KR102222446B1 - Water spraying robot automated tracking system for dust suppression and method thereof - Google Patents
Water spraying robot automated tracking system for dust suppression and method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR102222446B1 KR102222446B1 KR1020190106043A KR20190106043A KR102222446B1 KR 102222446 B1 KR102222446 B1 KR 102222446B1 KR 1020190106043 A KR1020190106043 A KR 1020190106043A KR 20190106043 A KR20190106043 A KR 20190106043A KR 102222446 B1 KR102222446 B1 KR 102222446B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- excavator
- robot
- angle
- bucket
- water spray
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/03—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B08—CLEANING
- B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
- B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
- B08B3/02—Cleaning by the force of jets or sprays
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/13—Receivers
- G01S19/14—Receivers specially adapted for specific applications
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
- Operation Control Of Excavators (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 위치 추적 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세먼지 제거를 위한 물 분사 로봇의 위치 추적 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a location tracking system and method, and more particularly, to a location tracking system and method of a water spray robot for removing fine dust.
현재 우리나라에서 건물 철거 작업 시 발생하는 미세먼지는 별도의 처리 기술이 없어 인력살수 작업을 통해 억제되고 있다.Currently, fine dust generated during building demolition work in Korea is suppressed through manpower sprinkling because there is no separate treatment technology.
그러나 인력살수 작업 중 붕괴사고로 인해 작업하던 근로자들이 사망 및 부상을 당하는 재해 사건이 빈번히 발생하고 있어 인력살수 작업은 근로자들의 안전이 보장받지 못한다는 큰 문제점을 가지고 있다.However, there are many accidents in which workers are killed or injured due to a collapse accident during the workforce spying, so the workforce spying has a big problem that the safety of workers is not guaranteed.
재래적인 인력살수 방법을 통해 미세먼지 처리를 하고 있는 우리나라의 경우와는 달리, 유럽을 비롯한 미국, 일본, 호주 등의 선진외국에서는 수동 물 분사 장치를 개발하여 각종 산업현장에서 사용하고 있다.Unlike the case of Korea, which treats fine dust through the conventional manpower sprinkling method, advanced foreign countries such as the United States, Japan, and Australia, including Europe, have developed manual water spraying devices and are using them in various industrial sites.
하지만 해외에서 사용되는 종래의 미세먼지 억제 시스템 또한 물을 분사하는 기계를 사람이 직접 움직여주어야 하고 굴삭기와 물을 분사하는 기계의 분사 방향의 불일치로 인해 미세먼지의 처리 효율이 떨어지는 문제가 발생한다.However, the conventional fine dust suppression system used overseas also requires a person to directly move the water spraying machine, and there arises a problem that the treatment efficiency of the fine dust decreases due to the inconsistency of the spraying direction of the excavator and the water spraying machine.
따라서, 전술한 문제를 해결하기 위하여 앞서 언급한 바와 같이 우리나라의 재해사건과 해외기술의 문제점을 해결할 수 있으며, 또한 다양한 산업 현장에서 발생하는 미세먼지를 제거하기 위한 새로운 미세먼지 억제 시스템 기술에 대한 연구가 필요하다.Therefore, in order to solve the above-described problem, as mentioned above, it is possible to solve the problem of disaster incidents and overseas technologies in Korea, and also research on a new fine dust suppression system technology to remove fine dust occurring in various industrial sites. Need
이를 위해 굴삭기의 위치를 인식하고 자동으로 위치를 정확하게 추적할 수 있는 기술을 활용하여 다양한 환경에서 발생하는 미세먼지 중에서 건설현장에서 발생하는 미세먼지 억제에 초점을 맞춰 미세먼지 추적 자동화 시스템을 개발할 필요성이 있다.To this end, it is necessary to develop an automated fine dust tracking system focusing on the suppression of fine dust generated at construction sites among fine dust generated in various environments by utilizing technology that can recognize the location of the excavator and automatically track its position accurately. have.
본 발명에서는 물 분사 로봇이 주변 건설 현장의 굴삭기의 위치정보를 전송받아 상대 위치를 계산하고, 위치 추적 알고리즘을 기반으로 굴삭기의 위치를 추적할 수 있는 물 분사 로봇의 위치 추적 시스템 및 방법을 제공하는 데 목적이 있다.In the present invention, the water spray robot receives the location information of the excavator in the surrounding construction site, calculates the relative position, and provides a location tracking system and method of the water spray robot capable of tracking the location of the excavator based on a location tracking algorithm. I have a purpose.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 제거를 위한 물 분사 로봇의 위치 추적 시스템은, 물 분사 로봇의 위치정보를 획득하는 로봇 GPS와, 물 분사 로봇이 향해야 할 방향을 가리키도록 회전 구동하는 모터를 구비한 물 분사 로봇을 포함하며, 상기 물 분사 로봇은, 주변의 굴삭기에 설치된 굴삭기 GPS로부터 굴삭기의 위치정보를 전송받고, 상기 굴삭기의 위치와 물 분사 로봇의 위치를 통해 상대 위치를 계산하고, 상기 물 분사 로봇의 구동 각도를 계산하고, 굴삭기의 위치에 따라 상기 모터를 이용하여 향해야 할 방향을 가리키도록 제어함으로써, 해당 방향에서 상기 굴삭기에 물 분사가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.A system for tracking a location of a water spraying robot for removing fine dust according to an embodiment of the present invention includes a robot GPS that acquires location information of the water spraying robot, and a motor that rotates to indicate a direction to which the water spraying robot should be directed. It includes a water spraying robot having a, wherein the water spraying robot receives the location information of the excavator from the excavator GPS installed in the surrounding excavator, and calculates a relative position through the location of the excavator and the location of the water spraying robot, By calculating the driving angle of the water spraying robot and controlling the motor to point in a direction to be directed according to the position of the excavator, water is sprayed to the excavator in the corresponding direction.
상기에 있어서, 상기 굴삭기 GPS를 굴삭기 몸체의 중심부에 설치하고, 설치 후 설치된 굴삭기 몸체의 원점으로부터 버킷의 위치와 방향을 알아낼 수 있는 하기의 수학식 1 및 수학식 2를 통하여 굴삭기 버킷 부분의 위치를 계산할 수 있다.In the above, the excavator GPS is installed in the center of the excavator body, and the position of the excavator bucket portion is determined through
[수학식 1][Equation 1]
여기서, ai (i = 1, 2, 3)는 각 링크의 길이를, Φi (i= 1, 2, 3)는 회전이 반시계 방향일 때 xi (i = 0, 1, 2, 3)축에 대한 zi-1 (i = 1, 2, 3)과 zi (i = 1, 2, 3) 축 사이의 각도를 의미함.Here, a i (i = 1, 2, 3) is the length of each link, and Φ i (i = 1, 2, 3) is x i (i = 0, 1, 2, when the rotation is counterclockwise) 3) It refers to the angle between the z i -1 (i = 1, 2, 3) and z i (i = 1, 2, 3) axes with respect to the axis.
