KR20240077341A - 건설장비의 후방안전시스템 - Google Patents

건설장비의 후방안전시스템 Download PDF

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김용휘
김인태
김영범
조범수
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에이치디현대건설기계 주식회사
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Abstract

본 발명은 건설장비의 후방안전시스템에 관한 것으로서, 건설장비의 후방 영상정보를 획득하는 카메라; 상기 건설장비의 전방프레임과 후방프레임 사이의 회전축에 설치되며, 조향각을 측정하여 조향각정보를 획득하는 조향각 센서; 상기 건설장비의 후방에 존재하는 복수의 객체 각각의 위치 및 속도를 감지하여 객체위치정보 및 객체속도정보를 획득하는 레이더; 상기 영상정보, 상기 조향각정보, 상기 객체위치정보 및 상기 객체속도정보를 이미지화하는 모니터; 및 상기 카메라, 상기 조향각 센서, 상기 레이더 및 상기 모니터를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 영상정보에 근거하여 상기 건설장비의 후방 영상을 상기 모니터에 표시되도록 제어하고, 상기 조향각정보에 근거하여 상기 건설장비의 후방 이동 궤적에 따른 관심영역을 상기 모니터에 표시되도록 제어하고, 상기 객체위치정보에 근거하여 상기 복수의 객체 각각의 위치를 상기 모니터에 표시되도록 제어하고, 상기 객체속도정보에 근거하여 상기 복수의 객체 각각의 이동 방향을 상기 모니터에 표시되도록 제어할 수 있다.

Description

건설장비의 후방안전시스템{Rear Safety System of Construction Equipment}
본 발명은 건설장비의 후방안전시스템에 관한 것이다.
일반적으로 건설장비란 건설 토목용 기계를 의미하며, 도로, 하천, 항만, 철도, 플랜트 등과 같은 공사 별로 각각 그 특성에 적합한 기계 구조 및 성능을 보유하게 된다. 즉, 건설장비는 산업 현장에서 이루어지는 작업의 다양성으로 인해, 굴삭장비, 적재장비, 운반장비, 하역장비, 다짐장비, 기초공사장비 등으로 구분될 수 있으며, 구체적으로는 휠로더, 불도저, 굴삭기, 덤프트럭, 롤러, 지게차 등과 같이 많은 종류의 장비를 포함한다.
이러한 건설장비는 안전 사고 방지를 위하여 전방, 측방 및/또는 후방에 카메라가 장착될 수 있다. 카메라를 통해 촬영된 영상은 운전실에 마련되는 모니터에 출력되어, 운전자가 사각지대의 장애물을 확인하면서 작업을 수행할 수 있도록 지원한다.
이와 같이 후방 카메라만으로 후방을 감지하게 되면, 건설장비가 움직이는 궤적을 운전자가 정확히 예측하기 어렵고 궤적에 존재하는 객체(예를 들어, 작업에 사용되는 장비, 작업물, 작업자 등)에 대한 시안성이 떨어지기 때문에 안전사고로 이어질 수 있다.
특히, 건설장비는 일반 자동차와 달리 작업 환경 및 작업 특성 상 전진과 후진을 반복하고, 또한 차체 특성 상 후방 사각지대가 넓게 분포될 수 밖에 없어 후진 시 운전자의 피로도를 증대시킨다.
이에 따라 건설장비의 후진 시 후방에 존재하는 객체에 대한 정보를 운전자가 쉽게 인지할 수 있도록 하는 시스템의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 건설장비의 후진 시 후방에 존재하는 객체에 대한 정보를 운전자가 쉽게 인지할 수 있도록 하는 건설장비의 후방안전시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 건설장비의 후방안전시스템은 건설장비의 후방 영상정보를 획득하는 카메라; 상기 건설장비의 전방프레임과 후방프레임 사이의 회전축에 설치되며, 조향각을 측정하여 조향각정보를 획득하는 조향각 센서; 상기 건설장비의 후방에 존재하는 복수의 객체 각각의 위치 및 속도를 감지하여 객체위치정보 및 객체속도정보를 획득하는 레이더; 상기 영상정보, 상기 조향각정보, 상기 객체위치정보 및 상기 객체속도정보를 이미지화하는 모니터; 및 상기 카메라, 상기 조향각 센서, 상기 레이더 및 상기 모니터를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 영상정보에 근거하여 상기 건설장비의 후방 영상을 상기 모니터에 표시되도록 제어하고, 상기 조향각정보에 근거하여 상기 건설장비의 후방 이동 궤적에 따른 관심영역을 상기 모니터에 표시되도록 제어하고, 상기 객체위치정보에 근거하여 상기 복수의 객체 각각의 위치를 상기 모니터에 표시되도록 제어하고, 상기 객체속도정보에 근거하여 상기 복수의 객체 각각의 이동 방향을 상기 모니터에 표시되도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 객체위치정보를 알람화하는 릴레이 드라이브 유닛 및 스피커를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 객체위치정보에 근거하여 상기 복수의 객체 중에서 상기 관심영역 내에 적어도 하나 이상 존재할 경우, 상기 릴레이 드라이브 유닛을 통해 상기 스피커가 ON 상태가 되도록 하여 경고음을 발생시키도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 조향각 센서는, 상기 조향각정보를 CAN 통신으로 상기 레이더 및 상기 제어부에 송신할 수 있다.
