KR950009344B1 - 무궤도식 크레인 자동주향방법 및 그 장치 - Google Patents

무궤도식 크레인 자동주향방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

무궤도식 크레인 자동주향방법 및 그 장치
제1도는 일반적인 크레인과 레인의 상태를 나타내는 개념도.
제2도는 크레인이 이동방향과 레인간의 편차를 나타내는 개념도.
제3도는 종래의 자동주향장치의 편차각의 측정상태를 나타내는 그래프.
제4도는 본 발명에 의한 자동주향장치의 일 실시예를 나타내는 블록도.
제5도는 제4도의 장치에서 카메라의 촬영화면을 나타내는 개략도.
제6도는 제4도의 편차발생부에 대한 상세 블록도.
제7도는 제4도의 장치에서 수행되는 연산 알고리즘을 나타내는 플로우챠트.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 크레인 12 : 바퀴
13 : 레인 14 : 적하물
100 : 비젼센서 110 : 카메라
120 : 편차발생부 122 : 제1인터페이싱부
124 : 메모리 126 : 화상처리부
128 : 제2인터페이싱부 200 : 편차처리부
300 : 모터구동부 400 : 모터
본 발명은 고무타이어를 사용하는 무궤도식 크레인의 주향시스템에 관한 것으로, 특히 비젼센서(Vision Sensor)를 사용하여 크레인의 이동시 발생하는 주향편차를 감지하고, 이 편차를 제거하는 방향으로 크레인의 주향을 자동조정하기 위한 무궤도식 크레인의 자동주향조정방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 콘테이너 등의 적하물을 운반하기 위한 장치의 하나로서 고무타이어를 장착한 무궤도식 크레인이 널리 사용되고 있다. 무궤도식 크레인은 적하물의 운반을 위해 일정하게 정해진 레인(Lane)을 따라 이동한다. 그런데, 무궤도식 크레인은 이동시에 정해진 레인에서 약간씩 이탈하는 경향이 있다. 즉, 크레인이 실제 이동방향과 라인 간에 각도 및 거리상으로 각각 소정의 편차를 발생하게 된다. 이와같이, 크레인의 이동시 편차가 발생하는 것은 크레인이 운반하는 적하물의 변동과 구동모터의 비선형성 등에서 기인한다. 따라서, 무궤도식 크레인이 정해진 레인을 따라 올바르게 이동하기 위해서는 전술한 편차각 및 편차거리를 실시간으로 보정해 주어야 한다. 크레인의 이동시 발생되는 이러한 편차는 오퍼레이터(Operator)에 의해 수동적으로 조정되기도 하고, 소정의 자동주향시스템에 의해 자동적으로 조정되기도 한다.
제1도는 일반적인 무궤도식 크레인을 위에서 본 도면을 나타낸다. 크레인 본체(11)의 4모서리에는 각각 고무타이어로 만들어진 바퀴(12)가 장착되어 있으며, 크레인(11)은 레인(13)을 따라 이동하면서 적하물(14)을 운반한다. 이와같은 크레인(11)의 이동을 오퍼레이터가 수동으로 조정하는 경우, 오퍼레이터의 조작 미숙등으로 인해 크레인의 바퀴(12)가 레인(13)에서 이탈하는 경우가 발생한다.
이와같이, 수동주향에서 발생되는 문제점을 해결하기 위해 무인자동주향시스템이 사용되고 있다. 무인자동주향시스템의 하나로서 유도전선망(Current Looping Wire)을 이용한 자동주향시스템이 사용되고 있다. 이 자동주향시스템은 크레인이 이동하는 레인에 전선을 매설하고, 매설된 전선에 소정의 크레인이 이동하는 레인에 전선을 매설하고, 매설된 전선에 소정의 전류를 공급하여, 전류의 흐름으로 발생되는 자장을 크레인이 감지하므로서 크레인의 이동을 유도한다.
