KR20230050982A - 다중 크레인 협업을 통한 구조물 이송 시스템 및 이를 이용한 구조물 이송 방법 - Google Patents

다중 크레인 협업을 통한 구조물 이송 시스템 및 이를 이용한 구조물 이송 방법 Download PDF

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Abstract

다중 크레인 협업을 통한 구조물 이송 시스템 및 이를 이용한 구조물 이송 방법에서, 상기 구조물 이송시스템은 적어도 2개의 크레인들을 이용하여 구조물을 이송시키며 통합 관제부를 포함한다. 이 경우, 상기 통합 관제부는, 상기 구조물의 목표 위치를 바탕으로 생성된 최적 경로 및 상기 크레인들의 작업 계획을 바탕으로 상기 크레인들의 구동을 제어하는 구동 명령부, 상기 크레인들의 위치 및 자세를 모니터링하는 크레인 모니터링부, 및 상기 크레인들에 연결된 상기 구조물이 형성하는 평면상의 장애물을 탐지하는 장애물 모니터링부를 포함한다.

Description

다중 크레인 협업을 통한 구조물 이송 시스템 및 이를 이용한 구조물 이송 방법{TRANSFERRING SYSTEM OF STRUCTURE USING MULTI CRANE COOPERATION AND METHOD FOR TRANSFERRING STRUCTURE USING THE SAME}
본 발명은 다중 크레인 협업을 통한 구조물 이송 시스템, 및 이를 이용한 구조물 이송 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 크레인을 이용하여 구조물을 목표 위치로 이동하는 경우, 크레인들의 위치 및 자세를 추출하여 이를 바탕으로 이동 과정에서의 장애물을 탐지 및 회피함으로써, 목표 위치까지로 안정적이고 신속하게 이동시킬 수 있는 다중 크레인 협업을 통한 구조물 이송 시스템 및 이를 이용한 구조물 이송방법에 관한 것이다.
크레인을 이용하여 거더와 같은 구조물을 교량 상부와 같은 목표 위치로 정확하게 이동시키는 과정에서 다양한 안전사고가 발생할 수 있다. 이에, 대한민국 등록특허 제10-1863115호에서는 크레인에 다양한 센서들을 위치시켜 크레인의 이동과정에서 크레인의 안전 정보를 제어하는 기술을 개시하고 있다.
또한, 일본국 등록특허 제3250159호에서도, 크레인에 센서를 설치하여 관련 신호를 입력받으며 크레인의 이동을 제어하는 크레인 제어 시스템을 개시하고 있다.
즉, 이상과 같이, 크레인을 이용한 구조물 이동과정에서의 안전사고 방지 및 정확한 크레인 이동을 제어하기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있다.
나아가, 일본국 공개특허 제2001-240379호를 통해 확인되는 바와 같이, 복수의 크레인의 구동을 제어함에 있어, 복수의 크레인들이 서로 충돌하지 않고 작업을 수행하도록 제어하는 크레인 제어기술도 개시하고 있다.
다만 현재까지 개발되는 한 개 또는 복수 개의 크레인들의 구동을 제어하는 기술에서는, 단순히 크레인의 이동과정에서의 충돌이나 상호간의 충돌을 방지하기 위한 제어기술들 중심으로 개발되고 있는 것으로, 상호간의 협업을 수행함에 있어 이동과정에서의 상호간의 충돌 외에, 주변 장애물들을 효과적으로 탐지하여 이를 효과적이고 신속하게 회피하기 위한 제어기술들에 대한 개발은 미진한 상황이다.
대한민국 등록특허 제10-1863115호 일본국 등록특허 제3250159호 일본국 공개특허 제2001-240379호
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 다중 크레인을 이용하여 구조물을 목표 위치로 이동하는 경우, 크레인들의 위치 및 자세를 추출하여 이를 바탕으로 이동 과정에서의 장애물을 신속하고 정확하게 탐지 및 회피함으로써, 목표 위치까지로 안정적이고 신속하게 이동시킬 수 있는 다중 크레인 협업을 통한 구조물 이송 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 구조물 이송 시스템을 이용한 구조물 이송방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 구조물 이송시스템은 적어도 2개의 크레인들을 이용하여 구조물을 이송시키며 통합 관제부를 포함한다. 이 경우, 상기 통합 관제부는, 상기 구조물의 목표 위치를 바탕으로 생성된 최적 경로 및 상기 크레인들의 작업 계획을 바탕으로 상기 크레인들의 구동을 제어하는 구동 명령부, 상기 크레인들의 위치 및 자세를 모니터링하는 크레인 모니터링부, 및 상기 크레인들에 연결된 상기 구조물이 형성하는 평면상의 장애물을 탐지하는 장애물 모니터링부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 통합 관제부는, 상기 구조물의 이송에서 상기 장애물과의 충돌 가능성이 확인되면, 상기 구조물의 최적 경로 및 상기 크레인들의 작업 계획을 수정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 크레인 모니터링부는, 상기 크레인들 각각에 구비되는 GPS 센서를 이용하여, 호이스트의 현재 길이, 선회 상태 정보 및 붐 정보를 바탕으로 상기 크레인들 각각의 위치 및 자세를 모니터링할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 선회 상태 정보는 선회 입력을 통해 획득되는 선회 중심 및 선회 반경 정보를 포함하고, 상기 붐 정보는 붐각 입력을 통해 획득되는 붐 회전 중심, 붐 각 및 붐 길이 