WO2017146291A1 - 중장비 암의 위치 측정 방법 및 장치 - Google Patents

중장비 암의 위치 측정 방법 및 장치 Download PDF

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WO2017146291A1
WO2017146291A1 PCT/KR2016/001981 KR2016001981W WO2017146291A1 WO 2017146291 A1 WO2017146291 A1 WO 2017146291A1 KR 2016001981 W KR2016001981 W KR 2016001981W WO 2017146291 A1 WO2017146291 A1 WO 2017146291A1
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arm
reference point
heavy equipment
sensor
measuring
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김성훈
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김성훈
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36Component parts
    • E02F3/42Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for measuring a position of a heavy equipment arm, and more particularly, to a method and apparatus for precisely controlling heavy equipment by measuring an arm position of a heavy equipment used in a construction site.
  • Heavy equipment such as excavators, loaders, etc. used in the construction site is composed of a heavy equipment body, a bucket, the work device such as the driver and the arm (arm) connecting them.
  • the present invention to solve the above problems,
  • the working device 20 has a first arm 21 connected to the heavy equipment body 10, a second arm 22 connected to the first arm 21, and a bucket 23 connected to the second arm 22. ), Including
  • the position of the second arm reference point (221) Method for measuring the position of the heavy equipment arm, characterized in that
  • the main body side distance measuring sensor is mounted at the main body reference point 11 located at the upper end of the heavy equipment main body 10, and the arm side distance measuring sensor is mounted at the second arm reference point 221, and one side of the second arm 22.
  • the present invention has the following effects.
  • FIG. 1 is a view of applying a method and apparatus for measuring the position of a heavy duty arm on an excavator according to a first embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a view of applying a method and apparatus for measuring the position of the heavy-duty arm on the loader according to a second embodiment of the present invention.
  • the working device 20 has a first arm 21 connected to the heavy equipment body 10, a second arm 22 connected to the first arm 21, and a bucket 23 connected to the second arm 22. ), Including
  • the position of the second arm reference point (221) Method for measuring the position of the heavy equipment arm, characterized in that
  • the main body side distance measuring sensor is mounted at the main body reference point 11 located at the upper end of the heavy equipment main body 10, and the arm side distance measuring sensor is mounted at the second arm reference point 221, and one side of the second arm 22.
  • the working device 20 has a first arm 21 connected to the heavy equipment body 10, a second arm 22 connected to the first arm 21, and a bucket 23 connected to the second arm 22. ), Including
  • the position of the second arm reference point (221) Method for measuring the position of the heavy equipment arm, characterized in that
  • the main body side distance measuring sensor is mounted at the main body reference point 11 located at the upper end of the heavy equipment main body 10, and the arm side distance measuring sensor is mounted at the second arm reference point 221, and one side of the second arm 22.
  • heavy equipment of the present invention as a construction equipment consisting of a heavy equipment body 10 and a work device 20 that is connected to the bucket arm by the operator, an excavator and a loader may be exemplified.
  • the working device 20 is composed of a bucket 23 and one or more arms (21, 22) for connecting it with the heavy equipment body (10).
  • Excavator corresponding to the heavy equipment is composed of a heavy equipment body 10 and a working device 20 is connected to the bucket arm by the operator.
  • the work device 20 is composed of a first arm 21, a second arm 22 and a bucket 23.
  • the first arm 21 connected to the heavy equipment body 10 is connected, the second arm 22 is connected to the end of the first arm 21, the bucket 23 to the end of the second arm 22 ) Is connected.
  • the value measured by the sensor is Wow Corresponds to
  • the distance measuring sensor for measuring is composed of a pair of the arm side distance sensor and the body side distance sensor.
  • the main body side distance measuring sensor is mounted to the main body reference point 11 located at the upper end of the heavy equipment main body 10, and the arm side distance measuring sensor is mounted to the second arm reference point 221.
  • the main body reference point 11 means a point arbitrarily selected in the heavy equipment main body 10, and preferably the main body side distance measuring sensor can be mounted on the basis of the upper edge of the heavy equipment main body 10 as shown in FIG. .
  • the second arm reference point 221 means a point arbitrarily selected on the second arm 22, and preferably, the arm-side distance measuring sensor may be mounted based on the distal end of the second arm 22 as shown in FIG. have.
