KR20230067930A - 건설기계 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템 - Google Patents

건설기계 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20230067930A
KR20230067930A KR1020210153676A KR20210153676A KR20230067930A KR 20230067930 A KR20230067930 A KR 20230067930A KR 1020210153676 A KR1020210153676 A KR 1020210153676A KR 20210153676 A KR20210153676 A KR 20210153676A KR 20230067930 A KR20230067930 A KR 20230067930A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensor
module
monitoring
correction module
correction
Prior art date
Application number
KR1020210153676A
Other languages
English (en)
Inventor
최승준
조기용
신영일
이민수
강한별
Original Assignee
건설기계부품연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 건설기계부품연구원 filed Critical 건설기계부품연구원
Priority to KR1020210153676A priority Critical patent/KR20230067930A/ko
Publication of KR20230067930A publication Critical patent/KR20230067930A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/10—Services
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/76—Graders, bulldozers, or the like with scraper plates or ploughshare-like elements; Levelling scarifying devices
    • E02F3/80—Component parts
    • E02F3/84—Drives or control devices therefor, e.g. hydraulic drive systems
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2025—Particular purposes of control systems not otherwise provided for
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16Y—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY SPECIALLY ADAPTED FOR THE INTERNET OF THINGS [IoT]
    • G16Y40/00—IoT characterised by the purpose of the information processing
    • G16Y40/10—Detection; Monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/30—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
    • H04W4/38—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for collecting sensor information
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/40—Special vehicles
    • B60Y2200/41—Construction vehicles, e.g. graders, excavators
    • B60Y2200/411—Bulldozers, Graders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/40—Special vehicles
    • B60Y2200/41—Construction vehicles, e.g. graders, excavators
    • B60Y2200/412—Excavators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Economics (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Component Parts Of Construction Machinery (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

본 발명은 건설기계의 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면, 건설기계에 쉽게 착탈가능하도록 설치되고, 측정값 즉, 데이터를 무선으로 송수신 가능하여 설치 및 제거가 간편하며, 건설기계의 작동부의 작동상태를 주센서로 측정함과 동시에 보정을 위해 부가하여 설치되는 보조센서를 통해 상기 작동부의 작동상태를 측정함으로써, 상기 주센서의 이상을 쉽게 감지할 수 있어 유지보수가 용이함은 물론 다양한 센서를 통해 자동으로 건설기계를 제어할 수 있도록 하는 건설기계 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템에 관한 기술분야가 개시된다.

Description

건설기계 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템{Wireless sensor system for monitoring and automation of construction machinery}
본 발명은 건설기계의 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면, 건설기계에 쉽게 착탈가능하도록 설치되고, 측정값 즉, 데이터를 무선으로 송수신 가능하여 설치 및 제거가 간편하며, 건설기계의 작동부의 작동상태를 주센서로 측정함과 동시에 보정을 위해 부가하여 설치되는 보조센서를 통해 상기 작동부의 작동상태를 측정함으로써, 상기 주센서의 이상을 쉽게 감지할 수 있어 유지보수가 용이함은 물론 다양한 센서를 통해 자동으로 건설기계를 제어할 수 있도록 하는 건설기계 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템에 관한 기술분야이다.
일반적으로, 건설기계는 토목공사나 건축공사에 사용되는 기계의 총칭으로 굴삭기, 로더, 불도저, 지게차, 그레이더 등 그 종류가 다양하다.
한편, 최근들어 작업자에 의해 제어되지 않고 자동으로 제어되는 무인 건설기계에 대한 수요가 증가되고 있고, 이러한 무인 건설기계에는 여러 가지 센서들이 부착된다.
상기 여러가지 센서들에 의해 감지된 건설기계에 대한 데이터들은 건설기계 모니터링 장치로 전송되고, 상기 건설기계 모니터링 장치는 수신된 데이터들을 근거로 건설기계의 동작상태를 표시하거나 제어할 수 있도록 한다.
상기 여러가지 센서들은 건설기계의 작동부 즉, 링크의 자세를 주로 측정하고, 로봇 기구학을 활용하여 작업자에게 정보를 제공함에 따라 가이드될 수 있도록 하거나 자동으로 제어할 수 있도록 하고 있다.
하지만, 종래의 건설기계 자동제어 시스템과 센서들은 가격이 높아 누구나 쉽게 설치하여 사용하기 어렵고, 설치를 위해 브라켓 또는 용접 등을 수행해야 하며, 설치 후 정확도 확보를 위해 별도의 측정장치를 이용하여 링크 길이 등 기구학 파라미터를 측정하여 보정해야므로 설치작업이 장시간 소요될 뿐만 아니라 설치 후 별도의 작업 정밀도 즉, 정확도를 관리하지 않아 고장이나 이상동작 발생시 확인이 쉽지 않은 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제10-2021-0059998호(2021.05.26.)
