KR20210040082A

KR20210040082A - 강화 로더 제어

Info

Publication number: KR20210040082A
Application number: KR1020217005368A
Authority: KR
Inventors: 죤 파프; 존 호아비
Original assignee: 클라크 이큅먼트 컴파니
Priority date: 2018-08-06
Filing date: 2019-08-06
Publication date: 2021-04-12
Also published as: US11372405B2; ES2967296T3; CN112567101B; CA3108621A1; EP3995630A1; WO2020033415A2; EP3833820A2; KR102706109B1; WO2020033415A3; EP3995630B1; US20200042003A1; CN112567101A

Abstract

본 발명에 개시된 실시예는 로더의 제어를 강화하여 반복 작업을 달성하도록 구성된 동력기계 또는 로더(100; 200; 300; 900, 1200; 1300; 1400) 및 로더에 사용된 시스템을 포함한다. 또한, 로더의 강화 제어를 위한 작업을 학습하는 방법(600, 700, 1100) 및 로더를 제어하여 학습된 작업을 수행함으로써 로더의 강화 제어를 제공하는 방법(650)이 개시된다.

Description

강화 로더 제어

본 발명은 동력기계에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 자동 또는 반-자동 작업을 수행할 수 있는 강화 제어 시스템을 갖는 소형(compact) 로더를 포함하는 동력기계에 관한 것이다.

본 발명의 목적을 위한 동력기계는 특정 작업 또는 다양한 작업을 달성하기 위한 목적으로 동력을 생성하는 임의 유형의 기계를 포함한다. 동력기계의 일 유형은 작업 차량(work vehicle)이다. 작업 차량은 일반적으로 작업 기능을 수행하도록 조작될 수 있는 리프트 암(일부 작업 차량은 다른 작업 장치가 있을 수 있음)과 같은 작업 장치를 갖는 자체-추진(self propelled) 차량이다. 작업 차량은 몇 가지 예를 들면 로더(loaders), 굴착기(excavators), 다용도 차량, 트랙터 및 트렌처(trenchers)를 포함한다.

소형 및 미니 로더를 포함하는 로더는 이동, 리프트, 틸트 및 보조 기능을 사용하여 다양한 작업을 수행하는데 사용될 수 있다. 통상적으로 로더는 물질을 이동하고 그리고/또는 부착된 도구에 의하여 굴착 및 다른 작업을 포함한 다양한 작업을 수행하기 위하여 사용된다. 보통, 로더에 의하여 수행된 작업은 사실상 반복적이다. 예를 들어, 한 지역의 풀을 베는 제초기 도구를 사용하는 경우, 기계의 주행, 제초기 부속품의 상승 또는 하강, 제초기의 동력 공급 등을 제어하기 위하여 보통 로더를 반복 제어할 필요가 있다.

상기 설명은 본 발명의 일반적인 배경 기술 정보를 단순히 제공하고, 청구된 본 발명의 범위를 결정하는 데 도움을 주고자 의도된 것은 아니다.

본 발명은 자동 또는 반자동 작업을 수행할 수 있는 강화 제어 시스템을 갖는 소형 로더를 포함하는 동력기계를 제공한다.

본 발명에 개시된 실시예는 로더 및 동력기계 제어를 강화하여 반복 작업을 달성하도록 구성된 소형 로더 형태의 동력기계에 사용된 시스템을 포함한다. 강화 제어 제공시, 학습 모드가 시작되고 홈 위치가 설정된다. 그런 다음, 작업의 반복 또는 사이클 수행에 필요한 일련의 기계 동작이 학습된다. 이어서, 로더는 자동으로 일련의 기록된 동작을 수행하도록 명령을 받아 특정된 횟수만큼 작업을 수행하여 작업 프로젝트를 완성할 수 있다.

본 발명에 개시된 실시예는 로더와 같은 동력기계 및 동력기계의 강화 또는 자율 제어를 제공하는 방법을 포함한다. 하나 이상의 제어기 또는 컴퓨터 시스템은 운전을 수행하도록 작동하는 시스템에 장착된 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 그들의 결합을 가짐으로써 특정 작업이나 행동을 수행하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 컴퓨터 프로그램은, 데이터 처리 장치에 의하여 실행될 때 장치가 운전을 수행하는 지시를 포함함으로써 특정 작업이나 행동을 수행하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 하나의 관점은 동력기계(100; 200; 300; 900; 1000; 1200; 1300; 1400)를 트레일러(710) 상에 로딩하는 방법(700)을 포함한다. 상기 방법은, 위치결정(positioning) 장치(980; 1080)를 사용하여 트레일러의 위치를 결정하여 트레일러의 위치 정보를 확인하는 단계(710), 위치결정 장치를 사용하여 동력기계의 위치를 결정하여 동력기계의 위치 정보를 생성하는 단계(720) 및 트레일러 상에 주행할 동력기계의 경로를 확인하는 단계(730)를 포함하고, 그 경로는 동력기계가 위치할 경로 상의 최종 위치를 나타내는 트레일러 상의 최종 포인트(932)를 포함한다. 상기 방법은 또한 제어기(370; 970; 1070; 1270; 1470)로 동력기계를 제어하여 동력기계를 경로 상의 제1 포인트(934)까지 구동하여 동력기계를 트레일러와 정렬시킨 다음, 동력기계를 트레일러 상의 경로를 따라 최종 포인트(932)까지 구동하는 단계를 포함한다. 다른 실시예는 해당 컴퓨터 시스템, 기기 및 하나 이상의 컴퓨터 저장 장치에 기록된 컴퓨터 프로그램을 포함하고, 각각은 상기 방법의 작업을 수행하도록 구성된다.

본 발명은 하나 이상의 다음의 특징을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서 트레일러의 위치를 결정하는 단계(710)는, 동력기계가 위치할 트레일러의 평상부(flatbed portion)(940)의 4개 코너(912; 914; 916; 918)를 확인하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예에서 트레일러의 위치를 결정하는 단계(710)는, 미리 정해진 순서로 4개 코너를 확인하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서 트레일러의 위치를 결정하는 단계(710)는, 좌전방 코너(912) 및 우후방 코너(916) 사이의 제1 대각선 길이를 계산하고, 우전방 코너(918) 및 좌후방 코너(914) 사이의 제2 대각선 길이를 계산하고, 그리고 제1 대각선 길이 및 제2 대각선 길이가 각각의 미리 정해진 허용 범위 내에 있는지를 판단함으로써 4개 코너가 사각형임을 확인하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예에서 4개 코너를 확인하는 단계는, 위치결정 장치를 사용하여 4개 코너에 위치한 식별가능 마크를 인식하는 단계를 더 포함한다.

일부 실시예에서, 트레일러의 위치를 결정하는 단계(710)는 트레일러의 중심선(centerline)을 계산하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 트레일러의 위치를 결정하는 단계(710)는 트레일러의 길이 및 폭을 계산하는 단계를 더 포함한다.

일부 실시예에서, 휴대용 위치결정 장치를 사용하여 동력기계의 위치를 결정하는 단계(720)는 동력기계상의 실시간 이동(real-time-kinematic; RTK) 센서(356; 1056; 1256)로부터 RTK 위치 정보를 얻는 단계; 및 휴대용 위치결정 장치 및 RTK 위치 정보에 의하여 생성된 동력기계 위치 정보에 기반하여 에러 정정 요인을 생성하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 에러 정정 요인을 사용하여 트레일러의 위치 정보 및 동력기계의 위치 정보를 정정하는 단계를 더 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 최종 포인트(932)는 트레일러의 좌측(944) 및 우측(946) 사이 중심에 위치하고, 트레일러의 전단(948) 및 후단(950) 사이에 위치한다.

일부 실시예에서, 경로는 트레일러의 좌후방 코너(914) 및 우후방 코너(916) 사이에 확장되는 라인의 중간 포인트(930)를 포함하고, 경로는 또한 제1 포인트(934) 및 트레일러 밖의 뒤편에 있고 최종 포인트(932) 및 중간 포인트(930)를 통과하여 연장되는 라인 상의 적어도 하나의 추가 포인트(936; 938)를 더 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 방법은 동력기계상의 제어기가 자율적으로 동력기계를 제어하여, 동력기계를 경로 상의 제1 포인트(934)까지 구동하여 동력기계를 트레일러와 정렬시키는 단계를 포함하고, 그리고 동력기계를 트레일러 상에 경로의 포인트를 따라 최종 포인트(932)까지 구동하는 단계는, 제어기를 사용하여 동력기계(934)를 제1 포인트(934)로부터 최종 포인트(932)까지 경로의 포인트를 따라 램프(ramp)(942)를 타고 후진시키는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 하나의 관점은 작업 지역의 방해 영역을 작업장 맵에 표시하고(mapping), 동력기계(100; 200; 300; 900; 1000; 1200; 1300; 1400)의 강화 제어를 제공하는 방법(1100)을 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 휴대용 위치결정 장치(980; 1080)를 사용하여 작업 지역 내 방해물(1002)에 대한 방해 영역을 확인하여 방해물 위치를 태그 표시하는 단계(1102); 휴대용 위치결정 장치를 사용하여 작업 지역 내 제1 위치에서 동력기계의 위치를 확인하는 단계(1104); 제2 위치결정 장치(1056; 1256)를 사용하여 작업 지역 내 제1 위치(1060)에서 동력기계의 위치를 확인하는 단계(1106); 제1 위치결정 장치를 사용하여 작업 지역 내 제2 위치(1062)에서 동력기계의 위치 정보를 확인하는 단계(1108); 제2 위치결정 장치를 사용하여 작업 지역 내 제2 위치(1062)에서 동력기계의 위치를 확인하는 단계(1110); 휴대용 위치결정 장치 및 제2 위치결정 장치를 사용하여 확인된 작업 지역 내 제1 위치(1060)에서의 동력기계의 위치 그리고 휴대용 위치결정 장치 및 제2 위치결정 장치를 사용하여 확인된 작업 지역 내 제2 위치(1062)에서의 동력기계의 위치에 기반하여 에러 정정 요인을 생성하는 단계(1112); 에러 정정 요인을 사용하여 작업 지역 내 확인된 방해 영역(1002)을 재계산하여 재계산된 방해 영역을 얻는 단계(1114); 재계산된 방해 영역으로 구성된 강화 제어 제어기(370; 970; 1070; 1270; 1470)를 사용하여 작업 지역 내 동력기계의 주행을 제어하여 방해물과의 접촉을 회피하는 단계(1116)를 포함한다. 다른 실시예는 해당 컴퓨터 시스템, 기기 및 하나 이상의 컴퓨터 저장 장치에 기록된 컴퓨터 프로그램을 포함하고, 각각은 상기 방법의 작업을 수행하도록 구성된다.

본 발명은 하나 이상의 다음의 특징을 포함할 수 있다. 재계산된 방해 영역으로 구성된 강화 제어 제어기를 사용하여 작업 지역 내 동력기계의 주행을 제어하는 단계(1116)는, 강화 제어 제어기를 사용하여 동력기계의 주행을 자율적으로 제어하는 단계를 포함한다. 계산된 방해 영역으로 구성된 강화 제어 제어기를 사용하여 작업 지역 내 동력기계의 주행을 제어하는 단계(1116)는, 강화 제어 동력기계에 위치하거나 동력기계를 원격으로 제어하는 운전자가 제어기를 사용하여 동력기계의 주행 제어를 강화하는 단계를 포함한다.

휴대용 위치결정 장치를 사용하여 작업 지역 내 방해물(1002)의 방해 영역을 확인하여 방해물 위치를 태그 표시하는 단계(1102)는, 방해물 내 포인트를 확인하는 단계를 포함한다. 휴대용 위치결정 장치를 사용하여 작업 지역 내 방해물(1002)의 방해 영역을 확인하여 방해물 위치를 태그 표시하는 단계(1102)는, 적어도 하나의 라인 세그먼트(1044; 1052)를 확인하는 단계 및 적어도 하나의 라인 세그먼트로부터 방해물 위치를 정의하는 단계를 더 포함한다. 휴대용 위치결정 장치를 사용하여 작업 지역 내 방해물(1002)의 방해 영역을 확인하여 방해물 위치를 태그 표시하는 단계(1102)는, 방해물 주변의 둘레(1010; 1020; 1040; 1050)를 확인하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 하나의 관점은 동력기계(100; 200; 300; 900; 1000; 1200; 1300; 1400)를 사용하여 작업을 수행하는 방법(600; 650)을 포함하고, 상기 방법은 학습 모드 입력부(354)를 사용하여 제어기(370; 970; 1070; 1270; 1470)의 학습 모드를 시작하는 단계(602); 파라미터 입력부(358)를 사용하여 동력기계에 대한 홈 위치를 설정하여 제어기에 홈 위치를 제공하는 단계(604); 운전자가 동력기계를 제어하여 작업 반복을 수행하는 동안, 제어기와 연관된 메모리에 작업 반복 수행시 동력기계의 위치, 이동 및/또는 기능을 기록하는 단계(610); 학습 모드를 종료하는 단계(612); 및 제어기를 사용하여 동력기계를 제어하여 자율적으로 작업을 적어도 한 번 추가 반복하는 단계(650)를 포함한다. 다른 실시예는 해당 컴퓨터 시스템, 기기 및 하나 이상의 컴퓨터 저장 장치에 기록된 컴퓨터 프로그램을 포함하고, 각각은 상기 방법의 작업을 수행하도록 구성된다.

본 발명은 하나 이상의 다음의 특징을 포함할 수 있다. 동력기계에 대한 홈 위치는, 학습 모드가 시작되면 동력기계 상의 실시간 이동(RTK) 센서(356; 1056; 1256)를 사용하여 결정되는 동력기계의 현재 위치이다.

상기 방법은 홈 위치 오프셋을 설정하는 단계(606)를 더 포함한다. 제어기와 연관된 메모리에 작업 수행시 동력기계의 위치, 이동 및/또는 기능을 기록하는 단계(610)는, 동력기계의 동력 변환 시스템(224), 동력기계의 구동 모터(226) 및/또는 동력기계의 작업 작동기 회로(238C)의 제어에 필요한 운전자 입력을 기록하는 단계를 포함한다.

제어기와 연관된 메모리에 작업 수행시 동력기계의 위치, 이동 및/또는 기능을 기록하는 단계(610)는, 동력기계, 동력기계의 리프트 암 또는 리프트 실린더, 및 동력기계의 도구 캐리어 또는 틸트 실린더의 위치 및 이동을 기록하는 단계를 포함한다.

