초록 ▼

• 작업지형 모델링 및 업데이트 기술 개발
3D 레이저 스캐너를 통해 지반 형상 모델을 인식하여 컴퓨터 내에 실제공간과 동일한 3D 공간을 표현하는 기술과 굴삭작업으로 인해 변화하는 지형형상을 스캐닝하여 실시간으로 업데이트하는 기술을 구축하였음.
• 작업지형 영 역분할 및 최적 이동경로생성 기술 개발
지형 세분화과정을 수행하는 기술로 작업지형형상 정보를 바탕으로 굴삭기의 제원，지반의 성질，장비의 운반로 및 기타 작업환경조건을 모두 고려하여 레이어 생성하고 사각형의 셀을 기반으로 분할하는 기술을 개발하였음. 또한，굴삭

• 작업지형 모델링 및 업데이트 기술 개발
3D 레이저 스캐너를 통해 지반 형상 모델을 인식하여 컴퓨터 내에 실제공간과 동일한 3D 공간을 표현하는 기술과 굴삭작업으로 인해 변화하는 지형형상을 스캐닝하여 실시간으로 업데이트하는 기술을 구축하였음.
• 작업지형 영 역분할 및 최적 이동경로생성 기술 개발
지형 세분화과정을 수행하는 기술로 작업지형형상 정보를 바탕으로 굴삭기의 제원，지반의 성질，장비의 운반로 및 기타 작업환경조건을 모두 고려하여 레이어 생성하고 사각형의 셀을 기반으로 분할하는 기술을 개발하였음. 또한，굴삭기 운전 숙련자의 경험적인 지식과 덤프트럭의 접근성，작업환경을 고려하여 셀을 기반으로 한 지능형 굴삭기의 최적 작업순차를 결정할 수 있도록 하는 기술을 개발하였음. 또한. 굴삭로봇의 최적 이동경로를 자동으로 제시해주는 기술로 굴삭 작업계획을 생성함. 모든 정보는 웹기반의 시공 진도관리 시스템에 전송되어 실시간으로 굴삭 진행 상황을 모니터링 할 수 있도록 하였음.
• 로컬영역 3차원 모델링 및 품질제어 기술 개발
굴삭작업을 진행함에 따라 비정형으로 변화하는 전방 작업 지형을 실시간으로 3차원 모델링하는 3차원 레이저 센서 시스템 개발을 통해 실시간으로 굴삭기가 작업한 지형을 스캐닝하여 취득한 3차원 지형형상을 읽어 들이는 품질제어 기술을 개발하였음. 또한, 지능형 굴삭기 주변 360도 반경 내 접근하는 객체(상차트럭，사람，장애물 등)를 인식하는 센싱 시스템을 개발하여 충돌 위험이 발생할 경우 즉시 지능형 굴삭 시스템을 정지하기 위한 안전관리 센서시스템 개발하였음.
• 작업환경 인식기반 제어기술 시스템 개발
건설현장에서의 중장비 중 굴삭기에 대한 유/무인 원격 조작이 가능，본 시스템은 크게 두가지로 나눠지는데 굴삭기 이동을 담당하는 자율주행 제어와 이동 후 굴삭 및 상차를 위한 자율굴삭 메커니즘이다.
• 굴삭로봇 상위시스템에서 지령된 자세 제어 명령에 대해 정확한 추종제어를 할 수 있도록 하는 굴삭로봇 및 제어시스템을 개발
• 전자비례제어밸브를 이용하여 굴삭로봇 제어밸브 시스템 및 유압시스템 개발
• 굴삭로봇의 유압 Actuator에 대해 정확한 위치 제어를 할 수 있는 제어 알고리즘 및 제어기 하드웨이를 개발

(출처 : 보고서 요약서 5p)

Abstract ▼

IV. R&D Result

• 3D working environment modelling concept design
- Kind of domestic/outside Laser scanner, function, manufacture separation by death merits and demerits analysis (Riegl, Trimble, Leica etc.)
- Optimization spec requirement arrangement and actuality evaluation in navvy sp

