KR20230165500A - 건설 기계 및 건설 기계의 주행 방법 - Google Patents

Abstract

본 개시의 실시 예들은 외부 장치와 데이터를 송수신하는 통신 장치, 건설 기계의 작업 및 주행을 제어하는 작업 제어 장치, 건설 기계 주변의 객체를 감지하기 위한 센서 장치 및 상기 통신 장치로부터 제공되는 지형 지도 및 주행 경로에 관한 데이터와 상기 센서 장치로부터 제공되는 객체에 관한 데이터를 제공받고, 상기 주행 경로를 추종하여 상기 건설 기계가 이동하도록 상기 작업 제어 장치를 제어하며, 상기 주행 경로상에 객체가 감지되면 상기 건설 기계의 이동을 중지시키고, 비용함수 기반 회피 경로를 생성할 수 있다.

Description

건설 기계 및 건설 기계의 주행 방법{CONSTRUCTION MACHINARY AND DRIVING METHOD OF THE SAME}

본 개시의 다양한 실시 예들은 장애물을 감지하고 회피 주행할 수 있는 건설 기계 및 건설 기계의 주행 방법에 관한 것이다.

건설 현장에서 토공 작업을 위한 장비들은 지속적으로 개선 및 발전해 왔다. 건설 현장에서 사용되는 건설 기계는 숙련자가 조종자로서 건설 기계에 탑승하여 직접 조종하여 작업을 수행하도록 되어 있다.

하지만, 숙련된 기능공의 부재로 인한 어려움을 겪고 있으며, 안전 관리 문제, 숙련공의 임금 상승으로 인한 채산성이 계속해서 악화되고 있다. 또한, 기능공 개개인의 숙련도 차이에 따라 시공 품질의 균일성 확보에 어려움을 겪고 있다.

최근에는 숙련된 기능공의 부재, 안전 관리, 및 채산성 문제를 해결할 수 있는 자동화된 무인 건설 기계에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

건설 기계의 무인화를 위해서는 건설 기계의 자율 주행이 수반되어야 하지만, 건설 현장은 일반 도로와는 달리 굴곡진 지형이 많기 때문에 일반적인 자율 주행 기술을 적용시키기 어렵다. 따라서, 굴곡진 지형으로 인한 전복 사고를 방지하고, 장애물을 회피하여 주행할 수 있는 기술이 필요하다.

건설 기계의 무인화를 위해서는 건설 현장을 안전하게 주행할 수 있는 주행 기술이 필요하다.

본 개시에서는 건설 현장의 장애물과 지형을 고려하여 주행 경로를 생성하고, 주행 경로를 추종하여 주행할 수 잇는 건설 기계 및 이를 이용한 주행 방법을 제공하고자 한다.

본 개시에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 외부 장치와 데이터를 송수신하는 통신 장치, 건설 기계의 작업 및 주행을 제어하는 작업 제어 장치, 건설 기계 주변의 객체를 감지하기 위한 센서 장치 및 상기 통신 장치로부터 제공되는 지형 지도 및 주행 경로에 관한 데이터와 상기 센서 장치로부터 제공되는 객체에 관한 데이터를 획득하고, 상기 주행 경로를 추종하여 상기 건설 기계가 이동하도록 상기 작업 제어 장치를 제어하며, 상기 주행 경로상에 객체가 감지되면 비용함수에 기반하여 회피 경로를 생성하는 프로세서를 포함할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 지형 지도 및 주행 경로에 관한 데이터를 수신하는 동작, 상기 주행 경로를 추종하여 이동하는 동작, 상기 주행 경로의 목적지에 도달할 때까지 주변 객체를 감지하는 동작, 객체가 감지된 경우, 상기 객체가 상기 주행 경로상에 존재하는지 판단하는 동작, 상기 객체가 상기 주행 경로상에 존재하면 비용함수에 기반한 비용 맵을 생성하는 동작, 상기 비용 맵에 기초하여 회피 경로를 생성하고, 상기 회피 경로를 추종하여 이동하는 동작 및 상기 회피 경로를 추종하여 이동하는 동작이 완료되면 상기 주행 경로를 추정하여 이동하는 동작을 포함할 수 있다.

본 개시의 실시 예들은 건설 현장의 지형 굴곡을 고려한 비용함수(cost function)를 기반으로 비용 맵을 생성하고, 비용 맵을 기초로 장애물의 회피 경로를 생성할 수 있어, 건설 기계의 전복 사고를 예방할 수 있다.

본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 자율 작업 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 건설 기계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 건설 기계를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 건설 기계의 회피 경로를 생성하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 건설 기계의 주행 방법을 도시한 흐름도이다.

본 개시물의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 장치 및 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시물은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 개시물의 개시가 완전하도록 하며, 본 개시물이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 개시물의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시물은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

하나의 구성 요소가 다른 구성 요소와 "연결된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 구성 요소와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 구성 요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소와 "직접 연결된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 구성 요소를 개재하지 않은 것을 나타낸다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 개시물을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

비록 제 1, 제 2 등이 다양한 구성 요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다.

따라서, 이하에서 언급되는 제 1 구성 요소는 본 개시물의 기술적 사상 내에서 제2 구성 요소 일 수도 있음은 물론이다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 개시물이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 실시 예에서 사용되는 '부' 또는 '모듈'이라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '부' 또는 '모듈'은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부' 또는 '모듈'은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부' 또는 '모듈'은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '부' 또는 '모듈'은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소들과 '부' 또는 '모듈'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부' 또는 '모듈'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부' 또는 '모듈'들로 더 분리될 수 있다.

본 개시물의 몇몇 실시 예들과 관련하여 설명되는 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 형태의 기록 매체에 상주할 수도 있다. 예시적인 기록 매체는 프로세서에 커플링되며, 그 프로세서는 기록 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 기록 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 기록 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다.

