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KR102109155B1 - Apparatus and method for safety control of excavator - Google Patents

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KR102109155B1
KR102109155B1 KR1020180098107A KR20180098107A KR102109155B1 KR 102109155 B1 KR102109155 B1 KR 102109155B1 KR 1020180098107 A KR1020180098107 A KR 1020180098107A KR 20180098107 A KR20180098107 A KR 20180098107A KR 102109155 B1 KR102109155 B1 KR 102109155B1
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South Korea
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excavator
angle
turning
calculating
unit
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유승진
김지철
김민극
차무현
남용윤
이근호
강세진
김도형
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한국기계연구원
엠텍비젼 주식회사
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Abstract

본 발명은 굴삭기 안전제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 일 실시예에 따른 굴삭기 안전제어 방법에 따르면, 물체 검출 센서에 의해 굴삭기 주위의 물체를 검출하여 물체의 위치 데이터를 산출하는 단계; 굴삭기의 붐, 아암, 및 버킷의 회전 각도를 검출하여 굴삭기 작업반경을 산출하는 단계; 상기 굴삭기의 붐, 아암, 및 버킷의 회전 각도 및 굴삭기의 상부 선회체의 선회속도에 기초하여 상기 선회체의 제동 각도를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 위치 데이터, 굴삭기 작업반경, 및 선회체 제동 각도에 기초하여 상기 물체의 위험도를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 안전제어 방법을 개시한다. The present invention relates to an excavator safety control method and apparatus, according to an excavator safety control method according to an embodiment, detecting an object around the excavator by the object detection sensor to calculate the position data of the object; Calculating a working radius of the excavator by detecting the rotation angle of the boom, arm, and bucket of the excavator; Calculating a braking angle of the slewing body based on the rotation angle of the boom, the arm, and the bucket of the excavator and the turning speed of the upper slewing body of the excavator; And determining the risk of the object based on the calculated position data, the working radius of the excavator, and the braking angle of the slewing body; Disclosed is a method for controlling the safety of an excavator.

Description

굴삭기 안전제어 장치 및 방법 {Apparatus and method for safety control of excavator} Apparatus and method for safety control of excavator}

본 발명은 굴삭기의 안전제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 굴삭기 주위에 물체가 감지되면 이 굴삭기와 이 물체의 충돌을 미리 예측하여 운전자에게 알람을 주고 굴삭기 구동을 중단할 수 있도록 제어하는 굴삭기 안전제어 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a safety control device and method for an excavator, and more specifically, when an object is detected around the excavator, predicts a collision between the excavator and the object in advance to give an alarm to the driver and control to stop driving the excavator. It relates to an excavator safety control device and method.

굴삭기는 토목, 건축, 건설 현장에서 땅을 파는 굴삭작업, 토사를 운반하는 적재작업, 건물을 해체하는 파쇄작업, 지면을 정리하는 정지작업 등의 작업을 행하는 건설기계로서, 일반적으로 장비의 이동 역할을 하는 주행체(바퀴나 궤도 등), 주행체에 탑재되어 360도 회전하는 상부 본체부, 및 본체부의 전방에 결합된 붐·아암·버킷으로 구성된다. Excavators are construction machines that perform works such as excavation work to dig the ground at civil engineering, construction, and construction sites, loading work to transport soil, crushing work to dismantle buildings, and stop work to clear the ground. It consists of a traveling body (such as a wheel or a track), an upper body portion mounted on the traveling body and rotating 360 degrees, and a boom, arm, and bucket coupled to the front of the body portion.

작업 현장에서 굴삭기의 주변 사각지대나 운전자 부주의에 의해 주위 물체나 사람과의 충돌 등 재해사고가 지속 발생함에 따라 안전기술에 대한 요구가 꾸준히 제기되고 있다. The demand for safety technology has been steadily raised as disaster accidents such as collisions with surrounding objects or people due to the driver's carelessness or blind spots around the excavator at the work site continue.

최근에는 초음파 센서나 레이저 센서를 굴삭기에 장착하여 굴삭기 주변 물체의 위치를 감지하고 충돌이 예상되면 굴삭기를 자동으로 정지시키는 안전제어 시스템이 제안되고 있다. Recently, a safety control system has been proposed by mounting an ultrasonic sensor or a laser sensor on an excavator to detect the position of an object around the excavator and to automatically stop the excavator when a collision is expected.

그러나 이러한 종래의 굴삭기용 안전제어 시스템은 굴삭기 주변의 장애물의 존재 유무만을 감지하는 시스템으로, 굴삭기의 현재 동작 상태나 굴삭기와 물체의 상대적 거리 변화에 따른 위험 정도를 적절히 반영하지 못하는 문제가 있었다. However, such a conventional safety control system for an excavator is a system that detects only the presence or absence of an obstacle around an excavator, and there is a problem that it does not properly reflect the current operating state of the excavator or the degree of danger due to a change in the relative distance between the excavator and the object.

특허문헌1: 한국특허공개 제2011-0073639호 (2011년 6월 30일 공개)Patent Document 1: Korean Patent Publication No. 2011-0073639 (released on June 30, 2011) 특허문헌2: 한국특허공개 제2011-0073637호 (2011년 6월 30일 공개)Patent Document 2: Korean Patent Publication No. 2011-0073637 (released on June 30, 2011)

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 굴삭기의 현재 자세에 따른 선회체의 선회관성에 따라 굴삭기의 긴급 제동시의 제동 각도를 산출하고 이 제동 각도에 기초하여 물체와의 충돌 위험도를 판단하도록 구성한 굴삭기 안전제어 장치 및 방법을 제시한다. The present invention is designed to solve the above problems, and calculates a braking angle at the time of emergency braking of the excavator according to the turning inertia of the slewing body according to the current posture of the excavator, and determines the risk of collision with an object based on the braking angle. The safety device and method for constructing the excavator are presented.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 굴삭기 안전제어 장치로서, 굴삭기의 붐, 아암, 및 버킷에 각각 장착되어 상기 붐, 아암, 및 버킷의 회전 각도를 각각 검출하는 제1 내지 제3 각도센서; 굴삭기 주위의 물체를 검출하는 적어도 하나의 물체 검출 센서; 상기 붐, 아암, 및 버킷을 포함하는 굴삭기의 상부 선회체의 선회속도를 검출하는 선회속도 센서; 및 상기 센서들로부터 검출 데이터를 수신하여 굴삭기 주위 물체의 위험도를 판단하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 물체 검출 센서로부터 물체의 위치 데이터를 산출하는 위치 데이터 산출부; 상기 제1 내지 제3 각도센서로부터의 각도 데이터에 기초하여 굴삭기 작업반경을 산출하는 작업반경 산출부; 상기 각도 데이터 및 상기 선회속도 센서로부터의 선회속도 데이터에 기초하여 선회체의 제동 각도를 산출하는 제동각도 산출부; 및 상기 산출된 위치 데이터, 굴삭기 작업반경, 및 선회체 제동 각도에 기초하여 상기 물체의 위험도를 판단하는 제1 위험도 판단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 안전제어 장치를 개시한다. According to an embodiment of the present invention, an excavator safety control device, the first to third angle sensors are respectively mounted to the boom, arm, and bucket of the excavator to detect the rotation angle of the boom, arm, and bucket, respectively; At least one object detection sensor that detects objects around the excavator; A turning speed sensor detecting a turning speed of an upper turning body of the excavator including the boom, arm, and bucket; And a control unit that receives the detection data from the sensors and determines a danger level of an object around the excavator, wherein the control unit includes: a position data calculation unit that calculates position data of the object from the object detection sensor; A working radius calculator for calculating an excavator working radius based on angle data from the first to third angle sensors; A braking angle calculating unit that calculates a braking angle of the turning body based on the angle data and the turning speed data from the turning speed sensor; And a first risk determination unit that determines a risk of the object based on the calculated position data, an excavator working radius, and a swing angle braking angle.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 굴삭기 안전제어 방법으로서, 물체 검출 센서에 의해 굴삭기 주위의 물체를 검출하여 물체의 위치 데이터를 산출하는 단계; 굴삭기의 붐, 아암, 및 버킷의 회전 각도를 검출하여 굴삭기 작업반경을 산출하는 단계; 상기 굴삭기의 붐, 아암, 및 버킷의 회전 각도 및 굴삭기의 상부 선회체의 선회속도에 기초하여 상기 선회체의 제동 각도를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 위치 데이터, 굴삭기 작업반경, 및 선회체 제동 각도에 기초하여 상기 물체의 위험도를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 안전제어 방법을 개시한다. According to an embodiment of the present invention, an excavator safety control method comprises: detecting an object around an excavator by an object detection sensor and calculating position data of the object; Calculating a working radius of the excavator by detecting the rotation angle of the boom, arm, and bucket of the excavator; Calculating a braking angle of the slewing body based on the rotation angle of the boom, the arm, and the bucket of the excavator and the turning speed of the upper slewing body of the excavator; And determining the risk of the object based on the calculated position data, the working radius of the excavator, and the braking angle of the slewing body; Disclosed is a method for controlling the safety of an excavator.

