KR20160001869A - 굴삭기 버켓의 위치 제어 시스템 - Google Patents

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충북대학교 산학협력단
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Abstract

굴삭기 버켓의 이동경로를 모니터링하면서 버켓의 위치를 제어하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명은 본체, 상기 본체로부터 인출되는 제1 붐(Boom), 상기 제1 붐과 정해진 각도를 이루며 고정되어 연결된 제2 붐, 상기 제1 붐을 회동시키기 위한 붐 실린더, 상기 제2 붐의 말단과 회동가능하게 연결된 암(Arm), 상기 암을 회동시키기 위한 암 실린더, 상기 암의 말단에 연결되는 버켓(bucket), 상기 버켓을 회동시키기 위한 버켓 실린더를 포함하는 굴삭기 버켓의 위치 제어 시스템에 있어서, 상기 제2 붐에 부착되어 경사를 감지하기 위한 제1 경사 센서(tilt sensor), 상기 암에 부착되어 경사를 감지하기 위한 제2 경사 센서, 상기 버켓에 부착되어 경사를 감지하기 위한 제3 경사 센서, 상기 본체에 부착되어 경사를 감지하기 위한 제4 경사 센서, 상기 버켓을 지면과 수평방향으로 이동시키기 위한 리니어 레버(Linear lever), 상기 본체와 이격되어서 지면에 수직 방향으로 세워져 있고, 상기 제4 경사 센서와 통신하며, 상기 본체의 수평 여부 및 위치를 측정하기 위한 폴 샤프트(Pole shaft), 상기 붐 실린더를 구동시키기 위한 제1 솔레노이드 밸브(solenoid valve), 상기 암 실린더를 구동시키기 위한 제2 솔레노이드 밸브, 상기 버켓 실린더를 구동시키기 위한 제3 솔레노이드 밸브, 상기 제1 경사 센서, 상기 리니어 레버로부터 신호를 수신하고, 근거리 무선 통신을 수행하기 위한 근거리 무선 통신 모듈 및 상기 근거리 무선 통신 모듈과 통신하며, 상기 근거리 무선 통신 모듈로부터 수신한 신호를 처리하여 상기 버켓의 위치를 제어하기 위한 제어신호를 송신하는 단말기를 포함하되, 상기 단말기에서 생성된 제어신호가 상기 근거리 무선 통신 모듈을 통해 상기 제1 솔레노이드 밸브, 제2 솔레노이드 밸브 및 제3 솔레노이드 밸브에 전달된다.
본 발명에 의하면, 태블릿 PC, 스마트 폰 등을 이용하여 굴삭기 버켓의 이동 경로를 모니터링하면서 버켓의 위치를 제어할 수 있으므로, 보다 용이하게 굴삭기 버켓의 위치를 제어할 수 있는 효과가 있다.

Description

굴삭기 버켓의 위치 제어 시스템 {Control system for position of bucket in excavator}
본 발명은 굴삭기 버켓의 이동경로를 모니터링하면서 버켓의 위치를 제어하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 블루투스 모듈(Bluetooth Module)을 이용하여 PC, 스마트 폰 등의 단말기를 포함하여 제어에 필요한 장치들을 무선으로 연결하고, 이를 통해 굴삭기 버켓의 위치를 제어하는 시스템에 관한 것이다.
굴삭기(Excavator)는 토목, 건축, 건설 현장에서 땅을 파는 굴삭작업, 토사를 운반하는 적재작업, 건물을 해체하는 파쇄작업, 지면을 정리하는 정지작업 등의 작업을 행하는 건설기계로서 장비의 이동 역할을 하는 주행체와 주행체에 탑재되어 360도 회전하는 상부 선회체 및 작업 장치로 구성되어 있다.
구체적으로, 굴삭기는 주행체의 주행방식에 따라 무한궤도식 크롤라 굴삭기와 타이어식 휠 굴삭기로 구분된다.
크롤라 굴삭기는 휠 굴삭기에 비해 작업이 안정적이며 작업 생산성이 높기 때문에 장비 중량 1톤 부터 100톤 이상의 초대형에 이르기까지 각 작업 현장에 폭 넓게 사용되며, 휠 굴삭기는 크롤라 굴삭기에 비해 타이어 지지방식으로 인해 작업시 안정성은 떨어지나, 도로 주행이 가능하여 운반 트레일러 없이 작업장 이동이 가능하고 작업과 이동을 빈번하게 요구하는 작업 현장에 주로 사용된다.
