TWI554463B - 三維天車系統之適應模糊滑動影像追蹤控制裝置 - Google Patents

Description

三維天車系統之適應模糊滑動影像追蹤控制裝置

本發明係有關於一種三維天車系統之適應模糊滑動影像追蹤控制裝置，尤指涉及一種利用影像處理來判斷是否有負載搖擺之問題，特別係指利用多個影像擷取器監視天車、被吊掛物所在之三維空間，透過影像辨識技術測得天車、被吊掛物之移動量，達到偵測、抑制負載搖擺問題，以維持吊運作業時之人員安全者。

習知的天車有人工控制或電腦控制之運作方式。其中，人工控制係由操作者自行以透過控制桿或控制鈕命令天車移動，惟此方式無法精準地控制天車位置及天車移動速度；電腦控制則係透過設定座標而驅動天車至預定之位置，亦透過電腦決定天車移動之速度。電腦控制更具體而言，係利用伺服馬達驅動天車移動，操作者透過電腦界面輸入移動座標後，編碼器產生數位編碼命令伺服馬達推動天車，使天車移動至設定之位置。

雖然電腦控制改善了天車移動精確度之問題，但人工控制與電腦控制兩種方式皆有一種共同之問題有待解決，即負載搖擺問題。當天車移動時，負載之慣性以及鋼索之可撓性會形成負載與天車偏移，造成負載擺動。如第４圖所示之三維天車系統，天車（Trolley）３１沿X、Y、Z軸之移動量f_x 、f_y 、f_z ，將使負載（laod）３２擺動而產生 θ_x 、 θ_y 之角度偏移。

在吊掛精密設備或具危險性、放射性物料時，務必將負載搖擺幅度降到最低，以確保人員安全。尤其核研所內處理放射性物料之工作繁多，天車移動放射性物料之作業更需非常謹慎以抑制負載搖擺問題。

目前天車自動化控制普遍都係利用電腦編碼驅動伺服馬達，令天車移動到期望之位置進行吊運作業。例如第５圖所示中華民國發明專利第I279389號，該發明技術揭露有一起重機４０，其包含一移動控制部１７、一編碼器４２以及一GPS裝置４３，並利用無線裝置４５、４６與遠端之中央電腦５０連線，接受該中央電腦５０之命令，進一步透過該編碼器４２與該移動控制部１７之運作而移動至指定之位置。惟其缺點如先前所述，當天車移動，負載之慣性以及鋼索之可撓性會形成負載與天車偏移，造成負載搖擺問題。

鑑於天車系統因為有負載搖擺，所以被視為欠致動系統，而控制的過程中，搖擺之抑制係非常重要。尤其所內有許多精密設備或放射性物料，因此在天車吊動之過程中將搖擺幅度降到最低係極關鍵之課題。惟負載之偏移在習知技術中難以被偵測與修正，且目前仍未見有任何先前專利提出偵測與抑制負載搖擺問題之解決方案；故，ㄧ般習用者係無法符合使用者於實際使用時之所需。

本發明之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之上述問題並提供一種利用多個影像擷取器監視天車、被吊掛物所在之三維空間，透過影像辨識技術測得天車、被吊掛物之移動量，達到偵測、抑制負載搖擺問題，以維持吊運作業時之人員安全之裝置。

為達以上之目的，本發明係一種三維天車系統之適應模糊滑動影像追蹤控制裝置，係包括：一三維天車系統（3D Overhead crane system），係吊掛運送一被吊掛物，其具有一驅動單元，用以依據一修正後之驅動訊號調整天車移動之速度；數個影像擷取器，係用以連續擷取該被吊掛物之影像，以影像建構該被吊掛物在工作空間中之三維空間位置資料；一影像處理器（Image processor），係接收該些影像之資訊，用以判斷該被吊掛物是否產生負載搖擺， 將該被吊掛物負載 搖擺之移動量轉化為參數，並一併產生一回授訊號；以及一天車控制器（Overhead crane controller），係與該影像處理器及該三維天車系統電性連接，其以一驅動訊號命令該三維天車系統移動，並依據該回授訊號產生一影像訊號修正該驅動訊號。

