KR20220041159A - 건설기계의 적재 중량 측정 방법 - Google Patents

건설기계의 적재 중량 측정 방법 Download PDF

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Abstract

건설기계의 적재 중량 측정 방법은 건설기계의 작업장치를 이용한 건설작업 수행 중에 버켓에 적재된 적재물의 중량을 측정하고, 상기 건설작업 중 임의의 시점에서 버켓 언로딩 조건에 해당하는 지 여부를 판단하고, 상기 버켓 언로딩 조건 시에 상기 건설기계에 부착된 센서들로부터 수집된 출력값들을 이용하여 링크 파라미터를 산출하고, 그리고 상기 산출된 링크 파라미터(이하에서는, 신규 링크 파라미터라 함)와 상기 적재물의 중량 측정에 사용된 링크 파라미터(이하에서는, 이전 링크 파라미터라 함)의 차이를 비교하여 상기 이전 링크 파라미터를 상기 신규 링크 파라미터로 업데이트하는 것을 포함할 수 있다.

Description

건설기계의 적재 중량 측정 방법
본 발명은 건설기계의 건설기계의 적재 중량 측정 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 굴삭기와 같은 건설기계의 작업 수행 중에 적재물의 중량을 측정하는 적재 중량 측정 방법에 관한 것이다.
건설기계의 작업을 효과적으로 수행하기 위하여 적재물의 무게를 측정할 수 있는데, 상기 건설기계의 작업장치의 종류 변경, 사용 기간 누적, 온도 변화 등 다양한 요인에 의해 상기 적재물의 무게 값에 오차가 발생할 수 있다. 이때, 이러한 오차를 줄이기 위하여 상기 건설기계의 사용자는 주기적으로 혹은 필요에 따라 적재 중량 측정 시스템의 캘리브레이션(Calibration) 작업을 수행하여야 하는데, 이러한 캘리브레이션 작업은 건설작업 외 추가적인 시간이 필요하므로 작업 시간이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명의 일 과제는 건설기계의 적재 중량 측정 방법을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 적재 중량 측정 방법은 건설기계의 작업장치를 이용한 건설작업 수행 중에 버켓에 적재된 적재물의 중량을 측정하고, 상기 건설작업 중 임의의 시점에서 버켓 언로딩 조건에 해당하는 지 여부를 판단하고, 상기 버켓 언로딩 조건 시에 상기 건설기계에 부착된 센서들로부터 수집된 출력값들을 이용하여 링크 파라미터를 산출하고, 그리고 상기 산출된 링크 파라미터(이하에서는, 신규 링크 파라미터라 함)와 상기 적재물의 중량 측정에 사용된 링크 파라미터(이하에서는, 이전 링크 파라미터라 함)의 차이를 비교하여 상기 이전 링크 파라미터를 상기 신규 링크 파라미터로 업데이트하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 버켓 언로딩 조건에 해당하는 지 여부를 판단하는 것은, 상기 버켓에 적재물이 적재되어 있지 않거나 상기 작업장치에 외력이 작용하고 있지 않은 경우 상기 버켓 언로딩 조건에 해당하는 것으로 판단하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 버켓 언로딩 조건에 해당하는 지 여부를 판단하는 것은, 상기 센서들로부터의 출력값들을 통해 산출된 상기 신규 링크 파라미터와 상기 이전 링크 파라미터를 비교함으로써 판단하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 버켓 언로딩 조건에 해당할 경우에 상기 신규 링크 파라미터를 산출하는 것은, 상기 작업장치가 동작하고 있을 때 상기 센서들로부터의 출력값들을 수집하고, 그리고 상기 수집된 출력값들을 동역학 방정식에 적용하여 상기 신규 링크 파라미터를 산출하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 버켓 언로딩 조건에 해당할 경우에 상기 신규 링크 파라미터를 산출하는 것은, 상기 작업장치의 복수 개의 동작 상태들에서 상기 센서들로부터의 출력값들을 각각 수집하고, 상기 수집된 출력값들을 동역학 방정식에 적용하여 상기 신규 링크 파라미터를 산출하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 센서들은 상기 작업 장치의 실린더들 각각의 헤드 측과 로드 측의 압력을 측정하기 위한 압력 센서를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 적재 중량 측정 방법에 있어서, 건설기계는 건설작업을 수행하는 도중에 자동으로 캘리브레이션 작업을 수행할 수 있다. 