KR102561005B1 - 건설 기계의 작업기 자동 제어 장치 및 건설 기계의 작업기 자동 제어 방법 - Google Patents

건설 기계의 작업기 자동 제어 장치 및 건설 기계의 작업기 자동 제어 방법 Download PDF

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Abstract

건설 기계의 작업기 자동 제어 장치는 전자식 조이스틱이 이동된 위치들 각각에 대응하는 기 설정된 복수의 작업기 제어 전압들이 설정된 저장부, 전자식 조이스틱 및 디텐트(detent) 모드를 선택하기 위한 스위치를 포함하는 입력부, 디텐트 모드가 디텐트 설정 모드로 선택된 경우, 작업기의 디텐트 위치를 설정하기 위한 전자식 조이스틱의 위치 좌표 및 위치 좌표에 대응하는 디텐트 위치 전압 디텐트 설정 값으로 저장부에 저장하는 디텐트 설정부, 디텐트 모드가 디텐트 동작 모드로 선택된 경우, 전자식 조이스틱이 위치 좌표로 이동된 방향과 동일한 방향으로 기 설정된 임계 위치 이상으로 이동되면 저장된 디텐트 위치 전압을 출력하는 디텐트 동작부 및 전자식 조이스틱의 위치에 의해 출력된 작업기 제어 전압들 중 하나 또는 디텐트 위치 전압을 작업기의 조작을 위한 출력 전류로 변환시켜 작업기를 제어하는 실행부를 포함한다.

Description

건설 기계의 작업기 자동 제어 장치 및 건설 기계의 작업기 자동 제어 방법{AUTOMATIC CONTROL DEVICE FOR WORK APPARATUS OF CONSTRUCTION MACHINERY AND METHOD OF AUTOMATICALLY CONTROLLING WORK APPARATUS OF CONSTRUCTION}
본 발명은 건설 기계에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건설 기계에 포함되는 작업기 자동 제어 장치 및 작업기 자동 제어 방법에 관한 것이다.
작업기를 포함하는 건설 기계(건설 차량)는 토목공사 또는 건축공사에 사용되며, 작업에 큰 힘이 필요하므로 유압을 이용한 차량이 이용된다. 이와 같은 유압 작업 차량의 종류는 휠로더(wheel loader), 굴삭기, 그레이더, 크레인, 운반기계 등이 있다. 예를 들어, 상기 작업기는 붐(boom), 암(arm), 버켓(bucket) 등의 구성을 포함한다.
일반적으로, 건설 기계는 운전자의 설정에 따라 자동으로 상기 작업기의 위치가 제어되는 디텐트(detent) 기능을 적용하고 있으며, 디텐트 기능이 활성화되는 경우, 상기 작업기가 상기 설정된 디텐트 위치로 이동 또는 회전된다. 다만, 기존의 디텐트 동작은 상하 유압식 전자석을 사용하여 조이스틱(특히, 유압식 조이스틱)의 포지션을 일정 시간(예를 들어, 상기 작업기가 상기 디텐트 위치로 이동할 때까지의 시간) 동안 고정시키는 방식으로 수행된다. 즉, 복수의 전자석을 이용해 조이스틱을 물리적으로 특정 위치에 고정시킴으로써 운전자가 설정할 수 있는 디텐트 위치의 개수가 한정되고, 복수의 전자석들이 제어 장치 내부에 추가되어야 한다.
본 발명의 일 목적은 전자식 조이스틱으로 작업기의 디텐트 위치를 설정하고 디텐트 동작을 제어하는 건설 기계의 작업기 자동 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전자식 조이스틱으로 작업기의 디텐트 위치를 설정하고 디텐트 동작을 제어하는 건설 기계의 작업기 자동 제어 방법을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 목적은 상술한 목적들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 건설 기계의 작업기 자동 제어 장치는 전자식 조이스틱이 이동된 위치들 각각에 대응하는 기 설정된 복수의 작업기 제어 전압들이 설정된 저장부, 상기 전자식 조이스틱 및 디텐트(detent) 모드를 선택하기 위한 스위치를 포함하는 입력부, 상기 디텐트 모드가 디텐트 설정 모드로 선택된 경우, 작업기의 디텐트 위치를 설정하기 위한 상기 전자식 조이스틱의 위치 좌표 및 상기 위치 좌표에 대응하는 디텐트 위치 전압 디텐트 설정 값으로 상기 저장부에 저장하는 디텐트 설정부, 상기 디텐트 모드가 디텐트 동작 모드로 선택된 경우, 상기 전자식 조이스틱이 상기 위치 좌표로 이동된 방향과 동일한 방향으로 기 설정된 임계 위치 이상으로 이동되면 상기 저장된 디텐트 위치 전압을 출력하는 디텐트 동작부 및 상기 전자식 조이스틱의 위치에 의해 출력된 상기 작업기 제어 전압들 중 하나 또는 상기 디텐트 위치 전압을 상기 작업기의 조작을 위한 출력 전류로 변환시켜 상기 작업기를 제어하는 실행부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 디텐트 위치 전압은 상기 작업기 제어 전압들 중 하나에 대응할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 디텐트 설정부는 기 설정된 상기 전자식 조이스틱이 이동 가능한 방향인 제1 내지 제n 이동 방향 정보(단, n은 2 이상의 자연수) 및 제1 내지 제n 디텐트 위치 전압들을 각각 포함하는 제1 내지 제n 디텐트 설정 값들을 생성할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 디텐트 동작 모드에서, 상기 전자식 조이스틱이 연속적으로 상기 제1 내지 제n 이동 방향 정보 중 적어도 두 개의 방향 정보와 동일한 방향들로 상기 기 설정된 임계 위치 이상으로 이동되면, 상기 디텐트 동작부는 상기 적어도 두 개의 방향 정보에 대응하는 상기 제1 내지 제n 디텐트 위치 전압들 중 적어도 두 개를 기 설정된 간격으로 순차적으로 출력할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 