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로봇 팔레타이징 시뮬레이터를 위한 적재 패턴 생성 및 시변 장애물 회피 알고리즘의 제안
Algorithmic Proposal of Optimal Loading Pattern and Obstacle-Avoidance Trajectory Generation for Robot Palletizing Simulator 원문보기

제어·자동화·시스템공학 논문지 = Journal of control, automation and systems engineering, v.13 no.11, 2007년, pp.1137 - 1145  

유승남 (한양대학교 기계공학과 대학원) ,  임성진 (한양대학교 기계공학과 대학원) ,  김성락 (현대중공업 로봇개발실) ,  한창수 (한양대학교 기계공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Palletizing tasks are necessary to promote efficient storage and shipping of boxed products. These tasks, however, involve some of the most monotonous and physically demanding labor in the factory. Thus, many types of robot palletizing systems have been developed, although many robot motion commands...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 그림 1에 도시한 바와 같이 "fast algorithm, [2]을 이용하여 사용자가 입력한 적재물 및 팔렛의 크기에 최적화된 패턴을 실시간으로 생성하고 그에 따른 로봇의 경로 최적화를 고려한 팔레타이징 적재 경로의 생성을 통해 적재 작업을 시뮬레이션 할 수 있는 로봇 팔레타이징 적재 시뮬레이션 프로그램을 제안한다.
  • 표 3의 결과에서 알 수 있듯이 로봇의 실제 사이즈를 고려한 경로 생성 알고리즘의 경우, A* 알고리즘은 비효율 적이다. 따라서 로봇 팔레타이징 작업의 특성을 고려한 새로운 경로 생성 기법을 제안하였다. 이는 기존의 경로 생성 기법이 가지고 있는 비효율성 - 매순간 스캔한 2차원 평면상의 장애물을 관절공간좌표계로 변환흐} 여 A* 알고리즘을 사용하여 경로를 생성-을 개선할 목적으로 고안되었다.
  • 하지만 이는 실제적이지 않으며 시뮬레이션으로서의 가치가 현저하게 떨어진다. 따라서 본 연구에서는 분할 평면을 통한 공간스캔을 통해서 생성되는 장애물의 정보를 좀 더 실제적으로 얻어 보고자, 로봇의 체적을 고려한 평면 분할을 통해 A* 알고리즘을 적용하여 보았다. 1.
  • 본 연구의 최종 목표는 사용자 지향적 로봇 팔레타이징 오프라인 소프트웨어 (mbot palletizing off-line S/W)를 개발하는 것으로서, 이를 위해서는 기본적으로 팔레타이징 자동화 시스템은 로봇을 이용하며 단순한 로봇의 제어만이 아닌 대상물이 이송되는 컨베이어 시스템이나 팔렛 (pallet), 간지(slip sheet)와 같은 팔레타이징 구성물들을 동시에 고려한 로봇 구동 알고리즘이 요구된다. 본 논문에서는 이와 같은 팔레타이징 적재 시스템의 특징을 고려한 적재 자동 화용 OLPtOffLine Programming) S/W를 제안한다. 그림 1은 이러한 S/W의 기본 구조를 도시하고 있다.
  • 본 논문에서는 지난 연구에서 제안한 적재물 패턴 생성 알고리즘 및 3차원 로봇시뮬레이터를 기반으로 하여 그것의 최적 경로를 생성하기 위한 알고리즘을 제안하였다. 이는 기존의 분할 평면 기법 및 A* 알고리즘을 개선한 빙-법으로서 팔레타이징 작업에 초점을 맞춘 알고리즘이다.
  • 본 연구는 생산 현장에서 최종 생산품의 적재를위해 사용되는 팔레타이징 시스템을 자동화 하기 위해 개발하고 있는 로봇 팔레타이져의 OLP 소프트웨어의 기존 작업을 소개하고> 팔레타이징용 로봇 소프트웨어의 경로 생성을 위해 적용한 A* 알고리즘에서 나타나는 연산 시간 측면의 문제점을 개선하기 위해 overlap method를 제안하였다. 본 연구에서 제안한 경로 생성 알고리즘은 팔레타이징 작업이라는 특정 직업에 기반하여 개발된 것이므로, 산업용 로봇을 사용하는 모든 공정에 활용하기는 어렵다.
  • 본 연구에서 사용한 fest algorithme 기본적으로 Steudel이 제안한 기존의 4-block pattern heuristic algorithm을 개선한 것이다. Steudel's heuristic algorithm의 기본 패턴은 그림 4와 같다.
  • 문제이다. 본 연구의 목적은 서론에서 언급하였듯이, 팔레타이징 자동화를 위한 OLP S/W를 개발하는 것이다. 표 3의 결과에서 알 수 있듯이 로봇의 실제 사이즈를 고려한 경로 생성 알고리즘의 경우, A* 알고리즘은 비효율 적이다.
  • 간단 작업을 위해서 불필요한 프로그래밍 코드가 늘어나거나 사용자 편의성 또는 자유도가 결여된 로봇 프로그램은 해당 공정의 비용과 직결되는 문제를 야기할 수 있다. 본 연구의 최종 목표는 사용자 지향적 로봇 팔레타이징 오프라인 소프트웨어 (mbot palletizing off-line S/W)를 개발하는 것으로서, 이를 위해서는 기본적으로 팔레타이징 자동화 시스템은 로봇을 이용하며 단순한 로봇의 제어만이 아닌 대상물이 이송되는 컨베이어 시스템이나 팔렛 (pallet), 간지(slip sheet)와 같은 팔레타이징 구성물들을 동시에 고려한 로봇 구동 알고리즘이 요구된다. 본 논문에서는 이와 같은 팔레타이징 적재 시스템의 특징을 고려한 적재 자동 화용 OLPtOffLine Programming) S/W를 제안한다.
  • 따라서 로봇 팔레타이징 작업의 특성을 고려한 새로운 경로 생성 기법을 제안하였다. 이는 기존의 경로 생성 기법이 가지고 있는 비효율성 - 매순간 스캔한 2차원 평면상의 장애물을 관절공간좌표계로 변환흐} 여 A* 알고리즘을 사용하여 경로를 생성-을 개선할 목적으로 고안되었다. 본 연구에서 제안한 overlap method는 로봇 주변에 있는 작업물을 360 전방위로 1회 스캔한 뒤, 매 순간 발생한 2차원 평면상의 장애물의 단면을 하나의 단면에 모두 중첩시켜, 하나의 장애물로 간주하여 최적화를 실행함으로서 기존 알고리즘의 비효율성을 개선하였다.
  • 다만, 로봇 팔레타이져를 위한 시뮬레이터로서는 우수한 성능을 이끌어 낼 수 있음을 확인하였다. 향후에는 본 논문에서 제안한 알고리즘의 성능 개선 이외에, 이러한 오프라인 소프트웨어를 실제 로봇 및 로봇 제어기와 연결하여 시뮬레이션과 실제 작업 사이의 유사성을 평가하고, 동시에 소프트웨어 인터페이스의 사용자 편의성을 개선하여 전체적인 시스템의 완성도를 향상시키는 것을 목표로 하고 있다.