IV. R&D Result

• 3D working environment modelling concept design
- Kind of domestic/outside Laser scanner, function, manufacture separation by death merits and demerits analysis (Riegl, Trimble, Leica etc.)
- Optimization spec requirement arrangement and actuality evaluation in navvy spot
- Report creation and 3D scanner spec choice
- 3D scanner manufacture and 3D scanner control S/W concept design, UI manufacture
- Data link way plan establishment of Task planning system course
• Domestic, outside technology same native place investigation and analysis and Task Planning System structure design
- Concept thesis and target establishment through excavator automation same native place grasping
- Department, interior and exterior treatise 35 parties analysis and research connection specific element technology investigation
- Navvy work model establishment through type process analysis and generalization
- Navvy spot modelling method presentation that use Quadtree and Octree structure
- Technological fitness point element technology choice and navvy work model through analysis base Task Planning System structure design enforcement
- Case Study that use Task Planning System . Technology inquiry achievement about Task Planning System's application that visit United States of America standard wine research institute (NIST) September, 2007 and associate with result announcement and virtual reality about Task Planning System structure design
• Local area modelling inside and outside of the country connection technical development same native place and main element technology analysis
- Element technology (Laser scanner, Flash Ladar, Stereo vision, Shape from Shading, Structured light) investigation completion
- Application possibility of each technology, advantage, shortcoming analysis and estimation completion after technology embodiment condition or analysis
• Third dimension modelling techniques of Excavating Robot surrounding local area and algorithm concept design
- When use Stereo vision, embodiment algorithm plan completion
- When use Structured light, embodiment algorithm plan completion
- Concept algorithm estimation completion
- Obstacle feeler connection newest element technology irradiation and estimation completion
- Concept algorithm plan about intercommunity way of equipment for obstacle feeler
• Navvy work process analysis
- Navvy work present condition grasping and process analysis
- Navvy work effect element grasping
- Excavating Robot use special quality grasping through on-the-spot probe
• Administration business analysis navvy space-time
- Administration requirement analysis navvy space-time
- Data flowchart analysis navvy space-time
• Estimation techniques investigation for excavator performance estimation
- Excavator performance estimation techniques investigation analysis
- Question investigation for excavator present condition investigation
• Excavating Robot analysis technical development for intelligence style Excavator control
- Excavating robot utensil learning analysis (Excavating Robot utensil Parameter analysis, action Range analysis, Kinematic analysis)
- 3D Simulator development for Excavating Robot path creation and chase control algorithm development
- Simulator platform development for Excavating Robot path control Simulation
- Cartesian space controller development through Excavating Robot Simulator
• Intelligent of Excavator monitor ring technical development
- WideView actual feeling style monitor ring Camera development
- SCM (Solidity convergence module) development for actual feeling style monitor ring
- WideView solid Monitor development
- Wireless stereopsis transmission communication system development
- Excavator Control Server internal type Control station development
• Existing Soil Data analyze
- Soil special quality analysis for Excavating Robot’s work possibility extent decision
- Soil special quality classification for data input technical development to Excavating Robot's Underground Profile
• Excavator period of ten days, weight lifting nine world of knowledge three, kinetics analysis
- obstacle escaping, joint binding connection ISARC ’ 07 Nonmunls or presentation, 07 years September announcement schedule
- MATLAB simulation environment construction that can receive talk price that have a pain to gravity, force reflection that act in nature of the soil and each joint according to mass inertia
- An excavator kinetics connexion report
• Most suitable path creation algorithm development
- Data base construction 1 item of excavating work path by endemic disease special quality
- A most suitable path connection report
• CV and electron oil pressure basis research (Benchimaking)
- Benchimaking test result
- Basis research paper
• Excavator modelling and simulation achievement
- Excavating Robot simulation model
• Oil pressure system concept design
- Concept design inside
• Immediate perception style remote control device concept design
- Element technology research same native place and an immediate perception style remote control concept design connection report
• Main controller (Main Controller) hardware concept design
- Main controller (Main Controller) hardware concept plan
• Sensor measure Systems Design - Measure Systems Design

