로보틱스란 로봇과 테크닉스의 합성어입니다. 로보틱스는 로봇에 관한 설계와 제작 응용과 관계되어 공학적인 연구를 하는 학문을 말합니다. 로봇은 원래 허드렛일을 하는 사람이란 뜻을 가진 체코말에서 유래되었습니다.

로봇공학(로보틱스에서 넘어옴)

로봇공학(robotics, 로보틱스)은 로봇에 관한 과학이자 기술학으로, 컴퓨터 과학과 공학 등 여러 학문의 접점(interface)이자 학제간의 연구 영역이다. 로봇공학자는 로봇을 설계, 제조하고 응용 분야를 다루는 일을 한다. 로봇공학은 컴퓨터과학, 전자공학, 기계공학 등 관련 학문의 지식을 필요로 하며, 여러 유관 분야에서 다양한 지식의 도움을 받는다. 로봇 공학자가 만들 수 있는 로봇의 종류로는 여러 가지가 있다. 먼저 의료용 로봇이나 생활 로봇, 탐험 로봇, 구조 로봇 등을 꼽을 수 있다. 더 깊이 들어가면 훨씬 더 많은 종류의 로봇이 있다.

로봇공학 분야에서는 작업을 자동화하고 인간이 할 수 없는 다양한 작업을 수행할 수 있는 기계를 개발한다. 로봇은 다양한 상황에서 다양한 목적으로 사용될 수 있지만 오늘날 대부분은 위험한 환경(방사성 물질 검사, 폭탄 탐지 및 비활성화 포함), 제조 공정 또는 인간이 생존할 수 없는 곳(예: 우주, 수중, 높은 곳)에서 사용된다.(열, 위험 물질 및 방사선의 청소 및 봉쇄). 로봇은 어떤 형태든 취할 수 있지만 일부는 외관상 인간과 유사하게 만들어졌다.

새로운 로봇을 연구, 설계 및 제작하는 것은 국내, 상업적 또는 군사적이든 다양한 실용적인 목적을 달성한다. 많은 로봇은 폭탄 해체, 불안정한 폐허에서 생존자 찾기, 광산 및 난파선 탐사 등 사람에게 위험한 작업을 수행하도록 제작되었다. 로봇공학은 STEM(과학, 기술, 공학, 수학)에서도 교육 보조 수단으로 사용된다.

• 제목 : 로봇프린팅 기술과 폐플라스틱을 활용한 매트릭스프레임 방식의 비정형 벽체 제작ㆍ시공기술 개발 최종보고서
• 저자 : 순천향대학교 산학협력단; (주)종합건축사사무소 디에스그룹; 지인디자인(주)
• 발행처 : 국토교통부; 국토교통과학기술진흥원
• 출판년도 : 2023-03-31

1최종목표

• 본 연구는 비정형 벽체를 제작하고 설치하는 연구로 다양한 디자인의 시대적 요구에 반해 시공성, 경제성, 품질문제를 해결하기 어려워 실제 건축에서 적용하기 어려웠던 공법을 로봇프린팅 기술과 매트릭스프레임 방식의 연구를 통하여 조립형 시공, 시공 기간 및 비용 저감, 디지털 제작방식으로 기존의 비정형 벽체 문제를 해결하고 일반 설계사와 시공사에서 쉽게 시도 될 수 있도록 설계 및 시공법 개선을 연구한다.
• 추가 연구로 직접 보이지 않는 구조체 부분에 폐플라스틱을 활용, 제작하여 가장 재료소비가 큰 산업인 토목, 건축분야에 재료 순환시스템을 제시하여 건축폐기물 감소와 활용의 대안 제시연구를 포함한다.

2전체내용

핵심 기술 요소는 비정형 벽체의 매트릭스 프레임을 생산하고 비정형 벽면과 결합하여 설치하기 위해 매트릭스 프레임의 설계ㆍ형상 데이터를 3D 프린터에 입력하기 위한 비정형모델링 기술과 프레임 자동화 설계 알고리즘 기술, 3D프린팅 출력을 위한 생산시스템 및 기술, 비정형 벽면에 매트릭스프레임을 설치하기 위한 시공기술의 연구가 필요하며 다음 3가지 핵심기술을 지정하여 과제 추진

