KR20110012898A

KR20110012898A - 평형 유지 크레인 및 이를 장착한 선박

Info

Publication number: KR20110012898A
Application number: KR1020090070799A
Authority: KR
Inventors: 곽병만; 오준호
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-02-09
Also published as: KR101217527B1; WO2011013883A1

Abstract

본 발명은, 제로 모멘트의 개념을 이용하여 선박의 요동에 관계없이 평형을 유지할 수 있는 크레인 및 이를 장착하여 육지로부터 떨어진 해상에서 화물을 하역할 수 있는 선박에 관한 것이다. 본 발명은, 트롤리가 횡방향으로 이송 가능하게 설치되는 수평 구조물과, 상기 수평 구조물을 횡방향 모멘트가 제로가 되는 지점에서 지지하는 제1 기둥과, 상기 제1 기둥과 간격을 두고 설치되어 상기 수평 구조물의 일단을 지지하는 제2 기둥과, 상기 제2 기둥에 구비되어 상기 제2 기둥의 상하방향 높이 조절이 가능하도록 하는 제2 지지대와, 상기 제1 기둥과 상기 제2 기둥을 지지하는 베이스를 포함하는 크레인을 제공한다. 본 발명은 제로 모멘트 포인트에 의한 지지를 통하여 유압 실린더에 큰 힘을 가하지 않고서도 평형을 유지할 수 있도록 하기 때문에 정밀한 평형 제어가 가능하게 된다.

이동 항구, 모바일 하버, 크레인, 평형 유지, 제로 모멘트

Description

평형 유지 크레인 및 이를 장착한 선박 {BALANCE KEEPING CRANE AND VESSEL WITH THE CRANE}

본 발명은, 제로 모멘트의 개념을 이용하여 선박의 요동에 관계없이 평형을 유지할 수 있는 크레인 및 이를 장착하여 육지로부터 떨어진 해상에서 화물을 하역할 수 있는 선박에 관한 것이다.

원격지의 상품이동수단으로서, 선박을 이용한 해상운송은 타 운송수단에 비하여 에너지를 적게 사용하며, 수송비용도 저렴하여 국제교역의 많은 부분을 해상운송에 의지하고 있다.

최근에는 컨테이너선과 같은 해상운송에 있어서, 운송의 효율을 향상시키기 위하여 대형화된 선박을 이용하게 되는데, 이는 선박의 수송량을 증가시켜 운송의 경제성을 확보하기 위한 것이다. 이에 따라 대형 선박을 접안 시킬 수 있는 계류시설 및 하역시설을 구비한 항만이 점점 더 많이 요구되고 있다.

하지만, 대형 컨테이너선을 접안 시킬 수 있는 항구는 국내외에 한정되어 있으며, 이러한 항구의 건설에는 많은 경비가 소요될 뿐만 아니라 넓은 장소가 요구 된다. 또한, 대형 항구의 건설로 인하여 주변 교통 체증의 유발이나 해안환경의 파괴 등 주위의 환경에도 많은 영향을 끼치는 바, 대형 항구의 건설에는 많은 제약이 따르고 있다.

이에, 대형 선박을 항구 내의 안벽에 접안 시키지 않고, 육지로부터 떨어진 해상에 정박시킨 채로 화물을 선적 및 하역할 수 있는 이동 항구(모바일 하버, Mobile Harbor) 및 이를 이용한 화물 이송 방법에 관한 발명이 특허(등록번호 제10-0895604호)받은 바 있다.

도 1은 상기 특허에서 도시된 이동항구의 개략적인 모습을 나타낸 것으로서, 이동 항구(10)는 크레인(20)을 이용하여 하역 작업을 수행할 수 있으며, 도 1(a)는 이동항구(10)와 대형 컨테이너선(30) 사이에서의 하역을, 도 1(b)는 이동항구(10)와 부두(40) 사이에서의 하역을 도시하고 있다.

여기서 이동 항구(10)는 선적 또는 하역할 화물이 적재되는 공간을 구비하는 플랫폼과, 선박과 상기 플랫폼 사이에서 화물을 선적 및 하역하기 위한 설비 및 상기 플랫폼 상에서 화물을 이송하기 위한 이송 설비를 구비하는 화물 이송 장치와, 상기 플랫폼의 위치에 관한 정보를 획득하기 위한 위치결정 장치와, 화물을 선적 및 하역하는 동안 상기 플랫폼이 선박과 충돌하지 않고 접속한 상태를 유지하도록 하는 완충접속 장치 등을 포함하게 된다.

화물의 하역 작업은 수 톤 내지 수십 톤에 이르는 화물을 이동시키는 작업인 것이므로 이동 항구로서의 역할을 하는 선박과 이에 장착된 크레인의 평형 유지가 절실히 요구되지만, 해상에서는 바람, 파랑, 또는 조류 등의 영향으로 선박의 요동이 불가결하다고 할 것인 바, 이러한 요동에도 불구하고 선박이 해상에서 작업하는 도중에 평형이 유지될 수 있는 구조를 가지는 크레인이 필요하다.