디텐트 동작부는 상기 작업기의 위치를 검출하는 각도 센서(angle sensor)로부터 출력된 검출 신호에 기초하여 상기 디텐트 위치를 피드백하는 피드백부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 디텐트 동작 모드에서, 상기 전자식 조이스틱의 동일한 방향으로의 연속된 움직임이 감지되거나, 상기 전자식 조이스틱이 상기 임계 위치에 못 미치게 움직인 것으로 감지되는 경우, 상기 디텐트 동작부는 상기 디텐트 동작 모드를 종료시킬 수 있다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 건설 기계의 작업기 자동 제어 방법은 디텐트(detent) 모드가 디텐트 설정 모드로 선택된 경우, 작업기의 디텐트 위치를 설정하기 위한 전자식 조이스틱이 위치 좌표 및 상기 위치 좌표에 대응하는 디텐트 위치 전압을 출력하고, 상기 위치 좌표, 상기 디텐트 위치 전압 및 상기 전자식 조이스틱이 중립 위치로부터 상기 이동된 위치로 이동된 방향인 이동 방향 정보를 함께 디텐트 설정 값으로 저장하며, 상기 디텐트 모드가 디텐트 동작 모드로 선택된 경우, 상기 전자식 조이스틱이 상기 이동 방향 정보와 동일한 방향으로 기 설정된 임계 위치 이상으로 이동되면 상기 디텐트 위치 전압을 출력하고, 상기 디텐트 위치 전압을 상기 작업기의 조작을 위한 출력 전류로 변환시켜 상기 작업기를 상기 디텐트 위치로 이동시킬 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 디텐트 설정 값은 상기 전자식 조이스틱의 기 설정된 이동 가능한 방향인 제1 내지 제n 이동 방향 정보(단, n은 2 이상의 자연수) 및 제1 내지 제n 디텐트 위치 전압들을 각각 포함하는 제1 내지 제n 디텐트 설정 값들을 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 디텐트 위치 전압을 출력하는 단계는 상기 전자식 조이스틱이 연속적으로 상기 제1 내지 제n 이동 방향 정보 중 적어도 두 개의 방향 정보와 동일한 방향들로 상기 기 설정된 임계 위치 이상으로 이동되면, 상기 적어도 두 개의 방향 정보에 대응하는 상기 제1 내지 제n 디텐트 위치 전압들 중 적어도 두 개를 기 설정된 간격으로 순차적으로 출력할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 디텐트 위치 전압을 출력하는 단계는 상기 전자식 조이스틱의 동일한 방향으로의 연속된 움직임이 감지되거나, 상기 전자식 조이스틱이 상기 임계 위치에 못미치게 움직인 것으로 감지되는 경우, 상기 디텐트 동작 모드를 종료시킬 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 작업기를 상기 디텐트 위치로 이동시키는 단계는 상기 전자식 조이스틱의 동일한 방향으로의 연속된 움직임이 감지되거나, 상기 전자식 조이스틱이 상기 임계 위치에 못미치게 움직인 것으로 감지되는 경우, 상기 디텐트 동작 모드를 종료시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 건설 기계의 작업기 자동 제어 장치 및 작업기 자동 제어 방법은 전자식 조이스틱의 이동에 따라 다르게 설정된 작업기 제어 전압을 이용하여 디텐트 설정 및 디텐트 동작을 수행할 수 있다. 즉, 전자식 조이스틱이 움직일 수 있는 다양한 방향 및 위치 좌표에 대하여 각각 상기 작업기의 상기 디텐트 위치 설정 및 저장이 가능해지므로, 건설 기계의 작업 능률이 향상될 수 있다. 또한, 전압 제어 기반으로 상기 디텐트 설정 및 동작을 수행하므로 기존의 조이스틱의 움직임을 제어하는 전자석이 제거되며, 소프트웨어 구성만으로 작업기 자동 제어 장치(100)의 설계 및 디텐트 기능 제어가 가능해질 수 있다. 따라서, 작업기 자동 제어 장치(100)의 제조 비용, 유지 및 보수 비용이 절감될 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상술한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 건설 기계의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 건설 기계의 작업기 자동 제어 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2의 건설 기계의 작업기 제어 장치에서 전자식 조이스틱이 이동된 위치들 각각에 따라 작업기 제어 전압이 설정된 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 디텐트 제어부가 전자식 조이스틱의 방향 정보 및 임계 위치를 설정한 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 건설 기계의 작업기 자동 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 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, 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 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 건설 기계의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 건설 기계(10)는 작업기(10, 20) 및 운전자가 탑승하는 캐빈(30)을 포함할 수 있다. 도 1에는 건설 기계(1)의 일 예로 휠로더가 도시되었지만, 이는 예시적으로서, 건설 기계(1)가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 건설 기계(1)는 굴삭기, 크레인 등을 포함할 수 있다.
