KR102575026B1 - 자율 주행 농기계에 연결된 제어기에 대해 예측된 잠재적 사고를 회피하는 제어 - Google Patents

자율 주행 농기계에 연결된 제어기에 대해 예측된 잠재적 사고를 회피하는 제어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자율 주행 농기계에 연결된 작업기가 작업 동작을 수행하고 작업기 ECU 장치가 작동하는 동안, 카메라 및 센서 중 적어도 하나에 의해 작업기로부터 소정 거리 내 장애물 또는 사람을 감지하고, 작업기와 장애물 또는 사람 사이의 거리의 시간별 변화에 기반하여 잠재적 사고의 발생 확률, 상기 잠재적 사고의 예측 중증도 결정하고, 작업기 VCU 장치 정상 작동 여부, 작업기 ECU 장치의 정상 작동 여부, 농기계의 정상 작동 여부를 결정하고, 잠재적 사고의 발생 확률 및 잠재적 사고의 예측 중증도에 기반하여 ECU 장치를 통한 농기계의 제어, ECU 장치를 통한 작업 장치의 제어, VCU 장치를 통한 구동 장치의 제어 중 하나 이상의 사고 회피 동작을 결정하고, 결정된 사고 회피 동작을 수행하는 작업기. 관한 것이다.

Description

자율 주행 농기계에 연결된 제어기에 대해 예측된 잠재적 사고를 회피하는 제어{CONTROLS FOR AVODING EXPECTED POTENTIONAL ACCIDIENTS FOR WORKING APPARATUS THAT IS CONNECTED TO AGRICULTURAL MACHINERY PERFORMING AUTONOMOUS DRIVING}
본 발명은 자율 주행 농기계에 연결된 제어기 자신에 대한 잠재적 사고를 예측하고 상기 제어기에 대한 잠재적 사고를 회피하는 제어하는 기술에 관련된다.
[국가지원 연구개발에 대한 설명]
본 발명의 연구는 대한민국 산업통상자원부의 트랙터 부착형 농작업기의 지능화 기술 및 표준형 통합 제어기 개발 연구사업(과제고유번호: 1415178282, 세부과제번호: 20014649)에 대한 자금 지원 하에서 한국산업기술관리평가원의 주관으로 진행되었습니다.
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.
무선 통신 기술의 발달로 농기계와 전기적으로 결합하고 농기계 제조사 등의 서버와 농기계 관련 상태 및 제어 정보에 대하여 무선 통신을 수행할 수 있는 텔레매틱스 장치가 보급되고 있다. 텔레매틱스 장치를 이용하면 농기계에 대하여 사용자가 직접 농기계까지 가지 않고도 동작을 제어할 수 있다.
스마트폰 등의 무선 통신 기술이 발달함에 따라서 애플리케이션을 이용하여 서버와의 통신을 통해 멀리 떨어져 있는 농기계의 현재 상태, 주변 환경에 대한 정보를 획득하고 농기계의 자율주행을 제어함으로써 농작업을 무선으로 수행할 수 있게 되었다.
최근 국내에서는 트랙터의 자동화 연구에 대한 많은 부분이 “주행”의 관점으로 진행되고 있다. 허나 트랙터의 가장 큰 목표는 작업이므로 작업을 시작과 종료를 결정짓는 작업기의 제어가 필수이다. 현재 트랙터의 작업기는 단순한 내용에서 벗어나, 지능화/고도화를 향해 개발되고 있다. 단순히 기계적인 작업기에서 벗어나, 작업기 안에 CPU가 내장된 컨트롤러(Implement ECU)를 탑재하여 트랙터와 통신하거나 스스로 결정하여 더 높은 수준의 작업이 이루어 질 수 있도록 한다.
그러나, 아직까지 트랙터와 작업기 사이에 통신은 트랙터가 작업기에 제어 신호를 전송해 농작업을 수행하게 하는 통신과 같은 “작업” 자체에 중점을 두는 통신이 일반적이다.
트랙터와 작업기의 기능이 지능화/고도화됨에 따라 다양한 정보를 교환하는 것이 요구된다.
등록특허 제10-2166707호(PTO 기능을 구비한 차량의 제어방법)
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 출원의 실시 예들은 자율 주행 농기계에 연결되고 자신에 대한 잠재적 사고를 예측하고 사고 회피 동작을 수행하는 방법 및 기기를 제공한다.
본 발명에 따른 자율 주행 농기계에 연결된 작업기(600)는 작업 동작을 수행하고 작업기 ECU 장치(680)가 작동하는 동안, 카메라 및 센서 중 적어도 하나에 의해 작업기(600)로부터 소정 거리 내 장애물 또는 사람을 감지하고, 상기 작업기(600)와 장애물 또는 사람 사이의 거리의 시간별 변화에 기반하여 잠재적 사고의 발생 확률, 상기 잠재적 사고의 예측 중증도 결정하고, 작업기 VCU 장치(630) 정상 작동 여부, 상기 작업기 ECU 장치(680)의 정상 작동 여부, 농기계의 정상 작동 여부를 결정하고, 잠재적 사고의 발생 확률 및 잠재적 사고의 예측 중증도에 기반하여 상기 작업기 ECU 장치(680)를 통한 농기계의 제어, 상기 작업기 ECU 장치(680)를 통한 작업 장치의 제어, 상기 작업기 VCU 장치(630)를 통한 구동 장치의 제어 중 하나 이상의 사고 회피 동작을 결정하고, 결정된 사고 회피 동작을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 작업기(600)에서 작업기의 잠재적 사고 감지하고, 상기 작업기(600)에서 사고 회피 동작 결정하고, 상기 작업기(600)에서 인식한 상태에 따른 사고 회피 동작을 상기 농기계가 결정하도록 상기 작업기(600)에서 인식한 상태를 농기계로 전송하며, 작업기(600)에서 사용자에게 상황대처 선택 요구 또는 선 조치 후보고 할 수 있다.
