KR101192509B1 - 타워크레인 네비게이션 장치 - Google Patents

타워크레인 네비게이션 장치 Download PDF

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KR101192509B1
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박수열
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Abstract

본 발명은 타워크레인 네비게이션 장치에 관한 것으로, 타워크레인에서 인양되는 자재 위치를 측정하는 자재 위치 정보 측정부(100), 타워크레인의 작동 반경 내부 및 외부의 구조물 위치 정보를 측정하는 구조물 정보 측정부(200), 자재 위치 정보 측정부(100)의 데이터 및 구조물 정보 측정부(200)의 데이터를 수신하여 처리하는 데이터 처리부(300) 및 데이터 처리부에서 처리된 데이터를 이용하여 타워크레인, 타워크레인에 의해 인양되는 자재 및 구조물 정보를 표시하는 디스플레이부(700)를 포함한다.
본 발명의 타워크레인 네비게이션 장치는 타워크레인 운전자에게 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라(160)에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상을 제공하므로, 운전자가 타워크레인을 쉽고 안전하게 운전할 수 있다.

Description

타워크레인 네비게이션 장치{NAVIGATION APPARATUS FOR TOWER CRANE}
본 발명은 타워크레인이 안전하게 운행되기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 타워크레인에 카메라, 센서 등을 설치하여 운전자가 쉽게 볼 수 없는 화면을 제공하는 네비게이션 장치에 관한 것이다.
타워크레인과 같이 작업대상물(자재)을 이동시키는 장치는 자재의 이동시 주변 구조물을 회피하여 이동하여야 하므로, 운전자는 고도의 집중력이 필요하다. 그러나, 타워크레인과 같이 규모가 큰 크레인 경우, 크레인 운전자가 확보할 수 있는 시야가 협소하므로, 육안에 의하여 주변의 구조물과 작업대상물을 지속적으로 확인하는 것은 어렵다.
종래의 타워크레인은 이러한 문제를 해결하기 위하여, 보조장치를 통하여 타워크레인의 고정된 측면 화면과 함께 타워크레인 선회각도, 높이, 길이 등의 정보를 제공하였다. 그러나 이러한 보조장치는 타워크레인 운전을 위한 단순한 정보를 제공하는데 불과하여, 운전자가 디스플레이 화면을 통해 시각적으로 인식하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명에 따른 타워크레인 네비게이션 장치는 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.
첫째, 타워크레인의 디스플레이 장치를 통해 타워크레인 주변에 대한 다양한 유형의 영상을 제공하여, 운전자가 타워크레인을 안전하게 운전할 수 있도록 하고자 한다.
둘째, 타워크레인의 출발점부터 목적지에 이르는 안전한 경로를 탐색하여 운전자가 탐색 된 이동 경로를 통해 타워크레인의 자재를 안전하게 이동시키고자 한다.
셋째, 타워크레인이 이동 경로가 주변의 구조물과 충돌할 위험이 발생하는 경우, 경보를 발생시키고 나아가 극도로 위험한 순간에는 타워크레인이 정지하도록 하여 타워크레인과 주변 구조물이 충돌하지 않도록 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 타워크레인 네비게이션 장치는 타워크레인에서 인양되는 자재 위치를 측정하는 자재 위치 정보 측정부, 타워크레인의 작동 반경 내부 및 외부의 구조물 위치 정보를 측정하는 구조물 정보 측정부, 자재 위치 정보 측정부의 데이터 및 구조물 정보 측정부의 데이터를 수신하여 타워크레인, 티워크레인에 의해 인양되는 자재 및 구조물의 상대적인 위치 정보를 나타내는 2차원 또는 3차원 영상 데이터를 산출하는 데이터 처리부 및 데이터 처리부에서 산출된 영상 데이터를 이용하여 타워크레인, 타워크레인에 의해 인양되는 자재 및 구조물 정보를 표시하는 디스플레이부를 포함한다.
본 발명에 따른 자재 위치 정보 측정부는 타워크레인에 설치된 GPS, 카메라, 레이저 센서, 앵글 센서, 회전 센서, 로드셀 또는 엔코더 센서 중 어느 하나 이상을 포함한다.
본 발명에 따른 구조물 정보 측정부는 구조물의 작업 공정에 따라 구조물 위치 정보를 나타내는 구조물 데이터 제공부를 포함하고, 구조물 데이터 제공부를 이용하여 타워크레인의 작동 반경 내부 및 외부의 구조물 위치 정보를 측정하는 것을 특징으로 하는 장치를 포함한다.
본 발명에 따른 구조물 데이터 제공부는 구조물 건축 공정이 진행되는 경과에 따라 업데이트되는 3차원 구조물 데이터를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 업데이트는 타워크레인에 설치된 하나 이상의 거리 측정기를 이용하여 주변 구조물의 위치 및 거리를 측정하고, 측정된 값을 이용하여 업데이트되는 것을 포함한다.
본 발명에 따른 거리 측정기는 레이저 기반 거리 측정기, 초음파 기반 거리 측정기, CSS(Chirp Spread Spectrum) 기반 거리 측정기 또는 IR UWB(Impulse Radio Ultra Wideband) 기반 거리 측정기 중 하나 이상을 이용하는 것을 포함한다.
본 발명에 따른 디스플레이부는 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상 중 둘 이상의 영상이 상호 분할된 영역에서 구현되는 제 1 영상 모드, 제1영상 모드의 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상 중 하나가 전체 화면에 구현되는 제 2 영상 모드 중 하나의 영상 모드로 표시되고, 제 1 영상 모드와 제 2 영상 모드는 전환가능한 것을 특징으로 하는 영상 모드를 포함한다.
본 발명에 따른 제 1 영상 모드는 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상이 구현되는 분할 영역은 상호 크기가 조절 가능한 것을 특징으로 하는 영상 모드를 포함한다.
본 발명에 따른 제 1 영상 모드는 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상이 구현되는 분할 영역의 위치가 상호 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 영상 모드를 포함한다.
본 발명에 따른 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상 중 하나 이상에 타워크레인의 회전 각도, 지브(jib) 각도, 지브의 길이, 자재 인양부의 높이, 지브에서 자재 인양부에 이르는 수직 거리 또는 인양되는 자재의 중량 중 하나 이상의 내용이 표시되는 것을 특징으로 하는 영상을 포함한다.
본 발명에 따른 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상은 타워 크레인 및 주변 구조물이 2차원 또는 3차원 영상으로 표시되는 것을 특징으로 하는 영상을 포함한다.
본 발명에 따른 3차원 영상은 기준 각도에서 관찰되는 사시도 영상을 포함한다.
본 발명에 따른 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상은 타워크레인 및 구조물의 높낮이가 판별가능하도록 등고선으로 표시되는 2차원 영상을 포함한다.
본 발명에 따른 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상 또는 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상은 타워크레인이 회전하는 경우, 타워크레인은 고정된 상태로 표시되고 주위 구조물이 회전하는 형태로 처리되는 제 1 회전 모드 영상 또는 주위 구조물은 고정되고 타원크레인이 회전하는 형태로 처리되는 제 2 회전 모드 영상 중 어느 하나의 회전 모드 영상으로 구현되고, 제 1 회전 모드 영상과 제 2 회전 모드 영상은 전환가능한 모드 영상을 포함한다.
