KR20230153549A

KR20230153549A - 건설장비의 스마트 자동제동장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20230153549A
Application number: KR1020220052816A
Authority: KR
Inventors: 김기현; 정진석; 김유석; 임종근
Original assignee: 한국도로공사; (주)컨트롤웍스
Priority date: 2022-04-28
Filing date: 2022-04-28
Publication date: 2023-11-07

Abstract

본 발명은, 건설장비의 스마트 자동제동장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명은 주행조정유닛에 의해 선택된 주행방향으로 건설장비의 주행을 제어하는 제어유닛을 포함하는 건설장비에 있어서, 상기 건설장비의 주행방향 주변을 센싱하여 센싱신호를 획득하는 센싱부; 상기 센싱부의 센싱신호를 기초로 상기 주행방향 주변의 장애물 존재유무를 판단하는 장애물 판단부; 상기 장애물과의 거리를 기초로 상기 건설장비의 긴급제동을 결정하는 긴급제동 결정부; 및 상기 주행조정유닛과 상기 제어유닛과의 신호 연결 또는 상기 제어유닛과 상기 긴급제동 결정부의 신호 연결을 선택적으로 스위칭하는 오버라이드부를 포함하며, 상기 긴급제동 결정부는 상기 긴급제동이 결정된 경우 상기 주행조정유닛과 상기 제어유닛과의 신호 연결이 차단되고 상기 제어유닛과 상기 긴급제동 결정부가 신호 연결되도록 상기 오버라이드부를 제어하고, 상기 건설장비를 긴급제동시키는 긴급제동신호를 상기 오버라이드부를 통해 상기 제어유닛으로 전송하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 기존 운전자 제어에 의존하던 수동제동방식에서 벗어나, 작업자가 근거리 접근 시 작업 중인 건설장비가 스스로 자동제동할 수 있어, 제동의 정확도와 반응속도를 향상시킨다.

Description

건설장비의 스마트 자동제동장치 및 그 방법{SMART AUTOMATIC BRAKING DEVICE FOR CONSTRUCTION EPUIPMENT AND METHOD THEREOF}

본 발명은 건설장비의 스마트 자동제동장치 및 그 방법에 관한 것이다.

주로 도로를 주행하는 일반 차량과 달리, 스키드로더, 굴삭기, 지게차, 덤프트럭 등과 같은 건설장비는 다양한 작업환경에서 사용된다.

건설장비가 사용되는 작업장 내에서는 건설장비에 의한 사고가 빈번히 발생한다. 특히, 유지보수 공사현장은 주로 야간에 협소한 공간에서 공사가 시행되고, 교통제한이 많으며, 장비소음 등 작업소음이 많기 때문에 이러한 작업환경으로 인해 건설장비로 인한 사고가 지속적으로 발생하고 있다.

이러한 사고를 예방하기 위해, 유지보수 공사현장에는 안전관리자가 배치되어 공사현장을 관리, 감독하여야 하지만 현실적으로 안전관리자가 배치되지 않은 경우가 많다.

유지보수 공사현장은 특히 주로 야간에 협소한 공간에서 공사가 시행되는 경우가 많은데, 이 경우 건설장비의 후진 시 건설장비의 협착 및 충돌사고의 위험이 높다.

종래에는 건설장비가 후진할 때, 건설장비의 후방에 있는 장애물을 인식하기 위해 운전자가 백미러 보거나 운전자가 직접 뒤를 돌아보며 장애물과의 거리를 인식하면서 작업해야 했다. 또는, 장애물 감지센서에 의해 작동되는 경고장치를 통해 운전자가 장애물을 인식하기도 하지만 거리조절은 운전자의 제어에 의존하였다. 이러한 수동방식의 제동은 반응속도가 느리고 부정확하여 사고를 예방하는데 한계가 있다.

본 발명의 목적은 건설장비 주변을 센싱하여 작업자가 근거리 접근시 작업 중인 건설장비가 스스로 자동제동할 수 있는, 건설장비의 스마트 자동제동장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 주행조정유닛에 의해 선택된 주행방향으로 건설장비의 주행을 제어하는 제어유닛을 포함하는 건설장비에 있어서, 상기 건설장비의 주행방향 주변을 센싱하여 센싱신호를 획득하는 센싱부; 상기 센싱부의 센싱신호를 기초로 상기 주행방향 주변의 장애물 존재유무를 판단하는 장애물 판단부; 상기 장애물과의 거리를 기초로 상기 건설장비의 긴급제동을 결정하는 긴급제동 결정부; 및 상기 주행조정유닛과 상기 제어유닛과의 신호 연결 또는 상기 제어유닛과 상기 긴급제동 결정부의 신호 연결을 선택적으로 스위칭하는 오버라이드부를 포함하며, 상기 긴급제동 결정부는 상기 긴급제동이 결정된 경우 상기 주행조정유닛과 상기 제어유닛과의 신호 연결이 차단되고 상기 제어유닛과 상기 긴급제동 결정부가 신호 연결되도록 상기 오버라이드부를 제어하고, 상기 건설장비를 긴급제동시키는 긴급제동신호를 상기 오버라이드부를 통해 상기 제어유닛으로 전송하는 것을 특징으로 하는 건설장비의 스마트 자동제동장치가 제공된다.

상기 센싱부는 상기 건설장비의 후면에 배치되고, 적어도 하나의 라이다 센서(LiDAR SENSOR)를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 장애물 판단부는 상기 센싱부로부터 센싱신호가 입력되면 입력된 상기 센싱신호를 전처리하여 상기 주행방향 주변의 장애물 존재유무를 판단하고, 상기 장애물이 존재하는 경우 상기 건설장비와 상기 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 산출하며, 산출된 상기 거리 데이터를 상기 긴급제동 결정부로 전송하는 것이 바람직하다.

