KR100822368B1 - Spreader controller and method for controlling spreader using the dual compass - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 듀얼 컴파스를 이용한 스프레더 제어 시스템의 개략적인 구성도1 is a schematic configuration diagram of a spreader control system using a dual compass according to the present invention
도 2는 본 발명에 따른 듀얼 컴파스를 이용한 스프레더 제어 시스템에서의 컴파스 설치 위치를 나타낸 구성도2 is a configuration diagram showing a compass installation position in the spreader control system using a dual compass according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 듀얼 컴파스를 이용한 스프레더 제어 시스템의 상세 구성도3 is a detailed configuration diagram of a spreader control system using a dual compass according to the present invention
도 4는 본 발명에 따른 듀얼 컴파스를 이용한 스프레더 제어를 위한 플로우 차트4 is a flow chart for spreader control using a dual compass according to the present invention
도 5a와 도 5b는 외부 간섭에 의한 컴파스의 출력 파형과 자화원을 나타낸 그래프5A and 5B are graphs showing an output waveform and a magnetization source of a compass due to external interference
도 6a와 도 6b는 듀얼 컴파스 오차 보정을 실행한 컴파스의 출력 파형과 자화원을 나타낸 그래프6A and 6B are graphs showing an output waveform and a magnetization source of a compass for which dual compass error correction is performed
도 7은 보정된 방위각과 보정전 방위각의 오차를 나타낸 그래프7 is a graph showing the error between the corrected azimuth angle and the corrected azimuth angle
도 8은 Skew각 측정 시 보정된 방위각과 실제 방위각의 오차를 나타낸 그래프8 is a graph showing the error between the corrected azimuth angle and the actual azimuth angle during the skew angle measurement.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
30. 지자계 감지부 31. 외부 자계 검출부30.
32. 비틀림각 검출부 33. 자세 정보 전송부32.
34. 스프레더 제어부34. Spreader Control
본 발명은 운반 수단 제어 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 듀얼 컴파스를 이용하여 컨테이너 터미널 야적장의 각 슬롯(slot)에 적재 혹은 양하 작업시에 스프레더와 컨테이너의 사이의 비틀림각 정보를 외란의 영향없이 운전자에게 전달하여 스프레더의 효율적인 조작이 가능하도록한 듀얼 컴파스를 이용한 스프레더 제어기 및 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle control system, and more specifically, to a driver without the influence of disturbance, torsion angle information between the spreader and the container during loading or unloading operation in each slot of the container terminal yard using a dual compass. The present invention relates to a spreader controller and a control method using dual compasses to enable efficient operation of the spreader.
일반적으로 화물을 능률적이고 경제적으로 실어 나르기 위하여 일정한 규격으로 만든 상자 모양의 큰 용기로서 주로 항만 등에서 선박으로 선적하는데 주로 이용되고 있는 컨테이너는 통상적으로 트롤리(Trolly)와 스프레더(Spreader)가 구비된 크레인을 통하여 선적되고 있다. In general, a large box-shaped container made to a certain size in order to carry cargo efficiently and economically. The container, which is mainly used to ship by ship at a port, is generally a crane equipped with a trolley and a spreader. Being shipped through.
여기서, 스프레더는 컨테이너 항만 시설에 사용되는 컨테이너 크레인, 트랜스퍼 크레인 및 리치 스태커 등 거의 모든 종류의 하역장비에 장착되어, 컨테이너를 원하는 장소로 이동시키기 위해 컨테이너에 체결되는 기구이다.Here, the spreader is a mechanism that is mounted to almost all kinds of unloading equipment such as container cranes, transfer cranes and reach stackers used in container port facilities, and is fastened to the container to move the container to a desired place.
또한, 트롤리는 상기 스프레더를 이송시키는 수단으로서 체인의 3차원의 배 치를 통하여 물품의 이동 주체가 된다.In addition, the trolley serves as the main body of the article through the three-dimensional arrangement of the chain as a means for transporting the spreader.
이와 같은 크레인을 통해 컨테이너를 이송할 경우, 트롤리를 통해 배에 선적되어 있는 컨테이너를 수직으로 상승시켜 수평 방향으로 이동시킨 후, 다시 차량이 위치한 곳으로 컨테이너를 수직 하강시켜 적재하게 된다.When the container is transported through such a crane, the container loaded on the ship is vertically lifted and moved in the horizontal direction through the trolley, and then the container is lowered and loaded vertically to the place where the vehicle is located.
이때 트롤리의 이동 및 정지로 인한 내적 요인과 바람 등에 의한 외적 요인으로 긴 로프에 매달린 컨테이너는 심하게 흔들리는 진자운동을 하게 되고, 그로 인하여 컨테이너를 차량에 하역하는데 많은 시간과 정밀한 작업이 요구되었다.At this time, the container suspended on the long rope due to the internal and external factors due to the movement and stop of the trolley has a severely pendulum movement, and therefore, a lot of time and precise work were required to unload the container to the vehicle.
이를 위하여 종래 기술에서는 지자계 센서 또는 레이저 센서 및 CCD(Charge Coupled Device) 카메라를 사용하여 스프레더와 컨테이너의 비틀림을 보정하는 방법을 사용하였다.To this end, in the prior art, a method of correcting torsion of a spreader and a container using a geomagnetic sensor or a laser sensor and a CCD (Charge Coupled Device) camera has been used.
