KR101981175B1

KR101981175B1 - 크레인 충돌 방지 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101981175B1
Application number: KR1020170161694A
Authority: KR
Inventors: 신성일
Original assignee: 주식회사 무스마
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2019-05-23
Also published as: WO2019107648A1

Abstract

레일 위를 이동하는 복수개의 크레인들의 충돌 방지 시스템에 있어서, 크레인의 충돌 방지 시스템은 크레인의 팔의 끝단에 배치되는 dGPS 센서 및 크레인의 팔의 회전축에 배치되는 관성 측정 유닛(IMU: Inertial Measurement Unit)을 포함하는 센서부, 상기 센서부가 측정한 데이터를 위치 연산부로 전송하는 통신부, 상기 통신부로부터 전송되는 데이터를 이용하여 각 크레인의 레일 상에서의 몸체의 위치 및 팔의 위치를 연산하는 위치 연산부, 상기 위치 연산부에서 연산한 각 크레인들의 위치에 관한 데이터와 각 크레인의 움직임에 관한 데이터를 이용하여 각 크레인들의 충돌 가능성을 연산하는 충돌 가능성 연산부, 상기 충돌 가능성 연산부에서 연산된 데이터를 바탕으로 크레인들의충돌이 발생하지 않도록 각 크레인들의 움직임을 제어하는 충돌 제어부 및 상기 위치 연산부 및 상기 충돌 가능성 연산부에서 연산한 데이터들을 실시간으로 표시하는 표시부를 포함한다.

Description

크레인 충돌 방지 시스템 및 방법{SYSTEM FOR PREVENTING COLLISION OF CRANE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 크레인 충돌 방지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레일 위에서 트레인의 이동을 감지하여 크레인의 충돌을 방지할 수 있는 크레인 충돌 방지 시스템 및 방법에 관한 것이다.

크레인은 기중기(起重機)라고도 하며, 크레인은 기계장치 중에서도 가장 먼저 고안된 것으로, 약 5,000년 전 고대 이집트에서 피라미드를 만들 당시에 중량물 운반용으로 사용되었다. 처음에는 인력 또는 축력(畜力)이 사용되었으나 나중에는 수력(水力)이 사용되었고, 19세기 중엽부터는 증기기관의 발달과 더불어 증기동력(蒸氣動力)이 사용되어 모빌 크레인(mobile crane)도 나타났다. 19세기 말경부터 전력(電力)이 사용되기 시작하면서 중량물 운반용 크레인이 급속히 발달하여 오늘날과 같은 여러 종류의 근대적인 크레인이 되었다.

이러한 크레인은 다양한 종류가 있으며, 항만 등의 시설에서는 다양한 종류의 대형 크레인들이 서로 독립적으로 움직이면서 작업을 수행하고 있다. 따라서, 여러 개의 크레인들이 독립적으로 움직이고 있으므로 크레인들 사이의 충돌하는 위험이 상존하고 있다. 크레인들 사이 충돌이 발생되는 경우 크레인의 파손으로 인한 물적 손실, 크레인 파손으로 인한 작업 지연 등의 문제가 발생될 수 있으며, 인명 피해가 발생되기도 한다.

이러한 이유로 크레인들의 충돌을 방지할 수 있는 장치들이 개발되고 있으나, 단순히 다른 크레인 또는 물체들의 접근만을 알려주거나 접근시 알람만을 발생하여 크레인들간의 충돌을 효과적으로 방지하지는 못하고 있는 실정이다.

한국등록특허 제10-1173136호(2012.08.06)

