KR102046819B1 - 자율주행 트랙터의 경심 제어장치 - Google Patents

자율주행 트랙터의 경심 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자율주행 트랙터의 경심 제어장치에 관한 것으로서, 자율주행 제어에 사용되는 자세센서가 장착된 자율주행 트랙터와 작업견인기인 3점 히치를 활용함으로써 주율주행 트랙터의 경심을 제어하기 위한 자율주행 트랙터의 경심 제어장치에 있어서, 자율주행 제어에 사용되는 관성측정장비(IMU) 및 관성항법장비(INL)를 이용하여 자율주행 트랙터 측 경심 제어 및 수평 제어를 수행하도록 구비되는 자율주행 트랙터; 위치센서를 장착하여 작업간 3점 히치의 위치값을 실시간으로 확인하도록 구비되는 3점 히치; 3점 히치의 움직임은 제한하면서 작업간에 자율주행 트랙터의 경심 및 수평을 제어하되, 알고리즘을 이용하여 동작을 실시간으로 제어하기 위한 것으로서, 좌우측에 위치하여 간격 배치되는 2개의 유압실린더;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 자율주행 트랙터 측 IMU 및 INS 장비를 통해 실시간으로 자세정보를 수신하고 자세 변화에 따른 보정값을 산출한 후 제어할 수 있으며, 알고리즘을 이용하여 자율주행 트랙터의 경심 및 수평을 실시간으로 제어 가능하고 자율주행 트랙터 측 자세변화에 대해 즉각적으로 대응할 수 있으며, 특히 유압실린더 2개를 설치하는 구성을 접목함으로써 3점 히치를 움직이지 않고서도 자율주행 트랙터 측 경심 및 수평 제어를 실시할 수 있다.

Description

자율주행 트랙터의 경심 제어장치{DEVICE FOR CONTROLLING PLOWING DEPTH OF AUTONOMOUS TRACTOR}
본 발명은 자율주행 트랙터의 경심 제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자율주행 트랙터의 자세센서를 활용하여 쟁기 작업기의 경심 및 수평의 자동 제어를 실시할 수 있도록 하고, 유압실린더 2개를 설치하여 경심 및 수평 제어를 실시할 수 있도록 하며, 특히 자율주행 트랙터에 부착되는 IMU 및 INS 장비를 활용하여 실시간으로 자율주행 트랙터 측 자세정보를 수신한 후 알고리즘을 통해 실시간으로 제어할 수 있도록 한 자율주행 트랙터의 경심 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 트랙터는 여러 가지 농용 작업기를 연결하여 사용할 수 있도록 한 농기구 또는 농기계의 성격을 갖는 특수차량으로서, 동력을 공급하며 주행 또는 정지상태에서 작업을 수행하는 농업기계로 정의할 수 있다.
상기한 트랙터는 쟁기나 베일러와 같은 작업기를 끌고 주행하는 기능, 로터리경운기나 풀 베는 기계 등에 회전력을 제공하는 기능, 3점 연결장치에 작업기를 연결하고 유압장치에 의하여 작업기를 땅에서 끌어올리는 기능을 이용하여 여러 가지 농작업을 수행하는데 사용되고 있다.
이와 같은 트랙터에 연결하는 작업기는 수십 가지로서, 작업기를 바꾸어서 원하는 작업을 수행할 수 있으며, 경운, 파종, 중경, 제초, 수확, 운반 등에 널리 이용되는 범용의 것 이외에 과수원용, 경사지용, 임업용 등 특수한 용도에도 활용되고 있다.
한편, 트랙터는 보통 작업자가 직접 운전 조작하는 형태로 사용되고 있으나, 최근에는 작업자의 운전조작에 의하지 않고 자율적으로 경로를 생성하고 트랙킹함으로써 자율 주행하도록 한 자율주행 트랙터가 개발되어 사용되고 있다.
이러한 자율주행 트랙터에도 쟁기 등의 작업기를 연결하여 사용하게 되는데, 쟁기는 토양을 갈아엎는 작업을 수행하는 것으로서, 자율주행 트랙터에서의 자율주행 제어에 따라 자동 견인되어 쟁기 작업을 수행하게 된다.
