KR20230161814A - 건설 기계의 충돌 방지 장치 및 방법 - Google Patents

건설 기계의 충돌 방지 장치 및 방법 Download PDF

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KR20230161814A
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김영준
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에이치디현대인프라코어 주식회사
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Abstract

건설 기계의 충돌 방지 장치는, 건설 기계의 하부 주행체 상에서 회전하는 상부 선회체의 선회 각도를 측정하는 선회 센서, 상기 상부 선회체 상에 구비되어 상기 건설 기계의 주변에 위치하는 장애물을 인식하기 위한 적어도 하나의 물체 인식 센서, 상기 물체 인식 센서로부터 수신된 상기 장애물의 위치 정보에 기초하여 부분 제한 영역을 결정하고, 최초 선회 제한 영역에 상기 부분 제한 영역을 병합하여 새로운 선회 제한 영역을 설정하는 제한 영역 설정부, 및 상기 선회 센서로부터 수신된 상기 선회 각도를 이용하여 상기 새로운 선회 제한 영역 내로 상기 상부 선회체의 회전을 제한하는 제어 장치를 포함할 수 있다.

Description

건설 기계의 충돌 방지 장치 및 방법{ANTI-COLLISION DEVICE AND METHOD FOR CONSTRUCTION MACHINERY}
본 발명은 건설 기계의 충돌 방지 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 건설 기계 주변의 물체를 인식하는 건설 기계의 충돌 방지 장치 및 방법에 관한 것이다.
버추얼 펜스(Virtual Fence)는 굴착기가 선회할 때 특정 각도 범위를 선회 제한 영역으로 지정함으로써 생성되고 운전자가 선회 조작하더라도 상기 지정된 선회 제한 영역을 제외한 선회 가능 영역을 벗어나 더 이상 선회하지 않도록 할 수 있다. 하지만, 상기 선회 가능 영역 내에서는 장애물의 위치가 변경되거나 사람이 진입한 경우에도 제한 없이 선회 조작이 가능하기 때문에 충돌할 위험성이 존재한다. 또한, 운전자가 버추얼 펜스에 과도하게 의지하게 되면 경각심 및 주의력이 저하될 수 있고, 운전자가 제한 영역을 제외한 선회 가능 영역 내에서 선회하는 경우에는 장애물을 고려해야 하며, 상황에 따라 매번 제한 영역을 재설정해야 하기 때문에 피로도가 상승하는 문제점이 있다.
본 발명의 일 과제는 건설 기계의 주변에서 이동하는 장애물을 실시간으로 인식하여 건설 기계의 선회 제한 영역을 설정하는 건설 기계의 충돌 방지 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는 상기 건설 기계의 충돌 방지 장치를 이용하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 있어서, 건설 기계의 충돌 방지 장치는, 건설 기계의 하부 주행체 상에서 회전하는 상부 선회체의 선회 각도를 측정하는 선회 센서, 상기 상부 선회체 상에 구비되어 상기 건설 기계의 주변에 위치하는 장애물을 인식하기 위한 적어도 하나의 물체 인식 센서, 상기 물체 인식 센서로부터 수신된 상기 장애물의 위치 정보에 기초하여 부분 제한 영역을 결정하고, 최초 선회 제한 영역에 상기 부분 제한 영역을 병합하여 새로운 선회 제한 영역을 설정하는 제한 영역 설정부, 및 상기 선회 센서로부터 수신된 상기 선회 각도를 이용하여 상기 새로운 선회 제한 영역 내로 상기 상부 선회체의 회전을 제한하는 제어 장치를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 새로운 선회 제한 영역에서 상기 상부 선회체를 상기 상부 선회체의 최고 각속도보다 작은 기 설정된 각속도로 회전시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설 기계의 운전자가 상기 상부 선회체를 제어하기 위한 명령 신호를 상기 제어 장치로 입력하기 위한 조종 장치를 더 포함하고, 상기 제어 장치는, 상기 조종 장치로부터 상기 새로운 선회 제한 영역으로의 선회 명령이 입력되는 경우 상기 상부 선회체의 회전을 중단시키고, 상기 조종 장치로부터 동일한 방향으로 상기 선회 명령이 입력되는 경우 상기 중단을 해제할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 최초 선회 제한 영역에서 상기 상부 선회체의 선회를 제1 제어 신호에 따라서 제어하고, 상기 부분 제한 영역에서 상기 상부 선회체의 선회를 제2 제어 신호에 따라서 제어하고, 상기 최초 선회 제한 영역 및 상기 부분 제한 영역이 중복되는 영역에서 상기 상부 선회체를 상기 제1 제어 신호에 따라서 제어할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 물체 인식 센서는 레이더(RADAR) 센서 또는 라이다(LIDAR, Light Detection and Ranging) 센서를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 상부 선회체가 상기 새로운 선회 제한 영역으로 진입하는 경우 경고음을 발생시킬 수 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 건설 기계의 충돌 방지 방법은, 건설 기계의 하부 주행체 상에서 회전하는 상부 선회체의 선회 각도를 측정한다. 상기 건설 기계의 주변에 위치하는 장애물을 인식한다. 상기 장애물의 위치 정보에 기초하여 부분 제한 영역을 결정한다. 최초 선회 제한 영역에 상기 부분 제한 영역을 병합하여 새로운 선회 제한 영역을 설정한다. 