KR20130138463A - 농업용 트랙터의 자율주행 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자율주행 제어 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 농업용 트랙터의 자율주행 제어 시스템에 관한 것이며, 이를 위하여 트랙터의 기어를 변환하기 위한 변속 액추에이터;트랙터의 속력을 조절하기 위한 가속 액추에이터;트랙터의 속력을 측정하기 위한 휠엔코더; 주행모드 상태를 표시하는 표시창과 자율주행 또는 수동주행 모드선택을 위한 스위치와 비상정지 버튼을 포함하는 컨트롤패널; 트랙터의 자율주행 운전 정보가 미리 저장되는 데이터저장부; 상기 컨트롤 패널에서 자율주행 모드가 선택되었을 경우에 상기 데이터저장부에 저장된 자율주행 운전정보와 상기 휠엔코더에서 측정되어 전송되어 오는 속력값을 비교하여 상기 변속 액추에이터와 상기 가속 액추에이터를 상기 데이터저장부에 저장된 자율주행 운전정보와 상응하도록 제어하는 제어부;를 포함한다.
본 발명에 따르면 농업용 트랙터의 자율주행이 가능해짐에 따라 작업효율이 증대되는 효과가 있다.

Description

농업용 트랙터의 자율주행 제어 시스템{Automomous travelling control system of agricultural tractor}

본 발명은 자율주행 제어 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 농업용 트랙터의 자율주행 제어 시스템에 관한 것이다.

트랙터는 갈수록 줄어드는 농업인구와 농업인의 노령화 문제로 농업인구가 줄어드는 현시대에서, 1인당 농사작업 효율을 증대시키기 위해서 없어서는 안 될 필수장비이다.

트랙터는 견인력을 이용해서 농업 분야에서 각종 작업을 하는 작업용 자동차로써, 현재 농업용 트랙터는 전방에 전방 로더를 설치하여 그 로더에 각종 작업용 어태치먼트를 장착하여 운반, 내리기, 싣기 등의 각종 작업을 수행하고, 후방부에는 후방 링크를 통해 로터베이터 등을 장착하여 경운 등의 작업을 수행하는 것이 일반적이다.

이처럼 농업용 트랙터는 드넓은 농지에서 작동하는 장비로써, 농민들에게 필수적인 장비이지만, 단순하고 느리게 이동하면서 반복적인 작업을 수행하는 단점이 있다. 또한, 일손이 부족하며, 일거리가 농사철에 몰리는 특성이 있는 농업분야에서 단순하고 느린 작업을 수행하기 위해 농민들이 트랙터 위에서 많은 시간과 에너지를 소모하고 있으며, 이 때문에 1인당 농사작업 효율성이 떨어지고, 생산량 또한 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위하여 트랙터가 자율적으로 이동할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 농업용 트랙터의 자율주행 제어 시스템은, 트랙터의 기어를 변환하기 위한 변속 액추에이터;트랙터의 속력을 조절하기 위한 가속 액추에이터;트랙터의 속력을 측정하기 위한 휠엔코더;주행모드 상태를 표시하는 표시창과 자율주행 또는 수동주행 모드선택을 위한 스위치와 비상정지 버튼을 포함하는 컨트롤패널;트랙터의 자율주행 운전 정보가 미리 저장되는 데이터저장부;상기 컨트롤 패널에서 자율주행 모드가 선택되었을 경우에 상기 데이터저장부에 저장된 자율주행 운전정보와 상기 휠엔코더에서 측정되어 전송되어 오는 속력값을 비교하여 상기 변속 액추에이터와 상기 가속 액추에이터를 상기 데이터저장부에 저장된 자율주행 운전정보와 상응하도록 제어하는 제어부;를 포함한다.

여기서, 상기 변속 액추에이터는, 구동부; 변속기어부와 연결된 연결부;를 포함하는 리니어 전동실린더이며, 상기 리니어 전동실린더는 고단 리니어 전동실린더와 저단 리니어 전동실린더로 나누어지며, 상기 고단 리니어 전동실린더는 고단 변속기어부와 연결되고, 상기 저단 리니어 전동실린더는 저단 변속기어부와 연결되며, 고단 변속기어를 변환시킬 경우, 중립상태에서 고단 리니어 실린더의 구동부를 전진시키거나 후진시켜서 연결부와 연결된 고단 변속기어부를 변환하며, 저단 변속기어를 변환시킬 경우, 중립상태에서 저단 리니어 실린더의 구동부를 전진시키거나 후진시켜서 연결부와 연결된 저단 변속기어부를 변환한다.

