KR20120022413A - 크레인의 중량물 흔들림 저감 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크레인의 기동시 및 정지시 발생하는 실제 흔들림을 계산하고 예측 흔들림을 계산한 후 그 흔들림의 값을 융합하여 흔들림이 저감되도록 하기 위한 크레인의 중량물 흔들림 저감 시스템에 관한 것으로, 이동할 중량물을 크레인의 호이스트에 연결시킨 후 상기 중량물을 원하는 위치로 이동시키기 위한 크레인의 중량물 흔들림 저감 시스템에 있어서, 권상/하 모터의 구동상태를 제어하는 제 1 인버터와, 횡행 모터의 구동상태를 제어하는 제 2 인버터와, 주행 모터의 구동상태를 제어하는 제 3 인버터부로 이루어져 있으며, 외부로부터 입력되는 조정신호에 응하여 크레인을 작동시키는 크레인 구동장치; 작업자의 조작에 응하여 크레인 구동장치 조정신호 및 지면으로부터의 중량물의 위치데이터를 송출하는 리모트 콘트롤러; 상기 리모트 콘트롤러로부터 송출되는 크레인 구동장치 조정신호 및 지면으로부터의 중량물의 위치데이터를 수신받아 출력하는 수신장치; 및 상기 크레인 구동장치와 상기 수신장치 사이에 연결, 구비되어 있으며, 상기 수신장치로부터 입력되는 크레인 구동장치의 조정신호에 응하여 상기 크레인 구동장치의 구동상태를 제어하고, 상기 지면으로부터의 중량물의 위치데이터를 입력받아 역상 진동주기를 가지는 신호를 발생시켜 상기 크레인 구동장치의 조정신호로 출력하는 흔들림 저감장치로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

크레인의 중량물 흔들림 저감 시스템{System for reducing motion of crane}

본 발명은 크레인의 중량물 흔들림 저감 시스템 및 방법에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 크레인의 기동시 및 정지시 발생하는 실제 흔들림을 계산하고 예측 흔들림을 계산한 후 그 흔들림의 값을 융합하여 흔들림이 저감되도록 하기 위한 크레인의 중량물 흔들림 저감 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 기계공장과 같은 사업장에는 무거운 자재 또는 도구 등을 이동하기 위한 크레인 등의 로봇장치가 제공된다.

종래 기술에 따른 크레인의 간략한 작동상태도인 도 1을 참고하면, 이러한 로봇의 일례로 사용되는 크레인은 대형구조물의 천정에 설치되는 레일(12)과, 상기 레일(12)에 활주 가능하게 장착되는 구동부(14)를 포함한다. 그리고, 상기 구동부(14)에는 모터가 장착되며, 상기 모터에는 체인 또는 로프(16)가 길이 조정 가능하게 설치된다. 또한, 상기 체인 또는 로프(16)의 하단부에는 후크 등에 대상물(10)을 고정할 수 있는 호이스트가 설치된다.

또한, 상기 크레인에는 조작을 위한 (도시되지 않은) 스위치가 연결되며, 상기 스위치는 상기 구동부(14)에 설치되어 길게 연장된 케이블의 단부에 설치된다.

이러한 상기 크레인은 상기 스위치를 조작하여 상기 구동부(14)를 이동시키면, 상기 호이스트에 고정된 대상물(10)이 이동하게 된다. 이때, 상기 대상물(10)은 이동 또는 정지시 주기적인 흔들림이 발생하며, 이와 같은 진동으로 인해 대상물(10)이 흔들리거나 진동하게 되어 대상물(10)을 원하는 경로로 이동할 수 없었고, 상기 대상물(10)을 정확한 위치에 정지하기가 어려울 뿐 아니라, 상기 대상물(10)이 완전히 정지하기까지 많은 시간이 소요되고 있다. 또한, 이와 같이 상기 대상물(10)이 흔들리게 됨에 따라 주변의 작업자들의 안전을 위협하고 있으며, 주변 시설물을 손상시킬 우려도 있다. 따라서, 종래의 크레인은 대상물(10)의 이동시 작업자가 손으로 대상물(10)을 잡은 상태에서 이동하거나, 대상물(10)에 끈을 연결하여 상기 끈을 당겨 대상물(10)의 흔들림을 막고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 크레인의 기동시 및 정지시 발생하는 실제 흔들림을 계산하고 예측 흔들림을 계산한 후 그 흔들림의 값을 융합하여 흔들림이 저감되도록 하기 위한 크레인의 중량물 흔들림 저감 시스템을 제공하는 데 있다.

즉, 본 발명은 중량물의 진동을 제겅하여 작업자와 작업자 주변의 안전을 확보하고자 하는 크레인의 중량물 흔들림 저감 시스템을 제공하는 데 있다.

