KR20220010221A - Avm 기반 굴삭기 모니터링 장치 및 그 방법 - Google Patents

Avm 기반 굴삭기 모니터링 장치 및 그 방법 Download PDF

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현대두산인프라코어(주)
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Abstract

본 발명은 AVM 기술을 기반으로 굴삭기 선회체의 회전 반경 및 버켓의 회전반경을 모니터링할 수 있는 AVM 기반 굴삭기 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 선회체; 상기 선회체에 장착된 복수의 카메라; 붐, 아암, 및 버켓에 장착되어 각각의 각도를 검출하는 복수의 각도센서; 상기 복수의 카메라의 영상을 합성하여 사용자에게 합성된 영상을 표시하는 표시부; 및 상기 복수의 각도센서에 의해 검출된 각도에 기초하여 상기 선회체의 회전 반경 및 버켓 투쓰의 회전반경을 산출하는 EPOS;를 포함하고, 상기 표시부는 상기 산출된 선회체의 회전 반경 및 버켓 투쓰의 회전 반경을 표시하는 굴삭기.

Description

AVM 기반 굴삭기 모니터링 장치 및 그 방법{Excavator bucket MONITORING APPARATUS BASED ON AROUND VIEW MONITORING AND METHOD THEREOF}
본 발명은 AVM 기반 굴삭기 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 AVM 기술을 기반으로 굴삭기 선회체의 회전반경 및 버켓의 회전반경을 모니터링할 수 있는 AVM 기반 굴삭기 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로. 토공작업 환경에서는 도저, 로더, 굴삭기, 그레이더 등 건설 중장비가 주로 활용된다. 이 중 굴삭기는 장비의 규모에 비해 작업을 수행할 수 있는 반경이 넓은 반면, 이러한 굴삭기의 특성(붐, 암,)에 의해 장비 운전원에게 발생하는 사각지대가 여타 차량형 장비에 비해 넓다는 단점이 있다.
이에 따라 굴삭기는 사각지대로 인해 빈번한 안전사고를 발생시키거나, 주행 중 사각지대로 인한 추락 및 전도를 발생시키고, 사고에 대한 불안감으로 인해 장비 운용의 효율 또한 매우 저하되는 실정이다. 특히, 건설장비 운전원은 3D 직종으로 분류되어 신규 인력의 투입이 매우 저조한 실정이므로 숙련된 운전원의 부재는 이러한 문제를 더욱 심화시키고 있는 실정이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 건설 중장비의 4면에 설치된 카메라를 통해 취득된 영상을 조합하고 보정하여 탑 뷰로 제공함으로써, 건설 중장비의 주변 영상을 디스플레이하는 AVM(Around View Monitoring) 기술이 개발되고 있다.
그러나 이러한 AVM 기술은 단순히 건설 중장비의 탑 뷰 영상 정보만을 제공하고 있어, 작업을 수행할 시에, 굴삭기 선회체의 회전반경과, 붐, 아암 및 버켓의 각도에 따른 작업 회전 반경에 대해 실시간으로 모니터링할 수가 없어, 굴삭기를 운행하는데 있어 작업 상황에 대한 전달력과 이해도가 저하되고, 안전사고의 발생이 우려된다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 굴삭기 선회체의 회전반경과, 붐, 아암 및 버켓의 각도에 따른 작업 회전 반경을 모니터링할 수 있고, 작업 회전 반경 이내의 물체에 대한 경고음 발현으로 인해 안전사고 발생을 방지할 수 있는 AVM 기반 굴삭기 모니터링 장치 및 그 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에 따른 AVM 기반 굴삭기 모니터링 장치는 선회체; 상기 선회체에 장착된 복수의 카메라; 붐, 아암, 및 버켓에 장착되어 각각의 각도를 검출하는 복수의 각도센서; 상기 복수의 카메라의 영상을 합성하여 사용자에게 합성된 영상을 표시하는 표시부; 및 상기 복수의 각도센서에 의해 검출된 각도에 기초하여 상기 선회체의 회전 반경 및 버켓 투쓰의 회전반경을 산출하는 EPOS;를 포함하고, 상기 표시부는 상기 산출된 선회체의 회전 반경 및 버켓 투쓰의 회전 반경을 표시한다.