본 발명에 따른 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상 또는 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상은 각 구조물의 영상이 선택적으로 미표시 가능하거나 구조물의 테두리 라인만을 점선으로 표시되는 것을 특징으로 하는 영상을 포함한다.
본 발명에 따른 자재 위치 정보 측정부 및 구조물 정보 측정부의 데이터를 이용해 자재 이동 경로를 탐색하는 경로 탐색부 및 자재 위치 정보 측정부, 구조물 정보 측정부 및 경로 탐색부의 데이터를 이용하여 타워크레인을 제어하는 제어부를 더 포함하고, 디스플레이부는 경로 탐색부에서 탐색된 자재 이동 경로를 더 표시하는 것을 특징으로 하는 장치를 포함한다.
본 발명에 따른 경로 탐색부는 자재 위치 정보 측정부 및 구조물 정보 측정부의 데이터를 이용하여 타워크레인에 의해 인양되는 자재의 경로 탐색 모드에 따라 출발지로부터 목적지까지의 이동 경로를 탐색하는 것을 포함한다.
본 발명에 따른 출발지 및 목적지는 터워크레인이 이동하기 전에 키패드, 키보드, 마우스 또는 터치스크린 중 하나 이상을 통해 사전에 입력되는 것을 포함한다.
본 발명에 따른 경로 탐색 모드는 안전성 우선 모드, 생산성 우선 모드 또는 직전 경로 모드 중 하나를 선택하여 수행되는 것을 특징으로 하는 모드를 포함한다.
본 발명에 따른 안전성 우선 모드는 타워크레인이 출발지로부터 목적지까지 구조물과 충돌없이 이동 가능한 경로 중 타워크레인과 구조물 간의 이격된 거리가 최대인 이동 경로가 선택되는 것을 특징으로 하는 모드를 포함한다.
본 발명에 따른 생산성 우선 모드는 타워크레인이 출발지로부터 목적지까지 구조물과 충돌없이 이동 가능한 경로 중 타워크레인과 구조물 간의 이격된 거리가 기준 거리 이상이면서, 전체 이동 경로가 최단인 이동 경로가 선택되는 것을 특징으로 하는 모드를 포함한다.
본 발명에 따른 직전 경로 모드는 타워크레인이 이동했던 직전의 경로와 동일한 이동 경로가 선택되는 것을 특징으로 하는 모드를 포함한다.
본 발명에 따른 선택된 타워크레인 자재의 이동 경로는 외부로부터 실시간으로 수신되거나 타워크레인에 설치된 풍속 및 풍향 측정 센서로 측정되는 풍향, 풍속 및 타워크레인에 의해 인양되는 자재의 무게를 변수 값으로 하여 산출된 자재의 위치 변위를 고려하여 보정되는 것을 특징으로 하는 이동 경로를 포함한다.
본 발명에 따른 직전의 경로는 출발지 및 목적지의 조합에 따라 충돌없이 타워크레인의 자재가 이동했던 복수의 경로 중 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 경로를 포함한다.
본 발명에 따른 타워크레인 네비게이션 장치는 타워크레인을 이용해 자재가 이동되는 경로가 경로 탐색부에서 탐색된 지정 경로를 벗어나는 경우 경로 이탈 경보를 발생시키는 경보부를 더 포함한다.
본 발명에 따른 타워크레인 네비게이션 장치는 타워크레인이 자재 위치 정보 측정부 및 구조물 정보 측정부의 데이터를 기준으로 구조물과 충돌할 수 있는 기준 거리 내로 이동하는 경우, 충돌 위험 경보를 발생시키는 경보부를 더 포함한다.
본 발명에 따른 디스플레이부는 경로 이탈 경보가 발생하는 경우, 화면상에 경보 내용을 표시하고 탐색된 지정 경로로 돌아가기 위한 이동 경로를 표시하는 것을 특징으로 하는 화면을 포함한다.
본 발명에 따른 디스플레이부는 충돌 위험 경보가 발생하는 경우, 화면상에 경보 내용을 표시하고 충돌을 회피할 수 있는 복귀 경로를 표시하는 것을 특징으로 하는 화면을 포함한다.
본 발명에 따른 타워크레인 네비게이션 장치는 탐색부에서 탐색된 경로가 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상 중 하나 이상에 표시되는 것을 특징으로 하는 영상을 포함한다.
본 발명에 따른 타워크레인 네비게이션 장치는 경로 탐색부에서 탐색된 경로 이동하기 위한 방향 안내 표시가 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상 중 하나 이상에 표시되는 것을 특징으로 하는 영상을 포함한다.
본 발명에 따른 제어부는 경로 탐색부에서 탐색된 경로를 따라 자동으로 타워크레인의 자재를 출발지에서 목적지로 이동시킨 후 탐색된 경로를 따라 다시 타워크레인의 자재 인양부가 출발지로 되돌아오게 하는 것을 특징으로 하는 제어 장치를 포함한다.
본 발명에 따른 제어부는 충돌 위험 경보가 발생하고도 타워크레인이 표시된 복귀 경로로 이동하지 않는 경우, 타워크레인의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 제어 장치를 포함한다.
본 발명의 타워크레인 네비게이션 장치는 타워크레인 운전자에게 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상을 제공하므로, 운전자가 타워크레인을 쉽고 안전하게 운전할 수 있다.
본 발명의 타워크레인 네비게이션 장치는 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상 중 운전자가 선택한 화면을 큰 화면에 또는 전체 화면에 제공하여, 운전자가 운전에 필요한 화면을 통해 타워크레인을 안전하게 운전하고 작업속도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 타워크레인 네비게이션 장치는 출발지에서 목적지까지의 가능한 여러 가지 이동 경로 중 운전자가 하나를 선택할 수 있게 하고, 이를 통해 운전자가 안전하고 생산성이 뛰어난 작업을 수행할 수 있다.
본 발명의 타워크레인 네비게이션 장치는 이동 경로 탐색에 있어서, 실시간으로 풍향 및 풍속을 고려하여 이동 경로를 보정하여, 타워크레인 주변 구조물과 출동할 염려 없이 안전한 작업을 수행할 수 있다.
본 발명의 타워크레인 네비게이션 장치는 타워크레인이 주변 구조물과 출동할 위험이 있는 경우, 경보를 발생하고 나아가 극도로 위험한 순간에는 타워크레인이 정지하도록 하여 안전한 작업 수행을 보장할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타워크레인 네비게이션 장치에 대한 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자재 위치 정보 측정부(100)를 구성하는 센서 및 장치를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 자재 위치 측정부를 구성하는 센서들의 측정 대상을 간략하게 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이부(700) 화면을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 제1영상 모드와 제2영상 모드 간에 전환되는 일 실시예를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 디스플레이부(700)의 분할된 화면 영역의 위치가 상호 변경되는 일 실시예를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 디스플레이부(700)에서 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상이 3차원으로 표시된 일 실시예를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 디스플레이부(700)의 화면에서 주변 구조물만 미표시하는 일 실시예를 도시한다.
도 9 (a)는 본 발명에 따른 디스플레이부(700)의 화면에서 타워크레인이 수평 회전하는 경우, 타워크레인이 고정된 상태에서 주변 구조물이 회전하는 실시예를 도시한다.(제 1 회전 모드 영상)
도 9 (b)는 본 발명에 따른 디스플레이부(700)의 화면에서 타워크레인이 수평 회전하는 경우, 주변 구조물이 고정된 상태에서 타워크레인이 회전하는 일 실시예를 도시한다.(제 2 회전 모드 영상)
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 타워 크레인 네비게이션 장치에 대한 시스템 구성도이다.
