KR101715940B1 - Controlling trace apparatus and method for construction equipments using teaching and playback - Google Patents
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Abstract
본 발명은 티칭 및 플레이백을 이용한 건설 기계의 작업궤적 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 티칭 궤적을 추종하도록 플레이백 선택시 위치 오차를 보상하도록 작업 시작점 및 궤적 추종을 제어하고, 작업장치의 자세 변화에 의한 중력을 보상하여 위치 오차를 최소화시킬 수 있다.The present invention relates to an apparatus and method for controlling a work locus of a construction machine using teaching and playback, and more particularly, to a work locus control apparatus for controlling a work start point and a trajectory follow-up so as to compensate for a position error when a playback is selected so as to follow a teaching locus, The position error can be minimized by compensating the gravity due to the attitude change of the device.
Description
본 발명은 티칭 및 플레이백을 이용한 건설 기계의 작업궤적 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 티칭 궤적을 추종하도록 플레이백 선택시 위치 오차를 보상하도록 작업 시작점 및 궤적 추종을 제어하고, 작업장치의 자세 변화에 의한 중력을 보상하여 위치 오차를 최소화시킬 수 있는, 티칭 및 플레이백을 이용한 건설 기계의 작업궤적 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and method for controlling a work locus of a construction machine using teaching and playback, and more particularly, to a work locus control apparatus for controlling a work start point and a trajectory follow-up so as to compensate for a position error when a playback is selected so as to follow a teaching locus, The present invention relates to an apparatus and method for controlling a work locus of a construction machine using teaching and playback, which can minimize a position error by compensating gravity due to a change in attitude of the apparatus.
일반적으로, 굴삭기는 각 작업장치(예컨대, 붐, 암 및 버킷 등)와, 각 작업장치를 구동하기 위한 붐 실린더, 암 실린더 및 버킷 실린더와, 굴삭기 몸체의 선회동작을 위한 선회모터와, 각 실린더에 동력원인 압유를 공급하기 위한 원동기 및 유압펌프로 구성된다. 굴삭기는 굴삭, 배토, 정지 작업 등 여러 가지 작업을 수행하는 유압식 건설기계이다.Generally, an excavator generally includes a work machine (e.g., a boom, an arm and a bucket, etc.), a boom cylinder for driving each work device, an arm cylinder and a bucket cylinder, a swing motor for swinging the excavator body, And a hydraulic pump for supplying hydraulic fluid as a power source. An excavator is a hydraulic construction machine that performs various tasks such as digging, claying, and stopping.
굴삭기는 유압탱크에서 흡입된 유압유가 메인펌프에 의해 토출된 후, 조이스틱의 조작에 따라 절환되는 컨트롤밸브에 의해 붐 실린더, 암 실린더 및 버킷 실린더에 공급되는 유량 및 유압이 조절되어 액추에이터 즉, 붐, 암 및 버킷 등을 작동시켜 작업자가 원하는 작업을 가능하게 한다.After the hydraulic pump sucked in from the hydraulic tank is discharged by the main pump, the excavator is controlled by the control valve which is switched according to the operation of the joystick to control the flow rate and hydraulic pressure supplied to the boom cylinder, arm cylinder and bucket cylinder, Arms and buckets to enable the operator to perform desired tasks.
굴삭기로 여러 가지 작업을 하기 위하여, 작업자는 각 작업에 따라 각 작업장치의 조이스틱을 숙련된 동작으로 동시 조작하여야만 하기 때문에 고도의 숙련 조작이 요구된다. 굴삭 환경은 매우 열악하고 위험하기 때문에, 점차 작업자의 수동 조작이 아닌 소정 제어 알고리즘을 이용하여 자동으로 제어되는 지능형 굴삭기에 대한 연구가 필요한 상황이다. 즉, 미숙련자도 쉽게 수행할 수 있도록 하는 자동 굴삭 방안이 필요한 실정이다.In order to perform various operations with an excavator, a highly skilled operation is required because the operator must simultaneously operate the joystick of each work device with a skilled operation according to each work. Since the excavation environment is very bad and dangerous, it is necessary to study intelligent excavator which is controlled automatically by using a predetermined control algorithm rather than manual operation of the operator gradually. That is, there is a need for an automatic excavation method that can be easily performed by unskilled persons.
지능형 굴삭기는 단순 반복적인 굴삭 작업을 인력이 아닌 자동으로 수행함으로써 노동비 절감을 꾀하고, 사고 위험을 줄일 수 있다. 이에 대한 일환으로, 작업자가 자동화된 굴삭 작업을 위해서는 각종 센서를 통해 굴삭 환경에 대한 정보를 실시간으로 입력받는 것이 필수적이다.Intelligent excavators can reduce labor costs and reduce the risk of accidents by performing simple repetitive excavation work automatically, not by manpower. As a part of this, it is essential for the operator to input information about excavation environment in real time through various sensors for automated excavation work.
특히, 동일한 작업을 반복적으로 수행하는 경우, 작업자가 고도의 숙련 조작을 동일하게 반복함으로써, 많은 시간 동안 집중력을 요구하게 되어 작업의 효율이 떨어질 수 있다. 또한, 작업자의 숙련이 부족하여 조이스틱의 오조작에 의해 일정 궤적에서 크게 벗어나게 되는 경우에 동일한 작업을 다시 수행해야 하는 문제점이 있다. 전술한 바와 같이, 신뢰성이 있게 동일한 작업을 설정하고, 이를 자동으로 반복 작업하는 궤적 제어 기술이 절실히 필요한 상황이다.
Particularly, when the same work is repeatedly performed, the worker repeatedly performs a highly skilled operation in the same manner, which requires a lot of concentration for a long period of time, which may reduce the efficiency of the work. Further, there is a problem that the same operation must be performed again when the skill of the operator is insufficient and the joystick is largely deviated from the predetermined trajectory by erroneous operation. As described above, a trajectory control technology for reliably setting the same job and automatically repeating the same is desperately needed.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 작업자가 지정한 티칭 궤적을 추종하도록 자동 작업이 이루어지는 경우 위치 오차를 최소화시킬 수 있는 티칭 및 플레이백을 이용한 건설기계의 작업궤적 제어 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
An object of the present invention is to provide an apparatus and method for controlling a workpiece trajectory of a construction machine using teaching and playback capable of minimizing a position error when an automatic work is performed so as to follow a teaching trajectory designated by an operator And to provide the above objects.
