KR20110139343A - 데이터 베이스를 이용한 건설기계의 작업궤적 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 데이터 베이스를 이용한 건설 기계의 작업궤적 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 자동 작업 선택시 선택 시점에서의 가장 적절한 작업 궤적으로 자동 작업이 가능한 건설기계의 궤적 제어 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.

Description

데이터 베이스를 이용한 건설기계의 작업궤적 제어 장치 및 그 방법{CONTROLLING TRACE APPARATUS AND METHOD FOR CONSTRUCTION EQUIPMENT USING DATABASE}

본 발명은 데이터 베이스를 이용한 건설 기계의 작업궤적 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 자동 굴삭 선택시 현재의 버킷 자세를 고려하여 선택 지점에서의 작업 궤적이 아닌 버킷의 자세 수정 후 지점에서의 작업 궤적으로 자동 작업을 수행할 수 있는, 데이터 베이스를 이용한 건설 기계의 작업궤적 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 굴삭기는 각 작업기(예컨대, 붐, 암 및 버킷 등)와, 각 작업기를 구동하기 위한 붐 실린더, 암 실린더 및 버킷 실린더와, 굴삭기 몸체의 선회동작을 위한 선회모터와, 각 실린더에 동력원인 압유를 공급하기 위한 원동기 및 유압펌프로 구성된다. 굴삭기는 주로 토사를 굴삭하는 장비로서, 굴삭, 배토, 정지 작업 등 여러 가지 작업을 수행하는 유압식 건설기계이며, 토사 적재, 건물 기초 작업, 택지 조성 작업 및 화물 적재 등 다양한 작업을 할 수 있다.

굴삭기는 유압탱크에서 흡입된 유압유가 메인펌프에서 토출되어 조이스틱의 조작에 따라 방향전환밸브인 컨트롤밸브를 통해 굴삭기에 장착된 붐 실린더, 암 실린더 및 버킷 실린더에 공급되어 액추에이터 즉, 붐, 암 및 버킷 등을 작동시켜 원하는 작업을 할 수 있도록 구성된다.

굴삭 환경은 매우 열악하고 위험하기 때문에, 점차 작업자의 수동 조작이 아닌 소정 제어 알고리즘을 이용하여 자동으로 제어되는 지능형 굴삭기에 대한 연구가 필요한 상황이다. 즉, 미숙련자도 쉽게 수행할 수 있도록 하는 자동 굴삭 기술이 필요한 실정이다. 여기서, 지능형 굴삭기란 단순 반복적인 굴삭 작업을 인력이 아닌 자동으로 수행함으로써, 노동비 절감을 꾀하고, 사고 위험을 줄일 수 있다.