도 11은 타워크레인 자재 인양부의 상하 이동거리를 측정하기 위한 변수 및 측정 방법에 관한 일 실시예를 도시한다.
도 12는 타워크레인 턴테이블이 회전에 따른 이동 거리 또는 회전 각을 측정하기 위한 변수 및 측정 방법에 관한 일 실시예를 도시한다.
도 13은 타워크레인 지브의 상하 회전에 따른 이동거리 또는 회전 각을 측정하기 위한 변수 및 측정 방법에 관한 일 실시예를 도시한다.
이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 타워크레인 네비게이션 장치에 관하여 구체적으로 설명하겠다.
도 1은 본 발명에 따른 타워크레인 네비게이션 장치에 대한 시스템 구성을 도시한다.
본 발명의 타워크레인 네비게이션 장치는 타워크레인에서 인양되는 자재 위치를 측정하는 자재 위치 정보 측정부(100), 타워크레인의 작동 반경 내부 및 외부의 구조물 위치 정보를 측정하는 구조물 정보 측정부(200), 자재 위치 정보 측정부(100)의 데이터 및 구조물 정보 측정부(200)의 데이터를 수신하여 처리하는 데이터 처리부(300) 및 데이터 처리부에서 처리된 데이터를 이용하여 타워크레인, 타워크레인에 의해 인양되는 자재 및 구조물 정보를 표시하는 디스플레이부(700)를 포함한다.
자재 위치 정보 측정부(100)는 타워크레인의 자재 인양부를 통해 인양되는 자재의 위치를 파악하기 위한 것이다. 타워크레인에서 자재 인양부는 통상적으로 후크 등이 사용되는 것이 바람직하다.
자재 위치 정보 측정부(100)는 타워크레인에 설치된 GPS(150), 카메라(160), 레이저 센서(110), 앵글 센서(Angle sensor, 130), 회전 센서(Slewing sensor, 140), 로드셀(Load cell, 170) 또는 엔코더 센서(Encoder sensor, 150) 중 어느 하나 이상을 포함한다.
구조물 정보 측정부(200)는 타워크레인의 작동 반경 내에 위치한 연직 방향 구조물의 위치 및 타워크레인의 작동 반경 외부 주변에 위치한 구조물 및 지형 등을 위치 정보를 측정하는 것이다.
데이터 처리부(300)는 자재 위치 정보 측정부(100) 및 구조물 정보 측정부(200)에서 전송된 데이터를 기반으로 타워크레인의 위치, 인양되는 자재의 위치 및 주변 구조물의 위치를 연산하고, 2차원 또는 3차원 영상으로 데이터로 변환하는 장치이다.
데이터 처리부(300)는 자재 위치 측정부 및 구조물 정보 측정부(200)로가 송신하는 데이터를 수신하는 데이터 수신부(310), 수신된 데이터 중 필터링이 필요한 데이터 경우 필터링을 수행하는 필터링부(320)(320) 및 수신된 데이터 및/또는 필터링된 데이터를 이용하여 타워크레인, 타워크레인의 자재 및 주변 구조물의 위치를 연산하는 위치 연산부(330)를 포함한다. 본 발명에서 이용되는 데이터 송수신은 유선 또는 무선으로 수행된다.
카메라(160) 영상 데이터 또는 GPS(150) 데이터는 필터링(filtering)을 수행한 후 처리할 수 있다. 카메라(160) 영상 데이터에 대한 필터링은 색 변환, 명암조절 또는 불필요한 영상 제거 등이 가능하다. GPS(150) 데이터 경우 제공되는 다양한 데이터 중 필요한 부분만을 선택하여 사용하기 위한 필터링 또는 무선 신호의 무결성을 위한 필터링작업 등이 수행될 수 있다.
타워크레인의 위치, 타워크레인에 의해 인양되는 자재의 위치 및 타워크레인 주변 구조물의 위치는 기준점을 기준으로 한 상대적인 위치이다. 기본적으로 타워크레인의 턴테이블 회전 축을 기준으로 하여 상대적인 위치가 산출되는 것이 바람직하다. 이 경우 통상적으로 디스플레이부(700)의 중심에 타워크레인의 회전 축이 위치하게 될 것이다.
또 다른 실시예로서, 타워크레인에 의해 인양되는 자재를 기준으로 할 수 있고, 타워크레인에 의해 축조되는 구조물을 특정 부분을 기준으로 하여 위치 연산이 수행 될 수도 있다. 나아가 다수의 타워크레인이 사용되는 경우, 서로 다른 타워크레인이 기준이 되어 위치 연산이 수행될 수도 있다.
디스플레이부(700)는 데이터 처리부(300)에서 산출된 영상 데이터를 디스플레이부(700)에 표시하는 장치이다. 디스플레이부(700)는 CRT 모니터, LCD 모니터 등 해당 분야의 당업자가 생각할 수 있는 다양한 유형의 출력장치가 가능하다.
자재 위치 정보 측정부
도 2는 본 발명에 따른 자재 위치 정보 측정부(100)를 구성하는 센서 및 장치를 도시한다.
언급했듯이 자재 위치 정보 측정부(100)는 타워크레인에 설치된 GPS(150), 카메라(160), 레이저 센서(110), 앵글 센서(130)(Angle sensor), 회전 센서(140)(Slewing sensor) 및 엔코더 센서(120)(Encoder sensor)를 포함한다. 이중 레이저 센서(110)는 주변 정보 측정부에도 공통적으로 사용되는 장치이다.
GPS(150)는 도2에 도시된 바와 같이 자재 인양부에 설치되는 것이 바람직하며, 위성 정보를 통해 타워크레인 및 자재 인양부가 지도상 어떤 지점에 위치해 있는지 관측 가능하기 때문에, 지상으로부터 자재 인양부까지의 이격 거리 측정이 가능하다. 또한 타워크레인 중심에도 GPS(150)를 설치하여 타워크레인 중심으로부터 자재 인양부까지의 수평 거리 등이 측정가능하다.
다른 실시예로서 GPS(150)는 작업 현장에서 2 대 이상의 타워크레인이 작업을 수행하는 경우, 타워크레인 상호 간의 위치를 파악하기 위해 이용될 수도 있다.
카메라(160)는 동영상 촬영이 가능한 비디오 카메라(160)인 것이 바람직하다. 자재 인양부를 중심으로 주변 환경 및 구조물에 대한 영상을 촬영하는 것이 바람직하다. 일 실시예로서, 타워크레인의 지브(jib, 붐대)에 비디오 카메라(160)를 설치하여 영상을 촬영할 수 있다. 자재에 대한 연직 방향 영상을 촬영하기 위해서는 자재 인양부의 수직 방향에 위치한 지브 부분에 카메라(160)를 설치할 수도 있다.
다른 실시예로서, 자재 인양부에 카메라(160)를 설치하여 자재와 같이 주변 영상을 촬영하거나 자재는 보이지 않는 상태로 주변 환경 및 구조물을 촬영할 수도 있다. 나아가 이 경우 자재에 대한 연직 방향 영상뿐만 아니라, 자재를 중심으로 다양한 각도의 주변 영상이 촬영가능하다.
