WO2018117294A1 - 건설기계용 티칭 및 플레이백 장치 및 이를 포함하는 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템 - Google Patents

건설기계용 티칭 및 플레이백 장치 및 이를 포함하는 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템 Download PDF

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joystick
playback
trajectory data
actuator
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김용재
김지윤
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Volvo Construction Equipment AB
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    • G09B19/00—Teaching not covered by other main groups of this subclass
    • G09B19/16—Control of vehicles or other craft
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B25/00—Models for purposes not provided for in G09B23/00, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
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    • G09B9/00—Simulators for teaching or training purposes
    • G09B9/02—Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft

Definitions

  • the present invention relates to a teaching and playback device for construction machinery and a teaching and playback system for a construction machine including the same. More particularly, minimizing the deviation between the operation of the joystick when the teaching module is mounted and the joystick when the playback module is mounted.
  • the present invention relates to a teaching and playback device for a construction machine and a teaching and playback system for a construction machine including the same, which can improve reliability of a playback operation of the construction machine.
  • construction machinery such as excavators
  • work tools such as booms, arms and buckets
  • optional devices such as hammers, shears, rotators, etc.
  • swinging motors for swinging movements of upper swinging bodies
  • a prime mover and a hydraulic pump for supplying a pressure oil as a power source to each actuator for operating them and each actuator.
  • the pressurized oil discharged from the hydraulic pump is provided inside the main control valve (MCV) and is supplied to the corresponding actuator through spool valves that are switched by a joystick operation by the driver.
  • MCV main control valve
  • the driver repeats the joystick operation.
  • the driver is required to maintain a long concentration for a long time, there is a limit to maintain the concentration, it is difficult to continuously and repeatedly repeat the same highly skilled operation on the joystick. That is, when the joystick operation is repeated, a deviation may occur in the operation of the joystick according to the driver's operation.
  • the skill of the driver is insufficient, the work device is frequently deviated from a certain trajectory by the misoperation of the joystick.
  • joystick operation is the starting point of the hydraulic system for operating the work tool. Therefore, if repetitive work of the same work pattern is required, eliminating or minimizing the operating deviation of the joystick generated in each cycle is much more important than eliminating the other factors mentioned above. For this reason, a teaching and playback system has been proposed for implementing the same joystick operation in each cycle.
  • the conventional teaching and playback system is a method of obtaining teaching data from a sensor installed in an actuator.
  • the position information of the actuator used as the teaching data in the conventional teaching and playback system reflects all of the various factors which make it difficult to perform the same work pattern for each cycle. Therefore, when executing the playback operation based on such teaching data, it is virtually impossible to reproduce the actuator operation under the playback operation that is automatically implemented in the same manner as the actuator operation under the teaching operation implemented by the driver.
  • an object of the present invention is to minimize the deviation between the operation of the joystick when mounting the teaching module and the operation of the joystick when mounting the playback module, thereby
  • a teaching and playback device for a construction machine and a teaching and playback system for a construction machine including the same, which can improve reliability of a playback operation of a construction machine.
  • the teaching machine for construction machinery is installed in the joystick, the teaching module for obtaining the trajectory data of the joystick operated by the driver to operate the actuator and the trajectory data of the joystick obtained by the teaching module. It includes a controller to receive and store.
  • teaching module according to the present invention is characterized in that it comprises a joystick sensor interlocked with the operation of the joystick.
  • the controller according to the present invention is characterized in that it comprises a receiving unit for receiving the trajectory data of the joystick from the teaching module and a storage unit for storing the received trajectory data.
  • the teaching apparatus may further include a converting unit converting the trajectory data of the joystick received by the receiving unit into a command signal, and the storage unit stores the command signal.
  • the construction device playback apparatus is installed in the controller and the joystick outputting the trajectory data of the joystick is obtained from the teaching module and is configured to play the joystick as the trajectory data transmitted from the controller Contains a playback module.
  • the teaching and playback system for construction machinery is a teaching module for obtaining the trajectory data of the joystick operated by the driver to operate the actuator, the play to play the joystick according to the trajectory data obtained by the teaching module And a controller for receiving and storing the trajectory data of the joystick transmitted from the back module and the teaching module, and outputting the stored trajectory data.
  • the teaching module according to the present invention is characterized in that it comprises a joystick sensor installed in the joystick and interlocked with the operation of the joystick.
  • system according to the present invention further includes an actuator sensor installed in the actuator and interlocked with the operation of the actuator.
  • the controller receives the trajectory data of the joystick from the teaching module, the first trajectory data of the actuator obtained from the actuator sensor at the time of the teaching module operation, and the actuator obtained from the actuator sensor at the time of the playback module operation.
  • controller further includes a comparison control unit for comparing the first trajectory data of the actuator and the second trajectory data of the actuator received in the receiving unit.
  • the comparison controller may be configured to stop the operation of the playback module when the second trajectory data is out of an allowable deviation range set based on the first trajectory data.
  • controller is characterized in that it further comprises a storage unit for storing the command signal generated by the trajectory data or the conversion unit and for transmitting the stored command signal to the output unit.
  • a teaching module installed on the joystick, moving along the joystick and acquiring the trajectory data of the joystick, and a playback module for playing the joystick according to the trajectory data obtained from the teaching module.
  • the controller by including a function in the controller to stop the operation of the playback module when the actuator operation in the playback state from the allowable deviation range set based on the actuator operation in the teaching state, the construction, The safety of the playback operation of the machine can be secured.
  • the safety button connected to the hydraulic circuit for operating the playback module and the actuator respectively, inside or outside of the cab to enable direct and immediate operation of the driver. If an abnormality is detected in the operation, the safety button operation by the driver can cut off the supply of hydraulic oil to the actuator to directly stop the operation of the actuator, and at the same time stop the operation of the playback module to stop the joystick operation. You can stop it.
  • the present invention is provided with a controller for stopping the operation of the playback module and the safety module for directly stopping the operation of the playback module, as well as the operation of the work device or the upper swing body to be played back.
  • a controller for stopping the operation of the playback module and the safety module for directly stopping the operation of the playback module, as well as the operation of the work device or the upper swing body to be played back.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a teaching and playback system for a construction machine according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a controller of a teaching and playback system for a construction machine according to a first embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a block diagram showing a teaching and playback system for construction machinery according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a hydraulic circuit connected to a safety button in the construction machine teaching and playback system according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a block diagram showing a teaching and playback system for construction machinery according to a third embodiment of the present invention.
  • the teaching and playback system for a construction machine is a system for controlling a construction machine, for example, an excavator in a teaching mode and a playback mode.
  • the teaching mode is a mode in which the operator teaches the work process of the excavator through the operation of the joystick 50 installed in the cab 21 to learn the work pattern.
  • the playback mode is a mode for automatically playing back the working pattern of the excavator learned in the teaching mode.
  • the division of the mode is intended to make the present invention more clear, and as described below, the mode change occurs naturally through the replacement of the module.
  • an excavator to which the teaching and playback system for construction machinery according to the first embodiment of the present invention is applied includes a lower traveling body 10, an upper swinging body 20, and a working device.
  • the lower traveling body 10 may be of a crawler type or a wheel type.
  • the upper swing body 20 is rotatably mounted on the lower travel body 10 and rotates to a desired position according to the driver's operation.
  • the cab 21 is installed in the upper pivot body 20.
  • the work device is mounted to the upper swing body 20. This work device consists of a boom 32, an arm 34 and a bucket 36.
  • the upper swing body 20, the boom 32, the arm 34 and the bucket 36 is a swing motor 37 driven by the hydraulic circuit 100 for controlling the flow rate and flow of the pressure oil discharged from the hydraulic pump ),
  • the boom cylinder 31, the arm cylinder 33 and the bucket cylinder 35, respectively, are operated by the corresponding actuator (30).
  • the teaching and playback system according to the first embodiment of the present invention applied to a construction machine such as an excavator is formed including a teaching module 110, a playback module 120, and a controller 130.
  • the teaching module 110 is a device for acquiring trajectory data of the joystick 50 operated by the driver to operate the actuator 30 when the excavator is switched to the teaching mode.
