KR20220003514A - 동력기계용 국지적 내비게이션 시스템 제어기 - Google Patents

동력기계용 국지적 내비게이션 시스템 제어기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 GPS 내비게이션을 이용할 수 없는 국지적 위치결정 시스템 환경(604)에서 기계의 자율적 또는 확장 제어를 제공하도록 구성된 동력기계(100; 200 300; 600) 및 시스템을 개시한다. 또한, 본 발명은 그러한 환경에서 동력기계의 확장 제어를 제공하는 방법을 개시한다.

Description

동력기계용 국지적 내비게이션 시스템 제어기
본 발명은 동력기계에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 글로벌 위치결정 위성 신호를 이용할 수 없는 환경에서 동력기계를 자율적으로 작동하는 제어에 관한 것이다.
본 발명의 목적을 위한 동력기계는 특정 작업 또는 다양한 작업을 달성하기 위한 목적으로 동력을 생성하는 임의 유형의 기계를 포함한다. 동력기계의 일 유형은 작업 차량(work vehicle)이다. 작업 차량은 일반적으로 작업 기능을 수행하도록 조작될 수 있는 리프트암(일부 작업 차량은 다른 작업 장치가 있을 수 있음)과 같은 작업 장치를 갖는 자체-추진(self propelled) 차량이다. 작업 차량은 몇 가지 예를 들면 로더(loaders), 굴착기(excavators), 다용도 차량, 트랙터 및 트렌처(trenchers)를 포함한다.
위성항법 시스템(global positioning system: GPS)은 서로 다른 위성으로부터 수신기에 도달하는 신호의 시간차를 계산함으로써, 위성 전송신호를 활용하여 수신기의 위도 및 경도를 결정하는 위성, 컴퓨터 및 수신기의 시스템이다. 위성항법 시스템 및 그들의 수신기는 동력기계의 위치결정을 포함하여 넓은 다양한 분야에서 사용될 수 있다. 위성 신호는 일부 구조를 관통할 수 없으므로, 위성항법 시스템은 통상적으로 빌딩 또는 장애물이 수신기와 위성 사이의 가시거리를 방해하는 다른 지역 내에서 사용될 수 없다.
상기 설명은 본 발명의 일반적인 배경 기술 정보를 단순히 제공하고, 청구된 본 발명의 범위를 결정하는 데 도움을 주고자 의도된 것은 아니다.
본 발명은 GPS 내비게이션을 이용할 수 없는 국지적 위치결정 환경에서 동력기계 및 잠재적 장애물의 위치에 기초하여 기계의 자율적 또는 확장 제어를 제공하도록 구성된 동력기계 및 시스템을 제공한다.
본 발명은 로더와 같은 동력기계 및 위성항법 시스템을 이용할 수 없는 국지적 위치결정 시스템 환경에서 동력기계의 확장 또는 자율적 제어를 제공하는 방법을 포함한다. 하나 이상의 제어기 또는 컴퓨터 시스템은 시스템에 설치된 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 그들의 결합을 가짐으로써, 그 작동시 시스템이 작업을 수행하도록 하여 특정 작동이나 작업을 수행하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 컴퓨터 프로그램은 데이처 처리장치에 의하여 실행되면 장치가 작업을 수행하게 하는 지시를 포함함으로써, 특정 작동이나 작업을 수행하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 하나의 관점은 동력기계(100; 200 300; 600)의 확장 제어를 제공하는 방법을 포함한다. 상기 방법은, 동력기계의 태그(tag) 장치(612)와 통신하는 국지 제어기(614)를 사용하여 국지적 위치결정 시스템 환경(604)을 확인하는 단계(702); 국지 제어기를 사용하여 국지적 위치결정 시스템 환경 내의 동력기계의 현재 상대 위치를 확인하는 단계(704); 국지적 위치결정 시스템 환경 내의 원하는 목적지 위치(630)를 확인하는 단계(706); 국지적 위치결정 시스템 환경 내의 장애물(620; 622; 624)을 확인하는 단계(708); 확인된 장애물에 부분적으로 기초하여 현재 상대 위치로부터 원하는 목적지 위치까지의 동력기계 경로(634)를 만드는 단계(710); 및 확장 작동 제어기(616)를 사용하여 현재 상대 위치로부터 원하는 목적지 위치까지의 만들어진 동력기계 경로를 따라 구동하도록 동력기계를 적어도 부분적으로 자율적으로 제어하는 단계(712)를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 대응하는 컴퓨터 시스템, 장치 및 하나 이상의 컴퓨터 저장장치에 기록된 컴퓨터 프로그램을 포함하고, 이들 각각은 본 발명의 방법의 작업을 수행하도록 구성된다.
본 발명의 실시예는 하나 이상의 다음 특징을 갖는다. 상기 국지적 위치결정 시스템 환경을 확인하는 단계(702)는 동력기계가 국지적 위치결정 시스템 환경에 진입하였는지 또는 진입하고 있는지를 확인하고 자동적으로 내비게이션을 위한 위성항법 시스템의 사용을 중지하는 단계를 더 포함한다.
상기 국지적 위치결정 시스템 환경 내의 원하는 목적지 위치(630)를 확인하는 단계(706)는 적어도 하나의 국지 제어기(614) 및 확장 작동 제어기(616)를 사용하여 원하는 목적지 위치를 확인하는 것을 포함한다.
상기 원하는 목적지 위치(630)를 확인하는 단계(706)는 동력기계로부터 원격으로 위치한 장치로부터 원하는 목적지 위치를 수신하는 단계를 더 포함한다.
상기 국지적 위치결정 시스템 환경 내의 장애물(620; 622; 624)을 확인하는 단계(708)는 대상 센서 시스템(352; 652)을 사용하여 장애물을 확인하는 단계를 더 포함한다. 상기 대상 센서 시스템(352; 652)을 사용하여 장애물을 확인하는 단계는 비디오 센서, 레이더 시스템 그리고 광탐지(light detection) 및 거리측정(ranging) 시스템을 갖는 적어도 하나의 이미지 처리 시스템을 사용하여 장애물을 확인하는 단계를 포함한다.
상기 국지적 위치결정 시스템 환경 내의 장애물(620; 622; 624)을 확인하는 단계(708)는 휴대용 컴퓨팅장치를 사용하여 장애물을 확인하는 단계를 더 포함한다.
상기 국지 제어기를 사용하여 국지적 위치결정 시스템 환경 내의 동력기계의 현재 상대 위치를 확인하는 단계(704)는 국지적 위치결정 시스템 환경 내에 위치한 복수의 위치결정 장치(606; 608; 610)를 사용하여 동력기계의 실시간 위치 시스템 위치결정을 제공하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 하나의 관점은 국지적 위치결정 시스템 환경(604)에서 확장 제어에 의하여 작동하도록 구성된 동력기계(100; 200 300; 600)를 포함한다. 상기 동력기계는, 프레임(110; 210); 프레임에 의하여 지지되는 동력 시스템(120; 220); 프레임에 의하여 지지되고 동력시스템에 의하여 동력을 받아 동력기계를 지지면 위로 제어 가능하게 추진하는 견인 시스템(140; 240); 국지적 위치결정 시스템 환경 내의 동력기계의 위치를 결정하도록 구성된 국지 제어기(614), 동력기계의 확장 또는 적어도 부분적으로 자율적인 제어를 제공하도록 구성된 확장 작동 제어기(616) 및 확장 작동 제어기에 대응하여 동력 시스템과 견인 시스템을 제어하도록 구성된 기계 제어기(618)를 갖는 제어 시스템(160; 350)을 포함한다.
상기 제어 시스템은 국지적 위치결정 시스템 환경에서 동력기계를 자동적으로 안내하게 견인 시스템을 제어하도록 구성된다.
상기 제어 시스템은 또한 국지 제어기(614)와 태그 장치(612) 사이에 통신하여 국지적 위치결정 시스템 환경에서 동력기계의 존재를 확인하고; 국지적 위치결정 시스템 환경 내의 동력기계의 현재 상대 위치를 확인하고; 국지적 위치결정 시스템 환경 내의 원하는 목적지 위치(630)를 확인하고; 국지적 위치결정 시스템 환경 내의 장애물(620; 622; 624)을 확인하고; 확인된 장애물에 부분적으로 기초하여 현재 상대 위치로부터 원하는 목적지 위치까지의 동력기계 경로(634)를 만들고; 그리고 확장 작동 제어기(616)와 기계 제어기(618)를 사용하여 현재 상대 위치로부터 원하는 목적지 위치까지의 만들어진 동력기계 경로를 따라 구동하도록 동력기계를 적어도 부분적으로 자율적으로 제어하도록 구성된다.
본 발명의 실시예는 하나 이상의 다음 특징을 갖는다. 상기 동력기계는 국지적 위치결정 시스템 환경 내의 장애물(620; 622; 624)을 탐지하고 제어 시스템과 통신하여 장애물의 확인을 보조하도록 구성된 대상 센서 시스템(352; 652)을 더 포함한다. 상기 대상 센서 시스템(352; 652)은 비디오 센서, 레이더 시스템 그리고 광탐지 및 거리측정 시스템을 갖는 적어도 하나의 이미지 처리 시스템을 포함한다.
상기 제어 시스템은 또한 동력기계가 국지적 위치결정 시스템 환경에 진입하였는지 또는 진입하고 있는지를 결정하고 국지적 위치결정 시스템 환경에서 자동적으로 내비게이션을 위한 위성항법 시스템의 사용을 중지하도록 구성된다.
상기 제어 시스템은 동력기계로부터 원격으로 위치한 장치로부터 원하는 목적지 위치를 수신함으로써 동력기계의 원하는 목적지 위치를 확인하도록 구성된다.
상기 제어 시스템은 제어 시스템과 통신하는 휴대용 컴퓨팅장치를 사용하여 국지적 위치결정 시스템 환경 내의 장애물을 확인하도록 구성된다.