본 발명은 선박의 롤링과 피칭 또는 히빙 운동에 대응하여 크레인의 수평상태 및 수직방향 절대위치가 유지되도록 하여 다른 선박과의 안정적인 화물 하역이 가능하게 하는 크레인 및 이를 장착한 선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 트롤리가 횡방향으로 이송 가능하게 설치되는 수평 구조물과, 상기 수평 구조물을 횡방향 모멘트가 제로가 되는 지점에서 지지하는 제1 기둥과, 상기 제1 기둥과 간격을 두고 설치되어 상기 수평 구조물의 일단을 지지하는 제2 기둥과, 상기 제2 기둥에 구비되어 상기 제2 기둥의 상하방향 높이 조절이 가능하도록 하는 제2 지지대와, 상기 제1 기둥과 상기 제2 기둥을 지지하는 베이스를 포함하는 크레인을 제공한다.상기 제2 지지대는 상기 베이스의 롤링과 피칭 운동에 대응하여 상기 수평 구조물의 수평상태가 유지되도록 높이 제어되거나, 또는 상기 제2 지지대는 상기 베이스의 히빙 운동에 대응하여 상기 트롤리의 수직방향 절대위치가 유지되도록 높이 제어될 수 있다.

상기 크레인은 상기 제1 기둥에 구비되어 상기 제1 기둥의 상하방향 높이 조절이 가능하도록 하는 제1 지지대를 더 포함할 수 있다. 여기서 상기 제1 지지대 및 제2 지지대는 상기 베이스의 롤링과 피칭 또는 히빙 운동에 대응하여 상기 수평 구조물의 수평상태 및 상기 트롤리의 수직방향 절대위치가 유지되도록 높이 제어될 수 있다.

상기 크레인은 상기 제1 기둥의 하단에 구비되며 종방향 모멘트가 제로가 되는 지점에서 지지되는 제로 모멘트 바디를 더 포함할 수 있다. 상기 제로 모멘트 바디는 종방향 모멘트가 제로가 되는 지점에서 유니버설 조인트 또는 스페리컬 조인트에 의해서 지지될 수 있다. 또한 상기 제로 모멘트 바디는 종방향 일단 또는 양단이 높이 조절 가능한 보조 지지대에 의하여 지지될 수 있다. 상기 보조 지지대와 병렬로 스프링-댐퍼 구조를 설치하여 보조 지지대의 제어를 용이하게 할 수 있다. 여기서 상기 보조 지지대는 상기 베이스의 피칭 운동에 대응하여 상기 제로 모멘트 바디가 수평을 유지하도록 높이 제어될 수 있다. 한편 상기 제1 기둥은 스프링-댐퍼 구조를 가지는 진동 절연부에 의해서 진동 절연되며 지지될 수 있다.

나아가 상기 크레인은 상기 제1 기둥에 가해지는 횡방향 모멘트가 제로가 되도록 이송 가능한 밸런스를 더 포함할 수 있다. 또한 상기 베이스는 제1 기둥 및 상기 제2 기둥을 각각 지지하며 이동 가능한 제1 및 제2 베이스를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 베이스를 포함한 제1 기둥과 제2 기둥의 간격은 매우 작게 할 수 있다.본 발명은 상기에서 기술한 크레인이 설치되는 선박을 제공한다. 이 때 상기 제1 및 제2 베이스는 선박의 횡방향 양 측면에 각각 설치되어 종방향으로 이동 가능할 수 있다. 구체적으로 상기 제1 및 제2 베이스는 바퀴를 구비하고, 상기 바퀴는 상기 선박의 횡방향 양 측면에 제공된 레일 상에서 이동 가능하나 레일로부터 분리되지 않도록 설계될 수 있다.

한편 본 발명은, 트롤리가 횡방향으로 이송 가능하게 설치되는 수평 구조물과, 상기 수평 구조물을 지지하는 제1 기둥과, 상기 제1 기둥의 하단에 구비되며 횡방향 및 종방향 모멘트가 제로가 되는 지점에서 지지되는 제로 모멘트 바디와, 상기 제로 모멘트 바디의 횡방향 일단 또는 양단 및 종방향 일단 또는 양단을 높이 조절 가능하도록 지지하는 다수의 지지대와, 상기 제로 모멘트 바디 및 상기 다수의 지지대를 지지하는 베이스를 포함하는 크레인을 제공한다.

상기 다수의 지지대는 상기 베이스의 히빙, 롤링 또는 피칭 중 어느 하나 이상의 운동에 대응하여 상기 수평 구조물의 수평상태 또는 상기 트롤리의 수직방향 절대위치가 유지되도록 높이 제어될 수 있다. 또한 상기 제로 모멘트 바디는 종방향 모멘트가 제로가 되는 지점에서 유니버설 조인트 또는 스페리컬 조인트에 의해서 지지될 수 있고, 상기 제1 기둥은 스프링-댐퍼 구조에 의해서 진동 절연될 수 있다. 나아가 상기 제1 기둥에 가해지는 횡방향 모멘트가 제로가 되도록 이송 가능한 밸런스를 더 포함할 수 있다.

