KR20230002290A - 동력 인출 장치 제어 - Google Patents

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크리스토퍼 트래비스 휘트니
부파티라주 라마 벤카타 수리야 쿠마르 바르마
미즈바우딘 모하메드
바르가브 라마크리슈나 레디
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지메노, 인크. 디비에이 모나크 트랙터
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Abstract

동력 인출 장치 제어 시스템 및 방법은, 동력 인출 장치에 대한 작업자의 근접도를 감지하고, 감지된 근접도에 기초하여 상기 동력 인출 장치의 작동을 제어한다.

Description

동력 인출 장치 제어
차량에 부착된 기구 또는 별개의 기계에 동력을 전달하도록 동력 인출 장치(PTO; Power takeoff)가 차량에 제공된다. 많은 동력 인출 장치는, 가동 중인 엔진 등의 차량의 동력원으로부터 동력 인출 장치로 동력을 전달한다. 많은 동력 인출 장치는, 트랙터 또는 트럭 등의 차량에 설치되는 스플라인 구동 샤프트(splined driveshaft)의 형태이며, 그 구동 샤프트는 서로 상응하는 이음쇠(fitting)들에 의해 기구들의 구동을 용이하게 한다.
도 1은 예시적인 동력 인출 장치 제어 시스템의 일부를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 예시적인 동력 인출 장치 제어 시스템의 흐름도이다.
도 3은 예시적인 동력 인출 장치 제어 시스템의 일부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도면 전반에 걸쳐, 동일한 참조 번호는 유사한 요소를 가리키지만, 반드시 동일하지는 않다. 도면은 반드시 축척대로 도시한 것은 아니며, 일부 부품의 크기는 도시된 예를 보다 명확하게 예시하기 위해 과장될 수 있다. 더욱이, 도면은 상세한 설명과 일치하는 예 및/또는 구현예를 제공하나, 상세한 설명은 도면에 제공된 예 및/또는 구현예에 제한되지 않는다.
동력 인출 장치에 대한 작업자의 감지된 근접도(proximity)에 기초하여 동력 인출 장치의 작동을 제어하는 예시적인 차량, 동력 인출 장치 제어 시스템 및 동력 인출 장치 제어 방법이 개시된다. 작업자가 동력 인출 장치에 너무 가까이 있을 수 있는 상황에서, 동력 인출 장치는 동력이 공급되지 않거나 켜지지 않을 수 있다. 동력 인출 장치가 작동하는 동안 작업자가 동력 인출 장치에 너무 가까이 있을 수 있는 상황에서, 동력 인출 장치는 제동되거나 느려질 수 있다. 결과적으로, 그러한 예시적인 차량, 제어 시스템 및 제어 방법은 작업자가 동력 인출 장치에 걸려들 가능성을 감소시킨다.
예시적인 동력 인출 장치 제어 시스템이 개시되며, 이 동력 인출 장치 제어 시스템은, 동력 인출 장치에 대한 작업자의 근접도를 나타내는 근접 신호를 출력하도록 제공되는 센서와, 그 신호에 기초하여 동력 인출 장치를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어기를 포함할 수 있다.
예시적인 동력 인출 장치 제어 방법이 개시되며, 이 동력 인출 장치 제어 방법은, 동력 인출 장치에 대한 작업자의 근접도를 감지하는 단계와, 감지된 근접도에 기초하여 동력 인출 장치의 작동을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 차량이 개시되며, 이 차량은, 동력 인출 장치와, 동력 인출 장치에 대한 작업자의 근접도를 나타내는 근접 신호를 출력하도록 제공되는 센서와, 그 신호에 기초하여 동력 인출 장치를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어기를 포함할 수 있다.
도 1은 예시적인 동력 인출 장치 제어 시스템(20)의 일부를 개략적으로 도시한 도면이다. 제어 시스템(20)은 차량(24), 센서(28), 및 제어기(30)를 포함한다. 차량(24)은 동력 인출 장치(32)를 갖는 자체 추진 차량을 포함한다. 동력 인출 장치(32)는, 자체 엔진이나 모터가 없거나 차량(24)으로부터 추가적인 동력을 요구할 수 있는 또 다른 장비(equipment), 부속장치(attachment) 또는 기구(implement)에, 기계적인 동력, 토크를 전달하는 장치를 포함한다. 도시된 예에서, 동력 인출 장치(32)는 PTO 구동/제동 시스템(36)에 의해 회전 가능하게 구동되는 스플라인 샤프트(splined shaft)(34)를 포함한다. 일 구현예에서, 동력 인출 장치(32)는, 동력 인출 장치에 대한 ISO 500에 명시된 표준을 만족한다.
