콘크리트 표면에 발생된 균열은 구조물의 수명에 영향을 미치는 주요원인으로 작용하기 때문에 주기적인 검사와 유지관리가 필요하다. 콘크리트 표면 유지관리를 위한 실링작업은 표면에 발생된 균열을 초기에 보수하는 방법으로 시간 경과에 따른 균열의 추가생성 및 확산을 방지하는데 효과적이다. 하지만, 대형 콘크리트 구조물의 실링작업은 열악한 작업환경으로 인하여 작업자들의 안전성 확보에 문제가 있다. 이런 이유로, 콘크리트 구조물의 유지관리를 위한 실링자동화의 필요성이 부각되고 있다. 본 논문은 콘크리트 표면에 발생된 균열의 실링작업에 로봇을 적용하기 위한 제어방법을 크게 두 가지로 구분하여 제안한다. 첫째, 작업 표면 실링을 위한 제어기법은 실링작업에 로봇을 적용하기 위해서 기본적으로 수행되어야 하는 것으로 두 가지 방법으로 구분한다. 하나는, 균열의 궤적을 자동으로 추적하는 방법이다. 로봇은 카메라로부터 취득되는 영상정보로 균열의 궤적을 파악하는데, 이전 시점의 궤적 정보를 통하여 다음 이동할 시점의 정보를 유추할 수 있다면, 실시간으로 변동되는 궤적 정보에 대응이 가능하면서 자동으로 균열을 추적할 수 있다. 다른 하나는 접촉면에 일정한 힘을 유지하여 실링하는 방법이다. 장기간 외부 환경에 노출된 거친 표면에서도 로봇이 일정한 접촉력을 유지하며 실링작업을 수행한다면, 균등한 완성도를 유지할 수 있다. 이러한 균일한 힘의 유지를 위하여 ...
콘크리트 표면에 발생된 균열은 구조물의 수명에 영향을 미치는 주요원인으로 작용하기 때문에 주기적인 검사와 유지관리가 필요하다. 콘크리트 표면 유지관리를 위한 실링작업은 표면에 발생된 균열을 초기에 보수하는 방법으로 시간 경과에 따른 균열의 추가생성 및 확산을 방지하는데 효과적이다. 하지만, 대형 콘크리트 구조물의 실링작업은 열악한 작업환경으로 인하여 작업자들의 안전성 확보에 문제가 있다. 이런 이유로, 콘크리트 구조물의 유지관리를 위한 실링자동화의 필요성이 부각되고 있다. 본 논문은 콘크리트 표면에 발생된 균열의 실링작업에 로봇을 적용하기 위한 제어방법을 크게 두 가지로 구분하여 제안한다. 첫째, 작업 표면 실링을 위한 제어기법은 실링작업에 로봇을 적용하기 위해서 기본적으로 수행되어야 하는 것으로 두 가지 방법으로 구분한다. 하나는, 균열의 궤적을 자동으로 추적하는 방법이다. 로봇은 카메라로부터 취득되는 영상정보로 균열의 궤적을 파악하는데, 이전 시점의 궤적 정보를 통하여 다음 이동할 시점의 정보를 유추할 수 있다면, 실시간으로 변동되는 궤적 정보에 대응이 가능하면서 자동으로 균열을 추적할 수 있다. 다른 하나는 접촉면에 일정한 힘을 유지하여 실링하는 방법이다. 장기간 외부 환경에 노출된 거친 표면에서도 로봇이 일정한 접촉력을 유지하며 실링작업을 수행한다면, 균등한 완성도를 유지할 수 있다. 이러한 균일한 힘의 유지를 위하여 임피던스를 이용한 힘 제어 기법을 제안한다. 둘 째, 작업 표면 추종을 위한 제어기법은 다양한 형상의 콘크리트 표면에 실링로봇을 적용하기위해서 추가적으로 필요한 것으로 두 가지 방법으로 구분한다. 하나는, 표면의 경사도를 실시간으로 추정하는 방법이다. 표면의 경사도를 로봇의 위치 정보를 이용하여 실시간으로 계산하고, 급격한 경사도의 변화로 발생할 수 있는 로봇의 접촉면 이탈을 방지하기 위하여 다음 시점의 경사도를 예측할 수 있는 기법을 제안한다. 다른 하나는, 접촉 표면의 추정 시 발생하는 외란에 대하여 보상하는 방법이다. 표면의 경사도를 추정하며 실링작업을 하는 로봇은 외부 환경과 시스템 사이의 복합적인 요소들로 인하여 정확한 힘의 명령을 도출하지 못하는 현상이 발생한다. 이런 복합적인 요소들을 로봇이 작업 표면을 추종할 때 발생하는 외란으로 간주하고, 외란의 최대치내에서 강인하게 동작하는 제어기법을 제안한다. 본 논문에서는 실링 로봇에 적용하기 위한 기본적인 제어기법들과 효율성 향상을 위한 추가적인 제어기법들을 소개한다. 그리고 이 기법들을 적용한 Lab Test와 Field Test를 수행하고, 시험결과를 토대로 로봇의 현장적용에 대한 의견을 제시한다.