  • the distance measuring sensor may be configured with various sensors for measuring the distance between the reference point and the target point, the following two examples will be described.
  • the sensor measures the distance by emitting ultrasonic pulses toward the object under test and receiving the reflected wave reflected from the object.
  • the arm-side distance measuring sensor uses a counter-type ultrasonic sensor composed of a transmitter and a body-side distance measuring sensor, and measures the distance by calculating the time required until the ultrasonic wave emitted from the transmitter reaches the receiver. .
  • Beacon is a short-range communication technology based on the Bluetooth protocol
  • the arm-side distance sensor is composed of a beacon signal transmitter
  • the body-side distance sensor is composed of a beacon signal receiver to identify the beacon module ID and signal strength from the beacon signal receiver. Measure the distance by However, due to the beacon characteristics, the transmitter / receiver may be configured in reverse.
  • Tilt angle sensor for measuring the is mounted on one side of the second arm (22). Since it is for measuring the inclination of the second arm 22 formed in a straight line, the mounting part can be arbitrarily determined on the straight line of the second arm 22.
  • the inclination angle sensor may be configured as a gyro sensor for measuring the angle by the earth's gravity, and measures the angle formed with the plane perpendicular to the direction of gravity.
  • Equation 1 Substituting Equation 1 into Equation 2 Find the equation for.
  • Equation 3 Substituting Equation 3 into Equation 4 Find the equation for.
  • Position of the second cancer reference point 221 Can be identified.
  • the inclination angle sensor may be additionally mounted to the bucket 23.
  • the inclination angle of the bucket 23 can be grasped at the same time, the position of the end of the bucket 23 can be grasped accurately, thereby enabling more precise control.
  • the loader is a structure in which the bucket 23 is directly connected to the first arm 21 instead of the second arm 22, but is described based on the bucket 23, which is described in the description of the excavator. This is just replaced with the bucket 23, and reveals the technically the same configuration.
  • the second arm 22 in the excavator and the bucket 23 in the loader are the same components.
  • the loader corresponding to the heavy equipment is composed of a heavy duty body 10 and a working device 20 to which the bucket is connected to the arm on which the operator boards.
  • the work device 20 is composed of a first arm 21 and a bucket (23).
  • the first arm 21 is connected to the heavy equipment body 10 is connected, the bucket 23 is connected to the end of the first arm 21 is a structure.
  • the value measured by the sensor is Wow Corresponds to
  • the distance measuring sensor for measuring is composed of a pair of the arm side distance sensor and the body side distance sensor.
  • the main body side distance measuring sensor is mounted to the main body reference point 11 located at the upper end of the heavy equipment main body 10, and the arm side distance measuring sensor is mounted to the bucket reference point 231.
  • the main body reference point 11 means a point arbitrarily selected in the heavy equipment main body 10, and preferably, the main body side distance measuring sensor may be mounted based on the upper edge of the heavy equipment main body 10 as shown in FIG. 2. .
  • the bucket reference point 231 means a point arbitrarily selected in the bucket 23, and preferably can be equipped with the arm-side distance measuring sensor based on the end of the bucket 23 as shown in FIG.
  • the present invention has the following effects.
  • the present invention relates to a method and apparatus for precisely controlling heavy equipment by measuring an arm position of heavy equipment used in a construction site, and to accurately control a work device by acquiring arm position information of heavy equipment during construction work. It is possible to prevent the interference with other structures and at the same time increase the work efficiency. By using the minimum sensor, it is easy to install and operate and can be widely applied to various heavy equipment.

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Abstract

본 발명은 중장비 암의 말단부 위치 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건설현장에서 사용되는 중장비의 암(arm) 말단부 위치를 측정하여 중장비를 정밀하게 제어하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 다음과 같은 효과를 발휘한다. 즉, 중장비의 암 말단부 위치정보를 획득하여 작업장치를 정밀제어함으로써 건설작업시 다른 구조물과의 간섭을 방지함과 동시에 작업 효율을 높일 수 있으며, 최소한의 센서를 이용함으로써 설치 및 조작이 간편하고 다양한 중장비에 광범위하게 적용 가능한 장점이 있다.

