KR20170045209A - 크레인 움직임 제어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스낵 또는 중심을 벗어나는 리프트를 감지 및 방지하는 그리고 하중체(110) 중앙에 크레인을 자동 센터링하는 방법에 관한 것이다. 스낵 감지는 정지 위치에 대한 하중체(110)의 각 편향을 모니터링하는 것 그리고 각 편향이 증가하는 방향으로의 크레인의 이동을 정지시키는 것을 포함한다. 중심을 벗어난 리프팅을 제어하는 것은 하중체를 위한 가로 하중 상태를 감지하는 것 그리고 가로 하중 상태가 감지될 때 호이스트 작동을 막는 것을 포함한다. 하중체를 자동 센터링시키는 것은 크레인의 트롤리(104)에 관하여 하중체에 결합된 블록의 위치를 결정하는 것 그리고 이동 작동 전에 트롤리를 블록(104) 중앙에 위치시키는 것을 포함한다. 센터링은 트롤리 카메라(114)를 이용하여 블록 마커(116)의 위치를 카메라에 대하여 마커의 알려진 중심 위치와 비교하는 것 그리고 마커의 결정된 위치를 마커의 알려진 중심 위치에 일치시키도록 트롤리를 이동시키는 것을 포함한다.

Description

크레인 움직임 제어{CRANE MOTION CONTROL}

본 발명의 양태는 크레인 및/또는 호이스트 시스템에 관한 것으로서, 특히 크레인 및/또는 호이스트 시스템의 제어 또는 증가(augmentation)에 관한 것이다.

일부 호이스팅 상황에서, 크레인이 이동될 하중체의 바로 위에 있는지를 크레인 운전자가 결정하는 것은 어렵다. 가로 하중(side load) 상황에서, 크레인은 후크/바닥 블록이 하중체에 연결된 지점 바로 위에 위치하지 않는다. 대신, 바닥 블록은 그의 정지 위치로부터 수평으로 약간 오프셋될 수 있다. 예를 들어, 운전자가 지면에 놓여진 하중체를 들어올릴 의향이 있는 것으로 가정한다. 만일, 크레인의 후크가 하중체에 연결된 후, 후크가 그의 정지 위치로부터 12인치 옆으로 변위된다면, 그후 운전자가 하중체를 들어올릴 때 그리고 하중체가 지면에서 떨어질 때, 하중체는 스윙(swing)하기 시작할 수 있다. 하중체는 100,000 파운드를 초과할 수 있으며 그리고 또한 매우 클 수 있다. 스윙하는 하중체가 케이블 파손의 위험을 일으키는 케이블 손상; 주변 물체 충돌로부터의 하중체 손상; 다른 하중체 또는 기반 시설 손상; 또는 스윙하고 있는 하중체에 의한 충돌 또는 깔린 지상 작업자의 부상 또는 사망과 같은 다수의 잠재적인 문제를 일으킬 수 있기 때문에 하중체가 스윙하는 것은 위험하다.

호이스팅 전에 후크가 하중체 위에 정확하게 위치되지 않는다면, 후크가 수직적으로 하중체 중심에 위치하도록, 즉 후크가 하중체의 무게 중심 바로 위에 있도록 크레인 운전자는 보통 크레인의 위치를 조절하려고 시도할 것이다. 그러나, 언급된 바와 같이, 후크가 하중체 중심 바로 위에 정렬되었는지를 운전자가 결정하는 것은 흔히 어렵다. 중심으로부터 작은 이탈도 위에서 설명된 것과 같은 문제를 일으킬 수 있다.

일부 상황에서, 하중체가 이동된다면, 크레인은 그후 다른 위치로 이동된다. 크레인 운전자 또는 지상 작업자가 후크가 하중체 또는 리깅(rigging)에서 분리된 점을 보장하지 못하거나 크레인의 움직임이 장애물이 있는 영역으로 또는 그 영역을 통과하여 후크를 이동시키는 것을 보지 못한다면, 후크는 걸릴(snag) 수 있다. 후크가 걸릴 때, 후크의 움직임은 예상할 수 없게 될 수 있으며, 그리고 크레인, 케이블 후크의 손상으로 이어질 수 있고, 또한 특히 후크가 무거운 또는 깨지기 쉬운 것에 걸리고 그리고 끌고 간다면 후크의 움직임은 심각한 부상 또는 사망을 야기할 수 있다.

본 요약 및 요약서는 상세한 설명에서 더 설명되는 간단한 형태의 개념의 선택을 소개하기 위해 제공된다. 본 요약 및 요약서는 청구된 대상물의 핵심 특징 또는 필수적인 특징을 확인하도록 의도된 것은 한 것이 아니며 또한 청구된 대상물의 범위를 결정하는 데 도움을 주는 것으로 사용되도록 의도된 것이 아니다. 청구된 대상물은 발명의 배경에서 언급된 어떠한 또는 모든 단점을 해결하는 실행에 제한되지 않는다.

한 실시예에서, 크레인을 위한 리프팅 작동을 증가시키는 방법은 크레인에 의하여 이동될 하중체를 위한 가로 하중 상태를 감지하는 것 그리고 가로 하중 상태가 감지될 때 호이스트 작동을 막는 것을 포함한다.

다른 실시예에서, 크레인에 의하여 이동될 하중체를 위한 스낵 (snag) 감지 방법은 하중체의 정지 위치에 관하여 하중체의 각 편향을 모니터링하는 것 그리고 각 편향 증가를 야기하는 방향으로의 크레인의 이동을 중지시키는 것을 포함한다.

다른 실시예에서, 크레인에 의하여 이동될 하중체를 자동 센터링시키는 방법은 크레인의 트롤리에 대하여 하중체에 연결된 블록의 위치를 결정하는 것; 그리고 이동 작동 전에 블록 중앙에 트롤리를 위치시키는 것을 포함한다. 센터링시키는 것은 트롤리와 관련된 카메라를 이용하여 블록과 관련된 기준 마커의 위치를 카메라에 대한 기준 마커의 알려진 중심 위치와 비교하는 것; 그리고 기준 마커의 결정된 위치를 기준 표시자의 알려진 중심 위치와 일치시키도록 트롤리를 이동시키는 것을 포함한다.

