KR20200082874A

KR20200082874A - 작업 차량의 전도/전복 방지 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20200082874A
Application number: KR1020180173883A
Authority: KR
Inventors: 윤복중; 서명국; 신희영; 강범준
Original assignee: 건설기계부품연구원; 디와이이노베이트 주식회사
Priority date: 2018-12-31
Filing date: 2018-12-31
Publication date: 2020-07-08
Anticipated expiration: 2038-12-31
Also published as: KR102249671B1

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 작업 차량의 전도/전복 방지 방법은, 입력 유닛을 통하여 작업 차량의 고정 파라미터를 입력하는 단계, 상기 작업 차량의 동작시 감지 유닛을 통하여 상기 작업 차량의 유동 파라미터를 감지하는 단계, 상기 고정 파라미터를 제어 유닛이 분석하여 상기 작업 차량의 안정 영역을 산출하는 단계, 상기 고정 파라미터와 상기 유동 파라미터를 상기 제어 유닛이 분석하여 상기 작업 차량의 동작 상태에 따라 변화되는 ZMP 위치를 산출하는 단계, 상기 제어 유닛이 상기 작업 차량의 안정 영역과 ZMP 위치를 비교하는 단계, 상기 ZMP 위치가 상기 안정 영역의 내부에 배치되는지를 검출하여 상기 작업 차량의 전도/전복에 대한 위험 여부를 판단하는 단계, 및 상기 ZMP 위치, 상기 안정 영역, 및 상기 작업 차량의 전도/전복에 대한 위험 여부를 상기 작업 차량의 작업자에게 표시 유닛을 통해 실시간으로 제공하는 단계를 포함한다.

Description

작업 차량의 전도/전복 방지 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PREVENTING OVERTURN OF WORKING VEHICLE}

본 발명은 작업 차량의 전도/전복 방지 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 ZMP(Zero Moment Point) 이론을 기반으로 작업 차량의 전도 또는 전복을 정확하게 분석할 수 있고, 전도/전복의 위험을 작업자에게 실시간으로 제공하여 작업 차량의 전도 또는 전복을 미연에 방지할 수 있는 작업 차량의 전도/전복 방지 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 작업 차량 중에는 작업 동작에 따라 하중이 편심된 위치에 작용되어 작업 차량이 작업 도중에 전도(顚倒) 또는 전복(顚覆)되기도 한다.

예를 들면, 카고 크레인(cargo crane)은 차량, 크레인, 아웃트리거(Outrigger), 유압펌프, 조종밸브, 안전장치, 기타 부품 등으로 구성된 기계장치로서, 주로 작업물을 들어 올려서 상하 방향, 좌우 방향, 또는 전후 방향으로 운반하는 기능을 수행한다.

상기와 같은 카고 크레인은 '기중기'라고도 불리는 작업 차량으로서, 상용차량에 크레인을 장착한 구조이다. 즉, 카고 크레인은 크레인의 일반적인 기능에 차량의 이동 기능을 결합한 장비에 해당한다.

하지만, 카고 크레인은 크레인의 자세와 동작, 작업물의 하중, 지면의 기울기 등에 따라 전도 또는 전복의 위험이 높은 구조이고, 실제로 전도와 전복에 의한 사건사고가 오랜 기간 동안 고질적으로 발생하고 있다.

상기와 같은 카고 크레인의 전도 또는 전복으로 인하여 작업현장에서 많은 사상자 및 물질적 손해를 유발하고 있는 실정이다.

최근에는 카고 크레인과 같은 작업 차량의 전도 또는 전복에 대한 위험을 알려주기 위한 기술이 다양하게 개발되고 있다.

예를 들면, 한국등록특허 제10-1858537호(발명의 명칭: 이동식 크레인 차량의 전복 방지 장치, 출원일: 2016.04.15)에서는, 아웃트리거에 대한 기울기 보상 방식을 별도의 공기압을 이용하여 기울기를 더 신속하고 정확하게 보상할 수 있고, 그 구성도 단순하여 제작 및 사용의 편리함을 제공하는 기술 사상이 개시되어 있다.

또한, 한국등록특허 제10-1653772호(발명의 명칭: 콘크리트 펌프 트럭의 전복 방지를 위한 붐 제어 장치, 출원일: 2015.02.13)에서는, 콘크리트 펌프 트럭의 전복 방지를 위해서 아웃트리거의 확장정도에 따른 붐의 확장과 회전시 안전범위를 벗어나지 못하도록 제어하는 기술 사상이 개시되어 있다.

상기와 같은 전도와 전복을 방지하기 위한 기술의 개발 노력에도 불구하고, 작업 차량의 전도 및 전복에 의한 사건사고는 여전히 작업 현장에서 발생되고 있기 때문에 작업 차량의 전도/전복을 더욱 정확하고 안정적으로 방지하기 위한 기술 개발이 절실하다.

본 발명의 실시예는, ZMP 이론을 기반으로 작업 차량의 전도 또는 전복을 더욱 정확하고 안정적으로 분석 및 모니터링할 수 있는 작업 차량의 전도/전복 방지 시스템 및 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예는, 작업 차량의 전도/전복에 대한 위험을 작업자에게 실시간으로 제공하여 작업 차량의 전도 또는 전복을 미연에 방지할 수 있는 작업 차량의 전도/전복 방지 시스템 및 방법을 제공한다.

본 발명은 작업 차량의 동작 상태에 따라 작업자에게 전도 또는 전복의 위험을 알려주는 작업 차량의 전도/전복 방지 시스템 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 작업 차량의 고정 파라미터를 입력 받는 입력 유닛, 상기 작업 차량의 동작 상태에 따라 가변되는 유동 파라미터를 감지하는 감지 유닛, 상기 고정 파라미터와 상기 유동 파라미터를 전달 받도록 상기 입력 유닛과 상기 감지 유닛에 연결되고 상기 고정 파라미터와 상기 유동 파라미터를 이용하여 상기 작업 차량의 ZMP 위치 및 안정 영역을 산출하며 상기 ZMP 위치와 상기 안정 영역을 비교하여 상기 작업 차량의 전도/전복 여부를 판단하는 제어 유닛, 및 상기 제어 유닛에 연결되고 상기 ZMP 위치의 실시간 변화를 상기 안정 영역 상에 표시하여 상기 작업 차량의 전도/전복 여부를 상기 작업자에게 시각적으로 제공하는 표시 유닛을 포함하는 작업 차량의 전도/전복 방지 시스템을 제공한다.

일측면에 따르면, 상기 작업 차량은, 작업 차량 본체, 상기 작업 차량 본체에 일단부가 회전 가능하게 연결되고 작업물을 연결한 타단부가 길이 조절 가능하게 형성된 붐, 및 상기 작업 차량 본체의 둘레부에 복수개가 길이 조절 가능하게 배치되고 상기 작업 차량 본체를 지면에 지지하는 아웃트리거를 포함할 수 있다.

상기 고정 파라미터는 상기 작업 차량의 중량, 상기 작업 차량의 무게 중심, 상기 붐의 무게, 상기 붐의 초기 무게줌심, 상기 아웃트리거의 인출 길이, 또는 상기 아웃트리거들 사이의 간격 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 유동 파라미터는 상기 붐의 상승각, 상기 붐의 회전각, 상기 작업물의 하중, 또는 상기 붐의 인출 길이 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

일측면에 따르면, 상기 감지 유닛은, 상기 붐의 인출 길이를 감지하도록 상기 붐의 일측에 배치되는 붐 길이 센서, 상기 붐의 상승각을 감지하도록 상기 붐의 타측과 상기 작업 차량 본체 사이에 배치되는 제1 붐 각도 센서, 상기 붐의 회전각을 감지하도록 상기 붐의 타측과 상기 작업 차량 본체 사이에 배치되는 제2 붐 각도 센서, 상기 아웃트리거의 인출 길이를 감지하도록 상기 아웃트리거들에 각각 배치되는 아웃트리거 길이 센서, 상기 작업물의 하중을 감지하도록 상기 붐과 상기 작업 차량 본체 사이에 배치되는 하중 감지 센서, 및 상기 작업 차량 본체의 기울기를 감지하도록 상기 작업 차량 본체에 배치되는 기울기 감지 센서를 포함할 수 있다.

