KR20050007241A

KR20050007241A - 컨테이너의 자동랜딩을 위한 스프레더의 절대위치검출방법 및 알고리즘

Info

Publication number: KR20050007241A
Application number: KR1020040108596A
Authority: KR
Inventors: 홍금식; 홍경태; 강민우
Original assignee: 부산대학교 산학협력단
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2005-01-17

Abstract

본 발명은 컨테이너 크레인에서의 컨테이너 자동랜딩을 위한 스프레더의 절대위치 검출 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 컨테이너 크레인을 통해 AGV차량에 컨테이너를 적재하고자 할 경우, 트롤리에 장착된 레이저변위센서와 크레인의 수직 프레임 연결부재에 장착된 레이저 스캐너를 이용하여 AGV차량에 랜딩되는 컨테이너의 절대위치를 판별함으로써, AGV차량과 컨테이너간에 원활하고 신속 정확한 적재작업을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 안전사고의 위험성을 감소시킬 수 있는 컨테이너의 자동랜딩을 위한 스프레더의 절대위치 검출방법 및 알고리즘에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 컨테이너 크기 정보를 입력하고, 버퍼에 컨테이너 도착을 알리며 육상측 스프레더의 위치 정보를 확인하는 단계(S1);와 육상측 스프레더의 위치 정보를 확인하여 육상측 스프레더에 컨테이너를 적재하는 단계(S2);와 트롤리(10)에 장착된 레이저변위 센서(20)를 통해 AGV차량(30)의 정위치를 판별한 후 스프레더(11)를 하강하고, 스프레더(11)와 AGV차량(30) 사이의 변위를 측정하는 단계(S3);와 레이져 스캐너(40)를 통해 스프레더(11)의 좌표값(,,,)를 측정하는 단계(S4);와 측정된 스프레더(11)의 좌표를 사용하여 오차범위를 확인하는 단계(S5);와 오차범위가 해당범위내에 들지 않을 때스프레더(11)위치 및 흔들림을 제어하여 스프레더(11) 좌표를 재측정하는 단계(S6);와 오차범위

Description

컨테이너의 자동랜딩을 위한 스프레더의 절대위치 검출방법 및 알고리즘{Absolute-position detection method and algorithm of spreader for the auto-landing of containers}

일반적인 컨테이너 크레인은 정박된 컨테이너선의 흔들림과 긴 호이스트 로프 때문에 매달려있는 스프레더의 위치를 측정하기 힘들므로 자동화나 무인화시키기가 어렵고, 실제로 터미널에서는 컨테이너의 선적과 하역시 작업자가 수동으로 트롤리를 운전하는 경우가 대부분이며, 컨테이너 크레인의 해상측에서는 선박의 흔들림으로 인하여 인식하고자 하는 컨테이너가 고정되지 않고, 컨테이너선에서 직접선적,하역할 때 주변 컨테이너 때문에 인식하고자 하는 컨테이너의 위치를 측정하기가 어려우며, 스프레더의 절대위치 검출을 위한 센서를 설치할 공간이 없기 때문에 무인화가 어려운 문제점이 있었다.

하지만 최근들어 전 세계적으로 국가간 물류의 규모가 커지면서 해로를 통한 수출입 물동량이 비약적으로 증가하고 있다. 이에 따라 10,000 TEU급 이상의 초대형 선박이 등장하고, 컨테이너 터미널의 규모도 초대형 선박이 접안할 수 있을 정도로 커지고 있다. 그리하여 세계의 선진항만에서는 자동화 및 무인화된 컨테이너 터미널을 운영하고, 새로운 방식의 크레인이나 AGV를 개발하여 기존의 항만기능을 확장하고 있는데, 특히 야드쪽의 장비들은 완전 무인화를 목표로 개발을 하거나 이미 상용화되어 실제 항만에 적용하여 사용중이다.

