Archive

Journal of Korea Robotics Society - Vol. 16 , No. 3

[ ARTICLE ]
The Journal of Korea Robotics Society - Vol. 16, No. 3, pp.199-206
Abbreviation: J. Korea Robot. Soc.
ISSN: 1975-6291 (Print) 2287-3961 (Online)
Print publication date 01 Sep 2021
Received 29 Apr 2021 Revised 18 Jun 2021 Accepted 18 Jun 2021
DOI: https://doi.org/10.7746/jkros.2021.16.3.199

교량용 거더 원격 정밀거치 시스템 개념 설계
이상윤 ; 박영수1 ; 이상원2 ; 정태일3 ; 송재준4

Conceptual Design of Remote Precise Installation System for Bridge Girders
Sangyoon Lee ; Youngsoo Park1 ; Sangwon Lee2 ; Taeil Chung3 ; Jaejoon Song4
1Senior Researcher, KICT, Goyang, Korea ((youngsoopark@kict.re.kr)
2Researcher, KICT, Goyang, Korea (sangwonlee@kict.re.kr)
3Research Specialist, KICT, Goyang, Korea (taeilchung@kict.re.kr)
4Research Fellow, KICT, Goyang, Korea (jjsong@kict.re.kr)
Correspondence to : Senior Researcher, Corresponding author: Structural Engineering, KICT, Goyang, Korea (sylee@kict.re.kr)


CopyrightⓒKROS
Funding Information ▼

Abstract

The robot is an effective means to perform repetitive tasks quickly and accurately. It could be more effective in dangerous environments where human is difficult to access. The construction site is a dangerous environment with a high possibility of industrial accidents where heavy work is frequently carried out at a high place. In particular, an accident in the construction site is highly likely to lead to a severe disaster. Of course, various technologies are being developed to monitor the safety of workers in construction sites and prevent accidents, but there is a limit to eliminate the risk of accidents. Therefore, it is necessary to make efforts to replace workers exposed to dangerous environments with equipment or robots that could be controlled remotely in a more active way. In this study, Remote Precise Installation System was proposed to replace the workers exposed to the risk of accident at a high place during the bridge construction. Also, the conceptual design and analytical reviews of this system were carried out. Suppose Remote Precise Installation System is developed according to the derived concept and the target performance. In that case, this system is expected to be applied as a technology that can effectively replace the workers at the bridge construction site.


Keywords: Conceptual Design, Remote System, Construction Robot, Bridge

1. 서 론

로봇은 반복적인 작업을 신속하고 정확하게 수행하여 작업효율을 현저하게 높일 수 있는 효과적인 수단이며, 인력이 접근하기 어려운 위험한 환경에서 인력을 대신할 수 있는 수단으로서 큰 효과를 얻을 수 있다. 건설 분야의 경우, 고준위 방사능에 오염된 원전 내 현장과 수중건설 현장과 같이 인력의 투입이 어려운 현장에 원격으로 제어 가능한 로봇을 투입하기 위한 기술의 개발과 적용이 이루어진 바 있다[1,2].

건설현장은, 앞서 예시한 원전 해체 및 수중건설 현장과 달리 인력의 투입이 불가능한 환경은 아니지만, 높은 위치에서 중량물을 다루는 작업이 빈번하게 이루어져 산업재해 발생 가능성이 높은 환경이다. 건설현장은 작업자의 안전을 위협하는 요소도 많이 존재하지만 사고가 발생할 경우 심각한 재해로 이어질 가능이 높은 산업현장이라 할 수 있다.

물론, 건설현장에 투입되는 작업자의 안전을 모니터링하고 사고를 예방하기 위한 다양한 기술[3-5]이 개발되고 있지만 사고 위험을 근본적으로 차단하기에는 한계가 있다. 따라서 보다 적극적인 방법으로, 위험한 환경에 노출된 인력을 원격제어 가능한 장비(또는 로봇)로 대체하여 사고 위험을 근본적으로 차단하기 위한 노력이 필요하다.

