KR102090409B1 - 과부하 방지를 위한 원격 제어 굴삭기의 제어 장치 및 방법 - Google Patents

과부하 방지를 위한 원격 제어 굴삭기의 제어 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102090409B1
KR102090409B1 KR1020180171362A KR20180171362A KR102090409B1 KR 102090409 B1 KR102090409 B1 KR 102090409B1 KR 1020180171362 A KR1020180171362 A KR 1020180171362A KR 20180171362 A KR20180171362 A KR 20180171362A KR 102090409 B1 KR102090409 B1 KR 102090409B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
excavator
posture
remote control
signal
unit
Prior art date
Application number
KR1020180171362A
Other languages
English (en)
Inventor
김상호
한창수
이용석
선동익
이상근
Original Assignee
한양대학교 에리카산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 에리카산학협력단 filed Critical 한양대학교 에리카산학협력단
Priority to KR1020180171362A priority Critical patent/KR102090409B1/ko
Priority to PCT/KR2019/015216 priority patent/WO2020138708A1/ko
Priority to US17/417,931 priority patent/US11459728B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102090409B1 publication Critical patent/KR102090409B1/ko

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2025—Particular purposes of control systems not otherwise provided for
    • E02F9/205—Remotely operated machines, e.g. unmanned vehicles
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/96—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with arrangements for alternate or simultaneous use of different digging elements
    • E02F3/963—Arrangements on backhoes for alternate use of different tools
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/24—Safety devices, e.g. for preventing overload
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/267—Diagnosing or detecting failure of vehicles
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00—Control of position or direction
    • G05D3/12—Control of position or direction using feedback
    • G05D3/125—Control of position or direction using feedback using discrete position sensor
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00—Control of position or direction
    • G05D3/12—Control of position or direction using feedback
    • G05D3/20—Control of position or direction using feedback using a digital comparing device

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

과부하 방지를 위한 원격 제어 굴삭기의 제어 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 원격 제어 굴삭기의 제어 장치는 굴삭기에 구비된 관성 센서들, 원격 제어 장치로부터 원격 제어 신호를 수신하는 통신부 및 상기 원격 제어 신호에 응답하여 상기 굴삭기를 구동하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 원격 제어 신호에 기초하여 추정되는 상기 굴삭기의 예상 자세와 상기 관성 센서들을 이용해 측정된 상기 굴삭기의 실제 자세의 차이가 허용 값을 초과하면 상기 굴삭기의 구동을 중지한다.

Description

과부하 방지를 위한 원격 제어 굴삭기의 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF CONTROLLING A REMOTE-CONTROLLED EXCAVATOR FOR PREVENTING OVERLOAD}
본 발명은 원격 제어 굴삭기의 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 과부하를 방지할 수 있는 굴삭기 원격 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
굴착기는 토목, 건축, 건설 현장에서 땅을 파는 굴착작업, 토사를 운반하는 적재작업, 건물을 해체하는 파쇄작업, 지면을 정리하는 정지작업 등의 작업을 행하는 건설기계로서 장비의 이동 역할을 하는 주행체와 주행체에 탑재되어 360도 회전하는 상부 선회체 및 작업 장치로 구성되어 있다.
굴착기는 주행체의 주행방식에 따라 무한궤도식 크롤라 굴착기와 타이어식 휠 굴착기로 구분된다. 크롤라 굴착기는 휠 굴착기에 비해 작업이 안정적이며 작업 생산성이 높기 때문에 장비 중량 1톤부터 100톤 이상의 초대형에 이르기까지 각 작업 현장에 폭 넓게 사용되며, 휠 굴착기는 크롤라 굴착기에 비해 타이어 지지 방식으로 인해 작업시 안정성은 떨어지나, 도로 주행이 가능하여 운반 트레일러 없이 작업장 이동이 가능하고 작업과 이동을 빈번하게 요구하는 작업 현장에 주로 사용된다.
또한 굴착기는 토사와 암석의 상태, 작업의 종류 및 용도에 따라 적절한 작업 장치(어태치먼트)를 장착하여 사용 할 수 있다. 일반 굴착 및 토사 운반을 위한 버켓, 단단한 지면, 암석 등의 파쇄를 위한 브레이커, 건물의 해체 및 파쇄에 사용하는 크래셔 등이 굴착기에 주로 사용되는 작업 장치이다.
