Lever Working Area Mapping and Safe Posture Return Algorithm for Improvement of Unmanned Excavator Robot System

Dongbin Shin; Joonkyu No; Seonghoon Jang; Jiyeong Lee; Changsoo Han

doi:10.55785/JCAR.1.4.31

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2022 Vol.1, Issue 4 Preview Page Next Page

Lever Working Area Mapping and Safe Posture Return Algorithm for Improvement of Unmanned Excavator Robot System 굴착기 무인화 로봇 시스템 개선을 위한 레버 작업 영역 맵핑 및 안전 자세 복귀 알고리즘 개발

26 December 2022. pp. 31-37

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Abstract

Construction excavators are heavy equipment frequently used in civil and building construction and account for a large portion of fatal accidents in the field. To reduce the accident rate at the construction site, research on the unmanned method using existing commercially excavators is being conducted. The problem with the system is that the range of excavator working area was limited due to the mismatch between the working area of the lever and the working area of the remote control module. In the study, the unmanned excavator robot system without renovation is used and the mapping algorithm of the lever working area is improved to solve the mismatch problem of the working area. Also, to solve the difficulty in securing vision and the risk of frequent accidents, the safe posture return algorithm is developed. By improving the mapping algorithm of the lever working area, the working area has been expanded by 5.8 to 17.4% compared to working area of the existing unmanned heavy equipment. The safe posture return algorithm is applied to the unmanned robot system and verified through the experiment. When the excavation work is complicated or the working time is expanded, using the cabin-type remote control system showed 4.6~7% work efficiency based on 5m drainage work. For unskilled workers, it was confirmed that the more the number of video supporters, the 43~71% of the working time decreased.

Keywords

Unmanned Excavator Robot System

Remote Control Module

Lever Working Area Mapping Algorithm

Safe Posture Return Algorithm

건설용 굴착기는 토목 및 건축 공사에 자주 쓰이는 중장비 기계로 현장에서 사망사고 재해에 많은 비율을 차지하고 있다. 건설 현장의 사고율을 줄이고자, 기존에 상용화된 굴착기를 활용하여 무인화하는 방식에 대한 연구가 진행되고 있다. 해당 시스템의 문제점으로는 레버 작업 공간과 원격 조종 모듈의 작업 공간이 불일치로 인해 굴착 작업 범위에 제한을 받고 있다. 본 연구에서는 무개조 기반 굴착기 무인화 로봇 시스템을 활용하고자 하며, 기존에 문제가 되었던 작업 영역의 불일치를 해결하고자 레버 작업 공간의 맵핑 알고리즘을 개선하였다. 또한 원격 조종 시, 시야 확보의 어려움이나 잦은 사고 발생 위험성을 해결하고자 안전 자세 복귀 알고리즘을 개발하였다. 레버 작업 공간의 맵핑 알고리즘을 개선하여 기존 대비 5.8~17.4% 작업 공간이 확장되었으며, 안전 자세 복귀 알고리즘을 무인화 로봇 시스템에 적용하여 내부 실험을 통해 검증하였다. 복잡한 굴착기 작업이나 작업시간이 길어질 경우, 캐빈 타입의 원격 조종 시스템을 이용하여 5m 배수로 작업 기준으로 4.6~7% 작업 효율을 보였으며, 비숙련자에게는 영상 지원개수가 많을수록 43~71%의 작업 시간이 감소하는 것을 확인하였다.

키워드

굴착기 무인화 로봇 시스템

원격 조종 모듈

레버 작업 공간 맵핑 알고리즘

안전 자세 복귀 알고리즘

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Information

Publisher :Korean Society of Automation and Robotics in Construction
Publisher(Ko) :(사)한국건설자동화·로보틱스학회
Journal Title :Journal of Construction Automation and Robotics
Journal Title(Ko) :건설자동화·로보틱스 논문집
Volume : 1
No :4
Pages :31-37
Received Date : 2022-11-08
Revised Date : 2022-11-30
Accepted Date : 2022-12-09
DOI :https://doi.org/10.55785/JCAR.1.4.31

Journal of Construction Automation and Robotics ISSN:2800-0552(Print) 2951-116X(Online) 건설자동화·로보틱스 논문집

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