본 연구는 대표적인 인프라 구조물인 교량을 건설하는 과정에서 높은 위치에 투입되어 사고의 위험에 노출되는 인력을 대신할 수 있는 원격제어 장비 개발을 목적으로 수행되었다. 본 논문에서는 교량용 거더를 거치하는 과정을 인력의 투입 없이 수행하기 위한 교량용 거더 원격 정밀거치 시스템의 개념 설계와 이를 위해 수행된 역학적 검토 및 결과에 대해서 기술하였다.


2. 거더 원격 정밀거치 시스템의 개요
2.1 기존 거더 거치 공정의 개요

도로 상에 건설되는 교량은 다양한 형식을 갖는데, 이 중에서 거더 교량은 교량 길이방향으로 배치되는 주부재 위에 바닥판을 설치하는 형식이다[Fig. 1]. 거더 교량은 통상 30 ~ 60 m 범위의 경간 길이를 갖는 교량에 적용된다.


[Fig. 1] 
Structure of typical girder bridges[6]

교량용 거더는 통상적으로 교량 시공 현장 인근에 마련된 제작장에서 제작하여 트레일러를 이용해 거치(설치) 위치로 운반한다. 운반된 거더는 두 대의 크레인으로 인양하여 교량 받침이 설치된 교각 또는 교대 위로 운반된다. 교량 받침 인근으로 운반된 교량용 거더는 교각 또는 교대 위에 배치된 작업자에 의해 수평방향 위치가 정밀하게 조정되고, 최종적으로 교량 받침 위에 거치된다[Fig. 2]. 이 과정에서 교각 또는 교대 위에 미리 배치된 작업자는 거더를 거치하는 과정에서 [Table 1]에 예시한 것과 같은 추락 사고의 위험에 노출된다.


[Fig. 2] 
Construction sequences of girder bridge: Girder installation[6]

[Table 1] 
Cases of falling (accident) during girder installation[7]
Contents Case I Case II
Year 2011 2016
Height of fall 17.5 m 25 m
# of death / injury Death 1 Death 1 / Injury 1
Illustration of accidents

2.2 거더 원격 정밀거치 시스템의 구성 및 운용 프로세스

거더 원격 정밀거치 시스템은 두 대의 정밀거치 장치(Installation equipment)와 원격제어시스템(Remote control system)으로 구성된다[Fig. 3]. 정밀거치 장치는 거더를 수직으로 인양하기 위한 인양용 잭(Lifting jack)과 거더의 수평위치를 조정하기 위한 매니퓰레이터로 구성되어 거더의 수평·수직위치를 원격으로 정밀하게 조정하게 된다. 또한, 정밀거치 장치에는 원격으로 제어하기 위한 계측, 통신 장치 등도 탑재 된다. 본 논문에서는 수직·수평 위치 조정을 수행하는 정밀거치 장치의 기계적인 기능과 성능을 중심으로 기술하였다.


[Fig. 3] 
Composition of Remote Precise Installation System for Bridge Girder

거더 원격 정밀거치 시스템은 두 대의 정밀거치 장치를 이동식 크레인으로 인양하여 운용하며, 두 대의 크레인을 이용하여 거더를 교량 받침 인근으로 이동시킨 이후에 거더 원격 정밀거치 시스템을 이용한 수평위치 조정이 이루어진다[Fig. 4].


[Fig. 4] 
Conceptual illustration: bridge girder installation with the installation equipments

