KR101553822B1 - 크레인 흔들림 방지장치 - Google Patents

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KR101553822B1
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정은태
장재훈
노기섭
정장영
박용호
고굉욱
서영교
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창원대학교 산학협력단
에스엠에이치 주식회사
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    • B66C13/04—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack
    • B66C13/06—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads

Abstract

본 발명은 스프레더의 상면에 설치되면서 해당 스프레더의 기울어짐 각도를 센싱하기 위한 감지센서; 제1휠구동모터의 구동에 의해 시계 혹은, 반시계 방향 중 어느 한 방향으로만 회전되는 제1플라이휠과, 상기 감지센서의 센싱값에 따라 결정되는 기울어짐 방향 및 기울어짐 각속도로 상기 제1플라이휠을 기울이도록 제1짐벌회전모터의 구동에 의해 회전되는 제1짐벌어셈블리와, 상기 제1짐벌어셈블리의 설치를 위한 제1장착프레임을 포함하여 이루어진 제1자이로부; 제2휠구동모터의 구동에 의해 상기 제1플라이휠과는 반대 방향으로 회전되는 제2플라이휠과, 상기 제1플라이휠과는 반대로 상기 제2플라이휠을 기울이도록 제2짐벌회전모터의 구동에 의해 회전되는 제2짐벌어셈블리와, 상기 제2짐벌어셈블리의 설치를 위한 제2장착프레임을 포함하여 이루어진 제2자이로부;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 크레인의 흔들림 방지장치를 제공하며, 이를 통해 크레인을 이용한 중량물의 이동시 발생되는 흔들림을 최단 시간 내에 감소할 수 있도록 한 것이다.

Description

크레인 흔들림 방지장치{device for controlling a container sway}
본 발명은 흔들림을 방지할 수 있도록 한 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 크레인을 이용한 중량물의 이동시 발생되는 흔들림을 최단 시간 내에 감소할 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 크레인의 흔들림 방지장치에 관한 것이다.
일반적으로 크레인은 중량물을 이송하는데 사용되는 기기로써, 대형 공장의 내부에서 제품을 이송하거나 혹은, 부두에 정박한 선박으로부터 컨테이너를 선적 또는, 하역하는 작업을 수행하는 용도로 주로 사용되고 있다.
이와 같은 크레인은 레일을 따라 트롤리가 이동하면서 스프레더에 파지된 중량물을 이송하도록 구성된다.
이러한 종래의 일반적인 크레인은 상기 트롤리와 스프레더가 와이어로프에 의해 서로 연결되도록 구성됨에 따라 트롤리의 이동시 상기 중량물에 작용하는 관성에 의한 흔들림이 발생되어 안정적인 중량물의 이송이 이루어지지 못할 뿐 아니라 해당 중량물을 파지하는 작업이나 해당 중량물을 특정 위치에 내려놓는 작업에 오랜 시간이 소요되었던 문제점이 있었다.
이에 최근에는 상기 트롤리의 이동시 중량물의 흔들림을 억제하기 위한 다양한 기술이 개발됨으로써 중량물 이송을 위한 작업시간의 단축을 이룰 수 있도록 하고 있으며, 이에 관련하여는 등록특허공보 제10-1266555호, 공개특허공보 제10-2002-0051635호, 등록특허공보 제10-0369585호, 공개특허공보 제10-2004-0052138호, 등록특허공보 제10-0650053호 및 공개특허공보 제10-2012-0001287호 등에 기재된 바와 같다.
하지만, 전술된 종래의 기술들 중 트롤리의 속도에 대한 제어 방법은 중량물의 흔들림을 최소화하기 위해 트롤리의 속도를 줄여야 함으로써 신속한 중량물의 이송이 이루어지지 못하였던 단점이 있고, 상기 와이어로프의 길이에 대한 제어 방법은 동작 신뢰성이 낮을 뿐 아니라 와이어로프의 길이가 순간적으로 변동되지 못할 경우 중량물의 기울어짐에 따른 우려가 발생되며, 트롤리와 스프레더 사이의 거리에 대한 제어 방법은 액츄에이터의 사용에 의해 중량물의 미세 기울어짐에 대한 보상이 이루어지지 못한다는 단점이 있다.
물론, 종래에는 상기한 문제점의 해결을 위해 리액션휠을 이용하여 진동을 제거하고자 한 노력도 있었으며, 이는 공개특허공보 제10-2013-0085275호에 개시된 바와 같다.
