KR20230167195A - 건설 기계의 충돌 방지 시스템 - Google Patents

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김동목
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Abstract

건설 기계의 충돌 방지 시스템은, 건설 기계의 주변에 위치한 작업자를 인식하기 위한 물체 인식 센서, 상기 건설 기계로부터의 상기 작업자의 거리를 산출하고, 상기 작업자가 상기 건설 기계로부터 기 설정된 거리 이내로 진입하는 경우 상기 건설 기계를 제어하기 위한 제어 장치, 및 상기 기 설정된 거리 이내에서 상기 작업자의 방향으로 경고 신호를 발생시키는 복수 개의 안내 장치들을 포함하고, 상기 제어 장치는 상기 건설 기계로부터의 거리에 따라 비 경고 영역, 경고 영역, 감속 영역 및 긴급 정지 영역으로 구분하여 분류하고, 상기 안내 장치는 상기 작업자가 상기 경고 영역 이내에 위치하는 경우 상기 경고 신호를 발생시키고, 상기 제어 장치는, 상기 작업자가 상기 감속 영역 이내에 위치하는 경우 상기 건설 기계를 기 설정된 속도로 구동시키고, 상기 작업자가 상기 긴급 정지 영역에 위치하는 경우 상기 건설 기계를 긴급 정지 시킬 수 있다.

Description

건설 기계의 충돌 방지 시스템{ANTI-COLLISION SYSTEM AND METHOD FOR CONSTRUCTION MACHINERY}
본 발명은 건설 기계의 충돌 방지 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 건설 기계 주변의 물체를 인식하는 건설 기계의 충돌 방지 시스템에 관한 것이다.
건설 기계의 충돌 및 접촉 사고는 측면 및 후면에서 주로 발생한다. 특히 대부분의 사고가 측면 및 후면에 위치한 작업자를 운전자가 인식하지 못하여 발생한다. 후방 감지 기능이 있는 일부 장비는 감지 영역이 제한적이고 경고 기능만 존재하여 위험 상황에 대처하기 어렵다. 운전자는 건설 기계를 운전하면서 건설 기계의 주변을 지속하여 주시하는 데에 한계가 있고 위험 영역에 있는 작업자는 충돌 직전까지 위험성을 알아채지 못하는 문제점이 있다.
본 발명의 일 과제는 건설 기계로부터 작업자까지의 거리를 산출하여 작업자에게 경고하고 건설 기계를 제어하기 위한 건설 기계의 충돌 방지 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 있어서, 건설 기계의 충돌 방지 시스템은, 건설 기계의 주변에 위치한 작업자를 인식하기 위한 물체 인식 센서, 상기 건설 기계로부터의 상기 작업자의 거리를 산출하고, 상기 작업자가 상기 건설 기계로부터 기 설정된 거리 이내로 진입하는 경우 상기 건설 기계를 제어하기 위한 제어 장치, 및 상기 기 설정된 거리 이내에서 상기 작업자의 방향으로 경고 신호를 발생시키는 복수 개의 안내 장치들을 포함하고, 상기 제어 장치는 상기 건설 기계로부터의 거리에 따라 비 경고 영역, 경고 영역, 감속 영역 및 긴급 정지 영역으로 구분하여 분류하고, 상기 안내 장치는 상기 작업자가 상기 경고 영역 이내에 위치하는 경우 상기 경고 신호를 발생시키고, 상기 제어 장치는, 상기 작업자가 상기 감속 영역 이내에 위치하는 경우 상기 건설 기계를 기 설정된 속도로 구동시키고, 상기 작업자가 상기 긴급 정지 영역에 위치하는 경우 상기 건설 기계를 긴급 정지 시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 안내 장치는 상기 작업자의 상기 건설 기계로부터의 거리가 감소함에 따라서 상기 경고 신호의 발생 빈도를 증가 시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 작업자의 상기 건설 기계로부터의 거리가 감소함에 따라서 상기 기 설정된 속도를 감속시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 감속 영역 및 상기 긴급 정지 영역의 경계는 상기 건설 기계로부터 0.8m 내지 1.2m의 범위 이내에 있을 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 안내 장치는 상기 작업자가 상기 건설 기계를 인식할 수 있도록 상기 기 설정된 거리에 따라 상기 경고 신호를 변경시키기 위한 휴먼 머신 인터페이스(HMI, Human Machine Interface)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 안내 장치는 발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode), 버저(buzzer) 및 사이렌(siren) 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 발광 다이오드는 상기 작업자의 상기 건설 기계로부터의 거리가 감소함에 따라서 다른 색상을 발생시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 물체 인식 센서는 상기 안내 장치와 동일한 위치 또는 근접한 위치에 설치되는 건설 기계의 충돌 방지 시스템.
