KR101179752B1 - 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템 - Google Patents

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강민성
한창수
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유병갑
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한양대학교 에리카산학협력단
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    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
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    • E02F9/2025—Particular purposes of control systems not otherwise provided for
    • E02F9/205—Remotely operated machines, e.g. unmanned vehicles

Abstract

본 발명의 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템은, 기기(機器)를 구동시키는 조작 레버에 탈부착 가능하게 결합되어 조작 레버를 조작하는 장착형 조작유닛; 및 기기로부터 이격 배치되어, 장착형 조작유닛을 원격으로 조종함으로써 장착형 조작유닛에 결합된 조작 레버를 조절하는 조작유닛 제어부;를 포함한다. 본 발명에 따르면, 기존의 조작 레버에 장착형 조작유닛을 장착하고 이러한 장착형 조작유닛을 원격으로 조종함으로써, 작업자가 위험요소가 많은 작업 환경에 노출되는 것을 저지할 수 있어 안전사고가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있으며, 또한 작업의 효율성 및 정확성을 향상시킬 수 있다.
조작 레버, 중장비, 기기, 무인, 원격, 장착형, 조작유닛, 틸팅, 조인트

Description

기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템{Unmanned controlling system of joystick to be applied to machinery}
본 발명은, 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 기존의 조작 레버에 장착형 조작유닛을 장착하고 이러한 장착형 조작유닛을 원격으로 조종함으로써, 작업자가 위험요소가 많은 작업 환경에 노출되는 것을 저지할 수 있는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 산업 현장, 특히 건설 또는 현장에서, 굴착기, 크레인 등과 같은 건설 중장비가 많이 사용되고 있다. 이러한 건설 중장비가 사용되는 환경은 많은 위험요소들에 노출되어 있는 환경이기 때문에, 중장비를 운용하는 사람은 각별한 주의를 해야 한다. 이는, 각별한 주의를 하지 않는 경우 안전사고를 당할 확률이 타 산업 분야보다 크기 때문이다.
따라서, 이와 같이 작업자가 작업 중 안전사고를 당하는 것을 저지하면서도 작업을 효율적으로 하기 위한 다수의 방법이 고려되고 있을 뿐만 아니라 실제 실행되고 있다.
실제 실행되고 있는 방법 중의 하나는, 건설 중장비를 작업자가 직접 타고 작업을 진행하는 것이 아니라 외부에서 이러한 건설 중장비의 작동을 제어하는 것이다. 즉, 건설 중장비를 무인화하는 방법이다.
기존에, 건설 중장비를 무인으로 원격 조종하기 위한 방법으로는 크게 두 가지가 있다.
첫째는 변환형으로, 시스템 자체의 원격 조종이 가능하도록 기존의 기계식 유압 장치를 전자 유압장치로 교체하고 이러한 전자 유압장치를 제어하는 각종 제어장치를 탑재하는 것이다.
둘째는, 장착형으로, 기존의 건설 중장비에 로봇 암 형식의 머니퓰레이터를 장착하여 조작 레버를 조작하거나 머니퓰레이터 대신 휴머노이드 로봇과 같은 로봇을 탑승시켜 조작 레버를 조작하도록 하는 것이다.
그런데, 전술한 첫째의 변환형 무인 조종 방법에 있어서는, 기존의 기계식 장치를 새로운 전자 유압장치로 완전히 변경해야 하는 복잡함이 있을 뿐만 아니라 이로 인해 기존의 시스템을 사용할 수 없으며, 아울러 적용될 수 있는 유형과 대수에 있어서 한계가 있다는 문제점이 있다.
또한, 전술한 둘째의 장착형 무인 조종 방법에 있어서는, 조작 레버를 조작하는 머니퓰레이터(manipulator) 또는 휴머노이드 로봇(humanoid robot)의 개발이 어려울 뿐만 아니라 장착이 어렵고, 또한 이러한 구조 구현을 위해서 고가의 액추에이터가 필요하다는 문제점이 있다. 또한 작업자가 직접 휴대하고 다니기 어렵 다는 문제점이 있다.