본 발명은 상술한 종래기술에 따른 문제점을 해결하고자 안출된 기술로서, 종래의 건설기계 자동제어 시스템은 최근 시스템과 센서들의 가격이 저하되었다고 하나 여전히 고가여서 쉽게 사용하기 어렵고, 설치작업이 장시간 소요되며, 별도의 측정장치를 이용하여 정확도를 확보해야함은 무론 설치 후 별도의 정확도 관리와 공장 및 이상동작 발생시 확인이 어려운 문제가 발생하여;
이에 대한 해결점으로, 건설기계의 링크 즉, 작동부에 설치되어 상기 작동부의 작동상태를 측정하는 주센서로 사용되는 센서모듈과 건설기계의 작동부에 설치되되, 상기 작동부의 말단에 설치되어 지면과의 거리를 측정할 수 있는 보조센서로 사용되는 센서보정모듈을 통해 상기 센서모듈의 보정이 간편하고, 이에 따라 상기 작동부의 방향과 관계없이 센서모듈의 설치가 가능하여 설치가 용이하며, 상기 센서모듈을 상기 작동부에 착탈가능하도록 구성하여 필요시에만 상기 센서모듈을 상기 작동부에 설치할 수 있도록 하는 건설기계 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템을 통하여 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자, 건설기계의 작동부(10)에 설치되되, 상기 작동부(10)의 방향에 관계없이 설치되고, 상기 작동부(10)의 작동상태를 측정하는 제1측정센서(110)가 구비되는 센서모듈(100);과 상기 작동부(10)의 전방 말단에 설치되되, 상기 작동부(10)의 방향에 관계없이 설치되고, 상기 작동부(10)의 작동상태를 측정하는 제2측정센서(210)가 구비되는 센서보정모듈(200);과 상기 센서모듈(100)과 상기 센서보정모듈(200)에 각각 구비되어 상기 제1측정센서(110) 또는 제2측정센서(210)로부터 측정값을 전달받고, 상기 측정값을 무선송신가능한 IOT무선모듈(300); 및 중앙시스템에 설치되고, 상기 IOT무선모듈(300)로부터 측정값을 수신받아 상기 작동부(10)에 설치된 센서모듈(100)과 상기 작동부(10)의 조인트 각도의 오프셋 각도를 계산하여 상기 작동부(10)의 정확한 작동상태를 취득하는 보정계산모듈(400);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 건설기계 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템을 제시한다.
또한, 본 발명의 상기 센서모듈(100)과 상기 센서보정모듈(200)은 상기 작동부(10)에 착탈가능하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 센서보정모듈(200)은 지면과 항상 수직하게 유지되도록 설치되어 지면으로부터의 거리를 측정하는 거리측정센서(220);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 보정계산모듈(400)은 상기 제1측정센서(110)로부터 측정된 각도와 상기 거리측정센서(220)로부터 측정된 거리를 이용하여 상기 센서모듈(100)과 상기 작동부(10)의 조인트 각도의 오프셋 각도를 계산하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 거리측정센서(220)는 상기 센서보정모듈(200)에 회전가능하게 설치되고, 상기 제2측정센서(210)는 상기 거리측정센서(220)의 회전을 제어하되, 지면과의 수직방향을 센싱하여 상기 거리측정센서(220)가 지면과 항상 수직하게 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 건설기계가 굴착기인 경우 상기 작동부(10)는 붐(20);과 암(30); 및 버킷(40);을 포함하여 구성되고, 상기 센서모듈(100)은 상기 붐(20)에 설치되는 제1센서모듈(101);과 상기 암(30)에 설치되는 제2센서모듈(102); 및 상기 버킷(40)에 설치되는 제3센서모듈(103);을 포함하여 구성되며, 상기 센서보정모듈(200)은 상기 붐(20)의 전방 말단에 설치되는 제1센서보정모듈(201);과 상기 암(30)의 전방 말단에 설치되는 제2센서보정모듈(202); 및 상기 버킷(40)의 전방 말단에 설치되는 제3센서보정모듈(203);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 건설기계가 불도저 또는 그레이더인 경우 상기 작동부(10)는 블레이드(50);를 포함하여 구성되고, 상기 센서모듈(100)은 상기 블레이드(50)에 설치되며, 상기 센서보정모듈(200)은 상기 블레이드(50)의 전방 말단에 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 건설기계 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템은 건설기계에 필요시 간편하게 설치 및 제거가 가능하여 효율적으로 사용이 가능한 효과와, 보조센서인 센서보정모듈을 통해 주센서인 센서모듈을 보정하므로 상기 센서모듈을 건설기계의 작동부 즉, 링크의 방향에 상관없이 설치가 가능하여 사용이 용이할 뿐만 아니라 상기 센서모듈에 실제 측정을 위한 메인센서와 보조로 측정을 위한 상태감지용센서가 구비되고, 상기 메인센서와 상기 상태감지용센서의 측정값 즉, 데이터를 비교하여 상기 센서모듈의 고장 및 이상동작 발생의 확인이 용이한 효과 및 상기 센서모듈과 센서보조모듈을 유선이 필요 없도록 별도의 배터리를 통해 작동시킴으로써, 보다 간편하고 쉽게 사용이 가능한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 무선 센서 시스템을 나타낸 블럭도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 센서모듈을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 센서보정모듈을 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 굴착기에 센서모듈과 센서보정모듈이 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 불도저에 센서모듈과 센서보정모듈이 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 그레이더에 센서모듈과 센서보정모듈이 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 도면.
