KR100541164B1 - 굴삭기의 장해물 감지방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴삭기의 장해물 감지방법 및 그 장치에 관한 것으로, 그 목적은 주변 초음파 노이즈가 있는 환경에서도 신뢰성 있는 장해물 감지 성능을 유지하고, 이러한 신뢰도를 스스로 자기 진단하여 운전자에게 알려주는 굴삭기의 장해물 감지방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 초음파 센서를 이용한 굴삭기의 장해물 감지방법에 있어서; 상기 장해물 감지방법은 장해물의 최대 감지거리 및 감지방향을 임의로 선택하여 설정하는 설정수단과, 상기 설정수단에 의해 작동되고 자기가 발신한 초음파인지를 판별한 후 수신포트값에 의해 거리를 산출하여 주제어기로 데이터를 전송하는 1차 감지수단과, 상기 1차 감지수단에 의해 주제어기로 전송된 데이터에 의해 장해물 존재 여부를 가감 관리하여 감지결과에 대한 확신도를 향상하는 2차 감지수단과, 상기 1차 감지수단에 의해 산출된 정보에 의해 장해물 존재 신뢰도를 가감하여 2차 감지수단에 대한 신뢰성을 판단하는 판단수단에 의해 주제어기에 장해물 존재 유무 및 이에 대한 확신도와 신뢰도가 표시되도록 한 굴삭기의 장해물 감지방법 및 그 장치를 제공함에 있다.

굴삭기, 초음파센서, 장해물, 장해물감지, 장해물감지장치

Description

굴삭기의 장해물 감지방법 및 그 장치{System and method for recognizing obstacles around a construction equipment}

도 1 은 종래의 초음파 센서를 이용한 장해물 감지방법 예시도

도 2 는 본 발명에 따른 굴삭기의 장해물 감지장치의 블록도

도 3 은 본 발명에 따른 장해물 감지장치 설치 및 감지영역 예시도

도 4 는 본 발명에 따른 감지방법 블록예시도

도 5 는 본 발명의 장해물 감지 방법에 사용한 1차 감지수단의 순서도

도 6 은 본 발명의 장해물 감지 방법에 사용한 2차 감지수단의 순서도

도 7 은 본 발명의 장해물 감지방법에 사용한 신뢰도 판단수단의 순서도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(10) : 주제어기 (11) : 표시부

(12) : 발음부 (13) : 운전자 감지설정부

(14) : 신뢰도 확인버튼부 (15) : 마이크로 프로세서

(16) : 버스제어기 (20) : 감지기

(20`): 센서모듈 (21) : 초음파 센서

(22) : 센서 제어기 (23) : 버스제어기

(30) : 굴삭기 (31) : 캐빈

본 발명은 굴삭기의 장해물 감지방법 및 그 장치에 관한 것으로, 굴삭기 상부에 어레이로 장착한 각각의 센서모듈에는 장해물 감지의 신뢰성 향상을 위한 1차 수단(감지수단)을, 운전석내의 주제어기에는 2차수단(판단수단)을 준비하여 센서 신호로부터의 장해물 감지 결과에 대한 신뢰성을 향상시킴은 물론 주변 환경의 초음파 노이즈 상태를 감지하여 장해물 감지 결과의 신뢰도를 스스로 자기 진단하는 굴삭기의 장해물 감지방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 초음파를 이용한 장해물 감지장치는 주로 이동로봇이나, 차량의 측·후방 감지용으로 개발되어 탑재되고 있으나, 굴삭기를 비롯한 중장비용으로의 관련장치는 현재 미미한 상태이다. 이러한 이유는 일반적으로 사용하고 있는 수십 ㎑대의 초음파 센서를 이용한 장해물 감지장치가 쉽고 경제적으로 구현가능하며, 실내와 같이 주변환경소음이 거의 없는 곳에서 감지장치를 사용할 경우, 장해물 감지 결과의 신뢰성도 상당히 높게 보장되지만, 초음파 자체가 공기나 물 등의 매질의 떨림을 통해 전달되는 어쿠스틱(ACOUSTIC)파이기 때문에 초음파 노이즈가 심한 환경 특히 철주조물끼리의 마찰 타격음 등이 존재하는 환경에서는 단순히 감지 시 간차를 이용한 초음파 감지장치는 오(誤)인식을 피할 수 없어 굴삭기 등 중장비가 주로 작업하는 열악한 소음환경에서의 불특정 초음파 노이즈 영향은 운전자로 하여금 종래의 초음파 센서를 이용한 장해물 감지장치에 대한 불신을 가져오기에 충분하다.