거더의 원격정밀 거치는 크레인의 작동이 멈춘 상태에서 [Table 2]의 순서로 수행된다. 먼저, 2 대의 정밀거치 장치에 부착된 매니퓰레이터의 수직 유압잭 4개의 스트로크(stroke)를 길게 뻗어 교각(또는 교대)의 상면을 접지한다. 수직 유압잭의 접지부는 접지면의 마찰력에 의해 교각(또는 교대) 상면에 고정되어 수평위치 조정을 위한 지지점의 역할을 하게 된다. 다음으로, 매니퓰레이터의 수평 유압잭을 이용하여 최종 거치 위치로 거더의 위치를 조정한다. 이 때, 각 매니퓰레이터는 거더의 수평 이동과 회전 이동이 이루어지도록 부여된 수평방향 변위를 동기화되어 발생시키게 된다. 수평위치 조정이 완료되면, 정밀거치 장치에 탑재되어 거더와 직접 연결되어 있는 인양용 잭을 이용하여 최종 위치에 거더를 내려놓으면서 정밀거치 과정이 완료된다. 상기에 기술된 모든 제어는 교량 시공 위치 인근에 설치된 원격제어시스템을 통해 제어된다.

[Table 2] 
Sequences of girder installation
Step Explanation / Illustration
Contacting Contact and fix the feet of manipulators on the top surface of the substructure
Horizontal
Positioning
Control the horizontal position of the girder by using 4 manipulators on the installation equipments
Putting down Put the girder down on the bridge shoes vertically by using lifting jacks in the installation equipments


3. 거더 원격 정밀거치 시스템의 적용 가능성 검토
3.1 시스템의 작동 원리

거더 원격 정밀거치 시스템은 정밀거치 장치의 바닥이 교각 상면에 접지된 상태에서 거더의 길이방향 기울기가 수평에 가까운 상태로 유지되는 특성을 기반으로 작동된다.

[Fig. 5]는 정밀거치 장치를 교각 상면에 접지시키고 수평방향(음의 x-축 방향 )으로 거더를 이동시킨 상태를 나타낸 것이다. 거더는 양단에서 정밀거치 장치에 연결되어 매달려 있는 상태로, 연직방향으로 거더를 내려놓기 전까지 수평위치를 조정하는 동안에 최초의 기울기를 유지하게 된다. 인양용 잭의 스트로크는 거더의 수평위치를 조정하는 동안 고정되어 있기 때문에, 거더에 고정된 정밀거치 장치 역시 최초의 기울기가 유지된다. 정밀거치 장치의 기울기가 거더의 기울기에 의해 구속될 수 있는 것은 정밀거치 장치와 거더를 연결하는 연결부(이하, 인양용 잭-거더 연결부, [Fig. 5]의 Link)를 무한강성 부재로 간주할 수 있기 때문이다. 인양용 잭-거더 연결부는 약 100 ~ 150 tonf의 큰 중량을 인양할 수 있는 수준의 강성을 보유하고 있기 때문에 거더의 수평위치를 조정하는 중에 발생하는 하중에 의해서는 대변형이 발생하지 않아 무한강성 부재와 유사하게 간주할 수 있다.


[Fig. 5] 
Conceptual illustration: boundary conditions and constraints during horizontal positioning

[Fig. 6]과 같이 거더를 수평으로 이동시키게 되면 크레인에 고정된 행어로프가 기울어지면서 제자리로 돌아가려고 하는 복원력이 발생하며, 복원력은 정밀거치 장치와 교각 상면 간의 접지면에 작용하는 마찰력에 의해 지지된다. 만일, 정밀거치 장치의 기울기가 고정되어 있지 않다면 [Fig. 6]과 같이 정밀거치 장치가 기울어지면서 거더의 위치는 최초의 위치로 복원될 수 있다. 그러나 거더의 반대편 단부의 수직변위가 정밀거치 장치에 의해 고정되어 있기 때문에 [Fig. 6] 과 같은 거더의 기울기 변화는 발생할 수 없다. 즉, 플랫폼에 부착된 매니퓰레이터를 이용하여 거더의 수평위치를 조정하더라도 정밀거치 장치의 기울기가 최초의 상태로 고정되어 있기 때문에 행어로프의 편심으로 인한 거더 위치의 복원은 발생하지 않는다.


[Fig. 6] 
Conceptual illustration: conflicts against constraints in an assumed situation that girder returns after horizontal positioning

3.2 수평위치 조절 기능의 해석적 검토

본 연구에서는 거더 수평위치 조정을 위한 시스템의 작동원리에 대한 타당성을 검토하기 위해 해석적인 검토를 수행하였다. 해석적 검토를 위한 유한요소모델은 [Fig. 5]의 개념도를 모사하여 작성하였다.