또한, 상기 가속 액추에이터는, 구동력을 제공하는 모터; 상기 모터에 의해 회전하는 휠; 상기 휠에 감기며 가속조절부와 연결된 와이어;를 포함하고, 상기 모터의 구동으로 상기 휠이 회전함에 따라 상기 와이어가 감기면 상기 와이어와 연결된 가속조절부가 당겨지면서 트랙터의 속력이 증가하며, 상기 모터를 반대방향으로 구동시키면 상기 휠도 반대로 회전함에 따라 상기 와이어가 풀어지고 상기 와이어와 연결된 가속조절부가 원위치로 복귀되어 트랙터의 속력이 감소한다.

다음으로, 상기 휠엔코더는, 우레탄이 씌어진 베어링을 포함하며, 트랙터의 바퀴 휠의 회전과 연동되어 상기 베어링도 같이 회전하면서 트랙터의 속력을 측정하며, 측정된 측정값을 제어부에 전송한다.

본 발명에 따르면 농업용 트랙터의 자율주행이 가능해짐에 따라 작업효율이 증대되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 농업용 트랙터에 대한 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 농업용 트랙터의 자율주행 제어 시스템에 따른 농업용 트랙터 변속 액추에이터의 작동상태를 도시하고 있다.
도 3은 가속 액추에이터의 작동상태를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명에 따른 농업용 트랙터의 자율주행 제어 시스템의 구성도이다.

이상 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하되, 설명의 간결함을 위해 중복되는 설명은 가급적 생략하거나 압축한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 농업용 트랙터(1)에 대한 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 농업용 트랙터 변속 액추에이터(2)의 작동상태를 설명하기 위한 참조도이고, 도 3은 도 1의 농업용 트랙터 가속 액추에이터(3)의 작동상태를 설명하기 위한 참조도이며, 도 4는 농업용 트랙터의 자율주행 제어 시스템의 구성도이다.

도 1 내지 도 4에서 참조되는 바와 같이, 본 실시예에 따른 농업용 트랙터의 자율주행 제어 시스템은 변속 액추에이터(2), 가속 액추에이터(3), 휠엔코더(4), 컨트롤패널(5), 데이터저장부(6) 및 제어부(7) 등을 포함하여 구성된다.

도 2를 참조하여 더욱 상세하게 변속 액추에이터(2)를 살펴보면, 변속 액추에이터(2)는 트랙터의 기어변환을 위하여 설치되며, 리니어 전동실린더를 사용한다. 리니어 전동실린더는 전기 모터를 사용하여 더욱 정밀한 제어가 가능하며, 유압 또는 공압 시스템에 비해서 펌프나 호스가 필요하지 않으므로 설치가 용이하며 보다 적은 공간을 차지한다.

트랙터의 변속은 저단과 고단으로 나누어지며, 저단변속시에 저속주행하며, 고단변속시에 고속주행한다. 따라서 저단변속과 고단변속을 위하여 리니어 전동실린더를 2개 설치하여 저단과 고단을 나누어서 제어한다.

리니어 전동실린더인 변속 액추에이터(2)는 모터, 구동부(21), 연결부(22)를 포함하며, 변속 액추에이터(2)를 사용하여 트랙터의 기어변환이 이루어지도록 하는 원리는 다음과 같다. 우선, 저단과 고단에 각각 중립이 형성되어 있으며 저단변속은 1단과 2단으로 이루어지고, 고단변속은 3단과 4단으로 이루어진다. 저단변속을 하기 위해서는 제어부(7)가 중립상태에 있는 변속기어부를 저단 리니어 전동실린더의 모터를 구동시켜서 구동부를 중립위치에서 전진시키면 2단이 되고, 후진시키면 1단이 된다.

고단변속을 하기 위해서는 제어부(7)가 중립상태에 있는 변속기어부를 고단 리니어 전동실린더의 모터를 구동시켜서 구동부를 중립위치에서 전진시키면 4단이 되고, 후진시키면 3단이 되도록 한다. 이때, 각각의 리니어 전동실린더의 모터를 구동시키면 리니어 전동실린더의 구동부가 중립위치에서 전진하거나 후진하면서 연결부와 링크로 연결된 각각의 변속기어부를 변환한다.

도 3을 참조하여 더욱 상세하게 가속 액추에이터(3)를 살펴보면, 가속 액추에이터(3)는 트랙터의 속력을 제어하기 위하여 설치되며, 구동력을 제공하는 모터, 모터에 의해 회전하는 휠(31), 휠(31)에 감기며 가속조절부(30)와 연결되는 와이어(32)를 포함하여 구성된다.

가속 액추에이터(3)는 모터가 와이어(32)를 풀고 감는 방식을 이용하여 구동된다. 모터는 와이어(32)를 조절할 수 있게 설계된 장치에 내장되고, 운전석의 변속기어부(20) 아래에 설치하여 와이어(32)를 트랙터의 액셀레이터인 가속조절부(30)에 연결하는 것이 바람직하다.