본 발명의 일 실시예에 따르면 굴삭기 선회체의 선회관성 및 속도에 따른 선회 제동 각도를 예측하여 이를 굴삭기 작업반경 주변 물체의 충돌위험 판단기준에 반영함으로써 굴삭기와 물체의 충돌을 효과적으로 방지하여 안전사고를 예방할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, by predicting the turning inertia and the turning braking angle according to the speed of the excavator's slewing body, and reflecting it in the criterion for collision risk of objects around the working radius of the excavator, the collision between the excavator and the object is effectively prevented to prevent a safety accident. Can be prevented.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴삭기 안전제어 장치를 설명하는 블록도,
도2는 제1 실시예에 따른 굴삭기 안전제어 동작을 수행하는 구성요소들의 블록도,
도3은 검출된 물체의 위치를 좌표변환하는 방법을 설명하는 도면,
도3는 굴삭기의 작업반경 산출에 사용되는 변수를 설명하기 위한 도면,
도5는 굴삭기의 선회관성 산출에 사용되는 변수를 설명하기 위한 도면,
도6은 굴삭기의 제동각도 산출 방법을 설명하기 위한 도면,
도7은 일 실시예에 따라 굴삭기 주변 물체의 위험도를 판단하는 방법을 설명하는 도면,
도8은 일 실시예에 따라 오감지 처리 방법을 설명하는 도면,
도9는 제2 실시예에 따른 굴삭기 안전제어 동작을 수행하는 구성요소들의 블록도,
도10은 일 실시예에 따라 물체를 그룹화하는 방법을 설명하는 도면,
도11은 일 실시예에 따라 물체의 속도를 계산하는 방법을 설명하는 도면,
도12는 일 실시예에 따라 물체의 예상 위치를 추정하는 방법을 설명하는 도면이다.
1 is a block diagram illustrating an excavator safety control device according to an embodiment of the present invention,
Figure 2 is a block diagram of the components that perform the safety control operation of the excavator according to the first embodiment,
3 is a diagram for explaining a method of transforming coordinates of a detected object position,
3 is a view for explaining variables used in calculating the working radius of an excavator,
5 is a view for explaining variables used for calculating the turning inertia of the excavator,
6 is a view for explaining a method of calculating the braking angle of an excavator,
7 is a view for explaining a method of determining the risk of objects around the excavator according to an embodiment,
8 is a view for explaining a method for processing false senses according to an embodiment;
9 is a block diagram of components for performing an excavator safety control operation according to the second embodiment,
10 is a diagram for explaining a method of grouping objects according to an embodiment;
11 is a diagram for explaining a method of calculating the speed of an object according to an embodiment;
12 is a diagram illustrating a method of estimating an expected position of an object according to an embodiment.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be readily understood through the following preferred embodiments associated with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed contents are thorough and complete and that the spirit of the present invention is sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be formed directly on the other component, or a third component may be interposed between them. In addition, the thickness of the components in the drawings are exaggerated for effective description of the technical content.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.In the present specification, when terms such as first and second are used to describe elements, these elements should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component. The embodiments described and illustrated herein also include its complementary embodiments.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In the present specification, the singular form also includes the plural form unless otherwise specified in the phrase. As used herein, 'comprise' and / or 'comprising' does not exclude the presence or addition of one or more other components.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In describing the specific embodiments below, various specific contents have been prepared to more specifically describe and understand the invention. However, a reader who has knowledge in this field to understand the present invention can recognize that it can be used without a variety of specific content. It should be noted that, in some instances, parts that are commonly known in describing the invention and that are not significantly related to the invention are not described in order to avoid confusion in describing the invention.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴삭기 안전제어 장치를 설명하는 블록도이다. 도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 굴삭기 안전제어 장치는 제어부(10), 복수개의 각도 센서(21,22,23), 하나 이상의 물체 검출 센서(31,32), 선회속도 센서(33), 알람부(41), 및 유압회로 제어부(42)를 포함할 수 있다. 1 is a block diagram illustrating an excavator safety control device according to an embodiment of the present invention. Referring to the drawings, the excavator safety control device according to an embodiment includes a control unit 10, a plurality of angle sensors (21,22,23), one or more object detection sensors (31,32), turning speed sensor (33), It may include an alarm unit 41, and a hydraulic circuit control unit 42.

각도 센서(21,22,23)는 굴삭기의 붐(boom), 아암(arm), 및 버킷(bucket)에 각각 장착되어 붐, 아암, 및 버킷의 회전 각도를 각각 검출할 수 있다. 각각의 각도 센서(21,22,23)는 굴삭기의 붐, 아암, 및 버킷의 임의의 위치에 설치될 수 있다. The angle sensors 21, 22, and 23 are mounted on the boom, arm, and bucket of the excavator, respectively, to detect rotation angles of the boom, arm, and bucket, respectively. Each angle sensor 21, 22, 23 can be installed at any position on the boom, arm, and bucket of the excavator.

물체 검출 센서(31,32)는 굴삭기 주위의 물체를 검출하는 센서로서, 예를 들어 라이다(LIDAR) 센서를 사용할 수 있다. 라이다 센서는 특정 파장의 레이저 광원을 방출하고 물체에 반사되어 되돌아오는 시간을 측정하여 물체를 검출하는 방식의 센서이다. 대안적으로 물체 감지 센서로서 초음파 센서나 적외선 센서 등의 다른 방식의 센서가 사용될 수도 있다. The object detection sensors 31 and 32 are sensors that detect objects around the excavator, and for example, a LIDAR sensor may be used. The lidar sensor is a sensor that detects an object by emitting a laser light source of a specific wavelength and measuring the time it returns after being reflected by the object. Alternatively, other types of sensors such as an ultrasonic sensor or an infrared sensor may be used as the object detection sensor.

굴삭기의 360도 주위의 물체를 검출하는 것이 바람직하므로, 굴삭기 주위를 커버하기 위해 복수개의 물체 검출 센서를 설치하는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서는 2개의 라이다 센서(31,32)를 사용하며, 도4 또는 도10 등에서 후술하듯이 제1 라이다 센서(31)는 굴삭기 본체부(100)의 우측 앞 모서리에 설치하고 제2 라이다 센서(32)는 본체부(100)의 좌측 뒷 모서리에 설치함으로써 굴삭기 주위의 전방위에 걸쳐 물체를 탐지할 수 있다. 그러나 대안적 실시예에서 예컨대 4개의 물체 감지 센서를 본체부(100)의 전후좌우 면에 각각 하나씩 설치할 수도 있으며, 따라서 물체 검출 센서의 개수나 설치 위치는 구체적 실시 형태에 따라 달라질 수 있다. Since it is desirable to detect objects around 360 degrees of the excavator, it is preferable to install a plurality of object detection sensors to cover the surroundings of the excavator. In one embodiment of the present invention, two lidar sensors 31 and 32 are used, and as will be described later in FIGS. 4 or 10, the first lidar sensor 31 is located at the right front corner of the excavator body 100. By installing and installing the second lidar sensor 32 at the left rear corner of the main body 100, an object can be detected over all directions around the excavator. However, in an alternative embodiment, for example, four object detection sensors may be installed one on each of the front and rear and right and left surfaces of the main body 100, and thus the number or installation positions of the object detection sensors may vary according to specific embodiments.

선회속도 센서(33)는 굴삭기의 상부 선회체의 선회 속도를 검출한다. 이 때 굴삭기의 '선회체'는 굴삭기에서 회전하는 부분으로서, 예컨대 도4를 참조할 때 굴삭기의 상부 본체부(100)와 이에 연결된 붐(210), 아암(220), 및 버킷(230)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 선회속도 센서(33)는 자이로스코프(자이로센서)일 수 있으나 다른 임의의 방식의 속도감지 센서로 구현될 수도 있다. The turning speed sensor 33 detects the turning speed of the upper turning body of the excavator. At this time, the 'swivel' of the excavator is a part that rotates in the excavator, for example, referring to Figure 4, the upper body portion 100 of the excavator and the boom 210, arm 220, and bucket 230 connected thereto It can contain. In one embodiment, the turning speed sensor 33 may be a gyroscope (a gyro sensor), but may also be implemented as a speed sensing sensor of any other method.