따라서, 기존 시스템에 적용이 가능하면서도 휴대가 용이하고, 또한 중장비와 같은 기기의 외부에서 원격 조종으로 기기의 작동을 정확하게 수행할 수 있도록 하는 새로운 구조의 무인 조종 시스템의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은, 기존의 조작 레버에 장착형 조작유닛을 장착하고 이러한 장착형 조작유닛을 원격으로 조종함으로써, 작업자가 위험요소가 많은 작업 환경에 노출되는 것을 저지할 수 있어 안전사고가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 중장비와 같은 조작 레버에 장착된 장착형 조작유닛을 외부에서 정확하게 조작할 수 있어, 작업의 효율성 및 정확성을 향상시킬 수 있는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 장착형 조작유닛을 기존의 조작 레버에 장착하여 사용하는 구조를 가짐으로써 기존 시스템을 그대로 활용할 수 있으며, 이에 따라 비용 절감 효과를 구현할 수 있는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 장착형 조작유닛 및 이를 제어하는 조작유닛 제어부가 휴대하기에 용이한 구조를 가짐으로써, 작업자의 휴대가 가능한 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템은, 기기(機器)를 구동시키는 조작 레버에 탈부착 가능하게 결합되어 상기 조작 레버를 조작하는 장착형 조작유닛; 및 상기 기기로부터 이격 배치되어, 상기 장착형 조작유닛을 원격으로 조종함으로써 상기 장착형 조작유닛에 결합된 상기 조작 레버를 조절하는 조작유닛 제어부;를 포함하며, 이러한 구성에 의해서, 기존의 조작 레버에 장착형 조작유닛을 장착하고 이러한 장착형 조작유닛을 원격으로 조종함으로써, 작업자가 위험요소가 많은 작업 환경에 노출되는 것을 저지할 수 있어 안전사고가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있으며, 또한 작업의 효율성 및 정확성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 장착형 조작유닛은, 상기 조작 레버에 탈부착 가능하게 결합되는 레버 결합부; 상기 레버 결합부를 구동시키는 구동부; 및 상기 구동부를 상기 조작 레버가 장착된 지지대에 지지시키는 지지부를 포함할 수 있다. 이러한 장착형 조작유닛은 조작 레버에 탈부착이 가능할 뿐만 아니라 사이즈가 작아 휴대하기에 용이하다.
상기 레버 결합부는, 상기 조작 레버에 고정되는 레버 고정부재; 상기 레버 고정부재와 결합되되, 상기 레버 고정부재와 결합되는 부분이 상기 레버 고정부재에 대해 자유 회전 가능하게 결합되는 이동축; 및 일부분은 상기 구동부에 이동 가능하게 결합되고, 다른 일부분은 상기 이동축이 이동 가능하게 결합됨으로써 상기 구동부에 의해 발생되는 구동력을 상기 이동축에 전달하는 조인트부를 포함할 수 있다.
상기 조인트부는, 상기 이동축이 축 방향으로 이동 가능하게 결합되는 리니어 부시; 상기 리니어 부시에 결합되어 상기 구동부로부터 구동력이 전달되는 경 우 상기 리니어 부시를 일방향으로 틸팅(tilting)시키는 제1 조인트; 및 상기 제1 조인트의 가로 방향으로 상기 리니어 부시에 결합되어 상기 구동부로부터 구동력이 전달되는 경우 상기 리니어 부시를 상기 일방향의 가로 방향인 타방향으로 틸팅시키는 제2 조인트를 포함하며, 이러한 구성에 의해서 조작 레버와 연결된 이동축을 정밀하게 위치 조절할 수 있다.
상기 구동부는, 상기 지지부에 지지되며, 내측에서 상기 조인트부가 이동 가능하게 결합되는 구동 몸체; 상기 구동 몸체에 장착되며, 상기 제1 조인트를 틸팅시키기 위한 구동력을 발생시키는 제1 구동모터; 상기 구동 몸체에 장착되며, 상기 제2 조인트를 틸팅시키기 위한 구동력을 발생시키는 제2 구동모터; 상기 제1 구동모터의 구동력을 상기 제1 조인트에 전달하는 제1 전달부; 및 상기 제2 구동모터의 구동력을 상기 제2 조인트에 전달하는 제2 전달부를 포함하며, 이러한 구성에 따라 구동부의 구동력이 레버 결합부에 원활하게 전달될 수 있다.
상기 구동 몸체는, 상기 지지부에 결합되어 틀을 형성하는 구동 프레임; 상기 구동 프레임의 네 측부에 각각 결합되어, 상기 제1 조인트 및 상기 제2 조인트의 양측부로부터 돌출 형성된 축심 돌기가 회전 가능하게 결합되는 회전 기준부재; 및 상기 구동 프레임의 네 측부 중 상기 제1 전달부 및 상기 제2 전달부가 배치되는 측부에 각각 결합되며, 상기 제1 조인트 및 상기 제2 조인트의 일측부로부터 각각 돌출되는 한 쌍의 틸팅 돌기가 관통 결합되는 관통공이 형성된 결합판들을 포함할 수 있다.
상기 제1 전달부 및 상기 제2 전달부는 각각, 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터의 이동축에 결합되는 피니언 기어; 상기 결합판의 외측에서 상기 한 쌍의 틸팅 돌기에 결합되며, 외측의 일부에는 기어가 형성되는 조인트 틸팅부재; 및 상기 피니언 기어에 맞물림 결합되는 제1 전달기어와, 상기 조인트 틸팅부재의 기어에 맞물림 결합되는 제2 전달기어를 갖는 연결부재를 포함할 수 있다.
상기 회전 기준부재에 결합되어 상기 제1 조인트의 상기 축심 돌기의 틸팅 정도를 측정하는 제1 엔코더; 상기 회전 기준부재에 결합되어 상기 제2 조인트의 상기 축심 돌기의 틸팅 정도를 측정하는 제2 엔코더; 및 상기 제1 엔코더 및 상기 제2 엔코더로부터의 정보에 기초하여 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 이동축이 결합된 리니어 부시의 틸팅 정도를 정밀하게 제어할 수 있다.
