KR20200104600A - 굴삭기 원격 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴삭기 원격 제어 장치를 개시한다. 본 발명에 따르면, 원격지의 굴삭기를 제어하기 위한 사용자의 손 움직임에 대한 센서 데이터를 입력 받는 입력부, 상기 손 움직임에 대한 센서 데이터에 기초하여 굴삭기 제어를 위한 제어 명령을 생성하는 구동 제어부, 상기 제어 명령을 상기 굴삭기로 전송하며 상기 굴삭기로부터 전송되는 버킷의 힘반향 정보를 수신하는 통신부 및 상기 수신된 힘반향에 대한 피드백을 제어하는 힘반향 제어부를 포함하는 굴삭기 제어 장치가 제공된다.

Description

굴삭기 원격 제어 장치{Excavator remote control apparatus}

본 발명은 굴삭기 원격 제어 장치에 관한 것이다.

굴삭기는 주로 토사를 굴삭하는 장비로서, 토사 적재, 건물 기초 작업, 택지 조성 작업 및 화물 적재 등 다양한 작업을 할 수 있는 건설기계이다.

일반적으로 굴삭기는 유압탱크에서 흡입된 유압유가 메인펌프에서 토출되어 조이스틱레버의 조작에 따라 방향전환밸브인 컨트롤밸브를 통해 굴삭기에 장착된 붐 실린더, 암 실린더, 버킷 실린더에 공급되어 엑츄에이터부 즉, 붐, 암, 버킷 등을 작동시켜 원하는 작업을 할 수 있도록 구성된다.

굴삭 환경은 매우 열악하고 위험하기 때문에 점차적으로 작업자의 수동 조작이 아닌 제어 알고리즘을 이용하여 자동으로 제어되는 지능형 굴삭기에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

또한, 근래에는 작업자가 굴삭기에 직접 탑승하지 않고 원격제어장치를 이용하여 제어하는 방식도 연구가 진행중에 있다.

그러나 종래의 원격제어장치는 조이스틱 및 레버를 이용하여 조작해야 하기 때문에 숙련된 작업자만 이용할 수 있고 반복되는 동작이라고 하더라도 원격제어장치를 직접 제어해야 하는 불편함이 있다.

또한, 원격에서 조작하는 것이기 때문에 굴삭기 작업 현장에서 버킷에 가해지는 압력을 직접 느끼지 못해 작업상황을 체감하지 못하는 문제점이 있다.

KR 등록특허 10-1369839

상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 원격지에서도 작업 현장 상황을 파악할 수 있고, 효율적인 제어가 가능한 굴삭기 원격 제어 장치를 제안하고자 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 원격지의 굴삭기를 제어하기 위한 사용자의 손 움직임에 대한 센서 데이터를 입력 받는 입력부; 상기 손 움직임에 대한 센서 데이터에 기초하여 굴삭기 제어를 위한 제어 명령을 생성하는 구동 제어부; 상기 제어 명령을 상기 굴삭기로 전송하며 상기 굴삭기로부터 전송되는 버킷의 힘반향 정보를 수신하는 통신부; 및 상기 수신된 힘반향에 대한 피드백을 제어하는 힘반향 제어부를 포함하는 굴삭기 제어 장치가 제공된다.

상기 입력부는 사용자의 손에 착용되어 손목의 각도 및 손의 회전을 검출하기 위한 센서가 장착된 제어 장갑으로부터 센서 데이터를 입력 받을 수 있다.

상기 힘반향 제어부는 상기 수신된 힘반향에 따라 상기 제어 장갑의 일 측에 제공된 걸림부에 가해지는 힘을 제어할 수 있다.

상기 제어 장갑에는 상기 힘반향에 따라 토크를 조정하는 토크조정 모터, 사용자의 손가락의 일측에 결합되는 걸림부, 상기 토크조정 모터에서 상기 걸림부 측으로 연장되는 탄성 와이어를 포함하는 힘반향 피드백부가 제공될 수 있다.

