KR100758608B1 - 건설장비 원격조종 시스템 및 방법 - Google Patents

건설장비 원격조종 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

건설장비 원격조종 시스템 및 방법이 개시되어 있다. 본 발명에 따른 건설장비 원격조종 시스템은 건설 현장에서 요구하는 일련의 작업에 대한 알고리즘에 의해 해당 동작으로 수행하도록 프로그램된 장비 시스템과, 소정의 거리 이상에서 상기 장비 시스템으로 제어 신호를 출력하는 원격 조종 유니트와, 상기 장비 시스템의 동작에 따른 형상 정보를 디스플레이하는 그래픽 제어 인터페이스를 포함한다. 노동자에게 유해한 작업환경에서는 장비를 원격에서 조종하고 또한 반자동화하므로써, 노동자의 건강을 지키고, 작업의 평준화 및 정확성을 기할 수 있다. 또한 작업 현장에서의 인력을 감소시킬수 있으므로 비용을 절감하는 효과도 얻을 수 있다.
건설자동화, 원격조종, 콘크리트, 표면절삭, MMI, GPS

Description

건설장비 원격조종 시스템 및 방법 {System for remote control of construction machinary and method thereof}
도 1은 종래의 콘크리트 교량 바닥판 표면절삭 작업 현장 모습을 보여주는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 건설 장비 원격 조종 반 자동화 시스템에 관한 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 건설장비 원격조종 시스템에 관한 개략적인 도면,
도 4는 표면 절삭기 장비 시스템에 관한 도면,
도 5는 그래픽 MMI 및 제어 시스템에 관한 도면,
도 6은 품질제어 시스템에 관한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 건설장비 원격조종 방법에 관한 흐름도이다.
본 발명은 작업환경이 유해한 건설 현장에서 작업 공정을 원격 조종을 통해 구현하기 위한 건설장비 원격조종 시스템 및 방법에 관한 것이다.
건설현장에서의 작업 형태는 장비를 이용한 작업과, 노동집약 형태로 노무자 의 손이 일일이 필요한 작업으로 구분할 수 있다.
노동집약 형태 작업의 일예로 콘크리트 표면절삭 과정을 설명하기로 한다.
콘크리트 표면절삭은 교량, 건축, 공항 및 항만 등의 콘크리트 공사에 흔히 사용되는데, 선 시공된 콘크리트 표면층과 후 시공되는 작업공정과의 부착성 및 평탄성을 확보하기 위하여 표면 절상작업과정을 통하여 시공성 및 품질을 향상시키기 위한 과정이라 할 수 있다.
기존 구조물의 경우 콘크리트 표면의 열화층(풍화, 레이턴스, 이형제, 발리몰탈, 도장, 도색, 오염 등)을 제거하여 후 작업공정을 원활히 수행하기 위하여 디스크 그라인더 등을 이용해 표면을 절삭, 제거, 연마하게 된다.
대부분의 교량 바닥판은 콘크리트로 시공되며, 신설교량의 바닥판 시공후 교면포장 시공을 위한 기존 바닥판의 평탄성을 확보하고, 교면 포장과의 부착성, 시공성 및 품질향상을 도모하기 위해 콘크리트 바닥판의 표면 절삭은 반드시 필요하다. 교통량 증가로 인해 도심지 주차빌딩의 개발이 급속화되고 주차빌딩 슬래브에 대한 저항성 및 안정성을 도모하기 위해 표면절삭 작업이 증가되고 있는 추세이며, 공항시설의 활주로 및 항만 컨테이너 부두시설의 컨테이너 적재장 등의 콘크리트 바닥면에 광범위하게 표면 절삭 작업이 행해지고 있다.
도 1은 종래의 콘크리트 교량 바닥판 표면절삭 작업 현장 모습을 보여주는 도면(사진)이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 표면절삭 작업은 작업 시 발생되는 콘크리트 분진으로 인해 노동자의 건강에 심각한 피해를 주는 문제점이 있다.
콘크리트 표면절삭과 같은 작업은 굳이 노동자의 손이 일일이 필요할 정도의 작업 이라고 볼 수 없다. 전반적인 표면절삭 작업은 기계를 이용하고, 세밀한 부분에서 노무자의 손을 통해 마무리가 이루어지는 것이 바람직한 형태라 할 수 있다.