구동/제동 시스템(36)은 차량과 관련된 내연 엔진 또는 전기 모터로부터 동력을 전달받으며, 생성된 동력은 트랜스미션에 의해 구동/제동 시스템으로 전달된다. 일 구현예에서, 동력은 유압 트랜스미션에 의해 전송될 수 있으며, 가압된 유압 유체가 펌프에 의해 공급되고 스플라인 샤프트(34)를 회전 가능하게 구동하는 유압 모터에 전송된다. 다른 구현예에서, 전기 모터가 스플라인 샤프트(34)를 구동할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 다른 기계적인 트랜스미션이 엔진 또는 모터로부터 스플라인 샤프트(34)로 동력을 전송할 수 있다.
또한, 구동/제동 시스템(36)은 스플라인 샤프트(34)의 속도를 제어한다. 일 구현예에서, 구동/제동 시스템(36)은 샤프트(34)의 회전을 느리게 하거나 정지시키는 브레이크를 포함한다. 일부 구현예에서, 구동/제동 시스템(36)은 마찰 브레이크를 포함한다. 다른 구현예에서, 구동/제동 시스템(36)은, 스플라인 샤프트(34)를 토크 소스로부터 분리하는 클러치(clutch)를 포함한다. PTO(32)를 포함하는 차량(24)의 예시는, 트럭 및 트랙터를 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 다른 구현예에서, 차량(24)은 동력 인출 장치(32)가 마련된 다른 형태의 차량을 포함할 수 있다.
센서(28)는 동력 인출 장치(32)의 스플라인 샤프트(34)에 대한 작업자(40)의 근접도를 나타내는 근접 신호를 출력하도록 제공되는 적어도 하나의 센서를 포함한다. 일 구현예에서, 센서(28)가 차량(24)에 의해 제공된다. 일부 구현예에서, 센서(28)는 스플라인 샤프트(34)를 부분적으로 둘러싸는 외부 상자 또는 차폐막(shield)(42)에 의해 제공될 수 있다. 일부 구현예에서, 센서(28)는 샤프트(34) 자체 내에 장착될 수 있다. 다른 구현예에서, 센서(28)는 스플라인 샤프트(34)의 측면 또는 위에 제공될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 센서(28)는 스플라인 샤프트(34)로부터 동력을 전달받을 기구 부착부에 의해 제공될 수 있으며, 원격 센서(28)는 유선 또는 무선 방식으로 신호를 제어기(30)에 전송한다.
일부 구현예에서, 센서(28)는 스플라인 샤프트(34) 주위 영역의 이미지나 영상을 캡처하도록 차량에 의해 제공되는 적어도 하나의 카메라를 포함한다. 일부 구현예에서, 센서(때때로 근접 센서라고도 함)(28)는, 전자기장을 방출하여 그 전자기장의 변화를 감지함으로써 동력 인출 장치(32)의 샤프트(34)에 대한 작업자의 근접도를 감지한다. 다른 구현예에서, 센서(28)는 라이다(lidar), 레이더(radar), 초음파 센서 등의 다른 형태의 비접촉(non-contact) 또는 무선 센서를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 다양한 형태의 센서가 활용된다.
제어기(30)는 센서(28)로부터의 신호에 기초하여 동력 인출 장치(32)를 제어하는 제어 신호를 출력한다. 제어기(30)는 프로세서(37)와 비일시적인(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능 매체(38)를 포함할 수 있다. 프로세서(37)는 매체(38) 상에 제공된 명령을 수행한다. 매체(38)에 저장된 명령은, 프로세서(37)가 PTO(32)에 대한 작업자(40)의 근접도에 관한 센서(28)로부터의 신호를 분석하고 PTO(32)의 작동을 조정하는 제어 신호를 출력하도록 할 수 있다.
일 구현예에서, 매체(38)에 포함된 명령은, 프로세서(37)가 센서(28)로부터의 신호를 이용하거나 그 신호에 기초하여 스플라인 샤프트(34)로부터 작업자(40)의 이격 거리를 결정하도록 한다. 작업자(40)와 동력 인출 장치(32)의 스플라인 샤프트(34) 사이의 거리를 결정 시, 매체(38) 내의 명령은 프로세서(37)가 그 거리를 미리 정의된 임계 거리(또한 매체(38)에 저장됨)와 비교하도록 한다. 이러한 비교에 기초하여, 지시자(instructor)는 프로세서(37)가 동력 인출 장치(32)의 작동을 조정하는 제어 신호를 출력하도록 지시할 수 있다. 예를 들면, 작업자(40)가 동력 인출 장치(32)의 스플라인 샤프트(34)에 너무 가까이 있는 상황에서, 제어기(30)의 프로세서(37)는, 스플라인 샤프트(34)에 대한 동력의 공급을 중단하거나, 토크 소스로부터 스플라인 샤프트(34)를 분리시키도록 클러치를 작동시키거나, 스플라인 샤프트(34)의 회전을 제동하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 일부 구현예에서, 제어기(30)는 작업자(40)가 스플라인 샤프트(34)에 너무 가까이 있다는 것을 나타내는 센서(28)의 신호에 기초하여 PTO(32)의 켜짐을 억제하고, 스플라인 샤프트(34)의 회전을 시작하게 하는 제어 신호를 출력할 수 있다.