Description

중장비 암의 위치 측정 방법 및 장치
본 발명은 중장비 암의 위치 측정 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건설현장에서 사용되는 중장비의 암(arm) 위치를 측정하여 중장비를 정밀하게 제어하기 위한 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
건설현장에서 사용되는 굴삭기, 로더 등의 중장비는 크게 운전자가 탑승하는 중장비 본체, 버켓 등의 작업 장치 및 이를 연결하는 암(arm)으로 구성된다.
종래에는 중장비 작업 장치의 정확한 위치파악은 중장비 본체에 탑승하는 운전자의 숙련도에 의존해왔다.
작업 장치의 위치를 측정하는 장비가 있으나 중장비의 각 부분별로 많은 센서를 필요로 하고 구성이 복잡하여, 기존의 중장비에 장착하기 번거로워 실용성이 떨어진다. 또한 그 적용 범위도 굴삭기 등 특정 장비에 한정되어 다양하게 적용하기 어려운 실정이다.
본 발명에서 해결하려는 과제는 다음과 같다.
즉, 중장비 작업장치의 정밀제어를 위해 암(arm)의 위치정보를 획득하되, 다양한 중장비에 적용 가능하며 간편한 설치와 조작이 가능하도록 최소한의 센서로 암의 위치정보를 획득할 수 있는 구성을 제시하고자 한다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여,
작업자가 탑승하는 중장비본체(10) 및 버켓이 암으로 연결되는 작업장치(20)로 구성되는 중장비에 있어서,
상기 작업장치(20)는 중장비본체(10)와 연결되는 제1암(21), 제1암(21)과 연결되는 제2암(22) 및 제2암(22)과 연결되는 버켓(23)을 포함하여 구성되어,
제1암(21)의 회전중심을
Figure PCTKR2016001981-appb-I000001
, 본체기준점(11)을
Figure PCTKR2016001981-appb-I000002
, 제1암기준점(211)의 위치를
Figure PCTKR2016001981-appb-I000003
, 제2암기준점(221)의 위치를
Figure PCTKR2016001981-appb-I000004
,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000005
점과
Figure PCTKR2016001981-appb-I000006
사이 거리를
Figure PCTKR2016001981-appb-I000007
,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000008
Figure PCTKR2016001981-appb-I000009
사이 거리를
Figure PCTKR2016001981-appb-I000010
라 할 때,
중장비의 고유값에 해당하는
Figure PCTKR2016001981-appb-I000011
,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000012
,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000013
Figure PCTKR2016001981-appb-I000014
을 측정하고,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000015
Figure PCTKR2016001981-appb-I000016
점 사이의 거리를
Figure PCTKR2016001981-appb-I000017
및 제2암(22)의 경사 각도를
Figure PCTKR2016001981-appb-I000018
를 각각 측정하여, 제2암기준점(221)의 위치
Figure PCTKR2016001981-appb-I000019
를 파악하는 것을 특징으로 하는 중장비 암의 위치 측정 방법과
상기 중장비본체(10)의 상단부에 위치하는 본체기준점(11)에 본체측거리측정센서가 장착되고, 제2암기준점(221)에 암측거리측정센서가 장착되며, 제2암(22)의 일측에 경사각센서가 장착되어,
본체측거리측정센서와 암측거리측정센서로부터
Figure PCTKR2016001981-appb-I000020
를 측정하고, 경사각센서로부터
Figure PCTKR2016001981-appb-I000021
를 측정함으로써, 제2암기준점(221)의 위치
Figure PCTKR2016001981-appb-I000022
를 파악하는 것을 특징으로 하는 중장비 암의 위치 측정 장치를 제시한다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 발휘한다.
즉, 중장비의 암 위치정보를 획득하여 작업장치를 정밀제어함으로써 건설작업시 다른 구조물과의 간섭을 방지함과 동시에 작업 효율을 높일 수 있으며, 최소한의 센서를 이용함으로써 설치 및 조작이 간편하고 다양한 중장비에 광범위하게 적용 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따라 굴삭기에 중장비 암의 위치 측정 방법 및 장치를 적용한 도면.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따라 로더에 중장비 암의 위치 측정 방법 및 장치를 적용한 도면.
발명의 실시를 위한 최선의 형태는 다음과 같다.