따라서, 노동자의 건강에 위협을 주는 작업 형태를 장비를 이용하여 원격에서 조종해주는 기술이 절실히 요청되었다.
본 발명은 위의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 건설장비 원격조종 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 건설장비 원격조종 시스템은 건설 장비를 원격 조종하는 시스템에 있어서, 건설 현장에서 요구하는 일련의 작업에 대한 알고리즘에 의해 해당 동작으로 수행하도록 프로그램된 장비 시스템; 소정의 거리 이상에서 상기 장비 시스템으로 제어 신호를 출력하는 원격 조종 유니트; 및 상기 장비 시스템의 동작에 따른 형상 정보를 디스플레이하는 그래픽 제어 인터페이스를 포함한다.
상기 장비 시스템은 작업 종류 별로 일련의 작업 공정 알고리즘이 프로그램된다. 그리고 상기 장비 시스템은 충돌방지 기능을 수행하는 레이저 라인 스캐너 센서를 구비할 수 있다.
상기 원격 조종 유니트와 장비 시스템의 통신은 무선 통신 방식으로 수행된다.
상기 그래픽 제어 인터페이스는 Man-Machine Interface를 이용한다. 그리고 상기 그래픽 제어 인터페이스는 GPS 수신기과 연동하여 장비의 실시간 위치를 그래픽 모델로 디스플레이 한다.
또한 상기 건설장비 원격조종 시스템은 상기 작업 수행결과에 대한 작업 형상을 품질기준치와 비교하여 제공하는 품질제어 유니트를 더 포함할 수 있다. 상기 품질제어 유니트는 비교 결과를 원격 조종 유니트로 송신한다.
그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 건설장비 원격조종 방법은 건설현장에서 장비를 원격 조종하는 방법에 있어서, 장비가 수행하여야 할 작업에 대한 프로그램을 입력하는 단계; 원격 조종 유니트를 이용하여 장비를 조종하는 단계; 및 장비 수행 결과를 모니터링하는 단계를 포함한다.
상기 원격 조종하는 단계를 수행하기 전에, 작업을 수행한 결과 나타나게 될 형상 정보를 입력하는 단계를 수행한다.
상기 작업을 수행한 결과 나타나게 될 품질기준치 형상 정보를 입력하는 단계 이후, 작업 수행 결과에 따른 형상 정보와 품질기준치 형상 정보를 비교하는 단계를 수행한다.
상기 작업 수행 결과에 따른 형상 정보와 품질기준치 형상 정보를 비교하는 단계에서, 현재 형상 정보가 품질기준치 허용 오차 범위 내에 포함되면, 다음 작업을 진행하고, 현재 형상 정보가 품질기준치 허용 오차 범위를 초과하면, 해당 작업을 반복수행 함을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명 하면 다음과 같다.
본 발명은 장비를 원격 조종하고, 표면 형상을 모니터링하고, 반자동화로 전 과정을 수행하는 시스템을 제공하고자 한다.
특히 콘크리트 표면 절삭 작업의 특성상, 설계시의 형상 정보와 실제 시공된 바닥면의 형상정보가 많이 다르므로 현장 바닥판의 형상 정보와 설계 시 계획된 형상 정보를 실시간 모니터링 하는 장비가 필요하고, 모니터링 장비와 더불어 원격에서 조종할 수 있는 원격 조종 시스템 및 작업 중 일부 단순한 과정은 반자동화 시스템을 이용하면 표면 절삭 과정에 필요한 노무자의 수를 현격하게 감소시킬 수 있다.
본 발명에서는 건설 작업중 분진으로 인해 작업환경이 열악한 콘크리트 표면절삭을 예로 들어 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 건설 장비 원격 조종 반자동화 시스템에 관한 구성도이다. 도 2를 참조하면, 건설 장비 원격 조종 반자동화 시스템은 콘크리트 표면절삭 장비 위치 및 작업환경 그리고 작업의 진척도에 대한 실시간 연계 디스플레이를 위한 그래픽 콘트롤 시스템, 원격조종을 위한 무선통신 및 제어시스템, 실시간 바닥판 표면 전.후 품질 계측을 위한 품질제어시스템, 콘크리트 표면절삭 장비의 충돌방지 시스템을 포함한 최적진로계획 소프트웨어 모듈과 반자동화대상 장비인 원격조종 콘크리트 표면절삭 장비로 구성된다.