본 발명은 건설기계의 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면, 건설기계의 작동을 모니터링 할 수 있고, 건설기계의 작동을 자동으로 제어할 수 있도록 하기 위해 건설기계에 쉽게 착탈가능하도록 설치되고, 측정값 즉, 데이터를 무선으로 송수신 가능하여 설치 및 제거가 간편하며, 건설기계의 작동부(10)의 작동상태를 주센서로 측정함과 동시에 상기 주센서의 보정을 위해 부가하여 설치되는 보조센서를 통해 상기 작동부(10)의 작동상태를 측정함으로써, 상기 주센서의 고장 및 이상을 쉽게 감지할 수 있어 유지보수가 용이함은 물론 다양한 센서를 통해 자동으로 건설기계를 제어할 수 있도록 하는 건설기계 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템에 관한 기술이다.
상기와 같은 본 발명을 달성하기 위한 구성은 건설기계의 작동부(10)에 설치되되, 상기 작동부(10)의 방향에 관계없이 설치되고, 상기 작동부(10)의 작동상태를 측정하는 제1측정센서(110)가 구비되는 센서모듈(100);과 상기 작동부(10)의 전방 말단에 설치되되, 상기 작동부(10)의 방향에 관계없이 설치되고, 상기 작동부(10)의 작동상태를 측정하는 제2측정센서(210)가 구비되는 센서보정모듈(200);과 상기 센서모듈(100)과 상기 센서보정모듈(200)에 각각 구비되어 상기 제1측정센서(110) 또는 제2측정센서(210)로부터 측정값을 전달받고, 상기 측정값을 무선송신가능한 IOT무선모듈(300); 및 중앙시스템에 설치되고, 상기 IOT무선모듈(300)로부터 측정값을 수신받아 상기 작동부(10)에 설치된 센서모듈(100)과 상기 작동부(10)의 조인트 각도의 오프셋 각도를 계산하여 상기 작동부(10)의 정확한 작동상태를 취득하는 보정계산모듈(400);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 건설기계 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템을 제시한다.
또한, 본 발명의 상기 센서모듈(100)과 상기 센서보정모듈(200)은 상기 작동부(10)에 착탈가능하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 센서보정모듈(200)은 지면과 항상 수직하게 유지되도록 설치되어 지면으로부터의 거리를 측정하는 거리측정센서(220);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 보정계산모듈(400)은 상기 제1측정센서(110)로부터 측정된 각도와 상기 거리측정센서(220)로부터 측정된 거리를 이용하여 상기 센서모듈(100)과 상기 작동부(10)의 조인트 각도의 오프셋 각도를 계산하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 거리측정센서(220)는 상기 센서보정모듈(200)에 회전가능하게 설치되고, 상기 제2측정센서(210)는 상기 거리측정센서(220)의 회전을 제어하되, 지면과의 수직방향을 센싱하여 상기 거리측정센서(220)가 지면과 항상 수직하게 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 건설기계가 굴착기인 경우 상기 작동부(10)는 붐(20);과 암(30); 및 버킷(40);을 포함하여 구성되고, 상기 센서모듈(100)은 상기 붐(20)에 설치되는 제1센서모듈(101);과 상기 암(30)에 설치되는 제2센서모듈(102); 및 상기 버킷(40)에 설치되는 제3센서모듈(103);을 포함하여 구성되며, 상기 센서보정모듈(200)은 상기 붐(20)의 전방 말단에 설치되는 제1센서보정모듈(201);과 상기 암(30)의 전방 말단에 설치되는 제2센서보정모듈(202); 및 상기 버킷(40)의 전방 말단에 설치되는 제3센서보정모듈(203);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 건설기계가 불도저 또는 그레이더인 경우 상기 작동부(10)는 블레이드(50);를 포함하여 구성되고, 상기 센서모듈(100)은 상기 블레이드(50)에 설치되며, 상기 센서보정모듈(200)은 상기 블레이드(50)의 전방 말단에 설치되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 도시한 도면 1 내지 6을 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에서 언급되는 건설기계는 토목공사나 건축공사에 사용되는 기계의 총칭으로 굴삭기, 로더, 불도저, 지게차, 그레이더 등에 해당되고, 상기와 같은 건설기계의 작동부(10)는 일예로, 굴삭기의 경우 붐(20), 암(30), 버킷(40)에 해당되고, 불도저 및 그레이더의 경우 블레이드(50)에 해당된다.