본 발명에 따른 AVM 기반 굴삭기 모니터링 방법은 붐 각도 센서, 아암 각도 센서, 및 버켓 각도 센서를 통해 각각 측정된 붐의 각도, 아암의 각도, 및 버켓의 각도가 선회체에 장착된 EPOS로 전송되는 단계; 상기 EPOS로 전송된 상기 붐의 각도, 아암의 각도, 및 버켓의 각도에 의해 버켓 투쓰의 좌표 값이 획득되는 단계; 상기 획득된 버켓 투쓰의 좌표 값이 AVM에 초기 세팅되거나, 또는 기 완성된 매칭 테이블(Matching table)에 세팅되는 단계; 상기 세팅된 버켓 투쓰의 좌표 값에 의해 AVM 모니터에 버켓 투쓰의 회전 반경이 표시되는 단계; 상기 버켓 투쓰의 회전 반경 내에 물체가 존재하는 지가 복수의 초음파 센서에 의해 판정되는 단계; 및 상기 버켓 투쓰의 회전 반경 내에 물체를 감지한 경우, 상기 AVM 모니터를 통해 사용자에게 경고 신호, 경고 영상, 및 경고음 중 적어도 어느 하나 이상을 출력하는 단계를 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 AVM 기반 굴삭기 모니터링 장치 및 그 방법은 작업을 수행할 시에, 굴삭기 선회체의 회전반경과, 붐, 아암 및 버켓의 각도에 따른 작업 회전 반경에 대해 실시간으로 모니터링할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 굴삭기 선회체의 회전반경과, 붐, 아암 및 버켓의 각도에 따른 작업 회전 반경내에 사람 또는 사물이 감지되면 경고음을 발생하여 안전사고를 예방할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 AVM 기반 굴삭기 모니터링 장치가 장착된 굴삭기 도시도.
도 2는 도 1의 AVM 기반 굴삭기 모니터링 장치의 블록 구성도.
도 3은 도 1의 제2 조인트 핀의 좌표를 측정하는 방법의 설명도.
도 4는 도 1의 아암의 제3 조인트 핀의 좌표를 측정하는 방법의 설명도.
도 5는 도 1의 버켓 투쓰의 좌표를 측정하는 방법의 설명도.
도 6a 및 6b는 도 5의 버켓 투쓰의 좌표를 측정하는 방법의 상세도.
도 7은 본 발명에 따른 AVM 기반 굴삭기 모니터링 방법의 흐름도.
도 8은 본 발명에 따른 AVM 기반 굴삭기 모니터링 장치의 화면 표시예.
이하, 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통하여 본 발명에 따른 AVM 기반 굴삭기 모니터링 장치 및 그 방법을 보다 상세히 기술하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 클라이언트나 운용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도면 전체에 걸쳐 같은 참조번호는 같은 구성 요소를 가리킨다.
본 발명에 따른 AVM 기반 굴삭기 모니터링 장치 및 그 방법은 머신 가이던스의 도움을 받아 작업을 진행하게 되는데, 머신 가이던스는 다양한 센서 기술을 비롯하여 GPS, GIS, GNSS 등을 통하여 굴삭기를 비롯해 다양한 건설장비의 위치 정보와 주요 부위의 위치정보를 획득하고 지형도 등을 연계하여 건설공사에 정보를 제공하게 된다.
이하, 도 1을 참조로 본 발명에 따른 버켓 자동위치 제어 시스템이 장착된 굴삭기를 살펴보고자 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 굴삭기 버켓 자동위치 제어 시스템이 장착된 굴삭기는 주행체(510), 선회체(520), 차량 연결부(530), 붐(100), 아암(200), 버켓(300), 붐 실린더(150), 아암 실린더(250), 붐 실린더 핀(120), 제1 아암 실린더 핀(221), 제2 아암 실린더 핀(222), 버켓 링크(400), 제1 조인트 핀(11), 제2 조인트 핀(22), 제3 조인트 핀(33), 버켓 핀(44), 붐 각도 센서(701), 아암 각도 센서(702), 버켓 각도 센서(703) 및 EPOS(600)를 포함할 수 있다. 여기서, 버켓(300)은 복수의 버켓 투쓰(tooth, 340)들을 포함할 수 있으며, EPOS(600)는 굴삭기를 제어하는 굴삭기용 전자제어시스템이다.
차량 연결부(530)는 주행체(510)와 선회체(520)를 상호 연결시킨다. 선회체(520)는 차량 연결부(530)에 회전 가능하게 연결된다. 예를 들어, 선회체(520)는 차량 연결부(530)를 중심으로 360도 회전할 수 있다.
