| 연구개발개요 |
o 현재 건설 산업 현장에서 나타나는 숙련공 부족 현상, 고령화 문제, 안전상의 문제로 인한 노무 생산성 저하, 임금상승으로 인한 채산성 악화, 품질의 균일성 및 안전성 확보의 어려움, 시공기술 경쟁력의 약화는 국내 건설 산업이 해결해야 할 필수적인 당면과제이며, 본 사업에서 제안하는 지능형 굴삭 시스템의 개발은 그러한 당면과제의 해결을 위한 최선의 기술적 접근 방법임. o 위험 혹은 유해한 작업환경에서 운용되는 토공장비의 경우 장비조종자가 위험에 노출되게 되므로 장비의 지능화가 절실하게 요구되는 바임. 이러한 종류의 작업으로는 매립지에서의 다짐 및 복토공사, 지뢰 및 폭탄 등에 의한 폭발의 위험이 있는 장소에서의 토공작업, 다양한 복구작업 등이 있을 수 있으며 이러한 분야에서 토공의 생산성과 품질을 확보하기 위해서는 지능화된 자동화 장비를 이용하여 효율적으로 토공작업을 수행해야할 필요가 있음. o 인력대체형 지능형 굴삭 시스템의 개발을 통하여 작업현장의 안전성을 제고하고 품질, 생산성 및 채산성을 향상시킬 수 있으므로, 건설로봇(지능형 굴삭로봇)은 미래 건설산업의 비전, 성장 동력, 건설기술력 향상을 위해 산학연관이 협업하여 전략적으로 육성해야할 필수적인 연구개발(R&D) 분야임. 최근 급속도로 발전하고 있는 컴퓨터 기술, GPS 및 레이저를 활용한 측량기술, 센서, 원격조정 및 지능제어 기술, 인터넷 및 무선 정보통신기술 등은 건설생산기술의 혁신적 변화를 가져올 지능형 굴삭시스템의 개발을 가능케 하는 원천 기술임. o 본 과제에서는 토공작업을 효율적으로 자동화 할 수 있는 방안으로서 토공을 위한 설계정보와 원지반에 대한 형상정보, 장비의 실시간 위치 자동 인식, 굴삭시스템의 지능화와 이의 로보틱 원격 조종 및 자율제어기능을 개발하여 지능형 굴삭시스템을 개발하고자 함. o 본 과제에서 추진하는 굴삭로봇이 성공적으로 개발 되었을 경우 다음의 효과를 기대할 수 있음. 첫째, 시공측량 과정 제거/축소로 인한 생산성 및 경제성 향상을 가져올 수 있으며, 둘째, 효과적인 장비 운용계획을 통하여 최적의 작업순서를 파악하고, 정확하게 작업을 수행할 수 있도록 하여 효율성 증진 및 비용절감 효과를 가져 올 수 있고, 셋째, 유해/위험 환경에서 장비 조종자를 격리시킴으로써 안전한 토공작업이 가능하게 되며, 넷째, 개발된 측정 및 제어 기술은 타 건설, 기계 자동화 분야의 발전에도 기여할 것임 o 본 사업에서 개발 목표로 하고 있는 지능형 굴삭시스템은 다음과 같이 정의될 수 있음. (1) 토공작업에서 가장 큰 수요를 보이고 있는 굴삭기가 기반이 되는 로봇임. (2) 굴삭로봇은 작업환경 전반을 센서를 통해 실시간으로 감지함. (3) 토공 설계 데이터와 작업환경에 대한 데이터를 근거로 하여 최적의 작업계획을 스스로 만들어 낼 수 있는 지능을 소유함. (4) 굴삭로봇은 상황변화에 실시간으로 그리고 능동적으로 대처하여, 토공작업을 수행할 수 있도록 메커니즘의 제어가 지능적으로 이루어지게 됨. (5) 이러한 지능이 바탕이 되어 로봇은 정해진 토공작업을 자율적으로 수행하거나, 작업 및 환경 특성에 따라 로봇감시자의 최소입력 및 모니터링 혹은 원격조종으로 토공작업 수행이 가능케 하는 기술로 정의 할 수 있음. o 위와 같은 지능형 굴삭시스템 개발을 위하여 필요한 세부핵심기술은 크게 세 가지로 나눌 수 있으며, 각 세부기술들이 유기적으로 결합되어, 최종 지능형 굴삭시스템을 개발하게 됨. (1) 작업환경 인식기술 및 이에 근거한 지능형 Task Planning System 기술 (2) 작업환경 인식이 기반이 된 굴삭로봇의 제어기술 (3) 유압시스템의 전자제어를 가능케 하는 비례제어식 유압시스템에 근거한 굴삭 로봇 본체 개발 및 시스템 통합 기술 o 이러한 지능형 굴삭시스템의 개발을 통해 국내의 정보화 및 자동화 기술개발 수준과 그 발전 속도를 고려해 볼 때, 추후 미국, 일본 등 선진외국에 비해 보다 진보되고도 경제성 확보가 가능한 건설 자동화 기술의 구현이 가능할 것으로 기대되며, 건설자동화 기술개발을 통해 국내 건설 산업에 있어 새로운 Market Sector의 창출 또한 가능할 것임.
