KR100888620B1 - 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대상물을 진동없이 이동하기 위해 크레인에 설치된 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치에 관한 것으로서, 호이스트와 대상물 사이의 거리에 따라 고유진동수를 단계별로 조절할 수 있고, 각 단계별로 설정된 거리가 미세 조정되도록 하여 대상물의 이동시 발생하는 진동을 억제할 수 있는 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치는 대형구조물의 활주가능하게 설치되는 구동부와, 상기 구동부에 설치되어 대상물을 이동하는 호이스트를 포함하는 크레인에 설치되며, 그 대상물의 이동에 따른 진동과 역상의 진동을 발생하도록 인풋쉐이핑을 제어하는 인풋쉐이핑 제어장치로서, 상기 크레인에 연결되어 상기 구동부와 상기 호이스트의 작동을 조작하기 위한 오퍼레이션 박스와, 상기 오퍼레이션 박스에 설치되어 상기 호이스트의 길이 정보를 입력하는 길이선택스위치와, 상기 구동부에 연결되며 상기 길이선택스위치에 의해 입력된 호이스트의 길이에 따라 인풋쉐이핑을 발생하여 상기 구동부의 작동을 제어하는 콘트롤 박스를 포함한다.

운반장치, 크레인, 로봇, 호이스트, 초음파, 인풋쉐이핑, 진동, 무선통신, 블루투스, 인버터

Description

크레인의 인풋쉐이핑 제어장치 {INPUTSHAPING CONTROLLER OF CRANE}

도 1은 종래 기술에 따른 크레인의 간략한 작동상태도.

도 2는 종래 기술에 따른 크레인의 초기 입력에 대한 대상물의 진동 응답을 시간에 대해 나타낸 그래프.

도 3은 크레인의 초기 입력에 대한 임의시간 지연후의 대상물의 진동 응답을 시간에 대해 나타낸 그래프.

도 4는 도 2와 도 3의 진동 응답을 합한 그래프.

도 5는 종래 기술에 따른 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치에 의한 속도 프로파일.

도 6은 종래 기술에 따른 인덕션 모터 방식의 크레인 장치의 속도 프로파일.

도 7은 종래 기술에 따른 소프트 스타터가 장착된 인덕션 모터 방식의 크레인 장치의 속도 프로파일.

도 8은 본 발명에 따른 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치를 갖는 크레인을 간략하게 도시한 구성도이다.

도 9는 본 발명에 따른 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치의 오퍼레이션 박스를 도시한 정면도.

도 10은 본 발명에 따른 크레인인 인풋쉐이핑 제어장치의 미세길이 조절부를 도시한 정면도.

도 11은 본 발명에 따른 크레인 인풋쉐이핑 제어장치의 속도 프로파일.

도 12는 본 발명에 따른 크레인 인풋쉐이핑 제어장치의 소프트 스타터를 고려한 속도 프로파일.

도 13은 본 발명에 따른 크레인 인풋쉐이핑 제어장치의 소프트 스타터가 비선형적으로 작동하는 속도 프로파일.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 크레인 60 : 대상물

62 : 레일 64 : 구동부

70 : 호이스트 72 : 모터

74 : 고정부 76 : 체인

90 : 오퍼레이션 박스 92 : 길이선택스위치

94 : 조작부 96 : 미세길이 조절부

본 발명은 대상물을 진동없이 이동하기 위해 크레인에 설치된 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 작업자가 입력한 호이스트와 대상물 사이의 길이에 대응하여 대상물의 이동시 발생하는 진동에 대응하는 역상의 진동을 발진시켜 대상물의 진동을 억제하는 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 기계공장과 같은 사업장에는 무거운 자재 또는 도구 등을 이동하기 위한 크레인 등의 로봇장치가 제공된다.

종래 기술에 따른 크레인의 간략한 작동상태도인 도 1을 참고하면, 이러한 로봇의 일례로 사용되는 크레인은 대형구조물의 천정에 설치되는 레일(12)과, 상기 레일(12)에 활주 가능하게 장착되는 구동부(14)를 포함한다. 그리고, 상기 구동부(14)에는 모터가 장착되며, 상기 모터에는 체인 또는 로프(16)가 길이 조정 가능하게 설치된다. 또한, 상기 체인 또는 로프(16)의 하단부에는 후크 등에 대상물(10)을 고정할 수 있는 호이스트가 설치된다.

