KR20200012584A - 굴삭기용 작업부하 측정 방법 및 시스템 - Google Patents

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KR20200012584A
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최승준
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Abstract

개시된 발명은, 붐과 암 및 버켓을 포함하는 작업장치를 구동하는 붐실린더와 암실린더 및 버켓실린더를 구비한 굴삭기용 작업부하 측정 방법으로서,
(a) 실린더 변위 검출 센서로부터의 출력 신호 데이타에 의존하여 붐실린더와 암실린더 및 버켓실린더 각각의 길이 및 변위를 수신하는 단계;
(b) 실린더 압력검출 센서로부터의 출력 신호 데이타에 의존하여 상기 붐실린더와 암실린더 및 버켓실린더 각각의 내부유압을 수신하는 단계;
(c) 상기 붐과 암 및 버켓에 대한 각도와 각속도 및 각가속도를 산출하는 단계;
(d) 미리 설정된 운동방정식에 의존하여 상기 붐과 암 및 버켓에 대해 동적부하를 산출하는 단계;
(e) 상기 동적부하에 대해 미리 설정된 알고리즘에 의존하여 굴삭기 작업부하로 추정하여 데이타로 저장하는 단계를 포함하며,
상기 (d) 단계는 상기 작업 상기 붐과 암 및 버켓의 무게중심에 대한 가속도에 관련된 부하를 추정하도록 하기 수학식에 의해서 동적부하를 산출한다.

