Патент на изобретение №2270162

(54) СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТЫ ГРУЗОПОДЪЕМНОГО КРАНА

(57) Реферат:

Изобретение относится к технике управления и защиты грузоподъемных кранов. Способ предусматривает формирование изображения рабочего процесса, контроль в процессе работы крана положения его грузозахватного органа или груза и формирование сигнала управления по меньшей мере одним исполнительным устройством крана в зависимости от результатов этого контроля. Указанный контроль осуществляют с помощью микропроцессорного вычислителя путем обработки и анализа изображения, в результате чего определяют расстояние от грузозахватного органа или груза до объекта или препятствия, или до человека в рабочей зоне грузоподъемного крана. Выявленное расстояние сравнивают с установленным минимальным пороговым уровнем. После этого автоматически формируют предупреждающий сигнал или указанный сигнал управления исполнительным устройством, предотвращающим перемещение грузозахватного органа или груза в сторону объекта, препятствия или человека. Изобретение повышает безопасность работы крана с учетом габаритных размеров поднимаемого груза и работы стропальщиков. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в приборах и системах безопасности грузоподъемных кранов.

Известен способ повышения безопасности работы грузоподъемного крана путем установки зоны допустимых значений (пороговых уровней) для выбранных рабочих параметров грузоподъемного крана, характеризующих грузовой момент и положение грузоподъемного (стрелового) оборудования крана, контроля в процессе работы грузоподъемного крана значений выбранных параметров, сравнения этих значений с пороговыми уровнями и формирования предупреждающих сигналов и сигналов управления исполнительными устройствами грузоподъемного крана в зависимости от результатов этого сравнения [1, 2].

В данном способе обеспечивается защита грузоподъемного крана как от перегрузки по грузовому моменту, так и от столкновений стрелы крана с препятствиями (координатная защита) при работе в стесненных условиях.

Однако при этом не контролируется положение стропальщиков и других рабочих на строительной площадке и, соответственно, не обеспечивается их безопасность.

Кроме того, координатная защита в известном способе осуществляется без учета габаритных размеров поднимаемого груза. Поэтому, в случае подъема длинномерных грузов, отсутствие столкновений стрелы с препятствиями не гарантирует отсутствия столкновений грузов с этими препятствиями. Соответственно, при этих столкновениях не исключается возможность повреждения груза и травматизма стропальщиков и других рабочих на строительной площадке от падения груза или его обломков. Возможно также повреждение строительных конструкций от столкновений с поднимаемыми длинномерными грузами.

Эти недостатки частично устранены в наиболее близком к предложенному способе повышения безопасности работы грузоподъемного крана путем формирования видеоизображения работы грузоподъемного крана, установки пороговых уровней для каждого из выбранных параметров работы (рабочих параметров) грузоподъемного крана, характеризующих нагрузку, геометрию, условия или режим его работы, визуального контроля крановщиком в процессе работы грузоподъемного крана выбранных параметров, оценки крановщиком значений этих параметров путем наблюдения видеоизображений, сравнения крановщиком этих значений с пороговыми уровнями и ручного формирования сигналов управления исполнительными устройствами грузоподъемного крана в зависимости от результатов этого сравнения [3, 4].

В известном способе крановщик (оператор) при помощи телекамер и видеоконтрольных устройств имеет возможность наблюдать грузозахватный орган грузоподъемного крана при выполнении монтажных и погрузочно-разгрузочных работ. При этом обеспечивается повышение безопасности этих работ, поскольку крановщик, кроме предотвращения перегрузки грузоподъемного крана по грузовому моменту, имеет возможность своевременно выявлять и предотвращать как опасные положения стропальщика (или другого рабочего на строительной площадке) относительно груза, так и опасные приближения длинномерного груза к препятствиям.

Однако установка (или выбор, например, по таблице грузовых характеристик) пороговых уровней для выбранных параметров работы грузоподъемного крана, их контроль в процессе работы грузоподъемного крана, сравнение с пороговыми уровнями и формирование сигналов управления исполнительными устройствами грузоподъемного крана в известном способе осуществляются крановщиком. При этом возможны ошибки крановщика при выборе (установке) пороговых уровней для выбранных параметров работы грузоподъемного крана. Например, крановщик может неверно выбрать из таблицы грузовых характеристик крана значение вылета для данного веса поднимаемого груза, неверно задать предельные положения стрелы крана при работе в стесненных условиях и т.д. Кроме того, визуальный контроль параметров работы крана не обеспечивает необходимой точности оценки величин этих параметров (например, расстояний до препятствий, величины вылета и т.д.).