즉, 작업자가 탑승하는 중장비본체(10) 및 버켓이 암으로 연결되는 작업장치(20)로 구성되는 중장비에 있어서,
상기 작업장치(20)는 중장비본체(10)와 연결되는 제1암(21), 제1암(21)과 연결되는 제2암(22) 및 제2암(22)과 연결되는 버켓(23)을 포함하여 구성되어,
제1암(21)의 회전중심을
Figure PCTKR2016001981-appb-I000023
, 본체기준점(11)을
Figure PCTKR2016001981-appb-I000024
, 제1암기준점(211)의 위치를
Figure PCTKR2016001981-appb-I000025
, 제2암기준점(221)의 위치를
Figure PCTKR2016001981-appb-I000026
,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000027
점과
Figure PCTKR2016001981-appb-I000028
사이 거리를
Figure PCTKR2016001981-appb-I000029
,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000030
Figure PCTKR2016001981-appb-I000031
사이 거리를
Figure PCTKR2016001981-appb-I000032
라 할 때,
중장비의 고유값에 해당하는
Figure PCTKR2016001981-appb-I000033
,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000034
,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000035
Figure PCTKR2016001981-appb-I000036
을 측정하고,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000037
Figure PCTKR2016001981-appb-I000038
점 사이의 거리를
Figure PCTKR2016001981-appb-I000039
및 제2암(22)의 경사 각도를
Figure PCTKR2016001981-appb-I000040
를 각각 측정하여, 제2암기준점(221)의 위치
Figure PCTKR2016001981-appb-I000041
를 파악하는 것을 특징으로 하는 중장비 암의 위치 측정 방법과
상기 중장비본체(10)의 상단부에 위치하는 본체기준점(11)에 본체측거리측정센서가 장착되고, 제2암기준점(221)에 암측거리측정센서가 장착되며, 제2암(22)의 일측에 경사각센서가 장착되어,
본체측거리측정센서와 암측거리측정센서로부터
Figure PCTKR2016001981-appb-I000042
를 측정하고, 경사각센서로부터
Figure PCTKR2016001981-appb-I000043
를 측정함으로써, 제2암기준점(221)의 위치
Figure PCTKR2016001981-appb-I000044
를 파악하는 것을 특징으로 하는 중장비 암의 위치 측정 장치이다.
이하 첨부된 도면을 바탕으로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다. 다만 본 발명의 권리범위는 특허청구범위 기재에 의하여 파악되어야 한다. 또한 본 발명의 요지를 모호하게 하는 공지기술의 설명은 생략한다.
본 발명을 먼저 요약하면 다음과 같다.
작업자가 탑승하는 중장비본체(10) 및 버켓이 암으로 연결되는 작업장치(20)로 구성되는 중장비에 있어서,
상기 작업장치(20)는 중장비본체(10)와 연결되는 제1암(21), 제1암(21)과 연결되는 제2암(22) 및 제2암(22)과 연결되는 버켓(23)을 포함하여 구성되어,
제1암(21)의 회전중심을
Figure PCTKR2016001981-appb-I000045
, 본체기준점(11)을
Figure PCTKR2016001981-appb-I000046
, 제1암기준점(211)의 위치를
Figure PCTKR2016001981-appb-I000047
, 제2암기준점(221)의 위치를
Figure PCTKR2016001981-appb-I000048
,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000049
점과
Figure PCTKR2016001981-appb-I000050
사이 거리를
Figure PCTKR2016001981-appb-I000051
,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000052
Figure PCTKR2016001981-appb-I000053
사이 거리를
Figure PCTKR2016001981-appb-I000054
라 할 때,
중장비의 고유값에 해당하는
Figure PCTKR2016001981-appb-I000055
,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000056
,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000057
Figure PCTKR2016001981-appb-I000058
을 측정하고,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000059
Figure PCTKR2016001981-appb-I000060
점 사이의 거리를
Figure PCTKR2016001981-appb-I000061
및 제2암(22)의 경사 각도를
Figure PCTKR2016001981-appb-I000062
를 각각 측정하여, 제2암기준점(221)의 위치
Figure PCTKR2016001981-appb-I000063
를 파악하는 것을 특징으로 하는 중장비 암의 위치 측정 방법과
상기 중장비본체(10)의 상단부에 위치하는 본체기준점(11)에 본체측거리측정센서가 장착되고, 제2암기준점(221)에 암측거리측정센서가 장착되며, 제2암(22)의 일측에 경사각센서가 장착되어,
본체측거리측정센서와 암측거리측정센서로부터
Figure PCTKR2016001981-appb-I000064
를 측정하고, 경사각센서로부터
Figure PCTKR2016001981-appb-I000065
를 측정함으로써, 제2암기준점(221)의 위치
Figure PCTKR2016001981-appb-I000066
를 파악하는 것을 특징으로 하는 중장비 암의 위치 측정 장치에 관한 것이다.