[Fig. 7]은 유한요소모델을 보여준다. 정밀거치 장치는 단순화하여 모델링하였고, 거더와 정밀거치 장치는 20 mm 직경을 갖는 트러스 요소로 연결되도록 하고, 트러스 요소에 강재의 5배에 이르는 탄성계수(1,000 GPa)를 적용하여 무한강성에 가깝게 거동하도록 하였다. 정밀거치 장치는 본체의 중심에서 10 mm가 이격된 위치에 지지점이 형성되도록 하여, 거더에 10 mm의 수평위치 조정이 이루어진 상태를 모사하였다. 행어로프의 길이는 크레인으로부터 5 m연장되어 내려오고, x-축 반대 방향으로 10 mm 이격된 위치에서 정밀거치 장치의 상단과 연결되도록 하였다. 거더에 적용된 총 중량은 40 tonf이며, 정밀거치 장치와 연결된 거더의 반대편 하단은 롤러 조건의 지지점을 적용하여 수평방향으로 자유롭게 움직일 수 있도록 하였다.


[Fig. 7] 
Finite element analysis model for girder installation system and bridge girder with 10 mm initial displacement

유한요소모델을 이용한 해석은 [Fig. 7]과 같은 초기의 상태에서 10 mm의 편심으로 인한 복원력에 의해 자유로운 진동이 발생하도록 속도 및 가속도에 대한 별도의 초기조건 없이 거더의 거동이 안정되는 시간까지 시간이력 거동을 계산하는 방법으로 수행하였다.

해석결과, 수평위치가 조정된 거더는 조정된 위치에서 크게 벗어나지 않은 위치에 수렴하면서 평형상태를 유지하게 되는 것으로 나타났다. 즉, 안정적인 수평위치 조정이 가능하다는 것을 알 수 있다. [Fig. 8]의 그래프는 거더의 좌측 하단에 발생한 변위의 시간이력을 나타낸 것으로, 거더의 위치는 초기 위치에서 음(-)의 x-축 방향으로 약 0.8 mm 이동한 위치에 수렴하는 것으로 나타났다. 거더에 발생한 추가적인 변위는 당초 예상한 복원력의 반대 방향으로 발생하였는데, 이는 정밀거치 장치 중심에 작용하는 거더의 자중이 정밀거치 장치의 지지점으로 부터 외측(음의 x-축 방향)에 편심력으로 작용하기 때문인 것으로 판단된다. 유한요소해석 결과로부터 확인된 거동 특성은 다음과 같이 정리할 수 있다.


[Fig. 8] 
Finite element analysis result: time history of displacement at the picked point on girder model

  • 1) 수평위치가 조정된 거더는 거더의 자중에 의한 편심으로 인해 거더가 이동한 방향으로 지속적(추가적)으로 이동하려는 경향이 있음
  • 2) 그러나 거더와 정밀거치 장치의 기울기가 구속되어 있기 때문에, 거더에 발생하는 추가적인 변위는 제한된 범위 내에서 수렴함

4. 거더 원격 정밀거치 시스템의 성능 목표
4.1 정량적 성능 목표

거더 원격 정밀거치 시스템은 현재의 거더 위치와 목표 지점 간 수평·수직 방향 오차를 보정하는 시스템으로, 시스템이 운용되는 시점의 초기 조건으로부터 정량적인 목표 성능이 결정된다. 원격 정밀거치의 시점은 크레인에 의해 거더가 교량 받침 인근으로 운반이 완료된 상태라 할 수 있다.

