KR20120130217A

KR20120130217A - 다중-작업 토공 기계의 자율적 동작 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20120130217A
Application number: KR1020127024220A
Authority: KR
Inventors: 오렌 아비처; 길 샬레브 발라시니코프
Original assignee: 이스라엘 에어로스페이스 인더스트리즈 리미티드
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2011-02-21
Publication date: 2012-11-29
Also published as: WO2011104703A4; CH705152B1; US8983738B2; WO2011104703A1; US20130006484A1; KR101927297B1

Abstract

본 발명의 특정 양태들에 따르면, 물질을 셔빙(shoving) 하기 위해 구성되는 토공 기계(EMM)의 자율적 동작을 위한 방법 및 시스템을 제공하고, EMM은 적어도 하나의 작업기구를 포함한다. 적어도 임무 목표 및 임무 영역의 매핑(mapping) 데이터에 근거하여, 임무 영역은 구획들로 분할되고, 각 구획은 처리 지점과 관련된다. EMM 셔빙 능력의 고갈 없이, EMM이 진행됨에 따라 구획을 따라 적어도 하나의 작업기구에 의해 물질이 축적되고, 처리 지점에 도착함에 따라 축적된 물질이 배치되도록 구획들 각각에 관하여 작업기구 궤적이 산출된다.

Description

다중-작업 토공 기계의 자율적 동작 시스템 및 방법{A SYSTEM AND METHOD OF AUTONOMOUS OPERATION OF MULTI-TASKING EARTH MOVING MACHINERY}

본 발명은 무인 지상 차량(Unmanned Ground Vehicles; UGV)의 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 토공 능력들을 갖는 UGV에 관한 것이다.

굴착기, 셔블 로더(shovel loader), 불도저(bulldozer) 등과 같은 토공 기계(earth moving machine)는 다양한 임무를 수행하기 위하여 세계 곳곳에서 광범위하게 사용되고 있다. 일 예로는 매우 넓은 토공 작업이 요구되는 대규모의 근린생활 건설공사이다. 이러한 임무에 있어서, 이런 목적을 위하여 한 대 이상의 토공 기계들(이하, "EMM")을 가동시켜야 한다. 통상적으로, 상기 EMM은 인력으로 작동된다. 인간 운전자는 건축부지로 EMM을 구동시키고, 그런 다음 요구되는 임무가 완료될 때까지 건설부지 내에서 EMM을 제어하고 작동시킨다.

이러한 임무뿐만 아니라 다른 임무들은 시간이 걸리고, 판에 박히고, 지루하며 시간 소비가 커서, 인간 운전자가 EMM을 높은 수준의 수행과 동작으로 유지하는 것을 방해한다. 그 결과, 수행 임무의 질은 최상으로 될 수 없게 된다. 또한, 인간 운전자는 장시간 동안 토공 기계를 연속해서 작동시킬 수 없다.

또한, 인간 운전자는 EMM의 최적의 동작 조건들을 산출할 수 없으며, 전체 임무에 걸쳐 이러한 최적의 조건들에서 EMM을 작동시킬 수 없다. 이러한 최적의 동작은 인간 운전자가 EMM의 작동 동안 처리할 수 없는 많은 변수들에 의해 좌우된다. 최적의 조건들 하에서 EMM을 작동시키는데 무능의 결과로부터의 중대한 불이익은 토공 기계의 신뢰성 및 생존성(수명)을 감소시키고, 기계의 생애주기비용을 증가시킨다. 또한, 인간 운전자 그 자체의 이용은 운전자가 훈련되어야 하기 때문에 그 비용을 발생하고, 그의 노동 등에 대한 비용도 지급되어야 한다. 많은 경우에서, 임무들은 시간 소모가 큰 작업인 임무 영역의 사전 매핑(mapping) 및 스테이킹(staking)을 요구할 수 있다.

예를 들어 위험 영역, 유해 영역 또는 나쁜 시정 조건들에서 다른 임무들이 실행되도록 설계될 수 있다. 그러므로 몇몇 임무들은 매우 위험하거나 인간 운전자에게는 불가능하게 될 수 있다.

그러므로 해당 기술분야에서는 토공 기계의 자율적 동작에 대한 시스템 및 방법을 제공할 필요가 있다.

본 발명의 배경기술로서 관련되어 고려되는 종래 기술의 참고 문헌들은 아래에 열거된다. 여기에서 참고 문헌들의 인지는 여기에서 제안된 본 발명의 특허성과 관련된 어떠한 유형에 있다는 의미로서 뜻하는 것은 아니다.

2001.04.24.자로 등록된 미국특허 제 6,223,110 호(Rowe 등)에서는 자동화 토공 작업들에 필요로 되는 구성요소들을 체계화하고 조직화하며, 이 구성요소들 간의 데이터의 흐름을 조직화하기 위한 모듈식 아키텍처(architecture)를 제안하고 있다. 상기 아키텍처는 세 개의 주요 세분(subdivision): 센서 파이프라인, 센서 데이터 컨슈머(consumer), 그리고 동작 플래너(planner) 및 이제큐터(executors)를 포함한다. 상기 센서 파이프라인은 레이저 거리측정기 또는 레이더 시스템과 같은 지각 센서들로부터 원 센서 데이터를 제공받고, 이 데이터를 다른 시스템 구성요소들이 이용가능한 형태로 변환시킨다. 또한, 센서 데이터는 다른 소프트웨어 프로그램에서의 사용을 위해 둘러싸인 지형의 고도지도(elevation map)의 형태로 표현될 수도 있다. 어떤 개수 및 유형들의 센서 시스템들이 그 시스템의 요구와 능력에 따라 소프트웨어 아키텍처에 부가될 수 있다. 상기 센서 데이터 컨슈머는 다른 시스템 구성요소들에 의해 사용되기 위하여 기계의 환경에 관한 정보를 생성하도록 특정 알고리즘에 대한 입력으로서 상기 센서데이터를 이용한다. 상기 동작 플래너는 센서 데이터 컨슈머에 의해 제공된 정보를 제공받고, 장치의 컨트롤러에 출력 명령을 전달한다. 또한, 상기 동작 플래너는 명령들을 산출하고 장치의 센서 시스템에 명령들을 전달한다. 다른 시스템 거동들 및 작용들을 조직화하기 위하여 이 정도 수준에서 추가 플래너들이 부가될 수 있다.

2002.04.02.자로 등록된 미국특허 제 6,363,632 호(Stentz 등)에는 굴착 및 적재 작업들을 자체적으로 실행할 수 있는 토공 기계와 관련된 구성요소들을 체계화하고 조직화하기 위한 시스템을 제안하고 있다. 상기 시스템은 굴착 영역과 적재 영역을 포함하는 토공 환경 내의 영역들에 관한 데이터를 제공하도록 동작할 수 있는 스캐닝 센서(scanning sensor) 시스템 및 토공 기계의 제어와 관련된 다른 작업을 동시에 실행하면서 그 토공 기계의 제어와 관련된 작업을 계획하기 위하여 상기 스캐닝 센서 시스템으로부터 데이터를 제공받을 수 있는 계획 및 제어 모듈을 갖춘 토공 기계를 포함한다. 레이저 거리측정기 또는 레이더 시스템과 같은 소정 개수와 유형의 센서 시스템들이 상기 시스템의 요구와 능력 따라 그 시스템에 통합될 수 있다. 상기 센서 시스템은 토공 환경의 다른 부분과 관련되는 데이터를 제공할 수 있는 각 센서 시스템을 갖고 시계(fields of view)에서 독립적으로 제어될 수 있다.

2009.04.14자로 등록된 미국특허 제 7,516,563 호(Koch)에는 굴착 부지에서 동작하는 기계에 대한 제어 시스템을 제안하고 있다. 상기 제어 시스템은 기계의 위치를 결정하도록 구성되는 위치결정 장치 및 상기 위치결정 장치와 통신하는 컨트롤러를 구비할 수 있다. 상기 컨트롤러는 굴착 부지에서 기계에 대한 특정 작업에 관한 정보를 제공받고, 기계의 위치를 제공받으며, 장애물의 위치를 제공받도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 제어 시스템은 제공받은 기계 위치 및 장해물 위치에 근거하여 소정 작업을 달성하기 위하여 기계의 위치를 추천하도록 구성될 수 있다.

2009.03.03자로 등록된 미국특허 제 7,499,804 호(Svendsen 등)에는 차량의 다중-모드 제어에 대한 시스템 및 방법을 제안하고 있다. 액추에이터들(예를 들면, 링키지(linkages))은 차량의 동작을 총괄하도록 입력 장치들을 조작(예를 들면, 스로틀, 브레이크, 액셀러레이터, 스로틀 레버, 조향 장치, 타이-로드(tie-rod) 또는 변속기어장치와 같은, 굴절 제어 및 구동 제어)한다. 차량의 최적 모드를 특징짓는 거동들은 액추에이터들과 관련된다. 차량의 최적 모드(예를 들면, 유인 작동, 무인 원격 작동, 지원 원격 작동, 및 자율 무인 작동)를 지시하는 모드선택 명령의 수신 이후, 상기 액추에이터들은 그 거동들에 따라서 요구되는 작동 모드를 행하도록 운전자 입력 장치들을 조작한다.

2004.08.12자로 공개된 미국특허공개 제 2004/0158355 호(Holmqvist 등)에서는 제한된 영역들 및 산업 환경들 내에서 동작하는 휠-로더(wheel-loader)와 같은 자율 적재 처리 차량에 대한 지능형 시스템들 및 기능들을 제안하고 있다. 상기 차량에는 지면 좌표들에서 고정된 채 x, y, z, 헤딩(heading), 피치, 및 롤링을 포함하는 6 자유도에서 차량의 위치를 결정하기 위한 레이저-광 시스템이 제공된다. 이 시스템은 자율적 차량 내비게이션으로 이용되고, 탑재 지형 지도 센서들 및 동적 지형 모델에 대한 기준으로서 이용된다. 상기 자율적 차량 동작에 대한 인정 작업 영역은 로딩, 언로딩 및 장해물 자유지역으로 구분되며, 각각은 임무 계획, 차량 및 작업기구 이동과 제어, 그리고 장해물 검출과 회피에 대한 특정 원칙들을 갖는다. 상기 동적 지형 모델은 로딩과 언로딩 동작에서 경로들을 계획하고 분석하고, 장해물들을 검출하고 회피하며, 최적의 차량 경로들과 그 작업기구의 이동들을 최적화하기 위한 데이터를 제공하기 위하여 채용된다.