구체적으로, 상기 레이더는, 수평 관측시야가 180도인 광각 레이더이고, 상기 조향각정보를 수신한 후, 상기 복수의 객체 중에서 상기 관심영역 내에 적어도 하나 이상 존재하면, 상기 관심영역 내의 상기 적어도 하나 이상의 객체 중에서 위험우선순위가 높은 예정된 개수의 객체만 선별하고, 상기 예정된 개수의 객체 각각에 대한 상기 객체위치정보 및 상기 객체속도정보를 상기 제어부로 송신하고, 상기 제어부는, 상기 레이더로부터 상기 예정된 개수의 객체 각각에 대한 상기 객체위치정보 및 상기 객체속도정보를 수신한 후, 해당 정보를 모니터에 표시하도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부는, 상기 건설장비의 조향각이 0도인 경우 및 상기 조향각이 0도가 아닌 경우에 대해 관심영역 설정 알고리즘을 실행하여, 상기 관심영역 내의 객체가 위험영역에 존재하는지 경고영역에 존재하는지 구분할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부는, 상기 조향각정보에 근거하여 상기 건설장비의 상기 조향각이 0도인 경우에 레이더 기준 좌표계를 사용하고, 상기 레이더 기준 좌표계에서 레이더 위치좌표(0,0) 및 객체위치좌표(x,y)를 설정하고, 상기 객체위치좌표(x,y)에서 Y축 좌표의 y값을 0보다 큰 것으로 설정하고(y > 0), 상기 객체위치좌표(x,y)에서 X축 좌표의 x값을 '-(N/2+M)'값과 '(N/2+M)'값 사이로 설정하고(-(N/2+M) ≤ x ≤ (N/2+M)), 상기 설정 조건들하에서 상기 y값이 'L1+(L-Q)'값보다 작으면(y < L1+(L-Q)), 상기 객체가 상기 위험영역에 존재하는 것으로 판단하고, 상기 설정 조건들하에서 상기 y값이 'L1+(L-Q)'값과 'L1+L2+(L-Q)'값 사이이면(L1+(L-Q) ≤ y ≤ L1+L2+(L-Q)), 상기 객체가 상기 경고영역에 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부는, 상기 복수의 객체 중에서 상기 경고영역 또는 상기 위험영역 내에 존재하는 적어도 하나 이상의 객체에서 얻어지는 y값이 작을수록 위험우선순위가 높은 것으로 판단하고, 위험우선순위 중에서 y값이 작은 객체 순서대로 예정된 개수의 객체를 선별하고, 상기 선별된 객체에 대한 정보를 상기 모니터에 표시하도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부는, 상기 조향각정보에 근거하여 상기 건설장비의 상기 조향각이 0도가 아닌 경우에 레이더 기준 좌표계 및 회전중심 기준 좌표계를 사용하고, 상기 레이더 기준 좌표계에서 레이더 위치좌표(0,0), 객체위치좌표(x,y) 및 회전중심 좌표(sR,-Q)를 설정하고, 상기 회전중심 기준 좌표계에서 레이더 위치좌표(-sR,Q), 객체위치좌표(x-sR,y+Q) 및 회전중심 좌표(0,0)를 설정하고, 상기 객체위치좌표(x-sR,y+Q)에서 Y축 좌표의 y값을 0보다 큰 것으로 설정하고(y > 0), 상기 객체위치좌표(x-sR,y+Q)에서 '(x-sR)2+(y+Q)2'값이 '(R-(N/2)-M)2'값과 '(R+(N/2)+M)2'값 사이로 설정하고((R-(N/2)-M)2 ≤ (x-sR)2+(y+Q)2 ≤ (R+(N/2)+M)2), 상기 설정 조건들하에서 상기 후방프레임에 구비되는 후방바퀴의 후방축 중심선과 상기 객체 사이의 방위각이 'a0+a1'값 이하이면(Φ ≤ a0+a1), 상기 객체가 상기 위험영역에 존재하는 것으로 판단하고, 상기 설정 조건들하에서 상기 객체 방위각이 'a0+a1'값보다 크고 'a0+a1+a2'값보다 작으면(a0+a1 < Φ ≤ a0+a1+a2), 상기 객체가 상기 경고영역에 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부는, 상기 객체위치좌표(x-sR,y+Q)에서 상기 조향각이 0도보다 클 경우 상기 객체 방위각을 'atan2(y+Q, x-sR)'에 의해 산출하고, 상기 객체위치좌표(x-sR,y+Q)에서 상기 조향각이 0도보다 작을 경우 상기 객체 방위각을 'π-atan2(y+Q, x-sR)'에 의해 산출하고, 상기 복수의 객체 중에서 상기 경고영역 또는 상기 위험영역 내에 존재하는 적어도 하나 이상의 객체에서 얻어지는 상기 객체 방위각의 값이 작을수록 위험우선순위가 높은 것으로 판단하고, 위험우선순위 중에서 상기 객체 방위각의 값이 작은 객체 순서대로 예정된 개수의 객체를 선별하고, 상기 선별된 객체에 대한 정보를 상기 모니터에 표시하도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부는, 상기 조향각이 0도보다 크거나 작을 경우, 상기 건설장비의 후방 이동 궤적과 일치되도록 상기 회전중심 좌표를 기준으로 상기 회전반경이 일정하게 유지되는 곡선 형태로 상기 관심영역을 상기 모니터에 표시되도록 제어하고, 상기 회전반경은, 상기 조향각의 변화에 따라 변화될 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부는, 상기 객체위치정보에 근거하여 상기 복수의 객체 각각의 위치를 상기 모니터에 표시하되, 상기 복수의 객체 중에서 상기 관심영역 내에 존재하는 적어도 하나의 객체에 대해 상기 모니터에 블링킹하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부는, 상기 영상정보, 상기 조향각정보, 상기 객체위치정보, 상기 객체속도정보 중 적어도 하나의 정보를 상기 모니터에서 GUI로 표시되도록 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 건설장비의 후방안전시스템은, 건설장비의 후방 이동 궤적에 따른 관심영역(ROI; Region Of Interest)이 후방 이동 궤적과 일치되는 곡선으로 모니터에 정확히 표시하고, 관심영역 내에 존재하는 객체의 위치정보를 모니터에서 GUI(Graphical User Interface)로 표시하도록 구성함으로써, 건설장비의 이동 궤적 내의 객체에 대한 위험성을 운전자에게 알릴 수 있어, 작업 시 최소한의 안전을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건설장비의 후방안전시스템은, 관심영역(ROI; Region Of Interest) 내에 존재하는 객체의 속도정보를 위치정보와 동시에 모니터에서 GUI(Graphical User Interface)로 표시하도록 구성함으로써, 객체에 대한 위험성 정도를 운전자에게 효과적으로 알릴 수 있어, 작업 시 안전을 더욱 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 후방안전시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 후방안전시스템이 구비된 건설장비의 조향각이 0도인 경우 관심영역 설정 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 후방안전시스템이 구비된 건설장비의 조향각이 0도가 아닌 경우 관심영역 설정 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 건설장비에 구비된 본 발명의 일 실시예에 따른 후방안전시스템에서 카메라 및 레이더 각각의 감지영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 건설장비에 구비된 본 발명의 일 실시예에 따른 후방안전시스템에서 카메라로부터 송신된 영상정보를 모니터에서 GUI로 다양하게 표시한 도면이다.