예시적인 실시예들에 있어서, 건설 기계의 충돌 방지 시스템은, 건설 기계의 주변에 위치한 작업자를 인식하기 위한 물체 인식 센서, 상기 건설 기계로부터의 상기 작업자의 거리를 산출하고, 상기 작업자가 상기 건설 기계로부터 기 설정된 거리 이내로 진입하는 경우 상기 건설 기계를 제어하기 위한 제어 장치, 및 상기 기 설정된 거리 이내에서 상기 작업자의 방향으로 경고 신호를 발생시키는 복수 개의 안내 장치들을 포함하고, 상기 제어 장치는 상기 건설 기계로부터의 거리에 따라 비 경고 영역, 경고 영역, 감속 영역 및 긴급 정지 영역으로 구분하여 분류하고, 상기 안내 장치는 상기 작업자가 상기 경고 영역 이내에 위치하는 경우 상기 경고 신호를 발생시키고, 상기 제어 장치는, 상기 작업자가 상기 감속 영역 이내에 위치하는 경우 상기 건설 기계를 기 설정된 속도로 구동시키고, 상기 작업자가 상기 긴급 정지 영역에 위치하는 경우 상기 건설 기계를 긴급 정지 시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 건설 기계로부터 상기 작업자까지의 거리를 산출하여 상기 거리에 따라 상기 작업자에게 상기 경고 신호를 발생시킴과 동시에 상기 건설 기계를 제어할 수 있다. 따라서, 상기 건설 기계의 운전자의 심리적 불안을 경감하여 작업 피로도를 낮출 수 있다. 또한, 위험 상황을 상기 운전자뿐만 아니라 주변의 상기 작업자도 쉽게 인지할 수 있고, 상기 작업자가 상기 위험 상황으로부터 쉽게 탈출 할 수 있다. 충돌의 위험성이 있는 방향으로만 상기 안내 장치를 이용하여 경고할 수 있기 때문에 상기 작업자는 직관적으로 어느 방향이 위험한지 알 수 있고 다른 방향에 있는 작업자들은 불필요한 작업 중단이 발생하는 문제점을 방지할 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 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 건설 기계에 설치된 복수 개의 물체 인식 센서들 및 안내 장치들을 나타내는 사시도이다.
도 4는 물체 인식 센서의 인식 영역을 나타내는 도면이다.
도 5는 기 설정된 거리에 따라 분류된 도 4의 인식 영역을 나타내는 평면도이다.
도 6은 물체 인식 센서 및 안내 장치를 나타내는 도면이다.
도 7은 건설 기계 상에 설치된 물체 인식 센서들 및 안내 장치들을 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 2의 건설 기계의 충돌 방지 시스템의 작동 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 건설 기계로부터 작업자의 거리를 인식하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 10 및 도 11은 긴급 정지 영역에 있는 작업자를 인식하여 경고하는 과정을 나타내는 도면들이다.
도 12 및 도 13은 감속 영역에 있는 작업자를 인식하여 경고하는 과정을 나타내는 도면들이다.
도 14 및 도 15는 경고 영역에 있는 작업자를 인식하여 경고하는 과정을 나타내는 도면들이다.
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 시스템을 나타내는 블록도이다. 도 3은 건설 기계에 설치된 복수 개의 물체 인식 센서들 및 안내 장치들을 나타내는 사시도이다. 도 4는 물체 인식 센서의 인식 영역을 나타내는 도면이다. 도 5는 기 설정된 거리에 따라 분류된 도 4의 인식 영역을 나타내는 평면도이다. 도 6은 물체 인식 센서 및 안내 장치를 나타내는 도면이다. 도 7은 건설 기계 상에 설치된 물체 인식 센서들 및 안내 장치들을 나타내는 사시도이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 건설 기계의 충돌 방지 시스템(100)은 건설 기계(10)의 주변에 위치한 작업자를 인식하기 위한 물체 인식 센서(110), 상기 작업자에게 경고 신호를 발생시키는 복수 개의 안내 장치들(120) 및 건설 기계(10)로부터 상기 작업자의 거리를 산출하고 상기 작업자의 위치에 따라 건설 기계(10)를 제어하기 위한 제어 장치(130)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 건설 기계의 충돌 방지 시스템(100)은 건설 기계(10)의 주변 영역을 인식하고 동시에 상기 주변 영역에 상에 존재하는 물체에 대한 정보를 건설 기계(10)의 운전자 또는 건설 기계(10) 주변에 위치한 상기 작업자에게 제공하는 공간 인식 제어 시스템일 수 있다. 건설 기계의 충돌 방지 시스템(100)은 상기 주변 영역 내의 작업 영역에 대한 정보를 상기 운전자 및 상기 작업자에게 제공하는 머신 가이던스(Machine Guidance)의 역할을 수행할 수 있다. 또한, 건설 기계의 충돌 방지 시스템(100)은 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 시스템이 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 장치를 포함할 수 있다. 상기 선회 장치는 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.