그러나, 이러한 유도전선망을 이용한 자동주향시스템은 여러가지 문제점이 있다. 첫째, 크레인이 이동을 유도하기 위한 전선을 레인밑에 매설하여야 하는데, 넓은 지역에 전선을 매설하는 경우 고가의 비용이 소요된다. 둘째, 전선이 매설된 노면의 지반이 침하하여 전선이 파손될 우려가 있다. 셋째, 레인의 콘크리트슬라브용 철근과 크레인에 설치되는 동력선 등에 의한 영향으로 유도전선을 감지하는데 에러가 발생한다.
이와같은 문제점을 극복하기 위한 주향시스템의 하나로서 자이로센서(Gyro Sensor)를 이용한 자동주향시스템이 사용되고 있다. 자이로센서는 크레인의 이동시 크레인 바퀴가 레인에서 이탈된 정도를 나타내는 편차각을 감지한다. 즉, 제2도에서 도시된 바와같이 크레인의 실제 이동방향과 레인간의 편차각(θ)이 자이로센서에 의해 측정된다. 또한, 크레인 바퀴에는 크레인의 이동거리(ℓ)를 측정하기 위한 엔코터(Encoder)가 장착되어 있다. 이와같이, 자이로센서 및 엔코더에서 각각 얻어지는 편차각(θ) 및 이동거리(ℓ)는 소정의 마이크로프로세서에서 연산처리되어 편차거리(δ)를 산출한다. 그런 다음, 마이크로프로세서는 산출된 편차거리(δ)가 최소가 되도록 크레인의 구동모터를 제어하기 위한 제어신호를 발생한다. 그러면, 이 제어신호에 의해 크레인의 이동방향이 보정되므로써 크레인의 바퀴가 레인에서 이탈하는 것을 방지한다.
그러나 이러한 자이로센서를 이용한 자동주향시스템은 다음과 같은 문제점이 있다. 첫째로, 자이로센서에서 감지되는 편차각(θ)은 시간 및 /또는 온도에 불안정하게 변화하는 트리프트현상(Drift)이 발생한다. 즉, 제3도에 도시된 바와같이 측정 편차각(θ)은 시간에 대해 일정값으로 유지되지 않으며, 그 값이 시간(t)에 따라 약간씩 변화하게 된다. 이와같이 측정 편차각(θ)이 불안정하면, 편차거리(δ)도 불안정한 값으로 산출되어 주향조정에 에러가 발생한다. 둘째로, 자이로센서에서는 편차거리(δ)의 오차값이 차례로 누적되는데, 이때 전술한 드리프트현상에 의해 잘못된 편차거리의 오차가 누적되는 것을 방지하기 위하여 크레인이 일정 거리만큼 이동할 때마다 편차거리의 오차의 누적값을 소저의 보정값으로 리세트하여야 하는 번거로움이 있다. 셋째로, 크레인이 이동을 시작할 때마다 편차각(θ)을 "0" 으로 세팅시키기 위한 세팅장치가 추가로 구비되어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 크레인의 이동시 크레인의 실제 이동방향과 레인간의 편차를 제거함에 있어서, 보다 간단한 방법으로 편차를 산출하여 크레인의 주향을 용이하게 제어하기 위한 자동주향방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 전술한 자동주향방법을 구현하기 위한 자동주향장치를 제공함에 있다.
이와같은 본 발명의 목적은 노선표시자를 따라 이동하는 무궤도식 크레인의 주향을 제어하기 위한 방법에 있어서, 사전 설정된 가로중심선 및 세로중심선을 구비한 촬영화면위에 크레인의 이동방향을 따라 노선표시자를 촬영하여 화상신호를 발생하는 단계, 화상신호의 가로중심선 및 세로중심선이 교차하는 영상중심점과 노선표시자로부터 소정의 편차거리를 산출하는 단계, 및 산출된 편차거리가 최소화되는 방향으로 크레인이 이동하도록 크레인이 바퀴를 구동하는 모터의 회전을 제어하기 위한 모터제어신호를 발생하는 단계에 의하여 달성된다.