본 연구에서는 거더를 거치하는 전 과정을 무인·자동화하기 위해 크레인에 의한 거더의 운반 과정도 자동화된 시스템으로 개발하고 있다. 개발 중인 거더 자동운반 시스템에서 운반 목표 지점(교량 받침)과 거더의 위치는 LiDAR를 이용한 구조물 위치 측정 정보와 RTK-GPS 정보를 기반으로 추정하는 것으로 계획되어 있다. 경제적인 운용이 가능한 수준의 LiDAR와 RTK-GPS 장치가 보유한 측정 오차[8,9]를 고려하여, 거더 자동운반 시스템의 운반 종료 시점에서 거더의 위치는 목표 지점을 기준으로 수평방향으로 ±100 mm와 수직방향으로 150±150 mm의 범위 내에 있도록 목표를 설정하였다. 즉, 원격 정밀거치의 시점에서 거더는 최종 설치 위치를 기준으로 수평으로 최대 100 mm, 수직으로 최대 300 mm 이격되어 위치하게 된다. 이 때, 크레인과 정밀거치 장치를 연결하는 행어로프의 길이는 크레인을 활용한 일반적인 거더 거치 현황을 반영하여 최소 5 m 이상이 확보되도록 설정하였다.

원격 정밀거치 시스템의 정량적 성능 목표는 [Fig. 9]의 초기 상태에서 시스템을 이용한 각 작업 단계에서 요구되는 기능을 구현할 수 있도록 설정되어야 한다.


[Fig. 9] 
Initial condition before operating the Remote Precise Installation System for Bridge Girders

[Table 3]은 원격 정밀거치 시스템에 요구되는 정량적 성능 목표를 정리한 것이다. 원격 정밀거치 시스템은 거더를 운반하고 최종 위치에 거치시키기 전까지 최대 150 tonf에 이르는 중량의 거더를 인양하고 있어야 하므로, 정밀거치 장치에 설치된 인양용 잭은 75 tonf 이상의 인양 용량이 확보되어야 한다. 본 연구에서는 안정적인 운용을 위한 안전율(= 2.0)을 고려하여 각 정밀거치 장치의 인양용량을 150 tonf 이상 확보할 수 있도록 하였다. 수평·수직 위치 조정 범위는 초기의 이격을 수용할 수 있도록 설정되었으며, 정밀거치 장치에 설치되는 계측 장치의 수평방향에 대한 상대위치 측정 오차는 1 mm 이내로 설정하였다. 교량의 시공과 관련한 우리나라의 시방서[10-12]에서는 교량용 거더 거치 위치의 정밀도에 대한 기준을 제시하고 있지 않지만, 「도로교표준시방서」에서는 ‘강재로 제작된 주거더의 중심 간격’에 대한 오차를 ± 3 mm 수준으로 제한하고 있다. 본 연구에서는 거더 거치 위치의 정밀도를 ‘강재로 제작된 주거더의 중심 간격’에 대한 오차인 ±3 mm 이내로 제한하였으며, 이를 확인하기 위한 계측장치의 측정오차를 1 mm로 설정하였다.

[Table 3] 
Target performance of the Remote Precise Installation System for Bridge Girders
Step Performance item Target
Lifting
(Before Contacting)
Lifting capacity for each installation equipment > 150 tonf
Contacting Vertical stroke of the manipulator > 300 mm
Contact force force for not slipping during positioning
Horizontal Positioning Relative position measuring accuracy < 1 mm
Positioning range in longitudinal/transverse directions > 100 mm
Putting down Putting-down range > 300 mm
Putting-down velocity < velocity for not rebounding of girder

원격 정밀거치 시스템의 정량적 성능 목표 항목 중에서 접지력(Contact force)과 거더의 하강속도(Putting-down velocity)는 목표 설정을 위한 역학적인 검토를 필요로 한다. 접지력은 수평위치 조정 중에 발생하는 수평력에 의해 접지면에서 미끌어짐이 발생하지 않도록 결정되어야 하며, 거더의 하강속도는 거더가 수직방향으로 교량받침에 접촉한 이후에 받침의 탄성으로 거더가 리바운드 되지 않도록 느린 속도로 결정되어야 한다.