이에 따라, 상기 건설기계의 사용자는 수동으로 캘리브레이션 작업을 수행할 필요가 없고, 또한 건설작업 외 추가적으로 캘리브레이션 작업을 수행하지 않을 수 있으므로, 건설작업의 시간을 단축시키면서 작업을 효과적으로 수행할 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 건설기계를 나타내는 측면도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 적재 중량 측정 방법에서 사용되는 삼차원 직교좌표계를 나타내는 도면이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 적재 중량 측정 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 적재 중량 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
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 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 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.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 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 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 건설기계를 나타내는 측면도이다. 도 2는 도 1의 건설기계의 적재 중량 측정 방법에서 사용되는 삼차원 직교좌표계를 나타내는 도면이다. 도 3은 도 1의 건설기계의 적재 중량 측정 시스템을 나타내는 블록도이다. 도 1 내지 도 3에는 굴삭기가 도시되어 있으나 이로 인하여 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 적재 중량 측정 시스템이 굴삭기에서만 이용되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 휠 로더, 지게차 등에도 이와 실질적으로 동일하게 적용될 수 있다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 건설기계(10)는 하부 주행체(20), 상기 하부 주행체(20) 상에 선회 가능하도록 탑재되는 상부 선회체(30), 및 상기 상부 선회체(30)에 설치된 운전실(40)과 작업장치(50)를 포함할 수 있으며, 상기 작업장치(50)는 붐(60), 암(70) 및 버켓(80)을 포함할 수 있다.
붐(60)은 붐 핀(64)을 통하여 상부 선회체(30)와 서로 연결될 수 있고, 붐(60)과 상부 선회체(30) 사이에는 붐(60)의 움직임을 제어하기 위한 붐 실린더(62)가 설치될 수 있으며, 붐(60)과 붐 실린더(62)는 붐 실린더 연결부(66)에 의해 서로 연결될 수 있다. 붐(60)과 암(70)은 암 핀(74)에 의해 서로 연결될 수 있고, 붐(60)과 암(70) 사이에는 암(70)의 움직임을 제어하기 위한 암 실린더(72)가 설치될 수 있으며, 암(70)과 암 실린더(72)는 암 실린더 연결부(76)에 의해 서로 연결될 수 있다. 암(70)과 버켓(80)은 버켓 핀(84)에 의해 서로 연결될 수 있고, 암(70)과 버켓(80) 사이에는 버켓(80)의 움직임을 제어하기 위한 버켓 실린더(82)가 설치될 수 있으며, 버켓(80)과 버켓 실린더(82)는 버켓 실린더 연결부(86)에 의해 서로 연결될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 버켓(80)과 버켓 실린더(82)는 4-bar linkage 구조로 연결될 수 있고, 버켓(80)과 버켓 실린더(82) 사이에는 가이드 링크(83) 및 푸시 링크(85)가 설치될 수 있다. 이때, 가이드 링크(83)의 일 측은 암(70)의 일부에 연결되고, 가이드 링크(83)의 다른 일 측은 버켓 실린더(82) 및 푸시 링크(85)의 일 측에 동시에 연결될 수 있으며, 푸시 링크(85)의 다른 일 측은 버켓(80)에 연결될 수 있다.
붐 실린더(62), 암 실린더(72) 및 버켓 실린더(82)가 신장 또는 수축함에 따라 붐(60), 암(70) 및 버켓(80)은 다양한 움직임을 구현할 수 있고, 작업장치(50)는 여러가지 작업을 수행할 수 있다.
이때, 작업장치(50)에는 작업 목적에 따라 버켓(80) 이외의 다양한 어태치먼트들이 부착될 수도 있으나, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 어태치먼트는 버켓(80)인 경우에 대하여만 설명하기로 한다.