종래의 감지장치 및 방법은 도 1 와 같이 초음파를 발수신하고 거리를 산출하여 장해물을 표시하는 가장 기본적인 해당 하드웨어부분과 해당 기능을 가진다. 도 1 의 a 는 초음파 발신부의 펄스 구동시간을 나타내며, b 와 c 는 초음파 수신부의 비교기 출력단의 신호레벨을 나타낸 것이다. 장해물의 거리는 초음파를 발신하고 수신한 TOF(time of flight)를 측정하여 (초음파 이동속도×TOF)/2 의 간단한 식으로 계산되어지는데, 감지장치가 작동하는 주변에서의 초음파 노이즈가 없거나 수신측 비교기의 기준전압보다 낮은 노이즈가 존재하는 환경에서는 장해물에 반사된 안정적인 수신 신호를 취득하게 되고, T1을 측정하여 거리를 마이컴에서 간단히 산출하면 된다. 하지만 도 1 의 c와 같이 장해물에 반사된 수신신호가 도달하기 전 또는 장해물이 목표 감지영역내에 존재하지 않음에도 불구하고 주변 초음파 노이즈에 의해 시간적으로 충분히 넓고 에너지적으로도 비교기의 기준전압보다 높은 초음파가 수신될 경우, T2라는 감지시간에 따라 잘못된 장해물 감지거리가 측정되고, 이러한 과정이 빈번할 경우는 물론 간헐적으로 발생하더라도 운전자 또는 사용자의 입장에서는 감지장치 자체에 대한 신뢰도를 잃게 된다. 즉, 종래의 감지장치를 사용할 때는 주변환경에서 초음파 노이즈가 발생하지 않기를 바라는 수 밖에 없으며, 거리 검출수단에 있어 단순히 첫 번째 수신된 초음파 신호에 대하여만 인터럽트 수 신을 할 경우, 가장 근접한 장해물은 감지할 수 있어도 감지하고자 하는 영역내에 존재하는 복수의 장해물에 대하여는 감지가 불가하며, 주변에 동일한 초음파 센서가 동작시 수신된 초음파가 자기자신이 발사한 초음파인지를 구별할 능력이 없으므로 신호간섭이라는 또 다른 문제점이 발생되는 등 여러 가지 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 주변 초음파 노이즈가 있는 환경에서도 신뢰성 있는 장해물 감지 성능을 유지하고, 이러한 신뢰도를 스스로 자기 진단하여 운전자에게 알려주는 굴삭기의 장해물 감지방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 초음파 센서를 이용한 굴삭기의 장해물 감지방법에 있어서; 상기 장해물 감지방법은 장해물의 최대 감지거리 및 감지방향을 임의로 선택하여 설정하는 설정수단과, 상기 설정수단에 의해 작동되고 자기가 발신한 초음파인지를 판별한 후 수신포트값에 의해 거리를 산출하여 주제어기로 데이터를 전송하는 1차 감지수단과, 상기 1차 감지수단에 의해 주제어기로 전송된 데이터에 의해 장해물 존재 여부를 가감 관리하여 감지결과에 대한 확신도를 향상하는 2차 감지수단과, 상기 1차 감지수단에 의해 산출된 정보에 의해 장해물 존재 신뢰도를 가감하여 2차 감지수단에 대한 신뢰성을 판단하는 판단수단에 의해 주제어기에 장해물 존재 유무 및 이에 대한 확신도와 신뢰도가 표시되도록 한 굴삭기의 장해물 감지방법 및 그 장치를 제공함에 있다.

