CN112912332A - 起重机装置 - Google Patents

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CN112912332A CN201980066237.0A CN201980066237A CN112912332A CN 112912332 A CN112912332 A CN 112912332A CN 201980066237 A CN201980066237 A CN 201980066237A CN 112912332 A CN112912332 A CN 112912332A
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Abstract

提供如下起重机装置：能够不受货物的形状、货物的设置状况的影响，进行高精度的设置作业。起重机装置是使包含臂以及悬挂于臂的钩的搬运要素动作来将货物搬运至搬运目的地的起重机装置，具备：相机，设置于钩；相机控制部，基于用于使搬运要素动作的控制信息对相机的摄影动作进行控制；以及图像处理部，对由相机摄影而得的摄影图像进行处理。相机对货物的搬运目的地进行摄影，图像处理部将由相机摄影而得的摄影图像中的任意的区域作为基准区域，生成将所述摄影图像投影在与该基准区域平行，并且与以货物作为视点的任意的方向垂直的平面上的校正图像，计算在校正图像中的货物的当前位置，并以能够视觉辨认的形态显示。

Description

起重机装置
技术领域
本发明涉及起重机装置。
背景技术
以往，在移动式起重机等中，在多个柱或已安装的构造物之间安装货物的情况下，要求高精度的设置作业。这样的高精度的设置作业是通过起重机的操控者、以及在设置位置进行监视、引导的多名作业员等的共同作业来进行的。起重机的操控者根据设置于臂前端的监视相机的图像与来自作业员的指示进行设置作业。在这样的设置作业中，已知如下固定影像显示系统：通过摄像机构或传感器对吊挂着的货物与周边的构造物的位置关系或安装场所的状态进行确认。例如，专利文献1。
在专利文献1所述的固定影像显示系统中，将对图像进行摄像的摄像机构、以及对从货物到障碍物为止的距离或位置信息进行测定的测距传感器设置于货物的下方，并通过图像处理单元将从货物到障碍物为止的距离或位置信息显示于显示机构。通过如此地构成，货物与障碍物的距离或设置场所的状态得到明确，能够进行高精度的设置作业。
但是，由于专利文献1所述的固定影像显示系统是在货物自身上安装摄像机构或测距传感器的结构，存在因货物的形状或被设置的状况而无法在适当的位置上安装摄像机构或测距传感器的情况。另外，固定影像显示系统需要在每次搬运货物时拆装摄像机构与测距传感器，因此繁琐。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2011－79648号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的在于，提供如下起重机装置：能够不受货物的形状或货物的设置状况的影响，而进行高精度的设置作业。
用于解决课题的手段
本发明所涉及的起重机装置，
一种使包含臂以及悬挂于所述臂的钩的搬运要素动作来将货物搬运至搬运目的地的起重机装置，具备：
相机，设置于所述钩；
相机控制部，基于用于使所述搬运要素动作的控制信息对所述相机的摄影动作进行控制；以及
图像处理部，对由所述相机摄影而得的摄影图像进行处理，
所述相机对所述货物的搬运目的地进行摄影，
所述图像处理部将由所述相机摄影而得的摄影图像中的任意的区域作为基准区域，生成将所述摄影图像投影在与该基准区域平行，并且与以所述货物作为视点的任意的方向垂直的平面上的校正图像，计算在所述校正图像中的所述货物的当前位置，并以能够视觉辨认的形态显示。
发明效果
根据本发明，不用在货物上设置相机，而是基于根据图像的变换生成了的以货物的位置作为视点的校正图像，计算货物相对于地上物体、障碍物的位置，并以能够视觉辨认的形态显示。据此，能够不受货物的形状、货物的设置状况的影响，进行高精度的设置作业。
附图说明
图1是表示起重机的整体结构的侧视图。
图2是表示起重机的控制结构的框图。
图3是表示与起重机装置的逆动力学解析有关的结构的框图。
图4是表示起重机的逆动力学模型的图。
图5是对表示起重机的逆动力学控制的控制工序的流程图进行表现的图。
图6是表示与起重机装置的图像处理有关的结构的框图。
图7A、图7B是投影变换处理的概念图。
图8A、图8B是表示吊起货物时的钩相机的摄影区域及其图像的图。
图9A、图9B是表示使货物水平移动时的移动方向用钩相机的摄影区域及其图像的图。
图10A、图10B是表示悬挂货物时的移动方向用钩相机的摄影区域及其图像的图。
具体实施方式
以下，使用图1和图2，说明具备本发明的一实施方式所涉及的起重机装置6的移动式起重机1(以下，称为“起重机1”)。另外，在本实施方式中，作为起重机1说明复杂地形起重机，但也可以是全地形起重机、汽车起重机、装载型汽车起重机等。