상기 제어 시스템은 또한 국지적 위치결정 시스템 환경 내에 위치한 복수의 위치결정 장치(606; 608; 610)를 사용하여 국지적 위치결정 시스템 환경 내의 동력기계의 현재 상대 위치를 확인하여 동력기계의 실시간 위치 시스템 위치 결정을 제공하도록 구성된다.
본 발명의 요약 및 초록은 단순화된 형태의 개념을 설명하기 위하여 제공되고 이하 상세한 설명에서 더 개시된다. 본 발명의 요약은 특허청구범위에 기재된 핵심 기술 또는 필수 기술을 특정하려는 것은 아니고 본 발명에 청구된 주제의 범위를 결정하는데 보조로서 사용되는 것은 아니다.
본 발명은 로더와 같은 동력기계 및 위성항법 시스템을 이용할 수 없는 국지적 위치결정 시스템 환경에서 동력기계의 확장 또는 자율 제어를 제공하는 방법을 제공한다.
하나 이상의 제어기 또는 컴퓨터 시스템은 시스템에 설치된 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 그들의 결합을 가짐으로써, 그 작동시 시스템이 작업을 수행하도록 하여 특정 작동이나 작업을 수행하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 컴퓨터 프로그램은 데이처 처리장치에 의하여 실행되면 장치가 작업을 수행하는 지시를 포함함으로써, 특정 작동이나 작업을 수행하도록 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예가 유리하게 실시될 수 있는 대표적인 동력기계의 기능적 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예가 실시될 수 있는 종류의 스키드 스티어 로더 형태의 대표적인 동력기계의 사시도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 로더와 같은 로더의 동력 시스템의 구성요소를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 제어 시스템의 구성요소를 나타내는 도면이다.
도 6은 국지적 위치결정 시스템 환경에서 확장 또는 자율적 제어로 작동되도록 구성된 동력기계를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 방법 실시예를 나타내는 플로우 도표이다.
도 8은 경로 발견, 경로 생성 및 타깃 업데이팅 알고리즘을 나타내는 도면이다.
본 발명에 개시된 개념은 예시적인 실시예를 참조하여 설명되고 도시된다. 그러나, 이들 개념은 도시한 실시예에서의 구성의 상세 및 구성요소의 배열에 대한 적용에 한정되지 않고 다양한 다른 방법으로 실시되거나 수행될 수 있다. 본 발명의 용어는 발명의 설명을 위한 목적으로 사용되고 제한적인 것으로 간주해서는 안 된다. 본 발명에서 사용되는 "포함하는(including)", "포함하는(comprising)" 및 "갖는(having)"과 같은 단어 및 그 변형은 열거된 항목, 그 등가물뿐만 아니라 추가 항목을 포함하는 것을 의미한다.
본 발명은 동력기계 및 확장 운전자 제어(augmented operator control; AOC) 시스템을 이용하여 다음을 포함하는 다수의 특징을 동력기계에 제공하는 확장 작동방법을 개시한다: 인간 운전자가 차를 구동하는 동안 위성항법 시스템(GPS) 또는 글로벌 내비게이션 위성 시스템(global navigational satellite system; GNSS) 좌표를 기록하는 능력; 미리 등록된 경로를 재생하고, 자동적으로 또는 반-자동적으로 동력기계를 제어하여 경로를 따라 이동하는 능력; 사용자-등록 좌표 리스트에 따라 조정하는 능력; 및 장애물 주위를 자동적으로 이동하는 능력.
상기 확장 운전자 제어 시스템의 일부 실시예는 실시간 운동(Real-Time Kinematic: RTK) GPS 또는 GNSS(이하 집합적으로 GPS로 지칭) 기술에 기초한다. 예를 들어, 상기 시스템은 2개의 GPS 수신기. 1개의 고정 기지국(base station) 및 1개의 동력기계 상의 수신기를 포함할 수 있다. 기지국은 고주파에서 GPS 데이터를 수집함으로써 서브-밀리리터 정밀도로 그 위치를 결정할 수 있다. 동시에, 기지국은 수집 데이터를 이동 수신기에 송부한다. 동력기계는 이 수집 데이터를 자체 수신기로부터의 원격측정과 비교함으로써, 그 위치를 서브 밀리미터 정밀도로 결정할 수 있다. 그러나 GPS-가능 환경에서 AOC 시스템이 옥외에서 작업하는 동안, 실내 국지적 기술을 사용하여 GPS-불가 환경 내에서 동력기계의 자율적 시스템 제어를 가능하게 하는 것이 또한 바람직하다.
실내 대상을 국지화하기 위하여 다양한 범위의 국지적 기술이 존재하고, 이들의 대부분은 이동 태그(수신기, 송신기 또는 송수신기)를 국지화하는 알려진 위치를 갖는 고정 앵커(stationary anchors)(수신기, 송신기 또는 송수신기) 세트를 이용한다. 태그의 위치를 정하기 위하여, 이들 시스템은 앵커와 태그 사이의 신호 전송 역학(dynamics)을 참작하는 다른 기술을 이용한다. 이들 기술 중에서, 도착 시간차(time-difference-of arrival; TDOA) 및 비행시간(time-of flight: TOF)이 가장 보통으로 사용된다. TDOA는 태그에 대한 서로 다른 앵커 사이의 신호 도달 시간의 차이를 이용하여 앵커에 대한 태그의 각도를 얻는다. TOF는 신호 전파 시간을 사용하여 앵커와 태그 사이의 거리를 계산한다.
실내 국지화 기술에 더하여, 또한 일부 실시예에서 환경 인식이 사용되어 개시된 AOC 시스템이 변화하는 환경에 대응하여 동력기계를 정확히 기능하게 한다. 스테레오 카메라, 광탐지 및 거리측정(LiDAR), 레이더와 같은 센서는 사용될 수 있는 센서의 종류의 예이다. 매우 정확한 LiDAR 센서 패키지는 높은 가격과 유지 비용을 받는다. 한편, 스테레오 카메라는 LiDAR에 비하여 상당히 덜 비싸지만, 이들은 이미지를 3D 모델로 전환하는 더 복잡한 알고리즘을 요구한다.
이들 개념은 아래에 기술되는 바와 같이 다양한 동력기계에 실시될 수 있다. 실시예를 실현할 수 있는 대표적인 동력기계는 도 1의 다이어그램 형태로 도시되고, 이러한 동력기계의 하나의 예가 도 2 및 도 3에 도시되고 실시예를 개시하기 전에 아래에 기술된다. 본 발명의 설명을 간결하게 하기 위하여 대표적인 동력기계로서 단지 하나의 동력기계가 도시되고 설명된다. 그러나 위에 언급한 바와 같이 하기 실시예는 도 2 및 도 3에 도시된 대표적인 동력기계와 다른 형태의 동력기계를 포함하는 다수의 동력기계 중 어느 것에도 실시될 수 있다.
본 발명의 목적상 동력기계는 프레임, 적어도 하나의 작업요소 및 작업을 수행하기 위하여 작업요소에 동력을 제공할 수 있는 동력원을 포함한다. 동력기계의 하나의 유형은 자체-추진(self-propelled) 작업 차량이다. 자체-추진 작업 차량은 동력기계의 한 종류이고, 프레임, 작업요소 및 작업요소에 동력을 공급할 수 있는 동력원을 포함한다. 적어도 하나의 작업요소는 동력기계를 동력하에 움직이는 원동(motive) 시스템이다.
도 1은 아래에 기술된 실시예가 유리하게 삽입될 수 있고 다수의 상이한 유형의 동력기계 중 임의의 것일 수 있는 동력기계(100)의 기본 시스템을 도시하는 블록 다이어그램을 나타낸다. 도 1의 블록 다이어그램은 동력기계(100)의 다양한 시스템 및 다양한 구성요소와 시스템 사이의 관계를 확인한다. 전술한 바와 같이 가장 기본적인 수준에서, 본 발명의 목적상 동력기계는 프레임, 동력원 및 작업요소를 포함한다. 동력기계(100)는 프레임(110), 동력원(120) 및 작업요소(130)를 갖는다. 도 1에 도시된 동력기계(100)는 자체-추진 작업 차량이기 때문에, 이는 또한 동력기계를 지지표면 위로 움직이도록 제공되는, 그 자체가 작업요소인 견인요소(140)와 동력기계의 작업요소를 제어하는 운전 위치를 제공하는 운전자 스테이션(150)을 갖는다. 제어 시스템(160)이 운전자에 의하여 제공되는 제어신호에 반응하여, 다양한 작업을 적어도 부분적으로 수행하기 위하여 다른 시스템과 상호 작용하도록 제공된다.
특정 작업 차량은 전용 작업을 수행할 수 있는 작업요소를 갖는다. 예를 들어, 일부 작업 차량은 버킷(bucket)과 같은 도구가 핀 고정(pinning) 배열에 의하여 부착되는 리프트암을 갖는다. 작업요소, 즉 리프트암은 작업을 수행하기 위하여 도구가 위치하도록 조작될 수 있다. 일부 경우에 있어서, 도구를 위치시키기 위하여, 버킷을 리프트암에 대해 회전시키는 것과 같이 도구는 작업요소에 대해 상대적으로 위치할 수 있다. 이러한 작업 차량의 정상 작동하에 버킷이 부착되고 사용된다. 이러한 작업 차량은 원래의 버킷 대신에 도구/작업요소 결합의 분해 및 다른 도구의 재조립에 의하여 다른 도구를 수용할 수 있다. 다른 작업 차량은 널리 다양한 도구를 갖고 사용되도록 의도되고, 도 1에 도시한 도구 인터페이스(170)와 같은 도구 인터페이스를 갖는다. 가장 기본적으로, 도구 인터페이스(170)는 프레임(110) 또는 작업요소(130)와 도구 사이의 연결장치이고, 이는 도구를 프레임(110) 또는 작업요소(130)에 직접 부착하는 연결 포인트와 같이 단순하거나 또는 더 복잡할 수 있고 아래에 기술된다.