정보를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장애물 모니터링부는, 상기 크레인들 각각에 구비되는 라이다(Lidar)를 이용하여, 상기 장애물을 탐지할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장애물 모니터링부는, 상기 라이다를 이용하여 획득된 점군 데이터들 중에서, 상기 구조물의 위치를 고려하여 정의되는 관심 영역에 포함되는 점군을 바탕으로 상기 장애물을 탐지할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 관심 영역은, 상기 크레인들에 연결된 상기 구조물이 형성하는 평면으로부터, 수직 방향으로 소정의 옵셋(offset)값을 설정하여 정의할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 통합 관제부는, 상기 크레인들의 위치를 초기화하고, 상기 크레인들과 상기 구조물의 위치를 정합하는 초기화부, 상기 구조물의 목표 위치를 바탕으로 상기 최적 경로를 생성하는 경로 생성부, 및 상기 최적 경로를 바탕으로 상기 작업 계획을 수립하는 계획 수립부를 더 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 구조물 이송방법은 적어도 2개의 크레인들을 이용하여 구조물을 이송시킨다. 구체적으로, 상기 구조물의 목표 위치를 바탕으로 최적 경로를 생성하고, 상기 크레인들의 작업 계획을 수립한다. 상기 작업 계획을 바탕으로 상기 크레인들을 이용하여 상기 구조물을 이송한다. 상기 구조물을 이송하는 과정에서, 상기 크레인들의 위치 및 자세를 모니터링한다. 상기 구조물을 이송하는 과정에서, 상기 크레인들에 연결된 상기 구조물이 형성하는 평면상의 장애물을 탐지한다.
일 실시예에서, 상기 구조물 이송방법은, 상기 구조물을 이송하는 과정에서 상기 장애물과의 충돌 가능성을 판단하는 단계, 및 상기 장애물과 충돌 가능성이 존재하는 경우, 상기 구조물 최적 경로 및 상기 크레인들의 작업 계획을 수정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 최적 경로 생성 및 작업 계획 수립 전에, 상기 크레인들의 위치를 초기화하고, 상기 크레인들과 상기 구조물의 위치를 정합하는 단계, 및 상기 구조물의 목표 위치를 입력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 크레인들의 위치 및 자세를 모니터링하는 단계는, 상기 크레인들 각각에 구비되는 GPS 센서를 이용하고, 호이스트의 현재 길이를 연산하는 단계, 선회 입력을 통해 선회 중심 및 선회 반경을 연산하는 단계, 및 붐각 입력을 통해 붐 회전 중심, 붐 각 및 붐 길이를 연산하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장애물을 탐지하는 단계는, 상기 크레인들 각각에 구비되는 라이다(Lidar)를 이용하여 점군 데이터를 획득하는 단계, 상기 라이다의 하부에 클러스터링된 점군을 추출하는 단계, 상기 크레인들에 연결된 상기 구조물이 형성하는 평면을 바탕으로, 관심 영역을 정의하는 단계, 및 상기 관심 영역에 포함된 점군을 추출하여 상기 장애물을 탐지하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 관심 영역을 정의하는 단계에서, 상기 크레인들에 연결된 상기 구조물이 형성하는 평면으로부터, 수직 방향으로 소정의 옵셋(offset)값을 설정하여 정의할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 적어도 2개 이상의 크레인들을 이용하여 구조물을 목표 위치로 이송하는 경우, 최적 경로 및 작업 계획을 바탕으로 크레인의 자동 구동을 제어할 수 있으며, 특히 장애물과의 충돌 가능성이 확인되는 경우, 상기 최적 경로 및 작업 계획의 수정이 가능하므로, 신속하고 안정적인 구조물의 이송이 가능하다.
이 경우, 크레인들의 위치 및 자세는 단순히 GPS 센서만을 이용하여 획득되는 정보로 용이하게 획득이 가능하며, 장애물은 라이다를 이용하여 탐지되므로, 센서의 개수 및 종류를 최소화하면서도 최적의 경로 및 작업 계획의 도출이 가능하다.
특히, 크레인들의 위치 및 자세는 호이스트의 길이, 선회 상태 정보 및 붐 정보만으로 쉽게 연산되어 도출되므로, 연산 시간이 최소화되어 실시간으로 위치 및 자세의 도출이 가능하다.
또한, 장애물의 경우, 라이다를 통해 획득되는 점군 데이터들 중에서, 소정의 정의된 관심 영역에서의 점군 데이터들만 추출되어 장애물의 탐지가 가능하므로, 점군 데이터의 처리를 위한 시간을 최소화할 수 있어, 신속한 연산 및 장애물 정보 획득이 가능하다.
이 경우, 복수의 크레인들을 이용하는 경우, 구조물이 양 끝단의 위치가 서로 다를 수 있으므로, 상기 관심 영역을 정의하는 경우 구조물이 형성하는 평면을 고려함으로써, 실제 구조물의 이송에 직접 연관된 장애물만 추출하여 최적 경로의 수정이 가능하므로, 불필요한 처리 시간을 최소화하여, 신속하고 효과적인 장애물 회피가 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 구조물 이송 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 구조물 이송 시스템을 이용한 구조물 이송방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 도 2의 크레인을 이용한 구조물 이송단계를 상세히 도시한 흐름도이다.
