초록 ▼

■ 연구목표 및 내용
■ 연구개발 개요
- 준공 후, 외벽면 청소, 균열 검사, 외벽마감 등의 유지관리 작업 수요 증가
- 외벽을 자율주행하면서 동시에 작업이 가능한 로봇의 개발 필요성 증대
- 초고층 빌딩 건설시공 및 유지보수용 지능형 로봇을 개발함

■ 최종목표
- 고층 구조물의 외벽청소 및 도장 작업과 모니터링을 수행하는 시스템
- Built-in Guide 형태의 고층구조물 외벽 유지 관리용 지능형 로봇시스템 개발
- 곤돌라 형태의 고층 구조물 외벽 유지관리 지능형 로봇 시스템

■ 연구목표 및 내용
■ 연구개발 개요
- 준공 후, 외벽면 청소, 균열 검사, 외벽마감 등의 유지관리 작업 수요 증가
- 외벽을 자율주행하면서 동시에 작업이 가능한 로봇의 개발 필요성 증대
- 초고층 빌딩 건설시공 및 유지보수용 지능형 로봇을 개발함

■ 최종목표
- 고층 구조물의 외벽청소 및 도장 작업과 모니터링을 수행하는 시스템
- Built-in Guide 형태의 고층구조물 외벽 유지 관리용 지능형 로봇시스템 개발
- 곤돌라 형태의 고층 구조물 외벽 유지관리 지능형 로봇 시스템을 개발
- 외벽 청소, 도장 등의 특수 작업에 적합한 다목적 Tool 개발
- 효율적 작업 수행을 위한 로봇 Arm 및 통합 유지관리 시스템을 개발

■ 연구내용 및 범위
- Built-in Guide형 로봇 운용을 고려한 건축 구조물 설계 기술 개발
- Built-in Guide형 이동/작업 메카니즘 및 플랫폼 개발
- Built-in Guide형 로봇 통합제어 기술개발
- Test-Bed 설치 및 모니터링
- 곤돌라형 이동/작업 메카니즘 및 플랫폼 개발
- 곤돌라형 로봇 통합제어 기술개발
- 작업 계획 알고리즘 개발
- Test-Bed 설치 및 모니터링
- 청소작업, 도장작업, 모니터링 검사용 Tool 개발
- 특수 작업용 로봇팔 개발
- 고층 작업용 통합 유지관리 시스템 개발
- 상용화를 위한 사업모델 개발 및 제도 개선

■ 연도별 주요 내용
■ 1차년도 : 로봇 시스템 요소기술 분석 및 개념설계
- 관련 기술 조사 및 시스템 관련사례 분석
- 외벽 유지관리 로봇 제어 시스템 기초 개념 설정
- 고층 구조물 작업 메커니즘 및 환경 분석
- 외벽 특수작업용 디바이스 및 툴 기술 현황 분석

■ 2차년도 : 로봇 시스템 상세설계 및 구체화
- 외벽형식에 따른 최적 메커니즘 도출
- 외벽 등반 메커니즘 상세 설계
- 외벽 유지관리 로봇 사양 결정
- 외벽 특수작업용 디바이스/툴 핵심부품 상세설계

■ 3차년도 : 통합 시스템 구축
- 건축물 종류에 따른 외벽 유형분류 및 분석
- 곤돌라형 외벽 유지관리 로봇 시스템 메커니즘 개발
- 특수 작업용 로봇 Arm 제어 시뮬레이터 개발
- 테스트베드 환경실험을 통한 시스템 보완

■ 4차년도 : 로봇 시스템 성능 향상 및 현장 적용
- 외벽 유지관리를 위한 Tool 장착 메커니즘 설치, 운용
- 임베디드 제어기의 로봇 구동/운용을 위한 시스템통합
- 작업환경 모니터링용 센서 시스템의 현장적용
- 로봇 테스트 베드 및 건물 최적 설치 기술 개발
- 곤돌라형 외벽 유지관리 로봇 시스템 성능 평가 계획 수립

