KR102357499B1 - 타워크레인 자율운영 시스템 및 이를 이용한 자율운영 방법 - Google Patents

타워크레인 자율운영 시스템 및 이를 이용한 자율운영 방법 Download PDF

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KR102357499B1
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정형용
차병래
유숙
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Abstract

본 발명은 타워크레인이 설치된 건설 현장의 주변정보 등에 대한 데이터를 수집 및 분석하여 작업자의 작업명령에 따른 타워크레인의 작동을 예측하여 타워크레인을 자율운영시킬 수 있어 타워크레인의 안전사고 및 인명사고에 대한 발생률을 저하시킬 수 있는 타워 크레인 자율운영 시스템 및 이를 이용한 자율운영 방법에 관한 것이다.
본 발명은 제어 시나리오에 대응하여 작동되는 타워크레인(100)과, 상기 타워크레인(100)을 작동시키기 위해 작업명령정보를 생성하기 위한 작업자기기(200)와, 상기 타워크레인(100)을 스캐닝하기 위해 2D라이다(320)가 탑재되고, 모터를 작동시키는 모터드라이버(340)를 통해 속도 및 엔코더값을 획득하기 위한 스캐너기기(300)와, 상기 스캐너기기(300)로부터 수신받은 엔코더값와 상기 2D라이다(320)의 스캔정보를 이용하여 3D 포인트 클라우드 데이터를 생성하고, 미리 수집된 타워크레인(100)의 주변 정보와 상기 3D 포인트 클라우드 데이터의 객체 탐지를 통해 디지털 복제하여 가상모델을 생성하며, 상기 가상모델을 통해 상기 작업명령정보에 따라 상기 타워크레인(100)의 최적화된 제어 시나리오를 도출하여 상기 타워크레인(100)으로 전달하는 원격제어서버(400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

타워크레인 자율운영 시스템 및 이를 이용한 자율운영 방법{TOWER CRANE AUTONOMOUS OPERATION SYSTEM AND AUTONOMOUS OPERATION METHOD THEREOF}
본 발명은 타워 크레인 자율운영 시스템 및 이를 이용한 자율운영 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타워크레인이 설치된 건설 현장의 주변정보 등에 대한 데이터를 수집 및 분석하여 작업자의 작업명령에 따른 타워크레인의 작동을 예측하여 타워크레인을 자율운영시킬 수 있어 타워크레인의 안전사고 및 인명사고에 대한 발생률을 저하시킬 수 있는 타워 크레인 자율운영 시스템 및 이를 이용한 자율운영 방법에 관한 것이다.
최근 고층건물이 늘어남에 따라 고층 건축에 사용하는 고양정의 기중기인 타워크레인의 활용이 증가하고 있는 추세이다.
타워크레인은 정치식(定置式)과 이동식이 있으며, 타워크레인의 구조는 지상으로부터 수직으로 올라간 마스트와 마스트의 상부에 지표면과 수평으로 길게 설치되어 회전 운동하는 지브와 지브상에서 수평 이동하는 트롤리와 트롤리에 연결 설치되어 그 말단에 설치된 호이스팅블록 및 후크가 트롤리와 함께 수평 이동하는 동시에, 수직운동하면서 건축자재를 운반하여 주며, 상기 지브의 하부에 설치되는 운전실로 구성된다.
타워크레인은 여러 종류로 구분되어 있으나 크게 T형 타워크레인과 L형(러핑형) 타워크레인으로 구분될 수 있다.
상기 T형 타워크레인은 360°회전체에 조종석 및 메인 지브가 달려 있으며, 호이스트 모터를 이용하여 건축자재를 들어올리거나 내리는 것이 가능하고 작업 반경 내에서 건축자재 이동은 회전 및 트롤리 모터를 이용한 수평 전후 이동으로 할 수 있다. 상기 T형 타워크레인은 작업속도가 빠르지만, 메인 지브가 수평으로 길게 뻗어 있기 때문에 건물 밀집 지역 내에서의 작업이 용이하지 못하다.
상기 L형(러핑형) 타워크레인은 상기 T형 타워 크레인과 같이 365°회전하며 호이스트 모터를 이용하는 것은 같으나 호이스트가 지브 끝에 고정되어 있어 수평이동이 불가하고 기복장치로 메인 지브를 상승-하강시켜 거리를 조절한다. 상기 L형(러핑형) 타워크레인은 작업 공간이 협소한 건물 밀집 지역 또는 주택가가 형성된 지역에서 사용하며 안정적인 작업을 위한 장소에 사용된다.
이러한 타워크레인은 운전실에서 조종자가 시각적으로 작업 수행하는 과정을 인식하여 직접 레버를 움직여 좌우 스윙 속도 및 상하 속도 등을 조절하지만 호이스팅 블록 등의 구조물 또는 기타 장애물로 인해 조종자가 육안으로 보기 어려운 사각지대가 발생하여 작업 중에 안전사고가 발생할 우려가 있다.
