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과제기본정보

자율형 무인 이동식 로봇암을 이용한 딥러닝 기반의 소단면 공동구 내부 구조물 표면 결함 탐지 자동화 장비 핵심 기술 개발1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 20CTAP-C157234-01
국가과학표준분류 1순위 원자력 | 핵자료 기술 | None 적용분야 건설업
2순위 농림·수산 | None | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 화학공정 | None | None 과제유형 응용
과제명 자율형 무인 이동식 로봇암을 이용한 딥러닝 기반의 소단면 공동구 내부 구조물 표면 결함 탐지 자동화 장비 핵심 기술 개발
주관연구기관 한국건설기술연구원
총괄연구 책임자 성명 이성원
소속 한국건설기술연구원 직위 선임연구위원
전화번호 031-910-0114 FAX -
총 연구기간 2020-04-13 ~ 2021-12-31
당해연도 연구기간 2020-04-13 ~ 2020-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
1차년도 160,000,000 0 0 0 160,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ (개요) 공동구 현황
？ (공동구) 도시계획시설로서 지하매설물(전선로, 수도관, 하수도관, 통신선로, 전기통신회선설비, 열수송관)을 공동 수용함으로써
- 도시미관 개선, 도로구조 보전 및 교통의 원활한 소통을 기하기 위하여 지중에 설치하는 시설물 (국토계획법 제2조)
？ (공동구의 설치) 200만㎡ 이상 택지개발사업, 도시개발사업 등 시행시 공동구 설치 의무화, 공동구 설치비용은 공동구 점용기관 및 사업시행자가 공동 부담(국가 및 지자체 보조 가능)
- (수용시설) 공동구에는 전선로, 통신선로, 수도관, 열수송관, 중수도관, 쓰레기수송관은 의무적으로 수용하도록 하고,
- 통합 수용시 안전성 확보를 위한 비용부담 과다 소요 및 기술적 검토가 필요한 하수도관 등은 공동구 협의회 심의를 거쳐 수용 가능
？ 현재, 12개 지자체에서 30개 지역(165.62㎞)에 공동구가 설치되어 전기, 수도, 통신 등에 대한 통합서비스 제공
○ (개발 대상) 소단면 공동구 유지관리를 위한 자동화 정밀 검사 장비
？ 공동구 내부에서 발생할 수 있는 열화현상(균열, 백태 및 누수)을 정밀하게 측정하여 공동구의 현상 및 변형 정도를 파악하고 유지보수에 필요한 기본 데이터 확보
？ 균열의 길이와 진행 방향 및 균열의 폭 등을 무타겟 형식으로 측정할 있는 기술 개발
？ 자율 주행 이동체와 탑재형 로봇암(매니퓰레이터)를 활용하여 터널식 및 개착식 공동구 유지보수 분야에 적용하여 주기적인 정밀 검사에 활용
최종목표 ○ 최종목표: 자율형 무인 이동식 로봇암을 이용한 소단면 공동구 내부 구조물 결함 탐지 자동화 장비 핵심 기술 개발
？ 자율형 이동체 기술: 주행 환경인식 기반의 자율형 무인 이동체 개발
？ 탑재형 로보틱스 기술: 무인 이동체 탑재형 검사용 다자유도 매니퓰레이터 개발
？ 융합형 센서 기술: Deep Fusion Sensor 기반 3차원 융합형 결함 검사 센서 개발

○ 최종성과물: 소단면 공동구 내부 구조물 결함 탐지를 위한 자율형 무인 이동 점검 로봇 시제품
연구내용 및 범위 [세부 목표]
○ 자율형 이동체 기술: 주행 환경인식 기반의 자율형 무인 이동체 개발
？ 자율형 무인 주행을 위한 3차원 환경 인식 기반의 장애물 극복 기술
？ 공동구 내부의 유지보수를 위한 로보틱스 기반의 무인 이동 플랫폼 기술
○ 탑재형 로보틱스 기술: 무인 이동체 탑재형 검사용 다자유도 매니퓰레이터 개발
？ 운영 시나리오별 시스템 설계 및 다자유도 매니퓰레이터 구성품 제작
？ 공동구 내부 접근성 향상을 위한 다자유도 제어 기술 개발 및 시제품 제작
○ 융합형 센서 기술: Deep Fusion Sensor 기반 3차원 융합형 결함 검사 센서 개발
？ 고해상도 영상과 3차원 포인트 클라우드의 융합을 통한 핵심 센서 기술 개발
？ Deep Fusion Sensor 기법을 활용한 인공지능 기반의 융합형 센서 기술 개발