도 1은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 자율 작업 시스템(100)을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 다양한 실시 예에 따른 자율 작업 시스템(100)은 관제 센터(110)와 적어도 하나의 건설 기계(또는 자율 작업 건설 기계)(120 내지 150)를 포함할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 건설 기계(120 내지 150)는 토목공사나 건축공사 현장에서 작업을 수행하는 기계를 지칭하는 것으로, 도 1을 통해 도시된 바와 같이, 믹서트럭(mixer truck) (120), 덤프 트럭(dump truck)(130), 도저(dozer)(140), 굴삭기(excavator)(150)를 포함할 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐, 건설 기계는 굴착기(drilling machine), 크레인(crane), 휠로더(wheel loader), 스크레이퍼(scraper) 등과 같은 다양한 기계를 포함할 수 있다. 이러한 건설 기계는 사용자의 조작에 기반하여 작업을 수행하거나, 사용자없이 자율 작업을 수행할 수 있다. 자율 작업은 사용자의 조작없이 건설 기계(120 내지 150)가 자율적으로 이동하는 동작, 건설 기계(120 내지 150)에 의해 수행될 수 있는 작업을 자율적으로 수행하는 동작 등을 모두 포함하는 의미일 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 건설 기계(120 내지 150)는 관제 센터(110)로부터 수신하는 작업 지시에 따라, 작업을 수행할 수 있다. 작업 지시는 해당 건설 기계가 작업을 해야 하는 작업 영역, 작업 영역에서 수행해야 하는 작업 등과 관련된 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 건설 기계(120 내지 150)는 작업 지시에 따라 사용자의 조작없이 작업 영역으로 이동하여 작업을 수행할 수 있다. 건설 기계(120 내지 150)는 다양한 센서를 구비할 수 있으며, 센서를 통해 획득되는 정보에 기초하여 건설 기계의 상태 및/또는 건설 기계의 주변 환경을 감지하고, 감지 결과를 작업 수행에 고려할 수 있다. 또한, 건설 기계(120 내지 150)는 작업 영역까지 이동할 수 있는 주행 경로를 포함하는 지형 지도를 관제 센서(110)로부터 수신하고, 센서를 통해 획득되는 정보에 기초하여 작업 영역까지 이동할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 관제 센터(110)는 작업 현장에 투입되는 적어도 하나의 건설 기계(120 내지 150)를 관리하는 시스템일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 관제 센터(110)는 적어도 하나의 건설 기계(120 내지 150)로 작업을 지시할 수 있다. 예를 들어, 관제 센터(110)는 작업 영역 및 해당 작업 영역에서 수행해야 하는 작업을 정의한 작업 지시 및 작업 영역까지의 주행 경로를 생성하고, 이를 적어도 하나의 건설 기계(120 내지 150)로 전송할 수 있다.

도 2는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 건설 기계를 설명하기 위한 도면이다. 이하 설명에서는, 도 1에 도시된 건설 기계 중 굴삭기를 예를 들어 설명하나 건설 기계를 굴삭기로 한정하는 것은 아니다.

도 2를 참조하면, 굴삭기(200)는 이동 역할을 하는 하부체(210), 하부체(210)에 탑재되어 360도 회전하는 상부체(220) 및 상부체(220)의 전방에 결합된 프론트 작업 장치(230)로 구성될 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐, 본 개시의 실시 예가 이에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 전술한 굴삭기(200)의 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성 요소(예: 하부체(210)의 후방에 결합된 플레이드 등)가 추가될 수도 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상부체(220)는 운전자가 탑승하여 조작할 수 있는 운전실(222)이 내장되고 동력발생 장치(예: 엔진)가 장착될 수 있는 내부공간(미도시)이 구비될 수 있다. 운전실(222)은 작업 영역과 가까운 부분에 구비될 수 있다. 작업 영역은 굴삭기(200)가 작업을 하는 공간으로서, 굴삭기(200) 전방에 위치할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 프론트 작업 장치(230)는 상부체(220)의 상면에 장착되고, 토지 굴삭이나 하중이 큰 물체의 운반 등의 작업을 진행하기 위한 장치일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 프론트 작업 장치(230)는 상부체(220)에 회전 가능하게 결합되는 붐(231), 붐(231)을 회전시키는 붐 실린더(232), 붐(231)의 선단부에 회전 가능하게 결합되는 암(233), 암(233)을 회전시키는 암 실린더(234), 암(233)의 선단부에 회전 가능하게 결합되는 버켓(235), 버켓(235)을 회전시키는 버켓 실린더(236)를 포함할 수 있다. 굴삭기(200)의 작업시에는 붐(231)의 일단과 암(233)의 일단 그리고 버켓(235)의 일단에서 각각 개별적으로 회전 운동하여 버켓(235)이 도달할 수 있는 영역을 최대화할 수 있다. 전술한 프론트 작업 장치(230)는 많은 문서에서 공지되어 있는 바, 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.

다양한 실시 예에 따르면, 하부체(210)는 상부체(220)의 하면에 결합될 수 있다. 하부체(210)는 바퀴를 사용하는 휠 타입 또는 무한궤도를 사용하는 크롤러 타입으로 형성된 주행체를 포함할 수 있다. 주행체는 동력발생 장치에 의해 발생되는 동력을 구동력으로 하여 굴삭기의 전후좌우 움직임을 구현할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 하부체(210)와 상부체(220)는 센터 조인트(center joint)에 의해 회전 가능하게 결합될 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 굴삭기(200)는 무인 자동화, 다시 말해서, 자율 작업을 수행할 수 있는 것으로, 다수의 센서들을 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 다수의 센서들은 굴삭기(200)의 상태를 감지하기 위한 제 1 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 굴삭기(200)의 상태는 상부체(220) 또는 하부체(210)의 회전 상태를 포함할 수 있다. 제 1 센서는 센터 조인트에 배치되어 상부체(220)의 회전 상태를 감지할 수 있다. 또한, 굴삭기(200)의 상태는 프론트 작업 장치(230)의 회전 상태를 포함할 수 있다. 제 1 센서는 붐(231), 암(233), 및 버켓(235) 각각에 배치되거나 붐(231), 암(233), 및 버켓(235)의 관절부(예: 힌지 연결부)에 배치되어 적어도 붐(231), 암(233) 및 버켓(235) 각각에 대한 회전 상태를 감지할 수도 있다. 전술한 제 1 센서의 위치는 하나의 실시 예로 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니며, 제 1 센서는 굴삭기(200)의 상태를 감지할 수 있는 다양한 위치에 배치될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 다수의 센서들은 굴삭기(200)가 작업을 진행하는 작업 영역을 감지하기 위한 제 2 센서를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 작업 영역은 굴삭기가 작업을 하는 공간으로서, 굴삭기(200) 전방에 위치할 수 있다. 제 2 센서는 상부체(220)에서 작업 영역과 가까운 부분, 예를 들어, 운전실(222)의 상면에서 프론트 작업 장치(230)에 근접한 일측에 배치되어 작업영역을 감지할 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐, 제 2 센서의 위치가 이에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 제 2 센서는 추가적으로 또는 선택적으로 작업 영역을 감지하도록 프론트 작업 장치(230), 예를 들어, 암(233) 또는 버켓(235)에 배치될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 다수의 센서들은 굴삭기(200) 주변의 장애물을 감지하기 위한 제 3 센서를 포함할 수 있다. 제 3 센서는 상부체(220)의 전방, 측방 및 후방에 배치되어 굴삭기 주변의 장애물을 감지할 수 있다. 전술한 제 3 센서의 위치는 하나의 실시 예로 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니며, 제 3 센서는 굴삭기(200) 주변의 장애물을 감지할 수 있는 다양한 위치에 배치될 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 전술한 다양한 센서들은 각도 센서, 관성(inertial measurement unit; IMU) 센서, 회전 센서, 스윙(swing) 센서, 전자기파 센서, 카메라 센서, 레이다, 라이다 또는 초음파 센서 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 센서는 각도 센서, 관성 센서, 회전 센서 또는 스윙(swing) 센서 중 적어도 하나로 구성될 수 있으며, 제 2 센서 및 제 3 센서는 전자기파 센서, 카메라 센서, 레이다, 라이다 또는 초음파 센서 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.