콘크리트 표면 절삭 장비는 몸체, 구동장치, 조향장치, 표면 절삭 유니트, 집진장치 등으로 구성된다.
그래픽 콘트롤 시스템은 Man-Machine-Interface(이하 ‘MMI'라 칭함) 유니트 와 GPS 시스템으로 구성되며, MMI유니트는 GPS시스템과 연계되어 콘크리트 표면절삭 장비에 설치되는 GPS 수신기와 정확도를 높이기 위해 RTK 베이스 유니트 및 부 대 통신 장비로 이루어진다. 교량의 바닥판 형상은 설계 CAD 정보, 실시간 바닥판 표면 품질제어시스템의 정보 및 GPS 데이터를 실시간으로 처리하여 콘크리트 표면절삭 장비의 위치 및 방향, 계획된 진로, 그리고 작업의 진척도를 MMI 모니터에 디스플레이해준다.
품질제어시스템은 콘크리트 표면절삭 장비의 작업 상태를 관찰/분석하기 위한 영상시스템, 소요품질기준측정을 위한 계측시스템으로 구성되며, 품질제어를 위해서는 영상정보와 품질기준치 비교를 통한 품질기준 허용 유무를 측정하여 제공한다.
최적진로계획 시스템은 레이저 라인 스캐너 센서로 구성되며, 장애물의 유무를 판별하고 장애물과의 거리 등을 측정한다.
상기의 설명은 전체 시스템에 관련된 설명이다.
도 3은 본 발명에 따른 건설장비 원격조종 시스템에 관한 개략적인 도면이다. 도 3을 참조하면, 원격 조종 시스템은 장비 시스템(10), 원격 조종 유니트(20, 그래픽 제어 인터페이스(30), 품질제어 유니트(40)로 구성된다.
장비 시스템(10)은 콘크리트 표면절삭을 실질적으로 수행하는 요소로서, 작업 종류 별로 일련의 작업 공정 알고리즘이 프로그램되어 있다. 또한, 충돌방지 기능을 수행하는 레이저 라인 스캐너 센서를 구비한다.
그리고 원격 조종 유니트(20)는 조종자가 조이스틱과 같은 도구를 이용하여 장비 시스템(20)을 원격에서 조종하기 위한 요소이다.
원격 조종 유니트(20)와 장비 시스템(10)간의 통신은 무선 통신 방식이 바람직하다.
상기 그래픽 제어 인터페이스는 일반적으로 Man-Machine Interface를 이용한다. 그래픽 제어 인터페이스(30)는 조종자가 원격 조종 유니트(20)를 사용할 수 있도록 작업 현장 상황을 그래픽으로 디스플레이하기 위한 요소이다.
그래픽 제어 인터페이스는 GPS 수신기과 연동하여 장비의 실시간 위치를 그래픽 모델로 디스플레이한다.
품질제어 유니트(40)는 비교 결과를 원격 조종 유니트로 송신할 수 있으며, 콘크리트 표면 작업한 바닥판의 형상을 기준치와 비교하여 바닥 상태를 점검하기 위한 요소이다.
도 4는 표면 절삭기 장비 시스템에 관한 도면이다. 콘크리트 표면절삭 장비 시스템은 외형적으로는 도 4에 도시된 것과 유사하나, 내부적으로는 반자동화되어 일련의 프로그램에 따라 해당 동작으로 수행하도록 구성되며, 내부에 센서를 구비하여 충돌 방지, 진로 방향 판단, 원격 조종 유니트와의 무선 통신을 제공한다.
도 5는 그래픽 MMI 및 제어 시스템에 관한 도면이다. 그래픽 제어 시스템은 작업 구간의 형상, 실시간 장비위치, 작업의 진척도, 장비 진로계획, 시공품질 등의 그래픽 디스플레이를 제공한다. 그래픽 제어 시스템은 그래픽 모드에 대한 형상 모델링 및 디스플레이 알고리즘에 따라 성능이 좌우된다 할 수 있다. 그리고 GPS 인터페이스를 이용해 장비의 위치를 파악 할 수 있다.