제어부(10)는 상술한 센서들(21,22,23,31,32,33)로부터 검출 데이터를 수신하고 이 검출 데이터에 기초하여 굴삭기 주위에 감지된 물체의 위험도를 산출하고 판단할 수 있다. 또한 제어부(10)는 판단된 위험도에 따라 예컨대 알람부(41) 및/또는 유압회로 제어부(42)에 제어신호를 전송할 수 있다. 알람부(41)는 예컨대 스피커나 디스플레이를 통해 사용자(예컨대 굴삭기의 운전자)에게 물체의 존재 및 위험도를 표시할 수 있다. 유압회로 제어부(42)는 예컨대 굴삭기의 선회체나 붐, 아암, 및 버킷을 구동하는 유압 구동계를 제어하는 제어부로서, 제어부(10)로부터 수신한 제어신호에 기초하여 선회체나 붐, 아암, 및 버킷의 동작을 정지시키도록 유압회로를 제어할 수 있다. The control unit 10 may receive detection data from the above-described sensors 21, 22, 23, 31, 32, 33, and calculate and determine the risk of an object detected around the excavator based on the detection data. In addition, the control unit 10 may transmit a control signal to the alarm unit 41 and / or the hydraulic circuit control unit 42 according to the determined risk level. The alarm unit 41 may display the presence and danger of an object to a user (eg, an excavator driver) through a speaker or a display. The hydraulic circuit control unit 42 is a control unit that controls, for example, a hydraulic drive system for driving the swing body or boom, arm, and bucket of an excavator, based on a control signal received from the control unit 10, of the swing body, boom, arm, and bucket. The hydraulic circuit can be controlled to stop the operation.

일 실시예에서 제어부(10)는 위와 같이 각종 센서의 검출 데이터를 수신하여 물체의 위험도를 산출하도록 프로그램된 알고리즘(소프트웨어) 및 이 알고리즘을 실행하기 위한 프로세서, 메모리 등의 하드웨어로 구현될 수 있고, 이러한 하드웨어는 예컨대 마이크로컨트롤러나 FPGA(field-programmable gate array) 등으로 구현될 수 있다. In one embodiment, the control unit 10 may be implemented with an algorithm (software) programmed to calculate the risk of an object by receiving detection data of various sensors as described above, and hardware such as a processor and memory for executing the algorithm, Such hardware may be implemented by, for example, a microcontroller or a field-programmable gate array (FPGA).

한편 상술한 각종 센서들(21,22,23,31,32,33)와 제어부(10)는 예컨대 캔(CAN) 통신이나 이더넷 등 임의의 유선 및/또는 근거리 무선 통신 방식으로 통신할 수 있다. Meanwhile, the above-described various sensors 21, 22, 23, 31, 32, 33 and the control unit 10 may communicate by any wired and / or short-range wireless communication method such as CAN communication or Ethernet.

도2는 제1 실시예에 따른 굴삭기 안전제어 동작을 수행하는 구성요소들을 나타내는 블록도이다. 2 is a block diagram showing components for performing an excavator safety control operation according to the first embodiment.

도면을 참조하면, 일 실시예에 다른 굴삭기 안전제어 장치는 제1 물체 위치 데이터 산출부(110), 제2 물체 위치 데이터 산출부(120), 굴삭기 데이터 산출부(130), 위치기반 위험도 판단부(140), 및 알람 및 밸브 제어부(150)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 이 구성요소들(110, 120, 130, 140, 150)은 도1의 제어부(10)를 구성하는 기능블록일 수 있다. 대안적으로, 이 구성요소들(110, 120, 130, 140, 150) 중 일부가 제어부(10)와 별개의 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구현될 수도 있다. Referring to the drawings, an excavator safety control device according to an embodiment includes a first object position data calculation unit 110, a second object position data calculation unit 120, an excavator data calculation unit 130, and a location-based risk determination unit 140, and an alarm and valve control unit 150. In one embodiment, these components 110, 120, 130, 140, and 150 may be functional blocks constituting the control unit 10 of FIG. 1. Alternatively, some of these components 110, 120, 130, 140, 150 may be implemented in hardware and / or software separate from the controller 10.

물체 위치 데이터 산출부(110,120)는 물체 검출 센서(31,32)로부터 검출 데이터를 수신하고 이로부터 물체 위치 데이터를 산출한다. 제1 물체 위치 데이터 산출부(110)는 제1 물체 검출 센서(31)로부터 데이터를 수신하여 물체를 감지하고 이 물체의 위치에 관한 데이터를 산출할 수 있다. 제2 물체 위치 데이터 산출부(120)는 제2 물체 검출 센서(32)로부터 데이터를 수신하여 물체를 감지하고 이 물체의 위치에 관한 데이터를 산출할 수 있다. The object position data calculators 110 and 120 receive detection data from the object detection sensors 31 and 32 and calculate object position data therefrom. The first object position data calculator 110 may receive data from the first object detection sensor 31 to detect an object and calculate data regarding the position of the object. The second object position data calculator 120 may receive data from the second object detection sensor 32 to detect the object and calculate data regarding the position of the object.

도시한 실시예에서 제1 물체 위치 데이터 산출부(110)는 물체 검출부(111)와 좌표 변환부(112)를 포함할 수 있다. 물체 검출부(111)는 제1 물체 검출 센서(31)로부터 수신한 데이터를 처리하여 물체의 위치를 나타내는 데이터를 산출하고, 좌표 변환부(112)는 물체 위치를 굴삭기 선회체의 중심축(선회축)에 대한 고정 좌표계로 변환한다. In the illustrated embodiment, the first object position data calculator 110 may include an object detector 111 and a coordinate converter 112. The object detection unit 111 processes data received from the first object detection sensor 31 to calculate data indicating the position of the object, and the coordinate conversion unit 112 centralizes the object position (swirl axis) of the excavator swing body. ) To a fixed coordinate system.

예를 들어 도3에 도시한 것처럼, 물체 검출부(111)는 제1 물체 검출 센서(31)를 중심으로 하는 좌표계에서의 물체 위치를 나타내는 데이터(r1, θ1)를 산출하고, 좌표 변환부(112)는 이 데이터(r1, θ1)를 처리하여 굴삭기 중심축의 좌표계에서의 데이터(r, θ)로 변환할 수 있다. For example, as shown in FIG. 3, the object detection unit 111 calculates data (r1, θ1) indicating the position of the object in the coordinate system centered on the first object detection sensor 31, and the coordinate conversion unit 112 ) Can process this data (r1, θ1) and convert it to data (r, θ) in the coordinate system of the central axis of the excavator.

제2 물체 위치 데이터 산출부(120)도 물체 검출부(121)와 좌표 변환부(122)를 포함할 수 있고 이들 각 구성요소(121,122)는 제1 물체 위치 데이터 산출부(110)의 대응 구성요소(111,112)와 동일 또는 유사한 기능을 수행하므로 설명을 생략한다. The second object position data calculation unit 120 may also include an object detection unit 121 and a coordinate conversion unit 122, and each of these components 121 and 122 is a corresponding component of the first object position data calculation unit 110 Since it performs the same or similar function as (111,112), the description is omitted.

일 실시예에서 굴삭기 데이터 산출부(130)는 각도 센서(21,22,23) 및 선회속도 센서(33)로부터 데이터를 수신하고 이로부터 굴삭기에 관한 데이터를 생성한다. 일 실시예에서 굴삭기 데이터 산출부(130)는 작업반경 연산부(131), 선회관성 연산부(132), 및 제동각도 연산부(133)를 포함할 수 있다. In one embodiment, the excavator data calculation unit 130 receives data from the angle sensors 21, 22, 23 and the turning speed sensor 33, and generates data related to the excavator therefrom. In one embodiment, the excavator data calculating unit 130 may include a working radius calculating unit 131, a turning inertia calculating unit 132, and a braking angle calculating unit 133.

작업반경 연산부(131)는 제1 내지 제3 각도센서(21,22,23)로부터 수신한 각도 데이터에 기초하여 굴삭기의 작업 반경을 산출할 수 있다. 이와 관련하여 도4는 굴삭기의 작업반경 산출에 사용되는 변수를 설명하기 위한 도면이다. 도4를 참조하면, 굴삭기의 상부 본체부(100)에 붐(210), 아암(220), 및 버킷(230)이 결합되어 있다. 이 때 붐(210)의 양단 연결부 사이의 길이(l b ), 수평으로부터의 각도(θ b ), 아암(220)의 양단 연결부 사이의 거리(l a ), 아암(220)의 각도(θ a ), 버킷(230)의 길이(l k ), 및 각도(θ k )를 각각 도시한 것처럼 정의했을 때, 굴삭기의 작업 반경(r)은 아래 수식1과 같이 구할 수 있다. The working radius calculating unit 131 may calculate the working radius of the excavator based on the angle data received from the first to third angle sensors 21, 22 and 23. In this regard, FIG. 4 is a view for explaining variables used in calculating the working radius of the excavator. Referring to Figure 4, the boom 210, the arm 220, and the bucket 230 is coupled to the upper body portion 100 of the excavator. At this time, the length ( l b ) between the two ends of the boom 210, the angle from the horizontal ( θ b ), the distance between the two ends of the arm 220 ( l a ), the angle of the arm 220 ( θ a ), When the length ( l k ) of the bucket 230 and the angle ( θ k ) are defined as shown, the working radius r of the excavator can be obtained as in Equation 1 below.