붐(100)의 제1 조인트(101)는 선회체(520)에 회전 가능하게 연결된다. 붐(100)의 제2 조인트(102)는 아암(200)의 제1 조인트(201)에 회전 가능하게 연결된다. 붐(100)의 제1 조인트(101)는 붐(100)의 일측 단부에 배치될 수 있으며, 붐(100)의 제2 조인트(102)는 붐(100)의 타측 단부에 배치될 수 있다. 선회체(520)와 붐(100)의 제1 조인트(101)는 제1 조인트 핀(11)에 의해 힌지 방식으로 연결될 수 있으며, 붐(100)의 제2 조인트(102)와 아암(200)의 제1 조인트(201)는 제2 조인트 핀(22)에 의해 힌지 방식으로 연결될 수 있다.
아암(200)의 제1 조인트(201)는 붐(100)의 제2 조인트(102)에 회전 가능하게 연결된다. 아암(200)의 제2 조인트(202)는 버켓(300)의 조인트(301)에 연결된다. 아암(200)의 제1 조인트(201)는 아암(200)의 일측 단부에 배치되며, 아암(200)의 제2 조인트(202)는 아암(200)의 타측 단부에 배치될 수 있다. 아암(200)의 제2 조인트(202)와 버켓(300)의 조인트(301)는 제3 조인트 핀(33)에 의해 힌지 방식으로 연결될 수 있다.
버켓(300)의 조인트(301)는 아암(200)의 제2 조인트(202)에 회전 가능하게 연결된다. 버켓(300)의 조인트(301)는 버켓(300)의 일측 단부에 배치될 수 있다. 한편, 버켓(300)의 타측 단부에는 복수의 버켓 투쓰(340)들이 배치될 수 있다.
붐 실린더(150)의 일측 단부는 붐(100)의 실린더 연결부(110)에 연결된다. 이때, 붐 실린더(150)의 일측 단부는 붐 실린더 핀(120)을 통해 붐(100)의 실린더 연결부(110)에 연결된다. 붐 실린더(150)의 일측 단부는 붐(100)의 실린더 연결부(110)에 회전 가능하게 연결된다.
붐 실린더(150)의 타측 단부는 아암(200)의 제1 실린더 연결부(211)에 연결된다. 이때, 붐 실린더(150)의 타측 단부는 제1 아암 실린더 핀(221)을 통해 아암(200)의 제1 실린더 연결부(211)에 연결된다. 붐 실린더(150)의 타측 단부는 아암(200)의 제1 실린더 연결부(211)에 회전 가능하게 연결된다.
아암 실린더(250)의 일측 단부는 아암(200)의 제2 실린더 연결부(212)에 연결된다. 이때, 아암 실린더(250)의 일측 단부는 제2 아암 실린더 핀(222)을 통해 아암(200)의 제2 실린더 연결부(212)에 연결된다. 아암 실린더(250)의 일측 단부는 아암(200)의 제2 실린더 연결부(212)에 회전 가능하게 연결된다.
아암 실린더(250)의 타측 단부는 버켓 링크(400)에 연결된다. 이때, 아암 실린더(250)의 타측 단부는 버켓 핀(44)을 통해 버켓 링크(400) 및 버켓(300)의 실린더 연결부(410)에 연결된다. 아암 실린더(250)의 타측 단부는 그 버켓 링크(400) 및 그 버켓(300)의 실린더 연결부(410) 회전 가능하게 연결된다.
버켓 링크(400)의 일측 단부는 아암(200)의 제3 조인트(203)에 회전 가능하게 연결되며, 버켓 링크(400)의 타측 단부는 아암 실린더(250)의 타측 단부 및 버켓(300)의 실린더 연결부(410)에 회전 가능하게 연결된다.
한편, 붐 각도 센서(701)는 붐(100)에 배치될 수 있으며, 바람직하게는 제1 조인트 핀(11)의 외측에 장착되어, 붐(100)의 회전에 따른 붐(100)의 각도를 검출할 수 있다.
또한, 아암 각도 센서(702)가 아암(200)에 배치될 수 있으며, 바람직하게는 제2 조인트 핀(22)의 외측에 장착되어, 아암(200)의 회전에 따른 아암(200)의 각도를 검출할 수 있다.
또한, 버켓 각도 센서(703)가 버켓(300)에 배치될 수 있으며, 바람직하게는 버켓 링크(400)의 일측 단부와 아암(200)의 제3 조인트(203)를 연결시키는 버켓 핀(44)의 외측에 장착되어, 버켓(300)의 회전에 따른 버켓(300)의 각도를 검출할 수 있다.
또한, EPOS(600)는 붐 각도 센서(701)를 통해 제2 조인트 핀(22)의 지면(900)에서의 높이와, 아암 각도 센서(702)를 통해 제3 조인트 핀(33)의 지면(900)에서의 높이와, 버켓 각도 센서(703)을 통해 버켓 투쓰(340)의 지면(900)에서의 높이를 산출할 수 있다. 참고로, 도 1에서 도면 참조 부호숫자 380은 버켓(300)의 버켓 백을 나타낸다.
