| 연구개발개요 |
○ 지중의 수도나 전기 통신선로 또는 도로의 신설이나 개보수 공사 시에는 지면 위에 기 시공되어 있는 아스팔트나 콘크리트 도로를 절단할 필요가 있음. 이런 아스팔트나 콘크리트 도로를 절단하기 위해 도로 절단기가 사용됨- 도로 절단기의 주요 구성은 물통을 포함한 몸체, 엔진, 절단날, 바퀴, 핸들, 몸체 각도조절 레버 그리고 손잡이로 구성되어 있음- 이런 도로 절단기의 절단작업 절차는 엔진을 구동시켜 절단날을 회전시키고 절단날이 지면을 자르며 일정한 깊이로 절단 작 삽입 후 작업자는 절단기의 핸들을 회전시키며 전방으로 전진하면서 절단작업을 수행함. 이와 같이 작업자는 핸들을 계속 회전시키면서 부하를 감지하고 적절히 핸들을 회전시켜 바퀴를 회전시키면서 아스팔트 또는 콘크리트 도로를 절단하는 작업이므로 높은 숙련도를 요구함- 이런 높은 숙련도를 요구하는 특징 때문에 일반적으로 외날 절단날을 사용하고 있음. 최근에는 외날 보다는 양날을 사용하여 생산성을 2배 증가시키는 양날 절단기에 대한 관심이 높아지고 있음. 그래서 이런 요구에 대응하여 정도산업은 양날 절단기를 개발하였음. - 그러나 부하를 감지하지 못해 발생된 과부하에 의한 안전사고 등이 발생하고 있음. 또한 작업 자동화를 통한 생산성 향상 및 작업 편의성 증대에 대한 요구가 급증하고 있음. 이에 반해 기존 개발 제품은 사람이 수동으로 조작하는 단계이므로 부하 감지를 못해 발생된 과부하에 의한 안전사고가 발생하고 있으며, 자동화는 적용되지 않았기 때문에 생산성 및 편의성이 낮은 상태임- 이를 극복하기 위해 기존 제품에 부하 연동형 주행 제어 시스템을 장착하여 과부하를 방지하고, 비전 시스템 기반 자동 조향 제어 시스템을 장착하여 작업 자동화를 구현하여 생산성 및 작업 편의성을 증대시키는 시스템을 개발함
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| 최종목표 |
직진 자동 주행 및 부하 감응형 절단속도 제어시스템 기술이 적용된 80마력급 포장도로 절단용 양날 도로 절단기 개발- 제안된 직진 자동 주행 및 부하 감응형 절단속도 제어 시스템 개발을 통해 적용되면 직진 경로 작업 자동화가 구현됨. 이런 자동화에 의해 작업효율성을 극대화하고 생산성 및 편의성을 향상시킴. 또한 비숙련자도 작업을 수행할 수 있는 수준의 작업 환경을 구축하여 여성과 노약자 같은 근로약자를 작업현장으로 유인하는 요인이 되어, 인구감소 및 고령화 사회 진입에 의한 노동력 감소에 대한 해결책으로 제시됨- 본 기술은 아직 선진사도 상용화하지 못한 자동화 시스템으로 기술적인 난이도가 높음. 본 연구에서 이런 기술적인 난이도가 높은 시스템 개발에 도적하는 것으로 기술 개발 성공이 성공하여 상용화 된다면 센계 최초라는 타이틀을 갖게 됨. 이를 통해 새로운 시장 분야를 개척하고 관련 기술을 리드하는 First Mover 로서의 지위에 오르는 Advantage를 갖게 됨 ○ 직진 자동 주행 제어 시스템 개발- 절단 작업 시 절단날의 굽힘(Bending), 절단날의 마모 정도 불일치, 절단면의 구성품 강도 불일치 및 배열의 비균질 등에 의해 발생되는 양날의 부하 차이는 모멘트를 야기하고 이는 절단기 주행의 Yaw를 발생시켜 Trajectory를 이탈시키는 원인이 됨. 기존에는 작업자가 이런 Trajectory 이탈을 수동으로 계속해서 보정해줘야 하는 어려움이 있음. 이런 어려움을 해결하기 위해 자동으로 Trajectory를 보정할 수 있는 시스템 개발이 필요함 ○ 부하 감응 절단 속도 제어 시스템 개발- 절단 작업 시 철근이나 강관에 의해 발생되는 절단날 파손 등에 의한 기계 손상 및 절단 날 또는 돌 파편에 의해 발생되는 작업자 안전사고 문제를 일으키는 과부하를 방지하기 위해 과부하 방지 시스템이 필요함. 또한 일정한 범위 내에서 부하가 발생되도록 주행속도를 제어하는 부하 감응형 주행 속도 자동 조절 시스템은 에너지 효율 극대화를 통한 연비 향상 및 절단날의 마모 진행속도를 낮춰 작업 비용을 경감시킬 수 있는 장점을 갖기 때문에 개발이 필요함 ○ EHA(Electronic Hydraulic Actuator)를 활용한 유압 제어 시스템 개발- 자동차 등에 사용되는 일반적인 자율 주행 시스템은 전기 모터를 이용해서 주행 및 조향을 구현하고 있음. 본 과제에서는 절단기를 포함한 Actuator 동력원은 유압이므로 유압을 이용한 주행 및 조향을 구현하는 것을 목적으로 하고 있음. 이를 통해 시스템의 단순화 및 경제성을 확보할 수 있음
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| 연구내용 및 범위 |
