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KR102507888B1 - 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 사전 설정하는 방법 및 상기 보상 각도를 이용하는 자율 주행 농기계 - Google Patents

스티어링 유격에 대한 보상 각도를 사전 설정하는 방법 및 상기 보상 각도를 이용하는 자율 주행 농기계 Download PDF

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KR102507888B1
KR102507888B1 KR1020220138521A KR20220138521A KR102507888B1 KR 102507888 B1 KR102507888 B1 KR 102507888B1 KR 1020220138521 A KR1020220138521 A KR 1020220138521A KR 20220138521 A KR20220138521 A KR 20220138521A KR 102507888 B1 KR102507888 B1 KR 102507888B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
steering
angle
steering wheel
current
agricultural machine
Prior art date
Application number
KR1020220138521A
Other languages
English (en)
Inventor
김용현
손승락
이태경
Original Assignee
주식회사 긴트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 긴트 filed Critical 주식회사 긴트
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Priority to KR1020230027981A priority patent/KR20240057961A/ko
Priority to KR1020230027982A priority patent/KR20240057962A/ko
Application granted granted Critical
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Priority to PCT/KR2023/004046 priority patent/WO2024090688A1/ko
Priority to US18/763,086 priority patent/US20240349637A1/en

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Abstract

본 발명은 스티어링 휠이 기준 상태를 갖는 농기계를 주행하는 단계; 상기 스티어링 휠이 기준 상태에서 일 방향으로 회전하도록 상기 스티어링 제어 모터에 제어 전류를 공급하는 단계; 상기 연산부에서 상기 전류 센서로부터 상기 제어 전류의 측정 결과를 수신하는 단계; 및 상기 제어 신호의 전류 측정 결과에 기초하여 상기 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 결정하는 단계를 포함하는 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 사전 설정하는 방법 및 이를 수행하는 자율 주행 농기계에 관한 것이다.

Description

스티어링 유격에 대한 보상 각도를 사전 설정하는 방법 및 상기 보상 각도를 이용하는 자율 주행 농기계{Method for presetting compensation angle for steering failure and autonomous driving agricultural machinery using the compensation angle}
본 출원의 실시 예들은 자율 주행 농기계의 스티어링 휠의 회전 변화와 바퀴의 조향 변화 간의 오차인 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 사전 설정하는 기술에 관련된다.
농기계는 농촌의 노동인구 감소와 고령화에 따른 노동력 부족에 대응하여 높은 노동 부담과 생산비용을 줄이기 위해 매우 중요한 요소로 취급되고 있다. 농기계는 각종의 농사에 필요한 작업을 수행하기 위한 것으로서 쟁기, 로터리, 방제, 이앙작업 등 다양한 종류의 작업이 가능하도록 한 것으로서 작업자가 농기계와 함께 보행하면서 조작하는 보행형 작업기와 작업자가 농기계 상에 구비되는 운전석에 탑승하여 농기계를 조작하는 승용 작업기로 구분된다.
최근에는 자율 주행 기술 및 무선 통신 기술의 발달로 인해, 농기계에 자율 주행 장치를 부착하고 상기 자율 주행 장치에 의해 GPS 데이터 및 기타 센싱 데이터를 활용하여 농기계를 자율주행하는 시도가 증가하고 있다. 특히, 상기 자율 주행 장치가 부착된 농기계는 농기계 제조사 등의 서버와 농기계 관련 상태 및 제어 정보에 대하여 무선 통신을 수행할 수 있는 텔레매틱스 장치도 전기적으로 결합되어 있다. 상기 자율 주행 장치 및 텔레매틱스 장치를 이용하면 농기계에 대하여 사용자가 직접 농기계까지 가지 않고도 동작을 제어하는 것은 물론, 사용자의 스마트 폰에 설치된 애플리케이션이 서버와 통신하여 사용자와 멀리 떨어져 있는 농기계의 현재 상태, 주변 환경에 대한 정보를 획득하고 농기계의 자율주행을 제어함으로써 농작업을 무선으로 수행하는 것을 제공할 수 있다.
원격으로 자율주행을 진행하기 위해서는 원격지의 사용자가 스마트 폰에 자율주행 경로를 입력하면, 서버 또는 농기계의 자율주행 장치에서 입력된 경로로 주행하기 위한 조향 각도를 산출하고, 한국에서는 핸들로 지칭되는, 스티어링 휠을 산출된 조향 각도에 따라 제어한다.
그러나, 농기계에는 스티어링 유격이 존재한다. 상기 스티어링 유격은 스티어링 휠이 회전함에도 불구하고 바퀴는 회전하지 않는, 스티어링 구성요소 간의 구조 결함이다. 상기 스티어링 유격은 스티어링 휠과 스티어링 축 간의 결합, 스티어링 축으로부터 바퀴와 바퀴 사이의 암까지의 결합에서 생길 수 있다. 상기 스티어링 유격은 스티어링 휠의 회전 시작점으로부터 바퀴의 회전 시작점까지의 조향 각도로 표현된다.
농기계는 제조사, 기계 종류와 같은 제품 사양에 따라 각각 상이한 스티어링 유격을 가진다. 기존의 농기계에 자율주행 장치를 부착하여 사용할 경우 스티어링 유격으로 인해 자율주행을 위한 스티어링 휠의 조향 각도와 바퀴의 실제 조향 각도 간의 오차가 발생할 수 있다. 그 결과, 주행 경로에 맞는 정확한 조향 각도를 입력해도 상이한 조향 각도로 농기계가 자율주행해, 농기계의 주행 정확성이 저하되는 어려움이 있다.
등록특허 제10-2093853호 (2020.03.20.)
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 출원의 실시 예들은 자율주행 농기계의 조향 각도를 보다 정확하게 제어하기 위해, 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 사전 설정하는 방법 및 이를 수행하는 자율 주행 농기계를 제공한다.
본 출원의 일 측면에 따른 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 사전 설정하는 방법은 프로세서를 포함한 컴퓨팅 장치에 의해 수행된다. 상기 컴퓨팅 장치는 자율주행 농기계에 설치된 것이다. 상기 컴퓨팅 장치는 자율주행 관련 동작을 처리하는 연산부; 상기 연산부의 명령에 따라서 스티어링 휠의 회전을 제어하는 스티어링 제어 모터에 제어 전류를 공급하는 구동부; 및 상기 제어 전류를 측정하는 전류 센서를 포함한다.
상기 방법은: 스티어링 휠이 기준 상태를 갖는 농기계를 주행하는 단계;
상기 스티어링 휠이 기준 상태에서 일 방향으로 회전하도록 상기 스티어링 제어 모터에 제어 전류를 공급하는 단계; 상기 연산부에서 상기 전류 센서로부터 상기 제어 전류의 측정 결과를 수신하는 단계; 및 상기 제어 신호의 전류 측정 결과에 기초하여 상기 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 결정하는 단계를 포함할 수도 있다.
일 실시 예에서, 상기 컴퓨팅 장치는 GPS 통신부를 더 포함할 수도 있다.
상기 제어 신호의 전류 측정 결과에 기초하여 상기 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 결정하는 단계는, 상기 주행 중인 농기계의 GPS 정보를 획득하는 단계; 검출된 전류 구간 중에서 바퀴의 조향 각도의 변화가 발생한 전류 구간을 상기 농기계의 GPS 정보에 기초하여 검출하는 단계; 및 상기 바퀴의 조향 각도의 변화가 발생한 전류 구간에서의 스티어링 휠의 회전 각도에 기초하여 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 결정하는 단계를 포함할 수도 있다.
일 실시 예에서, 상기 구동부는 상기 스티어링 제어 모터의 부하 용량이 상대적으로 적을 경우 상대적으로 적은 제어 전류를 상기 스티어링 제어 모터로 공급하고 상기 스티어링 제어 모터의 부하 용량이 상대적으로 클 경우 상대적으로 큰 제어 전류를 상기 스티어링 제어 모터로 공급하도록 구성된다.
상기 스티어링 휠이 기준 상태에서 일 방향으로 회전하도록 상기 스티어링 제어 모터에 제어 전류를 공급하는 단계는, 상기 스티어링 유격 범위 이내에서 스티어링 휠이 회전할 경우 상기 스티어링 제어 모터가 정지할 때보다 증가된 제어 전류를 공급하는 단계; 및 상기 스티어링 유격 범위를 초과해 스티어링 휠이 회전할 경우 상기 스티어링 유격 범위 이내에서 회전할 때보다 증가된 제어 전류를 공급하는 단계를 포함할 수도 있다.
일 실시 예에서, 상기 스티어링 유격은 스티어링 휠에서 바퀴까지의 결합 구간 전체를 이루는 조향 계통의 구성요소 중에서 제1 결합 구간의 결함으로 발생한 제1 서브 유격, 제2 결합 구간의 결함으로 발생한 제2 서브 유격을 포함할 수도 있다. 상기 검출된 전류 구간은, 상기 제1 서브 유격에 대응한 제1 부하 그룹으로 인해 상기 제어 전류의 변화가 발생하여 검출 가능한 제1 전류 구간, 상기 제2 서브 유격에 대응한 제2 부하 그룹으로 인해 상기 제어 전류의 변화가 발생하여 검출 가능한 제2 전류 구간, 및 상기 농기계에서 스티어링 휠에서 바퀴까지의 결합 구간 전체를 이루는 조향 계통의 구성요소 중 나머지 조향 구성요소를 포함한 제3 부하 그룹으로 인해 상기 제어 전류의 변화가 발생하여 검출 가능한 제3 전류 구간을 포함할 수도 있다.
일 실시 예에서, 상기 바퀴의 조향 각도의 변화가 발생한 전류 구간에서의 스티어링 휠의 회전 각도에 기초하여 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 결정하는 단계는, 상기 바퀴의 조향 각도의 변화가 발생한 전류 구간에서 전류가 상승을 개시한 시점에서의 스티어링 휠의 회전 각도의 값을 검색하여 검색된 상기 스티어링 휠의 회전 각도를 상기 일 방향의 스티어링 유격에 대한 보상 각도로 결정하는 것일 수도 있다.
일 실시 예에서, 상기 방법은: 상기 농기계의 GPS 정보에 기초하여 상기 보상 각도를 검증하는 단계; 및 검증 성공한 보상 각도의 값으로 상기 보상 각도를 설정하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
상기 보상 각도를 검증하는 단계는, 일정한 검증 시간 상기 농기계가 주행하는 동안, 결정된 일 방향의 보상 각도를 초과한 회전 각도로 상기 스티어링 휠을 회전하는 단계; 및 상기 보상 각도를 초과한 회전 각도로 스티어링 휠이 회전한 이후에 상기 보상 각도를 초과한 회전 각도와 보상 각도 간의 차이 각도에 대응한 조향 각도로 바퀴가 회전하는지 확인하는 단계를 포함할 수도 있다.