일부 동력기계에서, 도구 인터페이스(170)는 작업요소에 이동 가능하게 부착되는 물리적 조립체인 도구 캐리어를 포함할 수 있다. 도구 캐리어는 다수의 도구를 작업요소에 수용하고 고정하기 위한 체결부(engagement features) 및 잠금부(locking features)를 갖는다. 이러한 도구 캐리어의 일 특성은, 도구가 일단 캐리어에 부착되면 캐리어는 도구에 고정되고(즉, 도구에 대해 이동 가능하지 않음), 도구 캐리어가 작업요소에 대해 이동하면, 도구는 도구 캐리어와 같이 이동한다. 여기서 사용된 용어, 도구 캐리어는 단순히 피벗 가능한 연결 포인트가 아니라, 다양한 도구에 수용되고 고정되도록 의도된 특별한 전용 장치이다. 도구 캐리어 자체는 리프트암 또는 프레임(110)과 같은 작업요소(130)에 장착 가능하다. 도구 인터페이스(170)는 또한, 도구의 하나 이상의 작업요소에 동력을 제공하기 위한 하나 이상의 동력원을 포함할 수 있다. 일부 동력기계는 도구 인터페이스를 갖는 복수의 작업요소를 가질 수 있고, 이들 각각은 반드시 필요하지 않지만 도구를 수용하는 하나의 도구 캐리어를 가질 수 있다. 일부 다른 동력기계는 복수의 도구 인터페이스를 갖는 하나의 작업요소를 가질 수 있고, 단일 작업요소는 복수의 도구를 동시에 수용할 수 있다. 이들 도구 인터페이스 각각은 반드시 필요하지 않지만 도구 캐리어를 갖는다.
프레임(110)은 그에 부착되거나 그 위에 위치하는 다양한 다른 구성요소를 지지할 수 있는 물리적 조립체를 포함한다. 프레임(110)은 여러 개의 개별 구성요소를 포함할 수 있다. 일부 동력기계는 단단한(강성) 프레임을 갖는다. 즉, 프레임의 어느 한 부분도 프레임의 다른 부분에 대해 이동 가능하지 않다. 다른 동력기계는 프레임의 다른 부분에 대해 움직일 수 있는 적어도 하나의 부분을 갖는다. 예를 들어, 굴착기는 하부 프레임부에 대해 회전하는 상부 프레임부를 가질 수 있다. 다른 작업 차량은 조향(steering) 기능을 달성하기 위하여 프레임의 일부분이 다른 부분에 대해 피벗하는 관절형(articulated) 프레임을 갖는다.
프레임(110)은, 일부 예에서 도구 인터페이스(170)를 통해 부착된 도구가 사용할 동력을 제공하는 것뿐만 아니라, 하나 이상의 견인요소(140)를 포함하는 하나 이상의 작업요소(130)에 동력을 제공하도록 구성된 동력원(120)을 지지한다. 동력원(120)으로부터의 동력이 작업요소(130), 견인요소(140) 및 도구 인터페이스(170)의 어디에도 직접 제공될 수 있다. 대안적으로, 동력원(120)으로부터의 동력은 제어 시스템(160)에 제공될 수 있고, 이는 순차적으로 동력을 사용하여 작업 기능을 수행할 수 있는 구성요소에 동력을 선택적으로 제공한다. 동력기계용 동력원은 통상적으로 내연기관과 같은 엔진 및 엔진으로부터의 출력을 작업요소에 의하여 사용 가능한 동력 형태로 변환할 수 있는 기계 변속기 또는 유압 시스템과 같은 동력 변환 시스템을 포함한다. 일반적으로 전력원 또는 하이브리드 동력원으로 알려진 동력원과의 조합을 포함하는 다른 유형의 동력원이 동력기계에 통합될 수 있다.
도 1은 작업요소(130)로 지정된 단일 작업요소를 나타내지만, 다양한 동력기계는 임의 개수의 작업요소를 가질 수 있다. 작업요소는 통상 동력기계의 프레임에 부착되고, 작업을 수행하는 경우에 프레임에 대해 이동 가능하다. 또한, 견인요소(140)는, 그들의 작업 기능이 일반적으로 동력기계(100)를 지지표면 위로 이동시키는 점에서, 작업요소의 특별한 경우이다. 견인요소(140)는 작업요소(130)와 별개로 도시되어 나타나고, 그 이유는 많은 동력기계는 항상 그렇다고는 할 수 없지만 견인요소 이외의 추가적인 작업요소를 갖고 있기 때문이다. 동력기계는 임의 개수의 견인요소를 가질 수 있고, 이들 일부 또는 모두가 동력원(120)으로부터의 동력을 수용해서 동력기계(100)를 추진할 수 있다. 견인요소는, 예를 들어 트랙(track) 조립체, 차축에 부착된 바퀴(wheels) 등일 수 있다. 견인요소는 견인요소의 이동이 차축 주위의 회전으로 한정되도록(조향이 스키딩(skidding)에 의하여 달성됨) 프레임에 장착될 수 있고, 또는 대안적으로 견인요소가 프레임에 대하여 피벗함으로써 조향을 달성하도록 프레임에 피벗 가능하게 장착될 수 있다.
동력기계(100)는 운전자가 동력기계의 작동을 제어할 수 있는 운전 위치를 포함하는 운전자 스테이션(150)을 포함한다. 일부 동력기계에서 운전자 스테이션(150)은 밀폐된 또는 부분적으로 밀폐된 운전실(cab)에 의하여 정의된다. 본 발명의 실시예가 실현될 수 있는 일부 동력기계는 위에 기술된 형태의 운전실 또는 운전구역을 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, 워크 비하인드 로더(walk behind loader)는 운전실 또는 운전구역을 갖지 않고 오히려 동력기계를 적합하게 작동하는 운전자 스테이션으로서 기능하는 운전 위치(operating position)를 가질 수 있다. 보다 광범위하게, 작업 차량 이외의 동력기계는 위에 언급된 운전 위치 및 운전구역과 반드시 유사하지 않은 운전 스테이션을 가질 수 있다. 또한, 동력기계(100)와 같은 일부 동력기계 및 기타는, 이들이 운전구역 또는 운전 위치를 갖는지에 상관없이, 동력기계상의 또는 동력기계에 인접한 운전 스테이션 대신에 또는 이에 더하여 원격으로(즉, 원격으로 위치한 운전자 스테이션으로부터) 작동될 수 있다. 동력기계의 운전자 제어 기능 중 적어도 일부가 동력기계에 연결된 도구와 연결된 운전 위치에서 작동할 수 있는 애플리케이션을 포함할 수 있다. 대안적으로 일부 동력기계의 경우, 동력기계 상의 운전자 제어 기능 중 적어도 일부를 제어할 수 있는 원격 제어 장치가 제공될 수 있다(즉, 동력기계 및 동력기계에 결합되는 임의의 도구로부터 원격임).
도 2 및 도 3은 아래 기술될 실시예가 유리하게 이용될 수 있는, 도 1에 도시된 동력기계의 하나의 특정의 예인 로더(200)를 도시한다. 로더(200)는 스키드-스티어 로더로서, 단단한 차축에 의하여 로더의 프레임에 장착되는 견인요소(이 경우 4 바퀴)를 갖는 로더이다. 여기서 "단단한 차축"은 스키드-스티어 로더(200)가 회전 또는 조향되어 로더의 선회(turn)를 달성할 수 있는 어떠한 견인요소를 갖지 않는다는 것을 말한다. 대신에, 스키드-스티어 로더는 로더의 각각의 측면의 하나 이상의 견인요소에 독립적으로 동력을 주는 구동 시스템을 갖고, 각각의 측면에 다른 견인신호를 제공함으로써 기계가 지지표면 위로 미끄러지는 경향이 있다. 이러한 가변(varying) 신호는 로더를 전방 방향으로 이동시키기 위하여 로더의 한 측면 상의 견인 요소(들)에 동력을 제공하는 것과, 로더를 역방향으로 이동시키기 위하여 다른 측면 상의 견인 요소(들)에 동력을 제공하는 것을 포함하고, 로더를 로더 자체의 궤적(footprint) 내에서 중심 반경 주위로 선회시킬 수 있다. "스키드 스티어(skid-steer)"라는 용어는, 위에서 설명한 바와 같이 견인 요소로서 바퀴를 갖는 미끄러운 조향을 갖는 로더를 통상적으로 지칭한다. 그러나, 많은 트랙 로더도 또한 미끄럼을 통해 선회를 수행하고 바퀴가 없더라도 기술적으로 스키드-스티어 로더라는 점에 유의하여야 한다. 본 발명의 목적상 달리 언급되지 않는 한, 스키드 스티어라는 용어는 견인 요소로서 바퀴를 갖는 로더로 범위를 한정해서는 안 된다.
로더(200)는 도 1에서 넓게 도시되고 위에 설명된 동력기계(100)의 하나의 특별한 예이다. 따라서, 이하 설명되는 로더(200)의 특징부는 도 1에 사용된 것과 유사한 도면번호를 사용한다. 예를 들어, 로더(200)는 동력기계(100)가 프레임(100)을 갖는 것과 같이 프레임(210)을 갖는 것으로 설명된다. 여기서 설명되는 스키드-스티어 로더(200)는, 트랙 조립체 및 트랙 조립체를 동력기계에 장착하는 장착 요소에 관해 후술되는 실시예가 실시될 수 있는 환경에 대한 이해를 제공하기 위한 것이다. 로더(200)는 여기에 개시된 실시예에서 필수적인 것은 아니고, 따라서 후술되는 실시예가 구현될 수 있는 로더(200)가 아닌 동력기계에 포함될 수도 있고 아닐 수도 있는 것으로 설명되는 특징의 설명에 특별히 제한되는 것으로 간주되어서는 안된다. 특별히 언급하지 않는 한, 후술되는 실시예는 다양한 동력기계에 실시될 수 있고 로더(200)는 그러한 동력기계 중 단지 하나이다. 예를 들어, 후술되는 본 발명의 일부 또는 전체가, 몇 가지 예를 들면, 다양한 다른 로더, 굴착기, 트렌처(trenchers) 및 도저(dozers) 등 많은 다른 종류의 작업 차량에서 구현될 수 있다.