도 1a 또는 1b는 네덜란드의 ECT 터미널에서 AGV(Automatic Guided Vehicle)와 무인 야드크레인 등을 이용한 자동화된 터미널을 보이고 있는 것으로서, 이러한 자동화 터미널에서는 야드트랙터의 기능을 AGV가 맡게 되고, 그 주행은 상위 계층으로부터 지시를 받게 된다. 터미널 내에서 AGV가 빠른 속도로 주행을 하고 정확한 위치에 정지할 수 있도록 정지위치를 안내해 주는 시스템이 필요하게 되는데 이 시스템을 자동랜딩시스템이라 한다. 이는 컨테이너 크레인의 스프레더가 컨테이너를 AGV나 트랙터 위에 올리거나 내리기 위해 스프레더의 정확한 절대위치를 검출하고, AGV와 크레인 간의 통신에 의해 자동으로 위치를 보정하는 역할을 한다.

상기와 같은 자동랜딩 시스템 방법으로는 레이저센서를 이용하는 방법과 비젼센서를 이용하는 방법이 있는데, 먼저 레이저센서를 이용하는 방법은 컨테이너크레인보다 상대적으로 낮은 높이와 작은 규모의 야드크레인에 대한 무인화를 추진하면서 컨테이너의 유무를 자동으로 인식하고 적재하는 방법과, 크레인에 달려있는 다양한 물체에 대하여 좌표인식 알고리즘에 관한 연구 등이 제시되고 있다.

둘째로 비젼센서를 이용하는 방법은 스프레더에 4개의 카메라를 장착하여 컨테이너의 각 코너를 측정하는 법으로, 이는 컨테이너의 코너에 있는 구멍을 촬영하여 영상처리를 거쳐서 컨테이너와 스프레더가 정확하게 도킹할 수 있게 하는 것이다.

그러나 상기에기 레이저 센서를 이용한 방법은 센서가 트롤리에 붙어있기 때문에 트롤리 자체가 가지는 위치오차를 감안하지 못하는 단점이 있으며, 비젼센서를 이용하는 방법은 스프레더가 컨테이너와 도킹하는 상황에서만 사용 가능할 뿐만 아니라, 영상신호이기 때문에 항만의 거친 환경에 대하여 내구성이 떨어지고, 야간에 사용하기 어려운 실정이다.

본 발명의 목적은 종래의 이와같은 문제점을 해소하고자 한 데 있는 것으로, 컨테이너선에서 컨테이너를 AGV에 싣기 위한 하역작업과 컨테이너선에 컨테이너를 싣기 위해 AGV에서 스프레더를 이용하여 컨테이너를 들어올리는 선적작업에 대한 자동랜딩시스템을 위하여 꼭 필요한 스프레더의 절대위치 측정에 대한 것으로, 육상측의 트롤리에 장착된 레이저변위센서를 사용해서 스프레더를 절대위치 검출을 하기위한 위치에 갖다 놓은 뒤, 컨테이너 크레인의 하측 부재에 장착된 레이저스캐너를 이용하여 스프레더의 절대위치를 정확하게 구함으로써, 육상측 트롤리가 컨테이너를 AGV 위에 자동으로 올리거나 내릴 수 있어서 항만장비의 무인화에 기여할 수 있는 컨테이너의 자동랜딩을 위한 스프레더의 절대위치 검출방법과 그 알고리즘을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a 또는 1b는 종래의 자동화된 터미널 사진

도 2는 본 발명의 작동상태를 도시한 상태도

도 3은 본 발명의 전체를 도시한 사시도

도 4는 본 발명의 레이저 스캐너의 측정범위를 도시한 그래프

도 5는 본 발명의 레이저 스캐너를 이용하여 스캔된 데이터를 스프레더 좌표로 도시한 그래프

도 6은 본 발명의 원으로 표시된 허용오차의 범위를 도시한 그래프

도 7은 본 발명의 두 좌표계간의 변환관계를 도시한 그래프

도 8은 본 발명의 절대위치 검출방법을 나타낸 블록도

도 9는 본 발명의 알고리즘을 나타낸 순서도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 트롤리 11: 스프레더

