TWI671256B - 起重機負載之減盪系統 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種起重機負載之減盪系統，包含起重機、智能相機、負載、指標及引導介面。起重機包括機座、固定架、前臂、吊臂及懸掛線，固定架裝設於機座上，機座透過前臂與吊臂連接，吊臂與懸掛線連接。智能相機由攝影機及計算機構成，設置於吊臂的前端。由掛勾將負載與懸掛線連接，指標放置在掛勾頂部，懸掛線穿過其中心，由智能相機獲取負載的圖像及位置。引導介面設置於固定架上，包括發光二極體及迴轉控制桿；利用兩發光二極體指示操作者在輸入控制指令。藉此，本發明的起重機負載之減盪系統可幫助新手操作員減少負載的振盪運動。

Description

起重機負載之減盪系統

本發明係關於一種起重機負載之減盪系統，特別是關於一種幫助新手操作員減少負載振盪的起重機負載之減盪系統。

自從起重機被引入建築行業中使用後，起重機就在建築行業中扮演了重要的角色。通常，起重機在工地中用於將建築材料從一點到搬運另一點，極為依賴使用起重機來進行搬運工作，因而搬運的工作效率成為影響建築項目進度的關鍵因素。因此，最小化起重機的工作時間，可以提高建築項目的效率。

其次，起重機工作週期可分為三部分，包括提升負載、運輸負載及降低負載。通過加速運輸階段(主要是懸臂的水平旋轉)，可以減少操作循環的持續時間。然而，魯莽地加速起重機吊臂的旋轉可能導致懸掛負載的嚴重振盪運動。這是建築工地中不希望出現的現象，因為它可能對附近的環境構成危險。此外，如果振盪運動超過公差水平，則操作員必須等到它停止，然後才能執行任何進一步的操作。因此，起重機控制的主要問題是盡可能快地移動負載，同時防止其振盪運動。

在實務中，起重機操作員可以通過特殊的控制技術減少負載的振盪。在運輸階段，有經驗的操作員通過連續改變吊臂的轉速來防止負載大幅振盪。在運輸階段結束時未成功防止振 盪的情況下，操作員可通過額外的迴轉運動來補償振盪。在運輸階段之後執行的補償方法之一是沿著負載振盪的方向旋轉吊臂，若操作得宜則可以顯著消除振盪。實際的操作方式大致為將吊臂反覆轉動並停止。在受控制的迴轉運動中，吊臂的加速和減速會對負載施加力。如果在適當的時間和方向上施加力，則可對負載作負功，這減少了振盪運動的能量。但是，若未適當地控制吊臂，則會減少所造成的負功，從而導致減盪效果不佳。

再者，新手操作員在運輸階段後進行減盪操作的主要障礙可能是缺乏對控制吊臂的時機的掌握。沒有經驗的操作員可能難以在最佳時間加速和減速吊臂。這降低了其減盪的效果。因此，相較於經驗豐富的操作員，新手操作員可能需花費更多時間來完成相同的吊送任務。而隨著經驗豐富的操作員的老化，對自動化解決方案的需求也在不斷增加。

綜上所述，目前亟需一種系統來指導新手操作員在旋轉起重機的切面上進行振盪補償。有鑑於此，本發明人投入眾多研發能量與精神，不斷於本領域突破及創新，盼能以新穎的技術手段解決習用之不足，除帶給社會更為良善的產品，亦促進產業發展。

本發明之主要目的係在提供一種起重機負載之減盪系統主要提供目的在於幫助新手操作員在操作起重機減少負載振盪。為了簡化本發明起重機負載之減盪系統的控制，將吊臂的重複旋轉和停止減少到一次啟動和停止；即，操作員只需輸入一個啟動和停止旋轉的簡單指令。通過引導操作員在適當的時間和方向上旋轉和停止吊臂，使負載所受的負功最大化。藉由本發明的 起重機負載之減盪系統可以縮短新手操作員和有經驗的操作員的減盪能力之間的差距。再者，由於人類操作員和計算機輸入的指令可能會相互干擾，而導致有限的振盪減少，因此，本發明起重機負載之減盪系統企圖通過引導操作員而不是直接控制起重機來減少振盪問題。

