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문제 정의
- 2. 크랙실링 자동화 장비의 실용화 가능성을 향상시키기 위해 본 연구에서는 도로면 크랙실링 자동화 장비 모체 개발을 위한 일반적/기술적 고려사항을 분석하였다. 그 결과, 본 연구의 자동화 장비 모체는 이동성 및 내구성, 외기온도에 따른 작업성 확보, 법적 기준에 따른 장비 크기(너비 2.
- 따라서 본 연구에서는 기존 연구 사례 분석 및 도로면 크랙실링 자동화 장비 모체 개발을 위한 일반적/기술적 고려사항 분석 등을 통해 실용화 가능성이 높은 자동화 장비를 개발하고자 한다.
- 그러나 현재까지 국내외에서 연구 개발된 도로면 크랙실링 자동화 장비는 1) 작업 대상 크랙이 한정적이며, 2) 실작업 영역이 좁아 작업 생산성이 낮고, 3) 말단장치의 성능이 현장 요구수준을 만족시키지 못하고 있으며, 4) 높은 장비 가격 등과 같은 기술적/경제적 문제점으로 인해 실제 도로면 유지보수 작업에 폭넓게 사용되지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 재래식 크랙실링 공법 및 기존에 연구 개발된 도로면 크랙실링 자동화 장비 개발 현황 분석을 통해 국내 건설 환경에 적합한 도로면 크랙실링 자동화 장비 개발을 위한 고려사항을 도출하고, 본 연구의 선행 연구를 통해 제시된 개념디자인(이원재, 2011)을 발전시켜 도로면 크랙실링 자동화 장비 구성 요소 중 크랙실링 작업 공간 이동을 위한 핵심 하드웨어 기술인 본체 프레임(머니퓰레이터)과 공기 분사, 실런트 분사 및 압지 작업을 수행할 수 있는 말단장치에 대해 상세설계 및 하드웨어 제작을 수행하였다. 본 연구를 통해 제안된 도로면 크랙실링 자동화 장비 본체 프레임과 말단장치는 기존 시스템이 가지고 있는 문제점을 해결할 수 있고, 국내 도로 상황 및 규정에 부합되도록 설계 및 제작되어 크랙실링 자동화 장비의 실용화 가능성과 범용성을 제고할 수 있을 것으로 기대된다.
- 본 연구에서는 도로면 크랙실링 자동화 장비 상세설계 도면을 바탕으로 자동화 장비의 모체를 제작하였다. 자동화 장비는 크게 4가지 부위로 구성되었다.
- 본 연구에서는 도로면 크랙실링 자동화 장비의 모체에 대해 상세 설계 및 제작을 수행하고, 구동 실험을 통해 제작된 하드웨어의 기술적 문제점을 도출하였다. 향후 하드웨어 제어 시스템의 개발 및 비전소프트웨어(크랙탐지, 크랙네트워크 경로 계획)의 개발과 개발된 하드웨어와의 통합을 수행할 예정이다.
- 본 연구에서는 크랙실링 자동화 장비를 개발하기 위한 기술적 고려사항을 OCCSM 및 TTLS, APCS 장비 분석 결과를 바탕으로 표 3과 같이 제시하였다. 즉, 크랙실링 자동화 장비의 주요 구성 요소인 “실런트 멜터, 본체 프레임(머니퓰레이터), 말단장치” 3개 영역으로 구분하여 주요 고려사항을 도출하였다.
- 본 연구에서는 현재 국내에서 개발 중인 도로면 크랙실링 자동화 장비 주요 구성 중 크랙실링 작업 공간 이동을 위한 핵심 기술인 본체 프레임과 크랙실링 작업을 수행하는 말단 장치를 “도로면 크랙실링 자동화 장비 모체”라 정의하고, 모체의 개발을 연구의 범위로 한정하고자 한다(그림 1).