[수학식 2][Equation 2]
여기서, 은 끝 점의 회전행렬(Rotation Matrix)을 표기한 것이고, 는 굴삭기 위치를 벡터로 나타낸 것을 의미함.here, Is the rotation matrix of the end point, Means that the excavator position is expressed as a vector.
상기에 있어서, 상기 굴삭기 버킷 부분의 위치는 굴삭기 몸체의 회전 각도, 붐 부분이 이루어지는 각도 및 암 부분이 기울어지는 각도를 이용하여, 하기의 수학식 3을 통해 계산하는 것을 특징으로 한다.In the above, the position of the excavator bucket portion is characterized by calculating through Equation 3 below using the rotation angle of the excavator body, the angle at which the boom portion is formed, and the angle at which the arm portion is inclined.
[수학식 3][Equation 3]
여기서 (x*, y*, z*)는 굴삭기 버킷 부분의 위치를 의미함.Here, (x*, y*, z*) means the position of the excavator bucket part.
상기에 있어서, 상기 물 분사 로봇의 구동 각도는 하기의 수학식 4 및 수학식 5를 이용하여 각각 수평방향으로 회전하는 각도와 수직방향으로 회전하는 각도로 나누어 계산하는 것을 특징으로 한다.In the above, the driving angle of the water spray robot is calculated by dividing the angle rotating in the horizontal direction and the angle rotating in the vertical direction, respectively, using
[수학식 4][Equation 4]
여기서, αyaw는 수평방향으로 회전하는 각도, l은 물 분사 로봇과 굴삭기 버킷 부분의 상대위치에서 위도 차, y*은 물 분사 로봇과 굴삭기 버킷 부분의 상대위치에서의 경도 차를 의미함.Here, α yaw is the angle of rotation in the horizontal direction, l is the difference in latitude at the relative position between the water spraying robot and the excavator bucket, and y* represents the difference in hardness at the relative position between the water spraying robot and the excavator bucket.
[수학식 5][Equation 5]
여기서, βpitch는 수직방향으로 회전하는 각도, l은 물 분사 로봇과 굴삭기 버킷 부분의 상대위치에서 위도 차를 의미함.Here, β pitch is the angle of rotation in the vertical direction, and l is the difference in latitude at the relative position between the water spray robot and the excavator bucket part.
상기에 있어서, 상기 굴삭기 몸체의 회전 각도, 붐 부분이 이루어지는 각도 및 암 부분이 기울어지는 각도는 각각 상기 굴삭기 몸체, 붐 및 암에 IMU 센서를 설치하고, 하기의 수학식 6을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 한다.In the above, the rotation angle of the excavator body, the angle at which the boom part is formed, and the angle at which the arm part is inclined is calculated by installing an IMU sensor on the excavator body, boom, and arm, respectively, and using
[수학식 6][Equation 6]
여기서, acci (i = x, y, z)는 IMU 센서로부터 획득된 x, y, z축 방향의 가속도를 의미함.Here, acc i (i = x, y, z) means acceleration in the x, y, z axis directions obtained from the IMU sensor.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 제거를 위한 물 분사 로봇의 위치 추적 방법은, 굴삭기를 작동시킨 후 굴삭기에 설치된 굴삭기 GPS를 이용한 굴삭기의 위치정보와 물 분사 로봇에 설치된 로봇 GPS를 이용한 물 분사 로봇 위치정보를 획득하는 단계; 상기 굴삭기에 설치된 IMU 센서로부터 굴삭기 몸체의 회전 각도, 암 부분이 기울어지는 각도 및 붐 부분이 기울어지는 각도를 각각 계산하는 단계; 굴삭기 몸체의 중심부에 설치되는 상기 굴삭기 GPS를 이용하여, 원점으로부터 말단 부분의 위치와 방향을 알아낼 수 있는 순기구학 방정식(Forward Kinematics Equation)을 통하여 굴삭기의 말단 부분에 해당하는 버킷 부분의 위치를 계산하는 단계; 계산된 위치값을 이용하여 굴삭기의 버킷 부분 위치와 물 분사 로봇의 둘 사이 상대 위치를 계산하여 비교하는 단계; 물 분사 로봇의 모터를 이용하여 물 분사 로봇의 물 분사구를 수직방향과 수평방향으로 움직여 굴삭기 버킷의 위치를 추적하는 단계; 물 분사 로봇 방향이 굴삭기의 버킷 부분과 일치하는지 판단하고, 일치한다면 현재 방향을 유지하는 단계;를 포함한다.A method of tracking the location of a water spraying robot for removing fine dust according to an embodiment of the present invention includes location information of the excavator using the excavator GPS installed in the excavator after operating the excavator and water spraying using the robot GPS installed in the water spraying robot. Obtaining robot location information; Calculating a rotation angle of the excavator body, an angle in which the arm portion is inclined, and an angle in which the boom portion is inclined from an IMU sensor installed in the excavator; Using the excavator GPS installed in the center of the excavator body, the position of the bucket part corresponding to the distal part of the excavator is calculated through the Forward Kinematics Equation that can find out the position and direction of the distal part from the origin. step; Calculating and comparing the position of the bucket portion of the excavator and the relative position between the two of the water spraying robot using the calculated position value; Tracking the position of the excavator bucket by moving the water spray port of the water spray robot in a vertical direction and a horizontal direction using a motor of the water spray robot; And determining whether the direction of the water spraying robot coincides with the bucket portion of the excavator, and if the direction of the water spray robot coincides with the bucket portion, maintaining the current direction.
