KR100335327B1 - 크레인의무인자동화방법및그장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크레인을 무인운행하기 위한 자동화방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 목표컨테이너의 위치 및 자세를 검출하여 보정함으로써 정확한 위치로 목표컨테이너를 착탈시키거나 주행할 수 있도록 한 크레인의 무인자동화방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 크레인의 무인자동화방법 및 그 장치는 감지센서를 사용하여 컨테이너의 위치 및 자세를 인식하여 올바른 위치 및 자세로 보정할 수 있다. 특히, 감지센서로 레이저센서를 사용하므로 기상상태등의 외란적요소에 영향을 받지 않고 정확한 검출이 가능하다. 따라서, 컨테이너를 안정된 상태로 이송할 수 있을 뿐만아니라 정확한 위치에 적재할 수 있는 효과를 갖는다. 아울러, 크레인을 운행하는 운전자가 필요없으므로 인력절감의 효과도 갖는다.

Description

크레인의 무인자동화방법 및 그 장치

본 발명은 크레인을 무인운행하기 위한 자동화방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 목표컨테이너의 위치 및 자세를 검출하여 보정함으로써 정확한 위치로 목표컨테이너를 착탈시키거나 주행할 수 있도록 한 크레인의 무인자동화방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 컨테이너 적재장으로부터 컨테이너 선적 및 수송차로의 적재는 크레인에 의해서 수행된다. 이와 같은 작업시 크레인은 숙련된 운전자의 감각에 의해 조정되며, 운전자의 그때그때의 컨디션 및 기상상태등에 따라 운행의 정확도가 좌우된다. 물론, 이와 같은 사람의 감각에 의한 작업은 정확한 컨테이너의 착탈 및 적재가 어렵다. 또한, 컨테이너의 적재 단수가 많을수록 이웃한 타컨테이너와 접촉등의 사고를 유발할 소지가 높다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제점들을 해결하기 위해서 안출한 것으로서, 특히 트롤리에 한쌍의 감지수단을 착설하여 컨테이너의 착탈 및 운반시 컨테이너의 정확한 착탈위치 및 흔들림을 감지하고 그 상태를 보상함으로써 크레인의 무인운행을 구현할 수 있는 크레인의 무인자동화방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 또다른 목적은 상술한 방법을 실현하기 위한 장치를 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 크레인의 무인자동화방법은 감지센서로 상기 스프레더 및 컨테이너를 주사하는 단계를 구비하고 있다. 상기 주사된 주사점들을 거리에 따라 영역별으로 분류하는 단계를 구비하고 있다. 상기 분류된 영역들을 일정기정치를 근거로 하여 상기 스프레더와 컨테이너의 영역을 적출하는 단계를 구비하고 있다. 상기 적출된 스프레더와 컨테이너의 영역을 갖고 상기 스프레더와 컨테이너의 에지를 검출하는 단계를 구비하고 있다.

상술한 또다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 크레인의 무인자동화장치는 상기 트롤리의 소정부위에 취부되며, 상기 스프레더 및 컨테이너의 위치를 감지하는 검출수단을 구비하고 있다. 상기 검출수단으로부터 감지된 신호를 입력받아 상기 스프레더 및 컨테이너의 위치를 인식하고, 상기 검출수단의 작동을 제어하는 검출수단제어부를 구비하고 있다. 상기 검출수단제어부로부터 입력된 정보를 기설정된 기정치와 비교연산함으로써 운행에 필요한 정보를 얻어 이상상태를 보정하는 크레인제어부를 구비하고 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

제 1도는 본 발명에 따른 크레인의 무인자동화방법을 실현하기 위한 기구부의 구성을 나타낸 블록도이다. 도시한 바와 같이, 본 장치는 크레인의 오동작 여부를 검출하는 검출수단(10)과, 이 검출수단(10)에 의해 검출된 신호를 받아 측정값을 산출하고, 검출수단(10)이 정확한 검출을 행할 수 있도록 제어하는 검출수단제어부(20) 및, 검출수단제어부(20)로부터 입력된 데이타를 받아 크레인의 무인운행을 실행하는 크레인제어부(30)로 구성되어 있다.

