WO2011078431A1 - 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템 - Google Patents

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WO2011078431A1
WO2011078431A1 PCT/KR2009/007883 KR2009007883W WO2011078431A1 WO 2011078431 A1 WO2011078431 A1 WO 2011078431A1 KR 2009007883 W KR2009007883 W KR 2009007883W WO 2011078431 A1 WO2011078431 A1 WO 2011078431A1
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WO
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coupled
joint
lever
driving
unit
Prior art date
Application number
PCT/KR2009/007883
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English (en)
French (fr)
Inventor
강민성
한창수
박형준
유병갑
Original Assignee
한양대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G9/00—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
    • G05G9/02—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/52—Details of compartments for driving engines or motors or of operator's stands or cabins
    • B66C13/54—Operator's stands or cabins
    • B66C13/56—Arrangements of handles or pedals
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2004—Control mechanisms, e.g. control levers
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2025—Particular purposes of control systems not otherwise provided for
    • E02F9/205—Remotely operated machines, e.g. unmanned vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/40—Special vehicles
    • B60Y2200/41—Construction vehicles, e.g. graders, excavators

Definitions

  • the present invention relates to an unmanned steering system of an operation lever for operating an apparatus, and more particularly, by mounting a mounting operation unit to an existing operation lever and remotely controlling the mounting operation unit, an operator has a high risk of working environment.
  • An unmanned steering system of a control lever for operating an apparatus capable of preventing exposure to the apparatus.
  • heavy construction equipment such as excavators, cranes, etc. are widely used in industrial sites, particularly construction or site. Since the environment in which such heavy construction equipment is used is exposed to many hazards, the person operating the heavy equipment should take special care. This is because the probability of a safety accident is greater than that of other industries unless special care is taken.
  • One method that is actually being implemented is to control the operation of such construction equipment from the outside, rather than having the worker take the construction equipment directly. That is, it is a method of unmanned construction heavy equipment.
  • the first is a conversion type, in which the existing mechanical hydraulics are replaced with electrohydraulics to enable remote control of the system itself, and various control devices for controlling the electrohydraulics are mounted.
  • the mounting type is equipped with a robot arm type manipulator in the existing construction heavy equipment to operate the control lever or to operate a control lever by riding a robot such as a humanoid robot instead of the manipulator.
  • An object of the present invention by mounting a mounting operation unit to the existing operation lever and remotely controlling such a mounting operation unit, it is possible to prevent the operator from being exposed to a work environment with a high risk factor, it is not a safety accident occurs It is to provide an unmanned control system of the control lever for operating the device that can be prevented.
  • another object of the present invention is to provide an unmanned control system of the operation lever for operating the device that can accurately operate the mounting operation unit mounted on the operation lever such as heavy equipment from the outside, thereby improving the efficiency and accuracy of the operation. It is.
  • another object of the present invention by having a structure to use the mounting operation unit mounted on the existing operation lever can utilize the existing system as it is, according to the unmanned operation lever for operating the device that can implement a cost saving effect To provide a steering system.
  • another object of the present invention is to provide an unmanned steering system of the operation lever for operating the device that can be carried by the operator by having a structure that is easy to carry the mounting operation unit and the operation unit control unit for controlling the same.
  • An unmanned steering system of an operating lever for operating a device includes: a mounted operation unit detachably coupled to an operating lever for driving a device to operate the operating lever; And an operation unit control unit arranged to be spaced apart from the device to adjust the operation lever coupled to the mounting operation unit by remotely controlling the mounting operation unit.
  • the mounting operation unit the lever coupling portion detachably coupled to the operation lever;
  • a driving unit driving the lever coupling unit;
  • Such a mounted operation unit is not only detachable to the operation lever but also small in size and easy to carry.
  • the lever coupling portion the lever fixing member fixed to the operation lever;
  • a moving shaft coupled to the lever fixing member, wherein a portion coupled to the lever fixing member is rotatably coupled to the lever fixing member;
  • a portion may be movably coupled to the drive unit, the other portion may include a joint portion for transmitting the driving force generated by the drive unit by the movable shaft is movably coupled to the moving shaft.
  • the joint part may include a linear bush to which the moving shaft is movably coupled in an axial direction; A first joint coupled to the linear bush to tilt the linear bush in one direction when a driving force is transmitted from the driving unit; And a second joint coupled to the linear bush in the horizontal direction of the first joint and tilting the linear bush in the other direction in the horizontal direction of the one direction when a driving force is transmitted from the driving unit.
  • the moving shaft connected to the lever can be precisely positioned.
  • the drive unit the drive body is supported by the support, the joint portion is movably coupled to the inside;
  • a first driving motor mounted to the driving body and generating a driving force for tilting the first joint;
  • a second driving motor mounted to the driving body and generating a driving force for tilting the second joint;
  • a first transmission part transmitting a driving force of the first driving motor to the first joint;
  • a second transmission unit configured to transfer the driving force of the second driving motor to the second joint, and the driving force of the driving unit may be smoothly transmitted to the lever coupling unit according to this configuration.
  • the drive body, the drive frame is coupled to the support to form a frame;
  • a rotation reference member coupled to four sides of the driving frame and rotatably coupled to shaft center protrusions protruding from both sides of the first joint and the second joint;
  • a pair of tilting protrusions respectively coupled to a side of the four side parts of the driving frame in which the first transfer part and the second transfer part are disposed, and protruding from one side of the first joint and the second joint.
  • It may include a coupling plate is formed through holes to be coupled.
  • the first transmission unit and the second transmission unit, respectively, the pinion gear is coupled to the moving shaft of the first drive motor and the second drive motor;
  • a joint tilting member coupled to the pair of tilting protrusions at an outer side of the coupling plate, wherein a part of the outer side is formed with a gear;
  • a connecting member having a first transmission gear engaged with the pinion gear and a second transmission gear engaged with the gear of the joint tilting member.
  • a first encoder coupled to the rotation reference member to measure a tilting degree of the shaft projection of the first joint;
  • a second encoder coupled to the rotation reference member to measure a degree of tilting of the shaft projection of the second joint;
  • a controller configured to control driving of the first driving motor and the second driving motor based on information from the first encoder and the second encoder.
  • the degree of tilting can be precisely controlled.
  • the support unit may include a support plate on which the driving unit is supported; A detachable coupling member detachably coupled to a support on which the operation lever is mounted; And at least one connection member connecting the support plate and the detachable coupling member.
  • the removable coupling member has a shape corresponding to the shape of the support to surround at least a portion of the support, the removable coupling member and the support is fixed to each other by a fixing member fixed to the support through the removable coupling member.
  • a fixing member fixed to the support through the removable coupling member.
  • connection member may include a first connection member coupled to the support plate; A second connection member coupled to the detachable coupling member; And a third connecting member movably coupled along the longitudinal direction of the first connecting member and movably coupled along the longitudinal direction of the second connecting member, whereby height adjustment and width adjustment are possible.
  • a photographing camera is mounted to the device and photographs the operation of the device in real time.
  • the operation unit controller may control an operation of the mounted operation unit based on information obtained by the photographing camera.
  • the operation unit control unit may be an operation lever corresponding to the operation lever provided in the device, and may be provided in the device substantially the same as the moving direction and the degree of movement of the operation lever provided in the operation unit control unit.
  • the unmanned control system of the operation lever for operating the device by mounting the mounting operation unit to the existing operation lever and remotely controlling the mounting operation unit, the operator is exposed to a high risk working environment It can prevent the occurrence of safety accidents in advance.
  • the unmanned control system of the operation lever for operating the device according to an embodiment of the present invention, it is possible to accurately operate the mounted operation unit mounted on the operation lever of the device such as heavy equipment from the outside, thereby improving the efficiency and accuracy of the operation You can.