작업기(10, 20)는 붐(10)과 버켓(20)을 포함할 수 있다. 작업기는 붐(10)과 버켓(20) 사이에 배치되어 붐(10)과 버켓(20)을 연결하는 암을 더 포함할 수도 있다. 붐(20)은 본체에 상하 방향으로 움직임이 가능하게 설치되며, 버켓(30)은 붐(20)에 상하 방향으로 움직임이 가능하게 설치될 수 있다.
작업기(10, 20)는 캐빈(30)에 설치되는 전자식 조이스틱에 의해 조작될 수 있다. 즉, 운전자는 캐빈(30)에 앉아, 붐(10)의 위치를 상승(raise) 및 하강(float)시켜 조작을 할 수 있고, 또한 버켓(20)의 위치를 크라우드(crowd) 및 덤프(dump)시켜 조작할 수 있다. 예를 들어, 붐(10)의 움직임(위치)을 제어하는 붐 실린더(15) 및 버켓(20)의 움직임(위치)을 제어하는 버켓 실린더(25)가 설치되어, 붐 실린더(15) 및 버켓 실린더(25)의 신장 또는 수축에 따라 붐(10) 및 버켓(20)은 다양한 움직임을 구현할 수 있고, 작업기(10, 20)는 여러 작업을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 붐 실린더(15) 및 버켓 실린더(25)는 유압 펌프로부터 공급되는 작동유에 의해 신장 또는 수축될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 건설 기계의 작업기 자동 제어 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 건설 기계(10)의 작업기 자동 제어 장치(100)는 입력부(120), 저장부(140), 디텐트 설정부(160), 디텐트 동작부(170) 및 실행부(180)를 포함할 수 있다.
입력부(120)는 전자식 조이스틱 및 디텐트 모드를 선택하기 위한 스위치를 포함할 수 있다. 상기 전자식 조이스틱이 이동되는 위치에 따라 서로 다른 값을 갖는 작업기 제어 전압이 출력될 수 있다. 예를 들어, 상기 전자식 조이스틱이 이동되는 위치 좌표에 따라 상기 작업기 제어 전압이 서로 다른 값으로 설정될 수 있다.
상기 작업기 제어 전압은 작업기(10, 20) 조작을 위한 전압에 해당되며, 디텐트 설정부(160), 디텐트 동작부(170) 및 실행부(180) 중 적어도 하나에 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 입력부(120)는 전자식 조이스틱의 움직임에 따라 상기 작업기 제어 전압을 출력하는 전자 작업기 제어부(electric main controller valve; EMCV)를 더 포함할 수 있다.
상기 전자식 조이스틱은 운전자의 조작에 의해 움직이며, 상기 전자식 조이스틱에 물리적인 힘이 가해지지 않는다면, 상기 전자식 조이스틱은 소정의 위치에서 중립 위치로 복귀된다.
한편, 상기 전자식 조이스틱의 위치 좌표에 기초하여 작업기(10, 20)에 포함되는 붐 및 버켓 중 적어도 하나가 움직일 수 있다.
상기 스위치는 디텐트 모드의 동작을 활성화하는 신호를 디텐트 설정부(160) 및 디텐트 동작부(170) 중 적어도 하나에 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 스위치는 상기 운전자의 선택에 따라 디텐트 설정 모드를 활성화하는 신호를 출력하여 디텐트 설정부(160)를 활성화 시키거나, 디텐트 동작 모드를 활성화하는 신호를 출력하여 디텐트 동작부(170)를 활성화 시키거나, 및 디텐트 모드를 비활성화하고 일반 동작 모드를 활성화하는 신호를 출력하여 디텐트 설정부(160) 및 디텐트 동작부(170) 모두를 비활성화 시킬 수 있다. 상기 디텐트 설정 모드에서는 운전자가 작업기(10, 20)의 디텐트 위치를 설정 및 저장할 수 있고, 상기 전자식 조이스틱의 이동 방향에 대응하는 디텐트 위치가 저장될 수 있다. 상기 디텐트 동작 모드에서는 상기 저장된 상기 전자식 조이스틱의 이동 방향에 따른 상기 전자식 조이스틱의 조작에 의해 작업기(10, 20)가 상기 디텐트 위치로 이동되도록 자동으로 제어될 수 있다. 상기 디텐트 위치는, 예를 들어, 붐이 소정의 위치로 상향되면서 버켓이 소정 각도로 덤프되는 상태, 또는 붐이 소정의 위치로 하향되면서 버켓이 소정 각도로 크라우드되는 상태 등의 다양한 상태를 포함할 수 있다.
