KR102023196B1 - 건설기계의 조작안정성 향상장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의하면, 건설기계의 주변정보를 스캐닝하는 스캐너; 건설기계의 주변영상을 촬영하는 복수개의 카메라; 건설기계의 주변에 위치된 장애물을 감지하는 복수개의 센서; 상기 스캐너에 의해 스캐닝된 건설기계의 주변정보를 평면적으로 표시함과 동시에 복수개의 카메라에 의해 촬영된 건설기계의 주변영상을 표시하는 모니터; 건설기계의 조작신호를 발생시키는 조이스틱과 페달; 상기 조이스틱과 페달의 조작신호에 대응되도록 해당 유압계통 구동부의 출력 유량을 제어하는 전자유압제어밸브; 및 상기 모니터에 스캐너의 주변정보와 카메라의 주변영상을 표시한 상태에서 조이스틱과 페달의 주행이나 선회 명령 발생시 해당 동작 명령에 대응된 이동 경로상의 주변영상이 변화하였을 경우 또는 해당 센서로부터 이동 경로상의 주변에 피검출물이 감지되는 경우 이를 작업자에게 인지시킨 후 상기 피검출물이 작업대상물인지 또는 회피처리대상물인지 여부를 판단하기 위한 선택신호를 입력받아 작업대상물인 경우에는 조작신호가 정상 처리되도록 하고 회피처리대상물인 경우에는 상기 피검출물에 건설기계의 근접시 자동으로 전자유압제어밸브를 제어하여 조작신호에 대한 동작 명령이 지연되도록 하거나 정지되도록 하는 제어장치를 포함하는 건설기계의 조작안정성 향상장치가 제공된다.

Description

건설기계의 조작안정성 향상장치{APPARATUS FOR ENHANCING OPERATIVE SAFETY OF CONSTRUCTION MACHINERY}

본 발명은 건설기계의 조작 안정성 향상장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건설기계가 사각지대로 이동하거나 선회시 해당 경로의 피검출물을 센싱하여 작업대상물인지 회피처리대상물인지 파악하고 작업대상물인 경우에는 센싱 동작을 정지시키고 회피처리대상물인 경우에는 작업중 피검출물에 근접되는 것을 방지하도록 건설기계가 자동 제어 또는 이동 처리되도록 하여 건설기계의 조작 상태에 따른 안정성을 향상시킬 수 있는 건설기계의 조작안정성 향상장치에 관한 것이다.

일반적으로 굴삭기 등과 같은 건설기계는 하부주행체에 상부선회체가 자유롭게 선회할 수 있도록 구성되어 있다. 이와 같이, 건설기계의 동작시 상부선회체가 하부주행체에 대해 선회되거나 또는 하부주행체가 후진하는 경우가 발생하게 되는데, 이 경우 운전석에서 건설기계를 동작시키는 작업자가 육안으로 확인할 수 없는 사각지대가 존재하게 된다.

