KR20120079635A - 호이스트 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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KR20120079635A
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Abstract

본 발명은 물건이 연결되는 케이블과, 회전하는 모터와, 모터의 회전과 연동하여 케이블을 와인딩 및 언와인딩하는 드럼과, 드럼과 케이블을 통해 연결되고 드럼에 케이블을 가이드하는 풀리와, 풀리와 물건 사이에 위치하는 케이블의 각도를 검출하는 각도 검출 어셈블리를 가지는 호이스트; 케이블의 각도에 기초하여 물건의 흔들림 여부를 검출하고, 물건의 흔들림이 검출되면 흔들림을 억제 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명은 물건에 작용하는 사용자의 힘과 물건이 연결된 케이블의 각도를 검출하고 검출된 힘과 각도의 기초하여 물건 이동을 제어함으로써 사용자가 의도하는 방향으로 물건을 용이하게 이동시킬 수 있고, 물건 이동에 힘을 보조할 수 있으며, 물건의 이동 정지 시 진동을 최소화할 수 있다. 이로써 직관적이고 편리하게 물건을 이동시킬 수 있으며 또한 안전하게 물건을 이동시킬 수 있다. 또한 물건의 이동 정지 시 브레이크를 작동시킴으로써 에너지를 절약할 수 있다.

Description

호이스트 장치 및 그 제어 방법{Hoist apparatus and method for controlling the same}
본 발명은 물건의 이송을 제어하기 위한 호이스트 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
호이스트는 케이블을 이용하여 물건을 들어 이동시키는 장치이다.
이러한 호이스트는 체인을 이용하여 무거운 물건을 들어 올리는 체인 호이스트, 압축 공기로 기관을 회전시켜 드럼에 케이블을 감아 올리는 공기 호이스트, 레일에 매달아 이동시키되 조작 레버로 모터를 조작하여 물건을 들어 올리고 내리는 전기 호이스트 등이 있다.
이중 전기 호이스트는 모터, 감속기, 드럼, 케이블 등으로 이루어진 감아 올리기 장치로, 전기 호이스트에 마련된 모터 및 감속기의 구동에 의해 드럼에 케이블이 와인딩(winding)되면서 케이블에 걸린 물건이 상승한 후 이동되고, 케이블에 걸린 물건이 목표 지점에 위치하면 모터 및 감속기의 구동에 의해 드럼에서 케이블이 언와인딩(unwinding)되면서 케이블에 걸린 물건이 하강하여 목적 지점에 놓여지게 된다.
이러한 호이스트 는 사용자가 물건으로부터 분리되어 설치된 조작 레버 또는 버튼을 조작하여 물건의 이동 속도 및 이동 방향을 지령하기 때문에 사용자는 물건의 홀딩과 이동 조작을 동시에 수행할 수 없고, 이로 인해 물건을 승강 및 이송을 직관적으로 수행할 수 없다.
이에 따라 호이스트를 조작 레버나 버튼을 이용하여 제어하는 대신, 케이블의 후크에 힘 센서를 장착함으로써, 물건 이동 시 상하 방향(z방향)으로 작용하는 사용자의 힘을 검출하고 검출된 힘의 방향에 대응하여 사용자의 힘을 보조하였다.
이러한 경우 물건 이동 시 사용자가 의도하는 방향 중 지면에 수평한 X 방향 또는 Y 방향의 검출이 어려워 사용자가 물건을 X 방향 또는 Y 방향으로 이동시키고자 하는 경우 사용자의 힘을 보조하기 어려웠고, 또한 물건 이동 시 발생하는 진동을 억제하기 어려웠다.
물건에 작용하는 사용자의 힘과 물건이 연결된 케이블의 각도를 검출하여 사용자의 힘을 보조하는 호이스트 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.
사용자의 의도에 대응하여 물건을 지면에 수평한 X 방향 또는 Y 방향으로 이동시키는 호이스트 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.
케이블의 각도 변화에 기초한 물건의 흔들림을 검출하여 흔들림에 따른 진동을 억제시키는 호이스트 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.
일 측면에 따른 호이스트 장치는 물건이 연결되는 케이블과, 회전하는 모터와, 모터의 회전과 연동하여 케이블을 와인딩 및 언와인딩하는 드럼과, 드럼과 케이블을 통해 연결되고 드럼에 케이블을 가이드하는 풀리와, 풀리와 물건 사이에 위치하는 케이블의 각도를 검출하는 각도 검출 어셈블리를 가지는 호이스트; 케이블의 각도에 기초하여 물건의 흔들림 여부를 검출하고, 물건의 흔들림이 검출되면 흔들림을 억제 제어하는 제어부를 포함한다.
호이스트 장치는 물건의 이동 방향을 X축 방향으로 가이드하는 제1 가이드 레일; 제1 가이드 레일에 마련되어 물건의 X 축 방향의 이동력을 보조하는 제1모터를 더 포함하고, 제어부는 케이블의 각도에 기초하여 물건에 작용하는 사용자의 힘을 검출하고, 사용자의 힘이 검출되면 제1모터를 제어한다.
호이스트 장치는 제1 가이드 레일과 수직으로 연결되고, 물건의 이동 방향을 Y축 방향으로 가이드하는 제2가이드 레일; 제2 가이드 레일에 마련되어 물건의 Y 축 방향의 이동력을 보조하는 제2모터; 풀리에 작용하는 힘을 검출하는 힘 검출부를 더 포함하고, 제어부는, 케이블의 각도 및 힘에 기초하여 물건에 사용자의 힘이 작용하는지 검출하고, 사용자의 힘이 검출되면 힘이 작용하는 방향을 검출하고, 검출된 힘의 방향에 대응하여 제1 모터 또는 제 2모터의 구동을 제어한다.