일부 구현예에서, PTO 구동/제동 시스템(36)에 의해 스플라인 샤프트(34)가 이미 회전 구동되고 있는 상황에서, 제어기(30)는, 센서(28)로부터의 신호에 기초하여, PTO 구동/제동 시스템(36)이 작업자(40)가 샤프트(34)로부터 미리 정의된 거리 내에 있다는 것을 나타내는 센서(28)의 근접 신호에 응답하여 샤프트(34)의 작동 또는 회전을 자동적으로 제동되게 하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 그러한 구현예에서, 제어기(30)는, 또한 작업자(40)가 샤프트(34)로부터 미리 정의된 거리 내에 더 이상 있지 않다는 것을 나타내는 센서(28)의 근접 신호에 응답하여, 자동적으로 동력 인출 장치(32)의 작동을 재개하여, 스플라인 샤프트(34)의 회전 구동을 재개하도록 구성될 수 있다.
일부 구현예에서, 제어기(30)는, 동력 인출 장치(32)에 대한 작업자 근접도의 변화를 나타내는 일련의 영상에 기반하여, 동력 인출 장치(32)의 샤프트(34)에 대한 작업자 근접도를 인식하도록 트레이닝된 보다 큰 신경망(neural network)의 일부일 수 있다. 일부 구현예에서, 제어기(30)는, 추가적으로 동력 인출 장치(32)의 작동이 제동되거나 중단되었을 동력 인출 샤프트(34)에 대한 작업자(40)의 근접도에도 불구하고 치환 입력(override input)에 응답하여 동력 인출 장치(32)의 작동을 유지하도록 구성된다. 예를 들면, 파선에 의해 도시된 바와 같이, 차량(24)은 작업자로부터 치환 명령(override command) 등의 가청 명령(audible command)을 수신하는 마이크로폰(44)을 포함할 수 있다. 그러한 치환은, 스플라인 샤프트(34)가 현재 구동되고 있는 동안, 작업자(40) 자신이 스플라인 샤프트(34)에 가까이 근접하게 이동하거나 위치할 필요가 있을 수 있으나, 동력 인출 장치(32)가 중단 없이 동력을 계속 공급하는 것이 중요할 수 있는 상황에서 유용할 수 있다. 그러한 상황에서, 작업자는 마이크로폰(44)에 의해 캡처되는 치환 명령을 말할 수 있으며, 제어기(30)는, 음성 인식(speech or voice recognition)을 이용하여, 치환 명령을 식별하여 샤프트(34)를 제동하거나 정지시켰을 PTO(32)의 자동 작동 조정을 치환한다. 샤프트(34)의 회전의 자동 정지를 치환하는 것은 작업자(40)로부터의 가청 입력(audible input)을 요구하기 때문에, 작업자(40)는 샤프트(34)가 회전 중임을 인식하기가 보다 용이해질 수 있고, 동력 인출 장치(32)의 구동되고 있는 샤프트(34) 주위에서 작업하는 경우에 보다 주의할 수 있다.
도 2는 예시적인 동력 인출 장치 제어 방법(100)의 흐름도이다. 방법(100)은 동력 인출 장치에 대한 작업자의 감지된 근접도에 기초하여 동력 인출 장치의 작동을 제어한다. 작업자가 동력 인출 장치에 너무 가까이 있을 수 있는 상황에서, 동력 인출 장치는 동력이 공급되지 않거나 켜지지 않을 수 있다. 동력 인출 장치가 작동하는 동안 작업자가 동력 인출 장치에 너무 가까이 있을 수 있는 상황에서, 동력 인출 장치는 제동되거나 느려질 수 있다. 결과적으로, 그러한 예시적인 차량, 제어 시스템 및 제어 방법은 작업자가 동력 인출 장치에 걸려들 가능성을 감소시킨다. 방법(100)은 시스템(20)에 의해 수행되는 맥락에서 설명되지만, 동력 인출 장치 및 동력 인출 장치에 대한 작업자의 근접도를 감지하는 센서를 갖는, 유사한 차량 또는 시스템으로 그 방법(100)이 마찬가지로 수행될 수 있음을 이해해야 한다.