20: 레이저변위 센서 30: AGV차량

40: 레이저 스캐너 50: 수직 프레임

50': 연결부재 100: 컨테이너 크레인

컨테이너 크레인(100)의 트롤리(10)에 장착된 레이저변위 센서(20)를 통해 스프레더(11)와 컨테이너의 위치를 확인하는 스프레더의 위치검출방법에 있어서, 컨테이너 크기 정보를 입력하고, 버퍼에 컨테이너 도착을 알리며 육상측 스프레더의 위치 정보를 확인하는 단계(S1);와 육상측 스프레더의 위치 정보를 확인하여 육상측 스프레더에 컨테이너를 적재하는 단계(S2);와 트롤리(10)에 장착된 레이저변위 센서(20)를 통해 AGV차량(30)의 정위치를 판별한 후 스프레더(11)를 하강하고, 스프레더(11)와 AGV차량(30) 사이의 변위를 측정하는 단계(S3);와 레이저 스캐너(40)를 통해 스프레더(11)의 좌표값(,,,)를 측정하는 단계(S4);와 측정된 스프레더(11)의 좌표를 사용하여 오차범위를 확인하는 단계(S5);와 오차범위가 해당범위 내에 들지 않을 때 스프레더(11)위치 및 흔들림을 제어하여 스프레더(11) 좌표를 재측정하는 단계(S6);와 오차범위내에 만족시 컨테이너를 AGV차량(30)에 적재하여 스프레더(11)를 상승시키는 단계(S7);를거쳐 스프레더(11)의 절대위치를 검출함을 특징으로 하는 것이다.

상기에서, AGV차량(30)의 위치를 판별하는 단계에서의 컨테이너와 AGV차량(30)사이의 변위는 0.2m이다.

상기에서, 레이저 스캐너(40)를 통한 스프레더 좌표값,,,은

이다.

상기에서, 레이저 스캐너(40)를 통해 측정된 스프레더(11)의 좌표로 확인하는 오차범위는

,이고, 최초 만족시점으로 부터 2초간 연속적으로 오차범위가 만족될 시에 컨테이너를 AGV차량(30)에 랜딩하게 된다.

상기에서, 레이저 스캐너(40)는 수직 프레임(50)의 연결부재(50')상에 AGV차량(30)과 대응되는 방향으로 장착한다.

상기에서, 트롤리(10)에 장착된 레이저변위 센서(20)는 수직 프레임(50)의 연결부재(50')에 장착된 레이저 스캐너(40)와 대응되게 수직으로 장착한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1a 또는 1b는 종래의 자동화된 터미널 사진, 도 2는 본 발명의 작동상태를 도시한 상태도, 도 3은 본 발명의 전체를 도시한 사시도, 도 4는 본 발명의 레이저 스캐너의 측정범위를 도시한 그래프, 도 5는 본 발명의 레이저 스캐너를 이용하여 스캔된 데이터를 스프레더 좌표로 도시한 그래프, 도 6은 본 발명의 원으로 표시된 허용오차의 범위를 도시한 그래프, 도 7은 본 발명의 두 좌표계간의 변환관계를 도시한 그래프, 도 8은 본 발명의 절대위치 검출방법을 나타낸 블록도, 도 9는 본 발명의 알고리즘을 나타낸 순서도로서,

먼저 본 발명을 구현하기 위한 기술적 구성은 육상측 트롤리(10)에 장착되어 스프레더(11)의 절대위치를 설정하는 레이저변위 센서(20)와; 크레인(100)의 육상측 수직 프레임(50)의 연결부재(50')에 장착되어 AGV차량(30)과 스프레더(11)의 오차범위내 상대위치를 판별하는 레이저 스캐너(40);의 조합으로 형성되며, 상기 레이저변위 센서(20)와 레이저 스캐너(40)를 이용하여 AGV차량(30)에 랜딩되는 컨테이너의 절대위치를 판별할 수 있는 스프레더(11) 좌표검출 알고리즘을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에서 고정되어 있는 레이저변위 센서(20)의 절대값과 비교되는 레이저 스캐너(40)의 상대값을 이용 스프레더(11)의 좌표를 측정하여 설정된 오차범위내에 컨테이너가 적재된 스프레더가 위치했을때 AGV차량에 랜딩하게 하는 방법에 대해 좀 더 상세하게 설명하면,