이에, 공개특허 제10-2015-0106619호(공개일자: 2015년 09월 22일)에 기재된 바와 같이, 타워크레인의 트롤리 하측에서 호이스팅 로프의 권상 및 권하 동작에 따라 승강동작되는 호이스팅 블록 및 호이스팅 후크와, 상기 호이스팅 블록에 고정되도록 배치되고 외부로부터 전달되는 제어신호에 따라 온,오프 동작되어 촬영된 영상신호를 타워크레인의 운전실 측으로 송출하는 영상촬영부와, 상기 호이스팅 블록에 장착되어 하측으로 발광기능을 수행하는 조명등과, 상기 호이스팅 블록에 배치되고 상기 호이스팅 로프의 권상 및 권하동작시 호이스팅 로프와 접촉되어 마찰력으로 회전되는 구동축을 가지며, 구동축의 회전시 발전하고 발전된 전기를 영상촬영부 및 조명등측으로 공급하는 발전기를 구비한 타워크레인 안전장치 등을 개발하고 있다.
상기 타워크레인 안전장치를 사용하더라도 여전히 타워크레인을 조종하는 조종자가 고공에 위치한 운전실에 있어야 하기 때문에 안전사고 또는 인명사고의 발생율이 높은 문제점이 있다.
이에, 타워크레인의 높은 안전사고율 또는 인명사고율을 개선하기 위한 방안이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 타워크레인이 설치된 건설현장의 주변정보 등에 대한 데이터를 수집 및 분석하고 디지털 트윈을 적용하여 작업자로부터 입력된 작업명령에 따른 타워크레인의 작동을 예측하여 효율적으로 타워크레인을 작동시킬 수 있는 타워크레인 자율운영 시스템 및 이를 이용한 자율운영 방법을 제공하는 목적이 있다.
또한, 센서를 통해 물체나 사람 등을 식별하여 타워크레인에 의해 이동되는 자재가 물체나 사람 등에 충돌하는 것을 방지하기 위한 타워크레인 자율운영 시스템 및 이를 이용한 자율운영 방법을 제공하는 목적이 있다.
또한, 타워크레인의 작동에 대한 현재 상태를 감지하여 작업자기기를 통해 모니터링할 수 있는 타워크레인 자율운영 시스템 및 이를 이용한 자율운영 방법을 제공하는 목적이 있다.
또한, 음성인식을 통해 작업자의 작업명령을 입력할 수 있으며, 센서에 의한 풍속의 세기, 작업가능 유무를 판단하여 알림할 수 있는 타워크레인 자율운영 시스템 및 이를 이용한 자율운영 방법을 제공하는 목적이 있다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 타워크레인 자율운영 시스템 및 이를 이용한 자율운영 방법은, 제어 시나리오에 대응하여 작동되는 타워크레인(100)과, 상기 타워크레인(100)을 작동시키기 위해 작업명령정보를 생성하기 위한 작업자기기(200)와, 상기 타워크레인(100)을 스캐닝하기 위해 2D라이다(320)가 탑재되고, 모터를 작동시키는 모터드라이버(340)를 통해 속도 및 엔코더값을 획득하기 위한 스캐너기기(300)와, 상기 스캐너기기(300)로부터 수신받은 엔코더값와 상기 2D라이다(320)의 스캔정보를 이용하여 3D 포인트 클라우드 데이터를 생성하고, 미리 수집된 타워크레인(100)의 주변 정보와 상기 3D 포인트 클라우드 데이터의 객체 탐지를 통해 디지털 복제하여 가상모델을 생성하며, 상기 가상모델을 통해 상기 작업명령정보에 따라 상기 타워크레인(100)의 최적화된 제어 시나리오를 도출하여 상기 타워크레인(100)으로 전달하는 원격제어서버(400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 타워크레인(100)의 호이스팅블록에 구비되어 주변의 작업자 또는 물체가 근접하는 것을 감지하여 상기 타워크레인(100)의 작동을 정지시키기 위한 충돌방지장치(500)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 타워크레인(100)은, 상기 타워크레인(100)의 트롤리나 지브에 장착되어 후크 내지 대상물을 촬영하여 촬영영상을 생성하기 위한 카메라부(130)와, 상기 타워크레인(100)의 작동에 대한 실시간 운영 데이터를 생성하기 위한 작동제어부(120)를 포함하고, 상기 원격제어서버(400)는, 상기 타워크레인(100)과 연동되어 상기 촬영영상과 실시간 운영 데이터를 수신받아 상기 타워크레인(100)의 현재상태를 감지하고, 상기 작업자기기(200)는, 상기 원격제어서버(400)로부터 상기 촬영영상과 상기 현재상태를 디스플레이하여 모니터링하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 작업자기기(200)는, 작업자의 음성인식을 통해 작업명령정보를 생성하고, 상기 타워크레인(100)이 설치된 건설현장의 풍속을 측정하는 풍속계(600)를 포함하고, 상기 원격제어서버(400)는, 상기 풍속계(600)로부터 측정된 풍속값을 이용하여 상기 타워크레인(100)의 작업가능 여부를 판단하여 상기 최적화된 제어 시나리오를 보정하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 타워크레인(100)을 스캐닝하는 2D라이다(320)와 모터드라이버(340)가 포함된 스캐너기기(300)에서 상기 2D라이다(320)의 스캔정보와 상기 모터드라이버(340)를 통해 획득한 속도 및 엔코더값을 원격제어서버(400)로 전송하는 스캔단계와, 상기 원격제어서버(400)에서 상기 스캐너기기(300)로부터 수신받은 속도 및 엔코더값을 이용하여 이동거리 정보를 산출한 후 상기 이동거리 정보와 상기 2D라이다(320)의 스캔정보를 결합하여 3D 포인트 클라우드 데이터를 생성하는 3D 포인트 클라우드 단계와, 상기 원격제어서버(400)에서 미리 수집된 타워크레인(100)의 주변 정보와 상기 3D 포인트 클라우드 