또한, 상기 크레인에는 조작을 위한 (도시되지 않은) 스위치가 연결되며, 상기 스위치는 상기 구동부(14)에 설치되어 길게 연장된 케이블의 단부에 설치된다.

이러한 상기 크레인은 상기 스위치를 조작하여 상기 구동부(14)를 이동시키면, 상기 호이스트에 고정된 대상물(10)이 이동하게 된다. 이때, 상기 대상물(10)은 이동 또는 정지시 주기적인 흔들림이 발생하며, 이와 같은 진동으로 인해 대상물(10)이 흔들리거나 진동하게 되어 대상물(10)을 원하는 경로로 이동할 수 없었고, 상기 대상물(10)을 정확한 위치에 정지하기가 어려울 뿐 아니라, 상기 대상물(10)이 완전히 정지하기 까지 많은 시간이 소요되고 있다. 또한, 이와 같이 상기 대상물(10)이 흔들리게 됨에 따라 주변의 작업자들의 안전을 위협하고 있으며, 주변 시설물을 손상시킬 우려도 있다. 따라서, 종래의 크레인은 대상물(10)의 이동시 작업자가 손으로 대상물(10)을 잡은 상태에서 이동하거나, 대상물(10)에 끈을 연결하여 상기 끈을 당겨 대상물(10)의 흔들림을 막고 있는 실정이다.

여기서, v는 대상물(10)의 이동속도이고, m은 대상물(10)의 무게, ℓ은 대상물(10)이 이격된 거리이며, 상기 대상물(10)은 상기 구동부(14)의 이동에 따라 θ각도 만큼의 진동이 발생한다.

도 2는 종래 기술에 따른 크레인의 초기 입력에 대한 대상물(10)의 진동을 시간에 대해 나타낸 그래프로서, 종래 기술에 따른 크레인은 초기 입력시 대상물(10)이 진동하게 되며, 이때 상기 대상물(10)이 진동주기(T)는 다음 수학식과 같이 표시되며, 이를 통해 대상물(10)의 고유진동수(ω_n)를 알 수 있다.

이때, T는 진동주기이고, ω_n는 고유진동수이다. 또한, g는 중력가속도이고, ℓ은 상기 구동부(14)에서 대상물(10) 사이의 거리이다.

이와 같이, 상기 대상물(10)의 이동형태는 고유진동수에 의해 가장 큰 영향을 받게 되며, 상기 고유진동수는 상기 크레인에서 호이스트 사이의 거리(ℓ)에 의해 결정된다.

한편, 최근에는 대상물(10)의 진동과 역상의 진동을 발생시켜, 대상물(10)의 진동을 억제하는 기술이 미국특허 제4,997,095호와 미국특허 제5,638,267호로 개시되어 사용되고 있다. 즉, 도 3은 크레인의 초기 입력에 대한 임의시간 지연후의 대상물(10)의 진동을 시간에 대해 나타낸 그래프이고, 도 4는 도 2와 도 3의 진동을 합한 그래프이다.

이와 같이 종래 기술에 따른 크레인은 초기의 입력에 의한 대상물(10)의 진동에 임의의 시간 지연후 초기 입력에 의한 진동의 반대 위상의 진동을 부여하면, 대상물(10)의 이송중 또는 정지시 대상물(10)의 흔들림이 감소한다. 이와 같이, 대상물(10)에 임의의 시간 지연후 초기 입력에 대한 반대 위상의 진동을 부여하는 것을 인풋쉐이핑(Inputshaping)이라 한다. 상기 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치는 고정된 고유진동수에 의해서 인풋세이핑을 발생하고, 이에 따라 상기 구동부(14)를 운전하여 상기 대상물(10)의 흔들림을 감소시켰다.

한편, 산업용 크레인에 인풋쉐이핑을 적용하면 도 5와 같은 속도 프로파일을 얻을 수 있다. 도 5는 종래 기술에 따른 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치에 의한 속도 프로파일이다.