본 발명의 다른 목적은 바퀴를 구동하기 위한 모터를 구비하여 소정 경로로 표시된 노선표시자를 따라 이동하는 무궤도식 크레인의 주향을 제어하기 위한 자동주향장치에 있어서, 상기 크레인에 설치되고 상기 크레인의 이동시 상기 크레인의 이동방향과 상기 노선표시자간의 이탈상태를 지속적으로 촬영하는 카메라와; 상기 카메라에서 촬영된 촬영신호로부터 크레인의 실제 이동방향과 상기 노선표시자간의 이탈정도를 나타내는 소정의 편차거리를 출력하는 편차발생부와; 상기 편차발생부로부터 출력되는 상기 소정의 편차거리를 공급받아, 이 편차거리가 최소가 되는 방향으로 상기 모터를 제어하기 위한 소정의 제어신호를 발생하는 편차처리부; 및 상기 편차처리부에 연결되고 상기 편차처리부에서 발생된 상기 소정의 제어신호에 따라 상기 모터를 제어하는 모터구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무궤도식 크레인의 자동주향장치에 의하여 달성된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상술하기로 한다. 제4도는 본 발명에 의한 비젼센서를 이용한 자동주향장치의 일 실시예를 나타낸다. 제4도의 장치는 크레인의 실제 이동방향과 레인간의 이탈정도에 해당하는 편차각(θact) 및 편차거리(δact)를 측정하는 비젼센서(100)와, 비젼센서(100)에서 측정된 편차각(θact) 및 편차거리(δact)를 공급받아 편차거리가 최소가 되도록 크레인의 이동방향을 제어하기 위한 소정의 전압신호(Vref+Vref)를 출력하는 편차처리부(200)와, 편차처리부(200)의 출력신호에 따라 모터(400)의 회전을 제어하는 모터구동부(300)로 이루어진다.
비젼센서(100)의 카메라(110)는 크레인의 바퀴가 진행하는 방향을 촬영할 수 있도록 장착되어 크레인의 전진 또는 후진방향의 레인을 촬영한다. 제5도에는 카메라(110)에서 촬영되는 화면이 개략적으로 나타나있다. 카메라(110)의 촬영부(도시되지 않음)에는 촬영화면에 대한 세로중심선 및 가로중심선이 설정되어 있어서, 이 세로중심선과 가로중심선의 교차점인 영상중심점이 크레인의 이동시 노선표시자와 일치되어 이동하는가를 감지한다. 여기서, 노선표시자는 레인에 해당한다. 이와같이, 카메라(110)에서 촬영된 신호는 편차발생부(120)로 공급된다. 그러면, 편차발생부(120)는 카메라(110)에서 전송되는 촬영신호로부터 크레인의 실제 이동방향과 레인간의 편차각(θact) 및 편차거리(δact)를 산출한다.
이와같은 편차발생부(120)의 상세 블록도가 제6도에 도시되어 있다. 카메라에서 공급되는 촬영신호는 제1인터페이싱부(122)로 공급된다. 제1인터페이싱부는 촬영신호를 디지털화상신호(SV)로 변환하여 메모리(124)에 저장한다. 그러면, 메모리(124)에는 카메라에서 촬영된 화면의 화상신호가 차례로 저장된다. 이와같이 저장된 메모리(124)의 화상신호는 화상처리부(126)로 공급된다. 그러면, 화상처리부(126)는 하나의 촬영화면에 해당하는 화상신호를 공급받아, 그 화면상의 가로중심선, 세로중심선 및 영상중심점이 노선표시자와 이탈된 정도를 파악하여 각 촬영화면 별로 편차각을 감지하고, 또한 편차거리에 해당하는 편차데이타를 출력한다. 이와같이 화상처리부(126)에서 구해지는 편차데이터는 제2인터페이싱부(128)로 공급된다. 제2인터페이싱부(128)는 화상처리부(126)에서 편차데이타를 공급받아 편차처리부(200)로 편차처리(δact)를 공급한다.