최근에는 사람이 진입하기 어렵거나 위험한 지역의 작업을 위해 굴삭기를 원격 조종하는 방법이 연구되고 있다. 종래의 원격 조종 굴삭기는 조종자의 조작, 조작 신호 전송, 굴삭기 구동, 굴삭기 상태 피드백 등 전과정에 적지 않은 시간이 필요하여 예측하지 못한 장애물 등에 의한 과부하로 굴삭기의 오동작 또는 고장이 발생할 수 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 과부하를 방지할 수 있는 원격 제어 굴삭기의 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 원격 제어 굴삭기의 제어 장치는 굴삭기에 구비된 관성 센서들, 원격 제어 장치로부터 원격 제어 신호를 수신하는 통신부 및 상기 원격 제어 신호에 응답하여 상기 굴삭기를 구동하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 원격 제어 신호에 기초하여 추정되는 상기 굴삭기의 예상 자세와 상기 관성 센서들을 이용해 측정된 상기 굴삭기의 실제 자세의 차이가 허용 값을 초과하면 상기 굴삭기의 구동을 중지한다.
상기 관성 센서들은 상기 굴삭기의 본체에 구비된 제1 관성 센서, 상기 굴삭기의 붐에 구비된 제2 관성 센서, 상기 굴삭기의 암에 구비된 제3 관성 센서 및 상기 굴삭기의 어태치먼트에 구비된 제4 관성 센서를 포함할 수 있다.
상기 어태치먼트는 버켓, 브레이커, 바이브레이터, 포크, 크래셔 또는 그래플일 수 있다.
상기 통신부는, 상기 예상 자세와 상기 실제 자세의 차이가 상기 허용 값을 초과하면, 상기 원격 제어 장치로 과부하 발생 신호를 송신할 수 있다.
상기 제어부는 상기 원격 제어 신호에 대응하는 상기 굴삭기로 구동 신호를 출력하는 구동부, 상기 굴삭기의 현재 자세를 저장하는 메모리, 상기 현재 자세와 상기 원격 제어 신호에 대응하는 자세 변경 값에 기초하여 상기 예상 자세를 추정하는 자세 추정부, 상기 센싱 값들에 기초하여 상기 실제 자세를 측정하는 자세 측정부 및 상기 예상 자세와 상기 실제 자세의 차이가 상기 허용 값을 초과하면 구동 중지 신호를 상기 구동부로 출력하는 과부하 감지부를 포함하며, 상기 구동부는 상기 구동 중지 신호에 응답하여 상기 구동 신호를 차단할 수 있다.
상기 제어부는 상기 원격 제어 신호에 응답하여 상기 굴삭기로 구동 신호를 출력하는 구동부, 상기 관성 센서들로부터 수신된 상기 센싱 값들에 기초하여 상기 굴삭기의 실제 자세 변화량을 측정하는 자세 변화량 측정부, 상기 원격 제어 신호에 대응하는 예상 자세 변화량을 계산하는 자세 변화량 추정부 및 상기 굴삭기가 구동하는 동안 상기 실제 자세 변화량과 상기 예상 자세 변화량의 차이가 상기 허용 값을 초과하면 구동 중지 신호를 상기 구동부로 출력하는 과부하 감지부를 포함하며, 상기 구동부는 상기 구동 중지 신호에 응답하여 상기 구동 신호를 차단할 수 있다.
상기 굴삭기 원격 제어 장치는 상기 굴삭기의 어태치먼트에 구비된 압력 센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 압력 센서에 의해 측정된 반력의 크기에 따라 상기 허용 값을 조절할 수 있다.
상기 제어부는 상기 예상 자세와 상기 실제 자세의 차이가 상기 허용 값을 초과하는 횟수에 따라 상기 허용 값을 증가시킬 수 있다.
상기 통신부는 상기 굴삭기의 상기 실제 자세를 상기 원격 제어 장치로 송신할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 원격 제어 굴삭기의 제어 방법은 굴삭기의 현재 자세를 측정하는 단계, 상기 현재 자세에 원격 제어 장치로부터 수신된 제어 신호에 대응하는 자세 변경 값을 더하여 예상 자세를 추정하는 단계, 상기 제어 신호에 응답하여 상기 굴삭기를 구동하고 상기 굴삭기의 실제 자세를 측정하는 단계 및 상기 예상 자세와 상기 실제 자세의 차이가 허용 값을 초과하면 상기 굴삭기의 구동을 중지하는 단계를 포함한다.
상기 제어 방법은 상기 실제 자세로 상기 현재 자세를 갱신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제어 방법은 상기 굴삭기의 어태치먼트에 가해지는 반력을 측정하는 단계 및 상기 반력의 크기에 따라 상기 허용 값을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제어 방법은 상기 예상 자세와 상기 실제 자세의 차이가 상기 허용 값을 초과하면 상기 허용 값을 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제어 방법은 상기 예상 자세와 상기 실제 자세의 차이가 상기 허용 값을 초과하면 상기 원격 제어 장치로 과부하 신호를 송신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 원격 제어 굴삭기의 제어 장치 및 방법은 원격 굴삭기가 자체적으로 과부하를 감지하고 구동을 중지함으로써 원격 제어 장치와 굴삭기 사이의 통신 딜레이가 발생하여도 굴삭기의 오동작 또는 고장을 방지할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 원격 제어 굴삭기의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우 차트(flow chart)이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 원격 제어 굴삭기의 제어 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 굴삭기를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 제어부의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 2에 도시된 제어부의 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 원격 제어 굴삭기의 제어 장치를 나타내는 블록도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 원격 제어 굴삭기의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우 차트(flow chart)이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 원격 제어 굴삭기의 제어 장치를 나타내는 블록도이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 굴삭기를 나타내는 사시도이다.
