KR20160034563A - 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴삭기의 굴삭작업에 위성항법장치(GPS) 없이 좌표측량하여 작업에 필요한 측량정보를 효율적으로 취득함을 제공하도록, 차량 본체와 함께 붐(boom) 및 암(arm), 버켓(bucket)으로 구성된 굴삭장비로부터 굴삭작업을 지원하기 위한 굴삭작업 측량 시스템에 있어서, 상기 굴삭장비의 차량 본체 내에 사용자로부터 조작가능하게 설치되고 화면출력과 함께 입력설정가능한 디스플레이 기능을 갖는 사용자인터페이스와; 상기 굴삭장비의 붐과 암 및 버켓의 각 절점마다 각각 설치되고 상기 차량 본체 상의 붐의 각도와 상기 붐과 암 사이의 각도 및 상기 암과 버켓 사이의 각도를 측정하는 경사센서와, 상기 차량 본체 상에 설치되고 상기 차량 본체의 회전운동에 의한 회전 여부를 감지하되 회전각도를 측정하는 자이로센서로 구성되는 측정센서부와; 상기 사용자인터페이스를 통해 디스플레이하되 상기 버켓이 위치한 지점을 초기기준점으로 설정하여 상기 측정센서부로부터 입력되는 측정값을 기반으로 상기 차량 본체의 위치에 대한 장비기준점 좌표와 함께 상기 차량 본체의 회전운동에 따라 변경된 상기 버켓의 새로운 위치좌표를 측량가능하게 구비되는 위치연산처리부;를 포함하는 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템을 제공한다.

Description

굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템 및 그 방법 {Coordinate Measuring System for Excavating Work and Method Thereof}

본 발명은 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 굴삭기의 굴삭작업에 위성항법장치(GPS) 없이 좌표측량하여 작업에 필요한 측량정보를 효율적으로 취득하는 것이 가능한 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 굴삭기는 주로 흙을 파는 작업을 수행하기 위한 중장비로서 여러 건설장비(굴삭기, 로더, 도저 등) 중 가장 널리 사용되는 토공장비이며, 도로, 공항, 단지 조성 등과 같이 대부분의 토목 및 건축 공사에 앞서 진행되는 가장 기본적인 공사인 토공사에 굴삭기를 사용하게 된다.

이러한 굴삭기로부터 토공사작업인 터파기작업(이하 굴삭작업이라 함)을 진행함에는 공사현장 중 굴삭하고자 하는 작업위치나 영역 및 굴삭 깊이에 대해 측량하기 위한 측량작업이 요구된다. 즉 굴삭작업에는 굴삭기의 운전을 위한 운전자와 함께 굴삭기의 작업을 유도하기 위한 작업유도자가 투입되며, 나아가 공사현장의 설계도면을 확인하면서 굴삭 깊이를 운전자에게 전달해주기 위한 측량기사가 투입되어 굴착작업 후 레벨기 및 측량막대를 이용해 수동적인 측량작업을 수행하면 굴삭작업을 진행하게 된다.

그런데 기존과 같이 측량기사가 직접 현장에 투입되어 측량작업을 수동측정 방식에 의해 진행한 후 전달하게 되면, 굴삭기의 운전자가 경험적인 판단에 의해 굴삭작업이 이루어져 정확한 굴삭작업이 어려우며, 굴삭기에 의해 굴삭할 때마다 매번 측량작업이 이루어지기 때문에 전반적인 작업시간이 지연되어 공기가 길어지게 된다는 문제가 있었다.

이에 따라 최근에는 굴삭기에 센서 등을 설치한 후 굴삭작업에 따른 변위를 자동으로 측정할 수 있는 장비를 굴삭기에 장착하여 굴삭기의 운전자가 직접 모니터할 수 있는 방식인 자동측정방식이 해외로부터 개발되어 사용되고 있는 실정이다.

이와 같은 자동측정방식에 의한 측량작업에는 굴삭기에 센서를 이용하여 정확한 버켓의 높이 값을 추적한 후 버켓 끝부분의 높이를 기준으로 상대적 높이 값을 굴삭기의 운전자가 모니터할 수 있는 2D형 측량장비와, 굴삭기에 2개의 GPS를 장착하여 좌표정보와 회전정보를 인지하고 센서와 거리값을 이용해 굴삭기 상태를 정확히 인지한 후 출력하여 굴삭기의 운전자가 모니터할 수 있는 3D형 측량장비로 각각 구분하여 사용하게 된다.

그러나 상기한 측량장비 중 2D형 측량장비의 경우에는 작업영역의 높이 값을 취득하기 위하여 기준점을 바탕으로 한 상대적인 측량작업이 이뤄지기 때문에 굴삭기 장비의 이동시마다 기준 값을 재설정해야만 하여 작업이 번거롭고 연속적인 작업이 곤란하여 시공기간이 길어지게 된다는 문제점이 있었다.