4.2 정량적 성능 목표 설정을 위한 역학적 검토
4.2.1 수직 유압잭의 접지력

[Fig. 10]은 원격 정밀거치 시스템에 의해 거더의 수평위치가 조정된 상태에서 정밀거치 장치에 작용하는 하중의 상태를 나타낸 것이다. 수평위치 조정으로 이격된 거리(d)는 수평력(Th)을 발생시키고, 수평력은 접지력(Rv)으로 인해 발생되는 수평마찰력(Rh)으로 지지된다. [Fig. 10]에서 접지력과 수평마찰력은 거더의 뒤편에서도 작용하기 때문에 합력(2Rv, 2Rh)으로 표기하였다. 접지력은 매니퓰레이터의 수직 유압잭의 스트로크를 뻗어 스트로크의 끝에 장착된 발판이 교각 상면에 접지하면서 발생하기 시작하고, 필요한 접지력에 도달할 때 까지 유압잭으로 하중의 크기를 증가시킬 수 있다. 행어로프가 부담하고 있는 거더의 자중(W)은 수직 유압잭에 의해 발생한 접지력(Rv) 만큼 경감된다. 접지력은 거더의 자중에 비해 매우 작기 때문에, 접지력을 계산하는 과정에서에 접지력으로 인한 행어로프에 작용하는 하중의 감소는 무시하였다.


[Fig. 10] 
Forces on the installation equipment after contacting

수평위치 조정에 의한 이격으로 발생하는 수평력(Th)은 식 (1)의 관계식으로부터 계산할 수 있고, 필요한 접지력(Rv)는 식 (2)의 관계로부터 계산할 수 있다. 여기서, μ는 접지면의 마찰계수이다.

Th=Tvd/L=W/2d/L(1) 
Rv=Rh/μ=Th/2/μ(2) 

[Table 4]는 거더 정밀거치 시스템의 운용 초기 조건을 바탕으로 적용된 각 변수의 값을 정리한 것이다. 거더의 자중(W)은 적용 대상 범위 내 최댓값인 150 tonf를 적용하였다. 각 변수에 적용된 값을 바탕으로 계산된 수평력(Th)의 크기는 1,500 kgf이고, 접지면의 정지마찰계수(μ)를 적용한 필요 접지력(Rv)은 1,315 kgf이다. 최종적으로 목표 접지력은 안정적인 운용을 위한 안전계수(2.0)가 적용된 값(2,632 kgf)을 확보할 수 있도록 3 tonf로 설정하였다.

[Table 4] 
Target performance of the Remote Precise Installation System for Bridge Girders
Variable Value
Girder weight, W 150,000 kgf (150 tonf)
Length of rope, L 5,000 mm
Gap to centroid, d 100 mm
Friction coefficient (Static)[13], μ 0.57

4.2.2 거더 하강속도

거더 하강속도는 인양용 잭에 의해 조절되는 성능으로서 하강속도의 크기에 따라 인양용 잭과 제어기의 구성에 영향을 미친다. 거더 하강속도가 빠를 경우에는 거더가 교량 받침에 충돌되는 상황과 유사하게 교량 받침의 탄성에 의한 반동으로 받침 위로 리바운드 될 수 있다. 반대로, 거더 하강속도가 필요 이상으로 느린 경우에는 거더를 하강시키는데 많은 시간이 소요되어 공정을 지연시키게 된다.

본 연구에서는 적절한 교량 하강속도를 결정하기 위한 동적 유한요소해석을 수행하였다. 유한요소해석은 낮은 중량의 거더를 하강시키는 케이스(Case I)와 높은 중량의 거더를 하강시키는 케이스(Case II)를 대상으로 수행하였다. 해석에 적용된 케이스는 실제 교량에 적용된 사례가 있는 거더와 교량 받침의 제원이 적용된 것이다. 두 해석 케이스에 적용된 유한요소모델의 크기는 동일하게 적용하고, 각 케이스에 해당하는 거더의 중량과 받침의 강성을 다르게 적용하였다. [Table 5]는 두 케이스에 대한 거더의 중량과 스프링 계수를 정리한 것이며, [Fig. 11]는 유한요소해석의 개요를 나타낸 것이다. 유한요소모델을 이용한 해석은 받침에 접한 상태의 거더에 수직 아래 방향으로 각각의 초기 속도를 적용하고 거더의 거동이 안정되는 시간까지 시간이력 거동을 계산하는 방법으로 수행하였다.

