KR20150027451A - 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치는, 작업장치의 외형정보가 입력되는 입력부(30); 상기 선택된 작업장치의 외형정보와 굴삭기 자세정보와 굴삭기 제어신호에 근거하여 제어신호를 발생시키는 제어부(10); 및 제어 대상 액추에이터가 제어되도록 상기 제어신호가 출력되는 출력부(40);를 포함한다.
본 발명에 따른 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 방법은, 작업장치를 입력받는 제1 수행단계(S1); 저장부(20)에서 상기 작업장치에 대한 외형정보를 로딩하는 제2 수행단계(S3); 및 상기 작업장치의 외형정보와 굴삭기 자세정보와 굴삭기 제어신호에 근거하여 해당 액추에이터를 제어하도록 하는 제어신호를 발생시키는 작업장치 충돌방지 제어를 수행하는 제3 수행단계(S4);를 포함한다.

Description

굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치 및 방법{Apparatus and method for prevent interference of work device of Excavator}
본 발명은 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 굴삭기에 작업장치가 장착되면, 그 작업장치의 외형 모양과 크기의 정보에 근거하여 굴삭기 자세가 제어되어 작업장치와 굴삭기의 다른 구조물이 부딪하는 것을 방지할 수 있도록 하는 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 굴삭기는 버킷이 기본으로 장착되지만, 버킷 대신에 다양한 형태의 작업장치가 장착될 수도 있다. 즉 굴삭기는 소망하는 작업을 수행하기 적합한 작업장치로 교체되어 장착될 수 있는 것이다.
작업장치의 예로서, 사이즈가 다른 버킷(bucket), 작업 대상물을 깨트리는 브레이커(breaker), 작업 대상물을 자르는 크러셔(crusher), 지면을 평탄하게 펼치는 플레이트(plate), 굴삭력을 향상시키도록 하는 투스(teeth) 등 다양하다. 예로서 제시된 다양한 작업장치는 크기와 모양이 제 각각이다.
한편, 굴삭기 작업은 붐 업/다운, 암 덤프/크라우드, 버킷 덤프/크라우드, 상부체 선회 등이 복합적으로 구현되면서 소망하는 작업을 수행하는 것이다.
앞서 설명한 바와 같이, 작업장치의 외형적인 크기와 모양은 제 각각이고, 이러한 작업장치는 굴삭기 작업을 수행하는 동안에 운전자의 시야에서 벗어나는 위치에 있을 수 있다. 특히, 붐, 암, 버킷, 상부체의 방향 등의 자세에 따라서 작업장치가 굴삭기의 상부체 또는 하부체와 간섭될 수 있고, 간섭되는 경우에는 작업장치 또는 굴삭기가 파손될 우려가 있다.
다른 한편으로, 작업자는 새롭게 장착된 작업장치에 적응하기까지 상당한 시간을 필요로 한다. 또한, 작업자는 신규 작업장치에 익숙해지더라도 한 순간이라도 방심하면, 작업장치의 충돌이 발생할 수 있으므로, 매우 신중하게 굴삭기를 조정하여야 하는 것이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2008-0049531호(2008.06.04.) 대한민국 공개특허공보 제10-2000-0069712호(2000.11.25.) 대한민국 등록특허공보 제10-09190320호(1999.06.01.)
