KR101243455B1

KR101243455B1 - 타워크레인 네비게이션 시스템

Info

Publication number: KR101243455B1
Application number: KR1020110034570A
Authority: KR
Inventors: 이강; 조준범; 이태관; 함성일; 박수열
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2013-03-13
Also published as: KR20120117065A

Abstract

본 발명에 따른 타워크레인 네비게이션 시스템은 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) 및 구조물 정보 측정부(200)의 데이터를 이용하여 인양되는 자재의 출발지로부터 목적지까지의 이동 경로를 탐색하는 경로 탐색부(400), 경로 탐색부(400)에서 탐색된 경로가 타워크레인별로 저장되는 경로 저장부(450), 자재 위치 정보 측정부(100)의 데이터 및 구조물 정보 측정부(200)의 데이터를 수신하여 타워크레인, 타워크레인에 의해 인양되는 자재 및 구조물의 상대적인 위치 정보를 나타내는 2차원 또는 3차원 영상 데이터를 산출하는 데이터 처리부(300) 및 데이터 처리부(300)에서 산출된 영상 데이터를 이용하여 타워크레인, 타워크레인에 의해 인양되는 자재 또는 구조물 정보 중 하나 이상을 표시하고, 경로 탐색부(400)에서 탐색된 이동 경로를 표시하는 디스플레이부(700)를 포함한다.

Description

타워크레인 네비게이션 시스템{NAVIGATION SYSTEM FOR TOWER CRANE}

본 발명은 타워크레인이 안전하게 운행되기 위한 시스템에 관한 것이다. 특히 본 발명은 건축물 공사 현장에 복수 개의 타워크레인이 배치된 경우 타워크레인 운전자가 쉽게 확인할 수 없는 디스플레이 화면 및 안전한 자재 이동 경로를 안내하기 위한 시스템에 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.

특히, 대규모 건설 현장에서 사용되는 복수 개의 타워크레인은 상호 간 충돌의 위험성이 있기 때문에, 충돌의 위험성이 없는 간격을 유지하여 배치하기도 한다. 이러한 배치는 타워크레인으로 자재를 양중할 수 없는 영역을 발생시키는 등 조속한 공사에 방해가 되는 문제점이 있었다.

본 발명에 따른 타워크레인 네비게이션 시스템은 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, 건설현장에 복수 개의 타워크레인이 배치된 경우, 타워크레인 각각에 대해 필요한 영상을 제공하고, 타워크레인 각각에 대해 탐색된 경로에서 타워크레인 간 충돌이 발생하지 않도록 하고자 한다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 타워크레인 네비게이션 시스템은 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 측정부 및 구조물 정보 측정부의 데이터를 이용하여 인양되는 자재의 출발지로부터 목적지까지의 이동 경로를 탐색하는 경로 탐색부, 경로 탐색부에서 탐색된 경로가 타워크레인별로 저장되는 경로 저장부, 자재 위치 정보 측정부의 데이터 및 구조물 정보 측정부의 데이터를 수신하여 타워크레인, 타워크레인에 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 또는 구조물 정보 중 하나 이상을 표시하고, 경로 탐색부에서 탐색된 이동 경로를 표시하는 디스플레이부를 포함한다.

타워크레인이 2기 이상이 작동하는 경우, 본 발명에 따른 경로 탐색부는 각 타워크레인에 대한 이동 경로를 탐색하고, 타워크레인 간의 이동 경로가 중첩된다면 타워크레인의 이동 경로가 중첩되지 않도록 이동 경로를 재설정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 이동 경로 재설정은 전체 타워크레인의 이동 경로를 합산한 값이 가장 작은 경로로 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 경로 탐색부는 안전성 우선 모드, 생산성 우선 모드 또는 직전 경로 모드 중 하나를 선택하여 수행하는 이동 경로를 탐색하는 것을 특징으로 한다.

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 한다.

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 한다.

본 발명에 따른 직전 경로 모드는 타워크레인이 이동했던 직전의 경로와 동일한 이동 경로가 선택되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 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 한다.