도 6은 건설장비에 구비된 본 발명의 일 실시예에 따른 후방안전시스템에서 카메라로부터 송신된 영상정보와 레이더로부터 송신된 객체의 위치정보를 모니터에서 GUI로 표시한 도시한 도면이다.
도 7은 건설장비에 구비된 본 발명의 일 실시예에 따른 후방안전시스템에서 카메라로부터 송신된 영상정보와 레이더로부터 송신된 객체의 위치정보 및 속도정보를 모니터에서 GUI로 표시한 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 후방안전시스템이 구비된 건설장비의 조향각이 0도인 경우 및 0도가 아닌 경우에 모니터에서 속도 GUI로 표시하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 건설장비에 구비된 본 발명의 일 실시예에 따른 후방안전시스템에서 운전자 설정 GUI를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 후방안전시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 후방안전시스템이 구비된 건설장비의 조향각이 0도인 경우 관심영역 설정 알고리즘을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 후방안전시스템이 구비된 건설장비의 조향각이 0도가 아닌 경우 관심영역 설정 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
또한, 도 4는 건설장비에 구비된 본 발명의 일 실시예에 따른 후방안전시스템에서 카메라 및 레이더 각각의 감지영역을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 건설장비에 구비된 본 발명의 일 실시예에 따른 후방안전시스템에서 카메라로부터 송신된 영상정보를 모니터에서 GUI로 다양하게 표시한 도면이고, 도 6은 건설장비에 구비된 본 발명의 일 실시예에 따른 후방안전시스템에서 카메라로부터 송신된 영상정보와 레이더로부터 송신된 객체의 위치정보를 모니터에서 GUI로 표시한 도시한 도면이고, 도 7은 건설장비에 구비된 본 발명의 일 실시예에 따른 후방안전시스템에서 카메라로부터 송신된 영상정보와 레이더로부터 송신된 객체의 위치정보 및 속도정보를 모니터에서 GUI로 표시한 도시한 도면이다.
또한, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 후방안전시스템이 구비된 건설장비의 조향각이 0도인 경우 및 0도가 아닌 경우에 모니터에서 속도 GUI로 표시하는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 건설장비에 구비된 본 발명의 일 실시예에 따른 후방안전시스템에서 운전자 설정 GUI를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 후방안전시스템(100)은 정보수집부(110), 제어부(120), 출력부(130)를 포함할 수 있으며, 건설장비(1)에 적용될 수 있다.
본 발명의 후방안전시스템(100)이 적용되는 건설장비(1)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 버켓 및 붐 등의 작업장치가 마련되고 전방바퀴(11)가 구비되는 전방프레임(10)과, 주행장치가 탑재되고 운전실, 카운터 웨이터 및 엔진 등이 마련되고 후방바퀴(21)가 구비되는 후방프레임(20)과, 전방프레임(10)과 후방프레임(20) 사이에 마련되고 굴절식 조향을 가능하게 하는 회전축(30)을 포함하는 휠로더일 수 있다.
본 실시예에서는 후방안전시스템(100)이 적용되는 건설장비(1)가 굴절식 조향을 하는 휠로더인 경우를 설명하지만, 본 발명의 후방안전시스템(100)은 굴절식 조향을 하는 다양한 장비는 물론 굴절식 조향을 하지 않는 장비 또는 차량에도 적용될 수 있음은 물론이다.
정보수집부(110)는 건설장비(1)의 조향 및 주변 상황에 대한 정보를 수집하여 제어부(120)에 송신할 수 있으며, 카메라(111), 조향각 센서(112), 레이더(113)를 포함할 수 있다.
카메라(111)는 건설장비(1)의 후방프레임(20)에 적어도 하나 이상 설치될 수 있다.
카메라(111)는 후방프레임(20)의 후방 끝단에 설치되어 건설장비(1)의 후방을 촬영하고, 촬영된 후방 영상정보를 획득하여 제어부(120)에 실시간 송신할 수 있다.
이러한 카메라(111)는 AHD 카메라일 수 있으며, 카메라 감지영역(CDA)은 도 4에 도시된 바와 같이 360도 일 수 있다.
조향각 센서(112)는 건설장비(1)의 전방프레임(10)과 후방프레임(20) 사이의 회전축(30)에 설치될 수 있다.