상기 지지부는, 상기 구동부가 지지되는 지지판; 상기 조작 레버가 장착된 지지대에 탈부착 가능하게 결합되는 탈부착 결합부재; 및 상기 지지판과 상기 탈부착 결합부재를 연결하는 적어도 하나의 연결부재를 포함할 수 있다.
상기 탈부착 결합부재는 상기 지지대의 적어도 일부분을 감싸도록 상기 지지대의 형상에 대응되는 형상을 가지며, 상기 탈부착 결합부재와 상기 지지대는 상기 탈부착 결합부재를 관통하여 상기 지지대에 고정되는 고정부재에 의해 상호 고정될 수 있다.
상기 연결부재는, 상기 지지판과 결합되는 제1 연결부재; 상기 탈부착 결합부재와 결합되는 제2 연결부재; 및 상기 제1 연결부재의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 결합되고 제2 연결부재의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 결합되는 제3 연결부재를 포함할 수 있으며, 이에 따라 높이 조절 및 폭 조절이 가능하다.
상기 기기에 장착되어 상기 기기의 동작을 실시간으로 촬영하는 촬영 카메라가 장착되며, 상기 조작유닛 제어부는 상기 촬영 카메라에 의해 획득되는 정보에 기초하여 상기 장착형 조작유닛의 동작을 제어할 수 있다.
상기 조작유닛 제어부는 상기 기기에 마련되는 상기 조작 레버에 대응되는 조작 레버이며, 상기 조작 유닛 제어부로 마련되는 상기 조작 레버의 이동 방향 및 이동 정도와 실질적으로 동일하게 상기 기기에 마련될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템에 따르면, 기존의 조작 레버에 장착형 조작유닛을 장착하고 이러한 장착형 조작유닛을 원격으로 조종함으로써, 작업자가 위험요소가 많은 작업 환경에 노출되는 것을 저지할 수 있어 안전사고가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템에 따르면, 중장비와 같은 기기의 조작 레버에 장착된 장착형 조작유닛을 외부에서 정확하게 조작할 수 있어, 작업의 효율성 및 정확성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템에 따르면, 장착형 조작유닛을 기존의 조작 레버에 장착하여 사용하는 구조를 가짐으로써 기존 시스템을 그대로 활용할 수 있으며, 이에 따라 비용 절감 효과를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템에 따르면, 장착형 조작유닛 및 이를 제어하는 조작유닛 제어부가 휴대하기에 용이한 구조를 가짐으로써, 작업자의 휴대가 가능하다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 및 작용에 관하여 상세히 설명한다.
이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
한편, 이하에서는, 굴착기 또는 크레인 등과 같은 중장비에 장착된 조작 레버의 무인 조종 시스템에 대해 상술할 것이나, 이에 한정되지 않으며, 조작 레버에 작동되는 다른 기기, 예를 들면 공장 제어 장치 또는 운송 수단 장치 등에 본 발명의 무인 조종 시스템이 적용될 수도 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장비의 조작 레버의 무인 조종 시스템의 구성을 도시한 개략적인 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 장착형 조작유닛이 중장비의 조작 레버에 결합된 상태를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 레버 결합부가 조작 레버에 결합된 상태를 도시한 도면이고, 도 4는 도 2에 도시된 장착형 조작유닛의 상부를 확대한 도면이며, 도 5는 도 4를 후미에서 바라본 도면이고, 도 6은 도 2에 도시된 레버 결합부의 이동축과 조인트부를 도시한 사시도이고, 도 7은 도 4에 도시된 구동부에 의해 레버 결합부가 동작하는 것을 도시한 도면이며, 도 8은 도 2에 도시된 지지부와 조작 레버의 지지대의 결합 상태를 도시한 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 중장비의 조작 레버의 무인 조종 시스템(100)은, 굴착기, 크레인과 같은 중장비(103)를 구동시키는 조작 레버(105)에 탈부착 가능하게 결합되어 조작 레버(105)를 조작하는 장착형 조작유닛(120)과, 중장비(103)로부터 이격 배치되어 장착형 조작유닛(120)을 원격 조종함으로써 장착형 조작유닛(120)에 결합된 조작 레버(105)를 조절하는 조작유닛 제어부(110, 도 1 참조)를 포함한다.
이러한 구성으로 인해, 중장비(103)와 떨어진 지점에서 작업자가 조작유닛 제어부(110)를 원격 조종하여 장착형 조작유닛(120)을 조종할 수 있고, 이에 따라 장착형 조작유닛(120)에 결합된 조작 레버(105)를 조절할 수 있어, 중장비(103)의 해당 작업을 실행할 수 있다, 예를 들면 굴착기의 경우 굴착 작업을 할 수 있는 것이고, 크레인의 경우 크레인 작업을 할 수 있는 것이다.