작업자가 굴삭기로 여러 가지 작업을 하기 위하여, 작업자는 각 작업에 따라 각 작업장치의 조이스틱을 숙련된 동작으로 동시에 조작하여야만 하기 때문에 고도의 숙련 조작이 요구된다. 이러한 굴삭 작업에서는 작업자가 고도의 숙련된 조작을 반복함으로써, 많은 시간 동안 집중력을 요구하게 되어 작업의 효율이 떨어질 수 있는 문제점이 있다. 또한, 작업자의 숙련이 부족하여 조이스틱의 오조작에 의해 일정 궤적에서 크게 벗어나게 되는 경우에 작업자는 동일한 작업을 다시 수행해야 한다. 전술한 바와 같이, 동일한 작업을 반복적으로 수행하면서도 굴삭 환경에 따라 능동적으로 대처할 수 있는 자동 굴삭 기술이 절실히 필요한 상황이다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 자동 작업 선택시 선택 시점에서의 가장 적절한 작업 궤적으로 자동 작업이 가능한 건설기계의 궤적 제어 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위하여, 본 발명의 제1 측면에 따른 장치는, 적어도 하나의 작업장치와, 상기 작업장치의 구동을 위한 구동부를 포함하는 건설기계의 작업궤적 제어장치에 있어서, 상기 작업장치의 각 위치별로 자동작업시 구동될 상기 작업장치의 구동궤적 데이터가 저장된 데이터 저장부; 자동작업 시작 선택여부에 대한 정보 및 상기 자동작업이 시작되는 시점의 상기 작업장치의 위치정보를 출력하는 조작부; 및 상기 자동작업의 선택시, 상기 작업장치의 현재 위치에 대응되는 구동궤적 데이터를 상기 데이터 저장부로부터 독출하고, 상기 작업장치가 상기 독출된 구동궤적 데이터를 추종하여 구동되도록 상기 구동부를 제어하는 구동 제어부;를 포함하며, 상기 구동 제어부는, 상기 자동작업의 선택시 상기 작업장치의 자세가 곧바로 지정된 작업을 수행할 수 없는 자세인 경우 상기 작업장치가 상기 지정된 작업을 수행할 수 있는 자세로 변경되도록 제어하고, 상기 자세 변경에 의한 상기 작업장치의 새로운 위치가 기 설정된 기준값보다 크게 변경된 경우, 상기 새로운 위치에 대응되는 새로운 구동궤적 데이터를 독출한 후 상기 새로운 구동궤적 데이터를 추종하여 상기 작업장치가 구동되도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 측면에 따른 방법은, 데이터 베이스를 이용한 건설기계의 작업궤적 제어 방법에 있어서, 복수의 작업장치 중 적어도 하나의 현재 자세와 기 설정된 기준 자세를 비교하는 자세 비교 단계; 상기 비교 결과에 따라 상기 작업장치의 자세를 상기 기준 자세로 변경시키는 자세 변경 단계; 및 상기 자세의 변경에 따른 상기 작업장치의 변경 위치에 대응되는 구동궤적 데이터를 데이터 베이스로부터 가져와서, 상기 독출된 구동궤적 데이터를 추종하여 상기 작업장치가 자동으로 구동되도록 상기 작업장치의 구동을 제어하는 구동 제어 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 자동 작업 선택시 현재의 작업장치 자세를 고려한 자동 작업이 가능하여, 자동 작업 시작시 불량한 작업장치의 자세에 의해 자동작업이 비효율적으로 진행되는 것을 방지할 수 있다.

아울러, 자동 작업 선택 기능을 통해 미숙련 운전자라 하더라도 용이하게 작업을 진행할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 데이터 베이스를 이용한 건설 기계의 작업궤적 제어 장치의 일실시예 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 데이터 베이스를 이용한 건설 기계의 작업궤적 제어에 대한 일실시예 예시도,
도 3 은 본 발명에 따른 데이터 베이스를 이용한 건설 기계의 작업궤적 제어 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.

도 1 은 본 발명에 따른 데이터 베이스를 이용한 건설 기계의 작업궤적 제어 장치의 일실시예 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 작업궤적 제어 장치(100)는 조작부(110), 구동 제어부(120), 중력 보상부(130), 구동부(140) 및 데이터 저장부(150)를 포함한다. 여기서, 작업궤적 제어 장치(100)는 건설기계의 작업궤적을 제어하며, 적어도 하나의 작업장치와, 그 작업장치의 구동을 위한 구동부(140)를 포함한다. 이하, 본 발명이 작업장치 중에서 굴삭기에 적용되는 일례를 설명하기로 한다.

