KR102402254B1 - 휠 로더의 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

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허연행
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현대두산인프라코어 주식회사
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Abstract

휠 로더의 제어 시스템은 운전실 상에 설치되어 상기 운전실 전방의 물체에 대한 형상 정보 데이터를 획득하기 위한 상부 센서, 전방 차체 상에 설치되어 상기 전방 차체 전방의 물체에 대한 형상 정보 데이터를 획득하기 위한 하부 센서, 상기 전방 차체에 회전 가능하도록 연결된 작업 장치의 위치를 검출하기 위한 작업 장치 위치 검출부, 및 상기 상부 센서 및 상기 하부 센서로부터 상기 물체에 대한 형상 정보 데이터를 수신하고 상기 검출된 작업 장치의 위치에 따라 상기 상부 센서 및 상기 하부 센서 중에서 선택된 어느 하나의 정보 데이터에 기초하여 상기 물체와의 거리를 산출하기 위한 장애물 감지 제어 장치를 제공하기 위한 데이터 처리 장치를 포함한다.

Description

휠 로더의 제어 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD OF CONTROLLING WHEEL LOADER}
본 발명은 휠 로더의 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 휠 로더의 상차 또는 덤프 작업 시에 전방 장애물을 인지하기 위한 제어 시스템 및 이를 이용한 휠 로더의 제어 방법에 관한 것이다.
휠 로더는 건설 현장에서, 흙, 모래 등과 같은 적재물을 굴삭하여 운반하고 덤프 트럭과 같은 화물 차량에 로딩하는 작업 등을 수행하는 데 널리 사용되고 있다. 이러한 상차 작업 시에 상기 적재물이 적재된 버켓을 들어올린 상태로 트럭에 접근하여야 한다. 이 때, 들어올려진 버켓과 같은 작업 장치에 의해 운전자의 전방 시야가 제한될 수 있다. 또한, 상기 휠 로더가 무인 자동화 작업을 수행하고자 할 경우 상기 트럭과 같은 전방 장애물과의 거리를 정확하게 측정하기 위한 장치가 요구된다.
특허문헌 1: 한국등록특허 10-1859229호 특허문헌 2: 한국공개특허공보 10-2016-0094591호
본 발명의 일 과제는 전방 물체와의 거리를 정확하게 인지하여 작업 효율성을 향상시키고 무인 자동화 작업 시 차량 접근 거리를 효과적으로 제어할 수 있는 휠 로더의 제어 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는 상술한 제어 시스템을 이용한 휠 로더의 제어 방법을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더의 제어 시스템은 운전실 상에 설치되어 상기 운전실 전방의 물체에 대한 형상 정보 데이터를 획득하기 위한 상부 센서, 전방 차체 상에 설치되어 상기 전방 차체 전방의 물체에 대한 형상 정보 데이터를 획득하기 위한 하부 센서, 상기 전방 차체에 회전 가능하도록 연결된 작업 장치의 위치를 검출하기 위한 작업 장치 위치 검출부, 및 상기 상부 센서 및 상기 하부 센서로부터 상기 물체에 대한 형상 정보 데이터를 수신하고 상기 검출된 작업 장치의 위치에 따라 상기 상부 센서 및 상기 하부 센서 중에서 선택된 어느 하나의 정보 데이터에 기초하여 상기 물체와의 거리를 산출하기 위한 장애물 감지 제어 장치를 제공하기 위한 데이터 처리 장치를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 상부 센서는 라이다(LiDAR) 센서 또는 스테레오 카메라 센서를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 하부 센서는 레이다(Radar) 센서, 초음파 센서 또는 스테레오 카메라 센서를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 장애물 감지 제어 장치는, 상기 작업 장치 위치가 기 설정된 위치보다 낮을 때 상기 상부 센서로부터의 데이터에 기초하여 상기 물체와의 거리를 산출하고, 상기 작업 장치 위치가 상기 기 설정된 위치보다 높을 때 상기 하부 센서로부터의 데이터에 기초하여 상기 물체와의 거리를 산출할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 장애물 감지 제어 장치는 상기 휠 로더의 무인 자동화 작업을 위해 상기 물체의 거리 정보를 관제부로 송신할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 작업 장치 위치 검출부는 상기 작업 장치 중에서 붐의 회전 각도를 검출하기 위한 붐 각도 센서를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더의 제어 방법에 있어서, 운전실 상에 설치된 상부 센서로부터 상기 운전실 전방의 물체에 대한 형상 정보 데이터를 수신한다. 전방 차체 상에 설치된 하부 센서로부터 상기 전방 차체 전방의 물체에 대한 형상 정보 데이터를 수신한다. 