| 연구개발개요 |
■ 연구 목표: 강구조물에 영구자석을 이용해 부착해서 이동하는 무인 로봇 플랫폼을 개발하고, 로봇에 장착된 열화상 및 비전 시스템으로 계측된 이미지를 인공지능으로 분석하여 자동으로 강구조물 도막 상태를 평가하는 인공지능 기반 열화상/비전 검사 로봇 개발 및 상용화 ■ 연구 내용- 열화상 및 비전 기반 이중 영상계측시스템 개발 (세계 최초/최고): (1) 레이저, LED, 램프 등을 열원으로 사용하는 열화상 시스템 개발; (2) 열화상 및 비전 영상 자동 동기화, 왜곡 보정, 정합이 가능한 이중 영상계측시스템 개발 (이중 영상계측시스템 무게 6kg, 부피 250×250×200 mm3 이내); (3) 고해상도(HD급) 및 고속(60Hz) 열화상 및 비전 영상 실시간 처리기술 개발- 강구조물 부착이동 및 특수 임무 수행용 무인 로봇 플랫폼 개발: (1) 강구조물 검사용 영구자석 기반 부착형 무인 주행 로봇 플랫폼 개발 (플랫폼 무게 8 kg, 부피 300×250×200 mm3, 2축 구동, 최대 이동 속도 1.5 m/min); (2) 특수 임무 수행을 위한 이중 영상계측시스템 탑재 부 개발 (최대 탑재 무게 10 kg); (3) 원거리 전력 및 영상 송수신 방안 마련 (전력 및 데이터 최대 송수신 거리 30m)- 인공지능 기반 자동 도막 상태평가 기법 (세계 최초/최고): (1) 인공지능 기반 도막 열화 분류 (부식, 박리, 체킹, 초킹 대상 95% 이상 분류 신뢰도) 및 넓이 정량화 (1 cm2 정확도) 알고리즘 개발; (2) 인공지능 기반 도막 두께분포 시각화 및 정량화 (20μm 정확도) 알고리즘 개발; (3) 산업별 강구조물 내구성능 평가 기준에 따른 도막 상태 자동 평가 알고리즘 개발- 자동 및 실시간 강구조물 도막 상태평가 로봇 시제품 (세계 최초/최고): (1) 이중 영상계측시스템, 무인 로봇 플랫폼, 도막 상태평가기법 통합 및 시제품 개발 (최대 검사속도 0.5X1.5 m2/min, 시제품 무게 13kg, 시제품 부피 300×250×350 mm3, 최대 연속 구동 시간 1시간); (2) 열화상 및 비전 영상계측 안정성 확보를 위한 진동 감소 (계측진동 1mm 이하); (3) 무인 로봇 제어 및 도막 상태평가 결과 실시간 확인을 위한 컨트롤러 구축- 개발 시제품 현장 성능검증 (한국지역난방공사, 현대중공업, 한국시설안전공단 등): (1) 강교량 바닥 판 및 측면부; (2) 플랜트 및 배관 시설물; (3) 선박 외판 및 평형수 탱크- 개발 시제품 실용화 및 상용화: (1) 국가 공인인증 획득 (KOLAS 인증 1건); (2) 건설시장 판로 개척을 위한 건설 신기술인증 신청 (건설 신기술 인증 신청 1건); (3) 시제품 홍보, 기술 시연, 전시회 참여로 국내외 판로확보 (시제품 홍보 5건); (4) 공동연구기관으로 핵심원천기술 기술이전 (1건)
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| 최종목표 |
■ 최종목표- 무인 로봇이 강구조물 표면에 부착 이동하며 계측한 열화상 및 비전 영상을 인공지능 기반 자동 분석으로 (1) 도막 열화 (부식, 박리, 체킹, 초킹) 영역과 종류를 1 cm2 정확도 및 95% 신뢰도로 분류하고, (2) 도막 두께 분포를 20μm 정확도로 시각화하여, (3) 자동 및 실시간 강구조물 도막 상태평가가 가능한 로봇 시제품 개발 및 상용화 (TRL 8, 세계 최초/최고 기술)■ 최종성과물- 강구조물 도막 상태 자동 및 실시간 평가 로봇 시제품 (1건) 및 소프트웨어 (1건)- 원천기술 특허 출원/등록 (1건) 및 기술이전 (기술이전료 5,000 만원, 경상기술로 3%)- 개발 시제품 관련 SCI/E급 논문 게재 (3건) 및 기술홍보 (5건)- 개발 시제품의 국가 공인인증 (KOLAS 등록 1건, 건설신기술 신청 1건)- 다양한 산업의 강구조물에 대한 성능검증 수행 (3건) 및 이를 기반으로 한 실용화 추진 (TRL 8) ■ 최종성과물 설정근거- 주관기관 (한국과학기술원)은 국토교통과학기술진흥원의 연구과제로부터 도막 두께 분포 시각화를 수행하는 원천기술을 개발하였고, 자체적인 추가연구를 통해 도막 열화로 분류되는 박리, 체킹, 초킹 그리고 부식을 자동으로 분류하는 기술을 개발하였다. 해당 기술은 다수의 국내 교량에 적용하여 그 성능이 검증되었고, 최근 개정된 ‘시설물의 안전 및 유지관리 실시 세부지침’을 근거로 추후 상용화 및 시장진입 가능성이 매우 클 것으로 사료 된다.- 공동연구기관 (SQ엔지니어링)은 시설물 안전진단 관련 20건 이상의 특허와 건설신기술 1건을 보유하고 있으며, 40% 이상 시장점유율과 매년 500건 이상 안전진단 실적 자랑하는 업계 1위 기업이다. 이를 토대로 공동연구기관은 자석 바퀴형 무인 이동 로봇 플랫폼을 강구조물 안전진단 목적에 맞게 최적설계하여 자동 및 실시간 도막 상태평가 진단 효율을 극대화할 수 있을 것으로 예상한다.- 주관기관은 제안기술에 대하여 1차년도에 지식재산권 (국내 특허)를 획득하고, 2차년도에 공동연구기관인 SQ엔지니어링에 기술이전 (정액기술료 5,000만원 + 3% 경상기술료)을 추진할 계획이다. - 주관기관은 제안기술에 대한 예상 수요기관인 현대중공업, 수자원공사 및 SQ엔지니어링과 다수의 연구과제 진행을 통해 현업에서 발생하는 다양한 난제 극복이 가능한 장비개발 및 납품을 진행 한 바 있다. 동시에, 예상 수요기관의 지속적인 피드백을 통한 맞춤형 기술개발로 추후 상용화 제품의 납품 가능성이 매우 클 것으로 판단된다.
