ES2683294T3 - Grúa torre rotatoria - Google Patents

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ES2683294T3 ES13810895.6T ES13810895T ES2683294T3 ES 2683294 T3 ES2683294 T3 ES 2683294T3 ES 13810895 T ES13810895 T ES 13810895T ES 2683294 T3 ES2683294 T3 ES 2683294T3
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Oliver Fenker
Michael PALBERG
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Abstract

Grúa, en particular grúa torre rotatoria, con un pescante (3) que puede girar en torno a un eje vertical (4) y en el que está dispuesto de manera desplazable un montacargas (5) desde el que discurre un cable de elevación (6) unido con un gancho de carga (7), así como un dispositivo de determinación de la posición del gancho de carga (8) para la determinación de la posición del gancho de carga, comprendiendo el dispositivo de determinación de la posición del gancho de carga (8) una cámara (9) dispuesta en el montacargas (5) que está orientada en una dirección de visualización (10) predefinida hacia abajo hacia el gancho de carga (7), una unidad de análisis de imagen (11) para determinar la posición de imagen del gancho de carga (7) en una imagen de cámara proporcionada por la cámara (9), así como medios de determinación de la posición (12) para la determinación de la posición del gancho de carga a partir de la posición de imagen determinada del gancho de carga (7) en la imagen de cámara teniendo en cuenta una posición del montacargas, caracterizada por que la unidad de análisis de imagen (11) presenta medios de reconocimiento de contorno para el reconocimiento en la imagen de cámara de un contorno correspondiente al gancho de carga y/o a una pieza de montaje montada en él y por que la posición del gancho de carga se determina con ayuda del contorno del gancho de carga y/o de la pieza de montaje montada en él.

Description

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DESCRIPCION
Grua torre rotatoria
La presente invencion se refiere a una grua, en particular grua torre rotatoria, con un pescante que puede girar en torno a un eje vertical en el que esta dispuesto de manera desplazable un montacargas desde el que discurre un cable de elevacion unido con un gancho de carga, asf como con un dispositivo de determinacion de la posicion del gancho de carga para la determinacion de la posicion del gancho de carga.
Una grua con un dispositivo de determinacion de la posicion del gancho de carga se muestra, por ejemplo, en el documento WO 91/14644 A1.
Gruas torre pueden presentar un pescante al menos aproximadamente horizontal que es soportado por una torre que se extiende verticalmente y que puede girar en torno a un eje longitudinal de torre vertical. En un modelo giratorio superior, el pescante gira a este respecto relativamente a la torre, mientras que en el caso de un modelo giratorio inferior toda la torre gira y, por tanto, tambien el pescante articulado en ella. La distancia del gancho de carga al eje de torre puede ajustarse por medio de un montacargas que se puede desplazar a lo largo del pescante, discurriendo sobre dicho montacargas el cable de elevacion unido con el gancho de carga.
En este contexto, por diferentes razones, es deseable poder determinar de la manera mas exacta posible la posicion del gancho de carga mediante un correspondiente dispositivo de determinacion de la posicion del gancho de carga. Esto puede ser ventajoso no solo si el gancho de carga, por ejemplo, detras de un muro, deja de estar visible para el conductor de grua, sino tambien cuando la posicion del montacargas no coincide exactamente con la posicion del gancho de carga, es decir, estas dejan de estar superpuestas en direccion vertical (se entiende que las posiciones de altura de gancho de carga y montacargas difieren por la profundidad de descenso del gancho de carga). Tal divergencia entre la posicion del gancho de carga y la posicion del montacargas puede deberse a diferentes causas, por ejemplo, un desarrollo no recto del cable de elevacion o desplazamientos dinamicos como movimientos de pendulo de la carga o desplazamientos del viento. En funcion de la tarea que deba realizarse, puede ser suficiente a este respecto determinar la posicion del gancho de carga solo relativamente al montacargas o a la grua, por ejemplo, para amortiguar movimientos de pendulo, o tambien puede requerirse una posicion absoluta del gancho de carga en el espacio, por ejemplo, para realizar un funcionamiento automatico en procesos de transbordo. Ademas de tales usos de la senal de posicion del gancho de carga para fines de control, tambien se puede obtener una elevada seguridad mediante determinacion de la posicion del gancho de carga, puesto que la carga puede ser supervisada permanentemente, pudiendose alcanzar, dado el caso, una redundancia del sensor de la profundidad de descenso.
A este respecto, por el estado de la tecnica es conocido registrar opticamente la posicion del gancho de carga. Por ejemplo, el documento JP 9-142773 muestra una grua en cuya punta de pescante, desde la que discurre el cable de elevacion, esta montada una camara que mira hacia abajo cuya direccion de visualizacion se regula para seguir movimientos de pendulo del gancho de carga de tal modo que el conductor de grua puede ver siempre por medio de la camara el gancho de carga. El documento DE 197 25 315 C2 describe una grua de planta de acero con un carro desplazable relativamente a un marco de soporte desde el que discurre el cable de elevacion. En el marco de soporte estan dispuestas varias camaras cuyo campo visual es suficientemente grande para poder registrar el gancho de grua en diferentes posiciones del carro. En el caso de tal grua de planta de acero, estan predefinidas de manera relativamente fija las posiciones de desplazamiento, de tal modo que la cantidad de datos de imagen que deben procesarse es manejable. Si se utilizara un sistema de este tipo en una grua torre, se producina un volumen desbordante de datos apenas ya posible de procesar.
Por el documento WO 2005/082770 A1 se conoce, ademas, una grua torre en cuyo montacargas esta montada una camara que mira hacia abajo para mostrar al conductor de grua una imagen de video del entorno del gancho de carga, de tal modo que el conductor de grua puede reconocer mejor obstaculos que se situan en la direccion de movimiento. Este sistema de camara sirve para la visualizacion de obstaculos o zonas de descarga o carga hacia las que debe dirigir la grua el conductor de grua, pero no se determina a este respecto la posicion del gancho de carga relativamente a la grua o absolutamente en el espacio.