상기에 있어서, 상기 굴삭기 버킷의 위치를 추적하는 단계는, 상기 비교시 수평방향 위치값의 차이로 인한 수평방향 에러가 발생하는 경우, 물 분사 로봇은 수평방향으로 회전하여 위치 추적하는 단계; 상기 비교시 수직방향 위치값의 차이로 인한 수직방향 에러가 발생하는 경우, 물 분사 로봇은 수직방향으로 회전하여 위치 추적하는 단계; 를 더 포함한다.In the above, the step of tracking the position of the excavator bucket may include: when a horizontal error occurs due to a difference in horizontal position value during the comparison, the water spraying robot rotates in a horizontal direction to track the position; When a vertical direction error occurs due to a difference in the vertical position value during the comparison, the water spraying robot rotates in a vertical direction to track the position; It includes more.
상기에 있어서, 상기 물 분사 로봇 방향이 굴삭기의 버킷 부분과 일치하는지 판단시 물 분사 로봇 방향이 굴삭기의 버킷 부분과 일치하지 않는 경우, 다시 계산된 위치값을 이용하여 굴삭기의 버킷 부분 위치와 물 분사 로봇의 둘 사이 상대 위치를 계산하여 비교하는 단계;를 더 포함한다.In the above, when determining whether the direction of the water spraying robot coincides with the bucket portion of the excavator, when the direction of the water spraying robot does not coincide with the bucket portion of the excavator, the position of the bucket portion of the excavator and water spraying are performed using the recalculated position value. It further includes a step of calculating and comparing the relative position between the two of the robot.
본 발명의 미세먼지 제거를 위한 물 분사 로봇의 위치 추적 시스템 및 방법은 다양한 산업 현장에서 발생하는 미세먼지를 제거하기 위해 물 분사 로봇의 위치 추적을 자동으로 수행함으로써, 산업 현장의 미세먼지를 줄이고, 쾌적한 작업 환경을 조성할 수 있는 장점이 있다.The location tracking system and method of a water spray robot for removing fine dust of the present invention automatically performs the location tracking of the water spray robot to remove fine dust generated in various industrial sites, thereby reducing fine dust in industrial sites, There is an advantage of creating a pleasant working environment.
또한, 위치 추적 알고리즘을 이용하여 정확하게 물 분사가 필요한 방향을 추적하여, 물 분사가 이루어지도록 제어할 수 있는 장점이 있다.In addition, there is an advantage of being able to accurately track a direction in which water spray is required using a location tracking algorithm, and control the water spray to occur.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 제거를 위한 물 분사 로봇의 위치 추적 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 제거를 위한 물 분사 로봇의 위치 추적 시스템의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴삭기인 굴삭기의 버킷 부분의 위치를 구하기 위한 굴삭기 좌표계 설정을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 분사 로봇의 구동 각도를 계산하기 위한 각 변수를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 제거를 위한 물 분사 로봇의 위치 추적 방법의 순서도이다.
도 6는 본 발명의 IMU 센서의 x, y, z축에 대한 회전각 θx, θy, θz를 이용한 각도 추출을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명이 가속도센서의 제어환경을 고려하여 실제 각도와 IMU 센서 각도를 비교한 실험결과를 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 표 2와 표 3의 굴삭기의 실제 GPS 좌표 및 굴삭기 GPS 센서를 이용한 실험값을 그래프로 나타낸 것을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 물 분사 로봇이 굴삭기의 버킷 부분을 제대로 추적하는지에 대한 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 10a는 GPS를 이용하여 한 점의 위치를 반복적으로 측정한 그래프이다.
도 10b는 지도에 입력하여 실제 측정한 위치와 비교하기 위한 도면이다.
도 11a는 본 발명의 실험 환경을 보여주는 도면이다.
도 11b는 도 11a의 실험 환경을 도식화한 것이다.1 is a view for explaining the configuration of a position tracking system of a water spray robot for removing fine dust according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of a position tracking system of a water spray robot for removing fine dust according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing the setting of an excavator coordinate system for obtaining a position of a bucket portion of an excavator, which is an excavator according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing each variable for calculating a driving angle of the water spray robot according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart of a method of tracking a location of a water spray robot for removing fine dust according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining angle extraction using rotation angles θx, θy, and θz with respect to the x, y, and z axes of the IMU sensor of the present invention.
7 is a graph showing an experiment result of comparing an actual angle and an IMU sensor angle in consideration of the control environment of the acceleration sensor according to the present invention.
8 is a view showing a graph showing actual GPS coordinates of the excavators of Tables 2 and 3 of the present invention and experimental values using the excavator GPS sensor.
9 is a view for explaining the experimental results of whether the water injection robot of the present invention properly tracks the bucket portion of the excavator.
10A is a graph in which the location of a point is repeatedly measured using GPS.
10B is a diagram for comparing the actual measured location by inputting it into a map.
11A is a diagram showing an experimental environment of the present invention.
