KR20210049373A - 자계기반의 지능형 고효율 6wd 농자재 수송차량 - Google Patents

자계기반의 지능형 고효율 6wd 농자재 수송차량 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온실, 노지 포장 등과 같이 실내외 관계없이 수확된 농산물이나, 농자재를 일정 경로를 따라 무인으로 주행하는 장치를 제공하고자 한다. 그러나, 실내 또는 고정된 시설의 경우 상기 자성을 구비한 경로안내 장치를 직선으로 또는 견고하게 설치하여 이를 따라 움직임에 차량의 진동이나 좌우 흔들림이 없으나, 노지나 임시로 설치하는 경우 구불구불하게 설체될 가능성이 있어, 주행 시 차량이 사람이 운전하는 경우와는 달리 주행안정성이 떨어질 우려가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 주행 면에 자력선 레일을 구비하고, 상기 자력선 레일을 감지하여 이동하는 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량을 제공한다.
본 발명은 상기와 같은 구성에 의하여 상기 자력선이 노지 또는 외부에서 고정되지 않아 구불구불하게 설치됨으로써 발생하는 차량 안정성 문제를 해결하는 효과가 있다.

Description

자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량{.}
본 발명은 자계 기반의 무인 농자재 운반차량에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 바닥면에 설치한 자력을 발생하는 수단을 따라 주행하는 작업기에 관한 것이다.
본 발명 이전의 선행기술로는 선로의 노면에 설치된 일정한 패턴의 자기장을 따라 자율적으로 주행하는 궤도차량에 관한 기술이 개시되어 있다. 기존의 선로를 이용하면서 궤도차량이 주행하고자 하는 방향으로 선로정보를 제공하는 자기장을 이용한 궤도차량의 자율 주행시스템 및 그 주행방법에 관한 기술이다.
또 다른 선행기술로는 자율주행을 위한 차로 인식 차선 및 이를 이용한 차로 유지 지원 시스템에 관한 것으로, 주/야간에 따른 다양한 조도, 눈과 비 등으로 인하여 차선 인식이 어려운 기후 조건에서도 정확한 차선의 인식이 가능하고 전이 구간 등 도로 전방의 위험요소의 정보를 미리 제공하여 안전한 자율주행(무인주행)을 위하여, 차로를 구획하는 차선들 사이의 노면에 도료와 자성 물질에 의해 형성되는 차로 인식 차선(10)과; 각각 차량의 플로어패널 저면에 차로의 노면을 향하도록 설치되며 상기 차로 인식 차선을 촬영하는 촬영수단 및 상기 차로 인식 차선의 자성물질을 탐지하는 자기탐지센서를 포함 하는 전후방측 센서 모듈과; 상기 전후방측 센서 모듈의 촬영수단에 의해 촬영되는 영상과 상기 자기탐지센서의 감지 데이터를 근거로 하여 차량의 주행 상황을 판단하여 자율주행 데이터로 제공하는 컨트롤러를 포함하며, 상기 차로 인식 차선은 차로의 노면과 구분되는 색상의 도료와 자성 물질의 조합 또는 투명의 도료와 상기 차로의 노면과 구분되는 색상의 자성 물질의 조합으로 이루어진 기술이 개시되어 있다.
등록특허공보 10-0682511 공개특허공보 10-2019-0115503
본 발명은 온실, 노지 포장 등과 같이 실내외 관계없이 수확된 농산물이나, 농자재를 일정 경로를 따라 무인으로 주행하는 장치를 제공하고자 한다. 이를 위하여 지상 또는 지하에 또는 임시로 자성을 구비한 경로안내 장치를 사용하고자 한다. 그러나, 실내 또는 고정된 시설의 경우 상기 자성을 구비한 경로안내 장치를 직선으로 또는 견고하게 설치하여 이를 따라 움직임에 차량의 진동이나, 좌우 흔들림이 없으나, 노지나 임시로 설치하는 경우 구불구불하게 설체될 가능성이 있어, 주행 시 차량이 사람이 운전하는 경우와는 달리 주행안정성이 떨어질 우려가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 하기의 수단을 제공한다.
