Master Arm and Control System for Teleoperated Bolting Robot

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원격 제어되는 볼팅 로봇을 위한 마스터암과 제어 시스템

Master Arm and Control System for Teleoperated Bolting Robot

이상우¹, 박장우¹, 박신석^1,

Sang Woo Lee¹, Jang Woo Park¹, and Shin Suk Park^1,

1 고려대학교 기계공학과 (Department of Mechanical Engineering, Korea Univ.)

Corresponding author: [email protected], Tel: +82-2-3290-3373 Manuscript received: 2011.8.22 / Revised: 2012.2.6 / Accepted: 2012.11.21

The construction automation provides safer and more productive working environment of construction site. We developed the automation system of bolting operation for high-rise building in the previous research. However, this system has a weak point that the operation has to be processed in the air with the operator in the cabin. This weakness leads operators to considerably dangerous environment. Therefore, we proposed the tele-operation system in order to supplement this weak point. Furthermore, it leads more effective operation by application of more intuitive controller; spherical coordinate based Master Arm than the joystick in the Mobile Bolting Robot system. These proposed system and controller were evaluated based on Fitts’ law paradigm, which is a general estimation method of speed accuracy of task. Through the experimental results, new developed tele-operation system is compared with the actual operation and it discloses distinctions between two systems. As a result, it is found that new developed tele- operation system can be possible to replace the operation in the cabin.

Key Words: Construction Automation ( 건설 자동화), Mobile Bolting Robot System (이동식 볼트 체결 로봇 시스템), Teleopertaion ( 원격 제어), Intuitive Controller (직관적인 조작기), Fitts’ Law (피츠의 법칙)

1. 서론

건설업은 국가 경제의 중추 역할을 하는 기본 산업 중의 하나이다. 그러나 산업 재해율이 가장 높은 산업이기도 하다.

¹

건설업의 사망 재해율은 22% 에 달한다. 건설 분야는 한 때 3D 산업으로 불 리던 산업으로 기술 인력의 일이 어렵고 위험한 대표적인 산업 중의 하나이다.

²

그 가장 큰 이유는 자동화 기술이 아직 불충분하여서 사람이 직접 작 업을 하기 때문이다. 건설 현장의 작업을 로봇이 진행한다면 사람이 위험한 환경에 노출되는 것을 방지함으로써 건설 현장에서의 사망률을 줄일 수 있다. 즉, 건설업의 자동화는 사망 재해율을 낮추

는 데 효과적인 방법이 될 수 있다. 건설 자동화 의 또 다른 이점은 사람의 부족한 부분을 채울 수 있다는 점이다. 사람이 낼 수 없는 힘을 쉽게 제 공할 수 있고, 휴식도 필요 없으며, 작업 환경에 영향을 받지도 않는다는 점이다. 또한 안전한 작업 환경을 통해 작업의 효율도 올릴 수 있으며, 그 외 에도 생산량 증대, 노임 절감, 풀질 향상 및 정확도 향상 등의 효과를 기대할 수 있다.

이에 선행연구에서 건설 자동화를 위해 철골

구조물을 조립할 때 볼트 체결 작업을 자동으로

수행할 캐빈형태의 Mobile Bolting Robot System 을

개발하였다. Mobile Bolting Robot System 은 공중에

매달린 채로 볼트 체결을 하는 로봇으로 건설 현

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장에서 외벽에 인위적으로 설치된 CF 안에서 레일 을 따라 움직이도록 설계되었다. 이는 다음과 같 은 문제점을 야기하게 된다. 우선 Mobile Bolting Robot System 은 볼트 체결 작업을 공중에서 매달 린 상태에서 진행하게 되므로 작업 현장의 안전성 을 저해할 수 있다. 게다가 Mobile Bolting Robot System 은 조작자가 탑승한 상태로 작업을 진행해 야 한다. 즉, 자동화의 결과로 작업을 효율적으로 진행할 수 있으나 작업자를 위험한 환경에서 분리 시키지는 못하였다. 이에 Mobile Bolting Robot System 을 이용한 자동화에 안전한 환경을 부여하 기 위해서는 원격 제어 시스템을 이용하여 제어를 해야 한다. 본 연구에서 원격 제어를 이용하여 원 거리에서 Mobile Bolting Robot System 을 제어함으 로써 작업자에게 안전한 작업 환경을 제공하였다.