검출수단(10)은 한쌍의 센서부착기구(40a,40b)와, 이 센서부착기구(40a,40b)에 각각 이송가능케 취부된 한쌍의 감지센서(50a,50b)로 구성되어 있다. 특히, 감지센서(50a,50b)는 정확한 검출상태를 유지하기 위해 레이저광을 이용한 레이저센서를 사용한다. 이 부분에 대한 상세한 설명은 제 2 도 및 제 3도를 참조하여 후술한다.

검출수단제어부(20)는 전술한 검출수단(10)으로부터 검출된 신호를 연산처리하여 측정값을 산출한다. 이와 아울러, 정확한 검출을 위하여 검출센서(50a,50b)를 센서부착기구(40a,40b)상에서 구동시켜 그 위치를 제어하는 기능도 갖는다.

검출수단제어부(20)로부터 산출된 측정값은 크레인제어부(30)로 전송된다. 이 데이타를 갖고 크레인제어부(30)는 컨테이너의 위치 및 흔들림등을 보상하는 제어신호를 만들어 크레인의 자동화를 실현한다.

제 2도는 검출수단이 취부된 크레인의 트롤리부를 나타낸 사시도이다. 또한,제 3도는 제 2도의 센서부착기구의 구조를 더욱더 상세히 도시한 구조도이다. 이제, 이 두 도면들을 참조하여 검출수단의 구조 및 작동에 대해 상세히 설명한다. 제 2도에서 보는 바와 같이 트롤리(60)의 전후양단부상에는 한쌍의 제 1, 제 2센서부착기구(40a,40b)가 착설되어 있다. 특히, 제 1, 제 2센서부착기구(40a,40b)는 컨테이너의 대각선 방향쪽 에지를 검출하기 위하여 트롤리(60)의 전후양단부상에 대각선을 이루고 부착된다. 이 제 1, 제 2센서부착기구(40a,40b)의 저면부상에는 각각 하나씩의 제 1,제 2감지센서(50a,50b)가 갠트리방향을 따라 이송가능케 설치되어 있다. 이로 인해 제 1,제 2감지센서(50a,50b)가 스프레더(70)의 하부에 위치한 컨테이너(80)의 크기에 따라 그 위치를 가변함으로써 정확한 검출상태를 유지할 수 있다. 특히, 제 1,제 2센서부착기구(40a,40b)는 제 3도에 도시된 바와 같은 구성을 갖는다. 즉, 전술한 트롤리(60)에 양단부상에 취부되는 부착대(41)와, 이 부착대 (41)상부에 안착되어 하부에 이송가능케 취부된 감지센서(50)를 구동하는 구동모터(42) 및, 구동모터(42)를 구동제어하는 구동패널(43)로 구성되어 있다. 이와 아울러, 구동모터(42)의 측부상에는 감지센서(50)의 위치를 알수 있도록 엔코더(44)가 취부되어 있다. 센서부착기구(40)는 이와 같은 구조를 갖고 감지센서(50)를 부착대(41)상에서 갠트리방향으로 이송시킨다. 보통 크레인이 운반하는 컨테이너(80)는 대략 20피트(Feet)로부터 48피트(Feet)의 크기를 가지며, 이와 같은 다양한 크기의 컨테이너(80)를 감지하기 위해서는 컨테이너(80)의 크기에 따라 감지센서(50)의 위치를 조정하지 않으면 안된다. 즉, 크레인이 20피트의 컨테이너(80)를 착탈하거나 이송하기 위해서는 제 1,제 2감지센서(50a,50b)를트롤리(60)쪽으로 이송하여 20피트 원점에 고정하여 주사하고, 20피트보다 더 큰 컨테이너(80)를 검출하기 위해서는 트롤리(60)의 외측으로 제 1,제 2센서(50a,50b)를 이송하여 그 크기에 맞게 위치시켜 주사한다.