본 발명에 따른 타워크레인 네비게이션 시스템은 자재 위치 정보 측정부, 구조물 정보 측정부 및 경로 탐색부의 데이터를 이용하여 타워크레인을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

타워크레인이 2기 이상이 작동하는 경우, 본 발명에 따른 경로 탐색부에서 탐색된 각 타워크레인의 이동 경로가 중첩된다면, 제어부는 중첩된 경로를 갖는 타워크레인이 서로 다른 시간대에 중첩된 경로를 이동하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

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 포함하는 것을 특징으로 한다.

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 한다.

본 발명에 따른 구조물 데이터 제공부는 구조물 건축 공정이 진행되는 경과에 따라 업데이트되는 3차원 구조물 데이터를 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 타워크레인 네비게이션 시스템은 자재의 실제 이동 경로가 경로 탐색부에서 탐색된 지정 경로를 벗어나는 경우 경로 이탈 경보를 발생시키는 경보부를 더 포함하할 수 있다.

본 발명에 따른 디스플레이부는 경로 이탈 경보가 발생하는 경우, 화면상에 경보 내용을 표시하고 탐색된 지정 경로로 돌아가기 위한 이동 경로를 표시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 타워크레인 네비게이션 시스템은 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 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 디스플레이부는 충돌 위험 경보가 발생하는 경우, 화면상에 경보 내용을 표시하고 충돌을 회피할 수 있는 복귀 경로를 표시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 디스플레이부는 HUD(Head Up Display) 방식으로 경로 탐색부에서 탐색된 이동 경로, 타워크레인의 이동 방향, 타워크레인의 이동 속도 또는 구조물 정보 중 하나 이상이 표시되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 디스플레이부는 증강현실 기술을 이용하여 타워크레인, 타워크레인에 의해 인양되는 자재 또는 구조물 정보를 별도의 디스플레이 장치 또는 타워크레인 운전실에 HUD 방식으로 표시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 타워크레인 네비게이션 시스템은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 다양한 영상 정보를 제공하여 타워크레인 운전자가 자재를 안전하게 양중할 수 있다.

둘째, 타워크레인 운전자의 경험에 의존하지 않고, 자재가 이동되어야 하는 최적의 경로를 타워크레인 운전자에게 알려준다.

셋째, 복수 개의 타워크레인이 배치된 경우에도 각 타워크레인의 이동 경로를 사전에 판단하여 이동 경로가 중첩되지 않거나, 이동 경로가 중첩되더라도 타워크레인의 이동 시간을 조절하여 충돌이 발생하지 않는다.

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 시스템에 대한 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자재 위치 정보 측정부를 구성하는 센서 및 장치를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 자재 위치 측정부를 구성하는 센서들의 측정 대상을 간략하게 도시한다.
도 4는 타워크레인 자재 인양부의 상하 이동거리를 측정하기 위한 변수 및 측정 방법에 관한 일 실시예를 도시한다.
도 5는 타워크레인 턴테이블이 회전에 따른 이동 거리 또는 회전 각을 측정하기 위한 변수 및 측정 방법에 관한 일 실시예를 도시한다.
도 6은 타워크레인 지브의 상하 회전에 따른 이동거리 또는 회전 각을 측정하기 위한 변수 및 측정 방법에 관한 일 실시예를 도시한다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 본 발명에 따라 자재 이동 경로가 탐색되는 서로 다른 예에 대한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이부 화면을 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 제1영상 모드와 제2영상 모드 간에 전환되는 일 실시예를 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 디스플레이부의 분할된 화면 영역의 위치가 상호 변경되는 일 실시예를 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 타워크레인 및 구조물에 대한 측면 영상이 3차원으로 표시된 일 실시예를 도시한다.
도 12는 디스플레이부의 화면에서 주변 구조물을 표시하거나 삭제하는 화면을 도시한다.
도 13 (a)는 본 발명에 따른 디스플레이부의 화면에서 타워크레인이 수평 회전하는 경우, 타워크레인이 고정된 상태에서 주변 구조물이 회전하는 실시예를 도시한다(제 1 회전 모드 영상).
도 13 (b)는 본 발명에 따른 디스플레이부의 화면에서 타워크레인이 수평 회전하는 경우, 주변 구조물이 고정된 상태에서 타워크레인이 회전하는 일 실시예를 도시한다(제 2 회전 모드 영상).
도 14는 본 발명에 따른 디스플레이부가 HUD 방식으로 구현된 예를 도시한 예상도이다.
도 15는 본 발명에 따른 디스플레이부 화면에 증강현실 기술을 적용하여 표시된 영상의 일 예를 도시한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서는 도면을 참조하면서 타워크레인 네비게이션 시스템에 관하여 구체적으로 설명하겠다.

