초록 ▼

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
ㅇ유압 매니퓰레이터의 제어 성능 - 40kg 이상의 중량물을 관절 각속도 160deg/s 이상, 반복오차 0.3deg 이하로 핸들링
ㅇ유압 액추에이터의 힘제어 성능 - 50msec 이하의 응답성, 0.1% 이하의 분해능
ㅇ다중센서 기반 EUI 성능 - 재난환경 3차원 환경 모델링 가시화 지연 속도 : 150ms@HD
ㅇ유압 로봇의 작업 시나리오 4종 이상 구현

□ 개발내용 및 결과
ㅇ재난 현장 등 비정형 작업 환경에서 진입로 확보, 위험물 이동, 대형 문/

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
ㅇ유압 매니퓰레이터의 제어 성능 - 40kg 이상의 중량물을 관절 각속도 160deg/s 이상, 반복오차 0.3deg 이하로 핸들링
ㅇ유압 액추에이터의 힘제어 성능 - 50msec 이하의 응답성, 0.1% 이하의 분해능
ㅇ다중센서 기반 EUI 성능 - 재난환경 3차원 환경 모델링 가시화 지연 속도 : 150ms@HD
ㅇ유압 로봇의 작업 시나리오 4종 이상 구현

□ 개발내용 및 결과
ㅇ재난 현장 등 비정형 작업 환경에서 진입로 확보, 위험물 이동, 대형 문/밸브 개방 등의 고난도 중량물 작업을 위한 힘 제어 기반 유압 로봇 제어 기술 개발
ㅇ전기 모터식 소형 로봇과 유사한 동작을 위한 빠른 응답성(50msec이하)과 높은 분해능(0.1%이하)을 가지는 유압 액추 에이터 제어 기술과 40kg 이상의 중량물을 관절 각속도 160deg/s 이상, 반복오차 0.3deg 이하로 유압 로봇 제어 기술 개발
ㅇ인간의 직관적인 판단을 보조하도록 최적 시점(視點)과 정보화된 환경정보를 제공하기 위한 지연속도 150ms@HD급의 재난 환경 3차원 가시화(EUI) 기술 및 원격조작기술 개발
ㅇ시나리오기반 요소 기술 개발
비정형 환경에서의 고난도 작업 기술은 시스템 통합기술을 포함하고 있어, 작업 시나리오를 정의하여 구현하는 것을 추가 목표로 설정하여, 요소기술의 성능검증 및 수정보완을 통하여 요구되는 기술 업데이트 및 연구개발방향 수립
ㅇ현재 개발 중인 ‘국민안전로봇’ 및 ‘재난대응특수목적기계’에 활용하기 위한 적용기술 개발
재난·재해 초동 대응용 특수목적기계
- 유압로봇 제어기술 및 직관적 조작 기술
- 17자유도 관절 제어 시스템
국민안전로봇 프로젝트
- 공간확보 및 작업 지원용 Fire Robot의 양팔 매니퓰레이터 힘제어 기술 지원
ㅇ비정형 환경에서의 작업을 위하여 로봇의 반복 작업성과 인간의 판단 능력을 결합할 수 있도록 유압 로봇에 최적화된 조작 기술 개발
- 조작자에게 최적의 시점 제공을 위해 비정형 환경 3D 재구성 및 가시화 기술 개발
- 원격 조작에 최적화된 마리오네트 방식의 매니퓰레이터 조작 알고리즘 적용
- 인간의 조작 편의를 제공하기 위한 유압 로봇용 조작 장치 및 가이딩 알고리즘 개발
- 선행과제인 지능과제, 원격과제, 양팔로봇 과제 등에서 모터기반으로 개발되는 로봇 조작 알고리즘을 유압 로봇에 적용하기 위한 변환함수 개발
- 유압로봇이 고난도 작업을 수행하기 위한 요소 기술 정의 및 개발
ㅇ활용기업 및 기관의 기술 수요 조사 결과를 바탕으로 필드로봇에 필요한 기술 아래 6개 항으로 정리하였으며, 기 보유 플랫폼을 활용한 실시간 검증하여 분야별 솔루션 확보
①수학적 접근을 통한 동역학 모델링 기반의 유압 액추에이터의 고속 응답 구현
②고속 임베디드 및 통신 프로토콜을 이용한 중앙 집중 제어 시스템 구축
③ 분해능 향상을 위한 압력센서+로드셀(macro+micro) 센서 융합
④ 로봇관절용 유압 펌프 개발 및 압력직접 제어(에너지 효율화)
⑤ 수동소자(스프링)를 활용한 임피던스 제어(힘 축적 또는 충격흡수 등)
⑥ Dual redundant EHA의 기본 설계 및 성능 검증