저장부(140)에는 상기 전자식 조이스틱이 이동된 위치들 각각에 대응하는 기 설정된 복수의 작업기 제어 전압들이 저장되어 있다. 이에 따라, 기존의 유압식 조이스틱의 동작과 다르게 본 발명의 작업기 제어 방법은 상기 전자식 조이스틱의 위치에 따라 다른 값으로 출력되는 상기 작업기 제어 전압을 이용하여 작업기(10, 20)의 위치를 제어하는 작업기 실린더(예를 들어, 붐 실린더, 버켓 실린더 등)에 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 저장부(140)는 입력부(120)에 포함되는 상기 전자 작업기 제어부 내에 포함될 수도 있다.
일 실시예에서, 저장부(140)는 디텐트 설정부(160)에 의해 설정된 디텐트 설정 값이 저장할 수 있다. 상기 디텐트 설정 값은 전자식 조이스틱의 중립 위치로부터의 이동 방향 정보 및 이에 대응하는 디텐트 위치 전압을 포함한다. 저장부(140)는 운전자의 설정에 따라 복수의 디텐트 설정 값들을 포함할 수 있다. 따라서, 작업기(10, 20)의 디텐트 위치가 다양하게 설정될 수 있다.
디텐트 설정부(160)는 상기 디텐트 설정 모드에서 동작할 수 있다. 예를 들어, 입력부(120)에 포함되는 상기 스위치가 상기 디텐트 설정 모드로 턴온된 경우, 디텐트 설정부(160)는 상기 전자식 조이스틱의 움직임을 인지하여 상기 디텐트 설정 값을 생성하고 저장부(140)에 이를 저장할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 디텐트 모드가 상기 디텐트 설정 모드로 선택된 경우, 디텐트 설정부(160)는 작업기(10, 20)의 상기 디텐트 위치를 설정하기 위한 상기 전자식 조이스틱의 위치 좌표 및 상기 위치 좌표에 대응하는 디텐트 위치 전압을 상기 디텐트 설정 값으로 저장부(140)에 저장할 수 있다. 상기 디텐트 위치 전압은 상기 작업기 제어 전압들 중 하나에 대응할 수 있다. 또한, 상기 디텐트 설정 값은 상기 위치 좌표에 기초하여 상기 전자식 조이스틱의 중립 위치로부터의 이동 방향과 관련된 정보도 함께 포함할 수 있다. 작업기(10, 20)는 전압 값 제어에 따른 전자식 조이스틱의 제어에 의해 다양한 위치로 조작이 가능하고, 상기 전압 값에 따라 작업기(10, 20)의 위치 파악이 용이하므로, 다양한 옵션(디텐트 위치들)에 대한 설정이 가능해진다.
일 실시예에서, 디텐트 설정부(160)는 기 설정된 상기 전자식 조이스틱의 이동 가능한 방향인 제1 내지 제n 이동 방향 정보(단, n은 2 이상의 자연수) 및 제1 내지 제n 디텐트 위치 전압들을 포함하는 제1 내지 제n 디텐트 설정 값들을 생성할 수 있다. 상기 제1 내지 제n 디텐트 설정 값들은 저장부(140)에 저장될 수 있다. 예를 들어, 8개의 이동 방향 정보가 인지되도록 설정된 경우, 디텐트 설정부(160)는 각각의 이동 방향 정보에 대응하는 제1 내지 제8 디텐트 설정 값들을 생성할 수 있다.
디텐트 동작부(170)는 상기 디텐트 동작 모드에서 동작할 수 있다. 예를 들어, 입력부(120)에 포함되는 상기 스위치가 상기 디텐트 동작 모드로 턴온된 경우, 디텐트 동작부(170)는 상기 전자식 조이스틱의 움직임을 인지하여 실행부(180)에 소정의 작업기 제어 전압에 대응하는 상기 디텐트 위치 전압을 제공하거나, 상기 디텐트 동작 모드를 종료(또는 비활성화)시킬 수 있다.