도 2 는 본 발명에 따른 굴삭기의 장해물 감지장치의 블록도를, 도 3 은 본 발명에 따른 장해물 감지장치 설치 및 감지영역 예시도를, 도 4 는 본 발명에 따른 감지방법 블록예시도를 도시한 것으로, 본 발명의 굴삭기 장해물 감지장치는 굴삭기 운전자의 시계 사각지역인 장비의 우측과 후방에 걸친 넓은 목표 감지영역에 대하여 굴삭기 상부에 설치되는 감지기(20)와, 상기 감지기(20)의 구동을 마스터 관리하도록 운전석에 설치되는 주제어기(10)로 구성되어 있으며, 초음파 노이즈가 존재하는 작업환경에서도 신뢰성 있는 장해물 감지 성능을 가지기 위하여 감지기(20)에는 자기가 발신한 초음파인지를 판별한 후 거리를 산출하여 주제어기(10)로 데이터를 전송하는 감지수단과, 상기 주제어기에서 장해물 존재 확신도를 가감 관리하여 감지결과의 신뢰성을 향상하는 판단수단과, 주기적으로 또는 운전자의 선택에 따라 주변 환경의 초음파 노이즈 상태를 감지하여 장해물 감지 결과의 신뢰도를 스스로 자기 진단하여 운전자에게 알려주는 기능 및 운전자 임의의 감지영역 설정수단에 의해 장해물을 감지하도록 되어 있다.

상기 굴삭기(30)의 장해물 감지장치는 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이 크게 초음파 센서 시스템 전체를 관장하는 주제어기(10)와, 실제 초음파 센서를 구동하는 감지기(20)로 구분되어 있으며, 주제어기(10)의 지령에 따라 감지기(20)가 작동되는 주종관계를 가진다. 즉, 상기 굴삭기(30)의 운전석에 위치한 운전자의 시계 사각지역(장비의 우측과 후방의 일정 거리)내에 있는 주변 작업자나 인공물에 대한 감지 정보를 운전자에게 알려줄 수 있도록 굴삭기(30) 상부에 감지기(20)가 설치되 고, 상기 감지기(20)에 연결되도록 캐빈(31)내에 장해물 감지장치의 주제어기(10)가 설치되어 있다.

상기 주제어기(10)는 감지된 장해물의 위치(거리,방향)와 감지 결과의 신뢰도를 표시하는 표시부(11)와, 장해물 거리에 따라 다르게 경고음을 내도록 구동 제어되는 부저 등의 발음부(12), 포텐쇼메타의 다이얼 형태로 이루어져 운전자가 장해물의 최대 감지거리를 설정하고 버튼식으로 감지 방향을 선택할 수 있는 운전자 감지 설정부(13)와, 운전자의 선택에 의해 장해물 감지결과의 신뢰도를 확인 할 수 있는 신뢰도 확인버튼부(14)와, 상기 표시부(11), 발음부(12), 운전자 감지설정부(13), 신뢰도 확인버튼부(14)의 입출력 신호처리 및 감지기 초음파 센서의 감지 데이터에 대하여 장해물 존재 판단수단을 수행하는 마이크로 프로세서(15)와, 상기 감지기(20)의 초음파 센서 구동 모듈들과의 데이터 통신을 위한 버스제어기(16)로 구성되어 있다.

상기 감지기(20)는 다수개의 초음파 센서모듈(20`)들이 어레이 구조로 나열되어 있으며, 상기 각각의 초음파 센서모듈(20`)은 굴삭기(30) 상부에 어레이 구조로 설치되는 다수개의 초음파 센서(21)와, 초음파를 발신하고 수신하는 기본 구동부 및 감지수단을 수행하는 마이크로 프로세서를 포함하는 센서 제어기(22)와, 주제어기(10)와의 데이터 통신을 위한 버스제어기(23)로 구성되어 있다.

상기 센서모듈(20`)들은 각각의 고유 ID 와 각 센서모듈별 다른 시간간격을 가지는 고유의 초음파 발신 패턴이 부여되어 있으며, 도 3 에 도시된 바와 같이 6개의 센서모듈을 기준으로 할 경우, 제 1,2 센서모듈(a,b)은 장비후방을, 제 3,4 센서모듈(c,d)은 장비의 우측 후방을, 나머지 제 5,6 센서모듈(e,f)은 장비의 우측 영역을 감지하도록 되어 있다.