- 현장 작업 모니터링 및 인터뷰, 기존 연구 분석 등을 통해 도로면 크랙실링 자동화 장비 모체 개발 시 필수적으로 고려되어야 하는 기술적 고려요소와 일반적 고려요소에 대해 분석함으로써 개발하고자 하는 크랙실링 자동화 장비의 실용화 가능성 및 범용성이 제고될 수 있도록 하였다.
제안 방법
- 3. 본 연구에서는 기존 연구 및 선행 연구 결과, 일반적/기술적 고려요소를 바탕으로 도로면 크랙실링 자동화 장비 모체를 상세 설계하고, 텔레스코픽 프레임의 처짐에 대한 구조적 안정성 분석을 수행하였다. 그 결과, 사용된 프레임 구조 및 형상, 무게 등을 고려했을 때 설계된 자동화 장비는 약 0.
- 4. 본 연구에서는 상세설계를 바탕으로 도로면 크랙실링 자동화 장비 모체를 제작하였다. 모체는 Y축 방향으로 이동할 수 있는 텔레스코픽 프레임과 X축 방향으로 이동할 수 있는 말단장치 고정 확장 프레임, 말단장치 부로 구성되어 제작되었다.
- 6) 실런트 누액 현상 방지 대책, 실링 품질향상을 위한7) 말단장치 기능 측면에서 기존 자동화 장비와 본 연구의 자동화 장비를 비교·분석하였다.
- 도로면 크랙실링 자동화 장비 개발 시 기존에 연구 개발된 크랙실링 자동화 장비가 지니고 있는 장점을 활용하고, 문제점을 해결하기 위해 국내외에서 연구 개발된 크랙실링 자동화 장비의 개발현황을 분석하였다.
- 도로면 크랙실링 자동화 장비 모체 개발의 요구조건 분석 결과 및 본 연구의 선행 연구에서 제시된 도로면 크랙실링 자동화 장비 개념 디자인(이원재, 2011)을 바탕으로 자동화 장비 모체를 상세설계하였다. 또한, 제시된 도로면 크랙실링 자동화 장비 모체 상세설계에서 발생할 수 있는 처짐 관련 문제점에 대해서 구조적 안정성 분석을 수행하였다.
- 공압실린더는 실린더 길이 50cm, 공압실린더 내민길이 37cm를 사용하였다. 도로면에 분사된 실런트를 직접 압지할 수 있는 스퀴즈 길이는 압지용 보조스프링을 포함하여 13cm로 설계됨으로써(그림 6) 스퀴즈가 지상으로부터 30cm정도 이격된 상태로 자동화 장비가 이동될 수 있도록 하였다.
- 6m이므로 크랙실링 자동화 장비의 폭이 견인 트럭 폭과 같다면 1개 차선 내에 존재하는 크랙을 실링하기 위해 1회 이상 반복 작업을 수행하야 한다. 따라서 본 연구에서는 실런트를 분사할 수 있는 말단장치가 1개 차선 폭 만큼 확장되며 크랙실링 작업을 수행할 수 있도록 그림 3의 (c), 그림 5와 같이 말단장치 고정 확장 프레임이 X1축 방향으로 1차 확장되며, X2축 방향으로 2차 확장될 수 있도록 설계하였다.
- 즉, 말단장치는 말단장치 양단에 설치된 공압실린더 및 공압에 의해 확장되는 부분을 포함한 공압장치부(그림 7의 (a))와 실런트 순환을 위한 이송구와 반송구, 실런트 분사구, 벨브제어를 위한 장비를 포함하는 실런트 분사부(그림 7의 (b)), 360o 회전이 가능한 스퀴즈와 이를 구동하는 제어장치를 포함하며 분사된 실런트를 압지할 수 있는 스퀴즈 부(그림 7의 (c))로 구성된다. 또한 스퀴즈 상단에 스프링을 부착하여 실런트 압지시 충격을 흡수 하면서 원활한 압지를 수행할 수 있도록 설계하였다.