이에, 작업자는 건설기계의 상부선회체 등에 구비되는 미러를 보거나 직접 해당 이동경로를 육안으로 확인하면서 건설기계를 조작해야 하기 때문에 작업 효율이 저하되는 문제점이 있다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 상부선회체의 좌우측방 또는 후방에 카메라를 설치하고 상기 카메라에 의해 촬영된 영상을 통하여 사각지대에 위치된 장애물을 확인할 수 있도록 하는 조작안정성 향상장치가 개시된 바 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 건설기계의 조작안정성 향상장치는, 단순히 건설기계의 이동 경로에 따른 영상만을 나타내기 때문에, 일일이 작업자가 모니터를 확인해야 하는 번거로운 문제점이 존재하고, 뿐만 아니라 작업자가 모니터로 확인된 장애물과의 거리에 대해서는 느낌에 의존해야 하기 때문에 장애물과의 거리 정보를 정확하게 인지하지 못하는 경우 안전사고가 발생하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 설명한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 건설기계의 주변지형을 평면(Top view) 형태로 모니터링한 상태에서 주변지형의 변화가 발생한 곳으로 건설기계가 이동하는 경우 피검출물을 센싱하여 작업대상물인지 회피처리대상물인지 파악하고 작업대상물인 경우에는 센싱 동작을 정지시키고 회피처리대상물인 경우에는 작업중 피검출물에 근접되는 것을 방지하도록 건설기계가 자동 제어 또는 이동 처리되도록 하여 건설기계의 조작 상태에 따른 안정성을 향상시킬 수 있는 건설기계의 조작안정성 향상장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의하면, 건설기계의 주변정보를 스캐닝하는 스캐너; 건설기계의 주변영상을 촬영하는 복수개의 카메라; 건설기계의 주변에 위치된 장애물을 감지하는 복수개의 센서; 상기 스캐너에 의해 스캐닝된 건설기계의 주변정보를 평면적으로 표시함과 동시에 복수개의 카메라에 의해 촬영된 건설기계의 주변영상을 표시하는 모니터; 건설기계의 조작신호를 발생시키는 조이스틱과 페달; 상기 조이스틱과 페달의 조작신호에 대응되도록 해당 유압계통 구동부의 출력 유량을 제어하는 전자유압제어밸브; 및 상기 모니터에 스캐너의 주변정보와 카메라의 주변영상을 표시한 상태에서 조이스틱과 페달의 주행이나 선회 명령 발생시 해당 동작 명령에 대응된 이동 경로상의 주변영상이 변화하였을 경우 또는 해당 센서로부터 이동 경로상의 주변에 피검출물이 감지되는 경우 이를 작업자에게 인지시킨 후 상기 피검출물이 작업대상물인지 또는 회피처리대상물인지 여부를 판단하기 위한 선택신호를 입력받아 작업대상물인 경우에는 조작신호가 정상 처리되도록 하고 회피처리대상물인 경우에는 상기 피검출물에 건설기계의 근접시 자동으로 전자유압제어밸브를 제어하여 조작신호에 대한 동작 명령이 지연되도록 하거나 정지되도록 하는 제어장치를 포함하는 건설기계의 조작안정성 향상장치가 제공된다.

상기 설명한 바와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 건설기계의 주변지형을 스캐닝하여 건설기계를 중심으로 평면 형태로 모니터링한 상태에서 주변지형의 변화가 발생한 곳으로 건설기계가 이동하는 경우 해당 경로의 피검출물을 센싱하여 작업대상물인지 회피처리대상물인지 파악하고 작업대상물인 경우에는 센싱 동작을 정지시키고 회피처리대상물인 경우에는 작업중 피검출물에 근접되는 것을 방지하도록 건설기계가 자동 제어 또는 이동 처리되도록 하여 건설기계의 조작 상태에 따른 안정성을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건설기계의 조작안정성 향상장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도.
도 2는 도 1의 조작안정성 향상장치의 작용을 개략적으로 나타낸 흐름도.
도 3은 도 1의 조작안정성 향상장치에 따른 건설기계의 제어방법을 나타낸 제어흐름도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건설기계의 조작안정성 향상장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1의 조작안정성 향상장치의 작용을 개략적으로 나타낸 흐름도이며, 도 3은 도 1의 조작안정성 향상장치에 따른 건설기계의 제어방법을 나타낸 제어흐름도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건설기계의 조작안정성 향상장치는, 건설기계의 상부에 설치되어 비정형지반과 현장환경에 산재한 지장물을 3D로 스캐닝하는 스캐너(10), 건설기계의 전방, 좌우측방 및 후방 등에 구비되어 건설기계의 주변을 촬영하는 복수개의 카메라(20), 건설기계의 전방, 좌우측방 및 후방 등에 구비되어 건설기계의 주변에 위치된 장애물을 감지하는 복수개의 센서(30), 상기 스캐너(10)에 의해 스캐닝된 건설기계의 주변정보를 평면적으로 표시함과 동시에 복수개의 카메라(20)에 의해 촬영된 건설기계의 주변영상을 표시하는 모니터(40), 건설기계의 하부주행체와 상부주행체 및 굴착이나 기타 작업을 수행하는 작업기의 조작신호를 발생시키는 조이스틱(50)과 페달(60), 상기 조이스틱(50)과 페달(60)의 조작신호에 대응되도록 해당 유압펌프와 실린더 등과 같은 유압계통 구동부의 출력 유량을 제어하는 전자유압제어밸브(70) 및 상기 구성부들 각각에 전기적으로 연결되어 모니터(40)에 스캐너(10)의 주변정보와 카메라(20)의 주변영상을 표시한 상태에서 조이스틱(50)과 페달(60)의 조작신호 발생시 즉, 건설기계의 주행이나 선회 명령 발생시 해당 동작 명령에 대응된 이동 경로상의 주변영상이 변화하였을 경우 또는 해당 센서(30)로부터 이동 경로상의 주변에 피검출물이 감지되는 경우 이를 작업자에게 인지시킨 후 별도의 입력장치로부터 상기 피검출물이 작업대상물인지 또는 회피처리대상물인지 여부를 판단하기 위한 선택신호를 입력받아 작업대상물인 경우에는 센서(30)의 동작을 정지시키고 회피처리대상물인 경우에는 상기 피검출물에 근접시 자동으로 전자유압제어밸브(70)를 제어하여 해당 동작 명령이 지연되도록 하거나 정지되도록 하는 제어장치(80) 등을 포함한다.

