[논문]레이저 빔 궤적을 이용한 자동 랜딩 시스템

황진아; 남기군; 이장명

doi:10.5302/j.icros.2007.13.1.039

레이저 빔 궤적을 이용한 자동 랜딩 시스템
Automatic Landing System using a Trajectory of Laser Beam 원문보기

제어·자동화·시스템공학 논문지 = Journal of control, automation and systems engineering, v.13 no.1, 2007년, pp.39 - 45

황진아 (부산대학교 전자공학과) , 남기군 (부산대학교 전자공학과) , 이장명 (부산대학교 전자공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes a method of container position measurement using automatic landing system that is estimated by a laser range finder. In the most of container position measurement methods, CCD cameras or laser scanners have been used to get the source data. However those sensors are not only weak for disturbances, for examples, the light, fog, and rain, but also the system cost is high. When the spreader arrives at the goal position, it is still swung by inertia or by wind effect. In this paper, the spreader swung data have been used to find the container position. The laser range finder is equipped in the front side of spreader. It can measure distance and relative position between spreader and container. This laser range finder can be rotated as desired by a motor. And a tilt sensor is equipped on the spreader to measure spreader sway. The relative position information between the spreader and a container using the laser range finder and tilt sensor is estimated through the geometrical analysis.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 기존의 하역 장비에 사용되고 있는 CCD 카메라와 레이저 센서 방식의 단점을 개선 하고자 기울기 센서와 레이저 거리 측정기를 사용하여 스프레더와 목표 컨테이너의 위치를 측정하는 방법을 제시하였다. CCD 카메라보다 자연현상에 의한 잡음에 강인한 레이저 센서를 사용하여 시스템을 구성함으로써 크레인 조종자 혹은 자동화 크레인 제어기 시스템에 정확한 정보를 제공할 수 있도록 하였다.
본 논문에서는 크레인의 구성 요소인 스프레더에 Laser Range Finder를 부착하여 스프레더의 흔들림이 목표 컨테이너와 스프레더 사이의 정확한 위치정보를 무인 크레인의 제어기 혹은 크레인의 조종사에게 전달할 수 있는 시스템을 제시한다. 본론에서는 연구에 사용된 스프레더의 구조, Sway각과 Skew각 측정 방법, 스프레더와 목표컨테이너 사이의 위치를 측정방법을 설명하고 결론에서는 실험 장치를 구성해 측정된 데이터를 비교 분석하였다.
관성이나 바람과 같은 외란에 의해 앞서 설명한 (1R8)까지의 단진자 운동 방정식에 의해 스프레더 흔들림은 기술된다. 본 연구에서는 레이저 거리 측정기로부터 발사된 레이저 빔이 바닥에 투사될 때 이 레이저의 궤적을 측정하여 Skew각을 측정한다.
이러한 단점을 극복하고자 본 연구에서는 레이저 거리측정기를 스프레더에 부착하여 그림 2와 같은 시스템을 구성하고 스프레더와 컨테이너 사이의 위치를 측정하고자 하였다.

가설 설정

그림 4(a)처럼 Skew각이 존재하지 않을 때 점 § 와 점 q 의 X축 좌표는 동일하다. 하지만 (b)처럼 스프레더와 컨테이너 사이에 Skew각이 존재할 때 점 瓦과 점 G의 %축은 동일하지 않다. 이때 점 0과 점 Q 이용해 직각 삼각형을 만든 후 점 G에 위치한 예각을 측정하면 Skew각을 구할 수 있다.

