교량검사 굴절로봇 작업붐의 진동제어시스템 적용을 위한 실험적 연구

Abstract

첨단굴절로봇차는 총 길이 12m의 작업붐 말단에 교량점검용 로봇플랫폼을 장착하고, 로봇플랫폼의 머신 비전 시스템을 사용하여 교량하부를 점검 할 수 있는 자동화 점검 로봇시스템이다. 점검성능의 향상을 위하여 카메라의 초점 조절과 로봇 플랫폼의 연직방향 이동 메커니즘이 적용 되었으나 교통하중으로 인한 교량의 진동, 풍하중 그리고 작업붐의 길이 변화에 의한 작업붐의 강성 저하로 진동이 발생할 경우 점검 결과의 신뢰성에 영향을 미칠 것으로 예상된다. 본 연구에서는 첨단굴절로봇차의 관절 부분에 유압 액츄에이터를 장착하여 작업붐의 강성 저하로 발생될 수 있는 근본적인 진동을 저감시키기 위한 제어시스템을 제안하였다. 시스템의 성능을 검증하기 위하여 1/8로 축소한 실험 모형을 제작하여 PD(비례-미분) 알고리즘을 적용한 실험과 이를 검증하기 위한 수치해석을 병행하여 실시하였다. counter weight를 추가한 모형 작업붐을 모델링하여 자유진동과 강제진동에 대한 해석을 실시하였으며, 하중은 작업붐의 공진과 교량의 동적 변위를 가장 크게 만드는 하중을 고려하여 적용하였다. 제안된 PD(비례-미분) 제어시스템의 실험적·수치적 해석결과 제어오차의 누적으로 하드웨어 고주파 필터가 적용된 실험결과에 비해 수치해석에서 다소 불안한 진폭의 변화를 보였지만 빠른 응답특성과 비교적 안정적인 형태로 모형 작업붐에 발생하는 진동을 저감시킬 수 있는 감쇠효과를 확인하였다. 따라서 제안된 시스템이 실제 첨단굴절로봇차에 적용될 경우 진동 가속도 및 진폭을 효과적으로 저감시키고 교량 점검 시스템의 성능을 향상 시킬 수 있을 것으로 사료된다. 향후 제어오차의 누적을 감소시킬 수 있는 알고리즘 개발에 대한 연구가 진행된다면 좀 더 안정적이고 적은 제어력으로 작업붐에 발생하는 진동을 저감시킬 수 있을 것으로 기대된다.; The advanced crane truck is being developed by the Bridge Inspection Robot Development Interface(BRIDI) for an automated and teleoperated bridge inspection. This crane truck looks similar to the conventional bucket crane, but is much smaller in size and light-weight. At the end of the telescoping boom which is 12m long, a robot platform is mounted which allows the operator to scan the bridge structure under the deck trough the camera. Wind and deck movement induced boom vibration can cause serious problems in this scanning system. In this study, therefore, the control system to mitigate the vibration of the advanced crane truck's boom is proposed. In the proposed control system, an actuator may be installed at the near the link of the last boom. This control system is studied using the mathematical model analysis with PD control algorithm and the scale model test in the laboratory. Achievement results for study indicated that the proposed system is efficient for the vibration control of working booms on articulated bridge inspection robots. Therefore, it is expected that the proposed system can be applied to the Advanced Crane Truck.