본 출원의 다른 일 측면에 따른 컴퓨터 판독가능한 기록매체는 상술한 실시 예들에 따른 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 사전 설정하는 방법을 수행하기 위한 프로그램을 기록할 수도 있다.
본 출원의 또 다른 일 측면에 따른 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 사전 설정하는 방법에 의해 상기 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 설정한 자율주행 장치를 포함한 자율주행 농기계은, 농기계가 자율주행 경로로 주행하기 위한 타겟 조향 각도를 획득하고, 상기 농기계의 조향비를 이용하여 상기 타겟 조향 각도에 대응한 스티어링 휠의 제1 회전 각도를 산출하고, 산출된 스티어링 휠의 제1 회전 각도에 상기 보상 각도를 적용하여 상기 스티어링 휠의 제2 회전 각도를 산출하며, 상기 스티어링 휠의 제2 회전 각도를 갖는 회전 명령을 생성하여 상기 구동부로 전송하고, 그리고 상기 구동부에서 상기 회전 명령에 따른 제어 전류로 스티어링 제어 모터를 제어하여 상기 제2 회전 각도만큼 스티어링 휠을 회전하도록 구성될 수도 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 타겟 조향 방향이 우측일 경우 상기 제2 회전 각도는 다음의 수학식을 통해 산출된다.
[수학식]
Steer_CtrlAng = (Steer_TgtAng + B) - Steer_CurAng
여기서, Steer_CtrlAng는 제2 회전 각도를 나타내고, B는 우측 보상 각도 B°의 값을 나타내고, Steer_CurAng는 타겟 조향 방향 및 타겟 조향 각도를 수신하기 이전에 스티어링 휠의 현재 위치를 나타낸다. 상기 스티어링 휠의 현재 위치는 기준 상태로부터 회전한 만큼의 회전 각으로 표현된다.
상기 타겟 조향 방향이 좌측일 경우 상기 제2 회전 각도는 다음의 수학식을 통해 산출된다.
[수학식]
Steer_CtrlAng = (Steer_TgtAng - A) - Steer_CurAng
여기서, -A는 좌측 보상 각도 -A°의 값을 나타낸다.
본 발명의 다양한 실시 예들은 농기계의 구조적 오차를 고려하여 원격지의 사용자의 타겟 조향 각도로부터 조향비를 통해 산출된 스티어링 휠의 회전 각도를 보정함으로써, 보다 정확한 주행 성능을 제공한다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은, 본 출원의 일 측면에 따른, 자율주행 농기계가 동작하는 네트워크 환경을 도시한다.
도 2는, 본 출원의 다양한 실시 예에 따른, VCU 및 ACU를 포함한 자율주행 장치의 개략도이다.
도 3은, 스티어링 유격을 갖는 농기계에서 스티어링 휠의 회전과 바퀴의 조향 사이의 관계를 도시한다.
도 4는, 스티어링 유격을 갖지 않는 농기계에서 스티어링 휠의 회전과 바퀴의 조향 사이의 관계를 도시한다.
도 5는, 본 출원의 다른 일 측면에 따른, 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 설정하는 방법의 흐름도이다.
도 6은, 본 출원의 다양한 실시 예들에 따른, 스티어링 제어 모터에 대한 제어 전류와 스티어링 유격 간의 관계를 도시한 그래프도이다.
도 7은, 본 출원의 또 다른 일 측면에 따른, 미리 설정된 보상 각도를 이용하여 농기계(100)를 자율주행하는 방법의 흐름도이다.
도 8은, 도 7의 자율주행 결과의 개략도이다.
본 발명에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 발명에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 발명에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 발명에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 발명에서 정의된 용어일지라도 본 발명의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
농기계는 농촌의 노동인구 감소와 고령화에 따른 노동력 부족에 대응하여 높은 노동 부담과 생산비용을 줄이기 위해 매우 중요한 요소로 취급되고 있다.
본 명세서에서 농기계는 각종의 농사에 필요한 작업을 수행하기 위한 것으로서 쟁기, 로터리, 방제, 이앙작업 등 다양한 종류의 작업이 가능하도록 한 것으로서 작업자가 농기계와 함께 보행하면서 조작하는 보행형 작업기와 작업자가 농기계 상에 구비되는 운전석에 탑승하여 농기계를 조작하는 승용 작업기로 구분된다.
본 발명의 다양한 실시 예들에서는 트랙터와 같이 승용 작업기로 구분되는 농기계에 대하여 적용 가능한 장치를 개시한다.
상기 농기계는 작업 장치와 결합되어 논 또는 밭과 같은 농지 위에서 작업을 위한 주행을 수행할 수도 있다. 상기 농기계의 주행은 이러한 농작업을 수반한다.
상기 농기계의 사용자는 직접 수동 주행 제어를 수행할 수 있다. 농기계의 사용자는 직접 농기계의 셔틀 레버를 조작하여 농기계의 전진 또는 후진을 제어할 수 있으며, 스티어링 휠을 조작하여 농기계의 경로를 제어할 수 있다.
또한, 농기계의 자율 주행을 위하여 전진 또는 후진의 구동을 제어하기 위한 구동 제어 장치가 농기계에 설치될 수 있다. 이 경우, 농기계는 설정된 경로에 따라서 이동을 하며, 농기계의 사용자에 의하여 설정된 바에 따라서 전진 또는 후진을 수행할 수 있다. 자율주행은 농기계에 설치된 구동 제어 장치와 사용자 장치 간의 정보 교환을 통해 제어 설정될 수 있다. 사용자는 스마트 폰, 컴퓨터 등과 같이 정보 연산이 가능하고 정보의 송수신이 가능한 단말인 사용자 장치를 이용하여 자율 주행 관련 설정 정보를 생성하고 구동 제어 장치에게 전송할 수 있다. 구동 제어 장치는 송수신기 및 프로세서를 포함하며, 농기계의 구동부와 전기적으로 연결되어 구동부를 제어한다. 구동 제어 장치는 사용자 장치로부터 자율 주행 관련 설정 정보를 수신할 수 있으며, 자율 주행 관련 설정 정보에 따라서 농기계의 구동부의 전진 또는 후진을 제어할 수 있다.
농기계의 자율 주행을 위하여 스티어링 휠을 제어하기 위한 스티어링 휠 제어 장치가 추가적으로 농기계에 설치될 수 있다. 이 경우, 스티어링 휠 제어 장치는 사용자 장치로부터 수신한 자율 주행 관련 설정 정보에 따라서 농기계가 설정된 경로에 따라 이동할 수 있도록 스티어링 휠을 제어하도록 구성될 수 있다. 스티어링 휠 제어 장치는 스티어링 휠과 기계적으로 연결되어 스티어링 휠을 설정된 경로에 따라서 회전시키도록 구성될 수 있다. 스티어링 휠 제어 장치는 송수신기를 포함하여 사용자 장치로부터 자율 주행 관련 설정 정보를 수신할 수 있다. 스티어링 휠 제어 장치는 프로세서를 포함하여 자율 주행 관련 설정 정보에 따라서 스티어링 휠의 회전 제어를 수행할 수 있다.
본 명세서에서, 스티어링 휠의 기준 상태는 농기계가 직진하는 상태를 지칭한다. 조향 계통의 결합에 오차가 없을 경우 스티어링 휠이 회전하지 않는 초기 상태가 상기 스티어링 휠의 기준 상태이다.
본 명세서에서 바퀴를 조향하는 것은 농기계의 진행 방향을 변경하기 위해 바퀴를 회전하는 것을 나타낸다. 농기계를 전진 또는 후진하기 위해 바퀴 축을 따라 회전하는 것과는 구별된다.
도 1은, 본 출원의 일 측면에 따른, 자율주행 농기계가 동작하는 네트워크 환경을 도시한다.
도 1을 참조하면, 상기 네트워크 환경은 자율주행 농기계(100), 통신 네트워크(200), 서버(300), 사용자 단말(400)을 포함한다.
상기 농기계(100)는 ACU(110), VCU(120) 및 GPS 모듈(151), 주행 속도 센서(152)를 포함한다. 또한, 일부 실시 예들에서, 상기 농기계(100)는 구동 장치(130), PTO 제어 장치(140), 카메라(153), PTO(160), 전장 장치(170), ECU(180) 중 하나 이상의 구성요소를 더 포함할 수도 있다.
GPS 모듈(151)은 농기계(100)의 GPS(global positioning system) 위치를 결정하도록 구성된다. GPS 모듈(151)는 세 개 이상의 GPS 위성에서 송신된 신호를 수신하여 위성과 GPS 모듈(151)의 위치를 결정한다. GPS 위성에서 송신된 신호와 GPS 모듈(151)에서 수신된 신호의 시간차이를 측정하면 GPS 위성과 GPS 모듈(151) 사이의 거리를 구할 수 있는데, 이 때 GPS 위성으로부터 송신된 신호에는 GPS 위성의 위치에 대한 정보가 들어 있다. 최소한 세 개의 GPS 위성과의 거리와 각 GPS 위성의 위치를 알게 되면 삼변 측량과 같은 방법을 이용해 GPS 센서의 위치를 계산할 수 있다. GPS 모듈(151)를 이용하여 농기계(100)의 GPS 위치를 결정할 수 있다.
주행 속도 센서(152)는 농기계(100)의 바퀴와 결합된 바퀴 축의 회전 속도를 측정하도록 설치된다. 상기 주행 속도 센서(152)는 상기 바퀴 축의 회전 방향, 회전각을 감지하여 주행 방향, 주행 속도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 특정 회전 방향은 전진 방향, 그 반대 회전 방향은 후진 방향으로 측정될 수도 있다.
ACU(automated-driving control unit, 110)는 농기계(100)의 자율 주행과 관련한 정보를 사용자 단말(400) 또는 서버(300)로부터 수신하고, 자율 주행과 관련하여 농기계(100)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 상기 ACU(110)는 프로세서, 메모리 및 통신부를 포함할 수도 있다.
ACU(110)는 농기계(100)의 자율 주행 경로를 결정하고, 농기계(100)의 자율 주행 경로에 따른 주행 동작 및 조향 제어의 판단을 수행할 수 있다. ACU(110)는 농기계(100)의 자율 주행과 관련하여 VCU(130), PTO 제어 장치(140), GPS 모듈(151), 주행 속도 센서(152), 카메라(153), ECU(180)에게 제어 신호를 전송하고, VCU(130), PTO 제어 장치(140), GPS 모듈(151), 주행 속도 센서(152), 카메라(153), ECU(180)로부터 제어된 동작의 수행에 따른 정보를 수신하도록 구성될 수 있다.