본 발명의 하나의 관점은 동력기계(100; 200; 300; 900; 1000; 1200; 1300; 1400)의 강화 제어를 사용하여 작업을 수행하는 방법(600; 650)을 포함하고, 상기 방법은 동력기계의 제어기(370; 970; 1070; 1270; 1470)에 작업 반복 파라미터를 입력하여 기록된 작업 사이클의 반복이 종료되어야 할 때를 표시하는 단계(652); 제어기의 강화 제어 모드를 시작하는 단계(654); 동력기계가 홈 위치의 미리 정해진 거리 내에 있는지를 판단하는 단계(656); 동력기계가 홈 위치로부터 미리 정해진 거리보다 멀리 있다고 판단되면 제어기의 강화 제어 모드를 종료하는 단계(668); 동력기계가 홈 위치로부터 미리 정해진 거리 내에 있다고 판단되면, 자동으로 동력기계를 홈 위치로 리턴하는 단계(658); 동력기계를 자동으로 제어하여 기록된 작업 사이클에 따라 주행, 리프트, 틸트 및/또는 보조 기능을 수행하는 단계(660); 작업 반복 파라미터가 강화 제어 모드가 종료되어야 함을 표시하는지를 판단하는 단계(662); 작업 반복 파라미터가 강화 제어 모드가 종료되어야 한다고 판단되면, 제어기의 강화 제어 모드를 종료하는 단계(668); 작업 반복 파라미터가 강화 제어 모드가 종료되어야 함을 표시하지 않았다고 판단되면, 홈 위치를 오프셋하여 오프셋 홈 위치를 생성하는 단계(664); 및 동력기계를 홈 위치로 자동으로 리턴하는 단계(658), 자동으로 동력기계를 제어하여 기록된 작업 사이클에 따라 주행, 리프트, 틸트 및/또는 보조 기능을 수행하는 단계(660), 작업 반복 파라미터가 강화 제어 모드가 종료되어야 함을 표시하는지를 판단하는 단계(662) 그리고 작업 반복 파라미터가 강화 제어 모드가 종료되어야 함을 표시한다고 판단되면, 제어기의 강화 제어 모드를 종료하는 단계(668)를 각각 오프셋 홈 위치에 대하여 반복하는 단계를 포함한다. 다른 실시예는 해당 컴퓨터 시스템, 기기 및 하나 이상의 컴퓨터 저장 장치에 기록된 컴퓨터 프로그램을 포함하고, 각각은 상기 방법의 작업을 수행하도록 구성된다.

본 발명은 하나 이상의 다음의 특징을 포함할 수 있다. 작업 반복 파라미터를 입력하는 단계(652)는 기록된 작업 사이클이 반복되어야 하는 횟수를 제어기에 입력하는 단계를 더 포함한다. 작업 반복 파라미터를 입력하는 단계(652)는 기록된 작업 사이클 반복이 자동으로 종료되어야 하는 동력기계의 위치를 제어기에 입력하는 단계를 더 포함한다. 작업 반복 파라미터를 입력하는 단계(652)는 기록된 작업 사이클 반복이 자동으로 종료되어야 하는 작업 지역 내의 경계(boundary) 위치를 제어기에 입력하는 단계를 더 포함한다.

작업 반복 파라미터가 강화 제어 모드가 종료되어야 함을 표시하는지를 판단하는 단계(662)는 기록된 작업 사이클이 미리 정해진 횟수만큼 수행되었는지를 판단하는 단계를 포함한다.

본 발명의 요약 및 초록은 단순화된 형태의 개념을 설명하기 위하여 제공되고 이하 상세한 설명에서 더 개시된다. 본 발명의 요약은 특허청구범위에 기재된 핵심 기술 또는 필수 기술을 특정하려는 것은 아니고 본 발명에 청구된 주제의 범위를 결정하는데 보조로서 사용되는 것은 아니다.

본 발명은 로더 및 동력기계 제어를 강화하여 반복 작업을 달성하도록 구성된 소형 로더 형태의 동력기계에 사용된 시스템을 제공한다.

본 발명은 강화 제어 제공시, 학습 모드가 시작되고 홈 위치가 설정된다. 그런 다음, 작업의 반복 또는 사이클 수행에 필요한 일련의 기계 동작이 학습된다. 이어서, 로더는 자동으로 일련의 기록된 동작을 수행하도록 명령을 받아 특정된 횟수만큼 작업을 수행하여 작업 프로젝트를 완성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예가 유리하게 실시될 수 있는 대표적인 동력기계의 기능적 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2 및 도 3은 개시된 실시예가 실시될 수 있는 종류의 스키드 스티어 로더 형태의 대표적인 동력기계의 사시도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 로더와 같은 로더의 동력 시스템의 구성요소를 도시한 블록도이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따라 도 4의 동력기계의 구성요소를 보다 상세하게 도시한 블록도이다.
도 6은 강화 제어를 위한 로더를 구성하는 키트의 블록도이다.
도 7 및 도 8은 예시적인 실시예에 따라 로더의 강화 제어를 제공하도록 구성된 시스템의 블록도이다.
도 9는 로더의 강화 제어를 위한 작업을 학습하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 10은 로더를 제어하여 학습된 작업을 수행하여 로더의 강화 제어를 제공하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 11은 램프 상에 구동될 위치에 있는 로더를 도시한 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따라 로더를 제어하여 트레일러 상의 로더를 구동하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 13은 휴대용 제어기와 통신하는 사용자 입력 장치 및 휴대용 제어기 사이의 구성을 도시한 블록도이다.
도 14는 로더를 제어하여 방해물과의 접촉을 회피하기 위한 강화 제어 특징을 갖는 로더를 포함하는 시스템을 도시한 도면이다.
도 15a 내지 도 15d는 방해물에 대한 다양한 맵 표시된 방해 영역의 예를 도시한 것이다.
도 16은 에러 정정 요인이 결정되는 방식으로 로더의 위치를 확인하는 특징을 도시한 것이다.
도 17은 방해 영역을 맵에 나타내고 로더를 운전하여 방해물과의 접촉을 회피하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 18은 일부 개시된 실시예의 동적 울타리(fencing) 특징을 도시한 것이다.
도 19는 일부 개시된 실시예의 미리 정의된 가상 도로 특징을 갖는 현장의 지도를 도시한 것이다.

본 발명에 개시된 개념은 예시적인 실시예를 참조하여 설명되고 도시된다. 그러나, 이들 개념은 도시한 실시예에서의 구성의 상세 및 구성요소의 배열에 대한 적용에 제한되지 않고 다양한 다른 방법으로 실시되거나 수행될 수 있다. 본 발명의 용어는 발명의 설명의 목적으로 사용되고 제한적인 것으로 간주해서는 안 된다. 본 발명에서 사용되는 "포함하는(including)", "포함하는(comprising)" 및 "갖는(having)"과 같은 단어 및 그 변형은 열거된 항목, 그 등가물뿐만 아니라 추가 항목을 포함하는 것을 의미한다. 또한, 작업 또는 기능을 "수행할 수 있는" 것으로 기술된 요소는 작업 또는 기능을 수행하도록 “구성된” 것을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 개시된 실시예는 로더 및 로더 제어를 강화하여 반복 작업을 달성하도록 구성된 로더에 사용된 시스템을 포함한다. 강화 제어 제공시, 학습 모드가 시작되고 홈 위치가 설정된다. 학습 모드에서, 작업의 반복 수행에 필요한 일련의 기계 동작이 학습된다. 이어서, 로더는 특정된 횟수만큼 작업을 반복 수행하여 작업 프로젝트를 완성하기 위하여 일련의 기록된 동작을 자동으로 수행하도록 명령을 받을 수 있다. 학습될 수 있는 작업의 예는 트레일러 로딩, 캐리 앤 덤프(carry and dump) 동작, 물질 이송(로더를 한 위치에서 다른 위치로 구동), 홈 리턴, 리프트, 틸트 및 보조 기능을 위한 위치로의 작업 그룹의 리턴, 제초(mowing), 땅고르기(grading) 및 포장 등과 같은 연속적으로 수행되는 도구 또는 부속 작업을 포함하지만, 그에 제한되지 않는다.

이들 개념은 아래에 기술되는 바와 같이 다양한 동력기계에 실시될 수 있다. 실시예를 실현할 수 있는 대표적인 동력기계는 도 1의 다이어그램 형태로 도시되고, 이러한 동력기계의 하나의 예가 도 2 및 도 3에 도시되고 실시예를 개시하기 전에 아래에 기술된다. 본 발명의 설명을 간결하게 하기 위하여 대표적인 동력기계로서 단지 하나의 동력기계가 도시되고 설명된다. 그러나 위에 언급한 바와 같이 하기 실시예는 도 2 및 도 3에 도시된 대표적인 동력기계와 상이한 형태의 동력기계를 포함하는 다수의 동력기계 중 어느 것에도 실시될 수 있다.

본 발명의 목적상 동력기계는 프레임, 적어도 하나의 작업요소 및 작업을 수행하기 위하여 작업요소에 동력을 제공할 수 있는 동력원을 포함한다. 동력기계의 하나의 유형은 자체-추진(self-propelled) 작업 차량이다. 자체-추진 작업 차량은 프레임, 작업요소 및 작업요소에 동력을 공급할 수 있는 동력원을 포함하는 동력기계의 한 종류이다. 적어도 하나의 작업요소는 동력기계를 동력하에 움직이는 원동(motive) 시스템이다.

도 1은 아래에 기술된 실시예가 유리하게 삽입될 수 있고 다수의 상이한 유형의 동력기계 중 임의의 것일 수 있는 동력기계(100)의 기본 시스템을 도시하는 블록 다이어그램을 나타낸다. 도 1의 블록 다이어그램은 동력기계(100)의 다양한 시스템 및 다양한 구성요소와 시스템 사이의 관계를 확인한다. 전술한 바와 같이 가장 기본적인 수준에서, 본 발명의 목적상 동력기계는 프레임, 동력원 및 작업요소를 포함한다. 동력기계(100)는 프레임(110), 동력원(120) 및 작업요소(130)를 갖는다. 도 1에 도시된 동력기계(100)는 자체-추진 작업 차량이기 때문에, 이는 또한 동력기계를 지지표면 위로 움직이도록 제공되는, 그 자체가 작업요소인 견인요소(140)와 동력기계의 작업요소를 제어하는 운전 위치를 제공하는 운전자 스테이션(150)을 갖는다. 운전자에 의하여 제공되는 제어신호에 반응하여 다양한 작업을 적어도 부분적으로 수행하기 위하여, 제어 시스템(160)이 다른 시스템과 상호 작용하도록 제공된다.

특정 작업 차량은 전용 작업을 수행할 수 있는 작업요소를 갖는다. 예를 들어, 일부 작업 차량은 버킷(bucket)과 같은 도구가 핀 고정(pinning) 배열에 의하여 부착되는 리프트 암을 갖는다. 작업요소, 즉 리프트 암은 작업을 수행하기 위하여 도구가 위치하도록 조작될 수 있다. 일부 경우에 있어서, 도구를 위치시키기 위하여, 버킷을 리프트 암에 대해 회전시키는 것과 같이 도구는 작업요소에 대해 상대적으로 위치할 수 있다. 이러한 작업 차량의 정상 작동하에 버킷이 부착되고 사용된다. 이러한 작업 차량은 원래의 버킷 대신에 도구/작업요소 결합의 분해 및 다른 도구의 재조립에 의하여 다른 도구를 수용할 수 있다. 다른 작업 차량은 널리 다양한 도구를 갖고 사용되도록 의도되고, 도 1에 도시한 도구 인터페이스(170)와 같은 도구 인터페이스를 갖는다. 가장 기본적으로, 도구 인터페이스(170)는 프레임(110) 또는 작업요소(130)와 도구 사이의 연결장치이고, 이는 도구를 프레임(110) 또는 작업요소(130)에 직접 부착하는 연결 포인트와 같이 단순하거나 또는 더 복잡할 수 있고 아래에 기술된다.

일부 동력기계에서, 도구 인터페이스(170)는 작업요소에 이동 가능하게 부착되는 물리적 조립체인 도구 캐리어를 포함할 수 있다. 도구 캐리어는 다수의 도구를 작업요소에 수용하고 고정하기 위한 체결부(engagement features) 및 잠금부(locking features)를 갖는다. 이러한 도구 캐리어의 일 특성은, 도구가 일단 캐리어에 부착되면 캐리어는 도구에 고정되고(즉, 도구에 대해 이동 가능하지 않음), 도구 캐리어가 작업요소에 대해 이동하면, 도구는 도구 캐리어와 같이 이동한다. 여기서 사용된 용어, 도구 캐리어는 단순히 피벗 가능한 연결 포인트가 아니라, 다양한 도구에 수용되고 고정되도록 의도된 특별한 전용 장치이다. 도구 캐리어 자체는 리프트 암 또는 프레임(110)과 같은 작업요소(130)에 장착 가능하다. 도구 인터페이스(170)는 또한, 도구의 하나 이상의 작업요소에 동력을 제공하기 위한 하나 이상의 동력원을 포함할 수 있다. 일부 동력기계는 도구 인터페이스를 갖는 복수의 작업요소를 가질 수 있고, 이들 각각은 반드시 필요하지 않지만 도구를 수용하는 하나의 도구 캐리어를 가질 수 있다. 일부 다른 동력기계는 복수의 도구 인터페이스를 갖는 하나의 작업요소를 가질 수 있고, 단일 작업요소는 복수의 도구를 동시에 수용할 수 있다. 이들 도구 인터페이스 각각은 반드시 필요하지 않지만 하나의 도구 캐리어를 갖는다.

프레임(110)은 그에 부착되거나 그 위에 위치하는 다양한 다른 구성요소를 지지할 수 있는 물리적 조립체를 포함한다. 프레임(110)은 여러 개의 개별 구성요소를 포함할 수 있다. 일부 동력기계는 단단한 프레임을 갖는다. 즉, 프레임의 어느 한 부분도 프레임의 다른 부분에 대해 이동 가능하지 않다. 다른 동력기계는 프레임의 다른 부분에 대해 움직일 수 있는 적어도 하나의 부분을 갖는다. 예를 들어, 굴착기는 하부 프레임부에 대해 회전하는 상부 프레임부를 가질 수 있다. 다른 작업 차량은 조향(steering) 기능을 달성하기 위하여 프레임의 일부분이 다른 부분에 대해 피벗하는 관절식(articulated) 프레임을 갖는다.

프레임(110)은, 일부 예에서 도구 인터페이스(170)를 통해 부착된 도구가 사용할 동력을 제공하는 것뿐만 아니라, 하나 이상의 견인요소(140)를 포함하는 하나 이상의 작업요소(130)에 동력을 제공하도록 구성된 동력원(120)을 지지한다. 동력원(120)으로부터의 동력이 작업요소(130), 견인요소(140) 및 도구 인터페이스(170)의 어디에도 직접 제공될 수 있다. 대안적으로, 동력원(120)으로부터의 동력은 제어 시스템(160)에 제공될 수 있고, 이는 순차적으로 동력을 사용하여 작업 기능을 수행할 수 있는 구성요소에 동력을 선택적으로 제공한다. 동력기계용 동력원은 통상적으로 내연기관과 같은 엔진 및 엔진으로부터의 출력을 작업요소에 의하여 사용 가능한 동력 형태로 변환할 수 있는 기계 변속기 또는 유압 시스템과 같은 동력 변환 시스템을 포함한다. 일반적으로 전력원 또는 하이브리드 동력원으로 알려진 동력원과의 조합을 포함하는 다른 유형의 동력원이 동력기계에 통합될 수 있다.