Figure 11b is a schematic diagram of the experimental environment of Figure 11a.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the presented embodiments, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can add, change, or delete other elements within the scope of the same idea. Other embodiments included within the scope of the inventive concept may be easily proposed, but this will also be said to be included within the scope of the inventive concept. In addition, components having the same function within the scope of the same idea shown in the drawings of each embodiment will be described using the same reference numerals.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 제거를 위한 물 분사 로봇(100)의 위치 추적 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 제거를 위한 물 분사 로봇(100)의 위치 추적 시스템의 블록도이다.1 is a diagram for explaining the configuration of a location tracking system of a
본 발명의 미세먼지 제거를 위한 물 분사 로봇(100)의 위치 추적 시스템에서는 물 분사 로봇(100)이 주변의 건설 현장에서 미세먼지 발생원인 굴삭기를 추적하여 물 분사를 함으로써, 먼지를 억제할 수 있게 하는 자동화 시스템으로 구현된다. In the location tracking system of the
미세먼지 제거를 위한 물 분사 로봇(100)의 위치 추적 시스템은 물 분사 로봇(100)의 위치정보를 획득하는 로봇 GPS(110)와, 물 분사 로봇(100)이 향해야 할 방향을 가리키도록 회전 구동하는 모터(120)를 구비한 물 분사 로봇(100)을 포함한다.The location tracking system of the
특히 물 분사 로봇(100)은 굴삭기에 설치된 굴삭기 GPS(210)로부터 굴삭기의 위치정보를 전송받고, 상기 굴삭기의 위치와 물 분사 로봇(100)의 위치를 통해 둘 사이의 상대 위치를 계산하고, 상기 모터(120)를 이용하여 상기 물 분사 로봇(100)이 향해야 할 방향을 가리키도록 제어함으로써, 해당 방향에서 상기 굴삭기에 물 분사가 이루어지도록 한다. 이를 위해 물 분사 로봇(100)은 로봇 GPS(110), 모터(120)를 포함하며, 굴삭기의 위치정보를 계산하여 모터(120)를 회전 이동하는 자동 제어 프로그램 및 위치정보 전송을 위한 무선 통신 기능이 구비되는 로봇컨트롤러(130)가 추가로 포함될 수도 있다.In particular, the
본 발명의 실시예에서는 먼지를 다량 발생시킬 수 있는 건설현장에서 파쇄, 해체 작업 등을 수행하는 주요 굴삭기인 굴삭기(200)의 버킷을 추적하여 물 분사에 의해 먼지를 억제할 수 있게 하는 자동화 시스템에 대해 개시한다. In an embodiment of the present invention, an automated system capable of suppressing dust by spraying water by tracking the bucket of the
굴삭기(200)와 물 분사 로봇(100)의 위치를 알아내기 위해 굴삭기(200)와 물 분사 로봇(100)의 중심부에 각각 굴삭기 GPS(210)(예 : Beitian사의 BN-880 모델) 및 로봇 GPS(110)를 설치하여 GPS 위치정보에 기반하여 각 굴삭기(200)와 물 분사 로봇(100)의 절대위치(Absolute Positon)를 얻는다.Excavator GPS 210 (e.g., Beitian's BN-880 model) and robot GPS at the centers of the
굴삭기(200)의 말단 위치를 얻기 위해 굴삭기 GPS(210) 위치정보를 원점으로 하는 순기구학 방정식(Forward Kinematics Equation)을 이용한다.In order to obtain the end position of the
굴삭기(200) 몸체의 회전 각도, 암 부분이 기울어지는 각도 및 붐 부분이 기울어지는 각도는 각각 몸체, 암, 붐 부분에 설치되는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서(예 : GY SENSOR사의 GY-86모델)를 이용하여 얻어낸다.The rotation angle of the body of the
이후, 계산된 굴삭기(200)의 버킷 위치와 물 분사 로봇(100) 위치를 통해 둘 사이의 상대 위치를 계산할 수 있으며, 이를 통해 물 분사 로봇(100)의 모터(120)(예 : ROBOTIS사의 AX-12A Dynamixel)를 이용하여 물 분사 로봇(100)이 향해야 할 방향을 가리키게 된다. 최종적으로 물 분사 로봇(100)이 굴삭기(200)의 버킷 위치를 추적하게 된다. Thereafter, the relative position between the two can be calculated through the calculated bucket position of the
본 발명의 미세먼지 제거를 위한 물 분사 로봇(100)의 위치 추적 시스템의 굴삭기 위치 추적 알고리즘을 구현하기 위한 소프트웨어로는 National Instrument 사의 LabVIEW가 사용되었다.LabVIEW of National Instrument Co., Ltd. was used as software for implementing the excavator position tracking algorithm of the position tracking system of the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴삭기인 굴삭기(200)의 버킷 부분의 위치를 구하기 위한 굴삭기(200) 좌표계 설정을 보여주는 도면이며, (x*, y*, z*)를 구하기 위한 굴삭기(200)의 좌표계 설정을 보여준다. 3 is a view showing the setting of the coordinate system of the
실제 건설현장에서 이용되는 굴삭기(200)의 말단 부분은 크러셔(Crusher)를 이용하지만, 본 발명의 예시에서는 굴삭기(200)에 일반적으로 사용되는 버킷을 이용하며, 굴삭기(200) 버킷의 위치를 알기 위해서 버킷에 바로 GPS(Global Positioning System)를 장착하는 것이 해당 부분의 위치정보를 쉽게 알아낼 수 있다.The end portion of the
하지만 실제 산업현장에서 운용되는 굴삭기(200)는 현장에서 발생한 먼지를 비롯하여 철거 시 생성되는 건물 잔해와 접촉하면서 다양한 불순물이 직접적으로 닿을 가능성이 커 버킷 부분에 직접 GPS를 부착할 수 없다. However, the
따라서 본 발명에서는 굴삭기 GPS(210)를 굴삭기(200) 몸체의 중심부에 설치 후 설치된 굴삭기 몸체의 원점으로부터 굴삭기(200) 말단의 위치와 방향을 알아낼 수 있는 순기구학 방정식을 통하여 굴삭기(200) 말단인 버킷 부분의 위치를 계산할 수 있다.Therefore, in the present invention, the
이때, 원점 O0에서 굴삭기(200)가 회전하는 각도(θ1), 붐 부분이 기울어지는 각도(θ2), 암 부분이 기울어지는 각도(θ3)인 θi(i = 1,2,3)는 각 위치에 설치된 IMU 센서(220)를 통해 얻을 수 있다.At this time, the angle at which the
인접한 두 좌표계의 관계를 설명하는 동차행렬(Homogeneous Matrix)인 수학식 1을 통해 O0에서 부터 O3까지의 좌표변환을 계산할 수 있으며, 계산된 각 동차변환행렬은 수학식 2를 통해 원점으로부터 버킷까지의 변환이 계산된다. Coordinate transformations from O 0 to O 3 can be calculated through
굴삭기(200)의 원점인 O0의 위치는 굴삭기(200)에 부착된 굴삭기 GPS(210)를 통해 알 수 있다. 이 때 ai (i = 1, 2, 3)는 각 링크의 길이를, Φi (i= 1, 2, 3)는 회전이 반시계 방향일 때 xi (i = 0, 1, 2, 3)축에 대한 zi-1 (i = 1, 2, 3)과 zi (i = 1, 2, 3) 축 사이의 각도를 의미한다. The location of O 0 , which is the origin of the
또한, di (i= 1, 2, 3)는 각 링크의 i (i = 1, 2, 3)번째 조인트 사이의 오프셋 길이로 본 발명에서는 0으로 계산된다.In addition, d i (i = 1, 2, 3) is an offset length between the i (i = 1, 2, 3)-th joint of each link and is calculated as 0 in the present invention.
