阅读说明：本技术 起重机负载之减荡系统 (Swing reducing system for crane load ) 是由 康仕仲 张家铭 杨耀畬 陈鹏元 于 2018-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种起重机负载之减荡系统,包括起重机、智能相机、负载、指标及引导界面。起重机包括机座、固定架、前臂、吊臂及悬挂线,固定架装设于机座上,机座通过前臂与吊臂连接,吊臂与悬挂线连接。智能相机由摄影机及计算机构成,设置于吊臂的前端。由挂钩将负载与悬挂线连接,指标放置在挂钩顶部,悬挂线穿过其中心,由智能相机获取负载的图像及位置。引导界面设置于固定架上,包括发光二极管及回转控制杆；利用两发光二极管指示操作者在输入控制指令。借此,本发明的起重机负载之减荡系统可帮助新手操作员减少负载的振荡运动。(The invention provides an oscillation reducing system for crane load, which comprises a crane, an intelligent camera, a load, an index and a guide interface. The crane comprises a base, a fixing frame, a front arm, a suspension arm and a suspension line, wherein the fixing frame is arranged on the base, the base is connected with the suspension arm through the front arm, and the suspension arm is connected with the suspension line. The intelligent camera is composed of a video camera and a computer and is arranged at the front end of the suspension arm. The load is connected with a suspension line through a hook, the index is placed at the top of the hook, the suspension line penetrates through the center of the hook, and the image and the position of the load are acquired by an intelligent camera. The guide interface is arranged on the fixed frame and comprises a light-emitting diode and a rotary control rod; two light-emitting diodes are used for indicating an operator to input a control command. Therefore, the oscillation reducing system for the crane load can help a novice operator to reduce the oscillation movement of the load.)

起重机负载之减荡系统

技术领域

本发明涉及一种起重机负载之减荡系统，特别涉及一种帮助新手操作员减少负载振荡的起重机负载之减荡系统。

背景技术

自从起重机被引入建筑行业中使用后，起重机就在建筑行业中扮演了重要的角色。通常，起重机在工地中用于将建筑材料从一点搬运到另一点，极为依赖使用起重机来进行搬运工作，因而搬运的工作效率成为影响建筑项目进度的关键因素。因此，最小化起重机的工作时间，可以提高建筑项目的效率。

其次，起重机工作周期可分为三部分，包括提升负载、运输负载及降低负载。通过加速运输阶段(主要是悬臂的水平旋转)，可以减少操作循环的持续时间。然而，鲁莽地加速起重机吊臂的旋转可能导致悬挂负载的严重振荡运动。这是建筑工地中不希望出现的现象，因为它可能对附近的环境构成危险。此外，如果振荡运动超过公差水平，则操作员必须等到它停止，然后才能执行任何进一步的操作。因此，起重机控制的主要问题是尽可能快地移动负载，同时防止其振荡运动。

在实务中，起重机操作员可以通过特殊的控制技术减少负载的振荡。在运输阶段，有经验的操作员通过连续改变吊臂的转速来防止负载大幅振荡。在运输阶段结束时未成功防止振荡的情况下，操作员可通过额外的回转运动来补偿振荡。在运输阶段之后执行的补偿方法之一是沿着负载振荡的方向旋转吊臂，若操作得宜则可以显著消除振荡。实际的操作方式大致为将吊臂反复转动并停止。在受控制的回转运动中，吊臂的加速和减速会对负载施加力。如果在适当的时间和方向上施加力，则可对负载作负功，这减少了振荡运动的能量。但是，若未适当地控制吊臂，则会减少所造成的负功，从而导致减荡效果不佳。

再者，新手操作员在运输阶段后进行减荡操作的主要障碍可能是缺乏对控制吊臂的时机的掌握。没有经验的操作员可能难以在最佳时间加速和减速吊臂。这降低了其减荡的效果。因此，相较于经验丰富的操作员，新手操作员可能需花费更多时间来完成相同的吊送任务。而随着经验丰富的操作员的老化，对自动化解决方案的需求也在不断增加。