또 한편 본 발명은 크레인에 국한하지 않고, 요동하는 하부 바디와, 일 방향 모멘트가 제로가 되는 지점에서 상기 하부 바디에 의해 지지되는 상부 바디와, 상 기 상부 바디의 일단 또는 양단에서 상기 상부 바디의 상하방향 높이 조절이 가능하도록 하는 바디 지지대를 포함하는 제로 모멘트 구조물을 제공한다.

또한 본 발명은, 요동하는 하부 바디와, 두 방향 모멘트가 제로가 되는 지점에서 상기 하부 바디에 의해 지지되는 상부 바디와, 상기 상부 바디의 두 방향 각각의 일단 또는 양단에서 상기 상부 바디의 상하방향 높이 조절이 가능하도록 하는 바디 지지대를 포함하는 제로 모멘트 구조물도 제공한다.

여기서 상기 바디 지지대는 상기 하부 바디의 요동에 대응하여 상기 상부 바디의 수평상태가 유지되도록 높이 제어될 수 있다. 상기 상부 바디는 모멘트가 제로가 되는 지점에서 유니버설 조인트 또는 스페리컬 조인트에 의해서 지지되고, 상기 상부 바디는 스프링-댐퍼 구조에 의해서 진동 절연되도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 크레인에 의하면 베이스의 요동에 대응하여 수평 구조물의 수평상태 및 트롤리의 수직방향 절대위치가 유지되도록 하여 안정적인 하역 작업이 가능하게 된다. 본 발명에 따른 크레인을 설치한 선박에 의하면 선박의 피칭, 롤링 또는 히빙 등의 운동에 대응하여 크레인의 수평상태 및 수직방향 절대위치가 유지되도록 하여 다른 선박과의 안정적인 화물 하역이 가능하게 된다.

본 발명에 따른 크레인은 제로 모멘트 포인트에 의한 지지를 통하여 유압 실린더에 큰 힘을 가하지 않고서도 평형을 유지할 수 있도록 하기 때문에 정밀한 평형 유지 제어가 가능하게 된다.

또한 본 발명에 따른 선박은 깊은 수심이 필요한 초대형 선박의 화물 운송을 효율적으로 처리할 수 있고 이동 항구로서 기능할 수 있어 앞으로의 항만 시스템 경쟁력 강화에 기여할 것이다.

나아가 본 발명은 요동이 있는 하부 바디에 의해 지지되는 상부 바디가 정밀 장치와 같이 운동이 없어야 할 시스템인 경우에 적용되어 상부 바디의 수평상태가 유지 되도록 할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 평형 유지 크레인 및 이를 장착한 선박의 구조와 작동 원리에 대하여 상세하게 설명한다. 이하의 구체적인 실시예는 본 발명에 따른 제로 모멘트 구조물, 크레인 및 선박을 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 제로 모멘트 포인트를 이용한 평형 유지의 개념을 보여주는 개략도이다.

도 2a를 참조하면, 하부 바디(60) 위에 상부 바디(70)가 설치되며, 이때 상부 바디(70)는 중량이 균형을 이루어 모멘트가 제로가 되는 한 지점에서 지지된다. 선회가 가능한 바디 조인트(65)가 하부 바디(60)와 상부 바디(70)를 연결하며, 상부 바디(70)의 양단은 유압 실린더와 같은 바디 지지대(75)에 의해 보조적으로 지지된다. 여기서 바디 지지대(75)는 반드시 양단에 모두 있을 필요는 없으나, 양단 지지의 경우 더 안정된 평형 유지가 가능하게 될 수 있다. 또한 바디 지지대(75)와 병렬로 스프링과 댐퍼(미도시)를 부착하여 상부 바디(70)의 균형을 맞추는데 도움을 줄 수 있다.

도 2b와 같이, 다른 방향으로도 유압 실린더와 같은 바디 지지대(75)가 설치되어 3차원적으로 상부 바디(70)의 평형을 유지할 수 있다. 이 때 바디 조인트(65)는 유니버설 조인트와 같은 두 방향 선회가 가능한 조인트로 구성될 것이다.

또한 상부 바디(70)와 하부 바디(60) 사이에 스프링이나 에어 쿠션을 포함하는 진동 절연부(68)를 추가하여, 고주파의 진동으로부터 상부 바디(70)를 진동 절연시킴으로써, 제어를 더욱 용이하게 할 수도 있다. 또한 바디 지지대(75)와 병렬로 스프링-댐퍼 구조(미도시)를 설치하여 바디 지지대(75)의 제어력을 줄일 수도 있다. 스프링-댐퍼 구조는 강성이 큰 스프링 또는 에어 쿠션 또는 고무 등 다양한 방법을 사용하여 마련될 수 있다.

여기서 도면의 단순화를 위해 상부 바디(70)를 역삼각형 또는 거꾸로 선 피라미드 형태로 도시하였지만, 상부 바디(70)는 모멘트가 제로가 되는 한 지점에서 지지되는 것이라면 그 형태에 관계 없이 적용될 수 있다.