2. 원격 제어 시스템 개발

2.1 Spherical coordinate Master Arm 개발

Fig. 1 은 선행연구에서 개발한 Mobile Bolting Robot System 으로 조작자가 캐빈 내부에서 조이스 틱을 이용하여 Gantry Robot 을 제어하는 시스템 이다. 조작자가 입력한 조이스틱 신호는 PLC (Programmable logic controller) 를 통해 Gantry Robot 에 전달된다. PLC 에 전달된 조이스틱 신호는 PLC 내에 프로그래밍된 규칙에 맞추어 약속된 출력으 로 Gantry Robot 을 제어한다. Mobile Bolting Robot System 에 사용된 PLC 는 MITSUBISHI 사의 QJ71E71 버전이다.

기존 시스템의 조이스틱을 이용한 제어는 볼팅 툴의 속도와 방향은 쉽게 알 수 있으나 Gantry Robot 의 볼팅 툴의 최종 위치 값을 조작자가 육 안으로 집적 확인해야만 하므로 직관적인 조작법 이라고 하기 어렵다. 이에 본 연구에서는 조작자가

Fig. 1 Model of gantry robot

보다 직관적이면서도 편리한 조작이 가능한 Spherical coordinate 기반의 Master Arm 을 개발하였 다. 일반적으로 Gantry Robot 은 In-and-Out, Left-and- Right 그리고 Up-and-down Motion 을 구현할 수 있 으며 Spherical coordinate 기반 Master Arm 은 Gantry Robot 의 동작을 In-and-Out, Pitch, 그리고 Yaw Motion 의 조합을 통해 구현할 수 있게 설계하였다.

³

Fig. 2 는 Spherical coordinate 기반 Master Arm 의 기준 좌표계 및 그 움직임을 보여주고 있다. Gantry Robot 과 Master Arm 의 움직임을 맵핑하기 위해서 Master Arm 의 원점 O

m

을 기준으로 O

m

-X

_m

Y

_m

Z

_m

좌 표계를 설정하였고 각각의 조인트에는 엔코더를 부착하여 위치정보를 알 수 있게 하였다. 원점(O

m

) 에서부터 끝 단까지의 거리 d 와 Pitch Motion 의 q

₂

, Yaw Motion 의 q

1

을 이용하여 Master Arm 의 동 작 구현 시 최종 위치를 Forward Kinematics 를 이용 하여 구할 수 있다. 이 방식으로 계산 된 최종 좌 표를 기준으로 Gantry Robot 이 Master Arm 과 동일 한 최종 좌표로 움직이도록 제어하였다. 이러한 맵핑과정을 통해 조작자는 Master Arm 의 최종 위 치만으로도 Gantry Robot 에 장착된 볼팅 툴의 위치 를 확인할 수 있게 된다. 따라서 Master Arm 을 이 용한 제어 방법은 기존의 조이스틱을 이용한 제어 방법보다 더 직관적이라고 할 수 있다.

Master Arm 과 Gantry Robot 의 맵핑은 Fig. 3 과

Fig. 2 Spherical coordinate based Master Arm

Fig. 3 Mapping for coordinate between Gantry Robot and

Master Arm

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같이 Master Arm 과 Gantry Robot 의 작업 공간을 각각 좌표화하고, Forward Kinematics 를 이용하여 동작을 동기화하였다. 실제 작업 현장에서 Gantry Robot 의 작업 공간은 650 × 450 mm 이기 때문에 이를 기준으로 좌표공간을 설정하였다.

2.2 Master Arm 의 제어 적합성 평가

본 연구에서 개발된 Master Arm 를 실제 시스템 에 적용하기 위해서 그 성능을 기존의 조이스틱과 비교할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 사용 자 평가를 통해서 Master Arm 과 기존의 조이스틱 을 비교해보고 원격 제어 시스템에 적응이 가능한 지를 알아보았다.