주행 면에 자력선 레일을 구비하고, 상기 자력선 레일을 감지하여 이동하는 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량에 있어서,
상기 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량은
바퀴; 및
상기 바퀴를 구동하는 구동부와 제어부를 포함하는 차체프레임; 및
상기 차체프레임 상부에 구비되는 리프트; 및
상기 리프트 상부에 결합되는 적재함; 및
상기 차체프레임의 전방 하부에 구비되는 자력선 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량을 제공한다.
또한, 상기 자력선감지부는 차량의 이동방향에 수직하게 일렬로 또는 전방을 향하여 알파벳 브이자 형상으로 배열된 다수개의 자력측정센서; 및
안테나를 구비한 RFID센서; 및 IMU센서와 가속도센서; 및
통신부를 구비한 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량을 제공한다.
또한, 상기 제어부에는 GPS 수신부 또는 DGPS 수신부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량을 제공한다.
또한, 상기 자력선 레일은 자석이 연속으로 배열될 필요는 없으며, 자석이 구비된 위치에 상기 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량의 주행 경로 정보가 담긴 RFID를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량을 제공한다.
본 발명은 상기와 같은 구성에 의하여 자력선 레일이 설치된 위를 지나가는 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량이 상기 자력선 레일이 설치된 주 방향을 인식하고, 그 주방향에 따라 이동하며 상기 자력선 레일이 일부 구간에서 지그재그로 설치된 경우 차량의 안정성을 유지하기 위하여 상기 자력선 레일을 이탈하지 않는 범위에서 직선으로 움직이도록 함으로써 상기 자력선이 노지 또는 외부에서 고정되지 않아 구불구불하게 설치됨으로써 발생하는 차량 안정성 문제를 해결하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량 사시도
도 2는 본 발명의 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량 분해 사시도
도 3은 본 발명의 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량의 운행원리
도 4는 본 발명의 자력선 감지부
도 5는 본 발명의 자력선 레일 추종 실험용 수송차량이 자력선 레일을 따라 운행하는 사진
도 6은 본 발명의 실제 자력선 레일의 노지 설치와 주행방향과의 대비
도 7은 본 발명의 방향 전환위치에 RFID 설치도
본 발명의 작용효과를 도면을 이용하여 설명하면 하기와 같다.
도1은 본 발명의 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량의 3D 모델링 모습이다. 도 2는 상기 도1의 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량의 요부 분해 사시도 이다. 하부로부터 설명하면, 바퀴(120), 차체프레임(110), 리프트(140) 및 상기 리프트에 올려지는 적재함(130)으로 구성된다.
도3은 본 발명의 자계방식 무인주행 방식을 도시하고 있다. 주행로에 매설하여 또는 주행로 표면에 고정하여 설치하거나, 표면에 접촉하여 위치시키는 자력선 레일(300)이 도시되어 있다. 상기 자력선 레일의 형상은 중요하지 않으나 수직 상부에서 자석선을 감지할 수 있게 설치되어야 한다. 또한 연속적으로 설치되면 좋으나, 일부 단절되어도 성능에는 문제가 없다.
상기 도3의 무인 주행차량은 차량의 하부에 상기 자력선 레일에서 발생하는 자기력선을 감지하여 자력선이 설치된 경로 위를 주행하도록 설계되어 있다.
도4는 상기 자력선 레일을 감지하는 자기력선 센서의 구성이다.
상기 자력선 레일의 위치를 정확히 감지하기 위하여 중심에 1개의 자력센서를 설치하고 좌우로 5개식을 3cm 간격으로 설치하였다. 그러나, 상기 자력센서의 개수와 설치 위치는 필요에 따라 가감하여 설계변경할 수 있음은 물론이다.