또한 굴삭기는 토사와 암석의 상태, 작업의 종류 및 용도에 따라 적절한 작업 장치를 장착하여 사용 할 수 있다.
일반 굴삭 및 토사 운반을 위한 버켓(Bucket), 단단한 지면, 암석 등의 파쇄를 위한 브레이커, 건물의 해체 및 파쇄에 사용하는 크람셀 등이 굴삭기에서 주로 사용되는 작업 장치이다.
도 15는 종래 굴삭기의 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 15를 참조하면, 굴삭기는 구동을 위한 각종 장비가 탑재되고 상기 굴삭기를 조종하기 위해 작업자가 탑승하는 본체(10)와, 본체(10)로부터 인출되는 암(20)과, 암(20)의 말단에 연결되는 버켓(23)을 포함한다. 여기서, 본체(10)는 굴삭기의 이동을 위해서 엔진 및 바퀴 등으로 구성되는 이동부(11)와, 작업자가 탑승하는 탑승부(12)로 구성된다. 암(20)은 탑승부(12)로부터 회동가능하게 인출되는 제1암(21)과, 제1암(21)의 말단과 회동가능하게 연결되는 제2암(22)을 포함한다. 제1,2암(21, 22)은 버켓(23)이 지정된 지점의 토사를 굴삭할 수 있도록 충분한 동력으로 회동하는데, 이를 위해 제1암(21)은 일단이 본체(12)에 연결되고 타단이 제1암(21)에 연결되는 붐 실린더(31)에 의해 회동하고, 제2암(22)은 일단이 제1암(21)에 연결되고 타단이 제2암(22)에 연결되는 암 실린더(32)에 의해 회동하며, 버켓(23)은 일단이 제2암(22)에 연결되고 타단이 버켓(23)에 연결되는 버켓 실린더(33)에 의해 회동한다. 여기서, 붐 실린더(31), 암 실린더(32) 및 버켓 실린더(33)는 종래 이동경로 추적제어시스템에 의해 그 동작이 제어되고, 상기 이동경로 추적제어시스템의 구동 제어는 본체(10)에 장착된 레버를 작업자가 조작함으로써 이루어진다. 결국, 작업자가 상기 레버를 조작하면, 제1,2암(21, 22) 및 버켓(23)은 상기 레버의 조작 정도에 따라 회동하면서 작업을 진행하게 된다.
그러나, 종래에는 굴삭기 버켓의 위치를 모니터링하면서 버켓을 수평이동시키는 기술은 제안되어 있지 않다.
대한민국 공개특허 10-2012-0022233
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 굴삭기 버켓의 이동경로를 모니터링하면서 버켓의 위치를 제어하는 굴삭기 버켓 위치 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 본체, 상기 본체로부터 인출되는 제1 붐(Boom), 상기 제1 붐과 정해진 각도를 이루며 고정되어 연결된 제2 붐, 상기 제1 붐을 회동시키기 위한 붐 실린더, 상기 제2 붐의 말단과 회동가능하게 연결된 암(Arm), 상기 암을 회동시키기 위한 암 실린더, 상기 암의 말단에 연결되는 버켓(bucket), 상기 버켓을 회동시키기 위한 버켓 실린더를 포함하는 굴삭기 버켓의 위치 제어 시스템에 있어서, 상기 제2 붐에 부착되어 경사를 감지하기 위한 제1 경사 센서(tilt sensor), 상기 암에 부착되어 경사를 감지하기 위한 제2 경사 센서, 상기 버켓에 부착되어 경사를 감지하기 위한 제3 경사 센서, 상기 본체에 부착되어 경사를 감지하기 위한 제4 경사 센서, 상기 버켓을 지면과 수평방향으로 이동시키기 위한 리니어 레버(Linear lever), 상기 본체와 이격되어서 지면에 수직 방향으로 세워져 있고, 상기 제4 경사 센서와 통신하며, 상기 본체의 수평 여부 및 위치를 측정하기 위한 폴 샤프트(Pole shaft), 상기 붐 실린더를 구동시키기 위한 제1 솔레노이드 밸브(solenoid valve), 상기 암 실린더를 구동시키기 위한 제2 솔레노이드 밸브, 상기 버켓 실린더를 구동시키기 위한 제3 솔레노이드 밸브, 상기 제1 경사 센서, 상기 리니어 레버로부터 신호를 수신하고, 근거리 무선 통신을 수행하기 위한 근거리 무선 통신 모듈 및 상기 근거리 무선 통신 모듈과 통신하며, 상기 근거리 무선 통신 모듈로부터 수신한 신호를 처리하여 상기 버켓의 위치를 제어하기 위한 제어신호를 송신하는 단말기를 포함하되, 상기 단말기에서 생성된 제어신호가 상기 근거리 무선 통신 모듈을 통해 상기 제1 솔레노이드 밸브, 제2 솔레노이드 밸브 및 제3 솔레노이드 밸브에 전달된다.