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| 연구내용 및 범위 |
■ 열화상 및 비전 기반 이중 영상계측시스템 개발 (세계 최초/최고)- 레이저, LED, 램프 등을 열원으로 사용하는 능동형 열화상 시스템 개발- 열화상 및 비전 영상 자동 동기화, 왜곡 보정, 정합이 가능한 이중 영상계측시스템 개발 (이중 영상계측시스템 무게 6 kg, 부피 250×250×200 mm3 이내)- 고해상도(HD급) 및 고속(60Hz) 열화상 및 비전 영상 실시간 처리기술 개발■ 강구조물 부착이동 및 특수임무 수행용 무인 로봇 플랫폼 개발 - 강구조물 검사를 위한 영구자석기반 부착형 무인 주행 로봇 플랫폼 개발 (로봇 플랫폼 무게 8 kg, 부피 300×250×200 mm3, 2축 구동, 최대 이동 속도 1.5 m/min)- 특수 임무 수행을 위한 이중 영상계측시스템 탑재부 개발 (최대 탑재 무게 10 kg)- 원거리 전력 및 영상 송수신 방안 마련 (전력 및 데이터 최대 송수신 거리 30 m)■ 인공지능 기반 자동 도막 상태평가 기법 개발 (세계 최초/최고)- 인공지능 기반 도막 열화 분류 (부식, 박리, 체킹, 초킹 대상 95% 이상 분류 신뢰도) 및 넓이 정량화 (1 cm2 정확도) 알고리즘 개발- 인공지능 기반 도막 두께분포 시각화 및 정량화 (20 μm 정확도) 알고리즘 개발- 산업별 강구조물 내구성능 평가 기준에 따른 도막 상태 자동 평가 알고리즘 개발■ 자동 및 실시간 강구조물 도막 상태평가 로봇 시제품 개발 (세계 최초/최고)- 이중 영상계측시스템, 무인 로봇 플랫폼, 도막 상태평가기법 통합 및 시제품 개발(최대 검사속도 1.5 m/min, 시제품 무게 13 kg, 시제품 부피 300×250×350 mm3, 최대 연속 구동시간 1시간)- 열화상 및 비전 영상계측 안정성 확보를 위한 진동 감소 (계측진동 1 mm 이하)- 무인 로봇 제어 및 도막 상태평가 결과 실시간 확인을 위한 포터블 컨트롤러 구축■ 개발 시제품 현장 강구조물 성능검증- 강교량 바닥판 및 측면부 도막 상태평가 (한국시설안전공단)- 플랜트 및 배관 시설물 도막 상태평가 (한국지역난방공사)- 선박 외판 및 평형수 탱크 도막 상태평가 (현대중공업)■ 개발 시제품 실용화 및 상용화- 핵심원천기술 기술 이전 및 개발 시제품 국가 공인인증 획득 (KOLAS 인증 1건)- 건설시장 판로 개척을 위한 건설 신기술인증 신청 (건설신기술 인증 신청 1건)- 시제품 홍보, 기술 시연, 전시회 참여로 국내외 판로확보 (시제품 홍보 5건)■ 연구개발 성과- 과제 중 (1차연도) 대상 기술 지식재산권 확보 (출원 1건, 등록 1건)- 과제 중 (2차연도) 공동연구기관으로 기술이전 (기술이전료 5천만원, 3% 경상기술료)- 자동 및 실시간 강구조물 도막 상태평가 로봇 시제품 개발 (제품 단가 5천만원)- 한국시설안전공단 (강교량 바닥판 및 측면부), 현대중공업 (LNG선, 송유관), 한국지역난방공사 (플랜트 및 배관 시설물) 등 다수 기업과 협업을 통해 실 구조물 현장 검증실험 수행 (TRL 8)- KOLAS 등 인증기관으로부터 공인 시험 성적서 확보 및 건설신기술 인증 신청- 시제품 홍보, 기술 시연 (시제품 홍보 5건)으로 국내 수요처 발굴 및 판로 개척
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