综上所述，目前亟需一种系统来指导新手操作员在旋转起重机的切面上进行振荡补偿。有鉴于此，本发明人投入众多研发能量与精神，不断于本领域突破及创新，盼能以新颖的技术手段解决常用的不足，除带给社会更为良善的产品，亦促进产业发展。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种起重机负载之减荡系统主要提供目的在于帮助新手操作员在操作起重机减少负载振荡。为了简化本发明起重机负载之减荡系统的控制，将吊臂的重复旋转和停止减少到一次启动和停止；即，操作员只需输入一个启动和停止旋转的简单指令。通过引导操作员在适当的时间和方向上旋转和停止吊臂，使负载所受的负功最大化。借由本发明的起重机负载之减荡系统可以缩短新手操作员和有经验的操作员的减荡能力之间的差距。再者，由于人类操作员和计算机输入的指令可能会相互干扰，而导致有限的振荡减少，因此，本发明起重机负载之减荡系统企图通过引导操作员而不是直接控制起重机来减少振荡问题。

为达成上述目的，本发明提供一种起重机负载之减荡系统，包括一起重机、一智能相机、一负载、一指标及一引导界面。首先，该起重机包括一机座、一固定架、一前臂、一吊臂及一悬挂线，该固定架装设于该机座上，该机座通过该前臂与该吊臂相连接，且该吊臂与该悬挂线相连接。其次，该智能相机由一摄影机及一计算机所构成，且设置于该吊臂的一前端，该计算机预先储存包含一模板。再者，该负载借由一挂钩与该悬挂线相连接，且借由该智能相机以获取该负载的一图像，并感测该负载的一位置，借由该负载的该位置，可计算该负载在一切向平面上的一角度、一角速度和一振荡方向，并发出一引导信号。此外，该指标放置在该挂钩的顶部，且该悬挂线穿过该指标的中心，从该图像中撷取该指标。另外，该引导界面设置于该固定架上，包括两发光二极管及一回转控制杆，借由该回转控制杆来控制该吊臂的一回转运动，该引导界面利用该两发光二极管指示一操作者在一适当的时刻输入一控制指令；其中，当该负载首次通过一切向振荡运动的一平衡点时，引导一操作者执行该控制指令，借由该回转控制杆控制该吊臂在相应方向上转动；当该负载第二次经过相同的该平衡点时，引导该操作者执行该控制指令以停止该吊臂。其中，该计算机包括一程序，该程序可在National Instrument Vision Builder for Automated Inspection(VBAI)中编译，提供了一个包含众多机器视觉工具的工具套件。

于本发明起重机负载之减荡系统中，还包括一三轴稳定器，设置于该吊臂的该前端，并与该智能相机相连接。

于本发明起重机负载之减荡系统中，该吊臂的该回转运动分为一恒定加速阶段、一恒定速度阶段及一恒定减速阶段，该恒定加速阶段及该恒定减速阶段用于干扰该负载的一振荡运动。

于本发明起重机负载之减荡系统中，该控制指令包括一开指令及一关指令，当输入该开指令时，该吊臂以该恒定加速阶段开始加速，当达到由拉动或推动该回转控制杆的程度确定的一目标速度时，结束该恒定加速阶段并进入该恒定加速阶段，在该恒定加速阶段及该恒定加速阶段中，输入的该控制指令保持在该开指令。

于本发明起重机负载之减荡系统中，该智能相机包括一图像传感器，且该智能相机借由一脉冲信号来控制该两发光二极管，以打开或关闭该两发光二极管。

于本发明起重机负载之减荡系统中，可根据RBG的颜色，具有一阈值应用该图像上，该阈值仅允许一B值的范围从160到255，一R值及一G值的范围从0到130之一像素通过。