이러한 배경기술에서 인용된 참고문헌들은 본 발명에서 적용할 수 있는 토공 기계들/시스템들/방법들의 많은 원리를 알려주고 있다. 따라서, 이들 공개물의 모든 내용들은 부가적인 또는 대안적인 세부 사항, 특징들 및/또는 기술적 배경의 적절한 기술들에 대하여 여기에서 참조함으로써 통합된다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 물질을 셔빙(shoving)하기 위해 적어도 하나의 작업기구를 포함하는 토공 기계(EMM)의 자율적 동작의 방법으로서, 상기 방법은:

임무 목표를 제공받고; 임무 영역에 관하여 매핑(mapping) 데이터를 제공하고; 상기 임무 영역에 관하여 상기 EMM의 위치를 결정하고; 적어도 상기 매핑 데이터 및 상기 임무 목표에 근거하여, 상기 임무 영역 내에서 하나 이상의 구획들(segments)을 결정하며, 여기에서 각 구획은 처리 지점과 관련되고; 상기 하나 이상의 구획들 각각에 관하여, 적어도 임무 목표, 매핑 데이터, 상기 구획의 길이 및 상기 EMM의 셔빙 능력 데이터에 근거하여, 상기 구획을 따르는 상기 적어도 하나의 작업기구의 작업기구 궤적을 산출하고, 이에 따라 상기 EMM이 진행함에 따라 상기 구획을 따라서 적어도 하나의 상기 작업기구에 의해 물질의 축적을 가능하게 하고, 상기 처리 지점에의 도착시 상기 축적된 물질의 처리를 가능하게 하는 방법이 제공된다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 적어도 하나의 작업기구를 포함하는 토공 기계(EMM)의 자율적 동작을 위한 시스템으로서, 상기 시스템은:

위치결정 유틸리티, 검출 및 범위규정 장치, 및 임무 컴퓨터를 포함하고;

상기 임무 컴퓨터는 임무에 대하여 적어도 하나의 임무 목표를 포함하는 데이터를 제공받도록 구성되고; 상기 검출 및 범위규정 장치는 상기 임무 영역을 스캔(scan)하고, 상기 임무 영역에 관하여 데이터를 획득하도록 구성되고; 상기 위치결정 유틸리티는 상기 임무 영역에 관하여 상기 EMM의 위치를 결정하도록 구성되고; 상기 임무 컴퓨터는: 상기 데이터에 근거하여 상기 임무 영역의 지도를 생성하고; 적어도 상기 지도 및 상기 임무 목표에 근거하여, 상기 임무 영역 내에서 적어도 하나의 구획을 결정하며, 여기에서 각 구획은 처리 지점과 관련되고; 적어도 상기 임무 목표, 상기 지도, 상기 적어도 하나의 구획의 길이 및 상기 EMM의 셔빙 능력 데이터에 근거하여, 상기 EMM이 진행됨에 따라 상기 구획을 따르는 상기 적어도 하나의 작업기구에 의해 물질이 축적되고 상기 처리 지점에 도착시 상기 축적된 물질이 처리되도록, 상기 구획을 따르는 상기 적어도 하나의 작업기구의 작업기구 궤적을 산출하는 시스템이 제공된다.

본 발명의 제3 양태에 따르면, 적어도 하나의 작업기구를 포함하는 EMM의 자율적 동작을 위한 시스템으로서, 상기 시스템은, 상기 EMM이 진행하고 물질을 축적함에 따라 상기 EMM의 적어도 하나의 특성을 모니터하고, 상기 EMM의 상기 적어도 하나의 특성이 미리 정해진 역치를 초과하는 표시에 응답하여 상기 적어도 하나의 작업기구를 위치변환하도록 구성되는 임무 컴퓨터를 포함하는 시스템이 제공된다.

본 발명의 제4 양태에 따르면, 적어도 하나의 작업기구를 포함하는 EMM의 자율적 동작을 위한 시스템으로서, 상기 시스템은, 처리 지점과 관련된 적어도 하나의 구획을 결정하고, 상기 EMM이 진행함에 따라 상기 적어도 하나의 구획을 따라서 상기 적어도 하나의 작업기구에 의해 물질이 축적되고 상기 처리 지점에 도착시 상기 축적된 물질이 처리되도록, 상기 적어도 하나의 구획을 따라 상기 적어도 하나의 작업기구의 작업기구 궤적을 산출하기 위해 구성되는 임무 컴퓨터를 포함하는 시스템이 제공된다.

본 발명을 이해하기 위해 그리고 실제로 어떻게 실행될 수 있는지 알 수 있도록 하기 위해, 몇몇 실시예들이 첨부되는 도면들을 참조하여 제한되지 않은 예들에 의해 설명된다.

도 1은, 본 발명의 소정 실시예들에 따라, 자율적 동작에 대한 시스템과 관련된 EMM을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는, 본 발명의 소정 실시예들에 따라, 토공 기계의 자율적 동작에 대한 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은, 본 발명의 소정 실시예들에 따라, 임무를 수행하기 위하여 실행되는 일련의 동작들을 도시한 플로차트이다.
도 4는, 본 발명의 소정 실시예들에 따라, 임무 실행 루트 산출 과정에서 실행되는 일련의 동작들을 예시한 플로차트이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 작업기구 궤적을 결정하는 과정에서 실행되는 일련의 동작들의 예를 도시한 플로차트이다.
도 6은, 본 발명의 소정 실시예들에 따라, EMM(110) 조향 및 작업기구(120) 위치를 모니터하고 제어하기 위한 과정의 일련의 동작들을 도시한 플로차트이다.
도 7은, 본 발명의 소정 실시예들에 따라, 작업기구 궤적의 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은, 본 발명의 소정 실시예들에 따라, 루트 산출 과정의 예를 도시한 플로차트이다.

이어지는 상세한 설명에서, 여러 특정 세부 사항들은 본 발명의 전반적인 이해를 제공하기 위하여 설명된다. 그러나 본 발명이 이들 특정 세부 사항들 없이 실행될 수 있음은 해당 기술분야의 숙련된 기술자라면 충분히 이해할 수 있다. 다른 경우들에 있어서, 공지된 방법들, 절차들, 구성요소들 및 회로들은 본 발명을 모호하게 하지 않도록 상세히 설명하지 않는다. 도면들 및 설명에서, 동일 참조 부호들은 다른 실시예들 또는 구성들에 공통되는 구성요소들을 나타낸다.

구체적으로 달리 기술되지 않는 한, 다음의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 명세서 전반에 걸쳐 "제공받는(receiving)", "제공하는(providing)", "결정하는(determining)", "산출하는(calculating)", "모니터하는(monitoring)", "이용하는(utilizing)", 위치결정하는(positioning)", "측정하는(measuring)", "저장하는(storing)" 등과 같은 용어를 이용하는 설명은 데이터를 다른 데이터로 처리하거나 및/또는 전송하는 컴퓨터의 동작 및/또는 과정들을 칭하는 것임을 알 수 있으며, 상기 데이터는 예를 들면 전기적인 양과 같은 물리량들로서 표현되고, 및/또는 상기 데이터는 물리적 대상들로서 표현된다. 상기 용어 "컴퓨터"는 제한되지 않은 예로서 개인 컴퓨터, 서버, 처리 시스템, 통신 장치, 프로세서(예를 들면, 디지털신호 프로세서(DSP)), 마이크로컨트롤러, 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA), 주문형 반도체(ASIC) 등)을 포함하는 데이터 처리 능력들을 갖는 어떠한 종류의 전기 장치, 어떠한 다른 전기 처리 장치 및/또는 이들의 어떠한 조합을 포함하도록 확장적으로 해석될 수 있다.

여기에서의 기술들에 따른 동작들은 요구되는 목적들에 대하여 특별히 구성되는 컴퓨터에 의해 또는 컴퓨터 판독가능한 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 요구되는 목적을 위해 특별하게 구성되는 범용 컴퓨터에 의해 실행될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들은 어떠한 특정 프로그래밍 언어와 관련되어 설명되지 않는다. 다양한 프로그래밍 언어가 여기에서 설명되는 바와 같은 본 발명의 기술들을 실행하도록 이용될 수 있음을 알 수 있다.

여기에서 이용되는 바와 같이, "예를 들면", "등과 같은" 및 이의 변형 어구들의 관용구는 본 발명의 제한되지 않는 실시예들을 설명한다. 본 명세서에서 "하나의 실시예", " 일 실시예", "몇몇 실시예들", "다른 실시예", "다른 실시예들", "소정 실시예들", 또는 이의 변형 어구들에 대한 기준은 실시예(들)와 관련하여 설명되는 특별한 특성, 구성 또는 특징이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되는 것임을 의미한다. 그러므로 상기 관용구의 표현은 "하나의 실시예", " 일 실시예", "몇몇 실시예들", "다른 실시예", "소정 실시예들", "다른 실시예들", 또는 이의 변형 어구들은 동일 실시예(들)를 반드시 지칭하는 것은 아니다.

명확화를 위하여 별개의 실시예들의 내용에서 설명되는 본 발명의 어떤 특징들은 단일의 실시예에서 조합하여 제공될 수 있음을 알 수 있다. 이와 반대로, 간결성을 위하여 단일의 실시예의 내용에서 설명되는 본 발명의 여러 특징은 별개로 또는 어떤 적절한 서브-조합으로 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예들에서, 도 3, 4, 5, 6, 및 8에 나타낸 단계들보다 적은, 많은 및/또는 상이한 단계들이 실행될 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 도 3, 4, 5, 6 및 8에 도시된 하나 이상의 단계들은 다른 순서로 실행될 수 있으며, 및/또는 하나 이상의 그룹의 단계들은 동시에 실행될 수 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 아키텍처를 개괄적으로 도식한 것이다. 도 2의 각 모듈은 여기에서 정의되고 설명되는 바와 같은 기능들을 실행하는 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어의 어떠한 조합으로 구성될 수 있다. 도 2의 모듈들은 하나의 위치에서 집중화되거나, 하나 이상의 위치에 걸쳐 분산될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 상기 시스템은 도 2에 도시한 이들 모듈보다 적은, 많은 및/또는 상이한 모듈들을 포함할 수 있다.

달리 정의되지 않는 한, 여기에서 설명되는 모든 기술 및 과학적인 용어들은 본 발명이 속하는 해당 기술분야의 숙련된 기술자에 의해 공통으로 이해되는 바와 같은 의미를 갖는다. 일반적으로(필연적인 것은 아니지만), 여기에서 아래 설명되고 이용되는 명명법은 공지된 것이며, 해당 기술분야에 공통으로 적용된다. 설명되지 않는 한, 해당 기술분야 및 여러 보편적인 참고문헌들에서 제공되는 바와 같은 일반적인 방법들이 이용된다.

본 발명의 실시예들의 상세한 설명으로 돌아와서, 도 1은 본 발명의 소정 실시예들에 따라 그의 자율적인 동작에 대한 시스템과 관련된 EMM을 개략적으로 도시한 도면이다. 시스템(100)과 관련된 EMM(110)은 땅 고르기(earth moving), 땅 파기(digging), 굴착(shoveling) 등을 위한 적어도 하나의 작업기구(120)를 포함한다. 작업기구(120)는 셔블(shovel), 스쿠프(scoop) 등으로 이루어질 수 있다. 본 발명에 따른 EMM(110)은 작업기구(120)가 동작하는 동안 EMM이 정지 상태를 유지한 채 작업기구(120)를 동작시키기 위하여 피스톤 또는 액추에이터의 파워를 이용하기보다는 물질(matter)을 밀어내기 위하여 그의 엔진 파워를 이용하도록 설계될 수 있다. 이러한 EMM의 일 예는 불도저(bulldozer)이다.

시스템(100)은, 인간 운전자와 시스템(100)의 교류를 가능하게 하기 위하여, 그리고 인간 운전자에 의한 EMM(110) 실행을 모니터하기 위하여 구성되는 운전자 제어 유닛(130)(이하, "OCU")을 더 포함한다. OCU(130)는 예를 들면 개인 컴퓨터, 휴대용 컴퓨터, 또는 예를 들어 그 목적을 위해 특별히 구성될 수 있는 적절한 처리 능력들을 갖는 장치로 이루어질 수 있다. OCU(130)는 디스플레이(예를 들면, LCD 스크린) 및 키보드 또는 다른 적절한 입력 장치를 포함할 수 있다. OCU(130)는 복수의 입력 변수들(예를 들면, 운전자로부터 또는 다른 컴퓨터로부터)을 제공받도록 구성될 수 있다. 상기 입력 변수들은 예를 들어 임무 목표(예를 들면, 정지(ground leveling) 임무들에 대해 요구되는 높이, 굴착 임무들에 대해 요구되는 깊이와 폭 등), 임무 영역 경계들(예를 들면, 지형적 경계들), 지형 특성들(예를 들면, 특히 무게, 양, 밀도, 입자들의 사이즈 등, 그 중에서도 모래, 자갈, 흙, 바위, 눈 또는 어떤 다른 물질과 같이 상이한 재료들을 정의하는), EMM(110)의 최대 굴착 능력과 같은 EMM(110)과 작업기구(120)의 기계적 특성들과 같이 실행되는 임무를 정의하는 변수들(또는 EMM(110)의 이러한 최대 굴착 능력을 산출할 수 있는 변수들)뿐만 아니라 다른 변수들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 임무 영역 경계들은 임무 목표의 일부로서 제공받는다.