[연구내용 및 범위]
- 주관연구기관(한국건설기술연구원):
？ 자율형 무인 주행을 위한 3차원 환경 인식 및 실내 매핑 기술
▷ 표면 결함 정의 및 선행 기술조사
▷ 무인 이동체 위치 인식 기술
▷ 주행 환경인식 및 제어 플랫폼 기술
▷ 공동구 내부 3차원 맵 생성 기술

？ 공동구 내부의 유지보수를 위한 로보틱스 기반의 무인 이동 플랫폼 기술
▷ 3차원 센서 기반 자율 주행 기술
▷ 자율 주행 기반 장애물 극복 기술
▷ 구성 기술 간의 연동/통합 테스트

？ 고해상도 영상과 3차원 포인트 클라우드의 융합을 통한 핵심 센서 기술 개발
▷ 표면 결함 정의 및 선행 기술조사
▷ 센서 사양 선정 및 개발 환경 구축
▷ 다중 영상 기반 표면 결함 탐지 기술
▷ 3차원 센서 기반 표면 결함 탐지 기술

？ Deep Fusion Sensor 기법을 활용한 인공지능 기반의 융합형 센서 기술 개발
▷ 표면 결함 탐지용 인공지능 모델 개발
▷ On-Board 타입의 센서 장치 개발
▷ 융합형 3차원 센서 시제품 테스트
▷ 구성 기술 간의 연동/통합 테스트


- 공동연구기관(한국생산기술연구원):
？ 운영 시나리오별 시스템 설계 및 다자유도 매니퓰레이터 구성품 제작
▷ 구동환경 조사 및 선행 기술조사
▷ 운용 시나리오에 따른 시스템 설계
▷ 다자유도 매니퓰레이터 구성품 제작