각 센서모듈(20`)들에 의한 감지데이터는 캐빈(31)내의 주제어기(10)로 전달되어 운전자가 설정한 최대거리에 대하여 3등분하여 장비에서 가까운 거리부터 위험, 경고, 주의 영역으로 구분 표시되도록 되어 있으며, 주제어기부의 발음장치는 장해물 감지 영역에 따라 다르게 경고음을 내도록 구동 제어된다.

상기 초음파 센서모듈은 적용하고자 하는 굴삭기의 크기에 따라 센서모듈 수는 가변 될 수 있으며, 이로 인해 감지장치 자체의 구조적 변화는 전혀 요구되지 않는다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 장해물 감지는 도 4 에 도시된 바와 같이 감지기의 각 초음파 모듈군(20`)은 초음파를 발수신하는 제 1 기능과, 수신만 하는 제 2 기능과, 이로부터 감지된 수신 신호에 대하여 자기자신이 발사한 초음파인지를 구분하여 장해물 거리를 산출한 후 주제어기(10)로 데이터를 전송하는 1차 감지수단을 구비한다.

또한, 주제어기(10)에서는 센서모듈(20`)들로부터 받은 데이터 중에서, 초음파를 발수신하여 산출된 데이터는 2차 감지수단을 통해 장해물의 위치를 표시하며, 초음파를 수신만 하여 산출된 데이터에 대하여는 신뢰도 판단수단을 거쳐 신뢰도를 표시하게 된다.

즉, 감지기(20)의 각 초음파 모듈군(20`)의 제 1 기능을 통해 산출된 데이터는 2차 감지수단을 통해 장해물의 위치가 표시되고, 제 2 기능을 통해 산출된 데이 터는 신뢰도 판단수단을 거쳐 신뢰도가 표시된다.

즉, 본 발명에 있어서 장해물 감지결과의 신뢰성 향상을 위해서는 초음파 발수신 → 1차 감지수단 → 2차 감지수단 → 장해물 표시의 순으로 진행되고, 본 발명의 장해물 감지장치의 장해물 표시결과에 대한 신뢰도를 판단하기 위해서는 초음파 수신 → 1차 감지수단 → 신뢰도 판단수단 → 신뢰도 표시의 순으로 진행되도록 되어 있다.

이하 본 발명을 도 5, 도 6 및 도 7 에 의거하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 5 는 본 발명의 장해물 감지 방법에 사용한 1차 감지수단의 순서도를 도시한 것으로, 감지기의 각 초음파 센서모듈들에서 수행되며 각 센서모듈들은 설치되어 감지하고자 하는 영역별 자기자신 고유의 ID 및 패턴을 갖는 제 1 단계와, 운전자 감지 설정장치에 의한 주제어기부로부터 수신된 지령에 자기자신의 ID가 포함하는지의 여부에 따라 초음파 발수신 태스크 수행 여부를 결정하는 제 2 단계와, 초음파 발신지령포함 유무에 따라 초음파를 발신하고 수신할 로직(flag=0)과, 단지 주변환경 초음파 노이즈만을 수신할 로직(flag=1)중에 하나를 선택하는 제 3 단계와, 상기 제 3 단계의 선택 결과에 따라 감지할 최대거리와 관련한 소정치 시간동안 초음파 발수신 또는 수신만 하는 제 4 단계와, 상기 제 4 단계 설정된 소정치 시간 이후 모듈 고유의 발신패턴과 저장된 수신데이터와의 크로스- 코러레이션(cross-correlation) 연산을 하여 장해물 거리를 산출하는 제 5 단계와, 상기 제 5 단계에 의해 산출된 거리 데이터 및 자기 ID, flag 를 버스제어기를 통 해 주제어기부로 전송하고 다시 제 2 단계를 수행하는 제 6 단계로 이루어져 있다.