상기 새로운 선회 제한 영역으로 상기 상부 선회체의 선회를 제한한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 새로운 선회 제한 영역으로 상기 상부 선회체의 선회를 제한하는 것은 상기 새로운 선회 제한 영역에서 상기 상부 선회체의 각속도를 상기 상부 선회체의 최고 각속도보다 작은 기 설정된 각속도로 제한할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 새로운 선회 제한 영역으로 상기 상부 선회체의 선회를 제한하는 것은, 상기 새로운 선회 제한 영역들로 상기 상부 선회체가 진입하는 경우 상기 상부 선회체의 회전을 일시적으로 중단시키고, 그리고 상기 건설 기계의 조종 장치로부터 상기 새로운 선회 제한 영역의 방향으로 선회 명령이 입력되는 경우 상기 중단을 해제하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 새로운 선회 제한 영역으로 상기 상부 선회체의 선회를 제한하는 것은, 상기 최초 선회 제한 영역에서 상기 상부 선회체의 선회를 제1 제어 신호에 따라서 제어하고, 상기 부분 제한 영역에서 상기 상부 선회체의 선회를 제2 제어 신호에 따라서 제어하고, 그리고 상기 최초 선회 제한 영역 및 상기 부분 제한 영역이 중복되는 영역에서 상기 상부 선회체를 상기 제1 제어 신호에 따라서 제어하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 건설 기계의 충돌 방지 장치는, 건설 기계의 하부 주행체 상에서 회전하는 상부 선회체의 선회 각도를 측정하는 선회 센서, 상기 상부 선회체 상에 구비되어 상기 건설 기계의 주변에 위치하는 장애물을 인식하기 위한 적어도 하나의 물체 인식 센서, 상기 물체 인식 센서로부터 수신된 상기 장애물의 위치 정보에 기초하여 부분 제한 영역을 결정하고, 최초 선회 제한 영역에 상기 부분 제한 영역을 병합하여 새로운 선회 제한 영역을 설정하는 제한 영역 설정부, 및 상기 선회 센서로부터 수신된 상기 선회 각도를 이용하여 상기 새로운 선회 제한 영역 내로 상기 상부 선회체의 회전을 제한하는 제어 장치를 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 건설 기계의 운전자가 설정한 상기 최초 선회 제한 영역에 상기 건설 기계의 주변 환경의 변화에 따라 상기 부분 제한 영역을 실시간으로 추가할 수 있기 때문에 상기 건설 기계의 운용에 편리성과 안전성을 향상시킬 수 있다. 또한, 건설 작업 중 변화하는 주변 환경에 맞추어 상기 부분 제한 영역이 변경되어 상기 운전자가 주기적으로 제한 영역을 재설정하는 불편함을 해소할 수 있고 상기 운전자가 인지하지 못하는 상기 장애물을 실시간으로 인지하여 안전 사고를 예방할 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 건설 기계를 나타내는 측면도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 건설 기계의 충돌 방지 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 건설 기계에 설치된 복수 개의 물체 인식 센서들을 나타내는 사시도이다.
도 4는 상부 선회체의 선회 과정에서 물체 인식 센서가 장애물을 인식하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 상부 선회체가 선회하지 않도록 운전자가 설정한 최초 선회 제한 영역을 나타내는 도면이다.
도 6은 상부 선회체가 선회하지 않도록 장애물의 위치를 인식하여 설정된 부분 제한 영역을 나타내는 도면이다.
도 7은 최초 선회 제한 영역에 부분 제한 영역을 병합하여 설정된 새로운 선회 제한 영역을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7의 새로운 선회 제한 영역에 따른 상부 선회체의 선회가 가능한 각도 범위를 나타내는 도면이다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 건설 기계의 충돌 방지 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10은 도 9의 상부 선회체를 제어 신호에 따라서 제어하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하고자 한다.
본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명에서 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 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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 안 된다.
즉, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 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.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 건설 기계를 나타내는 측면도이다. 도 2는 예시적인 실시예들에 따른 건설 기계의 충돌 방지 장치를 나타내는 블록도이다. 도 3은 건설 기계에 설치된 복수 개의 물체 인식 센서들을 나타내는 사시도이다. 도 4는 상부 선회체의 선회 과정에서 물체 인식 센서가 장애물을 인식하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 건설 기계의 충돌 방지 장치(100)는 건설 기계(10)의 하부 주행체(20) 상에서 회전하는 상부 선회체(30)의 선회 각도를 측정하는 선회 센서(110), 건설 기계(10)의 주변에 위치한 장애물을 인식하기 위한 적어도 하나의 물체 인식 센서(120), 상부 선회체(30)의 선회를 제한하기 위한 영역을 설정하는 제한 영역 설정부(130) 및 건설 기계(10)의 움직임을 제어하기 위한 제어 장치(140)를 포함할 수 있다. 건설 기계 충돌 방지 장치(100)는 운전자로부터 입력 받은 명령 신호를 기초로 상부 선회체(30)를 제어하기 위한 전자 신호를 제어 장치(140)에 입력하기 위한 조종 장치(150)를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 건설 기계의 충돌 방지 장치(100)는 건설 기계(10)의 주변 영역을 인식하고 동시에 상기 주변 영역에 상에 존재하는 상기 장애물과의 충돌을 방지하기 위한 공간 인식 제어 장치일 수 있다. 건설 기계의 충돌 방지 장치(100)는 상기 주변 영역 내의 작업 영역에 대한 정보를 작업자에게 제공하는 머신 가이던스(Machine Guidance)의 역할을 수행할 수 있다. 또한, 건설 기계의 충돌 방지 장치(100)는 상부 선회체(30)의 작업 장치(60)가 상기 물체와 충돌하지 않도록 정밀 제어하는 건설 기계(10)의 머신 컨트롤 (Machine Control)의 역할을 수행할 수 있다.
