KR20120052443A - 자동 그레이딩 시스템이 구비된 굴삭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴삭기의 작업장치를 이용하여 평탄 정지작업을 수행할 경우, 작업장치의 위치정보를 실시간으로 검출하여 파악할 수 있고, 붐 또는 아암을 조작시 나머지 작업장치가 연동되어 동작되도록 하여 평탄 정지작업이 원활하게 이루어질 수 있도록 한 것으로,
본 발명의 실시예에 의한 자동 그레이딩 시스템이 구비된 굴삭기는,
하부 주행체와, 하부 주행체 상에 탑재되는 상부 선회체와, 상부 선회체에 고정되는 붐, 아암 및 버킷으로 이뤄지며 각각의 유압실린더에 의해 작동되는 작업장치를 구비하는 굴삭기에 있어서,
운전자에 의해 자동 정지작업모드를 선택하는 단계와,
정지작업 위치로 작업장치를 이동시켜 작업장치의 정지작업 초기위치를 결정하는 단계와,
초기위치로 결정된 붐, 아암, 버킷의 위치를 각각 기준점으로 설정하는 단계와,
붐 구동을 조작하여 정지작업을 시작하는 단계와,
운전자에 의해 붐 구동을 조작하여 정지작업할 경우, 아암 및 버킷의 작업위치가 초기위치의 허용범위 내에 존재하는 지를 판단하는 단계와,
아암 및 버킷의 작업위치가 초기위치의 허용범위를 벗어난 경우 아암, 또는 아암 및 버킷용 유압실린더를 구동시켜 초기위치로 이동시키고, 아암 및 버킷의 작업위치가 초기위치의 허용범위 내에 있는 경우 아암 및 버킷용 유압실린더를 구동시키지않고, 정지작업을 실행하는 단계를 포함한다.

Description

자동 그레이딩 시스템이 구비된 굴삭기{excavator having automatic grading system}

본 발명은 붐, 아암, 버킷의 작업장치를 이용하여 그레이딩 작업(평탄 정지작업을 말함)을 수행할 수 있도록 한 굴삭기에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 붐 또는 아암의 작업장치를 조작하여 정지작업할 경우, 작업장치의 위치정보를 실시간으로 검출하여 파악할 수 있고 붐 또는 아암을 조작시 나머지 작업장치가 연동되어 동작되도록 하여, 평탄 정지작업이 원활하게 이루어질 수 있도록 한 자동 그레이딩 시스템이 구비된 굴삭기에 관한 것이다.

도 1에서와 같이, 일반적인 굴삭기는 하부 주행체(6)와, 하부 주행체(6) 상에 탑재되는 상부 선회체(7)와, 상부 선회체(7)에 고정되는 붐(1), 아암(2) 및 버킷(3)으로 이뤄지며 각각의 유압실린더(4,5,8)에 의해 작동되는 작업장치(A)를 구비한다.

전술한 바와 같은 굴삭기의 붐(1), 아암(2), 버킷(3)로 이뤄진 작업장치(A)를 이용하여 평탄 정지작업을 수행하게 된다. 즉 운전자가 직접 해당 조작레버(joystick)를 조작하여 붐(1) 또는 아암(2)을 구동시키면서 정지작업을 하게 된다.

이때, 운전자가 한 쌍의 조작레버를 기하학적으로 적절하게 조작하여 붐실린더(4) 또는 아암실린더(5)에 공급되는 작동유를 분배시켜야 된다. 즉 굴삭기의 운전조건에 따라 정지작업이 원활하게 수행되지않아 운전자의 피로도가 가중되고, 정지작업의 정확도 및 작업효율이 떨어지는 문제점을 갖는다.

전술한 바와 같이 굴삭기의 작업장치(A)를 이용하여 정지작업을 수행할 경우 각 작업장치(붐(1), 아암(2), 버킷(3)을 말함)의 위치에 대한 정보를 연산하여 얻게 된다. 이로 인해 정지작업시 유압 등의 이론적인 수치에 의해 얻어지는 작업장치의 위치와, 실제 작업장치의 위치에 오차가 발생되어 정확한 위치를 확보하기가 어려운 문제점을 갖는다.

본 발명의 실시예는, 붐 또는 아암의 작업장치를 조작하여 정지작업할 경우, 각 작업장치의 위치정보를 실시간으로 검출하는 센서에 의해 확보하게 되므로, 평탄 정지작업이 원활하게 이루어져 정지작업의 정밀도를 높일 수 있도록 한 자동 그레이딩 시스템이 구비된 굴삭기와 관련된다.