데이터의 객체 탐지를 통해 디지털 복제하여 가상모델을 생성하는 디지털트윈단계와, 상기 타워크레인(100)을 작동시키기 위해 작업자기기(200)에서 작업명령정보를 생성하여 상기 원격제어서버(400)로 전송하는 작업명령단계와, 상기 원격제어서버(400)에서 상기 작업자기기(200)로부터 수신받은 작업명령정보에 따라 상기 가상모델을 작동시켜 상기 타워크레인(100)의 제어방법에 대한 최적화된 제어 시나리오를 도출하는 시뮬레이션단계와, 상기 타워크레인(100)에서 상기 원격제어서버(400)로부터 제어 시나리오를 수신받아 상기 제어 시나리오에 대응하여 상기 타워크레인(100)을 작동시키는 타워크레인제어단계를 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 타워크레인이 설치된 건설현장의 주변정보 등에 대한 데이터를 수집하고 디지털 트윈을 적용하여 작업자로부터 입력된 작업명령에 따른 타워크레인의 작동을 예측하여 효율적으로 타워크레인을 작동시킬 수 있어 타워크레인의 자율운영이 가능해짐은 물론 또한, 센서를 통해 물체나 사람 등을 식별하여 타워크레인에 의해 이동되는 자재가 물체나 사람 등에 충돌하는 것을 방지하여 타워크레인의 안전사고율을 대폭 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 타워크레인의 작동에 대한 현재 상태를 모니터링할 수 있도록 하여 타워크레인의 고장유무 판단, 예방정비 등을 수행할 수 있어 미리 안전사고를 예방할 수 있도록 대비할 수 있으면서 안전사고 발생 시 신속하게 대처할 수 있는 효과가 있다.
또한, 음성인식을 통해 작업자의 작업명령을 입력할 수 있으며, 센서에 의한 풍속의 세기, 작업가능 유무를 판단하여 알림할 수 있어 타워크레인의 안전한 작업을 유도할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 의한 타워크레인 자율운영 시스템,
도 2는 본 발명의 일실시 예에 의한 타워크레인 자율운영 시스템의 타워크레인,
도 3은 본 발명의 일실시 예에 의한 타워크레인 자율운영 시스템의 작업자기기,
도 4는 본 발명의 일실시 예에 의한 타워크레인 자율운영 시스템의 스캐너기기,
도 5는 본 발명의 일실시 예에 의한 타워크레인 자율운영 시스템의 원격제어서버,
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 타워크레인 자율운영 시스템,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 타워크레인 자율운영 시스템,
도 8은 본 발명의 일실시 예에 의한 타워크레인 자율운영 시스템을 이용한 자율운영 방법.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 타워크레인 자율운영 시스템 및 이를 이용한 자율운영 방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 의한 타워크레인 자율운영 시스템이고, 도 2는 본 발명의 일실시 예에 의한 타워크레인 자율운영 시스템의 타워크레인이며, 도 3은 본 발명의 일실시 예에 의한 타워크레인 자율운영 시스템의 작업자기기이고, 도 4는 본 발명의 일실시 예에 의한 타워크레인 자율운영 시스템의 스캐너기기이며, 도 5는 본 발명의 일실시 예에 의한 타워크레인 자율운영 시스템의 원격제어서버이다.
또한, 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 타워크레인 자율운영 시스템이고, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 타워크레인 자율운영 시스템이다.
또한, 도 8은 본 발명의 일실시 예에 의한 타워크레인 자율운영 시스템을 이용한 자율운영 방법이다.
상기 도면의 구성 요소들에 인용부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있으며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, '상부', '하부', '앞', '뒤', '선단', '전방', '후단' 등과 같은 방향성 용어는 개시된 도면(들)의 배향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 실시 예의 구성요소는 다양한 배향으로 위치설정될 수 있기 때문에 방향성 용어는 예시를 목적으로 사용되는 것이지 이를 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 일실시 예에 의한 타워크레인 자율운영 시스템은, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 제어 시나리오에 대응하여 작동되는 타워크레인(100)과, 상기 타워크레인(100)을 작동시키기 위해 작업명령정보를 생성하기 위한 작업자기기(200)와, 상기 타워크레인(100)을 스캐닝하기 위해 2D라이다(320)가 탑재되고, 모터를 작동시키는 모터드라이버(340)를 통해 속도 및 엔코더값을 획득하기 위한 스캐너기기(300)와, 상기 스캐너기기(300)로부터 수신받은 엔코더값와 상기 2D라이다(320)의 스캔정보를 이용하여 3D 포인트 클라우드 데이터를 생성하고, 미리 수집된 타워크레인(100)의 주변 정보와 상기 3D 포인트 클라우드 데이터의 객체 탐지를 통해 디지털 복제하여 생성된 가상모델을 통해 상기 작업명령정보에 따라 상기 타워크레인(100)의 최적화된 제어 시나리오를 도출하여 상기 타워크레인(100)으로 전달하는 원격제어서버(400)를 포함할 수 있다.