로더(200)는 동력기계 상의 다양한 기능을 작동시키기 위한 동력을 생성하거나 또는 제공할 수 있는 동력 시스템(220)을 지지하는 프레임(210)을 포함한다. 동력 시스템(220)은 블록 다이어그램 형태로 표시되지만 프레임(210) 내에 위치한다.프레임(210)은 또한 다양한 작업을 수행하기 위하여 동력 시스템(220)에 의하여 동력을 받는 리프트암 조립체(230) 형태의 작업요소를 지지한다. 로더(200)가 작업 차량인 경우, 프레임(210)은 또한 동력기계를 지지표면 위로 추진하고 동력 시스템(220)에 의하여 동력을 받는 견인 시스템(240)을 지지한다. 리프트암 조립체(230)는 차례로, 다양한 작업을 수행하기 위하여 로더(200)에 다양한 도구를 수용 및 고정할 수 있는 도구 캐리어(272) 및 로더에 연결될 수 있는 도구에 동력을 선택적으로 제공하기 위하여 도구가 결합될 수 있는 동력 커플러(274)를 포함하는 도구 인터페이스(270)를 지지한다. 동력 커플러(274)는 유압원 또는 전력원 또는 모두를 제공할 수 있다. 로더(200)는 운전자가 다양한 제어장치(260)를 조작하여 동력기계가 다양한 작업 기능을 수행하게 할 수 있는 운전자 스테이션(255)을 정의하는 운전실(250)을 포함한다. 운전실(250)은 마운트(254)를 통하여 연장되는 축 중심으로 뒤로 피벗될 수 있고, 유지 및 보수가 필요하면, 동력 시스템 구성요소에의 접근을 제공한다.
운전자 스테이션(255)은 운전석(258) 및 다양한 기계 기능을 제어하기 위하여 운전자가 조작할 수 있는 제어 레버(260)를 포함하는 복수의 운전자 입력장치를 포함한다. 운전자 입력장치는 버튼, 스위치, 레버, 슬라이더(sliders), 페달 등을 포함할 수 있고, 손 작동 레버 또는 발 페달과 같은 독립형(stand-alone) 장치이거나 또는 핸드 그립(grips) 또는 디스플레이 패널에 통합될 수 있고, 프로그램 입력장치를 포함한다. 운전자 입력장치의 작동은 전기 신호, 유압 신호 및/또는 기계 신호 형태의 신호를 발생할 수 있다. 운전자 입력장치에 반응하여 발생한 신호는 동력기계의 다양한 기능을 제어하기 위하여 동력기계의 다양한 구성요소에 제공된다. 동력기계(100)의 운전자 입력장치에 의하여 제어되는 기능 중에는 견인요소(219), 리프트암 조립체(230), 도구 캐리어(272)의 제어를 포함하고, 도구에 작동 가능하게 결합될 수 있는 임의의 도구에 신호를 제공한다.
로더는, 예를 들어 청각(audible) 및/또는 시각(visual) 표시와 같이, 운전자에 의하여 감지될 수 있는 형태로 동력기계의 작동에 관련된 정보의 표시를 주기 위하여 운전실(250)에 제공되는 디스플레이 장치를 포함하는 사람-기계 인터페이스를 포함할 수 있다. 청각 표시는 버저(buzzers), 벨 등 또는 언어(verbal) 통신의 형태로 나타날 수 있다. 시각 표시는 그래프, 라이트, 아이콘, 게이지(gauges), 알파벳 문자 등의 형태로 나타날 수 있다. 디스플레이는 경고등이나 게이지와 같은 전용 표시를 제공하거나, 다양한 크기와 기능의 모니터와 같이 프로그램 가능한 디스플레이 장치를 포함하여 프로그램 가능한 정보를 제공하기 위하여 동적일 수 있다. 디스플레이 장치는 진단 정보, 문제 해결 정보, 지시 정보 및 운전자가 동력기계 또는 동력기계와 연결된 도구를 보조하기 위한 다양한 유형의 정보를 제공할 수 있다. 운전자에게 사용될 수 있는 다른 정보 역시 제공할 수 있다. 워크 비하인드 로더와 같은 다른 동력기계는 운전실, 운전구역 또는 좌석을 갖지 않을 수 있다. 그러한 로더의 운전 위치는 일반적으로 운전자가 운전자 입력장치를 조작하기 위하여 가장 적합한 위치로 정의된다.
이하 기술되는 본 발명의 실시예를 포함하거나 상호 작용하는 다양한 동력기계는 다양한 작업요소를 지지하는 다양한 다른 프레임 구성요소를 가질 수 있다. 본 발명의 프레임(210)의 구성요소는 발명의 목적을 위하여 예시적으로 제공되고, 프레임(210)이 본 발명이 실시되는 동력기계의 프레임의 유일한 형태는 아니다.
로더(200)의 프레임(210)은 차대(undercarriage) 또는 프레임의 하부(211) 및 차대에 의하여 지지되는 메인 프레임 또는 프레임의 상부(212)를 포함한다. 일부 실시예에서, 로더(200)의 메인 프레임(212)은 차대와 메인 프레임의 용접 또는 조임장치(fasteners) 같은 것에 의하여 차대(211)에 부착된다. 또는 메인 프레임 및 차대는 일체형으로 형성될 수 있다. 메인 프레임(212)은, 메인 프레임의 후방을 향하여 양 측면에 위치하고, 리프트암 조립체(230)를 지지하고 리프트암 조립체(230)가 피벗 부착되는, 한 쌍의 직립부(214A; 214B)를 포함한다. 리프트암 조립체(230)는 직립부(214A; 214B) 각각에 예시적으로 핀 고정된다. 직립부(214A; 214B) 상의 장착부와 리프트암 조립체(230)와 장착 하드웨어(리프트암 조립체를 메인 프레임(212)에 고정하기 위한 핀(pin)을 포함함)의 조합을 본 발명의 목적상 집합적으로 조인트(216A; 216B)(직립부(214)의 각각에 하나가 위치함)로 지칭한다. 조인트(216A; 216B)는 차축(218)을 따라 배열되고, 아래에 설명하는 바와 같이, 리프트암 조립체가 프레임(210)에 대해 차축(218) 중심으로 피벗할 수 있도록 한다. 다른 동력기계는 프레임의 양쪽 측면 상에 직립부를 포함하지 않거나, 프레임의 후방을 향해 양쪽 측면 상의 직립부에 장착될 수 있는 리프트암 조립체를 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, 일부 동력기계는 동력기계의 단일 측면 또는 동력기계의 전방 또는 후방 단부에 장착된 단일 아암을 가질 수 있다. 다른 기계는 복수의 리프트암을 포함하는 복수의 작업요소를 가질 수 있고, 이들 각각은 그 자신 고유의 구조로 기계에 장착된다. 프레임(210)은 또한 로더(200)의 양 측면 상에 바퀴(219A-D)의 형태인 한 쌍의 견인요소를 또한 지지한다.
도 2 및 도 3에 도시된 리프트암 조립체(230)는, 본 발명의 실시예를 실현할 수 있는 로더(200) 또는 다른 동력기계와 같은 동력기계에 장착될 수 있는 리프트암 조립체의 많은 상이한 유형 중 하나의 예이다. 리프트암 조립체(230)는 수직 리프트암으로 알려진 것이고, 리프트암 조립체(230)가 로더(200)의 제어하에 프레임(210)에 대하여 일반적으로 수직 경로를 형성하는 리프트 경로(path)(237)를 따라 이동 가능한 것(즉, 리프트암 조립체는 상승 및 하강할 수 있음)을 의미한다. 다른 리프트암 조립체는 다른 기하구조를 가질 수 있고, 로더의 프레임에 다양한 방법으로 결합되어 리프트암 조립체(230)의 방사상(radial) 경로와 다른 리프트 경로를 제공할 수 있다. 예를 들어, 다른 로더에서의 일부 리프트 경로는 방사상 리프트 경로를 제공한다. 다른 리프트암 조립체는 확장 가능한 또는 신축형(telescoping) 부분을 가질 수 있다. 다른 동력기계는 그들의 프레임에 부착된 복수의 리프트암 조립체를 가질 수 있고, 각각의 리프트암 조립체는 다른 것에 대해 독립적이다. 본 발명에 특별히 언급하지 않는 한, 상세한 설명에 개시한 본 발명의 개념은 특정한 동력기계에 결합되는 리프트암 조립체의 형태나 수에 제한되지 않는다.
리프트암 조립체(230)는 프레임(210)의 대향 측면 상에 배치되는 한 쌍의 리프트암(234)을 갖는다. 도 2에 도시된 하강 위치에서의 경우, 리프트암(234) 각각의 제1 단부는 조인트(216)에서 동력기계에 피벗 결합되고, 리프트암 각각의 제2 단부(232B)는 프레임(210)의 전방을 향해 위치한다. 조인트(216)는 로더(200)의 후면을 향하여 위치하고 리프트암은 프레임(210)의 측면을 따라 확장한다. 리프트 경로(237)는 리프트암 조립체(23)가 최소 및 최고 높이 사이에서 이동함에 따라 리프트암(234)의 제2 단부(232B)의 이동 경로에 의하여 정의된다.