일 실시예에서, 디텐트 동작부(170)는 상기 전자식 조이스틱이 상기 디텐트 설정 값에 포함되는 위치 좌표와 동일한 방향으로 기 설정된 임계 위치 이상으로 이동되면 상기 저장된 디텐트 위치 전압을 출력할 수 있다. 상기 출력된 디텐트 위치 전압은 소정의 작업기 제어 전압에 대응하며, 실행부(180)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 전자식 조이스틱의 중립 위치에서 12시 방향으로 상기 전자식 조이스틱이 최대로 이동되는 경우, 상기 디텐트 동작부(170)는 상기 12시 방향으로 설정된 디텐트 값을 저장부(140)로부터 불러올 수 있으며, 상기 디텐트 값에 포함되는 디텐트 위치 전압을 실행부(180)에 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 디텐트 동작 모드에서, 상기 전자식 조이스틱이 연속적으로 상기 제1 내지 제n 이동 방향 정보 중 적어도 두 개의 이동 방향 정보와 동일한 방향들로 상기 임계 위치 이상으로 이동되면, 상기 디텐트 동작부는 상기 적어도 두 개의 방향 정보에 대응하는 상기 제1 내지 제n 디텐트 위치 전압들 중 적어도 두 개를 기 설정된 간격으로 순차적으로 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 디텐트 동작부(170)는 작업기(10, 20)의 위치를 각도 센서(200)로부터 출력된 검출 신호에 기초하여 상기 디텐트 위치를 피드백하는 피드백부(175)를 포함할 수 있다. 건설 기계(1)는 붐, 버켓 등의 작업기(10, 20)의 위치를 각도 센서(200)를 이용하여 검출할 수 있다. 일 실시예에서, 디텐트 설정부(160)는 디텐트 위치 설정 시에 각도 센서(200)로부터 작업기(10, 20)의 위치가 검출된 정보를 상기 디텐트 설정 값에 추가적으로 포함시킬 수 있다. 또는, 작업기(10, 20)의 위치에 각각 대응하는 각도 정보가 저장부(140)에 미리 설정되어 있을 수 있다. 여기서, 디텐트 동작부(170)의 동작에 의해 작업기(10, 20)가 디텐트 위치로 이동되면, 각도 센서(200)가 작업기(10, 20)의 위치 정보(내지 각도 정보)를 검출하고, 피드백부(175)는 상기 검출된 위치 정보를 상기 디텐트 설정 값에 포함되는 작업기(10, 20)의 위치 정보 또는 해당 위치에 대하여 미리 설정된 위치 정보와 비교하여 상기 디텐트 위치를 피드백할 수 있다. 예를 들어, 상기 비교한 결과가 허용 오차 범위를 벗어나는 경우, 피드백부(175)는 다시 한번 상기 디텐트 위치 전압을 출력하거나, 상기 작업기의 위치를 상기 디텐트 위치로 보정하기 위한 전압을 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 디텐트 동작부(170)는 상기 디텐트 동작 모드에서 상기 전자식 조이스틱의 동일한 방향으로의 연속된 움직임이 감지되거나, 상기 전자식 조이스틱이 상기 임계 위치에 못 미치게 움직인 것으로 감지되는 경우에 상기 디텐트 동작 모드를 종료시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 전자식 조이스틱이 12시 방향으로 연속하여 이동되면 상기 디텐트 동작 모드가 종료된다. 상기 디텐트 동작 모드가 종료되면, 작업기(10, 20)는 수동으로 제어될 수 있다.
실행부(180)는 상기 전자식 조이스틱의 위치에 의해 출력된 상기 작업기 제어 전압들 중 하나 또는 상기 디텐트 위치 전압을 작업기(10, 20)의 조작을 위한 출력 전류로 변환시켜 작업기(10, 20)를 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 실행부(180)는 상기 작업기 제어 전압 또는 상기 디텐트 위치 전압을 인가 받아 이를 상기 출력 전류로 변환하는 VCU(Vehicle control unit), EPPR 밸브(Electronic proportional pressure reduce valve) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 실행부(180)는 상기 디텐트 전압을 EPPR 제어 전류에 상응하는 상기 출력 전류로 변환할 수 있다. 상기 EPPR 전류에 의해 파일럿(pilot) 압력이 조절되고, 작업기(10, 20)에 연결된 붐 실린더, 버켓 실린더 등과 같은 작업기 실린더를 제어하는 유압이 제어될 수 있다. 이에 따라, 작업기(10, 20)가 상기 디텐트 위치에 위치할 수 있다. 또한, 실행부(180)는 일반 동작 모드에서 상기 작업기 제어 전압에 기초하여 작업기(10, 20)를 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 건설 기계의 작업기 자동 제어 장치(100)는 전자식 조이스틱의 이동에 따라 다르게 설정된 작업기 제어 전압을 이용하여 디텐트 설정 및 디텐트 동작을 수행할 수 있다. 즉, 전자식 조이스틱이 움직일 수 있는 다양한 방향 및 위치 좌표에 대하여 각각 상기 작업기의 상기 디텐트 위치 설정 및 저장이 가능해지므로, 건설 기계의 작업 능률이 향상될 수 있다. 또한, 전압 제어 기반으로 상기 디텐트 설정 및 동작을 수행하므로 기존의 조이스틱의 움직임을 제어하는 전자석이 제거되며, 소프트웨어 구성만으로 작업기 자동 제어 장치(100)의 설계 및 디텐트 기능 제어가 가능해질 수 있다. 따라서, 작업기 자동 제어 장치(100)의 제조 비용, 유지 및 보수 비용이 절감될 수 있다.
도 3은 도 2의 건설 기계의 작업기 제어 장치에서 전자식 조이스틱이 이동된 위치들 각각에 따라 작업기 제어 전압이 설정된 일 예를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 2의 디텐트 제어부가 전자식 조이스틱의 방향 정보 및 임계 위치를 설정한 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 입력부(120) 또는 디텐트 동작부(170)는 전자식 조이스틱(122)의 위치(이동된 위치)에 따라 기 설정된 작업기 제어 전압을 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 작업기 제어 전압은 약 0V 내지 약 5V 범위 내에서 설정될 수 있다. 전자식 조이스틱(122)이 위치하는 범위에 따라 이에 대응하는 상기 작업기 제어 전압이 출력될 수 있다. 예를 들어, 전자식 조이스틱(122)이 중립 위치에서 12시 방향으로 최대로 이동되는 경우, 약 4.5V 내지 약 5V의 작업기 제어 전압이 출력될 수 있다. 예를 들어, 전자식 조이스틱(122)의 2차원 평면 상의 위치(예를 들어, 기 설정된 xy 좌표)에 따라 서로 다른 전압 값(즉, 상기 작업기 제어 전압)이 출력될 수 있다. 상기 작업기 제어 전압에 대응하여 작업기(즉, 붐 및 버켓)의 위치가 결정될 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로서, 작업기의 위치를 결정하는 작업기 제어 전압과 전자식 조이스틱(122)의 위치 관계는 다양하게 설정될 수 있다.
