KR102635880B1 - 자율주행 방식 무인 농약 살포차량의 전동 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 농약 무인 살포차량에 적용될 수 있는 바퀴형 라인트레이스에 관한 것이며, 특히 바퀴를 지지하는 브라켓과 연결프레임, 조향아암의 설치구성을 개선하여 바퀴의 회전반경을 최소화하면서 지상고를 높게 이동할 수 있도록 하며, 조향을 위한 작동구조로서 웜휠 웜기어를 이용하여 정확하고 균일한 작동과 지면에 의해 바퀴가 움직이는 현상을 방지하는 등 효율적인 전동 조향장치의 기능과 제어를 이룩한 것이다.

Description

자율주행 방식 무인 농약 살포차량의 전동 조향장치{Electric steering system for autonomous driving unmanned pesticide spraying vehicle}

본 발명은 주로 농업용 자동 작업차량에 적용될 수 있는 바퀴형 라인트레이스에 관한 것이며, 좀 더 구체적으로 무인 농약 살포차량의 전동 조향장치를 효율적인 구성과 기능을 갖도록 개선한 것이다.

주지된 바와 같이 차량의 조향장치는 자동차 기술과 함께 발전을 거듭하고 있는데, 근래에는 무인 자율주행 기술이라는 새로운 패러다임이 등장하여 그 중요성과 필요성이 매우 중대하게 대두되고 있다.

본 발명이 주목하는 분야는 농업용으로 사용되는 무인 자동작업 차량에 관한 것인데, 그 특성상 논이나 밭 또는 과수원 등을 주행하여야 하므로 기능상의 제약이 따르고, 또한 여러 가지 필요한 기능이 요구된다.

아래 선행기술문헌의 전동 조향장치 등 종래에도 다양한 전동 조향장치들이 개발된 바 있는데, 이러한 종래 전동 조향장치들은 여러 가지 문제점들을 갖고 있었다.

즉, 종래 조향장치는 조향을 위해 바퀴가 회동하는 중심 관절부가 바퀴의 측면 내측에 구성되어 있어서 관절부 중심을 기준으로 바퀴가 좌우회동을 하므로 바퀴의 직경보다 큰 회전반경을 가진다. 이러한 단점은 작업차량의 이동 통로 크기와 장애물에 제한을 받고 바퀴의 마모가 크게 되는 문제로 이어진다.

또한, 종래의 조향장치는 양측 바퀴의 회전을 위한 지지축이 양측 바퀴 중심으로 연결되어 있어서 지면으로부터의 높이인 지상고가 낮아 불규칙한 지면을 주행시에 장애가 발생하는 문제가 있었다.

그리고 종래의 조향장치는 래크와 피니언의 결합으로 동력을 전달하여 조향하므로 래크와 피니언의 기어 공차나 기타 마모에 의한 공차나 유격 등으로 인한 것이며, 이로 인하여 급격한 지형변화를 주행시 지형에 의해 제어와는 상관없이 바퀴가 비틀리게 되어 원하는 방향과 달리 주행이 이루어지는 경우가 발생하는 문제도 있었다.

특허등록 10-1006186(등록일자 2010년12월29일)

상기 문제점을 감안하여 안출한 본 발명은 바퀴의 회전반경을 최소화하여 주행 통로의 크기나 장애물에 영향을 최소화하면서 작업을 진행할 수 있도록 하며, 지면과 차량의 저면 사이의 지상고를 최대한 확보하여 불규칙한 지면에서도 걸림에 의한 주행방해 또는 작업 지장을 해소할 수 있으며, 더불어 불규칙한 면에서 지형의 영향으로 바퀴가 틀어지게 되는 현상도 간단히 방지할 수 있는 전동 조향장치의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같은 해결 수단을 안출하였다.

본 발명의 살포차량은 지하 일정 깊이에 매설된 유도선을 따라 이동하도록 제어되고, 차량에는 상기 유도선을 감지할 수 있는 유도선 감지센서를 구비하였다. 살포차량의 제어 및 농약분무와 공급 등을 제어하는 제어시스템과 모터 콘트롤러가 모터를 제어하도록 구성된다.