다른 실시예에서, 크레인 움직임 감지 시스템은 크레인의 트롤리 상에 장착되도록 구성된 카메라; 카메라의 시계 내에서 크레인의 후크 상에 장착되도록 구성된 기준 마커; 및 카메라로부터의 이미지를 수신하고 처리하도록 카메라에 연결되며 그리고 처리된 이미지에 응답하여 트롤리의 작동을 제어하도록 트롤리에 연결된 컨트롤러를 포함한다. 한 실시예에서의 컨트롤러는 중심을 벗어난 하중체의 리프트 감지 및 방지, 하중체의 스낵의 감지 및 방지 그리고 하중체 중앙에 크레인을 자동 센터링시키는 것 중 적어도 하나에 대한 작동을 제어한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 크레인 및 움직임 제어 시스템의 개략적인 도면.
도 2는 도 1의 바닥 블록의 부분의 평면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러의 블록도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 카메라 이미지의 대표적인 도면.
도 5a 및 도 5b는 휴지 구조 및 각 변위 구조에서의 바닥 블록을 갖는 크레인의 개략적인 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라 이미지의 대표 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라 이미지의 대표 도면.
도 8은 본 발명의 실시예가 실행될 수 있는 컨트롤러의 개략적인 도면.

본 발명의 실시예는 단지 예를 들어 그리고 제한적인 것은 아닌, 중장비 생산 크레인, 일차 금속 코일 크레인, 다목적 단일 및 이중 거더 브리지 크레인 등을 포함하는 산업 크레인을 위한 움직임 제어 시스템을 제공한다. 가로 하중(side load) 감지, 자동 부하 센터링(centering) 그리고 스낵 (snag) 감지는 본 발명의 실시예에 의하여 제공된 움직임 제어의 일부이다.

카메라 기반 크레인 조작 및 제어는 안전성을 증가시킬 수 있으며 그리고 호이스트 업무를 단순화할 수 있다. 본 발명의 실시예는 기준 마커를 촬영할 수 있는 위치에서 크레인이 장착된 카메라를 포함하며, 여기서 기준 마커(fiducial marker)는 그 표면 상에 기준 패턴을 가지며 또한 카메라의 시계 내에서 볼 수 있는 위치에서 크레인의 후크/바닥 블록에 장착된다. 크레인의 후크/바닥 블록의 이미지로, 프로그램 가능 로직 컨트롤러(PLC)와 같은 컨트롤러는 이미지로부터의 데이터를 해석하여 크레인 부하로 인한 문제를 감지하고 그리고 일부 경우에서는 이를 교정하는데 사용된다. 이러한 문제는 단지 예를 들어 그리고 제한적인 것은 아닌, 가로 하중 감지, 자동 부하 센터링 그리고 스낵 감지를 포함한다. 일반적으로, 역 케이블 각도(adverse cable angles)는 고정된 값의 각 편향 (angular deflection), 호이스트 길이, 크레인의 트롤리 상에 장착된 이미지 캡처 소자로부터의 블록의 거리 등과 같은 임계점에 대해 감지될 수 있다. 감지에 뒤이어 제어 응답이 시작될 수 있거나 또는 경고가 내려질 수 있다.

후크 위치에 관한 감각적 정보는 소프트웨어, 펌웨어 및/또는 프로그램 가능 로직 컨트롤러(PLC)와 함께 한 실시예에서의 산업 기계 비젼 디지털 카메라와 같은 카메라를 이용하여 얻어져 크레인의 작동, 구체적으로 크레인의 움직임을 제어한다. 한 실시예에서 카메라는 케이블 드럼에 인접하게 크레인 트롤리 상에 장착되고 후크를 위한 전형적인 정지 위치를 향하여 아래를 향한다. 이 구성에서, 후크는 카메라로 보여진다. 한 실시예에서 카메라는 초당 20개의 (기준 마커를 포함하는) 후크의 이미지를 캡쳐하고 그리고 분석한다. 이하에서 더 설명된 바와 같이, 후크 위치 정보는 기준 표시자에 관한 이미지 및 알려진 기능을 이용하는 컨트롤러에 의하여 결정된다. 본 발명에서는, 본 기술 분야에서 알려진 바와 같이 용어 후크와 바닥 블록이 서로 바꾸어서 사용될 수 있다.

한 실시예에서, 확실한 후크 추적을 용이하게 하기 위하여, 기준 마커는 후크에 고정된 역반사형 기준 마커의 패턴을 포함한다. 기준 마커는 작업 공간 내의 다른 특징으로부터 용이하게 식별될 수 있다. 기준 마커는 카메라가 후크를 지속적으로 그리고 정확하게 추적하는 것을 허용한다. 본 명세서에서 역반사형 기준 마커가 설명되는 반면에, 카메라에 의하여 촬영될 수 있는 어떠한 기준 마커가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 실시예와 함께 사용할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

본 발명의 실시예는 산업용 카메라를 크레인에 장착하고, 기준 마커를 카메라의 시계 내에서 크레인의 바닥 블록 상에 장착하며 그리고 카메라에 의하여 찍힌 기준 마커의 이미지를 이용하여 컨트롤러로 정지 위치로부터의 후크의 각 변위 또는 수평 변위를 결정한다. 일부 실시예에서 크레인에 대한 제어 제한을 실행하기 위하여 또는 크레인 이동을 실행하기 위하여 정보와 함께 컨트롤러가 이용될 수 있어 각 변위를 교정하거나 또는 크레인 운전자에게 경고(들)를 내린다.