  • the unmanned control system of the operation lever for operating the device by having a structure to use the mounting operation unit mounted on the existing operation lever can use the existing system as it is, thereby reducing costs You can implement the effect.
  • the mounting type operation unit and the operation unit control unit for controlling the same has a structure that is easy to carry, it is possible to carry the operator.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an unmanned steering system of the operation lever of the heavy equipment according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a perspective view showing a state in which the mounting operation unit shown in Figure 1 is coupled to the operation lever of the heavy equipment.
  • FIG. 3 is a view illustrating a state in which the lever coupling unit of FIG. 2 is coupled to the operation lever.
  • FIG. 4 is an enlarged view of an upper portion of the mounted operation unit illustrated in FIG. 2.
  • FIG. 5 is a view of FIG. 4 viewed from the rear.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating a moving shaft and a joint part of the lever coupling part illustrated in FIG. 2.
  • FIG. 7 is a view illustrating that the lever coupling unit operates by the driving unit illustrated in FIG. 4.
  • FIG. 8 is a view showing a coupling state of the support of the support and the control lever shown in FIG.
  • control unit control unit 120 mounting type operation unit
  • lever engaging portion 131 lever portion fixing member
  • first drive motor 157 second drive motor
  • first delivery unit 165 second delivery unit
  • support portion 171 support plate
  • the unmanned steering system of the operation lever mounted on heavy equipment such as an excavator or a crane will be described in detail, but is not limited thereto, and other devices operated by the operation lever, for example, a factory control device or a transportation device.
  • the unmanned steering system of the present invention may be applied.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of an unmanned steering system of the operating lever of the heavy equipment according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a state in which the mounting operation unit shown in Figure 1 is coupled to the operating lever of the heavy equipment
  • 3 is a view illustrating a state in which the lever coupling portion of FIG. 2 is coupled to an operation lever
  • FIG. 4 is an enlarged view of an upper portion of the mounted operation unit shown in FIG. 2
  • FIG. 5 is FIG. 4.
  • 6 is a perspective view illustrating the moving shaft and the joint part of the lever coupling part shown in FIG. 2
  • FIG. 7 is a view showing the lever coupling part operating by the driving part shown in FIG. 4.
  • 8 is a view showing a coupling state of the support of the support and the control lever shown in FIG.
  • the unmanned steering system 100 of the operation lever of the heavy equipment detachably attached to the operation lever 105 for driving the heavy equipment 103, such as excavators, cranes
  • the operation lever 105 coupled to the mounting operation unit 120 by being remotely controlled by the mounting operation unit 120 coupled to operate the operation lever 105 and the mounting operation unit 120 spaced apart from the heavy equipment 103. It includes a control unit control unit 110 (see Fig. 1).
  • the operator can remotely control the operation unit control unit 110 to control the mounting operation unit 120, and thus the operation lever coupled to the mounting operation unit 120
  • the 105 can be adjusted, so that the corresponding work of the heavy equipment 103 can be executed, for example, an excavator can carry out an excavation work, and in the case of a crane, a crane work can be performed.
  • the heavy equipment 103 can be remotely controlled, so that the operator may not be exposed to a dangerous work environment, thereby preventing a safety accident from occurring.
  • the mounting operation unit 120 Refer to the configuration of the mounting operation unit 120, the mounting operation unit 120 according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 2, to the operation lever 105 of the heavy equipment 103
  • the lever coupling unit 130 which is detachably coupled, the driving unit 150 which generates a driving force for manipulating the manipulation lever 105 by moving the lever coupling unit 130, and the driving unit 150 to the operation lever 105.
  • It includes a support 170 for supporting the support 107 is mounted.
  • the mounting operation unit 120 of the present embodiment is coupled to the existing operation lever 105 to realize the unmanned control by adjusting the position of the control lever 105.
  • the mounting operation unit 120 has a small size (size) can be easily carried by the operator.
  • the coupling part includes a moving shaft 133 coupled to the free rotation, and a joint part 140 coupled to an upper end of the moving shaft 133 to move in various directions by driving of the driving part 150.
  • the lever fixing member 131 is coupled to the operation lever 105 but is firmly coupled to the operation lever 105, that is, the lower end of the operation lever 105, that is, the operation lever 105. ) Is fixedly coupled to the shaft portion 106. Therefore, it is possible to prevent the lever fixing member 131 from slipping or detaching from the manipulation lever 105, and thus the movement of the lever coupling unit 130 can be accurately transmitted to the manipulation lever 105.
  • the moving shaft 133 is a portion which moves the operation lever 105 substantially by the drive of the drive part 150. However, at this time, the lower end of the moving shaft 133 is provided with a spherical rotary hole 134 so that the movement of the moving shaft 133 is not restrained by the lever fixing member 131.
  • the lever fixing member 131 to which the rotating hole 134 is coupled is provided with a holder 132 in which the rotating hole 134 freely rotates so that the movement of the moving shaft 133 is transferred to the lever fixing member 131 and restrained. You can stop that.
  • connection structure of the moving shaft 133 and the lever fixing member 131 is not limited to the above-described ball joint connection structure, and other structures, for example, a universal joint structure or a link Of course, it can also be implemented as a structure.
  • the joint part 140 of the present exemplary embodiment includes a linear bush 141 to which the moving shaft 133 is movably coupled in the axial direction, and a driving part coupled to the linear bush 141.
  • the first joint 142 tilts the linear bush 141 in the direction of arrow A, and is coupled to the linear bush 141 at an upper portion of the first joint 142 and the driving unit ( And a second joint 145 for tilting the linear bush 141 in the direction of arrow B, which is the horizontal direction in the direction of arrow A, when the driving force is transmitted from 150.
  • the linear bush 141 is provided in a hollow cylindrical shape, the moving shaft 133 is coupled through but does not have a separate fixing structure so that the moving shaft 133 can move freely in the axial direction. That is, when the first joint 142 and the second joint 145 to be described later are tilted, the moving shaft 133 moves freely in the axial direction, in which the moving shaft 133 is relative to the linear bush 141. It can move, the movement of the moving shaft 133 can be smoothly transmitted to the operation lever 105.
  • the first joint 142 and the second joint 145 have a substantially similar structure, but are disposed in directions crossing each other in order to change the tilting direction of the moving shaft 133.
  • the moving shaft 133 may move in the direction of the arrow A, while the second joint
  • the moving shaft 133 may move in the arrow B direction.
  • the moving shaft 133 may move in various directions as well as the arrow A and B directions described above, and thus the operation lever. 105 can be adjusted in position.
  • first joint 142 and the second joint 145 will be described in more detail.
  • the first joint 142 and the second joint 145 are respectively shown in FIG. 6, as shown in FIG. 6.
  • Axial projections 143 and 146 are formed to protrude from the portion to become the rotation axis, and tilting projections 144 and 147 are formed to protrude from one side of both sides. These configurations will be described later when describing the driving body 151 of the driving unit 150.
  • the lever coupling part 130 directly connected to the operation lever 105 is driven by the driving part 150.
  • the driving unit 150 of the present embodiment is supported by the support unit 170, the inside of the above-described joint portion 140 tilting movement A driving force for tilting the driving body 151 coupled to the first body, a first driving motor 156 for generating a driving force for tilting the aforementioned first joint 142, and the aforementioned second joint 145.
  • the driving force of the second driving motor 157 to be generated, the first transmission unit 161 to transmit the driving force of the first driving motor 156 to the first joint 142, and the driving force of the second driving motor 157 are determined.
  • a second transfer part 165 for transmitting to the second joint 145.
  • the driving body 151 is coupled to four sides of the driving frame 152 and the driving frame 152 to form a basic frame coupled to the support 170.
  • Four rotation reference members 153 to which the above-described first and second shafts 143 and 146 of the first joint 142 and the second joint 145 are rotatably coupled, and a first of four sides of the driving frame 152. It includes two coupling plates 154 disposed on two sides on which the transmission unit 161 and the second transmission unit 165 are disposed.