상기 스캐너(10)는, 건설기계의 상부에 설치되어 비정형지반과 현장환경에 산재한 지장물을 3D로 스캐닝하는 것으로, 레이저 스캐닝장치로 구성될 수 있다.

여기서, 상기와 같은 레이저 스캐닝장치를 통하여 비정형 지반과 현장환경에 산재한 지장물을 읽어 들이도록 하는 3차원 모델링시스템은 이미 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 복수개의 카메라(20)는, 건설기계의 운전실 전방 즉, 건설기계의 좌측전방에 위치된 좌측전방카메라, 건설기계의 좌우측방에 위치된 좌측방 및 우측방카메라, 건설기계의 후측방에 위치된 후측방카메라 및 건설기계의 운전실이 아닌 선회체의 우측전방에 위치된 우측전방카메라 등으로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 각각의 카메라들은, 카메라가 위치된 선회체로부터 지면 및 선회체의 상측까지의 입체적 공간에 대한 영상을 촬영하는 것이 바람직하다.

따라서 상기 카메라(10)에 의하면, 건설기계의 이동경로에 대응된 사각지대를 촬영함으로써, 작업자로 하여금 건설기계의 주행이나 선회 또는 붐 업 상태에서 모니터(60)를 주시하면서 장애물의 존재 여부를 확인하도록 할 수 있다.

상기 복수개의 센서(30)는, 건설기계의 전방, 좌우측방 및 후방 등에 구비되어 건설기계의 주변에 위치된 장애물을 감지하는 것으로, 적외선 또는 초음파 등의 센싱부재인 것이 바람직하며, 건설기계의 이동경로의 일정범위 이내에 장애물이 위치되는 경우 부저 등을 통하여 작업자로 하여금 장애물의 존재 여부를 인지하도록 할 수 있다.

상기 모니터(40)는, 운전실의 내부에 구비되어 상기 스캐너(10)에 의해 스캐닝된 건설기계의 주변정보를 평면적으로 표시함과 동시에 복수개의 카메라(20)에 의해 촬영된 건설기계의 주변영상을 표시하는 것으로, 제어장치(80)의 제어에 따라 상기 각각의 영상을 구분하여 표시하거나 또는 하나로 합성된 영상을 표시할 수 있다.