- 제안된 캔틸레버형 크랙실링 자동화장비는 트럭 적재함에 고정된 본체 프레임이 텔레스코픽 운동으로 하며 Y축 방향으로 확장과 축소될 수 있도록 설계되었다. 또한, 실런트를 분사하는 기능을 담당하고 있는 말단 장치의 작업영역을 확장하기 위해 그림 2의 (g), (i)와 같이 가이드 레일을 따라 확장 프레임이 움직이는 X1축 방향, 말단장치가 확장 프레임을 따라 움직이는 X2축 방향으로의 구동이 가능하도록 설계되었다.
- 도로면 크랙실링 자동화 장비 모체 개발의 요구조건 분석 결과 및 본 연구의 선행 연구에서 제시된 도로면 크랙실링 자동화 장비 개념 디자인(이원재, 2011)을 바탕으로 자동화 장비 모체를 상세설계하였다. 또한, 제시된 도로면 크랙실링 자동화 장비 모체 상세설계에서 발생할 수 있는 처짐 관련 문제점에 대해서 구조적 안정성 분석을 수행하였다.
- 또한, 제작된 모체의 실험실 구동 테스트를 통해 발생 가능한 문제점을 도출梳맙逑臼©, 향후 현장 적용시 기술적 문제점이 발생하지 않도록 하였다.
- 말단장치 고정 확장 프레임의 유효 확장길이는 X1축 좌측 방향으로 64cm, 우측 방향으로 77cm 1차 확장될 수 있으며, X2측 좌측방향으로 55cm, X2축 우측으로 76cm 2차 확장될 수 있도록 설계되어 X축 방향으로 총 2m 69cm의 유효 작업 영역을 지니고 있다. 말단장치 고정 확장 프레임의 양단에는 텔레스코픽 프레임과 동일한 이탈방지를 위한 정지장치를 설치하였으며, 말단장치 고정 확장프레임의 하부에 말단장치에 연결된 겐트리가 볼스크류 및 LM가이드를 따라 좌우로 이동하는 형태로 설계되었다(그림 5).
- 본 연구에서는 기존에 연구 개발된 크랙실링 자동화 장비의 말단장치 장단점 분석 및 요구기능 분석(이정호, 2012)을 통해 도로면 크랙실링 자동화 장비의 말단장치를 그림 15와 같이 제안하였다. 제안된 말단장치는 재래식 방식과 같이 크랙면 청소, 실런트 분사, 실런트 압지 기능을 수행할 수 있도록 설계·제작되었다.
- 본 연구에서는 도로면 크랙실링 자동화 장비 개발시 요구되는 기술적 고려요소를 바탕으로 표 4와 같이 기존에 국내 외에서 개발 완료된 도로면 크랙실링 자동화 장비와 현재본 연구를 통해 개발되고 있는 도로면 크랙실링 자동화 장비를 비교·분석하였다.
- 본 연구에서는 도로면 크랙실링 자동화 장비 모체 구현을 위해 요구되는 일반적 고려사항을 외기조건 및 작업환경, 법적 제한사항 측면에서 분석하였다. 즉, 크랙실링 자동화 장비 모체는 연간 최대 기온 폭(-15~35) 내에서 보관 및 구동 시 장비의 성능저하가 없어야 하며, 교통량이 많은 대도시나 고속도로에서 작업이 대부분 수행되므로 장비의 이동성이 좋아야한다.
- 본 연구에서는 크랙실링 자동화 장비 최적 대안으로 선정된 캔틸레버형 크랙실링 자동화 장비를 바탕으로 상세설계를 실시하였다(그림 3). 본 장비의 작업영역은 1톤 트럭 차량을 기준으로(1m 82cm × 2m 69cm)으로 설계하였으며, 메인 프레임(텔레스코픽 프레임)의 설치 높이는 99cm로 차량의 상면고(75cm)보다 약 24cm정도 높다.