도 1은 작업요소(130)로 지정된 단일 작업요소를 나타내지만, 다양한 동력기계는 임의 개수의 작업요소를 가질 수 있다. 작업요소는 통상 동력기계의 프레임에 부착되고, 작업을 수행하는 경우에 프레임에 대해 이동 가능하다. 또한, 견인요소(140)는, 그들의 작업 기능이 일반적으로 동력기계(100)를 지지표면 위로 이동시키는 점에서, 작업요소의 특별한 경우이다. 견인요소(140)는 작업요소(130)와 별개로 도시되어 나타나고, 그 이유는 많은 동력기계는 항상 그렇다고는 할 수 없지만 견인요소 이외의 추가적인 작업요소를 갖고 있기 때문이다. 동력기계는 임의 개수의 견인요소를 가질 수 있고, 이들 일부 또는 모두가 동력원(120)으로부터의 동력을 수용해서 동력기계(100)를 추진할 수 있다. 견인요소는, 예를 들어 트랙(track) 조립체, 차축에 부착된 바퀴(wheels) 등일 수 있다. 견인요소는 견인요소의 이동이 차축 주위의 회전으로 한정되도록(조향이 스키딩(skidding)에 의하여 달성됨) 프레임에 장착될 수 있고, 또는 대안적으로 견인요소가 프레임에 대하여 피벗함으로써 조향을 달성하도록 프레임에 피벗 가능하게 장착될 수 있다.

동력기계(100)는 운전자가 동력기계의 작동을 제어할 수 있는 운전 위치를 포함하는 운전자 스테이션(150)을 포함한다. 일부 동력기계에서 운전자 스테이션(150)은 밀폐된 또는 부분적으로 밀폐된 캡(cab)에 의하여 정의된다. 본 발명의 실시예가 실현될 수 있는 일부 동력기계는 위에 기술된 형태의 캡 또는 운전실(operator compartment)을 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, 워크 비하인드 로더(walk behind loader)는 캡 또는 운전실을 갖지 않고 오히려 동력기계를 적합하게 작동하는 운전자 스테이션으로서 기능하는 운전 위치(operating position)를 가질 수 있다. 보다 광범위하게, 작업 차량 이외의 동력기계는 위에 언급된 운전 위치 및 운전실과 반드시 유사하지 않은 운전 스테이션을 가질 수 있다. 또한, 동력기계(100)와 같은 일부 동력기계 및 기타는, 이들이 운전실 또는 운전 위치를 갖는지에 상관없이, 동력기계 상의 또는 동력기계에 인접한 운전 스테이션 대신에 또는 이에 더하여 원격으로(즉, 원격으로 위치한 작업자 스테이션으로부터) 작동될 수 있다. 동력기계의 운전자 제어 기능 중 적어도 일부가 동력기계에 연결된 도구와 연결된 운전 위치에서 작동할 수 있는 애플리케이션을 포함할 수 있다. 대안적으로 일부 동력기계의 경우, 동력기계 상의 작업자 제어 기능 중 적어도 일부를 제어할 수 있는 원격 제어 장치가 제공될 수 있다(즉, 동력기계 및 동력기계에 결합되는 임의의 도구로부터 원격임).

도 2 및 도 3은 아래 기술될 실시예가 유리하게 이용될 수 있는, 도 1에 도시된 동력기계의 하나의 특정의 예인 로더(200)를 도시한다. 로더(200)는 스키드-스티어 로더로서, 단단한 차축에 의하여 로더의 프레임에 장착되는 견인요소(이 경우 4 바퀴)를 갖는 로더이다. 여기서 "단단한 차축"은 스키드-스티어 로더(200)가 회전 또는 조향되어 로더의 선회(turn)를 달성할 수 있는 어떠한 견인요소를 갖지 않는다는 것을 말한다. 대신에, 스키드-스티어 로더는 로더의 각각의 측면의 하나 이상의 견인요소에 독립적으로 동력을 주는 구동 시스템을 갖고, 각각의 측면에 다른 견인신호를 제공함으로써 기계가 지지표면 위로 미끄러지는 경향이 있다. 이러한 가변(varying) 신호는 로더를 전방 방향으로 이동시키기 위하여 로더의 한 측면 상의 견인 요소(들)에 동력을 제공하는 것과, 로더를 역방향으로 이동시키기 위하여 다른 측면 상의 견인 요소(들)에 동력을 제공하는 것을 포함하고, 로더를 로더 자체의 궤적(footprint) 내에서 중심 반경 주위로 선회시킬 수 있다. "스키드 스티어(skid-steer)"라는 용어는, 위에서 설명한 바와 같이 견인 요소로서 바퀴를 갖는 미끄러운 조향을 갖는 로더를 통상적으로 지칭한다. 그러나, 많은 트랙 로더도 또한 미끄럼을 통해 선회를 수행하고 바퀴가 없더라도 기술적으로 스키드-스티어 로더라는 점에 유의하여야 한다. 본 발명의 목적상 달리 언급되지 않는 한, 스키드 스티어라는 용어는 견인 요소로서 바퀴를 갖는 로더로 범위를 제한해서는 안 된다.

로더(200)는 도 1에서 넓게 도시되고 위에 설명된 동력기계(100)의 하나의 특별한 예이다. 따라서, 이하 설명되는 로더(200)의 특징부는 도 1에 사용된 것과 유사한 도면번호를 사용한다. 예를 들어, 로더(200)는 동력기계(100)가 프레임(100)을 구비한 것과 같이 프레임(210)을 구비한 것으로 설명된다. 여기서 설명되는 스키드-스티어 로더(200)는, 트랙 조립체 및 트랙 조립체를 동력기계에 장착하는 장착 요소에 관해 후술되는 실시예가 실시될 수 있는 환경에 대한 참조를 제공하기 위한 것이다. 로더(200)는 여기에 개시된 실시예에서 필수적인 것은 아니고, 따라서 후술되는 실시예가 구현될 수 있는 로더(200)가 아닌 동력기계에 포함될 수도 있고 아닐 수도 있는 것으로 설명되는 특징의 설명에 특별히 제한되는 것으로 간주되어서는 안된다. 특별히 언급하지 않는 한, 후술되는 실시예는 다양한 동력기계에 실시될 수 있고 로더(200)는 그러한 동력기계 중 단지 하나이다. 예를 들어, 후술되는 본 발명의 일부 또는 전체가, 몇 가지 예를 들면, 다양한 다른 로더, 굴착기, 트렌처(trenchers) 및 도저(dozers) 등 많은 다른 종류의 작업 차량에서 구현될 수 있다.

로더(200)는 동력기계 상의 다양한 기능을 작동시키기 위한 동력을 생성하거나 또는 제공할 수 있는 동력 시스템(220)을 지지하는 프레임(210)을 포함한다. 동력 시스템(220)은 블록 다이어그램 형태로 표시되지만 프레임(210) 안에 위치한다.프레임(210)은 또한 다양한 작업을 수행하기 위하여 동력 시스템(220)에 의하여 동력을 받는 리프트 암 조립체(230) 형태의 작업요소를 지지한다. 로더(200)가 작업 차량인 경우, 프레임(210)은 또한 동력기계를 지지표면 위로 추진하고 동력 시스템(220)에 의하여 동력을 받는 견인 시스템(240)을 지지한다. 리프트 암 조립체(230)는 차례로, 다양한 작업을 수행하기 위하여 로더(200)에 다양한 도구를 수용 및 고정할 수 있는 도구 캐리어(272) 및 로더에 연결될 수 있는 도구에 동력을 선택적으로 제공하기 위하여 도구가 결합될 수 있는 동력 커플러(274)를 포함하는 도구 인터페이스(270)를 지지한다. 동력 커플러(274)는 유압원 또는 전력원 또는 모두를 제공할 수 있다. 로더(200)는 운전자가 다양한 제어장치(260)를 조작하여 동력기계가 다양한 작업 기능을 수행하게 할 수 있는 운전자 스테이션(255)을 정의하는 캡(250)을 포함한다. 캡(250)은 마운트(254)를 통하여 연장되는 축 중심으로 뒤로 피벗될 수 있고, 유지 및 보수가 필요하면, 동력 시스템 구성요소에의 접근을 제공한다.

운전자 스테이션(255)은 운전석(258) 및 다양한 기계 기능을 제어하기 위하여 운전자가 조작할 수 있는 제어 레버(260)를 포함하는 복수의 운전자 입력장치를 포함한다. 운전자 입력장치는 버튼, 스위치, 레버, 슬라이더(sliders), 페달 등을 포함할 수 있고, 손 작동 레버 또는 발 페달과 같은 독립형(stand-alone) 장치이거나 또는 핸드 그립(grips) 또는 디스플레이 패널에 통합될 수 있고, 프로그램 입력장치를 포함한다. 운전자 입력장치의 작동은 전기 신호, 유압 신호 및/또는 기계 신호 형태의 신호를 발생할 수 있다. 운전자 입력장치에 반응하여 발생한 신호는 동력기계의 다양한 기능을 제어하기 위하여 동력기계의 다양한 구성요소에 제공된다. 동력기계(100)의 운전자 입력장치에 의하여 제어되는 기능 중에는 견인요소(219), 리프트 암 조립체(230), 도구 캐리어(272)의 제어를 포함하고, 도구에 작동 가능하게 결합될 수 있는 임의의 도구에 신호를 제공한다.

로더는, 예를 들어 청각(audible) 및/또는 시각(visual) 표시와 같이, 운전자에 의하여 감지될 수 있는 형태로 동력기계의 작동에 관련된 정보의 표시를 주기 위하여 캡(250)에 제공되는 디스플레이 장치를 포함하는 사람-기계 인터페이스를 포함할 수 있다. 청각 표시는 버저(buzzers), 벨 등 또는 언어(verbal) 통신의 형태로 나타날 수 있다. 시각 표시는 그래프, 라이트, 아이콘, 게이지(gauges), 알파벳 문자 등의 형태로 나타날 수 있다. 디스플레이는 경고등이나 게이지와 같은 전용 표시를 제공하거나, 다양한 크기와 기능의 모니터와 같이 프로그램 가능한 디스플레이 장치를 포함하여 프로그램 가능한 정보를 제공하기 위하여 동적일 수 있다. 디스플레이 장치는 진단 정보, 문제 해결 정보, 지시 정보 및 운전자가 동력기계 또는 동력기계와 연결된 도구를 보조하기 위한 다양한 유형의 정보를 제공할 수 있다. 운전자에게 사용될 수 있는 다른 정보 역시 제공할 수 있다. 워크 비하인드 로더와 같은 다른 동력기계는 캡, 운전실 또는 좌석을 갖지 않을 수 있다. 그러한 로더의 운전 위치는 일반적으로 운전자가 운전자 입력장치를 조작하기 위하여 가장 적합한 위치로 정의된다.

이하 기술되는 본 발명의 실시예를 포함하거나 상호 작용하는 다양한 동력기계는 다양한 작업요소를 지지하는 다양한 다른 프레임 구성요소를 가질 수 있다. 본 발명의 프레임(210)의 구성요소는 발명의 목적을 위하여 예시적으로 제공되고, 프레임(210)이 본 발명이 실시되는 동력기계의 프레임의 유일한 형태는 아니다.

로더(200)의 프레임(210)은 차대(undercarriage) 또는 프레임의 하부(211) 및 차대에 의하여 지지되는 메인 프레임 또는 프레임의 상부(212)를 포함한다. 일부 실시예에서, 로더(200)의 메인 프레임(212)은 차대와 메인 프레임의 용접 또는 조임장치(fasteners) 같은 것에 의하여 차대(211)에 부착된다. 또는 메인 프레임 및 차대는 일체형으로 형성될 수 있다. 메인 프레임(212)은, 메인 프레임의 후방을 향하여 양 측면에 위치하고, 리프트 아암 조립체(230)를 지지하고 리프트 아암 조립체(230)가 피벗 부착되는, 한 쌍의 직립부(214A 및 214B)를 포함한다. 리프트 아암 조립체(230)는 직립부(214A 및 214B) 각각에 예시적으로 핀 고정된다. 직립부(214A 및 214B) 상의 장착부와 리프트 아암 조립체(230)와 장착 하드웨어(리프트 아암 조립체를 메인 프레임(212)에 고정하기 위한 핀(pin)을 포함함)의 조합을 본 발명의 목적상 집합적으로 조인트(216A 및 216B)(직립부(214)의 각각에 하나가 위치함)로 지칭한다. 조인트(216A 및 216B)는 차축(218)을 따라 배열되고, 아래에 설명하는 바와 같이, 리프트 아암 조립체가 프레임(210)에 대해 차축(218) 중심으로 피벗할 수 있도록 한다. 다른 동력기계는 프레임의 양쪽 측면 상에 직립부를 포함하지 않거나, 프레임의 후방을 향해 양쪽 측면 상의 직립부에 장착될 수 있는 리프트 아암 조립체를 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, 일부 동력기계는 동력기계의 단일 측면 또는 동력기계의 전방 또는 후방 단부에 장착된 단일 아암을 가질 수 있다. 다른 기계는 복수의 리프트 아암을 포함하는 복수의 작업요소를 가질 수 있고, 이들 각각은 그 자신 고유의 구조로 기계에 장착된다. 프레임(210)은 또한 로더(200)의 양 측면 상에 바퀴(219A-D)의 형태인 한 쌍의 견인요소를 또한 지지한다.

도 2 및 도 3에 도시된 리프트 암 조립체(230)는, 본 발명의 실시예를 실현할 수 있는 로더(200) 또는 다른 동력기계와 같은 동력기계에 장착될 수 있는 리프트 암 조립체의 많은 상이한 유형 중 하나의 예이다. 리프트 암 조립체(230)는 수직 리프트 암으로 알려진 것이고, 리프트 암 조립체(230)가 로더(200)의 제어하에 프레임(210)에 대하여 일반적으로 수직 경로를 형성하는 리프트 경로(path)(237)를 따라 이동 가능한 것(즉, 리프트 암 조립체는 상승 및 하강할 수 있음)을 의미한다. 다른 리프트 암 조립체는 다른 기하구조를 가질 수 있고, 로더의 프레임에 다양한 방법으로 결합되어 리프트 암 조립체(230)의 방사상(radial) 경로와 다른 리프트 경로를 제공할 수 있다. 예를 들어, 다른 로더에서의 일부 리프트 경로는 방사상 리프트 경로를 제공한다. 다른 리프트 암 조립체는 확장 가능한 또는 신축형(telescoping) 부분을 가질 수 있다. 다른 동력기계는 그들의 프레임에 부착된 복수의 리프트 암 조립체를 가질 수 있고, 각각의 리프트 암 조립체는 다른 것에 대해 독립적이다. 본 발명에 특별히 언급하지 않는 한, 상세한 설명에 개시한 본 발명의 개념은 특정한 동력기계에 결합되는 리프트 암 조립체의 형태나 수에 제한되지 않는다.

리프트 암 조립체(230)는 프레임(210)의 대향 측면 상에 배치되는 한 쌍의 리프트 아암(234)을 갖는다. 도 2에 도시된 하강 위치에서의 경우, 리프트 아암(234) 각각의 제1 단부는 조인트(216)에서 동력기계에 피벗 결합되고, 리프트 아암 각각의 제2 단부(232B)는 프레임(210)의 전방을 향해 위치한다. 조인트(216)는 로더(200)의 후면을 향하여 위치하고 리프트 암은 프레임(210)의 측면을 따라 확장한다. 리프트 경로(237)는 리프트 암 조립체(23)가 최소 및 최고 높이 사이에서 이동함에 따라 리프트 암(234)의 제2 단부(232B)의 이동 경로에 의하여 정의된다.