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 목적은 레일 위에서 트레인의 이동을 감지하여 크레인의 충돌을 방지할 수 있는 크레인 충돌 방지 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 레일 위에서 트레인의 이동을 감지하여 크레인의 충돌을 방지할 수 있는 크레인 충돌 방지 방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 시스템은 레일 위를 이동하는 복수개의 크레인들의 충돌 방지 시스템에 있어서, 크레인의 팔의 끝단에 배치되는 dGPS 센서 및 크레인의 팔의 회전축에 배치되는 관성 측정 유닛(IMU: Inertial Measurement Unit)을 포함하는 센서부; 상기 센서부가 측정한 데이터를 위치 연산부로 전송하는 통신부; 상기 통신부로부터 전송되는 데이터를 이용하여 각 크레인의 레일 상에서의 몸체의 위치 및 팔의 위치를 연산하는 위치 연산부; 상기 위치 연산부에서 연산한 각 크레인들의 위치에 관한 데이터와 각 크레인의 움직임에 관한 데이터를 이용하여 각 크레인들의 충돌 가능성을 연산하는 충돌 가능성 연산부; 상기 충돌 가능성 연산부에서 연산된 데이터를 바탕으로 크레인들의충돌이 발생하지 않도록 각 크레인들의 움직임을 제어하는 충돌 제어부; 및 상기 위치 연산부 및 상기 충돌 가능성 연산부에서 연산한 데이터들을 실시간으로 표시하는 표시부를 포함하되, 상기 위치 연산부는 상기 dGPS 센서로부터 얻어지는 데이터로부터 크레인 몸체의 위치를 연산하며, 상기 dGPS 센서로부터 얻어지는 위치인 제1 지점은 크레인의 팔의 끝의 위치를 나타내고, 크레인 몸체와 상기 제1 지점 사이의 거리가 r이고, 상기 제1 지점의 좌표는 x, y이고, 크레인들이 이동하는 레일은 ax + by + c = 0을 만족하는 직선이라고 할 때, 상기 크레인 몸체의 위치는 좌표상에서 상기 제1 지점(x, y)을 원점으로 하는 반지름이 r인 원과 상기 ax + by + c = 0을 만족하는 직선의 레일과의 접점으로 정의되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 위치 연산부는 상기 관성 측정 유닛(IMU)으로부터 얻어지는 데이터로부터 크레인의 팔의 방향을 연산하며, 상기 제1 지점(x, y)을 원점으로 하는 반지름이 r인 원과 상기 ax + by + c = 0을 만족하는 직선의 레일과의 접점은 제1 접점 및 제2 접점을 포함하며, 상기 제1 접점 및 상기 제2 접점 중 상기 크레인의 몸체 위치는 크레인의 팔의 방향으로 결정되며, 상기 레일의 직교라인을 기준으로 상기 팔의 방향이 제1 접점이 위치한 제1 지역을 가리키는 경우 상기 크레인의 몸체 위치는 제2 접점으로 결정되고, 상기 레일의 직교라인을 기준으로 상기 팔의 방향이 제2 접점이 위치한 제2 지역을 가리키는 경우 상기 크레인의 몸체 위치는 제1 접점으로 결정될 수 있다.

삭제

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 위치 연산부는 상기 dGPS 센서의 현재 좌표와 결정된 크레인의 몸체 위치 사이의 거리가 r보다 크게 감지되는 경우, 상기 크레인이 이동한 것으로 판단하고, 크레인 몸체 위치를 다시 연산할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 위치 연산부는 상기 dGPS 센서의 오차로 인해 상기 dGPS 센서의 좌표와 상기 레일 사이의 최단 거리 d가 r보다 크게 측정되는 경우, 상기 dGPS 센서의 좌표를 상기 레일의 수직 방향으로 (d-r)만큼 이동시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 위치 연산부는 통신 장애로 상기 dGPS 센서의 좌표가 수신이 안되는 경우, 상기 관성 측정 유닛(IMU)으로부터 얻어지는 데이터를 이용하여 상기 크레인의 팔의 이동을 예측할 수 있다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 방법은 레일 위를 이동하는 복수개의 크레인들의 충돌 방지 방법에 있어서, 센서부가 크레인의 팔의 끝단에 배치되는 dGPS 센서 및 크레인의 팔의 회전축에 배치되는 관성 측정 유닛(IMU: Inertial Measurement Unit)을 이용하여 크레인의 위치 및 움직임을 측정하는 단계; 통신부가 상기 센서부가 측정한 데이터를 위치 연산부로 전송하는 단계; 상기 위치 연산부가 상기 통신부로부터 전송되는 데이터를 이용하여 각 크레인의 레일 상에서의 몸체의 위치 및 팔의 위치를 연산하는 단계; 충돌 가능성 연산부가 상기 위치 연산부에서 연산한 각 크레인들의 위치에 관한 데이터와 각 크레인의 움직임에 관한 데이터를 이용하여 각 크레인들의 충돌 가능성을 연산하는 단계; 충돌 제어부가 상기 충돌 가능성 연산부에서 연산된 데이터를 바탕으로 크레인들의 충돌이 발생하지 않도록 각 크레인들의 움직임을 제어하는 단계; 및 표시부가 상기 위치 연산부 및 상기 충돌 가능성 연산부에서 연산한 데이터들을 실시간으로 표시하는 단계를 포함하되, 상기 위치 연산부는 상기 dGPS 센서로부터 얻어지는 데이터로부터 크레인 몸체의 위치를 연산하며, 상기 dGPS 센서로부터 얻어지는 위치인 제1 지점은 크레인의 팔의 끝의 위치를 나타내고, 크레인 몸체와 상기 제1 지점 사이의 거리가 r이고, 상기 제1 지점의 좌표는 x, y이고, 크레인들이 이동하는 레일은 ax + by + c = 0을 만족하는 직선이라고 할 때, 상기 크레인 몸체의 위치는 좌표상에서 상기 제1 지점(x, y)을 원점으로 하는 반지름이 r인 원과 상기 ax + by + c = 0을 만족하는 직선의 레일과의 접점으로 정의되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 위치 연산부는 상기 관성 측정 유닛(IMU)으로부터 얻어지는 데이터로부터 크레인의 팔의 방향을 연산하며, 상기 제1 지점(x, y)을 원점으로 하는 반지름이 r인 원과 상기 ax + by + c = 0을 만족하는 직선의 레일과의 접점은 제1 접점 및 제2 접점을 포함하며, 상기 제1 접점 및 상기 제2 접점 중 상기 크레인의 몸체 위치는 크레인의 팔의 방향으로 결정되며, 상기 레일의 직교라인을 기준으로 상기 팔의 방향이 제1 접점이 위치한 제1 지역을 가리키는 경우 상기 크레인의 몸체 위치는 제2 접점으로 결정되고, 상기 레일의 직교라인을 기준으로 상기 팔의 방향이 제2 접점이 위치한 제2 지역을 가리키는 경우 상기 크레인의 몸체 위치는 제1 접점으로 결정될 수 있다.