블록 104에 의해 표시된 바와 같이, 센서(28)가 동력 인출 장치(20)에 대한, 즉 샤프트(34)에 대한 작업자(40)의 근접도를 감지한다. 그러한 신호는 작업자(40)의 근접도를 직접적으로 또는 간접적으로 나타낼 수 있다. 신호가 샤프트(34)에 대한 작업자(40)의 근접도를 간접적으로 나타내는 상황에서, 제어기(30)는 그 신호로부터 샤프트(34)에 대한 작업자(40)의 근접도를 결정할 수 있다.
블록 108에 의해 표시된 바와 같이, 감지된 근접도에 기초하여, 제어기(30)가 동력 인출 장치(32)의 작동을 제어한다. 일부 구현예에서, 제어기(30)는 PTO 구동/제동 시스템(36)이 스플라인 샤프트(34)의 회전을 제동하게 하는 제어 신호를 출력한다. 일부 구현예에서, 제어기(30)는, 추가적으로 또는 대안적으로 토크 소스 또는 동력원으로부터 스플라인 샤프트(34)를 분리시킬 수 있다. 예를 들면, 제어기(30)는 토크 소스 또는 동력원으로부터 스플라인 샤프트(34)를 작동적으로 분리시키기 위해 클러치를 작동시킬 수 있다.
일부 구현예에서, 감지된 근접도에 기초하여, 제어기(30)가 PTO(32)의 시동을 억제할 수 있다. 일부 구현예에서, 감지된 근접도에 기초하여, 제어기(30)가 샤프트(34)의 진행 중의 회전 구동을 정지시키거나 느리게 할 수 있다. 일부 구현예에서, 제어기(30)에 의해 수행되는 방법(100)은, 작업자(40)의 근접도에 응답하거나 그에 기초하여 샤프트(34)의 회전을 자동적으로 정지시킬 수 있으며, 작업자(40)가 더 이상 샤프트(34)에 대한 미리 정의된 간격 또는 근접도 내에 있지 않으면 스플라인 샤프트(34)의 회전 구동을 자동으로 재개하거나 다시 가속시킬 수 있다. 앞서 역시 논의한 바와 같이, 일부 구현예에서, 방법(100)은 작업자(40)에 의해 제공된 치환 명령에 응답하여, 동력 인출 장치(32)의 제동이나 작동 변경을 일시적으로 치환하는 것을 수반할 수 있다.
도 3은 트랙터(224)와 관련된 예시적인 동력 인출 장치 제어 시스템(220)의 부분들 및 동력 인출 장치(232)를 통해 트랙터(224)로부터 기계적인 동력(토크)을 인출하는 예시적인 기구(225)를 개략적으로 도시한 도면이다. 도시된 예에서, 시스템은, 동력 인출 장치에 대한 사람 근접도를 보여주는 일련의 영상 형태의 트레이닝 라이브러리(training library)(222)를 활용한다. 시야 내에 PTO(232)가 있게 위치 설정된 센서 - 카메라(228)가, PTO(232) 주변 영역의 이미지를 제공한다. 신경망(238)은 PTO(232)에 대한 사람 근접도를 인식하도록 트레이닝된다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 제공되는 관련 명령 및 프로세서의 형태인 규칙 엔진(230)은, 사람 작업자가 PTO에 충분히 근접하는 시기를 식별한다. 트랙터 제어기(API)(236)는, 규칙 엔진(230)에 의해 이루어진 결정에 기초하여, PTO(232)의 작동을 제어한다. 작업자가 PTO(232)에 너무 가까이 있는 상황에서, 트랙터 제어기는 PTO 작동의 시작을 방지하거나, PTO(232)에 동력의 공급을 자동으로 제동하거나 정지시킬 수 있다. 본 개시가 예시적인 구현예를 참조하여 설명되었지만, 당업자는 개시로부터 벗어나지 않고 형태 및 세부 사항에 있어 변형이 이루어질 수 있다는 점을 인식할 것이다. 예를 들면, 상이한 예시적인 구현예가 다양한 이점을 제공하는 특징을 포함하는 것으로 설명될 수 있지만, 설명된 특징들은 설명된 예시적인 구현예 또는 다른 대안적인 구현예에서 서로 교환되거나 대안적으로 서로 결합될 수 있다는 것이 고려된다. 본 개시의 기술은 비교적 복잡하기 때문에, 본 기술의 모든 변형이 예측 가능한 것은 아니다. 예시적인 구현예를 참조하여 설명되고 다음의 청구범위에 명시된 본 개시는 가능한 한 광범위하도록 명백히 의도된다. 예를 들면, 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 단일의 특정 요소를 인용하는 청구범위는 또한 복수의 그러한 특정 요소를 포함한다. 청구범위에서 "제1", "제2", "제3" 등의 용어는 단지 상이한 요소를 구별할 뿐이며, 달리 명시되지 않는 한, 본 개시에서 요소의 특정 순서 또는 특정 번호와 구체적으로 관련된 것은 아니다.