즉, 본 발명의 1차 감지수단은 먼저, 센서 고유 ID 및 패턴이 설정되고, 주제어기에 의해 지령이 수신되면, 로직(flag=0 or flag=1)이 선택되고, 메인 샘플링카운트가 업(작동)되며, 샘플링 카운트에 따라 미리 설정된 초음파 센서의 초음파가 발신됨과 동시에 수신포트값이 읽고 저장된다.

여기서 ID는 감지된 장해물 거리 데이터를 주제어기부로 전송시 동일한 데이터 라인을 사용함에 따른 주소의 구분이며, 상기 패턴은 각 센서모듈별 다른 시간간격을 가지는 고유의 초음파 발신 패턴을 부여함으로써 자기가 발신한 초음파인지를 확인할 수 있도록 되어 있다.

또한, 이때 초음파 수신은 초음파가 수신될 때의 시간만을 읽어 들이는 방식이 아니라, 매 샘플링시간마다 초음파 수신포트의 값을 읽어 저장하는 방식을 따른다.

또한, 상기 로직(flag=1)이 선택되거나 샘플링 카운트와 미리 설정된 초음파센서의 패턴이 일치하지 않을 경우, 초음파 수신포트의 값만 읽어 저장한다.

상기와 같이 수신포트값이 저장되면, 샘플링 카운트와 소정치(감지하고자 하는 최대거리를 감지할 수 있는 설정시간)의 관계 즉, 샘플링 카운트가 소정치보다 클 경우, 샘플링 카운트는 '0'이 되면서 장해물 거리를 산출하게 되고, 샘플링 카운트가 소정치보다 작을 경우, 샘플링 카운트 업부터 수신포트값 저장까지 과정이 반복된다.

상기 장해물 거리 산출시에는 자기 자신이 발신한 초음파인지를 확인하는 과 정을 거침으로 주변 동일 센서로부터의 신호간섭 영향은 완전 배제되며, 발신 패턴보다 넓은 연속적인 초음파 노이즈가 없는 한 주변환경에서 침입하는 대부분의 초음파 노이즈는 제거되며, 복수의 장해물도 감지함으로써 신뢰성 있는 장해물 감지 결과를 가져오게 된다.

상기와 같은 과정을 통해 장해물의 거리가 산출되면, 감지기의 버스제어기를 통해 고유 ID, flag, 거리데이타가 주제어기로 전송된다.

도 6 은 본 발명의 장해물 감지 방법에 사용한 2차 감지수단의 순서도를 도시한 것으로, 각 센서모듈들로부터 아이디(ID), 플래그(flag), 거리데이터를 수신하는 제 1 단계와, flag 상태를 확인하는 제 2 단계와, 초음파를 발수신하여 얻어진 거리 데이터일 경우(flag=0) 장해물이 존재할 확률에 기반을 둔 확신도 가감 연산을 수행하는 제 3 단계와, 상기 제 3 단계에 의한 확신도 가감연산시 거리 데이터가 있는 해당 거리 셀(cell)의 확신도는 제 1 소정값(설정된 값)만큼 증가시키고, 장해물이 없는 것으로 확인된 나머지 거리 셀의 확신도는 제 2 소정값(설정된 값)만큼 감소시킨 후, 각 거리 셀의 확신도가 제 3 소정값(설정된 값) 이상이 되는 조건을 판단하는 제 4 단계와, 상기 제 4 단계의 조건이 만족되는 장해물의 위치 표시 및 해당 경고발음을 수행하는 제 5 단계로 이루어져 있다. 이때, 상기 각 소정치들은 센서의 특성 시험 및 운전자의 적절한 감지 판단시간을 고려한 통계 결과를 근거로 한 확률적 가중치로 대표된다.