반면 상기한 3D형 측량장비를 적용한 굴삭기의 작업시스템과 관련하여 개시되어 있었던 종래기술로써, 대한민국 공개특허공보 제85663호(2002.11.16.)에는 굴삭기의 위치정보와 버킷의 위치정보를 제공받으면서 측량과 굴삭작업을 동시에 수행할 수 있도록 한 굴삭기의 실시간 작업시스템으로서, 굴삭기의 위치를 제공하기 위해 선회체의 회전중심 상부에 배치된 GPS수신기와; 상기 선회체의 회전중심부에 배치되어 굴삭기의 모션량을 감지하기 위한 모션감지수단과; 상기 선회체에 구비된 붐과 아암 및 버켓의 회전각도를 각각 검출하기 위해 각 관절부위에 배치된 회전각검출수단; 및 상기 모션감지수단과 각도검출수단으로부터 출력되는 계측신호를 실시간으로 연산하여 상기 버켓 끝단의 좌표값을 얻어내는 계측컨트롤러를 포함하여, 상기 GPS수신안테나로 굴삭기의 작업영역의 지형 측량과 동시에 상기 계측컨트롤러로부터 상기 버켓 끝단의 좌표값을 얻어내어 계획단면의 굴삭작업을 독단적으로 수행할 수 있게 구성됨에 따라 장비가동률이 향상되고 언제나 정확한 굴삭작업이 가능하며 굴삭기 운전자의 손쉬운 현장정보 취득에 따른 작업수행능력을 향상시킬 수 있는 굴삭기의 실시간 작업시스템이 공지되어 있다.

그러나 상기한 종래 굴삭작업을 위한 측량 시스템의 경우에는 GPS신호를 송수신하기 위한 별도의 GPS장비나 안테나 등의 설비가 추가로 장착되기 때문에 측량을 위한 장비의 비용이 높아지고, GPS신호가 수신되지 않는 산간지역에서의 굴삭작업시 무용지물로 측량작업이 곤란하다는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허 제10-2002-0085663호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 최초 기준점에 대한 좌표값 입력만으로 굴삭작업에 필요한 좌표를 측량하도록 시스템을 구축하여 GPS장비에 의한 시스템을 대체함과 동시에 시스템구축비용을 최소화하고, 측량작업의 자동화로 작업인원을 줄여 굴착작업에 소요되는 비용을 낮추면서 시공공기를 단축할 수 있는 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템 및 그 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

본 발명이 제안하는 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템은 차량 본체와 함께 붐(boom) 및 암(arm), 버켓(bucket)으로 구성된 굴삭장비로부터 굴삭작업을 지원하기 위한 굴삭작업 측량 시스템에 있어서, 상기 굴삭장비의 차량 본체 내에 사용자로부터 조작가능하게 설치되고 화면출력과 함께 입력설정가능한 디스플레이 기능을 갖는 사용자인터페이스와; 상기 굴삭장비의 붐과 암 및 버켓의 각 절점마다 각각 설치되고 상기 차량 본체 상의 붐의 각도와 상기 붐과 암 사이의 각도 및 상기 암과 버켓 사이의 각도를 측정하는 경사센서와, 상기 차량 본체 상에 설치되고 상기 차량 본체의 회전운동에 의한 회전 여부를 감지하되 회전각도를 측정하는 자이로센서로 구성되는 측정센서부와; 상기 사용자인터페이스를 통해 디스플레이하되 상기 버켓이 위치한 지점을 초기기준점으로 설정하여 상기 측정센서부로부터 입력되는 측정값을 기반으로 상기 차량 본체의 위치에 대한 장비기준점 좌표와 함께 상기 차량 본체의 회전운동에 따라 변경된 상기 버켓의 새로운 위치좌표를 측량가능하게 구비되는 위치연산처리부;를 포함하여 이루어진다.

상기 사용자인터페이스는, 초기기준점에 대한 좌표값이나 작업예정위치에 대한 좌표값을 입력설정하기 위하여 버튼조작방식 또는 터치스크린방식 중 어느 하나의 입력방식을 적용하도록 구성한다.

상기 사용자인터페이스에서 초기기준점에 대한 좌표값이나 작업예정위치에 대한 좌표값을 입력함에는 X축 방향 및 Y축 방향, Z축 방향에 대한 각각의 좌표값을 입력한다.

상기 위치연산처리부는 기저장된 상기 굴삭장비의 붐과 암 및 버켓 각각의 길이 고정값과 상기 측정센서부의 경사센서로부터 입력되는 모든 각도 측정값을 통해 초기기준점에서부터 상기 차량 본체의 위치를 측량하여 장비기준점에 대한 좌표를 계산하는 위치연산수단과, 상기 위치연산수단에서 측량된 장비기준점의 좌표값을 저장하는 위치기억수단과, 상기 위치기억수단 상에 기억된 장비기준점에서부터 상기 측정센서부의 경사센서와 함께 상기 자이로센서로부터 입력되는 측정값을 토대로 상기 차량 본체의 회전운동에 의해 위치변경된 상기 버켓의 좌표값을 계산하는 작업좌표측량수단으로 이루어진다.

또한 상기 사용자인터페이스를 통해 디스플레이하되 외부로부터 입력되는 굴삭작업의 최종데이터를 기준으로 작업중인 상기 굴삭장비에 의한 굴삭작업의 현황데이터를 실시간으로 측량하여 굴삭작업과 관련된 수량을 자동으로 산출하는 수량산출부를 더 포함하여 구성하는 것도 가능하다.

상기 수량산출부는 외부로부터 입력되는 설계도면을 상기 사용자인터페이스에 디스플레이하도록 연동시키는 도면생성수단과, 상기 도면생성수단에 입력된 설계도면의 좌표값을 데이터로 출력하는 기준데이터생성수단과, 상기 굴삭장비로부터 굴삭되는 굴삭작업현황에 대한 좌표값을 실시간으로 측량하여 표면데이터로 출력하는 측량데이터생성수단과, 상기 측량데이터생성수단에서 측량된 표면데이터와 상기 기준데이터생성수단을 통해 출력된 설계도면의 데이터를 비교하여 잔여작업량을 산출하는 비교산출수단으로 이루어진다.

상기 측량데이터생성수단에서는 좌표값을 초 단위로 측량하여 기록하되 기록데이터 중 상기 굴삭장비의 버켓폭을 감안하여 위치별 가장 낮은 좌표값을 추려 필터링한다.