도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다. 따라서, 본 명세서를 통해 설명되는 각 구성부들의 존재 여부는 기능적으로 해석되어야 할 것이며, 이러한 이유로 본 발명의 무선 전력 전송 장치 따른 구성부들의 구성은 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 한도 내에서 도 1과는 상이해질 수 있음을 명확히 밝혀둔다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타워크레인 네비게이션 시스템에 대한 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

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, 120) 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)가 송신하는 데이터를 수신하는 데이터 수신부(310), 수신된 데이터 중 필터링이 필요한 데이터 경우 필터링을 수행하는 필터링부 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.

한편 복수 개의 타워크레인이 배치된 경우, 각 타워크레인 마다 해당 타워크레인을 기준으로 자재의 위치 및 주변 구조물의 위치를 파악한다. 각 타워크레인에 운전을 위한 정보를 디스플레이 하는 것이 바람직하므로, 자재 위치 정보 측정부(100), 구조물 정보 측정부(200), 경로 탐색부(400) 등 각 구성은 타워크레인마다 설치되는 것이 바람직하다.

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), 회전 센서(140) 및 엔코더 센서(120)를 포함한다.

GPS(150)는 도 2에 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.

로드셀은 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(110), 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.

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.

경로 탐색부(400)는 타워크레인을 통해 인양되는 자재의 이동경로를 산출하는 구성이다. 도 1에서는 경로 탐색부(400)는 데이터 처리부(300)에서 전달되는 데이터를 이용하여 경로를 탐색하는 구성을 도시하였다. 물론 전술한 바와 같이, 경로 탐색부(400)는 자재 위치 정보 측정부(100) 및 구조물 정보 측정부(200)로부터 데이터를 직접 수신할 수도 있다.

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 4는 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 4에 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 5는 타워크레인 턴테이블의 회전에 따른 이동 거리 또는 회전 각을 측정하는 일 실시예를 도시한다. 턴테이블 중심 축의 회전 각(θ)은 회전 센서(140)(Slewing sensor)를 통해 측정될 수 있다.

타워크레인의 제원을 통해 알 수 있는 지브의 최장 길이(L) 및 회전 센서(140)를 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 6은 타워크레인 지브의 회전에 따른 이동거리 또는 회전 각을 측정하기 위한 일 실시예를 도시한다. 타워크레인 몸체에 연결된 회전 축의 앵글 센서(130)를 통해 측정될 수 있다.

타워크레인의 제원을 통해 알 수 있는 지브의 최장 길이(L) 및 앵글 센서(130)를 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.

도 7은 본 발명에 따라 자재 이동 경로가 탐색되는 순서를 도시한 순서도이다.

먼저 하나의 타워크레인만을 예로 설명한다. 다양한 방법으로 출발지 및/또는 목적지가 설정될 수 있지만, 기본적으로 운전자가 출발지 및/또는 목적지를 설정할 수 있다. 출발지 및 목적지가 설정되면, 타워크레인이 배치된 주변 정보를 이용하여 자재가 이동될 수 있는 경로를 산출할 수 있다. 이동 경로 산출은 타워크레인이 이동할 수 있는 이동 영역 범위, 주변 구조물의 위치 정보, 현재 자재의 위치 정보 등을 통해 경로를 산출할 수 있다. 이동 영역 범위는 각 타워크레인 제원마다 달라진다. 후술하겠지만 이동 경로는 다양한 기준으로 산출될 수 있다.

두 개 이상의 타워크레인이 공사 현장에 배치된 경우, 타워크레인 네비게이션 시스템은 전체 타워크레인을 통합적으로 관리할 수 있다. 다만 이동 경로 탐색은 각 타워크레인이 동시에 출발지와 목적지가 설정되기보다는 각자 별도로 출발지와 목적지가 설정되므로, 각 타워크레인에 대한 이동경로가 별도로 탐색되는 것이 바람직하다.

