CN109415190B - 用于避免起重机的碰撞的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种避免起重机(2)的负载与障碍物(2)碰撞的方法和系统以及一种具有这样的系统的起重机(2)，用于执行这样的方法的程序和具有这样的程序的计算机可读介质。为了提供用于避免碰撞的、满足安全级别的解决方案，而提出了一种解决方案，其中，负载沿着一轨道(4)移动，其中，借助于至少两个用于距离测量的传感器(5)至少沿着轨迹(4)检测高度轮廓，其中，传感器(5)的信号通过至少两个信道(7)发送至具有至少两个操作系统(9、10)的控制器(8)，其中至少一个操作系统具有在安全区域中的安全程序，其中，借助高度轮廓识别沿着轨迹(4)的障碍物(2)。控制器(8)还具有安全通信接口(13)，用于将信号从控制器(8)传输到起重机控制器。

Description

用于避免起重机的碰撞的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于避免起重机的负载与障碍物碰撞的方法和系统以及具有这种系统的起重机、用于执行这种方法的程序以及具有这种程序的计算机可读介质。
背景技术
特别是，在堆栈区域中具有集装箱的环境中总会发生碰撞，这可能在某些情况下导致死亡。以前的防撞解决方案仅能有限地适用，因为它们只能起辅助性作用(起重机操作员和相应训练的操作员承担责任)，另一方面，错误率相对较高。在起重机驾驶员连同台车一起行驶的起重机类型中，在倒车时不能直接观察障碍物。
由JP 2005 104665 A已知一种用于避免碰撞的系统，其中借助于2D激光扫描行进方向上的路径。
发明内容
本发明的目的是提供一种满足一定安全级别的避免碰撞的解决方案，其。
该目的通过一种用于避免起重机的负载与障碍物碰撞的方法来实现，其中，负载沿着一轨迹移动，其中，借助于至少两个用于距离测量的传感器至少沿着轨迹检测高度轮廓，其中，传感器的信号通过至少两个信道发送给具有至少两个操作系统的控制器，该至少两个操作系统中的至少一个操作系统具有在安全区域中的安全程序，其中，借助于高度轮廓检测沿轨迹的障碍物。
该目的还通过一种用于避免起重机的负载与障碍物碰撞的系统来实现，其中，负载可沿一轨迹移动，该系统具有：至少两个用于距离测量的传感器，利用这些传感器至少沿着轨迹检可以测高度轮廓；控制器，具有至少两个操作系统，其中至少一个操作系统具有在安全区域中的安全程序；至少两个信道，用于将信号从传感器发送到控制器；以及安全通信接口，用于将信号从控制器发送到起重机控制器。
通过使用具有第二操作系统的控制器(安全程序(经认证的安全程序)在安全区域中运行)和双通道特性，可以达到一安全等级(安全完整性等级“SIL”或“性能等级“PL”)。如果检测到障碍物，则可以通过安全通信接口将安全信号发送到起重机控制装置，例如通过双通道硬件或通过Profisafe总线。碰撞可以通过这种方式(如操作员所要求的那样)安全地阻止。在此，在空驶的情况下，也可以防止例如集装箱吊架与障碍物的碰撞，因为该集装箱吊架在这种情况下是沿着轨迹移动的载荷。
通过内部检验和测试算法(在正常和安全的操作系统中分离)和可通过的双通道性，例如可以实现符合EN ISO 13849-1性能等级c类别2(EN 954-1)的安全等级。
通过例如
Figure GDA0001935008080000021
证书允许全球部署和接受。
在该设计方案的一个有利实施例中，高度轮廓至少存储在安全区域中。这可以例如在“前进驱动”期间发生，从而提供用于“反向驱动”的数据，并可用于检测障碍物。高度轮廓的检测可以在负载沿轨迹移动期间进行，但也可以提前进行。同样，当然，可以预先记录起重机工作区域中的整个高度轮廓。如果起重机例如是集装箱起重机，那么集装箱起重机将集装箱作为负载在集装箱码头中卸载，因此，集装箱的堆叠高度作为高度轮廓在一定程度上形成集装箱山。
在另一有利的设计方案中，如果在负载的运动方向上在距离负载第一距离内检测到障碍物，则安全程序向起重机控制器发送安全停止信号。由此，在负载前面限定出第一安全区域，当障碍物出现时，起重机在该安全区域内迅速且安全地停止。
在另一有利的设计方案中，在此第一距离的大小匹配于负载的速度。因此，距离可以例如当在相邻堆栈已经较高的堆栈上堆叠集装箱时相应地进行调整，使得在接近相邻堆栈时不发送停止信号。距离的大小也可以调整为零。相反，在起重机的较高操作速度下可以相应地增加距离，从而可以在任何情况下及时地将负载停止在障碍物之前。
在另一有利的设计方案中，如果在负载的运动方向上距离负载第二距离内检测到障碍物，则安全程序将安全制动信号发送到起重机控制器。由此，在负载前面限定出第二安全区域，在该安全区域内，当发生障碍时，起重机被迅速且安全地制动。由此，起重机控制系统可以例如被信号通知，从正常工作速度变为“蠕动行驶”。
在此，特别有利的是这样的设计方案，在该设计方案中，在第一距离内，向控制器输出停止信号，因为负载首先在第二距离内制动，并随后，在较慢地行驶时在第一距离内出现障碍物时停止。