도 1을 참고하면, 크레인(100)의 개략적인 도면이 도시된다. 크레인(100)이 개괄적으로 도시되나, 크레인(100)은 단일 및 이중 거더 브릿지 크레인과 같은 어떠한 형태의 오버헤드 크레인 등을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 한 실시예에서, 크레인(100)은 본 기술 분야에서 공지된 바와 같은 크레인 몸체(102) 그리고 브릿지를 따라서 (즉, 런웨이에 직교적인) 측 방향으로 이동할 수 있는 트롤리를 포함한다. 여기서 크레인 몸체는 주행 브릿지(traveling bridge)를 갖는 한 세트의 평행한 런웨이를 포함할 수 있으며, 주행 브릿지는 갭을 가로지르며 그리고 런웨이와 평행한 방향으로 이동 가능하다. 호이스트(103)는 트롤리를 따라서 주행하며 그리고 케이블류(108; cabling)를 이용하여 바닥 블록(104)과 후크(106)를 지지한다. 크레인(100)은 케이블 등과 같은 리깅(112; rigging)을 통하여 후크(106)에 매달려진 하중체(110)를 들어올리거나 또는 이동시키기 위하여 사용된다. 바닥 블록(104) 또는 후크(106)에 장착된 기준 마커(116)를 이미지 필드 내에서 볼 수 있게 하기 위하여 영상 시스템(114; 한 실시예에서는 산업 기계 비젼 카메라와 같은 디지털 카메라 등)은 (트롤리 또는 호이스트(103)에 장착된 것과 같이) 크레인 몸체(102)에 장착된다.

한 실시예에서 도 2의 평면도에 도시된 바와 같이 기준 마커(116)는 그 표면 상에 다수의 역반사 기준 표시자(202)를 갖는 기준점을 포함한다. 역반사 마커(116)는 바닥 블록(104)의 상단 표면(117)에 장착된 것으로 도시된다. 그러나, 카메라(114)의 시야에서 볼 수 있다면 역반사 마커(116)는 바닥 블록(104)의 다른 위치 또는 후크(106)에 장착될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 작동 동안에 역반사 마커(116)가 카메라(114)의 시계 내에서 볼 수 있는 한, 카메라(114)는 크레인 몸체(102)의 다른 위치에 장착될 수 있다. 특정 패턴 형태로 배치된 일련의 6개의 만곡진 역반사 기준 표시자(202)가 도시되어 있을지라도, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 기준 패턴 또는 다수의 기준점이 본 발명의 실시예에서 이용될 수 있다는 점이 이해되어야 한다.

도 3을 또한 참고하면, 한 실시예에서 카메라(114)는 카메라(114)로부터의 이미지를 분석하는 컨트롤러(300)에 연결되어 후크(106) 및/또는 바닥 블록(104)의 위치를 결정한다. 다른 실시예에서, 카메라는 후크의 위치를 결정하기 위하여 이미지를 분석하기 충분한 처리 능력을 포함하며 그리고 컨트롤러에 이 결과를 보고한다. 이 실시예에서, 카메라는 "스마트" 카메라이다. 이 카메라는 이미지 획득 능력과 이미지 처리 능력을 갖는다. 처리 결과는 프로그램 가능 로직 컨트롤러로 발행된다. 정지 위치에서, 즉 바닥 블록과 후크가 실질적으로 움직임이 없는 정지 위치에서 크레인 몸체(102)로부터의 케이블(108) 상에 자유롭게 매달린 상태에서, 카메라는 역반사 마커(116)를 포함한 이미지를 촬영하며 그리고 이미지를 컨트롤러(300)로 보내거나 또는 자체가 이미지를 처리한다. 정지 위치에 대한 역반사 마커(116)의 위치를 결정함에 의하여 컨트롤러(300) 또는 카메라는 정지 위치에 대한 바닥 블록(104)과 후크(106)의 위치를 결정한다 (하기 참조). 일부 실시예에서, 위치 매개 변수는 카메라(114)의 시계 내의 위치 및/또는 바닥 블록(104) 또는 후크(106)의 거리를 포함하며 그리고 위에서 설명된 바와 같이 결정될 수 있다. 카메라(114), 컨트롤러(300) 그리고 운전자 위치에서의 크레인 제어부(120) 간의 통신은 단지 예시적인 것으로서 제한되지는 않는 유선 연결부, 무선 연결부 또는 그의 조합을 포함하는 하나 이상의 다수의 연결부에 걸쳐 달성될 수 있다.

도 4를 또한 참고하면, 한 실시예에서, 역반사 마커(116)의 이 위치 결정은 컨트롤러(300)에 제공된 이미지(400)를 사용하여 이루어진다. 도 4에서 보여지는 바와 같이, 이미지(400)는 특정 영역(402)을 차지하며, 이 영역은 디스플레이 또는 디스플레이의 부분, 또는 (다수의 픽셀 폭과 다수의 픽셀 깊이 등과 같은) 어떠한 공지된 치수 영역일 수 있다. 역반사 마커(116) 상에서의 기준 표시자(202)들의 중심(centroid) 위치(412)는 이미지(400)에 관하여 이미지(400)의 상단 에지(405)로부터의 특정 개수의 픽셀(404) 및 이미지(400)의 우측 에지(407)로부터의 특정 개수의 픽셀(406)로서 표현될 수 있다. 따라서 한 실시예에서 바닥 블록(104)의 위치는 픽셀(404 및 406)의 개수를 참조하여 결정될 수 있으며, 그리고 역반사 마커(116)의 중심(412) 또한 결정될 수 있다. 카메라(114)의 시야를 구성하는 이미지(400)의 상단(405)과 우측(407)으로부터 결정된 것과 같이 중심은 404, 406의 좌표를 가질 것이다. 좌표는 카메라(114)의 시야 내의 임의의 지점에 관한 것일 수 있으며 그리고 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이미지에서 구체화된 바와 같이 본 명세서에서 설명된 바와 같은 픽셀 이외의 다수의 다른 단위로 표현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

통상적으로, 크레인(100)과 같은 크레인의 작동은 (본 발명의 목적을 위하여 간략화된) 제어부(120)를 이용하여 운전실 또는 운전자 위치(118) 내의 운전자에 의해 제어된다. 크레인 운전자는 제어부(120)를 사용하여 당업계에 공지된 바와 같은, 호이스트 작업, 횡방향 (traverse) 작동 등을 포함한 작업을 수행한다. 전형적으로, 크레인 가동 준비시 운전자와 다른 인원 또는 크레인 상의 하중체에 책임이 있는 인원은 함께 하중체를 달도록 작업한다. 특히 매우 큰 하중체를 또는 균일하지 않거나 대칭이지 않은 하중체를 다는 것(rigging)은 어려울 수 있다. 장비자(rigger)와 크레인 운전자의 경험과 기술에도 불구하고, 하중체는 부적절하게 달려질 수 있으며 이는 하중체가 자세를 바꿀 수 있고, 측면으로 당겨질 수 있으며, 기울어질 수 있는 등의 잠재적으로 매우 위험한 상황으로 이어진다.

