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과제기본정보

고공, 밀폐, 분진노출, 협소공간(높이0.6m이하)에서 강교량 재도장 공사 생산성 향상을 위한 이동형 작업 장치 개발3년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 21CTAP-C152073-03
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 시설물 안전 유지관리 기술 | 구조물 보수 보강기술 적용분야 교통/정보통신/기타 기반시설
2순위 None | None | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 고공, 밀폐, 분진노출, 협소공간(높이0.6m이하)에서 강교량 재도장 공사 생산성 향상을 위한 이동형 작업 장치 개발
주관연구기관 (주)이레하이테크이앤씨
총괄연구 책임자 성명 장병하
소속 (주)이레하이테크이앤씨 직위 부사장
기관 대표번호 031-423-4793 FAX 031-423-4795
총 연구기간 2019-04-19 ~ 2021-12-31
당해연도 연구기간 2021-01-01 ~ 2021-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
3차년도 331,000,000 16,550,000 93,784,000 110,334,000 441,334,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 연구개발 개요

□ 개발 필요성

○ 1995년부터 급증한 강교 설치로 인해 강교 재도장 시기가 도래하는 2010년부터 강교의 재도장 요구가 크게 증가함

○ 또한 최근 강재 부식 요인(해양 구조물, 제설용 염화물계 사용 등) 증가로 인해 강교 도장 수명이 13년에서 10년으로 급속하게 단축
- 항만 및 항구 등의 개발로 인한 강교 설치가 급증하고 있으며, 이에 따른 해양 환경하에서의 염분으로 인해 강재 부식이 급속하게 이루어짐
- 도로의 재설작업을 위한 염화물계 제설제는 살포되어 강교의 부식이 유발함
- 기존 13년으로 추정되는 강교의 도장 수명은 최근에는 10년으로 감소하여 재도장 횟수 및 비용이 증대되고 있는 추세임

○ 강교의 부식 방지를 위한 강교 재도장 공사는 열악한 작업환경과 생산성 저하로 산업재해위험, 공사 비용증가 하므로 작업환경 및 방법 개선이 절실함.

○ 강교 재도장은 작업을 위해 교량에 공중비계를 설치하고, 외부환경 오염을 방지하기 위해 작업공간이 밀폐된 협소한 공간의 극한 환경에서 작업이 이루어 짐.
- 강교 재도장 작업은 공중비계 작업공간 내에서 작업하는 고소작업으로 안전이 매우 취약함.
- 밀폐된 공간에서 실시되는 기존 도장을 제거하는 블라스팅 작업은 많은 분진이 발생하여 작업자의 호흡기 질환을 유발함.
- 교량하부의 형하공간을 확보하기 위해 작업공간 높이가 0.6m이하로 작업자가 누워 작업하므로 작업효율이 저하됨.
- 또한 페인트를 분사하는 과정은 밀폐되고 협소한 장소에서 이루어지는 것으로 작업자가 유해 화학물질에 노출됨.


□ 강교량 재도장 공사 로봇 개발을 통한 문제 해결

○ 본 과제에서는 육상 또는 하상에 설치된 강Box 거더 교의 재도장 공사의 모든 구간에 활용되는 원격 로봇 시스템임.
특히 1~4단계 재도장 공정 중에 인력 의존이 심한 2단계인 도장층 & 오염물제거 작업과 3단계인 재도장 작업에 투입되어 인력 의존도를 저감시킴

○ 강교량 재도장 공사 로봇 구성
- 다양한 자세 구현이 가능한 다관절 작업기
- 안정적 주행이 가능한 무한궤도식 주행체
- 교체 가능한 블라스팅 및 페인트 노즐
- 전방 환경 모니터링용 비전장치로 구성됨

○ 강교량 재도장 공사 로봇 구성 성능
- 작업 공간내에는 48mm의 강관 파이프가 설치되어 있고, 블라스팅용 고압 호스와, 페이트 공급호스 등 50mm 이내의 호스가 연결되어 있어
로봇은 50mm 이상의 단차 극복능력이 필요함.
- 현장 테스트를 통한 장비 성능테스트


□ 기대 효과

○ 고위험 작업환경 개선에 따른 작업자 안전사고 저감

○ 로봇이 작업하여 협소한 공간에서 작업 속도가 저하되지 않아 작업효율 향상.

○ 공중 비계와 가림막이 설치된 폐쇄구간에서 활용되며 환경문제 발생이 적음.