도 4는 도 3의 크레인의 위치 및 자세 모니터링 단계를 상세히 도시한 흐름도이다.
도 5는 도 3의 구조물 주변 장애물 모니터링 단계를 상세히 도시한 흐름도이다.
도 6은 도 1의 구조물 이송 시스템을 이용한 구조물 이송상태를 예시한 모식도이다.
도 7은 도 2의 구조물 목표 위치 입력단계를 예시한 모식도이다.
도 8은 도 2의 구조물 이송 최적경로 생성 및 크레인 작업 계획 수립단계를 예시한 모식도이다.
도 9는 도 2의 장애물 충돌 가능성을 고려한 크레인을 이용한 구조물 이송 상태를 예시한 모식도이다.
도 10은 도 4의 호이스트 길이 최소화 후 연장된 현재 길이 연산단계를 예시한 모식도이다.
도 11은 도 4의 선회 입력을 통한 선회 중심 및 선회 반경 연산단계를 예시한 모식도이다.
도 12는 도 4의 붐각 입력을 통한 붐 회전 중심, 붐 각 및 붐 길이 연산단계를 예시한 모식도이다.
도 13a 및 도 13b는 도 4의 크레인 위치 및 자세 추출단계를 예시한 모식도들이다.
도 14는 도 5의 추출된 점군에서 관심 영역을 설정하는 단계를 예시한 모식도이다.
도 15는 도 5의 제1 및 제2 크레인들에 연결된 구조물이 형성하는 평면 생성단계를 예시한 모식도이다.
도 16은 도 3의 구조물 주변 장애물 모니터링 결과의 예를 도시한 이미지이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 구조물 이송 시스템을 도시한 블록도이다.
우선, 도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 다중 크레인 협업을 통한 구조물 이송 시스템(10, 이하 구조물 이송시스템이라 함)은, 통합 관제부(100)를 포함하며, 구조물(500) 이송을 직접 수행하는 적어도 2개의 크레인부들(200, 300)을 포함한다.
도 1을 포함하여 후술되는 도면을 통해서는 한 쌍의 제1 및 제2 크레인부들(200, 300)을 이용하여 상기 구조물(500)을 이송하는 것을 예시하였으나, 상기 크레인부들은 2개로 제한되지는 않으며, 3개 이상의 크레인부들이 협업을 통해 상기 구조물(500)을 이송하는 경우에도, 적용될 수 있음은 자명하다.
나아가, 이하에서 설명되는 내용 역시, 자명한 범위 내에서 3개 이상의 크레인부들의 협업에 적용될 수 있음도 마찬가지이다.
한편, 상기 제1 및 제2 크레인부들(200, 300) 각각은, 크레인(210, 310), GPS 센서(220, 320) 및 라이다(Lidar, 230, 330)를 포함하며, 3개 이상의 크레인부들이 적용되는 경우 각각의 크레인부가 포함하는 구성은 실질적으로 동일하다.
상기 통합 관제부(100)는 초기화부(110), 경로 생성부(120), 계획 수립부(130), 구동 명령부(140), 크레인 모니터링부(150) 및 장애물 모니터링부(160)를 포함한다.
이 경우, 상기 초기화부(110)는 상기 크레인들(210, 310)의 위치를 초기화하고, 상기 크레인들(210, 310)과 상기 구조물(500)의 위치를 정합한다.
상기 경로 생성부(120)는 상기 구조물(500)의 목표 위치를 바탕으로 상기 최적 경로를 생성한다.
상기 계획 수립부(130)는 상기 최적 경로를 바탕으로 상기 크레인들(210, 310)의 작업 계획을 수립한다.
상기 구동 명령부(140)는 상기 생성된 최적 경로 및 상기 크레인들의 작업 계획을 바탕으로 상기 크레인들(210, 310)의 구동을 제어한다.
상기 크레인 모니터링부(150)는 상기 구조물(500)을 이송하는 과정에서의 상기 크레인들(210, 310)의 위치 및 자세를 모니터링한다.
상기 장애물 모니터링부(160)는 상기 구조물(500)을 이송하는 과정에서의 상기 크레인들(210, 310)의 위치 및 자세를 고려하여, 충돌 가능한 장애물을 탐지한다.
이하에서는, 도 1의 구조물 이송 시스템 및 이를 이용한 구조물 이송방법을 후속되는 도면과 함께 동시에 설명한다.
도 2는 도 1의 구조물 이송 시스템을 이용한 구조물 이송방법을 도시한 흐름도이다. 도 3은 도 2의 크레인을 이용한 구조물 이송단계를 상세히 도시한 흐름도이다. 도 6은 도 1의 구조물 이송 시스템을 이용한 구조물 이송상태를 예시한 모식도이다. 도 7은 도 2의 구조물 목표 위치 입력단계를 예시한 모식도이다. 도 8은 도 2의 구조물 이송 최적경로 생성 및 크레인 작업 계획 수립단계를 예시한 모식도이다. 도 9는 도 2의 장애물 충돌 가능성을 고려한 크레인을 이용한 구조물 이송 상태를 예시한 모식도이다.