이러한 쟁기 작업시에 작물을 양호하게 재배하기 위한 토양 조건의 조성을 위해서는 일정한 깊이로 쟁기 작업을 수행하는 것이 매우 중요하지만, 토양의 굴곡에 따른 경심(plowing depth; 깊이) 제어가 매우 쉽지 않은 실정에 있다.
부연하여, 쟁기 작업시 수분이 많은 무른 토양에서는 쟁기가 토양에 깊게 박혀 경심이 커지고, 단단한 토양에서는 쟁기가 토양에 제대로 박히지 못하고 부상되므로 경심이 작아지는 등 토양의 상태에 따라 경심을 원하는 깊이로 일정하게 유지하기가 쉽지 않다.
이에, 쟁기 작업시 토양에 따른 경심을 효과적으로 제어하기 위한 연구들을 경주하고 있다.
하지만, 기존에 수행되고 있는 경심 제어는 대부분이 부하 제어로 실시하고 있으므로 인해 여전히 경심이 일정하게 유지되지 않는 문제점이 있어 개선이 요구되고 있다.
한편, 이와 관련하여 종래 선행기술문헌을 살펴보았을 때, 국내공개특허 제10-2014-0058776호에서 각도센서 및 거리센서를 이용하여 경심을 측정하고 이를 이용하여 일정한 경심을 유지하도록 자동 조절하는 트랙터의 쟁기 경심 제어장치 및 방법을 제안 및 개시하고 있다.
이는 트랙터의 3점 히치 측 하부링크에 각도센서를 부착하고 하부링크의 각도 및 거리센서에 의한 지표면과의 거리를 측정하여 쟁기날의 위치를 산출하며, 이를 기반으로 하여 쟁기의 경심 조절을 수행하는 것으로서, 하부링크의 각도를 조절하는 방식으로 3점 히치 전체를 움직여야 하는 단점을 지니고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0058776호
본 발명은 상술한 문제점들을 해소 및 이를 감안하여 안출한 것으로서, 자율주행 트랙터에 장착되는 자세센서 등을 활용하여 경심 및 수평의 자동 제어를 실시할 수 있도록 한 자율주행 트랙터의 경심 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 기존에 많이 사용되는 리프트 대신 유압실린더 2개를 설치하여 경심 및 수평 제어를 실시할 수 있도록 하며, 유압실린더의 접목을 통해 3점 히치 전체를 움직이지 않아도 제어를 실시할 수 있도록 한 자율주행 트랙터의 경심 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 자율주행 트랙터를 위해 장착되는 IMU 및 INS 장비를 활용하여 실시간으로 자율주행 트랙터 측 자세정보를 수신한 후 알고리즘을 통해 실시간으로 제어 및 자세변화에 즉각 대응할 수 있도록 한 자율주행 트랙터의 경심 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 자율주행 트랙터의 경심 제어장치는, 자율주행 제어에 사용되는 자세센서가 장착된 자율주행 트랙터와 작업견인기인 3점 히치를 활용함으로써 주율주행 트랙터의 경심을 제어하기 위한 자율주행 트랙터의 경심 제어장치에 있어서, 자율주행 제어에 사용되는 관성측정장비(IMU) 및 관성항법장비(INL)를 이용하여 자율주행 트랙터 측 경심 제어 및 수평 제어를 수행하도록 구비되는 자율주행 트랙터; 위치센서를 장착하여 작업간 3점 히치의 위치값을 실시간으로 확인하도록 구비되는 3점 히치; 3점 히치의 움직임은 제한하면서 작업간에 자율주행 트랙터의 경심 및 수평을 제어하되, 알고리즘을 이용하여 동작을 실시간으로 제어하기 위한 것으로서, 좌우측에 위치하여 간격 배치되는 2개의 유압실린더;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 자율주행 트랙터에서는 작업기 및 자율주행 트랙터의 제원을 입력하고 이를 활용하여 보정값을 산출한 후, 자율주행 트랙터 측 경심 제어 및 수평 제어를 수행하도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 3점 히치에서는 작업시작 전에 3점 히치의 위치를 선정하면, 그 위치에서 작업간 3점 히치에 대해 움직이지 않게 제어하거나, 알고리즘에 의해서 설정값 이상의 움직임이 필요로 할 때 작동하도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 알고리즘은, 작업기 및 자율주행 트랙터의 제원을 입력하는 과정; 자율주행 