KR980013494A - 굴삭기 원격 조정 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명 장치에서는 운전자측(100)이 작업명령을 송신함과 동시에 굴삭기측(200)으로부터 작업상황에 대한 정보를 수신하도록 하고, 굴삭기측(200)은 운전자측(100)으로부터의 작업명령에 따른 작업을 수행함과 동시에 운전자측(100)으로 작업상황에 대한 정보를 송신하도록 하는 양방향 제어 방식을 채택함에 의해 운전자가 굴삭기로부터 원거리에서 작업하더라도 실제로 운전자가 굴삭기에 탑승하여 작업을 하는 듯한 느낌으로 작업을 할 수있게 되는 국삭기의 원격조정 시스템에 관한 것이다.

Description

굴삭기 원격 조정 시스템
본 발명은 굴삭기의 원격조정시스템에 관한 것으로, 운전자의 감각이나 조작능력이 산악지대와 같은 위험한 장소에 위치한 무인 굴삭기에 용이하게 전달되도록 함에 의해 위험 부담없이 작업을 수행할 수 있도록 하는 굴삭기 원격고정 시스템에 관한 것이다. 굴삭기는 주로 흙을 파는 작업을 하기 위한 장비로서 경우에 따라서는 산악지대나 광산 등과 같은 위험도가 높은 장소에서도 작업을 하여야 하는데, 이러한 장소에서 작업을 할 경우 굴삭기가 전락, 전도되거나 충돌이 발생할 수 있으며, 굴삭기 자체의 이상에 의한 재해가 발생될 수 있으므로 운전자가 사고롤 당하게 되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 최근에 굴삭기를 무인화하고 상기 굴삭기로부터 이격된 안전한 장소에서 원격조정토록 하는 굴삭기 원격 조정시스템에 대해 연구되고 있는데, 현재 주로 상용화되는 것은 단방향 제어 방식으로서 운전자가 작업현장으로부터 근거리에서 직접 굴삭기의 작업상황을 보면서 각종 어태치먼트(붐, 암, 버켓, 선회장치)를 조정하여야 하며 운전자측은 작업명령을 송신하고 굴삭기측은 명령내용을 수신하여 작업을 실행하기만 한다. 이러한 시스템은 구조적으로나 구현성 측면에서 가장 간단하므로 제조원가가 저렴한 장점은 있으나 작업중 운전자가 작업상황을 계속적으로 관측하여야만 하므로 운전자가 직접 굴삭기를 볼 수 없게되는 경우에는 전혀 사용할 수 없게 되는 문제점이 있었으며, 운전자가 직접 굴삭기를 볼 수 있는 경우에도 작업도중 RPM 감소나 차체 기울어짐에 대한 정보 또는 작업 중 발생되는 소리가 운전자에 제대로 전달될 수 없으므로, 운전자가 원격 조정 중 작업 상황에 적합한 제어를 하기가 매우 어렵게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이와같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 운전자측에서도 굴삭기측으로부터 시각적인 정보를 전달 받을 수 있도록 하고 경우에 따라서는 굴삭기의 각 어태치먼트 실린더에서 받는 부하도 피드백 되도록 하여, 운전자측이 작업상황에 대한 정보가 상세히 전달되도록 함에 의해서 원격조정 중 작업상황에 적합한 제어가 가능토록 하는 데에 그 목적있는 것이다. 이를 위한 해결 방안으로 본 발명에서는 운전자측은 작업명령을 송신함과 동시에 굴삭기측으로부터 작업상황에 대한 정보를 수신하도록 하고, 굴삭기측은 운전자측으로부터의 작업 명령에 따른 작업을 수행함과 동시에 운전자측으로 작업상황에 대한 정보를 송신하도록 하는 양방향 제어 방식을 채택함에 의해 운전자가 굴삭기로 부터 원거리에서 양방향 작업하더라도 운전자가 굴삭기에 탑승하여 작업을 하는 듯한 느낌으로 작업을 할 수 있도록 하고 있다.