為達成上述目的，本發明提供一種起重機負載之減盪系統，可包含一起重機、一智能相機、一負載、一指標及一引導介面。首先，該起重機可包括一機座、一固定架、一前臂、一吊臂及一懸掛線，該固定架可裝設於該機座上，該機座可透過該前臂與該吊臂相連接，且該吊臂可與該懸掛線相連接。其次，該智能相機可由一攝影機及一計算機所構成，且可設置於該吊臂的一前端，該計算機可預先儲存包含一模板。再者，該負載可藉由一掛勾與該懸掛線相連接，且可藉由該智能相機以獲取該負載的一圖像，並感測該負載的一位置，藉由該負載的該位置，可計算該負載在一切向平面上的一角度、一角速度和一振盪方向，並發出一引導信號。此外，該指標可放置在該掛勾的頂部，且該懸掛線可穿過該指標的中心，從該圖像中可擷取該指標。另外，該引導介面可設置於該固定架上，可包括兩發光二極體及一迴轉控制桿，藉由該迴轉控制桿來控制該吊臂的一迴轉運動，該引導介面可利用該兩發光二極體指示一操作者在一適當的時刻輸入一控制指令；其中，當該負載首次通過一切向振盪運動的一平衡點時，引導一操作者執行該控制指令，藉由該迴轉控制桿控制該吊臂在相應方向上轉動；當該負載第二次經過相同的該平衡點時，引導該操作者執行該控制指令以停止該吊臂。其中，該計算機包括一程式，該程式可在National Instrument Vision Builder for Automated Inspection(VBAI)中編譯，提供了一個包含眾多機器視覺工具的 工具套件。

於本發明起重機負載之減盪系統中，可更包括一三軸穩定器，可設置於該吊臂的該前端，並可與該智能相機相連接。

於本發明起重機負載之減盪系統中，該吊臂的該迴轉運動可分為一恆定加速階段、一恆定速度階段及一恆定減速階段，該恆定加速階段及該恆定減速階段可用於干擾該負載的一振盪運動。

於本發明起重機負載之減盪系統中，該控制指令可包括一開指令及一關指令，當輸入該開指令時，該吊臂以該恆定加速階段開始加速，當達到由拉動或推動該迴轉控制桿的程度確定的一目標速度時，結束該恆定加速階段並進入該恆定加速階段，在該恆定加速階段及該恆定加速階段中，輸入的該控制指令保持在該開指令。

於本發明起重機負載之減盪系統中，該智能相機可包括一圖像感測器，且該智能相機藉由一脈衝信號來控制該兩發光二極體，以打開或關閉該兩發光二極體。

於本發明起重機負載之減盪系統中，可根據RBG的顏色，可具有一閾值應用該圖像上，該閾值僅可允許一B值的範圍從160到255，一R值及一G值的範圍從0到130之一像素通過。

於本發明起重機負載之減盪系統中，該負載可具有一振盪角θ，該負載和一中間線L之間的實際垂直距離是d _pm ，該負載與一圖像感測器的該中間線L之間的垂直距離為d _is ，懸掛該負載的該懸掛線長度為l，該振盪角θ可以如下計算：

於本發明起重機負載之減盪系統中，該懸掛線長度 為l，則需要獲得一實際距離d _pm 來計算θ，當θ很小時，cosθ1，假設該智能相機及該負載之間的垂直距離lcosθ l，一場景寬度W _s 與一圖像傳感器寬度W _is 之間的比率是l與鏡頭焦距f之間的比 例；且該實際距離d _pm 以計算，則該負載的振盪 角度。

於本發明起重機負載之減盪系統中，該振盪運動的該角速度ω由下式計算，θ ₁係目前該畫面中該負載的該振盪角度，而θ ₀係為最後處理的該畫面中的該振盪角度，δ t是這兩個該畫面之間的時差

再者，本發明的起重機負載之減盪系統，確定是否是執行振盪減小的適當時機。如果結果顯示為否定，則本發明將繼續處理後續該畫面。如果結果表明是肯定的，則輸出該引導信號以指示操作員。由於通過該圖像的該畫面測量該負載的狀態，因此，本發明起重機負載之減盪系統重複地工作。

本發明旨在提出了一種基於視覺的導向式振盪減少方法，該方法不需要復雜的控制。我們的目標是指導新手操作員減少位於該起重機切面上的該負載的振盪運動。指示操作員僅在適當的時間及方向上旋轉和停止該起重機之該吊臂。本發明使用在該起重機之該吊臂的該尖端上的該智能相機觀察該負載的運動。應用引導介面以指示該操作者在適當的時間和方向上對起重機臂的迴轉系統執行簡單的該控制指令。通過該起重機的該吊臂的迴轉運動，可以減少該負載的振盪。通過在適當的時間引導操作者，預期在操作期間減少的能量的量最大化。換句話說，本發 明的目標是引導新手操作員執行補償運動以抑制振盪，因為如果在提升任務的運輸階段結束時發生嚴重振盪，經驗豐富的操作員將會執行補償運動以抑制振盪。