일측면에 따르면, 상기 제어 유닛은, 상기 안정 영역의 내측에 상기 ZMP 위치가 존재하면 상기 작업 차량의 전도/전복에 대한 위험이 없는 안정 상태로 판단할 수 있고, 상기 안정 영역의 외측에 상기 ZMP 위치가 존재하면 상기 작업 차량의 전도/전복에 대한 위험이 있는 위험 상태로 판단할 수 있다.

상기 표시 유닛은, 상기 제어 유닛에 의해 위험 상태로 판단되면 상기 작업자에게 상기 작업 차량의 전도/전복에 대한 경고 신호를 제공할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 입력 유닛을 통하여 작업 차량의 고정 파라미터를 입력하는 단계, 상기 작업 차량의 동작시 감지 유닛을 통하여 상기 작업 차량의 유동 파라미터를 감지하는 단계, 상기 고정 파라미터를 제어 유닛이 분석하여 상기 작업 차량의 안정 영역을 산출하는 단계, 상기 고정 파라미터와 상기 유동 파라미터를 상기 제어 유닛이 분석하여 상기 작업 차량의 동작 상태에 따라 변화되는 ZMP 위치를 산출하는 단계, 상기 제어 유닛이 상기 작업 차량의 안정 영역과 ZMP 위치를 비교하는 단계, 상기 ZMP 위치가 상기 안정 영역의 내부에 배치되는지를 검출하여 상기 작업 차량의 전도/전복에 대한 위험 여부를 판단하는 단계, 및 상기 ZMP 위치, 상기 안정 영역, 및 상기 작업 차량의 전도/전복에 대한 위험 여부를 상기 작업 차량의 작업자에게 표시 유닛을 통해 실시간으로 제공하는 단계를 포함하는 작업 차량의 전도/전복 방지 방법을 제공한다.

일측면에 따르면, 본 실시예에 따른 작업 차량의 전도/전복 방지 방법은, 상기 작업 차량의 동작시 상기 위험 상태로 판단되면 상기 작업자에게 상기 작업 차량의 전도/전복에 대한 경고 신호를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일측면에 따르면, 상기 ZMP 위치를 산출하는 단계는, 상기 감지 유닛에 감지되는 상기 유동 파라미터의 현재값을 이용하여 상기 ZMP 위치의 현재 위치를 도출하는 단계, 상기 유동 파라미터의 변화 추이에 따라 설정시간 이후의 상기 유동 파라미터의 예상값을 도출하는 단계, 및 상기 유동 파라미터의 예상값을 이용하여 상기 ZMP 위치의 예상 위치를 도출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 작업 차량의 전도/전복에 대한 위험 여부를 판단하는 단계에서는, 상기 ZMP 위치의 예상 위치가 상기 안정 영역의 내측에 존재하면 상기 작업 차량의 전도/전복에 대한 위험이 없는 안정 상태로 판단할 수 있고, 상기 ZMP 위치의 예상 위치가 상기 안정 영역의 외측에 존재하면 상기 작업 차량의 전도/전복에 대한 위험이 있는 위험 상태로 판단할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 작업 차량의 전도/전복 방지 시스템 및 방법은, ZMP 이론을 기반으로 작업 차량의 전도 또는 전복을 더욱 정확하고 안정적으로 분석 및 모니터링할 수 있고, 이를 이용하여 작업 차량의 전도 또는 전복으로 인한 사건사고를 대폭 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 작업 차량의 전도/전복 방지 시스템 및 방법은, 작업 차량의 전도/전복에 대한 위험을 작업자에게 실시간으로 제공 및 경고하는 구조이므로, 작업 차량의 동작시 작업자가 전도/전복의 위험을 미리 확인하여 작업 차량의 전도 또는 전복을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 작업 차량의 전도/전복 방지 시스템 및 방법은, 입력 유닛을 통해서 작업 차량의 동작과 관련성이 없는 고정 파라미터를 미리 입력 받은 상태에서 감지 유닛을 통해서 작업 차량의 동작에 따라 변경되는 유동 파라미터를 실시간으로 감지하는 구조이므로, 입력 유닛에 기설정된 고정 파라미터 및 감지 유닛에 실시간으로 감지되는 유동 파라미터를 사용하여 작업 차량의 안정 영역 및 ZMP 위치를 정확하게 산출할 수 있으며, 작업 차량의 안정 영역과 ZMP 위치를 비교 분석하여 작업 차량의 전도/전복에 대한 위험을 정확하고 안정적으로 판단할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 작업 차량의 전도/전복 방지 시스템 및 방법은, 감지 유닛에 감지되는 유동 파라미터의 현재값을 이용하여 ZMP 위치의 현재 위치를 도출한 후 유동 파라미터의 변화 추이에 따라 도출된 설정시간 이후의 유동 파라미터의 예상값을 이용하여 ZMP 위치의 예상 위치를 도출하므로, ZMP 위치의 예상 위치와 안정 영역을 비교하여 설정시간 이후에 발생되는 작업 차량의 전도/전복에 대한 위험을 미리 예측할 수 있다. 그로 인하여, 본 실시예에서는, 작업 차량의 현재 동작 상태를 기반으로 설정시간 이후에 발생될 작업 차량의 동작 상태를 분석하므로, 작업 차량의 전도/전복에 대한 위험을 설정시간만큼 미리 확인할 수 있고, 그로 인해서 작업자는 전도/전복의 위험에 더욱 안정적으로 대처할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전도/전복 방지 시스템을 구비한 작업 차량이 개략적으로 도시된 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 작업 차량의 전도/전복 방지 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 작업 차량의 전도/전복 방지 방법이 도시된 순서도이다.
도 4 내지 도 6은 도 3에 도시된 전도/전복 방지 방법을 사용하여 붐의 작업 반경에 따른 작업물의 허용 하중을 분석한 결과가 도시된 도면이다.
도 7 내지 도 9는 도 3에 도시된 전도/전복 방지 방법을 사용하여 작업물의 하중에 따른 ZMP 위치의 변화를 분석한 결과가 도시된 도면이다.
도 10 내지 도 11은 도 3에 도시된 전도/전복 방지 방법을 사용하여 붐의 회전 동작에 따른 전도/전복의 위험을 예측한 결과가 도시된 도면이다.
도 12 내지 도 13은 도 3에 도시된 전도/전복 방지 방법을 사용하여 전도/전복의 위험을 예측한 결과를 작업자에게 알려주기 위한 일례가 도시된 도면이다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전도/전복 방지 시스템(100)을 구비한 작업 차량(10)이 개략적으로 도시된 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 작업 차량(10)의 전도/전복 방지 시스템(100)을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 작업 차량(10)의 전도/전복 방지 시스템(100)은, 작업 차량(10)의 동작 상태에 따라 작업자에게 전도 또는 전복의 위험을 실시간으로 정확하게 알려주는 장치이다.

즉, 본 실시예에 따른 전도/전복 방지 시스템(100)은, 작업 차량(10)의 동작시 가변되는 다양한 요소를 고려하여 작업 차량(10)의 전도/전복에 대한 위험을 ZMP 이론을 기반으로 분석할 수 있고, 작업 차량(10)의 작업자에게 전도/전복의 위험을 실시간으로 제공하여 작업 차량(10)의 전도 또는 전복에 의한 사건사고를 미연에 방지할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 작업 차량(10)은 카고 크레인, 궤도형 크레인, 콘크리트 펌프카, 고소작업 차량, 지게차, 굴삭기 등과 같이 길게 연장되는 구성요소를 구비하고 있는 차량으로 설정할 수 있다. 즉, 작업 차량(10)은 각종 건설기계, 일반작업차량, 특장차량 또는 화물운송차량 등에서 작업물을 운반하는 길게 연장된 구성요소를 구비한 모든 차량을 포함할 수 있다.

예를 들면, 작업 차량(10)은 크레인 기구, 리프트 기구, 또는 콘크리트 공급 기구(펌프, 호스, 붐 등)를 차량에 설치한 구조이다. 따라서, 작업 차량(10)은 크레인 기구, 리프트 기구, 또는 콘크리트 공급 기구 등의 특정 작업과 함께 차량의 이동성을 모두 구비한 구조이며, 그로 인해서 작업 위치를 자유롭게 이동 또는 변경하면서 특정 작업을 수행할 수 있다.