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 작업장치의 외형정보를 탑재하거나 신규 입력 받을 수 있도록 하고, 작업장치가 장착되면 해당 작업장치에 대한 외형정보를 불러내어, 굴삭기를 운전할 때에 작업장치의 충돌이 발생하기 이전에 붐, 암, 버킷 및 상부체 스윙의 작동을 제한할 수 있도록 하는 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치는, 작업장치의 외형정보가 입력되는 입력부(30); 상기 선택된 작업장치의 외형정보와 굴삭기 자세정보와 굴삭기 제어신호에 근거하여 제어신호를 발생시키는 제어부(10); 및 제어 대상 액추에이터가 제어되도록 상기 제어신호가 출력되는 출력부(40);를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치는, 복수의 작업장치의 외형정보가 저장된 저장부(20);를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치는, 상기 입력부(30)에 입력되는 작업장치가 상기 저장부(20)에 저장되어 있지 않는 경우에, 신규로 작업장치 외형정보를 입력받는 신규 입력부(50);를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 방법은, 작업장치를 입력받는 제1 수행단계(S1); 저장부(20)에서 상기 작업장치에 대한 외형정보를 로딩하는 제2 수행단계(S3); 및 상기 작업장치의 외형정보와 굴삭기 자세정보와 굴삭기 제어신호에 근거하여 해당 액추에이터를 제어하도록 하는 제어신호를 발생시키는 작업장치 충돌방지 제어를 수행하는 제3 수행단계(S4);를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 방법은, 상기 제1 수행단계(S1)에서 입력받은 작업장치가 상기 저장부(20)에 저장되어 있지 않은 경우, 신규 작업장치의 외형정보를 입력받아 상기 저장부(20)에 저장시키는 제4 수행단계(S6);를 더 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치 및 방법은, 작업장치의 외형정보를 탑재하거나 신규 작업장치인 경우에 외형정보를 새롭게 입력할 수 있으며, 이로써 어느 특정한 작업장치를 선택되면 선택된 작업장치의 외형정보에 따라 굴삭기의 각 액추에이터의 작동이 제한되고, 이로써 작업장치의 충돌을 방지할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 굴삭기의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치 및 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치 및 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 크기가 과장되게 도시될 수 있다.
한편, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여 굴삭기의 구성을 설명한다.
첨부도면 도 1 내지 도 3은 굴삭기의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 굴삭기(100)는 하부체(110)의 상측에 상부체(120)가 배치되고, 하부체(110)와 상부체(120)는 선회조인트(130)에 의해 연결된다.
하부체(110)에는 휠(112)이 설치되고, 휠(112)은 주행에 이용된다. 한편, 휠(112) 대신에 크롤러 타입의 굴삭기에서는 무한궤도가 설치될 수도 있다.
다른 한편으로, 하부체(110)의 전방에는 도저(300)가 설치될 수 있고, 하부체(110)의 후방에는 트리거(310)가 설치될 수 있다.
또한, 도저(300)의 상측에는 도저(300)를 작동시키도록 하는 도저 액추에이터가 설치될 수 있고, 도저 액추에이터의 상측에는 도저 액추에이터를 보호하기 위한 커버 유닛(302)이 설치될 수 있다.
선회조인트(130)는 선회모터와 링 기어와 피니언 기어의 조합으로 구성될 수 있다. 선회모터가 작동하면 하부체(110)에서 상부체(120)가 선회 작동된다.
상부체(120)에는 운전자가 탑승하는 캐빈, 동력을 발생시키는 엔진룸 등이 탑재된다. 또한, 상부체(120)의 전방에는 붐(210), 암(220), 버킷(230)이 설치된다. 붐(210)은 제1 액추에이터(212)의 작동에 의해 움직이고, 암(220)은 제2 액추에이터(222)의 작동에 의해 움직이며, 버킷(230)은 제3 액추에이터(232)에 의해 움직인다.
또한, 버킷(230)은 암(220)에서 제거될 수 있고, 버킷(230)이 제거된 위치에 작업장치의 한 종류인 옵션 장치가 장착될 수 있다.
한편, 굴삭기는 유압에 의해 구동되는 유압장비이다. 유압장비는 각 액추에이터에 제공되는 유량을 제어하기 위하여 전자비례제어밸브가 이용될 수 있다. 전자비례제어밸브는 입력되는 전류 값에 의해 유량을 제어할 수 있고, 전류 값은 제어신호로 이해될 수 있다. 작업자가 조이스틱을 조작하면 요구유량이 설정되는데, 이러한 요구유량은 제어신호로 변환되어 전자비례제어밸브가 제어되는 것이다.