本發明利用引導的該控制指令來控制該起重機，以基於用該智能相機觀察該負載來減小該負載的切向振盪。一般傳統的起重機操作循環，該操作員通過觀察該負載來調整輸入到該起重機的該控制指令。接下來，該操作員操縱該迴轉控制桿來控制該吊臂的運動。當該吊臂移動時，該負載受到該吊臂運動的影響。然後，該操作員根據連續觀察調整後續該控制指令。本發明的該智能相機拍攝該負載的該圖像，然後，分析該負載的狀態並根據狀態引導操作員。本發明並非自行控制該起重機，而是允許操作員決定是否執行建議的操作。因此，本發明保留了該操作員對自動系統中可能未考慮的意外情況的響應能力。

1‧‧‧起重機負載之減盪系統

10‧‧‧起重機

101‧‧‧機座

102‧‧‧固定架

103‧‧‧前臂

104‧‧‧吊臂

1041‧‧‧前端

105‧‧‧懸掛線

20‧‧‧智能相機

201‧‧‧三軸穩定器

202‧‧‧圖像

30‧‧‧負載

301‧‧‧掛勾

40‧‧‧指標

50‧‧‧引導介面

圖1係為本發明起重機負載之減盪系統之示意圖。

圖2A係為本發明起重機負載之減盪系統的負載及施加加速度之示意圖。

圖2B係為本發明起重機負載之減盪系統的負載以及施加的加速度之示意圖。

圖3A及3B係為本發明起重機負載之減盪系統的在負載上施加加速度和重力加速度之示意圖。

圖4係為本發明起重機負載之減盪系統的減盪式意圖。

圖5A係為本發明起重機負載之減盪系統之智能相機安裝之側視圖。

圖5B係為本發明起重機負載之減盪系統之智能相機安裝之俯視圖。

圖6係為本發明起重機負載之減盪系統之智能相機獲取的圖像。

圖7係為本發明起重機負載之減盪系統之指標示意圖。

圖8A係為本發明之負載的原始圖像。

圖8B係為本發明之負載於閾值後的圖像。

圖9係為本發明之負載的二進制圖像。

圖10A係為本發明之智能相機和負載之示意圖。

圖10B係為本發明之智能相機拍攝的圖像之示意圖。

圖11係為場景寬度與該圖像感測器的寬度之示意圖。

圖12係為本發明起重機負載之減盪系統用於模擬起重機的負荷。

圖13係為本發明起重機負載之減盪系統的負載用於數值模擬。

圖14係為本發明起重機負載之減盪系統中負載於不受控制的振盪的結果。

圖15係為在無振盪減少的情況下有經驗操作員執行振盪減少的振盪控制。

圖16係為本發明起重機負載之減盪系統在新手作員控制振盪的結果。

圖17係為未受控制的振盪、在無本發明的系統下執行振盪減少的有經驗操作員的受控振盪及使用本發明的系統執行振盪減少的新手操作員的受控振盪之比較圖。

圖18係為未受控制的振盪、無本發明系統之有經驗操作員及本發明系統之新手操作員之比較線圖。

以下係藉由具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。此外，本發明亦可藉由其他不同具體實施例加以施行或應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。

請參照圖1所示，圖1係為本發明起重機負載之減盪系統之示意圖。

如圖1所示，本發明提供一種起重機負載之減盪系統1，包含：一起重機10、一智能相機20、一負載30、一指標40及一引導介面50。首先，該起重機10包括一機座101、一固定架102、一前臂103、一吊臂104及一懸掛線105，該固定架102裝設於該機座101上，該機座101透過該前臂103與該吊臂104相連接，且該吊臂104與該懸掛線105相連接。其次，該智能相機20係由一攝影機及一計算機所構成，且設置於該吊臂104的一前端1041，該計算機預先儲存包含一模板，以感測該負載30的一位置。再者，藉由一掛勾301與該懸掛線105相連接，且藉由該智能相機20以獲取該負載30的一圖像，藉由該位置，計算該負載30在一切向平面上的一角度、一角速度和一振盪方向，並發出一引導信號。此外，該指標40放置在該掛勾301的頂部，且該懸掛線105穿過該指標40的中心，從該圖像中擷取該指標40。此外，該引導介面50設置於該固定架102上，包括兩發光二極體及一迴轉控制桿，藉由該迴轉控制桿來控制該吊臂104的一迴轉運動，該引導介面50利用該兩發光二極體指示一操作者在一適當的時刻輸入一控制指令；其中，當該負載30首次通過一切向振盪運動的一平衡點時，引導一操作者執行該控制指令，藉由該迴轉控制桿控制該吊臂104在相應方向上轉動；當該負載30第二次經過相同的該平衡點時，引導該操作者執行該控制指令以停止該吊臂104。