또한 본 발명은 진동이 멈추는 시간을 기다리지 않아도 다음 작업을 할 수 있도록 하는 크레인의 중량물 흔들림 저감 시스템을 제공하는 데 있다.

또한 본 발명은 크레인 작업으로 인해 주변공간을 사용할 수 있도록 하는 크레인의 중량물 흔들림 저감 시스템을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명은 작업이 편리해지도록 하는 크레인의 중량물 흔들림 저감 시스템을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명은 기계적인 브레이크 동작없이 속도를 제어할 수 있도록 하는 크레인의 중량물 흔들림 저감시스템을 제공하는데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명의 일 실시예는, 이동할 대상물을 크레인의 호이스트에 연결시킨 후 상기 대상물을 원하는 위치로 이동시키기 위한 크레인의 중량물 흔들림 저감 시스템에 있어서, 권상/하 모터의 구동상태를 제어하는 제 1 인버터와, 횡행 모터의 구동상태를 제어하는 제 2 인버터와, 주행 모터의 구동상태를 제어하는 제 3 인버터부로 이루어져 있으며, 외부로부터 입력되는 조정신호에 응하여 크레인을 작동시키는 크레인 구동장치; 작업자의 조작에 응하여 크레인 구동장치 조정신호 및 지면으로부터의 대상물의 위치데이터를 송출하는 리모트 콘트롤러; 상기 리모트 콘트롤러로부터 송출되는 크레인 구동장치 조정신호 및 지면으로부터의 대상물의 위치데이터를 수신받아 출력하는 수신장치; 및 상기 크레인 구동장치와 상기 수신장치 사이에 연결, 구비되어 있으며, 상기 수신장치로부터 입력되는 크레인 구동장치의 조정신호에 응하여 상기 크레인 구동장치의 구동상태를 제어하고, 상기 지면으로부터의 대상물의 위치데이터를 입력받아 역상 진동주기를 가지는 신호를 발생시켜 상기 크레인 구동장치의 조정신호로 출력하는 흔들림 저감장치로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 크레인 구동장치는, 관성모멘트 상쇄를 모터가 구동되지 않은 상태에서 인버터 브레이킹 신호를 통해 속도를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 흔들림 저감장치는, 지면으로부터의 대상물의 위치데이터에 따라 고유진동수를 계산하고, 계산된 고유진동수를 이용하여 역상 진동주기를 가지는 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기 중량물 흔들림 저감 시스템은 상기 흔들림 저감장치와 무선으로 연결되어 있는 입력장치가 더 포함되어 있으며, 상기 입력장치는 작업자에 의해 입력되는 스펙정보를 무선신호로 변환하여 상기 흔들림 저감장치로 전송하는 것을 특징으로 한다.

상기 입력장치를 통해 입력되는 크레인의 스펙정보는, 횡행모터의 속도, 주행모터의 속도, 호이스트 모터의 속도 및 호이스트 양정 값 중 적어도 하나 또는 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성 및 작용 그리고 바람직한 실시예를 가지는 본 발명은 크레인의 기동시 및 정지시 발생하는 실제 흔들림을 계산하고 예측 흔들림을 계산한 후 그 흔들림의 값을 융합하여 흔들림이 저감되도록 함으로써, 작업자의 위험도를 제거하여 산업재해의 가능성을 미연에 방지할 수 있도록 하고, 작업효율을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

즉, 본 발명은 중량물의 진동을 제겅하여 작업자와 작업자 주변의 안전을 확보하고자 하여, 협착, 충돌 등의 산업재해를 예방할 수 있도록 하는 효과가 있디.

또한 본 발명은 진동이 멈추는 시간을 기다리지 않아도 다음 작업을 할 수 있도록 하여, 작업시간을 단축시키는 효과가 있다.

또한 본 발명은 크레인 작업으로 인해 주변공간을 사용할 수 있도록 하여, 공간이용률을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 작업이 편리해지도록 하여 기존의 작업자가 받던 스트레스를 대폭 감소시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 기계적인 브레이크 동작이 없기 때문에 브레이크 라이닝의 수명을 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라 전기장치의 수명을 연장시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 일반적으로 크레인의 이동시 중량물의 흔들림 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 크레인 흔들림 저감장치의 구성을 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 3 은 본 발명에 적용된 리모트 콘트롤러의 실시예이다.