Description

굴삭기용 작업부하 측정 방법 및 시스템{Method of Measuring Work Load for Excavators and system thereof}
본 발명은 굴삭기용 작업부하 측정 방법 및 시스템에 관한 것이며, 보다 상세하게는 동적 거동 해석에 의해 붐과 아암 및 버켓을 포함하는 작업장치에 대해 각각 개별적인 작업장치용 강체 동적 부하량과 굴삭작업시에 버켓에 접촉하는 객체(object) 사이에서 발생되는 반발력 및 버켓에 담겨진 버켓 작업량을 산출 및 측정하여 굴삭기의 작업부하를 추정할 수 있도록 개선된 굴삭기용 작업부하 측정 방법 및 시스템에 관한 것이다.
굴삭기는 현장에서 버켓에 로딩되는 객체(object)로서 버켓 내부의 토사나 암석조각을 적재 혹은 덤프(dump), 도랑파기나 디깅(digging)과 같은 굴삭작업시에 발생하는 다양한 작업부하에 적응하여야 하는 특수 목적의 전용장비로 잘알려져 있다.
일반적으로 굴삭기는 휠타입 혹은 크롤러 타입의 주행장치를 구비하며 엔진에 의해 발생하는 유압원에 의해 주행은 물론 작업장치로서 붐과 암 및 버켓의 구동이 이뤄진다.
반면에, 전기식 굴삭기나 하이브리드식 굴삭기의 경우, 작업장치들은 전기동력 예를 들면 상부선회체 또는 상부프레임에 구비된 배터리나 캐패시터, 슈퍼캐패시터 혹은 울트라 캐패시터로부터 제공되는 동력에 의해 구동된다.
굴삭작업시에 작업부하는 에너지 소비나 관리 및 운영에 중요하며 특히 작업량 설정에 신뢰성을 제공하는 요소이기 때문에 다각적인 시도가 이뤄지고 있다.
종래에 잘 알려진 선행기술의 하나로서 한국특허공개 제10-2003-0025473호(2003.03.29일자 공개)에 굴삭기의 작업량 산출을 위한 방법이 개시되었다.
이 종래기술은 굴삭기의 유압펌프의 압력을 센싱하기 위한 펌프 압력 센서를 구비하고, 각각의 굴삭, 고르기, 브레이커, 선회 작업등의 작업별 굴삭기 엔진의 회전수 및 유압펌프의 압력을 체크하고 이를 데이터 베이스와 하여, 그 각각의 작업유형별로 압력패턴을 형성함으로써 각각의 작업모드별 압력패턴의 횟수를 카운트하여 작업량과 작업효율을 산출하는데 활용할 수 있는 것으로 제시되었다.
하지만, 굴삭에 대한 작업 난이도는 작업량을 파악하거나 계획하는데 큰 영향을 주며 토질 또는 암질에 관련된 작업 객체의 상태에 따라 상이하게 나타나기 때문에 작업부하를 효과적으로 측정 및 관리하여야 한다.
또한, 한국특허등록 제10-0811307호에는 건설공사의 수익성을 보다 효과적으로 예측하기 위한 요인분석 방법만을 제시하고 있으며, 여전히 굴삭기의 관리 및 운영면에서 작업부하 혹은 작업량은 에너지 절감 및 관리의 효율성 개선을 위한 연구개발들이 다양하게 시도되고 있다.
- 한국특허공개 제10-2003-0025473호(2003.03.29일자 공개) - 한국특허등록 제10-0811307호(2008.02.29일자 등록)
본 개시의 기술내용은 전술한 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 굴삭작업에서 요구되는 작업부하를 신뢰성있게 측정하여 작업량을 효과적으로 얻을 수 있는 굴삭기용 작업부하 측정 방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 개시의 기술내용은 작업장치로서 붐과 아암 및 버켓을 이용한 굴삭작업을 수행하는 유압식 굴삭기나 전기식 혹은 하이브리드식 굴삭기에 적용하여 작업부하 및 작업량을 효과적으로 측정 및 관리할 수 있는 굴삭기용 작업부하 측정 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
개시된 기술내용의 일실시예에 따른 하나의 기술적 특징은,
붐과 암 및 버켓을 포함하는 작업장치를 구동하는 붐실린더와 암실린더 및 버켓실린더를 구비한 굴삭기용 작업부하 측정 방법으로서,
(a) 실린더 변위 검출 센서로부터의 출력 신호 데이타에 의존하여 붐실린더와 암실린더 및 버켓실린더 각각의 길이 및 변위를 수신하는 단계;
(b) 실린더 압력검출 센서로부터의 출력 신호 데이타에 의존하여 상기 붐실린더와 암실린더 및 버켓실린더 각각의 내부유압을 수신하는 단계;
(c) 상기 붐과 암 및 버켓에 대한 각도와 각속도 및 각가속도를 산출하는 단계;
(d) 미리 설정된 운동방정식에 의존하여 상기 붐과 암 및 버켓에 대해 동적부하를 산출하는 단계;
(e) 상기 동적부하에 대해 미리 설정된 알고리즘에 의존하여 굴삭기 작업부하로 추정하여 데이타로 저장하는 단계를 포함하며,
상기 (d) 단계는 상기 작업 상기 붐과 암 및 버켓의 무게중심에 대한 가속도에 관련된 부하를 추정하도록 하기 수학식에 의해서 동적부하를 산출하는 굴삭기용 작업부하 측정 방법을 제공한다.
개시된 기술내용의 일실시예에 따른 다른 기술적 특징은,
전술한 (d) 단계에 있어서, 미리 설정된 자유물체도(Free body diagram)를 이용하여 하기 운동방정식에 의해 산출하는 강체운동에 관한 부하를 추정하는 굴삭기용 작업부하 측정 방법을 제공한다.
개시된 기술내용의 일실시예에 따른 또 다른 기술적 특징은,