  • the drive frame 152 is a part where many structures are arrange
  • the drive frame 152 is coupled to the support unit 170, the lower prime member 152a and the lower prime member 152a having a plate shape on which the first drive motor 156, the second drive motor 157, and the like are mounted.
  • the upper side frame member 152b disposed on the upper side of the upper frame member 152b to which the four rotational reference members 153 are fixedly coupled and coupled to the four corner regions between the upper frame member 152b and the lower prime member 152a. 152c.
  • the frame members 152a, 152b, and 152c of the drive frame 152 have an advantage of being easy to manufacture because they have a structure that is custom coupled.
  • the rotation reference member 153 is a portion to which the axial projections 143 and 146 of the first joint 142 and the second joint 145 are coupled.
  • the first joint 142 and the second joint 145 rotate relative to the rotation reference member 153 so that the linear bush 141 to which the moving shaft 133 is coupled can accurately tilt.
  • the coupling plate 154 is provided with a pair of through holes 154h through which the pair of tilting protrusions 144 and 147 pass.
  • the pair of through holes 154h is formed in an arc shape that is vertically long. This is to limit the tilting range when the tilting protrusions 144 and 147 are tilted.
  • the first driving motor 156 and the second driving motor 157 may be provided as a DC motor to generate a driving force for driving the first joint 142 and the second joint 145.
  • the present invention is not limited thereto, and it is obvious that other types of drive motors, for example, stepper motors capable of precise control may be applied.
  • the driving force generated from the first driving motor 156 and the second driving motor 157 through the first transmission part 161 and the second transmission part 165, respectively, the first joint 142 and the second joint 145 is passed.
  • first transfer unit 161 and the second transfer unit 165 are substantially the same, only the first transfer unit 161 will be described.
  • the first transmission unit 161 includes a pinion gear 162 coupled to the moving shaft 133 of the first drive motor 156 and an outer side of the coupling plate 154 described above.
  • the joint tilting member 163 is coupled to the pair of tilting protrusions 144 of the first joint 142 and the gear 163a is formed at a part of the outer side, and the pinion gear 162 is operated by the joint tilting member ( And a connecting member 164 for transmitting to 163.
  • connection member 164, the first transmission gear 164a is engaged with the pinion gear 162
  • the second transmission gear 164b is engaged with the gear 163a of the joint tilting member 163.
  • the first transfer unit 161 and the second transfer unit 165 having the same structure as the first transfer unit 161 may use the joints 142 and the driving force of the first drive motor 156 and the second drive motor 157. By transmitting to 145, the tilting of the joints 142 and 145 can be made smoothly.
  • the driving motors 156 and 157 which drive the first joint 142 and the second joint 145 are separately provided, whereby the first driving motor 156 and the second driving motor 157 are provided.
  • the tilting degree of the first joint 142 and the second joint 145 generated as a result of the driving of) may be slightly different.
  • the mounting operation unit 120 of the present embodiment as shown in FIGS. 4 and 5, a pair of rotations in which the axial projection 143 and the tilting projection 144 of the first joint 142 are coupled.
  • a control unit (not shown) may be further configured to control driving of the first driving motor 156 and the second driving motor 157 based on the measurement information of the first encoder 181 and the second encoder 182.
  • the tilting degree of the first joint 142 and the second joint 145 can be precisely controlled, and the moving shaft moves by the tilting movement of the first joint 142 and the second joint 145. It is possible to precisely control the movement of the 133, and thereby it is possible to precisely control the movement of the operation lever 105 operated by the moving shaft 133. That is, the backlash generated due to the gear structures of the first transfer unit 161 and the second transfer unit 165 may be excluded, thereby enabling precise control.
  • first encoder 181 and the second encoder 182 are provided in pairs, even if one of the pairs fails, the other one may play the above-described role, so that the first joint 142 and the second joint ( There is an advantage that the tilting of the 145 can be accurately controlled.
  • the support unit 170 is a part for supporting the drive unit 150 for driving the lever coupling unit 130 to the support base 107 on which the operation lever 105 is mounted, as shown in FIGS. 2 and 8.
  • the detachable coupling member 174 is provided in a shape corresponding to the shape of the support 107 so as to surround the upper end of the support 107 on which the operation lever 105 is mounted.
  • the detachable coupling member 174 is formed with a through hole (not shown) through which a fixing member (not shown) such as a screw passes. Therefore, the fixing member passing through the through-hole presses a part of the support 107, so that the fixing force of the detachable coupling member 174 to the support 107 can be strengthened, thereby impacting from the outside during operation of the heavy equipment 103. Even if this is applied, detachment of the detachable coupling member 174 from the support 107 can be prevented.
  • connection member 177 is provided so that height adjustment is possible. That is, as shown in FIGS. 2 and 8, the connection member 177 may include a first connection member 177a coupled to the support plate 171 and a second connection member coupled to the detachable coupling member 174. 177b and a third connection member 177c movably coupled along the longitudinal direction of the first connection member 177a and movably coupled along the longitudinal direction of the second connection member 177b.
  • the third connecting member 177c is movably coupled to the second connecting member 177b in the height direction, and the third connecting member 177c is moved in the longitudinal direction of the first connecting member 177a.
  • the unmanned control system 100 of the operation lever 105 of the heavy equipment 103 of the present embodiment the shooting to shoot the operation of the heavy equipment 103 at the work site to operate the heavy equipment 103 in accordance with the work site It further includes a camera (not shown).
  • the operation unit controller 110 may control the operation of the mounted operation unit 120 based on the information obtained by the photographing camera.
  • the operation unit controller 110 is provided in a shape corresponding to the operation lever 105 installed in the heavy equipment 103. That is, the operation unit control unit 110 is also provided in the shape of the operation lever. Therefore, the operation unit controller 110 drives the mounted operation unit 120 so that the movement corresponding to the movement direction and the degree of movement of the operation unit controller 110 can be made in the operation lever 105 of the heavy equipment 103. Serves to control.
  • the operator remotely controls the operation unit controller 110 based on information captured in real time from a photographing camera mounted on the heavy equipment 103.
  • the operation lever 105 when the operation lever 105 needs to be moved to the right with reference to FIG. 8, when the operation unit controller 110 is moved to the right, the first driving motor 156 of the mounted operation unit 120 generates a driving force. The driving force is transmitted to the first joint 142 through the first transmission unit 161. Then, the first joint 142 moves the moving shaft 133 by tilting in the direction of the arrow C, and thus the manipulation lever 105 may be moved to the right.
  • the position of the manipulation lever 105 is precisely adjusted by the control of the manipulation unit controller 110.
  • the mounting operation unit 120 by mounting the mounting operation unit 120 to the existing operation lever 105 and remotely controlling the mounting operation unit 120 by the operation unit control unit 110, Workers can be prevented from being exposed to high-risk work environments, thereby preventing accidents from occurring and improving the efficiency and accuracy of operations due to remote control.
  • the movement of the moving shaft is controlled by the joint part provided with the universal joint structure, but the present invention is not limited thereto, and it is natural that the position of the moving shaft may be adjusted by another driving method.

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Abstract

본 발명의 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템은, 기기(機器)를 구동시키는 조작 레버에 탈부착 가능하게 결합되어 조작 레버를 조작하는 장착형 조작유닛; 및 기기로부터 이격 배치되어, 장착형 조작유닛을 원격으로 조종함으로써 장착형 조작유닛에 결합된 조작 레버를 조절하는 조작유닛 제어부;를 포함한다. 본 발명에 따르면, 기존의 조작 레버에 장착형 조작유닛을 장착하고 이러한 장착형 조작유닛을 원격으로 조종함으로써, 작업자가 위험요소가 많은 작업 환경에 노출되는 것을 저지할 수 있어 안전사고가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있으며, 또한 작업의 효율성 및 정확성을 향상시킬 수 있다.