그리고 본 발명에 제안하는 굴삭작업을 위한 좌표측량 방법은 차량 본체와 함께 붐(boom) 및 암(arm), 버켓(bucket)으로 구성된 굴삭장비로부터 굴삭작업을 지원하기 위한 굴삭작업 측량 방법에 있어서, 초기 기준점을 설정한 후 기준점에 대한 좌표를 측량하는 단계와; 상기 굴삭장비의 버켓 끝단을 초기기준점에 위치시킨 후 측량된 초기기준점에 대한 좌표를 입력하는 단계와; 초기기준점에 위치한 버켓 끝단의 좌표를 기준으로 암과 버켓 사이의 각도, 붐과 암 사이의 각도, 붐의 각도를 각각 측정하여 상기 차량 본체로부터 장비기준점에 대한 좌표를 계산하는 단계와; 굴삭작업할 작업예정위치에 대한 좌표를 입력하는 단계와; 입력된 작업예정위치를 추적하면서 굴삭작업하되 상기 차량 본체의 회전운동에 따른 상기 버켓의 위치좌표를 회전각 및 길이를 측정하여 상기 버켓 끝단의 좌표를 반복적으로 추적하며 굴삭작업하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

또한 상기 굴삭작업하는 단계에서는 작업예정위치로 입력된 데이터를 기준으로 작업중인 상기 굴삭장비에 의한 굴삭작업의 현황데이터를 실시간으로 측량하여 굴삭작업과 관련된 잔여작업량을 자동으로 산출하는 단계를 더 포함하여 구성하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템 및 그 방법에 의하면 초기기준점만을 설정입력하면 장비기준점에 대한 좌표와 함께 버켓의 위치변경에 따른 좌표까지 모두 일률적으로 측량가능하게 구성하므로, 기존 GPS장비를 대체하여 측량을 위한 장비구축비용을 대폭 절감하고, 좌표측량기능에 따른 측량작업이 매우 용이함은 물론 굴삭기에 의한 굴삭작업의 시공성을 보다 향상시킬 수 있는 효과를 얻는다.

뿐만 아니라 본 발명에 따른 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템 및 그 방법은 단순히 초기기준점만을 측량하면 이후 모든 좌표를 자동으로 측량하므로, 측량작업을 위한 작업인원을 줄여 장비구축비용과 함께 인건비용을 낮출 수 있어 매우 경제적인 효과가 있다.

그리고 본 발명에 따른 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템 및 그 방법은 굴삭작업에 따른 좌표기록을 초 단위로 측량한 후 굴착작업을 위한 잔여작업량을 산출할 수 있게 구성하므로, 명확한 측량정보를 제공하여 굴삭작업이 보다 용이하고 시공품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템의 일실시예를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템의 일실시예를 나타내는 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템의 일실시예를 나타내는 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템의 일실시예를 나타내는 블록도.
도 5는 본 발명에 따른 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템의 다른 실시예를 나타내는 블록도.
도 6은 본 발명에 따른 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템의 다른 실시예에 있어서 수량산출부를 나타내는 블록도.
도 7은 본 발명에 따른 굴삭작업을 위한 좌표측량 방법의 일실시예를 나타내는 흐름도.
도 8은 본 발명에 따른 굴삭작업을 위한 좌표측량 방법의 다른 실시예를 나타내는 흐름도.

본 발명은 차량 본체와 함께 붐(boom) 및 암(arm), 버켓(bucket)으로 구성된 굴삭장비로부터 굴삭작업을 지원하기 위한 굴삭작업 측량 시스템에 있어서, 상기 굴삭장비의 차량 본체 내에 사용자로부터 조작가능하게 설치되고 화면출력과 함께 입력설정가능한 디스플레이 기능을 갖는 사용자인터페이스와; 상기 굴삭장비의 붐과 암 및 버켓의 각 절점마다 각각 설치되고 상기 차량 본체 상의 붐의 각도와 상기 붐과 암 사이의 각도 및 상기 암과 버켓 사이의 각도를 측정하는 경사센서와, 상기 차량 본체 상에 설치되고 상기 차량 본체의 회전운동에 의한 회전 여부를 감지하되 회전각도를 측정하는 자이로센서로 구성되는 측정센서부와; 상기 사용자인터페이스를 통해 디스플레이하되 상기 버켓이 위치한 지점을 초기기준점으로 설정하여 상기 측정센서부로부터 입력되는 측정값을 기반으로 상기 차량 본체의 위치에 대한 장비기준점 좌표와 함께 상기 차량 본체의 회전운동에 따라 변경된 상기 버켓의 새로운 위치좌표를 측량가능하게 구비되는 위치연산처리부;를 포함하는 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템을 기술구성의 특징으로 한다.

또한 상기 사용자인터페이스는 초기기준점에 대한 좌표값이나 작업예정위치에 대한 좌표값을 입력설정하기 위하여 버튼조작방식 또는 터치스크린방식 중 어느 하나의 입력방식을 적용하도록 이루어지는 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템을 기술구성의 특징으로 한다.

또한 상기 사용자인터페이스에서 초기기준점에 대한 좌표값이나 작업예정위치에 대한 좌표값을 입력함에는 X축 방향 및 Y축 방향, Z축 방향에 대한 각각의 좌표값을 입력하도록 이루어지는 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템을 기술구성의 특징으로 한다.