리프트 아암(234) 각각은 조인트(216) 중 하나에서 프레임(210)에 피벗 결합되는 각각의 리프트 암(234)의 제1 부분(234A) 및 제1 부분(234A)에의 연결부로부터 리프트 암 조립체(230)의 제2 단부(232B)로 확장되는 제2 부분(234B)을 갖는다. 리프트 아암(234)은 제1 부분(234A)에 부착되는 교차부재(cross member)(236)에 각각 결합된다. 교차부재(236)는 리프트 암 조립체(230)에 증가된 구조 안정성을 제공한다. 동력 시스템(220)으로부터 가압 유체를 수용하도록 로더(200) 상에 구성된 유압 실린더인 한 쌍의 작동기(238)는, 로더(200)의 각 측면 상의 피벗 가능한 조인트(238A 및 238B)에서 각각 프레임(210)과 리프트 아암(234) 모두에 피벗 결합된다. 작동기(238)는 개별적 그리고 집합적으로 리프트 실린더로서 종종 지칭된다. 작동기(238)의 작동(즉, 확장 및 수축)은 리프트 암 조립체(230)가 조인트(216) 주위로 피벗함으로써 화살표(237)로 표시된 고정 경로를 따라 상승 및 하강하도록 한다. 한 쌍의 제어 링크(217) 각각은 프레임(210)의 양 측면 상에서 프레임(210)과 하나의 리프트 아암(232)에 피벗 장착된다. 제어 링크(217)는 리프트 암 조립체(230)의 고정 리프트 경로를 정의하는 것을 도와준다.

굴착기에서 가장 두드러지고 다른 로더에서도 가능한 일부 리프트 아암은, 도 2에 도시된 리프트 암 조립체(230)의 경우와 같이 함께(즉, 소정 경로를 따라) 이동하는 대신에 다른 세그먼트에 대해 피벗하도록 제어 가능한 부분을 가질 수 있다. 일부 동력기계는, 굴착기 또는 일부 로더 및 다른 동력기계에 알려진 것처럼 단일 리프트 아암을 갖는 리프트 암 조립체를 갖는다. 다른 동력기계는 복수의 리프트 암 조립체를 가질 수 있고, 각각은 다른 것들에 대해 독립적이다.

도구 인터페이스(270)는 리프트 암 조립체(230)의 제2 단부(232B)에 인접하여 제공된다. 도구 인터페이스(270)는 다양한 서로 다른 도구를 리프트 아암(234)에 수용하고 고정할 수 있는 도구 캐리어(272)를 포함한다. 이러한 도구는 도구 캐리어(272)와 맞물리게 구성되는 상보(complementary) 기계 인터페이스를 갖는다. 도구 캐리어(272)는 아암(234)의 제2 단부(232B)에 피벗 가능하게 장착된다. 도구 캐리어 작동기(235)는 리프트 암 조립체(230)와 도구 캐리어(272)에 작동 가능하게 결합되고, 도구 캐리어(272)를 리프트 암 조립체에 대해 회전하도록 작동 가능하다. 도구 캐리어 작동기(235)는 예시적으로는 유압 실린더이고 종종 틸트 실린더로 알려져 있다.

복수의 다른 도구에 부착될 수 있는 도구 캐리어를 가짐으로써, 하나의 도구에서 다른 도구로의 변경이 비교적 쉽게 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도구 캐리어를 갖는 기계는 도구 캐리어와 리프트 암 조립체 사이에 작동기를 제공할 수 있고, 도구의 제거 또는 부착은 도구로부터 작동기의 제거 또는 부착, 또는 리프트 암 조립체로부터 도구의 제거 또는 부착을 필요로 하지 않는다. 도구 캐리어(272)는 도구를 리프트 암(또는 동력기계의 다른 부분)에 쉽게 부착하는, 도구 캐리어 를 가질 필요 없는 리프트 암 조립체의 장착 구조를 제공한다.

일부 동력기계는 도구 또는 틸트 작동기를 갖는 리프트 암에 핀 고정(pinned)에 의하여 부착되고 도구 또는 도구 형태 구조에 직접 결합되는 도구 유사 장치를 가질 수 있다. 리프트 암에 회전 가능하게 핀 고정되는 이러한 도구의 보통의 예가 버킷이고, 용접 또는 조임장치에 의하여 버킷에 직접 고정되는 브라킷에 하나 이상의 틸트 실린더가 부착된다. 이러한 동력기계는 도구 캐리어를 갖지 않고, 오히려 리프트 암과 도구 사이의 직접 연결을 갖는다.

도구 인터페이스(270)는 또한 리프트 암 조립체(230)의 도구의 연결에 이용 가능한 도구 동력원(274)을 포함한다. 도구 동력원(274)은 도구가 제거 가능하게 결합될 수 있는 가압 유압 유체 포트를 포함한다. 가압 유압 유체 포트는 도구 상에서 하나 이상의 기능 또는 작동기에 동력을 제공하기 위하여 가압 유압 유체를 선택적으로 제공한다. 도구 동력원은 또한 도구 상에서 전기식 작동기 및/또는 전자식 제어기에 전력을 제공하기 위하여 전력원을 포함할 수 있다. 도구 동력원(274)은 또한, 도구의 제어기와 로더(200)의 전자식 장치 사이에서 통신을 가능하게 하기 위하여 로더(200) 상의 데이터 버스와 통신하는 전기 도관(conduits)을 예시적으로 포함한다.

도 2 및 도 3에서 프레임(210)은 동력 시스템(220)을 지지하고 둘러싸서, 동력 시스템(220)의 다양한 구성요소가 보이지 않는다.

도 4는 동력 시스템(220)의 다양한 구성요소의 다이어그램을 포함한다. 동력 시스템(220)은 다양한 기계 기능에서 사용하는 동력을 발생 및/또는 저장할 수 있는 하나 이상의 동력원(222)을 포함한다. 동력기계(200)에서, 동력 시스템(220)은 내연기관을 포함한다. 다른 동력기계는 주어진 동력기계 구성요소에 동력을 제공할 수 있는 전기 발생기, 재충전 배터리, 다양한 다른 동력원 또는 동력원들의 결합을 포함할 수 있다. 동력 시스템(220)은 또한 동력원(222)에 작동 가능하게 결합되는 동력 변환 시스템(224)을 포함한다. 동력 변환 시스템(224)은 차례로 동력기계의 기능을 수행하는 하나 이상의 작동기(226)에 결합된다. 다양한 동력기계의 동력 변환 시스템(224)은 기계 변속기, 유압 시스템 등을 포함하는 다양한 구성요소를 포함할 수 있다. 동력기계(200)의 동력 변환 시스템(224)은 구동 모터(226A, 226B)에 동력 신호를 제공하기 위하여 선택적으로 제어 가능한 한 쌍의 유체(hydrostatic) 구동 펌프(224A, 224B)를 포함한다. 구동 모터(226A, 226B)는 차례로 각각 차축에 작동 가능하게 결합되고, 구동 모터(226A)는 차축(228A, 228B)에 결합되고 구동 모터(226B)는 차축(228C, 228D)에 결합된다. 차축(228A-D)은 차례로 바퀴(219A-D)와 같은 견인요소에 결합된다. 구동 펌프(224A, 224B)는 운전자 입력장치에 기계적, 유압 및/또는 전기적으로 결합되어 구동 펌프를 제어하는 작동 신호를 받는다.

동력기계(200)의 구동 펌프, 모터 및 차축의 배열은 이들 구성요소의 배열의 하나의 예이다. 위에 기술한 바와 같이, 동력기계(200)는 스키드-스티어 로더이고, 동력기계의 각 측면의 견인요소는 단일 유압 펌프, 동력기계(200)의 단일 구동 모터 또는 개별 구동모터의 어느 하나의 출력을 통하여 함께 제어된다. 유압 구동 펌프의 다양한 다른 구성 및 결합이 유리하게 이용될 수 있다.

동력기계(200)의 동력 변환 시스템(224)은 또한 동력원(222)에 작동 가능하게 결합된 유압 도구 펌프(224C)를 포함한다. 유압 도구 펌프(224C)는 작업 작동기 회로(238C)에 작동 가능하게 결합된다. 작업 작동기 회로(238C)는 제어 로직(하나 이상의 밸브와 같은)뿐만 아니라 리프트 실린더(238) 및 틸트 실린더(235)를 포함하여 작동을 제어한다. 제어 로직은 운전자 입력에 반응하여 선택적으로 리프트 실린더 및/또는 틸트 실린더의 작동을 허용한다. 일부 기계에서, 작업 작동기 회로는 또한 부착 도구에 가압 유압 유체를 선택적으로 제공하는 제어 로직을 포함한다.

동력기계(100) 및 로더(200)의 위의 설명은 예시적인 목적으로 제공되었고, 이하의 실시예가 실현될 수 있는 예시적인 환경을 제공한다. 본 발명에 개시된 실시예는 도 1의 블록 다이어그램에 나타낸 동력기계(100), 더 구체적으로는 트랙 로더(200)와 같은 로더에 의하여 일반적으로 기술된 동력기계에 실현될 수 있고, 특별히 달리 언급하지 않는 한 이하 설명하는 본 발명의 개념은 위에 특히 기술한 환경으로 제한되는 것은 아니다.

도 5는 도 4를 참조하여 설명된 동력 시스템(220) 형태의 동력기계에 대한 대표적인 동력 시스템을 보여주는 동력 시스템 (320)에 대한 단순화된 블록도이다. 동력 시스템(320)은 동력 시스템(320)에 동력을 제공하는 동력원(322) 및 동력 시스템에 결합되어 동력원(322)에 의하여 제공된 동력을 변환하고 변환된 동력을 선택적으로 동력기계의 작업 요소에 제공하는 동력 변환 시스템(324)을 포함한다. 동력 시스템 제어기(302)는 동력 변환 시스템(324)과 통신한다. 동력 시스템 제어기(302)는 제어 신호를 동력 변환 시스템 내의 구성요소에 제공하여 변환된 동력을 작업요소에 직접 제공한다. 동력 시스템 제어기(302)는 사용자 입력장치(350) 또는 동력기계상의 다른 제어기와 같은 다양한 원천으로부터의 입력에 응답하여 이 제어 신호를 제공한다.

도 4의 동력원(222)에 해당하는 동력원(322)은 디젤 엔진과 같은 내연 기관이지만, 다른 형태의 내연 기관이 동력원이 이용될 수 있다. 다른 동력원의 예는 전기 동력 저장장치, 동력원의 결합, 또는 다른 형태의 엔진을 포함한다. 사용된 동력 형태는 달리 언급되거나 특정 실시예의 설명에서 명백하게 나타나지 않는 한 본 발명의 범주에 영향을 주지 않는다. 동력 변환 시스템(324)은 한 쌍의 구동 펌프, 펌프 패키지 내 좌 구동 펌프 (326A) 및 우 구동 펌프(326B) 및 도구 펌프(326C)를 포함한다. 동력원(322)은 직접 펌프를 구동할 수 있고, 벨트 구동(belt-driven) 결합장치를 통해 간접적으로 구동할 수 있고, 또는 적절한 결합을 사용하여 펌프를 구동할 수 있다. 동력 변환 시스템(324)은 또한 탱크(306)로부터의 유압 유체를 펌핑하여 가압 유압 유체를 제공함으로써 펌프(326A; 326B)를 구동하여 케이스 드레인(case drain)을 통해 구동펌프로부터 누설될 수 있는 유체를 보상하여 탱크(306)로 리턴하는 충전 펌프(charge pump)를 포함할 수 있다. 이런 종류의 기능을 수행하는 충전 펌프는 당업자에게 잘 알려져 있다.

동력 시스템(320)의 구동 시스템은 유체(hydrostatic) 시스템이다. 다양한 실시예에서, 각각의 구동 펌프(326A; 326B)는 하나 이상의 모터와 결합될 수 있다. 도 5에 도시된 예에서, 각 구동 펌프는, 좌 구동 펌프(326A)가 좌 구동 모터(328A)에 유압을 제공하고, 우 구동 펌프(326B)가 우 구동 모터(328B)에 유압을 제공하는, 하나의 모터와 결합된 가변 변위 펌프(variable displacement pump)이다. 펌프(326A; 326B) 각각의 변위는 동력 시스템 제어기(302)로부터의 제어 신호에 의하여 제어되고, 어느 한 방향으로 제어되어 동력기계의 전후방 이동을 제어한다. 구동 모터(328A; 328B)는 2 속도 모터이고, 이는 모터가 서로 다른 두 변위로 동작될 수 있고, 이때 각각의 변위는 특정 동작 상황에서 유리한 상태에 있음을 의미한다. 이러한 형태의 다양한 기계에 사용하기 적합한 다른 구동 모터는 일정하거나 무한으로 가변되는 변위 모터일 수 있다. 도 5는 동력 시스템 제어기(302) 및 좌우 구동 모터(328A; 328B) 사이의 점선 관계를 도시한다. 좌우 구동 모터가 다수의 선택 가능한 변위(또는 일부 실시예에서, 무한으로 가변하는 변위)를 갖는 기계에서, 동력 시스템 제어기(302)는 좌우 구동 모터(328A; 328B)와 통신하여 그들의 변위를 제어한다. 동력 시스템(320)은 로더(200)와 같은 스키드 스티어 로더 상에서 발견될 수 있는 동력 시스템 형태이다. 다른 형태의 로더 및 동력기계는 구동 시스템에서, 조향 가능(steerable) 축, 관절식 조인트, 다른 구동 모터 구성, 기계식 변속기 등을 포함하는 서로 다른 특징을 가질 수 있다.