請參照圖2A及2B所示，圖2A係為負載及施加加速度之示意圖；圖2B係為振盪負載以及應用的加速度之示意圖。

如圖2A及2B所示，本發明旨在最大化在執行該控制指令時，在加速和減速階段期間減少的能量。如圖2A所示，如果對該負載30的上部施加加速度，則該負載將以相同的值在相反的方向上加速。可以從負載的上部觀察到。根據動能定理，加速度對該負載30的作用等於該負載30中總能量的變化。如圖2B所示，該負載30在相反的方向上施加加速度，該負載30在從點P1到P2的行程中擺動。在這種情況下，加速度正在對該負載30做負功。換句話說，加速度正在減小振盪運動的能量。因此，本發明旨在最大化在加速和減速階段對該負載所做的負功。

其次，如圖2B所示，質量m的該負載30和長度l的該懸掛線從點P1到P2振盪。在整個行程中，在該負載30上施加相反方向的加速度a。該負載30從θ₁移動到θ₂，表示的角度是逆時針方向，且從垂直線開始。因此，在這種情況下，θ₁為正且θ₂為負。這表明加速度a的切向分量可以表示為acosθ，無論θ是正還是負。此外，當θ很小時，cosθ1。這表明acosθ=a。因此，通過加速度對該負載30做的負功可以如下計算：

由於質量m，加速度a和長度l保持不變，公式指出角度(θ₁-θ₂)越大，該負載30在相反方向上施加加速度的過程中沿原始方向移動，對該負載30進行越多的負功。因此，通過在加速和減速階段期間最大化該負載30行進的角度，可以最大化減少的能量。

請參照圖3A及3B所示，圖3A及3B係為在負載上施加 加速度和重力加速度之示意圖。

如圖3A及3B所示，當加速度a開始施加在該負載30上時，具有初始角速度ω₀。圖3A顯示出了施加的加速度a及其切向分量acosθ，而圖3B顯示出了施加的重力加速度g及其切向分量gsinθ。如果將加速度a施加到該負載30上t _a 秒，在加速度θ_a=(θ₁-θ₂)期間由該負載30行進的角度可以式2表示。

如果θ很小，則cosθ1並且sinθθ0。因此，式2可以簡化為式3及式4。

根據式4，由於t _a 、a和l保持不變，初始角速度ω₀僅決定了行進角θ _a 的值。因此，較大的ω₀有助於較大的θ _a 。根據能量守恆定律，該負載的最大角速度發生在平衡點，而該負載處於最低高度。因為該負載的勢能完全轉化為動能。因此，如果在平衡點處開始在相反方向上對該負載施加加速度，則可以使該負載在原始方向上行進的角度最大化。在這種情況下，式4中的初始角速度ω₀是該負載在平衡點的速度。ω₀的值可以使用能量守恆定律來計算。假設該負載在最高點的勢能在平衡點完全轉化為動能，勢能U與動能之間的關係可寫為式5。

θ _h 是負載在最高點的角度。然後，式5可以簡化為式6。

式6可轉化成式7。

當該負載首次通過平衡點時，本發明的該起重機負載之減盪系統加速該吊臂。然後，當該負載向後振盪並第二次通過平衡點時，而使該吊臂減速。該吊臂旋轉的方向必須與該負載首先通過平衡點的方向相同。

請參照圖4A至圖4D所示，圖4A至圖4D係為本發明起重機負載之減盪系統的該負載之示意圖。

如圖4A所示，該負載最初從右向左振盪。如圖4B所示，當該負載30首次通過平衡點時，開始在振盪方向上加速。同時，該負載30在原始振盪方向上具有初始角速度ω₀，並且在相反方向上具有加速度a。如圖4C所示，在加速持續時間t _a 之後，該吊臂地尖端達到目標速度V _target ，此時，該吊臂的加速結束。因此，可以觀察施加在該負載上的加速度結束，且可以觀察到剩餘角速度ω'。然後，當該負載在相反方向上回到平衡點時，該吊臂開始從V _target 減速。因此，加速度a被施加到原始方向上的該負載。在t _a 之後，該吊臂停止且減盪結束。根據式1、式4及式7，通過控製表達能量W減少如下：