도 3은 컨테이너크레인(100)에서의 레이저변위 센서(20)와 레이저 스캐너(40)의 위치를 나타낸 것으로서, 컨테이너크레인(100)은 흔들림 방지시스템에 의해서 목표위치에서의 컨테이너 흔들림이 거의 발생하지 않고, 컨테이너크레인(100)과 AGV(30)의 위치는 기준좌표계에 대하여 항상 일정하며, 호이스팅되는 스프레더(11)는 항상 수평을 유지하는, 즉 스프레더(11)의 윗면은 중력방향에 대하여 항상 수직을 유지함을 전제로, AGV차량(30)에 랜딩하기 위한 기준이 되는 컨테이너의 랜딩위치를 기준좌표계로 하여 컨테이너크레인(100)의 트롤리(10) 하측에 레이저변위 센서(20)를 설치함과 레이저변위 센서(20)에 대응하는 컨테이너 크레인 수직 프레임(50)의 연결부재(50')에는 레이저 스캐너(40)를 장착함을 나타낸 것이다.

그리고 레이저변위 센서(20)를 이용하여 스프레더(11)를 작동하는 과정을 설명하면, 먼저 트롤리(10)에 설치된 레이저변위 센서(20)를 이용하여 스프레더(11)까지의 변위를 측정한 뒤, 하역시에는 컨테이너와 AGV차량(30)간의 간격이 0.2M 지점에 이르게되면 호이스팅을 멈추게 하여 스프레더(11)의 절대위치를 검출하기 위한 측정을 한다. 상기 0.2M의 간격은 경험에 의해 얻어진 량으로 위 간격값은 가변될 수 있으며, 0.2M 간격에 도달했을 때 호이스팅을 멈추고 레이저 스캐너(40)를 통하여 절대위치를 측정한다. 이는 기준좌표계상의 Z축에 대한 간격으로서 컨테이너의 크기가 규격화 되어 있으므로 정해진 간격을 맞출 수 있는 것이다.

도 4는 레이저 스캐너(40)를 이용한 스프레더(11)의 절대위치를 측정하는 것을 나타낸 것으로서, 컨테이너크레인(100)의 수직 프레임(50) 하측 중앙으로 형성되어 있는 부재(50')에 장착되어 트롤리(10)에 장착된 레이저변위 센서(20)와 수직 대응되어 트롤리(10)에서 AGV차량(30)쪽으로 설정 간격값까지 호이스팅된 컨테이너를 장착하고 있는 스프레더(11)의 두지점의 좌표값을 측정하고 있음을 나타낸 것이다. 이때 레이저 스캐너(40)는 레이저변위 센서(20)의 센서좌표계에 대한 좌표값을 측정하며, 레이저 스캐너(40)는 10Hz의 샘플링 시간으로 스프레더(11)를 계속 측정하고, 상기 본 발명에서 생성된 알고리즘에 의해 최초 만족된 시점으로 부터 2초간 연속으로 알고리즘이 만족하면 충분히 랜딩이 가능한 상태로 인식하여, 컨테이너를 AGV차량(30)에 랜딩하고, 스프레더(11)는 잠금장치를 풀어 다음 이동시킬 예정인 선박의 컨테이너쪽으로 움직이게 하는 것을 나타낸다.

도 5 내지 7은 상기와 같이 구성된 레이저센서 변위(20)와 레이저스캐너(40)에 따라 본 발명의 알고리즘에 대한 좌표관계를 나타내고 있는 것으로서, 모든 것의 기준이 되는 기준좌표계 외에 레이저스캐너에 부착된 레이저 빔이 나가는 부분이 원점이 되고 스캔되는 면이 xy평면이 되는 센서 좌표계가 있고, 또한 측정하고자 하는 움직이는 물체의 한 점을 기준으로 하는 물체좌표계가 있다. 여기서 각 좌표계의 정의를 살펴보고, 좌표계 간의 변환관계를 알아보기로 한다.