В сочетании с возможными ошибками крановщика в управлении грузоподъемным краном, вызванными усталостью, невнимательностью или недостаточной квалификацией, это предопределяет недостаточную безопасность работы как стропальщиков (рабочих на строительной площадке), так и самого грузоподъемного крана.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение безопасности работы стропальщиков (рабочих на строительной площадке) и грузоподъемного крана с учетом габаритных размеров поднимаемого груза.

В предложенном способе повышения безопасности работы грузоподъемного крана путем формирования изображения рабочего процесса грузоподъемного крана, установки пороговых уровней для каждого, по меньшей мере одного, из выбранных параметров работы грузоподъемного крана, характеризующих нагрузку, геометрию, условия или режим его работы, контроля в процессе работы грузоподъемного крана значений по меньшей мере одного из выбранных параметров его работы, сравнения этих значений с пороговыми уровнями и формирования сигнала управления по крайней мере одним из исполнительных устройств грузоподъемного крана в зависимости от результатов этого сравнения, необходимый технический результат достигается тем, что дополнительно осуществляют обработку и анализ изображения, в результате чего и получают результаты указанного контроля по крайней мере одного из выбранных параметров работы грузоподъемного крана.

Для достижения проставленной цели в предложенном способе при обработке и анализе изображения могут определяться углы наблюдения элементов конструкции грузоподъемного крана с априорно известными размерами, в результате чего получаются указанные результаты контроля величины вылета, а также предельного верхнего, предельного нижнего и действительного (текущего) положения грузозахватного органа.

Поставленная цель может достигаться также за счет того, что формирование изображения осуществляется при помощи двух видеокамер, а при указанной обработке формируется стереоизображение работы грузоподъемного крана, после чего производится анализ (стереомониторинг) этого стереоизображения, в результате которого определяются действительное положение стрелового оборудования грузоподъемного крана и (или) расстояния до окружающих грузоподъемный кран препятствий.

Решение поставленной задачи может осуществляться путем использования ранее записанных изображений (или части изображений), для чего изображение рабочего процесса крана может сохраняться в энергонезависимой памяти с возможностью считывания в случае необходимости. При этом дополнительно решается задача регистрации рабочего процесса крана для обеспечения возможности расследования аварий и несчастных случаев.

Для обеспечения координатной защиты с учетом габаритов груза в предложенном способе при обработке и анализе изображения дополнительно определяют размеры поднимаемого груза, после чего вычисляют наименьшее расстояние от препятствия до ближайшей к этому препятствию точки поднимаемого груза, осуществляют сравнение этого расстояния с установленным минимальным пороговым уровнем (параметром координатной защиты) и, в зависимости от результатов этого сравнения, осуществляют формирование предупреждающего сигнала или сигнала управления исполнительным устройством, предотвращающим перемещение груза краном в сторону препятствия.

Повышение безопасности стропальщика (рабочего) в предложенном способе может достигаться за счет того, что при анализе изображения дополнительно выявляют наличие препятствия вблизи поднимаемого груза, а также стропальщика (рабочего) в промежутке между препятствием и поднимаемым грузом, после чего осуществляют формирование предупреждающего сигнала или сигнала управления исполнительным устройством, предотвращающим подъем груза краном и (или) его перемещение в сторону стропальщика (рабочего).

Для предотвращения травматизма стропальщика (рабочего) при перемещении груза краном, в предложенном способе при анализе изображения дополнительно выявляют наличие стропальщика (рабочего) на пути движения (перемещения) груза, в том числе наличие стропальщика (рабочего) ниже перемещаемого груза, после чего осуществляют формирование предупреждающего сигнала или сигнала управления исполнительным устройством, предотвращающим перемещение груза краном в сторону стропальщика (рабочего).

Повышение безопасности путем исключения «подтаскивания» груза краном, в предложенном способе при анализе изображения дополнительно определяют величину отклонения угла наклона грузового каната от вертикального положения, осуществляют сравнение этой величины с установленным максимально допустимым пороговым уровнем и, в случае превышения, осуществляют формирование предупреждающего сигнала или сигнала управления исполнительным устройством, предотвращающим подъем груза краном.

Для исключения аварий, вызванных неправильной запасовкой грузового полиспаста, в предложенном способе при анализе изображения дополнительно выявляют схему (кратность) запасовки грузового каната путем подсчета количества ветвей грузового каната около грузозахватного органа или оголовка стрелы и, в зависимости от этой схемы, устанавливают ограничение на максимальный вес поднимаемого груза.