계산된 전체 변환은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있으며, 은 끝 점의 회전행렬(Rotation Matrix)을 표기한 것이고, 는 굴삭기(200) 위치를 벡터로 나타낸 것을 의미한다. The calculated total transformation can be expressed as
는 수학식 3으로 표현되어 굴삭기(200)의 버킷 부분의 위치(x*, y*, z*)를 계산할 수 있다. Is expressed by Equation 3 to calculate the position (x*, y*, z*) of the bucket portion of the
여기서 θ1은 굴삭기(200)가 회전하는 각도, θ2은 붐 부분이 기울어지는 각도, θ3은 암 부분이 기울어지는 각도이다.Here, θ 1 is an angle at which the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 분사 로봇(100)의 구동 각도를 계산하기 위한 각 변수를 나타낸 도면이다.4 is a view showing each variable for calculating a driving angle of the
물 분사 로봇(100)은 물 분사구를 수직방향과 수평방향으로 움직여 굴삭기(200) 버킷의 위치를 추적한다. The
굴삭기의 위치를 추적하기 위해서, 굴삭기인 굴삭기(200) 버킷 부분의 위치(x*, y*, z*)와 물 분사 로봇(100)의 상대위치(Relative Position)를 계산한다.In order to track the position of the excavator, the position (x*, y*, z*) of the bucket portion of the
물 분사 로봇(100)의 위치정보는 장착된 로봇 GPS(110)를 통해 측정할 수 있으며, 물 분사 로봇(100)과 굴삭기(200) 버킷 부분의 상대위치는 위도 차인 l과 경도 차인 y*로 표현된다. The location information of the
계산된 위치 차이값은 역탄젠트(Arctangent)를 이용하여 계산되는 수학식 4와 수학식 5에 대입되어 물 분사 로봇(100)이 향해야 할 각도 αyaw, βpitch를 계산한다. The calculated position difference value is substituted into
αyaw는 수평방향으로 회전하는 각도이며 βpitch는 수직방향으로 회전하는 각도로 나타낼 수 있다. 계산된 각도로 물 분사 로봇(100)의 구동 방향이 결정되고, 굴삭기(200) 버킷의 위치를 추적 후 물을 분사하여 먼지를 억제시킨다.α yaw is the angle of rotation in the horizontal direction and β pitch can be expressed as the angle of rotation in the vertical direction. The driving direction of the
또한, 상술한 버킷 부분의 위치 계산 과정(수학식 3)에서 IMU 센서(220)로부터 각도 변환 과정인 수학식 6을 이용하여 굴삭기(200) 몸체의 회전 각도, 붐의 기울어진 각도 및 암의 기울어진 각도를 계산할 수 있다.In addition, the rotation angle of the body of the
여기서, acci (i = x, y, z)는 IMU 센서(220)로부터 획득된 x, y, z축 방향의 가속도를 의미한다.Here, acc i (i = x, y, z) means acceleration in the x, y, z axis directions obtained from the
본 발명에서는 도 6에 도시된 바와 같이 IMU 센서(220)의 x, y, z축에 대한 회전각 θx, θy, θz를 이용하여 각도를 추출한다. In the present invention, as shown in FIG. 6, the angle is extracted using the rotation angles θx, θy, and θz of the
그리고 진동에 다소 취약한 가속도 센서의 특성을 보완하기 위해 발생 노이즈를 감소시키는 저역 통과 필터(Low Pass Filter)를 이용한다.In addition, in order to compensate for the characteristics of the acceleration sensor, which is somewhat vulnerable to vibration, a low pass filter that reduces generated noise is used.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 제거를 위한 물 분사 로봇의 위치 추적 방법의 순서도이다.5 is a flowchart of a method of tracking a location of a water spray robot for removing fine dust according to an embodiment of the present invention.
먼저 굴삭기(200)를 작동시킨 후 굴삭기(200)의 굴삭기 GPS(210)를 이용한 굴삭기(200)의 위치정보와 물 분사 로봇(100)에 설치된 로봇 GPS(110)를 이용하여 물 분사 로봇(100)의 위치정보를 획득할 수 있다(S100, S102, S104).First, after operating the
이후 굴삭기(200) 몸체, 암(arm), 붐(boom)에 설치된 IMU 센서(220)로부터 굴삭기(200) 몸체 회전 각도, 암이 기울어진 각도 및 붐 부분이 기울어지는 각도를 각각 계산한다(S106).Thereafter, the body of the
또한 굴삭기 GPS(210)가 설치된 굴삭기(200) 몸체의 중심부에서, 원점으로부터 말단(끝점) 부분의 위치와 방향을 알아낼 수 있는 순기구학 방정식(Forward Kinematics Equation)을 통하여 굴삭기(200)의 버킷 부분의 위치를 계산한다(S108).In addition, in the center of the body of the
이후 계산된 위치값을 이용하여 굴삭기(200)의 버킷 부분에 해당하는 말단 위치와 물 분사 로봇(100)의 둘 사이 상대 위치를 계산하여 비교한다(S110). Thereafter, by using the calculated position value, the end position corresponding to the bucket portion of the
이후 물 분사 로봇(100)의 모터(120)를 이용하여 물 분사 로봇(100)의 물 분사구를 수평방향과 수직방향으로 움직여 굴삭기(200) 버킷의 위치를 추적할 수 있다. Thereafter, the position of the bucket of the
즉, 상기 비교시 수평방향 위치값의 차이로 인한 수평방향 에러가 발생하는 경우, 물 분사 로봇(100)은 수평방향으로 회전할 수 있으며, 상기 비교시 수직방향 위치값의 차이로 인한 수직방향 에러가 발생하는 경우, 물 분사 로봇(100)은 수직방향으로 회전하여 위치를 조정할 수 있다(S112, S114, S116, S118).That is, when a horizontal direction error occurs due to a difference in the horizontal position value during the comparison, the
위치 조정 이후 물 분사 로봇(100) 방향이 굴삭기(200)의 말단(끝점)과 일치하는지 판단한다(S120).After the position adjustment, it is determined whether the direction of the
만약 S120 단계에서 물 분사 로봇(100) 방향이 굴삭기(200)의 말단과 일치하지 않는다면, S110 단계로 복귀하여 다시 상대 위치를 계산하여 비교할 수 있다.If the direction of the
S120 단계에서 일치하는 경우, 현재 방향이 유지된 채로 물을 분사하여 먼지를 억제시킬 수 있다(S122). If they match in step S120, dust can be suppressed by spraying water while maintaining the current direction (S122).