예를 들어, 바닥 블록(104) (및 후크(106))이 도 1에 도시된 바와 같은 하중체(110)와 같은 하중체에 결합될 때, 가로 하중(side-loading)으로 알려진 상태가 일어날 수 있다. 가로 하중은 가로 견인 리프트(side pull lift)로 이어질 수 있으며, 이는 위에서 설명된 바와 같이 하중체, 크레인 그리고 직원에게 심각한 영향을 줄 수 있다. 가로 하중 상태의 예가 도 5a 및 도 5b에 개략적인 형태로 도시된다. 케이블(108)로 크레인 몸체(102)에 결합된 바닥 블록(104)의 정지 위치가 파선으로 도시되며, 케이블(108)로 크레인 몸체(102)에 결합된 바닥 블록(104)의 가로 하중 위치가 실선으로 도시된다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 바닥 블록(104)은 그의 정지 위치에 대하여 각도(α)만큼 그의 정지 위치로부터 변위된다. 한 실시예에서 이 가로 하중 각도(α)의 결정은 현재 위치, 즉 (도 6에 도시된 바와 같은) 크레인(100)이 호이스트 작동을 할 준비가 되어 있는 위치에서의 바닥 블록(104)의 이미지 대 정지 위치에서의 바닥 블록(104)의 (이미지(400)와 같은) 이미지를 이용하여 이루어질 수 있다.

이제 또한 도 6을 참고하면, 도 5에 도시된 것과 같은 가로 하중 위치에서의 바닥 블록(104)과 그의 역반사 마커(116)를 포함하는 그리고 카메라(114)와 같은 카메라에 의하여 촬영된 대표적인 이미지(600)가 도시된다. 이미지(600)에서, 역반사 마커(116)는 도 4에 도시된 바와 같은 그의 정지 위치와는 다른 위치에 있다. 바닥 블록(104) 그리고 결과적으로 역반사 마커(116)는 그의 정지 위치에서 픽셀(604)의 양만큼 x-방향으로 그리고 픽셀(606)의 양만큼 y-방향으로 거리만큼 이동한다. 다시 이 실시예에서 바닥 블록(104) 그리고 역반사 마커(116)의 중앙 위치(412')는 기준 표시자(202)를 이용하여 결정된다. 역반사 마커(116) 상의 기준 표시자(202)의 중심 위치(412')는 이미지(600)에 대하여 이미지(600)의 상단 에지(405)로부터의 특정 수의 픽셀(404') 그리고 이미지(600)의 우측 에지(407)로부터의 특정 수의 픽셀(406')로서 표현될 수 있다. 한 실시예에서 바닥 블록(104)의 위치는 따라서 픽셀(404' 및 406')의 개수를 참조하여 결정될 수 있으며, 그리고 역반사 마커(116)의 중심(412') 또한 결정될 수 있다. 한 실시예에서 바닥 블록(104)의 위치는 따라서 픽셀(404' 및 406')의 개수를 참조하여 결정될 수 있으며, 그리고 역반사 마커(116)의 중심(412') 또한 결정될 수 있다. 따라서 중심 위치들(412 및 412') 사이의 픽셀 거리(612)를 결정함에 의하여, 바닥 블록(104)은 도 6에서 이미지(600 및 400)를 사용하여 결정될 수 있는 양만큼 가로-하중을 받는다(side-loaded). 카메라 렌즈 및 카메라 특성에 기초하여, 픽셀 개수와 각도 간의 간단한 변환이 중심 위치(412 및 412') 간의 각도를 결정하는데 이용된다.

한 실시예에서, 컨트롤러(300)가 후크 상의 (하중체(110)와 같은) 하중이 결정된, 설정 가능한 그리고 조절 가능한 임계값보다 큰 각도만큼 가로 하중을 받았음을 결정할 때, 컨트롤러(300)는 임의의 호이스팅 작동을 허용하지 않는다. 즉, 크레인 운전자가 제어부(120)를 사용하여 호이스트 작동을 개시하더라도, 컨트롤러 (300)는 호이스팅 작동을 못하게 한다(disable). 한 실시예에서, 신호는 컨트롤러(300)에서 호이스팅 작동을 못하게 하는 크레인 제어부(12)로 전송된다. 가로 하중이 임계값 이하의 각도로 정정될 때 호스팅 작동은 다시 가능할 수 있다. 허용 가능한 가로 하중의 임계 각도는 하중체, 크레인, 주변 환경, 또는 그의 일부 조합에 기초하여 설정될 수 있다.

카메라(114)가 시계 내의 바닥 블록(104)의 이미지를 캡쳐할 때, 이미지는 컨트롤러(300)로 전송될 수 있으며, 그리고 정지 위치로부터의 바닥 블록(104)의 각 변위를 결정하기 위하여 컨트롤러(300)는 이 이미지를 공지된 기능 그리고 (이하에 상세하게 설명된) 카메라(114)와 바닥 블록(104) 간의 거리를 위한 정지 위치에서의 바닥 블록(104)의 기반 이미지와 함께 이 이미지를 이용한다. 대안적으로, 카메라는 이미지를 캡처할 수 있고 그리고 현재 각 변위를 결정하도록 이를 내부적으로 처리할 수 있다. 그후 이 값은 컨트롤러로 전송된다. 한 실시예에서 호이스팅이 방지되는 각 변위 임계값은 하나 이상의 부하 특성 그리고 카메라와 바닥 블록 간의 거리의 함수일 수 있다. 한 실시예에서, 바닥 블록(104)이 더 높을 때, 즉 카메라(114)와 바닥 블록(104) 간의 거리가 더 작을 때, (도 7과 관련하여 아래에서 설명된) 카메라(114)와 바닥 블록(104) 간의 거리가 더 클 때보다 허용 가능한 각 변위가 더 클 수 있다. 한 실시예에서, 카메라(114)와 바닥 블록(104) 간의 거리를 결정하도록 그리고 호이스트 작동을 방지하기 전에 허용된 각 변위의 임계 각도(α)의 테이블을 참고하도록 컨트롤러(300)는 프로그램되어 있다.

