KR20170101745A - Can통신을 이용한 농기계용 트랙터의 자동수평제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 농기계용 트랙터의 제어시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 농기계용 트랙터에서 운전석의 콘솔컨트롤러와 소정 작업기컨트롤러 간에 CAN통신을 채용하여 배선 및 통신을 효율화시키고, 각도센서를 이용하여 트랙터 로더의 버킷 수평자세를 자동으로 제어하는 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 CAN통신방식을 채용하여 외부작업환경에 직접 노출되는 작업기 간의 배선을 단순화시키고, 그 작업기 제어를 위한 통신을 매우 효율적으로 구현하였으며, CAN통신방식과 각도센서를 이용하여 로더나 버킷 등 작업기의 수평자세를 자동으로 최적화 제어함으로써, 트랙터 작업도중이나 경사진 곳의 운행시에서도 기존대비 트랙터 운전자의 조작 피로도 개선과 낙하물 방지를 통한 운행 안전성 확보 및 작업효율을 월등하게 개선하였다.

Description

CAN통신을 이용한 농기계용 트랙터의 자동수평제어시스템{A TRACTOR LOADER HORIZONTAL AUTO-CONTROL SYSTEM USING CAN COMUNICATION}

본 발명은 농기계용 트랙터의 로더 제어시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 농기계용 트랙터에서 운전석의 콘솔 컨트롤러와 소정 작업기 컨트롤러 간에 CAN통신을 채용하여 배선 및 통신을 효율화시키고, 작업기에 부착된 각도센서를 이용하여 트랙터 로더나 버킷의 수평자세를 자동으로 제어하는 시스템에 관한 것이다.

농기계용 트랙터는 프론트에 로더나 버킷 등의 작업기를 더 부착하여 특정 용도의 농업용 작업을 수행한다. 이때 운전자는 운전석의 콘솔컨트롤러를 조작하여 소정 작업기를 조작하며, 이때 그 힘의 전달 및 동작제어는 통상 운전자의 수동조작에 의한 유압식 메커니즘 기술이 채용되었다.

대한민국 실용신안공개 제20-19990-018081호(1999.08.28)

상기 특허문헌1은 트랙터 버킷의 수평자세를 제어함에 있어서, 불필요하게 트랙터 차체의 롤링각 및 작업기의 경사각을 모두 측정하여 각도를 추정하고, 그에 따라 유압실린더를 기계적으로 제어하는 방식으로서 매우 복잡하고 비효율적며, 기준치를 가변설정하지 못하는 등의 문제점이 있다.

또한, 기존의 콘솔 컨트롤러와 작업기 컨트롤러 간의 제어방식은 유압식만을 채용하므로 단순제어 밖에 할 수 없었고, 작업기에 별도의 컨트롤러를 결합시켜 운전석에서 작업기의 자세를 제어하려면 그 배선과 제어방식이 매우 복잡해지는 문제점이 있었다.

또한, 기존에는 통상 트랙터의 프론트 로더나 버킷 등의 작업기 조작시 작업기의 수평자세를 작업자가 일일이 수동으로 조작해야 하므로, 운전자가 매우 번거롭고 불편하며, 더욱이 작업기에 담긴 내용물이 쏟아져 내리는 등 작업효율이 급격히 저하되는 문제점이 있었다. 특히 작업자가 트랙터의 프론트 로더나 버킷에 흙 등을 담고 경사진 곳을 오르내리는 경우에는 이러한 문제점이 더욱 크게 발생하였다.

전술한 문제점을 모두 해결하기 위한 본 발명의 목적은, CAN통신과 각도센서를 이용하여 농기계용 트랙터의 작업기(로더나 버킷)가 자동으로 수평자세를 유지할 수 있도록 최적화 제어하는 시스템을 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 트랙터 자동수평제어시스템은, 소정 로더나 버킷을 구비한 작업기를 갖는 농기계용 트랙터에서, 운전석의 콘솔컨트롤러; 및 상기 작업기에 부착된 작업기컨트롤러를 포함하고, 상기 콘솔컨트롤러와 작업기컨트롤러 간에는 CAN통신을 채용하며, 상기 작업기컨트롤러에는 작업기에 부착된 소정 각도센서를 더 연계하여, 상기 콘솔컨트롤러는 상기 작업기에서 측정된 각도가 소정 기준각도를 벗어나는 경우에 상기 작업기컨트롤러로 수평자세제어신호를 발령하여 상기 작업기가 수평상태를 유지할 수 있도록 자동으로 제어하고, 상기 기준각도는 상기 운전석의 콘솔컨트롤러에 부착된 조이스틱을 이용하여 자동수평조정모드에서 가변설정이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 농기계용 트랙터 자동수평제어시스템은, CAN통신방식을 채용하여 외부작업환경에 직접 노출되는 작업기 간의 배선을 단순화시키고, 그 작업기 제어를 위한 통신을 매우 효율적으로 구현하였다.