가설 설정

  • 15. Definition of the physical boundaty of the palletizing robot.
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참고문헌 (7)

  1. P. J. McKerrow, Introduction to Robotics, Addison-Wesley Ltd, p. 484, 1991 

  2. G, Young-Gun. and M.-K. Kang, 'A fast algorithm for two-dimensional pallet loading problems of large size,' European Journal of Operational Research 2001, pp. 193-202, 2000 

  3. Roy, Debanik, 'Study on the configuration space based algorithmic path planning of industrial robots in an unstructured congested three-dimensional space: An approach using visibility map,' Journal of intelligent & robotic systems, v. 43 no. 2/4, pp. 111-145, 2005 

  4. J. H. Kim, J. S. Choi, H. Y. Kang, D. W. Kim, and S. M. Yang, 'Collison-free path planning of articulated robot using configuration space,' In proceeding of Korean Society of Automotive Engineers, vol. 2, no. 6, pp. 57-65, 1994 

  5. C. W. Warren, 'Fast path planning using modified $A^{*}$ method,' In proceeding of IEEE, pp. 662-667, 1993 

  6. T. L.-Perez, 'A simple motion planning algorithm for general robot manipulators,' IEEE Journal of Robotics and Automation, vol. RA-3, no. 3, 1987 

  7. C.W Warren, J. C. Danos, and B.W. Mooring, 'An approach to manipulator path planning,' The International Journal of Robotics Research, vol. 8, no. 5, pp. 87-95, 1989 

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