레이저 센서(110)는 레이저 거리 측정기를 통해 주변 사물과의 거리를 측정하는 장치이다. 레이저 센서(110)를 자재 인양부에 설치하여, 지상으로부터 자재 인양부까지의 거리를 측정할 수 있다.
다른 실시예로서, 거리 측정의 역할을 수행하는 다양한 장치가 사용될 수도 있다. 예컨대, 초음파 거리 측정기, CSS(Chirp Spread Spectrum) 기반 거리 측정기 또는 IR UWB(Impulse Radio Ultra Wideband) 기반 거리 측정기 등이 사용될 수도 있다. 나아가 거리 측정기는 당업계의 통상의 지식을 가진자가 대체 사용할 수 있는 거리 측정기를 모두 포함한다고 하겠다.
앵글 센서(130)는 타워크레인 지브(jib)의 수직 방향 각도를 측정하는 장치이다. 타워크레인의 지브에 설치하여 각도를 측정하는 것으로, 수평 방향에 대한 각도가 측정가능한 자이로 센서가 사용되는 것이 바람직하다. 나아가 중력 방향에 대해 변화되는 각도를 측정할 수 있는 다양한 센서가 사용가능하다.
앵글 센서(130)는 수평 방향에 대해 각도가 변화하는 위치에만 설치되면 정상적으로 작동하므로, 지브의 어떤 위치에 설치하여도 된다.
다른 실시예로서, 앵글 센서(130)를 대체할 수단으로 지브가 수평방향에 있는 것을 기준으로 지부 회전축의 회전 정도를 측정하는 회전 센서(140)가 사용될 수도 있다.
한편 지브가 수평방향으로 이동하지 않는 형태의 타워크레인(고정식 타워크레인)에는 앵글 센서(130)가 설치되지 않는다.
타워크레인의 회전 센서(140)(Slewing sensor)는 타워크레인의 수평 회전 각도를 측정하기 위한 것이다. 회전 각도는 지도상의 정북향을 기준으로 각도가 표현되는 것이 바람직하고, 나아가 운전자가 설정한 특정 방향을 기준으로 설정될 수도 있다.
회전 센서(140)는 타워크레인 턴테이블 중심 축에 설치되는 것이 가장 바람직하다. 회전 센서(140) 역시 특정 기준에 대한 회전 정도를 측정하는 자이로 센서가 바람직하겠으나, 해당 분야의 당업자가 대체할 수 있는 다양한 형태의 센서가 가능하다.
다른 실시예로서, 회전 센서(140)를 대체할 수단으로 GPS(150)를 통한 데이터를 이용하여 타워크레인의 정면이 정북을 기준으로 어떤 각도를 바라보고 있는지 측정이 가능하다.
엔코더 센서(120)는 자재 인양부(후크)의 수직 이동 거리를 측정하기 위한 장치이다. 자재 인양부는 타워크레인 또는 지브와 로프를 통해 연결되고, 자재 인양부의 길이 조절이 가능하다. 통상적으로 로프를 감는 회전 모터와 도르래를 사용하여 자재 인양부가 상하로 이동하게 된다.
엔코더 센서(120)는 모터와 결합하여 회전수에 비례한 전압을 출력하고 이를 회로로 보내어 모터의 속도를 측정하는 장치이다. 따라서, 타워크레인의 엔코더 센서(120)는 로프를 감는 회전 모터에 설치되어 자재 인양부의 상하 이동 거리를 측정하는 것이 바람직하다.
로드셀(170)은 인양되는 자재의 무게를 측정하는 장치이다. 디스플레이부(700)에 인양 가능한 최대 무게 이하인지에 대한 정보를 주기 위한 것이고, 후술할 자재 이동 경로 탐색에서 바람에 의한 영향을 보정할 때도 사용된다.
도 3은 본 발명에 따른 자재 위치 측정부를 구성하는 센서들의 측정 대상을 간략하게 도시한다.
도 3에서 카메라(160)는 자재 인양부의 수직 방향에 위치한 지브에 설치되어 연직 방향 영상을 촬영하는 일 실시예를 도시한다. 레이저 센서, GPS(150), 엔코더 센서(120)가 자재 인양부의 거리 측정에 관여함을 알 수 있다. 자재 인양부는 지상으로부터의 거리 또는 수직 방향 지브로부터의 거리 등 다양한 형태로 측정이 가능하다.
회전 센서(140)는 타워크레인 턴테이블 중심 축의 회전 방향 및 각도를 측정하고, 앵글 센서(130)는 지브의 수직 방향 각도를 측정한다.
타워크레인 턴테이블 중심 축으로부터 자재 인양부까지의 거리는 타워크레인 중심부에 설치된 GPS(150) 및 자재 인양부에 설치된 GPS(150)를 상호 비교하여 측정할 수 있다. 나아가 도시 하지는 않았지만, 지브의 길이, 엔코더 센서(120)를 통한 자재 인양부의 수직 이동 거리(위치) 및 앵글 센서(130)를 이용한 지브의 수직 방향 각도를 통해 타워크레인 턴테이블 중심 축으로부터 자재 인양부까지의 거리를 측정할 수도 있다. 이 경우 타워크레인 중심 축의 GPS(150)는 필요 없다.
구조물 정보 측정부 (200)
본 발명에 따른 구조물 정보 측정부(200)는 타워크레인의 작동 반경 내에 위치한 연직 방향 구조물의 위치 및 타워크레인의 작동 반경 외부 주변에 위치한 구조물 및 지형 등을 위치 정보를 측정하는 것이다.
타워크레인 주변의 구조물에 대한 위치 데이터는 기본적으로 타워크레인 주변 구조물의 형태를 디스플레이부(700)에 표시하기 위해 필요하고, 나아가 타워크레인 및 타워크레인의 자재와 주변 구조물의 충돌 여부를 판단하기 위해서도 필요하다.
구조물 정보 측정은 크게 2가지 요소가 활용 가능하다. 첫째 요소는 최초 구조물의 3차원 설계 데이터를 바탕으로 시간 경과에 따라 생성되는 3차원 공정 데이터를 활용하는 것이다. 둘째 요소는 타워크레인에 설치된 거리 측정기를 이용하여 실제 주변 구조물의 위치를 측정하는 것이다. 후자 경우는 타워크레인이 축조하는 구조물뿐만 아니라 주변의 구조물, 주변 지형 또는 다른 타워크레인의 위치를 측정할 수 있다.
구조물 정보 측정부(200)에 대한 일 실시예로서, 구조물 정보 측정부(200)는 구조물의 작업 공정에 따라 구조물 위치 정보를 나타내는 구조물 데이터 제공부(220)를 포함한다. 구조물 데이터 제공부(220)는 타워크레인의 작동 반경 내부 및 외부의 구조물 위치 정보에 관한 것이다.
설계 데이터 서버(210)에 저장된 건축물 설계 데이터를 기반으로 구조물 데이터 제공부(220)에서 3차원 구조물 데이터를 생성하게 된다.
구조물 데이터 제공부(220)는 구조물 건축 공정이 진행되는 경과에 따라 업데이트되는 3차원 구조물 데이터를 제공한다. 업데이트는 2가지 방법이 가능하며, 업데이트부(230)를 통해 업데이트가 수행된다.