첨부 도면에 의해 본 발명 내용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도는 본 발명인 원격조정 시스템의 전체구성도, 제2도는 본 발명인 원격조정 시스템중 일부인 카메라 조작부만을 도시한 요부발췌도, 제3도는 본 발명인 원격조정 시스템 중 슬래이브측 유압구동관계를 하는 블럭도, 제 4 도는 본 발명장치가 설치된 굴삭기의 측면도이다. 먼저 제1도에서 보면, 운전자측(100)은 각종 어태치먼트(붐, 암, 버켓, 선회장치)의 조작수단인 어태치먼트 조작부(131)와 주행상태 제어수단인 주행 조작부(132) 및, 상기 조작부들(131)(132)로부터 연결된 운전자측 단위 컨트롤러(130)로 구성되며, 굴삭기측(200)은 각종 어태치먼트에서 사용되는 유압구동실린더(237)(제3도참조)와 연결된 전자비례제어밸브(233)와 상기 전자비례제어밸브(233)로 연결된 굴삭기측 단위신호 컨트롤러(230)로 구성되며, 운전자측(100)과 굴삭기측(200) 사이에는 상기 운전자측 단위신호 컨트롤러(130)로부터의 신호를 굴삭기측 단위 신호 컨트롤러(230)로 송신하기 위한 송수신 장치(300)가 설치되는 원격조정 시스템에 있어서, 운전자측 (100)에 상기 송수신장치(300)에 의해 송신되는 굴삭기측의 영상정보를 처리하기 위한 입체영상 수신제어회로(110)와 상기 입체영상 수신제어회로(110)로부터의 신호를 출력하도록 연결된 입체 영상 표시부(111)가 설치되며, 굴삭기측에 설치되는 두대의 CCD카메라(211)를 조작하기 위한 카메라 조작부(121)와 상기 카메라 조작부(121)로부터의 신호를 입력 받아서 상기 송수신 장치(300)로 출력신호를 발생시키도록 연결된 카메라 조작 신호 처리회로(120)가 설치되며, 상기 어태치먼트 조작부(131)는 상기 운전자 측 단위신호 컨트롤러(130)와 양방향 신호 전송하도록 연결되며, 좌석을 요동제어하기 위한 수단인 좌석 요동부(133)와 굴삭기측에 설치되는 마이크(235)로부터의 음향신호에 따라 음향을 재생하기 위한 음향재생부(134)가 상기 단위신호 컨트롤러(130)에 연결되며, 굴삭기측(200)에는 상기 송수신장치(300)으로부터 수신된 카메라 조작 ,신호 처리회로(120)의 신호에 따라 카메라 구동부(221)에 대한 제어 신호를 출력토록 연결되는 카메라 조작 수신제어 회로(220)와, 이에 연결된 카메라 구동부(221)가 설치되며, 상기 카메라 구동부(221) 상부에는 선단에 전동룸렌즈(212)가 달린 2대의 CCD카메라(211)가 설치되고 이로부터의 출력신호가 송수신장치(300)로 출력되도록 상기 CCD카메라(211)와 송수신장치(300), 사이에는 입체 영상 신호처리회로(210)가 연결되며, 상기 굴삭기측 단위신호 컨트롤러(230)에는 굴삭기의 유압구동등 실린더(237)의 양방향 유로와 각각 연결된 압력센서(231)와, 굴삭기의 각 관절부위에 설치된 포센쇼메타(232)와, 굴삭기 본체에 설치되는 경사각 센서(234)및 마이크(235)로부터의 출력신호가 이에 입력되도록 연결되어지며, 상기 운전자측 단위신호 컨트롤러(130)와 굴삭기측 단위신호 컨트롤러(230)는 각각 상기 송수신 장치(300)와 양방향으로 신호를 전송토록 연결되어진다.