도 2를 다시 참조하면, 붐(60)의 움직임에 따라, 붐(60)은 지평면에 대하여 제1 각도(
Figure pct00001
1)를 가질 수 있고, 암(70)의 움직임에 따라, 암(70)은 붐 핀(64)과 암 핀(74)을 연결하는 가상의 연장선인 제1 직선(L1)에 대하여 제2 각도(
Figure pct00002
2)를 가질 수 있고, 버켓(80)의 움직임에 따라, 버켓(80)은 암 핀(74)과 버켓 핀(84)을 연결하는 가상의 연장선인 제2 직선(L2)에 대하여 제3 각도(
Figure pct00003
3)를 가질 수 있다. 이 때, 상기 지평면은 중력 방향에 대하여 수직인 평면일 수 있다.
예를 들면, 건설기계(10)가 경사지에서 작업을 수행하는 경우, 붐(60)의 제1 각도(
Figure pct00004
1)는 지면의 상기 지평면에 대한 각도 즉, 상기 지면의 경사각과 상기 지면에 대한 붐(60)의 각도를 합한 값일 수 있다.
도 3을 참조하면, 적재물의 중량을 측정하기 위한 적재 중량 측정 시스템(100)은 측정부(110), 제1 산출부(120), 제2 산출부(130), 및 출력부(140)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 측정부(110)는 복수 개의 센서들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 측정부(110)는 붐(60), 암(70) 및 버켓(80) 각각의 길이 또는 각도를 감지하는 적어도 하나 이상의 제1 센서(112) 및 붐 실린더(62), 암 실린더(72) 및 버켓 실린더(82) 각각의 압력을 측정하는 적어도 하나 이상의 제2 센서(114)를 포함할 수 있다.
제1 센서(112)는 붐 핀(64), 암 핀(74) 및 버켓 핀(84)에 설치되며, 붐(60), 암(70) 및 버켓(80)의 제1 내지 제3 각도(
Figure pct00005
1,
Figure pct00006
2,
Figure pct00007
3)를 측정할 수 있다. 이와는 달리, 제1 센서(112)는 작업장치(50)의 임의의 적절한 위치에 설치되어 붐(60), 암(70) 및 버켓(80) 각각의 길이를 측정할 수도 있으며, 이에 따라 상기 각각의 길이를 이용하여 붐(60), 암(70) 및 버켓(80) 각각의 각도를 산출해 낼 수도 있다.
한편, 도 3에서는 적재 중량 측정 시스템(100)의 측정부(110)에 한 개의 제1 센서(112)가 포함된 것을 도시하고 있으나, 본 발명의 개념은 반드시 이에 한정되지 않는다. 즉, 측정부(110)에는 제1 센서(112)와는 다른 타입의 센서가 한 개 또는 복수 개로 더 포함될 수 있고, 상기 다른 타입의 센서는 건설기계(10)의 붐 핀(64), 암 핀(74) 및 버켓 핀(84)이 아닌 다른 구성요소에 설치될 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 측정부(110)는 IMU(Inertial Measurement Unit) 타입의 센서 및/또는 홀 효과(Hall effect)를 이용한 홀 센서를 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 홀 센서는 붐(60), 암(70) 및 버켓(80)의 회전축인 붐 핀(64), 암 핀(74) 및 버켓 핀(84)에 설치되며, 붐(60), 암(70) 및 버켓(80)의 회전에 따른 자기장 변화를 이용하여 붐(60), 암(70) 및 버켓(80)의 제1 내지 제3 각도(
Figure pct00008
1,
Figure pct00009
2,
Figure pct00010
3)를 측정할 수 있다. 상기 측정된 각도들은 제1 산출부(120)로 입력될 수 있다.
제2 센서(114)는 붐 실린더(62)에 연결된 배관에 설치되어 붐 실린더(62)의 추력을 측정하기 위한 압력 센서를 포함할 수 있다. 이때, 붐 실린더(62)의 추력은 헤드 측 압력과 헤드 측의 단면적의 곱으로부터 로드 측 압력과 로드 측 단면적의 곱 값을 뺀 것일 수 있다, 상기 측정된 붐 실린더(62)의 압력은 제1 산출부(120)로 입력될 수 있다.