상기 건설 기계(10)는 굴삭기, 휠 로더, 지게차, 농기계, 광산 장비 등과 같이 유압 시스템을 이용하여 무인 자동화 작업을 수행할 수 있는 장비를 포함할 수 있다. 이하에서는 상기 건설 기계가 굴삭기인 경우에 대하여 설명하기로 한다. 다만, 이로 인하여 예시적인 실시예들에 따른 충돌 방지 장치가 굴삭기를 제어하기 위한 것으로 한정되는 것은 아님을 이해할 수 있을 것이다.
구체적으로, 건설 기계(10)는 하부 주행체(20), 하부 주행체(20) 상에 선회 가능하도록 탑재되는 상부 선회체(30), 및 상부 선회체(30)에 설치된 운전실(50)과 작업 장치(60)를 포함할 수 있다.
하부 주행체(20)는 상부 선회체(30)를 지지하고, 엔진에서 발생한 동력을 이용하여 굴삭기와 같은 건설 기계(10)를 주행시킬 수 있다. 하부 주행체(20)는 무한궤도를 포함하는 무한궤도식 타입의 주행체일 수 있다. 이와 다르게, 하부 주행체(20)는 주행 휠들을 포함하는 휠 타입의 주행체일 수 있다. 상부 선회체(30)는 베이스로서의 상부 프레임을 구비하고, 하부 주행체(20) 상에서 지면과 평행한 평면상에서 회전하여 작업 방향을 설정할 수 있다.
작업 장치(60)는 붐(70), 암(80) 및 버켓(90)을 포함할 수 있다. 작업 장치(60)는 붐 실린더(72), 암 실린더(82) 및 버켓 실린더(92)와 같은 액추에이터의 구동에 의해 작동될 수 있다. 붐 실린더(72), 암 실린더(82) 및 버켓 실린더(92)가 신장 또는 수축함에 따라 붐(70), 암(80) 및 버켓(90)은 다양한 움직임을 구현할 수 있고, 작업 장치(60)는 여러 가지 작업을 수행할 수 있다. 이 때, 붐 실린더(72), 암 실린더(82) 및 버켓 실린더(92)는 유압 펌프로부터 공급되는 작동유에 의해 신장 또는 수축될 수 있다.
건설 기계(10)는 상부 선회체(30)를 회전시키기 위한 선회 장치(40)를 포함할 수 있다. 상기 선회 장치(40)는 선회 모터와 같은 상기 액추에이터의 구동에 의해 작동될 수 있다. 이 때, 상기 선회 모터는 상기 유압 펌프로부터 공급되는 작동유에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 선회 장치(40)는 후술할 제어 장치(140)로부터 명령 신호를 입력 받아 회전할 수 있다.
건설 기계(10)는 하부 주행체(20)의 우측 트랙(또는 우측 휠) 및 좌측 트랙(또는 좌측 휠)을 회전시키기 위한 주행 장치를 포함할 수 있다. 상기 주행 장치는 상기 우측 트랙(또는 우측 휠) 및 상기 좌측 트랙(또는 좌측 휠)을 각각 회전시키는 좌측 주행 모터 및 우측 주행 모터와 같은 상기 액추에이터를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 좌측 주행 모터 및 상기 우측 주행 모터는 상기 유압 펌프로부터 공급되는 작동유에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 선회 센서(110)는 하부 주행체(20)에 대한 상부 선회체(30)의 선회 각도를 측정할 수 있다. 선회 센서(110)는 상부 선회체(30)를 회전시키는 선회 장치(40) 상에 구비될 수 있다. 선회 센서(110)는 작업 장치(60)가 향하는 건설 기계(10)의 작업 방향을 측정할 수 있다. 예를 들면, 선회 센서(110)는 근접 센서(proximity sensor)를 포함할 수 있다.
본 명세서에서는, 하부 주행체(20)가 향하는 방향을 제1 수평 방향(X 방향)이라 하고, 상기 제1 수평 방향과 직교하는 수평 방향을 제2 수평 방향(Y 방향)이라 하고, 상기 제1 수평 방향 및 제2 수평 방향과 직교하는 방향을 수직 방향(Z 방향)이라 하기로 한다. 또한 상부 선회체(30)가 향하는 방향을 작업 방향(P 방향)이라 하기로 한다.
상부 선회체(30)는 하부 주행체(20) 상에서 회전축(Z 축)을 중심으로 회전할 수 있다. 상기 선회 각도는 제1 수평 방향(X 방향)과 작업 방향(P 방향) 사이의 각도일 수 있다. 선회 센서(110)는 상기 선회 각도를 실시간으로 측정할 수 있다.