이하, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 작업 차량(10)을 카고 크레인으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 길이 조절되는 구성요소를 구비한 다양한 작업 차량에도 적용할 수 있다.

예를 들면, 작업 차량(10)은 작업 차량 본체(12), 붐(14), 및 아웃트리거(16)를 포함할 수 있다.

작업 차량 본체(12)는 상용 차량에 붐(14)과 아웃트리거(16)을 작동시키기 위한 각종 구동기구가 설치된 장치로서, 작업 차량(10)의 이동 기능을 수행할 수 있고, 붐(14)과 아웃트리거(16)의 작동을 위한 동력과 제어 신호를 제공할 수 있다.

붐(14)은 작업 차량(10)의 작업물을 상하 방향, 좌우 방향, 또는 전후 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 운반 또는 이송하는 장치이다. 붐(14)은 복수개의 다단 구조로 형성되어 길이 방향으로 길이 조절될 수 있다.

즉, 붐(14)의 일단부는 작업 차량 본체(12)에 회전 가능하게 연결될 수 있고, 붐(14)의 타단부는 붐(14)의 길이 방향으로 길이 조절 가능하게 다단 구조로 형성될 수 있다. 작업 차량(10)의 작업물은 붐(14)의 타단부에 배치될 수 있다.

아웃트리거(16)는 작업 차량 본체(12)를 지면에 안정적으로 지지하기 위한 장치이다. 아웃트리거(16)는 붐(14)과 같이 길이 방향으로 길이 조절 가능하게 형성될 수 있다. 상기와 같은 아웃트리거(16)는 작업 차량 본체(12)의 둘레부에 복수개가 서로 이격되게 배치될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 아웃트리거(16)가 작업 차량 본체(12)의 전방 좌우측 및 후방 좌우측에 각각 배치되는 것으로 설명하지만, 작업 차량 본체(12)의 전방 좌우측에만 배치되거나 작업 차량 본체(12)의 후방 좌우측에만 배치될 수도 있다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 작업 차량(10)의 전도/전복 방지 시스템(100)은 입력 유닛(110), 감지 유닛(120), 제어 유닛(130), 및 표시 유닛(140)을 포함한다.

본 실시예에 따른 전도/전복 방지 시스템(100)은, 작업 차량(10)의 제작시 작업 차량(10)과 함께 제작되거나, 또는 기완성된 작업 차량(10)에 별도의 설치 작업을 통하여 작업 차량(10)에 설치될 수 있다. 여기서, 전도/전복 방지 시스템(100)이 기완성된 작업 차량(10)에 별도로 설치되면, 다양한 종류의 작업 차량(10)에 간편하게 적용되어 부품의 공용화가 실현될 수 있다.

상기와 같이 입력 유닛(110), 감지 유닛(120), 제어 유닛(130), 및 표시 유닛(140)은 작업 차량(10)에 설치될 수 있다. 특히, 표시 유닛(140)은 작업 차량(10)의 작업자가 붐(14)의 작동을 조작하는 위치에서 육안으로 확인 가능한 위치에 배치되는 것이 바람직하다.

도 1, 도 2, 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 입력 유닛(110)은, 작업 차량(10)의 고정 파라미터를 입력 받는 구성이다. 입력 유닛(110)은 키보드나 터치 패널 등과 같은 다양한 종류의 입력 장치가 사용될 수 있지만, 본 실시예에서는 터치 패널이 사용되는 것으로 설명한다.

상기와 같은 고정 파라미터는 ZMP 계산에 필요한 정보 중에서 고정값을 가진 파라미터로서, 작업 차량(10)의 동작 상태와 상관없이 항상 일정한 값을 나타내는 정보이다. 다만, 고정 파라미터는 작업 차량(10)의 부품 교체 및 설계 변경 등에 원활하게 대응하기 위하여 입력 유닛(110)을 통해 간편하게 수정할 수 있다.

예를 들면, 고정 파라미터는 작업 차량(10)의 중량, 작업 차량(10)의 무게 중심, 붐(14)의 무게, 붐(14)의 초기 무게줌심, 아웃트리거(16)의 인출 길이, 또는 아웃트리거(16)들 사이의 간격 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 입력 유닛(110)은 표시 유닛(140)의 화면에 배치된 터치 패널을 포함할 수 있다. 따라서, 작업자는 표시 유닛(140)의 화면을 확인하면서 후술하는 표시 유닛(140)의 고정 파라미터 표시부(140a)에 고정 파라미터를 직접 입력할 수 있다. 상기와 같은 표시 유닛(140)의 고정 파라미터 표시부(140a)에는, 고정 파라미터를 독립적으로 입력 또는 수정하기 위하여 고정 파라미터의 종류별로 입력창이 각각 형성될 수 있다.

도 1, 도 2, 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 감지 유닛(120)은, 작업 차량(10)의 동작 상태에 따라 가변되는 유동 파라미터를 감지하는 장치이다. 감지 유닛(120)은, 유동 파라미터를 감지하기 위한 복수개의 센서로 구성될 수 있으며, 작업 차량(10)의 작동 위치들에 개별적으로 배치될 수 있다.

상기와 같은 유동 파라미터는 작업 차량(10)의 작업 동작을 모사하기 위한 파라미터로서, 작업 차량(10)의 동작 상태에 따라 다양한 크기로 유동되는 정보이다. 즉, 유동 파라미터는 작업 차량(10)의 작업 동작에 따라 감지 유닛(120)에 다양한 값으로 감지될 수 있다. 그에 따라, 유동 파라미터를 적절하게 수정하면, 작업 차량(10)의 특정 작업 동작을 모사할 수 있다.

예를 들면, 유동 파라미터는 붐(14)의 상승각, 붐(14)의 회전각, 작업물의 하중, 또는 붐(14)의 인출 길이 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 감지 유닛(120)은 붐 길이 센서(121), 제1 붐 각도 센서(122), 제2 붐 각도 센서(123), 아웃트리거 길이 센서(124), 하중 감지 센서(125), 및 기울기 감지 센서(126)를 포함할 수 있다.

붐 길이 센서(121)는 붐(14)의 인출 길이를 감지하는 센서로서, 붐(14)의 일측에 배치될 수 있다. 구체적으로, 붐 길이 센서(121)는 작업물의 하중이 연결되는 붐(14)의 타단부에 배치될 수 있다. 제어 유닛(130)은, 붐 길이 센서(121)의 감지값을 이용하여 붐(14)의 인출 길이를 정확하게 산출할 수 있고, 작업 차량(10)의 작업 반경도 도출할 수 있다.

제1 붐 각도 센서(122)는 붐(14)의 상승각을 감지하는 센서로서, 붐(14)의 타측과 작업 차량 본체(12) 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 붐 각도 센서(122)는 붐(14)의 타단부와 작업 차량 본체(12)의 연결부에 배치될 수 있다. 제어 유닛(130)은, 제1 붐 각도 센서(122)의 감지값을 이용하여 붐(14)의 기복 각도를 정확하게 산출할 수 있고, 작업 차량(10)의 작업 반경도 도출할 수 있다.

제2 붐 각도 센서(123)는 붐(14)의 회전각을 감지하는 센서로서, 붐(14)의 타측과 작업 차량 본체(12) 사이에 배치될 수 있다. 전술한 제1 붐 각도 센서(122)와 마찬가지로, 제2 붐 각도 센서(123)도 붐(14)의 타단부와 작업 차량 본체(12)의 연결부에 배치될 수 있다. 제어 유닛(130)은, 제2 붐 각도 센서(123)의 감지값을 이용하여 붐(14)의 수평 선회 각도를 정확하게 산출할 수 있고, 작업 차량(10)의 전방에 설정되는 작업 금지 영역도 도출할 수 있다.

아웃트리거 길이 센서(124)는 아웃트리거(16)의 인출 길이를 감지하는 센서로서, 작업 차량 본체(12)에 구비된 4개의 아웃트리거(16)에 각각 배치될 수 있다. 제어 유닛(130)은, 아웃트리거 길이 센서(124)의 감지값을 이용하여 아웃트리거(16)들의 인출 길이를 정확하게 산출할 수 있고, 작업 차량(10)의 작업 반경도 도출할 수 있다.