제 4도는 한쌍의 감지센서가 이동하면서 컨테이너를 주사하는 상태를 도시한 것이다. 컨테이너(80)의 양단 대각선 모서리부분 상부에는 제 1,제 2감지센서(미도시)가 위치하게 되고, 이 제 1,제 2감지센서는 컨테이너(80)의 대각선 모서리부분을 주사하게 된다. 특히, 본 도면에서 주사영역은 2점 쇄선으로, 1회주사선은 점선으로 도시했다. 점선으로 도시한 바와 같이 제 1,제 2감지센서가 1회 주사하면 주사점들의 거리가 감지되어 어느부분, 즉 컨테이너(80)의 에지부분에서 거리가 급격히 변하게 된다. 이와 같이 거리가 급변하는 점의 좌표를 구해 컨테이너(80)의 폭방향 에지(S)값을 얻게 된다. 또한, 제 1,제 2감지센서가 이동하면서 주사영역을 주사하게 되는데 이때 길이방향에지(T)에 도달하면 주사선과 주사점들이 동일한 거리를 표시하게 된다. 이로 인해 목표물의 갠트리방향의 에지값을 검출할 수 있다. 이와 같은 검출과정은 컨테이너(80)의 대각선방향의 양모서리에서 수행되어 컨테이너(80)의 위치가 검출된다.

제 5도는 컨테이너와 스프레더의 스큐각(비틀림각)을 검출하는 방법을 설명하기 위한 설명도이다. 트롤리가 횡행하여 목표컨테이너의 상부상에 위치하면 제 1,제 2감지센서로 컨테이너(80)와 그 상부에 위치한 스프레더(70)를 주사하게 된다. 이때, 주사된 주사선으로부터 제 4도에서 기설명한 에지판별과정을 거쳐 컨테이너(80)와 스프레더(70)의 에지를 검출하고, 이 에지와 에지 사이의 거리를 판별하여 스큐발생량을 검출하게 된다. 또는, 최초 스큐가 없을 때의 에지값을 기억한 후 스큐발생시에 측정한 에지값과 비교하여 스큐발생량을 검출한다. 이와 같이 하여 스프레더(70)가 목표컨테이너에 정확히 위치했는지를 검출하고, 에러 발생시 스큐발생량을 갖고 스프레더(70)의 위치를 보정함으로써 목표컨테이너에 정확히 위치시키게 된다. 이와 같은 과정을 거쳐 목표컨테이너를 정확하게 착탈하게 된다.

제 6도는 컨테이너의 흔들림제어에 사용되는 스웨이각의 검출방법을 설명하기 위한 설명도이다. 트롤리(60) 하부상에 로프(61,62)에 의해 권상된 스프레더(70)는 트롤리(60)의 주행시 흔들림이 발생하게 된다. 이때, 발생되는 스웨이는 관성에 의한 로프의 흔들림으로 발생되며, 흔들림시 제 1,제 2감지센서(50a,50b)는 레이저광을 주사하여 그 변위, 즉 스웨이발생량(d)을 검출하게 된다. 물론, 제 1,제 2감지센서(50a,50b)의 정위치를 검출하여 기정치로 크레인제어부에 저장한 후 주행시 스웨이발생량(d)을 검출하여 검출수단제어부에서 그 측정값을 산출한 후 크레인제어부로 보내지게 된다. 이때, 보내진 측정값과 기정치를 갖고 크레인제어부는 흔들림을 제어하게 된다.