첫째, 건축물은 사전에 정해진 공기에 따라 건축이 진행되는 것이 보통이므로, 사전에 설계된 3차원 도면을 바탕으로 한 데이터가 제공되는 것이 바람직하다. 이 경우 단순한 시간 경과에 따라 설계 데이터를 업데이트하여 3차원 구조물 데이터를 산출하는 것이다. 즉 구조물에 대한 설계를 하면서 사전에 준비된 3차원 설계 데이터만을 기반으로 3차원 구조물 데이터를 생성하는 것이다.
둘째, 건축 공정이 반드시 정해진 시간에 따라 진행되는 것은 아니므로, 건축되는 구조물을 실시간으로 체크하여 3차원 구조물 데이터를 생성하는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 업데이트는 구조물 주변에 설치한 카메라(160)를 이용하여 건축되는 구조물을 촬영하여 실시간으로 진행될 수 있다.
다른 실시예로서, 타워크레인에 설치된 거리 측정기를 이용하여 건축되는 구조물의 위치를 정밀하게 측정하고, 이 측정 데이터를 사전에 작성된 3차원 설계 데이터와 비교하여, 3차원 구조물 데이터를 업데이트 할 수도 있다.
또 다른 실시예로서, 타워크레인에 설치된 하나 이상의 거리 측정기를 이용하여 주변 구조물의 위치 및 거리를 파악하는 거리 측정부만을 통해 3차원 구조물 데이터를 생성할 수 있다.
거리 측정기는 레이저 기반 거리 측정기, 초음파 기반 거리 측정기, CSS(Chirp Spread Spectrum) 기반 거리 측정기 또는 IR UWB(Impulse Radio Ultra Wideband) 기반 거리 측정기 중 하나인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 당업자가 통상적으로 대체할 수 있는 거리 측정 장치를 포함한다.
디스플레이부 (700)
본 발명은 타워크레인 운전자가 운전석에서 확인이 용이하지 않은 지역 및 타워크레인의 이동 상황을 쉽게 인지하기 위한 것이다. 따라서 타워크레인, 타워크레인의 자재 및 주변 구조물에 대한 영상은 운전자에게 상황에 맞게 제공되어야 한다. 이를 위해 본 발명은 다양한 유형의 디스플레이 방식을 제공한다.
도 4는 본 발명에 따른 디스플레이부(700) 화면에 대한 일 실시예를 도시한다. 본 발명에 따른 디스플레이부(700)는 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라(160)에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상 중 둘 이상의 영상이 상호 분할된 영역에서 구현되는 제 1 영상 모드로 구현될 수 있다.
다른 실시예로서, 제1영상 모드의 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라(160)에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상 중 하나가 전체 화면에 구현되는 제 2 영상 모드로 구현될 수도 있다.
나아가 도 5에 도시된 바와 같이 제 1 영상 모드와 제 2 영상 모드는 사용자의 입력에 의해 전환될 수 있다.
이하 본 발명에 따른 사용자의 입력 수단은 키보드, 키패드, 마우스, 조이스틱, 버튼 또는 화면 터치 등 다양한 입력 수단이 이용될 수 있고, 이러한 입력 수단이 조합될 수도 있다.
또 다른 실시예로서, 제 1 영상 모드는 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라(160)에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상이 구현되는 분할 영역은 상호 크기가 조절 가능한 것이 바람직하다.
또 다른 실시예로서, 도 6에 도시된 바와 같이 제 1 영상 모드는 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라(160)에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상이 구현되는 분할 영역의 위치가 상호 변경되는 것이 바람직하다.
일 실시예로서, 제 1 영상 모드와 제 2 영상 모드의 전환, 제 1 영상 모드에서 분할된 영상 영역의 크기 조절 또는 분할된 영상 영역의 상호 위치 변경은 운전자의 입력에 의해 되는 것이 바람직하다.
또 다른 실시예로서, 영상 모드의 전환, 분할된 영역의 크기 조절 또는 분할된 영역의 상호 위치 변경으로 제공되는 화면은 현재 타워크레인 운전에 가장 필요한 화면으로 자동 전환되거나 변경될 수도 있다.
본 발명에 따른 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라(160)에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상 중 하나 이상에는 타워크레인의 회전 각도, 지브(jib) 각도, 지브의 길이, 자재 인양부의 높이, 지브에서 자재 인양부에 이르는 수직 거리 또는 인양되는 자재의 중량 중 하나 이상의 내용이 표시되는 것이 바람직하다.
상기 표시되는 정보는 운전자가 선택할 수도 있고, 타워크레인 장치가 현재 운전에 필요한 정보를 자동으로 표시할 수 있다. 또는 다른 정보와 함께 현재 가장 필요한 정보를 표시하면서, 현재 가장 필요한 정보는 색을 다르게 표시하거나, 글씨체를 굵게 표시하거나, 글자를 깜박이게 표시하여 눈에 띄게 할 수도 있다.
본 발명에 따른 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상은 타워 크레인 및 주변 구조물이 2차원 또는 3차원 영상으로 표시될 수 있다. 3차원 영상은 기준 각도에서 관찰되는 사시도 영상으로 표시될 수도 있다. 도 7은 본 발명에 따른 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상이 3차원으로 표시된 일 실시예를 도시한다.
사시도를 형성하는 기준 각도는 수평을 0°로 보았을 때, 0°와 90°사이의 각도 값이 될 것이다. 대략 30°에서 45°정도가 바람직하다고 하겠다. 이 기울기는 운전자의 입력에 의해 변경될 수 있다.
2차원 영상은 단순하여 직감적으로 파악하기가 용이하고, 3차원 영상은 실제 구조물의 위치를 파악하기가 용이하다. 다만 3차원 영상 경우 구조물의 위치와 타워크레인의 회전 방향 및 각도에 따라 타워크레인이 일부 가려지거나 파악하기 어렵게 표시될 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예로서, 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상 또는 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상은 각 구조물의 영상이 선택적으로 미표시 가능하거나 구조물의 테두리 라인만을 점선으로 표시될 수 있다.
이를 통해 구조물의 위치와 타워크레인의 회전 방향 및 각도에 따라 타워크레인의 이동 경로가 다소 파악되기 어려운 상황을 피할 수 있다. 도 8은 디스플레이부(700)의 화면에서 주변 구조물을 표시하거나 삭제하는 화면을 도시한다.
본 발명에 따른 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상은 타워크레인 및 구조물의 높낮이가 판별가능하도록 등고선으로 표시되는 2차원 영상으로 표시될 수 있다.
등고선은 구조물, 타워크레인 및 주변 지형에 따라 색을 달리하여 표시될 수도 있고, 높낮이에 따라 색을 달리하여 표시되거나 높낮이에 따라 선의 굵기를 달리하여 표시될 수도 있다. 나아가 상기 표시방법이 조합되어 사용될 수도 있다.
본 발명에 따른 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상 또는 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상은 타워크레인이 회전하는 경우, 도 9 (a)에 도시된 바와 같이 타워크레인은 고정된 상태로 표시되고 주위 구조물이 회전하는 형태로 처리되는 제 1 회전 모드 영상으로 표시될 수 있다.
또 다른 실시예로서, 도 9 (b)에 도시된 바와 같이 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상 또는 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상은 타워크레인이 회전하는 경우, 주위 구조물은 고정되고 타원크레인이 회전하는 형태로 처리되는 제 2 회전 모드 영상으로 표시될 수도 있다. 나아가 제 1 회전 모드 영상과 제 2 회전 모드 영상은 사용자의 입력 또는 자동으로 전환이 가능하다.