트랙터의 작업을 시작하는 과정; 현재 자율주행 트랙터 측 작업기 및 자율주행 트랙터의 입력된 제원과, 자율주행 제어에 사용되는 관성측정장비(IMU) 및 관성항법장비(INL)를 통해 획득되는 자세측정정보와, 3점 히치에서 위치센서를 통해 획득되는 3점 히치의 각도값을 이용하여 보정값을 산출하는 과정; 보정값의 산출에 기준하여 자율주행 트랙터의 경심 및 수평을 제어하되, 2개의 유압실린더를 각각 상하 방향으로 동작 제어함으로써 자율주행 트랙터의 경심 및 수평을 제어하는 과정; 자율주행 트랙터 측 제어의 성공 여부를 판단하는 과정; 제어가 성공하였으면 자율주행 트랙터를 이용한 작업을 지속적으로 실시하고, 그렇지않으면 상기 보정값을 산출하는 과정으로 회귀시키는 과정; 자율주행 트랙터 측 지속적인 작업을 실시하는 경우 자율주행 트랙터 측 자세 변화를 체크하는 과정; 자율주행 트랙터 측 자세에 변화가 있으면 상기 보정값을 산출하는 과정으로 회귀시키고, 자세에 변화가 없으면 작업을 종료하는 과정;을 순차 실행하도록 구성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 자율주행 트랙터에 장착되는 자세센서 등을 활용하여 경심 및 수평의 자동 제어를 실시할 수 있고, 기존에 많이 사용되는 리프트 대신 유압실린더 2개를 설치하는 구성을 갖게 함으로써 3점 히치를 움직이지 않고서도 자율주행 트랙터 측 경심 및 수평 제어를 실시할 수 있는 유용한 효과를 제공할 수 있다.
특히, 본 발명은 자율주행 트랙터를 위해 장착되는 IMU 및 INS 장비를 활용하여 실시간으로 자율주행 트랙터 측 자세정보를 수신하고 자세 변화에 따른 보정값(제어값)을 산출한 후 제어할 수 있으며, 알고리즘을 이용하여 자율주행 트랙터의 경심 및 수평을 실시간으로 제어할 수 있을 뿐만 아니라 자세변화에 대해 즉각적으로 대응할 수 있는 유용한 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자율주행 트랙터의 경심 제어장치를 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자율주행 트랙터의 경심 제어장치에 있어 유압실린더를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자율주행 트랙터의 경심 제어장치에 있어 2개의 유압실린더 중 좌측 제1유압실린더의 하강 제어상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자율주행 트랙터의 경심 제어장치에 있어 2개의 유압실린더 중 우측 제2유압실린더의 하강 제어상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자율주행 트랙터의 경심 제어장치에 있어 제어용 알고리즘을 나타낸 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
첨부도면의 도 1 내지 5는 본 발명에 따른 자율주행 트랙터의 경심 제어장치를 설명하기 위해 나타낸 도면들이다.
본 발명의 실시예에 따른 자율주행 트랙터의 경심 제어장치는 도 1 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 자율주행 제어에 사용되는 자세센서가 장착된 자율주행 트랙터(100)와, 이에 장착되는 작업견인기인 3점 히치(200), 및 2개 한쌍 구조로 사용되는 유압실린더(300)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기 자율주행 트랙터(100)는 자율주행 제어에 사용되는 관성측정장비(IMU)(110) 및 관성항법장비(INL)(120)를 이용하여 자율주행 트랙터 측 경심 제어 및 수평 제어를 수행하도록 구비된다.
상기 관성측정장비(IMU; Inertial Measurement Unit)는 자율주행 트랙터의 속도와 방향, 중력, 가속도를 측정할 수 있는 장치로서, 가속도계, 자이로스코프 또는 자이로센서, 지자계 센서로 축을 이루어 3차원 공간에서 자유로운 움직임을 측정하도록 구비된다.
여기에서, 상기 가속도계는 이동 관성을, 자이로스코프 또는 자이로센서는 회전 관성을, 지자계 센서는 방위각을 측정할 수 있다.