상기 타워크레인(100)은, 건설현장에 기립되도록 설치되는 타워마스트와, 타워마스트의 상부에 회전 가능하게 설치되는 지브와, 지브의 일단부에 무게 중심을 부여하는 평행추와, 지브의 하측면에 수평 이동되는 트롤리와, 트롤리의 하측에서 호이스팅 로프의 권상 및 권하 동작에 따라 승강되는 호이스팅 블록 및 후크를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 타워크레인(100)은 상기 도 2에 도시된 바와 같이 상기 원격제어서버(400)와 통신하기 위한 타워크레인통신부(110)와, 상기 타워크레인통신부(110)를 통해 수신받은 제어 시나리오에 대응되도록 상기 타워크레인(100)을 작동시키기 위한 작동제어부(120)를 포함할 수 있다.
상기 타워크레인통신부(110)는, 상기 원격제어서버(400)로 상기 제어 시나리오를 수신받을 수 있도록 상기 원격제어서버(400)와 무선네트워크를 통해 통신할 수 있다.
상기 작동제어부(120)는, 제어 시나리오에 대응하여 상기 타워크레인(100)의 작동시키기 위한 것으로, 상기 타워크레인(100)을 제어한다.
상기 작업자기기(200)는, 상기 타워크레인(100)을 작동시키기 위해 작업자가 소지하는 스마트폰, 무선 리모콘, 보조 리모콘 등으로 사용할 수 있다.
상기 작업자기기(200)는 상기 도 3에 도시된 바와 같이 상기 원격제어서버(400)와 통신하기 위한 작업자통신부(210)와, 상기 타워크레인(100)을 작동시키기 위해 작업명령정보를 생성하기 위한 작업명령부(220)를 포함할 수 있다.
상기 작업자통신부(210)는, 상기 원격제어서버(400)와 통신하기 위해 무선네트워크를 사용할 수 있다.
상기 작업명령부(220)는, 상기 타워크레인(100)의 후크가 이동하여 작업할 수 있도록 하면서 대상물을 다른 방향으로 이동하도록 미리 설정된 작업에 따른 버튼 등을 통해 작업명령이 입력되어 작업명령정보를 생성할 수 있다.
이때, 상기 작업명령부(220)는 작업자의 음성을 인식하여 작업명령이 입력되어 작업명령정보를 생성할 수 있다. 상기 작업명령부(220)에서 음성인식을 적용함으로써 작업자의 작업효율을 향상시킬 수 있으며, 작업시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 스캐너기기(300)는, 상기 도 4에 도시된 바와 같이 상기 타워크레인(100)을 스캐닝하기 위한 2D라이다(320)가 탑재된 이동체(310)와, 상기 이동체(310)의 구동을 제어하기 위한 제어보드(330)와, 상기 이동체(310)를 구동시키는 모터드라이버(340)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 이동체(310)는 상기 타워크레인(100)을 스캔할 수 있도록 설치된 레일을 따라 등속 직선 운동을 하며, 하부에 레일 등을 통해 이동할 수 있도록 상기 레일과 체결되는 체결부(미도시)가 구성되고, 상부에 상기 타워크레인(100)을 스캐닝하기 위한 2D라이다(320)가 탑재되어 있다.
상기 2D라이다(320)는 상기 타워크레인(100)에 레이저 광원을 방출한 후 상기 타워크레인(100)과의 접촉으로 반사된 레이저 신호를 검출하여 상기 타워크레인(100)을 인지하도록 스캐닝하여 스캔정보를 생성한다.
상기 2D라이다(320)는 방출한 레이저 광원에 대하여 물체와의 접촉으로 반사된 레이저 신호를 수신하여 광검출하므로, 측정 범위 내 물체의 거리 및 화상을 검출한다. 즉, 상기 2D라이다(320)에서 물체의 거리를 검출함에는 레이저 광원을 방출한 후 측정 범위 내 물체들로부터 반사된 레이저 신호들이 수신되는 시간을 측정하므로 거리를 검출 가능하다.
여기서, 상기 이동체(310)는 상기 2D라이다(320)를 통해 상기 타워크레인(100)이 설치된 건설현장을 스캔할 수 있도록 설치된 레일을 따라 움직일 수도 있다.
상기 제어보드(330)는, 상기 이동체(310)의 구동을 제어하면서 상기 원격제어서버(400)와 통신할 수 있는 통신모듈이 구비되어 있어야 한다.
상기 제어보드(330)를 통해 상기 원격제어서버(400)로 상기 스캔정보를 전송한다.
상기 모터드라이버(340)는, 상기 제어보드(330)의 제어신호에 따라 모터를 구동시켜 상기 이동체(310)를 움직이게 하고, 상기 이동체(310)의 속도와 상기 모터의 회전속도를 검출하여 엔코더값을 생성한다,
상기 이동체(310)의 속도와 상기 엔코더값은 상기 제어보드(330)를 통해 상기 원격제어서버(400)로 전송된다.
상기 원격제어서버(400)는, 상기 도 5에 도시된 바와 같이 상기 스캐너기기(300), 상기 타워크레인(100) 및 상기 작업자기기(200)와 통신하기 위한 서버통신부(410)와, 상기 서버통신부(410)를 통해 상기 스캐너기기(300)로부터 상기 스캔정보와 상기 이동체(310)의 속도와 엔코더값을 수신받아 3D 포인트 클라우드 데이터를 생성하기 위한 3D포인트클라우드부(420)와, 상기 3D 포인트 클라우드 데이터와 미리 수집된 타워크레인(100)의 주변 정보를 이용하여 가상모델을 생성하기 위한 디지털트윈부(420)와, 상기 작업자기기(200)로부터 수신받은 작업명령정보에 따라 상기 가상모델의 작동을 예측하여 상기 타워크레인(100)의 최적화된 제어 시나리오를 도출하기 위한 시뮬레이션부(430)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 서버통신부(410)는, 상기 스캐너기기(300), 상기 타워크레인(100) 및 상기 작업자기기(200)와 무선 네트워크를 통해 통신한다.