如图1所示，起重机1是能够在非特定的场所移动的移动式起重机。起重机1具有车辆2、起重机装置6。
车辆2是搬运起重机装置6的行驶体。车辆2具有多个车轮3，以发动机4作为动力源行驶。在车辆2上设置有外伸支腿5。外伸支腿5由在车辆2的宽度方向两侧能够通过液压延伸的突出梁、以及在与地面垂直的方向上能够延伸的液压式的千斤顶油缸构成。
起重机装置6是通过钢缆吊起并搬运货物W的作业装置。起重机装置6具备回转台7、臂9、起重杆9a、主带钩滑轮10、副带钩滑轮11、起伏用液压油缸12、主卷扬机13、主钢缆14、副卷扬机15、副钢缆16、驾驶舱17、GNSS接收机22、钩相机C、通信机33、显示装置34以及控制装置35等。在起重机装置6中，回转台7、臂9、起重杆9a、主带钩滑轮10、副带钩滑轮11、起伏用液压油缸12、主卷扬机13、主钢缆14、副卷扬机15以及副钢缆16是用于将货物W搬运至目标位置的搬运要素。
回转台7是以能够回转的方式构成起重机装置6的旋转装置。回转台7经由圆环状的轴承设置于车辆2的框架上。回转台7以圆环状的轴承的中心作为旋转中心而旋转自如地构成。在回转台7上设置有作为促动器的液压式的回转用液压马达8。回转台7构成为能够通过回转用液压马达8向一个方向和另一方向回转。
通过由回转用阀23供给的工作油驱动回转用液压马达8。回转用阀23由例如电磁比例切换阀构成。回转用阀23能够将向回转用液压马达8供给的工作油的流量控制为任意的流量。也就是说，回转台7构成为能够经由回转用液压马达8控制为任意的回转速度。在回转台7上设置有回转用传感器27。
臂9是将钢缆支承为能够吊起货物W的状态的可动支柱。臂9由以嵌套状配置的多个臂部件构成，在轴方向上伸缩自如。臂9(基臂部件)的基端以能够摆动(能够起伏)的方式安装于回转台7的大致中央。臂部件构成为能够与伸缩用液压油缸(省略图示)连结。另外，在臂9上设置有起重杆9a。
伸缩用液压油缸(省略图示)是使臂9伸展以及收缩的促动器。通过由伸缩用阀24(参照图2)供给的工作油驱动伸缩用液压油缸。伸缩用阀24由例如电磁比例切换阀构成。伸缩用阀24能够将向伸缩用液压油缸供给的工作油的流量控制为任意的流量。通过伴随着伸缩用液压油缸(省略图示)的伸缩，各臂部件在轴方向上移动，从而臂9伸缩。在臂9上设置有对臂9的长度进行检测的伸缩用传感器28。
臂相机9b对货物W以及货物W周边的地上物体等进行摄影。例如，臂相机9b构成为：设置于臂9的前端部，能够从货物W的铅直上方对货物W以及起重机1周边的地上物体或地形进行摄影。
主带钩滑轮10以及副带钩滑轮11用于吊挂货物W。主带钩滑轮10具有供主钢缆14卷绕的多个钩滑轮(省略图示)、以及吊挂货物W的主钩10a。副带钩滑轮11具有吊挂货物W的副钩11a。
起伏用液压油缸12是使臂9起立以及倒伏，并保持臂9的姿态的促动器。起伏用液压油缸12其油缸部的端部与回转台7摆动自如地连结，其杆部的端部与臂9的基臂部件摆动自如地连结。通过由起伏用阀25供给的工作油驱动起伏用液压油缸12。起伏用阀25由例如电磁比例阀构成。起伏用阀25能够将向起伏用液压油缸12供给的工作油的流量控制为任意的流量。伴随着起伏用液压油缸12的伸缩，臂9起立或倒伏。在臂9上设置有对臂9的姿态(起伏角度)进行检测的起伏用传感器29。
主卷扬机13和副卷扬机15分别用于进行主钢缆14和副钢缆16的转入(提升)以及转出(下降)。
主卷扬机13具有供主钢缆14卷绕的主卷筒以及使主卷筒旋转的主用液压马达(均省略图示)。通过由主用阀26m供给的工作油驱动主用液压马达。主用阀26m由例如电磁比例切换阀构成。在主卷扬机13中，通过主用阀26m控制主用液压马达，通过主卷筒旋转，以任意的速度进行主钢缆14的转入以及转出。
同样地，副卷扬机15具有供副钢缆16卷绕的副卷筒以及使副卷筒旋转的副用液压马达(均省略图示)。通过由副用阀26s供给的工作油驱动副用液压马达。副用阀26s由例如电磁比例阀构成。在副卷扬机15中，通过副用阀26s控制副用液压马达，通过副卷筒旋转，以任意的速度进行副钢缆16的转入以及转出。
在主卷扬机13以及副卷扬机15上设置有对主钢缆14以及副钢缆16的转出量L分别进行检测的卷绕用传感器30。
驾驶舱17是用于进行起重机1的操作的操控席，被搭载于回转台7。在驾驶舱17中，设置有用于对车辆2进行行驶操作的行驶用操作工具、以及用于对起重机装置6进行操作的起重机用操作工具。起重机用操作工具包含：用于使回转台7回转的回转操作工具18、用于使臂9起伏的起伏操作工具19、用于使臂9伸缩的伸缩操作工具20、用于进行主钢缆14的转入以及转出的主卷筒操作工具21m、用于进行副钢缆16的转入以及转出的副卷筒操作工具21s等。基于来自回转操作工具18、起伏操作工具19、伸缩操作工具20、主卷筒操作工具21m以及副卷筒操作工具21s的输入信号，分别控制回转用液压马达8、起伏用液压油缸12、伸缩用液压油缸(省略图示)、主用液压马达(省略图示)、副用液压马达(省略图示)。