삭제

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 위치 연산부가 상기 통신부로부터 전송되는 데이터를 이용하여 각 크레인의 레일 상에서의 몸체의 위치 및 팔의 위치를 연산하는 단계는 상기 dGPS 센서의 현재 좌표와 결정된 크레인의 몸체 위치 사이의 거리를 r과 비교하는 단계 및 상기 dGPS 센서의 좌표와 결정된 크레인의 몸체 위치 사이의 거리가 r보다 큰 경우 상기 크레인이 이동한 것으로 판단하고, 상기 크레인 몸체 위치를 다시 연산하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 위치 연산부가 상기 통신부로부터 전송되는 데이터를 이용하여 각 크레인의 레일 상에서의 몸체의 위치 및 팔의 위치를 연산하는 단계는 상기 dGPS 센서의 좌표와 상기 레일 사이의 최단 거리 d와 상기 r을비교하는 단계 및 상기 d가 r보다 크게 측정되는 경우 상기 dGPS 센서의 오차로 판단하고, 상기 dGPS 센서의 좌표를 상기 레일의 수직 방향으로 (d-r)만큼 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 위치 연산부가 상기 통신부로부터 전송되는 데이터를 이용하여 각 크레인의 레일 상에서의 몸체의 위치 및 팔의 위치를 연산하는 단계는 상기 dGPS 센서의 좌표가 수신되는지 판단하는 단계, 상기 dGPS 센서의 좌표가 수신이 안되는 경우, 상기 관성 측정 유닛(IMU)으로부터 얻어지는 데이터를 이용하여 상기 크레인의 팔의 이동을 예측하는 단계 및 상기 예측된 팔의 이동에 관한 데이터를 반영하여 상기 크레인의 위치를 연산하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 크레인 충돌 방지 시스템의 센서부는 dGPS 센서 및 관성 측정 유닛을 포함한다. 따라서, dGPS 센서로부터 얻어지는 위치 데이터에 관성 측정 유닛으로부터 얻어지는 움직임에 관한 데이터를 적용하여 크레인의 정확한 위치 및 움직임을 판단할 수 있으므로, 크레인들 사이의 충돌을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 일시적으로 통신 불능이 발생되는 경우, 관성 측정 유닛으로부터 얻어지는 데이터를 이용하여 움직임을 예측할 수 있으므로, 통신 불량이 발생되는 경우에도 크레인의 정확한 위치 및 움직임을 파악할 수 있어 크레인들의 충돌을 효과적으로 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 시스템을 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 크레인 충돌 방지 시스템의 센서부를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 시스템의 위치 연산부가 위치를 연산하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 시스템의 위치 연산부가 위치를 연산하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 시스템의 위치 연산부가 위치를 연산하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 시스템의 위치 연산부가 위치를 연산하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 시스템의 위치 연산부가 위치를 연산하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 방법의 위치 연산 단계를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 방법의 위치 연산 단계를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 방법의 위치 연산 단계를 나타내는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 시스템을 나타내는 평면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 크레인 충돌 방지 시스템의 센서부를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 시스템(10)은 센서부(100), 통신부(200), 위치 연산부(300), 충돌 가능성 연산부(400), 충돌 제어부(500) 및 표시부(600)를 포함한다.

상기 센서부(100)는 dGPS 센서(110) 및 관성 측정 유닛(120)을 포함할 수 있다. 상기 dGPS 센서(110)는 크레인의 팔(30)의 끝단에 배치될 수 있다. 상기 dGPS 센서(110)는 크레인의 위치를 측정할 수 있다.

상기 관성 측정 유닛(120)은 크레인의 팔의 회전축에 배치될 수 있다. 관성 측정 유닛(IMU: Inertial Measurement Unit)은 이동 물체의 속도와 방향, 중력, 가속도를 측정하는 장치를 뜻하며, 센서 기반 방식으로 이용될 수 있다. IMU 기반의 위치 추정은 가속도계, 각속도계, 지자기계 및 고도계를 이용하여 보행자 및 이동 물체의 움직임 상황을 인식할 수 있다. 관성 측정 유닛은 일반적으로 3축 가속도계와 3축 각속도계가 내장되어 있어 진행방향, 횡방향, 높이 방향의 가속도와 롤링(roll), 피칭(pitch), 요(yaw) 각속도의 측정이 가능하며, 관성 측정 유닛으로부터 얻어지는 가속도와 각속도를 적분하여 이동 물체의 속도와 자세각의 산출이 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 시스템은 상기 dGPS 센서(110) 및 상기 관성 측정 유닛(120)을 이용하여 크레인의 위치를 정확하게 측정할 수 있으며, 단순히 위치만을 측정하는 것이 아니라 상기 관성 측정 유닛(120)으로부터 얻어지는 움직임에 대한 데이터를 반영하여 보다 정확한 위치를 측정할 수 있다.