특정 실시 예들에서, 상기 ACU(110)는 GPS 정보를 수신하여 농기계(100)의 위치를 획득할 수도 있다. 또한, 상기 ACU(110)는 GPS 정보에 기초하여 농기계(100)의 주행 관련 정보를 산출할 수도 있다. 상기 주행 관련 정보는 GPS 인공 위성의 측정 시간에 따른 주행 방향, 주행 속도 중 하나 이상을 포함할 수도 있다.
또한, 상기 ACU(110)는 주행 속도 센서(152)로부터 농기계(100)의 주행 속도 정보를 획득할 수도 있다. 상기 주행 속도 정보는 측정 시간에서의 속력 값, 또는 상기 속력 값 및 주행 방향이 조합된 주행 속도 값을 포함할 수도 있다.
VCU(vehicle control unit, 120)는 농기계(100) 내 다양한 전장 장치(170)를 제어할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 상기 VCU(120)는 프로세서, 메모리를 포함할 수도 있다.
상기 전장 장치(170)는 조향 장치, 미션(변속기), 사용자 인터페이스 장치 등을 포함할 수도 있다. 상기 조향 장치는 스티어링 휠의 조향 각도를 변경하는 스티어링 제어 모터를 포함한다. 상기 스티어링 제어 모터는 스티어링 휠의 회전력이 바퀴로 전달되도록 스티어링 휠을 회전시키도록 구성된다. 스티어링 제어 모터가 구동하여 스티어링 휠이 회전하면, 스티어링 휠에 연결된 조향 계통 내 각종 링크, 기어를 통해 스티어링 휠의 회전력이 바퀴로 전달된다. 여기서 스티어링 제어 모터의 파워는 바퀴로 전달하기 위한 회전력에 비례한다.
VCU(120)는 ACU(110)의 자율주행 명령에 따라 농기계(100) 내 각종 전장 장치170를 제어할 수 있다. 예를 들어, VCU(120)는 ACU(110)로부터 스티어링 휠의 조향 명령을 수신할 수도 있다. 상기 조향 명령은 조향 각도의 절대 값 및 조향 방향을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 상기 조향 방향은 조향 각도의 양의 값 및 음의 값으로 미리 설정될 수도 있다. 예를 들어, 농기계의 오른쪽 주행을 위한 조향 방향은 양(+)의 각도, 농기계(100)의 왼쪽 주행을 위한 조향 방향은 음(-)의 각도로 미리 설정될 수도 있다. 그러면, VCU(120)는 조향 명령 내 조향 각도의 부호에 기초하여 조향 방향을 획득하고 조향 명령 내 조향 각도의 절대 값 및 상기 조향 방향에 기초한 스티어링 휠의 제어 신호를 생성하고 스티어링 제어 모터(170)로 전송한다. 특정 실시 예들에서, 상기 VCU(120)의 제어 신호는 전류 형태일 수도 있다. VCU(120)는 스티어링 제어 모터(170)의 전류 공급을 제어하여 스티어링 휠의 회전 방향, 회전 각도를 조절할 수도 있다.
그러면, 스티어링 제어 모터(170)는 상기 제어 신호에 따라 구동하여 스티어링 휠이 목표 조향 각도로 회전하게 한다.
이와 같이 스티어링 제어 모터(170)를 제어하는 입장(예컨대, ACU(110))에서는 스티어링 휠, 조향 계통 내 각종 링크, 기어, 타이어 크기, 차량 무게, 노지의 속성(예컨대, 평지, 논 또는 밭인지 여부) 등이 스티어링 제어 모터(170)의 부하로 작용한다.
스티어링 제어 모터의 부하가 상대적으로 적을 경우 스티어링 휠의 회전력을 바퀴로 전달하는데 상대적으로 적은 파워가 요구되므로, 스티어링 제어 모터가 요구하는 소모 전류가 상대적으로 적을 수도 있다. 반면, 스티어링 제어 모터의 부하가 상대적으로 클 경우 스티어링 휠의 회전력을 바퀴로 전달하는데 상대적으로 큰 파워가 요구되므로, 스티어링 제어 모터가 요구하는 소모 전류가 상대적으로 클 수도 있다.
또한, 상기 전장 장치170가 탑승자의 제어 입력을 수신하는 입력 장치(예컨대, 조이스틱, 터치 디스플레이 패널 등)를 포함할 수도 있다. 상기 입력 장치는 탑승자 조작 기기로 지칭될 수도 있다. 탑승자 조작 기기는 VCU 장치(130)와 연결되어 농기계 제어에 대해 탑승자가 신호를 입력하게 한다.
상기 입력 장치를 포함한 농기계(100)에서 VCU(130)는 농기계(100) 내 각종 입력 장치를 통해 탑승자의 농기계 제어에 대한 탑승자 신호를 수신하고, 이에 기반하여 다른 전장 장치170 또는 ECU(180)를 제어할 수 있다.
또한, 일부 실시 예들에서, 상기 ACU(110)는 카메라(153)의 촬영 이미지를 이용하여 비전 인식 자율주행 동작을 수행하도록 구성될 수도 있다. 카메라(153)는 전방의 오브젝트에 대한 이미지를 촬영하도록 구성된다. 상기 카메라(153)는 농기계 전방 또는 주변의 오브젝트를 촬영하도록 구성될 수도 있다. 또한, 상기 카메라(153)는 농기계 주변의 사람 또는 물체에 대한 촬영을 수행하도록 구성될 수도 있다. 복수의 카메라(153)가 농기계(100)의 자율 주행을 위해 농기계(100)의 이동 방향(예컨대, 전면부, 후면부, 측면부) 또는 농기계 주변에 위치한 오브젝트를 촬영하도록 설치될 수도 있다.
이 경우, ACU(110)는 비전 인식 결과에 기초하여, 외부 사용자의 개입 없이 보다 주체적으로 자율주행 동작을 수행할 수도 있다.
특정 실시 예들에서, 상기 ACU(110) 및 VCU(120)는 단일 장치로 통합될 수도 있다. 이 경우, 단일 장치는 VCU(120) 및 ACU(110) 각각의 동작을 모두 수행할 수도 있다. 본 명세서에서 상기 VCU 및 ACU 각각의 동작을 수행하는 단일 장치는 자율주행 장치로 지칭될 수도 있다.
도 1의 ACU(110), VCU(120)에 대해서는 이들을 통합한 도 2의 자율주행 장치를 참조해 보다 상세히 서술한다.
구동 장치(130)는 농기계(100)의 엔진에 해당한다. 구동 장치(130)는 ECU 장치(180)의 제어에 따라서 동작하거나 정지할 수 있다. 상기 구동 장치110는 디젤 엔진, 기타 내연 기관 엔진, 또는 전기 모터일 수도 있다.
상기 ECU 장치(engine control unit, 180)는 농기계(100)의 구동 장치(130), 즉, 엔진과 전기적으로 연결된다. ECU 장치(180)는 농기계(100)의 구동 장치(130)가 동작하거나 또는 정지하도록 제어할 수 있다.
상기 ECU 장치(180)는 농기계(100)에 내장되어 유선으로 농기계 내부의 다양한 구성요소를 제어하도록 구성된다. 상기 ECU 장치(180)는 엔진 제어, 변속기 제어 동작, 기타 제어 동작을 수행할 수도 있다. 운전자는 상기 ECU 장치(180)를 통해 농기계(100)를 원활하게 이용할 수 있다.
상기 ECU(180)는 ACU(110)의 제어 신호 또는 탑승자가 입력한 제어 신호를 VCU(120)를 통해 수신해 구동 장치110 등을 제어할 수도 있다. ACU(110) 및 VCU(120)는 ECU(180)에게 구동 장치110의 구동 또는 정지에 대한 제어 신호를 전송할 수 있다. ACU(110)로부터 ECU(180)에게 제어 신호가 전송되는 경우, 탑승자의 판단 없이 자율 주행에 따라서 구동 장치의 제어가 결정되어 제어 신호가 전송된다. VCU(120)로부터 ECU(180)에게 제어 신호가 전송되는 경우, 탑승자의 제어에 따라서 구동 장치의 제어가 결정되어 제어 신호가 전송된다.
PTO 제어 장치(140)는 PTO가 동작하거나 또는 정지하도록 제어할 수 있다. PTO 제어 장치(140)는 PTO에 대한 동력을 연결하거나 또는 끊음으로써 PTO의 동작을 제어할 수 있다.
PTO(160)는 농기계(100) 내 구동 장치(130), 즉, 엔진의 회전력을 농기계(100)에 농작업을 위해 연결된 작업기(work apparatus)에 전달하기 위한 장치이다. 상기 PTO(160)에 의해 작업기는 자체 모터 없이 외부 동력을 이용하여 작업 동작을 수행할 수도 있다. PTO(160)에 연결 가능한 작업기는 다양한 종류가 있다.
농기계(100)는 작업기를 견인하면서, 농작업 또는 토목 작업을 수행할 수 있다. 농 사용 차량(100)는 중량물을 견인할 수 있도록 강한 견인력을 제공할 수 있고, 다양한 작업을 수행할 수 있도록 다수의 변속 단수를 제공할 수 있다. 예를 들어, 농기계(100)는 트랙터일 수 있다. 또한, 작업기는 예를 들면, 가래, 쟁기(plow, plough), 써레(harrow), 레이크(rake), 로터베이터(rotavator) 및 수확기 등 다양한 농작업을 수행하는 기구들을 포함할 수 있다. 농기계(100)에 결합되는 작업기의 종류에 따라, 농기계(100)는 경운, 쇄토 작업 및 병 해충방제, 양수, 탈곡 등 각종 농작업을 수행할 수 있다.
서버(300)는 농기계(100)의 제조 업체 또는 자율 주행 기반 서비스 제공 업체에 의하여 운영되는 서버이다. 서버(300)는 농기계(100) 및 사용자 단말(400)에게 통신 네트워크(200)를 통하여 농기계(100)의 자율 주행 관련 정보를 전송할 수 있으며, 농기계(100) 및 사용자 단말(400)로부터 통신 네트워크(200)를 통하여 정보를 수신할 수 있는 전자 장치이다.