  • the teaching module 110 is installed in the joystick 50 to directly acquire the trajectory data of the joystick 50 operated by the driver's operation. Accordingly, when the joystick 50 moves, the teaching module 110 also moves along the joystick 50 to acquire trajectory data of the joystick 50. Moving along the joystick 50 and acquiring the trajectory data of the joystick 50 is the most reliable and accurate way of obtaining the actual motion of the joystick 50 than any other method.
  • the teaching and playback system for a construction machine is thus installed on the joystick 50 and moves along the joystick 50 to acquire the trajectory data of the joystick 50.
  • Joystick 50 automatically operated along the trajectory of the joystick 50 operated in the teaching mode when the excavator is in the teaching mode and when the excavator is in the playback mode.
  • the variation between the operations of 50 can be minimized, and as a result, the reliability of the excavator's playback mode can be improved.
  • the trajectory data of the joystick 50 obtained while moving along the joystick 50 is transferred to the controller 130 to implement a playback mode.
  • the teaching module 110 may be formed of a joystick sensor installed in the joystick 50 in the teaching mode and linked to the operation of the joystick 50. At this time, the joystick 50 operated by the driver has a combination of linear motion and rotational motion.
  • the joystick sensor constituting the teaching module 110 includes a linear variable differential transformer (LVDT) 111a and a rotary variable differential transformer (RVDT) 111b. It may include.
  • the teaching module 110 according to the first embodiment of the present invention is detachably installed in the joystick 50 in the teaching mode, and the excavator is replaced with the playback module 120 when the excavator is switched to the playback mode.
  • the construction machine teaching and playback system may include an actuator sensor (112).
  • the actuator sensor 112 is installed in the actuator 30.
  • the actuator sensor 112 is installed in the actuator sensor 112a installed in the boom cylinder 31, the actuator sensor 112b installed in the arm cylinder 33, and the bucket cylinder 35.
  • the actuator sensor 112c and the actuator sensor 112d installed in the swing motor 37 may be included.
  • the actuator sensor 112 moves along the actuator 30 and acquires trajectory data of the actuator 30 moving by the operation of the joystick 50. As such, the trajectory data of the actuator 30 obtained while moving along the actuator 30 is transmitted to the controller 130.
  • the actuator sensor 112 acquires the trajectory data of the actuator 30 not only in the teaching mode but also in the playback mode.
  • the first trajectory data of the actuator 30 acquired by the actuator sensor 112 in the teaching mode and the second trajectory data of the actuator 30 acquired by the actuator sensor 112 in the playback mode are the teaching mode and the playback. It is used to compare the degree of agreement between the operation of the work device implemented in the mode or the swinging operation of the upper swing body 20, which will be described in more detail below.
  • the playback module 120 is replaced with the teaching module 110 when the excavator is to be operated in the playback mode. That is, when the excavator is switched to the playback mode, the playback module 120 is installed on the joystick 50 in which the teaching module 110 is installed in the teaching mode.
  • the playback module 120 is a device that plays back the joystick 50 in accordance with the trajectory of the joystick 50 operated by the driver's manual operation in the teaching mode in the playback mode.
  • the playback module 120 according to the first embodiment of the present invention may be formed of a robot manipulator driven by a servomotor system.
  • the playback module 120 is driven according to a command signal for controlling the operation of the joystick 50 output from the controller 130 that receives the trajectory data of the joystick 50 from the teaching module 110.
  • the controller 130 receives the trajectory data of the joystick 50 transmitted from the teaching module 110 when the excavator is operated in the teaching mode, and receives the trajectory data of the received joystick 50 when the excavator is switched to the playback mode.
  • the locus data is converted into a command signal for driving the playback module 120 and output.
  • the controller 130 includes a receiver 131, a converter 132, and an output unit 133.
  • the receiver 131 receives the trajectory data of the joystick 50 obtained in the teaching mode from the teaching module 110.
  • the receiver 131 receives the first trajectory data of the actuator 30 acquired in the teaching mode from the actuator sensor 112.
  • the receiver 131 receives the second trajectory data of the actuator 30 acquired in the playback mode from the actuator sensor 112.
  • the converter 132 converts the trajectory data of the joystick 50 received by the receiver 131 into a command signal for driving the playback module 120.
  • the trajectory data of the joystick 50 acquired by the teaching module 110 in the teaching mode consists of a voltage V value.
  • the command signal output from the controller 130 to the playback module 120 may be a value for determining the rotational speed of the servomotor, for example, RPM. have. Accordingly, the conversion unit 132 converts the trajectory data of the joystick 50 having the voltage value into the rotation speed for driving the playback module 120.
  • the output unit 133 is a robot manipulator driven by the servo motor system to convert the command signal generated and converted to the rotational speed from the trajectory data of the joystick 50 having the voltage value in the conversion unit 132 to implement the playback mode. Output to the playback module 120 consisting of.
  • the controller 130 further includes a storage unit 135.
  • the storage unit 135 stores the command signal converted from the trajectory data of the joystick 50 in the converter 132, that is, the command signal for driving the playback module 120, or the trajectory data of the joystick 50. Save it.
  • the storage unit 135 transmits the stored trajectory data or the transform-generated command signal to the output unit 133 to enable the driving of the playback module 120. Therefore, when the storage unit 135 stores the trajectory data of the joystick 50, the conversion unit 132 converts and generates the command signal in the playback mode.
  • the conversion process through the conversion unit 132 may not be necessary in the playback mode. have.
  • the controller 130 further includes a comparison controller 134.
  • the comparison controller 134 compares the first trajectory data of the actuator 30 received by the receiver 131 in the teaching mode with the second trajectory data of the actuator 30 received by the receiver 131 in the playback mode.
  • the first trajectory data and the second trajectory data of the actuator 30 are the actuator sensor 112a installed in the boom cylinder 31, the actuator sensor 112b installed in the arm cylinder 33, and the bucket cylinder 35.
  • Actuator sensor 112d installed in the swing motor 37, including data on the position and angle of the boom 32, the arm 34, and the bucket 36 sensed from the actuator sensor 112c installed in the It includes data on the rotation direction and the degree of rotation of the upper swing body 20 sensed from.
  • the comparison control unit 134 may play.
  • the operation of the bag module 120 is stopped.
  • the comparison control unit 134 is the operation operation of the work device consisting of the boom 32, the arm 34 and the bucket 36 implemented in the teaching mode and the playback mode or the turning operation of the upper swing body 20, respectively. If it is determined that the degree of inconsistency between the predetermined deviation range is exceeded, the operation of the playback module 120 is stopped.
  • the teaching module 110 installed in the joystick 50 moves along the joystick 50 to acquire trajectory data of the joystick 50.
  • the trajectory data of the joystick 50 acquired by the teaching module 110 is transferred to the controller 130.
  • the teaching module 110 moves along the joystick 50 the trajectory data of the joystick 50 having high reliability that substantially matches the actual operation of the joystick 50 may be obtained.
  • the deviation between the operation of the joystick 50 manually operated by the driver in the teaching mode and the operation of the joystick 50 automatically implemented in the playback mode can be minimized, thereby improving the reliability of the excavator's playback mode. You can do it.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump passes through the hydraulic circuit 100, the boom cylinder 31, the arm cylinder 33, the bucket cylinder 35 or the swing motor 37. And the boom 32, the arm 34 and the bucket 36 are operated or the upper pivot 20 is rotated.
  • the first trajectory data of the actuator 30 is obtained by the actuator sensors 112 installed in the actuators 30 as described above.
  • the first trajectory data of the actuator 30 acquired by the actuator sensor 112 is transmitted to the controller 130.
  • the trace data of the joystick 50 received by the receiving unit 131 of the controller 130 and converted by the converter 132 into a command signal for driving the playback module 120 is displayed in the playback module 120.
  • the playback module 120 including the robot manipulator driven by the servomotor system is driven to move the joystick 50 in the same manner as the trajectory of the joystick 50 operated in the teaching mode.
  • the joystick 50 is moved by the playback module 120 driven according to the command signal of the controller 130
  • the boom 32, the arm 34, and the bucket 36 are moved as in the teaching mode. It is operated or the upper pivot 20 is rotated.
  • the second trajectory data of the actuator 30 is obtained by the actuator sensor 112 provided in the actuators 30, respectively.
  • the second trajectory data of the actuator 30 acquired by the actuator sensor 112 is transmitted to the controller 130.
