KR20210105138A - 휠 로더의 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

휠 로더의 제어 시스템은 기 설정된 감지 범위를 갖고 운전실 전방의 물체에 대한 정보 데이터를 획득하기 위한 센서, 전방 차체에 회전 가능하도록 연결된 작업 장치의 위치 정보를 검출하기 위한 작업기 위치 검출부, 및 상기 센서로부터 상기 물체에 대한 정보 데이터를 수신하고 상기 센서의 감지 범위에서 상기 작업 장치의 위치에 따른 작업기 인식 범위가 제외된 장애물 인식 범위 내에 인지되는 장애물에 대한 정보 데이터를 제공하기 위한 장애물 감지 제어 장치를 포함한다.

Description

휠 로더의 제어 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD OF CONTROLLING WHEEL LOADER}

본 발명은 휠 로더의 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 휠 로더의 전방 장애물을 인지하기 위한 제어 시스템 및 이를 이용한 휠 로더의 제어 방법에 관한 것이다.

휠 로더는 건설 현장에서, 흙, 모래 등과 같은 적재물을 굴삭하여 운반하고 덤프 트럭과 같은 화물 차량에 로딩하는 작업 등을 수행하는 데 널리 사용되고 있다. 상기 휠 로더가 무인 자동화 작업을 수행하고자 할 경우 전방 장애물을 정확하게 인식할 필요가 있다. 특히, 상기 휠 로더 전방의 장애물을 인식하는 과정에서 작업 장치(붐, 버켓)를 장애물로 오인식하는 상황이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명의 일 과제는 전방 물체와의 거리를 정확하게 인지하여 작업 효율성을 향상시킬 수 있는 휠 로더의 제어 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 과제는 상술한 제어 시스템을 이용한 휠 로더의 제어 방법을 제공하는 데 있다.

상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더의 제어 시스템은 기 설정된 감지 범위를 갖고 운전실 전방의 물체에 대한 정보 데이터를 획득하기 위한 센서, 전방 차체에 회전 가능하도록 연결된 작업 장치의 위치 정보를 검출하기 위한 작업기 위치 검출부, 및 상기 센서로부터 상기 물체에 대한 정보 데이터를 수신하고 상기 센서의 감지 범위에서 상기 작업 장치의 위치에 따른 작업기 인식 범위가 제외된 장애물 인식 범위 내에 인지되는 장애물에 대한 정보 데이터를 제공하기 위한 장애물 감지 제어 장치를 포함한다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 센서는 라이다(LiDAR) 센서, 레이다(Radar) 센서, 초음파 센서 또는 스테레오 카메라 센서를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 장애물 감지 제어 장치는, 상기 작업 장치의 위치에 따른 상기 작업기 인식 범위를 실시간으로 산출하는 작업기 인식 범위 결정부, 상기 센서의 감지 범위에서 상기 작업기 인식 범위를 제외하여 상기 장애물 인식 범위를 결정하는 장애물 인식 범위 결정부, 및 상기 장애물 인식 범위 내에 인지되는 상기 장애물에 대한 정보 데이터를 출력하는 출력부를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 장애물 인식 범위 내에 인지되는 장애물에 대한 정보 데이터는 상기 센서로부터 상기 장애물까지의 거리 정보를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 장애물 감지 제어 장치는 상기 휠 로더의 무인 자동화 작업을 위해 상기 장애물에 대한 정보 데이터를 관제부로 송신할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 작업기 위치 검출부는 상기 작업 장치의 붐의 회전 각도를 검출하기 위한 붐 각도 센서 및 상기 작업 장치의 버켓의 회전 각도를 검출하기 위한 버켓 각도 센서를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 물체에 대한 정보 데이터는 상기 물체의 형상, 위치, 이송 속도 또는 상기 물체와의 거리 정보를 포함할 수 있다.