예를 들어, 운전실(222)의 상면과 굴삭기(200)의 암(233)에 배치된 카메라 센서가 제 2 센서로 사용될 수 있다. 또한, 굴삭기(200) 전면에 배치된 라이다, 굴삭기(200) 측면 및 후면에 배치된 초음파 센서 또는 굴삭기(200) 전면, 측면 및 후면에 배치된 카메라 센서가 제 3 센서로 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 선택적으로, 이미지 센서가 제 2 센서 및 제 3 센서로 사용되는 경우, 대상체의 거리 정보를 알 수 있는 영상을 획득할 수 있는 스테레오 비전 시스템으로 구성될 수 있다.

또한, 제 1 센서, 제 2 센서, 제 3 센서 각각은 다른 센서와 동일하거나 또는 유사한 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 굴삭기(200) 주변의 장애물을 감지하기 위한 제 3 센서를 이용하여, 굴삭기(200)가 작업을 진행하는 작업 영역을 감지하는 제 2 센서의 동작을 수행할 수도 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 굴삭기(200)는 무인 자동화, 다시 말해서, 자율 작업을 수행할 수 있는 것으로, 적어도 하나의 측위 장치를 포함하거나 측위 정보를 외부 장치로부터 획득할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 측위 장치는 위성 신호를 수신할 수 있는 GNSS(Global Navigation Satellite System) 모듈이 사용될 수 있으며, 정밀한 측정을 위해 RTK(Real Time Kinematic) GNSS 모듈이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 굴삭기(200)의 상부체(220)에는 적어도 하나의 측위 장치가 배치될 수 있다. 그리고 RTK GNSS 모듈이 사용되는 경우에는 정밀한 위치 측정을 위하여 굴삭기(200)는 주변의 적어도 하나의 베이스 스테이션(base station)으로부터 보정신호를 수신할 수 있다.

도 3은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 건설 기계(300)를 개념적으로 나타낸 도면이다. 이하 설명에서는, 건설 기계(300)의 일 예로 굴삭기에 기초하여 도 3을 설명할 수 있으나, 본 개시가 굴삭기에 한정되는 것은 아니다.

도 3을 참조하면, 건설 기계(300)는 프로세서(310), 통신 장치(320), 저장 장치(330), 센서 장치(340) 및 작업 제어 장치(350)를 포함할 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐, 본 개시의 실시 예가 이에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 전술한 건설 기계(300)의 구성요소 중 적어도 하나가 생략되거나 또는 하나 이상의 다른 구성 요소(예: 입력 장치, 출력 장치 등)가 건설 기계(300)의 구성으로 추가될 수도 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 통신 장치(320)는 무선 통신 기술을 이용하여 외부 장치와 데이터를 송수신할 수 있다. 외부 장치는 관제 센터(110) 및 다른 건설 기계(120 내지 150)를 포함할 수 있다. 예컨대, 통신 장치(320)는 외부 장치로부터 작업 지시 및 건설 현장의 지형 지도를 수신하고, 외부 장치로 작업과 관련된 정보(예: 작업 결과)를 전송할 수 있다. 이때, 통신 장치(320)가 이용하는 통신 기술에는 GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), LTE(Long Term Evolution), 5G, WLAN(Wireless LAN), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), ZigBee, NFC(Near Field Communication) 등이 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 저장 장치(330)는 건설 기계(300)의 적어도 하나의 구성요소(예를 들어, 프로세서(310), 통신 장치(320), 센서 장치(340) 또는 작업 제어 장치(350))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 저장 장치(330)는 건설 기계(300)의 제원(예: 모델명, 고유번호, 기본 사양), 맵 데이터 등을 저장할 수 있다. 예를 들어, 저장 장치(330)는 비휘발성 메모리 장치 및 휘발성 메모리 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 센서 장치(340)는 다양한 센서들을 이용하여 건설 기계(300)의 상태, 건설 기계(300)의 작업 영역 또는 건설 기계(300) 주변의 장애물 중 적어도 하나와 관련된 정보를 수집할 수 있다. 센서 장치(340)는 상술한 바와 같이, 제 1 센서, 제 2 센서 및 제 3 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 건설 기계(300)의 상태와 관련된 정보를 수집하기 위한 각도 센서, 관성 센서 또는 회전 센서 중 적어도 하나가 센서 장치(340)의 구성으로 사용될 수 있으며, 건설 기계(300)의 작업 영역 및 주변 장애물과 관련된 정보를 수집하기 위한 전자기파 센서, 카메라 센서, 레이다, 라이다 또는 초음파 센서 중 적어도 하나가 센서 장치(340)의 구성으로 사용될 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐, 본 개시의 실시 예가 이에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 건설 기계(300)의 상태, 건설 기계(300)의 작업 영역 또는 건설 기계(300) 주변의 장애물과 관련된 정보를 수집할 수 있는 다양한 종류의 센서들이 센서 장치(340)의 구성으로 사용될 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 작업 제어 장치(350)는 건설 기계(300)의 작업을 제어할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 작업 제어 장치(350)는, 관제 센터(110) 및/또는 운전자의 운전 조작에 기인하여 건설 기계(300)로부터 작업 및 주행 지시를 수신할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 작업 지시는 작업 영역 및 해당 작업 영역에서 수행되어야 하는 작업 종류(또는 작업 내용)를 포함할 수 있다. 작업 종류는 건설 기계(300)에 의해 수행될 수 있는 굴삭(digging) 작업, 호파기(trench) 작업, 평탄화 (grading) 작업, 파쇄(breaking) 작업, 굴삭한 토사를 상차시키는 덤핑(dumping) 작업, 상부체(220)를 회전시키는 스윙(swing) 작업, 건설 기계(300)의 위치를 변경하는 이동(moving) 작업 등을 포함할 수 있다. 또한, 작업 영역은 작업 현장의 일부분으로, 적어도 하나의 작업이 수행되어야 하는 영역(예: 굴삭 영역, 평탄화 영역 등)일 수 있다. 또한, 주행 지시는 작업 현장으로부터 벗어나거나, 대기하고 있는 건설 기계(300)를 작업 현장으로 안내하는 주행 경로를 포함할 수 있다. 이러한 경우, 건설 기계(300)는 주행 경로에 기초하여 출발지(작업 현장 또는 대기 장소)로부터 목적지(대기 장소 또는 작업 현장)까지 이동할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 작업 제어 장치(350)는 작업 지시에 기초하여, 작업 계획을 수립할 수 있다. 작업 계획은 작업 영역에 대한 작업 처리 지점, 다시 말해서, 주행체(예: 바퀴, 무한궤도 트랙)의 정지 위치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 작업 제어 장치(350)는, 작업 종류에 따라 작업 효율성과 안전성을 보장하기 위하여, 동일한 작업 영역에서 서로 다른 작업 처리 지점을 결정할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 스윙 동작 및 덤핑 동작이 수반되는 작업(예: 굴삭 또는 호파기 작업)을 지시받은 경우, 작업 제어 장치(350)는 건설 기계(300)의 작업 반경(예: 상부체(220) 또는 프론트 작업 장치(230)의 회전 반경)을 고려하여 작업 영역의 제 1 지점을 작업 처리 지점을 결정할 수 있다. 작업 반경은 건설 기계(300)의 제원, 작업의 안전성 등이 고려될 수 있다.