상기 근거리 무선 통신 모듈은 블루투스 모듈(Bluetooth module)로 구현될 수 있다.
상기 폴 샤프트는 360°회전하여 레이저를 방사하는 도트 레이저(dot laser), 회전 각도를 측정하기 위한 엔코더(encoder)를 포함할 수 있다.
상기 단말기는 상기 폴 샤프트의 상기 도트 레이저에서 방사된 레이저와, 상기 제4 경사 센서로부터 수신된 신호를 이용하여 본체의 수평 여부를 측정할 수 있다.
상기 단말기는 제1 붐의 길이, 제2 붐의 길이, 암의 길이, 버켓의 길이, 상기 리니어 레버 구동시 한 번에 구동하는 거리를 입력할 수 있는 모니터 화면을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 리니어 레버의 구동에 의해 상기 버켓의 수평 이동시, 상기 버켓의 위치를 초기 각도값에 의해 목표 지점까지 제어하는 스텝(step) 제어 알고리즘을 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서 상기 리니어 레버의 구동에 의해 상기 버켓의 수평 이동시, 실시간으로 제1 경사 센서 내지 제4 경사 센서의 데이터를 수신하여 각도를 산출하고, 목표 각도와 비교하여 오차를 보정하는 방식으로 목표 지점까지 제어하는 피드백(feedback) 제어 알고리즘을 사용할 수 있다.
θ1은 지면과 제1 붐의 각도, θ2는 지면과 암의 각도라고 할 때, θ1과 θ2를 사용하여 상기 버켓의 위치를 제어할 수 있다.
상기 단말기는 태블릿(tablet) PC 또는 스마트 폰(smart phone)일 수 있다.
본 발명에 의하면, 태블릿 PC, 스마트 폰 등을 이용하여 굴삭기 버켓의 이동 경로를 모니터링하면서 버켓의 위치를 제어할 수 있으므로, 보다 용이하게 굴삭기 버켓의 위치를 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴삭기 버켓의 위치 제어 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴삭기 버켓의 위치 제어 시스템이 적용된 굴삭기의 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 경사 센서의 측정 각도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 레버를 사용하여 버켓의 위치를 제어하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리니어 레버를 사용하여 버켓의 위치를 제어하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 레버를 통해 발생하는 트리거 신호를 표시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 경사센서의 회전축을 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기의 원점에서 굴삭기 본체가 이동한 경우, 이동한 원점을 알아내기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴삭기의 붐, 암, 버켓 및 실린더의 각각의 위치를 단순화하여 도시한 도면이다.
도 10 및 도 11은 도 9에서 C1의 길이 변화를 계산하는 방법을 도시한 도면이다.
도 12 및 도 13은 도 9에서 C2의 값을 구하는 방법을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 실험시 사용하는 실험 데이터를 기재할 수 있는 표이다.
도 15는 종래 굴삭기의 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴삭기 버켓의 위치 제어 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1에서 보는 바와 같이, A/D(Analog to Digital) 컨버터(convertor)를 통해 블루투스 모듈(Bluetooth Module)(230)에 데이터를 처리하기 위한 경사센서(S1, S2, S3, S4)와, 리니어 레버(Linear lever)(210)가 연결된다.