Figure 112018083310862-pat00001
Figure 112018083310862-pat00001

선회관성 연산부(132)는 굴삭기 선회체의 선회관성을 연산한다. 선회관성은 굴삭기의 붐(210), 아암(220), 및 버킷(230)의 위치(각도)에 따라 달라질 수 있다. 굴삭기 선회체의 선회관성에 사용되는 변수를 도5에 도시한 것처럼 정의할 경우 선회체의 선회관성(Js)은 아래 수식2와 같이 구할 수 있다. The turning inertia calculating unit 132 calculates the turning inertia of the excavator turning body. The turning inertia may vary depending on the position (angle) of the boom 210, arm 220, and bucket 230 of the excavator. When the variable used for the inertia of the excavator's swivel body is defined as shown in FIG. 5, the swivel inertia (Js) of the swivel body can be obtained as in Equation 2 below.

Figure 112018083310862-pat00002
Figure 112018083310862-pat00002

위 수식에서 Is, Ib, Ia, 및 Ik는 각각 본체부(100), 붐(210), 아암(220), 및 버킷(230)의 관성을 나타내며, 위첨자 "COG"는 무게중심(Center of Gravity)을 의미하는 것으로, 예를 들어 위 수식에서 "l b COG"는 붐(210)의 무게중심까지의 붐(210)의 길이이고 "θ b COG" 수평에서 붐(210)의 무게중심까지의 각도를 의미한다. 본체부(100), 붐(210), 아암(220), 및 버킷(230)의 무게중심은 기지의 값이므로, 선회관성 연산부(132)가 제1 내지 제3 각도센서(21,22,23)로부터 각도 데이터(θ b , θ a , θ k )를 수신하면 이로부터 선회체의 선회관성(Js)을 산출할 수 있다. In the above formula, Is, Ib, Ia, and Ik represent the inertia of the body portion 100, the boom 210, the arm 220, and the bucket 230, respectively, and the superscript "COG" is the center of gravity (Center of Gravity). ), For example, in the above formula, “ l b COG ” is the length of the boom 210 to the center of gravity of the boom 210 and is “ θ b COG ” from the horizontal to the center of gravity of the boom 210. Mean angle. Since the center of gravity of the body portion 100, the boom 210, the arm 220, and the bucket 230 is a known value, the pivot inertia calculation unit 132 is provided with first to third angle sensors 21, 22, 23 When the angle data ( θ b , θ a , θ k ) is received from), it is possible to calculate the rotational inertia (Js) of the swing body.

다시 도2를 참조하면, 제동각도 연산부(133)는 선회체의 제동 각도를 산출한다. 일반적으로 굴삭기의 선회체는 유압 모터에 선회 동작을 하는데, 굴삭기 선회체의 선회 동작을 급정지시키더라도 선회체의 선회관성으로 인해 선회체가 일정 각도만큼 움직이다가 멈추게 된다. 여기서 "제동 각도"는 유압 모터에 선회 동작의 중단 명령을 내린 때로부터 선회체가 실제로 선회 동작을 멈출 때까지 움직인(회전한) 각도를 의미한다. Referring back to FIG. 2, the braking angle calculator 133 calculates the braking angle of the swing body. In general, the rotating body of the excavator rotates on the hydraulic motor, but even if the turning operation of the excavator is suddenly stopped, the rotating body of the excavator rotates by a certain angle and then stops. Here, the "braking angle" means the angle of movement (rotation) from the time the command is made to stop the turning operation to the hydraulic motor until the turning body actually stops the turning operation.

일 실시예에서 제동각도 연산부(133)는 선회관성 연산부(132)에서 산출한 선회체의 선회관성(Js), 선회속도 센서(33)에서 검출한 선회체의 선회속도(ωs), 및 선회 유압 시스템의 제동 토크에 기초하여 제동 각도를 산출할 수 있다. In one embodiment, the braking angle calculating unit 133 is the turning inertia (Js) of the turning body calculated by the turning inertia calculating unit 132, the turning speed (ω s ) of the turning body detected by the turning speed sensor 33, and the turning The braking angle can be calculated based on the braking torque of the hydraulic system.

이와 관련하여 도6은 굴삭기의 선회 유압 시스템을 도식화한 것으로, 선회체의 선회 급정지시 선회 유압모터에서 토출된 유량은 릴리프 밸브를 통과하므로 릴리프 밸브의 크래킹(Cracking) 압력에 상응하는 제동 토크가 발생하며, 선회체의 선회관성과 선회속도에 따라 선회 제동 각도(θd)가 아래의 수식3과 같이 계산될 수 있다. In this regard, FIG. 6 is a schematic diagram of the excavator's orbiting hydraulic system, and the flow rate discharged from the orbiting hydraulic motor passes through the relief valve when the orbiting body is suddenly stopped. The turning braking angle θd may be calculated according to Equation 3 below according to the turning inertia and turning speed of the rotating body.

Figure 112018083310862-pat00003
Figure 112018083310862-pat00003

위 수식에서 Js는 선회관성, ωs는 선회속도, Ds는 선회 유압모터의 모터 용적, Pr은 유압모터 내의 유체가 릴리프 밸브를 통해 배출될 때의 릴리프 밸브의 크래킹 압력, 그리고 N은 유압모터와 선회체 사이에 결합된 기어의 기어비를 각각 의미한다. In the above formula, Js is the turning inertia, ω s is the turning speed, Ds is the motor volume of the turning hydraulic motor, Pr is the cracking pressure of the relief valve when fluid in the hydraulic motor is discharged through the relief valve, and N is the hydraulic motor. The gear ratio of the gears coupled between the swinging bodies means each.

다시 도2를 참조하면, 제1 및 제2 물체 위치 데이터 산출부(110, 120)에서 산출된 물체 위치 데이터와 굴삭기 데이터 산출부(130)에서 산출된 굴삭기 데이터가 위치기반 위험도 판단부(140)로 전달된다. 이 때 '굴삭기 데이터'는 예를 들어 작업반경 연산부(131)에서 산출한 굴삭기의 작업반경, 및 제동각도 연산부(133)에서 산출한 제동 각도를 포함할 수 있다. Referring back to FIG. 2, the object position data calculated by the first and second object position data calculation units 110 and 120 and the excavator data calculated by the excavator data calculation unit 130 are the location-based risk determination unit 140 Is delivered to. At this time, the 'excavator data' may include, for example, a working radius of the excavator calculated by the working radius calculating unit 131 and a braking angle calculated by the braking angle calculating unit 133.

일 실시예에서 위치기반 위험도 판단부(140)는 물체 위치 데이터, 굴삭기 작업반경, 및 선회체 제동 각도에 기초하여 물체의 위험도를 판단한다. 예를 들어 위치기반 위험도 판단부(140)는 도7에 도시한 것처럼 굴삭기 작업반경과 제동 각도에 따라 위험 영역을 설정한 후 물체가 어느 영역에 위치하는지에 따라 이 물체의 위험도를 판단할 수 있다. In one embodiment, the position-based risk determination unit 140 determines the risk of the object based on the object position data, the excavator working radius, and the angle of rotation of the swivel body. For example, the location-based risk determination unit 140 may set the danger area according to the excavator working radius and the braking angle, as shown in FIG. 7, and then determine the danger level of the object according to which area the object is located.

예컨대 도7(a)는 굴삭기 상부 본체부(100)와 붐(210), 아암(220), 및 버킷(230)을 포함하는 선회체가 시계방향으로 회전할 때 설정되는 위험 영역을 예로서 나타낸다. 도면에서, 굴삭기의 전체 둘레에 걸쳐 작업반경(r1) 내의 영역이 기본적으로 주의 영역으로 표시되되, 본체부(100)로부터 기설정된 거리(r0) 이내의 영역 및 제동 각도(θd) 이내의 영역은 위험 영역으로 표시하였다. 또한 제동 각도(θd)에 속하면서 버킷(230)이 최대로 뻗을 수 있는 영역은 주의 영역으로 표시하였다. For example, FIG. 7 (a) shows, as an example, a danger zone that is set when the swing body including the excavator upper body portion 100, the boom 210, the arm 220, and the bucket 230 rotates clockwise. In the drawing, an area within the working radius r1 is basically indicated as a caution area over the entire circumference of the excavator, but an area within a predetermined distance r0 from the main body 100 and an area within a braking angle θd Marked as danger zone. Also, the area where the bucket 230 can extend the maximum while belonging to the braking angle θd is indicated as a caution area.