도 5의 (a)는 인풋쉐이핑을 사용하지 않은 크레인에 이동 신호가 주어지면 목표속도(V_t)까지 가속시간(Ta)에 따라 설정된 가속도 프로파일에 의해 가속된다. 이때, 상기 크레인의 동작은 계획된 경로로 움직이는 것이 아니라 작업자가 임의의 경로로 크레인을 움직이게 된다. 따라서 주어진 기준 신호에 대해 미리 계산된 인풋쉐이핑을 입력하는 것이 아니라 실시간으로 인풋쉐이핑을 입력해야 한다. 이를 위해 도 5의 (b)와 같이 인풋쉐이핑을 도 5의 (a)에 컨볼루션 하게 되면, 도 5의 (c)와 같은 새로운 속도 프로파일을 얻을 수 있다.

한편, 종래 기술에 따른 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치는 고정된 고유진동수에 의해 대상물(10)의 진동을 제어하고 있으며, 상기 구동부(14)에서 대상물(10) 사이의 거리인 호이스트의 길이가 바뀔 경우, 변화된 고유진동수에 대한 제어가 불가능한 문제가 있었다.

이에 따라 종래에는 상기 구동부(14)에 카메라를 갖는 광학계를 설치하고, 상기 대상물(10)까지의 거리를 측정하여, 그 거리에 따라 고유진동수를 가변시키는 시스템이 사용되고 있다.

그러나, 종래의 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치는 상기 광학계의 구성이 고가여서 제조비용이 증가하는 요인이 되고 있으며, 상기 카메라가 상기 대상물(10)을 감지하기 위해서는 적절한 밝기를 유지해야 하므로 별도의 조명시설이 요구되고 있다. 또한, 종래의 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치는 호이스트와 대상물 사이의 거리를 측정하기 위한 광학계가 고장나거나, 먼지, 기름 등의 이물질에 오염될 경우, 호이스트와 대상물 사이의 거리를 정확하게 측정할 수 없었으며, 이로 인해 잘못 측정된 거리값에 따라 인풋쉐이핑을 발생하는 문제가 있어 대상물의 이동이 원활하지 못하게 되는 문제가 있다. 또한, 종래의 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치는 상기 광학계에 의해 측정된 거리값에 따라 인풋쉐이핑을 발생하기 위해서는 별도의 처리장치가 필요하여 초기 설치비용이 증가하는 요인이 되고 있다. 또한, 종래의 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치는 대상물과 호이스트 사이의 길이를 정확하게 반영할 수 없는 한계가 있었다.

한편, 도 6은 종래 기술에 따른 인덕션 모터 방식의 크레인 장치의 속도 프로파일로서, 종래의 인덕션 모터 방식의 크레인 장치는 작동입력이 임펄스입력으로 이루어지므로 호이스트에 연결된 중량물이 이동중 많이 흔들리는 문제가 있으며, 이를 해결하기 위해 도 7과 같이 인덕션 모터의 작동을 소프트하게 제어하는 소프트 스타터를 장착하고 있다. 도 7은 종래 기술에 따른 소프트 스타터가 장착된 인덕션 모터 방식의 크레인 장치의 속도 프로파일이다.

여기에서, Ta는 가속시간으로, 종래의 크레인 장치는 인덕션 모터가 급격하게 작동하는 것을 방지하기 위해 소프트 스타터를 설치하고 있으며, 이에 따라 인덕션 모터가 서서히 작동하고 있다. 이때 상기 모터의 가속시간(Ta)을 충분히 크게 할 경우 진동의 발생을 줄일 수 있다.

그러나, 상기 모터의 가속시간(Ta)을 충분히 크게 할 경우, 작동속도를 저하시키는 요인이 되고 있어 제한이 따른다.

이와 같이, 종래의 크레인 장치는 소프트 스타터를 설치하여 진동을 저감시키는 방안이 개시되고 있으나, 이러한 크레인 장치에 종래의 인풋쉐이핑을 제어장치를 적용할 경우, 인풋쉐이핑 제어장치가 상기 소프트 스타터의 가속시간(Ta)을 감지하지 못하여 정확한 인풋쉐이핑을 발생할 수 없다.