조향각 센서(112)는 건설장비(1)가 회전 이동할 때 조향각을 측정하고, 측정된 조향각정보를 획득하여 CAN 통신으로 제어부(120)에 송신할 수 있다.
또한, 조향각 센서(112)는 획득한 조향각정보를 CAN 통신으로 레이더(113)에 실시간 송신할 수 있다.
레이더(113)는 건설장비(1)의 후방프레임(20)에 설치될 수 있다.
레이더(113)는 후방프레임(20)의 후방 끝단에 설치되어 건설장비(1)의 후방에 존재하는 복수의 객체(OB) 각각의 위치 및 속도를 감지하고, 감지된 객체(OB) 각각에 대한 객체위치정보 및 객체속도정보를 획득하여 제어부(120)에 실시간 송신할 수 있다.
이러한 레이더(113)는 광각 레이더일 수 있으며, 레이더 감지영역(RDA)은 도 4에 도시된 바와 같이 수평 관측시야가 180도 일 수 있다. 레이더(113)를 광각 레이더로 사용함으로써 사각 영역을 최소화 할 수 있으며 후방의 관심영역(ROI)을 정확하게 설정할 수 있게 한다.
또한, 레이더(113)는 조향각 센서(112)로부터 조향각정보를 수신한 후, 복수의 객체(OB) 중에서 관심영역(ROI) 내에 적어도 하나 이상 존재하면, 관심영역(ROI) 내의 적어도 하나 이상의 객체(OB) 중에서 위험우선순위가 높은 예정된 개수의 객체(OB)만 선별하고, 예정된 개수의 객체(OB) 각각에 대한 객체위치정보 및 상기 객체속도정보를 제어부(120)로 실시간 송신할 수 있다.
이때, 제어부(120)는 레이더(113)로부터 예정된 개수의 객체(OB) 각각에 대한 객체위치정보 및 객체속도정보를 수신한 후, 해당 정보를 모니터(131)에 표시하도록 할 수 있다.
상기에서 객체(OB)의 예정된 개수는 위험우선순위에 따라 4개로 설정할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 같이 위험우선순위에 따라 객체(OB)의 개수를 제한하는 것은 레이더(113)에 의해 너무 많은 객체(OB)가 감지될 경우 감지된 모든 객체(OB)에 대한 정보를 처리해야 하므로 정보 처리 속도가 느려질 수 있기 때문이다.
제어부(120)는 정보수집부(110)로부터 송신되는 다양한 정보를 수신하여 설정된 알고리즘으로 분석한 후 출력부(130)를 통해 운전자 및 주변 작업자가 건설장비(1)의 주변상황을 알 수 있게 한다.
제어부(120)는 카메라(111), 조향각 센서(112), 레이더(113) 및 모니터(131)를 제어할 수 있다.
제어부(120)는 카메라(111)로부터 송신된 영상정보에 근거하여 건설장비(1)의 후방 영상을 모니터(131)에 표시되도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(120)는 조향각 센서(112)로부터 송신된 조향각정보에 근거하여 건설장비(1)의 후방 이동 궤적(TW)에 따른 관심영역(ROI)을 모니터(131)에 표시되도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(120)는 레이더(113)로부터 송신된 객체위치정보에 근거하여 복수의 객체(OB) 각각의 위치를 모니터(131)에 표시되도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(120)는 레이더(113)로부터 송신된 객체위치정보에 근거하여 복수의 객체(OB) 각각의 위치를 모니터(131)에 표시되도록 하되, 복수의 객체(OB) 중에서 관심영역(ROI) 내에 존재하는 적어도 하나의 객체(OB)에 대해 모니터(131)에 블링킹(Blinking)하도록 제어할 수 있으며, 이로 인해 운전자에게 관심영역(ROI) 내에 객체(OB) 유무를 시각적으로 알려줄 수 있게 한다.
또한, 제어부(120)는 레이더(113)로부터 송신된 객체속도정보에 근거하여 복수의 객체(OB) 각각의 이동 방향을 모니터(131)에 표시되도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(120)는 레이더(113)로부터 송신된 객체위치정보에 근거하여 복수의 객체(OB) 중에서 관심영역(ROI) 내에 적어도 하나 이상 존재할 경우, 릴레이 드라이브 유닛(132)을 통해 스피커(133)가 ON 상태가 되도록 하여 경고음을 발생시키도록 제어할 수 있다.
본 실시예에서, 제어부(120)는 영상정보, 조향각정보, 객체위치정보, 객체속도정보 중 적어도 하나의 정보를 모니터(131)에서 GUI로 표시되도록 제어할 수 있다.
출력부(130)는 제어부(120)로부터 송신되는 정보를 시각 또는 청각화하여 운전자 및 주변 작업자가 건설장비(1)의 주변상황을 인지할 수 있게 하며, 모니터(131), 릴레이 드라이브 유닛(Relay Drive Unit; RDU)(132), 스피커(133)를 포함할 수 있다.
모니터(131)는 영상정보, 조향각정보, 객체위치정보, 객체속도정보를 이미지화할 수 있으며, 이러한 정보를 제어부(120)에 의해 GUI로 표시할 수 있다.
릴레이 드라이브 유닛(132) 및 스피커(133)는 객체위치정보를 알람화할 수 있다.
릴레이 드라이브 유닛(132)는 객체위치정보에 근거하여 복수의 객체(OB) 중에서 관심영역(ROI) 내에 적어도 하나 이상 존재할 경우, 스피커(133)가 ON 상태가 되도록 하고, 스피커(133)는 경고음을 발생시켜 운전자 및 주변 작업자에게 관심영역(ROI) 내에 객체(OB) 유무를 청각적으로 알려줄 수 있게 한다.