상기 실린더 압력검출 센세가 실린더 라지챔버 혹은 스몰챔버 내부에 형성되는 압력변화를 검출하는 붐실린더 압력검출 센서와, 암실린더 압력검출 센서 및 버켓실린더 압력검출 센서를 포함하여 구성되는 굴삭기용 작업부하 측정 방법을 제공한다.
개시된 기술내용의 일실시예에 따른 또 다른 기술적 특징은,
굴삭기용 작업부하 측정 시스템에 있어서,
붐과 아암 및 버켓을 포함하는 작업장치의 구동을 유압실린더에 설치되는 붐실린더 압력검출 센서와, 암실린더 압력검출 센서 및 버켓실린더 압력검출 센서;
상기 붐과 암 및 버켓 각각의 무게중심에 대한 가속도에 의존하는 부하와 미리 설정된 자유물체도(Free body diagram)를 이용하여 상기 작업장치의 강체운동에 관한 동적부하 및 상기 유압실린더에 발생하는 힘을 이용하여 굴삭기 작업부하 및 작업량을 추정하는 작업부하 측정장치를 포함하되,
상기 작업장치 측정장치는,
상기 작업장치에 대한 부하를 산출하는 동적부하 산출모듈과, 상기 동적부하에 관한 데이타를 저장하는 DB저장부, 장비 ECU에 연결되는 컨트롤러 및 상기 동적부하 데이타를 굴삭기 작업부하 및 작업량으로서 운전실 내부에 화상정보로 제공하는 디스플레이부를 포함하여 구성되는 굴삭기용 작업부하 측정 시스템을 제공한다.
개시된 기술내용의 발명에 따르면,
붐과 아암 및 버켓을 포함하는 작업장치를 이용한 굴삭작업시에 각각의 작업장치에 대한 강체 동적 부하량과 버켓에 접촉하는 객체(object) 사이에서 발생되는 반발력 및 버켓에 담겨진 버켓 작업량을 측정 및 산출하여 신뢰성이 향상되는 장점이 있다.
또한, 개시된 기술내용의 발명에 따르면, 굴삭기의 운전자에게는 물론 외부 혹은 원격지의 운영자로 하여금 굴삭작업에 관련된 작업부하 및 이를 토대로 한 작업량 정보를 효율적으로 관리할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 작업부하 추정 시스템이 장착된 굴삭기를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 작업부하 추정 시스템이 장착된 굴삭기를 도시한 개략도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 굴삭기용 작업부하 추정 장치의 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 굴삭기용 작업부하 추정 과정을 도시한 순서도,
도 5는 본 발명에 따라 굴삭작업시 형성되는 버켓 강체에 관한 기구학적 해석에 관한 도면,
도 6은 본 발명에 따라 굴삭작업시 형성되는 암 강체에 관한 기구학적 해석에 관한 도면,
도 7은 본 발명에 따라 굴삭작업시 형성되는 붐 강체에 관한 기구학적 해석에 관한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 작업부하 추정 시스템이 장착된 굴삭기를 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 작업부하 추정 시스템이 장착된 굴삭기를 도시한 개략도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 굴삭기용 작업부하 추정 장치의 블록도, 도 4는 본 발명에 따른 굴삭기용 작업부하 추정 과정을 도시한 순서도, 도 5는 본 발명에 따라 굴삭작업시 형성되는 버켓 강체에 관한 기구학적 해석에 관한 도면, 도 6은 본 발명에 따라 굴삭작업시 형성되는 암 강체에 관한 기구학적 해석에 관한 도면, 도 7은 본 발명에 따라 굴삭작업시 형성되는 붐 강체에 관한 기구학적 해석에 관한 도면이다.
도 1을 참조하면, 개시된 본 발명의 일실시예에 따른 굴삭기용 작업부하 측정 시스템은 휠타입 굴삭기나 크롤터 타입의 유압식 굴삭기에 적용될 수 있는 바, 작업장치로서 붐(1)과 암(2), 버켓(3)이 상부선회체(10)에 구성되고, 엔진룸(7) 일측에 유압원으로서 유압펌프(8)가 구비되며, 상기 유압펌프(8)는 상기 작업장치의 구동을 위해 붐실린더(4)와 암실린더(5) 및 버켓실린더(6)에 유압을 제공한다.
전술한 유압원에 의해 상기 작업장치 및 하부주행체(12)가 굴삭작업을 수행하는 작동원리는 공지기술과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 개시된 본 발명의 일실시예에 따른 굴삭기용 작업부하 측정 시스템은 하이브리드식 굴삭기 혹은 전기식 굴삭기에 적용될 수 있는 바, 상부프레임(10a)에 구비되는 배터리나, 슈퍼캐패시터 또는 울트라 캐패시터(11)을 포함하는 에너지 저장장치가 작업장치로서 붐(1)과 암(2), 버켓(3) 및 하부주행체(12)의 구동을 위해 전기를 제공한다.
전술한 전기동력원 혹은 전동기의 전기에 의해 굴삭기 및 작업장치가 작동되는 원리는 공지기술, 예컨대 한국특허등록 제10-1652112호(2016.08.23일자 등록)에 개시된 하이브리드 굴삭기 혹은 한국특허등록제10-1698896호(2017.01.17일자 등록)에 개시된 하이브리드식 굴삭기에 개시된 바로서 당업자에게 이해가 될 것이다.