또한, 종래의 크레인 장치는 가속구간은 소프트 스타터에 의해 일정한 기울기를 가지면서 구동을 하지만, 정지시에는 브레이크 시스템에 의해 급격히 정지하는 비선형적 특성((Nonlinearity)을 갖고 있으며, 이러한 비선형적 특성에 의해 가 속시간(Ta)이 인풋쉐이핑의 진동주기보다 길어지게 되면, 인풋쉐이핑 제어장치가 크레인의 이동속도를 정확하게 제어할 수 없는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 전술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 호이스트와 대상물 사이의 거리에 따라 고유진동수를 단계별로 조절할 수 있고, 각 단계별로 설정된 거리가 미세 조정되도록 하여 대상물의 이동시 발생하는 진동을 억제할 수 있는 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치는 대형구조물에 활주가능하게 설치되는 구동부와, 상기 구동부에 설치되어 대상물을 이동하는 호이스트를 포함하는 크레인에 설치되며, 그 대상물의 이동에 따른 진동과 역상의 진동을 발생하도록 인풋쉐이핑을 제어하는 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치로서, 상기 크레인에 연결되어 상기 구동부와 상기 호이스트의 작동을 조작하기 위한 오퍼레이션 박스와, 상기 오퍼레이션 박스에 설치되어 상기 호이스트의 길이 정보를 단계별로 설정된 길이로 입력하는 길이선택스위치와, 상기 길이선택스위치에 단계별로 설정된 길이를 조절하기 위한 미세길이 조절부와, 상기 구동부에 연결되며 상기 길이선택스위치 및 상기 미세길이 조절부에 의해 입력된 길이 정보에 따라 인풋쉐이핑을 발생하여 상기 구동부의 작동을 제어하는 콘트롤 박스를 포함한다.

또한, 상기 길이선택스위치는 상기 대상물과 상기 호이스트 사이의 거리에 따라 미리 설정된 3단계로 상기 호이스트의 길이를 입력하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 길이선택스위치는 단계별 설정된 길이를 조절하기 위한 미세길이 조절부 를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 미세길이 조절부는 각 단계별 설정된 높이를 조절하는 다수의 딥(DIP) 스위치를 포함할 수 있다. 또한, 상기 미세길이 조절부는 다수의 딥 스위치의 위치에 따라 2진법으로 계산된 길이값을 증감시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 8은 본 발명에 따른 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치를 갖는 크레인을 간략하게 도시한 구성도이다.

본 발명에 따른 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치는, 도 8에 도시된 바와 같이, 무게가 무거운 대상물(60)을 이동시킬 수 있는 크레인(50)과 같은 운반장치에 설치되어 대상물(60)을 진동없이 이동시킬 수 있도록 하는 시스템이다.

상기 크레인(50)은 공장과 같은 대형구조물에 설치되며, 상기 대형구조물의 천정부에는 구동부(64)가 활주가능하게 장착된다. 이때, 상기 구동부(64)는 상기 대형구조물의 천정부의 일정 구간에 설치된 지지부재에 의해 지지된다. 상기 지지부재는 I빔 형태의 레일(62)로 이루어지거나, 벨트 등으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 구동부(64)는 내부에 롤러 등이 설치되어 상기 레일(62) 또는 벨트를 따라 이동하게 된다. 한편, 상기 지지부재는 래크의 형태 또는 롤러로 이루어질 수 있고, 상기 구동부(64)에는 상기 래크 또는 롤러에 결합하기 위한 피니언 기어또는 I빔 형태의 레일(62)을 포함하는 것도 가능하다.

한편, 상기 구동부(64)의 하부에는 대상물(60)을 이동하기 위해 대상물(60)을 고정하는 호이스트(70)가 설치된다. 이를 위해 상기 호이스트(70)는 상기 구동부(64)의 하측에 고정 설치되는 모터(72)를 포함한다. 또한, 상기 모터(72)는 체 인(76) 또는 로프가 연결되며, 상기 모터(72)의 작동에 의해 상기 체인(76) 또는 로프가 감기거나 풀리면서 그 길이의 조절이 가능하다. 또한, 상기 체인(76) 또는 로프의 단부에는 대상물(60)을 걸거나 고정할 수 있는 고정부(74)가 설치된다. 바람직하게는 상기 고정부(74)는 대상물(60)을 걸 수 있도록 단부에 후크가 설치될 수 있다.