- 이때, CCD Camera를 통해 획득된 영상은 운전석에서 실시간으로 확인할 수 있으므로, 운전자는 장비가 작업영역에 도달했는지를 용이하게 확인할 수 있다. 작업영역이 확보된 캔틸레버형 크랙실링 자동화 장비는 텔레스코픽 프레임 암이 확대됨과 동시에 크랙 탐지용 레이저 센서(그림 2의 (h))를 이용하여 영상을 획득하고, 획득한 영상을 바탕으로 실시간 실링작업을 수행한다. 이때 실시간 실링 작업은 1개의 종방향 크랙을 대상으로 한다.
- 제시된 도로면 크랙실링 자동화 장비 상세설계를 바탕으로 원척(Full-scale)의 크랙실링 자동화 장비 모체 하드웨어를 제작하였다. 또한, 제작된 모체의 실험실 구동 테스트를 통해 발생 가능한 문제점을 도출梳맙逑臼©, 향후 현장 적용시 기술적 문제점이 발생하지 않도록 하였다.
- 제안된 말단장치는 재래식 방식과 같이 크랙면 청소, 실런트 분사, 실런트 압지 기능을 수행할 수 있도록 설계·제작되었다.
- 본 연구의 선행연구(이원재, 2011)에서는 도로면 크랙실링 자동화 장비 개발을 위한 다양한 개념디자인을 제안하고, 그림 2와 같이 캔틸레버형 도로면 크랙실링 자동화 장비 개념 디자인을 제안하였다. 제안된 캔틸레버형 크랙실링 자동화장비는 트럭 적재함에 고정된 본체 프레임이 텔레스코픽 운동으로 하며 Y축 방향으로 확장과 축소될 수 있도록 설계되었다. 또한, 실런트를 분사하는 기능을 담당하고 있는 말단 장치의 작업영역을 확장하기 위해 그림 2의 (g), (i)와 같이 가이드 레일을 따라 확장 프레임이 움직이는 X1축 방향, 말단장치가 확장 프레임을 따라 움직이는 X2축 방향으로의 구동이 가능하도록 설계되었다.
- 즉, 크랙실링 자동화 장비의 주요 구성 요소인 “실런트 멜터, 본체 프레임(머니퓰레이터), 말단장치” 3개 영역으로 구분하여 주요 고려사항을 도출하였다.
- 제안된 캔틸레버형 도로면 크랙실링 자동화 장비는 텔레스코픽 프레임이 최대로 확장된 상태에서 자동화 장비 자체 무게에 의한 처짐이 발생할 수 있다. 처짐이 발생할 경우 말단장치의 end-effector가 크랙 네트위크를 정확히 추적하며 크랙실링 작업을 수행할 수 없으므로 본 연구에서는 상세 설계된 도로면 크랙실링 자동화 장비의 도면과 사용된 자재 중량을 바탕으로 개발 장비의 텔레스코픽 프레임 말단에 발생되는 구조적인 처짐 값을 도출하였다(그림 8).
- 도로면 크랙실링 자동화 장비는 작업 영역 내의 크랙을 실링할 수 있도록 견인 트럭이 정지한 후 텔레스코픽 프레임이 Y축 방향으로 확장할 수 있도록 제작되었다(그림 11). 텔레스코픽 프레임의 Y축 방향 확장을 위해 베이스 프레임 상단에 LM 가이드가 사용되어 텔레스코픽 프레임을 이동(슬라이딩)할 수 있도록 하였다. 텔레스코픽 프레임의 구동은 전동 서보모터와 볼스크류(그림 11의 (a))에 의해 수행된다.
- 텔레스코픽 프레임은 베이스 프레임으로부터 동력을 전달 받아 차량 후면으로 확장하는 구조로써 동력전달은 볼스크류와 LM가이드를 통해 이루어진다. 텔레스코픽 프레임의 동력원은 서보모터이며 동력전달 시 텔레스코픽 프레임이 볼스크류 말단으로 이탈하는 것을 방지하기 위해 볼스크류 양 끝단에 정지장치를 설치하였다.