○ 노후교량의 안전성 확보로 국민 안전 인식 향상

○ 미래원천기술 확보
1) 무인 도장 제거 및 재도장 요소기술 확보
2) 구조물 표면관리 요소기술 확보
최종목표 최종목표

밀폐, 분진, 작업높이 0.6m~2m 이내의 협소한 작업공간인 강교량 재도장 공정(도장 및 블라스팅)에 적용 가능한 이동형 다목적 작업장치 개발을 통해
인력 의존이 심한 도장층 & 오염물제거 작업과 3단계인 재도장 작업에 투입되어 인력 의존도를 저감시키며, 무인 도장 제거 및 재도장 요소기술과
무인체를 활용한 대형 구조물 검사 요소기술에 대한 미래 원천 기술 확보.



○ 세부목표

1) 다관절 작업기 시스템 구성

2) 무한궤도식 주행체 시스템 개발

3) 작업환경 실시간 모니터링이 가능한 비전시스템 개발

4) 생산성 향상을 위한 분사 노즐 및 숏 블라스팅 노즐 장비 개발

5) 현장 테스트를 통한 장비 성능테스트

-> 강교 재도장 작업의 안전성을 고려한 시공법 개발
연구내용 및 범위 연구내용 및 범위

□ 연구내용 및 범위
- 강교 재도장 작업의 안전을 고려한 시공법 개발
- 다관절 작업기 시스템 구성
- 무한궤도식 주행체 시스템 개발
- 생산성 향상을 위한 분사 노즐 및 블라스팅 노즐 장비 개발
- 실시간 작업 모니터링이 가능한 비전시스템 개발
- 현장 테스트를 통한 장비 성능테스트


□ 기관별 연구내용 및 범위

○ 주관기관 - (주)이레하이테크이앤씨

1) 국내/외 강교 유지보수 공법에 대한 분석
- 강교에 대한 유지보수 공법에 대한 국내/외 선진사 분석
- 기존 유지보수 공법에 대한 절차 및 생산성 분석

2) 강교 연마작업에 효율적인 숏 블라스팅 공법 개발
- 강교의 부식 및 오염물질을 제거하는 숏 블라스팅 공법 분석
- 강교 재도장 장비에 효율적으로 적용이 가능한 숏 블라스팅 공법 개발

3) 공기단축을 위한 생산성 향상에 기반을 둔 재도장 공법 개발
- 기존 재도장 공법에 대한 분석 및 생산성 향상을 위한 개선 작업 방안 도출
- 강교 재도장 장비에 적용이 가능한 재도장 공법 개발

4) 강교 유지보수 장비에 적용하고자 하는 숏 블라스팅 공법 시나리오 개발
- 기존 숏 블라스팅 공법에 생산성 향상을 위한 시나리오 개발
- 유지보수 장비의 작업기에 적용하고자 하는 숏 블라스팅 시나리오 개발

5) 생산성 향상을 위한 재도장 공법 시나리오 개발
- 작업자들에 이루어지는 재도장 공법 분석에 따른 생산성 향상 공법 시나리오 개발
- 다관절 작업기에 적용하고자 하는 재도장 시나리오 개발

6) 강교 유지보수 장비에 대한 성능테스트 방안 도출

7) 강교 유지보수 장비의 성능테스트를 기반으로 하는 개선방안 도출


○ 참여기관 1 - 에프엠글로벌(주)

1) 해외 선진사들의 강교 유지보수 장비 벤치마킹
- 해외 강교 유지보수 장비의 현황 분석
- 국내/외 유지보수 장비의 장단점 분석

2) 강교 유지보수 장비에 대한 레이아웃 설계
- 다관절 유지보수 장비에 대한 레이아웃 개념 설계
- 협소 공간에서의 작업 효율성 높인 장비 레이아웃 상세 설계

3) 장비 구동에 필요한 무한궤도식 주행체 시스템 구성

4) 작업 생산성에 기반을 둔 다관절 작업기 시스템 구성

5) 강교 유지보수 장비에 대한 제작

7) 구동부, 레이아웃 및 다관절 작업기의 통합 작업 및 제어성 확보


○ 참여기관 2 - 건설기계부품연구원

1) 강교 유지보수 장비의 기술적 현황에 대한 문헌조사
- 강교 유지보수 장비의 기술 성숙도 및 향후 기술 개발 방향에 대한 분석
- 강교 유지보수에 대한 법규 및 특허 분석

2) 강교 유지보수 장비의 레이아웃에 대한 구조 안정성 분석
- 장비의 레이아웃에 대한 구조적 취약부 분석
- 구조 안정성 분석을 통한 취약부에 대한 개선 설계안 도출

3) 작업현장 모니터링을 위한 비전시스템 설계 및 시제품 개발
- 환경 조건 및 사양 분석을 통한 센서 및 모듈 선정
- 모니터링 효율을 고려한 장착 위치 선정과 장착 지그 설계
- 센서 보호를 위한 고압 에어커튼 하우징 설계 및 시제품 개발