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, 물체 인식 센서(110)는 건설 기계(10)의 주변에 위치한 상기 작업자를 인식할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 물체 인식 센서(110)는 상기 굴삭기의 주변에 위치한 상기 물체 또는 주변의 일정한 영역에 대하여 물체 인식 센서(110) 또는 상기 굴삭기로부터 상기 물체 또는 일정 영역까지의 거리를 측정하는 방식으로 공간을 인식할 수 있다.
물체 인식 센서(110)는 상부 선회체(30) 상에서 구비될 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 물체 인식 센서들(110a, 110b)은 상기 굴삭기의 양 측면에 각각 구비될 수 있다. 제3 물체 인식 센서(110c)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 센서들(110a, 110b, 110c)은 상기 굴삭기의 주변에 위치한 상기 물체를 실시간으로 인식할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 물체 인식 센서(110)는 안내 장치(120)와 동일한 위치 또는 근접한 위치에 설치될 수 있다.
물체 인식 센서(110)는 빛을 이용해 거리를 측정하고 물체를 감지하는 센서일 수 있다. 물체 인식 센서(110)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(130)는 건설 기계(10)의 주변 영역을 거리에 따라 분류하고 상기 작업자가 위치한 영역을 판단하는 데이터 처리부(132), 굴삭기의 상부 선회체(30) 상에 위치한 사용자의 운전석에 설치되어 정보를 표시하기 위한 표시부(134) 및 상부 선회체(30) 내부에 설치되어 굴삭기의 움직임을 제어하기 위한 컨트롤러(136)를 포함할 수 있다. 제어 장치(130)는 기 설정된 거리 이내에서 상기 작업자의 위치에 따라 건설 기계(10)를 제어할 수 있다.
제어 장치(130)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.
예를 들어, 제어 장치(130)가 머신 가이던스(Machine Guidance) 기능을 수행하는 경우, 상기 작업자의 위치를 갖는 영상을 표시부(134)를 통해 화면에 표시할 수 있다. 또한, 건설 기계(10)가 기 설정된 좌표(작업 영역)를 이탈하는 경우, 제어 장치(130)는 상기 운전자 및 상기 작업자에게 상기 경고 신호를 보내거나 화면상에 이를 표시하여, 상기 운전자 및 상기 작업자 모두에게 정보를 제공할 수 있다. 이와 다르게, 제어 장치(130)가 머신 컨트롤(Machine Control) 기능을 수행하는 경우, 컨트롤러(136)는 후술할 감속 영역(A3) 및 상기 긴급 정지 영역(A4)에 의해 정의된 작업 반경을 넘지 않도록 건설 기계(10)를 제어하여, 건설 기계(10)의 작업의 정밀도를 높이고 상기 작업자의 안전을 확보할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 데이터 처리부(132)는 건설 기계(10)의 주변의 영역을 건설 기계(10)로부터의 거리에 따라 경고 영역(A2) 및 비 경고 영역(A1)으로 분류할 수 있다. 상기 비 경고 영역(A1)은 건설 기계(10)의 회전 반경으로부터 먼 영역일 수 있고, 상기 작업자가 작업을 하는 경우 위험에 노출되지 않는 영역일 수 있다. 상기 경고 영역(A2)은 건설 기계(10)의 회전 반경으로부터 가까운 영역일 수 있고, 상기 작업자가 작업을 하는 경우 위험에 노출되는 영역일 수 있다. 상기 경고 영역(A2)에 상기 작업자가 위치하는 경우 데이터 처리부(132)는 안내 장치(120)에 긴급 경고 명령 신호를 전송할 수 있다.