• 매트릭스프레임 설계자동화 기술
  • 로봇프린팅 방식 매트릭스프레임 프로토타입 도출 및 개발
  • 비정형 매트릭스프레임 설계자동화 알고리즘 개발
• 로봇암을 활용한 자유형압출 3D프린팅 시스템
  • 로봇암 장착용 펠릿 3D프린터 모듈 개발 및 구동시스템 구축
  • 3D프린팅 출력 품질 최적화 및 생산 데이터베이스ㆍ매뉴얼 구축
• 매트릭스프레임 비정형 벽체 시공 기술
  • 매트릭스프레임 시공공법 개발(프레임 조인트, 패널조인트)
  • 매트릭스프레임을 적용한 비정형 벽체 시험시공 및 검증

3활용방안

• 건축 3D프린팅 관련 공모전 및 학술 대회 등에 참가하여 기술력을 검증하고, 시제품 제작 및 사업화 실현 가능성 높음.
• 로봇프린팅 기술을 적용한 설계자동화 알고리즘 및 시공공법은 비정형 벽체를 효율적으로 생산 및 시공이 가능하며 일부 건설 현장 적용 가능
• 현재 건설 시장은 콘크리트 재료를 위주로 사용하지만 미래의 건설 시장은 환경친화적인 재료의 사용과 재료의 낭비 등 환경문제 기반의 패러다임으로 변화될 것이며 본 연구의 기술을 바탕으로 확장 가능성 높음.
• 건축 트렌드를 반영한 비정형 건축의 수요 측면에서 디자인 수정 및 변경, 상품의 가격 하락, 시공 공기 및 공정 단축, 유지ㆍ보수의 편리함 등을 가능하게 하여 고부가가치 비정형 건축 상품을 실현시킬 수 있음
• 충청남도에서 구축 중인 충남혁신파크에 매트릭스프레임 검증을 위한 테스트 모델 구축 예정.

4기대효과

• 기술적 측면
  • 비정형 건축물 및 사용자 맞춤형 건축물 등 국내 건설업의 고부가가치 영역 기술우위 확보
  • 건설용 3D프린팅 요소기술 및 단위 상품의 개발이 가능하게 되며, 국외 선도 기술에 대한 후발주자로서 선도 기술과 동등한 기술수준 도달 가능
• 경제적ㆍ산업적 측면
  • 설계, 구조검증, 시공 단계에 이르는 프로세스 과정을 단축시켜 고속시공을 가능케하고 시간과 비용을 절감.
  • 비정형 건설 시공의 효율 증대로 인한 공사비 절감 및 생산성 향상
• 사회적 측면
  • 비정형 건축 로봇프린팅 기술은 4차 산업 기술에 부응하는 최첨단 융복합 산업으로 선도 국가에 기술 의존도를 낮추고 개발 결과로 인한 관련 핵심 기술의 자립화 및 기술 수출을 통해 국가 이미지 제고에 기여.
  • 3D프린팅된 건축부재를 이용하여 기존 건축생산시스템을 대체 할 수 있는 자동화 및 맞춤형 제작 시스템 개발로 새로운 생산 시스템으로의 건설사업 패러다임 전환

• 제목 : 자율형 무인 이동식 로봇암을 이용한 딥러닝 기반의 소단면 공동구 내부 구조물 표면 결함 탐지 자동화 장비 핵심 기술 개발 최종보고서(Development of Fundamental Technology for Automatic Detection of Surface Defects in Small-Size Tunnel using Deep Learning using Autonomous Unmanned Mobile Robotic Arm)
• 저자 : 한국건설기술연구원; 한국생산기술연구원
• 발행처 : 국토교통부; 국토교통과학기술진흥원
• 출판년도 : 2022-03-18

1최종목표

자율형 무인 이동식 로봇암을 이용한 소단면 공동구 내부 구조물 결함 탐지 자동화 장비 핵심 기술 개발

2전체내용

• 자율형 이동체 기술: 주행 환경인식 기반의 자율형 무인 이동체 개발
• 탑재형 로보틱스 기술: 무인 이동체 탑재형 검사용 다자유도 머니퓰레이터 개발
• 융합형 센서 기술: Deep Fusion Sensor(딥 퓨전 센서) 기반 3차원 융합형 결함 검사 센서 개발

2.1 1단계 목표 내용

• 자율형 무인 주행을 위한 3차원 환경 인식 및 실내 매핑 기술
• 고해상도 영상과 3차원 포인트 클라우드의 융합을 통한 핵심 센서 기술 개발
• 운영 시나리오별 시스템 설계 및 다자유도 머니퓰레이터 구성품 제작

