Способ и устройство для подъема и перемещения груза

Способ и устройство для подъема и перемещения груза

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предпосылки создания изобретения

Настоящее изобретение относится к подъему и перемещению груза посредством грузозахватного устройства, и в частности к способу и системе для подъема и перемещения груза посредством грузозахватного устройства, которое присоединяется к одной или более точкам крепления груза.

В настоящее время большинство международных морских операций перевозки товаров осуществляются в контейнерах. Такие контейнеры представляют собой тару коробчатой формы стандартных размеров, длиной 6,058 м (20-ти футовый контейнер), 12,192 м (40-футовый контейнер) или 13,716 м (45-футовый контейнер). Контейнер имеет ширину приблизительно 2,5 м, при этом самая типичная высота контейнера составляет приблизительно 2,6 м и 2,9 м.

Контейнеры оснащены стандартными угловыми литыми элементами - фитингами, которые позволяют поднимать и перемещать контейнер различными грузоподъемными механизмами. Контейнерный грузоподъемный механизм обычно бывает оснащен раздвижным грузозахватным устройством - спредером, который подвешивается на грузоподъемных тросах (канатах) или цепях, причем длину спредера можно регулировать посредством телескопического механизма в соответствии с длиной контейнера, который требуется поднимать, например, длиной 6,058 м (20-ти футовый контейнер) или 12,192 м (40-футовый контейнер). Углы спредера оборудованы специальными поворотными замками, которые позволяют захватывать контейнер. Угловые фитинги контейнера снабжены отверстиями стандартной формы, в которые встают поворотные замки спредера. Когда контейнерный грузоподъемный механизм опустит спредер на верх контейнера, так что все четыре поворотных замка спредера войдут в отверстия угловых фитингов, фиксаторы поворотных замков могут быть повернуты на 90°, что приведет к запиранию фиксаторов в фитингах. Затем контейнер может быть поднят в воздух, т.е. подвешен на спредере.

Обычно контейнеры можно ставить в штабели один поверх другого, например, пять контейнеров друг на друге. Это позволяет накапливать большое число контейнеров на территории небольшой площади, например, на территории контейнерного порта. Штабелирование контейнеров необходимо производить тщательным образом, так чтобы угловые фитинги на днище контейнера, который необходимо ставить на штабель, были совмещены с угловыми фитингами на крыше нижнего контейнера с точностью по меньшей мере около 5 см. В противном случае есть опасность разваливания штабеля.

Типичный контейнерный грузоподъемный механизм, который используют для подъема и штабелирования контейнеров, называется козловым краном (фиг. 1). Козловой кран может двигаться либо по рельсам (Козловой кран на рельсовом ходу, ККРХ) либо на резиновых шинах (Козловой кран на резиновых шинах, ККРШ). При использовании козлового крана подлежащие складированию контейнеры (1) располагают рядами а, b, с, d, е между опорами козлового крана (14), так что между опорами козлового крана образуются 6-8 рядов установленных параллельно друг другу контейнеров, причем ряды обычно содержат, например, пять поставленных друг на друга контейнеров. Тогда между контейнерами и рядами контейнеров оставляют промежуток, обычно 30-50 см, чтобы можно было легче перегружать контейнеры. Обычно между опорами козлового крана оставляют проезд (f), чтобы можно было штабелировать в ряды (а, b, с, d, е) контейнеры, которые перевозят под козловым краном.

В козловом кране спредер (2) посредством грузоподъемных тросов (16) подвешен к специальной тележке (15), которую можно перемещать в боковом направлении контейнерного грузоподъемного механизма и устанавливать в различные положения, позволяя таким образом поднимать и перемещать контейнеры в разных рядах. Длина контейнерных рядов может доходить до сотен метров, т.е. друг за другом могут стоять несколько дюжин 20-ти футовых или 40-футовых контейнеров. Причальный кран-перегружатель конкретно предназначен для подъема контейнеров и погрузки их на судно или выгрузки с судна. В таком случае тележка крана также может перемещаться вдоль консольного моста, чтобы занимать положение над судном, на котором производятся погрузочные операции.