在式8中，m、a、l和t _a係為起重機負載之減盪系統的變量。為了實現對系統的控制，當該負載30首次通過平衡點時，該起重機負載之減盪系統引導操作者在相應的方向上輸入一開指令。然後，當負載再次通過平衡點時，該起重機負載之減盪系統引導操作員輸入一關指令。

請參照圖5A、圖5B及圖6所示，圖5A係為本發明起重機負載之減盪系統之智能相機安裝之側視圖；圖5B係為本發明起重機負載之減盪系統之智能相機安裝之俯視圖；以及圖6係為本發明起重機之減盪系統之智能相機獲取的圖像。

如圖5A及圖5B所示，為了獲取該負載的一圖像202，將該智能相機20安裝在該起重機的該吊臂104的該前端1041上。如圖5A及圖5B所示，該智能相機20垂直安裝，以便水平獲取該圖像202。該智能相機20與該吊臂104對齊，使得該圖像202的水平軸平行於該起重機的該吊臂104旋轉的切線。如圖6所示，當該負載30處於切向振盪運動的平衡點時，該負載30將停留在所獲取的一圖像的中間線L上。

如圖5A及5B所示，為了得知該負載30的一振盪角度、一角速度及一振盪方向，需先獲得該負載30的位置。因此，藉由本發明的起重機負載之減盪系統來追踪該負載30。首先，該智能相機20先拍攝該圖像202，接著，處理該圖像202以刪除不需要的信息，再根據預先儲存的模板在整個該圖像202中搜索該負載30。由於該圖像202是預先過濾的，因此，該負載30的邊緣非常明顯。因此，使用預先儲存的模板的一邊緣匹配算法在整個該圖像202中找到該負載30。然後，更新該負載30的位置。如果未完成減盪，該智能相機20將獲取另一該圖像202並對其進行過濾。然後，通過一均值偏移追踪方法追踪該負載30，根據最後位置的附近區 域中的預先存儲的模板搜索該負載30。如果找到該負載30，則將更新一新位置。重複執行上述步驟以追踪該負載30。在通過該均值偏移追踪方法找不到該負載30的情況下，將中斷追踪過程並且使用相同的該邊緣匹配算法在整個該圖像202中搜索該負載30。檢索到該負載30位置後，將更新後續追踪循環。為了增強追踪成功的可能性，該圖像202過濾過程是必要的。如圖1、圖5A及5B所示，該指標401附加到作為要追踪的目標的該負載30上。該圖像202過濾過程的目的是從該圖像202中擷取該指標40。

請參照圖7所示，圖7係為本發明起重機負載之減盪系統之指標示意圖。如圖7所示，該指標40是一個明亮的藍色圓形板，放置在該掛鉤301的頂部，該懸掛線105穿過其中心。在一圖像濾波步驟中，將基於RBG的顏色的一閾值應用於該圖像202。該閾值僅允許具有高B值、低R值和G值的像素通過。在本發明的一實施例中，B值的範圍從160到255，R值和G值的範圍從0到130。一像素必須同時滿足上述限制才能通過該閾值；其中，該指標40是該圖像202中唯一具有高B值的目標，亦包含一定程度的R值和G值。另一方面，限制高R值和G值可以消除該圖像202中過度曝光或接近白色的部分。

請參照圖8A、8B及圖9所示，圖8A係為本發明之負載的原始圖像；圖8B係為本發明之負載於閾值後的圖像；以及圖9係為本發明之負載的二進制圖像。

如圖8A、8B及圖9所示，該閾值之前該圖像及該閾值之後的圖像。將得到的該圖像變成二進制圖像，如圖9所示，通過該閾值的該像素變為白色，而未通過的該像素變為黑色。該圖像處理用於確保成功的該負載追踪。

請參照圖10A及10B所示，圖10A係為本發明之智能 相機和負載之示意圖；以及圖10B係為本發明之智能相機拍攝的圖像之示意圖。

如圖10A及10B所示，在獲得該負載30的位置之後，可以計算振盪角度。該負載30具有一振盪角θ。該負載30和該中間線L之間的實際垂直距離是d _pm 。該負載30與一圖像感測器的該中間線L之間的垂直距離為d _is 。懸掛該負載30的該懸掛線105長度為l。該振盪角θ可以如下計算。