본 발명의 중장비로는 작업자가 탑승하는 크게 중장비본체(10) 및 버켓이 암으로 연결되는 작업장치(20)로 구성되는 건설장비로서, 굴삭기와 로더 등을 예시할 수 있다.
상기 작업장치(20)는 버켓(23)과 이를 중장비본체(10)와 연결하는 하나 이상의 암(21,22)으로 구성된다.
두 개의 암(21,22)으로 구성된 굴삭기를 제1실시예로, 하나의 암(21)으로 구성된 로더를 제2실시예로 하여 이하 본 발명을 상세히 설명한다.
(굴삭기의 경우)
제1실시예로서 도 1과 같이 굴삭기에 본 장치가 장착되는 경우를 기준으로 설명한다.
먼저 각 수학식에 사용되는 변수의 정의는 다음과 같다.
Figure PCTKR2016001981-appb-I000067
: 제1암의 기준점 위치
Figure PCTKR2016001981-appb-I000068
: 제2암의 기준점 위치
Figure PCTKR2016001981-appb-I000069
: 제1암의 회전중심
Figure PCTKR2016001981-appb-I000070
: 본체기준점
Figure PCTKR2016001981-appb-I000071
:
Figure PCTKR2016001981-appb-I000072
점과
Figure PCTKR2016001981-appb-I000073
사이 거리
Figure PCTKR2016001981-appb-I000074
:
Figure PCTKR2016001981-appb-I000075
Figure PCTKR2016001981-appb-I000076
사이 거리
Figure PCTKR2016001981-appb-I000077
:
Figure PCTKR2016001981-appb-I000078
Figure PCTKR2016001981-appb-I000079
점 사이의 거리
Figure PCTKR2016001981-appb-I000080
: 제2암의 경사 각도
중장비에 해당하는 굴삭기는 작업자가 탑승하는 크게 중장비본체(10) 및 버켓이 암으로 연결되는 작업장치(20)로 구성된다.
상기 작업장치(20)는 제1암(21), 제2암(22) 및 버켓(23)으로 구성된다.
즉, 중장비본체(10)에 연결된 제1암(21)이 연결되고, 제1암(21)의 말단에 제2암(22)이 연결되며, 제2암(22)의 말단에 버켓(23)이 연결되는 구조이다.
본 발명에서 센서에 의해 측정되는 값은
Figure PCTKR2016001981-appb-I000081
Figure PCTKR2016001981-appb-I000082
에 해당된다.
상기
Figure PCTKR2016001981-appb-I000083
는 제2암의 기준점 위치
Figure PCTKR2016001981-appb-I000084
과 본체기준점
Figure PCTKR2016001981-appb-I000085
사이의 거리로서,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000086
를 측정하는 거리측정센서는 암측거리측정센서와 본체측거리측정센서의 쌍으로 구성된다. 본체측거리측정센서는 중장비본체(10)의 상단부에 위치하는 본체기준점(11)에 장착되고, 암측거리측정센서는 제2암기준점(221)에 장착된다.
이 때 본체기준점(11)은 중장비본체(10)에 임의로 선택된 점을 의미하며, 바람직하게는 도 1과 같이 중장비본체(10)의 상단부 모서리를 기준으로 하여 본체측거리측정센서를 장착할 수 있다.
또한 제2암기준점(221)은 제2암(22)에 임의로 선택된 점을 의미하며, 바람직하게는 도 1과 같이 제2암(22)의 말단부를 기준으로 하여 암측거리측정센서를 장착할 수 있다.
상기 거리측정센서는 기준점과 목표점 사이 거리를 측정하는 다양한 센서로 구성될 수 있으며, 본 실시예에서는 다음 두 가지를 예시로 설명한다.
1. 초음파센서
초음파 펄스를 피측정물을 향해 방사하여 물체에서 반사되어 오는 반사파를 받을 때까지의 시간을 계측하여 거리를 측정하는 센서이다. 암측거리측정센서는 송파기, 본체측거리측정센서는 수파기로 구성되는 대향형 초음파 센서를 이용하여, 송파기로부터 방출된 초음파가 수파기에 도달할 때 까지 소요시간을 계산하여 거리를 측정한다.