그러나, 전술된 리액션휠을 이용하는 방법의 경우는 방향성이 극히 한정적일 뿐만 아니라 큰 토크를 제공할 수 없기 때문에 실제 크레인에의 적용시에는 해당 크레인의 진동을 방지할 수 있도록 하기 위해서는 크기가 막대히 커질 수밖에 없을 뿐만 아니라 이로 인한 크레인의 중량 증가가 야기되어 현실적인 적용이 불가능하다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술된 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 크레인을 이용한 중량물의 이동시 발생되는 흔들림을 최단 시간 내에 감소할 수 있도록 하면서도 그 동작에 의해 야기될 수 있는 스프레더의 요동도 방지할 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 크레인 흔들림 방지장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 크레인 흔들림 방지장치는 중량물의 반송 방향을 향해 이동 가능하게 설치되는 트롤리 및 상기 트롤리에 매달린 상태로 중량물을 파지하는 스프레더를 포함하여 이루어진 크레인의 동작 중 흔들림을 방지하기 위한 흔들림 방지장치에 있어서, 상기 흔들림 방지장치는 상기 스프레더의 상면에 설치되면서 해당 스프레더의 기울어짐 각도를 센싱하기 위한 감지센서; 제1휠구동모터의 구동에 의해 시계 혹은, 반시계 방향 중 어느 한 방향으로만 회전되는 제1플라이휠과, 상기 감지센서의 센싱값에 따라 결정되는 기울어짐 방향 및 기울어짐 각속도로 상기 제1플라이휠을 기울이도록 제1짐벌회전모터의 구동에 의해 회전되는 제1짐벌어셈블리와, 상기 제1짐벌어셈블리의 설치를 위한 제1장착프레임을 포함하여 이루어진 제1자이로부; 제2휠구동모터의 구동에 의해 상기 제1플라이휠과는 반대 방향으로 회전되는 제2플라이휠과, 상기 제1플라이휠과는 반대로 상기 제2플라이휠을 기울이도록 제2짐벌회전모터의 구동에 의해 회전되는 제2짐벌어셈블리와, 상기 제2짐벌어셈블리의 설치를 위한 제2장착프레임을 포함하여 이루어진 제2자이로부;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
여기서, 상기 각 장착프레임은 상기 스프레더의 상면에 설치되면서 트롤리가 진행되는 방향을 기준으로 진행 방향측 및 진행 반대 방향측 끝단 부위에는 장착벽이 각각 상향 절곡 형성되어 이루어지고, 상기 각 짐벌어셈블리는 전방벽과 후방벽 및 상부벽과 저부벽이 일체화되어 이루어짐과 더불어 상기 전방벽 및 후방벽은 상기 각 장착프레임의 두 장착벽에 각각 회전 가능하게 설치되며, 상기 각 플라이휠은 상기 각 짐벌어셈블리의 내측에 수평하게 눕혀진 상태로 위치되면서 상면 및 저면으로부터 돌출되는 회전축이 상기 각 짐벌어셈블리의 상부벽 및 저부벽에 회전 가능하게 설치되도록 이루어짐을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1자이로부 및 제2자이로부는 상기 스프레더의 상면 중 상기 트롤리의 이동 방향과 동일한 열방향을 따라 나란히 설치되거나 혹은, 상기 트롤리의 이동 방향과는 수직한 행방향을 따라 나란히 설치되도록 배치됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1자이로부 및 제2자이로부는 둘 이상 복수로 구비되면서 서로 쌍을 이루도록 배치됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 스프레더의 상면에는 평판형의 턴테이블이 회전 가능하게 구비되고, 상기 각 자이로부는 상기 턴테이블의 상면에 위치됨과 더불어 상기 트롤리의 이동 방향과 동일한 열방향 혹은, 상기 트롤리의 이동 방향과는 수직한 행방향을 따라 나란히 배치되도록 설치됨을 특징으로 한다.
이상에서와 같은 본 발명의 크레인 흔들림 방지장치는 자이로부를 이용하여 스프레드의 흔들림을 신속히 저감할 수 있게 된 효과를 가진다.
특히, 상기 자이로부는 두 개가 하나의 쌍을 이루도록 제공함과 더불어 이러한 각 쌍의 자이로부의 플라이휠은 서로 반대 방향으로의 회전 및 기울어짐이 이루어질 수 있도록 하여 스프레드의 흔들림에 따른 토크를 더욱 큰 토크로써 감쇄할 수 있도록 하고, 또한 각 자이로부에서 발생되는 요(yaw)는 서로 상쇄될 수 있도록 배치함으로써 스프레더가 회전되는 현상을 방지할 수 있게 된 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 크레인 흔들림 방지장치를 설명하기 위해 트롤리의 진행 방향측에서 본 상태를 나타낸 정면도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 크레인 흔들림 방지장치를 설명하기 위해 트롤리의 진행 방향과는 수직한 방향측에서 본 상태를 나타낸 측면도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 크레인 흔들림 방지장치를 설명하기 위해 나타낸 평면도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 크레인 흔들림 방지장치 중 각 자이로부를 설명하기 위해 나타낸 측면도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 크레인 흔들림 방지장치를 설명하기 위해 나타낸 사시도
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 크레인 흔들림 방지장치가 동작되는 상태 및 토크의 방향을 설명하기 위해 나타낸 사시도
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 크레인 흔들림 방지장치가 동작되는 상태를 설명하기 위해 나타낸 측면도
도 9 내지 도 12은 본 발명의 실시예에 따른 크레인 흔들림 방지장치의 방향 전환이 이루어진 상태 및 동작 상태를 설명하기 위해 나타낸 사시도
도 13 내지 도 18은 본 발명의 실시예에 따른 크레인 흔들림 방지장치에 대한 다른 실시예를 설명하기 위해 나타낸 사시도
이하, 본 발명의 크레인 흔들림 방지장치에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 18을 참조하여 설명하도록 한다.