리프트암(234) 각각은 조인트(216) 중 하나에서 프레임(210)에 피벗 결합되는 각각의 리프트암(234)의 제1 부분(234A) 및 제1 부분(234A)에의 연결부로부터 리프트암 조립체(230)의 제2 단부(232B)로 확장되는 제2 부분(234B)을 갖는다. 리프트암(234)은 제1 부분(234A)에 부착되는 교차부재(cross member)(236)에 각각 결합된다. 교차부재(236)는 리프트암 조립체(230)에 증가된 구조 안정성을 제공한다. 동력 시스템(220)으로부터 가압 유체를 수용하도록 로더(200) 상에 구성된 유압 실린더인 한 쌍의 작동기(238)는, 로더(200)의 각 측면 상의 피벗 가능한 조인트(238A 및 238B)에서 각각 프레임(210)과 리프트암(234) 모두에 피벗 결합된다. 작동기(238)는 개별적 그리고 집합적으로 리프트 실린더로서 종종 지칭된다. 작동기(238)의 작동(즉, 확장 및 수축)은 리프트암 조립체(230)가 조인트(216) 주위로 피벗함으로써 화살표(237)로 표시된 고정 경로를 따라 상승 및 하강하도록 한다. 한 쌍의 제어 링크(217) 각각은 프레임(210)의 양 측면 상에서 프레임(210)과 하나의 리프트암(232)에 피벗 장착된다. 제어 링크(217)는 리프트암 조립체(230)의 고정 리프트 경로를 정의하는 것을 도와준다.
굴착기에서 가장 두드러지고 다른 로더에서도 가능한 일부 리프트암은, 도 2에 도시된 리프트암 조립체(230)의 경우와 같이 함께(즉, 소정 경로를 따라) 이동하는 대신에 다른 세그먼트에 대해 피벗하도록 제어 가능한 부분을 가질 수 있다. 일부 동력기계는, 굴착기 또는 일부 로더 및 다른 동력기계에 알려진 것처럼 단일 리프트암을 갖는 리프트암 조립체를 갖는다. 다른 동력기계는 복수의 리프트암 조립체를 가질 수 있고, 각각은 다른 것들에 대해 독립적이다.
도구 인터페이스(270)는 리프트암 조립체(230)의 제2 단부(232B)에 인접하여 제공된다. 도구 인터페이스(270)는 다양한 서로 다른 도구를 리프트암(234)에 수용하고 고정할 수 있는 도구 캐리어(272)를 포함한다. 이러한 도구는 도구 캐리어(272)와 맞물리게 구성되는 상보(complementary) 기계 인터페이스를 갖는다. 도구 캐리어(272)는 아암(234)의 제2 단부(232B)에 피벗 가능하게 장착된다. 도구 캐리어 작동기(235)는 리프트암 조립체(230)와 도구 캐리어(272)에 작동 가능하게 결합되고, 도구 캐리어(272)를 리프트암 조립체에 대해 회전하도록 작동 가능하다. 도구 캐리어 작동기(235)는 예시적으로는 유압 실린더이고 종종 틸트 실린더로 알려져 있다.
복수의 다른 도구에 부착될 수 있는 도구 캐리어를 가짐으로써, 하나의 도구에서 다른 도구로의 변경이 비교적 쉽게 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도구 캐리어를 갖는 기계는 도구 캐리어와 리프트암 조립체 사이에 작동기를 제공할 수 있고, 도구의 제거 또는 부착은 도구로부터 작동기의 제거 또는 부착, 또는 리프트암 조립체로부터 도구의 제거 또는 부착을 필요로 하지 않는다. 도구 캐리어(272)는 도구를 리프트암(또는 동력기계의 다른 부분)에 쉽게 부착하는, 도구 캐리어를 가질 필요 없는 리프트암 조립체의 장착 구조를 제공한다.
일부 동력기계는 도구 또는 틸트 작동기를 갖는 리프트암에 핀 고정(pinned)에 의하여 부착되고 도구 또는 도구 형태 구조에 직접 결합되는 도구 유사 장치를 가질 수 있다. 리프트암에 회전 가능하게 핀 고정되는 이러한 도구의 보통의 예가 버킷이고, 용접 또는 조임장치에 의하여 버킷에 직접 고정되는 브라킷에 하나 이상의 틸트 실린더가 부착된다. 이러한 동력기계는 도구 캐리어를 갖지 않고, 오히려 리프트암과 도구 사이의 직접 연결을 갖는다.
도구 인터페이스(270)는 또한 리프트암 조립체(230)의 도구의 연결에 이용 가능한 도구 동력원(274)을 포함한다. 도구 동력원(274)은 도구가 제거 가능하게 결합될 수 있는 가압 유압 유체 포트를 포함한다. 가압 유압 유체 포트는 도구 상에서 하나 이상의 기능 또는 작동기에 동력을 제공하기 위하여 가압 유압 유체를 선택적으로 제공한다. 도구 동력원은 또한 도구 상에서 전기식 작동기 및/또는 전자식 제어기에 전력을 제공하기 위하여 전력원을 포함할 수 있다. 도구 동력원(274)은 또한, 도구의 제어기와 로더(200)의 전자식 장치 사이에서 통신을 가능하게 하기 위하여 로더(200) 상의 데이터 버스와 통신하는 전기 도관(conduits)을 예시적으로 포함한다.
도 2 및 도 3에서 프레임(210)은 동력 시스템(220)을 지지하고 둘러싸서, 동력 시스템(220)의 다양한 구성요소가 보이지 않는다.
도 4는 동력 시스템(220)의 다양한 구성요소의 다이어그램을 포함한다. 동력 시스템(220)은 다양한 기계 기능에서 사용하는 동력을 발생 및/또는 저장할 수 있는 하나 이상의 동력원(222)을 포함한다. 동력기계(200)에서, 동력 시스템(220)은 내연기관을 포함한다. 다른 동력기계는 주어진 동력기계 구성요소에 동력을 제공할 수 있는 전기 발생기, 재충전 배터리, 다양한 다른 동력원 또는 동력원들의 결합을 포함할 수 있다. 동력 시스템(220)은 또한 동력원(222)에 작동 가능하게 결합되는 동력 변환 시스템(224)을 포함한다. 동력 변환 시스템(224)은 차례로 동력기계의 기능을 수행하는 하나 이상의 작동기(226)에 결합된다. 다양한 동력기계의 동력 변환 시스템(224)은 기계 변속기, 유압 시스템 등을 포함하는 다양한 구성요소를 포함할 수 있다. 동력기계(200)의 동력 변환 시스템(224)은 구동 모터(226A, 226B)에 동력 신호를 제공하기 위하여 선택적으로 제어 가능한 한 쌍의 유체(hydrostatic) 구동 펌프(224A; 224B)를 포함한다. 구동 모터(226A; 226B)는 차례로 각각 차축에 작동 가능하게 결합되고, 구동 모터(226A)는 차축(228A; 228B)에 결합되고 구동 모터(226B)는 차축(228C; 228D)에 결합된다. 차축(228A-D)은 차례로 바퀴(219A-D)와 같은 견인요소에 결합된다. 구동 펌프(224A; 224B)는 운전자 입력장치에 기계적, 유압 및/또는 전기적으로 결합되어 구동 펌프를 제어하는 작동 신호를 받는다.
동력기계(200)의 구동 펌프, 모터 및 차축의 배열은 이들 구성요소의 배열의 하나의 예이다. 위에 기술한 바와 같이, 동력기계(200)는 스키드-스티어 로더이고, 동력기계의 각 측면의 견인요소는 단일 유압 펌프, 동력기계(200)의 단일 구동 모터 또는 개별 구동모터의 어느 하나의 출력을 통하여 함께 제어된다. 유압 구동 펌프의 다양한 다른 구성 및 결합이 바람직하게 이용될 수 있다.
동력기계(200)의 동력 변환 시스템(224)은 또한 동력원(222)에 작동 가능하게 결합된 유압 도구 펌프(224C)를 포함한다. 유압 도구 펌프(224C)는 작업 작동기 회로(238C)에 작동 가능하게 결합된다. 작업 작동기 회로(238C)는 제어 로직(하나 이상의 밸브와 같은)뿐만 아니라 리프트 실린더(238) 및 틸트 실린더(235)를 포함하여 작동을 제어한다. 제어 로직은 운전자 입력에 반응하여 선택적으로 리프트 실린더 및/또는 틸트 실린더의 작동을 허용한다. 일부 기계에서, 작업 작동기 회로는 또한 부착 도구에 가압 유압 유체를 선택적으로 제공하는 제어 로직을 포함한다. 동력기계(200)의 제어 로직은 개방 센터(open centor), 직렬 배열의 3개의 스풀(spool) 밸브를 포함한다. 스풀은 리프트 실린더에 이어서 틸트 실린더 그리고 부착 도구에 대한 가압 유체에 우선권을 주도록 배열된다.
동력기계(100) 및 로더(200)의 위의 설명은 예시적인 목적으로 제공되었고, 이하의 실시예가 실현될 수 있는 예시적인 환경을 제공한다. 본 발명에 개시된 실시예는 도 1의 블록 다이어그램에 나타낸 동력기계(100), 더 구체적으로는 트랙 로더(200)와 같은 로더에 의하여 일반적으로 기술된 동력기계에 실현될 수 있고, 특별히 달리 언급하지 않는 한 이하 설명하는 본 발명의 개념은 위에 특히 기술한 환경으로 한정되는 것은 아니다.