데이터 처리부(132)는 건설 기계(10)의 주변의 영역을 건설 기계(10)로부터의 거리에 따라 감속 영역(A3) 및 긴급 정지 영역(A4)으로 구분할 수 있다. 예를 들면, 상기 감속 영역(A3) 및 상기 긴급 정지 영역(A4)은 상기 경고 영역(A2) 내에 포함될 수 있다. 상기 감속 영역(A3) 및 상기 긴급 정지 영역(A4)의 경계는 상기 건설 기계로부터 0.8m 내지 1.2m의 범위 이내에 있을 수 있다.
상기 감속 영역(A3)은 건설 기계(10)의 회전 반경으로부터 가까운 영역일 수 있고, 상기 작업자가 작업을 하는 경우 위험에 노출되는 영역일 수 있다. 상기 감속 영역(A3)에 상기 작업자가 위치하는 경우 데이터 처리부(114)는 제어 장치(130)에 건설 기계(10)의 감속을 위한 명령 신호를 전송할 수 있다.
상기 긴급 정지 영역(A4)은 건설 기계(10)의 회전 반경으로부터 매우 가까운 영역일 수 있고, 상기 작업자가 작업을 하는 경우 위험에 노출되는 것이 확실한 영역일 수 있다. 상기 긴급 정지 영역(A4)에 상기 작업자가 위치하는 경우 제어 장치(130)는 상부 선회체(30)의 상기 선회 장치에 긴급 정지를 위한 긴급 정지 명령 신호를 전송할 수 있다.
데이터 처리부(132)는 상기 작업자의 위치가 경고 영역(A2), 감속 영역(A3) 및 긴급 정지 영역(A4) 중에서 중복하여 위치하는 것으로 판단되는 경우 상기 작업자의 위치를 비교적 가까운 거리에 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
제어 장치(130)는 상기 작업자가 상기 감속 영역(A3) 이내에 위치하는 경우 상기 건설 기계(10)를 기 설정된 속도로 운행시킬 수 있다. 상기 기 설정된 속도는 건설 기계(10)가 상기 액추에이터의 구동에 의해 작동될 수 있는 최대 속도보다 느린 속도일 수 있다. 상기 기 설정된 속도는 상기 작업자가 상기 건설 기계(10)와 충돌하는 경우에도 충격을 입지 않을 수 있는 속도일 수 있다.
제어 장치(130)는 상기 작업자의 건설 기계(10)로부터의 거리가 감소함에 따라서 상기 기 설정된 속도를 감속시킬 수 있다. 제어 장치(130)는 상기 작업자가 상기 건설 기계(10)에 가까워질수록 상기 건설 기계(10)의 이동 속도를 줄일 수 있다.
제어 장치(130)는 상기 작업자가 상기 긴급 정지 영역(A4)에 위치하는 경우 건설 기계(10)를 긴급 정지시킬 수 있다. 제어 장치(130)는 건설 기계(10)를 긴급 정지시켜 상기 작업자와 충돌하는 것을 방지할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 안내 장치들(120)은 상기 작업자가 건설 기계(10)로부터 상기 기 설정된 거리 이내로 진입하는 경우 상기 작업자의 방향으로 경고 신호를 발생시킬 수 있다. 안내 장치들(120)은 제어 장치(130)의 데이터 처리부(132)에서 판단된 건설 기계(10)로부터 상기 작업자의 거리를 수신할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 안내 장치(120)는 물체 인식 센서(110)와 동일한 위치 또는 근접한 위치에 설치될 수 있다. 안내 장치(120)는 물체 인식 센서(110)와 하나의 단말기 또는 장치에 구비될 수 있다. 이 경우, 안내 장치(120)는 건설 기계(10) 상에서 물체 인식 센서(110)와 동일한 위치에 설치될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 안내 장치들(120)은 물체 인식 센서(110)와 함께 상부 선회체(30) 상에서 구비될 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 안내 장치들(120a, 120b)은 상기 굴삭기의 양 측면에 구비될 수 있다. 재3 안내 장치(120c)는 상기 굴삭기의 후면을 향하여 구비될 수 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 제4 안내 장치가 상기 굴삭기의 전면을 향하여 추가적으로 구비될 수 있다. 이와 다르게, 안내 장치(120)는 상부 선회체(30) 상의 구비 가능한 위치라면 제한 없이 설치될 수 있다. 안내 장치들(120)은 상기 굴삭기의 주변에 위치한 상기 작업자에게 실시간으로 경고 신호를 발생시킬 수 있다.