Description

기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템
본 발명은, 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 기존의 조작 레버에 장착형 조작유닛을 장착하고 이러한 장착형 조작유닛을 원격으로 조종함으로써, 작업자가 위험요소가 많은 작업 환경에 노출되는 것을 저지할 수 있는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 산업 현장, 특히 건설 또는 현장에서, 굴착기, 크레인 등과 같은 건설 중장비가 많이 사용되고 있다. 이러한 건설 중장비가 사용되는 환경은 많은 위험요소들에 노출되어 있는 환경이기 때문에, 중장비를 운용하는 사람은 각별한 주의를 해야 한다. 이는, 각별한 주의를 하지 않는 경우 안전사고를 당할 확률이 타 산업 분야보다 크기 때문이다.
따라서, 이와 같이 작업자가 작업 중 안전사고를 당하는 것을 저지하면서도 작업을 효율적으로 하기 위한 다수의 방법이 고려되고 있을 뿐만 아니라 실제 실행되고 있다.
실제 실행되고 있는 방법 중의 하나는, 건설 중장비를 작업자가 직접 타고 작업을 진행하는 것이 아니라 외부에서 이러한 건설 중장비의 작동을 제어하는 것이다. 즉, 건설 중장비를 무인화하는 방법이다.
기존에, 건설 중장비를 무인으로 원격 조종하기 위한 방법으로는 크게 두 가지가 있다.
첫째는 변환형으로, 시스템 자체의 원격 조종이 가능하도록 기존의 기계식 유압 장치를 전자 유압장치로 교체하고 이러한 전자 유압장치를 제어하는 각종 제어장치를 탑재하는 것이다.
둘째는, 장착형으로, 기존의 건설 중장비에 로봇 암 형식의 머니퓰레이터를 장착하여 조작 레버를 조작하거나 머니퓰레이터 대신 휴머노이드 로봇과 같은 로봇을 탑승시켜 조작 레버를 조작하도록 하는 것이다.
그런데, 전술한 첫째의 변환형 무인 조종 방법에 있어서는, 기존의 기계식 장치를 새로운 전자 유압장치로 완전히 변경해야 하는 복잡함이 있을 뿐만 아니라 이로 인해 기존의 시스템을 사용할 수 없으며, 아울러 적용될 수 있는 유형과 대수에 있어서 한계가 있다는 문제점이 있다.
또한, 전술한 둘째의 장착형 무인 조종 방법에 있어서는, 조작 레버를 조작하는 머니퓰레이터(manipulator) 또는 휴머노이드 로봇(humanoid robot)의 개발이 어려울 뿐만 아니라 장착이 어렵고, 또한 이러한 구조 구현을 위해서 고가의 액추에이터가 필요하다는 문제점이 있다. 또한 작업자가 직접 휴대하고 다니기 어렵다는 문제점이 있다.
따라서, 기존 시스템에 적용이 가능하면서도 휴대가 용이하고, 또한 중장비와 같은 기기의 외부에서 원격 조종으로 기기의 작동을 정확하게 수행할 수 있도록 하는 새로운 구조의 무인 조종 시스템의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은, 기존의 조작 레버에 장착형 조작유닛을 장착하고 이러한 장착형 조작유닛을 원격으로 조종함으로써, 작업자가 위험요소가 많은 작업 환경에 노출되는 것을 저지할 수 있어 안전사고가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 중장비와 같은 조작 레버에 장착된 장착형 조작유닛을 외부에서 정확하게 조작할 수 있어, 작업의 효율성 및 정확성을 향상시킬 수 있는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 장착형 조작유닛을 기존의 조작 레버에 장착하여 사용하는 구조를 가짐으로써 기존 시스템을 그대로 활용할 수 있으며, 이에 따라 비용 절감 효과를 구현할 수 있는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 장착형 조작유닛 및 이를 제어하는 조작유닛 제어부가 휴대하기에 용이한 구조를 가짐으로써, 작업자의 휴대가 가능한 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템은, 기기(機器)를 구동시키는 조작 레버에 탈부착 가능하게 결합되어 상기 조작 레버를 조작하는 장착형 조작유닛; 및 상기 기기로부터 이격 배치되어, 상기 장착형 조작유닛을 원격으로 조종함으로써 상기 장착형 조작유닛에 결합된 상기 조작 레버를 조절하는 조작유닛 제어부;를 포함하며, 이러한 구성에 의해서, 기존의 조작 레버에 장착형 조작유닛을 장착하고 이러한 장착형 조작유닛을 원격으로 조종함으로써, 작업자가 위험요소가 많은 작업 환경에 노출되는 것을 저지할 수 있어 안전사고가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있으며, 또한 작업의 효율성 및 정확성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 장착형 조작유닛은, 상기 조작 레버에 탈부착 가능하게 결합되는 레버 결합부; 상기 레버 결합부를 구동시키는 구동부; 및 상기 구동부를 상기 조작 레버가 장착된 지지대에 지지시키는 지지부를 포함할 수 있다. 이러한 장착형 조작유닛은 조작 레버에 탈부착이 가능할 뿐만 아니라 사이즈가 작아 휴대하기에 용이하다.
상기 레버 결합부는, 상기 조작 레버에 고정되는 레버 고정부재; 상기 레버 고정부재와 결합되되, 상기 레버 고정부재와 결합되는 부분이 상기 레버 고정부재에 대해 자유 회전 가능하게 결합되는 이동축; 및 일부분은 상기 구동부에 이동 가능하게 결합되고, 다른 일부분은 상기 이동축이 이동 가능하게 결합됨으로써 상기 구동부에 의해 발생되는 구동력을 상기 이동축에 전달하는 조인트부를 포함할 수 있다.
상기 조인트부는, 상기 이동축이 축 방향으로 이동 가능하게 결합되는 리니어 부시; 상기 리니어 부시에 결합되어 상기 구동부로부터 구동력이 전달되는 경우 상기 리니어 부시를 일방향으로 틸팅(tilting)시키는 제1 조인트; 및 상기 제1 조인트의 가로 방향으로 상기 리니어 부시에 결합되어 상기 구동부로부터 구동력이 전달되는 경우 상기 리니어 부시를 상기 일방향의 가로 방향인 타방향으로 틸팅시키는 제2 조인트를 포함하며, 이러한 구성에 의해서 조작 레버와 연결된 이동축을 정밀하게 위치 조절할 수 있다.
상기 구동부는, 상기 지지부에 지지되며, 내측에서 상기 조인트부가 이동 가능하게 결합되는 구동 몸체; 상기 구동 몸체에 장착되며, 상기 제1 조인트를 틸팅시키기 위한 구동력을 발생시키는 제1 구동모터; 상기 구동 몸체에 장착되며, 상기 제2 조인트를 틸팅시키기 위한 구동력을 발생시키는 제2 구동모터; 상기 제1 구동모터의 구동력을 상기 제1 조인트에 전달하는 제1 전달부; 및 상기 제2 구동모터의 구동력을 상기 제2 조인트에 전달하는 제2 전달부를 포함하며, 이러한 구성에 따라 구동부의 구동력이 레버 결합부에 원활하게 전달될 수 있다.
상기 구동 몸체는, 상기 지지부에 결합되어 틀을 형성하는 구동 프레임; 상기 구동 프레임의 네 측부에 각각 결합되어, 상기 제1 조인트 및 상기 제2 조인트의 양측부로부터 돌출 형성된 축심 돌기가 회전 가능하게 결합되는 회전 기준부재; 및 상기 구동 프레임의 네 측부 중 상기 제1 전달부 및 상기 제2 전달부가 배치되는 측부에 각각 결합되며, 상기 제1 조인트 및 상기 제2 조인트의 일측부로부터 각각 돌출되는 한 쌍의 틸팅 돌기가 관통 결합되는 관통공이 형성된 결합판들을 포함할 수 있다.