우선, 데이터 저장부(150)에는 작업장치의 각 위치별로 해당 위치에서 자동 작업이 시작되도록 기 설정된 작업장치의 구동궤적 데이터가 저장된다. 즉, 데이터 저장부(150)는 굴삭기 버킷 끝단의 위치 좌표별로 구동궤적 데이터를 데이터 베이스로 구축하여 저장한다. 여기서, 구동궤적 데이터에는 조이스틱 데이터 및 실린더 길이 데이터 또는 붐, 암 및 버킷의 각 링크의 각도 데이터를 포함한다. 본 실시예에서는 상술한 구동 궤적 데이터의 기준이 버킷의 위치인 경우를 일례로 설명한 것이다. 하지만, 본 발명은 꼭 이에 한정되지 않으며, 붐, 암 등 다양한 작업장치를 기준으로 궤적 데이터를 형성시킬 수 있다. 다만, 본 실시예에서와 같이 버킷이 궤적 데이터의 기준이 되는 경우, 실제로 작업되는 피작업면과 직접 접촉되는 버킷의 이동 궤적이 운전자가 의도하는 작업 영역과 매우 유사하므로, 본 실시예에서와 같이 버킷의 위치를 중심으로 하여 제어가 되도록 하는 것이 보다 바람직하다고 할 수 있다.

굴삭기의 구동궤적 데이터를 살펴보면, 데이터 저장부(150)는 굴삭기 버킷 끝단의 위치 좌표를 기준으로 시작될 수 있는 위치 좌표별 구동궤적 데이터를 저장하며, 버킷 끝단이 위치할 수 있는 모든 지점에서의 구동궤적 데이터를 포함할 수 있다. 또한, 구동궤적 데이터는 작업 수행에 바람직한 버킷 각도를 기준으로 데이터 베이스화되어 저장되어 있다. 굴삭기 출고 당시에 각 포인트별로 굴삭과 관련된 구동궤적 데이터가 데이터 베이스화될 수 있다. 이러한 위치에 따른 구동 궤적 데이터는 아래와 같은 일례에 의해 설정될 수 있다. 우선, 버킷의 끝단이 작업을 위해 구동되는 영역을 소정 크기의 영역으로 나눈다. 각각의 영역의 중심에 버킷의 끝단이 위치하는 자세에서 굴삭, 평면 다지기, 트랜칭 작업 등이 이루어질 것을 각각 예상하여 이에 따른 궤적 데이터를 미리 기억해 놓는 것이다.

조작부(110)는 작업자의 조작에 따라, 자동작업 시작 선택 여부에 대한 정보 및 자동작업이 시작되는 시점의 작업장치의 위치정보를 구동 제어부(120)로 출력한다. 여기서, 조작부(110)는 구비된 조이스틱 또는 자동작업 시작 버튼 등을 구비할 수 있다. 이 경우 작업자 조작에 따라 조이스틱 신호 또는 자동작업 버튼 신호 등을 출력한다.

구동 제어부(120)는 자동작업의 선택시, 작업장치의 현재 위치에 대응되는 구동궤적 데이터를 데이터 저장부(150)로부터 독출하고, 작업장치가 데이터 저장부(150)로부터 독출된 구동궤적 데이터를 추종하여 구동되도록 구동부(140)를 제어한다.

즉, 구동 제어부(120)는, 자동작업의 선택시, 작업장치의 자세를 확인한다. 상기 자세 확인 결과, 작업장치의 자세가 곧바로 지정된 작업을 수행할 수 없는 자세인 경우, 구동 제어부(120)는 작업장치가 지정된 작업을 수행할 수 있는 자세로 변경되도록 구동부(140)를 제어한다. 반면, 작업장치의 자세가 곧바로 지정된 작업을 수행할 수 있는 자세인 경우, 구동 제어부(120)는 자세 변경에 의한 작업장치의 새로운 위치가 기 설정된 기준값보다 크게 변경되는지 여부를 확인한다.

이어서, 상기 기준값 확인 결과, 기 설정된 기준값보다 크게 변경된 경우, 구동 제어부(120)는 버킷이 자세 변경에 의해 변경된 새로운 위치에 대응되는 새로운 구동궤적 데이터를 데이터 저장부(150)로부터 독출한 후 새로운 구동궤적 데이터를 추종하여 작업장치가 구동되도록 구동부(140)를 제어한다. 반면, 상기 기준값 확인 결과, 기 설정된 기준값보다 크게 변경되지 않은 경우, 구동 제어부(120)는 초기 선택된 위치에 대응되는 구동궤적 데이터를 추종하여 작업장치가 구동되도록 구동부(140)를 제어한다.