좌표관계를 나타내기 위해 먼저 기준 좌표계(r)에 대해 설명하면, 모든 좌표변환에 있어서 절대적 기준이 되는 좌표계로서 레이저변위 센서(40)에서 측정된 값이나 변환 알고리즘의 결과가 모두 최종적으로 기준좌표계로 표현된다. 여기서 실제로 적용할때 기준좌표계의^rz축을 중력 방향으로, 컨테이너크레인(100)의 레일방향을^rx 축으로, 붐이 뻗어있는 방향을^ry축으로 설정한다. 좌측윗첨자 r은 기준좌표계를 의미한다.

센서좌표계(s)는 센서 자체에 정의된 것으로서, 센서에 의해 측정된 값을 최초로 표현하는 좌표계이다. 본 발명에서는 레이저 스캐너(40)에서 레이저 광원이 나가는 점을 좌표계의 원점으로 잡고, 이 광원을 이용하여 물체의 좌표를 측정하기 위한 좌표계로서 사용한다.

물체좌표계(b)는 측정 대상물의 임의의 위치에 고정되어 있는 좌표계로서, 컨테이너의 중심이 물체좌표계의 원점이 되고, 윗면이^bz축에 수직인 평면이 된다. 컨테이너가 컨테이너크레인(100)에 매달려서 흔들리게 되면 그 움직임에 따라 물체좌표계도 공간상을 움직이게 된다.

먼저 레이저 스캐너(40)를 이용한 좌표측정에 관해 살펴보면, 스프레더(11)의 절대좌표를 알기 위해서는 먼저 레이저변위 센서(20)와 레이저 스캐너(40)를 이용하여 센서좌표계에서의 좌표값을 알아내어야 한다. 먼저 위에서와 같이 트롤리(10)에 장착된 레이저변위 센서(20)를 이용하여 스프레더(11)까지의 변위를 측정한다. 레이저변위 센서(20)는 기준좌표계의^rz축과 평행하게 설치함으로서 중력방향과 평행한 좌표값을 알 수 있다. 측정한 변위값은 레이저 스캐너(40)를 사용하기 전에 위치시키는 선행작업이므로 0.2m 간격을 유지시켰을 때 센서좌표계에 대한^sz 값은 0으로 세팅한다. 즉 레이저 스캐너(40)에서 측정되는^sz값은 0이 된다. 도 4는 레이저 스캐너(40)를 이용하여 스프레더(11)를 측정하는 것을 나타내고, 도 5은 스캔하여 수집된 데이터를 이용하여 측정각도에 대한 변위로 나타낸 그래프를 보여준다. 도 4,5에서 실선으로 된 스프레더(11)와 그래프는 오차없이 랜딩이 되는 기준위치를 나타내고, 점선으로 된 것은 실제 측정위치를 나타낸다. 이 그래프를 이용하여= ,= 의 좌표를 알 수 있다. 여기서 상첨자 S는 센서좌표계를 의미하고, 하첨자 1,2는 스프레더(11)의 두 좌표를 순서대로 나타낸 것이다. 그리고, 상첨자 프라임(')이 없는 것은 기준위치를 의미하고, 프라임이 있는 것은 실제 측정위치를 의미한다.

먼저 레이저 스캐너(40)로 기준위치를 측정하는데, 스캐너로 측정한 센서좌표계는 원통좌표계이므로 이것을 좌표변환을 이용하여 직교좌표계로 변환한다.

,,,

,,.

----- (1)

따라서 센서좌표계에서의 표준좌표는 다음과 같다.

----- (2)

그리고 기준위치를 구하는 방법과 마찬가지로 실제 측정위치를 나타내면 다음과 같다.

----- (3)

레이저 스캐너(40)는 도 3에서와 같이 기준좌표계의^rx 축과 센서좌표계의^sx 축이 평행하도록 설치되어 있다. 즉 두 좌표계간의 회전관계는 x축 회전만 고려하면 된다. 여기서 x축 회전량을, 각 축에 대한 병진운동을 dx, dy, dz로 하면 두 좌표계 간의 관계는 다음식과 같다.

----- (4)

여기서이다.