이제, 도 2를 참조로 도 1의 굴삭기 버켓 자동위치 제어 시스템의 구성을 살펴보고자 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 굴삭기 버켓 자동위치 제어 시스템은 붐(100)에 장착되어 붐(100)의 각도를 검출하는 붐 각도 센서(701)와, 아암(200)에 장착되어 아암(200)의 각도를 검출하는 아암 각도 센서(702)와, 버켓 핀(44)에 장착되어 버켓(300)의 각도를 검출하는 버켓 각도 센서(703)와, 선회체(520)에 장착된 게이지 패널(705)과, 선회체(520)에 장착된 IMU(Inertial Measurement Unit, 706)와, 붐 각도 센서(701), 아암 각도 센서(702), 버켓 각도 센서(703), 게이지 패널(705), IMU(706)와 연결되어 이들을 제어하는 EPOS(600)와, EPOS(600)와 AVM 장비를 연결하기 위한 게이트웨이(707)와, 게이트웨이(707)에 연결된 AVM 모니터(708)와, 게이트웨이(707)에 연결된 AVM ECU(709)와, 상기 AVM ECU(709)에 연결되며 굴삭기 선회체(520)의 반경 및 굴삭기 버켓 투쓰(340)의 회전 반경 내에 있는 물체(사람 또는 사물)를 감지하도록 굴삭기의 외측에 장착된 복수의 초음파 센서(710) 및, AVM ECU(709)에 연결되며 굴삭기의 전·후·좌·우에 장착되는 복수의 카메라(711)로 구성된다.
여기서, EPOS(600)는 게이트웨이(707)를 통해 AVM 장비와 연결되어, 이들을 제어할 수 있다. 즉, EPOS(600)는 게이트웨이(707)를 통해 AVM 모니터(708) 및 AVM ECU(709)를 제어할 수 있으며, AVM ECU(709)를 통해 초음파 센서(710) 및 카메라(711)를 제어할 수 있다.
또한, 카메라(711)는 굴삭기의 전·후·좌·우면이 모두 촬영되도록 굴삭기의 전방, 후방, 좌측 및 우측에 각각 구비되며, CCD 카메라가 적용될 수 있다. 즉, 복수의 카메라 바람직하게는 4개의 카메라(210)는 굴삭기의 전방, 후방, 좌측 및 우측의 사각지대 없이 영상을 취득할 수 있는 화각을 지녀야 하며, 굴삭기의 특성상 장비중심으로부터 8m 이상의 거리에 있는 장애물 및 작업자를 탑 뷰(TOP-view) 영상으로 변환할 수 있는 해상도의 카메라가 적용되는 것이 바람직하다.
이하, 도 3을 참조하여 도 1의 제2 조인트 핀의 좌표를 측정하는 방법을 살펴보고자 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 도 1의 제2 조인트 핀(22)의 좌표는 전술된 제1 조인트 핀(11)의 좌표를 기준으로 해서 붐(100)에 장착되어 붐(100)의 각도를 검출하는 붐 각도 센서(701)에 의해 산출될 수 있다.
제2 조인트 핀(22)의 좌표는 전술된 EPOS(600)에 의해 산출될 수 있다.
즉, 제1 조인트 핀(11)의 좌표를 기준점인 예를 들어 좌표(χ, у)로 하면, 붐(100)에 장착된 붐 각도 센서(701)를 통하여 경사각도 θboom을 측정할 수 있으며, 고정값인 χboom과의 관계를 통해 구해진 제2 조인트 핀(22)의 좌표는 (χ + χboom, у + уboom)이 되며, χboom = lboom x cosθboom이며, уboom = lboom x sinθboom이다. 산출된 제2 조인트 핀(22)의 좌표에 의해 기준점으로부터 붐(100)의 위치(거리 및 높이)가 산출된다.
여기서, lboom은 제1 조인트 핀(11)과 제2 조인트 핀(22)을 잇는 가상의 제1 선분의 길이를 나타내며, θboom은 가상의 수평선과 가상의 제1 선분 사이의 각을 나타내며, 가상의 수평선은 제1 조인트 핀(11)으로부터 선회체(520)의 전면(前面)을 향해 연장되며 중력 방향에 수직한 선을 나타내며, уboom은 제2 조인트 핀(22)으로 부터 가상의 수평선에 중력 방향으로 수직한 선분의 길이를 나타내며, χboom은 제1 조인트 핀(11)에서 제2 조인트 핀(22)으로부터 중력 방향으로 수직한 선이 가상의 수평선과 교차되는 지점까지의 선분의 길이를 나타내며, 이때, χboom은 전술된 바와 같이 고정된 값이나, 이 χboom은 굴삭기의 모델에 따라 달라질 수 있다.