가속 액추에이터(3)가 트랙터의 속력을 제어하는 원리는 다음과 같다. 먼저, 도 3의 (a)를 참조하여 보면, 제어부(7)에서 속력을 증가시키기 위하여 가속 액추에이터(3)를 구동시키면 모터가 회전하면서 와이어(32)를 당기게 된다. 이 때, 트랙터의 가속조절부(30)와 연결된 와이어(32)가 당겨지면서 트랙터의 속력을 증가시킨다. 반대로 속력을 감소시킬 경우에는 도 3의 (b)와 같이 모터를 반대로 회전하여 당겨졌던 와이어(32)를 풀어 가속조절부(30)가 원위치로 돌아가게 한다.

와이어(32)의 일단은 가속 액추에이터(3)의 휠(31)에 고정되며, 모터의 구동으로 휠(31)이 회전하면서 와이어(32)가 당겨지게 된다. 이로써, 와이어(32)의 타단과 연결된 가속조절부(30)가 당겨지게되면서 트랙터의 속력을 증가시키게 된다. 또한, 모터를 반대로 회전시켰을 경우에는 와이어(32)가 느슨해지면서 원위치로 돌아가고자 하는 탄성을 갖는 가속조절부(30)가 원위치로 돌아가게 된다.

휠엔코더(4)는 트랙터의 움직임과 이동속도를 측정하기 위해서 트랙터의 타이어 휠에 설치되며, 측정된 값은 제어부(7)에 전송된다.

휠엔코더(4)는 엔코더가 베어링과 연결되는 구성으로, 트랙터의 바퀴가 회전하면 베어링도 같이 회전하면서 상기 트랙터 바퀴의 회전수를 계산한 후에 다시 트랙터의 속력값으로 변환하는 원리이다. 변환된 트랙터의 속력값(7)은 제어부에 전송된다.

베어링에는 우레탄을 씌어 트랙터 바퀴의 휠과의 마찰에 대한 내구성을 높이고 상기 휠과 엔코더의 회전부가 더욱 밀착되어 정확한 위치값을 측정할 수 있도록 한다.

컨트롤패널(5)은 전원스위치, 자율주행 또는 수동주행 모드 선택 스위치, 비상정지 버튼, 상태표시창을 포함하여 이루어진다.

컨트롤패널(5)의 전원스위치는 컨트롤패널(5)과 제어부(7)에 공급하는 전원 공급여부를 선택하는 스위치이며, 자율주행 또는 수동주행 모드 선택 스위치는 트랙터의 운전을 자율주행으로 할 것인가 사용자가 직접 운전하는 수동주행을 할 것인가를 선택하는 스위치이다.

또한, 비상정지 버튼은 트랙터가 자율주행 모드로 주행하고 있는 중에 돌발상황이 발생할 시에 트랙터의 작동을 일시적으로 멈추게 하는 버튼이며, 상태표시창은 트랙터의 운전석에서 현재 트랙터의 주행모드 상태를 확인할 수 있도록 형성된 구성이다.

컨트롤패널(5)은 제어부(7)와 긴밀히 연결되며 컨트롤패널(5)에서 자율주행 모드를 위한 전원을 공급할 것인지 결정할 수 있도록 한다.

컨트롤패널(5)은 자율주행 또는 수동주행 모드 선택 스위치가 장착되며, 트랙터 운전석에서 현재 트랙터의 주행모드 상태를 확인할 수 있도록 설치된다. 또한, 자율주행 모드 중에 돌발상황이 발생할 시에 자율주행 모드를 중지할 수 있는 비상정지 버튼이 장착되며, 비상정지 버튼을 누르게 되면 트랙터의 작동이 멈추게 된다.

데이터저장부(6)는 트랙터의 자율주행 운전 정보를 미리 저장하여 트랙터가 상기 운전 정보에 따라 작동될 수 있도록 하기 위하여 설치된다. 데이터저장부(6)에는 트랙터가 작업하게 될 논 또는 밭의 면적과 형태를 우선적으로 입력하고, 그리고 난 이후에 상기 입력된 논 또는 밭의 면적과 형태에 따라 트랙터의 이동거리나 이동속력을 설정하여 트랙터가 작업을 수행할 수 있도록 한다.

이처럼 미리 저장된 데이터저장부(6)의 정보를 바탕으로 제어부(7)는 트랙터의 변속 액추에이터(2), 가속 액추애이터를 제어하여 트랙터를 자율주행하도록 한다. 데이터저장부(6)에는 입력된 논 또는 밭의 면적과 형태와 설정된 트랙터의 이동거리와 이동속력을 함께 분석하여 설치된 프로그램에 따라 변속 액추에이터(2)와 가속 액추에이터(3)를 제어하도록 한다.