조작기에 대한 성능 평가는 사용성 분야에서 조작자의 행동에 대해 속도와 정확성간의 관계를 수학적으로 설명하는 Fitts’ Law 를 적용한 실험을 통해 실시하였다. 실험은 각 과제 사이에 5 분의 휴식을 가진 후 진행한다. 이는 근육의 피로도 발생 으로 인한 능률 저하를 막을 수 있다.

⁴

2.2.1 Fitts’ Law

Paul Fitts 는 인간의 행동에 있어 속도와 정확도 에 대한 움직임을 수학적 원리를 이용하여 설명하 였다. 이 원리가 Fitts’ Law 라고 불리는 원리이다.

Fitts’ Law 는 사용성 분야에서 속도와 정확성 평가에 널리 이용되고 있다. 현대의 여러 가지 작 업은 정확하고 빠른 움직임이 요구되기 때문에 이 를 평가하고 비교할 때 수치적으로 비교하는 방법 중에서 대표적으로 사용되고 있다.

⁵

Fitts’ Law 에서 실험의 환경과 작업의 난이도 Index of Difficulty (ID) 는 다음과 같은 연관성을 가진다.

2 ) ( log₂

W

ID = A

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식 (1)에서 A 는 대상 물체 중심에서의 거리이 며 W 는 목표물의 폭이다. 즉, ID 의 값은 A 값이

Fig. 4 General task about Fitts’ Law

커질수록 그리고 W 값이 작아질수록 커진다. 이를 간략하게 도식화하면 Fig. 4 와 같다.

전체 움직임의 평균 시간을 MT 라고 한다면, 다 음과 같은 식이 성립한다.

) 1 ( log₂ + +

= W

b A a

MT

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식 (2)에서 a, b 는 실험상수로써 실험데이터를 통해서 얻어지며 ID 와 MT 사이의 관계를 수치화 하여 보여준다. 특히 상수 b 는 task 를 수행하는 능력과도 연관이 있으며 본 연구에서 사용한 조작 기와 같은 인간-기계 인터페이스에 경우에는 정보 처리의 성능과도 의미가 있다.

⁶

2.2.2 실험 과정

본 실험은 Mobile Bolting Robot system 의 조이스 틱과 Master Arm 의 사용자 평가를 통해 Master Arm 이 원격제어 조작기로써의 적합성을 판단하기 위해서 실시하였다. 사용자 평가는 Fitts’ Law 실험 을 이용하여 실시하였다.

실험은 가운데에 위치한 커서를 각 조작기로 조 작하여 일반적인 Fitts’ Law 실험을 진행하였다. Fig. 5 와 같이 양쪽의 타겟에 커서를 반복적으로 위치 시키는 것이다. 커서가 해당 타겟의 범위에 들어 오면 타겟의 색이 변하여 task 가 성공하였음을 표시한다. 만약 커서가 어떠한 타겟에도 위치하지 못할 경우 두 타겟은 같은 색을 보인다.

실험은 여러 ID 를 설정하기 위해 좌우에 목표 지점을 두고 폭과 거리를 변경하면서 각 결과값을 비교하도록 한다. 피험자는 각 조작기를 이용하여 두 목표지점을 10 번을 반복하여 이동한다. 이는 한 번의 ID 에 대한 실험이므로 각 ID 별로 실험을 반복하여 실시한다. 일반적인 Fitts’s law 실험의 ID

Fig. 5 Progress of Fitts’ Law experience

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는 보통 1~4 사이의 값들을 가지고 있으며 본 연 구에서는 Gantry 로봇의 이동 가능 범위와 Bolting 툴의 크기를 고려하여 1.76~4.64 까지 사이의 가능 한 10 가지의 다른 값으로 결정하였고 각 ID 별 실험이 끝나면 5 분의 휴식시간을 주었다. 본 실험 에서 사용한 프로그램은 Microsoft Visual Studio 2010 을 이용하여 실험환경을 구축하였다. 실험은 총 10 명이 참가하였으며 모든 실험 참가자는 조 이스틱과 Master Arm 조작경험이 없으며 실험 전 에 각각 충분히 익숙해질 때까지 연습시간(평균 15 분)을 제공하였다.