상기 관성측정장비를 통해서는 주로 자세 측정을 수행할 수 있다.
상기 관성항법장비(INS; Intertial Navigation System)는 자이로스코프나 가속도계 등의 관성센서와 기준방향 및 초기 위치를 사용하여 방향, 거리 및 속도를 정하는 자립추측항법장치로서, 가속도는 관성공간에 대해 안정화된 요소를 동적으로 검출하고 항법량(자율주행 트랙터의 속도, 각도위치 또는 위치정보)은 계산에 따라 정해진다.
상기 관성항법장비를 통해서는 주로 자세 측정과 거리 측정을 수행할 수 있다.
이를 통해, 상기 자율주행 트랙터(100)에서는 쟁기 등의 작업기 및 자율주행 트랙터의 제원을 입력하고 이를 활용하여 보정값을 산출한 후, 자율주행 트랙터 측 경심 제어 및 수평 제어를 수행하도록 구비된다.
상기 3점 히치(200)는 위치센서(210)를 장착하여 작업 간 3점 히치의 위치값을 실시간으로 확인하도록 구비된다.
상기 3점 히치(200)에서는 작업시작 전에 3점 히치의 위치를 선정하면, 그 위치에서 작업간 3점 히치에 대해 움직이지 않게 제어하거나, 아래에서 설명되는 알고리즘에 의해서 설정값 이상의 움직임이 필요로 할 때에만 작동하도록 구성함이 바람직하다.
상기 3점 히치(200)는 다양한 형태로 구비될 수 있다.
상기 유압실린더(300)는 3점 히치(200)의 움직임은 제한하면서도 작업간에 자율주행 트랙터(100)의 경심 및 수평을 용이하게 제어하게 하는 구성으로서, 알고리즘을 이용하여 동작을 실시간으로 제어하도록 구비된다.
상기 유압실린더(300)는 좌우측에 위치하여 간격 배치되는 2개 1조의 한쌍 구성으로 구비되며, 제1유압실린더(310)와 제2유압실린더(320)로 구성할 수 있다.
상기 제1유압실린더(310)는 상측이 상측링크(311)에 연결되어 지지 결합되고 하측이 하측링크(312)에 연결되어 지지 결합된다.
상기 제2유압실린더(320) 또한 상측이 상측링크(321)에 연결되어 지지 결합되고 하측이 하측링크(322)에 연결되어 지지 결합되게 함으로써 링크 연결 구조를 갖도록 한다.
여기에서, 상기 알고리즘은 도 5에 나타낸 바와 같이, 먼저 작업기 및 자율주행 트랙터의 제원을 입력한다.
작업기 및 자율주행 트랙터의 제원을 입력에 따라 자율주행 트랙터의 작업을 시작한다.
현재 자율주행 트랙터 측 작업기 및 자율주행 트랙터의 입력된 제원과, 자율주행 제어에 사용되는 관성측정장비(IMU) 및 관성항법장비(INL)를 통해 획득되는 자세측정정보와, 3점 히치에서 위치센서를 통해 획득되는 3점 히치의 각도값을 이용하여 자율주행 트랙터 측 자세변화에 따른 보정값(제어값)을 산출한다.
이러한 보정값의 산출에 기준하여 자율주행 트랙터의 경심 및 수평을 제어하되, 2개의 유압실린더를 각각 상하 방향으로 동작 제어함으로써 자율주행 트랙터의 경심 및 수평을 제어한다.
이에, 자율주행 트랙터 측 경심 및 수평 제어 실행에 따른 성공 여부를 판단한다.
제어가 성공하였으면 자율주행 트랙터를 이용한 작업을 지속적으로 실시하고, 그렇지않으면 상기 보정값을 산출하는 과정으로 회귀시켜 다시 자세변화를 체크하도록 한다.
자율주행 트랙터 측 지속적인 작업을 실시하는 경우 자율주행 트랙터 측 자세 변화를 계속하여 체크한다.
자율주행 트랙터 측 자세에 변화가 있으면 상기 보정값을 산출하는 과정으로 회귀시키고, 자세에 변화가 없으면 작업을 종료한다.