GNSS接收机22是构成全球定位卫星系统(Global Navigation SatelliteSystem)的接收机，用于从卫星接收测距电波，计算接收机的位置坐标即纬度、经度、标高。GNSS接收机22设置于例如臂9的前端和驾驶舱17(以下，将设置于臂9的前端和驾驶舱17的GNSS接收机总称为“GNSS接收机22”)。也就是说，起重机1能够通过GNSS接收机22获取臂9的前端的位置坐标和驾驶舱17的位置坐标。
钩相机C是对用于测定货物W的位置以及姿态(朝向)的图像进行摄影的设备。钩相机C是例如通过磁铁等拆装自如地设置于主带钩滑轮10以及副带钩滑轮11中所使用的带钩滑轮上。在本实施方式中，钩相机C设置于主带钩滑轮10上。钩相机C构成为能够通过起重机装置6的控制信号对摄影方向进行变更。
钩相机C包含：移动方向用钩相机31，基于起重机装置6的控制信号，对货物的搬运目的地即在货物W的移动方向上存在的地上物体、障碍物、地表面(包括构造物的地面等、要将货物W吊放至的面)等被摄体进行摄影；以及旋转校正用钩相机32，从铅直下方对臂9进行摄影。
在本实施方式中，移动方向用钩相机31与旋转校正用钩相机32由不同的相机构成。据此，能够同时获取在货物W的移动方向上存在的被摄体的摄影图像、以及臂9的摄影图像。另外，也可以通过一个相机兼用作移动方向用钩相机31与旋转校正用钩相机32。
另外，移动方向用钩相机31由摄影区域不同的多个相机(摄影区域可以部分重叠)构成。在该情况下，从多个移动方向用钩相机31中，适宜地选择能够对在货物W的移动方向上存在的地上物体等进行摄影的相机，并在摄影中使用该相机。据此，即使主带钩滑轮10绕铅直轴摆动，也能够对在货物W的移动方向上存在的被摄体切实地进行摄影。
移动方向用钩相机31将描绘有在货物W的移动方向上存在的被摄体的摄影图像i2，利用无线通信等向控制装置35发送。旋转校正用钩相机32将描绘有臂9的摄影图像i3，利用无线通信等向控制装置35发送。
通信机33是在与移动方向用钩相机31、旋转校正用钩相机32、以及外部的服务器之间，进行各种数据的收发的接口。通信机33设置于例如驾驶舱17。
显示装置34是对由移动方向用钩相机31摄影而得的摄影图像i2、对摄影图像i2实施了图像处理而得的校正图像ia等进行显示，并且对用于指定作为图像处理的基准的基准区域的输入操作进行受理的输入输出装置。显示装置34设置于驾驶舱17内。显示装置34具备触控面板或鼠标等操作工具，作为能够对作为图像处理的基准的基准区域进行输入的输入装置。
控制装置35经由各操作阀(回转用阀23、伸缩用阀24、起伏用阀25、主用阀26m、副用阀26s)，对起重机装置6的促动器(回转用液压马达8、伸缩用液压油缸、起伏用液压油缸12、主用液压马达、副用液压马达)进行控制。另外，控制装置35对从移动方向用钩相机31以及旋转校正用钩相机32获取了的摄影图像的数据，进行坐标变换等图像处理。控制装置35设置于例如驾驶舱17内。控制装置35在实体上既可以是CPU、ROM、RAM、HDD等由总线连接而成的结构，或者也可以是由单片的LSI等构成的结构。在控制装置35中存放了各种程序或数据，用于对各促动器、切换阀、传感器、钩相机等的动作进行控制，或对图像数据进行处理。
控制装置35与臂相机9b连接，从臂相机9b获取摄影图像i1。另外，控制装置35与回转操作工具18、起伏操作工具19、伸缩操作工具20、主卷筒操作工具21m以及副卷筒操作工具21s连接，获取响应操控者的输入操作而由各操作工具生成了的操作信号。控制装置35基于来自各种操作工具的操作信号生成货物W的目标速度信号Vd。
控制装置35经由通信机33获取来自移动方向用钩相机31的摄影图像i2的数据、以及来自旋转校正用钩相机32的摄影图像i3的数据。另外，控制装置35经由通信机33将表示货物W的移动方向等的控制信号向移动方向用钩相机31发送。
在此，控制信号是用于使起重机装置6的搬运要素动作的信号，包含操作信号、目标速度信号Vd、目标轨道信号Pd以及动作信号Md等中的至少一个。操作信号是伴随着操控者的输入操作而由操作工具输出的信号。目标速度信号Vd是基于操作信号生成的信号，包含与货物W的移动方向以及移动速度有关的信息。目标轨道信号Pd是基于目标速度信号Vd生成的信号，表示使货物W从当前位置向目标位置移动时的货物W的轨道(位置信息)。动作信号Md伴随着操控者的输入操作而由控制装置35生成，是针对起重机装置6的促动器输出的信号。目标速度信号Vd、目标轨道信号Pd以及动作信号Md的生成工序留待后述。
另外，控制装置35能够经由通信机33，从在外部的服务器等中运用的BIM(建筑信息模型(building information modeling))获取货物W以及构造物的信息。货物W以及构造物的信息包含与各自的形状、大小、位置坐标有关的信息(三维数据)。另外，控制装置35在显示装置34上显示摄影图像i2或图像变换后的校正图像ia等。
