DE4403898A1 - Hebezeug - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein System zur Verbesserung der Handhabung von Hebezeugen, insbesondere Kranen. Die Erfindung betrifft außerdem eine spezielle Anlage, deren Aufgabe es ist, die Orientierung des Bedieners im Arbeitsbereich zu verbessern und der Kransteuerung gewisse Beschränkungen aufzuerlegen, um Kollisionen zwischen dem Kran, der Ladung und Gegenständen im Arbeitsbereich zu verhindern. Die Erfindung eignet sich vor allem für Hebezeuge wie Krane, Einträger- bzw. Einschienenkrane, Konsolkrane, Lastenaufzüge und dergleichen. Typische Anwendungsbereiche sind Container-Verladebrücken, Greiferkrane, Hafenkrane, Schiffskrane, Stauanlagen und dergleichen.

Gegenstand der Erfindung

Der Gegenstand der Erfindung ist es, ein System zur Verfügung zu stellen, das den Kranführer darin unterstützt, eine bessere Orientierung im Arbeitsbereich zu erlangen, um Kollisionen zwischen dem Kran, dessen Lastenentnahmemittel, wie z. B. Spreader, Haken oder Greifer, mit der Ladung und anderen Gegenständen, die sich im Arbeitsbereich befinden können, zu verhindern.

Diese und andere Gegenstände der Erfindung werden nachfolgend erläutert.

Wesen der Erfindung

Erfindungsgemäß sind Entfernungsmeßorgane auf einer Laufkatze mit einem Spreader als Lastenentnahmemittel angeordnet. Die Laufkatze bewegt sich auf einer oder mehreren Schienen. Das Entfernungsmeßorgan mißt den vorzugsweise vertikalen Abstand zwischen der Laufkatze und bestimmten Punkten auf dem Boden, die sich auf der erwarteten Bewegungsbahn des Spreaders (und ggf. des daran hängenden Gegenstandes) in Richtung auf sein Ziel befinden. Diese Entfernungen werden in Abhängigkeit der Position der Laufkatze in einem Computerspeicher abgespeichert. Bewegt sich die Laufkatze von einer Ausgangsposition in eine vorausgesehene Position und hat die Laufkatze die vorausgesehene Position erreicht, kann die Entfernung zwischen dem Spreader bzw. seiner Ladung zum darunterliegenden Boden oder zu den darunterliegenden Gegenständen berechnet werden. Auf diese Weise erhält man einen topographischen Lageplan aus den unterschiedlichen Höhenabmessungen der Gegenstände im jeweiligen Bereich unterhalb des Spreaders. Das so gewonnene Wissen über die Höhenabmessungen der Gegenstände wird verwendet, um die Geschwindigkeit des Spreaders zu vermindern wenn dieser sich auf Gegenstände zubewegt, um Kollisionen zwischen dem Spreader und seiner Ladung einerseits und diesen Gegenständen andererseits zu verhindern. Es ist vergleichsweise einfach, einen Plan der Gegenstände zu erstellen, wenn es sich um einige wenige Standardformen und -abmessungen handelt, so wie im Falle einer Container-Verladebrücke, die Schiffscontainer be- und entlädt. Im Falle von Schiffscontainern ist es vorteilhaft, die erwartete Entfernung zu messen, so wie in der vorliegenden Erfindung, und nicht etwa die tatsächliche Entfernung, da der Spreader und sein geladener Container die Sichtlinie zwischen dem Entfernungsmeßorgan und dem Bereich direkt unterhalb des Spreaders versperren können.

Ein Plan der Höhenabmessungen der Gegenstände wird dem Bediener zur besseren Orientierung über den Arbeitsbereich direkt auf einem Display angezeigt. Der Höhenabmessungsplan ist geeignet für eine Art "Fahrtenschreiber", der für eine spätere Untersuchung nach einem Unfall verwendet werden kann.