제1 산출부(120)는 측정부(110)로부터 입력된 정보들을 이용하여 건설기계(10)의 작업장치와 관련된 링크 파라미터를 계산할 수 있다.
즉, 예를 들어, 제1 산출부(120)는 측정부(110)로부터 붐(60), 암(70) 및 버켓(80) 각각의 각도(
Figure pct00011
Boom,
Figure pct00012
Arm,
Figure pct00013
Bucket) 혹은 길이, 및 붐 실린더(62), 암 실린더(72) 및 버켓 실린더(82) 각각의 압력을 입력 받은 후, 상기 입력받은 값들을 이용하여 링크 파라미터를 산출할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 산출부(120)는 붐(60), 암(70) 및 버켓(80) 각각의 각도와 각속도를 측정한 값과, 붐 실린더(62), 암 실린더(72) 및 버켓 실린더(82) 각각의 헤드 측과 로드 측의 압력을 측정한 값을 사용하는 동역학 방정식을 통해 링크 파라미터를 산출할 수 있다.
이와는 달리, 제1 산출부(120)는 붐(60), 암(70) 및 버켓(80) 각각의 길이와 속도를 측정한 값과, 붐 실린더(62), 암 실린더(72) 및 버켓 실린더(82) 각각의 헤드 측과 로드 측의 압력을 측정한 값을 사용하는 동역학 방정식을 통해 링크 파라미터를 산출할 수도 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 동역학 방정식은 하기의 수학식 1을 포함할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pct00014
여기서, τi는 각 작업장치의 구동 토크이고, Dij는 각 작업장치의 관성, 관절 변수 및 관성 파라미터의 함수들을 나타내는 행렬이고,
Figure pct00015
는 각 작업장치의 상대 각도이고,
Figure pct00016
는 각 작업장치의 각속도이며,
Figure pct00017
는 각 작업장치의 각가속도이다. hi tran은 각 작업장치의 연결부의 병진 운동(Translational motion)에 따른 속도로 인해 관절에서 느껴지는 결합 원심력(Combined centrifugal) 및 코리올리 반응 토크(Coriolis Reaction Torques)이고, hi rot은 각 작업장치의 회전 운동(Rotational motion)에 따른 속도로 인해 관절에서 느껴지는 결합 원심력(Combined centrifugal) 및 코리올리 반응 토크(Coriolis Reaction Torques)이다. ci는 관절 위의 연결부로부터 상기 붐(60), 암(70) 및 버켓(80)의 작업장치(50)에 작용하는 중력에 의한 토크이다. 일 실시예에 있어서, 상기
Figure pct00018
는 붐(60), 암(70) 및 버켓(80)의 제1 내지 제3 각도(
Figure pct00019
1,
Figure pct00020
2,
Figure pct00021
3)이고,
Figure pct00022
는 붐(60), 암(70) 및 버켓(80)의 각속도이며,
Figure pct00023
는 붐(60), 암(70) 및 버켓(80)의 각가속도일 수 있다.
한편, 상기 건설기계(10)의 링크 파라미터를 산출하기 위하여, 상기 수학식 1을 사용하는 방법 이외에 다양한 수학식들이 사용될 수도 있다.
이후, 제1 산출부(120)로부터 산출된 링크 파라미터는 제2 산출부(130)로 입력될 수 있고, 제2 산출부(130)에서는 기 저장된 링크 파라미터(이하에서는, 이전 링크 파라미터라 함)와 새로 산출된 링크 파라미터(이하에서는, 신규 링크 파라미터라 함)를 비교하여, 업데이트 여부를 판단할 수 있다. 한편, 링크 파라미터의 업데이트 여부를 결정하는 것에 대한 설명은 후술하기로 한다.