또한 상기 위치연산처리부는 기저장된 상기 굴삭장비의 붐과 암 및 버켓 각각의 길이 고정값과 상기 측정센서부의 경사센서로부터 입력되는 모든 각도 측정값을 통해 초기기준점에서부터 상기 차량 본체의 위치를 측량하여 장비기준점에 대한 좌표를 계산하는 위치연산수단과, 상기 위치연산수단에서 측량된 장비기준점의 좌표값을 저장하는 위치기억수단과, 상기 위치기억수단 상에 기억된 장비기준점에서부터 상기 측정센서부의 경사센서와 함께 상기 자이로센서로부터 입력되는 측정값을 토대로 상기 차량 본체의 회전운동에 의해 위치변경된 상기 버켓의 좌표값을 계산하는 작업좌표측량수단을 포함하는 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템을 기술구성의 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 사용자인터페이스를 통해 디스플레이하되 외부로부터 입력되는 굴삭작업의 최종데이터를 기준으로 작업중인 상기 굴삭장비에 의한 굴삭작업의 현황데이터를 실시간으로 측량하여 굴삭작업과 관련된 수량을 자동으로 산출하는 수량산출부를 더 포함하는 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템을 기술구성의 특징으로 한다.

또한 상기 수량산출부는 외부로부터 입력되는 설계도면을 상기 사용자인터페이스에 디스플레이하도록 연동시키는 도면생성수단과, 상기 도면생성수단에 입력된 설계도면의 좌표값을 데이터로 출력하는 기준데이터생성수단과, 상기 굴삭장비로부터 굴삭되는 굴삭작업현황에 대한 좌표값을 실시간으로 측량하여 표면데이터로 출력하는 측량데이터생성수단과, 상기 측량데이터생성수단에서 측량된 표면데이터와 상기 기준데이터생성수단을 통해 출력된 설계도면의 데이터를 비교하여 잔여작업량을 산출하는 비교산출수단을 포함하는 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템을 기술구성의 특징으로 한다.

또한 상기 측량데이터생성수단에서는 좌표값을 초 단위로 측량하여 기록하되 기록데이터 중 상기 굴삭장비의 버켓폭을 감안하여 위치별 가장 낮은 좌표값을 추려 필터링하도록 이루어지는 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템을 기술구성의 특징으로 한다.

또한 본 발명은 차량 본체와 함께 붐(boom) 및 암(arm), 버켓(bucket)으로 구성된 굴삭장비로부터 굴삭작업을 지원하기 위한 굴삭작업 측량 방법에 있어서, 초기 기준점을 설정한 후 기준점에 대한 좌표를 측량하는 단계와; 상기 굴삭장비의 버켓 끝단을 초기기준점에 위치시킨 후 측량된 초기기준점에 대한 좌표를 입력하는 단계와; 초기기준점에 위치한 버켓 끝단의 좌표를 기준으로 암과 버켓 사이의 각도, 붐과 암 사이의 각도, 붐의 각도를 각각 측정하여 상기 차량 본체로부터 장비기준점에 대한 좌표를 계산하는 단계와; 굴삭작업할 작업예정위치에 대한 좌표를 입력하는 단계와; 입력된 작업예정위치를 추적하면서 굴삭작업하되 상기 차량 본체의 회전운동에 따른 상기 버켓의 위치좌표를 회전각 및 길이를 측정하여 상기 버켓 끝단의 좌표를 반복적으로 추적하며 굴삭작업하는 단계;를 포함하는 굴삭작업을 위한 좌표측량 방법을 기술구성의 특징으로 한다.

또한 상기 굴삭작업하는 단계에서는 작업예정위치로 입력된 데이터를 기준으로 작업중인 상기 굴삭장비에 의한 굴삭작업의 현황데이터를 실시간으로 측량하여 굴삭작업과 관련된 잔여작업량을 자동으로 산출하는 단계를 더 포함하는 굴삭작업을 위한 좌표측량 방법을 기술구성의 특징으로 한다.

다음으로 본 발명에 따른 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템의 일실시예는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 차량 본체(3)와 함께 붐(5)(boom) 및 암(7)(arm), 버켓(9)(bucket)으로 구성된 굴삭장비(1)로부터 굴삭작업을 지원하기 위한 굴삭작업 측량 시스템에 있어서, 사용자인터페이스(10)와, 측정센서부(20)와, 위치연산처리부(30)를 포함하여 이루어진다.

상기 사용자인터페이스(10)는 도 1 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 굴삭장비(1)를 운전하는 운전자가 작업진행상태를 원활하게 확인할 수 있게 상기 굴삭장비(1)의 차량 본체(3) 중 운전석 내에 설치된다.

상기 사용자인터페이스(10)는 화면상에 정보출력과 함께 정보입력가능한 디스플레이 기능을 갖도록 구성한다. 즉 상기 사용자인터페이스(10)는 작업상태에 대한 정보를 출력하여 운전자가 모니터할 수 있는 기능을 수행함과 동시에 사용자인 운전자로부터 조작가능하여 정보를 입력설정하거나 다양한 기능의 영상모드를 조작설정할 수 있도록 구성한다.

상기 사용자인터페이스(10)는 굴삭작업을 위한 초기기준점(P1)에 대한 좌표값이나 작업예정위치에 대한 좌표값을 입력설정할 수 있게 구성한다.

상기에서 사용자인터페이스(10)는 다양한 정보를 입력하거나 조작할 수 있게 구성하되 별도의 조작버튼을 구비한 버튼조작방식의 입력방식을 적용하도록 구성하거나, 상기 사용자인터페이스(10)의 디스플레이패널을 터치스크린으로 형성하여 터치스크린방식을 적용하도록 구성하는 것이 가능하다.