도 4를 참조하여 제어부(7)를 살펴보면, 제어부(7)는 컨트롤패널(5)에서 자율주행 모드가 선택되었을 경우에 데이터저장부(6)에 저장된 자율 주행 운전정보에 따라 변속 액추에이터(2)와 가속 액추에이터(3)를 제어한다.

제어부(7)는 먼저, 컨트롤패널(5)에서 전원스위치가 켜짐으로 선택되었을 때 전원이 인가되며, 자율주행 또는 수동주행 모드 선택 스위치에서 자율주행 모드가 선택되었을 때부터 데이터저장부(6)에 저장된 운전정보에 따라 트랙터를 제어한다.

한편, 제어부(7)는 변속 액추에이터(2)와 가속 액추에이터(3)를 제어할 때, 휠엔코더(4)에서 전송되어 오는 정보를 바탕으로 데이터저장부(6)에 미리 저장된 운전정보를 동기화한다.

동기화된 데이터저장부(6)의 운전정보와 휠엔코더(4)의 속력측정값으로 미리 저장된 데이터저장부(6)의 운전정보에 따라 트랙터가 자율주행하도록 하며, 제어부(7)에는 다른 돌발적이거나 일시적인 상황에 대비한 프로그램이 설치되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.

2: 변속 액추에이터
20: 변속기어부
21: 구동부
22: 연결부
3 : 가속 액추에이터
30: 가속조절부
31: 휠
32: 와이어
4: 휠엔코더
5: 컨트롤패널
6: 데이터저장부
7: 제어부

Claims (4)

1. 트랙터의 기어를 변환하기 위한 변속 액추에이터;
   트랙터의 속력을 조절하기 위한 가속 액추에이터;
   트랙터의 속력을 측정하기 위한 휠엔코더;
   주행모드 상태를 표시하는 표시창과 자율주행 또는 수동주행 모드선택을 위한 스위치와 비상정지 버튼을 포함하는 컨트롤패널;
   트랙터의 자율주행 운전 정보가 미리 저장되는 데이터저장부;
   상기 컨트롤 패널에서 자율주행 모드가 선택되었을 경우에 상기 데이터저장부에 저장된 자율주행 운전정보와 상기 휠엔코더에서 측정되어 전송되어 오는 속력값을 비교하여 상기 변속 액추에이터와 상기 가속 액추에이터를 상기 데이터저장부에 저장된 자율주행 운전정보와 상응하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는
   농업용 트랙터의 자율주행 제어 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 변속 액추에이터는,
   구동부;
   변속기어부와 연결된 연결부;를 포함하는 리니어 전동실린더이며,
   상기 리니어 전동실린더는 고단 리니어 전동실린더와 저단 리니어 전동실린더로 나누어지며,
   상기 고단 리니어 전동실린더는 고단 변속기어부와 연결되고, 상기 저단 리니어 전동실린더는 저단 변속기어부와 연결되며,
   고단 변속기어를 변환시킬 경우, 중립상태에서 고단 리니어 실린더의 구동부를 전진시키거나 후진시켜서 연결부와 연결된 고단 변속기어부를 변환하며,
   저단 변속기어를 변환시킬 경우, 중립상태에서 저단 리니어 실린더의 구동부를 전진시키거나 후진시켜서 연결부와 연결된 저단 변속기어부를 변환하는 것을 특징으로 하는
   농업용 트랙터의 자율주행 제어 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 가속 액추에이터는,
   구동력을 제공하는 모터;
   상기 모터에 의해 회전하는 휠;
   상기 휠에 감기며 가속조절부와 연결된 와이어;를 포함하고,
   상기 모터의 구동으로 상기 휠이 회전함에 따라 상기 와이어가 감기면 상기 와이어와 연결된 가속조절부가 당겨지면서 트랙터의 속력이 증가하며,
   상기 모터를 반대방향으로 구동시키면 상기 휠도 반대로 회전함에 따라 상기 와이어가 풀어지고 상기 와이어와 연결된 가속조절부가 원위치로 복귀되어 트랙터의 속력이 감소하는 것을 특징으로 하는
   농업용 트랙터의 자율주행 제어 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 휠엔코더는,
   우레탄이 씌어진 베어링을 포함하며, 트랙터의 바퀴 휠의 회전과 연동되어 상기 베어링도 같이 회전하면서 트랙터의 속력을 측정하며, 측정된 측정값을 제어부에 전송하는 것을 특징으로 하는
   농업용 트랙터의 자율주행 제어 시스템.
   

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