KR101072841B1 - 지브크레인 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지브크레인의 붐(Boom) 끝단에 위치추적용 GPS모듈을 장착하여 상기 붐의 선회 및 높낮이 위치를 추적할 수 있도록 함으로써, 크레인의 초기 운전시 붐의 작업반경을 설정하여 이를 벗어나면 크레인이 자동 정지되도록 하였으며, 특히 하역장에 있는 물건을 반복적으로 들어올릴 때 상기 붐의 선회 및 높낮이 위치를 한번 설정하면 작업이 끝날때 까지 붐을 자동운전시킬 수 있으므로 운전자의 작업피로를 낮출 수 있는 지브크레인 제어장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 지브크레인의 붐 끝단에 적어도 3개의 위성으로 부터 GPS 신호를 수신하는 GPS수신기를 갖는 GPS모듈이 구비되고, 상기 붐을 선회 및 높낮이 조절시키고 호이스트를 구동하는 콘트롤패널에는 상기 GPS모듈로부터의 거리와 시간으로 위도, 경도 및 고도를 산출하고 3차원 좌표로 변환하는 붐 위치연산부, 안전좌표와 시점 및 종점좌표를 저장하는 붐 위치저장부, 상기 저장된 좌표와 실시간 좌표를 비교 판단하여 상기 붐 및 호이스트가 제어되도록 제어부로 제어신호를 보내는 붐 위치비교부가 구비되며, 상기 콘트롤패널을 무선으로 원격 제어하는 원격제어기에는 상기 붐이 작업반경내에서 장애물과 충돌되지 않도록 안전좌표를 설정하는 붐 안전위치 설정부가 구비되고, 상기 붐이 작업구간의 동일 시점좌표와 동일 종점좌표를 자동으로 왕복하도록 시점과 종점 좌표를 설정하는 붐 반복구간 설정부로 구성된 특징이 있다.

Description

지브크레인 제어장치{The jib crane control apparatus}

본 발명은 지브크레인 제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지브크레인의 붐(Boom) 끝단에 위치추적용 GPS모듈을 장착하여 상기 붐의 선회 및 높낮이 위치를 추적할 수 있도록 함으로써, 크레인의 초기 운전시 붐의 작업반경을 설정하여 이를 벗어나면 크레인이 자동 정지되도록 하였으며, 특히 하역장에 있는 물건을 반복적으로 들어올릴 때 상기 붐의 선회 및 높낮이 위치를 한번 설정하면 작업이 끝날때 까지 붐을 자동운전시킬 수 있으므로 운전자의 작업피로를 낮출 수 있는 지브크레인 제어장치에 관한 것이다.

지브크레인은 주로 건설현장에서 사용되는데, 기둥 역할을 하는 원통형 마스터가 건물 외벽에 타이로 고정되어 건물 상층부의 크레인을 지탱하도록 구성된다. 상기 지브크레인은 외팔보 형태의 붐이 구비되어 선회 및 높낮이 위치가 조절되고 호이스트로 와이어에 연결된 후크를 견인하여 건축자재를 건물 상층부로 들어올리는 역할을 한다.

상기 지브크레인은 2.8톤 이하 이므로 대부분 운전자가 탑승하지 않는 것으로서, 무선 원격제어기를 이용하여 조작하는 것이다. 따라서 운전자는 크레인보다 낮은 위치에 있으므로 위를 올려다보며 작업하는 시간이 많아 목의 피로가 누적되고 크레인이 주변 장애물과 충돌되지 않도록 낮은 곳에서 관찰해야 되므로 크레인을 신속하게 운전하는데 한계가 있었다.

종래에는 크레인의 붐이 자동으로 운전되도록 하는 기술이 제안된 바 있었다. 특허 제256901호에는 운전자가 탑승하는 타워크레인과 기중하여야 할 목표물체와의 3차원 이동거리를 자동적으로 계측하여 후크를 목표 대상물에 신속하게 위치시켜 들어올리고, 또 기중된 대상물을 다른 목표위치에 신뢰성있게 안착시킬 수 있는 구성이다.

그러나 3차원 위치를 측정하기 위하여 타워크레인의 턴테이블 회전각을 계측하는 수단, 트롤리의 수평방향 이동거리를 측정하는 수단, 후크의 수직방향 이동거리를 계측하는 수단 및 이들 수단으로 부터 입력된 신호를 연산하여 중앙처리하는 수단등이 필요하므로 구성이 복잡한 단점이 있었다.