控制装置35基于来自回转操作工具18、起伏操作工具19、主卷筒操作工具21m以及副卷筒操作工具21s的操作信号，生成与各操作工具对应的动作信号Md。另外，控制装置35与回转用阀23、伸缩用阀24、起伏用阀25、主用阀26m以及副用阀26s连接，针对回转用阀23、起伏用阀25、主用阀26m以及副用阀26s，输出基于操作信号生成了的动作信号Md。回转用阀23、起伏用阀25、主用阀26m以及副用阀26s基于动作信号Md进行规定的动作。
控制装置35与回转用传感器27、伸缩用传感器28、起伏用传感器29，起伏用传感器29以及卷绕用传感器30连接，获取回转台7的回转角度θz、伸缩长度Lb、起伏角度θx以及钢缆的转出量Lr。
起重机1能够通过使车辆2行驶，使起重机装置6移动至任意的位置。另外，起重机1能够通过起伏操作工具19的操作使臂9起立或倒伏至任意的起伏角度θx，通过伸缩操作工具20的操作使臂9伸展或收缩至任意的伸缩长度Lb，从而扩缩起重机装置6的扬程或作业半径。另外，起重机1能够通过副卷筒操作工具21s等的操作吊起货物W，通过回转操作工具18的操作使回转台7回转，从而搬运货物W。另外，起重机1能够根据由钩相机C摄影而得的图像和BIM的信息，对需要搬运的货物W进行自动检测。
接着，使用图3和图4，说明控制装置35中的用于生成动作信号Md的工序。图3是表示与起重机装置6的逆动力学解析有关的结构的框图。图4是表示起重机1的逆动力学模型的图。
如图3所示，控制装置35作为计算货物W的目标轨道信号Pd的目标轨道计算部35a、计算臂9的前端的目标位置坐标q(n+1)的臂位置计算部35b、以及生成动作信号Md的动作信号生成部35c，发挥功能。
目标轨道计算部35a将货物W的目标速度信号Vd变换为货物W的目标轨道信号Pd。目标轨道计算部35a按每单位时间t获取基于来自各操作工具的操作信号生成的货物W的目标速度信号Vd。目标速度信号Vd包含与货物W的移动方向以及移动速度有关的信息。例如，目标轨道计算部35a对获取了的目标速度信号Vd进行积分来计算货物W的目标位置信息，对货物W的目标位置信息适用低通滤波器，按每单位时间t计算目标轨道信号Pd。
臂位置计算部35b基于臂9的姿态信息、货物W的当前位置信息、以及由目标轨道计算部35a所生成了的目标轨道信号Pd，计算臂9的前端的目标位置坐标q(n+1)。臂9的姿态信息包含回转台7的回转角度θz(n)、臂9的伸长长度Lb(n)、臂9的起伏角度θx(n)、主钢缆14或副钢缆16(以下，简称为“钢缆”)的转出量Lr(n)，能够分别从回转用传感器27、伸缩用传感器28、起伏用传感器29、卷绕用传感器30获取。货物W的当前位置信息能够从由臂相机9b摄影而得的摄影图像i1中获取。
臂位置计算部35b根据获取了的货物W的当前位置信息计算货物W的当前位置坐标p(n)。另外，臂位置计算部35b根据获取了的回转角度θz(n)、伸缩长度Lb(n)、起伏角度θx(n)，计算表示臂9的前端(钢缆的转出位置)的当前位置的当前位置坐标q(n)(以下，简称为“臂9的当前位置坐标q(n)”)。另外，臂位置计算部35b根据货物W的当前位置坐标p(n)和臂9的当前位置坐标q(n)计算钢缆的转出量Lr(n)。
再有，臂位置计算部35b根据货物W的当前位置坐标p(n)和经过单位时间t后的作为货物W的目标位置的货物W的目标位置坐标p(n+1)，计算悬挂货物W的钢缆的方向矢量e(n+1)。
臂位置计算部35b使用逆动力学，根据货物W的目标位置坐标p(n+1)和钢缆的方向矢量e(n+1)，计算经过单位时间t后的臂9的目标位置坐标q(n+1)。
动作信号生成部35c从臂位置计算部35b获取经过单位时间t后的臂9的目标位置坐标q(n+1)，基于目标位置坐标q(n+1)生成各促动器的动作信号Md。
接着，如图4所示，确定起重机1的逆动力学模型。逆动力学模型由作为全局坐标系的XYZ坐标系定义，以原点O作为起重机1的回转中心。原点O的全局坐标从GNSS接收机22获取。在图4的逆动力学模型中，“q”表示例如臂9的当前位置坐标q(n)，“p”表示例如货物W的当前位置坐标p(n)。“Lb”表示例如臂9的当前的伸缩长度Lb(n)，“θx”表示例如臂9的当前的起伏角度θx(n)，“θz”表示例如回转台7的当前的回转角度θz(n)。另外，“Lr”表示例如钢缆的转出量Lr(n)，“f”表示钢缆的当前的张力f(n)，“e”表示例如钢缆的当前的方向矢量e(n)。
在像这样确定的逆动力学模型中，使用货物W的目标位置p、货物W的质量m、以及钢缆的弹性常数kf，通过式(1)表现臂9的前端的目标位置q与货物W的目标位置p的关系。另外，臂9的前端的目标位置q作为货物W的时间的函数由式(2)表现。
[数1]
Figure BDA0003010996040000101
Figure BDA0003010996040000102
f：钢缆的张力
kf：弹性常数
m：货物W的质量
q：臂9的前端的当前位置或目标位置
p：货物W的当前位置或目标位置
Lr：钢缆的转出量
e：方向矢量
g：重力加速度