본 발명의 실시예는, 붐 또는 아암을 단독 조작하는 경우에 나머지 작업장치가 연동되어 자동 정지작업을 수행하게 되므로, 운전자의 피로도를 줄이면서 작업능률을 향상시킬 수 있도록 한 자동 그레이딩 시스템이 구비된 굴삭기와 관련된다.

본 발명의 실시예에 의한 자동 그레이딩 시스템이 구비된 굴삭기는,

하부 주행체와, 하부 주행체 상에 탑재되는 상부 선회체와, 상부 선회체에 고정되는 붐, 아암 및 버킷으로 이뤄지며 각각의 유압실린더에 의해 작동되는 작업장치를 구비하는 굴삭기에 있어서,

운전자에 의해 자동 정지작업모드를 선택하는 단계와,

정지작업 위치로 작업장치를 이동시켜 작업장치의 정지작업 초기위치를 결정하는 단계와,

초기위치로 결정된 붐, 아암, 버킷의 위치를 각각 기준점으로 설정하는 단계와,

붐 구동을 조작하여 정지작업을 시작하는 단계와,

운전자에 의해 붐 구동을 조작하여 정지작업할 경우, 아암 및 버킷의 작업위치가 초기위치의 허용범위 내에 존재하는 지를 판단하는 단계와,

아암 및 버킷의 작업위치가 초기위치의 허용범위를 벗어난 경우 아암, 또는 아암 및 버킷용 유압실린더를 구동시켜 초기위치로 이동시키고, 아암 및 버킷의 작업위치가 초기위치의 허용범위 내에 있는 경우 아암 및 버킷용 유압실린더를 구동시키지않고, 정지작업을 실행하는 단계를 포함한다.

더욱 바람직한 실시예에 의하면, 전술한 작업장치들의 위치정보는,

상부 선회체에 대한 붐의 상대회전각을 검출하는 붐 상대회전각 검출센서와, 붐에 대한 아암의 상대회전각을 검출하는 아암 상대회전각 검출센서와, 아암에 대한 버킷의 상대회전각을 검출하는 버킷 상대회전각 검출센서들에 의해 작업장치 각각의 위치를 검출하고, 이들 검출센서들에 의해 검출된 위치정보를 실시간으로 근거리 통신을 통하여 전송받을 수 있다.

전술한 아암 상대회전각 검출센서 및 버킷 상대회전각 검출센서에 의해 검출되는 아암 및 버킷의 초기위치가 허용된 범위내의 X축 방향의 이동거리 및 Y축 방향의 이동거리를 이탈할 경우, 아암 및 버킷의 작업위치가 초기위치를 이탈한 것으로 판단할 수 있다.

전술한 버킷을 구동시키지않고 정지작업할 경우, 아암의 위치정보만을 이용하여 붐 구동을 조작하게 되며, 버킷의 위치는 붐 및 아암의 구동에 따라 결정된다.

전술한 버킷을 구동시켜 정지작업할 경우, 아암과 버킷을 기준으로 하여 아암을 먼저 초기위치로 이동시킨 후, 버킷을 이후에 초기위치로 이동시켜 정지작업할 수 있다.

전술한 버킷을 구동시켜 정지작업할 경우, 아암과 버킷을 기준으로 하여 버킷을 먼저 초기위치로 이동시킨 후, 아암을 이후에 초기위치로 이동시켜 정지작업할 수 있다.

전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 의하면 아래와 같은 이점을 갖는다.

붐 또는 아암의 작업장치를 조작하여 정지작업할 경우, 각 작업장치의 위치정보를 실시간으로 검출하는 센서에 의해 확보하게 되므로 평탄 정지작업이 원활하게 이루어지며 정지작업하는 작업효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 붐 또는 아암을 단독 조작하여 정지작업하는 경우에도 나머지 작업장치가 자동으로 연동되어 정지작업을 수행하게 되므로 운전자의 피로도를 줄일 수 있다.

도 1은 일반적인 굴삭기의 개략도,
도 2는 굴삭기의 버킷을 구동하지않고 그레이딩 작업을 설명하기 위한 도면,
도 3은 굴삭기의 버킷을 구동시켜 그레이딩 작업을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 자동 그레이딩 시스템이 구비된 굴삭기의 사용상태도,
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 자동 그레이딩 시스템이 구비된 굴삭기의 작업순서를 나타내는 흐름도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.