사용자의 매크로 설정 요청 시, 사용자의 손목의 각도 및 손의 회전에 따른 센서 데이터를 저장하는 저장부를 더 포함하되, 매크로 기능 실행 시 상기 구동 제어부는 상기 저장부에 저장된 정보에 따라 굴삭기 제어 명령을 위한 제어 명령을 생성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 제어 장갑에 장착된 센서를 이용하여 원격지에서 굴삭기를 효율적으로 제어할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 굴삭기 원격 제어 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 굴삭기의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 통상적인 굴삭 작업을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 굴삭기 원격 제어를 위한 주변 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 제어 장갑의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 힘반향 피드백을 위한 구성을 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.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 굴삭기 원격 제어 시스템의 구성을 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 굴삭기 원격 제어 장치는 굴삭기를 원격으로 제어하기 위한 장치로서, 입력부(100), 구동 제어부(102), 통신부(104), 힘반향 제어부(106) 및 저장부(108)를 포함할 수 있다.

입력부(100)는 사용자의 손 움직임에 대한 센서 데이터 또는 소정 장치를 통한 굴삭기 조작 정보를 입력 받으며, 구동 제어부(102)는 입력된 조작 정보에 기초하여 굴삭기 제어 명령을 생성한다.

굴삭기는 도 2에 도시된 바와 같이, 붐(200), 암(202) 및 버킷(204)과 같은 굴삭 작업을 위한 엑츄에이터부를 포함하며, 엑츄에이터부는 유압 실린더(206 내지 210) 및 실린더 로드(212 내지 216)를 통해 구동된다.

여기서 붐(200)은 굴삭기의 상부 선회체 프레임(230)에 설치되고, 하나 이상의 유압 실린더(206)에 의해 구동되며, 승강 및 하강 동작을 한다.

암(202)은 붐(200)과 버킷(204)을 연결하는 것으로서, 디퍼 스틱이라고도 하며, 굽히기 또는 펴기 동작을 한다.

버킷(204)은 주로 굴삭 작업과 토사를 싣는 작업을 하며 오므리기 또는 펴기와 같은 동작을 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, x, y 및 z좌표로 정의될 수 있는 굴삭 영역에서 상기와 같은 붐(200) 및 암(202)의 움직임에 따라 버킷(204)이 굴삭 영역 지표면 상부의 소정 지점(300)에 배치된 후에 굴삭 작업이 시작된다.

굴삭 작업 시, 버킷(204)은 펴진 상태로 상기한 지점(300)에서 z축 방향으로 소정 깊이만큼, 보다 상세하게는 지표면으로부터 소정 깊이만큼 하강하며, 이후 해당 깊이에서 오므려진 상태로 x축 방향으로 이동한다.

x축 방향으로의 이동은 x좌표 값이 작아지는 방향으로의 이동을 의미하며, 이와 같은 이동에 따라 버킷(204)에 토사가 담겨진다.

소정 거리만큼 이동한 후, 버킷(204)은 z축 방향으로 승강하며, 선회 과정을 통해 담겨진 토사를 배출하게 된다.

상기와 같이, 버킷(204)의 배치, 하강, x축 방향으로의 이동, 상승 및 토사 배출이 굴삭 작업의 단위 사이클이 된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 사용자의 손에 착용되며 하나 이상의 손가락의 구부러짐, 손목의 각도 및 손의 회전을 검출하기 위한 센서가 장착된 제어 장갑(400)이 제공된다.

제어 장갑에 장착된 센서는 휨센서, 기울기 센서, 자이로 센서 및 가속도 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 반드시 이에 한정되지는 않는다.

제어의 편의성을 위해, 제어 장갑은 사용자의 양 손 중 한 쪽에 제공되며, 다른 손에는 조이스틱 컨트롤러(402)가 제공된다.