그러나 이와 같은 종래 기술의 운반 수단 제어 시스템에서는 다음과 같은 문제에 의해 효율적인 작업이 이루어지지 못하는 문제가 있다.However, there is a problem in the efficient operation of the vehicle control system of the prior art by the following problems.
먼저, 지자계 센서는 지구 자신이 발생하는 자계를 이용하여 지자계 센서의 X축과 Y축에서 출력하는 신호로부터 절대방위를 얻는 것이나, 지자계 센서는 철과 같은 금속물질이 지자계에 의해 자화되어 간섭 자계를 형성하게 되면 X축과 Y축의 출력 신호가 간섭 자계의 영항을 받아 잘못된 방위를 나타내게 된다.First, the geomagnetic field sensor uses the magnetic field generated by the earth itself to obtain absolute orientation from the signals output from the X and Y axes of the geomagnetic field sensor. However, the geomagnetic field sensor magnetizes a metallic material such as iron by the geomagnetic field. Therefore, when the interference magnetic field is formed, the output signals of the X-axis and the Y-axis are affected by the interfering magnetic field, thereby indicating an incorrect orientation.
따라서, 보다 정확한 방위측정을 위해서 지자계 센서는 추가의 보정 작업을 수행하여야 한다.Therefore, for more accurate orientation measurement, the geomagnetic sensor must perform additional calibration.
또한, 항만에서 크레인을 사용하여 컨테이너를 적재/양하 시킬 때 종래의 수동적인 방식은 운전자의 숙련도에 따라 작업의 효율성에 큰 차이를 보인다. 그리고 인력에 의한 수동적인 방식이므로 악천후로 인한 시야의 방해가 있고, 많은 작업으로 인한 피로도의 증가로 효율성이 떨어지게 된다.In addition, when loading and unloading a container using a crane in the port, the conventional manual method shows a big difference in the efficiency of the operation according to the skill of the operator. And because it is a passive method by manpower, there is obstruction of view due to bad weather, and efficiency decreases due to increased fatigue caused by many tasks.
이점을 개선하고자 종래 기술에서 스프레더에 레이저 센서 및 CCD 카메라를 사용하는 방법은 높은 가격과 기후 조건에 민감하게 반응하여 효율성 측면에서 문제점을 발생했다. 그 예로 정확성을 높이기 위해 레이져 센서를 사용함으로서 장비의 제작에 많은 경비가 소요되고, CCD 카메라를 설치하여 컨테이너의 위치를 파악하는 방법은 별도의 영상처리 과정을 거치므로 프로그램 진행에 많은 시간이 소요된다.In the prior art, the use of laser sensors and CCD cameras in spreaders has been problematic in terms of efficiency due to its high price and sensitivity to weather conditions. For example, by using laser sensor to increase the accuracy, it takes a lot of expenses in the manufacture of equipment, and the method of determining the position of the container by installing the CCD camera takes a lot of time because of the separate image processing process. .
이와 같이 종래 기술의 운반 수단 제어 시스템에서 지자계 센서를 사용하는 경우에는 외란에 의한 부정확성 및 이를 보정하기 위한 추가 보정 작업의 필요 등의 문제가 있고, 레이저 센서 및 CCD 카메라를 사용하는 경우에는 고가의 비용 및 영상 처리 과정에 의한 시간의 소요 등의 문제가 있어 효율적인 제어 시스템을 구축하지 못한다.As described above, when the geomagnetic field sensor is used in the transportation control system of the prior art, there are problems such as inaccuracy caused by disturbance and the need for additional correction work to correct the problem. There are problems such as cost and time consuming due to the image processing process, so it is impossible to construct an efficient control system.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 운반 수단 제어 시스템의 문제를 해결하기 위한 것으로, 듀얼 컴파스를 이용하여 컨테이너 터미널 야적장의 각 슬롯(slot)에 적재 혹은 양하 작업 시 스프레더와 컨테이너의 사이의 비틀림각 정보를 운전자에게 전달함으로서 스프레더의 조작에 대해 보다 효율성을 높일 수 있도록한 듀얼 컴파스를 이용한 스프레더 제어기 및 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art vehicle control system, using a dual compass to the twist angle information between the spreader and the container during loading or unloading in each slot of the container terminal yard It is an object of the present invention to provide a spreader controller and a control method using dual compasses, which can increase the efficiency of the spreader operation by transmitting to the driver.
본 발명에서는 상기와 같은 종래 기술의 운반 수단 제어 시스템의 문제점을 해결하고 더 나아가 자동화 항만의 무인 시스템에서도 적용 가능한 신뢰도 높은 제어 시스템을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve the above problems of the prior art transportation means control system and to further provide a reliable control system that can be applied to the unmanned system of the automation port.
즉, 항만에는 철과 같은 금속 구조물이 많으므로 지자계에 의해 자화되어 간섭 자계를 형성하여 외란으로 작용하는데 이에 대하여 보정을 수행하여 컨테이너에 대한 스프레더의 정보를 운전자에게 제공하여 운전자는 작업속도 및 작업능률이 향상되며 레이져 센서와 CCD 카메라와 같은 고가의 장비보다 설치비용이 절감될 수 있도록한 운반 수단 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.That is, since there are many metal structures such as iron in the port, it is magnetized by the geomagnetic field to form an interference magnetic field and acts as a disturbance. The correction is performed to provide the driver with the spreader information about the container so that the driver can Its purpose is to provide a vehicle control system that improves efficiency and reduces installation costs over expensive equipment such as laser sensors and CCD cameras.