Claims (15)

  1. 동력 인출 장치 제어 시스템으로서,
    동력 인출 장치에 대한 작업자의 근접도를 나타내는 근접 신호를 출력하도록 제공되는 센서; 및
    상기 신호에 기초하여 상기 동력 인출 장치를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어기
    를 포함하는 동력 인출 장치 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 적어도 하나의 카메라를 포함하는, 동력 인출 장치 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 전자기장을 방출하여 상기 전자기장의 변화를 감지하는 적어도 하나의 근접 센서를 포함하는, 동력 인출 장치 제어 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어 신호는 동력 인출 장치의 클러치/브레이크의 작동을 제어하도록 하는 것인, 동력 인출 장치 제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 작업자와 상기 동력 인출 장치 사이의 거리를 결정하고,
    상기 거리를 미리 정의된 임계치와 비교하도록
    이루어지며, 상기 제어 신호는 상기 비교에 기초하는 것인, 동력 인출 장치 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 동력 인출 장치에 대한 작업자의 근접도의 변화를 나타내는 일련의 영상에 기초하여, 상기 동력 인출 장치에 대한 작업자의 근접도를 인식하도록 트레이닝된 신경망의 일부인, 동력 인출 장치 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 작업자로부터의 치환 입력을 인식하도록 이루어지며, 상기 제어기는, 상기 동력 인출 장치의 작동이 제동되거나 중단되었을 상기 동력 인출 장치에 상기 작업자가 근접도에도 불구하고, 상기 치환 입력에 응답하여 상기 동력 인출 장치를 작동시키거나 그 작동을 유지하는 것인, 동력 인출 장치 제어 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 근접 신호에 응답하여 상기 동력 인출 장치의 작동을 자동적으로 제동시키고, 또한 상기 근접 신호에 응답하여 상기 동력 인출 장치의 작동을 자동적으로 재개하도록 이루어지는 것인, 동력 인출 장치 제어 시스템.
  9. 동력 인출 장치 제어 방법으로서,
    동력 인출 장치에 대한 작업자의 근접도를 감지하는 단계; 및
    감지된 근접도에 기초하여 상기 동력 인출 장치의 작동을 제어하는 단계
    를 포함하는 동력 인출 장치 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 동력 인출 장치에 대한 작업자의 근접도를 감지하는 단계는, 상기 동력 인출 장치 및 이에 근접한 주변의 이미지를 캡처하는 것을 포함하는, 동력 인출 장치 제어 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 동력 인출 장치에 대한 작업자의 근접도를 감지하는 단계는,
    전자기장을 방출하는 단계; 및
    상기 전자기장의 변화를 감지하는 단계
    를 포함하는, 동력 인출 장치 제어 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 동력 인출 장치의 작동을 제어하는 단계는,
    상기 작업자와 상기 동력 인출 장치 사이의 거리를 결정하는 단계; 및
    상기 거리를 미리 정의된 임계치와 비교하는 단계
    를 포함하고, 상기 제어 신호는 상기 비교에 기초하는 것인, 동력 인출 장치 제어 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 동력 인출 장치에 대한 작업자의 근접도의 변화를 나타내는 일련의 영상에 기초하여, 상기 동력 인출 장치에 대한 작업자의 근접도를 인식하도록 트레이닝되는 신경망을 트레이닝하는 단계를 더 포함하는, 동력 인출 장치 제어 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    작업자로부터 치환 입력을 수신하는 단계; 및
    상기 치환 입력에 응답하여 상기 작업자로부터 상기 동력 인출 장치의 작동을 계속하는 단계
    를 더 포함하는, 동력 인출 장치 제어 방법.
  15. 차량으로서,
    동력 인출 장치;
    동력 인출 장치에 대한 작업자의 근접도를 나타내는 근접 신호를 출력하도록 제공되는 센서; 및
    상기 신호에 기초하여 상기 동력 인출 장치를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어기
    를 포함하는 차량.
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