이제, 도 4를 참조하여 도 1의 제3 조인트 핀의 좌표를 측정하는 방법을 살펴보고자 한다.
도 1의 제3 조인트 핀(33)의 좌표는 전술된 제2 조인트 핀(22)의 좌표를 기준으로 해서 아암(200)에 장착되어 아암(200)의 각도를 검출하는 아암 각도 센서(702)에 의해 산출될 수 있다.
제3 조인트 핀(33)의 좌표는 전술된 EPOS(600)에 의해 산출될 수 있다.
즉, 제2 조인트 핀(22)의 좌표가 전술된 바와 같이 (χ + χboom, у + уboom) 이면, 아암(200)에 장착된 아암 각도 센서(702)를 통하여 경사각도 θarm을 측정할 수 있으며, 고정값인 χboom 및 χarm의 관계를 통해 구해진 제3 조인트 핀(33)의 좌표는 (χ + χboom + χarm, у + уboom - уarm)이 되며, χarm = larm x sinθarm이며, уarm = larm x cosθarm이다. 산출된 제3 조인트 핀(33)의 좌표에 의해 기준점으로부터 아암(200)의 위치(거리 및 높이)가 산출된다.
여기서, larm은 제2 조인트 핀(22)과 제3 조인트 핀(33)을 잇는 가상의 제1 선분의 길이를 나타내며, θarm은 가상의 수직선과 가상의 제1 선분 사이의 각을 나타내며, 가상의 수직선은 제2 조인트 핀(22)으로부터 중력 방향으로 수직한 선을 나타내며, уarm은 가상의 수직선이 가상의 수평선과 교차하는 지점까지의 거리를 나타내며, 가상의 수평선은 제3 조인트 핀(33) 으로부터 선회체(520)의 전면(前面)을 향해 연장되며 중력 방향에 수직한 선을 나타내며, χarm은 가상의 수평선이 가상의 수직선과 교차하는 지점까지의 거리를 나타낸다. 이때, χarm은 전술된 바와 같이 고정된 값이나, 이 χarm은 굴삭기의 모델에 따라 달라질 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 도 1의 버켓 투쓰의 좌표를 측정하는 방법을 살펴보고자 한다.
도 1의 버켓 투쓰(340)의 좌표는 전술된 제3 조인트 핀(33)의 좌표를 기준으로 해서 버켓 핀(44)에 장착되어 버켓(300)의 각도를 검출하는 버켓 각도 센서(703)에 의해 산출될 수 있다.
버켓 투쓰(340)의 좌표는 전술된 EPOS(600)에 의해 산출될 수 있다.
즉, 제3 조인트 핀(33)의 좌표가 전술된 바와 같이 (χ + χboom + χarm, у + уboom - уarm)이면, 버켓 핀(44)에 장착된 버켓 각도 센서(703)를 통하여 경사각도 θbucket을 측정할 수 있으며, 고정값인 χboom, χarm 및 lbucket과의 관계를 통해 구해진 버켓 투쓰(340)의 좌표는 (χ + χboom + χarm + χbucket, у + уboom - уarm - уbucket)이 되며, χbucket = lbucket x sinθtooth이며, уbucket = lbucket x cosθtooth이다. 산출된 버켓 투쓰(340)의 좌표에 의해 기준점으로부터 버켓 투쓰(340)의 위치(거리 및 높이)가 산출된다.
여기서, lbucket은 제3 조인트 핀(33)과 버켓 투쓰(340)를 잇는 가상의 제1 선분의 길이를 나타내며, θbucket은 가상의 수직선과 가상의 제1 선분 사이의 각을 나타내며, 가상의 수직선은 제3 조인트 핀(33)으로부터 중력 방향으로 수직한 선을 나타내며, уbucket은 가상의 수직선이 가상의 수평선과 교차하는 지점까지의 거리를 나타내며, 가상의 수평선은 버켓 투쓰(340)로부터 선회체(520)의 전면(前面)을 향해 연장되며 중력 방향에 수직한 선을 나타내며, χbucket은 가상의 수평선이 가상의 수직선과 교차하는 지점까지의 거리를 나타낸다. 이때, lbucket은 전술된 바와 같이 고정된 값이나, 이 lbucket은 굴삭기의 모델에 따라 달라질 수 있다.