상기 전방 차체에 회전 가능하도록 연결된 작업 장치의 위치를 검출한다. 상기 검출된 작업 장치의 위치에 따라 상기 상부 센서 및 상기 하부 센서 중에서 선택된 어느 하나의 정보 데이터에 기초하여 상기 물체와의 거리를 산출한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 물체와의 거리를 산출하는 것은 상기 작업 장치 위치가 기 설정된 위치보다 낮을 때 상기 상부 센서로부터의 데이터에 기초하여 상기 물체와의 거리를 산출하고, 그리고 상기 작업 장치 위치가 기 설정된 위치보다 높을 때 상기 하부 센서로부터의 데이터에 기초하여 상기 물체와의 거리를 산출하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은, 상기 휠 로더의 무인 자동화 작업을 위해 상기 물체의 거리 정보를 관제부로 송신하는 것을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 상부 센서는 라이다(LiDAR) 센서 또는 스테레오 카메라 센서를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 하부 센서는 레이다(Radar) 센서, 초음파 센서 또는 스테레오 카메라 센서를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 작업 장치의 위치를 검출하는 것은 상기 작업 장치 중에서 붐의 회전 각도를 검출하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 휠 로더의 제어 시스템은 상기 휠 로더의 전방 장애물 감지 장치로서 운전실 상에 설치된 상부 센서로서의 제1 센서 및 전방 차체 상에 설치된 하부 센서로서의 제2 센서를 포함할 수 있다. 상기 제어 시스템은 작업 장치(붐 또는 버켓)의 위치에 따라 전방 장애물(트럭, 호퍼)과의 거리를 측정하는 주체를 변환할 수 있다. 즉, 상기 작업 장치가 상대적으로 낮은 위치에 있을 경우, 상기 하부 센서에 의한 장애물 감지 기능이 오프(OFF)되고 상기 상부 센서에 의한 장애물 감지 기능이 온(ON)되어 전방의 장애물과의 거리를 측정할 수 있다. 한편, 상기 작업 장치가 상대적으로 높은 위치에 있을 경우, 상기 상부 센서에 의한 장애물 감지 기능이 오프(OFF)되고 상기 하부 센서에 의한 장애물 감지 기능이 온(ON)되어 전방의 장애물과의 거리를 측정할 수 있다.
휠 로더의 주행 시 상기 버켓 또는 붐이 상대적으로 낮은 위치에 있으므로 상기 전방 차체에 설치된 하부 센서 전방이 상기 작업 장치에 의해 가려지게 되어 상기 하부 센서로는 전방의 장애물과의 거리를 정확하게 측정할 수 없는 반면, 운전석 상단에 위치한 상기 상부 센서를 통해 장애물과의 거리를 측정할 수 있다. 한편, 상차 준비 자세와 같이 상기 버켓 또는 붐이 높아진 자세에서는 상기 상부 센서 전방이 상기 작업 장치에 의해 가려지게 되어 상기 상부 센서로는 전방의 장애물과의 거리를 정확하게 측정할 수 없는 반면, 상기 전방 차체에 설치된 하부 센서를 통해 장애물과의 거리를 측정할 수 있다.
이에 따라, 휠 로더의 상차 또는 하차 작업 시, 적재함과의 거리를 정확하게 인지하여 작업의 효율성을 향상시킬 수 있다. 또한, 무인 자동화 작업 시, 차량 접근 거리를 효과적으로 제어할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더를 나타내는 측면도이다.
도 2는 도 1의 휠 로더의 제어 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4a 및 도 4b는 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더의 제어 방법을 나타내는 도면들이다.
도 5a 및 도 5b는 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더의 제어 방법을 나타내는 도면들이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
즉, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더를 나타내는 측면도이다. 도 2는 도 1의 휠 로더의 제어 시스템을 나타내는 블록도이다. 도 1에는 휠 로더(10)가 도시되어 있으나 이로 인하여 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 제어 장치가 휠 로더에서만 이용되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 지게차와 같은 산업용 차량 등에도 적용될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 휠 로더(10)에 대해서만 기술하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 휠 로더(10)는 서로 회전 가능하게 연결된 전방 차체(12) 및 후방 차체(14)를 포함할 수 있다. 전방 차체(12)는 작업 장치 및 전방 휠(70)을 포함할 수 있다. 후방 차체(14)는 운전실(40), 엔진룸(50) 및 후방 휠(72)를 포함할 수 있다.