실시예의 설명에 앞서, 본 발명의 크레인 흔들림 방지장치는 크레인의 이동시 관성에 의해 그 이동 방향측으로 발생되는 흔들림을 신속히 저감하기 위한 장치이며, 이때 상기 크레인은 중량물의 반송 방향을 향해 이동 가능하게 설치되는 트롤리(trolley)(10) 및 상기 트롤리(10)에 매달린 상태로 중량물을 파지하는 스프레더(spreader)(20)를 포함하여 이루어진 것임을 그 예로 한다.
첨부된 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 크레인 흔들림 방지장치를 설명하기 위해 트롤리의 진행 방향측에서 본 상태를 나타낸 정면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 크레인 흔들림 방지장치를 설명하기 위해 트롤리의 진행 방향과는 수직한 방향측에서 본 상태를 나타낸 측면도이며, 첨부된 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 크레인 흔들림 방지장치를 설명하기 위해 나타낸 평면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 크레인 흔들림 방지장치(이하, “흔들림 방지장치”라 함)는 크게 감지센서(100)와, 제1자이로부(200)와, 제2자이로부(300) 및 제어부(도시는 생략됨)를 포함하여 이루어짐을 제시하며, 특히 상기 각 자이로부(200,300)는 스프레더(20)의 흔들림을 신속히 방지할 수 있는 충분한 관성 모멘트를 제공할 수 있도록 하면서도 요(yaw)의 발생에 의한 스프레더(20)의 비틀어짐(수평 회전)이 방지될 수 있도록 함을 특징으로 제시한다.
이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 감지센서(100)는 스프레더(20)의 흔들림을 센싱하기 위한 센서이다.
이때, 상기 스프레더(20)의 흔들림이라 함은 트롤리(10)에 와이어(11)로써 매달린 상태를 이루는 스프레더(20)가 상기 트롤리(10)의 이동에 의한 관성으로 상기 트롤리(10)의 매달림 부위를 운동 중심으로 하여 트롤리(10)의 진행 방향측 및 진행 반대방향측을 향해 진자운동(振子運動)하는 현상을 의미한다.
이와 같은 감지센서(100)는 상기 스프레더(20)의 상면에 설치되며, 특히 본 발명의 실시예에서는 상기한 감지센서(100)가 상기 트롤리(10)의 진행 방향측을 향한 스프레더(20)의 흔들림에 따른 각도(혹은, 각속도)의 센싱이 가능하도록 자이로센서로 이루어짐을 그 예로 한다. 즉, 상기 감지센서(100)를 자이로센서로 구성함으로써 상기 스프레더(20)가 트롤리(10)의 진행방향측 흔들림에 따른 진자운동이 발생될 경우 그 각도를 정확히 파악할 수 있도록 한 것이다.
특히, 상기한 감지센서(100)는 둘 이상 복수로 제공함이 더욱 바람직하다. 즉, 각 감지센서(100)에서 발생되는 센싱 노이즈를 둘 이상 복수의 감지센서(100)로써 제거될 수 있도록 하여 더욱 정확한 각도의 측정이 가능하도록 한 것이다.
다음으로, 상기 제1자이로부(200)는 스프레더(20)의 흔들림 발생시 해당 스프레더(20)의 흔들림을 신속히 제거할 수 있도록 하는 자이로(CMG:Control Moment of Gyro)이다.
이와 같은 제1자이로부(200)는 제1장착프레임(210)과, 제1플라이휠(220) 및 제1짐벌어셈블리(230)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제1장착프레임(210)은 상기 제1짐벌어셈블리(230)의 설치를 위한 부위로써 상기 스프레더(20)의 상면에 설치되며, 트롤리(10)가 진행되는 방향을 기준으로 진행 방향측 및 진행 반대 방향측 끝단 부위에 장착벽(211,212)이 각각 상향 절곡 형성되어 이루어진다.
그리고, 상기 제1플라이휠(220)은 회전 관성을 제공하는 부위로써 축 방향이 상하로 향하도록 수평 방향으로 눕혀진 상태를 이루도록 배치됨과 더불어 제1휠구동모터(221)의 구동에 의해 시계 방향 혹은, 반시계 방향 중 어느 한 방향으로만 회전되도록 구성된다. 이때, 상기 제1플라이휠(220)에는 그의 회전 속도를 검출하기 위한 엔코더(222)가 더 포함되어 구성된다.