여기서, 버켓 각도 센서(703)를 통해 측정된 θbucket을 이용하여 θtooth를 구하기 위해서는 일련의 연산과정이 필요한데 그 연산과정은 이하 도 6a 및 6b과 관련하여 설명하고자 한다.
이제, 전술한 도 4 내지 도 5와, 도 6a 및 6b를 참조하여 도 1의 버켓 투쓰의 좌표를 측정하는 방법을 보다 상세히 살펴보고자 한다.
참고로, 굴삭기의 기준 좌표(χ, у)로부터 버켓(300)이 멀어지면 χ 좌표가 증가하고, 굴삭기의 기준 좌표(χ, у)로 버켓(300)이 가까워지면 χ 좌표가 감소한다. 또한, 굴삭기의 버켓(300)이 지면으로부터 높아지면 у좌표가 증가하고, 굴삭기의 버켓(300)이 지면과 가까워지면 у좌표가 감소한다.
도 6a 및 6b를 참조하면, 버켓 링크(400)의 일측 말단 지점과 타측 말단 지점을 각각 A점 및 B점이라 하고, 버켓(300)의 상단부의 일측 말단 지점과 타측 말단 지점을 각각 D점 및 C점이라 하며, 버켓 투쓰(340)의 말단 지점을 E점이라 하면, A점과 B점 간의 거리는 χAB이며, B점과 C점 간의 거리는 χBC이며, C점과 D점 간의 거리는 χCD이며, A점과 D점 간의 거리는 χAD이며, D점과 E점 간의 거리는 χDE이며, C점과 E점 간의 거리는 χCE이다.
여기서, χAB, χBC, χCD, χAD 및 χDE는 고정된 값이나, χAB, χBC, χCD, χAD 및 χDE는 굴삭기의 모델에 따라 달라질 수 있다.
또한, 버켓 링크(400)의 일측 말단 지점인 A점은 버켓 각도 센서(703)가 장착된 버켓 핀(44)이 삽입되는 지점이고, 버켓 링크(400)의 타측 말단 지점인 B점은 별개의 버켓 핀(44)이 삽입되는 지점이며, 버켓(300)의 상단부의 일측 말단 지점인 D점은 제3 조인트 핀(33)이 삽입되는 지점이다.
또한, 제2 조인트 핀(22)이 삽입되는 지점과 D점을 잇는 직선을 연장선이라 하고, 연장선 위쪽의 각도부호는 (+)라 하며, 연장선 아래쪽의 각도부호는 (-)라 한다.
한편, 도 6b에서 점선은 A점으로부터 지면에 수평하게 그려진 임의의 선으로, 각도의 산출을 위해 편의상 그려진 점선이다.
전술된 바와 같이, 버켓 투쓰(340)의 좌표는 (χ + χboom + χarm + χbucket, у + уboom - уarm - уbucket)이며, χbucket = lbucket x sinθtooth이며, уbucket = lbucket x cosθtooth이다.
그런데, θtooth의 값을 알아야, 버켓 투쓰(340)의 좌표를 알 수 있으며, θtooth는 도 6에 도시된 바와 같이, θtooth = θarm + θreal.bucket 인데, 여기서, θreal.bucket = π- (θ1 + θ2 + θ3 + θ4) 이다.
따라서, θreal.bucket 구하기 위해서는 θ1, θ2, θ3, θ4의 값을 알아야 한다.
여기서, θ1은 붐, 아암, 버켓이 어떻게 움직이든 기구적으로 항상 고정된 일정 값이기에, 별도로 θ1은 구할 필요가 없다.
또한, θ2는 도 6을 참조하여 제2 코사인 법칙을 적용하면 아래와 같이 획득될 수 있다.
Figure pat00001
또한, θ3는 도 6을 참조하여 제2 코사인 법칙을 적용하면 아래와 같이 획득될 수 있다.
Figure pat00002
또한, θ4는 도 6을 참조하여 제2 코사인 법칙을 적용하면 아래와 같이 획득될 수 있다.
Figure pat00003
또한, 전술된 바와 같이 획득된 식에서 θ2, θ3, θ4의 값을 알기 구하기 위해선 χBD 값을 알아야만 하는데, 이 χBD 값은 아래와 같이 획득될 수 있다.
Figure pat00004
여기서, θarm은 전술된 바와 같이 아암(200)에 장착된 아암 각도 센서(702)를 통하여 측정되며, θbucket은 버켓 각도 센서(703)를 통하여 측정된다.