도 1 내지 3을 참조하면, 원격 조종 굴삭기(20, 이하 '굴삭기'라고 함)의 제어 장치(10)는 관성 센서들(100-1 내지 100-4), 통신부(200) 및 제어부(300)을 포함한다. 제어 장치(10)는 원격 조종 굴삭기(20)의 본체에 구비될 수 있다.
관성 센서들(100-1 내지 100-4)은 굴삭기(20)의 부분들(예를 들어, 본체, 붐, 암 및 어태치먼트)에 대한 관성력을 측정하고 측정된 관성 센싱값(IV1 내지 IV4)을 제어부(300)로 송신한다. 관성 센서들(100-1 내지 100-4)은 굴삭기(20)에 구비된다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 관성 센서(100-1)는 굴삭기(20)의 본체(21)에 구비되고, 제2 관성 센서(100-2)는 굴삭기(20)의 붐(21)에 구비되고, 제3 관성 센서(100-3)는 굴삭기(20)의 암(23)에 구비되며, 제4 관성 센서(100-4)는 굴삭기(20)의 어태치먼트(24)에 구비될 수 있다.
도 3에서는 어태치먼트(24)가 버켓인 것으로 도시되었으나, 이는 일례에 불과하다. 예를 들어, 어태치먼트(24)는 버켓 뿐만 아니라 브레이커, 바이브레이터, 포크, 크래셔 또는 그래플 등 다양한 작업 도구를 포함할 수 있다.
통신부(200)는 원격 조종 장치(미도시)와 통신한다. 통신부(200)는 원격 조종 장치(미도시)로부터 원격 제어 신호(RS)를 수신하고 이를 제어부(300)로 송신ㅎ할 수 있다. 통신부(200)는 제어부(300)로부터 굴삭기(20)의 현재 상태 정보 또는 과부하 감지 신호 등을 수신하고 이를 원격 조종 장치(미도시)로 송신할 수 있다.
제어부(300)는 원격 조종 장치(미도시)로부터 통신부(200)를 통해 수신된 원격 제어 신호(RS)에 응답하여 굴삭기(20)를 구동시킨다. 제어부(300)는 굴삭기(20)의 이상적인(즉, 정상 상태에서의) 움직임과 실제 움직임의 차이가 허용 범위를 벗어나면 굴삭기(20)에 과부하가 발생한 것으로 판단하고 굴삭기(20)의 구동을 중지시킨다.
도 1을 통해 보다 상세하게 설명하면, 초기 설정 단계에서 제어부(300)는 굴삭기(20)를 소정의 초기 자세로 설정한다(S100). 제어부(300)는 굴삭기(20)에 구비된 관성 센서들(100-1 내지 100-4)을 이용해 원격 조종 굴삭기(20)의 자세, 즉, 본체, 붐, 암 및 어태치먼트(attachment)의 위치 및 각도 등을 측정한다. 제어부(300)는 굴삭기(20)를 초기 상태(자세)로부터 지속적으로 관성 센서들(100-1 내지 100-4)을 통해 모니터링하여 굴삭기(20)의 현재 자세를 정확하게 저장할 수 있다.
제어부(300)는 원격 조종 장치(미도시)로부터 통신부(200)를 통해 원격 제어 신호(RS)를 수신하고, 수신된 원격 제어 신호(RS)에 응답하여 굴삭기(20)를 구동시킨다(S110). 제어부(300)는 원격 제어 신호(RS)를 굴삭기(20)에 적합한 구동 신호(DS)로 변환하고 구동 신호(DS)를 굴삭기(20)로 출력한다.
실시 예에 따라, 굴삭기(20)가 전자 유압식인 경우 제어 장치(10)는 굴삭기(20)의 전자 유압 제어부로 구동 신호(DS)를 출력할 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 굴삭기(20)에 원격 조종용 로봇이 부착되어 있는 경우 제어 장치(10)는 상기 원격 조종용 로봇으로 구동 신호(DS)를 출력할 수 있다.