또한, 상기한 2대의 CCD카메라(211)는 굴삭기의 캐빈 또는 운전석 상부에 서로 운전자의 양안 간격만큼 이격되어 설치되며, 상기 입체영상 신호처리 회로(210)는 상기 CCD카메라(211)로부터의 NTSC신호를 입력받아 각각의 영상을 정해진 수서에 따라 프레임을 구성하여 운전자측(100)의 입체영상 수신제어회로(110)로 신호를 출력하도록 구성되며, 입체영상 수신제어회로(110)는 상기 입체영상 신호처리 회로(210)로부터의 신호에 따라 2대의 CCD카메라(211)로부터의 좌우 영상을 모니터들의 입체영상 표시부(111)를 통해 운전자에게 디스프레이하도록 하여 작업현장의 깊이감 있는 입체영상을 운전자에게 제공하게 된다. 또한 상기 카메라 조작부(121)는 패닝(pann ing)과 틸팅(tilting)조작을 하기 위한 조이스틱 (21a)과, 상기 조이스틱(121a)으로부터의 신호촐력유무를 제어하기 위한 스위치(121b)와, 화면의 확대, 축소를 제어하기 위한 푸쉬버튼(121c)과, 초점거리를 제어하기 위한 푸쉬버튼(121d)과, 2대의 CCD카메라(211)의 사이각을 조절하기 위한 푸쉬버튼(121e)으로 구성되며, 상기 카메라 조작부(121)로부터의 신호에 의해 카메라조작 수신제어 회로(220)에서는 DC모터 또는 스텝모터에 의한 구동장치와 기어박스로 구성된 카메라 구동부(221) 및 전동줌렌즈(212)를 구동하는 제어신호를 출력하게 된다.
또한, 상기 어태치먼트 조작부(131)는 굴삭기측(200)의 압력센서(231)로부터의 입력 신호가 연산처리됨에 의해 운전자에게는 스스로 인지할 수 있는 크기의 축소된 반력이 전달되어지는 험궤환 조이스틱(131a)으로 구성된다. 그리고 상기 좌석 요동부(133)는 굴삭기측(200)의 경사각 센서(234)로부터의 신호에 따라 신축 작동되며 좌석 하부에 장착되는 유압 또는 공압실린더(133a)로 구성되는데, 경우에 따라서는 구동수단을 모터로 구성할 수도 있다. 또한, 상기 카메라 조작부(121)의 스위치(121b)가 OFF상태에서는 정상적인 굴삭조건으로 굴삭기의 버켓선단을 카메라가 계속 추종할 수 있도록 버켓선단의 위치정보가 카메라 조작 수신 제어 회로(220)에 입력되도록 하고, 스위치(121b)가 ON상태에서는 스위치(121b)상부의 LED(121f)가 점등되면서 수동조작되는 조이스틱(121a)으로부터의 신호가 카메라 조작 수신제어회로(220)에 전달되도록 구성된다.
이와 같이 구성되는 본 발명장치의 작동 및 효과는 다음과 같다.
각각의 수행기능을 위주로 설명하면, 3차원 시각적인 측면에서 구현될 입체영상 시스템은 굴삭기의 작업을 쉽게 관찰할 수 있도록 굴삭기측(200)의 캐빈 위 혹은 캐빈이 없는 무선 원격조정 전용 굴삭기의 경우에는 기존 굴삭기의 운전석 위치 부근에 운전자의 양안거리 만큼 떨어지게 설치되는 두 대의 CCD 카메라(211)로부터, NTSC신호를 입력받아 입체영상 신호처리회로(210)에서 각각의 영상을 정해진 순서에 따라 프레임을 구성함에 의해 운전자측(100)의 입체영상 수신제어회로(110)로 보내어지게 된 입력으로 입체영상 수신제어회로(110)에서는 동기에 맞춰 좌우 영상을 모니터 등의 입체영상 표시부(111)를 통해 입체영상을 제공하게 된다.