상기 제1 전달부 및 상기 제2 전달부는 각각, 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터의 이동축에 결합되는 피니언 기어; 상기 결합판의 외측에서 상기 한 쌍의 틸팅 돌기에 결합되며, 외측의 일부에는 기어가 형성되는 조인트 틸팅부재; 및 상기 피니언 기어에 맞물림 결합되는 제1 전달기어와, 상기 조인트 틸팅부재의 기어에 맞물림 결합되는 제2 전달기어를 갖는 연결부재를 포함할 수 있다.
상기 회전 기준부재에 결합되어 상기 제1 조인트의 상기 축심 돌기의 틸팅 정도를 측정하는 제1 엔코더; 상기 회전 기준부재에 결합되어 상기 제2 조인트의 상기 축심 돌기의 틸팅 정도를 측정하는 제2 엔코더; 및 상기 제1 엔코더 및 상기 제2 엔코더로부터의 정보에 기초하여 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 이동축이 결합된 리니어 부시의 틸팅 정도를 정밀하게 제어할 수 있다.
상기 지지부는, 상기 구동부가 지지되는 지지판; 상기 조작 레버가 장착된 지지대에 탈부착 가능하게 결합되는 탈부착 결합부재; 및 상기 지지판과 상기 탈부착 결합부재를 연결하는 적어도 하나의 연결부재를 포함할 수 있다.
상기 탈부착 결합부재는 상기 지지대의 적어도 일부분을 감싸도록 상기 지지대의 형상에 대응되는 형상을 가지며, 상기 탈부착 결합부재와 상기 지지대는 상기 탈부착 결합부재를 관통하여 상기 지지대에 고정되는 고정부재에 의해 상호 고정될 수 있다.
상기 연결부재는, 상기 지지판과 결합되는 제1 연결부재; 상기 탈부착 결합부재와 결합되는 제2 연결부재; 및 상기 제1 연결부재의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 결합되고 제2 연결부재의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 결합되는 제3 연결부재를 포함할 수 있으며, 이에 따라 높이 조절 및 폭 조절이 가능하다.
상기 기기에 장착되어 상기 기기의 동작을 실시간으로 촬영하는 촬영 카메라가 장착되며, 상기 조작유닛 제어부는 상기 촬영 카메라에 의해 획득되는 정보에 기초하여 상기 장착형 조작유닛의 동작을 제어할 수 있다.
상기 조작유닛 제어부는 상기 기기에 마련되는 상기 조작 레버에 대응되는 조작 레버이며, 상기 조작 유닛 제어부로 마련되는 상기 조작 레버의 이동 방향 및 이동 정도와 실질적으로 동일하게 상기 기기에 마련될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템에 따르면, 기존의 조작 레버에 장착형 조작유닛을 장착하고 이러한 장착형 조작유닛을 원격으로 조종함으로써, 작업자가 위험요소가 많은 작업 환경에 노출되는 것을 저지할 수 있어 안전사고가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템에 따르면, 중장비와 같은 기기의 조작 레버에 장착된 장착형 조작유닛을 외부에서 정확하게 조작할 수 있어, 작업의 효율성 및 정확성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템에 따르면, 장착형 조작유닛을 기존의 조작 레버에 장착하여 사용하는 구조를 가짐으로써 기존 시스템을 그대로 활용할 수 있으며, 이에 따라 비용 절감 효과를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템에 따르면, 장착형 조작유닛 및 이를 제어하는 조작유닛 제어부가 휴대하기에 용이한 구조를 가짐으로써, 작업자의 휴대가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장비의 조작 레버의 무인 조종 시스템의 구성을 도시한 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 장착형 조작유닛이 중장비의 조작 레버에 결합된 상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 레버 결합부가 조작 레버에 결합된 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 장착형 조작유닛의 상부를 확대한 도면이다.
도 5는 도 4를 후미에서 바라본 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 레버 결합부의 이동축과 조인트부를 도시한 사시도이다.
도 7은 도 4에 도시된 구동부에 의해 레버 결합부가 동작하는 것을 도시한 도면이다.
도 8은 도 2에 도시된 지지부와 조작 레버의 지지대의 결합 상태를 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 중장비의 조작 레버의 무인 조종 시스템
103 : 중장비 105 : 조작 레버
110 : 조작유닛 제어부 120 : 장착형 조작유닛
130 : 레버 결합부 131 : 레버부 고정부재
133 : 이동축 140 : 조인트부
141 : 리니어 부시 142 : 제1 조인트
145 : 제2 조인트 150 : 구동부
156 : 제1 구동모터 157 : 제2 구동모터
161 : 제1 전달부 165 : 제2 전달부
170 : 지지부 171 : 지지판
174 : 탈부착 결합부재 177 : 연결부재
181 : 제1 엔코더 182 : 제2 엔코더
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 및 작용에 관하여 상세히 설명한다.
이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
한편, 이하에서는, 굴착기 또는 크레인 등과 같은 중장비에 장착된 조작 레버의 무인 조종 시스템에 대해 상술할 것이나, 이에 한정되지 않으며, 조작 레버에 작동되는 다른 기기, 예를 들면 공장 제어 장치 또는 운송 수단 장치 등에 본 발명의 무인 조종 시스템이 적용될 수도 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중장비의 조작 레버의 무인 조종 시스템의 구성을 도시한 개략적인 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 장착형 조작유닛이 중장비의 조작 레버에 결합된 상태를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 레버 결합부가 조작 레버에 결합된 상태를 도시한 도면이고, 도 4는 도 2에 도시된 장착형 조작유닛의 상부를 확대한 도면이며, 도 5는 도 4를 후미에서 바라본 도면이고, 도 6은 도 2에 도시된 레버 결합부의 이동축과 조인트부를 도시한 사시도이고, 도 7은 도 4에 도시된 구동부에 의해 레버 결합부가 동작하는 것을 도시한 도면이며, 도 8은 도 2에 도시된 지지부와 조작 레버의 지지대의 결합 상태를 도시한 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 중장비의 조작 레버의 무인 조종 시스템(100)은, 굴착기, 크레인과 같은 중장비(103)를 구동시키는 조작 레버(105)에 탈부착 가능하게 결합되어 조작 레버(105)를 조작하는 장착형 조작유닛(120)과, 중장비(103)로부터 이격 배치되어 장착형 조작유닛(120)을 원격 조종함으로써 장착형 조작유닛(120)에 결합된 조작 레버(105)를 조절하는 조작유닛 제어부(110, 도 1 참조)를 포함한다.
이러한 구성으로 인해, 중장비(103)와 떨어진 지점에서 작업자가 조작유닛 제어부(110)를 원격 조종하여 장착형 조작유닛(120)을 조종할 수 있고, 이에 따라 장착형 조작유닛(120)에 결합된 조작 레버(105)를 조절할 수 있어, 중장비(103)의 해당 작업을 실행할 수 있다, 예를 들면 굴착기의 경우 굴착 작업을 할 수 있는 것이고, 크레인의 경우 크레인 작업을 할 수 있는 것이다.
따라서, 중장비(103)를 원격으로 조종할 수 있어, 작업자는 위험요소가 많은 작업 환경에 노출되지 않을 수 있으며, 이에 따라 안전사고가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
먼저, 장착형 조작유닛(120)의 구성에 대해 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 장착형 조작유닛(120)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 중장비(103)의 조작 레버(105)에 착탈 가능가게 결합되는 레버 결합부(130)와, 레버 결합부(130)를 이동시킴으로써 조작 레버(105)를 조종하는 구동력을 발생시키는 구동부(150)와, 구동부(150)를 조작 레버(105)가 장착된 지지대(107)에 지지시키는 지지부(170)를 포함한다.