于本发明起重机负载之减荡系统中，该负载具有一振荡角θ，该负载和一中间线L之间的实际垂直距离是d_pm，该负载与一图像传感器的该中间线L之间的垂直距离为d_is，悬挂该负载的该悬挂线长度为l，该振荡角θ可以如下计算：

于本发明起重机负载之减荡系统中，该悬挂线长度为l，则需要获得一实际距离d_pm来计算θ，当θ很小时，cosθ≈1，假设该智能相机及该负载之间的垂直距离lcosθ≈l，一场景宽度W_s与一图像传感器宽度W_is之间的比率是l与镜头焦距f之间的比例且该实际距离d_pm以

计算，则该负载的振荡角度

于本发明起重机负载之减荡系统中，该振荡运动的该角速度ω由下式计算，θ₁是目前该画面中该负载的该振荡角度，而θ₀为最后处理的该画面中的该振荡角度，δt是这两个该画面之间的时差

再者，本发明的起重机负载之减荡系统，确定是否是执行振荡减小的适当时机。如果结果显示为否定，则本发明将继续处理后续该画面。如果结果表明是肯定的，则输出该引导信号以指示操作员。由于通过该图像的该画面测量该负载的状态，因此，本发明起重机负载之减荡系统重复地工作。

本发明旨在提出了一种基于视觉的导向式振荡减少方法，该方法不需要复杂的控制。我们的目标是指导新手操作员减少位于该起重机切面上的该负载的振荡运动。指示操作员仅在适当的时间及方向上旋转和停止该起重机之该吊臂。本发明使用在该起重机之该吊臂的该尖端上的该智能相机观察该负载的运动。应用引导界面以指示该操作者在适当的时间和方向上对起重机臂的回转系统执行简单的该控制指令。通过该起重机的该吊臂的回转运动，可以减少该负载的振荡。通过在适当的时间引导操作者，预期在操作期间减少的能量的量最大化。换句话说，本发明的目标是引导新手操作员执行补偿运动以抑制振荡，因为如果在提升任务的运输阶段结束时发生严重振荡，经验丰富的操作员将会执行补偿运动以抑制振荡。

本发明利用引导的该控制指令来控制该起重机，以基于用该智能相机观察该负载来减小该负载的切向振荡。一般传统的起重机操作循环，该操作员通过观察该负载来调整输入到该起重机的该控制指令。接下来，该操作员操纵该回转控制杆来控制该吊臂的运动。当该吊臂移动时，该负载受到该吊臂运动的影响。然后，该操作员根据连续观察调整后续该控制指令。本发明的该智能相机拍摄该负载的该图像，然后，分析该负载的状态并根据状态引导操作员。本发明并非自行控制该起重机，而是允许操作员决定是否执行建议的操作。因此，本发明保留了该操作员对自动系统中可能未考虑的意外情况的响应能力。