상기 선회 각도에 대한 정보는 무선 통신을 통해 제어 장치(140)로 송신될 수 있다. 이와 다르게, 선회 센서(110)가 유선을 통해 직접 제어 장치(140)와 연결될 수도 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 적어도 하나의 물체 인식 센서(120)는 상부 선회체(30) 상에 구비되어 건설 기계(10)의 주변에 위치하는 상기 장애물(M)을 실시간으로 인식할 수 있다. 상기 장애물(M)에는 건설 장비, 토사, 작업자 등 건설 기계(10)의 주변에 위치하는 모든 물체를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 물체 인식 센서(120)는 상부 선회체(30) 상에서 구비될 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 물체 인식 센서들(120a, 120b)은 상기 굴삭기의 양 측면에 각각 구비될 수 있다. 제3 물체 인식 센서(120c)는 상기 굴삭기의 후면을 향하여 구비될 수 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 제4 물체 인식 센서가 상기 굴삭기의 전면을 향하여 추가적으로 구비될 수 있다. 상기 물체 인식 센서(120)는 상기 굴삭기의 주변에 위치한 상기 물체를 실시간으로 인식할 수 있다.
물체 인식 센서(120)는 빛을 이용해 거리를 측정하고 물체를 감지하는 센서일 수 있다. 물체 인식 센서(120)는 레이더(RADAR) 센서 또는 라이다(LIDAR, Light Detection and Ranging) 센서를 포함할 수 있다. 상기 레이더 센서는 전자기파를 외부로 발사해 재수신 되는 전자기파로 거리, 방향 등을 인지할 수 있다. 상기 라이다 센서는 파장이 짧은 펄스　레이저를 발사하여 정밀도 및 해상도를 높일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제어 장치(140)는 선회 센서(110)를 통해 얻어진 하부 주행체(20)에 대한 상부 선회체(30)의 선회 각도(D)를 수신할 수 있다. 제어 장치(140)는 물체 인식 센서(120)를 통해 얻어진 상기 장애물(M)의 위치에 대한 정보를 수신할 수 있다.
제어 장치(140)는 상기 운전자가 조종 장치(150)를 통해 입력한 정보에 기초하여 상부 선회체(30)가 회전할 수 없는 최초 선회 제한 영역을 설정할 수 있다. 제어 장치(140)는 상기 장애물(M)의 위치에 기초하여 상부 선회체(30)가 회전할 수 없는 부분 제한 영역을 설정할 수 있다. 제어 장치(140)는 상기 최초 선회 제한 영역 및 상기 부분 제한 영역에 상부 선회체(30)가 선회하지 않도록 상부 선회체(30)의 회전을 제어할 수 있다.
제어 장치(140)는 표시부 및 컨트롤러를 포함할 수 있다. 상기 표시부는 굴삭기의 상부 선회체(30) 상에 위치한 사용자의 운전석에 설치되어 정보를 표시할 수 있다. 상기 컨트롤러는 상부 선회체(30) 내부에 설치되어 굴삭기의 움직임을 제어할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제어 장치(140)는 머신 가이던스(Machine Guidance) 기능 또는 머신 컨트롤(Machine Control) 기능을 수행할 수 있다. 머신 가이던스(Machine Guidance)는 굴삭기의 상태, 굴삭기의 조작 방법, 설정된 작업 범위, 위험 구역 등에 대한 정보를 운전자에게 제공하여 운전자의 굴삭기 조작을 안내하거나 작업진행 상황을 확인할 수 있게 할 수 있다. 머신 컨트롤(Machine Control)은 특정 조건 또는 설정된 작업 범위 내에서 반복되는 작업, 특정 작업을 위한 작업장치의 자세 변경, 위험 구역 진입 또는 차량의 전복 예견 시 자동 정지 또는 회피 구동, 설정된 작업 범위를 벗어나지 않도록 굴삭기의 구동을 제한하는 등의 능동 제어를 통해 운전자의 조작 편의를 돕거나 조작 실수에 의한 안전사고를 방지할 수 있다.
이하에서는, 상기 제어 장치(140)가 상부 선회체(30)의 회전을 제어하는 과정에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 상부 선회체가 선회하지 않도록 운전자가 설정한 최초 선회 제한 영역을 나타내는 도면이다. 도 6은 상부 선회체가 선회하지 않도록 장애물의 위치를 인식하여 설정된 부분 제한 영역을 나타내는 도면이다. 도 7은 최초 선회 제한 영역에 부분 제한 영역을 병합하여 설정된 새로운 선회 제한 영역을 나타내는 도면이다. 도 8은 도 7의 새로운 선회 제한 영역에 따른 상부 선회체의 선회가 가능한 각도 범위를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 제어 장치(140)는 건설 기계(10)의 운전자가 입력한 정보에 기초하여 상부 선회체(30)가 회전할 수 없는 최초 선회 제한 영역(A1)을 설정할 수 있고 건설 기계(10)의 주변에 위치한 장애물(M)의 위치에 기초하여 상부 선회체(30)가 회전할 수 없는 부분 제한 영역(A2)을 설정할 수 있다. 제어 장치(140)는 최초 선회 제한 영역(A1) 및 부분 제한 영역(A2)이 병합된 새로운 선회 제한 영역으로 상부 선회체(30)가 회전하지 못하게 제어하여 상부 선회체(30) 및 작업 장치(60)와 장애물(M)이 충돌하는 것을 방지할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제어 장치(140)는 장애물(M)과의 충돌을 방지하기 위한 최초 선회 제한 영역(A1)을 설정할 수 있다. 최초 선회 제한 영역(A1)은 건설 기계(10)의 운전자가 건설 기계(10)에 설치된 조종 장치(150)로부터 입력한 정보에 의해 설정될 수 있다. 최초 선회 제한 영역(A1)은 상기 운전자가 건설 기계(10)의 구동이 정지된 상태에서 설정될 수 있다. 최초 선회 제한 영역(A1)는 상기 운전자가 별도의 해제 과정을 통해 해제할 수 있고, 상기 운전자가 해제하기 전까지 유지될 수 있다.