도 4 그리고 도 6을 다시 참고하면, 본 발명의 한 실시예는 하중체의 자동 센터링을 제공한다. 어떠한 예정된 각도를 초과하는 가로 하중이 있다면, 가로 하중 호이스팅 방지는 호이스팅 작동을 방지하는 것과 관련된다. 작동 전에 바닥 블록(104)과 후크(106)를 바닥 블록(104)과 후크(106)의 정지 위치에 위치시키기 위하여 바닥 블록(104)과 후크(106)의 위치를 조절하도록 자동 센터링은 (도 4 내의 400으로 도시된 바와 같은) 정지 위치에서의 바닥 블록(104)과 후크(106)의 이미지 그리고 (도 6의 600으로 도시된 바와 같은) 호이스팅을 위하여 잠재적으로 준비가 되어 있는 부하 위치에서의 바닥 블록(104)과 후크(106)의 이미지를 이용한다. 이는 제어부(120)를 통한 자동-센터링의 선택에 의한 것과 같은 자동-센터링을 이용하는 운전자에 의하여 자동적으로 이루어질 수 있다. 다른 실시예에서, 운전자에 의하여 호이스팅 작동이 시작될 때 가동하도록 자동-센터링이 설정될 수 있다.

이를 이루기 위하여, 가로 하중의 각도(α)를 결정하기 위하여 사용된 성분 픽셀 거리가 자동 센터링을 위하여 사용될 수 있다. 구체적으로, 도 4는 바닥 블록(104)의 이미지(400) 및 그 표면 상의 역반사 마커(116)를 도시한다. 역반사 마커(116)의 기준 표시자(202)의 중심(412)은 이미지(400)의 상단(405)으로부터의 픽셀(404)의 개수 이미지(400)의 우측(407)으로부터의 픽셀(406)의 개수로서 식별된다. 도 4는 바닥 블록(104)의 이미지(600) 및 그 표면 상의 역반사 마커(116)를 도시한다. 역반사 마커(116)의 기준 표시자(202)의 중심(412)은 이동하며, 그리고 이제 이미지(600)의 상단(405)으로부터의 픽셀(404')의 개수 그리고 이미지(600)의 우측 에지(407)로부터의 픽셀(406')의 개수인 것(412')으로 확인된 중심 위치에 있다. 이는 도면의 축 범례에 의하여 지시된 바와 같은, x-방향으로의 픽셀(604)의 개수와 y-방향으로의 픽셀(606)의 개수의 차이와 상관관계에 있다. 현재 카메라의 속도가 적어도 초당 20프레임 이상의 속도로 촬영을 허용하기 때문에 다음과 같은 교정 이동을 근본적으로 실시간으로 수행할 수 있다.

바닥 블록(104)이 정지 위치에 대하여 특정 임계값을 넘어 x-방향 또는 y-방향으로 중심을 벗어난다면, 자동 센터링 작동에서 크레인(100)은 바닥 블록(104)을 자동적으로 이동시켜 바닥 블록(104)을 정지 위치의 중심에 두게 한다. 크레인의 이동은 x-방향 및 y-방향 각각으로의 독립적인 이동을 제공한다. 한 실시예에서, 컨트롤러(300)는 바닥 블록(104)이 x-방향에 있는 정지 위치로부터의 픽셀(604)의 개수를 결정하며, 또한 바닥 블록(104)이 y-방향에 있는 정지 위치로부터의 픽셀(606)의 개수를 결정하고, 그리고 x-방향 및 y-방향 각각으로 정지 위치를 향하여 크레인의 이동을 시작한다. 한 실시예에서 바닥 블록(104)을 그의 정지 위치를 향하여 이동시키기 위하여, 컨트롤러(300)는 크레인의 제어를 시작하여 바닥 블록(104)을 x-방향으로 그의 정지 위치로 이동시키며 그리고 크레인의 제어를 시작하여 바닥 블록(104)을 y-방향으로 그의 정지 위치로 이동시킨다. 한 실시예에서 크레인의 움직임은 바닥 블록(104)과 후크(106)의 불필요한 진동 또는 흔들림(즉, 오버슈트(overshoot))을 방지하기 위하여 그의 최대 속도로 이루어지거나 또는 이 현상을 방지하거나 줄이기에 적합한 속도로 이루어진다. 이 실시예에서, 이동의 x-방향을 따르는 그리고 이동의 y-방향을 따라는 움직임의 각 축을 위하여, (이미지(600) 내에 도시된 바와 같은) 중심에서 벗어난 위치와 (이미지(400) 내에 도시된 바와 같은) 정지 위치 간의 픽셀 차이가 위에서 설명된 것과 동일한 방식으로 후속 이미지에 의하여 결정된다. 바닥 블록(104)의 변위가 특정 축 상의 부호를 변경시키면, 이 방향으로의 움직임이 컨트롤러(300)에 의하여 정지된다. 부가적으로, 각 변위가 예정된 설정 가능한 양보다 적을 때 또는 지정된 시간 동안 자동 센터링이 활성화된 때에 움직임은 또한 정지될 수 있다.

한 실시예에서, 다수의 교정 또는 연속적인 교정에 의하여 야기될 수 있는 바닥 블록(104)과 후크(106)의 잠재적인 진동을 방지하기 위하여 각 축을 위한 단일의 교정 움직임이 사용된다. 한 움직임은 하기와 같이 가능하다. 위치(404', 406')가 결정되면, 자동 센터링에서 정지 위치(404, 406)를 향한 움직임이 시작된다. x-방향으로, 픽셀(604)의 개수는 404와 406 간의 차이이다. 컨트롤러가 정지 위치에 관한 현재 위치를 모니터링하는 동안, x-방향으로의 크레인의 이동이 수행된다. 404'와 404 간의 결정된 차이가 줄어듦에 따라 이는 결국 0에 이르게 되며 그후 1- 픽셀에 이르게 된다. 이 시점에서 변위는 변경된 부호를 갖는 것으로 간주되며, 그리고 x-축 상에서의 움직임은 정지된다. y-방향으로의 교정 움직임을 위하여 동일한 작동이 발생한다. 축들을 따르는 교정 작용은 독립적이다. 대안적으로, 다른 실시예에서 한정된 기간 동안 각이 지정된 임계값보다 작을 때 또는 자동 센터링 작용이 지정된 기간 동안 활성화된다면 자동 센터링은 정지된다. 각도가 부호를 변화시킬 수 없는 시스템에서 이는 특히 유용하다. 이 방법들은 독립적으로 또는 동시에 실행될 수 있다.