그리고, 상기 제1짐벌어셈블리(230)는 상기 제1플라이휠(220)의 기울임을 위한 구성으로써, 상기 제1플라이휠(220)이 회전 가능하게 설치되면서 상기 감지센서(100)의 센싱값에 따라 제어부에서 결정되는 기울어짐 방향 및 기울어짐 각속도만큼 상기 제1플라이휠(220)을 기울이도록 제1짐벌회전모터(231)의 구동에 의해 회전되도록 구성된다. 이때 상기 제1짐벌어셈블리(230)는 전방벽(232)과 후방벽(233) 및 상부벽(234)과 저부벽(235)이 일체화되어 이루어짐과 더불어 상기 전방벽(232) 및 후방벽(233)은 상기 제1장착프레임(210)의 두 장착벽(211,212)에 각각 회전 가능하게 설치되며, 상기 제1플라이휠(220)은 상기 제1짐벌어셈블리(230)의 내측에 수평하게 눕혀진 상태로 위치되면서 상면 및 저면으로부터 돌출되는 축이 상기 제1짐벌어셈블리(230)의 상부벽(234) 및 저부벽(235)에 회전 가능하게 설치되도록 이루어진다.
즉, 첨부된 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이 트롤리(10)의 이동이 이루어지는 과정에서 이 트롤리(10)의 속도 변화가 발생될 경우에는 해당 트롤리(10)의 진행 방향 혹은, 그 반대 방향을 향해 스프레더(20)가 진자운동하게 되는데, 이때 상기 스프레더(20)의 흔들림 방향과는 직교되는 방향으로 토크(τc)가 발생되고, 이로써 상기 제1짐벌어셈블리(230)는 상기 제1플라이휠(220)의 토크(τCMG1cosθg1) 제공 방향을 상기 스프레더(20)의 토크(τc) 제공방향과는 반대 방향으로 발생하도록 제1플라이휠(220)을 기울임으로써 상기 스프레더(20)의 토크(τc)가 상기 제1플라이휠(220)의 토크(τCMG1cosθg1)에 상쇄되어 제거되는 것이다.
또한, 상기 제1짐벌어셈블리(230)에는 그의 회전 속도를 검출하기 위한 엔코더(236)가 더 포함되어 구성된다.
다음으로, 상기 제2자이로부(300)는 스프레더(20)의 흔들림 발생시 해당 스프레더(20)의 흔들림을 신속히 제거할 수 있도록 함과 더불어 상기 제1자이로부(200)에 의해 스프레더(20)에 발생되는 요(yaw1)를 방지하기 위한 자이로(CMG:Control Moment of Gyro)이다.
즉, 스프레더(20)의 흔들림을 제거하기 위한 구성으로 제1자이로부(200)만 제공될 경우 상기 제1자이로부(200)를 이루는 제1플라이휠(220)의 회전 동작으로 발생되는 토크(τCMG1)의 분력에 의해 상기 제1플라이휠(220)이 회전되는 방향으로 스프레더(20)를 회전시키려고 하는 요(yaw1)가 발생된다. 이에 따라 상기 제2자이로부(300)의 추가 제공을 통해 상기 제1자이로부(200)의 동작에 따른 요의 발생을 제2자이로부(300)의 동작에 따른 요(yaw2)로써 상쇄할 수 있도록 한 것이다.
이와 같은 제2자이로부(300)는 전술된 제1자이로부(200)와 동일한 구조의 제2장착프레임(310)과, 제2플라이휠(320) 및 제2짐벌어셈블리(330)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제2장착프레임(310)은 상기 제2짐벌어셈블리(330)의 설치를 위한 부위로써 상기 스프레더(20)의 상면에 설치되며, 트롤리(10)가 진행되는 방향을 기준으로 진행 방향측 및 진행 반대 방향측 끝단 부위에 장착벽(311,312)이 각각 상향 절곡 형성되어 이루어진다.
그리고, 상기 제2플라이휠(320)은 회전 관성을 제공하는 부위로써 축 방향이 상하로 향하도록 수평 방향으로 눕혀진 상태를 이루도록 배치됨과 더불어 제2휠구동모터(321)의 구동에 의해 상기 제1플라이휠(220)의 회전 방향과는 반대 방향으로 회전되도록 구성된다. 이때, 상기 제2플라이휠(320)에는 그의 회전 속도를 검출하기 위한 엔코더(322)가 더 포함되어 구성된다.