제 7도 및 제 8도는 적재장에 산적된 컨테이너의 위치 및 간격등을 검출하는 상태를 도시한 것이다. 제 7도는 검출수단으로 스프레더와 컨테이너의 에지를 검출하는 대략적인 크레인의 전체구조를 도시한 것으로서, 제 1,제 2감지센서(50a,50b)가 취부된 트롤리(60)가 이송하면서 목표컨테이너(80)에 도달하면 제 1,제 2감지센서(50a,50b)로 스프레더(70) 및 컨테이너(80)의 에지를 검출하여 컨테이너(80)의 위치 및 상태를 인식하게 된다. 이때, 검출원리는 제 8도에서 상세히 설명한다.

제 8도는 제 7도의 검출부분만을 상세히 도시한 것이다. 도면상에서 스프레더(70)와 컨테이너(80)의 외주면을 에워싸면서 도시된 점선부분은 감지센서(50)에서 주사된 주사점들을 나타낸 것이다. 감지센서(50)로 그 하방에 위치한 스프레더(70)와 컨테이너(80)를 주사하면 그 주사점들이 도시한 바와 같이 스프레더(70) 및 컨테이너(80)의 면상에 위치하게 된다. 이때, 스프레더(70)의 상면과 컨테이너(80)의 상면에 주사된 주사점들은 각각 그 위치정보가 상이하다. 즉, 감지센서(50)에서 노면까지 산재된 주사점들을 임의의 간격으로 분류하고, 이 분류된 간격마다에 존재하는 주사점들을 임계의 수 이상의 존재하는 영역으로 구분한다. 특히, 감지센서(50)로부터 스프레더(70) 사이에는 크레인의 다른 구성요소가 없으므로 구분된 영역중 첫번째 영역은 스프레더(70)로 판정한다. 또한, 스프레더(70)와 컨테이너(80)의 구분을 확실히 하고자 할 경우에는 크레인의 호이스트엔코더(미도시)에서 제공하는 트롤리에서 스프레더까지의 길이정보를 참고하여 감지센서(50)에서 측정한 주사점들의 영역중 호이스트엔코더의 값 부근의 영역들을 추출하고, 그 부근의 영역을 세분하여 많은 주사점들이 존재하는 영역을 스프레더(70)로 판별하게 된다. 이와 같이 스프레더(70)의 영역에 존재하는 주사점들중 끝에 존재하는 주사점을 찾아 그 주사점의 위치정보를 갖고 스프레더(70)의 에지를 검출하게 된다. 즉, 스프레더(70)의 영역에 존재하는 주사점들중 끝주사점은 그 다음 주사점과 급격한 거리변화를 갖으므로 이 부분을 에지로 인식하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 하여 스프레더(70)의 에지를 찾은 후 임계값에 의해 구분된 주사점들로 이루어진 영역중 노면(90)과 스프레더(70)의 영역을 제외한 주사점들의 영역을 컨테이너(80)로 판정하며, 전술한 스프레더(70) 에지검출방법과 동일한 방법으로 컨테이너(80)의 에지도 검출하게 된다.

제 9도는 감지센서로 적재장에 적재된 컨테이너의 적재상황을 검출하기 위한 방법을 설명하기 위한 설명도이다. 도시한 바와 같이, 적재장에는 다수의 컨테이너(80)가 노면(90)에 열을 이루고 적재되어 있으며, 이와 같이 열을 이루고 적재된 컨테이너(80)는 여러단이 적층되어 있다. 이와 같은 적재장의 상태를 감지하기 위하여 트롤리(미도시) 하단부상에 취부된 감지센서(50)를 트롤리방향으로 이송하면서 적재장의 컨테이너(80) 상태를 판별하게 된다. 즉, 트롤리방향으로 감지센서(50)가 이동할 때 트롤리엔코더로부터 트롤리 위치를 파악하면서 주사하고, 그 주사된 주사선의 주사점들을 거리에 따른 영역으로 구분한다. 이 주사선의 영역을 갖고 노면영역으로부터 컨테이너(80)의 열수를 검출하고, 이 컨테이너(80)의 열에 따른 단수(층수)는 노면(90)으로부터 컨테이너(80) 상면까지의 거리를 산정하여 판정하게 된다. 물론, 이때 컨테이너(80)의 높이는 크레인제어부에 저장되어 있으므로 이 값을 이용하여 단수를 계산한다.