2. 비콘센서
비콘은 블루투스 프로토콜을 기반으로 한 근거리통신기술로서 암측거리측정센서는 비콘신호송신기, 본체측거리측정센서는 비콘신호수신기로 구성하여, 비콘신호송신기로부터 비콘모듈ID와 신호세기를 비콘신호수신기에서 파악하여 거리를 측정한다. 다만 비콘 특성상, 송신기/수신기는 반대로 구성할 수도 있다.
상기
Figure PCTKR2016001981-appb-I000087
는 제2암의 경사 각도로서,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000088
를 측정하는 경사각센서는 제2암(22)의 일측에 장착된다. 일직선으로 형성되는 제2암(22)의 경사를 측정하기 위한 것이므로 그 장착부위는 제2암(22)의 일직선 상에 임의로 정할 수 있다. 이 때 경사각센서는 지구 중력에 의해 각도를 측정하는 자이로센서로 구성할 수 있으며, 중력방향에 수직인 평면과 이루는 각도를 측정하게 된다.
Figure PCTKR2016001981-appb-I000089
,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000090
,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000091
Figure PCTKR2016001981-appb-I000092
는 중장비의 고유값에 해당한다. 즉, 중장비의 작동상태에 따라 달라지는 것이 아니라, 중장비의 최초사양에 따라 결정되는 것이므로, 각 장비의 기설정값에 해당된다.
제1암의 회전중심
Figure PCTKR2016001981-appb-I000093
과 제1암의 기준점 위치
Figure PCTKR2016001981-appb-I000094
사이 거리를 측정하여
Figure PCTKR2016001981-appb-I000095
을 구한다.
제2암의 기준점 위치
Figure PCTKR2016001981-appb-I000096
과 제1암의 기준점 위치
Figure PCTKR2016001981-appb-I000097
사이 거리를 측정하여
Figure PCTKR2016001981-appb-I000098
를 구한다.
Figure PCTKR2016001981-appb-I000099
은 본체기준점으로서, 제1암의 회전중심
Figure PCTKR2016001981-appb-I000100
에서 수평거리
Figure PCTKR2016001981-appb-I000101
및 수직거리
Figure PCTKR2016001981-appb-I000102
을 각각 측정하여 구할 수 있다.
상기 측정된 중장비의 고유값
Figure PCTKR2016001981-appb-I000103
,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000104
,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000105
Figure PCTKR2016001981-appb-I000106
와, 본체측거리측정센서 측정된
Figure PCTKR2016001981-appb-I000107
, 경사각센서에서 측정된
Figure PCTKR2016001981-appb-I000108
를 아래 수학식에 대입한다.
Figure PCTKR2016001981-appb-I000109
--- (수학식 1)
Figure PCTKR2016001981-appb-I000110
--- (수학식 2)
상기 수학식 1을 수학식 2에 대입하여
Figure PCTKR2016001981-appb-I000111
에 관한 식을 구한다.
Figure PCTKR2016001981-appb-I000112
Figure PCTKR2016001981-appb-I000113
Figure PCTKR2016001981-appb-I000114
--- (수학식 3)
Figure PCTKR2016001981-appb-I000115
--- (수학식 4)
상기 수학식 3을 수학식 4에 대입하여
Figure PCTKR2016001981-appb-I000116
에 관한 식을 구한다.
Figure PCTKR2016001981-appb-I000117
Figure PCTKR2016001981-appb-I000118
--- (수학식 5)
상기 수학식 5에 수학식 1 및 4를 대입하여
Figure PCTKR2016001981-appb-I000119
Figure PCTKR2016001981-appb-I000120
를 소거한다.
Figure PCTKR2016001981-appb-I000121
다음으로,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000122
에 관한 식 및
Figure PCTKR2016001981-appb-I000123
에 관한 식을 대입하여
Figure PCTKR2016001981-appb-I000124
Figure PCTKR2016001981-appb-I000125
를 소거하여
Figure PCTKR2016001981-appb-I000126
에 관한 식을 구한다.