다만 각 타워크레인별로 탐색된 이동경로는 상호 간에 중첩된 경로를 가질 수 있다. 최악의 경우 탐색된 경로로 이동하던 타워크레인 간 충돌이 발생할 수도 있는 것이다. 따라서 2개 이상의 크레인이 중첩된 이동 경로를 갖는 경우, 타워크레인 간 충돌을 회피하기 위한 장치 또는 방법이 필요하다.

즉, 타워크레인이 2기 이상이 작동하는 경우, 경로 탐색부(400)는 각 타워크레인에 대한 이동 경로를 탐색하고, 타워크레인 간의 이동 경로가 중첩된다면 타워크레인의 이동 경로가 중첩되지 않도록 이동 경로를 재설정해야 한다.

도 7(a)에 도시된 바와 같이, 먼저 하나의 타워크레인(A)에서 이동 경로를 탐색하여 경로가 경로 저장부(450)에 저장되면, 이후 이동 경로를 탐색하는 다른 타워크레인(B)에서는 경로 저장부(450)에 저장된 경로와 중첩되지 않는 이동 경로를 탐색하는 것이 바람직하다. 또는 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 하나의 타워크레인(B)에서 최단 경로를 탐색한 후 다른 타워크레인(A)의 이동 경로와 중첩되는지 검사하여, 중첩되는 경로를 갖는 경우 B의 경로를 재탐색하는 방법도 가능하다.

경로 저장부(450)은 서로 다른 타워크레인의 경로 탐색에 사용되므로, 모든 타워크레인의 경로 탐색부(400)가 접근 가능한 서버와 같은 저장 매체가 사용된다. 또는 경로 탐색부(400)가 타워크레인 각각에 설치되지 않고 전체 시스템에 하나의 경로 탐색부가 각각의 타워크레인의 경로를 탐색하는 경우에는 하나의 경로 탐색부(400)가 유선 또는 무선으로 접근 가능한 저장 매체를 사용하면 된다.

타워크레인이 3기 이상 되면 경로 저장부(450)에 저장된 모든 경로를 고려하여 현재 타워크레인의 경로를 탐색해야 한다. 만약 이동 경로를 재설정하는 타워크레인이 2기 이상이라면, 서로 간의 충돌 여부도 고려해야 하며 이때는 전체 타워크레인의 이동 경로를 합산한 값이 가장 작은 경로로 이동 경로를 재설정하는 것이 바람직하다. 전체 공사현장의 작업 속도를 고려한 것이다.

경로 저장부(450)에 저장된 경로는 해당 타워크레인이 출발지에서 목적지까지 이동한 경우, 저장된 경로를 삭제하는 것이 바람직하다.

한편, 하나의 타워크레인(A)과 중첩된 경로를 갖는 타워크레인(B)이 있다고 하더라고, 중첩되는 지점으로 이동하는 시간대가 서로 달라 실제 충돌이 발생하지 않는 다면 사고는 발생하지 않는다. 즉, 2개 이상의 타워크레인을 제어하는데 있어서, 중첩된 이동 경로인지 여부와 함께 충돌 가능한 시간 내에 중첩된 이동 경로를 서로 지나는지 여부를 사전에 판단하여 이용할 수 있다.

타워크레인 네비게이션 시스템은 자재 위치 정보 측정부(100), 구조물 정보 측정부(200) 및 경로 탐색부(400)의 데이터를 이용하여 타워크레인을 제어하는 제어부(600)를 더 포함할 수 있다. 나아가 타워크레인이 2기 이상이 작동하는 경우, 경로 탐색부(400)에서 탐색된 각 타워크레인의 이동 경로가 중첩된다면, 제어부(600)는 중첩된 경로를 갖는 타워크레인이 서로 다른 시간대에 중첩된 경로를 이동하도록 제어할 수 있다.