하중 감지 센서(125)는 작업물의 하중을 감지하는 센서로서, 붐(14)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 하중 감지 센서(125)는, 붐(14)과 작업물의 연결 부위에 배치하여 작업물의 하중을 직접적으로 감지하거나, 붐(14)과 작업 차량 본체(12)의 연결 부위에 배치하여 붐(14)의 부하 변화를 통해 감지할 수 있다.

기울기 감지 센서(126)는 작업 차량 본체(12)의 기울기를 감지하는 센서로서, 작업 차량 본체(12)에 배치될 수 있다. 기울기 감지 센서(126)는 지면의 기울기 또는 작업 차량(10)의 구조로 인한 작업 차량 본체(12)의 기울기를 측정하기 위한 장치이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 감지 유닛(120)의 감지값은 표시 유닛(140)의 화면에 실시간으로 표시될 수 있다. 즉, 감지 유닛(120)의 감지값은 후술하는 표시 유닛(140)의 유동 파라미터 표시부(140b)에 작업 차량(10)의 동작 상태에 따라 실시간으로 표시될 수 있다. 한편, 감지 유닛(120)의 감지값은 입력 유닛(110)의 터치 패널을 이용하여 유동 파라미터 표시부(140b)에 표시된 감지 유닛(120)의 감지값을 수정할 수 있다. 상기와 같은 표시 유닛(140)의 유동 파라미터 표시부(140b)에는, 유동 파라미터를 독립적으로 표시 또는 수정하기 위하여 유동 파라미터의 종류별로 표시창이 각각 형성될 수 있다.

도 1, 도 2, 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 제어 유닛(130)은, 고정 파라미터와 유동 파라미터를 이용하여 작업 차량(10)의 전도/전복 여부를 판단하는 장치이다. 제어 유닛(130)은 입력 유닛(110)과 감지 유닛(120)에 신호 전달 가능하게 연결될 수 있다. 따라서, 제어 유닛(130)은 입력 유닛(110)에 입력된 고정 파라미터 및 감지 유닛(120)에 감지된 유동 파라미터를 실시간으로 정확하게 전달 받을 수 있다.

제어 유닛(130)은, 고정 파라미터와 유동 파라미터를 이용하여 작업 차량(10)의 ZMP 위치(P, P1, P2) 및 안정 영역(A)을 산출할 수 있고, ZMP 위치(P, P1, P2)와 안정 영역(A)을 비교하여 작업 차량(10)의 전도/전복 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛(130)은, 안정 영역(A)의 내측에 ZMP 위치(P, P1, P2)가 존재하면 작업 차량(10)의 전도/전복에 대한 위험이 없는 안정 상태로 판단할 수 있고, 안정 영역(A)의 외측에 ZMP 위치(P, P1, P2)가 존재하면 작업 차량(10)의 전도/전복에 대한 위험이 있는 위험 상태로 판단할 수 있다.

여기서, 안정 영역(A)은 작업 차량(10)의 전도 또는 전복이 발생되지 않는 안정적인 영역을 의미한다. 상기와 같은 안정 영역(A)은 작업 차량(10)의 설계 조건 및 상황에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 일례로, 무한궤도형 굴삭기의 경우에는 무한궤도의 길이와 폭이 이루는 사각 영역이 안정 영역으로 설정될 수 있고, 아웃트리거(16)가 구비된 카고 크레인(10)의 경우에는 전방 좌우측의 아웃트리거와 후방 좌우측의 아웃트리거 사이에 형성되는 사각 영역이 안정 영역(A)으로 설정될 수 있다.

또한, ZMP 위치(P, P1, P2)는 ZMP 이론을 기반으로 분석된 위치로서, 작업 차량(10)의 하부체에서 작용하는 모든 반발력의 합이 영(ZERO)이 되는 지점을 의미한다. ZMP 이론은 작업 차량(10)을 구성하는 물체의 무게중심과 동적 운동으로 인해 발생하는 중력, 관성력, 외력 등의 합 모멘트가 영(ZEOR)이 되는 지점의 위치에 따라 전도 여부를 결정한다는 것이다. 즉, 작업 차량(10)의 작업 상태에 대응되게 설정된 ZMP 위치(P, P1, P2)가, 안정 영역(A) 안에 있으면 전도에 대하여 안정된 안정 상태인 것으로 판단할 수 있고, 안정 영역(A) 밖으로 벗어나면 전도가 일어나는 위험 상태인 것으로 판단할 수 있다.

상기와 같은 ZMP 위치(P, P1, P2)의 산출 및 전도/전복의 위험 판단은, 아래에서 더욱 자세하게 설명하기로 한다.

한편, 제어 유닛(130)은 작업 차량(10)의 전도/전복에 대한 위험 여부를 판단함과 동시에 안정 상태에서 위험 상태로 변경되지 않기 위한 동작 허용 범위를 산출하여 표시 유닛(140)을 통해 작업자에게 실시간으로 제공할 수도 있다.

즉, 제어 유닛(130)은 ZMP 위치(P, P1, P2)와 안정 영역(A)의 경계 사이에 형성된 안전 거리를 실시간으로 산출할 수 있다. 상기와 같은 ZMP 위치(P, P1, P2)와 안정 영역(A)의 안전 거리를 이용하면, ZMP 위치(P, P1, P2)의 변경이 가능한 작업 차량(10)의 동작 허용 범위를 산출할 수 있다.

뿐만 아니라, 제어 유닛(130)은 작업 차량(10)의 안정 상태를 유지하기 위한 유동 파라미터의 안전 변경 범위도 산출할 수 있다. 일례로, 제어 유닛(130)은 붐(14)의 상승각, 붐(14)의 회전각, 작업물의 하중, 또는 붐(14)의 인출 길이 중 어느 하나를 가변시킬 경우 ZMP 위치(P, P1, P2)가 변경되므로, 유동 파라미터의 변경에 따른 ZMP 위치(P, P1, P2)의 변경을 작업 차량(10)의 동작 허용 범위에 비교하여 유동 파라미터의 안전 변경 범위를 산출할 수 있다.

도 1, 도 2, 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 유닛(140)은, 작업 차량(10)의 전도/전복 여부를 작업자에게 시각적으로 제공하는 장치이다. 표시 유닛(140)은 제어 유닛(130)에 신호 전달 가능하게 연결될 수 있다. 즉, 표시 유닛(140)은 제어 유닛(130)으로부터 전달 받는 다양한 정보를 작업자에게 실시간으로 표시할 수 있다.

표시 유닛(140)은 각종 정보를 디스플레이하기 위한 디스플레이 부재를 포함할 수 있다. 표시 유닛(140)의 디스플레이 부재의 화면에는, 입력 유닛(110)에 입력된 고정 파라미터, 감지 유닛(120)에 감지된 유동 파라미터, 및 제어 유닛(130)에 의해 분석된 안정 영역(A)과 ZMP 위치(P, P1, P2) 및 전도/전복의 위험 여부가 모두 표시될 수 있다.

즉, 표시 유닛(140)의 디스플레이 부재의 화면에는, ZMP 위치(P, P1, P2)의 실시간 변화가 안정 영역(A) 상에 표시되어 작업 차량(10)의 전도/전복 여부가 작업자에게 시각적으로 제공될 수 있다. 이때, 제어 유닛(130)이 작업 차량(10)의 전도/전복에 대한 위험 상태로 판단되면, 표시 유닛(140)은 작업 차량(10)의 전도/전복에 대한 경고 신호를 작업자에게 다양한 방식으로 제공할 수 있다. 일례로, 표시 유닛(140)에는 경고 신호를 발생하기 위한 경음기, 경광기, 경고 메시지 등이 제공될 수 있다.

또한, 표시 유닛(140)은 제어 유닛(130)에 의해 산출된 ZMP 위치(P, P1, P2)와 안정 영역(A)의 안전 거리 또는 유동 파라미터의 안전 변경 범위 중 적어도 하나를 수치로 제공하거나 서로 다른 색상의 영역으로 표시하여 제공할 수 있다. 따라서, 작업자는 표시 유닛(140)으로부터 제공되는 ZMP 위치(P, P1, P2)와 안정 영역(A)의 안전 거리 및 유동 파라미터의 안전 변경 범위를 실시간으로 확인하면서 작업 차량(10)의 안정 상태를 유지하는 방향으로 작업 차량(10)의 동작을 적절하게 조절할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 표시 유닛(140)의 화면에는, 고정 파라미터 표시부(140a), 유동 파라미터 표시부(140b), 전도/전복의 분석 결과 표시부(140c), 차량 안정도 표시부(140d), 및 전도/전복의 경고 표시부(140e)가 형성될 수 있다.