Figure PCTKR2016001981-appb-I000127
Figure PCTKR2016001981-appb-I000128
위와 같이 정리가 될 때,
첫 번째
Figure PCTKR2016001981-appb-I000129
항의 상수를 정리하면,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000130
두 번째
Figure PCTKR2016001981-appb-I000131
항의 상수를 정리하면,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000132
나머지 오른쪽의 항을 모두 정리하여
Figure PCTKR2016001981-appb-I000133
위와 같이 나타내어 정리하면 다음과 같다.
Figure PCTKR2016001981-appb-I000134
상기
Figure PCTKR2016001981-appb-I000135
에 관한 식을 수학식 2의 근의 공식에 대입하여
Figure PCTKR2016001981-appb-I000136
을 구하고,
상기
Figure PCTKR2016001981-appb-I000137
의 값 및
Figure PCTKR2016001981-appb-I000138
에 관한 식을 수학식 1에 대입하여
Figure PCTKR2016001981-appb-I000139
을 구함으로써,
제2암기준점(221)의 위치
Figure PCTKR2016001981-appb-I000140
를 파악할 수 있다.
또한 굴삭기와 같이 제2암(22)에 버켓(23)이 연결되는 경우 버켓(23)에 경사각센서를 추가로 장착할 수 있다. 이 경우 버켓(23)의 경사각을 동시에 파악할 수 있으므로, 버켓(23) 말단의 위치를 정확하게 파악할 수 있으므로 더욱 정밀한 제어가 가능하게 된다.
(로더의 경우)
제2실시예로서 도 2와 같이 로더에 본 장치가 장착되는 경우를 기준으로 설명한다.
다만 로더는 제2암(22) 대신 버켓(23)이 제1암(21)에 바로 연결되는 구조로서, 버켓(23)을 기준으로 설명하나, 이는 상기 굴삭기의 설명에서 제2암(22)을 버켓(23)으로 대체한 것일 뿐, 기술적으로 동일한 구성임을 밝힌다.
즉, 굴삭기에서의 제2암(22)과 로더에서의 버켓(23)은 같은 구성요소인 것이다.
먼저 각 수학식에 사용되는 변수의 정의는 다음과 같다.
Figure PCTKR2016001981-appb-I000141
: 제1암의 기준점 위치
Figure PCTKR2016001981-appb-I000142
: 버켓의 기준점 위치
Figure PCTKR2016001981-appb-I000143
: 제1암의 회전중심
Figure PCTKR2016001981-appb-I000144
: 본체기준점
Figure PCTKR2016001981-appb-I000145
:
Figure PCTKR2016001981-appb-I000146
점과
Figure PCTKR2016001981-appb-I000147
사이 거리
Figure PCTKR2016001981-appb-I000148
:
Figure PCTKR2016001981-appb-I000149
Figure PCTKR2016001981-appb-I000150
사이 거리
Figure PCTKR2016001981-appb-I000151
:
Figure PCTKR2016001981-appb-I000152
Figure PCTKR2016001981-appb-I000153
점 사이의 거리
Figure PCTKR2016001981-appb-I000154
: 버켓의 경사 각도
중장비에 해당하는 로더는 작업자가 탑승하는 크게 중장비본체(10) 및 버켓이 암으로 연결되는 작업장치(20)로 구성된다.
상기 작업장치(20)는 제1암(21) 및 버켓(23)으로 구성된다.
즉, 중장비본체(10)에 연결된 제1암(21)이 연결되고, 제1암(21)의 말단에 버켓(23)이 연결되는 구조이다.
본 발명에서 센서에 의해 측정되는 값은
Figure PCTKR2016001981-appb-I000155
Figure PCTKR2016001981-appb-I000156
에 해당된다.
상기
Figure PCTKR2016001981-appb-I000157
는 버켓의 기준점 위치
Figure PCTKR2016001981-appb-I000158
과 본체기준점
Figure PCTKR2016001981-appb-I000159
사이의 거리로서,
Figure PCTKR2016001981-appb-I000160
를 측정하는 거리측정센서는 암측거리측정센서와 본체측거리측정센서의 쌍으로 구성된다. 본체측거리측정센서는 중장비본체(10)의 상단부에 위치하는 본체기준점(11)에 장착되고, 암측거리측정센서는 버켓기준점(231)에 장착된다.
이 때 본체기준점(11)은 중장비본체(10)에 임의로 선택된 점을 의미하며, 바람직하게는 도 2와 같이 중장비본체(10)의 상단부 모서리를 기준으로 하여 본체측거리측정센서를 장착할 수 있다.