이와 같이 위험 영역과 주의 영역을 설정한 경우, 예를 들어 물체 검출 센서(31,32)에서 검출된 물체가 주의 영역에 위치하고 있다면 경고음 등으로 운전자에게 알람을 줄 수 있다. 만일 물체가 위험 영역에 위치하고 있다면 경고음과 함께 선회체 구동을 즉시 중단시킬 수 있다. 이를 위해, 예컨대 위치기반 위험도 판단부(140)는 판단된 위험도(즉 '위험' 또는 '주의')를 알람 및 밸브 제어부(150)에 전달하고, 알람 및 밸브 제어부(150)는 수신한 위험도에 따라 알람이나 유압모터 제어를 위한 제어신호를 생성하여 알람부(41) 및/또는 유압회로 제어부(42)에 전달할 수 있다. 대안적으로, 알람 및 밸브 제어부(150)를 생략하고, 위험도 판단부(140)가 위험도에 따른 제어신호를 생성하여 알람부(41)나 유압회로 제어부(42)에 직접 전달할 수도 있다. When the dangerous area and the attention area are set as described above, for example, if the object detected by the object detection sensors 31 and 32 is located in the attention area, an alarm may be given to the driver with a warning sound. If the object is located in the danger zone, the slewing vehicle can be stopped immediately with a beep. To this end, for example, the location-based risk determination unit 140 transmits the determined risk (ie, 'risk' or 'caution') to the alarm and valve control unit 150, and the alarm and valve control unit 150 determines the received risk level. Accordingly, a control signal for controlling an alarm or a hydraulic motor may be generated and transmitted to the alarm unit 41 and / or the hydraulic circuit control unit 42. Alternatively, the alarm and valve control unit 150 may be omitted, and the risk determination unit 140 may generate a control signal according to the risk level and directly transmit it to the alarm unit 41 or the hydraulic circuit control unit 42.

또한 바람직한 일 실시예에서, 제동 각도(θd)로부터 선회체의 선회 방향으로 소정의 여유 각도(θM)를 더 설정할 수 있다. 물체가 제동 각도(θd) 내에 있을 경우 선회체를 급제동하더라도 선회체와 물체가 충돌할 가능성이 크므로, 물체가 제동 각도(θd) 내에 들어오기 직전의 위치에 있을 경우 일반적인 주의 영역보다 위험도를 상향 설정하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서 예컨대 여유 각도(θM)를 설정하여, 물체가 여유 각도(θM) 내에 위치하면 예를 들어 경고음을 더 크게 하거나 선회체 선회 속도를 줄이는 등의 대응을 하도록 구성할 수 있다. Also, in a preferred embodiment, a predetermined clearance angle θM may be further set from the braking angle θd to the turning direction of the swing body. When the object is within the braking angle (θd), even if the swivel body is suddenly braked, there is a high possibility of collision between the swivel body and the object. Therefore, if the object is in the position just before entering the braking angle (θd), the risk is increased higher than the general attention area. It may be desirable to set. Therefore, for example, by setting the clearance angle θM, when the object is positioned within the clearance angle θM, it can be configured to respond to, for example, a larger warning sound or a reduction in the speed of turning the swing body.

일 실시예에서 여유 각도(θM)는 선회체의 속도에 비례하는 각도(예컨대, 제동 각도(θd)의 50% 등)로 설정할 수도 있고, 선회체의 속도에 상관없이 소정의 고정된 각도(예컨대, 15도 또는 20도 등)으로 설정할 수도 있다. In one embodiment, the clearance angle θM may be set to an angle proportional to the speed of the swing body (eg, 50% of the braking angle θd, etc.), and a predetermined fixed angle (for example, regardless of the speed of the swing body) , 15 degrees or 20 degrees, etc.).

도7(b)는 선회체가 반시계 방향으로 회전할 때 설정되는 위험 영역과 주의 영역을 예로서 나타내었다. 도7(a)와 비교할 때 선회체의 선회 방향만 다르며 위험 영역과 주의 영역의 설정은 동일하므로 설명을 생략한다. Fig. 7 (b) shows an example of a danger zone and a caution zone that are set when the swivel body rotates counterclockwise. Compared to Fig. 7 (a), only the turning direction of the swinging body is different, and the setting of the danger zone and the caution zone is the same, so the description is omitted.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면 굴삭기 선회체의 선회관성 및 속도에 따른 선회 제동 각도를 예측하여 이를 굴삭기 작업반경 주변 물체의 충돌위험 판단기준에 반영함으로써, 굴삭기와 물체의 충돌을 효과적으로 방지하여 안전사고를 예방할 수 있다. As described above, according to an embodiment of the present invention, by predicting the turning inertia and the turning braking angle according to the speed of the excavator's slewing body and reflecting it in the criterion for collision risk of objects around the working radius of the excavator, the collision between the excavator and the object is effectively prevented. Safety accidents.

한편, 다시 도2를 참조하면 일 실시예에서 굴삭기 데이터 산출부(130)가 장치 오감지 처리부(134)를 더 포함할 수 있다. 오감지 처리부(134)는 물체 검출 센서(31,32)가 검출한 물체가 굴삭기 자신의 일부인 경우 오감지로 판단하여 위험도 판단 대상에서 제외하기 위한 기능부이다. Meanwhile, referring to FIG. 2 again, in one embodiment, the excavator data calculation unit 130 may further include a device false detection processing unit 134. The erroneous detection processing unit 134 is a function unit for determining that the object detected by the object detection sensors 31 and 32 is a part of the excavator itself and detecting it as erroneous detection and excluding it from the risk determination object.

일 실시예에서, 예컨대 물체 검출 센서(31,32)가 센서 자신의 수평 높이를 스캔하여 물체를 검출하도록 구성된 경우, 굴삭기의 일부가 이 스캔 평면보다 낮은 위치에 있는지 판단한다. 예를 들어 제1 내지 제3 센서(21,22,23)에서 검출된 붐, 아암, 및 버킷의 회전 각도에 기초하여 붐, 아암, 및 버킷 중 일부가 물체 검출 센서(31,32)의 스캔 평면 높이 이하인지를 판단한다. 예컨대 도8(a)에 도시한 것처럼 오감지 처리부(134)는 아래의 수식4를 이용하여 붐(210), 아암(220), 및 버킷(230)의 기설정된 지점(①, ②, ③, ④) 중 적어도 하나가 스캔 평면의 높이 이하인지를 판단할 수 있다. In one embodiment, for example, if the object detection sensors 31 and 32 are configured to detect an object by scanning the horizontal height of the sensor itself, it is determined whether a portion of the excavator is at a position lower than this scan plane. For example, based on the rotation angles of the booms, arms, and buckets detected by the first to third sensors 21, 22, 23, some of the booms, arms, and buckets scan the object detection sensors 31, 32 It is determined whether it is equal to or lower than the plane height. For example, as shown in FIG. 8 (a), the erroneous detection processing unit 134 uses the following Equation 4 to set predetermined points (①, ②, ③, of the boom 210, the arm 220, and the bucket 230). ④) It is possible to determine whether at least one of the scan planes is less than or equal to the height of the scan plane.

Figure 112018083310862-pat00004
Figure 112018083310862-pat00004

이 때 제1 지점(①)은 붐(210)의 끝단의 높이, 제2 지점(②은 아암(220)의 끝단 높이, 제3 지점(③)은 버킷(230)의 끝단 높이, 그리고 제4 지점(④)은 버킷(230)의 최하단부 높이를 각각 나타낸다. 그러나 대안적 실시예에서 이러한 제1 내지 제4 지점을 다른 위치로 설정할 수도 있으며 지점의 갯수도 달라질 수 있다. At this time, the first point (①) is the height of the end of the boom 210, the second point (② is the height of the end of the arm 220, the third point (③) is the height of the end of the bucket 230, and the fourth The points ④ indicate the heights of the bottom of the buckets 230. However, in alternative embodiments, the first to fourth points may be set to different positions, and the number of points may also vary.

오감지 처리부(134)는 상기 수식4를 연산하여 굴삭기의 일부가 스캔 평면 높이 이하인지를 판단하고, 이 판단 정보를 위험도 판단부(140)로 전달할 수 있다. 위험도 판단부(140)는 위치 데이터 산출부(110,120)로부터 수신한 물체 위치 데이터, 및 굴삭기 데이터 산출부(130)로부터 수신한 굴삭기 작업반경 및 상기 판단 정보에 기초하여, 검출된 물체가 굴삭기의 일부인지를 판단할 수 있다. The erroneous detection processing unit 134 may calculate Equation 4 to determine whether a part of the excavator is equal to or less than the height of the scan plane, and transmit the determination information to the risk determination unit 140. The risk determination unit 140 based on the object position data received from the position data calculation units 110 and 120 and the excavator working radius received from the excavator data calculation unit 130 and the determination information, the detected object is a part of the excavator You can judge cognition.