상기 사용자인터페이스(10)에서 초기기준점(P1)에 대한 좌표값이나 작업예정위치에 대한 좌표값을 입력함에는 X축 방향 및 Y축 방향, Z축 방향에 대한 각각의 좌표값을 입력하도록 이루어진다. 즉 상기 사용자인터페이스(10)를 통해 좌표값을 입력할 때는 지면 작업영역의 가로 및 세로, 높이에 대한 각각의 좌표값을 입력하여 굴삭작업이 이뤄지도록 함은 물론 가로 및 세로, 높이에 대해 상기 위치연산처리부(30)로부터 측량된 좌표값을 취득할 수 있도록 이루어진다.

상기 사용자인터페이스(10)에는 상기 굴삭장비(1)의 전체적인 이미지와 함께 지반의 이미지를 출력함은 물론 다양한 측량정보와 굴삭현황을 문자나 숫자로 출력하도록 구성한다.

상기 측정센서부(20)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 굴삭장비(1)의 붐(5)과 암(7) 및 버켓(9)의 각 절점마다 각각 설치되어 경사각을 측정하는 경사센서(21)와, 상기 차량 본체(3) 상에 설치되어 자세에 따른 회전각도(θ₄)를 측정하는 자이로센서(23)로 구성된다.

상기 경사센서(21)는 상기 굴삭장비(1)로부터 굴삭작업을 위한 유닛의 집합체인 붐(5)과 암(7) 및 버켓(9)에 대한 구동상태를 운전자에게 제공하는 동시에 좌표측량을 위한 상기 위치연산처리부(30)에 제공하도록 이루어진다.

상기 경사센서(21)는 복수 개(도 2에는 3개)를 구비토록 구성하되 상기 차량 본체(3) 상에 연결결합하여 회전운동하는 상기 붐(5)의 각도(θ₁)와, 상기 붐(5)과 암(7) 사이의 각도(θ₂), 상기 암(7)과 버켓(9) 사이의 각도(θ₃)를 각각 측정하도록 설치된다. 즉 상기 경사센서(21)는 상기 차량 본체(3)와 붐(5)이 서로 연결되는 절점에 설치되어 상기 차량 본체(3)와 붐(5)의 각도(θ₁)를 측정하고, 상기 붐(5)과 암(7)이 서로 연결되는 절점에 설치되어 상기 붐(5)과 암(7)의 각도(θ₂)를 측정하며, 상기 암(7)과 버켓(9)이 서로 연결되는 절점에 설치되어 상기 암(7)과 버켓(9)의 각도(θ₃)를 측정하도록 구성된다.

상기 자이로센서(23)는 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 차량 본체(3)의 회전운동에 의한 회전 여부를 감지하고, 상기 차량 본체(3)의 회전운동에 의한 회전각도(θ₄)를 측정하도록 구성한다.

상기 자이로센서(23)는 상기 굴삭장비(1)에서 회전구동가능하게 설계된 상기 차량 본체(3)에서 진북방향 즉 상하 축을 기준으로 회전하는 상기 차량 본체(3)의 자세를 감지하여 회전각도(θ₄)를 측정한다.

상기 위치연산처리부(30)는 굴삭작업을 위한 좌표값을 측량하는 기능을 수행하고, 그 수행결과를 상기 사용자인터페이스(10)를 통해 디스플레이하도록 이루어진다.

상기 위치연산처리부(30)는 상기 측정센서부(20)로부터 입력되는 측정값을 기반으로 상기 차량 본체(3)의 위치에 대한 장비기준점(P2) 좌표를 측량가능하게 구비된다. 즉 상기 위치연산처리부(30)는 굴삭작업을 위해 위치한 상기 차량 본체(3)의 기준이 되는 좌표를 측량하되 상기 버켓(9)이 위치한 지점을 초기기준점(P1)으로 설정하고, 상기 초기기준점(P1)을 기준으로 상기 측정센서부(20)의 경사센서(21)를 통해 입력되는 각도(θ₁)(θ₂)(θ₃)와 함께 장비의 길이(a)(b)(c)를 이용하여 상기 차량 본체(3)의 고정위치인 장비기준점(P2) 좌표를 측량하도록 구성한다.

상기에서 초기기준점(P1)은 작업자에 의해 좌표값을 측량한 후 상기 사용자인터페이스(10)를 통해 설정입력한다.

또한 상기 위치연산처리부(30)는 상기 차량 본체(3)의 회전운동에 따라 변경된 상기 버켓(9)의 새로운 위치좌표를 측량가능하게 구비된다. 즉 상기 굴삭장비(1)에서 상기 차량 본체(3)에 대한 장비기준점(P2)을 기준으로 상기 차량 본체(3)가 회전구동한 이후의 상기 버켓(9)에 대한 위치좌표를 측량할 수 있게 구성한다.

상기 위치연산처리부(30)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 초기기준점(P1)을 기준으로 장비기준점(P2)에 대한 좌표를 계산하는 위치연산수단(31)과, 상기 위치연산수단(31)에서 측량된 장비기준점(P2)의 좌표값을 기억하도록 저장하는 위치기억수단(33)과, 장비기준점(P2)을 기준으로 위치변경된 상기 버켓(9)의 좌표값을 계산하는 작업좌표측량수단(35)으로 이루어진다.

상기 위치연산수단(31)은 상기 버켓(9)의 위치에서부터 상기 차량 본체(3)의 위치까지에 대한 장비의 길이와 상기 경사센서(21)로부터 입력되는 각도(θ₁)(θ₂)(θ₃)를 통해 장비기준점(P2)에 대한 좌표를 계산한다. 즉 상기 위치연산수단(31)은 기저장된 장기 굴삭장비(1)의 붐(5)과 암(7) 및 버켓(9) 각각의 길이 고정값에 의해 취득되는 길이(a)(b)(c)와 상기 측정센서부(20)의 경사센서(21)로부터 입력되는 상기 붐(5)과 암(7) 및 버켓(9)에 대한 모든 각도(θ₁)(θ₂)(θ₃) 측정값을 통해 상기 버켓(9)이 위치한 초기기준점(P1)에서부터 상기 차량 본체(3)의 위치를 측량하여 장비기준점(P2)에 대한 좌표를 계산하게 된다.

