1. 수행배경

• 산업 현장에서 컨베이어벨트는 석탄 운반, 식품 가공, 폐기물 처리 등 다양한 산업 현장에 필수적으로 사용되는 핵심 설비이나 안전보건공단에 따르면, 2016년부터 2020년까지 5년간 컨베이어 관련 사고로 52명의 사망자와 2,389명의 부상자가 발생. 특히, 전체 산업 끼임 사고 사망자 (521명) 중 약 10%가 컨베이어 관련 사고였으며, 이는 사망 원인 중 두 번째로 높은 비율.

• 기존 컨베이어벨트 결함 진단 시스템은 대부분 고정형 방식으로, 정적인 상태에서만 진단하기 때문에 유연한 점검 불가능.

• 위와 같은 문제점을 해결하고, 근로자의 생명을 보호하며 산업 현장의 안정성과 효율성을 높이기 위해 이동형 컨베이어벨트 결함 탐지 로봇 개발. 이 로봇은 사람을 대신해 위험한 컨베이어벨트 구간을 유연하게 진단하여 사고를 예방.

2. 수행기간

3. 개발작품 설명

• 로봇 구동: 4개의 JGB37-520 DC 모터 4개와 JMOD-MOTOR Drive 2개를 아두이노 UNO에 연결하여 작동.

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  음향 데이터 수집: 모터에서 발생하는 미세한 소리와 진동을 아두이노 음향센서인 INMP441가 감지해 전기 신호로 변환

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  데이터 분석 및 결함 판정: 수집된 음향 데이터는 아두이노 ESP32-S3로 전송. FFT(Fast Fourier Transfrom) 알고리즘을 통해 주파수별로 분석. 모터의 주파수가 정상 범위를 벗어날 경우 결함으로 판정.

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  결함 알림: 모터 결함 판정 시 로봇에 장착된 LED가 적색으로 점등되어 작업자에게 경고.

  (작동 흐름도)

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    모니터링 로봇이 컨베이어 벨트 옆을 따라 이동

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    컨베이어 벨트의 모터부에서 로봇이 정지

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    모터에서 발생하는 음향데이터를 음향센서를 통해 수집

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    FFT 변환을 통해 Hz가 일정값에서 벗어날 시 불량 판정

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    모터 결함 판정 시 LED 적색으로 점등

4. 활용방안

• 기존 컨베이어 벨트 결함 시스템은 고정형 센서 방식이 일반적이나 본 설계는 이동형 로봇 형태로 하나의 장비를 사용해 다수의 모터 및 벨트 상태를 종합적으로 점검 가능.

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  산업재해 1건당 손실액을 추정하면 약 3억원이 책정되는데, 로봇이 사고 1건을 예방할 경우 최소 3억 원 이상의 경제적 손실을 막는 효과를 가져옴. 따라서 점검 인원이 부족한 중소기업에 배급을 하여 산업재해를 예방하고자 함.

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  이 로봇을 기존 컨베이어 시스템에서 구현하려고 하면 시스템 전 구간에 센서들을 부착하여 초기에 막대한 비용이 발생함. 또한, 센서들의 주기적인 교체와 유지보수까지 해야함으로 비용이 많이 들어감. 그러나 이동형 로봇은 단일 장비로 여러 컨베이어 라인을 진단할 수 있으므로, 센서 구매 및 설치 비용을 획기적으로 줄일 수 있음.