OCU(130)는 EMM(110)에 탑재되어 위치되거나 원격 위치에 위치될 수 있다. OCU(130)는 EMM(110)과 통신하도록 더 구성될 수 있다. EMM(110)과 OCU(130) 간의 통신은 예를 들면 유선 통신 또는 무선 통신을 통한 어떠한 통신 수단에 의해 실현될 수 있다. 보다 구체적으로, OCU(130)는 EMM(110)에 탑재되어 위치되는 임무 컴퓨터(140)와 통신하도록 구성될 수 있다. 임무 컴퓨터(140)는 컴퓨터 기반 시스템, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 또는 데이터 통신 및 처리를 위해 적용되는 다른 어떠한 처리 장치로 이루어질 수 있다.

특정 실시예들에 따르면, 시스템(100)은 위치결정 유틸리티를 더 포함한다. 상기 위치결정 유틸리티는 예를 들어 위성항법보정시스템(Differential Global Positioning System; DGPS)(150)과 같은 글로벌항법위성시스템(Global Navigation Satellite System; GNSS)으로 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 위치결정 유틸리티는 내부항법시스템(Inertial Navigation System; INS)(160)을 더 포함한다. DGPS(150) 및 INS(160)는 EMM(110)에 탑재되어 위치되고, EMM(110) 위치 예를 들어 임무 영역에 대한 지리적 위치를 결정하도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 상기 위치결정 유틸리티는 예를 들어 적어도 하나의 레이저 스캐너, 레이더 스캐너, 또는 예를 들어 임무 영역 또는 임무 영역 부근에 위치되는 하나 이상의 기준 지점들에 대하여 EMM(110)의 위치를 결정할 수 있는 다른 검출 및 범위규정 수단을 포함할 수 있다.

특정 실시예들에 따르면, 임무 컴퓨터(140)는 위치결정 유틸리티(예를 들면, DGPS(150) 및 INS(160) 통합 시스템)와 관련되며, 그로부터 EMM(110) 위치결정 데이터를 제공받도록 구성된다. 임무 컴퓨터(140)는 예를 들어 미리-정의된 임무 영역에 대하여 EMM(110)의 방향을 찾고, 임무 영역 내에서 EMM(110)을 해당 방향으로 동작시키며, 아래에서 더 설명되는 바와 같이 작업기구(120)를 위치 결정하기 위하여 위치결정 유틸리티(예를 들면, DGPS(150) 및 INS(160))로부터 제공받은 데이터를 이용하도록 구성된다.

특정 실시예들에 따르면, 시스템(100)은 임무 영역을 스캐닝하고, 그로부터 매핑(mapping) 데이터(예를 들면, 여러 위도와 경도 좌표들에서의 높이들에 관한 데이터)를 획득하기 위하여 EMM(110)에 탑재되어 위치된 검출 및 범위규정 장치(a detection and ranging facility)를 더 포함한다. 매핑(mapping) 데이터는 임무 컴퓨터(140)로 전송되고, 임무 영역의 지도(예를 들면, 3차원 지도)를 생성하도록 이용된다. 또한, 검출 및 범위규정 장치는 임무 영역의 지도를 업데이트 하도록 구성될 수 있으며, 여기에서 상기 지도는 상기 검출 및 범위규정 장치로부터 제공받은 데이터 또는 다른 소스로부터 획득한 데이터에 근거하여 생성될 수 있다. 검출 및 범위규정 장치는 예를 들어 적어도 하나의 레이저 스캐너, 레이더 시스템, 초음파 스캐너 등을 포함할 수 있다. 특정 실시예들에서, 상기 검출 및 범위규정 장치는 적어도 두 개의 레이저 스캐너, 아래에서 더 설명되는 바와 같이, EMM(110)의 전방을 스캔하도록 구성되는 전방 레이저 스캐너(170) 및 EMM(110)의 후방을 스캔하도록 구성되는 후방 레이저 스캐너(180)를 포함할 수 있다. 임무 컴퓨터(140)는 유선 통신 또는 무선 통신을 통해 검출 및 범위규정 장치와 관련된다. 특정 실시예들에 따르면, 임무 컴퓨터(140)는 그 임무 컴퓨터(140)와 관련된 데이터-저장소에 매핑(mapping) 데이터(그리고 지도)를 저장하도록 더 구성된다.

특정 실시예들에 따르면, 임무 컴퓨터(140)는 임무 영역에 대하여(예를 들면, 임무 영역의 3차원 지도에 대하여) EMM(110)의 위치를 알아내기 위하여 위치결정 유틸리티(예를 들면, DGPS(150) 및 INS(160))로부터 제공받은 위치결정 데이터와 결합하여 레이저 스캐너들로부터 제공받은 데이터를 이용하도록 더 구성된다. 다른 실시예들에 따르면, 시스템(100)은 미리-로드된 매핑 데이터를 이용하도록 구성될 수 있으며, 임무 컴퓨터(140)는 검출 및 범위규정 장치를 이용하여 임무 수행 동안 미리-로드된 매핑 데이터 및 상기 위치결정 데이터를 업데이트 하도록 구성될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 시스템(100)은 EMM(110)에 의해 주행되는 거리를 모니터하도록 구성되는 주행 기록계(190)(예를 들면, 기계적 주행 기록계 또는 전기적 주행기록계 등)을 더 포함한다. 시스템(100)은 도 2를 참조하여 아래에서 설명되는 바와 같이 EMM(110) 견인력(traction)을 모니터할 목적으로 위치결정 유틸리티로부터의 데이터와 조합되어 주행 기록계(190)로부터 제공받은 데이터를 이용하도록 구성될 수 있다.

도 2는 본 발명의 특정 실시예들에 따라 토공 기계(earth moving machine)의 자율적 동작을 위한 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다. 전술한 바와 같이, 시스템(100)은 그 시스템(100)과 교류할 수 있는 OCU(130)를 포함한다. OCU(130)는 예를 들어 임무 목표 변수들과 같은 복수의 입력 변수들과 통신하도록 구성된다. 예를 들면, 임무 목표가 정지(땅고르기(ground leveling))인 경우, 상기 변수들은 EMM(110)과 작업기구(120)의 기계적 특성들에 부가하여 정지 임무에 대한 요구되는 지면 높이 및 임무 영역 경계들을 포함할 수 있다. 임무 목표가 굴착인 경우, 상기 변수들은 EMM(110)과 작업기구(120)의 기계적 특성들에 부가하여 실행되는 굴착의 요구되는 형태(예를 들면, 폭과 깊이) 및 임무 영역 경계들을 포함할 수 있다.

OCU(130)는 예를 들면 운전자에게 임무 실행 진행을 디스플레이에 표시하고, EMM(110)의 기계적 변수들 또는 다른 특성들에 관한 정보를 표시하거나 임무 영역에 대한 EMM(110)의 위치를 표시함으로써 EMM(110) 및 임무 실행의 진행을 모니터하도록 더 이용될 수 있다. 시스템(100)은 임무 컴퓨터(140)를 더 포함한다. 임무 컴퓨터(140)는 관련 임무 컴퓨터(140) 구성요소들 및 동작들을 관리, 제어 및 실행하도록 구성되는 적어도 하나의 처리 유닛(205)을 포함한다.

특정 실시예들에 따르면, 시스템(100)은 OCU(130)로부터 입력 변수들을 제공받기 위한 입력 모듈(210)을 포함한다. 특정 실시예들에 따르면, 시스템(100)은 위치결정 모듈(215), 매핑 모듈(220), 루트 산출 모듈(225), 작업기구 궤적 산출 모듈(230), EMM 제어 모듈(235) 및 EMM 피드백 모듈(240)을 더 포함한다.

특정 실시예들에 따르면, 위치결정 모듈(215)은 예를 들어 DGPS(150), INS(160) 또는 통합 GNSS와 INS 방위 시스템(navigation system)과 같은 위치결정 유틸리티로부터 EMM(110)의 위치를 나타내는 데이터를 제공받도록 구성된다.

EMM 제어 모듈(235)은 EMM(110)을 구동시키고 조향하며(steering), 임무 영역의 표면에 대하여 작업기구(120)를 위치결정하도록 구성된다. 특정 실시예들에서, EMM 제어 모듈(235)은 적어도 임무 영역의 위치 및 위치결정 모듈(215)로부터의 위치결정 데이터를 포함하는 입력 모듈(210)로부터 입력을 제공받도록 구성된다. 제공받은 데이터에 따라, EMM 제어 모듈(235)은 아래에서 더 설명되는 바와 같이 그 목적을 위하여 위치결정 데이터 및 선택적으로 검출 및 범위규정 장치로부터 획득된 데이터 또는 다른 매핑 데이터(예를 들면, 미리-로드된 매핑 데이터)를 이용하면서 임무 영역 경계에 대하여 EMM(110)을 구동시키고 조향하기 위해 구성되는 구동 모듈(245)을 작동시킨다.

특정 실시예들에 따르면, 매핑 모듈(220)은 임무 영역을 위치시키고 임무 영역에 대한 EMM(110)의 위치를 결정하기 위하여 입력 모듈(210)로부터 임무 영역 경계들을 정의하는 입력 데이터 및 위치결정 모듈(215)로부터의 위치결정 데이터를 제공받도록 구성된다. 매핑 모듈(220)은 임무 영역의 표면(임무 영역 경계들에 의해 정의되는 바와 같은)을 스캔(scan)하고, 스캔된 임무 영역의 지도를 생성하기 위하여 이 데이터를 이용하도록 구성되는 검출 및 범위규정 장치(예를 들면, 전방 레이저 스캐너(170) 및 후방 레이저 스캐너(180))로부터 매핑 데이터를 제공받도록 더 구성된다. 매핑 모듈(220)은 데이터 저장소(255)에 매핑 데이터 또는 지도를 저장하도록 더 구성된다.

EMM(110)의 방향과 EMM(110) 탑재의 검출 및 범위규정 장치의 방향이 끊임없이 변화함에 따라, 위치결정 유틸리티로부터 제공받은 데이터 및 스캐닝 및 범위규정 장치로부터 제공받은 데이터는 공통의 좌표 기준과 맞추도록 할 필요가 있음을 알아야 한다. 이러한 목적을 위하여 다양한 방법들과 기술들이 이용될 수 있다. 예를 들어 INS(160)로부터 제공받을 수 있는 EMM(110) 방향에 대한 데이터는 스캐닝 과정 동안 제공받은 데이터에서 어떠한 편차에 대해 보상하도록 이용될 수 있고, 그 결과 EMM(110)의 방향과 검출 및 범위규정 장치의 방향은 변화하게 된다.