제 10도는 본 장치로 스프레더 및 컨테이너의 위치를 판별하는 방법의 순서를 나타낸 흐름도이다. 감지센서로 스프레더 및 컨테이너를 주사하고, 주사된 점들중 측정에 실패한 점들을 제거한다.(단계100) 이와 같이 측정된 주사점들의 거리에 따라 임의의 간격별로 분류한다.(단계101) 이때 분류된 주사점들을 임계의 수 이상이 존재하는 영역별로 구분하고, 호이스트엔코더의 측정값과 밀접한 한 영역을 선택하여 스프레더로 한다.(단계102,103) 이와 같이 검출된 스프레더 영역에서 거리가 급격히 변하는 점을 선택하여 스프레더 에지로 설정한다.(단계104) 한편, 분류된 영역중 스프레더 영역과 노면사이의 영역중 임계값이 가장 큰 영역을 선택하여 컨테이너로 판별하고, 전술한 바와 같이 거리의 변화가 급격한 점을 선택하여 컨테이너 에지로 설정한다.(단계105,106) 이상에서 설명한 바와 같이 하여 스프레더와 컨테이너의 에지를 검출하게 된다.

이상에서 서술한 바와 같이, 본 발명에 따른 크레인의 무인자동화방법 및 그 장치는 감지센서를 사용하여 컨테이너의 위치 및 자세를 인식하여 올바른 위치 및 자세로 보정할 수 있다. 특히, 레이저광을 사용한 감지센서를 사용하여 목표컨테이너를 운행하기 위한 필수조건들을 검출함으로써 기상상태등의 외란적요소에 영향을 받지 않고 정확한 검출이 가능하다. 따라서, 컨테이너를 안정된 상태로 이송할 수 있을 뿐만아니라 정확한 위치에 적재할 수 있는 효과를 갖는다. 아울러, 크레인을 운행하는 운전자가 필요없으므로 인력절감의 효과도 갖는다.

제 1도는 본 발명에 따른 크레인의 무인자동화방법을 실현하기 위한 기구부의 구성을 나타낸 블록도,

제 2도는 검출수단이 취부된 크레인의 트롤리부를 나타낸 사시도,

제 3도는 제 2도에서 센서부착기구의 구조를 나타낸 상세도,

제 4도는 한쌍의 감지센서가 이동하면서 컨테이너를 주사하는 상태를 도시한 것,

제 5도는 컨테이너와 스프레의 스큐각(비틀림각)을 검출하는 방법을 설명하기 위한 설명도,

제 6도는 컨테이너의 흔들림제어에 사용되는 스웨이각의 검출방법을 설명하기 위한 설명도,

제 7도 및 제 8도는 적재장에 산적된 컨테이너의 위치 및 간격등을 검출하는 상태를 도시한 것,

제 9도는 감지센서로 적재장에 적재된 컨테이너의 적재상황을 검출하기 위한 방법을 설명하기 위한 설명도,

제 10도는 본 장치로 스프레더 및 컨테이너의 위치를 판별하는 방법의 순서를 나타낸 흐름도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 검출수단 20 : 검출수단제어부

30 : 크레인제어부 40a,40b : 제 1,제 2센서부착기구

41 : 부착대 42 : 구동모터

43 : 구동패널 44 : 엔코더

50a,50b : 제 1,제 2감지센서 60 : 트롤리

61,62 : 로프 70 : 스프레더

80 : 컨테이너 90 : 노면

Claims (10)

