초록 ▼

핵심기술
- 태양광 패널 간 추가 구조물 설치 없이 자율 횡단이 가능한 6DOF Bridge 로봇과 패널 주행형 청소로봇 기반의 청소 협업 로봇 시스템

최종목표
- 태양광 발전 패널 간 추가 구조물 설치 없이 횡단이 가능한 패널 주행형 청소로봇 개발
- Tele-Operation을 통한 위치제어와 자율 횡단이 가능한 6DOF Bridge 로봇 개발
- 패널 주행형 청소로봇과 6DOF Bridge 로봇 간의 협업 시스템 개발

개발내용 및 결과
- 태양광 발전 패널 주행형 청소로봇의

핵심기술
- 태양광 패널 간 추가 구조물 설치 없이 자율 횡단이 가능한 6DOF Bridge 로봇과 패널 주행형 청소로봇 기반의 청소 협업 로봇 시스템

최종목표
- 태양광 발전 패널 간 추가 구조물 설치 없이 횡단이 가능한 패널 주행형 청소로봇 개발
- Tele-Operation을 통한 위치제어와 자율 횡단이 가능한 6DOF Bridge 로봇 개발
- 패널 주행형 청소로봇과 6DOF Bridge 로봇 간의 협업 시스템 개발

개발내용 및 결과
- 태양광 발전 패널 주행형 청소로봇의 HW 기구 설계와 제작을 수행하여, 청소 로봇의 중앙(태양광 패널의 중앙)에 엑추에이터가 위치해 동력을 전달하며 패널 간 공간에서 6DOF Bridge를 통해 횡단이 가능하도록 개발
- 청소로봇의 상부 가이드롤러에 보조 롤러를 추가로 설치하여 틈새 이동이나 다음 패널 랜딩 시 마찰이나 걸림으로 인한 저향력을 감소시켜 자연스러운 구동이 가능하도록 함
- 청소로봇의 메인 프레임에 모바일 구동부의 주행용 가이드를 장착하여 모바일 구동부와 청소로봇의 간격을 유지하며 협업 청소가 가능한 알고리즘을 개발
- 청소 효율 개선을 위해 사선형 청소솔 패턴을 적용하고, 청소로봇의 이동 속도 향상을 위해 구동 모듈의 출력을 향상시킴
- 주행형 청소로봇의 케이스를 제작하여 직사광선과 분진 등으로부터 청소로봇을 보호하고, 청소 수행 시 비산된 먼지를 집진 기구부를 통해 패널 밖으로 방출시켜 발전 패널에 먼지가 다시 쌓이는 등의 2차 오염을 방지함
- 청소로봇의 패널 주행 시 주요 집중 하중부인 상부 가이드롤러/주행롤러 및 백본 프레임 연결 부, 청소로봇의 Bridge 탑승 시의 주요부인 Bridge의 구조해석을 통해 응력 분포 및 변형률을 분석하여 기구부를 설계
- 6DOF의 Bridge는 캐터필러 구동부의 정밀 위치제어 보상을 위한 XY Table과 원통회전형 기구부를 기저로 하고 3축의 스트러크 구조를 더해 최상부 Bridge 면의 XYZ, roll, pitch, yaw를 제어할 수 있도록 설계
- 패널 사이의 간격을 고려한 Bridge의 필요 작업 공간을 분석하여 이송모듈을 개발
- 패널간 횡단 시간 단축 및 이송 안정성 확보를 위해 이송부 및 패널 정렬부의 기구부를 개선
- Bridge 하부의 구동부는 아웃도어 지형에서 주행이 가능하도록 캐터필러 형태로 개발하며, 유압이 아닌 전기모터 기반의 전원체계로 개발함으로써 시스템의 복잡도를 낮춤
- 모바일 로봇의 캐터필러 구동성 증대를 위해 아이들러를 개선하고, 험지 구동 시 트랙 이탈 방지를 위한 휠 구조를 적용. 이를 통해 캐터필러의 속도 향상 및 구동 안정성을 확보하여 경사면 및 야지에서 구동 테스트를 통해 성능을 확인
- 전자 회로는 모터와 센서에 안정적인 전원을 공급할 수 있는 체계로 설계하며, 필요한 성능을 낼 수 있는 부품을 선정 후 성능 테스트를 통해 최종 확정
- 배선체계는 시스템에 단선으로 인한 오작동이 발생하지 않도록 커넥터와 소켓으로 제작하고 필요한 전력을 사용할 수 있는 전선용량을 산정 후 제작하여 시스템의 안정성을 확보
- 통합회로는 MCU를 중심으로 엑추에이터 신호선, 센서 신호선을 구성하며 신호에 노이즈가 발생하지 않도록 소자 선택
- 시스템의 유지보수를 위해 조립, 분해가 용이하고 접촉불량이 최소화 될 수 있도록 Electrical Harness를 구현하고 설계된 회로는 반드시 성능 테스트를 통해 시스템 안정성의 확보 여부를 점검
- 구동부의 제어 알고리즘은 목표 청소 거리 및 횡단시간 충족을 위해 모터의 속도제어와 관성제어를 위한 속도 프로파일을 설계하여 개발
- 6DOF Bridge의 제어는 횡단시간에 중요한 요소로 자율제어를 통해 위치와 높이, 자세 제어를 할 수 있도록 알고리즘 개발
- 사용자 GUI에는 시스템으로부터 수신되는 영상 통신과 레이저 스캐너를 이용한 장애물 모니터링화면을 제공하며 원격제어 알고리즘 개발
- 원격 제어 시 사용자 편의를 고려한 인터페이스를 제공하고 조종가이드를 제공해줄 수 있는 GUI를 개발
- 시스템의 내구성 향상을 위해 야지 구동 및 횡단 테스트를 반복 수행
- 횡단 시간 90초, 시간당 청소거리 500m이상 등 최종 정량적 목표 달성 점검
- 정량적 목표 달성 측정을 위해 공인시험인증센터의 요구사항에 맞는 실험 장치 및 소프트웨어를 개발하고 실험을 통해 공인 시험성적서 획득