고정 파라미터 표시부(140a)는 입력 유닛(110)에 입력된 고정 파라미터를 항목별로 표시할 수 있고, 유동 파라미터 표시부(140b)는 감지 유닛(120)에 감지된 유동 파라미터를 항목별로 표시할 수 있다. 한편, 고정 파라미터 표시부(140a)와 유동 파라미터 표시부(140b)는 입력 유닛(110)의 터치 패널을 이용하여 고정 파라미터 또는 유동 파라미터를 수정할 수 있다.

전도/전복의 분석 결과 표시부(140c)는 제어 유닛(130)에 의해 산출된 안정 영역(A)과 ZMP 위치(P, P1, P2)를 그래프 형상으로 함께 실시간으로 표시할 수 있고, 차량 안정도 표시부(140d)는 작업 차량(10)의 전도/전복에 대한 위험 분석시 적용되는 안전률을 표시할 수 있으며, 전도/전복의 경고 표시부(140e)는 제어 유닛(130)에 의해 전도/전복의 위험 상태로 판단되면 경고 신호를 표시할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시예에 따른 작업 차량(10)의 전도/전복 방지 방법을 살펴보면 다음과 같다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 작업 차량의 전도/전복 방지 방법이 도시된 순서도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 작업 차량의 전도/전복 방지 방법은, 입력 유닛(110)을 통하여 작업 차량(10)의 고정 파라미터를 입력하는 단계(S10), 작업 차량(10)의 동작시 감지 유닛(120)을 통하여 작업 차량(10)의 유동 파라미터를 감지하는 단계(S11), 고정 파라미터를 제어 유닛(130)이 분석하여 작업 차량(10)의 안정 영역(A)을 산출하는 단계(S12), 고정 파라미터와 유동 파라미터를 제어 유닛(130)이 분석하여 작업 차량(10)의 동작 상태에 따라 변화되는 ZMP 위치(P, P1, P2)를 산출하는 단계(S13), 제어 유닛(130)이 작업 차량(10)의 안정 영역(A)과 ZMP 위치(P, P1, P2)를 비교하는 단계(S14), ZMP 위치(P, P1, P2)가 안정 영역(A)의 내부에 배치되는지를 검출하여 작업 차량(10)의 전도/전복에 대한 위험 여부를 판단하는 단계(S15, S16, S17), 및 ZMP 위치(P, P1, P2), 안정 영역(A), 및 작업 차량(10)의 전도/전복에 대한 위험 여부를 작업 차량(10)의 작업자에게 표시 유닛(140)을 통해 실시간으로 제공하는 단계(S18)를 포함한다.

고정 파라미터를 입력하는 단계(S10)에서는, 표시 유닛(140)의 디스플레이 부재에 배치된 입력 유닛(110)의 터치 패널을 이용하여 표시 유닛(140)의 고정 파라미터 표시부(140a)에 고정 파라미터를 개별적으로 입력한다. 상기와 같은 고정 파라미터는 작업 차량(10)의 동작 상태에 따라 변화되지 않는 고정값으로서, 표시 유닛(140)의 고정 파라미터 표시부(140a)를 통해 작업자에게 표시할 수 있고, 입력 유닛(110)의 터치 패널을 이용하여 수정할 수도 있다.

유동 파라미터를 감지하는 단계(S11)에서는, 작업 차량(10)의 동작시 감지 유닛(120)의 각종 센서들이 작업 차량(10)의 동작 상태에 따라 가변되는 유동 파라미터를 감지한다. 상기와 같은 유동 파라미터는 작업 차량(10)의 동작시 계속 변하기 때문에 작업 차량(10)의 동작 상태에서 지속적으로 측정한다. 한편, 유동 파라미터는 표시 유닛(140)의 유동 파라미터 표시부(140b)를 통하여 작업자에게 실시간으로 표시할 수 있다.

안정 영역(A)을 산출하는 단계(S12)에서는, 제어 유닛(130)이 고정 파라미터를 분석하여 작업 차량(10)의 작동시 전도/전복의 위험이 없는 안정 영역(A)을 산출한다. 상기와 같은 안정 영역(A)은 작업 차량(10)에서 인출된 아웃트리거(16)들에 의해 형성된 사각 영역이므로, 제어 유닛(130)은 고정 파라미터의 각종 정보 중에서 아웃트리거(16)의 인출 길이 및 아웃트리거(16)들 사이의 간격을 분석하여 작업 차량(10)의 안정 영역(A)을 산출한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제어 유닛(130)은 안정 영역(A)의 설정시 분석 좌표를 설정하여 안정 영역(A)을 나타낸다. 예를 들면, 분석 좌표는 작업 차량 본체(12)에 연결된 붐(14)의 회전 지점을 중심으로 설정할 수 있다. 분석 좌표의 Z축은 작업 차량 본체(12)의 상하 수직 방향으로 설정될 수 있고, 분석 좌표의 Y축은 작업 차량 본체(12)의 좌우 수평 방향으로 설정될 수 있으며, 분석 좌표의 X축은 작업 차량 본체(12)의 전후 수평 방향으로 설정될 수 있다. 하지만, 본 실시예의 분석 좌표에 한정되는 것은 아니며, 작업 차량(10)의 설계 조건 및 상황에 따라 다양한 위치에 좌표를 설정할 수 있다.

ZMP 위치(P, P1, P2)를 산출하는 단계(S13)에서는, 제어 유닛(130)이 고정 파라미터와 유동 파라미터를 분석하여 작업 차량(10)의 동작 상태에 따라 변화되는 ZMP 위치(P, P1, P2)를 실시간으로 산출한다. 여기서, ZMP 위치(P, P1, P2)는 ZMP 이론을 기반으로 산출되되, 이에 대한 자세한 설명은 아래에 다시 설명하기로 한다.

한편, ZMP 위치(P, P1, P2)를 산출하는 단계(S13)는, 감지 유닛(120)에 감지되는 유동 파라미터의 현재값을 이용하여 ZMP 위치(P)의 현재 위치(P1)를 도출하는 단계, 유동 파라미터의 변화 추이에 따라 설정시간 이후의 유동 파라미터의 예상값을 도출하는 단계, 및 유동 파라미터의 예상값을 이용하여 ZMP 위치(P)의 예상 위치(P2)를 도출하는 단계를 포함할 수 있다.

ZMP 위치(P, P1, P2)의 현재 위치(P1)는 작업 차량(10)의 현재 동작에 대응되는 실제 위치이고, ZMP 위치(P, P1, P2)의 예상 위치(P2)는 작업 차량(10)의 미래 동작에 대응되는 가상의 예상 위치이다. 일례로, 제어 유닛(130)에 설정시간을 1초로 설정하면, ZMP 위치(P, P1, P2)의 예상 위치(P2)는 현재 시점에서 1초가 지난 미래 시점에 대한 작업 차량(10)의 ZMP 위치에 해당한다.

상기와 같은 설정시간은 작업자의 취향과 작업 차량(10)의 상태 등에 따라 다양하게 변경할 수 있다. 즉, 작업자 또는 작업 차량(10)의 반응이 느리거나 작업 차량(10)의 작업 진행 속도가 빠르다고 판단되는 경우에는 설정시간을 증가시켜 전도/전복의 위험에 충분히 대처할 시간을 확보할 수 있고, 작업자 또는 작업 차량(10)의 반응이 빠르거나 작업 차량(10)의 작업 진행 속도가 느리다고 판단되는 경우에는 설정시간을 단축시켜 전도/전복의 위험에 실시간으로 즉시 대처할 수 있다.

참고로, ZMP 위치(P, P1, P2)의 현재 위치(P1)와 예상 위치(P2)는 안정 영역(A)과 동일한 분석 좌표에 따라 위치를 설정한다. 따라서, 안정 영역(A)과 ZMP 위치(P, P1, P2)는 동일한 분석 좌표 상에 함께 표시될 수 있다.