이를 위하여, 본 발명의 제1 측면에 따른 장치는, 적어도 하나의 작업장치와, 상기 작업장치를 구동시키기 위한 구동부를 포함하는 건설기계의 작업궤적 제어 장치에 있어서, 작업자의 조작에 의한 조이스틱 신호를 발생시키고, 상기 작업자가 티칭모드 및 플레이백 모드의 선택조작이 가능한 조작부; 상기 조이스틱 신호 또는 상기 구동부의 구동 데이터를 기반으로 생성되는 궤적 데이터가 저장되는 데이터 저장부; 상기 티칭 모드의 선택시 상기 작업자의 조작에 대응되는 상기 궤적 데이터를 상기 데이터 저장부에 저장하고, 상기 플레이백 모드의 선택시 상기 데이터 저장부에 저장된 상기 작업장치의 궤적 데이터를 추종하여 상기 작업장치가 자동으로 구동되도록 상기 구동부를 제어하는 구동 제어부;를 포함하며, 상기 구동 제어부는, 상기 플레이백 모드가 선택된 시점에서의 상기 작업장치의 실제 위치가 상기 데이터 저장부에 저장된 작업장치의 구동이 시작되는 위치와 기 설정된 기준 오차 이내의 차이가 나는 경우, 상기 플레이백 모드의 선택시점에서의 위치에서 자동 구동이 시작되도록 제어하되 상기 자동 구동이 진행되는 시간이 경과될 수록 상기 기 저장된 구동 궤적을 추종하도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 한다.To this end, the apparatus according to the first aspect of the present invention is a device for controlling a work locus of a construction machine including at least one work device and a drive section for driving the work device, wherein the joystick signal And the operator can select and operate the teaching mode and the playback mode; A data storage unit for storing sign data generated based on the joystick signal or the driving data of the driving unit; Wherein the control unit stores the locus data corresponding to the operation of the operator at the time of selecting the teaching mode in the data storage unit and tracks the locus data of the work device stored in the data storage unit when the playback mode is selected, And a drive control unit for controlling the drive unit so that the actual position of the work device at the time when the playback mode is selected is started in the data storage unit The control unit controls the automatic driving to be started at a position at the time of the selection of the playback mode when the difference between the position of the automatic driving and the predetermined reference error is within a preset reference error, The control unit controls the driving unit to control the driving unit.
한편, 본 발명의 제2 측면에 따른 방법은, 적어도 하나의 작업장치와, 상기 작업장치를 구동시키기 위한 구동부 및 를 작업자의 조작에 대응하는 조이스틱 신호를 발생시키는 조작부를 포함하며, 티칭 모드 및 플레이백 모드의 선택 조작이 가능한 건설기계의 작업궤적 제어 방법에 있어서, 상기 티칭 모드 선택시 상기 작업자의 조작에 의해 발생되는 조이스틱 신호 및 상기 작업장치의 구동 데이터를 궤적 데이터로 저장하는 궤적 티칭 단계; 및 상기 플레이백 모드의 선택시 상기 저장된 궤적 데이터를 추종하여 상기 작업장치가 구동되도록 제어하는 궤적 플레이백 단계;를 포함하며, 상기 궤적 플레이백 단계는, 상기 플레이백 모드의 선택 시점에서의 상기 작업장치의 위치와 상기 티칭 모드가 시작된 시작 위치의 차이를 비교하여, 상기 위치의 차이가 기 설정된 기준 오차보다 작은 경우 작업자에 의해 선택된 상기 플레이백 모드의 선택 지점에서 상기 궤적 데이터를 추종하는 자동 작업을 진행시키되, 시간이 경과될 수록 상기 저장된 궤적 데이터를 추종하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
Meanwhile, the method according to the second aspect of the present invention includes at least one working device, a driving part for driving the working device, and an operating part for generating a joystick signal corresponding to the operation of the operator, A trajectory teaching step of storing the joystick signal generated by the operation of the operator and the driving data of the working apparatus as trajectory data when the teaching mode is selected; And a trajectory playback step of following the stored trajectory data when the playback mode is selected and controlling the operation device to be driven, wherein the trajectory playback step comprises: Comparing the difference between the position of the apparatus and the start position at which the teaching mode is started, and if the difference of the position is smaller than a preset reference error, an automatic operation for following the trajectory data at a selection point of the playback mode selected by the operator The control unit controls the stored trajectory data to follow the lapse of time.
본 발명은, 티칭 궤적을 추종하도록 플레이백 선택시 위치 오차를 보상함으로써 작업자가 원하는 궤적으로 작업장치를 구동시킬 수 있다. According to the present invention, a position error can be compensated when a playback is selected so as to follow a teaching trajectory, so that a worker can be driven with a desired trajectory.
아울러, 플레이백 선택 시점에서의 작업장치 위치가 작업자에 의해 학습된 티칭 궤적의 시작지점과 상이하더라도, 그 차이가 크지 않은 경우 작업자가 원하는 작업영역의 작업을 빠른 시간내에 진행할 수 있다. In addition, even if the position of the work device at the playback selection time differs from the starting point of the teaching trajectory learned by the operator, the worker can advance the work of the desired work area in a short time if the difference is not large.
또한, 작업장치의 자세 변화에 의한 중력의 변화를 보상하여 위치 오차를 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.
Further, there is an effect that the position error can be minimized by compensating for the change of the gravity due to the posture change of the working device.
