[논문]직감형 원격제어 시스템을 이용한 필드 로봇의 건설 자재 설치 대한 연구

이정일; 이승열; 유석종; 이상호; 한창수

직감형 원격제어 시스템을 이용한 필드 로봇의 건설 자재 설치 대한 연구
Intuitive OCU (Operator Control Unit) of Field Robot for installing Construction Materials 원문보기

이정일 (한양대학교 대학원 기계공학과) , 이승열 (한양대학교 대학원 기계공학과) , 유석종 (한양대학교 대학원 기계공학과) , 이상호 (한양대학교 대학원 메카트로닉스공학과) , 한창수 (한양대학교 기계공학과)

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문제 정의

특히 작업자가 접근하기 어려운 환경이나 위험한 공간상에서는 제안된 로봇을 적용하는데 어려움이 따른다. 따라서 이 문제를 해결하기 위해 기존의 HRI장치를 개선한 직감형 OCU를 다음 장에서 소개하고자 한다.
본 논문은 작업자가 건설용 필드 로봇을 원격 제어 시 현장 작업정보를 인지할 수 있도록 ‘직감형 OCU(Operator Control Unit)’를 소개한다.

제안 방법

6과 같이 매니퓰레이터 몸체에 부착된 무선 카메라를 통해 설치작업을 위한 로봇의 자세를 제어할수 있다. 또한, 매니퓰레이터의 끝단에 부착된 6 자유도 힘/토오크 센서를 통해 획득된 외력 정보는 조이스틱 내부의 구동 메커니즘을 통해 작업자에게 DC모터의 최대출력 내에서 일정크기의 반력을 구현하였다. 원격 제어를 통한 건설자재의 설치 시뮬레이션은 성능 평가를 통한 시스템 보완 후 진행될 예정이다.
직감형 OCU는 작업자의 작업 환경의 인지를 위하여 ‘힘 반향 조이스틱(촉각정보)’과 필드 로봇 주위의 상황을 파악할 수 있는 ‘모니터링 장치(시각정보)’로 구성된다. 또한힘 반향을 구현하기 위해 양방향 제어와 임피던스 제어를 적용하 였다. 제안된 직감형 OCU의 성능평가 및 검증을 위해 실험실 내부에서 실제 건설현장에서 건설자재를 설치하는 작업의 시뮬 레이션이 수행되었다.
하지만 작업자가 접근하기 어려거나 위험한 건설 환경에서 협업 방식으로 작업을 수행하기 위해 새로운 HRI장치가 필요하다. 본 논문에서 제안된 직감형 OCU는 원격 제어를 사용하되, 기존의 작업자와 로봇이 인접하여 촉각과 시각정보를 획득하는 방법을 고수한다. 현재 진행상황은 하드웨어 제작이 완료되었고, 성능평가가 수행되었다.
또한힘 반향을 구현하기 위해 양방향 제어와 임피던스 제어를 적용하 였다. 제안된 직감형 OCU의 성능평가 및 검증을 위해 실험실 내부에서 실제 건설현장에서 건설자재를 설치하는 작업의 시뮬 레이션이 수행되었다. 필드 로봇을 end effector의 자재 설치를 위한 모듈을 설치하였고, 이용하여 건설자재를 목표지점에 설치 하는 실험을 수행하였다.
제안된 직감형 OCU의 성능평가 및 검증을 위해 실험실 내부에서 실제 건설현장에서 건설자재를 설치하는 작업의 시뮬 레이션이 수행되었다. 필드 로봇을 end effector의 자재 설치를 위한 모듈을 설치하였고, 이용하여 건설자재를 목표지점에 설치 하는 실험을 수행하였다. 향후에는 본 논문에서 제안한 시스템의 현장실험이 수행될 예정이며, 원격 제어방식이 아닌 자율주행 기능이 부여된 '무인 필드 로봇(Unmanned Field Robot)'으로의 야지 활용 방안이 모색될 것이다.

이론/모형

이 작업은 숙련된 작업자의 기술이 요구되므로 원격 제어방식이 아닌 작업자와 로봇이 협업하여 원하는 작업을 수행 하는 ‘인간-로봇 협업 제어(Human-Robot Cooperative Control)’방식을 적용하였다.

성능/효과

건설 분야에서도 현장의 기능직 인력 수급 문제와 고령화 문제 등 여러 가지 측면에서 건설 자동화와 로봇의 도입으로 해결책을 찾고 있다.[2] 건설 로봇은 시간에 따라 구조물, 작업자, 장비 등이 변하는 동적인 환경 속을 이동하면서, 지시된 작업을 수행하는 필드 로봇에 속한다. 또한 건설현장은 갑작스런 사고나 예기치 못한 상황같이 작업자에게 위험을 줄 수 있는 요소가 많이 존재한다.

후속연구

주행 제어를 위해서는 추가의 카메라 장착이 필요하다. 또한 더 넓은 범위의 시각 정보를 획득하기 위해 팬(pan)/틸트(tilt)가 가능한 카메라가 사용될 것이다.
본 논문에서는 제안된 직감형 OCU의 실험을 성능 테스트까지로 제한한다. 작업자는 Fig.
현재 진행상황은 하드웨어 제작이 완료되었고, 성능평가가 수행되었다. 앞으로 실제 건설자재 설치작업을 모사한 실험 시스템을 통해 시스템의 검증 및 보완 작업이 수행될 예정이다.
또한, 매니퓰레이터의 끝단에 부착된 6 자유도 힘/토오크 센서를 통해 획득된 외력 정보는 조이스틱 내부의 구동 메커니즘을 통해 작업자에게 DC모터의 최대출력 내에서 일정크기의 반력을 구현하였다. 원격 제어를 통한 건설자재의 설치 시뮬레이션은 성능 평가를 통한 시스템 보완 후 진행될 예정이다.
향후에는 본 논문에서 제안한 시스템의 현장실험이 수행될 예정이며, 원격 제어방식이 아닌 자율주행 기능이 부여된 '무인 필드 로봇(Unmanned Field Robot)'으로의 야지 활용 방안이 모색될 것이다.

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