그리고, D/A(Digital to Analog) 컨버터(convertor)를 통해 유압 실린더를 제어하기 위한 솔레노이드 밸브(solenoid valve)(240, 250, 260)가 블루투스 모듈(230)과 연결된다.
그리고, 블루투스 모듈(230)은 태블릿(tablet) PC, 스마트 폰(smart phone)을 포함하는 단말기(100)와 무선으로 연결된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴삭기 버켓의 위치 제어 시스템이 적용된 굴삭기의 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2에서 본 발명의 굴삭기는 본체, 붐(Boom)(410, 420), 암(Arm)(510, 520), 버켓(Bucket)(610)으로 구분할 수 있다.
본 발명에서는 각도 계산의 편의를 위하여 붐을 제1 붐(410)과 제2 붐(420)으로 구분하고, 암을 제1 암(510)과 제2 암(520)으로 구분한다.
도 2를 참조하면, 본 발명은 굴삭기의 본체, 제2 붐(420), 제2 암(520) 및 버켓(610)에 경사센서(Tilt sensor)를 부착한다.
폴 샤프트(Pole shaft)(220)는 굴삭기 본체에 붙어있는 S4 센서와 연결되며, 굴삭기 본체의 수평 및 위치를 측정하게 된다.
폴 샤프트(220)는 360°회전하는 도트 레이저(dot laser), 회전 각도를 측정하는 엔코더(Encoder) 및 전원 ON/OFF 센서(Sensor)를 포함하여 구성된다.
본 발명에서는 경사 센서(S1, S2, S3, S4)를 이용하여 붐(410, 420), 암(510, 520), 버켓(610)의 위치를 인식한다.
C1은 붐(410, 420)을 움직이는 실린더이다.
C2는 암(510, 520)을 움직이는 실린더이다.
C3는 버켓(610)을 움직이는 실린더이다.
도 1에서 단말기(100)의 모니터 화면(110)에 붐(410, 420), 암(510, 520), 버켓(610) 그리고 dX 간격을 입력할 수 있다. 여기서 dX는 리니어 레버(210)를 전후 작동했을 때 한 번 이동하는 거리이다.
본 발명의 굴삭기 버켓 위치 제어 시스템에서는 별도의 리니어 레버(210)를 설치하고, 작업자가 리니어 레버(210)를 이용하면 전후 조정으로 굴삭기를 수평이동시킨다.
본 발명에서 굴삭기는 본체, 본체로부터 인출되는 제1 붐(Boom)(410), 제1 붐(410)과 정해진 각도를 이루며 고정되어 연결된 제2 붐(420), 제1 붐(410)을 회동시키기 위한 붐 실린더(C1), 제2 붐(420)의 말단과 회동가능하게 연결된 암(Arm)(510, 520), 암(510, 520)을 회동시키기 위한 암 실린더(C2), 암(510, 520)의 말단에 연결되는 버켓(bucket)(610), 버켓(610)을 회동시키기 위한 버켓 실린더(C3)를 포함하는 구조이다.
제1 경사 센서(S1)는 제2 붐(420)에 부착되어 경사를 감지하는 역할을 한다.
제2 경사 센서(S2)는 암(510, 520)에 부착되어 경사를 감지하는 역할을 한다.
제3 경사 센서(S3)는 버켓(610)에 부착되어 경사를 감지하는 역할을 한다.
제4 경사 센서(S4)는 본체에 부착되어 경사를 감지하는 역할을 한다.
리니어 레버(210)는 버켓(610)을 지면과 수평방향으로 이동시키기 위한 레버이다.
폴 샤프트(220)는 본체와 이격되어서 지면에 수직 방향으로 세워져 있고, 제4 경사 센서(S4)와 통신하며, 본체의 수평 여부 및 위치를 측정하는 역할을 한다.
제1 솔레노이드 밸브(240)는 붐 실린더(C1)를 구동시키는 역할을 한다.
제2 솔레노이드 밸브(250)는 암 실린더(C2)를 구동시키는 역할을 한다.
제3 솔레노이드 밸브(260)는 버켓 실린더(C3)를 구동시키는 역할을 한다.