특히 바퀴를 지지하는 브라켓을 구성시 바퀴의 중심축 내외측을 지지하고 바퀴의 상부를 감싸도록 ''형으로 구성하였고, 브라켓의 상면 중앙에 회동 중심부를 구성한 후 양측 브라켓을 연결하는 연결프레임의 양단을 브라켓의 회동중심부에 설치하며, 각 브라켓의 일측에 회동을 위한 조향아암을 각각 연결하여 조향아암에 의하여 브라켓이 회동중심부를 중심으로 회전하면 조향이 이루어지도록 함을 특징으로 한다.

또한, 상기 연결프레임의 상부 중앙에 바퀴 회동을 위하여 웜휠을 설치하였고, 웜휠에는 웜기어를 맞물리게 설치하여 모터가 구동하면 웜기어와 웜휠이 갖는 감속비에 의해 웜휠이 감속된 상태로 회전을 하도록 구성됨을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 바퀴의 회전반경을 최소화되므로 주행 통로의 크기나 장애물에 의해 주행이 불가능하거나 잘못 이동하는 경우를 방지하면서 농약 살포작업을 할 수 있게 되었으며, 지면과 차량의 저면 사이의 지상고가 최대한 높아지는 결과로 인하여 불규칙한 지면에서도 걸림에 의한 주행방해 또는 작업 지장을 해소할 수 있게 되었다.

또한, 살포차량의 주행 중 불규칙한 면에서 지형의 영향으로 바퀴가 틀어지게 되는 현상도 방지할 수 있는 등 효율적인 전동 조향장치의 기능과 제어를 이룩하게 되는 것이다.

도 1은 본 발명의 전체 개념을 도시한 도면
도 2는 본 발명의 작동 개념을 도시한 도면
도 3은 본 발명의 살포차량에 대한 정면도
도 4는 본 발명의 살포차량에 대한 평면도
도 5는 본 발명의 작동상태를 도시한 평면도
도 6은 본 발명의 방향전환 제어를 위한 예시 상세도
도 7은 도 6의 작동상태도

이하, 본 발명의 전동 조향장치에 대하여 실시 예를 기준으로 구성을 상세히 설명하고자 하는바, 이러한 설명은 본 발명이 추구하는 기술적 사상을 본 문서에 기재된 실시 예에 기재된 형태로 한정하려는 것이 아니며, 제시된 실시 예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents) 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

아울러, 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

본 발명은 농업용, 좀 더 구체적으로는 자율주행 기능을 갖는 농약 무인 살포차량에 적용하고자 하는 것이다.

본 발명의 농약 무인 살포차량(1)은 살포대상인 과수원 등의 지하 일정 깊이에 매설된 유도선(100)을 따라 이동하면서 적재된 농약통(6)의 농약을 분무하도록 제어되고, 차량에는 상기 유도선(100)을 감지할 수 있는 유도선 감지센서(101)가 구비되며, 살포차량(1)의 제어 및 농약분무와 공급 등을 제어하는 제어시스템에 의해 모터 콘트롤러가 뒤에 설명되는 모터(21)와 센터 감지센서(43) 및 리미트 감지센서(44)를 제어하도록 구성된다.

본 발명의 살포차량(1)은 우선 바퀴(2)를 지지하는 브라켓(10)을 구성시 허브축(3) 내외측을 지지하고 바퀴(2)의 상부를 감싸도록 '

'형으로 구성하였고, 브라켓(10)의 상면 중앙에 회동중심부(11)를 구성한 후 양측 브라켓(10)을 연결하는 연결프레임(4)의 양단을 브라켓(10)의 회동중심부(11)에 설치하였다.

그리고 각 브라켓(10)의 일측을 돌출시켜 작동연결부(12)를 마련한 후, 회동을 위한 조향아암(5)을 각각 연결토록 구성하였다.