[Table 5] 
Self-weight of girder and spring constant of bridge shoe for each analysis case
Case Case I Case II
Self-weight 401 kN
(40.87 tonf)
2,039 kN
(207.85 tonf)
Bridge shoe
(Rubber bearing)
size
(width×Length×Height)
300×400×120 mm 400×500×136 mm
Spring Constant 678,784 kN/mm 1,393,521 kN/mm


[Fig. 11] 
Concepts of both analysis cases to check the rebound height after contact in each velocity

[Fig. 12]는 해석결과로서 거더 하강속도가 빠르지 않은 경우와 빠른 경우에 대한 결과를 예시한 것이다. 거더 하강속도가 빠르지 않은 경우에는 전형적인 감쇠진동의 경향을 보였으며, 리바운드 되는 최대 높이도 받침의 상단을 넘지 않는 경향을 보인다. 반대로, 거더 하강속도가 빠른 경우에는 감쇠되지 못하고 진동이 상당기간 유지되는 것으로 나타났으며, 접촉 초기에 리바운드 되는 최대 높이가 받침의 상단을 넘는 것으로 나타났다.


[Fig. 12] 
Example of analysis results: Case I with 2,000, 50,000, 10,000 mm/min velocities

고려된 모든 해석 케이스에 대한 결과를 비교하여 나타낸 [Fig. 13]에서 거더의 최대 리바운드 높이는 10,000 mm/min의 거더 하강속도가 부여된 경우를 제외하고 교량 받침의 상단을 넘지 않는 것으로 나타났다. 따라서 해석결과를 바탕으로 안정적인 거더의 거치가 가능할 것으로 판단되는 5,000 mm/min 이하를 거더 하강속도에 대한 성능 목표로 설정하였다.


[Fig. 13] 
Comparison of maximum rebound height of girder for each analysis cases


5. 결 론

본 연구에서는 교량을 시공하는 과정에서 높은 위치의 위험한 환경에 투입되는 작업자를 대신할 수 있는 거더 원격 정밀거치 시스템에 대한 개념설계를 수행하였다.

거더 원격 정밀거치 시스템의 거더 수평위치 조정 기능에 대한 해석적인 검토를 통해 제안된 시스템의 적용 가능성을 확인할 수 있었다. 또한, 제안된 원격 정밀거치 시스템의 운용 환경과 역학적인 검토를 통해 시스템의 운용에 필요한 합리적인 수준의 성능 목표를 설정하였다. 본 연구에서 제안된 거더 원격 정밀거치 시스템이 도출된 개념에 따라 개발되고 기능과 목표 성능이 확보된다면 교량 거더 거치 현장의 인력을 효과적으로 대체할 수 있는 기술로 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

제안된 시스템의 기능을 원활히 구현하고 교량 건설 현장에 안정적으로 적용하기 위해서는, 거더 원격 정밀거치에 필요한 계측 시스템의 개발과 개념적으로 도출된 거더 원격 정밀거치 시스템 시제품 제작 및 시험 운용을 통한 지속적인 기술보완과 안전성에 대한 충분한 검토가 이루어져야 할 것이다.