상기와 같이 구성되는 후방안전시스템(100)에서, 제어부(120)는 건설장비(1)가 직선으로 후진하여 건설장비(1)의 조향각이 0도인 경우 및 건설장비(1)가 곡선으로 후진하여 조향각이 0도가 아닌 경우에 대해 관심영역 설정 알고리즘을 실행하여, 관심영역(ROI) 내의 객체(OB)가 위험영역(ROD)에 존재하는지 경고영역(ROW)에 존재하는지 구분할 수 있으며, 이하에서 구체적으로 설명한다.
제어부(120)는 조향각정보에 근거하여 건설장비(1)의 조향각이 0도인 경우에 레이더 기준 좌표계를 사용하여 관심영역 설정 알고리즘을 수행하는데, 도 2를 참고하여 설명한다.
제어부(120)는 레이더 기준 좌표계에서 레이더 위치좌표(0,0) 및 객체위치좌표(x,y)를 설정하고, 객체위치좌표(x,y)에서 Y축 좌표의 y값을 0보다 큰 것으로 설정하고(y > 0), 객체위치좌표(x,y)에서 X축 좌표의 x값을 '-(N/2+M)'값과 '(N/2+M)'값 사이로 설정한다(-(N/2+M) ≤ x ≤ (N/2+M)).
상기에서, 'X축'은 건설장비(1)의 좌우 방향이고, 'Y축'은 건설장비(1)의 전후 방향이고, 'N'은 후방프레임(20)의 차폭이고, 'M'은 후방프레임(20)의 차폭마진이다.
제어부(120)는 상기한 설정 조건들하에서 y값이 'L1+(L-Q)'값보다 작으면(y < L1+(L-Q)), 객체(OB)가 위험영역(ROD)에 존재하는 것으로 판단한다.
상기에서, 'L'은 후방프레임(20)에 구비되는 후방바퀴(21)를 연결하는 후방축에서 후방프레임(20)의 후방 끝단까지의 거리이고, 'L1'은 위험영역(ROD)의 거리이고, 'L2'는 경고영역(ROW)의 거리이다.
또한, 제어부(120)는 상기한 설정 조건들하에서 y값이 'L1+(L-Q)'값과 'L1+L2+(L-Q)'값 사이이면(L1+(L-Q) ≤ y ≤ L1+L2+(L-Q)), 객체(OB)가 경고영역(ROW)에 존재하는 것으로 판단한다.
상기에서, 'Q'는 후방축에서 레이더(113)까지의 거리이다.
상기한 알고리즘에 의해 제어부(120)는 복수의 객체(OB) 중에서 경고영역(ROW) 또는 위험영역(ROD) 내에 존재하는 적어도 하나 이상의 객체(OB)에서 얻어지는 y값이 작을수록 위험우선순위가 높은 것으로 판단한다. 이때, 제어부(120)는 위험우선순위 중에서 y값이 작은 객체(OB) 순서대로 예정된 개수의 객체(OB)를 선별하고, 선별된 객체(OB)에 대한 정보를 모니터(131)에 표시하도록 할 수 있다. 이와 같이 제어부(120)에서 예정된 개수의 객체(OB)를 선별하는 경우 전술한 레이더(113)에서의 예정된 개수의 객체(OB)를 선별하는 것이 생략될 수 있다. 객체(OB)의 예정된 개수는 전술한 바와 같이 위험우선순위에 따라 4개로 설정할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제어부(120)는 조향각정보에 근거하여 건설장비(1)의 조향각이 0도가 아닌 경우(조향각이 0도보다 크거나 작은 경우를 포함)에 레이더 기준 좌표계 및 회전중심 기준 좌표계를 사용하여 관심영역 설정 알고리즘을 수행하는데, 도 3을 참고하여 설명한다.
제어부(120)는 레이더 기준 좌표계에서 레이더 위치좌표(0,0), 객체위치좌표(x,y) 및 회전중심 좌표(sR,-Q)를 설정하고, 회전중심 기준 좌표계에서 레이더 위치좌표(-sR,Q), 객체위치좌표(x-sR,y+Q) 및 회전중심 좌표(0,0)를 설정하고, 객체위치좌표(x-sR,y+Q)에서 Y축 좌표의 y값을 0보다 큰 것으로 설정하고(y > 0), 객체위치좌표(x-sR,y+Q)에서 '(x-sR)2+(y+Q)2'값이 '(R-(N/2)-M)2'값과 '(R+(N/2)+M)2'값 사이로 설정한다((R-(N/2)-M)2 ≤ (x-sR)2+(y+Q)2 ≤ (R+(N/2)+M)2).
상기에서, 's'는 조향각의 부호로서 조향각이 0도보다 크면 's = -1'로 표시되고 조향각이 0도보다 작으면 's = +1'로 표시된다.
또한, 'R'은 회전반경으로 회전중심 좌표에서 후방프레임(20)의 중심까지의 거리이다. 회전반경인 'R'은 'Lr/|tan(θ/2)|에 의해 산출되고, 여기서 'Lr'은 회전중심 좌표에서 회전축(30)을 잇는 회전 중심선(CL1)에서 후방축 중심선(CL3)까지의 거리이고, 'θ'는 조향각으로 회전중심 좌표를 기준으로 전방축 중심선(CL2)과 후방축 중심선(CL3) 사이의 각도이다.
또한, 'Y축'은 건설장비(1)의 전후 방향이고, 'N'은 후방프레임(20)의 차폭이고, 'M'은 후방프레임(20)의 차폭마진이고,'Q'는 후방축에서 레이더(113)까지의 거리이다.