請參照圖11所示，圖11係為場景寬度與該圖像感測器的寬度之示意圖。

如圖10A、10B及圖11所示，假設已知該懸掛線105長度為l，則需要獲得一實際距離d _pm 來計算θ。當θ很小時，cosθ1。如圖10A所示，可以假設該智能相機和該負載30之間的垂直距離lcosθ l。在圖11中，一場景寬度W _s 與該圖像傳感器寬度W _is 之間的比率是l與鏡頭焦距f之間的比例，如下式10。

根據上述關係，該實際距離d _pm 可以如下計算：

從式9及式11，該負載的振盪角度θ計算如下：

在一實施例中，該圖像x軸方向如圖10B所示。藉由 X _middle -X _payload 來計算該距離d _is 。因此，如果該負載位於該圖像的右側，則d _is >0，如果該負載位於圖像的左側，則d _i <0。在獲得該負載的振盪角度之後，可以計算角速度及振盪方向。振盪運動的角速度ω是計算如下。

在式13中，θ ₁是目前該畫面中該負載的振盪角度，而θ ₀是最後處理的該畫面中的振盪角度。δ t是這兩個該畫面之間的時差。實際上，在處理該畫面之後，繼續處理剛剛擷取的該畫面。為了確保獲得即時該負載狀態。另一方面，振盪運動的方向由角速度ω的正負號確定。由於處理圖像的x軸從左向右指向，如果該負載向右振盪，則ω>0，如果該負載向左振盪，則ω<0。當該負載首次通過切向振盪運動的平衡點時，引導操作者控制吊臂在相應方向上轉動。然後，當該負載第二次經過相同的點時，引導該操作者停止該吊臂。

在該負載通過平衡點之前，指示相應方向上該開指令係為輸出t _react 秒。在該操作員執行該控制命令後，吊臂開始加速t _a秒並達到恆速階段。該負載在該恆定速度階段保持振盪。然後，該負載通過另一側的最高點並開始振盪。類似地，該負載再次通過平衡點之前，該關指令係為輸出t _react 秒。該操作員執行該控制指令後，該吊臂開始減速t _a秒，最後停止。

本發明的起重機負載之減盪系統之該智能相機上安裝了一個6毫米的C型鏡頭，用於拍攝圖像。該計算機用於執行整個減盪系統的控製程序，包括該負載的感測和該引導介面的控制。在本發明的一實施例中，該智能相機平均每秒處理16畫面。為了確保該智能相機垂直安裝在起重機吊桿的該前端，採用了一 三軸穩定器。在本發明一實施例中，一個重88公斤的寬扁形該負載用於該起重機負載之減盪系統。用於輔助基於視覺的追踪的該標記位於該負載上方。該引導介面由分別指示左和右的兩發光二極體所組成。該智能相機通過脈衝信號來控制的該兩發光二極體，可以打開和關閉該兩發光二極體。在該引導介面中，當指示左側的該發光二極體打開時，該操作者被引導輸入左側迴轉的開啟信號。該操作員將推動該迴轉控制桿。另一方面，當指示右側的該發光二極體打開時，操作者被引導以拉動該迴轉控制桿。當發光二極體熄滅時，引導該操作員將該迴轉控制桿返回到中間位置，並輸入關閉指令。

再者，在本發明一實施例中，該吊臂迴轉運動的角加速度約為0.245rad/sec ²。當該迴轉控制桿完全被推或拉時，該吊臂的目標角速度約為0.095rad/sec ²。該吊臂的該前端的線性加速度為1.348m/sec ²。當控制桿完全被推或拉時，該吊臂的該前端的目標線速度為0.525m/sec。加速和減速的持續時間為ta=0.389sec。

請參考圖12，圖12係為本發明起重機負載之減盪系統用於模擬起重機的負荷。

該負載的運動方程式如下所示。

在MATLAB R2018a中計算數值模型，以模擬當實施本發明起重機負載之減盪系統時該負載的行為。

請參考圖13，圖13係為本發明起重機負載之減盪系統的負載用於數值模擬。

數值模擬的結果如圖13所示，在模擬中，該負載從 具有θ=10°的一側釋放。然後加速度a=1.348m/sec，當該負載經過平衡點第三次時，在其振盪的相反方向上施加該負載t=0.389sec。在下一次該負載通過平衡時，以相同的持續時間對其施加具有相同值的反向加速度。如圖13所示，該負載的最大振盪角度在振盪減小後從10°下降到1.61°，下降了83.9%。