안정 영역(A)과 ZMP 위치(P, P1, P2)를 비교하는 단계(S14)에서는, 제어 유닛(130)이 ZMP 위치(P, P1, P2)를 안정 영역(A)에 비교하여 ZMP 위치(P, P1, P2)의 현재 위치(P1)와 예상 위치(P2)가 안정 영역(A)의 내측 또는 외측 중 어느 위치에 배치되는지를 판별한다.

작업 차량(10)의 전도/전복에 대한 위험 여부를 판단하는 단계(S15, S16, S17)에서는, ZMP 위치(P, P1, P2)의 현재 위치(P1)와 예상 위치(P2)가 안정 영역(A)의 내부에 배치되는지를 검출하여 작업 차량(10)의 동작시 전도/전복의 위험 여부를 실시간으로 판단한다.

상기와 같이 제어 유닛(130)은 ZMP 위치(P, P1, P2)의 현재 위치(P1)와 예상 위치(P2)를 이용하여 작업 차량(10)의 전도/전복에 대한 현재의 위험 여부 및 1초 이후의 위험 여부를 동시에 판단할 수 있다. 따라서, 제어 유닛(130)은 작업 차량(10)의 동작이 실제 실행되기 이전에 전도/전복의 위험 여부를 미리 판단하는 것이 가능하다.

즉, 작업 차량(10)의 전도/전복에 대한 위험 여부를 판단하는 단계(S15, S16, S17)에서는, ZMP 위치(P, P1, P2)의 예상 위치(P2)가 안정 영역(A)의 내측에 존재하면 작업 차량(10)의 전도/전복에 대한 위험이 없는 안정 상태(S15, S16)로 판단하고, ZMP 위치(P, P1, P2)의 예상 위치(P2)가 안정 영역(A)의 외측에 존재하면 작업 차량(10)의 전도/전복에 대한 위험이 있는 위험 상태(S15, S17)로 판단한다.

ZMP 위치(P, P1, P2), 안정 영역(A), 및 작업 차량(10)의 전도/전복에 대한 위험 여부를 표시하는 단계(S18)에서는, 표시 유닛(140)을 통해서 제어 유닛(130)에 의해 산출된 정보를 작업 차량(10)의 작업자에게 실시간으로 제공한다.

따라서, 작업 차량(10)의 작업자는 표시 유닛(140)의 전도/전복의 분석 결과 표시부(140c)를 통하여 안정 영역(A)에 대한 ZMP 위치(P, P1, P2)를 실시간으로 확인할 수 있고, 작업 차량(10)의 전도/전복이 발생되지 않는 방향으로 작업 차량(10)을 미리 동작시킬 수도 있다.

한편, 본 실시예에 따른 작업 차량(10)의 전도/전복 방지 방법은, 작업 차량(10)의 동작시 위험 상태로 판단되면 작업자에게 작업 차량(10)의 전도/전복에 대한 경고 신호를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.

작업 차량(10)의 전도/전복에 대한 경고 신호를 제공하는 단계에서는, 표시 유닛(140)을 통하여 작업자에게 시작적으로 경고 표시를 제공할 수 있지만, 이에 한정되지 않고 경음기 또는 경고등과 같은 별도의 경고 부재를 더 사용할 수도 있다.

본 실시예에서는, 작업 차량(10)의 동작시 위험 상태로 판단되면, 표시 유닛(140)의 전도/전복의 경고 표시부(140e)를 통해서 작업자에게 전도/전복의 위험 표시를 제공한다. 따라서, 작업 차량(10)의 작업자가 표시 유닛(140)을 실시간으로 계속 확인하고 있지 못하더라도, 표시 유닛(140)의 전도/전복의 경고 표시부(140e)에 표시되는 전도/전복의 위험 표시를 통해서 작업 차량(10)의 전도/전복을 미연에 방지할 수 있다.

한편, 이하에서는 ZMP 위치(P, P1, P2)를 산출하는 단계(S13)에서 ZMP 이론에 따른 구체적인 산출 방법을 설명하면 다음과 같다.

물체(질량 m) 시스템은 벡터 관계로 표현이 가능하며, 물체 시스템에 대해 특정 지점 P에 대한 방정식을 달랑베르 법칙 (D'Alembert Principle)으로 나타내면 [수학식 1]과 같다.

여기서, [수학식 1]의 각 파라미터는 아래와 같다.

작업 차량(10)의 ZMP는 [수학식 1]에 의하여 다음의 [수학식 2]와 같다.

움직이는 대상의 전도성을 판단하기 위해서 가속도와 회전속도에 대한 ZMP를 표현하면 다음의 [수학식 3]과 같다.

작업 차량(10)의 외부에서 모멘트 및 외력이 작용하지 않으면, [수학식 3]은 다음의 [수학식 4]와 같이 간단하게 나타낼 수 있다. 본 실시예에 따른 ZMP 위치(P, P1, P2)도 [수학식 4]를 이용하여 산출할 수 있다.

참고로, [수학식 4]에서 동적 성분을 제외하면, COG(Center of Gravity) 이론과 마찬가지로 ZMP는 작업 차량(10)의 전체 무게중심 위치와 같다.

즉, COG 이론은 물체의 중력에 의한 무게중심을 이용하는 것으로서, 무게중심이 지지면 안에 위치할 때 전도에 대하여 안정하다고 판별하며, 지지면 밖에 벗어날 때 전도가 일어난다고 판별한다. 다만, COG 이론은 물체가 움직이지 않고 정지했을 경우에만 유효하다는 한계가 있다.

도 4 내지 도 6은 도 3에 도시된 전도/전복 방지 방법을 사용하여 붐(14)의 작업 반경에 따른 작업물의 허용 하중을 분석한 결과가 도시된 도면이고, 도 7 내지 도 9는 도 3에 도시된 전도/전복 방지 방법을 사용하여 작업물의 하중에 따른 ZMP 위치의 변화를 분석한 결과가 도시된 도면이며, 도 10 내지 도 11은 도 3에 도시된 전도/전복 방지 방법을 사용하여 붐의 회전 동작에 따른 전도/전복의 위험을 예측한 결과가 도시된 도면이다.

도 4 내지 도 11에는 본 실시예에 따른 작업 차량(10)의 전도/전복 방지 방법을 시뮬레이션한 사용예가 도시되어 있다.

도 4 내지 도 6를 참조하면, 도 4 내지 도 6에는 본 실시예에 따른 작업 차량(10)의 전도/전복 방지 방법을 이용하여 작업 차량(10)의 작업 반경별 작업물의 허용 하중을 분석한 결과를 나타내고 있다.

즉, 작업 차량(10)이 정지한 상태에서 붐(14)의 4단, 5단, 6단을 조정하여 작업 반경을 조절한다. 이하, 본 실시예에서는 작업 차량(10)의 붐(14)이 6단으로 형성된 것으로 설명한다. 이때, 붐(14)의 상승각과 회전각은 0도(0°)로 설정한 상태이고, 아웃트리거(16)들은 최대로 인출시킨 상태이다.

도 4에는 작업 반경이 13m일 때의 허용 하중을 계산한 결과가 도시되어 있고, 도 5에는 작업 반경이 16m일 때의 허용 하중을 계산한 결과가 도시되어 있으며, 도 6에는 작업 반경이 19m일 때의 허용 하중을 계산한 결과가 도시되어 있다.

실제로, 도 4 내지 도 6에서는, 유동 파라미터 표시부(140b)의 "4,5,6단 신장길이(mm)"에 표시된 길이만이 서로 다른 크기로 가변되고 있으며, 전도/전복의 경고 표시부(140e)의 "최대 인양하중(kg)"과 "작업 반경(m)"에 작업물의 허용 하중과 작업 반경이 각각 표시되어 있다.

결론적으로, 작업 반경이 길어지면, 작업 차량(10)의 전도/전복을 방지하기 위하여 허용 하중을 감소시켜야 함을 알 수 있다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 도 7 내지 도 9에는 본 실시예에 따른 작업 차량(10)의 전도/전복 방지 방법을 이용하여 작업물의 하중별 ZMP 위치(P, P1, P2)의 변화를 분석한 결과를 나타내고 있다.

즉, 작업 차량(10)이 정지한 상태에서 붐(14)의 4단, 5단, 6단을 조정하여 작업 반경을 조절한다. 이때, 붐(14)의 상승각과 회전각은 0도(0°)로 설정한 상태이고, 작업 반경은 16m로 설정한 상태이다. 또한, 아웃트리거(16)들은 최대로 인출시킨 상태이다.