상기 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더의 제어 방법에 있어서, 기 설정된 감지 범위를 갖는 센서를 통해 운전실 전방의 물체에 대한 정보 데이터를 수신한다. 전방 차체에 회전 가능하도록 연결된 작업 장치의 위치 정보를 검출한다. 상기 작업 장치의 위치에 따른 작업기 인식 범위를 결정한다. 상기 센서의 감지 범위에서 상기 작업기 인식 범위를 제외하여 장애물 인식 범위를 결정한다. 상기 정보 데이터 중에서 상기 장애물 인식 범위에서 인지되는 장애물에 대한 정보 데이터를 제공한다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 작업기 인식 범위를 결정하는 것은, 상기 작업 장치의 위치 변화에 따른 상기 작업 장치가 인지되는 작업기 전체 인식 범위를 획득하고, 그리고 실시간으로 측정한 상기 작업 장치의 위치에 따른 상기 장애물 인식 범위를 결정하는 것을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 장애물 인식 범위 내에 인지되는 장애물에 대한 정보 데이터는 상기 센서로부터 상기 장애물까지의 거리 정보를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 휠 로더의 제어 방법은 상기 휠 로더의 무인 자동화 작업을 위해 상기 장애물에 대한 정보 데이터를 관제부로 송신하는 것을 더 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 센서는 라이다(LiDAR) 센서, 레이다(Radar) 센서, 초음파 센서 또는 스테레오 카메라 센서를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 따르면, 휠 로더의 전방 장애물 감지 장치로서 운전실 상에 설치된 센서를 통해 상기 운전실 전방의 물체에 대한 정보 데이터를 수신할 수 있다. 작업 장치의 위치 정보를 실시간으로 검출하고, 상기 센서의 감지 범위에서 상기 작업 장치의 위치에 따른 작업기 인식 범위가 제외된 장애물 인식 범위 내에 인지되는 장애물에 대한 정보 데이터를 제공할 수 있다.

따라서, 근거리 위치에 있는 장애물을 인식하는 과정에서 상기 작업기 구조물을 장애물에 오인식하는 상황을 방지할 수 있다. 즉, 상기 붐 각도 센서 및 상기 버켓 각도 센서로부터 획득한 상기 작업 장치의 위치에 따라 장애물 인식 범위를 구분하여, 상기 휠 로더의 작업기 구조물이 장애물로 오인되는 상황을 방지할 수 있다.

이에 따라, 휠 로더의 작업 시, 장애물과의 거리를 정확하게 인지하여 작업의 효율성을 향상시킬 수 있다. 또한, 무인 자동화 작업 시, 차량 접근 거리를 효과적으로 제어할 수 있다.

다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더를 나타내는 측면도이다.
도 2는 도 1의 휠 로더의 제어 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3a 내지 도 3d는 도 2의 데이터 처리 장치에 의해 수행되는 사전보정 작업을 설명하는 개략도들이다.
도 4는 도 2의 데이터 처리 장치에 의해 결정된 장애물 인식 범위 내에서 인지된 장애물을 나타내는 개략도이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 도 5의 휠 로더의 제어 방법에서 작업기 인식 범위를 결정하는 단계를 나타내는 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.

본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

즉, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더를 나타내는 측면도이다. 도 2는 도 1의 휠 로더의 제어 시스템을 나타내는 블록도이다. 도 3a 내지 도 3d는 도 2의 데이터 처리 장치에 의해 수행되는 사전보정 작업을 설명하는 개략도들이다. 도 4는 도 2의 데이터 처리 장치에 의해 결정된 장애물 인식 범위 내에서 인지된 장애물을 나타내는 개략도이다. 도 1에는 휠 로더(10)가 도시되어 있으나 이로 인하여 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 제어 장치가 휠 로더에서만 이용되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 지게차와 같은 산업용 차량 등에도 적용될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 휠 로더(10)에 대해서만 기술하기로 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 휠 로더(10)는 서로 회전 가능하게 연결된 전방 차체(12) 및 후방 차체(14)를 포함할 수 있다. 전방 차체(12)는 작업 장치 및 전방 휠(70)을 포함할 수 있다. 후방 차체(14)는 운전실(40), 엔진룸(50) 및 후방 휠(72)를 포함할 수 있다.

상기 작업 장치는 붐(20) 및 버켓(30)을 포함할 수 있다. 붐(20)은 전방 차체(12)에 자유롭게 회전 가능하도록 부착되고 버켓(30)은 붐(20)의 일단부에 자유롭게 회전 가능하도록 부착될 수 있다. 붐(20)은 전방 차체(12)에 한 쌍의 붐 실린더들(22)에 의해 연결되고, 붐(20)은 붐 실린더(22)의 구동에 의해 상하 방향으로 회전할 수 있다. 틸트 암(34)은 붐(20)의 거의 중심부 상에서 자유롭게 회전 가능하도록 부착되고, 틸트 암(34)의 일단부와 전방 차체(12)는 한 쌍의 버켓 실린더들(32)에 의해 연결되고, 틸트 암(34)의 타단부에 틸트 로드에 의해 연결된 버켓(30)은 버켓 실린더(32)의 구동에 의해 상하 방향으로 회전(덤프 또는 크라우드)할 수 있다.