또한, 본 발명의 트랙터 자동수평제어시스템은, CAN통신방식과 각도센서를 이용하여 로더나 버킷 등 작업기의 수평자세를 자동으로 최적화 제어함으로써, 트랙터 작업도중이나 경사진 곳의 운행시에서도 기존대비 트랙터 운전자의 조작 피로도 개선과 낙하물 방지를 통한 운행 안전성 확보 및 작업효율을 월등하게 개선하였다.

도 1은 본 발명에 따른 농기계용 트랙터의 자동수평제어시스템이 적용되는 시스템 전반을 개념적으로 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 농기계용 트랙터의 자동수평제어시스템의 전체적인 기능블럭을 간략하게 보여주는 도면이며,
도 3은 도 2에 보여진 전체 기능블럭도에서 콘솔컨트롤러의 개략적인 기능블럭을 보여주는 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 농기계용 트랙터의 자동수평제어시스템에 적용되는 CAN통신의 개념을 간략하게 설명하기 위한 도면이며,
도 5는 본 발명에 따른 농기계용 트랙터의 자동수평제어시스템에서 운전석의 콘솔컨트롤러에 의한 디스플레이 상태를 개략적으로 보여주기 위한 일구현예를 보여주는 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 농기계용 트랙터의 자동수평제어시스템에서 운전석의 콘솔컨트롤러에 적용되는 조이스틱의 일실시예를 보여주는 도면이며,
도 7은 본 발명에 따른 농기계용 트랙터의 자동수평제어시스템에서 운전석의 콘솔컨트롤러를 내장한 조이스틱 및 그 LCD 표시부가 결합된 일실시예를 보여주는 도면이고,
도 8은 본 발명에 따른 농기계용 트랙터의 자동수평제어시스템에서 각도센서가 트랙터 로더의 버킷에 장착된 상태를 보여주는 도면.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 농기계용 트랙터의 자동수평제어시스템의 바람직한 실시예 및 구현예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 농기계용 트랙터의 자동수평제어시스템이 적용되는 시스템 전반을 개념적으로 설명하기 위한 도면이이다. 도 1을 참조하면, 트랙터의 전면에 로더가 장착되고, 그 로더의 일측단에 버킷이 장착된다. 트랙터의 운전석에는 조이스틱을 이용한 제어용 콘솔컨트롤러가 설치되고, 트랙터의 전면부에 장착된 로더에는 버킷의 동작을 제어하기 위한 작업기 컨트롤러가 설치된다. 여기서, 콘솔컨트롤러와 작업기콘트롤러 간에는 CAN통신방식이 채용되었다.

도 2는 본 발명에 따른 농기계용 트랙터의 자동수평제어시스템의 전체적인 기능블럭을 간략하게 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 트랙터 운전석의 조작용 콘솔에는 그 외부에 조이스틱과 판넬LCD가 장착되고 그 내부에는 콘솔컨트롤러가 내장되며, 트랙터 전면부에 장착되는 로더에는 소정의 센서들과, 센서 인터페이스와 조작기 제어컨트롤러 보드가 설치된다. 트랙터 파트와 로더 파트 간에는 ISO11783규격의 CAN통신모듈이 설치되어 측정데이터 및 제어신호의 통신이 이루어지도록 구성되었다.

도 3은 도 2에 보여진 전체 기능블럭도에서 콘솔컨트롤러의 개략적인 기능블럭을 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 운전석의 콘솔컨트롤러는 총괄제어를 담당하는 CPU를 중심으로 하여, LCD, 디지털입력, 아날로그입력, 기능키, 통신모듈, USB인터페이스가 유기적으로 배치되었다.

도 4는 본 발명에 따른 농기계용 트랙터의 자동수평제어시스템에 적용되는 CAN통신의 개념을 간략하게 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, CAN 통신은 두 개의 선으로 송신과 수신이 가능한 통신방식으로 주로 자동차에서 사용하는 통신 방식이다. 본 발명에서는 ISO11783의 CAN 통신프로토콜을 사용하며, SENSOR BOARD와 CONSOLE BOARD 상호간의 통신으로 사용하여 케이블 처리를 단순화시키고 노이즈에 강하며 매우 안정적인 통신네트워크를 가능케 하였다.