(출처 : SUMMARY 21p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 4
• 요약문 ... 6
• SUMMARY ... 16
• 목차 ... 28
• 표목차 ... 34
• 그림목차 ... 39
• CONTENTS ... 64
• 제1장 서론 ... 66
• 제1절 연구개발의 목적 및 필요성 ... 66
• 1. 연구개발의 필요성 ... 66
• 제2절 연구개발 목표 ... 103
• 1. 연구개발 목표 및 내용 ... 103
• 제3절 연구개발의 범위 ... 151
• 1. 연구개발의 범위 ... 151
• 제2장 국내외 관련 기술개발 현황 ... 164
• 제1절 국내 관련 기술개발 현황 ... 164
• 1. 국내 기술 및 산업 동향 ... 164
• 제2절 국외 관련 기술개발 현황 ... 181
• 1. 국외 기술 및 산업 동향 ... 181
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 206
• 제1절 지능형 Task Planning System 전체 개요 ... 206
• 제2절 3D 작업환경 모델링 시스템 개발 ... 208
• 1. 3D Auto Registration 모듈 개발 ... 208
• 2. World Model 요소기술 분석 및 설계 ... 232
• 제3절 가상현실 기반 Task Planning System ... 241
• 1. 토공작업 프로세스 및 숙련공의 경험지식 분석 ... 242
• 2. 작업 계획 기본 단위 설정 ... 274
• 3. 지능형 굴삭기의 최적 버킷영역 설정 ... 278
• 4. 글로벌 영역 분할 ... 288
• 5. 경로 및 작업계획 ... 301
• 제4절 로컬영역 3차원 모델링을 통한 공간정보 인식기술 개발 ... 345
• 1. 지형 3차원 모델링 센서 기술분석 및 최적센서 선정 ... 345
• 2. 지형 3차원 모델링 센서 시스템 설계 및 제작 ... 362
• 3. 지형 3차원 모델링 센서 시스템의 데이터 처리 프로세스 개발 ... 406
• 4. 로컬 3차원 지형을 이용한 객체 및 상차트럭 인식 알고리즘 개발 ... 419
• 5. 로컬영역 3차원 모델링 소프트웨어 개발 ... 446
• 제5절 성능평가 부분 - PMIS 개발 내용 ... 454
• 1. 지능형 굴삭 시공 및 평가 시스템 개요 ... 454
• 2. 지능형 굴삭 시공 및 평가 시스템 구성 ... 455
• 3. 시스템 화면구성 및 설명 ... 456
• 제6절 Task Planning System 통합 ... 461
• 1. 개요 ... 461
• 2. 시스템 설계 및 구성도 ... 466
• 제7절 지능형 Task Planning System 테스트 ... 475
• 1. 3D 작업환경 모델링 시스템 테스트 ... 475
• 2. 가상현실 기반 Task Planning System ... 489
• 3. TPSC 테스트 및 개선사항 ... 493
• 4. 상차영역 인식 프로세스의 정확성 테스트 ... 494
• 제8절 지능형 Task Planning System의 생산성 평가 ... 499
• 1. 경제성 분석기법 ... 499
• 2. 굴삭 작업 프로세스 비교 및 분석 ... 501
• 3. 지능형 굴삭 시스템의 평가대상 현장 ... 516
• 4. 성능평가 결과정리 ... 536
• 제9절 소형 굴삭기 ... 539
• 1. 굴삭로봇 설계를 위한 굴삭기 분석 ... 539
• 2. 굴삭로봇 제작을 위한 부품 선정 및 설계 ... 541
• 3. 소형 굴삭로봇 구동을 위한 역기구학 해석 ... 547
• 제10절 소형 attribute 추정 센싱 모듈 ... 551
• 1. 굴삭기 제어를 위한 굴삭기 위치 및 자세 추정 방법 ... 551
• 2. 소형 attribute 추정 센싱 모듈 시스템 구성 및 제작 ... 554
• 3. 굴삭로봇 및 전자유압식 굴삭기 장착을 통한 위치 및 자세 추정 실험 ... 563
• 제11절 전자유압 굴삭기 자율주행 ... 579
• 1. 이동형 컨트롤스테이션기반 자율주행 시스템 ... 579
• 2. 전자유압 굴삭기 주행 모델링 ... 581
• 3. 전자유압 굴삭기 자율주행 메커니즘 기술개발 ... 582
• 4. IES 굴삭기를 통한 자율주행 메커니즘 검증 ... 592