El documento DE 41 90 587 C2 describe una grua de contenedores de barco en la que se determina una posicion del gancho de carga por medio de una camara que esta montada en el dispositivo de colgadura para el cable de grua. A este respecto, en los contenedores cargados se instalan varias fuentes de luz que iluminan hacia arriba y que son registradas por la camara. Esto, sin embargo, no es posible sin mas en gruas como gruas torre que tambien cargan cargas tales como productos de construccion, que frecuentemente son de tamano claramente menor que contenedores, dado que en este caso no esta a disposicion la gran superficie del lado superior del contenedor.
De manera similar, con fuentes de luz, se trabaja en el documento DE 102 45 970 A1, en el que adicionalmente tambien se ilumina desde arriba la carga por medio de una fuente de luz. La otra fuente de luz instalada en la carga que debe transportarse emite una senal de luz hacia arriba al dispositivo de colgadura -por decirlo asf, como eco optico- solo cuando la carga es iluminada por la fuente de luz superior.
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El documento US 6 351 720 B1 muestra finalmente una grua de contenedores en la que se registra la posicion de la carga por medio de varias camaras de las cuales una esta montada en un montacargas de la grua y otra en el portal de la grua para poder tomar en consideracion torsiones de la grua. Esto, sin embargo, trae consigo un procesamiento de datos muy laborioso y, ademas, se da el problema de que la segunda camara tiene un campo visual que se ve afectado por obstaculos y similares.
La presente invencion se basa en el objetivo de crear una grua torre mejorada del tipo mencionado que evite desventajas del estado de la tecnica y perfeccione esta ultima de manera ventajosa. En particular, debe obtenerse una determinacion de posicion mejorada del gancho de carga que se baste con una cantidad de procesamiento de datos limitada y, por tanto, una capacidad informatica limitada, pero que a este respecto determine la posicion con exactitud sin un retardo de tiempo excesivo.
De acuerdo con la invencion, el objetivo mencionado se resuelve por medio de una grua torre de acuerdo con la reivindicacion 1. Configuraciones preferentes de la invencion son objeto de las reivindicaciones dependientes.
Se propone, por tanto, determinar opticamente la posicion del gancho de carga por medio de una camara que esta montada en el montacargas de la grua y que mira desde el montacargas en una direccion de visualizacion predefinida y, por tanto, conocida, hacia abajo hacia el gancho de carga. A este respecto, una unidad de analisis de imagen determina la posicion del gancho de carga en la imagen de camara. A partir de la posicion del gancho de carga en la imagen de camara y de la posicion del montacargas, medios de analisis determinan la posicion efectiva del gancho de carga. De acuerdo con la invencion, la unidad de analisis de imagen posee medios de reconocimiento de contorno para el reconocimiento de un contorno en la imagen de camara que se corresponde con el gancho de carga y/o la pieza de montaje montada en el, determinandose la posicion del gancho de carga con ayuda del contorno del gancho de carga y/o la pieza de montaje montada en el. La invencion parte a este respecto del planteamiento de que, con una direccion de visualizacion predefinida de la camara montada en el montacargas, la posicion del gancho de carga en la imagen de camara se corresponde con la posicion del gancho de carga relativamente al montacargas o es una medida para la posicion del gancho de carga relativamente al montacargas y, por tanto, se puede determinar, recurriendo complementariamente a la posicion de montacargas, la posicion absoluta del gancho de carga en el espacio. Si la camara mira desde el montacargas de manera exactamente vertical hacia abajo, la posicion del gancho de carga en la imagen de camara o la divergencia local del gancho de carga respecto al centro a la imagen de camara es una medida para el desplazamiento transversal o desplazamiento horizontal del gancho de carga respecto al montacargas, pudiendose determinar el mencionado desplazamiento horizontal del gancho de carga respecto al montacargas teniendo en cuenta la correspondiente profundidad de descenso del gancho de carga, es decir, la distancia del gancho de carga al montacargas y un factor de zoom de la camara, dado el caso, ajustado. Ventajosamente, no se requieren varias camaras o imagenes desde diferentes ejes visuales, dado que la determinacion de posicion se puede efectuar con solo una camara o a partir de solo una imagen de camara, por medio de lo cual se ahorra considerablemente potencia de procesamiento.
A este respecto, la distancia entre el gancho de carga y el montacargas puede determinarse de diferentes maneras. Por un lado, puede determinarse la profundidad de descenso del gancho de carga a partir de la longitud de cable de elevacion desenrollado, que ofrece una medida suficientemente exacta, tambien en caso de un desarrollo no recto de cable de elevacion, de la distancia entre el gancho de carga y el montacargas o la camara montada en el para determinar a partir de dicha distancia entre el gancho de carga y el montacargas y de la posicion de imagen del gancho de carga determinada en la imagen de camara o del desplazamiento del gancho de carga fuera del centro de imagen, la posicion relativa efectiva o el desplazamiento horizontal efectivo del gancho de carga respecto al montacargas.
Alternativa o adicionalmente, la distancia entre el gancho de carga y el montacargas o la camara montada en el tambien puede determinarse a partir de la propia imagen de camara, en particular por medio de una unidad de analisis de imagen que determine en la imagen de camara el numero de pfxeles de la imagen visualizada del gancho de carga y/o de una pieza de montaje asociada con el como, por ejemplo, una garrucha de desviacion de cable, o de otra parte estructural de grua que se encuentre apropiadamente en la cercama del gancho de carga, o tambien una marca asociada con el y/o el tamano del gancho de carga o de la mencionada pieza de montaje de la mencionada marca. Conociendose el tamano del gancho de carga o el tamano de la pieza de montaje o de la marca, se puede determinar a partir del factor de zoom de la camara y del numero de pfxeles y/o el tamano de reproduccion en la imagen de camara la distancia del gancho de grua o de la pieza de montaje o de la marca de manera muy exacta. La determinacion de la distancia entre el gancho de carga y el montacargas por medio del numero de pfxeles puede efectuarse adicionalmente para la determinacion alternativa de la profundidad de descenso, por ejemplo, a partir de la longitud de enrollado del cable de elevacion para obtener un sistema redundante para la determinacion de la profundidad de descenso del gancho de carga y, por tanto, elevar la seguridad. Dado el caso, la determinacion optica puede estar prevista tambien alternativamente por medio de analisis de pfxeles.