굴삭기용 원격조정 시스템에서 가장 중요한 시각적 정보를 현실감 있게 제공하려면 운전자가 보고자 하는 목표물의 방향 및 상의 초점 조절문제를 충실히 수행해야 하는데 이를 위해서는 운전자의 양안에 대응하는 전동 줌 렌즈(212)가 부착된 두대의 CCD카메라(211)의 제어가 매우 중요시된다. 제2도는 카메라 조작부(121)를 나타낸다. 운전자가 양안을 자유자재로 움직이듯 두 대의 CCD 카메라(211)를 구동키 위해 패닝(panning)과 틸팅(tilting)조작을 할 수 있는 조이스틱(121a) 출력신호의 사용 유무를 결정하는 스위치(121b), 그리고 화면의 확대/축소, 촛점 및 두 대의CCD 카메라(211)의 사이각을 조절하는 각 기능별 두 개씩의 해당 푸쉬버튼(121c, 121d, 121e)으로 구성된 카메라 조작부(121)는 운전자의 조작에 따라 그 신호가 카메라 조작 신호 처리회로(120)를 전달되고 이는 송수신 장치(300)를 통해 카메라 조작 수신 제어회로(220)에서 DC모타 또는 스텝 모타를 사용하고 기어박스로 구성된 카메라 구동부(221)와 전동 줌 렌즈(212)를 제어하게 된다. 여기서 스위치(121b)가 오프(off)이면 정상적인 굴삭조건으로 굴삭의 버켓선단을 카메라가 계속 추종할 수 있도록 버켓선단의 위치정보가 카메라 조작 수신제어회로(220)에 입력될 수 있게 하고, 반대로 온(on) 상태에서는 스위치(121b)위의 LED(121f)가 켜지면서 수동조작되는 조이스틱(121a) 신호가 전달될 수 있게한다.
운전자측(100)에서 시각 관련 이외의 정보를 제어하는 운전자측 단위신호 신호 컨트롤라(130)는 각 어태치먼트의 위치 및 속도를 조절하는 어태치먼트 조작부(131)와 좌우 주행모타를 제어하는 주행 조작부(132)와 실제 장비의 기울어짐 정도에 따라 운전자의 좌석이 기울어질 수 있게 유공압 시스템 혹은 모타로 구동되는 좌석 요동부(133)와 운전자가 장비에서 느끼는 청각 정보를 재생할 수 있는 음향 재생부(134)와 연결되어 각각의 해당 정보를 입출력 제어한다.
이때 사용되는 어태치먼트 조작부(131)는 험궤환 조이스틱(131a)으로 운전자 단위신호 컨트롤라(130)의 전기 신호에 의해 비례하여 조이스틱 움직임에 반력을 줄 수 있게 한다. 이는 원거리에 있는 장비에서 받는 부하의 정도를 시각 및 청각 그리고 장비의 기울어짐 정보뿐만 아니라 운전자의 손에 촉감으로도 전달되도록 하여 운전자가 실제로 굴삭기에 탑승하여 작업하는 느낌을 최대한 전달할 수 있도록 하기 위함이다.
이에 대응하는 굴삭기측(200)에는 제3도와 제4도에 나타낸 바와 같이 주제어밸브(236)와 각 어태치먼트의 유압구동 실린더(237)의 입출력 포트 사이에 설치되어 이들 압력으로부터 연산하여 부하의 정도를 측정할 수 있게 압력센서(231)와 각 어태치먼트의 관절에 설치하여 각도변화에 따른 위치정보를 나타내는 포텐쇼메타(232)와 주행모타를 포함하는 액츄에이터의 유압구동을 제어하는 전자비례 제어밸브(233)와 굴삭기의 캐빈 내에 장착되어 장비의 기울어짐 정도를 나타내는 경사각 센서(234)와 기존 굴삭기의 운전석 위치에 설치되어 장비에서 나는 음향 정보를 얻는 마이크(235)와 연결된 굴삭기측 단위신호 컨트롤라(230)가 존재한다. 이 굴삭기측 단위신호 컨트롤라(230)는 앞서 언급한 각각의 해당 센서들로부터 입력신호를 받아 운전자측(100)으로 되돌리는 역할뿐 아니라 운전자측(100)에서 보내온 각 어태치먼트의 위치신호와 포텐쇼메타(232)로부터 입력받은 실제 각 어태치먼트들의 위치신호가 일치하도록 해당 전자비례 제어밸브(233)를 제어하게 된다. 또한 송수신 장치(300)에서는 일반 제어신호뿐 아니라 영상신호를 전달하기 위하여 무선장치뿐만 아니라, 굴삭 작업환경과 통신법규 등의 기타 여건에 따라 광 파이버(fiber)등에 의한 유선으로의 적용도 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명 장치서는 운전자측(100)이 작업명령을 송신함과 동시에 굴삭기측(200)으로부터 작업상황에 대한 정보를 수신하도록 하고, 굴삭기측(200)은 운전자측(100)으로부터의 작업명령에 따른 작업을 수행함과 동시에 운전자측(100)으로 작업상황에 대한 정보를 송신하도록 하는 양방향 제어방식을 채택함에 의해 운전자가 굴삭기로부터 원거리에서 작업하더라도 실제로 운전자가 굴삭기에 탑승하여 작업을 하는 듯한 느낌으로 작업을 할 수 있게 되는 우수한 발명이다.
