箱13。
所述定位系统包括安装在车辆16中的基于计算机的计算单元和在高无线电频率下操作的与所述计算单元联系的发射/接收器31。在本发明的优选实施例中，在起重机10中也可以安装相同种类的发射/接收器32，33，在图3中位于起重机支腿18，18’上，以便与安装在车辆16中的发射/接收器31通讯。当所述车辆16移动时，包括计算单元和发射/接收器31，32，33的定位系统准确地测量并计算起重机10中的发射/接收器32，33和拖车16中的发射/接收器31之间的距离，以便确定车辆16的位置，尤其是与其连接的拖车17的位置。由于在起重机10下面有几条用于拖车组合16，17的平行车道26，因此车辆16中的计算单元已经预先接受到必要的输入信息，所述车辆16在该车道26中被定位以便确定一个停车的准确位置。车辆16中的计算单元能够通过测量和计算车辆16中的发射/接收器31和起重机10中的发射/接收器32，33之间的距离来确定正确的车道26。当车道26中有信息时，通过测量所述发射/接收器31，32，33之间的距离可以以相同的方式确定停车的准确位置。
所述车辆还具有定位系统的用户界面35，所述界面提供给车辆驾驶员并且供其使用，例如，所述用户界面如图6中示意性说明的。它可以是一个简单的装置，其中有三个指示灯36，37和38，即向前驱动灯36、停止灯37、后退灯38。车辆16中的计算单元控制所述指示灯。在所述用户界面35中同样有其他装置，例如按钮或者其他(未示出)用于指示停车的正确位置的装置，也可以是信号声音指示到达了停车位置，所述信号声音可以被分离。因此，所述用户界面35借助于信号灯36，37，38为驾驶员提供引导并且告诉他必须作的事情。
由于在港口和例如集装箱区域和场地的其他地方使用可连接在车辆16上的不同的拖车17，因此在装载和卸载步骤之前对每个使用中的或将要使用的车辆和拖车的组合进行校正是非常重要的。由于这个原因，每个拖车可装备一个识别标志，例如基于RFID技术的标志，或者被动式转发器等。相对地，安装在机动车车辆16中的计算单元装备有无线传感器，该传感器在近距离识别每次连接到车辆16上的拖车17。所述计算单元预先在程序中编制有每个拖车的尺寸参数，这些在定位计算过程中被考虑并且所述定位准确进行。当新的拖车17连接到车辆16上时，将对所述拖车组合进行校正。所述校正通过首次在起重机10下面驱动由车辆16和拖车17构成的组合进行，当所述拖车组合位于可进行装载和卸载的正确位置时，所述位置由用户界面35的校正按钮校正，借此该正确位置被储存在所述计算单元中。一旦位置校正已经进行，每次当所述拖车组合在起重机10下面行驶时，所述定位系统将识别所述拖车组合16，17。
然而，校正中也产生一个次要问题。这是由于在货物运输中使用的集装箱尺寸不止一个。20”和40”的集装箱是最常用的集装箱尺寸。因此，当装载不同尺寸的集装箱时，所述定位系统必须能够识别拖车的正确位置。另外，当装载和卸载20”的集装箱时，在所述拖车17上可依次装载两个这样的集装箱，所述定位系统必须能够知道拖车最前面的或最后面的集装箱是否已经被装载了。这可仅仅通过在每个拖车17上设置标记装载到拖车上的集装箱位置的标记实现，例如图5A和5B中所示的基于RFID技术的标记40，41，42。当拖车17用于装载20”和40”的集装箱13，13’时，所述拖车17必须具有三个标记40，41和42，这些标记最好标记装载在拖车17上的集装箱13，13’的中间点。在连接有集装箱夹具23的起重机10中，最好具有一个传感器，当所述拖车位于正确位置时，该传感器用于探测拖车17中的标记并且发出指示。在很多情况下，港口起重机能够在同时装卸前后放置的两个20”的集装箱。如果以这种方式利用集装箱夹具进行装载和卸载，所述系统也必须知道在“成对起重”时拖车的准确位置。具有足够精确度的两个20”集装箱13的共同中点位于一个40”集装箱中点的相同点。
如图4中所示，根据本发明的用于集装箱装载设备的定位系统也可以用于包括行进式集装箱起重机架50和集装箱起重机10的组合。在这种组合中，所述行进式集装箱起重机架50用于在起重机10下面移动集装箱13(例如从集装箱场或从离集装箱起重机10较远的拖车17上移动集装箱)以便装入船舶14中(当从船舶14卸载时，这当然是另外的相反方式)。所述用户界面35位于行进式集装箱起重机架50中并且所述行走式集装箱起重机架还装备有标记，该标记为集装箱起重机10指示所述行进式起重机架50在起重机10下位于将集装箱13下降到地面的正确位置。
在上文对本发明定位系统的描述中，应该注意到本发明的优选实施例包括安装在车辆16中的在高无线电频率下操作的发射/接收器31和安装在起重机10中以便和安装在车辆中的发射/接收器31通信的相同种类的发射/接收器32，33。该技术方案可被另一个技术方案替换，在另一个技术方案中，安装在起重机10中的发射/接收器32，33可被至少两个能够被车辆中的发射/接收器31识别的反射器(未示出)替换。然而，先前描述的在车辆和起重机中都具有发射/接收器31，32，33的技术方案比采用反射器的技术方案更可靠和准确。