低通滤波器用于使规定的频率以上的频率衰减，低通滤波器的传递函数G(s)由例如式(3)表现。目标轨道计算部35a通过对目标轨道信号Pd适用低通滤波器，防止因微分操作引起的奇点(急剧的位置变动)的发生。在本实施方式中，如式(3)所示，对应于计算弹性常数kf时的四阶微分因而使用四阶的低通滤波器，但也能够适用匹配了所期望的特性的阶数的低通滤波器。式(3)中的a、b是系数。
[数2]
Figure BDA0003010996040000111
根据以下的式(4)计算钢缆的转出量L(n)。钢缆的转出量Lr(n)由臂9的当前位置坐标q(n)和货物W的当前位置坐标p(n)的距离定义。也就是说，钢缆的转出量Lr(n)包含挂环工具的长度。
[数3]
I(n)2＝|q(n)-p(n)|2...(4)
根据以下的式(5)计算钢缆的方向矢量e(n)。钢缆的方向矢量e(n)是钢缆的张力f(参照式(1))的单位长度的矢量。钢缆的张力f是从货物W的加速度减去重力加速度而得到的。根据货物W的当前位置坐标p(n)和经过单位时间t后的货物W的目标位置坐标p(n+1)计算货物W的加速度。
[数4]
Figure BDA0003010996040000121
根据将式(1)以n的函数进行表现的下述的式(6)计算经过单位时间t后的臂9的目标位置坐标q(n+1)。在此，α表示臂9的回转角度θz(n)。使用逆动力学，根据钢缆的当前的转出量Lr(n)、货物W的目标位置坐标p(n+1)以及方向矢量e(n+1)计算臂9的目标位置坐标q(n+1)。
[数5]
Figure BDA0003010996040000122
接着，使用图5的流程图，说明用于生成动作信号Md的控制装置36的处理。
如图5所示，在步骤S100中，控制装置35开始目标轨道计算工序A。控制装置35对生成了的货物W的目标速度信号Vd适用低通滤波器，按每单位时间t计算目标轨道信号Pd。若目标轨道计算工序A结束，则向步骤S200的处理转移。
在步骤200中，控制装置35开始臂位置计算工序B。控制装置35基于货物W的当前位置坐标p(n)、根据臂9的姿态信息计算出的臂9的当前位置坐标q(n)、以及目标轨道信号Pd，计算臂9的目标位置坐标q(n+1)。若臂位置计算工序B结束，则向步骤S300的处理转移。
在步骤300中，控制装置35开始动作信号生成工序C。控制装置35基于臂9的目标位置坐标q(n+1)，计算当臂9的前端处于目标位置坐标q(n+1)时的回转台7的回转角度θz(n+1)、臂9的伸缩长度Lb(n+1)、臂9的起伏角度θx(n+1)、钢缆的转出量Lr(n+1)，分别生成回转用阀23、伸缩用阀24、起伏用阀25、主用阀26m或副用阀26s的动作信号Md。若动作信号生成工序C结束，则向步骤S100的处理转移。
也就是说，控制装置35当计算出臂9的目标位置坐标q(n+1)后，通过重复目标轨道计算工序A、臂位置计算工序B以及动作信号生成工序C，计算经过单位时间t后的臂9的目标位置坐标q(n+2)。具体而言，将在之前的处理中计算出的货物W的目标位置坐标p(n+1)作为当前的位置坐标，根据货物W的当前位置坐标p(n+1)和下一个目标位置坐标p(n+2)计算钢缆的方向矢量e(n+2)。并且，根据钢缆的当前的转出量Lr(n+1)和钢缆的方向矢量e(n+2)，计算再经过单位时间t后的臂9的目标位置坐标q(n+2)。
也就是说，控制装置35使用逆动力学，根据货物W的当前位置坐标p(n)、货物W的目标位置坐标p(n+1)、以及钢缆的方向矢量e(n+1)，依次计算单位时间t后的臂9的目标位置坐标q(n+1)。控制装置35通过基于臂9的目标位置坐标q(n+1)生成动作信号Md的前馈控制，对各促动器进行控制。
如此地，起重机装置6基于任意输入的货物W的目标速度信号Vd计算目标轨道信号Pd，因此不限于规定的速度模式。另外，通过起重机装置6以货物W作为基准生成臂9的控制信号(各促动器的动作信号Md)，并且适用前馈控制，从而基于操控者期望的目标轨道臂9的控制信号被生成。据此，提高促动器针对操控者的操作即来自各种操作工具的操作信号的响应性，能够抑制因响应延迟引起的货物W的摇动。另外，构建逆动力学模型，根据货物W的当前位置坐标p(n)、目标位置坐标p(n+1)、以及钢缆的方向矢量e(n+1)计算臂9的目标位置坐标q(n+1)，因此不会产生因加减速等引起的过渡状态的误差。再有，通过适用低通滤波器，使包含因计算臂9的目标位置坐标q(n+1)时的微分操作而产生的奇点的频率成分被衰减，因此臂9的控制稳定。据此，能够在以货物W作为基准对促动器进行控制时，抑制货物W的摇动并且使其沿着目标轨道移动。
接着，使用图6和图7，说明将由移动方向用钩相机31摄影而得的摄影图像i2变换为任意的平面上的校正图像ia的图像处理。图6是表示与起重机装置6的图像处理有关的结构的框图。图7A是表示由钩相机C摄影而得的图像的投影面的图，图7B是表示投影变换后的图像的图。该图像处理是由起重机装置6的控制装置35来进行的。
如图6所示，控制装置35作为相机控制部35d以及图像变换部35e(图像处理部)发挥功能。