특정 실시 예들에서, 서버(300)는 일체형 서버(unitary server)일 수 있거나, 다수의 컴퓨터 또는 다수의 데이터센터에 걸쳐 있는 분산형 서버일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 서버(300)는 사설 인트라넷 또는 인터넷과 같은 컴퓨터 네트워크를 통해 다른 네트워크 서버와 통신할 수 있는 하위 장치와 연결되어 작업 수행 요청을 접수하고 그에 대한 작업을 수행하여 수행 결과를 제공하는 컴퓨터 시스템 및 컴퓨터 소프트웨어(네트워크 서버 프로그램)를 의미한다. 그러나, 서버(300)는 이러한 네트워크 서버 프로그램 이외에도, 서버 상에서 동작하는 일련의 응용 프로그램과 경우에 따라서는 내부에 구축되어 있는 각종 데이터베이스를 포함하는 넓은 개념으로 이해되어야 할 것이다. 서버(300)는 예로서 제한 없이, 웹 서버, 뉴스 서버, 메일 서버, 메시지 서버, 광고 서버, 파일 서버, 애플리케이션 서버, 교환 서버, 데이터베이스 서버, 프록시 서버, 본 명세서에 기술된 기능이나 프로세스를 수행하는데 적절한 또 다른 서버 또는 이들의 임의의 조합과 같이, 다양한 타입일 수 있다. 특정 실시 예들에서, 각 서버(300)는 서버(300)에 의해 구현되거나 지원되는 적절한 기능을 수행하기 위한 하드웨어, 소프트웨어 또는 임베디드 논리 소자 또는 2 이상의 이런 소자들의 조합을 포함할 수 있다.
사용자 단말(400)은 농기계(100)의 사용자에 의하여 운영되는 단말이다. 사용자 단말(400)는 통신 네트워크(200)를 통하여 농기계(100), 또는 서버(300)와 정보를 송수신할 수 있는 전자 장치이다.
사용자는 다수의 사용자 단말로 농기계(100), 또는 서버(300)와 정보를 송수신할 수 있다.
특정 실시 예들에서, 사용자 단말(400)은 하드웨어, 소프트웨어 또는 임베디드 로직 컴포넌트나 이들의 2 이상의 컴포넌트의 조합을 포함하고 전자 장치(400)에 의해 구현되거나 지원되는 적절한 기능을 수행할 수 있는 컴퓨팅 시스템일 수도 있다. 상기 전자 장치(400)는, 예를 들어, 데스크톱 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 넷북, 태블릿 컴퓨터, e-북 리더, GPS 장치, 카메라, 개인용 정보 단말기(PDA), 휴대용 전자 장치, 셀룰러 전화, 스마트 폰, 기타 컴퓨팅 장치, 기타 모바일 장치, 기타 웨어러블 장치, 다른 적절한 전자 장치 또는 이들의 임의의 적절한 조합과 같은 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다.
도 2는, 본 출원의 다양한 실시 예에 따른, VCU 및 ACU를 포함한 자율주행 장치의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 상기 자율주행 장치는 GPS 통신부(111), 전류 센서(113), 연산부(115), 메모리(117) 및 구동부(121)를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 상기 자율주행 장치는 입력 인터페이스(112)를 더 포함할 수도 있다.
상기 자율주행 장치는 ACU(110)의 구성요소 및 VCU(120)의 구성요소를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 도 2의 자율주행 장치의 동작이 별도의 ACU(110)와 VCU(120)로 구현될 경우, ACU(110)는 자율주행 장치의 자율주행 관련 연산 또는 제어 동작을 수행하기 위한 구성요소(111, 112, 113, 115, 117)를 포함하고 VCU(120)는 자율주행 장치의 자율주행 관련 주행 동작을 수행하기 위한 구성요소(121)를 포함할 수도 있다.
상기 통신부(111)는 GPS 위성과 통신하는 GPS 통신부(111)일 수도 있다. GPS 통신부(111)는 GPS 정보를 수신하여 연산부(115)로 전달할 수도 있다.
입력 인터페이스(112)는 유/무선으로 농기계(100) 내 다른 자율주행 장치 또는 ACU(110)와 전기적으로 연결되거나 및/또는 주행 속도 센서(152)와 전기적으로 연결될 수도 있다. 예를 들어, 입력 인터페이스(112)는 프로세서와 연결되고 신호를 전송 및/또는 수신한다. 입력 인터페이스(112) 는 송신기(transmitter), 수신기(receiver), 또는 트랜시버(transceiver)로 지칭되는 다른 통신부와 연결될 수 있다. 상기 다른 통신부는 유선 접속 시스템 및 무선 접속 시스템들인 IEEE(institute of electrical and electronics engineers) 802.xx 시스템, IEEE Wi-Fi 시스템, 3GPP(3rd generation partnership project) 시스템, 3GPP LTE(long term evolution) 시스템, 3GPP 5G NR(new radio) 시스템, 3GPP2 시스템, 블루투스(Bluetooth) 등 다양한 무선 통신 규격 중 적어도 하나를 지원할 수 있다.
참고로, GPS 통신부(111)는 GPS 위성과의 통신에 특화된 프로토콜로 전기 통신하는 송신기, 수신기 또는 트랜시버일 수도 있다.
상기 입력 인터페이스(112)는 유/무선으로 농기계(100) 내 다른 자율주행 장치 또는 ACU(110)의 제어 신호를 수신하거나 또는 주행 속도 센서(152)로부터 농기계(100)의 주행 속도를 측정한 센서 신호를 수신하고 수신된 신호를 연산부(115)로 전달할 수도 있다.
전류 센서(113)는 스티어링 제어 모터(170)가 구동 시에 발생하는 전류 값의 변화를 감지한다. 구동부(121)가 스티어링 제어 모터(170)의 구동을 위해 전류 형태의 제어 신호(이하, "제어 전류")를 공급할 경우 전류 센서(113)는 스티어링 제어 모터(170)로 공급되는 제어 전류를 측정하여 연산부(115)로 전달할 수도 있다.
연산부(115)는 프로세서를 포함할 수도 있다. 상기 프로세서는 본 발명에서 제안한 절차 및/또는 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서는 자율주행 장치의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 프로세서는 통신부(111)를 통해 정보 등을 전송 또는 수신한다. 또한, 프로세서는 메모리(117)에 데이터를 기록하고, 읽는다. 상기 연산부(115)는 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다.
연산부(115)는 GPS통신부(111)를 통해 수신한 GPS 정보에 기초해 농기계(100)의 위치를 획득할 수도 있다. 또한, 연산부(115)는 GPS 정보 및/또는 주행 속도 정보에 기초하여 농기계(100)의 주행 관련 정보를 산출할 수도 있다. 상기 주행 관련 정보는 주행 지역 상에서 주행 방향 또는 주행 속도 정보를 포함할 수도 있다. 상기 주행 방향 또는 주행 속도 정보에서 주행 방향, 속도는 지리적 정보와 결합되어 표현될 수도 있다. 예를 들어, GPS 정보로부터 경도, 위도로 표현되는 농기계(100)의 위치를 획득하고, 연산부(115)는 미리 저장된 지리적 정보(예컨대, 지도 정보)를 활용해 농기계(100)의 위치를 지도 상에 표시하고 지도 상의 다른 장소 또는 개체와의 상대적 위치로 표현할 수도 있다. 또한, 농기계(100)의 주행 방향 또는 주행 속도를 상기 지도 상의 다른 장소 또는 객체와의 상대적 방향 또는 속도로 표현할 수도 있다.
또한, 연산부(115)는 입력 인터페이스(112)를 통해 수신한 센서 신호에 기초하여 스티어링 제어 모터(170)에 공급된, 스티어링 휠의 조향 각도를 제어하기 위한 제어 전류의 측정 결과를 획득한다. 상기 측정 결과는 제어 전류의 측정 값을 포함한다. 또한, 상기 측정 결과는 측정 값이 측정된 시간을 더 포함할 수도 있다. 그러면, 상기 측정 결과는 시간에 따른 제어 전류의 변화 그래프를 구현하는데 이용될 수도 있다.
연산부(115)는 농기계(100)의 자율주행 관련 동작을 처리하도록 구성된다. 연산부(115)는 서버(300) 또는 사용자 단말(400)로부터 수신한 주행 가이드에 따라 자율주행을 위한 제어 명령을 생성하고 VCU(120)에 전송할 수도 있다.
또한, 상기 연산부(115)는 주행 가이드에 따른 자율주행을 위한 제어 명령을 생성하기 이전에, 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 설정하기 위한 제어 명령을 생성하고 VCU(120)에 전송할 수도 있다. 예를 들어, 연산부(115)는 스티어링 휠을 순차적으로 우측 방향 또는 좌측 방향으로 회전하는 제어 명령을 생성하고 구동부(121)로 전송할 수도 있다.
메모리(117)는 휘발성 메모리, 비 휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비 휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 상기 메모리(117)는 연산부(115)의 동작을 위한 명령어 또는 연산부(115)의 동작 결과를 저장한다. 또한, 메모리(117)는 연산부(115) 및 아래의 구동부(121)를 이용하여 획득된, 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 저장한다. 상기 메모리(117)는 연산부(115)의 요청에 따라 저장된 데이터(예컨대, 보상 각도)를 제공할 수도 있다.
구동부(121)는 농기계(100)가 목표 위치까지 이동하도록 연산부(115)의 제어 명령에 따라 스티어링 제어 모터(170)를 제어할 수도 있다. 예를 들어, 구동부(121)는 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 설정하기 위한 제어 명령에 따라 스티어링 제어 모터(170)를 제어할 수도 있다.
이러한 연산부(115), 및 구동부(121)를 주로 이용하여 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 설정하고, 설정된 보상 각도를 적용해 수정된 스티어링 휠의 회전 각도로 보다 정확하게 자율주행하는 도 2의 자율주행 장치의 동작에 대해서는 아래의 도 5 내지 도 8을 참조해 보다 상세히 서술한다.
스티어링 유격에 대한 보상 각도를 설정하는 것에 대한 보다 정확한 이해를 위해, 우선 스티어링 유격을 보다 상세히 설명한다.
도 3은, 스티어링 유격을 갖는 농기계에서 스티어링 휠의 회전과 바퀴의 조향 사이의 관계를 도시하고, 도 4는, 스티어링 유격을 갖지 않는 농기계에서 스티어링 휠의 회전과 바퀴의 조향 사이의 관계를 도시한다.
농기계(100)의 조향 계통(steering system)은 자율주행 농기계(100)에서 제어 모터의 제어로 인해 스티어링 휠이 회전하면, 스티어링 휠과 바퀴 사이의 각종 링크/기어를 통해 스티어링 휠의 회전력을 바퀴로 전달하도록 구성된다. 즉, 스티어링 휠의 회전은 바퀴의 회전을 야기한다. 상기 주행 계통은 다음의 수학식과 같이 상기 스티어링 휠의 조향 각도와 바퀴의 조향 각도 간에 비례 관계를 갖도록 구성된다.