본 발명에서 사용되는 IMU 센서(220)의 오차 범위를 측정하기 위한 실험을 진행하였다. 도 7과 표 1이 가속도센서의 제어환경을 고려하여 측정한 실험결과를 보여준다.An experiment was conducted to measure the error range of the
실제 측정하고자 하는 각도는 0˚, 30˚, 45˚, 60˚로 설정하였고, 이 각도를 IMU 센서(220)로 측정하여 정확한 값을 추출해 내는지에 대한 실험을 진행하였다. 센서값의 최대 오차는 3.43˚로, 비교적 정확한 각도가 추출됨을 알 수 있다.The actual angles to be measured were set to 0˚, 30˚, 45˚, and 60˚, and an experiment was conducted to see if the correct value was extracted by measuring this angle with the
본 발명에 구비된 로봇 GPS(110) 및 굴삭기 GPS(210)를 사용하여 한 점의 위치를 반복적으로 측정하여 도 10a와 같은 그래프로 나타냈다.The position of a point was repeatedly measured using the
도 10a의 값을 도 10b와 같이 지도에 입력하여 실제 측정한 위치와 비교해 본 결과, 실제 위치와 GPS로 측정한 값의 위치는 최소 7 m, 최대 16 m까지 차이가 발생하는 것을 확인했다. 이러한 오차를 줄이기 위해 최근 1분 동안 반복적으로 측정한 GPS 값들의 평균을 사용하였다.As a result of comparing the value of FIG. 10A with the actual measured location by inputting the value into the map as shown in FIG. 10B, it was confirmed that the difference between the actual location and the location measured by GPS is at least 7 m and up to 16 m. To reduce this error, the average of the GPS values repeatedly measured for the last minute was used.
이때 1분의 기준은 실제 굴삭기(200)가 한 자리에 오래 머물러 철거작업을 진행하는 점을 고려하여 설정하였다. 그리고 평균값을 내어 실험한 결과, 실제로 측정한 위치와 실험의 평균값 위치의 차이가 도 10a에서와 같이 3 m 이내로 확연히 감소한 것을 확인할 수 있다.At this time, the standard of one minute was set in consideration of the fact that the
본 발명의 GPS 기반 위치추적 실험은 GPS의 정확도를 높임으로써 물 분사 로봇(100)이 굴삭기를 정확하게 추적할 수 있도록 하는 것이다. 따라서 굴삭기(200)와 물 분사 로봇(100) 사이의 정확한 위치 차를 알아내는 것이 중요하다. In the GPS-based location tracking experiment of the present invention, the
보정한 두 개의 로봇 GPS(110) 및 굴삭기 GPS(210)를 굴삭기(200)와 물 분사 로봇(100) 상에 각각 하나씩 부착하고, 두 위치 사이의 위도와 경도를 측정하였다. 그리고 이 위치를 바탕으로 상대위치를 계산하는 실험을 진행하였다. 실험은 물 분사 로봇(100)을 기준으로 굴삭기(200)의 위치를 서쪽 4번, 동쪽 4번으로 실험했다. 이때 기준으로부터의 거리는 4.5 m이다.Two calibrated
표 2와 표 3은 굴삭기(200)를 물 분사 로봇(100)의 동쪽과 서쪽에 배치하여 실험하였을 때의 위치 계산값과 최대 오차값을 보여준다.Tables 2 and 3 show the calculated position value and the maximum error value when the
도 8은 표 2와 표 3의 실험값을 그래프로 나타낸 것이다. 실험 결과, 최대 위치 오차는 약 1.2 m로 측정된다. 일반적인 물 분사 로봇(100)은 반경 1 m 이상을 차지하는 물 분사 노즐을 사용하므로 실험으로 측정된 그래프 상의 오차는 실제 시스템을 구현하는데 허용되는 오차라 할 수 있다.8 is a graph showing the experimental values in Tables 2 and 3. As a result of the experiment, the maximum positional error is measured to be about 1.2 m. Since the general
앞서 정확도를 높인 GPS를 이용하여 위치추적 시스템의 정확성을 실험하기 위하여 실제 작업환경과 유사하게 구현하였다. 그러나 실제 굴삭기(200)의 사용이 어려워 붐 길이가 47 cm, 암 길이가 20 cm인 소형 모형 굴삭기(200)를 실험에 사용하였고, 물 분사 로봇(100)의 직접적인 물 분사 구현이 어려워 중심부에 분사 지점을 가리킬 수 있는 레이저 포인터를 장착하여 위치 추적하는 모습을 확인할 수 있도록 하였다. 물 분사 로봇(100)의 위도 차는 4.5 m, 경도 차는 0 m로 설정하였다. 도 11a가 구현한 실험 환경을 나타내며, 도 11b가 실험 환경을 도식화한 것이다. 실험 시 굴삭기 GPS(210)의 측정 위치를 고정시켜 굴삭기(200)가 한 자리에 멈춰 붐과 암을 구동하며 작업하는 상황을 가정하였다.In order to test the accuracy of the location tracking system using GPS with improved accuracy, it was implemented similarly to the actual work environment. However, since it was difficult to use the