於本發明上述實施例中，該天車控制器具有一運算邏輯單元，係將該回授訊號轉化為該影像訊號，以修正該天車控制器所發出之驅動訊號。

於本發明上述實施例中，該些影像擷取器係擷取該被吊掛物不同平面之影像。

於本發明上述實施例中，該些影像擷取器係設置於該三維天車系統上。

於本發明上述實施例中，該些影像擷取器係設置於該三維天車系統四周水平位置處。

於本發明上述實施例中，該影像處理器係計算出該被吊掛物之位置（P）、搖擺角度（θ）及鋼索長度（l）之參數。

於本發明上述實施例中，係在工作空間中設置一固定之參考點，並以三維天車系統中鋼索末端吊掛之被吊掛物作為一第一選取點，而鋼索前端作為一第二選取點，該影像處理器根據該第一、二選取點與該參考點之間之相對位置關係計算出該移動量並轉化為參數。

於本發明上述實施例中，該三維天車系統包含一滑軌、一可滑動地設於該滑軌上之天車、以及一透過一繩索連接至該天車上之負載端。

（本發明部分）
１‧‧‧參考點
１０‧‧‧三維天車系統
１０１‧‧‧滑軌
１０２‧‧‧天車
１０３‧‧‧負載端
１０４‧‧‧鋼索
１０５‧‧‧驅動單元
１１‧‧‧數個影像擷取器
１２‧‧‧影像處理器
１３‧‧‧天車控制器
１３１‧‧‧運算邏輯單元
２‧‧‧第一選取點
２a‧‧‧第二選取點
（習用部分）
１７‧‧‧移動控制部
３１‧‧‧天車
３２‧‧‧負載
４０‧‧‧起重機
４２‧‧‧編碼器
４３‧‧‧GPS裝置
４５、４６‧‧‧無線裝置
５０‧‧‧中央電腦

第１圖，係本發明之基本架構示意圖。
第２圖，係本發明模擬運作所拍攝之影像示意圖。
第３圖，係本發明將參數負回授至運算邏輯單元之線路示意圖。
第４圖，係三維天車系統示意圖。
第５圖，係習用之場內移動起重機控制裝置之方塊示意圖。

請參閱『第１圖～第３圖』所示，係分別為本發明之基本架構示意圖、本發明模擬運作所拍攝之影像示意圖、及本發明將參數負回授至運算邏輯單元之線路示意圖。如圖所示：本發明係一種三維天車系統之適應模糊滑動影像追蹤控制裝置，係至少包括一三維天車系統（3D Overhead crane system）１０、數個影像擷取器１１、一影像處理器（Image processor）１２、及一天車控制器（Overhead crane controller）１３所構成。

上述所提之三維天車系統１０係包含 一滑軌１０１、 一可滑動地設於該 滑軌１０１ 上之 天車１０２、 以及一透過一鋼索１０４ 連接至該 天車１０２ 上之負載端１０３ ，用以經由一驅動訊號吊掛運送一被吊掛物（圖中未示），該三維天車系統１０並具有一驅動單元１０５，係依據一修正後之驅動訊號調整該天車１０２移動之速度。

該些影像擷取器１１係設置於該三維天車系統１０上，或設置於該三維天車系統１０四周水平位置處，用以連續擷取該被吊掛物之影像，以影像建構該被吊掛物在工作空間中之三維空間位置資料。

該影像處理器１２係接收該些影像之資訊，用以判斷該被吊掛物是否產生負載搖擺， 將該被吊掛物負載 搖擺之移動量轉化為參數，並一併產生一回授訊號至該天車控制器１３。

該天車控制器１３係與該影像處理器１２及該三維天車系統１０電性連接，其具有一運算邏輯單元１３１，係以一驅動訊號命令該三維天車系統１０移動，並依據該回授訊號產生一影像訊號修正該驅動訊號，以調整該天車１０２移動之速度並抑制負載搖擺現象。如是，藉由上述揭露之流程構成一全新之三維天車系統之適應模糊滑動影像追蹤控制裝置。

當運用時，本發明係使用至少兩部影像擷取器１１（如攝影機），擷取該被吊掛物不同平面之影像，以建構工作空間之三維空間位置資料。該些影像擷取器１１ 監測被吊掛物在三維空間中之位置，經過該影像處理器１２ 可計算出被吊掛物之位置（P）、搖擺角度（θ）及鋼索長度（l）。如第２圖所示，在本發明 模擬運作實驗中，為了判斷該三維天車系統１０之相對位置，係在工作空間中設置一固定之參考點１ 作為比對用途，並以該三維天車系統１０中 鋼索１０４末端吊掛之被吊掛物作為一第一選取點２，而 鋼索１０４前端作為一第二選取點２a；當 模擬運作時，可見該鋼索１０４ 末端吊掛之第一選取點２ 在天車１０２移動時晃動，搖晃造成之移動量可由該影像處理器１２根據該第一、二選取點２與該參考點１之間之相對位置關係計算出該移動量，並將其轉化為位置、搖擺角度、鋼索長度等參數。