本發明另一實施例，進行現場測試，通過檢查其減盪能力，評估基於視覺的起重機負載之減盪系統在液壓旋轉起重機上的實施性能。進行現場測試，通過檢查其減盪能力，評估基於視覺的起重機負載之減盪系統在液壓旋轉起重機上的實施性能。在這些測試中，產生了位於旋轉起重機切面上的人工擺動用於測試。該負載被手動拉到該吊臂末端的左側θ=10°並自由釋放。該智能相機記錄該負載的振盪角度。

請參照圖14所示，圖14係為本發明起重機負載之減盪系統中負載於不受控制的振盪的結果。

如圖14所示，在不受控制的振盪測試期間，該負載被自由釋放並且不再施加進一步的干擾。可看出振盪角度隨時間逐漸下降。本發明起重機負載之減盪系統的阻尼比約為0.0068。

請參照圖15所示，圖15圖15係為在無振盪減少的情況下有經驗操作員執行振盪減少的振盪控制。

如圖15所示，在沒有本發明起重機負載之減盪系統的有經驗操作員的測試期間，有經驗操作員在該負載被釋放後立即開始控制。然後，操作員在27.3秒後停止控制該吊臂。控制的持續時間為27.3秒。

請參照圖16所示，圖16係為本發明起重機負載之減盪系統在新手操作員控制振盪的結果。

如圖16所示，在對本發明起重機負載之減盪系統進 行測試的操作員期間，操作員開始在1.14秒輸入該開指令。然後，操作員在3.03秒輸入該關指令。控制的持續時間是1.89秒。在完成振盪減小控制之後，可以從圖16前面所示的相對密集的波浪中觀察到該負載振動的第二模式。

請參照圖17所示，圖17係為未受控制的振盪、在無本發明的系統下執行振盪減少的有經驗操作員的受控振盪及使用本發明的系統執行振盪減少的新手操作員的受控振盪之比較圖。

如圖17所示，在這些圖表中，最大值轉換為100%。因此，波在1到-1的範圍內穩定。此外，峰值波封也顯示在圖表中。通過MATLAB中的內置波封函數計算波封。利用這些波封來表示這些測試的振盪角度的下降。如圖17所示，在完成振盪減少後，由該新手操作員控制的振盪角度明顯更小。然後，由該新手操作員控制的本發明系統的振盪角度甚至小於由該有經驗操作員控制的振盪角度。

在表1中，為了進一步比較圖17的三個測試的結果，我們比較了在第5、10、15、20、25、30、35、40及45時刻上波封和下波封之間的距離發生了不受控制的振盪的第50個循環。由於波被轉換為-1到1的範圍，可以假設在該負載系統的全狀態下，上波封線和下波封線之間的距離為2。

請參照圖18，圖18係為未受控制振盪、無本發明系統之有經驗操作員及本發明系統之新手操作員之比較線圖。

如圖18所示，A表示受控制振，B表示無本發明系統之有經驗操作員，C表示本發明系統之新手操作員。在本發明起重機負載之減盪系統的幫助下，新手操作員比無本發明系統的有經驗的操作員減少了更多的振盪。事實上，在23.9秒之後，未經訓練的新手操作員的剩餘振盪僅佔有經驗操作員剩餘振盪的54.7%。然後，在t=48.0秒時，速率降低到38.5%。在t=144.5秒之後，該比率甚至更低至接近20%，並且在記錄的其餘部分中保持相似。

如表2所示，控制停止在t=3.03秒時本發明起重機負載之減盪系統的剩餘振盪角度為全狀態的43.5%。同時，傳統方法的剩餘角度為85.5%。換句話說，本發明起重機負載之減盪系統減少了56.5%的角度，而傳統僅在本發明起重機負載之減盪系統完成控制的同一時刻減少了14.5%。當本發明起重機負載之減盪系統完 成時，本發明起重機負載之減盪系統減小的角度是傳統方法的3.9倍。在有經驗操作員停止控制的時刻，即t=27.30秒，傳統方法的剩餘角度為25%。同時，發明起重機負載之減盪系統的剩餘角度為13%。換句話說，傳統的振盪角度減少了75%。然而，在同一時刻，本發明起重機負載之減盪系統的剩餘角度僅為前者的52%。