또한, 항만 자동화 터미널에서 기타 장비들과 통합하여 사람이 필요하지 않은 무인 시스템에서도 적용될 수 있는 듀얼 컴파스를 이용한 스프레더 제어기 및 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.It is also an object of the present invention to provide a spreader controller and control method using a dual compass that can be applied to an unmanned system that requires no human by integrating with other equipment in a port automation terminal.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 듀얼 컴파스를 이용한 스프레더 제어기는 운반 수단에 구성되는 스프레더의 자세를 제어하기 위한 시스템에 있어서,스프레더의 양쪽 끝점에 위상차를 가지도록 설치된 두 개의 전자 컴파스를 이용한 지자계 감지부;두 개의 전자 컴파스를 통해 검출된 값을 이용하여 스프레더의 비틀림각을 산출하는 산출부;상기 산출부에 의해 산출된 값을 이용하여 스프레더의 자세를 제어하고 스프레더 운전자에거 자세 정보를 알려주는 제어부를 포함하고 구성되는 것을 특징으로 한다.Spreader controller using a dual compass according to the present invention for achieving the above object is a system for controlling the attitude of the spreader configured in the transport means, using two electronic compasses installed to have a phase difference at both ends of the spreader A geomagnetic field detection unit; A calculation unit for calculating the torsion angle of the spreader using the values detected through the two electronic compasses; Control the attitude of the spreader using the value calculated by the calculation unit and posture information to the spreader driver It characterized in that it comprises a control unit for indicating.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 듀얼 컴파스를 이용한 스프레더 제어 방법은 운반 수단에 구성되는 스프레더의 자세를 제어하기 위하여, 스프레더 의 양쪽 끝점에 위상차를 가지도록 설치된 두 개의 전자 컴파스를 이용하여 지구 자기장 및 스프레더에 의한 자기장의 왜곡 정도를 측정하는 단계;각각의 컴파스가 지니고 있는 출력에 대한 단일 컴파스 오차를 보정하는 단계;자화된 금속 구조물에 대한 외부 간섭 자계에 대한 보정을 위한 듀얼 컴파스 오차를 보정하는 단계;상기 보정에 의해 구해진 스프레더의 비틀림각 정보를 스프레더 운전자에게 전달하고, 전달된 비틀림각 정보를 이용하여 스프레더 자세를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Spreader control method using a dual compass according to the present invention for achieving another object is an earth magnetic field using two electronic compasses installed so as to have a phase difference at both ends of the spreader in order to control the attitude of the spreader configured in the transport means And measuring the degree of distortion of the magnetic field by the spreader; correcting a single compass error for the output of each compass; correcting dual compass errors for correction of external interference magnetic fields for the magnetized metal structure. And transmitting the torsion angle information of the spreader obtained by the correction to the spreader driver, and controlling the spreader posture by using the transmitted torsion angle information.
이하, 본 발명에 따른 듀얼 컴파스를 이용한 스프레더 제어기 및 제어방법의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of a spreader controller and a control method using a dual compass according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 듀얼 컴파스를 이용한 스프레더 제어기 및 제어방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Features and advantages of the spreader controller and control method using the dual compass according to the present invention will become apparent from the detailed description of each embodiment below.
도 1은 본 발명에 따른 듀얼 컴파스를 이용한 스프레더 제어 시스템의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a spreader control system using a dual compass according to the present invention.
그리고 도 2는 본 발명에 따른 듀얼 컴파스를 이용한 스프레더 제어 시스템에서의 컴파스 설치 위치를 나타낸 구성도이다.2 is a block diagram showing a compass installation position in a spreader control system using a dual compass according to the present invention.
본 발명은 스프레더에 두 개의 전자 컴파스를 180°의 위상으로 설치하여 지구 자계의 크기와 방향을 감지부에 의해 감지하고, 외부의 자계의 간섭에 대하여 두 컴파스의 위상차를 이용하여 보정하는 것에 의해 절대 방위각을 측정하여 크레인의 조종자에게 컨테이너와 스프레더 사이의 비틀림각 정보를 제공하며, 스프레더의 자세를 제어한다.According to the present invention, two electronic compasses are installed in the spreader at a phase of 180 ° to sense the magnitude and direction of the earth's magnetic field by the sensing unit, and the absolute magnetic field is corrected by using the phase difference between the two compasses for interference of the external magnetic field. The azimuth angle is measured to provide the operator of the crane with the torsion angle information between the container and the spreader and to control the attitude of the spreader.
본 발명에서 적용하는 두 개의 전자 컴파스를 이용한 듀얼 컴파스는 이전의 운반 수단 제어 시스템보다 저비용으로 구현할 수 있는 방법을 제공한다.Dual compass using two electronic compasses applied in the present invention provides a method that can be implemented at a lower cost than the previous vehicle control system.