도 1 은 본 발명에 따른 티칭 및 플레이백을 이용한 건설 기계의 작업궤적 제어 장치의 일실시예 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 플레이백 모드인 경우 작업궤적 제어 장치의 일실시예 상세구성도,
도 3 은 본 발명에 따른 티칭 모드에서의 작업궤적 제어 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 4 는 본 발명에 따른 플레이백 모드에서의 작업궤적 제어 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.1 is a block diagram of an apparatus for controlling a work locus of a construction machine using teaching and playback according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a detailed block diagram of an embodiment of a work locus control device in a playback mode according to the present invention.
FIG. 3 is a flow chart of an embodiment of a method for controlling a work locus in a teaching mode according to the present invention,
4 is a flowchart of a method of controlling a work locus in a playback mode according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The configuration of the present invention and the operation and effect thereof will be clearly understood through the following detailed description. Before describing the present invention in detail, the same components are denoted by the same reference symbols as possible even if they are displayed on different drawings. In the case where it is judged that the gist of the present invention may be blurred to a known configuration, do.
본 발명은 작업자가 작업장치(예컨대, 굴삭기 및 휠로더 등)에 탑승하여 일정 동작을 수행한 궤적을 작업장치에 기억시키고(이후로는 본 작업을 티칭(Teaching)이라 칭한다), 저장된 궤적(예컨대, 버킷 끝단 위치)을 추종하여 자동으로 작업장치가 구동되는 플레이백 선택시 위치 오차를 최소화 시킬 수 있는 건설기계의 작업궤적 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 이하, 본 발명이 작업장치 중에서 굴삭기에 적용되는 일례를 설명하기로 한다.The present invention can be applied to a system in which a worker stores a locus on a work device (e.g., an excavator and a wheel loader) and performs a predetermined operation on the work device (hereinafter, this work is referred to as teaching) The position of the end of the bucket) so as to minimize the position error when the playback device is driven to automatically operate the work device. Hereinafter, an example in which the present invention is applied to an excavator in a working apparatus will be described.
도 1 은 본 발명에 따른 티칭 및 플레이백을 이용한 건설 기계의 작업궤적 제어 장치의 일실시예 구성도이다.1 is a block diagram of an apparatus for controlling a work locus of a construction machine using teaching and playback according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 작업궤적 제어 장치(100)는 조작부(110), 구동 제어부(120), 중력 보상부(130), 구동부(140) 및 데이터 저장부(150)를 포함한다. 여기서, 작업궤적 제어 장치(100)는 건설기계의 작업궤적을 제어하며, 적어도 하나의 작업장치와, 그 작업장치의 구동을 위한 구동부(140)를 포함한다. 이하, 본 발명이 작업장치 중에서 굴삭기에 적용되는 일례를 설명하기로 한다.1, the operation
작업궤적 제어 장치(100)는 티칭 모드(Teaching Mode) 또는 플레이백 모드(Playback Mode)로 동작하게 된다. 여기서, 조작부(110)는 작업자의 조작에 의한 조이스틱 신호를 발생시키고, 작업자가 티칭모드 및 플레이백 모드의 선택조작이 가능하다.The operation
첫째, 티칭 모드는 작업자가 굴삭기의 작업 과정을 티칭하여 작업 과정을 학습시키는 모드를 의미한다. 티칭 모드에서 작업자가 조이스틱을 조작하면, 작업궤적 제어 장치(100)는 조이스틱 조작에 따른 조이스틱 신호 및 구동부(140)의 각 실린더 길이 데이터(이하, '구동 데이터'라 함)를 저장한다. 여기서, 작업자는 굴삭기의 조작부(110)에 구비된 티칭 시작 및 종료 버튼 등을 통해 티칭 모드를 시작하거나 종료시킬 수 있다.First, the teaching mode means a mode in which an operator teaches a work process of an excavator and learns a work process. When the operator operates the joystick in the teaching mode, the operation
티칭 모드를 구체적으로 살펴보면, 조작부(110)는 티칭 모드가 동작하는 동안, 작업자의 조이스틱 조작에 따라 발생하는 조이스틱 신호를 구동 제어부(120)로 전달한다. 이때, 구동 제어부(120)는 조작부(110)로부터 조이스틱 신호를 전달받아 구동부(140)를 구동제어한다. 또한, 구동 제어부(120)는 티칭 모드의 선택시, 작업자의 조작에 대응되는 작업장치의 구동 데이터와 상기 조이스틱 신호를 처리하여 생성된 궤적 데이터를 데이터 저장부(150)에 저장한다. 즉, 구동 제어부(120)는 조작부(110)로부터 전달된 조이스틱 신호를 데이터 저장부(150)에 조이스틱 데이터로 저장시킨다. 또한, 구동 제어부(120)는 구동부(140)에 의해 구동되는 붐, 암 및 버킷의 실린더 길이 데이터 또는 붐, 암 및 버킷에서 각 링크의 각도 데이터를 데이터 저장부(150)에 저장시킨다.Specifically, the
구동부(140)는 구동 제어부(120)의 구동 제어에 따라 붐, 암 및 버킷의 실린더를 구동시킨다.The
둘째, 플레이백 모드는 작업궤적 제어 장치(100)가 티칭 모드에서 저장된 작업 과정을 자동으로 플레이백하는 모드를 말한다.Second, the playback mode is a mode in which the operation
데이터 저장부(150)는 티칭 모드에서 학습된 궤적 데이터(예컨대, 조이스틱 데이터 및 각 실린더 길이 데이터)를 저장하고 있다. 또한, 데이터 저장부(150)는 궤적 데이터로서, 조이스틱 데이터 및 붐, 암 및 버킷의 각 링크의 각도 데이터를 저장할 수 있다.The data storage unit 150 stores trail data (e.g., joystick data and cylinder length data) learned in the teaching mode. Also, the data storage unit 150 may store the joystick data and angle data of each link of the boom, arm, and bucket as the locus data.