다시 말하면, 전자식 조이스틱(122)의 이동 방향에 따라 작업기가 조작될 수 있다. 예를 들어, 전자식 조이스틱(122)이 중립 위치(N)에서 A 방향(A)으로 이동된 후 다시 중립 위치(N)로 돌아오면, 상기 붐이 상향되고, E 방향(E)으로 이동된 후 다시 중립 위치(N)로 돌아오면, 상기 붐이 하향될 수 있다. 이와 마찬가지로, 전자식 조이스틱(122)이 소정의 방향에 위치하는 경우, 상기 붐 및 버켓 중 적어도 하나의 위치가 변경될 수 있다. 예를 들어, 전자식 조이스틱(122)이 H 방향(H)으로 이동된 후 다시 중립 위치(N)로 돌아오면 상기 붐이 상향되면서 버켓이 덤프될 수 있다.
상기 디텐트 설정 모드에서는, 디텐트 설정부(160)가 전자식 조이스틱(122)의 이동 위치에 의해 출력되는 작업기 제어 전압(즉, 디텐트 위치 전압)을 상기 이동 방향을 정의하는 이동 방향 정보와 함께 디텐트 설정 값으로써 저장부(140)에 저장할 수 있다. 또한, 각각의 이동 방향에 대응하여 복수의 디텐트 설정 값들이 설정될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 디텐트 설정부(160)가 위해 8개의 전자식 조이스틱(122)의 이동 방향 정보(즉, A 내지 H)에 대한 디텐트 설정 값을 설정할 수 있다.
디텐트 동작부(170)는 각각의 이동 방향에 대해 기 설정된 임계 위치(TH) 에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이 때, 디텐트 동작 모드에서, 디텐트 동작부(170)는 전자식 조이스틱(122)의 위치와 상기 임계 위치(TH)를 비교하여 디텐트 위치 전압 출력 여부를 결정할 수 있다. 디텐트 동작부(170)는 전자식 조이스틱(122)이 상기 디텐트 설정 값에 포함되는 이동 방향 정보와 동일한 방향으로 임계 위치(TH) 이상으로 이동된 것으로 판단하면 상기 디텐트 위치 전압을 출력할 수 있다. 이에 따라, 상기 작업기가 디텐트 위치로 이동되어 멈출 수 있다. 예를 들어, H 방향(H)에 대한 디텐트 설정 값이 설정되어 있는 경우, 디텐트 동작부(170)는 전자식 조이스틱(122)이 H 이동 방향(H)의 임계 위치(THh) 이상으로 이동되면 상기 디텐트 설정 값에 대응하는 상기 디텐트 위치 전압을 출력할 수 있다. 따라서, 붐이 기 설정된 위치로 상향되고 버켓이 기 설정된 위치로 크라우드될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 임계 위치는 각각 해당 이동 방향으로 최대로 이동할 수 있는 위치의 약 90%의 위치에 설정될 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로서, 상기 임계 위치가 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 상기 디텐트 동작 모드에서, 전자식 조이스틱(122)이 연속적으로 제1 내지 제n 이동 방향 정보 중 적어도 두 개의 방향 정보와 동일한 방향들로 상기 임계 위치 이상으로 이동되면, 디텐트 동작부(170)는 상기 적어도 두 개의 방향 정보에 대응하는 상기 제1 내지 제n 디텐트 위치 전압들 중 적어도 두 개를 기 설정된 간격으로 순차적으로 출력할 수 있다. 여기서, 상기 제1 내지 제n 이동 방향 정보는 각각 A 이동 방향 내지 H 이동 방향에 대응할 수 있다.