도구 펌프(326C)는 도 4에 도시된 작업 작동기 회로(238C)에 해당하는 작업작동기 회로(338C)의 제어 밸브(340)에 가압 유압 유체의 일정 변위를 제공한다. 다른 실시예에서, 도구 펌프(326C)는 가변 변위 펌프일 수 있고, 도구 펌프(326C)와 유압 통신하는 부하(loads)를 동작시킬 필요가 있는 변위만을 제공하기 위하여 다양한 기법으로 제어될 수 있다. 도 5에 도시된 제어 밸브(340)는, 유압 유체를 하나 이상의 리프트 작동기(238)에 선택적으로 제공하도록 동작 가능한 리프트 스풀(340A); 유압 유체를 하나 이상의 틸트 작동기(235)에 선택적으로 제공하도록 동작 가능한 틸트 스풀(340B); 및 유압 유체를 보조 포트(342)를 통해 부착 도구 상에 위치한 작업 작동기와 같은 보조 기능에 선택적으로 제공하도록 동작 가능한 보조 유압 스풀(340C)의 3개의 스풀(spool)을 갖는 개방 센터(open center) 시리즈 밸브이다. 유압 스풀은 도시된 순서로 일정하게 공급되는 유압 유체 수신시 우선순위를 갖는다(예를 들어, 리프트 스풀은 틸트 및 보조 스풀에 대해 우선순위를 갖고, 틸트 스풀은 보조 스풀에 대해 우선순위를 갖는다). 동력 시스템 제어기(302)는 신호를 제공하여 제어 밸브(340)의 스풀의 위치를 제어하고, 예를 들어, 전기 신호를 제공하여 스풀의 이동을 용이하게 할 수 있는 솔레노이드 밸브(미도시)를 제어한다. 일부 실시예에서, 동력 시스템 제어기(302)는 동력 시스템에 관련된 기능만을 제어하도록 구성된 독립형 제어기이다. 다른 실시예에서, 동력 시스템 제어기(302)는 다른 기능을 수행하는 동력기계상의 제어기에 통합될 수 있다. 스풀이 동력 시스템 제어기(302)에 의해 동력을 받을 때, 다양한 스풀 및 해당 작동기(예를 들어, 리프트 작동기(238), 틸트 작동기(235) 등)를 통과하는 유압 유체는 제어 밸브(340)를 빠져나가서 탱크(306)로 리턴된다. 제어 밸브(340)는 도구 펌프(324C)에서 나온 유압 유체를 선택적으로 다양한 작동기로 제공하는 시스템의 일 실시예이다. 본 발명의 범위 내 다른 실시예는 서로 다른 시스템을 이용할 수 있다.

구동 펌프(326A)와 구동 모터(328A) 그리고 구동 펌프(326B) 및 구동 모터(328B) 사이의 유압 회로는 폐쇄 루프(loop) 회로일 수 있다. 상술한 바와 같이, 보통 펌프에서는 유압 유체가 일부 누설되고, 케이스 드레인 라인(case drain lines)(집합적으로 라인(308)으로 도시)은 펌프 각각으로부터 누설된 유압 유체를 탱크(306)로 다시 공급한다. 일부 실시예에서, 이 유압 유체 누설은 또한 시스템에서 유압 유체를 냉각시킬 목적으로 탱크(306)로 리턴되기 전에 냉각기(미도시)를 통해 공급될 수 있다. 충전 펌프(304)는 구동 펌프에서의 유압 유체 누설에 대응하기 위하여 보상 유체(makeup fluid)를 공급한다. 동력기계의 구동 기능을 제어하는 경우, 동력 시스템 제어기(302)는 전기 신호를 공급하여 2개 구동 펌프(326A; 326B)을 서로 독립적으로 스트로크하여 유압 유체가 유압 구동 모터(328A; 328B)로 제공되어 기계가 원하는 속도 및 원하는 방향으로 주행하게 한다.

위에 설명한 바와 같이, 로더에 의하여 수행된 작업은 사실상 반복되고, 운전자가 조이스틱 또는 다른 사용자 입력장치를 반복적으로 조작하여 반복될 때마다 작업을 수행하도록 요구할 수 있다. 반복 작업은 운전자가 동일 작업 또는 작업 세트를 반복해서 수행하게 한다. 작업 또는 작업 세트의 복잡도에 따라, 대부분의 운전자는 작업을 매우 효율적인 방식으로 수행하지 못할 수 있고, 따라서 작업 수행에 필요한 시간 주기가 늘어날 것이다. 일부 경우, 로더가 자율적으로, 즉, 운전자가 실시간으로 로더를 제어하지 않고, 반복 작업을 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 개시된 실시예는 로더를 포함하고, 로더에 사용되고, 반자율적으로 로더를 제어하여 반복 작업 수행에 필요한 운전자의 개입을 매우 감소시킴으로써 로더의 제어를 강화하도록 구성된 시스템을 포함한다. 다른 개시된 실시예는 자율적으로 작업을 수행할 수 있는 로더를 포함한다. 본 발명에서, 용어 강화 제어는 자율적인 또는 반자율적인 작업 또는 둘 다를 수행할 수 있는 제어를 지칭할 수 있다. 개시된 실시예는 또한 기존 로더의 구성 또는 재구성에 사용되어, 개시된 강화 자율 및/또는 반자율 제어 방법 및 개념을 구현할 수 있는 키트(kits)를 포함한다. 개시된 실시예는 또한 자율 및/또는 반자율 작업을 학습하고, 작업이 나중에 수행될 수 있도록 그러한 작업을 기억할 수 있는 제어 시스템을 포함한다. 일부 실시예에서, 학습 모드는 자율 작업이 시작되는 홈 위치에 대한 학습을 포함한다.

도 6은 예시적인 일 실시예에 따라 동력 시스템(320) 및 동력 시스템(320)과 통신하는 강화 제어 시스템(420)을 갖는 동력기계(300)를 도시한 블록도이다. 일부 실시예에서, 이하에서 설명되는 강화 제어 시스템(420)과 같은 강화 제어 시스템은 동력기계(300)에 통합되고, 반면 다른 실시예에서, 강화 제어 시스템은 기계용 키트로 제공되어 기계에 강화 제어 기능을 부가하고 하나의 기계에서 다른 기계로 이송될 수 있다. 이하에서 설명되는 것과 같이, 강화 제어 시스템(420)은 동력 시스템 제어기(302)와 통신하고, 강화 제어 시스템(420)은 신호를 동력 시스템 제어기에 제공하여 동력 변환 시스템(324)의 일부인 작동기를 제어하도록 구성된다. 상술한 바와 같이, 동력 시스템 제어기(302)는 다양한 원천으로부터 신호를 수신하여 동력 변환 시스템(324)을 제어하도록 구성된다. 강화 제어 시스템(420)이 동력기계에 설치되어 동력 시스템 제어기(302)와 통신하는 경우, 강화 제어 시스템은 동력 시스템 제어기가 동력 변환 시스템을 사용해 제어하는 원천(sources)일 수 있거나, 일부 조건 하에서는, 유일한 입력 원천일 수 있다. 이 예에서 유일한 입력 원천이라는 구절은 동력 변환 시스템이 강화 제어 시스템에 의하여서만 제어되고, 다른 원천으로부터의 입력은 고려되지 않음을 의미한다.

도 7은 강화 제어 시스템(420)을 더 상세히 도시한 것이다. 강화 제어 시스템(420)은 내부에 강화 제어 모듈(360)을 갖는 제어기(370)를 포함한다. 강화 제어 모듈(360)을 갖는 제어기(370)는 여기에서 강화 제어기로 지칭될 수 있다. 용어 “강화 제어기”는 여기에서 기술된 것과 같은 제어 특징을 제공할 수 있는 강화 제어 모듈을 갖는 제어기(370)와 같은 제어기를 지칭한다. 제어기(370) 자체는 강화 제어 모듈(360)로부터 소프트웨어를 실행할 수 있는 적절한 제어 모듈일 수 있다. 도 6에서, 도시된 강화 제어 시스템(420)은 기존 로더에 추가되어 시스템(400)을 만들 수 있는 구성요소를 갖는 키트(400)이다. 키트(500)는 도 6 및 도 7에 도시된 구성요소를 포함하고, 도시된 이 구성요소는 시스템(300), 시스템(400) 또는 키트(500) 중 어느 것에 해당하는 것으로 이해될 수 있다. 도시된 것과 같이, 키트(500)는 기존 로더에 추가되어 모듈(360)의 강화 기능을 구현할 수 있고, 기존 동력 시스템 제어기(302)에 제어 명령을 전달할 수 있는 강화 제어기(370)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 강화 제어기(370)는 디스플레이 화면 및 사용자 입력 능력을 갖는 프로그래머블 로직 제어기(PLC)에 의하여 제공되어 운전자가 사용자 설정을 입력하고, 로더를 학습 모드로 놓고(이하 기술), 사용자에 의하여 정의된 작업 사이클을 시작한다(이하 기술). 다른 실시예에서, 내장(embedded) 제어기를 포함한 다양한 다른 형태의 제어기가 강화 제어 제어기(370)로 이용될 수 있다.

도 6 및 도 7은 홈 위치가 설정된 강화 제어를 제공하도록 구성된 동력 시스템(320) 및 구성요소를 포함하는 시스템(300) 및 키트(400)를 각각 도시한 것이고, 작업의 반복을 수행하도록 요구된 일련의 기계 동작이 학습된다. 이어서, 시스템(300) 및 키트(400)를 포함하는 로더는 자동으로 일련의 기록된 동작을 수행하도록 명령을 받아 특정된 만큼 작업을 반복 수행하여 작업 프로젝트를 완성한다. 도 6에 도시된 시스템(300)에서, 동력 시스템 제어기(302)는 여기에 기술된 강화 제어 학습 및 작업 실행 기능을 실현하도록 제어기를 프로그래밍하는 모듈(360)로 구성된다. 모듈(360)은, 강화 작업 및/또는 지시의 수행에 전용인 하드웨어(마이크로 제어기 또는 관련 구성요소와 같은)를 포함하고, 모듈(360) 내의 전용 하드웨어 또는 강화 작업 수행에 전용이 아닌 동력 시스템 제어기(302) 내의 하드웨어에 의하여 수행되게 할 수 있다. 도 6은 다양한 실시예에서 동력 시스템 제어기(302) 내에 포함된 모듈을 보여주는 반면, 모듈(360)은 모듈이 설치되어 있는 로더에 통합되어 있더라도, 물리적으로 동력 시스템 제어기(302)와 물리적으로 떨어져 있을 수 있다. 즉, 시스템(300)은 로더에 통합되고, 보통 로더로부터 제거되거나 다른 것으로 이동되지 않을 수 있다. 대조적으로, 도 7은 키트(400)가 이전에 제조된 로더에 추가될 수 있는 별개의 강화 제어기(370)를 포함하는 도 7에 도시된 키트(400)를 도시한 것이고, 모듈(360)로 구성되어 기존 로더를 여기에 개시된 강화 제어 개념을 구현할 수 있는 로더로 변환할 수 있다. 시스템(400)에서, 강화 제어기(370)는 동력 시스템 제어기(302)와 통신하여 강화 제어 기능을 구현한다.

로더의 사용자 입력부(350)(예를 들어, 조이스틱 제어기, 터치 스크린 디스플레이 등)가 사용될 수 있는 반면, 원격 제어 장치(352)가 선택적으로 포함되어 기계의 운전실에 착석하지 않은 운전자에 의한 로더 제어를 가능하게 한다. 일부 예시적인 실시예에서, 로더의 시작 또는 정지와 같은, 운전실에 착석한 운전자가 사용 가능한 옵션을 복사한 정규 로더 기능의 제어에 추가하여, 원격 제어 장치(352)가 사용되어 학습 모드를 시작하고, 홈 위치를 설정하고, 로더의 강화 제어를 시작하여 반복적으로 학습된 작업 사이클을 수행하고, 중간지점(waypoint) 및 지오펜스(geofence) 경계와 같은 다른 강화 제어 파라미터를 입력하거나 다른 강화 제어 기능을 제어한다.

또한, 선택적으로 학습 모드 입력부(354) 및 파라미터 입력부(358)가 제공된다. 학습 모드 입력부(354)는 운전자에 의하여 작동되어, 예를 들어 주행 방향, 주행 속도, 로더 위치, 리프트 암 이동, 도구 캐리어 이동 및/또는 보조 기능의 기록을 포함하는, 로더의 다양한 동작이 기록된 학습 모드를 시작하는 스위치, 푸시 버튼 또는 다른 입력 장치일 수 있다. 학습 모드 입력부(354)는, 예를 들어, 터치 스크린 상의 입력부와 같은 강화 제어기(370) 또는 다른 기존 입력 장치로 구현된 강화 제어기(370)를 갖는 원격 제어기(352)에 포함될 수 있다. 이러한 경우 일부 실시예에서, 학습 모드 입력부(354)는 별도의 입력 장치일 필요는 없다. 유사하게, 파라미터 입력부(358)가 포함될 수 있고, 홈 위치, 학습된 작업이 반복되는 횟수, 중간지점, 경계 등과 같은 강화 제어 파라미터를 운전자가 입력하게 하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 파라미터 입력부(358)는 강화 제어기(370) 또는 기존 입력 장치와 함께 구현된 원격 제어기(352)의 일부로 구현될 수 있다.

또한 키트(500)에는 학습 모드 동안에 위치 및 이동 정보를 제공하는 실시간 이동(RTK) 센서(356)가 포함된다. RTK 센서는 로더의 위치를 표시하는 기계 위치 센서(들)(378), 로더의 프레임 또는 지면과 같은 기준에 대한 리프트 암의 위치 및 방향을 표시하는 리프트 암 위치 센서(들)(372) 및 도구 캐리어의 위치 또는 방향 및 리프트 암 또는 지면과 같은 기준에 대한 부착 도구를 표시하는 도구 캐리어 위치 센서(들)(374)를 포함할 수 있다. 운전자가 시스템을 학습 모드로 놓았을 때, 위치 및 이동의 결정에 사용될 수 있는 RTK 위치 센서의 예는, RTK 글로벌 위치결정 시스템(GPS) 센서, 관성 측정 유닛(inertial measurement unit; IMU) 경사계, 초음파 센서, 저전력 레이다 및 무선 주파수(RF) 거리 측정 장치를 포함한다.

예시적인 실시예들에서, RTK 위치 센서는, 위치가 프레임, 리프트 암, 도구 캐리어 상의 기존 특징부에 인덱싱된 상태에서, 로더의 특정 위치에 놓이도록 구성된다. 이는 센서의 위치 결정을 제어하지만 로더의 구조적 성능 또는 완전성에 영향을 줄 수 있는 로더에 대한 변경은 필요하지 않다.

도 6 내지 도 8을 참조하여 예시적인 실시예가 설명되었지만, 다른 실시예는 추가 기능 및 특징을 포함한다. 예를 들어 일부 실시예에서, 개시된 시스템은 이 파라미터에 대한 사용자 입력 또는 학습 모드 동안 기록된 기능을 갖는 대신에 외부 원천으로부터 중간지점, 경계 및/또는 구동, 리프트 및 틸트 기능을 업로드하는 능력을 갖는다. 또한, 일부 실시예에서, 개시된 시스템은 지오펜스 정지 (shutdown) 능력을 포함하고, 제어기는 로더가 지정된 작업 지역을 벗어나면 로더를 무능하게 하도록 구성된다. 또한, 일부 실시예에서, 개시된 시스템은, 기계가 학습된 작업으로부터 사용자 정의 윈도우 또는 운전 영역을 벗어나면, 로더를 정지할 것이다. 예를 들어, 로더가 물질 이송 작업을 수행하고 있고, 사용자가 운전 영역의 +/- X 피트를 정의하고, 로더가 이 허용 범위를 벗어나 주행하면, 로더는 제어기에 의하여 자동으로 정지될 수 있다.