借助于参考附图中附图标记的实施例在上文中已经对本发明进行了描述。但是本发明的意图不是仅涉及到图中所示的实施例，而是在所附权利要求限定的发明点范围内可以变化的采用本发明的不同形式。

Claims (11)

1、一种用于集装箱装载设备的定位系统，其用于将集装箱装载设备(16，17；50)定位在由起重机(10，10a)确定的位置中，所述起重机(10，10a)在位于起重机(10，10a)下面的车道(26，26a)中装卸和移动集装箱(13，13’)，所述起重机(10，10a)将把其已经移动的一个集装箱/多个集装箱(13，13’)下降到所述确定的位置和/或所述起重机(10，10a)将由集装箱装载设备(16，17；50)装载的一个集装箱/多个集装箱(13，13a)从该确定的位置吊起以便进一步装载/存储到其他位置，其特征在于，所述定位系统包括安装在集装箱装载设备(16，17；50)中的计算单元和连接到所述计算单元上并且发射和接收无线电信号的发射/接收器(31)，以及还包括至少两个安装在所述起重机(10，10a)中并且与集装箱装载设备(16，17；50)中的发射/接收器(31)通信的装置(32，33)，这样位于集装箱装载设备(16，17；50)中的计算单元恒定地计算位于集装箱装载设备(16，17；50)中的发射/接收器(31)和位于起重机(10，10a)中并且与所述发射/接收器(31)通信的装置(32，33)之间的距离，并且相对于所述起重机(10，10a)确定集装箱装载设备(16，17；50)在其移动时的位置和停车的确切地点以便装载和/或卸载集装箱(13，13a)。
2、根据权利要求1所述的用于集装箱装载设备的定位系统，其特征在于，所述安装在起重机(10，10a)中并且与集装箱装载设备(16，17；50)的发射/接收器(31)通信的装置(32，33)是相同种类的并且在相同频率下操作的发射/接收器，它们接收由集装箱装载设备(16，17；50)的发射/接收器(31)发射的无线电信号并且相应地向集装箱装载设备(16，17；50)的发射/接收器(31)发射无线电信号。
3、根据权利要求1所述的用于集装箱装载设备的定位系统，其特征在于，所述安装在起重机(10，10a)中并且与集装箱装载设备(16，17；50)的发射/接收器(31)通信的装置(32，33)是反射器，所述反射器接收和反射由集装箱装载设备(16，17；50)的发射/接收器(31)发射的无线电信号。
4、根据前述任一权利要求所述的用于集装箱装载设备的定位系统，其特征在于，所述定位系统还包括定位系统的用户界面(35)，该用户界面安装在集装箱装载设备(16，17；50)中，用于由集装箱装载设备(16，17；50)的操作者使用并且连接到所述计算单元上，该用户界面为操作者指示停车的确切位置和到达所述停车的确切位置的正确行驶方向。
5、根据权利要求4所述的用于集装箱装载设备的定位系统，其特征在于，所述用户界面(35)具有用于指示所述停车的确切位置和正确的行驶方向的指示灯(36，37，38)。
6、根据权利要求4或5所述的用于集装箱装载设备的定位系统，其特征在于，所述用户界面(35)还具有用于校正所述停车的确切位置的校正装置。
7、根据前述任一权利要求所述的用于集装箱装载设备的定位系统，其特征在于，所述集装箱装载设备为车辆(16)和拖车(17)或诸如底盘的其他设备构成的组合，由此所述集装箱装载设备(16，17)的计算单元、用于发射和接收无线电信号的发射/接收器(31)以及用户界面(35)被安装在所述组合的车辆(16)中。
8、根据权利要求7所述的用于集装箱装载设备的定位系统，其特征在于，所述拖车(17)或诸如不同尺寸或类型的底盘的其他设备可被连接到车辆(16)上，由此，为了校正每次使用中的或将要使用的车辆(16)和拖车(17)或诸如底盘的其他设备的每个组合，每个拖车(17)或诸如底盘的其他设备设置有识别标志，相应地，安装在车辆(16)中的计算单元设置有无线传感器，该无线传感器用于近距离识别每次连接到车辆(16)上的拖车(17)或诸如底盘的其他设备。
9、根据权利要求1-6中任一权利要求所述的用于集装箱装载设备的定位系统，其特征在于，所述集装箱装载设备为行进式集装箱起重机架(50)，该行进式起重机架设置用于在起重机(10，10a)下方移动集装箱(13，13’)以便通过所述起重机进一步转移或者用于在将所述起重机(10，10a)移动的集装箱(13，13’)运输离开该起重机(10，10a)下方。
10、根据前述任一权利要求所述的用于集装箱装载设备的定位系统，其特征在于，所述起重机为在港口中使用的或者在其他一些装载货物的地方使用的集装箱起重机(10)。
11、根据前述任一权利要求所述的用于集装箱装载设备的定位系统，其特征在于，所述起重机为在集装箱码头或者相应地在集装箱场使用的行进式集装箱起重机架(10a)。
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