크레인의 움직임이 비례 제어와 같은 가변적인 속도에서 이루어질 때 진동 또한 유발될 수 있다. 비례 제어 방식에서, 보정 움직임의 시작 시에 높은 속도가 이용되며, 그리고 교정될 거리가 감소함에 따라 움직임 속도 또한 감소한다. 본 발명의 실시예는 교정 움직임을 위하여 비례 제어를 이용할 수 있으나, 축당 단지 하나의 교정 움직임을 갖는 크레인의 일정한 최소 속도에서의 움직임이 한 실시예에서 사용된다. 하나 이상의 교정 움직임이 사용된다면, 상황을 악화시킬 수 있는 한계 사이클링(limit cycling) 그리고 지속적인 교정을 유발할 수 있다.

한 실시예에서, 카메라의 카메라(114)로부터 역반사 마커(116)까지의 거리는, 카메라의 교정에서 결정될 수 있는 것과 같이 카메라로부터의 다양한 공지된 거리에서의 역반사 마커의 크기에 의해 결정된 공지의 거리 함수를 사용하여 거리 센서 없이 결정될 수 있다. 컨트롤러(300)가 카메라의 시야에서 바닥 블록(104)의 정지 위치가 카메라(114)로부터 바닥 블록(104)까지의 모든 거리를 위한 것인지를 결정할 수 있도록 폐형 함수(closed form function)는 결정될 수 있다.

예를 들어, 역반사 마커(116)가 카메라에 가까워질수록 카메라에 의하여 촬영된 이미지에 크게 나타난다. 따라서, 카메라(114)로부터 역반사 마커(116)까지의 거리 함수가 결정되면, 컨트롤러(300)는 단지 역반사 마커(116)의 크기를 결정하고, 이를 함수 또는 알려진 크기 매개 변수와 비교하고, 그리고 카메라(114)로부터의 역반사 마커(116)의 거리를 결정한다. 그 거리로부터 후크를 위한 정지 위치는 거리 센서를 사용하지 않고 카메라(114)로부터의 임의의 거리에서 알려져있다. 다른 실시예에서, 호이스트 길이 센서가 사용될 수 있다. 이러한 구성에서, 호이스트 길이 센서로부터의 호이스트 길이 데이터는 후크의 정지 위치를 결정하기 위하여 폐형 함수와 함께 직접 이용될 수 있다.

이제 도 7을 또한 참고하면, 이미지(700)가 도시된다. 이미지(700)는 도시된 역반사 마커(116)를 갖는다. 이 이미지(700)에서, 카메라(114)의 시계 내에서 역반사 마커(116)는 도 4에 도시된 카메라(114)의 시계 내의 역반사 마커(116)보다 크다. 역반사 마커(116)의 측정 가능한 치수는 각 이미지를 위하여 만들어진다. 예를 들어, 도 4에서 크기(408)와 거리(410)는 특정 인식 가능한 개별 기준 표시자(202)에 대하여 결정된다. 동일한 기준 표시자(202)에 대한 동일한 크기가 또한 도 7에서 크기(408' 및 410')로서 측정된다. 공지된 거리 함수를 고려해 볼 때, 역반사 마커(116)로부터의 카메라(114)의 거리는 기준 마커의 크기에 의하여 결정될 수 있다.

본 발명의 한 실시예는 스낵 (snag) 상태가 발생할 때를 결정한다. 위에서 설명된 바와 같이, 예를 들어 후크가 하중체, 어떠한 장애물, 기반 시설, 리깅(rigging) 등에 걸릴 때, 또는 후크가 이동된 하중체에서 완전하게 분리되지 않을 때 스낵 상태가 발생할 수 있다. 스낵 감지 작동에서, 본 발명의 실시예는 컨트롤러(300)에서의 정지 위치에 있는 바닥 블록(104)의 이미지를 현재 위치와 비교한 결과에 기초하여 크레인의 횡방향 작동이 특정 각 변위 이상으로 후크(106)를 그의 정지 위치에서 변위시키고 있는지 여부를 결정한다. 스낵 감지에서, 후크(106)의 정지 위치와 현재 위치 간의 위치 차이가 특정 설정 가능한 각도를 초과하면, 각 편향을 증가시키는 크레인의 횡방향 움직임은 컨트롤러에 의하여 정지된다. 스낵을 완화시키기 위한, 즉 각 편향을 감소시키는 움직임 방향으로의 이동은 계속해서 허용된다. 다른 실시예에서, 컨트롤러(300)는 공지의 함수를 이용하여 스낵 또는 잠재적인 스낵 상황을 식별하도록 정지 위치로부터의 변위의 속도 또는 가속도를 결정할 수 있다. 한 실시예에서, 스낵 상황이 감지될 때 컨트롤러(300)는 크레인에 비상 정지 명령을 내린다. 그후 크레인이 움직임을 멈추면, 스낵의 교정이 시작될 수 있다.

스낵 감지 작동은 스낵과 관련된 위험을 완화시킬 수 있지만, 완전하게 제거한다고는 할 수 없으며, 그리고 모든 상황에서 스낵을 방지할 수 없다. 이것은 부분적으로 하중체가 끌려가고 그리고 손상을 일으키는지 여부가, 제한되지는 않지만, 하중체 높이, 질량, 크레인의 구동 및 제동 능력, 크레인의 중량 등을 포함하는 다수의 요소에 의존하기 때문이다.

바닥 블록 그리고 후크가 다양한 도면에 도시되어 있지만, 당업계에 공지된 자석, 볼 등과 같은 부가적인 호이스팅 장치는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에서 설명된 실시예와 함께 사용하기 쉽다는 점이 이해되어야 한다.