在另一有利的设计方案中，第二距离的大小匹配于负载的速度。当起重机例如已经处于蠕动行驶时，距离的大小也可以调整为零。相反，在起重机的较高操作速度下可以相应地增加距离，使得在任何情况下都能够及时地将负载制动在障碍物之前。
在另一有利的设计方案中，轨迹匹配于高度轮廓。以这种方式，选择轨迹，其中立即避免与障碍物的可能碰撞。同样，如果起重机的至少部分工作区域已经存储为高度轮廓，则可以选择绕过潜在障碍物的时间优化的轨迹。
在另一个有利的设计方案中，借助于至少一个传感器来检测负载的位置并与已知的位置进行比较，并且在存在偏差时检验用于距离测量的至少一个传感器和/或用于得出已知位置的测量系统的功能性。因此，已知的位置值例如在轴上由测量系统接收，其中，负载的位置由起重机、起升机构和台车的位置值获得。通过与传感器数据的比较确保，始终准确地了解负载的位置，并可靠地辅助起重机操作员。
在另一有利的设计方案中，借助于至少一个传感器确定可见度。如果可见度受到例如雪或雾的破坏，则也可以在自动运行的方式确定，并且相应地(以降低的速度)适应运行或者甚至调整运行。
在另一有利的设计方案中，使用至少两个计算机单元作为控制器。例如，控制器(＝根据本发明的系统的控制单元)可以包括标准PC和安全PC，或者组合在一个壳体中的两个计算机单元。
在另一有利的设计方案中，至少两个传感器沿着在至少一个交叉点处相交的线来测量距离，并且至少一个交叉点中的测量值用于验证安全测量值。
在该系统的有利的设计方案中，至少一个传感器实施为2-D激光扫描仪。
在另一有利的设计方案中，至少一个传感器实施为3-D激光扫描仪。
在另一有利的设计方案中，两个传感器沿着形成至少一个直角的线来测量距离。
在另一有利的设计方案中，至少一个传感器实施为多射束激光器。
在另一有利的设计方案中，至少一个操作系统是实时的。
在另一有利的设计方案中，至少一个传感器可布置在起重机的台车上。
在另一有利的设计方案中，至少一个传感器可布置在起重机的集装箱吊架上。
附图说明
在下文中，将参考附图中所示的实施例更详细地描述和解释本发明。
图中示出：
图1示出了起重机的示意图，
图2示出了根据本发明的控制器，
图3示出两个传感器在桥式起重机上的布置，
图4示出了负载的安全距离的图示。
具体实施方式
图1示出了起重机2的示意图，该起重机在图中被实施为龙门起重机(例如，作为RTG，“Rubber Tyred Gantry”)。在图中为集装箱的负载1固定到集装箱吊架15(“Spreader”)上，该集装箱吊架15可以借助于图中的台车14(“Trolley”)从左向右移动。负载1将沿轨迹4移动，其中，由至少两个用于距离测量的传感器5来至少沿轨迹4来测定高度轮廓6(“集装箱山”)。沿着轨迹4存在障碍物3，使得负载不能以直接的路径被输送到它们的目的地(以虚线示出)。通过根据本发明的方法，轨迹4匹配于抛物线运动，其安全地越过障碍物3。
图2示出了至少两个用于距离测量的传感器5的图示，每个传感器通过信道7连接到控制器8。控制器8具有至少两个操作系统9、10，其中至少一个操作系统10具有安全区域中的安全程序。操作系统9、10有利地是实时的操作系统9、10。与起重机控制器的通信、特别是用于发送安全停止和/或制动信号的通信通过安全通信接口13来进行，其例如可以实施为安全总线(如Profisafe)或双通道硬件接口。
图3示出了如图1中的起重机2的透视图，其中吊架15上的负载1可以通过台车14移动。在这种情况下，传感器5布置在台车14上，其中，至少选择2-D激光扫描仪作为传感器5。传感器5中的一个在经过负载1的一侧时记录高度轮廓6，而第二传感器5首先以90度的偏转在台车14的移动方向上检测距离。该第二激光扫描仪还通过台车位置和吊架高度来检测负载1的位置。
图4示出了安全距离11、12的图示，在其中当在第二距离12内检测到障碍物3时，障碍物3在安全距离内触发安全制动信号，并且当在第一距离11内检测到障碍物3时，触发安全停止信号。对由安全距离11、12给出的安全区域的监控在此能够以简单的方式实现，例如，利用传感器阵列5，如其在前面的图3中所示的那样。
总之，本发明提供了一种用于避免起重机的负载与障碍物碰撞的方法和系统以及具有这种系统的起重机，用于执行这样的方法的程序和具有这样的程序的计算机可读介质。为了给出用于避免碰撞的、满足安全级别的解决方案，而提出一种解决方案，其中负载沿着一轨迹移动，其中，通过至少两个用于距离测量的传感器至少沿着轨迹来检测高度轮廓，其中，传感器的信号通过至少两个信道发送给具有至少两个操作系统的控制器，其中至少一个操作系统具有在安全区域中的安全程序，其中，借助高度轮廓来识别沿着轨迹的障碍物。控制器还包括安全通信接口，用于将信号从控制器传输到起重机控制器。

Claims (24)