블루투스 모듈(230)은 제1 경사 센서(S1), 리니어 레버(210)로부터 신호를 수신하고, 근거리 무선 통신을 수행한다. 본 발명에서 블루투스 모듈(230)은 근거리 무선 통신을 수행하는 모듈의 일 실시예에 불과하며, 실시예에 따라 다양한 모듈이 사용될 수 있음은 당연하다.
단말기(100)는 블루투스 모듈(230)과 통신하며, 블루투스 모듈(230)로부터 수신한 신호를 처리하여 버켓(610)의 위치를 제어하기 위한 제어신호를 송신한다.
본 발명에서 단말기(100)에서 생성된 제어신호가 블루투스 모듈(230)을 통해제1 솔레노이드 밸브(240), 제2 솔레노이드 밸브(250) 및 제3 솔레노이드 밸브(260)에 전달된다.
본 발명에서 폴 샤프트(220)는 360°회전하여 레이저를 방사하는 도트 레이저(dot laser), 회전 각도를 측정하기 위한 엔코더(encoder)를 포함한다.
본 발명에서 단말기(100)는 폴 샤프트(220)의 도트 레이저에서 방사된 레이저와, 제4 경사 센서(S4)로부터 수신된 신호를 이용하여 본체의 수평 여부를 측정할 수 있다.
본 발명에서 단말기(100)는 제1 붐(410)의 길이, 제2 붐(420)의 길이, 암(510, 520)의 길이, 버켓(610)의 길이, 리니어 레버(210) 구동시 한 번에 구동하는 거리(dX)를 입력할 수 있는 모니터 화면(110)을 제공한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 경사 센서의 측정 각도를 도시한 도면이다.
도 3은 경사센서(S1, S2, S3, S4)의 측정 각도로서, θ1은 지면과 붐의 각도, θ2는 지면과 암의 각도, θ3는 지면과 버켓의 각도, θ4는 지면과 본체의 각도, 그리고 θf는 제1 붐(410)과 제2 붐(420)의 각도이다.
도 3에서 θ1, θ2, θ3 중 2가지 각도를 이용하면 수평이동이 가능하다. θ1, θ2 와 θ2, θ3 와 θ1, θ3의 총 3가지 방법으로 수평이동이 가능하다. 각각의 방법의 차이는 수평이동이 가능한 거리의 차이이다.
θ1, θ2, θ3를 모두 사용하게 되면 가장 많은 거리의 수평이동이 가능하나, 이를 제어하는 변수가 많아지므로, 수평이동이 가장 길게 되는 θ1, θ2 를 사용하여 제어하고, θ3는 θ1, θ2가 제어될 때 비례적으로 움직이게 하여서 수평이동 거리를 증가시킬 수 있다.
본 발명에서 버켓(610)의 위치를 제어하는 제어 알고리즘에는 스텝(step) 제어와 피드백(feedback) 제어를 고려할 수 있다.
먼저 스텝 제어에 대하여 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 레버를 사용하여 버켓의 위치를 제어하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에서 F와 B는 Forward와 Backward의 약자이며, 리니어 레버(Linear lever)(210)를 사용자의 바깥 방향으로 밀었을 때 F 방향으로 굴삭기 버켓이 움직이고, 사용자 쪽 방향으로 당겼을 때 B 방향으로 움직이는 것을 나타낸 것이다.
버켓(610)을 A점에서 B점까지 수평 이동을 시키려 할 때, 초기의 각도 값을 통해서 5 스텝(step)의 간격을 계산한다. 그 후에 각 스텝(step)에 맞는 값으로 θ1과 θ2가 변화한다. 따라서 A-> X1-> X2-> X3-> X4-> B 순으로 이동하게 된다. 즉, 도 4의 스텝 제어에서는 초기의 각도 값만 계산하게 된다.
다음 피드백 제어에 대하여 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리니어 레버를 사용하여 버켓의 위치를 제어하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에서 A점에서 B점까지 수평 이동 시에 A점에서 X1 점으로 이동해야 하는데 X1’점으로 이송되었을 때의 경우이다. 이 경우 X1과 X1의 오차가 발생하게 된다. 이때, 피드백 제어 방식에서는 실시간으로 각도 값을 확인하여 오차를 보상하고 X1’에서 X2값으로 이동하게 된다. 따라서 X1’-> X2, X2’->X3, X3’-> X4, X4’-> B점으로 이동하는 것이 피드백 제어이다. 피드백 제어 방식에서는 실시간으로 각도센서 데이터를 받아서 원래 가야하는 계산된 위치의 각도 값과 비교하여 오차를 보상해주는 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 레버를 통해 발생하는 트리거 신호를 표시한 그래프이다.