• 제12절 굴삭기 카메라 영상 모듈 ... 596
• 1. 파노라믹 입체 시스템 구성 ... 597
• 2. 파노라믹 입체 시스템에서의 중심시점 일치 알고리즘 적용 ... 598
• 3. 원격 모니터링을 위한 와이드 뷰 원격 모니터링 시스템 개발 ... 599
• 4. SCM(Solidity Conversion Module) 개발 ... 602
• 5. 컨트롤 스테이션과 굴삭기 간의 영상 전송 시스템 구성 ... 603
• 제13절 Task Manager System ... 607
• 1. 굴삭로봇 및 전자유압식 굴삭기 제어 관리 시스템 개발 ... 607
• 2. Task Manager System의 외부 통신 시스템 구성 ... 610
• 3. Task Manager System의 인터페이스 구성 ... 621
• 4. Task Manager System-embedded ... 628
• 제14절 컨트롤스테이션 ... 632
• 1. 굴삭로봇 제어를 위한 컨트롤 스테이션 개발 ... 632
• 2. 전자유압식 굴삭기 제어를 위한 고정형 컨트롤 스테이션 개발 ... 636
• 3. 원격 및 자율 제어를 위한 이동형 컨트롤 스테이션 개발 ... 644
• 제15절 굴삭기 시뮬레이터 ... 648
• 1. 전체 개요 및 개발 목표 ... 648
• 2. 2차원 kinematics를 이용한 시뮬레이션 ... 649
• 3. 굴삭기 시뮬레이터 시스템 구성 ... 652
• 4. 굴삭기 시뮬레이터 시뮬레이션 환경 및 운용 ... 658
• 제16절 작업환경 인식기반 굴삭 시뮬레이터와 시뮬레이터를 이용한 실환경에서의 굴삭작업 ... 659
• 1. 굴삭기 시뮬레이터 개념 ... 659
• 2. 시뮬레이션 환경 ... 668
• 3. 시뮬레이터 시스템 구성 요소 ... 672
• 4. 굴삭기 시뮬레이터 시나리오 ... 678
• 5. 굴삭기 시뮬레이터를 활용한 원격제어 ... 680
• 제17절 힘 반향 유압 매니퓰레이터 시스템 구축 ... 685
• 1. 매니퓰레이터 설계 ... 685
• 2. 유압 펌프 및 서보 밸브 모듈 ... 686
• 3. MFC 기반의 유압 매니퓰레이터 컨트롤 인터페이스 개발 ... 688
• 제18절 장애물 회피 모델 개발 ... 689
• 1. 토양 밖 장애물 회피 알고리즘 개발 ... 689
• 2. 토양 속 장애물 회피 및 형상 인식 알고리즘 개발 ... 693
• 제19절 동역학 특성을 고려한 유연한 경로 생성 ... 703
• 1. 굴삭기 위치 제어 알고리즘 ... 703
• 2. 위치 제어 정밀도 향상을 위한 연구 ... 707
• 제20절 경로생성 알고리즘의 최적화 및 모듈화 ... 720
• 1. 경로 선택을 위한 연구 및 최적 경로 ... 720
• 2. 최적 경로 생성 ... 732
• 3. 최적 경로 생성 프로그램 ... 736
• 4. 최적 경로의 실험 ... 752
• 제21절 힘 반향 제어 알고리즘의 최적화 및 모듈화 ... 754
• 1. 힘 반향 제어의 의미 ... 754
• 2. 힘 반향 제어 알고리즘 ... 754
• 3. 장애물 등의 이유로 버켓의 진행이 불가한 경우의 힘 반향 제어 개념 ... 757
• 4. 힘 반향 제어 실험 및 결과 ... 760
• 5. 유압 정보를 이용한 작용력 추정 알고리즘 ... 766
• 6. 유압 정보를 이용한 장애물 회피 알고리즘 ... 772
• 제22절 압력 정보를 이용한 position 제어의 유연화 ... 774
• 제23절 상차 알고리즘 개발 및 적용 ... 779
• 제24절 지능형 굴삭시스템 본체 개발 ... 785
• 1. 굴삭기 모델링 및 시뮬레이션 ... 785
• 2. 전자 MCV (Main Control Valve) 개발 및 성능 시험 ... 799
• 3. 전자 Pump 개발 및 성능 시험 ... 807
• 4. 위치제어 알고리즘 개발(벤치 테스트) ... 811
• 5. 지능형 굴삭기 차량 제어 알고리즘 개발 ... 820
• 6. 연비 개선 제어로직 개발 ... 824
• 7. 원격 제어 시스템 개발 및 개선 ... 826
• 8. 궤적 제어기 개발(실차) ... 831
• 제25절 굴삭 시스템의 H/W, S/W 통합기술 개발 ... 833
• 1. 직감형 원격제어 디바이스 개념설계 ... 833
• 2. 직감형 제어 알고리즘 및 무선 통신 모듈 H/W 개발 ... 836