상기 통신부(200)는 상기 센서부가 측정한 데이터를 위치 연산부(300)로 전송할 수 있다. 상기 통신부(200)는 무선 통신망을 통해 데이터를 전송할 수 있다. 예를 들어, 상기 통신부(200)에 이용하는 무선 통신망은 USN(Ubiquitous Sensor Network)일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 방식의 통신망이 이용될 수 있다.

상기 위치 연산부(300)는 상기 통신부(200)로부터 전송되는 데이터를 이용하여 각 크레인의 레일 상에서의 몸체의 위치 및 팔의 위치를 연산할 수 있다. 상기 위치 연산부(300)가 크레인의 몸체의 위치 및 팔의 위치를 연산하는 방법은 도 3 내지 도 6을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

상기 충돌 가능성 연산부(400)는 상기 위치 연산부(300)에서 연산한 각 크레인들의 위치에 관한 데이터와 각 크레인의 움직임에 관한 데이터를 이용하여 각 크레인들의 충돌 가능성을 연산할 수 있다. 각 크레인들의 충돌 가능성은 상기 위치 연산부(300)에서 연산된 각 크레인의 위치에 그 위치에서 각 크레인의 움직임을 반영하여 계산된 데이터들을 이용하여 인접한 크레인들이 충돌할 수 있는 가능성을 연산하는 방식으로 연산될 수 있다. 예들 들어, 인접한 두 크레인의 위치에서 각 크레인의 팔의 회전 반경과 회전 방향이 연산되고, 두 크레인의 회전 반경이 서로 중첩되어 있는 경우 각 크레인의 팔의 회전 방향이 서로 다른 크레인을 향하는 경우 두 크레인들의 충돌 가능성이 높은 것으로 연산될 수 있다.

상기 충돌 제어부(500)는 상기 충돌 가능성 연산부(400)에서 연산된 데이터를 바탕으로 크레인들의 충돌이 발생하지 않도록 각 크레인들의 움직임을 제어할 수 있다. 상기 충돌 제어부(500)는 상기 충돌 가능성 연산부(400)에서 연산한 충돌 가능성에 따라 각 크레인을 제어하는 방식을 다르게 적용할 수 있다. 예를 들어, 상기 충돌 가능성 연산부(400)에서 단순히 충돌을 예측한 경우, 상기 충돌 제어부(500)는 시각적 또는 청각적인 알람을 발생시킬 수 있으며, 상기 충돌 가능성 연산부(400)에서 인접한 크레인과의 충돌을 예측한 경우, 크레인의 감속 또는 크레인의 정지 등을 수행할 수 있다. 상기 충돌 제어부(500)는 충돌 가능성이 높아질수록 제어의 단계를 높일 수 있으며, 예들 들어, 충돌 가능성이 낮은 경우에는 단순 알람을 발생시키다가, 충돌 가능성이 높아질수록 크레인의 감속에서 크레인의 정지까지 다양한 단계로 크레인을 제어할 수 있다.

상기 표시부(600)는 상기 위치 연산부(300) 및 상기 충돌 가능성 연산부(400)에서 연산한 데이터들을 실시간으로 표시할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 상기 표시부(600)에 표시되는 데이터를 바탕으로 상기 충돌 제어부(500)가 제어하기 어려운 갑작스러운 충돌에 대해 수동으로 크레인들의 작업을 제어할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 시스템의 위치 연산부가 위치를 연산하는 방법을 나타내는 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 시스템의 위치 연산부가 위치를 연산하는 방법을 나타내는 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 시스템의 위치 연산부가 위치를 연산하는 방법을 나타내는 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 시스템의 위치 연산부가 위치를 연산하는 방법을 나타내는 도면이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 시스템의 위치 연산부가 위치를 연산하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 시스템의 위치 연산부가 dGPS 센서의 위치로부터 크레인의 몸체 위치를 연산한다.

크레인이 ax + by + c = 0을 만족하는 직선의 레일(R) 상에서 이동할 때, 크레인의 팔의 끝단에 배치된 dGPS 센서(110)의 위치인 제1 지점을 P, 상기 dGPS 센서(110)와 크레인의 몸체 사이의 거리를 r이라고 하면, dGPS 센서(110)의 위치(P)를 중심으로 하는 반지름이 r인 원은 상기 ax + by + c = 0을 만족하는 직선의 레일(R)과 두 개의 점에서 만나게 된다. 여기서 상기 제1 지점(P)의 좌표를 (x1, y1)라고 하면, 크레인 몸체의 위치는 아래의 수학식 1 및 수학식 2의 연립방정식의 해로 정의될 수 있다.