도 6은 품질제어 시스템에 관한 도면이다. 품질제어시스템은 표면절삭 작업의 품질기준값을 설정하기 위해 자료 수집 및 기준 개발이 우선적으로 선행되어야 한다. 이러한 세세한 자료가 수집된 후 기준 값을 설정하고 이 값을 장비 시스템에 적용한 뒤 실제로 작업이 수행된 후의 형상 정보와 비교함으로서, 품질상태를 파악할수 있게 된다.
도 7은 본 발명에 따른 건설장비 원격조종 방법에 관한 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 건설현장에서 장비를 원격 조종하기 위해서, 먼저 장비가 수행하여야 할 작업에 대한 프로그램을 입력해야 한다(S10). 이후, 작업을 수행한 결과 나타나게 될 형상 정보를 입력하는 단계를 수행한다(S20).
이후, 원격 조종 유니트를 이용하여 장비를 조종하고(S30), 장비 수행 결과를 모니터링한다(S40).
모니터링 과정을 통해 작업 수행 결과에 따른 형상 정보와 품질기준치 형상 정보를 비교한다(S50).
상기 작업 수행 결과에 따른 형상 정보와 품질기준치 형상 정보를 비교하는 단계에서, 현재 형상 정보가 품질기준치 허용 오차 범위 내에 포함되면, 다음 작업을 진행하고, 현재 형상 정보가 품질기준치 허용 오차 범위를 초과하면, 해당 작업을 반복수행함을 특징으로 한다.
상기 도면과 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기 술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 노동자에게 유해한 작업환경에서는 장비를 원격에서 조종하고 또한 반자동화함으로서, 노동자의 건강을 지키고, 작업의 평준화 및 정확성을 기할 수 있다.
또한 작업 현장에서의 인력을 감소시킬 수 있으므로 비용을 절감하는 효과도 얻을 수 있다.

Claims (12)

  1. 건설 장비를 원격 조종하는 시스템에 있어서,
    건설 현장에서 요구하는 일련의 작업에 대한 알고리즘에 의해 해당 동작으로 수행하도록 프로그램된 장비 시스템;
    소정의 거리 이상에서 상기 장비 시스템으로 제어 신호를 출력하는 원격 조종 유니트; 및
    상기 장비 시스템의 동작에 따른 형상 정보를 디스플레이하는 그래픽 제어 인터페이스를 포함하며, 상기 장비 시스템은 작업 종류 별로 일련의 작업 공정 알고리즘이 프로그램된 것을 특징으로 하는 건설장비 원격조종 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 장비 시스템은
    충돌방지 기능을 수행하는 레이저 라인 스캐너 센서를 구비함을 특징으로 하는 건설장비 원격조종 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 원격 조종 유니트와 장비 시스템의 통신은
    무선 통신 방식으로 수행됨을 특징으로 하는 건설장비 원격조종 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 그래픽 제어 인터페이스는 GPS 수신기과 연동하여 장비의 실시간 위치를 그래픽 모델로 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 건설장비 원격조종 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 작업 수행결과에 대한 작업 형상을 품질기준치와 비교하여 제공하는 품질제어 유니트를 더 포함함을 특징으로 하는 건설장비 원격조종 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 품질제어 유니트는 비교 결과를 원격 조종 유니트로 송신함을 특징으로 하는 건설장비 원격조종 시스템.
  9. 건설현장에서 장비를 원격 조종하는 방법에 있어서,
    장비가 수행하여야 할 작업에 대한 프로그램을 입력하는 단계;
    상기 작업을 수행한 결과 나타나게 될 품질기준치 형상정보를 입력하는 단계;
    원격 조종 유니트를 이용하여 장비를 조종하는 단계; 및
    상기 장비가 수행한 작업 결과에 의한 형상정보를 모니터링하는 단계를 포함하는 건설장비 원격조종 방법.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 품질기준치 형상 정보를 입력하는 단계 이후, 상기 품질기준치 형상 정보와 장비가 수행한 작업 결과에 의한 형상 정보를 비교하는 단계를 더 수행함을 특징으로 하는 건설장비 원격조종 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 품질기준치 형상 정보와 장비가 수행한 작업 결과에 의한 형상정보를 비교하는 단계에서, 현재 형상 정보가 품질기준치 허용 오차 범위 내에 포함되면, 다음 작업을 진행하고, 현재 형상 정보가 품질기준치 허용 오차 범위를 초과하면, 해당 작업을 반복수행 함을 특징으로 하는 건설장비 원격조종 방법.
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