일 실시예에서, 인식된 작업기(600)의 상태를 농기계 ECU(181)와 주기적으로 송수신하고, 작업기(600)의 잠재적 사고가 예측되지 않는 정상 상태라는 인식 결과를 농기계에게 제공하고, 상기 작업기(600)는 사용자에게 상황대처 선택 요구 또는 선 조치 후보고 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 사고 회피 동작을 결정하는 것은, 상기 작업기 ECU 장치(680), 작업기 VCU 장치(630), 농기계(100) 중 정상 작동하는 장치 중에서 하나의 장치를 이용한 동작을 결정하는 것이고, 상기 작업기(600)는 예측 중증도가 제1 임계 중증도 이상이고 제2 임계 중증도 미만인 경우 작업기 ECU 장치(680)를 통한 작업기(600)의 제어, 작업기 VCU 장치(630)를 통한 작업 장치의 제어, 작업기 ECU 장치(680)를 통한 구동 장치(610)의 제어 중 하나 이상의 동작이 사고 회피 동작으로 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 예측 중증도가 상기 제2 임계 중증도 이상이고 제3 임계 중증도 미만인 경우 작업기 VCU 장치(630)를 통한 작업 장치(670)의 제어, 작업기 ECU 장치(680)를 통한 구동 장치(610)의 제어 중 하나 이상의 동작을 사고 회피 동작으로 결정하고, 상기 예측 중증도가 상기 제3 임계 중증도 이상인 경우 작업기 ECU 장치(680)를 통한 구동 장치(610)의 제어가 사고 회피 동작으로 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 작업기(600)는 예측 중증도가 제1 임계 중증도 이상이고 제2 임계 중증도 미만인 경우, 농기계(100)가 정상이면 작업기 ECU 장치(680)를 통한 농기계(100)의 제어를 사고 회피 동작으로 결정하고, 상기 농기계(100)가 정상 동작하지 않고 상기 작업기 VCU 장치(630)가 정상이면 VCU 장치(630)를 통한 작업 장치(670)의 제어를 사고 회피 동작으로 결정하고, 농기계(100)가 정상 동작하지 않고 작업기 VCU 장치(630)가 정상 동작하지 않으면 작업기 ECU 장치(680)를 통한 구동 장치(610)의 제어를 사고 회피 동작으로 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 예측 중증도가 상기 제2 임계 중증도 이상이고 제3 임계 중증도 미만인 경우 상기 작업기 VCU 장치(630)가 정상이면 작업기 VCU 장치(630)를 통한 작업 장치(670)의 제어를 사고 회피 동작으로 결정하고, 작업기 VCU 장치(630)가 정상 동작하지 않으면 작업기 ECU 장치(680)를 통한 구동 장치(610)의 제어를 사고 회피 동작으로 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 잠재적 사고의 발생 확률은 상기 작업기(600)와 상기 장애물 또는 사람 사이 거리의 시간별 변화에 기반하여 상기 작업기(600)와 상기 장애물 또는 사람이 충돌할 확률로 결정되고, 상기 잠재적 사고의 예측 중증도는 상기 장애물 또는 사람에 대한 상기 작업기(600)의 시간별 상대 속도의 변화에 기반하여 상기 작업기(600)와 상기 장애물 또는 사람이 충돌할 경우 예측되는 충격량에 기반하여 결정될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들은 자율 주행을 수행하고 작업기에 동력을 제공하는 동력 인출 장치(power take off, PTO)를 갖는 농기계에 연결된 작업기(work apparatus)가 농작업을 수행하는 도중에 작업기에 대한 잠재적 사고를 예측하고 상기 잠재적 사고를 회피하게 한다.
또한, 상기 농기계는 작업기에 대한 잠재적 사고를 예측하고 상기 잠재적 사고를 회피하기 위해 자신을 제어하는 것으로, 작업기를 위한 사고 회피 동작을 수행하도록 구성됨으로써, 작업기가 놓치는 잠재적 사고 감지의 실수를 보완한다. 이와 같이 자율 주행 & 작업시에 작업기 스스로 위험 상태를 감지하거나 농기계와의 통신을 통해 사전에 정의된 위험한 조건(ex. 작업기 커버가 열린 상태에서 내부 모터가 회전)에 해당하는 것이 검출될 경우 작업기 스스로 멈추거나 트랙터 컨트롤러에게 작동 멈춤( 트랙터 정지 및 엔진 정지 )을 요청 할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 다양한 실시 예들은 자율 주행을 수행하고 PTO가 작동되는 농기계에서 사람 또는 장애물과의 시간 별 거리 변화에 따라 잠재적 사고의 발생 확률 및 예측 중증도를 결정하고, 발생 확률이 임계 확률 이상인 경우, 예측 중증도에 따라서 사고 회피의 동작을 결정함으로써, 예측 중증도가 속하는 범위에 따라서 사고 회피를 위한 동작을 차등적으로 결정하고 이 중에서 정상 작동이 확인되어 잠재적 사고를 회피하기 적합한 제어 가능한 동작을 수행함으로써, 다양한 상황에서 잠재적 사고를 회피할 수 있다.
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, 농기계에 연결된 작업기가 동작하는 네트워크 환경을 도시한다.
도 2는, 도 1의 개략도를 도시한다.
도 3은, 일 실시 예에 따른, 농기계가 작업기에 대한 잠재적 사고를 예측하고 상기 작업기가 잠재적 사고를 회피하게 하는 과정의 흐름도이다.
도 4는, 일 실시 예에 따른, 농기계가 농기계 자신에 대한 잠재적 사고를 예측하고 상기 농기계가 잠재적 사고를 회피하게 하는 과정의 흐름도이다
도 5는, 일 실시 예에 따른, 작업기가 자신에 대한 잠재적 사고를 예측하고 이를 스스로 회피하는 동작을 결정하는 과정의 흐름도이다.
도 6은, 본 출원의 일 실시 예에 따른, 작업기에서 작업기 자신에 대한 잠재적 사고를 감지할 경우에 수행되는 일련의 동작을 도시한 개략도이다.
도 7은, 본 출원의 일 실시 예에 따른, 농기계에서 작업기에 대한 잠재적 사고를 감지할 경우에 수행되는 일련의 동작을 도시한 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 스마트폰, 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 제어 장치가 추가적으로 농기계에 설치될 수 있다. 이 경우, 스티어링 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 제어 장치는 스티어링 휠과 기계적으로 연결되어 스티어링 휠을 설정된 경로에 따라서 회전시키도록 구성될 수 있다. 스티어링 제어 장치는 송수신기를 포함하여 사용자 장치로부터 자율 주행 관련 설정 정보를 수신할 수 있다. 스티어링 제어 장치는 프로세서를 포함하여 자율 주행 관련 설정 정보에 따라서 스티어링 휠의 회전 제어를 수행할 수 있다.
도 1은, 본 출원의 일 측면에 따른, 농기계에 연결된 작업기가 동작하는 네트워크 환경을 도시하고, 도 2는 도 1의 개략도를 도시한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 농기계(100) 및 작업기(600)는 서로 연결된다. 상기 농기계(100) 및 작업기(600)는 농기계(100)의 주행 경로를 향한 농기계(100)의 이동에 따라 작업기(600)도 이동하도록 물리적으로 결합되고 동시에 상기 농기계(100)와 작업기(600) 간에 데이터의 송수신이 수행되도록 전기 통신으로 연결된다.
상기 농기계(100)는 VCU 장치(130), PTO 제어 장치(140) 및 ECU180를 포함한다. 또한, 일부 실시 예들에서, 상기 농기계(100)는 구동 장치(110), ACU(120), VCU 장치(130), PTO 제어 장치(140), 카메라(150), PTO(160), 전장 장치(170), ECU(180)를 포함한다.
구동 장치(110)는 농기계(100)의 엔진에 해당한다. 구동 장치(110)는 ECU 장치(180)의 제어에 따라서 동작하거나 정지할 수 있다
상기 ECU 장치(engine control unit, 180)는 농기계(100)의 구동 장치(110), 즉, 엔진과 전기적으로 연결된다. ECU 장치(180)는 농기계(100)의 구동 장치(110)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 장치(180)는 다른 ECU 장치(680)와 작업기에 관련된 데이터를 주기적으로 송수신한다. 또한, 상기 ECU 장치(180)는 텔레매틱스 게이트웨이(Telematics Gateway)와 같은 통신 네트워크(200)를 이루는 구성요소를 통해 작업 장소와 원격 위치한 사용자에게 농기계(100)의 상태 또는 작업기(600)의 상태를 전달하거나 사용자의 원격 명령을 수행하기 위해 사용자 단말400과 통신한다.
VCU(vehicle control unit) 장치(130)는 농기계(100) 내 다양한 전장 장치(170)를 제어할 수 있다.
VCU 장치(130)는 농기계(100)의 자율 주행과 관련하여 농기계(100)의 조향 장치, 미션(변속기) 등을 제어하도록 구성될 수 있다. VCU 장치(130)는 농기계(100) 내 각종 전장 장치를 통해 탑승자의 농기계 제어에 대한 신호를 수신한다. 그러면, 농기계(100)는 탑승자의 신호에 기반하여 ECU 장치(180)를 제어할 수 있다. 상기 전장 장치170는 조이스틱과 같은 탑승자 조작 기기(40)를 포함할 수도 있다. 탑승자 조작 기기는 VCU 장치(130)와 연결되어 농기계 제어에 대한 신호를 입력할 수도 있다.