상기 작업좌표측량수단(35)은 상기 차량 본체(3)가 위치한 장비기준점(P2)을 기준으로 상기 버켓(9)의 위치에 대한 좌표값을 계속해서 연속적으로 측량할 수 있게 계산한다. 즉 상기 작업좌표측량수단(35)은 상기 자이로센서(23)로부터 상기 차량 본체(3)의 회전이 감지되면 상기 차량 본체(3)의 회전구동으로 변경된 상기 버켓(9)의 좌표값을 재측량하여 계산하도록 구성한다.

상기 작업좌표측량수단(35)은 상기 위치기억수단(33) 상에 기억된 장비기준점(P2)에서부터 상기 측정센서부(20)의 경사센서(21)와 함께 상기 자이로센서(23)로부터 입력되는 측정값을 토대로 상기 차량 본체(3)의 회전운동에 의해 위치변경된 상기 버켓(9)의 좌표값을 계산한다.

상기 위치연산처리부(30)에서 상기 위치연산수단에 의한 장비기준점이나 상기 버켓의 좌표점의 경우 아래의 수학식 1을 통해 계산하여 상기 사용자인터페이스에 제공한다.

(여기서, a는 붐의 길이, b는 암의 길이, c는 버켓의 길이, θ₂는 붐과 암 사이의 각도, θ₃는 암과 버켓 사이의 각도임.)

그리고 본 발명에 따른 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템의 다른 일실시예는 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 사용자인터페이스(10)를 통해 디스플레이하되 외부로부터 입력되는 굴삭작업의 최종데이터를 기준으로 작업중인 상기 굴삭장비(1)에 의한 굴삭작업의 현황데이터를 실시간으로 측량하여 굴삭작업과 관련된 수량을 자동으로 산출하는 수량산출부(40)를 더 포함하여 이루어진다.

상기 수량산출부(40)는 도 6에 나타낸 바와 같이, 운전자가 작업영역과 함께 작업상황을 파악할 수 있는 작업정보를 상기 사용자인터페이스(10)에 디스플레이하는 기능을 수행하는 것으로서, 도면생성수단(41)과, 기준데이터생성수단(43) 및 측량데이터생성수단(45)과, 비교산출수단(47)으로 구성한다.

상기 도면생성수단(41)은 외부로부터 입력되는 설계도면 즉 굴삭시공할 도면을 상기 사용자인터페이스(10)에 디스플레이하도록 연동시킨다.

상기에서 도면생성수단(41)에 설계도면정보를 입력함에는 별도의 외부저장장치를 사용하여 상기 도면생성수단(41)으로부터 정보를 읽어올 수 있도록 연동하고, 상기 사용자인터페이스(10)에는 외부저장장치가 연결될 수 있는 연결포트(도면에 미도시)를 구비토록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 사용자인터페이스(10)에는 외부저장장치로서 USB메모리나 메모리칩 등이 연결결합할 수 있는 연결포트를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 기준데이터생성수단(43)은 상기 도면생성수단(41)에 입력된 설계도면의 좌표값을 데이터로 출력한다.

상기에서 기준데이터생성수단(43)에 의해 출력되는 데이터의 경우 문자나 숫자를 비롯하여 상기 사용자인터페이스(10)에 이미지로 출력되어 디스플레이되도록 형성한다.

상기 측량데이터생성수단(45)은 상기 굴삭장비(1)로부터 굴삭되는 굴삭작업현황에 대한 좌표값을 실시간으로 측량하여 표면데이터로 출력한다.

상기 측량데이터생성수단(45)에서의 좌표값은 상기 위치연산처리부(30)로부터 계산된 좌표값이 전달되고, 상기 기준데이터생성수단(43)과 동일하게 문자나 숫자, 이미지 등으로 디스플레이되도록 형성한다.

상기 측량데이터생성수단(45)에서는 좌표값을 초 단위로 측량하여 기록한다. 예를 들면 1초마다 좌표값을 기록하여 굴삭작업현황을 데이터로 출력할 수 있게 구성한다.

상기 측량데이터생성수단(45)에서 기록된 기록데이터의 경우 상기 굴삭장비(1)의 버켓폭(예를 들면 1.3M 정도)을 감안하여 위치별 가장 낮은 좌표값들만 추려 필터링하도록 이루어지고, 필터링된 좌표점들을 이어 면(surface)을 생성시키므로 표면데이터로 출력할 수 있게 형성한다.

상기 비교산출수단(47)은 상기 측량데이터생성수단(45)에서 측량된 표면데이터와 상기 기준데이터생성수단(43)을 통해 출력된 설계도면의 데이터를 비교하여 잔여작업량을 산출한다.

상기 수량산출부(40)에서 상기 비교산출수단(47)을 통해 상기 사용자인터페이스(10)에 출력되는 데이터정보는 상기 측량데이터생성수단(45)에 의한 표면데이터와 상기 기준데이터생성수단(43)에 의한 도면데이터에 대해 양자 모두 한 화면상에 디스플레이하게 구성하는 것도 가능하고, 상기 사용자인터페이스(10)의 모드를 설정하여 원하는 데이터만을 각각 구분하여 디스플레이될 수 있게 구성하는 것도 가능하다.