Другой типовой контейнерный грузоподъемный механизм называется «контейнеровоз-погрузчик», который перемещается на резиновых шинах и который значительно более узкий, чем козловой кран. Контейнеровоз-погрузчик может работать только с одним рядом контейнеров между своими опорами, который обычно составлен из 3-4 контейнеров, поставленных друг на друга. В данном случае между рядами контейнеров оставляют значительно большие промежутки, до 1,5 м, чтобы обеспечить достаточно свободного пространства для колес контейнеровоза-погрузчика, чтобы дать возможность последнему перемещаться между рядами.

Спредер (2) контейнерного грузоподъемного механизма также часто оснащают специальным механизмом точного перемещения, и в этом случае, например, при помощи оттяжных тросов (17) подвески спредера или при помощи различных гидравлических цилиндров можно управлять горизонтальным положением и перекосом спредера, при этом нет необходимости приводить в движение или перемещать тележку (15) или весь контейнерный грузоподъемный механизм. Назначение данной функции заключается в том, чтобы облегчить и ускорить захват контейнеров и их постановку в штабель друг на друга.

Если реализован механизм точного перемещения спредера, например, посредством оттяжных тросов (17), число которых обычно равно четырем, т.е. по одному на каждый угол контейнера (фиг. 7), то требуемое усилие или разность усилий в оттяжных тросах тогда создается, например, при помощи электромоторов, так чтобы перемещать спредер горизонтально (х, y) в требуемом направлении или перекашивать спредер в требуемом направлении. Механизм точного перемещения спредера контейнеровоза-погрузчика обычно реализуется при помощи различных гидравлических цилиндров.

Когда машина для работы с контейнерами, такая как вышеупомянутый контейнерный грузоподъемный механизм, используется для подъема и перемещения контейнеров, от водителя требуется высокая точность на нескольких этапах работы. Примерами таких этапов работы являются захват контейнера и постановка контейнера сверху другого контейнера.

Чтобы произвести захват контейнера, спредером приходится управлять в горизонтальном направлении, так чтобы точно расположить спредер сверху контейнера, который предстоит захватить, либо, используя механизм точного перемещения, либо перемещая тележку, либо контейнерный грузоподъемный механизм целиком, так чтобы, когда спредер будет опущен на верх контейнера, все четыре поворотных замка спредера точно вошли в отверстия угловых фитингов контейнера. Этот этап работы для водителя контейнерного крана является трудоемким. В некоторых случаях процесс захвата облегчается механическими направляющими, установленными на спредере. Однако, указанные направляющие делают работу в узких промежутках между контейнерами более трудной.

Чтобы ставить контейнеры поверх друг друга, спредером и подвешенным к нему контейнером необходимо точно управлять, чтобы позиционировать спредер с контейнером сверху нижнего контейнера, либо используя механизм точного перемещения, либо же перемещая тележку или целиком контейнерный грузоподъемный механизм, так чтобы все время в ходе опускания верхнего контейнера на нижний контейнер угловые фитинги на днище верхнего контейнера как можно точно были совмещены с угловыми фитингами нижнего контейнера. Точность при штабелировании, к которой надо стремиться, обычно составляет около 3 см. Специалистам в данной области должно быть понятно, что данный этап работы требует от водителя машины для подъема и перемещения контейнеров большего времени и большей точности, чем при захвате контейнера, поскольку в данном случае процедуру выравнивания контейнера сверху нижнего контейнера нельзя облегчить, например, при помощи простых механических направляющих, таких, о которых говорилось выше.

Действие контейнерных грузоподъемных механизмов становится все более автоматизированным, и работа водителя контейнерного грузоподъемного механизма ускоряется и становится проще за счет применения, например, компьютерного управления. В процессе дальнейшей автоматизации становится возможным вообще убрать водителя из машины для подъема и перемещения контейнеров. При этом такая машина работает или посредством дистанционного управления, и/или совершенно независимо под управлением компьютера. Часто также возможно выполнение этапов работы гибким образом, так что, если в каких-то случаях с этапом автоматической работы система не справляется, то оператор дистанционного управления в порядке исключения может выполнить данный этап работы при помощи дистанционного управления. Например, в такой ситуации было бы полезным, чтобы применяемая технология могла гибко адаптироваться и к работе в качестве помощника водителя, и к автоматической работе под управлением от компьютера.