한편, 상기 크레인(50)에는 상기 구동부(64)와 상기 호이스트(70)의 작동을 조작하기 위한 오퍼레이션 박스(90)가 연결된다.

도 9은 본 발명에 따른 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치의 오퍼레이션 박스를 도시한 정면도이다. 도 9을 참고하면, 상기 오퍼레이션 박스(90)는 사용자의 입력에 따라 상기 구동부(64) 또는 상기 호이스트(70)의 모터(72)에 작동신호를 발생하다. 이를 위해, 상기 오퍼레이션 박스(90)에는 사용자의 입력을 전달하기 위한 상, 하, 좌, 우 이동을 위한 조작부(94)가 마련된다.

따라서, 상기 오퍼레이션 박스(90)의 좌, 우 조작시 상기 구동부(64)가 상기 레일(62)을 따라 전진 또는 후진 이동하여 상기 호이스트(70)의 위치를 이동시킨다. 또한, 상기 오퍼레이션 박스(90)의 상, 하 조작시 상기 호이스트(70)의 모터(72)가 작동하여 체인(76) 또는 로프를 감거나 풀어 상기 호이스트(70)의 길이를 조절하게 된다.

또한, 상기 오퍼레이션 박스(90)에는 상기 호이스트(70)의 길이 정보를 입력하기 위한 길이선택스위치(92)가 설치된다. 또한, 상기 구동부(64)에는 상기 길이선택스위치(92)에서 입력된 길이정보에 따라 인풋쉐이핑을 발생하는 콘트롤 박스가 설치된다. 상기 콘트롤 박스는 상기 오퍼레이션 박스(90)의 내부에 마련되거나, 상기 구동부(64) 또는 별도의 장소에 설치되어 상기 오퍼레이션 박스(90)와 연결될 수 있다.

여기에서, 상기 길이선택스위치(92)는 상기 호이스트(70)와 상기 대상물(60) 사이의 거리를 미리 설정된 3단계로 입력할 수 있도록 이루어진다. 상기 길이선택스위치(92)는 로터리식으로 이루어질 수 있다. 상기 길이선택스위치(92)는 '하', '중', '상'의 3단계로 설정되며, 대상물(60)이 지면에서 가까운 위치에 있을 경우 '하', 대상물(60)이 호이스트(70)와 지면의 중간 위치에 있을 경우 '중', 그리고 대상물(60)이 호이스트(70)에 가까운 위치에 있을 경우 '상'으로 설정한다. 또한, 상기 길이선택스위치(92)는 인풋쉐이핑의 발생장치의 작동을 중지하기 위한 OFF스위치를 더 포함한다.

상기 컨트롤 박스는 상기 길이선택스위치(92)에서 입력된 '상', '중', '하'에 설정된 길이에 따라 고유진동수를 계산하고, 상기 고유진동수에 의해 인풋쉐이핑을 발생시킨다. 그리고, 상기 콘트롤 박스는 상기 인풋쉐이핑의 프로파일에 맞추어 상기 구동부(64)의 작동을 제어한다.

이와 같이, 상기 콘트롤 박스는 인풋쉐이핑에 따라 상기 구동부(64)의 작동을 제어하며, 이에 따라 대상물(60)의 이동 또는 정지시 발생하는 진동 및 그 진동과 역상인 진동이 합쳐짐에 따라 두 진동의 감쇄효과에 의해 상기 대상물(60)에 발생하는 진동을 억제한다.

한편, 상기 길이선택스위치(92)는 단계별로 설정된 길이를 조절하기 위한 미 세길이 조절부(96)가 설치된다.

상기 미세길이 조절부(96)는 다수의 딥(DIP) 스위치를 포함하며, 각각의 딥 스위치의 위치를 조절함에 따라 각 단계별로 설정된 높이를 미세 조절할 수 있다. 상기 미세길이 조절부(96)는 각 단계별로 할당된 딥 스위치의 위치에 따라 2진법으로 계산된 길이값을 증감시키게 된다.

