지능형 굴삭시스템 연구단, 연구 5년 만에 첨단 무인 굴삭기 개발 성공 
사막·극지 등 위험지역 공사 가능…건설 및 장비산업 국가 경쟁력 기대

 

건설현장에서 사람의 조작없이도 맡은 공사를 자동으로 척척해 낼 수 있는 첨단 무인로봇 굴삭기 시스템이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

국토부 산하 한국건설교통기술평가원의 지원을 받아 한국건설기술연구원, 두산인프라코어, 한국전자부품연구원 등이 참가하고 있는 지능형 굴삭시스템 연구단(단장; 장준현 두산인프라코어 상무)은 최근 첨단 지능형 무인로봇 굴삭기를 개발을 완료하고, 실용화에 나섰다.

지난 2006년 말 연구단을 발족하고, 1년후인 2007년 말부터 국토부의 연구자금 120억원을 지원받아 본격적인 연구에 들어간 지 5년만이다.

2차 세계대전에서 미 해군 공병단이 간이 활주로 공사에 활용하기 위해 처음으로 불도우저를 개발한 이래 건설현장의 공사장비들은 발전을 거듭해 왔다. 이러한 공사장비들은 기술적 향상에도 불구하고 조종사 개인능력 및 숙련도에 따라 공사의 작업품질이 다르다. 화학약품이나 방사능이 있는 위험물 근처 혹은 화산지역과 같은 위험지대 등에서의 공사는 사람이 직접 조종하는 건설장비들이 접근이 어렵다. 특히 굴삭기 등 건설장비를 가지고 작업하는 현장은 항상 사고 위험이 도사리고 있다.

이번 연구의 시작은 건설현장에서 토목 장비를 쉽게 안전하게 다룰 수 있는 방법이 무엇인지에 대한 고민에서 출발했다.

지능형 굴삭기시스템 연구단은 단순히 굴삭기만 만드는 것에서 좀 더 진화해 굴삭기를 잘 활용할 수 있는 환경을 만들어야 한다는 생각아래 연구를 진행했으며, 총괄은 두산인프라코어(단장; 장준현 두산인프라코어 상무)가 맡았다.

연구단은 건설현장에서 가장 기초가 되는 토공작업에 대해 자동으로 인식하고, 인식된 지형에 대해 굴삭기가 자동으로 작업을 진행하는 지능형 굴삭 시스템 개발과 함께 굴삭 장비 조종자의 감각이 유지될 수 있도록 하는 햅틱(Haptic) 기반의 원격조종장치를 개발하는 연구를 진행했다.

이 시스템은 우선 첨단 무인로봇 굴삭기 시스템의 레이저 스캐너가 지형을 스캐닝해 측량한 뒤 3차원으로 합성해 작업공간에 대한 정보를 스스로 인식한다. 그리고 이 정보를 바탕으로 첨단 지능형 무인로봇 굴삭기는 작업최적 경로, 지반 특성 등 중요 공사정보를 파악한 후 효율적인 공사작업을 스스로 판단해 실행할 수 있다. 또한 필요한 경우 사람이 멀리 떨어진 작업실에서 원격 조정으로 첨단 지능형 무인로봇 굴삭기에게 공사를 명령해 시킬 수 있다.

이번 연구는 크게 ▲지능형 태스크 플래닝 시스템(Task Planning System) 개발 및 응용 ▲작업환경 인식기반 기능형 제어기술 개발 ▲작업특성을 고려한 지능형 굴삭시스템 개발 및 시스템 통합의 3개 세부과제로 진행됐다.

지능형 태스크 플래닝 시스템 개발 및 응용과제를 통해서는 레이저 스캐너를 활용한 3D 작업환경 모델링 시스템, 토공작업 프로세스 모델링, 굴삭기의 작업량을 실시간 파악할 수 있는 공간정보 인식기술 등 지능형 굴삭기 시스템의 성능평가 모델 및 시공관리 모듈을 개발했다.

작업환경인식 기반의 지능형 제어기술 개발과제에서는 굴삭 최적경로 생성과 지반특성 모델링 기술, 자율 작업용 통합 제어시스템을 개발했다. 이를 통해 굴삭기가 지능형 로봇화돼 자율제어가 가능해질 수 있는 실용화 시스템 개발과 관련된 연구를 진행했다.

작업특성을 고려한 지능형 굴삭시스템 개발 및 스스템 통합과제에서는 전자비례 유압시스템 개발과 굴삭로봇 모델링 및 시뮬레이션을 실시해 개발기간 및 비용을 단축시키고, 굴삭로봇 하드웨어와 소프트웨어가 통합된 기술을 개발했다.

이번 연구는 건설현장의 작업현장과 경제적 가치를 획기적으로 변화시킬 수 있다. 우선 인체에 해로운 화학물질이나 방사능 물질이 존재하거나 사람의 접근이 힘든 위험지대에서 공사작업과 관련된 안전사고 등을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

또 첨단 지능형 무인로봇 굴삭기 사용으로 사막이나 극지 등 기후나 지리적 여건으로 작업에 제약을 받았던 현장에서의 건설공사가 가능해 질 것으로 예상된다.

아울러 노동집약적 산업으로 인식됐던 건설산업에 첨단 기술이 접목됨으로써 공사 효율을 높이는 것은 물론 국내 건설산업 및 관련 장비산업이 고부가가치 산업으로 새롭게 도약할 수 있을 전망이다. 

