[논문]경로 추적 방식의 AGV를 위한 경로 계획

도주철; 김정민; 정경훈; 우승범; 김성신

경로 추적 방식의 AGV를 위한 경로 계획
Path Planning for AGVs with Path Tracking 원문보기

로봇학회논문지 = The journal of Korea Robotics Society, v.5 no.4, 2010년, pp.332 - 338

도주철 (부산대학교 전자전기공학과) , 김정민 (부산대학교 전자전기공학과) , 정경훈 (부산대학교 로봇협동과정) , 우승범 (부산대학교 로봇협동과정) , 김성신 (부산대학교 전자전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents a study of path-planning method for AGV(automated guided vehicle) based on path-tracking. It is important to find an optimized path among the AGV techniques. This is due to the fact that the AGV is conditioned to follow the predetermined path. Consequently, the path-planning method is implemented directly affects the whole AGV operation in terms of its performance efficiency. In many existing methods are used optimization algorithms to find optimized path. However, such methods are often prone with problems in handling the issue of inefficiency that exists in system's operation due to inherent undue time delay created by heavy load of complex computation. To solve such problems, we offer path-planning method using modified binary tree. For the purpose of our experiment, we initially designed a AGV that is equiped with laser navigation, two encoders, a gyro sensor that is meant to be operated within actual environment with given set of constrictions and layout for the AGV testing. The result of our study reflects the fact that within such environments, the proposed method showed improvement in its efficiency in finding optimized path.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 제안된 방법의 실험을 위해 기존 유도 방식의 단점을 해결할 수 있는 레이저 내비게이션과 자이로, 엔코더의 센서융합을 이용한 위치측정 방식을 통해 경로추적 방법과 같은 주행제어를 하였다. 다시 말해, 완전 자율주행이 가능한 AGV 시스템을 가상의 경로를 추적하는 시스템에 관해 연구하였다.
본 논문에서는 경로 추적 방식의 AGV에 최적화된 작업 경로를 탐색하기 위해 수정된 2진 트리를 이용한 방법을 제안하였다. 기존의 경로탐색 방법은 연산량이 많고 교착상태나 충돌에 대한 고려가 부족한 단점이 있었다.
본 논문에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위해 양방향·단방향 주행 구간을 설정하는 방법과 수정된 2진 트리를 이용하여 AGV의 최적경로를 탐색하는 방법을 제안한다.

제안 방법

AGV의 작업 경로를 탐색하기 위해 미리 생성한 2진 트리에서 AGV의 현재 위치에 해당하는 노드를 검색한다. 현재 위치에 해당하는 노드를 기준으로 목표 노드까지 깊이 우선 탐색(depth first search)을 수행한다.
구동 제어부에는 제어 신호 전달을 위해 DAQ가 사용되었다. DAQ는 메인 제어부로부터 조향과 구동에 관한 신호를 받아 조향장치와 구동장치에 제어 신호를 전달하며 AGV의 정밀한 제어를 위해 퍼지 제어와 비례 제어 기법을 적용 하였다^[11].
그림 5와 같이 단방향 구간과 양방향 구간으로 설정한 작업환경에 대한 경로를 자료구조로 나타내기 위해 수정된 2진 트리를 사용하였다. 수정된 2진 트리는 각 노드에서 이동 가능한 인접 노드를 해당 노드의 자식 노드로 표현하며 새로운 위치에서 경로를 탐색 할 때 마다 트리를 재구축 하는 문제를 해결하기 위해 루트를 없애고 순환(cycle)을 허용한다.
일반적으로 기존에 사용되던 경로추적 방식인 마그네틱 유도 방식이나 유선 유도 방식과 같은 방법은 위치측정^[9,10]에 있어서 설치 및 유지 보수가 어려운 단점이 있다. 따라서 제안된 방법의 실험을 위해 기존 유도 방식의 단점을 해결할 수 있는 레이저 내비게이션과 자이로, 엔코더의 센서융합을 이용한 위치측정 방식을 통해 경로추적 방법과 같은 주행제어를 하였다. 다시 말해, 완전 자율주행이 가능한 AGV 시스템을 가상의 경로를 추적하는 시스템에 관해 연구하였다.
이러한 문제를 해결하기 위해 노드간 단방향 주행구간과 양방향 주행 구간을 설정하였으며 경로를 표현하기 위한 자료구조로 수정된 2진 트리를 사용하였다. 또한 수정된 2진 트리로 구축된 작업공간에서 깊이 우선 탐색을 통해 최단 경로를 생성할 수 있는 방법을 제안하였다. 실제 AGV가 운용되고 있는 환경에서 제안된 방법을 적용하기 위해 각기 다른 출발 지점에서 실험을 한 결과 최적 경로 계획을 수행하는 것을 확인할 수 있었고, 실제 산업현장에 사용되는 AGV의 운용을 통해 제안된 방법이 실제 산업 현장에 적용 가능함을 확인하였다.
실험 공간은 실제 AGV가 운용되고 있는 환경으로 70⨯36m의 넓이에 147개의 양방향 노드와 69개의 단방향 노드가 존재한다. 실험은 AGV 한 대를 사용하여 총 10개의 서로 다른 출발점과 도착점을 지정하여 경로탐색을 하였다.
기존의 경로탐색 방법은 연산량이 많고 교착상태나 충돌에 대한 고려가 부족한 단점이 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 노드간 단방향 주행구간과 양방향 주행 구간을 설정하였으며 경로를 표현하기 위한 자료구조로 수정된 2진 트리를 사용하였다. 또한 수정된 2진 트리로 구축된 작업공간에서 깊이 우선 탐색을 통해 최단 경로를 생성할 수 있는 방법을 제안하였다.
현재 위치에 해당하는 노드를 기준으로 목표 노드까지 깊이 우선 탐색(depth first search)을 수행한다. 탐색을 할 때 2진 트리의 두 개의 노드 중 왼쪽 자식 노드를 우선으로 탐색을 수행하여 하나의 경로를 찾은 후, 다시 오른쪽 자식 노드를 우선으로 탐색하여 총 두 개의 경로를 찾는다. 이렇게 찾아진 두 개의 경로 중 짧은 쪽이 최적경로가 된다.
기존의 충돌회피 방법으로는 센서를 이용한 탐지^[12]나 이동 경로를 수학적으로 계산하여 회피하는 방법^[13] 등이 있다. 하지만 본 논문에서는 그림 5와 같이 적재 구역 이외의 구간을 단방향 구간으로 정의함으로써 인접 노드에 AGV가 있을 경우 이동을 제한하여 AGV의 충돌이나 교착이 일어날 수 있는 경로를 미리 배제하고, 또한 경로탐색의 연산량도 줄일 수 있도록 한다.