특정 실시예들에 따르면, 루트 산출 모듈(225)은 입력 모듈(210)로부터 입력 변수들 및 데이터 저장소(255)로부터 매핑 데이터를 제공받도록 구성된다. 상기 입력 변수들 및 매핑 데이터의 전부 또는 일부에 근거하여, 루트 산출 모듈(225)은 임무를 실행하면서 임무 영역에 걸쳐 EMM(110)의 진행을 정의하는 임무 실행 루트(이하 "루트"라고 칭함)를 산출하도록 더 구성된다. 임무 실행 루트는 아래에서 더 설명되는 바와 같이 하나 이상 산출된 구획들(segments)의 조합을 포함할 수 있다.

상기 입력 변수들은 예를 들어 임무 영역 경계들 및 정지(ground leveling) 임무에 대한 요구되는 높이 또는 요구되는 굴착 임무의 형태(예를 들면, 폭 및 깊이)와 같은 임무 목표를 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 입력 변수들은 임무 영역 경계들 및 요구되는 높이가 전체 임무 영역의 다른 높이들의 산출된 평균으로 되는 정지 임무가 임무 목표임을 나타내는 변수를 포함할 수 있다. 후자의 예에서, 루트 산출 모듈(225)은 데이터 저장소(255)에 저장된 임무 영역에 대하여 매핑 데이터의 전체 또는 일부를 이용하여 평균 높이를 산출하도록 구성될 수 있다. 입력 변수들은 EMM(110)의 기계적 특성들 및 적어도 하나의 지형적 특성들(예를 들면, 무게, 양, 밀도 등)과 같은 추가적인 데이터를 가능한 대로 포함할 수 있다.

특정 실시예들에 따르면, 루트 산출 모듈(225)은 각 구획이 축적된 물질(예를 들면, 모래, 자갈, 흙, 바위, 눈 등)을 배치하기 위한 처리 지점과 관련되도록 작업 영역의 적어도 하나의 구획들을 먼저 결정함으로써 실행 루트를 산출하도록 구성된다. 이러한 처리 지점은 예를 들어 임무 영역의 외측 또는 물질이 채워질 필요가 있는 낮은 지면 영역에 위치될 수 있다. 상기 실행 루트는 이들 구획들의 조합 및 순서를 나타낸다. 작업 영역을 구획들로의 분할을 결정하기 위한 원리 및 로직(logic)은 도 4 및 도 8을 참조하여 아래에서 더욱 상세하게 더 설명된다. 산출된 루트 및 구획들에 대한 데이터는 추가적인 참조 및 업데이트를 위해 데이터 저장소(255)에 저장될 수 있다.

특정 실시예들에 따르면, 임무 컴퓨터(140)는 루트 또는 각 구획(이하: 작업기구 궤적)을 따르는 임무 영역의 표면에 대해 작업기구(120)의 일련의 추정된 위치들 및 방향들을 산출하도록 구성되는 작업기구 궤적 산출 모듈(230)을 더 포함한다.

일 실시예에 따르면, 작업기구(120)의 각 추정된 위치 및 방향은, 루트 또는 구획을 따르는 작업기구(120)의 위치변환(repositioning)이 요구되는 것을 정의하는 임무 실행 루트 또는 구획에 대하여 대응하는 실제 위치(예를 들면, 위치 및 경도 좌표들)와 관련되고 그에 의해 정의된다. 다른 실시예에 따르면, 각 추정된 위치는 루트 또는 구획에서의 작업 동안, 작업기구(120)의 위치변환이 요구되는 때를 정의하는 대응하는 타이밍(timing)(예를 들면, 임무 개시 시간에 대하여)과 관련되고 그에 의해 정의된다.

EMM(110)이 구획을 따라 진행되고 물질을 셔빙(shoving)함에 따라, 축적된 물질의 양은 증가하게 되고, 그러므로 EMM(110)의 로드는 증가하고, 나머지 EMM(110) 엔진 파워는 감소하게 된다. 특정 실시예들에 따르면, 작업기구 궤적 산출 모듈(230)은 미리 정해진 처리 지점에 도달하기 전에 EMM(110)에서 축적되는 로드가 최대 셔빙 능력에 도달하지 않고, 구획을 따라 물질이 셔빙되기 위하여 작업기구 궤적을 산출하도록 구성된다. EMM(110)의 파워 정지를 회피하고 임무를 능률적으로 실행하기 위하여, 작업기구 궤적의 산출은 주어진 구획에 따라 축적되는 EMM(110) 로드 및 그 구획에서 작업하는 동안 EMM(110) 및 작업기구(120)와 셔빙 물질(예를 들면, 흙)의 상호작용의 결과로서 EMM(110)에서 전개되는 힘들의 예측에 따라 이루어진다. 몇몇 실시예들에서, 처리 지점은 각 구획의 끝에 위치될 수 있고, 다른 실시예들에서 상기 처리 지점은 예를 들어 구획의 끝으로부터 소정 거리에서 그 구획을 따르는 다른 위치에 위치될 수 있다.

몇몇 실시예들에 따르면, 알려진 위치들에서의 고정 처리지점을 결정하는 것 대신에, 상기 처리 지점들의 위치는 EMM에 축적된 로드에 따르는 작업의 진행 동안 결정될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 작업기구 궤적 산출 모듈(230)은 예를 들어 EMM(110)의 최대 능력에 도달하기 전에 미리 정의된 거리에 대해 EMM(110)이 물질을 셔빙할 수 있는 작업기구 궤적을 산출하도록 구성될 수 있다. 일단 미리 정해진 거리가 덮여지면, EMM(110)은 임의의 처리 지점, 예를 들면 임무 영역 경계들의 외측에 셔빙된 물질을 배치한다. 다른 실시예에 따르면, 작업기구 위치 산출 모듈(230)은 예를 들어 미리 정해진 양의 물질 또는 EMM(110)의 최대 셔빙 능력보다 적거나 같은 물질의 양으로 EMM(110)이 셔빙하게 하는 작업기구 궤적을 산출하도록 구성될 수 있다. 일단 미리 정해진 양이 축적되면, EMM(110)은 셔빙된 물질을 임의의 처리 지점, 예를 들면 임무 영역 경계들의 외측에 배치한다. 작업기구 궤적의 산출에 관한 보다 상세한 설명은 도 5를 참조하여 아래에서 제공된다.

특정 실시예들에 따르면, EMM 제어 모듈(235)은 산출된 임무 실행 루트에 따른 작업 영역 내에서 EMM(110)을 이동시키고, 산출된 작업기구 궤적에 따른 구획을 따라 작업기구를 위치결정하기 위하여 필요한 가동 작용들을 산출하도록 구성된다. EMM 제어 모듈(235)은 구동 모듈(245) 및 작업기구 위치결정 모듈(250)과 더 관련될 수 있다. 구동 모듈(245)은 EMM 제어 모듈(235)로부터 작업기구 표시들을 제공받고, EMM(110)의 조향을 제어하도록 구성된다. 작업기구 위치결정 모듈(250)은 EMM 제어 모듈(235)로부터 직업기구 표시들을 제공받고, 예를 들어 산출된 작업기구 궤적에 따라 작업기구(120)의 위치를 제어하도록 구성된다.

EMM(110)의 작업 동안 예상치 못한 제약들 및 변화들은 EMM(110)에 가해지는 로드들의 전개에 영향을 미칠 수 있고, 따라서 작업기구 궤적 산출 모듈(230)에 의해 산출된 예측 로드 축적은 실제 로드 축적과 다를 수 있다. 그러므로 작업의 실행 전반에 걸쳐 EMM에서의 실제 로드를 모니터할 필요가 있고, 이에 따라 임무 계획을 업데이트 한다.

따라서, 특정 실시예들에 따르면, 임무 컴퓨터(140)는 EMM(110)의 적어도 하나의 특성을 모니터하도록 더 구성된다. 모니터된 특성은 예를 들면 EMM(110)의 기계적 변수(예를 들면, 엔진 파워 또는 엔진 RPM) 또는 견인력으로 이루어질 수 있다. 이들 EMM 특성들은 그 중에서도 EMM(110)에 가해지는 로드 및 그의 수행을 나타낸다. 이를 위하여, 시스템(100)은 EMM(110) 특성들을 모니터하기 위한 EMM 피드백 모듈(240)을 더 포함한다. 예를 들면, EMM 피드백 모듈(240)은 엔진 파워와 같은 기계적 변수를 모니터하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, EMM 피드백 모듈(240)은 현재 RPM을 모니터하기 위하여 RPM 센서(175)에 연결될 수 있다.

특정 실시예들에 따르면, 이러한 표시에 응답하여, EMM 제어 모듈(235)은 작업기구(120)를 위치변환하기 위하여 작업기구 위치결정 모듈(250)을 지시하도록 구성될 수 있다. 작업기구(120)의 이러한 위치변환(예를 들면, 작업기구(120)를 들어올리는 것)은 EMM(110)에서의 로드의 감소의 결과를 발생시킬 수 있다. 작업기구(120)의 이러한 위치변환에 이어, EMM 제어 모듈(235)은 예를 들어 구획의 나머지 부분을 따라 작업기구(120)의 이행 궤적을 재산출하도록 구성되는 작업기구 궤적 산출 모듈(230)에 지시를 통신하도록 더 구성된다. 특정 실시예들에 따르면, 작업기구 궤적의 재산출의 결과로서, 상기 처리 지점은 그의 이전 위치로부터 새로운 위치로 이동될 수 있다.

작업기구 위치결정 산출 모듈(230)은 데이터 저장소(255)에 재산출된 작업기구 궤적을 저장하도록 더 구성된다. 특정 실시예들에 따르면, 구획을 따르는 작업기구(120)의 작업기구 궤적(implement tractory)의 재산출이 실행되는 경우에서, 그 다음의 EMM(110) 임무 실행 루트 재산출이 루트 산출 모듈(225)에 의해 실행되고, 임무 실행 루트는 임무 영역 및 재산출된 작업기구 궤적 내에서 현재 조건들에 대해 적용된다. 예를 들면, 임무 영역의 일부에서의 작업이 완료되는 경우에서, 상기 임무 영역의 나머지 부분에서의 작업을 실행하기 위하여 새로운 임무 실행 루트가 산출된다.

특정 실시예들에 따르면, EMM 피드백 모듈(240)은 EMM(110) 견인력을 모니터하도록 더 구성된다. 견인력의 감소는 지면에서 트랙(tracks)의 접지력이 구획을 따라 물질을 셔빙하는 동안 지면에 가해지는 엔진 파워에 대한 저항을 제공하는데 불충분하는 것을 나타낼 수 있다. 이를 위하여, EMM 피드백 모듈(240)은 위치결정 모듈(215)로부터의 위치결정 데이터와 조합하여 주행 기록계(190)로부터 제공받은 데이터를 이용할 수 있다. 견인력의 감소의 상태는 (예를 들면, INS(160) 및/또는 DGPS(150) 등으로부터의 데이터를 이용함으로써) 주행기록계(190)에 의해 산출된 주행 거리와 위치결정 데이터에 의해 산출된 주행 거리 사이에서 미리 정해진 역치보다 큰 차이가 있음을 확인할 수 있다. 몇몇 이행에서, 상기 역치는 EMM(110)의 구동 속도의 함수로서 산출된다. 예를 들면, 상기 역치는 EMM(110)의 현재 속도에서 1시간 구동으로 주행되는 거리의 1퍼센트보다 큰 어떠한 거리로서 정의될 수 있다(예를 들면, 속도가 시간당 20마일(mile)이다면, 0.2마일 이상의 거리). 산출결과들에서의 불일치는 EMM이 주행한 실제 거리보다 더 먼 거리로 EMM(110) 트랙이 주행된 것임을 나타내고, 그러므로 견인력의 손실을 나타낼 수 있다. 특정 실시예들에 따르면, 견인력의 손실 지시는 EMM 제어 모듈(235) 및 작업기구 위치 산출 모듈(230)에 등록된다. 견인력의 감소를 산출하기 위한 상기 예는 제한되지 않으며, 견인력의 감소를 확인하기 위한 다른 공지된 방법들 및 기술들 또한 이용될 수 있음을 알 수 있다.