제어부(120)는 상기한 설정 조건들하에서 후방프레임(20)에 구비되는 후방바퀴(21)의 후방축 중심선(CL3)과 객체(OB) 사이의 방위각이 'a0+a1'값 이하이면(Φ ≤ a0+a1), 객체(OB)가 위험영역(ROD)에 존재하는 것으로 판단한다.
또한, 제어부(120)는 상기한 설정 조건들하에서 객체 방위각이 'a0+a1'값보다 크고 'a0+a1+a2'값보다 작으면(a0+a1 < Φ ≤ a0+a1+a2), 객체(OB)가 경고영역(ROW)에 존재하는 것으로 판단한다.
상기에서,'Φ'는 객체 방위각으로 회전중심 좌표를 기준으로 후방축 중심선(CL3)과 객체(OB) 사이의 각도이다.
또한, 'a0'는 'atan2(L,R)'에 의해 산출되고, 'a1'는 '(L1/R)'에 의해 산출되고, 'a2'는 '(L2/R)'에 의해 산출된다. 여기서 'L'은 후방프레임(20)에 구비되는 후방바퀴(21)를 연결하는 후방축에서 후방프레임(20)후방 끝단까지의 거리이고, 'L1'은 위험영역(ROD)의 거리이고, 'L2'는 경고영역(ROW)의 거리이다.
상기한 알고리즘에 의해 제어부(120)는 객체위치좌표(x-sR,y+Q)에서 조향각이 0도보다 클 경우 객체 방위각을 'atan2(y+Q, x-sR)'에 의해 산출하고, 객체위치좌표(x-sR,y+Q)에서 조향각이 0도보다 작을 경우 객체 방위각을 'π-atan2(y+Q, x-sR)'에 의해 산출하고, 복수의 객체(OB) 중에서 경고영역(ROW) 또는 위험영역(ROD) 내에 존재하는 적어도 하나 이상의 객체(OB)에서 얻어지는 객체 방위각의 값이 작을수록 위험우선순위가 높은 것으로 판단한다. 이때, 제어부(120)는 위험우선순위 중에서 객체 방위각의 값이 작은 객체(OB) 순서대로 예정된 개수의 객체(OB)를 선별하고, 선별된 객체(OB)에 대한 정보를 모니터(131)에 표시하도록 할 수 있다. 이와 같이 제어부(120)에서 예정된 개수의 객체(OB)를 선별하는 경우 전술한 레이더(113)에서의 예정된 개수의 객체(OB)를 선별하는 것이 생략될 수 있다. 객체(OB)의 예정된 개수는 전술한 바와 같이 위험우선순위에 따라 4개로 설정할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제어부(120)는 조향각이 0도보다 크거나 작을 경우 상기한 알고리즘에 의해 건설장비(1)의 후방 이동 궤적(TW)과 일치되도록 회전중심 좌표를 기준으로 회전반경이 일정하게 유지되는 곡선 형태로 관심영역(ROI)을 모니터(131)에 표시하도록 제어할 수 있다. 이때 회전반경은 조향각의 변화에 따라 변화된다.
또한, 제어부(120)는 도 5에 도시된 바와 같이 카메라(111)로부터 송신된 영상정보를 모니터(131)에서 GUI로 다양하게 표시되도록 제어할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 카메라(111)로 촬영한 영상정보를 모니터(131)에 픽셀(Pixel) 좌표로 표시되도록 하거나, 카메라(111)의 설치 각도, 렌즈의 곡률을 계산하여 픽셀(Pixel) 좌표를 월드(World) 좌표로 변환해 모니터(131)에 표시되도록 할 수 있다.
제어부(120)는 조향각 센서(112)로부터 건설장비(1)의 조향각에 대한 정보를 받은 후 모니터(131)에서 관심영역(ROI)을 표시하도록 할 수 있으며, 예를 들어, Y축을 기준으로 건설장비(1)로부터 3m까지를 위험영역(ROD)을 표시하고, 이후 3m를 경고영역(ROW)으로 표시하도록 할 수 있다. X축은 4m로 표시하도록 할 수 있다. 해당 관심영역(ROI)은 모델 및 작업 환경에 따라 최적의 세팅이 달라지기 때문에 유저가 따로 설정할 수 있음은 물론이다.
또한, 제어부(120)는 도 6에 도시된 바와 같이 카메라(111)로부터 송신된 영상정보와 레이더(113)로부터 송신된 객체(OB)의 위치정보를 모니터(131)에서 GUI로 표시되도록 할 수 있다.
이때, 제어부(120)는 도 7에 도시된 바와 같이 모니터(131)에 객체(OB)의 위치정보뿐만 아니라 속도정보를 표시하여 객체(OB)가 건설장비(1)에서 멀어지는지 가까워지는지 혹은 움직이지 않는지를 GUI로 표시되도록 하여 운전자가 알 수 있도록 한다.
예를 들어, 조향각이 0도일 때, 속도 GUI는 Y축 좌표가 커지는 경우 '∧', Y축 좌표가 작아지는 경우 '∨', Y축 좌표가 그대로인 경우 '―'로 표시할 수 있다.
또한, 조향각이 0도가 아닐 때, 도 8에 도시된 벡터 성분에 따라 속도 GUI는 Y축 방향의 벡터 성분이 커지는 경우 '∧', Y축 방향의 벡터 성분이 작아지는 경우 '∨', Y축 방향의 벡터 성분이 그대로인 경우 '―'로 표시할 수 있다.
본 발명의 후방안전시스템(100)은 건설장비(1) 모델 및 작업 환경에 따라 건설장비(1)의 차폭, 위험영역(ROD)의 거리, 경고영역(ROW)의 거리가 달라질 수 있으므로, 도 9에 도시된 바와 같이 운전자가 해당 파라미터를 클러스터를 통해 설정할 수 있다.
