KR100622541B1 - 고소 작업용 붐의 위치결정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 붐 선단부를 원거리부터 작업위치로의 위치결정에 있어서도 원하는 위치 정밀도를 확보하는 것이다. 이를 위해서, 붐 각축 위치 검출수단(1)에 의해 검출된 붐 각축의 위치에서 붐 선단의 위치와 자세를 연산하는 붐 선단위치 연산수단(2)과, 붐 선단위치에서 작업 대상까지의 거리를 검출하기 위한 거리 계측수단(3)을 구비한 다축의 구동부를 갖는 촬상수단(4)과, 거리 계측수단(3)의 출력과 계측오차 판정수단(10)의 출력으로부터 거리 계측수단(3)의 계측 정밀도가 보장되어 있는 접근 가능 영역까지의 붐 작동량을 산출하는 제1 붐 작동량 산출수단(11)과, 접근 가능 영역내에 있어서 거리 계측수단(3)에서 검출된 붐 선단위치에서 작업 대상까지의 위치와 작업 대상에 대한 소정의 작업위치와 붐의 선단 위치로부터 작업 대상에 대한 소정의 작업위치까지의 붐 작동량을 산출하는 제2 붐 작동량 산출수단(15)을 구비한 것이다.

Description

고소 작업용 붐의 위치결정 장치{Boom positioning device for high-position working}

본 발명은, 고소 작업용 붐(boom)의 선단부를 작업 대상에 대한 소정의 작업위치로 위치결정 하는 고소 작업용 붐의 위치결정 장치에 관한 것이다.

배전 작업, 토목 작업, 건설 작업과 같은 고소 작업차를 사용한 작업에 있어서, 최근에는 작업자의 안전 확보, 작업 효율의 개선을 도모하기 위해서, 고소 작업차의 붐 선단에 로봇을 배치하고, 실제 작업현장에서 떨어진 장소에 있어서, 작업자가 로봇을 원격에서 조종하거나 혹은 로봇의 자동작업에 대한 감시를 수행한다.

특히, 배전 작업용 고소 작업차에 있어서는, 작업자의 붐 조작 경감과 로봇의 작업 효율의 향상을 목적으로, 붐에 거리 계측수단을 배치하고, 작업 대상까지의 거리를 계측하여 붐 선단부를 소정의 작업위치로 자동 위치결정하는 장치가 일본 특허공개평7-31023호 공보 및 특허공개평8-322120호 공보에 제안되어 있다.

그러나, 옥외 작업의 경우에서의 거리 계측은 태양광, 작업 대상 이외의 배경과 같은 외난 가운데서의 계측, 대인 안전성을 고려한 거주구 내에서의 계측이 되기 때문에, 일반적으로 원거리에 있어서는 계측 정밀도가 나빠진다. 또한, 붐 휨 등에 의한 기계적 오차가 가산되기 때문에 한 번의 작업위치로의 위치결정만으로는 원하는 위치결정 정밀도를 확보할 수 없으며, 위치결정한 다음에도 로봇 시스템의 작업 효율이 현저하게 저하된다는 문제가 있었다.

그래서, 본 발명은 붐 선단부를 원거리부터 작업위치로의 위치결정하는 데 있어서도 원하는 위치 정밀도를 확보하는 것을 해결 과제로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명은, 고소 작업용 붐의 선단부를 작업 대상에 대한 소정의 작업위치로 위치결정하는 고소 작업용 붐의 위치결정 장치에 있어서, 붐의 각 동작축의 위치를 검출하는 붐 각축 위치 검출수단과, 상기 붐 각축 위치 검출수단에 의해 검출된 붐 각축의 위치에서 붐 선단의 위치와 자세를 연산하는 붐 선단위치 연산수단과, 붐에 장착된 붐 선단위치에서 작업 대상까지의 거리를 검출하기 위한 거리 계측수단과 시야각도 조정수단을 구비한 다축의 구동부를 갖는 촬상수단과, 상기 촬상수단이 촬영한 영상을 표시하는 표시수단과, 상기 표시수단에 계측 대상을 특정하기 위한 조준을 표시수단 중앙에 겹쳐서 표시하는 조준 묘화수단과, 조준에 계측 대상이 겹치도록 상기 촬상수단을 수동 조작하기 위한 카메라 수동 조작수단과, 상기 거리 계측수단의 계측 거리에 대응한 계측오차를 기억하여 붐 선단위치가 계측 정밀도가 보장된 범위 내인지의 여부를 판정하는 계측오차 판정수단과, 상기 거리 계측수단의 출력과 계측오차 판정수단의 출력으로부터 상기 거리 계측수단의 계측 정밀도가 보장되어 있는 접근 가능 영역까지의 붐 작동량을 산출하는 제1 붐 작동량 산출수단과, 상기 제1 붐 작동량 산출수단의 출력부 터 붐을 동작시키는 붐 제어수단과, 붐 동작 중, 상기 촬상수단의 시점을 고정으로 유지하기 위해서 촬상수단의 작동량을 산출하기 위한 시점고정 작동량 산출수단과, 접근 가능 영역 내에 있어서 상기 거리 계측수단으로 검출된 붐 선단위치에서 작업 대상까지의 위치와 작업 대상에 대한 소정의 작업위치와 붐의 선단 위치에서 작업 대상에 대한 소정의 작업위치까지의 붐 작동량을 산출하는 제2 붐 작동량 산출수단으로 이루어진 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 고소 작업용 붐의 위치결정 장치를 도시한 블록도이고,