1차년 - 주관연구기관(정도산업):1) 절단 작업 자동화를 위한 작업 분석- 절단 작업 분석- 자동화를 고려한 작업 분석2) 절단 작업 자동화를 위한 절단기 개념 설계- 절단기 작업 자동화를 고려한 절단기 개념 설계- 절단기 작업 자동화를 고려한 주요 부품 설계3) 절단기 작업 자동화를 고려한 주요 부품 제작4) 테스트 벤치 설계 및 제작- 성능 테스트 방식 도출- 성능 테스트 벤치 설계 및 제작 - 공동연구기관(건설기계부품연구원):1) 비전 시스템 기반 직진 자동 조향 제어 시스템 개념 설계- 비전 시스템 설계- 작업 환경의 조명, 분진, 진동 등 상태 분석을 통한 실외 환경에 강인한 영상 센서 및 제어 모듈 구성- 색상 및 패턴 기반 차량 조향 각도 획득 알고리즘 및 영상 전처리 기술 개발- 유사 이동체를 이용한 비전 알고리즘 성능 시험용 테스트 베드 구축- 조향에 대한 기구-동역학 개념 설계- 조향에 대한 전자-유압 제어 시스템 H/W 개념 설계- 조향에 대한 전자-유압 제어 시스템 S/W 개념 설계2) 부하 감응 주행 제어 시스템 개념 설계- 부하 감응 평가 방법 정립- 절단 작업 시험을 통한 목표 부하 수준 선정- 부하에 대한 주행 모터 회전 속도 정립- 부하 감응 주행 전자-유압 제어 시스템 H/W 개념 설계- 부하 감응 주행 전자-유압 제어 시스템 S/W 개념 설계 3) 통합 제어 시스템 알고리즘 및 S/W 개념 설계- 조향 제어 및 주행 제어 기법 분석- 비전 및 부하 감응 시스템 인터페이스 아키텍쳐 설계- 통합 제어 시스템 알고리즘 개념 설계- 통합 제어 시스템 S/W 개념 설계 - 공동연구기관(진산테크윈):1) 국내외 도로 절단 작업 자동화 관련 자료 조사 및 기술 동향 파악- 아스팔트 및 콘크리트 도로 절단 작업에 대한 자료 조사 및 기술 동향 파악2) Display 판넬부 개념 설계- Display 판넬부 요구 조건 분석 및 개념 설계3) 통합 제어 시스템 H/W 개념 설계- 통합 시스템 컨셉 및 기능 정의- 통합 시스템 H/W 아키텍처 개념 설계2차년 - 주관연구기관(정도산업):1) 1차 시제품 제작2) 1차 시제품 성능 시험 및 보완- 1차 시제품 성능 시험- 1차 시제품 성능 시험 분석 및 보완3) 테스트 벤치를 이용한 절단 작업 테스트 수행- 시험을 통한 절단 부하 데이터 베이스 구축- 부하-주행 속도 상관관계 도출 - 공동연구기관(건설기계부품연구원):1) 비전 시스템 기반 직진 자동 조향 제어 시스템 개발- 비전 시스템 개발- 안정적 조향 각도 인식을 위한 필터링 알고리즘 및 비전 알고리즘 개발- 이물질로부터 센서 보호를 위한 하우징 및 장착 지그 개발- 유사 환경에서의 1차 시제품의 성능 시험과 보완- 경로 추종 알고리즘 개발- 조향 전자-유압 제어 시스템 H/W 개발- 조향 전자-유압 제어 알고리즘 및 S/W 개발 2) 부하 감응 주행 제어 시스템 개발- 주행 전자-유압 제어 시스템 알고리즘 및 S/W 개발3) 통합 제어 시스템 알고리즘 및 S/W 개발- 조향 제어 및 주행 제어 통합 알고리즘 도출 및 개발- 통합 알고리즘 연동 S/W 순서도 정립- 통합 제어 시스템 S/W 개발- 통합 제어 시스템 H/W와 S/W 연동 시험 및 검증 - 공동연구기관(진산테크윈):1) Display 판넬부 개발- 조작 편의성을 고려한 판넬부 Design- Display 판넬부 제작2) 통합 제어 시스템 H/W 개발- 통합 제어 시스템 구성 설계- 통합 제어기 회로, PCB 설계 및 제작3차년 - 주관연구기관(정도산업):1) 2차 시제품 제작- 1차 시제품 개선 설계 및 부품 제작- 2차 시제품 제작2) 2차 시제품 성능 시험 및 보완- 2차 시제품 성능 시험 및 평가- 2차 시제품 성능 시험 분석 및 보완3) 2차 시제품 실차 시험 및 보완- 2차 시제품 실차 시험- 2차 시제품 실차 시험 분석 및 보완 - 공동연구기관(건설기계부품연구원):1) 비전 시스템 기반 직진 자동 조향 제어 시스템 보완- 비전 시스템 보완- 사용자 편의 향상을 위한 비전 시스템 사용자 인터페이스 보완- 영상 및 제어기 보호 모듈 최적화- 실제 작업 환경에 성능 실증을 통한 비전 시스템 성능 검증과 내구성 보완 기술 개발- 경로 추종 알고리즘 보완- 조향 전자-유압 제어 시스템 H/W 보완- 조향 전자-유압 제어 알고리즘 및 S/W 보완- 직진 자동 조향 제어 S/W 보완2) 부하 감응 주행 제어 시스템 보완- 부하 감응 주행 제어 알고리즘 보완- 주행 전자-유압 제어 시스템 알고리즘 및 S/W 보완3) 통합 제어 시스템 알고리즘 및 S/W 보완- 통합 제어 시스템 알고리즘 보완- 통합 제어 시스템 S/W 보완- 통합 제어 시스템 구동 프로그램 최적화- 통합 제어 시스템 H/W와 S/W 연동 성능 개선4) 제어기의 신뢰성 확보 시험- 사용 온도, 방수/방진, 진동 시험 - 공동연구기관(진산테크윈):1) Display 판넬부 보완2) 통합 제어 시스템 H/W 보완
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