그리고, 상기 제2짐벌어셈블리(330)는 상기 제2플라이휠(320)의 기울임을 위한 구성으로써, 상기 제2플라이휠(320)이 회전 가능하게 설치되면서 상기 제1플라이휠(220)과는 반대로 상기 제2플라이휠(320)을 기울이도록 제2짐벌회전모터(331)의 구동에 의해 회전되도록 구성된다. 이때 상기 제2짐벌어셈블리(330)는 전방벽(332)과 후방벽(333) 및 상부벽(334)과 저부벽(335)이 일체화되어 이루어짐과 더불어 상기 전방벽(332) 및 후방벽(333)은 상기 제2장착프레임(310)의 두 장착벽(311,312)에 각각 회전 가능하게 설치되며, 상기 제2플라이휠(320)은 상기 제2짐벌어셈블리(330)의 내측에 수평하게 눕혀진 상태로 위치되면서 상면 및 저면으로부터 돌출되는 축이 상기 제2짐벌어셈블리(330)의 상부벽(334) 및 저부벽(335)에 회전 가능하게 설치되도록 이루어진다.
또한, 상기 제2짐벌어셈블리(330)에는 그의 회전 속도를 검출하기 위한 엔코더(336)가 더 포함되어 구성된다.
특히, 상기 제2플라이휠(320)을 구동시키는 제2휠구동모터(321)는 상기 제2플라이휠(320)이 제1플라이휠(220)과는 반대의 방향으로 회전되도록 함과 더불어 제2짐벌어셈블리(330)의 제2짐벌회전모터(331)는 상기 제2플라이휠(320)이 제1플라이휠(220)의 기울어짐 방향과는 반대 방향으로 기울어지도록 구성됨을 제시하며, 이를 통해 각 자이로부(200,300)에서 발생되는 요(yaw1,yaw2)의 방향은 서로 반대를 이룰 수 있도록 하면서도 각 플라이휠(220,320)에 회전에 의해 발생되는 토크(τCMG1cosθg1,τCMG2cosθg2)의 방향은 서로 동일한 방향(스프레더의 흔들림에 의해 발생되는 토크의 방향과는 반대 방향)을 향할 수 있도록 한다.
즉, Z축을 중심으로 종방향 흔들림이 발생하면 제1자이로부(200)의 제1플라이휠(220)을 X축을 중심으로 ωg1,제2자이로부(300)의 제2플라이휠(320)을 -X축을 중심으로 ωg2의 각속도로 회전시키면 발생하는 τCMG1과 τCMG2의 성분 중 τCMG1cosθg1와 τCMG2cosθg2는 같은 방향으로 발생하므로 이러한 τCMG1cosθg1및 τCMG2cosθg2에 의해 스프레더의 흔들림으로 발생되는 토크는 상쇄되고, 또한 제1자이로부(200)의 동작에 의해 요(yaw1)를 발생시키는 토크(τCMG1sinθg1)와 제2자이로부(300)의 동작에 의해 요(yaw2)를 발생시키는 토크(τCMG2sinθg2)는 서로 반대 방향이기 때문에 상기 두 요(yaw1, yaw2)는 서로 상쇄되면서 스프레더가 종방향으로 흔들리거나 수평방향으로 회전됨은 방지된다.
이와 함께, 본 발명의 실시예에서는 상기 제1자이로부(200) 및 제2자이로부(300)가 상기 스프레더(20)의 상면 중 상기 트롤리(10)의 이동 방향과는 수직한 방향을 따라 나란히 설치되도록 배치됨을 제시한다. 즉, 각 자이로부(200,300)의 나란한 배치를 통해 각 자이로부(200,300)에서 발생되는 토크의 방향이 항상 동일할 수 있도록 한 것이다.
다음으로, 상기 제어부(도시는 생략됨)는 상기 각 자이로부(200,300)의 동작을 제어하는 콘트롤러로써, 상기 트롤리(10)나 스프레더(20) 중 어느 한 부위에 설치될 수도 있을 뿐만 아니라 크레인의 동작 제어를 위한 컨트롤러를 사용할 수도 있다.
이와 같은 제어부는 상기 감지센서(100)에 의해 센싱된 값을 제공받아 이 센싱값을 토대로 각속도 값을 확인하고, 이 확인된 값을 토대로 각 자이로부(200,300)를 이루는 제1플라이휠(220) 및 제2플라이휠(320)의 기울어짐 방향 및 기울어짐 각속도를 결정함과 더불어 이렇게 결정된 기울어짐 방향 및 기울어짐 각속도에 따라 각 짐벌회전모터(231,331)를 구동시키도록 프로그래밍되어 이루어진다.
이때, 상기 각 플라이휠(220,320)의 기울어짐 방향은 상기 스프레더(20)의 흔들림 방향에 관련되며, 이로써 상기 제어부는 상기 스프레더(20)가 후방에서 전방으로 이동되는 흔들림일 경우 예컨대, 시계방향으로 회전되는 제1플라이휠(220)은 스프레더(20)의 흔들림에 따른 토크(τc) 제공 방향을 향해 기울임과 동시에 반시계방향으로 회전되는 제2플라이휠(320)은 상기 제1플라이휠(220)과는 반대의 방향으로 기울이도록 제어하는 것이다.