전장 장치(170)는 농기계(100) 내 전자 부품으로 구성된 다양한 장치를 포함한다. 예를 들어, 전장 장치(170)는 농기계(100)의 조향 장치, 미션(변속기) 등일 수도 있다. 전장 장치(170)는 농기계(100) 내 탑승자의 농기계(100)에 대한 제어 입력을 수신하도록 구성될 수 있다.
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(110), 즉, 엔진의 회전력을 구동 장치(110)의 다른 작업기(600)에 전달하기 위한 장치이다. 상기 PTO(160)에 의해 작업기(600)는 자체 모터 없이 외부 동력을 이용하여 작업 동작을 수행할 수도 있다. PTO(160)에 연결 가능한 작업기(600)는 다양한 종류가 있다.
농기계(100)는 작업기(600)를 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, 작업기(600)는 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 작업기(600)의 종류에 따라, 농기계(100)는 경운, 쇄토 작업 및 병 해충방제, 양수, 탈곡 등 각종 농작업을 수행할 수 있다.
농기계(100)는 결합부(660)를 통해 작업기(600)와 결합될 수 있다. 도 1에 도시된 것처럼 농기계(100)는 작업기(600)의 결합부(660)와 결합될 수도 있으나, 이에 제한되진 않는다. 농기계(100) 또한 별도의 결합부(미도시)를 가질 수도 있다. 농기계(100)의 결합부 단독으로 작업기(600)와 결합되거나, 또는 양자(100, 600)의 결합부를 모두 이용하여 결합될 수도 있다.
상기 결합부(660)는 예를 들어, 농기계(100)의 후면에 위치할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다시 말해, 결합부(660)는, 농기계(100)의 운행 및 작업에 방해가 되지 않는 위치에 작업기(600)가 결합되도록 위치할 수 있다. 예를 들면, 결합부(660)는 3점 연결 장치로서, 2개의 하부 링크 및 1개의 상부 링크를 포함할 수 있으 나, 이에 제한되지 않는다.
결합부(660)는, 작업자의 수동 조작 또는 농기계(100)의 자동 제어에 따라 상승 또는 하강함으로써, 결합부(660)에 장착된 작업기(600)의 높낮이를 조절할 수 있다. 작업기(600)는 농기계(100)에 의해 견인되면서 토지 또는 농작물에 작업 수행하는 작업 장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 작업기(600)는 ECU 장치(680)를 포함한다. 상기 ECU 장치(680)는 상기 ECU 장치(180)와 유사하게, 작업기(600)에 내장되어 유선으로 작업기 내부의 다양한 구성요소를 제어하도록 구성된다.
상기 ECU 장치(680)는, 농기계(100)와 유사하게, 구동 장치610를 제어한다. 구동 장치610는 작업기(600)가 농기계(100)의 주행 방향을 따라 주행하도록 동작한다.
또한, 상기 ECU 장치(680)는 다른 ECU 장치(180)와 작업기에 관련된 데이터를 주기적으로 송수신한다. 또한, 상기 ECU 장치(680)는 텔레매틱스 게이트웨이(Telematics Gateway)와 같은 통신 네트워크(200)를 이루는 구성요소를 통해 작업 장소와 원격 위치한 사용자에게 작업기(600)의 상태를 전달하거나 사용자의 원격 명령을 수행하기 위해 사용자 단말400과 통신한다. 상기 ECU 장치(680)는 사용자 단말400과 직접 통신하거나 또는 농기계(100)의 ECU 장치(180)를 통해 사용자 단말400과 간접 통신할 수도 있다.
VCU(vehicle control unit) 장치(630)는 작업기(600) 내 다양한 작업 장치(work devices, 670)를 제어할 수 있다. VCU 장치(630)는 작업기(600)에 설치된 각종 작업 장치(670)를 통해 탑승자의 작업기 제어에 대한 신호를 수신한다. 그러면, 작업기(600)는 탑승자의 신호에 기반하여 ECU 장치(680)를 제어할 수 있다.
상기 작업 장치(670)는 전술한 농작업을 수행하기 위한 관련 장치이다. 상기 작업 장치(670)는 물리적 힘 또는 전기적 힘을 이용하여 농지를 개간하거나 농산물을 취득하는 등, 다양한 농작업을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 상기 작업 장치(670)는, 유압 관련 장치, 전장 장치를 포함할 수도 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시 예들에서, 상기 ECU 장치(180)는 자율 주행 동작을 수행하도록 구성될 수도 있다.
상기 ECU 장치(180)는 ACU(automated-driving control unit) 및 ECU 동작을 수행하는 적어도 하나의 프로세서가 집적된 장치일 수도 있다.
ACU(automated-driving control unit, 120)는 농기계(100)의 자율 주행과 관련한 정보를 사용자 단말 또는 서버로부터 수신하고, 자율 주행과 관련하여 농기계(100)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 상기 ECU 장치(180)는 미리 저장된 자율 주행 프로그램에 의한 주행 명령 신호 또는 외부의 실시간 주행 명령 신호를 제어 신호로 이용하여 구동 장치(110)를 제어할 수도 있다.
ACU는 농기계(100)의 자율 주행 경로를 결정하고, 농기계(100)의 자율 주행 경로에 따른 주행 동작 및 조향 제어의 판단을 수행할 수 있다.
ACU는 농기계(100)의 자율 주행과 관련하여 VCU 장치(130), PTO 제어 장치(140), 카메라(150), ECU에게 제어 신호를 전송하고, VCU 장치(130), PTO 제어 장치(140), 카메라(150), ECU로부터 제어된 동작의 수행에 따른 정보를 수신하도록 구성될 수 있다.
ACU는 농기계(100)의 자율 주행과 관련하여 VCU 장치(130), PTO 제어 장치(140), ECU에게 주기적으로, 또는 경우에 따라서 비주기적으로 정상 작동 확인 요청 신호를 전송할 수 있으며, VCU 장치(130), PTO 제어 장치(140), ECU로부터 정상 작동 확인 신호를 수신함으로써 VCU 장치(130), PTO 제어 장치(140), ECU의 정상 작동 여부를 확인할 수 있다.
상기 ECU 장치(180)에서 ACU가 ECU에게 구동 장치(110)의 구동 또는 정지에 대한 제어 신호를 전송할 수 있다. ACU로부터 ECU에게 제어신호가 전송되는 경우, 탑승자의 판단 없이 구동 장치(110)의 제어가 결정되어 상기 구동 장치(110)로 결정된 제어 신호가 전송된다.
또한, 상기 ECU 장치(180)는 자율 주행 동작을 수행하도록 구성될 수도 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시 예들에서, 상기 ECU 장치(180) 및 ECU 장치(680)는 작업기(600)의 상태를 모니터링하고 작업기(600)에 대한 잠재적 사고를 예측하고, 예측 결과에 따라 상기 작업기(600)에 대한 잠재적 사고를 회피하기 위한 동작을 결정하는, 보다 적극적인 자율 주행 동작을 수행하도록 구성된다. 본 발명의 다양한 실시 예들은 상기 보다 적극적인 자율 주행에 보다 적합한 네트워크 환경을 제공한다. 이러한 네트워크 환경 및 그에 따른 적극적인 자율 주행에 대해 보다 상세히 서술한다.