또한, 작업 제어 장치(350)는, 작업 계획의 일부로, 작업 영역에서 건설 기계(300)가 수행하고자 하는 작업의 처리 순서를 결정할 수 있다. 예를 들어, 작업 현장 내의 복수의 작업 영역에 대한 작업을 지시받은 경우, 작업 제어 장치(350)는 우선 순위로 처리해야하는 작업 영역과 차순위로 처리해야하는 작업 영역을 결정할 수 있다. 다른 예로, 하나의 작업 영역에서 복수의 작업을 지시받은 경우, 작업 제어 장치(350)는 작업 영역에서 우선순위로 처리할 작업과 차순위로 처리할 작업을 계획할 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 작업 계획의 적어도 일부, 예를 들어, 작업의 처리 순서는 관제 센터(110)에 의해 지정되어 건설 기계(300)로 제공될 수도 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 작업 제어 장치(350)는, 작업 계획에 기초하여, 작업 처리를 위한 작업 경로를 획득할 수 있다. 작업 경로는 작업 영역(또는 작업 처리 지점)으로 건설 기계(300)가 이동해야 하는 주행 경로로, 앞서 설명한 관제 센터(110)에 의해 제공되는 주행 경로와는 구분된다. 일 실시 예에 따르면, 작업 경로는 작업 현장 내의 건설 기계(300)의 위치를 출발점으로 하고, 작업 처리 지점을 목적지로 하는 작업 경로를 결정할 수 있다. 예를 들어, 작업 제어 장치(350)는 통신 장치(320)(예: 측위 장치)를 통해 획득된 위치 정보와 저장 장치(330)에 저장된 맵 데이터를 이용하여, 제 1 간격(예: 대략 1m)의 중간점(waypoint)들로 포함하는 작업 경로를 결정할 수 있다. 중간점은 건설 기계(300)가 작업을 위해 이동하는 작업 경로에 배치된 다양한 객체들에 대한 식별 정보일 수 있다. 또한, 중간점은 객체의 명칭, 종류, 위치, 방향 등을 포함할 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐, 본 개시의 실시 예가 이에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 작업 경로는 외부 장치에 의해 결정될 수 있다. 이러한 경우, 작업 제어 장치(350)는, 외부 장치로부터 작업 경로를 수신할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 작업 현장 내에 복수의 작업 영역이 존재하는 경우, 작업 제어 장치(350)는 작업 처리 순서에 기초하여, 복수의 작업 영역을 경유지와 목적지로 하는 작업 경로를 결정할 수도 있다. 다른 실시 예에 따르면, 하나의 작업 영역에 복수의 작업 처리 지점이 존재하는 경우, 작업 제어 장치(350)는 작업 처리 순서에 기초하여, 복수의 작업 처리 지점을 경유지와 목적지로 하는 작업 경로를 결정할 수도 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 작업 제어 장치(350)는 작업 경로에 기초하여, 건설 기계(300)의 운동 궤적을 결정할 수 있다. 운동 궤적은 작업 경로를 따라 이동하기 위한 건설 기계(300)의 움직임을 의미할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 작업 제어 장치(350)는 작업 경로에 포함된 중간점들 가운데 건설 기계(300)와 가까운 중간점을 운동 궤적의 일부로 결정할 수 있다.

예를 들어, 작업 제어 장치(350)는 정밀한 운동 궤적을 결정하기 위하여, 작업 경로를 정밀 작업 경로로 변환시킬 수 있으며, 정밀 작업 경로에 포함된 중간점들 중 건설 기계(300)와 가까운 중간점을 선택할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 작업 제어 장치(350)는 운동 궤적에 기초하여 건설 기계(300)의 조향 정보를 획득할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 작업 제어 장치(350)는 운동 궤적으로 결정된 중간점을 추종하기 위한 조향 정보를 획득할 수 있다. 조향 정보는 조향 속도, 조향 각도 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 작업 제어 장치(350)는 센서 장치(340)(예: 관성 센서)를 통해 획득된 센서 정보(예: 건설 기계(300)의 상태와 관련된 정보) 또는 통신 장치(320)(예: RTK GNSS 모듈)를 통해 획득되는 정보(예: 상기 건설 기계(300)의 위치 및/또는 방향과 관련된 정보) 중 적어도 하나에 기초하여 건설 기계(300)(예: 하부체(210))의 위치 및 방향을 결정할 수 있으며, 이를 결정된 중간점의 위치 및 방향과 비교하여 조향 정보를 획득할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 작업 제어 장치(350)는 조향 정보에 기초하여 건설 기계(300)를 제어하기 위한 제어 정보를 결정할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 작업 제어 장치(350)는 건설 기계(300)의 제원에 기초하여 조향 정보를 구동 제어 값으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 작업 제어 장치(350)는 건설 기계(300)의 제원에 기초하여, 조향 정보를 건설 기계(300)의 주행체에 대한 속도 제어 값 및 방향 제어 값으로 변환할 수 있다. 또한, 작업 제어 장치(350)는 변환된 제어 값에 따라 건설 기계(300)가 구동되도록 좌측 및 우측 주행체(예: 바퀴, 무한궤도 트랙)를 제어할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 프로세서(310)는 건설 기계(300)의 전반적인 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 프로세서(310)는, 저장 장치(330)에 저장된 소프트웨어(예를 들어, 프로그램)를 실행하여, 프로세서(310)에 연결된 구성 요소(예를 들어, 통신 장치(320), 저장 장치(330), 센서 장치(340) 또는 작업 제어 장치(350)) 중 적어도 하나의 구성 요소를 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 예를 들어, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(310)는 다른 구성 요소로부터 수신된 명령 또는 데이터를 저장 장치(330)에 저장하고, 저장 장치(330)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 저장 장치(330)에 저장할 수 있다. 프로세서(310)는 메인 프로세서 및 메인 프로세서와 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서로 구성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 프로세서(310)는 전술한 구성 요소(예를 들어, 통신 장치(320), 저장 장치(330), 센서 장치(340) 또는 작업 제어 장치(350))와 CAN(Controller Area Network) 통신을 수행할 수 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.