도 2 내지 도 5에 도시된 본 발명의 실시예에 의한 자동 그레이딩 시스템이 구비된 굴삭기는,

하부 주행체(6)와, 하부 주행체(6) 상에 탑재되는 상부 선회체(7)와, 상부 선회체(7)에 고정되는 붐(1), 아암(2) 및 버킷(3)으로 이뤄지며 각각의 유압실린더(4,5,8)에 의해 작동되는 작업장치(A)를 구비하는 굴삭기에 있어서,

운전자에 의해 자동 정지작업모드를 선택하는 단계(S100)와,

정지작업 위치로 붐 등의 작업장치(A)를 이동시켜 작업장치(A)의 정지작업 초기위치를 결정하는 단계(S200)와,

붐 상대회전각 검출센서(9)(일 예로서, 붐실린더(4)에 회동가능하게 붐(1)이 연결되는 부위에 장착될 수 있음)로부터 전송되는 위치정보에 따라, 초기위치로 결정된 붐(1)의 위치를 기준점(0,0)(또는 원점)으로 설정하는 단계(S300)와,

아암 상대회전각 검출센서(10)(일 예로서, 붐(1)에 대해 회동가능하게 아암(2)이 연결되는 부위에 장착될 수 있음)로부터 전송되는 위치정보에 따라, 초기위치로 결정된 아암(2)의 위치를 기준점(0,0)(또는 원점)으로 설정하는 단계(S400)와,

버킷 상대회전각 검출센서(11)(일 예로서, 아암(2)에 대해 회동가능하게 버킷(3)이 연결되는 부위에 장착될 수 있음)로부터 전송되는 위치정보에 따라, 초기위치로 결정된 버킷(3)의 위치를 기준점(0,0)(또는 원점)으로 설정하는 단계(S500)와,

붐(1) 구동을 조작하여 정지작업을 시작하는 단계(S600)와,

운전자에 의해 붐(1) 구동을 조작하여 정지작업할 경우, 아암 상대회전각 검출센서(10) 및 버킷 상대회전각 검출센서(11)로부터 실시간으로 전송되는 위치정보를 근거리 통신(유선통선 또는 무선통신을 말함)에 의해 전송받아, 아암(2) 및 버킷(3)의 작업위치가 초기위치의 허용범위 내에 존재하는 지를 판단하는 단계(S700)와,

전술한 아암(2) 및 버킷(3)의 정지작업 위치가 초기위치의 허용범위를 벗어난 경우, 아암용 유압실린더(5), 또는 아암용 유압실린더(5) 및 버킷용 유압실린더(8)를 구동시켜 초기위치로 이동시켜 정지작업을 실행한다(S800a).

전술한 아암(2) 및 버킷(3)의 정지작업 위치가 초기위치의 허용범위 내에 있는 경우, 아암용 유압실린더(5) 및 버킷용 유압실린더(8)를 구동시키지않고 정지작업을 실행하는 단계(S800b)를 포함한다.

전술한 작업장치(A)들의 위치정보는,

상부 선회체(7)에 대한 붐(1)의 상대회전각을 검출하는 붐 상대회전각 검출센서(9)와, 붐(1)에 대한 아암(2)의 상대회전각을 검출하는 아암 상대회전각 검출센서(10)와, 아암(2)에 대한 버킷(3)의 상대회전각을 검출하는 버킷 상대회전각 검출센서(11)들에 의해 작업장치(A) 각각의 위치를 검출하고, 이들 검출센서(9,10,11)들에 의해 검출된 위치정보를 실시간으로 근거리 통신(유선 통신 또는 무선 통신을 말함)을 통하여 전송받을 수 있다.

전술한 아암 상대회전각 검출센서(10) 및 버킷 상대회전각 검출센서(11)에 의해 검출되는 아암(2) 및 버킷(3)의 초기위치가 허용된 범위내의 X축 방향의 이동거리 및 Y축 방향의 이동거리를 이탈할 경우, 아암(2) 및 버킷(3)의 작업위치가 초기위치를 이탈한 것으로 판단할 수 있다.

한편, 작업장치(A)를 이용한 정지작업의 제어방법 또는 운전자에 의한 작업장치(A) 구동방식에 따라 버킷(3)을 구동시키지않고 정지작업을 실행하거나, 아암(2) 및 버킷(3)을 동시에 구동시켜 정지작업을 실행할 수 있다.

도 2 및 도 4에서와 같이, 전술한 버킷(3)을 구동시키지않고 정지작업할 경우 아암(2)의 위치정보만을 이용하여 붐(1)을 구동시키게 된다. 이때 버킷(3)은 버킷 인(bucket in) 또는 버킷 아웃(bucket out) 구동을 하지않고, 그 위치는 붐(1) 및 아암(2)의 구동에 따라 결정된다.