본 발명의 실시예는 크레인을 위한 기존의 가변 주파수 구동부와 호환 가능하다. 본 발명의 실시예를 인에이블 및 디스에이블하는 것은 기존의 유선 또는 무선 펜던트로 수행될 수 있다. 본 발명의 실시예는, 제한되지는 않지만 중장비 생산 크레인, 1차 금속 코일 크레인 및 범용 단일 및 이중 거더 브릿지 크레인을 포함하는 기존의 하드웨어 플랫폼 상에 새로 장착되도록 구성된다. 본 발명의 실시예는 독립 형태로 사용될 수 있으며 또는 다른 크레인 제어 기술, 예를 들어 제한하는 것은 아닌, 미주리주 쇼어뷰의 파시스템스에 의해 제공된 익스퍼트오퍼레이터^TM, 세이프무브^TM 및 오토무브^TM 함께 사용된다.

도 1에 도시된 그리고 본 명세서에서 설명된 모든 호이스트 시스템에서 사용 가능한 PLC(300)와 같은 시스템 컨트롤러는 디지털 및/또는 아날로그 컴퓨터를 포함할 수 있다. 제어 기능을 실행하기 위한 로직은 적절한 입력/출력 구성으로 PLC상 에서 실행될 수 있습니다. 도 8 및 관련된 설명은 시스템 컨트롤러(300)가 실행될 수 있는 적합한 컴퓨팅 환경의 대한 간략하고 일반적인 설명을 제공한다. 필수는 아니지만, 시스템 컨트롤러(300)는 컴퓨터(370)에 의해 실행되는, 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터 실행 가능 명령의 일반적인 문맥에서 적어도 부분적으로 수행될 수 있다. 일반적으로, 프로그램 모듈은 특정 작업을 수행하거나 또는 특정 추상 데이터 유형을 실행하는 루틴 프로그램, 객체, 구성 요소, 데이터 구조 등을 포함한다. 본 기술 분야의 숙련된 자는 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 저장 가능한 컴퓨터 실행 가능 명령어로서 본 명세서 내의 설명을 실행할 수 있다. 또한, 본 기술 분야의 숙련된 자는 본 발명이 멀티-프로세서 시스템, 네트워크화된 퍼스널 컴퓨터, 미니 컴퓨터, 메인 프레임 컴퓨터 등을 포함하는 다른 컴퓨터 시스템 구성으로 실행될 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명의 양태는 또한 통신 네트워크를 통하여 연결된 원격 처리 장치에 의하여 작업이 수행되는 분산 컴퓨팅 환경에서도 실시될 수 있다. 분산 컴퓨터 환경에서, 프로그램 모듈은 로컬 및 원격 메모리 저장 장치 모두에 위치될 수 있다.

컴퓨터(370)는 중앙 처리 장치(CPU; 372), 메모리(374) 그리고 시스템 버스(376)를 갖는 일반적인 컴퓨터를 포함하며, 이 시스템 버스는 메모리(374)를 포함한 다양한 시스템 요소를 중앙 처리 장치(372)에 연결한다. 시스템 버스(376)는 다양한 버스 구성 중 어느 것을 이용한 메모리 버스 또는 메모리 컨트롤러, 주변 버스 그리고 로컬 버스를 포함하는 다양한 형태의 버스 구조 중 임의의 것일 수 있다. 메모리(374)는 리드 온리 메모리(ROM) 그리고 랜덤 억세스 메모리(RAM)를 포함한다. 시동 동안과 같이, 컴퓨터(370) 내의 요소들 간에 정보를 전송하는 것을 돕는 기본 루틴을 포함하는 기본 입력/ 출력 시스템(BIOS)이 ROM에 저장된다. 하드 디스크, 플로피 디스크 드라이브, 광학 디스크 드라이브 등과 같은 저장 장치(378)가 시스템 버스(376)에 결합되며 그리고 프로그램 및 데이터의 저장을 위하여 사용된다. 자기 카세트, 플래시 메모리 카드, 디지털 비디오 디스크, 랜덤 액세스 메모리, 리드 온리 메모리 등과 같은 컴퓨터에 의해 액세스 가능한 다른 유형의 컴퓨터 판독 가능 매체가 또한 저장 장치로 사용될 수 있다는 것이 본 기술 분야의 당업자에 의해 인식되어야 한다. 통상적으로, 프로그램은 데이터를 동반하거나 동반하지 않고 저장 장치(378) 중 적어도 하나로부터 메모리(374)로 로딩된다.

키보드(380) 및/또는 포인팅 장치(382; 예를 들어, 마우스, 조이스틱 (382) 등)와 같은 입력 장치는 사용자가 컴퓨터(370)에 명령을 제공할 수 있게 한다. 모니터(384) 또는 다른 형태의 출력 장치가 적절한 인터페이스를 통하여 시스템 버스(176)에 더 연결될 수 있으며 그리고 사용자에게 피드백을 제공할 수 있다. 만일 모니터(384)가 터치 스크린이면, 포인팅 장치(382)는 그와 통합될 수 있다. 대응하는 소프트웨어 드라이버와 함께 모니터(384) 및 마우스와 같은 입력 포인팅 장치 (382)는 컴퓨터(370)를 위한 그래픽 사용자 인터페이스(GUI; 386)를 형성할 수 있다. 시스템 컨트롤러(300) 상의 인터페이스(388)는 필요하다면 다른 컴퓨터 시스템과의 통신을 허용한다. 인터페이스(388)는 또한 위에서 언급된 액추에이터 및/또는 감지 장치로 신호를 보내기 위하여 또는 이로부터 신호를 수신하기 위하여 사용된 회로를 나타낸다. 일반적으로, 이러한 회로는 당업계에 공지된 바와 같은 디지털-아날로그(D/A) 컨버터 그리고 아날로그-디지털(A/D) 컨버터를 포함한다.