제어부(300)는 원격 제어 신호(RS)에 기초하여 굴삭기(20)의 예상 자세를 추정한다(S120). 제어부(300)는 굴삭기(20)의 현재 자세에 원격 제어 신호(RS)에 대응하는 자세 변경 값을 더하여 예상 자세를 추정한다. 원격 제어 신호(RS)에 대응하는 자세 변경 값은 작업 환경(온도, 습도 등) 및 굴삭기(20)의 종류와 현재 상태 등에 따라 결정될 수 있다.
제어부(300)는 관성 센서들(100-1 내지 100-4)로부터 출력되는 관성 센싱값(IV1 내지 IV4)에 기초하여 굴삭기(20)의 실제 자세를 측정한다(S130). 상기한 바와 같이, 제어부(300)는 굴삭기(20)를 초기 상태로부터 지속적으로 모니터링하여 굴삭기(20)의 실제 자세를 정확하게 측정할 수 있다.
제어부(300)는 측정된 굴삭기(20)의 실제 자세를 현재 자세로 저장한다(S140).
제어부(300)는 추정된 예상 자세와 측정된 실제 자세를 비교한다(S150).
추정된 예상 자세와 측정된 실제 자세의 차이가 허용 값 이내이면(S150의 YES 브랜치), 제어부(300)는 굴삭기(20)를 계속 구동시킨다(S160).
반대로, 추정된 예상 자세와 측정된 실제 자세의 차이가 허용 값을 초과하면(S150의 NO 브랜치), 제어부(300)는 굴삭기(20)의 구동을 중지한다(S170).
여기서, 허용 값은 작업 환경(온도, 습도 등) 및 굴삭기(20)의 종류와 현재 상태 등에 따라 결정될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 예상 자세와 상기 실제 자세의 차이가 상기 허용 값을 초과하면, 제어부(300)는 상기 허용 값을 증가시킬 수 있다. 이를 통해 제어부(300)는 특별하게 필요한 경우 과부하에도 불구하고 굴삭기(20)를 구동시킬 수 한다.
제어부(300)의 기능 및 동작은 도 4 및 도 5에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 4는 도 2에 도시된 제어부의 일례를 나타내는 블록도이다. 도 4를 참조하면, 제어부(300A)는 자세 측정부(310A), 자세 추정부(320A), 과부하 감지부(330), 구동부(340) 및 메모리(350)를 포함한다.
자세 측정부(310A)는 관성 센서들(100-1 내지 100-4)로부터 관성 센싱값(IV1 내지 IV4, 이하 IVs)을 수신하고 수신된 관성 센싱값(IVs)에 기초하여 굴삭기의 실제 자세를 측정한다. 자세 측정부(310A)는 측정된 실제 자세에 관한 실제 자세 정보(AP)를 과부하 감지부(330)로 출력한다. 또한, 자제 측정부(310A)는 실제 자세 정보(AP)를 현재 자세 정보(CP)로 메모리(350)에 저장한다.
여기서, 실제 자세 정보(AP), 현재 자세 정보(CP) 및 예상 자세 정보(EP)는 굴삭기(20)의 본체(21), 붐(22), 암(23) 및 어태치먼트(24)의 위치, 각도 등에 대한 값들을 포함한다. 자세 정보들을 비교한다는 의미는 상기 자세 정보들에 포함된 값들을 비교한다는 의미로 해석될 수 있다.
자세 추정부(320A)는 원격 제어 신호(RS)에 대응하는 자세 변경 값을 계산한다. 구체적으로, 원격 제어 신호(RS)는 굴삭기(20)의 본체(21), 붐(22), 암(23) 및 어태치먼트(24)를 제어하기 위한 명령들을 포함하고 있는 바, 자세 추정부(320A)는 상기 명령들에 대응하는 본체(21), 붐(22), 암(23) 및 어태치먼트(24)의 자세 변경 값을 계산한다.
자세 추정부(320A)는 메모리(350)로부터 현재 자세 정보(CP)를 불러오고, 계산된 자세 변경 값을 적용하여 굴삭기(20)의 예상 자세를 추정한다. 즉, 자세 추정부(320A)는 현재 자세 정보(CP)에 계산된 자세 변경 값을 더하여 예상 자세 정보(EP)를 생성한다. 자세 추정부(320A)는 생성된 예상 자세 정보(EP)를 과부하 감지부(330)로 출력한다.
과부하 감지부(330)는 자세 측정부(310A)로부터 실제 자세 정보(AP)를 수신하고 자세 추정부(320A)로부터 예상 자세 정보(EP)를 수신한다. 과부하 감지부(330)는 실제 자세 정보(AP)와 예상 자세 정보(EP)에 기초하여 과부하 발생 여부를 감지한다.
과부하 감지부(330)는 실제 자세 정보(AP)와 예상 자세 정보(EP)의 차이가 허용 범위 이내이면 과부하가 발생하지 않은 것으로 판단한다. 반대로, 과부하 감지부(330)는 실제 자세 정보(AP)와 예상 자세 정보(EP)의 차이가 허용 범위를 초과하면 과부하가 발생한 것으로 판단한다.