부가하여 설명하면, 상기 본 발명에서 언급되는 작동부(10)는 작업을 위한 버킷이나 블레이드 등과 같은 작업도구와 상기 작업도구를 이동시키거나 회전 등의 작동을 제어하는 링크에 해당된다.
본 발명을 달성하기 위한 주요 구성요소인 센서모듈(100)은
건설기계의 작동부(10)에 설치되되, 상기 작동부(10)의 방향에 관계없이 설치되고, 상기 작동부(10)의 작동상태를 측정하는 제1측정센서(110)가 구비되는 것으로서, 상기 작동부(10)의 작동상태 즉, 각도, 온도, 위치 등을 측정하고, 이후에 자세히 설명될 IOT무선모듈(300)에 측정값을 전달하여 무선으로 측정값 즉, 데이터가 송신되며, 이후에 자세히 설명될 센서보정모듈(200)을 통해 상기 작동부(10)의 각도, 위치를 정확하게 측정할 수 있도록 보정되므로 상기 작동부(10)의 방향에 관계없이 설치된다.
즉, 본 발명의 센서모듈(100)은 이후에 자세히 설명될 센서보정모듈(200)을 통해 보정되므로 상기 작동부(10)가 최초의 위치와 각도를 유지하거나 상기 작동부(10)의 위치, 방향, 각도에 맞춰 제1측정센서(110)를 설치하지 않아도되므로 설치가 용이한 효과를 얻을 수 있다.
아울러, 본 발명의 센서모듈(100)은 상기 작동부(10)에 착탈가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는데, 이후에 자세히 설명될 센서보정모듈(200) 또한 상기 작동부(10)에 착탈가능하도록 설치됨으로써, 필요한 건설기계에 필요할 때 설치 및 제거가 용이하여 비용 및 설치시간을 절감할 수 있는 효과를 실현케 한다.
부가하여 설명하면, 본 발명의 센서모듈(100)과 센서보정모듈(200)은 상기 작동부(10)에 쉽게 착탈가능하도록 설치되기 위해 일예로, 하우징(미표시)과 상기 하우징의 외측면에 설치되는 적어도 하나의 자석(미도시)을 포함하여 구성될 수 있는데, 대부분은 건설기계의 작동부(10)가 금속으로 이루어져 있으므로 상기 자석에 의해 쉽게 착탈가능하게 설치될 수 있으며, 강한 자력에 의해 부착되어 부착된 후 유동이 없도록 함은 자명할 것이고, 이를 위해 복수 개의 자석을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
아울러, 본 발명의 센서모듈(100)은 건설기계의 작동부(10)의 작동상태를 측정하는 제1측정센서(110)와 함께 상기 제1측정센서(110)의 고장 및 이상동작 발생의 확인을 위해 보조로 작동부(10)의 작동상태를 측정하는 적어도 하나의 상태감지용센서(111)를 구비하는 것을 특징으로 하는데, 본 발명은 상기 상태감지용센서(111)를 통해 상기 제1측정센서(110)의 고장 및 이상동작 발생의 확인이 용이하여 보다 정확한 건설기계의 모니터링과 자동화가 가능한 효과를 실현케 한다.
본 발명을 달성하기 위한 주요 구성요소인 센서보정모듈(200)은
건설기계의 작동부(10)의 전방 말단에 설치되되, 상기 작동부(10)의 방향에 관계없이 설치되고, 어 상기 작동부(10)의 작동상태를 측정하는 제2측정센서(210)가 구비되는 것으로서, 앞서 설명된 센서모듈(100)과 마찬가지로 상기 작동부(10)의 작동상태 즉, 각도, 온도, 위치 등을 측정하고, 이후에 자세히 설명될 IOT무선모듈(300)에 측정값을 전달하여 무선으로 측정값 즉, 데이터가 송신되며, 센서모듈(100)로부터 측정된 데이터와 비교되어 상기 센서모듈(100)이 설치된 방향, 각도에 상관없이 작동부(10)의 방향, 각도에 맞게 보정될 수 있도록 한다.