도 2는 본 발명에 의한 고소 작업용 붐을 위치결정 장치에 의해 전선으로 위치결정하는 동작의 개략을 도시한 개념도이고,

도 3은 도 2의 측면도이고,

도 4는 도 3의 좌표계의 상세도이다.

도 5는 본 발명에 의한 고소 작업용 붐의 위치결정 장치의 제1 붐 작동량 산출수단과 제2 붐 작동량 산출수단의 처리방법을 도시한 알고리즘이고,

도 6은 계측오차 특성을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 근거해서 설명한다.

우선, 고소 작업용 붐을 장착한 고소 작업차의 물리적 구성도를 도 3에 근거해서 설명한다. 고소 작업차(40)에 탑재된 붐(30)의 선단 위치(31)에는 베이스(20) 를 통해서 매니퓰레이터(21)가 배치되어 있고, 매니퓰레이터(21)의 상부에는 다축의 구동부(6)에 의해 자세를 조정 가능하게 촬상수단(4)이 마련되어 있다. 촬상수단(4)에는 시야각도 조정수단(5)과 붐 선단위치에서 작업 대상(전선(22))까지의 위치를 검출하기 위한 거리 계측수단(3)이 설치되어 있다. 도면에서, 23은 전신주이다. 차량의 좌표계(C)를 절대 좌표계로 하고 매니퓰레이터(21)의 좌표계(XYZ)를 설정한다.

도 2는 도 3의 평면도로서, 도 2에서 A0은 전선(22) 위의 작업 대상점, A1은 전선(22)의 자세 데이터를 취득하기 위한 참조점, P0은 작업개시 시점에서의 붐 선단의 초기위치, 점선의 반경(d0)에서 원으로 둘러싸인 영역(B)은 계측 정밀도가 도 6에 도시하는 허용 오차의 범위에 보장되어 있는 접근 가능 영역, P1은 접근 가능 영역(B)의 범위 외에서 거리 계측수단(3)으로 거리 계측한 경우에 첫번째로 붐 선단위치(31)가 접근하는 제1 접근위치, P2는 두번째로 붐 선단위치(31)가 접근하는, 교시 등에 의해 결정된 작업 대상점(A0)에 대한 소정의 작업위치(제2 접근위치)이다.

이 고소 작업용 붐의 위치결정 장치의 전기적 구성을 도 1의 블록도에 도시한다. 도 1에 있어서, 1은 붐(30)의 각 동작축 위치를 검출하는 붐 각축 위치 검출수단으로서, 이에 의해 검출된 붐 각축의 위치에서 붐 선단(31)의 위치와 자세를 붐 선단위치 연산수단(2)에서 연산한다. 3은 촬상수단(4)에 장착된 붐 선단위치에서 작업 대상까지의 위치를 검출하기 위한 거리 계측수단이고, 7은 촬상수단(4)이 촬영한 영상을 표시하는 표시수단, 8은 표시수단(7)에 계측 대상을 특정하기 위한 조준(a)을 표시수단(7) 중앙에 겹쳐서 표시하는 조준 묘화수단, 9는 조준(a)에 계측 대상이 겹치도록 촬상수단(4)을 수동 조작하기 위한 카메라 수동 조작수단이다. 10은 계측오차 판정수단으로서, 도 6에 도시하는 거리 계측수단(4)의 계측 거리에 대응한 계측오차의 특성을 사전에 기억하고 있다. 도 6에 있어서, 계측 거리(d0)까지는 허용 오차의 범위에 들어 있고, 이것보다 더 긴 d1에서는 계측오차가 허용 오차 범위를 초과한 err1로 되어 있다.