상기 조이스틱(50)과 페달(60)은 건설기계의 하부주행체와 상부주행체 및 굴착이나 기타 작업을 수행하는 작업기의 조작신호를 발생시키고, 상기 전자유압제어밸브(70)는 상기 조작신호에 따라 유압펌프와 실린더의 출력 유량을 제어하여 건설기계가 해당 작업을 수행하도록 할 수 있다. 여기서, 상기 조이스틱(50)과 페달(60)의 조작신호에 따른 전자유압제어밸브(70)의 제어는 전자식 제어방식에 의해 이루어지는 것이 바람직하며, 이는 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 제어장치(80)는, 상기 구성부들에 전기적으로 접속되어 조작신호 발생시 안정성을 가지는 건설기계의 제어가 이루어지도록 하는 것으로, 스캐너(10)와 카메라(20)들로부터 촬영된 영상을 처리하는 영상처리부와, 상기 영상처리부에 의해 처리된 영상을 미리 설정된 영상표시 알고리즘에 따라 처리하여 모니터(60) 상에 각각의 영상 또는 하나의 영상 또는 선택 영상 중 적어도 어느 하나로 처리하여 디스플레이시키는 디스플레이부와, 건설기계 구성부들의 조작신호를 제공받아 현재 건설기계의 작업 상태를 판단하는 조작신호판단부와, 조작신호판단부의 작업 상태 판단시 건설기계의 이동 경로상의 주변영상을 카메라(20)로부터 독출하고 이를 스캐너(10)의 주변정보와 비교함과 동시에 복수개의 센서(30)들로부터 발생되는 장애물 감지 여부 신호를 토대로, 주변정보가 변화하였을 경우 또는 이동 경로상의 주변에 장애물이 감지되는 경우 장애물 있음을 판단하는 장애물판단부와, 상기 장애물판단부의 판단결과 장애물 감지시 이를 작업자에게 인지시키고 작업자로부터 입력장치를 통해 입력되는 신호 즉, 상기 피검출물(또는 장애물)이 작업대상물인지 또는 회피처리대상물인지 여부를 판단하기 위한 입력신호를 입력받아 작업대상물에 대한 신호발생시 센서(30)의 동작을 정지시키고 회피처리대상물에 대한 신호발생시 상기 피검출물에 건설기계가 근접되면 자동으로 전자유압제어밸브(70)를 제어하여 해당 동작 명령이 지연되도록 하거나 정지되도록 하는 조작신호의 전류값을 필터링하는 제어신호발생부 등으로 구성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건설기계의 조작안정성 향상장치의 작용과 효과에 대해 설명하기로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건설기계의 조작안정성 향상장치는, 먼저, 건설기계의 운전실에 구비된 별도의 스위치 또는 모니터(40) 상의 입력버튼을 통하여 스캐너(10)를 이용한 건설기계의 주변정보 센싱 동작에 대응된 선택신호가 발생하면(S100), 제어장치(80)는 스캐너(10)의 동작을 제어하여 건설기계 주변의 비정형지반과 현장환경에 산재한 지장물이 3D로 스캐닝되도록 한 후 모니터(40) 상에 평면적(Top view)으로 나타낸다(S110).

여기서, 상기 제어장치(80)는, 건설기계의 구동 후 상기 복수개의 카메라(20)들로부터 촬영된 각각의 건설기계 주변영상을 모니터(40) 상에 디스플레이시킨다.

이후, 제어장치(80)는, 조이스틱(50)과 페달(60) 등으로부터 건설기계의 주행이나 선회 등에 대한 조작신호가 발생되는지 여부를 판단한다(S120).

상기 S120 단계의 판단결과 조이스틱(50)과 페달(60) 등으로부터 조작신호가 발생되면, 특히, 건설기계의 후진 또는 선회에 대응된 조작신호가 발생되면, 제어장치(80)는 상기 스캐너(10)에 의해 스캐닝된 주변정보와 상기 조작신호에 따른 건설기계의 이동경로에 대응되는 사각지대를 촬영하는 해당 카메라로부터 촬영된 주변영상을 비교하여 데이터의 변화 여부를 확인한다(S130).

이후, 제어장치(80)는, 상기 S130 단계에서 건설기계의 이동경로에 대응되는 사각지대의 영상과 스캐너(10)에 의해 스캐닝된 주변정보에 변화가 확인되면(S140), 해당 사각지대의 주변영상을 모니터(40) 상에 표시하여 작업자에게 이에 대한 변화를 인지시킨다(S150).

즉, 건설기계가 이동하려는 방향에 최초에 스캐닝되지 않았던 장애물 등이 존재하는 경우 이를 모니터나 부저 등을 통해 작업자에게 인지시켜 작업자가 미처 장애물 여부를 판단하지 못하고 건설기계의 제어가 이루어질 경우 발생될 안전사고를 방지할 수 있다.

이후, 제어장치(80)는, 작업자로부터 별도의 입력장치를 통하여 상기 장애물이 작업대상물인지 또는 회피처리대상물인지를 판단하기 위한 입력신호를 입력받아, 상기 장애물이 작업대상물인 경우에는(S160), 상기 장애물 센싱 동작을 디스에이블시킨 후(S170), 상기 조작신호가 정상적으로 처리되도록 하여 상기 장애물에 대한 작업이 정상적으로 이루어지도록 한다(S180).