La identificacion del gancho de carga en la imagen de camara proporcionada por la camara puede efectuarse basicamente de varias maneras, por ejemplo, mediante analisis de pfxeles y/o analisis de contorno y/o analisis de color. En particular, se puede determinar un patron de pixelado, que se corresponde con el gancho de carga y/o la pieza de montaje asociada a el como garrucha de cable o una marca especial, asf como el contorno y color del
gancho de carga y/o de la pieza de montaje asociada con el. En este sentido, se pueden emplear en el procesamiento de imagen algoritmos en s^ conocidos como creacion de imagenes binarias, deteccion de bordes o seleccion de caractensticas, para analizar la imagen de camara. Para elevar la probabilidad de descubrimiento o simplificar la identificacion del gancho de grua o de la marca aplicada en el, la imagen proporcionada tambien puede 5 someterse a un analisis espectral, pudiendose analizar, por ejemplo, caractensticas de reflexion.
Para simplificar la localizacion del gancho de carga en la imagen de camara, la unidad de analisis de imagen puede comprender medios de determinacion del desarrollo de cable para la determinacion del desarrollo de cable del cable que discurre desde el montacargas. El cable de elevacion que discurre desde el montacargas posee en la imagen de 10 camara proporcionada un contorno muy caractenstico en forma de rectas alargadas muy delgadas o una lmea delgada, alargada ligeramente curvada cuyo punto de partida se situa, debido a la desviacion en el montacargas, en la imagen de camara en un area delimitada de manera relativamente estrecha y que, por tanto, se puede identificar facilmente. En particular, el cable de elevacion que discurre desde el montacargas genera en el aparejado previsto en el gancho de carga o en la garrucha de carga asociada con el dos lmeas que discurren en la imagen de camara 15 en acutangulo o conicamente y en cuyo punto de union se puede establecer, al menos de manera aproximada, la posicion del gancho de carga.
La indicacion de posicion que se debe establecer para la posicion del gancho de carga en este sentido se puede proporcionar basicamente de diferentes maneras, pudiendose efectuar de manera ventajosa una indicacion de 20 posicion absoluta en coordenadas en un sistema de coordenadas absoluto que, por ejemplo, pueda tener su origen en el pie de la grua, pudiendo describir, por ejemplo, el eje longitudinal de torre el eje Z, el pescante, el eje X y un eje perpendicular al respecto, el eje Y. La unidad de analisis de imagen puede determinar a este respecto la posicion de imagen del gancho de carga en la imagen de camara en primer lugar en un sistema de coordenadas relativo, por ejemplo, un sistema de coordenadas de montacargas que tenga su origen en la camara y/o el montacargas y 25 paralelamente este orientado al sistema de coordenadas absoluto mencionado anteriormente, pudiendo discurrir, sin embargo, el eje Z, correspondientemente al eje optico de la camara, inversamente al eje Z del sistema absoluto. Indicaciones de posicion en este sistema de coordenadas relativo, que se puede desplazar por medio de movimientos de montacargas, son convertidas despues por los medios de determinacion de la posicion teniendo en cuenta la posicion del montacargas en indicaciones de posicion del sistema de coordenadas absoluto mencionado 30 anteriormente.
Para simplificar el analisis de imagen y reducir la cantidad de datos, puede estar dispuesta en perfeccionamiento de la invencion en el gancho de carga o la garrucha de carga asociada con el, por medio de la cual se desvfa el cable de elevacion en el gancho de carga, una marca de tamano predefinido y/o contorno predefinido que este aplicada en 35 un lado superior del gancho de carga o la garrucha de carga y/o este orientada de manera visible al montacargas o la camara montada en el. La mencionada marca puede estar formada en este sentido como pieza de montaje separada, por ejemplo, en forma de un plato o una diana montada en el lado superior en la garrucha, pudiendo estar montada tal pieza de montaje separada en el gancho de carga o la garrucha de carga asociada en el, por ejemplo, soldada o atornillada.
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Alternativa o adicionalmente a un elemento de marcacion separada de este tipo, tambien el propio gancho de carga y/o la garrucha de carga pueden estar configurados como marca, por ejemplo, mediante correspondiente contorneado de una seccion de gancho de carga y/o garrucha de carga visible hacia el montacargas, pudiendo estar contorneado en este caso, por ejemplo, el gancho de carga en su seccion de cabeza en el lado superior con una 45 ampliacion poligonal o redondeada, por ejemplo, en forma de seta o de collarin, en la vista superior con forma triangular.
Como marca puede estar prevista en este sentido, por ejemplo, una disposicion anular a modo de diana o tambien otro contorno basico o superficie geometrica como, por ejemplo, triangulo, cuadrado, polfgono, cfrculo, ovalo o 50 elipse, lmeas rectas o curvadas o formas mixtas o combinaciones de lo anterior, pudiendo estar compuesta la marca ventajosamente de elementos superficiales que contrasten entre sf, por ejemplo, un cfrculo blanco con un punto negro en su centro, y/o pudiendo presentar coloraciones divergentes de los colores habituales del entorno, por ejemplo, puntos de colores luminosos, para simplificar la identificacion de la marca en la imagen de camara.
55 Para poder determinar de manera mas sencilla no solo la posicion, sino tambien la orientacion de la marca en la imagen de camara, de manera ventajosa se puede utilizar una marca que difiera de formas con simetna de rotacion, en particular, contornos de marcacion umvocamente orientados, por ejemplo, em forma de una „T" o de un triangulo isosceles, no equilatero o similar. Si se utilizan tales marcas, mediante la unidad de analisis de imagen y correspondiente analisis de la imagen de camara no solo se puede determinar la posicion exacta del gancho de 60 carga, sino tambien una torsion respecto a la orientacion del pescante que, por ejemplo, puede producirse por torsion de la carga que cuelga en el gancho de carga.