상기 장애물 판단부는 상기 주행조정유닛에 의해 선택된 주행방향을 기초로 상기 주행방향 주변의 장애물 존재 유무를 판단하는 것이 바람직하다.

상기 긴급제동 결정부는 상기 장애물 판단부로부터 상기 건설장비와 상기 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 입력받으며, 상기 거리 데이터가 경고범위 및 제동범위 내인지를 확인하고, 상기 거리 데이터가 경고범위 이내이면 경고 알람을 동작시키며, 상기 거리 데이터가 제동범위 이내이면 상기 긴급제동을 결정하는 것이 바람직하다.

상기 거리 데이터의 경고범위와 제동범위는 복수 개로 구성되며, 상기 긴급제동 결정부는 경고범위와 제동범위에 따라 경고 알람 동작, 주행 속도제한, 긴급제동 중 적어도 하나를 결정하는 것이 바람직하다.

상기 긴급제동 결정부는 상기 장애물 판단부로부터 상기 건설장비와 상기 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 입력받으며, 상기 거리 데이터가 경고범위 이내인지를 확인하고, 상기 거리 데이터가 경고범위 이내이면 경고 알람 동작과 함께 상기 주행조정유닛의 가동범위제한을 결정하는 것이 바람직하다.

상기 주행조정유닛의 가동범위를 제어하는 구동 액츄에이터를 더 포함하며, 상기 구동 액츄에이터는 상기 긴급제동 결정부의 제어 신호에 따라 상기 주행조정유닛의 가동범위를 제한하는 것이 바람직하다.

상기 긴급제동 결정부의 제어신호를 전달받아 경고 알람을 출력하는 알람부를 더 포함하며, 상기 알람부는 스피커로 특정 소리를 출력하는 제1 알람방식, 운전석 또는 주행조정유닛을 진동시키는 제2 알람방식, 경고등을 온/오프시키는 제3 알람방식, 디스플레이 화면에 문자, 영상, 그림, 도안, 메시지 중 적어도 하나 포함하는 경고표시를 출력하는 제4 알람방식 중 적어도 어느 한 알람방식으로 경고 알람을 동작시키는 것이 바람직하다.

또한, 제어유닛이 주행조정유닛에 의해 선택된 주행방향으로 주행을 제어하는 건설장비에 있어서, 상기 건설장비의 주행방향 주변을 센싱하여 센싱신호를 획득하는 센싱단계; 상기 센싱신호를 기초로 상기 주행방향 주변의 장애물 존재유무를 판단하는 장애물 판단단계; 상기 장애물과의 거리를 기초로 긴급제동 결정부가 상기 건설장비의 긴급제동을 결정하는 긴급제동 결정단계; 및 상기 긴급제동 결정단계에서 상기 긴급제동이 결정된 경우, 상기 주행조정유닛과 제어유닛과의 신호 연결이 차단되고 상기 제어유닛과 상기 긴급제동 결정부가 신호 연결되며, 상기 건설장비를 긴급제동시키는 긴급제동신호가 상기 제어유닛으로 전송되는 긴급제동단계를 포함하는 건설장비의 스마트 자동제동방법이 제공된다.

상기 센싱단계는 상기 건설장비의 후면에 배치되고, 적어도 하나의 라이다 센서(LiDAR SENSOR)를 포함하는 센싱부를 통해 이루어지는 지는 것이 바람직하다.

상기 장애물 판단단계는 상기 센싱신호를 전처리하여 상기 주행방향 주변의 장애물 존재유무를 판단하는 장애물 존재유무 판단단계; 상기 장애물이 존재하는 경우 상기 건설장비와 상기 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 산출하는 거리 데이터 산출단계; 및 산출된 상기 거리 데이터를 상기 긴급제동 결정부로 전송하는 거리 데이터 전송단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 장애물 판단단계는 상기 주행조정유닛에 의해 선택된 주행방향을 기초로 상기 주행방향 주변의 장애물 존재 유무를 판단하는 것이 바람직하다.