안내 장치들(120)은 상기 작업자가 상기 경고 영역(A2) 이내에 위치하는 경우 상기 작업자를 향하여 상기 경고 신호를 발생시킬 수 있다. 안내 장치들(120)은 상기 작업자의 위치에 따라 다른 방향으로 상기 경고 신호를 발생시킬 수 있다. 안내 장치들(120)은 상기 작업자에게 상기 경고 신호가 가장 잘 전달될 수 있는 방법을 이용하여 상기 작업자에게 상기 경고 신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 안내 장치들(120)은 상기 작업자에게 상기 경고 신호가 가장 잘 전달될 수 있도록 상기 작업자로부터 가장 가까운 안내 장치(120)를 이용하여 상기 작업자에게 상기 경고 신호를 발생시킬 수 있다. 안내 장치들(120)은 경우에 따라서 복수 개의 안내 장치들(120)을 동시에 이용하여 상기 작업자에게 상기 경고 신호를 발생시킬 수 있다.
안내 장치들(120)은 상기 작업자의 위치에 따라서 상기 경고 신호를 다르게 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 안내 장치들(120)은 상기 작업자가 상기 경고 영역(A2) 이내에 진입할 때에 상기 경고 신호의 발생을 시작할 수 있고, 상기 작업자의 건설 기계(10)로부터의 거리가 감소함에 따라서 상기 경고 신호의 발생 빈도를 증가 시킬 수 있다. 안내 장치들(120)은 상기 상기 작업자의 건설 기계(10)로부터의 거리가 감소함에 따라서 상기 경고 신호의 세기를 증가 시킬 수 있다.
안내 장치들(120)은 상기 작업자가 상기 건설 기계를 인식할 수 있도록 상기 기 설정된 거리에 따라 상기 경고 신호를 변경시키기 위한 휴먼 머신 인터페이스(HMI, Human Machine Interface)를 포함할 수 있다.
상기 휴먼 머신 인터페이스는 프로세서 시스템과 상기 작업자 간의 인터페이스로 상기 작업자를 위하여 상기 건설 기계(10)의 내부 또는 외부에 설치된 안내 표시를 의미할 수 있다. 상기 휴먼 머신 인터페이스는 복잡한 공정 변수를 사용할 수 있고, 이를 상기 작업자에게 표시 가능한 정보로 변환할 수 있다. 또한, 상기 휴먼 머신 인터페이스는 출력 장치, 태블릿 장치 등과 연결되어 운영 정보를 표시할 수 있다. 예를 들면, 상기 휴먼 머신 인터페이스는 시각적 공정 그래픽을 이용하여 상기 작업자의 위치, 상기 작업자의 작업 영역 기타 공정 매개 변수에 의미와 상황 정보를 제공할 수 있다.
안내 장치(120)는 발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode), 스피커(speaker), 버저(buzzer) 및 사이렌(siren)을 포함할 수 있다.
안내 장치(120)의 상기 발광 다이오드는 점멸 방식으로 상기 작업자에게 상기 경고 신호를 발생시킬 수 있다. 상기 발광 다이오드는 상기 작업자의 상기 건설 기계로부터의 거리가 감소함에 따라서 다른 색상을 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 발광 다이오드는 상기 작업자가 상기 비 경고 영역(A1)에 위치하는 경우 녹색 신호를 방출할 수 있고, 상기 작업자가 상기 경고 영역(A2) 또는 상기 감속 영역(A3)에 진입하는 경우 황색 신호를 방출할 수 있고, 상기 작업자가 상기 긴급 정지 영역(A4)에 위치하는 경우 적색 신호를 방출할 수 있다.
안내 장치(120)의 상기 스피커는 소리를 이용하여 상기 작업자에게 상기 경고 신호를 발생시킬 수 있다. 상기 스피커는 상기 작업자의 상기 건설 기계(10)로부터의 거리가 감소함에 따라서 다른 소리를 발생시킬 수 있다.
안내 장치(120)의 상기 버저 및 상기 사이렌은 소리를 이용하여 상기 작업자에게 상기 경고 신호를 발생시킬 수 있다. 상기 버저 및 상기 사이렌은 상기 작업자의 상기 건설 기계로부터의 거리가 감소함에 따라서 소리의 세기 및 빈도를 증가시킬 수 있다.