상기 작업 장치는 붐(20) 및 버켓(30)을 포함할 수 있다. 붐(20)은 전방 차체(12)에 자유롭게 회전 가능하도록 부착되고 버켓(30)은 붐(20)의 일단부에 자유롭게 회전 가능하도록 부착될 수 있다. 붐(20)은 전방 차체(12)에 한 쌍의 붐 실린더들(22)에 의해 연결되고, 붐(20)은 붐 실린더(22)의 구동에 의해 상하 방향으로 회전할 수 있다. 틸트 암(34)은 붐(20)의 거의 중심부 상에서 자유롭게 회전 가능하도록 부착되고, 틸트 암(34)의 일단부와 전방 차체(12)는 한 쌍의 버켓 실린더들(32)에 의해 연결되고, 틸트 암(34)의 타단부에 틸트 로드에 의해 연결된 버켓(30)은 버켓 실린더(32)의 구동에 의해 상하 방향으로 회전(덤프 또는 크라우드)할 수 있다.
또한, 전방 차체(12)와 후방 차체(14)는 센터 핀(16)에 의해 서로 회전 가능하게 연결되고, 스티어링 실린더(도시되지 않음)에 신축에 의해 전방 차체(12)가 후방 차체(14)에 대하여 좌우로 굴절될 수 있다.
후방 차체(14)에는 휠 로더(10)를 주행시키기 위한 주행 장치가 탑재될 수 있다. 엔진(도시되지 않음)은 엔진룸(50) 내에 배치되고 상기 주행 장치에 파워 출력을 공급할 수 있다. 상기 주행 장치는 토크 컨버터, 트랜스미션, 프로펠러 샤프트, 액슬 등을 포함할 수 있다. 상기 엔진의 파워 출력은 상기 토크 컨버터, 상기 트랜스미션, 상기 프로펠러 샤프트 및 상기 액슬 통해 전방 휠(70) 및 후방 휠(72)로 전달되어 휠 로더(10)가 주행하게 된다.
상기 트랜스미션은 제1 속 내지 제4 속 사이에서 속도단들을 변속시키는 유압 클러치들을 포함할 수 있고, 상기 토크 컨버터의 출력축의 회전은 상기 트랜스미션에 의해 변속될 수 있다. 변속된 회전은 상기 프로펠러 샤프트 및 상기 액슬을 통해 전방 휠(70) 및 후방 휠(72)로 전달되어 상기 휠 로더가 주행할 수 있다. 상기 트랜스미션은 전진용 유압 클러치, 후진용 유압 클러치 및 제1 속 내지 제4 속용 유압 클러치들을 포함할 수 있다. 상기 유압 클러치들 각각은 트랜스미션 제어장치(TCU)를 통해 공급되는 압유(클러치압)에 의해 결합 또는 해방될 수 있다. 즉, 상기 유압 클러치에 공급되는 클러치압이 증가하면 상기 유압 클러치는 결합되고 상기 클러치압이 감소하면 해방될 수 있다.
후방 차체(14)에는 상기 작업 장치의 붐 실린더(22) 및 버켓 실린더(32)에 압유를 공급하기 위한 가변 용량형 유압 펌프(도시되지 않음)가 탑재될 수 있다. 상기 가변 용량형 유압 펌프는 상기 엔진으로부터의 파워 출력의 일부를 사용하여 구동될 수 있다. 예를 들면, 상기 엔진의 출력은, 상기 엔진과 상기 토크 컨버터 사이에 설치되어 있는 기어 트레인과 같은 동력전달장치(PTO)를 통해서 상기 작업 장치용 유압 펌프와 스티어링용의 유압 펌프를 구동시킬 수 있다.
상기 가변 용량형 유압 펌프에는 펌프 제어장치가 연결되고, 상기 펌프 제어장치에 의해 상기 가변 용량형 유압 펌프의 토출 유량이 제어될 수 있다. 상기 유압 펌프의 유압 회로 상에는 붐 제어 밸브와 버켓 제어 밸브와 같은 메인 제어 밸브(MCV)가 설치될 수 있다. 상기 유압 펌프의 토출유는 메인 제어 밸브(MCV)의 전단의 유압라인에 설치된 상기 붐 제어 밸브 및 상기 버켓 제어 밸브를 통해 붐 실린더(22) 및 버켓 실린더(32)에 공급될 수 있다. 메인 제어 밸브(MCV)는 상기 조작 레버의 조작에 따라 입력된 파일럿 압력 신호에 따라 상기 유압 펌프로부터 토출된 작동유를 붐 실린더(22) 및 버켓 실린더(32)로 공급할 수 있다. 이에 따라, 붐(20)과 버켓(30)은 상기 유압 펌프로부터 토출된 작동유의 유압에 의해 구동될 수 있다.