■ 5차년도 : 로봇 시스템의 안정성 향상 및 실용화
- 로봇 통제 운용 시스템 현장적용 및 실용화
- 로봇 시스템의 임베디드 제어기 최적화 및 안정성 향상
- 로봇 통제 운용 시스템 현장 적용 및 실용화
- 임베디드 제어기/센서 시스템 최적화 및 안정성 향상
- 외벽 작업용 툴 시스템 통합 운용 및 사업모델 개발

■ 연구성과 활용방안

■ 연구성과 (기술적 성과 )
- 고품질의 유지관리 서비스가 안정적으로 제공
- 시설물유지관리 차원의 안전관리기술 발전 및 시설물 장수화 시너지 창출
- 자동화 로봇과 관련 타 부처의 개발정책에 일조
- 건설사업 및 시장의 활성화를 추구
- 건설 유지보수 기술 인력의 수급 부족 문제를 자동화를 통해 해결함으로써 품질 안정화 및 생산성 향상 효과
- IT와 로봇 기술이 융합된 건설기술 개발을 통해 IT 및 로봇 기술 발전의 실용화 및 사업화 등의 시너지 효과 기대
- 고층 건축물 외벽의 다양한 재질 및 환경 (요철, 수분, 부착물)에 강인하게 대응하는 이동 메커니즘의 핵심 원천기술 확보로 외벽 시공 및 유지관리의 신공법 확보 가능

■ 연구성과 (사회·경제적 파급효과)
- 노무활용에 따른 리스크와 비용을 절감
- 미래첨단 시설물의 유지관리차원에서 보다 효율적인 관리 가능
- 시설물 유지관리 성능의 개선
- 작업인력의 인명과 재산피해를 최소화
- 시설물의 사용연한 증가 및 유지관리 비용 절감
- 고층 구조물 외벽 유지보수 작업의 자동화로 극한 및 3D 환경에 대응하는 건설로봇의 현장도입 실현 및 건설 자동화의 확산으로 건설업체의 대외 신임도 확보

■ 활용방안
- 본 연구는 기존기술 기반연구 사례들을 종합적·체계적으로 분석
- 건축 구조물에 효과적으로 적용 가능한 맞춤 기술을 개발
- 고층 구조물 유지관리의 노무의존도 축소 및 품질 향상을 추구
- 향후 기술개발의 표본을 제시하는 발판이 될 것임
- 개발한 모듈과 시스템은 특허와 소프트웨어 등록을 통한 실용화 추구 및 제품에 대한 권리를 확보
- 현장 수요와 적용성이 높은 기술을 패키지화 및 제품화할 것임
- 본 연구의 성과는 자동차, 조선, 항공 분야에서도 활용될 수 있으며, 원자력 발전소, 해저 및 극한지 환경, 의료용 수술 로봇 등에 사용되는 원격 조종 로봇의 제어기술 개발에 응용 가능

(출처 : 1권 보고서 요약서 4~7p)

Abstract ▼

II. R&D Objectives and Needs

1. R&D Objectives

• The trend of increase in domestic and overseas high-rise buildings is expected to continue, and the recent residents and building owners request for maintenance and management required for securing the capability of the sustainable build