즉, 각도 센서로 θarm 및 θbucket가 측정되면 θarm 값 및 θbucket 값을 알게 되고, θarm 값 및 θbucket 값을 알면 위 식을 이용하여 χBD 값을 알게 되며, χBD 값을 알게 되면 θ2, θ3, θ4의 값을 알게 되며, θ2, θ3, θ4의 값을 알게 되면 위 식에 의해 θreal.bucket 값을 알게 되며, θreal.bucket 값을 알게 되면 θtooth 값을 알게 되며, θtooth 값을 알게 되면 버켓 투쓰(340)의 좌표를 알게 된다.
이제, 도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 AVM 기반 굴삭기 모니터링 방법의 흐름을 살펴보고자 한다.
먼저, 굴삭기의 선회체(520)에 장착된 키 홀(미도시)에 키가 삽입되고 회전되어, 키 온(Key On)이 된다(S701).
이후, 붐 각도 센서(701), 아암 각도 센서(702), 버켓 각도 센서(703)를 통해 각각 측정된 붐(100), 아암(200), 버켓(300)의 각도가 선회체(520)에 장착되어 굴삭기를 제어하는 EPOS(600)로 전송된다(S702).
그 후, 상기 EPOS(600)로 전송된 붐의 각도, 아암의 각도, 버켓의 각도에 대한 연산을 통해 점 E의 χ2 값이 획득된다(S703). 여기서, 상기 연산은 도 5 및 도 6과 관련하여 전술된 바와 같다.
이후, 획득된 점 E의 χ2 값이 AVM에 초기 세팅되거나, 또는 기 완성된 매칭 테이블(Matching table)에 세팅된다(S704).
그 후, 세팅된 점 E의 χ2 값에 의해 AVM 모니터(708)에 버켓 투쓰(340)의 회전 반경이 표시된다(S705).
이후, 굴삭기 선회체(520)의 회전 반경 및 굴삭기 버켓 투쓰(340)의 회전 반경 내에 있는 물체(사람 또는 사물)가 존재하는 지가 복수의 초음파 센서(710)에 의해 판정된다(S706).
그 후, 굴삭기 선회체(520)의 반경 및 굴삭기 버켓 투쓰(340)의 회전 반경 내에 물체가 존재하면, EPOS(600)는 게이트웨이(707)를 통해 AVM 모니터(708)에 경고 신호, 경고 영상 및 경고음 중 적어도 어느 하나 이상을 출력한다(S707). 굴삭기 선회체(520)의 회전 반경 및 굴삭기 버켓 투쓰(340)의 회전 반경 내에 있는 물체가 존재하지 않으면, S705 단계로 리턴된다.
여기서, 굴삭기 선회체(520)의 회전 반경 내에 물체가 존재하는 경우와, 굴삭기 버켓 투쓰(340)의 회전 반경 내에 있는 물체가 존재한 경우의 경고음은 서로 다르게 구분될 수도 있다.
이제, 도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 AVM 기반 굴삭기 모니터링 장치의 화면 표시예를 살펴보고자 한다.
도 8에서, 하단에 도시된 연두색은 굴삭기 선회체(520)의 회전 반경을 나타내며, 연두색 상단에 도시된 적색은 굴삭기 버켓 투쓰(340)의 회전 반경을 나타낸다. 여기서,
여기서, 굴삭기 선회체(520)의 회전 반경과, 굴삭기 버켓 투쓰(340)의 회전 반경 내에 있는 물체(사람 또는 사물)는 굴삭기에 장착된 복수의 초음파 센서(710)에 의해 감지된다. 이때, 복수의 초음파 센서(710)가 물체를 감지하면, 전술된 바와 같이, AVM 모니터(708)에 경고 신호, 경고 영상 및 경고음 중 적어도 어느 하나 이상을 츨력한다
비록, 본 발명의 실시예에서는 굴삭기 버켓 투쓰의 좌표 측정을 통한 굴삭기 버켓 투쓰의 회전 반경이 언급되었으나, 이에 제한되지 않고, 굴삭기에 설치되는 모든 어태치먼트(Attachment)에 적용될 수 있음은 물론이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 AVM 기반 굴삭기 모니터링 장치 및 그 방법은 작업을 수행할 시에, 굴삭기 선회체의 회전반경과, 붐, 아암 및 버켓의 각도에 따른 작업 회전 반경에 대해 실시간으로 모니터링할 수 있다. 또한, 굴삭기 선회체의 회전반경과, 붐, 아암 및 버켓의 각도에 따른 작업 회전 반경내에 사람 또는 사물이 감지되면 경고음을 발생하여 안전사고를 예방할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 양호한 실시 예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시 예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이므로, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 보호 범위는 본 발명의 기술적 사상의 요지에 속하는 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
11: 제1 조인트 핀 22: 제2 조인트 핀
33: 제3 조인트 핀 44: 버켓 핀
100: 붐 200: 아암
300: 버켓 120: 붐 실린더 핀
150: 붐 실린더 250: 아암 실린더
340: 버켓 투쓰 400: 버켓 링크
600: EPOS 900: 지면

Claims (9)

  1. 선회체;
    상기 선회체에 장착된 복수의 카메라;
    붐, 아암, 및 버켓에 장착되어 각각의 각도를 검출하는 복수의 각도센서;
    상기 복수의 카메라의 영상을 합성하여 사용자에게 합성된 영상을 표시하는 표시부; 및
    상기 복수의 각도센서에 의해 검출된 각도에 기초하여 상기 선회체의 회전 반경 및 버켓 투쓰의 회전반경을 산출하는 EPOS;를 포함하고,
    상기 표시부는 상기 산출된 선회체의 회전 반경 및 버켓 투쓰의 회전 반경을 표시하는 굴삭기.