작업장치 중에서 버킷을 구비한 굴삭기를 일례로 살펴보면, 구동 제어부(120)는 자동작업의 시작시 버켓 자세를 확인한다. 상기 자세 확인 결과, 버켓의 자세가 기준 자세와 유사한 경우, 작업자가 선택한 시점에서의 구동궤적 데이터를 추종하도록 구동부(140)를 제어한다. 반면, 버켓의 자세가 기준 자세와 차이가 많이 나는 경우, 구동 제어부(120)는 버켓의 자세를 변경한다. 구동 제어부(120)는 현재의 버킷 각도를 고려하여 작업자가 선택한 지점에서 버킷 각도를 기준 버킷 각도로 변경한다.

그리고 구동 제어부(120)는 버켓의 자세 변경에 의한 위치 변경을 확인한다. 여기서, 굴삭기는 버킷을 포함하며, 구동 제어부(120)는 버킷의 자세를 기준으로 굴삭기의 자세 변경 여부를 판단한다. 상기 위치 변경 확인 결과, 위치 변경이 큰 차이가 없는 경우, 구동 제어부(120)는 초기 선택된 궤적 데이터를 최종적으로 추종하도록 구동부(140)를 제어한다. 반면, 위치 변경이 큰 차이가 있는 경우, 구동 제어부(120)는 변경된 위치에 대응되는 새로운 구동궤적 데이터를 데이터 저장부(150)로부터 독출한 후 새로운 구동궤적 데이터를 추종하도록 구동부(140)를 제어한다. 여기서, 새로운 구동궤적 데이터의 독출 여부는 버킷의 자세 변경에 대응되는 버킷의 위치 변경에 대응하여 선택된다.

이러한 경우, 구동 제어부(120)는 다양한 센서를 구비함으로써 지면 등과 같은 장애물에 의해 버켓의 자세 변경이 방해되는 것이 감지될 경우, 붐/암과 같은 다른 작업장치들까지 최적화된 궤적으로 자동 구동되어 버켓의 자세를 변경시킬 수 있다.

한편, 작업궤적 제어 장치(100)에서 미리 설정된 버킷 각도가 10°인 경우를 구체적으로 살펴보면, 구동 제어부(120)는 자동 굴삭시, 기설정된 버킷의 각도(예컨대, 10° 등)와 현재 버킷 각도를 비교하고, 기설정된 각도 이상이면 버킷 실린더를 움직여 버킷 각도가 기설정된 각도 이내가 되도록 구동부(140)를 제어한다. 만약, 버킷이 지면에 붙어 있거나 구동되기 어려운 상황으로 판단되면, 구동 제어부(120)는 버킷 각도를 맞추기 위하여 붐, 암 및 버킷 실린더를 함께 작동하여 버킷 각도를 맞추도록 구동부(140)를 제어한다.

버킷 각도를 맞춘 후, 만약 버킷 끝단의 위치가 변경되었다면 구동 제어부(120)는 변경된 위치에서의 새로운 구동궤적 데이터를 데이터 저장부(150)로부터 독출한다.

이후, 구동 제어부(120)는 자동 굴삭 작업을 수행하기 위하여, 저장부(150)에서 저장된 구동궤적 데이터에 따라 위치 오차를 보상하도록 작업 시작점 및 궤적 추종을 제어하되, 굴삭기의 버킷 끝단의 위치 오차를 최소화하도록 자세 변화에 의한 중력을 보상하여 굴삭기의 구동을 제어할 수 있다. 여기서, 구동 제어부(120)는 중력 보상부(130)에서 계산된 중력 보상값을 구동 제어에 적용할 수 있다. 굴삭기의 각 실린더 길이 데이터는 붐, 암 및 버킷에서 각 링크의 각도 데이터로 대체될 수 있다. 여기서, 구동 제어부(120)는 조작부(110)로부터 자동작업 진행 중 새로운 조이스틱 신호가 소정의 시간 동안 발생하면, 자동작업을 중단하고 그 발생된 새로운 조이스틱 신호를 추종하여 구동부(140)를 제어한다.