예를 들면, 이전 링크 파라미터가 신규 링크 파라미터로 업데이트 된 경우, 제2 산출부(130)에서는 상기 신규 파라미터를 기초로 적재물의 중량을 산출할 수 있다. 이와는 달리, 이전 링크 파라미터가 신규 링크 파라미터로 업데이트 되지 않은 경우, 제2 산출부(130)에서는 상기 이전 파라미터를 기초로 적재물의 중량을 산출할 수 있다. 이때, 상기 적재 중량 산출에는 해당 기술 분야에 일반적으로 알려진 다양한 수학식들이 사용될 수 있다.
이하에서는, 도 3의 적재 중량 측정 시스템을 이용하여 건설기계(10)에 적재된 적재물의 중량을 측정하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 적재 중량 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 건설기계(10)를 이용하여 일반 작업을 개시할 수 있고, 상기 일반 작업 이후에 건설 작업(S100)이 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 일반 작업은 주행 작업을 포함할 수 있고, 건설작업(S100)은 굴삭 작업, 상차 작업, 평탄화 작업 등의 을 포함할 수 있다.
상기 건설작업(S100)을 수행하는 도중에, 건설기계(10)의 작업장치(50)에 적재된 적재물의 중량을 실시간으로 측정할 수 있다(S110). 이때, 실시간 적재 중량 측정 단계(S110)는 이전 링크 파라미터 값과 신규 링크 파라미터 값의 차이를 사용함으로써 수행될 수 있다.
한편, 상기 건설작업을 수행 중에 버켓(80)에 적재물이 적재되었는지 혹은 외력이 작용하고 있는지 여부(이하에서는, '버켓 언로딩 조건을 만족하는지 여부'로 지칭됨)를 판단할 수 있고(S120), 상기 버켓 언로딩 조건을 만족하는 경우, 신규 링크 파라미터 값을 산출하고(S130), 링크 파라미터 업데이트 여부를 판단할 수 있다(S140).
버켓(80)에 적재물이 적재되어 있지 않거나 작업장치(50)에 외력이 작용하지 않은 경우, 상기 버켓 언로딩 조건에 해당하는 것으로 판단할 수 있다. 이와 다르게, 상기 버켓 언로딩 조건에 해당하는 지 여부는 상기 센서들로부터의 출력값들을 통해 산출된 상기 신규 링크 파라미터와 상기 이전 링크 파라미터를 비교함으로써 판단할 수 있다.
구체적으로, 상기 버켓 언로딩 조건을 만족하는지 여부(S120)는 제1 센서(112)를 통해 붐(60), 암(70) 및 버켓(80) 각각의 각도와 각속도, 또는 붐(60), 암(70) 및 버켓(80) 각각의 길이와 속도를 측정하고, 제2 센서(114)를 통해 붐 실린더(62), 암 실린더(72) 및 버켓 실린더(82) 각각의 헤드 측과 로드 측의 압력을 각각 측정한 후, 상기 측정된 값들을 상기 동역학 방정식에 적용함으로써 판단할 수 있다. 이때, 상기 동역학 방정식은 붐 실린더(62)의 압력 이외에 작업장치(50)의 다른 부분의 각도, 각속도, 길이, 속도, 압력, 무게중심 등 다양한 변수들을 더 필요로 할 수도 있다. 이에 따라, 기존에 저장된 링크 파라미터 즉, 이전 링크 파라미터의 변화값으로부터 버켓이 언로딩 되었는지 여부를 판단할 수 있다.
상기 신규 링크 파라미터 산출 단계(S140)에 있어서, 상기 건설작업의 임의의 시점에서 적재물을 적재하고 있는지 아닌지를 판단하고, 적재물이 없는 상황이라고 판단되는 상황에서 작업장치의 동작이 일어나는 경우에는 그 동작을 계측하고, 상기 작업장치에 외력이 걸리거나 적재물이 실렸다고 판단되는 순간에 동작 계측을 정지한 후, 이 때까지 계측된 데이터를 분석하여 굴삭기 작업장치의 신규 링크 파라미터를 산출할 수 있다. 이때, 상기 신규 링크 파라미터 산출은 적재 중량 측정 시스템(100)의 제1 산출부(120)에서 수행될 수 있다.