일례로, 본 발명에 따른 크레인인 인풋쉐이핑 제어장치의 미세길이 조절부를 도시한 정면도인 도 10을 참고하면, 상기 미세길이 조절부(96)는 8개의 딥 스위치로 이루어지며, 1, 2번 딥 스위치는 '상'단계의 높이를 담당하고, 3, 4, 5번 딥 스위치는 '중'단계의 높이를 담당하며, 6, 7, 8번 딥 스위치는 '하'단계의 높이를 담당한다. 그리고, 각 딥 스위치는 On 위치시 '1', 그리고 Off 위치시 '0'을 의미한다. 그리고, 상기 미세길이 조절부(96)는 각 딥 스위치에 의해 1씩 증가할 경우, 1m씩 늘어난 길이로 설정될 수 있다.

여기에서, 상기 미세길이 조절부(96)의 3, 4, 5번 딥 스위치 중 3, 5번 딥 스위치는 Off이고, 4번 딥 스위치는 On에 위치된다. 따라서, 3, 4, 5번 딥 스위치는 2진수 '010'을 나타내고, 이를 10진수로 환산하면 '3'을 나타낸다.

따라서, 본 발명에 따른 상기 미세길이 조절부(96)는 상기 길이선택스위치(92)의 '중'단계의 설정값을 '3m'만큼 증가시키게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 사용자는 오퍼레이션 박스(90)를 조작하여 크레인(50)을 작업위치로 이동시킨다. 그리고, 이동할 대상물(60)을 크레인(50)의 호이스트(70)에 연결한다. 다음으로 상기 오퍼레이션 박스(90)의 조작부(94)를 조작하여, 대상물(60)이 설치된 호이스트(70)가 일정한 높이에 오도록 조절한다. 다음으로, 상기 오퍼레이션 박스(90)의 길이선택스위치(92)를 조작하여 대상물(60)의 위치가 지면에서 가까운 위치에 있을 경우 '하', 대상물(60)과 호이스트(70)와 지면의 중간 위치에 있을 경우 '중', 그리고 대상물(60)이 호이스트(70)와 가까운 위치에 있을 경우 '상'으로 설정한다.

다음으로 상기 오퍼레이션 박스(90)의 조작부(94)를 조작하여, 상기 구동부(64)가 대상물(60)을 원하는 방향으로 이동하도록 한다. 이때, 상기 구동부(64)와 연결된 컨트롤 박스는 상기 길이선택스위치(92)로부터 입력된 길이 정보에 따라 고유진동수를 계산하여 인풋쉐이핑을 발생시킨다. 그리고, 상기 콘트롤 박스는 상기 인풋쉐이핑에 따라 상기 구동부(64)의 작동을 제어한다.

이때, 인풋쉐이핑은 초기 입력에 따른 대상물(60)의 진동 주기와 역상의 진동 주기를 갖는 파형을 갖게 되며, 따라서 상기 대상물(60)은 이동이나 정지시 상기 구동부(64)의 초기 입력에 따른 대상물(60)의 진동 주기와, 상기 인풋쉐이핑에 따른 대상물(60)의 진동 주기가 합쳐지며 진동이 감쇠한다. 이와 같이 상기 크레인(50)은 인풋쉐이핑에 의해 제어되는 구동부(64)에 의해 상기 대상물(60)을 흔들림 없이 이동할 수 있으며, 상기 대상물(60)을 원하는 위치에 정확히 위치시킬 수 있다.

한편, 상기 길이선택스위치(92)는 미세길이 조절부(96)에 의해 각 단계별로 설정된 높이를 조절할 수 있다. 이를 위해 상기 미세길이 조절부(96)의 딥 스위치를 On 또는 Off로 위치시키면, 딥 스위치의 위치에 의해 각 단계별로 설정된 설정 길이값이 증감된다.

도 11은 본 발명에 따른 크레인 인풋쉐이핑 제어장치의 속도 프로파일이고, 도 12는 본 발명에 따른 크레인 인풋쉐이핑 제어장치의 소프트 스타터를 고려한 속도 프로파일이고, 도 13은 본 발명에 따른 크레인 인풋쉐이핑 제어장치의 소프트 스타터가 비선형적으로 작동하는 속도 프로파일이다.