總而言之，在這種情況下，由新手操作者使用本發明起重機負載之減盪系統執行的搖擺減少優於由經驗豐富的操作員在沒有該方法的情況下在兩個方面執行的搖擺減少。首先，本發明起重機負載之減盪系統的控制持續時間比傳統方法短。實際上，本發明僅需要1.89秒，而傳統方法需要27.3秒。其次，由新手操作員執行本發明的振盪減少能力優於由有經驗的操作員執行的傳統方法。

惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲侷限本發明的專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為的等效變化，均同理皆包含於本發明的權利保護範圍內，合予陳明。

Claims (10)

1. 一種起重機負載之減盪系統，包含：一起重機，包括一機座、一固定架、一前臂、一吊臂及一懸掛線，該固定架裝設於該機座上，該機座透過該前臂與該吊臂相連接，且該吊臂與該懸掛線相連接；一智能相機，由一攝影機及一計算機所構成，且設置於該吊臂的一前端，該計算機預先儲存包含一模板；一負載，藉由一掛勾與該懸掛線相連接，且藉由該智能相機以獲取該負載的一圖像並感測一負載的一位置，藉由該負載的該位置，計算該負載在一切向平面上的一角度、一角速度和一振盪方向，並發出一引導信號；一指標，放置在該掛勾的頂部，且該懸掛線穿過該指標的中心，從該圖像中擷取該指標；以及一引導介面，設置於該固定架上，包括兩發光二極體及一迴轉控制桿，藉由該迴轉控制桿來控制該吊臂的一迴轉運動，該引導介面利用該兩發光二極體指示一操作者在一適當的時刻輸入一控制指令；其中，當該負載首次通過一切向振盪運動的一平衡點時，引導一操作者執行該控制指令，藉由該迴轉控制桿控制該吊臂在相應方向上轉動；當該負載第二次經過相同的該平衡點時，引導該操作者執行該控制指令以停止該吊臂。
2. 如申請專利範圍第1項所述之起重機負載之減盪系統，更包括一三軸穩定器，設置於該吊臂的該前端，並與該智能相機相連接。
3. 如申請專利範圍第1項所述之起重機負載之減盪系統，其中，該吊臂的該迴轉運動分為一恆定加速階段、一恆定速度階段及一恆定減速階段，該恆定加速階段及該恆定減速階段用於干擾該負載的一振盪運動。
4. 如申請專利範圍第3項所述之起重機負載之減盪系統，其中，該控制指令包括一開指令及一關指令，當輸入該開指令時，該吊臂以該恆定加速階段開始加速，當達到由拉動或推動該迴轉控制桿的程度確定的一目標速度時，結束該恆定加速階段並進入該恆定加速階段，在該恆定加速階段及該恆定加速階段中，輸入的該控制指令保持在該開指令。
5. 如申請專利範圍第3項所述之起重機負載之減盪系統，其中，當輸入該關指令時，該吊臂開始進入該恆定減速階段直至停止。
6. 如申請專利範圍第1項所述之起重機負載之減盪系統，其中，該智能相機包括一圖像感測器，且該智能相機藉由一脈衝信號來控制該兩發光二極體，以打開或關閉該兩發光二極體。
7. 如申請專利範圍第1項所述之起重機負載之減盪系統，其中，根據RBG的顏色，具有一閾值應用該圖像上，該閾值僅允許一B值的範圍從160到255，一R值及一G值的範圍從0到130之一像素通過。
8. 如申請專利範圍第1項所述之起重機負載之減盪系統，其中，該負載具有一振盪角θ，該負載和一中間線L之間的實際垂直距離是d _pm ，該負載與一圖像感測器的該中間線L之間的垂直距離為d _is ，懸掛該負載的該懸掛線長度為l，該振盪角θ可以如下計算：
9. 如申請專利範圍第8項所述之起重機負載之減盪系統，其中，該懸掛線長度為l，則需要獲得一實際距離d _pm 來計算θ，當θ很小時，cosθ1，假設該智能相機及該負載之間的垂直距離lcosθ l，一場景寬度W _s 與一圖像傳感器寬度W _is 之間的比率是l與鏡頭焦距f之間的比例；且該實際距離d _pm 以計算，則該負載的振盪角度
10. 如申請專利範圍第1項所述之起重機負載之減盪系統，其中，該振盪運動的該角速度ω由下式計算，θ ₁係目前該畫面中該負載的該振盪角度，而θ ₀係為最後處理的該畫面中的該振盪角度，δ t是這兩個該畫面之間的時差