초록 ▼

고소 공간에서 이루어지던 수작업들을 로봇을 이용한 작업으로 대체하여 작업자의 안전과 선박의 품질향상 및 생산성을 향상을 확보하기 위해서 수직 또는 곡면부의 선체외판에서 안정된 부착과 주행이 가능한 자주식 고소 작업용 이동플랫폼 설계, 제작 및 시험평가가 수행하여 현장적용을 통하여서 그 성능을 검증하였다. 또한 조선소 내 대형 선박을 대상으로 로봇의 적용 시 서보모터 및 엔코더 케이블 길이가 길어 핸들링 등 작업성 부족을 극복하기 위하여 로봇 본체에 방열 및 유지보수 문제점이 고려된 환경시험을 통과한 탑재형 제어기를 개발하여 이러한

고소 공간에서 이루어지던 수작업들을 로봇을 이용한 작업으로 대체하여 작업자의 안전과 선박의 품질향상 및 생산성을 향상을 확보하기 위해서 수직 또는 곡면부의 선체외판에서 안정된 부착과 주행이 가능한 자주식 고소 작업용 이동플랫폼 설계, 제작 및 시험평가가 수행하여 현장적용을 통하여서 그 성능을 검증하였다. 또한 조선소 내 대형 선박을 대상으로 로봇의 적용 시 서보모터 및 엔코더 케이블 길이가 길어 핸들링 등 작업성 부족을 극복하기 위하여 로봇 본체에 방열 및 유지보수 문제점이 고려된 환경시험을 통과한 탑재형 제어기를 개발하여 이러한 문제점을 해결하였다. 또한, 실시간 제어기 S/W 및 무선 리모컨, 무선 트렁크형 운영장치, 무선 원격 팬던트 개발을 통해 작업자가 원격지에서도 손쉽게 작업이 가능한 시스템을 구축하였다.
또한 비전기반 작업면 인식 센서시스템 및 알고리즘 적용을 통해 작업면 인식알고리즘의 타당성 검토를 수행하였다. 아울러 고소작업별 작업 특성을 고려하여 선박 상에서의 위치인식뿐만 아니라 경로 생성을 통하여 주행제어 및 장애물 경로회피 시스템 개발을 수행하였다. 그리고 이동 플랫폼의 가반 하중을 고려하여 경량화 및 탈부착이 용이한 지능형 청소, 검사, 도장모듈을 개발하여 이동플랫폼과 상호 보완이 되며 선체 수직부와 곡면부의 작업 상태에 따라 유동적으로 작동되어지는 메카니즘을 개발하였다.
대우조선해양, 고등기술연구원 및 창원대학교가 협조하여 개발한 고소 작업용 이동 플랫폼 및 제어 시스템 관련 개발 내용은 다음과 같다.
(1) 진공흡착 및 영구자석 방식을 혼용하여 수직외판 및 곡면부 부착, 주행이 가능한 상품화된 고소작업용 이동플랫폼 개발
(2) 청소 작업면 영상취득용 및 도막 두께 측정 검사용 알고리즘과 센서시스템 개발
(3) 로봇의 주행, 작업툴 구동, 작업상태 모니터링이 가능한 그래픽기반 포터블 로봇 운영시스템 및 작업 데이터베이스 구축
(4) 선체외판 또는 선저부에 중량물의 로봇 시스템의 탈,부착 및 보관/운반이 용이한 로봇 부착/전용 운영 장비와 로봇 추락 방지를 위한 자동 이동형 안전윈치 개발
(4) 로봇에 탑재될 수 있는 소형타입의 탑재형 제어기 H/W 및 S/W 개발
(5) 로봇의 주행 및 청소/검사/도장 툴의 제어를 위한 모션제어 알고리즘 및 수직 및 곡면부 상의 위치인식기반 고소 작업별 경로 주행 시스템 개발
(6) 로봇의 구조 안정성 및 동특성을 고려한 수직 이동 로봇 최적화/경량화 설계