또한, 특정 실시예들에 따르면, EMM 피드백 모듈(240)은 작업기구(120)에 가해지는 응력을 모니터하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, EMM 피드백 모듈(240)은 작업기구(120)의 유압 시스템에 가해지는 응력을 감지하기 위해 구성되는 작업기구 유압 시스템 유압 센서(195)에 연결될 수 있다. 견인력의 감소 및 엔진 파워의 감소와 유사하게, 작업기구 유압 시스템의 압력이 미리 정해진 역치 이하 또는 이상임을 EMM 피드백 모듈(240)이 확인하는 경우에, EMM 제어 모듈(235) 및 작업기구 위치 산출 모듈(230)에 지시가 등록된다.

엔진 파워의 감소에 관하여 전술한 바와 같이, EMM 제어 모듈(235)에 등록된 견인력의 손실의 지시 또는 작업기구 유압 시스템에서의 초과 응력의 지시에 응답하여, EMM 제어 모듈(235)은 작업기구(120)를 위치변환(예를 들면, 작업기구(120)를 들어올리는 것)시키도록 작업기구 위치결정 모듈(250)을 지시하도록 구성될 수 있다. 일단 작업기구(120)의 이러한 위치변환이 실행되면, 작업기구 궤적 산출 모듈(230)은 작업기구(120)의 궤적을 재산출하도록 구성된다. 상기 작업기구 궤적 산출 모듈(225)은 데이터 저장소(255)에 재산출된 작업기구 궤적을 저장하도록 더 구성된다. 특정 실시예들에 따르면, 작업기구 궤적 산출 모듈(230)이 작업기구(120)의 궤적을 재산출하는 경우, 루트 산출 모듈(225)에 의해 상응하는 임무 실행 루트 재산출이 이어서 실행될 수 있다.

도 3은 본 발명의 특정 실시예들에 따라 임무를 수행하는 동안 실행되는 일련의 동작들을 도시한 흐름도이다. 과정(300)의 제1 단계에서, 시스템(100)에 의해 입력 변수들을 제공받는다(블록 310). 입력 변수들은 예를 들어 임무 목표, 임무 영역 위치 및/또는 경계들뿐만 아니라 다른 변수들을 포함할 수 있다. 상기 변수들은 다른 방식의 임무 목표, 예를 들면 앞서 예시한 바와 같이 굴착 임무, 땅 고르기 임무 등에 따라 변경될 수 있다.

상기 임무 영역 경계들은 예를 들면 두 지형적 좌표들 - 예를 들어 임무 영역의 북동쪽의 코너에 대해 하나 그리고 임무 영역의 남서쪽의 코너에 대해 다른 하나)에 의해 표현되는 임무 영역의 지형적 경계들로 될 수 있고, 그러므로 사각 임무 영역을 생성한다. 다른 예로는 제공받은 지점들에 의해 국한되는 영역이 임무 영역으로 되는 둘 이상의 지점들을 제공받는다. 해당 기술분야의 숙련된 기술자라면 잘 알 수 있는 바와 같이, 임무 영역 경계들의 다른 표현 또한 이용될 수 있다. 이러한 실시예들에 따르면, EMM(110)이 임무 영역 경계들 내에 위치되지 않는 경우에, 시스템(100)은 어떠한 인간의 개입이나 매핑 데이터와 같은 미리-로드된 데이터 필요없이, 임무 영역으로 자율적으로 독립-운행(self-navigate)할 수 있다(블록 320). 임무 영역으로의 방향을 찾기 위하여, 임무 컴퓨터(140)는 위치결정 유틸리티(예를 들면, DGPS(150) 및/또는 INS(160))에 의해 획득된 EMM(110) 위치결정 데이터를 이용할 수 있다. 예를 들면, 임무 컴퓨터(140)는 임무 영역으로의 헤딩(heading)을 산출하고, 산출된 헤딩을 유지하도록 탐색할 수 있다. 임무 컴퓨터(140)는 그 길에 따르는 장해물들을 검출하기 위하여 EMM(110) 검출 및 범위규정 장치(예를 들면, 전방 레이저 스캐너(170))를 더 이용할 수 있다. 이러한 장해물들이 검출되는 경우에, 임무 컴퓨터(140)는 EMM(110)을 유도하고, 장해물을 피해가며, 산출된 헤딩 측으로 계속 가도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 시스템(100)은 미리 정해진 루트 등에 이어서 미리-로드된 매핑 데이터를 이용하는 것과 같이 임무 영역으로 방향을 찾기 위한 다른 방법들을 이용할 수 있음을 알 수 있다.

특정 실시예들에 따르면, 일단 EMM(110)이 임무 영역에 도착하면, 시스템(100)은 임무 영역의 초기 매핑을 자율적으로 실행하도록 구성된다(블록 330). 이를 위하여, 특정 실시예들에 따르면, 임무 컴퓨터는 임무 영역 경계들을 따라 EMM(110)을 안내한다. 임무 영역 경계들을 따르는 운행은 위치결정 유틸리티에 의해 획득된 위치결정 데이터의 도움으로 실행된다. 시스템(100)은 그로부터 매핑 데이터를 추출하기 위하여 임무 영역 내측을 스캐닝하기 위하여 검출 및 범위규정 장치를 더 이용한다. 상기 추출된 매핑 데이터는 데이터 저장소(255)에 저장될 수 있다.

상기 임무 영역의 지형 및 사이즈에 따라, 상기 초기 임무 영역의 매핑은 그 결과 불완전하고 및/또는 부정확한 지도가 될 수 있음을 알 수 있다. 그러나 이러한 문제들은 아래에서 설명되는 바와 같이 임무 수행에 걸쳐 실행되는 지도의 연속적인 업데이트에 의해 해결된다.

데이터 저장소(255)에 저장된 매핑 데이터 및 EMM(110)과 작업기구(120)의 기계적 특성(예를 들면, 셔빙 능력, 작업기구 능력 등)들을 정의하는 입력 변수들을 이용함으로써, 시스템(100)은 EMM(110)에 대한 임무 실행 루트를 산출하도록 더 구성된다. 특정 실시예들에 따르면, 임무 실행 루트는 하나 이상의 구획들을 포함하고, 작업기구(120)의 이행 궤적은 각 구획을 따라 결정된다(블록 340). 이하, 도 4, 도 5 및 도 8을 참조하여 EMM(110) 임무 실행 루트 및 작업기구 궤적 산출을 더욱 상세히 설명한다.

시스템(100)은 산출된 EMM(110) 임무 실행 루트를 따라 EMM(110)을 가동하도록 위치결정 유틸리티에 의해 획득된 EMM(110) 위치결정 데이터를 이용하고, 그 임무를 실행하도록 더 구성되고, 상기 산출된 작업기구 궤적은 실행 루트를 따라 작업기구(120)를 위치결정하기 위해 이용된다(블록 350).

임무가 실행되는 시간 동안, 매핑 데이터를 연속해서 획득하고 데이터 저장소(255)에 저장된 매핑 데이터를 업데이트하기 위하여, 시스템(100)은 EMM(110) 검출 및 범위규정 장치(예를 들면, 전방 레이저 스캐너(170) 및 후방 레이저 스캐너(180))를 더 이용한다(블록 360). 전방 레이저 스캐너(170)는 커버하려는 임무 영역의 매핑 데이터를 획득하기 위하여 EMM(110)의 전방을 스캔하도록 구성되고, 후방 레이저 스캐너(180)는 예를 들면 임무 영역 내에서 실행된 작업의 결과로부터 얻은 지형 변화들을 모니터하기 위하여 EMM(110)에 의해 커버되는 임무 영역에 관한 매핑(mapping) 데이터를 획득하기 위하여 EMM(110) 후방을 스캔하도록 구성된다. 특정 실시예들에 따르면, 블록 370을 참조하여 설명된 두 과정은 임무의 실행 동안 연속적이고 동시에 실행된다.

상기 매핑 데이터의 업데이트 과정에 이어서, 시스템(100)은 임무의 진행이 완료될 때까지 그 임무의 진행을 모니터하기 위하여 데이터 저장소(255)에 저장된 매핑 데이터를 분석하도록 더 구성된다(블록 380). 특정 실시예들에 따르면, 임무 목표에 의해 정의되는 바와 같은 요구되는 결과는 임무가 완료되었는지 그리고 나머지 작업들이 있는지 여부를 결정하기 위하여 임무 영역의 현재 매핑 데이터와 비교한다. 블록 380을 참조하여 설명되는 작업은 매핑 모듈(220)에 의해 실행될 수 있다.

특정 실시예들에 따르면, 시스템(100)은 각 구획에서 실행되는 작업을 연속해서 모니터하도록 구성될 수 있다. 일단 어떤 구획에서의 작업이 실행되면, 시스템(100)은 업데이트되어 저장된 매핑 데이터에 근거하여 임무 목표가 달성되었는지 여부, 예를 들어 임무 영역의 지면의 요구되는 고도가 획득되었는지 여부를 체크하도록 구성될 수 있다. 일부 또는 전체 구획이 미리 정해진 요구 고도에 도달하지 않으면, 구획에서 추가 작업이 실행되어야하는 지시가 그 구획을 참고로 하여 데이터 저장소(255)에 등록되고 저장된다. 그런 다음 시스템(100)은 데이터 저장소(255)에 저장된 임무 실행 루트에 따라 다음 구획으로 계속되게 된다.

구획의 지형의 고도가 미리 정해진 요구 고도(임무 목표에 의해 정의되는 바와 같이)에 도달할 때, 시스템(100)은 임무 영역에서 다른 구획들이 추가적인 작업을 요구하는지 여부를 체크하도록 더 구성된다. 추가 작업이 요구되는 다른 구획들이 존재한다면, 상기 과정은 작업기구 궤적이 추가 작업을 요구하는 구획들에 대해 산출되고, 데이터 저장소(255)에 저장된 최신 매핑 데이터를 이용하는 블록 340으로 되돌아간다. 상기 과정은 임무가 완료될 때까지 블록 370 및 380에서의 동작들로 계속 이어진다. 추가 작업이 요구되는 구획들이 존재하지 않을 때, 임무는 종료하게 된다(블록 390). 도 3을 참조하여 설명된 과정은 단지 제한되지 않은 예이며, 임무 목표를 실행하고 처리하기 위한 다른 방법들 또한 이행될 수 있음을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 특정 실시예들에 따라 임무 실행 루트 산출 과정에서 실행되는 일련의 동작들을 도시한 플로차트이다. 도 4는 도 3에서의 블록 340을 참조하여 전술한 과정의 보다 상세한 예이다. 특정 실시예들에 따르면, 하나 이상의 구획들에 포함되는 임무 실행 루트 및 하나 이상의 구획들 각각에 따른 작업기구 궤적은 전체 임무 영역에 대하여 산출된다. 다른 실시예들에 따르면, 하나 이상의 구획들에 포함된 EMM(110) 임무 실행 루트 및 하나 이상의 구획들 각각에 따른 작업기구 궤적은 임무 영역의 다른 일부들에서 별개로 산출된다. 예를 들면, 상기 루트는 임무의 진행에 따라 구획 대 구획으로 점진적으로 구성될 수 있다. 따라서, 제1 구획이 산출되고, 그 구획에 대한 작업이 완료된 이후에만, 임무가 완료될 때까지, 다른 구획이 산출되고 작업이 수행된다.