다양한 실시 예에 따르면, 프로세서(310)는 통신 장치(320)로부터 수신된 건설 현장의 지형 지도를 저장 장치(330)에 저장시킬 수 있다. 또한, 프로세서(310)는 센서 장치(340)를 통해 획득되는 데이터 및 저장 장치(330)에 저장된 지형 지도에 기초하여 주행 경로를 생성할 수 있다. 이때, 통신 장치(320)로부터 수신된 지형 지도는 출발지로부터 목적지까지 복수의 중간점(way point)으로 구성된 주행 경로를 포함할 수 있다.

예를 들어, 프로세서(310)는 관제 센터(110)로부터 통신 장치(320)를 통해 수신된 지형 지도 또는 저장 장치(330)에 저장된 지형 지도에 포함된 주행 경로를 추종하여 건설 기계(300)가 이동하도록 작업 제어 장치(350)에 지시할 수 있다.

프로세서(310)는 센서 장치(340)로부터 획득되는 데이터에 기초하여 건설 기계(300)의 주변에 존재하는 객체(object)를 감지할 수 있고, 감지된 객체가 주행 경로 상에 존재할 경우 건설 기계(300)의 이동을 중지시킬 수 있다. 다만, 프로세서(310)는 건설 기계(300)가 감지된 객체로부터 일정 거리이상 떨어져 있다고 판단한 경우에는 건설 기계(300)의 이동을 중지시키지 않을 수도 있다. 한편, 프로세서(310)는 감지된 객체가 주행 경로 상에 존재하지 않으면 주행 경로를 추종하여 건설 기계(300)를 이동시킬 수 있다.

또한, 프로세서(310)는 주행 경로 상에 객체가 존재할 경우 지형 지도의 굴곡 정보(고도 값) 및 비용함수를 기반으로 비용 맵(cost map)을 생성하고, 생성된 비용 맵을 기초로 하여 객체를 회피 주행할 수 있는 회피 경로를 생성할 수 있다.

도 4 및 도 5는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 건설 기계의 회피 경로를 생성하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 지형 지도의 굴곡 정보와 비용함수를 기반으로 비용 맵을 생성하고, 생성된 비용 맵을 기초로 하여 회피 경로를 생성하는 동작을 설명하기 위한 도면일 수 있다. 이때, 비용 맵은 장애물(객체)로부터 생성되는 반발력과 목표점으로의 유인력에 대한 비용함수로 생성되는 포텐셜 필드(potential field)일 수 있다. 비용함수에서 유인력은 목표점에 가까워질수록 비용 값이 작아지도록 하며, 반발력은 장애물과의 거리가 가까워질수록 비용 값이 커지도록 하는 것으로 정의될 수 있다. 또한, 지형 지도의 굴곡 정보에 기초하여 차량 반지름 반경 안에 있는 지형 정보에서 고도가 가장 높은 값과 고도가 가장 낮은 값의 차를 굴곡 비용으로 정의하고 비용함수에 포함시킬 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따른 건설 기계가 회피 경로를 생성할 때 이용되는 비용함수(Fcost)는 아래 [수학식 1]과 같이 정의될 수 있다. 아래에 정의된 비용함수는 하나의 예시일 뿐 이에 한정하지 않음을 밝혀 둔다.

여기서, A, B, C는 기 설정된 상수(constant scaling factor)이고, 는 건설 기계에서 장애물(객체)로의 단위 벡터일 수 있다. 는 장애물(i)과 건설 기계 사이의 거리, 는 건설 기계에서 목표점으로의 단위 벡터, 는 목표점과 건설 기계 사이의 거리, 는 건설 기계의 반지름 반경 안에 존재하는 지형의 고도 값일 수 있다. 는 건설 기계의 반지름 반경 안에 존재하는 지형의 가장 높은 고도 값이고, 는 건설 기계의 반지름 반경 안에 존재하는 지형의 가장 낮은 고도 값일 수 있다.

도 4의 왼쪽 지도는 비용 맵일 수 있고, 오른쪽 지도는 지형 지도일 수 있다.

도 4를 참조하면, 비용 맵은 비용함수(Fcost)를 기반으로 생성된 지도로서, 비용함수(Fcost)의 값이 높을수록 어두운 색으로 나타나며, 비용함수(Fcost)의 값이 낮을수록 밝은 색으로 나타나는 지도일 수 있다.

따라서, 본 개시에 따른 건설 기계(300)가 생성하는 비용 맵에서는 출발점(Start Point)과 장애물은 가장 어두운 색으로 표시되며, 목표점(Goal Point)은 가장 밝은 색으로 표시될 수 있다.

출발점(Start Point)은 건설 기계(300)가 주행 경로 상에 존재하는 장애물을 회피하기 위한 회피 경로의 시작점일 수 있다. 일 실시 예에 따라, 건설 기계(300)가 장애물을 감지하고 이동을 중지한 경우, 건설 기계(300)가 정지된 지점일 수 있다. 목표점(Goal Point)은 회피 경로의 종료점으로, 주행 경로와 연결되는 점일 수 있다.

프로세서(310)는 비용 맵을 생성한 이후, 비용 맵을 기초로 하여 회피 경로를 생성할 수 있다. 이때, 회피 경로는 출발점에서부터 목표점까지 기설정된 간격마다 표시되는 복수의 중간점(way point)을 포함할 수 있다. 복수의 중간점 각각은 출발점에서부터 목표점까지 기설정된 간격마다 가장 밝은 지점의 위치를 표시한 점일 수 있다.

즉, 프로세서(310)는 출발점에서부터 목표점까지 기설정된 간격마다 비용함수(Fcost)의 값이 가장 낮은 지점의 위치를 중간점으로 선택하여 회피 경로를 생성할 수 있다.

도 5는 장애물과 회피 경로 사이의 거리를 도시한 도면일 수 있다.

프로세서(310)는 장애물의 중심으로부터 기설정된 거리이상 이격된 위치를 중간점으로 선택하여 회피 경로를 생성할 수 있다.