이와같이 비젼센서(100)에서 구해지는 편차거리(δact)는 편차처리부(200)로 공급된다. 편차처리부(200)는 입력되는 편차거리(δact)에 대해 소정의 알고리즘을 수행하여, 편차거리를 최소로 만들기 위한 소정의 전압신호(Vref±Verf)를 산출한다. 이 전압신호의 산출 알고리즘은 추후에 상세히 설명하기로 한다. 이와같이, 편차처리부(200)에서 산출되는 전압신호는 모터구동부(300)부로 공급된다. 그러면, 모터구동부(300)는 입력되는 전압신호(Vref±Vref)에 따라 소정의 모터구동신호(SM)를 출력하는데, 이 모터 구동신호(SM)가 최소가 되도록 모터의 회전을 제어한다. 즉, 크레인 바퀴를 회전시키는 모터의 회전속도를 제어하여 2개 레인을 따라 주행하는 크레인의 양쪽바퀴의 회전속도를 가변시키므로써, 크레인의 실제 이동방향이 레인과 일치하도록 크레인의 주향을 조정한다.
이와같이 크레인의 이동방향이 레인과 일치하도록 크레인의 주향을 조정하면서, 비젼센서(100)는 크레인의 이동방향과 레인간의 일탈상태를 지속적으로 촬영한다. 그러면, 편차발생부(120)와 편차처리부(200)는 전술한 바와 마찬가지로 현재 촬영된 화상신호(SV)로부터 다시 현재의 편차거리(δact)를 산출하고, 이 편차거리를 최소로 만들기 위한 새로운 전압신호(Vref±Vref)를 다시 발생하여 모터구동부(300)로 공급한다. 이와같은 일련의 제어동작이 반복적으로 수행됨으로써, 크레인은 레인에서 이탈되지 않고 이동하게 된다.
제7도는 제4도의 편차처리부(200)에서 수행되는 일련의 과정으로서, 편차거리를 보정하는 알고리즘을 나타낸다. 비젼센서에서 측정된 편차거리(δact)는 편차거리연산부로 입력되고(단계 71), 편차거리연산부는 다음의 식(1)에서와 같이 소정의 기준편차거리(δref) 와 측정된 편차거리(δact)로부터 오차편차거리(δE)를 갸신한다(단계 72).
δE= δref- δact………………………………………………………… (1)
여기서, 기준편차거리(δref)는 크레인의 이동방향과 레인간의 이탈여부를 판별하는 기준거리에 해당한다. 편차거리연산부는 식(1)에서 계산된 오차편차거리(δE)에 대해 다음의 식(2)와 같은 연산과정을 수행하여 소정의 전압신호(Vref)를 산출한다(단계 73).
Vref,= KPδE++ΣKi δE………………………………… (2)
식(2)에서 산축되는 전압신호(Vref)는 식(1)에서 계산된 오차편차거리(δE)에 의해 산출되는 전압신호이다. 이 오차편 차거리(δE)에 의한 전압신호(Vref)와 크레인의 주향이 정산적일 때 모터구동부(300)로 공급되는 기준전압신호(Vref)간의 오차전압신호(Vref)가 산출된다.
이 오차전압신호(Vref)는 크레인의 이동방향이 레인의 우측 또는 좌측으로 이탈됨에 따라 양 또는 음의 값을 갖는다. 모터구동부(300)로는 기준전압신호(Vref)와 오차전압신호( ref)가 공급됨으로써, 우측 또는 좌측바퀴의 회전속도를 가변시킨다. 이에따라, 크레인의 이동방향은 레인과 일치하도록 조정된다.
또한, 식(2)에서 첫번째 항은 현재의 오차 편차거리의 정도로서 'KP'는 오차편차거리에 대한 전압의 단위를 갖는 비례상수를 나타내고, 두번째 항은 현재의 오차편차거리에 대한 미분값으로서 'KV'는 오차편차거리의 시간변화량에 대한 전압의 단위를 갖는 미분상수를 나타내며, 세번째 항은 현재까지의 오차편차거리에 대한 적분값으로서 'Ki'는 오차편차거리의 누적값에 대한 전압의 단위를 갖는 적분상수를 나타낸다. 여기서, 오차편차거리의 미분값(δE/T)은 소정의 샘플링주기(T)에 대한 오차편차거리의 변화량으로서, 소정의 샘플링주기( 2 act ref Vref) 가 출력되는 단계(74)까지의 기간에 해당한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 무궤도식 크레인의 자동주향시스템은 크레인의 이동방향과 레인간의 이탈정도를 나타내는 편차각 및 편차거리를 간단히 측정하는 비젼센서를 사용하여 크레인의 이동방향을 자동으로 조정함으로써, 종래에 사용되는 크레인의 자동주향 시스템의 여러가지 문제점을 해결함과 아울러 크레인의 주향을 보다 용이하고 정확하게 제어할 수 있다.