도 6은 리니어 레버(210)의 트리거 신호(trigger sign)을 표시한 것으로서, V는 트리거 신호(trigger sign)의 간격을 나타낸다.
도 6에서 신호가 나타나는 한 구간 당, 단말기(100)의 메뉴에서 설정한 dX 간격만큼 이동하게 된다. 이는 굴삭기 버켓(610)의 이동 속도에 관련한 것으로서, 트리거 신호의 간격이 짧아지면 굴삭기 버켓(610)의 이동 속도가 빨라지고 간격이 길어지면 버켓(610)의 이동속도가 느려진다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 경사센서의 회전축을 도시한 그래프이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에서 제4 경사센서(S4)는 다른 경사 센서와다르게 x, y 2축과 z(gyro)를 측청할 수 있는 센서이며, 레이저 수신과 감도(level)를 측정 할 수 있는 센서가 포함되어 있다.
본 발명에서는 도 2에서 폴 샤프트(220) 상단 부분에 360° 회전하는 도트 레이저(dot laser)를 부착하여 제4 경사센서(S4)와 수평이 되는 위치를 찾을 수 있다.
그리고, 도 7에서 보는 바와 같이, 제4 경사센서(S4)의 자이로 센서(gyro Sensor)를 이용하여 각 축이 회전된 위치를 계산할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기의 원점에서 굴삭기 본체가 이동한 경우, 이동한 원점을 알아내기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 (a)에서와 같이 초기의 원점에서 굴삭기 본체가 이동하였을 경우 이동한 원점을 알아낼 수 있는 방법이다.
폴 샤프트(220)에서 360°회전하는 도트 레이저(dot laser)를 이용하여 유효거리 내의 제4 센서(S4)의 이동한 원점을 알아내게 되는데, 레이저 레벨(laser level)이 측정 가능한 제4 센서(S4)를 이용하여 이동한 원점의 거리를 측정하고, 폴 샤프트(220) 내의 엔코더(Encoder)를 이용하여 회전 각도를 측정하게 된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴삭기의 붐, 암, 버켓 및 실린더의 각각의 위치를 단순화하여 도시한 도면이다.
도 9는 굴삭기의 붐(B1, B2), 암(A1, A2) 및 실린더(cylinder)(C1, C2)의 각각의 위치를 표시해 놓은 것이다. 그리고, 도 3에서 도시된 바와 같이 경사가 측정된다.
본 발명에서 굴삭기 버켓(610)의 수평이동시 C1과 C2의 길이가 변하게 되는데 이를 계산하는 방법은 다음과 같다.
도 10 및 도 11은 도 9에서 C1의 길이 변화를 계산하는 방법을 도시한 도면이다.
도 10 및 도 11에서 D는 굴삭기의 실린더 끝이 고정되어 있는 부분으로서 항상 고정된 값을 가지게 되고, 변화하는 각도 값은 경사 센서를 이용하여 구할 수 있으므로, 제2 코사인 법칙을 이용하여 변화하는 C1’의 값을 계산할 수 있다.
제2 코사인 법칙은 다음과 같다.
Figure pat00001
도 12 및 도 13은 도 9에서 C2의 값을 구하는 방법을 도시한 도면이다.
C2의 값을 구하는 방법도 제2 코사인 법칙을 이용하여 구할 수 있다.
도 12 및 도 13에서 B1과 B2를 연결하는 부분인 θf값은 고정되어있다. 이를 이용하여 θb의 값이 직각이 되는 순간의 C2를 계산하면 θc의 값을 구할 수 있게 된다. θc를 구하게 되면 θd값과 θe값을 알게 된다.
결국, A1과 B2의 길이를 알고 θe값을 알기 때문에 C2의 값을 계산할 수 있게 된다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 실험시 사용하는 실험 데이터를 기재할 수 있는 표이다.