제어 장치(140)는 상부 선회체(30)의 선회 각도(D)가 기 설정된 최초 선회 제한 영역(A1) 상에 있는 경우 제어 신호에 따라서 상기 상부 선회체(30)를 선회시킬 수 있다. 상기 제어 신호는 제어 장치(140)로부터 출력되어 선회 장치(40)에 입력될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어 신호는 최초 선회 제한 영역(A1)으로 상부 선회체(30)의 선회를 제한할 수 있다. 상기 제어 신호는 최초 선회 제한 영역(A1)으로 상부 선회체(30)가 회전하는 경우 상부 선회체(30)의 회전을 정지시킬 수 있다. 이때, 상기 운전자는 최초 선회 제한 영역(A1)을 향하여 상부 선회체(30)를 회전시킬 수 없지만, 최초 선회 제한 영역(A1)의 반대 방향으로는 상부 선회체(30)를 회전시킬 수 있다. 상부 선회체(30)는 최초 선회 제한 영역(A1)을 제외한 선회 가능 영역(A0) 상에서 회전할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어 신호는 최초 선회 제한 영역(A1) 상에서 상부 선회체(30)를 상부 선회체(30)의 최고 각속도보다 작은 기 설정된 제1 각속도로 회전시킬 수 있다. 상부 선회체(30)가 최초 선회 제한 영역(A1)에서 느린 속도로 회전하기 때문에 최초 선회 제한 영역(A1) 상에 위치하는 장애물(M)과 충돌하더라도 충격을 감소시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제어 장치(140)는 최초 선회 제한 영역(A1)으로 상부 선회체(30)가 진입하는 경우 상부 선회체(30)의 회전을 일시적으로 중단시킬 수 있다. 제어 장치(140)는 상부 선회체(30)가 중단된 상태에서 건설 기계(10)의 상기 조종 장치(150)로부터 최초 선회 제한 영역(A1)을 향하여 선회 명령이 입력되는 경우 상기 중단을 해제할 수 있고 최초 선회 제한 영역(A1)으로 상부 선회체(30)를 회전시킬 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제어 장치(140)는 장애물(M)과의 충돌을 방지하기 위한 부분 제한 영역(A2)을 설정할 수 있다. 부분 제한 영역(A2)은 건설 기계(10)의 상부 선회체(30) 상에 설치된 물체 인식 센서(120)가 인식한 장애물(M)의 위치에 의해 설정될 수 있다. 부분 제한 영역(A2)은 건설 기계(M)가 구동되는 상태에서 설정될 수 있다. 부분 제한 영역(A2)은 상부 선회체(30)의 선회 각도(D)에 따라서 주기적으로 변경될 수 있다. 부분 제한 영역(A2)은 건설 기계(10)의 이동에 의해 달라지는 장애물(M)의 위치에 따라서 주기적으로 변경될 수 있다.