  • the comparison controller 134 of the controller 130 compares the first trajectory data of the actuator 30 received in the teaching mode with the second trajectory data of the actuator 30 received in the playback mode, and at this time, the actuator 30 When the second trajectory data of) is outside the allowable deviation range set based on the first trajectory data of the actuator 30 acquired in the teaching mode, the operation of the playback module 120 is stopped.
  • the excavator can be operated more safely.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a construction machine teaching and playback system according to a second embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a safety button in the construction machine teaching and playback system according to a second embodiment of the present invention
  • It is a schematic diagram showing the hydraulic circuit connected to the.
  • the teaching and playback system for a construction machine uses a teaching module 110, a playback module 120, a controller 130, and a safety button 140. It is formed to include.
  • the second embodiment of the present invention differs only in that the safety button is added, and therefore, the same reference numerals are assigned to the same components, and detailed descriptions thereof are given. The description will be omitted.
  • the safety button 140 is a safety device forcibly terminating the operation of the excavator when an emergency occurs, and is installed inside or outside the cab 21.
  • the safety button 140 is connected to the playback module 120, and is also connected to the hydraulic circuit 150 for operating the actuator (30).
  • the safety button 140 has a function of stopping the operation of the joystick 50 by stopping the operation of the playback module 120 during the operation by the driver. When the joystick 50 stops operating, the actuator 30 also stops operating.
  • the safety button 140 has a function of directly stopping the operation of the actuator 30 by blocking the supply of pressure oil to the actuator 30.
  • the hydraulic circuit 150 includes a spool valve 60 and a shutoff valve 70.
  • the spool valve 60 is switched by the pilot pressure oil applied through the operation of the joystick 50, so that the pressure oil which is discharged from the hydraulic pump P and returned to the tank T as it is supplied to the actuator 30 at the time of switching, Control the movement of the oil.
  • the shutoff valve 70 is installed in the pilot signal line 71 which provides a movement passage of the pilot pressure oil discharged from the pilot pump Pi. The shutoff valve 70 blocks the pilot pressure oil applied to the spool valve 60 at the time of switching.
  • the safety button 140 is electrically connected to the shutoff valve 70.
  • the shutoff valve 70 is switched, and as a result, the application of the pilot pressure oil to the spool valve 60 is blocked.
  • the spool valve 60 is not switched, and the pressure oil discharged from the hydraulic pump P cannot be supplied to the actuator 30.
  • the actuator 30 does not operate, and as a result, the work device stops operating or the upper swing body 20 stops turning.
  • the teaching and playback system for a construction machine stops the operation of the playback module 120 and indirectly stops the operation of the actuator 30 and the actuator 30.
  • the safety button 140 which simultaneously implements a function of directly stopping the operation of the work device, when an abnormality occurs in the operation of the work device or the upper swing body to be played back, it is possible to immediately and surely stop the operation thereof.
  • the teaching and playback system for a construction machine stops the operation of the actuator 30 with only one function even if a problem occurs in any one of the two functions of the safety button 140. As a result, the safety of the excavator can be further enhanced.
  • Figure 5 is a block diagram showing a teaching and playback system for construction machinery according to a third embodiment of the present invention.
  • the teaching and playback system for a construction machine includes a teaching-playback module 180, a mode change switch 190, and a controller 130. do.
  • the teaching-playback module 180 acquires the trajectory data of the joystick 50 operated by the driver to operate the actuator 30 in the teaching mode, and the joystick 50 according to the acquired trajectory data in the playback mode. Play).
  • the mode change switch 190 sets and changes the mode to one of the teaching mode and the playback mode in order to control the operation of the teaching-playback module 180.
  • the controller 130 receives the trajectory data of the joystick 50 transmitted from the teaching-playback module 180 through the receiving unit 131 and stores the trajectory data in the storage unit 135. At the time, the trajectory data stored in the storage unit 135 is output to drive the teaching-playback module 180.
  • the mode change switch 190 changes the mode without the need for replacement.
  • the teaching module 110 and the playback module 120 do not exist separately as in the first embodiment of the present invention. It is composed of one unit called the teaching-playback module 180 to perform both the teaching module 110 and the playback module 120.
  • the teaching-playback module 180 installed in the joystick 50 follows the joystick 50. It moves and acquires the trajectory data of the joystick 50.
  • the trajectory data of the joystick 50 acquired by the teaching-playback module 180 is transferred to the controller 130.
  • the teaching-playback module 110 moves along the joystick 50, the trajectory data of the joystick 50 with high reliability that substantially matches the actual operation of the joystick 50 may be obtained.
  • the deviation between the operation of the joystick 50 manually operated by the driver in the teaching mode and the operation of the joystick 50 automatically implemented in the playback mode can be minimized, thereby improving the reliability of the excavator's playback mode. You can do it.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump passes through the hydraulic circuit 100, the boom cylinder 31, the arm cylinder 33, the bucket cylinder 35 or the swing motor 37. And the boom 32, the arm 34 and the bucket 36 are operated or the upper pivot 20 is rotated.
  • the first trajectory data of the actuator 30 is obtained by the actuator sensors 112 installed in the actuators 30 as described above.
  • the first trajectory data of the actuator 30 acquired by the actuator sensor 112 is transmitted to the controller 130.
  • the trajectory data of the joystick 50 received by the receiving unit 131 of the controller 130 and stored in the storage unit 135 in the teaching mode is converted to the conversion unit ( 132 is converted into a command signal for driving the teaching-playback module 180 and then output to the teaching-playback module 180 through the output unit 133.
  • the mode conversion switch 190 is operated to change to the playback mode
  • the teaching mode is received by the receiver 131 of the controller 130 in the teaching mode
  • the teaching-playback module 180 is operated by the converter 132.
  • the trajectory data of the joystick 50 stored in the storage unit 135 is output to the teaching-playback module 180 through the output unit 133.
  • the teaching-playback module 180 made of the robot manipulator driven by the servomotor system is driven to move the joystick 50 in the same manner as the trajectory of the joystick 50 operated in the teaching mode.
  • the joystick 50 is moved by the teaching-playback module 180 driven according to the command signal of the controller 130, the boom 32, the arm 34, and the bucket 36 are operated as in the teaching mode.
  • the upper pivot 20 is rotated.
  • the second trajectory data of the actuator 30 is obtained by the actuator sensor 112 provided in the actuators 30, respectively.
  • the second trajectory data of the actuator 30 acquired by the actuator sensor 112 is transmitted to the controller 130.
  • the comparison controller 134 of the controller 130 compares the first trajectory data of the actuator 30 received in the teaching mode with the second trajectory data of the actuator 30 received in the playback mode, and at this time, the actuator 30 When the second trajectory data of Equation 3) is outside the allowable deviation range set based on the first trajectory data of the actuator 30 acquired in the teaching mode, the teaching-playback module 180 is stopped.
  • the excavator can be operated more safely.
  • the mode conversion switch 190 is applied to the mode conversion switch 190.
  • the excavator can be more easily converted from teaching mode to playback mode or from playback mode to teaching mode, and as a result, Productivity can be improved.

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Abstract

본 발명은 건설기계용 티칭 및 플레이백 장치 및 이를 포함하는 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 티칭 모드 시 조이스틱의 동작과 플레이백 모드 시 조이스틱의 동작 간의 편차를 최소화시킬 수 있고, 이를 통해, 건설기계의 플레이백 모드에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 건설기계용 티칭 및 플레이백 장치 및 이를 포함하는 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명은, 티칭 모드 시, 액츄에이터를 동작시키기 위해 운전자에 의해 조작되는 조이스틱의 궤적 데이터를 획득하는 티칭 모듈; 플레이백 모드 시, 상기 티칭 모드에서 동작된 상기 조이스틱의 궤적대로 상기 조이스틱을 플레이백시키는 플레이백 모듈; 및 상기 티칭 모듈로부터 전달되는 상기 조이스틱의 궤적 데이터를 상기 플레이백 모듈을 구동시키는 명령 신호로 변환 및 출력하는 컨트롤러를 포함하는 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템을 제공한다.