도 14의 표는 초기 X0 위치에서부터 Xn의 위치까지 이동시 절대좌표, 경사각도, 실린더의 길이 그리고 솔레노이드 밸브에 가해지는 전압의 양을 표시할 수 있는 것으로서, 경사각도와 굴삭기의 각 부분의 길이를 알기 때문에 절대좌표를 구할 수 있으며, 경사각도는 경사센서를 통해 알 수 있게 되고, 실린더의 변화하는 길이는 전술한 수식을 이용하여 계산이 가능하고, 솔레노이드 밸브에 가해지는 전압의 양은 실험데이터를 통해서 구할 수 있다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
100 단말기 110 모니터 화면
210 리니어 레버 220 폴 샤프트
230 블루투스 모듈 240 제1 솔레노이드 밸브
250 제2 솔레노이드 밸브 260 제3 솔레노이드 밸브
410 제1 붐 420 제2 붐
510 제1 암 520 제2 암
610 버켓

Claims (10)

  1. 본체, 상기 본체로부터 인출되는 제1 붐(Boom), 상기 제1 붐과 정해진 각도를 이루며 고정되어 연결된 제2 붐, 상기 제1 붐을 회동시키기 위한 붐 실린더, 상기 제2 붐의 말단과 회동가능하게 연결된 암(Arm), 상기 암을 회동시키기 위한 암 실린더, 상기 암의 말단에 연결되는 버켓(bucket), 상기 버켓을 회동시키기 위한 버켓 실린더를 포함하는 굴삭기 버켓의 위치 제어 시스템에 있어서,
    상기 제2 붐에 부착되어 경사를 감지하기 위한 제1 경사 센서(tilt sensor);
    상기 암에 부착되어 경사를 감지하기 위한 제2 경사 센서;
    상기 버켓에 부착되어 경사를 감지하기 위한 제3 경사 센서;
    상기 본체에 부착되어 경사를 감지하기 위한 제4 경사 센서;
    상기 버켓을 지면과 수평방향으로 이동시키기 위한 리니어 레버(Linear lever);
    상기 본체와 이격되어서 지면에 수직 방향으로 세워져 있고, 상기 제4 경사 센서와 통신하며, 상기 본체의 수평 여부 및 위치를 측정하기 위한 폴 샤프트(Pole shaft);
    상기 붐 실린더를 구동시키기 위한 제1 솔레노이드 밸브(solenoid valve);
    상기 암 실린더를 구동시키기 위한 제2 솔레노이드 밸브;
    상기 버켓 실린더를 구동시키기 위한 제3 솔레노이드 밸브;
    상기 제1 경사 센서, 상기 리니어 레버로부터 신호를 수신하고, 근거리 무선 통신을 수행하기 위한 근거리 무선 통신 모듈; 및
    상기 근거리 무선 통신 모듈과 통신하며, 상기 근거리 무선 통신 모듈로부터 수신한 신호를 처리하여 상기 버켓의 위치를 제어하기 위한 제어신호를 송신하는 단말기를 포함하되,
    상기 단말기에서 생성된 제어신호가 상기 근거리 무선 통신 모듈을 통해 상기 제1 솔레노이드 밸브, 제2 솔레노이드 밸브 및 제3 솔레노이드 밸브에 전달되는 것을 특징으로 하는 굴삭기 버켓의 위치 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 근거리 무선 통신 모듈은 블루투스 모듈(Bluetooth module)인 것임을 특징으로 하는 굴삭기 버켓의 위치 제어 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴 샤프트는 360°회전하여 레이저를 방사하는 도트 레이저(dot laser), 회전 각도를 측정하기 위한 엔코더(encoder)를 포함하는 것임을 특징으로 하는 굴삭기 버켓의 위치 제어 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 단말기는 상기 폴 샤프트의 상기 도트 레이저에서 방사된 레이저와, 상기 제4 경사 센서로부터 수신된 신호를 이용하여 본체의 수평 여부를 측정하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 버켓의 위치 제어 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 단말기는 제1 붐의 길이, 제2 붐의 길이, 암의 길이, 버켓의 길이, 상기 리니어 레버 구동시 한 번에 구동하는 거리를 입력할 수 있는 모니터 화면을 제공하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 버켓의 위치 제어 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 리니어 레버의 구동에 의해 상기 버켓의 수평 이동시, 상기 버켓의 위치를 초기 각도값에 의해 목표 지점까지 제어하는 스텝(step) 제어 알고리즘을 사용하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 버켓의 위치 제어 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 리니어 레버의 구동에 의해 상기 버켓의 수평 이동시, 실시간으로 제1 경사 센서 내지 제4 경사 센서의 데이터를 수신하여 각도를 산출하고, 목표 각도와 비교하여 오차를 보정하는 방식으로 목표 지점까지 제어하는 피드백(feedback) 제어 알고리즘을 사용하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 버켓의 위치 제어 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    θ1은 지면과 제1 붐의 각도, θ2는 지면과 암의 각도라고 할 때,