블록 410에서, 임무 실행 루트가 산출된다. 특정 실시예들에 따르면, 실행 루트는 동일 구획(들)에서 EMM(110)의 최소 가동과 작업의 최소 반복이 요구되도록 산출된다. 대체로, 임무 실행 루트는 임무 영역의 완전하고 규칙적인 커버리지(coverage)를 얻도록 산출된다. 앞서 설명한 바와 같이, 특정 실시예들에서, 임무 실행 루트는 하나 이상의 구획들을 포함한다. 규칙적인 커버리지는 EMM(110)이 하나의 구획에서 다른 구획으로 이동하는 패턴을 따르고 산발적인 방식으로 임무를 실행하지 않는 것임을 의미하며, 그러므로 작업은 효율적으로 이루어진다. EMM(110)의 이동은 긴 구획들에서 실행될 수 있다. 긴 구획들에서의 EMM(110)의 연속적인 이동은 그의 재원 활용을 보다 낫게 할 수 있고, 축적되는 물질의 배치를 위하여 EMM(110)의 가동을 덜 필요하게 하며, 이에 따라 전반적으로 효율적으로 된다. 또한, 임무 실행 루트를 포함하는 하나 이상의 구획들의 산출은 최소 양의 구획 반복을 실행하고, 그러므로 예를 들어 EMM(110)의 가동을 최소화하도록 실행된다.

임무의 유형에 따라, 실행 루트의 산출을 위해 다른 원칙들이 이용된다. 예를 들면, 땅 고르기 임무에서, 임무 실행 루트는 EMM(110)이 높은 지면으로부터 낮은 지면으로 이동하도록 산출될 수 있다(땅 고르기 임무에서, 물질은 높은 지면으로부터 낮은 지면으로 또는 임무 영역 경계들의 외측으로 이동될 수 있기 때문에).

임무 실행 루트 산출을 목적으로, 시스템(100)은 임무 목표 및 임무 영역 경계들, EMM(110) 셔빙 능력 등을 포함하는, EMM(100) 및 작업기구(120)의 기계적 제한들뿐만 아니라 데이터 저장소(255)에 저장된 매핑 데이터의 입력 변수들을 이용할 수 있다.

또한, 구획들의 산출 동안, 처리 지점들의 위치가 고려될 수 있다. 따라서, 임무 실행 루트는 각 구획이 처리 지점과 관련되도록, 예를 들면 각 구획이 처리 지점에서 종료되도록 하는 하나 이상의 구획들을 포함할 수 있다. 처리 지점들은 예를 들면 임무 영역의 외측에 위치되거나 또는 땅 고르기 영역에서 작업 영역에서 높은 지면으로부터 초과하는 물질로 채워지는 낮은 지면에 위치될 수 있다.

도 8을 참조해 보면, 이것은 본 발명의 특정 실시예들에 따라 임무 실행 루트의 산출 과정의 예를 도시한 플로차트이다. 임무 컴퓨터(140)는 적어도 하나의 선택 처리 지점을 결정하기 위하여 데이터 저장소(255)에 저장된 매핑 데이터를 이용하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 땅 고르기 임무에서, 선택 처리 지점들은 낮은 지면 또는 임무 영역의 외측 등에 위치될 수 있다. 몇몇 이행들에서, 이러한 선택 처리 지점들은 기준 지점으로부터 특정 범위 내의 영역(예를 들면, 20미터의 미리 정해진 범위)으로 산출될 수 있다. 상기 기준 지점은 예를 들면 EMM(110) 현재 위치(예를 들어 임무를 시작하는 EMM 위치, 구획의 끝에서의 EMM 위치 등), 임무 실행 루트에 따른 EMM(110) 예측 위치, 미리 정해진 위치 등으로 될 수 있다(블록 810). 다른 이행들에 있어서, 시스템(100)은 전체 임무 영역 내에서 선택 처리 지점들을 산출하도록 구성될 수 있다. 상기 산출된 선택 처리 지점들은 임무의 실행을 개시하기 전에 데이터 저장소(255)에 저장될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 시스템(100)은 예를 들어 인간 운전자에 의해 결정되고 데이터 저장소(255)에 저장된 미리 정해진 선택 처리 지점들을 이용하도록 구성될 수 있다.

시스템(100)은 하나 이상의 구획들을 포함하는 루트를 산출하기 위하여 선택 처리 지점들을 이용하도록 구성될 수 있다. 시스템(100)은 그 중에서도 그 위치에 따라 각각의 선택 처리 지점들을 분류하도록 구성될 수 있다(블록 820). 예를 들면, 선택 처리 지점들은 땅 고르기 임무에서 임무 영역 경계들에 관하여 그들의 위치에 근거하여 분류될 수 있다. 물질이 채워질 필요가 있는 영역에 위치되는 선택 처리 지점의 분류는 1로 발생하는 반면, 임무 영역 경계들 외측에 위치되는 선택 처리 지점의 분류는 3으로 발생한다(본 예에서 최소의 분류가 바람직함을 알 수 있다). 시스템(100)은 기준 지점에서 시작되고 선택 처리 지점에서 종료되는 구획으로부터 제거될 물질의 양을 각각의 선택 처리 지점에 대하여 산출하기 위하여 데이터 저장소(255)에 저장된 매핑 데이터를 이용하고(블록 830), EMM(110)의 최대 셔빙 능력에 의해 결과를 분할(divide)하도록(블록 840) 더 구성될 수 있다. 구획의 전체 작업이 한 번의 행보로 완료될 수 있는 것을 나타내는 1보다 그 분할의 결과가 작다면, 구획과 관련된 선택 처리 지점의 분류는 1로 발생하는 반면, 그 결과가 1보다 크다면, 상기 분류는 분할의 결과에 의해 발생한다(블록 850). 앞서 설명한 선택 처리 지점들을 분류하는 특정 과정은 어떠한 방식으로 국한하거나 제한하는 것으로 구성되는 것이 아닌 단지 예에 불과한 것임을 알 수 있다.

땅고르기 과정에 이어서, 시스템(100)은 선택 처리 지점들의 분류를 비교하고, 가장 낮은 경사(grade)를 갖는 처리 지점을 선택하도록 구성될 수 있다(블록 860). 둘 이상의 선택 처리 지점들이 동일한 최소 경사를 갖는 경우, 시스템(100)은 기준 지점으로부터 시작해서 선택 처리 지점들의 종료되는 구획들의 길이를 비교하고, 이와 관련되어 가장 긴 구획을 갖는 처리 지점을 선택하도록 구성될 수 있다. 특정 실시예들에서, 구획을 표시하는 처리 지점의 선택에 이어서, 구획을 산출하는 과정은 반복되고 새로운 기준 지점으로서 선택된 처리 지점을 이용할 수 있다.

도 4를 다시 참조해 보면, 앞서 상세히 설명한 바와 같이, 임무 실행 루트는 몇몇 실시예들에서 각 구획이 그 구획을 따라 축적된 물질을 처리하기 위한 물질 처리 지점과 관련되는 구획들로 분할될 수 있다. 시스템(100)은 구획들을 따라 작업기구 궤적을 산출하도록 구성될 수 있다(블록 420). 이러한 작업기구 궤적은 임무 목표에 관한 데이터, 그 목적을 위한 매핑 데이터 또는 그의 일부(특정 구획에 대한 관련 부분), 및 EMM(110)의 셔빙 능력을 이용하여 산출된다. 작업기구 궤적들은 대체로 전체 구획에 따른 EMM(110)의 작업 및 구획을 따라 점차 축적되는 물질의 예측된 양을 고려하면서 산출된다. 각 구획에 따른 상기 산출된 작업기구 궤적은 데이터 저장소(255)에 저장된다(블록 430).

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 작업기구 궤적을 결정하는 과정에서 실행되는 일련의 동작의 예를 도시한 흐름도이다. 도 5는 도 3을 참조하여 블록 340과 블록 370 그리고 도 4를 참조하여 블록 420에서 전술된 과정의 보다 상세한 예를 도시한 것이다. 전술한 바와 같이, EMM(110)이 구획을 따라 진행되고 물질을 셔빙함에 따라, 축적된 물질은 증가하고, 그러므로 EMM(110)에 가해지는 로드는 증가하고, EMM(110) 엔진 파워를 감소시킨다. 임무 컴퓨터(140)는 물질이 각 구획을 따라 셔빙되고, EMM(110)에 축적되는 로드가 EMM(110)의 최대 셔빙 능력을 초과하지 않게 작업기구 궤적을 산출하도록 구성된다. EMM(110)에서의 축적되는 로드는 그 중에서도 구획의 시작으로부터 가장 가까운 처리 지점까지의 구동 거리(예를 들면, 구획 길이), 지형 특성들 및 셔빙된 물질(예를 들면, 흙)의 블레이드 깊이(blade depth)의 함수이다. 구획의 시작으로부터 그와 관련된 처리 지점까지의 거리, 현재 지역 지형 및 EMM(110)의 최대 셔빙 능력을 알게 되면, EMM(110)의 셔빙 능력의 고갈 없이 전체 구획에 따라 물질이 셔빙되도록 작업기구 궤적(블레이드 깊이)을 산출할 수 있다.

임무 목표 및 임무 영역의 실제 지형에 따라, 주어진 구획으로부터 배치되는 물질의 양의 산출이 실행될 수 있다. 그런 다음, 요구되는 임무 목표를 얻기 위하여 EMM(110)의 최대 셔빙 능력 및 배치될 물질의 양의 이용은 작업기구 궤적의 산출을 할 수 있도록 한다.

이와 관련하여, 도 7은 본 발명의 특정 실시예들에 따라 작업기구 궤적의 예를 개략적으로 도시한 도면이다. 앞서 설명한 바와 같이, 도 7은 미리 정해진 고도에 따라 표면을 고르게 하도록 요구되는 땅 고르기 임무의 예를 도시한 것이다. 도 7은 임무 영역에서의 구획을 나타내며, 여기에서 파선 720은 구획의 초기 지형을 도시한 것이고, 파선 710은 요구되는 지면 고르기를 도시한 것이다. 라인 720은 요구되는 임무를 실행하기 위한 산출된 작업기구 궤적을 나타낸다.

도 5를 다시 참조해 보면, 특정 실시예들에 따르면, 상기 작업기구 궤적의 더욱 정확한 산출을 위하여, EMM(110)에 축적된 로드의 예측을 위하여 토질역학 알고리즘이 이용될 수 있다. 토질역할 알고리즘은 흙의 공통적인 유형에 대한 일반적인 변수들, 예를 들어 밀도, 습도, 전단 변수들, 로드 인자들, 베커(Bekker) 토질 상수 등에 근거하여 토질 저항의 추정을 산출하기 위하여 이용된다. 해당 기술분야의 숙련된 기술자라면 알 수 있는 바와 같이, 더욱 정확한 수준(예를 들면, 센티미터)이 달성될 수 있다.

작업의 개시 이전에, 임무 컴퓨터(140)는 그 중에서도 달성되어야 하는 대상을 정의하는 임무 목표를 제공받는다(블록 510). 예를 들면, 임무 목표는 주어진 고도에 따라 임무 영역 내에서 지표면을 고르게 하는 것으로 될 수 있다. 또한, 임무 컴퓨터(140)는 그 임무 컴퓨터(140)와 관련된 위치결정 유틸리티와 검출 및 범위규정 유틸리티에 의해 획득된 임무 영역의 매핑(mapping) 데이터를 제공받는다(블록 520). 특정 실시예들에 따르면, 각 구획에 대하여, 임무 목표에 의해 정의되는 바와 같은, 구획의 요구된 임무 영역 지형은 실제 임무 영역 지형과 비교되고, 임무 목표를 얻기 위한 요구되는 작업이 결정된다(블록 540). 요구되는 작업의 결정은 구획에서 작업하는 동안 예를 들면 연속적으로 또는 주기적으로 이루어질 수 있다.