도 5는 위에 설명한 동력기계에 유사한 동력기계(300)의 일부의 블록도이다. 동력기계(300)는 이하 기술되는 복수의 제어기에 의하여 실행되고, 동력기계를 확장 또는 자동 제어 모드로 유도하고, 정의된 경로를 따라 이동하고 그리고/또는 정의된 기능을 수행하도록 구성된 제어 시스템(350)을 갖는다. 확장 제어는 동력기계의 작업을 수행하는데 운전자를 돕기 위하여 또는 일부 실시예에서 운전자의 도움 없이 작업을 자동적으로 수행하는데 사용될 수 있다. 이와 같이, 제어 시스템 또는 제어기(350)는 지지면에 대한 동력기계의 이동을 제어하는 구동 모터(354)를 제어하고, 리프트암을 상승 및 하강하는 리프트 작동기(356)를 제어하고, 도구 캐리어를 회전하는 틸트 작동기(358)를 제어한다. 일부 실시예에서, 제어 시스템(350)은 장애물을 확인하고 피하는 확장 제어를 실행하는데 하나 이상의 센서 또는 센서 시스템(452)으로부터의 입력을 사용한다. 예를 들어, 광탐지 및 거리측정(LiDAR) 센서 시스템과 같은 센서 또는 센서 시스템, ZED 스테레오 카메라 또는 이미지 인식 및 처리를 갖는 다른 비디오 시스템과 같은 카메라 시스템, RFID 국지화 시스템, 적외선 국지화 시스템, 3D 비행시간 카메라 시스템 등이 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 시스템(350)은 4개의 주요 구성요소- 국지화 서브시스템, 장애물 탐지 서브시스템, 경로 설계 서브시스템 및 기계 제어 서브시스템으로 나누어질 수 있다. 이들 시스템 모두는 도 5에 제어 시스템(350)으로 집합적으로 표시된다. 국지화 서브시스템은 본 발명에 개시된 실시예에서, 예를 들어 빌딩의 내부 또는 GPS 신호의 확실한 수신을 방해하는 다른 구조 부근의 작업 영역에서와 같이 GPS 위성신호를 이용할 수 없는 환경에서, 동력기계의 확장 운전자 제어를 위한 위치결정 정보를 제공하기 위하여 사용된다.
예시 실시예에서, 로보트 작동 시스템(robotic operating system: ROS)은 하드웨어와 소프트웨어 사이의 쉬운 적분을 용이하게 하고 시스템(350)의 4개 주요 서브시스템의 모두를 위한 링크를 제공하는 로보트 미들웨어(middleware)이다. ROS-동력 로보트 시스템에서, 시스템의 특정 기능은 "노드(nodes)"라 불리는 마이너 프로그램에 의하여 수행된다. 서로 다른 노드가 메시지 공표(publishing)/가입(subscribing) 시스템을 통하여 서로 통신한다. 노드는 다른 노드가 가입할 수 있는 토픽(topic)에 데이터 또는 신호를 공표할 수 있다. 마찬가지로, 노드는 또한 다른 노드가 공표하는 임의의 토픽에 가입할 수 있다. 다수의 노드는 함께 더 넓은 기능을 수행할 수 있는 "패키지"라 불리는 큰 유닛으로 그룹을 만들 수 있다. 예시 실시예에서, 앞에 언급한 서브시스템 모두는 특정 역할을 수행하는 각각의 패키지를 형성한다. 예를 들어, 경로 설계 패키지는 장애물 주위의 중간지점(way point) 경로를 공식화하는 설계자 노드를 포함한다. 경로 설계 패키지는 또한 중간지점을 AOC 제어기의 제어(즉, 동력기계의 구동을 초래)를 위한 명령 메시지로 전환하는 단일 타깃 추적(tracking) 노드를 포함한다. 국지화 서브시스템, 장애물 탐지 서브시스템, 경로 설계 서브시스템 및 기계 제어 서브시스템은, 도 6에 나타낸 작동 환경 시스템 블록도, 도 7에 나타낸 방법 플로우차트, 그리고 이어지는 다양한 설계를 참조하여 이하에 추가로 상세하게 설명된다.
도 6은 빌딩 또는 GPS 시스템 위성으로부터 GPS 신호가 확실히 수신되지 않는 다른 작업 공간과 같은 GPS-불가 환경 작동 환경(602)을 나타낸다. 환경(602) 내에 동력기계(600)의 위치를 결정하는데 도움이 되도록 사용되는 복수의 위치결정 장치(606; 608; 610)를 포함하는 국지화 위치결정 시스템(604)이 형성된다. 장치(606; 608; 610)는 구조 또는 작동환경 내부에 또는 가까이에 위치하고, 동력기계(600)에 신호를 전송하거나 동력기계로부터 신호를 수신하여 국지화 환경(602) 내에서 동력기계의 위치결정을 도와주는 센서, 수신기, 송신기 및/또는 송수신기 일 수 있다. 센서의 숫자는 특정의 불가 환경의 형상 및 크기에 따라 변할 수 있다. 일부 실시예에서 울트라-와이드 밴드(ultra-wideband; UWB) 기술을 사용하는 데카웨이브(Decawave®) 시스템이 실시간 위치 시스템(RTLS)을 제공하고, 임의의 RTLS 기술이 특정 작동환경, 동력기계 설계 등의 요구에 따라 사용될 수 있다. 데카웨이브 RTLS는 동력기계(600)에 위치될 수 있고, 메시지를 주기적인 기준으로 전송하도록 구성된 태그(612)(송신기 또는 송수신기) 및 태그(612)로부터의 전송을 수신하고 각각의 앵커에서 수신된 메시지의 일시를 기록하도록 구성된 복수의 위치결정 장치 또는 앵커(수신기 또는 송수신기)(606; 608; 610)를 사용한다. 이어서 태그(612)의 위치는 복수의 앵커의 각각에서 메시지가 수신된 시간으로부터 도착 시간차 기술을 사용하여 계산될 수 있다. 도착 시간은 또한 태그와 복수 앵커의 각각의 사이에 계산된 거리를 나타내고, 복수의 거리 표시 측정을 사용하여 태그의 위치가 결정될 수 있게 한다.
예시 실시예에서, 동력기계(600)는 서로 협력 작업하여 확장 또는 자율 운전자 제어를 제공하는 복수의 제어기 또는 제어 시스템을 포함한다. 국지 제어기(614)는 태그(612)를 포함하거나 태그와 통신하고, 작동환경(612) 내에서 동력기계의 위치를 결정하도록 구성된다. 국지 제어기(614)는 위치 정보를 확장 제어 방법을 실행하여 동력기계를 자율적으로 또는 반-자율적으로 제어하도록 구성된 자율 또는 확장 작동 제어기(AOC)(616)에 제공한다. AOC 제어기는 차례로 동력기계의 표준 제어기(618)와 접속하여 동력기계의 이동 또는 리프트, 틸트와 같은 다른 기능을 제어한다. 일부 실시예에서, 국지 제어기(614)는 또한 도 5에 나타낸 센서(352)를 참조하여 위에 설명한 것과 같은 대상 탐지 센서(652)를 이용하여 대상 또는 장애물(620; 622; 624)의 위치를 탐지하도록 구성된다. 위에 설명한 바와 같이, 대상 탐지 센서는 이미지 처리를 갖는 비디오 센서, 레이더, 광탐지 및 거리측정(LiDAR) 센서 등과 같은 임의의 적합한 센서 또는 센서 시스템일 수 있다. 다른 실시예에서, 대상 또는 장애물(620; 622; 624)의 위치는 셀폰 또는 다른 유사장치와 같은 휴대용 컴퓨팅 장치를 사용하여 태그되고 동력기계(600)의 데이터베이스 또는 맵에 저장되는 것과 같은 다른 방법을 사용하여 확인된다.
일부 실시예에서, 확장 작동 제어기(616)는 또한 위성 위치결정 신호를 이용할 수 있으면 동력기계의 위치를 결정하는 글로벌 위치결정 시스템 기능을 포함한다. 이는 동력기계(600)가 GPS-가능 및 GPS-불가 환경 모두에서 사용되고, 동력기계가 한 곳에서 다른 곳으로 이동함에 따라 환경 사이에서 변화할 수 있게 한다. 일부 경우에, 동력기계는 국지화 위치결정 환경 및 GPS 환경 모두에 동시에 접속하기 쉽도록 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 국지 제어기는 GPS-가능 환경의 작동 및 GPS-불가 환경의 작동 사이의 전이가 가능한 틈이 없도록, 이용할 수 있는 대로 국지 환경을 이용하도록 구성된다. 다른 실시예에서, GPS 및 국지화 위치결정 환경 사이에서 변화하기 위하여 다양한 설계가 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 국지 제어기(614)는 환경(602) 내에서 동력기계(600)의 위치를 결정하고, 환경 내에서 원하는 위치(630)를 확인하고, 장애물(620; 622; 624)의 위치를 확인하도록 구성된다. 다음에 국지 제어기(614)는 경로(634)를 만들고, 그 경로를 AOC(616)에 다운로드한다. 이어서 AOC는 만들어진 경로(634)를 이용하여 기계 제어기(618)를 통하여 기계 이동 기능을 제어한다. 다른 실시예에서, 국지 제어기(614)는 동력기계의 위치를 결정하지만, AOC(616)가 경로(634) 자체를 만들고 이어서 기계 제어기를 제어하여 기계를 경로를 따라 이동하도록 제어한다. AOC, 국지 제어기 및 표준 제어기가 별개의 제어기로 설명되었지만, 일부 실시예에서 이들 제어기는 단일 제어기 또는 복수 제어기로 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기가 별개의 물리적 용기를 갖는 것이 바람직하지만(예, 시스템이 현재의 기계에 키트의 형태로 첨가될 수 있는 환경), 다른 실시예에서 AOC, 국지 제어기 및 표준 제어기와 관련된 모든 기능이 단일 제어기 조립체로 통합되는 것이 바람직하다.
도 7은 동력기계의 자율 또는 확장 제어를 제공하는 방법(700)을 나타낸다. 블록(702)에 도시한 바와 같이, 국지적 위치결정 시스템 환경(604)이 확인된다. 동력기계는 빌딩(602) 내에서 국지 환경(604)을 사용하여 작동을 시작하거나, 또는 동력기계는 GPS-가능 환경의 외부로부터 국지 환경으로의 전이로 이동할 수 있다. 제어기(614)는 동력기계가 국지 위치결정 환경으로 진입하였는지 또는 진압하고 있는지를 인식하고, 위성 위치결정 정보가 아닌 국지 위치결정 정보의 사용을 자동적으로 결정하도록 구성된다. 일부 실시예에서 위에 설명한 바와 같이, 위성 위치결정 신호 및 국지 위치결정 신호 모두가 동시에 이용 가능하면, 국지 환경으로의 전이가 틈이 없도록 가능한 한 국지 환경이 이용될 수 있다. 블록(704)에서, 국지 환경(604)를 사용하여 동력기계의 상대 위치가 확인된다.