2.2.3 실험 결과 및 고찰

본 연구에서는 각 조작기의 제어능력을 평가하 는 지표로써 MT 와 ID 사이를 2 차원그래프로 표 현하였을 때 두 값 사이의 관계를 선형화한 correlation 상수 R

²

을 사용하였다. R

²

의 값이 1 에 가까울수록 조작기의 정확성이 좋다는 의미이며, 이 는 조작기의 제어성능을 수치로 확인할 수 있는 값 이다. 그리고 또 다른 지표로써 성능지수(Index of Performance, IP) 를 사용하였다. IP 는 MT 와 ID 의 관계 중 기울기의 역수를 이용하여 구할 수 있다.

이 값은 조작기의 정보전달 수치를 bit/seconds 로 표현가능하며 이는 곧 조작기의 성능을 수치로 표 현한다. IP 의 수치가 크면 클수록 정보전달의 능력 이 높은 것으로 간주되어 기계를 조작하는데 지연 되는 현상이 적어지며 기계의 반응성도 좋다고 볼 수 있어서 종합적으로 제어성능이 좋다고 할 수 있다.

실험의 결과는 실험 참가자 10 명의 데이터를 평균하여 결정하였다. 조이스틱으로 실험한 결과 의 MT 와 ID 의 관계 그래프는 Fig. 6 과 같으며 R

²

은 0.9822 이고 기울기는 1.5934 이다.

Fig. 6 Scatter graph of joystick

Master Arm 으로 실험한 MT 와 ID 의 결과그래 프는 Fig. 7 과 같으며 R

²

은 0.9716 이고 기울기는 1.7652 이다.

두 그래프의 결과에서 알 수 있듯이 조이스틱 과 Master Arm 의 R

²

값이 큰 차이가 없다. 이는 실제 사용자 평가에서 조이스틱과 Master Arm 은 모두 사용자가 사용하기에 제어성능이 좋다는 의미 를 가진다.

또한 성능지수인 IP 값도 두 조작기 사이에 큰 차이가 없다. 이는 제어성능에 있어서 두 조작기

Fig. 7 Scatter graph of Master Arm

Fig. 8 Histogram of Correlation R

²

Fig. 9 Histogram of IP (bit/sec)

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사이에 비슷한 성능을 가지고 있으므로 Master Arm 을 기존의 시스템의 조작기에 비해 제어성능 이 크게 떨어지지 않다는 것을 보여준다. 따라서 R

²

값에 대한 결과와 마찬가지로 Master Arm 이 기 존의 조이스틱을 대신하여 사용하기에도 좋은 성 능을 가졌음을 보여준다.

3. 원격 제어 시스템 개발

건설 현장에서 원격 제어를 통해서 볼트 체결 작업이 가능하다면 Mobile Bolting Robot system 이 가 지고 있던 공간의 제약이 사라진다. 따라서 본 연 구에서는 앞서 소개한 Master Arm 과 조이스틱 등 을 이용하여 Mobile Bolting Robot system 을 제어하고 그 성능을 기존 시스템과 비교 및 평가하였다.

우선 원격제어 환경은 실제 작업 공간과 같이 터치 스크린 2 개와 조이스틱 등을 동일하게 구현 하였다. 기존 시스템과 비교하여 보다 넓은 공간

Fig. 10 Teleoperation station for bolting robot

Fig. 11 Picture of teleoperation experiment using joystick (top) and Picture of teleoperation experiment using Master Arm (bottom)

을 활용 가능하여 상대적으로 큰 19 인치 모니터 ( 기존 12 인치) 와 Master Arm 도 설치하여 시스템 을 구성하였다. Fig 10 은 본 연구에서 제작한 원격 제어 스테이션이다. 스테이션에는 작업과정을 조작 자가 볼 수 있도록 전면을 보여주는 전면 TV 와 볼 팅 작업을 위한 터치 모니터 2 대, 그리고 조작기인 조이스틱 2 대가 구현되었다. 마지막으로 조작기의 제어성 비교를 위해 Master Arm 도 구현하였다.