GPS모듈을 이용하면 간단하게 붐의 3차원 위치를 추적할 수 있다. GPS(Global Positioning System)위성이 민간용으로 사용 가능하게 된 이후, GPS위성을 이용한 위치추적 응용기술이 널리 개발되고 있다. GPS위성을 이용한 위치추적장치는 GPS위성으로부터 위도, 경도, 고도 및 속도 등을 나타내는 전파를 수신하여 대상물의 현재위치를 지도정보가 있는 화면상에 나타내 보여주게 된다.

종래 특허 제933992호는 이러한 GPS모듈을 이용하여 크레인에 관한 움직임을 실시간 모니터링하고 모니터링된 값으로 크레인 간의 충돌을 예측하여 사고의 위험성을 실시간 통보할 수 있는 장치로써, 복수 개의 크레인마다 설치된 GPS수신기로부터 각각의 크레인에 관한 GPS좌표를 전송받고, 각 크레인의 GPS좌표를 기 저장된 해당 크레인의 3D 모델형상에 대입하여 크레인간의 충돌을 예측하는 장치이다.

그러나 크레인의 경우 하역장의 H빔이나 건축자재 같은 물건들을 상층부로 빈번하게 들어 올리는 작업이 대부분인데, 종래의 특허는 붐을 하역장의 지정된 곳에 반복적으로 움직이게 하는 기술은 제안된 바 없으며 특히 원격제어하는 지브크레인의 경우 운전자가 하역장과 상층부를 번갈아 보면서 지브크레인의 붐을 조작해야 되므로 작업피로도가 증가되고 작업능률이 떨어지는 등의 단점이 있었다.

본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 지브크레인의 붐(Boom) 끝단에 위치추적용 GPS모듈을 장착하여 상기 붐의 선회 및 높낮이 위치를 추적할 수 있도록 함으로써, 크레인의 초기 운전시 붐의 작업반경을 설정하여 이를 벗어나면 크레인이 자동 정지되도록 하였으며, 특히 하역장에 있는 물건을 반복적으로 들어올릴 때 상기 붐의 선회 및 높낮이 위치를 한번 설정하면 작업이 끝날때 까지 붐을 자동운전시킬 수 있으므로 운전자의 작업피로를 낮출 수 있는 지브크레인 제어장치를 제공함에 있다.

이를 위하여 본 발명은 지브크레인의 붐 끝단에 적어도 3개의 위성으로 부터 GPS 신호를 수신하는 GPS수신기를 갖는 GPS모듈이 구비되고, 상기 붐을 선회 및 높낮이 조절시키고 호이스트를 구동하는 콘트롤패널에는 상기 GPS모듈로부터의 거리와 시간으로 위도, 경도 및 고도를 산출하고 3차원 좌표로 변환하는 붐 위치연산부, 안전좌표와 시점 및 종점좌표를 저장하는 붐 위치저장부, 상기 저장된 좌표와 실시간 좌표를 비교 판단하여 상기 붐 및 호이스트가 제어되도록 제어부로 제어신호를 보내는 붐 위치비교부가 구비되며, 상기 콘트롤패널을 무선으로 원격 제어하는 원격제어기에는 상기 붐이 작업반경내에서 장애물과 충돌되지 않도록 안전좌표를 설정하는 붐 안전위치 설정부가 구비되고, 상기 붐이 작업구간의 동일 시점좌표와 동일 종점좌표를 자동으로 왕복하도록 시점과 종점 좌표를 설정하는 붐 반복구간 설정부로 구성된 특징이 있다.

본 발명에 따르면 지브크레인의 붐 끝단에 GPS모듈이 장착되고 크레인의 콘트롤패널에는 붐의 위치를 3차원 좌표로 산출하는 붐 위치 연산부 및 붐 위치 저장부가 구비된다. 그리고 운전자가 조작하는 무선 원격제어기에는 상기 붐 위치 연산부로 부터 설정된 붐의 위치를 전송받아 크레인의 초기 작업시 붐의 작업반경을 설정하기 위한 붐 안전위치 설정부가 구비된다.

상기 붐 안전위치 설정부는 붐이 선회 및 높낮이 조절되는데 있어서 주변의 고압선이나 기타 다른 크레인과의 간섭을 고려하여 안전좌표인 운전금지구역을 설정하기 위한 것으로서, 운전자는 크레인의 초기 운전시 붐을 선회시키거나 높낮이 조절시켜 간섭이 일어나는 지점의 3차원 좌표를 운전 금지구역으로 설정한다. 따라서 크레인의 운전시 붐이 운전금지구역 안전좌표로 이동하면 붐이 자동 정지되므로 운전자는 크게 신경쓰지 않고 붐을 조작할 수 있다.