Description

건설기계용 티칭 및 플레이백 장치 및 이를 포함하는 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템
본 발명은 건설기계용 티칭 및 플레이백 장치 및 이를 포함하는 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 티칭 모듈 장착 시 조이스틱의 동작과 플레이백 모듈 장착 시 조이스틱의 동작 간의 편차를 최소화시킬 수 있고, 이를 통해, 건설기계의 플레이백(playback) 동작에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 건설기계용 티칭 및 플레이백 장치 및 이를 포함하는 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 건설기계, 예컨대, 굴삭기는 하부 주행체, 상부 선회체, 그리고 붐, 아암 및 버켓과 같은 작업장치, 햄머, 쉐어, 로테이터 등과 같은 옵션장치, 상부 선회체의 선회 동작을 위한 선회모터, 이들을 동작시키기 위한 각각의 액츄에이터 및 각각의 액츄에이터에 동력원인 압유를 공급하기 위한 원동기 및 유압펌프를 포함하여 형성된다.
유압펌프로부터 토출되는 압유는, MCV(main control valve) 내부에 구비되어 운전자에 의한 조이스틱 조작에 따라 절환되는 스풀밸브들을 통해 해당 액츄에이터에 공급된다. 그 결과, 작업장치, 옵션장치 및 선회모터가 움직이게 된다.
예를 들어, 작업장치를 움직여 여러 가지 작업을 하고자 하는 경우, 운전자는 각 작업 패턴에 따라 때로는 미세하게 조이스틱을 조작하여야만 하기 때문에 조이스틱에 대한 고도의 숙련 조작이 요구된다.
특히, 동일한 작업 패턴을 반복적으로 수행하는 경우, 운전자는 조이스틱 조작을 반복하게 된다. 이 경우, 운전자에게는 오랜 시간 동안 지속적인 집중력이 요구되는데, 집중력 유지에는 한계가 있으므로, 조이스틱에 대한 고도의 숙련 조작을 계속적으로 동일하게 반복하기는 어렵다. 즉, 조이스틱 조작을 반복하다 보면, 운전자의 조작에 따른 조이스틱의 동작에 편차가 발생될 수 밖에 없다. 또한, 운전자의 숙련이 부족한 경우, 조이스틱의 오조작에 의해 작업장치가 일정 궤적에서 벗어나는 일이 빈번히 발생된다.
한편, 이와 같이 운전자에 의해 조작되는 조이스틱의 동작 편차로 인해 유발되는 문제 외에도 각 사이클마다 발생되는 압유의 온도 차이나 관성의 동적 변화 등과 같은 다양한 요인들로 인해 작업 패턴을 동일하게 반복적으로 수행하기는 쉽지 않다.
여기서, 조이스틱 조작은 작업장치를 동작시키는 유압 시스템의 시작점이다. 따라서, 동일한 작업 패턴의 반복적인 작업이 요구되는 경우, 각 사이클마다 발생되는 조이스틱의 동작 편차를 제거하거나 최소화하는 것이 상기의 다른 요인들을 제거하는 것보다 훨씬 중요하다. 이러한 이유로, 각 사이클마다 동일한 조이스틱의 동작을 구현하기 위한 티칭 및 플레이백 시스템이 제안되었다.
종래의 티칭 및 플레이백 시스템은 티칭 데이터를 액츄에이터에 설치되어 있는 센서로부터 얻는 방식이다. 그러나 종래의 티칭 및 플레이백 시스템에서 티칭 데이터로 사용되는 액츄에이터의 위치 정보는 각 사이클마다 동일한 작업 패턴 수행을 어렵게 하는 상기의 다양한 요인들이 모두 반영된 것이다. 그러므로 이러한 티칭 데이터를 기반으로 플레이백 동작을 실행할 경우, 자동 구현되는 플레이백 동작하에서의 액츄에이터 동작을 운전자에 의해 구현되는 티칭 동작하에서의 액츄에이터 동작과 동일하게 재현하기는 사실상 불가능하다.
즉, 종래의 티칭 및 플레이백 시스템으로는 자동 구현되는 플레이백 동작에 대한 신뢰성을 확보하기 어렵다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 티칭 모듈 장착 시 조이스틱의 동작과 플레이백 모듈 장착 시 조이스틱의 동작 간의 편차를 최소화시킬 수 있고, 이를 통해, 건설기계의 플레이백 동작에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 건설기계용 티칭 및 플레이백 장치 및 이를 포함하는 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 건설기계용 티칭 장치는 조이스틱에 설치되고, 액츄에이터를 동작시키기 위해 운전자에 의해 조작되는 상기 조이스틱의 궤적 데이터를 획득하는 티칭 모듈 및 상기 티칭 모듈에 의해 획득된 상기 조이스틱의 궤적 데이터를 수신하고 저장하는 컨트롤러를 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 티칭 모듈은 조이스틱의 동작에 연동되는 조이스틱 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 컨트롤러는, 티칭 모듈로부터 조이스틱의 궤적 데이터를 수신하는 수신부 및 수신부에 수신된 궤적 데이터를 저장하는 저장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 티칭 장치는 수신부에 의해 수신된 조이스틱의 궤적 데이터를 명령 신호로 변환하는 변환부를 더 포함하며, 저장부는 명령 신호를 저장하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 의한 건설기계용 플레이백 장치는 티칭 모듈에서 획득된 후 저장되어 있는 조이스틱의 궤적 데이터를 출력하는 컨트롤러 및 조이스틱에 설치되며 컨트롤러로부터 전달되는 궤적 데이터대로 조이스틱을 플레이백시키도록 구성되는 플레이백 모듈을 포함한다.
한편, 본 발명에 의한 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템은 액츄에이터를 동작시키기 위해 운전자에 의해 조작되는 조이스틱의 궤적 데이터를 획득하는 티칭 모듈, 티칭 모듈에 의해 획득된 궤적 데이터대로 조이스틱을 플레이백시키는 플레이백 모듈 그리고 티칭 모듈로부터 전달되는 조이스틱의 궤적 데이터를 수신하여 저장하고, 저장된 궤적 데이터를 출력하는 컨트롤러를 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 티칭 모듈은, 조이스틱에 설치되며 조이스틱의 동작에 연동되는 조이스틱 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 시스템은 액츄에이터에 설치되어 액츄에이터의 동작에 연동되는 액츄에이터 센서를 더 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 컨트롤러는, 티칭 모듈로부터 조이스틱의 궤적 데이터를 수신하고, 티칭 모듈 동작시에 액츄에이터 센서로부터 획득된 액츄에이터의 제1 궤적 데이터 및 플레이백 모듈 동작시에 액츄에이터 센서로부터 획득된 액츄에이터의 제2 궤적 데이터를 수신하는 수신부, 수신부에 의해 수신된 궤적 데이터를 명령 신호로 변환하는 변환부, 및 변환부에서 생성된 명령 신호를 플레이백 모듈로 출력하는 출력부를 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 컨트롤러는수신부에 수신된 액츄에이터의 제1 궤적 데이터와 액츄에이터의 제2 궤적 데이터를 비교하는 비교 제어부를 더 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 비교 제어부는 제2 궤적 데이터가 제1 궤적 데이터를 기반으로 설정된 허용 편차 범위를 벗어났을 때, 상기 플레이백 모듈의 작동을 정지시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 컨트롤러는 궤적 데이터 또는 변환부에서 생성된 명령 신호를 저장하며 저장되어 있는 명령 신호를 출력부에 전달하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 조이스틱에 설치되어, 조이스틱을 따라 움직이며 조이스틱의 궤적 데이터를 획득하는 티칭 모듈 및 티칭 모듈에서 획득된 궤적 데이터대로 조이스틱을 플레이백시키는 플레이백 모듈을 구비함으로써, 티칭 모듈 장착 시 운전자에 의해 조작되는 조이스틱의 동작과, 플레이백 모듈 장착 시 자동 구현되는 조이스틱의 동작 간의 편차를 최소화시킬 수 있고, 그 결과, 건설기계의 플레이백 동작에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 티칭 상태일 때의 액츄에이터 동작을 기반으로 설정된 허용 편차 범위로부터 플레이백 상태일 때의 액츄에이터 동작이 벗어난 경우, 플레이백 모듈의 작동을 정지시키는 기능을 컨트롤러에 포함시킴으로써, 건설기계의 플레이백 동작에 대한 안전성을 확보할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 플레이백 모듈 및 액츄에이터를 동작시키는 유압회로와 각각 연결되는 세이프티 버튼을 운전자의 직접적이고 즉각적인 조작이 가능하도록 운전실의 내부 또는 외부에 설치함으로써, 플레이백 상태일 때 작업장치의 동작에 이상이 감지된 경우, 운전자에 의한 세이프티 버튼 조작을 통해, 액츄에이터로 압유가 공급되는 것을 차단시켜 액츄에이터의 동작을 직접적으로 정지시킬 수 있고, 동시에 플레이백 모듈의 작동을 정지시켜 조이스틱의 동작을 멈추게 할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면 플레이백 모듈의 작동을 정지시키는 컨트롤러 및 플레이백 모듈의 작동 정지는 물론, 액츄에이터의 동작을 직접적으로 정지시키는 세이프티 버튼을 구비함으로써, 플레이백되는 작업장치나 상부 선회체의 동작에 이상 발생 시, 즉각적으로 그리고 확실하게 작업장치나 상부 선회체의 동작을 정지시킬 수 있고, 이를 통해, 건설기계의 운용에 대한 안전성을 더욱 증진시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템을 나타낸 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템의 컨트롤러의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템을 나타낸 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템에서, 세이프티 버튼과 연결되어 있는 유압회로를 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템을 나타낸 블럭도이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템에 대해 상세히 설명한다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템은 건설기계, 예컨대, 굴삭기를 티칭 모드와 플레이백 모드로 제어하는 시스템이다. 여기서, 티칭 모드(teaching mode)는 작업자가 운전실(21) 내부에 설치되어 있는 조이스틱(50) 조작을 통해 굴삭기의 작업 과정을 티칭하여 작업 패턴을 학습시키는 모드이다. 또한, 플레이백 모드(playback mode)는 티칭 모드에서 학습된 굴삭기의 작업 패턴을 자동으로 플레이백하는 모드이다. 이러한 모드의 구분은 본 발명을 더욱 명확하게 하기 위한 것이며, 아래 설명과 같이 모드의 변경은 모듈의 교체를 통해 자연히 발생하는 것이다.