상기 버켓 언로딩 조건에 해당할 경우, 작업장치(50)의 복수 개의 동작 상태들(예를 들면, 동작 상태 A, 동작 상태 B, 동작 상태 C, 동작 상태 D)에서 상기 센서들로부터의 출력값들(데이터 a, 데이터 b, 데이터 c, 데이터 d)을 각각 수집하고, 상기 수집된 출력값들을 상기 동역학 방정식에 적용함으로써 상기 신규 링크 파라미터를 산출할 수 있다.
상기 링크 파라미터의 업데이트 여부 판단 단계(S140)에서는, 새롭게 산출된 신규 링크 파라미터 값과 이전 작업에서 사용된 이전 링크 파라미터 값 사이에 특정범위 이상으로 오차가 발생하는지 및 상기 오차가 일정하게 발생하는지 여부를 비교하여 수행될 수 있다. 이때, 상기 오차가 발생하는지 및 상기 오차가 일정하게 발생하는지 여부는 적재 중량 측정 시스템(100)의 제2 산출부(130)에서 수행될 수 있다.
예를 들어, 신규 링크 파라미터 값과 이전 링크 파라미터 값 사이에 특정범위 이하로 혹은 일정하지 않게 오차가 발생하는 경우, 상기 이전 링크 파라미터 값을 상기 링크 파라미터 값으로 치환하여 저장하지 않을 수 있다. 즉, 이 경우에는 상기 오차가 수용 가능한 범위 내에서 발생하거나, 아예 발생하지 않은 것으로 해석될 수 있으므로, 상기 이전 링크 파라미터를 그대로 잔류시켜 실시간 적재 중량 측정에 사용할 수 있다(S110).
이와는 달리, 신규 링크 파라미터 값과 이전 링크 파라미터 값 사이에 특정범위 이상으로 일정하게 오차가 발생하는 경우, 상기 이전 링크 파라미터 값을 상기 링크 파라미터 값으로 업데이트 즉, 치환하여 저장할 수 있다(S150). 이때, 상기 오차는 주변환경의 변화 등에 따라 발생할 수 있다.
상기 링크 파라미터 업데이트 단계(S150) 이후, 업데이트된 신규 링크 파라미터 값을 기초로 상기 건설기계(10)의 버켓(80)에 적재된 적재물의 중량을 실시간으로 측정 할 수 있고(S160), 상기 측정된 적재 중량을 기초로 상기 건설작업을 계속 수행할 수 있다(S170).
전술한 건설기계의 적재 중량 측정 시스템 및 방법에 따르면, 건설작업 중간에 수행되는 실시간 적재 중량 측정을 수행함에 있어서, 별도의 캘리브레이션 모드에 진입할 필요 없이 자동으로 링크 파라미터를 업데이트할 수 있고, 실시간으로 업데이트된 링크 파라미터를 기초로 상기 건설기계에 적재된 적재물의 중량을 측정할 수 있다. 이에 따라, 상기 건설기계의 사용자는 수동으로 캘리브레이션 작업을 수행할 필요가 없고, 또한 건설작업 외 추가적으로 캘리브레이션 작업을 수행하지 않을 수 있으므로, 건설작업의 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 건설작업 시 상기 건설기계에 적재되는 적재물의 중량을 정확히 파악하여, 상기 건설기계의 과적을 방지하고 정격 용량을 준수함으로써 상기 건설기계에 대한 유지 보수 비용을 절감할 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: 건설기계 20: 하부주행체
30: 상부선회체 40: 운전실
50: 작업장치 60: 붐
62: 붐 실린더 64: 붐 핀
66: 붐 실린더 연결부 70: 암
72: 암 실린더 74: 암 핀
76: 암 실린더 연결부 80: 버켓
82: 버켓 실린더 84: 버켓 핀
86: 버켓 실린더 연결부 100: 적재 중량 측정 시스템
110: 측정부 112: 제1 센서
114: 제2 센서 120, 130: 제1 및 제2 산출부
140: 출력부

Claims (7)

  1. 건설기계의 작업장치를 이용한 건설작업 수행 중에 버켓에 적재된 적재물의 중량을 측정하고;
    상기 건설작업 중 임의의 시점에서 버켓 언로딩 조건에 해당하는 지 여부를 판단하고;