Ademas, en particular en caso de condiciones de montaje difmiles para marcas que deben montarse por separado en el gancho de grua, se puede utilizar en sf el gancho visible como marcador, por ejemplo, de la manera 65 mencionada anteriormente mediante contorneado especial de la seccion de cabeza orientada al montacargas. Esto puede efectuarse sobre la misma base que el reconocimiento facial tal y como se emplea en sistemas de vigilancia.
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A este respecto, se pueden emplear caractensticas geometricas apropiadas del gancho de grua como marcador o marca. Esto conlleva la ventaja de que no se requieren montajes de marcas separadas que podnan danarse o ensuciarse durante el funcionamiento de la grua. Ventajoso en el desarrollo es que solo necesita estar visible un determinado numero de caractensticas predefinidas. Tambien en caso de ocultamiento parcial de caractensticas individuales se reconoce de manera segura el gancho de grua en su posicion y orientacion.
Para mantener lo mas reducida posible la cantidad de procesamiento de datos en el analisis de imagen, en perfeccionamiento ventajoso de la invencion, puede controlarse de manera variable el area de imagen que debe analizarse y/o el tamano de la imagen que debe analizarse en funcion de diferentes parametros de funcionamiento. Una unidad de control de camara puede ajustar en particular el factor de zoom de la camara en funcion de la profundidad de descenso del gancho de carga, pudiendose utilizar en este caso, por ejemplo, para la configuracion previa del factor de zoom, la profundidad de descenso determinada a partir de la longitud de enrollado del cable de elevacion y/o efectuarse un ajuste o reajuste del factor de zoom tras determinar la distancia mediante recuento de pfxeles y/o determinacion del tamano de reproduccion de imagen como se ha explicado anteriormente. En particular, con creciente profundidad de descenso o creciente distancia entre el gancho de carga y el montacargas, se puede aumentar el factor de zoom para obtener un determinado tamano de la reproduccion del gancho de grua o de la marca asociada con el en la imagen de camara. Esto facilita considerablemente la identificacion de la marca o del gancho de carga en la imagen de camara si la unidad de analisis de imagen -de manera al menos aproximada- conoce con anterioridad que tamano tiene el patron de pixelado que debe identificar en la imagen total o que proporcion de superficie tiene la reproduccion grafica de la marca o del gancho de carga en la imagen total.
Alternativa o adicionalmente, el mencionado factor de zoom tambien puede ser variado por el dispositivo de control de camara en funcion de otras magnitudes, en particular en funcion del resultado de un intento de analisis de imagen. Si con un factor de zoom previamente configurado, no se puede identificar en la imagen el gancho de carga o la marca asociada con el, se puede reducir el factor de zoom para poder explorar una seccion de imagen de mayor tamano del entorno. Dado el caso, el factor de zoom puede disminuirse iterativamente varias veces para explorar en varios niveles areas cada vez mayores. Alternativa o adicionalmente, el factor de zoom, sin embargo, tambien puede ampliarse cuando el gancho de carga o la marca asociada con el no se puede identificar en una imagen de camara, lo que, dado el caso, tambien puede deberse a que el gancho de carga, debido a un factor de zoom demasiado pequeno, aparezca representado en la imagen con tamano excesivamente reducido, de tal modo que la nitidez de la imagen o numero de pfxeles no baste para identificar el patron de contorno conocido de la marca y/o del gancho de carga y/o de la garrucha de carga.
Alternativa o adicionalmente a tal ajuste del factor de zoom de la camara, el dispositivo de control de camara y/o la unidad de analisis de imagen tambien puede variar un area que deba analizarse dentro de la imagen de camara proporcionada por la camara para mantener lo mas reducida posible la cantidad de datos que deben analizarse. La seccion de imagen que interesa puede aumentarse en particular si la marca o el gancho de carga se ha perdido en la seccion de imagen analizada anteriormente, por ejemplo, porque se ha movido el gancho de carga debido a fuertes movimientos de pendulo o fuerte carga del viento fuera de la seccion de imagen mencionada. Si se pierde la marca o el gancho de carga en la seccion de imagen explorada por la unidad de analisis de imagen, puede aumentarse la mencionada seccion de imagen una vez o tambien iterativamente en varios niveles, dado el caso, hasta que comprenda la imagen total de camara. De manera ventajosa, la unidad de analisis de imagen esta configurada de tal modo que en caso de aumento de la seccion que interesa o debe analizarse solo se analiza de nuevo el area de seccion de imagen anadida, por ejemplo, la parte de seccion de imagen con forma de margen que se ha anadido mediante aumento de la seccion de imagen alrededor de la anterior seccion de imagen
Alternativa o adicionalmente a un aumento puntual o iterativo de este tipo de la seccion de imagen que es analizada por la unidad de analisis de imagen para identificar la posicion del gancho de carga o de la marca aplicada en el, cuando el gancho de carga o la marca asociada con el en la imagen de camara puede identificarse, la seccion de imagen en la imagen de camara proporcionada puede desplazarse y/o reducirse, preferentemente de tal modo que la nueva seccion de imagen que debe analizarse de nuevo este centrada respecto a la posicion identificada del gancho de carga o de la marca asociada con el, es decir, la marca identificada se situe en el centro de la nueva seccion de imagen. Alternativa o adicionalmente, la seccion de imagen puede reducirse una vez o iterativamente, en particular de tal modo que el patron de pixelado que reproduce la marca o el gancho de carga o el correspondiente patron de contorno de imagen ocupe una proporcion de superficie predefinida de la correspondiente seccion de imagen, por ejemplo, refleje un 20% de la superficie de la seccion de imagen utilizada para el analisis de la seccion de imagen utilizada.