즉, 상기 제 2 감지수단은 초음파 센서를 이용한 장해물 감지 결과의 신뢰성을 향상시키기 위한 수단으로 운전석이 있는 캐빈내의 주제어기에서 수행되며, 1차 감지수단에 의해 고유 ID와 flag 및 거리데이터가 수신되면, 초음파 발신유무 즉, flag 의 상태에 따라 flag = 0 일 경우, 수신된 정보에 대한 확신도 가감연산이 수행된다. 이때, 거리데이터가 있을 경우 확신도가 올라가고 거리데이터가 없을 경우 확신도가 떨어지도록 되어 있으며, 일정값 이상으로 확신도가 올라갈 경우, 표시부와 발음부에 의해 장해물 위치가 표시되고, 해당 경고음이 발생된다.
즉, 1차 수단에 의해 감지된 거리 데이터는 굴삭기로부터 소정의 일정한 간격으로 쪼개놓은 거리 셀들 중에서 특정 셀에 해당되며, 거리 데이터가 있는 것으로 감지된 해당 셀은 ‘나의 셀에 장해물이 정말 존재하는가’를 대표하는 확신도 값을 증가시키고, 장해물이 없는 것으로 확인된 나머지 거리 셀은 확신도를 감소시키는 연산을 하는 것이며, 연속적인 거리 데이터 감지결과에 따라 거리 셀들의 확신도 값을 가감 연산하여 이 값이 소정값 이상이 되는 거리 셀이 있으면 그 셀의 해당 거리에 ‘진정한 장해물’이 있다고 판단하여 장해물을 감지하도록 되어 있다.

도 7 은 본 발명의 장해물 감지방법에 사용한 신뢰도 판단수단의 순서도를 도시한 것으로, 이 수단은 초음파 센서를 이용한 장해물 감지 결과의 신뢰도를 운전자에게 알려주기 위한 것이며, 현재 작업환경에서의 장해물 감지장치 동작 적합성을 평가해 주게 된다.

상기 감지 신뢰도 판단수단은 각 센서모듈들이 초음파를 발신하지 않고 수신만 한 신호에 대한 것으로, 먼저 거리데이타의 유무를 판단하는 제 1 단계와, 상기 제 1 단계에 따라 신뢰도를 가감하는 제 2 단계와, 상기 제 2 단계에 따른 신뢰도를 표시하는 제 3 단계로 이루어져 있다.

여기서의 신뢰도 증감은 소정의 측정 횟수내에 외부 초음파 노이즈의 영향을 몇 회 받았는가를 진단하는 방식이며, 이의 결과를 수치화된 표현으로 또는 소정 이상의 영향을 받을 경우, 신뢰할 수 없음을 알리는 경고등 형태로 신뢰도를 표시하도록 되어 있다. 본 수단은 굴삭기 운전자가 장비의 시동을 걸때마다 소정의 시간동안 스스로 진단하여 신뢰도를 표시하며, 정상적인 장해물 감시 동작중에도 정기적으로 초음파를 수신만 하는 루틴을 수행하여 신뢰도 변화를 표시하며, 임의의 시점에 운전자가 신뢰도 확인버튼을 누를 경우 소정의 시간동안 자세히 주변환경의 초음파 노이즈 상태를 감지하도록 한다.
즉, 본 발명의 감지 신뢰도 판단수단은 초음파를 발신하지 않고 주기적으로 수신만 한 신호에 대하여, 거리 데이터가 있다는 측정결과가 나오면 신뢰도 표시 수치를 감소시키고, 반대로 거리 데이터가 없다는 측정결과가 나오면 신뢰도 표시 수치를 증가시키도록 되어 있으며, 이러한 신뢰도 판단 과정의 반복은 굴삭기 작업환경이 연속적인 초음파 잡음에 노출되어 있다면 신뢰도 표시 수치가 매우 낮은 값(일례로 0)으로 수렴해 가며, 상기 신뢰도 표시 수치가 소정치 이하로 즉 소정 이상의 잡음 영향을 받았다고 판단한 경우에는 실제로 장해물 거리를 측정하는 장치의 감지결과(동작 적합성)를 신뢰할 수 없다고 알리도록 되어 있다.