따라서, 중장비(103)를 원격으로 조종할 수 있어, 작업자는 위험요소가 많은 작업 환경에 노출되지 않을 수 있으며, 이에 따라 안전사고가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
먼저, 장착형 조작유닛(120)의 구성에 대해 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 장착형 조작유닛(120)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 중장비(103)의 조작 레버(105)에 착탈 가능가게 결합되는 레버 결합부(130)와, 레버 결합부(130)를 이동시킴으로써 조작 레버(105)를 조종하는 구동력을 발생시키는 구동부(150)와, 구 동부(150)를 조작 레버(105)가 장착된 지지대(107)에 지지시키는 지지부(170)를 포함한다.
이와 같이, 본 실시예의 장착형 조작유닛(120)은 기존의 조작 레버(105)에 결합되어 조작 레버(105)를 위치 조절함으로써 무인 조종을 구현한다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 장착형 조작유닛(120)은 작은 사이즈(size)를 가짐으로써 작업자가 용이하게 휴대할 수 있다.
각 구성에 대해 설명하면, 먼저 레버 결합부(130)는, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 조작 레버(105)에 고정되는 레버 고정부재(131)와, 레버 고정부재(131)에 결합되되 결합 부분이 자유 회전이 가능한 이동축(133)과, 이동축(133)의 상단부에 결합되어 구동부(150)의 구동에 의해 다양한 방향으로 이동하는 조인트부(140)를 포함한다.
먼저, 레버 고정부재(131)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 조작 레버(105)에 결합되되 조작 레버(105)에 견고히 결합될 수 있도록 조작 레버(105)의 하단부, 즉 조작 레버(105)의 축 부분(106)에 고정 결합된다. 따라서 레버 고정부재(131)가 조작 레버(105) 상에서 미끄러지거나 이탈되는 것을 저지할 수 있으며 이로 인해 레버 결합부(130)의 이동이 조작 레버(105)에 정확하게 전달될 수 있다.
이동축(133)은, 구동부(150)의 구동에 의해 조작 레버(105)를 실질적으로 움직이는 부분이다. 다만, 이때 이동축(133)의 이동이 레버 고정부재(131)에 의해 구속되지 않도록, 이동축(133)의 하단부는 구 형상의 회전공(134)으로 마련되고, 이러한 이동축(133)의 회전공(134)이 결합되는 레버 고정부재(131)는 회전공(134) 이 자유 회전하는 홀더(132)를 구비함으로써 이동축(133)의 이동이 레버 고정부재(131)에 전달되되 구속되는 것을 저지할 수 있다.
다만, 이동축(133)과 레버 고정부재(131)의 연결 구조가 전술한 볼 조인트(ball joint) 연결 구조에 한정되는 것은 아니며, 다른 구조, 예를 들면, 유니버설 조인트(universal joint) 구조 또는 링크 구조 등으로도 구현될 수 있음은 물론이다.
한편, 이동축(133)의 상단부는 조인트부(140)에 결합된다. 본 실시예의 조인트부(140)는, 도 6에 자세히 도시된 바와 같이, 이동축(133)이 축 방향으로 이동 가능하게 결합되는 리니어 부시(141)와, 리니어 부시(141)에 결합되며 구동부(150)로부터 구동력이 전달되는 경우 리니어 부시(141)를 화살표 A 방향으로 틸팅(tilting)시키는 제1 조인트(142)와, 제1 조인트(142)의 상부에서 리니어 부시(141)에 결합되며 구동부(150)로부터 구동력이 전달되는 경우 리니어 부시(141)를 전술한 화살표 A 방향의 가로 방향인 화살표 B 방향으로 틸팅시키는 제2 조인트(145)를 포함한다.
리니어 부시(141)는 중공의 원통 형상으로 마련되며, 이동축(133)이 관통 결합되되 이동축(133)이 축 방향으로 자유로운 이동을 할 수 있도록 별도의 고정 구조를 갖지는 않는다. 즉, 후술할 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)가 틸팅될 때 이동축(133)이 축 방향으로 자유롭게 이동하게 되는데, 이때 이동축(133)이 리니어 부시(141)에 대해 상대 이동할 수 있어 이동축(133)의 이동이 조작 레버(105)에 원활하게 전달될 수 있다.
제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)는 실질적으로 유사한 구조를 갖되 이동축(133)의 틸팅 방향을 달리 하기 위해서 상호 교차하는 방향으로 배치된다. 다시 말해, 제1 조인트(142)가 구동부(150)의 구동에 의해 틸팅되는 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 이동축(133)이 화살표 A 방향으로 이동할 수 있는 것이며, 반면에 제2 조인트(145)가 구동부(150)의 구동에 의해 틸팅되는 경우, 이동축(133)이 화살표 B 방향으로 이동할 수 있는 것이다.
또한, 이러한 제1 조인트(142)와 제2 조인트(145)의 틸팅 이동이 조합되는 경우, 전술한 화살표 A 및 B 방향뿐만 아니라 다양한 방향으로 이동축(133)이 이동할 수 있으며, 이에 따라 조작 레버(105)가 위치 조절될 수 있다.