В существующем известном техническом решении для помощи водителю при захвате контейнера используются камеры на приборах с зарядовой связью (ПЗС-камеры), установленные на спредере и ориентированные в нижнем направлении для передачи видеоизображения, которое дает возможность водителю выставлять спредер сверху контейнера. Однако данный способ не подходит для автоматизации работы, поскольку алгоритмы обработки изображения, которые могли бы позволить контролировать положение контейнера по изображениям от камер, действуют ненадежно при различных погодных условиях и условиях освещения. Данный способ также непригоден для штабелирования контейнеров, поскольку при штабелировании датчик камеры располагается весьма далеко от нижнего контейнера (3 м), и кроме того верхний контейнер загораживает обзор водителю либо в большей части, либо полностью. Помимо этого, верхний контейнер отбрасывает тень на нижний контейнер, что делает промежуток между контейнерами очень темным. В таким случае очень трудно различать нижний контейнер на видеоизображении.

Раскрытие изобретения

Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в создании способа и устройства, реализующего предлагаемый способ, которые позволяли бы решить вышеупомянутые проблемы. Задача изобретения решается посредством способа, устройства и компьютерной программы, отличительные признаки которых изложены в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

В соответствии с первым аспектом изобретения, предлагается способ для подъема и перемещения груза посредством грузоподъемного устройства, содержащего средства захвата для удержания по меньшей мере одной точки крепления груза, при этом способ содержит формирование в средствах захвата карты расстояний для области, в которой изображается часть поверхности груза, к которому прикрепляются средства захвата и/или на который ставится другой груз, а также изображаются окружающие груз объекты.

В соответствии со вторым аспектом изобретения, предлагается устройство, содержащее средства для осуществления способа, соответствующего первому аспекту.

В соответствии с третьим аспектом изобретения, предлагается компьютерный программный продукт, содержащий программные инструкции, которые, будучи загруженными в устройство, могут обеспечить осуществление устройством, например, грузоподъемным механизмом, способа, соответствующего первому аспекту изобретения.

Согласно еще одному аспекту изобретения, предлагается способ модернизации грузоподъемного механизма, содержащий сборку в грузоподъемном механизме устройства, соответствующего второму аспекту изобретения, или инсталляцию в грузоподъемный механизм компьютерного программного продукта, соответствующего третьему аспекту изобретения.

В основе изобретения лежит идея формирования карты расстояний для части поверхности груза, подлежащего подъему и перемещению - части, к которой производится присоединение или сверху которой ставится другой груз. Карта расстояний определяет множество точек, которым соответствуют значения дистанции. Предпочтительно, чтобы дистанция представляла расстояние в одном направлении перемещения груза, например, в вертикальном направлении, чтобы можно было управлять грузом на основе карты расстояний, например, в вертикальном направлении и/или в других направлениях движения, которые могут быть перпендикулярны вертикальному направлению. Кроме того, карта расстояний может определять область поверхности груза, подлежащего перемещению, давая возможность перемещать груз путем контроля области карты расстояний, которая лежит снаружи от области груза, который подлежит перемещению.

Преимущество способа и устройства, соответствующих изобретению, заключается в том, что оказывается возможным точно контролировать значимые части груза, который необходимо перемещать. Кроме того, указанный контроль может легко и гибко осуществлять, либо человек, либо компьютер. Когда область, подлежащая контролю, ограничена только частью груза, который необходимо перемещать, обработку информации, относящейся к контролю, можно поддерживать на простом уровне, при этом также можно поддерживать на низком уровне и количество ошибок, совершаемых в ходе контроля. Другие преимущества и/или полезные качества будут раскрыты в последующем описании, в котором будут рассмотрены более подробно различные варианты осуществления изобретения.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение будет рассмотрено более подробно на примерах предпочтительных вариантов осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 изображает козловой кран, устанавливающий контейнер на верх нижнего контейнера,

фиг. 2 изображает датчик изображения 3D-камеры,

фиг. 3 изображает соответствующее изобретению устройство,

фиг. 4 изображает соответствующее изобретению устройство и его работу при захвате груза,