이와 같이, 본 실시예의 장착형 조작유닛(120)은 기존의 조작 레버(105)에 결합되어 조작 레버(105)를 위치 조절함으로써 무인 조종을 구현한다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 장착형 조작유닛(120)은 작은 사이즈(size)를 가짐으로써 작업자가 용이하게 휴대할 수 있다.
각 구성에 대해 설명하면, 먼저 레버 결합부(130)는, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 조작 레버(105)에 고정되는 레버 고정부재(131)와, 레버 고정부재(131)에 결합되되 결합 부분이 자유 회전이 가능한 이동축(133)과, 이동축(133)의 상단부에 결합되어 구동부(150)의 구동에 의해 다양한 방향으로 이동하는 조인트부(140)를 포함한다.
먼저, 레버 고정부재(131)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 조작 레버(105)에 결합되되 조작 레버(105)에 견고히 결합될 수 있도록 조작 레버(105)의 하단부, 즉 조작 레버(105)의 축 부분(106)에 고정 결합된다. 따라서 레버 고정부재(131)가 조작 레버(105) 상에서 미끄러지거나 이탈되는 것을 저지할 수 있으며 이로 인해 레버 결합부(130)의 이동이 조작 레버(105)에 정확하게 전달될 수 있다.
이동축(133)은, 구동부(150)의 구동에 의해 조작 레버(105)를 실질적으로 움직이는 부분이다. 다만, 이때 이동축(133)의 이동이 레버 고정부재(131)에 의해 구속되지 않도록, 이동축(133)의 하단부는 구 형상의 회전공(134)으로 마련되고, 이러한 이동축(133)의 회전공(134)이 결합되는 레버 고정부재(131)는 회전공(134)이 자유 회전하는 홀더(132)를 구비함으로써 이동축(133)의 이동이 레버 고정부재(131)에 전달되되 구속되는 것을 저지할 수 있다.
다만, 이동축(133)과 레버 고정부재(131)의 연결 구조가 전술한 볼 조인트(ball joint) 연결 구조에 한정되는 것은 아니며, 다른 구조, 예를 들면, 유니버설 조인트(universal joint) 구조 또는 링크 구조 등으로도 구현될 수 있음은 물론이다.
한편, 이동축(133)의 상단부는 조인트부(140)에 결합된다. 본 실시예의 조인트부(140)는, 도 6에 자세히 도시된 바와 같이, 이동축(133)이 축 방향으로 이동 가능하게 결합되는 리니어 부시(141)와, 리니어 부시(141)에 결합되며 구동부(150)로부터 구동력이 전달되는 경우 리니어 부시(141)를 화살표 A 방향으로 틸팅(tilting)시키는 제1 조인트(142)와, 제1 조인트(142)의 상부에서 리니어 부시(141)에 결합되며 구동부(150)로부터 구동력이 전달되는 경우 리니어 부시(141)를 전술한 화살표 A 방향의 가로 방향인 화살표 B 방향으로 틸팅시키는 제2 조인트(145)를 포함한다.
리니어 부시(141)는 중공의 원통 형상으로 마련되며, 이동축(133)이 관통 결합되되 이동축(133)이 축 방향으로 자유로운 이동을 할 수 있도록 별도의 고정 구조를 갖지는 않는다. 즉, 후술할 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)가 틸팅될 때 이동축(133)이 축 방향으로 자유롭게 이동하게 되는데, 이때 이동축(133)이 리니어 부시(141)에 대해 상대 이동할 수 있어 이동축(133)의 이동이 조작 레버(105)에 원활하게 전달될 수 있다.
제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)는 실질적으로 유사한 구조를 갖되 이동축(133)의 틸팅 방향을 달리 하기 위해서 상호 교차하는 방향으로 배치된다. 다시 말해, 제1 조인트(142)가 구동부(150)의 구동에 의해 틸팅되는 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 이동축(133)이 화살표 A 방향으로 이동할 수 있는 것이며, 반면에 제2 조인트(145)가 구동부(150)의 구동에 의해 틸팅되는 경우, 이동축(133)이 화살표 B 방향으로 이동할 수 있는 것이다.
또한, 이러한 제1 조인트(142)와 제2 조인트(145)의 틸팅 이동이 조합되는 경우, 전술한 화살표 A 및 B 방향뿐만 아니라 다양한 방향으로 이동축(133)이 이동할 수 있으며, 이에 따라 조작 레버(105)가 위치 조절될 수 있다.
여기서, 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)의 구조적인 특징에 대해 더 설명하면, 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)에는 각각, 도 6에 도시된 바와 같이, 양측부로부터 돌출 형성되어 회전 축심이 되는 축심 돌기(143, 146)와, 양측부 중 일측부로부터 한 쌍으로 돌출 형성되는 틸팅 돌기(144, 147)가 마련되어 있다. 이들 구성에 대해서는 구동부(150)의 구동 몸체(151)에 대해 설명할 때 부연 설명하기로 한다.
한편, 전술한 바와 같이, 조작 레버(105)와 직접 연결된 레버 결합부(130)는 구동부(150)에 의해 구동된다.
구동부(150)의 구성에 대해 설명하면, 본 실시예의 구동부(150)는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 지지부(170)에 지지되며 내측에는 전술한 조인트부(140)가 틸팅 이동 가능하게 결합되는 구동 몸체(151)와, 전술한 제1 조인트(142)를 틸팅시키기 위한 구동력을 발생시키는 제1 구동모터(156)와, 전술한 제2 조인트(145)를 틸팅시키기 위한 구동력을 발생시키는 제2 구동모터(157)와, 제1 구동모터(156)의 구동력을 제1 조인트(142)에 전달하는 제1 전달부(161)와, 제2 구동모터(157)의 구동력을 제2 조인트(145)에 전달하는 제2 전달부(165)를 포함한다.
먼저, 구동 몸체(151)는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 지지부(170)에 결합되는 기본 틀을 형성하는 구동 프레임(152)과, 구동 프레임(152)의 네 측부에 결합되어 전술한 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)의 축심 돌기(143, 146)가 회전 가능하게 결합되는 4 개의 회전 기준부재(153)와, 구동 프레임(152)의 네 측부 중 제1 전달부(161) 및 제2 전달부(165)가 배치되는 2개의 측부에 배치되는 2개의 결합판(154)을 포함한다.
먼저, 구동 프레임(152)은, 다수의 구성이 배치되는 부분이다. 이러한 구동 프레임(152)은, 지지부(170)에 결합되어 제1 구동모터(156) 및 제2 구동모터(157) 등이 장착되는 판 형상의 하부 프라임부재(152a)와, 하부 프라임부재(152a)의 상부에 배치되며 네 개의 회전 기준부재(153)가 고정 결합되는 상부 프레임부재(152b)와, 상부 프레임부재(152b)와 하부 프라임부재(152a) 사이의 네 모서리 영역에 결합되는 측부 프레임부재(152c)들을 포함한다.
이러한 구동 프레임(152)의 프레임부재(152a, 152b, 152c)들은 맞춤 결합되는 구조를 갖기 때문에 제작이 용이하다는 장점을 갖는다.
회전 기준부재(153)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)의 축심 돌기(143, 146)가 결합되는 부분이다. 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)는 이러한 회전 기준부재(153)에 대해서 상대 회전함으로써 이동축(133)이 결합된 리니어 부시(141)가 정확한 틸팅 이동할 수 있도록 한다.
결합판(154)에는, 도 4에 부분적으로 도시된 바와 같이, 한 쌍의 틸팅 돌기(144, 147)가 관통되는 한 쌍의 관통공(154h)이 형성되어 있다. 이러한 한 쌍의 관통공(154h)은 상하방으로 긴 호 형상으로 형성된다. 이는 틸팅 돌기(144, 147)가 틸팅될 때 틸팅 범위를 제한하기 위함이다.