본 연구에서 제안한 원격제어 스테이션은 두 가지 실험을 하여 사용자 평가를 수행하였다. 첫 째는 작업 시간을 측정하여 작업의 시간에 따른 능률의 변화를 알아보았고 둘째는 Fitts’ Law 를 사 용하여 작업의 난이도에 대한 사용자 평가를 하였 다. 각 실험은 Fig. 11 과 같이 Mobile Bolting 로봇 내부에서의 조이스틱 조작과 원격 제어 스테이션 내에서 사용하는 조이스틱과 Mater Arm 을 비교하는 실험을 실시하였다. 실험에 참가한 사람들은 모두 10 명으로 평균나이는 27 세이며 모두 남자이고 오 른손잡이이다. 모든 실험 참가자는 실험에 사용되는 조작기에 의한 로봇의 구동을 경험해보지 못한 비 숙련자들로 구성되어 있다. 실험 전에 모든 참가자 는 각각의 실험조건마다 조작기에 충분히 익숙해질 때까지 연습시간(평균 15 분)을 제공하였다.

3.1 작업 시간을 이용한 사용자 평가

원격 제어 시스템의 가장 중요한 요소는 안전 성과 작업 능률이다. 작업 능률을 측정하는데 가 장 일반적인 실험은 작업 시간을 측정하여 비교하 는 것이다. 이에 각 조작기로 볼팅 툴을 작업 공 간으로 이동 시키는 시간을 비교하여 작업 시간에 대한 사용자 평가를 하였다.

3.1.1 실험 과정

작업 시간을 비교하는 실험에서 피험자는 각 조작기로 주어진 루트를 따라서 볼팅 툴을 움직이 면서 목표지점에 도달하는 시간을 측정한다. Fig. 12

Fig. 12 Mark for the bolting robot’s end effector and its

track route

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과 같이 표시된 루트를 따라가는 작업을 실시한다.

작업 시간은 10 명의 피험자의 결과 값을 평균 을 내서 비교하였다. Fig. 13 에서 볼 수 있듯이 작업 시간은 Mobile Bolting 로봇 내부에서 조이스틱을 조 작하였을 경우가 11.35 초, 원격 제어 스테이션에서 조이스틱을 조작하였을 경우 11.45 초, Master Arm 이 평균 18.15 초 걸렸다.

실험 결과에 의하면 Mobile Bolting Robot system 내부에서의 작업이 가장 빨랐다. 그 다음으로 원 격 제어 스테이션에서 조이스틱을 이용하였을 때 이다. 그러나 작업 시간에 큰 변화는 없었지만 원격 제어 스테이션에서 Master Arm 을 사용하면 작업 시간이 조금 느려짐을 알 수 있다.

Master Arm 으로 시스템을 제어하는 경우 작업 시간이 느려지는 이유는 기존의 조이스틱으로 Gantry Robot 을 구동하는 것과는 원리가 다르기 때문인 것으로 파악하였다. 기존의 조이스틱의 경우는 조작에 따른 조이스틱의 전압 차를 이용 하여 Gantry Robot 을 구동하지만 Master Arm 의 경우는 조작에 따른 엔코더 값을 좌표 값으로 변 환하여서 PLC 에게 전달하면, PLC 가 Gantry Robot 의 볼팅 툴을 해당 좌표 값으로 이동하도록 명령 을 주는 원리로 움직이게 된다. 따라서 매 순간 마다 볼팅툴의 위치 값을 끊임없이 받기 때문에 작업을 수행하는데 있어서 계속 변하는 값이 들 어오게 되어 연산의 양이 많아지게 되고, 좌표 값을 결정하기 위해서 입력되는 위치 값이 멈추 는 시점까지 기다려야 하는 어려움이 있다. 이때 생기는 딜레이가 Gantry Robot 을 제어하는데 걸 리는 시간의 차이를 만들게 되었던 것으로 파악 하였다.

Fig. 13 Histogram about experiment for working time

3.2 Fitts’ Law 이용한 사용자 평가

Fitts’ Law 실험을 이용하여 사용자 평가를 하는 것은 각기 다른 조작 환경조건에서 해당 조작기의 성능을 평가할 수 있다. 실험 환경은 작업시간 평 가를 위한 실험과 동일하게 3 가지 형태(로봇 내 조이스틱, 원격제어 조이스틱, 원격제어 Master Arm) 로 진행하였다.