II. R&D Objectives and Needs

1. R&D Objectives

• The trend of increase in domestic and overseas high-rise buildings is expected to continue, and the recent residents and building owners request for maintenance and management required for securing the capability of the sustainable buildings that there is a need for efficient management plan.
• And due to the development of construction technology, there is a considerable increase in the number of skyscrapers in the world.
• Conventional high-rise building assets require regular inspection and maintenance operations for their proper functionality over time, cleaning, painting, and inspection tasks for high-rise glass buildings.
• Such a need for maintenance and management system has been increasing, but the cleaning work for facade maintenance and management of high-rise buildings is mostly done by the method in using traditional rope and gondola and this is insufficient not only in the risk of accident but the capability and efficiency part as well.
• Accordingly, there are rapid growing requests about maintenance systems such as cleaning, painting, and monitoring the processes of facade in high-rise buildings.
• However, it is extremely dangerous working the walls of high-rise buildings, and crashes from buildings have accounted for large proportion of constructional accidents.
• The resulting accidents may produce very high social/economic losses.
• Typically, the construction projects are usually being done in various environments including the one under extreme circumstances. This is one of the distinct features of construction industry, which allows its work to be done on high-rise altitude.
• Also, in an irregular environment construction workers have to handle everything from minimal subsidiary materials to heavy materials them selves.
• This is the biggest difference compared to other industries, and this highlights the fact that a construction work is indeed a very difficult work.
• All these tasks belong to the maintenance have created a very dangerous and complicated environment to work in for the human workers.
• Although difficulties still exist in construction sites the global construction market is continuously expanding. Until 2008, the average growth rate of construction market was 17.3 %; with 14.3% in the domestic construction market and with 22.3% in the overseas market. In 2009, the sales growth rate has declined due to the global economic crisis, but the construction market’s sales have increased. However, compared to the increasing construction market, the construction sites are experiencing numerous difficulties due to labor shortage.
• The aging phenomenon is accelerating all over the world so, by 2030, most countries, excluding developing nations, will enter a super-aged society where people aged over 65 takes up 15 % of the population. Thus, the aging of construction site workers in most nations will lead to a shortage of skilled laborers. However, the US is expected to solve the shortage problem with its high birthrate.
• Also, there is a problem with manpower supply and demand due to the rising labor costs. The labor costs are rising annually and the construction labor cost is also on the rise, too. Compared to other industries, the construction industry has lower labor productivity. This is why the rise in labor costs will lead to a problem of increase in construction costs rather than in productivity.
• Another problem of construction industry is a high accident rate. As I said in the beginning, the construction projects are being done in many different environments, and highly dangerous tools are being used as well. As a result, the accident rate in the construction industry is much higher than that in other industries. The construction accident rates take up 42 % of the whole industrial accidents.
• The use of automatic robot systems can be expected to reduce accidents and decrease labor costs.
• An alternative solution must be developed with the commercialization of automatic robot systems. For the last decade, interest in developing robots for leaning and maintenance in facade of high-rise buildings has continuously increased.
• The study is aiming to develop the methods of installing the maintenance robot systems on the exterior walls of the high tier buildings in the economic, safe and convenient ways.
• Accordingly, as the advance undertaking to reduce the personal accident in facade cleaning works involving conventional high rise buildings and develop the automated robot devices equipped with the efficient maintenance and repairing functions, the facade cleaning process of the actual construction site is segmented to analyze for each processing, and through the motion study of cleaning workers to formulate the plan to qualify the cleaning mechanism of the robot system.
• In addition, the basic modeling of the robot system is proposed to undertake the further studies to lead the realistic technology for each phase.

(출처 : 1권 SUMMARY 29~31p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• CONTENTS ... 6
• 2권 ... 7
• 제3장 최종연구 성과 및 적용실적 ... 8
• 제4장 연구목표 달성 및 효과 ... 24
• 1절 연구개발결과 최종목표 달성도 ... 24
• 2절 연구개발 평가결과 분석 ... 29
• 제5장 연구성과의 활용 및 추가연구 필요성 ... 85
• 1절 R&D 사업성과 ... 85
• 2절 추가연구의 필요성 ... 92
• 참고문헌 ... 104
• 부록 ... 107
• Built-in Guide형 로봇시스템 Parts Manual ... 109
• Built-in Guide형 로봇시스템 조립 도면 및 제작 도면 ... 153
• Built-in Guide형 로봇시스템 조립공정 기준서 ... 427
• Built-in Guide형 로봇시스템 사용자 운영 매뉴얼 ... 455
• 곤돌라형 외벽 유지관리 로봇 운영매뉴얼 및 안전보건가이드 라인 ... 485
• 끝페이지 ... 520