한편, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템이 적용되는 굴삭기는 하부 주행체(10), 상부 선회체(20) 및 작업장치를 포함한다. 하부 주행체(10)는 크롤러 타입 또는 휠 타입으로 이루어질 수 있다. 상부 선회체(20)는 하부 주행체(10) 상에 선회 가능하게 탑재되어, 운전자의 조작에 따라, 원하는 위치로 회전한다. 이러한 상부 선회체(20)에는 운전실(21)이 설치된다. 또한, 작업장치는 상부 선회체(20)에 장착된다. 이러한 작업장치는 붐(32), 아암(34) 및 버켓(36)으로 이루어진다. 이때, 상부 선회체(20), 붐(32), 아암(34) 및 버켓(36)은 유압펌프로부터 토출되는 압유의 유량과 흐름을 제어하는 유압회로(100)에 의해 구동되는 선회모터(37), 붐 실린더(31), 아암 실린더(33) 및 버켓 실린더(35)와 같은 해당 액츄에이터(30)에 의해 각각 동작하게 된다.
이러한 굴삭기와 같은 건설기계에 적용되는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 티칭 및 플레이백 시스템은 티칭 모듈(110), 플레이백 모듈(120) 및 컨트롤러(130)를 포함하여 형성된다.
티칭 모듈(110)은, 굴삭기가 티칭 모드로 전환된 경우, 액츄에이터(30)를 동작시키기 위해 운전자에 의해 조작되는 조이스틱(50)의 궤적 데이터를 획득하는 장치이다. 본 발명의 제1 실시 예에서는 운전자의 조작에 의해 동작되는 조이스틱(50)의 궤적 데이터를 직접적으로 획득하기 위해, 티칭 모듈(110)이 조이스틱(50)에 설치된다. 이에 따라, 조이스틱(50)이 움직이면, 티칭 모듈(110) 또한 조이스틱(50)을 따라 움직이며 조이스틱(50)의 궤적 데이터를 획득하게 된다. 조이스틱(50)을 따라 움직이며 조이스틱(50)의 궤적 데이터를 획득하는 것은 그 어떤 방법보다도 가장 확실하고 정확한 조이스틱(50)의 실제 동작을 얻을 수 있는 방법이다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템은 이와 같이, 조이스틱(50)에 설치되어 조이스틱(50)을 따라 움직이며 조이스틱(50)의 궤적 데이터를 획득하는 티칭 모듈(110)을 구비함으로써, 굴삭기가 티칭 모드일 때, 운전자에 의해 조작되는 조이스틱(50)의 동작과 굴삭기가 플레이백 모드일 때, 티칭 모드 시의 동작된 조이스틱(50)의 궤적을 따라 자동 구현되는 조이스틱(50)의 동작 간의 편차를 최소화시킬 수 있고, 그 결과, 굴삭기의 플레이백 모드에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다. 이와 같이, 조이스틱(50)을 따라 움직이며 획득한 조이스틱(50)의 궤적 데이터는 플레이백 모드 구현을 위해 컨트롤러(130)로 전달된다.
이러한 티칭 모듈(110)은 티칭 모드 시 조이스틱(50)에 설치되어 조이스틱(50)의 동작에 연동되는 조이스틱 센서로 이루어질 수 있다. 이때, 운전자에 의해 조작되는 조이스틱(50)은 선형 동작과 회전 동작이 복합된 동작을 하게 된다. 이와 같이 복합 동작을 하는 조이스틱(50)의 궤적 데이터를 정확하게 획득하기 위해, 티칭 모듈(110)을 이루는 조이스틱 센서는 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)(111a) 및 RVDT(Rotary Variable Differential Transformer)(111b)를 포함할 수 있다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 티칭 모듈(110)은 티칭 모드 시 조이스틱(50)에 분리 가능하게 설치되어, 굴삭기가 플레이백 모드로 전환 시 플레이백 모듈(120)로 교체된다.
한편, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템은 액츄에이터 센서(112)를 포함할 수 있다. 액츄에이터 센서(112)는 액츄에이터(30)에 설치된다. 본 발명의 제1 실시 예에서, 액츄에이터 센서(112)는 붐 실린더(31)에 설치되는 액츄에이터 센서(112a), 아암 실린더(33)에 설치되는 액츄에이터 센서(112b), 버켓 실린더(35)에 설치되는 액츄에이터 센서(112c) 및 선회모터(37)에 설치되는 액츄에이터 센서(112d)를 포함할 수 있다. 이러한 액츄에이터 센서(112)는 액츄에이터(30)를 따라 움직이며 조이스틱(50)의 조작에 의해 움직이는 액츄에이터(30)의 궤적 데이터를 획득하게 된다. 이와 같이, 액츄에이터(30)를 따라 움직이며 획득한 액츄에이터(30)의 궤적 데이터는 컨트롤러(130)로 전달된다.
이때, 액츄에이터 센서(112)는 티칭 모드 뿐만 아니라 플레이백 모드에서도 액츄에이터(30)의 궤적 데이터를 획득한다. 티칭 모드 시 액츄에이터 센서(112)에 의해 획득된 액츄에이터(30)의 제1 궤적 데이터와 플레이백 모드 시 액츄에이터 센서(112)에 의해 획득된 액츄에이터(30)의 제2 궤적 데이터는 티칭 모드와 플레이백 모드 시 구현되는 작업장치의 작업 동작이나 상부 선회체(20)의 선회 동작 간의 일치 정도를 비교하는데 사용되는데, 이에 대해서는 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
플레이백 모듈(120)은 굴삭기를 플레이백 모드로 운용하고자 하는 경우, 티칭 모듈(110)과 교체된다. 즉, 굴삭기가 플레이백 모드로 전환되는 경우, 플레이백 모듈(120)은 티칭 모드 시 티칭 모듈(110)이 설치되어 있던 조이스틱(50)에 설치된다. 이러한 플레이백 모듈(120)은 플레이백 모드 시, 티칭 모드에서 운전자의 수동 조작에 의해 동작된 조이스틱(50)의 궤적대로 조이스틱(50)을 플레이백시키는 장치이다. 이때, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 플레이백 모듈(120)은 서보모터 시스템에 의해 구동되는 로봇 머니퓰레이터(robot manipulator)로 이루어질 수 있다.