상기 긴급제동 결정단계는 상기 건설장비와 상기 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 입력받는 거리 데이터 입력단계; 상기 거리 데이터가 경고범위 및 제동범위 내인지를 확인하는 범위 확인단계; 상기 거리 데이터가 경고범위 이내이면 경고 알람을 동작시키는 경고 알람단계; 및 상기 거리 데이터가 제동범위 이내이면 상기 긴급제동을 결정하는 긴급제동단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 긴급제동 결정단계는 상기 건설장비와 상기 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 입력받는 거리 데이터 입력단계; 상기 거리 데이터가 제1 경고범위, 제2 경고범위, 제동범위 내인지를 확인하는 범위 확인단계; 상기 거리 데이터가 제1 경고범위 이내이면 경고 알람을 동작시키는 경고 알람단계; 상기 거리 데이터가 제2 경고범위 이내이면 경고 알람 동작과 함께 주행 속도제한을 결정하는 경고 알람 및 주행속도 제한단계; 및 상기 거리 데이터가 제동범위 이내이면 상기 긴급제동을 결정하는 긴급제동단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 긴급제동 결정단계는 상기 건설장비와 상기 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 입력받는 거리 데이터 입력단계; 상기 거리 데이터가 제1 경고범위, 제2 경고범위, 제1 제동범위 및 제2 제동범위 내인지를 확인하는 범위 확인단계; 상기 거리 데이터가 제1 경고범위 이내이면 경고 알람을 동작시키는 경고 알람단계; 상기 거리 데이터가 제2 경고범위 이내이면 경고 알람 동작과 함께 제1 주행 속도제한을 결정하는 경고 알람 및 제1 주행속도 제한단계; 상기 거리 데이터가 제1 제동범위 이내이면 경고 알람 동작과 함께 제2 주행 속도 제한을 결정하는 경고 알람 및 제2 주행속도 제한단계; 및 상기 거리 데이터가 제2 제동범위 이내이면 상기 긴급제동을 결정하는 긴급제동단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 긴급제동 결정단계는 상기 건설장비와 상기 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 입력받는 거리 데이터 입력단계; 상기 거리 데이터가 경고범위 내인지를 확인하는 범위 확인단계; 및 상기 거리 데이터가 경고범위 이내이면 경고 알람 동작과 함께 상기 주행조정유닛의 가동범위제한을 결정하는 경고 알람 및 가동범위 제한단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 긴급제동 결정단계에서 생성된 제어신호를 전달받아 경고 알람을 출력하는 알람단계를 더 포함하며, 상기 알람단계는 스피커로 특정 소리를 출력하는 제1 알람방식, 운전석 또는 주행조정유닛을 진동시키는 제2 알람방식, 경고등을 온/오프시키는 제3 알람방식, 디스플레이 화면에 문자, 영상, 그림, 도안, 메시지 중 적어도 하나 포함하는 경고표시를 출력하는 제4 알람방식 중 적어도 어느 한 알람방식으로 경고 알람을 동작시키는 방식에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명은, 센싱부로 건설장비 주변을 센싱하여, 장애물과의 거리를 기초로 주행조정유닛의 구동신호 즉, 운전자의 조작신호를 제어유닛에 전달하여 운전자의 조작 가능상태를 유지하거나 제동신호를 제어유닛에 전달하여 자동제동 상태로 전환할 수 있다. 이로 인해, 기존 운전자 제어에 의존하던 수동제동방식에서 벗어나, 작업자가 근거리 접근 시 작업 중인 건설장비가 스스로 자동제동할 수 있어, 제동의 정확도와 반응속도가 향상될 수 있다.

본 발명은, 건설장비의 후방에 설치된 라이다 센서를 활용하여 180도 시야각 및 야간 감지 성능을 확보할 수 있으므로, 사각지대 주변을 광범위하게 감지하여 사각지대 주변에 위치하는 장애물과의 충돌사고를 사전에 예방할 수 있고, 야간 인식률이 높은 센서를 활용하여 주로 야간에 협소한 공간에서 공사가 시행되는 유지보수 공사현장의 특성을 반영하여 작업장 내 건설장비와 작업자의 협착 및 충돌사고를 예방할 수 있다.

본 발명은, 장애물이 감지된 경우, 소리, 진동, 경고등, 디스플레이 화면 등 다양한 방식으로 건설장비 내부 및 외부에 경고 알람을 표시하므로, 건설장비 운전자 및 작업장의 작업자가 위험을 사전에 신속하게 인지하여 사고를 예방할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 건설장비의 스마트 자동제동장치의 일실시예를 도시한 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 건설장비의 스마트 자동제동장치의 일실시예를 구성하는 센싱부가 장착된 건설장비를 도시한 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 건설장비의 스마트 자동제동장치의 일실시예를 구성하는 긴급제동 결정부의 경고범위와 제동범위를 도시한 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 건설장비의 스마트 자동제동방법의 일실시예를 도시한 순서도,
도 5는 본 발명에 따른 건설장비의 스마트 자동제동방법의 일실시예의 장애물 판단단계를 도시한 블록도,
도 6은 본 발명에 따른 건설장비의 스마트 자동제동방법의 일실시예의 긴급제동 결정단계를 도시한 블록도,
도 7은 본 발명에 따른 건설장비의 스마트 자동제동방법의 일실시예의 긴급제동 결정단계의 다른 일예를 도시한 블록도,
도 8은 본 발명에 따른 건설장비의 스마트 자동제동방법의 일실시예의 긴급제동 결정단계의 다른 일예를 도시한 블록도,
도 9는 본 발명에 따른 건설장비의 스마트 자동제동방법의 일실시예의 긴급제동 결정단계의 다른 일예를 도시한 블록도.

이하, 본 발명에 따른 건설장비의 스마트 자동제동장치 및 그 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 건설장비의 스마트 자동제동장치(100)의 일실시예는 주행조정유닛(200)에 의해 선택된 주행방향으로 건설장비(10)의 주행을 제어하는 제어유닛을 포함하는 건설장비(10)에 적용되며, 센싱부(110), 장애물 판단부(120), 긴급제동 결정부(130), 오버라이드부(140)를 포함한다. 건설장비는 스키드로더, 굴삭기, 지게차, 덤프트럭 등이 될 수 있다. 이하에서, 건설장비는 스키드로더인 경우에 대하여 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 센싱부(110)는 건설장비(10)의 주행방향 주변을 센싱하여 센싱신호를 획득한다. 센싱부(110)는 건설장비(10)의 후면에 배치되는 것이 바람직하다. 센싱부(110)는 적어도 하나의 라이다 센서(LiDAR SENSOR)를 포함한다. 라이다 센서는 조사된 빛이 피사체에 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 거리를 측정하는 센서로, 정밀한 3차원 정보를 포인트 클라우드 데이터(POINT CLOUD DATA) 형태로 제공해 준다. 라이다 센서는 건설장비(10)의 후방 상단 외부에 노출되게 설치된다. 라이다 센서를 장비 내부에 설치하면 센서의 감지 성능이 현저히 떨어지게 된다. 라이다 센서는 돔형 라이다 센서를 사용하여 후방 180도 시야각을 확보하고, 야간 감지 성능을 확보한다. 라이다 센서는 필요에 따라 영역을 분할하여 감지 범위, 감지 가능 높이를 설정할 수 있다.

