KR20020085663A

KR20020085663A - 굴삭기의 실시간 작업시스템

Info

Publication number: KR20020085663A
Application number: KR1020010025286A
Authority: KR
Inventors: 박형근; 하희상
Original assignee: 현대건설주식회사
Priority date: 2001-05-09
Filing date: 2001-05-09
Publication date: 2002-11-16

Abstract

본 발명은 GPS(Global position system)와 작업장치의 회전각 검측시스템을 조합하여 실시간으로 굴삭측량정보를 취득하여 굴삭기의 전반적인 단독 작업수행능력을 향상시킬 수 있도록 한 굴삭기의 실시간 작업시스템에 관한 것으로, 굴삭기의 위치정보와 버킷의 위치정보를 제공받으면서 측량과 굴삭작업을 동시에 수행할 수 있도록 한 굴삭기의 실시간 작업시스템으로서, 굴삭기의 위치를 제공하기 위해 선회체의 회전중심 상부에 배치된 GPS수신기와, 상기 선회체의 회전중심부에 배치되어 굴삭기의 모션량을 감지하기 위한 모션감지수단과, 상기 선회체에 구비된 붐과 아암 및 버켓의 회전각도를 각각 검출하기 위해 각 관절부위에 배치된 회전각검출수단 및 상기 모션감지수단과 각도검출수단으로부터 출력되는 계측신호를 실시간으로 연산하여 상기 버켓 끝단의 좌표값을 얻어내는 계측컨트롤러를 포함하여, 상기 GPS수신안테나로 굴삭기의 작업영역의 지형 측량과 동시에 상기 계측컨트롤러로부터 상기 버켓 끝단의 좌표값을 얻어내어 계획단면의 굴삭작업을 독단적으로 수행할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

굴삭기의 실시간 작업시스템{Real-time excavation system of excavator}

본 발명은 굴삭기의 작업시스템에 관한 것으로, 특히 GPS(Global position system)와 작업장치의 회전각 검측시스템을 조합하여 실시간으로 굴삭측량정보를취득하여 굴삭기의 전반적인 단독 작업수행능력을 향상시킬 수 있도록 한 굴삭기의 실시간 작업시스템에 관한 것이다.

일반적으로 건설장비에 설치되는 GPS수신기는 장비위치의 이동경로를 제공하는 용도로 한정되어 왔다. 즉, GPS수신기를 설치한 불도우져나 로울러와 같은 건설장비의 경우 평탄한 지역에 대한 정지작업에만 한정되어 사용되고 있다.

따라서 종래의 GPS수신기만을 탑재한 굴삭장비의 경우에는, 불규칙 지형 및 사면과 같은 굴삭작업을 하는데 있어서 굴삭의 정확한 위치정보를 파악할 수 없었다. 즉, 굴삭기의 모션(motion) 및 버켓의 위치정보를 파악할 수 없어서, 사면굴삭이 필요한 지면에 대한 계획적 굴삭작업이 불가능하였다.

본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 창안된 것으로서, 굴삭기의 위치정보와 더불어 버켓의 위치정보를 실시간으로 취득하여 지리적 측량과 함께 계획적인 굴삭작업을 동시에 이룰 수 있도록 한 굴삭기의 실시간 작업시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,

굴삭기의 위치정보와 버킷의 위치정보를 제공받으면서 측량과 굴삭작업을 동시에 수행할 수 있도록 한 굴삭기의 실시간 작업시스템으로서,

굴삭기의 위치를 제공하기 위해 선회체의 회전중심 상부에 배치된 GPS수신기와;

상기 선회체의 회전중심부에 배치되어 굴삭기의 모션량을 감지하기 위한 모션감지수단과;

상기 선회체에 구비된 붐과 아암 및 버켓의 회전각도를 각각 검출하기 위해 각 관절부위에 배치된 회전각검출수단; 및

상기 모션감지수단과 각도검출수단으로부터 출력되는 계측신호를 실시간으로 연산하여 상기 버켓 끝단의 좌표값을 얻어내는 계측컨트롤러를 포함하여,

상기 GPS수신안테나로 굴삭기의 작업영역의 지형 측량과 동시에 상기 계측컨트롤러로부터 상기 버켓 끝단의 좌표값을 얻어내어 계획단면의 굴삭작업을 독단적으로 수행할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기의 작업시스템을 설명하기 위한 굴삭기의 작업상태도.

도 2는 본 발명에 적용되는 GPS수신기와, 모션센서 그리고 버킷 끝단의 좌표를 설명하기 위한 공간좌표도.