수학식 1

수학식 2

ax + by + c = 0

상기 수학식 1 및 상기 수학식 2의 연립 방정식의 해를 구하면, 도 3에 도시된 것처럼, 제1 접점(C1) 및 제2 접점(C2)를 구할 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 시스템의 위치 연산부에서 상기 관성 측정 유닛(IMU)으로부터 얻어지는 데이터를 이용하여 두 개의 접점 중 크레인 몸체가 위치하는 지점을 결정한다.

상기 위치 연산부(300)는 상기 관성 측정 유닛(120)으로부터 얻어지는 데이터로부터 크레인의 팔의 방향을 연산하며, 상기 제1 접점(C1) 및 상기 제2 접점(C2) 중 상기 크레인의 몸체 위치는 크레인의 팔의 방향으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 레일(R)의 직교 라인(O)을 기준으로 상기 크레인의 팔의 방향이 상기 제1 접점(C1)이 위치한 제1 지역(A1)을 가리키는 경우 상기 크레인의 몸체 위치는 제2 접점(C2)으로 결정되고, 상기 레일(R)의 직교 라인(O)을 기준으로 상기 크레인의 팔의 방향이 상기 제2 접점(C2)이 위치한 제2 지역(A2)을 가리키는 경우 상기 크레인의 몸체 위치는 제1 접점(C1)으로 결정될 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 시스템의 위치 연산부(300)는 크레인 몸체의 위치를 결정 한 후, 크레인의 이동 여부를 판단할 수 있다.

크레인 팔이 고정된 채로 크레인인 레일(R) 상을 이동하는 경우, dGPS 센서의 좌표인 제1 지점(P0)과 레일(R) 간의 최단거리 d는, 제2 지점(P1)과 레일(R) 간의 최단거리 d'와 동일하다. 따라서, d 값의 변화 없이 기존의 크레인 몸체의 위치(C1)과 현위치(P1) 사이의 거리(r')가 r보다 큰 것으로 인식된다면 크레인이 이동한 것으로 판단할 수 있다.

크레인이 이동된 것으로 판단되는 경우에는 크레인 몸체의 위치가 변경된 것이므로, 이 경우 도 3에 도시된 방법에 따라 이동 후 크레인 몸체의 위치를 다시 연산하게 된다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 시스템의 위치 연산부가 dGPS 센서의 오차로 인해 위치 오차가 발생되는 경우 오차를 보정하는 방법이 도시된다.

크레인에 배치되는 상기 dGPS 센서(110)에 오차가 발생되어 상기 dGPS 센서(110)가 인식하는 현재 위치(P)로부터 레일(R)까지의 거리(d)가 크레인 팔로부터 크레인 몸체까지의 거리(r)보다 크게 측정되는 경우 상기 레일(R)의 직교 방향으로 (d-r)만큼 시프트 시켜 오차를 보정할 수 있다. 이때, 기존 위치의 좌표를 (x1, y1)이라고 하면, 보정된 위치의 좌표(x, y)는 아래의 수학식 3 및 수학식 4에 의해 계산될 수 있다.

수학식 3

x = x1 - (d-r) cosθ

수학식 4

y = y1 - (d-r) sinθ

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 시스템의 위치 연산부가 센서부와의 통신이 불가능한 상황에서 크레인의 이동 위치를 예측하는 방법이 도시된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 시스템의 센서부는 dGPS 센서(110) 및 관성 측정 유닛(120)을 포함한다. 상기 위치 연산부는 상기 dGPS 센서(110)로부터 측정 위치를 전송 받아 그 위치를 연산하고 있으나, 예를 들어, 터널 등에 진입하여 상기 dGPS 센서(110)와의 통신 불량이 발생되거나, 일시적으로 통신이 안되는 상황이 발생되는 경우 위치에 대한 데이터를 받을 수 없어 위치 연산이 불가능하다.