콘크리트 표면에 발생된 균열은 구조물의 수명에 영향을 미치는 주요원인으로 작용하기 때문에 주기적인 검사와 유지관리가 필요하다. 콘크리트 표면 유지관리를 위한 실링작업은 표면에 발생된 균열을 초기에 보수하는 방법으로 시간 경과에 따른 균열의 추가생성 및 확산을 방지하는데 효과적이다. 하지만, 대형 콘크리트 구조물의 실링작업은 열악한 작업환경으로 인하여 작업자들의 안전성 확보에 문제가 있다. 이런 이유로, 콘크리트 구조물의 유지관리를 위한 실링자동화의 필요성이 부각되고 있다. 본 논문은 콘크리트 표면에 발생된 균열의 실링작업에 로봇을 적용하기 위한 제어방법을 크게 두 가지로 구분하여 제안한다. 첫째, 작업 표면 실링을 위한 제어기법은 실링작업에 로봇을 적용하기 위해서 기본적으로 수행되어야 하는 것으로 두 가지 방법으로 구분한다. 하나는, 균열의 궤적을 자동으로 추적하는 방법이다. 로봇은 카메라로부터 취득되는 영상정보로 균열의 궤적을 파악하는데, 이전 시점의 궤적 정보를 통하여 다음 이동할 시점의 정보를 유추할 수 있다면, 실시간으로 변동되는 궤적 정보에 대응이 가능하면서 자동으로 균열을 추적할 수 있다. 다른 하나는 접촉면에 일정한 힘을 유지하여 실링하는 방법이다. 장기간 외부 환경에 노출된 거친 표면에서도 로봇이 일정한 접촉력을 유지하며 실링작업을 수행한다면, 균등한 완성도를 유지할 수 있다. 이러한 균일한 힘의 유지를 위하여 임피던스를 이용한 힘 제어 기법을 제안한다. 둘 째, 작업 표면 추종을 위한 제어기법은 다양한 형상의 콘크리트 표면에 실링로봇을 적용하기위해서 추가적으로 필요한 것으로 두 가지 방법으로 구분한다. 하나는, 표면의 경사도를 실시간으로 추정하는 방법이다. 표면의 경사도를 로봇의 위치 정보를 이용하여 실시간으로 계산하고, 급격한 경사도의 변화로 발생할 수 있는 로봇의 접촉면 이탈을 방지하기 위하여 다음 시점의 경사도를 예측할 수 있는 기법을 제안한다. 다른 하나는, 접촉 표면의 추정 시 발생하는 외란에 대하여 보상하는 방법이다. 표면의 경사도를 추정하며 실링작업을 하는 로봇은 외부 환경과 시스템 사이의 복합적인 요소들로 인하여 정확한 힘의 명령을 도출하지 못하는 현상이 발생한다. 이런 복합적인 요소들을 로봇이 작업 표면을 추종할 때 발생하는 외란으로 간주하고, 외란의 최대치내에서 강인하게 동작하는 제어기법을 제안한다. 본 논문에서는 실링 로봇에 적용하기 위한 기본적인 제어기법들과 효율성 향상을 위한 추가적인 제어기법들을 소개한다. 그리고 이 기법들을 적용한 Lab Test와 Field Test를 수행하고, 시험결과를 토대로 로봇의 현장적용에 대한 의견을 제시한다.