Для достижения поставленной цели путем исключения опасного приближения к линии электропередачи, в предложенном способе при анализе изображения дополнительно выявляют наличие проводов воздушной линии электропередачи, после чего вычисляют наименьшее расстояние от этих проводов до стрелы грузоподъемного крана, грузового каната и (или) поднимаемого груза, осуществляют сравнение этого расстояния с установленным минимальным пороговым уровнем (безопасным расстоянием до линии электропередачи) и, в зависимости от результата этого сравнения, осуществляют формирование предупреждающего сигнала или сигнала управления исполнительным устройством, предотвращающим перемещение крана и груза в сторону приближения к проводам воздушной линии электропередачи.

При этом после выявления наличия проводов воздушной линии электропередачи, может дополнительно выявляться наличие гирлянды изоляторов подвеса проводов этой линии электропередачи, подсчет количества изоляторов в гирлянде и определение на этом основании величины напряжения в линии электропередачи с соответствующей установкой порогового уровня (безопасного расстояния до линии электропередачи) в системе безопасности грузоподъемного крана.

Указанные отличительные признаки предложенного способа повышения безопасности грузоподъемного крана определяют новый подход к построению систем безопасности грузоподъемных кранов, основанный на анализе видеоизображений рабочего процесса крана. Следствием реализации этих признаков является обеспечение безопасности работы стропальщика (рабочих на строительной площадке) как при подъеме, так и при перемещении груза краном. Кроме того, обеспечивается реализация координатной защиты крана с учетом габаритных размеров груза. Исключаются также аварийные ситуации, вызванные «подтаскиванием» груза краном или неправильной запасовкой грузового полиспаста.

Ранее задача обеспечения безопасности стропальщиков или других рабочих на строительной площадке ранее в системах безопасности грузоподъемных кранов не ставилась и не решалась. Задача реализации координатной защиты грузоподъемного крана с учетом габаритных размеров поднимаемого груза также ранее не ставилась и не решалась.

На чертеже в качестве примера приведена функциональная схема устройства, реализующего предложенный способ повышения безопасности работы грузоподъемного крана.

Устройство безопасности (или защиты) грузоподъемного крана содержит микропроцессорный вычислитель (цифровую вычислительную машину) 1, модуль управления 2, модуль ввода/вывода информации 3, модуль памяти 4, модуль реального времени 5, исполнительный модуль 6, модуль индикации 7, видеомодуль 8 и датчики рабочих параметров 9, соединенные с первыми входами/выходами модуля ввода/вывода информации 3, вторые входы/выходы которого соединены с первыми входами/выходами микропроцессорного вычислителя 1, вторые, третьи, четвертые и пятые входы/выходы которого соединены с входами/выходами соответственно модуля памяти 4, модуля реального времени 5, модуля индикации 7 и видеомодуля 8. Входы/выходы (или выходы) модуля управления 2 подключены к третьим входам/выходам (или входам) модуля ввода/вывода информации 3, четвертые входы/выходы (или выходы) которого соединены с входами/выходами (или входами) исполнительного модуля 6.

Датчики рабочих параметров 9 в общем случае включают в себя датчик угла подъема (наклона) стрелы, датчик длины стрелы, датчик массы груза (датчик силы или датчики давления), датчик угла поворота площадки крана (датчик азимута), датчик предельного подъема грузозахватного органа и другие датчики, необходимость установки которых определяется конструкцией конкретного грузоподъемного крана, на который устанавливается устройство (система) безопасности. Датчики рабочих параметров 9 могут быть выполнены с общей мультиплексной линией связи и, соответственно, объединены через эту линию.

В зависимости от вариантов конкретной реализации предложенного способа, часть датчиков рабочих параметров 9 из устройства исключаются. В первую очередь это касается датчиков геометрии грузоподъемного крана (датчик угла наклона стрелы, датчик длины стрелы, датчик предельного подъема грузозахватного органа и т.д.). Функции этих датчиков выполняет видеомодуль 8 совместно с микропроцессорным вычислителем 1.

Микропроцессорный вычислитель (электронный блок) 1 может быть выполнен на микроконтроллере, например типа МВ912264В или MB90F598 фирмы Fujitsu, модуль управления 2 – в виде клавиатуры (набора кнопок-клавиш). Модуль ввода/вывода информации 3, обеспечивающий согласование логических уровней входных и выходных сигналов микропроцессорного вычислителя 1 с модулем управления 2, с датчиками рабочих параметров 9 и с исполнительным модулем 6, может быть выполнен на базе интерфейсных микросхем, например типа МСР2510, МС 14489, ULN2003 и т.д.