제어부는, 호이스트의 모터를 제어하여 케이블에 연결된 물건을 일정 높이 상승시킨 상태에서 힘 검출부로부터 전송된 힘에 기초하여 물건의 무게를 검출하고, 물건에 무게에 기초하여 제1 모터 또는 제 2모터의 회전력을 제어한다.
호이스트 장치는 제1 가이드 레일과 수직으로 연결되고, 물건의 이동 방향을 Y축 방향으로 가이드하는 제2가이드 레일; 제2 가이드 레일에 마련되어 물건의 Y 축 방향의 이동력을 보조하는 제2모터; 호이스트의 모터의 토크를 검출하는 토크 검출부를 더 포함하고, 제어부는 토크에 기초하여 케이블에 작용하는 힘을 검출하고, 케이블의 각도 및 힘에 기초하여 물건에 사용자의 힘이 작용하는지 검출하고, 사용자의 힘이 검출되면 힘이 작용하는 방향을 검출하고, 검출된 힘의 방향에 대응하여 제1 모터 또는 제 2모터의 구동을 제어한다.
제어부는, 호이스트의 모터를 제어하여 케이블에 연결된 물건을 일정 높이 상승시킨 상태에서 토크 검출부로부터 전송된 토크에 기초하여 물건의 무게를 검출하고, 물건에 무게에 기초하여 제1 모터 또는 제 2모터의 회전력을 제어한다.
호이스트의 모터는 물건의 Z축 방향의 이동력을 보조한다.
호이스트의 모터는, 브레이크가 마련된 브레이크 모터이고, 제어부는 물건의 흔들림이 미검출되면 브레이크를 제어한다.
각도 검출 어셈블리는, 케이블을 홀딩하되, 케이블의 이동에 대응하여 회전하는 롤러; 롤러가 설치되고, 케이블의 각도에 대응하는 각도를 가지는 플레이트; 플레이트의 각도를 검출하는 각도 검출부를 포함한다.
각도 검출부는, 인코더 또는 퍼텐쇼미터 중 어느 하나이다.
호이스트는, 모터의 속도를 일정 감속비로 감소시켜 드럼에 전달하는 감속기를 더 포함한다.
다른 측면에 따른 호이스트 장치는, 서로 다른 축을 가지는 복수의 가이드 레일; 물건이 연결되는 케이블과, 케이블을 가이드하는 풀리와, 풀리와 케이블을 통해 연결되고 케이블을 와인딩 및 언와인딩하는 드럼과, 드럼과 연결되어 드럼에 회전력을 인가하는 모터와, 케이블의 각도를 검출하는 각도 검출 어셈블리가 마련되고, 복수의 가이드 레일 중 적어도 하나의 가이드 레일에 장착되되 복수 축으로 이동 가능하게 장착되고, 사용자의 힘의 작용에 의해 이동하는 호이스트; 복수의 가이드 레일에 각각 마련되고 호이스트에 이동력을 공급하는 모터; 호이스트에 작용하는 사용자의 힘을 검출하는 힘 검출부; 케이블의 각도의 변화에 기초하여 물건의 흔들림 여부를 판단하고, 흔들림이 검출되면 흔들림을 억제 제어하고, 힘이 검출되면 힘의 방향을 판단하고, 판단된 방향에 대응하는 축을 이루는 가이드 레일에 마련된 모터의 구동을 제어하는 제어부를 포함한다.
제어부는, 호이스트의 모터를 제어하여 케이블에 연결된 물건을 일정 높이 상승시킨 상태에서 힘 검출부로부터 전송된 토크에 기초하여 물건의 무게를 검출하고, 물건에 무게에 기초하여 가이드레일에 마련된 모터의 회전력을 제어한다.
힘 검출부는, 호이스트의 풀리에 작용하는 케이블의 장력을 검출한다.
힘 검출부는, 호이스트의 모터에 작용하는 토크를 검출하고, 토크에 대응하는 힘을 검출한다.
다른 측면에 따른 호이스트 장치의 제어 방법은, 모터, 모터에 연결된 드럼, 드럼과 연동하는 풀리, 드럼과 풀리에 와인딩되어 물건을 이송하는 케이블을 가지는 호이스트 장치의 제어 방법에 있어서, 케이블이 기울어진 각도를 검출하고, 각도에 기초하여 물건의 흔들림 검출 여부를 판단하고, 물건의 흔들림이 검출되면 흔들림을 억제 제어하고, 각도의 변화에 기초하여 물건의 이동 여부를 판단하고, 물건의 이동이 판단되면 물건에 이동력을 보조 제어한다.
물건의 이동 여부를 판단하는 것은, 물건의 무게에 기초하여 케이블에 작용하는 힘의 변화를 검출하고, 힘의 변화에 기초하여 물건의 이동 여부를 판단하는 것을 포함한다.
호이스트 장치의 제어 방법은 케이블에 물건이 연결되면 물건을 일정 높이 상승시키고, 케이블에 작용하는 힘을 검출하고, 힘에 기초하여 물건의 무게를 검출하는 것을 더 포함한다.
물건에 이동력을 보조 제어하는 것은, 케이블에 작용하는 힘의 크기와 방향을 검출하고, 힘의 크기 및 방향에 대응하여 방향으로 물건의 이동력을 보조하는 것을 포함한다.
호이스트 장치의 제어 방법은 케이블에 물건이 연결되면 물건을 일정 높이 상승시키고, 모터의 토크를 검출하고, 토크에 기초하여 물건의 무게를 검출하는 것을 더 포함한다.
물건에 이동력을 보조 제어하는 것은, 모터의 토크를 검출하고, 토크에 기초하여 힘의 크기와 방향을 검출하고, 힘의 크기 및 방향에 대응하여 방향으로 물건의 이동력을 보조하는 것을 포함한다.