11은 거리 계측수단(3)의 출력과 계측오차 판정수단(10)의 출력으로부터 거리 계측수단(3)의 계측 정밀도가 보장되고 있는 접근 가능 영역(B)까지의 붐 작동량을 산출하는 제1 붐 작동량 산출수단으로서, 그 출력으로부터 붐 제어수단(12)에 의해 붐을 동작시킨다. 13은 붐 동작 중에 촬상수단(4)의 시점을 고정으로 유지하기 위해서 촬상수단(4)의 작동량을 산출하는 시점고정 작동량 산출수단, 14는 수동 조작수단(9)과 시점고정 작동량 산출수단(13)의 출력으로 촬상수단(4)의 구동부(6)와 시야각도 조정수단(5)을 제어하는 촬상수단 제어수단, 16은 접근 가능 영역(B) 내에서 거리 계측수단(3)에서 검출된 붐 선단위치(31)에서 작업 대상점(A0)까지의 위치와 작업 대상점(A0)에 대한 소정의 작업위치(P2)와 붐 선단위치(31)부터 작업 대상(A0)에 대한 소정의 작업위치(P2)까지의 붐 작동량을 산출하는 제 2붐 작동량 산출수단이다.

이하, 도 2 및 도 5의 알고리즘에 따라서, 본 발명 장치의 구체적인 실시예를 설명한다.

우선, 초기위치(P0)에 있어서, 수동 조작수단(9)을 사용하여 촬상수단(4)을 움직이면서, 작업 대상점(A0)을 표시수단(7) 위 중앙 위치의 조준(a)에 맞추고 거리 계측수단(3)을 이용하여 작업 대상점(A0)까지의 거리(d1)를 계측하고, 작업 대상점 위치 연산수단(17)이 거리(d1)와 붐 선단위치 연산수단(2)의 출력으로부터 작업 대상점(A0)의 차량 좌표계(C)를 기준으로 한 위치를 산출하며, 자세 기억수단(16)으로 촬상수단(4)의 위치와 자세를 기억하고, 마찬가지로 참조점(A1)까지의 거리(d2)를 계측한다. 다음에, 계측오차 판정수단(10)이 거리(d1)를 이용해서 붐 선단위치(31)를 제1 접근위치(P1)를 경우하여 작업위치(P2)에 작동시킬지 직접 작업위치(P2)에 작동시킬지를 판단한다. 즉, 도5의 100 단계에서 나타내는 바와 같이, d1이 허용 오차에 수습되는 거리(d0)를 넘는지 또는 이하인지는 판단한다. 계측오차 판정수단(10)의 판단 결과가 후자인 경우는 전자의 경우에서의 두번째 접근 동작에 포함되기 때문에 생략하고, 이하 초기위치(P0)가 접근 가능영역(B)의 범위밖에 있을 경우에 대해서 설명한다.

11O 단계에서는 계측오차 판정수단(1O)부터 d1에 대응한 계측오차(err= err1)를 취득한다.

제1붐 작동량 산출수단(11)은 계측오차 판정수단(10)의 출력 결과를 받아 제1 접근위치(P1)까지의 이동량(x1, y1, z1)을 산출하고(120 단계), 이 이동량(x1, y1, z1)과 붐 선단위치 연산수단(2)의 출력 결과로부터 붐 각축의 작동량을 산출한다(130 단계). 그리고, 120 단계에서의 θ, φ는 도 4에 도시된 바와 같이 d1의 방향이 Z축과 이루는 각 및 d1의 방향을 XY평면에 투영한 때의 X축과 이루는 각도이다.

붐 제어수단(12)은 제1붐 작동량 산출수단(11)의 출력에 근거하여 붐(30)을 동작시키고, 붐 선단위치(31)를 제1 접근위치(P1)에 이동시킨다. 붐 선단위치(31)가 제1 접근위치(P1)로 이동하고 있는 동안에 시점고정 작동량 산출수단(13)은 붐 선단위치 연산수단(2)의 출력, 작업 대상점(A0)의 차량 좌표계(C)를 기준으로 한 위치와 자세 기억 수단(16)의 출력으로부터 촬상수단(4)의 작동량을 산출하며, 산출 결과에 근거하여 촬상수단 제어수단(14)이 촬상수단(4)을 동작시켜 표시수단(7)의 시야에서 작업 대상점(A0)이 사라지지 않도록 한다. 제1 접근위치(P1)에 있어서, 수동 조작수단(9)을 사용하여 촬상수단(4)을 미량 조정하고, 작업 대상점(A0)을 표시수단(7) 위 중앙 위치의 조준(a)에 맞추고, 거리 계측수단(3)을 사용하여 작업 대상점(A0)까지의 거리(d1)를 계측하여 자세 기억 수단(16)에서 촬상수단의 위치와 자세를 기억하며, 마찬가지로 참조점(A1)까지의 거리(d2)를 계측한다.