도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 농기계(100) 내에 ACU를 갖는 ECU 장치(180)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.
상기 농기계(100)는 카메라150, GPS(global positioning system) 센서(152)를 포함한다. 또한 일부 실시 예들에서, 상기 농기계(100)는 는 IR(infrared) 센서(151)를 더 포함할 수도 있다.
카메라(150)는 전방의 오브젝트에 대한 이미지를 촬영하도록 구성된다. 상기 카메라150는 농기계 전방 또는 주변의 오브젝트를 촬영하도록 구성될 수도 있다. 또한, 상기 카메라(150)는 농기계 주변의 사람 또는 물체에 대한 촬영을 수행하도록 구성된다.
IR 센서(151)는 적외선을 이용한 센서로 외부 물질로부터 방사된 적외선이 센서 내의 자발 분극을 갖는 물질의 분극을 변화시켜 외부 자유 전하를 발생시킴으로써 외부 물질을 감지한다. IR 센서(151)는 농기계 전방 또는 주변의 사람 또는 기타 장애물을 감지하도록 구성될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 상기 농기계(100)는 복수의 카메라150 및/또는 복수의 IR 센서151를 포함할 수도 있다.
복수의 카메라150에서 일부 카메라150는 농기계(100)의 자율 주행을 위해 농기계(100)의 이동 방향(예컨대, 전면부, 후면부, 측면부) 또는 농기계 주변에 위치한 오브젝트를 촬영하도록 설치된다. 다른 일부 카메라150는 작업기(600)의 상태를 분석하기 위해 작업기(600)를 오브젝트로 촬영하거나 또는 작업기 주변의 오브젝트를 촬영하도록 설치된다.
복수의 IR 센서151에서 일부 IR 센서151는 농기계(100)의 자율 주행을 위해 농기계(100)의 이동 방향 또는 농기계 주변에 위치한 오브젝트를 감지하도록 설치된다. 다른 일부 IR 센서151는 작업기(600)의 상태를 분석하기 위해 작업기(600) 주위에 위치한 사람 또는 기타 물체를 감지하도록 설치된다.
이와 같이 상기 카메라150의 촬영 결과, IR 센서151의 감지 결과는 농기계(100)의 자율 주행을 위해 이용된다. 또한, 상기 카메라150의 촬영 결과, IR 센서151의 감지 결과는 작업기(600)의 상태를 분석하기 위해 이용된다.
GPS 센서(152)는 농기계(100)의 GPS(global positioning system) 위치를 결정하도록 구성된다. GPS 센서(152)는 세 개 이상의 GPS 위성에서 송신된 신호를 수신하여 위성과 GPS 센서(152)의 위치를 결정한다. GPS 위성에서 송신된 신호와 GPS 센서(152)에서 수신된 신호의 시간차이를 측정하면 GPS 위성과 GPS 센서(152) 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 센서(152)를 이용하여 농기계(100)의 GPS 위치를 결정할 수 있다.
ECU 장치(180)는 송수신기(181), 메모리(182), 프로세서(183)를 포함한다.
송수신기(181)는 프로세서(183)와 연결되고 신호를 전송 및/또는 수신한다. 송수신기(181)의 전부 또는 일부는 송신기(transmitter) 또는 수신기(receiver), 또는 송수신기(transceiver)로 지칭될 수 있다. 송수신기(181)는 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.
메모리(182)는 송수신기(181)와 연결되고 통신을 통해 수신한 정보 등을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(182)는, 프로세서(183)와 연결되고 프로세서(183)의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보, 프로세서(183)의 연산에 의하여 생성된 정보 등의 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(182)는 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 메모리(182)는 프로세서(183)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공할 수 있다.
상기 메모리(182)는 구동 장치(110), PTO 제어 장치(140)를 제어하기 위한 프로그램을 저장할 수도 있다. 또한, 상기 메모리(182)는 자율 주행을 위한 명령어들로 이루어진 프로그램을 미리 저장할 수도 있다. 상기 자율 주행을 위한 프로그램은 카메라150, IR 센서151로부터 획득한 소스 데이터에 기초하여 주변 장애물을 인식하고, GPS 센서152로부터 획득한 GPS 정보에 기초하여 농기계(100)의 위치 및 주행 경로를 인식할 수도 있다.
프로세서(183)는 본 발명에서 제안한 절차 및/또는 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(183)는 ECU 장치(180)의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 프로세서(183)는 송수신기(181)를 통해 정보 등을 전송 또는 수신한다. 또한, 프로세서(183)는 메모리(182)에 데이터를 기록하고, 읽는다. 프로세서(183)는 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다.
상기 메모리132, 프로세서133는 상기 메모리182, 프로세서183와 유사하므로, 자세한 설명은 생략한다.
상기 ECU 장치(180)는 카메라150, IR 센서151로부터 획득한 소스 데이터에 기초하여 주변 장애물을 인식하고, GPS 센서152로부터 획득한 GPS 정보에 기초하여 농기계(100)의 위치 및 주행 경로를 인식하는, 농기계(100)의 자율 주행을 위한 동작을 수행하도록 구성될 수도 있다. 상기 ECU 장치(180)는 자율 주행을 위해 구동 장치(110)에 대한 제어 신호, VCU130에 대한 제어 신호 등을 생성하고 이를 전송할 수도 있다.
상기 ECU 장치(180)는 자율 주행 시간 동안 주행을 위해 인식된 데이터를 주행 내역 데이터로 저장할 수도 있다.
또한, 상기 ECU 장치(180)는 연결된 작업기(600)로 PTO(160)를 통해 동력을 제공하여 농작업을 수행하도록 구성된다. 상기 ECU 장치(180)는 작업 시간 동안 작업기(600)로 동력을 공급하는 PTO(160)의 전력 관련 데이터(예컨대, 전류 등)를 작업 내역 데이터로 저장할 수도 있다. 이를 위해, 상기 농기계(100)는 내부에 전류 센서 등을 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 ECU 장치(180)는 카메라150, IR 센서151로부터 획득한 모니터링 데이터에 기초하여 작업기(600)의 상태를 인식하고 인식 결과를 작업기(600)에게 전송하거나 ECU 장치(680)로부터 작업기(600)의 구동 상태 또는 주변 상태에 대해 상기 ECU 장치(680)에서 작업기(600)의 상태를 인식한 결과를 수신한다.
상기 작업기(600)의 상태는 작업기 자체가 위험 상태인지 또는 주변 객체와의 관계에서 위험 상태인지를 나타낸다. 작업기 자체가 위험 상태는 사전 정의될 수도 있다. 예를 들어 작업기 커버가 열린 상태에서 내부 모터가 회전하는 것이 작업기 자체가 위험한 상태일 수도 있다. 상기 주변 객체와의 관계에서 위험 상태는 충돌이 위험한 상태일 수도 있다.
상기 ECU 장치(180)는 상기 작업기(600)의 구동 상태 또는 주변 상태에 대한 인식 결과에 따라서 작업기(600)가 농작업을 수행하게 하는 제어 동작을 수행할지 또는 작업기(600)가 마주칠 잠재적 사고를 회피하게 하는 제어 동작을 수행할지 결정하고, 그 결정된 제어 동작을 수행한다. 상기 제어 동작은, 구동 장치(110)에 대한 제어 동작, PTO 제어 장치(140)에 대한 제어 동작과 같은 작업기(600)에 대한 제어 동작 중 하나 이상일 수도 있다.
이하, 작업기(600)의 상태가 충돌에 따른 위험 상태로 인식되는 실시 예들로 보다 상세히 서술한다.