자동 굴삭시, 구동 제어부(120)는 데이터 저장부(150)에 저장된 구동궤적 데이터(예컨대, 조이스틱 데이터(Joy_ref data) 및 실린더 길이 데이터(Cyl_ref data))를 가져온다. 그리고 구동 제어부(120)는 조이스틱 신호(O_Joy), 위치 오차 신호(O_PI1) 및 중력 보상값(Ga)을 합산하고 구동 제어 신호(Com_out)를 구동부(140)로 출력한다.

이러한 구동 제어 신호(Com_out)의 출력 과정을 구체적으로 살펴보면, 구동 제어부(120)는 조이스틱 데이터(Joy_ref data)로부터 조이스틱 신호(O_Joy)를 가져온다. 또한, 구동 제어부(120)는 실린더 길이 데이터(Cyl_ref data)로부터 실린더 길이 신호와 현재 측정된 신호를 감산하여 오차 신호(Er)를 구한다. 그리고 구동 제어부(120)는 오차 신호(Er)를 PI 제어기를 통해 위치 오차 신호(O_PI1)를 계산한다.

중력 보상부(130)는 현재 굴삭기의 자세 변화에 의한 질량 관성 모멘트를 구하여 중력 보상값(Ga)을 계산한다. 이는 굴삭기의 자세 변화에 의한 버킷 끝단의 위치 오차를 최소화하기 위함이다.

중력 보상값(Ga)이 결정되면, 구동 제어부(120)는 조이스틱 신호(O_Joy), 위치 오차 신호(O_PI1) 및 중력 보상값(Ga)을 합산한 구동 출력 값(O_joy+O_PI1+Ga)을 계산한다. 그리고 구동 제어부(120)는 합산한 구동 출력 값(O_joy+O_PI1+Ga)을 구동 제어 신호(Com_out)로 변환하여 구동부(140)로 출력한다.

만약, 자동굴삭 진행 중에 조작부(110)로부터 새로운 조이스틱 신호가 기설정된 시간(예컨대, 0.3 sec 등) 동안 발생되면, 구동 제어부(120)는 긴급 상황으로 간주하여 자동작업을 중단하고, 조작부(110)로부터 발생된 조이스틱 신호를 추종하여 구동부(140)를 제어한다.

도 2 는 본 발명에 따른 데이터 베이스를 이용한 건설 기계의 작업궤적 제어에 대한 일실시예 예시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 데이터 저장부(150)는 버킷 끝단이 위치한 좌표(211)에서의 구동궤적 데이터를 데이터 베이스로 구축하여 저장한다. 데이터 저장부(150)는 굴삭가능한 버킷 위치를 위치 좌표값으로 지정하고, 그 지정된 위치 좌표값에 해당하는 구동궤적 데이터를 데이터 베이스로 저장한다. 여기서, 데이터 베이스에는 전체 위치 좌표(210)가 (0, 0) 내지 (x, y)로 표시되어 있다. 여기서, x, y는 굴삭 가능한 위치를 기본 길이 단위로 표시한 위치 좌표를 나타낸다. 예를 들면, 굴삭기가 작업하는 영역 중 굴삭 작업가능한 최대 위치 좌표를 나타낸다.