또한 지브크레인은 하역장에 도착한 각종 건축자재들을 건물 상측부로 신속하게 운반해야 되는데, 지브크레인이 대부분 2.8톤 미만 이므로 한번의 운전으로 건축자재를 모두 운반할 수 없어 수회 반복운전을 해야된다.

본 발명은 이러한 운전특성을 고려하여 붐이 반복구간내에서 자동운전 되도록 한 것이다. 이를 실현하기 위해 본 발명은 원격제어기에 반복구간 설정부가 구비되는데, 운전자는 붐이 하역장의 위치로 이동된 시점과 건물 상층부로 이동된 종점을 GPS모듈의 3차원 좌표로 확인하여 시점과 종점좌표를 입력한 뒤 붐을 자동운전 시키면 시점과 종점좌표 사이를 붐이 자동운전 되므로 운전피로가 경감된다.

만약 붐이 자동운전되어 하역장의 시점에 도착하면 운전자는 원격제어기의 호이스트 운전스위치를 동작시킨다. 상기 붐은 시점좌표에 도착하여 자동 정지되도록 하거나 또는 호이스트 운전스위치를 동작시키면 자동 정지되도록 할 수 있으며, 이때 와이어로 연결된 후크가 내려옴으로 하역장의 건축자재를 걸어 올릴 수 있다. 그리고 붐 자동운전스위치를 조작하면 정지된 붐이 건물 상층부의 종점좌표로 자동이동되어 정지되고 이때 호이스트 운전스위치를 조작하여 건축자재를 상층부 종점에 하역시킬 수 있다.

또한 상기 붐은 시점과 종점좌표를 반복운행하는 과정에서 건축자재의 놓인 위치에 따라 정차 위치에 변화를 줘야 되는데, 본 발명은 이를 고려하여 시점과 종점에서 붐의 위치를 가변시키는 반복구간내 증감위치 설정부가 상기 원격제어기에 구비된다. 따라서 붐이 시점과 종점좌표를 반복운행하더라도 동일 위치에 정차되지 않고 그 정차 위치를 조정할 수 있으므로 하역장의 물건을 호이스트로 견인하여 들어올릴때 붐을 수동으로 미세하게 조정할 필요가 없으며, 또한 건물 상층부 종점에 물건을 내려놓을 때에도 붐의 정차위치가 조금씩 변화되므로 크레인 운전을 신속하고 정확하게 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명 한 실시예의 지브크레인의 개념도
도 2는 본 발명 한 실시예의 지브크레인 제어장치의 블록도
도 3은 본 발명 한 실시예의 지브크레인 제어장치의 흐름도

본 발명은 운전자가 탑승하지 않고 무선 원격제어하는 2.8톤 이하 지브크레인에 적합한 것으로서, 크레인의 붐(100) 끝단에 GPS모듈(200)이 장착되는데, 상기 GPS모듈(200)은 GPS위성으로부터 시간과 거리를 수신받는 GPS수신기(201)가 구비된다. GPS용 인공위성은 여러개가 지구 주위에 있는데, 상기 GPS수신기(201)는 GPS위성 중 적어도 3개의 GPS위성으로부터의 거리와 시간을 함께 수신받는다.

지브크레인의 붐(100)을 선회 및 높낮이 조절시키고 후크를 견인 제어하는 콘트롤패널(300)에는 상기 GPS모듈(200)과 유무선으로 연결되며, 상기 GPS수신기(201)에서 거리와 시간을 수신하면, 삼각측량법을 이용하여 GPS수신기(201)의 위도, 경도 및 고도를 산출하여 실시간 3차원 좌표로 변환하는 붐 위치연산부(302)가 구비되고, 후술할 원격제어기(400)에서 입력되는 안전좌표와 시점 및 종점좌표를 저장하는 붐 위치저장부(303)가 구비된다. 그리고 상기 붐 위치저장부(303)에 저장된 좌표값과 붐(100)의 실시간 좌표값을 비교하여 운전자가 설정한 안전좌표와 시점 및 종점좌표값을 벗어나면 크레인이 정지되도록 제어부(301)로 제어신호를 보내는 봄 위치비교부(304)가 구비된다.