La posicion del gancho de carga puede determinarse ventajosamente no solo relativamente al montacargas de la grua, sino tambien de manera absoluta y/o relativamente al entorno del gancho de carga, por ejemplo, el entorno de obra, a partir de la imagen de camara. En perfeccionamiento de la invencion, el dispositivo de determinacion de posicion puede presentar medios de determinacion del entorno para la determinacion del entorno del gancho de carga, en particular en forma de contornos caractensticos de obstaculos y entorno, a partir de la imagen de camara recogida, estando configurados los medios de determinacion de la posicion para la determinacion de la posicion del gancho de carga a partir de la posicion de imagen determinada del gancho de carga en la imagen de camara de tal modo que la posicion del gancho de carga se determina relativamente al entorno del gancho de carga.
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La posicion del gancho de carga relativamente al entorno que se puede determinar de la manera mencionada a partir de la imagen de camara se puede determinar ventajosamente para controlar los movimientos de grua, en particular para dirigir la grua a un objetivo de gancho, por ejemplo, una posicion de descarga o carga, o para parar movimientos de grua o modificar automaticamente un trayecto de desplazamiento del gancho de carga y asf evitar una colision del gancho de carga y/o de una carga sostenida por el con un obstaculo identificado en la imagen de camara como, por ejemplo, un borde de edificio. A este respecto, la grua puede presentar medios de control del objetivo de gancho de carga para controlar movimientos de grua en funcion de la posicion determinada del gancho de carga relativamente al entorno del gancho de carga y/o medios de control de evitacion de colisiones para parar o modificar movimientos de grua en funcion de la posicion determinada del gancho de carga relativamente al entorno del gancho de carga.
La invencion se explica a continuacion con mas detalle con ayuda de un ejemplo de realizacion preferente y correspondientes dibujos. En los dibujos, muestran:
la Figura 1
la Figura 2
la Figura 3 la Figura 4
la Figura 5
una representacion esquematica de una grua torre en cuyo pescante esta previsto un montacargas desplazable desde el que discurre el cable de elevacion unido con un gancho de carga y en el que esta dispuesta una camara para la determinacion de posicion del gancho de carga, una representacion aumentada por fragmentos del montacargas previsto en el pescante y de los componentes de sistema unidos con la camara para la transmision y analisis de imagenes, asf como determinacion de posicion,
una representacion de una marca aplicada en el lado superior de la garrucha de carga unida con el gancho de carga que se puede identificar en la imagen de camara proporcionada por la camara, una representacion de una marca similar a la figura 3, presentando la marca, en contraposicion a la figura 3, una orientacion umvoca para poder determinar adicionalmente a la posicion tambien la orientacion o posicion de giro del gancho de carga, y
una imagen de camara del gancho de carga proporcionada por la camara, pudiendose ver el desarrollo de cable de elevacion representado en la imagen de camara, a partir del cual tambien se puede determinar la posicion del gancho de carga y/o se puede simplificar la identificacion del gancho de carga o de la marca asociada con el en la imagen de camara.
Como muestra la figura 1, la grua puede estar formada como grua torre 1 con rotacion superior cuya torre 2 que se extiende verticalmente soporta un pescante 3 asf como una contrapluma. El mencionado pescante 3 puede ser rotado relativamente a la torre 2 en torno a un eje longitudinal vertical de torre 4 y adoptar una posicion al menos aproximadamente horizontal. En el mencionado pescante 3 esta colgado de manera desplazable un montacargas 5 de tal modo que el montacargas 5 puede ser desplazado esencialmente por toda la longitud del pescante 3 para poder variar el alcance del gancho de carga 7. El mencionado gancho de carga 7 esta fijado a este respecto a un cable de elevacion 6 que discurre sobre el mencionado montacargas 5 para bajar o elevar el gancho de carga 7. De manera en sf conocida, puede estar prevista en el gancho de carga 7 a este respecto una garrucha de carga 13, vease la figura 2, por medio de la cual el cable de elevacion 6 se desvfe o apareje en el gancho de carga 7.
Como muestra la figura 2, un dispositivo de determinacion de la posicion del gancho de carga 8 presenta una camara 9 montada en el montacargas 5 que se puede desplazar junto con el montacargas 5 y que mira desde el montacargas 5 en lo esencial verticalmente hacia abajo. Como muestra la figura 2, el eje visual de la camara 9 puede converger con el eje Z del sistema de coordenadas local o relativo.
Los datos de imagen proporcionados por la camara 9 pueden ser transmitidos ventajosamente por un dispositivo de transmision 19 que trabaje sin cables, por ejemplo, en forma de un dispositivo de transmision por radio a un sistema de procesamiento de imagenes y de analisis 20 que ventajosamente puede estar dispuesto en la zona de la cabina de conductor o de la unidad de control de grua y comprender una correspondiente unidad de recepcion/emision 21a que se pueda comunicar con la unidad de recepcion/emision 21b del dispositivo de transmision 18 en el montacargas. Fundamentalmente, tambien podna efectuarse el analisis de imagen directamente en la camara 9 o el montacargas 5, sin embargo, es preferente solo recoger allf los datos de imagen y despues transmitirlos y analizarlos en otro punto para poder configurar el sistema en el area del montacargas con tamano reducido y de tal manera que se monte facilmente.
Para alimentar la camara 9 con energfa, puede estar previsto en el montacargas 5 un acumulador de energfa 22, por ejemplo, en forma de una batena que se pueda cargar por medio de una estacion de carga 23 que puede estar dispuesta en el pescante 3, por ejemplo, en la zona de una posicion de aparcamiento del montacargas 5, para poder cargar el acumulador de energfa 22 en tiempos de fuera de servicio de la grua.
El sistema de procesamiento de imagenes y analisis 20 puede comprender un ordenador central 24, por ejemplo, en forma de un PC industrial con sistema de procesamiento de imagenes que puede estar conectado por medio de un servidor de video 25 con el dispositivo de recepcion/emision 21 para poder recibir por un lado senales de video de la camara 9 o solicitarlas y, por otro lado, para poder emitir senales de control a la camara 9.