- 실런트 분사는 실런트 분사구를 통해 실런트가 분사되며(그림 15의 (c)), 실런트 분사구 174mm 상단에 3방향 체크밸브(그림 15의 (d))를 장착하여 on/off제어를 함으로써 실런트 누액현상을 방지할 수 있도록 설계·제작하였다. 한편, 실런트 이송관과 반송관을 3방향 체크밸브에 연결시키는 형태의 실런트 순환 시스템을 구축하여 크랙실링 작업을 수행하지 않을 때 관내에서 실런트가 응고되는 현상을 방지할 수 있도록 설계하였다. 실런트 압지 기능은 말단장치 상단에 공압실린더(그림 15의 (a))를 장착하여 U자형 스퀴즈(그림 15의 (g))를 지면에 밀착시킬 수 있으며, 노면의 미세한 형상(단차)변화에 대처하여 실링면 품질향상을 위해 충격흡수용 스프링(그림 15의 (f))을 장착하여 실링품질을 향상시킬 수 있도록 하였다.
대상 데이터
- 도로면 크랙실링 자동화 장비의 이동성을 확보하기 위해 X1축 확장 프레임의 하단은 지상에서 1m 19cm 높이에 위치하며, X2축 확장 프레임 하단은 지상에서 73m 높이에 위치한다. 공압실린더는 실린더 길이 50cm, 공압실린더 내민길이 37cm를 사용하였다. 도로면에 분사된 실런트를 직접 압지할 수 있는 스퀴즈 길이는 압지용 보조스프링을 포함하여 13cm로 설계됨으로써(그림 6) 스퀴즈가 지상으로부터 30cm정도 이격된 상태로 자동화 장비가 이동될 수 있도록 하였다.
- 본 연구에서는 상세설계를 바탕으로 도로면 크랙실링 자동화 장비 모체를 제작하였다. 모체는 Y축 방향으로 이동할 수 있는 텔레스코픽 프레임과 X축 방향으로 이동할 수 있는 말단장치 고정 확장 프레임, 말단장치 부로 구성되어 제작되었다. 제작된 모체의 구동실험 결과, 말단장치는 Y축 및 X축 방향으로 원활히 구동되었다.
- 즉, 본 연구에서 제작한 도로면 크랙실링 자동화 장비의 주요 구성부위는 1)트럭 적재함 하부와 볼트 접합을 하여 자동화 장비 본체를 지지해 줄 수 있는 베이스 프레임(그림 10의 (a))과 2)Y축 방향으로 확장 할 수 있는 텔레스코픽 프레임(그림 10의 (b)), 3)X축 방향으로 이동할 수 있는 말단 장치 고정 확장프레임 (그림 10의 (c)), 4)실런트를 분사할 수 있는 장치를 갖춘 말단장치로 구성되었다(그림 10의 (d)). 베이스 프레임과 텔레스코픽 프레임은 강철을 주재료로 하였으며, 말단장치 고정 프레임과 말단장치는 무게에 의한 처짐을 고려하여 경량화를 위해 알루미늄으로 제작되었다. 자동화 장비의 총 무게는 알루미늄으로 제작된 말단장치부가 약 100kg이고, 강철로 제작된 프레임부의 무게는 약 200kg으로 총 약 300kg 정도로 제작되었다.
- 본 장비의 작업영역은 1톤 트럭 차량을 기준으로(1m 82cm × 2m 69cm)으로 설계하였으며, 메인 프레임(텔레스코픽 프레임)의 설치 높이는 99cm로 차량의 상면고(75cm)보다 약 24cm정도 높다.
- 작업영역이 확보된 캔틸레버형 크랙실링 자동화 장비는 텔레스코픽 프레임 암이 확대됨과 동시에 크랙 탐지용 레이저 센서(그림 2의 (h))를 이용하여 영상을 획득하고, 획득한 영상을 바탕으로 실시간 실링작업을 수행한다. 이때 실시간 실링 작업은 1개의 종방향 크랙을 대상으로 한다. 크랙의 수가 1개 이상일 때는 텔레스코픽 프레임 암이 축소되면서 실시간으로 잔여 크랙을 실링한다.