호이스트 장치의 제어 방법은 물건의 흔들림이 미검출되고 물건이 정지 상태이면 모터의 브레이크를 작동시키는 것을 더 포함한다.
일 측면에 따르면 물건에 작용하는 사용자의 힘과 물건이 연결된 케이블의 각도를 검출하고 검출된 힘과 각도의 기초하여 물건 이동을 제어함으로써 사용자가 의도하는 방향으로 물건을 용이하게 이동시킬 수 있고, 물건 이동에 힘을 보조할 수 있으며, 물건의 이동 정지 시 진동을 최소화할 수 있다. 이로써 직관적이고 편리하게 물건을 이동시킬 수 있으며 또한 안전하게 물건을 이동시킬 수 있다.
또한 물건의 이동 정지 시 브레이크를 작동시킴으로써 에너지를 절약할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 호이스트 장치의 예시도이다.
도 2 및 도 3은 실시예에 따른 호이스트 장치의 상세 예시도이다.
도 4는 실시예에 따른 호이스트 장치에 마련된 각도 검출 어셈블리의 상세 예시도이다.
도 5는 실시예에 따른 호이스트 장치의 제어 구성도이다.
도 6은 실시예에 따른 호이스트 장치의 제어 순서도이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 호이스트 장치의 예시도이다.
호이스트 장치(100)는 천장형(Overhead travelling crane), 벽형, 지브형(Jib crane), 상승형(Climbing crane), 타워형(Tower crane) 등 다양한 형태로 마련 가능하다.
본 실시예에서는 X, Y, Z 축의 3 자유도를 갖는 천장형 호이스트 장치(100)를 예를 들어 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 호이스트 장치(100)는 제1가이드레일(110), 제2가이드레일(120) 및 호이스트(130)를 포함하고, 호이스트 장치(100)의 제1가이드레일(110), 제2가이드레일(120), 호이스트(130)는 적층 구조로 이루어진다.
제1가이드레일(110)은 호이스트(130)에 사용자의 X축 방향의 힘이 작용하면 물건(200)의 X축 이동을 가이드한다.
이러한 제1가이드레일(110)의 상측은 천장에 고정 설치되고, 하측은 제2가이드레일(120)이 장착되는데, 이 제2가이드레일(120)은 제1가이드레일(110)을 따라 이동한다. 즉, 호이스트(130)는 제2가이드레일(120)에 장착된 상태에서 X축으로 이동하게 된다.
제1가이드레일(110)은 톱니가 형성된 래크(Rack, 미도시)가 마련되어 있고 이 래크는 제2가이드레일(120)의 피니언(Pinion, 미도시)과 맞물려 결합된다.
그리고 제1가이드레일(110)은 제1모터(111)가 장착된다. 여기서 제1모터(111)는 사용자가 호이스트(130)를 X축으로 이동시킬 때 호이스트(130)에 이동력을 보조해주는 것으로 적어도 하나가 마련되는 것이 가능하다.
제1모터(111)는 제2가이드레일(120)의 피니언과 각각 연결되어 제2가이드레일(120)의 피니언에 회전력을 공급한다.
이러한 제1모터(111)는 제2가이드레일(120)의 피니언과 기어열(미도시)에 의해 각각 연결되거나, 와이어(미도시)에 의해 각각 연결되는 것도 가능하다.
좀 더 구체적으로 제1모터(111)의 각 축과 제2가이드레일(120)의 피니언의 각 축이 기어열에 의해 연결된 경우, 사용자에 의해 호이스트(130) 이동 시 제1모터(111)의 구동에 의해 기어열이 회전하여 제2가이드레일(120)의 피니언이 회전함으로써 호이스트(130)에 이동력을 보조하고, 제1모터(111)의 각 축과 제2가이드레일(120)의 피니언의 각 축이 와이어에 의해 연결된 경우, 사용자에 의해 호이스트(130) 이동 시 제1모터(111)의 구동에 의해 와이어가 제1모터(111)의 축에 감기거나 풀림으로써 호이스트(130)에 이동력을 보조한다.
제1모터(111)는 동일하게 구동하여 호이스트(130)의 X축 이동을 용이하게 한다. 이때 제1모터(111)는 X축에서 현재 지점에서 정방향(즉 우측)으로 이동하면 정회전하고, 현재 지점에서 부방향(즉 좌측)으로 이동하면 역회전한다.
즉 제1가이드레일(110)에 마련된 제1모터(111)가 구동하면 래크를 따라 호이스트(130)의 X축 이동을 가이드한다.
제2가이드레일(120)은 호이스트(130)에 사용자의 Y축 방향의 힘이 작용하면 호이스트(130)의 Y축 이동을 가이드한다. 여기서 제2가이드레일(120)은 제1가이드 레일(110)과 서로 직교하는 방향으로 설치된다.
이러한 제2가이드레일(120)의 상측은 제1가이드레일(110)에 X 축으로 이동 가능하게 장착되고, 하측은 호이스트(130)가 Y축으로 이동 가능하게 장착된다.
즉 제2가이드레일(120)의 상측은 제1가이드레일(110)의 래크에 맞물려 결합된 피니언(Pinion, 미도시)이 마련되어 있고, 하측은 톱니가 형성된 래크(Rack, 미도시)가 마련되어 있고 이 래크는 호이스트(130)의 피니언(Pinion, 미도시)과 맞물려 결합된다.
그리고 제2가이드레일(120)은 제2모터(121)가 장착된다. 여기서 제2모터(121)는 사용자가 호이스트(130) Y축 이동 시 호이스트(130)에 이동력을 보조해주는 것으로 적어도 하나가 마련되는 것이 가능하다.
제2모터(121)는 호이스트(130)의 피니언과 각각 연결되어 호이스트(130)의 피니언에 회전력을 공급한다.