제어 장치(140)는 상부 선회체(30)의 선회 각도(D)가 부분 선회 제한 영역(A2) 상에 있는 경우 상기 제어 신호에 따라서 상기 상부 선회체(30)를 회전시킬 수 있다. 상기 제어 신호는 제어 장치(140)로부터 출력되어 선회 장치(40)에 입력될 수 있다. 제어 장치(140)는 물체 인식 센서(120)로부터 장애물(M)의 위치를 수신하여 부분 제한 영역(A2)을 실시간으로 갱신할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어 신호는 부분 제한 영역(A2)으로 상부 선회체(30)의 회전을 제한할 수 있다. 상기 제어 신호는 부분 제한 영역(A2)으로 상부 선회체(30)가 회전하는 경우 상부 선회체(30)의 회전을 정지시킬 수 있다. 이때, 상기 운전자는 부분 제한 영역(A2)을 향하여 상부 선회체(30)를 회전시킬 수 없지만, 부분 제한 영역(A2)의 반대 방향으로는 상부 선회체(30)를 회전시킬 수 있다. 상부 선회체(30)는 부분 제한 영역(A2)을 제외한 선회 가능 영역(A0)에서 회전할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어 신호는 부분 제한 영역(A2) 상에서 상부 선회체(30)를 상부 선회체(30)의 최고 각속도보다 작은 기 설정된 제2 각속도로 회전시킬 수 있다. 상부 선회체(30)가 부분 제한 영역(A2)에서 느린 속도로 회전하기 때문에 부분 제한 영역(A2) 상에 위치하는 장애물(M)과 충돌하더라도 충격을 감소시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제어 장치(140)는 부분 제한 영역(A2)으로 상부 선회체(30)가 진입하는 경우 상부 선회체(30)의 선회를 일시적으로 중단시킬 수 있다. 제어 장치(140)는 상부 선회체(30)가 중단된 상태에서 건설 기계(10)의 상기 조종 장치(150)로부터 부분 제한 영역(A2)을 향하여 선회 명령이 입력되는 경우 상기 중단을 해제할 수 있고 부분 제한 영역(A2)으로 상부 선회체(30)를 선회시킬 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제어 장치(140)는 최초 선회 제한 영역(A1) 및 부분 제한 영역(A2)을 병합하여 새로운 선회 제한 영역을 설정할 수 있다. 제어 장치(140)는 최초 선회 제한 영역(A1) 및 부분 제한 영역(A2)이 중복되는 선회 제한 영역(A3)에서 상부 선회체(30)를 최초 선회 제한 영역(A1)에서와 동일한 방식으로 제어할 수 있다. 중복되는 선회 제한 영역(A3)에서는 최초 선회 제한 영역(A1)에서의 상기 제어 신호가 부분 제한 영역(A2)에서의 상기 제어 신호보다 우선적으로 상부 선회체(30)를 제어할 수 있다. 따라서, 중복되는 선회 제한 영역(A3)에서 상부 선회체(30)는 최초 선회 제한 영역(A1)에서와 동일하게 제어될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상부 선회체(30)는 상기 새로운 선회 제한 영역에서 선회 가능 영역(A0)에 한하여 회전이 가능할 수 있다. 예를 들면, 상부 선회체(30)가 향하는 작업 방향(P 방향)이 복수 개의 선회 제한 영역들(A1, A2) 사이에 위치하는 경우 상부 선회체(30)는 상기 선회 제한 영역들(A1, A2) 사이의 선회 가능 영역(A0)에서만 회전이 가능할 수 있다. 상부 선회체(30)는 상기 선회 제한 영역들(A1, A2)을 넘어서는 다른 선회 가능 영역(A0)이 존재하더라도 회전이 불가능할 수 있다.
제어 장치(140)는 상부 선회체(30)가 상기 새로운 선회 제한 영역(A1, A2)으로 진입하는 경우 경고음을 발생시킬 수 있다. 제어 장치(140)는 상기 경고음을 이용하여 상기 운전자 또는 작업자에게 경고하여 안전 사고를 예방할 수 있다.
상술한 바와 같이, 건설 기계(10)의 상기 운전자가 설정한 최초 선회 제한 영역(A1)에 건설 기계(10)의 주변 환경의 변화에 따라 부분 제한 영역(A2)을 실시간으로 추가할 수 있기 때문에 건설 기계(10)의 운용에 편리성과 안전성을 향상시킬 수 있다. 또한, 건설 작업 중 변화하는 주변 환경에 맞추어 부분 제한 영역(A2)을 변경할 수 있고 상기 운전자가 주기적으로 제한 영역을 재설정하는 불편함을 해소할 수 있고 상기 운전자가 인지하지 못하는 상기 장애물을 실시간으로 인지하여 안전 사고를 예방할 수 있다.
이하에서는, 도 2의 건설 기계의 충돌 방지 시스템을 이용한 건설 기계의 충돌 방지 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 건설 기계의 충돌 방지 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 10은 도 9의 상부 선회체를 제어 신호에 따라서 제어하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 1 내지 도 10을 참조하면, 먼저 건설 기계(10)의 하부 주행체(20) 상에서 회전하는 상부 선회체(30)의 선회 각도(D)를 측정할 수 있다(S110).
예시적인 실시예들에 있어서, 하부 주행체(20)에 대한 상부 선회체(30)의 선회 각도(D)를 선회 센서(110)를 이용하여 측정할 수 있다. 상기 선회 각도(D)는 상부 선회체(30)가 향하는 작업 방향(P 방향)일 수 있다.
이어서, 상부 선회체(30)의 회전을 제한하기 위한 최초 선회 제한 영역(A1)을 저장할 수 있다(S120).
예시적인 실시예들에 있어서, 최초 선회 제한 영역(A1)은 장애물(M)과의 충돌을 방지하기 위하여 건설 기계(10)의 운전자가 건설 기계(10)에 설치된 조종 장치(150)로부터 입력한 정보에 의해 설정될 수 있다. 최초 선회 제한 영역(A1)은 건설 기계(10)의 운전자가 건설 기계(10)의 구동이 정지된 상태에서 설정할 수 있다. 최초 선회 제한 영역(A1)는 상기 운전자가 별도의 해제 과정을 통해 해제할 수 있고, 상기 운전자가 해제하기 전까지 유지될 수 있다.
상기 제어 신호는 상부 선회체(30)가 최초 선회 제한 영역(A1)에 있는 경우 상기 상부 선회체(30)의 회전을 제어하기 위한 신호일 수 있다. 상기 제어 신호가 상부 선회체(30)에 대하여 명령하고자 하는 전자 신호는 상기 운전자가 상기 조종 장치(150)를 통해 입력할 수 있다. 상기 전자 신호는 상부 선회체(30)의 완전 정지, 감속, 일시 정지 등을 포함할 수 있다.