기술개발배경
- 황사, 흙먼지, 꽃가루 등에 의한 태양광 발전효율 평균 35%까지 감소하며, 태양광 발전소 확대와 더불어 기존 시설의 유지 관리 중요성이 부각되고 있음
- 특히 태양광 발전의 최대 보고인 적도지역은 황사로 인한 발전효율 저하가 심하며, 사람이 작업하기 어려운 극한지역에서 태양광 발전 패널 청소를 위한 자동화 시스템이 필요함
- 대규모 태양광 발전소를 건설하는 것보다 기존 시설의 효율 향상이 경제적이라는 판단에 따라, 각국이 경쟁적으로 대규모 태양광 발전 패널 청소로봇을 개발 중이며, 사막지역의 황사, 모래바람에 의한 효율 저하 문제 해결을 위한 ‘물 없이 대용량 면적 청소’가 주요 기술개발 방향임
- 대규모 태양광 발전소용 청소로봇 개발 시, 각 패널마다 로봇을 설치하여 청소하는 것은 비효율적임으로, 패널 주행형 청소로봇

4. 기술 및 경제적 성과
이 다음 패널로 이동 가능한 로봇 시스템과 이를 위한 메커니즘 및 횡단 알고리즘 등의 방법론 개발이 필요함

핵심기술개발의 의의
- 대규모 태양광 발전소용 청소로봇 상용화 부재
· 상용화 제품은 부재하며 연구개발 발표는 패널 주행형 자율주행 청소로봇이 주류임
· 패널 주행형 청소로봇이 다음 패널로 이동하는 방법론에 대한 기술 개발이 전무 함
· Ecoppia(이스라엘)에서 패널 간 프레임을 연결하여 주행할 수 있는 시제품을 개발하였으며, 시범 적용하고 있으나 태양광 발전소에 추가 기구를 설치해야 함
· 또한 열간 횡단은 가능하나 행간 이동이 불가능하여 태양광 패널 행마다 청소로봇을 배치하여야 함
· 태양광 발전소의 경우 보통 100여개의 행이 있어 100대 이상의 청소로봇이 배치되어야 하고, 이에 따라 유지보수해야 하는 청소로봇도 100대 이상이 됨
- 태양광 패널간 횡단을 위한 시스템 컨셉, 기구부 메커니즘 및 패널과 Bridge간 정렬 알고리즘을 신규개발하여 해당 기술을 국산화하였음

적용분야
- 사막 지역 태양광 발전소는 대형화 되고 있는 추세이며, 각 패널 사이에 횡단 구간이 존재함. 개발된 패널 주행형 청소로봇과 6DOF Bridge 로봇의 협업 시스템의 적용이 가능함
- 브리지의 패널 정렬 기술을 응용하여 다양한 형태로 구성된 범용 산업 현장에 알고리즘 적용 가능
- 청소 로봇 시스템의 발전소별 개별 설치 뿐 아니라 용역 서비스 사업과의 연계 가능

(출처 : 요약 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 지역특화(주력)산업육성 기술개발사업 보고서 요약(초록) ... 3
• 연구개발사업 주요 연구 성과 ... 12
• 목차 ... 15
• 제 1 장 서론 ... 16
• 제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 16
• 제 2 절 국내·외 관련 기술의 현황 ... 20
• 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적·경제적 파급 효과 ... 24
• 1. 기술적 파급효과 ... 24
• 2. 경제적 파급효과 ... 25
• 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 30
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 30
• 1. 종합 목표 ... 30
• 2. 기술개발 목표 및 평가 방법 ... 31
• 3. 경제적 성과목표 ... 32
• 제 2 절 개발 내용 및 개발 범위 ... 33
• 1. 연차별 개발 내용 ... 33
• 2. 기술개발 내용 및 범위 ... 34
• 3. 기술개발 목표 ... 35
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 36
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 36
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 36
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 37
• 3. 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 ... 94
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 100
• 1. 각 기관/기업별 역할 및 추진 내역 ... 100
• 2. 추진체계 ... 101
• 제 3 절 시장 현황 및 사업화 계획 ... 103
• 1. 기술개발 관련 시장 현황 ... 103
• 2. 사업화 계획 및 마케팅 전략 ... 107
• 3. 사업화에 따른 수익성 자체분석 결과 ... 111
• 【붙임 1】 출원번호 통지서 ... 113
• 【붙임 2】 수출 실적 증명서 ... 116
• 【붙임 3】 4대 사회보험 사업장 가입자 명부 ... 117
• 【붙임 4】 KTL 공인시험성적서 ... 119
• 【붙임 5】 시제품 제작 검수증 ... 138
• 【붙임 6】 설계 도면 ... 139
• 【붙임 7】 국·내외 태양광 패널 청소로봇 시장 전망 분석 ... 149
• 별첨1 성과활용현황 및 계획 ... 151
• 별첨2 성실이행 서약서 ... 155
• 별첨3 자체보안관리진단표 ... 156
• 끝페이지 ... 157