여기서, 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)의 구조적인 특징에 대해 더 설명하면, 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)에는 각각, 도 6에 도시된 바와 같이, 양측부로부터 돌출 형성되어 회전 축심이 되는 축심 돌기(143, 146)와, 양측부 중 일측부로부터 한 쌍으로 돌출 형성되는 틸팅 돌기(144, 147)가 마련되어 있다. 이들 구성에 대해서는 구동부(150)의 구동 몸체(151)에 대해 설명할 때 부연 설명하기로 한다.
한편, 전술한 바와 같이, 조작 레버(105)와 직접 연결된 레버 결합부(130)는 구동부(150)에 의해 구동된다.
구동부(150)의 구성에 대해 설명하면, 본 실시예의 구동부(150)는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 지지부(170)에 지지되며 내측에는 전술한 조인트부(140)가 틸팅 이동 가능하게 결합되는 구동 몸체(151)와, 전술한 제1 조인 트(142)를 틸팅시키기 위한 구동력을 발생시키는 제1 구동모터(156)와, 전술한 제2 조인트(145)를 틸팅시키기 위한 구동력을 발생시키는 제2 구동모터(157)와, 제1 구동모터(156)의 구동력을 제1 조인트(142)에 전달하는 제1 전달부(161)와, 제2 구동모터(157)의 구동력을 제2 조인트(145)에 전달하는 제2 전달부(165)를 포함한다.
먼저, 구동 몸체(151)는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 지지부(170)에 결합되는 기본 틀을 형성하는 구동 프레임(152)과, 구동 프레임(152)의 네 측부에 결합되어 전술한 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)의 축심 돌기(143, 146)가 회전 가능하게 결합되는 4 개의 회전 기준부재(153)와, 구동 프레임(152)의 네 측부 중 제1 전달부(161) 및 제2 전달부(165)가 배치되는 2개의 측부에 배치되는 2개의 결합판(154)을 포함한다.
먼저, 구동 프레임(152)은, 다수의 구성이 배치되는 부분이다. 이러한 구동 프레임(152)은, 지지부(170)에 결합되어 제1 구동모터(156) 및 제2 구동모터(157) 등이 장착되는 판 형상의 하부 프라임부재(152a)와, 하부 프라임부재(152a)의 상부에 배치되며 네 개의 회전 기준부재(153)가 고정 결합되는 상부 프레임부재(152b)와, 상부 프레임부재(152b)와 하부 프라임부재(152a) 사이의 네 모서리 영역에 결합되는 측부 프레임부재(152c)들을 포함한다.
이러한 구동 프레임(152)의 프레임부재(152a, 152b, 152c)들은 맞춤 결합되는 구조를 갖기 때문에 제작이 용이하다는 장점을 갖는다.
회전 기준부재(153)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)의 축심 돌기(143, 146)가 결합되는 부분이다. 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)는 이러한 회전 기준부재(153)에 대해서 상대 회전함으로써 이동축(133)이 결합된 리니어 부시(141)가 정확한 틸팅 이동할 수 있도록 한다.
결합판(154)에는, 도 4에 부분적으로 도시된 바와 같이, 한 쌍의 틸팅 돌기(144, 147)가 관통되는 한 쌍의 관통공(154h)이 형성되어 있다. 이러한 한 쌍의 관통공(154h)은 상하방으로 긴 호 형상으로 형성된다. 이는 틸팅 돌기(144, 147)가 틸팅될 때 틸팅 범위를 제한하기 위함이다.
제1 구동모터(156) 및 제2 구동모터(157)는 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)를 구동시키는 구동력을 발생시키는 부분으로서, DC 모터로 마련될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 종류의 구동모터 예를 들면 정밀한 제어가 가능한 스테퍼 모터 등이 적용될 수 있음은 당연하다.
이러한 제1 구동모터(156) 및 제2 구동모터(157)로부터 발생되는 구동력을 제1 전달부(161) 및 제2 전달부(165)를 통해, 각각 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)에 전달된다. 다만, 이하에서는, 제1 전달부(161) 및 제2 전달부(165)의 구조가 실질적으로 동일하므로 제1 전달부(161)에 대해서만 설명하기로 한다.
제1 전달부(161)는, 도 7에 자세히 도시된 바와 같이, 제1 구동모터(156)의 이동축(133)에 결합되는 피니언 기어(162)와, 전술한 결합판(154)의 외측에서 제1 조인트(142)의 한 쌍의 틸팅 돌기(144)에 결합되며 외측의 일부에는 기어(163a)가 형성되는 조인트 틸팅부재(163)와, 피니언 기어(162)의 동작을 조인트 틸팅부재(163)에 전달하는 연결부재(164)를 포함한다.
여기서, 연결부재(164)는, 피니언 기어(162)와 맞물림 결합되는 제1 전달 기어(164a)와, 조인트 틸팅부재(163)의 기어(163a)와 맞물림 결합되는 제2 전달기어(164b)를 포함한다.