여기서, 지자계 센서로 이루어진 전자 컴파스는 지구 자계를 검출하여 절대 방위를 지시한다. 하지만 컴파스는 센서 자체의 오차 성분, 출력 증폭에 대한 오차와 외부 자기장에 의한 오차로 인해 절대 방위를 지시하지 못할 수도 있다. 이런 오차들은 1회전 보정 방법을 통해 컴파스 자체 오차와 외부자기장에 대한 오차를 보정한다. Here, the electronic compass consisting of the geomagnetic field sensor detects the earth's magnetic field and indicates the absolute orientation. However, the compass may not be able to indicate the absolute orientation due to the error component of the sensor itself, errors in output amplification, and errors caused by external magnetic fields. These errors are compensated for the error of the compass itself and the external magnetic field through the one-rotation correction method.
전체 구성은 도 1에서와 같이, 스프레더의 양쪽 끝점에 위상차를 가지도록 설치된 두 개의 전자 컴파스(100)(110)와, 증폭되어 출력되는 전자 컴파스(100)(110)의 출력 신호를 AD 변환하는 AD 변환부(120)와, AD 변환된 신호를 이용하여 외부 간섭 자계와 지자계를 분류 및 제거하고 스프레더의 비틀림각을 산출하는 비틀림각 산출 및 출력부(130)와, 비틀림각 산출 및 출력부(130)에서 출력되는 값을 이용하여 스프레더의 자세를 제어하고 스프레더 운전자(140)에게 자세 정보를 알려주는 제어부(도시하지 않음)로 크게 구성된다.As shown in FIG. 1, the two components of the
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 듀얼 컴파스를 이용한 스프레더 제어기는 두 개의 전자 컴파스를 통하여 지자계를 검출하여 외부간섭 자계를 제거하여 스프레더의 비틀림각을 산출하고, 산출값에 대하여 두 개의 컴파스간의 위상차와 각 컴파스의 X, Y축에 대한 위상차를 보정하여 외부 외란을 제거한다.The spreader controller using the dual compass according to the present invention configured as described above detects the geomagnetic field through two electronic compasses, removes the external interference magnetic field, calculates the torsion angle of the spreader, and calculates the phase difference between the two compasses with respect to the calculated value. External disturbance is eliminated by correcting the phase difference of X and Y axis of compass.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 듀얼 컴파스를 이용한 스프레더 제어기에서 듀얼 컴파스는 도 2에서와 같이, 스프레더의 대칭되는 위치에 위상차를 갖도록 설치된다.In the spreader controller using the dual compass according to the present invention configured as described above, as shown in FIG. 2, the dual compass is installed to have a phase difference at a symmetrical position of the spreader.
이와 같은 본 발명에 따른 듀얼 컴파스를 이용한 스프레더 제어 시스템의 상세 구성은 다음과 같다.The detailed configuration of the spreader control system using the dual compass according to the present invention as follows.
도 3은 본 발명에 따른 듀얼 컴파스를 이용한 스프레더 제어 시스템의 상세 구성도이다.3 is a detailed block diagram of a spreader control system using a dual compass according to the present invention.
본 발명은 항만 터미널에서 사용되는 크레인의 여러 구성 요소 중에서 컨테이너를 적재/양하하는 부분인 스프레더 제어에 관한 것으로, 지자계 감지부(30), 외부 자계 검출부(31), 비틀림각 검출부(32), 자세정보 전송부(33), 스프레더 제어부(34)를 포함하고 구성된다.The present invention relates to a spreader control, which is a part of loading and unloading a container among various components of a crane used in a port terminal, and includes a geomagnetic
먼저, 스프레더의 양쪽 끝점에 위상차를 가지도록 설치된 두 개의 전자 컴파스를 이용하여 외부 간섭 자계를 포함하는 지자계를 감지하는 지자계 감지부(30)와, 지자계 감지부(30)의 두 개의 전자 컴파스를 통해 검출된 값을 이용하여 외부 간섭 자계와 지자계를 분류하는 외부 자계 검출부(31)와, 지자계 감지부(30)의 두 개의 전자 컴파스를 통해 검출된 값에서 외부 자계 검출부(31)에 의해 검출된 외부 자계를 제거하고 스프레더의 비틀림각을 산출하는 비틀림각 검출부(32)와, 산출된 값을 이용하여 스프레더의 자세를 제어하는 스프레더 제어부(34)와, 스프레더 운전자에게 자세 정보를 알려주는 자세 정보 전송부(33)로 크게 구성된다.First, two magnetic fields of the geomagnetic
본 발명에 따른 듀얼 컴파스를 이용한 스프레더 제어 시스템은 두 개의 전자 컴파스를 통하여 지자계를 검출하여 외부간섭 자계를 제거하여 스프레더의 비틀림각을 산출하고, 두 개의 컴파스간의 위상차와 각 컴파스의 X, Y축에 대한 위상차를 보정하여 외부 외란에 의한 영향을 배제시킨다.The spreader control system using the dual compass according to the present invention detects the geomagnetic field through the two electronic compasses to remove the external interference magnetic field to calculate the twist angle of the spreader, the phase difference between the two compasses and the X, Y axis of each compass By correcting the phase difference for, the influence of external disturbance is excluded.