фиг. 5 изображает соответствующее изобретению устройство и его работу после того, как груз прикреплен к устройству захвата,

фиг. 6 изображает соответствующее изобретению устройство и его работу в процессе штабелирования груза,

фиг. 7 изображает способ реализации автоматического управления спредером (2) на основе областей карт расстояний,

фиг. 8 изображает блок-схему алгоритма осуществления способа штабелирования груза, соответствующего варианту осуществления изобретения,

фиг. 9 изображает блок-схему алгоритма осуществления способа подъема и перемещения груза, когда управление грузом осуществляется на основе карты расстояний, сформированной в системе координат крана, и в системе координат спредера, в соответствии с вариантом осуществления изобретения, и

фиг. 10 изображает блок для реализации устройств, соответствующих вариантам осуществления настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

В основе варианта осуществления настоящего изобретения лежит определение карты расстояний. Карта расстояний содержит совокупность точек положения в двумерной (2D) плоскости. 2D-плоскость можно определить, например, на основе системы координат, которая используется средствами захвата груза. Системой координат может служить, например, декартова система координат с осями х и y, что позволяет назначить 2D-плоскость, как плоскость, определяемую осями х и y. В таком случае, любую точку положения в такой 2D-плоскости можно определить значениями (x, y) по осям координат.

В предпочтительном случае информация о расстояниях представляет собой данные дистанций в направлении перпендикулярном указанной 2D-плоскости. Когда 2D-плоскость определена осями х и y декартовой системы координат, информация о расстояниях может содержать значения по оси z этой системы координат.

В вариантах осуществления настоящего изобретения подъем и перемещение груза осуществляется при помощи средств захвата, которые предназначены для присоединения к грузу. Примеры таких средств захвата включают спредер и/или крюк. Операции подъема и перемещения груза могут содержать захват груза - в этом случае средства захвата используют для присоединения к грузу, и/или штабелирование груза - в этом случае груз, перемещаемый при помощи средств захвата, укладывают сверху другого груза.

Варианты осуществления настоящего изобретения пригодны для применения при подъеме и перемещении грузов, таких как контейнеры, например, при захвате контейнера и/или при штабелировании контейнеров. Следует отметить, что варианты осуществления настоящего изобретения могут также быть применены для подъема и перемещения других грузов, у которых имеется одна или более точек крепления, которые позволяют осуществлять подъем и перемещение груза. Точки крепления могут быть предусмотрены на грузе фиксированным образом, или они могут быть образованы ремнями бандажного крепления, например, такими, какие используются для связывания пакетов деревянных досок.

Вариант осуществления настоящего изобретения основан на использовании времяпролетных камер (Time-of-flight, TOF-камер). TOF-камера это пример трехмерной (3D) камеры. 3D-камеры дают информацию о расстояниях, связанную с двумерным (2D) изображением, и о точках 2D-изображения. Точки 2D-изображения могут быть определены как элементы изображения (пиксели), при этом с каждым пикселем можно связывать не только значение яркости (I) света, но и информацию о цвете (RGB). 3D-камера, такая как времяпролетная камера, привязывает данные расстояния (D), измеренного от датчика изображения камеры до объекта, который виден определенному пикселю, к точкам 2D-изображения. Ниже, принцип работы TOF-камеры будет рассмотрен достаточно подробно для понимания изобретения.

Стандартная ПЗС-камера содержит фоточувствительную матрицу, изготовленную по полупроводниковой технологии, и содержащую чувствительные фотодиоды, расположенные в виде регулярного растра (7) фиг. 2. Такой растр, например, в современной 6-мегапиксельной камере может содержать, например, до 2816 рядов и 2112 столбцов. Один такой чувствительный фотодиод называют пикселем (13). Когда такой фотодиод подвергается действию света, который обычно проходит через объектив, указанный фотодиод измеряет интенсивность (I) светового излучения, которое он принимает. Таким образом, стандартная ПЗС-камера измеряет интенсивность света на каждом пикселе (13) растра (7).