이하에서는, 건설 기계의 충돌 방지 시스템(100)의 작동 과정에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 8은 도 2의 건설 기계의 충돌 방지 시스템의 작동 과정을 나타내는 흐름도이다. 도 9는 건설 기계로부터 작업자의 거리를 인식하는 과정을 나타내는 도면이다. 도 10 및 도 11은 긴급 정지 영역에 있는 작업자를 인식하여 경고하는 과정을 나타내는 도면들이다. 도 12 및 도 13은 감속 영역에 있는 작업자를 인식하여 경고하는 과정을 나타내는 도면들이다. 도 14 및 도 15는 경고 영역에 있는 작업자를 인식하여 경고하는 과정을 나타내는 도면들이다.
도 1 내지 도 15를 참조하면, 먼저, 물체 인식 센서(110)를 이용하여 건설 기계(10)로부터의 작업자의 거리를 획득할 수 있다(S110).
예시적인 실시예들에 있어서, 물체 인식 센서(110)는 건설 기계(10)의 주변에 위치한 작업자(M)의 위치를 물체 인식 센서(110)로부터 상기 작업자(M)의 거리를 측정하는 방식으로 인식할 수 있다. 물체 인식 센서(110)는 빛을 이용해 거리를 측정하고 물체를 감지하는 센서일 수 있다. 물체 인식 센서(110)는 레이더(RADAR) 센서 또는 라이다(LIDAR, Light Detection and Ranging) 센서를 포함할 수 있다.
이어서, 상기 작업자의 구체적인 위치를 판단할 수 있다(S120).
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 작업자의 위치를 판단하는 것은 물체 인식 센서(110)에서 인식한 상기 작업자의 위치를 건설 기계(10)로부터의 거리에 따라 경고 영역(A2) 또는 비 경고 영역(A1) 중 어디에 위치하는지 판단할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 작업자의 위치를 판단하는 것은 물체 인식 센서(110)에서 인식한 상기 작업자의 위치를 건설 기계(10)로부터의 거리에 따라 감속 영역(A3) 또는 긴급 정지 영역(A4) 중 어디에 위치하는지 판단할 수 있다. 경고 영역(A2)은 감속 영역(A3) 및 긴급 정지 영역(A4)을 포함할 수 있다. 이와 다르게, 감속 영역(A3) 및 긴급 정지 영역(A4)은 경고 영역(A2)의 내측에 위치한 별도의 영역일 수 있다. 예를 들면, 상기 감속 영역 및 상기 긴급 정지 영역의 경계는 상기 건설 기계로부터 0.8m 내지 1.2m의 범위 이내에 있을 수 있다.
상기 작업자의 위치가 경고 영역(A2), 감속 영역(A3) 및 긴급 정지 영역(A4) 중에서 중복하여 위치하는 것으로 판단되는 경우 상기 작업자의 위치를 비교적 가까운 거리에 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
이어서, 상기 작업자의 위치가 긴급 정지 영역(A4)에 있는지 판단할 수 있다(S130).
예시적인 실시예들에 있어서, 작업자(M)의 위치가 긴급 정지 영역(A4)에 있다고 판단된 경우, 건설 기계(10)의 정지 명령을 설정할 수 있고(S132), 긴급 정지 영역의 경고 신호를 설정할 수 있다(S134).
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 정지 명령은 건설 기계(10)를 제어하는 제어 장치(130)에서 건설 기계(10)의 구동을 중단시키는 명령 신호일 수 있다. 상기 정지 명령은 건설 기계(10)를 긴급 정지시켜 상기 작업자(M)와 충돌하는 것을 방지할 수 있다.
안내 장치들(120)은 상기 작업자가 긴급 정지 영역(A4) 이내에 위치하는 경우 상기 작업자의 방향으로 긴급 정지 영역(A4)의 경고 신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 안내 장치들(120)은 상기 작업자(M)에게 상기 경고 신호가 가장 잘 전달될 수 있도록 상기 작업자로부터 가장 가까운 안내 장치들(120b, 120c)을 이용하여 상기 작업자에게 상기 긴급 정지 영역의 경고 신호를 발생시킬 수 있다. 복수 개의 안내 장치들(120)에서 상기 긴급 정지 영역의 경고 신호를 발생시키는 경우 안내 장치들(120)은 상기 작업자의 위치를 향하여 같은 방향으로 상기 경고 신호를 발생시킬 수 있다.
안내 장치들(120)은 상기 작업자가 긴급 정지 영역(A4) 이내에 위치하는 경우, 최대한의 빈도 및 세기로 상기 긴급 정지 영역의 경고 신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 안내 장치(120)의 발광 다이오드는 적색 신호를 방출할 수 있고, 짧은 주기의 반복되는 점멸 방식으로 상기 작업자에게 상기 긴급 정지 영역(A4)의 상기 경고 신호를 발생시킬 수 있다. 안내 장치(120)의 스피커, 버저 및 상기 사이렌은 소리를 최대한으로 높여 상기 작업자에게 상기 경고 신호를 발생시킬 수 있다.