그러나, 크레인의 팔이 회전하고 있는 과정에서 통신 불량이 발생되면, 상기 관성 측정 유닛(120)으로부터 측정되는 회전값을 이용하여 크레인의 위치를 예측할 수 있다. 즉, 통신 불량 이전에 수신된 dGPS 센서(110) 데이터에 상기 관성 측정 유닛(120)으로부터 측정되는 회전값을 적용하면 회전하고 있는 크레인의 다음 위치를 예측할 수 있게 된다. 따라서, 일시적으로 통신 불량이 발생되는 경우에도 크레인의 정확한 위치를 예측할 수 있으므로, 통신 불량이 발생되는 경우에도 크레인의 충돌을 효과적으로 예방할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 방법을 나타내는 순서도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 방법의 위치 연산 단계를 나타내는 도면이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 방법의 위치 연산 단계를 나타내는 도면이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 방법의 위치 연산 단계를 나타내는 도면이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 방법은 센서부가 크레인의 팔의 끝단에 배치되는 dGPS 센서 및 크레인의 팔의 회전축에 배치되는 관성 측정 유닛(IMU: Inertial Measurement Unit)을 이용하여 크레인의 위치 및 움직임을 측정하는 단계(S100), 통신부가 상기 센서부가 측정한 데이터를 위치 연산부로 전송하는 단계(S200), 상기 위치 연산부가 상기 통신부로부터 전송되는 데이터를 이용하여 각 크레인의 레일 상에서의 몸체의 위치 및 팔의 위치를 연산하는 단계(S300), 충돌 가능성 연산부가 상기 위치 연산부에서 연산한 각 크레인들의 위치에 관한 데이터와 각 크레인의 움직임에 관한 데이터를 이용하여 각 크레인들의 충돌 가능성을 연산하는 단계(S400), 충돌 제어부가 상기 충돌 가능성 연산부에서 연산된 데이터를 바탕으로 크레인들의 충돌이 발생하지 않도록 각 크레인들의 움직임을 제어하는 단계(S500) 및 표시부가 상기 위치 연산부 및 상기 충돌 가능성 연산부에서 연산한 데이터들을 실시간으로 표시하는 단계(S600)를 포함한다.

본 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 충돌 방지 시스템과 실질적으로 동일하므로, 반복되는 설명은 생략하도록 한다.

도 9를 참조하면, 상기 위치 연산부가 상기 통신부로부터 전송되는 데이터를 이용하여 각 크레인의 레일 상에서의 몸체의 위치 및 팔의 위치를 연산하는 단계(S300)는 상기 dGPS 센서(110)의 현재 좌표와 결정된 크레인의 몸체 위치 사이의 거리(r')를 r과 비교하는 단계(S310), 상기 dGPS 센서(110)의 좌표와 결정된 크레인의 몸체 위치 사이의 거리(r')이 r보다 큰지 판단하는 단계(S320) 및 상기 dGPS 센서의 현재 좌표와 결정된 크레인의 몸체 위치 사이의 거리(r')가 r보다 크게 감지되는 경우, 상기 크레인이 이동한 것으로 판단하고, 크레인 몸체 위치를 다시 연산하는 단계(S330)를 포함할 수 있다.

도 5에 도시된 것처럼, 크레인 팔이 고정된 채로 크레인인 레일(R) 상을 이동하는 경우, dGPS 센서의 좌표인 제1 지점(P0)과 레일(R) 간의 최단거리 d는, 제2 지점(P1)과 레일(R) 간의 최단거리 d'와 동일하다. 따라서, d 값의 변화 없이 기존의 크레인 몸체의 위치(C1)과 현위치(P1) 사이의 거리(r')가 r보다 큰 것으로 인식된다면 크레인이 이동한 것으로 판단할 수 있다.

도 10을 참조하면, 상기 위치 연산부가 상기 통신부로부터 전송되는 데이터를 이용하여 각 크레인의 레일 상에서의 몸체의 위치 및 팔의 위치를 연산하는 단계(S300)는 상기 dGPS 센서(110)의 좌표와 상기 레일 사이의 최단 거리 d와 상기 r을 비교하는 단계(S340), 상기 dGPS 센서(110)의 좌표와 상기 레일 사이의 최단 거리 d가 상기 r보다 큰지 판단하는 단계(S350) 및 상기 dGPS 센서의 좌표와 상기 레일 사이의 최단 거리 d가 r보다 크게 측정되는 경우, 상기 dGPS 센서의 좌표를 상기 레일의 수직 방향으로 (d-r)만큼 이동시키는 단계(S360)를 포함할 수 있다.

도 6에 도시된 것처럼, 크레인에 배치되는 상기 dGPS 센서(110)에 오차가 발생되어 상기 dGPS 센서(110)가 인식하는 현재 위치(P)로부터 레일(R)까지의 거리(d)가 크레인 팔로부터 크레인 몸체까지의 거리(r)보다 크게 측정되는 경우 상기 레일(R)의 직교 방향으로 (d-r)만큼 시프트 시켜 오차를 보정할 수 있다.

도 11을 참조하면, 상기 위치 연산부가 상기 통신부로부터 전송되는 데이터를 이용하여 각 크레인의 레일 상에서의 몸체의 위치 및 팔의 위치를 연산하는 단계(S300)는 상기 dGPS 센서의 좌표가 수신되는지 판단하는 단계(S370), 상기 dGPS 센서의 좌표가 수신이 안되는 경우, 상기 관성 측정 유닛(IMU)으로부터 얻어지는 데이터를 이용하여 상기 크레인의 팔의 이동을 예측하는 단계(S380) 및 상기 예측된 팔의 이동에 관한 데이터를 반영하여 상기 크레인의 위치를 연산하는 단계(S390)를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 크레인 충돌 방지 시스템의 센서부는 dGPS 센서(110) 및 관성 측정 유닛(120)을 포함한다. 따라서, dGPS 센서(110)로부터 얻어지는 위치 데이터에 관성 측정 유닛(120)으로부터 얻어지는 움직임에 관한 데이터를 적용하여 크레인의 정확한 위치 및 움직임을 판단할 수 있으므로, 크레인들 사이의 충돌을 효과적으로 방지할 수 있다.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의 기술자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 크레인 충돌 방지 시스템
20: 크레인 몸체
30: 크레인 팔
100: 센서부
110: dGPS 센서
120: 관성 측정 유닛
200: 통신부
300: 위치 연산부
400: 충돌 가능성 연산부
500: 충돌 제어부
600: 표시부