상기 3D포인트클라우드부(420)는, 상기 스캐너기기(300)로부터 상기 스캔정보와 상기 이동체(310)의 속도와 엔코더값을 수신받고, 상기 이동체(310)의 속도와 엔코더값을 이용하여 이동거리 정보를 산출하게 된다.
상기 3D포인트클라우드부(420)는 상기 산출된 이동거리 정보와 상기 2D라이다(320)의 스캔정보를 결합하여 3D 포인트 클라우드 데이터를 생성한다.
상기 3D 포인트 클라우드 데이터는 3차원 공간 좌표를 가지는 포인트의 집합으로, 상기 타워크레인(100)의 표면을 나타낼 수 있다.
상기 디지털트윈부(420)는, 미리 타워크레인(100)의 주변 정보 등의 제약 환경, 운영 등에 대한 데이터가 수집되어 있어야 한다. 이때, 제약 환경은 타워크레인의 정적변수와 내/외부로부터 영향을 받는 동적변수로 구성될 수 있다. 이때, 상기 타워크레인(100) 자체의 제원과 상기 타워크레인(100)의 주변정보는 정적 변수가 되고, 풍속과 풍향, 상기 타워크레인(100)을 통해 옮겨지는 대상물, 출발지점과 도착지점 사이의 장애물 등은 동적 변수로 정의할 수 있다. 여기서, 상기 타워크레인(100)의 주변 정보는 상기 타워크레인(100)이 설치된 지점을 중심으로 인근 건물 등의 위치 등과 같은 건설환경이 될 수 있으며, 2D라이다 등을 통해 스캔하여 3D 포인트 클라우드를 생성할 수 있다.
상기 디지털트윈부(420)는 상기 타워크레인(100)의 주변 정보 등의 제약 환경, 운영 등을 이용하여 다차원 디지털 트윈 표현을 생성하고, 상기 3D 포인트 클라우드 데이터의 객체탐지를 통해 의미론적 의미를 할당하여 시스템의 가시적/비가시적 신호 인터페이스의 정확한 디지털 복제를 생성하게 된다. 즉, 상기 디지털트윈부(420)는 미리 수집된 타워크레인(100)의 주변 정보 등과 상기 3D 포인트 클라우드 데이터의 객체 탐지를 통해 디지털 복제하여 가상모델을 생성한다.
상기 가상모델은 현실 세계의 타워크레인, 환경 등을 가상세계에 동일하게 구현한 것이다.
상기 디지털트윈부(420)로 인해 상기 상기 타워크레인(100)과 상기 가상모델 간의 원활한 상호 운영을 지원할 수 있다.
상기 시뮬레이션부(430)는, 상기 작업자기기(200)로부터 작업명령정보를 수신받을 경우에 AIoT(Artificial Intelligence of Things)를 이용하여 상기 작업명령정보에 따라 상기 가상모델을 시뮬레이션한다.
상기 AIoT(Artificial Intelligence of Things)는 사물의 특성에 맞게 지능을 개발하고 탑재하여 활용하는 융합기술로, AIoT의 핵심기술은 AI와 5G 네트워크와 빅데이터 기술이다.
이에, 상기 시뮬레이션부(430)는 상기 가상모델을 이용하여 상기 작업명령정보에 따른 상기 타워크레인(100)의 제어방법을 찾아 제어 시나리오를 도출하게 된다.
즉, 상기 시뮬레이션부(430)는 종래의 타워크레인 운영 등에 대한 데이터를 수집하고 분석하여 상기 작업명령정보에 따른 상기 타워크레인(100)의 제어방법을 예측한 후 그 결과에 처방적 분석(Prescriptive analytics) 개념을 적용하여 상기 타워크레인(100)의 최적화된 제어 시나리오를 도출하게 된다.
상기 도출된 최적화된 제어 시나리오는 상기 서버통신부(410)를 통해 상기 타워크레인(100)으로 전송된다.
한편, 본 발명에는 상기 도 6에 도시된 바와 같이 상기 타워크레인(100)의 호이스팅블록에 구비되어 주변의 작업자 또는 물체가 근접하는 것을 감지하여 상기 타워크레인(100)의 작동을 정지시키기 위한 충돌방지장치(500)를 더 포함할 수 있다.
상기 충돌방지장치(500)는 근접센서 등과 같은 센서를 통해 상대방 장비나 인근 건축물, 물건, 사람 등의 장애물을 인지하여 서로 인접하면 센서끼리 작동하여 경고신호를 생성하여 위험을 알림한다.
상기 충돌방지장치(500)는 상기 경고신호를 상기 원격제어서버(400)와 상기 타워크레인(100)으로 각각 전송하여 상기 타워크레인(100)의 작동을 정지시킨다.
또한, 상기 충돌방지장치(500)는 작업자가 직접 상대방 장비나 인근 장애물 등을 인지하여 위험이 따르면 벨을 눌러 경고신호를 알림하고 상기 타워크레인(100)의 작동을 정지시키는 수동식을 사용할 수도 있다.