상기 판단수단은 언급한 2차 감지수단이 있음에도 불구하고 연속적인 초음파 노이즈가 심한 환경에서는 물리적으로 감지장치의 감지성능이 저하될 수밖에 없는 상황을 스스로 진단하여 운전자에게 인지시킴으로써 본 발명의 장해물 감지장치에 대한 신뢰를 저하시키지 않도록 하기 위한 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

이와 같이 본 발명의 굴삭기의 장해물 감지장치는 운전석내에 포텐쇼메타의 다이얼 형태로 구성되어 운전자가 장해물의 최대 감지거리를 설정하고, 버튼식으로 감지방향을 선택할 수 있는 운전자 감지 설정장치를 설치하여 운전자 임의의 감지영역 설정 기능을 구비하도록 되어 있어, 작업여건에 따라 장해물 감지 방향과 거리선택의 유연성을 운전자에게 부여하고 있다.

즉, 장비 우측 근거리에 인공물이 존재함을 운전자가 이미 알고 있는 상황에서 후방의 장해물에 대하여만 관심을 가질 경우, 운전자는 감지 방향을 후방만 선택하여 작업하도록 함으로써 불필요하게 우측의 장해물이 계속 감지되어 부저가 울 리는 현상을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 최대 감지거리 역시, 운전자가 임의로 설정할 수 있도록 되어 있어, 굴삭기의 크기에 관계없이 독립된 시스템으로 상용화할 수 있음은 물론 작업 주변 환경에 따라 운전자가 선택하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명은 종래의 초음파 센서를 이용한 장해물 감지장치가 근본적으로 해결하지 못하는 외부 환경에서의 초음파 노이즈 영향에 따른 오(誤)인식문제를 2차에 걸친 감지수단과 신뢰도 판단수단을 적용하여 해결하고, 운전자 임의의 감지 영역 설정기능을 구비한 비교적 간단한 주종관계의 감지장치를 구성함으로써, 다양한 목표 감지영역을 가진 굴삭기 및 작업여건에 따라 구조적 변화 없이 적용할 수 있는 등 많은 효과가 있다.

Claims (9)

1. 초음파 센서를 이용한 굴삭기의 장해물 감지방법에 있어서;

   상기 장해물 감지방법은 장해물의 최대 감지거리 및 감지방향을 임의로 선택하여 설정하는 설정수단과,

   상기 설정수단에 의해 작동되고 자기가 발신한 초음파인지를 판별한 후 수신포트값에 의해 거리를 산출하여 주제어기로 데이터를 전송하는 1차 감지수단과,

   상기 1차 감지수단에 의해 주제어기로 전송된 데이터에 의해 장해물 존재 여부를 가감 관리하여 감지결과에 대한 확신도를 향상하는 2차 감지수단과,

   상기 1차 감지수단에 의해 산출된 정보에 의해 장해물 존재 신뢰도를 가감하여 2차 감지수단에 대한 신뢰성을 판단하는 판단수단에 의해 주제어기에 장해물 존재 유무 및 이에 대한 확신도와 신뢰도가 표시되도록 한 것을 특징으로 하는 굴삭기의 장해물 감지방법.
2. 제 1 항에 있어서;

   상기 1 차 감지수단은 각 센서모듈들이 감지하고자 하는 영역별 자기자신 고유의 ID 및 패턴을 갖는 제 1 단계와,

   주제어기부로부터 수신된 지령에 자기자신의 ID가 포함하는지의 여부에 따라 초음파 발·수신 태스크 수행 여부를 결정하는 제 2 단계와,

   초음파 발신지령포함 유무에 따라 초음파를 발신하고 수신할 로직(flag=0)과, 주변환경 초음파 노이즈만을 수신할 로직(flag=1)중에 하나를 선택하는 제 3 단계와,

   상기 제 3 단계의 선택에 따라 감지할 최대거리와 관련한 소정시간동안 초음파를 발·수신하거나 수신한 후 수신포트값을 저장하는 제 4 단계와,

   상기 제 4 단계 설정된 소정시간 이후 모듈 고유의 발신패턴과 저장된 수신데이터와의 크로스- 코러레이션(cross-correlation)연산을 통해 장해물 거리를 산출하는 제 5 단계와,

   상기 제 5 단계에 의해 산출된 거리 데이터 및 자기 ID, 플래그(flag)를 버스제어기를 통해 주제어기부로 전송하고 제 2 단계부터 다시 순차적으로 수행하는 제 6 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 굴삭기의 장해물 감지방법.
3. 제 2 항에 있어서;