예를 들어, 실제 측정된 붐(22)의 각도와 예상되는 붐(22)의 각도가 허용 범위를 초과하면, 과부하 감지부(330)는 굴삭기(20)에 과부하가 발생한 것으로 판단한다.
과부하가 발생한 것으로 판단되면, 과부하 감지부(330)는 구동부(340)로 구동 중지 신호(SS)를 출력한다.
구동부(340)는 원격 제어 신호(RS)에 응답하여 굴삭기(20)를 구동시킨다. 구동부(340)는 원격 제어 신호(RS)를 굴삭기(20)의 구동에 적합한 구동 신호(DS)로 변환하고 구동 신호(DS)를 굴삭기(20)로 출력한다.
구동부(340)는 과부하 감지부(330)로부터 수신되는 구동 중지 신호(SS)에 응답하여 구동 신호(DS)를 차단한다.
메모리(350)는 자세 측정부(310A)로부터 수신되는 현재 자세 정보(CP)를 저장한다. 메모리(350)는 자세 추정부(320A)의 요청에 응답하여 저장되어 있는 현재 자세 정보(CP)를 자세 추정부(320A)로 출력한다.
도 5는 도 2에 도시된 제어부의 다른 예를 나타내는 블록도이다. 도 5는 현재 자세와 상관없이 자세 변화량에 기초하여 과부하 발생 여부를 판단할 수 있는 제어부(300B)를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 제어부(300B)는 자세 변화량 측정부(310B), 자세 변화량 추정부(320B), 과부하 감지부(330) 및 구동부(340)를 포함한다.
자세 변화량 측정부(310B)는 관성 센싱값(IVs)에 기초하여 굴삭기의 일정 시간 동안 자세 변화량을 측정한다. 자세 변화량 측정부(310B)는 측정된 자세 변화량에 대한 실제 자세 변화량 정보(AC)를 과부하 감지부(330)로 출력한다.
자세 변화량 추정부(320B)는 원격 제어 신호(RS)에 대응하는 예상 자세 변화량을 계산한다. 구체적으로, 자세 변화량 추정부(320B)는 원격 제어 신호(RS)에 대응하는 본체(21), 붐(22), 암(23) 및 어태치먼트(24)의 예상 자세 변화량을 계산한다. 자세 변화량 추정부(320B)는 계산된 예상 자세 변화량에 대한 예상 자세 변화량 정보(EC)를 과부하 감지부(330)로 출력한다.
여기서, 실제 자세 변화량 정보(AC) 및 예상 자세 변화량 정보(EC)는 굴삭기(20)의 본체(21), 붐(22), 암(23) 및 어태치먼트(24)의 위치, 각도 등의 변화량 값들을 포함한다.
과부하 감지부(330)는 자세 변화량 측정부(310B)로부터 실제 자세 변화량 정보(AC)를 수신하고 자세 추정부(320B)로부터 예상 자세 변화량 정보(EC)를 수신한다. 과부하 감지부(330)는 실제 자세 변화량 정보(AC)와 예상 자세 변화량 정보(EC)에 기초하여 과부하 발생 여부를 감지한다.
과부하 감지부(330)는 실제 자세 변화량 정보(AC)와 예상 자세 변화량 정보(EC)의 차이가 허용 범위 이내이면 과부하가 발생하지 않은 것으로 판단한다. 반대로, 과부하 감지부(330)는 실제 자세 변화량 정보(AC)와 예상 자세 변화량 정보(EC)의 차이가 허용 범위를 초과하면 과부하가 발생한 것으로 판단한다.
예를 들어, 실제 측정된 암(23)의 위치 변화량과 예상되는 암(23)의 위치 변화량의 차이가 허용 값을 초과하면, 과부하 감지부(330)는 굴삭기(20)에 과부하가 발생한 것으로 판단한다.
과부하가 발생한 것으로 판단되면, 과부하 감지부(330)는 구동부(340)로 구동 중지 신호(SS)를 출력한다.
구동부(340)는 원격 제어 신호(RS)에 응답하여 굴삭기(20)를 구동시킨다. 구동부(340)는 원격 제어 신호(RS)를 굴삭기(20)의 구동에 적합한 구동 신호(DS)로 변환하고 구동 신호(DS)를 굴삭기(20)로 출력한다.
구동부(340)는 과부하 감지부(330)로부터 수신되는 구동 중지 신호(SS)에 응답하여 구동 신호(DS)를 차단한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 원격 제어 굴삭기의 제어 장치를 나타내는 블록도이다. 도 6에 도시된 제어 장치(10')는 압력 센서(400)가 추가된 것을 제외하면 도 2에 도시된 제어 장치(10)와 동일한 바, 중복되는 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 제어 장치(10')는 관성 센서들(100-1 내지 100-4), 통신부(200), 제어부(300) 및 압력 센서(400)를 포함한다.