구동 제어부(120)는 플레이백 모드의 선택시, 데이터 저장부(150)에 티칭모드에서 저장된 궤적 데이터를 추종하여 작업장치가 자동으로 구동되도록 구동부(140)를 제어한다. 우선, 플레이백 모드가 선택된 시점에서는 작업장치의 위치가 데이터 저장부(150)에 저장된 작업장치의 시작 위치를 비교한다. 비교결과 위치의 차이가 기 설정된 기준 오차 이내인 경우, 구동 제어부(120)는 플레이백 모드가 선택된 시점에서의 위치에서 자동 구동이 시작되도록 제어한다. 이러한 위치 오차의 측정은 작업장치들 중 어느 것을 이용하여도 측정이 가능하다. 본 실시예에서는 굴삭 등의 작업시 직접 피작업면과 접촉되어 작업의 중심이 된다고 할 수 있는 버킷의 위치를 제어 기준으로 설정한 제어방법을 예를 들어 설명한다. 즉, 버킷 끝단의 현재 위치와 기설정된 버킷 끝단의 초기위치 간의 위치 차이를 비교함으로써 플레이백 모드의 제어가 가능하게 되는 것이다. 이때, 구동 제어부(120)는 자동 구동이 진행되는 시간이 경과할 수록 기 저장된 구동 궤적을 추종하도록 구동부(140)를 제어한다. 이는 자동 구동이 비록 운전자가 원하지 않았던 지점에서 시작되더라도 시간이 지날수록 최초에 입력된 작업범위의 작업을 가능하게 하기 위함이다. 한편, 구동 제어부(120)는 작업 장치의 자동 구동이 진행되는 중 데이터 저장부(150)에서 저장된 궤적 데이터와의 위치 오차를 보상한다. 본 실시예에서는 굴삭기의 버킷 끝단의 위치 오차를 최소화하도록 작업장치의 자세에 대응하는 중력을 보상하여 굴삭기의 구동을 제어한다. 여기서, 구동 제어부(120)는 중력 보상부(130)에서 계산된 중력 보상값을 적용하여 궤적 데이터를 갱신하고, 그 갱신된 궤적 데이터를 기준으로 구동부(140)를 제어한다. 궤적 데이터 중에서 굴삭기의 각 실린더 길이 데이터는 붐, 암 및 버킷에서 각 링크의 각도 데이터로 대체될 수 있다. 중력 보상부(130)는 현재 굴삭기의 자세 변화에 의한 질량 관성 모멘트를 구하여 중력 보상값을 계산한다. 이는 굴삭기의 자세 변화에 의한 버킷 끝단의 위치 오차를 최소화하기 위함이다. 이러한 중력 보상 결과는 펌프의 토출 유량 또는 콘트롤 밸브의 절환량을 보상하는데 사용됨으로써 작업자가 최초에 의도한 작업장치의 구동속도의 추종을 가능하게 한다. 작업자는 이러한 플레이백 모드의 시작/종료는 조작부(110)에 구비된 플레이백 시작 및 종료 버튼 등을 통해 제어가 가능하게 구성될 수 있다. When the playback mode is selected, the
앞서 설명한 제어방법은 플레이백 모드가 완료된 후 다시 플레이백 모드를 사용하고 싶은 경우, 작업자가 다시 원하는 작업의 초기 위치로 작업장치를 이동시켜야 하는 경우를 일례로 들어 설명하였다. 하지만, 상술한 플레이백 모드는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 플레이백 모드가 자동으로 반복되게 선택하는 경우도 그 적용이 가능한 것이다. 이렇게 플레이백 모드가 자동으로 반복되는 경우, 앞서 설명한 바와 같이 최초의 플레이백 모드의 시작시 작업을 하지 못한 부분을 자동으로 재작업할 수 있도록 제어가 가능하다. 이는 2번째 반복될 때 작업장치가 자동으로 티칭모드에서 저장된 작업의 초기 위치로 자동으로 이동하게 한 후 다시 플레이백 모드가 진행되도록 하면 되는 것이다. 이에 따르면, 작업의 조작 미숙에 의해 작업장치가 부정확한 위치에서 플레이백이 시작되더라도 반복작업이 진행되면 작업자가 의도한 작업영역의 작업을 할 수 있게 하는 효과가 있다.The above-described control method is described as an example in which, when the user desires to use the playback mode again after the playback mode is completed, the worker must move the work device to the initial position of the desired work again. However, the above-described playback mode is not necessarily limited thereto. That is, the present invention can be applied to a case in which the playback mode is automatically repeated. When the playback mode is automatically repeated, it is possible to automatically re-work the portion that is not operated at the start of the first playback mode as described above. This is because when the second repetition is performed, the working device automatically moves from the teaching mode to the initial position of the stored work, and then the playback mode is again performed. According to the present invention, even if the operation of the operation device is insufficient, even if the operation of the apparatus is started at an incorrect position, the worker can perform the operation of the intended work area when the repeated operation is performed.
한편, 플레이백 모드의 시작시 위치 오차가 기 설정된 기준 오차보다 큰 경우, 운전자가 의도한 작업영역의 자동 작업이 불가능하다는 이유로 플레이백 모드가 시작될 수 없음을 고지하고 운전자의 조작신호가 다시 입력되는 것을 기다리게 할 수 있다. 이와는 반대로 작업장치가 능동적으로 작업을 가능하게 하기 위해서는, 상술한 위치 오차가 기준 오차보다 클 경우, 작업장치 보다 상세하게는 버켓이 티칭모드에서 저장된 플레이백 모드 시작 지점에 위치하도록 각 작업장치를 자동제어하는 방법도 사용이 가능하다. On the other hand, if the position error at the start of the playback mode is larger than the preset reference error, it is notified that the playback mode can not be started because the automatic operation of the operation area intended by the driver is impossible, You can make them wait. On the contrary, in order to enable the working device to actively work, when the above-described position error is larger than the reference error, the working device is automatically set so that each of the working devices is automatically set so that the bucket is located at the starting point of the stored playback mode in the teaching mode A control method can also be used.
이상과 같은 플레이백 모드 상태에서, 조작부(110)로부터 작업자에 의한 새로운 조이스틱 신호가 소정의 시간 동안 발생하면, 구동 제어부(120)는 플레이백 모드를 중지하고 조작부(110)에서 발생된 새로운 조이스틱 신호에 따라 구동부(140)를 제어함으로써 유사시를 대비할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. If a new joystick signal is generated by the operator from the
도 2 는 본 발명에 따른 플레이백 모드인 경우 작업궤적 제어 장치의 일실시예 상세구성도이다.2 is a detailed block diagram of an embodiment of a work locus control apparatus in a playback mode according to the present invention.