상기 충돌방지장치(500)를 사용함으로써 후크에 걸어진 대상물을 다른 방향으로 이동하는 작업을 할 때 물체나 사람 등의 장애물을 식별하여 충돌하지 않도록 할 수 있게 된다.
다른 한편, 상기 타워크레인(100)에는 상기 트롤리나 지브에 장착되어 후크 내지 대상물을 촬영하여 촬영영상을 생성하기 위한 카메라부(130)를 더 포함할 수 있다.
상기 카메라부(130)는, 상기 타워크레인(100)이 T형일 경우에 트롤리에 장착될 수 있으며, 상기 타워크레인(100)이 L형일 경우에 지브의 끝부분에 장착되는 것이 바람직하다.
상기 카메라부(130)는 상기 후크에 대상물이 묶여있는 상태나 대상물의 인양 상태 등을 확인할 수 있도록 후크 내지 대상물을 촬영하여 촬영영상을 생성한다.
또한, 상기 타워크레인(100)의 작동제어부(120)는, 상기 타워크레인(100)의 실시간 운영 데이터를 생성할 수 있다. 즉, 상기 작동제어부(120)는 상기 타워크레인(100)이 작동될 시 상기 타워크레인(100)의 작동에 대한 실시간 운영 데이터를 생성한다.
상기 실시간 운영 데이터는 상기 제어 시나리오에 따라 작동하는 상기 타워크레인(100)의 지브 내지 후크의 작동상태를 포함할 수 있다.
상기 원격제어서버(400)는, 상기 타워크레인(100)으로부터 실시간 운영 데이터를 수신받아 상기 타워크레인(100)의 현재상태를 감지하기 위한 타워크레인관리부(450)를 더 포함한다.
상기 타워크레인관리부(450)은, 상기 타워크레인(100)으로부터 실시간 운영 데이터를 수신받아 상기 타워크레인(100)이 상기 제어 시나리오와 동일하게 작동하는지 판단하여 상기 타워크레인(100)의 현재상태를 감지할 수 있다.
상기 타워크레인(100)의 현재상태에는 상기 타워크레인관리부(450)에서 상기 타워크레인(100)의 작동상태를 감지하여 상기 타워크레인(100)의 고장유무 등을 판단하는 것을 포함할 수 있다.
상기 타워크레인관리부(450)는 상기 타워크레인(100)의 현재상태를 상기 작업자기기(200)로 전송하여 디스플레이함으로써 작업자가 수시로 모니터링할 수 있도록 하며, 작업자가 상기 타워크레인(100)의 고장유무 등의 현재상태를 신속하게 파악할 수 있어 예방정비 및 안전사고를 미리 예방하거나 안전사고에 대해 신속하게 대처할 수 있게 된다.
이때, 상기 작업자기기(200)에는 상기 원격제어서버(400)로부터 상기 촬영영상과 상기 타워크레인(100)의 현재상태를 수신받아 디스플레이하기 위한 디스플레이부(230)를 포함할 수 있다.
상기 디스플레이부(230)는, 상기 원격제어서버(400)로부터 상기 촬영영상과 상기 타워크레인(100)의 현재상태를 수신받아 디스플레이하여 모니터링할 수 있다.
또 다른 한편, 본 발명에는 상기 도 7에 도시된 바와 같이 상기 타워크레인(100)이 설치된 건설현장의 풍속을 측정하는 풍속계(600)를 더 포함할 수 있다.
상기 풍속계(600)는, 바람의 속도를 측정하는 센서로, 측정하는 방법에 의해 회전 풍속계, 풍압형 풍속계, 초음파 풍속계 등을 사용할 수 있다.
상기 풍속계(600)은 상기 타워크레인의 안전을 위하여 일정시간마다 건설현장의 풍속을 측정한 풍속값을 상기 원격제어서버(400)로 전송하게 된다.
이에, 상기 원격제어서버(400)는, 상기 풍속계(600)로부터 측정된 풍속값을 이용하여 상기 타워크레인(100)의 작업가능 여부를 판단하여 상기 최적화된 제어 시나리오를 보정할 수 있다.
여기서, 상기 타워크레인은 법규상 풍속이 10m/s 이상 시 설치해체가 중단되고 20m/s 시 타워크레인 인양작업을 중지해야 하지만, 실질적으로는 12m/s 이상 시 작업이 어렵게 된다. 이를 통해 상기 원격제어서버(400)는 상기 타워크레인(100)이 작업할 수 있는 안전풍속값의 기준을 12m/s로 설정할 수 있다.
상기 원격제어서버(400)는 상기 풍속값이 12m/s 미만 일 경우에 상기 타워크레인(100)의 작업이 가능하다고 판단하여 상기 최적화된 제어 시나리오를 보정하지 않고, 상기 풍속값이 12m/s이상일 경우에 상기 타워크레인(100)의 작업이 불가능하다고 판단하여 상기 최적화된 제어 시나리오를 보정하여 상기 타워크레인(100)으로 재전송하게 된다.