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...2
• 초록 ...3
• 목차 ...6
• 제1장 서론 ...9
• 제1절 기술개발의 필요성 ...9
• 제2절 2단계 개발목표 및 내용 ...13
• 1. 최종목표 ...13
• 2. 단계목표 및 평가방법 ...15
• 가. 단계목표 ...15
• 나. 개발기술의 평가방법 및 평가항목 ...16
• 제2장 기술개발 내용 및 방법 ...17
• 제1절 선체 곡면 적용을 위한 고소 작업용 로봇 플랫폼 개발 ...17
• 1. 진공 패드 및 진공 펌프 개발 ...17
• 가. 부착력 계산 ...17
• 나. 진공 패드와 진공 펌프 사양 선정 ...18
• 2. 주행 휠 어셈블리 구조 ...20
• 3. 하이브리드 영구 자석 모듈 ...22
• 4. 선체 곡면부 주행이 가능한 고소 작업용 로봇 플랫폼 제작 ...23
• 제2절 고소 작업 로봇 플랫폼 운영 장치 개발 ...25
• 제3절 로봇 운영시스템 개발 ...32
• 1. 로봇 운영 S/W 및 작업결과 데이터베이스 개발 ...32
• 가. 로봇 운영 S/W 개발 ...32
• 나. 작업결과 데이터베이스 개발 ...38
• 2. 로봇 운영 장치 개발 ...41
• 가. 무선 리모컨 ...41
• 나. 트렁크형 운영시스템 ...43
• 다. 무선 팬던트 ...45
• 라. 운영시스템 무선랜 성능 테스트 ...47
• 3. 로봇 운영 데이터 통합 관리 및 작업 보고서 ...53
• 가. 데이터 전송 기능 ...53
• 나. 통합 데이터 보고서 ...54
• 제4절 로봇 제어기 개발 ...55
• 1. 탑재형 제어기 H/W 개발 ...55
• 가. CPU 및 비전보드 개발 ...55
• 나. 모션보드 개발 ...57
• 다. 1축 서보 드라이버 개발 ...59
• 라. Dual 서보 드라이버 개발 ...66
• 마. 입출력 및 전원공급 보드 개발 ...70
• 바. 위치 인식용 레이저센서 보드 개발 ...72
• 사. 알람 디스플레이 보드 개발 ...74
• 2. 탑재형 제어기 H/W 통합개발 및 평가 ...77
• 가. 전장박스 통합제작 ...77
• 나. 제어기 기능 및 환경시험 구성 ...82
• 다. 제어기 기능시험 및 결과 ...83
• 라. 제어기 환경 및 전자기시험 및 결과 ...87
• 3. 탑재형 제어기 S/W 개발 ...90
• 가. 탑재형 제어기 S/W 구성 및 펌웨어 ...90
• 나. 작업 모듈별 펌웨어 개발 ...95
• 다. 센서별 신호처리 펌웨어 개발 ...101
• 라. 운영시스템과의 연계제어 ...106
• 마. 작업면 영상인식 시스템 ...108
• 제5절 작업면 인식 및 도장모듈 제어 시스템 개발 ...114
• 1. 작업면 영상인식 검사 시스템 ...114
• 2. 도장모듈 제어 시스템 ...116
• 제6절 위치인식 센서기반 주행제어 ...118
• 1. 위치인식 센서 알고리즘 개발 ...118
• 가. 레이저 변위 센서 및 경사계 신호처리 ...118
• 나. 센서퓨전 알고리즘 ...119
• 다. 위치인식 실험결과 ...123
• 2. 주행제어 및 경로 생성 알고리즘 개발 ...130
• 가. 주행제어 고려인자 ...130
• 나. 주행제어 알고리즘 개발 ...130
• 다. 경로 생성 알고리즘 개발 ...137
• 3. 위치인식 기반 주행제어 실험 ...140
• 가. 주행 제어 실험의 개요 ...140
• 나. 수직면 대상 로봇 실험 결과 및 최적화 ...142
• 다. 경사면(55도) 대상 실험결과 및 최적화 ...146
• 라. 곡면부 대상 실험결과 ...148
• 4. 장애물감지 및 회피 알고리즘 ...149
• 가. 장애물 감지센서 선정 및 알고리즘 개발 ...149
• 나. 장애물 감지 실험 ...155
• 다. 경로회피 ...158
• 제7절 안전윈치 시스템 개발 ...159
• 제8절 수직 이동 로봇 최적설계 ...163
• 1. 2단계 수직 이동 로봇 최적설계 결과 ...163
• 가. 1차년도 수직 이동 로봇의 정적 해석 ...163
• 나. 1차년도 수직 이동 로봇의 동적 해석 ...165
• 2. 유전 알고리즘을 이용한 최적설계(1차년도) ...167
• 가. 유전 알고리즘을 이용한 최적설계 개요 ...167
• 나. 1차년도 수직 이동 로봇의 정적 최적설계 결과 ...171
• 다. 1차년도 수직 이동 로봇의 동적 최적설계 결과 ...173
• 라. 1차년도 수직 이동 로봇의 정.동적 최적설계 결과 ...175
• 마. 1차년도 최적설계 결과 및 분석 ...179
• 3. 2차년도 수직 이동 로봇의 정.동적 구조 해석 ...181
• 가. 2차년도 수직 이동 로봇의 정적해석 ...181
• 4. 유전 알고리즘을 이용한 최적설계 결과(2차년도) ...184
• 가. 첫 번째 설계 변수 설정 ...184
• 나. 2차년도 수직 이동 로봇의 정적 최적설계 결과 ...185
• 다. 2차년도 수직 이동 로봇의 동적 최적설계 결과 ...187
• 라. 2차년도 수직 이동 로봇의 정.동적 최적설계 결과 ...192
• 마. 두 번째 설계 변수를 통한 정.동적 최적설계 결과 ...195
• 바. 2차년도 최적설계 결과 ...198
• 제3장 결과 ...201
• 제1절 기술개발 결과 ...201
• 제2절 연구성과 ...213
• 제3절 기대효과 ...215