즉 상기한 다른 실시예와 같이 본 발명을 구성하면, 굴삭작업에 따른 좌표기록을 초 단위로 측량한 후 굴착작업을 위한 잔여작업량을 산출할 수 있게 구성하므로, 명확한 측량정보를 제공하여 굴삭작업이 보다 용이하고 시공품질을 향상시키는 것이 가능하다.

다음으로 본 발명에 따른 굴삭작업을 위한 좌표측량 방법의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 굴삭작업을 위한 좌표측량 방법의 일실시예는 도 7에 나타낸 바와 같이, 차량 본체와 함께 붐(boom) 및 암(arm), 버켓(bucket)으로 구성된 굴삭장비로부터 굴삭작업을 지원하기 위한 굴삭작업 측량 방법에 있어서, 초기기준점(P1)을 측량하는 단계(S10)와, 버켓(9)의 위치이동 및 초기기준점(P1)에 대한 좌표를 입력하는 단계(S20)와, 차량 본체(3)로부터 장비기준점(P2)에 대한 좌표를 계산하는 단계(S30)와, 작업예정위치에 대한 좌표를 입력하는 단계(S40)와, 버켓(9)의 좌표를 추적하며 굴삭작업하는 단계(S50)를 포함하여 이루어진다.

상기 초기기준점(P1)을 측량하는 단계(S10)에서는 굴삭작업을 위한 초기기준점(P1)의 위치를 설정한 후 해당 기준점에 대한 좌표를 측량한다.

상기 버켓(9)의 위치이동 및 초기기준점(P1)에 대한 좌표를 입력하는 단계(S20)에서는 상기 굴삭장비(1)를 운전자가 운전하여 상기 버켓(9)의 위치를 이동시키되 상기 버켓(9) 끝단이 상기 초기기준점(P1)에 위치하도록 이동시키고, 측량된 초기기준점(P1)에 대한 좌표를 입력하여 굴삭작업이 가능한 준비상태로 셋팅한다.

상기 차량 본체(3)로부터 장비기준점(P2)에 대한 좌표를 계산하는 단계(S30)에서는 초기기준점(P1)에 위치한 버켓(9) 끝단의 좌표를 기준으로 암(7)과 버켓(9) 사이의 각도, 붐(5)과 암(7) 사이의 각도, 붐(5)의 각도를 각각 측정하여 상기 차량 본체(3)로부터 장비기준점(P2)에 대한 좌표를 측량하도록 계산한다.

상기에서 각도를 측정함에는 개개의 각도에 대해 각도센서를 사용하므로 측정한다.

상기 작업예정위치에 대한 좌표를 입력하는 단계(S40)에서는 굴삭작업할 작업범위에 대한 좌표 즉 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향에 대한 좌표값을 입력한다.

상기 버켓(9)의 좌표를 추적하며 굴삭작업하는 단계(S50)에서는 입력된 작업예정위치를 추적하면서 굴삭작업한다.

상기 버켓(9)의 좌표를 추적하며 굴삭작업하는 단계(S50)에서는 작업예정위치의 추적과 함께 상기 버켓(9)의 위치좌표를 회전각 및 길이로부터 측정하여 상기 버켓(9) 끝단의 좌표를 반복적으로 추적하며 굴삭한다.

또한 상기 굴삭작업하는 단계(S50)에서는 도 8에 나타낸 바와 같이, 작업예정위치로 입력된 데이터를 기준으로 작업중인 상기 굴삭장비(1)에 의한 굴삭작업의 현황데이터를 실시간으로 측량하여 굴삭작업과 관련된 잔여작업량을 자동으로 산출하는 단계(S60)를 더 포함하여 구성하는 것도 가능하다.

상기에서 작업예정위치로 정보를 입력함에는 설계도면을 입력하여 운전자로부터 확인할 수 있게 진행하는 것이 바람직하다.

상기에서 현황데이터를 측량함에는 초 단위 예를 들면 1초 단위로 좌표값을 측량하여 기록하도록 한다.

즉 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템 및 그 방법에 의하면 초기기준점만을 설정입력하면 장비기준점에 대한 좌표와 함께 버켓의 위치변경에 따른 좌표까지 모두 일률적으로 측량가능하게 구성하므로, 기존 GPS장비를 대체하여 측량을 위한 장비구축비용을 대폭 절감하고, 좌표측량기능에 따른 측량작업이 매우 용이함은 물론 굴삭기에 의한 굴삭작업의 시공성을 보다 향상시키는 것이 가능하다.

뿐만 아니라 본 발명은 단순히 초기기준점만을 측량하면 이후 모든 좌표를 자동으로 측량하므로, 측량작업을 위한 작업인원을 줄여 장비구축비용과 함께 인건비용을 낮출 수 있어 매우 경제적이다.

상기에서는 본 발명에 따른 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템 및 그 방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 명세서 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

1 : 굴삭장비 3 : 차량 본체
5 : 붐 7 : 암
9 : 버켓 10 : 사용자인터페이스
20 : 측정센서부 21 : 경사센서
23 : 자이로센서 30 : 위치연산처리부
31 : 위치연산수단 33 : 위치기억수단
35 : 작업좌표측량수단 40 : 수량산출부
41 : 도면생성수단 43 : 기준데이터생성수단
45 : 측량데이터생성수단 47 : 비교산출수단
a : 붐 길이 b : 암 길이 c : 버켓 길이
P1 : 초기기준점 P2 : 장비기준점
θ₁ : 붐의 각도 θ₂ : 붐과 암 사이의 각도
θ₃ : 암과 버켓 사이의 각도 θ₄ : 차량 본체 회전각도