제1도는 본 발명인 원격조정 시스템의 전체 구성도,
제2도는 본 발명인 원격조정 시스템 중 일부인 카메라 조작부만을 도시한 요부발췌도,
제3도는 본 발명인 원격조정 시스템 중 슬래이브측 유압구동관계를 설명하는 블록도,
제4도는 본 발명장치가 설치된 굴삭기의 측면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 운전자 110 : 입체영상 수신제어회로
111 : 입체영상 표시부 120 : 카메라 조작 신호처리회로
121 : 카메라 조작부 121a : 조이스틱
121c, 121d, 121e : 푸쉬버튼 130 : 운전자 단위신호 컨트롤라
131 : 어태치먼트 조작부 132 : 주행조작부
133 : 좌석 요동부 134 : 음향 재생부
200 : 굴삭기측 210 : 입체영성 신호처리회로
211 : CCD 카메라 212 : 진동줌렌즈
220 : 카메라 조작 수신제어회로 221 : 카메라 구동부
230 : 굴삭기 단위신호 컨트롤라 231 : 압력센서
232 : 포텐쇼메타 233 : 전자비례 제어밸브
234 : 경사각센서 235 : 마이크
236 : 구동 주제어밸브 237 : 유압구동실린더
300 : 송수신장치

Claims (6)

  1. 운전자측(100)는 각종 어태치먼트(붐, 암, 버켓, 선회장치)의 조작수단인 어태치먼트 조작부(131)와 주행상태 제어수단인 주행 조작부(132) 및 상기 조작부들(131)(132)로부터 연결된 운전자측 단위 신호 컨트롤러(130)로 구성되며, 굴삭기측(200)은 각종 어태치먼트에서 사용되는 유압구동실린더(237)와 연결된 전자비례제어밸브(233)와 상기 전자비례제어밸브(233)로 연결된 굴삭기측 단위신호 컨트롤러(230)로 구성되며, 운전자측(100)과 굴삭기측(200) 사이에는 상기 운전자측 단위신호 컨트롤러(130)로부터의 신호를 굴삭기측 단위 신호 컨트롤러(230)로 송신하기 위한 송수신 장치(300)가 설치되는 원격조정 시스템에 있어서, 운전자측 (100)에 상기 송수신장치(300)에 의해 송신되는 굴삭기측의 영상정보를 처리하기 위한 입체영상 수신제어회로(110)와 상기 입체영상 수신제어회로(110)로부터의 신호를 출력 하도록 연결된 입체 영상 표시부(111)가 설치되며, 굴삭기측에 설치되는 두대의 CCD카메라(211)를 조작하기 위한 카메라 조작부(121)와 상기 카메라 조작부(121)로부터의 신호를 입력 받아서 상기 송수신 장치(300)로 출력신호를 발생시키도록 연결된 카메라 조작 신호 처리회로(120)가 설치되며, 상기 어태치먼트 조작부(131)는 상기 운전자측 단위신호 컨트롤러(130)와 양방향신호 전송하도록 연결되며, 좌석을 요동제어하기 위한 수단인 좌석 요동부(133)와 굴삭기측에 설치되는 마이크(235)로부터의 음향신호에 따라 음향을 재생하기 위한 음향재생부(134)가 상기 단위신호 컨트롤러(130)에 연결되며, 굴삭기측(200)에는 상기 송수신장치(300)로부터 수신된 카메라 조작 신호 처리회로(120)의 신호에 따라 카메라 구동부(221)에 대한 제어 신호를 출력토록 연결되는 카메라 조작 수신제어 회로(220)와, 이에 연결된 카메라 구동부(221)가 설치되며, 상기 카메라 구동부(221) 상부에는 선단에 전동줌렌즈(212)가 달린 2대의 CCD카메라(211)가 설치되고 이로부터의 출력신호가 송수신장치(300)로 출력되도록 상기 CCD카메라(211)와 송수신장치(300) 사이에는 입체 영상 신호처리회로(210)가 연결되며, 상기 굴삭기측 단위신호 