운전실(40)는 상기 휠 로더의 후방 차체(14)의 상부에 설치될 수 있다. 운전실(40) 내에는 운전 조작 장치가 구비될 수 있다. 상기 운전 조작 장치는 주행 페달, 브레이크 페달, 및 FNR 주행 레버와 붐 실린더(22)와 버켓 실린더(32)와 같은 실린더들을 작동시키기 위한 조작 레버들을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 휠 로더(10)는 상기 엔진의 출력을 동력전달장치를 통해 상기 주행 장치를 구동시키기 위한 주행 시스템과 붐(20)과 버켓(30)과 같은 작업 장치를 구동시키기 위한 유압 장치계를 포함할 수 있다.
이하에서는, 상기 휠 로더의 제어 시스템에 대하여 설명하기로 한다.
상기 휠 로더의 제어 시스템은 휠 로더(10)에 장착되어 주변의 지형 또는 물체의 형상 정보 데이터를 획득하기 위한 데이터 획득 장치, 상기 데이터 획득 장치로부터 획득한 정보 데이터를 처리하여 제공하는 데이터 처리 장치(200)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 휠 로더의 제어 시스템은 상기 제공된 정보 데이터에 기초하여 상기 물체와의 거리 등을 산출하고 휠 로더(10)의 동작들을 제어하기 위한 제어 장치(300)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 휠 로더의 제어 시스템은 휠 로더(10)의 무인 자동화 작업을 위한 작업 정보를 제공하기 위한 관제부(400)를 더 포함할 수 있다.
휠 로더(10)의 데이터 처리 장치(200) 및 제어 장치(200)는 장애물 감지 제어 장치로서 제공될 수 있다. 휠 로더(10)의 데이터 처리 장치(200) 및 제어 장치(300)는 차량 제어장치(VCU)의 일부 또는 별도의 컨트롤러로서 후방 차체(14)에 탑재될 수 있다. 데이터 처리 장치(200)는 제어 장치(300)와 별개로 또는 일체로 구비될 수 있다. 데이터 처리 장치(200) 및 제어 장치(300)는 여기서 설명되는 기능들을 수행하기 위한 지정된 하드웨어, 소프트웨어 및 회로를 포함할 수 있다. 이러한 구성 요소들은 로직 회로, 마이크로프로세서, 메모리 장치들 등과 같은 전기적 회로들에 의해 물리적으로 수행될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 장애물 감지 제어 장치의 상기 데이터 획득 장치는 휠 로더(10)의 무인화 또는 자동화된 작업(상차, 덤프 작업 등)을 위해 필요한 환경 데이터를 획득할 수 있다. 상기 데이터 획득 장치는 작업 지형을 파악하고 주변 사물을 감지하기 위한 환경 데이터를 획득할 수 있다.
상기 데이터 획득 장치는 운전실(40) 상면에 설치되는 상부 센서(110) 및 전방 차체(12) 상에 설치되는 하부 센서(120)를 포함할 수 있다. 상부 센서(110)는 운전실(40) 전방의 물체에 대한 형상 정보 데이터를 획득할 수 있다. 하부 센서(120)는 전방 차체(12) 전방의 물체에 대한 형상 정보 데이터를 획득할 수 있다.
상부 센서(110) 및 하부 센서(120)는 전방의 지형 또는 물체를 스캐닝하여 전방 지면 정보 및 사물 정보를 획득할 수 있다. 상부 센서(110) 및 하부 센서(120)는 점군 데이터(PCD, Point Cloud Data) 정보를 데이터 처리 장치(200)로 출력할 수 있다. PCD는 측정된 영역의 지형을 좌표값을 가지는 점들로 표현한 데이터일 수 있다.
상부 센서(110)는 휠 로더 전방 방향을 기준으로 제1 수직 시야각(Field of View, FoV)(θv1) 및 제1 수평 시야각을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 수직 시야각은 60도 내지 120도의 각도 범위를 가질 수 있다. 하부 센서(120)는 제2 수직 시야각(θv2) 및 제2 수평 시야각을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 수직 시야각은 60도 내지 120도의 각도 범위를 가질 수 있다.
예를 들면, 상부 센서(110)는 라이다(LiDAR) 센서, 스테레오 카메라 센서 등을 포함하고, 하부 센서(120)는 레이다(Radar) 센서, 초음파 센서, 스테레오 카메라 센서 등을 포함할 수 있다.