즉, 본 발명의 센서보정모듈(200)은 앞서 설명된 센서모듈(100)과 다르게 작동부(10)의 전방 말단에 설치됨에 따라 상기 센서모듈(100)과 다른 위치에서 상기 작동부(10)의 작동상태를 측정하되, 가장 큰 작동변화를 측정할 수 있어 상기 센서모듈(100)로부터 측정된 데이터를 같이 활용하여 상기 센서모듈(100)이 보정될 수 있도록 한다.
이때, 본 발명의 센서보정모듈(200)에 의한 센서모듈(100)의 보정은 단순하게 제2측정센서(210)로부터 측정된 데이터를 기반으로 상기 센서모듈(100)의 제1측정센서(110)의 위치에서의 데이터와 대응되게 보정되도록 할 수 있는데, 상기 보정은 이후에 자세히 설명될 보정계산모듈(400)에 의해 이루어진다.
상기와 연관하여, 건설기계의 작동부(10)의 작동상태를 측정하기 위한 상기 제1측정센서(110)와 제2측정센서(210)는 일예로, IMU센서로 구성될 수 있고, 라이다, GPS, 가속도계, 온도센서, ID 센서, GNSS(Global Navigation Satelite System) 센서, 스윙(swing) 센서, 하중 센서, 엔진 센서, 연료 센서 등 종래에 건설기계의 작동부(10)와 건설기계의 작동상태를 측정할 수 있는 어떠한 센서로 이루어져도 무방하며, 하나 또는 하나 이상으로 구성될 수 있음은 자명할 것이다. 이때, 상기 센서의 자세한 설명은 종래에 일반적으로 사용되는 것이므로 생략하도록 한다.
부가하여, 본 발명의 센서보정모듈(200) 또한 앞서 설명된 센서모듈(100)과 같이 건설기계의 작동부(10)의 방향에 관계없이 설치되어 설치가 용이한 것을 특징으로 하는데, 이는 상기 센서보정모듈(200)은 상기 센서모듈(100)의 보정을 위해서만 설치되어 사용되는 것이므로 제2측정센서(210)의 경우 이후에 자세히 설명될 거리측정센서(220)의 방향을 제어하기 위해 주로 사용되고, 이에 따라 작동부(10)의 작동상태를 측정하지 않아도 되기 때문이며, 상기 제2측정센서(210)는 IMU센서로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기와 연관하여, 상기 센서보정모듈(200)은 지면과 항상 수직하게 유지되도록 설치되어 지면으로부터의 거리를 측정하는 거리측정센서(220)를 포함하여 구성되는데, 상기 거리측정센서(220)에 의해 측정된 거리를 이용하여 이후의 보정계산모듈(400)에서 상기 센서모듈(100)을 보정한다.
이때, 상기 거리측정센서(220)는 지면과 항상 수직하게 설치된 상태를 유지할 수 있도록 상기 센서보정모듈(200)에 회전가능하게 설치되고, 상기 제2측정센서(210)는 상기 거리측정센서(220)의 회전을 제어하되, 지면과의 수직방향을 센싱하여 상기 거리측정센서(220)가 지면과 항상 수직하게 유지되록 제어하는 것을 특징으로 한다.
부가하여, 상기 거리측정센서(220)를 지면과 수직방향을 유지할 수 있도록 하기 위한 본 발명의 센서보정모듈(200)은 내부에 설치되는 회전모터(222)를 포함하여 구성될 수 있는데, 상기 거리측정센서(220)는 상기 회전모터(222)에 설치되어 작동부(10)의 방향에 관계없이 설치되어도 상기 회전모터(222)에 의해 지면과 항상 수직방향이 유지되도록 함으로써, 상기와 같은 효과를 실현케 한다.
이때, 회전모터(222)의 제어는 앞서 설명된 바와 같이, 지면과의 각도를 측정할 수 있는 상기 제2측정센서(210)를 통해 제어된다.
아울러, 본 발명의 센서보정모듈(200)은 상기 회전모터(222)를 사용하지 않고 간단하게 상기 거리측정센서(220)를 지면과 항상 수직방향을 유지할 수 있도록 상기 거리측정센서(220)의 일측을 베어링(미도시)을 통해 회전가능하게 설치하고, 상기 거리측정센서(220)의 하부에 무게추(미도시)가 부착된 형태로도 구성할 수 있다.
상기와 연관하여, 본 발명의 센서모듈(100)과 센서보정모듈(200)은 하우징(미표시)과, 상기 하우징의 내부에 설치되는 제1측정센서(110) 또는 제2측정센서(210)와, 배터리(미표시) 및 상기 하우징의 외측에 설치되는 태양광모듈(미표시)을 포함하여 구성되고, 이에 따라 상기 센서모듈(100)과 센서보정모듈(200)은 유선이 없이 건설기계의 작동부(10)에 설치되어 작동이 가능한 효과를 실현케 한다.