- 베이스 프레임과 텔레스코픽 프레임은 강철을 주재료로 하였으며, 말단장치 고정 프레임과 말단장치는 무게에 의한 처짐을 고려하여 경량화를 위해 알루미늄으로 제작되었다. 자동화 장비의 총 무게는 알루미늄으로 제작된 말단장치부가 약 100kg이고, 강철로 제작된 프레임부의 무게는 약 200kg으로 총 약 300kg 정도로 제작되었다.
성능/효과
- 1. 도로면 크랙실링 자동화 장비관련 기존 연구 및 선행 연구 분석 결과, 기존에 연구 개발된 자동화 장비는 기능상의 문제 및 경제적 타당성이 낮아 건설현장에서는 범용적으로 사용되지 못하고 있는 것으로 분석되었다.
- 즉, 크랙실링 자동화 장비의 주요 구성 요소인 “실런트 멜터, 본체 프레임(머니퓰레이터), 말단장치” 3개 영역으로 구분하여 주요 고려사항을 도출하였다. 도출된 주요 기술적 고려사항은 1) 실런트가 순환하도록 함으로써 관내에서 실런트가 응고되는 현상을 방지하고, 2) 실런트 유량을 조절할 수 있는 기능을 탑재함으로써 크랙 네트워크 이외에 실런트가 도로면에 떨어지는 현상(누액 현상)을 방지할 수 있도록 해야 한다. 본체 프레임 제작 시에는 크랙실링 품질 향상을 위해 3) 진동 및 처짐에 강한 프레임의 설계가 요구되고, 4) 1개차선 이상의 작업 영역을 확보함으로써 작업 생산성 확보 및 작업효율성 향상이 요구된다.
- 도출된 주요 기술적 고려사항은 1) 실런트가 순환하도록 함으로써 관내에서 실런트가 응고되는 현상을 방지하고, 2) 실런트 유량을 조절할 수 있는 기능을 탑재함으로써 크랙 네트워크 이외에 실런트가 도로면에 떨어지는 현상(누액 현상)을 방지할 수 있도록 해야 한다. 본체 프레임 제작 시에는 크랙실링 품질 향상을 위해 3) 진동 및 처짐에 강한 프레임의 설계가 요구되고, 4) 1개차선 이상의 작업 영역을 확보함으로써 작업 생산성 확보 및 작업효율성 향상이 요구된다. 5)말단장치는 정밀제어가 가능하도록 설계하고, 6)말단 피봇기능 및 신속한 실런트 분사 On/Off 제어 시스템을 구축함으로써 크랙실링 작업 품질을 향상시킬 수 있어야 한다(표 3).
- 본체 프레임 제작 시에는 크랙실링 품질 향상을 위해 3) 진동 및 처짐에 강한 프레임의 설계가 요구되고, 4) 1개차선 이상의 작업 영역을 확보함으로써 작업 생산성 확보 및 작업효율성 향상이 요구된다. 5)말단장치는 정밀제어가 가능하도록 설계하고, 6)말단 피봇기능 및 신속한 실런트 분사 On/Off 제어 시스템을 구축함으로써 크랙실링 작업 품질을 향상시킬 수 있어야 한다(표 3).
- X축 방향 구동실험 결과, X1축 방향으로 좌우측으로 총 1,380mm 이동할 수 있으며, X2축 방향으로 좌측 550mm, 우측 760mm씩 LM가이드를 따라 자연스럽게 이동되는 것으로 실험되어 기계적인 문제점이 없는 것으로 분석되었다(그림 14).
- 즉, 자동화 장비 이동 및 제어의 용이성을 위한 1) 유닛(트럭, 실런트 멜터, 크랙실러 본체) 통합과 2) 작업 가능한 대상 크랙, 작업 영역 및 작업 생산성에 큰 영향을 미치는 3) 머니퓰레이터의 구조와 4)1개 차선 이상 확장하여 크랙실링 작업 수행 가능 여부, 5)실런트 응고 방지 대책, 6) 실런트 누액 현상 방지 대책, 실링 품질향상을 위한7) 말단장치 기능 측면에서 기존 자동화 장비와 본 연구의 자동화 장비를 비교·분석하였다. 그 결과, 본 연구를 통해 개발되고 있는 도로면 크랙실링 자동화장비(APCS )는 표 4와 같이 모든 비교 영역에서 기존 자동화장비에 비해 우수한 성능 및 기능을 수행할 수 있는 것으로 분석되었다.