보다 구체적으로, 도 1 및 도 2를 참조하면, 작업장치용 액츄에이터부로서 붐실린더(4)와 암실린더(5) 및 버켓실린더(6)에는 각각 실린더 압력검출 센서(14)가 작업부하 측정장치(100)에 전기적으로 연결 구성된다.
보다 바람직하게는, 본 발명에 따른 작업부하 측정장치(100)은 실린더 라지챔버 혹은 스몰챔버 내부에 형성되는 압력변화를 검출하는 다수의 실린더 압력검출 센서(14a, 14b, 14c)를 포함하여 구성된다.
예를들면, 상기 실린더 압력검출 센서는 붐실린더 압력검출 센서(14a)와, 암실린더 압력검출 센서(14b) 및 버켓실린더 압력검출 센서(14c)를 포함하며, 각각 실린더의 라지챔버 또는 스몰챔버 일측에 설치될 수 있다.
일례로서, 상기 붐실린더 압력검출 센서(14a)는 붐실린더(4)의 라지챔버 혹은 스몰챔버의 일측에 설치되어 실린더 압력변화에 상응하는 전기적 신호 또는 물리적 압력 신호의 데이타를 출력할 수 있다.
본 발명에 따른 작업부하 측정장치(100)은 상기 다수의 실린더 압력검출 센서(14a, 14b, 14c)에서 감지된 유량 또는 유압의 변화를 수신하고, 이를 이용하여 버켓부하를 추정한다. 전술한 버켓부하는 미리 설정된 알고리즘에 의해 실시간 버켓 작업량에 상응하는 데이타로 저장(예를 들면, DB 저장부)될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 작업부하 측정장치(100)은 신축작동시에 변화되는 실린더 길이 및 변위를 독립적으로 검출하는 다수의 실린더 변위 검출 센서(15)를 더 포함하여 구성된다.
상기 실린더 변위 검출 센서(15)는 상기 붐 실린더(4)와 암 실린더(5) 및 버켓 실린더(6) 각각에 인접하게 설치되며, 실린더 위치센서나 실린더 거리측정센서, 홀센서, 자기센서로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 작업부하 측정장치(100)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 붐(1)과 아암(2) 및 버켓(3)을 포함하는 작업장치의 구동을 유압실린더(4, 5, 6)에 설치되는 붐실린더 압력검출 센서(14a)와, 암실린더 압력검출 센서(14b) 및 버켓실린더 압력검출 센서(14c), 상기 붐(1)과 암(2) 및 버켓(3) 각각의 무게중심에 대한 가속도에 의존하는 부하와 미리 설정된 자유물체도(Free body diagram)를 이용하여 상기 작업장치의 강체운동에 관한 동적부하 및 상기 유압실린더에 발생하는 힘을 이용하여 굴삭기 작업부하 및 작업량을 추정한다.
보다 바람직하게는, 상기 작업부하 측정장치(100)는, 상기 작업장치에 대한 동적부하를 산출하는 동적부하 산출모듈(17), 상기 동적부하에 관한 데이타를 저장하는 DB저장부(18), 장비 ECU(미도시함)에 연결되는 컨트롤러(20) 및 상기 동적부하 데이타를 굴삭기 작업부하 및 작업량으로서 운전실(9) 내부에 화상정보로 제공하는 디스플레이부(19)를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 작업부하 측정장치(100)는, 상기 컨트롤러(20)에 연결되며, 원격지에 구비된 무인조종유닛(예를 들면, (주)한화와 한양대학교 및 전자부품연구원이 공동개발한 무인조종장치 '아바탄')과 통신하는 무선통신부(21)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 작업부하 측정장치(100)는, 굴삭작업시에 형성되는 작업부하는 붐(1)과 아암(2) 및 버켓(3)에 발생되는 강체동적부하량과 굴삭초기에 버켓(3)과 객체의 표면(예를 들면, 지면) 사이에서 발생되는 반발력 및 굴삭작업과정에서 버켓(3)에 담겨지는 객체(예를 들면, 덤프되는 토사물)의 전체 중량(m4)에 의존하여 작업부하 및 작업량을 추정하게 되며, 상기 작업부하는 굴삭기 작업량에 관한 디지털 신호값으로 변환되어 DB저장부(18)에 저장될 수 있다.
도 4를 참조하면, 굴삭기용 작업부하 측정 방법으로서, 실린더 변위 검출 센서(15)로부터의 출력 신호 데이타에 의존하여 붐(1)과 암(2) 및 버켓(3)용 유압실린더(4, 5, 6)의 길이 및 변위를 수신하는 단계(S401)와, 실린더 압력검출 센서(14 또는 14a, 14b, 14c)로부터의 출력 신호 데이타에 의존하여 상기 붐실린더(4)와 암실린더(5) 및 버켓실린더(6) 각각의 내부유압을 수신하는 단계(S402), 붐과 암 및 버켓에 대한 각도와 각속도 및 각가속도를 산출하는 단계(S403), 미리 설정된 운동방정식에 의존하여 결정되는 상기 붐(1)과 암(2) 및 버켓(3)에 대해 동적부하를 산출하는 단계(S404), 상기 동적부하에 대해 미리 설정된 알고리즘에 의존하여 굴삭기 작업부하로 결정하여 데이타로 저장하는 단계(S405)를 포함하여 구성된다.
상기 굴삭기 작업부하는 미리 설정된 구간별 작업량의 데이타로 변환 및 저장될 수 있다. 또한, 전술한 굴삭기 작업부하 측정 방법은 프로그램으로 기록된 컴퓨터 판독가능한 기록매체로 구성될 수 있다.