？ 공동구 내부 접근성 향상을 위한 다자유도 제어 기술 개발 및 시제품 제작
▷ 다자유도 매니퓰레이터 시제품 제작
▷ 운용 시나리오에 따른 구동경로 생성
▷ 제어 알고리즘 개발
▷ 다자유도 매니퓰레이터 성능평가
▷ 구성 기술 간의 연동/통합
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 - 주관연구기관(한국건설기술연구원):
？ 자율형 무인 주행을 위한 3차원 환경 인식 및 실내 매핑 기술
？ 고해상도 영상과 3차원 포인트 클라우드의 융합을 통한 핵심 센서 기술 개발
- 공동연구기관(한국생산기술연구원):
？ 운영 시나리오별 시스템 설계 및 다자유도 매니퓰레이터 구성품 제작 		- 주관연구기관(한국건설기술연구원):
？ 자율형 무인 주행을 위한 3차원 환경 인식 및 실내 매핑 기술
▷ 표면 결함 정의 및 선행 기술조사
？ 공동구 주행을 위한 공동구 내부 환경조사 및 분석
？ 공동구 내부 자율주행 이동체 기술 동향 조사
▷ 무인 이동체 위치 인식 기술
？ UWB 안테나, MCU, 초소형 배터리를 포함하는 UWB 위치인식 센서모듈 개발
？ UWB 전파통신을 이용한 거리측정 알고리즘 개발
？ TOA (Time-of-Arrival) 기반의 위치인식 알고리즘 개발
▷ 주행 환경인식 및 제어 플랫폼 기술
？ 공동구 내부의 주행환경 분석
？ 공동구 내부를 이동하는 자율주행 로봇의 설계사양 선정
？ 공동구 내부를 안정적으로 주행하기 위한 자율주행 이동로봇의 주행메커니즘 설계
？ 자율주행 이동로봇의 주행 제어 알고리즘 개발
？ 자율주행 이동로봇 플랫폼 시제품 제작
▷ 공동구 내부 3차원 맵 생성 기술
？ 3차원 라이다 이용 공동구 HD맵핑 기술 개발
？ 공동구 맵 매칭 및 UWB를 이용한 정밀 위치 인식
？ 고해상도 영상과 3차원 포인트 클라우드의 융합을 통한 핵심 센서 기술 개발
▷ 표면 결함 정의 및 선행 기술조사
？ 표면 결함에 따른 데이터 확보 및 분류
？ 영상 및 포인트 클라우드를 활용한 객체 인식 기술 동향 조사
▷ 센서 사양 선정 및 개발 환경 구축
？ 검사 시나리오에 따른 센서 구성 및 사양 선정
？ 센서 구성에 따른 알고리즘 개발 환경 구축
▷ 다중 영상 기반 표면 결함 탐지 기술
？ Multi-Camera를 활용한 딥러닝 기반의 표면 결함 탐지 알고리즘 개발
？ 파노라마 영상을 위한 Multi-Camera 검교정 기술
▷ 3차원 센서 기반 표면 결함 탐지 기술
？ 3차원 센서를 활용한 공동구 내부 형상 복원 기술
？ 3차원 포인트 클라우드 기반 표면 결함 탐지 알고리즘 개발
- 공동연구기관(한국생산기술연구원):
? 운영 시나리오별 시스템 설계 및 다자유도 매니퓰레이터 구성품 제작
▷ 구동환경 조사 및 선행 기술조사
？ 매니퓰레이터 성능결정을 위한 공동구 및 구동환경 조사
？ 다자유도 검사용 매니퓰레이터 기술 동향 분석
▷ 운용 시나리오에 따른 시스템 설계
？ 운용 시나리오 기반 공동구 내 센서 이동을 위한 자유도 분석
？ 탑재 센서에 따른 하중 및 제한조건 분석을 통한 매니퓰레이터 구성 및 사양 선정
？ 외란에 강인한 고강성 다자유도 매니퓰레이터 상세 설계
▷ 다자유도 매니퓰레이터 구성품 제작
？ 상세설계 기반 장납기 부품 위주 모듈 발주 및 제작
연구성과 기술적 기대성과 ○ 기술적 측면
？ 노후 시설물에 대한 점검/진단 범위, 속도 등에 대한 기존 기술의 한계를 극복함으로써 국내 점검/진단 기술 수준이 향상되고, 세계 점검/진단 기술 선도 기대
？ 영상과 3차원 포인트 클라우드 기술 등은 기존의 콘크리트 구조물에 대한 점검/진단 기술의 한계로 인해 파악이 어려웠던 콘크리트 내부 표면을 정확히 점검/진단하기 위한 기술이며, 특히 융합형 센서 기술의 도입은 세계적으로도 초기 단계에 있는 기술
？ 기존 평면 형태의 2차원 이미지로 나타내었던 터널 외관 조사 결과를 3차원 기법으로 형상을 복원한 후 탐지하고자 하는 터널 열화(균열, 백태, 누수) 지점을 정확히 검출할 수 있어 더욱 발전된 형태의 기술임
？ 인공지능 및 로봇 등 신기술 개발 및 활용으로 기존 유지관리 기술의 한계 극복을 통한 ICT 기반의 유지관리 기술의 고도화 달성
사회 경제적 파급효과 ○ 경제적？산업적 측면
？ 자율형 무인 이동체와 로봇암 및 영상을 이용한 상태점검 기술을 자동화화여 속도와 적용 범위를 향상시킬 수 있는 기술로서, 본 과제가 추구하는 예방적 유지관리에 요구되는 데이터 확보에 필요한 기술적 기반이 마련됨
？ 로봇 기술을 이용한 결함 탐지 기술은 인력 기반의 기존 점검 체계가 가지고 있는 점검 범위, 접근성 등의 한계를 극복할 수 있는 기술이며, 로봇 응용 분야 기술로서 해당 산업의 영역 확대 및 기술 발전에 기여
？ 공동구 내부 검사 및 진단 기술의 확대 적용을 위한 원천 기술을 본 과제를 통해 확보하여 향후 기술사업화지원사업으로 연계 발전시켜 유지관리 시장에서 새로운 분야를 창출할 것으로 기대