구동 제어부(120)는 플레이백 버튼 선택시 버킷의 위치 오차를 보상하도록 작업 시작점 및 궤적 추정을 제어하고, 작업장치의 자세 변화에 의한 중력을 보상하도록 위치 오차를 최소화시킨다.The
즉, 구동 제어부(120)는 플레이백 시작시, 현재 버킷 끝단의 위치와 티칭 모드가 시작된 버킷 끝단의 위치와의 거리를 측정하고, 버킷 끝단의 현재 위치와 기설정된 버킷 끝단의 초기위치 간의 차이값을 기설정된 기준 오차(예컨대, 10cm 등)와 비교하는 과정이 포함된다. 이는 통상적으로 작업자가 작업장치를 의도한 위치에 위치시킨 후 플레이백 작업을 시작하게 되는데, 이렇게 플레이백 작업이 시작되는 경우 플레이백이 시작되는 작업장치의 자세/위치와 기 저장된 플레이백 초기위치가 상이할 수 밖에 없는 점을 감안한 것이다. 상술한 바와 같이 초기위치의 차이값이 기준 오차보다 작은 경우 플레이백이 시작되면, 작업장치는 작업자의 조작에 의해 위치한 위치에서 곧바로 시작하되 시간이 경과될 수록 티칭된 구동 궤적에 근접하도록 제어된다. 이 경우, 플레이백 초기에 작업자가 의도한 작업영역 중 일부가 미작업된 상태일 수가 있는데, 이러한 경우는 플레이백이 반복적으로 이루어질 경우, 차기 플레이백 작업시 자동으로 티칭된 초기위치로 작업장치를 위치시킴으로써 해결할 수 있게 된다. 한편, 플레이백이 시작되는 작업장치의 자세/위치가 기 저장된 플레이백 초기위치와 차이가 많이 나는 경우, 플레이백 작업의 불능을 표시하고 추가적인 작업자의 조작을 기다리거나, 플레이백 초기위치로 작업장치를 자동으로 위치시킨 후 티칭된 궤적을 추종하여 작업을 진행할 수 있게 하는 방법이 있다. 본 실시예에서는 작업장치를 이동시킨 후 플레이백 작업이 진행되도록 하는 것을 일례로 설명한다. That is, at the start of playback, the
플레이백 시작 후, 구동 제어부(120)는 미리 티칭된 조이스틱 데이터(Joy_ref data) 및 실린더 길이 데이터(Cyl_ref data)를 가져온다. 그리고 구동 제어부(120)는 조이스틱 신호(O_Joy), 위치 오차 신호(O_PI1) 및 중력 보상값(Ga)을 합산하고 구동 제어 신호(Com_out)를 구동부(140)로 출력한다.After starting the playback, the
이러한 구동 제어 신호(Com_out)의 출력 과정을 구체적으로 살펴보면, 구동 제어부(120)는 조이스틱 데이터(Joy_ref data)로부터 조이스틱 신호(O_Joy)를 가져온다. 또한, 구동 제어부(120)는 실린더 길이 데이터(Cyl_ref data)로부터 실린더 길이 신호와 현재 측정된 신호를 감산하여 오차 신호(Er)를 구한다. 그리고 구동 제어부(120)는 오차 신호(Er)를 PI 제어기를 통해 위치 오차 신호(O_PI1)를 계산한다.Specifically, the driving
중력 보상부(130)는 작업장치의 현재 자세에서 질량 관성 모멘트를 구하여 중력 보상값(Ga)을 계산한다.The
중력 보상값(Ga)이 결정되면, 구동 제어부(120)는 조이스틱 신호(O_Joy), 위치 오차 신호(O_PI1) 및 중력 보상값(Ga)을 합산한 구동 출력 값(O_joy+O_PI1+Ga)을 계산한다. 그리고 구동 제어부(120)는 합산한 구동 출력 값(O_joy+O_PI1+Ga)을 구동 제어 신호(Com_out)로 변환하여 구동부(140)로 출력한다.When the gravity compensation value Ga is determined, the
만약, 조작부(110)에서 플레이백 수행 도중에 조이스틱 신호가 기설정된 시간(예컨대, 0.3 sec 등) 이상 발생하면, 구동 제어부(120)는 긴급 상황으로 간주하고 조작부(110)에서 발생된 조이스틱 신호에 따라 구동부(140)를 구동 제어한다.If the joystick signal is generated for more than a predetermined time (e.g., 0.3 sec) during execution of playback in the
도 3 은 본 발명에 따른 티칭 모드에서의 작업궤적 제어 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.3 is a flowchart of a method of controlling a work locus in a teaching mode according to the present invention.