연결프레임(4)의 상부 중앙에 바퀴 회동을 위한 작동장치가 구성되는데, 중심이 수직으로 세워진 상태로 수평방향으로 회전하는 형태의 웜휠(20)을 설치하였고, 웜휠(20)에는 모터(21)에 의해 구동하는 웜기어(22)를 맞물리게 설치하였다. 모터(21)가 구동하면 웜기어(22)와 웜휠(20)이 갖는 감속비에 의해 웜휠(20)이 감속된 상태로 회전을 하는 것이다.

상기 웜휠(20)의 중심축(20-1)에는 중심축(20-1)과 동일한 중심으로 회전이 이루어지도록 조향각 플레이트(30)를 설치한 후 조향각 플레이트(30) 타단에 상기 브라켓(10)의 작동연결부(12)와 연결되는 조향아암(5)을 각각 연결하였다. 따라서 웜휠(20)의 회전에 의해 조향각 플레이트(30)가 좌우로 회동을 하고 이에 따라 조향아암(5)에 의해 브라켓(10)에 지지된 바퀴(2)가 회동하는 것이다.

상기 조향아암(5)이 작동연결부(12)에 설치되는 위치 및 조향각 플레이트(30)에 설치되는 위치 및 각도의 조절로, 내측 바퀴가 45도 각도로 회동시 외측바퀴는 31.3도 각도로 회동하도록 설계한 것이다.

본 발명은 바퀴(2)의 회동각도를 제어하는 시스템을 갖는데, 웜휠(20)의 중심축(20-1)과 동일 축상에 설치되어 동일하게 회전하는 센서감지판(40)을 구성하였고 센서감지판(40)에는 바퀴(2)가 직진상태(0도)임을 감지하는 하나의 직진 감지수단(41)과 좌우 회동의 한계상태를 감지하는 리미트 감지수단(42)을 구성하며, 상기 직진 감지수단(41)이 바퀴(2)가 직진상태의 위치임을 감지하는 센터 감지센서(43)와 바퀴(2)가 좌우 한계까지 회동한 상태에서 리미트 감지수단(42)을 감지하는 두 개의 리미트 감지센서(44)를 설치하였다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 사용에 따른 작용을 살펴본다.

먼저, 정상적인 직진 진행상태에서는 바퀴(2)가 일직선 평행방향으로 위치하며, 이때 센서감지판(40)의 직진 감지수단(41)을 센터 감지센서(43)가 감지하고 있는 상태가 된다.

이러한 상태에서 방향의 전환이 필요할 시 모터(21)의 구동으로 웜기어(22)가 회전을 하고 이와 맞물린 웜휠(20)이 회전을 하게 된다.

웜휠(20)의 회전과 함께 조향각 플레이트(30)가 동일한 방향으로 회동을 하면 조향각 플레이트(30)에 연결된 양측 조향아암(5)이 브라켓(10)의 작동연결부(12)를 밀거나 당기면서 브라켓(10)이 회동중심부(11)를 기준으로 회동을 하고 결국 바퀴(2)의 방향이 전환되는 것이다.

방향이 전환되는 과정에서 한계 이상으로 회동하는 것을 방지하는 기능이 작동하는데, 리미트 감지수단(42)이 어느 한쪽의 리미트 감지센서(44)에 감지되면 더 이상의 회동이 이루어지지 않게 된다.

본 발명의 장치에 의하면 조향각 플레이트(30)가 웜휠(20)의 중심축(20-1)과 동일하게 원운동을 하면서 두 개의 조향아암(5)을 밀고 당기는 방식으로 조향이 이루어지는 것으로, 조향 감속기의 작동 각과 내측 바퀴의 각도는 차이가 발생하며, 아울러 내측 바퀴의 각도와 외측 바퀴의 각도 또한 차이가 발생한다.