여기서 상부 바디(70)는 바디 조인트(65)를 통해 대부분의 중량이 지지되고 양단에는 힘이 덜 걸리게 되므로 유압 실린더에 큰 힘을 가하지 않고서도 상부 바디(70)의 움직임을 제어하는 것이 가능해 진다. 따라서 하부 바디(60)의 요동에도 불구하고 상부 바디(70)는 정밀하게 수평을 유지할 수 있게 되는 것이다.

제로 모멘트 포인트의 개념은 1984년경에 로봇의 걸음걸이 구현을 위하여 제시된 것으로 그 후 많은 연구가 있어 왔다. 이는 동적인 시스템에 관한 것이며, 정적인 지면과의 관계를 규정짓는 개념으로 사용 되었을 뿐, 본 발명에서와 같이 하부 바디가 움직이는 상황에서의 상부 바디 제어와는 다른 적용이다. 따라서, 편의상 제로 모멘트 포인트 개념이라고 명명했지만, 실제로는 중심 지지 개념이며, 지금까지의 로봇 응용 개념과는 다른 응용으로 봐야 할 것이다. 예로서, 도 2의 하부 바디(60)는 군함과 같은 선박이며, 상부 바디(70)는 레이더 또는 발사체와 같은 정밀 장치와 같이 운동이 없어야 할 시스템일 경우에 적용될 수 있으며, 그 응용 대상은 본 발명이 제시한 원리를 이용하는 것이라면 모두 적용될 수 있다.

본 발명은 이러한 제로 모멘트 포인트 개념(또는 중심 지지 개념)을 선박에 설치된 크레인에 적용하고자 한다. 이 때 해상에서 요동하는 선박은 하부 바디(60), 선박에 설치된 크레인은 상부 바디(70)라고 볼 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 평형 유지 크레인(100)의 구조를 도시하는 구성도이다. 좌표는 x방향을 종방향, y방향을 횡방향이라 정의한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 평형 유지 크레인(100)은, 트롤리(138)가 횡방향으로 이송 가능하게 설치되는 수평 구조물(130)과, 수평 구조물(130)을 횡방향 모멘트가 거의 제로가 되는 지점에서 지지하는 제1 기둥(110)과, 제1 기둥(110)과 간격을 두고 설치되어 수평 구조물(130)의 일단을 지지하는 제2 기둥(120)과, 제2 기둥(120)에 구비되어 제2 기둥(120)의 상하방향 높이 조절이 가능하도록 하는 제2 지지대(122)와, 제1 기둥(110)과 제2 기둥(120)을 지지하는 베이스를 포함하는 크레인(100)을 제공한다.

제어부의 작용에 의하여 제2 지지대(122)는 베이스의 롤링 운동에 대응하여 수평 구조물(130)의 수평상태가 유지되도록 높이 제어되거나, 또는 제2 지지대(122)는 베이스의 히빙 운동에 대응하여 트롤리(138)의 수직방향 절대위치가 유지되도록 높이 제어될 수 있다.

크레인(100)은 제1 기둥(110)에 구비되어 제1 기둥(110)의 상하방향 높이 조절이 가능하도록 하는 제1 지지대(112)를 더 포함할 수 있다. 여기서 제어부의 작용에 의하여 제1 지지대(112) 및 제2 지지대(122)는 베이스의 롤링 또는 히빙 운동에 대응하여 수평 구조물(130)의 수평상태 및 트롤리(138)의 수직방향 절대위치가 유지되도록 높이 제어될 수 있다.

여기서 트롤리(138)는 수평 구조물(130) 상에 설치된 트랙(미도시) 등을 통해 이송 가능하게 되며, 화물을 적재할 수 있다. 제1 지지대(112) 또는 제2 지지대(122)는 유압 실린더를 포함하여 구성될 수 있다. 제2 지지대(122)는 리니어 가이드 또는 링키지 구조와 같은 가이드 바디(126)에 의해 안내될 수 있다. 도시되지는 않았지만 제1 지지대(112)도 또한 리니어 가이드 또는 링키지 구조에 의해 안내될 수 있다. 나아가 제1 지지대(112) 또는 제2 지지대(122)는 복수의 유압 실린더 를 비스듬하게 배치하여 포함함으로써 구조의 안정성을 증가시킬 수 있다. 또한 크레인(100)은 보강 빔(139), 보강 로프(134, 135) 등에 의해 구조적인 강성이 보강될 수도 있다. 크레인(100)의 수평구조물(130)은 중간 지점 근처에 힌지를 부착하여 180도 회전하여 접게 하는 로우프와 윈치 시스템을 부착하여, 이동 시나 작업을 하지 않을 경우 간편한 안정된 모양을 가지게 할 수 있다.