즉, 각 액추에이터에 제공되는 유량을 감소시키거나 중지시키거나 증가시킴에 따라 각 액추에이터의 작동이 제어되는 것이고, 아울러 굴삭기의 자세가 제어되는 것이다.
다른 한편으로, 굴삭기의 자세, 좀 더 상세하게는 상부체(120)가 어느 위치로 선회하였는지, 붐(210), 암(220) 및 버킷(230)이 어느 정도로 펼쳐지거나 오므려졌는지 등의 자세는 알려진 기술에 의해 쉽게 파악할 수 있다. 예컨대, 선행기술문헌에 기재된 특허문헌1, 2에는 프런트 작업장치(붐, 암, 버킷)이 자세를 검출할 수 있는 기술이 기재되어 있고, 특허문헌3에는 상부체의 선회자세를 검출할 수 있는 기술이 기재되어 있다. 따라서 당업자라면 알려진 기술에 의해 굴삭기의 자세를 파악할 수 있는 것이다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치 및 방법에 대해서 설명한다. 첨부도면 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치 및 방법을 설명하기 위한 도면이다.
제어부(10)는 각종 정보와 신호를 입력받고 처리하여 출력하는 장치이다. 제어부(10)에 입력되는 정보(60) 중에는 굴삭기의 자세정보와 굴삭기 제어신호가 포함될 수 있다. 굴삭기의 자세정보는 상부체(120)의 선회위치, 붐(210), 암(220), 버킷(230) 등이 오므려지거나 펼쳐진 정도의 정보일 수 있다. 굴삭기 제어신호는 상부체(120)의 선회, 붐(210), 암(220) 및 버킷(230)을 작동시키기 위한 굴삭기 제어신호일 수 있다.
저장부(20)에는 작업장치의 외형정보가 저장된다. 작업장치는 규격이 정해진 작업장치와 일반적이지 않는 특수한 작업장치가 있을 수 있다.
규격 작업장치는 외형적인 크기가 정형화되어있으므로, 규격 작업장치에 대한 외형정보는 저장부(20)에 데이터베이스 형태로 저장될 수 있다.
입력부(30)는 작업자가 어느 특정한 작업장치를 선택하였을 때에, 그 선택된 작업장치가 입력되는 것이다. 선택된 작업장치가 저장부(20)에 저장되어 있는 작업장치인 경우, 제어부(10)는 저장부(20)로부터 해당 작업장치의 외형정보를 불러오게 된다.
입력부(30)에서 입력받는 작업장치가 저장부(20)에 저장되어 있지 않은 경우라면 신규 입력부(50)에서 신규로 작업장치에 대한 외형정보를 입력할 수 있다. 신규로 입력된 외형정보는 저장부(20)에 저장된다.
다른 한편으로 상술한 외형정보는 가로, 세로, 높이 등 작업장치의 외형적인 크기를 파악할 수 있는 정보일 수 있다. 또한, 크러셔의 경우 집게가 벌려지거나 오므려지는 작동을 수행할 수 있으므로, 외형적인 부피가 가장 커진 상태의 외형정보를 입력하는 것일 수 있다.
한편, 제어부(10)는 신규로 입력된 작업장치 외형정보와 기존에 저장된 작업장치 외형정보를 비교하고, 신규 작업장치 외형정보가 기존의 작업장치 외형정보와 유사한 경우에 유사한 작업장치 외형정보를 출력할 수 있고, 작업자가 기존에 저장된 작업장치 외형정보를 활용할 수 있도록 제안될 수 있다. 즉, 신규로 작업장치의 외형정보를 입력하는 수고를 경감시킬 수 있는 것이다.