   상기 제 4 단계는 매 샘플링시간마다 초음파 수신포트의 값을 읽어 저장하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 장해물 감지방법.
4. 제 1 항에 있어서;

   상기 2차 감지수단은 각 센서모듈들로부터 아이디(ID), 플래그(flag), 거리 데이터를 수신하는 제 1 단계와,

   상기 제 1 단계에 의해 수신된 정보의 플래그(flag) 상태를 확인하여 플래그(flag)=0 은 다음단계로, 플래그(flag)=1 은 신뢰도 판단수단으로 이동하는 제 2 단계와,

   상기 제 2 단계에 의해 초음파를 발수신하여 얻어진 거리 데이터에 의해 장해물이 존재할 확률에 기반을 둔 확신도 가감 연산을 수행하는 제 3 단계와,

   상기 제 3 단계에 의한 확신도 가감연산시 거리 데이터가 있는 해당 거리 셀(cell)의 확신도는 제 1 소정값(설정된 값)만큼 증가시키고, 장해물이 없는 것으로 확인된 나머지 거리 셀의 확신도는 제 2 소정값(설정된 값)만큼 감소시켜 각 거리 셀의 확신도가 제 3 소정값(설정된 값) 이상이 되는 조건을 판단하는 제 4 단계와,

   상기 제 4 단계의 조건이 만족되는 장해물의 위치 표시 및 해당 경고발음을 수행하는 제 5 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 굴삭기의 장해물 감지방법.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서;

   상기 판단수단은 2차 감지수단의 제 2 단계에 의해 이동된 정보의 거리데이타의 유무를 판단하는 제 1 단계와,

   상기 거리데이타의 유무에 따라 신뢰도를 가감하는 제 2 단계와,

   상기 제 2 단계에 따른 신뢰도를 표시하는 제 3 단계로 이루어진 것을 특징 으로 하는 굴삭기의 장해물 감지방법.
6. 제 5 항에 있어서;

   상기 제 2 단계는 거리데이타가 있으면 신뢰도를 감소시키고, 거리데이타가 없으면 신뢰도를 증가시키도록 이루어진 것을 특징으로 하는 굴삭기의 장해물 감지방법.
7. 초음파 센서를 이용한 굴삭기의 장해물 감지장치에 있어서;

   상기 감지장치는 굴삭기 운전자의 시계 사각지역인 장비의 우측과 후방에 걸친 넓은 목표 감지영역에 대하여 굴삭기 상부에 설치되고, 다수개의 초음파 센서모듈이 어레이 구조로 나열되며, 각각의 초음파 센서모듈은 굴삭기 상부에 어레이 구조로 설치되는 다수개의 초음파 센서와, 초음파를 발·수신하고 감지수단을 수행하는 센서제어기와, 주제어기부와의 데이터 통신을 위한 버스제어기를 구비하는 감지기와,

   상기 감지기의 구동을 마스터 관리하도록 운전석에 설치되는 주제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 장해물 감지장치.
8. 삭제
9. 제 7 항에 있어서;

   상기 주제어기는 감지된 장해물의 위치(거리,방향)와 감지 결과의 신뢰도를 표시하는 표시부와, 장해물 거리에 따라 다르게 경고음을 내도록 구동 제어되는 부저 등의 발음부, 포텐쇼메타의 다이얼 형태로 이루어져 운전자가 장해물의 최대 감지거리를 설정하고 버튼식으로 감지 방향을 선택할 수 있는 운전자 감지 설정부와, 운전자의 선택에 의해 장해물 감지 결과의 신뢰도를 확인 할 수 있는 신뢰도 확인버튼부와, 상기 표시부, 발음부, 운전자 감지 설정부, 신뢰도 확인버튼부의 입출력 신호처리 및 감지기 초음파 센서의 감지 데이터에 대하여 장해물 존재 판단수단을 수행하는 마이크로 프로세서와, 상기 초음파 센서 구동 모듈들과의 데이터 통신을 위한 버스제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 장해물 감지장치.

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