압력 센서(400)는 굴삭기(20)의 어태치먼트(24)에 구비될 수 있다. 압력 센서(400)는 어태치먼트(24)에 인가되는 압력, 즉, 반력의 크기를 측정하고 측정된 압력 센싱값(PV)을 제어부(300)로 출력한다.
제어부(300)는 압력 센싱값(PV)에 기초하여 상기 허용 범위(또는 값)을 조절할 수 있다. 즉, 반력의 크기가 크면, 제어부(300)는 허용 범위을 확장시켜 과부하로 판단되는 경우를 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 작업 환경의 온도가 매우 낮아 지면이 얼어있는 경우 제어부(300)가 증가된 반력에 따라 허용 범위를 확장시킴으로써 굴삭기(20)의 구동 중지 없이 원활하게 작업이 지속될 수 있게 할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10, 10'; 제어 장치
20; 원격 제어 굴삭기
100-1 내지 100-4; 관성 센서
200; 통신부
300; 제어부
400; 압력 센서

Claims (14)

  1. 굴삭기에 구비된 관성 센서들;
    원격 조종 장치로부터 원격 제어 신호를 수신하는 통신부; 및
    상기 원격 제어 신호에 응답하여 상기 굴삭기를 구동하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 원격 제어 신호에 기초하여 추정되는 상기 굴삭기의 예상 자세와 상기 관성 센서들을 이용해 측정된 상기 굴삭기의 실제 자세의 차이가 허용 값을 초과하면 상기 굴삭기의 구동을 중지하며,
    상기 제어부는,
    상기 원격 제어 신호에 대응하는 상기 굴삭기로 구동 신호를 출력하는 구동부;
    상기 굴삭기의 현재 자세를 저장하는 메모리;
    상기 현재 자세와 상기 원격 제어 신호에 대응하는 자세 변경 값에 기초하여 상기 예상 자세를 추정하는 자세 추정부;
    상기 관성 센서들로부터 수신된 센싱 값들에 기초하여 상기 실제 자세를 측정하는 자세 측정부; 및
    상기 예상 자세와 상기 실제 자세의 차이가 상기 허용 값을 초과하면 구동 중지 신호를 상기 구동부로 출력하는 과부하 감지부를 포함하며,
    상기 구동부는 상기 구동 중지 신호에 응답하여 상기 구동 신호를 차단하는 원격 제어 굴삭기의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 관성 센서들은,
    상기 굴삭기의 본체에 구비된 제1 관성 센서;
    상기 굴삭기의 붐에 구비된 제2 관성 센서;
    상기 굴삭기의 암에 구비된 제3 관성 센서; 및
    상기 굴삭기의 어태치먼트에 구비된 제4 관성 센서를 포함하는 원격 제어 굴삭기의 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 어태치먼트는 버켓, 브레이커, 바이브레이터, 포크, 크래셔 또는 그래플인 원격 제어 굴삭기의 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 통신부는, 상기 예상 자세와 상기 실제 자세의 차이가 상기 허용 값을 초과하면, 상기 원격 조종 장치로 과부하 발생 신호를 송신하는 원격 제어 굴삭기의 제어 장치.
  5. 삭제
  6. 굴삭기에 구비된 관성 센서들;
    원격 조종 장치로부터 원격 제어 신호를 수신하는 통신부; 및
    상기 원격 제어 신호에 응답하여 상기 굴삭기를 구동하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 원격 제어 신호에 기초하여 추정되는 상기 굴삭기의 예상 자세와 상기 관성 센서들을 이용해 측정된 상기 굴삭기의 실제 자세의 차이가 허용 값을 초과하면 상기 굴삭기의 구동을 중지하며,
    상기 제어부는,
    상기 원격 제어 신호에 응답하여 상기 굴삭기로 구동 신호를 출력하는 구동부;
    상기 관성 센서들로부터 수신된 센싱 값들에 기초하여 상기 굴삭기의 실제 자세 변화량을 측정하는 자세 변화량 측정부;
    상기 원격 제어 신호에 대응하는 예상 자세 변화량을 계산하는 자세 변화량 추정부; 및
    상기 굴삭기가 구동하는 동안 상기 실제 자세 변화량과 상기 예상 자세 변화량의 차이가 상기 허용 값을 초과하면 구동 중지 신호를 상기 구동부로 출력하는 과부하 감지부를 포함하며,
    상기 구동부는 상기 구동 중지 신호에 응답하여 상기 구동 신호를 차단하는 원격 제어 굴삭기의 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 굴삭기의 어태치먼트에 구비된 압력 센서를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 압력 센서에 의해 측정된 반력의 크기에 따라 상기 허용 값을 조절하는 원격 제어 굴삭기의 제어 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 예상 자세와 상기 실제 자세의 차이가 상기 허용 값을 초과하는 횟수에 따라 상기 허용 값을 증가시키는 원격 제어 굴삭기의 제어 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 통신부는 상기 굴삭기의 상기 실제 자세를 상기 원격 조종 장치로 송신하는 원격 제어 굴삭기의 제어 장치.