Модуль памяти 4 может быть выполнен на базе микросхем серии AT45D, модуль индикации 7 – в виде набора светодиодов и символьных жидкокристаллических индикаторов, модуль реального времени 5 – в на основе специализированной микросхемы, например RTC8593 со встроенным кварцевым резонатором и литиевой батарей питания, а исполнительный модуль 6 – в виде набора силовых электромагнитных реле или защищенных силовых электронных ключей, подключенных к электрогидравлическим клапанам гидросистемы грузоподъемного крана.

Видеомодуль 8 представляет из себя систему технического зрения и содержит цифровую видеокамеру или две цифровых видеокамеры (стереопару), которые обычно выполняются на основе CMOS-структур с зарядовой связью и обеспечивают формирование видеоизображения. Для обработки видеоизображений видеомодуль 8 может дополнительно содержать встроенный электронный блок имеющий, например, USB интерфейс для связи с микропроцессорным вычислителем 1. В качестве электронного блока возможно применение платы DeepSea PCI фирмы Tyxz, выполненной на специализированных интегральных микросхемах и обеспечивающей обработку стереоизображений в реальном масштабе времени.

Возможна также обработка видеоизображений в микропроцессорном вычислителе 1 по программе, хранящейся в модуле памяти 4. В этом случае микропроцессорный вычислитель 1 должен иметь соответствующую вычислительную мощность (порядка 2 млрд. операций в секунду).

Поясним суть предложенного способа на примере работы реализующего его устройства.

Перед началом работы грузоподъемного крана, крановщик, при помощи органов управления 2, осуществляет установку пороговых уровней рабочих параметров грузоподъемного крана, характеризующих нагрузку, геометрию, условия или режим его работы. К этим параметрам, в частности, относятся ограничения по координатной защите, вид используемого стрелового оборудования (наличие, длина и угол наклона гуська), характеристики опорного контура, наличие и уровень напряжения в линии электропередачи (при работе вблизи линии электропередачи) и т.д. Количество и вид этих параметров определяются конструкцией конкретного грузоподъемного крана и нормативными требованиям Госгортехнадзора России к устройству и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов.

Пороговые уровни рабочих параметров грузоподъемного крана в части нагрузки могут быть предварительно записаны в модуль памяти 4 в виде грузовых характеристик крана.

Микропроцессорный вычислитель 1 работает по программе, записанной в его встроенной памяти программ или в модуле памяти 4, и через модуль ввода/вывода информации 3 осуществляет обмен с датчиками рабочих параметров 9 грузоподъемного крана по общей мультиплексной линии связи или по отдельным проводам. Одновременно микропроцессорный вычислитель 1 осуществляет обмен с видеомодулем 8. После получения информации от датчиков рабочих параметров 9 и видеомодуля 8 микропроцессорный вычислитель 1 определяет действительные значения рабочих параметров крана – текущую нагрузку крана, положение его грузоподъемного (стрелового) оборудования и степень приближения к линии электропередачи.

Далее микропроцессорный вычислитель 1 осуществляет сравнение действительных рабочих параметров грузоподъемного крана с установленными пороговыми уровнями и, в зависимости от результатов этого сравнения, формирует предупреждающие сигналы, поступающие на модуль индикации 7, или сигналы управления исполнительными устройствами грузоподъемного крана, которые через модуль ввода/вывода 3 поступают на исполнительный модуль 6.

Сигналы управления используются для блокировки (запрета) тех управляющих воздействий крановщика, которые приводят к превышению установленных пороговых уровней рабочих параметров крана. При управлении краном в ручном режиме, крановщик самостоятельно исключает аварийные ситуации, ориентируясь на звуковые и (или) световые сигналы предупредительной сигнализации модуля индикации 7.

Благодаря этому осуществляется защита грузоподъемного крана от перегрузок по грузовому моменту, предотвращаются перемещения грузоподъемного оборудования за пределы рабочей зоны, заданной при введении параметров (пороговых уровней) координатной защиты, а также обеспечивается защита от опасного приближения к линии электропередачи.

Часть указанных операций может осуществляться не в автоматическом, а в ручном режиме, как это реализовано, например, в прототипе. В частности, крановщик может самостоятельно задать пороговый уровень нагрузки крана для данного вылета путем считывания его величины из таблицы грузовых характеристик крана, оценить вес поднимаемого груза (например, исходя из параметров или паспортной характеристики груза), самостоятельно сравнить фактический вес груза с предельно-допустимым (пороговым) значением и, в зависимости от этого сравнения, самостоятельно предотвратить перегрузку грузоподъемного крана. Отсутствие автоматизации отдельных функций защиты грузоподъемного крана не влияет на суть предложенного способа повышения безопасности его работы.