한편, 상기 건설기계가 굴착기인 경우 상기 작동부(10)는 붐(20)과, 암(30) 및 버킷(40)을 포함하여 구성되고, 상기 센서모듈(100)은 상기 붐(20)에 설치되는 제1센서모듈(101)과, 상기 암(30)에 설치되는 제2센서모듈(102) 및 상기 버킷(40)에 설치되는 제3센서모듈(103)을 포함하여 구성되며, 상기 센서보정모듈(200)은 상기 붐(20)의 전방 말단에 설치되는 제1센서보정모듈(201)과, 상기 암(30)의 전방 말단에 설치되는 제2센서보정모듈(202) 및 상기 버킷(40)의 전방 말단에 설치되는 제3센서보정모듈(203)을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 건설기계가 불도저 또는 그레이더인 경우 상기 작동부(10)는 블레이드(50)를 포함하여 구성되고, 상기 센서모듈(100)은 상기 블레이드(50)에 설치되며, 상기 센서보정모듈(200)은 사익 블레이드(50)의 전방 말단에 설치된다.
즉, 본 발명의 센서모듈(100)과 센서보정모듈(200)은 건설기계의 작동부(10) 즉, 링크에 해당되는 붐(20), 암(30), 버킷(40), 블레이드(50)에 설치되어 작동상태를 정확하게 파악할 수 있도록 하고, 특히 상기 센서보정모듈(200)은 초기에 상기 센서모듈(100)을 설치할 때 함께 설치되어 상시 센서모듈(100)을 보정할 수 있도록 하거나, 상기 센서모듈(100)의 상태가 이상하다고 판단될 때 설치되어 상기 센서모듈(100)의 상태이상을 확인 및 보정할 수 있도록 한다.
본 발명을 달성하기 위한 주요 구성요소인 IOT무선모듈(300)은
상기 센서모듈(100)과 상기 센서보정모듈(200)에 각각 구비되어 상기 제1측정센서(110) 또는 제2측정센서(210)로부터 측정값을 전달받고, 상기 측정값을 무선송신가능한 것으로서, 앞서 설명된 바와 같이, 상기 센서모듈(100)과 상기 센서보정모듈(200)의 하우징 내부에 설치될 수 있고, 이후에 자세히 설명될 중앙시스템으로 측정값 즉, 데이터를 무선으로 송신하여 이후에 자세히 설명될 보정계산모듈(400)에 의해 센서모듈(100)과 센서보정모듈(200)의 측정값을 비교하여 상기 센서모듈(100)의 보정이 이루어질 수 있도록 함으로써, 정확도를 향상시킬 수 있도록 한다.
이때, 본 발명의 IOT무선모듈(300)의 무선송신 방법은 와이파이, 블루투스, 통신망 등 종래에 사용되는 무선 통신방법 중 어떠한 것을 사용하여도 무방함은 자명할 것이다.
본 발명을 달성하기 위한 주요 구성요소인 보정계산모듈(400)은
중앙시스템에 설치되고, 상기 IOT무선모듈(300)로부터 제1측정센서(110)와 제2측정센서(210)로부터 측정된 측정값을 수신받아 전달받고, 상기 작동부(10)에 설치된 센서모듈(100)과 상기 작동부(10)의 오프셋 각도를 계산하여 상기 작동부(10)의 정확한 작동상태를 취득하는 것으로서, 상기 오프셋 각도를 계산하여 상기 센서모듈(100)이 보정될 수 있도록 함으로써, 신뢰도를 향상시킨다.
굴착기를 일예로 설명하면, 굴착기의 기구학 파라미터는 하기의 <Table1>과 도면 4에 도시된 바와 같고, 버킷 끝단 위치 및 자세를 파악하기 위한 기구학은 하기의 <식1>과 같다.
Figure pat00001
<식1>
Figure pat00002
본 발명의 보정계산모듈(400)을 통해 굴착기의 버킷 위치를 보정하는 방법을 도 4를 참고하여 살펴보면 이하와 같고, 도 4의 ηi는 i번째 링크 회전각과 센서모듈(100) 측정각간의 오프셋 각도이다.
먼저, 굴착기는 수평상태에서 보정과정을 수행해야 하고, 보정동작은 충분히 천천히 움직여서 굴착기 본체의 거동은 무시할 수 있을 정도로 작으며, 보정과정에서 회전(swing) 동작은 하지 않는다.
상기와 같은 굴착기의 상태에서 버킷 실린더(미표시)를 조작하여 버킷(40)의 각도를 변화시키면서 버킷(40)에 설치된 제3센서모듈(103)에서 각도를 측정하고, 제3센서보정모듈(203)에서 측정한 지면과의 거리를 측정한다.