바람직하게, 조이스틱 컨트롤러(402)는 굴삭기의 전후좌우 주행을 제어하기 위한 것이며, 제어 장갑(400)은 굴삭기의 붐(200), 암(202) 및 버킷(204)의 동작을 제어하기 위한 것이다.

구동 제어부(102)는 제어 장갑(400)과 조이스틱 컨트롤러(402)에서 입력된 조작 정보에 기초하여 굴삭기 제어 명령을 생성한다.

또한, 본 실시예에 따른 굴삭기 제어를 위해 굴삭기에는 카메라(미도시)가 제공되고, 사용자는 카메라와 연동하는 헤드마운트 디스플레이(420)를 착용한다.

사용자는 헤드마운트 디스플레이(420)를 통해 굴삭기 주변의 상황을 모니터링한다.

또한, 본 실시예에 따른 카메라는 회전 가능하게 굴삭기에 제공될 수 있고, 굴삭기 제어 장치의 구동 제어부(102)는 통신부(104)를 통해 헤드마운트 디스플레이(420)의 회전각을 굴삭기 측으로 전송하여 카메라가 사용자의 머리 움직임과 연동하여 회전할 수 있도록 한다.

도 5는 본 실시예에 따른 제어 장갑의 상세 구성을 도시한 도면이다.

손가락 및 손목의 각도 검출 위한 센서(500 내지 504)가 제공되고, 나아가 버킷(204)에 가해지는 압력에 따른 피드백을 제공 받기 위한 피드백부(506)를 포함할 수 있다.

제1 센서(500)는 손목 위치에 제공되며, 손을 기울이는 동작에 따라 중력가속도 방향에 대해 기울어진 각도를 검출한다. 제1 센서(500)는 MPU-6050 센서가 사용될 수 있다.

구동 제어부(102)는 제1 센서(500)에 의한 센싱 데이터를 이용하여 붐(200)의 각도를 조절하기 위한 제어 명령을 생성한다.

제2 센서(502)는 검지 휨 센서로서, 검지 손가락을 굽히는 동작에 따라 같이 구부러져 검지 손가락이 굽어진 각도를 센싱한다

구동 제어부(102)는 제2 센서(502)에 의한 센싱 데이터를 이용하여 암(202)의 각도를 조절하기 위한 제어 명령을 생성한다.

제3 센서(504)는 중지 휨 센서로서, 중지 손가락을 굽히는 동작에 따라 같이 구부러져 중지 손가락이 굽어진 각도를 센싱한다.

구동 제어부(102)는 제3 센서(502)에 의한 센싱 데이터를 이용하여 버킷(204)의 각도를 조절하기 위한 제어 명령을 생성한다.

본 실시예에 따른 제2 및 제3 센서(502,504)는 SEN-10264 휨 센서일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 손가락을 이용하여 버킷(204)을 제어하는 과정에서 버킷(204)에 가해지는 힘 반향을 피드백 받을 수 있도록 피드백부가 제공된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 피드백부(600)는 제어 장갑(400)의 외측에 제공될 수 있고, 바람직하게는 버킷(204)을 제어하는 중지 손가락 측에 제공될 수 있다.

본 실시예에 따른 버킷(204)에는 힘반향 감지 센서가 제공되며, 버킷(204)에 가해진 힘반향 정보가 굴삭기에서 굴삭기 제어 장치로 전송된다.

본 실시예에 따른 피드백부(600)는 토크조정 모터(610) 및 탄성 와이어(612), 롤러(614) 및 걸림부(616)를 포함할 수 있다.

토크조정 모터(610)는 버킷(204)에 가해진 힘반향에 따라 탄성 와이어(612)의 길이를 조정한다.

토크조정 모터(610)는 버킷(204)에 가해지는 힘반향이 커질수록 탄성 와이어(612)의 길이를 버킷(204)이 동작하기 전보다 줄어들게 한다.

탄성 와이어(612)의 길이가 줄어듦에 따라 사용자의 손가락에 끼워진 걸림부(616)에 힘이 작용하게 된다. 이를 통해 사용자는 원격지에서 제어되는 버킷(204)에 가해지는 힘반향을 체감할 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 굴삭 작업을 위한 매크로를 설정할 수 있다.

