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과제현황 목록

과제기본정보

추락 안전사고 방지 및 2시간 이상 연속작업을 위한, 콘크리트 균열 진단/보수용 등벽드론 기반기술 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 22CTAP-C164100-02
국가과학표준분류 1순위 원자력 | 핵자료 기술 | None 적용분야 건설업
2순위 원자력 | 핵자료 기술 | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 추락 안전사고 방지 및 2시간 이상 연속작업을 위한, 콘크리트 균열 진단/보수용 등벽드론 기반기술 개발
주관연구기관 국민대학교 산학협력단
총괄연구 책임자 성명 홍기증
소속 국민대학교 산학협력단 직위 교수
기관 대표번호 02-910-5390 FAX 02-910-5310
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2022-01-01 ~ 2022-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
2차년도 210,000,000 6,500,000 35,500,000 42,000,000 252,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 - 연구개발의 배경 및 필요성
(1) 추락사고 방지 및 장시간 작동 가능한 등벽드론 관련 국내외 기술개발 현황
○ 기존 드론을 이용한 균열감지 시스템(Kim eta al. 2015)은 비행드론에 카메라를 설치하는 형식임. 교량 주탑 또는 고층건물과 같이 높은 위치에서 센 바람에 의해 제대로 위치를 잡기가 어려운 문제가 있으며, 경우에 따라 근접한 구조물과의 충돌로 인해 추락사고가 발생할 위험이 높음. 작은 비행체이지만 추락으로 인해 매우 큰 인명 또는 재산상의 피해가 발생할 수 있으므로 더욱 안전한 방법의 고안이 필요함.
○ 캐나다 Sky Pro 벽체청소기의 경우, 옥상지지대에 케이블을 달아 청소기를 연결하여 이동시키며 안전하게 작동시킴. 이동이 편리하도록 이를 소형화하고 드론에 장착하여 콘크리트 균열의 진단 및 보수용으로 개발 가능함.
○ 유럽 Aerones의 풍력타워 청소기의 경우, 소형청소기를 각기 다른 방향으로 4개의 케이블에 연결하여 안전하게 위치를 제어함. 균열의 진단 및 보수 시 안정한 작업상태를 유지하기 위해 벽체에 장비를 밀착시키는 일정한 추력이 필요하므로 드론을 활용하여 이 방식을 개선할 필요 있음.
○ 콘크리트 구조물 상부에 케이블 지지구조물을 설치하고, 케이블을 드론에 연결하여 추락사고를 방지하고 케이블을 활용하여 지속적으로 전원공급하여 장시간 작동이 가능하도록 등벽드론을 개발할 필요 있음.
○ 청소를 위한 등벽드론 시제품을 이미 국민대에서 2019년에 자체 개발하였으며, 이를 개선하여 콘크리트 균열 진단 및 보수용 등벽드론을 개발하고자 함.
최종목표 추락 안전사고 방지 및 2시간 이상 연속작업을 위한, 콘크리트 균열 진단/보수용 등벽드론 기반기술 개발

■ 추락사고 방지 및 장시간 작동을 위한 등벽드론 개발
■ 등벽드론에 장착하기 위한 소형 균열진단시스템 개발
■ 등벽드론에 장착하기 위한 비구조균열 보수용 로봇팔 개발
■ 균열 진단 및 보수용 등벽드론 시스템의 성능시험

1단계 : 기초 이론·실험단계
2단계 : 실용 목적의 아이디어, 특허 등 개념 정립
3단계 : 연구실 규모의 기본성능 검증
4단계 : 연구실 규모의 소재·부품·시스템 핵심성능 평가
5단계 : 확정된 소재·부품·시스템 시작품 제작 및 성능 평가
6단계 : 시범규모의 시작품 제작 및 성능 평가
7단계 : 신뢰성평가 및 수요기업 평가
8단계 : 시제품 인증 및 표준화
9단계 : 사업화
연구내용 및 범위 (1) 1년차
- 주관연구개발기관(국민대학교 산학협력단)
○ 추락사고 방지 및 장시간 작동을 위한 등벽드론 설계
○ 콘크리트 구조물 상부에 케이블 지지구조물을 설치하고, 케이블을 드론에 연결하여 추락사고 방지
○ 등벽드론의 작업성과 안전성을 고려한 케이블 연결부 설계
○ 장시간 작동이 가능하도록 유선 전원공급장치 설계
○ 등벽드론의 이동장치 설계
○ 균열보수용 도포제 저장용기 및 압출장치 설계
○ 청소를 위한 등벽드론 시제품을 이미 국민대에서 자체 개발하였으며, 이를 개선하여 콘크리트 균열 진단 및 보수용 등벽드론을 개발
○ 등벽드론에 장착하기 위한 콘크리트 비구조균열 보수용 로봇팔 하드웨어 개발
○ 균열의 위치를 확인하고 균열 도포재를 바르고 다지는 작업을 수행하도록 소형 로봇팔 설계
○ 균열 보수 작업을 위해 균열과 로봇 간의 상대 위치를 측정해주는 센서 장착
○ 발생 가능한 외부 충격에도 로봇팔 말단이 안정적으로 이동할 수 있도록 소형 로봇팔 설계. 국민대학교 산학협력단은 재난 현장에 이용될 매니퓰레이터 제어를 위한 외
○ 골격 타입의 마스터 매니퓰레이터를 이미 개발하였으므로, 이러한 보유 기술을 활용.
○ 등벽드론에 장착한 콘크리트 비구조균열 보수용 로봇팔 제어 알고리즘 개발
○ 로봇팔 말단을 3개 방향으로 움직이기 위한 기본 구동 제어 알고리즘을 1cm 이하의 제어오차를 갖도록 개발.