또한 운전자가 지브크레인을 조작하기 위한 원격제어기(400)는 상기 콘트롤패널(300)의 RF송수신기(308)와 RF송수신기(409)를 통하여 무선으로 연결되며, 상기 원격제어기(400)에는 상기 붐 위치연산부(302)에서 송신되는 붐(100)의 3차원 좌표를 이용하여 붐(100)의 작업반경을 설정하는 붐 안전위치 설정부(402)가 구비된다. 상기 붐 안전위치 설정부(402)는 크레인의 초기 운전시 붐(100)이 고압선이나 기타 다른 크레인 및 장애물과의 간섭을 고려하여 회전반경이나 높낮이 위치를 설정하기 위한 것으로서, 운전자가 상기 붐(100) 끝단의 상기 GPS모듈(200)을 장애물이 있는 곳으로 이동시키면 상기 붐 위치연산부(302)에서 붐(100) 끝단의 3차원 좌표를 해석하게 되고 이는 RF송수신기(308)(409)로 연결된 원격제어기(400)의 표시부(411)에 3차원 좌표로 표시된다. 이를 운전자가 확인하고 키입력부(410)를 이용하여 붐(100)의 안전위치를 좌표로 입력하면 붐 안전위치 설정부(402)에서 붐(100)의 작업반경이 설정되도록 제어부(401)가 이를 제어하며, 설정된 안전좌표는 RF송수신기(308)(409)를 거쳐 붐 위치저장부(303)에 저장되므로 상기 원격제어기(400)로 붐을 조작하다가 붐이 안전좌표를 벗어나거나 또는 설정된 시점 및 종점좌표에 도달되면 붐(100)이 자동 정지된다.

상기 원격제어기(400)에는 붐 반복구간 설정부(403) 및 증감위치 설정부(405)가 구비된다. 상기 붐 반복구간 설정부(403)는 붐(100)의 빈번한 선회 및 높낮이가 변하는 작업구간에서 상기 붐(100)을 자동운전 시키기 위한 것으로서, 건축자재를 운반하는 작업차량이 있는 하역장을 시점으로하고 건물 상층부를 종점으로 하였을때 상기 붐 반복구간 설정부(403)는 시점과 종점에서의 GPS모듈(200)의 3차원 좌표를 설정하게 되고 이는 붐 위치저장부(303)에 저장된다. 따라서 상기 원격제어기(400)에 구비된 붐 자동운전 스위치(408)를 누르면 붐(100)이 시점과 종점좌표 사이를 자동운전되므로 운전자의 작업 피로를 경감시킬 수 있다.

또한 상기 증감위치 설정부(405)는 반복구간내에서 붐(100)이 시점과 종점좌표에 정확하게 정차되는 것이 아니라 설정된 값 만큼 위치 가변되어 정차되도록 하기 위한 것으로서, 이는 시점의 하역장에 놓인 건축자재들이 차례로 운반되어야 하므로 건축자재들의 폭 만큼 붐(100)의 정차위치를 가변시킬 필요가 있으며, 반대로 종점의 건물 상층부에도 운반된 건축자재를 같은 위치에 적층하는 것이 아니라 옆으로 나란히 놓아야 작업자들이 사용하기 편리하기 때문이다. 따라서 상기 증감위치 설정부(405)는 상기 붐 반복구간 설정부(403)에서 설정된 시점과 종점의 3차원 좌표값에 가감된 수정값을 설정할 수 있으며, 이러한 시점과 종점좌표의 변화로 인하여 상기 붐(100)이 한번 이동될때 마다 정차위치가 건축자재들의 폭에 맞게 조절된다.

이처럼 구성된 본 발명은 도 3에서와 같이 운전제어된다. 먼저 지브크레인을 초기운전 하기위해 붐(100)의 안전좌표를 설정해야된다. 운전자는 원격제어기(400)의 ON/OFF 스위치(404)를 이용하여 지브크레인을 운전 대기상태로 만든 뒤 붐 수동운전스위치(407)를 이용하여 붐(100)을 선회 및 높낮이 조절시킨다. 상기 콘트롤패널(300)은 상기 원격제어기(400)와 RF송수신기(308)(409)로 연결되므로 상기 붐 수동운전스위치(407)의 조작에 의해 붐 선회구동부(306) 및 붐 상하구동부(307)가 작동되어 붐(100)을 선회 및 높낮이 조절시키며, 호이스트 운전스위치(406)로 호이스트 구동부(305)를 작동시켜 후크로 물건을 들어올리거나 하역시킬 수 있다.

운전자는 수동으로 붐(100)을 조작하여 고압선이나 다른 장애물이 있는 곳으로 붐(100)을 이동시킨다. 이때 GPS모듈(200)의 GPS수신기(201)에서 거리와 시간을 위성으로부터 수신하면, 상기 붐 위치연산부(302)에서 삼각측량법으로 위도, 경도 및 고도를 산출하여 3차원 좌표로 변환하고 그 좌표값은 원격제어기(400)의 표시부(411)에 입력된다. 따라서 운전자는 이 좌표를 참고로 하여 붐 안전위치 설정부(402)에서 붐(100)의 안전좌표를 설정할 수 있으며, 설정된 좌표값은 콘크롤패널(300)의 붐 위치저장부(303)에 저장된다. 따라서 작업과정에서 붐(100)이 안전좌표를 벗어나는 순간 GPS모듈(200)에서 전송되는 위성 데이터가 붐 위치연산부(302)에서 3차원 좌표로 변환되는데, 이는 붐 위치비교부(304)로 보내져 상기 붐 위치저장부(303)에 저장된 안전좌표값과 비교하여 벗어난 것으로 판단되면 붐(100)의 운전이 자동 정지된다.