위 식을 이용하면 센서좌표계에 대한 좌표값을 기준좌표계에 대한 좌표값으로 변환 할 수 있다. 따라서 스프레더의 표준좌표와 실제 측정좌표에 대한 좌표값을 다음과 같이 나타낼 수 있다.

----- (5)

----- (6)

위 식에서 각 요소의 값은 이미 알고 있는 값이거나 측정에 의해서 결정되는 값이므로과,과의 좌표값은 모두 알 수 있다. '

더욱 부연설명하면, 기준좌표계와 센서좌표계간의 변환관계를 알아볼 때, 도 7에서 보는 바와 같이 센서에 의해 측정된 점의 좌표값은 센서 좌표계에 대한 값이며, 이것을 기준좌표계에 대한 값으로 변환하여야 한다. 이를 위해 먼저 크레인 밖의 어느 한 점을 원점으로 하는 기준좌표계를 두고, 크레인은 고정되어 있다고 가정한다. 그러면 두 좌표계 간의 변환관계를 나타내는 변환행렬을 구할 수 있다. 변환행렬은 회전행렬과 병진벡터의 조합으로 이루어지며, 먼저 회전행렬에 대해 살펴보자.

두 좌표계 간의 방위 관계의 규명은 z - y - x 오일러 각을 이용하면, 두 축 간의 회전량은 오른손 법칙에 따라 그 부호를 결정한다. 일반적으로 두 좌표계간의 방위를 결정하는 데는 서로 독립인 세 개의 각이 필요하다. 그리고, 기준좌표계간의 방위를 결정하는 데에는 서로 독립인 세 개의 각이 필요하다. 그리고, 기준좌표계를 고정시키고, 고정된 기준좌표계{^rx,^ry,^rz}에 대한 센서좌표계^sx,^sy,^sz}는 z, y, x축 들에 대한 각 변위를 나타내는와 각 축 들에 대한 병진운동 dx, dy, dz 로서 여섯 개의 미지수가 존재한다. 먼저 회전행렬은 z - y - x 오일러각으로 표현할 때 다음과 같이 된다.

-----(7)

여기서이다.

위의 회전행렬과 병진벡터(dx, dy, dz)를 포함한 변환행렬을 기준좌표계와 센서좌표계에 대하여 식 (8)과 같이 표현한다.

----- (8)

지금까지 일반적인 3차원 좌표변환에 대하여 알아보았다. 하지만 실제로 본 발명에서는 센서를 설치할 때 가준좌표계의^rx축과 센서좌표계의^sx축이 평행하게끔 설치하여 식을 좀 더 간단하게 만들어서 사용할 것이다. 이렇게 하면 회전변환을^rx혹은^sx축에 대한만 고려하면 된다. 그리고 병진벡터는 기준좌표계 원점에서 센서좌표계 원점까지 각 축에 대한 거리를 측정하여 dx, dy, dz를 결정한다. 또한 식 (8)과 마찬가지로 센서 좌표계와 물체 좌표계간에도 변환행렬을 사용하여 회전과 병진량을 알 수 있다.

상기에서와 같이 식 (3)은 센서좌표계에서의 측정값이고, 식 (5)는 식 (4)이나 식 (8)에 의해서 기준좌표계로 변환한 좌표값이나, 본 발명에서는 모든 축이 다 회전하는 것이 아니므로 식 (8)은 일반적인 변환 행렬식이고, 식 (4)는 본 상황에 맞는 변환행렬식입니다. 다시 말하면 식(3)은 센서좌표계에서 바라본 스프레더의 좌표값이고, 식 (5)는 기준좌표계에서 바라본 스프레더(11)의 좌표값입니다.

도 7은 좌표계의 변환에 대해 참고하기 위한 도면입니다.

컨테이너를 AGV에 올리고 내릴 때, 흔들림 없이 랜딩을 하기 위한 일정한 좌표가 유지되어야 한다. 하지만 실제로 항만에서는 랜딩할 때 어느 정도의 허용오차범위를 두게 된다. 즉 스프레더와 컨테이너, 컨테이너와 AGV가 정확하게 일치하는 점에서 일정한 허용오차범위 안에 들어가면 랜딩이 가능하게 된다.