이어서, 건설 기계(10)의 주변에 위치하는 장애물(M)을 인식하고(S130), 인식된 장애물(M)과의 충돌을 방지하기 위하여 상부 선회체(30)의 회전을 제한하기 위한 부분 제한 영역(A2)을 설정할 수 있다(S140).
예시적인 실시예들에 있어서, 부분 제한 영역(A2)은 장애물(M)과의 충돌을 방지하기 위하여 건설 기계(10)의 상부 선회체(30) 상에 설치된 물체 인식 센서(120)가 인식한 장애물(M)의 위치에 의해 설정될 수 있다. 부분 제한 영역(A2)은 건설 기계(M)가 구동되는 상태에서 설정될 수 있다. 부분 제한 영역(A2)은 상부 선회체(30)의 선회 각도(D)에 따라서 주기적으로 변경될 수 있다. 부분 제한 영역(A2)은 건설 기계(10)의 이동에 의해 달라지는 장애물(M)의 위치에 따라서 주기적으로 변경될 수 있다.
상기 제어 신호는 상부 선회체(30)가 부분 제한 영역(A2)에 있는 경우 상기 상부 선회체(30)의 회전을 제어하기 위한 신호일 수 있다. 상기 제어 신호가 상부 선회체(30)에 대하여 명령하고자 하는 전자 신호는 상기 운전자가 상기 조종 장치(150)를 통해 입력할 수 있다. 상기 전자 신호는 상부 선회체(30)의 완전 정지, 감속, 일시 정지 등을 포함할 수 있다.
이어서, 최초 선회 제한 영역(A1)과 부분 제한 영역(A1)을 병합하여 새로운 선회 제한 영역을 설정하고(S150), 선회 각도(D)가 상기 새로운 선회 제한 영역에 있는 경우 상부 선회체(30)를 제어 신호에 따라서 제어할 수 있다(S160).
예시적인 실시예들에 있어서, 상부 선회체(30)를 상기 제어 신호에 따라서 제어하는 것(S160)은 선회 각도(D)와 새로운 선회 제한 영역(A1, A2)을 비교하고(S162), 그리고 선회 각도(D)에 따라서 제어 신호를 결정할 수 있다(S164).
상부 선회체(30)를 각각 상기 제어 신호에 따라서 제어하는 것(S160)은, 상부 선회체(30)의 회전을 제어하기 위하여 설정된 상기 제어 신호에 대하여 정지 신호 여부를 판단하고(S170), 일시 정지 신호 여부를 판단하고(S180), 감속 신호 여부를 판단하고(S190), 상기 제어 신호를 선회 장치(40)로 송신하는 것(S200)을 포함할 수 있다.
정지 신호 여부를 판단하는 것(S170)은 새로운 선회 제한 영역들(A1, A2)의 방향으로 상부 선회체(30)의 회전을 제한하고(S172), 새로운 선회 제한 영역들(A1, A2)의 반대 방향으로 상부 선회체(30)의 회전을 허용할 수 있다(S174).
상기 제어 신호는 상기 새로운 선회 제한 영역(A1, A2)으로 상부 선회체(30)의 회전을 제한할 수 있다. 상기 제어 신호는 상기 새로운 선회 제한 영역(A1, A2)으로 상부 선회체(30)가 회전하는 경우 상부 선회체(30)의 회전을 정지시킬 수 있다. 이때, 상기 운전자는 새로운 선회 제한 영역(A1, A2)을 향하여 상부 선회체(30)를 회전시킬 수 없지만, 새로운 선회 제한 영역(A1, A2)의 반대 방향으로는 상부 선회체(30)를 회전시킬 수 있다. 상부 선회체(30)는 새로운 선회 제한 영역들(A1, A2)을 제외한 선회 가능 영역(A0)에서 회전할 수 있다.
일시 정지 신호 여부를 판단하는 것(S180)은 새로운 선회 제한 영역들(A1, A2)의 방향으로 상부 선회체(30)의 회전을 일시적으로 제한하고(S182), 기 설정된 조건이 만족되는 경우 상기 조종 장치(150)의 조이스틱 제어를 무제한으로 허용할 수 있다(S184).
상기 제어 신호는 새로운 선회 제한 영역(A1, A2)으로 상부 선회체(30)가 진입하는 경우 상부 선회체(30)의 선회를 상기 기 설정된 시간 동안 중단시킬 수 있다. 상기 기 설정된 조건은 상부 선회체(30)가 중단된 상태에서 건설 기계(10)의 상기 조종 장치로부터 새로운 제한 영역(A1, A2)을 향하여 선회 명령이 입력되는 경우를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 중단을 해제할 수 있고 새로운 선회 제한 영역(A1, A2)으로 상부 선회체(30)를 회전시킬 수 있다.
감속 신호 여부를 판단하는 것(S190)은 새로운 선회 제한 영역(A1, A2) 상에서 상부 선회체(30)의 회전을 기 설정된 각속도로 제한할 수 있다(S192).