이러한 제2모터(121)는 호이스트(130)의 피니언과 기어열(미도시)에 의해 각각 연결되거나, 와이어(미도시)에 의해 각각 연결되는 것이 가능하다.
좀 더 구체적으로 제2모터(121)의 각 축과 호이스트(130)의 피니언의 각 축이 기어열에 의해 연결된 경우, 사용자에 의해 호이스트(130) 이동 시 제2모터(121)의 구동에 의해 기어열이 회전하여 호이스트(130)의 피니언이 회전함으로써 호이스트(130)에 이동력을 보조하고, 제2모터(121)의 각 축과 호이스트(130)의 피니언의 각 축이 와이어에 의해 연결된 경우, 사용자에 의해 호이스트(130) 이동 시 제2모터(121)의 구동에 의해 와이어가 제2모터(121)의 축에 감기거나 풀림으로써 호이스트(130)에 이동력을 보조한다.
제2모터(121)는 동일하게 구동하여 호이스트(130)의 Y축 이동을 용이하게 한다. 이때 제2모터(121)는 Y축에서 현재 지점에서 정방향(즉 전방)으로 이동하면 정회전하고, 현재 지점에서 부방향(즉 후방)으로 이동하면 역회전한다.
즉 제2가이드레일(120)은 제2모터(121)가 구동하면 래크를 따라 호이스트(130)의 Y축 이동을 가이드한다.
호이스트(130)의 상측은 제2가이드레일(120)의 래크에 맞물려 결합된 피니언(Pinion, 미도시)이 마련되어 있다. 이에 따라 호이스트(130)는 제2가이드레일(120)을 따라 물건(200)을 Y축 방향으로 이동시킨다.
또한 호이스트(130)는 물건(200)을 매다는 후크(h)가 장착된 케이블(C)을 가지고, 케이블(C)에 작용하는 사용자의 Z축 방향의 힘에 대응하여 물건(200)을 Z축 방향으로 이동시킨다. 이를 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
도 2 및 도 3은 실시예에 따른 호이스트 장치의 상세 예시도이며, 도 4는 실시예에 따른 호이스트 장치에 마련된 각도 검출 어셈블리의 상세 예시도이다.
호이스트(130)는 제3모터(131), 드럼(132), 풀리(133), 각도 검출 어셈블리(134), 토크 검출부(135), 힘 검출부(136)를 포함한다.
호이스트(130)는 토크 검출부(135) 및 힘 검출부(136) 중 적어도 하나의 검출부가 마련되는 것도 가능하나, 본 실시예에서는 토크 검출부(135) 및 힘 검출부(136)를 모두 포함하는 호이스트(130)를 예를 들어 설명한다.
제3모터(131)는 정회전을 수행함으로써 케이블(C)이 드럼(132) 및 풀리(133)에 와인딩 되도록 하고, 역회전을 수행함으로써 케이블(C)이 드럼(132) 및 풀리(133)에 언와인딩 되도록 한다. 이로 인해 물건(200)이 Z 축 방향으로의 이동인 상하 이동 가능하다.
아울러 제3모터(131)는 현재 지점에서 정방향(즉 상측)으로 이동하면 정회전하고, 현재 지점에서 부방향(즉 하측)으로 이동하면 역회전한다.
이러한 제3모터(131)는 사용자가 Z 축 방향으로 물건(200) 이동 시 사용자가 인가한 힘에 보조적인 힘을 추가 공급해준다.
이에 따라 제3모터(131)는 호이스트(130)의 Z축 이동을 용이하게 한다.
아울러 제3모터(131)는 사용자에 의해 입력된 명령에 대응하여 자동으로 물건(200)을 상하 이동시키는 것도 가능하다.
제3모터(131)는 브레이크가 마련된 브레이크 모터(brake motor)로, 사용자의 힘이 미작용하고 움직임이 미검출되는 정지 상태에서 작동함으로써 에너지 소비를 줄인다.
제3모터(131)에 마련된 브레이크는 제3모터(131)의 케이스에 내장된 것으로, 제3모터(131)에 공급되는 전력이 오프일 때 작동하고, 온일 때 작동 해제된다.
이러한 브레이크는 전자력을 이용하여 브레이크 디스크에 브레이크 슈를 압착 시켜 제동하는 브레이크, 전자 클러치와 같은 작용으로 고정 장치에 탈착하는 브레이크가 있다.
호이스트 장치는 제3모터(131)의 속도를 조절하는 감속기(미도시)를 더 포함한다.
즉, 제3모터는 정격 속도로 회전하고, 이때 감속기에 의해 제3모터의 속도가 조절된다. 이로 인해 감속기에서 감소된 속도가 드럼(132)에 전달되기 때문에 제3모터의 안전성을 높일 수 있다. 여기서 제3모터는 감속기의 감속비에 대응하여 회전수가 감소됨으로써 감속된다.
여기서 감속기를 장착하는 이유는, 큰 모터를 사용할 경우 공간이 많이 필요하고, 큰 모터를 고정하기 위한 주변 부품들도 커지게 되며 추가적으로 배선도 두꺼워지고, 부속 부품도 모터의 용량에 대응하여 큰 것들을 사용해야 하기 때문에 작은 모터를 사용하는데, 이때 작은 모터는 자체의 속도를 낮추면 발열이 심해지고, 모터 자체 수명이 단축되고, 토크 역시 줄어든다. 이로 인해, 작은 모터인 제3모터에 감속기를 장착하여 사용하는 것이다.
제3모터(131)는 축(131a)을 가지고, 이 축(131a)은 드럼(132)의 축(132a)과 연결된다. 이로써 드럼(132)은 제3모터(131)와 연동하여 회전한다.