이와 함께, 상기 각 플라이휠(220,320)의 기울어짐 각속도는 상기 스프레더(20)의 흔들림 정도에 관련되며, 이로써 상기 제어부는 상기 스프레더(20)의 각속도 크기에 따라 상기 각 플라이휠(220,320)의 기울어짐 각속도를 계산하여 각 짐벌회전모터(231,331)의 구동을 제어하게 된다.
이때, 상기 각 자이로부(200,300)의 토크 방정식은 아래의 [수학식 1]에 나타낸 바와 같다.
Figure 112015045730481-pat00001
Jwy : Inertia of the fly wheel
Figure 112015045730481-pat00002
: Angular velocity of the fly wheel
Figure 112015045730481-pat00003
: Angular velocity of the gimbal
Figure 112015045730481-pat00004
: Angular momentum
즉, 상기한 각 자이로부(200,300)의 토크 방정식과 상기 감지센서(100)로부터 센싱된 각속도를 토대로 상기 제어부는 각 플라이휠(220,320)에 대한 기울어짐 각속도를 결정하게 된다. 이때, 상기 각 플라이휠(220,320)의 기울어짐 각속도는 60°를 초과하지 않도록 함이 바람직하다. 이는, 상기 각 플라이휠(220,320)의 기울어짐 각속도가 60°를 초과하게 될 경우 각 플라이휠의 회전에 의해 얻게 되는 최대 토크가 급격히 줄어들기 때문이다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 스프레더(20)의 상면에 평판형의 턴테이블(400)이 회전 가능하게 구비되고, 각 자이로부(200,300)는 상기 턴테이블(400)의 상면에 설치됨을 추가로 제시한다.
이때, 상기 턴테이블(400)은 상기 감지센서(100)의 센싱값에 따라 결정된 방향으로 테이블회전모터(410)의 구동에 의해 회전되도록 구성된다.
즉, 상기한 각 자이로부(200,300)의 방향 전환이 가능한 구조를 통해 스프레더(20)의 전후 방향(트롤리의 진행 방향)에 대한 흔들림 뿐만 아니라 여타 방향에 대한 흔들림도 제어를 할 수 있도록 함과 더불어 트롤리(10)의 진행 방향이 바뀐다 하더라도 각 자이로부(200,300)가 해당 방향으로 일괄적인 방향 전환이 이루어질 수 있도록 한 것이다.
하기에서는, 전술된 본 발명의 실시예에 따른 크레인의 흔들림 방지장치에 의한 작용을 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.
우선, 첨부된 도 5 및 도 9에 도시된 바와 같이 크레인이 동작되지 않는 트롤리(10)의 정지 상태에서는 각 휠구동모터(221,321)의 구동이 이루어지지 않음과 더불어 각 짐벌회전모터(231,331)의 구동이 이루어지지 않기 때문에 각 플라이휠(220,320)은 수평하게 눕혀진 상태(회전축이 상하 방향으로 나란하게 위치된 상태)를 유지한다.
이러한 최초의 상태에서 크레인의 동작 제어가 이루어짐에 따른 트롤리(10)의 움직임이 발생될 때에는 제어부에 의해 제1휠구동모터(221) 및 제2휠구동모터(321)의 구동이 이루어지면서 제1플라이휠(220)은 시계 방향으로 회전됨과 동시에 제2플라이휠(320)은 반시계 방향으로 회전된다.
그리고, 전술된 각 플라이휠(220,320)의 회전 동작이 이루어지는 도중 트롤리(10)에 매달린 상태로 제공되는 스프레더(20)가 상기 트롤리(10)의 매달림 부위를 기준으로 상기 트롤리(10)의 진행 방향 및 진행 반대방향을 향해 진자운동을 하면서 흔들리게 되면, 감지센서(100)에 의한 스프레더(20)의 흔들림에 따른 각속도가 센싱됨과 더불어 제어부로 제공되며, 계속해서 상기 제어부에서는 상기 센싱된 각속도를 토대로 상기 스프레더(20)의 흔들림 방향을 정확히 인지하게 되고, 이로써 상기 제어부는 상기 스프레더(20)의 흔들림 방향에 근거한 제1플라이휠(220) 및 제2플라이휠(320)의 기울어짐 방향 및 기울어짐 각속도를 결정하게 되는 것이다.
그리고, 상기한 각 플라이휠(220,320)의 기울어짐 방향 및 기울어짐 각속도에 대한 결정이 이루어지면 상기 제어부는 각 짐벌회전모터(231,331)의 구동제어를 통해 각 플라이휠(220,320)을 상기 결정된 방향 및 각속도로 기울인다.