장애물 판단부(120)는 센싱부(110)의 센싱신호를 기초로 주행방향 주변의 장애물 존재유무를 판단한다. 장애물 판단부(120)는 주행조정유닛(200)에 의해 선택된 주행방향을 기초로 주행방향 주변의 장애물 존재 유무를 판단하는 것이 바람직하다. 장애물 판단부(120)는 센싱부(110)로부터 센싱신호가 입력되면 입력된 센싱신호를 전처리하여 주행방향 주변의 장애물 존재유무를 판단하고, 장애물이 존재하는 경우 건설장비(10)와 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 산출하며, 산출된 거리 데이터를 긴급제동 결정부(130)로 전송한다. 센싱부(110)로부터 입력된 센싱신호는 유리면에서 빛의 반사와 같이 장애물의 실제 3차원 정보를 왜곡하는 가상의 포인트를 포함할 수 있다. 따라서 장애물 판단부(120)는 장애물 존재유무를 판단하기에 앞서, 이러한 왜곡을 제거하기 위해 입력된 센싱신호를 전처리하는 것이 바람직하다. 이러한 전처리는 공지된 기술이 이용될 수 있다.

긴급제동 결정부(130)는 장애물과의 거리를 기초로 건설장비(10)의 긴급제동을 결정한다. 긴급제동 결정부(130)는 긴급제동이 결정된 경우 주행조정유닛(200)과 제어유닛(300)과의 신호 연결이 차단되고 제어유닛(300)과 긴급제동 결정부(130)가 신호 연결되도록 오버라이드부(140)를 제어하고, 건설장비(10)를 긴급제동시키는 긴급제동신호를 오버라이드부(140)를 통해 제어유닛(300)으로 전송한다.

긴급제동 결정부(130)의 일예로, 긴급제동 결정부(130)는 장애물 판단부(120)로부터 건설장비(10)와 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 입력받으며, 거리 데이터가 경고범위 및 제동범위 내인지를 확인하고, 거리 데이터가 경고범위 이내이면 경고 알람을 동작시키며, 거리 데이터가 제동범위 이내이면 긴급제동을 결정한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 경고범위는 건설장비(10)와 장애물 사이의 거리가 근거리인 경우이고, 제동범위는 건설장비(10)와 장애물 사이의 거리가 경고범위보다 작은 초근거리인 경우이다. 경고범위는 2.0m, 제동범위는 0.5m로 설정하는 것이 바람직하다. 한편, 경고범위와 제동범위는 복수 개로 구성될 수 있다. 즉, 경고범위와 제동범위를 세분화하여 하나 이상의 범위로 나눌 수 있다. 이 경우 긴급제동 결정부(130)는 복수 개의 경고범위와 제동범위에 따라 경고 알람 동작, 주행 속도제한, 긴급제동 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.

긴급제동 결정부(130)의 다른 일예로, 긴급제동 결정부(130)는 장애물 판단부(120)로부터 건설장비(10)와 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 입력받으며, 거리 데이터가 경고범위 이내인지를 확인하고, 거리 데이터가 경고범위 이내이면 경고 알람 동작과 함께 주행조정유닛(200)의 가동범위제한을 결정한다. 긴급제동 결정부(130)는 거리 데이터가 경고범위 이내이면, 경고 알람 동작과 함께 주행조정유닛(200)의 주행 속도를 제한하거나 주행 방향을 변경하는 방식으로 주행조정유닛(200)의 가동범위를 제한할 수 있다. 이를 위해, 건설장비의 스마트 자동제동장치(100)는 주행조정유닛(200)의 가동범위를 제어하는 구동 액츄에이터를 더 포함한다. 구동 액츄에이터는 긴급제동 결정부(130)의 제어 신호에 따라 주행조정유닛(200)의 가동범위를 제한한다.

오버라이드부(140)는 긴급제동 결정부(130)의 결정에 따라 주행조정유닛(200)과 제어유닛(300)과의 신호 연결 또는 제어유닛(300)과 긴급제동 결정부(130)의 신호 연결을 선택적으로 스위칭한다. 긴급제동 결정부(130)가 긴급제동을 결정하지 않았다면, 오버라이드부(140)는 주행조정유닛(200)과 제어유닛(300)을 신호 연결하고 제어유닛(300)과 긴급제동 결정부(130)와의 신호 연결을 차단한다. 그러면 주행조정유닛(200)의 구동신호 즉, 운전자의 조작신호가 제어유닛(300)에 전달되어 운전자의 조작 가능상태가 유지된다. 반면, 긴급제동 결정부(130)가 긴급제동을 결정하면, 오버라이드부(140)는 주행조정유닛(200)과 제어유닛(300)과의 신호 연결을 차단하고 제어유닛(300)과 긴급제동 결정부(130)를 신호 연결한다. 그러면 긴급제동 결정부(130)의 제동신호가 제어유닛(300)에 전달되어 자동제동 상태로 전환될 수 있다.