이때 제3모터(131)는 드럼(132)의 직경에 기초하여 회전함으로써 케이블(C)이 드럼(132)에 와인딩된 케이블(C)의 길이 측정이 가능하고, 이에 따라 지면으로부터 상승된 케이블(C)의 높이 측정이 가능하다. 여기서 케이블(C)의 높이는 후크(h)가 위치하는 부분의 높이다.
드럼(132)은 제3모터(131)의 회전에 대응하여 회전함으로써 외주면에 케이블(C)이 와인딩(Winding) 및 언와인딩(Unwinding)된다.
드럼(132)에 와인딩되는 케이블(C)은 풀리(133)로부터 가이드되는 케이블(C)이다.
아울러 드럼(132)에서 케이블(C)이 언와인딩되면 언와인딩되는 케이블(C)은 풀리(133)를 거쳐 지면으로 하강하게 된다.
풀리(133)는 케이블(C)을 가이드하여 드럼(131)에 와인딩 되도록 하고, 드럼(131)에서 언와인딩되는 케이블을 지면으로 가이드한다. 즉, 풀리(133)는 드럼(132)에 와인딩 되는 케이블(C)의 와인딩을 보조하고 안내한다.
좀 더 구체적으로, 제3모터(131)의 정회전에 의해 드럼(132)이 회전하면 풀리(133)로부터 가이드된 케이블(C)이 드럼(132)에 와인딩되고, 이때 케이블(C)이 드럼(132)에 와인딩됨으로써 케이블(C)이 지면으로부터 상승하게 되고 이로 인해 케이블(C)에 걸린 물건(200)이 상승하게 된다.
이후 물건(200)이 목적 지점에 위치하면, 제3모터(131)의 역회전에 의해 드럼(132)이 회전하고, 이때 드럼(132)의 케이블(C)이 언와인딩되어 풀리(133)로 전달됨으로써 풀리(133)에 전달된 케이블(C)이 지면으로 하강하고, 이로 인해 케이블(C)에 걸린 물건(200)이 하강하게 된다.
이로써 케이블(C)의 후크(h)에 걸린 물건(200)의 승강을 통해 물건(200)을 목적 지점으로 이송할 수 있다.
각도 검출 어셈블리(134)는 물건(200)의 승강 시 케이블(C)의 각도(θ)를 검출한다. 이때 각도 검출 어셈블리(134)는 풀리(133)와 물건(200) 사이에 위치하는 케이블(C)의 각도를 검출한다.
이러한 각도 검출 어셈블리(134)는 도 4에 도시된 바와 같이, 복수개의 롤러(134a), 플레이드(134b), 회전부재(134c), 각도 검출부(134d)를 포함한다.
복수개의 롤러(134a)는 쌍으로 이루어져 승강하는 케이블(C)을 양측에서 홀딩한다. 즉 케이블(C)은 한 쌍의 롤러(134a) 사이에서 상하 이동한다.
이러한 롤러(134a)는 상하 적어도 두 쌍으로 마련되어 케이블(C) 상하 양측에서 홀딩하되, 풀리(133)와 물건(200) 사이에 위치하는 케이블(C)을 홀딩한다.
그리고 복수개의 롤러(134a)는 케이블(C)의 상하 이동에 따라 회전 가능하게 마련되어 케이블(C)의 상하 이동 시 케이블(C)과의 마찰을 최소화한다.
플레이드(134b)는 복수 개의 롤러(134a)가 설치된다. 이에 의해 플레이드(134b)는 복수 개의 롤러(134a) 사이에 홀딩된 케이블(C)이 움직이게 되면 케이블(C)의 움직인 방향에 대응하여 같이 움직인다.
회전부재(134c)는 플레이트(134b)가 설치되고, 이에 따라 플레이트(134b)의 움직임에 대응하여 회전한다.
각도 검출부(134d)는 회전부재(134c)가 회전된 각을 검출한다.
여기서 회전부재(134c)가 회전된 각은 케이블(C)이 움직인 방향에 대응하는 케이블(C)의 각도(θ)이다.
이러한 각도 검출(134d)는 증분형 인코더(Incremental Encoder), 절대형 인코더(Absolute Encoder), 자기식 인코더(Magnetic Encoder), 퍼텐쇼미터(Potentiometer) 중 어느 하나로 구현 가능하다.
토크 검출부(135)는 제3모터(131)와 드럼(132) 사이에 마련되어 제3모터(131)의 토크(τ)를 검출한다.
힘 검출부(136)는 풀리(133)에 연결되어 풀리(133)에 작용하는 케이블(C)의 장력을 검출한다.
도 3에 도시된 바와 같이 힘 검출부(136)는 다 축의 힘을 검출하는 다축 로드셀로, 2축 힘 검출부로, Z 방향의 힘(Fz)과 Y 방향의 힘(Fy)을 검출한다. 이때 Z축 방향의 힘(Fz)과 Y축 방향의 힘(Fy)을 이용하여 X 축 방향의 힘(Fx) 검출이 가능하다.
이 힘 검출부(136)는 복수 축에 각각 대응하여 각각 설치된 단축 로드셀로 이루어지는 것도 가능하다.
토크 검출부(135)와 힘 검출부(136)는, 힘/토크 검출부(Multi-Axis Force and Torque Sensor)를 이용하여 물건(200)에 전달되는 사용자의 힘의 3방향 성분(Fx, Fy, Fz)과 모멘트의 3방향 성분을 검출하는 것도 가능하다.
도 5는 실시예에 따른 호이스트 장치의 제어 구성도로서, 호이스트 장치는 각도 검출부(134d), 힘 검출부(135), 제어부(140), 저장부(150), 구동부(160)를 포함한다.
각도 검출부(134d)는 케이블(C)의 각도를 검출하여 제어부(140)에 전송한다.