3.2.1 실험 과정

Gantry Robot 의 작업 공간이 650 × 450 mm 이다.

이에 실험에 적절한 ID 범위를 적용하기 위해서 고정된 너비(W) 값에 대하여 길이(A) 값을 변경하 여서 ID 값의 변화를 주었다. 다양한 ID 값을 위 해 고정된 너비(W) 값도 3 가지로 다양하게 설정 한다. 이 때 각 조건들은 Table 1 과 Table 2 와 같

Table 1 Condition of each elements when W = 3 cm

W(cm) 3 3 3 3 3 3

A(cm) 7 13 43 49 55 61

ID 1.74 2.42 3.94 4.12 4.27 4.42

Table 2 Condition of each elements when W = 5 cm and W = 8 cm

W(cm) 5 5 5 5 5 5 8

A(cm) 9 19 29 39 49 59 12

ID 1.49 2.26 2.77 3.14 3.43 3.68 1.32

Fig. 14 Task progress using this experiment

Fig. 15 Picture of the experiment about Fitts’ Law in the

teleoperation system

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다. 이는 Gantry 로봇의 볼팅 툴 지름(3 cm)보다 작 은 값으로 W 를 지정하는 경우에는 Fitts’ law 실험 의 정확성을 파악하기 힘들기 때문에 W 를 볼팅 툴의 크기와 크게 차이가 나지 않는 상태로 고정 하고 길이 A 를 다양하게 조절하면서 ID 값을 Fitts’ law 실험의 일반적인 ID 인 1~4 에 근사한 값 을 가지도록 조정하였다.

본 실험에서는 Fig. 14 와 같이 가운데 고정된 M 값을 가진 과제를 준비한다. 이때 M 은 3 cm 로 고정된 길이이다. 각 너비 값에 대하여 길이 값을 변경하면서 실험을 진행하였다. 이에 따른 과제의 난이도 ID 는 1.32~4.41 범위를 가지고 있으며 총 13 가지의 ID 를 가지고 실험을 진행하였다.

실험은 각 조건에 따라 볼팅 툴을 움직여서 해당 타겟에 10 번씩 왕복하는 실험을 진행하였 다. Fig. 15 는 실제 실험 장면이다.

본 실험에서도 제어능력을 평가하는 지표로써 MT 와 ID 사이의 관계를 선형화하는 correlation 상 수 R

²

을 사용하였다.

각 ID 에 따라서 피험자 10 명의 평균 값을 식 에 대입하여 결과값을 얻어내었다. Mobile Bolting

Fig. 16 Scatter graph for Mobile Bolting Robot’s joystick

Fig. 17 Scatter graph for teleoperation joystick

Robot system 에서 조이스틱으로 실험한 결과의 MT 와 ID 의 관계 그래프는 Fig. 16 과 같으며 R

²

값은 0.9753 이 나왔고 IP 는 0.60 이 나왔다.

원격 제어 스테이션에서 조이스틱으로 실험한 결과의 MT 와 ID 의 관계 그래프는 Fig. 17 과 같 으며 R

²

값은 0.9839, IP 값은 0.48 이 나왔다.

원격제어 스테이션에서 Master Arm 으로 실험한 결과의 MT 와 ID 의 관계 그래프는 Fig. 18 과 같 으며 R

²

값은 0.8426, IP 는 0.24 로 나왔다.

Fig. 19 와 Fig. 20 은 각 조작기에 대한 R

²

값과 IP 값을 비교한 표이다. Mobile Bolting Robot system

Fig. 18 Scatter graph for teleoperation system’s Master Arm

Fig. 19 Histogram about Correlation R

²

Fig. 20 Histogram about Index of Performance IP

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에서의 조작과 원격 제어 시 조이스틱 조작과의 성능 평가는 비슷한 결과를 보인다는 것을 알 수 있다.