상기 라이다 센서는 운전실(40) 상면에 설치될 수 있다. 상기 라이다 센서는 레이저 광 펄스를 이용하여 물체를 인식할 수 있다. 상기 라이다 센서는 상대적으로 작은 물체를 감지할 수 있는 해상도를 제공할 수 있다. 상기 레이다 센서는 전방 차체(12) 상의 프런트 헤드 램프에 인접하게 설치될 수 있다. 상기 레이다 센서는 날씨에 영향을 적게 받는 장점이 있다. 상기 초음파 센서는 전방 차체(12)의 전방 중앙부에 설치될 수 있다. 상기 초음파 센서는 근거리 장애물을 정확하게 인식할 수 있다.
또한, 휠 로더(10)에는 다양한 센서들이 장착될 수 있다. 예를 들면, 엔진 회전수를 검출하는 엔진 회전수 센서, 주행 페달의 조작량을 검출하는 주행 페달 검출 센서, 브레이크 페달의 조작량을 검출하는 브레이크 페달 검출 센서, 상기 트랜스미션의 속도단을 검출하기 위한 속도단 검출 센서, 전진(F), 중립(N) 및 후진(R)을 선택하는 FNR 레버의 조작 위치를 검출하는 FNR 레버 위치 검출 센서, 차속 검출 센서, 상기 유압 펌프의 토출 압력을 검출하는 압력 센서, 및 붐 실린더(22)의 헤드측 압력을 검출하는 붐 실린더 압력 센서, 붐(20)의 회전 각도를 검출하는 붐 각도 센서(24), 버켓(30)의 회전 각도를 검출하는 버켓 각도 센서(36) 등이 설치될 수 있다.
붐 각도 센서(24) 및 버켓 각도 센서(36)는 작업 장치의 위치를 검출하기 위한 작업 장치 위치 검출부로서 제공될 수 있다. 상기 작업 장치의 위치는 버켓(30)의 위치(지면으로부터 버켓의 높이) 또는 붐(20)의 위치(붐의 회전 각도)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 붐 각도 센서(24)는 버켓(30)의 위치 또는 붐(20)의 위치, 즉, 지면으로부터의 버켓(30) 또는 붐(20)의 높이에 대한 정보를 검출할 수 있다. 붐 각도 센서(24)는 붐(20)의 회전 각도를 검출하고 이에 기초하여 버켓 또는 붐 상승 높이에 대한 정보를 제공할 수 있다. 붐(20)의 회전 각도는 붐(20)(버켓(30))의 최저 위치에서의 연장선과 붐(20)의 연장선 사이의 각도일 수 있다. 붐(20)의 최고 위치(max boom height)에서 붐(20)의 회전 각도는 최대값(θmax.height)이고, 붐 위치는 최대 높이(100%)일 수 있다. 붐(20)의 연장선이 지면과 평행할 때(최대 수평 거리 위치(maximum horizontal reach)), 붐(버켓) 위치는 중간 높이(약 40%)일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 데이터 처리 장치(200)는 상부 센서(110) 및 하부 센서(120)로부터 상기 물체에 대한 형상 정보 데이터를 수신하고 붐 각도 센서(24)로부터 작업 장치(붐(20) 또는 버켓(30))의 위치 정보 데이터를 수신할 수 있다. 데이터 처리 장치(200)는 상기 작업 장치의 위치에 따라 상부 센서(110) 및 하부 센서(120) 중에서 선택된 어느 하나의 정보 데이터를 제어 장치(300)에 제공할 수 있다.
데이터 처리 장치(200)는 상기 작업 장치 위치가 기 설정된 위치(예를 들면, 50%, 60%, 70%의 붐 높이)보다 낮을 때 상부 센서(110)로부터의 형상 정보 데이터를 선택하고 선택된 데이터를 제어 장치(300)로 제공할 수 있다. 데이터 처리 장치(200)는 상기 작업 장치 위치가 기 설정된 위치(예를 들면, 50%, 60%, 70%의 붐 높이)보다 높을 때 하부 센서(120)로부터의 형상 정보 데이터를 선택하고 선택된 데이터를 제어 장치(300)로 제공할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 장애물 감지 제어 장치의 제어 장치(300)는 데이터 처리 장치(200)로부터 제공된 상부 센서(110) 및 하부 센서(120)로부터의 데이터에 기초하여 상기 물체와의 거리를 산출할 수 있다. 제어 장치(300)는 휠 로더(10)의 무인 자동화 작업을 위해 상기 산출된 물체의 거리 정보를 관제부(400)로 송신할 수 있다.