Como muestra la figura 2, en la zona de estar del conductor de grua puede estar prevista tambien ventajosamente
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una pantalla de video 26 para poder mostrar adicionalmente a la determinacion de la posicion tambien la imagen de la camara 9 al conductor de grua.
Para que la unidad de analisis de imagen 11 realizada en el ordenador 24 pueda detectar e identificar el gancho de carga 7 en la imagen de camara proporcionada por la camara 9, se definen previamente de manera ventajosa caractensticas del gancho de carga 7 y/o de la garrucha de carga 13 asociada con el, por ejemplo, superficies geometricas, formas, contornos, colores y similares, pudiendo estar aplicada en perfeccionamiento ventajoso de la invencion una marca 14 en el lado superior en el gancho de carga 7 o la garrucha de carga 13 de tal modo que la marca 14 sea visible para la camara 9.
Como muestra la figura 3, la marca 14 puede componerse como una diana de anillos que contrastan entre sf y que estan situados unos dentro de otros. Alternativamente a una marca con simetna de rotacion de este tipo, sin embargo, tambien se puede utilizar una marca 14 umvocamente orientada como la que muestra la figura 4, por ejemplo, en forma de una „T", utilizandose tambien en este caso de manera ventajosa nuevamente una representacion rica en contrastes. Se entiende, sin embargo, que, en lugar de tal „T”, la marca 14 tambien podna presentar otras caractensticas para la determinacion de la orientacion, por ejemplo, pueden estar previstos dos marcadores o mas con simetna de rotacion en relacion geometrica entre sf, y/o pueden utilizarse otras formas de marcacion rectangulares con referencia de orientacion y/o se pueden utilizar formas geometricas de la carga en sf o del alojamiento de carga como marca como, por ejemplo, el “spreader” en una grua de contenedores.
La camara 9 se controla ventajosamente por medio de senales de control desde el sistema de procesamiento de imagenes y analisis 20, pudiendose transmitir las senales de control en este caso tambien por medio de la conexion de radio mostrada en la figura 2. A este respecto, la unidad de analisis de imagen 11 intenta descubrir la carga o el gancho de carga 7 con ayuda de la marca 14 predefinida dentro de la imagen proporcionada por la camara 9. Un analisis de la imagen de camara proporcionada se puede efectuar a este respecto por medio de diferentes algoritmos como, por ejemplo, una creacion de imagenes binarias, una deteccion de bordes y/o una seleccion de caractensticas.
Con ayuda de la tasa de actualizacion de las imagenes de camara proporcionadas por la camara 9 y la tasa de analisis asociada con ella de la unidad de analisis de imagen 11, el gancho de carga 7 o la carga que se encuentra en el no solo puede detectarse estaticamente en la imagen, sino tambien en movimientos dinamicos de la carga. En este sentido, se puede efectuar un seguimiento de la carga, un denominado “tracking”.
Para reforzar la identificacion de la marca 14 en la imagen de camara, puede ser proporcionada por el control de grua preferentemente de manera permanente la profundidad de descenso del gancho de carga 7, sobre cuya base se puede estimar al menos aproximadamente a que distancia se encuentra el gancho de carga 7 de la camara 9. A continuacion, el sistema de procesamiento de imagenes y de analisis 20 ajusta el zoom de camara de la camara 9 de la manera correspondiente.
El analisis de la imagen de camara proporcionada en cada caso se puede efectuar de mara continua, preferentemente por medio de deteccion de bordes, generacion de imagenes binarias y seleccion de caractensticas respecto a la marca 14 conocida. A este respecto, el procesamiento se lleva a cabo ventajosamente dentro de una seccion de imagen que se puede predefinir en una determinada region de la imagen de camara. Dado que el tamano, en funcion de cada caso de funcionamiento, puede ser mantenido muy pequeno, el esfuerzo informatico se minimiza de esta manera considerablemente. La seccion de imagen puede seleccionarse en este sentido de un tamano tan pequeno que se corresponda en lo esencial con el tamano de la marca. Alternativa o adicionalmente, la seccion de imagen que debe analizarse puede corresponderse como maximo esencialmente con el tamano total de la imagen de camara completa.
La posicion y/o el tamano de la mencionada seccion de imagen puede determinarse sobre la base de las ultimas posiciones de marca conocidas y una prediccion estimada. Para ello, se puede utilizar, por ejemplo, un denominado filtro de Kalman o tambien otros dispositivos de filtro que pueden realizar una prediccion sobre la base de valores pasados.
Si, al iniciar el procesamiento de imagen, aun no estan disponibles posiciones de marca pasadas para una prediccion, la seccion de imagen que debe explorarse puede situarse arbitrariamente en la imagen. Si en esta seccion de imagen no se encuentra ninguna marca, puede ampliarse continuamente la seccion de imagen hasta que la marca 14 se situe dentro de la seccion de imagen y se pueda ser detectada.
Si se puede descubrir la marca 14 en la imagen de camara, la unidad de analisis de imagen 11 calcula la posicion de imagen del gancho de carga 7 o de la marca 14 en la imagen de camara, a partir de lo cual a continuacion los medios de determinacion de la posicion 12 determinan la posicion del gancho de carga en el sistema de coordenadas relativo del montacargas 5. El denominado sistema de montacargas relativo se puede disenar de tal manera que posea su origen en el eje optico de la camara 9 y el punto cero de la profundidad de descenso, que puede situarse en el montacargas 5.
Con ayuda del tamano conocido de la marca 14, del factor de zoom actualmente ajustado de la camara 9, asf como el numero de pfxeles de la marca 14 medidos por los sensores en la imagen de camara, se puede efectuar una determinacion exacta de la distancia entre la marca 14 y el montacargas 5. A partir de ello, se puede calcular el desplazamiento Z o la diferencia Z del gancho de carga 7 respecto a la profundidad de descenso, profundidad de 5 descenso que, por ejemplo, puede determinarse mediante determinacion de la longitud de cable de elevacion desenrollado. Mediante la medicion aparte de la profundidad de descenso efectiva por medio del tamano de pixel de la marca 14 en la imagen de camara, se puede obtener una redundancia respecto al sensor convencional de profundidad de descenso.