Для обеспечения соответствия требованиям Правил ПБ 10-382-00 Госгортехнадзора России устройство может содержать встроенный регистратор параметров, реализованный на основе модуля памяти 4 и модуля реального времени 5. В модуле памяти 4 микропроцессорный вычислитель 1 может также сохранять видеоизображение рабочего прочеса крана. При этом для уменьшения необходимого объема памяти подлежащие сохранению данные могут быть предварительно сжаты по известным алгоритмам. Для упрощения задачи идентификации объектов, фиксируемых видеомодулем 8 процессе работы грузоподъемного крана, в модуле памяти 4 могут также храниться видеообразы этих объектов, например наблюдаемых элементов стрелы грузоподъемного крана, грузозахватного органа и т.п.

Дополнительно в процессе работы крана микропроцессорный вычислитель 1, при помощи модуля индикации 7, обеспечивает отображение основных параметров работы крана – степени загрузки по грузовому моменту, величины вылета, высоты оголовка стрелы и т.д. А при наличии в модуле индикации 7 графического дисплея, на него дополнительно выводится видеоизображение рабочего процесса (рабочей зоны) грузоподъемного крана.

Видеомодуль 8 может располагаться на корневой (невыдвигаемой) секции стрелы, в верхней части кабины крана или в другом месте, удобном с точки зрения обеспечения необходимой обзорности. Оптическая ось видеомодуля 8 при этом может быть направлена на рабочую зону (грузозахватный орган) грузоподъемного крана с возможностью обзора оголовка стрелы.

В процессе работы крана часть рабочих параметров, необходимых для функционирования устройства, измеряется при помощи датчиков рабочих параметров 9, а часть – с помощью видеомодуля 8 путем обработки и анализа изображения.

Важнейшими из этих параметров являются вылет и высота грузозахватного органа, угол наклона или высота оголовка стрелы, а также расстояния до окружающих грузоподъемный кран предметов (препятствий) и проводов линии электропередачи, а также размеры поднимаемого груза и расположение стропальщика или других рабочих на строительной площадке относительно поднимаемого груза.

С учетом того, что размеры отдельных элементов конструкции грузоподъемного крана априорно известны (например, размеры оголовка стрелы), микропроцессорный вычислитель 1 путем сравнения углов зрения (размеров) изображения этих элементов конструкции крана с данными о размерах этих элементов, хранящихся в модуле памяти 4, непосредственно определяет величину вылета, необходимую для определения грузового момента крана, а также осуществляет контроль предельного верхнего, предельного нижнего и действительного (текущего) положения грузозахватного органа. При этом достаточно одной видеокамеры (стереоизображения не требуется).

При этом могут использоваться различные алгоритмы обработки видеоизображений рабочего процесса крана. В частности, для упрощения алгоритмов можно использовать характерную особенность видеоизображения – наличие в его центре вертикальной линии – изображения грузового каната от оголовка стрелы до грузозахватного органа.

В этом случае алгоритм основан на том, что отдельные фрагменты грузового каната интерпретируются как отрезки прямых линий, которые имеют в среднем яркость, отличающуюся от яркости окружающего фона. Изображение сканируется по строкам специальным прямоугольным окном, которое состоит из трех полос одинаковой ширины верхней, центральной и нижней. Если каждая полоса содержит более одной строки пикселов, то она заменяется одной строкой путем усреднения по ширине. Образованное таким образом окно в каждом своем положении представляет некоторую область всего изображения. Далее микропроцессорный вычислитель 1, анализируя эти области, выявляет положение и длину грузового каната. Возможно также применение алгоритмов, основанных на эвристическом методе медициной фильтрации с использованием обучаемых программ, что позволяет более эффективно подавить шумы изображения.

После определения геометрических параметров (положения и длины) грузового каната, микропроцессорный вычислитель 1 на изображении в верхней и нижней части этого каната выявляет соответственно оголовок стрелы и крюковую обойму (грузозахватный орган). При известных размерах этих элементов конструкции грузоподъемного крана, по величинам их изображений автоматически определяется расстояние до них.

Действительные размеры вылета, высоты грузозахватного органа, высоты оголовка стрелы и т.д. определяются исходя из их угловых положений (положений на изображении) и расстояний до них по очевидным тригонометрическим зависимостям.

Далее полученные величины параметров рабочего процесса грузоподъемного крана используются при работе устройства безопасности микропроцессорным вычислителем 1 в соответствии с программой, записанной в его внутренней памяти или в модуле памяти 4.

