Brevet FR2706438A1 — publié le 19941223

La présente invention concerne un système pour améliorer le fonctionnement et la sécurité dans des grues. L'invention concerne en outre un type spécifique de système, dont le but est d'améliorer l'orientation de l'opérateur sur le site de travail et d'imposer des limitations au fonctionnement de la grue afin d'empêcher des collisions entre la grue, la charge et des objets situés dans la zone de travail. L'invention est applicable et est destinée à être utilisée dans des grues, des systèmes de levage, des monorails et analogues. Des applications typiques concernent de grues pour le transbordement de conteneurs, des grues à grappin, des grues portuaires, des grues installées sur des bateaux, des zones de stockage et analogues. Le but principal de l'invention est de fournir un système qui permette à l'opérateur manoeuvrant la grue d'avoir une meilleure orientation sur le site de travail et qui impose des limitations au fonctionnement de la grue pour empêcher une collision entre la grue et son cadre de préhension, son crochet ou son grappin et la charge et d'autres objets, qui peuvent être présents dans la zone de travail. Ces objectifs ainsi que d'autres apparaîtront dans la description qui va suivre. Conformément à l'invention, des moyens de mesure de distance sont montés sur le chariot, auquel est suspendu le cadre de préhension. Le chariot se déplace le long d'un ou de plusieurs rails. Les moyens de mesure de distance mesurent la distance verticale entre le chariot et des points spécifiques au sol, qui sont situés sur le trajet prévu du cadre de préhension jusqu'à sa destination. Des mesures additionnelles sont exécutées pour obtenir la position du chariot par rapport à ces rails, et sa distance par rapport au cadre de préhension. Les distances, qui sont fonction de la position du chariot, sont mémorisées dans une mémoire d'ordinateur. Lorsque le chariot se déplace et que la position anticipée devient la position actuelle du cadre de préhension, la distance entre le cadre de préhension et sa charge à partir du sol, au-dessous de lui, peut être calculée. On obtient une carte des hauteurs des objets situés dans la zone du site respectif, au-dessous du cadre de préhension. La connaissance acquise de ces hauteurs d'objets est utilisée pour limiter la vitesse du cadre de préhension en direction d'objets proches afin d'empêcher une collision entre le cadre de préhension et sa charge d'une part et ces objets d'autre part. Il est relativement aisé de reconstituer une carte des objets s'ils possèdent quelques formes et tailles standards, comme par exemple dans le cas d'une grue de transbordement de conteneurs, qui charge ou décharge des conteneurs d'expédition. Dans le cas de conteneurs d'expédition, il est avantageux de mesurer les distances anticipées, comme dans la présente invention, et non les distances effectives étant donné que le cadre de préhension et son conteneur chargé peuvent masquer la ligne de vision entre les moyens de mesure de distance et la zone située directement au- dessous du cadre de préhension. Une carte des hauteurs des objets dans la zone de travail est affichée à l'opérateur pour qu'il ait une meilleure orientation sur le site de travail. L'infor- mation de la carte des hauteurs est appropriée pour le stockage dans un enregistrement désigné sous l'expression "boîte noire", pour une inspection ultérieure dans le cas d'un accident. De façon plus précise, la présente invention concerne un grue équipée de moyens de mesure et de comman- de, comprenant une structure supportant un ou des rails surélevés, un chariot mobile le long desdits rails et équipé d'un cadre de préhension ou d'un grappin suspendu audit chariot, caractérisée en ce que la grue est équipée de moyens de mesure de distance, dirigés vers le bas et rés audit chariot à proximité du bord tourné dans sa direction de déplacement, des moyens de mesure de position pour mesurer la position du chariot par rapport aux rails, un processeur d'ordinateur éqruipé de moyens de mémoire pour mémoriser, évaluer et mettre en corrélation les distances mesurées vers le bas par rapport à des objets et par rapport au cadre de préhension et sa charge, et la position mesurée par rapport aux rails et pour produire un modèle géométrique de la zone de travail et des objets situés dans cette zone, et des moyens aptes à coopérer avec les unités de commande de la grue pour empêcher automatiquement une collision du cadre de préhension, de la charge et d'autres objets. e 5 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, non à l'échelle, sur lesquels: - la figure 1 est un dessin schématique d'une grue de transbordement de conteneurs, comportant des moyens de mesure de distance qui sont fixés au chariot; - la figure 2 est un dessin de la grue de la figure 1, dans le cas o la charge est amenée jusqu'à son emplacement de déchargement; - la figure 3 représente une vue de face de la grue de la figure 2 comportant des moyens particuliers de mesure de distance qui utilisent la parallaxe entre un dispositif de pointage utilisant une lumière et une caméra vidéo; - la figure 3 est une --ue en plan de la trace du spot lumineux du dispositif de désignation de la figure 3; - la figure 4 est un schéma-bloc du dispositif de commande du traitement de l'information et de commande du système; et - la figure 5 est une représentation particu- lière de la carte des hauteurs affichée à l'opérateur et montrant le cadre de préhension et sa position de charge, et les