도 3은, 일 실시 예에 따른, 농기계가 작업기에 대한 잠재적 사고를 예측하고 상기 작업기가 잠재적 사고를 회피하게 하는 과정의 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 상기 농기계(100)는 자율 주행을 수행하고 PTO가 작동되는 동안, 적외선 센서151 및 카메라150 중 적어도 하나에 의해 작업기(600)로부터 소정 거리 내 장애물 또는 사람을 감지한다(S310).
작업기(600)와 장애물 또는 사람 사이의 거리의 시간별 변화에 기반하여 상기 작업기(600)의 잠재적 사고의 발생 확률, 상기 잠재적 사고의 예측 중증도 결정을 결정한다(S320).
상기 농기계(100)는 VCU 장치(130)의 정상 작동 여부, PTO 제어 장치(140)의 정상 작동 여부, ECU 장치(180)의 정상 작동 여부를 결정한다(S330).
상기 농기계(100)는 상기 잠재적 사고의 발생 확률 및 잠재적 사고의 예측 중증도에 기반하여 ECU 장치(180)를 통한 구동 장치(110)의 제어, ECU 장치(180)를 통한 작업기(600)의 제어, VCU 장치(130)를 통한 전장 장치170의 제어 중 하나 이상의 사고 회피 동작을 결정한다(S340).
ECU 장치(180)를 통한 구동 장치(110)의 제어는 엔진 구동의 정지일 수도 있다. VCU 장치(130)를 통한 전장 장치170는 농기계(100)의 주행 정지, 또는 주행 변경(예: 후진, 방향 변경, 또는 감속)일 수도 있다. ECU 장치(180)를 통한 작업기(600)의 제어는 인식된 작업기(600)의 상태 값을 송신하여 수신한 상태 값에 따라 작업기(600)가 사고 회피 동작을 수행하게 하는 것이다. 작업기(600)의 사고 회피 동작에 대해서는 아래의 도 5를 참조해 보다 상세히 서술한다.
상기 농기계(100)는 결정된 사고 회피 동작을 수행한다(S350).
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 사고 회피 동작을 결정하는 단계(S340)는, ECU 장치(180), PTO 제어 장치(140), , VCU 장치(130) 중 정상 작동하는 장치 중에서 하나의 장치를 이용한 동작을 결정하는 단계를 포함할 수 있다
상기 단계(S330)는 잠재적 사고의 발생 확률이 임계 확률 이상인 경우에 수행된다. 잠재적 사고의 발생 확률은 모든 운전자, 교통 참여자 중 몇 명이나 이벤트를 피할 확률로 정의될 수도 있다. 상기 임계 확률은 모든 운전자, 교통 참여자의 90% 미만이 이벤트를 피할 수 있는 것을 의미한다. 그러나, 상기 90%는 예시적인 값이다.
또한, 상기 단계(S340)에서 농기계(100)는 예측 중증도가 제1 임계 중증도 이상이고 제2 임계 중증도 미만인 경우 PTO 제어 장치(140)를 통한 PTO(160)의 제어, ECU 장치(180)를 통한 작업기(600)의 제어, VCU 장치(130)를 통한 전장 장치170의 제어 중 하나 이상의 동작이 사고 회피 동작으로 결정된다.
상기 예측 중증도가 상기 제2 임계 중증도 이상이고 제3 임계 중증도 미만인 경우 PTO 제어 장치(140)를 통한 PTO(160)의 제어, ECU 장치(180)를 통한 작업기(600)의 제어 중 하나 이상의 동작이 사고 회피 동작으로 결정된다.
상기 예측 중증도가 상기 제3 임계 중증도 이상인 경우 PTO 제어 장치(140)를 통한 PTO(160)의 제어가 사고 회피 동작으로 결정된다.
상기 제3 임계 중증도가 상기 제2 임계 중증도 및 상기 제1 임계 중증도보다 사고 회피가 어렵다. 상기 제1 임계 중증도가 상기 제3 임계 중증도 및 상기 제2 임계 중증도보다 사고 회피를 위한 제어가 쉽다.
제1 임계 중증도 이하는 대게 사고 회피를 위한 제어가 가능하다. 제1 임계 중증도 이상 제2 임계 중증도 이하는 간단히 사고 회피를 위한 제어가 가능하다.
상기 단계(S340)에서 농기계(100)는 예측 중증도가 제1 임계 중증도 이상이고 제2 임계 중증도 미만인 경우, VCU 장치(130)가 정상이면 VCU 장치(130)를 통한 전장 장치170의 제어를 사고 회피 동작으로 결정하고, 상기 VCU 장치(130)가 정상 동작하지 않고 ECU 장치(180)가 정상 동작하면 ECU 장치(180)를 통한 작업기(600)의 제어를 사고 회피 동작으로 결정하고, 상기 VCU 장치(130)가 정상 동작하지 않고 ECU 장치(180)가 정상 동작하지 않으면 PTO 제어 장치(140)를 통한 PTO(160)의 제어를 사고 회피 동작으로 결정한다. PTO(160)의 전력 공급 차단을 통해 작업기(600)의 시동이 꺼지는 것이 가장 최후의 사고 회피 동작으로 설계된다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 예측 중증도가 상기 제2 임계 중증도 이상이고 제3 임계 중증도 미만인 경우 ECU 장치(180) 및 작업기(600)가 정상이면 ECU 장치(180)를 통한 작업기(600)의 제어를 사고 회피 동작으로 결정하고, ECU 장치(180)가 정상 동작하지 않고 PTO 제어 장치(140)가 정상이면 PTO 제어 장치(140)를 통한 PTO(160)의 제어를 사고 회피 동작으로 결정한다. ECU 장치(180)를 통해 작업기(600)의 동작을 종료하는 것은 미리 설정된 작업기(600)의 정지 동작이므로, 강제적인 전원 차단으로 인한 하드웨어 손상이 발생하지 않아, 보다 좋은 사고 회피 동작이다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 잠재적 사고의 발생 확률은 상기 작업기(600)와 상기 장애물 또는 사람 사이 거리의 시간별 변화에 기반하여 상기 작업기(600)와 상기 장애물 또는 사람이 충돌할 확률로 결정될 수 있다. 상기 잠재적 사고의 예측 중증도는 상기 장애물 또는 사람에 대한 상기 작업기(600)의 시간별 상대 속도의 변화에 기반하여 상기 작업기(600)와 상기 장애물 또는 사람이 충돌할 경우 예측되는 충격량에 기반하여 결정될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 작업기(600)의 정상 작동 여부, 상기 PTO 제어 장치(140)의 정상 작동 여부, VCU 장치(130)의 정상 작동 여부는 ECU 장치(180)에서 상기 VCU 장치, 상기 PTO 제어 장치, 작업기(600)의 ECU 장치(680) 각각에게 정상 작동 확인 요청 신호가 전송된 후, 상기 ACU 장치가 상기 VCU 장치, 상기 PTO 제어 장치, 상기 ECU 장치 각각으로부터 정상 작동 확인 신호를 수신함으로써 결정 될수 있다.
도 4는, 일 실시 예에 따른, 농기계가 농기계 자신에 대한 잠재적 사고를 예측하고 상기 농기계가 잠재적 사고를 회피하게 하는 과정의 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 농기계는 자율 주행을 수행하고 PTO가 작동되는 동안, 적외선 센서 및 카메라 중 적어도 하나에 의하여 농기계로부터 소정의 거리 내 장애물 또는 사람을 감지한다(S410).