도 7에는 작업물의 하중이 10톤(10 ton)일 때의 ZMP 위치(P, P1, P2)을 산출한 결과가 도시되어 있고, 도 8에는 작업물의 하중이 13톤(13 ton)일 때의 ZMP 위치(P, P1, P2)을 산출한 결과가 도시되어 있으며, 도 9에는 작업물의 하중이 16톤(16 ton)일 때의 ZMP 위치(P, P1, P2)을 산출한 결과가 도시되어 있다.

실제로, 도 7 내지 도 9에서는, 유동 파라미터 표시부(140b)의 "4,5,6단 신장길이(mm)"가 일정값으로 고정된 상태에서 유동 파라미터 표시부(140b)의 "주하중 무게(ton)"만이 서로 다른 크기로 가변되고 있다. 특히, 전도/전복의 분석 결과 표시부(140c)에는 안정 영역(A)이 고정된 상태에서 작업물의 하중 변화에 따라 ZMP 위치(P, P1, P2)가 가변되는 것이 표시되어 있다.

결론적으로, 작업물의 하중이 증가되면, ZMP 위치(P, P1, P2)가 안정 영역(A)의 경계에 근접하기 때문에 작업 차량(10)의 전도/전복에 대한 위험이 증가하는 것을 알 수 있다.

도 10 내지 도 11을 참조하면, 도 10 내지 도 11에는 본 실시예에 따른 작업 차량(10)의 전도/전복 방지 방법을 이용하여 전도/전복의 위험 여부를 분석한 결과를 나타내고 있다.

즉, 작업 차량(10)의 작업 반경, 작업물의 하중, 붐(14)의 회전각 등이 변화됨에 따라 작업 차량(10)의 전도/전복에 대한 위험 여부를 분석한다. 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 붐(14)의 상승각, 작업 차량(10)의 작업 반경, 작업물의 하중을 고정값으로 설정한 상태에서 붐(14)의 회전각만을 가변시켜 분석을 수행하였다.

도 10에는 붐(14)의 회전각이 9도(9°)일 때의 안정 영역(A) 및 ZMP 위치(P, P1, P2)의 현재 위치(P1)와 예상 위치(P2)가 도시되어 있고, 도 11에는 붐(14)의 회전각이 -14도(-14°)일 때의 안정 영역(A) 및 ZMP 위치(P, P1, P2)의 현재 위치(P1)와 예상 위치(P2)가 도시되어 있다.

실제로, 도 10 내지 도 11에서는, 유동 파라미터 표시부(140b)의 "붐 상승각도(deg)"와 "주하중 무게(ton)" 및 "4,5,6단 신장길이(mm)"가 일정값으로 고정된 상태에서 유동 파라미터 표시부(140b)의 "붐 회전각도(deg)"만이 서로 다른 크기로 가변되고 있다.

특히, 전도/전복의 분석 결과 표시부(140c)에는 안정 영역(A)이 고정된 상태에서 붐(14)의 회전각 변화에 따라 ZMP 위치(P, P1, P2)의 현재 위치(P1)와 예상 위치(P2)가 가변되는 것이 표시되어 있다. 참고로, 전도/전복의 분석 결과 표시부(140c)에서는, ZMP 위치(P, P1, P2)의 현재 위치(P1)를 붉은색 점으로 표시하고 있고, ZMP 위치(P, P1, P2)의 예상 위치(P2)를 노랑색 점으로 표시하고 있다.

결론적으로, 붐(14)의 회전각이 변화되는 경우, ZMP 위치(P, P1, P2)의 현재 위치(P1)는 안정 영역(A)의 내측에 존재하더라도, ZMP 위치(P, P1, P2)의 예상 위치(P2)가 안정 영역(A)의 외측에 존재하기 때문에 설정시간 이후에 발생될 작업 차량(10)의 전도/전복을 예측할 수 있다.

따라서, 전도/전복의 경고 표시부(140e)의 "전도 경고(1초 후)"에는, 전도/전복의 위험 상태임을 붉은 색상으로 표시하여 작업자에게 작업 차량(10)의 전도 또는 전복을 경고하고 있다.

도 12 내지 도 13은 도 3에 도시된 전도/전복 방지 방법을 사용하여 전도/전복의 위험을 예측한 결과를 작업자에게 알려주기 위한 일례가 도시된 도면이다.

도 3, 도 12 및 도 13을 참조하면, 작업 차량(10)의 전도/전복에 대한 위험 여부를 판단하는 단계(15, S16, S17)에서는, ZMP 위치(P, P1, P2)와 안정 영역(A)의 경계 사이에 형성된 안전 거리를 산출할 수 있고, 안정 상태를 유지하기 위한 유동 파라미터의 안전 변경 범위를 산출할 수 있다. 표시 유닛(140)은 안전 거리 또는 유동 파라미터의 안전 변경 범위 중 적어도 하나를 수치로 작업자에게 제공하거나 서로 다른 색상으로 표시된 영역으로 작업자에게 제공할 수 있다.

즉, 제어 유닛(130)은 ZMP 위치(P, P1, P2)와 안정 영역(A)의 경계를 비교하여 양자의 사이에 형성된 안전 거리를 산출할 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 표시 유닛(140)의 화면에는 "남은 안전거리"를 실시간으로 표시하기 위한 표시창이 형성될 수 있다.

상기와 같은 제어 유닛(130)은 기설정된 안전률에 따라 안전 거리에 따른 전도/전복의 위험도를 실시간으로 체크할 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 표시 유닛(140)의 화면에는 "안전률"을 설정하기 위한 표시창이 형성될 수 있으며, 그 안전률에 따라 안전 거리의 위험도를 표시하기 위한 상태바가 형성될 수 있다. 상기의 상태바에는 안전 거리의 위험도에 따라 '안전(녹색)', '주의(노랑색)', '위험(적색)'으로 표시될 수 있다.

특히, 표시 유닛(140)은 전도/전복의 분석 결과 표시부(140c)에서 안정 영역(A)의 경계를 기준으로 안전 거리의 '주의 영역(노랑색)' 및 '위험 영역(적색)'을 시각적으로 표시할 수 있다. 따라서, 작업 차량(10)의 작업자는 ZMP 위치(P, P1, P2)가 안전 거리의 '주의 영역(노랑색)' 및 '위험 영역(적색)'에 근접하지 않도록 작업 차량(10)의 동작을 적절하게 조정하여 작업 차량(10)의 전도 또는 전복을 미연에 방지하는 것이 가능하다.

한편, 제어 유닛(130)은 ZMP 위치(P, P1, P2)와 안정 영역(A)의 경계를 비교하여 작업 차량(10)의 안정 상태를 유지하기 위한 유동 파라미터의 안전 변경 범위를 산출할 수도 있다. 구체적으로, 제어 유닛(130)은 유동 파라미터의 변경에 따른 안전 거리의 변화를 검출할 수 있으며, 이를 이용하여 작업 차량(10)의 안전 상태를 유지하기 위한 유동 파라미터의 안전 변경 범위를 도출할 수 있다.

표시 유닛(140)은 유동 파라미터의 안전 변경 범위를 작업자에게 수치로 제공할 수도 있지만, 도 13에 도시된 바와 같이 유동 파라미터의 크기를 슬라이드 바 타입으로 제공하면서 유동 파라미터의 슬라이드 바에 색상으로 구분된 안전 변경 범위를 제공할 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 표시 유닛(140)의 유동 파라미터 표시부(140b)에는 붐(14)의 상승각, 붐(14)의 회전각, 작업물의 하중, 및 붐(14)의 인출 길이에 대응되는 복수개의 슬라이드 바가 제공될 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 유동 파라미터의 슬라이드 바의 옆에는 유동 파라미터의 안전 변경 범위를 나타내는 영역이 색상으로 표시되어 있다.