따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 구동모터(156)의 구동에 의해 제1 구동모터(156)의 이동축(133)에 결합된 피니언 기어(162)가 일방향으로 회전하는 경우, 연결부재(164)의 제1 전달기어(164a) 및 제2 전달기어(164b)가 타방향으로 회전하고, 또한 제2 전달기어(164b)에 맞물림 결합된 조인트 틸팅부재(163)가 일방향으로 틸팅됨으로써 제1 조인트(142) 역시 틸팅 이동할 수 있다.
이와 같이, 제1 전달부(161) 및 그와 실질적으로 동일한 구조를 갖는 제2 전달부(165)는 제1 구동모터(156) 및 제2 구동모터(157)의 구동력을 해당 조인트(142, 145)에 전달함으로써 조인트(142, 145)들의 틸팅이 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.
한편, 본 실시예의 경우, 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)를 구동시키는 구동모터(156, 157)가 개별적으로 마련됨으로써, 제1 구동모터(156) 및 제2 구동모터(157)의 구동 결과 발생되는 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)의 틸팅 정도가 미세하게 다를 수 있다.
이를 위하여, 본 실시예의 장착형 조작유닛(120)은, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 조인트(142)의 축심 돌기(143) 및 틸팅 돌기(144)가 결합되는 한 쌍의 회전 기준부재(153)에 결합되어 제1 조인트(142)의 축심 돌기(143)의 회전 정도를 측정하는 한 쌍의 제1 엔코더(181)와, 제2 조인트(145)의 축심 돌기(146) 및 틸팅 돌기(147)가 결합되는 다른 한 쌍의 회전 기준부재(153)에 결합되어 제2 조인트(145)의 축심 돌기(146)의 회전 정도를 측정하는 한 쌍의 제2 엔코더(182)와, 제1 엔코더(181) 및 제2 엔코더(182)의 측정 정보에 기초하여 제1 구동모터(156) 및 제2 구동모터(157)의 구동을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이러한 구성에 의해서, 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)의 틸팅 정도를 정밀하게 제어할 있어, 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)의 틸팅 이동에 의해 이동하는 이동축(133)의 이동을 정밀하게 제어할 수 있으며, 이로 인해 이동축(133)에 의해 조작되는 조작 레버(105)의 이동을 정밀하게 제어할 수 있다. 즉, 제1 전달부(161) 및 제2 전달부(165)의 기어 구조로 인해 발생되는 백래시(backlash)를 배제할 수 있어, 정밀한 제어를 구현할 수 있는 것이다.
또한, 제1 엔코더(181) 및 제2 엔코더(182)가 한 쌍씩 마련됨으로써 한 쌍 중 하나가 고장 나더라도 다른 하나가 전술한 역할을 수행할 수 있어 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)의 틸팅을 정확하게 제어할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 지지부(170)는, 레버 결합부(130)를 구동시키는 구동부(150)를 조작 레버(105)가 장착된 지지대(107)에 지지시키는 부분으로서, 도 2 및 도 8에 도시된 바와 같이, 구동부(150)가 지지되는 지지판(171)과, 조작 레버(105)가 장착된 지지대(107)에 탈부착 가능하게 결합되는 탈부착 결합부재(174)와, 지지판(171)과 탈부착 결합부재(174)를 연결하는 4개의 연결부재(177)를 포함한다.
탈부착 결합부재(174)는, 조작 레버(105)가 장착되는 지지대(107)의 상단부를 감싸며 결합될 수 있도록 지지대(107)의 형상에 대응되는 형상으로 마련된다. 이러한 탈부착 결합부재(174)에는 스크루와 같은 고정부재(미도시)가 관통되는 관통홀(미도시)이 형성된다. 따라서 관통홀을 통과한 고정부재가 지지대(107)의 일부분을 가압하여 지지대(107)에 대한 탈부착 결합부재(174)의 고정력이 강화될 수 있으며, 이로 인해 중장비(103)의 운용 중 외부로부터 충격이 가해지더라도 지지대(107)로부터 탈부착 결합부재(174)가 이탈하는 것을 저지할 수 있다.
그리고, 각각의 연결부재(177)는, 높이 조절 가능하도록 마련된다. 즉, 도 2 및 도 8에 도시된 바와 같이, 연결부재(177)는, 지지판(171)과 결합되는 제1 연결부재(177a)와, 탈부착 결합부재(174)와 결합되는 제2 연결부재(177b)와, 제1 연결부재(177a)의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 결합되고 제2 연결부재(177b)의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 결합되는 제3 연결부재(177c)를 포함한다.
이와 같이, 제3 연결부재(177c)가 제2 연결부재(177b)에 대해 높이 방향으로 이동 가능하게 결합되고, 또한 제3 연결부재(177c)가 제1 연결부재(177a)의 길이 방향으로 이동 가능하게 결함됨으로써 본 실시예에 따른 장착형 조작유닛(120)의 전체적인 높이를 적절하게 조절할 수 있으며, 이로 인해 설치 공간에 유연성 있게 대응할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 본 실시예의 중장비(103)의 조작 레버(105)의 무인 조종 시스템(100)은, 작업 현장에 맞게 중장비(103)를 운용할 수 있도록 작업 현장에서 중장비(103)의 동작을 촬영하는 촬영 카메라(미도시)를 더 포함한다.