이를 위해 타워크레인이 특정 영역을 지나갈 시간대를 정확하게 검출하는 것이 바람직하다. 다양한 요소를 바탕으로 판단할 수 있는데 특별한 사정이 없는 한, 가장 중요한 것은 자재가 모두 자재 인양부에 로딩(loading)되는 시간이라고 하겠다. 자재가 자재 인양부에 로딩되는 시간은 후크나 후크 주변에 설치된 카메라(160)의 영상을 분석하여 판단할 수 있다. 즉, 로딩될 자재가 많이 남아 있거나, 로딩에 소요될 시간이 오래 걸리는 자재 종류인지 여부 등으로 로딩 완료 시간을 판단할 수 있을 것이다. 또는 운전자가 사전에 로딩시간을 설정한다면, 설정된 값을 이용하여 판단이 가능하다.

타워크레인의 상하 좌우 이동 속도는 운전자의 조작에 따라 속도가 달라질 수 있으나, 기본적으로 작업을 수행하면서 움직이는 속도의 평균값을 이용하여 타워크레인이 중첩 영역을 언제 지나가는지 여부를 판단하는 것이 바람직하다. 물론 운전자의 조작 등에 따라 시간 차가 발생할 수 있으므로, 충분히 안전한 시간 간격을 갖도록 제어되는 것이 바람직하다.

또한 이동경로가 탐색된 후 운전자가 작업을 잠시 멈추는 경우, 운전자가 작업 중지 설정을 하면 해당 타워크레인(A)의 이동 경로는 다른 타워크레인(B)의 이동 경로 탐색에서 중첩 경로에 있는지 여부에 대한 판단의 자료로 이용하지 않을 수 있다.

출발지 및 목적지 설정에 대해한 다른 실시예로서, 타워크레인 운전자가 실재 자재를 실은 지점을 기본 출발지로 선택하고, 실재 자재가 도착한 지점을 기본 목적지로 설정할 수도 있다. 즉 운전자가 출발지 및 목적지를 별도로 설정하는 것이 아니라, 작업의 내용에 따라 출발지 및 목적지를 설정하는 것이다. 이는 보통 자재 이동은 일정 시간 동일한 출발지 및 목적지를 갖는 경우가 많기 때문이다.

본 발명에 따른 경로 탐색은 다양한 모드가 가능하다. 예컨대, 경로 탐색 모드는 안전성 우선 모드, 생산성 우선 모드 또는 직전 경로 모드 중 하나가 선택되어 수행될 수 있다.

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 로드셀을 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 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 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이부(700) 화면을 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 9에 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 10에 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 11은 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 12는 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 13 (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 13 (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.

도 14는 본 발명에 따른 디스플레이부(700)가 HUD 방식으로 구현된 예를 도시한 예상도로서, 운전석 내부에서 외부를 바라보는 전경을 도시한다.

디스플레이부(700)는 HUD(Head Up Display) 방식으로 경로 탐색부(400)에서 탐색된 이동 경로, 타워크레인의 이동 방향, 타워크레인의 이동 속도 또는 구조물 정보 중 하나 이상이 표시될 수 있다. HUD는 통상적으로 타워크레인 운전실에 설치된 유리창을 통해 구현되는 것이 바람직하다. 도 15를 살펴보면, 좌측 상단에 타워크레인의 회전 방향 및 속도단계(speed 1)가 표시되어 있고, 중심부 근처에 자재가 이동되어야 하는 경로가 표시되고 최종 목적지가 가상으로 표시된다. 한편, 도 15 우측에는 통상적인 디스플레이 장치가 배치되어 있다.

도 15는 본 발명에 따른 디스플레이부(700) 화면에 증강현실 기술을 적용하여 표시된 영상의 일 예를 도시한다.

도 15 좌측 화면에는 타워크레인 측면모습이 가상의 그래픽이 아닌 실제 카메라(160)로 촬영된 영상이 표시되어 있다. 이를 통해 타워크레인의 이동 모습이 보다 정확하게 운전자에 제공된다. 또한 타워크레인이 위치한 주변의 정보(A building, B building 등)가 표시되어, 운전자가 직감적으로 디스플레이 화면과 운전석에서 보이는 주위 배경을 매칭할 수 있다. 운전자는 이를 통해 보다 빠르게 타워크레인의 이동 방향, 움직임 등을 파악할 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 실시예는 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 450: 경로 저장부
500: 경보부 600: 제어부
700: 디스플레이부