또한, 전방 차체(12)와 후방 차체(14)는 센터 핀(16)에 의해 서로 회전 가능하게 연결되고, 스티어링 실린더(도시되지 않음)에 신축에 의해 전방 차체(12)가 후방 차체(14)에 대하여 좌우로 굴절될 수 있다.

후방 차체(14)에는 휠 로더(10)를 주행시키기 위한 주행 장치가 탑재될 수 있다. 엔진(도시되지 않음)은 엔진룸(50) 내에 배치되고 상기 주행 장치에 파워 출력을 공급할 수 있다. 상기 주행 장치는 토크 컨버터, 트랜스미션, 프로펠러 샤프트, 액슬 등을 포함할 수 있다. 상기 엔진의 파워 출력은 상기 토크 컨버터, 상기 트랜스미션, 상기 프로펠러 샤프트 및 상기 액슬 통해 전방 휠(70) 및 후방 휠(72)로 전달되어 휠 로더(10)가 주행하게 된다.

상기 트랜스미션은 제1 속 내지 제4 속 사이에서 속도단들을 변속시키는 유압 클러치들을 포함할 수 있고, 상기 토크 컨버터의 출력축의 회전은 상기 트랜스미션에 의해 변속될 수 있다. 변속된 회전은 상기 프로펠러 샤프트 및 상기 액슬을 통해 전방 휠(70) 및 후방 휠(72)로 전달되어 상기 휠 로더가 주행할 수 있다. 상기 트랜스미션은 전진용 유압 클러치, 후진용 유압 클러치 및 제1 속 내지 제4 속용 유압 클러치들을 포함할 수 있다. 상기 유압 클러치들 각각은 트랜스미션 제어장치(TCU)를 통해 공급되는 압유(클러치압)에 의해 결합 또는 해방될 수 있다. 즉, 상기 유압 클러치에 공급되는 클러치압이 증가하면 상기 유압 클러치는 결합되고 상기 클러치압이 감소하면 해방될 수 있다.

후방 차체(14)에는 상기 작업 장치의 붐 실린더(22) 및 버켓 실린더(32)에 압유를 공급하기 위한 가변 용량형 유압 펌프(도시되지 않음)가 탑재될 수 있다. 상기 가변 용량형 유압 펌프는 상기 엔진으로부터의 파워 출력의 일부를 사용하여 구동될 수 있다. 예를 들면, 상기 엔진의 출력은, 상기 엔진과 상기 토크 컨버터 사이에 설치되어 있는 기어 트레인과 같은 동력전달장치(PTO)를 통해서 상기 작업 장치용 유압 펌프와 스티어링용의 유압 펌프를 구동시킬 수 있다.

상기 가변 용량형 유압 펌프에는 펌프 제어장치가 연결되고, 상기 펌프 제어장치에 의해 상기 가변 용량형 유압 펌프의 토출 유량이 제어될 수 있다. 상기 유압 펌프의 유압 회로 상에는 붐 제어 밸브와 버켓 제어 밸브와 같은 메인 제어 밸브(MCV)가 설치될 수 있다. 상기 유압 펌프의 토출유는 메인 제어 밸브(MCV)의 전단의 유압라인에 설치된 상기 붐 제어 밸브 및 상기 버켓 제어 밸브를 통해 붐 실린더(22) 및 버켓 실린더(32)에 공급될 수 있다. 메인 제어 밸브(MCV)는 상기 조작 레버의 조작에 따라 입력된 파일럿 압력 신호에 따라 상기 유압 펌프로부터 토출된 작동유를 붐 실린더(22) 및 버켓 실린더(32)로 공급할 수 있다. 이에 따라, 붐(20)과 버켓(30)은 상기 유압 펌프로부터 토출된 작동유의 유압에 의해 구동될 수 있다.

운전실(40)은 상기 휠 로더의 후방 차체(14)의 상부에 설치될 수 잇다. 운전실(40) 내에는 운전 조작 장치가 구비될 수 있다. 상기 운전 조작 장치는 주행 페달, 브레이크 페달, 및 FNR 주행 레버와 붐 실린더(22)와 버켓 실린더(32)와 같은 실린더들을 작동시키기 위한 조작 레버들을 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 휠 로더(10)는 상기 엔진의 출력을 동력전달장치(PTO)를 통해 상기 주행 장치를 구동시키기 위한 주행 시스템과 붐(20)과 버켓(30)과 같은 작업 장치를 구동시키기 위한 유압 장치계를 포함할 수 있다.