실험 환경 세팅 후, 실제 작업 모습과 유사하게 굴삭기(200)의 팔을 움직여 팔이 작동되는 동시에 물 분사 로봇(100)이 굴삭기(200)의 버킷 부분을 제대로 추적하는지에 대한 실험을 진행하였다. 굴삭기(200) 버킷 상의 한 점은 도 9의 y - z 그래프 상 Pi (i = 1, 2, 3)와 같은 경로를 그리며 움직였으며, Pi의 위치가 변경됨에 따라 물 분사 로봇(100)에 설치된 레이저 포인터는 도 9의 Pi' (i = 1, 2, 3)의 위치를 가리켰다.After setting the experimental environment, an experiment was conducted on whether the
물 분사 로봇(100)의 위치추적 정확성 파악을 위해 도 9의 Pi점과 Pi' (i = 1, 2, 3)점의 위치의 좌표를 비교하여 표 4에 나타내었다. y값의 최대 오차는 0.025 m, z값의 최대 오차는 0.035 m로, 본 발명에서 사용한 굴삭기(200)의 버킷 길이인 0.16 m의 4분의 1 길이인 0.04 m보다도 작다는 결과를 보여준다. Of Fig for positioning accuracy observation of the water jet robot (100) 9 P i and
이는 물 분사 로봇(100)이 분사하는 물의 위치가 먼지가 발생하는 굴삭기(200) 버킷의 위치 범위에 안정적으로 포함된다는 것을 의미한다. 따라서 물 분사 로봇(100)은 굴삭기(200)의 버킷 부분이 움직일 때마다 정확한 위치 추적을 하고 있다는 것을 알 수 있으며, 추후 실제 크기의 굴삭기(200)를 이용하여 미세먼지 억제 작업을 진행할 경우에도 정확한 추적 모습을 보일 것으로 판단된다.This means that the location of the water sprayed by the
100 : 물 분사 로봇 110 : 로봇 GPS
120 : 모터 130 : 로봇컨트롤러
200 : 굴삭기 210 : 굴삭기 GPS
220 : IMU 센서 100: water spraying robot 110: robot GPS
120: motor 130: robot controller
200: excavator 210: excavator GPS
220: IMU sensor
Claims (8)
상기 굴삭기에 설치된 IMU 센서로부터 굴삭기 몸체의 회전 각도, 암 부분이 기울어지는 각도 및 붐 부분이 기울어지는 각도를 각각 계산하는 단계;
굴삭기 몸체의 중심부에 설치되는 상기 굴삭기 GPS를 이용하여, 원점으로부터 말단 부분의 위치와 방향을 알아낼 수 있는 순기구학 방정식(Forward Kinematics Equation)을 통하여 굴삭기의 말단 부분에 해당하는 버킷 부분의 위치를 계산하는 단계;
계산된 위치값을 이용하여 굴삭기의 버킷 부분 위치와 물 분사 로봇의 둘 사이 상대 위치를 계산하여 비교하는 단계;
물 분사 로봇의 모터를 이용하여 물 분사 로봇의 물 분사구를 수직방향과 수평방향으로 움직여 굴삭기 버킷의 위치를 추적하는 단계;
물 분사 로봇 방향이 굴삭기의 버킷 부분과 일치하는지 판단하고, 일치한다면 현재 방향을 유지하는 단계;
상기 물 분사 로봇 방향이 굴삭기의 버킷 부분과 일치하는지 판단시 물 분사 로봇 방향이 굴삭기의 버킷 부분과 일치하지 않는 경우, 다시 계산된 위치값을 이용하여 굴삭기의 버킷 부분 위치와 물 분사 로봇의 둘 사이 상대 위치를 계산하여 비교하는 단계를 포함하되,
상기 굴삭기 버킷의 위치를 추적하는 단계는,
상기 비교하는 단계에서, 수평방향 위치값의 차이로 인한 수평방향 에러가 발생하는 경우, 물 분사 로봇은 수평방향으로 회전하여 위치 추적하는 단계;
상기 비교하는 단계에서, 수직방향 위치값의 차이로 인한 수직방향 에러가 발생하는 경우, 물 분사 로봇은 수직방향으로 회전하여 위치 추적하는 단계;를 더 포함하며,
상기 IMU 센서는 저역 통과 필터(Low Pass Filter)를 이용하여, 진동에 다소 취약한 IMU 센서의 가속도 특성을 보완하도록 발생 노이즈를 감소시키고,
상기 물 분사 로봇은, 상기 계산된 상대 위치를 이용하여 물 분사 로봇의 구동 각도를 계산하고, 계산된 구동 각도에 따라 상기 모터를 이용하여 물 분사 로봇이 향해야 할 방향을 가리키도록 제어함으로써, 해당 방향에서 상기 굴삭기의 버킷 위치를 추적하여 물 분사가 이루어지고,
상기 굴삭기 GPS를 굴삭기 몸체의 중심부에 설치하고,
설치 후 설치된 굴삭기 몸체의 원점으로부터 버킷의 위치와 방향을 알아낼 수 있는 하기의 수학식 1 및 수학식 2를 통하여 굴삭기 버킷 부분의 위치를 계산할 수 있으며,
상기 굴삭기 버킷 부분의 위치는
굴삭기 몸체의 회전 각도, 붐 부분이 이루어지는 각도 및 암 부분이 기울어지는 각도를 이용하여, 하기의 수학식 3을 통해 계산하며,
상기 물 분사 로봇의 구동 각도는
하기의 수학식 4 및 수학식 5를 이용하여 각각 수평방향으로 회전하는 각도와 수직방향으로 회전하는 각도로 나누어 계산하며,
상기 굴삭기 몸체의 회전 각도, 붐 부분이 이루어지는 각도 및 암 부분이 기울어지는 각도는
상기 굴삭기 몸체, 붐 및 암에 IMU 센서를 설치하고,
하기의 수학식 6을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는, 미세먼지 제거를 위한 물 분사 로봇의 위치 추적 방법.
[수학식 1]
여기서, ai (i = 1, 2, 3)는 각 링크의 길이를, Φi (i= 1, 2, 3)는 회전이 반시계 방향일 때 xi (i = 0, 1, 2, 3)축에 대한 zi-1 (i = 1, 2, 3)과 zi (i = 1, 2, 3) 축 사이의 각도를 의미함.
[수학식 2]
여기서, 은 끝 점의 회전행렬(Rotation Matrix)을 표기한 것이고, 는 굴삭기 위치를 벡터로 나타낸 것을 의미함.
[수학식 3]
여기서 (x*, y*, z*)는 굴삭기 버킷 부분의 위치를 의미함.
[수학식 4]
여기서, αyaw는 수평방향으로 회전하는 각도, l은 물 분사 로봇과 굴삭기 버킷 부분의 상대위치에서 위도 차, y*은 물 분사 로봇과 굴삭기 버킷 부분의 상대위치에서의 경도 차를 의미함.
[수학식 5]
여기서, βpitch는 수직방향으로 회전하는 각도, l은 물 분사 로봇과 굴삭기 버킷 부분의 상대위치에서 위도 차를 의미함.