운전자는 안전좌표 작업반경 내에서 붐(100)을 수동으로 조작하거나 또는 자동조작할 수 있다. 자동조작의 경우 붐(100)이 하역장 시점과 상층부 종점을 빈번하게 왕복해야될 필요가 있을 경우 유용한 것으로서, 붐 반복구간 설정부(403)에서 붐(100)의 시점과 종점좌표를 입력하고 붐 자동운전스위치(408)를 조작하면 붐(100)이 설정된 구간에서 반복적으로 왕복이동된다. 따라서 작업자는 붐(100)이 시점과 종점좌표에 자동으로 정차되면 호이스트 운전스위치(406)로 콘트롤패널(300)의 호이스트 구동부(305)를 운전시켜 와이어 끝단의 후크가 작업 대상물에 접근하도록 할 수 있므로 이를 종점좌표로 운반시킬 수 있다.

또한 반복 작업구간내에서 붐(100)은 조금씩 그 정차위치를 가변시킬 필요가 있으므로 상기 증감위치 설정부(405)로 붐(100)의 정차위치를 조정하면 붐(100)이 시점과 종점좌표를 반복적으로 왕복하는 과정에서 그 증감량 만큼 정차위치가 가변되므로 작업자는 시점에 놓인 건축자재에 후크를 정확하게 내려보낼 수 있으므로 붐(100)의 빈번한 미세조작이 불필요해져 작업속도가 증가되는 효과가 있다.

100 : 붐 200 : GPS 모듈
300 : 콘트롤패널 301 : 제어부
302 : 붐 위치연산부 303 : 붐 위치저장부
304 : 붐 위치비교부 305 : 호이스트 구동부
306 : 붐 선회구동부 307 : 붐 상하구동부
308 : RF송수신기 400 : 원격제어기
401 : 제어부 402 : 붐 안전위치 설정부
403 : 붐 반복구간 설정부 404 : ON/OFF 스위치
405 : 증감위치 설정부 406 : 호이스트 운전스위치
407 : 붐 수동운전스위치 408 : 붐 자동운전스위치
409 : RF송수신기 410 : 키입력부
411 : 표시부

Claims (3)

1. 지브크레인의 붐 끝단에 적어도 3개의 위성으로 부터 GPS 신호를 수신하는 GPS수신기를 갖는 GPS모듈이 구비되고,
   상기 붐을 선회 및 높낮이 조절시키고 호이스트를 구동하는 콘트롤패널에는 상기 GPS모듈로부터의 거리와 시간으로 위도, 경도 및 고도를 산출하고 3차원 좌표로 변환하는 붐 위치연산부, 안전좌표와 시점 및 종점좌표를 저장하는 붐 위치저장부, 상기 저장된 좌표와 실시간 좌표를 비교 판단하여 상기 붐 및 호이스트가 제어되도록 제어부로 제어신호를 보내는 붐 위치비교부가 구비되며,
   상기 콘트롤패널을 무선으로 원격 제어하는 원격제어기에는 상기 붐이 작업반경내에서 장애물과 충돌되지 않도록 안전좌표를 설정하는 붐 안전위치 설정부가 구비되고, 상기 붐이 작업구간의 동일 시점과 동일 종점을 자동으로 왕복하도록 시점과 종점좌표를 설정하는 붐 반복구간 설정부로 구성된 것을 특징으로 하는 지브크레인 제어장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 원격제어기에는 붐 반복구간 설정부에서 설정된 시점과 종점좌표를 가감하여 붐이 반복구간을 왕복할 때마다 시점과 종점좌표가 설정된 값만큼 변하여 붐이 작업 대상물의 폭 만큼 시점과 종점의 정차위치가 자동으로 변하도록 한 것을 특징으로 하는 지브크레인 제어장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 원격제어기에는 붐을 수동조작하는 붐 수동운전스위치가 구비되고, 상기 붐 반복구간 설정부로 시점과 종점좌표가 설정되면 붐을 자동운전시키는 붐 자동운전스위치가 구비됨을 특징으로 하는 지브크레인 제어장치.

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