Обычно одиночный фоточувствительный диод не воспринимает цвета, но перед фоточувствительным диодом можно располагать фильтры различных цветов, чтобы ПЗС-камера могла также измерять цвета на изображении. Цветными фильтрами обычно являются красный, зеленый и синий (R, G, В) фильтры. В общем, стандартная ПЗС-камера измеряет следующие величины для каждого пикселя (13) растра: (I, R, G, В), хотя из этого набора часто опускают цветовую информацию, как ненужную.

В настоящее время ПЗС-матрицы все чаще заменяют матрицами с комплементарной структурой «металл-оксид-полупроводник» (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS), работа которых в своей основе аналогична работе ПЗС-матриц, но, что касается измерения интенсивности света, то наряду с прочим аналого-цифровое преобразование выполняется в схеме самой матрицы, в то время как при использовании ПЗС-матриц указанное преобразование выполняется вне схемы матрицы.

Времяпролетная (TOF) камера отличается от стандартной ПЗС (или CMOS) камеры тем, что стандартная камера измеряет свет, приходящий от окружающих предметов, а TOF-камера независимым образом формирует свет, который затем измеряет, и с этой целью освещает объект собственным источником света. Кроме этого, TOF-камера измеряет время, которое требуется свету, который камера излучает, чтобы распространиться до объекта, видимого на изображении, и после отражения вернуться к датчику изображения камеры. Такое измерение времени распространения света TOF-камера производит отдельно для каждого пикселя (13) растра (7) (n, m). Дополнительно к стандартному изображению, т.е. карте интенсивностей l(n, m) и возможной карте цветов R(n, m), G(n, m), B(n, m), TOF-камера также формирует карту расстояний D(n, m) в поле (7) изображения.

В вариантах осуществления, соответствующих настоящему изобретению, измерение времени распространения света может быть реализовано, например, в TOF-камере следующим образом. Свет, излучаемый в направлении объекта, подвергается модуляции несущей радиочастотой (RF, Radio Frequency), и производится сравнение фазы отраженного света, который возвращается от объекта, с фазой исходной несущей радиочастоты, что позволяет определить сдвиг фазы между излучаемым и отраженным светом. Указанный сдвиг фазы можно определить для каждого пикселя изображения независимо. На основе сдвига фазы можно определить время распространения света от камеры до объекта и обратно для каждого пикселя изображения. Наконец, используя известное значение скорости распространения света, можно вычислить расстояние (D) от объекта до каждого пикселя изображения. TOF-камера может выполнять описанный процесс измерения расстояния с частотой до 100 раз в секунду. В настоящее время TOF-камеры способны измерять расстояния, обычно, до дистанции приблизительно 6 м. Следует отметить, что вышеописанным способом расстояния можно также измерять для группы точек изображения, например, путем усреднения сдвигов фазы для группы пикселей, или путем выбора одного пикселя в группе пикселей, объединенных вместе, чтобы представлять площадку, образованную группой пикселей.

Дополнительно к информации о расстоянии (D) TOF-камера в типичном случае также измеряет нормальное черно-белое или цветное изображение. В общем, TOF-камера измеряет следующие величины для каждого пикселя (13) растра (7): (I, R, G, В, D), где D - расстояние (в пространстве) от датчика изображения камеры до объекта, который является видимым для пикселя (13) изображения.

Разрешение современных TOF-камер сравнительно умеренное, обычно 320×240 пикселей, но данное разрешение уже позволяет решать ряд технических задач. При использовании типового объектива размер одного пикселя соответствует размеру, приблизительно 0,1-1 см на объекте измерения. Рассмотренная TOF-камера в частности пригодна для применения в передвижных рабочих машинах, поскольку камера не содержит никаких движущихся механических узлов, и, таким образом, является очень стойкой, например, в отношении ударов, направленных на спредер (2).

Для специалистов в данной области должно быть понятно, что соответствующие изобретению способ и устройство могут осуществлены посредством 3D-камеры, которая построена на технологии, отличающейся от TOF, и которая с высокой частотой, например, 10 Гц или более, формирует по меньшей мере информацию о дистанции (D) для пикселей изображения объекта подлежащего записи, и в каких-то вариантах осуществления - по меньшей мере информацию об интенсивности и дистанции (l, D) для пикселей изображения объекта подлежащего записи.

