[논문]트랙터 3점 히치의 인간-기계의 상호 작동방법에 관한 연구

이상식; 이충호; 박원엽; 이제용; 문정환

문제 정의

위치 및 견인력, 경심 및 부하제어 및 부가제어가 가능하도록 설계된 작업기 제어시스템에서 견인력, 경심 및 부하제어 연구는 이 등(2006)에 의하여 수행되었고, 본 연구에서는 인간-기계의 상호 관계에 의해 작동되어지는 위치제어, 리프트암 상한제어, 원터치 승하강제어 및 부가제어(후진 상승제어 및 조향 상승제어)에 대한 응답특성 및 제어성능을 규명하기 위한 실내외 응답특성실험을 수행하였다. 실내 실험은 엔진회전수 1500 rpm, 2000 rpm, 2500 rpm 및 승하강 작동각도 30°, 40°, 50°로 하여 실험하였다.

제안 방법

그러므로 본 연구에서는 현재 선진 트랙터 생산 업체의 모든 작업 자동제어시스템을 설계 및 제작하여 트랙터 3점 히치에 대한 인간-기계 상호 작동방법의 성능실험을 통해 작업 자동제어 시스템을 검증하였다.
리프트암 상한제어에서의 리프트암 상한 설정값 변화에 대한 실험을 하였다. 실험결과는 리프트암 상한제어시의 리프트암 상한 설정다이얼의 변화에도 작업기가 잘 추종하였고, 리프트 암이 안정된 상태인 정상편차는 상승이 평균 0.
부가제어(후진 상승제어 및 조향 상승제어)는 실험 조건하에서 선택 스위치, 후진 및 조향 센서의 조작과 리프트암 상한위치 설정다이얼의 조작에 의해 성능실험이 수행하였다. 실험 결과는 상승시의 정상편차 평균 0.
실내외 응답특성실험을 수행하였다. 실내 실험은 엔진회전수 1500 rpm, 2000 rpm, 2500 rpm 및 승하강 작동각도 30°, 40°, 50°로 하여 실험하였다. 실외 실험은 주행속도 1.
제어성능을 규명하기 위해 포장실험이 수행하였다. 실험은 실험조건에서 임의의 작업 깊이로 시작기가 인위적으로 만들어진 불균일한 포장 면을 주행 작업하면서 수행하였다. 위치제어를 위한 레버 작동에서 작업기 상승의 경우는 주행속도에 관계없이 정상 편차가 평균 0.
전자제어부는 설정 및 조작 패널 등을 통해 운전자에 의해 설정된 각종 작업 조건 등과 각종 센서로부터의 신호를 입력포트(A/Q보드)를 통해 읽어 들여 각종 연산처리를 수행 한 후 설정 값과의 편차를 구해, 편차에 비례한 제어신호를 출력포트를 통해 출력하는 마이크로컴퓨터, 마이크로컴퓨터로 부터의 저어 신호에 의해 솔레노이드밸브 및 비례제어밸브 등을 구동 및 제어하기 위한 비교회로, 솔레노이드밸브 구동회로 및 앰프회로 등으로 구성되는 전자회로 등의 하드웨어와 하드웨어의 제어를 위한 제어용 알고리즘 등의 소프트웨어로 구성 하였다.
트랙터 시작기에 장착된 제어시스템의 리프트암 상한제어, 원터치 승하강제어, 부가제어 (후진 상승제어 및 조향 상승제어)의 제어성능을 규명함으로서 문제점을 보완하고, 포장에서의 성능실험에 대비하기 위해 설계된 제어시스템에 대한 실내에서의 제어성능실험을 수행하였다.
포장에서 실제 쟁기와 로타리 작업기에 의한 경운 작업 중, 제작된 자동제어시스템의 실 포장에서의 제어성능을 규명하기 위해 포장실험이 수행하였다. 실험은 실험조건에서 임의의 작업 깊이로 시작기가 인위적으로 만들어진 불균일한 포장 면을 주행 작업하면서 수행하였다.

대상 데이터

출력보드 (A/D 및 D/A보드) 및 출력보드로부터의 제어신호에 의해 솔레노이드밸브를 작동하기 위한 콘트롤러 등으로 구성되어 있는 전자제어부, 각종 센서류(위치레버센서, 리프트암센서, 견인력 센서, 경심센서, 엔진rpm센서, 후진센서 및 조향센서), 유압회로(유압밸브블록 조립체) 등이 장착된 공시트랙터 및 실험중의 각종 센서로 부터의 신호를 기록하기 위한 아날로그 데이터레코더 등으로 구성하였다.

성능/효과

알 수가 있었다. 그리고 모든 제어 기능에서 응답시스템의 정상편차가 유압 시스템의 데드밴드 ±1° 이내로 나타났고, 이는 시스템 데드밴드가 ±1°이므로 정상적으로 동작함을 알 수가 있었다.
원터치 스위치의 ON(OV)과 함께 리프트암이 상한설정 위치까지 한 번에 상승하고, OFF와 함께 위치레버의 위치까지 한 번에 하강함을 알 수 있었다. 그리고 후진 및 조향 상승제어 실험에서 정상편차는 주행속도에 및 상승, 하강에 관계없이 평균 0.3°에서 0.6°의 범위 내에 있었다.
본 연구에서 개발된 트랙터의 작업 자동제어시스템에서 트랙터 3점 히치의 인간-기계의 상호 작동방법 중 위치제어, 리프트암 상한제어, 원터치 승하강제어 및 부가제어(후진 상승 제어 및 조향 상승제어에 대한 응답특성 및 제어성능을 규명한 결과, 시스템이 안정적으로 작동함을 알 수가 있었다. 그리고 모든 제어 기능에서 응답시스템의 정상편차가 유압 시스템의 데드밴드 ±1° 이내로 나타났고, 이는 시스템 데드밴드가 ±1°이므로 정상적으로 동작함을 알 수가 있었다.
실험 결과는 상승시의 정상편차 평균 0.26°, 하강시는 평균 0.76°임을 알 수 있었다.
실험결과는 리프트암 상한제어시의 리프트암 상한 설정다이얼의 변화에도 작업기가 잘 추종하였고, 리프트 암이 안정된 상태인 정상편차는 상승이 평균 0.7°, 하강이 평균 0.8°로 나타났다.
3 km/h, 상한 설정치 20°, 위치레버 -2°에서의 로터리 작업기에 의한 원터치 승하강제어의 실험결과를 보여주고 있다. 원터치 스위치의 ON(OV)과 함께 리프트암이 상한설정 위치까지 한 번에 상승하고, OFF와 함께 위치레버의 위치까지 한 번에 하강함을 알 수 있었다. 그리고 후진 및 조향 상승제어 실험에서 정상편차는 주행속도에 및 상승, 하강에 관계없이 평균 0.
실험은 실험조건에서 임의의 작업 깊이로 시작기가 인위적으로 만들어진 불균일한 포장 면을 주행 작업하면서 수행하였다. 위치제어를 위한 레버 작동에서 작업기 상승의 경우는 주행속도에 관계없이 정상 편차가 평균 0.6°이고, 하강의 경우는 평균 0.1°로 작업 중의 토양 반력 등에 의한 영향 없이 제어가 잘 되고 있음을 알 수 있었다.

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