위 실험의 결과값을 통해서 조이스틱을 조작기 로 사용하는 경우에는 Mobile Bolting Robot system 에서의 작업을 원격 제어 시스템으로 대체하더라 고 그 성능의 차이가 거의 없다는 것을 알 수 있 다. 그러나 Master Arm 을 이용하여 원격제어 시스 템을 사용하는 경우에는 IP 와 R

²

값이 조이스틱의 경우와 비교하여 성능이 저하되는 것을 알 수 있 었다. 이러한 결과는 제어성능의 평가부분에서 후 속연구가 필요한 것으로 생각하며 후속연구의 내용 은 작업에 따른 피로도의 평가 등을 통해서 보완 할 예정이며 Master Arm 의 제어과정에 따른 시스 템적인 보완을 통하여 제어시간에 있어서 딜레이 가 생기는 부분에 대하여서도 보완하여 연구를 진 행하여 Master Arm 의 제어성능을 보완할 수 있는 방법을 찾도록 하겠다.

4. 결론

본 연구에서는 고층건물 자동화를 위해 개발된 Mobile Bolting Robot system 을 원격 제어하기 위한 시스템을 개발하였다. 그리고 기존 시스템인 조이 스틱형태의 조작기보다 직관적인 조작을 위해 새 로운 조작 형태인 Spherical coordinate 기반의 Master Arm 를 개발하였다. 개발한 원격 제어 시스 템 및 새로운 조작기의 성능을 평가하기 위해서 작업 시간을 비교하는 실험과 Fitts’ Law 를 이용한 사용자 작업 평가 실험을 실시하였다.

조이스틱을 이용한 원격제어 시스템에 관한 실 험결과는 기존의 Mobile Bolting Robot system 내부 에서 작업하는 시스템과 비교하여 동일한 수준의 성능을 보여주었다. 이 연구의 결과를 통해서 기 존의 Mobile Bolting Robot system 내부에서 조이스틱 을 조작하여 진행한 작업과 원격 제어 스테이션에 서의 조이스틱을 조작하여 진행한 작업의 성능에 는 큰 차이가 없음을 알 수 있었다. 따라서 개발 된 원격 제어 시스템과 인터페이스를 이용하여 실 제 건설 현장에서 Mobile Bolting Robot system 을 원 격으로 움직이고 볼팅 작업을 하는데 적용할 수 있을 것으로 기대한다. 이는 기존의 Mobile Bolting Robot system 이 가지는 단점인 탑승형 로봇이라는 부분을 해결함으로써 고층에서 작업을 진행하면서 생기는 위험을 제거해 주고 더 안전하고 더 편리

한 작업을 가능하게 할 것이다.

기존의 조이스틱보다 직관적인 조작을 위해 개 발한 Spherical coordinate 기반의 Master Arm 은 Fitts’ Law 실험을 이용한 적합성 실험 결과로는 기 존의 조이스틱을 대신할 수 있음을 알 수 있었으 나, Master Arm 을 원격 제어 시스템에 적용한 후에 는 기존 시스템과 비교하여 성능이 떨어지는 결과 가 나타나서 조작기를 시스템에 적용하는 과정에 서의 성능 개선이 필요하다는 것을 알 수 있었다.

이는 엔코더를 사용하여 동작하는 Master Arm 과 기존의 조이스틱의 동작 원리의 차이에서 생기는 것으로 생각되며 후속연구를 통해서 Master Arm 을 제어할 때 발생하는 딜레이에 관한 문제를 해결할 수 있도록 연구를 진행하도록 할 예정이다.

추후 성능 개선과 더불어 실제 원격제어를 이용 하여 건설로봇을 이용한 공정이 가능한지 여부를 판단하기 위하여 원격제어 시 사용하는 Master-Slave 시스템의 정밀성과 안정성에 대한 평가를 위한 실험을 추가로 진행하도록 하겠다.

후 기

본 연구는 2011 년 국토해양부가 지원한 “로 보틱 크레인 기반 고층 건물 구조체 시공 자동화 시스템 개발(과제번호: 06 첨단융합 D01)”사업과 2010 년도 정부(교육과학기술부)의 재원으로 한국 연구재단(No. NRF-2010-0027294)의 지원을 받아 수행되었습니다.

참고문헌

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3. Jung, H. J., Song, H. J., Park, J. W., and Park, S. S.,

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4. Oberg, T., “Muscle Fatigue and Calibration of EMG

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