선박이나 야적장에 적재된 컨테이너를 적재/양하하기 위해 크레인의 구성요소인 트롤리를 컨테이너가 있는 작업영역으로 이동시키게 되는데, 여기서 트롤리에 줄로 연결된 스프레더의 끝점에 상호 대칭되는 방향으로 지자계 감지부(30)를 구성하는 제 1,2 컴파스를 장착한다.In order to load / unload a container loaded on a ship or yard, a trolley, which is a component of a crane, is moved to a work area in which a container is located, where the
여기서, 컴파스는 퍼멀로이 조각으로 만들어져 전기저항이 적용되는 자기장의 변화에 따라 변하는 자기저항 센서를 사용한다.Here, the compass uses a magnetoresistive sensor made of a permalloy piece that changes according to the change in the magnetic field to which the electric resistance is applied.
자기 저항 센서의 감도는 정의된 축을 갖고 있는데, 통합된 회로로 제작되어 0.1 milligauss 이하의 측정감도와 단일 칩 형태로 1㎲ 이하의 응답속도를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다.The sensitivity of the magnetoresistive sensor has a defined axis. It is preferable to use an integrated circuit, which has a measurement sensitivity of 0.1 milligauss or less and a response speed of 1 dB or less in a single chip form.
정확한 위치 추정을 위해 사용되는 DR시스템에서 방위각 측정을 위해서 최근에는 빠른 응답속도와 0.1°이하의 오차를 가진 제품을 많이 사용한다. 그러나 이 자기저항 센서의 최대 단점은 외부의 간섭 자기장에 민감하게 반응하여 방향 오차가 발생하기 쉽다. 실질적으로, 지구자기장은 철을 함유하는 물질에 대해서 자기장의 왜곡이 발생한다.Recently, many products with fast response speed and less than 0.1 ° are used for azimuth measurement in DR system used for accurate position estimation. However, the biggest disadvantage of this magnetoresistive sensor is that it is susceptible to external interference magnetic fields, and thus, directional errors are likely to occur. In effect, the earth's magnetic field causes distortion of the magnetic field for iron-containing materials.
스프레더의 경우 구성 물질이 철로 이루어져 있기 때문에 본 발명에서는 설치된 컴파스가 지구자기장과 함께 스프레더에 의한 자기장의 왜곡을 함께 측정하게 된다.In the case of the spreader, since the constituent material is made of iron, the installed compass measures the distortion of the magnetic field by the spreader together with the earth magnetic field.
본 발명에 따른 지자계 감지부(30)의 컴파스는 철과 같은 금속 구조물에 대한 외부 간섭 외란에서도 항상 정확한 절대 방위를 지시하기 위해 스프레더의 상호 대칭되는 방향에 위치하여 두 개의 지자계 센서에서 각각의 X축과 Y축의 출력을 감지한다.The compass of the geomagnetic
두 개의 지자계 센서에서 각각의 X축과 Y축의 출력은 Vx 와 Vy로 나타낼 수 있고 각각 수평 출력값과 수직 출력값이고, 
이와 같은 본 발명에 따른 듀얼 컴파스를 이용한 스프레더 제어기의 제어 방법에 관하여 설명하면 다음과 같다.The control method of the spreader controller using the dual compass according to the present invention will be described as follows.
도 4는 본 발명에 따른 듀얼 컴파스를 이용한 스프레더 제어를 위한 플로우 차트이다.4 is a flow chart for spreader control using dual compass according to the present invention.
먼저, 스프레더의 양쪽 끝점에 위상차를 가지도록 설치된 두 개의 전자 컴파스를 이용하여 외부 간섭 자계를 포함하는 지자계를 감지하는 지자계 감지부에서 지구 자기장 및 스프레더에 의한 자기장의 왜곡 정도를 측정한다.(S401)First, the earth magnetic field and the degree of magnetic field distortion caused by the spreader are measured by a geomagnetic field sensing unit that detects a geomagnetic field including an external interference magnetic field by using two electronic compasses installed to have phase differences at both ends of the spreader. S401)
그리고 지자계 감지부에 의해 감지된 다음과 같이 컴파스 출력 오차에 대한 보정을 실시한다.The compass output error is detected as follows by the geomagnetic field detector.
컴파스의 오차는 크게 두가지로 나누어서 보정을 수행한다. 각각의 컴파스가 지니고 있는 출력에 대한 단일 컴파스 오차 보정과 지자계에 의해 자화된 금속 구조물에 대한 외부 간섭 자계에 대한 보정을 위한 듀얼 컴파스 오차 보정이 있다. Compass error is largely divided into two. There are single compass error corrections for the output of each compass and dual compass error corrections for correction of external interference magnetic fields for metal structures magnetized by geomagnetic fields.
먼저, 단일 컴파스 오차 보정은 센서 오프셋 보정(S402), 출력 크기 불일치 보정(S403), 비직교 오차 보정(S404), 기울기 오차 보정(S405)을 포함한다.First, single compass error correction includes sensor offset correction (S402), output size mismatch correction (S403), non-orthogonal error correction (S404), and slope error correction (S405).
센서 오프셋은 전자 컴파스에서 센서 자체의 오프셋과 연결된 증폭기의 오프셋에 의해 발생하는데, 이것은 브릿지 회로에 연결된 자기 저항 소자의 허용오차와 온도 드리프트에 의존한다.The sensor offset is caused by the offset of the amplifier connected to the offset of the sensor itself in the electronic compass, which depends on the tolerances and temperature drift of the magnetoresistive element connected to the bridge circuit.