대상 데이터

AGV의 시스템은 지역위치 측정부와 전역위치 측정부, 구동 제어부로 나눌 수 있으며 AGV의 제어를 위한 메인 제어부로는 산업용 PC를 사용하였다. 그림 3은 AGV의 전체 시스템 구성을 간략히 보여주며 표 1은 AGV에 사용된 주요 센서들의 사양이다.
본 논문에서는 실험을 위해 AGV 개발 전문 업체인 ㈜ ATIS와 함께 설계·제작한 fork-type AGV(그림 1)를 사용하였다.
제안한 최적 경로탐색 방법의 성능 평가 실험을 위해 그림 7과 같은 환경에서 실험하였다. 실험 공간은 실제 AGV가 운용되고 있는 환경으로 70⨯36m의 넓이에 147개의 양방향 노드와 69개의 단방향 노드가 존재한다. 실험은 AGV 한 대를 사용하여 총 10개의 서로 다른 출발점과 도착점을 지정하여 경로탐색을 하였다.

성능/효과

실험 결과, 임의의 모든 경로에서 1ms 이하의 속도로 경로가 계획되었고, 계획된 경로가 두 점 사이의 최적경로로 나타남을 확인할 수 있었다. 본 논문에서 제안된 방법을 실제 산업현장에서 사용되는 AGV의 운용을 통해 테스트해 본 결과, 효율적인 경로계획으로 유용성이 높아 실제 산업현장에 적용 가능함을 확인할 수 있었다.
또한 수정된 2진 트리로 구축된 작업공간에서 깊이 우선 탐색을 통해 최단 경로를 생성할 수 있는 방법을 제안하였다. 실제 AGV가 운용되고 있는 환경에서 제안된 방법을 적용하기 위해 각기 다른 출발 지점에서 실험을 한 결과 최적 경로 계획을 수행하는 것을 확인할 수 있었고, 실제 산업현장에 사용되는 AGV의 운용을 통해 제안된 방법이 실제 산업 현장에 적용 가능함을 확인하였다. 향후 연구 과제로는 제안된 경로 탐색 방법을 여러 대의 AGV에 적용하여 트래픽 제어를 통한 동시 작업을 연구 진행할 예정이다.
표 2는 같은 방법으로 서로 다른 임의의 지점에서 총 10회의 경로 계획 수행한 후, 최단경로와 그렇지 않은 경로의 경유지점의 개수를 각각 나타낸 표이다. 실험 결과, 임의의 모든 경로에서 1ms 이하의 속도로 경로가 계획되었고, 계획된 경로가 두 점 사이의 최적경로로 나타남을 확인할 수 있었다. 본 논문에서 제안된 방법을 실제 산업현장에서 사용되는 AGV의 운용을 통해 테스트해 본 결과, 효율적인 경로계획으로 유용성이 높아 실제 산업현장에 적용 가능함을 확인할 수 있었다.