크레인(100)은 제1 기둥(110)의 하단에 구비되며 종방향 모멘트가 제로가 되는 지점에서 지지되는 제로 모멘트 바디(116)를 더 포함할 수 있다. 제로 모멘트 바디(116)는 종방향 모멘트가 제로가 되는 지점에서 지지 조인트(117)에 의해 지지될 수 있으며, 지지 조인트(117)는 종방향 또는 횡방향으로 제로 모멘트 바디(116)가 기울어질 수 있도록 피벗 가능하면 되며, 일 예로 유니버설 조인트 또는 스페리컬 조인트에 의해서 지지될 수 있다. 또한 제로 모멘트 바디(116)는 종방향 일단 또는 양단이 높이 조절 가능한 보조 지지대(118)에 의하여 지지될 수 있다. 양단이 모두 지지되는 경우 안정성을 증가시킬 수 있다. 여기서 제어부의 작용에 의하여 보조 지지대(118)는 베이스의 피칭 운동에 대응하여 제로 모멘트 바디(116)가 수평을 유지하도록 높이 제어될 수 있다.

한편 제1 기둥(110)은 스프링-댐퍼 구조를 가지는 진동 절연부(119)에 의해서 제어의 대상이 아닌 진동으로부터 절연될 수 있다. 스프링-댐퍼 구조는 고무 등 재료를 사용하여 제작 가능하며, 주로 고주파의 진동을 아이솔레이션 시키는 역할을 수행하게 된다. 또한 보조 지지대(118)와 병렬로 스프링-댐퍼 구조(미도시)를 설치하여 보조 지지대(118)의 제어력을 줄일 수 있다. 스프링-댐퍼 구조는 강성이 큰 스프링 또는 에어 쿠션 등 다양한 방법을 사용하여 마련될 수 있다.

수평 구조물(130)에 제1 및 제2 기둥(110, 120)이 각각 연결되는 연결부(132, 133)는 선회 가능한 구조로 형성될 수 있다. 선회가 가능하도록 자유도가 생긴 연결부(132, 133)에는 유압실린더(미도시)를 추가하여 큰 모멘트를 받지 않고 형상이 유지되도록 할 수 있다. 그럼으로써 제1 및 제2 기둥(110, 120)과 수평 구조물(130)의 상대적인 운동이 있어도 서로 간섭하지 않고 기울어지거나 선회될 수 있게 된다.

나아가 크레인(100)은 제1 기둥(110)에 가해지는 횡방향 모멘트가 제로가 되도록 이송 가능한 밸런스(136)를 더 포함할 수 있다. 밸런스(136)는 트롤리(138)의 이송과 화물 적재 등 수평 구조물(130)에 가해지는 중량이 변하는 경우, 이를 보상하는 방향으로 이송되거나 탈 부착됨으로써 횡방향 모멘트가 제로가 되도록 유시시키게 된다.

또한 베이스는 제1 기둥(110) 및 제2 기둥(120)을 각각 지지하며 이동 가능한 제1 베이스(114) 및 제2 베이스(124)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 베이스(114, 124)는 이동을 위해 바퀴(115, 125)가 구비될 수 있다. 제1 및 제2 베이스(114, 124)는 가깝게도 설치 할 수 있으며, 또한 바퀴(115, 125)는 제1 베이스(114) 하부에 서로 가깝게 설치될 수 있다.

극단적으로는 베이스를 일체화하는 경우 제2 기둥(120)과 제2 지지대(122) 는 제로 모멘트 바디(116) 위에 설치될 수 있으며, 나아가 제2 기둥(120)과 제1 기둥(110)을 일체로 제작할 수도 있다. 이 때는 도 2b와 유사하게 제로 모멘트 바디(116)의 횡방향 양단에도 제2 지지대(122)가 설치되어 3차원적으로 크레인의 평형을 유지하게 된다. 즉, 3차원적 제로 모멘트 바디(116) 위에 제1 기둥이 지지되는 형상이 된다. 그리고, 보강 빔(139)은 아래 방향으로 충분히 내릴 수 있으며, 또한 추가로 보강 구조 요소를 설치할 수 있다.

본 발명에 따른 크레인(100)에 의하면 베이스의 요동에 대응하여 수평 구조물(130)의 수평상태 및 트롤리(138)의 수직방향 절대위치가 유지되도록 하여 안정적인 하역 작업이 가능하게 된다. 특히 제로 모멘트 포인트에 의한 지지를 통하여 유압 실린더에 큰 힘을 가하지 않고서도 평형을 유지할 수 있도록 하기 때문에 정밀한 평형 유지 제어가 가능하게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 평형 유지 크레인(100)이 장착된 선박(150)의 구조를 도시하는 구성도이다. 여기서 종방향이 선박(150)의 길이 방향, 횡방향이 선박(150)의 양 측면 방향이 된다.

선박(150)의 상부에는 화물이 적재될 수 있는 플랫폼(152)이 구비된다. 제1 및 제2 베이스(114, 124)는 제1 기둥(110) 및 제2 기둥(120)을 각각 지지하며 선박(150)의 횡방향 양 측면에 각각 설치되어 종방향으로 이동 가능하게 된다. 선박(150)의 양 측면에는 레일(154)이 제공되어 제1 및 제2 베이스(114, 124)에 구비 된 바퀴(115, 125)가 레일(154)을 따라 이동할 수 있다. 제1 베이스(114)와 제2 베이스(124)의 거리는 선박(150)의 폭보다 작게 정할 수 있음은 물론이다. 더욱이, 극단적으로 매우 가깝게 하여 하나로 할 수 있다. 구동부(156)는 크레인(100)이 이동할 수 있는 동력을 제공하는 모터(미도시)와 로프 및 윈치를 이용한 와이어 이송 시스템(미도시) 등 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 추가적인 안전을 위하여 바퀴(115, 125)는 레일(154) 상에서 이동이 가능하나 분리되지 아니하도록, 레일(154) 상에서 이송되는 카트 또는 슬라이딩 되는 사무용 책상 서랍과 같은 구조로 설계될 수 있다.