제어 장치(300)는 관제부(400)로부터 무인 자동화 작업을 위한 작업 지역의 지형 정보 및 작업 정보를 수신할 수 있다. 상기 작업 지역은 휠 로더(10)가 이동하고 작업하기 위한 구역으로 정의될 수 있다. 제어 장치(300)는 관제부(400)와 무선으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 휠 로더(10)는 관제부(400)와의 무선 통신을 위한 무선 송수신부를 포함할 수 있다. 상기 무선 송수신부는 CDMA, GSM과 같은 셀룰러 통신, Wi-Fi, 라디오 통신과 같이 공지의 통신 규격을 이용할 수 있다.
제어 장치(300)는 상기 지형 정보 데이터 및 상기 작업 정보(작업 종류)에 기초하여 작업해야 할 면적, 체적 또는 경로(작업 계획)를 결정할 수 있다. 제어 장치(300)는 상기 결정된 작업 계획을 수행하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 제어 장치(300)는 시간에 따른 붐(20) 및 버켓(30)의 조인트 각도값들에 대응하는 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있다.
이에 따라, 붐 실린더(22) 및 버켓 실린더(32)와 같은 액추에이터들은 상기 제어 신호에 대응하여 제어 밸브에 의해 구동되어 원하는 작업을 수행할 수 있다.
이하에서는, 도 2의 휠 로더의 제어 시스템을 이용하여 휠 로더를 제어하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 먼저, 휠 로더(10)의 무인화 작업(상차 작업)을 수행하기 위하여 휠 로더(10)에 설치되는 상부 센서(110) 및 하부 센서(120)를 이용하여 전방에 위치하는 물체의 형상 정보 데이터를 획득할 수 있다(S100, S110).
예시적인 실시예들에 있어서, 운전실(40) 상에 설치된 상부 센서(110)를 이용하여 운전실(40)의 전방 영역을 스캐닝하여 물체에 대한 형상 정보 데이터를 획득할 수 있다. 전방 차체(12)의 상면 상에 설치된 하부 센서(120)를 이용하여 전방 차체(12)의 전방 영역을 스캐닝하여 물체에 대한 형상 정보 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들면, 상부 센서(110) 및 하부 센서(120)는 라이다(LiDAR) 센서, 레이다(Radar) 센서, 초음파 센서, 스테레오 카메라 센서 등을 포함할 수 있다.
이어서, 작업 장치(붐(20) 또는 버켓(30))의 위치를 검출하고(S120), 상기 작업 장치(붐(20) 또는 버켓(30))의 위치에 따라 상부 센서(110) 및 하부 센서(120) 중에서 어느 하나를 선택하고(S130), 상기 선택된 센서의 정보 데이터를 제공할 수 있다(S140, S142). 상기 제공된 정보 데이터에 기초하여 물체와의 거리를 산출할 수 있다(S150).
예시적인 실시예들에 있어서, 붐 각도 센서(24)로부터 붐(20)(또는 버켓(30))의 위치 정보 데이터를 수신할 수 있다. 붐 각도 센서(24)에 의해 측정된 붐(20)의 회전 각도로부터 붐(또는 버켓)의 상승 높이를 결정할 수 있다.
예를 들면, 상기 붐 위치가 기 설정된 위치(50%, 60%, 70%의 붐 높이)보다 낮을 때 상부 센서(110)로부터의 형상 정보 데이터를 선택하고 선택된 데이터를 제어 장치(300)로 제공할 수 있다. 상기 붐 위치가 기 설정된 위치(50%, 60%, 70%의 붐 높이)보다 높을 때 하부 센서(120)로부터의 형상 정보 데이터를 선택하고 선택된 데이터를 제어 장치(300)로 제공할 수 있다.