그리고 센서의 출력크기 불일치는 컴파스에서 출력되는 X축 센서와 Y축 센서의 감도차에 의한 편차와 증폭기의 증폭률에 의한 편차로 발생한다.And the output size mismatch of the sensor is caused by the deviation due to the sensitivity difference between the X-axis sensor and the Y-axis sensor output from the compass and the amplification factor of the amplifier.
그리고 비 직교 오차는 컴파스를 구성하는 X축과 Y축 방향의 센서가 제조시 비 직교함으로 발생하는 것으로 최대 2°의 오차가 생길 수 있다.In addition, the non-orthogonal error is caused by the non-orthogonality of the sensors in the X-axis and Y-axis directions constituting the compass, which can cause an error of up to 2 °.
그리고 기울기 오차란 컴파스 시스템에서 자계 센서의 측정 축이 수평일 경우에 성립한다. 다시 말해 컴파스가 수평이 아닐 경우 경사 오차가 발생한다. 이는 스프레더에 컴파스를 설치 시, 그리고 스프레더 조작 시 외부 힘에 의해 스프레더가 진자 운동을 하게 되는 경우 오차가 발생한다.The tilt error is established when the measuring axis of the magnetic field sensor is horizontal in the compass system. In other words, a tilt error occurs when the compass is not horizontal. This occurs when the spreader is pendulum-driven by external forces when the compass is installed on the spreader and when the spreader is operated.
이와 같은 단일 컴파스의 오차는 1회전 보정 방식을 통하여 측정된 각 컴파스의 최대값과 최소값을 통하여 스케일 벡터를 구하여서 보정한다.(S406)The error of such a single compass is corrected by obtaining a scale vector through the maximum and minimum values of each compass measured through the one-rotation correction method (S406).
다음으로 듀얼 컴파스 오차 보정을 수행하는데, 스프레더 간섭 자기장에 대한 오차 보정(S407), 스프레더 이외의 주변 철구조물에 의한 오차 보정(S408)을 포함한다.Next, the dual compass error correction is performed, including error correction (S407) for the spreader interference magnetic field, and error correction (S408) by surrounding steel structures other than the spreader.
여기서, 스프레더 간섭 자기장에 대한 오차란 금속 물질로 구성된 스프레더는 지자계의 영향으로 인해 자화되게 되므로 스프레더 자신만의 자기장을 가진다. Here, the error of the spreader interference magnetic field means that the spreader composed of a metal material is magnetized due to the influence of the geomagnetic field, and thus has a spreader itself.
이 자기장은 지자계를 측정하여 절대 방위를 지시하는 컴파스에 대한 간섭 자기장으로 오차를 발생시킨다.This magnetic field generates an error with an interfering magnetic field for the compass that measures the earth's magnetic field and indicates absolute orientation.
그리고 스프레더 이외의 주변 철 구조물에 의한 오차는 실제 항만의 경우 대부분의 물질이 금속으로 이루어져 있다. 스프레더가 컨테이너에 접근하게 될 때, 스프레더 주위로 금속성분을 띄는 물질이 이동을 하게 되는 경우 스프레더 간섭 자기장과 함께 컴파스에 영향을 받아 절대 방위를 지시할 수 없게 된다.And the error caused by the surrounding steel structure other than the spreader is that most of the material in the actual port is made of metal. When the spreader approaches the container, if a metallic material moves around the spreader, it will be affected by the compass along with the spreader interference magnetic field and thus will not be able to indicate the absolute orientation.
출력 방위의 오차는 외부 간섭 자기장에 의해 컴파스의 감지부가 잘못된 출력을 나타내었기 때문이다. 이에 대한 오차 보정 방법으로 두 개의 컴파스는 180° 위상차를 가지고 컴파스 내부의 지자계 센서가 90°의 위상차를 가진다.The error in the output orientation is due to the incorrect output of the sensing part of the compass due to the external interference magnetic field. As an error correction method, the two compasses have a 180 ° phase difference, and the geomagnetic sensor inside the compass has a phase difference of 90 °.
각 컴파스의 출력 파형은 sin파와 cos파로 두 개의 종류로 출력이 나타난다. The output waveform of each compass has two kinds of outputs: sin wave and cos wave.
각각의 컴파스의 출력 파형간의 위상차와 크기값을 이용하여 외부 간섭에 대한 영향을 추정하여 오차(error)를 다음과 같이 구할 수 있다.An error may be obtained as follows by estimating the influence on the external interference using the phase difference and the magnitude value between the output waveforms of each compass.
수학식 2의 오차(error)는 두 컴파스의 180°위상에 대한 오차를 찾는 것이고, 수학식 3(컴파스 1), 수학식 4(컴파스 2)를 이용하여 두 컴파스의 X축과 Y축에 영향을 미치는 외부 외란을 구할 수 있다.The error of
위와 같이 지자계와 외부 간섭 자계를 분류하여 수정/보완하고 절대 방위를 산출부에서 산출해 내고 이에 대한 크기와 위상의 정보는 다음과 같이 나타낼 수 있다.As described above, the earth magnetic field and the external interfering magnetic field are classified and corrected / supplemented, the absolute bearing is calculated by the calculation unit, and the magnitude and phase information thereof can be expressed as follows.