예를 들어, 굴삭기의 제1 내지 제4 지점 중 하나가 스캔 평면 이하의 높이에 있다는 판단 정보를 위험도 판단부(140)가 수신한 경우, 예컨대 검출된 물체가 작업 반경 내에 위치하고 도8(b)에서의 Y축 값이 ±w 범위에 있다면 이 물체를 굴삭기의 일부로 판단할 수 있고, 위험도 판단부(140)는 이 검출된 물체에 대한 위험도 판단을 수행하지 않을 수 있다. For example, when the risk determination unit 140 receives the determination information that one of the first to fourth points of the excavator is at a height equal to or lower than the scan plane, for example, the detected object is located within the working radius and FIG. 8 (b) If the Y-axis value in the range is ± w, the object may be determined as a part of the excavator, and the risk determination unit 140 may not perform the risk determination for the detected object.

이제 도9 내지 도12를 참조하여 제2 실시예에 따른 굴삭기 안전제어 장치를 설명하기로 한다. Now, an excavator safety control device according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. 9 to 12.

도9는 제2 실시예에 따른 굴삭기 안전제어 동작을 수행하는 구성요소들의 블록도이다. 도면을 참조하면, 일 실시예에 다른 굴삭기 안전제어 장치는 제1 물체 위치 데이터 산출부(110), 제2 물체 위치 데이터 산출부(120), 굴삭기 데이터 산출부(130), 위치기반 위험도 판단부(140), 물체 위치 예측부(160), 속도기반 위험도 판단부(170), 및 알람 및 밸브 제어부(180)를 포함할 수 있다. 도2의 제1 실시예와 비교할 때 제2 실시예는 물체 위치 예측부(160)와 속도기반 위험도 판단부(170)를 더 포함하며, 나머지 구성요소들은 도2의 제1 실시예의 각 대응 구성요소와 동일 또는 유사한 기능을 수행하므로 구체적 설명을 생략하기로 한다. 9 is a block diagram of components that perform an excavator safety control operation according to a second embodiment. Referring to the drawings, an excavator safety control device according to an embodiment includes a first object position data calculation unit 110, a second object position data calculation unit 120, an excavator data calculation unit 130, and a location-based risk determination unit 140, an object location prediction unit 160, a speed-based risk determination unit 170, and an alarm and valve control unit 180. Compared with the first embodiment of FIG. 2, the second embodiment further includes an object position prediction unit 160 and a speed-based risk determination unit 170, and the remaining components are each corresponding components of the first embodiment of FIG. Since it performs the same or similar function as the element, a detailed description will be omitted.

도9를 참조하면, 제1 및 제2 물체 위치 데이터 산출부(110,120)는 물체 검출 센서(31,32)로부터 검출 데이터를 수신하고 이로부터 물체 위치 데이터를 산출하여 위치기반 위험도 판단부(140)에 전달한다. Referring to FIG. 9, the first and second object position data calculators 110 and 120 receive detection data from the object detection sensors 31 and 32 and calculate object position data therefrom, thereby determining the location-based risk level 140 To pass on.

굴삭기 데이터 산출부(130)는 제1 내지 제3 센서(21,22,23) 및 선회속도 센서(33)로부터 데이터를 수신하여 굴삭기 데이터를 산출하고 이를 위치기반 위험도 판단부(140)에 전달한다. 이 때 "굴삭기 데이터"는 예컨대 작업반경, 제동각도, 오감지 처리결과 등을 포함할 수 있다. Excavator data calculation unit 130 receives data from first to third sensors 21, 22, 23 and turning speed sensor 33 to calculate excavator data and transmits it to location-based risk determination unit 140 . At this time, the "excavator data" may include, for example, a working radius, a braking angle, and a result of false detection processing.

위치기반 위험도 판단부(140)는 물체 위치 데이터 및 굴삭기 데이터를 수신하고 이에 기초하여 물체의 위험도를 판단하고, 위험도에 따라 경고음이나 선회체 급제동 등의 제어신호를 알람 및 밸브 제어부(180)에 전달할 수 있다. The location-based risk determination unit 140 receives the object location data and the excavator data and determines the danger level of the object based on this, and transmits a control signal such as a warning sound or sudden braking according to the danger level to the alarm and valve control unit 180 Can be.

물체 위치 예측부(160)는 물체의 소정 시간 이후의 위치를 예측할 수 있다. 일 실시예에서 물체 위치 예측부(160)는 여러개의 연속된 물체를 검출한 경우 이들을 하나의 물체로 그룹화하고, 이 그룹화된 물체의 소정 시간 이후의 위치를 예측할 수 있다. The object position prediction unit 160 may predict a position after a predetermined time of the object. In one embodiment, the object position predicting unit 160 may detect a plurality of consecutive objects, group them into one object, and predict a position after a predetermined time of the grouped object.

이와 관련하여 도10은 연속된 물체를 그룹화하는 예시적인 방법을 나타낸다. 도면에 도시한 것처럼 예컨대 다수의 물체들이 연속적인 선(S1,S2)으로 검출되었다고 가정한다. 이 때 물체들이 '연속적'이라는 것은 예컨대 검출된 물체들간의 각도에 따른 거리 변화율(Δr/Δθ)이 기설정된 소정 값 이하인 경우를 의미할 수 있다. In this regard, FIG. 10 shows an exemplary method of grouping consecutive objects. As shown in the figure, it is assumed, for example, that multiple objects are detected by continuous lines S1 and S2. In this case, that the objects are 'continuous' may mean, for example, a case in which the rate of change of distance (Δr / Δθ) according to the angle between the detected objects is equal to or less than a predetermined value.

도10을 참조하면, 물체 위치 예측부(160)는 제1 선(S1)과 제2 선(S2)이 불연속적으로 검출되었으므로 제1 선(S1)을 제1 물체로 그룹화하고 제2 선(S2)을 제2 물체로 그룹화할 수 있다. 이 때, 제1 선(S1) 중에서도 위험도가 더 높은 영역(즉 도면에서 위험 영역)에 속하는 부분을 제1 물체(G1)로 그룹화하고, 제2 선(S2)에 대해서도 위험도가 더 높은 영역(즉 도면에서 주의 영역)에 속하는 부분을 제2 물체(G2)로 그룹화할 수 있다. Referring to FIG. 10, since the object line prediction unit 160 detects the first line S1 and the second line S2 discontinuously, the first line S1 is grouped as a first object and the second line ( S2) can be grouped as a second object. At this time, among the first line S1, a portion belonging to a region having a higher risk (ie, a dangerous region in the drawing) is grouped as a first object G1, and a region having a higher risk for the second line S2 ( That is, the part belonging to the attention region in the drawing) may be grouped as the second object G2.

연속적으로 검출된 물체들을 그룹화한 후, 물체 위치 예측부(160)는 이 그룹화된 물체의 위치를 예측하는 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 그룹화된 물체의 중심점에 대한 제1 소정 시간 동안의 변위에 기초하여 향후의 제2 소정 시간 후의 물체의 위치를 예측할 수 있다. After grouping continuously detected objects, the object position prediction unit 160 may perform an operation of predicting the position of the grouped objects. For example, the position of the object after the second predetermined time in the future may be predicted based on the displacement for the first predetermined time with respect to the center point of the grouped object.

이와 관련하여 도11은 일 실시예에 따라 그룹화된 물체의 속도를 계산하는 방법을 도식적으로 나타낸다. 도면에서 각각의 사각형은 그룹화된 물체를 나타낸다. 이 때 예컨대 제일 좌측의 물체는 제1 소정 시간 동안 Gk-1 위치에서 Gk 위치로 이동하였고, 그 때의 중심점은 각각 Ck-1과 Ck로 표시하였다. 이 경우 물체 위치 예측부(160)는 제1 소정 시간 동안의 물체 중심점의 위치 변화로부터 이 물체의 속도(속력과 방향)를 산출할 수 있다. In this regard, FIG. 11 schematically shows a method of calculating the velocity of a grouped object according to an embodiment. Each square in the figure represents a grouped object. At this time, for example, the leftmost object moved from the G k-1 position to the G k position for the first predetermined time, and the central point at that time was denoted by C k-1 and C k , respectively. In this case, the object position prediction unit 160 may calculate the speed (speed and direction) of the object from the position change of the object center point during the first predetermined time.