• 3. 직감형 원격제어 시스템 개발 및 다기능 무선 통심 모듈 개발 ... 855
• 4. 원격제어를 위한 시뮬레이터 개발 및 직감형 원격제어 시스템 현장적용 ... 865
• 5. Autonomous Prototype 테스트 지원, 보완 및 실용화 준비 ... 876
• 제26절 굴삭로봇 주제어기 개발 ... 890
• 1. Master/Slave 제어기 1차 하드웨어 개발 ... 890
• 2. Master/Slave 제어기 1차 하드웨어 제작 ... 897
• 3. Master/Slave 제어기 1차 실차 적용 시험 ... 899
• 4. Master/Slave 제어기 실차용 2차 하드웨어 개발 ... 902
• 5. EPPR 밸브 제어 보드 Fail Safety 방안 검토 및 하드웨어 테스트 ... 905
• 6. EPPR 밸브 제어 보드 케이스 제작 ... 905
• 7. 신뢰성 시험용 MC 개발 ... 906
• 8. 차량 장착용 MC 케이스 금형 제작 ... 907
• 9. 제어장치 신뢰성 시험 ... 908
• 10. 제어장치 신뢰성 시험을 위한 PLC 제작 ... 909
• 제27절 HILS 요구사항 분석 및 HILS 시스템 설계 ... 910
• 1. HILS 센서 커넥션 모듈 ... 910
• 2. HILS 센서 커넥션 모듈 설계 및 제작 ... 911
• 3. HILS 센서 커넥션 모듈 시그널 검증 ... 911
• 4. HILS Loading Block 개념 ... 912
• 5. HILS Loading Block 구성 ... 913
• 6. HILS Loading Block 설계 및 제작 ... 914
• 7. 차량용 센서 계측 시스템 원리 ... 915
• 제4장 연구개발 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 922
• 제1절 연구목표의 달성도 ... 922
• 1. 지능형 Task Planning System 개발 ... 922
• 2. 작업환경 인식기반 지능형 제어기술 개발 ... 923
• 3. 작업특성을 고려한 지능형 굴삭시스템 개발 및 시스템 통합 ... 924
• 제2절 관련분야에의 기여도 ... 928
• 1. 기술적 측면 ... 928
• 2. 사회·경제적 측면 ... 929
• 3. 전략적 측면 ... 930
• 제5장 연구개발 결과의 활용계획 ... 932
• 제1절 활용방안 ... 932
• 1. 연구성과의 활용방안 ... 932
• 2. 연구성과의 기대효과 ... 938
• 제2절 후속 연구의 필요성 ... 949
• 제3절 기술의 활용성 확보를 위한 지적재산권 현황 ... 953
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 960
• 제1절 가상현실 기반 Task Planning System ... 960
• 1. 굴삭기 관련 연구 동향 ... 960
• 2. 건설 자동화 시스템 연구 동향 ... 973
• 제2절 공간정보 인식기술 개발 ... 996
• 1. CMU 완전 자동화 굴삭 시스템의 로컬영역 3차원 모델링 및 상차인 ... 996
• 2. 일본 건설성 완전 자동화 굴삭 시스템의 로컬영역 3차원 모델링 및 상차인식 ... 998
• 제3절 성능평가 모델 및 시공관리 모듈 ... 1003
• 1. 가치평가기법의 결정 ... 1003
• 2. 멀티에이전트 시뮬레이션 ... 1008
• 3. 탄소배출권 거래제 ... 1010
• 제4절 굴삭기 장애물 회피관련 연구 ... 1014
• 제5절 굴삭 중장비 무인화 기술 분류 ... 1019
• 1. 휴머노이드 로봇을 이용한 굴삭기 원격조정 (산업기술종합연구소-일본) ... 1019
• 2. Autonomous Excavator (CMU - 미국) ... 1019
• 3. 지능형 토공 로봇 (Lancaster University - 영국) ... 1020
• 4. 구조물 파괴 및 잔해 처리용 로봇 (Brokk - 스웨덴) ... 1020
• 제6절 통합 조종 시스템 기술 분류 ... 1021
• 1. 구조물 해체 중장비 원격 조종시스템 (Husqvarna - 스웨덴) ... 1021
• 2. 상용 건설·산업용 중장비 원격 조종 시스템 (Akerstroms - 스웨덴) ... 1021
• 제7장 참고문헌 ... 1022
• 끝페이지 ... 1037