상기 타워크레인(100)의 안전장치로 각 모터의 브레이크 후크의 상승제한 리미트 지브의 전과 후의 거리제한 리미트와 지브의 길이에 따라 무게를 제한하는 하중 리미트와 로드셀 등이 더 구성될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 타워크레인 자율운영 시스템을 이용한 자율운영 방법은, 상기 도 8에 도시된 바와 같이 상기 스캐너기기(300)에서 상기 2D라이다(320)를 통해 상기 타워크레인(100)을 스캐닝하여 스캔정보를 생성하고, 상기 모터드라이버(340)를 통해 상기 이동체(310)의 속도 및 엔코더값을 획득한다. 상기 스캐너기기(300)는 상기 획득한 스캔정보, 상기 이동체(310)의 속도 및 엔코더값을 상기 원격제어서버(400)로 전송한다(S10).
상기 원격제어서버(400)는 상기 스캐너기기(300)로부터 수신받은 속도 및 엔코더값을 이용하여 이동거리 정보를 계산하고, 2D로 된 이동거리 정보와 상기 스캔정보와 결합하여 3D 포인트 클라우드 데이터를 생성한다(S11).
상기 원격제어서버(400)는 미리 수집된 타워크레인(100)의 주변 정보, 운영 등과 상기 3D 포인트 클라우드 데이터의 객체 탐지를 통해 디지털 복제하여 가상모델을 생성한다(S12).
즉, 상기 원격제어서버(400)에서는 상기 타워크레인(100)의 주변 정보, 운영 등을 수집하여 타워크레인의 다차원 디지털 트윈 표현을 생성한다. 이때, 상기 3D 포인트 클라우드 데이터의 객체 탐지를 통해 의미론적 의미를 할당하여 시스템의 가시적/비가시적 신호 인터페이스의 정확한 디지털 복제를 생성하게 된다.
상기 작업자기기(200)는 상기 타워크레인(100)을 작동시키기 위해 작업명령정보를 생성한다. 여기서, 상기 작업자기기(200)는 상기 타워크레인(100)을 작동시키기 위해 작업자가 작동명령에 따른 버튼을 눌러 입력하여 작동명령정보를 생성하거나 작업자가 작동명령을 음성으로 입력하여 음석인식을 통해 작동명령정보를 생성할 수 있다(S13).
상기 작업자기기(200)는 상기 생성된 작업명령정보를 상기 원격제어서버(400)로 전송한다.
상기 원격제어서버(400)는 AIoT를 이용하여 상기 작업명령정보에 따라 상기 가상모델을 작동시켜 상기 타워크레인(100)의 제어방법에 대한 제어 시나리오를 도출하고, 처방적 분석(Prescriptive analytics) 개념을 적용하여 상기 타워크레인(100)의 최적화된 제어 시나리오를 도출한다(S14).
상기 타워크레인(100)은 상기 원격제어서버(400)로부터 최적화된 제어 시나리오를 수신받아 작동한다(S15).
여기서, 상기 타워크레인(100)에 장착된 충돌방지장치(500)에서 상기 타워크레인(100)의 작업 중 주변의 작업자 또는 물체가 근접하는 것을 감지하여 경고신호가 생성될 경우에 상기 경고신호를 상기 원격제어서버(400)와 상기 타워크레인(100)으로 각각 전송한다(S20).
상기 경고신호를 수신받은 타워크레인(100)은 작동을 정지한다(S21).
또한, 상기 타워크레인(100)에서 상기 카메라부(130)를 통해 상기 후크 내지 대상물을 촬영하여 촬영영상을 생성하고, 상기 타워크레인(100)의 작동에 대한 실시간 운영 데이터를 생성한다(S30,S31). 상기 타워크레인(100)은 생성된 촬영영상과 실시간 운영 데이터를 상기 원격제어서버(400)로 전송할 수 있다.
상기 원격제어서버(400)는 상기 촬영영상과 실시간 운영 데이터를 수신받아 상기 타워크레인(100)의 고장유무 등을 판단하여 상기 타워크레인(100)의 현재상태를 감지한다(S32).
상기 작업자기기(200)는 상기 원격제어서버(400)로부터 상기 촬영영상과 상기 현재상태를 디스플레이하여 모니터링할 수 있다(S33).
또한, 상기 풍속계(600)에서 상기 타워크레인(100)이 설치된 건설현장의 풍속을 측정한 풍속값을 상기 원격제어서버(400)로 전송할 경우에는, 상기 원격제어서버(400)에서 미리 안전풍속값이 12m/s로 정하였을 때, 상기 풍속값이 12m/s 미만 일 경우에 상기 최적화된 제어 시나리오를 보정하지 않고, 상기 풍속값이 12m/s이상일 경우에 상기 타워크레인(100)의 작동을 정지시키기 위해 상기 최적화된 제어 시나리오를 보정하여 상기 타워크레인(100)으로 재전송할 수 있다(S40,S41).
상기 보정된 제어 시나리오를 수신받은 타워크레인(100)은 작동이 정지된다(S42).
상기와 같이 제어되는 타워크레인 자율운영 시스템은 타워크레인과 상기 타워크레인을 모사한 가상모델을 이용하여 작업자로부터 입력된 작업명령에 따른 타워크레인의 작동을 예측하여 효율적으로 타워크레인을 작동시킬 수 있어 타워크레인을 자율운영할 수 있다.
또한, 충돌방지장치를 통해 물체나 사람 등을 식별하여 타워크레인에 의해 이동되는 자재가 물체나 사람 등에 충돌하는 것을 방지하기 위해 타워크레인의 작동을 정지시킴으로써 타워크레인의 안전사고율을 대폭 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 타워크레인의 작동에 대한 현재상태를 모니터링할 수 있도록 하여 타워크레인의 고장유무 판단, 예방정비 등을 수행할 수 있어 미리 안전사고를 예방할 수 있도록 대비할 수 있으면서 안전사고 발생 시 신속하게 대처할 수 있게 된다.