한편, 긴급제동 결정부(130)의 제어신호를 전달받아 경고 알람을 출력하는 알람부(150)를 더 포함할 수 있다. 알람부(150)는 스피커로 특정 소리를 출력하는 제1 알람방식, 운전석 또는 주행조정유닛(200)을 진동시키는 제2 알람방식, 경고등을 온/오프시키는 제3 알람방식, 디스플레이 화면에 문자, 영상, 그림, 도안, 메시지 중 적어도 하나 포함하는 경고표시를 출력하는 제4 알람방식 중 적어도 어느 한 알람방식으로 경고 알람을 동작시킨다. 알람부(150)는 건설장비(10)의 운전자뿐만 아니라 건설장비(10) 주변에서 작업 중인 작업자에게 경고 알람을 전달할 수 있도록, 건설장비(10) 내부 및 외부에 설치되는 것이 바람직하다.

장애물 판단부(120)와 긴급제동 결정부(130)는 스마트 자동제어장치의 제어장치로 구현될 수 있다. 제어장치는 건설장비 운전자의 스위치 조작에 따라 제동기능 활성화 여부와 센싱부(110)의 감지 활성화 범위 등을 변경할 수 있다.

본 발명에 따른 건설장비의 스마트 자동제동방법의 일실시예는 주행조정유닛(200)에 의해 선택된 주행방향으로 건설장비(10)의 주행을 제어하는 제어유닛(300)을 포함하는 건설장비(10)에 적용된다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 건설장비의 스마트 자동제동방법의 일실시예는, 먼저 건설장비(10)의 주행방향 주변을 센싱하여 센싱신호를 획득하는 센싱단계(S10)가 진행된다. 센싱단계(S10)는 건설장비(10)의 후면에 배치되는 센싱부(110)에 의해 이루어지는 것이 바람직하다. 센싱부(110)는 적어도 하나의 라이다 센서를 포함한다. 라이다 센서는 조사된 빛이 피사체에 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 거리를 측정하는 센서로, 정밀한 3차원 정보를 포인트 클라우드 데이터(POINT CLOUD DATA) 형태로 제공해준다. 라이다 센서는 건설장비(10)의 후방 상단에 외부에 노출되게 설치된다. 라이다 센서를 장비 내부에 설치하면 센서의 감지 성능이 현저히 떨어지게 된다. 라이다 센서는 돔형 라이다 센서를 사용하여 후방 180도 시야각을 확보하고, 야간 감지 성능을 확보한다. 라이다 센서는 필요에 따라 영역을 분할하여 감지 범위, 감지 가능 높이를 설정할 수 있다.

센싱신호가 획득되면, 센싱신호를 기초로 주행방향 주변의 장애물 존재유무를 판단하는 장애물 판단단계(S20)가 진행된다. 장애물 판단단계(S20)는 주행조정유닛(200)에 의해 선택된 주행방향을 기초로 주행방향 주변의 장애물 존재 유무를 판단하는 것이 바람직하다. 장애물 판단단계(S20)의 일예로, 도 5에 도시된 바와 같이, 장애물 판단단계(S20)는 센싱신호를 전처리하여 주행방향 주변의 장애물 존재유무를 판단하는 장애물 존재유무 판단단계; 장애물이 존재하는 경우 건설장비(10)와 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 산출하는 거리 데이터 산출단계; 및 산출된 거리 데이터를 긴급제동 결정부(130)로 전송하는 거리 데이터 전송단계를 포함한다. 센싱단계(S10)에서 획득된 센싱신호는 유리면에서 빛의 반사와 같이 장애물의 실제 3차원 정보를 왜곡하는 가상의 포인트를 포함할 수 있다. 따라서 장애물 존재유무 판단단계에서는 장애물 존재유무를 판단하기에 앞서, 이러한 왜곡을 제거하기 위해 센싱단계(S10)에서 획득된 센싱신호를 전처리하는 것이 바람직하다. 이러한 전처리는 다양한 공지된 기술이 이용될 수 있다.

장애물 판단단계(S20)에서 장애물의 존재가 판단되고, 건설장비(10)와 장애물 사이의 거리인 거리 데이터가 산출되면, 장애물과의 거리를 기초로 긴급제동 결정부(130)가 건설장비(10)의 긴급제동을 결정하는 긴급제동 결정단계(S30)가 진행된다.

긴급제동 결정단계(S30)의 제1예로, 도 6에 도시된 바와 같이, 긴급제동 결정단계(S30)는 건설장비(10)와 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 입력받는 거리 데이터 입력단계; 거리 데이터가 경고범위 및 제동범위 내인지를 확인하는 범위 확인단계; 거리 데이터가 경고범위 이내이면 경고 알람을 동작시키는 경고 알람단계; 및 거리 데이터가 제동범위 이내이면 긴급제동을 결정하는 긴급제동단계를 포함한다. 여기서, 경고범위는 건설장비(10)와 장애물 사이의 거리가 근거리인 경우이고, 제동범위는 건설장비(10)와 장애물 사이의 거리가 경고범위보다 작은 초근거리인 경우이다. 경고범위는 2.0m, 제동범위는 0.5m로 설정하는 것이 바람직하다.

긴급제동 결정단계(S30)의 제2예로, 도 7에 도시된 바와 같이, 긴급제동 결정단계(S30)는 건설장비(10)와 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 입력받는 거리 데이터 입력단계; 거리 데이터가 제1 경고범위, 제2 경고범위, 제동범위 내인지를 확인하는 범위 확인단계; 거리 데이터가 제1 경고범위 이내이면 경고 알람을 동작시키는 경고 알람단계; 거리 데이터가 제2 경고범위 이내이면 경고 알람 동작과 함께 주행 속도제한을 결정하는 경고 알람 및 주행속도 제한단계; 및 거리 데이터가 제동범위 이내이면 긴급제동을 결정하는 긴급제동단계로 진행될 수도 있다. 여기서, 제1 경고범위는 건설장비(10)와 장애물 사이의 거리가 근거리인 경우이고, 제2 경고범위는 제1 경고범위보다 작은 근거리이며, 제동범위는 건설장비(10)와 장애물 사이의 거리가 제2 경고범위보다 작은 초근거리인 경우이다.