컨트롤러(230)에는 굴삭기의 유압구동 실린더(237)의 양 방향 유로와 각각 연결된 압력센서(231)와, 굴삭기의 각 관절부위에 설치된 포센쇼메타(232)와, 굴삭기 본체에 설치되는 경사각 센서(234)및 마이크(235)로부터의 출력신호가 이에 입력 되도록 연결되어지며, 상기 운전자측 단위신호 컨트롤러(130)와 굴삭기측 단위신호 컨트롤러(230)는 각각 상기 송수신장치(300)와 양방향으로 신호를 전송토록 연결되는 것을 특징으로 하는 굴삭기 원격조정 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 2대의 CCD카메라(211)는 굴삭기의 캐빈 또는 운전석 상부에 서로 운전자의 양안간격만큼 이격되어 설치되며, 상기 입체영상 신호 처리 회로(210)는 상기CCD카메라(211)로부터의 NTSC신호를 입력받아 각각의 영상을 정해진 순서에 따라 프레임을 구성하여 운전자측(100)의 입체영상 수신제어회로(110)로 신호를 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 굴삭기 원격조정 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 카메라 조작부(121)는 패닝(panning)과 틸팅(tilting)조작을 하기 위한 조이스틱(121a)과, 상기 조이스틱(121a)으로부터의 신호출력유무를 제어하기 위한 스위치(121b)와, 화면의 확대, 축소를 제어하기 위한 푸쉬버튼(121c)과, 초점거리를 제어하기 위한 푸쉬버튼(121d)과, 2대의 CCD카메라(211)의 사이각을 조절하기 위한 푸쉬버튼(121e)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 굴삭기 원격조정 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 어태치먼트 조작부(131)는 굴삭기측(200)의 압력센서(231)로부터의 입력 신호가 연산처리됨에 의해 운전자에게는 스스로 인지할 수 있는 크기의 축소된 반력이 전달되어 지는 험궤환 조이스틱(131a)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 굴삭기 원격조정 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 좌삭 요동부(133)는 굴삭기측(200)의 경사각 센서(234)로부터의 신호에 따라 신축 작동되며 좌석 하부에 장착되는 유압 또는 공압실린더(133a)로 구성되는 것을 특징으로 하는 굴삭기 원격조정 시스템.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 카메라 조작부(121)의 스위치(121b)가 OFF상태에서는 정상적인 굴삭조건으로 굴삭기의 버켓선단을 카메라가 계속 추종할 수 있도륵 버켓 선단의 위치정보가 카메라 조작 수신 제어 회로(220)에 입력되도록 하고, 스위치(121b)가 ON상태에서는 스위치(121b)상부의 LED(121f)가 점등되면서 수동조작되는 조이스틱(121a)으로부터의 신호가 카메라 조작 수신제어회로(220)에 전달되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 굴삭기 원격조정 시스템.
    ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.
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