Blade Pose Control for Motor Grader Automation based on Kinematic Analysis of Earthmoving Mechanism = 토공 매커니즘의 기구 해석에 기반한 모터 그레이더의 블레이드 자세 제어 자동화
저자
발행사항
서울 : 고려대학교 대학원, 2024
학위논문사항
학위논문(석사)-- 고려대학교 대학원 : 기계공학과 기계공학전공 2024. 2
발행연도
2024
작성언어
영어
주제어
발행국(도시)
서울
형태사항
70 p ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 홍대희
UCI식별코드
I804:11009-000000279820
DOI식별코드
소장기관
A motor grader is a heavy construction equipment specialized for leveling and smoothing ground surfaces. The motor grader manipulates the blade located beneath the vehicle body to tow soil during operation. With the growing interest in construction automation, the interest in the work automation of motor grader is also growing and research is under way.
The motor grader has difficulty controlling the position of the blade and driving the vehicle simultaneously during earthwork, and the complexity of the ground mechanism reduces the efficiency and performance of the operation. The determination and control of the blade pose for earthwork is particularly challenging for the 3RRPS-S module of the parallel manipulator due to the complicated and connected structure of hydraulic cylinders.
This study aimed to identify and control the blade pose using kinematic analysis of the earthwork mechanism with respect to the vehicle coordinate system. A kinematic parameter calibration algorithm is proposed to improve the accuracy of the kinematic-based blade pose control of the 3RRPS-S mechanism. Moreover, to achieve the desired position of the blade in the global coordinate system, the blade pose was determined based on the vehicle's coordinate system by considering the vehicle's orientation.
The proposed control algorithm was applied to a real vehicle to verify the blade control and confirmed that the performance for efficiency and accuracy of the work has improved.
모터 그레이더는 건설 중장비의 일종으로, 토사 평탄화에 특화된 건설 중장비이다. 모터 그레이더는 차체 하단의 블레이드를 제어하고 주행하면서 토사를 견인하여 작업을 수행한다. 현재 건설 자동화에 관심이 증가함에 따라 모터 그레이더의 작업 자동화에 대한 관심 또한 커지고 있고 이를 위해 연구가 진행되고 있다.
토사 작업에서 그레이더는 블레이드의 자세 제어와 주행을 동시에 하는 어려움이 있고, 토공 메커니즘의 복잡성으로 작업의 효율성과 성능이 떨어진다. 특히 병렬 기구학에 해당하는 3RRPS-S 모듈은 세 유압 실린더가 복합적으로 연동되어 있기 때문에 토사 작업을 위한 목표 자세를 결정하고 제어하기 어렵다.
본 연구는 이를 해결하기 위해 기구학 기반 블레이드 제어 알고리즘을 제안한다. 토공 매커니즘의 기구 해석으로 차량 좌표계 기준의 블레이드 자세를 인식하고, 기구학 기반 블레이드 자세 제어의 정확도를 향상시키기 위해 3RRPS-S 메커니즘에 기구학 변수의 보정 알고리즘을 제안하였다. 또한, 전역 좌표계 상에서 블레이드의 목표 자세를 만족시키기 위해서 차량의 자세를 반영하여 차량 좌표계 기준의 블레이드 자세를 파악하고 블레이드 자세 제어 알고리즘을 설계했다.
제안한 제어 알고리즘과 차량의 자세 반영 알고리즘을 실제 차량에 적용하여 블레이드 제어를 검증하고, 작업의 효율과 정확성에 대한 성능이 향상됨을 확인했다.
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