- 공동연구개발기관((주)케이엠티엘)
○ 등벽드론에 장착하기 위한 소형 균열진단장비 개발
○ 등벽드론에 탑재하기 위해, 진단장비를 소형화하고 진동/흔들림에 대해 안정하도록 설계.
○ 콘크리트 균열 검출 데이터 처리 알고리즘 개발
○ 등벽드론의 환경에 적합한 균열 검출 데이터 처리 알고리즘 개발

- 공동연구개발기관((주)중앙이앤알) :
○ 등벽드론 안전성 및 작업연속성 성능목표 설정
○ 추락방지를 위한 등벽드론 성능목표 설정
○ 작업연속성을 위한 등벽드론 성능목표 설정
○ 콘크리트 균열 진단장비 성능목표 설정
○ 감지된 콘크리트 균열을 유형별로 분류할 수 있도록 진단장비의 성능목표 설정


(2) 2년차
- 주관연구개발기관(국민대학교 산학협력단) :
○ 추락사고 방지 및 장시간 작동 가능한 등벽드론 시제품 제작
○ 등벽드론의 작업성과 안전성을 고려한 케이블 연결부 제작
○ 장시간 작동이 가능하도록 유선 전원공급장치 제작
○ 등벽드론의 이동장치 제작
○ 균열보수용 도포제 저장용기 및 압출장치 제작
○ 콘크리트 비구조균열 보수작업 알고리즘 개발
○ 로봇이 균열 도포재를 정확하고 효율적으로 도포하도록 최적 경로를 검색하는 알고리즘 개발
○ 균열의 픽셀 위치에 로봇팔이 이동할 수 있도록 상호 간의 위치정보가 실시간으로 업데이트되어야 하며 이를 기반으로 작업 경로에 따라 단계적으로 보수작업을 수행하도록 설계
○ 콘크리트 균열에 보수제를 효율적이고 안정적으로 바르는 방법을 선정하여 그에 맞는 균열보수 작업 알고리즘 개발

- 공동연구개발기관((주)케이엠티엘) :
○ 등벽드론에 장착하기 위한 소형 균열진단장비 시제품 제작
○ 등벽드론에 탑재하기 위해, 조사장비의 소형화 및 진동/흔들림에 대한 안정화된 진단장비 제작
○ 자동영상처리를 통한 균열 지도 생성 기술 개발
○ 영상왜곡 최소화하여 균열 지도를 생성하는 기술 개발

- 공동연구개발기관((주)중앙이앤알) :
○ 등벽드론 안전성 및 작업연속성 성능시험 수행
○ 안전성 및 작업연속성 성능시험을 통한 개선사항 도출
○ 콘크리트 균열진단 성능시험 수행
○ 균열진단 성능시험을 통한 개선사항 도출
○ 콘크리트 비구조균열 보수용 로봇팔 성능시험 수행
○ 로봇팔 보수작업 성능시험을 통한 개선사항 도출
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 추락사고 방지 및 장시간 작동을 위한 등벽드론 시스템(등벽드론+균열 진단장비+보수용 로봇팔) 개발 ■ 추락사고 방지 및 장시간 작동을 위한 등벽드론 설계
■ 등벽드론에 장착하기 위한 콘크리트 비구조균열 보수용 로봇팔 하드웨어 개발
■ 등벽드론에 장착한 콘크리트 비구조균열 보수용 로봇팔 제어 알고리즘 개발
■ 등벽드론에 장착하기 위한 소형 균열진단장비 개발
■ 콘크리트 균열 검출 데이터 처리 알고리즘 개발
■ 등벽드론 안전성 및 작업연속성 성능목표 설정
■ 콘크리트 균열 진단장비 성능목표 설정
■ 콘크리트 비구조균열 보수용 로봇팔 성능목표 설정
연구성과 기술적 기대성과 ○ 기대효과 -기술적 측면
● 작업 현장에서 발생 가능한 추락, 사망 사고 최소화
● 콘크리트 균열/진단뿐만 아니라, 개발된 로봇팔을 개량하면 벽면청소용 또는 화재진압용으로도 활용 가능
사회 경제적 파급효과 ○ 기대효과 - 경제적ㆍ산업적 측면
● 균열 진단 및 관리로 인해 발생하는 인력 비용과 시간 절감
● 콘크리트 구조물의 균열 진단/보수를 등벽드론으로 안전하고 효율적으로 자동화하는 선도적 기술을 확보한다면, 세계시장에 진출 가능.

○ 기대효과 - 사회적 측면
● 건설 로봇 자동화에 필요한 딥러닝 및 건설 로봇 제어에 대한 고급 전문 인력 양성 가능
활용방안 ○ 개발된 등벽드론을 활용하면 추락 안전사고에 대한 염려 없이 장시간 연속작업이 가능하므로, 안심하고 효율적으로 다음과 같은 분야에 적용 가능함.
- 고층 콘크리트 건물의 균열 진단 및 보수 자동화
- 대형 교량 콘크리트 주탑의 균열 진단 및 보수 자동화
- 대형 콘크리트 댐의 균열 진단 및 보수 자동화
- 원전 콘크리트 구조물의 균열 진단 및 보수 자동화
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 드론 등벽 콘크리트 균열 진단 보수
영문 drone mounting concrete crack detect repair
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