Примерами подходящих технологий построения 3D-камеры среди прочих могут служить пленоптическая камера и стереокамера. В пленоптической камере перед датчиком изображения установлен специальный растр из микролинз. Пленоптическая камера после съемки позволяет, например, производить фокусирование на любое требуемое расстояние. Аналогично, можно полагать, что стереокамера может формировать информацию об интенсивности и дистанции (l, D). Однако, следует отметить, что поскольку требуются стереоизображения, то физический размер стереокамеры (которая состоит из двух камер) велик для применения в настоящем изобретении, и получение информации о дистанции (D) для каждого пикселя изображения является менее надежным в силу ограниченной производительности алгоритмов согласования изображений стереопары.

На фиг. 1 изображен козловой кран (14), устанавливающий контейнер (1′) на верх нижнего контейнера (1). Обычно, контейнеры (1) складируют в виде длинных рядов между опорами козлового крана (14). Между штабелями контейнеров оставляют промежуток, обычно 30-50 см. Козловой кран (14) захватывает контейнер специальным спредером (2), свисающим от тележки (15) козлового крана, и подвешенным на грузоподъемных тросах (16). Путем укорачивания или удлинения грузоподъемных тросов (16) осуществляют подъем или опускание контейнера (1′) подлежащего перемещению. Подлежащий перемещению контейнер (1′) можно перемещать в горизонтальных направлениях либо путем передвижения тележки (15) или самого козлового крана (14), либо посредством специального механизма точного перемещения, который может быть реализован, например, на основе оттяжных тросов (17). Оттяжные тросы (17) позволяют прикладывать к спредеру (2) боковые силы, чтобы перемещать спредер (2) и/или задавать перекос спредеру.

На фиг. 2 изображен датчик (матрица) (7) изображения и 3D-камера (3), например, времяпролетная камера (TOF-камера). Датчик изображения содержит массив пикселей (13), которые принимают свет от объекта, который подлежит записи. Пиксели датчика изображения образуют соответствующее поле (область) изображения камеры. В датчике изображения падающий свет, принимаемый пикселем, преобразуется в электрический сигнал. Электрический сигнал может содержать информацию о расстоянии до записываемого объекта, информацию об измеренной интенсивности света и цветовую информацию (например, R, G, В), или же комбинацию упомянутых величин. Обычно пиксели в матрице (7) расположены в виде регулярных рядов и столбцов. 3D-камера обычно для каждого одиночного пикселя (13) производит измерение следующих величин: интенсивности (l) освещения, обнаруженной фотодиодом, соответствующим данному пикселю, и в некоторых случаях - цветовые компоненты (R, G, В), измеренные посредством различных цветных фильтров. 3D-камера дополнительно, на основе времени распространения света, излучаемого камерой, измеряет расстояние (D) до объекта, который виден на изображении, для каждого отдельного пикселя (13) n, m. Таким образом, дополнительно к стандартному неподвижному и/или видеоизображению 3D-камера также посредством ее датчика (7) изображения формирует карту расстояний D(n, m).

Согласно варианту осуществления изобретения, для формирования карты расстояний используется датчик изображения 3D-камеры, такой как TOF-камера. Пиксели датчика изображения в своем положении измеряют информацию о расстоянии, и тем самым пиксели (n, m) датчика изображения формируют карту расстояний. Карта расстояний может быть сохранена в памяти, например, в памяти компьютера (20) фиг. 7. Посредством множества 3D-камер может быть сформировано множество карт расстояний. Указанные карты расстояний можно сохранять в виде неподвижных изображений или в виде видеоизображений.

Положение контейнеров, показанных на фиг. 3, 4, 5, 6, 7, описывается в системе координат x, y, причем ось х системы координат расположена в направлении ширины спредера, а ось у расположена в направлении длины спредера, что позволяет определять положение контейнера значением координаты х, значением координаты у и углом поворота системы координат, например, в градусах. Кроме того, информация о положении контейнера может содержать данные вертикального положения контейнера в направлении оси z, что позволяет поворот контейнера определять, как поворот вокруг оси z.