블록(706)에서, 국지 환경 내에서 동력기계의 원하는 목적지(예, 위치(630))가 확인된다. 국지 제어기(614) 또는 AOC는 이미 이용 가능한 원하는 위치 정보를 갖거나 또는 정보가 국지 환경 내에 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 원하는 목적지는 동력기계로부터 먼 곳에 위치한 외부 장치를 통하여 제어기의 하나에 전달될 수 있다. 예를 들어, 스마트폰 또는 태블릿 컴퓨터와 같은 휴대용 컴퓨팅 장치는 동력기계로부터 떨어져 위치한 사용자가 그러한 정보를 제공하도록 하는 앱을 구비하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 이 정보는 동력기계의 운전자 입력장치를 통하여 동력기계의 운전자에 의하여 입력될 수 있다.
블록(708)에서, 국지 환경 내의 장애물이 확인, 탐지 또는 위치된다. 이는 위에 설명한 바와 같이 대상 센서 또는 센서 시스템(352; 652)을 사용하여 또는 휴대용 컴퓨팅 장치와 같은 외부 또는 원격 마킹 장치에 의하여 달성될 수 있다. 일단 국지 환경 내의 동력기계의 위치 및 장애물의 위치가 알려지면, 국지 제어기(614) 및 AOC(616)는 현재의 동력기계 위치로부터 원하는 위치까지의 동력기계 경로를 만들기 위하여 사용될 수 있다. 이는 블록(710)에 나타낸다. 그리고 블록(712)에 나타낸 바와 같이, 동력기계는 동력기계를 원하는 목적지까지의 확인된 경로를 따라 구동하도록 제어된다. 이 제어는 이 작업을 수행하는 운전자를 도와주는 확장 제어, 또는 완전한 자동 제어일 수 있다.
국지화 서브시스템 설계
국지화 시스템 또는 서브시스템(604)과 관련하여 임의의 다수의 다른 적합한 시스템 설계가 이용될 수 있다. 그러한 서브시스템의 하나는 실내 GPS-불가 국지화를 위한 위치 정보를 제공하는 데카웨이브를 이용한다. 확장 칼만 필터(extended Kalman filter: EKF)는 x, y 좌표에 데카웨이브 범위 측정을 융합하는데 사용될 수 있다.
데카웨이브 범위 측정을 융합하는 문제는 다음과 같이 계산될 수 있다; 스테이트(state) s의 2D 카테시안(Cartesian) 평면의 태그를 참작하면:
Figure pct00001
위치(x1; y1);(x2; y2):::(xn; yn)의 환경에서의 n 앵커를 참작한다. 앵커 시스템은 다음 비행시간(TOF) 범위 측정을 산출한다:
Figure pct00002
이는 다음과 같이 일반화될 수 있고, 여기서 i=1:::n
Figure pct00003
이 실시예에서, 앵커의 범위 측정 1:::n은 태그의 위치(x;y)를 결정하는데 사용된다.
전이 매트릭스(transition matrix) A, 제어 입력 B, 소음(noise) 매트릭스 G, 입력 ut 및 소음 wt를 갖는 이산(discrete) 시간 역학 시스템의 식은:
Figure pct00004
상기 식의 예시 실행은 브라운 운동(Brownian Motion) 모델을 사용하였고, 인자(agent)는 정지상태에 있는 것으로 추정한다. 이동이 없으므로 전이 매트릭스 A는:
Figure pct00005
입력이 없으므로 u 용어는 제거되어야 한다. 타깃이 이동하므로 공정 소음 공분산(covariance) Q는 매우 크다. 센서 변환(transformation) 매트릭스 H 및 측정 소음 vt를 갖는 센서 측정 모델을 참작한다.
Figure pct00006
이 경우의 변환은 비-선형이다. 거리는 위의
Figure pct00007
을 푸는 비행시간 방정식과 같이 거리 방정식의 상태와 관련이 있으므로, 방정식은 현재 상태 예측에서 선형화될 수 있고 H 를 다음과 같이 재정의한다.
Figure pct00008
각각의 반복에서 계산된 새 변환 매트릭스 H에 의하여, 이 EKF는 정규 칼만 필터로서 사용될 수 있다. 높이 Z를 포함하는 3D 케이스가 이 실시예에서 실행된다.
예시 실시예의 정밀도를 평가하기 위하여, 4개의 앵커에 의하여 형성된 직사각형 영역 내에서 시스템의 정확도를 양적 평가하는 실험이 실시되었다. 3개의 데카웨이브 앵커가 적합한 높이에 장착되고(예, 지면 위 6-10 피트), 4번째 데카웨이브 유닛은 태그로 사용되었다.
데카웨이브 태그의 위치가 위치 측정 정밀도에 어떻게 영향을 주는지에 대한 이해를 제공하기 위하여, 300 데이터 포인트가 전체 39개의 다른 샘플 위치에서 취해졌다. 각각의 샘플 위치를 위하여, 평균 x-좌표 및 y-좌표 값이 계산되었다. 제곱평균 제곱근(root mean square) 거리는 다음과 같이 정의된다:
Figure pct00009
여기서, n은 취해진 데이터 포인트의 숫자이고, ni 및 yi는 각각의 측정의 x 및 y 좌표이고,
Figure pct00010
및
Figure pct00011
는 평균 x 및 y 측정 좌표이다. RMS 정밀도값의 94.9%는 10 cm 아래에 있다. 표준 RMS 거리보다 높은 영역은 데카웨이브 앵커에 의하여 형성된 직사각형의 모서리에 가깝다. 따라서 데카웨이브 국지화 시스템은 확장 동력기계 제어 작동에 잘 작동한다.
장애물 회피 서브시스템 설계
본 발명의 장애물 회피 특징은 별개의 서브시스템으로 고려되거나 또는 국지화 또는 AOC 제어기에 통합될 수 있다. 하나의 목표는 알려지지 않은 장애물을 갖는 알려진 환경에서 로더를 조정하는 것이다. 예시 실시예에서, 스테레오 카메라가 환경을 감지하기 위하여 사용될 수 있다. 스테레오 카메라가 만드는 3D 포인트 클라우드(point cloud)는 적합한 압축 알고리즘을 사용하여 2D 코스트맵에 압축될 수 있다. 코스트맵은 확장 동력기계가 셀의 그리드(grid)에서 작동하기에 안전한 장소를 나타내는 데이터 구조이다. 통상적으로 코스트맵에서의 값은 2진법이고, 기계가 충돌할 수 있는 자유로운 공간 또는 장소를 나타낸다. 예시 실시예에서, 코스트맵은 경로 설계 알고리즘에 공급되어 경로 설계를 수행한다.
코스트맵 층( Costmap Layers)
전형적인 코스트맵은 3개 층을 포함한다. 정지상태(static) 층은 환경의 알려진 맵에 기초한다. 장애물 층은 환경의 알려지지 않은 장애물을 마크하고, 팽창(inflation) 층은 차량 또는 동력기계 크기의 원인이 되는 장애물을 팽창한다.
동력기계와 관련한 장애물의 정확한 위치를 정하기 위하여, 코스트맵 생성기는 센서(카메라)와 차량 자체 사이의 상대 위치를 아는 것이 필요하다. 예를 들어, 절대 변하지 않는 정지상태 환경 기준 프레임은 맵이라 하고, 차량의 베이스의 프레임은 베이스_링크라 하고, 카메라 프레임은 zed_ 카메라라고 한다. 모든 경우에 모든 포인트 클라우드 데이터는 기준 프레임으로부터 수집되기 때문에, 코스트맵 생성기는 맵 프레임에 대한 zed_카메라_센터가 어디인지 아는 것이 필요하다. 이 정보를 제공하기 위하여 브로드캐스트 노드(broadcast node)가 이 변환을 취급하기 위하여 제공된다.
경로 설계 서브시스템 설계
동력기계가 현재의 위치에서 바라는 목적지로 이동하기 전에, 출발 포인트와 맵이 주어지면 동력기계가 목적지에 도달할 경로가 주어져야 한다. 허용되는 알고리즘은 최적의 완전한 해결을 주기 위하여 기본 깊이-우선 조사(depth-first search) 개념을 사용하여야 하고, 이는 이용할 수 있는 경로가 있으면 2개의 포인트 사이의 가장 짧은 경로를 찾아야 한다는 것을 의미한다.
일반적인 코스트맵은 노드의 그리드로서 나타내고 출발 노드 및 목적 노드가 맵에서 확인되어야 한다. 다음에 경로 설계 알고리즘은 출발 노드 주의의 노드를 반복적으로 분석하고 이어서 목적지 노드에 도착할 때까지 평가에 기초하여 반복하여 인접 노드로 이동한다. 평가는 2개의 고려사항으로 구성된다. 첫째는 출발 노드에서 관심(interest) 노드로 가는 비용이다. 이 이동 비용은 출발 노드로부터 더 이동할수록 증가한다. 둘째 사항은 관심 노드에서 목적지 노드로 가는 비용에서 온다. 이 비용은 종종 '체험'이라고 불리고, 단지 예측이고 유클리드(Euclidean) 거리를 사용하여 예측된다. 목적지 노드에 도착한 후에, 동력기계는 되돌아갈 수 있고, 출발에서 목적지까지의 복수의 노드를 포함하는 가장 짧은 경로를 얻을 수 있다. 조사 알고리즘의 의사코드(pseudocode)가 도 8에 나타나있다.