최대 EMM 셔빙 능력에 대한 작업기구 궤적을 결정하기 위하여(블록 550), 임무 컴퓨터(140)에 의해 입력 변수들을 제공받는다. 상기 제공받은 입력 변수들은 그 중에서도 최대 EMM 셔빙 능력, 구획의 길이 및 지형 특성에 관하여 가능한 변수들을 포함한다. 상기 제공받은 입력 변수들에 근거하여, 임무 컴퓨터(140)는 구획 내에서 EMM(110)의 최대 셔빙 능력의 이용에 대한 작업기구 궤적을 결정한다(블록 550).

특정 실시예들에 따르면, 주어진 구획으로부터 배치되도록 요구되는 물질의 양이 EMM(110)의 최대 셔빙 능력에 따른 물질의 양보다 적을 경우, 상기 구획 위의 단일 행로에서 요구되는 물질의 전체 양을 셔빙하기 위하여 작업기구 궤적이 산출된다(블록 570). 배치되도록 요구되는 물질이 EMM(110)의 최대 셔빙 능력에 따른 물질의 양보다 많을 경우, EMM(110) 최대 셔빙 능력을 초과하지 않는 최대 양의 물질을 배치하기 위하여 작업기구 궤적이 산출된다(블록 580). 일단 작업기구 궤적이 산출되면, 구획에서의 작업은 실행된다(블록 590).

도 3에서 블록 360을 참조하여 전술한 바와 같이, 임무 영역은 임무의 실행 동안 연속적으로 스캔되고(예를 들면, 후방 레이저 스캐너를 이용하여), 구획에서 작업이 진행됨에 따라 임무 영역 지도는 업데이트 된다. 상기 업데이트된 매핑 데이터는 데이터 저장소(255)에 저장된다. 특정 실시예들에 따르면, 구획에서의 작업은 전체 양의 물질이 배치되고 임무 목표가 완료될 때까지 더 반복될 수 있다. 특정 실시예들에 따르면, 구획에서 각각의 반복 이전에, 새로운 작업기구 궤적이 업데이트된 매핑 데이터에 근거하여 산출된다. 시스템(100)은 작업이 구획에서 실행되는 동안, 연속적인 구획의 작업기구의 궤적이 산출되도록 구성될 수 있다. 이는 작업의 연속성을 유지하고, 하나의 구획에서 다른 구획으로 이동하는 것을 가능하게 한다.

마지막 반복의 구획에서 물질의 나머지 양이 EMM(110)의 최대 셔빙 능력에 따른 물질의 양보다 적을 경우, 작업기구 궤적은 구획 위 단일 행로에서 요구되는 물질의 전체 양을 셔빙하기 위하여 산출된다.

특정 실시예에 따르면, 도 5를 참조하여 도시한 과정은 작업기구 위치 산출 모듈(230)에 의해 실행된다. 이러한 산출을 실행하기 위하여, 작업기구 위치 산출 모듈(230)은 루트 산출 모듈(225)로부터 산출된 임무 실행 루트 데이터(각 구획의 위치 및 길이를 포함하는), 데이터 저장소(255)로부터 매핑 데이터의 전부 또는 일부(예를 들면 특정 구획에 대한 관련 매핑 데이터) 및 입력 모듈(210)로부터 입력 변수들을 제공받도록 구성된다. 특정 실시예들에 따르면, 입력 변수들은 그 중에서도 임무 목표, EMM(110) 셔빙 능력 및 지형 특성들을 포함한다.

도 6은 본 발명의 특정 실시예들에 따라 EMM(110) 조향 및 작업기구(120) 위치를 모니터하고 제어하기 위한 과정의 일련의 동작들을 도시한 흐름도이다. 도 6을 참조하여 설명되는 동작들은 예를 들면 도 3의 블록 370 및 도 5의 블록 590의 일부로서 실행된다. 앞서 상세히 설명한 바와 같이, 시스템(100)은 그 루트를 따라 EMM(110)에 대한 루트 및 작업기구(120)의 궤적을 산출하도록 구성된다. 몇몇 실시예들에서, 임무 실행 루트는 구획들로 분할된다. 임무를 실행하는 동안(블록 370), 시스템(100)은 산출된 루트를 따라 EMM(110)을 조향하고, 산출된 이행 궤적에 따라 작업기구(120)의 위치를 모니터하고 제어하도록 구성된다.

도 2를 참조하여 전술한 바와 같이, 시스템(100)은 EMM(110)의 수행을 연속적으로 모니터하도록 더 구성되고, 필요하다면 작업기구(120)를 위치변환 시킨다. 몇몇 실시예들에서, 임무 실행 루트를 포함하는 하나 이상의 구획들의 재산출은 그 다음에 실행된다.

도 6에 도시한 바와 같이, 시스템(100)은 EMM(110) 및 작업기구(120) 수행을 모니터하도록 구성된다(블록 610). 이를 위하여 시스템(100)은 EMM(110)에서의 로드와 그의 수행을 나타내는 하나 이상의 EMM(110) 변수들 및 특성들, 예를 들어 EMM(110)의 기계적 변수들(예를 들면, 엔진 파워 또는 엔진 RPM)을 모니터한다.

시스템(100)은 EMM(110)의 기계적 변수로서 예를 들면 나머지 엔진 파워(P)를 산출하도록 구성될 수 있다. 상기 나머지 엔진 파워는 다음의 식을 이용하여 산출될 수 있다:

P = α * Me * n

여기에서:

P = 나머지 엔진 파워

α= 일정한 물리적 상수[이에 대해서는 설명을 추가]

Me = 실제 순간 엔진 토크

n = 현재 RPM

상기 순간 엔진 토크(Me)는 예를 들면 엔진 에어 흡입 압력, 엔진 에어 온도, 및 엔진으로의 에어 공급과 같이 엔진의 다른 변수들을 이용함으로써 산출될 수 있다. 해당 기술분야의 숙련된 기술자라면 잘 알 수 있는 바와 같이, 엔진 파워 및 순간 엔진 토크는 여러 방법 및 기술들을 이용하여 산출될 수 있다.

EMM(110)이 셔빙하는 동안 미리 정해진 역치 아래로의 EMM(110) 엔진 파워의 저하는 EMM(110)이 그의 최대 셔빙 능력에 도달하고 있음을 나타낼 수 있다. 그러므로 EMM 피드백 모듈(240)은 아래의 사항의 하나 이상이 EMM 피드백 모듈에 의해 결정되는 경우, EMM 제어 모듈(235) 및 작업기구 궤적 산출 모듈(230)에 적절한 지시를 전송할 수 있다:

1. 미리 정해진 역치 아래로 EMM(110) 엔진 파워에서의 감소, 2. 미리 정해진 역치 아래로 EMM(110) 엔진 RPM에서의 감소, 3. 예측된 EMM(110) 엔진 파워 아래로 EMM(110) 엔진 파워에서의 감소. 몇몇 경우에서, 상기 미리 정해진 역치는 임계 동작 레벨들로부터 특정 범위 내로 설정될 수 있고, 그러므로 EMM(110) 및/또는 작업기구(120)에 대한 손상 없이 역치 초과를 처리하기 위한 타임 프레임(time frame)을 제공한다.

몇몇 경우에서, 모니터된 EMM(110) 및/또는 작업기구(120) 변수들 중 하나 이상이 미리 정해진 역치를 초과하는 것으로 시스템(100)이 결정할 때, 시스템(100)은 EMM(110)에서의 로드를 감소시키기 위하여 작업기구(120)를 위치변환(예를 들면, 작업기구(120) 지면 관통 깊이를 감소시키거나 작업기구(120)를 들어올림)시키도록 구성된다(블록 620). 특정 실시예들에 따르면, 작업기구(120) 위치가 변경되고, 따라서 산출된 작업기구 궤적으로부터 벗어나는 경우에, 시스템(100)은 하나 이상의 구획을 포함하는 EMM(110) 임무 실행 루트 및 구획들에 따른 작업기구 궤적을 재산출하도록 구성된다(블록 630).

다른 경우에서, 모니터된 EMM(110) 및/또는 작업기구(120) 변수들 중 하나 이상이 미리 정해진 역치를 초과하는 것으로 시스템(100)이 결정할 때, 시스템(100)은 하나 이상의 구획을 포함하는 EMM(110) 임무 실행 루트 및 구획들에 따른 작업기구 궤적을 재산출을 먼저 실행한 이후, 재산출을 실행하며, 따라서 새로이 산출된 구획에 근거하여 작업기구(120)를 위치변환하도록 구성된다. 그러므로 예를 들면, 역치에 이를 때, 시스템(100)은 보다 가까운 처리 지점(예를 들면, 임무 영역 외측)에 축적된 물질을 배치하기 위하여 구획을 재산출하도록 구성될 수 있다. 이러한 경우들에서, 시스템(100)은 하나 이상의 구획들을 포함하는 새로운 임무 실행 루트를 재산출하고, 이 재산출에 이어서 필요할 경우 작업기구의 위치변환을 실행하도록 구성할 수 있다.

작업기구(120)의 위치변환, 구획들에 따른 EMM(110) 루트 및 작업기구 궤적의 재산출에 이어서, 시스템(100)은 EMM(110) 및/또는 작업기구(120) 수행을 연속적으로 모니터하도록 복귀된다(블록 610).

도 6으로부터 더욱 알 수 있는 바와 같이, 모니터된 변수가 미리 정해진 역치를 초과하지 않을 경우, 시스템(100)은 구획들을 따라 EMM(110) 조향과 작업기구(120) 위치결정의 제어를 동시에 하도록 더 구성된다(블록 680). 이를 위하여 시스템(100)은 위치결정 유틸리티(예를 들면, DGPS(150) 및/또는 INS(160)에 의해 획득된 위치결정 데이터, (하나 이상의 구획들로 분할된) 산출된 EMM(110) 임무 실행 루트 및 구획들을 따른 산출된 작업기구 궤적을 이용한다. 특정 실시예들에 따르면, 임무 실행 루트 및 작업기구 궤적 모두는 데이터 저장소(255)에 저장된다.

시스템(100)은 현재 EMM(110) 조향 방향과 산출된 EMM(110) 임무 실행 루트를 비교하도록 더 구성된다(블록 640). EMM(110)의 현재 헤딩과 산출된 EMM(110) 임무 실행 루트에 의해 특정된 헤딩 간에 불일치가 있는 경우, 시스템(100)은 EMM(110) 임무 실행 루트에 의해 특정된 헤딩에 따라 EMM(110) 조향을 고정하도록 구성된다(블록 650).

EMM을 조향하는 것과 병행하여, 시스템(100)은 산출된 작업기구 궤적에 따라 작업기구(120)를 위치 결정하도록 더 구성된다(블록 660). 현재 작업기구(120) 위치와 산출된 작업기구 궤적 간에 불일치가 있는 경우, 시스템(100)은 산출된 작업기구 궤적에 의해 특정된 위치결정에 따라 작업기구(120) 위치를 고정하도록 구성된다(블록 670).