    상기 버켓 언로딩 조건 시에 상기 건설기계에 부착된 센서들로부터 수집된 출력값들을 이용하여 링크 파라미터를 산출하고; 그리고
    상기 산출된 링크 파라미터(이하에서는, 신규 링크 파라미터라 함)와 상기 적재물의 중량 측정에 사용된 링크 파라미터(이하에서는, 이전 링크 파라미터라 함)의 차이를 비교하여 상기 이전 링크 파라미터를 상기 신규 링크 파라미터로 업데이트하는 것을 포함하는 건설기계의 적재 중량 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 버켓 언로딩 조건에 해당하는 지 여부를 판단하는 것은, 상기 버켓에 적재물이 적재되어 있지 않거나 상기 작업장치에 외력이 작용하고 있지 않은 경우 상기 버켓 언로딩 조건에 해당하는 것으로 판단하는 것을 포함하는 건설기계의 적재 중량 측정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 버켓 언로딩 조건에 해당하는 지 여부를 판단하는 것은, 상기 센서들로부터의 출력값들을 통해 산출된 상기 신규 링크 파라미터와 상기 이전 링크 파라미터를 비교함으로써 판단하는 것을 포함하는 건설기계의 적재 중량 측정 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 버켓 언로딩 조건에 해당할 경우에 상기 신규 링크 파라미터를 산출하는 것은,
    상기 작업장치가 동작하고 있을 때 상기 센서들로부터의 출력값들을 수집하고; 그리고
    상기 수집된 출력값들을 동역학 방정식에 적용하여 상기 신규 링크 파라미터를 산출하는 것을 포함하는 건설기계의 적재 중량 측정 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 버켓 언로딩 조건에 해당할 경우에 상기 신규 링크 파라미터를 산출하는 것은,
    상기 작업장치의 복수 개의 동작 상태들에서 상기 센서들로부터의 출력값들을 각각 수집하고; 그리고
    상기 수집된 출력값들을 동역학 방정식에 적용하여 상기 신규 링크 파라미터를 산출하는 것을 포함하는 건설기계의 적재 중량 측정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 센서들은 상기 작업장치의 실린더들 각각의 헤드 측과 로드 측의 압력을 측정하기 위한 압력 센서를 포함하는 건설기계의 적재 중량 측정 방법.
  7. 건설기계의 작업장치를 이용한 건설작업 수행 중에 버켓에 적재된 적재물의 중량을 측정하고;
    상기 건설작업 중 임의의 시점에서 버켓 언로딩 조건에 해당하는 지 여부를 판단하고;
    상기 버켓 언로딩 조건 시에 상기 건설기계에 부착된 센서들로부터 수집된 출력값들을 이용하여 링크 파라미터를 산출하고; 그리고
    상기 산출된 링크 파라미터(이하에서는, 신규 링크 파라미터라 함)와 상기 적재물의 중량 측정에 사용된 링크 파라미터(이하에서는, 이전 링크 파라미터라 함)의 차이를 비교하여 상기 이전 링크 파라미터를 상기 신규 링크 파라미터로 업데이트하는 것을 포함하며,
    상기 버켓 언로딩 조건에 해당하는 지 여부를 판단하는 것은, 상기 센서들로부터의 출력값들을 통해 상기 이전 링크 파라미터의 변화값을 비교함으로써 판단하는 것을 포함하고, 그리고
    상기 버켓 언로딩 조건에 해당할 경우에 상기 신규 링크 파라미터를 산출하는 것은,
    상기 작업장치가 동작하고 있을 때 상기 센서들로부터의 출력값들을 수집하고; 그리고
    상기 수집된 출력값들을 동역학 방정식에 적용하여 상기 신규 링크 파라미터를 산출하는 것을 포함하는 건설기계의 적재 중량 측정 방법.
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