Более универсальным и более точным методом определения рабочих параметров грузоподъемного крана в предложенном техническом решении является формирование стереоизображения при помощи двух видеокамер, а также последующая обработка и анализ этого стереоизображения.

При этом определяется действительное положение стрелового оборудования грузоподъемного крана, положение стропальщика (рабочих на строительной площадке) относительно крана и поднимаемого груза, размеры этого груза, наличие и расположение проводов воздушной линии электропередачи (ЛЭП), степень (кратность) запасовки грузового полиспаста и расстояния до окружающих грузоподъемный кран препятствий независимо от их размеров.

Для микропроцессорного вычислителя 1 стереоскопическое техническое зрение упрощает задачу сегментации, т.е. “вырезания” подлежащих обработке фрагментов данных, что позволяет сфокусировать внимание на наиболее важных из них. Это существенно облегчает задачи обработки и анализа изображения.

Алгоритмы обработки и анализа стереоизображеиий в видеомодуле 8 могут базироваться на технологии фирмы Tyzx (США). Задача обработки состоит в интерпретации изображения от одной видеокамеры путем добавления информации о расстоянии, полученной от второго блока формирования изображений (второй видеокамеры). В основе разработки Tyzx лежит специализированная микросхема DeepSea, исполняющая так называемый алгоритм «census correspondence», который быстро обнаруживает подобие в двух потоках видеоизображений, разбитых на квадраты со стороной 512 пикселов (J.Woodfill, В.Von Herzen, “Real-Time Stereo Vision on the PARTS Reconfigurable Computer,” Proceedings IEEE Symposium on Field-Programmable Custom Computing Machines, Napa, pp.242-250, April 1997).

Возможно также применение алгоритмов обработки стереоизображений фирмы Microsoft Research, которые также позволяют «извлечь» 3D-информацию из двумерных изображений, или использование в качестве видеомодуля 8 стереокамеры фирмы Point Grey Research.

В итоге применения одной из этих технологий, на выходе видеомодуля 8 или в модуле памяти 4 формируется видеоизображение, каждому фрагменту которого сопоставлено вполне определенное расстояние до объекта, изображенного на этом фрагменте.

Микропроцессорный вычислитель 1, сопоставляя, например, образ оголовка стрелы или грузозахватного органа, хранящегося в модуле памяти 4, с объемным видеоизображением, формируемым видеомодулем 8, идентифицирует этот объект и далее непосредственно считывает информацию о расстоянии до оголовка стрелы и до грузозахватного органа (поскольку, как отмечалось, каждому фрагменту объемного изображения сопоставлено вполне определенное расстояние до объекта, изображенного на нем). Это дает необходимую информацию микропроцессорному вычислителю 1 для точного вычисления вылета, высоты оголовка стрелы и других рабочих параметров грузоподъемного крана. Причем программа очевидных для специалиста алгоритмов этих тригонометрических вычислений хранится в модуле памяти 4.

Алгоритмы обработки и анализа видеоизображений и взаимодействия видеомодуля 8 с микропроцессорным вычислителем 1, включая идентификацию объектов, определение расстояний до них и т.д., могут быть также реализованы по аналогии с навигационными системами роботов (см., например, платформу ERSP 3.0 фирмы Evolution robotics, www.ewolution.com).

Для повышения быстродействия работы устройства микропроцессорный вычислитель 1, анализируя стереоизображение, может определить и занести в модуль памяти 4 координаты ближайших к грузоподъемному крану препятствий и далее осуществлять свою работу по известному и широко применяющемуся в приборах безопасности грузоподъемных кранов принципу координатной защиты, осуществляя сравнение расстояния до препятствия с установленным минимально допустимым расстоянием (пороговым уровнем или параметром координатной защиты) и формируя, в зависимости от результатов этого сравнения, предупреждающий сигнал или сигнал управления исполнительным устройством, предотвращающим перемещение стрелы крана или груза в сторону препятствия. При этом микропроцессорный вычислитель 1 из расстояния от грузозахватного органа до препятствия осуществляет вычитание размеров груза. Благодаря этому обеспечивается координатная защита с учетом габаритных размеров поднимаемого и перемещаемого краном груза.

Известно, что большая часть несчастных случаев происходит вследствие нарушения требований правил эксплуатации грузоподъемных кранов, запрещающих опускать или поднимать грузы с кузовов автомобилей и полувагонов, если в них есть люди (стропальщики или рабочие). В этом случае качающий груз прижимает людей к бортам автомобилей или полувагонов.