따라서, 조작유닛 제어부(110)는 촬영 카메라에 의해 획득되는 정보를 토대로 장착형 조작유닛(120)의 동작을 제어할 수 있다.
조작유닛 제어부(110)는 중장비(103)에 설치된 조작 레버(105)에 대응되는 형상으로 마련된다. 즉, 조작유닛 제어부(110) 역시 조작 레버 형상으로 마련되는 것이다. 따라서 조작유닛 제어부(110)의 이동 방향 및 이동 정도와 실질적으로 대응되는 이동이 중장비(103)의 조작 레버(105)에서 이루어질 수 있도록, 조작유닛 제어부(110)는 장착형 조작유닛(120)의 구동을 제어하는 역할을 한다.
이하에서는, 이러한 구성을 갖는 장착형 조작유닛(120)의 구동 과정에 대해서 도 8을 참조하여 설명하기로 한다. 다만, 제1 구동모터(156)에 의해서 제1 조인트(142)가 틸팅되는 경우에 대해 설명하기로 한다.
우선 작업자는, 중장비(103)에 장착된 촬영 카메라로부터 실시간으로 촬영되는 정보를 토대로 조작유닛 제어부(110)를 원격 조정한다.
가령, 도 8을 기준으로 조작 레버(105)를 우측으로 이동시켜야 하는 경우, 조작유닛 제어부(110)를 우측으로 이동시키면, 장착형 조작유닛(120)의 제1 구동모터(156)는 구동력을 발생시켜 구동력을 제1 전달부(161)를 통해 제1 조인트(142)에 전달한다. 그러면, 제1 조인트(142)는 화살표(C) 방향으로 틸팅됨으로써 이동축(133)을 이동시키고, 이로 인해 조작 레버(105)는 우측으로 이동될 수 있다.
즉, 조작유닛 제어부(110)의 제어에 의해 조작 레버(105)가 정밀하게 위치 조절되는 것이다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 기존의 조작 레버(105)에 장착형 조작유닛(120)을 장착하고 이러한 장착형 조작유닛(120)을 조작유닛 제어부(110)에 의해 원격으로 조종함으로써, 작업자가 위험요소가 많은 작업 환경에 노 출되는 것을 저지할 수 있어 안전사고가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있으며, 또한 원격 조종으로 인한 작업의 효율성 및 정확성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 장착형 조작유닛(120)을 기존의 조작 레버(105)에 장착하여 사용하는 구조를 가짐으로써 기존 시스템을 그대로 활용할 수 있으며, 이에 따라 비용 절감 효과를 구현할 수 있으며, 또한 장착형 조작유닛(120) 및 이를 제어하는 조작유닛 제어부(110)가 휴대하기에 용이한 구조를 갖는다는 장점이 있다,
전술한 실시예에서는, 유니버설 조인트 구조로 마련된 조인트부에 의해 이동축의 이동이 조절된다고 상술하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 구동 방법에 의해 이동축의 위치를 조절할 수도 있음은 당연하다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장비의 조작 레버의 무인 조종 시스템의 구성을 도시한 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 장착형 조작유닛이 중장비의 조작 레버에 결합된 상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 레버 결합부가 조작 레버에 결합된 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 장착형 조작유닛의 상부를 확대한 도면이다.
도 5는 도 4를 후미에서 바라본 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 레버 결합부의 이동축과 조인트부를 도시한 사시도이다.
도 7은 도 4에 도시된 구동부에 의해 레버 결합부가 동작하는 것을 도시한 도면이다.