Claims

레일 위를 이동하는 복수개의 크레인들의 충돌 방지 시스템에 있어서,
크레인의 팔의 끝단에 배치되는 dGPS 센서 및 크레인의 팔의 회전축에 배치되는 관성 측정 유닛(IMU: Inertial Measurement Unit)을 포함하는 센서부;
상기 센서부가 측정한 데이터를 위치 연산부로 전송하는 통신부;
상기 통신부로부터 전송되는 데이터를 이용하여 각 크레인의 레일 상에서의 몸체의 위치 및 팔의 위치를 연산하는 위치 연산부;
상기 위치 연산부에서 연산한 각 크레인들의 위치에 관한 데이터와 각 크레인의 움직임에 관한 데이터를 이용하여 각 크레인들의 충돌 가능성을 연산하는 충돌 가능성 연산부;
상기 충돌 가능성 연산부에서 연산된 데이터를 바탕으로 크레인들의충돌이 발생하지 않도록 각 크레인들의 움직임을 제어하는 충돌 제어부; 및
상기 위치 연산부 및 상기 충돌 가능성 연산부에서 연산한 데이터들을 실시간으로 표시하는 표시부를 포함하되,
상기 위치 연산부는 상기 dGPS 센서로부터 얻어지는 데이터로부터 크레인 몸체의 위치를 연산하며,
상기 dGPS 센서로부터 얻어지는 위치인 제1 지점은 크레인의 팔의 끝의 위치를 나타내고,
크레인 몸체와 상기 제1 지점 사이의 거리가 r이고, 상기 제1 지점의 좌표는 x, y이고, 크레인들이 이동하는 레일은 ax + by + c = 0을 만족하는 직선이라고 할 때, 상기 크레인 몸체의 위치는 좌표상에서 상기 제1 지점(x, y)을 원점으로 하는 반지름이 r인 원과 상기 ax + by + c = 0을 만족하는 직선의 레일과의 접점으로 정의되는 것을 특징으로 하는 크레인 충돌 방지 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 위치 연산부는 상기 관성 측정 유닛(IMU)으로부터 얻어지는 데이터로부터 크레인의 팔의 방향을 연산하며,
상기 제1 지점(x, y)을 원점으로 하는 반지름이 r인 원과 상기 ax + by + c = 0을 만족하는 직선의 레일과의 접점은 제1 접점 및 제2 접점을 포함하며,
상기 제1 접점 및 상기 제2 접점 중 상기 크레인의 몸체 위치는 크레인의 팔의 방향으로 결정되며,
상기 레일의 직교라인을 기준으로 상기 팔의 방향이 제1 접점이 위치한 제1 지역을 가리키는 경우 상기 크레인의 몸체 위치는 제2 접점으로 결정되고, 상기 레일의 직교라인을 기준으로 상기 팔의 방향이 제2 접점이 위치한 제2 지역을 가리키는 경우 상기 크레인의 몸체 위치는 제1 접점으로 결정되는 것을 특징으로 하는 크레인 충돌 방지 시스템.
제3항에 있어서, 상기 위치 연산부는 상기 dGPS 센서의 현재 좌표와 결정된 크레인의 몸체 위치 사이의 거리가 r보다 크게 감지되는 경우, 상기 크레인이 이동한 것으로 판단하고, 크레인 몸체 위치를 다시 연산하는 것을 특징으로 하는 크레인 충돌 방지 시스템.
제3항에 있어서, 상기 위치 연산부는 상기 dGPS 센서의 오차로 인해 상기 dGPS 센서의 좌표와 상기 레일 사이의 최단 거리 d가 r보다 크게 측정되는 경우, 상기 dGPS 센서의 좌표를 상기 레일의 수직 방향으로 (d-r)만큼 이동시키는 것을 특징으로 하는 크레인 충돌 방지 시스템.
제3항에 있어서, 상기 위치 연산부는 통신 장애로 상기 dGPS 센서의 좌표가 수신이 안되는 경우, 상기 관성 측정 유닛(IMU)으로부터 얻어지는 데이터를 이용하여 상기 크레인의 팔의 이동을 예측하는 것을 특징으로 하는 크레인 충돌 방지 시스템.
레일 위를 이동하는 복수개의 크레인들의 충돌 방지 방법에 있어서,
센서부가 크레인의 팔의 끝단에 배치되는 dGPS 센서 및 크레인의 팔의 회전축에 배치되는 관성 측정 유닛(IMU: Inertial Measurement Unit)을 이용하여 크레인의 위치 및 움직임을 측정하는 단계;
통신부가 상기 센서부가 측정한 데이터를 위치 연산부로 전송하는 단계;