예를 들어, 디텐트 동작 모드에서, 전자식 조이스틱(122)이 연속적으로 H 방향(H)의 임계 위치(THh) 이상으로 이동한 후에 F 방향(F)의 임계 위치(THf) 이상으로 이동한 경우, 디텐트 동작부(170)는 H 방향(H)에 대하여 설정된 제1 디텐트 설정 값에 포함되는 제1 디텐트 위치 전압과 F 방향(F)에 대하여 설정된 제1 디텐트 설정 값에 포함되는 제2 디텐트 위치 전압을 기 설정된 간격으로 순차적으로 출력할 수 있다. 이에 따라, 상기 붐이 기 설정된 위치로 상향되고 버켓이 기 설정된 위치로 크라우드된 후에 다시 상기 붐이 기 설정된 위치로 하향되고 상기 버켓이 기 설정된 위치로 덤프될 수 있다. 즉, 복합적인 작업기의 동작이 자동으로 제어될 수 있다. 상기 복합 제어 동작은 3번 이상의 상기 전자식 조이스틱(122)의 조작에 의해서도 이에 대응하여 수행될 수 있다. 따라서, 상기 디텐트 동작 모드에서 상기 붐 및 버켓 등을 포함하는 작업기가 자동으로 연속적인 다른 동작을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 디텐트 동작 모드에서, 상기 전자식 조이스틱의 동일한 방향으로의 연속된 움직임이 감지되거나, 상기 전자식 조이스틱이 상기 임계 위치에 못 미치게 움직인 것으로 감지되는 경우, 상기 디텐트 동작부는 상기 디텐트 동작 모드를 종료시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 건설 기계의 작업기 자동 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 건설 기계의 작업기 자동 제어 방법은 디텐트 설정 모드가 설정(S110)되고, 작업기의 디텐트 위치를 설정하기 위한 전자식 조이스틱이 이동된 위치 좌표 및 상기 위치 좌표에 대응하는 디텐트 위치 전압을 출력(S130)하며, 상기 위치 좌표, 상기 디텐트 위치 전압 및 상기 전자식 조이스틱이 중립 위치로부터 상기 이동된 위치로 이동된 방향인 방향 정보를 함께 디텐트 설정 값으로 저장(S150)할 수 있다. 또한, 건설 기계의 작업기 자동 제어 방법은 디텐트 동작 모드가 설정(S210)되고, 상기 전자식 조이스틱의 상기 저장된 위치 좌표와 상기 전자식 조이스틱이 현재 이동된 좌표를 비교(S230)하여, 상기 전자식 조이스틱이 상기 방향 정보와 동일한 방향으로 기 설정된 임계 위치 이상으로 이동된 것으로 판단되면 상기 디텐트 위치 전압을 출력(S250)하고, 상기 디텐트 위치 전압을 상기 작업기의 조작을 위한 출력 전류로 변환시켜 상기 작업기를 상기 디텐트 위치로 이동(S270)시킬 수 있다. 상기 전자식 조이스틱이 상기 방향 정보와 동일한 방향으로 기 설정된 임계 위치에 못미치게 이동된 것으로 판단되면, 상기 디텐트 동작 모드가 종료될 수 있다. 이 경우, 상기 전자식 조이스틱의 위치 좌표에 대응하는 상기 작업기 제어 전압이 출력되어 상기 작업기가 수동 제어될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 디텐트 설정 값은 상기 전자식 조이스틱의 기 설정된 이동 가능한 방향인 제1 내지 제n 방향 정보(단, n은 2 이상의 자연수) 및 제1 내지 제n 디텐트 위치 전압들을 각각 포함하는 제1 내지 제n 디텐트 설정 값들을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 디텐트 위치 전압을 출력(S250)함에 있어서, 상기 전자식 조이스틱이 연속적으로 제1 내지 제n 방향 정보 중 적어도 두 개의 방향 정보와 동일한 방향들로 상기 기 설정된 임계 위치 이상으로 이동되면, 상기 적어도 두 개의 방향 정보에 대응하는 상기 제1 내지 제n 디텐트 위치 전압들 중 적어도 두 개를 기 설정된 간격으로 순차적으로 출력할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 디텐트 위치 전압을 출력하는 단계(S250) 및/또는 상기 작업기를 상기 디텐트 위치로 이동시키는 단계(S270)에서, 즉, 디텐트 동작 모드 중, 상기 전자식 조이스틱의 동일한 방향으로의 연속된 움직임이 감지되거나, 상기 전자식 조이스틱이 상기 임계 위치에 못미치게 움직인 것으로 감지되는 경우, 상기 디텐트 동작 모드가 종료될 수 있다.
상기 디텐트 설정 모드가 턴 온된 경우의 동작 및 상기 디텐트 동작 모드가 턴 온된 경우의 동작은 도 1 내지 도 4를 참조하여 상술하였으므로, 이와 중복되는 내용의 기재는 생략하기로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 건설 기계의 작업기 자동 제어 방법은 전자식 조이스틱의 이동에 따라 다르게 설정된 작업기 제어 전압을 이용하여 디텐트 설정 및 디텐트 동작을 수행할 수 있다. 즉, 전자식 조이스틱이 움직일 수 있는 다양한 방향 및 위치 좌표에 대하여 각각 상기 작업기의 상기 디텐트 위치 설정 및 저장이 가능해지므로, 건설 기계의 작업 능률이 향상될 수 있다. 또한, 전압 제어 기반으로 상기 디텐트 설정 및 동작을 수행하므로 기존의 조이스틱의 움직임을 제어하는 전자석이 제거되며, 소프트웨어 구성만으로 작업기 자동 제어 장치의 설계 및 디텐트 기능 제어가 가능해질 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.