도 9를 참조하면, 시스템(300; 400)을 사용하여 로더의 강화 제어를 위한 작업을 학습하는 방법(600)을 도시한 흐름도가 도시되어 있다. 블록(602)에 도시된 것처럼, 운전자는 학습 모드 입력부(354)를 사용하여 학습 모드를 시작하고, 블록(604)에 도시된 것처럼, 로더의 홈 위치는 파라미터 입력부(358)를 사용하여 설정된다. 흔히, 홈 위치는 학습 모드 시작시에 RTK 위치 센서를 사용하여 결정된 로더의 현재 위치일 것이나, 이것이 모든 실시예에서 그럴 필요는 없다. 블록(606)에서, 홈 위치 오프셋이 설정될 수 있다. 홈 위치 오프셋은, 예를 들어, 강화 제어가 자동으로 종료될 홈 위치로부터의 거리(또는 거리 및 방향)일 수 있다. 블록(608)에서, 로더는 운전자에 의하여 제어되어 학습될 작업의 반복을 수행하고, 블록(610)에서, 작업 수행시의 로더의 위치, 이동 및/또는 기능은 제어기와 연관된 메모리에 기록 또는 저장된다. 설명한 것처럼, 로더는 운전자실 또는 원격 제어를 사용하여 운전자 제어/입력을 사용하여 제어될 수 있다. 기록은 로더의 제어에 필요한 운전자 입력 및/또는 RTK 센서(356)에 의하여 표시된 로더, 리프트 암 (또는 리프트 실린더) 및 도구 캐리어(또는 틸트 실린더)의 위치 및 이동을 포함할 수 있다. 운전자 입력, 또는 작업 사이클 완료에 필요한 로더, 리프트 암 및 도구 캐리어의 위치 및 이동이 기록되면, 학습 모드는 블록(612)에 도시된 것처럼 종료될 수 있다.

도 10을 참조하면, 로더를 제어하여 학습된 작업 사이클을 수행함으로써 로더의 강화 제어를 제공하는 방법(650)을 도시한 흐름도가 도시되어 있다. 이 방법에서, 블록(652)에서, 작업 반복 파라미터는 운전자에 의하여 입력되어(예를 들어, 입력부(358)를 사용하여), 로더의 강화 제어 운전을 하는 동안에 기록된 작업 사이클이 반복되어야 하는 횟수를 표시한다. 학습된 작업 사이클은 1회, 2회 또는 사용자가 선택한 만큼 반복될 수 있다. 다른 실시예에서, 작업 반복 파라미터는 반복되어야 하는 작업 사이클에 대한 반복 횟수가 아닌 다른 것일 수 있다. 예를 들어, 홈 위치가 오프셋인 상태에서, 작업 반복 파라미터는 강화 제어 운전이 자동으로 종료되는 로더의 위치일 수 있다. 다른 실시예에서, 작업 반복 파라미터는 강화 제어가 자동으로 종료되는 경계 위치일 수 있다.

블록(654)에 도시된 것처럼, 강화 제어 모드는 운전자에 의하여 시작된다. 강화 제어 모드 시작 이후, 로더가 특정 홈 위치의 미리 정해진 거리 이내에 있는지에 대한 결정이 블록(656)에서 이루어진다. 특정 거리는 로더에 대한 영구적인 값이거나 일부 실시예에서 운전자에 의하여 이전에 입력된 파라미터일 수 있다. 예시적인 일 실시예에서, 미리 정해진 거리는 사용자가 정의할 수 있으나 50 피트를 초과하지 않고 디폴트 값은 10 피트이다. 로더가 홈 위치로부터 미리 정해진 거리를 초과한다고 판단되면, 강화 제어 모드는 블록(668)에서 종료된다. 그러나 로더가 홈 위치로부터 미리 정해진 거리 이내에 있다고 판단되면, 블록(658)에서 로더는 자동으로 홈 위치로 리턴하여 강화 제어 작업 사이클을 시작한다.

홈 위치로 리턴한 후, 블록(660)에서, 로더는 자동으로 또는 반자동으로 제어되어 학습 모드 동안 기록된 주행, 리프트, 틸트 및/또는 보조 기능을 수행하여 작업 사이클을 완료한다. 일부 실시예에서, 운전자는 로더를 운전하여 핸즈온(hands-on) 정규 운전 모드에서 핸즈오프(hand-off) 작업 사이클 운전 모드로 전이하고, 다시 핸즈온 모드로 돌아가 운전자가 강화 제어를 사용하여 요구에 의한 (on demand) 로더의 반복 또는 원하는 모션을 수행할 수 있게 한다.

작업 사이클이 완료되면, 블록(652)에 도시된 대로 작업 반복 파라미터 입력시 구축된 미리 정해진 횟수만큼 작업이 수행되었는지에 대한 결정이 블록(662)에서 이루어진다. 작업이 미리 정해진 횟수만큼 수행되었다면, 강화 제어 모드는 블록(668)에서 종료된다. 아니면, 블록(664)에 도시된 것처럼 임의의 특정 홈 위치 오프셋이 사용되어 홈 위치를 조정하고, 블록(658)에 도시된 것처럼 로더가 신규 홈 위치로 리턴한 상태에서 프로세스가 계속된다.

학습 모드는, 로더가 1회 이상 작업 사이클을 반복할 수 있도록 로더에게 전체 작업 사이클을 가르치는데 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 학습 모드는 운전자에 의하여 반복하여 수행될 특별 작업의 학습에 사용될 수 있다. 예를 들어, 운전자는 울타리에 포스트 구멍(post hole)을 뚫는 것과 같은 작업을 수행할 수 있다. 운전자는 로더를 학습 모드로 놓고 어떻게 도구(예를 들어, 포스트 홀 송곳)를 운전하여 적절한 깊이의 구멍을 뚫는 방법을 학습할 수 있다. 운전이 학습되면, 운전자는 로더를 위치시키고 학습된 운전을 시작하여 구멍을 뚫고, 로더를 다른 위치로 이동시켜 다시 운전을 시작할 수 있다. 이런 종류의 강화, 반자율 운전은 학습 모드의 다른 예이다.

도 11은 램프 상에 구동된 위치에 있는 로더를 도시한 도면이다. 도 12는 일 실시예에 따라 로더를 트레일러 상에 구동하는 방법(700)을 도시한 흐름도이고, 로더(900)는 상술한 일부 또는 모든 특징을 포함하는 강화 제어를 제공하도록 구성된 강화 제어 제어기(970)를 갖는 상술한 형태의 로더이다. 휴대용 제어기(980)는 강화 제어 제어기(970)와 통신하여 위치결정 정보를 제공할 수 있다(즉, 휴대용 제어기(980)는 위치결정 장치로 동작할 수 있다). 일부 실시예에서 휴대용 제어기(980)는, 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션으로 구성되어 강화 제어기(970)를 이용하여 로더를 트레일러로 구동하는 방법(700)을 용이하게 하는 스마트폰이다. 일부 실시예에서, 위치결정 장치는 휴대용일 필요는 없고, 트레일러 또는 동력기계 또는 둘 다에 고정될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 위치결정 장치는 트레일러에 고정될 수 있고, 운전자가 트레일러 코너를 스캔할 필요없이 트레일러의 위치에 대한 정보를 동력기계에 제공할 수 있다. 이 실시예에서, 휴대용 장치는 동력기계에 대한 위치 정보를 제공하도록 사용될 수 있고, 동력기계에 고정된 위치결정 장치는 유사하게 동력기계의 위치결정 정보를 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 동력기계 상의 고정된 위치결정 장치는, 동력기계가 트레일러 상에 위치할 때 트레일러의 위치를 확인할 수 있다. 로더(900) 및 트레일러(910)에 대한 도시는 방법(700)을 설명하는 동안 참조를 위하여 제공되었다. 로더는 트레일러에 위치하는 동안 로더를 끌어서 작업현장으로/작업현장으로부터 이동될 수 있다. 로더를 트레일러에 로딩하는 것은 미숙한 운전자에게는 어려운 작업일 수 있다.

방법(700)은 운전자가 로더를 제어할 필요없이 어떻게 로더가 트레일러로 로딩될 수 있는지를 상세하게 설명한다. 도 12의 흐름도를 참조하면, 블록(710)에서, 방법은 트레일러(710)를 위치시키는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 트레일러는 트레일러의 평상부(flatbed portion)(940)의 4개 코너를 확인함으로써 위치가 정해진다. 트레일러의 평상부(940)는 로더(900)가 위치하려는 곳이다. 본 발명의 목적을 위하여, 트레일러(910)는 좌측(944), 우측(946), 전단(948) 및 후단(950)을 갖는다. 이러한 형태의 트레일러는 평상부(94)에 추가하여 보통 차량(미도시)에 트레일러를 결합시키는 트레일러를 끌 수 있는 히치(hitch)(미도시)를 갖는다. 트레일러(910)는 또한 도 13에서 하부 위치에 도시되고, 트레일러가 이동하는 동안 상승된 위치로 이동할 수 있는 램프(942)를 포함한다. 로더(900)는 램프를 사용하여 평상부(940) 위로 또는 아래로 이동할 것이다.

일 실시예에서, 블록(710)으로 돌아가서, 트레일러는 평상부(940)의 4개 코너를 확인함으로써 위치가 정해진다. 이는 휴대용 장치(80)를 사용하여 코너를 고정시켜(pin) 달성할 수 있다. 예를 들어, 휴대용 장치(980)는 트레일러의 코너 위에 위치하고 작동되어 트레일러의 평상부(940)의 코너를 확인할 수 있다. 일 실시예에서, 4개 코너는 좌전방 코너(912)가 먼저 확인되고, 이어서 좌후방 코너(914), 우후방 코너(916) 및 우전방 코너(918)의 특정 순서로 확인된다. 이들 포인트는 휴대용 장치(980)에 의하여 수집되고 GPS 위치를 할당받는다(즉,“고정된다”). 이러한 휴대용 장치의 GPS 기능은 트레일러의 정확한 위치를 확인할 만큼 반드시 정확할 필요는 없지만, 강화 제어 제어기(970)와 접속되어 정정될 수 있다. 이는 이하에서 상세하게 설명된다. 이들 4 포인트가 수집되면, 이들은 휴대용 제어기(980)에 의하여 측정된 것이 사각형인가를 결정하도록 확인한다. 이는 좌전방 코너(912)에서 우후방 코너(916)까지 및 우전방 코너(918)에서 좌후방 코너(914)까지의 대각선 길이를 계산하여 결정된다. 이들 2 대각선 길이가 충분히 거리적으로 가까우면(즉, 수용가능한 허용범위 이내에 있다면), 트레일러가 적절하게 위치된 것으로 확인되고 간주된다. 2 대각선 길이가 충분히 거리적으로 가깝지 않다고 간주되면, 트레일러는 적절하게 측정되지 않은 것으로 판단되고, 트레일러는 4개 코너를 재확인하여 다시 측정되어야 할 것이다. 이러한 수집된 포인트들의 형상 확인은 실시예에 따라 수집된 포인트에 대한 정정이 이루어지기 전 또는 후에 이루어질 수 있다.

일부 실시예에서, 고정(pinning) 프로세스는 폰을 코너에 조준하여 수행되고, 다른 실시예에서, 각 코너는 고정 장치(예를 들어, 스마트폰)가 인식할 수 있는 식별 가능한 마크를 가질 수 있다. 고정 장치가 각각의 식별 가능한 마크를 인식함에 따라, 각각의 코너는 보다 정확하게 측정된다. 트레일러가 정확하게 고정되었다고 판단되면, 휴대용 제어기(980)는 좌전방 코너(912) 및 좌후방 코너(914)를 통과하는 라인의 방향으로 트레일러의 진로(heading)를 결정할 수 있다. 그런 다음 휴대용 제어기(980)는 또한 좌후방 코너(914) 및 우후방 코너(916) 사이에 연장하는 라인의 중간 포인트(930)를 찾음으로써 트레일러의 중심 라인을 계산할 수 있다. 중간 포인트(930)는 또한 평상부(940)의 후방에 위치된다. 또한, 평상부(940)의 길이 및 폭이 계산되고, 이 치수들이 계산되고 트레일러 상에 위치할 기계 형태가 결정되면, 휴대용 제어기(980)는 트레일러가 로더(900)를 수용할 만큼 적당한 크기인지 를 판단할 수 있다. 그런 다음, 이 정보는 강화 제어 제어기(970)로 전달될 수 있다.

블록(720)에서, 방법은 로더의 위치를 정할 수 있다. 로더(900)는 로더를 로더 상의 특정 스폿(spot)에 고정하는 휴대용 제어기(980)를 사용하여 로더를 고정함으로써 위치를 정할 수 있다. 이는 임의의 위치일 수 있고, 일부 실시예에서, 로더 상의 알려진 위치에 식별 가능한 마크일 수 있다. 일부 실시예에서 강화 제어 제어기(970)는 로더(900)의 전체 치수 및 로더 상의 식별 가능한 마크의 위치와 관련된 정보를 갖도록 구성된다. 블록(720)이 도 12의 흐름도에서 블록(710) 이후에 이어서 도시되었지만, 다른 실시예에서, 로더는 트레일러의 위치를 정하는 것과 동시에 또는 그 이전에 위치를 정할 수 있다. 트레일러의 위치가 정해지고 GPS 위치가 설정되면, 로더(900)(즉, 강화 제어 제어기(970))는 로더(900)의 휴대용 제어기(980)에 RTK 위치를 제공하고, 이는 GPS 위치에 대한 에러 정정 요인을 제공할 것이다. 더욱 상세하게, RTK 위치는 기계에 대한 GPS 위치와 비교되고, 에러 정정 요인은 2 측정치 사이의 차에 기반하여 계산된다. 이 에러 정정 요인은 또한 트레일러 상의 고정된 위치에 적용될 수 있다. 이는 트레일러의 위치에 대한 보다 정확한 확인을 제공할 것이다.

로더(900) 및 트레일러(910)의 위치가 정해지면, 블록(730)에서 로더가 트레일러 상에 주행할 경로가 확인된다. 일 실시예에서, 경로를 확인하는 방법은, 경로상의 최종 위치, 즉 방법(700)이 완료될 때 로더(900)의 위치를 나타내는 트레일러(910) 상의 포인트(932)를 확인하는 단계를 포함한다. 포인트(932)는 트레일러(910)의 좌측면(944)과 우측면(946) 사이의 중심에 있고, 전단(948) 및 후단(950) 사이의 위치에 위치하여 로더(900)를 트레일러 상에 적절하게 위치시킨다. 예를 들어, 포인트(932)는 차축에 대해 로더(900)를 중심에 있도록 또는 트레일러(910)의 후단(950)으로부터 충분히 전방에 있도록 선택될 수 있다. 트레일러 밖 뒤편에 그리고 포인트(930; 932)를 통과하여 연장되는 라인 상에 있는 추가 포인트(934; 936; 938)는 로더를 트레일러 상에 이동하기 위하여 따르는 경로를 제공한다.

블록(740)에서 경로가 확인되면, 방법은 트레일러 상에 로더를 구동하는 단계를 포함한다. 그 과정은 로더가 트레일러와 정렬되도록 로더를 제1 포인트(934)로 이동하는 단계를 포함한다. 그런 다음 로더를 포인트(936)까지, 이어서 포인트(938)까지, 이어서 포인트(930)까지 이동함으로써 로더(900)는 트레일러 상에 후진된다. 포인트(938)에서 포인트(930)까지 이동하는 단계에서, 로더는 램프(942)로 후진할 것이다. 최종적으로, 로더는 포인트(932)까지 이동하여 트레일러 상에 위치하게 된다. 일부 실시예에서, 로더를 트레일러 상에 구동하는 단계는 휴대용 제어기(980)로부터의 명령에 의하여 시작된다. 명령이 시작된 후(즉, 사용자 입력에 응답하여), 휴대용 제어기(980)는 강화 제어 제어기(970)에게 트레일러 상에의 로더의 구동을 중단하도록 명령하는, 누르거나 또는 다른 이용 방법(예를 들어, 음성 명령으로)의 사용자 입력을 사용자에게 제공할 수 있다.