○ 사회적 측면
？ 개선된 점검/진단 기술을 활용하여 일관되고 풍부한 점검 데이터를 확보함으로써 시설물 및 시설물 사용자의 안전성과 편의성을 개선하고 노후 시설물의 증가로 인한 사회적 비용 상승 억제
？ 구조적 안전성을 직접적으로 확인하기 위한 정밀 검사를 로봇과 융합형 센서 기술을 기반으로 자동화되어 시설물 전반에 대한 구조물의 안전성을 확인하기 위한 충분한 데이터 확보 가능
？ 구조물 내부, 접근이 어려운 위치의 결함 등 기존 기술로 확인하기 어려운 영역까지 점검/진단과 진단 과정에 기계학습 등의 기술이 도입되어 평가의 일관성이 향상
？ 결과적으로 구조물의 상태와 안전성에 대한 신뢰도 높은 평가 결과를 확보하고, 사고 위험을 사전에 감지하여 시설물의 붕괴 및 사용자 사고로 인한 사회적 비용 감소 기대
？ 생활 안전에 대한 기술개발로 공동구의 안전성 확보를 통한 사회안전망 확충과 안전에 대한 국민 요구 충족으로 지하구조물 안전성에 대한 이미지 개선
활용방안 ○ 공동구 내부 표면 결함 탐지에 특화된 장비 및 기술은 현장 적용성을 고려한 개발을 통해 기술개발 후 점검/진단 업무에 시험적용 할 수 있는 수준으로 개발하고, 향후 범용성이 높아 적용 범위가 확대될 것으로 예상되는 장비 및 분석 기술은 고도화 추진
？ 융합형 센서 기술, 자율형 무인 이동체 기술, 탑재형 다자유도 로봇암(매니퓰레이터) 기술 등 공동구 내부 표면 결함 탐지에 특화된 장비는 관리 주체 담당자 및 유지관리 실무자 등과의 지속적인 협의를 통해 현장 적용성을 확보하도록 개발하여 기술개발 후 시험적용이 가능하도록 개발
？ 로봇암(매니퓰레이터)이 탑재된 무인이동체, 3차원 영상센서 및 계측기술 등 공동구 내부 시설물 외 타 시설물의 점검 및 계측에 활용할 수 있는 범용성이 높은 장비 및 분석 기술로 향후 적용 범위의 확대와 기술 수요의 증가를 고려하여 고도화 및 기술자립이 가능하도록 추진

○ 공동구 내부 시설물 검사를 목적으로 한 기술은 기술개발 과정에서 기술 검증 자료를 확보하고 기술 적용을 제한하는 관련 지침/기준을 개선하여 기술개발 이후 유지관리 전문기업을 통해 공공시설물을 대상으로 적용할 수 있도록 추진
？ 결함 탐지 기술은 관련 기준 및 지침에 부합하도록 개발하고, 부처 및 관리기관과의 협력을 통해 개선된 기술의 적용을 제한하는 관련 지침과 기준에 대한 개정을 추진하여 유지관리 전문기업의 개발 기술 활용을 위한 기반을 확보
？ 개발 기술에 포함된 범용성이 높은 기술은 응용 분야에 대한 상용화 연구개발 사업으로 연계하여 기술을 개선하여 활용범위를 확대
？ 융합형 센서 기술, 자율형 무인 이동체 기술 등 공동구 내부 외의 구조물에 적용을 위해 큰 틀의 개선이 요구되지 않는 기술은 수요처에 대한 홍보를 지원하여 기술 보완 및 적용을 지원
？ 시험？평가, 시설물 관리 및 재해 분야 등 점검/진단 분야 외 타 분야로 확대 적용을 위한 연구개발 사업을 지속적으로 발굴 및 추진
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 로봇암 무인 이동체 결함탐지 공동구 딥러닝
영문 Robotic Arm UAV Defect Detection Utility Tunnel Deep Learning
최종보고서
최종보고서 파일 다운로드 제공
최종보고서 (최종6_보완)_최종보고서_공동구점검로봇_이성원.pdf   다운로드

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