출력부(40)는 제어부(10)로부터 전자비례제어밸브를 제어하기 위한 신호를 출력하는 것이다. 이에 부연설명을 하면 작업장치 충돌방지 제어를 수행하는 것으로, 앞서 설명한 바와 같이, 굴삭기의 자세를 검출하고, 작업자의 요구에 의해 어느 특정한 액추에이터를 작동시켰을 때에, 작업장치와 굴삭기가 부딪힐 우려가 있다고 판단되면 전자비례제어밸브를 제어하여 해당 액추에이터로 제공되는 유량을 감소시키거나 차단하도록 제어하는 것이다.
예를 들면, 버킷(230)에 플레이트를 더 구비하여 버킷(230)의 전체적인 외형이 더 커졌다고 가정할 때에, 입력부(30)에서 버킷과 플레이트가 조합된 작업장치가 선택될 것이다. 이때 버킷(230)이 하부체(110) 또는 도저(300)쪽으로 접근하도록 작동되면 플레이트의 부피만큼을 고려하여 플레이트가 하부체(110) 또는 도저(300)와 충돌하기 이전에 제1, 제2, 제3 액추에이터(212, 222, 232) 중에 어느 하나를 제어하는 것이다. 좀 더 상세하게는 해당 액추에이터를 제어하는 전자비례제어밸브를 제어하는 것이다. 다른 한편으로, 하부체(110)의 전방에 도저(300)가 설치되고 하부체(110)의 후방에 트리거 유닛(310)이 설치되는 경우와 마찬가지로, 하부체(110)에 부가장치가 앞뒤로 설치되는 경우에 상부체(120)의 선회(swing)각도에 따라서 해당 액추에이터의 제어가 실시간으로 진행될 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치 및 방법에 대해서 설명한다. 첨부도면 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치 및 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
제1 수행단계(S1): 어느 작업장치가 선택되었는지를 입력받는 단계이다. 작업자는 계기판에 출력되는 작업장치의 목록에서 현재 장착하고자 하는 작업장치를 선택한다. 한편, 완전하게 동일하지 않더라도 유사한 크기의 작업장치가 있는 경우에는 저장부(20)에 저장된 목록 중에 특정한 작업장치를 출력할 수 있다. 이로써 작업자는 작업장치 선택 입력에 따른 시간을 줄일 수 있다.
제1 판단단계; 제1 수행단계(S1)에서 입력된 작업장치가 저장부(20)에 저장되지 않는 신규 작업 장치인지를 판단하는 단계이다. 제1 판단단계에서 작업장치가 기존에 저장된 작업장치라면, 제2 수행단계(S3)로 진행하고, 제1 판단단계에서 작업장치가 신규 작업장치라면, 제4 수행단계(S6)로 진행한다.
제2 수행단계(S3): 제1수행단계(S1)에서 입력된 작업장치가 저장부(20)에 저장된 작업장치라면, 저장부(20)에서 해당 작업장치의 외형정보를 불러온다.
제3 수행단계(S4): 작업장치 충돌방지 제어를 수행하는 단계이다. 즉, 제어부(10)에 입력되는 정보(60) 예컨대, 굴삭기 자세정보와 굴삭기 제어신호와 해당 작업장치의 외형정보에 의해 작업장치의 충돌 가능성을 예측하고, 충돌하지 않도록 제어신호를 발생시켜 출력하는 것이다. 출력된 제어신호는 출력부(40)를 통해 출력되는 것이고, 그 제어신호는 해당 액추에이터를 제어하거나, 해당 액추에이터를 담당하는 전자비례제어밸브를 제어하는 것이다.
한편, 하부체(110)는 전후방의 전장길이가 좌우 폭보다 크게 제공된다. 상부체(120)가 전후방 영역(FZ, RZ 참조)에 배치되어 있는지, 측면영역(SZ 참조)에 배치되어 있는지에 따라 굴삭기의 전복 위험도가 달라질 수 있다. 이에 부연설명하면 상부체(120)가 측면영역(SZ)에 배치되는 경우에 전후방 영역(FZ, RZ)에 배치되는 경우보다 전복위험도가 높을 수 있다. 즉 상부체(120)가 어느 영역에 있느냐에 따라서 상술한 제어신호가 반영될 수 있다.