    θ1과 θ2를 사용하여 상기 버켓의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 버켓의 위치 제어 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 단말기는 태블릿(tablet) PC인 것임을 특징으로 하는 굴삭기 버켓의 위치 제어 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 단말기는 스마트 폰(smart phone)인 것임을 특징으로 하는 굴삭기 버켓의 위치 제어 시스템.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180091137A (ko) * 2017-02-06 2018-08-16 두산인프라코어 주식회사 건설 기계의 제어 방법, 이를 수행하는 원격 제어 시스템, 건설 기계, 및 원격 제어 서버
EP3521517A4 (en) * 2016-09-30 2020-01-29 Sumitomo (S.H.I.) Construction Machinery Co., Ltd. DREDGING
KR102125664B1 (ko) * 2020-01-13 2020-06-22 이상룡 굴삭 레벨 검측 장치
KR20200092856A (ko) * 2019-01-25 2020-08-04 베이징 바이두 넷컴 사이언스 앤 테크놀로지 코., 엘티디. 기기 제어 방법 및 장치

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030053070A (ko) * 2001-12-22 2003-06-28 현대중공업 주식회사 굴삭기 작업기 모니터링 시스템
KR20080035037A (ko) * 2006-10-18 2008-04-23 두산인프라코어 주식회사 건설기계 분산제어시스템 및 그 방법
KR20120022233A (ko) 2010-09-01 2012-03-12 현대중공업 주식회사 굴삭기 버켓 자동 조정방법
JP5347199B2 (ja) * 2006-08-24 2013-11-20 キャタピラー トリンブル コントロール テクノロジーズ、 エルエルシー 掘削機の３ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム
JP2014074319A (ja) * 2012-10-05 2014-04-24 Komatsu Ltd 掘削機械の表示システム、掘削機械及び掘削機械の表示用コンピュータプログラム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030053070A (ko) * 2001-12-22 2003-06-28 현대중공업 주식회사 굴삭기 작업기 모니터링 시스템
JP5347199B2 (ja) * 2006-08-24 2013-11-20 キャタピラー トリンブル コントロール テクノロジーズ、 エルエルシー 掘削機の３ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム
KR20080035037A (ko) * 2006-10-18 2008-04-23 두산인프라코어 주식회사 건설기계 분산제어시스템 및 그 방법
KR20120022233A (ko) 2010-09-01 2012-03-12 현대중공업 주식회사 굴삭기 버켓 자동 조정방법
JP2014074319A (ja) * 2012-10-05 2014-04-24 Komatsu Ltd 掘削機械の表示システム、掘削機械及び掘削機械の表示用コンピュータプログラム

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3521517A4 (en) * 2016-09-30 2020-01-29 Sumitomo (S.H.I.) Construction Machinery Co., Ltd. DREDGING
US11142883B2 (en) 2016-09-30 2021-10-12 Sumitomo (S.H.I.) Construction Machinery Co., Ltd. Shovel
KR20180091137A (ko) * 2017-02-06 2018-08-16 두산인프라코어 주식회사 건설 기계의 제어 방법, 이를 수행하는 원격 제어 시스템, 건설 기계, 및 원격 제어 서버
KR20200092856A (ko) * 2019-01-25 2020-08-04 베이징 바이두 넷컴 사이언스 앤 테크놀로지 코., 엘티디. 기기 제어 방법 및 장치
KR102125664B1 (ko) * 2020-01-13 2020-06-22 이상룡 굴삭 레벨 검측 장치
WO2021145575A1 (ko) * 2020-01-13 2021-07-22 구구시스템 주식회사 굴삭 레벨 검측 장치

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