한편 본 발명의 일 실시예에 따른 선박(150)은, 제1 및 제2 지지대(112, 122)의 유압 실린더를 조절하여 항해 시에는 크레인의 높이를 낮추어 항해 시의 저항을 감소시키고 교량의 통과를 용이하게 할 수 있다. 크레인(100)의 수평구조물(130)은 중간 지점 근처에 힌지를 부착하여 180도 회전하여 접게 하는 로우프와 윈치 시스템을 부착하여, 이동 시나 작업을 하지 않을 경우 간편한 안정된 모양을 가지게 할 수 있다. 여기서 회전 방향은 하늘 방향일 수 있으나, 수평 방향으로의 회전도 가능하다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박(150)이 다른 컨테이너선(S)과의 사이에서 하역 작업을 수행하는 모습을 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이 선박(150)의 측면과 컨테이너선(S)의 측면이 접안하고 크레인(100)을 컨테이너선(S) 방향으로 길게 뻗어 화물(C)의 하역 작업을 수행한다. 트롤리(138)가 화물(C)을 적재하여 수평 구조물(130)을 따라 이동하며, 밸런 스(136)는 제1 기둥(110)에 가해지는 모멘트를 제로가 되도록 유지시킨다.

이 때 선박(150)은 해상의 바람, 파랑, 또는 조류 등의 영향으로 인해 요동한다. 요동에는 히빙, 롤링, 피칭 등이 있으며, 이러한 요동에도 불구하고 크레인(100)의 수평상태 또는 트롤리(138)의 절대적 수평위치를 유지해야 화물(C)의 하역 작업이 원활하게 이루어질 수 있다.

예를 들어 선박(150)의 피칭이 있더라도 크레인(100)은 피칭이 없도록 하고자 한다. 제어부는 선박(150)의 피칭을 감지하여 보조 지지대(118)를 구성하는 유압 실린더의 유압을 조절함으로써 제1 베이스(114)와 제로 모멘트 바디(116) 사이의 각도를 조절하고 그에 따라 수평 구조물(130)이 수평을 유지하도록 할 수 있다. 마찬가지로 제어부의 작용에 의하여 제2 지지대(122)는 선박(150)의 롤링 운동에 대응하여 수평 구조물(130)의 수평상태가 유지되도록 높이 제어되거나, 선박(150)의 히빙 운동에 대응하여 트롤리(138)의 수직방향 절대위치가 유지되도록 높이 제어될 수 있다.

본 발명에 따른 크레인을 설치한 선박에 의하면, 선박의 피칭, 롤링 또는 히빙 등의 운동에 대응하여 크레인의 수평상태 및 수직방향 절대위치가 유지되도록 하여 다른 컨테이너선과의 안정적인 화물 하역이 가능하게 된다. 본 발명에 따른 선박은, 깊은 수심이 필요한 컨테이너선의 화물 운송을 효율적으로 처리할 수 있고 이동 항구로서 기능할 수 있어 앞으로의 항만 시스템 경쟁력 강화에 기여할 것이다.

이상 본 발명의 일 실시예에 따른 평형 유지 크레인 및 선박의 구체적인 실시 형태를 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경할 수 있으며, 개시된 실시형태들을 조합 또는 치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이 외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것은 명백하다.

도 1은 종래 특허에서 도시된 이동항구의 개략적인 모습을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 평형 유지 크레인의 구조를 도시하는 구성도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 평형 유지 크레인이 장착된 선박의 구조를 도시하는 구성도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박이 다른 선박과의 사이에서 하역 작업을 수행하는 모습을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