상기 제어 신호는 새로운 선회 제한 영역(A1, A2) 상에서 상부 선회체(30)를 상부 선회체(30)의 최고 각속도보다 작은 상기 기 설정된 각속도로 회전시킬 수 있다. 상부 선회체(30)가 새로운 선회 제한 영역(A1, A2)에서 느린 속도로 회전하기 때문에 새로운 제한 영역(A1, A2) 상에 위치하는 장애물(M)과 충돌하더라도 충격을 감소시킬 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: 건설 기계 20: 하부 주행체
30: 상부 선회체 40: 선회 장치
50: 운전실 60: 작업 장치
70: 붐 72: 붐 실린더
80: 암 82: 암 실린더
90: 버켓 90: 버켓 실린더
100: 건설 기계의 충돌 방지 장치 110: 선회 센서
120: 물체 인식 센서 130: 제한 영역 설정부
140: 제어 장치

Claims (10)

  1. 건설 기계의 하부 주행체 상에서 회전하는 상부 선회체의 선회 각도를 측정하는 선회 센서;
    상기 상부 선회체 상에 구비되어 상기 건설 기계의 주변에 위치하는 장애물을 인식하기 위한 적어도 하나의 물체 인식 센서;
    상기 물체 인식 센서로부터 수신된 상기 장애물의 위치 정보에 기초하여 부분 제한 영역을 결정하고, 최초 선회 제한 영역에 상기 부분 제한 영역을 병합하여 새로운 선회 제한 영역을 설정하는 제한 영역 설정부; 및
    상기 선회 센서로부터 수신된 상기 선회 각도를 이용하여 상기 새로운 선회 제한 영역 내로 상기 상부 선회체의 회전을 제한하는 제어 장치를 포함하는 건설 기계의 충돌 방지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 새로운 선회 제한 영역에서 상기 상부 선회체를 상기 상부 선회체의 최고 각속도보다 작은 기 설정된 각속도로 회전시키는 건설 기계의 충돌 방지 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 건설 기계의 운전자가 상기 상부 선회체를 제어하기 위한 명령 신호를 상기 제어 장치로 입력하기 위한 조종 장치를 더 포함하고,
    상기 제어 장치는,
    상기 조종 장치로부터 상기 새로운 선회 제한 영역으로의 선회 명령이 입력되는 경우 상기 상부 선회체의 회전을 중단시키고,
    상기 조종 장치로부터 동일한 방향으로 상기 선회 명령이 입력되는 경우 상기 중단을 해제하는 건설 기계의 충돌 방지 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 장치는,
    상기 최초 선회 제한 영역에서 상기 상부 선회체의 선회를 제1 제어 신호에 따라서 제어하고,
    상기 부분 제한 영역에서 상기 상부 선회체의 선회를 제2 제어 신호에 따라서 제어하고,
    상기 최초 선회 제한 영역 및 상기 부분 제한 영역이 중복되는 영역에서 상기 상부 선회체를 상기 제1 제어 신호에 따라서 제어하는 건설 기계의 충돌 방지 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 물체 인식 센서는 레이더(RADAR) 센서 또는 라이다(LIDAR, Light Detection and Ranging) 센서를 포함하는 건설 기계의 충돌 방지 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 상부 선회체가 상기 새로운 선회 제한 영역으로 진입하는 경우 경고음을 발생시키는 건설 기계의 충돌 방지 장치.
  7. 건설 기계의 하부 주행체 상에서 회전하는 상부 선회체의 선회 각도를 측정하고;
    상기 건설 기계의 주변에 위치하는 장애물을 인식하고;
    상기 장애물의 위치 정보에 기초하여 부분 제한 영역을 결정하고;
    최초 선회 제한 영역에 상기 부분 제한 영역을 병합하여 새로운 선회 제한 영역을 설정하고; 그리고
    상기 새로운 선회 제한 영역으로 상기 상부 선회체의 선회를 제한하는 것을 포함하는 건설 기계의 충돌 방지 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 새로운 선회 제한 영역으로 상기 상부 선회체의 선회를 제한하는 것은 상기 새로운 선회 제한 영역에서 상기 상부 선회체의 각속도를 상기 상부 선회체의 최고 각속도보다 작은 기 설정된 각속도로 제한하는 건설 기계의 충돌 방지 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 새로운 선회 제한 영역으로 상기 상부 선회체의 선회를 제한하는 것은,
    상기 새로운 선회 제한 영역들로 상기 상부 선회체가 진입하는 경우 상기 상부 선회체의 회전을 일시적으로 중단시키고; 그리고
    상기 건설 기계의 조종 장치로부터 상기 새로운 선회 제한 영역의 방향으로 선회 명령이 입력되는 경우 상기 중단을 해제하는 것을 포함하는 건설 기계의 충돌 방지 방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 새로운 선회 제한 영역으로 상기 상부 선회체의 선회를 제한하는 것은,
    상기 최초 선회 제한 영역에서 상기 상부 선회체의 선회를 제1 제어 신호에 따라서 제어하고;
    상기 부분 제한 영역에서 상기 상부 선회체의 선회를 제2 제어 신호에 따라서 제어하고; 그리고
    상기 최초 선회 제한 영역 및 상기 부분 제한 영역이 중복되는 영역에서 상기 상부 선회체를 상기 제1 제어 신호에 따라서 제어하는 것을 포함하는 건설 기계의 충돌 방지 방법.
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