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굴삭기용 무인조종로봇 신뢰성 보증 시험에 대한 연구
Reliability Qualification Test of a Unmanned Control Robot System for an Excavator 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.39 no.4, 2015년, pp.397 - 403  

백승준 (안동대학교 기계자동차공학과) ,  손영갑 (안동대학교 기계자동차공학과) ,  김준희 ((주)한화테크엠 항공사업부) ,  이종철 ((주)한화테크엠 항공사업부)

초록
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본 논문은 개발 중에 있는 굴삭기 무인조종 로봇을 대상으로 시스템 신뢰도 평가 방법을 제안하고, 제안한 방법을 이용하여 수행한 신뢰도 보증시험에 대한 결과를 나타낸다. 로봇 시스템은 위험한 작업환경에서 작업자의 안전을 위하여 개발되었으며 전체 시스템의 신뢰도는 각 구성품의 신뢰도로부터 계산될 수 있다. 따라서 세 가지 주요 구성품 각각에 대한 전용 시험 장비를 제작하여 가속수명시험에 사용하였다. 가속수명시험 결과를 이용하여 신뢰수준에 따른 보증할 수 있는 평균수명을 추정하고, 적은 시료 수를 사용하는 시스템 신뢰도 보증 시험법을 제안하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes the development of a method for assessing the system reliability of an unmanned control robot system for an excavator. It then shows the results of the reliability qualification test based on the proposed method. The robot system functions to ensure the safety of the workers who ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 원격조종기는 레버및 페달 구동용 조이스틱과 비상정지 스위치 등으로 구성되며 캐빈 내부의 로봇들을 유무선으로 조작이 가능하다. 본 연구에서는 이러한 무인조종로봇 시스템의 핵심 구성품인 레버조작로봇과 페달조작로봇에 대한 가속수명시험을 실시하여 목표 수명 달성 여부를 평가하고 시험 중 발생한 문제점을 개선하여 제품의 신뢰성을 향상시켰다. 평균수명은 와이블 수명분포의 척도모수에 해당 하는 특성수명과 형상모수를 변수로하는 감마함수의 곱이므로 감마함수가 최소값을 가지는 경우 평균수명의 신뢰하한을 예측하는 방식으로 평균 수명을 보증할 수 있었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
로봇 시스템은 어떻게 구분되는가? 1에 나타낸 바와 같이 레버와 페달에 조작로봇을 간단하게 부착한 뒤 사용자가 원격조종하여 안전하게 원하는 작업을 수행할 수 있게 하는 로봇 시스템이다. 로봇 시스템은 크게 굴삭기 캐빈 내부에서 작업자를 대신하는 레버조작로봇과 페달조작로봇, 그리고 작업자가 위험지역 밖에서 로봇들을 조작하는 원격조종기의 3가지 구성품으로 구분할수 있다. 레버 및 페달 조작로봇을 캐빈 내부에 장착한 상태에서 운전자의 탑승운전도 가능하다.
굴삭기 무인조종로봇은 무엇인가? (1~3) 기 개발된 굴삭 중장비용 무인 원격제어 시스템의 단점은 굴삭 중장비의 개조나 변형이 필요하며, 개조나 변형 후에는 작업자의 탑승조작이 불가한 등 복잡한 구조 및 고비용이 요구되었다. 본 연구 대상인 굴삭기 무인조종로봇이란 기존 유압식 굴삭기를 개조하거나 변형하지 않고, Fig. 1에 나타낸 바와 같이 레버와 페달에 조작로봇을 간단하게 부착한 뒤 사용자가 원격조종하여 안전하게 원하는 작업을 수행할 수 있게 하는 로봇 시스템이다. 로봇 시스템은 크게 굴삭기 캐빈 내부에서 작업자를 대신하는 레버조작로봇과 페달조작로봇, 그리고 작업자가 위험지역 밖에서 로봇들을 조작하는 원격조종기의 3가지 구성품으로 구분할수 있다.
와이블분포는 어떤 장점이 있는가? 와이블분포(Weibull distribution)는 스웨덴 물리학자 Waloddi Weibull이 1937년 재료의 파괴강도를 분석하면서 고안한 확률분포로 금속 및 복합재료의 강도, 전자 및 기계부품의 수명분포를 나타내는데 적합한 확률분포로 알려져 있다.(4) 이 분포함수는 분포가 갖는 모수의 값에 따라 다양한 분포 모양을 나타낼 수있으며 실측데이터를 다룬 많은 연구에서 수명모형으로서의 타당성의 입증되어 지수분포보다 복잡하고 이론적인 어려움이 있음에도 불구하고 수명데이터분석에 널리 이용되고 있다. 확률변수 t 의 누적분포함수가 식 (1)과 같을 때, t는 척도모수 (scale parameter)가 η , 형상모수(shape parameter)가 m인 와이블 수명분포를 따른다고 한다.
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참고문헌 (11)

  1. Jun, Y., Yonghua, Z. and Haibo, Q., 2013, "A Review on Modeling, Identification and Servo Control of Robotic Excavator," International Journal of Engineering, Science and Technology, 5 (4), pp. 14-22. 

  2. Pratumsuwan, P., Hutamarn, S. and Po-ngaen, W., 2012, "A Development of Tele-Controller for Hydraulic Excavator," 7th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA), pp. 2123-2126. 

  3. Yamamoto, H., Moteki, M., Shao, H., Ootuki, T., Kanazawa, H. and Tanaka, Y., 2009, "Basic Technology Toward Autonomous Hydraulic Excavator," 26th International Symposium on Automation and Robotics in Construction (ISARC), Austin TX, USA, pp. 288-295. 

  4. Nelson, W. B., 1982, "Applied Life Data Analysis," John Wiley & Sons. 

  5. Elsayed, A. E., 2012, "Reliability Engineering," Wiley. 

  6. Hines, W. and Montgomery, D. C., 1990, "Probability and Statistics in Engineering and Management Science," Wiley. 

  7. John, P. W. M., 1990, "Statistical Methods in Engineering and Quality Assurance," John Wiley & Sons. 

  8. Yoo, Y., Do, H., Park, C. and Kyung J., 2012, "Accelerated Life Calculation for Harmonic Reduction of Robot Arm Using Weibull Distribution," 9th International Conference on Ubiquitous Robots and Ambient Intelligence, Daejeon, Korea, Nov. 26-29., pp. 601-603. 

  9. Kim, Y.-K., Kim, S.-H., Kim, H.-W. and Mok, H.-S., 2010, "Accelerated Life Test of In-Wheel Motor for Mobile Robot," Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, 15 (6), pp. 498-505. 

  10. Yang, G., 2009, "Reliability Demonstration Through Degradation Bogey Testing," IEEE Transactions on Reliability, 58 (4), pp. 604-610. 

  11. Rausand, M. and Hoyland, A., 2004, "Systems Reliability Theory," John Wiley & Sons. 

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