데이터 저장부(150)는 선택 지점의 위치 좌표(211)에서의 구동궤적 데이터를 저장하고 있다. 구동 제어부(120)가 해당 위치 좌표(211)에 대한 구동궤적 데이터를 요청하면, 데이터 저장부(150)는 해당 위치 좌표(211)에 대한 구동궤적 데이터를 구동 제어부(120)로 전달한다. 여기서, 구동궤적 데이터에는 구동 제어부(120)로부터 전달된 조이스틱 데이터 및 실린더 길이 데이터 또는 붐, 암 및 버킷의 각 링크의 각도 데이터를 포함할 수 있다.

도 3 은 본 발명에 따른 데이터 베이스를 이용한 건설 기계의 작업궤적 제어 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.

우선, 작업장치의 자동 작업의 선택 과정을 살펴보면, 작업자가 조작부(110)에 구비된 조이스틱 등을 통해 작업장치를 원하는 위치에 위치시킨다. 그리고 작업자가 조작부(110)에 구비된 자동작업 선택 버튼 등을 통해 자동작업 시작을 선택하면, 작업장치의 자동작업이 선택된다.

자동작업 선택 후, 작업궤적 제어 장치(100)는 버킷의 현재 위치를 계산하여 그 위치 좌표에서의 구동궤적 데이터를 데이터 베이스(DB: Database)로부터 불러온다(302).

그리고 작업궤적 제어 장치(100)는 버킷의 현재 자세와 기 설정된 기준 자세를 비교하여, 현재 버킷의 위치에서 현재 버킷 각도와 데이터 베이스에서의 버킷 각도 간의 차이가 특정 각도(예컨대, 10° 등)를 초과하는지 여부를 확인한다(304).

상기 비교 결과에 따라, 작업궤적 제어 장치(100)는 작업 장치의 자세를 기준 자세로 변경시킨다.

기준 자세로의 변경 과정을 구체적으로 살펴보면, 상기 확인 결과(304), 현재 버킷과 초기 버킷 각도 간의 차이가 특정 각도를 초과하면, 작업궤적 제어 장치(100)는 현재 버킷의 각도를 초기 버킷 각도로 이동시킨다(306). 여기서, 초기 버킷의 각도란 굴삭 작업을 수행하기에 바람직한 버킷의 각도로 기설정되거나 작업자에 의해 설정될 수 있다. 만약, 버킷이 지면에 붙어 있거나 구동되기 어려운 상황이면, 작업궤적 제어 장치(100)는 버킷 각도를 맞추기 위하여 붐, 암 및 버킷 실린더를 작동하여 버킷을 이동시킬 수 있다. 이러한 버킷의 이동 불가 상황은 각 작업장치의 유압의 변동 및 자세 변동을 감시함으로써 판단이 가능하며, 본 실시예에서는 이를 위한 각종 센서가 각 유압라인 및 관절부 등에 설치된다.

작업궤적 제어 장치(100)는 자세의 변경에 따른 작업장치의 변경 위치에 대응되는 궤적 데이터를 데이터 베이스로부터 가져와서, 독출된 궤적 데이터를 추종하여 작업장치가 자동으로 구동되도록 작업 장치의 구동을 제어한다.

즉, 현재 버킷이 초기 버킷의 각도로 이동된 후 버킷 끝단의 위치가 변경되었다면, 작업궤적 제어 장치(100)는 버킷의 변경된 위치를 계산하여 버킷 끝단이 위치한 위치 좌표의 구동궤적 데이터를 데이터 베이스로부터 불러온다(308).

반면, 상기 확인 결과(304), 현재 버킷과 초기 버킷 각도 간의 차이가 특정 각도 이하이면, 작업궤적 제어 장치(100)는 "310" 과정부터 수행한다.

이후, 작업궤적 제어 장치(100)는 "302" 과정 또는 "308" 과정에서 불러온 데이터 베이스에 따라 현재 위치에서의 구동궤적 데이터를 이용하여 자동 굴삭을 시작한다(310).

작업궤적 제어 장치(100)는 10ms 간격으로 저장된 조이스틱 신호를 10ms 마다 하나씩 출력한다(312).