(a) θ2 및 θ3는 고정값이므로 θ23도 상수
(b) n번째 측정값이 (φn, hn)이면 다음식이 성립함
Figure pat00003
(c) 따라서 서로 다른 두 측정에 대해 제3센서보정모듈(203)에서 측정한 높이값의 차이는 다음식과 같다.
Figure pat00004
(d) 충분히 많은 측정값에 대해 위 식을 기반으로 한 비선형 연립방정식에 대해 수치해석 기반 해를 찾으면 기구학 파라미터 a4 및 제3센서모듈(103)과 조인트의 각도 θ4간의 오프셋 각도인 η4를 구할 수 있다.
다음으로, 제2센서보정모듈(202)의 경우 각 링크의 각도(θi, i=(2,3))에 따른 버킷축(Z3)의 위치는 <Table1>의 기구학에 의해 다음과 같다.
Figure pat00005
(e) 붐 축은 움직이지 않으므로 θ2는 상수
(f) 이전과정과 마찬가지로 암(Arm) 실린더를 움직여 θ3을 변화시키면서 제2센서모듈의 측정값 φ3 및 제2센서보정모듈(202)의 측정값 h를 구한다.
Figure pat00006
(g) (d)와 마찬가지로 암 실린더를 연속적으로 움직이면서 측정한 총 k개의 측정값 (φn, hn)n=(1,…,k)을 사용하여 위의 비선형 연립방정식의 수치해를 찾아 η3 및 a3 값을 구한다.
마찬가지로 제1센서보정모듈(201)과 제1센서모듈(101) 또한 위의 과정을 반복하여 a2 및 η2 를 찾는다.
즉, 본 발명의 보정계산모듈(400)은 상기와 같은 방법을 통해 센서모듈(100)을 보정하여 버킷(40)의 위치를 보정함으로써, 상기 센서모듈(100)을 통해 버킷(40)의 위치를 보다 정확히 측정할 수 있다.
상기와 같은 실시예는 굴착기에 적용되는 것으로 예시하였으나, 상기와 같은 실시예는 굴착기 외에 다른 여러가지 건설기계들에도 적용될 수 있으며, 불도저, 그레이더의 경우 블레이드(50)만 센서모듈과 센서보정모듈(200)이 설치되므로 불도저, 그레이더의 기구학에 의해 더욱 간단하게 보정될 수 있다.
결과적으로, 본 발명은 설치가 간편하고 쉬울 뿐만 아니라 보정을 통해 건설기계의 작동부(10)의 정확한 작동상태를 모니터링 할 수 있도록 함과 동시에 이에 따른 자동제어가 정확하게 이루어질 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.
상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.
10 : 작동부 20 : 붐
30 : 암 40 : 버킷
50 : 블레이드
100 : 센서모듈 101 : 제1센서모듈
102 : 제2센서모듈 103 : 제3센서모듈
110 : 제1측정센서 200 : 센서보정모듈
201 : 제1센서보정모듈 202 : 제2센서보정모듈
203 : 제3센서보정모듈 210 : 제2측정센서
220 : 거리측정센서 222 : 회전모터(222)
300 : IOT무선모듈 400 : 보정계산모듈

Claims (7)

  1. 건설기계의 작동부(10)에 설치되되, 상기 작동부(10)의 방향에 관계없이 설치되고, 상기 작동부(10)의 작동상태를 측정하는 제1측정센서(110)가 구비되는 센서모듈(100);과
    상기 작동부(10)의 전방 말단에 설치되되, 상기 작동부(10)의 방향에 관계없이 설치되고, 상기 작동부(10)의 작동상태를 측정하는 제2측정센서(210)가 구비되는 센서보정모듈(200);과
    상기 센서모듈(100)과 상기 센서보정모듈(200)에 각각 구비되어 상기 제1측정센서(110) 또는 제2측정센서(210)로부터 측정값을 전달받고, 상기 측정값을 무선송신가능한 IOT무선모듈(300); 및
    중앙시스템에 설치되고, 상기 IOT무선모듈(300)로부터 측정값을 수신받아 상기 작동부(10)에 설치된 센서모듈(100)과 상기 작동부(10)의 조인트 각도의 오프셋 각도를 계산하여 상기 작동부(10)의 정확한 작동상태를 취득하는 보정계산모듈(400);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 건설기계 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서모듈(100)과 상기 센서보정모듈(200)은
    상기 작동부(10)에 착탈가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 건설기계 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센서보정모듈(200)은
    지면과 항상 수직하게 유지되도록 설치되어 지면으로부터의 거리를 측정하는 거리측정센서(220);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 건설기계 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보정계산모듈(400)은
    상기 제1측정센서(110)로부터 측정된 각도와 상기 거리측정센서(220)로부터 측정된 거리를 이용하여 상기 센서모듈(100)과 상기 작동부(10)의 조인트 각도의 오프셋 각도를 계산하는 것을 특징으로 하는 건설기계 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 거리측정센서(220)는
    상기 센서보정모듈(200)에 회전가능하게 설치되고,
    상기 제2측정센서(210)는
    상기 거리측정센서(220)의 회전을 제어하되, 지면과의 수직방향을 센싱하여 상기 거리측정센서(220)가 지면과 항상 수직하게 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 건설기계가 굴착기인 경우 상기 작동부(10)는
    붐(20);과 암(30); 및 버킷(40);을 포함하여 구성되고,