휴대용 제어기(980)는 또한 강화 제어 제어기(970) 또는 로더(900) 상의 다른 제어기와 접속하여 원격 제어장치로 동작하여 사용자에 의한 명령에 응답하여 직접 로더를 제어할 수 있다. 휴대용 제어기(980)는 운전자가 로더(900)의 기능을 제어하여 로더의 구동, 리프트 암의 상승 및 하강 등과 같은 기능을 제어할 수 있는 버튼, 슬라이더 등을 스크린에 제공하도록 구성될 수 있다. 또는, 휴대용 제어기(980)는 로더의 기능을 제어하는 사용자 입력 신호의 제공에 사용할 수 있는 버튼, 토글(toggle) 및 조이스틱과 같은 사용자 입력 장치를 갖는, 도 13에 도시된 입력 장치(982)와 접속할 수 있다. 접속은 유선 연결 또는 블루투스 또는 다른 무선 통신 프로토콜 등의 무선 연결을 통하여 이루어질 수 있다. 그러한 구성은 로더를 트레일러 밖으로 구동하는데 사용될 수 있다.

도 14는 로더(1000)를 제어하여 방해물(1002)과의 접촉을 회피하도록 구성된 강화 제어 제어기(1070)를 갖는 로더를 포함하는 시스템(1004)을 도시한 것이다. 시스템(1004)은 또한 휴대용 제어기(1080)를 포함하고, 휴대용 제어기(1080) 및 로더(1000)는 각각 별도의 GPS 수신기 또는 수신기 회로 및 소프트웨어를 갖는다. 도 15a 내지 도 15d는 GPS 수신기를 갖는 휴대용 제어기(1080)를 사용하여 생성될 수 있는, 방해물(1002)에 대한 다양한 맵 표시된 방해 영역의 예를 도시한 것이다. 도 16은 에러 정정 요인이 결정되고 맵 표시된 방해 영역의 위치의 조정에 사용되는 방식으로 로더의 위치를 확인하는 특징을 도시한 것이다. 도 17은 방해 영역을 맵 표시하고 로더(1000)를 운전하여 방해물(1002)과의 접촉을 회피하는 방법(1100)을 도시한 흐름도이다.

로더(1000)는 상술한 특징의 일부 또는 전부를 포함한 강화 제어를 제공하도록 구성된 강화 제어 제어기(1070)를 갖는 상술한 형태의 로더이다. 로더(1000)는 작업공간 내에서 로더의 위치를 확인하도록 구성된 GPS 수신기(1056)를 포함한다. 도 14에서는 별도의 구성요소로 도시되었지만, 일부 실시예에서 GPS 수신기(1056)는 강화 제어기(1070) 내에 포함될 수 있다. 휴대용 제어기(1080)의 GPS 수신기는 로더(1000)의 GPS 수신기(1056)보다 낮은 위치 정확도를 제공하는 보다 덜 정확한 GPS 수신기일 수 있다. 휴대용 제어기(1080)는 또한 강화 제어 제어기(1070)와 통신하도록 구성된다. 일부 실시예에서 휴대용 제어기(1080)는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션으로 구성되고 강화 제어기(1070)를 이용하여 방해물(1002)과의 접촉을 회피하도록 로더를 운전하는 방법(1100)을 용이하게 하는, 프로세서 및 메모리를 갖는 스마트폰이다. 그 결과, 강화 제어 제어기의 구성 특징 및 도 14 내지 도 16의 관련 특징은 로더가 어디로 주행해야 하는지를 정의하는 상술한 특징과 유사한 반면, 지금 설명되는 실시예는 작업 위치에서 방해물 또는 방해물을 정의하고 로더가 어디로 주행하면 안 되는 지를 정의하는 것과 더 관련된다. 로더(1000), 휴대용 제어기(1080) 및 방해물(1002)에 대한 도시는 방법(1100)을 설명하는 동안 참조를 위하여 제공된다.

도 17에 도시된 방법(1100)은, 작업공간 내 물체 또는 방해물(1002)이 어떻게 확인되고, 이어서 로더 또는 다른 형태의 장비가 어떻게 방해물 위치에서 운전이 방지될 수 있는지를 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 것과 같이, 방해 위치를 둘러싸는 또는 정의하는 방해 영역은 방해 영역에서 로더의 운전을 방지하여 방해물(1002)과의 접촉을 방지하도록 강화 제어 제어기(1070)에 의하여 사용되는 작업공간 맵에 할당될 수 있다. 방해 영역은, 동일 방해물을 되풀이하여 확인하지 않고도 동일한 작업이 반복적으로 수행될 수 있도록, 일시적으로 또는 보다 영구적으로 작업공간 맵 상에 정의된다.

블록(1102)에서, 방법(1100)은 방해물(1002)에 대한 방해 영역을 확인하는 단계를 포함한다. 방해 영역을 확인하기 위하여, 사용자는 휴대용 제어기(1080)의 GPS 수신기를 사용하여 방해물(1002)을 태그 표시할 수 있다. 이 위치결정 프로세스는 다양한 실시예에서, 포인트, 라인, 또는 일련의 라인 세그먼트를 확인하거나 또는 휴대용 제어기를 사용하여 대상의 둘레를 정의함으로써 달성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 방해물의 위치는 휴대용 제어기(1080)를 위치결정하여 그 장치에서 소프트웨어 애플리케이션으로 하나 이상의 GPS 포인트를 확인함으로써 정의될 수 있다. 휴대용 제어기는 정의된 포인트, 라인 세그먼트(들) 또는 둘레 주위의 지역을 추가함으로써 방해 영역을 정의하도록 더 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 15a를 참조하면, 방해 영역의 정의된 지역은 정의된 포인트(1008)를 중심으로 하는 또는 직사각형 내의 임의의 위치에 있는 정의된 포인트를 갖는 직사각형(정사각형을 포함)이다. 또한, 방해 영역은 방해물(1002) 주위의 GPS 포인트(1012; 1014; 1016; 1018)에 의하여 만들어진 둘레(1010)에 의하여 정의될 수 있다. 도 15b에 도시된 것처럼, 둘레는 모든 실시예에서 사각형 형상일 필요는 없다. 도 15b에 도시된 것처럼, 방해물(1002) 주위의 다각형 형상의 방해 영역의 둘레(1020)는 GPS 포인트(1022; 1024; 1026; 1028; 1030) 사이의 일련의 라인 세그먼트를 사용하여 구성될 수 있다. 또한, 정의된 방해 영역 지역은 도 15c에 도시된 것처럼 포인트를 중심으로 정의된 원일 수 있고, 방해 영역의 둘레(1040)는 중앙 GPS 포인트(1042) 및 반경(1044)에 의하여 정의된다. 반경은 사용자에 의하여 입력되거나 제2 측정 GPS 포인트(1046)로부터 휴대용 제어기(1080)에 의하여 결정될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 사각형 또는 타원형과 같은 방해 영역의 형상은 라인 세그먼트를 중심으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 도 15d에 도시된 것처럼, 라인 세그먼트(1052)는 방해물(1002)에 가까운 2개의 측정된 GPS 포인트(1054; 1058) 사이에 정의될 수 있고, 방해 영역 둘레는 라인 세그먼트 주위의 형상(이 경우, 타원형)으로부터 자동으로 정의될 수 있다.

블록(1104)에서, 방법(1100)은 제1 GPS 수신기를 사용하여 제1 위치에서 로더의 위치를 확인하는 단계를 포함한다. 제1 GPS 수신기는 로더(1000) 상의 특정 위치에 위치한 휴대용 제어기(1080) 내 GPS 수신기일 수 있다. 도 16은 휴대용 제어기(1080)가 로더 위치를 확인하기 위하여 배치된 상태에서 제1 위치(1060)에 있는 로더(1000)를 도시한 것이다. 제1 GPS 수신기로(즉, 휴대용 제어기(1080)로) GPS 로더 위치를 획득하는 경우, 로더 상의 알려진 스폿의 로더 위치를 측정하는 것이 중요하다. 예를 들어, 그러한 스폿은 로더 GPS 수신기(1056)용 안테나가 위치한 곳일 수 있다. 또는, 휴대용 제어기(1080)의 애플리케이션 소프트웨어가 확인할 수 있고, 마크와 로더 GPS(1056)의 안테나 사이의 거리가 알려진 저장된 파라미터인, 로더의 미리 정의된 위치일 수 있다. 또한, 로더(1000)의 특정 형태 및 어느 형태의 부착물이 로더에 장착되어 있는가를 아는 것이 유리하다. 왜냐하면, 이 정보는 택해진 GPD 위치에 대한 로더/부착물의 전체 수신 범위(footprint) 확인에 사용될 수 있기 때문이다. 이 정보는 방해물 회피 시도시 유용하고, 로더가 방해물에 가능한 한 가까이에서 동작하게 한다. 도 17을 참조하면, 블록(1106)에서 방법은 제2 GPS 수신기를 사용하여 제1 위치(1060)에서 로더 위치를 확인하는 단계를 포함한다. 이 예에서, 제2 GPS 수신기는 로더 GPS(1056)일 수 있다.

블록(1108)에서, 방법은 제1 GPS 수신기를 사용하여 제2 위치에서 로더 위치를 확인하는 단계를 포함한다. 도 16에 도시된 것처럼, 이는 로더를 작업 지역 내 제2 위치(1062)로 이동시키고, 휴대용 제어기(1080)를 이용하여 로더의 GPS 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 다시 한 번, 휴대용 제어기는 상술한 바와 같이 로더 상의 동일한 알려진 스폿에 위치해야 한다. 로더 상의 휴대용 제어기의 위치는 이전에 사용된 위치에 가능한 한 가까이 있는 것이 중요하다. 로더 상의 인덱스된 또는 마크된 위치를 사용하는 것이 이를 보장하는데 도움이 된다. 블록(1110)에서, 방법은 제2 GPS 수신기를 사용하여, 이 예에서는 로더 GPS(1056)를 사용하여, 제2 위치(10620에서 로더 위치를 확인하는 단계를 포함한다.

2개의 로더 위치 각각에서의 제1 및 제2 GPS 수신기로부터의 결과 비교는, 블록(1112)에 도시된 것처럼, 에러 정정 요인 또는 오프셋이 계산 또는 생성되는 것을 허용한다. 에러 정정 요인은 각 위치에서 2개의 측정 사이의 차에 기반하여 계산될 수 있다. 예를 들어, 에러 정정 요인은 2개 로더 위치에서 2개 측정 사이의 차의 평균일 수 있다. 이어서, 블록(1114)에 도시된 것처럼, 에러 정정 요인 또는 오프셋은 방해물(1002) 또는 방해 영역의 이전에 확인된 위치를 재계산 또는 정정하는데 사용되고, 이는 제1 GPS 수신기 단독으로 제공하는 것보다 훨씬 더 정확한 위치 식별을 제공한다. 이어서, 블록(1116)에 도시된 바와 같이, 로더는 방해물 또는 방해 영역의 재계산된 위치를 사용하여 구동되어 방해물과의 접촉을 회피한다. 이는 강화 제어 제어기(1070)에 의하여 그리고/또는 상술한 바와 같은 다른 강화 제어 동작에 의하여, 로더(1000)의 자율 또는 강화 제어를 포함하여 로더를 방해물(1002)과의 접촉에서 멀어지도록 조정하고, 주행 경로가 방해 영역에 접근하면 로더의 주행을 정지하고, 로더가 방해물에 접근하면 운전자에게 경고할 수 있다. 일반적으로 방해 영역 또는 지역이 정의되면, 로더가 차내에 있는 운전자에 의하여, 원격 운전자에 의하여, 또는 미리 프로그램된 루틴에 의하여(예를 들어, 자율적으로) 구동되는지에 관계없이, 로더는 방해 영역으로의 진입이 허용되지 않을 것이다.

도 18을 참조하면, GPS 수신기 또는 다른 RTK 위치 센서(1256) 및 강화 제어 제어기(1270)를 갖는 로더(1200)가 도시되어 있다(상술한 바와 같이, GPS 수신기 또는 다른 RTK 위치 센서(1256)는 제어기(1270)에 통합될 수 있다). 로더(1200)는 상술한 특징의 일부 또는 전부를 포함한 강화 제어를 제공하도록 구성된 강화 제어 제어기(1270)를 갖는 상술한 형태의 로더이다. 또한, 강화 제어 제어기(1270)는, 로더가 미리 정의된 또는 미리 프로그램된 경로(1202)를 따라 주행할 때, 개시된 동적 울타리(fencing) 특징부를 사용하여 로더(1200)를 제어하도록 구성된다. 이 동적 울타리 특징부를 사용하여, 로더 제어는 로더가 최소의 편차(deviation)를 갖고 경로(1202)를 따라 직접 주행하게 한다. 허용된 운전 영역의 큰 윈도우를 만들기 보다는, 지오 펜싱(geo-fencing) 개념이 일반적으로 알려짐에 따라, 개시된 동적 펜싱 특징부가 경로를 따라 윈도우를 생성한다. 도 18에서, 로더의 허용된 운전의 윈도우(1204)는 경로 오프셋 경계(1206; 1208)에 의하여 정의된다. 이 예에서, 경로 오프셋 경계(1206; 1208)는 정의된 경로(1202)와 평행하다. 그러나, 이는 모든 실시예의 경우에서 그럴 필요는 없고, 정의된 경로 주변의 허용된 운전의 윈도우(1204)의 경계를 정의하기 위하여 다른 기술이 사용될 수 있다. 로더가 정의된 경로(1202)에서 벗어나서 윈도우(1204) 밖으로 주행하면, 이탈(deviation) 이벤트가 확인될 것이고 로더(1000)는 정지될 것이다.

본 발명에 개시된 기술 및 특징이 작업장의 맵 표시에 사용될 수 있다. 맵 표시된 작업장(1320)의 시각적 표현이 도 19에 도시되어 있다. 상술한 특징부의 일부 또는 전부를 갖는 로더(1300)가 도시되어 있지만, 로더의 표현은 일부 실시예의 모든 지도에 포함될 필요는 없다. 도 19에 도시된 것처럼, 작업장(1320)은 경계(1302) 및 방해물(1304; 1306)을 포함하여 수작업으로 현장을 측량하여 기술될 수 있다. 작업장이 측량되면, 경계 및 방해물이 경도 및 위도 정보로 변경되고, 그 정보는 컴퓨터로 판독 가능한 파일에 저장되고 휴대용 제어기의 소프트웨어 애플리케이션에 의하여 다운로드된다. 휴대용 제어기는 도 19에 도시되지 않았지만, 상술한 휴대용/이동 가능한 제어기(예를 들어, 980; 1080) 중 어느 것일 수 있다. 그런 다음, 컴퓨터로 판독 가능한 파일은 로더 강화 제어 제어기와 통신하여 향후 임의의 시기에 사용되도록 저장될 수 있다. 로더가 고정밀 GPS 수신기를 갖기 때문에, 로더 강화 제어 제어기는 이동 제어기로부터 어떠한 다른 입력도 필요없이 현장을 운행할 수 있다. 그러나, 마크될 추가 방해물이 있으면, 방해물은 휴대용 제어기에 의하여 마크될 수 있고, GPS 수신기 및 로더의 강화 제어 제어기와 통신하여 상술한 프로세스를 사용하여 보정될 수 있다. 휴대용 제어기가 또한 고정밀 GPS 수신기를 가지면(예를 들어, RTK를 사용할 수 있으면), 휴대용 제어기의 소프트웨어 애플리케이션에 의하여 수집된 정보는 정보를 보정할 필요없이 직접 로더에 제공될 수 있다.