다음에, 붐 선단위치(31)가 접근 가능영역(B) 내에 있는 것을 계측오차 판정수단(10)이 상기한 거리(d1)로부터 확인하고, 제2 붐 작동량 산출수단(15)이 작업위치(P2)까지의 이동량(x2, y2, z2)을 산출하며(140 단계), 이 이동량(x2, y2고, z2)와 붐 선단위치 연산수단(2)의 출력 결과로부터 붐 각축의 작동량을 산출한다(150 단계).

붐 제어수단(12)은 제2 붐 작동량 산출수단(15)의 출력에 근거하여 붐(30)을 동작시키고, 붐 선단위치(31)를 작업위치(P2)에 이동시킨다. 붐 선단(31)이 작업위치(P2)에 이동하고 있는 사이에, 시점고정 작동량 산출수단(13)이 붐 선단위치 연산수단(2)의 출력, 작업 대상점(A0)의 차량 좌표계(C)를 기준으로 한 위치와, 자세 기억 수단(16)의 출력으로부터 촬상수단(4)의 작동량을 산출하며, 산출 결과에 근거해서 촬상수단 제어수단이 촬상수단을 동작시켜 표시수단(7)의 시야에서 작업 대상점(A0)이 사라지지 않도록 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 접근 동작을 2단계로 하고, 첫번째에서는 계측오차를 가미하고, 촬상수단의 시점고정 동작대로 거리 계측 정밀도가 보장된 접근 가능 영역 내까지 접근 시키며, 두번째는 촬상수단을 미량 조정하여 재계측하고 작업위치에 접근 시키기 위해서 원거리에서의 작업위치로의 위치결정에 있어서도 원하는 위치 정밀도를 확보할 수 있으며, 또한 접근 동작 중에 촬상수단의 시점이 계측오차를 가미하여 작업 대상점에 고정되기 때문에 두번째 재계측 시의 작업 부하가 경감되어 로봇 시스템 전체의 작업 효율이 향상된다.

본 발명은, 고소 작업용 붐의 선단부를 작업 대상에 대한 소정의 작업위치에 위치결정하는 고소 작업용 붐의 위치결정 장치로서 유용하다.

Claims (1)

1. 고소 작업용 붐의 선단부를 작업 대상에 대한 소정의 작업위치에 위치결정하는 고소 작업용 붐의 위치결정 장치에 있어서,

   붐의 각 동작축의 위치를 검출하는 붐 각축 위치 검출수단과,

   상기 붐 각축 위치 검출수단에 의해 검출된 붐 각축의 위치로부터 붐 선단의 위치와 자세를 연산하는 붐 선단위치 연산수단과,

   붐에 장착된 붐 선단위치에서 작업 대상까지의 거리를 검출하기 위한 거리 계측수단과 시야각도 조정수단을 구비한 다축의 구동부를 갖는 촬상수단과,

   상기 촬상수단이 촬영한 영상을 표시하는 표시수단과,

   상기 표시수단에 계측 대상을 특정하기 위한 조준을 표시수단 중앙에 겹쳐서 표시하는 조준 묘화수단과,

   조준에 계측 대상이 겹치도록 상기 촬상수단을 수동 조작하기 위한 카메라 수동 조작수단과,

   상기 거리 계측수단의 계측 거리에 대응한 계측오차를 기억하여 붐 선단위치가 계측 정밀도가 보장된 범위 내인지의 여부를 판정하는 계측오차 판정수단과,

   상기 거리 계측수단의 출력과 계측오차 판정수단의 출력으로부터 상기 거리 계측수단의 계측 정밀도가 보장되어 있는 접근 가능 영역까지의 붐 작동량을 산출하는 제1 붐 작동량 산출수단과,

   상기 제1 붐 작동량 산출수단의 출력으로부터 붐을 동작시키는 붐 제어수단 과,

   붐 동작 중, 상기 촬상수단의 시점을 고정으로 유지하기 위해서 촬상수단의 작동량을 산출하기 위한 시점고정 작동량 산출수단과,

   접근 가능 영역내에 있어서 상기 거리 계측수단으로 검출된 붐 선단위치에서 작업 대상까지의 위치와 작업 대상에 대한 소정의 작업위치와 붐의 선단 위치에서 작업 대상에 대한 소정의 작업위치까지의 붐 작동량을 산출하는 제2 붐 작동량 산출수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고소 작업용 붐의 위치결정 장치.

Images