건설장비(1)의 차폭, 위험영역(ROD) 및 경고영역(ROW)은 최소, 최대 범위가 정해져 있으며, 범위 내에서 운전자가 1m 단위로 설정할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출 가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 건설장비 10: 전방프레임
11: 전방바퀴 20: 후방프레임
21: 후방바퀴 30: 회전축
100: 후방안전시스템 110: 정보수집부
111: 카메라 112: 조향각 센서
113: 레이더 120: 제어부
130: 출력부 131: 모니터
132: 릴레이 드라이브 유닛(RDU) 133: 스피커
OB: 객체 ROI: 관심영역
ROD: 위험영역 ROW: 경고영역
CL1: 회전 중심선 CL2: 전방축 중심선
CL3: 후방축 중심선 TW: 궤적
CDA: 카메라 감지영역 RDA: 레이더 감지영역

Claims (12)

  1. 건설장비의 후방 영상정보를 획득하는 카메라;
    상기 건설장비의 전방프레임과 후방프레임 사이의 회전축에 설치되며, 조향각을 측정하여 조향각정보를 획득하는 조향각 센서;
    상기 건설장비의 후방에 존재하는 복수의 객체 각각의 위치 및 속도를 감지하여 객체위치정보 및 객체속도정보를 획득하는 레이더;
    상기 영상정보, 상기 조향각정보, 상기 객체위치정보 및 상기 객체속도정보를 이미지화하는 모니터; 및
    상기 카메라, 상기 조향각 센서, 상기 레이더 및 상기 모니터를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 영상정보에 근거하여 상기 건설장비의 후방 영상을 상기 모니터에 표시되도록 제어하고,
    상기 조향각정보에 근거하여 상기 건설장비의 후방 이동 궤적에 따른 관심영역을 상기 모니터에 표시되도록 제어하고,
    상기 객체위치정보에 근거하여 상기 복수의 객체 각각의 위치를 상기 모니터에 표시되도록 제어하고,
    상기 객체속도정보에 근거하여 상기 복수의 객체 각각의 이동 방향을 상기 모니터에 표시되도록 제어하는, 후방안전시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 객체위치정보를 알람화하는 릴레이 드라이브 유닛 및 스피커를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 객체위치정보에 근거하여 상기 복수의 객체 중에서 상기 관심영역 내에 적어도 하나 이상 존재할 경우, 상기 릴레이 드라이브 유닛을 통해 상기 스피커가 ON 상태가 되도록 하여 경고음을 발생시키도록 제어하는, 후방안전시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 조향각 센서는,
    상기 조향각정보를 CAN 통신으로 상기 레이더 및 상기 제어부에 송신하는, 후방안전시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 레이더는,
    수평 관측시야가 180도인 광각 레이더이고,
    상기 조향각정보를 수신한 후, 상기 복수의 객체 중에서 상기 관심영역 내에 적어도 하나 이상 존재하면, 상기 관심영역 내의 상기 적어도 하나 이상의 객체 중에서 위험우선순위가 높은 예정된 개수의 객체만 선별하고, 상기 예정된 개수의 객체 각각에 대한 상기 객체위치정보 및 상기 객체속도정보를 상기 제어부로 송신하고,
    상기 제어부는,
    상기 레이더로부터 상기 예정된 개수의 객체 각각에 대한 상기 객체위치정보 및 상기 객체속도정보를 수신한 후, 해당 정보를 모니터에 표시하도록 하는, 후방안전시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 건설장비의 조향각이 0도인 경우 및 상기 조향각이 0도가 아닌 경우에 대해 관심영역 설정 알고리즘을 실행하여, 상기 관심영역 내의 객체가 위험영역에 존재하는지 경고영역에 존재하는지 구분하는, 후방안전시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 조향각정보에 근거하여 상기 건설장비의 상기 조향각이 0도인 경우에 레이더 기준 좌표계를 사용하고,
    상기 레이더 기준 좌표계에서 레이더 위치좌표(0,0) 및 객체위치좌표(x,y)를 설정하고,
    상기 객체위치좌표(x,y)에서 Y축 좌표의 y값을 0보다 큰 것으로 설정하고(y > 0),
    상기 객체위치좌표(x,y)에서 X축 좌표의 x값을 '-(N/2+M)'값과 '(N/2+M)'값 사이로 설정하고(-(N/2+M) ≤ x ≤ (N/2+M)),
    상기 설정 조건들하에서 상기 y값이 'L1+(L-Q)'값보다 작으면(y < L1+(L-Q)), 상기 객체가 상기 위험영역에 존재하는 것으로 판단하고,
    상기 설정 조건들하에서 상기 y값이 'L1+(L-Q)'값과 'L1+L2+(L-Q)'값 사이이면(L1+(L-Q) ≤ y ≤ L1+L2+(L-Q)), 상기 객체가 상기 경고영역에 존재하는 것으로 판단하는, 후방안전시스템.
    (상기에서, 'X축'은 상기 건설장비 좌우 방향이고, 'Y축'은 상기 건설장비의 전후 방향이고, 'N'은 상기 후방프레임의 차폭이고, 'M'은 상기 후방프레임의 차폭마진이고, 'L'은 상기 후방프레임에 구비되는 후방바퀴를 연결하는 후방축에서 상기 후방프레임의 후방 끝단까지의 거리이고, 'L1'은 상기 위험영역의 거리이고, 'L2'는 상기 경고영역의 거리이고, 'Q'는 상기 후방축에서 상기 레이더까지의 거리이다.)