  10. 굴삭기의 현재 자세를 측정하여 현재 자세 정보로서 메모리에 저장하는 단계;
    원격 조종 장치로부터 수신된 원격 제어 신호에 대응하는 자세 변경 값을 계산하는 단계;
    상기 메모리에 저장된 상기 현재 자세 정보에 상기 자세 변경 값을 더하여 예상 자세를 추정하는 단계;
    상기 원격 제어 신호에 대응하는 구동 신호를 상기 굴삭기로 출력하여 상기 굴삭기를 구동하고 상기 굴삭기에 구비된 관성 센서들로부터 수신된 센싱 값들에 기초하여 상기 굴삭기의 실제 자세를 측정하는 단계; 및
    상기 예상 자세와 상기 실제 자세의 차이가 허용 값을 초과하면 구동 중지 신호를 상기 굴삭기로 출력하여 상기 굴삭기의 구동을 중지하는 단계를 포함하는 원격 제어 굴삭기의 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어 방법은,
    상기 실제 자세로 상기 현재 자세 정보를 갱신하는 단계를 더 포함하는 원격 제어 굴삭기의 제어 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제어 방법은,
    상기 굴삭기의 어태치먼트에 가해지는 반력을 측정하는 단계; 및
    상기 반력의 크기에 따라 상기 허용 값을 조절하는 단계를 더 포함하는 원격 제어 굴삭기의 제어 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제어 방법은,
    상기 예상 자세와 상기 실제 자세의 차이가 상기 허용 값을 초과하면 상기 허용 값을 증가시키는 단계를 더 포함하는 원격 제어 굴삭기의 제어 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제어 방법은,
    상기 예상 자세와 상기 실제 자세의 차이가 상기 허용 값을 초과하면 상기 원격 조종 장치로 과부하 신호를 송신하는 단계를 더 포함하는 원격 제어 굴삭기의 제어 방법.
KR1020180171362A 2018-12-27 2018-12-27 과부하 방지를 위한 원격 제어 굴삭기의 제어 장치 및 방법 KR102090409B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180171362A KR102090409B1 (ko) 2018-12-27 2018-12-27 과부하 방지를 위한 원격 제어 굴삭기의 제어 장치 및 방법
PCT/KR2019/015216 WO2020138708A1 (ko) 2018-12-27 2019-11-11 과부하 방지를 위한 원격 제어 굴삭기의 제어 장치 및 방법
US17/417,931 US11459728B2 (en) 2018-12-27 2019-11-11 Apparatus and method for controlling remote-controlled excavator for preventing overload

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180171362A KR102090409B1 (ko) 2018-12-27 2018-12-27 과부하 방지를 위한 원격 제어 굴삭기의 제어 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102090409B1 true KR102090409B1 (ko) 2020-03-17

Family

ID=70004101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180171362A KR102090409B1 (ko) 2018-12-27 2018-12-27 과부하 방지를 위한 원격 제어 굴삭기의 제어 장치 및 방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11459728B2 (ko)
KR (1) KR102090409B1 (ko)
WO (1) WO2020138708A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210129813A (ko) * 2020-04-21 2021-10-29 고등기술연구원연구조합 원격 조작 굴삭기 작업 부하를 고려한 전도 방지 시스템 및 방법
KR20210150220A (ko) 2020-06-03 2021-12-10 (주)나우이엔에스 트렌치커터의 굴착 자동화 시스템 및 방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117846078B (zh) * 2024-01-26 2024-10-01 湖南科通电气设备制造有限公司 一种5g电动挖掘机变频调速智能远控装备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0325125A (ja) * 1989-06-22 1991-02-01 Komatsu Ltd 掘削機械の掘削制御装置
KR20100127963A (ko) * 2009-05-27 2010-12-07 전자부품연구원 무인 굴삭기의 전도 방지 시스템 및 방법
JP2016045674A (ja) * 2014-08-22 2016-04-04 株式会社Ｉｈｉエアロスペース 作業用車両
KR101776819B1 (ko) * 2016-06-09 2017-09-20 한양대학교 에리카산학협력단 굴삭기 전도 상태 판별 방법

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8660758B2 (en) * 2007-11-30 2014-02-25 Caterpillar Inc. Payload system with center of gravity compensation
US7912612B2 (en) * 2007-11-30 2011-03-22 Caterpillar Inc. Payload system that compensates for rotational forces
EP2116670B1 (en) * 2008-01-07 2013-11-06 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd Double arm type work machine
EP3514394A1 (en) * 2010-05-11 2019-07-24 Parker Hannifin Corp. Pressure compensated hydraulic system having differential pressure control
