굴착기 무인화를 위한
동적 특성 분석 및 조종감 정량화 PROJECT
(2023.09~2024.07)
동적 특성 분석 및 조종감 정량화 PROJECT
(2023.09~2024.07)
<굴삭기 원격 조종 시연 영상>
DOOSAN DX30Z-7
(MCV에 EPPR 밸브 개량)
원격 조종석
측정장치/ 제어장치 / 조종 장치
측정 장치 도면
제어 장치 도면
조종 장치 도면
EPPR 밸브 커넥터 핀맵
(사)제어·로봇·시스템학회에서 주최 및 주관하는 국내학술대회인 『창립 30주년 기념 2024 제39회 제어·로봇·시스템학회 학술대회』가 2024년 7월 2일(화)부터 4일(목)까지 대전컨벤션센터에서 개최됩니다.
4차 산업혁명을 주도할 제어, 로봇 및 시스템 분야의 최신 연구개발 동향을 공유하며 연구자간에 상호교류 할 수 있는 자리를 마련하였으니 많은 관심과 참여를 부탁드립니다.
제어 로봇 시스템 학회에서 주최하는 제어 로봇 시스템 학술 대회에서 "무인 굴삭기 조종 특성에 대한 실험적 해석"이라는 주제로 참가헤서 학부생 논문상을 수상하였습니다.
제어로봇시스템 학회 포스터
[제어로봇 시스템 학회 논문지 동시 투고]
Development of Measurement Devices and Construction of Control System for Unmanned Excavators
본 연구는 굴착기 운용의 핵심 요소인 조종감을 개선하기 위해 진행되었습니다. 현장 작업자가 느끼는 직접적인 조종감을 원격 조종 시스템에도 재현하고자, 굴착기의 유압 제어 밸브인 MCV(Main Control Valve)에 EPPR(Electro-Proportional Pressure Reduction) Valve의 개량 및 시공을 통해 연구를 진행했습니다. 이를 통해, PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 사용하여 굴착기의 동작을 제어하고, 동시에 굴착기의 압력, 가동 각도, 모터 드라이브의 전류를 측정했습니다. 또한, 가속도 센서를 통해 조이스틱의 기울기와 이에 따른 작업 장치의 움직임을 8축(붐, 암, 버켓, 스윙, 붐스윙, 좌/우 캐터필러 , 도저)에 대해 분석하여, 굴착기의 세밀한 조작이 가능함을 입증했습니다. 이 데이터를 각속도를 기준으로 통합함으로써, 원격 조작 시에도 현장과 유사한 조종감을 제공할 수 있는 시스템 개발 가능성을 탐색했습니다. 본 연구는 굴착기의 무인화 및 원격 조종 기술 발전에 기여하며, 실제 조작감을 원격 조종 시스템에 구현하는 새로운 접근 방식이 기대됩니다.
제어 로봇 시스템 학회 학술대회 증빙 사진
종합 설계 실물 평가 포스터
건설 산업 무인화 및 자동화가 진행 중 입니다. 이 과정에 있어 필요 기술은 무인화 및 자동화 기술 도입 전 원격 조종의 도입이 선행 되어야 합니다.
따라서 저희는 유압식 조이스틱과 EPPR 벨브 제어 특성에 따른 동적 특성을 파악하기 위한 데이터 수집을 위해 측정 장치 개발 후 데이터 수집을 진행하였습니다.
이 데이터를 바탕으로 유압식 조이스틱과 디지털 조이스틱 조종감을 매핑 후 굴착기 원격 제어시스템을 개발하게 되었습니다.
이 기술을 통해서 위험한 산업에서의 안정성을 확보 할 수 있고 무인화 및 원격 조종이 가능 할 수 있도록 작동시킬 수 있습니다.
또한 이 시스템을 활용해서 유압을 사용하는 다양한 중장비 에 대한 적용이 가능합니다.
최종 신뢰성 검증 파일 ( 기존 유압 조이스틱 , 디지털 원격 조이스틱 비교)
종합설계 2차 발표 자료
현재 굴착기와 같은 건설산업은 무인화로 넘어가기 위해 투자 중이며, 가장 대표적인 예로 두산의 concept-X와 현대의 XITE TRANSFORMATION 이 있습니다.
굴착기는 총 8축(붐 암 버켓 스윙 도저 캐타필라) 으로 이루어져 있으며 기존 MCV에 EPPR 밸브가 시공된 DOOSAN의 3톤 소형 굴착기를 사용하였습니다. EPPR 벨브는 전자 신호를 받아 MCV의 압력을 변화시켜 굴착기의 동작을 제어할 수 있게 합니다.
기존 연구에 따르면 굴착기의 모션 및 경로와 같은 원격 조종에 포커싱이 되어있고 작업자의 조종감을 포커싱한 굴착기의 동적 특성 데이터 부분은 연구가 부족하다고 느껴졌습니다. 이 사실을 바탕으로 두산 인프라코어의 CONCEP-X 개발 연구진과의 미팅을 통해 무인화 과정에 있어 정량적 데이터 기반이 아닌 작업자의 감으로만 이루어진다는 사실을 알 수 있었습니다.
따라서 저희 팀의 주제는 크게 2가지로 첫번째 EPPR 밸브를 통한 굴착기 동적 데이터 수집 , 두번째로는 데이터 기반으로 유압식 조이스틱을 매핑한 전자식 조이스틱 조종감 매핑입니다.
세부 목표는 첫번째 EPPR 밸브를 통한 전자식 데이터 확보 , 두번째 유압식 조이스틱을 통한 데이터 확보, 세번째 각속도 기준 매핑 , 네번째 이를 구현 할 수 있는 조종기 제작입니다.
종합설계 1차 발표 자료
종합설계 기획 발표 자료