도 3 및 도 4에서와 같이, 전술한 버킷(3)을 구동시켜 정지작업할 경우, 아암(2)과 버킷(3)을 기준으로 하여 아암(2)을 먼저 초기위치로 이동시킨 후, 버킷(3)을 이후에 초기위치로 이동시켜 정지작업할 수 있다.

도 3 및 도 4에서와 같이, 전술한 버킷(3)을 구동시켜 정지작업할 경우, 아암(2)과 버킷(3)을 기준으로 하여 버킷(3)을 먼저 초기위치로 이동시킨 후, 아암(2)을 이후에 초기위치로 이동시켜 정지작업할 수 있다.

이하에서, 본 발명의 실시예에 의한 자동 그레이딩 시스템이 구비된 굴삭기에 의해 평탄 정지작업을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5의 S100에서와 같이, 굴삭기의 붐(1), 아암(2), 버킷(3)으로 이뤄진 작업장치(A)를 이용하여 평탄 정지작업을 수행하기 위하여, 운전자에 의해 자동 정지작업모드 선택스위치(일 예로서, 조작레버 또는 스위치보드 등에 설치될 수 있음)를 조작하여 평탄 정지작업 모드를 선택한다.

S200에서와 같이, 붐(1), 아암(2), 버킷(3)으로서 이뤄진 작업장치(A)를 정지작업 위치로 이동시켜 작업장치(A)의 정지작업 초기위치를 결정한다.

S300에서와 같이, 붐 상대회전각 검출센서(9)로부터 전송되는 위치정보에 따라 초기위치로 결정된 붐(1)의 위치를 기준점("boom1" 으로 표시됨)으로 설정한다.

S400에서와 같이, 아암 상대회전각 검출센서(10)로부터 전송되는 위치정보에 따라 초기위치로 결정된 아암(2)의 위치를 기준점("arm1" 으로 표시됨)으로 설정한다.

S500에서와 같이, 버킷 상대회전각 검출센서(11)로부터 전송되는 위치정보에 따라 초기위치로 결정된 버킷(3)의 위치를 기준점("bucket1" 으로 표시됨)으로 설정한다.

S600에서와 같이, 운전자에 의해 붐(1) 구동을 조작하여 정지작업을 시작한다. 이때 아암(2) 및 버킷(3)은 연동되어 구동된다.

S700에서와 같이, 운전자에 의해 붐(1) 구동을 조작하여 정지작업할 경우(초기에는 "boom in" 구동만이 이뤄진다), 아암 상대회전각 검출센서(10) 및 버킷 상대회전각 검출센서(11)에 의해 검출되는 위치정보를 실시간으로 근거리 통신(유선통선 또는 무선통신을 말함)을 통하여 전송받아, 아암(2) 및 버킷(3)의 작업위치가 초기위치의 허용범위 내에 존재하는 지를 판단한다.

S800a에서와 같이, 전술한 아암(2) 및 버킷(3)의 정지작업 위치가 초기위치의 허용된 범위의 X축 방향(수평방향을 말함)의 이동거리, Y축 방향(수직방향을 말함)의 이동거리를 벗어난 경우(일 예로서 아암(2)이 "arm1" ↔ "arm2(가상의 위치를 말함)"사이를 벗어나게 이동된 경우, 버킷(3)이 "bucket1" ↔ "bucket2"(가상의위치를 말함)사이를 벗어나게 이동된 경우를 말함), 아암용 유압실린더(5), 또는 아암용 유압실린더(5) 및 버킷용 유압실린더(8)를 구동시킨다. 이로 인해 아암(2) 및 버킷(3)의 위치는 운전자가 의도하는 정지작업 위치로 놓이게 되므로 정지작업을 수행할 수 있다.

S800b에서와 같이, 전술한 아암(2) 및 버킷(3)의 정지작업 위치가 초기위치의 허용된 범위내에 있는 경우(일 예로서 아암(2)이 "arm1" ↔ "arm2"(가상의 위치를 말함)사이내에서 이동된 경우, 버킷(3)이 "bucket1" ↔ "bucket2"(가상의 위치를 말함)사이내에서 이동된 경우를 말함), 아암용 유압실린더(5) 및 버킷용 유압실린더(8)를 구동시키지않고 정지작업을 계속적으로 수행한다.

전술한 바와 같이 운전자에 의한 조작레버 조작으로 구동되는 작업장치(A)의 붐(1) 구동을 기준으로 하여 평탄 정지작업을 설명하였으나, 작업장치(A)의 아암(2) 구동을 기준으로 하는 평탄 정지작업은 이의 제어방법 또는 운전자의 작업장치(A) 구동방식에 차이가 있을 뿐, 본원의 기술내용에 속하므로 이들의 상세한 설명은 생략한다.