도 6에서는 기준좌표계에 대한 표준좌표와 실제 측정좌표를 같이 표현하였다. 여기서 표준좌표를 중심으로 반지름이인 원을 랜딩 가능한 허용오차범위라고 가정하자. 그러면과사이의 거리가보다 작으면 랜딩이가능하다. 같은 방법으로과사이도 마찬가지고 다음 식으로 나타낼 수 있다.

---- (9)

위 식에서 두 조건을 다 만족해야 랜딩이 가능하다. 예를 들어 도 6에서 1번 코너점에 대한 표준좌표와 실제측정좌표간의 거리가보다 크다. 2번 코너점에서는 거리가보다 작지만 이 상황에서는 랜딩이 불가능하다. 그리고 스프레더(11)의 두 코너점에 대한 좌표값을 알면 나머지 두 코너는 스프레더(11)의 크기가 고정되어 있으므로 종속관계가 되어 기준좌표계상의 좌표값을 알 수 있고, 스캐너에 의해 측정된 두 값으로 랜딩 여부를 결정할 수 있다.

도 9는 본 발명의 알고리즘을 나타내고 있는 순서도로서, 레이저 스캐너로 센서좌표계의 스프레더 두 점,을 측정하면, 스캐너로 측정한 센서좌표계는 원통좌표계이므로 좌표변환을 위해 직교좌표계로 변환한 뒤, 기준위치로서 센서좌표계에서의 표준좌표로 나타낸 뒤, 레이저 스캐너는 기준좌표계의^rx 축과 센서 좌표계의^sx축이 평행하도록 설치하는 걸로 가정하면, 두 좌표계간의 회전관계는 X축 회전만 고려하면 되므로, X축 회전량과 각 축에 대한 병진운동을 통하여 구해진 행렬을 이용하여 센서 좌표계에 대한 좌표값을 기준 좌표계에 대한 기준위치 좌표값으로 변환하면 얻어지는,좌표와, 레이저 스캐너로 측정된 실제위치에서도 기준위치와 같은 방법으로 구해진,좌표를 이용하여 기준좌표계의 표준좌표를 중심으로 반지름이인 원을 랜딩가능한 오차범위로 가정하여 기준위치 좌표값과 실제위치 좌표값의 차를 비교하여 오차범위내에 만족시 컨테이너를 AGV차량에 랜딩하며, 오차범위가 만족되지 않을시에는 스프레더 위치 및 흔들림을 제어하여 다시 레이저 스캐너로 센서 좌표계의 두 점을 측정하는 과정을 반복함을 나타낸 것이다.

위의 알고리즘을 컨테이너크레인(100)적용하여 보자. 먼저 하역시 선박에 적재되어 있는 컨테이너를 스프레더(11)로 잡아서 AGV가 있는 곳으로 이동시킨다. 트롤리(10)가 기준좌표계에 대하여 AGV좌표와 일치하는 지점까지 가게 되면 밑으로 호이스팅하고 레이저변위 센서(20)를 이용하여 측정하고자 하는 스프레더(11)의 위치를 알아내어 거리가 0.2m가 되는 일정한 간격을 유지시킨 뒤, 레이저 스캐너(40)를 이용하여 센서좌표계에 대한 좌표값을 측정한다. 레이저 스캐너(40)는 10Hz의 샘플링 시간으로 스프레더(11)를 계속 측정하고, 위의 알고리즘에 의하여 최초 만족하는 시점부터 2초간 연속으로 알고리즘을 만족하면 충분히 랜딩이 가능한 상태로 인식한다. 그래서 컨테이너를 AGV에 올려놓을 수 있고, 스프레더(11)는 잠금장치를 풀어서 다음 컨테이너를 잡으로 선박쪽으로 움직인다.

선적시에도 하역할 때와 마찬가지로 컨테이너를 싣고 있는 AGV가 크레인에 접근하면 스프레더(11)가 내려와서 레이저변위 센서(20)와 레이저 스캐너(40)를 이용하여 위치를 확인하고 알고리즘을 통해서 랜딩가능한지 여부를 확인한 다음 스프레더(11)가 컨테이너를 상승시킨다.