Claims

타워크레인에서 인양되는 자재 위치를 측정하는 자재 위치 정보 측정부;
타워크레인의 작동 반경 내부 및 외부의 구조물 위치 정보를 측정하는 구조물 정보 측정부;
상기 자재 위치 정보 측정부 및 상기 구조물 정보 측정부의 데이터를 이용하여 인양되는 자재의 출발지로부터 목적지까지의 이동 경로를 탐색하는 경로 탐색부;
상기 경로 탐색부에서 탐색된 경로가 타워크레인별로 저장되는 경로 저장부;
상기 자재 위치 정보 측정부의 데이터 및 상기 구조물 정보 측정부의 데이터를 수신하여 타워크레인, 타워크레인에 의해 인양되는 자재 및 구조물의 상대적인 위치 정보를 나타내는 2차원 또는 3차원 영상 데이터를 산출하는 데이터 처리부; 및
상기 데이터 처리부에서 산출된 영상 데이터를 이용하여 타워크레인, 타워크레인에 의해 인양되는 자재 또는 구조물 정보 중 하나 이상을 표시하고, 상기 경로 탐색부에서 탐색된 이동 경로를 표시하는 디스플레이부를 포함하며,
상기 경로 탐색부는 안전성 우선 모드, 생산성 우선 모드 또는 직전 경로 모드 중 하나를 선택하여 수행하는 이동 경로를 탐색하는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 시스템.
제1항에 있어서,
상기 타워크레인이 2기 이상이 작동하는 경우, 상기 경로 탐색부는 각 타워크레인에 대한 이동 경로를 탐색하고, 타워크레인 간의 이동 경로가 중첩된다면 상기 타워크레인의 이동 경로가 중첩되지 않도록 이동 경로를 재설정하는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 시스템.
제2항에 있어서,
상기 이동 경로 재설정은 전체 타워크레인의 이동 경로를 합산한 값이 가장 작은 경로로 설정되는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 시스템.
삭제
제1항에 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 시스템.
제1항에 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 시스템.
제1항에 있어서,
상기 직전 경로 모드는 타워크레인이 이동했던 직전의 경로와 동일한 이동 경로가 선택되는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 시스템.
제5항 내지 제7항 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 시스템.
제1항에 있어서,
상기 타워크레인 네비게이션 시스템은
상기 자재 위치 정보 측정부, 상기 구조물 정보 측정부 및 상기 경로 탐색부의 데이터를 이용하여 타워크레인을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 시스템.
제9항에 있어서,
상기 타워크레인이 2기 이상이 작동하는 경우, 상기 경로 탐색부에서 탐색된 각 타워크레인의 이동 경로가 중첩된다면, 상기 제어부는 상기 중첩된 경로를 갖는 타워크레인이 서로 다른 시간대에 중첩된 경로를 이동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 시스템.
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 시스템.
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 시스템.
제12항에 있어서,
상기 구조물 데이터 제공부는 구조물 건축 공정이 진행되는 경과에 따라 업데이트되는 3차원 구조물 데이터를 제공하는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 시스템.
제1항에 있어서,
상기 타워크레인 네비게이션 시스템은
자재의 실제 이동 경로가 상기 경로 탐색부에서 탐색된 지정 경로를 벗어나는 경우 경로 이탈 경보를 발생시키는 경보부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 시스템.
제14항에 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 시스템.
제1항에 있어서,
상기 타워크레인 네비게이션 시스템은
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 시스템.
제16항에 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 시스템.
제1항에 있어서,
상기 디스플레이부는 HUD(Head Up Display) 방식으로 경로 탐색부에서 탐색된 이동 경로, 타워크레인의 이동 방향, 타워크레인의 이동 속도 또는 구조물 정보 중 하나 이상이 표시되는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 시스템.
제1항에 있어서,
상기 디스플레이부는 증강현실 기술을 이용하여 타워크레인, 타워크레인에 의해 인양되는 자재 또는 구조물 정보를 별도의 디스플레이 장치 또는 타워크레인 운전실에 HUD 방식으로 표시하는 것을 특징으로 하는 타워크레인 네비게이션 시스템.