相机控制部35d将基于根据来自各种操作工具的操作信号计算的货物W的目标速度信号Vd、目标轨道信号Pd等的控制信号，向移动方向用钩相机31发送。移动方向用钩相机31依据控制信号，从主带钩滑轮10对货物W的搬运目的地即在货物W的移动方向上存在的被摄体(例如，地上物体、地表面以及构造物等)进行摄影。同时，旋转校正用钩相机32从铅直下方(主带钩滑轮10侧)对臂9进行摄影。相机控制部35d获取由移动方向用钩相机31摄影而得的摄影图像i2以及由旋转校正用钩相机32摄影而得的摄影图像i3。
如图7A所示，移动方向用钩相机31以货物W的上方的主带钩滑轮10的位置作为视点，向斜下方对货物W的轨道周边的地上物体、地表面以及构造物等被摄体进行摄影。因此，由移动方向用钩相机31摄影而得的摄影图像i2是以比货物W靠上方与挂环工具的铅直方向的长度相应的量的位置为视点且在与摄影方向垂直的投影面Po上投影了的图像。也就是说，移动方向用钩相机31不是以货物W的视点对轨道周边的地上物体、地表面以及构造物等进行摄影。
如图7B所示，图像变换部35e(参照图6)从相机控制部35d(参照图6)获取摄影图像i2，并使其显示于显示装置34。另外，若在显示于显示装置34的摄影图像i2中，选择任意的区域的图像(以下，简称为“选择图像is”)(参照灰色部分)，则图像变换部35e实施将摄影图像i2变换为以选择图像is作为基准的任意的平面上的图像的投影变换处理。具体而言，图像变换部35e获取在摄影图像i2中输入的选择图像is作为校正的基准。再有，图像变换部35e获取移动方向作为投影方向。图像变换部35e以货物W为视点，将与获取了的投影方向垂直的平面作为变换投影面Pt，对在投影面Po上投影的摄影图像i2进行投影变换处理。也就是说，变换投影面Pt可以说是以由移动方向用相机31摄影而得的摄影图像i2中的任意的区域(选择图像is)作为基准区域，与该基准区域平行，并且与以货物W作为视点的任意的方向垂直的平面。图像变换部35e使对摄影图像i2实施投影变换处理而生成了的校正图像ia显示于显示装置34。
另外，图像变换部35e基于起重机装置6的控制信息、以及从BIM获取了的货物W以及构造物的信息，使货物W的外形图或货物W的图像投影于校正图像ia。也就是说，图像变换部35e使校正图像ia和货物W的外形图或货物W的图像重合并显示于显示装置34。此时，图像变换部35e以使校正图像ia和货物W的外形图或货物W的图像的比例尺以及位置一致的方式将二者重合。另外，图像变换部35e根据从BIM获取了的构造物的大小和在校正图像ia描绘的构造物的大小，计算显示比率，并基于计算出的显示比率，计算出在校正图像ia中的从货物W到地表面、地上物体或构造物为止的距离等并显示于显示装置34。
如此地，图像变换部35e显示校正图像ia的同时，还显示货物W的外形图或图像，或者显示从货物W到地表面等为止的距离。也就是说，图像变换部35e将在校正图像ia中的货物W的当前位置以能够视觉辨认的形态显示。据此，操控者能够通过图像或数值视觉辨认货物W与其周边的地表面、地上物体或构造物等的位置关系。
接着，使用图8至图10，具体说明起重机装置6的使用了钩相机C的货物W的定位控制。图8A、图8B是表示在吊起货物时的钩相机C的摄影区域及其图像的图，图8A表示移动方向用钩相机31的摄影区域及其图像，图8B表示旋转校正用钩相机32的摄影区域及其图像。图9A是表示在使货物水平移动时的移动方向用钩相机31的摄影区域的图，图9B是表示投影变换后的图像的图。图10A是表示在悬挂货物时的移动方向用钩相机31的摄影区域的图，图10B是表示投影变换后的图像的图。
起重机装置6在主钩10a悬挂着货物W的状态下，将货物W搬入至构造物S的内部地面F，并实施将其配置于规定位置的定位控制。起重机装置6用于计算作为货物W的全局坐标的货物W的当前位置坐标p(n)。另外，起重机装置6用于从在外部的服务器等中运用的BIM获取货物W以及构造物S的信息。
如图8A所示，依据操控者的操作，起重机装置6将主钩10a悬挂着的货物W吊起至高于构造物S的地面F的位置为止。起重机装置6利用移动方向用钩相机31，对主钩10a的移动方向(参照空心箭头)的相反侧的铅直下方向进行摄影(参照灰色部分)。也就是说，移动方向用钩相机31摄影货物W的上表面作为摄影图像i2。
另外，如图8B所示，起重机装置6利用旋转校正用钩相机32摄影臂9作为摄影图像i3。起重机装置6的控制装置35基于获取了的摄影图像i2、i3，计算主钩10a吊起着的货物W相对于臂9的悬挂姿态。控制装置35根据货物W相对于臂9的悬挂姿态，对移动方向用钩相机31的摄影方向进行控制。再有，控制装置35根据货物W相对于臂9的悬挂姿态，计算货物W相对于臂9的旋转角度θ，并以使地面F的校正图像ia相对于货物W的旋转方向向相反方向旋转旋转角度θ的方式，显示地面F的校正图像ia。
如图9A所示，起重机装置6依据操控者的操作，一边将货物W维持在高于构造物S的地面F的位置，一边使其向地面F大致水平地移动(参照空心箭头)。起重机装置6利用移动方向用钩相机31摄影货物W的搬运方向(货物W的移动方向的下方)作为摄影图像i2(参照灰色部分)。在本实施方式中，移动方向用钩相机31对作为货物W的搬运目的地的构造物S的地面F以及地面F的搬入口E进行摄影。控制装置35将摄影图像i2与货物W的当前位置坐标p(n)建立关联并将其保存与一定时间相应的量。