농기계는 농기계와 상기 장애물 또는 사람 사이의 시간별 변화에 기반하여 잠재적 사고의 발생 확률, 상기 잠재적 사고의 예측 중증도를 결정한다(S420).
농기계는 VCU 장치의 정상 작동 여부, PTO 제어 장치의 정상 작동 여부, ECU 장치의 정상 작동 여부를 결정한다(S430).
농기계는 잠재적 사고의 발생 확률 및 잠재적 사고의 예측 중증도에 기반하여 VCU 장치를 통한 조향 장치의 제어, PTO 제어 장치를 통한 PTO의 제어, ECU 장치를 통한 구동 장치의 제어 중 하나 이상의 동작을 결정한다(S440).
농기계는 결정된 사고 회피 동작을 수행한다(S450).
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, VCU 장치(130)를 통한 상기 조향 장치의 제어는 상기 잠재적 사고를 피할 수 있는 방향으로 상기 농기계의 조향 제어를 포함할 수 있다. 상기 PTO 제어 장치(140)를 통한 상기 PTO의 제어는 상기 PTO의 구동 정지 제어를 포함할 수 있다. 상기 ECU 장치(180)를 통한 상기 구동 장치의 제어는 상기 농기계의 구동 정지 제어를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 사고 회피 동작을 결정하는 단계는, 상기 VCU 장치, 상기 PTO 제어 장치, 상기 ECU 장치 중 정상 작동하는 장치 중에서 하나의 장치를 이용한 동작을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 잠재적 사고의 발생 확률 및 상기 잠재적 사고의 예측 중증도에 기반하여 상기 VCU 장치를 통한 상기 조향 장치의 제어, 상기 PTO 제어 장치를 통한 상기 PTO의 제어, 상기 ECU 장치를 통한 상기 구동 장치의 제어 중 하나로 사고 회피 동작을 결정하는 단계는, 상기 잠재적 사고의 발생 확률이 임계 확률 이상인 경우 수행된다. 상기 예측 중증도가 제1 임계 중증도 이상이고 제2 임계 중증도 미만인 경우, 상기 조향 장치의 제어, 상기 PTO의 제어, 상기 구동 장치의 제어 중 하나의 동작이 결정될 수 있다. 상기 예측 중증도가 상기 제2 임계 중증도 이상이고 제3 임계 중증도 미만인 경우, 상기 PTO의 제어, 상기 구동 장치의 제어 중 하나의 동작이 결정될 수 있다. 상기 예측 중증도가 상기 제3 임계 중증도 이상인 경우, 상기 구동 장치의 제어가 결정될 수 있다. 상기 제3 임계 중증도가 상기 제2 임계 중증도 및 상기 제1 임계 중증도보다 높고, 상기 제1 임계 중증도가 상기 제3 임계 중증도 및 상기 제2 임계 중증도보다 낮다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 사고 회피 동작을 결정하는 단계는, 상기 예측 중증도가 상기 제1 임계 중증도 이상이고 상기 제2 임계 중증도 미만인 경우: 상기 VCU가 정상 작동하는 경우, 상기 VCU 장치를 통한 상기 조향 장치의 제어로 상기 사고 회피 동작을 결정하고, 상기 VCU가 정상 작동하지 않고 상기 PTO 제어 장치가 정상 작동하는 경우, 상기 PTO 제어 장치를 통한 상기 PTO의 제어로 상기 사고 회피 동작을 결정하고, 상기 VCU 및 상기 PTO 제어 장치가 정상 작동하지 않고 상기 ECU 장치가 정상 작동하는 경우, 상기 ECU 장치를 통한 상기 구동 장치의 제어로 상기 사고 회피 동작을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 사고 회피 동작을 결정하는 단계는, 상기 예측 중증도가 상기 제2 임계 중증도 이상이고 상기 제3 임계 중증도 미만인 경우: 상기 PTO 제어 장치가 정상 작동하는 경우, 상기 PTO 제어 장치를 통한 상기 PTO의 제어로 상기 사고 회피 동작을 결정하고, 상기 PTO 제어 장치가 정상 작동하지 않고 상기 ECU 장치가 정상 작동하는 경우, 상기 ECU 장치를 통한 상기 구동 장치의 제어로 상기 사고 회피 동작을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 VCU 장치의 정상 작동 여부, 상기 PTO 제어 장치의 정상 작동 여부는 상기 ECU 장치(180)로부터 상기 VCU 장치, 상기 PTO 제어 장치 각각에게 정상 작동 확인 요청 신호가 전송된 후, 상기 ECU 장치(180)가 상기 VCU 장치, 상기 PTO 제어 장치, 상기 ECU 장치 각각으로부터 정상 작동 확인 신호를 수신함으로써 결정될 수 있다.
상기 농기계(100)에 연결된 작업기(600)는 농기계(100)의 자율 주행에 따라 이동하면서 농작업을 수행한다.
상기 작업기(600)는 카메라650를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 상기 작업기(600)는 센서651를 더 포함할 수도 있다.
카메라(650)는 전방의 오브젝트에 대한 이미지를 촬영하도록 구성된다. 상기 카메라650는 작업기 주변의 오브젝트를 촬영하도록 구성될 수도 있다. 상기 카메라(650)는 작업기 사람 또는 물체에 대한 촬영을 수행하도록 구성된다.
상기 센서650는 작업기 상태를 분석하기 위한 작업기 주변 환경의 변화를 감지하거나 작업기 자체의 구동 변화를 감지하는 센서이다. 상기 센서650는 작업기(600)의 구동 상태를 감지하기 위한 센서, 작업기(600)의 주변 환경을 감지하기 위한 센서 및/또는 작업기(600)의 주변 객체를 감지하기 위한 센서 중 하나 이상을 포함한다. 구동 상태를 감지하기 위한 센서는 전류 센서, 유압 센서 등일 수도 있다. 상기 구동 상태의 감지 결과는 작업기(600)가 정상 작동하고 있는 지를 나타낸다. 상기 주변 환경을 감지하기 위한 센서는 온도 센서, 습도 센서 등일 수도 있다. 상기 주변 환경의 감지 결과는 기상 상태를 나타낼 수도 있다. 상기 주변 객체를 감지하기 위한 센서는 IR 센서151 등일 수도 있다.
상기 ECU 장치(680)는 이러한 다양한 감지 결과에 기초하여 작업기(600)의 상태를 정상 동작 상태인지 분석한다.
상기 ECU 장치(680)는 송수신기(681), 메모리(682), 프로세서(683)를 포함한다.
송수신기(681)는 프로세서(683)와 연결되고 신호를 전송 및/또는 수신한다. 송수신기(681)의 전부 또는 일부는 송신기(transmitter) 또는 수신기(receiver), 또는 송수신기(transceiver)로 지칭될 수 있다. 송수신기(681)는 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.
일 실시 예에서, 상기 송수신기(181, 681)는 버스(210)로 유선 연결될 수도 있다. 상기 송수신기(181)로부터 연장된 버스 부분 및 상기 송수신기(681)로부터 연장된 버스 부분은 브릭어웨이 커넥터(breakaway connector, 220)로 연결될 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 상기 송수신기(181, 681) 간에 데이터의 송수신은 ISO 11783(이하 ISOBUS)의 국제 표준에 의해서 수행될 수도 있다. 상기 ECU 장치(180, 680)는 농기계(100)의 자율 주행 및 장겁기600의 작업 동안 작업기(600) 스스로 위험 상태를 능동적으로 감지하거나 농기계(100)와 통신해 자신이 감지하지 못한 위험 상태를 수동적으로 감지한다.