이하에서는, 상기 휠 로더의 제어 시스템에 대하여 설명하기로 한다.

상기 휠 로더의 제어 시스템은 휠 로더(10)에 장착되어 주변의 지형 또는 물체의 형상 정보 데이터를 획득하기 위한 데이터 획득 장치 및 상기 데이터 획득 장치로부터 획득한 정보 데이터를 처리하여 제공하는 데이터 처리 장치(200)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 휠 로더의 제어 시스템은 상기 제공된 정보 데이터에 기초하여 상기 물체와의 거리 등을 산출하고 휠 로더(10)의 동작들을 제어하기 위한 제어 장치(300)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 휠 로더의 제어 시스템은 휠 로더(10)의 무인 자동화 작업을 위한 작업 정보를 제공하기 위한 관제부(400)를 더 포함할 수 있다.

휠 로더(10)의 데이터 처리 장치(200) 및 제어 장치(200)는 장애물 감지 제어 장치로서 제공될 수 있다. 휠 로더(10)의 데이터 처리 장치(200) 및 제어 장치(300)는 차량 제어장치(VCU)의 일부 또는 별도의 컨트롤러로서 후방 차체(14)에 탑재될 수 있다. 데이터 처리 장치(200)는 제어 장치(300)와 별개로 또는 일체로 구비될 수 있다. 데이터 처리 장치(200) 및 제어 장치(300)는 여기서 설명되는 기능들을 수행하기 위한 지정된 하드웨어, 소프트웨어 및 회로를 포함할 수 있다. 이러한 구성 요소들은 로직 회로, 마이크로프로세서, 메모리 장치들 등과 같은 전기적 회로들에 의해 물리적으로 수행될 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 장애물 감지 제어 장치의 상기 데이터 획득 장치는 휠 로더(10)의 무인화 또는 자동화된 작업(상차, 덤프 작업 등)을 위해 필요한 환경 데이터를 획득할 수 있다. 상기 데이터 획득 장치는 작업 지형을 파악하고 주변 사물을 감지하기 위한 환경 데이터를 획득할 수 있다.

상기 데이터 획득 장치는 운전실(40) 상면에 설치되는 센서(110)를 포함할 수 있다. 센서(110)는 운전실(40) 전방의 물체에 대한 정보 데이터를 획득할 수 있다. 상기 물체에 대한 정보 데이터는 상기 물체의 형상, 위치, 이송 속도, 상기 물체와의 거리 등에 관한 정보를 포함할 수 있다.

예를 들면, 센서(110)는 전방의 지형 또는 물체를 스캐닝하여 전방 지면 정보 및 사물 정보를 획득할 수 있다. 센서(110)는 점군 데이터(PCD, Point Cloud Data) 정보를 데이터 처리 장치(200)로 출력할 수 있다. PCD는 측정된 영역의 지형을 좌표값을 가지는 점들로 표현한 데이터일 수 있다.

센서(110)는 기 설정된 감지 범위(DR, Detection Range)를 가질 수 있다. 감지 범위(DR)는 휠 로더 전방 방향을 기준으로 수직 시야각(Field of View, FoV) 및 수평 시야각을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 수직 시야각은 60도 내지 120도의 각도 범위를 가질 수 있다. 센서(110)는 라이다(LiDAR) 센서, 레이다(Radar) 센서, 초음파 센서, 스테레오 카메라 센서 등을 포함할 수 있다.

또한, 휠 로더(10)에는 다양한 센서들이 장착될 수 있다. 예를 들면, 엔진 회전수를 검출하는 엔진 회전수 센서, 주행 페달의 조작량을 검출하는 주행 페달 검출 센서, 브레이크 페달의 조작량을 검출하는 브레이크 페달 검출 센서, 상기 트랜스미션의 속도단을 검출하기 위한 속도단 검출 센서, 전진(F), 중립(N) 및 후진(R)을 선택하는 FNR 레버의 조작 위치를 검출하는 FNR 레버 위치 검출 센서, 차속 검출 센서, 상기 유압 펌프의 토출 압력을 검출하는 압력 센서, 및 붐 실린더(22)의 헤드측 압력을 검출하는 붐 실린더 압력 센서, 붐(20)의 회전 각도를 검출하는 붐 각도 센서(24), 버켓(30)의 회전 각도를 검출하는 버켓 각도 센서(36) 등이 설치될 수 있다.