1: 건설 기계 10, 20: 작업기(붐, 버켓)
30: 캐빈 100: 작업기 자동 제어 장치
120: 입력부 122: 전자식 조이스틱
140: 저장부 160: 디텐트 설정부
170: 디텐트 동작부 175: 피드백부
180: 실행부 200: 각도 센서

Claims (11)

  1. 전자식 조이스틱이 이동된 위치들 각각에 대응하는 기 설정된 복수의 작업기 제어 전압들이 설정된 저장부;
    상기 전자식 조이스틱 및 디텐트(detent) 모드를 선택하기 위한 스위치를 포함하는 입력부;
    상기 디텐트 모드가 디텐트 설정 모드로 선택된 경우, 작업기의 디텐트 위치를 설정하기 위한 상기 전자식 조이스틱의 위치 좌표 및 상기 위치 좌표에 대응하는 디텐트 위치 전압 디텐트 설정 값으로 상기 저장부에 저장하는 디텐트 설정부;
    상기 디텐트 모드가 디텐트 동작 모드로 선택된 경우, 상기 전자식 조이스틱이 상기 위치 좌표로 이동된 방향과 동일한 방향으로 기 설정된 임계 위치 이상으로 이동되면 상기 저장된 디텐트 위치 전압을 출력하는 디텐트 동작부; 및
    상기 전자식 조이스틱의 위치에 의해 출력된 상기 작업기 제어 전압들 중 하나 또는 상기 디텐트 위치 전압을 상기 작업기의 조작을 위한 출력 전류로 변환시켜 상기 작업기를 제어하는 실행부를 포함하는 건설 기계의 작업기 자동 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 디텐트 위치 전압은 상기 작업기 제어 전압들 중 하나에 대응하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 작업기 자동 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 디텐트 설정부는 기 설정된 상기 전자식 조이스틱이 이동 가능한 방향인 제1 내지 제n 이동 방향 정보(단, n은 2 이상의 자연수) 및 제1 내지 제n 디텐트 위치 전압들을 각각 포함하는 제1 내지 제n 디텐트 설정 값들을 생성하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 작업기 자동 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 디텐트 동작 모드에서, 상기 전자식 조이스틱이 연속적으로 상기 제1 내지 제n 이동 방향 정보 중 적어도 두 개의 방향 정보와 동일한 방향들로 상기 기 설정된 임계 위치 이상으로 이동되면, 상기 디텐트 동작부는 상기 적어도 두 개의 방향 정보에 대응하는 상기 제1 내지 제n 디텐트 위치 전압들 중 적어도 두 개를 기 설정된 간격으로 순차적으로 출력하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 작업기 자동 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 디텐트 동작부는
    상기 작업기의 위치를 검출하는 각도 센서(angle sensor)로부터 출력된 검출 신호에 기초하여 상기 디텐트 위치를 피드백하는 피드백부를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 작업기 자동 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 디텐트 동작 모드에서, 상기 전자식 조이스틱의 동일한 방향으로의 연속된 움직임이 감지되거나, 상기 전자식 조이스틱이 상기 임계 위치에 못 미치게 움직인 것으로 감지되는 경우, 상기 디텐트 동작부는 상기 디텐트 동작 모드를 종료시키는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 작업기 자동 제어 장치.
  7. 디텐트(detent) 모드가 디텐트 설정 모드로 선택된 경우, 작업기의 디텐트 위치를 설정하기 위한 전자식 조이스틱이 위치 좌표 및 상기 위치 좌표에 대응하는 디텐트 위치 전압을 출력하는 단계;
    상기 위치 좌표, 상기 디텐트 위치 전압 및 상기 전자식 조이스틱이 중립 위치로부터 이동된 위치로 이동된 방향인 이동 방향 정보를 함께 디텐트 설정 값으로 저장하는 단계;
    상기 디텐트 모드가 디텐트 동작 모드로 선택된 경우, 상기 전자식 조이스틱이 상기 이동 방향 정보와 동일한 방향으로 기 설정된 임계 위치 이상으로 이동되면 상기 디텐트 위치 전압을 출력하는 단계; 및
    상기 디텐트 위치 전압을 상기 작업기의 조작을 위한 출력 전류로 변환시켜 상기 작업기를 상기 디텐트 위치로 이동시키는 단계를 포함하는 건설 기계의 작업기 자동 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 디텐트 설정 값은 상기 전자식 조이스틱의 기 설정된 이동 가능한 방향인 제1 내지 제n 이동 방향 정보(단, n은 2 이상의 자연수) 및 제1 내지 제n 디텐트 위치 전압들을 각각 포함하는 제1 내지 제n 디텐트 설정 값들을 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 작업기 자동 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 디텐트 위치 전압을 출력하는 단계는 상기 전자식 조이스틱이 연속적으로 상기 제1 내지 제n 이동 방향 정보 중 적어도 두 개의 방향 정보와 동일한 방향들로 상기 기 설정된 임계 위치 이상으로 이동되면, 상기 적어도 두 개의 방향 정보에 대응하는 상기 제1 내지 제n 디텐트 위치 전압들 중 적어도 두 개를 기 설정된 간격으로 순차적으로 출력하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 작업기 작동 제어 방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 디텐트 위치 전압을 출력하는 단계는 상기 전자식 조이스틱의 동일한 방향으로의 연속된 움직임이 감지되거나, 상기 전자식 조이스틱이 상기 임계 위치에 못미치게 움직인 것으로 감지되는 경우, 상기 디텐트 동작 모드를 종료시키는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 작업기 자동 제어 방법.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 작업기를 상기 디텐트 위치로 이동시키는 단계는 상기 전자식 조이스틱의 동일한 방향으로의 연속된 움직임이 감지되거나, 상기 전자식 조이스틱이 상기 임계 위치에 못미치게 움직인 것으로 감지되는 경우, 상기 디텐트 동작 모드를 종료시키는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 작업기 자동 제어 방법.
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