도 5는 본 발명에 따른 농기계용 트랙터의 자동수평제어시스템에서 운전석의 콘솔컨트롤러에 의한 디스플레이 상태를 개략적으로 보여주기 위한 일구현예를 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 각종 제어및 설정상태 그리고 그 동작상태를 운전자에게 보여주는 LCD디스플레이가 콘솔의 상부에 보이게 구현할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 농기계용 트랙터의 자동수평제어시스템에서 운전석의 콘솔컨트롤러에 적용되는 조이스틱의 일실시예를 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 콘솔의 상부 일측에는 조이스틱, LCD표시창, 기능키들이 장착될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 농기계용 트랙터의 자동수평제어시스템에서 운전석의 콘솔컨트롤러를 내장한 조이스틱 및 그 LCD 표시부가 결합된 일실시예를 보여주는 도면이다.

도 8은 본 발명에 따른 농기계용 트랙터의 자동수평제어시스템에서 각도센서가 트랙터 로더의 버킷에 장착된 상태를 보여주는 도면이다. 도 8을 참조하면, 버킷 하단에 각도센서가 설치되어 그 측정값은 조작기컨트롤러로 485통신방식을 이용하여 전송되고, 이는 다시 조작기컨트롤러에서 CAN통신방식을 이용하여 운전석의 콘솔컨트롤러로 전송되도록 구성하였다.

다음으로, 도 1 내지 도 8의 구성을 참조하여, 본 발명에 따른 CAN통신을 이용한 농기계용 트랙터의 자동수평제어시스템의 동작을 전반적으로 설명한다.

본 발명은 트랙터의 버킷에 물건을 적재한 상태에서 트랙터가 오르막길이나 내리막길 등의 경사로를 주행하는 도중에 버킷에 적재된 물건이 외부로 떨어지지 않도록 최대한 수평각도를 자동으로 유지하도록 함으로써, 주행 중의 안전성을 기존대비 월등하게 개선하고, 운전자의 작업피로도 개선 및 작업효율성을 동시에 개선하는 효과를 제공한다.

먼저, 운전석의 운전자가 조이스틱을 이용하여 버켓을 수평으로 조정한 후에 자동수평제어키를 2초간 눌러 수평을 원하는 버킷의 기준 각도를 입력한다. 이후 버킷에 물건을 적재한 상태에서 자동수평제어키를 누르고 주행하면, 버킷의 일측에 장착된 각도센서는 그 측정값을 조작기(로더) 컨트롤러로 전송하고, 다시 조작기(로더) 컨트롤러는 그 각도 측정값을 CAN통신을 이용하여 운전석의 콘솔컨트롤러로 전송한다. 콘솔컨트롤러는 수신된 측정 각도값이 상기 운전자가 설정한 기준각도를 벗어나는 경우, 그에 따른 버킷 수평제어명령을 CAN통신을 이용하여 조작기(로더)컨트롤러로 인가하고, 조작기컨트롤러는 그 제어명령에 따라 버킷이 수평상태가 되도록 버킷의 자세를 자동으로 제어한다. 이때 측정된 각도값을 운전석의 콘솔 디스플레이에 표출하도록 할 수 있고, 트랙터 또는 버킷이 수평상태인지, 상승 또는 하강상태인지를 시각적으로 디스플레이에 표출하도록 함으로써 운전의 편의성을 도모할 수도 있다. 버킷 적재물의 주행상태가 종료되면, 자동수평제어모드가 해제되고 정상상태로 복원되도록 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 제어알고리즘은 소프트웨어로 구성되어 운전석의 콘솔컨트롤러에 내장되어 중앙제어부(CPU)에 의해 운용되고, 그에 따른 단말의 제어로직은 작업기컨트롤러에 펌웨어나 임베디드SW로 내장되어 운용될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 전술한 본 발명의 기술적 사상 및 실시예를 잘 이해한 이 기술분야의 당업자에게는 본 발명의 기술적 권리범위 내에서의 다수 변형 실시예 및 구현예가 도출 가능함은 자명하게 이해될 것이다.

Claims (1)

1. 소정 로더나 버킷을 구비한 작업기를 갖는 농기계용 트랙터에서,
   운전석의 콘솔컨트롤러; 및
   상기 작업기에 부착된 작업기컨트롤러를 포함하고,
   상기 콘솔컨트롤러와 작업기컨트롤러 간에는 CAN통신을 채용하며,
   상기 작업기컨트롤러에는 작업기에 부착된 소정 각도센서를 더 연계하여, 상기 콘솔컨트롤러는 상기 작업기에서 측정된 각도가 소정 기준각도를 벗어나는 경우에 상기 작업기컨트롤러로 수평자세제어신호를 발령하여 상기 작업기가 수평상태를 유지할 수 있도록 자동으로 제어하고,
   상기 기준각도는 상기 운전석의 콘솔컨트롤러에 부착된 조이스틱을 이용하여 자동수평조정모드에서 가변설정이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 농기계용 트랙터의 자동수평제어시스템.
   

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