제어 장치(300)는 제공된 상부 센서(110) 및 하부 센서(120)로부터의 데이터에 기초하여 상기 물체와의 거리를 산출할 수 있다. 제어 장치(300)는 휠 로더(10)의 무인 자동화 작업을 위해 상기 산출된 물체의 거리 정보를 관제부(400)로 송신할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더의 제어 방법을 나타내는 도면들이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 휠 로더(10)가 덤프 트럭(T)에 적재물을 로딩하는 상차 작업을 수행하기 위하여, 버켓(30)에 적재물을 담은 상태로 붐(20)이 리프트될 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 휠 로더(10)의 주행 시에, 버켓(30)은 상대적으로 낮은 위치에 있을 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 붐 위치가 기 설정된 위치(예를 들면, 50%, 60%, 70%의 붐 높이)보다 낮게 위치하므로, 상부 센서(110)로부터의 형상 정보 데이터를 선택하고 선택된 데이터에 기초하여 전방 물체(트럭)와의 거리를 측정할 수 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 휠 로더(10)의 상차 작업 시에, 버켓(30)은 상대적으로 높은 위치에 있을 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 붐 위치가 기 설정된 위치(예를 들면, 50%, 60%, 70%의 붐 높이)보다 높게 위치하므로, 하부 센서(120)로부터의 형상 정보 데이터를 선택하고 선택된 데이터에 기초하여 전방 물체(트럭)와의 거리를 측정할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더의 제어 방법을 나타내는 도면들이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 휠 로더(10)가 호퍼(H)에 적재물을 로딩하는 상차 작업을 수행하기 위하여, 버켓(30)에 적재물을 담은 상태로 붐(20)이 리프트될 수 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 휠 로더(10)의 주행 시에, 버켓(30)은 상대적으로 낮은 위치에 있으므로, 상부 센서(110)로부터의 형상 정보 데이터를 선택하고 선택된 데이터에 기초하여 전방 물체(트럭)와의 거리를 측정할 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 휠 로더(10)의 상차 작업 시에, 버켓(30)은 상대적으로 높은 위치에 있으므로, 하부 센서(120)로부터의 형상 정보 데이터를 선택하고 선택된 데이터에 기초하여 전방 물체(트럭)와의 거리를 측정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 휠 로더(10)의 전방 장애물 감지 장치로서 운전실(40) 상에 설치된 상부 센서로서의 제1 센서(110) 및 전방 차체(12) 상에 설치된 하부 센서로서의 제2 센서(120)를 제공할 수 있다. 작업 장치(붐(20) 또는 버켓(30))의 위치에 따라 전방 장애물(트럭, 호퍼)과의 거리를 측정하는 주체가 변환될 수 있다. 즉, 상기 작업 장치가 상대적으로 낮은 위치에 있을 경우, 하부 센서(120)에 의한 장애물 감지 기능이 오프(OFF)되고 상부 센서(110)에 의한 장애물 감지 기능이 온(ON)되어 전방의 장애물과의 거리를 측정할 수 있다. 한편, 상기 작업 장치가 상대적으로 높은 위치에 있을 경우, 상부 센서(110)에 의한 장애물 감지 기능이 오프(OFF)되고 하부 센서(120)에 의한 장애물 감지 기능이 온(ON)되어 전방의 장애물과의 거리를 측정할 수 있다.
휠 로더의 주행 시 버켓(30)(붐(20))이 상대적으로 낮은 위치에 있으므로 전방 차체(12)에 설치된 하부 센서(120) 전방이 상기 작업 장치에 의해 가려지게 되어 하부 센서(120)로는 전방의 장애물과의 거리를 정확하게 측정할 수 없는 반면, 운전석 상단에 위치한 상부 센서(110)를 통해 장애물과의 거리를 측정할 수 있다. 한편, 상차 준비 자세와 같이 버켓(30)(붐(20))이 높아진 자세에서는 상부 센서(110) 전방이 상기 작업 장치에 의해 가려지게 되어 상부 센서(110)로는 전방의 장애물과의 거리를 정확하게 측정할 수 없는 반면, 전방 차체(12)에 설치된 하부 센서(120)를 통해 장애물과의 거리를 측정할 수 있다.
이에 따라, 휠 로더의 상차 또는 하차 작업 시, 적재함과의 거리를 정확하게 인지하여 작업의 효율성을 향상시킬 수 있다. 또한, 무인 자동화 작업 시, 차량 접근 거리를 효과적으로 제어할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 휠 로더 12: 전방 차체
14: 후방 차체 20: 붐
22: 붐 실린더 24: 붐 각도 센서
30: 버켓 32: 버켓 실린더
34: 틸트 암 36: 버켓 각도 센서
40: 운전실 50: 엔진룸
70: 전방 휠 72: 후방 휠
110: 상부 센서 120: 하부 센서
200: 유압 펌프 202: 유압 라인