여기서 케이블(C)의 각도는 물건(200)의 흔들림 및 사용자의 힘에 의해 발생한다.
힘 검출부(136)는 케이블(C)의 장력을 검출하여 제어부(140)에 전송한다.
여기서 케이블(C)의 장력은 물건(200)의 무게 및 사용자의 힘에 의해 발생한다.
제어부(140)는 케이블(C)의 각도의 변화에 기초하여 물건(200)의 흔들림 여부를 검출하고, 물건(200)의 흔들림이 기준양을 초과하면 제3모터(131)의 구동을 제어하여 흔들림을 억제시킨다.
제어부(140)는 케이블(C)의 각도가 일정 각도 이상인 상태에서 일정 시간 변화가 없으면 이동한다고 판단하는 것도 가능하다. 즉, 사용자의 힘에 의해 물건이 이동되면서 케이블(C)이 기울어 졌다고 판단하는 것이다.
제어부(140)는 호이스트(130)의 제3모터(131)를 제어하여 케이블에 연결된 물건(200)을 일정 높이 상승시킨 상태에서 힘 검출부(136)로부터 전송된 힘에 기초하여 물건(200)의 무게를 검출하고, 일정 시간 경과 후 물건(200)의 무게에 대응하는 힘과 현재 물건(200)에 작용하는 힘을 비교하여 물건(200)에 사용자의 힘이 작용하는지 검출하고, 사용자의 힘이 검출되면 힘이 작용하는 방향을 검출하고, 검출된 힘의 방향에 대응하는 가이드레일에 마련된 제1 모터(111) 또는 제 2모터(121)의 구동을 제어함으로써 사용자가 물건(200)을 이동시키는 이동력에 보조적인 힘을 추가 공급한다.
여기서 물건의 무게는 후크(h)에 설치된 힘 검출부(미도시)를 이용하여 직접 측정하는 것도 가능하다.
제어부(140)는 물건(200)의 흔들림 및 사용자의 힘이 미검출되면 제3모터(131)의 브레이크를 제어함으로써 에너지 소비를 줄인다.
저장부(150)는 제3모터의 속도를 감소시키기 위한 일정 감속비, 물건의 무게 측정 시 케이블(C)이 상승하는 일정 높이, 총 케이블(C)의 길이, 제3모터(131)의 회전속도와 드럼(132)의 직경에 기초한 케이블(C)이 와인딩 길이 데이터, 제3모터(131의 토크 또는 풀리(133)에 작용하는 힘에 대응하는 물건의 무게 데이터를 저장한다.
구동부(160)는 제어부(140)의 명령에 따라 제1모터(111), 제2모터(121), 제3모터(131)를 구동시킨다.
호이스트 장치는 토크 검출부(135)를 이용하여 물건(200)의 진동 억제 제어 및 물건(200)의 이동력 보조 제어를 수행하는 것도 가능하다.
좀 더 구체적으로 설명하면 토크 검출부(135)는 제3모터(131)의 토크를 검출하여 제어부(140)에 전송한다. 여기서 제3모터(131)의 토크는 물건(200)의 무게 및 사용자의 힘에 의해 발생한다.
제어부(140)는 호이스트(130)의 제3모터(131)를 제어하여 케이블(C)에 연결된 물건을 일정 높이 상승시킨 상태에서 토크 검출부로부터 전송된 토크에 기초하여 물건의 무게를 검출하고, 일정 시간 경과 후 물건(200)의 무게에 대응하는 토크와 현재 제3모터(131)의 토크에 기초하여 케이블(C)에 작용하는 힘을 검출하고, 케이블의 각도 및 힘에 기초하여 물건에 사용자의 힘이 작용하는지 검출하고, 사용자의 힘이 검출되면 힘이 작용하는 방향을 검출하고, 검출된 힘의 방향에 대응하는 가이드레일에 마련된 제1 모터(111) 또는 제 2모터(121)의 구동을 제어한다.
도 6은 실시예에 따른 호이스트 장치의 제어 순서도로서, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
우선 호이스트 장치는 물건(200) 이송 신호가 입력되면 제3모터(131)을 정회전시킨다.
이때, 제3모터(131)의 정회전에 의해 드럼(132)이 회전하면 풀리(133)로부터 가이드된 케이블(C)이 드럼(132)에 와인딩되고, 케이블(C)이 드럼(132)에 와인딩됨으로써 케이블(C)에 연결된 물건(200)이 지면으로부터 일정 높이 상승시킨 상태에서 호이스트 장치는 토크 검출부(135)로부터 검출된 토크 또는 힘 검출부(136)로부터 검출된 토크에 기초하여 물건(200)의 무게를 검출(301)한다.
이 때 중량물의 무게를 추정하는 추정알고리즘 추가 및 무게를 상쇄하기 위하여 중력보상알고리즘 추가가 가능하다.
다음 호이스트 장치는 물건(200) 이송(302) 시 물건(200)의 이송에 적절한 높이로 물건(200)을 상승시킨다.
다음, 호이스트 장치의 각도 검출부(134d)를 이용하여 케이블(C)의 각도를 검출하고, 토크 검출부(135) 및 힘 검출부(136) 중 적어도 하나를 이용하여 물건(200)에 가해지는 사용자의 힘을 검출(303)한다. 이때 힘 검출부(136)는 케이블(C)의 장력을 검출하는 것이고, 토크 검출부(135)는 제3모터(131)의 토크를 검출하는 것이다.
다음 호이스트 장치는 검출 데이터들을 이용하여 현재 상태를 동역학 계산을 하고, 계산 결과에 기초하여 물건(200)이 정지 상태인지, 움직이는 상태인지, 사용자의 힘이 가해지고 있는 상태인지 판단한다.