附图说明

图1为本发明起重机负载之减荡系统的示意图。

图2A为本发明起重机负载之减荡系统的负载及施加加速度的示意图。

图2B为本发明起重机负载之减荡系统的负载以及施加的加速度的示意图。

图3A及3B为本发明起重机负载之减荡系统的在负载上施加加速度和重力加速度的示意图。

图4为本发明起重机负载之减荡系统的减荡示意图。

图5A为本发明起重机负载之减荡系统的智能相机安装的侧视图。

图5B为本发明起重机负载之减荡系统的智能相机安装的俯视图。

图6为本发明起重机负载之减荡系统的智能相机获取的图像。

图7为本发明起重机负载之减荡系统的指标示意图。

图8A为本发明的负载的原始图像。

图8B为本发明的负载于阈值后的图像。

图9为本发明的负载的二进制图像。

图10A为本发明的智能相机和负载的示意图。

图10B为本发明的智能相机拍摄的图像的示意图。

图11为场景宽度与该图像传感器的宽度的示意图。

图12为本发明起重机负载之减荡系统用于模拟起重机的负荷。

图13为本发明起重机负载之减荡系统的负载用于数值模拟。

图14为本发明起重机负载之减荡系统中负载于不受控制的振荡的结果。

图15为在无振荡减少的情况下有经验操作员执行振荡减少的振荡控制。

图16为本发明起重机负载之减荡系统在新手操作员控制振荡的结果。

图17为未受控制的振荡、在无本发明的系统下执行振荡减少的有经验操作员的受控振荡及使用本发明的系统执行振荡减少的新手操作员的受控振荡的比较图。

图18为未受控制的振荡、无本发明系统的有经验操作员及本发明系统的新手操作员的比较线图。

附图标记说明

1 起重机负载之减荡系统 10 起重机

101 机座 102 固定架

103 前臂 104 吊臂

1041 前端 105 悬挂线

20 智能相机 201 三轴稳定器

30 负载 301 挂钩

40 指标 50 引导界面

具体实施方式

以下借由具体实施例说明本发明的实施方式，熟习本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。此外，本发明亦可借由其他不同具体实施例加以施行或应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

请参照图1所示，图1为本发明起重机负载之减荡系统的示意图。

如图1所示，本发明提供一种起重机负载之减荡系统1，包含：一起重机10、一智能相机20、一负载30、一指标40及一引导界面50。首先，该起重机10包括一机座101、一固定架102、一前臂103、一吊臂104及一悬挂线105，该固定架102装设于该机座101上，该机座101通过该前臂103与该吊臂104相连接，且该吊臂104与该悬挂线105相连接。其次，该智能相机20由一摄影机及一计算机所构成，且设置于该吊臂104的一前端1041，该计算机预先储存包含一模板，以感测该负载30的一位置。再者，借由一挂钩301与该悬挂线105相连接，且借由该智能相机20以获取该负载30的一图像，借由该位置，计算该负载30在一切向平面上的一角度、一角速度和一振荡方向，并发出一引导信号。此外，该指标40放置在该挂钩301的顶部，且该悬挂线105穿过该指标40的中心，从该图像中撷取该指标40。此外，该引导界面50设置于该固定架102上，包括两发光二极管及一回转控制杆，借由该回转控制杆来控制该吊臂104的一回转运动，该引导界面50利用该两发光二极管指示一操作者在一适当的时刻输入一控制指令；其中，当该负载30首次通过一切向振荡运动的一平衡点时，引导一操作者执行该控制指令，借由该回转控制杆控制该吊臂104在相应方向上转动；当该负载30第二次经过相同的该平衡点时，引导该操作者执行该控制指令以停止该吊臂104。

请参照图2A及2B所示，图2A为负载及施加加速度的示意图；图2B为振荡负载以及应用的加速度的示意图。

如图2A及2B所示，本发明旨在最大化在执行该控制指令时，在加速和减速阶段期间减少的能量。如图2A所示，如果对该负载30的上部施加加速度，则该负载将以相同的值在相反的方向上加速。可以从负载的上部观察到。根据动能定理，加速度对该负载30的作用等于该负载30中总能量的变化。如图2B所示，该负载30在相反的方向上施加加速度，该负载30在从点P1到P2的行程中摆动。在这种情况下，加速度正在对该负载30做负功。换句话说，加速度正在减小振荡运动的能量。因此，本发明旨在最大化在加速和减速阶段对该负载所做的负功。

其次，如图2B所示，质量m的该负载30和长度l的该悬挂线从点P1到P2振荡。在整个行程中，在该负载30上施加相反方向的加速度a。该负载30从θ₁移动到θ₂，表示的角度是逆时针方向，且从垂直线开始。因此，在这种情况下，θ₁为正且θ₂为负。这表明加速度a的切向分量可以表示为acosθ，无论θ是正还是负。此外，当θ很小时，cosθ≈1。这表明acosθ＝a。因此，通过加速度对该负载30做的负功可以如下计算：