이어서, 상기 작업자(M)의 위치가 감속 영역(A3)에 있는지 판단할 수 있다(S140).
예시적인 실시예들에 있어서, 작업자(M)의 위치가 감속 영역(A3)에 있다고 판단된 경우, 건설 기계(10)의 제한 속도를 설정할 수 있고(S142), 감속 영역의 경고 신호를 설정할 수 있다(S144).
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 제한 속도를 설정하는 것은 상기 작업자가 감속 영역(A3) 이내에 위치하는 경우 건설 기계(10)를 기 설정된 속도로 운행시킬 수 있다. 상기 기 설정된 속도는 건설 기계(10)가 상기 액추에이터의 구동에 의해 작동될 수 있는 최대 속도보다 느린 속도일 수 있다. 상기 제한 속도를 설정하는 것은 상기 작업자의 건설 기계(10)로부터의 거리가 감소함에 따라서 상기 기 설정된 속도를 감속시킬 수 있다.
상기 감속 영역(A3)의 경고 신호는 상기 작업자(M)가 감속 영역(A3) 이내에 위치하는 경우 안내 장치(120)에서 상기 작업자의 방향으로 발생시키는 경고 신호일 수 있다. 예를 들면, 안내 장치들(120)은 상기 작업자에게 상기 경고 신호가 가장 잘 전달될 수 있도록 상기 작업자로부터 가장 가까운 안내 장치들(120b, 120c)을 이용하여 상기 작업자(M)에게 상기 경고 신호를 발생시킬 수 있다. 복수 개의 안내 장치들(120)에서 상기 경고 신호를 발생시키는 경우 안내 장치들(120)은 상기 작업자(M)의 위치를 향하여 같은 방향으로 상기 경고 신호를 발생시킬 수 있다.
안내 장치들(120)은 상기 감속 영역(A3) 내에서 상기 작업자(M)의 위치에 따라 상기 경고 신호를 다르게 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 안내 장치들(120)은 상기 작업자(M)가 감속 영역(A3) 이내에 진입할 때에 상기 감속 영역(A3)의 경고 신호의 발생을 시작할 수 있고, 상기 작업자(M)의 건설 기계(10)로부터의 거리가 감소함에 따라서 상기 경고 신호의 세기 및 발생 빈도를 증가 시킬 수 있다.
예를 들면, 안내 장치(120)의 발광 다이오드는 황색 신호를 방출할 수 있고, 일정한 주기의 점멸 방식으로 상기 작업자(M)에게 상기 감속 영역(A3)의 경고 신호를 발생시킬 수 있다. 안내 장치(120)의 스피커, 버저 및 상기 사이렌은 소리를 점진적으로 높이며 상기 작업자(M)에게 상기 감속 영역(A3)의 경고 신호를 발생시킬 수 있다.
이어서, 상기 작업자(M)의 위치가 경고 영역(A2)에 있는지 판단할 수 있다(S150).
예시적인 실시예들에 있어서, 작업자(M)의 위치가 경고 영역(A2)에 있다고 판단된 경우, 건설 기계(10)의 제한 속도를 해제할 수 있고(S152), 경고 영역(A2)의 경고 신호를 설정할 수 있다(S154).
도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 작업자(M)가 경고 영역(A2) 이내에 위치하는 경우 운전자는 건설 기계(10)를 제한 없이 운행시킬 수 있다.
상기 경고 영역(A2)의 경고 신호는 상기 작업자(M)가 경고 영역(A2) 이내에 위치하는 경우 안내 장치(120)에서 상기 작업자(M)의 방향으로 발생시키는 경고 신호일 수 있다. 예를 들면, 안내 장치들(120)은 상기 작업자(M)에게 상기 경고 신호가 가장 잘 전달될 수 있도록 상기 작업자로부터 가장 가까운 안내 장치(120c)를 이용하여 상기 작업자에게 상기 경고 신호를 발생시킬 수 있다.
예를 들면, 안내 장치(120)의 발광 다이오드는 녹색 신호를 방출할 수 있고, 최소한의 주기의 점멸 방식으로 상기 작업자(M)에게 상기 경고 영역(A2)의 경고 신호를 발생시킬 수 있다. 안내 장치(120)의 스피커, 버저 및 상기 사이렌은 최소한의 소리로 상기 작업자(M)에게 상기 감속 영역의 경고 신호를 발생시킬 수 있다.