10 Dado que, en el uso real, la carga en realidad nunca esta quieta debido a los movimientos de grua, las influencias del viento o la dinamica de la grua, la carga oscila a modo de pendulo, situandose la frecuencia de pendulo en funcion de la longitud de cable del cable de elevacion 6. La amplitud de pendulo depende de la masa y otros factores como la dinamica de movimiento o el empuje del viento.
15 Para mejorar en el analisis de imagenes la probabilidad de descubrimiento de la marca 14 en la imagen de camara, tambien en este caso puede efectuarse una estimacion de donde se encontrara el gancho de carga 7 probablemente en siguientes mediciones, pudiendose emplear tambien en este caso el filtro de Kalman mencionado anteriormente.
Si la marca 14, debido a una amplitud de pendulo demasiado grande, se sale de la imagen de camara, el dispositivo 20 de analisis de imagenes puede perder la marca 14. Para poder detectar de nuevo lo antes posible la marca 14, se puede proceder del siguiente modo:
En primer lugar, por ejemplo, la seccion de imagen de la imagen de camara que debe analizarse puede ampliarse y/o desplazarse a una seccion de imagen en la que cabe esperar la recuperacion de la marca 14. Alternativa o 25 adicionalmente, tambien puede definirse la imagen total de camara como seccion de imagen, en particular si la potencia de procesamiento disponible es suficientemente grande.
Alternativa o adicionalmente a un cambio de este tipo de la seccion de imagen, tras una perdida de la marca 14, la camara 9 tambien puede hacer retroceder el zoom uno o varios niveles para aumentar el area de imagen. Sobre la 30 base de un area de imagen aumentada de este modo, es mayor la probabilidad de que el marcador se encuentre de nuevo dentro de la imagen. Para compensar las desventajas del tamano de marca que se hace mas pequeno en este caso, puede ampliarse el factor de zoom de la camara 9 iterativamente en varias etapas y tambien reducirse de nuevo.
35 Alternativa o adicionalmente a las estrategias de procesamiento de imagenes mencionadas anteriormente, la unidad de analisis de imagen 11 puede comprender medios de determinacion del desarrollo de cable 17 por medio de los cuales se determine el desarrollo del cable de elevacion 6 en la imagen de camara, como se muestra esto en la figura 5. Con ayuda del desarrollo de cable de elevacion detectado en la imagen de camara, se puede determinar la posicion del gancho de carga 7 o al menos estrecharse la zona en la que debe situarse el gancho de carga 9 o la 40 marca 14, de tal modo que la mencionada determinacion del desarrollo del cable de elevacion alternativa o adicionalmente puede estar previsto para el registro de la mencionada marca o del gancho de carga 7 directamente a partir de la imagen de camara.
La determinacion de la posicion del gancho de carga o estrechamiento de la zona en la que debe encontrarse el 45 gancho de carga 7 con ayuda de la determinacion del desarrollo de cable se basa en la suposicion de que el cable de elevacion 6 en un aparejamiento en la garrucha de carga 13 en la imagen de camara posee un desarrollo conico, en particular converge conicamente hacia la carga, vease la figura 5, de tal modo que el gancho de carga 7 o la carga y su posicion puede determinarse como final del cono definido por las secciones del cable de elevacion.
50 Para elevar la probabilidad de descubrimiento respecto a las superficies y contornos que interesan en la imagen de camara, puede someterse la imagen medida en un perfeccionamiento de la invencion tambien a un analisis espectral. A este respecto, por ejemplo, las propiedades de reflexion de las caractensticas de la carga, del gancho de carga 7 o de la marca 14 en determinadas areas espectrales pueden ampliar el espacio de caractensticas y recurrirse a ellos para la identificacion.
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Tal manera de proceder puede ser parte en un filtrado previo de la imagen que reduzca con ayuda de los mencionados algoritmos claramente desde el punto de vista de la cantidad los datos de imagen que deben explorarse. Con ellos se reduce considerablemente la laboriosidad de los algoritmos para la deteccion de la posicion del gancho de carga. Tambien pueden compensarse influencias adversas del tiempo como nieve, hielo, lluvia, 60 niebla, luz solar, sombras, etc., al menos parcialmente.
Un analisis espectral de este tipo puede optimizarse ventajosamente tambien mediante el uso de lacados especiales para la marca 14, por ejemplo, mediante el uso de lacados u otros cubrimientos de superficie que posean solo propiedades de reflexion reducidas en la zona de infrarrojos cercana.
Para el filtrado previo mencionado, se puede utilizar, por ejemplo, en algoritmo de Landsat en sf conocido.

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    REIVINDICACIONES
    1. Grua, en particular grua torre rotatoria, con un pescante (3) que puede girar en torno a un eje vertical (4) y en el que esta dispuesto de manera desplazable un montacargas (5) desde el que discurre un cable de elevacion (6) unido con un gancho de carga (7), asf como un dispositivo de determinacion de la posicion del gancho de carga (8) para la determinacion de la posicion del gancho de carga, comprendiendo el dispositivo de determinacion de la posicion del gancho de carga (8) una camara (9) dispuesta en el montacargas (5) que esta orientada en una direccion de visualizacion (10) predefinida hacia abajo hacia el gancho de carga (7), una unidad de analisis de imagen (11) para determinar la posicion de imagen del gancho de carga (7) en una imagen de camara proporcionada por la camara (9), asf como medios de determinacion de la posicion (12) para la determinacion de la posicion del gancho de carga a partir de la posicion de imagen determinada del gancho de carga (7) en la imagen de camara teniendo en cuenta una posicion del montacargas, caracterizada por que la unidad de analisis de imagen (11) presenta medios de reconocimiento de contorno para el reconocimiento en la imagen de camara de un contorno correspondiente al gancho de carga y/o a una pieza de montaje montada en el y por que la posicion del gancho de carga se determina con ayuda del contorno del gancho de carga y/o de la pieza de montaje montada en el.