수학식 5의 R은 컴파스의 출력에서 크기값을 의미하고, θ는 위상각을 나타낸다. 컴파스의 출력에 대하여 외부 간섭 자계가 없다면 컴파스 출력의 크기값은 항상 일정하고 위상값은 두 개의 컴파스가 상호 대칭으로 설치 되었으므로 두 위상의 합은 항상 360°를 나타내어야 한다.R in Equation 5 represents a magnitude value at the output of the compass, θ represents a phase angle. If there is no external interference magnetic field with respect to the output of the compass, the magnitude of the compass output is always constant and the phase value of the two compasses is installed symmetrically, so the sum of the two phases should always be 360 °.
이와 같이 구해진 컨테이너와 스프레더의 비틀림각 정보를 스프레더 운전자에게 전달하고(S409), 제어부는 비틀림각 정보를 이용하여 스프레더 모터를 이용하여 스프레더 자세 제어를 수행한다.(S410)The torsion angle information of the container and the spreader obtained as described above is transmitted to the spreader driver (S409), and the control unit performs the spreader attitude control using the spreader motor using the torsion angle information (S410).
이상에서 설명한 본 발명에 따른 듀얼 컴파스를 이용한 스프레더 제어에 의 한 제어 특성을 시뮬레이션 결과를 참고하여 설명하면 다음과 같다.Referring to the simulation results, the control characteristics by the spreader control using the dual compass according to the present invention described above are as follows.
도 5a와 도 5b는 외부 간섭에 의한 컴파스의 출력 파형과 자화원을 나타낸 그래프이다.5A and 5B are graphs showing an output waveform and a magnetization source of a compass due to external interference.
그리고 도 6a와 도 6b는 듀얼 컴파스 오차 보정을 실행한 컴파스의 출력 파형과 자화원을 나타낸 그래프이다.6A and 6B are graphs showing an output waveform and a magnetization source of a compass for which dual compass error correction is performed.
도 5a와 도 5b에서는 듀얼 컴파스가 아닌 단일 컴파스를 사용하여 측정한 값으로 단일 컴파스 오차 보정만을 실행한 컴파스의 출력파형과 자화원이다. 도 5a는 지자계에 의해 자화된 스프레더의 간섭 자기장의 영향을 받은 컴파스의 출력 파형도 이다.In FIG. 5A and FIG. 5B, the output waveform and the magnetization source of a compass that performs only a single compass error correction with values measured using a single compass rather than a dual compass. 5A is an output waveform diagram of a compass influenced by an interfering magnetic field of a spreader magnetized by a geomagnetic field.
스프레더의 간섭 자계가 컴파스에 미친 영향은 도 5b에 나타난 자화원을 통해 알 수 있다. 180°의 위상차를 가진 두 컴파스의 출력은 앞서 말한바와 같이 한쪽은 스프레더 자기장이 더해진 형태로 한쪽은 스프레더 자기장의 영향으로 감소된 형태를 가진다.The influence of the spreader's interference magnetic field on the compass can be seen through the magnetization source shown in FIG. 5B. The outputs of the two compasses with a phase difference of 180 [deg.] Have a form in which one side of the spreader magnetic field is added and one side is reduced by the influence of the spreader magnetic field.
이결과 각 컴파스의 자화원이 서로 반대방향으로 타원의 모양을 취하게 된다.As a result, the magnetization sources of the compasses take the shape of ellipses in opposite directions.
그리고 도 6a와 6b는 단일 컴퍼스 측정 오차와 함께 듀얼 컴파스 오차 보정도 처리하여 나타난 컴파스의 출력과 자화원으로, 도 5a에 나타난 출력과는 다르게 두 컴파스의 X축과 Y축의 출력이 서로 동일하게 나타난다. 그리고 스프레더 자기장의 영향으로 반대방향으로 타원을 이룬 자화원도 서로 동일한 원의 형태를 가지게 된다.6A and 6B show a compass output and a magnetization source that are processed by processing a dual compass error correction along with a single compass measurement error. Unlike the output shown in FIG. 5A, the outputs of the X and Y axes of the two compasses are the same. . The magnetization sources that are elliptical in the opposite direction under the influence of the spreader magnetic field have the same circle shape.
도 7은 보정된 방위각과 보정전 방위각의 오차를 나타낸 그래프이다. 그리고 도 8은 Skew각 측정 시 보정된 방위각과 실제 방위각의 오차를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing an error between the corrected azimuth angle and the corrected azimuth angle. 8 is a graph showing the error between the corrected azimuth angle and the actual azimuth angle when the skew angle is measured.
도 7은 단일 컴파스를 사용한 경우와 듀얼 컴파스를 사용하여 외부 오차에 대한 보정 결과를 비교하여 나타낸 것이다. 스프레더의 회전은 모터를 이용하여 인코더 값을 읽어 모터의 회전 각도를 측정하고 모터 인코더 값을 기준으로 듀얼 컴파스와 단일 컴파스의 출력 angle 을 비교한 결과이다.FIG. 7 shows a comparison between a correction result of an external error using a single compass and a dual compass. The spreader rotation is the result of measuring the rotation angle of the motor by reading the encoder value using the motor and comparing the output angle of the dual and single compass based on the motor encoder value.