На фиг. 3 изображено соответствующее изобретению устройство, в котором 3D-камеры (3) установлены на наружных углах спредера (2). Указанные 3D-камеры могут быть установлены на одном, двух, трех или четырех наружных углах. Чем больше число 3D-камер, тем выше точность подъема и перемещения контейнера, и тем проще управление.

Спредер присоединяется к контейнерам посредством их угловых фитингов. В таком случае, поле зрения 3D-камеры, установленной на наружном углу спредера, охватывает боковые стороны контейнера (1′), который требуется перенести, и угол этого контейнера, что показано заштрихованной областью (11). Область (9, 10) остается под контейнером, который висит на спредере, и она не изображается 3D-камерой (3). Таким образом, поле изображения 3D-камеры на содержит никакой информации об объектах, расположенных под контейнером, который требуется перенести, например, на крыше другого контейнера.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, 3D-камера установлена немного снаружи периметра спредера, как в направлении ширины (х), так и в направлении длины (y). Подходящая точка установки находится на расстоянии, например, 5-10 см снаружи от линии периметра. Предпочтительно, чтобы 3D-камера была направлена вниз, в направлении контейнера, с которым требуется работать. Таким образом, направлением визирования установленной 3D-камеры является направление, в котором производится прием и доставка контейнеров, присоединяемых к спредеру.

На фиг. 3 изображен пример установки такой камеры (3) на спредер (2) и изображения (7) расстояний, которое видит датчик камеры, когда производится установка контейнера (1′) на верх другого контейнера (1). Область (4) изображения, охватываемая датчиком, тогда частично совпадает с контейнером (1′), который требуется перенести, поскольку датчик (3) установлен очень близко к наружному углу контейнера (1′). В таком случае, часть (10) области изображения датчика камеры содержит изображение контейнера (1′), подлежащий переноске. Данная область изображения содержит точки изображения боковой части контейнера (1′), лежащие внутри треугольной области (11). Датчик камеры измеряет величины расстояний (D1) для точек изображения, соответствующих точкам, попадающим в указанную треугольную область, причем область этих расстояний простирается от нуля до высоты контейнера. Аналогично, зона (9) области (4) изображения, которая соответствует области тени под контейнером (1′), подлежащим переноске, остается полностью невидимой для датчика (3). Размер области (10) изображения изменяется в соответствии с тем, насколько высоко находится контейнер (1′), подлежащий переноске, а также немного в соответствии с тем, как сел указанный контейнер в поворотных замках спредера. Между тем от зоны, лежащей за пределами области (9), от верхней поверхности (8) нижнего контейнера (1) датчик (3) измеряет величины расстояний (D2), указывающие на дистанцию между нижним контейнером (1) и датчиком (3). От внешних точек, расположенных внутри области (4, 7) изображения, которые не соответствуют нижнему контейнеру (1), но все-таки возможно соответствуют земле или контейнерам на более низких уровнях (в части области 7 изображения, которая не включена в области 8 или 10), датчик (3) измеряет величины расстояний (D3), которые явно больше величин расстояний (D2). В зависимости от взаимного положения верхнего и нижнего контейнеров область (8) может быть прямоугольной, может иметь форму буквы L или может полностью исчезать, когда угол нижнего контейнера полностью прячется под верхним контейнером. Если другие контейнеры расположены рядом с контейнером (1), то датчик (3) может давать показания расстояний сравнимые с расстоянием D2 также от внешних краев области (4, 7) изображения, но поскольку между контейнерами, подлежащими штабелированию, оставляют промежуток 30-50 см, эти показания, полученные от внешних краев, могут быть отделены от области (8) и отброшены, как ошибочные.

Нижний контейнер, возможно попадая в область (4, 7) изображения камеры, может быть частично (8) видимым под верхним контейнером в изображении, которое выдает камера. В области (10) изображения, которая остается в теневой зоне (9), 3D-камера измеряет расстояния D1, при этом для пикселей камеры объектами служат стороны переносимого контейнера в области (11). В таком случае, расстояния D1, измеряемые 3D-камерой в области (10), которая остается в теневой зоне, ограничены высотой переносимого контейнера, а расстояния, подлежащие измерению, ограничены нижним краем указанного контейнера. К примеру, расстояния D1 по прямой короче или приблизительно равны высоте h контейнера (1′). Аналогично, 3D-камера от области (8) изображения измеряет расстояния D2, которые больше высоты контейнера (1′). Эти расстояния измеряются от той части области изображения, которая расположена снаружи (8) теневой зоны. Область, которая остается снаружи теневой зоны, может содержать контейнер и/или другие объекты, которые остаются под переносимым контейнером.