플레이백 모듈(120)은 티칭 모듈(110)로부터 조이스틱(50)의 궤적 데이터를 수신하는 컨트롤러(130)로부터 출력되는 조이스틱(50)의 동작 제어에 관한 명령 신호에 따라 구동하게 된다.
컨트롤러(130)는 굴삭기가 티칭 모드로 운용된 경우, 티칭 모듈(110)로부터 전달되는 조이스틱(50)의 궤적 데이터를 수신하고, 굴삭기가 플레이백 모드로 전환되는 경우, 수신된 조이스틱(50)의 궤적 데이터를 플레이백 모듈(120)을 구동시키는 명령 신호로 변환 및 출력한다.
이를 위해, 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 컨트롤러(130)는 수신부(131), 변환부(132) 및 출력부(133)을 포함한다. 수신부(131)는 티칭 모듈(110)로부터 티칭 모드 시 획득된 조이스틱(50)의 궤적 데이터를 수신한다. 또한, 수신부(131)는 액츄에이터 센서(112)로부터 티칭 모드 시 획득된 액츄에이터(30)의 제1 궤적 데이터를 수신한다. 그리고 수신부(131)는 액츄에이터 센서(112)로부터 플레이백 모드 시 획득된 액츄에이터(30)의 제2 궤적 데이터를 수신한다.
변환부(132)는 수신부(131)에 의해 수신된 조이스틱(50)의 궤적 데이터를 플레이백 모듈(120)을 구동시키는 명령 신호로 변환한다. 여기서, 티칭 모드 시 티칭 모듈(110)에 의해 획득된 조이스틱(50)의 궤적 데이터는 전압(V) 값으로 이루어진다. 반면, 플레이백 모듈(120)은 서보모터 시스템에 의해 구동되므로, 컨트롤러(130)로부터 플레이백 모듈(120)에 출력되는 명령 신호는 서보모터의 회전 속도를 결정하는 값, 예컨대, RPM으로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 변환부(132)는 전압 값으로 이루어진 조이스틱(50)의 궤적 데이터를 플레이백 모듈(120) 구동을 위한 회전 속도로 변환한다.
출력부(133)는 플레이백 모드 구현을 위해, 변환부(132)에서 전압 값으로 이루어진 조이스틱(50)의 궤적 데이터로부터 회전 속도로 변환 및 생성된 명령 신호를 서보모터 시스템에 의해 구동되는 로봇 머니퓰레이터로 이루어진 플레이백 모듈(120)로 출력한다.
또한, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 컨트롤러(130)는 저장부(135)를 더 포함한다. 저장부(135)는 변환부(132)에서 조이스틱(50)의 궤적 데이터로부터 변환 생성된 명령 신호, 즉, 플레이백 모듈(120)을 구동시키는 명령 신호를 저장하거나 상기 조이스틱(50)의 궤적 데이터를 저장한다. 이러한 저장부(135)는 굴삭기가 플레이백 모드로 전환되는 경우, 저장된 궤적 데이터 또는 상기 변환 생성된 명령 신호를 출력부(133)에 전달하여, 플레이백 모듈(120)의 구동을 가능하게 한다. 따라서, 저장부(135)가 조이스틱(50)의 궤적 데이터를 저장하는 경우에는 플레이백 모드일 때, 변환부(132)에서 명령 신호로 변환 생성한다. 반면, 티칭 모드일 때 이미 변환부(132)에 의해 변환 생성된 명령 신호를 저장부(135)가 저장한 경우에는 플레이백 모드일 때, 변환부(132)를 거쳐 변환하는 과정이 필요치 않을 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 컨트롤러(130)는 비교 제어부(134)를 더 포함한다. 비교 제어부(134)는 티칭 모드 시 수신부(131)에 수신된 액츄에이터(30)의 제1 궤적 데이터와 플레이백 모드 시 수신부(131)에 수신된 액츄에이터(30)의 제2 궤적 데이터를 비교한다..이때, 액츄에이터(30)의 제1 궤적 데이터 및 제2 궤적 데이터는 붐 실린더(31)에 설치되는 액츄에이터 센서(112a), 아암 실린더(33)에 설치되는 액츄에이터 센서(112b) 및 버켓 실린더(35)에 설치되는 액츄에이터 센서(112c)로부터 센싱된 붐(32), 아암(34) 및 버켓(36)의 포지션과 앵글에 관한 데이터를 포함하고, 선회모터(37)에 설치되는 액츄에이터 센서(112d)로부터 센싱된 상부 선회체(20)의 회전 방향 및 회전 정도에 대한 데이터를 포함한다.
이러한 비교 제어부(134)는 플레이백 모드 시 획득된 액츄에이터(30)의 제2 궤적 데이터가 티칭 모드 시 획득된 액츄에이터(30)의 제1 궤적 데이터를 기반으로 설정된 허용 편차 범위를 벗어났을 때, 플레이백 모듈(120)의 작동을 정지시킨다. 다시 말해, 비교 제어부(134)는 티칭 모드와 플레이백 모드 시 각각 구현되는 붐(32), 아암(34) 및 버켓(36)으로 이루어진 작업장치의 작업 동작이나 상부 선회체(20)의 선회 동작 간의 불일치 정도가 기설정된 편차 범위를 넘어섰다고 판단되는 경우, 플레이백 모듈(120)의 작동을 정지시킨다.
이하, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템의 작용에 대하여 설명하기로 한다.
1. 티칭 모드
운전자에 의해 조이스틱(50)이 조작되면, 조이스틱(50)에 설치되어 있는 티칭 모듈(110)이 조이스틱(50)을 따라 움직이며 조이스틱(50)의 궤적 데이터를 획득한다. 티칭 모듈(110)에 의해 획득된 조이스틱(50)의 궤적 데이터는 컨트롤러(130)로 전달된다. 이와 같이, 티칭 모듈(110)이 조이스틱(50)을 따라 움직이면, 조이스틱(50)의 실제 동작과 거의 일치하는 신뢰성 높은 조이스틱(50)의 궤적 데이터를 획득할 수 있다. 그 결과, 티칭 모드 시 운전자에 의해 수동 조작되는 조이스틱(50)의 동작과 플레이백 모드 시 자동 구현되는 조이스틱(50)의 동작 간의 편차를 최소화시킬 수 있어, 굴삭기의 플레이백 모드에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 운전자에 의해 조이스틱(50)이 조작되면, 유압펌프로부터 토출되는 압유가 유압회로(100)를 통해 붐 실린더(31), 아암 실린더(33), 버켓 실린더(35) 또는 선회모터(37)에 공급되고, 이로 인해, 붐(32), 아암(34) 및 버켓(36)이 동작되거나 상부 선회체(20)가 회전하게 된다. 이 경우, 상기와 같은 액츄에이터(30)들에 각각 설치되어 있는 액츄에이터 센서(112)에 의해 액츄에이터(30)의 제1 궤적 데이터가 획득된다. 액츄에이터 센서(112)에 의해 획득된 액츄에이터(30)의 제1 궤적 데이터는 컨트롤러(130)로 전달된다.
2. 플레이백 모드
플레이백 모드 구현을 위해, 조이스틱(50)에 설치되어 있는 티칭 모듈(110)을 플레이백 모듈(120)로 교체하는 작업이 필요하다.
티칭 모드 시 컨트롤러(130)의 수신부(131)에 수신되고, 변환부(132)에 의해 플레이백 모듈(120)을 구동시키는 명령 신호로 변환된 조이스틱(50)의 궤적 데이터가 플레이백 모듈(120)에 출력되면, 서보모터 시스템에 의해 구동되는 로봇 머니퓰레이터로 이루어진 플레이백 모듈(120)이 구동되어, 티칭 모드 시 동작된 조이스틱(50)의 궤적과 동일하게 조이스틱(50)을 움직인다.
이때, 컨트롤러(130)의 명령 신호에 따라 구동되는 플레이백 모듈(120)에 의해 조이스틱(50)이 움직이면, 티칭 모드일 때와 마찬가지로, 붐(32), 아암(34) 및 버켓(36)이 동작되거나 상부 선회체(20)가 회전하게 된다. 이 경우, 액츄에이터(30)들에 각각 설치되어 있는 액츄에이터 센서(112)에 의해 액츄에이터(30)의 제2 궤적 데이터가 획득된다. 액츄에이터 센서(112)에 의해 획득된 액츄에이터(30)의 제2 궤적 데이터는 컨트롤러(130)로 전달된다.