한편, 굴삭기 작업부하 결정을 위한 상기 동적부하 산출에 있어서, 작업장치로서 상기 붐(1)과 암(2) 및 버켓(3)의 무게중심에 대한 가속도에 의존하는 부하를 미리 설정된 전향차분 방정식(Forward difference equation)에 의존하여 산출한다.
또한, 굴삭기 작업부하 결정을 위한 상기 동적부하 산출에 있어서, 미리 설정된 자유물체도(Free body diagram)를 이용하여 작업장치의 강체운동에 관한 부하를 미리 설정된 후향차분 방정식(Backward difference equation)에 의존하여 산출하며, 보다 자세한 설명은 후술한다.
본 발명에 따른 컨트롤러(20)에 실린더 압력검출 센서(14 또는 14a, 14b, 14c) 및 실린더 변위 검출 센서(15)로부터 신호 데이타를 연속적 혹은 실시간으로 수신한다.
동적부하 산출모듈(17)은 붐(1)과 암(2) 및 버켓(3)에 대한 각도와, 각속도 및 각가속도를 계산 후, 전향차분 방정식 및 후향차분 방정식을 포함하는 운동 방정식에 의해 붐(1)과 암(2) 및 버켓(3)로 동적 부하량을 산출한다.
상기 동적 부하량 산출에 관한 기구학적 설명을 위하여, 도 2를 참조하면, G1은 상부선회체의 무게중심을 나타낸 것이며, G2는 붐의 무게중심, G3은 암의 무게중심, G4는 버켓의 무게중심, A는 붐기단부(예를 들면, 붐고정핀), B는 붐실린더 선단부, C는 암기단부(예를 들면, 암고정핀), D는 암선단부(예를 들면, 버켓고정핀), E는 붐실린더 기단부, F는 암실린더 선단부, H는 붐기단부와 붐실린더 기단부 사이의 높이, I는 암실린더 기단부, J는 버켓실린더 기단부, K는 버켓실린더 선단부, P는 버켓링크 고정부를 개략적으로 나타낸 것이다.
전술한 전향차분 방정식에 있어서, 붐 가속도( a OG2)는 붐 무게중심(G2)에서 발생되는 가속도를 의미하며 붐 가속도 방정식은 아래의 수학식1을 이용하여 연산된다.
수학식 1
Figure pat00001
여기서, 각각의 파라메타들은 다음과 같이 기술된다.
Figure pat00002
한편, 암 가속도( a OG3)는 암 무게중심(G3)에서 발생되는 가속도를 의미하며 암 가속도 방정식은 아래의 수학식2를 이용하여 산출된다.
수학식 2
Figure pat00003
여기서, 각각의 파라메타들은 다음과 같이 기술된다.
Figure pat00004
또한, 버켓 가속도( a OG4)는 버켓 무게중심(G4)에서 발생되는 가속도를 의미하며 버켓 가속도 방정식은 아래의 수학식3을 이용하여 산출된다.
수학식 3
Figure pat00005
여기서, 각각의 파라메타들은 다음과 같이 기술된다.
Figure pat00006
한편, 도 5 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 후향차분 방정식은 Force balance equation과 Moment equation을 도출하고, 이를 연립하여 얻을 수 있는 바, 아래와 같이 강체로서 버켓과 암 및 붐 각각에 대한 운동방정식으로 기술될 수 있다.
버켓 Force balance equation
Figure pat00007
Figure pat00008
버켓 Moment equation
Figure pat00009
Figure pat00010
버켓 운동 방정식
Figure pat00011
도 6을 참조하면, 암에 관한 Force balance equation과 Moment equation 및 운동방정식은 다음과 같이 기술된다.
암 Force balance equation
Figure pat00012
암 Moment equation
Figure pat00013
암 운동 방정식
Figure pat00014
도 7을 참조하면, 붐에 관한 Force balance equation과 Moment equation 및 운동방정식은 다음과 같이 기술된다.
붐 Force balance equation
Figure pat00015
붐 Moment equation
Figure pat00016
붐 운동 방정식
Figure pat00017
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 붐(1)과 암(2) 및 버켓(3)을 포함하는 작업장치용 유압실린더(4, 5, 6) 상에서 연속적으로 변화하는 실린더 길이와 변위 및 유압을 실시간으로 검출하며, 작업기(붐, 암, 버켓)의 각도, 각속도, 각가속도 변수를 토대로 강체인 작업장치에 관한 동적 부하량을 산출하며, 상기 동적 부하량과 실린더에 발생된 힘를 이용하여 굴삭기의 작업부하 및 작업량을 측정할 수 있다.
경우에 따라, 굴삭작업 초기과정에서 버켓과 굴삭작업의 객체 사이에서 발생하는 반발력을 별도로 산출하여, 룩업테이블을 이용한 데이타베이스(DB)로 활용할 경우, 현장마다 다양하게 형성되는 굴삭작업의 객체인 토질이나 암질에 관한 판단정보로 활용할 수 있을 것이다.
한편, 상술한 기술내용은 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 붐
2 : 암
3 : 버켓
4: 붐실린더
5: 암실린더
6 : 버켓실린더
14, 14a, 14b, 14c : 실린더 압력검출 센서
100 : 작업부하 측정장치