□ 기술개발 배경
ㅇ본 기술은 재난/재해 현장에서의 재난대응작업, 국방, 건설, 농임업 분야에서 활용되는 필드로봇이 붕괴지역 진입로 확보, 구조물 해체, 인명 구조 등 비정형 환경에서 고난도 중량물 작업을 수행하기 위해 필요한 요소 기술임.
ㅇ재난·재해 규모의 대형화, 국방무인화, 건설·농업 자동화, 수중, 원전 등 극한환경에서의 정밀작업 등에 대하여 세계적으로도 이슈가 되고 있으나, 여기에 필요한 원천기술인 유압 로봇 제어 기술은 연구초기단계에 있어, 원천기술개발을 통하여 기술을 선점할 필요가 있음.
ㅇ기존 건설장비 및 농기계는 수동조작에 맞게 구성된 시스템으로 인하여 동역학 기반 알고리즘을 적용하기 어렵고, 산업용 시험기에서 활용되는 유압 제어기술은 상당히 높은 수준에 도달해 있으나, 자립형(self contained) 플랫폼에 적용하기에는 부피가 크고, 복잡함.
ㅇ필드용 유압로봇이 고난도 중량물 작업을 수행하기 위하여 기존 건설장비와 산업용 시험기의 유압 기술을 토대로 [작업시나리오-설계-제어-부품]을 고려한 필드로봇용 유압시스템 설계와 동역학 기반 제어 알고리즘 및 유압 액추에이터의 힘 제어 기술 개발이 요구됨.
ㅇ비정형 환경에서 다양한 작업을 수행해야 하는 필드로봇을 완전 자동화하기에는 아직까지 한계가 있으므로, 원격조작기술이 필요하며, 이를 위해 운전자가 현장감을 느낄 수 있도록 ‘잘 보여줘야 하는’ EUI(Environment User Interface)기술과 운전자 의도대로 로봇이 ‘잘 움직일 수 있는’ 로봇 제어 기술 개발이 요구됨.
ㅇ[기술 Needs 조사결과] 관련 기업 및 기관(10개 : 국방, 안전, 건설, 농업, 수중, 원전 등)에서는 플랫폼의 고도화를 위해서는 우선적으로 요소기술 개발이 필요하다고 느끼나, 직접적으로 요소기술 연구개발에 투자하기에는 한계가 있어, 정부지원을 통해 원천 기술이 개발되면, 이를 활용하여 플랫폼을 제품화하기를 원함.

□ 핵심개발 기술의 의의
본 과제는 비정형 환경에서 고중량물 작업이라는 새로운 연구기술 개발을 통하여 다양한 분야에 활용될 수 있는 핵심요소기술을 확보하였음.

□ 적용 분야
1.사회안전, 국방, 원자력분야
2.건설·농임업 자동화
3.중공업에서의 비정형 위험 작업

(출처 : 최종보고서 초록 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 17
• 목차 ... 30
• 제 1 장 서론 ... 31
• 제 1 절 과제의 개요 ... 31
• 제 2 절 기술 동향 ... 32
• 제 3 절 연구개발 배경 및 내용 ... 35
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 38
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 38
• 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 51
• 제 3 절 수행 결과의 보안등급 ... 392
• 제 4 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 392
• 제 3 장 결과 ... 396
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 396
• 1) 연구개발 추진 일정 ... 396
• 2) 연구개발 추진 실적 ... 407
• 3) 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 ... 413
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 449
• 1) 기술개발 추진 체계 ... 449
• 제 4 절 자체보안관리진단표 ... 451
• 제 4 장 사업화 계획 ... 452
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 452
• 제 2 절 사업화 계획 ... 455
• 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획 ... 460
• 끝페이지 ... 461