붐 각도 센서(24) 및 버켓 각도 센서(36)는 작업 장치의 위치 정보를 검출하기 위한 작업기 위치 검출부로서 제공될 수 있다. 상기 작업 장치의 위치는 붐(20)의 회전 각도 및 버켓(30)의 회전 각도를 포함할 수 있다.

붐 각도 센서(24)는 붐(20)의 위치, 즉, 지면으로부터의 붐(20)의 높이에 대한 정보를 검출할 수 있다. 붐 각도 센서(24)는 붐(20)의 회전 각도를 검출하고 이에 기초하여 붐 상승 높이에 대한 정보를 제공할 수 있다. 버켓 각도 센서(36)는 붐(20)의 끝단에서의 버켓(30)의 회전 각도를 검출할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 데이터 처리 장치(200)는 센서(110)로부터 상기 물체에 대한 형상 정보 데이터를 수신하고 붐 각도 센서(24) 및 버켓 각도 센서(36)로부터 상기 작업 장치의 위치 정보 데이터를 수신할 수 있다. 데이터 처리 장치(200)는 센서(110)의 감지 범위(DR)에서 상기 작업 장치의 위치에 따른 작업기 인식 범위(WDR, Working Apparatus Detection Range)가 제외된 장애물 인식 범위(ODR, Object Detection Range)를 실시간으로 설정하고 장애물 인식 범위(ODR) 내의 장애물에 대한 정보 데이터를 제어 장치(300)에 제공할 수 있다.

구체적으로, 데이터 처리 장치(200)는 상기 작업 장치의 위치에 따른 작업기 인식 범위(WDR)를 실시간으로 산출하는 작업기 인식 범위 결정부(210), 센서(110)의 감지 범위(DR)에서 작업기 인식 범위(WDR)를 제외하여 장애물 인식 범위(ODR)를 결정하는 장애물 인식 범위 결정부(220) 및 장애물 인식 범위(ODR) 내에 인지되는 상기 장애물에 대한 정보 데이터를 출력하는 출력부(230)를 포함할 수 있다.

작업기 인식 범위 결정부(210)는 상기 작업 장치의 위치 변화에 따른 상기 작업 장치가 인지되는 작업기 전체 인식 범위를 획득하고, 실시간으로 측정한 상기 작업 장치의 위치에 따른 장애물 인식 범위(ODR)를 결정할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 작업자는 사전 보정 작업을 수행하여 상기 작업기 전체 인식 범위를 획득할 수 있다. 상기 보정 작업은 소정의 환경 조건하에서 수행될 수 있다. 예를 들면, 1) 휠 로더를 수평한 지면에 위치된 상태이고, 2) 상기 휠 로더 주변에 장애물이 없는 상태이고, 3) 버켓(300)에 적재물 또는 비일상적 부착물이 없는 상태이고, 4) 상기 보정 작업이 수행되는 동안 1), 2), 3) 상태가 유지될 수 있다. 상기 사전 보정 작업은 휠 로더의 장애물 인식 시스템의 캘리브레이션 작업이라 할 수 있다.

작업기 인식 범위 결정부(210)는 상기 사전 보정 작업에서 입력된 붐(20)의 회전 각도에 따른 버켓(30)의 회전 각도의 최대값과 최소값 사이의 범위를 상기 작업기 전체 인식 범위로 저장할 수 있다.

작업기 인식 범위 결정부(210)는 버켓(30)의 회전 각도의 최대값과 최소값 사이에서의 범위값(상기 작업기 전체 인식 범위)을 바탕으로 한 보간법(interpolation)을 통해 실시간으로 측정한 실제 붐(20) 및 버켓(30)의 회전 각도로부터 작업기 인식 범위(WDR)를 결정할 수 있다.

장애물 인식 범위 결정부(220)는 센서(110)의 감지 범위(DR)에서 작업기 인식 범위(WDR)를 제외하여 장애물 인식 범위(ODR)를 결정할 수 있다. 출력부(230)는 장애물 인식 범위(ODR) 내에 인지되는 상기 장애물에 대한 정보 데이터를 제어 장치(300)로 출력할 수 있다.

제어 장치(300)는 데이터 처리 장치(200)로부터 제공된 장애물에 대한 정보 데이터에 기초하여 상기 물체와의 거리를 산출할 수 있다. 제어 장치(300)는 상기 장애물에 대한 정보 데이터 및 산출된 거리 정보를 표시 장치(500)로 출력하고, 표시 장치(500)는 상기 장애물에 대한 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.