2.2 2단계 목표 내용

• 공동구 내부의 유지보수를 위한 로보틱스 기반의 무인 이동 플랫폼 기술
• 딥 퓨전 센서 기법을 활용한 인공지능 기반의 융합형 센서 기술 개발
• 공동구 내부 접근성 향상을 위한 다자유도 제어 기술 개발 및 시제품 제작

3연구개발 성과

소단면 공동구 내부 구조물 결함 탐지를 위한 자율형 무인 이동 점검 로봇 시제품

4연구개발성과 활용방안 및 기대효과

4.1 연구개발성과 활용방안

• 공동구 내부 표면 결함 탐지에 특화된 장비의 고도화를 통해 향후 현장 적용성을 고려하여 시험적용이 가능하도록 개발
• 개발 기술에 포함된 범용성이 높은 기술은 응용분야에 대한 상용화 연구개발 사업으로 연계하여 기술을 개선하여 활용범위를 확대

4.2 연구개발성과 기대효과

• 융합형 센서 기술은 기존의 콘크리트 구조물에 대한 점검/진단 기술의 한계로 인해 파악이 어려웠던 콘크리트 내부 표면을 정확히 점검/진단하기 위한 새로운 기술로 세계적으로 점검/진단 분야의 선점 기대
• 공동구 내부 검사 및 진단 기술의 확대 적용을 위한 원천 기술을 본 과제를 기반으로 하여 향후 사업화로 연계 발전시켜 유지관리 시장에서 새로운 분야를 창출할 것으로 기대

• 제목 : 교량 점검ㆍ보수를 위한 로봇기술 적용성 검토 연구(Feasibility Study of Robotic System for Bridge Inspection and Repair)
• 저자 : 박종칠; 최진웅; 최현호; 신유성; 조준상
• 발행처 : 한국도로공사 도로교통연구원
• 출판년도 : 2023-02

1연구배경 및 목적

2000년대에 들어서면서 구조물 관리수량 증가, 노후화, 열화ㆍ손상의 지속으로 인해 구조물 유지관리 여건이 악화되고 유지보수 비용이 크게 증가하고 있다. 교량 유지관리 여건도 고교각, 장대화, 점검 사각지대 등 환경적ㆍ구조적 요인으로 인해 인력 위주의 육안조사 한계 및 점검자 안전 우려가 커지고 있다. 대외적으로 SOC 운영 및 유지관리 환경은 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT) 등 스마트 기술 발전과 함께 무인화(관리)ㆍ초고속화(정보통신)ㆍ디지털화(자료)의 방향으로 빠르게 전환하고 있다. 이에 편리성과 반복 사용으로 인력과 비용을 절감하고, 점검자와 작업자의 안전을 먼저 고려하고, 유지관리 기술을 첨단화하기 위한 목적으로 교량 유지관리 분야에 있어서 로봇 기술의 적용성을 검토하는 기획연구를 수행하였다.

2연구내용

본 연구는 교량 유지관리를 위한 로봇기술의 적용성을 검토하기 위한 기획연구로 로봇기반 시스템 개발 방향성을 제시하고 후속 연구과제를 도출하는데 목적이 있다.

• 교량 유지관리 관련 로봇기술 동향 및 환경 분석
  • 국내외 정책동향 기술동향 시장현황 조사 및 분석
  • 로봇기반 시스템의 유지관리 활용 현황 및 기존 기술과의 차별성
• 고속도로 교량 유지관리용 로봇기반 시스템 적용 방안 검토
  • 유지관리 여건을 고려한 로봇기술 적용대상 선정
  • 점검/진단, 보수/보강, 스마트 센싱/IoT등 적용 가능한 요소기술 검토
• 고속도로 교량 유지관리용 로봇기반 시스템 개발 방향성 제시
  • 로봇기반 시스템 개발 소요 비용 및 타당성 분석
  • 로봇기반 시스템 개발 로드맵 작성 및 후속과제 도출

3연구범위 및 수행방법

• 본 연구의 공간적 물리적 대상은 고속도로 교량으로 한다.
• 교량의 설계, 시공, 유지관리에 이르는 건설 전 과정 중에서 유지관리를 위한 로봇 기술을 대상으로 한다.
• 로봇은 사용 용도에 따라 제조용 로봇과 서비스용 로봇으로 분류하며, 서비스용 로봇은 다시 전문서비스용 로봇과 개인서비스용 로봇으로 구분한다. 교량 유지관리용 로봇은 전문서비스용 로봇으로 분류되며, 이를 중심으로 검토한다.
• 선정된 요소기술에 대해서는 필요한 경우 축소모형 제작이나 사전 검증실험을 실시하여 가능성을 검토한다.