도 1, 도 2 및 도 6을 참조하면, 상기 구조물 이송 시스템(10)을 이용하여 상기 구조물(500)을 이송하는 구조물 이송방법에서는, 우선, 상기 초기화부(110)에서 상기 크레인들(210, 310)의 위치를 초기화하고 상기 구조물(500)의 위치를 정합시킨다(단계 S100).
즉, 상기 구조물(500)에 대한 이송을 수행하기 전에, 상기 크레인들(210, 310) 각각의 위치를 초기화하고, 상기 크레인들(210, 310) 각각의 초기 위치와 상기 구조물(500)의 위치 사이를 정합하여, 상기 크레인들(210, 310)에 대한 상기 구조물(500)의 위치 정보를 획득하게 된다.
이 경우, 상기 크레인들(210, 310) 각각의 초기 위치에는, 제1 크레인(210)의 제1 차량부(211)의 초기 위치정보, 제1 붐 부(212)의 초기 자세정보, 제2 크레인(310)의 제2 차량부(311)의 초기 위치정보, 및 제2 붐 부(312)의 초기 자세정보가 포함될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 상기 제1 및 제2 크레인부들(200, 300)과 상기 통합 관제부(100) 사이에서는 유선 또는 무선 데이터 통신이 수행되며, 이에 따라 원격으로 상기 통합 관제부(100)에서 상기 제1 및 제2 크레인부들(200, 300)의 제어가 가능하게 된다.
이 후, 상기 통합 관제부(100)로 상기 구조물(500)의 목표 위치에 대한 정보가 입력된다(단계 S200).
즉, 도 1, 도 2 및 도 7을 참조하면, 상기 정합된 상기 구조물(500)의 현재 위치, 즉 초기 위치(S1, S2)가 획득된 후, 최종적으로 상기 구조물(500)이 위치하여야 할 목표 위치(T1, T2) 정보가 제공된다(단계 S200).
이 경우, 상기 구조물(500)이 예를 들어, 교량(510, 520)의 상부에 위치하는 거더인 경우라면, 상기 정합되는 초기 위치(S1, S2)는 상기 구조물(500)의 양 끝단의 위치이고, 상기 목표 위치(T1, T2)는 상기 한 쌍의 교량(510, 520) 상의 위치일 수 있다.
이 후, 도 1, 도 2 및 도 8을 참조하면, 상기 경로 생성부(120)는 상기 입력된 목표 위치(T1, T2)를 바탕으로 상기 구조물(500)이 이송되어야 하는 최적 경로(PATH)를 생성하고, 이와 함께, 상기 계획 수립부(130)에서는 상기 입력된 목표 위치(T1, T2) 및 상기 최적 경로를 바탕으로 상기 크레인들(210, 220)이 수행하여야할 작업 계획을 수립한다(단계 S300).
이 경우, 상기 작업 계획이란, 상기 구조물(500)이 상기 최적 경로(PATH)를 따라 이송되기 위해, 상기 크레인들(210, 220)이 수행되어야 하는 일련의 세부 동작들을 의미한다.
이 후, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 구동 명령부(140)는 상기 생성된 최적 경로(PATH) 및 상기 수립된 작업 계획을 바탕으로 상기 크레인들(210, 220)의 구동을 제어하며, 이를 통해 상기 구조물(500)은 이송된다(단계 S400).
이 경우, 상기 구동 명령부(140)의 제어 명령은 원격으로 상기 크레인들(210, 220)로 제공될 수 있으므로, 이에 따라 상기 크레인들(210, 220)은 자동으로 구동될 수 있다.
물론, 이와 달리, 상기 크레인들(210, 220)을 구동하기 위해 별도의 작업자가 탑승할 수도 있으며, 이 경우, 상기 구동 명령부(140)에서 제공되는 제어 명령은 상기 크레인들(210, 220)에 구비되는 별도의 모니터 등을 통해 표시되며, 이를 바탕으로 상기 작업자가 수동으로 상기 크레인들(210, 220)을 구동시킬 수도 있다.
나아가, 상기 크레인들(210, 220)의 구동 명령이란, 상기 차량부들(211, 311)의 이동 명령, 및 상기 붐 부들(212, 312)의 이동 명령을 모두 포함함은 자명하다.
한편, 도 1, 도 2, 도 3 및 도 9를 참조하면, 상기 구동 명령부(140)에서의 구동 제어를 통한 상기 구조물(500)의 이송에서는(단계 S400), 상기 크레인들(210, 310)의 위치 및 자세를 모니터링하고(단계 S410), 상기 구조물 주변의 장애물을 탐지하여(단계 S420), 상기 탐지된 장애물이 상기 구조물(500) 또는 상기 크레인들(210, 310)에 충돌 가능성이 존재하는가의 여부를 판단한다(단계 S500).
즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 크레인들(210, 310)에 의해 상기 구조물(500)을 이송하는 과정에서, 상기 최적 경로(PATH) 및 계획된 작업 영역, 즉 모니터링 영역(A1, A2)에서 상기 크레인들(210, 310)의 위치 및 자세를 모니터링하며, 이와 동시에 상기 구조물(500) 주변의 장애물을 탐지한다.