4) 개선된 장비의 레이아웃에 대한 구조적 취약부 분석
- 작업기가 부착되는 상판 레이아웃에 대한 구조 강건성 확보방안 분석

5) 불완전한 조명과 많은 먼지 상태에서 영상 가시성 향상을 위한 알고리즘 개발
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
3차년도 최종목표

○ 주관연구기관((주)이레하이테크이앤씨):
1) 강교 유지보수 장비에 대한 성능테스트 방안 도출
2) 강교 유지보수 장비의 성능테스트를 기반으로 하는 작업인원 기존기술대비 인력 80% 이하 소용되는 작업 방법 도출

○ 참여기관 1(에프엠글로벌):
1) 현장 성능테스트를 통한 장비의 구조적 개선 방안 도출
2) 성능테스트를 기반으로 하는 분사 노즐 및 숏 블라스팅 노즐 개선 설계 및 제작
3) 레이아웃에 대한 개선 설계 및 장비무게 200kg이하, 작업 최저높이 0.6m이하의 장비 제작
4) 다관절 작업기 시제품 제작 및 통합 제어시스템 제작

○ 참여기관 2(건설기계부품연구원):
1) 다관절 작업기의 개선 설계에 대한 구조적 취약부 분석
(연속작업시간 35분 이상, 항온제어 ？20≤x≤45, 방수방진 56, EMS 제어부 합격 여부 확인)
2) 작업현장 모니터링 장치 성능 보완
○ 주관연구기관((주)이레하이테크이앤씨):
1) 강교 유지보수 장비에 대한 성능테스트 방안 도출
- 총 2회의 개발 장비 성능 평가를 수행(8월 자체평가, 10월 공인기관 전문가 입회 평가)
？ 정량적 평가항목 및 단차로 인한 장비의 실제 작업 속도 및 분당 작업면적 측정
- 주행 테스트
？ 주행테스트(전진, 후진, 회전) [ 측정 : 이동 속도 및 회전 시간 ]
？ 단차 구간 주행 테스트(전진, 후진) [ 측정항목 : 이동 속도 ]
- 작업 테스트
？ 블라스팅 작업 2~3분 가동 후 작업 면적 측정하여 환산 (m2/min 적용)
？ 모니터링을 이용한 방향 제어테스트, 인식된 영상으로 장비의 방향 제어
‥ 장비속도 5m/min(기준) / 선회 가능 여부 확인

2) 강교 유지보수 장비의 성능테스트를 기반으로 하는 작업인원 기존기술대비 인력 80% 이하 소용되는 작업 방법 도출
- 성능테스트 방안에 대한 지침서 및 절차서 제작

○ 참여기관 1(에프엠글로벌):
1) 현장 성능테스트를 통한 장비의 구조적 개선 방안 도출
- 현장작업자 작업편이성을 고려한 컨트롤러 및 제어시스템 제작

2) 성능테스트를 기반으로 하는 분사 노즐 및 숏 블라스팅 노즐 개선 설계 및 제작
- 멀티 분사노즐 수동 상, 하 조절을 자동기능으로 개발
- 숏블라스팅 노즐 소재 재질 개선 3중 차단막 구조적 문제점 토출하여 개선작업
- 2차년도 숏블라스팅 제어 및 구동부 통합제어 문제점 분석 및 보완

3) 레이아웃에 대한 개선 설계 및 제작
- 비산되는 먼지를 흡입하는 집진시설 레이아웃 반영 및 장비 전체 무게가 200kg을 넘지 않도록 제작

4) 다관절 작업기 시제품 및 통합 제어시스템 제작
- 주행속도와 연동하여 단차극복 시간에 대한 목표치 값을 설정
- 설정된 기준을 바탕으로 다관절 작업기의 동적 제어 시스템을 통한 각 기능부 사양 선정하여 레이저 센서, 구동모터, 엔코더를 작업조건에 맞게 제작
- 제작된 장비의 성능검증을 공인기관 전문가에게 평가 확인

○ 참여기관 2(건설기계부품연구원):

1) 다관절 작업기의 개선 설계에 대한 구조적 취약부 분석
- 전년도 성능 테스트 및 해석 시뮬레이션 결과 분석을 통한 구조적 특징 분석

2) 강교 유지보수 장비의 핵심부품 개선 설계에 따른 구조 시뮬레이션 분
- 구조 해석 시뮬레이션을 통한 장비의 구조적 취약부 분석
- 진동 해석을 통한 구조 안정성 분석