由于质量m，加速度a和长度l保持不变，公式指出角度(θ₁-θ₂)越大，该负载30在相反方向上施加加速度的过程中沿原始方向移动，对该负载30进行越多的负功。因此，通过在加速和减速阶段期间最大化该负载30行进的角度，可以最大化减少的能量。

请参照图3A及3B所示，图3A及3B为在负载上施加加速度和重力加速度的示意图。

如图3A及3B所示，当加速度a开始施加在该负载30上时，具有初始角速度ω₀。图3A显示出了施加的加速度a及其切向分量acosθ，而图3B显示出了施加的重力加速度g及其切向分量gsinθ。如果将加速度a施加到该负载30上t_a秒，在加速度θ_a＝(θ₁-θ₂)期间由该负载30行进的角度可以式2表示。

如果θ很小，则cosθ≈1并且sinθ≈θ≈0。因此，式2可以简化为式3及式4。

根据式4，由于t_a、a和l保持不变，初始角速度ω₀仅决定了行进角θ_a的值。因此，较大的ω₀有助于较大的θ_a。根据能量守恒定律，该负载的最大角速度发生在平衡点，而该负载处于最低高度。因为该负载的势能完全转化为动能。因此，如果在平衡点处开始在相反方向上对该负载施加加速度，则可以使该负载在原始方向上行进的角度最大化。在这种情况下，式4中的初始角速度ω₀是该负载在平衡点的速度。ω₀的体积可以使用能量守恒定律来计算。假设该负载在最高点的势能在平衡点完全转化为动能，势能U与动能之间的关系可写为式5。

θ_h是负载在最高点的角度。然后，式5可以简化为式6。

式6可转化成式7。

当该负载首次通过平衡点时，本发明的该起重机负载之减荡系统加速该吊臂。然后，当该负载向后振荡并第二次通过平衡点时，而使该吊臂减速。该吊臂旋转的方向必须与该负载首先通过平衡点的方向相同。

请参照图4A至图4D所示，图4A至图4D为本发明起重机负载之减荡系统的该负载的示意图。

如图4A所示，该负载最初从右向左振荡。如图4B所示，当该负载30首次通过平衡点时，该吊臂尖端开始在振荡方向上加速。同时，该负载30在原始振荡方向上具有初始角速度ω₀，并且在相反方向上具有加速度a。如图4C所示，在加速持续时间t_a之后，该吊臂地尖端达到目标速度V_target，此时，该吊臂的加速结束。因此，可以观察施加在该负载上的加速度结束，且可以观察到剩余角速度ω'。然后，当该负载在相反方向上回到平衡点时，该吊臂开始从V_target减速。因此，加速度a被施加到原始方向上的该负载。在t_a之后，该吊臂停止且减荡结束。根据式1、式4及式7，通过控制表达能量W减少如下：

在式8中，m、a、l和t为起重机负载之减荡系统的变量。为了实现对系统的控制，当该负载30首次通过平衡点时，该起重机负载之减荡系统引导操作者在相应的方向上输入一开指令。然后，当负载再次通过平衡点时，该起重机负载之减荡系统引导操作员输入一关指令。

请参照图5A、图5B及图6所示，图5A为本发明起重机负载之减荡系统的智能相机安装的侧视图；图5B为本发明起重机负载之减荡系统的智能相机安装的俯视图；以及图6为本发明起重机之减荡系统的智能相机获取的图像。

如图5A及图5B所示，为了获取该负载的一图像201，将该智能相机20安装在该起重机的该吊臂104的该前端1041上。如图5A及图5B所示，该智能相机20垂直安装，以便水平获取该图像201。该智能相机20与该吊臂104对齐，使得该图像201的水平轴平行于该起重机的该吊臂104旋转的切线。如图6所示，当该负载30处于切向振荡运动的平衡点时，该负载30将停留在所获取的一图像的中间线L上。