이에 따라, 본 발명에서는 자율주행 트랙터를 위해 장착되는 IMU 및 INS 장비를 활용하여 실시간으로 자율주행 트랙터 측 자세정보를 수신하고 자세 변화에 따른 보정값(제어값)을 산출한 후 제어할 수 있으며, 알고리즘을 이용하여 자율주행 트랙터의 경심 및 수평을 실시간으로 제어할 수 있을 뿐만 아니라 자율주행 트랙터 측 자세변화에 대해 즉각적으로 대응할 수 있으며, 기존에 많이 사용되는 리프트 대신 유압실린더 2개를 설치하는 구성을 접목함으로써 3점 히치를 움직이지 않고서도 자율주행 트랙터 측 경심 및 수평 제어를 실시할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고 이러한 실시예에 극히 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 기술분야의 당해업자에 의하여 다양한 수정과 변형 등이 이루어질 수 있다 할 것이며, 이는 본 발명의 기술적 범위에 속한다 할 것이다.
100: 자율주행 트랙터 110: 관성측정장비
120: 관성항법장비 200: 3점 히치
210: 위치센서 300: 유압실린더
310: 제1유압실린더 320: 제2유압실린더

Claims (4)

  1. 자율주행 제어에 사용되는 자세센서가 장착된 자율주행 트랙터와 작업견인기인 3점 히치를 활용함으로써 자율주행 트랙터의 경심을 제어하기 위한 자율주행 트랙터의 경심 제어장치에 있어서,
    자율주행 제어에 사용되는 관성측정장비(IMU) 및 관성항법장비(INL)를 이용하여 자율주행 트랙터 측 경심 제어 및 수평 제어를 수행하도록 구비되는 자율주행 트랙터;
    위치센서를 장착하여 작업간 3점 히치의 위치값을 실시간으로 확인하도록 구비되는 3점 히치;
    3점 히치의 움직임은 제한하면서 작업간에 자율주행 트랙터의 경심 및 수평을 제어하되, 알고리즘을 이용하여 동작을 실시간으로 제어하기 위한 것으로서, 좌우측에 위치하여 간격 배치되는 2개의 유압실린더; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 트랙터의 경심 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자율주행 트랙터에서는 작업기 및 자율주행 트랙터의 제원을 입력하고 이를 활용하여 보정값을 산출한 후, 자율주행 트랙터 측 경심 제어 및 수평 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 자율주행 트랙터의 경심 제어장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 3점 히치에서는 작업시작 전에 3점 히치의 위치를 선정하면, 그 위치에서 작업간 3점 히치에 대해 움직이지 않게 제어하거나, 알고리즘에 의해서 설정값 이상의 움직임이 필요로 할 때 작동하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 자율주행 트랙터의 경심 제어장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 알고리즘은,
    작업기 및 자율주행 트랙터의 제원을 입력하는 과정;
    자율주행 트랙터의 작업을 시작하는 과정;
    현재 자율주행 트랙터 측 작업기 및 자율주행 트랙터의 입력된 제원과, 자율주행 제어에 사용되는 관성측정장비(IMU) 및 관성항법장비(INL)를 통해 획득되는 자세측정정보와, 3점 히치에서 위치센서를 통해 획득되는 3점 히치의 각도값을 이용하여 보정값을 산출하는 과정;
    보정값의 산출에 기준하여 자율주행 트랙터의 경심 및 수평을 제어하되, 2개의 유압실린더를 각각 상하 방향으로 동작 제어함으로써 자율주행 트랙터의 경심 및 수평을 제어하는 과정;
    자율주행 트랙터 측 제어의 성공 여부를 판단하는 과정;
    제어가 성공하였으면 자율주행 트랙터를 이용한 작업을 지속적으로 실시하고, 그렇지않으면 상기 보정값을 산출하는 과정으로 회귀시키는 과정;
    자율주행 트랙터 측 지속적인 작업을 실시하는 경우 자율주행 트랙터 측 자세 변화를 체크하는 과정;
    자율주행 트랙터 측 자세에 변화가 있으면 상기 보정값을 산출하는 과정으로 회귀시키고, 자세에 변화가 없으면 작업을 종료하는 과정; 을 순차 실행하는 것을 특징으로 하는 자율주행 트랙터의 경심 제어장치.
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