如图9B所示，控制装置35使摄影图像i2显示于显示装置34。摄影图像i2是以从上方俯视的角度对地面F以及朝向地面F的搬入口E进行摄影而得的图像。若操控者输入包围搬入口E的区域(灰色部分)作为在显示于显示装置34的摄影图像i2中的选择图像is，则控制装置35在以货物W的移动方向为投影方向的变换投影面Pt(参照图7A)上，以选择图像is作为基准，对摄影图像i2进行投影变换并投影。也就是说，控制装置35通过投影变换，根据摄影图像i2，以货物W作为视点，生成使货物W的移动方向的搬入口E显示的校正图像ia。伴随着主钩10a的移动，控制装置35根据由移动方向用钩相机31摄影而得的摄影图像i2，按每单位时间t生成校正图像ia。
再有，控制装置35向校正图像ia投影货物W的外形图。例如，控制装置35基于从BIM获取了的货物W以及构造物S的信息、货物W的当前位置坐标p(n)、以及货物W相对于臂9的悬挂姿态，计算在校正图像ia中的货物W的重心位置和货物W的投影图的形状。另外，控制装置35根据从BIM获取了的构造物S的大小和在校正图像ia上描绘的构造物S的大小计算显示比率，并计算在校正图像ia中的货物W的大小。并且，控制装置35基于计算出的货物W的重心位置、形状以及大小，使货物W显示于校正图像ia。另外，控制装置35基于显示比率，计算从货物W的外缘到构造物S为止的最短距离等并将其显示。
如图10A所示，若操控者在货物W的吊放位置的附近处进行吊放操作，则起重机装置6使主钩10a悬挂着的货物W朝向构造物S的地面F沿铅直下方移动(参照空心箭头)。起重机装置6利用移动方向用钩相机31对作为主钩10a的移动方向的铅直下方进行摄影(参照灰色部分)。也就是说，移动方向用钩相机31摄影货物W的上表面作为摄影图像i2。
如图10B所示，若控制装置35获取悬挂货物W的控制信号，则使在水平移动中摄影而得的摄影图像i2中的、包含地面F紧前的图像i2o显示于显示装置34。若操控者输入包围地面F的区域(灰色部分)作为在显示于显示装置34的摄影图像i2o中的选择图像is，则控制装置35在货物W的铅直下方向的变换投影面Pt(参照图7A)上，以选择图像is作为基准，通过投影变换对摄影图像i2o进行投影。也就是说，控制装置35通过投影变换，根据摄影图像i2o，以货物W作为视点生成使铅直下方的货物W的吊放位置显示的校正图像ia。
接着，控制装置35在作为当前的摄影图像i2的货物W的上表面图像(参照图10B的二点划线)上，对校正图像ia进行合成并使其显示于显示装置34。此时，控制装置35根据从BIM获取了的货物W以及构造物S的信息、计算出的货物W的旋转角度θ、货物W的当前位置坐标p(n)计算在校正图像ia中的货物W的重心位置。另外，控制装置35计算显示比率，并计算在校正图像ia中的货物W的大小。并且，例如，控制装置35基于计算出的货物W的重心位置以及大小变换校正图像ia，并按每单位时间以使该校正图像ia与摄影图像i2叠加的方式进行显示。另外，随着主钩10a的移动，控制装置35根据摄影图像i2o生成与货物W的当前位置坐标p(n)对应的校正图像ia，并以使该校正图像ia与货物W的摄影图像i2叠加的方式进行显示。再有，控制装置35基于显示比率，计算从货物W的外缘到地面F为止的最短距离等并将其显示。
通过如此地构成，起重机装置6使用以货物W作为视点的移动方向的校正图像ia、货物W以及构造物S的信息，以使货物W的投影图叠加于校正图像ia的方式显示该投影图。也就是说，通过起重机装置6，即使货物W自身未被移动方向用钩相机31摄影，也能根据校正图像ia，通过图像或数值显示地面F、搬入口E相对于货物W的位置关系。据此，能够不受货物W的形状、货物W的设置状况的影响，进行高精度的设置作业。再有，在起重机装置6中，即使货物W遮挡了货物W的铅直下方的地面F，也能根据紧前对货物W的铅直下方的地面F摄影而得的图像i2o，生成以货物W作为视点的铅直下方的地面F的校正图像ia。此时，与货物W的旋转相应地，货物W的投影图旋转并被显示，因此易于把握货物W的状态。再有，在起重机装置6中，利用摄影区域不同的多个移动方向用钩相机31，实现通过一个移动方向用钩相机31补充其他的移动方向用钩相机31的功能的备份功能，构建具有冗余性的系统。据此，能够不受货物W的形状、货物W的设置状况的影响，进行高精度的设置作业。
如上所述，本实施方式所涉及的起重机装置6是使包含臂9以及悬挂于臂9的主钩10a或副钩11a的搬运要素动作来将货物搬运至搬运目的地的起重机装置，具备：钩相机C，设置于主钩10a或副钩11a；相机控制部35d，基于用于使搬运要素动作的控制信息，对钩相机C的摄影动作进行控制；以及图像变换部35e(图像处理部)，对由钩相机C摄影而得的摄影图像i2、i3进行处理，钩相机C对货物W的搬运目的地进行摄影，图像变换部35e将由钩相机C摄影而得的摄影图像中的任意的区域作为基准区域，生成将摄影图像投影在与该基准区域平行，并且与以货物W作为视点的任意的方向垂直的变换投影面Pt上的校正图像ia，计算在校正图像ia中的货物W的当前位置，并以能够视觉辨认形态显示。