그리하여, 상기 충돌 가능성이 존재하지 않는다면, 상기 구조물(500)이 상기 목표 위치(T1, T2)로 이송될 때까지(단계 S700), 상기 구조물(500)을 이송한다.
이와 달리, 상기 충돌 가능성이 존재한다면, 상기 구동 명령부(140)에서는 상기 장애물을 고려하여, 상기 구조물(500)의 최적 경로(PATH) 및 작업 계획을 수정한다(단계 S600).
이러한, 상기 최적 경로 및 작업 계획의 수정은, 실시간으로 장애물과의 충돌 가능성을 판단하여, 실시간으로 수행되며, 이를 통해 최종적으로 주변 장애물과의 충돌을 회피하며 목표 위치(T1, T2)로 구조물(500)의 이송을 수행할 수 있다.
이하에서는, 상기 크레인 모니터링부(150)에 의해 수행되는 상기 크레인들(210, 310)의 위치 및 자세를 모니터링하는 단계(단계 S410), 및 상기 장애물 모니터링부(160)에 의해 수행되는 상기 구조물 주변의 장애물을 탐지하는 단계(단계 S420)를 상세히 설명한다.
도 4는 도 3의 크레인의 위치 및 자세 모니터링 단계를 상세히 도시한 흐름도이다. 도 10은 도 4의 호이스트 길이 최소화 후 연장된 현재 길이 연산단계를 예시한 모식도이다. 도 11은 도 4의 선회 입력을 통한 선회 중심 및 선회 반경 연산단계를 예시한 모식도이다. 도 12는 도 4의 붐각 입력을 통한 붐 회전 중심, 붐 각 및 붐 길이 연산단계를 예시한 모식도이다. 도 13a 및 도 13b는 도 4의 크레인 위치 및 자세 추출단계를 예시한 모식도들이다.
우선, 상기 크레인들(210, 310)의 위치 및 자세를 모니터링하는 단계(단계 S410)에서는, 도 4 및 도 10을 참조하면, 상기 크레인들(210, 310) 각각에 구비되는 GPS 센서들(220, 320)을 이용하여 호이스트(213, 313)의 길이를 최소화한 후, 다시 연장시켜 연장된 현재의 호이스트의 길이를 연산한다(단계 S411).
이 경우, 상기 GPS 센서들(220, 320)은, 도 6 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 호이스트(213, 313)의 끝단 상에 구비된다. 또한, 후술하겠으나, 상기 GPS 센서들(220, 320)은 붐 부(212, 312)의 끝단에도 구비될 수 있다.
즉, 상기 호이스트(213, 313)의 길이를 최소화한 상태(z0)로부터 연장시켜 현재의 호이스트의 위치(z1) 정보를 획득하면, 상기 호이스트의 현재의 연장된 길이(lhoist) 정보를 획득할 수 있다.
이러한 호이스트의 길이 연산은, 상기 크레인들(210, 310) 각각에 대하여 별도로 수행한다. 나아가, 상기 호이스트(213, 313)의 길이를 최소호한 상태(z0)에 대한 정보는, 상기 구조물(500)을 이송시키기 전의 초기 상태의 입력 정보를 통해 획득할 수 있다.
이 후, 도 4 및 도 11을 참조하면, 선회 입력을 통해 선회 중심 및 선회 반경을 연산한다(단계 S412).
즉, 상기 크레인들(210, 310) 각각에 대하여, 차량부(211, 311)를 고정시킨 상태에서, 붐부(212, 312)를 제3 방향(Z, 상하 방향)을 회전 중심축으로 선회 회전(θswing)시킨다.
그리하여, 상기 선회 회전 과정에서, 상기 호이스트(213, 313)의 끝단에 위치한 GPS 센서(220, 320)의 서로 다른 3개의 위치들((x1, y1), (x2, y2), (x3, y3))을 바탕으로, 연산을 통해 선회 중심(xswing, yswing) 및 선회 반경(Rswing)을 획득한다.
즉, 상기 서로 다른 3개의 위치들은 미지수 A, B, C가 포함된 하기 식 (1)로 표현될 수 있으며, 상기 식 (1)로부터 미지수 A, B, C를 획득하면, 하기 식 (2) 및 식 (3)을 통해 상기 선회 중심 및 선회 반경을 연산할 수 있다.
Figure pat00001
식 (1)
Figure pat00002
식 (2)
Figure pat00003
식 (3)
이 후, 도 4 및 도 12를 참조하면, 붐 각 입력을 통해 붐 회전 중심, 붐 각, 및 붐 길이를 연산한다(단계 S413).
즉, 상기 크레인들(210, 310) 각각에 대하여, 차량부(211, 311)를 고정시킨 상태에서, 붐부(212, 312)를 제2 방향(Y)을 회전 중심축으로 붐 각 회전(θluff)시킨다.
그리하여, 상기 붐 각 회전 과정에서, 상기 호이스트(213, 313)의 끝단에 위치한 GPS 센서(220, 320)의 서로 다른 3개의 위치들((x1, y1), (x2, y2), (x3, y3)), 및 상기 붐 부(212, 312)의 끝단에 위치한 GPS 센서(220, 320)의 서로 다른 3개의 위치들((x1, z1+lhoist), (x2, z2+lhoist), (x3, z3+lhoist))을 바탕으로, 연산을 통해 붐 회전 중심(xluff, zluff), 붐 각(θluff) 및 붐 길이(Rboom)를 획득한다.