所得之被吊掛物之位置、搖擺角度、鋼索長度等參數，會回授至該天車控制器１３中，該天車控制器１３之運算邏輯單元１３１中包含了依據前述參數修正驅動訊號之運算。如第３圖所示，當被吊掛物產生負載搖擺之現象時，前述位置、搖擺角度、鋼索長度等參數以負回授之方式，通過該運算邏輯單元１３１轉化為影像訊號，進而修正該天車控制器１３發出之驅動訊號。藉此，該驅動單元（如伺服馬達）依據修正後之驅動訊號調整天車１０２移動之速度，透過此回授機制將被吊掛物之搖擺幅度降到最低。

本發明係透過複數影像擷取器監視工作空間，利用至少兩部影像擷取器之影像建構三維之空間位置資料，更透過影像擷取器追蹤被吊掛物之位置，使得天車移動被吊掛物時，在追蹤被吊掛物位置之過程中不斷的將影像資訊回授給影像處理器，由影像處理器計算出被吊掛物之位置、搖擺角度、鋼索長度等參數，並一併產生一回授訊號至操縱天車移動之天車控制器，以修正該天車控制器所發出之驅動訊號。藉此，驅動單元依據修正後之驅動訊號調整天車移動之速度，透過此回授機制將被吊掛物之搖擺幅度降到最低，達到偵測、抑制負載搖擺問題，以維持吊運作業時之人員安全。

綜上所述，本發明係一種三維天車系統之適應模糊滑動影像追蹤控制裝置，可利用影像處理來判斷是否有負載搖擺之問題以有效改善習用之種種缺點，主要利用多個影像擷取器監視天車、被吊掛物所在之三維空間，透過影像辨識技術測得天車、被吊掛物之移動量，達到偵測、抑制負載搖擺問題，以維持吊運作業時之人員安全，進而使本發明之産生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

10‧‧‧三維天車系統

11‧‧‧數個影像擷取器

12‧‧‧影像處理器

13‧‧‧天車控制器

Claims (5)

1. 一種三維天車系統之適應模糊滑動影像追蹤控制裝置，係包括：一三維天車系統(3D Overhead crane system)，係吊掛運送一被吊掛物，其具有一驅動單元，用以依據一修正後之驅動訊號調整天車移動之速度；數個影像擷取器，係用以連續擷取該被吊掛物之影像，以影像建構該被吊掛物在工作空間中之三維空間位置資料；一影像處理器(Image processor)，係接收該些影像之資訊，用以判斷該被吊掛物是否產生負載搖擺，將該被吊掛物負載搖擺之移動量轉化為位置(P)、搖擺角度(θ)及鋼索長度(l)之參數，並一併產生一回授訊號，其中為判斷該三維天車系統之相對位置，係在工作空間中設置一固定之參考點，並以該三維天車系統中鋼索末端吊掛之被吊掛物作為一第一選取點，而鋼索前端作為一第二選取點，該影像處理器根據該第一、二選取點與該參考點之間之相對位置關係計算出該移動量，並將其轉化為位置、搖擺角度、鋼索長度之參數；以及一天車控制器(Overhead crane controller)，係與該影像處理器及該三維天車系統電性連接，其具有一運算邏輯單元，係以一驅動訊號命令該三維天車系統移動，並依據該回授訊號產生一影像訊號修正該驅動訊號，以調整該天車移動之速度並抑制負載搖擺現象，其中該運算邏輯單元係將該回授訊號轉化為該影像訊號，以修正該天車控制器所發出之驅動訊號。
2. 依申請專利範圍第1項所述之三維天車系統之適應模糊滑動影像追蹤控制裝置，其中，該些影像擷取器係擷取該被吊掛物不同平面之影像。
3. 依申請專利範圍第1項所述之三維天車系統之適應模糊滑動影像追蹤控制裝置，其中，該些影像擷取器係設置於該三維天車系統上。
4. 依申請專利範圍第1項所述之三維天車系統之適應模糊滑動影像追蹤控制裝置，其中，該些影像擷取器係設置於該三維天車系統四周水平位置處。
5. 依申請專利範圍第1項所述之三維天車系統之適應模糊滑動影像追蹤控制裝置，其中，該三維天車系統包含一滑軌、一可滑動地設於該滑軌上之天車、以及一透過一鋼索連接至該天車上之負載端。