상기 자력센서는 감지 성능을 높이기 위하여 초대한 상기 자력선 레일에 가까이 배치하여야 하지만, 바닥의 이물질과의 충돌에 의하여 발생하는 파손을 막기위하여 적절한 높이로 설치한다. 이외에 통신부를 구비하여 센서의 측정값 등을 외부로 송신한다. 제어부를 구비하여 외부와 상기 통신부를 통하여 센서의 아날로그 측정값을 디지털신호로 변환하여 외부에 송신하고, 외부의 제어신호를 받아 상기 자력센서의 감도와 측정주기 등을 제어할 수 있다. 또한 안테나와 상기 안테나와 연결되는 RFID 리더기를 구비하여 바닥면에 구비된 RFID를 인식하여 이를 무인주행차량의 제어 조건으로 사용할 수 있다. 상기 제어조건은 직진, 좌회전, 우회전, 후진, 일정시간 정차 등으로 이용할 수 있다. 또한, 도4에 일체형으로 관성센서(IMU 센서, 260)과 가속도센서(270)을 구비하고 있다. 상기 관성센서는 무인주행 차량의 직진성을 확보하기위한 센서로 사용하고, 상기 가속도센서는 상기 무인주행 차량의 직진성을 확보하는 보조센서로 작용하며, 무인주행 차량의 충돌 또는 자체 이상으로 인한 충격 또는 소음발생시 이를 감지할 수 있는 기능을 한다.
여기서 본 발명에서 자계 기반의 무인 주행 시스템을 이용하는 이유를 설명한다. 무인주행 시스템 중 자계 또는 전자계 기반의 무인 주행 시스템이 있으나, 본 발명에서는 자계기반의 무인주행 방식을 사용하였다. 그 이유는 각각의 장단점이 있으나, 전자계 기반의 무인 주행 시스템은 바닥에 전선을 매설하여 설치하여야 하므로 기존의 비닐온실 등에 적용이 어렵고, 전기로 자기장을 발생하는 것이어서 운영비용이 많이 들고, 부분적인 고장도 전체를 교체하여하는 문제가 있으며, 설치 위치를 움직이거나 바꿀 수 없는 문제가 있다. 즉, 한번 고정형으로 설치하여 사용하는 방식이다.
그러나 자계 방식은 자력선 레일 등을 구비하여야 하는 비용이 필요하지만, 일단 자력선 레일을 구비하기만 하면, 별도의 전기 등이 필요하지 않은 장점이 있으며, 기존의 시설 노지 및 외부에서 설치와 이동이 편리한 장점이 있다. 도 5는 노지에 자력선 레일을 비고정식으로 설치하고 운행을 실험한 사진이다. 노지에 자력선 레일을 위치시키는 것만으로 상기 자력선 레일을 따라 차량이 무인으로 이동하는 결과를 볼 수 있다.
그러나, 이러한 자계 기반의 무인주행 차량의 문제점이 있다. 고정형으로 매설하여 자력선 레일을 설치하는 경우에는 문제가 없을 수 있겠으나, 노지의 표면에 고정하지 않고 사용하거나, 이동식으로 설치하는 경우 도6의 (a)와 같이 직선으로 자력선레일을 설치하지 못하고, (b) 또는 (c )와 같이 자력선이 설치된 경우 상기 도4의 자력센서로 자력선 레일을 감지하여 상기 자력센서의 중앙에서 가장 큰 신호측정 값이 나오도록 제어한다면, 일반적인 무인주행 차량 또는 본 발명의 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량이 일직선으로 주행하지 못하여 좌우로 많이 흔들리면 주행할 것이 당연하다. 실제 실험에서도 좌우로 흔들리면서 자력선 레일을 따라 이동하는 것을 볼 수 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하는 주행 안정성확보를 위한 주행방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여 2가지 수단을 제공하고자 한다. 그 첫 번째는 상기 자력선 레일이 중심에서 일정 거리 이상으로 벌어지지 않으면 직선 주행을 유지하는 것이다. 상기 IMU 센서를 이용하여 직진방향을 유지하면서 주행하고, 다만 상기 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량의 전방 하부에 설치된 상기 자력선감지부에서 자력이 감지되는지 중심에서 일정거리 이상이 벗어났는지 만 감지하여 주행하는 방식이다. 이 방식은 처음에 주행을 시작하는 위치에서의 자력선 레일의 위치가 바르게 설정되어야 하는 문제가 있으나, 최초위치만 잘 설정하면 차량이 설정 반경 이상의 곡선구간에 도착하기 까지는 상기 자력선 레일이 일정 범위 내에서 구불구불하게 설치되어도 직선으로 주행하는 효과가 있다.