도 11 내지 도 13을 참고하면, 상기 크레인 인풋쉐이핑 제어장치는 소프트 스타터가 적용된 크레인 장치에 사용될 수 있다. 즉, 상기 크레인 인풋쉐이핑 제어장치는 도 11의 (a)와 같이, 일반적인 인덕션 모터의 속도파일로 작동할 경우, 도 11의 (b)와 같은 인풋쉐이핑을 발생하여 (a)의 속도파일에 컨볼루션 하게 되면, 도 11의 (c)와 같은 인풋쉐이핑 프로파일을 얻을 수 있다.

또한, 상기 크레인 인풋쉐이핑 제어장치는 도 12와 같이, 소프트 스타터에 의해 초기 가속시간(Ta)이 충분히 작을 경우, 인풋쉐이핑 제어장치에 의해 (b)와 같은 인풋쉐이핑 프로파일을 발생하여, (c)와 같은 인풋쉐이핑 프로파일을 얻을 수 있으며, 크레인 장치를 충분히 안정적으로 작동시킬 수 있다.

한편, 도 13과 같이, 소프트 스타터의 가속시간을 충분히 줄일 수 없어 비선형적 특성이 나타날 경우, 소프트 스타터의 가속시간을 T/4 이내로 조정할 경우, (b)와 같이 인풋쉐이핑을 조정하여 (a)의 속도파일에 컨볼루션 하게 되면, (c)와 같이 안정적으로 크레인 장치를 작동시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 크레인 인풋쉐이핑 제어장치는 일반적인 크레인 장치에 적용되어, 진동을 효과적으로 감쇠시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 소프트 스타터가 적용된 기존의 크레인 장치에도 적용되더라도 인풋쉐이핑의 조정을 통해 비선형적인 특성에 대응하여 진동을 감쇠시키는 것이 가능하다.

이상과 같이 본 발명에 따른 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치를 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.

전술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치는 호이스트와 대상물 사이의 거리에 따라 고유진동수를 단계별로 조절할 수 있어 호이스트의 길이 정보를 정확하게 입력할 수 있고, 이에 따라 대상물을 흔들림 또는 진동없이 이동시킬 수 있다. 또한, 각 단계별로 설정된 길이 정보를 미세조정할 수 있어 대상물을 더욱 정확하게 안정적으로 이동시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 대형구조물에 활주가능하게 설치되는 구동부와, 상기 구동부에 설치되어 대상물을 이동하는 호이스트를 포함하는 크레인에 설치되며, 그 대상물의 이동에 따른 진동과 역상의 진동을 발생하도록 인풋쉐이핑을 제어하는 크레인의 인풋쉐이핑 제어장치로서,

   상기 크레인에 연결되어 상기 구동부와 상기 호이스트의 작동을 조작하기 위한 오퍼레이션 박스와,

   상기 오퍼레이션 박스에 설치되어 상기 호이스트의 길이 정보를 단계별로 설정된 길이로 입력하는 길이선택스위치와,

   상기 길이선택스위치에 단계별로 설정된 길이를 조절하기 위한 미세길이 조절부와,

   상기 구동부에 연결되며 상기 길이선택스위치 및 상기 미세길이 조절부에 의해 입력된 길이 정보에 따라 인풋쉐이핑을 발생하여 상기 구동부의 작동을 제어하는 콘트롤 박스를 포함하는 것을 특징으로 하는 크레인의 인풋 쉐이핑 제어 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 길이선택스위치는 상기 대상물과 상기 호이스트 사이의 거리에 따라 미리 설정된 3단계로 상기 호이스트의 길이를 입력하는 것을 특징으로 하는 크레인의 인풋 쉐이핑 제어 장치.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 미세길이 조절부는 각 단계별 설정된 높이를 조절하는 다수의 딥(Dip) 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 크레인의 인풋 쉐이핑 제어 장치.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 미세길이 조절부는 다수의 딥 스위치의 위치에 따라 2진법으로 계산된 길이값을 증감시키는 것을 특징으로 하는 크레인의 인풋 쉐이핑 제어 장치.

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