1.一种用于避免起重机(2)的负载(1)与障碍物(3)碰撞的方法，其中，所述负载(1)沿一轨迹(4)移动，其中，借助于至少两个用于距离测量的传感器(5)至少沿着所述轨迹(4)检测高度轮廓(6)，其特征在于，所述传感器(5)的信号通过至少两个信道(7)发送至具有至少两个操作系统(9、10)的控制器(8)，所述操作系统中的至少一个操作系统(10)具有在安全区域中的安全程序，其中在正常和安全的操作系统中分离地执行内部检验和测试算法，其中，借助于所述高度轮廓(6)识别沿着所述轨迹(4)的障碍物(3)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述高度轮廓(6)至少存储在所述安全区域中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，当在所述负载(1)的移动方向上在距所述负载(1)的第一距离(11)内检测到障碍物(3)时，所述安全程序向起重机控制器发送安全停止信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一距离(11)的大小匹配于所述负载(1)的速度。
5.根据权利要求中1或2所述的方法，其中，当在所述负载(1)的移动方向上在距所述负载(1)的第二距离(12)内检测到所述障碍物(3)时，所述安全程序向起重机控制器发送安全制动信号。
6.根据权利要求中4所述的方法，其中，当在所述负载(1)的移动方向上在距所述负载(1)的第二距离(12)内检测到所述障碍物(3)时，所述安全程序向起重机控制器发送安全制动信号。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二距离(12)的大小匹配于所述负载(1)的速度。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述轨迹(4)匹配于所述高度轮廓(6)。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，借助于至少一个所述传感器(5)检测所述负载(1)的位置并与已知位置进行比较，并且在有偏差时，对用于距离测量的至少一个所述传感器(5)的和/或用于得出所述已知位置的测量系统的功能性进行检验。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，借助于所述至少一个所述传感器(5)测定可见度。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中，使用至少两个计算机单元作为所述控制器。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中，至少两个传感器沿着在至少一个交叉点相交的线来测量距离，并且其中，在至少一个交叉点处的测量值用于验证安全测量值。
13.一种用于避免起重机(2)的负载(1)与障碍物(3)碰撞的系统，其中，所述负载(1)能沿一轨迹(4)移动，所述系统具有：至少两个用于距离测量的传感器(5)，利用所述传感器至少沿着所述轨迹(4)能够检测高度轮廓(6)，其特征在于，所述系统具有控制器(8)，所述控制器具有至少两个操作系统(9、10)，其中，所述操作系统中的至少一个操作系统(10)具有在安全区域中的安全程序，其中在正常和安全的操作系统中分离地执行内部检验和测试算法；至少两个信道(7)，用于将所述传感器(5)的信号传输给所述控制器(8)；以及安全通信接口(13)，用于将来自所述控制器(8)的信号传输给起重机控制器。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述传感器(5)中的至少一个传感器实施为2-D激光扫描仪。
15.根据权利要求13或14所述的系统，其中，所述传感器(5)中的至少一个传感器实施为3-D激光扫描仪。
16.根据权利要求13或14所述的系统，其中，两个所述传感器(5)沿着形成至少直角的线来测量距离。
17.根据权利要求13或14所述的系统，其中，至少一个所述传感器(5)实施为多射束激光器。
18.根据权利要求13或14所述的系统，其中，至少一个所述操作系统(9、10)是能实时的。
19.根据权利要求13或14所述的系统，其中，至少一个所述传感器(5)能够布置在所述起重机(2)的台车(14)上。
20.根据权利要求13或14所述的系统，其中，至少一个所述传感器(5)能够布置在所述起重机(2)的集装箱吊架(15)上。
21.根据权利要求13或14所述的系统，其中，所述控制器包括至少两个计算单元。
22.根据权利要求13或14所述的系统，其中，至少两个所述传感器沿着在至少一个交叉点相交的线来测量距离，并且其中，在至少一个交叉点处的测量值用于验证安全测量值。
23.一种起重机(2)，具有根据权利要求13至22中任一项所述的系统。
24.一种计算机可读存储介质，在所述计算机可读存储介质上存储有程序，当所述程序在根据权利要求13至22中任一项所述的系统的控制器(8)中运行时，执行根据权利要求1-12中任一项所述的方法。
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