내측 바퀴각과 조향 감속기 각도의 차이

바퀴 내측각	조향 감속기 각	오차각도
45	47.16	2.16
38	40.43	2.43
33.5	35.97	2.47
31	33.46	2.46
30	32.45	2.45
29	31.43	2.43
28	30.41	2.41
20	22.09	2.09
14	15.67	1.67
10	11.3	1.3
0	0	0

상기 표에서와 같이 내측 바퀴의 조향각이 조향각 플레이트의 각도와 차이가 발생하므로 내측 바퀴를 원하는 각도(45도)만큼 제한을 하기 위해서는 오차 각도만큼 리미트 감지센서(44)의 위치를 보정하는 것이 필요하다. 즉 센터 위치에서는 0도로부터 최대 내측 바퀴가 45도 조향이 되기 위하여 조향 감속기 각은 +2.16도가 되도록 리미트 감지센서(44)의 위치를 이동하여 설치하는 것이다.

또한, 내측 바퀴의 조향각과 외측 바퀴의 조향각이 다르게 작동하는데 그 차이의 예는 다음의 표 2와 같다.

내측 조향각과 외측 조향각의 차이

내측 바퀴 조향각	외측 바퀴 조향각
10	9.4
20	17.6
30	24.4
40	29.5
45	31.3

상기와 같은 본 발명의 구조와 작용에 의하여 유도선을 따라 자율 주행하는 살포차량(1)은 바퀴(2)가 자동으로 제어되면서 원활하고 안정적인 주행이 가능하며, 특히 웜휠과 웜기어 방식의 작동으로 인하여 지형에 의해 바퀴가 틀어지는 형상이 방지되고 바퀴의 중앙 상부에서 조향을 이룩하므로 바퀴의 조향에 필요한 공간을 최소화할 수 있으며 지면과 조향장치 간의 높이가 높아 지형에 영향을 받지 않으면서 주행이 가능하게 되는 것이다.

1: 살포차량
2: 바퀴
3: 허브축
4: 연결프레임
5: 조향아암
6: 농약통
10: 브라켓
11: 회동중심부
12: 작동연결부
20: 웜휠
20-1: 휠 중심축
22: 모터
30: 조향각 플레이트
40: 센서감지판
41: 직진 감지수단
42: 리미트 감지수단
43: 센터 감지센서
44: 리미트 감지센서

Claims (4)

1. 자율주행 기능을 갖는 농약 무인 살포차량으로서, 살포대상 장소에 지하 일정 깊이에 매설된 유도선(100)을 따라 이동하도록 제어되고, 차량에는 상기 유도선(100)을 감지할 수 있는 유도선 감지센서(101)가 구비되며, 살포차량(1)의 제어 및 농약분무와 공급을 제어하는 제어시스템에 의해 모터(21)와 센터 감지센서(43) 및 리미트 감지센서(44)를 제어하며,
   바퀴(2)를 지지하는 브라켓(10)을 구성시 바퀴(2)의 허브축(3) 내외측을 지지하고 바퀴(2)의 상부를 감싸도록 ''형으로 구성하고, 브라켓(10)의 상면 중앙에 회동중심부(11)를 구성한 후 양측 브라켓(10)을 연결하는 연결프레임(4)의 양단을 브라켓(10)의 회동중심부(11)에 설치하며,
   각 브라켓(10)의 일측을 돌출시켜 작동연결부(12)를 마련한 후, 회동을 위한 조향아암(5)을 각각 연결하며,
   상기 연결프레임(4)의 상부 중앙에 바퀴 회동을 위한 작동장치로서 중심이 수직으로 세워진 상태로 수평방향으로 회전하는 형태의 웜휠(20)을 설치하였고, 웜휠(20)에는 모터(21)에 의해 구동하는 웜기어(22)를 맞물리게 설치하며,
   상기 웜휠(20)의 중심축(20-1)에는 중심축(20-1)과 동일한 중심으로 회전이 이루어지도록 조향각 플레이트(30)를 설치한 후 조향각 플레이트(30) 타단에 상기 브라켓(10)의 작동연결부(12)와 연결되는 조향아암(5)을 각각 연결하여 내측 바퀴가 45도 각도로 회동시 외측 바퀴는 31.3도 각도로 회동하도록 구성한 것을 특징으로 하는 자율주행 방식 무인 농약 살포차량의 전동 조향장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제