컨트롤러(130)의 비교 제어부(134)는 티칭 모드 시 수신된 액츄에이터(30)의 제1 궤적 데이터와 플레이백 모드 시 수신된 액츄에이터(30)의 제2 궤적 데이터를 비교하고, 이때, 액츄에이터(30)의 제2 궤적 데이터가 티칭 모드 시 획득된 액츄에이터(30)의 제1 궤적 데이터를 기반으로 설정된 허용 편차 범위를 벗어났을 때, 플레이백 모듈(120)의 작동을 정지시킨다.
이와 같이, 플레이백 모드는 이상 발생 시 컨트롤러(130)에 의해 강제 종료되므로, 보다 안전하게 굴삭기를 운용할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템에 대하여, 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템을 나타낸 블럭도이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템에서, 세이프티 버튼과 연결되어 있는 유압회로를 나타낸 모식도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템은 티칭 모듈(110), 플레이백 모듈(120), 컨트롤러(130) 및 세이프티 버튼(140)을 포함하여 형성된다.
본 발명의 제2 실시 예는 본 발명의 제1 실시 예와 비교하여, 세이프티 버튼이 추가된 것에만 차이가 있을 뿐이므로, 나머지 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고, 이들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
세이프티 버튼(140)은 비상상황 발생 시 굴삭기의 동작을 강제 종료시키는 안전장치로, 운전실(21) 내부 또는 외부에 설치된다. 또한, 세이프티 버튼(140)은 플레이백 모듈(120)과 연결되고, 아울러, 액츄에이터(30)를 동작시키는 유압회로(150)와 연결된다. 이러한 세이프티 버튼(140)은 운전자에 의한 조작 시 플레이백 모듈(120)의 작동을 정지시켜 조이스틱(50)의 동작을 멈추게 하는 기능을 갖는다. 조이스틱(50)의 동작이 멈추면, 액츄에이터(30) 또한 동작을 멈추게 된다.
또한, 세이프티 버튼(140)은 액츄에이터(30)로 압유가 공급되는 것을 차단시켜 액츄에이터(30)의 동작을 직접적으로 멈추게 하는 기능을 갖는다. 이를 보다 상세히 설명하면, 도 4에 도시한 바와 같이, 유압회로(150)는 스풀밸브(60) 및 차단밸브(70)를 포함한다. 스풀밸브(60)는 조이스틱(50) 조작을 통해 인가되는 파일럿 압유에 의해 절환되고, 절환 시 유압펌프(P)로부터 토출되어 그대로 탱크(T)로 귀환되는 압유가액츄에이터(30)로 공급되도록, 압유의 이동을 제어한다. 차단밸브(70)는 파일럿 펌프(Pi)로부터 토출되는 파일럿 압유의 이동 통로를 제공하는 파일럿 신호라인(71)에 설치된다. 이러한 차단밸브(70)는 절환 시 스풀밸브(60)에 인가되는 파일럿 압유를 차단한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 세이프티 버튼(140)은 이러한 차단밸브(70)와 전기적으로 연결된다. 비상상황 발생 시 운전자에 의해 세이프티 버튼(140)이 조작되면, 차단밸브(70)가 절환되고, 그 결과, 스풀밸브(60)에 파일럿 압유가 인가되는 것이 차단된다. 이와 같이, 스풀밸브(60)에 인가되는 파일럿 압유가 차단되면, 스풀밸브(60)가 절환되지 못해, 유압펌프(P)로부터 토출되는 압유가 액츄에이터(30)에 공급되지 못한다. 이로 인해, 액츄에이터(30)가 동작하지 못하고, 결과적으로 작업장치가 동작을 멈추거나 상부 선회체(20)가 선회를 멈추게 된다.
이와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템은 플레이백 모듈(120)의 작동을 정지시켜, 액츄에이터(30)의 동작을 간접적으로 정지시키는 기능과 액츄에이터(30)의 동작을 직접적으로 정지시키는 기능을 동시에 구현하는 세이프티 버튼(140)을 통해, 플레이백되는 작업장치나 상부 선회체의 동작에 이상 발생 시, 즉각적으로 그리고 확실하게 이들의 동작을 멈추게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템은 세이프티 버튼(140)의 두 가지 기능 중 어느 하나에 문제가 발생되더라도 나머지 하나의 기능만으로도 액츄에이터(30)의 동작을 정지시킬 수 있기 때문에, 굴삭기의 운용에 대한 안전성을 더욱 증진시킬 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템에 대하여, 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템을 나타낸 블럭도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템은 티칭-플레이백 모듈(180), 모드 변경 스위치(190) 및 컨트롤러(130)를 포함하여 형성된다.
티칭-플레이백 모듈(180)은 티칭 모드 시에는 액츄에이터(30)를 동작시키기 위해 운전자에 의해 조작되는 조이스틱(50)의 궤적 데이터를 획득하고, 플레이백 모드 시에는 획득된 궤적 데이터대로 조이스틱(50)을 플레이백시킨다.
모드 변경 스위치(190)는 티칭-플레이백 모듈(180)의 동작을 제어하기 위해서 모드를 티칭 모드와 플레이백 모드 중 하나로 설정 및 변경시킨다.
컨트롤러(130)는, 티칭 모드 시에는 티칭-플레이백 모듈(180)로부터 전달되는 조이스틱(50)의 궤적 대이터를 수신부(131)를 통해 수신하여 저장부(135)에 저장하고, 플레이백 모드 시에는 저장부(135)에 저장된 궤적 데이터를 출력하여 티칭-플레이백 모듈(180)을 구동시킨다.
본 발명의 제3 실시 예에서는 모드 변환 스위치(190)를 통해 교체작업의 필요 없이 모드를 변경한다. 본 발명의 제3 실시 예에서는 본 발명의 제1 실시 예처럼 티칭 모듈(110)과 플레이백 모듈(120)이 따로 존재하는 것이 아니라. 티칭-플레이백 모듈(180)이라는 하나의 유닛(unit)으로 구성되어, 티칭 모듈(110)과 플레이백 모듈(120) 역할을 모두 수행하게 된다.
1. 티칭 모드
모드 변환 스위치(190)를 조작하여 티칭 모드로 변경한 후, 운전자에 의해 조이스틱(50)이 조작되면, 조이스틱(50)에 설치되어 있는 티칭-플레이백 모듈(180)이 조이스틱(50)을 따라 움직이며 조이스틱(50)의 궤적 데이터를 획득한다. 티칭-플레이백 모듈(180)에 의해 획득된 조이스틱(50)의 궤적 데이터는 컨트롤러(130)로 전달된다. 이와 같이, 티칭-플레이백 모듈(110)이 조이스틱(50)을 따라 움직이면, 조이스틱(50)의 실제 동작과 거의 일치하는 신뢰성 높은 조이스틱(50)의 궤적 데이터를 획득할 수 있다. 그 결과, 티칭 모드 시 운전자에 의해 수동 조작되는 조이스틱(50)의 동작과 플레이백 모드 시 자동 구현되는 조이스틱(50)의 동작 간의 편차를 최소화시킬 수 있어, 굴삭기의 플레이백 모드에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 운전자에 의해 조이스틱(50)이 조작되면, 유압펌프로부터 토출되는 압유가 유압회로(100)를 통해 붐 실린더(31), 아암 실린더(33), 버켓 실린더(35) 또는 선회모터(37)에 공급되고, 이로 인해, 붐(32), 아암(34) 및 버켓(36)이 동작되거나 상부 선회체(20)가 회전하게 된다. 이 경우, 상기와 같은 액츄에이터(30)들에 각각 설치되어 있는 액츄에이터 센서(112)에 의해 액츄에이터(30)의 제1 궤적 데이터가 획득된다. 액츄에이터 센서(112)에 의해 획득된 액츄에이터(30)의 제1 궤적 데이터는 컨트롤러(130)로 전달된다.