특정 실시예들에 따르면, 시스템(100)은 각각의 동일 시간 또는 구획을 따르는 위치에서 실제 작업기구(120) 위치결정과 산출된 작업기구 궤적 간에 불일치가 발견된 경우(산출된 작업기구 궤적에 따라 작업기구(120)가 위치되지 않은 것을 의미함), 실질적으로 구획들을 따라 작업기구 궤적을 재산출하도록 더 구성된다. 이는 예를 들면 작업기구(120)의 완전한 운동이 오작동의 결과로서 제한되게 되고, 작업기구 궤적에 의해 요구되는 바와 같이 낮아질 수 없게 될 때 발생할 수 있다. 실질적으로 구획들을 따르는 재산출된 작업기구 궤적은 데이터 저장소(255)에 저장된다. 추가 실시예들에 따르면, 작업기구 궤적의 재산출이 실행되는 경우에, 상응하는 EMM(110) 임무 실행 루트 재산출이 루트 산출 모듈(225)에 의해 실행된다.

본 발명은 특정 실시예들에 대하여 도시되고 설명되었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위 내에서 다양한 변경들, 변형들 및 개선들이 독자들로 하여금 발견될 수 있다.

Claims

물질을 셔빙(shoving)하기 위해 적어도 하나의 작업기구를 포함하는 토공 기계(EMM)의 자율적 동작의 방법으로서, 상기 방법은:
(a) 임무 목표를 제공받고;
(b) 임무 영역에 관하여 매핑(mapping) 데이터를 제공하고;
(c) 상기 임무 영역에 관하여 상기 EMM의 위치를 결정하고;
(d) 적어도 상기 매핑 데이터 및 상기 임무 목표에 근거하여, 상기 임무 영역 내에서 하나 이상의 구획들(segments)을 결정하며, 여기에서 각 구획은 처리 지점과 관련되고;
(e) 상기 하나 이상의 구획들 각각에 관하여, 적어도 임무 목표, 매핑 데이터, 상기 구획의 길이 및 상기 EMM의 셔빙 능력 데이터에 근거하여, 상기 구획을 따르는 상기 적어도 하나의 작업기구의 작업기구 궤적을 산출하고, 이에 따라 상기 EMM이 진행함에 따라 상기 구획을 따라서 적어도 하나의 상기 작업기구에 의해 물질의 축적을 가능하게 하고, 상기 처리 지점에의 도착시 상기 축적된 물질의 처리를 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 EMM의 적어도 하나의 특성을 모니터하고, 상기 EMM의 적어도 하나의 특성이 미리 정해진 역치를 초과하는 표시에 응답하여 상기 적어도 하나의 작업기구를 위치변환하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 적어도 하나의 작업기구의 위치변환에 응답하여, 상기 하나 이상의 구획들을 실질적으로 따라 적어도 하나의 작업기구의 상기 작업기구 궤적을 재산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 적어도 하나의 작업기구의 위치변환에 응답하여, 상기 임무 영역 내에서 하나 이상의 구획들을 재결정하는 단계를 더 포함하고, 여기에서 상기 하나 이상의 구획들 각각은 처리 지점과 관련되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 특성은 상기 EMM의 기계적 변수인 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 기계적 변수는 엔진 RPM인 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 처리 지점은 상기 적어도 하나의 구획의 끝에 위치되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 1에 있어서,
임무 실행을 모니터하고, 상기 적어도 하나의 작업기구의 실체 위치가 상기 적어도 하나의 작업기구의 상기 작업기구 궤적과 상이한 표시에 응답하여, 상기 하나 이상의 구획들 중 적어도 하나를 실질적으로 따라서 상기 적어도 하나의 작업기구의 상기 작업기구 궤적을 재산출하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 적어도 하나의 작업기구의 위치변환에 응답하여, 상기 임무 영역 내에서 적어도 하나의 구획을 재결정하는 단계를 더 포함하고, 여기에서 각 구획은 처리 지점과 관련되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 축적된 물질은 EMM이 셔빙할 수 있는 물질의 최대 양과 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 1에 있어서,
단계 (d)에서 하나 이상의 구획들의 결정은:
(a) 높은 지면으로부터 낮은 지면으로의 이동;
(b) 긴 구획들에서의 이동;
(c) 구획들의 반복의 최소량;
(d) 상기 임무 영역의 체계적인 적용범위(coverage)
의 변수들 중 적어도 하나에 더 근거하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 임무 목표는 적어도 임무 영역 경계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 특성은 EMM 트랙 슬라이딩(EMM tracks sliding)인 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 적어도 하나의 구획 및 상기 적어도 하나의 구획을 따르는 상기 작업기구 궤적의 산출에 있어서, 적어도 하나의 지형적 특성을 제공받고 상기 적어도 하나의 지형적 특성을 이용하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
적어도 하나의 작업기구를 포함하는 토공 기계(EMM)의 자율적 동작을 위한 시스템으로서, 상기 시스템은:
위치결정 유틸리티, 검출 및 범위규정 장치, 및 임무 컴퓨터를 포함하고;
상기 임무 컴퓨터는 임무에 대하여 적어도 하나의 임무 목표를 포함하는 데이터를 제공받도록 구성되고;
상기 검출 및 범위규정 장치는 상기 임무 영역을 스캔(scan)하고, 상기 임무 영역에 관하여 데이터를 획득하도록 구성되고;
상기 위치결정 유틸리티는 상기 임무 영역에 관하여 상기 EMM의 위치를 결정하도록 구성되고;
상기 임무 컴퓨터는:
상기 데이터에 근거하여 상기 임무 영역의 지도를 생성하고;
적어도 상기 지도 및 상기 임무 목표에 근거하여, 상기 임무 영역 내에서 적어도 하나의 구획을 결정하며, 여기에서 각 구획은 처리 지점과 관련되고;
적어도 상기 임무 목표, 상기 지도, 상기 적어도 하나의 구획의 길이 및 상기 EMM의 셔빙 능력 데이터에 근거하여, 상기 EMM이 진행됨에 따라 상기 구획을 따르는 상기 적어도 하나의 작업기구에 의해 물질이 축적되고 상기 처리 지점에 도착시 상기 축적된 물질이 처리되도록, 상기 구획을 따르는 상기 적어도 하나의 작업기구의 작업기구 궤적을 산출하는 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 15에 있어서,
상기 임무 컴퓨터는, 상기 EMM의 적어도 하나의 특성을 모니터하고, 상기 EMM의 적어도 하나의 특성이 미리 정해진 역치를 초과하는 표시에 응답하여 상기 적어도 하나의 작업기구를 위치변환하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 16에 있어서,
상기 임무 컴퓨터는, 상기 적어도 하나의 작업기구의 위치변환에 응답하여, 상기 적어도 하나의 구획들을 실질적으로 따라 상기 적어도 하나의 작업기구의 작업기구 궤적을 재산출하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 16에 있어서,
상기 적어도 하나의 작업기구의 위치변환에 응답하여, 상기 임무 컴퓨터는 상기 임무 영역 내에서 적어도 하나의 구획을 재결정하도록 더 구성되며, 여기에서 상기 적어도 하나의 구획 각각은 처리 지점과 관련되는 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 16에 있어서,
상기 EMM의 적어도 하나의 특성은 상기 EMM의 기계적 변수인 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 16에 있어서,
상기 EMM의 적어도 하나의 특성은 엔진 RPM인 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 15에 있어서,
상기 임무 컴퓨터는 상기 처리 지점이 상기 적어도 하나의 구획의 끝에 위치되는 적어도 하나의 구획을 결정하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 15에 있어서,
상기 임무 컴퓨터는 임무 수행을 모니터하고, 상기 적어도 하나의 작업기구의 실체 위치가 상기 작업기구의 산출된 작업기구 궤적과 상이한 표시에 응답하여, 상기 적어도 하나의 구획들을 실질적으로 따라 상기 적어도 하나의 작업기구의 상기 작업기구 궤적을 재산출하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 22에 있어서,
상기 임무 컴퓨터는, 상기 적어도 하나의 작업기구의 위치변환에 응답하여, 상기 임무 영역 내에서 적어도 하나의 구획을 재결정하도록 더 구성되고, 여기에서 각 구획은 처리 지점과 관련되는 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 15에 있어서,
상기 축적된 물질은 상기 EMM이 셔빙할 수 있는 물질의 최대량과 동일한 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 15에 있어서,
상기 임무 컴퓨터는:
(a) 높은 지면으로부터 낮은 지면으로의 이동;
(b) 긴 구획들에서의 이동;
(c) 구획들의 반복의 최소량;
(d) 상기 임무 영역의 체계적인 적용범위
중 적어도 하나에 근거하여 상기 적어도 하나의 구획을 결정하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 15에 있어서,
상기 임무 목표는 적어도 임무 영역 경계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 16에 있어서,
상기 EMM 트랙에 의해 주행되는 거리를 측정하기 위한 주행기록계를 더 포함하고, 여기에서 상기 EMM의 적어도 하나의 특성은 EMM 트랙 슬라이딩인 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 15에 있어서,
상기 지도를 저장하기 위한 데이터 저장소와 관련되고, 여기에서 상기 임무 컴퓨터는 임무의 수행 동안 제공받은 업데이트된 매핑(mapping) 데이터에 따라 상기 지도를 주기적으로 업데이트 하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 15에 있어서,
상기 임무 컴퓨터는, 상기 적어도 하나의 구획 및 상기 적어도 하나의 구획을 따르는 상기 적어도 하나의 작업기구의 상기 작업기구 궤적의 산출에 있어서, 적어도 하나의 지형적 특성을 제공받고, 상기 적어도 하나의 지형적 특성을 이용하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 15에 있어서,
상기 검출 및 범위규정 장치는 상기 EMM의 전방 영역과 상기 EMM의 후방 영역을 스캔하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 15에 있어서,
상기 검출 및 범위규정 장치는 적어도 하나의 레이저 스캐너인 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 15에 있어서,
상기 위치결정 유틸리티는 GNSS인 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 15에 있어서,
상기 위치결정 유틸리티는 INS 및 GNSS 통합 시스템인 것을 특징으로 하는 시스템.
적어도 하나의 작업기구를 포함하는 EMM의 자율적 동작을 위한 시스템으로서,
상기 시스템은, 상기 EMM이 진행하고 물질을 축적함에 따라 상기 EMM의 적어도 하나의 특성을 모니터하고, 상기 EMM의 상기 적어도 하나의 특성이 미리 정해진 역치를 초과하는 표시에 응답하여 상기 적어도 하나의 작업기구를 위치변환하도록 구성되는 임무 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 34에 있어서,
상기 EMM의 적어도 하나의 특성은 상기 EMM의 기계적 변수인 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 34에 있어서,
상기 EMM의 적어도 하나의 특성은 상기 EMM의 엔진 RPM인 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 34에 있어서,
상기 EMM 트랙에 의해 주행되는 거리를 측정하기 위한 주행기록계를 더 포함하고, 여기에서 상기 EMM의 상기 적어도 하나의 특성은 EMM 트랙 슬라이딩인 것을 특징으로 하는 시스템.
적어도 하나의 작업기구를 포함하는 EMM의 자율적 동작을 위한 시스템으로서,
상기 시스템은, 처리 지점과 관련된 적어도 하나의 구획을 결정하고, 상기 EMM이 진행함에 따라 상기 적어도 하나의 구획을 따라서 상기 적어도 하나의 작업기구에 의해 물질이 축적되고 상기 처리 지점에 도착시 상기 축적된 물질이 처리되도록, 상기 적어도 하나의 구획을 따라 상기 적어도 하나의 작업기구의 작업기구 궤적을 산출하기 위해 구성되는 임무 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.