The Crack on concrete surface acts as major factor that affect the lifespan of structures, and as such regular inspection and maintenance are required. The sealing is a method of repairing the crack in the beginning. It is effective in preventing additional cracks and expansion that occurs with time...
The Crack on concrete surface acts as major factor that affect the lifespan of structures, and as such regular inspection and maintenance are required. The sealing is a method of repairing the crack in the beginning. It is effective in preventing additional cracks and expansion that occurs with time. However, sealing of big sized structures is difficult to ensure safety of the workers due to inadequate working environments. For this reason, the necessity of the sealing automation has been emphasized. This study proposes basic and additional control method to apply robot systems to the sealing of crack on concrete surfaces. First, the basic control methods for sealing work surfaces must be performed in order to use robots, and they are subdivided into two steps. In one step, the trajectory of the crack is tracked automatically. The robot identifies the crack trajectory using image data received from the camera. If the previous trajectory information can be used to predict the next point to which the crack moves, real time changes in trajectory information can be processed to track the crack automatically. The second step maintains a desired force to the contact surface in order to perform the sealing. Even on rough surfaces exposed to the external environment for long periods of time, if the robot can maintain a desired contact force, sealing can be completed evenly. Force control using impedance is proposed for maintaining the desired force. Second, the additional control methods for the tracking of the working surface is necessary for the application of robots to various shapes of concrete surfaces. They are subdivided into two steps. In one step, the surface slope is estimated in real time. The surface slope is calculated in real time using the robot position, and methods for predicting the slope of the next point is proposed in order to prevent the robot from disengaging with the contact surface due to quick slope changes. The second step suggests a way to compensate for the disturbance that occurs when tracking the contact surface. In certain conditions the robot, which performs sealing by estimating the surface slope, fails to execute the correct force, due to multiple factors between the external environment and the system. Such factors as disturbances occurring from tracking the working surface are considered and robust control within the maximum value of the disturbance is proposed. These studies introduce basic control methods for the application of sealing robots and additional control methods for improving their effectiveness, as well as performing lab and field tests using those methods. Finally, field application of robots based on the results of the tests are presented.
The Crack on concrete surface acts as major factor that affect the lifespan of structures, and as such regular inspection and maintenance are required. The sealing is a method of repairing the crack in the beginning. It is effective in preventing additional cracks and expansion that occurs with time. However, sealing of big sized structures is difficult to ensure safety of the workers due to inadequate working environments. For this reason, the necessity of the sealing automation has been emphasized. This study proposes basic and additional control method to apply robot systems to the sealing of crack on concrete surfaces. First, the basic control methods for sealing work surfaces must be performed in order to use robots, and they are subdivided into two steps. In one step, the trajectory of the crack is tracked automatically. The robot identifies the crack trajectory using image data received from the camera. If the previous trajectory information can be used to predict the next point to which the crack moves, real time changes in trajectory information can be processed to track the crack automatically. The second step maintains a desired force to the contact surface in order to perform the sealing. Even on rough surfaces exposed to the external environment for long periods of time, if the robot can maintain a desired contact force, sealing can be completed evenly. Force control using impedance is proposed for maintaining the desired force. Second, the additional control methods for the tracking of the working surface is necessary for the application of robots to various shapes of concrete surfaces. They are subdivided into two steps. In one step, the surface slope is estimated in real time. The surface slope is calculated in real time using the robot position, and methods for predicting the slope of the next point is proposed in order to prevent the robot from disengaging with the contact surface due to quick slope changes. The second step suggests a way to compensate for the disturbance that occurs when tracking the contact surface. In certain conditions the robot, which performs sealing by estimating the surface slope, fails to execute the correct force, due to multiple factors between the external environment and the system. Such factors as disturbances occurring from tracking the working surface are considered and robust control within the maximum value of the disturbance is proposed. These studies introduce basic control methods for the application of sealing robots and additional control methods for improving their effectiveness, as well as performing lab and field tests using those methods. Finally, field application of robots based on the results of the tests are presented.
주제어
#robust control force tracking control contact force sealing robot concrete surface
학위논문 정보
저자
조철주
학위수여기관
한국산업기술대학교 지식기반기술에너지대학원
학위구분
국내박사
학과
전기공학
지도교수
임계영
발행연도
2016
키워드
robust control force tracking control contact force sealing robot concrete surface
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