도 3은 본 발명에 따른 굴삭기의 실시간 작업시스템 흐름도.

도 4는 굴삭기의 실시간 작업상황에 대한 각종 정보를 모니터에 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

30A,30B,30C : 회전각센서 31 : 계측컨트롤러

32 : GPS수신기 33 : GPS수신기 동적보정대

38 : 모션센서

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 GPS위치제어와 작업장치의 회전각 계측시스템을 조합한 굴삭측량 작업시스템을 설명하기 위한 굴삭기의 정면도이다.

도 1에서, 굴삭기(20)의 선회체(22) 회전중심의 상부에는 굴삭기의 위치정보를 제공하기 위해 GPS수신기(32)가 탑재되어 있고, 이 GPS수신기(32)의 하부에는 GPS수신기(32)의 수신각도를 일정하게 유지하기 위한 수신기동적보정대(33)가 설치되어 있다.

여기서 GPS수신기(32)는, GPS(Global Position System)의 한 부분으로 인공위성을 이용한 범세계적 위치결정을 수신하기 위한 것으로, 인공위성에서 발사한 전파를 수신하여 관측점까지의 소요시간을 관측함으로서 관측장비의 위치를 구하기위한 수신장비이다.

이때 GPS수신기(32)의 위치는 굴삭기의 모션 및 사면 작업시에도 위치정보의 계측 및 위성신호의 안정된 수신을 위해 굴삭기 선회체(22)의 회전중심으로부터 일정한 높이에 설치함이 바람직하다.

상기 선회체(22)의 회전중심부상에는 굴삭기의 모션을 감지하는 모션센서 (38)가 배치되어 있다. 모션센서(38)는 지형에 따른 굴삭기의 모션에서 일어나는 피칭(pitching)동작(굴삭기의 전,후 기울어짐)이나 롤링(rolling)동작(굴삭기의 좌,우 기울어짐)을 감지하여 최종적으로 버켓(37)의 위치를 교정하기 위한 것이다.

한편, 선회체(22)에 연결된 붐(35)과 아암(36) 및 버켓(37)의 각 힌지부위(관절부위)에는 각각의 회전각도를 검출하기 위한 회전각센서(30A,30B,30C)가 설치되어 있다.

상기 제1회전각센서(30A)는, 선회체(22)에 힌지연결하여 관절운동하는 붐 (35)의 회전각을 측정하고, 제2회전각센서(30B)는 붐(35)에 힌지연결되어 관절운동하는 아암(36)의 회전각을 측정하고, 제3회전각센서(30C)는 아암(36)에 힌지 연결되어 관절 운동하는 버켓(37)의 회전각을 측정한다.

각 회전각센서(30A,30B,30C)로부터 취득한 회전각도(도 2에서 ??1,??2,??3)는 붐(35)과 아암(36) 및 버켓(37)의 길이(L1,L2,L3)를 가지고 버켓(37)의 좌표 (X,Y,Z)를 산출해내기 위한 것이다.

그리고 상기 선회체(22)에는 모션센서(38)와 회전각센서(30A,30B,30C)의 계측값을 연산 변환하여 실시간으로 상기 버켓(37)의 끝단 좌표값을 산출해내는 계측컨트롤러(31)가 탑재되어 있다.

한편, 굴삭기의 운전실에는 도 4와 같이 모니터(100)가 구비되어 있고, 이 모니터(100)에는 계측컨트롤러(31)에 연동하여 굴삭기의 위치정보 및 버켓(37) 끝단의 위치정보가 실시간으로 표시되도록 되어 있다.

즉, 모니터(100)에는 지형표시부(101)에 굴삭기의 위치 정보가 표시되고, 지형표시부(101)의 하단에는 계획단면표시부(102)가 위치하여 굴삭작업 상황을 알 수 있도록 하였고, 굴삭기 방향정보표시부(103)에는 방위각과 방향각이 나타나고, 굴삭버켓표시부(104)에는 버켓 끝단의 좌표값이 정보로 나타나게 되어 있다.

이와 같이 구성된 본 실시예의 작용을 도 3의 플로우차트를 참조하여 설명한다.

먼저, 굴삭기의 실시간 작업시스템이 가동되면, 굴삭기에 탑재된 GPS수신기 (32)가 복수개의 인공위성으로부터 GPS위치정보를 수신한다.