제안 방법

위치를 측정하는 방법을 제시하였다. CCD 카메라보다 자연현상에 의한 잡음에 강인한 레이저 센서를 사용하여 시스템을 구성함으로써 크레인 조종자 혹은 자동화 크레인 제어기 시스템에 정확한 정보를 제공할 수 있도록 하였다. 또 고가의 2차원 혹은 3차원 레이저 센서가 아닌 1차원 거리 측정기를 사용하여 시스템을 구성함으로써 상품화를 위한 경쟁력을 고려하였다.
CCD 카메라보다 자연현상에 의한 잡음에 강인한 레이저 센서를 사용하여 시스템을 구성함으로써 크레인 조종자 혹은 자동화 크레인 제어기 시스템에 정확한 정보를 제공할 수 있도록 하였다. 또 고가의 2차원 혹은 3차원 레이저 센서가 아닌 1차원 거리 측정기를 사용하여 시스템을 구성함으로써 상품화를 위한 경쟁력을 고려하였다. 본 시스템이 실제 항만에 적용되기 위해서는 실험에 사용한 레이저 거리측정기보다는 빠른 응답속도와 정밀도를 가지는 센서와 정밀한 기울기 측정 센서가 적용되어야 할 것으로 판단된다.
장착된 모터에는 인코더를 부착하여 측정기가 회전된 각을 검출할 수 있도록 하였다. 또한 스프레더의 흔들림을 감지하기 위해 기울기 센서를 스프레더의 상단에 설치하여 흔들림을 측정할 수 있도록 하였다.
본론에서는 연구에 사용된 스프레더의 구조, Sway각과 Skew각 측정 방법, 스프레더와 목표컨테이너 사이의 위치를 측정방법을 설명하고 결론에서는 실험 장치를 구성해 측정된 데이터를 비교 분석하였다.
센서로부터 들어오는 컨테이너와 스프레더 사이의 거리 정보와 기울기 센서로부터 기울기 정보를 분석하였다. 실제 시스템과 유사한 스프레더의 흔들림을 발생시키는 Motorl과 레이저 거리 측정기를 회전시키는 Motor2를 각각 제어하고 인코더를 사용하여 회전각을 검출하였다.
스프레더의 진행방향 중심부위에 모터가 장착된 레이저 거리 측정기를 설치하고 외란에 의해 스프레더가 흔들릴 때 컨테이너까지의 거리를 측정할 수 있도록 하였다. 장착된 모터에는 인코더를 부착하여 측정기가 회전된 각을 검출할 수 있도록 하였다.
센서로부터 들어오는 컨테이너와 스프레더 사이의 거리 정보와 기울기 센서로부터 기울기 정보를 분석하였다. 실제 시스템과 유사한 스프레더의 흔들림을 발생시키는 Motorl과 레이저 거리 측정기를 회전시키는 Motor2를 각각 제어하고 인코더를 사용하여 회전각을 검출하였다. 인코더를 통해 측정한 데이터와 기울기 sensor의 데이터를 비교흐}여 skew 각측정에 이용하였고, 2皿컨테이너를 15.
이때 기울기 센서로부터 측정한 데이터를 모터가 흔들린 각과 비교 하였을 때 상승과 하강의 기울기 값에서 오차가 발생하는 것을 알 수 있다. 실험에서는 기울기센서의 흔들림을 측정하여 lookup table방식을 사용하여 정확한 기울기를 측정하였다.
센서로부터 들어오는 스프레더의 흔들림 정보를 나타내고 있다. 실험에서는 스프레더가 흔들릴 때 레이저 거리 측정기의 레이저 빔이 컨테이너에 닿는 순간 일정한 각으로 회전을 시켰다.
필요하다. 첫 번째 흔들림에서 스프레더와 컨테이너사이의 Skew각을 파악하고 두 번째 흔들림에서 Skew각을 바탕으로 하여 그 위치를 측정한다. 그림 6(a)에서 Skew각을 구하기 위해 반대방향으로 컨테이너의 가장자리가 검출될 때까지 최대한 회전을 시킨다.

대상 데이터

실제 시스템과 유사한 스프레더의 흔들림을 발생시키는 Motorl과 레이저 거리 측정기를 회전시키는 Motor2를 각각 제어하고 인코더를 사용하여 회전각을 검출하였다. 인코더를 통해 측정한 데이터와 기울기 sensor의 데이터를 비교흐}여 skew 각측정에 이용하였고, 2皿컨테이너를 15.7:1 로 축소된 모형컨테이너를 실험에 사용하여 실험에 사용하였다.
전체 시스템의 제어는 DSP320LF2407를 사용하였다. 센서로부터 들어오는 컨테이너와 스프레더 사이의 거리 정보와 기울기 센서로부터 기울기 정보를 분석하였다.