Claims (9)

1. 차량 본체와 함께 붐(boom) 및 암(arm), 버켓(bucket)으로 구성된 굴삭장비로부터 굴삭작업을 지원하기 위한 굴삭작업 측량 시스템에 있어서,
   상기 굴삭장비의 차량 본체 내에 사용자로부터 조작가능하게 설치되고 화면출력과 함께 입력설정가능한 디스플레이 기능을 갖는 사용자인터페이스와;
   상기 굴삭장비의 붐과 암 및 버켓의 각 절점마다 각각 설치되고 상기 차량 본체 상의 붐의 각도와 상기 붐과 암 사이의 각도 및 상기 암과 버켓 사이의 각도를 측정하는 경사센서와, 상기 차량 본체 상에 설치되고 상기 차량 본체의 회전운동에 의한 회전 여부를 감지하되 회전각도를 측정하는 자이로센서로 구성되는 측정센서부와;
   상기 사용자인터페이스를 통해 디스플레이하되 상기 버켓이 위치한 지점을 초기기준점으로 설정하여 상기 측정센서부로부터 입력되는 측정값을 기반으로 상기 차량 본체의 위치에 대한 장비기준점 좌표와 함께 상기 차량 본체의 회전운동에 따라 변경된 상기 버켓의 새로운 위치좌표를 측량가능하게 구비되는 위치연산처리부;를 포함하여 이루어지는 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 사용자인터페이스는, 초기기준점에 대한 좌표값이나 작업예정위치에 대한 좌표값을 입력설정하기 위하여 버튼조작방식 또는 터치스크린방식 중 어느 하나의 입력방식을 적용하도록 이루어지는 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 사용자인터페이스에서 초기기준점에 대한 좌표값이나 작업예정위치에 대한 좌표값을 입력함에는 X축 방향 및 Y축 방향, Z축 방향에 대한 각각의 좌표값을 입력하도록 이루어지는 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 위치연산처리부는, 기저장된 상기 굴삭장비의 붐과 암 및 버켓 각각의 길이 고정값과 상기 측정센서부의 경사센서로부터 입력되는 모든 각도 측정값을 통해 초기기준점에서부터 상기 차량 본체의 위치를 측량하여 장비기준점에 대한 좌표를 계산하는 위치연산수단과, 상기 위치연산수단에서 측량된 장비기준점의 좌표값을 저장하는 위치기억수단과, 상기 위치기억수단 상에 기억된 장비기준점에서부터 상기 측정센서부의 경사센서와 함께 상기 자이로센서로부터 입력되는 측정값을 토대로 상기 차량 본체의 회전운동에 의해 위치변경된 상기 버켓의 좌표값을 계산하는 작업좌표측량수단을 포함하여 이루어지는 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템.
   
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 사용자인터페이스를 통해 디스플레이하되 외부로부터 입력되는 굴삭작업의 최종데이터를 기준으로 작업중인 상기 굴삭장비에 의한 굴삭작업의 현황데이터를 실시간으로 측량하여 굴삭작업과 관련된 수량을 자동으로 산출하는 수량산출부를 더 포함하여 이루어지는 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 수량산출부는, 외부로부터 입력되는 설계도면을 상기 사용자인터페이스에 디스플레이하도록 연동시키는 도면생성수단과, 상기 도면생성수단에 입력된 설계도면의 좌표값을 데이터로 출력하는 기준데이터생성수단과, 상기 굴삭장비로부터 굴삭되는 굴삭작업현황에 대한 좌표값을 실시간으로 측량하여 표면데이터로 출력하는 측량데이터생성수단과, 상기 측량데이터생성수단에서 측량된 표면데이터와 상기 기준데이터생성수단을 통해 출력된 설계도면의 데이터를 비교하여 잔여작업량을 산출하는 비교산출수단을 포함하여 이루어지는 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 측량데이터생성수단에서는 좌표값을 초 단위로 측량하여 기록하되 기록데이터 중 상기 굴삭장비의 버켓폭을 감안하여 위치별 가장 낮은 좌표값을 추려 필터링하도록 이루어지는 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템.
   
8. 차량 본체와 함께 붐(boom) 및 암(arm), 버켓(bucket)으로 구성된 굴삭장비로부터 굴삭작업을 지원하기 위한 굴삭작업 측량 방법에 있어서,
   초기 기준점을 설정한 후 기준점에 대한 좌표를 측량하는 단계와;
   상기 굴삭장비의 버켓 끝단을 초기기준점에 위치시킨 후 측량된 초기기준점에 대한 좌표를 입력하는 단계와;
   초기기준점에 위치한 버켓 끝단의 좌표를 기준으로 암과 버켓 사이의 각도, 붐과 암 사이의 각도, 붐의 각도를 각각 측정하여 상기 차량 본체로부터 장비기준점에 대한 좌표를 계산하는 단계와;
   굴삭작업할 작업예정위치에 대한 좌표를 입력하는 단계와;
   입력된 작업예정위치를 추적하면서 굴삭작업하되 상기 차량 본체의 회전운동에 따른 상기 버켓의 위치좌표를 회전각 및 길이를 측정하여 상기 버켓 끝단의 좌표를 반복적으로 추적하며 굴삭작업하는 단계;를 포함하여 이루어지는 굴삭작업을 위한 좌표측량 방법.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 굴삭작업하는 단계에서는 작업예정위치로 입력된 데이터를 기준으로 작업중인 상기 굴삭장비에 의한 굴삭작업의 현황데이터를 실시간으로 측량하여 굴삭작업과 관력된 잔여작업량을 자동으로 산출하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 굴삭작업을 위한 좌표측량 방법.
   

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