또 다른 방식은, RFID 태그와 함께 사용하는 방식이 있다. 모든 자력선 레일에서는 직선 주행을 하고, RFID 태그가 인식되면, RFID 태그의 정보에 따라 전력선 레일을 따라 좌회전, 우회전, 유턴, 정지 후 출발 등의 기능을 하는 것이다. 도7 은 본 발명의 전력선 레일과 RFID를 사용한 주행경로 도면이다. 상기 RFID는 도면과 달리 별도의 위치에 구비되어야 하는 것은 아니며, 상기 전력선 레일 상에 부착하여 사용할 수 있다. 이 방식을 사용하면, 상기 전력선 레일이 전체 주행경로에 깔려있어야 하는 것은 아니며, 주행시작점, 주행경로 변경지점 등에 자력선과 RFID를 위치시키면 무인 주행이 가능하다. 상기 RFID에 방향정보뿐 만 아니라, 주행거리, 방향, GPS 포인트 등을 설정할 수 있고, 이러한 설정을 이용하면, 노지 등에서 많은 비용을 들이지 않고, 무인주행과 작업을 수행할 수 있는 효과가 있다.
부연 설명하면, 출발지점에서 일정구간 자력선 레일을 구비하고 상기 자력선 레일에 RFID 태그를 부착하고, 상기 RFID 태그에 다음 위치정보를 직선거리정보, GPS 위치정보 또는 직선방향으로 직진하다보면 다음 태그가 있다는 등의 이동정보 등을 입력하면, 다음 전력선 레일과 RFID 태그가 있는 지점으로 이동하고 여기에서 자력선 레일을 감지하고 RFID 태그 정보를 이용하여 다음 경로로 이동할 수 있다. 이때 RFID 태그과 태그 사이가 멀어 주행 오차가 예상되면, 주행오차가 발생할 수 있는 지점에 상기 자력선 레일을 RFID 태그 없이 구비하여 무인 주행 차량의 주행을 유도할 수 있도록 한다. 또한, 이 경우에도 직선 주행은 상기 IMU센서를 이용하여 직선 주행을 할 수 있도록 한다. 외부에 노출된 환경의 경우 GPS 신호를 이용하여 방향을 설정하고 이동할 수 있으나, GPS(Global Positioning System 글로벌 포지셔닝 시스템) 오차를 감안하여, DGPS를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 DGPS방식은 GPS의 오차를 줄이기 위한 시스템으로서 이미 알고 있는 기준점을 정하여 이곳에서 정확한 위치 값과 GPS에서 측정한 위치 값을 비교하여 GPS에서 발생한 오차 값을 산출하여 실제 장치에 전송함으로써 실체 장치에서 측정한 GPS 값에 상기 오차 값을 보정하여 상기 실체 장치에서 오차 없이 위치를 정확하게 측정할 수 있는 방식이다. 상기 DGPS의 D는 실제위치와 GPS 오차의 차이를 의미하는 Differential의 약자이다.
상기와 같이 RFID와 자력선 레일을 혼합하여 사용하면, 자력선 레일을 주행경로 전체에 설치하는 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 상기 RFID에 많은 정보를 담아 상기 무인 주행 차량 또는 본 발명의 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량에서 이동 중에 더 많은 작업을 수행할 수 있다. 또한, 상기 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량의 외부 측면, 전면 또는 후면에 터치센서 또는 스위치 등을 구비하여 상기 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량을 비상 시 또는 충돌 시 또는 작업을 위하여 정지 또는 출방시키는 입력으로 사용할 수 있음은 물론이다. 또한, 근접센서, 거리측정센서 또는 충돌센서를 더 구비하여 상기 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량이 접근 또는 충돌가능성이 있으면, 이를 경고하거나, 경고에도 불구하고 상기 감지센서의 입력에 변화가 없는 경우 즉, 상기 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량을 상기 근접센서, 거리측정센서 또는 충돌센서의 감지가 사라지지 않으면, 상기 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량을 정지하고, 관리시스템에 상기 센서의 감지 내용을 전송하는 것을 특징으로 하는 제어방법을 제공한다.
상기와 같은 작용효과를 나타내기 위하여 본 발명은 하기의 과제해결 수단을 제공한다.