이동 경로 탐색
도 10은 본 발명의 다른 실시예로서, 타워크레인 자재의 이동 경로 탐색 및 표시가 가능한 타워크레인 네비게이션 장치에 대한 시스템 구성도이다.
본 발명의 다른 실시예는 타워크레인에서 인양되는 자재 위치를 측정하는 자재 위치 정보 측정부(100), 타워크레인의 작동 반경 내부 및 외부의 구조물 위치 정보를 측정하는 구조물 정보 측정부(200), 자재 위치 정보 측정부(100)의 데이터 및 구조물 정보 측정부(200)의 데이터를 수신하여 처리하는 데이터 처리부(300)를 구성을 갖는다.
나아가 자재 위치 정보 측정부(100) 및 구조물 정보 측정부(200)의 데이터를 이용해 자재 이동 경로를 탐색하는 경로 탐색부(400), 자재 위치 정보 측정부(100), 구조물 정보 측정부(200) 및 경로 탐색부(400)의 데이터를 이용하여 타워크레인을 제어하는 제어부(600) 및 자재 위치 정보 측정부(100) 및 구조물 정보 측정부(200)의 데이터를 이용해 자재 이동 경로를 탐색하는 경로 탐색부(400); 및 데이터 처리부(300)에서 처리된 데이터를 이용하여 타워크레인, 타워크레인에 의해 인양되는 자재, 구조물 정보 또는 경로 탐색부(400)에서 탐색된 자재 이동 경로를 표시하는 디스플레이부(700)를 더 포함한다.
경로 탐색부(400)는 자재 위치 정보 측정부(100) 및 구조물 정보 측정부(200)의 데이터를 이용하여 타워크레인에 의해 인양되는 자재의 경로 탐색 모드에 따라 출발지로부터 목적지까지의 이동 경로를 탐색하는 장치이다.
도 10에서 도시된 경로 탐색부(400)는 자재 위치 정보 측정보 및 구조물 정보 측정부(200)로부터 데이터를 직접 수신하지 않고, 데이터 처리부(300)에 수신된 데이터를 이용하는 실시예를 도시한 것이다.
출발지부터 목적지까지의 이동 경로 탐색은 구현 대상이 되는 타워크레인의 제원이 중요하다. 즉, 타워크레인 턴테이블 중심 축의 높이, 타워 크레인 지브의 길이, 지브의 수직 방향 회전 가능 여부, 지브의 수직 방향 최대 회전 각도, 자재 인양부를 연결하는 로프가 최대로 길어진 경우 내려갈 수 있는 최대 길이, 타워크레인의 수평 회전 각도, 타워크레인의 수평 속도 등이 모두 고려되어야 한다. 상기 타워크레인 재원 및 성능을 변수로 하여 프로그램을 구동(시뮬레이션)하여 이동 가능한 경로를 모두 확인할 수 있다.
도 11는 타워크레인 자재 인양부의 상하 이동거리를 측정하기 위한 방법의 일 실시예를 도시한다. 자재 인양부 또는 지브에 설치된 거리측정기는 타워크레인의 자재 인양부와 건축되는 구조물 또는 지면 간의 거리를 측정할 수 있다.
예컨대, 도 11에 도시된 바와 같이 이동 전 자재 인양부와 지면 간의 거리(Z1)와 이동 후 자재 인양부와 지면 간의 거리(Z2)차이를 계산하여 자재 인양부의 수직 이동 거리(수직 방향 Z2-Z1)를 산출할 수 있다.
도 12는 타워크레인 턴테이블의 회전에 따른 이동 거리 또는 회전 각을 측정하는 일 실시예를 도시한다. 턴테이블 중심 축의 회전 각(θ)은 회전 센서(Slewing sensor)를 통해 측정될 수 있다.
타워크레인의 제원을 통해 알 수 있는 지브의 최장 길이(L) 및 회전 센서를 통해 측정되는 회전 각(θ)을 변수로 하는 식을 이용하면 턴테이블의 회전에 따른 지브의 이동거리가 측정된다. 즉, Sin(θ/2) = △d / 2L 이므로, 이동거리 △d = Sin(θ/2) * 2L 이다.
상기 식은 지브의 최장 길이 즉, 지브 끝단의 이동거리를 계산하는 것이다. 한편 지브의 특정한 부분에 대한 이동거리 측정이 필요한 경우, 해당 부분의 길이만 측정되면 이동거리를 측정할 수 있음은 자명하다.
역으로, 지브에 설치된 거리 측정기를 통해 이동한 거리가 측정된다면, θ = 2Sin-1(△d/2L)라는 수식을 통해 회전 각이 연산 될 수도 있다.
도 13은 타워크레인 지브의 회전에 따른 이동거리 또는 회전 각을 측정하기 위한 일 실시예를 도시한다. 타워크레인 몸체에 연결된 회전 축의 앵글 센서를 통해 측정될 수 있다.
타워크레인의 제원을 통해 알 수 있는 지브의 최장 길이(L) 및 앵글 센서를 통해 측정되는 회전 각(θ')을 변수로 하는 식을 이용하면 지브의 회전에 따른 이동거리가 측정된다. 즉, Sin(θ'/2) = △d' / 2L 이므로, 이동거리 △d' = Sin(θ'/2) * 2L 이다.
한편 지브의 특정한 부분에 대한 이동거리 측정이 필요한 경우, 해당 부분의 길이만 측정되면 해당 부분의 회전에 따른 이동거리를 측정할 수 있음은 자명하다.
역으로, 지브에 설치된 거리 측정기를 통해 이동한 거리가 측정된다면, θ' = 2Sin- 1(△d'/2L)라는 수식을 통해 회전 각이 연산 될 수도 있다.
출발지 및 목적지는 터워크레인이 이동하기 전에 키패드, 키보드, 마우스 또는 터치스크린 등을 통해 사전에 입력되는 것이 바람직하다. 즉 운전자는 자재를 이동시키기 전에, 디스플레이부(700) 화면을 통해 출발지 및 목적지를 파악하고 이를 선택하는 것이다.
다른 실시예로서, 타워크레인 운전자가 실재 자재를 실은 지점을 기본 출발지로 선택하고, 실재 자재가 도착한 지점을 기본 목적지로 설정할 수도 있다. 이 경우 매우 정확한 출발지 및 목적지 설정이 가능하다.
본 발명에 따른 경로 탐색 모드는 안전성 우선 모드, 생산성 우선 모드 또는 직전 경로 모드 중 하나를 선택되어 수행된다.
본 발명에 따른 안전성 우선 모드는 타워크레인이 출발지로부터 목적지까지 구조물과 충돌없이 이동 가능한 경로 중 타워크레인과 구조물 간의 이격된 거리가 최대인 이동 경로가 선택되는 것이 바람직하다. 안전성 모드는 결국 타워크레인과 구조물이 충돌할 위험성이 가장 작은 경로이다.
본 발명에 따른 생산성 우선 모드는 타워크레인이 출발지로부터 목적지까지 구조물과 충돌없이 이동 가능한 경로 중 최단 이동 경로가 선택되는 것이 바람직하다.
생산성 우선 모드 경우, 최단 이동 경로를 선택하면서도 타워크레인과 구조물 간의 이격 거리가 일정한 기준 거리 이상이어야 한다. 타워크레인과 주변 구조물 간의 이격 거리가 수십 cm 또는 수 cm인 것을 안전하다고 보기에는 무리가 있다. 이 기준 거리는 운전자가 선택적으로 입력할 수 있으나, 최소한 몇 m는 보장되어야 안전하다고 할 수 있다.