Для предотвращения этих несчастных случаев в предложенном способе выявляется наличие людей в промежутке между препятствием и поднимаемым грузом, после чего осуществляют формирование предупреждающего сигнала или сигнала управления исполнительным устройством, предотвращающим подъем груза краном и его перемещение в сторону стропальщика (рабочего). При этом наличие человека выявляется по его движению (алгоритм этого выявления широко известен в системах видеонаблюдения и охранной сигнализации), а величина указанного промежутка между препятствием и поднимаемым грузом, при котором микропроцессорный вычислитель 1 блокирует работу крана, определяется исходя из размеров кузова грузового автомобиля или полувагона или исходя из максимально возможного раскачивания груза при его подъеме краном.

Правилами безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов категорически запрещается также провозить грузы над работающими людьми. Всем работающим запрещается находиться в тех местах, над которыми кран перевозит груз, крановщик обязан сигналом предупреждать людей о движении крана с грузом. Если по какой-либо причине путь не освобождается, он должен остановить кран. Для автоматической реализации этого в предложенном способе микропроцессорный вычислитель 1 при анализе стереоизображения выявляет наличие стропальщика (рабочего) на пути движения (перемещения) груза, в том числе расположенного ниже перемещаемого груза, после чего формирует предупреждающий сигнал для находящихся в опасной зоне людей и сигнал управления исполнительным устройством, блокирующим перемещение груза краном в их сторону.

Для предотвращения аварийных ситуаций, вызванных «подтаскиванием» краном лежащего на земле груза, микропроцессорный вычислитель 1 при анализе стереоизображения дополнительно определяет величину отклонения угла наклона грузового каната от вертикального положения, осуществляет сравнение этой величины с предусмотренным правилами безопасности максимально допустимым пороговым уровнем и, в случае превышения допустимого угла отклонения от вертикального положения, осуществляет формирование предупреждающего сигнала или сигнала управления исполнительным устройством, предотвращающим подъем груза краном.

При эксплуатации крана возможны также аварии, вызванные неправильной запасовкой грузового полиспаста, например, при попытке подъема максимального груза одиночным грузовым канатом. Для предотвращения этого в предложенном способе при анализе стереоизображения выявляется схема (кратность) запасовки грузового полиспаста путем прямого подсчета количества ветвей грузового каната около грузозахватного органа или оголовка стрелы и, в зависимости от этой схемы, устанавливается ограничение на максимальный вес поднимаемого краном груза. Алгоритм этого ограничения известен максимальный вес поднимаемого груза не должен превышать максимально-допустимую нагрузку на грузовой канат, умноженную на кратность его запасовки.

Если при анализе видеоизображения микропроцессорный вычислитель 1 выявит протяженный тонкий горизонтально расположенный объект, в непосредственной близости от которого отсутствуют какие-либо предметы, то этот объект идентифицируется микропроцессорным вычислителем 1 как воздушная линия электропередачи (ЛЭП). После этой идентификации микропроцессорный вычислитель 1 по программе, записанной в его встроенной памяти или в модуле памяти 4, вычисляет наименьшее расстояние от ЛЭП до стрелы грузоподъемного крана, грузового каната и поднимаемого груза, осуществляет сравнение этого расстояния с установленным минимальным пороговым уровнем (безопасным расстоянием до ЛЭП) и, в зависимости от результатов этого сравнения, осуществляет формирование предупреждающего сигнала или сигнала управления исполнительным устройством, предотвращающим перемещение крана и груза в сторону приближения к проводам воздушной ЛЭП. Благодаря этому осуществляется защита от опасного приближения к ЛЭП с учетом габаритных размеров груза и с учетом наличия грузового каната.

При наличии в поле зрения видеокамеры гирлянды изоляторов подвеса проводов ЛЭП, микропроцессорный вычислитель 1 дополнительно осуществляет подсчет количества изоляторов в гирлянде и на основании этого (с использованием известных норм количества изоляторов в гирлянде) определяет величину напряжения в ЛЭП и устанавливает соответствующий пороговый уровень (безопасное расстояние до линии электропередачи). Если же гирлянда изоляторов в поле зрения видеокамеры не попадает, то априорно устанавливается максимальное безопасное расстояние, а крановщику предоставляется возможность уменьшить это расстояние в ручном режиме при помощи органов управления, расположенных на модуле управления 2. Алгоритм изменения этого расстояния в зависимости от напряжения ЛЭП известен из описаний существующих приборов безопасности грузоподъемных кранов и норм электробезопасности.