예를 들면, 유동 파라미터의 안전 변경 범위는 '녹색의 바'로 표시될 수 있고, 유동 파라미터의 안전 변경 범위 이외의 위험 범위는 '적색의 바'로 표시될 수 있다. 도 13에는 유동 파라미터 중에서 붐(14)의 상승각에 대응하는 "붐의 상승각도"의 슬라이드바가 도시되어 있으며, 붐(14)의 상승각에 따른 안전 변경 범위와 위험 범위가 녹색바와 적색바로 표시되어 있다. 상기와 같은 붐(14)의 상승각은 감소됨에 따라 작업 차량(10)의 전도/전복에 대한 위험이 증가되므로, 붐(14)의 상승각이 커지는 슬라이드 바의 영역에 안전 변경 범위를 표시하는 녹색바가 배치될 수 있고, 붐(14)의 상승각이 작아지는 슬라이드 바의 영역에 위험 범위를 표시하는 적색바가 배치될 수 있다.

따라서, 작업 차량(10)의 작업자는 표시 유닛(140)을 실시간으로 육안으로 확인하면서 유동 파라미터를 안정적으로 변경할 수 있고, 그로 인해서 유동 파라미터의 변경으로 인한 작업 차량(10)의 전도 또는 전복을 미연에 방지할 수 있다. 즉, 붐(14)의 기복 각도를 조정할 경우에는, 붐(14)의 상승각을 나타내는 슬라이드 바의 위치가 녹색바의 안전 변경 범위 내에 배치되고 적색바의 위험 범위로 이동하지 않도록 작업 차량(10)의 작업자가 붐(14)을 조작할 수 있다.

상기와 같은 ZMP 위치(P, P1, P2)와 안정 영역(A)의 안전 거리 및 유동 파라미터의 안전 변경 범위는, 작업 차량(10)의 동작 및 작업 환경에 따라 실시간으로 변동될 수 있으므로, 작업자는 표시 유닛(140)을 통해서 안전 거리와 안전 변경 범위가 지시하는 색상 영역을 지속적으로 모니터링하여 작업 차량(10)의 전도/전복에 대한 위험을 미리 간편하게 방지할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10: 차량
14: 붐
16: 아웃트리거
100: 작업 차량의 전도/전복 방지 시스템
110: 입력 유닛
120: 감지 유닛
130: 제어 유닛
140: 표시 유닛
A: 안정 영역
P: ZMP 위치

Claims

작업 차량의 동작 상태에 따라 작업자에게 전도 또는 전복의 위험을 알려주는 작업 차량의 전도/전복 방지 시스템에 있어서,
상기 작업 차량의 고정 파라미터를 입력 받는 입력 유닛;
상기 작업 차량의 동작 상태에 따라 가변되는 유동 파라미터를 감지하는 감지 유닛;
상기 고정 파라미터와 상기 유동 파라미터를 전달 받도록 상기 입력 유닛과 상기 감지 유닛에 연결되고, 상기 고정 파라미터와 상기 유동 파라미터를 이용하여 상기 작업 차량의 ZMP 위치 및 안정 영역을 산출하며, 상기 ZMP 위치와 상기 안정 영역을 비교하여 상기 작업 차량의 전도/전복 여부를 판단하는 제어 유닛; 및
상기 제어 유닛에 연결되고, 상기 ZMP 위치의 실시간 변화를 상기 안정 영역 상에 표시하여 상기 작업 차량의 전도/전복 여부를 상기 작업자에게 시각적으로 제공하는 표시 유닛;
을 포함하는 작업 차량의 전도/전복 방지 시스템.
제1항에 있어서,
상기 작업 차량은, 작업 차량 본체; 상기 작업 차량 본체에 일단부가 회전 가능하게 연결되고, 작업물을 연결한 타단부가 길이 조절 가능하게 형성된 붐; 및 상기 작업 차량 본체의 둘레부에 복수개가 길이 조절 가능하게 배치되고, 상기 작업 차량 본체를 지면에 지지하는 아웃트리거를 포함하며,
상기 고정 파라미터는 상기 작업 차량의 중량, 상기 작업 차량의 무게 중심, 상기 붐의 무게, 상기 붐의 초기 무게줌심, 상기 아웃트리거의 인출 길이, 또는 상기 아웃트리거들 사이의 간격 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 유동 파라미터는 상기 붐의 상승각, 상기 붐의 회전각, 상기 작업물의 하중, 또는 상기 붐의 인출 길이 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업 차량의 전도/전복 방지 시스템.
제2항에 있어서,
상기 감지 유닛은,
상기 붐의 인출 길이를 감지하도록 상기 붐의 일측에 배치되는 붐 길이 센서; 상기 붐의 상승각을 감지하도록 상기 붐의 타측과 상기 작업 차량 본체 사이에 배치되는 제1 붐 각도 센서; 상기 붐의 회전각을 감지하도록 상기 붐의 타측과 상기 작업 차량 본체 사이에 배치되는 제2 붐 각도 센서; 상기 아웃트리거의 인출 길이를 감지하도록 상기 아웃트리거들에 각각 배치되는 아웃트리거 길이 센서; 상기 작업물의 하중을 감지하도록 상기 붐에 배치되는 하중 감지 센서; 및 상기 작업 차량 본체의 기울기를 감지하도록 상기 작업 차량 본체에 배치되는 기울기 감지 센서;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업 차량의 전도/전복 방지 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제어 유닛은, 상기 안정 영역의 내측에 상기 ZMP 위치가 존재하면 상기 작업 차량의 전도/전복에 대한 위험이 없는 안정 상태로 판단하고, 상기 안정 영역의 외측에 상기 ZMP 위치가 존재하면 상기 작업 차량의 전도/전복에 대한 위험이 있는 위험 상태로 판단하며,
상기 표시 유닛은, 상기 제어 유닛에 의해 위험 상태로 판단되면 상기 작업자에게 상기 작업 차량의 전도/전복에 대한 경고 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 작업 차량의 전도/전복 방지 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 작업 차량의 전도/전복 방지 시스템을 이용한 작업 차량의 전도/전복 방지 방법에 있어서,
입력 유닛을 통하여 작업 차량의 고정 파라미터를 입력하는 단계;
상기 작업 차량의 동작시 감지 유닛을 통하여 상기 작업 차량의 유동 파라미터를 감지하는 단계;
상기 고정 파라미터를 제어 유닛이 분석하여 상기 작업 차량의 안정 영역을 산출하는 단계;
상기 고정 파라미터와 상기 유동 파라미터를 상기 제어 유닛이 분석하여 상기 작업 차량의 동작 상태에 따라 변화되는 ZMP 위치를 산출하는 단계;
상기 제어 유닛이 상기 작업 차량의 안정 영역과 ZMP 위치를 비교하는 단계;
상기 ZMP 위치가 상기 안정 영역의 내부에 배치되는지를 검출하여 상기 작업 차량의 전도/전복에 대한 위험 여부를 판단하는 단계; 및
상기 ZMP 위치, 상기 안정 영역, 및 상기 작업 차량의 전도/전복에 대한 위험 여부를 상기 작업 차량의 작업자에게 표시 유닛을 통해 실시간으로 제공하는 단계;
를 포함하는 작업 차량의 전도/전복 방지 방법.
제5항에 있어서,
상기 작업 차량의 동작시 상기 위험 상태로 판단되면 상기 작업자에게 상기 작업 차량의 전도/전복에 대한 경고 신호를 제공하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 작업 차량의 전도/전복 방지 방법.
제5항에 있어서,
상기 ZMP 위치를 산출하는 단계는,
상기 감지 유닛에 감지되는 상기 유동 파라미터의 현재값을 이용하여 상기 ZMP 위치의 현재 위치를 도출하는 단계;
상기 유동 파라미터의 변화 추이에 따라 설정시간 이후의 상기 유동 파라미터의 예상값을 도출하는 단계; 및
상기 유동 파라미터의 예상값을 이용하여 상기 ZMP 위치의 예상 위치를 도출하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업 차량의 전도/전복 방지 방법.
제7항에 있어서,
상기 작업 차량의 전도/전복에 대한 위험 여부를 판단하는 단계에서는, 상기 ZMP 위치의 예상 위치가 상기 안정 영역의 내측에 존재하면 상기 작업 차량의 전도/전복에 대한 위험이 없는 안정 상태로 판단하고, 상기 ZMP 위치의 예상 위치가 상기 안정 영역의 외측에 존재하면 상기 작업 차량의 전도/전복에 대한 위험이 있는 위험 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 작업 차량의 전도/전복 방지 방법.