본 발명에 따른 작업궤적 제어 방법은 적어도 하나의 작업장치와, 상기 작업장치를 구동시키기 위한 구동부(140) 및 작업자의 조작에 대응하는 조이스틱 신호를 발생시키는 조작부(150)를 포함하며, 티칭 모드 및 플레이백 모드의 선택 조작이 가능한 건설 기계의 작업궤적 제어 장치(100)에 적용된다.The operation trajectory control method according to the present invention includes at least one working apparatus, a
작업궤적 제어 장치(100)는 작업자에 의해 티칭 시작을 알리는 시작 버튼 신호가 입력되는지 여부를 확인한다(302).The work
작업궤적 제어 장치(100)는 티칭 모드 선택시 작업자의 조작에 의해 발생되는 조이스틱 신호 및 작업장치의 구동 데이터를 궤적 데이터로 저장한다. 즉, 상기 확인 결과(302), 시작 버튼 신호가 입력되면, 작업궤적 제어 장치(100)는 시작 버튼 신호 이후에 작업자에 의해 조이스틱이 움직이는 각도를 기설정된 시간 단위(예컨대, 10ms 등)로 저장하며, 붐, 암 및 버킷의 각 실린더 길이를 센싱하여 저장한다(304). 예를 들면, 작업궤적 제어 장치(100)는 10ms 단위로 조이스틱의 각도 및 실린더 길이를 저장할 수 있다. 또는, 작업궤적 제어 장치(100)는 붐, 암 및 버킷의 각 링크의 각도를 센싱하여 저장할 수 있다. 여기서, 작업궤적 제어 장치(100)는 붐, 암 및 버킷의 실린더 길이 또는 각 링크의 각도를 계산함으로써, 기구학적으로 버킷 끝단의 위치를 계산할 수 있다. 반면, 상기 확인 결과(202), 시작 버튼 신호가 입력되지 않는 경우에, 작업궤적 제어 장치(100)는 시작 버튼 신호의 입력 여부를 지속적으로 모니터링한다.The work
이후, 작업궤적 제어 장치(100)는 티칭 종료를 알리는 완료 버튼 신호가 입력되는지 여부를 확인한다(306).Thereafter, the operation
상기 확인 결과(306), 완료 버튼 신호가 입력되면, 작업궤적 제어 장치(100)는 현재까지 저장된 조이스틱의 각도 및 붐, 암 및 버킷의 실린더 길이를 하나의 궤적 데이터로 저장한다. 반면, 완료 버튼 신호가 입력되지 않는 경우에, 작업궤적 제어 장치(100)는 궤적 데이터를 저장하는 "304" 과정부터 다시 수행한다.If the completion button signal is input as the confirmation result (306), the operation
도 4 는 본 발명에 따른 플레이백 모드에서의 작업궤적 제어 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.4 is a flowchart of a method of controlling a work locus in a playback mode according to an embodiment of the present invention.
작업궤적 제어 장치(100)는 작업자에 의해 플레이백 시작을 알리는 플레이백 시작 버튼 신호가 입력되는지 여부를 확인한다(402).The operation
상기 확인 결과(402), 작업자에 의해 플레이백 시작 버튼 신호가 입력되면, 작업궤적 제어 장치(100)는 현재 버킷 끝단의 위치와 티칭이 시작된 버킷 끝단의 위치와의 거리를 측정하여 버킷 끝단의 현재 위치와 기설정된 버킷 끝단의 초기위치 간의 차이값이 기설정된 기준 오차(예컨대, 10cm 등)를 초과하는지 여부를 확인한다(404). 반면, 작업자에 의해 플레이백 시작 버튼 신호가 입력되지 않으면, 작업궤적 제어 장치(100)는 플레이백 시작 버튼 신호가 입력되기 전까지 "402" 과정부터 수행한다.When the playback start button signal is input by the operator, the work
상기 확인 결과(404), 버킷 끝단의 현재 위치와 초기위치 간이 위치 차이값이 기설정된 기준 오차 이상이면, 작업궤적 제어 장치(100)는 버킷을 제어하여 버킷 끝단의 현재 위치를 기설정된 초기위치로 이동시킨다(406). 작업궤적 제어 장치(100)는 버킷 끝단의 위치 차이값이 10cm 이내가 되도록 각 엑츄에이터를 제어하여 버킷을 이동시킨다. 여기서, 위치의 차이가 기준 오차보다 큰 상태에서 플레이백 모드 선택에 의한 자동작업이 반복적으로 이루어지도록 선택된 경우, 작업궤적 제어 장치(100)는 작업장치가 1차 자동 작업 이후 티칭 모드가 시작된 위치로 복귀 후 자동 작업이 진행되도록 제어한다.If the position difference between the current position of the bucket end and the initial position is equal to or greater than the preset reference error, the operation
반면, 상기 확인 결과(404), 버킷 끝단의 현재 위치와 초기위치 간의 위치 차이값이 기설정된 기준 오차 미만 즉, 버킷 끝단의 위치가 10cm 이내로 들어오면, 작업궤적 제어 장치(100)는 현재 위치에서 작업장치가 자동으로 구동되도록 10ms 마다 플레이백 신호를 출력하여 기준 플레이백 신호로 이용한다. 이때, 아래와 같은 위치 보상 방법을 이용하여 작업장치의 초기위치가 티칭된 위치와 차이가 있더라도, 일단 플레이백 작업이 진행되면 최대한 빠른 시간 내에 티칭된 궤적을 추종하도록 데이터를 보상하여 이를 작업장치의 구동에 이용한다. If the position difference between the current position of the bucket end and the initial position is less than a preset reference error, that is, the position of the end of the bucket is within 10 cm, the operation
구체적으로 살펴보면, 작업궤적 제어 장치(100)는 미리 저장된 조이스틱 신호(O_joy)를 10ms 마다 가져온다(408).Specifically, the operation
그리고 작업궤적 제어 장치(100)는 각 실린더별로 저장된 실린더 길이 데이터(Cyl_ref)와 현재 측정된 데이터(Cyl_cur) 간의 오차(Er=Cyl_ref-Cyl_cur)를 계산한다(410).Then, the operation
이어서, 작업궤적 제어 장치(100)는 3개의 실린더 중에서 1개의 실린더라도 각 실린더별로 저장된 실린더 길이와 현재 측정된 실린더 길이 간의 오차가 기설정된 실린더 길이 오차값(예컨대, 5cm 등) 이상인지 여부를 확인한다(412).Then, the work