如图5A及5B所示，为了得知该负载30的一振荡角度、一角速度及一振荡方向，需先获得该负载30的位置。因此，借由本发明的起重机负载之减荡系统来追踪该负载30。首先，该智能相机20先拍摄该图像201，接着，处理该图像201以删除不需要的信息，再根据预先储存的模板在整个该图像201中搜索该负载30。由于该图像201是预先过滤的，因此，该负载30的边缘非常明显。因此，使用预先储存的模板的一边缘匹配算法在整个该图像201中找到该负载30。然后，更新该负载30的位置。如果未完成减荡，该智能相机20将获取另一该图像201并对其进行过滤。然后，通过一均值偏移追踪方法追踪该负载30，根据最后位置的附近区域中的预先存储的模板搜索该负载30。如果找到该负载30，则将更新一新位置。重复执行上述步骤以追踪该负载30。在通过该均值偏移追踪方法找不到该负载30的情况下，将中断追踪过程并且使用相同的该边缘匹配算法在整个该图像201中搜索该负载30。检索到该负载30位置后，将更新后续追踪循环。为了增强追踪成功的可能性，该图像201过滤过程是必要的。如图1、图5A及5B所示，该指标401附加到作为要追踪的目标的该负载30上。该图像201过滤过程的目的是从该图像201中撷取该指标40。

请参照图7所示，图7为本发明起重机负载之减荡系统的指标示意图。如图7所示，该指标40是一个明亮的蓝色圆形板，放置在该挂钩301的顶部，该悬挂线105穿过其中心。在一图像滤波步骤中，将基于RBG的颜色的一阈值应用于该图像201。该阈值仅允许具有高B值、低R值和G值的像素通过。在本发明的一实施例中，B值的范围从160到255，R值和G值的范围从0到130。一像素必须同时满足上述限制才能通过该阈值；其中，该指标40是该图像201中唯一具有高B值的目标，亦包含一定程度的R值和G值。另一方面，限制高R值和G值可以消除该图像201中过度曝光或接近白色的部分。

请参照图8A、8B及图9所示，图8A为本发明的负载的原始图像；图8B为本发明的负载于阈值后的图像；以及图9为本发明的负载的二进制图像。

如图8A、8B及图9所示，该阈值之前该图像及该阈值之后的图像。将得到的该图像变成二进制图像，如图9所示，通过该阈值的该像素变为白色，而未通过的该像素变为黑色。该图像处理用于确保成功的该负载追踪。

请参照图10A及10B所示，图10A为本发明的智能相机和负载的示意图；以及图10B为本发明的智能相机拍摄的图像的示意图。

如图10A及10B所示，在获得该负载30的位置之后，可以计算振荡角度。该负载30具有一振荡角θ。该负载30和该中间线L之间的实际垂直距离是d_pm。该负载30与一图像传感器的该中间线L之间的垂直距离为d_is。悬挂该负载30的该悬挂线105长度为l。该振荡角θ可以如下计算。

请参照图11所示，图11为场景宽度与该图像传感器的宽度的示意图。

如图10A、10B及图11所示，假设已知该悬挂线105长度为l，则需要获得一实际距离d_pm来计算θ。当θ很小时，cosθ≈1。如图10A所示，可以假设该智能相机和该负载30之间的垂直距离lcosθ≈l。在图11中，一场景宽度W_s与该图像传感器宽度W_is之间的比率是l与镜头焦距f之间的比例，如下式10。

根据上述关系，该实际距离d_pm可以如下计算：

从式9及式11，该负载的振荡角度θ计算如下：

在一实施例中，该图像x轴方向如图10B所示。借由X_middle-X_payload来计算该距离d_is。因此，如果该负载位于该图像的右侧，则d_is>0，如果该负载位于图像的左侧，则d_is<0。在获得该负载的振荡角度之后，可以计算角速度及振荡方向。振荡运动的角速度ω是计算如下。

