| 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.
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| 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 성능시험1단계 : 기초 이론·실험단계2단계 : 실용 목적의 아이디어, 특허 등 개념 정립3단계 : 연구실 규모의 기본성능 검증4단계 : 연구실 규모의 소재·부품·시스템 핵심성능 평가5단계 : 확정된 소재·부품·시스템 시작품 제작 및 성능 평가6단계 : 시범규모의 시작품 제작 및 성능 평가7단계 : 신뢰성평가 및 수요기업 평가8단계 : 시제품 인증 및 표준화9단계 : 사업화
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| 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
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