• 제목 : AI 탑재 생체모방 소프트 로봇을 활용한 폐쇄적 관로 이상 탐지, 진단 및 조치 기술 개발 최종보고서
• 저자 : (주)모핑아이; 가천대학교; 써로마인드; 큐테크코리아
• 발행처 : 국토교통부; 국토교통과학기술진흥원
• 출판년도 : 2024-05

• 제목 : 나선형 삼각 바퀴 기반 택배화물 라스트마일 계단 자율주행 배송 로봇 최종보고서
• 저자 : 부산대학교; 한양대학교
• 발행처 : 국토교통부; 국토교통과학기술진흥원
• 출판년도 : 2023-04-10

• 제목 : 건축물 골조공사 먹매김 시공 자동화 로봇 및 관리플랫폼 개발 최종보고서
• 저자 : 조선대학교 산학협력단; (주)빌딩포인트코리아; 순천향대학교 산학협력단
• 발행처 : 국토교통부; 국토교통과학기술진흥원
• 출판년도 : 2023-03-31

• 제목 : 공동주택 단지 내 로봇배송 구현을 위한 인프라 구축(안) 마련
• 저자 : 김길태; 곽병창; 황인태; 최현; 김용환
• 발행처 : 한국토지주택공사 토지주택연구원
• 출판년도 : 2023

• 제목 : 진단용 로봇 시스템
• 요약정보

  상수관로 내부와 같이 사람이 접근하기 힘든 작업 환경에 로봇을 투입하여 접근, 탐색 및 작업 등을 수행하기 위해서는 인간의 시각 기능을 대신할 고성능의 카메라를 필요로 하게 된다. 기존의 카메라는 장비의 전단에 부착되어 고정되거나 회전 또는 틸트 기능을 이용하여 관로 내부를 모니터링 하였다. 그러나 관로 내면의 모습을 정면으로 촬영할 수 없거나 부득이 장비를 정지하여 카메라를 조정하여야 하므로 연속작업이 어렵거나 관로 내면의 일정 부분에 국한하여 촬영할 수밖에 없었다. 따라서, 기존의 전방 카메라의 단점을 보완하기 위해 전방향 카메라 모듈을 이용한 360° 영상 취득 제어장치가 탑재된 로봇을 개발한 기술이다.

• 활용현황 및 전망

  상수관로 전용의 배관로봇(In-pipe Robot)은 상수관로 배관내의 제한된 공간의 원활한 주행을 비롯하여 스케일의 제거와 세관/세척 이후의 관내 라이닝(코팅) 등의 작업을 동시에 수행할 수 있어야 하며, 관체의 상태를 확인할 수 있는 점검/검사(조사/진단) 기능도 함께 갖추어 있어야 한다. 이러한 기본 목적을 만족하기 위한 상수관로용 로봇의 기본적인 개발 요구 조건을 결정하고 그 세부적인 사항을 살펴보면 다음과 같다.

  상수관로 전용 배관로봇은 상수관로 내의 곡관부와 수직관, 수평관 및 곡관을 비롯한 상하월부의 주행이 가능하여야 하며, 배관 검사와 작업을 동시에 진행하면서 최소 1m/min의 진행속도를 가지고 있어야 현장에서의 작업성을 만족시킬 수 있다. 또한, 원활한 관내의 주행을 위해 반드시 관경보다 작아야 하고, 극한상태에서의 활동을 보장할 수 있게 방수와 방진 기능과 함께 신뢰성 있는 내구성을 갖추어 향후 활용 전망이 밝다고 할 수 있다.

• 개발회사

  수자원기술 주식회사

• 본 자료는 공공/민간으로부터 수집한 특정 현장 적용사례로서 정부나 한국건설기술연구원의 기준 또는 지침이 아니므로, 각 현장이나 사업의 특성을 고려하여 참고자료로 활용하시기 바랍니다.