매크로 설정을 위해, 본 실시예에 따른 조이스틱 컨트롤러(402) 측에는 매크로 설정 스위치가 제공될 수 있다.

매크로 설정을 위해, 사용자는 스위치(410)을 온 상태로 변경하고, 제어 장갑(400)을 통해 소정 동작을 수행한다.

스위치(410)가 온 된 상태에서는 제어 장갑(400)의 움직임에 따른 제어 명령이 생성되지 않고, 굴삭기로 전송되지도 않는다.

매크로 설정 시, 스위치(410)가 온 된 상태에서, 사용자가 손목 또는 손가락을 움직이는 경우, 해당 손목의 각도 및 손가락의 휨 정도에 따른 센싱 데이터가 저장부(108)에 저장된다.

본 실시예에 따르면, 매크로 설정 시 매크로 반복 횟수 및 매크로 수행 후 이동 거리도 설정할 수 있다.

매크로 기능 실행 시 구동 제어부(102)는 저장부(108)에 저장된 정보에 기초하여 굴삭기 제어 명령을 생성한다.

예를 들어, 버킷(204)의 배치, 하강, x축 방향으로의 이동, 상승 및 토사 배출을 위한 굴삭 작업의 단위 사이클이 매크로로 설정되는 경우, 사용자는 해당 단위 사이클의 반복 횟수를 설정할 수 있고, 또한, 단위 사이클 반복 후 버킷(204)의 y축 방향으로의 이동 거리도 설정할 수 있다.

반복 횟수 및 이동 거리 설정은 조이스틱 컨트롤러(402)에서 수행될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기에서는 조이스틱 컨트롤러(402)를 통해 전후좌우 이동 및 매크로 설정이 이루어지는 것으로 설명하였으나, 하나의 제어 장갑에 추가적인 센서를 제공하여 손 움직임 검출만으로 굴삭기의 전후좌우 이동을 위한 제어 명령을 생성하거나, 매크로 설정을 수행할 수도 있을 것이다.

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (5)

1. 원격지의 굴삭기를 제어하기 위한 사용자의 손 움직임에 대한 센서 데이터를 입력 받는 입력부;
   상기 손 움직임에 대한 센서 데이터에 기초하여 굴삭기 제어를 위한 제어 명령을 생성하는 구동 제어부;
   상기 제어 명령을 상기 굴삭기로 전송하며 상기 굴삭기로부터 전송되는 버킷의 힘반향 정보를 수신하는 통신부; 및
   상기 수신된 힘반향에 대한 피드백을 제어하는 힘반향 제어부를 포함하는 굴삭기 제어 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 입력부는 사용자의 손에 착용되어 손목의 각도 및 손의 회전을 검출하기 위한 센서가 장착된 제어 장갑으로부터 센서 데이터를 입력 받는 굴삭기 제어 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 힘반향 제어부는 상기 수신된 힘반향에 따라 상기 제어 장갑의 일 측에 제공된 걸림부에 가해지는 힘을 제어하는 굴삭기 제어 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어 장갑에는 상기 힘반향에 따라 토크를 조정하는 토크조정 모터, 사용자의 손가락의 일측에 결합되는 걸림부, 상기 토크조정 모터에서 상기 걸림부 측으로 연장되는 탄성 와이어를 포함하는 힘반향 피드백부가 제공되는 굴삭기 제어 장치.
5. 제2항에 있어서,
   사용자의 매크로 설정 요청 시, 사용자의 손목의 각도 및 손의 회전에 따른 센서 데이터를 저장하는 저장부를 더 포함하되,
   매크로 기능 실행 시 상기 구동 제어부는 상기 저장부에 저장된 정보에 따라 굴삭기 제어 명령을 위한 제어 명령을 생성하는 굴삭기 제어 장치.
   

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