도 8은 도 2에 도시된 지지부와 조작 레버의 지지대의 결합 상태를 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 중장비의 조작 레버의 무인 조종 시스템
103 : 중장비 105 : 조작 레버
110 : 조작유닛 제어부 120 : 장착형 조작유닛
130 : 레버 결합부 131 : 레버부 고정부재
133 : 이동축 140 : 조인트부
141 : 리니어 부시 142 : 제1 조인트
145 : 제2 조인트 150 : 구동부
156 : 제1 구동모터 157 : 제2 구동모터
161 : 제1 전달부 165 : 제2 전달부
170 : 지지부 171 : 지지판
174 : 탈부착 결합부재 177 : 연결부재
181 : 제1 엔코더 182 : 제2 엔코더

Claims (13)

  1. 기기(機器)를 작동시키는 조작 레버에 탈부착 가능하게 결합되어 상기 조작 레버를 조작하는 장착형 조작유닛; 및
    상기 기기로부터 이격 배치되어, 상기 장착형 조작유닛을 원격으로 조종함으로써 상기 장착형 조작유닛에 결합된 상기 조작 레버를 조절하는 조작유닛 제어부;
    를 포함하며,
    상기 장착형 조작유닛은,
    상기 조작 레버에 탈부착 가능하게 결합되는 레버 결합부;
    상기 레버 결합부를 구동시키는 구동부; 및
    상기 구동부를 상기 조작 레버가 장착된 지지대에 지지시키는 지지부를 포함하며,
    상기 레버 결합부는,
    상기 조작 레버에 고정되는 레버 고정부재;
    상기 레버 고정부재와 결합되되, 상기 레버 고정부재와 결합되는 부분이 상기 레버 고정부재에 대해 자유 회전 가능하게 결합되는 이동축; 및
    일부분은 상기 구동부에 이동 가능하게 결합되고, 다른 일부분은 상기 이동축이 이동 가능하게 결합됨으로써 상기 구동부에 의해 발생되는 구동력을 상기 이동축에 전달하는 조인트부를 포함하는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조인트부는,
    상기 이동축이 축 방향으로 이동 가능하게 결합되는 리니어 부시;
    상기 리니어 부시에 결합되어 상기 구동부로부터 구동력이 전달되는 경우 상기 리니어 부시를 일방향으로 틸팅(tilting)시키는 제1 조인트; 및
    상기 제1 조인트의 가로 방향으로 상기 리니어 부시에 결합되어 상기 구동부로부터 구동력이 전달되는 경우 상기 리니어 부시를 상기 일방향의 가로 방향인 타방향으로 틸팅시키는 제2 조인트를 포함하는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 지지부에 지지되며, 내측에서 상기 조인트부가 이동 가능하게 결합되는 구동 몸체;
    상기 구동 몸체에 장착되며, 상기 제1 조인트를 틸팅시키기 위한 구동력을 발생시키는 제1 구동모터;
    상기 구동 몸체에 장착되며, 상기 제2 조인트를 틸팅시키기 위한 구동력을 발생시키는 제2 구동모터;
    상기 제1 구동모터의 구동력을 상기 제1 조인트에 전달하는 제1 전달부; 및
    상기 제2 구동모터의 구동력을 상기 제2 조인트에 전달하는 제2 전달부를 포함하는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구동 몸체는,
    상기 지지부에 결합되어 틀을 형성하는 구동 프레임;
    상기 구동 프레임의 네 측부에 각각 결합되어, 상기 제1 조인트 및 상기 제2 조인트의 양측부로부터 돌출 형성된 축심 돌기가 회전 가능하게 결합되는 회전 기준부재; 및
    상기 구동 프레임의 네 측부 중 상기 제1 전달부 및 상기 제2 전달부가 배치되는 측부에 각각 결합되며, 상기 제1 조인트 및 상기 제2 조인트의 일측부로부터 각각 돌출되는 한 쌍의 틸팅 돌기가 관통 결합되는 관통공이 형성된 결합판들을 포함하는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 전달부 및 상기 제2 전달부는 각각,
    상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터의 이동축에 결합되는 피니언 기어;
    상기 결합판의 외측에서 상기 한 쌍의 틸팅 돌기에 결합되며, 외측의 일부에는 기어가 형성되는 조인트 틸팅부재; 및
    상기 피니언 기어에 맞물림 결합되는 제1 전달기어와, 상기 조인트 틸팅부재의 기어에 맞물림 결합되는 제2 전달기어를 갖는 연결부재를 포함하는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 회전 기준부재에 결합되어 상기 제1 조인트의 상기 축심 돌기의 틸팅 정도를 측정하는 제1 엔코더;
    상기 회전 기준부재에 결합되어 상기 제2 조인트의 상기 축심 돌기의 틸팅 정도를 측정하는 제2 엔코더; 및
    상기 제1 엔코더 및 상기 제2 엔코더로부터의 정보에 기초하여 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 지지부는,
    상기 구동부가 지지되는 지지판;
    상기 조작 레버가 장착된 지지대에 탈부착 가능하게 결합되는 탈부착 결합부재; 및
    상기 지지판과 상기 탈부착 결합부재를 연결하는 적어도 하나의 연결부재를 포함하는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 탈부착 결합부재는 상기 지지대의 적어도 일부분을 감싸도록 상기 지지대의 형상에 대응되는 형상을 가지며,
    상기 탈부착 결합부재와 상기 지지대는 상기 탈부착 결합부재를 관통하여 상기 지지대에 고정되는 고정부재에 의해 상호 고정되는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 연결부재는,
    상기 지지판과 결합되는 제1 연결부재;
    상기 탈부착 결합부재와 결합되는 제2 연결부재; 및
    상기 제1 연결부재의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 결합되고 제2 연결부재의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 결합되는 제3 연결부재를 포함하는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기기에 장착되어 상기 기기의 동작을 실시간으로 촬영하는 촬영 카메라가 장착되며,
    상기 조작유닛 제어부는 상기 촬영 카메라에 의해 획득되는 정보에 기초하여 상기 장착형 조작유닛의 동작을 제어하는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 조작유닛 제어부는 상기 기기에 마련되는 상기 조작 레버에 대응되는 조작 레버이며, 상기 조작유닛 제어부로 마련되는 상기 조작 레버의 이동 방향 및 이동 정도와 실질적으로 동일하게 상기 기기에 마련되는 상기 조작 레버의 구동이 이루어지는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
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