Acknowledgments

This research was conducted with the support of the “National R&D Project for Smart Construction Technology (No.20SMIP-A158708-01)” funded by the Korea Agency for Infrastructure Technology Advancement under the Ministry of Land, Infrastructure and Transport, and managed by the Korea Expressway Corporation


References
1. T. Fukumoto, K. Ishizawa, S. Okada, K. Hirano, K. Kurosawa, and Y. Murai, “Development of Robots Working in High Radiation Environment for Decommissioning Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant,” The 23rd National Symposium on Power and Energy Systems, Tokyo, Japan, 2018, [Online], https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=RN:50004559.
2. J.-W. Lee, J.-W. Park, J.-H. Suh, and Y.-H. Choi, “Redundant Architectural Design of Hydraulic Control System for Reliability Improvement of Underwater Construction Robot,” Journal of Ocean Engineering and Technology, vol. 29, no. 5, pp. 380-385, Oct, 2015.
3. J.-Y. Kim, S.-S. Ahn, and J.-H. Kang, “Development of Location/Safety Tracking System for Construction Site Workers by Using MEMS Sensors,” Journal of The Institute of Electronics and Information Engineers, vol. 49, no. 1, pp. 12-17, Mar, 2012, [Online], https://www.koreascience.or.kr/article/JAKO201215053142850.page.
4. S. Park, S. Yoon, and J. Heo, “Image-Based Automatic Detection of Construction Helmets Using R-FCN and Transfer Learning,” Journal of The Korean Society of Civil Engineers, vol. 39, no. 3, pp. 399-407, Jun, 2019.
5. S.-H. Kim, C.-S. Kang, and H. G. Ryu, “IoT-based Dangerous Zone Alarming System for Safety Management in Construction Sites,” Journal of the Korea Convergence Society, vol. 10, no. 10, pp. 107-115, Oct, 2019.
6. Midas IT, Precast Concrete Bridges, [Online], https://www.midasbridge.com/en/solutions/precast-concrete-bridges, Accessed: April 28, 2021.
7. Monthly Safe World, Cases of accident, [Online], https://www.safetygo.com, Accessed: April 28, 2021.
8. Velodyne Lidar, Puck, [Online], https://velodynelidar.com/products/puck/, Accessed: April 28, 2021.
9. S. T. Moon, Y. J. Choi, D. Y. Kim, M. Seung, and H. C. Gong, “Outdoor Swarm Flight System Based on RTK-GPS,” Journal of KIISE, vol. 43, no. 12, pp. 1315-1324, Dec, 2016.
10. Standard specification of highway bridge, Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Republic of Korea, 2016, [Online], https://www.kcsc.re.kr/.
11. Standard specification of concrete structures, Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Republic of Korea, 2016, [Online], https://www.kcsc.re.kr/.
12. General standard specification of construction for infra structure, Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Republic of Korea, 2016, [Online], https://www.kcsc.re.kr/.
13. B. G. Rabbat and H. G. Russell, “Friction Coefficient of Steel on Concrete or Grout,” Journal of Structural Engineering, vol. 111, no. 3, pp. 505-515, Mar, 1985.

이 상 윤

2001 한양대학교 토목공학과(학사)

2003 한양대학교 토목환경공학과(석사)

2013 고려대학교 사회환경시스템공학과(박사)

2003~현재 한국건설기술연구원 수석연구원

관심분야: Construction Robots, Automated Construction, Prefabricated structures

박 영 수

2009 세종대학교 토목환경공학과(학사)

2011 세종대학교 건설환경공학과(석사)

2016 세종대학교 건설환경공학과(박사)

2018~현재 한국건설기술연구원 수석연구원

관심분야: 구조물 유지관리, 건설자동화

이 상 원

2010 연세대학교 토목환경공학과(학사)

2017 연세대학교 토목환경공학과(박사)

2020~현재 한국건설기술연구원 박사후 연구원

관심분야: Construction Robots, Tele-robotics, Cooperative manipulation

정 태 일

2007 성균관대학교 기계공학부(학사)

2009 한국과학기술원 로봇공학학제전공(석사)

2020~현재 한국과학기술원 로봇공학학제전공(박사과정)

2017~현재 한국건설기술연구원 전임연구원

관심분야: Construction Robots, Tele-robotics, Cooperative manipulation

송 재 준

1988 한양대학교 토목공학과(학사)

1993 독일 아헨공대 토목공학과(석사)

2002 독일 다름슈타트공대 토목공학과(박사)

2003~현재 한국건설기술연구원 연구위원

관심분야: Construction Robots, Automated Construction, Prefabricated structures