예컨대, 스프레더(20)가 후방에서 전방으로 이동되는 흔들림일 경우 시계방향으로 회전되는 제1플라이휠(220)은 스프레더(20)의 흔들림에 따른 토크(τc) 제공 방향을 향해 기울어지도록 제어됨과 동시에 반시계방향으로 회전되는 제2플라이휠(320)은 상기 제1플라이휠(220)과는 반대의 방향으로 기울어지도록 제어되며, 이는 첨부된 도 6와 도 8 및 도 10에 도시된 바와 같다. 이때, 상기 각 플라이휠(220,320)의 기울어짐 각속도는 감지센서(100)에 의해 감지된 각도에 따라 제어부에서 계산되어 결정된다.
반면, 스프레더(20)가 전방에서 후방으로 이동되는 흔들림일 경우 시계방향으로 회전되는 제1플라이휠(220)은 스프레더(20)의 흔들림에 따른 토크(τc) 제공 방향과는 반대 방향을 향해 기울어지도록 제어됨과 동시에 반시계방향으로 회전되는 제2플라이휠(320)은 상기 제1플라이휠(220)과는 반대의 방향으로 기울어지도록 제어되며, 이는 첨부된 도 7에 도시된 바와 같다. 이때, 상기 각 플라이휠(220)의 기울어짐 각속도는 감지센서(100)에 의해 감지된 각도에 따라 제어부에서 계산되어 결정된다.
따라서, 전술된 각 플라이휠(220,320)의 회전 및 기울어짐에 의해 스프레더(20)의 흔들림(트롤리의 진행 방향측을 향한 흔들림)에 따른 토크(흔들림 방향과는 수직한 방향으로 발생되는 토크)(τc)가 신속히 상쇄되며, 이와 함께 각 플라이휠(220,320)의 회전 동작에 의해 제1자이로부(200)에서 발생되는 요(yaw1)는 제2자이로부(300)에서 발생되는 요(yaw2)와 상쇄되면서 스프레더(20)의 원치않은 회전이 방지될 수 있게 된다.
특히, 전술된 스프레더(20)의 흔들림 및 이 흔들림에 대응하는 각 자이로부(200,300)의 동작 제어는 스프레더(20)의 흔들림이 완전히 정지될 때까지 계속하여 이루어지며, 이로써 스프레더(20)의 흔들림이 줄어드는 과정에서도 실시간으로 각 자이로부(200,300)의 플라이휠(220,320)에 대한 기울어짐 방향 및 기울어짐 각속도는 연속적으로 변화되면서 최대한 이른 시간 내에 스프레더(20)의 흔들림이 정지될 수 있도록 하게 된다.
결국, 본 발명에 따른 크레인의 흔들림 방지장치는 두 자이로부(200,300)의 배치와 서로 반대의 동작 제어에 의해 스프레더(20)의 흔들림을 신속히 줄이면서도 스프레더(20)의 회전됨을 방지할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 크레인의 흔들림 방지장치는 전술된 실시예에서와 같이 두 자이로부(200,300)를 트롤리(10)의 진행 방향과 수직한 방향으로 나란히 배치되도록 설치하는 구조에만 한정되지 않는다.
즉, 첨부된 도 13에 도시된 바와 같이 두 자이로부(200,300)는 트롤리(10)의 진행 방향과 동일한 방향을 따라 나란히 설치되도록 구성할 수도 있는 것이다. 물론, 이의 경우에도 첨부된 도 14에 도시된 바와 같이 각 자이로부를 이루는 각 짐벌어셈블리(230,330)는 각 플라이휠이 서로 반대의 방향으로 기울어질 수 있게 동작되도록 구성되어야 한다.
또한, 본 발명에 따른 크레인의 흔들림 방지장치는 제1자이로부(200) 및 제2자이로부(300)가 각각 둘 이상 복수로 구비되면서 서로 쌍을 이루도록 배치될 수도 있다.
즉, 첨부된 도 13 내지 도 18에 도시된 바와 같이 각 자이로부(200,300)를 복수의 쌍으로 제공함으로써 트롤리(10)의 이동 방향에 따른 다양한 방향의 스프레더에 대한 흔들림을 방지하도록 구성될 수도 있는 것이다.
이렇듯, 본 발명의 크레인의 흔들림 방지장치는 트롤리의 진행 방향에 따라 다양한 형태로의 변형이 가능하다.