 

인터뷰 ; 장준현 지능형 굴삭시스템 연구단장(두산인프라코어 상무)

무인 굴삭기 핵심 기술 확보로 경쟁력 ‘UP’

원격제어·자율 조종 등 가능…해외 기술보다 우수

 

장준형 연구단장(두산인프라코어 상무)

인천시 동구 화수동 7-11번지 일대, 장준현 지능형 굴삭시스템 연구단장 인터뷰를 위해 찾은 이곳은 두산인프라코어 본사가 있는 곳이다. 12만평에 이르는 넓은 대지에 세계 5위의 건설중장비를 생산·판매하는 굴지의 회사답게 연신 생산부품을 실은 지게차가 쉴새없이 공장을 드나들고 있었다. 또 한쪽에선 대형 호이스트가 원자재인 철근을 나르고 있고, 굴삭기 핵심 부품인 대형 버켓은 출시를 위해 기다리고 있다. 취재를 위해 찾은 이날은 올 가을 들어 가장 낮은 기온을 기록해 제법 쌀쌀했고, 특히 본사가 위치한 이곳은 바다를 접해 있어 바람도 제법 매서웠다.

장준현 연구단장은 “이번 과제로 인해 각 분야의 새로운 기술을 접할 수 있게 됐고, 무인 굴삭기의 핵심 원천기술을 확보, 상당한 국가 경쟁력을 갖출 수 있게 됐다”고 연구과제 종료를 앞두고 소감을 밝혔다.

이번 연구가 시작된 것은 지난 2005년부터 우리나라에 로봇 바람이 불기 시작하면서 산업 각 분야에 IT를 접목한 로봇기술, 무선통신 융합 기술로 새로운 시장 창출에 대한 분위기가 확산됐다. 토목 등 건설분야도 예외는 아니었다. 또 당시 사회적으로는 건설중장비에 대한 산업안전, 숙련 노동자 부족 문제가 대두됐다.

장 단장은 “건설, 특히 토목 현장에서 토목 장비를 쉽고 안전하게 할 수 있는 방법이 무엇인가에 대한 고민하게 됐고, 토목 분야에 로봇기술, 퉁신기술을 융합하자는 의견이 도출되면서 개발을 시작하게 됐다”고 말했다.

이번에 연구를 통해 개발된 기술의 핵심은 크게 3가지다. 토목 환경을 스캐닝하는 첨단 측량기술, 지능형 태스크 플래닝(Task Planning) 기술 그리고 자동 자율운전 굴삭기 개발 등이다.

장 단장은 “이번에 개발된 기술은 측정·시공 계획이 자동으로 정해지기 때문에 기존 수동 시스템과 비교하면 공기가 획기적으로 단축된다”며 “광활한 지역에서의 단순 작업 및 위험한 작업에 적합한 시스템”이라고 설명했다.

연구단에서는 단순히 무인 굴삭기만 만든 것이 아니라 무인 굴삭기를 좀 더 잘 사용할 수 있으면서도 위험한 환경에서 작업자를 보호할 수 있는 방법에 더 치중했다. 이를 가능하게 하는 것인 원격조정과 자율제어시스템이다. 원격조정은 실내에 있는 작업자가 밖에 있는 굴삭기를 원결 조종하는 방법으로 조작방법이 쉽고, 비숙련자를 대신하는 것은 물론 험한 지형에서의 위험도 없어진다. 자율제어는 말 그대로 굴삭기가 혼자 돌아다니며 작업을 하는 것으로 24시간 365일 작업이 가능하기 때문에 생산성이 높아진다는 장점이 있다.

그는 “연구단에서는 기계·로봇·제어·토목 등 각각 떨어져 있는 기술을 융합, 원격제어와 자율제어작업이 동시에 가능한 시스템을 최종 개발했다”며 “그만큼 실용적이고 성공 가능성도 높다”고 말했다.

해외에서의 무인 굴삭기는 일본이 가장 먼저 시작했다. 일본은 리모트 컨크롤로 작동하는 무인 굴삭기를 개발해 화산지역 작업에 실제 투입하고 있으며, 미국은 현재 연구·개발중에 있다.

그는 “우리나라의 기술은 원격제어와 자율제어가 모두 실현 가능하다는 것이 외국의 기술과 가장 큰 차이”라고 강조했다. 물론 수동작업도 가능하다.

물론 현재로서는 무인 시스템이 가진 한계도 있다. 단순 작업은 효율적일지 몰라도 문화재나 지하매설물이 묻혀 있는 곳 등에서의 미세한 작업은 아직까지 기존 시스템보다 떨어진다. 또 GPS, 밸런스 센서, 카메라 등 각종 첨단 장비가 장착돼 가격이 비싸다는 데 있다. 제품의 마케팅 차원에서는 현재로선 경쟁력이 떨어질 수 밖에 없다. 이에 따라 시장 보급의 확산을 위해서는 저렴한 대체기술이 과제로 남아 있다.

장 단장은 “현재 개발된 기술을 총체적으로 적용해 제품을 출시, 판매하기에는 가격 등 경제성 면에서 아직 무리”라며 “이에 따라 필요에 따라 개발된 부분 기술들을 조금씩 적용 해 저렴하게 보급해 나갈 계획”이라고 말했다.

 

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