상기 위치 연산부가 상기 통신부로부터 전송되는 데이터를 이용하여 각 크레인의 레일 상에서의 몸체의 위치 및 팔의 위치를 연산하는 단계;
충돌 가능성 연산부가 상기 위치 연산부에서 연산한 각 크레인들의 위치에 관한 데이터와 각 크레인의 움직임에 관한 데이터를 이용하여 각 크레인들의 충돌 가능성을 연산하는 단계;
충돌 제어부가 상기 충돌 가능성 연산부에서 연산된 데이터를 바탕으로 크레인들의 충돌이 발생하지 않도록 각 크레인들의 움직임을 제어하는 단계; 및
표시부가 상기 위치 연산부 및 상기 충돌 가능성 연산부에서 연산한 데이터들을 실시간으로 표시하는 단계를 포함하되,
상기 위치 연산부는 상기 dGPS 센서로부터 얻어지는 데이터로부터 크레인 몸체의 위치를 연산하며,
상기 dGPS 센서로부터 얻어지는 위치인 제1 지점은 크레인의 팔의 끝의 위치를 나타내고,
크레인 몸체와 상기 제1 지점 사이의 거리가 r이고, 상기 제1 지점의 좌표는 x, y이고, 크레인들이 이동하는 레일은 ax + by + c = 0을 만족하는 직선이라고 할 때, 상기 크레인 몸체의 위치는 좌표상에서 상기 제1 지점(x, y)을 원점으로 하는 반지름이 r인 원과 상기 ax + by + c = 0을 만족하는 직선의 레일과의 접점으로 정의되는 것을 특징으로 하는 크레인 충돌 방지 방법.
삭제
제7항에 있어서,
상기 위치 연산부는 상기 관성 측정 유닛(IMU)으로부터 얻어지는 데이터로부터 크레인의 팔의 방향을 연산하며,
상기 제1 지점(x, y)을 원점으로 하는 반지름이 r인 원과 상기 ax + by + c = 0을 만족하는 직선의 레일과의 접점은 제1 접점 및 제2 접점을 포함하며,
상기 제1 접점 및 상기 제2 접점 중 상기 크레인의 몸체 위치는 크레인의 팔의 방향으로 결정되며,
상기 레일의 직교라인을 기준으로 상기 팔의 방향이 제1 접점이 위치한 제1 지역을 가리키는 경우 상기 크레인의 몸체 위치는 제2 접점으로 결정되고, 상기 레일의 직교라인을 기준으로 상기 팔의 방향이 제2 접점이 위치한 제2 지역을 가리키는 경우 상기 크레인의 몸체 위치는 제1 접점으로 결정되는 것을 특징으로 하는 크레인 충돌 방지 방법.
제9항에 있어서, 상기 위치 연산부가 상기 통신부로부터 전송되는 데이터를 이용하여 각 크레인의 레일 상에서의 몸체의 위치 및 팔의 위치를 연산하는 단계는,
상기 dGPS 센서의 현재 좌표와 결정된 크레인의 몸체 위치 사이의 거리를 r과 비교하는 단계; 및
상기 dGPS 센서의 좌표와 결정된 크레인의 몸체 위치 사이의 거리가 r보다 큰 경우 상기 크레인이 이동한 것으로 판단하고, 상기 크레인 몸체 위치를 다시 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 크레인 충돌 방지 방법.
제9항에 있어서, 상기 위치 연산부가 상기 통신부로부터 전송되는 데이터를 이용하여 각 크레인의 레일 상에서의 몸체의 위치 및 팔의 위치를 연산하는 단계는,
상기 dGPS 센서의 좌표와 상기 레일 사이의 최단 거리 d와 상기 r을비교하는 단계; 및
상기 d가 r보다 크게 측정되는 경우 상기 dGPS 센서의 오차로 판단하고, 상기 dGPS 센서의 좌표를 상기 레일의 수직 방향으로 (d-r)만큼 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 크레인 충돌 방지 방법.
제9항에 있어서, 상기 위치 연산부가 상기 통신부로부터 전송되는 데이터를 이용하여 각 크레인의 레일 상에서의 몸체의 위치 및 팔의 위치를 연산하는 단계는,
상기 dGPS 센서의 좌표가 수신되는지 판단하는 단계;
상기 dGPS 센서의 좌표가 수신이 안되는 경우, 상기 관성 측정 유닛(IMU)으로부터 얻어지는 데이터를 이용하여 상기 크레인의 팔의 이동을 예측하는 단계; 및
상기 예측된 팔의 이동에 관한 데이터를 반영하여 상기 크레인의 위치를 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 크레인 충돌 방지 방법.