Claims (7)

  1. 노선표시자를 따라 이동하는 무궤도식 크레인의 주향을 제어하기 위한 방법에 있어서, 사전 설정된 가로중심선 및 세로중심선을 구비한 촬영화 면위에 크레인의 이동방향을 따라 노선표시자를 촬영하여 화상신호를 발생하는 단계; 상기 화상신호의 가로중심선이 교차하는 영상중심점과 노선표시자로부터 소정의 편차거리를 산출하는 단계; 상기 산출된 편차거리가 최소화되는 방향으로 크레인이 이동하도록 크레인의 바퀴를 구동하는 모터의 회전을 제어하기 위한 소정의 모터제어신호를 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무궤도식 크레인의 자동주향방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모터제어신호 발생단계는 상기 편차거리 산출단계에서 산출되는 편차거리와 소정의 기준 편차거리간의 차인 오차편차거리를 산출하는 단계와; 상기 오차편차거리가 '0'에 접근하도록 상기 모터를 제어하기 위한 소정의 전압신호를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무한궤도식 크레인의 자동주향방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전압신호는 하기 식으로 산출하는 것을 특징으로 한는 무궤도식 크레인의 자동주향방법.
    Vref,= KPδE++ΣKi δE
    여기서, 'Vref'는 전압신호, 'KP'는 오차편차거리에 대한 전압의 단위를 갖는 비례상수, 'KV'는 오차편차거리의 시간변화량에 대한 전압의 단위를 갖는 미분상수, 'Ki'는 오차편차거리의 누적값에 대한 전압의 단위를 갖는 적분상부.
  4. 바퀴를 구동하기 위한 모터를 구비하여 소정 경로로 표시된 노선표시자를 따라 이동하는 무궤도식 크레인의 주향을 제어하기 위한 자동주향장치에 있어서, 상기 크레인에 설치되고 상기크레인의 이동시 상기 크레인의 이동방향과 상기 노선표시자간의 이탈상태를 지속적으로 촬영하는 카메라와; 상기 카메라에서 촬영된 촬영신호로부터 크레인의 실제 이동방향과 상기 노선표시자간의 이탈정도를 나타내는 소정의 편차거리를 출력하는 편차발생부와; 상기 편차발생부로부터 출력되는 상기 소정의 편차거리를 공급받아, 이 편차거리가 최소가 되는 방향으로 상기 모터를 제어하기 위한 소정의 제어신호를 발생하는 편차 처리부; 및 상기 편차처리부에 연결되고 상기 편차처리부에서 발생된 상기 소정의 제어신호를 따라 상기 모터를 제어하는 모터구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무궤도식 크레인의 자동주향장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 카메라는 사전 설정된 가로중심선 및 세로중심선을 갖는 촬영화면을 구비하는 것을 특징으로 하는 무궤도식 크레인의 자동주향장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 편차발생부는 상기 카메라에서 공급되는 촬영신호를 화상신호로 변환하는 인터페이싱부; 상기 인터페이싱부에서 공급되는 화상신호를 저장하는 메모리; 상기 메모리에서 공급되는 화상데이타와 미리 저장된 정상 주향상태의 데이터로부터 현재 크레인의 이동방향과 노선표시자간의 편차거리를 산출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 무궤도식 크레인의 자동주향장치.
  7. 제4항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 편차처리부는 상기 편차발생부로부터 편차거리를 입력받아 소정의 기준편차거리간의 차인 오차편차거리를 산출하는 오차편차거리 산출수단과, 상기 산출된 오차편차거리가 '0'에 접근하도록 상기 모터를 제어하기 위한 소정의 전압신호를 상기 모터구동부에 인가하는 전압인가수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 무궤도식 크레인의 자동주향장치.
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