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 복수의 객체 중에서 상기 경고영역 또는 상기 위험영역 내에 존재하는 적어도 하나 이상의 객체에서 얻어지는 y값이 작을수록 위험우선순위가 높은 것으로 판단하고,
    위험우선순위 중에서 y값이 작은 객체 순서대로 예정된 개수의 객체를 선별하고,
    상기 선별된 객체에 대한 정보를 상기 모니터에 표시하도록 하는, 후방안전시스템.
  8. 제5항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 조향각정보에 근거하여 상기 건설장비의 상기 조향각이 0도가 아닌 경우에 레이더 기준 좌표계 및 회전중심 기준 좌표계를 사용하고,
    상기 레이더 기준 좌표계에서 레이더 위치좌표(0,0), 객체위치좌표(x,y) 및 회전중심 좌표(sR,-Q)를 설정하고,
    상기 회전중심 기준 좌표계에서 레이더 위치좌표(-sR,Q), 객체위치좌표(x-sR,y+Q) 및 회전중심 좌표(0,0)를 설정하고,
    상기 객체위치좌표(x-sR,y+Q)에서 Y축 좌표의 y값을 0보다 큰 것으로 설정하고(y > 0),
    상기 객체위치좌표(x-sR,y+Q)에서 '(x-sR)2+(y+Q)2'값이 '(R-(N/2)-M)2'값과 '(R+(N/2)+M)2'값 사이로 설정하고((R-(N/2)-M)2 ≤ (x-sR)2+(y+Q)2 ≤ (R+(N/2)+M)2),
    상기 설정 조건들하에서 상기 후방프레임에 구비되는 후방바퀴의 후방축 중심선과 상기 객체 사이의 방위각이 'a0+a1'값 이하이면(Φ ≤ a0+a1), 상기 객체가 상기 위험영역에 존재하는 것으로 판단하고,
    상기 설정 조건들하에서 상기 객체 방위각이 'a0+a1'값보다 크고 'a0+a1+a2'값보다 작으면(a0+a1 < Φ ≤ a0+a1+a2), 상기 객체가 상기 경고영역에 존재하는 것으로 판단하는, 후방안전시스템.
    (상기에서, 's'는 상기 조향각의 부호로서 상기 조향각이 0도보다 크면 's = -1'로 표시되고 상기 조향각이 0도보다 작으면 's = +1'로 표시되고, 'R'은 회전반경으로 상기 회전중심 좌표에서 상기 후방프레임의 중심까지의 거리이며, 'Lr/|tan(θ/2)|에 의해 산출되고, 여기서 'Lr'은 상기 회전중심 좌표에서 상기 회전축을 잇는 회전 중심선에서 후방축 중심선까지의 거리이고, 'θ'는 상기 조향각으로 상기 회전중심 좌표를 기준으로 전방축 중심선과 후방축 중심선 사이의 각도이다. 또한, 'Y축'은 상기 건설장비의 전후 방향이고, 'N'은 상기 후방프레임의 차폭이고, 'M'은 상기 후방프레임의 차폭마진이고,'Q'는 상기 후방축에서 상기 레이더까지의 거리 이고, 'Φ'는 상기 객체 방위각으로 상기 회전중심 좌표를 기준으로 상기 후방축 중심선과 상기 객체 사이의 각도이다. 또한, 'a0'는 'atan2(L,R)'에 의해 산출되고, 'a1'는 '(L1/R)'에 의해 산출되고, 'a2'는 '(L2/R)'에 의해 산출되고, 여기서 'L'은 상기 후방프레임에 구비되는 후방바퀴를 연결하는 후방축에서 상기 후방프레임의 후방 끝단까지의 거리이고, 'L1'은 상기 위험영역의 거리이고, 'L2'는 상기 경고영역의 거리이다.)
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 객체위치좌표(x-sR,y+Q)에서 상기 조향각이 0도보다 클 경우 상기 객체 방위각을 'atan2(y+Q, x-sR)'에 의해 산출하고,
    상기 객체위치좌표(x-sR,y+Q)에서 상기 조향각이 0도보다 작을 경우 상기 객체 방위각을 'π-atan2(y+Q, x-sR)'에 의해 산출하고,
    상기 복수의 객체 중에서 상기 경고영역 또는 상기 위험영역 내에 존재하는 적어도 하나 이상의 객체에서 얻어지는 상기 객체 방위각의 값이 작을수록 위험우선순위가 높은 것으로 판단하고,
    위험우선순위 중에서 상기 객체 방위각의 값이 작은 객체 순서대로 예정된 개수의 객체를 선별하고,
    상기 선별된 객체에 대한 정보를 상기 모니터에 표시하도록 하는, 후방안전시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 조향각이 0도보다 크거나 작을 경우, 상기 건설장비의 후방 이동 궤적과 일치되도록 상기 회전중심 좌표를 기준으로 상기 회전반경이 일정하게 유지되는 곡선 형태로 상기 관심영역을 상기 모니터에 표시되도록 제어하고,
    상기 회전반경은,
    상기 조향각의 변화에 따라 변화되는, 후방안전시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 객체위치정보에 근거하여 상기 복수의 객체 각각의 위치를 상기 모니터에 표시하되, 상기 복수의 객체 중에서 상기 관심영역 내에 존재하는 적어도 하나의 객체에 대해 상기 모니터에 블링킹하도록 제어하는, 후방안전시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 영상정보, 상기 조향각정보, 상기 객체위치정보, 상기 객체속도정보 중 적어도 하나의 정보를 상기 모니터에서 GUI로 표시되도록 제어하는, 후방안전시스템.
KR1020220159815A 2022-11-24 2022-11-24 건설장비의 후방안전시스템 KR20240077341A (ko)

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