경로 생성 알고리즘을 사용하여, 기본적으로는 노드의 리스트인 경로가 얻어진다. 다음에 동력기계 제어기는 경로 상의 노드를 하나씩 따르라고 지시받을 수 있다. 타깃은 동력기계가 가려고 하는 경로 리스트 상의 현재 노드이다. 타깃을 업데이트하는 의사코드가 도 8에 나타나있다.
경로 설계 노드가 노선(route) 및 현재의 중간지점을 생성한 후에, 동력기계는 구동되어야 하고, 중간지점을 향한 기계 궤도의 에러는 정정되어야 한다. 이를 달성하기 위하여, 제어기 및 대응 ROS 노드는 이하 기술한 바와 같이 실행되어야 한다.
ROS 실행
예시 실시예에서, 제어기는 현재의 방향, 현재 위치 및 현재의 중간지점 위치를 가입하는 단일 ROS 노드 내에 놓인다. 제어기는 재설정되는 경로 설계를 위한 신호를 공표한다. 노드는 또한 USB 직렬 메시지를 AOC 제어기로 밀어낸디.
제어법칙에서, 기본 뱅뱅(bang-bang) 제어기가 무반응영역(dead band)으로 실행된다. 뱅뱅 제어는 제어 효과가 2개의 스테이트(states) 사이에서 전환하는 제어법칙이다. 이 실시예에서, 2개의 스테이트는 고정 속도에서 좌 및 우 회전(turning)이다. 위에 설명한 바와 같이, 에러는 동력기계로부터 현재의 중간지점까지를 가리키는 벡터로부터의 방향의 차이이다. 에러가 네거티브이면, 동력기계는 동일한 속도로 다른 방향으로 회전하라고 명령받는다. 이 실시예에서 뱅뱅 제어는 무반응영역에 의하여 변경되고, 효과적으로 제3 스테이트를 생성한다. 에러의 절대값이 상당한 값 내에 있으면, 동력기계는 단순히 앞으로 이동하라고 명령받는다. 제어기는 이득(gain) 파라미터를 갖지 않거나 무반응영역 임계값을 넘는 에러 크기를 인식하지 못하므로, 동력기계는 원하는 방향 주위로 상당한 진동(oscillatory) 동작을 갖는다.
원하는 중간지점이 변하는 2개의 주요한 진로가 있다. 첫째는 동력기계가 현재의 중간지점의 고정 거리 내에 있을 때이다. 동력기계가 일단 이 임계값에 도달하면, 경로 설계자로부터 다음 중간지점이 부여된다. 재부여되는 중간지점을 위한 두번째 진로는 제어기의 틀림을 통하여 동력기계가 현재의 중간지점으로부터 너무 멀리 이동한 경우이다. 예시 실시예에서, 고정 임계값이 중간지점으로부터 최고 거리로 설정된다. 동력기계가 이 거리의 바깥에 있으면, 경로 설계자는 새 설계를 만들고 동력기계의 임계값 거리 내의 중간지점을 부여한다.
동력기계의 구동
차량을 실제로 구동하기 위하여, 제어 노드는 USB 직렬 통신을 통하여 AOC에 구동 명령을 밀어낸다. 일부 실시예에서, AOC는 들어오는 직렬 구동 명령을 제어기 영역 네트워크(Controller Area Network: CAN) 버스(bus) 메시지로 전환하는 스크립트(script)를 가동하고, 다양한 지시로 구동한다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참조로 설명되었지만, 본 발명의 기술분야의 당업자는 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 형태에서 또는 세부적으로 변경될 수 있음을 인지할 것이다.

Claims (15)

  1. 동력기계의 태그 장치(612)와 통신하는 국지 제어기(614)를 사용하여 국지적 위치결정 시스템 환경(604)을 확인하는 단계(702);
    국지 제어기를 사용하여 국지적 위치결정 시스템 환경 내의 동력기계의 현재 상대 위치를 확인하는 단계(704);
    국지적 위치결정 시스템 환경 내의 원하는 목적지 위치(630)를 확인하는 단계(706);
    국지적 위치결정 시스템 환경 내의 장애물(620; 622; 624)을 확인하는 단계(708);
    확인된 장애물에 부분적으로 기초하여 현재 상대 위치로부터 원하는 목적지 위치까지의 동력기계 경로(634)를 만드는 단계(710); 및
    확장 작동 제어기(616)를 사용하여 현재 상대 위치로부터 원하는 목적지 위치까지의 만들어진 동력기계 경로를 따라 구동하도록 동력기계를 적어도 부분적으로 자율적으로 제어하는 단계(712)를 포함하는,
    동력기계(100; 200 300; 600)의 확장 제어를 제공하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 국지적 위치결정 시스템 환경을 확인하는 단계(702)는 동력기계가 국지적 위치결정 시스템 환경에 진입하였는지 또는 진입하고 있는지를 확인하고, 자동적으로 내비게이션을 위한 위성항법 시스템의 사용을 중지하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 국지적 위치결정 시스템 환경 내의 원하는 목적지 위치(630)를 확인하는 단계(706)는 적어도 하나의 국지 제어기(614) 및 확장 작동 제어기(616)를 사용하여 원하는 목적지 위치를 확인하는 것을 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 원하는 목적지 위치(630)를 확인하는 단계(706)는 동력기계로부터 원격으로 위치한 장치로부터 원하는 목적지 위치를 수신하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 국지적 위치결정 시스템 환경 내의 장애물(620; 622; 624)을 확인하는 단계(708)는 대상 센서 시스템(352; 652)을 사용하여 장애물을 확인하는 단계를 더 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 대상 센서 시스템(352; 652)을 사용하여 장애물을 확인하는 단계는 비디오 센서, 레이더 시스템 그리고 광탐지 및 거리측정 시스템을 갖는 적어도 하나의 이미지 처리 시스템을 사용하여 장애물을 확인하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 국지적 위치결정 시스템 환경 내의 장애물(620; 622; 624)을 확인하는 단계(708)는 휴대용 컴퓨팅장치를 사용하여 장애물을 확인하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 국지 제어기를 사용하여 국지적 위치결정 시스템 환경 내의 동력기계의 현재 상대 위치를 확인하는 단계(704)는 국지적 위치결정 시스템 환경 내에 위치한 복수의 위치결정 장치(606; 608; 610)를 사용하여 동력기계의 실시간 위치 시스템 위치결정을 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  9. 프레임(110; 210);
    프레임에 의하여 지지되는 동력 시스템(120; 220);
    프레임에 의하여 지지되고 동력시스템에 의하여 동력을 받아 동력기계를 지지면 위로 제어 가능하게 추진하는 견인 시스템(140; 240);
    국지적 위치결정 시스템 환경 내의 동력기계의 위치를 결정하도록 구성된 국지 제어기(614), 동력기계의 확장 또는 적어도 부분적으로 자율적인 제어를 제공하도록 구성된 확장 작동 제어기(616) 및 확장 작동 제어기에 대응하여 동력 시스템과 견인 시스템을 제어하도록 구성된 기계 제어기(618)를 갖는 제어 시스템(160; 350)을 포함하는, 국지적 위치결정 시스템 환경(604)에서 확장 제어에 의하여 작동하도록 구성된 동력기계(100; 200 300; 600)로서,
    상기 제어 시스템은 국지적 위치결정 시스템 환경에서 동력기계를 자동적으로 안내하게 견인 시스템을 제어하도록 구성되고,
    상기 제어 시스템은 또한, 국지 제어기(614)와 태그 장치(612) 사이에 통신하여 국지적 위치결정 시스템 환경에서 동력기계의 존재를 확인하고, 국지적 위치결정 시스템 환경 내의 동력기계의 현재 상대 위치를 확인하고;
    국지적 위치결정 시스템 환경 내의 원하는 목적지 위치(630)를 확인하고;
    국지적 위치결정 시스템 환경 내의 장애물(620; 622; 624)을 확인하고;
    확인된 장애물에 부분적으로 기초하여 현재 상대 위치로부터 원하는 목적지 위치까지의 동력기계 경로(634)를 만들고; 그리고
    확장 작동 제어기(616)와 기계 제어기(618)를 사용하여 현재 상대 위치로부터 원하는 목적지 위치까지의 만들어진 동력기계 경로를 따라 구동하도록 동력기계를 적어도 부분적으로 자율적으로 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    국지적 위치결정 시스템 환경에서 확장 제어에 의하여 작동하도록 구성된 동력기계(100; 200 300; 600).
  10. 제9항에 있어서, 상기 동력기계는 국지적 위치결정 시스템 환경 내의 장애물(620; 622; 624)을 탐지하고 제어 시스템과 통신하여 장애물의 확인을 보조하도록 구성된 대상 센서 시스템(352; 652)을 더 포함하는 동력기계.
  11. 제10항에 있어서, 상기 대상 센서 시스템(352; 652)은 비디오 센서, 레이더 시스템 그리고 광탐지 및 거리측정 시스템을 갖는 적어도 하나의 이미지 처리 시스템을 포함하는 동력기계.
  12. 제9항에 있어서, 적어도 2개의 국지 제어기, 확장 작동 제어기 및 기계 제어기가 단일 제어기로 통합되는 동력기계.
  13. 제9항에 있어서, 상기 제어 시스템은 동력기계로부터 원격장치로부터 원하는 목적지 위치를 수신함으로써 동력기계의 원하는 목적지 위치를 확인하도록 구성되는 동력기계.
  14. 제9항에 있어서, 상기 제어 시스템은 제어 시스템과 통신하는 휴대용 컴퓨팅장치를 사용하여 국지적 위치결정 시스템 환경 내의 장애물을 확인하도록 구성되는 동력기계.
  15. 제9항에 있어서, 상기 제어 시스템은 또한 국지적 위치결정 시스템 환경 내에 위치한 복수의 위치결정 장치(606; 608; 610)를 사용하여 국지적 위치결정 시스템 환경 내의 동력기계의 현재 상대 위치를 확인하여 동력기계의 실시간 위치 시스템 위치 결정을 제공하도록 구성되는 동력기계.
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