또한 버켓기준점(231)은 버켓(23)에 임의로 선택된 점을 의미하며, 바람직하게는 도 2와 같이 버켓(23)의 말단부를 기준으로 하여 암측거리측정센서를 장착할 수 있다.
이하 버켓의 기준점 위치
Figure PCTKR2016001981-appb-I000161
을 구하는 과정은 실시예1의 과정과 동일한 바, 자세한 설명은 생략한다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 발휘한다.
즉, 중장비의 암 위치정보를 획득하여 작업장치를 정밀제어함으로써 건설작업시 다른 구조물과의 간섭을 방지함과 동시에 작업 효율을 높일 수 있으며, 최소한의 센서를 이용함으로써 설치 및 조작이 간편하고 다양한 중장비에 광범위하게 적용 가능한 장점이 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
본 발명은 건설현장에서 사용되는 중장비의 암(arm) 위치를 측정하여 중장비를 정밀하게 제어하기 위한 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 중장비의 암 위치정보를 획득하여 작업장치를 정밀제어함으로써 건설작업시 다른 구조물과의 간섭을 방지함과 동시에 작업 효율을 높일 수 있으며, 최소한의 센서를 이용함으로써 설치 및 조작이 간편하고 다양한 중장비에 광범위하게 적용 가능하다.

Claims (3)

  1. 작업자가 탑승하는 중장비본체(10) 및 버켓이 암으로 연결되는 작업장치(20)로 구성되는 중장비에 있어서,
    상기 작업장치(20)는,
    중장비본체(10)와 연결되는 제1암(21),
    제1암(21)과 연결되는 제2암(22) 및
    제2암(22)과 연결되는 버켓(23)을 포함하여 구성되어,
    제1암(21)의 회전중심을
    Figure PCTKR2016001981-appb-I000162
    ,
    본체기준점(11)을
    Figure PCTKR2016001981-appb-I000163
    ,
    제1암기준점(211)의 위치를
    Figure PCTKR2016001981-appb-I000164
    ,
    제2암기준점(221)의 위치를
    Figure PCTKR2016001981-appb-I000165
    ,
    Figure PCTKR2016001981-appb-I000166
    점과
    Figure PCTKR2016001981-appb-I000167
    사이 거리를
    Figure PCTKR2016001981-appb-I000168
    ,
    Figure PCTKR2016001981-appb-I000169
    Figure PCTKR2016001981-appb-I000170
    사이 거리를
    Figure PCTKR2016001981-appb-I000171
    라 할 때,
    중장비의 고유값에 해당하는
    Figure PCTKR2016001981-appb-I000172
    ,
    Figure PCTKR2016001981-appb-I000173
    ,
    Figure PCTKR2016001981-appb-I000174
    Figure PCTKR2016001981-appb-I000175
    을 측정하고,
    Figure PCTKR2016001981-appb-I000176
    Figure PCTKR2016001981-appb-I000177
    점 사이의 거리
    Figure PCTKR2016001981-appb-I000178
    및 제2암(22)의 경사 각도
    Figure PCTKR2016001981-appb-I000179
    를 각각 측정하여,
    제2암기준점(221)의 위치
    Figure PCTKR2016001981-appb-I000180
    를 파악하는 것을 특징으로 하는 중장비 암의 위치 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    중장비본체(10)의 상단부에 위치하는 본체기준점(11)에 본체측거리측정센서가 장착되고,
    제2암기준점(221)에 암측거리측정센서가 장착되며,
    제2암(22)의 일측에 경사각센서가 장착되어,
    본체측거리측정센서와 암측거리측정센서로부터
    Figure PCTKR2016001981-appb-I000181
    를 측정하고,
    경사각센서로부터
    Figure PCTKR2016001981-appb-I000182
    를 측정함으로써,
    제2암기준점(221)의 위치
    Figure PCTKR2016001981-appb-I000183
    를 파악하는 것을 특징으로 하는 중장비 암의 위치 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 버켓(23)에 경사각센서가 장착되어,
    제2암기준점(221)의 위치
    Figure PCTKR2016001981-appb-I000184
    및 버켓(23)의 경사각을 동시에 파악하는 것을 특징으로 하는 중장비 암의 위치 측정 장치.
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