Auflistung der Figuren

Die schematischen Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen der Illustration der Erfindung:

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Container-Verladebrücke mit an einer Laufkatze angebrachten Entfernungsmeßorganen,

Fig. 2 zeigt eine Darstellung der Verladebrücke aus Fig. 1, mit in einen Entladebereich bewegter Ladung,

Fig. 3 zeigt eine Frontansicht der Verladebrücke gemäß Fig. 2 mit einem speziellen Entfernungsmeßorgan, das die Parallaxe zwischen einem Fühler und einer Videokamera ausnutzt, Fig. 3A zeigt eine Draufsicht auf eine Bahn eines Strahls des Fühlers aus Fig. 3,

Fig. 4 zeigt ein Blockdiagram der Informationsverarbeitung und der Systemkontrolle, und

Fig. 5 zeigt eine besondere Darstellung eines Höhenabmessungsplans, der dem Bediener auf einem Display gezeigt wird und welcher den Spreader mit einem daran hängenden Container gemäß Fig. 2 zeigt.

Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 zeigt eine Container-Verladebrücke, die mit einem erfindungsgemäßen System ausgestattet ist. In dieser speziellen Ausführungsform der Erfindung hängt ein Spreader an einer Laufkatze 2. Die vertikale Entfernung zwischen dem Spreader und der Laufkatze 2 ist steuerbar und die Laufkatze 2 ist so ausgebildet, daß sie auf Schienen 3 und 4 verfahrbar ist. Die Querbewegung des Spreaders wird durch die Bewegung der Verladebrücke auf Kranschienen 5 und 6 erreicht. In Fig. 1 ist der Spreader mit einem daran hängenden Container 7, der in einem Bereich 8, zwischen Containern 9, 10 und 11 entladen werden soll, dargestellt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind Entfernungmeßorgane vorgesehen, die als optische Fühler (optical designators) 12 und als eine Videokamera 13 ausgebildet sind.

Die Fig. 2 zeigt die Verladebrücke gemäß Fig. 1, wobei die Laufkatze 2, die auf den Schienen 3 und 4 in eine Position oberhalb des Bereichs 8 bewegt ist, an der der Container 7 entladen werden soll.

Die Fig. 3 und 3A zeigen ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des vertikalen Entfernungsmeßorganes mit einem Fühler 12 (designator) und einer Videokamera. Die Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht der Verladebrücke. Die Fig. 3A zeigt eine Draufsicht auf den Bodenbereich der Verladebrücke.

In der Fig. 3 befindet sich die Laufkatze 2 zwischen den in Fig. 1 und 2 gezeigten Positionen und der Fühler 12 tastet den Bereich 8 und den benachbarten Container 11 ab, indem der Punkt 31 mit den Lichtstrahlen 36 und 37 abgetastet wird. Der Spreader und seine Ladung werden durch den Fühler 12 im Punkt 32 mit einem Lichtstrahl 35 abgetastet. Die Punkte 31 und 32 werden mittels der Videokamera 13 beobachtet und die vertikale Entfernung zum Container 11, dem Bereich 8, dem Spreader 1 und seiner Ladung werden mit Hilfe eines Parallaxeverfahrens berechnet. Wenn die Laufkatze 2 aus der Position in Fig. 1 in die Position in Fig. 3 bewegt wird, tastet der Lichtpunkt 31 die Spur 33 ab. Befindet sich der Spreader 1 oberhalb der Entladezone 8, tastet der Fühler 12 den Punkt 34 ab.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zur Messung der vertikalen Entfernung bei einer Rückwärtsbewegung der Laufkatze 2 ein zweites Entfernungsmeßorgan vorgesehen, etwa ein zweiter Fühler 22 und eine zweite Videokamera 23, die an der Rückseite der Laufkatze 2 hinter dem Spreader und seiner Ladung angebracht sind, so daß der Spreader und dessen Ladung die Sichtlinie des Fühlers 22 und der Videokamera 23 auf den Boden nicht versperren. Nach einer bevorzugten Ausbildung sind ähnliche Meßorgane an den Seiten der Verladebrücke angebracht, um die nach unten gerichteten Entfernungen messen zu können, wenn die Verladebrücke sich entlang den Kranschienen 5 und 6 seitwärts bewegt.