제한없이, 본 발명의 일부 양태는 가로 하중 시에 스낵(snag) 감지, 자동 센터링 및 호이스트 방지를 포함한다. 다른 양태는 크레인 움직임 감지 시스템을 포함하며, 이 시스템은 카메라, 기준 마커 그리고 가로 하중, 스낵 그리고 자동 센터리 상황에서 크레인의 작동을 제어하기 위하여 카메라로부터의 이미지를 처리하기 위한 컨트롤러를 포함하며; 그리고 다른 양태의 컨트롤러는 본 명세서 내에서 도시되고 설명된 바와 같은 스낵의 감지, 자동 센터링 그리고 가로 하중 감지의 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 실행 가능한 명령을 실행하도록 구성된다.

본 발명의 대상물이 특정 환경, 구조적 특징 및/또는 방법론적 행위에 관한 언어로 기술되었지만, 첨부된 청구범위에서 정의된 대상물은 법원에 의하여 유지되고 있는 바와 같이 위에서 설명된 환경, 특정 특징 또는 동작에 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 오히려, 위에서 설명된 환경, 특정 특징 및 동작은 청구범위를 구현하는 예시적인 형태로서 개시된다.

Claims (21)

1. 크레인을 위한 리프팅 작동을 증가시키는 방법에 있어서,
   크레인에 의하여 이동될 하중체를 위한 가로 하중 상태를 감지하는 것과; 그리고
   가로 하중 상태가 감지될 때 호이스트 작동을 막는 것을 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 가로 하중 상태를 감지하는 것은 블록의 알려진 정지 위치와 크레인의 블록의 현재 위치 사이의 크레인의 블록의 각 변위를 결정하는 것을 포함하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 각 변위를 결정하는 것은 현재 위치에서의 블록의 이미지를 캡쳐하는 것 그리고 현재 위치를 블록의 알려진 정지 위치를 비교하는 것을 포함하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 블록의 알려진 정지 위치와 블록의 현재 위치 간의 크레인의 블록의 각 변위가 예정된 임계값을 초과할 때 호이스트 작동을 막는 것이 수행되는 방법.
5. 제4항에 있어서, 각 변위의 예정된 임계값은 고정된 값인 방법.
6. 제4항에 있어서, 각 변위의 예정된 임계값은 호이스트 길이의 함수인 방법.
7. 제4항에 있어서, 각 변위의 예정된 임계값은 크레인의 트롤리 상에 장착된 이미지 캡쳐 요소로부터의 블록의 거리에 의해 결정되는 방법.
8. 제5항에 있어서, 블록과 관련된 기준 마커의 치수를 기준 마커 치수의 테이블 및 관련된 거리와 비교함에 의하여 이미지 캡쳐 요소로부터의 블록의 거리를 결정하는 것을 더 포함하는 방법.
9. 제3항에 있어서, 블록은 기준 마커를 포함하며, 그리고 현재 위치에서의 블록의 위치와 기준 마커의 이미지의 시계 내의 알려진 정지 위치에서의 블록을 비교함에 의하여 현재 위치에서의 블록의 이미지와 알려진 정지 위치가 비교되는 방법.
10. 하중체의 정지 위치에 관하여 하중체의 각 편향을 모니터링하는 것; 그리고
    각 편향 증가를 야기하는 방향으로의 크레인의 이동을 중지시키는 것을 포함하는, 크레인에 의하여 이동될 하중체를 위한 스낵(snag) 감지 방법.
11. 제10항에 있어서, 각 편향을 모니터링하는 것은,
    하중체의 이전 이미지에 대하여 하중체의 이미지를 비교하는 것; 그리고
    이미지와 이전 이미지의 차이를 각 편향 속도로 해석하는 것을 포함하는 방법.
12. 제10항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 하중체의 변위 속도를 결정하는 것을 더 포함하는 방법.
13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 하중체의 변위의 각 가속도를 결정하는 것을 더 포함하는 방법.
14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 감지된 스낵 조건을 완화하는 것을 더 포함하는 방법.
15. 제14항에 있어서, 감지된 스낵 조건을 완화하는 것은 각 편향이 감소하는 방향으로 크레인을 이동시키는 것을 포함하는 방법.
16. 크레인의 트롤리에 대하여 하중체에 연결된 블록의 위치를 결정하는 것; 그리고
    이동 작동 전에 블록 중앙에 트롤리를 위치시키는 것을 포함하되,
    센터링시키는 것은,
    트롤리와 관련된 카메라를 이용하여 블록과 관련된 기준 마커의 위치를 카메라에 대한 기준 마커의 알려진 중심 위치와 비교하는 것; 및
    기준 마커의 결정된 위치를 기준 표시자의 알려진 중심 위치와 일치시키도록 트롤리를 이동시키는 것을 포함하는, 크레인에 의하여 이동될 하중체를 자동 센터링시키는 방법.
17. 제16항에 있어서, 트롤리를 이동시키는 것은 제1 방향 및 제2 직교 방향으로의 이동을 각각 포함하는 방법.
18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 기준 마커의 결정된 위치를 알려진 중심 위치와 일치시키도록 트롤리를 이동시키는 것은 오버슈트를 방지하기 위한 트롤리의 속도에서 수행되는 방법.
19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 기준 마커의 결정된 위치가 기준 마커의 알려진 중심 위치로부터의 임계 거리 내에 있을 때 일치를 위하여 트롤리를 이동시키는 것이 정지되는 방법.
20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 트롤리에 대한 블록의 위치를 결정하는 것은 블록의 현재 위치에서의 기준 마커의 이미지를 캡쳐하는 것 그리고 현재 위치 이미지를 블록의 알려진 중심 위치에서의 기준 마커의 이미지를 비교하는 것을 포함하는 방법.
21. 크레인의 트롤리 상에 장착되도록 구성된 카메라;
    카메라의 시계 내에서 크레인의 후크 상에 장착되도록 구성된 기준 마커; 및
    카메라로부터의 이미지를 수신하고 처리하도록 카메라에 연결되며 그리고 처리된 이미지에 응답하여 트롤리의 작동을 제어하도록 트롤리에 연결된 컨트롤러를 포함하되,
    컨트롤러는 중심을 벗어난 하중체의 리프트 감지 및 방지, 하중체의 스낵의 감지 및 방지 그리고 하중체 중앙에 크레인을 자동 센터링시키는 것 중 적어도 하나에 대한 작동을 제어하는 크레인 움직임 감지 시스템.

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