60: 하부 바디 65: 바디 조인트

68: 진동 절연부 70: 상부 바디

75: 바디 지지대

100: 크레인 110, 120: 제1, 제2 기둥

112, 122: 제1, 제2 지지대 114, 124: 제1, 제2 베이스

115, 125: 바퀴 116: 제로 모멘트 바디

117: 지지 조인트 118: 보조 지지대

119: 진동 절연부 126: 가이드 바디

130: 수평 구조물 132, 133: 연결부

134, 135: 보강 로프 136: 밸런스

138: 트롤리 139: 보강 빔

150: 선박 152: 플랫폼

154: 레일 156: 구동부

C: 화물 S: 컨테이너선

Claims

트롤리가 횡방향으로 이송 가능하게 설치되는 수평 구조물과,

상기 수평 구조물을 횡방향 모멘트가 제로가 되는 지점에서 지지하는 제1 기둥과,

상기 제1 기둥과 간격을 두고 설치되어 상기 수평 구조물의 일단을 지지하는 제2 기둥과,

상기 제2 기둥에 구비되어 상기 제2 기둥의 상하방향 높이 조절이 가능하도록 하는 제2 지지대와,

상기 제1 기둥과 상기 제2 기둥을 지지하는 베이스를

포함하는 크레인.
제1항에 있어서,

상기 제2 지지대는 상기 베이스의 롤링 운동에 대응하여 상기 수평 구조물의 수평상태가 유지되도록 높이 제어되는 크레인.
제1항에 있어서,

상기 제2 지지대는 상기 베이스의 히빙 운동에 대응하여 상기 트롤리의 수직 방향 절대위치가 유지되도록 높이 제어되는 크레인.
제1항에 있어서,

상기 제1 기둥에 구비되어 상기 제1 기둥의 상하방향 높이 조절이 가능하도록 하는 제1 지지대를 더 포함하는 크레인.
제4항에 있어서,

상기 제1 지지대 및 제2 지지대는 상기 베이스의 롤링 또는 히빙 운동에 대응하여 상기 수평 구조물의 수평상태 및 상기 트롤리의 수직방향 절대위치가 유지되도록 높이 제어되는 크레인.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 기둥의 하단에 구비되며 종방향 모멘트가 제로가 되는 지점에서 지지되는 제로 모멘트 바디를 더 포함하는 크레인.
제6항에 있어서,

상기 제로 모멘트 바디는 종방향 모멘트가 제로가 되는 지점에서 유니버설 조인트 또는 스페리컬 조인트에 의해서 지지되는 크레인.
제6항에 있어서,

상기 제로 모멘트 바디는 종방향 일단 또는 양단이 높이 조절 가능한 보조 지지대에 의하여 지지되는 크레인.
제8항에 있어서,

상기 보조 지지대는 상기 베이스의 피칭 운동에 대응하여 상기 제로 모멘트 바디가 수평을 유지하도록 높이 제어되는 크레인.
제8항에 있어서,

상기 제로 모멘트 바디에는 상기 보조 지지대와 병렬로 스프링-댐퍼 구조가 설치되어 상기 보조 지지대의 제어가 용이하게 되는 크레인.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 기둥은 스프링-댐퍼 구조를 가지는 진동 절연부에 의해서 진동 절연되며 지지되는 크레인.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 기둥에 가해지는 횡방향 모멘트가 제로가 되도록 이송 가능한 밸런스를 더 포함하는 크레인.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 베이스는 제1 기둥 및 상기 제2 기둥을 각각 지지하며 이동 가능한 제1 및 제2 베이스를 포함하는 크레인.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 수평 구조물은 그 중간에 힌지가 제공됨으로써 접힘 가능한 크레인.
트롤리가 횡방향으로 이송 가능하게 설치되는 수평 구조물과,

상기 수평 구조물을 지지하는 제1 기둥과,

상기 제1 기둥의 하단에 구비되며 횡방향 및 종방향 모멘트가 제로가 되는 지점에서 지지되는 제로 모멘트 바디와,

상기 제로 모멘트 바디의 횡방향 일단 또는 양단 및 종방향 일단 또는 양단을 높이 조절 가능하도록 지지하는 다수의 지지대와,

상기 제로 모멘트 바디 및 상기 다수의 지지대를 지지하는 베이스를

포함하는 크레인.
제15항에 있어서,

상기 다수의 지지대는 상기 베이스의 히빙, 롤링 또는 피칭 중 어느 하나 이상의 운동에 대응하여 상기 수평 구조물의 수평상태 또는 상기 트롤리의 수직방향 절대위치가 유지되도록 높이 제어되는 크레인.
제16항에 있어서,

상기 제로 모멘트 바디에는 상기 지지대와 병렬로 스프링-댐퍼 구조가 설치되어 상기 지지대의 제어가 용이하게 되는 크레인.
제15항 또는 제16항에 있어서,

상기 제로 모멘트 바디는 종방향 모멘트가 제로가 되는 지점에서 유니버설 조인트 또는 스페리컬 조인트에 의해서 지지되는 크레인.
제15항 또는 제16항에 있어서,

상기 제1 기둥은 스프링-댐퍼 구조를 가지는 진동 절연부에 의해서 진동 절연되며 지지되는 크레인.
제15항 또는 제16항에 있어서,

상기 제1 기둥에 가해지는 횡방향 모멘트가 제로가 되도록 이송 가능한 밸런스를 더 포함하는 크레인.
트롤리가 횡방향으로 이송 가능하게 설치되는 수평 구조물과,

상기 수평 구조물을 횡방향 모멘트가 제로가 되는 지점에서 지지하는 제1 기둥과,

상기 제1 기둥과 간격을 두고 설치되어 상기 수평 구조물의 일단을 지지하는 제2 기둥과,

상기 제2 기둥에 구비되어 상기 제2 기둥의 상하방향 높이 조절이 가능하도 록 하는 제2 지지대와,

상기 제1 기둥 및 상기 제2 기둥을 지지하는 베이스를 포함하고,

상기 제1 지지대는 선박의 롤링 또는 히빙 운동에 대응하여 상기 수평 구조물의 수평상태 또는 상기 트롤리의 수직방향 절대위치가 유지되도록 높이 제어되는 크레인이 설치된 선박.
제21항에 있어서,