이와 같이 된 본 발명은 레이저변위 센서를 이용하여 트롤리에서 스프레더까지의 변위를 측정하여 컨테이너와 AGV차량사이의 간격이 0.2m가 되면 호이스팅을 멈추고 레이저스캐너를 이용하여 스프레더의 수평운동에 대한 위치를 측정하여 기준좌표계에 대하여 좌표를 알고 있는 고정된 AGV와 기준좌표계에서 xy평면에 대한 위치오차가 허용오차범위 내에 들어오면 컨테이너를 내리거나 들어올리기 위해 랜딩할 수 있는 컨테이너의 자동랜딩을 위한 스프레더의 절대위치 검출할 수 있는 방법 및 알고리즘을 얻을 수 있음을 특징으로 한 것이다.

Claims

컨테이너 크레인(100)의 트롤리(10)에 장착된 레이저변위 센서(20)를 통해 스프레더와 컨테이너의 위치를 확인하는 스프레더의 위치검출방법 있어서, 컨테이너 크기 정보를 입력하고, 버퍼에 컨테이너 도착을 알리며 육상측 스프레더의 위치 정보를 확인하는 단계(S1);와 육상측 스프레더의 위치 정보를 확인하여 육상측 스프레더에 컨테이너를 적재하는 단계(S2);와 트롤리(10)에 장착된 레이저변위 센서(20)를 통해 AGV차량(30)의 정위치를 판별한 후 스프레더(11)를 하강하고, 스프레더(11)와 AGV차량(30) 사이의 변위를 측정하는 단계(S3);와 레이저 스캐너(40)를 통해 스프레더(11)의 좌표값(,,,)를 측정하는 단계(S4);와 측정된 스프레더(11)의 좌표를 사용하여 오차범위를 확인하는 단계(S5);와 오차범위가 해당범위 내에 들지 않을 때 스프레더(11) 위치 및 흔들림을 제어하여 스프레더(11) 좌표를 재측정하는 단계(S6);와 오차범위내에 만족시 컨테이너를 AGV차량(30)에 적재하여 스프레더(11)를 상승시키는 단계(S7);를 거쳐 스프레더(11)의 절대위치를 검출함을 특징으로 하는 컨테이너의 자동랜딩을 위한 스프레더의 절대위치 검출방법 및 알고리즘.
제 1 항에 있어서, AGV차량(30)의 위치를 판별하는 단계에서의 컨테이너와 AGV차량(30)사이의 변위는 0.2m임을 특징으로 하는 컨테이너의 자동랜딩을 위한 스프레더의 절대위치 검출방법 및 알고리즘.
제 1 항에 있어서, 레이저 스캐너(40)를 통한 스프레더 좌표 측정값,,,은

임을 특징으로 하는 컨테이너의 자동랜딩을 위한 스프레더의 절대위치 검출방법 및 알고리즘.
제 1항에 있어서, 레이저 스캐너(40)를 통해 스프레더(11)의 좌표를 측정하여 확인하는 오차범위는

,이고, 최초 만족시점으로 부터 2초간 연속적으로 오차범위가 만족될 시에 컨테이너를 AGV차량(30)에 랜딩하게 됨을 특징으로 하는 컨테이너의 자동랜딩을 위한 스프레더의 절대위치 검출방법 및 알고리즘.
제 1 항에 있어서, 레이저 스캐너(40)는 수직 프레임(50)의 연결부재(50')상에 AGV차량(30)과 대응되는 방향으로 장착함을 특징으로 하는 컨테이너의 자동랜딩을 위한 스프레더의 절대위치 검출방법 및 알고리즘.
제 1 항에 있어서, 트롤리(10)에 장착된 레이저변위 센서(20)는 수직 프레임(50)의 연결부재(50')에 장착된 레이저 스캐너(40)와 대응되게 수직으로 장착함을 특징으로 하는 컨테이너의 자동랜딩을 위한 스프레더의 절대위치 검출방법 및 알고리즘.