전술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 자동 그레이딩 시스템이 구비된 굴삭기에 의하면, 굴삭기의 작업장치(붐, 아암, 버킷으로 이뤄짐)를 이용하여 평탄 정지작업할 경우, 작업장치의 위치정보를 실시간으로 검출하여 파악할 수 있고 붐 또는 아암의 작업장치를 조작시 나머지 작업장치가 연동되어 동작된다. 이로 인해 평탄 정지작업이 원활하게 수행되므로 운전자의 피로도를 줄이고, 작업시간 단축으로 인해 값비싼 건설장비의 효율성을 높일 수 있다.

1; 붐
2; 아암
3; 버킷
4; 붐실린더
5; 아암실린더
6; 하부 주행체
7; 상부 선회체
8; 버킷 실린더
9; 붐 상대회전각 검출센서
10; 아암 상대회전각 검출센서
11; 버킷 상대회전각 검출센서
A; 작업장치

Claims (6)

1. 하부 주행체와, 하부 주행체 상에 탑재되는 상부 선회체와, 상부 선회체에 고정되는 붐, 아암 및 버킷으로 이뤄지며 각각의 유압실린더에 의해 작동되는 작업장치를 구비하는 굴삭기에 있어서:
   운전자에 의해 자동 정지작업모드를 선택하는 단계와,
   정지작업 위치로 작업장치를 이동시켜 작업장치의 정지작업 초기위치를 결정하는 단계와,
   초기위치로 결정된 상기 붐, 아암, 버킷의 위치를 각각 기준점으로 설정하는 단계와,
   상기 붐 구동을 조작하여 정지작업을 시작하는 단계와,
   운전자에 의해 상기 붐 구동을 조작하여 정지작업할 경우, 상기 아암 및 버킷의 작업위치가 초기위치의 허용범위 내에 존재하는 지를 판단하는 단계와,
   상기 아암 및 버킷의 작업위치가 초기위치의 허용범위를 벗어난 경우 아암, 또는 아암 및 버킷용 유압실린더를 구동시켜 초기위치로 이동시키고, 아암 및 버킷의 작업위치가 초기위치의 허용범위 내에 있는 경우 상기 아암 및 버킷용 유압실린더를 구동시키지않고, 정지작업을 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 그레이딩 시스템이 구비된 굴삭기.
2. 제1항에 있어서, 상기 작업장치들의 위치정보는,
   상기 상부 선회체에 대한 붐의 상대회전각을 검출하는 붐 상대회전각 검출센서와, 상기 붐에 대한 아암의 상대회전각을 검출하는 아암 상대회전각 검출센서와, 상기 아암에 대한 버킷의 상대회전각을 검출하는 버킷 상대회전각 검출센서들에 의해 작업장치 각각의 위치를 검출하고, 이들 검출센서들에 의해 검출된 위치정보를 실시간으로 근거리 통신을 통하여 전송받는 것을 특징으로 하는 자동 그레이딩 시스템이 구비된 굴삭기.
3. 제1항에 있어서, 상기 아암 상대회전각 검출센서 및 버킷 상대회전각 검출센서에 의해 검출되는 아암 및 버킷의 초기위치가 허용된 범위내의 X축 방향의 이동거리 및 Y축 방향의 이동거리를 이탈할 경우, 상기 아암 및 버킷의 작업위치가 초기위치를 이탈한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 자동 그레이딩 시스템이 구비된 굴삭기.
4. 제1항에 있어서, 상기 버킷을 구동시키지않고 정지작업할 경우, 상기 아암의 위치정보만을 이용하여 상기 붐 구동을 조작하게 되며, 상기 버킷의 위치는 붐 및 아암의 구동에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 자동 그레이딩 시스템이 구비된 굴삭기.
5. 제1항에 있어서, 상기 버킷을 구동시켜 정지작업할 경우, 상기 아암과 버킷을 기준으로 하여 상기 아암을 먼저 초기위치로 이동시킨 후 상기 버킷을 이후에 초기위치로 이동시켜 정지작업하는 것을 특징으로 하는 자동 그레이딩 시스템이 구비된 굴삭기.
6. 제1항에 있어서, 상기 버킷을 구동시켜 정지작업할 경우, 상기 아암과 버킷을 기준으로 하여 상기 버킷을 먼저 초기위치로 이동시킨 후 상기 아암을 이후에 초기위치로 이동시켜 정지작업하는 것을 특징으로 하는 자동 그레이딩 시스템이 구비된 굴삭기.

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