Когда переносимый контейнер находится в воздухе, граница между теневой зоной и зоной, которая лежит снаружи теневой зоны, может быть определена, например, на основе изменения расстояний, измеренных от области изображения. Изменение можно обнаружить, как изменение величин расстояний для двух соседних пикселей, которое больше определенной пороговой величины. Когда один пиксель в качестве информации о расстоянии D(n, m) содержит информацию о расстоянии, измеренном от боковой стороны (11) верхнего контейнера, следующий пиксель соответствует области, которая лежит снаружи теневой зоны в области изображения 3D-камеры, и выдает сигнал расстояния, которое на пороговую величину превышает расстояние, измеренное от боковой стороны контейнера. Указанная пороговая величина может быть выбрана в соответствии с требуемым разрешением.

Пороговую величину для определения границы между теневой зоной и зоной, которая лежит снаружи теневой зоны, можно также выбирать на основе высоты контейнера. Высоты контейнеров стандартизованы, что дает возможность границу теневой зоны определять путем сравнения расстояний, измеренных от боковой стороны контейнера, с известной высотой контейнера.

Кроме того, следует отметить, что дополнительно помочь определению границы может изменение информации, содержащейся в соседних пикселях, по сравнению с некоторой пороговой величиной. Информацию, содержащуюся в пикселях, например, расстояние, интенсивность и/или цветовую информацию, можно сравнивать с соответствующими пороговыми величинами, которые были установлены для указанных видов информации.

К тому же, границу между теневой зоной и зоной, которая лежит снаружи теневой зоны, можно определять путем обработки информации, измеренной 3D-камерой для определенного пикселя. Данные о расстоянии, данные об интенсивности и/или цветовые данные соседних пикселей можно, например, дифференцировать, а величину производной можно сравнивать с пороговой величиной производной.

Область (7) изображения 3D-камеры может содержать теневую зону (10), область (9) под данной теневой зоной, которая не входит в поле (4) зрения 3D-камеры, и область (12, 8), которая лежит снаружи теневой зоны, и которая может содержать точки объектов, окружающих теневую зону, например, поверхности контейнеров, пол или землю.

Согласно фиг. 3, белая зона области (7) изображения соответствует части поля (4) зрения 3D-камеры, которая лежит снаружи теневой зоны, и еще далее снаружи теневой зоны за пределами контейнера (1), который расположен в поле зрения 3D-камеры. От этой области 3D-камера измеряет расстояния D3, которые больше, чем расстояния D2 и еще больше, чем расстояния D1, которые измеряются от переносимого контейнера (1′), образуя теневую зону.

На фиг. 4, 5 и 6 груз представляет собой контейнер (1, 1′) который поднимают и переносят посредством спредера (2). Фиг. 4 изображает соответствующее изобретению устройство и его работу, когда производится захват груза. Фиг. 5 изображает соответствующее изобретению устройство и его работу, после того как груз был прикреплен к спредеру, а фиг. 6 изображает соответствующее изобретению устройство и его работу, когда производится штабелирование груза.

На фиг. 4, 5 и 6 на наружных углах спредера (2) установлены 3D-камеры (3). Поле (4) зрения каждой камеры показано как область (4) изображения. Области изображения 3D-камер образуют семейство (6). В указанном семействе, части карт расстояний, образованные областями изображения, которые содержат грузы, подлежащие подъему и перемещению, отделены друг от друга и от своего окружения. Семейство изображений образует композицию, в которой части карт расстояний, содержащие подлежащий подъему и перемещению груз, помещены в середину, в то время как части карт расстояний, которые расположены снаружи частей, представляющих указанный груз, помещены на края композиции.

Семейство изображений формируется, когда 3D-камеры видят углы контейнера (1, 1′), поскольку интерес представляет часть (5, 11), попадающая в поле (4) зрения камеры. Части контейнера