conteneurs aeis qu'indiqués sur la figure 2. La figure I représente une grue de transbordement de conteneurs, qui est équipée d'un système selon la présente invention. Dans cette forme de réalisation spécifique de l'invention, le cadre de préhension 1 est suspendu au chariot 2, la distance verticale entre le cadre de préhension et le chariot peut être commandée et le chariot 2 est conçu de manière à se déplacer le long des rails 3 et 4. Le déplacement transversal du chariot de préhension est obtenu au moyen du déplacement de la grue sur ses rails 5 et 6. Sur ce dessin, on a représenté le cadre de préhension comme étant chargé par un conteneur 7, qui est destiné à être déposé à l'emplacement 8 entre les conteneurs 9, 10 et 11. Dans cette forme de réalisation de l'invention, les moyens de mesure de distance sont constitués par un dispositif de désignation optique 12 et par une caméra vidéo 13, qui sont tous deux dirigés vers le bas et sont tous deux fixés au chariot 2 sur le côté, qui est tourné dans la direction de déplacement du chariot et est situé au-delà dudit chariot de préhension 1 et de sa charge 7 de sorte que le chariot de préhension 1 et sa charge 7 ne créent aucune obstruction dans la ligne de visée entre le dispositif de désignation 12 et les points qu'il désigne, et la ligne de visée entre lesdits points désignés et la caméra vidéo 13. Sur la figure 2, on a représenté la grue de la figure 1, dans le cas o ledit chariot 2 s'est déplacé sur ses rails 3 et 4 et est situé au- dessus de l'emplacement 8, o ledit récipient 7 doit être déposé. Les figures 3 et 3A représentent la forme de réalisation des moyens de mesure de distance vertical selon l'invention, qui comprennent un dispositif de désignation et une caméra vidéo. Sur la figure 3, on a représenté une vue de face de la grue. La figure 3a représente une vue en plan de la surface au sol respective. Sur la figure 3, le chariot 2 se trouve entre ses positions des figures 1 et 2, et le dispositif de désignation 12 éclaire le site de déchargement 8 et le conteneur voisin 1i en appliquant un éclairement au niveau du spot 31 au moyen des rayons lumineux 36 et 37. Le cadre de préhension et sa charge sont éclairés par ledit dispositif de désignation avec le rayon lumineux 35 au niveau du spot 32. Lesdits spots 31 et 32 sont observés par ladite caméra vidéo 13, et les distances verticales du conteneur 11, du site 8 et du cadre de préhension et de sa charge 7 sont calculés moyennant l'utilisation du procédé de la parallaxe. Lorsque le chariot 2 se déplace pour venir de sa position représentée sur la figure 1 dans sa position représentée sur la figure 3, le spot lumineux 31 balaye la piste 33. Lorsque le cadre de préhension 1 est situé au-dessus de son site de déchargement 8, le dispositif de désignation éclaire la zone 34. Conformément à une conception préférée de la présente invention, pour la mesure de distances verticales lorsque le chariot se déplace dans la direction inverse, des seconds moyens de mesure de distance comme par exemple un second dispositif de désignation 22 et une seconde caméra vidéo 23, sont fixés au chariot sur son côté arrière, au-delà dudit cadre de préhension et de sa charge de sorte que ledit cadre de préhension et sa charge n'obstrue pas la ligne de visée du dispositif de désignation 22 et de la caméra vidéo 23 jusqu'au sol. Conformément à un agencement préféré, des moyens similaires de mesure sont fixés au chariot sur ses côtés de manière à mesurer des distances vers le bas, lorsque la grue se déplace latéralement sur ses rails. Lors de la mesure desdites distances verticales, la position du chariot le long de ces rails est mesurée moyennant i 'utilisation d'une technique connue pour exécuter de telles mesures. Conformément à une forme de réalisation préférée, la position de la grue sur ces rails est également mesurée, moyennant l'utilisation d'une technique connue. Lesdites positions sont corrélées auxdites distances verticales, comme cela apparaîtra à l'évidence à la lecture de la description qui va suivre. La figure 4 représente un schéma-bloc du système selon la présence invention. Un processeur d'ordinateur 40 reçoit et mémorise, dans une mémoire 41, une série 42 des positions mesurées du chariot 2, le long de ces rails, et les distances verticales au sol, mesurées dans ces positions du chariot. En outre, ledit processeur 40 reçoit et mémorise, dans ladite mémoire 41, une série 43 des positions du chariot le long de ces rails, et les distances par rapport au cadre de préhension 2 et à la charge 7 mesurées dans ces positions du chariot. En outre, ledit processeur 41 reçoit l'information mémorisée 44 concernant le modèle géométrique des composants concernés de la grue, des positions concernées des moyens de mesure de distance et les tailles standards des conteneurs. Cette information est suffisante pour produire une carte formant modèle mathématique 45, dans laquelle la hauteur au sol, la hauteur d'objets voisins et du cadre de préhension et ses positions de charge par rapport à ces objets sont enregistrées. La carte modèle 45 est utilisée pour appliquer les limitations aux unités de commande de la grue, moyennant l'utilisation d'une technique connue, afin de limiter la vitesse du cadre de préhension dans la direction d'un obstacle proche ou pour limiter la vitesse d'abaissement du cadre de préhension de sorte qu'une collision entre le cadre de préhension ou sa charge et des objets situés alentour ou bien le site de déchargement est empêchée. Conformément