10. 트롤리 11. 와이어
20. 스프레더 100. 감지센서
200. 제1자이로부 210. 제1장착프레임
211,212. 장착벽 220. 제1플라이휠
221. 제1휠구동모터 222. 엔코더
230. 제1짐벌어셈블리 231. 제1짐벌회전모터
232. 전방벽 233.후방벽
234. 상부벽 235. 저부벽
300. 제2자이로부 310. 제2장착프레임
311,312. 장착벽 320. 제2플라이휠
321. 제2휠구동모터 322. 엔코더
330. 제2짐벌어셈블리 331. 제2짐벌회전모터
332. 전방벽 333.후방벽
334. 상부벽 335. 저부벽
400. 턴테이블 410. 테이블회전모터

Claims (5)

  1. 중량물의 반송 방향을 향해 이동 가능하게 설치되는 트롤리 및 상기 트롤리에 매달린 상태로 중량물을 파지하는 스프레더를 포함하여 이루어진 크레인의 동작 중 흔들림을 방지하기 위한 흔들림 방지장치에 있어서,
    상기 흔들림 방지장치는
    상기 스프레더의 상면에 설치되면서 해당 스프레더의 기울어짐 각도를 센싱하기 위한 감지센서;
    제1휠구동모터의 구동에 의해 시계 혹은, 반시계 방향 중 어느 한 방향으로만 회전되는 제1플라이휠과, 상기 감지센서의 센싱값에 따라 결정되는 기울어짐 방향 및 기울어짐 각속도로 상기 제1플라이휠을 기울이도록 제1짐벌회전모터의 구동에 의해 회전되는 제1짐벌어셈블리와, 상기 제1짐벌어셈블리의 설치를 위한 제1장착프레임을 포함하여 이루어진 제1자이로부;
    제2휠구동모터의 구동에 의해 상기 제1플라이휠과는 반대 방향으로 회전되는 제2플라이휠과, 상기 제1플라이휠과는 반대로 상기 제2플라이휠을 기울이도록 제2짐벌회전모터의 구동에 의해 회전되는 제2짐벌어셈블리와, 상기 제2짐벌어셈블리의 설치를 위한 제2장착프레임을 포함하여 이루어진 제2자이로부;를 포함하며,
    상기 각 장착프레임은 상기 스프레더의 상면에 설치되면서 트롤리가 진행되는 방향을 기준으로 진행 방향측 및 진행 반대 방향측 끝단 부위에는 장착벽이 각각 상향 절곡 형성되어 이루어지고,
    상기 각 짐벌어셈블리는 전방벽과 후방벽 및 상부벽과 저부벽이 일체화되어 이루어짐과 더불어 상기 전방벽 및 후방벽은 상기 각 장착프레임의 두 장착벽에 각각 회전 가능하게 설치되며,
    상기 각 플라이휠은 상기 각 짐벌어셈블리의 내측에 수평하게 눕혀진 상태로 위치되면서 상면 및 저면으로부터 돌출되는 회전축이 상기 각 짐벌어셈블리의 상부벽 및 저부벽에 회전 가능하게 설치되도록 이루어짐을 특징으로 하는 크레인의 흔들림 방지장치
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1자이로부 및 제2자이로부는
    상기 스프레더의 상면 중 상기 트롤리의 이동 방향과 동일한 열방향을 따라 나란히 설치되거나 혹은, 상기 트롤리의 이동 방향과는 수직한 행방향을 따라 나란히 설치되도록 배치됨을 특징으로 하는 크레인의 흔들림 방지장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1자이로부 및 제2자이로부는 둘 이상 복수로 구비되면서 서로 쌍을 이루도록 배치됨을 특징으로 하는 크레인의 흔들림 방지장치.
  5. 중량물의 반송 방향을 향해 이동 가능하게 설치되는 트롤리 및 상기 트롤리에 매달린 상태로 중량물을 파지하는 스프레더를 포함하여 이루어진 크레인의 동작 중 흔들림을 방지하기 위한 흔들림 방지장치에 있어서,
    상기 흔들림 방지장치는
    상기 스프레더의 상면에 설치되면서 해당 스프레더의 기울어짐 각도를 센싱하기 위한 감지센서;
    제1휠구동모터의 구동에 의해 시계 혹은, 반시계 방향 중 어느 한 방향으로만 회전되는 제1플라이휠과, 상기 감지센서의 센싱값에 따라 결정되는 기울어짐 방향 및 기울어짐 각속도로 상기 제1플라이휠을 기울이도록 제1짐벌회전모터의 구동에 의해 회전되는 제1짐벌어셈블리와, 상기 제1짐벌어셈블리의 설치를 위한 제1장착프레임을 포함하여 이루어진 제1자이로부;
    제2휠구동모터의 구동에 의해 상기 제1플라이휠과는 반대 방향으로 회전되는 제2플라이휠과, 상기 제1플라이휠과는 반대로 상기 제2플라이휠을 기울이도록 제2짐벌회전모터의 구동에 의해 회전되는 제2짐벌어셈블리와, 상기 제2짐벌어셈블리의 설치를 위한 제2장착프레임을 포함하여 이루어진 제2자이로부;를 포함하여 이루어지며,
    상기 스프레더의 상면에는 평판형의 턴테이블이 회전 가능하게 구비되고,
    상기 각 자이로부는 상기 턴테이블의 상면에 위치됨과 더불어 상기 트롤리의 이동 방향과 동일한 열방향 혹은, 상기 트롤리의 이동 방향과는 수직한 행방향을 따라 나란히 배치되도록 설치됨을 특징으로 하는 크레인의 흔들림 방지장치.
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