3) 작업현장 모니터링 장치 성능 보완
- 작업 효율 향상을 위한 작업 환경 및 장비 상태 디스플레이 기술 개발
？ 원격제어 편의 향상을 유선/무선 통신 장치 구축
？ 작업환경요소로부터 모니터링 모듈 보호를 위한 하우징/지그 보완
？ 실차 시험을 통한 성능 검증과 오류 보정
- 사용자 편의 향상을 위한 모니터링 모듈 인터페이스 보완
？ 영상 기반 작업 품질 분석 및 평가 기술 개발
？ 디스플레이 GUI/UI 업데이트
- 영상 자동 보정을 통한 영상 가시성 향상 기술 개발
？ 저조도 영상 보정 알고리즘 보완
？ 안정적 영역 인식을 위한 조명 장치 보완
？ 색상인식과 라인인식 기법을 융합한 주행 방향 가이드 기술 개발

4) 실제현장에서의 비산먼지 측정 및 분석(추가)
- 시제품 개발 장비를 통해 실제현장에서의 블라스팅 후 에어블라스팅과 분진량 확인
연구성과 기술적 기대성과 기술적 기대성과

1) 인력 작업을 로봇 기술 활용한 작업으로 전환
- 전통적인 블라스팅 및 도장 기술은 밀페된 작업공간에서 인력에 의한 작업실시로 매 30분 간격으로 휴식을 필요
개발 기술은 로봇 기술을 활용하여 35-40분 이상 연속 작업이 가능

2) 작업효율 향상
- 기존 방법의 도장 제거 및 도장 공사중 특히 강Box 거더의 하부는 작업공간이 60cm 이하로 도장공이 누워 작업하므로 작업효율이 저하
개발 기술은 강Box 하부도 로봇이 작업하여 협소한 공간에서 작업 속도가 저하되지 않아 작업효율 향상.

3) 장비활용 범위 확대
- 차량 일체형 클린 레이저 시스템은 육상 교량 중 크레인 차량이 접근이 가능하고 특히 공중비계와 가림막이 설치되어 있지 않은 개방된 구간에 활용
하며 작업 중 환경문제 발생
개발 기술은 공중 비계와 가림막이 설치된 폐쇄구간에서 활용되며 환경문제 발생이 적음.

4) 무인 도장 제거 및 재도장 요소기술 확보
- 협소 지역 이동체 및 다기능 작업 모듈
- 복잡하고 먼지 많은 조건에서의 환경인지 기술
- 협소 공간 통신 및 제어 기술

5) 구조물 표면관리 요소기술 확보
- 협소 공간 표면 검사 및 잔존수명 예측 기술 - 자동화 용접 및 보강 기술
- 무인체를 활용한 대형 구조물 검사 요소기술
사회 경제적 파급효과 사회적 파급 효과

1) 고위험 작업환경 개선에 따른 작업자 안전사고 저감

2) 노후교량의 안전성 확보로 국민 안전 인식 향상

경제적 파급 효과

1) 인력 의존이 심한 2단계인 도장층 & 오염물제거 작업과 3단계인 재도장 작업에서 기존 방식은 3~4명 인원이 필요하지만
개발 로봇을 투입함으로써 투입 인원을 1~2명으로 줄이는 경제적인 공법으로 교량 유지 보수비용을 절감할 수 있음

2) 인력 방식에 의한 기존 도장 제거 단가(B급기준)를 로봇 작업이 가능한 숏블라스트 방식으로 적용 하여 20% 낮게 시공 가능
활용방안 활용방안

1) 협소한 강교량 보수현장에서 블라스팅과 재도장 공정에 활용
- 분진 및 오염물 차단을 위한 차폐된 공간은 작업 영역이 협소하며 분진과 이물질에 작업자가 노출되어 작업자 안전에 취약하며,
반복적인 작업 시 작업자 안전을 위해 30분마다 충분한 휴게시간을 가져야 하는 근로조건으로 작업비용이 증가함
- 반복적인 블라스팅 작업과 페인트 재도장 작업 공정을 원격제어 로봇을 통해 작업자 안전성 문제를 해결하고,
공사 비용의 절감 및 공기 단축으로 생산성을 획기적으로 향상시킴

2) 연구성과물을 활용한 건설신기술 지정 추진

3) 로봇 장비를 이용한 협소 공간 표면 검사

4) 자동화 용접 및 보강 로봇으로 활용

5) 무인체를 활용한 대형 구조물 검사에 활용
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 강교량 관리 블라스팅 재도장 다목적 매니퓰레이터 원격제어
영문 Steel bridge management Blasting Repainting Multipurpose manipulator Remote control
최종보고서
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최종보고서 02-01. 최종보고서(사회이슈해결)_(최종보완)(2차 수정[성과점검기준표 제외]).pdf   다운로드

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