[수학식 1]
바퀴의 조향 각도 : 스티어링 휠의 회전 각도 = 1 : R
여기서, R은 농기계(100)의 조향 비를 나타낸다. 상기 조향 비(R)은 0 < R<1의 값으로 설계될 수도 있다.
농기계(100)에서는 자율주행을 위해 스티어링 휠에 대한 회전 명령이 입력되면 스티어링 휠이 명령 내 회전 각도만큼 회전한다. 상기 회전 명령은 ACU(110) 자체에서 연산된 값에 따라 생성된 것이거나 서버(300) 또는 사용자 단말(400)로부터 수신한 명령일 수도 있다.
상기 스티어링 유격은 전술한 바와 같이, 스티어링 휠과 바퀴 사이를 연결하는 다양한 조향 계통의 구성요소들의 결합 구조의 결함으로 인한 것이다. 스티어링 유격으로 인해 스티어링 휠의 회전력이 바퀴로 즉각적으로 전달되지 않는다. 스티어링 유격 범위 내에서는 스티어링 휠이 회전하더라도 다른 조향 계통에 영향이 없기 때문에 스티어링 휠과 다른 조향 계통의 구성요소 사이의 결합에 유격(예컨대, 스티어링 휠과 조향 축 간의 유격, 또는 조향 축과 다른 링크 간의 유격 등)이 있는 것으로 간주할 수 있다.
스티어링 유격 범위 내에 스티어링 휠이 회전할 경우 스티어링 휠의 회전력이 바퀴로 전달되지 않아 스티어링 휠의 회전과 바퀴의 회전이 동기화되지 않는다. 예를 들어, 도 3에 도시된 것처럼 농기계(100)는 기준 상태에서 좌측으로 A°까지의 범위 및 기준 상태에서 우측으로 B°까지의 범위로 이루어진 스티어링 유격을 가진다. 이 경우 스티어링 유격은 - A° 내지 B°로 표현될 수도 있다. 여기서, A, B 는 양수일 수도 있다.
스티어링 유격 범위 이내로 스티어링 휠이 회전하면, 바퀴는 실제로 회전하지 않아 직진한다. 예를 들어, 회전 각도 X'(여기서, - A < X' < B)를 갖는 회전 명령이 도 3의 농기계(100)에 설치된 자율주행 장치에 입력되면, 스티어링 휠이 회전 각도 X'만큼 회전하여도 스티어링 유격으로 인해 회전력이 바퀴로 전달되지 않아 바퀴는 실제로 회전되지 않고, 결국 회전 명령이 의도한 바퀴의 조향 각도X'*R만큼 농기계(100)의 주행 방향이 회전하지 않고 도 3에 도시된 것처럼 직진한다.
스티어링 유격 범위를 초과해 스티어링 휠이 회전해야 스티어링 휠의 회전력이 바퀴로 전달해 바퀴가 회전한다. X'>B인 X'만큼 스티어링 휠이 우측으로 회전하면 (X'-B)*R만큼 바퀴가 회전하고 X'>A인 X'만큼 스티어링 휠이 좌측으로 회전하면 (X'-A)*R만큼 바퀴가 회전한다.
반면, 농기계(100)에 스티어링 유격이 없을 경우, 스티어링 휠이 명령 내 회전 각도만큼 회전하는 동안 회전력이 그대로 바퀴로 전달되어 스티어링 휠의 회전 각도에 대응한 바퀴의 조향 각도만큼 바퀴가 실제 회전한다. 여기서, 스티어링 휠의 회전 각도에 대응한 바퀴의 조향 각도는 수학식 1에 따라 산출된다.
예를 들어, 원하는 경로로 농기계(100)가 자율주행하기 위해서 X*R만큼 농기계(100)의 주행 방향이 변경되어야 할 경우, 바퀴의 조향 각도 X*R을 야기하는 회전 각도 X를 갖는 회전 명령이 도 4의 농기계(100)에 설치된 자율주행 장치에 입력된다. 그러면, 스티어링 유격이 없기 때문에 스티어링 휠이 회전 각도 X만큼 회전하는 동안 회전력이 바퀴로 그대로 전달되어 바퀴 역시 온전히 X*R만큼 실제로 회전한다. 농기계(100)의 탑승자는 스티어링 휠을 100 °만큼 회전시킬 경우 바퀴는 100*R만큼 회전한다.
즉, 도 4에 도시된 것처럼, 스티어링 유격이 없을 경우 수학식 1에 따른 스티어링 휠의 회전과 바퀴의 회전의 동기화가 정확하게 구현되어, 농기계(100)는 원하는 자율주행을 정확히 수행할 수 있다.
따라서, 스티어링 유격이 있는 농기계(100)의 경우 회전 명령 내 회전 각도를 그대로 이용해 스티어링 휠을 회전하기 이전에, 스티어링 유격을 고려해 상기 회전 명령 내 회전 각도를 보정한 회전 각도를 구동부(121)로 입력하는 것이 요구된다. 그래야 구동부(121)는 회전 명령이 의도한 조향 각도로 바퀴를 조향할 수 있는 제어 신호를 생성해 스티어링 제어 모터(170)로 전달하고, 스티어링 제어 모터(170)는 상기 제어 신호에 따라 구동해 상기 회전 명령이 의도한 바퀴의 조향 각도를 야기하는 회전 각도로 스티어링 휠을 회전시킬 수 있어, 결국 상기 회전 명령이 의도한 조향 각도로 바퀴가 실제 회전한다.
이를 위해, 상기 자율주행 장치는 연산부(115) 및 구동부(121)를 이용하여 농기계(100)의 자율주행 이전에 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 산출하고 상기 보상 각도를 저장하는, 사전 설정 동작을 수행할 수 있다.
도 5는, 본 출원의 다른 일 측면에 따른, 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 사전 설정하는 방법(또는, "사전 설정 동작"으로 지칭됨)의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 상기 사전 설정 동작은, 연산부(115) 및 구동부(121)에 의해 스티어링 휠이 기준 상태에서 상기 농기계(100)를 주행하는 단계(S510); 스티어링 휠이 기준 상태에서 일 방향으로 회전하도록 스티어링 제어 모터(170)에 제어 전류를 공급하는 단계(S520); 연산부(115)에서 전류 센서(113)로부터 상기 제어 전류의 측정 결과를 수신하는 단계(S530); 전류 센서(113)로부터 수신한 상기 제어 신호의 전류 측정 결과에 기초하여 상기 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 결정하는 단계를 포함한다.
상기 단계(S510)에서 스티어링 휠이 기준 상태로 위치한 뒤 농기계(100)의 주행이 개시된다. 일부 실시 예들에서, 상기 농기계(100)는 사전 설정 동작을 위해 미리 설정된 속도로 주행할 수도 있다.
전술한 바와 같이 스티어링 유격 범위는 우측 방향으로의 스티어링 휠의 회전 각도 및 좌측 방향의 스티어링 회전 각도로 정의될 수도 있다. 상기 단계(S520)에서 우측 방향의 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 산출하기 위해 스티어링 휠은 우측 방향으로 회전하거나 좌측 방향의 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 산출하기 위해 스티어링 휠은 좌측 방향으로 회전한다. 이러한 스티어링 휠의 회전은 단계(S510)에 따른 농기계(100)의 주행 동안 수행된다.
상기 단계(S520)에서 연산부(115)는 보상 각도를 설정하기 위한 회전 명령을 생성하고 상기 보상 각도를 설정하기 위한 회전 명령을 상기 구동부(121)로 전송한다. 상기 회전 명령은 스티어링 휠에 대한 회전 명령이다. 상기 보상 각도를 설정하기 위한 회전 명령은 스티어링 휠의 회전 각도를 점차 증가시키는 명령 값을 가진다. 예를 들어, 상기 보상 각도를 설정하기 위한 회전 명령은 일정한 값의 회전 속도를 가지거나, 또는 시간의 흐름에 따라 순차적으로 증가한 회전 각도 값의 세트를 포함할 수도 있다. 상기 세트는 (t1,
Figure 112022112739056-pat00001
1), (t2,
Figure 112022112739056-pat00002
2), ..., (tn,
Figure 112022112739056-pat00003
n)의 값으로 이루어질 수도 있다. tn은 사전 보상 동작을 위한 샘플 주행 시간으로서, n은 단위 시간의 인덱스를 나타낸다. 여기서,
Figure 112022112739056-pat00004
n>
Figure 112022112739056-pat00005
n-1이다. 일부 예들에서, 세트 내 회전 각도 값은
Figure 112022112739056-pat00006
n-
Figure 112022112739056-pat00007
n-1=
Figure 112022112739056-pat00008
const의 관계를 만족하도록 설정될 수도 있으나, 이에 제한되진 않는다.
상기 단계(S520)에서 구동부(121)는 상기 보상 각도를 설정하기 위한 회전 명령에 따라 스티어링 휠을 회전하기 위한 제어 신호를 생성하고 상기 스티어링 휠을 회전하기 위한 제어 신호를 스티어링 제어 모터(170)로 전송한다. 상기 제어 신호는 전류 형태로 공급될 수도 있다.
상기 단계(S530)에서 전류 센서(113)는 스티어링 제어 모터(170)로 공급되는 제어 전류를 측정하고, 그 측정 결과를 연산부(115)로 전송한다. 상기 단계(S530)에서 연산부(115)는 아래의 도 6의 그래프를 표현할 수 있는 측정 결과를 수신할 수도 있다.
도 6은, 본 출원의 다양한 실시 예들에 따른, 스티어링 제어 모터에 대한 제어 전류와 스티어링 유격 간의 관계를 도시한 그래프도이다.
도 6의 그래프는 특정 결합 구간에만 스티어링 유격이 있는 경우를 도시한다. 상기 특정 결합 구간은, 예를 들어 스티어링 휠과 조향 축 간의 결합 구간일 수도 있다. 설명의 명료성을 위해, 스티어링 제어 모터(170)의 부하 전체 용량은 조향 계통의 구성요소만을 고려하고 지면 등은 무시되었다.
도 6을 참조하면, 제어 전류의 공급 양상은 모터(170)의 구동 여부, 스티어링 유격 범위 내에 회전인지 여부에 따라 상이하게 나타날 수도 있다. 상기 단계(S520)는, 상기 스티어링 유격 범위 이내에서 스티어링 휠이 회전할 경우 상기 스티어링 제어 모터가 정지할 때보다 증가된 제어 전류를 공급하는 단계; 및 상기 스티어링 유격 범위를 초과해 스티어링 휠이 회전할 경우 상기 스티어링 유격 범위 이내에서 회전할 때보다 증가된 제어 전류를 공급하는 단계를 포함한다.