1. 크레인을 운행하여 스프레더가 자동으로 컨테이너를 목표지점으로 이송하고, 이송한 후 정확한 목표위치에 적재하기 위한 방법에 있어서,

   감지센서로 상기 스프레더 및 컨테이너를 주사하는 단계;

   상기 주사된 주사점들을 거리에 따라 영역별로 분류하는 단계;

   상기 분류된 영역들을 일정기정치를 근거로 하여 상기 스프레더와 컨테이너의 영역을 적출하는 단계; 및

   상기 적출된 스프레더와 컨테이너의 영역을 갖고 상기 스프레더와 컨테이너의 에지를 검출하는 단계를 포함하는 크레인의 무인자동화방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 일정기정치는 상기 크레인에 적재된 호이스트엔코더에서 측정된 상기 스프레더의 거리값인 것을 특징으로 하는 크레인의 무인자동화방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 에지검출단계는 상기 검출된 스프레더 및 컨테이너의 영역중 거리가 급격히 변하는 주사점의 경계인 것을 특징으로 하는 크레인의 무인자동화방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 영역별로 분류하는 단계는 주사점들의 전영역중 임계의 수 이상의 주사점들이 존재하는 영역을 조사하여 분류하는 것을 특징으로 하는 크레인의 무인자동화방법.
5. 제 1항에 있어서, 무진동시 검출된 스프레더의 에지좌표값을 진동시에 검출한 에지값과 비교함으로서 스웨이각을 산출하여 흔들림을 제어하는 것을 특징으로 하는 크레인의 무인자동화방법.
6. 제 1항에 있어서, 크레인의 초기상태(스큐가 없는 상태)에서 목표물(스프레더 혹은 컨테이너등)의 에지를 찾아 기억하고, 트롤리가 목표물상에 도달한 후 주행시 목표물의 에지를 검출하여 초기값과 비교함으로써 스큐각을 산출하여 비틀림을 보상하는 것을 특징으로 하는 크레인의 무인자동화방법.
7. 제 1항에 있어서, 적재장에 적재된 컨테이너들의 열을 따라 주사함으로서 트롤리 위치에 따른 컨테이너열의 에지를 검출하여 컨테이너 적재상황을 인식하는 것을 특징으로 하는 크레인의 무인자동화방법.
8. 크레인을 자동으로 운행하여 트롤리 하부에 권상된 스프레더가 컨테이너를 목표지점으로 이송하고, 이송한 후 정확한 목표위치에 적재하기 위한 장치에 있어서,

   상기 트롤리의 소정부위에 취부되며, 상기 스프레더 및 컨테이너의 위치를감지하는 검출수단;

   상기 검출수단으로부터 감지된 신호를 입력받아 상기 스프레더 및 컨테이너의 위치를 인식하고, 상기 검출수단의 작동을 제어하는 검출수단제어부: 및

   상기 검출수단제어부로부터 입력된 정보를 기설정된 기정치와 비교연산함으로써 운행에 필요한 정보를 얻어 이상상태를 보상하는 크레인제어부를 포함하며,

   상기 검출수단은 상기 트롤리의 전후양단부상에 취부된 한쌍의 센서부착기구와, 상기 각각의 센서부착기구의 저면부상에 이동가능케 취부되며, 상기 스프레더 및 컨테이너의 위치를 감지하는 감지센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 크레인의 무인자동화장치.
9. 제 8항에 있어서, 상기 센서부착기구는 상기 트롤리의 전후 양단부상에 취부된 부착대와, 상기 부착대의 상부에 안착되어 상기 감지센서를 구동하는 구동모터와, 상기 감지센서의 구동시 그 위치를 검출하는 엔코더 및, 상기 구동모터를 구동제어하는 구동패널로 이루어진 것을 특징으로 하는 크레인의 무인자동화장치.
10. 제 9항에 있어서, 상기 부착대는 상기 트롤리의 전후양단부상에 대각선으로 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 크레인의 무인자동화장치.