긴급제동 결정단계(S30)의 제3예로, 도 8에 도시된 바와 같이, 긴급제동 결정단계(S30)는 건설장비(10)와 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 입력받는 거리 데이터 입력단계; 거리 데이터가 제1 경고범위, 제2 경고범위, 제1 제동범위 및 제2 제동범위 내인지를 확인하는 범위 확인단계; 거리 데이터가 제1 경고범위 이내이면 경고 알람을 동작시키는 경고 알람단계; 거리 데이터가 제2 경고범위 이내이면 경고 알람 동작과 함께 제1 주행 속도제한을 결정하는 경고 알람 및 제1 주행속도 제한단계; 거리 데이터가 제1 제동범위 이내이면 경고 알람 동작과 함께 제2 주행 속도 제한을 결정하는 경고 알람 및 제2 주행속도 제한단계; 및 거리 데이터가 제2 제동범위 이내이면 긴급제동을 결정하는 긴급제동단계로 진행될 수도 있다. 여기서, 경고범위는 건설장비(10)와 장애물 사이의 거리가 근거리인 경우이고, 제동범위는 건설장비(10)와 장애물 사이의 거리가 경고범위보다 작은 초근거리인 경우이다. 제1 경고범위, 제2 경고범위, 제1 제동범위 및 제2 제동범위 순으로 건설장비(10)와 장애물 사이의 거리가 작아진다. 제2 주행 속도 제한은 제1 주행 속도제한 보다 커서 제2 주행 속도 제한 상태에서의 건설장비(10)의 속도는 제1 주행 속도제한 상태의 경우보다 느릴 수 있다.

긴급제동 결정단계(S30)의 제4예로, 도 9에 도시된 바와 같이, 긴급제동 결정단계(S30)는 건설장비(10)와 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 입력받는 거리 데이터 입력단계; 거리 데이터가 경고범위 내인지를 확인하는 범위 확인단계; 및 거리 데이터가 경고범위 이내이면 경고 알람 동작과 함께 주행조정유닛(200)의 가동범위제한을 결정하는 경고 알람 및 가동범위 제한단계로 진행될 수도 있다. 긴급제동 결정단계(S30)에서는 거리 데이터가 경고범위 이내이면, 경고 알람 동작과 함께 주행조정유닛(200)의 주행 속도를 제한하거나 주행 방향을 변경하는 방식으로 주행조정유닛(200)의 가동범위를 제한할 수 있다.

긴급제동 결정단계(S30)에서 상기 긴급제동이 결정된 경우, 주행조정유닛(200)과 제어유닛(300)과의 신호 연결이 차단되고 제어유닛(300)과 긴급제동 결정부(130)가 신호 연결되며, 건설장비(10)를 긴급제동시키는 긴급제동신호가 제어유닛(300)으로 전송되는 긴급제동 실행단계(S40)가 진행된다. 긴급제동 결정부(130)의 제동신호가 제어유닛(300)에 전송되면 자동제동 상태로 전환될 수 있다. 긴급제동 결정단계(S30)의 결정에 따라, 주행조정유닛(200)과 제어유닛(300)과의 신호 연결 또는 제어유닛(300)과 긴급제동 결정부(130)의 신호 연결은 선택적으로 스위칭된다. 긴급제동 결정단계(S30)에서 긴급제동이 결정되지 않았다면, 주행조정유닛(200)과 제어유닛(300)이 신호 연결되고, 제어유닛(300)과 긴급제동 결정부(130)와의 신호 연결이 차단된다. 그러면 주행조정유닛(200)의 구동신호 즉, 운전자의 조작신호가 제어유닛(300)에 전달되어 운전자의 조작 가능상태가 유지된다.

한편, 긴급제동 결정단계(S30)에서 생성된 제어신호를 전달받아 경고 알람을 출력하는 알람단계를 더 포함할 수 있다. 알람단계는 스피커로 특정 소리를 출력하는 제1 알람방식, 운전석 또는 주행조정유닛(200)을 진동시키는 제2 알람방식, 경고등을 온/오프시키는 제3 알람방식, 디스플레이 화면에 문자, 영상, 그림, 도안, 메시지 중 적어도 하나 포함하는 경고표시를 출력하는 제4 알람방식 중 적어도 어느 한 알람방식으로 경고 알람을 동작시키는 방식에 의해 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 건설장비의 스마트 자동제동장치 및 그 방법의 작용과 효과를 설명한다.

본 발명은, 센싱부(110)로 건설장비(10) 주변을 센싱하여 장애물과의 거리를 기초로 주행조정유닛(200)의 구동신호 즉, 운전자의 조작신호를 제어유닛(300)에 전달하여 운전자의 조작 가능상태를 유지하거나 제동신호를 제어유닛(300)에 전달하여 자동제동 상태로 전환할 수 있다. 이로 인해, 기존 운전자 제어에 의존하던 수동제동방식에서 벗어나, 작업자가 근거리 접근 시 작업 중인 건설장비(10)가 스스로 자동제동할 수 있어, 제동의 정확도와 반응속도가 향상될 수 있다.