메모리(682)는 송수신기(683)와 연결되고 통신을 통해 수신한 정보 등을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(682)는, 프로세서(683)와 연결되고 프로세서(683)의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보, 프로세서(683)의 연산에 의하여 생성된 정보 등의 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(682)는 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 메모리(682)는 프로세서(683)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공할 수 있다.
프로세스(683)는 작업기(600)의 잠재적 사고를 회피하기 위한 다양한 동작을 수행하도록 구성된다.
도 5는, 일 실시 예에 따른, 작업기가 자신에 대한 잠재적 사고를 예측하고 이를 스스로 회피하는 동작을 결정하는 과정의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 작업기(600)는 작업기가 작업 동작을 수행하고 작업기 ECU 장치가 작동하는 동안, 카메라 및 센서 중 적어도 하나에 의해 작업기로부터 소정 거리 내 장애물 또는 사람을 감지한다(S510).
작업기(600)는 작업기와 장애물 또는 사람 사이의 거리의 시간별 변화에 기반하여 잠재적 사고의 발생 확률, 상기 잠재적 사고의 예측 중증도 결정한다(S520).
작업기(600)는 작업기 VCU 장치 정상 작동 여부, 작업기 ECU 장치의 정상 작동 여부, 농기계의 정상 작동 여부를 결정한다(S530).
작업기(600)는 잠재적 사고의 발생 확률 및 잠재적 사고의 예측 중증도에 기반하여 ECU 장치를 통한 농기계의 제어, ECU 장치를 통한 작업 장치의 제어, VCU 장치를 통한 구동 장치의 제어 중 하나 이상의 사고 회피 동작을 결정한다(S540).
작업기(600)는 결정된 사고 회피 동작을 수행한다(S550).
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 사고 회피 동작을 결정하는 단계(S540)는, ECU 장치(680), VCU 장치(630), 농기계(100) 중 정상 작동하는 장치 중에서 하나의 장치를 이용한 동작을 결정하는 단계를 포함할 수 있다
상기 단계(S540)에서 작업기(600)는 예측 중증도가 제1 임계 중증도 이상이고 제2 임계 중증도 미만인 경우 ECU 장치(680)를 통한 농기계의 제어, VCU 장치를 통한 작업 장치의 제어, ECU 장치(680)를 통한 구동 장치(610)의 제어 중 하나 이상의 동작이 사고 회피 동작으로 결정된다.
VCU 장치(630)의 제어는 작업 장치(670)의 정지일 수도 있다. ECU 장치(680)의 제어는 구동 장치(610)의 제어 따른 작업기(600)의 정지일 수도 있다. 농기계(100)의 제어는 작업기(600)의 이동일 수도 있다.
상기 예측 중증도가 상기 제2 임계 중증도 이상이고 제3 임계 중증도 미만인 경우 VCU 장치(630)를 통한 작업 장치(670)의 제어, ECU 장치(680)를 통한 구동 장치(610)의 제어 중 하나 이상의 동작이 사고 회피 동작으로 결정된다.
상기 예측 중증도가 상기 제3 임계 중증도 이상인 경우 ECU 장치(680)를 통한 구동 장치의 제어가 사고 회피 동작으로 결정된다.
상기 단계(S540)에서 작업기(600)는 예측 중증도가 제1 임계 중증도 이상이고 제2 임계 중증도 미만인 경우, 농기계(100)가 정상이면 ECU 장치(680)를 통한 농기계의 제어를 사고 회피 동작으로 결정하고, 농기계(100)가 정상 동작하지 않고 상기 VCU 장치(630)가 정상이면 VCU 장치(630)를 통한 작업 장치(670)의 제어를 사고 회피 동작으로 결정하고, 농기계(100)가 정상 동작하지 않고 VCU 장치(630)가 정상 동작하지 않으면 ECU 장치(680)를 통한 구동 장치(610)의 제어를 사고 회피 동작으로 결정한다. 작업기(600)가 스스로 자신의 시동을 끄는 것이 가장 최후의 사고 회피 동작으로 설계된다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 예측 중증도가 상기 제2 임계 중증도 이상이고 제3 임계 중증도 미만인 경우 상기 VCU 장치(630)가 정상이면 VCU 장치(630)를 통한 작업 장치(670)의 제어를 사고 회피 동작으로 결정하고, VCU 장치(630)가 정상 동작하지 않으면 ECU 장치(680)를 통한 구동 장치(610)의 제어를 사고 회피 동작으로 결정한다. 제3 임계 중증도 미만에서는 ECU 장치(180)를 통해 작업기(600)의 동작을 종료하는 수준으로 사고를 회피하는 것이 가장 경제적이다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 잠재적 사고의 발생 확률은 상기 작업기(600)와 상기 장애물 또는 사람 사이 거리의 시간별 변화에 기반하여 상기 작업기(600)와 상기 장애물 또는 사람이 충돌할 확률로 결정될 수 있다. 상기 잠재적 사고의 예측 중증도는 상기 장애물 또는 사람에 대한 상기 작업기(600)의 시간별 상대 속도의 변화에 기반하여 상기 작업기(600)와 상기 장애물 또는 사람이 충돌할 경우 예측되는 충격량에 기반하여 결정될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 작업기(600)의 정상 작동 여부, 상기 PTO 제어 장치(140)의 정상 작동 여부, VCU 장치(130)의 정상 작동 여부는 ECU 장치(180)에서 상기 VCU 장치, 상기 PTO 제어 장치, 작업기(600)의 ECU 장치(680) 각각에게 정상 작동 확인 요청 신호가 전송된 후, 상기 ACU 장치가 상기 VCU 장치, 상기 PTO 제어 장치, 상기 ECU 장치 각각으로부터 정상 작동 확인 신호를 수신함으로써 결정 될수 있다.
통신 네트워크(200)는, 농기계(100), 서버(300), 사용자 단말(400), 작업기(600)가 서로 신호 및 데이터를 송수신할 수 있는 통신 경로를 제공한다. 일부 실시 예들에서, 통신 네트워크(200)는 ISO 11783(이하 ISOBUS)의 국제 표준에 따른 데이터 통신 환경을 제공할 수도 있다.
그러나, 통신 네트워크(200)는 상기 통신 프로토콜에 따른 통신 방식에 한정되지 않으며, 구현 예에 따라 적절한 통신 방식이 사용될 수 있다. 예를 들어, 인터넷 프로토콜(internet protocol, IP) 기초의 시스템으로 구성되는 경우 통신 네트워크(200)는 유무선 인터넷망으로 구현될 수 있으며, 농기계(100), 서버(300), 사용자 단말(400)이 이동 통신 단말로서 구현되는 경우 유/무선 통신 네트워크(200)는 셀룰러 네트워크 또는 WLAN(wireless local area network) 네트워크와 같은 무선망으로 구현될 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.
사용자 단말(400)은 농기계(100)의 사용자에 의하여 운영되는 단말이다. 사용자 단말(400)는 통신 네트워크(200)를 통하여 농기계(100), 작업기(600) 및 서버(300)와 정보를 송수신할 수 있는 전자 장치이다.
도 2에 도시된 것처럼 사용자는 다수의 사용자 단말(400-1, 400-2)로 농기계(100), 작업기(600) 및 서버(300)와 정보를 송수신할 수 있다.
도 6은, 본 출원의 일 실시 예에 따른, 작업기에서 작업기 자신에 대한 잠재적 사고를 감지할 경우에 수행되는 일련의 동작을 도시한 개략도이다.