즉, 상기 서로 다른 6개의 위치들은 미지수 D, E, F가 포함된 하기 식 (4)로 표현될 수 있으며, 상기 식 (4)로부터 미지수 D, E, F를 획득하면, 하기 식 (5), 식 (6) 및 식 (7)을 통해 상기 붐 회전 중심, 붐 각 및 붐 길이를 연산할 수 있다.
Figure pat00004
식 (5)
Figure pat00005
식 (6)
Figure pat00006
식 (7)
Figure pat00007
식 (8)
그리하여, 최종적으로 도 4, 도 13a 및 도 13b를 참조하면, 상기 크레인들(210, 310) 각각의 위치 및 자세를 추출한다(단계 S414).
이 후, 상기 구조물(500) 주변의 장애물을 탐지하는 단계(단계 S420)를 설명하면 하기와 같다.
도 5는 도 3의 구조물 주변 장애물 모니터링 단계를 상세히 도시한 흐름도이다. 도 14는 도 5의 추출된 점군에서 관심 영역을 설정하는 단계를 예시한 모식도이다. 도 15는 도 5의 제1 및 제2 크레인들에 연결된 구조물이 형성하는 평면 생성단계를 예시한 모식도이다. 도 16은 도 3의 구조물 주변 장애물 모니터링 결과의 예를 도시한 이미지이다.
상기 구조물(500) 주변의 장애물을 탐지하는 단계(단계 S420)에서는, 우선, 도 5를 참조하면, 상기 크레인들(210, 220)에 구비되는 라이다들(230, 330)을 통해, 각각의 크레인들(210, 220)에 대하여 점군(points) 데이터를 각각 획득한다(단계 S421).
이 경우, 상기 라이다들(230, 330)은 각각의 크레인들(210, 220)의 붐 부(212, 312)의 끝단에 구비될 수 있다.
한편, 상기 라이다들(230, 330)을 통해 획득되는 점군 데이터는, 360도 전체에 걸친 전방위 점군 데이터가 획득된다. 그러나, 본 실시예에서의 구조물 이송시에, 상기 구조물(500)은 항상 상기 라이다들(230, 330)의 하부에 위치하게 된다.
이에, 도 5 및 도 14를 참조하면, 상기 라이다들(230, 330)에 의해 각각 획득된 점군 데이터들 중에서, 상기 라이다들(230, 330)의 하부에 클러스터링(clustering)된 점군을 각각 추출한다(단계 S422).
즉, 상기 제1 라이다(230)는 상기 제1 크레인(210)에 대하여, 상기 제1 라이다(230)의 하부에 클러스터링된 점군(P1, P2, P3, PS, PC1)을 추출하고, 마찬가지로 상기 제2 라이다(330)는 상기 제2 크레인(310)에 대하여, 상기 제2 라이다(330)의 하부에 클러스터링된 점군(P1, P2, P3, PS, PC2)을 추출한다.
이 후, 도 5, 도 14 및 도 15를 참조하면, 상기 크레인들(210, 310)에 연결된 구조물(500)이 형성하는 평면을 바탕으로, 관심 영역을 정의한다(단계 S423).
예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 크레인을 통한 구조물(500)의 이송에서 항상 상기 구조물(500)이 지면과 수평인 상태라면, 상기 관심 영역(AC)은 지면에 평행하게 연장되는 영역으로 정의될 수 있다.
그러나, 본 실시예의 경우, 적어도 2개 이상의 크레인들을 통해 상기 구조물을 이송시키는 것으로, 상기 크레인들을 통한 이송과정에서 상기 구조물(500)은 항상 지면에 수평인 상태를 유지할 수는 없다.
이에, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 크레인들(210, 310)을 통한 이송과정에서 상기 구조물(500)은 지면에 평행하지 않을 수 있으며, 따라서, 상기 구조물(500)이 형성하는 평면, 즉 상기 구조물(500)이 지면에 대하여 기울어지는 상태를 고려하여 상기 관심영역(AC)을 정의한다.
이 경우, 상기 관심영역(AC)은, 상기 단계 S422를 통해 추출된 점군들(PC1, PC2)로부터 상기 구조물(500)의 상기 제3 방향(Z)으로의 위치(ZP)를 도출하고, 상기 제3 방향(Z)으로의 위치를 기준으로 상하 방향(제3 방향)으로 소정의 옵셋(offset)값(off1, off2)을 입력하여 정의할 수 있다.
이 경우, 상기 상하 방향으로의 옵셋값들, off1 및 off2은 동일하게 정의될 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 구조물(500)은 지면에 대하여 기울어지도록 위치할 수 있으므로, 상기 관심영역(AC)을 정의하는 경우, 상기 제1 크레인(210)에서 확인되는 상기 구조물(500)의 점군(PC1)을 기준으로 정의되는 제3 방향으로의 관심영역과, 상기 제2 크레인(31)에서 확인되는 상기 구조물(500)의 점군(PC2)을 기준으로 정의되는 제3 방향으로의 관심영역을 연장시켜야 한다.