이하, 본 발명에 따른 크레인 중량물 흔들림 저감장치에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시된 바와 같이 이동할 대상물을 크레인의 호이스트에 연결시킨 후 상기 대상물을 원하는 위치로 이동시키기 위한 크레인의 중량물 흔들림 저감 시스템은 권상/하 모터의 구동상태를 제어하는 제 1 인버터(110)와, 횡행 모터의 구동상태를 제어하는 제 2 인버터(120)와, 주행 모터의 구동상태를 제어하는 제 3 인버터(130)로 이루어져 있으며, 후술하는 흔들림 저감장치(400)로부터 입력되는 조정신호에 응하여 크레인을 작동시키는 크레인 구동장치(100)와, 작업자의 조작에 응하여 크레인 구동장치 조정신호를 송출하는 리모트 콘트롤러(200)와, 상기 리모트 콘트롤러(200)로부터 송출되는 크레인 구동장치 조정신호 및 지면으로부터의 대상물의 위치데이터를 수신받아 출력하는 수신장치(300)와, 상기 크레인 구동장치(100)와 상기 수신장치(300) 사이에 연결, 구비되어 있으며, 상기 수신장치(300)로부터 입력되는 크레인 구동장치의 조정신호에 응하여 상기 크레인 구동장치(100)의 구동상태를 제어하고, 상기 지면으로부터의 대상물의 위치데이터를 입력받아 역상 진동주기를 가지는 신호를 발생시켜 상기 크레인 구동장치(100)의 조정신호로 출력하는 흔들림 저감장치(400)로 이루어진다.

상기 크레인 구동장치(100)는 관성모멘트 상쇄를 모터가 구동되지 않은 상태에서 인버터 브레이킹 신호를 통해 속도를 제어한다.

상기 흔들림 저감장치(400)는 지면으로부터의 대상물의 위치데이터에 따라 고유진동수를 계산하고, 계산된 고유진동수를 이용하여 역상 진동주기를 가지는 신호를 출력한다.

상기 리모트 콘트롤러(200)는 도 3에 도시된 바와 같이 중량물이 상측 또는 하측으로 이동되도록 하는 상버튼, 하버튼과, 중량물이 동쪽 방향, 서쪽 방향, 남쪽 방향 또는 북쪽 방향으로 이동되도록 하는 동, 서, 남, 북 버튼과 전동버튼과, 경보버튼으로 이루어지며, 이와 더불어 비상정지 스위치 및 키 스위치로 이루어진다.

상기 입력장치(500)는 상기 흔들림 저감장치(400)와 무선으로 연결되어 있으며, 상기 입력장치(500)는 작업자에 의해 입력되는 스펙정보를 무선신호로 변환하여 상기 흔들림 저감장치(400)로 전송한다.

본 발명이 적용되는 상기 중량물 흔들림 감시 시스템은 상기 흔들림 저감장치와 무선으로 연결되어 있는 입력장치(500)가 더 포함되어 있으며, 상기 입력장치(500)는 작업자에 의해 입력되는 스펙정보를 무선신호로 변환하여 상기 흔들림 저감장치(400)로 전송 한다.

상기 입력장치(500)를 통해 입력되는 크레인의 스펙정보는 횡행모터의 속도, 주행모터의 속도, 호이스트 모터의 속도 및 호이스트 양정 값 중 적어도 하나 또는 하나 이상 이다.

상기와 같이 구성된 크레인 중량물 흔들림 저감시스템의 작용은 다음과 같다.

도 2에 도시된 바와 같이 작업장에 설치되어 있는 크레인을 작동시키기 위해서는 적어도 3개 이상의 모터(권상/하 모터, 횡행모터 및 주행모터)가 구비되어 있으며, 상기 모터는 제 1 인버터(110), 제 2 인버터(120), 그리고 제 3 인버터((130)로 이루어진 모터 구동장치(100)에 의해 구동되어 크레인이 업 또는 다운되도록 하거나 옆으로 움직이도록 하거나 주행되도록 그 구동상태를 제어한다.

이때 작업자는 크레인을 이용하여 중량물을 이동시키기 이전에 입력장치(500)를 통해 크레인의 스펙정보를 입력하여 흔들림 저감장치(400)가 크레인을 이용하여 중량물을 이동시킬 때 예측 흔들림 값을 발생시킬 수 있도록 한다. 여기서, 예측 흔들림 값은 역상 진동주기를 가지는 파형이다.

즉, 작업자는 크레인의 스펙정보로 횡행모터의 속도, 주행모터의 속도 및 호이스트 모터(권상/하 모터)의 속도 및 호이스트 양정 값을 입력한다.

그러면 흔들림 저감장치(400)는 상기 입력된 값을 저장시키고 추후에 예측 흔들림 값을 생성시킬 때 이용하게 된다.

작업자가 호이스트에 구비된 후크에 이동시키고자 하는 중량물을 연결시킨 후 리모트 콘트롤러(100)를 이용하여 위로 올리는 업신호를 입력하면 수신기(200)는 업신호를 입력받아 흔들림 저감장치(400)로 입력한다.