스티어링 제어 모터(170)가 구동하지 않고 정지할 때에는 제어 전류가 공급되지 않는다.
제어 전류가 공급되면 스티어링 휠이 회전할 수도 있다. 제어 전류는 스티어링 제어 모터(170)의 부하에 의존한다. 스티어링 제어 모터(170)의 부하는 스티어링 휠의 회전력이 가해지는 부하이다.
도 3을 참고해 전술한 바와 같이, 스티어링 유격 범위 내에서 스티어링 휠이 회전하더라도 다른 조향 계통의 구성요소를 통해 바퀴로 스티어링 휠의 회전력이 전달되지 않으므로, 스티어링 유격 내에서 스티어링 휠이 회전하는 동안 스티어링 휠의 회전력이 가해지는 스티어링 제어 모터(170)의 부하로서 작용하는 조향 계통 내 구성요소는 전체 조향 구조 중 스티어링 휠, 및 상기 스티어링 휠과 조향 축 사이의 구성요소(예컨대, 조향 칼럼 등)와 같은 일부 구성요소이다. 스티어링 유격 내에서 스티어링 휠이 회전하는 동안에는 상기 조향 축 및 상기 조향 축과 바퀴 사이의 구성요소(예컨대, 기어, 암, 링크 등)는 스티어링 제어 모터(170)의 부하로서 작용하지 않는다.
상기 스티어링 유격 범위 내에서 스티어링 휠이 회전하는 동안에는 스티어링 제어 모터(170)의 부하는 상기 조향 계통 내 일부 구성요소이므로 제어 전류가 초기에 상승한 후 상기 스티어링 제어 모터(170)의 부하 변화가 있을 때까지 유지하는 형태를 보인다.
이와 같이 스티어링 유격 범위 내에서 스티어링 휠이 회전하는 동안에는 상대적으로 적은 제어 전류가 측정된다. 즉, 스티어링 제어 모터(170)의 부하가 회전력을 온전히 전달할 만큼 크지 않으므로, 조그만큼의 파워(즉 전류)만 있어도 스티어링 휠은 회전하지만 바퀴는 조향하지 않는다.
단계(S520)에서는 스티어링 휠이 계속 회전하므로, 스티어링 휠은 스티어링 유격을 벗어나 회전한다. 스티어링 유격을 벗어나는 시점으로부터 스티어링 휠의 회전력이 바퀴로 전달되므로, 스티어링 제어 모터(170)의 부하는 조향 계통 전체이다. 이와 같이 스티어링 휠이 스티어링 유격 범위를 벗어난 회전 각도로 회전할 경우 스티어링 제어 모터(170)의 부하는 스티어링 유격 범위 이내에서 회전하는 경우 보다 큰 부하 용량을 가진다.
따라서, 스티어링 유격 범위를 초과해 스티어링 휠이 회전하는 동안에는, 스티어링 유격 범위 내에서 스티어링 휠이 회전하는 동안에 측정된 제어 전류 보다 큰 값의 제어 전류가 측정된다. 즉, 스티어링 제어 모터(170)의 부하가 회전력을 온전히 전달할 만큼 크므로, 스티어링 휠의 회전과 함께 바퀴도 조향한다.
도 6에서는 단일 스티어링 유격만이 있는 것을 가정하였기 때문에, 전류 구간은 2개의 전류 구간을 포함한다. 그러나, 스티어링 유격은 스티어링 휠에서 바퀴까지의 결합 구간 전체를 이루는 조향 계통의 구성요소 중에서 일부 구간의 결합 결함으로 각각 발생한, 복수의 서브 유격을 포함할 수도 있다. 예를 들어 스티어링 유격은 스티어링 휠과 조향 축 간의 결합 구간의 제1 서브 유격, 조향 축 이후의 다른 링크와 암 간의 결합 구간의 제2 서브 유격을 포함할 수도 있다. 그러면, 상기 전류 구간은 제1 서브 유격에 대응한 제1 부하 그룹으로 인해 제어 전류의 변화가 발생함으로써 검출 가능한 제1 전류 구간, 제2 서브 유격에 대응한 제2 부하 그룹으로 인해 제어 전류의 변화가 추가 발생함으로써 검출 가능한 제2 전류 구간, 및 조향 계통의 나머지 부하로 이루어진 제3 부하 그룹으로 인해 제어 전류의 변화가 추가 발생함으로써 검출 가능한 제3 전류 구간을 포함할 수도 있다. 여기서, 제1 부하 그룹은 결합 구간 전체에서 스티어링 휠까지의 조향 구성요소이다. 예를 들어, 제1 부하 그룹은 스티어링 휠일 수도 있다. 제2 부하 그룹은 결합 구간 전체에서 상기 조향 축부터 상기 다른 링크까지의 조향 구성요소이다. 상기 제3 부하 그룹은 상기 제2 서브 유격의 다른 링크와 결합된 상기 암으로부터 바퀴까지의 나머지 조향 구성요소이다.
이와 같이 스티어링 유격 범위를 벗어난 회전 각도로 스티어링 휠이 회전하면 급격한 제어 전류의 상승이 발생한다. 연산부(115)는 상기 제어 전류의 상승을 이용하여 보상 각도를 설정할 수도 있다.
이를 위해, 일부 실시 예들에서, 상기 전류 센서(113)로부터 수신한 상기 제어 신호의 전류 측정 결과에 기초하여 상기 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 결정하는 단계는, 상기 측정 결과에서 제어 전류의 변화에 기초하여 전류 구간을 검출하는 단계(S540); 및 검출된 전류 구간에서의 스티어링 휠의 회전 각도에 기초하여 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 결정하는 단계;를 포함한다.
상기 단계(S540)에서 전류 구간은 제어 전류의 변화에 기초하여 설정된다. 연산부(115)는 제어 전류의 상승 또는 하강과 같은 변화 여부에 기초하여 하나 이상의 전류 구간을 검출할 수도 있다. 상기 전류 구간은 제어 전류의 변화가 시작된 시점으로부터, 제어 전류의 변화가 종료되고 제어 전류의 다음 변화가 시작된 지점까지의 구간 중 일부 또는 전부를 포함할 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 연산부(115)는 측정 시간 동안 측정된 제어 전류의 변화가 상승인 지점을 검출하고, 검출된 상승 지점으로부터 상승이 종료되고 다음 상승 지점까지의 시간 전체의 구간 또는 일부 구간을 전류 구간으로 설정할 수도 있다. 또한, 연산부(115)는 측정 시간 동안 측정된 제어 전류의 변화가 상승인 지점을 검출하고, 검출된 상승 지점으로부터 상승이 종료되고 다음 하강 지점까지의 시간 전체의 구간 또는 일부 구간을 전류 구간으로 설정할 수도 있다.
예를 들어, 연산부(115)는 도 6의 측정 결과를 수신할 경우, 최초 검출된 상승 지점으로부터 상승이 종료되고 다음 상승 지점까지의 시간 전체의 구간으로 이루어진 제1 전류 구간(610) 및 검출된 상승 지점으로부터 상승이 종료되고 다음 하강 지점까지의 시간 전체의 구간으로 이루어진 제2 전류 구간(620)을 검출할 수도 있다.
또한, 상기 제어 신호의 전류 측정 결과에 기초하여 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 결정하는 단계는 검출된 전류 구간에서의 스티어링 휠의 회전 각도에 기초하여 수행된다. 상기 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 결정하는 단계는 주행 중인 농기계의 GPS 정보를 획득하는 단계(S550); 주행 중인 농기계의 GPS 정보에 기초해 상기 검출된 전류 구간 중에서 바퀴의 조향 각도의 변화가 발생한 전류 구간을 검출하는 단계(S560); 및 상기 바퀴의 조향 각도의 변화가 발생한 전류 구간에서의 스티어링 휠의 회전 각도에 기초하여 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 결정하는 단계(S570)를 포함한다.
상기 단계(S550)에서 연산부(115)는 GPS 모듈(151)로부터 농기계(100)의 GPS 정보를 수신한다. 일부 실시 예들에서, 상기 농기계(100)는 실시간 GPS 정보를 수신하지 않고, 전류 구간의 검출에 따라서 GPS 정보의 제공을 요청하여 상기 GPS 정보를 수신할 수도 있다. 또한, 상기 농기계(100)는 주행 시간 전체에 대한 GPS 정보를 수신하지 않고, 검출된 전류 구간의 시간 동안의 GPS 정보만을 선택적으로 수신할 수도 있다. 예를 들어, 상기 농기계(100)는 검출된 전류 구간의 시간 동안의 GPS 정보만을 요청하여 상기 GPS 정보를 선택적으로 수신할 수도 있다. 이를 통해, 불필요한 통신 및 데이터 저장을 보다 감소시킬 수 있다.
상기 단계(S560)에서 연산부(115)는 농기계(100)의 GPS 정보에 기초하여 농기계(100)의 주행 방향을 산출하고, 주행 방향의 변화를 검출한다. 연산부(115)는 농기계(100)의 주행 방향의 변화가 발생한 것을 스티어링 휠의 회전력이 바퀴에 전달된 것으로 결정한다. 주행 방향의 변화가 발생했다는 것은 스티어링 휠이 스티어링 유격 범위를 초과하여 회전함으로써 스티어링 휠의 회전력이 바퀴에 전달되어 바퀴의 조향 각도가 변경되었다는 것을 의미한다.
상기 연산부(115)는 주행 방향의 변화가 발생한 시간에 기초하여 바퀴의 조향 각도의 변화가 발생한 전류 구간을 검출한다. 주행 방향의 변화가 발생한 시간을 포함한 전류 구간이 바퀴의 조향 각도의 변화가 발생한 전류 구간으로 검출된다.
상기 단계(S570)에서 연산부(115)는 바퀴의 조향 각도의 변화가 발생한 전류 구간에서 스티어링 휠의 회전 각도의 값을 연산부(115)에서 구동부(121)로 전송한 회전 명령에서 검색한다. 상기 검색된 회전 각도의 값을 이용하여 스티어링 유격에 대한 보상 각도가 결정된다.
일부 실시 예들에서 상기 연산부(115)는 상기 바퀴의 조향 각도의 변화가 발생한 전류 구간에서 전류가 상승한 서브 구간 중 임의의 시점에서의 스티어링 휠의 회전 각도의 값을 검색하여 보상 각도로 결정할 수도 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 것처럼 상승하는 서브 구간 중 일정 값에 대응한 회전 각도가 보상 각도로 결정될 수도 있다. 결정된 보상 각도는 스티어링 유격 범위에 매칭된다. 또한, 일부 실시 예들에서 상기 연산부(115)는 바퀴의 조향 각도의 변화가 발생한 전류 구간에서 전류가 상승을 개시한 시점에서의 스티어링 휠의 회전 각도의 값을 검색하여 검색된 상기 스티어링 휠의 회전 각도를 상기 일 방향의 스티어링 유격에 대한 보상 각도로 결정할 수도 있다.