[수학식 6]
여기서, acci (i = x, y, z)는 IMU 센서로부터 획득된 x, y, z축 방향의 가속도를 의미함.After operating the excavator, acquiring location information of the excavator using the excavator GPS installed in the excavator and the location information of the water spraying robot using the robot GPS installed in the water spraying robot;
Calculating a rotation angle of the excavator body, an angle in which the arm portion is inclined, and an angle in which the boom portion is inclined from the IMU sensor installed in the excavator;
Using the excavator GPS installed in the center of the excavator body, the position of the bucket part corresponding to the distal part of the excavator is calculated through the Forward Kinematics Equation that can find out the position and direction of the distal part from the origin. step;
Calculating and comparing the position of the bucket portion of the excavator and the relative position between the two of the water spray robot using the calculated position value;
Tracking the position of the excavator bucket by moving the water spray port of the water spray robot in a vertical direction and a horizontal direction using a motor of the water spray robot;
Determining whether the direction of the water spraying robot coincides with the bucket portion of the excavator, and if the direction of the water spray robot coincides with the bucket portion of the excavator, maintaining the current direction;
When determining whether the direction of the water spraying robot coincides with the bucket portion of the excavator, if the direction of the water spraying robot does not coincide with the bucket portion of the excavator, the position of the bucket portion of the excavator and the two of the water spraying robot are used using the recalculated position value. Including the step of calculating and comparing the relative position,
Tracking the position of the excavator bucket,
In the comparing step, when a horizontal direction error occurs due to a difference in the horizontal position value, the water spraying robot rotates in the horizontal direction to track the position;
In the comparing step, when a vertical direction error occurs due to a difference in the vertical position value, the water spraying robot rotates in a vertical direction to track the position; further comprising,
The IMU sensor uses a low pass filter to reduce generated noise to compensate for the acceleration characteristics of the IMU sensor, which is somewhat vulnerable to vibration,
The water spray robot calculates a driving angle of the water spray robot using the calculated relative position, and controls the water spray robot to point in the direction to be directed using the motor according to the calculated driving angle. Water injection is made by tracking the position of the bucket of the excavator in the direction,
The excavator GPS is installed in the center of the excavator body,
The position of the excavator bucket part can be calculated through Equation 1 and Equation 2 below, which can find out the position and direction of the bucket from the origin of the installed excavator body after installation,
The position of the excavator bucket part is
Using the rotation angle of the excavator body, the angle at which the boom part is formed, and the angle at which the arm part is inclined, it is calculated through Equation 3 below,
The driving angle of the water spraying robot is
It is calculated by dividing the angle rotating in the horizontal direction and the angle rotating in the vertical direction, respectively, using Equations 4 and 5 below,
The rotation angle of the excavator body, the angle at which the boom part is formed, and the angle at which the arm part is inclined is
IMU sensors are installed on the excavator body, boom and arm,
A method of tracking the location of a water spray robot for removing fine dust, characterized in that it is calculated using Equation 6 below.
[Equation 1]
Here, a i (i = 1, 2, 3) is the length of each link, and Φ i (i = 1, 2, 3) is x i (i = 0, 1, 2, when the rotation is counterclockwise) 3) It refers to the angle between the z i -1 (i = 1, 2, 3) and z i (i = 1, 2, 3) axes with respect to the axis.
[Equation 2]
here, Is the rotation matrix of the end point, Means that the excavator position is expressed as a vector.
[Equation 3]
Here, (x*, y*, z*) means the position of the excavator bucket part.
[Equation 4]
Here, α yaw is the angle of rotation in the horizontal direction, l is the difference in latitude at the relative position between the water spraying robot and the excavator bucket, and y* represents the difference in hardness at the relative position between the water spraying robot and the excavator bucket.
[Equation 5]
Here, β pitch is the angle of rotation in the vertical direction, and l is the difference in latitude at the relative position between the water spray robot and the excavator bucket part.
[Equation 6]
Here, acc i (i = x, y, z) means acceleration in the x, y, z axis directions obtained from the IMU sensor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190106043A KR102222446B1 (en) | 2019-08-28 | 2019-08-28 | Water spraying robot automated tracking system for dust suppression and method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190106043A KR102222446B1 (en) | 2019-08-28 | 2019-08-28 | Water spraying robot automated tracking system for dust suppression and method thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR102222446B1 true KR102222446B1 (en) | 2021-03-03 |
Family
ID=75151014
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020190106043A KR102222446B1 (en) | 2019-08-28 | 2019-08-28 | Water spraying robot automated tracking system for dust suppression and method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102222446B1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101472026B1 (en) * | 2014-06-17 | 2014-12-15 | 박종협 | Sensor-based motion control scattering dust suppression system |
-
2019
- 2019-08-28 KR KR1020190106043A patent/KR102222446B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101472026B1 (en) * | 2014-06-17 | 2014-12-15 | 박종협 | Sensor-based motion control scattering dust suppression system |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
(비특허문헌 001) Leung, K. K., Liu, C., Wong, C. C., Lo, J. C. Y., and Ng, G. C.T., "On the Study of Ventilation and Pollutant Removal OverIdealized Two-Dimensional Urban Street Canyons," Building Simulation, Vol. 5, No. 4, 2012. |
(비특허문헌 002) Michioka, T., Sato, A., Takimoto, H., and Kanda, M., "Large-Eddy Simulation for the Mechanism of Pollutant Removal from a Two-Dimensional Street Canyon," Boundary-Layer Meteorology, Vol. 138, No. 2, |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10876307B2 (en) | Construction management system and method | |
US10385542B2 (en) | Construction management system, construction management method, and management device | |
US9746329B2 (en) | Systems and methods for augmenting an inertial navigation system | |
US9522809B2 (en) | Determining a crane tilt angle | |
JP6727740B2 (en) | Heading control of excavator | |
US20120059554A1 (en) | Automatic Blade Control System during a Period of a Global Navigation Satellite System ... | |
US9988787B1 (en) | System for determining position of a vehicle | |
JP2007064853A (en) | Controller, system and program for positioning mobile object by using complex positioning | |
KR101886798B1 (en) | Work equipment control device and work machine | |
CN105164551A (en) | Position identification system with multiple cross-checks | |
JPH1047961A (en) | Control system and control method | |
JP2013520593A (en) | System and method for determining a position on an instrument relative to a reference position on a machine | |
WO2015120411A1 (en) | Determining a crane tilt angle | |
CN113874862A (en) | Construction machine | |
JPWO2017115879A1 (en) | Work machine control system, work machine control method, and navigation controller | |
JP2017155563A (en) | Construction work support system for work vehicle, and protection target position data creation system | |
CN103669362B (en) | To close a position machine Real-Time Monitoring navigation system and method | |
JP7215742B2 (en) | Construction Machinery Management System, Construction Machinery Management Program, Construction Machinery Management Method, Construction Machinery and External Management Device for Construction Machinery | |
KR102222446B1 (en) | Water spraying robot automated tracking system for dust suppression and method thereof | |
JP7419119B2 (en) | working machine | |
WO2020121933A1 (en) | Construction machinery management system, construction machinery management program, construction machinery management method, construction machinery, and external management device for construction machinery | |
GB2490679A (en) | Control of work machine to avoid damage to utilities | |
JP7195663B1 (en) | Construction machine display method, construction machine display control system, and construction machine display control program | |
JP6878051B2 (en) | How to get the position correction amount of the soil removal plate | |
JP7039746B1 (en) | Work machine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
AMND | Amendment | ||
X091 | Application refused [patent] | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant |