‘고층건물시공자동화연구단’에서 수행하는 내용은 전통적인 건설 및 기계 산업에 첨단 로봇기술 및 IT를 접목시킴으로써 국민소득 30,000불 시대의 차세대 국가 성장동력 확보를 위한 전략기술을 개발하기 위한 사업으로 연구결과는 건설산업, 기계산업 및 로봇산업분야 등에 활용될 수 있을 것으로 예상된다.
우선 건설산업 측면에서 본 연구를 통해 개발되는 건설 로봇을 현장에 투입함으로써 고도의 숙련공을 요구하는 철골공사의 필요 인력을 줄이고, 작업의 안전도를 향상시킬 수 있다.
또 무선인식기술을 이용한 자재 관리 및 모니터링 시스템을 통해 효율적인 건축시공관리 체계를 확립하고 이를 표준화함으로써 이 분야의 글로벌 스탠더드를 이끌 수 있을 것으로 기대된다. 이를 통해 건설현장의 생산성 향상과 환경개선 효과를 거둘 수 있을 것이며 건설산업에 대한 첨단이미지를 창출할 수 있다.
기계산업 측면에서는 클라이밍 유압로봇의 개발을 통해 현재 낙후된 우리나라의 대용량 유압장치의 설계제작 능력 및 제어 기술을 향상시킴으로써 고가의 유압장치의 국산화 및 수입대체를 유도하며, 나아가 국내개발 제품의 해외수출로 이어질 수 있게 하는 기반기술로 활용할 수 있다.
로봇산업 측면에서는 기존의 로봇영역에 건설산업이라는 새로운 영역의 시장을 창출할 수 있을 것이며, 자재운반용 로보틱 머니퓰레이터의 개발을 통해서 현재 실용화 돼 있지 않은 고 중량 물체의 운반 및 접촉력 제어 기술에 대한 원천 기술 확보할 수 있다.
또한, 볼트 체결 메커니즘 개발을 통해 현재 기능인력에 의해 행해지는 볼트 체결 작업을 자동화할 수 있게 될 것이다.
특히 위의 산업분야 이외에도 본 연구의 성과를 자동차, 조선, 항공 등의 제조업에서의 부품조립 작업에도 활용될 수 있고, 건설 로봇 조종용의 사용자 인터페이스는 원자력 발전소, 해저 및 극한지 환경, 의료용 수술 로봇 등에 사용되는 원격조종형 로봇의 제어기술 개발에 응용할 수 있어 국가 전략기술개발 측면에서 개발기술의 전후방 효과를 극대화할 수 있을 것으로 기대된다.
마지막으로 본 연구에서 다루고 있는 RFID 및 원격제어 기술은 정부에서 추진하고자 하는 ‘U-City’ 구축사업에 핵심기술로 활용됨으로써 의료, 물류, 교통 등의 전통적인 기술을 혁신하는 데 크게 이바지할 것으로 보인다.
▲고층건물 시공 자동화 연구단의 연구 목표 및 추진 전략은.
연구 개발의 정량적 목표는 자동화 시공을 통한 노무량 30% 감소, 기후 영향 최소화를 통한 공기 15% 단축 및 지능형 타워크레인(Tower Crane, TC)개발을 통한 생산성 25% 향상이다.
이에 따라 연구단은 과제의 효율적 수행을 위해 크게 ‘고층 자동화 시공 핵심 요소기술 개발(1단계, 2007년~2009년)’과 ‘시스템 통합 및 시험시공 단계(2단계, 2010년~2011년)’로 구분해 연구 과제를 추진토록 했다.
우선, 1단계 연구로는 고층건물 구조체 자동화 시공에 요구되는 핵심기술을 개발하고, Downsized 프로토타입(prototype)을 통해 실제 시스템 적용상의 문제점을 도출하며 개선하는데 중점을 두고 있다.
이후, 2단계 연구를 통해 고려대학교 교내의 부지 내에 지하 1층 지상 7층에 연면적 3,300m2 규모 건물을 시공하고, 이를 통해 1단계에서 도출된 문제점을 보완, 핵심 기술을 실제로 구현할 뿐만 아니라, 핵심기술을 모듈별로 상용화 할 예정이다.
▲‘고층건물시공자동화연구단’이 추진하는 개발 시스템은.
로봇을 이용해 구조체 시공을 자동화하기 위해 크게 4가지 종류의 시스템이 필요하다. 첫째는, 구조체의 위치를 자동으로 파악하고 필요한 자재를 조립돼야 할 위치로 옮겨주는 지능형 타워 크레인 로봇이다. 이 로봇은 교통카드에 사용되는 RFID 기술과 첨단 laser 센서를 이용해 건설자재의 위치를 파악하고, 파악된 자재를 조립돼야 할 위치로 이동시키는 역할을 담당한다.
자재를 이동한 후에는 조립을 위해 2mm 오차 이내의 정밀도로 자재가 고정돼야 한다. 이를 위해 기존의 방법에서는 작업자 두 사람이 허공의 외줄 하나를 의지해 10여분 간 작업을 수행해야 했지만 개발될 기술에서는 특화된 자재설계를 통해 지능형 타워크레인 로봇이 스스로 이 작업을 수행할 수 있을 것으로 연구단은 예상한다.
둘째는, 자재에 볼트와 너트를 설치할 볼트체결 로봇이다. 현재 로봇의 수준을 사람으로 비유하자면, 4~5세의 지능수준을 가진 세계 최고의 근력맨이라고 할 수 있다.
볼트체결 로봇이 사람보다 월등한 힘을 가지고 있으나 스스로 볼트 구멍을 정확히 찾아내고, 볼트와 너트를 정확하게 조립하도록 하는 것은 매우 어려운 작업이다. 본 연구단에서는 세계 최초로 건설용 볼트체결 로봇을 개발하고 있으며, 기초 Prototype을 성공적으로 제작한 바 있다.
셋째는, 로봇을 이동시켜줄 이송용 로봇이다. 고층 건물의 시공자동화를 위해 볼트체결 로봇은 작업장 구석구석까지 도달할 수 있어야 한다. 하지만, 이를 위해서는 로봇의 길이가 건물의 크기만큼 길어져야 하므로, 로봇의 크기를 키우는 방법은 매우 비효율적이다.
연구단은 상기 목적을 효과적으로 달성하기 위해 레일 및 붐대를 이용한 이송용 로봇을 개발하고, 이를 통해 소형의 볼트체결 로봇으로도 모든 작업공간에서의 조립이 가능하도록 하는 시스템을 구축하고 있다. 또한, 이와 관련된 다수의 국내외 특허를 출원해 원천기술 확보에도 철저한 노력을 기하고 있다.
넷째는, 이 모든 작업환경을 안정적으로 감싸는 건설공장이다. 건설공장은 건물 최상단에 설치된 큰 텐트와도 같으며, 이곳을 통해 로봇의 지능형 작업을 위한 각종 센서 정보들이 제공된다.
또한, 건설공장은 눈이나 비 등의 외부환경으로부터 작업공간을 보호해 24시간 365일 작업을 가능케 하고, 작업자들에게 쾌적한 환경을 제공해 주는 효과도 함께 제공하게 된다.
▲연구단장으로서 현재까지의 평가 및 앞으로의 계획을 밝힌다면.
고층건물 시공 자동화 연구단은 제안된 시스템에 대해 5년 간 개발할 예정이며, 현재까지 1년 6개월가량 연구를 진행해 왔다. 로봇을 이용한 조립 자동화가 세계 최초의 기술 개발이니만큼, 본 연구단은 원천기술에 대한 지적 재산권 확보를 위해 심혈을 기울여 왔다.
또한 이를 통해 총 12건의 국내외 특허를 출원했다. 그뿐만 아니라 50여 편의 국내외 학술 논문 발표를 통해 연구 개발 성과를 학계에도 널리 알리고자 노력했다.
연구단은 1년 6개월이라는 짧은 연구 기간임에도 불구하고, 연구의 우수성을 인정받아 금년도에 (구)건설교통부가 지정하는 High Tech에 선정됐고, ‘2007 미래 핵심산업’ 대상 수상 및 각종 언론 매체 방영 등의 영예를 누리기도 했다.
그러나 연구개발의 최종목표에 도달하기 위해서는 넘어야 할 산들이 적지 않다. 우선 건설업계의 특성상 안전성이 100% 보장된 기술만이 사용될 수 있다. 혹여 안전성이 100% 보장이 될지라도, 기존 건설 방법과 차이점이 많은 경우 현장 적용에 거부감을 불러일으킬 수 있다.
이러한 점도 감안해 연구단은 세계 최초의 기술을 개발함과 동시에 개발된 기술을 기업 친화적으로 승화시키기 위해 최선의 노력을 다 할 것이다. 또한, 최첨단 로봇기술과 고층건물 시공기술을 접목시키고 이를 건설 기술 혁명으로 이어나갈 것이다.