상기 확인 결과(412), 기준 실린더 길이와 현재 측정된 실린더 길이 간의 오차가 기설정된 실린더 길이 오차값(예컨대, 5cm 등) 이상이면, 작업궤적 제어 장치(100)는 작업 수행 불능 메시지를 작업자에게 표시하고 궤적 제어를 종료한다(414).If the difference between the reference cylinder length and the currently measured cylinder length is equal to or greater than a preset cylinder length error value (for example, 5 cm, etc.), the operation
반면, 상기 확인 결과(412), 기준 실린더 길이와 현재 측정된 실린더 길이 간의 오차가 기설정된 실린더 길이 오차값(예컨대, 5cm 등) 미만이면, 작업궤적 제어 장치(100)는 이를 비례적분(PI: Proportional Integral) 제어기를 통하여 피드백 제어를 수행하기 위하여 위치 오차 신호(O_PI1=Kp*Er+Ki*sum(Er))를 계산한다(416).If the error between the reference cylinder length and the currently measured cylinder length is less than a predetermined cylinder length error value (for example, 5 cm or the like), the operation
이후, 작업궤적 제어 장치(100)는 현재 자세에서 질량 관성 모멘트를 구하여 보상값(Ga)을 계산하고, "416" 과정에서 계산된 위치 오차 신호(O_PI1)와 더하여 자세에 따른 중력 보상이 적용된 PI 제어 신호(O_PI=O_PI1+Ga)를 구한다(418). 예를 들어, 굴삭기는 붐, 암 및 버킷의 무게가 무겁기 때문에, 붐, 암 및 버킷이 모두 펼쳐진 상태와 모두 모여 있는 경우 이를 움직이는데 필요한 압력이 다르다. 그러므로 작업궤적 제어 장치(100)는 붐, 암 및 버킷의 중력이 다른 상태를 보상하여 더욱 빠르고 정확하게 제어한다. 즉, 붐, 암 및 버킷이 펼쳐진 경우, 작업궤적 제어 장치(100)는 "416" 과정에서 계산된 위치 오차 신호(O_PI1)에 중력 보상에 해당하는 중력 보상값(Ga)을 더하여 더욱 많은 출력이 나갈 수 있게 하는 것이다.Then, the work
그리고 작업궤적 제어 장치(100)는 최종 출력으로 "408" 과정에서 가져온 조이스틱 출력 신호(O_joy), "416 과정에서 위치 오차 신호(O_PI1) 및 "418" 과정에서 계산된 PI 제어 신호(O_PI)를 더하여 구동 출력 값(O_co=O_joy+O_PI1+Ga)을 계산하여 작업장치를 제어한다(420). 즉, 작업궤적 제어 장치(100)는 작업장치의 자세 변환에 따른 중력 변화를 이용한 중력 보상값을 계산하고, 그 계산된 중력 보상값을 적용하여 작업장치가 티칭 모드에서 저장된 궤적 데이터에 포함된 작업장치의 구동속도를 추종하도록 제어할 수 있다.Then, the operation
작업궤적 제어 장치(100)는 수행 길이가 데이터 저장부(150)에 저장된 버퍼 길이와 일치하는지 여부를 확인한다(422).The operation
상기 확인 결과(422), 수행 길이가 버퍼 길이와 일치하지 않으면, 작업궤적 제어 장치(100)는 "422" 과정에서 계산된 구동 출력 값을 출력하고, "408" 과정부터 다시 수행한다. 반면, 수행 길이가 버퍼 길이와 일치하면, 작업궤적 제어 장치(100)는 작동 완료 메시지와 함께 궤적 제어를 종료한다.If the check result (422) indicates that the execution length does not match the buffer length, the operation
전술된 바와 같이, 작업궤적 제어 장치(100)는 플레이백 모드의 선택시 기 저장된 궤적 데이터를 추종하여 작업장치가 구동되도록 제어한다. 이때, 작업궤적 제어 장치(100)는 플레이백 모드의 선택 시점에서의 작업장치의 위치와 티칭 모드가 시작된 시작 위치의 차이를 비교하여, 위치의 차이가 기 설정된 기준 오차보다 작은 경우 작업자에 의해 선택된 플레이백 모드의 선택 지점에서 궤적 데이터를 추종하는 자동 작업을 진행시키되, 시간이 경과될 수록 상기 저장된 궤적 데이터를 추종하도록 제어한다.As described above, the operation
만약, 궤적 제어 도중, 사용자에 의한 조이스틱 신호가 기설정된 시간(예컨대, 0.3 sec 등) 이상 입력되면, 작업궤적 제어 장치(100)는 긴급 상황으로 간주하고 조이스틱 신호대로 구동 제어한다.If the user inputs a joystick signal over a predetermined time (for example, 0.3 sec or the like) during the trajectory control, the operation
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
The foregoing description is merely illustrative of the present invention, and various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the specification of the present invention are not intended to limit the present invention. The scope of the present invention should be construed according to the following claims, and all the techniques within the scope of equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.
본 발명은, 티칭 궤적을 추종하도록 플레이백 선택시 위치 오차를 보상하도록 작업 시작점 및 궤적 추종을 제어하고, 작업장치의 자세 변화에 의한 중력을 보상하여 위치 오차를 최소화시킬 수 있다.
According to the present invention, it is possible to control an operation start point and a trajectory tracking so as to compensate for a position error at the time of playback selection so as to follow a teaching trajectory, and to minimize a position error by compensating gravity due to a posture change of the working apparatus.