在起重机装置6中，并不在货物W上设置相机，而是基于通过摄影图像i2的变换而生成了的以货物W的位置作为视点的校正图像ia，计算货物W相对于地上物体或障碍物的位置，并以能够视觉辨认的形态显示。据此，能够不受货物W的形状或货物W的设置状况的影响，进行高精度的设置作业。
另外，在起重机装置6中，图像变换部35e(图像处理部)以使货物W的投影图叠加于校正图像ia的方式显示该投影图。
因为将货物W的外形形状叠加于通过图像变换生成了的平面图像(校正图像ia)而显示，所以即使货物W自身未被摄影，也能够把握在平面图像中的货物W的当前位置。据此，能够不受货物W的形状、货物的设置状况的影响，进行高精度的设置作业。
另外，在起重机装置6中，钩相机C向铅直下方摄影货物W，图像变换部35e(图像处理部)以在搬运目的地的摄影图像i2中的地表面作为基准区域，生成将摄影图像i2投影在货物W的铅直下方的正面上的校正图像ia，在货物W的摄影图像i2上合成校正图像ia，计算货物W相对于地表面的当前位置，并以能够视觉辨认的方式显示。
即使货物W遮挡了货物下方的地表面，也能根据之前获取了的摄影图像生成从铅直上方看到的货物下方的地表面的图像，计算货物W相对于地上物体等的位置，并以能够视觉辨认的形态显示。据此，能够不受货物W的形状、货物的设置状况的影响，进行高精度的设置作业。
另外，在起重机装置6中，钩相机C对臂9进行摄影，图像变换部35e(图像处理部)基于臂9的摄影图像i3计算货物W的旋转角度，并以使地表面的校正图像ia相对于货物W的旋转方向向相反方向旋转所述旋转角度的方式，显示地表面的校正图像ia。
与货物W的旋转相应地，在显示画面上显示货物W相对于地表面正在旋转，因此易于把握货物的状态。据此，能够不受货物W的形状或货物的设置状况的影响，进行高精度的设置作业。
另外，在本实施方式中，说明了移动式起重机1的起重机装置6，但本发明也能够适用于利用钢缆等搬运要素吊起货物W并搬运的起重机装置。另外，起重机装置6也可以构成为：能够通过具有利用倾倒方向指示货物W的移动方向且利用倾倒角度指示货物W的移动速度的操作杆的远程操作终端进行远程操作。此时，起重机装置6通过在远程操作终端对由钩相机C摄影而得的图像进行显示，操控者即使从远程地点也能够确切地把握货物W的周边的状况。另外，在起重机装置6中，通过反馈基于由钩相机C摄影而得的图像的货物W的当前位置信息，从而提高稳健性。也就是说，根据起重机装置6，能够不用分辨因货物W的重量或外部干扰引起的特性的变化，而使货物W稳定地移动。
上述实施方式不过示出了代表性的方式，能够在不脱离一个实施方式的主旨的范围内进行各种变形来实施。显然还能够以其他各种方式实施，本发明的范围通过权利要求书的记载示出，还包含与权利要求书所记载的等同的含义及范围内的所有变更。
2018年10月16日申请的日本特愿2018－195430的日本申请中包含的说明书、附图及说明书摘要的公开内容全部被引用至本申请。
附图标记说明
1 起重机
6 起重机装置
7 回转台
9 臂
10a 主钩
31 移动方向用钩相机
32 旋转校正用钩相机
35 控制装置
35d 相机控制部
35e 图像变换部(图像处理部)
C 钩相机
i2 摄影图像
is 选择图像
ia 校正图像
W 货物

Claims (4)

1.一种起重机装置，使包含臂以及悬挂于所述臂的钩的搬运要素动作来将货物搬运至搬运目的地，所述起重机装置具备：
相机，设置于所述钩；
相机控制部，基于用于使所述搬运要素动作的控制信息，对所述相机的摄影动作进行控制；以及
图像处理部，对由所述相机摄影而得的摄影图像进行处理，
所述相机对所述货物的搬运目的地进行摄影，
所述图像处理部将由所述相机摄影而得的摄影图像中的任意的区域作为基准区域，生成将所述摄影图像投影在与该基准区域平行，并且与以所述货物作为视点的任意的方向垂直的平面上的校正图像，计算在所述校正图像中的所述货物的当前位置，并以能够视觉辨认的形态显示。
2.如权利要求1所述的起重机装置，其中，
所述图像处理部以使所述货物的投影图叠加于所述校正图像的方式显示所述货物的投影图。
3.如权利要求1或2所述的起重机装置，其中，
所述相机向铅直下方对所述货物进行摄影，
所述图像处理部以所述搬运目的地的所述摄影图像中的地表面作为所述基准区域，生成在所述货物的铅直下方的正面上投影了所述摄影图像的校正图像，并且，在所述货物的摄影图像上合成所述校正图像，并计算所述货物相对于所述地表面的当前位置。
4.如权利要求3所述的移动式起重机，其中，
所述相机对所述臂进行摄影，
所述图像处理部基于所述臂的摄影图像计算所述货物的旋转角度，并以使所述地表面的校正图像相对于所述货物的旋转方向向相反方向旋转所述旋转角度的方式，显示所述地表面的校正图像。
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