GPS수신기(32)로부터 수신된 위치정보는 위치변환식에 의해 GPS좌표가 투영변환되어 측지좌표로 변환되고, 이 측지좌표는 모션센서(38)에 의해 감지된 측량값으로 좌표회전변환되고, 다시 회전각센서(30A,30B,30C)로 계측된 회전각에 의해 계측값이 계산되어 버켓(37)끝단의 위치정보가 산출된다.

이때 굴삭 작업시에도 버켓(37) 끝단의 위치정보는 항상 도 2의 GPS수신기 (32)가 쫓는 GPS국지좌표정보(Xg,Yg,Zg)와 연동되어 처리된다.

이같이 일련의 순서로 처리되는 좌표값은 도 4에 도시된 바와 같이 모니터 (100)의 각종 정보표시부(101~104)에 디지털 및 아날로그 정보로 표시된다.

따라서 작업자는 모니터(100)를 보아가면서 현재작업단면과 계획할 수 있고, 사면을 계측하면서 독단적으로 굴삭할 수 있다. 이러한 굴삭작업은 모니터(100)상의 계획단면표시부(102)에 나타나는 계획단면을 보아가면서 작업을 수행하게 된다.

이와 같이 본 발명은 굴삭기의 선회체에 연결된 붐, 아암, 버켓의 각 관절부위에 회전각센서를 설치하여 관절의 움직임에 따라 회전각을 계측하여 각 관절사이의 고정길이(붐, 아암, 버켓의 길이)를 기준으로 각도법에 따라 버켓 끝단의 위치정보 좌표를 계산하게 되며, 이때 GPS동적보정대(33)는 안정된 인공위성의 수신과 함께 실시간 제공되는 X,Y,Z 좌표값을 이용하여 계측컨트롤러(31)에 제공되는 X,Y,Z값을 조합하고, 모션센서(38)에 의해 회전변환되어진 죄표변환을 통해 죄종 버켓(37) 끝단의 측량위치 정보를 제공하게 된다.

따라서 본 발명에 따르면 굴삭기의 위치정보가 작업지역에 나타나게 됨으로서 종래와 같이 별도의 작업측량이나 레벨표시가 필요없어져 작업측량이 필요한 인력을 감축시킬 수 있다. 또한 굴삭기 버킷 끝단의 위치를 제공받아 단독적으로 작업을 수행할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 굴삭기의 실시간 작업시스템에 따르면, 작업장치의 회전각정보와 GPS위치정보를 조합하여 굴삭기의 작업을 측량팀의 지원없이 단독으로 수행할 수 있도록 함으로써 장비가동율이 향상되고, 또 사면과 같은 지형에 대한 계획적 굴삭작업을 가능하게 할 뿐만 아니라, 우천시나 시계가 좋지 않은 기상상태와 관계없이 언제나 정확한 작업을 가능하도록 하며 굴삭기 운전자의 손쉬운현장정보 취득에 따른 작업수행능력을 월등히 향상시킬 수 있는 이점을 갖는다.

Claims

굴삭기의 위치정보와 버킷의 위치정보를 제공받으면서 측량과 굴삭작업을 동시에 수행할 수 있도록 한 굴삭기의 실시간 작업시스템으로서,

굴삭기의 위치를 제공하기 위해 선회체의 회전중심 상부에 배치된 GPS수신기와;

상기 선회체의 회전중심부에 배치되어 굴삭기의 모션량을 감지하기 위한 모션감지수단과;

상기 선회체에 구비된 붐과 아암 및 버켓의 회전각도를 각각 검출하기 위해 각 관절부위에 배치된 회전각검출수단; 및

상기 모션감지수단과 각도검출수단으로부터 출력되는 계측신호를 실시간으로 연산하여 상기 버켓 끝단의 좌표값을 얻어내는 계측컨트롤러를 포함하여,

상기 GPS수신안테나로 굴삭기의 작업영역의 지형 측량과 동시에 상기 계측컨트롤러로부터 상기 버켓 끝단의 좌표값을 얻어내어 계획단면의 굴삭작업을 독단적으로 수행할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 굴삭기의 실시간 작업시스템.
제 1항에 있어서, 상기 굴삭기의 위치정보 및 버켓 끝단의 위치정보를 운전실의 모니터에 실시간으로 표시하여 작업자에게 현재 작업현황을 모니터링할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 굴삭기의 실시간 작업시스템.
제 1항에 있어서,

상기 GPS수신기의 하방에 GPS수신기의 수신각도를 일정하게 유지하기 위한 수신기동적보정대가 설치된 것을 특징으로 하는 굴삭기의 실시간 작업시스템.