그 후 물체 위치 예측부(160)는 산출된 속도에 기초하여 이 물체의 향후 제2 소정 시간 후의 위치를 예측할 수 있다. 예를 들어 도12를 참조하면, 물체가 제1 소정 시간 동안 Gk-1 위치에서 Gk 위치로 이동하여

Figure 112018083310862-pat00005
의 속도를 산출하였다면, 향후의 제2 소정 시간(Δt) 동안 이와 동일한 속도로 움직인다고 가정하여 제2 시간 후에 Gk+1의 위치에 도달할 것이라고 예측할 수 있다. Thereafter, the object position prediction unit 160 may predict the position of the object after the second predetermined time in the future based on the calculated speed. For example, referring to FIG. 12, the object moves from the G k-1 position to the G k position for the first predetermined time,
Figure 112018083310862-pat00005
If the velocity of is calculated, it can be predicted that the position of G k + 1 will be reached after the second time, assuming that it moves at the same speed for the second predetermined time (Δt) in the future.

물체 위치 예측부(160)가 물체의 위치를 예측한 후 예측 위치 데이터를 속도기반 위험도 판단부(170)에 전달할 수 있고, 속도기반 위험도 판단부(170)는 물체의 예측 위치에 기초하여 위험도를 판단하게 된다. 예를 들어, 물체의 현재 위치가 주의 영역이지만 이 물체의 예측된 위치가 위험 영역인 경우, 위험도 판단부(170)는 해당 물체의 위험도를 위험으로 상향 조정하여 이에 대응하는 알람 및/또는 밸브 제어 동작을 수행할 수 있다. After the object position prediction unit 160 predicts the position of the object, the predicted position data may be transmitted to the speed-based risk determination unit 170, and the speed-based risk determination unit 170 may calculate the risk based on the predicted position of the object. Will judge. For example, if the current position of the object is the attention area, but the predicted position of the object is the danger area, the risk determination unit 170 increases the risk of the object to danger and controls the alarm and / or valve corresponding thereto You can perform the operation.

이와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따르면 굴삭기 선회체의 선회관성 및 속도에 따른 선회 제동각도를 예측하여 이를 굴삭기 작업반경 주변 물체의 충돌위험 판단에 반영할 뿐만 아니라 물체의 이동 속도까지 고려하여 소정 시간 후의 예측 위치에서의 충돌 위험도도 함께 판단할 수 있으므로 굴삭기와 물체의 충돌을 더욱 효과적으로 예방할 수 있는 이점이 있다. As described above, according to the second embodiment of the present invention, the turning inertia and the turning braking angle according to the speed of the excavator are predicted and reflected in the collision risk determination of objects around the working radius of the excavator, as well as considering the moving speed of the object. Since the risk of collision at the predicted position after time can also be determined, there is an advantage that the collision between the excavator and the object can be more effectively prevented.

이상과 같이 도면을 참조하여 본 발명의 예시적 실시예를 설명하였으나 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. As described above, exemplary embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, but those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that various modifications and variations are possible from the description of these specifications. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the following claims, but also by the claims and equivalents.

10: 제어부
21,22,23: 각도 센서
31,32: 물체 검출 센서
33: 선회속도 센서
100: 본체부
110,120: 물체 위치 데이터 산출부
130: 굴삭기 데이터 산출부
140: 위치기반 위험도 판단부
150, 180: 알람 및 밸브 제어부
160: 물체 위치 예측부
170: 속도기반 위험도 판단부
210: 붐
220: 아암230: 버킷
10: control unit
21,22,23: Angle sensor
31,32: Object detection sensor
33: turning speed sensor
100: main body
110,120: object position data calculation unit
130: excavator data calculation unit
140: location-based risk determination unit
150, 180: alarm and valve control
160: object position prediction unit
170: speed-based risk determination unit
210: Boom
220: arm 230: bucket

Claims (15)

굴삭기 안전제어 장치로서,
굴삭기의 붐, 아암, 및 버킷에 각각 장착되어 상기 붐, 아암, 및 버킷의 회전 각도를 각각 검출하는 제1 내지 제3 각도센서;
굴삭기 주위의 물체를 검출하는 적어도 하나의 물체 검출 센서;
상기 붐, 아암, 및 버킷을 포함하는 굴삭기의 상부 선회체의 선회속도를 검출하는 선회속도 센서; 및
상기 센서들로부터 검출 데이터를 수신하여 굴삭기 주위 물체의 위험도를 판단하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 물체 검출 센서로부터 물체의 위치 데이터를 산출하는 위치 데이터 산출부;
상기 제1 내지 제3 각도센서로부터의 각도 데이터에 기초하여 굴삭기 작업반경을 산출하는 작업반경 연산부;
상기 각도 데이터 및 상기 선회속도 센서로부터의 선회속도 데이터에 기초하여 선회체의 제동 각도를 산출하는 제동각도 연산부;
상기 산출된 위치 데이터, 굴삭기 작업반경, 및 선회체 제동 각도에 기초하여 상기 물체의 위험도를 판단하는 제1 위험도 판단부; 및
소정 시간 이후의 물체 위치를 예측하는 물체 위치 예측부;를 포함하고,
상기 물체 위치 예측부는, 상기 물체 검출 센서에서 검출되는 물체가 연속적인 선으로 검출되는 경우, 이 연속적인 선 형상의 물체를 하나의 물체로 그룹화하고, 이 그룹화된 물체의 중심점에 대한 제1 소정 시간 동안의 변위에 기초하여 물체의 위치를 예측하도록 구성된 것을 특징으로 하는 굴삭기 안전제어 장치.
As an excavator safety control device,
First to third angle sensors mounted to the boom, arm, and bucket of the excavator, respectively, to detect rotation angles of the boom, arm, and bucket, respectively;
At least one object detection sensor that detects objects around the excavator;
A turning speed sensor detecting a turning speed of an upper turning body of the excavator including the boom, arm, and bucket; And
Includes a control unit for receiving the detection data from the sensors to determine the risk of objects around the excavator;
The control unit,
A position data calculation unit calculating position data of an object from the object detection sensor;
A working radius calculating unit for calculating an excavator working radius based on the angle data from the first to third angle sensors;
A braking angle calculating unit for calculating a braking angle of the turning body based on the angle data and the turning speed data from the turning speed sensor;
A first risk determination unit for determining a risk of the object based on the calculated position data, an excavator working radius, and a turning body braking angle; And
Includes; object position prediction unit for predicting the position of the object after a predetermined time,
The object position predicting unit, when an object detected by the object detection sensor is detected as a continuous line, groups the continuous line-shaped objects into one object, and a first predetermined time with respect to the center point of the grouped object Excavator safety control device, characterized in that configured to predict the position of the object based on the displacement during.
제 1 항에 있어서,
상기 제동각도 연산부가, 상기 각도 데이터에 기초하여 선회체의 선회관성을 연산하고, 이 선회관성 및 상기 선회속도에 기초하여 상기 제동 각도를 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 굴삭기 안전제어 장치.
According to claim 1,
And the brake angle calculating unit is configured to calculate the turning inertia of the turning body based on the angle data, and to calculate the braking angle based on the turning inertia and the turning speed.
제 2 항에 있어서,
상기 제동각도 연산부는 하기 수식에 따라 제동각도(θd)를 산출하며,
Figure 112019114499710-pat00020

상기 수식에서 Js는 선회관성, ωs는 선회속도, Ds는 굴삭기 선회체를 선회시키는 유압모터의 모터 용적, Pr은 상기 유압모터 내의 유체가 릴리프 밸브를 통해 배출될 때의 릴리프 밸브의 크래킹 압력, 그리고 N은 상기 유압모터와 선회체 사이에 결합된 기어의 기어비인 것을 특징으로 하는 굴삭기 안전제어 장치.
According to claim 2,
The braking angle calculating unit calculates the braking angle (θd) according to the following formula,
Figure 112019114499710-pat00020