좀 더 구체적으로, 물건(200)의 무게에 대응하는 힘과 현재 물건에 작용하는 힘을 비교하여 케이블(C)에 작용하는 힘을 검출하고, 이때 사용자의 힘이 검출(304)되면 힘이 작용하는 방향 및 크기를 검출하고, 검출된 힘의 방향에 대응하는 가이드레일에 마련된 제1 모터(111) 또는 제 2모터(121)의 구동을 제어한다. 이때 제 1모터(111) 또는 제2모터(121) 제어 시 힘의 크기에 대응하여 속도를 제어하는 것도 가능하다.
이로써, 물건(200)을 이동시키고자 하는 사용자의 이동력에 보조적인 힘을 추가 공급해줌으로써 사용자가 의도하는 방향으로 물건(200)을 용이하게 이송시킬 수 있다. 이 때 사용자는 적은 힘으로 무거운 물체를 옮기는 것처럼 느껴지도록 임피던스 제어를 수행하는 것도 가능하다.
그리고, 물건(200)에 작용하는 힘이 미검출된 상태에서 물건(200)이 흔들리는지 판단(306)한다.
이때 케이블(C)의 각도(θ)가 약 0도이면 물건(200)이 정지된 상태로 판단하고, 제3모터(131)에 마련된 브레이크를 작동(307)시킴으로써 에너지 소비를 줄인다.
반면 케이블(C)이 기울어진 각도의 변화가 나타나면 물건(200)의 흔들림이 발생하였다고 판단하고, 이때 제3모터(131)의 구동을 제어하여 물건의 흔들림을 억제 제어(308)한다.
아울러 물건(200)의 무게에 대응하는 토크와 현재 제3모터(131)의 토크를 비교하여 케이블(C)에 작용하는 힘을 검출하고, 사용자의 힘이 검출되면 힘이 작용하는 방향을 검출하고, 검출된 힘의 방향에 대응하는 가이드레일에 마련된 제1 모터(111) 또는 제 2모터(121)의 구동을 제어하는 것도 가능하다.
이후 물건(200)이 목적 지점에 위치하면, 호이스트 장치는 제3모터(131)를 역회전시키고, 제3모터(131)의 역회전에 의해 드럼(132)을 회전시킨다.
이때 드럼(132)의 케이블(C)이 언와인딩되어 풀리(133)로 전달됨으로써 풀리(133)에 전달된 케이블(C)이 지면으로 하강하고, 이로 인해 케이블(C)에 걸린 물건(200)이 하강하게 된다.
이로써 케이블(C)의 후크(h)에 걸린 물건(200)의 승강을 통해 물건(200)을 목적 지점으로 이송할 수 있다.
110: 제1 가이드 레일 111: 제1모터
120: 제2가이드 레일 121: 제2모터
130: 호이스트 131: 제3모터
132: 드럼 133: 풀리
134: 각도 검출 어셈블리 135: 토크 검출부
136: 힘 검출부

Claims (22)

  1. 물건이 연결되는 케이블과, 회전하는 모터와, 상기 모터의 회전과 연동하여 상기 케이블을 와인딩 및 언와인딩하는 드럼과, 상기 드럼과 상기 케이블을 통해 연결되고 상기 드럼에 상기 케이블을 가이드하는 풀리와, 상기 풀리와 물건 사이에 위치하는 케이블의 각도를 검출하는 각도 검출 어셈블리를 가지는 호이스트;
    상기 케이블의 각도에 기초하여 상기 물건의 흔들림 여부를 검출하고, 상기 물건의 흔들림이 검출되면 흔들림을 억제 제어하는 제어부를 포함하는 호이스트 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 물건의 이동 방향을 X축 방향으로 가이드하는 제1 가이드 레일;
    상기 제1 가이드 레일에 마련되어 상기 물건의 X 축 방향의 이동력을 보조하는 제1모터를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 케이블의 각도에 기초하여 상기 물건에 작용하는 사용자의 힘을 검출하고, 상기 사용자의 힘이 검출되면 상기 제1모터를 제어하는 호이스트 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 가이드 레일과 수직으로 연결되고, 상기 물건의 이동 방향을 Y축 방향으로 가이드하는 제2가이드 레일;
    상기 제2 가이드 레일에 마련되어 상기 물건의 Y 축 방향의 이동력을 보조하는 제2모터;
    상기 풀리에 작용하는 힘을 검출하는 힘 검출부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 케이블의 각도 및 힘에 기초하여 상기 물건에 사용자의 힘이 작용하는지 검출하고, 상기 사용자의 힘이 검출되면 상기 힘이 작용하는 방향을 검출하고, 상기 검출된 힘의 방향에 대응하여 상기 제1 모터 또는 제 2모터의 구동을 제어하는 호이스트 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 호이스트의 모터를 제어하여 상기 케이블에 연결된 물건을 일정 높이 상승시킨 상태에서 상기 힘 검출부로부터 전송된 힘에 기초하여 상기 물건의 무게를 검출하고, 상기 물건에 무게에 기초하여 상기 제1 모터 또는 제 2모터의 회전력을 제어하는 호이스트 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 가이드 레일과 수직으로 연결되고, 상기 물건의 이동 방향을 Y축 방향으로 가이드하는 제2가이드 레일;
    상기 제2 가이드 레일에 마련되어 상기 물건의 Y 축 방향의 이동력을 보조하는 제2모터;
    상기 호이스트의 모터의 토크를 검출하는 토크 검출부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 토크에 기초하여 상기 케이블에 작용하는 힘을 검출하고, 상기 케이블의 각도 및 힘에 기초하여 상기 물건에 사용자의 힘이 작용하는지 검출하고, 상기 사용자의 힘이 검출되면 상기 힘이 작용하는 방향을 검출하고, 상기 검출된 힘의 방향에 대응하여 상기 제1 모터 또는 제 2모터의 구동을 제어하는 호이스트 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 호이스트의 모터를 제어하여 상기 케이블에 연결된 물건을 일정 높이 상승시킨 상태에서 상기 토크 검출부로부터 전송된 토크에 기초하여 상기 물건의 무게를 검출하고, 상기 물건에 무게에 기초하여 상기 제1 모터 또는 제 2모터의 회전력을 제어하는 호이스트 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 호이스트의 모터는
    상기 물건의 Z축 방향의 이동력을 보조하는 호이스트 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 호이스트의 모터는, 브레이크가 마련된 브레이크 모터이고
    상기 제어부는 상기 물건의 흔들림이 미검출되면 상기 브레이크를 제어하는 호이스트 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 각도 검출 어셈블리는,
    상기 케이블을 홀딩하되, 상기 케이블의 이동에 대응하여 회전하는 롤러;
    상기 롤러가 설치되고, 상기 케이블의 각도에 대응하는 각도를 가지는 플레이트;
    상기 플레이트의 각도를 검출하는 각도 검출부를 포함하는 호이스트 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 각도 검출부는,
    인코더 또는 퍼텐쇼미터 중 어느 하나인 호이스트 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 호이스트는,
    상기 모터의 속도를 일정 감속비로 감소시켜 상기 드럼에 전달하는 감속기를 더 포함하는 호이스트 장치.