그리하여, 전체적으로 도 15에 도시된 바와 같은 관심영역(AC)이 정의될 수 있으며, 상기 정의된 관심영역(AC)은 지면에 대하여 소정 각도 기울어지며 동일한 높이를 가지도록 연장되는 직육면체 형상의 3차원 구조체일 수 있다(이러한 3차원 구조체를 고려할 때, 상기 관심영역은 실질적으로는 관심 공간이라 할 수 있다).
이상과 같이, 상기 관심영역(AC)이 정의되면, 도 5 및 도 14를 참조하면, 상기 관심영역(AC)에 포함된 점군을 추출하여 최종적으로 장애물을 탐지한다(단계 S424).
즉, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 라이다들(230, 330)에 의해 추출되는 점군들은, 예를 들어, 지면에 의한 점군들(P3), 지면에 수평인 제2 장애물(620)에 의한 점군들(P2), 지면에 수직인 제1 장애물(610)에 의한 점군들(P1, PS), 구조물(500)에 의한 점군들(PC1, PC2)과 같이, 다양하게 추출될 수 있다.
그러나, 상기 관심영역(AC)이 정의되면, 상기 관심영역(AC)에 포함된 점군만을 추출하게 되므로, 최종적으로 상기 제2 장애물(620) 중 일부 점군들(PS), 및 상기 구조물(500)에 의한 점군들(PC1, PC2)만 추출될 수 있다.
이에, 상기 추출된 점군들(PS, PC1, PC2)을 바탕으로, 최종적으로 장애물(PS)을 탐지하는 것이 가능하게 된다.
이와 같은, 점군 추출에 의한 장애물 탐지의 예가, 도 16에 도시되고 있다.
즉, 도 16을 참조하면, 상기 최종적으로 추출된 점군들(단계 S424)을 바탕으로, 구조물(500)에 해당되는 점군들(적색점군)을 판단할 수 있으며, 장애물(620)에 해당되는 점군들(PS, 청색점군)을 판단할 수 있다.
또한, 상기 장애물(620)에 해당되는 점군들(PS) 중, 상기 구조물(500)에 가장 근접한 최근접 장애물에 해당되는 점군들(PSS, 흑색점군) 정보도 획득할 수 있다. 나아가, 이를 바탕으로, 상기 최근접 장애물까지의 최단거리(노란 실선) 정보도 획득이 가능하게 된다.
이상과 같이, 상기 크레인들(210, 310)의 위치 및 자세를 추출하고, 상기 구조물(500)과의 충돌 가능성이 높은 장애물을 탐지함으로써, 상기 크레인들(210, 310)을 이용하여 상기 구조물(500)을 이송시키는 과정에서, 실시간으로 상기 장애물과의 충돌 여부를 판단할 수 있으며(단계 S500), 이를 바탕으로 최적 경로 및 작업 계획의 실시간 수정이 가능하게 된다(단계 S600).
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 적어도 2개 이상의 크레인들을 이용하여 구조물을 목표 위치로 이송하는 경우, 최적 경로 및 작업 계획을 바탕으로 크레인의 자동 구동을 제어할 수 있으며, 특히 장애물과의 충돌 가능성이 확인되는 경우, 상기 최적 경로 및 작업 계획의 수정이 가능하므로, 신속하고 안정적인 구조물의 이송이 가능하다.
이 경우, 크레인들의 위치 및 자세는 단순히 GPS 센서만을 이용하여 획득되는 정보로 용이하게 획득이 가능하며, 장애물은 라이다를 이용하여 탐지되므로, 센서의 개수 및 종류를 최소화하면서도 최적의 경로 및 작업 계획의 도출이 가능하다.
특히, 크레인들의 위치 및 자세는 호이스트의 길이, 선회 상태 정보 및 붐 정보만으로 쉽게 연산되어 도출되므로, 연산 시간이 최소화되어 실시간으로 위치 및 자세의 도출이 가능하다.
또한, 장애물의 경우, 라이다를 통해 획득되는 점군 데이터들 중에서, 소정의 정의된 관심 영역에서의 점군 데이터들만 추출되어 장애물의 탐지가 가능하므로, 점군 데이터의 처리를 위한 시간을 최소화할 수 있어, 신속한 연산 및 장애물 정보 획득이 가능하다.