도 5를 참조하여 예를 들면, 프로세서(310)는 장애물의 중심으로부터 기설정된 거리(장애물의 반지름 + 차량(건설 기계)의 반지름)만큼 이격된 위치를 중간점으로 선택하여 기설정된 간격마다 중간점을 표시함으로써, 회피 경로를 생성할 수 있다.

결국, 도 4와 도 5를 참조하면, 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 건설 기계(300)는 관제 센터(110)로부터 수신된 주행 경로를 따라 이동할 수 있고, 주행 경로를 따라 이동하며 센서 장치(340)로부터 획득된 데이터에 기초하여 건설 기계(300)의 주변 객체를 감지할 수 있다.

건설 기계(300)는 감지된 객체가 주행 경로상에 존재하는지를 판단하며, 건설 기계(300)로부터 기설정된 제 1 거리 이내에 주행 경로상의 객체가 감지될 경우 건설 기계(300)는 이동을 중지할 수 있다. 이동을 중지한 건설 기계(300)는 지형 지도의 굴곡 정보와 감지된 객체 정보에 기초하여 비용 맵을 생성할 수 있다. 건설 기계(300)는 비용 맵을 기반으로 건설 기계(300)의 정지한 위치를 출발점으로 하는 회피 경로를 생성할 수 있다. 이때, 회피 경로는 객체(장애물)의 중심으로부터 기 설정된 제 2 거리만큼 이격되도록 생성될 수 있다.

다른 일 실시 예에 따라, 건설 기계(300)가 주행 경로상의 객체를 감지한 경우, 건설 기계(300)는 이동의 중지없이 지형 지도의 굴곡 정보와 감지된 객체 정보에 기초하여 비용 맵을 생성할 수 있다. 건설 기계(300)는 비용 맵을 기반으로 주행 경로 상의 장애물의 위치 이전의 특정 위치를 출발점으로 하는 회피 경로를 생성할 수 있다. 이때에도, 회피 경로는 장애물의 중심으로부터 기 설정된 제2 거리만큼 이격되도록 생성될 수 있다. 이에 따라, 출발점은 주행 경로 상에서 장애물의 중심보다 제2 거리보다 먼 위치가 될 수 있다.

도 6은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 건설 기계의 주행 방법을 도시한 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 건설 기계의 주행 방법은, 데이터 수신 동작(S1), 주행 경로 추종 주행 동작(S2), 목적지 도착 판단 동작(S3), 객체 감지 동작(S5), 객체의 주행 경로상 존재 여부 판단 동작(S6), 비용함수 기반 지도 생성 동작(S8), 회피 경로 생성 가능 판단 동작(S9), 회피 경로 생성 동작(S10) 및 회피 주행 완료 판단 동작(S11)을 포함할 수 있다.

데이터 수신 동작(S1)은 건설 기계(300)가 관제 센터(110)로부터 지형 지도 및 주행 경로와 관련한 데이터를 수신하는 동작을 포함할 수 있다.

예를 들어, 데이터 수신 동작(S1)은 건설 기계(300)의 통신 장치(320)가 관제 센터(110)로부터 지형 지도 및 주행 경로와 관련된 데이터를 수신하는 동작 및 저장 장치(330)가 통신 장치(320)를 통해 수신된 데이터를 저장하는 동작을 포함할 수 있다.

주행 경로 추종 주행 동작(S2)은 저장 장치(330)에 저장된 주행 경로를 추종하며 건설 기계(300)가 주행하는 동작을 포함할 수 있다.

예를 들어, 주행 경로 추종 주행 동작(S2)는 프로세서(310)가 저장 장치(330)에 저장된 주행 경로와 관련된 정보를 제공받아 건설 기계(300)가 주행 경로를 따라 이동하도록 작업 제어 장치(350)에 주행 지시를 제공하는 동작을 포함할 수 있다.

목적지 도착 판단 동작(S3)은 주행 경로를 추종하여 이동하는 건설 기계(300)가 목적지에 도착하였는지를 판단하는 동작을 포함할 수 있다.

예를 들어, 목적지 도착 판단 동작(S3)은 통신 장치(320)에 구성된 측위 장치로부터 건설 기계(300)의 위치를 수신하는 동작 및 프로세서(310)가 주행 경로의 목적지와 건설 기계(300)의 위치가 일치하는지를 판단하는 동작을 포함할 수 있다.

만약, 목적지 도착 판단 동작(S3)에서 건설 기계(300)가 목적지에 도착하였다고 판단되면(Y) 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 건설 기계의 주행 방법은 종료될 수 있다.

한편, 목적지 도착 판단 동작(S3)에서 건설 기계(300)가 목적지에 도착하지 않았다고 판단되면(N) 객체 감지 동작(S5)이 수행될 수 있다.

객체 감지 동작(S5)은 건설 기계(300)의 주변에 존재하는 객체를 감지하는 동작을 포함할 수 있다.

예를 들어, 객체 감지 동작(S5)은 센서 장치(340)에 구성된 전자기파 센서, 카메라 센서, 레이다, 라이다 또는 초음파 센서 중 적어도 하나로부터 건설 기계(300)의 주변에 존재하는 객체에 대한 정보를 획득하는 동작 및 프로세서(310)가 센서 장치(340)로부터 객체에 관한 정보를 수신하여 객체를 판별하는 동작을 포함할 수 있다.

객체 감지 동작(S5)에서 객체가 감지되지 않으면(N), 계속 주행 경로를 추종하면서 주행(S2)할 수 있다.

객체 감지 동작(S5)에서 객체가 감지되면(Y), 객체의 주행 경로상 존재 여부 판단 동작(S6)이 수행될 수 있다.

예를 들어, 객체의 주행 경로상 존재 여부 판단 동작(S6)은 프로세서(310)가 센서 장치(340)로부터 수신한 객체에 관한 정보에 기초하여 객체의 위치를 파악하는 동작 및 객체의 위치가 주행 경로와 겹치는지 판단하는 동작을 포함할 수 있다.

만약, 객체의 주행 경로상 존재 여부 판단 동작(S6)에서 주행 경로상에 감지된 객체가 존재하지 않을 경우(N) 주행 경로 추종 주행 동작(S2)이 수행될 수 있다.

한편, 객체의 주행 경로상 존재 여부 판단 동작(S6)에서 객체가 주행 경로상에 존재할 경우(Y), 비용함수 기반 지도 생성 동작(S8)이 수행될 수 있다.

비용함수 기반 지도 생성 동작(S8)은 건설 기계(300)가 지형 지도의 굴곡 정보 및 객체 정보에 기초하여 비용함수 기반 비용 맵을 생성하는 동작을 포함할 수 있다.