본 발명은, 건설장비(10)의 후방에 설치된 라이다 센서를 활용하여 180도 시야각 및 야간 감지 성능을 확보할 수 있으므로, 사각지대 주변을 광범위하게 감지하여 사각지대 주변에 위치하는 장애물과의 충돌사고를 사전에 예방할 수 있고, 야간 인식률이 높은 센서를 활용하여 주로 야간에 협소한 공간에서 공사가 시행되는 유지보수 공사현장의 특성을 반영하여 작업장 내 건설장비(10)와 작업자의 협착 및 충돌사고를 예방할 수 있다.

본 발명은, 장애물이 감지된 경우, 소리, 진동, 경고등, 디스플레이 화면 등 다양한 방식으로 건설장비(10) 내부 및 외부에 경고 알람을 표시하므로, 건설장비(10) 운전자 및 작업장의 작업자가 위험을 사전에 신속하게 인지하여 사고를 예방할 수 있다.

10: 건설장비 100: 스마트 자동제동장치
110: 센싱부 120: 장애물 판단부
130: 긴급제동 결정부 140: 오버라이드부
150: 알람부 200: 주행조정유닛
300: 제어유닛

Claims

주행조정유닛에 의해 선택된 주행방향으로 건설장비의 주행을 제어하는 제어유닛을 포함하는 건설장비에 있어서,
상기 건설장비의 주행방향 주변을 센싱하여 센싱신호를 획득하는 센싱부;
상기 센싱부의 센싱신호를 기초로 상기 주행방향 주변의 장애물 존재유무를 판단하는 장애물 판단부;
상기 장애물과의 거리를 기초로 상기 건설장비의 긴급제동을 결정하는 긴급제동 결정부; 및
상기 주행조정유닛과 상기 제어유닛과의 신호 연결 또는 상기 제어유닛과 상기 긴급제동 결정부의 신호 연결을 선택적으로 스위칭하는 오버라이드부를 포함하며,
상기 긴급제동 결정부는 상기 긴급제동이 결정된 경우 상기 주행조정유닛과 상기 제어유닛과의 신호 연결이 차단되고 상기 제어유닛과 상기 긴급제동 결정부가 신호 연결되도록 상기 오버라이드부를 제어하고, 상기 건설장비를 긴급제동시키는 긴급제동신호를 상기 오버라이드부를 통해 상기 제어유닛으로 전송하는 것을 특징으로 하는 건설장비의 스마트 자동제동장치.
제1항에 있어서, 상기 센싱부는 상기 건설장비의 후면에 배치되고, 적어도 하나의 라이다 센서(LiDAR SENSOR)를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설장비의 스마트 자동제동장치.
제1항에 있어서, 상기 장애물 판단부는 상기 센싱부로부터 센싱신호가 입력되면 입력된 상기 센싱신호를 전처리하여 상기 주행방향 주변의 장애물 존재유무를 판단하고, 상기 장애물이 존재하는 경우 상기 건설장비와 상기 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 산출하며, 산출된 상기 거리 데이터를 상기 긴급제동 결정부로 전송하는 것을 특징으로 하는 건설장비의 스마트 자동제동장치.
제1항에 있어서, 상기 장애물 판단부는 상기 주행조정유닛에 의해 선택된 주행방향을 기초로 상기 주행방향 주변의 장애물 존재 유무를 판단하는 것을 특징으로 하는 건설장비의 스마트 자동제동장치.
제1항에 있어서, 상기 긴급제동 결정부는 상기 장애물 판단부로부터 상기 건설장비와 상기 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 입력받으며, 상기 거리 데이터가 경고범위 및 제동범위 내인지를 확인하고, 상기 거리 데이터가 경고범위 이내이면 경고 알람을 동작시키며, 상기 거리 데이터가 제동범위 이내이면 상기 긴급제동을 결정하는 것을 특징으로 하는 건설장비의 스마트 자동제동장치.
제5항에 있어서, 상기 거리 데이터의 경고범위와 제동범위는 복수 개로 구성되며, 상기 긴급제동 결정부는 경고범위와 제동범위에 따라 경고 알람 동작, 주행 속도제한, 긴급제동 중 적어도 하나를 결정하는 것을 특징으로 하는 건설장비의 스마트 자동제동장치.
제1항에 있어서, 상기 긴급제동 결정부는 상기 장애물 판단부로부터 상기 건설장비와 상기 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 입력받으며, 상기 거리 데이터가 경고범위 이내인지를 확인하고, 상기 거리 데이터가 경고범위 이내이면 경고 알람 동작과 함께 상기 주행조정유닛의 가동범위제한을 결정하는 것을 특징으로 하는 건설장비의 스마트 자동제동장치.
제8항에 있어서, 상기 주행조정유닛의 가동범위를 제어하는 구동 액츄에이터를 더 포함하며, 상기 구동 액츄에이터는 상기 긴급제동 결정부의 제어 신호에 따라 상기 주행조정유닛의 가동범위를 제한하는 것을 특징으로 하는 건설장비의 스마트 자동제동장치.
제1항에 있어서, 상기 긴급제동 결정부의 제어신호를 전달받아 경고 알람을 출력하는 알람부를 더 포함하며, 상기 알람부는 스피커로 특정 소리를 출력하는 제1 알람방식, 운전석 또는 주행조정유닛을 진동시키는 제2 알람방식, 경고등을 온/오프시키는 제3 알람방식, 디스플레이 화면에 문자, 영상, 그림, 도안, 메시지 중 적어도 하나 포함하는 경고표시를 출력하는 제4 알람방식 중 적어도 어느 한 알람방식으로 경고 알람을 동작시키는 것을 특징으로 하는 건설장비의 스마트 자동제동장치.
제어유닛이 주행조정유닛에 의해 선택된 주행방향으로 주행을 제어하는 건설장비의 스마트 자동제동방법에 있어서,
상기 건설장비의 주행방향 주변을 센싱하여 센싱신호를 획득하는 센싱단계;