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| 최종목표 |
o 본 연구개발의 최종 목표는 (1) 본 연구개발의 최종 목표는 작업 영역에 있어 시공 상황에 따라 지속적으로 변화되는 비정형(amorphous)의 지반 형상과 작업 환경 요인을 주기적으로 맵핑하여 지능형 굴삭 로봇의 최적 이동경로, 최적 토량배분 계획, 최적 작업 순차, 토공 작업량 및 작업 진척도 등을 추출할 수 있는 지능형 Task Planning System 원천 기술을 개발함.(2) 위험 또는 유해 지역에서 작업 환경을 인식하고, 계획된 Task에 따라 인간의 도움 없이 자율적으로, 또는 지능적 Monitoring에 기반한 Tele-Operation에 의해 제어되는 환경 인식 기반 굴삭로봇의 지능제어 기술을 개발함.(3) 굴삭로봇의 지능적 제어를 위해 유압시스템의 전자화 및 시스템 제어 기술, 상기 기술들의 Integration을 통한 지능형 굴삭시스템을 개발함.
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| 연구내용 및 범위 |
본 연구는 지능형 굴삭시스템 개발을 위하여 지능형 Task Planning System 개발 및 응용 기술개발, 작업환경 인식기반 지능형 제어기술 개발, 작업특성을 고려한 지능형 굴삭시스템 개발 및 시스템 통합을 목표로 함.1. 지능형 Task Planning System 개발 및 응용o 작업 영역에 있어 시공 상황에 따라 지속적으로 변화되는 비정형 지반형상을 주기적으로 맵핑하여 토공 작업량을 추출하는 원천기술을 개발하는 것임.o 토공 작업자나 감독자의 작업 특성 및 노하우를 Task Planning System에 반영하여 최적 토공작업 계획을 수립하도록 하고, 작업 구분 및 작업 영향 요소에 따른 최적 토공 작업 프로세스 모델링을 구축함.o 개발된 통합 시스템을 이용하여 현장에서 실제 작업을 수행해 봄으로써 토공 작업의 생산성 및 품질을 측정하여 Task Planning System의 계획 수립 적절성 및 개발 시스템의 토공 현장 적용성을 평가함. o 실제 작업환경상의 센서에 의해 측정된 데이터를 실제 작업환경과 동일하게 모델링된 컴퓨터내의 가상환경에 실시간으로 업데이트하고 이러한 가상환경을 바탕으로 영역분할, 최적 플랫폼 위치선정 및 작업 순차생성을 통해 최적의 토공작업계획을 수립할 수 있는 가상현실 기반 지능형 Task Planning System을 개발함.2. 작업환경 인식기반 지능형 제어기술 개발o 굴삭로봇의 자율작업을 위해 센서 integration 및 인식 알고리즘을 통한 굴삭 작업환경을 인식하고, 이를 사용자에게 전달하여, 원격조작자의 조작 편의성을 증대시키며, 굴삭로봇 자체가 자율적으로 작업을 선정하여, 환경인식 센서의 피드백을 이용하여, 환경에 적응하면서 정해진 작업을 인간의 도움 없이 수행하는 굴삭로봇의 개발을 최종 목표로 함.o 굴삭로봇의 원격제어 및 자율작업제어를 위해 개발된 제품의 통합 및 시스템 최적화를 이루고, 개발된 제어시스템을 전자화되어진 굴삭로봇에 적용하며, 이의 현장적용 테스트를 통한 디버깅과 현장 신뢰성 향상 기술을 개발함.o 굴삭로봇에 장착되는 하나의 독립된 기기로써 글로벌 작업플랜으로부터 지시된 작업을 수행하기위한 굴삭로봇 매니퓰레이터의 최적경로를 실시간 생성하며, 힘반향 유연화 모듈의 감시체계에 의해 경고된 경로에 대해서는 새로운 최적 경로를 실시간으로 생성하는 기술을 개발함.o 굴삭로봇의 매니퓰레이터 최적 경로 생성기가 링크되어 가동되며 상호간의 실시간 데이터를 교환하며, 비상시에 새로운 경로생성을 요구하는 인터럽트를 발생시킬 수 있는 권한을 가지고, 글로벌 작업플랜에 의해 미리 생성된 경로가 실제 현장 작업과 오차가 클 경우, 힘반향 제어 모듈에 의해 또 다른 최적경로와 유연화 된 경로를 생성할 수 있는 기술을 개발함.3. 작업특성을 고려한 지능형 굴삭시스템 개발 및 시스템 통합o 굴삭로봇 상위시스템에서 지령된 자세 제어 명령에 대해 정확한 추종제어를 할 수 있도록 하는 동력 전달 및 제어시스템을 개발하고, 굴삭기 유압 Actuator를 정확하게 제어를 할 수 있는 제어 알고리즘 및 제어기 하드웨어를 개발하고자 함.o 또한 상기의 전자유압제어를 위해 전자비례제어밸브, Control Valve 및 유압회로 설계 기술을 연구하고자 하며, 굴삭기 시스템 모델링 및 시뮬레이션 기술과 센서 시스템 개발/응용 기술, 직감형 원격제어기술 및 디바이스 설계 기술에 대해 연구 개발하고자 함.o 마지막으로, 각 세부 과제의 연구 결과 및 서브 시스템들이 잘 통합될 수 있도록 조정하여, 최종적으로는 “지능형 굴삭 시스템”의 자율/원격 제어적 요건들을 충족하는 굴삭 시스템을 개발하고자 함
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