맵 표시 방법은 작업장(1320)의 외부 경계(1302)를 생성할 수 있고, 또한 기계를 자유롭게 운전할 수 있는 현장 내의 지역의 생성에도 사용될 수 있다. 즉, 맵 표시 방법은 로더가 작업을 수행하는 동안 자유롭게 운행할 수 있는 가상 로드(virtual roads(1310)를 생성할 수 있다. 이는 운전자가 휴대용 제어기를 통해 명령을 전송하여 특정 포인트(예를 들어, 포인트(1312))까지 이동하게 하고, 그런 다음 로더는 미리 정의된 가상 로드(1310)를 따라 완전히 재정의된 경로를 필요로 하지 않고 그 스폿으로 이동할 것이다. 이는 로더가 이동하도록 가정된 복수의 미리 정의된 위치(예를 들어, 포인트(1312; 1314))를 갖고, 로더가 가상 로드(1310)를 따라 제1 위치(1312)로 이동할 수 있고, 그런 다음 운전자의 명령에 따라 혹은 일정한 시간 이후, 기계가 제2 위치(1314)로 이동할 수 있도록 더 확장될 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예를 참조로 설명되었지만, 본 발명의 기술분야의 당업자는 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 형태에서 또는 세부적으로 변경될 수 있음을 인지할 것이다.

Claims

위치결정 장치(980; 1080)를 사용하여 트레일러의 위치를 결정하여 트레일러의 위치 정보를 확인하는 단계(710);
위치결정 장치를 사용하여 동력기계의 위치를 결정하여 동력기계의 위치 정보를 생성하는 단계(720);
동력기계가 위치할 경로 상의 최종 위치를 나타내는 트레일러 상의 최종 포인트(932)를 포함하는, 트레일러 상에 주행할 동력기계의 경로를 확인하는 단계 (730);
제어기(370; 970; 1070; 1270; 1470)로 동력기계를 제어하여 동력기계를 경로 상의 제1 포인트(934)까지 구동하여 동력기계를 트레일러와 정렬시킨 다음, 동력기계를 트레일러 상의 경로를 따라 최종 포인트(932)까지 구동하는 단계를 포함하는,
동력기계(100; 200; 300; 900; 1000; 1200; 1300; 1400)를 트레일러(710) 상에 로딩하는 방법(700).
제1항에 있어서, 상기 트레일러의 위치를 결정하는 단계(710)는 트레일러의 평상부(940)의 4개 코너(912; 914; 916; 918)를 확인하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제2항에 있어서, 상기 트레일러의 위치를 결정하는 단계(710)는 미리 정해진 순서로 4개 코너를 확인하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제2 항에 있어서, 상기 트레일러의 위치를 결정하는 단계(710)는, 좌전방 코너(912) 및 우후방 코너(916) 사이의 제1 대각선 길이를 계산하고, 우전방 코너(918) 및 좌후방 코너(914) 사이의 제2 대각선 길이를 계산하고, 그리고 제1 대각선 길이 및 제2 대각선 길이가 미리 정해진 허용 범위 내에 있는지를 판단함으로써 4개 코너가 사각형임을 확인하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제2항에 있어서, 상기 4개 코너를 확인하는 단계는 위치결정 장치를 사용하여 4개 코너에 위치한 식별가능 마크를 인식하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 트레일러의 위치를 결정하는 단계(710)는 트레일러의 길이 및 폭을 계산하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 트레일러의 위치를 결정하는 단계(710)는 트레일러의 중심선을 계산하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 휴대용 위치결정 장치를 사용하여 동력기계의 위치를 결정하는 단계(720)는, 동력기계상의 실시간 이동(RTK) 센서(356; 1056; 1256)로부터 RTK 위치 정보를 얻는 단계; 및 휴대용 위치결정 장치 및 RTK 위치 정보에 의하여 생성된 동력기계 위치 정보에 기반하여 에러 정정 요인을 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제8항에 있어서, 상기 방법은 에러 정정 요인을 사용하여 트레일러의 위치 정보 및 동력기계 위치 정보를 정정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 최종 포인트(932)는 트레일러의 좌측(944) 및 우측(946) 사이 중심에 위치하고, 트레일러의 전단(948) 및 후단(950) 사이에 위치하는, 방법.
제10항에 있어서, 상기 경로는 트레일러의 좌후방 코너(914) 및 우후방 코너(916) 사이에서 확장되는 라인의 중간 포인트(930)를 포함하고, 경로는 또한 제1 포인트(934) 및 트레일러 밖에 있고 최종 포인트(932)와 중간 포인트(930)를 통과하여 확장하는 라인 상의 적어도 하나의 추가 포인트(936; 938)를 더 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 방법은 동력기계상의 제어기가 자율적으로 상기 동력기계를 제어하여 동력기계를 경로 상의 제1 포인트(934)까지 구동하여 동력기계를 트레일러와 정렬시키는 단계를 포함하고, 그리고 동력기계를 트레일러 상에 경로의 포인트를 따라 최종 포인트(932)까지 구동하는 단계는, 제어기를 사용하여 동력기계를 제1 포인트로(934)부터 최종 포인트(932)까지 경로의 포인트를 따라 램프(942)를 타고 후진시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 위치결정 장치(980; 1080)를 사용하여 트레일러의 위치를 결정하여 트레일러 위치 정보를 확인하는 단계(710)는 휴대용 위치결정 장치를 사용하는 것을 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 위치결정 장치(980; 1080)를 사용하여 트레일러의 위치를 결정하여 트레일러 위치 정보를 확인하는 단계(710)는 트레일러에 고정된 위치결정 장치를 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 위치결정 장치(980; 1080)를 사용하여 트레일러의 위치를 결정하여 트레일러 위치 정보를 확인하는 단계(710)는 동력기계에 고정된 위치결정 장치를 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
제1 휴대용 위치결정 장치(980, 1080)를 사용하여 작업 지역 내 방해물(1002)에 대한 방해 영역을 확인하여 방해물 위치를 태그 표시하는 단계(1102);
제1 휴대용 위치결정 장치를 사용하여 작업 지역 내 제1 위치(1060)에서 동력기계의 위치를 확인하는 단계(1104);
제2 위치결정 장치(1056; 1256)를 사용하여 작업 지역 내 제1 위치(1060)에서 동력기계의 위치를 확인하는 단계(1106);
제1 위치결정 장치를 사용하여 작업 지역 내 제2 위치(1062)에서 동력기계의 위치 정보를 확인하는 단계(1108);
제2 위치결정 장치를 사용하여 작업 지역 내 제2 위치(1062)에서 동력기계의 위치를 확인하는 단계(1110);
휴대용 위치결정 장치 및 제2 위치결정 장치를 사용하여 확인된 작업 지역 내 제1 위치(1060)에서의 동력기계의 위치 그리고 휴대용 위치결정 장치 및 제2 위치결정 장치를 사용하여 확인된 작업 지역 내 제2 위치(1062)에서의 동력기계의 위치에 기반하여 에러 정정 요인을 생성하는 단계(1112);
에러 정정 요인을 사용하여 작업 지역 내 확인된 방해 영역(1002)을 재계산하여 재계산된 방해 영역을 얻는 단계(1114);
재계산된 방해 영역으로 구성된 강화 제어 제어기(370; 970; 1070; 1270; 1470)를 사용하여 작업 지역 내 동력기계의 주행을 제어하여 방해물과의 접촉을 회피하는 단계(1116)를 포함하는,
작업 지역의 방해 영역을 작업장 맵에 표시하고, 동력기계(100; 200; 300; 900; 1000; 1200; 1300; 1400)의 강화 제어를 제공하는 방법(1100).
제16항에 있어서, 상기 재계산된 방해 영역으로 구성된 제어기를 사용하여 작업 지역 내 동력기계의 주행을 제어하는 단계(1116)는, 강화 제어 제어기를 사용하여 동력기계의 주행을 자율적으로 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
제16항에 있어서, 상기 재계산된 방해 영역으로 구성된 제어기를 사용하여 작업 지역 내 동력기계의 주행을 제어하는 단계(1116)는, 동력기계에 위치하거나 동력기계를 원격으로 제어하는 운전자가 제어기를 사용하여 동력기계의 주행 제어를 강화하는 단계를 포함하는, 방법.
제16항에 있어서, 상기 휴대용 위치결정 장치를 사용하여 작업 지역 내 방해물(1002)에 대한 방해 영역을 확인하여 방해물 위치를 태그 표시하는 단계(1102)는 방해물 내 포인트를 확인하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제16항에 있어서, 상기 휴대용 위치결정 장치를 사용하여 작업 지역 내 방해물(1002)에 대한 방해 영역을 확인하여 방해물 위치를 태그 표시하는 단계(1102)는, 적어도 하나의 라인 세그먼트(1044; 1052)를 확인하는 단계 및 적어도 하나의 라인 세그먼트로부터 방해물의 위치를 정의하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제16항에 있어서, 상기 휴대용 위치결정 장치를 사용하여 작업 지역 내 방해물(1002)에 대한 방해 영역을 확인하여 방해물의 위치를 태그 표시하는 단계(1102)는, 방해물 주변의 둘레(1010; 1020; 1040; 1050)를 확인하는 단계를 더 포함하는, 방법.
학습 모드 입력부(354)를 사용하여 제어기(370; 970; 1070; 1270; 1470)의 학습 모드를 시작하는 단계(602);
파라미터 입력부(358)를 사용하여 동력기계에 대한 홈 위치를 설정하여 제어기에 홈 위치를 제공하는 단계(604);
운전자가 동력기계를 제어하여 작업 반복을 수행하는 동안, 제어기와 연관된 메모리에 작업 반복 수행시 동력기계의 위치, 이동 및/또는 기능을 기록하는 단계(610);
학습 모드를 종료하는 단계(612); 및
제어기를 사용하여 동력기계를 제어하여 자율적으로 작업을 적어도 한 번 추가 반복하는 단계(650)를 포함하는,
동력기계(100; 200; 300; 900; 1000; 1200; 1300; 1400)를 사용하여 작업을 수행하는 방법(600; 650).
제22항에 있어서, 상기 동력기계에 대한 홈 위치는, 학습 모드가 시작되면 동력기계 상의 실시간 이동 (RTK) 센서(356; 1056; 1256)를 사용하여 결정되는, 동력기계의 현재 위치인, 방법.
제22항에 있어서, 상기 방법은 홈 위치 오프셋을 설정하는 단계(606)를 더 포함하는, 방법.
제22항에 있어서, 상기 제어기와 연관된 메모리에 작업 수행시 동력기계의 위치, 이동 및/또는 기능을 기록하는 단계(610)는, 동력기계의 동력 변환 시스템(224), 동력기계의 구동 모터(226) 및/또는 동력기계의 작업 작동기 회로(238C)의 제어에 필요한 운전자 입력을 기록하는 단계를 포함하는, 방법.
제22항에 있어서, 상기 제어기와 연관된 메모리에 작업 수행시 동력기계의 위치, 이동 및/또는 기능을 기록하는 단계(610)는, 동력기계, 동력기계의 리프트 암 또는 리프트 실린더 및 동력기계의 도구 캐리어 또는 틸트 실린더의 위치 및 이동을 기록하는 단계를 포함하는, 방법.
동력기계의 제어기(370; 970; 1070; 1270; 1470)에 작업 반복 파라미터를 입력하여 기록된 작업 사이클의 반복이 종료되어야 할 때를 표시하는 단계(652);
제어기의 강화 제어 모드를 시작하는 단계(654);
동력기계가 홈 위치의 미리 결정된 거리 내에 있는지를 판단하는 단계(656);
동력기계가 홈 위치로부터 미리 결정된 거리보다 멀리 있다고 판단되면 제어기의 강화 제어 모드를 종료하는 단계(668);
동력기계가 홈 위치로부터 미리 결정된 거리 내에 있다고 판단되면, 자동으로 동력기계를 홈 위치로 리턴하는 단계(658);
동력기계를 자동으로 제어하여 기록된 작업 사이클에 따라 주행, 리프트, 틸트 및/또는 보조 기능을 수행하는 단계(660);
작업 반복 파라미터가 강화 제어 모드가 종료되어야 함을 표시하는지를 판단하는 단계(662);
작업 반복 파라미터가 강화 제어 모드가 종료되어야 한다고 판단되면, 제어기의 강화 제어 모드를 종료하는 단계(668);
작업 반복 파라미터가 강화 제어 모드가 종료되어야 함을 표시하지 않았다고 판단되면, 홈 위치를 오프셋하여 오프셋 홈 위치를 생성하는 단계(664); 및
동력기계를 홈 위치로 자동으로 리턴하는 단계(658), 자동으로 동력기계를 제어하여 기록된 작업 사이클에 따라 주행, 리프트, 틸트 및/또는 보조 기능을 수행하는 단계(660), 작업 반복 파라미터가 강화 제어 모드가 종료되어야 함을 표시하는지를 판단하는 단계(662) 그리고 작업 반복 파라미터가 강화 제어 모드가 종료되어야 함을 표시한다고 판단되면, 제어기의 강화 제어 모드를 종료하는 단계(668)를 각각 오프셋 홈 위치에 대하여 반복하는 단계를 포함하는,
동력기계(100; 200; 300; 900; 1000; 1200; 1300; 1400)의 강화 제어를 사용하여 작업을 수행하는 방법(600; 650).
제27항에 있어서, 상기 작업 반복 파라미터를 입력하는 단계(652)는, 기록된 작업 사이클이 반복되어야 하는 횟수를 제어기에 입력하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제27항에 있어서, 상기 작업 반복 파라미터를 입력하는 단계(652)는, 기록된 작업 사이클 반복이 자동으로 종료되어야 하는 동력기계의 위치를 제어기에 입력하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제27항에 있어서, 상기 작업 반복 파라미터를 입력하는 단계(652)는, 기록된 작업 사이클 반복이 자동으로 종료되어야 하는 작업 지역 내의 경계 위치를 제어기에 입력하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제27항에 있어서, 상기 작업 반복 파라미터가 강화 제어 모드가 종료되어야 함을 표시하는지를 판단하는 단계(662)는, 기록된 작업 사이클이 미리 정해진 횟수만큼 수행되었는지를 판단하는 단계를 포함하는, 방법.