Um die vertikalen Entfernungen zu messen, wird die Position der Laufkatze 2 auf ihrer Schienen 3 und 4 gemessen. Dazu werden bekannte Meßverfahren benutzt. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Position der Verladebrücke auf den Kranschienen 5 und 6 in ebenfalls bekannter Weise gemessen. Diese Positionen werden in Korrelation zu den vertikalen Entfernungen gesetzt, wie aus nachfolgenden Ausführungen ersichtlich wird.

Die Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Systems. Ein Rechner 40 nimmt eine Folge 42 der entlang der Schienen 3 und 4 gemessenen Positionen der Laufkatze 2 und die an diesen Positionen gemessenen vertikalen Entfernungen zum Boden auf und speichert sie in einem Speicher 41. Weiterhin nimmt der Rechner 40 eine Folge 43 von entlang ihrer Schienen 3 und 4 gemessenen Positionen der Laufkatze 2 und der an diesen Positionen der Laufkatze 2 gemessenen Entfernungen zum Spreader 1 und dem Container 7 auf und speichert sie ebenfalls in seinem Speicher 41. Ferner ist der Rechner 40 mit gespeicherter Information 44 über das geometrische Modell der relevanten Bestandteile der Verladebrücke, der relevanten Positionen der Entfernungsmeßgeräte und den Standardgrößen von Containern ausgestattet. Diese Informationen reichen aus, um einen mathematischen Modellplan 45 zu generieren, in dem Bodenerhöhungen, die Höhen nahegelegener Gegenstände und des Spreaders 1, sowie seiner Ladung (Container 7) gespeichert sind. Der Modellplan 45 wird benutzt, um die Steuerung der Verladebrücke zu begrenzen, indem bekannte Verfahren zur Begrenzung der Geschwindigkeit des Spreaders 1 in Richtung auf ein nahes Hindernis oder zur Begrenzung der Geschwindigkeit beim Herablassen des Spreaders 1, um Kollisionen des Spreaders 1 oder seiner Ladung mit umgebenden Gegenständen oder dem Entladebereich 8 zu verhindern. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schaltet sich das System nur dann in die Tätigkeit des Führers der Verladebrücke ein, wenn dessen Tätigkeit zu solchen Kollisionen führen könnte.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform, sind verschiedene Retro-Reflektoren an exakt bekannten Stellen angebracht, wie zum Beispiel an dem unteren Teilen der Verladebrücke, die leicht vom Entfernungsmeßorgan erkannt werden, wobei diese Punkte zur Selbst-Kalibrierung des Systems im Normalbetrieb verwendet werden. Der Rechner 40 steuert ein für dem Führer der Verladebrücke sichtbares Videodisplay 47, das den Systemstatus und Videobilder der Videokameras 13 und 23 anzeigt.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung ist der Speicher 41 ein Festspeicher, der so als "Unfallschreiber" zur späteren Überprüfung von Unfallhergängen dienen kann.

Die Fig. 5 zeigt eine spezielle graphische Darstellung 50 des Modellplans 45, der dem Führer der Verladebrücke auf dem Display 47 angezeigt wird, um ihm eine bessere Orientierung oder Vorstellung über den Arbeitsbereich zu ermöglichen. In diesem speziellen Fall wird der in der Fig. 2 gezeigte Arbeitsbereich dargestellt. In dieser speziellen Gestaltung der Darstellung 50, stellt das mit dem Bezugszeichen 51 versehene "R" einen Hinweis auf die Präsenz des Containers 11 dar, der sich (rechts) neben dem Entladebereich 8 befindet.

Bezugszeichenliste
1 Spreader
2 Laufkatze
3 Schiene
4 Schiene
5 Kranschiene
6 Kranschiene
7 Container
8 Entladebereich
9 Container
10 Container
11 Container
12 Fühler
13 Videokamera
22 Fühler
23 Videokamera
31 Lichtpunkt
32 Punkt
33 Spur
34 Punkt
35 Lichtstrahl
36 Lichtstrahl
37 Lichtstrahl
40 Rechner
41 Speicher
42 Folge
43 Folge
44 Information
45 Modellplan
47 Videodisplay
50 Darstellung.