상기 작업기 ECU(680)에서 작업기의 잠재적 사고 감지한다(S610).
상기 작업기 ECU(680)에서 사고 회피 동작 결정한다(S620). 이는 도 5의 동작을 통해 수행된다.
상기 농기계 ECU(180)에서 사고 회피 동작을 결정한다(S630). 상기 농기계 ECU(680)는 작업기 ECU(680)에서 인식한 상태(잠재적 사고의 중증도, 잠재적 사고의 발생 확률)을 수신하여 그에 따른 사고 회피 동작을 수행한다. 이는 도 3의 단계(S340 내지 S350)의 동작을 통해 수행된다.
상기 농기계(100), 작업기(600)에서 사용자에게 상황대처 선택 요구 또는 선 조치 후보고할 수 있다(S640).
도 7은, 본 출원의 일 실시 예에 따른, 농기계에서 작업기에 대한 잠재적 사고를 감지할 경우에 수행되는 일련의 동작을 도시한 개략도이다.
작업기ECU(680)는 인식된 작업기의 상태를 농기계 ECU와 주기적으로 송수신한다(S710).작업기 ECU(680)는 작업기(600)의 잠재적 사고가 예측되지 않는 정상 상태라는 인식 결과를 농기계ECU(180)에게 제공한다.
농기계 ECU(180)에서 작업기의 잠재적 사고 감지한다(S720).
농기계 ECU(180)는 작업기를 위한 사고회피 동작을 결정한다(S730).
농기계(100), 작업기(600)는 사용자에게 상황대처 선택 요구 또는 선 조치 후보고 한다(S740).
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 (8)

  1. 자율 주행 농기계에 연결된 작업기(600)에 있어서,
    상기 작업기(600)가 작업 동작을 수행하고 작업기 ECU 장치(680)가 작동하는 동안, 카메라 및 센서 중 적어도 하나에 의해 작업기(600)로부터 소정 거리 내 장애물 또는 사람을 감지하고,
    상기 작업기(600)와 장애물 또는 사람 사이의 거리의 시간별 변화에 기반하여 잠재적 사고의 발생 확률, 상기 잠재적 사고의 예측 중증도 결정하고,
    작업기 VCU 장치(630) 정상 작동 여부, 상기 작업기 ECU 장치(680)의 정상 작동 여부, 농기계의 정상 작동 여부를 결정하고,
    잠재적 사고의 발생 확률 및 잠재적 사고의 예측 중증도에 기반하여 상기 작업기 ECU 장치(680)를 통한 농기계의 제어, 상기 작업기 ECU 장치(680)를 통한 작업 장치의 제어, 상기 작업기 VCU 장치(630)를 통한 구동 장치의 제어 중 하나 이상의 사고 회피 동작을 결정하고,
    결정된 사고 회피 동작을 수행하고,
    상기 사고 회피 동작을 결정하는 것은, 상기 작업기 ECU 장치(680), 작업기 VCU 장치(630), 농기계(100) 중 정상 작동하는 장치 중에서 하나의 장치를 이용한 동작을 결정하는 것이고,
    상기 잠재적 사고의 발생 확률이 임계 확률 이상이고, 상기 예측 중증도가 제1 임계 중증도 이상이고 제2 임계 중증도 미만인 경우 작업기 ECU 장치(680)를 통한 작업기(600)의 제어, 작업기 VCU 장치(630)를 통한 작업 장치의 제어, 작업기 ECU 장치(680)를 통한 구동 장치(610)의 제어 중 하나 이상의 동작이 사고 회피 동작으로 결정되는 것으로서, 상기 예측 중증도가 제1 임계 중증도 이상이고 제2 임계 중증도 미만인 경우, 농기계(100)가 정상이면 작업기 ECU 장치(680)를 통한 농기계(100)의 제어를 사고 회피 동작으로 결정하고, 상기 농기계(100)가 정상 동작하지 않고 상기 작업기 VCU 장치(630)가 정상이면 VCU 장치(630)를 통한 작업 장치(670)의 제어를 사고 회피 동작으로 결정하고, 농기계(100)가 정상 동작하지 않고 작업기 VCU 장치(630)가 정상 동작하지 않으면 작업기 ECU 장치(680)를 통한 구동 장치(610)의 제어를 사고 회피 동작으로 결정하며,
    상기 잠재적 사고의 발생 확률이 임계 확률 이상이고, 상기 예측 중증도가 상기 제2 임계 중증도 이상이고 제3 임계 중증도 미만인 경우 작업기 VCU 장치(630)를 통한 작업 장치(670)의 제어, 작업기 ECU 장치(680)를 통한 구동 장치(610)의 제어 중 하나 이상의 동작을 사고 회피 동작으로 결정하는 것으로서, 상기 예측 중증도가 상기 제2 임계 중증도 이상이고 제3 임계 중증도 미만인 경우 상기 작업기 VCU 장치(630)가 정상이면 작업기 VCU 장치(630)를 통한 작업 장치(670)의 제어를 사고 회피 동작으로 결정하고, 작업기 VCU 장치(630)가 정상 동작하지 않으면 작업기 ECU 장치(680)를 통한 구동 장치(610)의 제어를 사고 회피 동작으로 결정하며,
    상기 잠재적 사고의 발생 확률이 임계 확률 이상이고, 상기 예측 중증도가 상기 제3 임계 중증도 이상인 경우 작업기 ECU 장치(680)를 통한 구동 장치(610)의 제어가 사고 회피 동작으로 결정하는 것이고,
    상기 잠재적 사고의 예측 중증도는 상기 장애물 또는 사람에 대한 상기 작업기(600)의 시간별 상대 속도의 변화에 기반하여 상기 작업기(600)와 상기 장애물 또는 사람이 충돌할 경우 예측되는 충격량에 기반하여 결정되는 것이고,
    상기 제3 임계 중증도는 상기 제2 임계 중증도 및 상기 제1 임계 중증도 보다 높은 것으로서, 상기 제2 임계 중증도 및 상기 제1 임계 중증도 보다 사고 회피가 어려운 것을 나타내고,
    상기 제1 임계 중증도는 상기 제3 임계 중증도 및 상기 제2 임계 중증도 보다 낮은 것으로서, 상기 제3 임계 중증도 및 상기 제2 임계 중증도 보다 사고 회피를 위한 제어가 쉬운 것을 나타내는 것을 특징으로 하는,
    작업기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 작업기(600)에서 작업기의 잠재적 사고 감지하고,
    상기 작업기(600)에서 사고 회피 동작 결정하고,
    상기 작업기(600)에서 인식한 상태에 따른 사고 회피 동작을 상기 농기계가 결정하도록 상기 작업기(600)에서 인식한 상태를 농기계로 전송하며,
    작업기(600)에서 사용자에게 상황대처 선택 요구 또는 선 조치 후보고하는 것을 특징으로 하는,
    작업기.
  3. 제1 항에 있어서,
    인식된 작업기(600)의 상태를 농기계 ECU(181)와 주기적으로 송수신하고,
    작업기(600)의 잠재적 사고가 예측되지 않는 정상 상태라는 인식 결과를 농기계에게 제공하고,
    상기 작업기(600)는 사용자에게 상황대처 선택 요구 또는 선 조치 후보고 하는,
    작업기.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 잠재적 사고의 발생 확률은 상기 작업기(600)와 상기 장애물 또는 사람 사이 거리의 시간별 변화에 기반하여 상기 작업기(600)와 상기 장애물 또는 사람이 충돌할 확률로 결정되는 것을 특징으로 하는,
    작업기.
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