In the above formula, Js is the turning inertia, ωs is the turning speed, Ds is the motor volume of the hydraulic motor that swings the excavator, Pr is the cracking pressure of the relief valve when the fluid in the hydraulic motor is discharged through the relief valve, and N is an excavator safety control device, characterized in that the gear ratio of the gear coupled between the hydraulic motor and the swing body.
제 1 항에 있어서, 상기 제어부가,
상기 제1 내지 제3 센서에서 검출된 붐, 아암, 및 버킷의 회전 각도에 기초하여 상기 붐, 아암, 및 버킷 중 일부가 상기 물체 검출 센서의 스캔 높이 이하인지를 판단하고 이 판단 정보를 상기 제1 위험도 판단부로 전달하는 오감지 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 안전제어 장치.
The method of claim 1, wherein the control unit,
Based on the rotation angles of the booms, arms, and buckets detected by the first to third sensors, it is determined whether some of the booms, arms, and buckets are less than or equal to the scan height of the object detection sensor, and the determination information is removed. 1 Safety control device for an excavator, characterized in that it further comprises a mis-detection processing unit that delivers to the risk determination unit.
제 4 항에 있어서,
상기 제1 위험도 판단부가, 상기 위치 데이터, 굴삭기 작업반경, 및 상기 판단 정보에 기초하여 검출된 물체가 상기 굴삭기의 일부인지를 판단하고, 굴삭기의 일부인 경우 이 검출된 물체에 대한 위험도 판단을 수행하지 않는 것을 특징으로 하는 굴삭기 안전제어 장치.
The method of claim 4,
The first risk determination unit determines whether the detected object is part of the excavator based on the location data, the excavator working radius, and the determination information, and if it is part of the excavator, does not perform the risk determination for the detected object Excavator safety control device characterized in that it does not.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부가, 상기 물체 위치 예측부에서 예측된 물체 위치에 기초하여 물체의 위험도를 판단하는 제2 위험도 판단부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 안전제어 장치.
According to claim 1,
And a second risk determination unit for determining, by the control unit, a danger level of the object based on the object position predicted by the object position prediction unit.
제 6 항에 있어서, 상기 물체 위치 예측부는,
상기 물체 검출 센서를 통해 상기 제1 소정 시간 동안의 물체의 변위를 검출하여, 이 물체의 속도를 산출하고, 이 산출된 속도에 기초하여 제2 소정 시간 이후의 위치를 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 굴삭기 안전제어 장치.
The method of claim 6, wherein the object position prediction unit,
And detecting the displacement of the object for the first predetermined time through the object detection sensor, calculating the speed of the object, and calculating a position after the second predetermined time based on the calculated speed. Excavator safety control device.
제 7 항에 있어서,
상기 물체 위치 예측부는, 검출된 물체들간의 각도에 따른 거리 변화율(Δr/Δθ)이 기설정된 소정값 이하인 경우 해당 물체들을 하나의 물체로 그룹화하도록 구성된 것을 특징으로 하는 굴삭기 안전제어 장치.
The method of claim 7,
The object position prediction unit, the excavator safety control device, characterized in that configured to group the objects into a single object when the distance change rate (Δr / Δθ) according to the angle between the detected objects is less than a predetermined value.
굴삭기 안전제어 방법으로서,
물체 검출 센서에 의해 굴삭기 주위의 물체를 검출하여 물체의 위치 데이터를 산출하는 단계;
굴삭기의 붐, 아암, 및 버킷의 회전 각도를 검출하여 굴삭기 작업반경을 산출하는 단계;
상기 굴삭기의 붐, 아암, 및 버킷의 회전 각도 및 굴삭기의 상부 선회체의 선회속도에 기초하여 상기 선회체의 제동 각도를 산출하는 단계; 및
상기 산출된 위치 데이터, 굴삭기 작업반경, 및 선회체 제동 각도에 기초하여 상기 물체의 위험도를 판단하는 단계;를 포함하고,
상기 제동 각도를 산출하는 단계는, 상기 붐, 아암, 및 버킷의 회전 각도에 기초하여 선회체의 선회관성을 연산하고, 이 선회관성 및 상기 선회속도에 기초하여 상기 제동 각도를 산출하며,
상기 제동 각도는 선회관성(Js)과 선회속도(ωs)에 비례하고 굴삭기 선회체를 선회시키는 유압모터의 모터 용적(Ds), 상기 유압모터 내의 유체가 릴리프 밸브를 통해 배출될 때의 릴리프 밸브의 크래킹 압력(Pr), 및 상기 유압모터와 선회체 사이에 결합된 기어의 기어비(N)에 반비례하는 수식에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 굴삭기 안전제어 방법.
As an excavator safety control method,
Detecting an object around the excavator by an object detection sensor and calculating position data of the object;
Calculating a working radius of the excavator by detecting the rotation angle of the boom, arm, and bucket of the excavator;
Calculating a braking angle of the slewing body based on the rotation angle of the boom, the arm, and the bucket of the excavator and the turning speed of the upper slewing body of the excavator; And
Includes; determining the risk of the object based on the calculated position data, the working radius of the excavator, and the braking angle of the swing body;
In the calculating of the braking angle, the turning inertia of the swing body is calculated based on the rotation angle of the boom, arm, and bucket, and the braking angle is calculated based on the turning inertia and the turning speed,
The braking angle is proportional to the rotational inertia (Js) and the rotational speed (ωs) and the motor volume (Ds) of the hydraulic motor that turns the excavator slewing body, and the relief valve when the fluid in the hydraulic motor is discharged through the relief valve. Excavator safety control method, characterized in that calculated according to the formula inversely proportional to the cracking pressure (Pr), and the gear ratio (N) of the gear coupled between the hydraulic motor and the swinging body.
제 9 항에 있어서,
상기 제동 각도는 유압 모터에 선회 동작의 중단 명령을 내린 때로부터 선회체가 실제로 선회 동작을 멈출 때까지 회전한 각도인 것을 특징으로 하는 굴삭기 안전제어 방법.
The method of claim 9,
The braking angle is an angle of rotation from the time the command to stop the turning operation to the hydraulic motor until the turning body actually stops the turning operation, characterized in that the excavator safety control method.
제 10 항에 있어서,
상기 제동 각도를 산출하는 단계가 하기 수식에 따라 제동각도(θd)를 산출하며,
Figure 112019114499710-pat00021

위 수식에서 Js는 선회관성, ωs는 선회속도, Ds는 굴삭기 선회체를 선회시키는 유압모터의 모터 용적, Pr은 상기 유압모터 내의 유체가 릴리프 밸브를 통해 배출될 때의 릴리프 밸브의 크래킹 압력, 그리고 N은 상기 유압모터와 선회체 사이에 결합된 기어의 기어비인 것을 특징으로 하는 굴삭기 안전제어 방법.
The method of claim 10,
The step of calculating the braking angle calculates the braking angle (θd) according to the following formula,
Figure 112019114499710-pat00021

In the above formula, Js is the turning inertia, ωs is the turning speed, Ds is the motor volume of the hydraulic motor that swings the excavator, Pr is the cracking pressure of the relief valve when fluid in the hydraulic motor is discharged through the relief valve, and N is an excavator safety control method characterized in that the gear ratio of the gear coupled between the hydraulic motor and the swing body.
제 9 항에 있어서,
상기 붐, 아암, 및 버킷의 회전 각도에 기초하여 상기 붐, 아암, 및 버킷 중 일부가 상기 물체 검출 센서의 스캔 높이 이하인지를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 안전제어 방법.
The method of claim 9,
And determining whether a portion of the boom, arm, and bucket is less than or equal to the scan height of the object detection sensor based on the rotation angle of the boom, arm, and bucket.
제 12 항에 있어서, 상기 물체의 위험도를 판단하는 단계가,
상기 붐, 아암, 및 버킷 중 일부가 상기 물체 검출 센서의 스캔 높이 이하인지에 대한 판단 정보, 상기 위치 데이터, 및 상기 굴삭기 작업반경에 기초하여, 검출된 물체가 상기 굴삭기의 일부인지를 판단하고, 이 검출된 물체가 굴삭기의 일부인 경우 이 물체에 대한 위험도 판단을 수행하지 않는 것을 특징으로 하는 굴삭기 안전제어 방법.
The method of claim 12, wherein the step of determining the risk of the object,
Based on the determination information on whether some of the boom, arm, and bucket are below the scan height of the object detection sensor, the position data, and the working radius of the excavator, it is determined whether the detected object is part of the excavator, If the detected object is part of the excavator, the safety control method of the excavator, characterized in that do not perform a risk determination for this object.
제 9 항에 있어서,
상기 물체 검출 센서를 통해 제1 소정 시간 동안의 물체의 변위를 검출하여, 이 물체의 속도를 산출하는 단계;
이 산출된 속도에 기초하여 제2 소정 시간 이후의 예측 위치를 산출하는 단계; 및
상기 예측 위치에 기초하여 상기 물체의 위험도를 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 안전제어 방법.
The method of claim 9,
Detecting a displacement of an object for a first predetermined time through the object detection sensor, and calculating a speed of the object;
Calculating a predicted position after a second predetermined time based on the calculated speed; And
And determining a danger level of the object based on the predicted position.
제 14 항에 있어서,
상기 물체의 속도를 산출하는 단계 이전에, 상기 물체 검출 센서에서 검출되는 물체가 연속적인 선으로 검출되는 경우, 이 연속적인 선 형상의 물체를 하나의 물체로 그룹화하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 안전제어 방법.
The method of claim 14,
And before the step of calculating the speed of the object, if the object detected by the object detection sensor is detected as a continuous line, grouping the continuous line-shaped objects into one object. Safety control method for excavator.
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