제1 구동모터(156) 및 제2 구동모터(157)는 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)를 구동시키는 구동력을 발생시키는 부분으로서, DC 모터로 마련될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 종류의 구동모터 예를 들면 정밀한 제어가 가능한 스테퍼 모터 등이 적용될 수 있음은 당연하다.
이러한 제1 구동모터(156) 및 제2 구동모터(157)로부터 발생되는 구동력을 제1 전달부(161) 및 제2 전달부(165)를 통해, 각각 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)에 전달된다. 다만, 이하에서는, 제1 전달부(161) 및 제2 전달부(165)의 구조가 실질적으로 동일하므로 제1 전달부(161)에 대해서만 설명하기로 한다.
제1 전달부(161)는, 도 7에 자세히 도시된 바와 같이, 제1 구동모터(156)의 이동축(133)에 결합되는 피니언 기어(162)와, 전술한 결합판(154)의 외측에서 제1 조인트(142)의 한 쌍의 틸팅 돌기(144)에 결합되며 외측의 일부에는 기어(163a)가 형성되는 조인트 틸팅부재(163)와, 피니언 기어(162)의 동작을 조인트 틸팅부재(163)에 전달하는 연결부재(164)를 포함한다.
여기서, 연결부재(164)는, 피니언 기어(162)와 맞물림 결합되는 제1 전달기어(164a)와, 조인트 틸팅부재(163)의 기어(163a)와 맞물림 결합되는 제2 전달기어(164b)를 포함한다.
따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 구동모터(156)의 구동에 의해 제1 구동모터(156)의 이동축(133)에 결합된 피니언 기어(162)가 일방향으로 회전하는 경우, 연결부재(164)의 제1 전달기어(164a) 및 제2 전달기어(164b)가 타방향으로 회전하고, 또한 제2 전달기어(164b)에 맞물림 결합된 조인트 틸팅부재(163)가 일방향으로 틸팅됨으로써 제1 조인트(142) 역시 틸팅 이동할 수 있다.
이와 같이, 제1 전달부(161) 및 그와 실질적으로 동일한 구조를 갖는 제2 전달부(165)는 제1 구동모터(156) 및 제2 구동모터(157)의 구동력을 해당 조인트(142, 145)에 전달함으로써 조인트(142, 145)들의 틸팅이 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.
한편, 본 실시예의 경우, 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)를 구동시키는 구동모터(156, 157)가 개별적으로 마련됨으로써, 제1 구동모터(156) 및 제2 구동모터(157)의 구동 결과 발생되는 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)의 틸팅 정도가 미세하게 다를 수 있다.
이를 위하여, 본 실시예의 장착형 조작유닛(120)은, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 조인트(142)의 축심 돌기(143) 및 틸팅 돌기(144)가 결합되는 한 쌍의 회전 기준부재(153)에 결합되어 제1 조인트(142)의 축심 돌기(143)의 회전 정도를 측정하는 한 쌍의 제1 엔코더(181)와, 제2 조인트(145)의 축심 돌기(146) 및 틸팅 돌기(147)가 결합되는 다른 한 쌍의 회전 기준부재(153)에 결합되어 제2 조인트(145)의 축심 돌기(146)의 회전 정도를 측정하는 한 쌍의 제2 엔코더(182)와, 제1 엔코더(181) 및 제2 엔코더(182)의 측정 정보에 기초하여 제1 구동모터(156) 및 제2 구동모터(157)의 구동을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이러한 구성에 의해서, 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)의 틸팅 정도를 정밀하게 제어할 있어, 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)의 틸팅 이동에 의해 이동하는 이동축(133)의 이동을 정밀하게 제어할 수 있으며, 이로 인해 이동축(133)에 의해 조작되는 조작 레버(105)의 이동을 정밀하게 제어할 수 있다. 즉, 제1 전달부(161) 및 제2 전달부(165)의 기어 구조로 인해 발생되는 백래시(backlash)를 배제할 수 있어, 정밀한 제어를 구현할 수 있는 것이다.
또한, 제1 엔코더(181) 및 제2 엔코더(182)가 한 쌍씩 마련됨으로써 한 쌍 중 하나가 고장 나더라도 다른 하나가 전술한 역할을 수행할 수 있어 제1 조인트(142) 및 제2 조인트(145)의 틸팅을 정확하게 제어할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 지지부(170)는, 레버 결합부(130)를 구동시키는 구동부(150)를 조작 레버(105)가 장착된 지지대(107)에 지지시키는 부분으로서, 도 2 및 도 8에 도시된 바와 같이, 구동부(150)가 지지되는 지지판(171)과, 조작 레버(105)가 장착된 지지대(107)에 탈부착 가능하게 결합되는 탈부착 결합부재(174)와, 지지판(171)과 탈부착 결합부재(174)를 연결하는 4개의 연결부재(177)를 포함한다.
탈부착 결합부재(174)는, 조작 레버(105)가 장착되는 지지대(107)의 상단부를 감싸며 결합될 수 있도록 지지대(107)의 형상에 대응되는 형상으로 마련된다. 이러한 탈부착 결합부재(174)에는 스크루와 같은 고정부재(미도시)가 관통되는 관통홀(미도시)이 형성된다. 따라서 관통홀을 통과한 고정부재가 지지대(107)의 일부분을 가압하여 지지대(107)에 대한 탈부착 결합부재(174)의 고정력이 강화될 수 있으며, 이로 인해 중장비(103)의 운용 중 외부로부터 충격이 가해지더라도 지지대(107)로부터 탈부착 결합부재(174)가 이탈하는 것을 저지할 수 있다.
그리고, 각각의 연결부재(177)는, 높이 조절 가능하도록 마련된다. 즉, 도 2 및 도 8에 도시된 바와 같이, 연결부재(177)는, 지지판(171)과 결합되는 제1 연결부재(177a)와, 탈부착 결합부재(174)와 결합되는 제2 연결부재(177b)와, 제1 연결부재(177a)의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 결합되고 제2 연결부재(177b)의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 결합되는 제3 연결부재(177c)를 포함한다.
이와 같이, 제3 연결부재(177c)가 제2 연결부재(177b)에 대해 높이 방향으로 이동 가능하게 결합되고, 또한 제3 연결부재(177c)가 제1 연결부재(177a)의 길이 방향으로 이동 가능하게 결함됨으로써 본 실시예에 따른 장착형 조작유닛(120)의 전체적인 높이를 적절하게 조절할 수 있으며, 이로 인해 설치 공간에 유연성 있게 대응할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 본 실시예의 중장비(103)의 조작 레버(105)의 무인 조종 시스템(100)은, 작업 현장에 맞게 중장비(103)를 운용할 수 있도록 작업 현장에서 중장비(103)의 동작을 촬영하는 촬영 카메라(미도시)를 더 포함한다.
따라서, 조작유닛 제어부(110)는 촬영 카메라에 의해 획득되는 정보를 토대로 장착형 조작유닛(120)의 동작을 제어할 수 있다.
조작유닛 제어부(110)는 중장비(103)에 설치된 조작 레버(105)에 대응되는 형상으로 마련된다. 즉, 조작유닛 제어부(110) 역시 조작 레버 형상으로 마련되는 것이다. 따라서 조작유닛 제어부(110)의 이동 방향 및 이동 정도와 실질적으로 대응되는 이동이 중장비(103)의 조작 레버(105)에서 이루어질 수 있도록, 조작유닛 제어부(110)는 장착형 조작유닛(120)의 구동을 제어하는 역할을 한다.