예를 들면, 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 사전 보정 작업에서 작업자는 상기 작업 장치(붐, 버켓)의 위치를 변화시키면서 각 위치 상태가 완료되었음을 계기 판넬(500)을 통해 입력할 수 있다.

도 3a의 입력 위치 상태는 버켓 풀 크라우드(bucket full crowd) 및 붐 풀 다운(boom full down) 상태이고, 붐(20)의 회전 각도 및 버켓(30)의 회전 각도가 입력될 수 있다. 이 때, 상기 장애물 인식 범위는 θa로 나타낼 수 있다.

도 3b의 입력 위치 상태는 버켓 풀 크라우드(bucket full crowd) 및 붐 풀 업(boom full up) 상태이고, 붐(20)의 회전 각도 및 버켓(30)의 회전 각도가 입력될 수 있다. 이 때, 상기 장애물 인식 범위는 θb로 나타낼 수 있다.

도 3c의 입력 위치 상태는 버켓 풀 덤프(bucket full dump) 및 붐 풀 업(boom full up) 상태이고, 붐(20)의 회전 각도 및 버켓(30)의 회전 각도가 입력될 수 있다. 이 때, 상기 장애물 인식 범위는 θc로 나타낼 수 있다.

도 3d의 입력 위치 상태는 버켓 풀 덤프(bucket full dump) 및 붐 풀 다운(boom full down) 상태이고, 이 때, 붐(20)의 회전 각도 및 버켓(30)의 회전 각도가 입력될 수 있다. 상기 장애물 인식 범위는 θd로 나타낼 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 붐 각도 센서(24) 및 버켓 각도 센서(36)로부터 실시간으로 측정한 상기 작업 장치의 위치에 따른 장애물 인식 범위(ODR)는 θr로 나타낼 수 있다. 장애물 인식 범위(ODR) 내에서 인지되는 장애물(O)에 대한 정보 데이터에 기초하여 장애물(O)과의 거리(L)를 산출할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 제어 장치(300)는 휠 로더(10)의 무인 자동화 작업을 위해 상기 산출된 물체의 거리 정보를 관제부(400)로 송신할 수 있다.

제어 장치(300)는 관제부(400)로부터 무인 자동화 작업을 위한 작업 지역의 지형 정보 및 작업 정보를 수신할 수 있다. 상기 작업 지역은 휠 로더(10)가 이동하고 작업하기 위한 구역으로 정의될 수 있다. 제어 장치(300)는 관제부(400)와 무선으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 휠 로더(10)는 관제부(400)와의 무선 통신을 위한 무선 송수신부를 포함할 수 있다. 상기 무선 송수신부는 CDMA, GSM과 같은 셀룰러 통신, Wi-Fi, 라디오 통신과 같이 공지의 통신 규격을 이용할 수 있다. 상기 무선 송수신부는 TMS(Telematics Monitor System) 모듈을 포함할 수 있다.

제어 장치(300)는 상기 지형 정보 데이터 및 상기 작업 정보(작업 종류)에 기초하여 작업해야 할 면적, 체적 또는 경로(작업 계획)를 결정할 수 있다. 제어 장치(300)는 상기 결정된 작업 계획을 수행하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 제어 장치(300)는 시간에 따른 붐(20) 및 버켓(30)의 조인트 각도값들에 대응하는 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있다.

이에 따라, 붐 실린더(22) 및 버켓 실린더(32)와 같은 액추에이터들은 상기 제어 신호에 대응하여 제어 밸브에 의해 구동되어 원하는 작업을 수행할 수 있다.

이하에서는, 도 2의 휠 로더의 제어 시스템을 이용하여 휠 로더를 제어하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 5는 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더의 제어 방법을 나타내는 순서도이다. 도 6은 도 5의 휠 로더의 제어 방법에서 작업기 인식 범위를 결정하는 단계를 나타내는 순서도이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 먼저, 휠 로더(10)의 무인화 작업(상차 작업)을 수행하기 위하여 휠 로더(10)에 설치되는 센서(110)를 이용하여 전방에 위치하는 물체의 형상 정보 데이터를 획득할 수 있다(S100).