à une forme de réalisation préférée de la présente invention, ce système interfère avec l'activité de 'opérateur manoeuvrant la grue uniquement lorsqu'une telle activité peut conduire à une telle collision. Conformément à une forme de réalisation préférée, plusieurs rétroréflecteurs sont positionnés en des points connus de façon précise, comme par exemple sur les parties inférieures de la grue, et peuvent être aisément identifiés par les moyens de mesure de distance, lesdits points étant utilisés pour un autocalibrage du système pendant le fonctionnement normal. Le processeur 40 commande un dispositif d'affichage vidéo 47 qui fournit un affichage à l'opérateur manoeuvrant la grue et affiche l'état du système et les images vidéo provenant des caméras vidéo 13 et 23. Conformément à une forme de réalisation préférée, la mémoire 40 est une mémoire non volatile et par consequent peut être utilisée comme "boîte noire" pour une inspection ultérieure dans le cas d'accidents. La figure 5 montre une représentation graphique particulière 50, affichée sur le dispositif d'affichage 47, de la carte modèle 45 affichée à l'opérateur manoeuvrant la grue pour une meilleure orientation et une meilleure vision de la zone de travail. Dans ce cas particulier, la zone de travail de la figure 2 est affichée. Dans cette conception particulière de la représentation 50, 51, on a une indication de la présence du conteneur 11, qui doit être situé à droite du site de déchargement 8. REVENDICATIONS 1. Grue équipée de moyens de mesure et de commande, comprenant une structure supportant un ou des rails surélevés (3,4), un chariot (2) mobile le long desdits rails et équipé d'un cadre de préhension (1) ou d'un grappin suspendu audit chariot, caractérisée en ce que la grue est équipée de moyens de mesure de distance (12, 13), dirigés vers le bas et fixés audit chariot à proximité du bord tourné dans sa direction de déplacement, des moyens de mesure de position pour mesurer la position du chariot (2) par rapport aux rails, un processeur d'ordinateur (40) équipé de moyens de mémoire (41) pour mémoriser, évaluer et mettre en corrélation les distances mesurées vers le bas par rapport à des objets et par rapport au cadre de préhension (1) et sa charge (7), et la position mesurée par rapport aux rails (3,4) et pour produire un modèle géométrique de la zone de travail et des objets situés dans cette zone, et des moyens aptes à coopérer avec les unités de commande de la grue pour empêcher automatiquement une collision du cadre de préhension, de la charge et d'autres objets. 2. Grue selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des rails (3,4) disposés au sol et est déplaçable sur ces rails, et qu'il est prévu des moyens de mesure de position servant à mesurer la position de la grue par rapport aux rails (3,4), et des moyens pour produire le modèle géométrique de la zone de travail, ledit modèle incluant la position de la grue sur ses rails. 3. Grue selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le ou les rails (3,4) du chariot (2) ou les rails (5,6) de la grue sont disposés sous un angle prédéterminé par rapport à la direction horizontale. 4. Grue selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisée en ce qu'il est prévu des moyens pour transmettre au processeur une information (44) concernant les tailles d'objets standards et de charges, qui sont présentes dans la zone de travail, et des moyens pour produire le modèle géométrique (45) de la zone de travail. 5. Grue selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisée en ce que les moyens de mesure de distance (12, 13) comprennent un ou des dispositifs optiques de désignation (12) éclairant vers le bas et une caméra vidéo ou un dispositif à couplage de charges CCD observant les emplacements désignés, et des moyens pour évaluer l'information de pixels sous la forme d'une distance verticale au moyen du procédé de la parallaxe. 6. Grue selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte des rétroréflecteurs montés dans des positions prédéterminées et formant des moyens pour réaliser l'étalonnage automatique des moyens de mesure de distance. 7. Grue selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisee en ce que ledit processeur (40) est équipé d'une mémoire non volatile de sorte qu'une nouvelle information n'efface pas le contenu de la mémoire, formé par une information plus ancienne, et que ladite mémoire non volatile est utilisée en tant que "boîte noire" pour l'analyse des opérations exécutées par la grue. 8. Grue selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens pour présenter à l'opérateur manoeuvrant la grue, le modèle géométrique mis à jour. 9. Grue selon l'une quelconque des revendica- tions 5, caractérisée en ce que des moyens (47) sont prévus pour que les images fournies par la caméra vidéo soient présentées d'une manière affichée à l'opérateur manoeuvrant la grue. 10. Gue selon _ e elconqcue des revendica- tions 1 à 9, caractérisée en ce cue des moyens supplémen- taires de mesure de distance (22,23) sont installés sur ledit chariot (2), aue lesdits moyens additionnels de mesure de distance sont disposés sur le côté opposé par rapport au côté o se trouve le chariot (2), pour mesurer les distances lorsque le cadre de préhension (1) est déplacé dans la direction opposée à ladite direction indiquée dans les revendications 1 ou 2. 11. Grue selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle est équipée de processeurs additionnels en plus dudit processeur.