204: 압력 센서 210: 붐 제어 밸브
212: 버켓 제어 밸브 222: 붐 실린더 압력 센서
224: 붐 각도 센서 234: 버켓 각도 센서
300: 제어 장치 400: 관제부

Claims (12)

  1. 센터 핀에 의해 서로 회전 가능하게 연결된 전방 차체 및 후방 차체;
    상기 전방 차체에 자유롭게 회전 가능하도록 부착된 붐 및 상기 붐의 일단부에 자유롭게 회전 가능하도록 부착된 버켓을 구비하는 작업 장치; 및
    상기 후방 차체 상에 구비된 운전실을 포함하는 휠 로더의 제어 시스템에 있어서,
    상기 운전실 상에 설치되어 상기 운전실 전방의 물체에 대한 형상 정보 데이터를 획득하기 위한 상부 센서;
    상기 전방 차체 상에 설치되어 상기 전방 차체 전방의 물체에 대한 형상 정보 데이터를 획득하기 위한 하부 센서;
    상기 전방 차체에 회전 가능하도록 연결된 작업 장치의 위치를 검출하기 위한 작업 장치 위치 검출부; 및
    상기 상부 센서 및 상기 하부 센서로부터 상기 물체에 대한 형상 정보 데이터를 수신하고, 상기 검출된 상기 작업 장치의 위치에 따라 상기 상부 센서 및 상기 하부 센서 중에서 선택된 어느 하나의 정보 데이터에 기초하여 상기 물체와의 거리를 산출하기 위한 장애물 감지 제어 장치를 포함하고,
    상기 장애물 감지 제어 장치는,
    상기 작업 장치의 위치가 기 설정된 위치보다 낮은 자세에서 상기 하부 센서 전방이 상기 작업 장치에 의해 가려지게 될 경우 상기 상부 센서로부터의 데이터에 기초하여 상기 물체와의 거리를 산출하고,
    상기 작업 장치의 위치가 상기 기 설정된 위치보다 높은 자세에서 상기 상부 센서 전방이 상기 작업 장치에 의해 가려지게 될 경우 상기 하부 센서로부터의 데이터에 기초하여 상기 물체와의 거리를 산출하는 휠 로더의 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 센서는 라이다(LiDAR) 센서 또는 스테레오 카메라 센서를 포함하는 휠 로더의 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 센서는 레이다(Radar) 센서, 초음파 센서 또는 스테레오 카메라 센서를 포함하는 휠 로더의 제어 시스템.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 장애물 감지 제어 장치는 상기 휠 로더의 무인 자동화 작업을 위해 상기 물체의 거리 정보를 관제부로 송신하는 하는 휠 로더의 제어 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 작업 장치 위치 검출부는 상기 작업 장치 중에서 붐의 회전 각도를 검출하기 위한 붐 각도 센서를 포함하는 휠 로더의 제어 시스템.
  7. 센터 핀에 의해 서로 회전 가능하게 연결된 전방 차체 및 후방 차체;
    상기 전방 차체에 자유롭게 회전 가능하도록 부착된 붐 및 상기 붐의 일단부에 자유롭게 회전 가능하도록 부착된 버켓을 구비하는 작업 장치; 및
    상기 후방 차체 상에 구비된 운전실을 포함하는 휠 로더의 제어 방법에 있어서,
    상기 운전실 상에 설치된 상부 센서로부터 상기 운전실 전방의 물체에 대한 형상 정보 데이터를 수신하고;
    상기 전방 차체 상에 설치된 하부 센서로부터 상기 전방 차체 전방의 물체에 대한 형상 정보 데이터를 수신하고;
    상기 전방 차체에 회전 가능하도록 연결된 작업 장치의 위치를 검출하고; 그리고
    상기 검출된 작업 장치의 위치에 따라 상기 상부 센서 및 상기 하부 센서 중에서 선택된 어느 하나의 정보 데이터에 기초하여 상기 물체와의 거리를 산출하는 것을 포함하고,
    상기 물체와의 거리를 산출하는 것은
    상기 작업 장치의 위치가 기 설정된 위치보다 낮은 자세에서 상기 하부 센서 전방이 상기 작업 장치에 의해 가려지게 될 경우 상기 상부 센서로부터의 데이터에 기초하여 상기 물체와의 거리를 산출하고; 그리고
    상기 작업 장치의 위치가 기 설정된 위치보다 높은 자세에서 상기 상부 센서 전방이 상기 작업 장치에 의해 가려지게 될 경우 상기 하부 센서로부터의 데이터에 기초하여 상기 물체와의 거리를 산출하는 것을 포함하는 휠 로더의 제어 방법.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 휠 로더의 무인 자동화 작업을 위해 상기 물체의 거리 정보를 관제부로 송신하는 것을 더 포함하는 휠 로더의 제어 방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 상부 센서는 라이다(LiDAR) 센서 또는 스테레오 카메라 센서를 포함하는 휠 로더의 제어 방법.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 하부 센서는 레이다(Radar) 센서, 초음파 센서 또는 스테레오 카메라 센서를 포함하는 휠 로더의 제어 방법.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 작업 장치의 위치를 검출하는 것은 상기 작업 장치 중에서 붐의 회전 각도를 검출하는 것을 포함하는 휠 로더의 제어 방법.
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