  12. 서로 다른 축을 가지는 복수의 가이드 레일;
    물건이 연결되는 케이블과, 상기 케이블을 가이드하는 풀리와, 상기 풀리와 케이블을 통해 연결되고 상기 케이블을 와인딩 및 언와인딩하는 드럼과, 상기 드럼과 연결되어 상기 드럼에 회전력을 인가하는 모터와, 상기 케이블의 각도를 검출하는 각도 검출 어셈블리가 마련되고, 상기 복수의 가이드 레일 중 적어도 하나의 가이드 레일에 장착되되 복수 축으로 이동 가능하게 장착되고, 사용자의 힘의 작용에 의해 이동하는 호이스트;
    상기 복수의 가이드 레일에 각각 마련되고 상기 호이스트에 이동력을 공급하는 모터;
    상기 호이스트에 작용하는 상기 사용자의 힘을 검출하는 힘 검출부;
    상기 케이블의 각도의 변화에 기초하여 상기 물건의 흔들림 여부를 판단하고, 상기 흔들림이 검출되면 상기 흔들림을 억제 제어하고, 상기 힘이 검출되면 상기 힘의 방향을 판단하고, 상기 판단된 방향에 대응하는 축을 이루는 가이드 레일에 마련된 모터의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 호이스트 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 호이스트의 모터를 제어하여 상기 케이블에 연결된 물건을 일정 높이 상승시킨 상태에서 상기 힘 검출부로부터 전송된 토크에 기초하여 상기 물건의 무게를 검출하고, 상기 물건에 무게에 기초하여 상기 가이드레일에 마련된 모터의 회전력을 제어하는 호이스트 장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 힘 검출부는,
    상기 호이스트의 풀리에 작용하는 상기 케이블의 장력을 검출하는 호이스트 장치.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 힘 검출부는,
    상기 호이스트의 모터에 작용하는 토크를 검출하고, 상기 토크에 대응하는 힘을 검출하는 호이스트 장치.
  16. 모터, 모터에 연결된 드럼, 드럼과 연동하는 풀리, 드럼과 풀리에 와인딩되어 물건을 이송하는 케이블을 가지는 호이스트 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 케이블이 기울어진 각도를 검출하고,
    상기 각도에 기초하여 상기 물건의 흔들림 검출 여부를 판단하고,
    상기 물건의 흔들림이 검출되면 상기 흔들림을 억제 제어하고,
    상기 각도의 변화에 기초하여 상기 물건의 이동 여부를 판단하고,
    상기 물건의 이동이 판단되면 상기 물건에 이동력을 보조 제어하는 호이스트 장치의 제어 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 물건의 이동 여부를 판단하는 것은,
    상기 물건의 무게에 기초하여 상기 케이블에 작용하는 힘의 변화를 검출하고,
    상기 힘의 변화에 기초하여 상기 물건의 이동 여부를 판단하는 것을 포함하는 호이스트 장치의 제어 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 케이블에 상기 물건이 연결되면 상기 물건을 일정 높이 상승시키고,
    상기 케이블에 작용하는 힘을 검출하고,
    상기 힘에 기초하여 상기 물건의 무게를 검출하는 것을 더 포함하는 호이스트 장치의 제어 방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 물건에 이동력을 보조 제어하는 것은,
    상기 케이블에 작용하는 힘의 크기와 방향을 검출하고,
    상기 힘의 크기 및 방향에 대응하여 상기 방향으로 상기 물건의 이동력을 보조하는 것을 포함하는 호이스트 장치의 제어 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 케이블에 상기 물건이 연결되면 상기 물건을 일정 높이 상승시키고,
    상기 모터의 토크를 검출하고,
    상기 토크에 기초하여 상기 물건의 무게를 검출하는 것을 더 포함하는 호이스트 장치의 제어 방법.
  21. 제 17 항에 있어서, 상기 물건에 이동력을 보조 제어하는 것은,
    상기 모터의 토크를 검출하고,
    상기 토크에 기초하여 힘의 크기와 방향을 검출하고,
    상기 힘의 크기 및 방향에 대응하여 상기 방향으로 상기 물건의 이동력을 보조하는 것을 포함하는 호이스트 장치의 제어 방법.
  22. 제 16 항에 있어서,
    상기 물건의 흔들림이 미검출되고 상기 물건이 정지 상태이면 상기 모터의 브레이크를 작동시키는 것을 더 포함하는 호이스트 장치의 제어 방법.
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