그리고 작업궤적 제어 장치(100)는 각 실린더별로 저장된 실린더 길이 데이터(Cyl_ref)와 현재 측정된 데이터(Cyl_cur) 간의 오차(Er=Cyl_ref-Cyl_cur)를 계산한다(314).

이어서, 작업궤적 제어 장치(100)는 3개의 실린더 중에서 1개의 실린더라도 각 실린더별로 저장된 실린더 길이와 현재 측정된 실린더 길이 간의 오차가 기설정된 실린더 길이 오차값(예컨대, 5cm 등) 이상인지 여부를 확인한다(316).

상기 확인 결과(316), 기준 실린더 길이와 현재 측정된 실린더 길이 간의 오차가 기설정된 실린더 길이 오차값(예컨대, 5cm 등) 이상이면, 작업궤적 제어 장치(100)는 작업 수행 불능 메시지를 작업자에게 표시하고 궤적 제어를 종료한다(318).

반면, 상기 확인 결과(316), 기준 실린더 길이와 현재 측정된 실린더 길이 간의 오차가 기설정된 실린더 길이 오차값(예컨대, 5cm 등) 미만이면, 작업궤적 제어 장치(100)는 이를 비례적분(PI: Proportional Integral) 제어기를 통하여 피드백 제어를 수행하기 위하여 위치 오차 신호(O_PI1=Kp*Er+Ki*sum(Er))를 계산한다(320).

이후, 작업궤적 제어 장치(100)는 작업장치의 현재 자세에서 질량 관성 모멘트를 구하여 보상값(Ga)을 계산하고, "320" 과정에서 계산된 위치 오차 신호(O_PI1)와 더하여 자세에 따른 중력 보상이 적용된 PI 제어 신호(O_PI=O_PI1+Ga)를 구한다(322). 예를 들어, 굴삭기는 붐, 암 및 버킷의 무게가 무겁기 때문에, 붐, 암 및 버킷이 모두 펼쳐진 상태와 모두 모여 있는 경우 이를 움직이는데 필요한 압력이 다르다. 그러므로 작업궤적 제어 장치(100)는 붐, 암 및 버킷의 중력이 다른 상태를 보상하여 더욱 빠르고 정확하게 제어한다. 즉, 붐, 암 및 버킷이 펼쳐진 경우, 작업궤적 제어 장치(100)는 "320" 과정에서 계산된 위치 오차 신호(O_PI1)에 중력 보상에 해당하는 중력 보상값(Ga)을 더하여 더욱 많은 출력이 나갈 수 있게 하는 것이다.

그리고 작업궤적 제어 장치(100)는 최종 출력으로 "312" 과정에서 가져온 조이스틱 출력 신호(O_joy), "320" 과정에서 위치 오차 신호(O_PI1) 및 "322" 과정에서 계산된 PI 제어 신호(O_PI)를 더하여 구동 출력 값(O_co=O_joy+O_PI1+Ga)을 계산한다(324).

작업궤적 제어 장치(100)는 수행 길이가 데이터 저장부(150)에 저장된 버퍼 길이와 일치하는지 여부를 확인한다(326).

상기 확인 결과(326), 수행 길이가 버퍼 길이와 일치하지 않으면, 작업궤적 제어 장치(100)는 "324" 과정에서 계산된 구동 출력 값을 출력하고, "312" 과정부터 다시 수행한다. 반면, 수행 길이가 버퍼 길이와 일치하면, 작업궤적 제어 장치(100)는 작동 완료 메시지와 함께 궤적 제어를 종료한다.

만약, 작업궤적 제어 도중, 작업자에 의한 새로운 조이스틱 신호가 기설정된 시간(예컨대, 0.3 sec 등) 동안 발생되면, 작업궤적 제어 장치(100)는 긴급 상황으로 간주하고 자동 작업을 중단하고, 새로운 조이스틱 신호대로 작업장치를 제어할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.