  2. 제1항에 있어서
    상기 선회체의 회전 반경 또는 상기 버켓 투쓰의 회전 반경 내에 있는 물체를 감지하도록 굴삭기의 외측에 장착된 복수의 초음파 센서;를 포함하는 굴삭기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 선회체의 회전 반경 또는 상기 버켓 투쓰의 회전 반경 내에 물체를 감지한 경우, 사용자에게 경고를 발생하는 경고 발생장치;를 포함하는 굴삭기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 붐에 장착되어 붐의 각도를 검출하는 붐 각도 센서;
    상기 아암에 장착되어 아암의 각도를 검출하는 아암 각도 센서;
    상기 버켓 핀에 장착되어 버켓의 각도를 검출하는 버켓 각도 센서;
    상기 선회체에 장착된 게이지 패널;
    상기 선회체에 장착된 IMU(Inertial Measurement Unit);
    상기 EPOS와 AVM 장비를 연결하기 위한 게이트웨이;
    상기 게이트웨이에 연결된 AVM 모니터; 및
    상기 게이트웨이에 연결된 AVM ECU;를 더 포함하는 굴삭기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 카메라는 선회체의 전방, 후방, 좌측 및 우측의 사각지대 없이 영상을 취득할 수 있는 화각을 가지며, 상기 선회체의 중심으로부터 8m 이상의 거리에 있는 장애물 및 작업자를 탑 뷰(TOP-view) 영상으로 변환할 수 있는 해상도를 구비한 굴삭기.
  6. 붐 각도 센서, 아암 각도 센서, 및 버켓 각도 센서를 통해 각각 측정된 붐의 각도, 아암의 각도, 및 버켓의 각도가 선회체에 장착된 EPOS로 전송되는 단계;
    상기 EPOS로 전송된 상기 붐의 각도, 아암의 각도, 및 버켓의 각도에 의해 버켓 투쓰의 좌표 값이 획득되는 단계;
    상기 획득된 버켓 투쓰의 좌표 값이 AVM에 초기 세팅되거나, 또는 기 완성된 매칭 테이블(Matching table)에 세팅되는 단계;
    상기 세팅된 버켓 투쓰의 좌표 값에 의해 AVM 모니터에 버켓 투쓰의 회전 반경이 표시되는 단계;
    상기 버켓 투쓰의 회전 반경 내에 물체가 존재하는 지가 복수의 초음파 센서에 의해 판정되는 단계; 및
    상기 버켓 투쓰의 회전 반경 내에 물체를 감지한 경우, 상기 AVM 모니터를 통해 사용자에게 경고 신호, 경고 영상, 및 경고음 중 적어도 어느 하나 이상을 출력하는 단계를 포함하는 굴삭기 모니터링 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 AVM 모니터는 상기 버켓 투쓰의 회전 반경과 상기 선회체의 회전 반경을 함께 표시하는 굴삭기 모니터링 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 AVM 모니터는 상기 복수의 카메라에 의해 촬영된 2차원 영상에 선회체의 회전 반경 및 버켓 투쓰의 X 값을 3차원 상의 점으로 변환하여 출력하는 굴삭기 모니터링 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기AVM 모니터의 화면 가장 외각의 X1 값과 화면 가장 안쪽의 X2 값이 AVM에 초기 세팅되거나, 또는 기 완성된 매칭 테이블에 세팅되고, 상기 X1 값 및 X2 값을 균등하게 분배하여 AVM 모니터 상의 어태치먼트 회전 반경 반지름에 매칭함으로써, AVM 모니터 상에 균등하게 분배된 어태치먼트 회전 반경이 표시되는 굴삭기 모니터링 방법.



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