또한, 일부 실시 예들에서, 상기 사전 설정 동작은, 농기계(100)의 GPS 정보에 기초하여 상기 보상 각도를 검증하는 단계(S580); 및 검증 성공한 보상 각도의 값으로 상기 보상 각도를 설정하는 단계(S590)를 더 포함할 수도 있다.
상기 단계(S580)는 연산부(115) 및 구동부(121)에 의해, 일정한 검증 시간 농기계(100)가 주행하는 동안, 단계(S570)에서 결정된 일 방향의 보상 각도를 초과한 회전 각도로 상기 스티어링 휠을 회전하는 단계; 및 상기 보상 각도를 초과한 회전 각도로 스티어링 휠이 회전한 이후에 상기 보상 각도를 초과한 회전 각도와 보상 각도 간의 차이 각도에 대응한 조향 각도로 바퀴가 회전하는지 확인하는 단계를 포함한다.
상기 결정된 일 방향은 좌측 방향 보상 각도 및 우측 방향 보상 각도 중 하나 이상일 수도 있다.
상기 단계(S580)에서 연산부(115)는 바퀴의 회전을 확인하기 위해 일정한 검증 시간 농기계(100)가 주행하면서 보상 각도 이상의 값을 갖는 회전 각도를 포함한 회전 명령을 생성하여 구동부(121)로 전달한다. 구동부(121)는 상기 회전 명령에 따라 상기 보상 각도 이상의 값을 갖는 회전 각도로 스티어링 휠을 회전시킨다.
상기 확인하는 단계는 상기 검증 시간 동안의 GPS 정보에 기초하여 상기 검증 시간 동안의 주행 방향을 산출하는 단계; 상기 검증 시간 동안의 스티어링 휠의 회전 전과 후의 주행 방향의 차이에 기초하여 바퀴의 조향 각도를 산출하는 단계; 및 산출된 바퀴의 조향 각도 및 상기 보상 각도를 초과한 회전 각도와 상기 보상 각도 간의 차이 각도가 상기 수학식 1을 만족하는지 확인하는 단계를 포함한다.
상기 수학식 1을 만족하지 않을 경우 단계(S570)에서 결정된 보상 각도의 검증은 실패한 것으로 결정된다. 반면, 상기 수학식 1을 만족할 경우 결정된 보상 각도의 검증은 성공한다. 그러면, 연산부(115)는 검증 성공한 보상 각도를 메모리(117)에 저장하고, 사전 설정 동작을 완료한다(S590).
일부 실시 예들에서, 상기 사전 설정 동작의 주행 환경은 미리 지정될 수도 있다. 상기 자율주행 장치를 장착한 농기계(100)는 농작업이 수행되는 공간인 작업장과 다른 공간에서 단계(S510)의 주행을 개시해 단계(S520 내지 S590)를 수행하여 사전 설정 동작을 진행할 수도 있다. 상기 다른 공간은 미리 지정된 평지 또는 생산공장 내 미리 지정된 공간일 수도 있다. 상기 다른 공간은 상기 작업장 대비 작업장의 속성이 스티어링 제어 모터(170)의 부하로 작용하는 영향이 상대적으로 적기 때문에 정형화된 학습 환경을 제공한다.
또한, 일부 실시 예들에서, 상기 사전 설정 동작은 다음의 조건 중 하나 이상의 조건을 설정 조건으로 지정한 농기계(100)를 이용하여 수행될 수도 있다: a) 엔진 점화 키 온(on), b) 브레이크 스위치 온(on), c) 단계(S510)의 농기계(100)의 주행 속도를 일정 범위 내에서 유지, 여기서 일정 범위는, 예를 들어 0 내지 10KPH, 또는 5KPH 내지 10KPH, d) 단계(S520)의 스티어링 휠의 회전을 -20°또는 20°까지 회전.
이러한 사전 설정 동작은 제어 전류를 이용함으로써, 농기계(100)마다 개별적으로 발생하기 때문에 기계적 관점에서 분석하기 어려운 스티어링 유격을 보다 간편하게 분석해 보상 각도를 설정할 수 있다. 또한, 수m 내지 수십 cm의 오차를 갖는 GPS 정보만을 이용하는 경우 보다 정밀하게 보상 각도를 설정할 수 있다.
도 1의 농기계(100)는 도 5의 사전 설정 동작에 의해 설정된 보상 각도를 이용하여 회전 명령 내 회전 각도를 수정한 뒤, 수정된 회전 각도만큼 스티어링 휠을 회전시켜 회전 명령이 의도한 조향 각도로 농기계(100)가 정확히 주행하게 한다.
도 7은, 본 출원의 또 다른 일 측면에 따른, 미리 설정된 보상 각도를 이용하여 농기계(100)를 자율주행하는 방법의 흐름도이고, 도 8은, 도 7의 자율주행 결과의 개략도이다.
도 7의 방법은 스티어링 유격을 갖고 있어 상기 스티어링 유격을 보정하기 위한 보상 각도가 미리 설정된 농기계(100)가 자율주행 경로를 따라 전진 또는 후진하는 동안 상기 농기계(100)에 설치된 도 2의 자율주행 장치에 의해 수행된다. 예를 들어, 스티어링 유격 범위가 -A° 내지 B°인 경우 보상 각도는 -A° 및 B°로 미리 설정된다. 여기서 음(-)의 각도는 좌측 회전 및 우측 회전 중 어느 하나의 방향을 가리킨다. 이하 음의 각도는 좌측 회전을 나타낸다.
상기 자율주행하는 과정은, 연산부(115)에서 자체 산출하거나 서버(300) 또는 단말(400)로부터 자율주행 경로로 주행하기 위한 타겟 조향 각도를 획득하는 단계(S710); 농기계(100)의 조향비를 이용하여 상기 타겟 조향 각도에 대응한 스티어링 휠의 제1 회전 각도를 산출하는 단계(S720); 산출된 스티어링 휠의 제1 회전 각도에 상기 보상 각도를 적용하여 상기 스티어링 휠의 제2 회전 각도를 산출하는 단계(S730); 상기 스티어링 휠의 제2 회전 각도를 갖는 회전 명령을 생성하여 구동부(121)로 전송하는 단계(S740); 및 구동부(121)에서 상기 회전 명령에 따른 제어 전류로 스티어링 제어 모터를 제어하여 상기 제2 회전 각도만큼 스티어링 휠을 회전하는 단계(S750)를 포함한다.
상기 단계(S710)에서 연산부(115)는 자율주행 경로로 농기계(100)가 주행하게 하는 타겟 조향 방향 및 타겟 조향 각도를 획득한다. 상기 타겟 조향 방향 및 타겟 조향 각도는 부호 및 숫자의 조합으로 획득될 수도 있다. 여기서 부호는 양(positive) 또는 음(negative)의 부호를 나타내고, 숫자는 0 또는 양수일 수도 있다. 상기 타겟 조향 각도만큼 바퀴가 실제로 회전해야 자율주행 경로를 이탈하지 않고 농기계(100)가 주행한다. 상기 타겟 조향 각도는 연산부(115)에 미리 저장된 자율주행 프로그램에 의해 연산부(115) 자체에서 산출된 값이거나 서버(300) 또는 사용자 단말(400)로부터 수신한 값일 수도 있다.
상기 단계(S720)에서 연산부(115)는 수학식 1에 포함된, 농기계(100)의 조향비(R)을 이용하여 상기 타겟 조향 각도에 대응한 스티어링 휠의 제1 회전 각도를 산출한다. 예를 들어, 연산부(115)는 타겟 조향 각도(
Figure 112022112739056-pat00009
타겟 바퀴 조향)에 조향비(R)을 곱해 스티어링 휠의 제1 회전 각도(Steer_TgtAng = R*
Figure 112022112739056-pat00010
타겟 바퀴 조향)를 산출한다.
상기 단계(S730)에서 연산부(115)는 상기 단계(S720)에서 산출된 스티어링 휠의 제1 회전 각도(Steer_TgtAng)에 보상 각도를 적용하여 구동부(121)로 회전 명령을 입력하기 이전에 상기 스티어링 휠의 제1 회전 각도(Steer_TgtAng)를 수정함으로써, 제2 회전 각도를 산출한다.
예를 들어, 상기 타겟 조향 방향이 우측일 경우 상기 제2 회전 각도는 다음과 같이 산출된다.
[수학식 2]
Steer_CtrlAng = (Steer_TgtAng + B) - Steer_CurAng
여기서, Steer_CtrlAng는 제2 회전 각도를 나타내고, B는 우측 보상 각도 B°의 값을 나타낸다. Steer_CurAng는 타겟 조향 방향 및 타겟 조향 각도를 수신하기 이전에 스티어링 휠의 현재 위치를 나타낸다. 상기 스티어링 휠의 현재 위치는 기준 상태로부터 회전한 만큼의 회전 각으로 표현된다. 상기 농기계(100)가 직진할 경우 스티어링 휠의 현재 위치(Steer_CurAng)는 0°일 수도 있다.
또한, 상기 타겟 조향 방향이 좌측일 경우 상기 제2 회전 각도는 다음과 같이 산출된다.
[수학식 3]
Steer_CtrlAng = (Steer_TgtAng - A) - Steer_CurAng
여기서, Steer_CtrlAng는 제2 회전 각도를 나타내고, -A는 좌측 보상 각도 -A°의 값을 나타낸다. Steer_CurAng는 타겟 조향 방향 및 타겟 조향 각도를 수신하기 이전에 스티어링 휠의 현재 위치를 나타낸다.
그러면, 연산부(115)는 바퀴가 상기 타겟 조향 방향 및 상기 타겟 조향 각도만큼 실제로 회전하도록, 상기 단계(S720)에서 산출된 제1 회전 각도(Steer_TgtAng) 대신에, 수학식 2 또는 수학식 3을 통해 산출된 제2 회전 각도(Steer_CtrlAng)를 갖는 회전 명령을 생성하여 구동부(121)로 전송한다(S740). 상기 구동부(121)는 상기 단계(S740)의 회전 명령에 따른 제어 전류를 생성하여 스티어링 제어 모터(170)로 공급하여 스티어링 제어 모터(170)가 제2 회전 각도(Steer_CtrlAng)만큼 회전하게 한다(S750).