도 8은 듀얼 컴파스의 출력과 인코더 값을 비교하여 나타낸 오차도로서 오차값이 0.5°이하인데, 실제 항만에서 컨테이너의 적재 혹은 양하작업시 플리퍼를 이용하는데 플리퍼의 허용오차가 1°이다. 8 is an error diagram comparing the output of the dual compass and the encoder value, the error value is less than 0.5 °, the actual use of the flipper when loading or unloading the container in the port, the tolerance of the flipper is 1 °.
이와 같은 본 발명은 스프레더에 두 개의 전자 컴파스를 180°의 위상으로 설치하여 지구 자계의 크기와 방향을 감지부에 의해 감지하고, 외부의 자계의 간섭에 대하여 두 컴파스의 위상차를 이용하여 보정하는 것에 의해 절대 방위각을 측정하여 크레인의 조종자에게 컨테이너와 스프레더 사이의 비틀림각 정보를 제공하며, 스프레더의 자세를 제어한다.As described above, the present invention installs two electronic compasses in a spreader at a phase of 180 ° to sense the magnitude and direction of the earth's magnetic field by a sensing unit, and compensates for the interference of external magnetic fields by using the phase difference between the two compasses. The absolute azimuth angle is measured to provide the operator of the crane with torsion angle information between the container and the spreader and to control the attitude of the spreader.
따라서, 본 발명에서 적용하는 두 개의 전자 컴파스를 이용한 듀얼 컴파스는 이전의 운반 수단 제어 시스템보다 저비용으로 구현할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.Therefore, the dual compass using the two electronic compasses applied in the present invention can provide a method that can be implemented at a lower cost than the previous vehicle control system.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.
이와 같은 본 발명에 따른 듀얼 컴파스를 이용한 스프레더 제어기 및 제어방법은 다음과 같은 효과가 있다.Such a spreader controller and a control method using the dual compass according to the present invention has the following effects.
두 개의 컴파스를 이용하여 컨테이너와 스프레더사이의 비틀림각 정보를 정확하게 자동 파악하여 운전자에게 제공하여 적재 혹은 양하 작업의 효율성을 높일 수 있다.Using two compasses, the torsion angle information between the container and the spreader can be accurately and automatically provided to the driver to increase the efficiency of loading or unloading.
또한, 이전의 레이저 센서와 CCD 카메라를 이용하는 방법과는 달리 저렴한 비용으로 운반 수단 제어 시스템을 구축할 수 있다.In addition, unlike conventional methods using laser sensors and CCD cameras, a vehicle control system can be constructed at low cost.
그리고 두 개의 컴파스를 이용하여 측정한 값의 오차를 보정하는 것에 의해 외부 자기장 및 금속에 대한 외란에 대하여 강인한 운반 수단 제어 시스템을 제공할 수 있다. 또한, 다른 장비들과 통합적으로 운용하여 무인 항만 시스템의 효율적인 구축을 가능하게 하는 효과가 있다.In addition, by correcting the error of the measured value using two compasses, it is possible to provide a vehicle control system that is robust against external magnetic fields and disturbances to metals. In addition, by operating in conjunction with other equipment has the effect of enabling the efficient construction of the unmanned port system.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015165463A1 (en) | 2014-04-28 | 2015-11-05 | Liftra Ip Aps | Method and device for automatic control of the position of a burden suspended in a main wire on a crane |
| CN113753752A (en) * | 2021-08-20 | 2021-12-07 | 天津港太平洋国际集装箱码头有限公司 | Anti-swing method, device and system for lifting appliance and hoisting equipment |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0543185A (en) * | 1991-08-12 | 1993-02-23 | Tokimec Inc | Orientation control device for suspended material |
| JPH07179288A (en) * | 1993-12-24 | 1995-07-18 | Fukushima Seisakusho:Kk | Automatic turning positioning method for hoisting accessory and hoisting accessory furnished with automatic turning positioning device |
| KR20030060924A (en) * | 2000-10-27 | 2003-07-16 | 에이비비 에이비 | Chassis alignment system |
| US20030164349A1 (en) | 2002-02-21 | 2003-09-04 | Demag Cranes & Components Gmbh | Control system for controlling a hoist |
-
2006
- 2006-12-20 KR KR1020060131039A patent/KR100822368B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0543185A (en) * | 1991-08-12 | 1993-02-23 | Tokimec Inc | Orientation control device for suspended material |
| JPH07179288A (en) * | 1993-12-24 | 1995-07-18 | Fukushima Seisakusho:Kk | Automatic turning positioning method for hoisting accessory and hoisting accessory furnished with automatic turning positioning device |
| JP3222298B2 (en) * | 1993-12-24 | 2001-10-22 | 株式会社福島製作所 | Automatic swing positioning method and hanging tool with automatic swing positioning device |
| KR20030060924A (en) * | 2000-10-27 | 2003-07-16 | 에이비비 에이비 | Chassis alignment system |
| US20030164349A1 (en) | 2002-02-21 | 2003-09-04 | Demag Cranes & Components Gmbh | Control system for controlling a hoist |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015165463A1 (en) | 2014-04-28 | 2015-11-05 | Liftra Ip Aps | Method and device for automatic control of the position of a burden suspended in a main wire on a crane |
| CN113753752A (en) * | 2021-08-20 | 2021-12-07 | 天津港太平洋国际集装箱码头有限公司 | Anti-swing method, device and system for lifting appliance and hoisting equipment |
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