또한, 상부체(120)가 측면영역(SZ)에 배치된 경우에 작업장치가 굴삭기의 본체(상부체, 하부체)에 더 가깝게 이동될 수 있는 것이다.
제2 판단단계(S5): 작업장치가 분리되면, 본 발명의 일실시예에 따른 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치 및 방법은 종료된다.
한편, 제4 수행단계(S6)는 제1수행단계(S1)에서 입력된 작업장치가 저장부(20)에 저장되지 않은 작업장치라면, 저장부(20)에서 신규로 해당 작업장치의 외형정보를 저장시키는 것이다. 신규로 해당 작업장치의 외형정보를 입력할 때에는 개략적으로 입력할 수 있고, 이때, 저장부(20)에 저장된 데이터베이스에서 가장 유사한 작업장치 외형정보를 출력할 수 있고 작업자는 출력된 작업장치 유사목록에서 어느 특정한 작업장치를 선택할 수도 있다. 이와 같이, 작업장치 유사목록에서 작업장치를 선택하는 경우에는 신규 작업장치 외형정보가 저장부(20)에 저장되지 않을 수도 있다.
따라서 상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치 및 방법은 외형의 크기가 다양한 작업장치를 장착하고 굴삭기 작업을 수행할 때에 해당 작업장치가 충돌하는 것을 방지할 수 있다.
특히, 본 발명의 일실시예에 따른 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치 및 방법은, 새롭게 장착된 작업장치의 외형크기를 사전에 설정할 수 있고, 특히 다양하고 수많은 종류의 작업장치에 대한 외형정보를 작업자기 숙지할 필요가 없이 단순하게 선택함으로써 작업장치를 특정할 수 있는 편리함이 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따른 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치 및 방법은 굴삭기에 장착되는 작업장치가 굴삭기의 다른 구성요소와 충돌되는 것을 방지하는 데에 이용될 수 있다.
10: 제어부 20: 저장부
30: 입력부 40: 출력부
50: 신규 입력부 60: 제어신호 입력부
100: 굴삭기 110: 하부체
112: 휠 120: 상부체
130: 선회 조인트 210: 붐
212: 제1 액추에이터 220: 암
222: 제2 액추에이터 230: 버킷
232: 제3 액추에이터 300: 도저 유닛
302: 커버 유닛 310: 트리거 유닛

Claims (5)

  1. 작업장치의 외형정보가 입력되는 입력부(30);
    상기 선택된 작업장치의 외형정보와 굴삭기 자세정보와 굴삭기 제어신호에 근거하여 제어신호를 발생시키는 제어부(10); 및
    제어 대상 액추에이터가 제어되도록 상기 제어신호가 출력되는 출력부(40);
    를 포함하는 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    복수의 작업장치의 외형정보가 저장된 저장부(20);
    를 더 포함하는 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 입력부(30)에 입력되는 작업장치가 상기 저장부(20)에 저장되어 있지 않은 경우에, 신규로 작업장치 외형정보를 입력받는 신규 입력부(50);
    를 더 포함하는 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치.
  4. 작업장치를 입력받는 제1 수행단계(S1);
    저장부(20)에서 상기 작업장치에 대한 외형정보를 로딩하는 제2 수행단계(S3); 및
    상기 작업장치의 외형정보와 굴삭기 자세정보와 굴삭기 제어신호에 근거하여 해당 액추에이터를 제어하도록 하는 제어신호를 발생시키는 작업장치 충돌방지 제어를 수행하는 제3 수행단계(S4);
    를 포함하는 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 수행단계(S1)에서 입력받은 작업장치가 상기 저장부(20)에 저장되어 있지 않은 경우, 신규 작업장치의 외형정보를 입력받아 상기 저장부(20)에 저장시키는 제4 수행단계(S6);
    를 더 포함하는 굴삭기 작업장치의 충돌 방지 장치 및 방법.
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