  2. 2. Grua de acuerdo con la reivindicacion anterior, presentando la unidad de analisis de imagen (11) medios de determinacion del desarrollo de cable (17) para determinar el desarrollo del cable de elevacion en la imagen de camara, estando formada la unidad de analisis de imagen (11) de tal manera que la posicion del gancho de carga (7) en la imagen de camara se determina en funcion del desarrollo determinado del cable de elevacion, estableciendose la posicion del gancho de carga como punto de union de dos rectas de cable de elevacion identificadas en la imagen de camara.
  3. 3. Grua de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, comprendiendo el dispositivo de determinacion de la posicion del gancho de carga (8) medios de determinacion de la distancia para la determinacion de la distancia entre el gancho de carga (7) y el montacargas (5), presentando dichos medios de determinacion de la distancia un contador de pfxeles para la determinacion del numero de pfxeles del area de imagen de gancho de carga y/o de marca identificada en la imagen de camara.
  4. 4. Grua de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, estando previsto un dispositivo de determinacion de la profundidad de descenso para la determinacion de la profundidad de descenso del gancho de carga (7) a partir de una longitud de desenrollado del cable de elevacion (6).
  5. 5. Grua de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 o 4, pudiendo ser determinado un desplazamiento horizontal del gancho de carga (7) respecto al montacargas (5) por los medios de determinacion de la posicion (12) a partir de la posicion de imagen determinada del gancho de carga (7) en la imagen de camara teniendo en cuenta el factor de zoom ajustado en cada caso de la camara y de la profundidad de descenso/distancia determinada entre el gancho de carga (7) y el montacargas (5).
  6. 6. Grua de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, estando previsto un dispositivo de control de camara para el control de ajustes de camara y estando este configurado de tal modo que el factor de zoom de la camara (9) se ajusta de manera variable en funcion de una profundidad de descenso del gancho de carga.
  7. 7. Grua de acuerdo con la reivindicacion anterior, estando configurado el dispositivo de control de camara (15) de tal modo que el factor de zoom de la camara (9) aumenta y/o disminuye en funcion del reconocimiento del gancho de carga (7) y/o de la marca (14) aplicada en el en la imagen de camara proporcionada por la camara (9), en particular disminuye una vez o iterativamente en caso de no ser reconocido el gancho de carga (7) y/o la marca (14) asociada a el.
  8. 8. Grua de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, presentando la unidad de analisis de imagen (11) medios de control de seccion de imagen (16) para el aumento de una seccion de imagen de la imagen de camara que debe ser analizada por la unidad de analisis de imagen (11) en funcion del reconocimiento del gancho de carga (7) y/o de la marca (14) asociada a el, estando configurados dichos medios de seccion de imagen (16) de tal manera que, en caso de no reconocerse el gancho de carga (7) y/o la marca (14) asociada a el, se amplfa la seccion de imagen una vez o iterativamente comenzando por una seccion de imagen de menor tamano.
  9. 9. Grua de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, presentando la unidad de analisis de imagen (11) medios de analisis de pixelado para el reconocimiento del patron de pixelado que se corresponde con el gancho de carga y/o una pieza de montaje asociada a el como garrucha de cable, asf como medios de reconocimiento de color para el reconocimiento de un color y/o combinacion de colores en la imagen de camara que se corresponde con el color y/o combinacion de colores del gancho de carga y/o su pieza de montaje.
  10. 10. Grua de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, estando aplicada en el gancho de carga (7) y/o una garrucha de carga (13) asociada a el una marca (14) orientada de manera visible al montacargas (5) y estando configurada la unidad de analisis de imagen (11) detal modo que se identifica en la imagen de camara un patron de contorno y/o de pixelado que se corresponde con la marca.
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  11. 11. Grua de acuerdo con la reivindicacion anterior, comprendiendo la marca (14) y/o el gancho de carga y/o la garrucha de carga una superficie de base geometrica como drculo, poKgono, lmea y/o un patron de superficie de base compuestos de varias superficies de base geometricas.
  12. 12. Grua de acuerdo con una de las dos reivindicaciones precedentes, estando configurada la marca (14) y/o el gancho de carga y/o la garrucha de carga de manera unvocamente orientada y presentando la unidad de analisis de imagen (11) medios de determinacion de la orientacion para la determinacion de la orientacion del gancho de carga (7), en particular determinacion de un angulo de giro del gancho de carga (7) respecto a un eje vertical.
  13. 13. Grua de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, estando previstos medios de determinacion de la posicion de montacargas (18) que comprenden medios de determinacion de la posicion de desplazamiento para la determinacion de la posicion del montacargas relativamente al pescante y medios de determinacion de la posicion de giro para la determinacion de la posicion de giro del pescante de grua (3) respecto a un eje de rotacion (4), estando configurados los medios de determinacion de la posicion de gancho de carga (12) de tal modo que la posicion del gancho de carga se determina a partir de la posicion determinada del montacargas relativamente al pescante (3), la posicion de giro del pescante de grua (3) y la posicion de imagen del gancho de carga (7) en la imagen de camara de la camara (9).
  14. 14. Grua de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, presentando el dispositivo de determinacion de posicion (8) medios de determinacion de entorno para la determinacion del entorno del gancho de carga, en particular en forma de contornos caractensticos de obstaculos y/o entornos, a partir de la imagen de camara recogida, estando configurados los medios de determinacion de la posicion (12) para la determinacion de la posicion del gancho de carga a partir de la posicion de imagen determinada del gancho de carga (7) en la imagen de camara de tal modo que se determina la posicion del gancho de carga relativamente al entorno del gancho de carga, estando previstos medios de control del objetivo de gancho de carga para el control de movimiento de grua en funcion de la posicion determinada del gancho de carga relativamente al entorno del gancho de carga y/o medios de evitacion de colisiones para parar o cambiar movimientos de grua en funcion de la posicion determinada del gancho de carga relativamente al entorno del gancho de carga.
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