    상기 센서모듈(100)은
    상기 붐(20)에 설치되는 제1센서모듈(101);과
    상기 암(30)에 설치되는 제2센서모듈(102); 및
    상기 버킷(40)에 설치되는 제3센서모듈(103);을 포함하여 구성되며,
    상기 센서보정모듈(200)은
    상기 붐(20)의 전방 말단에 설치되는 제1센서보정모듈(201);과
    상기 암(30)의 전방 말단에 설치되는 제2센서보정모듈(202); 및
    상기 버킷(40)의 전방 말단에 설치되는 제3센서보정모듈(203);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 건설기계 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 건설기계가 불도저 또는 그레이더인 경우 상기 작동부(10)는
    블레이드(50);를 포함하여 구성되고,
    상기 센서모듈(100)은
    상기 블레이드(50)에 설치되며,
    상기 센서보정모듈(200)은
    상기 블레이드(50)의 전방 말단에 설치되는 것을 특징으로 하는 건설기계 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템.
KR1020210153676A 2021-11-10 2021-11-10 건설기계 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템 KR20230067930A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210153676A KR20230067930A (ko) 2021-11-10 2021-11-10 건설기계 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210153676A KR20230067930A (ko) 2021-11-10 2021-11-10 건설기계 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230067930A true KR20230067930A (ko) 2023-05-17

Family

ID=86547471

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210153676A KR20230067930A (ko) 2021-11-10 2021-11-10 건설기계 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230067930A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210059998A (ko) 2019-11-18 2021-05-26 두산인프라코어 주식회사 무인 건설 기계의 모니터링 방법 및 모니터링 시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210059998A (ko) 2019-11-18 2021-05-26 두산인프라코어 주식회사 무인 건설 기계의 모니터링 방법 및 모니터링 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3382105B1 (en) Construction machine with calibration controller
AU2009230866B2 (en) A method for position-calibration of a digging assembly for electric mining shovels
CN103080426B (zh) 液压挖掘机的校准系统及校准方法
KR101739309B1 (ko) 작업 기계, 및 작업 기계의 작업기 파라미터 보정 방법
JP2012233353A (ja) 油圧ショベルの較正システム及び油圧ショベルの較正方法
WO2012128199A1 (ja) 油圧ショベルの較正装置及び油圧ショベルの較正方法
SE1050635A1 (sv) Kontrollsystem för verktygskopplingen på en grävmaskin
CN104254754A (zh) 液压挖掘机及液压挖掘机的液压缸的行程计测方法
KR101587513B1 (ko) 측정 지그
JP2017181340A (ja) 建設機械及び建設機械の較正方法
JPWO2015137526A1 (ja) 作業機械の較正装置、及び作業機械の作業機パラメータの較正方法
JPWO2014167728A1 (ja) 油圧シリンダのストローク動作診断支援装置及び油圧シリンダのストローク動作診断支援方法
KR20190019889A (ko) 유압 셔블 및 유압 셔블의 교정 방법
CN110887978A (zh) 使用有效载荷系统校准加速度传感器的系统和方法
US11198990B2 (en) Method and a system for determining a load in a working machine
CN112654750B (zh) 作业机械
KR20230067930A (ko) 건설기계 모니터링 및 자동화를 위한 무선 센서 시스템
CN113048972A (zh) 矿山工程机械姿态位置确定方法及系统
JP2002181538A (ja) Ｇｐｓを用いた施工端部位置検出装置
CN114729520B (zh) 用于作业机械的校准的方法以及系统
CN115514782A (zh) 用于定位附件的系统和方法
JP2021025325A (ja) 建設機械および建設機械の制御方法
JP6739385B2 (ja) 農業機械の遠隔監視システム
JP7161796B1 (ja) 角度センサの較正方法、建設機械の制御方法、建設機械の制御システムおよび建設機械の制御プログラム
WO2024057846A1 (ja) 作業機械における車体座標系を設定するためのシステムおよび方法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal