선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 그러나, 이러한 장점에도 불구하고 로봇의 운용 중 발생할 수 있는 소음이나 기동중의 소음은 작전 지역을 노출할 가능성이 있다. 따라서 본 연구에서는 소형 무인 로봇의 소음을 저감하기 위한 연구의 일환으로서 개발된 소형 무인 지상 로봇의 형상을 Fig. 1에 나타냈으며, 소음을 정량적으로 측정할 수 있는 방법을 개발하였다. 실내와 실외에서의 소음 측정 방법에 기준을 제시하였다.
- 본 논문에서는 무인 로봇의 작동시 발생하는 소음을 정량적으로 측정하는 방법을 개발하였다. 비교적 간단한 장비인 사운드 레벨 미터를 이용하여 측정 방법을 개발하였으며, 통계적으로 검증하는 방안을 제시하였다.
- 본 논문에서는 소형 무인 지상 로봇의 임무 또는 작동시 발생하는 소음을 측정하는 방법을 개발하였다. 로봇의 소음을 측정하기 위해 사용된 장비는 사운드 레벨 미터 TES-1350A를 이용하였다.
- 사외에서의 소음을 회사 내의 한 곳과 무인 로봇의 작전환경과 유사한 사외에서 주간과 야간에 대해서 각각 측정하였다. 본 논문의 목적은 무인 로봇의 소음을 정량적으로 측정할 수 있는 방법을 개발하고, 무인 로봇의 작전지역에서의 소음을 예측하는 방법을 개발하는 것이다. 무인 로봇이 운용되는 작전지역은 민간인이 출입이 어려운 경우가 많은 곳이 될 수 있고, 자연 재해 지역이나, 방사능 노출이 심한 곳이 될 수 있다.
- 그리고, 다양한 환경이나 지역에 대해서 소음을 측정하여 상관성을 분석하였다. 즉, 개발 과정에서 측정한 소음 시험의 데이터로 로봇이 운용되는 작전 지역에서의 소음 수준을 예측할 수 있는 방안을 제시하였다.
제안 방법
- 개발된 실내 소음 측정 시험법을 바탕으로 실외 환경에서의 무인 로봇의 구동 소음을 사내와 사외 각각에서 측정하였다. 장소에 따른 로봇의 소음 측정값과 측정 시간에 따른 소음 측정값에 대해서 상관성 분석을 하였으며, 상관계수가 1에 근접하여 신뢰성 있고, 예측 가능한 방법인 것을 확인하였다.
- 실내와 실외에서의 소음 측정 방법에 기준을 제시하였다. 그리고, 다양한 환경이나 지역에 대해서 소음을 측정하여 상관성을 분석하였다. 즉, 개발 과정에서 측정한 소음 시험의 데이터로 로봇이 운용되는 작전 지역에서의 소음 수준을 예측할 수 있는 방안을 제시하였다.
- 실제 운용환경에서 운용되는 로봇은 먼지나 모래 등의 이물질이 침투가 되어 소음을 유발하는 원인이 된다. 또한 베어링, 오링 등의 노화가 진행되어 오버홀을 진행한 후 소음의 변화를 측정하였다. 또한, 실내 소음 측정 시험은 완제품 상태와 플리퍼 제거, 벨트 제거를 진행하면서 각각 진행하였으며, 소음의 주요 원인 분석과 소음의 변화를 관찰 하였다.
- 무인 로봇의 실내 소음 측정에서 로봇의 주요 부품에 대한 오버홀 전과 오버홀 후를 나누어서 각각 측정하였으며, 오버홀에 따른 소음의 표준편차가 줄어든 것이 확인되었다. 또한 측정된 소음의 특이치와 정규성 검정을 통해 시험 방법의 타당성을 확인하였다.
- 또한 베어링, 오링 등의 노화가 진행되어 오버홀을 진행한 후 소음의 변화를 측정하였다. 또한, 실내 소음 측정 시험은 완제품 상태와 플리퍼 제거, 벨트 제거를 진행하면서 각각 진행하였으며, 소음의 주요 원인 분석과 소음의 변화를 관찰 하였다. 오버홀 전의 실내 소음 측정치를 Table 1에 나타내었다.
- 실내 소음 측정 시험은 회사 내의 로봇 조립실에서 측정하였다. 로봇의 구동 소음을 측정하기 전 로봇 조립실에서 발생하는 소음에 대한 테스트를 먼저 수행하였다. 로봇 구동 소음을 측정할 때 항상 동일한 조건에서 측정하도록 공실 소음을 일정하게 유지하였으며, 배경 소음은 약 44~45 dB이다.
- 또한 데이터 측정 시스템이나 분석 프로그램 없이 소음 데이터를 바로 확인할 수 있는 장점이 있다. 본 논문에서 사운드 레벨 미터 사용시 정확도가 떨어질 수 있는 단점을 보완하기 위한 시험법 개발과 통계적 접근법을 이용하였다. 이러한 내용은 3장에서 자세히 다루었다.
- 본 논문에서는 무인 로봇의 작동시 발생하는 소음을 정량적으로 측정하는 방법을 개발하였다. 비교적 간단한 장비인 사운드 레벨 미터를 이용하여 측정 방법을 개발하였으며, 통계적으로 검증하는 방안을 제시하였다.
- 그리고, 로봇의 작동시간은 20초 동안 측정하였으며, 전후 각각 5초는 안정화 시간이다. 사내 소음의 측정거리는 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 50, 90, 100 m로 하였다. 사외 소음의 측정거리는 1, 5, 10, 50, 100, 200, 300 m이며, 로봇의 작전 환경을 고려해서 측정 거리를 선택하였다.
- 사내 주간 소음 측정 결과를 바탕으로 사외 주간, 야간 소음에 대한 상관성을 분석하였다. 사내 주간과 사외 주간 소음에 대한 상관성 분석 결과를 Fig.
- 사외에서의 소음을 회사 내의 한 곳과 무인 로봇의 작전환경과 유사한 사외에서 주간과 야간에 대해서 각각 측정하였다. 본 논문의 목적은 무인 로봇의 소음을 정량적으로 측정할 수 있는 방법을 개발하고, 무인 로봇의 작전지역에서의 소음을 예측하는 방법을 개발하는 것이다.
- 사외의 소음 측정은 주간과 야간으로 구분하여 측정하였다. 주간은 배경 소음 등에 의한 영향으로 무인로봇의 구동 소음이 덜 민감한 반면, 야간에서 무인 로봇의 구동으로 인한 소음은 군의 작전에 영향을 줄만큼 큰 문제가 될 수 있다.
- 이러한 특성을 반영하고, 200, 300 m의 소음을 예측하기 위해 Curve Fitting을 수행하였다. 상대 성장 스케일링 방법과 지수함수 형태 2가지로 Curve Fitting을 수행하였으며, 수식은 다음과 같다. 상대 성장 스케일링인 Allometry 식은 식 (1)과같이 표현되며, log 함수 형태 식 (2)와 같이 나타낼 수 있다.
- 실내 소음 측정 시험은 주요부품의 오버홀 전과 후로 나누어서 진행하였다. 실제 운용환경에서 운용되는 로봇은 먼지나 모래 등의 이물질이 침투가 되어 소음을 유발하는 원인이 된다.
- 실외 소음 측정 시험은 2.2.절에서 설명한바와 같이 사내에서의 소음 측정과 사외에서 소음 측정 2가지 장소에서 각각 수행하였으며, 사외에서의 소음 측정은 주간과 야간에서 실행하였으며, Table 4에 나타내었다. 주간 사외 시험의 배경 소음은 약 38~39 dB, 야간 사외 시험의 배경 소음은 약 35~36 dB이다.
- 측정 구간이 길어질수록 소음이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 특성을 반영하고, 200, 300 m의 소음을 예측하기 위해 Curve Fitting을 수행하였다. 상대 성장 스케일링 방법과 지수함수 형태 2가지로 Curve Fitting을 수행하였으며, 수식은 다음과 같다.
대상 데이터
- 본 논문에서는 소형 무인 지상 로봇의 임무 또는 작동시 발생하는 소음을 측정하는 방법을 개발하였다. 로봇의 소음을 측정하기 위해 사용된 장비는 사운드 레벨 미터 TES-1350A를 이용하였다. 사운드 레벨 미터는 측정의 정확도는 다소 떨어지지만, 비교적 저렴한 가격에 구입이 가능한 장점이 있다.
- 본 논문의 대상체인 소형 무인 로봇은 최대속도 15 kph이며, 매복지와 같은 곳에서 감시 정찰과 같은 임무를 수행할 수 있으며, 이때 통상 작동 속도는 3 kph 이하이다. 또한 무인 로봇은 매복지에 투입되어 수색 작전시, 작전병력에 대한 병사 투입을 최소화 할 수 있다.
- 사내 소음의 측정거리는 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 50, 90, 100 m로 하였다. 사외 소음의 측정거리는 1, 5, 10, 50, 100, 200, 300 m이며, 로봇의 작전 환경을 고려해서 측정 거리를 선택하였다. 사내 시험은 직선로를 확보하기 어렵기 때문에 부득이하게 100 m 거리까 지만 측정하였다.
- 그러나 실내 소음 측정법은 로봇의 거리와 계측기의 거리가 동일하지만, 무인 로봇의 실외 소음 측정은 계측기의 위치는 고정하고 로봇의 위치를 옮기면서 소음을 측정하였으며, 이는 로봇의 작전 반경에 따른 소음의 수준을 확인하기 위함이다. 측정 장소는 회사 내의 직선거리가 확보된 위치와 사외에서 각각 시험을 하였다. 사외의 시험 장소는 로봇이 운용되는 환경과 최대한 유사한 조건으로 하였다.
데이터처리
- 그리고, 1표본 T검정 결과를 Table 2에 나타내었다. 1표본 T 검정을 통해 소음의 평균과 표준편차, 평균의 표준오차, 95% 신뢰구간을 산출하였다. 측정된 데이터의 적합도 검정을 사용하여 특정 통계 분포가 데이터에 적합한지 결정할 수 있다.
- 통상 이러한 시험은 5번 시험값에서 최대값과 최소값을 제외한 3회의 데이터에 대해 평균값을 구하면 시험의 반복성이 재현되는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 본 논문에서는 1표본 T검정을 통해 데이터의 평균을 추정하였다[4].
성능/효과
- 88 dB로 측정되어 소음이 감소한 것을 확인할 수 있었다. 그러나 이러한 소음의 변화는 크게 의미가 없다고 판단되며, 로봇의 구동 소음은 모터와 감속기에서 발생하는 소음이 주 원인인 것을 확인할 수 있었다. 그리고, 1표본 T검정 결과를 Table 2에 나타내었다.
- 장소에 따른 로봇의 소음 측정값과 측정 시간에 따른 소음 측정값에 대해서 상관성 분석을 하였으며, 상관계수가 1에 근접하여 신뢰성 있고, 예측 가능한 방법인 것을 확인하였다. 따라서 본 논문에서 제시한 방법으로 무인 로봇 개발과정에서 일정 단축 및 비용 절감 차원에서 상당한 이점이 있다고 판단된다.
- 지수함수 형태의 Curve Fitting은 식 (3)과 같이 표현된다. 따라서 사내에서의 실외 소음 측정 시험 결과는 Allometry 식을 적용할 경우 R^2 = 0.9663, 지수함수 형태의 식을 적용하여 Curve Fitting을 수행하면 R^2 = 0.99565로 나타났다. 그리고 이러한 결과를 Fig.
- 그러나 오버홀 후 소음의 편차가 확연히 줄어든 것이 확인된다. 따라서, 로봇의 구동 소음을 정확히 측정하기 위해서 오버홀이 필요한 것을 확인하였고, 이에 따른 소음의 변화보다 측정된 소음의 표준편차가 감소한 것을 확인할 수 있다.
- 로봇의 구동 소음을 측정하기 전 로봇 조립실에서 발생하는 소음에 대한 테스트를 먼저 수행하였다. 로봇 구동 소음을 측정할 때 항상 동일한 조건에서 측정하도록 공실 소음을 일정하게 유지하였으며, 배경 소음은 약 44~45 dB이다. 시험의 측정 횟수는 측정한 값에 데이터가 수렴하도록 5회를 하였다.
- 무인 로봇의 실내 소음 측정에서 로봇의 주요 부품에 대한 오버홀 전과 오버홀 후를 나누어서 각각 측정하였으며, 오버홀에 따른 소음의 표준편차가 줄어든 것이 확인되었다. 또한 측정된 소음의 특이치와 정규성 검정을 통해 시험 방법의 타당성을 확인하였다.
- 주간에서의 구동 소음에 대한 가청거리는 약 200 m로 파악되었다. 배경 소음에 대한 평균값은 약 39 dB로 측정되었으며, 주변 구동소음과 유사한 수준에서는 무인 로봇의 소음이 확인되지 않았다.
- 8에 나타내었다. 사내 소음 시험과 사외 주간 소음에 대한 상관성은 R^2 = 0.9866으로 나타났으며, 무인 로봇의 소음 측정에 대한 사내 시험으로 사외 주간 소음을 예측할 수 있음을 확인하였다.
- 9848으로 나타났다. 야간에서 발생하는 소음 역시 주간에서의 소음과 마찬가지로 상관성 분석에서 선형성이 보장되어 사내 시험으로 사외 야간 소음을 예측 가능함이 확인되었다.
- 사외, 야간 소음에 대한 시험 결과를 Table 7에 나타내었다. 야간에서 배경 소음은 평균 35.8 dB로 측정되었으며, Table 7에서 300 m의 소음은 35.6 dB로 측정되어 무인 로봇의 구동소음이 약하게 들리는 정도로 측정되었다.
- 오버홀 전의 실내 소음 측정치를 Table 1에 나타내었다. 완조립 상태에서 소음은 평균 76.56 dB로 나타났으며, 플리퍼제거, 벨트제거시 각각 74.96, 74.88 dB로 측정되어 소음이 감소한 것을 확인할 수 있었다. 그러나 이러한 소음의 변화는 크게 의미가 없다고 판단되며, 로봇의 구동 소음은 모터와 감속기에서 발생하는 소음이 주 원인인 것을 확인할 수 있었다.
- 개발된 실내 소음 측정 시험법을 바탕으로 실외 환경에서의 무인 로봇의 구동 소음을 사내와 사외 각각에서 측정하였다. 장소에 따른 로봇의 소음 측정값과 측정 시간에 따른 소음 측정값에 대해서 상관성 분석을 하였으며, 상관계수가 1에 근접하여 신뢰성 있고, 예측 가능한 방법인 것을 확인하였다. 따라서 본 논문에서 제시한 방법으로 무인 로봇 개발과정에서 일정 단축 및 비용 절감 차원에서 상당한 이점이 있다고 판단된다.
- 이러한 내용은 3장에서 자세히 다루었다. 테스트기의 측정 범위는 최소 35 dB, 최대 130 dB 까지이며, 일상 생활에서 발생할 수 있는 대부분의 소음을 측정할 수 있다.
- 시험의 측정 횟수는 측정한 값에 데이터가 수렴하도록 5회를 하였다. 통상 이러한 시험은 5번 시험값에서 최대값과 최소값을 제외한 3회의 데이터에 대해 평균값을 구하면 시험의 반복성이 재현되는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 본 논문에서는 1표본 T검정을 통해 데이터의 평균을 추정하였다[4].
- 사내 시험은 직선로를 확보하기 어렵기 때문에 부득이하게 100 m 거리까 지만 측정하였다. 하지만, 3장의 시험 결과에서 확인할 수 있듯이 사내 시험의 결과 데이터로부터 데이터 외삽(Extrapolation)을 통해서 300 m 까지의 소음을 예측할 수 있다고 판단하였다. 로봇의 실외 소음 측정 시험을 Fig.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.