이어서, 설정된 명령 및 신호에 따라서 건설 기계를 제어하고, 상기 작업자에게 경고할 수 있다(S160).
예시적인 실시예들에 있어서, 제어 장치(130)는 상기 정지 명령 및 상기 제한 속도에 따라 건설 기계(10)를 제어할 수 있다. 안내 장치들(120)은 긴급 정지 영역(A4), 감속 영역(A3) 및 경고 영역(A2)에 따라서 상기 작업자(M)의 방향으로 각각 다른 경고 신호를 발생시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 건설 기계(10)로부터 상기 작업자(M)의 거리를 산출하여 상기 거리에 따라 안내 장치(120)를 통해 상기 작업자에게 상기 경고 신호를 발생시킴과 동시에 제어 장치(130)를 통해 건설 기계(10)를 제어할 수 있다. 따라서, 건설 기계(10)의 운전자의 심리적 불안을 경감하여 작업 피로도를 낮출 수 있다. 또한, 위험 상황을 상기 운전자뿐만 아니라 주변의 상기 작업자(M)도 쉽게 인지할 수 있고, 상기 작업자(M)가 상기 위험 상황으로부터 쉽게 탈출 할 수 있다. 충돌의 위험성이 있는 방향으로만 안내 장치(120)를 이용하여 경고할 수 있기 때문에 상기 작업자(M)는 직관적으로 어느 방향이 위험한지 알 수 있고 다른 방향에 있는 작업자들은 불필요한 작업 중단이 발생하는 문제점을 방지할 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 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 시스템
110: 물체 인식 센서 120: 안내 장치
130: 제어 장치 132: 데이터 처리부
134: 표시부 136: 컨트롤러

Claims (8)

  1. 건설 기계의 주변에 위치한 작업자를 인식하기 위한 물체 인식 센서;
    상기 건설 기계로부터의 상기 작업자의 거리를 산출하고, 상기 작업자가 상기 건설 기계로부터 기 설정된 거리 이내로 진입하는 경우 상기 건설 기계를 제어하기 위한 제어 장치; 및
    상기 기 설정된 거리 이내에서 상기 작업자의 방향으로 경고 신호를 발생시키는 복수 개의 안내 장치들을 포함하고,
    상기 제어 장치는 상기 건설 기계로부터의 거리에 따라 비 경고 영역, 경고 영역, 감속 영역 및 긴급 정지 영역으로 구분하여 분류하고,
    상기 안내 장치는 상기 작업자가 상기 경고 영역 이내에 위치하는 경우 상기 경고 신호를 발생시키고,
    상기 제어 장치는, 상기 작업자가 상기 감속 영역 이내에 위치하는 경우 상기 건설 기계를 기 설정된 속도로 구동시키고, 상기 작업자가 상기 긴급 정지 영역에 위치하는 경우 상기 건설 기계를 긴급 정지 시키는 건설 기계의 충돌 방지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 안내 장치는 상기 작업자의 상기 건설 기계로부터의 거리가 감소함에 따라서 상기 경고 신호의 발생 빈도를 증가 시키는 건설 기계의 충돌 방지 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 작업자의 상기 건설 기계로부터의 거리가 감소함에 따라서 상기 기 설정된 속도를 감속시키는 건설 기계의 충돌 방지 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 감속 영역 및 상기 긴급 정지 영역의 경계는 상기 건설 기계로부터 0.8m 내지 1.2m의 범위 이내에 있는 건설 기계의 충돌 방지 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 안내 장치는 상기 작업자가 상기 건설 기계를 인식할 수 있도록 상기 기 설정된 거리에 따라 상기 경고 신호를 변경시키기 위한 휴먼 머신 인터페이스(HMI, Human Machine Interface)를 포함하는 건설 기계의 충돌 방지 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 안내 장치는 발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode), 스피커(speaker), 버저(buzzer) 및 사이렌(siren) 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 건설 기계의 충돌 방지 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 발광 다이오드는 상기 작업자의 상기 건설 기계로부터의 거리가 감소함에 따라서 다른 색상을 발생시키는 건설 기계의 충돌 방지 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 물체 인식 센서는 상기 안내 장치와 동일한 위치 또는 근접한 위치에 설치되는 건설 기계의 충돌 방지 시스템.
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