그 결과, 도 8에 도시된 것처럼 농기계(100)는 스티어링 유격을 갖고 있음에도 불구하고 정확하게 타겟 조향 방향 및 타겟 조향 각도로 주행할 수 있다.
상기 농기계(100)가 다른 구성요소를 포함할 수도 있다는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 상기 농기계(100)는 데이터 엔트리를 위한 입력 장치, 및 인쇄 또는 다른 데이터 표시를 위한 출력 장치를 포함하는, 본 명세서에 서술된 동작에 필요한 다른 하드웨어 요소를 포함할 수도 있다.
하드웨어를 이용하여 본 발명의 실시 예를 구현하는 경우에는, 본 발명을 수행하도록 구성된 ASICs(application specific integrated circuits) 또는 DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays) 등이 본 발명의 프로세서에 구비될 수 있다.
한편, 상술한 방법은, 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터 판독 가능 매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 본 발명의 다양한 방법들을 수행하기 위한 실행 가능한 컴퓨터 코드를 포함하는 저장 디바이스를 설명하기 위해 사용될 수 있는 프로그램 저장 디바이스들은, 반송파(carrier waves)나 신호들과 같이 일시적인 대상들은 포함하는 것으로 이해되지는 않아야 한다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, DVD 등)와 같은 저장 매체를 포함한다.
이상에서 설명된 실시 예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시 예를 구성하는 것도 가능하다. 발명의 실시 예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시 예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시 예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시 예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
본 발명이 본 발명의 기술적 사상 및 본질적인 특징을 벗어나지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있음은 본 발명이 속한 분야 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 상기 실시 예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 모든 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 권리범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석 및 본 발명의 균등한 범위 내 가능한 모든 변화에 의하여 결정되어야 한다.

Claims (9)

  1. 프로세서를 포함한 컴퓨팅 장치에 의해 수행되는, 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 사전 설정하는 방법에 있어서,
    상기 컴퓨팅 장치는 자율주행 농기계에 설치된 것이고, 상기 컴퓨팅 장치는 자율주행 관련 동작을 처리하는 연산부; 상기 연산부의 명령에 따라서 스티어링 휠의 회전을 제어하는 스티어링 제어 모터에 제어 전류를 공급하는 구동부; 및 상기 제어 전류를 측정하는 전류 센서; 및 상기 자율주행 농기계의 위치를 결정하는 GPS 통신부를 포함하고, 상기 방법은,
    스티어링 휠이 기준 상태를 갖는 농기계를 주행하는 단계;
    상기 스티어링 휠이 기준 상태에서 일 방향으로 회전하도록 상기 스티어링 제어 모터에 제어 전류를 공급하는 단계;
    상기 연산부에서 상기 전류 센서로부터 상기 제어 전류의 측정 결과를 수신하는 단계; 및
    상기 제어 전류의 전류 측정 결과에 기초하여 상기 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 제어 전류의 전류 측정 결과에 기초하여 상기 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 결정하는 단계는,
    상기 주행 중인 농기계의 GPS 정보를 획득하는 단계;
    상기 측정 결과에서 제어 전류의 변화에 기초하여 전류 구간을 검출하는 단계;
    검출된 전류 구간 중에서 바퀴의 조향 각도의 변화가 발생한 전류 구간을 상기 농기계의 GPS 정보에 기초하여 검출하는 단계; 및
    상기 바퀴의 조향 각도의 변화가 발생한 전류 구간에서의 스티어링 휠의 회전 각도에 기초하여 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 스티어링 제어 모터의 부하 용량이 상대적으로 적을 경우 상대적으로 적은 제어 전류를 상기 스티어링 제어 모터로 공급하고 상기 스티어링 제어 모터의 부하 용량이 상대적으로 클 경우 상대적으로 큰 제어 전류를 상기 스티어링 제어 모터로 공급하며,
    상기 스티어링 휠이 기준 상태에서 일 방향으로 회전하도록 상기 스티어링 제어 모터에 제어 전류를 공급하는 단계는,
    상기 스티어링 유격 범위 이내에서 스티어링 휠이 회전할 경우 상기 스티어링 제어 모터가 정지할 때보다 증가된 제어 전류를 공급하는 단계; 및
    상기 스티어링 유격 범위를 초과해 스티어링 휠이 회전할 경우 상기 스티어링 유격 범위 이내에서 회전할 때보다 증가된 제어 전류를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스티어링 유격은 스티어링 휠에서 바퀴까지의 결합 구간 전체를 이루는 조향 계통의 구성요소 중에서 제1 결합 구간의 결함으로 발생한 제1 서브 유격, 제2 결합 구간의 결함으로 발생한 제2 서브 유격을 포함하고,
    상기 검출된 전류 구간은,
    상기 제1 서브 유격에 대응한 제1 부하 그룹으로 인해 상기 제어 전류의 변화가 발생하여 검출 가능한 제1 전류 구간,
    상기 제2 서브 유격에 대응한 제2 부하 그룹으로 인해 상기 제어 전류의 변화가 발생하여 검출 가능한 제2 전류 구간, 및
    상기 농기계에서 스티어링 휠에서 바퀴까지의 결합 구간 전체를 이루는 조향 계통의 구성요소 중 나머지 조향 구성요소를 포함한 제3 부하 그룹으로 인해 상기 제어 전류의 변화가 발생하여 검출 가능한 제3 전류 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 바퀴의 조향 각도의 변화가 발생한 전류 구간에서의 스티어링 휠의 회전 각도에 기초하여 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 결정하는 단계는,
    상기 바퀴의 조향 각도의 변화가 발생한 전류 구간에서 전류가 상승을 개시한 시점에서의 스티어링 휠의 회전 각도의 값을 검색하여 검색된 상기 스티어링 휠의 회전 각도를 상기 일 방향의 스티어링 유격에 대한 보상 각도로 결정하는 것을 특징으로 하는,
    방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 농기계의 GPS 정보에 기초하여 상기 보상 각도를 검증하는 단계; 및
    검증 성공한 보상 각도의 값으로 상기 보상 각도를 설정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 보상 각도를 검증하는 단계는,
    일정한 검증 시간 상기 농기계가 주행하는 동안, 결정된 일 방향의 보상 각도를 초과한 회전 각도로 상기 스티어링 휠을 회전하는 단계; 및
    상기 보상 각도를 초과한 회전 각도로 스티어링 휠이 회전한 이후에 상기 보상 각도를 초과한 회전 각도와 보상 각도 간의 차이 각도에 대응한 조향 각도로 바퀴가 회전하는지 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    방법.
  7. 청구항 제1항, 청구항 제3항 내지 청구항 제6항 중 어느 하나의 항에 따른 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 사전 설정하는 방법을 수행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록매체.
  8. 청구항 제1항, 청구항 제3항 내지 청구항 제6항 중 어느 하나의 항에 따른 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 사전 설정하는 방법에 의해 상기 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 설정한 자율주행 장치를 포함한 자율주행 농기계에 있어서,
    농기계가 자율주행 경로로 주행하기 위한 타겟 조향 각도를 획득하고,
    상기 농기계의 조향비를 이용하여 상기 타겟 조향 각도에 대응한 스티어링 휠의 제1 회전 각도를 산출하고,
    산출된 스티어링 휠의 제1 회전 각도에 상기 보상 각도를 적용하여 상기 스티어링 휠의 제2 회전 각도를 산출하며,
    상기 스티어링 휠의 제2 회전 각도를 갖는 회전 명령을 생성하여 상기 구동부로 전송하고, 그리고
    상기 구동부에서 상기 회전 명령에 따른 제어 전류로 스티어링 제어 모터를 제어하여 상기 제2 회전 각도만큼 스티어링 휠을 회전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    자율주행 농기계.
  9. 프로세서를 포함한 컴퓨팅 장치에 의해 수행되는, 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 사전 설정하는 방법에 의해 상기 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 설정한 자율주행 장치를 포함한 자율주행 농기계에 있어서,
    상기 컴퓨팅 장치는 자율주행 농기계에 설치된 것이고, 상기 컴퓨팅 장치는 자율주행 관련 동작을 처리하는 연산부; 상기 연산부의 명령에 따라서 스티어링 휠의 회전을 제어하는 스티어링 제어 모터에 제어 전류를 공급하는 구동부; 및 상기 제어 전류를 측정하는 전류 센서;를 포함하고,
    상기 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 사전 설정하는 방법은,
    스티어링 휠이 기준 상태를 갖는 농기계를 주행하는 단계;
    상기 스티어링 휠이 기준 상태에서 일 방향으로 회전하도록 상기 스티어링 제어 모터에 제어 전류를 공급하는 단계;
    상기 연산부에서 상기 전류 센서로부터 상기 제어 전류의 측정 결과를 수신하는 단계; 및
    상기 제어 전류의 전류 측정 결과에 기초하여 상기 스티어링 유격에 대한 보상 각도를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 자율주행 농기계는,
    농기계가 자율주행 경로로 주행하기 위한 타겟 조향 각도를 획득하고,
    상기 농기계의 조향비를 이용하여 상기 타겟 조향 각도에 대응한 스티어링 휠의 제1 회전 각도를 산출하고,
    산출된 스티어링 휠의 제1 회전 각도에 상기 보상 각도를 적용하여 상기 스티어링 휠의 제2 회전 각도를 산출하며,
    상기 스티어링 휠의 제2 회전 각도를 갖는 회전 명령을 생성하여 상기 구동부로 전송하고, 그리고
    상기 구동부에서 상기 회전 명령에 따른 제어 전류로 스티어링 제어 모터를 제어하여 상기 제2 회전 각도만큼 스티어링 휠을 회전하도록 구성되며,
    상기 스티어링 휠의 타겟 조향 방향이 우측일 경우 상기 제2 회전 각도는 다음의 수학식을 통해 산출되고,
    [수학식]
    Steer_CtrlAng = (Steer_TgtAng + B) - Steer_CurAng
    여기서, Steer_CtrlAng는 제2 회전 각도를 나타내고, B는 우측 보상 각도 B°의 값을 나타내고, Steer_CurAng는 타겟 조향 방향 및 타겟 조향 각도를 수신하기 이전에 스티어링 휠의 현재 위치를 나타내며, 상기 스티어링 휠의 현재 위치는 기준 상태로부터 회전한 만큼의 회전 각으로 표현되고,
    상기 타겟 조향 방향이 좌측일 경우 상기 제2 회전 각도는 다음의 수학식을 통해 산출되고,
    [수학식]
    Steer_CtrlAng = (Steer_TgtAng - A) - Steer_CurAng
    여기서, -A는 좌측 보상 각도 -A°의 값을 나타내는 것을 특징으로 하는,
    자율주행 농기계.
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