본 발명에 따른 직전 경로 모드는 타워크레인이 이동했던 직전의 경로와 동일한 이동 경로가 선택되는 것이 바람직하다. 동일한 출발지와 목적지를 갖는 경우 이미 충돌없이 성공적으로 자재가 이동되는 것이 검증된 경로를 제공하는 것이다.
다른 실시예로서, 직전의 경로는 출발지 및 목적지의 조합에 따라 충돌없이 타워크레인의 자재가 이동했던 복수의 경로 중 하나가 선택될 수 있다. 즉 타워크레인 운전자가 이미 복수의 출발지 및/또는 목적지에 대해 자재를 안전하게 이동시킨 경로가 있다면, 이를 경로 탐색부(400)에 저장해두었다가 운전자가 선택하게 하는 것이다.
또 다른 실시예로서 상기 다양한 모드에 의해 선택된 타워크레인 자재의 이동 경로는 실시간으로 측정된 풍향, 풍속 및 타워크레인에 의해 인양되는 자재의 무게를 변수 값으로 하여 산출된 자재의 위치 변위를 고려하여 보정되는 것이 바람직하다.
실재 타워크레인은 높은 고도에서 운전되는 경우가 많기 때문에, 풍속 및 풍향은 타워크레인을 안전하게 운전하기 위하여 반드시 고려해야할 요소라고 할 수 있다. 물리학적으로 풍속, 풍향 및 타우크레인에 의해 이동되는 자재(정밀하게는 자재 및 자재 인양부)의 무게가 측정되면 자재의 이동 경로에 대한 변위를 계산할 수 있다.
풍속 및 풍향은 외부에서 관측된 데이터를 수신하여 이용할 수도 있고, 타워크레인 자체에 풍속 및 풍향을 측적하기 위한 센서를 설치하여 측정할 수도 있다. 자재의 무게는 로드셀(170)을 이용하여 측정됨은 전술한 바와 같다.
본 발명에 따른 자재 이동 경로 탐색이 가능한 타워크레인 네비게이션 장치는 타워크레인을 이용해 자재가 이동되는 경로가 경로 탐색부(400)에서 탐색된 지정 경로를 벗어나는 경우 경로 이탈 경보를 발생시키는 경보부(500)를 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시예로서, 타워크레인 네비게이션 장치는 타워크레인이 자재 위치 정보 측정부(100) 및 구조물 정보 측정부(200)의 데이터를 기준으로 구조물과 충돌할 수 있는 기준 거리 내로 이동하는 경우, 충돌 위험 경보를 발생시키는 경보부(500)를 더 포함할 수 있다. 충돌 위험 경보는 이동 경로 탐색과 무관하게 발생이 가능하므로, 자재 이동 경로 탐색 기능이 없는 타워크레인 네비게이션 장치라도 이용이 가능하다.
본 발명에 따른 자재 이동 경로 탐색이 가능한 타워크레인 네비게이션 장치의 디스플레이부(700)는 경로 이탈 경보가 발생하는 경우, 화면상에 경보 내용을 표시하고 탐색된 지정 경로로 돌아가기 위한 이동 경로를 표시하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 타워크레인 네비게이션 장치의 디스플레이부(700)는 충돌 위험 경보가 발생하는 경우, 화면상에 경보 내용을 표시하고 충돌을 회피할 수 있는 복귀 경로를 표시하는 것이 바람직하다.
경보가 발생한 경우, 운전자의 선택에 따라 현재 지점에서 목적지까지의 경로가 재차 탐색 될 수도 있다.
본 발명에 따른 디스플레이부(700)는 경로 탐색부(400)에서 탐색 된 경로가 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라(160)에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상 중 하나 이상에 표시될 수 있다.
디스플레이부(700)의 영상에 표시되는 자재 이동 경로는 운전자가 화면 영상을 통해 판단하기 쉽게, 2차원적 또는 3차원적으로 실선으로 표기될 수 있다. 이미 지나온 경로는 점선으로 표기하거나, 화면에서 삭제할 수도 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예로서, 디스플레이부(700)는 경로 탐색부(400)에서 탐색 된 경로 이동하기 위한 방향 안내 표시가 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라(160)에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상 중 하나 이상에 표시될 수 있다.
즉, 디스플레이부(700)의 영상에 2차원적 또는 3차원적으로 화살표가 표시되거나, 안내문이 표시되어 실시간으로 경로를 표시하는 것이다. 나아가 탐색 된 자재 이동 경로를 따르기 위한 수치 값으로 표현될 수도 있다. 좌우상하 방향 표시를 하면서 몇 미터 또는 몇 도의 각으로 이동되어야 함이 표시될 수도 있다. 또는 운전자가 인지하기 쉽게 현재 속도로 몇 초간 이동해야 하는지 표시될 수도 있다. 나아가 화면 표시뿐만 아니라 음성으로도 안내할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 제어부(600)는 경로 탐색부(400)에서 탐색된 경로를 따라 자동으로 타워크레인의 자재를 출발지에서 목적지로 이동시킨 후 탐색된 경로를 따라 다시 타워크레인의 자재 인양부가 출발지로 되돌아오게 할 수 있다. 즉 탐색된 경로를 따라 타워크레인이 자동으로 이동되게 하는 것이다. 자동 운전되는 경우라도 운전자의 선택에 의해 수동으로 전환될 수 있다.
다른 실시예로서, 제어부(600)는 충돌 위험 경보가 발생하고도 타워크레인이 표시된 복귀 경로로 이동하지 않는 경우, 타워크레인의 동작을 정지시킬 수 있다.
운전자의 선택에 따라 정지 여부를 사전에 설정할 수 있고, 충돌 위험 경보가 발생하고도 계속 위험한 경로로 이동하거나, 충돌 위험 경보가 발생하고도 일정 시간 움직임이 없는 경우 타워크레인이 정지될 수 있다.