在式13中，θ₁是目前该画面中该负载的振荡角度，而θ₀是最后处理的该画面中的振荡角度。δt是这两个该画面之间的时差。实际上，在处理该画面之后，继续处理刚刚撷取的该画面。为了确保获得即时该负载状态。另一方面，振荡运动的方向由角速度ω的正负号确定。由于处理图像的x轴从左向右指向，如果该负载向右振荡，则ω>0，如果该负载向左振荡，则ω<0。当该负载首次通过切向振荡运动的平衡点时，引导操作者控制吊臂在相应方向上转动。然后，当该负载第二次经过相同的点时，引导该操作者停止该吊臂。

在该负载通过平衡点之前，指示相应方向上该开指令为输出t_react秒。在该操作员执行该控制命令后，吊臂开始加速t_a秒并达到恒速阶段。该负载在该恒定速度阶段保持振荡。然后，该负载通过另一侧的最高点并开始振荡。类似地，该负载再次通过平衡点之前，该关指令为输出t_react秒。该操作员执行该控制指令后，该吊臂开始减速t_a秒，最后停止。

本发明的起重机负载之减荡系统的该智能相机上安装了一个6毫米的C型镜头，用于拍摄图像。该计算机用于执行整个减荡系统的控制程序，包括该负载的感测和该引导界面的控制。在本发明的一实施例中，该智能相机平均每秒处理16画面。为了确保该智能相机垂直安装在起重机吊杆的该前端，采用了一三轴稳定器。在本发明一实施例中，一个重88公斤的宽扁形该负载用于该起重机负载之减荡系统。用于辅助基于视觉的追踪的该标记位于该负载上方。该引导界面由分别指示左和右的两发光二极管所组成。该智能相机通过脉冲信号来控制的该两发光二极管，可以打开和关闭该两发光二极管。在该引导界面中，当指示左侧的该发光二极管打开时，该操作者被引导输入左侧回转的开启信号。该操作员将推动该回转控制杆。另一方面，当指示右侧的该发光二极管打开时，操作者被引导以拉动该回转控制杆。当发光二极管熄灭时，引导该操作员将该回转控制杆返回到中间位置，并输入关闭指令。

再者，在本发明一实施例中，该吊臂回转运动的角加速度约为0.245rad/sec²。当该回转控制杆完全被推或拉时，该吊臂的目标角速度约为0.095rad/sec²。该吊臂的该前端的线性加速度为1.348m/sec²。当控制杆完全被推或拉时，该吊臂的该前端的目标线速度为0.525m/sec。加速和减速的持续时间为ta＝0.389sec。

请参考图12，图12为本发明起重机负载之减荡系统用于模拟起重机的负荷。

该负载的运动方程式如下所示。

在MATLAB R2018a中计算数值模型，以模拟当实施本发明起重机负载之减荡系统时该负载的行为。

请参考图13，图13为本发明起重机负载之减荡系统的负载用于数值模拟。

数值模拟的结果如图13所示，在模拟中，该负载从具有θ＝10°的一侧释放。然后加速度a＝1.348m/sec，当该负载经过平衡点第三次时，在其振荡的相反方向上施加该负载t＝0.389sec。在下一次该负载通过平衡时，以相同的持续时间对其施加具有相同值的反向加速度。如图13所示，该负载的最大振荡角度在振荡减小后从10°下降到1.61°，下降了83.9％。

本发明另一实施例，进行现场测试，通过检查其减荡能力，评估基于视觉的起重机负载之减荡系统在液压旋转起重机上的实施性能。进行现场测试，通过检查其减荡能力，评估基于视觉的起重机负载之减荡系统在液压旋转起重机上的实施性能。在这些测试中，产生了位于旋转起重机切面上的人工摆动用于测试。该负载被手动拉到该吊臂末端的左侧θ＝10°并自由释放。该智能相机记录该负载的振荡角度。

请参照图14所示，图14为本发明起重机负载之减荡系统中负载于不受控制的振荡的结果。

如图14所示，在不受控制的振荡测试期间，该负载被自由释放并且不再施加进一步的干扰。可看出振荡角度随时间逐渐下降。本发明起重机负载之减荡系统的阻尼比约为0.0068。