후속연구

또 고가의 2차원 혹은 3차원 레이저 센서가 아닌 1차원 거리 측정기를 사용하여 시스템을 구성함으로써 상품화를 위한 경쟁력을 고려하였다. 본 시스템이 실제 항만에 적용되기 위해서는 실험에 사용한 레이저 거리측정기보다는 빠른 응답속도와 정밀도를 가지는 센서와 정밀한 기울기 측정 센서가 적용되어야 할 것으로 판단된다. 정밀한 위치 측정이 가능한 시스템으로 개선된다면, 본 연구에서 제안한 방법은 자동화 터미널의 크레인 제어기나 크레인 조종자에게 정확한 위치 정보를 제공함으로써 정밀한 자동랜딩시스템의 구현이 가능하게 될 것으로 기대된다.
본 연구에서 제안하는 스프레더의 흔들림을 이용하여 컨테이너의 위치를 측정하기 위해서는 최소 2회 이상의 흔들림이 필요하다. 첫 번째 흔들림에서 스프레더와 컨테이너사이의 Skew각을 파악하고 두 번째 흔들림에서 Skew각을 바탕으로 하여 그 위치를 측정한다.
이는 레이저 거리 측정기의 응답시간 및 정밀도 그리고 기울기 센서의 정확도에 기인한 것이기 때문에 거리 측정기의 응답시간, 정밀도 그리고 기울기 센서의 정밀도를 높인다면 좀 더 향상된 결과를 얻을 수 있을 것이다.
본 시스템이 실제 항만에 적용되기 위해서는 실험에 사용한 레이저 거리측정기보다는 빠른 응답속도와 정밀도를 가지는 센서와 정밀한 기울기 측정 센서가 적용되어야 할 것으로 판단된다. 정밀한 위치 측정이 가능한 시스템으로 개선된다면, 본 연구에서 제안한 방법은 자동화 터미널의 크레인 제어기나 크레인 조종자에게 정확한 위치 정보를 제공함으로써 정밀한 자동랜딩시스템의 구현이 가능하게 될 것으로 기대된다.

참고문헌 (10)

S. U. Choi, J. W. Lee, C. H. Lee, Y. J. Lee, and K. S. Lee, 'A development of ATCS for automatic transfer crane,' Industrial Electronics, ISIE 2002, vol. 2, pp. 661-665, July 2002
J. J. Lee, G. G. Nam, B. K Lee, and J. M. Lee, 'Measurement of 3D Spreader Position Information using the CCD Cameras and a Laser Distance Measuring Unit,' International Journal of Navigation and Port Research, vol. 28, no. 4, pp. 323-331, June 2004

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J. R. Holmquist, 'Laser guided loading system,' IEEE Trans. Industry Applications, vol. 38, no. 3, pp. 752-757, May 2002

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K. Obata, K. Uchida, T. Chikura, H. Yoshikawa, and T. Monzen, 'Automated transfer crane,' Mitsubishi Heavy Industries Technical Review, vol. 40, pp. 1-5, no. 2, Jan. 2003
H. Yoshikawa, S. Kunimitsu, H. Hoshina, N. Mitata, and M. Kobayashi, 'Development of hoisting load position sensor for container handing cranes,' Mitsubishi Heavy Industries Technical Review, vol. 38, no. 3, pp. 67-72, June 2001

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K. Obata, N. Miyata, M. Kobayashi, M. Nishioka, and H. Yoshikawa, 'Development of automatic container yard crane,' Mitsubishi Heavy Industries Technical Review, vol. 38, no.2, pp. 62-66, Jun. 2001

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Y.-S. Kim, H. Yoshihara, N. Fujioka, H. Kasahara, H. B. Shim, and S.-K. Seul, 'A new vision-sensorless anti-sway control system for container cranes,' Industry Applications Conference, vol. 1, pp. 262-269, Oct. 2003
정승현, 박정일, '퍼지제어기를 이용한 크레인 진동억제 및 위치 제어,' 제어.자동화.시스템공학 논문지, vol. 3, no. 5, pp. 435-442, Oct. 1997

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박경택, 박찬훈, 김두형, 신영재, '자동화 컨테이너 터미널을 위한 컨테이너 트랜스퍼 크레인의 안티 스웨이 시스템 : Part I - 기본 구조, 모델링, 제어,' 제어.자동화.시스템공학 논문지, vol. 10, no. 11, pp. 1112-1118, Nov., 2004

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E. Arnold, O. Awodny, A. Hildebrandt, and K Schneider, 'Anti-sway system for boom cranes based on an optimal control approach,' American Control Conference, vol. 4, pp. 3166-3171, June 2003

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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