예시적인 실시예들에 있어서, 운전실(40) 상에 설치된 센서(110)를 이용하여 운전실(40)의 전방 영역을 스캐닝하여 물체에 대한 형상 정보 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들면, 센서(110)은 라이다(LiDAR) 센서, 레이다(Radar) 센서, 초음파 센서, 스테레오 카메라 센서 등을 포함할 수 있다.

이어서, 작업 장치의 위치를 검출하고(S110), 상기 작업 장치의 위치에 따른 작업기 인식 범위(WDR)를 결정하고(S120), 센서(110)의 감지 범위(DR)에서 작업기 인식 범위(WDR)를 제외하여 장애물 인식 범위(ODR)를 결정할 수 있다(S130). 장애물 인식 범위(ODR)에서 인지되는 장애물에 대한 정보 데이터를 제공할 수 있다(S140).

예시적인 실시예들에 있어서, 붐 각도 센서(24)로부터 붐(20)의 회전 각도 및 버켓 각도 센서(36)로부터 버켓(30)의 회전 각도를 수신하여 상기 작업 장치의 위치를 실시간으로 결정하고, 상기 작업 장치의 위치에 따른 작업기 인식 범위(WDR)를 결정할 수 있다. 작업기 인식 범위(WDR)를 결정하기 위하여, 상기 작업 장치의 위치 변화에 따른 상기 작업 장치가 인지되는 작업기 전체 인식 범위를 획득하고(S122), 실시간으로 측정한 상기 작업 장치의 위치에 따른 장애물 인식 범위(WDR)를 결정할 수 있다(S124).

구체적으로, 작업자는 사전 보정 작업을 수행할 수 있다. 상기 사전 보정 작업에서 작업자는 상기 작업 장치(붐, 버켓)의 위치를 변화시키면서 각 위치 상태가 완료되었음을 계기 판넬(500)을 통해 입력하고, 작업기 인식 범위 결정부(210)는 상기 사전 보정 작업에서 입력된 값들에 기초하여 붐(20)의 회전 각도에 따른 버켓(30)의 회전 각도의 최대값과 최소값 사이의 범위를 상기 작업기 전체 인식 범위로 저장할 수 있다.

작업기 인식 범위 결정부(210)는 버켓(30)의 회전 각도의 최대값과 최소값 사이에서의 범위값(상기 작업기 전체 인식 범위)을 바탕으로 한 보간법(interpolation)을 통해 실시간으로 측정한 실제 붐(20) 및 버켓(30)의 회전 각도로부터 작업기 인식 범위(WDR)를 결정할 수 있다.

장애물 인식 범위 결정부(220)는 센서(110)의 감지 범위(DR)에서 장애물 인식 범위(WDR)를 제외하여 장애물 인식 범위(ODR)를 결정할 수 있다. 출력부(230)는 장애물 인식 범위(ODR) 내에 인지되는 상기 장애물에 대한 정보 데이터를 제어 장치(300)로 출력할 수 있다.

제어 장치(300)는 데이터 처리 장치(200)로부터 제공된 장애물에 대한 정보 데이터에 기초하여 상기 물체와의 거리를 산출할 수 있다. 제어 장치(300)는 상기 장애물에 대한 정보 데이터 및 산출된 거리 정보를 표시 장치(500)로 출력하고, 표시 장치(500)는 상기 장애물에 대한 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.

제어 장치(300)는 휠 로더(10)의 무인 자동화 작업을 위해 상기 산출된 물체의 거리 정보를 관제부(400)로 송신할 수 있다.

상술한 바와 같이, 휠 로더(10)의 전방 장애물 감지 장치로서 운전실(40) 상에 설치된 센서(110)를 통해 운전실(40) 전방의 물체에 대한 형상 정보 데이터를 수신할 수 있다. 작업 장치의 위치 정보를 실시간으로 검출하고, 센서(110)의 감지 범위(DR)에서 상기 작업 장치의 위치에 따른 작업기 인식 범위(WDR)가 제외된 장애물 인식 범위(ODR) 내에 인지되는 장애물에 대한 정보 데이터를 제공할 수 있다.