또한, 음성인식을 통해 작업자의 작업명령을 입력할 수 있으며, 풍속의 세기, 작업가능 유무를 판단하여 알림할 수 있어 타워크레인의 안전한 작업을 유도할 수 있는 효과가 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 경우에는 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
100: 타워크레인 110: 타워크레인통신부
120: 작동제어부 130: 카메라부
200: 작업자기기 210: 작업자통신부
220: 작업명령부 230: 디스플레이부
300: 스캐너기기 310: 이동체
320: 2D라이다 330: 제어보드
340: 모터드라이버 400: 원격제어서버
410: 서버통신부 420: 3D포인트클라우드부
430: 디지털트윈부 440: 시뮬레이션부
450: 타워크레인관리부 500: 충돌방지장치
600: 풍속계

Claims (5)

  1. 제어 시나리오에 대응하여 작동되는 타워크레인(100)과,
    상기 타워크레인(100)을 작동시키기 위해 작업명령정보를 생성하기 위한 작업자기기(200)와,
    상기 타워크레인(100)을 스캐닝하기 위해 2D라이다(320)가 탑재되고, 모터를 작동시키는 모터드라이버(340)를 통해 속도 및 엔코더값을 획득하기 위한 스캐너기기(300)와,
    상기 스캐너기기(300)로부터 수신받은 엔코더값와 상기 2D라이다(320)의 스캔정보를 이용하여 3D 포인트 클라우드 데이터를 생성하고, 미리 수집된 타워크레인(100)의 주변 정보와 상기 3D 포인트 클라우드 데이터의 객체 탐지를 통해 디지털 복제하여 가상모델을 생성하며, 상기 가상모델을 통해 상기 작업명령정보에 따라 상기 타워크레인(100)의 최적화된 제어 시나리오를 도출하여 상기 타워크레인(100)으로 전달하는 원격제어서버(400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 타워크레인 자율운영 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 타워크레인(100)의 호이스팅블록에 구비되어 주변의 작업자 또는 물체가 근접하는 것을 감지하여 상기 타워크레인(100)의 작동을 정지시키기 위한 충돌방지장치(500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 타워크레인 자율운영 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 타워크레인(100)은, 상기 타워크레인(100)의 트롤리나 지브에 장착되어 후크 내지 대상물을 촬영하여 촬영영상을 생성하기 위한 카메라부(130)와, 상기 타워크레인(100)의 작동에 대한 실시간 운영 데이터를 생성하기 위한 작동제어부(120)를 포함하고,
    상기 원격제어서버(400)는, 상기 타워크레인(100)과 연동되어 상기 촬영영상과 실시간 운영 데이터를 수신받아 상기 타워크레인(100)의 현재상태를 감지하고,
    상기 작업자기기(200)는, 상기 원격제어서버(400)로부터 상기 촬영영상과 상기 현재상태를 디스플레이하여 모니터링하는 것을 특징으로 하는 타워크레인 자율운영 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 작업자기기(200)는, 작업자의 음성인식을 통해 작업명령정보를 생성하고,
    상기 타워크레인(100)이 설치된 건설현장의 풍속을 측정하는 풍속계(600)를 포함하고,
    상기 원격제어서버(400)는, 상기 풍속계(600)로부터 측정된 풍속값을 이용하여 상기 타워크레인(100)의 작업가능 여부를 판단하여 상기 최적화된 제어 시나리오를 보정하는 것을 특징으로 하는 타워크레인 자율운영 시스템.
  5. 타워크레인(100)을 스캐닝하는 2D라이다(320)와 모터드라이버(340)가 포함된 스캐너기기(300)에서 상기 2D라이다(320)의 스캔정보와 상기 모터드라이버(340)를 통해 획득한 속도 및 엔코더값을 원격제어서버(400)로 전송하는 스캔단계와,
    상기 원격제어서버(400)에서 상기 스캐너기기(300)로부터 수신받은 속도 및 엔코더값을 이용하여 이동거리 정보를 산출한 후 상기 이동거리 정보와 상기 2D라이다(320)의 스캔정보를 결합하여 3D 포인트 클라우드 데이터를 생성하는 3D 포인트 클라우드 단계와,
    상기 원격제어서버(400)에서 미리 수집된 타워크레인(100)의 주변 정보와 상기 3D 포인트 클라우드 데이터의 객체 탐지를 통해 디지털 복제하여 가상모델을 생성하는 디지털트윈단계와,
    상기 타워크레인(100)을 작동시키기 위해 작업자기기(200)에서 작업명령정보를 생성하여 상기 원격제어서버(400)로 전송하는 작업명령단계와,
    상기 원격제어서버(400)에서 상기 작업자기기(200)로부터 수신받은 작업명령정보에 따라 상기 가상모델을 작동시켜 상기 타워크레인(100)의 제어방법에 대한 최적화된 제어 시나리오를 도출하는 시뮬레이션단계와,
    상기 타워크레인(100)에서 상기 원격제어서버(400)로부터 제어 시나리오를 수신받아 상기 제어 시나리오에 대응하여 상기 타워크레인(100)을 작동시키는 타워크레인제어단계를 포함하는 타워크레인 자율운영 시스템을 이용한 자율운영 방법.
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