자동 굴삭 선택시 현재의 버킷 자세를 고려하여 선택 지점에서의 작업 궤적이 아닌 버킷의 자세 수정 후 지점에서의 작업 궤적으로 자동 작업을 수행할 수 있는 효과가 있다.

100: 작업궤적 제어 장치 110: 조작부
120: 구동 제어부 130: 중력 보상부
140: 구동부 150: 데이터 저장부

Claims (6)

1. 적어도 하나의 작업장치와, 상기 작업장치의 구동을 위한 구동부를 포함하는 건설기계의 작업궤적 제어장치에 있어서,
   상기 작업장치의 각 위치별로 자동작업시 구동될 상기 작업장치의 구동궤적 데이터가 저장된 데이터 저장부;
   자동작업 시작 선택여부에 대한 정보 및 상기 자동작업이 시작되는 시점의 상기 작업장치의 위치정보를 출력하는 조작부; 및
   상기 자동작업의 선택시, 상기 작업장치의 현재 위치에 대응되는 구동궤적 데이터를 상기 데이터 저장부로부터 독출하고, 상기 작업장치가 상기 독출된 구동궤적 데이터를 추종하여 구동되도록 상기 구동부를 제어하는 구동 제어부;를 포함하며,
   상기 구동 제어부는, 상기 자동작업의 선택시 상기 작업장치의 자세가 곧바로 지정된 작업을 수행할 수 없는 자세인 경우 상기 작업장치가 상기 지정된 작업을 수행할 수 있는 자세로 변경되도록 제어하고, 상기 자세 변경에 의한 상기 작업장치의 새로운 위치가 기 설정된 기준값보다 크게 변경된 경우, 상기 새로운 위치에 대응되는 새로운 구동궤적 데이터를 독출한 후 상기 새로운 구동궤적 데이터를 추종하여 상기 작업장치가 구동되도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업궤적 제어장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 작업장치는 버킷을 포함하며, 상기 구동 제어부는 상기 버킷의 자세를 기준으로 상기 작업장치의 자세 변경 여부를 판단하고, 상기 새로운 구동궤적 데이터의 독출 여부는 상기 버킷의 자세 변경에 대응되는 상기 버킷의 위치 변경량에 대응하여 선택되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업궤적 제어장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 구동 제어부는, 상기 자동작업 진행 중 상기 조작부로부터 새로운 조이스틱 신호가 소정의 시간 동안 발생되면, 상기 자동작업을 중단하고 상기 발생된 새로운 조이스틱 신호를 추종하여 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업궤적 제어장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 구동 제어부는 상기 작업장치의 자세에 의한 중력 보상값을 계산하기 위한 중력 보상부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업궤적 제어장치.
5. 데이터 베이스를 이용한 건설기계의 작업궤적 제어 방법에 있어서,
   복수의 작업장치 중 적어도 하나의 현재 자세와 기 설정된 기준 자세를 비교하는 자세 비교 단계;
   상기 비교 결과에 따라 상기 작업장치의 자세를 상기 기준 자세로 변경시키는 자세 변경 단계; 및
   상기 자세의 변경에 따른 상기 작업장치의 변경 위치에 대응되는 구동궤적 데이터를 데이터 베이스로부터 가져와서, 상기 독출된 구동궤적 데이터를 추종하여 상기 작업장치가 자동으로 구동되도록 상기 작업장치의 구동을 제어하는 구동 제어 단계;
   를 포함하는 건설기계의 작업궤적 제어 방법.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 작업장치의 위치 변경의 판단은, 상기 작업장치가 작업을 위해 구동가능한 가상의 영역을 복수의 영역으로 나눈 후, 상기 작업장치가 자세의 변경에 의해 최초에 위치한 영역에서 다른 영역으로의 이동여부를 기준으로 판단하며,
   상기 구동궤적 데이터들은 상기 복수의 영역 각각에 대응되게 상기 데이터 베이스에 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업궤적 제어 방법.

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