따라서, 근거리 위치에 있는 장애물을 인식하는 과정에서 상기 작업기 구조물을 장애물에 오인식하는 상황을 방지할 수 있다. 즉, 상기 붐 각도 센서 및 상기 버켓 각도 센서로부터 획득한 상기 작업 장치의 위치에 따라 장애물 인식 범위를 구분하여, 상기 휠 로더의 작업기 구조물이 장애물로 오인되는 상황을 방지할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 휠 로더 12: 전방 차체
14: 후방 차체 20: 붐
22: 붐 실린더 24: 붐 각도 센서
30: 버켓 32: 버켓 실린더
34: 틸트 암 36: 버켓 각도 센서
40: 운전실 50: 엔진룸
70: 전방 휠 72: 후방 휠
110: 센서 200: 데이터 처리 장치
210: 작업기 인식 범위 결정부
220: 장애물 인식 범위 결정부
230: 출력부 300: 제어 장치
400: 관제부 500: 표시 장치

Claims (12)

1. 기 설정된 감지 범위를 갖고 운전실 전방의 물체에 대한 정보 데이터를 획득하기 위한 센서;
   전방 차체에 회전 가능하도록 연결된 작업 장치의 위치 정보를 검출하기 위한 작업기 위치 검출부; 및
   상기 센서로부터 상기 물체에 대한 정보 데이터를 수신하고, 상기 센서의 감지 범위에서 상기 작업 장치의 위치에 따른 작업기 인식 범위가 제외된 장애물 인식 범위 내에 인지되는 장애물에 대한 정보 데이터를 제공하기 위한 장애물 감지 제어 장치를 포함하는 휠 로더의 제어 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 센서는 라이다(LiDAR) 센서, 레이다(Radar) 센서, 초음파 센서 또는 스테레오 카메라 센서를 포함하는 휠 로더의 제어 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 장애물 감지 제어 장치는,
   상기 작업 장치의 위치에 따른 상기 작업기 인식 범위를 실시간으로 산출하는 작업기 인식 범위 결정부;
   상기 센서의 감지 범위에서 상기 작업기 인식 범위를 제외하여 상기 장애물 인식 범위를 결정하는 장애물 인식 범위 결정부; 및
   상기 장애물 인식 범위 내에 인지되는 상기 장애물에 대한 정보 데이터를 출력하는 출력부를 포함하는 휠 로더의 제어 시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 장애물 인식 범위 내에 인지되는 장애물에 대한 정보 데이터는 상기 센서로부터 상기 장애물까지의 거리 정보를 포함하는 휠 로더의 제어 시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 장애물 감지 제어 장치는 상기 휠 로더의 무인 자동화 작업을 위해 상기 장애물에 대한 정보 데이터를 관제부로 송신하는 휠 로더의 제어 시스템.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 작업기 위치 검출부는 상기 작업 장치의 붐의 회전 각도를 검출하기 위한 붐 각도 센서 및 상기 작업 장치의 버켓의 회전 각도를 검출하기 위한 버켓 각도 센서를 포함하는 휠 로더의 제어 시스템.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 물체에 대한 정보 데이터는 상기 물체의 형상, 위치, 이송 속도 또는 상기 물체와의 거리 정보를 포함하는 휠 로더의 제어 시스템.
8. 기 설정된 감지 범위를 갖는 센서를 통해 운전실 전방의 물체에 대한 정보 데이터를 수신하고;
   전방 차체에 회전 가능하도록 연결된 작업 장치의 위치 정보를 검출하고;
   상기 작업 장치의 위치에 따른 작업기 인식 범위를 결정하고;
   상기 센서의 감지 범위에서 상기 작업기 인식 범위를 제외하여 장애물 인식 범위를 결정하고; 그리고
   상기 정보 데이터 중에서 상기 장애물 인식 범위에서 인지되는 장애물에 대한 정보 데이터를 제공하는 것을 포함하는 휠 로더의 제어 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 작업기 인식 범위를 결정하는 것은
   상기 작업 장치의 위치 변화에 따른 상기 작업 장치가 인지되는 작업기 전체 인식 범위를 획득하고; 그리고
   실시간으로 측정한 상기 작업 장치의 위치에 따른 상기 장애물 인식 범위를 결정하는 것을 포함하는 휠 로더의 제어 방법.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 장애물 인식 범위 내에 인지되는 장애물에 대한 정보 데이터는 상기 센서로부터 상기 장애물까지의 거리 정보를 포함하는 휠 로더의 제어 방법.
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 휠 로더의 무인 자동화 작업을 위해 상기 장애물에 대한 정보 데이터를 관제부로 송신하는 것을 더 포함하는 휠 로더의 제어 방법.
12. 제 8 항에 있어서, 상기 센서는 라이다(LiDAR) 센서, 레이다(Radar) 센서, 초음파 센서 또는 스테레오 카메라 센서를 포함하는 휠 로더의 제어 방법.

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