Следует отметить, что предложенная защита от опасного приближения к ЛЭП более эффективна, чем применяемая в настоящее время на грузоподъемных кранах, в которой датчик приближения к ЛЭП устанавливается на оголовке стрелы и, соответственно, контролируется приближение к ЛЭП только оголовка стрелы без учета грузового каната и груза. Кроме того, в известных системах не обеспечивается защита от опасного приближения к ЛЭП постоянного тока и к кабельным ЛЭП. В предложенном техническом решении эти недостатки отсутствуют.

В целом, реализация отличительных признаков предложенного технического решения обеспечивает повышение безопасности работы не только крановщика, но и стропальщиков (рабочих на строительной площадке). Кроме того, реализуется координатная защита крана с учетом габаритных размеров поднимаемого груза. Обеспечивается также расширение функциональных возможностей системы защиты грузоподъемного крана – автоматическое определение кратности запасовки полиспаста, исключение «подтаскивания» груза краном, защита от опасного приближения к ЛЭП постоянного тока и к кабельным ЛЭП и т.д.

Источники информации

1. Патент России № 2151732 С1, МПК7 B 66 C 15/00, B 66 C 23/88, 2000.

2. Заявка Японии № 5684496, МПК 4 B 66 C 23/88, 1983.

4. Авторское свидетельство СССР № 1147673 A, МПК 4 B 66 C 13/00, 1985.

Формула изобретения

1. Способ повышения безопасности работы грузоподъемного крана путем формирования изображения его рабочего процесса, контроля в процессе работы грузоподъемного крана положения его грузозахватного органа или груза и формирования сигнала управления по меньшей мере одним исполнительным устройством грузоподъемного крана в зависимости от результатов этого контроля, отличающийся тем, что указанный контроль осуществляют с помощью микропроцессорного вычислителя путем обработки и анализа изображения, в результате чего определяют расстояние от грузозахватного органа или груза до объекта, или препятствия, или до человека в рабочей зоне грузоподъемного крана, осуществляют сравнение этого расстояния с установленным минимальным пороговым уровнем, после чего автоматически формируют предупреждающий сигнал или указанный сигнал управления исполнительным устройством, предотвращающим перемещение грузозахватного органа или груза в сторону объекта, препятствия или человека.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование изображения осуществляют при помощи двух видеокамер, а при указанной обработке формируют стереоизображение, после чего путем анализа этого стереоизображения определяют указанное расстояние.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при анализе изображения дополнительно определяют размеры поднимаемого груза, а указанное расстояние определяют с учетом размеров груза.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке и анализе изображения определяют угол наблюдения грузозахватного органа и с использованием величины этого угла определяют его положение по вылету и/или высоте.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что изображение рабочего процесса сохраняют в энергонезависимой памяти с возможностью считывания в случае необходимости.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что при анализе изображения дополнительно выявляют наличие человека на пути перемещения груза, в том числе ниже перемещаемого груза, после чего осуществляют формирование предупреждающего сигнала и/или сигнала управления исполнительным устройством грузоподъемного крана, предотвращающим перемещение груза краном в сторону человека.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что при анализе изображения дополнительно определяют величину отклонения угла наклона грузового каната от вертикального положения, осуществляют сравнение этой величины с установленным максимально допустимым пороговым уровнем и в случае превышения осуществляют формирование предупреждающего сигнала и/или сигнала управления исполнительным устройством, предотвращающим подъем груза краном.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что при анализе изображения дополнительно выявляют схему запасовки грузового полиспаста путем подсчета количества ветвей грузового каната около грузозахватного органа или оголовка стрелы и в зависимости от этой схемы устанавливают ограничение на максимальный вес поднимаемого груза.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что при анализе изображения дополнительно выявляют наличие проводов воздушной линии электропередачи, после чего вычисляют наименьшее расстояние от этих проводов до стрелы грузоподъемного крана, и/или до грузового каната, и/или до поднимаемого груза, осуществляют сравнение этого расстояния с установленным минимальным пороговым уровнем – безопасным расстоянием и в зависимости от результатов этого сравнения осуществляют формирование предупреждающего сигнала и/или сигнала управления исполнительным устройством грузоподъемного крана, предотвращающим перемещение крана и груза в сторону приближения к воздушной линии электропередачи.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что при анализе изображения дополнительно выявляют наличие гирлянды изоляторов подвеса проводов линии электропередачи, осуществляют подсчет количества изоляторов в гирлянде, на основании чего судят о величине напряжения в линии электропередачи и в зависимости от этого напряжения устанавливают указанный пороговый уровень – безопасное расстояние до линии электропередачи.

РИСУНКИ