주행 면에 자력선 레일을 구비하고, 상기 자력선 레일을 감지하여 이동하는 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량에 있어서,
상기 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량은
바퀴; 및
상기 바퀴를 구동하는 구동부와 제어부를 포함하는 차체프레임; 및
상기 차체프레임 상부에 구비되는 리프트; 및
상기 리프트 상부에 결합되는 적재함; 및
상기 차체프레임의 전방 하부에 구비되는 자력선 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량을 제공한다.
또한, 상기 자력선감지부는 차량의 이동방향에 수직하게 일렬로 또는 전방을 향하여 알파벳 브이자 형상으로 배열된 다수개의 자력측정센서; 및
안테나를 구비한 RFID센서; 및 IMU센서와 가속도센서; 및
통신부를 구비한 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량을 제공한다.
또한, 상기 제어부에는 GPS 수신부 또는 DGPS 수신부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량을 제공한다.
또한, 상기 자력선 레일은 자석이 연속으로 배열될 필요는 없으며, 자석이 구비된 위치에 상기 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량의 주행 경로 정보가 담긴 RFID를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량을 제공한다.
또한, 상기 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량의 주행제어 방법에 있어서,
주행을 시작하는 단계(S1); 및
자력선 감지부에서 자력선 레일을 감지하는 자력선레일감지단계(S2); 및
상기 자력선 감지부의 중앙 센서에서 상기 자력선 레일의 중심이 감지되도록 상기 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량을 제어하는 중앙이동단계(S3); 및
상기 중앙이동단계가 끝나면 상기 자력선 감지부에 구비된 IMU센서와 가속도 센서를 이용하여 상기 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량의 직선 주행방향을 설정하는 주행방향 설정단계(S4); 및
상기 주행방향 설정단계가 끝나면, 상기 자력선 감지부의 중앙에서 양측으로 설정된 자력선 센서위치까지 자력선이 감지되면 상기 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량의 방향을 바꾸지 않고 상기 IMU센서와 가속도 센서를 이용하여 직선으로 주행하는 직선주행단계(S5); 및
상기 직선주행단계로 주행중에 상기 자력선 감지부의 설정된 자력선센서위치 외측에서 자력선이 감지되는 경우 상기 자력선이 상기 자력선 감지부의 중앙에서 감지될 수 있도록 상기 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량을 제어하는 차량방향전환단계(S6); 및
상기 차량방향전환단계를 마치면 상기 중앙이동단계(S3)로 돌아가 상기 차량방향전환단계를 반복하며 상기 자력선 레일의 끝지점까지 이동하는 것을 특징으로 하는 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량의 주행제어 방법을 제공한다.
100 : 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량
101 : 자력선 레일 추종 실험용 수송차량
110 : 차체프레임
120 : 바퀴
130 : 적재함
140 : 리프트
200 : 자력선감지부
210 : 안테나
220 : 11개의 자력측정센서
230 : 통신부
240 : 제어부
250 : RFID리더
260 : IMU 센서
270 : 가속도센서
300 : 자력선 레일
310 : 가상의 주행선
400 : RFID 태그

Claims (4)

  1. 주행 면에 자력선 레일을 구비하고, 상기 자력선 레일을 감지하여 이동하는 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량에 있어서,
    상기 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량은
    바퀴; 및
    상기 바퀴를 구동하는 구동부와 제어부를 포함하는 차체프레임; 및
    상기 차체프레임 상부에 구비되는 리프트; 및
    상기 리프트 상부에 결합되는 적재함; 및
    상기 차체프레임의 전방 하부에 구비되는 자력선 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자력선감지부는 차량의 이동방향에 수직하게 일렬로 또는 전방을 향하여 알파벳 브이자 형상으로 배열된 다수개의 자력측정센서; 및
    안테나를 구비한 RFID센서; 및 IMU센서와 가속도센서; 및
    통신부를 구비한 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부에는 GPS 수신부 또는 DGPS 수신부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 자력선 레일은 자석이 연속으로 배열될 필요는 없으며, 자석이 구비된 위치에 상기 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량의 주행 경로 정보가 담긴 RFID를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자계기반의 지능형 고효율 6WD 농자재 수송차량.

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