- 크랙실링 자동화 장비의 실용화 가능성을 향상시키기 위해 본 연구에서는 도로면 크랙실링 자동화 장비 모체 개발을 위한 일반적/기술적 고려사항을 분석하였다. 그 결과, 본 연구의 자동화 장비 모체는 이동성 및 내구성, 외기온도에 따른 작업성 확보, 법적 기준에 따른 장비 크기(너비 2.5m, 높이 4.2m 이내)로 제작되어야 하는 것으로 분석되었다. 기술적 고려요소로는 실런트 응고 방지 및 진동/처짐에 대한 대처, 생산성 향상을 위한 작업 영역 확보, 누액 현상 방지 및 실링 품질 확보 등이 도출되었다.
- 본 연구에서는 기존 연구 및 선행 연구 결과, 일반적/기술적 고려요소를 바탕으로 도로면 크랙실링 자동화 장비 모체를 상세 설계하고, 텔레스코픽 프레임의 처짐에 대한 구조적 안정성 분석을 수행하였다. 그 결과, 사용된 프레임 구조 및 형상, 무게 등을 고려했을 때 설계된 자동화 장비는 약 0.27mm의 처짐이 발생하는 것으로 분석되어 구조적으로 처짐에 대해 안정성이 확보된 것으로 분석되었다.
- 2m 이내)로 제작되어야 하는 것으로 분석되었다. 기술적 고려요소로는 실런트 응고 방지 및 진동/처짐에 대한 대처, 생산성 향상을 위한 작업 영역 확보, 누액 현상 방지 및 실링 품질 확보 등이 도출되었다.
- 27mm정도로 처짐이 거의 발생하지 않는 것으로 도출되었다. 따라서 본 크랙실링 자동화 장비는 구조적으로 처짐에 대해 안정성이 확보된 것으로 분석되었다.
- 스퀴즈를 지면과 밀착된 상태에서 Y축 방향으로 이동한 결과, 말단장치 이동이 부드럽게 수행되지 못하는 문제점이 발견되었다. 발생된 문제점은 실런트의 압지를 위해 사용된 보조 스프링의 강성이 높고, U자형 스퀴즈 하단에 장착된 고무의 탄성이 너무 낮아 지면에 굴곡(rutting)이 있을 경우 말단장치의 움직임을 방해하는 것으로 분석되었다. 이는 추후 말단장치 보조 스프링의 강성을 낮추고, 스퀴즈 고무를 부드러운 재질로 교체할 경우 발생된 문제점이 해결될 것으로 사료된다(그림 16).
- 위에서 도출된 작용하중, 내민길이, 부재의 탄성계수 및 단면계수를 이용하여 본 장비에 발생되는 처짐 계산결과, 최대 처짐값(∆)은 약 0.27mm정도로 처짐이 거의 발생하지 않는 것으로 도출되었다. 따라서 본 크랙실링 자동화 장비는 구조적으로 처짐에 대해 안정성이 확보된 것으로 분석되었다.
- 제안된 캔틸레버형 도로면 크랙실링 자동화 장비는 텔레스코픽 프레임이 최대로 확장된 상태에서 자동화 장비 자체 무게에 의한 처짐이 발생할 수 있다. 처짐이 발생할 경우 말단장치의 end-effector가 크랙 네트위크를 정확히 추적하며 크랙실링 작업을 수행할 수 없으므로 본 연구에서는 상세 설계된 도로면 크랙실링 자동화 장비의 도면과 사용된 자재 중량을 바탕으로 개발 장비의 텔레스코픽 프레임 말단에 발생되는 구조적인 처짐 값을 도출하였다(그림 8).