타워크레인이 정지되는 경우, 운전자는 이동 경로를 확인하고 타워크레인을 다시 가동하여 자재를 이동시킬 수 있다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
100 : 자재 위치 정보 측정부 110: 레이저 센서
120: 엔코더 센서 130: 앵글 센서
140: 회전 센서 150: GPS
160: 카메라 170: 로드셀
200: 구조물 정보 측정부 210: 구조물 데이터 제공부
220: 설계 데이터 서버 230: 업데이트부 300: 데이터 처리부 310: 데이터 수신부 320: 필터링부 330: 위치연산부 400: 경로 탐색부 500: 경보부 600: 제어부 700: 디스플레이부

Claims (32)

  1. 타워크레인의 자재 인양부를 통해 인양되는 자재 위치의 위치 정보를 측정하도록 지상으로부터 자재 인양부까지의 이격 거리 및 타워크레인으로부터 자재 인양부까지의 수평 거리를 포함하는 위치 정보를 측정하는 자재 위치 정보 측정부;
    상기 타워크레인의 작동 반경 내에 위치한 연직 방향 구조물의 위치 및 상기 타워크레인의 작동 반경 외부 주변에 위치한 구조물과 지형의 위치 정보를 측정하는 구조물 정보 측정부;
    상기 자재 위치 정보 측정부의 데이터 및 상기 구조물 정보 측정부에서 측정된 위치 정보의 데이터를 수신하여 상기 타워크레인, 상기 타워크레인에 의해 인양되는 자재 및 상기 구조물의 상대적인 위치 정보를 나타내는 2차원 또는 3차원 영상 데이터를 산출하는 데이터 처리부;
    상기 자재 위치 정보 측정부 및 상기 구조물 정보 측정부의 데이터를 이용하여 타워크레인에 의해 인양되는 자재의 경로 탐색 모드에 따라 출발지로부터 목적지까지의 이동 경로를 탐색하는 경로 탐색부;
    상기 자재 위치 정보 측정부, 상기 구조물 정보 측정부 및 상기 경로 탐색부의 데이터를 이용하여 타워크레인을 제어하는 제어부; 및
    상기 데이터 처리부에서 산출된 영상 데이터를 이용하여 상기 타워크레인, 상기 타워크레인에 의해 인양되는 자재 및 상기 구조물의 영상 데이터와 상기 경로 탐색부에서 탐색된 자재 이동 경로를 표시하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자재 위치 정보 측정부는 타워크레인에 설치된 GPS, 카메라, 레이저 센서, 앵글 센서, 회전 센서, 로드셀 또는 엔코더 센서 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구조물 정보 측정부는 구조물의 작업 공정에 따라 구조물 위치 정보를 나타내는 구조물 데이터 제공부를 포함하고, 상기 구조물 데이터 제공부를 이용하여 타워크레인의 작동 반경 내부 및 외부의 구조물 위치 정보를 측정하는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 구조물 데이터 제공부는 구조물 건축 공정이 진행되는 경과에 따라 업데이트되는 3차원 구조물 데이터를 제공하는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 업데이트는 타워크레인에 설치된 하나 이상의 거리 측정기를 이용하여 주변 구조물의 위치 및 거리를 측정하고, 측정된 값을 이용하여 업데이트되는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 거리 측정기는 레이저 기반 거리 측정기, 초음파 기반 거리 측정기, CSS(Chirp Spread Spectrum) 기반 거리 측정기 또는 IR UWB(Impulse Radio Ultra Wideband) 기반 거리 측정기 중 하나 이상을 이용하는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이부는
    타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상 중 둘 이상의 영상이 상호 분할된 영역에서 구현되는 제 1 영상 모드;
    상기 제1영상 모드의 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상 중 하나가 전체 화면에 구현되는 제 2 영상 모드 중 하나의 영상 모드로 표시되고,
    상기 제 1 영상 모드와 제 2 영상 모드는 전환가능한 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제 1 영상 모드는 상기 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상이 구현되는 분할 영역은 상호 크기가 조절 가능한 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제 1 영상 모드는 상기 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상이 구현되는 분할 영역의 위치가 상호 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상 중 하나 이상에 타워크레인의 회전 각도, 지브(jib) 각도, 지브의 길이, 자재 인양부의 높이, 지브에서 자재 인양부에 이르는 수직 거리 또는 인양되는 자재의 중량 중 하나 이상의 내용이 표시되는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상은 타워 크레인 및 주변 구조물이 2차원 또는 3차원 영상으로 표시되는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 3차원 영상은 기준 각도에서 관찰되는 사시도 영상인 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상은 타워크레인 및 구조물의 높낮이가 판별가능하도록 등고선으로 표시되는 2차원 영상인 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상 또는 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상은 타워크레인이 회전하는 경우,
    타워크레인은 고정된 상태로 표시되고 주위 구조물이 회전하는 형태로 처리되는 제 1 회전 모드 영상 또는 주위 구조물은 고정되고 타원크레인이 회전하는 형태로 처리되는 제 2 회전 모드 영상 중 어느 하나의 회전 모드 영상으로 구현되고,
    상기 제 1 회전 모드 영상과 제 2 회전 모드 영상은 전환가능한 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상 또는 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상은 각 구조물의 영상이 선택적으로 미표시 가능하거나 구조물의 테두리 라인만을 점선으로 표시되는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제1항에 있어서,
    상기 출발지 및 상기 목적지는 터워크레인이 이동하기 전에 키패드, 키보드, 마우스 또는 터치스크린 중 하나 이상을 통해 사전에 입력되는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 경로 탐색 모드는 안전성 우선 모드, 생산성 우선 모드 또는 직전 경로 모드 중 하나를 선택하여 수행되는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 안전성 우선 모드는 타워크레인이 출발지로부터 목적지까지 구조물과 충돌없이 이동 가능한 경로 중 타워크레인과 구조물 간의 이격된 거리가 최대인 이동 경로가 선택되는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 생산성 우선 모드는 타워크레인이 출발지로부터 목적지까지 구조물과 충돌없이 이동 가능한 경로 중 타워크레인과 구조물 간의 이격된 거리가 기준 거리 이상이면서, 전체 이동 경로가 최단인 이동 경로가 선택되는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 직전 경로 모드는 타워크레인이 이동했던 직전의 경로와 동일한 이동 경로가 선택되는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  23. 제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선택된 타워크레인 자재의 이동 경로는 외부로부터 실시간으로 수신되거나 타워크레인에 설치된 풍속 및 풍향 측정 센서로 측정되는 풍향, 풍속 및 타워크레인에 의해 인양되는 자재의 무게를 변수 값으로 하여 산출된 자재의 위치 변위를 고려하여 보정되는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 직전의 경로는 출발지 및 목적지의 조합에 따라 충돌없이 타워크레인의 자재가 이동했던 복수의 경로 중 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  25. 제1항에 있어서,
    타워크레인을 이용해 자재가 이동되는 경로가 상기 경로 탐색부에서 탐색된 지정 경로를 벗어나는 경우 경로 이탈 경보를 발생시키는 경보부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  26. 제1항에 있어서,
    타워크레인이 상기 자재 위치 정보 측정부 및 상기 구조물 정보 측정부의 데이터를 기준으로 구조물과 충돌할 수 있는 기준 거리 내로 이동하는 경우, 충돌 위험 경보를 발생시키는 경보부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 디스플레이부는 상기 경로 이탈 경보가 발생하는 경우, 화면상에 경보 내용을 표시하고 상기 탐색된 지정 경로로 돌아가기 위한 이동 경로를 표시하는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 디스플레이부는 상기 충돌 위험 경보가 발생하는 경우, 화면상에 경보 내용을 표시하고 충돌을 회피할 수 있는 복귀 경로를 표시하는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  29. 제1항에 있어서,
    상기 경로 탐색부에서 탐색된 경로가 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상 중 하나 이상에 표시되는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  30. 제1항에 있어서,
    상기 경로 탐색부에서 탐색된 경로 이동하기 위한 방향 안내 표시가 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상, 타워크레인 및 구조물에 대한 연직 평면 영상 또는 타워크레인 일측에 설치된 카메라에 의해 제공되는 자재의 연직 평면 영상 중 하나 이상에 표시되는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  31. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 경로 탐색부에서 탐색된 경로를 따라 자동으로 타워크레인의 자재를 출발지에서 목적지로 이동시킨 후 상기 탐색된 경로를 따라 다시 타워크레인의 자재 인양부가 출발지로 되돌아오게 하는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.
  32. 제28항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 충돌 위험 경보가 발생하고도 타워크레인이 표시된 상기 복귀 경로로 이동하지 않는 경우, 타워크레인의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 장치.







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