이 경우, 복수의 크레인들을 이용하는 경우, 구조물이 양 끝단의 위치가 서로 다를 수 있으므로, 상기 관심 영역을 정의하는 경우 구조물이 형성하는 평면을 고려함으로써, 실제 구조물의 이송에 직접 연관된 장애물만 추출하여 최적 경로의 수정이 가능하므로, 불필요한 처리 시간을 최소화하여, 신속하고 효과적인 장애물 회피가 가능하게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 구조물 이송 시스템 100 : 통합 관제부
110 : 초기화부 120 : 경로 생성부
130 : 계획 수립부 140 : 구동 명령부
150 : 크레인 모니터링부 160 : 장애물 모니터링부
200, 300 : 크레인부 210, 310 : 크레인
211, 311 : 차량부 212, 312 : 붐 부
220, 320 : GPS 센서 230, 330 : 라이다
500 : 구조물 510, 520 : 교량
S1, S2 : 현재 위치 T1, T2 : 목표 위치
A1, A2 : 모니터링 영역 AC : 관심 영역
P1, P2, P3 : 비추출 점군 PS : 추출 점군(장애물)
PC1, PC2 : 추출 점군(구조물)

Claims (14)

  1. 적어도 2개의 크레인들을 이용하여 구조물을 이송시키는 구조물 이송 시스템은 통합 관제부를 포함하고,
    상기 통합 관제부는,
    상기 구조물의 목표 위치를 바탕으로 생성된 최적 경로 및 상기 크레인들의 작업 계획을 바탕으로 상기 크레인들의 구동을 제어하는 구동 명령부;
    상기 크레인들의 위치 및 자세를 모니터링하는 크레인 모니터링부; 및
    상기 크레인들에 연결된 상기 구조물이 형성하는 평면상의 장애물을 탐지하는 장애물 모니터링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 이송 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 통합 관제부는,
    상기 구조물의 이송에서 상기 장애물과의 충돌 가능성이 확인되면, 상기 구조물의 최적 경로 및 상기 크레인들의 작업 계획을 수정하는 것을 특징으로 하는 구조물 이송 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 크레인 모니터링부는,
    상기 크레인들 각각에 구비되는 GPS 센서를 이용하여,
    호이스트의 현재 길이, 선회 상태 정보 및 붐 정보를 바탕으로 상기 크레인들 각각의 위치 및 자세를 모니터링하는 것을 특징으로 하는 구조물 이송 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 선회 상태 정보는 선회 입력을 통해 획득되는 선회 중심 및 선회 반경 정보를 포함하고,
    상기 붐 정보는 붐각 입력을 통해 획득되는 붐 회전 중심, 붐 각 및 붐 길이 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 이송 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 장애물 모니터링부는,
    상기 크레인들 각각에 구비되는 라이다(Lidar)를 이용하여, 상기 장애물을 탐지하는 것을 특징으로 하는 구조물 이송 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 장애물 모니터링부는,
    상기 라이다를 이용하여 획득된 점군 데이터들 중에서, 상기 구조물의 위치를 고려하여 정의되는 관심 영역에 포함되는 점군을 바탕으로 상기 장애물을 탐지하는 것을 특징으로 하는 구조물 이송 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 관심 영역은,
    상기 크레인들에 연결된 상기 구조물이 형성하는 평면으로부터, 수직 방향으로 소정의 옵셋(offset)값을 설정하여 정의되는 것을 특징으로 하는 구조물 이송 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 통합 관제부는,
    상기 크레인들의 위치를 초기화하고, 상기 크레인들과 상기 구조물의 위치를 정합하는 초기화부;
    상기 구조물의 목표 위치를 바탕으로 상기 최적 경로를 생성하는 경로 생성부; 및
    상기 최적 경로를 바탕으로 상기 작업 계획을 수립하는 계획 수립부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 이송 시스템.
  9. 적어도 2개의 크레인들을 이용하여 구조물을 이송시키는 구조물 이송방법에서,
    상기 구조물의 목표 위치를 바탕으로 최적 경로를 생성하고, 상기 크레인들의 작업 계획을 수립하는 단계;
    상기 작업 계획을 바탕으로 상기 크레인들을 이용하여 상기 구조물을 이송하는 단계;
    상기 구조물을 이송하는 과정에서, 상기 크레인들의 위치 및 자세를 모니터링하는 단계; 및
    상기 구조물을 이송하는 과정에서, 상기 크레인들에 연결된 상기 구조물이 형성하는 평면상의 장애물을 탐지하는 단계를 포함하는 구조물 이송방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 구조물을 이송하는 과정에서 상기 장애물과의 충돌 가능성을 판단하는 단계; 및
    상기 장애물과 충돌 가능성이 존재하는 경우, 상기 구조물 최적 경로 및 상기 크레인들의 작업 계획을 수정하는 단계를 더 포함하는 구조물 이송방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 최적 경로 생성 및 작업 계획 수립 전에,
    상기 크레인들의 위치를 초기화하고, 상기 크레인들과 상기 구조물의 위치를 정합하는 단계; 및
    상기 구조물의 목표 위치를 입력하는 단계를 더 포함하는 구조물 이송방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 크레인들의 위치 및 자세를 모니터링하는 단계는,
    상기 크레인들 각각에 구비되는 GPS 센서를 이용하고,
    호이스트의 현재 길이를 연산하는 단계;
    선회 입력을 통해 선회 중심 및 선회 반경을 연산하는 단계; 및
    붐각 입력을 통해 붐 회전 중심, 붐 각 및 붐 길이를 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 이송방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 장애물을 탐지하는 단계는,
    상기 크레인들 각각에 구비되는 라이다(Lidar)를 이용하여 점군 데이터를 획득하는 단계;
    상기 라이다의 하부에 클러스터링된 점군을 추출하는 단계;
    상기 크레인들에 연결된 상기 구조물이 형성하는 평면을 바탕으로, 관심 영역을 정의하는 단계; 및
    상기 관심 영역에 포함된 점군을 추출하여 상기 장애물을 탐지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 이송방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 관심 영역을 정의하는 단계에서,
    상기 크레인들에 연결된 상기 구조물이 형성하는 평면으로부터, 수직 방향으로 소정의 옵셋(offset)값을 설정하여 정의하는 것을 특징으로 하는 구조물 이송방법.
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