2. 플레이백 모드
모드 변환 스위치(190)를 조작하여 플레이백 모드로 변경하면, 티칭 모드 시 컨트롤러(130)의 수신부(131)에 수신되고, 저장부(135)에 저장된 조이스틱(50)의 궤적 데이터가 변환부(132)에 의해 티칭-플레이백 모듈(180)을 구동시키는 명령 신호로 변환된 후 출력부(133)를 통해 티칭-플레이백 모듈(180)에 출력된다. 또한, 모드 변환 스위치(190)를 조작하여 플레이백 모드로 변경하면, 티칭 모드 시 컨트롤러(130)의 수신부(131)에 수신되고, 변환부(132)에 의해 티칭-플레이백 모듈(180)을 구동시키는 명령 신호로 변환된 후 저장부(135)에 저장된 조이스틱(50)의 궤적 데이터가 출력부(133)를 통해 티칭-플레이백 모듈(180)에 출력된다. 그 결과, 서보모터 시스템에 의해 구동되는 로봇 머니퓰레이터로 이루어진 티칭-플레이백 모듈(180)이 구동되어, 티칭 모드 시 동작된 조이스틱(50)의 궤적과 동일하게 조이스틱(50)을 움직인다.
이때, 컨트롤러(130)의 명령 신호에 따라 구동되는 티칭-플레이백 모듈(180)에 의해 조이스틱(50)이 움직이면, 티칭 모드일 때와 마찬가지로, 붐(32), 아암(34) 및 버켓(36)이 동작되거나 상부 선회체(20)가 회전하게 된다. 이 경우, 액츄에이터(30)들에 각각 설치되어 있는 액츄에이터 센서(112)에 의해 액츄에이터(30)의 제2 궤적 데이터가 획득된다. 액츄에이터 센서(112)에 의해 획득된 액츄에이터(30)의 제2 궤적 데이터는 컨트롤러(130)로 전달된다.
컨트롤러(130)의 비교 제어부(134)는 티칭 모드 시 수신된 액츄에이터(30)의 제1 궤적 데이터와 플레이백 모드 시 수신된 액츄에이터(30)의 제2 궤적 데이터를 비교하고, 이때, 액츄에이터(30)의 제2 궤적 데이터가 티칭 모드 시 획득된 액츄에이터(30)의 제1 궤적 데이터를 기반으로 설정된 허용 편차 범위를 벗어났을 때, 티칭-플레이백 모듈(180)의 작동을 정지시킨다.
이와 같이, 플레이백 모드는 이상 발생 시 컨트롤러(130)에 의해 강제 종료되므로, 보다 안전하게 굴삭기를 운용할 수 있게 된다.
또한, 티칭 모듈(110)과 플레이백 모듈(120)이 분리되어, 모드 변경 시 이들을 교체해 주어야 하는 본 발명의 제1 실시 예와 달리, 본 발명의 제3 실시 예에서는 모드 변환 스위치(190)에 의해 모드가 변환되는 하나의 유닛으로 이루어진 티칭-플레이백 모듈(180)을 구비함으로써, 보다 간편하게 굴삭기를 티칭 모드에서 플레이백 모드로 또는 플레이백 모드에서 티칭 모드로 변환시킬 수 있고, 그 결과, 작업 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
<부호의 설명>
100, 150; 유압회로 110; 티칭 모듈
111a; LVDT 111b; RVDT
112; 액츄에이터 센서 112a; 붐 실린더용 액츄에이터 센서
112b; 아암 실린더용 액츄에이터 센서
112c; 버켓 실린더용 액츄에이터 센서
112d; 선회모터용 액츄에이터 센서 120; 플레이백 모듈
130; 컨트롤러 131; 수신부
132; 변환부 133; 출력부
134; 비교 제어부 135; 저장부
140; 세이프티 버튼 180; 티칭-플레이백 모듈
190; 모드 변환 스위치

Claims (13)

  1. 건설기계용 티칭 장치에 있어서,
    조이스틱에 설치되고, 액츄에이터를 동작시키기 위해 운전자에 의해 조작되는 상기 조이스틱의 궤적 데이터를 획득하는 티칭 모듈; 및
    상기 티칭 모듈에 의해 획득된 상기 조이스틱의 궤적 데이터를 수신하고 저장하는 컨트롤러;
    를 포함하는 건설기계용 티칭 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 티칭 모듈은 상기 조이스틱의 동작에 연동되는 조이스틱 센서를 포함하는 건설기계용 티칭 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 티칭 모듈로부터 상기 조이스틱의 궤적 데이터를 수신하는 수신부, 및
    상기 수신부에 수신된 상기 궤적 데이터를 저장하는 저장부를 포함하는 건설기계용 티칭 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 수신부에 의해 수신된 상기 조이스틱의 궤적 데이터를 명령 신호로 변환하는 변환부를 더 포함하며,
    상기 저장부는 상기 명령 신호를 저장하는 것인, 건설기계용 티칭 장치.
  5. 건설기계용 플레이백 장치에 있어서,
    티칭 모듈에서 획득된 후 저장되어 있는 조이스틱의 궤적 데이터를 출력하는 컨트롤러; 및
    상기 조이스틱에 설치되며 상기 컨트롤러부터 전달되는 상기 궤적 데이터대로 상기 조이스틱을 플레이백시키도록 구성되는 플레이백 모듈;
    을 포함하는 건설기계용 플레이백 장치.
  6. 티칭 모드 시, 액츄에이터를 동작시키기 위해 운전자에 의해 조작되는 조이스틱의 궤적 데이터를 획득하는 티칭 모듈;
    플레이백 모드 시, 상기 티칭 모듈에 의해 획득된 상기 궤적 데이터대로 상기 조이스틱을 플레이백시키는 플레이백 모듈; 및
    상기 티칭 모듈로부터 전달되는 상기 조이스틱의 궤적 데이터를 수신하여 저장하고, 저장된 상기 궤적 데이터를 출력하는 컨트롤러;
    를 포함하는 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템.
  7. 티칭 모드 시에는 액츄에이터를 동작시키기 위해 운전자에 의해 조작되는 조이스틱의 궤적 데이터를 획득하고, 플레이백 모드 시에는 상기 획득된 상기 궤적 데이터대로 상기 조이스틱을 플레이백시키는 티칭-플레이백 모듈;
    상기 티칭-플레이백 모듈의 동작을 제어하기 위해서 모드를 티칭모드와 플레이백 모드 중 하나로 설정 및 변경시키는 모드 변경 스위치; 및
    상기 티칭-플레이백 모듈로부터 전달되는 상기 조이스틱의 궤적 데이터를 수신하여 저장하고, 저장된 상기 궤적 데이터를 출력하는 컨트롤러;
    를 포함하는 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 티칭 모듈은, 상기 조이스틱에 설치되며 상기 조이스틱의 동작에 연동되는 조이스틱 센서를 포함하는 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 액츄에이터에 설치되어 상기 액츄에이터의 동작에 연동되는 액츄에이터 센서를 더 포함하는 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 티칭 모듈로부터 상기 조이스틱의 궤적 데이터를 수신하고, 상기 티칭 모드 시에 상기 액츄에이터 센서로부터 획득된 상기 액츄에이터의 제1 궤적 데이터 및 플레이백 모드 시에 상기 액츄에이터 센서로부터 획득된 상기 액츄에이터의 제2 궤적 데이터를 수신하는 수신부,
    상기 수신부에 의해 수신된 상기 궤적 데이터를 상기 명령 신호로 변환하는 변환부, 및
    상기 변환부에서 생성된 상기 명령 신호를 상기 플레이백 모듈로 출력하는 출력부를 포함하는 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 수신부에 수신된 상기 액츄에이터의 제1 궤적 데이터와 상기 액츄에이터의 제2 궤적 데이터를 비교하는 비교 제어부를 더 포함하는 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 비교 제어부는 플레이백 모드 시에 획득된 상기 액츄에이터의 제2 궤적 데이터가 상기 티칭 모드 시에 획득된 상기 액츄에이터의 제1 궤적 데이터를 기반으로 설정된 허용 편차 범위를 벗어났을 때, 상기 플레이백 모듈의 작동을 정지시키는 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템.
  13. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 궤적 데이터 또는 상기 변환부에서 생성된 상기 명령 신호를 저장하며 저장되어 있는 상기 명령 신호를 상기 출력부에 전달하는 저장부를 더 포함하는 건설기계용 티칭 및 플레이백 시스템.
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