이하에서는, 이러한 구성을 갖는 장착형 조작유닛(120)의 구동 과정에 대해서 도 8을 참조하여 설명하기로 한다. 다만, 제1 구동모터(156)에 의해서 제1 조인트(142)가 틸팅되는 경우에 대해 설명하기로 한다.
우선 작업자는, 중장비(103)에 장착된 촬영 카메라로부터 실시간으로 촬영되는 정보를 토대로 조작유닛 제어부(110)를 원격 조정한다.
가령, 도 8을 기준으로 조작 레버(105)를 우측으로 이동시켜야 하는 경우, 조작유닛 제어부(110)를 우측으로 이동시키면, 장착형 조작유닛(120)의 제1 구동모터(156)는 구동력을 발생시켜 구동력을 제1 전달부(161)를 통해 제1 조인트(142)에 전달한다. 그러면, 제1 조인트(142)는 화살표(C) 방향으로 틸팅됨으로써 이동축(133)을 이동시키고, 이로 인해 조작 레버(105)는 우측으로 이동될 수 있다.
즉, 조작유닛 제어부(110)의 제어에 의해 조작 레버(105)가 정밀하게 위치 조절되는 것이다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 기존의 조작 레버(105)에 장착형 조작유닛(120)을 장착하고 이러한 장착형 조작유닛(120)을 조작유닛 제어부(110)에 의해 원격으로 조종함으로써, 작업자가 위험요소가 많은 작업 환경에 노출되는 것을 저지할 수 있어 안전사고가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있으며, 또한 원격 조종으로 인한 작업의 효율성 및 정확성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 장착형 조작유닛(120)을 기존의 조작 레버(105)에 장착하여 사용하는 구조를 가짐으로써 기존 시스템을 그대로 활용할 수 있으며, 이에 따라 비용 절감 효과를 구현할 수 있으며, 또한 장착형 조작유닛(120) 및 이를 제어하는 조작유닛 제어부(110)가 휴대하기에 용이한 구조를 갖는다는 장점이 있다,
전술한 실시예에서는, 유니버설 조인트 구조로 마련된 조인트부에 의해 이동축의 이동이 조절된다고 상술하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 구동 방법에 의해 이동축의 위치를 조절할 수도 있음은 당연하다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (13)

  1. 기기(機器)를 작동시키는 조작 레버에 탈부착 가능하게 결합되어 상기 조작 레버를 조작하는 장착형 조작유닛; 및
    상기 기기로부터 이격 배치되어, 상기 장착형 조작유닛을 원격으로 조종함으로써 상기 장착형 조작유닛에 결합된 상기 조작 레버를 조절하는 조작유닛 제어부;
    를 포함하는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 장착형 조작유닛은,
    상기 조작 레버에 탈부착 가능하게 결합되는 레버 결합부;
    상기 레버 결합부를 구동시키는 구동부; 및
    상기 구동부를 상기 조작 레버가 장착된 지지대에 지지시키는 지지부를 포함하는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 레버 결합부는,
    상기 조작 레버에 고정되는 레버 고정부재;
    상기 레버 고정부재와 결합되되, 상기 레버 고정부재와 결합되는 부분이 상기 레버 고정부재에 대해 자유 회전 가능하게 결합되는 이동축; 및
    일부분은 상기 구동부에 이동 가능하게 결합되고, 다른 일부분은 상기 이동축이 이동 가능하게 결합됨으로써 상기 구동부에 의해 발생되는 구동력을 상기 이동축에 전달하는 조인트부를 포함하는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 조인트부는,
    상기 이동축이 축 방향으로 이동 가능하게 결합되는 리니어 부시;
    상기 리니어 부시에 결합되어 상기 구동부로부터 구동력이 전달되는 경우 상기 리니어 부시를 일방향으로 틸팅(tilting)시키는 제1 조인트; 및
    상기 제1 조인트의 가로 방향으로 상기 리니어 부시에 결합되어 상기 구동부로부터 구동력이 전달되는 경우 상기 리니어 부시를 상기 일방향의 가로 방향인 타방향으로 틸팅시키는 제2 조인트를 포함하는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 지지부에 지지되며, 내측에서 상기 조인트부가 이동 가능하게 결합되는 구동 몸체;
    상기 구동 몸체에 장착되며, 상기 제1 조인트를 틸팅시키기 위한 구동력을 발생시키는 제1 구동모터;
    상기 구동 몸체에 장착되며, 상기 제2 조인트를 틸팅시키기 위한 구동력을 발생시키는 제2 구동모터;
    상기 제1 구동모터의 구동력을 상기 제1 조인트에 전달하는 제1 전달부; 및
    상기 제2 구동모터의 구동력을 상기 제2 조인트에 전달하는 제2 전달부를 포함하는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구동 몸체는,
    상기 지지부에 결합되어 틀을 형성하는 구동 프레임;
    상기 구동 프레임의 네 측부에 각각 결합되어, 상기 제1 조인트 및 상기 제2 조인트의 양측부로부터 돌출 형성된 축심 돌기가 회전 가능하게 결합되는 회전 기준부재; 및
    상기 구동 프레임의 네 측부 중 상기 제1 전달부 및 상기 제2 전달부가 배치되는 측부에 각각 결합되며, 상기 제1 조인트 및 상기 제2 조인트의 일측부로부터 각각 돌출되는 한 쌍의 틸팅 돌기가 관통 결합되는 관통공이 형성된 결합판들을 포함하는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 전달부 및 상기 제2 전달부는 각각,
    상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터의 이동축에 결합되는 피니언 기어;
    상기 결합판의 외측에서 상기 한 쌍의 틸팅 돌기에 결합되며, 외측의 일부에는 기어가 형성되는 조인트 틸팅부재; 및
    상기 피니언 기어에 맞물림 결합되는 제1 전달기어와, 상기 조인트 틸팅부재의 기어에 맞물림 결합되는 제2 전달기어를 갖는 연결부재를 포함하는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 회전 기준부재에 결합되어 상기 제1 조인트의 상기 축심 돌기의 틸팅 정도를 측정하는 제1 엔코더;
    상기 회전 기준부재에 결합되어 상기 제2 조인트의 상기 축심 돌기의 틸팅 정도를 측정하는 제2 엔코더; 및
    상기 제1 엔코더 및 상기 제2 엔코더로부터의 정보에 기초하여 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 지지부는,
    상기 구동부가 지지되는 지지판;
    상기 조작 레버가 장착된 지지대에 탈부착 가능하게 결합되는 탈부착 결합부재; 및
    상기 지지판과 상기 탈부착 결합부재를 연결하는 적어도 하나의 연결부재를 포함하는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 탈부착 결합부재는 상기 지지대의 적어도 일부분을 감싸도록 상기 지지대의 형상에 대응되는 형상을 가지며,
    상기 탈부착 결합부재와 상기 지지대는 상기 탈부착 결합부재를 관통하여 상기 지지대에 고정되는 고정부재에 의해 상호 고정되는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 연결부재는,
    상기 지지판과 결합되는 제1 연결부재;
    상기 탈부착 결합부재와 결합되는 제2 연결부재; 및
    상기 제1 연결부재의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 결합되고 제2 연결부재의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 결합되는 제3 연결부재를 포함하는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기기에 장착되어 상기 기기의 동작을 실시간으로 촬영하는 촬영 카메라가 장착되며,
    상기 조작유닛 제어부는 상기 촬영 카메라에 의해 획득되는 정보에 기초하여 상기 장착형 조작유닛의 동작을 제어하는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 조작유닛 제어부는 상기 기기에 마련되는 상기 조작 레버에 대응되는 조작 레버이며, 상기 조작유닛 제어부로 마련되는 상기 조작 레버의 이동 방향 및 이동 정도와 실질적으로 동일하게 상기 기기에 마련되는 상기 조작 레버의 구동이 이루어지는 기기 작동용 조작 레버의 무인 조종 시스템.
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