예를 들어, 비용함수 기반 지도 생성 동작(S8)은 데이터 수신 동작(S1)에서 수신된 지형 지도의 굴곡 정보와 객체 감지 동작(S5)에서 감지된 객체 정보를 기초로 하여 비용함수 기반의 비용 맵을 생성하는 동작을 포함할 수 있다. 이때, 비용함수는 장애물로부터 생성되는 반발력과 목표점으로의 유인력에 관한 함수일 수 있다. 또한, 반발력은 건설 기계의 반지름 반경 이내의 최대 고도 값과 최저 고도 값의 차이에 기초하는 굴곡 비용을 더 포함할 수 있으며, 고도 값은 지형 지도의 굴곡 정보로부터 획득될 수 있다. 비용 맵은 비용함수의 결과 값에 대응되는 색깔 또는 명도로 표시되는 포텐셜 필드(Potential Field)일 수 있다. 출발점은 회피 경로의 시작점으로, 건설 기계의 이동이 중지된 위치 또는 비용함수 기반 지도 생성 동작(S8)에서 설정한 장애물이 존재하는 위치 이전의 주행 경로 상의 일 위치일 수 있으며, 목표점은 회피 경로의 끝점으로 주행 경로와 겹치는 위치일 수 있다.

결국, 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 건설 기계 또는 건설 기계를 이용한 주행 방법의 비용 맵에서 센서 장치(340)로부터 획득되는 데이터를 기반으로 감지된 객체는 다른 위치보다 높은 비용함수 값에 대응되는 색 또는 명도로 표시될 수 있다. 또한 비용 맵에서 건설 기계의 반지름 반경 이내의 최고 고도 값과 최저 고도 값의 차이가 클수록 높은 비용함수 값에 대응되는 색 또는 명도로 표시되는 지도일 수 있다.

그러므로, 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 건설 기계 또는 건설 기계를 이용하는 주행 방법은 센서 장치(340)로부터 감지된 객체뿐만 아니라, 건설 기계의 반지름 반경 이내의 최고 고도 값과 최저 고도 값의 차이가 기 설정된 값을 초과하는 위치를 장애물로 인식할 수 있다.

회피 경로 생성 가능 판단 동작(S9)는 비용함수 기반 지도 생성 동작(S8)에서 생성된 비용 맵의 출발점과 목표점 사이의 장애물에 대해 건설 기계가 회피 이동할 수 있는지를 판단하는 동작을 포함할 수 있다.

예를 들어, 회피 경로 생성 가능 판단 동작(S9)는 비용함수 기반 지도 생성 동작(S8)에서 생성된 비용 맵을 기반으로 출발점으로부터 목표점까지 회피 경로가 생성될 수 있는지를 판단하는 동작을 포함할 수 있다. 더욱 상세히 예를 들면, 회피 경로 생성 가능 판단 동작(S9)은 출발점으로부터 목표점까지 장애물로 가로막혀 연속적인 회피 경로를 생성할 수 없는 경우 또는 회피 경로가 기설정된 이동불가 지역을 경유하는 경우 회피 경로를 생성할 수 없다고 판단할 수 있다.

만약, 회피 경로 생성 가능 판단 동작(S9)에서 회피 경로를 생성하지 못한다고 판단되면(N) 주행 경로 추종 주행 동작(S2)이 수행될 수 있다. 다른 일 실시 예에 따라, 건설 기계(300)는 회피 경로를 생성하지 못한다고 판단되면(N), 이동을 중지하고, 새로운 주행 경로를 관제 센터(110)에 요청하고, 새로운 주행 경로를 수신할 때까지 대기하였다가 주행 경로 추종 주행 동작(S2)이 수행될 수 있다.

한편, 회피 경로 생성 가능 판단 동작(S9)에서 회피 경로를 생성할 수 있다고 판단되면(Y) 회피 경로 생성 동작(S10)이 수행될 수 있다.

회피 경로 생성 동작(S10)은 비용 맵에서 출발점과 목표점 사이에 기 설정된 간격마다 제일 낮은 비용함수 값을 갖는 위치를 중간점으로 선택하여 회피 경로를 생성하고, 회피 경로에 따라 건설 기계를 이동시키는 동작을 포함할 수 있다.

예를 들어, 회피 경로 생성 동작(S10)은 비용 맵에서 출발점과 목표점 사이에 기 설정된 간격으로 제일 낮은 비용함수 값을 갖는 위치를 중간점으로 선택하고, 복수의 중간점을 포함하는 회피 경로를 생성하는 동작 및 복수의 중간점을 추종하여 건설 기계를 이동시키는 동작을 포함할 수 있다. 이때, 프로세서(310)는 복수의 중간점을 포함하는 회피 경로를 생성하고, 건설 기계가 복수의 중간점을 추종 이동하도록 작업 제어 장치(350)에 주행 지시를 제공할 수 있다.

회피 주행 완료 판단 동작(S11)은 건설 기계가 비용 맵의 목표점에 도달하였는지를 판단하는 동작을 포함할 수 있다.

예를 들어, 회피 주행 완료 판단 동작(S11)은 복수의 중간점 중 건설 기계가 마지막 중간점에 도달하였는지를 판단하는 동작을 포함할 수 있다.

만약, 회피 주행 완료 판단 동작(S11)에서 건설 기계가 목표점에 도달하지 못하였다고 판단되면(N) 회피 경로 생성 동작(S10)이 수행될 수 있다.

한편, 회피 주행 완료 판단 동작(S11)에서 건설 기계가 목표점에 도달하였다고 판단되면(Y) 주행 경로 추종 주행 동작(S2)이 수행될 수 있다.

한편, 건설 기계(300)는 비용 함수 기반 지도 생성 동작(S8)을 정지한 채로 수행하거나 이동하면서 수행할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 주행 경로 상에 있는 장애물과 건설 기계(300)의 거리가 미리 설정된 거리보다 가까운 경우에는 이동을 중지하고 정지한 채 비용 함수 기반 지도 생성 동작(S8)을 수행할 수 있다. 다른 일 실시 예에 따라, 주행 경로 상에 있는 장애물과 건설 기계(300)의 거리가 미리 설정된 거리보다 먼 경우에는 계속 이동하면서 비용 함수 기반 지도 생성 동작(S8)을 수행할 수 있다. 추가적인 일 실시 예로서, 비용 함수 기반 지도 생성 동작(S8) 중에 행 경로 상에 있는 장애물과 건설 기계(300)의 거리가 미리 설정된 거리가 된 경우에, 건설 기계(300)는 이동을 중지하고 정지할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따른 건설 기계 및 이를 이용한 주행 방법은 관제 센터로부터 수신된 주행 경로를 따라 주행하다가 주행 경로상에 장애물이 감지되면 회피 경로를 생성하고, 회피 경로를 따라 이동하여 장애물을 회피한 이후 다시 주행 경로를 따라 목적지까지 이동할 수 있다. 또한, 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 건설 기계 및 이를 이용한 주행 방법은 지형 지도의 굴곡 정보를 기반으로 회피 경로를 생성하기 때문에 건설 기계의 전복 사고를 방지할 수 있다.