请参照图15所示，图15为在无振荡减少的情况下有经验操作员执行振荡减少的振荡控制。

如图15所示，在没有本发明起重机负载之减荡系统的有经验操作员的测试期间，有经验操作员在该负载被释放后立即开始控制。然后，操作员在27.3秒后停止控制该吊臂。控制的持续时间为27.3秒。

请参照图16所示，图16为本发明起重机负载之减荡系统在新手操作员控制振荡的结果。

如图16所示，在对本发明起重机负载之减荡系统进行测试的操作员期间，操作员开始在1.14秒输入该开指令。然后，操作员在3.03秒输入该关指令。控制的持续时间是1.89秒。在完成振荡减小控制之后，可以从图16前面所示的相对密集的波浪中观察到该负载振动的第二模式。

请参照图17所示，图17为未受控制的振荡、在无本发明的系统下执行振荡减少的有经验操作员的受控振荡及使用本发明的系统执行振荡减少的新手操作员的受控振荡的比较图。

如图17所示，在这些图表中，最大值转换为100％。因此，波在1到-1的范围内稳定。此外，峰值波封也显示在图表中。通过MATLAB中的内置波封函数计算波封。利用这些波封来表示这些测试的振荡角度的下降。如图17所示，在完成振荡减少后，由该新手操作员控制的振荡角度明显更小。然后，由该新手操作员控制的本发明系统的振荡角度甚至小于由该有经验操作员控制的振荡角度。

在表1中，为了进一步比较图17的三个测试的结果，我们比较了在第5、10、15、20、25、30、35、40及45时刻上波封和下波封之间的距离发生了不受控制的振荡的第50个循环。由于波被转换为-1到1的范围，可以假设在该负载系统的全状态下，上波封线和下波封线之间的距离为2。

表1

请参照图18，图18为未受控制振荡、无本发明系统的有经验操作员及本发明系统的新手操作员的比较线图。

如图18所示，A表示受控制振荡，B表示无本发明系统的有经验操作员，C表示本发明系统的新手操作员。在本发明起重机负载之减荡系统的帮助下，新手操作员比无本发明系统的有经验的操作员减少了更多的振荡。事实上，在23.9秒之后，未经训练的新手操作员的剩余振荡仅占有经验操作员剩余振荡的54.7％。然后，在t＝48.0秒时，速率降低到38.5％。在t＝144.5秒之后，该比率甚至更低至接近20％，并且在记录的其余部分中保持相似。

表2

如表2所示，控制停止在t＝3.03秒时本发明起重机负载之减荡系统的剩余振荡角度为全状态的43.5％。同时，传统方法的剩余角度为85.5％。换句话说，本发明起重机负载之减荡系统减少了56.5％的角度，而传统仅在本发明起重机负载之减荡系统完成控制的同一时刻减少了14.5％。当本发明起重机负载之减荡系统完成时，本发明起重机负载之减荡系统减小的角度是传统方法的3.9倍。在有经验操作员停止控制的时刻，即t＝27.30秒，传统方法的剩余角度为25％。同时，发明起重机负载之减荡系统的剩余角度为13％。换句话说，传统的振荡角度减少了75％。然而，在同一时刻，本发明起重机负载之减荡系统的剩余角度仅为前者的52％。

总而言之，在这种情况下，由新手操作者使用本发明起重机负载之减荡系统执行的摇摆减少优于由经验丰富的操作员在没有该方法的情况下在两个方面执行的摇摆减少。首先，本发明起重机负载之减荡系统的控制持续时间比传统方法短。实际上，本发明仅需要1.89秒，而传统方法需要27.3秒。其次，由新手操作员执行本发明的振荡减少能力优于由有经验的操作员执行的传统方法。

惟以上所述仅为本发明的优选实施例，非意欲局限本发明的专利保护范围，故举凡运用本发明说明书及附图内容所为的等效变化，均同理皆包含于本发明的权利保护范围内，合予陈明。