- 모체는 Y축 방향으로 이동할 수 있는 텔레스코픽 프레임과 X축 방향으로 이동할 수 있는 말단장치 고정 확장 프레임, 말단장치 부로 구성되어 제작되었다. 제작된 모체의 구동실험 결과, 말단장치는 Y축 및 X축 방향으로 원활히 구동되었다. 그러나 도로면에 굴곡이 있을 때 실런트 압지를 위한 보조 스프링의 높은 강성 및 스퀴즈 고무의 낮은 탄성으로 인해 말단장치 움직임이 원활하지 못한 것으로 분석되어 낮은 강성을 지닌 보조 스프링 및 부드러운 탄성을 지닌 고무 스퀴즈로의 대체가 요구되었다.
- 제작된 크랙실링 자동화 장비 프레임의 구동실험 결과, Y축 방향 텔레스코픽 프레임의 볼 스크류에 동력을 전달함에 따라 텔레스코픽 프레임은 LM가이드를 따라 Y축 방향으로 최대 2,000mm 확장 및 수축할 수 있으며, 기술적 문제점이 없는 것으로 분석되었다.
- 한편, 제안된 자동화 장비의 처짐에 대한 구조적 안정성 분석 결과 텔레스코픽 프레임이 최대로 확장된 상태에서 약 0.27mm의 처짐이 발생하는 것으로 분석되었으나 보다 안정성을 확보하기 위해 본 연구에서는 텔레스코픽 프레임을 그림 12와 같이 텐션 롤러에 의해 압지하여 텔레스코픽 암의 처짐을 방지할 수 있도록 하였다.
후속연구
- 따라서 본 연구에서는 재래식 크랙실링 공법 및 기존에 연구 개발된 도로면 크랙실링 자동화 장비 개발 현황 분석을 통해 국내 건설 환경에 적합한 도로면 크랙실링 자동화 장비 개발을 위한 고려사항을 도출하고, 본 연구의 선행 연구를 통해 제시된 개념디자인(이원재, 2011)을 발전시켜 도로면 크랙실링 자동화 장비 구성 요소 중 크랙실링 작업 공간 이동을 위한 핵심 하드웨어 기술인 본체 프레임(머니퓰레이터)과 공기 분사, 실런트 분사 및 압지 작업을 수행할 수 있는 말단장치에 대해 상세설계 및 하드웨어 제작을 수행하였다. 본 연구를 통해 제안된 도로면 크랙실링 자동화 장비 본체 프레임과 말단장치는 기존 시스템이 가지고 있는 문제점을 해결할 수 있고, 국내 도로 상황 및 규정에 부합되도록 설계 및 제작되어 크랙실링 자동화 장비의 실용화 가능성과 범용성을 제고할 수 있을 것으로 기대된다.
- 향후 하드웨어 제어 시스템의 개발 및 비전소프트웨어(크랙탐지, 크랙네트워크 경로 계획)의 개발과 개발된 하드웨어와의 통합을 수행할 예정이다. 이를 통해 도로면 크랙실링 작업의 생산성 및 품질 향상을 기대할 수 있고, 자동화 시공으로 작업 노무자의 안전성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
- 향후 제작된 도로면 크랙실링 자동화 장비 모체를 바탕으로 제어 및 비전 소트프웨어와의 통합과정이 요구되며, 현장 실험을 바탕으로 기술적 문제점 도출 및 수정·보완이 요구된다.
- 본 연구에서는 도로면 크랙실링 자동화 장비의 모체에 대해 상세 설계 및 제작을 수행하고, 구동 실험을 통해 제작된 하드웨어의 기술적 문제점을 도출하였다. 향후 하드웨어 제어 시스템의 개발 및 비전소프트웨어(크랙탐지, 크랙네트워크 경로 계획)의 개발과 개발된 하드웨어와의 통합을 수행할 예정이다. 이를 통해 도로면 크랙실링 작업의 생산성 및 품질 향상을 기대할 수 있고, 자동화 시공으로 작업 노무자의 안전성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
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