본 개시는 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

200: 굴삭기 210: 하부체
220: 상부체 222: 운전실
230: 프론트 작업 장치 231: 붐
232: 붐 실린더 233: 암
234: 암 실린더 235: 버켓
236: 버켓 실린더 280: 스윙 센서
282: GNSS 284: 관성 센서
300: 건설 기계 310: 프로세서
320: 통신 장치 330: 저장 장치
340: 센서 장치 350: 작업 제어 장치

Claims (17)

1. 외부 장치와 데이터를 송수신하는 통신 장치;
   건설 기계의 작업 및 주행을 제어하는 작업 제어 장치;
   건설 기계 주변의 객체를 감지하기 위한 센서 장치; 및
   상기 통신 장치로부터 제공되는 지형 지도 및 주행 경로에 관한 데이터와 상기 센서 장치로부터 제공되는 객체에 관한 데이터를 획득하고, 상기 주행 경로를 추종하여 상기 건설 기계가 이동하도록 상기 작업 제어 장치를 제어하며, 상기 주행 경로상에 객체가 감지되면 비용함수에 기반하여 회피 경로를 생성하는 프로세서를 포함하는, 건설 기계.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 프로세서는
   상기 객체의 정보, 상기 지형 지도의 굴곡 정보 및 목표점까지의 거리를 기반으로 상기 회피 경로를 생성하는, 건설 기계
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 센서 장치로부터 제공되는 객체에 관한 데이터에 기초하여 상기 건설 기계 주변의 객체를 감지하고, 감지된 객체가 상기 주행 경로상에 존재하면 상기 지형 지도의 굴곡 정보, 감지된 객체 정보 및 상기 비용함수에 기반하여 비용 맵을 생성하고, 상기 비용 맵을 기반으로 상기 회피 경로를 생성하는, 건설 기계.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 비용함수는,
   상기 감지된 객체에 가까울수록 커지는 반발력 함수와 목표점까지의 거리에 가까워질수록 작아지는 유인력 함수를 포함하는, 건설 기계.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 목표점은 상기 회피 경로와 상기 주행 경로가 겹치는 위치인, 건설 기계.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 반발력 함수는,
   상기 건설 기계의 반지름 반경 이내의 최대 고도 값과 최저 고도 값의 차이에 대응되는 굴곡 비용 함수를 더 포함하는, 건설 기계.
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 회피 경로의 출발점과 상기 목표점 사이의 기설정된 간격마다 상기 비용함수가 가장 낮은 값을 가지는 위치를 중간점으로 선택하고, 선택된 복수의 중간점으로 구성된 상기 회피 경로를 생성하는, 건설 기계.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 주행 경로상에 존재하는 상기 객체와의 거리가 제 1 기 설정된 거리 이내이면 상기 건설 기계의 이동을 중지시키고,
   상기 건설 기계가 정지한 위치를 상기 출발점으로 설정하고,
   상기 객체의 중심으로부터 제 2 기 설정된 거리이상 이격되도록 상기 회피 경로를 생성하는, 건설 기계.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 제 2 기 설정된 거리는,
   상기 객체의 반지름과 상기 건설 기계의 반지름의 합에 대응되는 거리인, 건설 기계.
   
10. 지형 지도 및 주행 경로에 관한 데이터를 수신하는 동작;
    상기 주행 경로를 추종하여 이동하는 동작;
    상기 주행 경로의 목적지에 도달할 때까지 주변 객체를 감지하는 동작;
    객체가 감지된 경우, 상기 객체가 상기 주행 경로상에 존재하는지 판단하는 동작;
    상기 객체가 상기 주행 경로상에 존재하면 비용함수에 기반한 비용 맵을 생성하는 동작;
    상기 비용 맵에 기초하여 회피 경로를 생성하고, 상기 회피 경로를 추종하여 이동하는 동작; 및
    상기 회피 경로를 추종하여 이동하는 동작이 완료되면 상기 주행 경로를 추정하여 이동하는 동작을 포함하는, 건설 기계의 주행 방법.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 감지된 객체와의 거리를 추정하는 동작; 및
    상기 감지된 객체와의 거리가 기 설정된 제 1 거리 이하일 경우에는 상기 건설 기계의 이동을 중지시키는 동작을 더 포함하는, 건설 기계의 주행 방법.
    
12. 제10항에 있어서,
    상기 객체가 상기 주행 경로상에 존재하는지 판단하는 동작에서 상기 객체가 상기 주행 경로상에 존재하지 않는다고 판단되면 상기 주행 경로를 추종하여 이동하는 동작을 다시 수행하는, 건설 기계의 주행 방법.
    
13. 제10항에 있어서,
    상기 비용함수에 기반한 비용 맵을 생성하는 동작은,
    상기 감지된 객체에 가까울수록 커지는 반발력 함수와 목표점까지의 거리에 가까워질수록 작아지는 유인력함수를 포함하는 비용함수를 이용하여 비용 맵을 생성하는 동작을 포함하는, 건설 기계의 주행 방법.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 반발력 함수는,
    상기 건설 기계의 반지름 반경 이내의 최대 고도 값과 최저 고도 값의 차이에 대응되는 굴곡 비용 함수를 더 포함하는, 건설 기계의 주행 방법.
    
15. 제13항에 있어서,
    상기 회피 경로를 생성하고, 상기 회피 경로를 추종하여 이동하는 동작은,
    상기 회피 경로의 출발점과 상기 목표점 사이의 기설정된 간격마다 상기 비용함수가 가장 낮은 값을 갖는 위치를 중간점으로 선택하고, 선택된 복수의 중간점으로 구성된 상기 회피 경로를 생성하는 동작; 및
    상기 복수의 중간점을 추종하여 이동하는 동작을 포함하는, 건설 기계의 주행 방법.
    
16. 제15항에 있어서,
    상기 회피 경로를 생성하는 동작은,
    상기 객체의 중심으로부터 제 2 기 설정된 거리이상 이격되도록 상기 회피 경로를 생성하는 건설 기계의 주행 방법.
    
17. 제16항에 있어서,
    상기 제 2 기 설정된 거리는 상기 객체의 반지름과 상기 건설 기계의 반지름의 합에 대응되는 거리인 건설 기계의 주행 방법.
    

Images