Claims (11)

1. Hebezeug, insbesondere eine Container-Verladebrücke, mit Meß- und Kontrollorganen, mit einer Konstruktion aus einer oder mehreren Schienen und einem einer Laufkatze zugeordneten Lastenaufnahmemittel, insbesondere einem Spreader oder Greifer, gekennzeichnet durch Meßorgane, die an einer in Bewegungsrichtung der Laufkatze (2) weisenden Seite derselben angeordnet und nach unten gerichtet sind, Positionsmeßorgane für die Messung der Position der Laufkatze (2) relativ zu ihren Schienen (3, 4), einen Rechner (40) mit Speichermitteln (41) zum Speichern, Auswerten und/oder Vergleichen der nach unten gerichteten Entfernungen zu Gegenständen sowie zum Spreader 1 und/oder seiner Ladung und zum Berechnen der Position relativ zu den Schienen (3, 4), sowie zum Erstellen eines geometrischen Modells eines Arbeitsbereiches und der darin vorhandenen Gegenstände und Organen zum Einwirken auf eine Steuerung des Hebezeugs zur Verhinderung von Kollisionen des Spreaders 1 und/oder seiner Ladung mit sonstigen Gegenständen.

2. Hebezeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch auf dem Boden angeordnete Kranschienen (5, 6), wobei das Hebezeug, insbesondere die Container-Verladebrücke, auf den Kranschienen (5, 6) verfahrbar ist, Positionsmeßorgane zum Messen der Position des Hebezeugs relativ zu den Kranschienen (5, 6) und Organen zum Erstellen eines geometrischen Modells des Arbeitsbereiches, wobei das Modell die Position des Hebezeugs auf den Kranschienen (5, 6) berücksichtigt.

3. Hebezeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene oder die Schienen (3, 4) der Laufkatze (2) oder die Kranschienen (5, 6) des Hebezeugs in einem vorherbestimmten Winkel zueinander horizontal angeordnet sind.

4. Hebezeug nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch Organe zum Übermitteln von Informationen über Größen von sich im Arbeitsbereich befindenden Standardgegenständen und -ladungen an einen Rechner (40), und Organen zur Generierung eines geometrischen Modells des Arbeitsbereiches.

5. Hebezeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Entfernungsmeßorgane, welche einen oder mehrere nach unten gerichtete Fühler, insbesondere optische Fühler (12, 22) (optical designators), eine Videokamera (13, 23) oder einen CCD (charge-coupled device) zum Betrachten der erfaßten Positionen und Organe zum Berechnen der vertikalen Entfernung aus Pixelinformationen nach einem Parallaxeverfahren enthalten.

6. Hebezeug nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch an vorbestimmten Stellen angebrachte Retro-Reflektoren, die als Organe zur Selbst-Kalibrierung der Entfernungsmeßorgane dienen.

7. Hebezeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (40) einen Festspeicher aufweist, der derart ausgebildet ist, daß neue Daten den Speicherinhalt nicht löschen und der Festspeicher als eine Art "Fahrtenschreiber" zur insbesondere nachträglichen Analyse des Betriebs des Hebezeugs dient.

8. Hebezeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Organe, die dem Führer des Hebezeugs eine ständig aktualisierte Darstellung des Modells anzeigen.

9. Hebezeug nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Organe, die dem Führer des Hebezeugs durch die Videokamera (13, 23) bereitgestellte Darstellungen anzeigen.

10. Hebezeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch zusätzliche Entfernungsmeßorgane, die an der rückwärtigen Seite der Laufkatze (2) angeordnet sind zur Messung von Entfernungen bei einer Rückwärtsfahrt der Laufkatze (2).

11. Hebezeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Rechner (40) weitere Rechner vorgesehen sind.