그러면 흔들림 저감장치(400)는 제 1 인버터(110)로 권상/하 모터를 구동시켜 중량물이 상승되도록 한다. 이때 흔들림 저감장치(400)는 예측 흔들림 값을 발생시키고 현재 흔들림 값을 산출한 후 두 값을 이용하여 권상/하 모터 구동제어 신호를 생성시킨다.

즉, 크레인은 초기 입력 시 대상물(도 1의 10)이 진동하게 되며, 이때 상기 대상물(10)의 진동주기(T)는 다음 수학식과 같으며, 이를 통해 대상물(10)의 고유진동수(Wo)를 알 수 있다. 여기서 고유진동수(Wo)는 상기에서 언급한 현재 흔들림 값을 의미한다.

여기서, T는 진동주기이고, Wn은 고유진동수이며, g는 중력가속도, l은 구동장치에서 대상물 사이의 거리이다. 이 수식에서 볼 때 대상물의 이동형태는 고유진동수에 의해 가장 큰 영향을 받게 되며, 상기 고유진동수는 크레인에서 호이스트 사이의 거리(l)에 의해 결정된다.

이렇게 생성된 권상/하 모터 구동제어 신호는 흔들림 저감장치(400)로부터 권상/하 모터로 출력된다. 이에 따라 권상/하 모터는 출발상태에서 흔들림이 제거된 상태에서 중량물이 안정적으로 출발되도록 하고, 정지상태의 경우에도 마찬가지고 진동을 제거된 상태에서 중량물이 안정적으로 현재 위치에서 정지되도록 한다.

상기와 같이 바닥에서 일정한 위치까지 올라간 대상물을 일정 위치로 옮기기 위해 횡행모터를 제어하거나 주행모터를 제어하는 경우에도 권상/하 모터 제어방식과 동일한 방식으로 제어하게 된다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는, 변경하여 실시할 수 있을 것이지만, 이는 첨부된 청구항에서 포함되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

100 : 크레인 구동장치
200 : 리모트 콘트롤러
300 : 수신장치
400 : 흔들림 저감장치

Claims (5)

1. 이동할 대상물을 크레인의 호이스트에 연결시킨 후 상기 대상물을 원하는 위치로 이동시키기 위한 크레인의 중량물 흔들림 저감 시스템에 있어서,
   권상/하 모터의 구동상태를 제어하는 제 1 인버터와, 횡행 모터의 구동상태를 제어하는 제 2 인버터와, 주행 모터의 구동상태를 제어하는 제 3 인버터부로 이루어져 있으며, 외부로부터 입력되는 조정신호에 응하여 크레인을 작동시키는 크레인 구동장치;
   작업자의 조작에 응하여 크레인 구동장치 조정신호 및 지면으로부터의 대상물의 위치데이터를 송출하는 리모트 콘트롤러;
   상기 리모트 콘트롤러로부터 송출되는 크레인 구동장치 조정신호 및 지면으로부터의 대상물의 위치데이터를 수신받아 출력하는 수신장치; 및
   상기 크레인 구동장치와 상기 수신장치 사이에 연결, 구비되어 있으며, 상기 수신장치로부터 입력되는 크레인 구동장치의 조정신호에 응하여 상기 크레인 구동장치의 구동상태를 제어하고, 상기 지면으로부터의 대상물의 위치데이터를 입력받아 역상 진동주기를 가지는 신호를 발생시켜 상기 크레인 구동장치의 조정신호로 출력하는 흔들림 저감장치;
   로 이루어진 것을 특징으로 하는 크레인의 중량물 흔들림 저감 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 크레인 구동장치는,
   관성모멘트 상쇄를 모터가 구동되지 않은 상태에서 인버터 브레이킹 신호를 통해 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 크레인의 중량물 흔들림 저감 시스템.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 흔들림 저감장치는, 지면으로부터의 대상물의 위치데이터에 따라 고유진동수를 계산하고, 계산된 고유진동수를 이용하여 역상 진동주기를 가지는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 크레인의 중량물 흔들림 저감 시스템.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 중량물 흔들림 저감 시스템은,
   상기 흔들림 저감장치와 무선으로 연결되어 있는 입력장치가 더 포함되어 있으며, 상기 입력장치는 작업자에 의해 입력되는 스펙정보를 무선신호로 변환하여 상기 흔들림 저감장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 크레인의 중량물 흔들림 저감 시스템.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 입력장치를 통해 입력되는 크레인의 스펙정보는, 횡행모터의 속도, 주행모터의 속도, 호이스트 모터의 속도 및 호이스트 양정 값 중 적어도 하나 또는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 크레인의 중량물 흔들림 저감 시스템.

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