초록 ▼

1. 최종목표
- 작동범위가 100m인 bluetooth 통신과 신호처리를 위해 micro-controller를 활용하고, 크레인 시스템의 운전을 위한 총 16개의 디지털 입?출력을 구현하는 4포트 원격입력장치를 개발
- 4포트 무선 입력포트, 16 디지털 출력포트 및 제어신호처리를 위해 micro-controller를 사용하고, 신호처리 안정성이 강화된 전기회로설계 및 입력 적응제어장치의 개발
- 구동기의 동적특성을 포함한 실시간 input shaping구현 프로그램을 개발하여, 크레인 payload의 케이블 길이

1. 최종목표
- 작동범위가 100m인 bluetooth 통신과 신호처리를 위해 micro-controller를 활용하고, 크레인 시스템의 운전을 위한 총 16개의 디지털 입?출력을 구현하는 4포트 원격입력장치를 개발
- 4포트 무선 입력포트, 16 디지털 출력포트 및 제어신호처리를 위해 micro-controller를 사용하고, 신호처리 안정성이 강화된 전기회로설계 및 입력 적응제어장치의 개발
- 구동기의 동적특성을 포함한 실시간 input shaping구현 프로그램을 개발하여, 크레인 payload의 케이블 길이가 4 m일 때, payload의 최종 목표지점에 대한 상대오차를 잔류변위 2 cm미만을 목표
2. 개발내용 및 결과
가. 실험장치 개발
- 입력적응제어기의 과도 및 잔류진동 감소 성능실험을 위해 파이롯플랜트(Pilot-Plant)를 제작 및 구축 했다. 구동을 위해 3개의 서보모터를 사용했고 진동의 측정을 위해 Vision Sensor를 사용 함으로써 입력적응제어기의 진동 감소 성능을 정확하게 측정 하였다.
나. 원격입력적응제어장치(시작품)
- 독립된(stand-alone) 제품개발을 위해 PCB 설계 제작 했고, 입력적응제어기가 micro-controller상에서 구동하기 위한 프로그래밍을 개발 했다.
- 원격입력적응제어장치와 본체 사이의 bluetooth 통신과 신호처리를 위해 micro-controller 활용 했다.
- 브릿지 크레인 Payload 길이측정을 위해 Ultrasonic Sensor SRF80를 이용하여 측정 장치를 개발했고 real-time convolution algorithm을 개발 했다.
- 다양한 시스템 구동기의 동적 성능에 따른 입력적응제어장치를 파이롯플랜트에 적용하고 검증 및 평가 했다.
다. 비선형 구동기의 동적특성을 고려한 입력적응제어기
- 비선형 동적 특성을 2nd-order response function으로 근사화를 통해 closed-form solution, NUMZV(nonlinear unit magnitude zero vibration), 을 개발
3. 사업성과
○ 기술적 성과
크레인 payload가 과도한 진동변위가 없이 작업자가 원하는 경로로 정확히 이동 및 정확한 위치에 정지하였다. 크레인의 과도 및 잔류 진동변위에 의해 주변의 작업자들에게 상해 및 사망과 주변 시설물의 손상 등의 산업현장에서 많은 문제를 저감할 수 있다. 크레인의 비선형이동속도를 포함한 입력적응제어기술은 크레인의 진동변위를 저감 제어하는 신기술로서 잔류진동이 엄격히 제한된 로봇, 우주, 항공, 반도체산업 분야 등에 응용할 수 있다.
○ 경제적 성과
- payload의 신속한 이동 및 신속한 정지가 용이 하므로, 크레인으로 인한 산업재해의 감소뿐 만 아니라 산업체 생산제품의 안전성 향상에 기여 할 수 있어 생산성 제고와 함께 국제경쟁력이 제고 된다.
- 비선형이동속도를 포함한 입력적응제어기는 유연구조물을 제어하는 기반기술로서 산업적 파급효과 매우 높다. 특히 로봇, 우주, 항공, 반도체산업 분야 등의 유연구조물은 잔류진동이 엄격히 제한되어 있어, 입력적응제어기술을 응용할 수 있어 기술의 부가가치를 매우 높일 수 있다.
○ 사회적 성과(일자리 창출 등)
- 특허권을 산업체에 기술이전하여 국ㆍ내외사업화 추진을 통해 일자리 창출 확대
- 산업자본이 취약한 중소산업체에 적용될 수 있도록 국ㆍ내외 산업안전 관련 지원 정책을 적극 활용함으로서 시장을 확대
- 차세대 크레인, 반도체, LCD, 자동차, 원자력 산업분야의 진동저감기술을 위한 이론 및 실무를 겸비한 전문인재 양성
4. 향후추진계획
- 실제 산업 크레인의 구동기의 동적특성을 나타내는 변수들을 실시간으로 추정하여 효과적으로 구동기 제어를 할 수 있도록 adaptive control를 개발 하여 과도 및 잔류진동을 감소하는데 더욱 효과적인 system를 개발
- 크레인 시스템 운전에 관련한 원격입력적응제어기 및 장치의 특허출원
- 국내ㆍ외 전시회, 박람회, 홈페이지 등을 통한 시작품 홍보

목차 Contents

• 사업비사용실적보고서...1
• I. 총괄현황...1
• II. 과제개발비 세부집행내역...1
• 개발결과의견서...4
• 최종보고요약서(초록)...5
• 목 차...7
• 제 1 장 서론...8
• 제 1 절 기술 개발의 필요성 및 중요성...8
• 제 2 절 국내ㆍ외 관련 기술의 현황...8
• 1. 페루프제어(Feedback Control) 기술...8
• 2. 개루프제어(Open-Loop Control) 기술...8
• 제 3 절 국내ㆍ외 시장 규모...9
• 제 2 장 과제개발 내용 및 방법...10
• 제 1 절 입력적응제어 실험장치 개발...10
• 1. 입력적응제어 실험장치의 하드웨어 구성...11
• 2. 입력적응제어 실험장치의 소프트웨어 구성...13
• 3. 입력적응제어기 실험장치의 program 개발...14
• 4. GUI(Graphical User Interface)...16
• 5. Vision Sensor 보정 및 Spectation 프로그램...17
• 제 2 절 원격입력적응제어 장치 제작...21
• 1. 원격 입력적응제어 장치의 pcb 설계...21
• 2. 원격통신 (bluetooth)...25
• 3. 원격 입력적응 제어장치 program 개발...26
• 4. 원격 입력적응제어 장치 외형 제작...28
• 제 3 절 원격입력적응제어 장치 본체 제작...31
• 1. 원격 입력적응제어 장치 본체 pcb 설계...31
• 2. ultra sonic sensor 활용 및 algorithm 개발...41
• 3. 원격 입력적응 제어장치 program 개발...46
• 4. 원격 입력적응제어 장치 본체 제작...47
• 제 4 절 비선형 구동기의 동적특성을 고려한 입력성형제어기 개발...49
• 제 3 장 사업성과...54
• 제 1 절 활용 분야 및 방안...54
• 제 2 절 기대성과...54
• 제 4 장 결론...56
• 제 1 절 입력적응제어 실험장치...56
• 제 2 절 원격 입력적응제어 장치...57
• 제 3 절 향후 계획...58