상기 센싱신호를 기초로 상기 주행방향 주변의 장애물 존재유무를 판단하는 장애물 판단단계;
상기 장애물과의 거리를 기초로 긴급제동 결정부가 상기 건설장비의 긴급제동을 결정하는 긴급제동 결정단계; 및
상기 긴급제동 결정단계에서 상기 긴급제동이 결정된 경우, 상기 주행조정유닛과 제어유닛과의 신호 연결이 차단되고 상기 제어유닛과 상기 긴급제동 결정부가 신호 연결되며, 상기 건설장비를 긴급제동시키는 긴급제동신호가 상기 제어유닛으로 전송되는 긴급제동단계를 포함하는 건설장비의 스마트 자동제동방법.
제10항에 있어서, 상기 센싱단계는 상기 건설장비의 후면에 배치되고, 적어도 하나의 라이다 센서(LiDAR SENSOR)를 포함하는 센싱부를 통해 이루어지는 지는 것을 특징으로 하는 건설장비의 스마트 자동제동방법.
제10항에 있어서, 상기 장애물 판단단계는,
상기 센싱신호를 전처리하여 상기 주행방향 주변의 장애물 존재유무를 판단하는 장애물 존재유무 판단단계;
상기 장애물이 존재하는 경우 상기 건설장비와 상기 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 산출하는 거리 데이터 산출단계; 및
산출된 상기 거리 데이터를 상기 긴급제동 결정부로 전송하는 거리 데이터 전송단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설장비의 스마트 자동제동방법.
제10항에 있어서, 상기 장애물 판단단계는 상기 주행조정유닛에 의해 선택된 주행방향을 기초로 상기 주행방향 주변의 장애물 존재 유무를 판단하는 것을 특징으로 하는 건설장비의 스마트 자동제동방법.
제10항에 있어서, 상기 긴급제동 결정단계는,
상기 건설장비와 상기 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 입력받는 거리 데이터 입력단계;
상기 거리 데이터가 경고범위 및 제동범위 내인지를 확인하는 범위 확인단계;
상기 거리 데이터가 경고범위 이내이면 경고 알람을 동작시키는 경고 알람단계; 및
상기 거리 데이터가 제동범위 이내이면 상기 긴급제동을 결정하는 긴급제동단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설장비의 스마트 자동제동방법.
제10항에 있어서, 상기 긴급제동 결정단계는,
상기 건설장비와 상기 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 입력받는 거리 데이터 입력단계;
상기 거리 데이터가 제1 경고범위, 제2 경고범위, 제동범위 내인지를 확인하는 범위 확인단계;
상기 거리 데이터가 제1 경고범위 이내이면 경고 알람을 동작시키는 경고 알람단계;
상기 거리 데이터가 제2 경고범위 이내이면 경고 알람 동작과 함께 주행 속도제한을 결정하는 경고 알람 및 주행속도 제한단계; 및
상기 거리 데이터가 제동범위 이내이면 상기 긴급제동을 결정하는 긴급제동단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설장비의 스마트 자동제동방법.
제10항에 있어서, 상기 긴급제동 결정단계는,
상기 건설장비와 상기 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 입력받는 거리 데이터 입력단계;
상기 거리 데이터가 제1 경고범위, 제2 경고범위, 제1 제동범위 및 제2 제동범위 내인지를 확인하는 범위 확인단계;
상기 거리 데이터가 제1 경고범위 이내이면 경고 알람을 동작시키는 경고 알람단계;
상기 거리 데이터가 제2 경고범위 이내이면 경고 알람 동작과 함께 제1 주행 속도제한을 결정하는 경고 알람 및 제1 주행속도 제한단계;
상기 거리 데이터가 제1 제동범위 이내이면 경고 알람 동작과 함께 제2 주행 속도 제한을 결정하는 경고 알람 및 제2 주행속도 제한단계; 및
상기 거리 데이터가 제2 제동범위 이내이면 상기 긴급제동을 결정하는 긴급제동단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설장비의 스마트 자동제동방법.
제10항에 있어서, 상기 긴급제동 결정단계는,
상기 건설장비와 상기 장애물 사이의 거리인 거리 데이터를 입력받는 거리 데이터 입력단계;
상기 거리 데이터가 경고범위 내인지를 확인하는 범위 확인단계; 및
상기 거리 데이터가 경고범위 이내이면 경고 알람 동작과 함께 상기 주행조정유닛의 가동범위제한을 결정하는 경고 알람 및 가동범위 제한단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설장비의 스마트 자동제동방법.
제10항에 있어서, 상기 긴급제동 결정단계에서 생성된 제어신호를 전달받아 경고 알람을 출력하는 알람단계를 더 포함하며, 상기 알람단계는 스피커로 특정 소리를 출력하는 제1 알람방식, 운전석 또는 주행조정유닛을 진동시키는 제2 알람방식, 경고등을 온/오프시키는 제3 알람방식, 디스플레이 화면에 문자, 영상, 그림, 도안, 메시지 중 적어도 하나 포함하는 경고표시를 출력하는 제4 알람방식 중 적어도 어느 한 알람방식으로 경고 알람을 동작시키는 방식에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 건설장비의 스마트 자동제동방법.