100: 작업궤적 제어 장치 110: 조작부
120: 구동 제어부 130: 중력 보상부
140: 구동부 150: 데이터 저장부100: operation locus control device 110:
120: drive control unit 130: gravity compensation unit
140: Driving unit 150: Data storage unit
Claims (8)
작업자의 조작에 의한 조이스틱 신호를 발생시키고, 상기 작업자가 티칭모드 및 플레이백 모드의 선택조작이 가능한 조작부;
상기 조이스틱 신호 또는 상기 구동부의 구동 데이터를 기반으로 생성되는 궤적 데이터가 저장되는 데이터 저장부;
상기 티칭 모드의 선택시 상기 작업자의 조작에 대응되는 상기 궤적 데이터를 상기 데이터 저장부에 저장하고, 상기 플레이백 모드의 선택시 상기 데이터 저장부에 저장된 상기 작업장치의 궤적 데이터를 추종하여 상기 작업장치가 자동으로 구동되도록 상기 구동부를 제어하는 구동 제어부; 및
상기 작업장치의 자세에 대응되는 중력 보상값을 산출하는 중력 보상부;
를 포함하며,
상기 구동 제어부는, 상기 플레이백 모드가 선택된 시점에서의 상기 작업장치의 실제 위치가 상기 데이터 저장부에 저장된 작업장치의 구동이 시작되는 위치와 기 설정된 기준 오차 이내의 차이가 나는 경우, 상기 플레이백 모드의 선택시점에서의 위치에서 자동 구동이 시작되도록 제어하되 상기 자동 구동이 진행되는 시간이 경과될 수록 상기 기 저장된 구동 궤적을 추종하도록 상기 구동부를 제어하고,
상기 구동 제어부는 상기 중력 보상값을 적용하여 상기 궤적 데이터를 갱신하여 상기 갱신된 궤적 데이터를 기준으로 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업궤적 제어 장치. 1. A work locus control device for a construction machine, comprising: at least one work device; and a drive part for driving the work device,
An operation unit which generates a joystick signal by an operation of an operator and allows the operator to perform a selection operation of a teaching mode and a playback mode;
A data storage unit for storing sign data generated based on the joystick signal or the driving data of the driving unit;
Wherein the control unit stores the locus data corresponding to the operation of the operator at the time of selecting the teaching mode in the data storage unit and tracks the locus data of the work device stored in the data storage unit when the playback mode is selected, A driving control unit for controlling the driving unit to be automatically driven; And
A gravity compensation unit for calculating a gravity compensation value corresponding to the posture of the working device;
/ RTI >
When the actual position of the work device at the time when the playback mode is selected is different from a position at which the operation of the work device stored in the data storage unit is started within a predetermined reference error, And controls the driving unit to follow the pre-stored driving trajectory as the time for the automatic driving progresses,
Wherein the drive control unit updates the sign data by applying the gravity compensation value and controls the drive unit based on the updated sign data.
상기 구동 제어부는,
상기 작업자의 플레이백 모드 선택시, 상기 작업장치의 버킷 끝단의 현재 위치와 기설정된 버킷 끝단의 초기위치 간의 위치 차이를 비교하여 상기 버킷의 끝단을 상기 기설정된 초기위치로 이동시킨 후 기 저장된 구동 궤적을 추종하여 자동 작업이 되도록 상기 구동부를 제어하는 건설기계의 작업궤적 제어 장치.The method according to claim 1,
The drive control unit may include:
When the operator selects the playback mode, the position difference between the current position of the bucket end of the working device and the initial position of the predetermined bucket end is compared to move the end of the bucket to the preset initial position, And controls the driving unit to perform the automatic operation.
상기 구동 제어부는,
상기 플레이백 모드에서 상기 조작부로부터 새로운 조이스틱 신호가 소정의 시간 동안 발생하면, 상기 발생된 새로운 조이스틱 신호에 따라 상기 구동부를 구동 제어하는 작업궤적 제어 장치.The method according to claim 1,
The drive control unit may include:
And controls the driving unit according to the generated new joystick signal when a new joystick signal is generated for a predetermined time from the operation unit in the playback mode.
상기 티칭 모드 선택시 상기 작업자의 조작에 의해 발생되는 조이스틱 신호 및 상기 작업장치의 구동 데이터를 궤적 데이터로 저장하는 궤적 티칭 단계; 및
상기 플레이백 모드의 선택시 상기 저장된 궤적 데이터를 추종하여 상기 작업장치가 구동되도록 제어하는 궤적 플레이백 단계;를 포함하며,
상기 궤적 플레이백 단계는, 작업장치의 자세에 대응되는 중력 보상값을 산출하고, 산출된 중력 보상값을 적용하여 상기 궤적 데이터를 갱신하고, 상기 플레이백 모드의 선택 시점에서의 상기 작업장치의 위치와 상기 티칭 모드가 시작된 시작 위치의 차이를 비교하여, 상기 위치의 차이가 기 설정된 기준 오차보다 작은 경우 작업자에 의해 선택된 상기 플레이백 모드의 선택 지점에서 상기 궤적 데이터를 추종하는 자동 작업을 진행시키되, 시간이 경과될 수록 상기 저장된 궤적 데이터를 추종하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업궤적 제어 방법. And a control unit for generating a joystick signal corresponding to an operation of a worker, the control unit comprising: at least one working device; a driving unit for driving the working device; In the method,
A trajectory teaching step of storing the joystick signal generated by the operation of the operator at the time of selecting the teaching mode and the driving data of the working apparatus as trajectory data; And
And a trajectory playback step of following the stored trajectory data when the playback mode is selected and controlling the operation device to be driven,
The trajectory playback step may include calculating a gravity compensation value corresponding to the posture of the working device, updating the sign data by applying the calculated gravity compensation value, and determining a position of the working device at the selected time of the playback mode Comparing the difference between the starting position where the teaching mode is started and the starting position where the teaching mode is started and proceeding to follow the trajectory data at a selection point of the playback mode selected by the operator when the difference of the position is smaller than a preset reference error, And controlling the stored trajectory data to follow the lapse of time as the time elapses.
상기 위치의 차이가 상기 기준 오차보다 큰 경우, 상기 작업장치를 상기 궤적 데이터의 시작 위치로 이동시킨 후 상기 시작 위치에서부터 상기 궤적 데이터를 추종하는 자동 작업을 진행되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업궤적 제어 방법. 6. The method of claim 5, wherein the trajectory playback step comprises:
And controls the automatic operation to follow the locus data from the start position after moving the work device to the start position of the locus data when the difference between the positions is larger than the reference error. A method for controlling a work trajectory.
상기 위치의 차이가 상기 기준 오차보다 큰 상태에서 상기 플레이백 모드 선택에 의한 자동작업이 반복적으로 이루어지도록 선택된 경우, 상기 작업장치는 1차 자동 작업 이후 상기 티칭 모드가 시작된 위치로 복귀 후 2차 자동 작업이 진행되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업궤적 제어 방법. 6. The method of claim 5,
When the automatic operation by the selection of the playback mode is repeatedly performed in a state where the difference of the position is larger than the reference error, the work device returns to the position where the teaching mode is started after the first automatic operation, And controlling the operation of the work machine so that the work is progressed.
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