Claims (6)

  1. 붐과 암 및 버켓을 포함하는 작업장치를 구동하는 붐실린더와 암실린더 및 버켓실린더를 구비한 굴삭기용 작업부하 측정 방법으로서,
    (a) 실린더 변위 검출 센서로부터의 출력 신호 데이타에 의존하여 붐실린더와 암실린더 및 버켓실린더 각각의 길이 및 변위를 수신하는 단계;
    (b) 실린더 압력검출 센서로부터의 출력 신호 데이타에 의존하여 상기 붐실린더와 암실린더 및 버켓실린더 각각의 내부유압을 수신하는 단계;
    (c) 상기 붐과 암 및 버켓에 대한 각도와 각속도 및 각가속도를 산출하는 단계;
    (d) 미리 설정된 운동방정식에 의존하여 상기 붐과 암 및 버켓에 대해 동적부하를 산출하는 단계;
    (e) 상기 동적부하에 대해 미리 설정된 알고리즘에 의존하여 굴삭기 작업부하로 추정하여 데이타로 저장하는 단계를 포함하며,
    상기 (d) 단계는 상기 작업 상기 붐과 암 및 버켓의 무게중심에 대한 가속도에 관련된 부하를 추정하도록 하기 수학식에 의해서 동적부하를 산출하는 것을 특징으로 하는 굴삭기용 작업부하 측정 방법.
    붐 가속도( a OG2 )
    Figure pat00018