상기 크레인은 상기 제1 기둥에 구비되어 상기 제1 기둥의 상하방향 높이 조절이 가능하도록 하는 제1 지지대를 더 포함하고,

상기 제1 지지대 및 상기 제2 지지대는 상기 선박의 롤링 또는 히빙 운동에 대응하여 상기 수평 구조물의 수평상태 및 상기 트롤리의 수직방향 절대위치가 유지되도록 높이 제어되는 크레인이 설치된 선박.
제21항 또는 제22항에 있어서,

상기 크레인은 상기 제1 기둥의 하단에 구비되며 종방향 모멘트가 제로가 되는 지점에서 지지되는 제로 모멘트 바디를 더 포함하고,

상기 제로 모멘트 바디의 종방향 일단 또는 양단이 높이 조절 가능한 보조 지지대에 의하여 지지되고,

상기 보조 지지대는 상기 선박의 피칭 운동에 대응하여 상기 제로 모멘트 바디가 수평을 유지하도록 높이 제어되는 크레인이 설치된 선박.
제21항 또는 제22항에 있어서,

상기 크레인은 상기 제1 기둥에 가해지는 횡방향 모멘트가 제로가 되도록 이송 가능한 밸런스를 더 포함하는 크레인이 설치된 선박.
제21항 또는 제22항에 있어서,

상기 베이스는 제1 기둥 및 상기 제2 기둥을 각각 지지하며 선박의 횡방향 양 측면에 각각 설치되어 종방향으로 이동 가능한 제1 및 제2 베이스를 포함하는 크레인이 설치된 선박.
제25항에 있어서,

상기 제1 및 제2 베이스는 바퀴를 구비하고,

상기 바퀴는 상기 선박의 횡방향 양 측면에 제공된 레일 상에서 이동 가능하나 상기 레일로부터 분리되지 않는 크레인이 설치된 선박.
트롤리가 횡방향으로 이송 가능하게 설치되는 수평 구조물과,

상기 수평 구조물을 지지하는 제1 기둥과,

상기 제1 기둥의 하단에 구비되며 횡방향 및 종방향 모멘트가 제로가 되는 지점에서 지지되는 제로 모멘트 바디와,

상기 제로 모멘트 바디의 횡방향 일단 또는 양단 및 종방향 일단 또는 양단을 높이 조절 가능하도록 지지하는 다수의 지지대와,

상기 제로 모멘트 바디 및 상기 다수의 지지대를 지지하는 베이스를

포함하는 크레인이 설치된 선박.
제27항에 있어서,

상기 다수의 지지대는 상기 베이스의 히빙, 롤링 또는 피칭 중 어느 하나 이상의 운동에 대응하여 상기 수평 구조물의 수평상태 또는 상기 트롤리의 수직방향 절대위치가 유지되도록 높이 제어되는 크레인이 설치된 선박.
제27 또는 제28항에 있어서,

상기 제1 기둥에 가해지는 횡방향 모멘트가 제로가 되도록 이송 가능한 밸런스를 더 포함하는 크레인이 설치된 선박.
제27항 또는 제28항에 있어서,

상기 베이스는 바퀴를 구비하고,

상기 바퀴는 상기 선박의 횡방향으로 제공된 레일 상에서 이동 가능하나 상기 레일로부터 분리되지 않는 크레인이 설치된 선박.
요동하는 하부 바디와,

일 방향 모멘트가 제로가 되는 지점에서 상기 하부 바디에 의해 지지되는 상부 바디와,

상기 상부 바디의 일단 또는 양단에서 상기 상부 바디의 상하방향 높이 조절이 가능하도록 하는 바디 지지대를

포함하는 제로 모멘트 구조물.
요동하는 하부 바디와,

두 방향 모멘트가 제로가 되는 지점에서 상기 하부 바디에 의해 지지되는 상부 바디와,

상기 상부 바디의 두 방향 각각의 일단 또는 양단에서 상기 상부 바디의 상하방향 높이 조절이 가능하도록 하는 바디 지지대를

포함하는 제로 모멘트 구조물.
제31항 또는 제32항에 있어서,

상기 바디 지지대는 상기 하부 바디의 요동에 대응하여 상기 상부 바디의 수평상태가 유지되도록 높이 제어되는 제로 모멘트 구조물.
제33항에 있어서,

상기 상부 바디에는 상기 바디 지지대와 병렬로 스프링-댐퍼 구조가 설치되어 상기 바디 지지대의 제어가 용이하게 되는 제로 모멘트 구조물.
제31항 또는 제32항에 있어서,

상기 상부 바디는 모멘트가 제로가 되는 지점에서 유니버설 조인트 또는 스페리컬 조인트에 의해서 지지되는 제로 모멘트 구조물.
제31항 또는 제32항에 있어서,

상기 상부 바디는 스프링-댐퍼 구조를 가지는 진동 절연부에 의해서 진동 절 연되며 지지되는 제로 모멘트 구조물.