CN103597147B (zh) * 2011-06-10 2016-05-25 日立建机株式会社 作业机械
US20130229272A1 (en) * 2012-03-05 2013-09-05 Caterpillar Inc. Manual control device and method
US9587369B2 (en) * 2015-07-02 2017-03-07 Caterpillar Inc. Excavation system having adaptive dig control
JP6605241B2 (ja) * 2015-07-07 2019-11-13 日立建機株式会社 遠隔操縦システム
US10997534B2 (en) * 2015-11-20 2021-05-04 Caterpillar Inc. System and method for connecting an operator with worksite operations
CN108884663A (zh) * 2016-03-16 2018-11-23 住友重机械工业株式会社 挖土机
CN108603360B (zh) * 2016-03-31 2022-10-21 住友重机械工业株式会社 挖土机
US9926677B1 (en) * 2016-09-26 2018-03-27 Caterpillar Inc. Constant down force vibratory compactor
JP6707047B2 (ja) * 2017-03-17 2020-06-10 日立建機株式会社 建設機械
JP7117843B2 (ja) * 2017-12-26 2022-08-15 日立建機株式会社 作業機械
US11227242B2 (en) * 2018-08-28 2022-01-18 Caterpillar Inc. System and method for automatically triggering incident intervention
WO2020049623A1 (ja) * 2018-09-03 2020-03-12 日立建機株式会社 作業機械

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0325125A (ja) * 1989-06-22 1991-02-01 Komatsu Ltd 掘削機械の掘削制御装置
KR20100127963A (ko) * 2009-05-27 2010-12-07 전자부품연구원 무인 굴삭기의 전도 방지 시스템 및 방법
JP2016045674A (ja) * 2014-08-22 2016-04-04 株式会社Ｉｈｉエアロスペース 作業用車両
KR101776819B1 (ko) * 2016-06-09 2017-09-20 한양대학교 에리카산학협력단 굴삭기 전도 상태 판별 방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210129813A (ko) * 2020-04-21 2021-10-29 고등기술연구원연구조합 원격 조작 굴삭기 작업 부하를 고려한 전도 방지 시스템 및 방법
KR102453550B1 (ko) 2020-04-21 2022-10-12 고등기술연구원연구조합 원격 조작 굴삭기 작업 부하를 고려한 전도 방지 시스템 및 방법
KR20210150220A (ko) 2020-06-03 2021-12-10 (주)나우이엔에스 트렌치커터의 굴착 자동화 시스템 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US11459728B2 (en) 2022-10-04
US20220081875A1 (en) 2022-03-17
WO2020138708A1 (ko) 2020-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102090409B1 (ko) 과부하 방지를 위한 원격 제어 굴삭기의 제어 장치 및 방법
CN109101032B (zh) 用于利用传感器融合来控制机器姿态的系统和方法
CN109115213B (zh) 用于利用传感器融合来确定机器状态的系统和方法
US8509999B2 (en) Abnormal operation detection device
US11242669B2 (en) Systems and methods for controlling machine ground pressure and tipping
US8311970B2 (en) Payload estimation of weight bearing machinery using multiple model adaptive estimator system and method
US11454001B2 (en) Excavator
CN109099033B (zh) 利用传感器融合反馈在机器中控制流体压力的方法和系统
US11585071B2 (en) Hystat swing motion actuation, monitoring, and control system
KR20150122895A (ko) 자율 최적화 굴삭기 시스템 및 그것을 이용한 제어 방법
CN113136906A (zh) 智能铰接式动臂挖掘系统
US11242666B2 (en) Shovel
CN106032673A (zh) 一种铲刀负载控制系统、平地机以及方法
KR102506386B1 (ko) 건설기계의 제어 방법
US20220298743A1 (en) Method for automatically controlling cyclical operations of an earthmoving machine
KR102453550B1 (ko) 원격 조작 굴삭기 작업 부하를 고려한 전도 방지 시스템 및 방법
KR20230056747A (ko) 적재 작업 지원 시스템
JPS61225429A (ja) パワ−シヨベルの作業機制御装置
US12094341B2 (en) Risk management system
JPH0258411B2 (ko)
JP7473740B2 (ja) 作業機械および作業機械システム
JP7472751B2 (ja) 掘削位置決定システム
KR20110073637A (ko) 건설기계의 선회 감지 장치 및 방법
GB2557643A (en) Pro-active machine damage limitation system
KR20050101783A (ko) 전도 알고리즘이 적용된 크레인 기능부착 유압굴삭기의전도방지방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]