만약, 상기 S160 단계에서 상기 장애물이 회피처리대상물인 경우에는, 장애물과의 근접 여부를 지속적으로 판단하며 장애물과 충돌 예상시 상기 조작신호에 대응된 출력값을 필터링하여 전자유압제어밸브(70)에 출력하여 장애물과 건설기계가 충돌하는 것을 방지할 수 있다(S190).

따라서 상술한 바에 의하면, 건설기계의 주변지형을 스캐닝하여 건설기계를 중심으로 평면 형태로 모니터링한 상태에서 주변지형의 변화가 발생한 곳으로 건설기계가 이동하는 경우 해당 경로의 피검출물을 센싱하여 작업대상물인지 회피처리대상물인지 파악하고 작업대상물인 경우에는 센싱 동작을 정지시키고 회피처리대상물인 경우에는 작업중 피검출물에 근접되는 것을 방지하도록 건설기계가 자동 제어 또는 이동 처리되도록 하여 건설기계의 조작 상태에 따른 안정성을 향상시킬 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (4)

1. 건설기계의 주변정보를 스캐닝하는 스캐너(10);
   건설기계의 주변영상을 촬영하는 복수개의 카메라(20);
   건설기계의 주변에 위치된 장애물을 감지하는 복수개의 센서(30);
   상기 스캐너(10)에 의해 스캐닝된 건설기계의 주변정보 및 복수개의 카메라(20)에 의해 촬영된 건설기계의 주변영상을 표시하는 모니터(40);
   조이스틱(50)과 페달(60)의 조작신호에 대응되도록 해당 유압계통 구동부의 출력 유량을 제어하는 전자유압제어밸브(70); 및
   상기 모니터(40)에 스캐너(10)의 주변정보와 카메라(20)의 주변영상을 표시한 상태에서 조이스틱(50)과 페달(60)의 주행이나 선회 명령 발생시 해당 동작 명령에 대응된 이동 경로상의 주변영상에 기초하여 이동경로상의 주변정보에 변화 발생이 감지되는 경우 또는 해당 센서(30)로부터 이동 경로상의 주변에 피검출물이 감지되는 경우, 이를 작업자에게 인지시킨 후 상기 피검출물이 작업대상물인지 또는 회피처리대상물인지 여부를 판단하기 위한 선택신호를 입력받아 작업대상물인 경우에는 조작신호가 정상 처리되도록 하고 회피처리대상물인 경우에는 상기 피검출물에 건설기계의 근접시 자동으로 전자유압제어밸브(70)를 제어하여 조작신호에 대한 동작 명령이 지연되도록 하거나 정지되도록 하는 제어장치(80)를 포함하고,
   상기 제어장치(80)는,
   상기 스캐너(10)와 카메라(20)들로부터 촬영된 영상을 처리하는 영상처리부와;
   상기 처리된 영상을 모니터(40) 상에 각각의 영상 또는 하나의 영상 또는 선택 영상 중 적어도 어느 하나로 처리하여 디스플레이시키는 디스플레이부와;
   상기 건설기계의 조작신호를 제공받아 현재 건설기계의 작업 상태를 판단하는 조작신호판단부와;
   상기 건설기계의 주변영상을 카메라(20)로부터 독출하고 이를 스캐너(10)의 주변정보와 비교하여 주변정보가 변화하였는지 여부를 확인하여 장애물 존재를 판단하는 장애물판단부와;
   상기 장애물판단부의 판단결과 장애물 감지시 이를 작업자에게 인지시키고 작업자로부터 피검출물(또는 장애물)이 작업대상물인지 또는 회피처리대상물인지 여부를 판단하기 위한 입력신호를 입력받아 작업대상물에 대한 신호발생시 장애물판단부의 동작을 디스에이블시키고 회피처리대상물에 대한 신호발생시 상기 피검출물에 건설기계가 근접되면 자동으로 해당 동작 명령이 지연되도록 하거나 정지되도록 하는 조작신호의 전류값을 필터링하는 제어신호발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 조작안정성 향상장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 스캐너(10)는,
   건설기계의 상부에 설치되어 비정형지반과 현장환경에 산재한 지장물을 3D로 스캐닝하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 조작안정성 향상장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 카메라는 건설기계의 우측전방 상측부위를 촬영하는 카메라를 포함하는 건설기계의 조작안정성 향상장치.

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