후속연구

실제 AGV가 운용되고 있는 환경에서 제안된 방법을 적용하기 위해 각기 다른 출발 지점에서 실험을 한 결과 최적 경로 계획을 수행하는 것을 확인할 수 있었고, 실제 산업현장에 사용되는 AGV의 운용을 통해 제안된 방법이 실제 산업 현장에 적용 가능함을 확인하였다. 향후 연구 과제로는 제안된 경로 탐색 방법을 여러 대의 AGV에 적용하여 트래픽 제어를 통한 동시 작업을 연구 진행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	AGV 기술에 있어서 유도 시스템이란 무엇을 의미하는가?	AGV는 유연한 생산 시스템을 구축하는 기반 요소로써 활발히 연구가 진행되고 있으며 그 수요가 점진적으로 증가하고 있다[1,2]. AGV 기술에 있어서 유도 시스템(guidance system)은 주요 기반기술로써 위치측정 기술과 주행제어 기술을 함축한 기술을 의미한다[3]. 위치측정 기술은 이전 지점에서 상대적으로 얼마나 이동하였는지 측정하는 지역위치측정 기술과 절대 좌표계에서 현재 좌표를 측정하는 전역 위치측정 기술로 나뉜다.
	위치측정 기술은 어떻게 나눌 수 있는가?	AGV 기술에 있어서 유도 시스템(guidance system)은 주요 기반기술로써 위치측정 기술과 주행제어 기술을 함축한 기술을 의미한다[3]. 위치측정 기술은 이전 지점에서 상대적으로 얼마나 이동하였는지 측정하는 지역위치측정 기술과 절대 좌표계에서 현재 좌표를 측정하는 전역 위치측정 기술로 나뉜다. 여기서 지역 위치측정 기술은 일반적으로 엔코더, 자이로 등의 센서를 이용하여 이동거리 및 방향을 측정하는 방법이 있으며, 전역 위치측정 기술은 대표적으로 GPS를 이용하여 좌표 및 방향을 측정하는 방법이 있다.
	주행제어 기술 중 완전 자율주행 방식의 특징은 무엇인가?	주행제어 기술은 완전 자율주행 방식과 경로추적 방식으로 나눌 수 있다. 완전 자율주행 방식은 목표 지점까지 임의의 경로를 생성해서 주행하는 방식으로 다양한 환경에서도 유지 보수에 유연하며 완전한 자율주행이 가능하다. 하지만 완전 자율주행 방식은 안전을 위해 작업장의 모든 환경을 인지해야 하는 어려움 때문에 실제 산업 현장에서는 정해진 경로를 따라 주행하는 경로추적 방식을 사용한다[4,5]. 이러한 경로추적 방식은 경로계획 방법에 따라 그 성능이 좌우된다.

참고문헌 (13)

I. A. Vis, "Survey of Research in the Design and Control of Automated Guided Vehicle Systems", European Journal of Operational Research, Vol.170, No.3, pp.677-709, 2006.

상세보기
T. Le-Anh. "A review of design and control of automated guided vehicle system", Eur J Oper Res, Vol.171, pp.1-23, 2006.

상세보기
R. M. Inigo, D. Alley, "Algorithms for path planning, navigation and guidance of an AGV", Robotics and Autonomous Systems, Vol.7, issue4, pp.309-326, 1991.

상세보기
정경훈, 김정민, 박정제, 김성신, 배선일, "센서융합을 이용한 AGV의 라인 트레킹 방법", 한국지능시스템학회논문지, Vol.20, No.1, pp.54-59, 2010.

원문보기 상세보기
E. Shi, J. Guo, C. He, T. Cai, "Experiment Study of Multi-Step Predictive Control in AGV Path Tracking", Automation and logistics conference, pp.531-535, 2007.
김정민, 허정민, 김성신, "수정된 유전자 알고리즘과 퍼지 추론 시스템을 이용한 무인 자율주행 이송장치의 다중경로계획", 한국해양 정보통신학회 논문지, Vol.13, No.8, pp.1483-1490, 2009.

원문보기 상세보기
Khanmohammadi, S. