固定式起重機(Cranes)為我國法定之危險性機械(Dangerous Machine)，天車是固定式起重機之一種，指的是在室內進行垂吊上昇、放下、運輸重物的操作機具，其運輸動作和動線是由升降捲動馬達、驅動馬達及軌道所組成，其操作動線和吊重都有所限制，如果操作不慎所衍生之工安事件，輕則造成作業人員受傷，重則導致財物損失及作業人員之重大傷亡。因此在操作時必須非常謹慎小心，對於荷重大小、路徑及作業四周環境等，均要確實瞭解掌握，才能確保作業安全與避免災害發生。
本研究是針對天車系統（Overhead Crane System）設計預防碰撞的安全警報裝置，利用視覺監控判別吊掛物體與人員（操作者、現場工作者）之距離關係，所採用影像處理技術包含移動物體辨識、邊緣檢測、影像特徵比對等，同時進一步利用雷射距離感測器，預防吊掛物體可能撞擊人員時，即時發送警報以提醒操作者、及現場工作者，必要時也能強制切斷動力源，達到安全預防效果。

The stationary crane is defined as a dangerous machine in the law of Labor Safety and Health in R.O.C. The overhead crane is a kind of stationary cranes. It is an operating machinery to hang up/or down and transport the heavy goods in the industry. The overhead crane is composed of winding motor, driving motor, track and a control panel. It will be easy to get hurt if the operator makes a mistake in the regular operation. Therefore, the operator must be very careful to handle all the lifting processes in order to ensure safety and avoid any disasters.
The objective of this research is to design a safety monitoring system for an overhead crane in order to prevent any collision between the moving hanged goods and persons. The distances between persons and goods are detected by a machine vision system. The image techniques are object feature recognition, object edge detection and image feature maching. Two distance scanning sensors are installed in the monitory system to confirm all the detecting moving object in order to avoid any disasters. If there will be any emergency dangerous, the monitory system will send an alarm to remind the operator or workers simultaneously. Finally, the power of the crane system will be cut off in order to prevent any collision.

目錄
中文摘要................................................................................................... I
英文摘要...................................................................................................II
目錄	IV
圖目錄	VII
表目錄	X
第一章 緒論	1
1-1、前言與相關文獻	1
1-2、研究動機與目的	7
1-3、研究項目	7
第二章 系統架構製作	9
2-1、硬體部分	9
2-1-1、影像監控製作	9
2-1-2、感測器防撞製作	9
2-1-3、警報雛型製作	10
2-1-4、警報判斷機制	11
2-2、軟體部分	11
2-2-1、程式模組整合撰寫	11
2-2-2、動態影像擷取模組及影像辨識模組	12
2-2-3、感測器模組撰寫	13
2-2-4、警報裝置及防撞系統架構	16
2-2-5、人機介面製作	17
第三章 研究步驟	19
3-1、影像監控組件設計	19
3-2、感測器防撞組件設計	20
3-3、警報模組組件設計	22
3-4、影像監控程式及畫面	25
3-5、感測器防撞程式、伺服轉動模組程式、警報模組程式	27
3-6、動態影像擷取模組及影像辨識模組製作	28
第四章 實驗結果與驗證	30
4-1、實驗假設	30
4-2、攝影機模組架設	30
4-3、感測器組件架設	32
4-4、實驗測試	34
第五章 結論與討論	43
5.1、結論	43
5.2、討論	44
參考文獻	47
附錄 起重升降機具安全規則	50

圖目錄
圖1.1 天車示意圖 ..................................................................................... 2
圖1.2 VFDS 系統畫面 .............................................................................. 3
圖1.3 塔吊式起重機示意圖 ..................................................................... 6
圖2.1 HOKUYO 公司所推出的微型雷射測距儀外觀 ........................ 10
圖2.2 天車感測器裝置示意圖 ............................................................... 11
圖2.3 晃動影像 ....................................................................................... 13
圖2.4 清晰影像 ....................................................................................... 13
圖2.5 雷射測距儀的程式系統架構 ....................................................... 15
圖2.6 雷射掃描介面 ............................................................................... 15
圖2.7 人機介面設定 ............................................................................... 16
圖2.8 固定式起重機安全監控預警流程圖 ........................................... 17
圖2.9 人機介面監控示意圖 ................................................................... 18
圖3.1 攝影裝置 ....................................................................................... 19
圖3.2 無線訊號傳輸裝置 ....................................................................... 20
圖3.3 HOKUYO 感測裝置 ..................................................................... 20
圖 3.4 伺服轉動模組 ............................................................................... 21
圖3.5 天車感測器裝置示意圖 ............................................................... 21
圖3.6 天車感測器裝置上視圖 ............................................................... 22
圖3.7 天車感測器裝置正視圖 ............................................................... 22
圖3.8 天車感測器裝置俯視圖 ............................................................... 22
圖3.9 SEEEDUINO V3.0 控制器 .......................................................... 23
圖3.10 切斷天車動力源 ......................................................................... 24
圖3.11 按上方黑鍵，可重置並回復電源 ............................................. 24
圖3.12 程式監控畫面 ............................................................................. 26
圖3.13 程式監控畫面(右上方) ............................................................... 26
圖3.14 發生異物入侵，框架(右上方)變色 ........................................... 27
圖3.15 掃描模式 ..................................................................................... 28
圖4.1 攝影機模組(正面視圖) ................................................................ 30
圖4.2 攝影機模組(背面視圖) ................................................................ 31
圖4.3 攝影機模組架設示意圖 .............................................................. 31
圖4.4 感測器組件架設示意圖 .............................................................. 32
圖 4.5 感測器組件(正面視圖) ................................................................ 33
圖4.6 感測器組件(背面視圖) ................................................................ 33
圖4.7 擷取畫面一 .................................................................................. 34
圖4.8 擷取畫面二 .................................................................................. 35
圖4.9 實驗照片一 .................................................................................. 36
圖4.10 雷射感測器介面(無異物入侵).................................................. 36
圖4.11 實驗照片二 ................................................................................. 37
圖4.12 雷射感測器介面(有異物入侵).................................................. 37
圖4.13 天車上下移動(靜態)示意圖 ...................................................... 38
圖4.14 天車上下移動(靜態)連續定格分解圖 ...................................... 39
圖4.15 天車影像預警防撞實驗靜態連續定格分解圖 ........................ 40
圖4.16 天車左右移動(靜態)示意圖 ...................................................... 41
圖4.17 天車左右移動(靜態)連續定格分解圖 ...................................... 42

表目錄
表3.1 模組規格表 .................................................................................. 25
表 5.1 解決問題說明表 .......................................................................... 45

[1]	高雄市機械安全協會
http://www.kcelevatorer.com/
[2]	全國博碩士論文資訊網
 http://www.ym.edu.tw/~huang/students/8476.htm
[3]	普特企業有限公司：
     http://www.playrobot.com/ 
[4]	電子工程專輯：
     http://www.eettaiwan.com/
[5]	非同步降壓轉換電源管理IC參考網址：
     http://www.anpec.com.tw/
[6]	中國科學院機器人網址：
http://www.people.com.cn/BIG5/keji/1057/2760168.html 
[7]	蕭天賜，”以數位訊號處理器為基礎之多功能控制平台的研製”，成功大學工程科學系碩士班論文，95年7月。
[8]	許神賢，“具避障與自動搬運功能之天車系統”，中央大學電
機工程學系碩士班論文，97年6月。
[9]	任正隆（徐國鎧 教授指導），吊車系統利用視覺回授之滑動模式控制，國立中央大學電機所碩士論文，2006。
[10]	楊証賀，”影像辨識於圖形識別之探討與次像素演算法之研究與應用”，中山大學電機工程學研究所，碩士論文，93年7月。
[11]	陳寬益，“即時視覺伺服追蹤系統之設計與實現”，成功大學機械工程學系碩士班論文，91年7月。
[12] 鍾立楷，”灰色系統理論於輪型機器人之自主避障研究”，淡    
    江大學機械  與機電工程學系碩士班論文，100年六月
[13] 工研院能源與環境研究所VFDS火災偵測系統網址：
   http://www.itri.org.tw/chi/index.asp
[14] 林子揚，“雷射測距儀應用於輪型機器人自動導航”，中央大學     
     電機工程學系碩士班論文，98年7月。
[15]  Diantong Liu, Jianqiang Yi, Dongbin Zhao, And Wei Wang,  
     “Adaptive Sliding Mode Fuzzy Control For A Two-Dimensional    
     Overhead Crane”, Mechatronics, vol.15, no. 5, pp. 505-522, 2005.
[16]  F. Omar, F. Karray, O. Basir and L.Yu., “Autonomous Overhead Crane System Using A Fuzzy Logic Controller,” J. Vib. Control, vol. 10, pp. 1255-1270, 2004.
[19]  J. Jagerhok, “Swinging And Controlling The Pendulum,” Project   
     Report,University Of California,Santa Barbara, June 2004,
[20]  Y. Fang, W. E. Dixon, D. M. Dawson and E. Zergeroglu, 
     “Nonlinear Coupling Control Laws For An Underactuated  
     Overhead Crane System,” Mechatronics, vol.8, no. 3, pp.   
     418-423,2003.
[21]  B. Joumet, G. Bazin, "A low-Cost Laser Range Tinder Based On 
     And FMCW-like Method,"IEEE Trans. IM,Vol. 49, No.4, August    
     2000.
[22]  “隨機擾動環境下塔吊重物的終點制動與防擺問題研究”， 
     東北大學碩士論文，2006。
[23]  令召蘭，“基於MAS的多塔基防碰撞控制系統研究”， 西安理   
     工大學碩士論文，2007。
[24]  朱軍輝，“基於CNN總線的塔吊防碰撞系統研究”， 西安理   
      工大學碩士論文，2008。
[25]  勞工安全衛生研究所 ，http://www.iosh.gov.tw/