    Figure pat00019


    암 가속도( a OG3 )
    Figure pat00020

    Figure pat00021


    버켓 가속도( a OG4 )
    Figure pat00022

    Figure pat00023

  2. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계는 미리 설정된 자유물체도(Free body diagram)를 이용하여 하기 운동방정식에 의해 산출하는 강체운동에 관한 부하를 추정하는 것을 특징으로 하는 굴삭기용 작업부하 측정 방법.
    버켓 운동 방정식
    Figure pat00024

    암 운동 방정식
    Figure pat00025

    붐 운동 방정식
    Figure pat00026

  3. 제1항에 있어서,
    상기 실린더 압력검출 센서는 실린더 라지챔버 혹은 스몰챔버 내부에 형성되는 압력변화를 검출하는 붐실린더 압력검출 센서와, 암실린더 압력검출 센서 및 버켓실린더 압력검출 센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 굴삭기용 작업부하 측정 방법.
  4. 제1항, 제2항에 따른 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독가능한 기록매체.
  5. 굴삭기용 작업부하 측정 시스템에 있어서,
    붐과 아암 및 버켓을 포함하는 작업장치의 구동을 유압실린더에 설치되는 붐실린더 압력검출 센서와, 암실린더 압력검출 센서 및 버켓실린더 압력검출 센서;
    상기 붐과 암 및 버켓 각각의 무게중심에 대한 가속도에 의존하는 부하와 미리 설정된 자유물체도(Free body diagram)를 이용하여 상기 작업장치의 강체운동에 관한 동적부하 및 상기 유압실린더에 발생하는 힘을 이용하여 굴삭기 작업부하 및 작업량을 추정하는 작업부하 측정장치를 포함하되,
    상기 작업장치 측정장치는,
    상기 작업장치에 대한 부하를 산출하는 동적부하 산출모듈과, 상기 동적부하에 관한 데이타를 저장하는 DB저장부, 장비 ECU에 연결되는 컨트롤러 및 상기 동적부하 데이타를 굴삭기 작업부하 및 작업량으로서 운전실 내부에 화상정보로 제공하는 디스플레이부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 굴삭기용 작업부하 측정 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 컨트롤러에 연결되며, 원격지에 구비된 무인조종유닛과 통신하는 무선통신부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 굴삭기용 작업부하 측정 시스템.




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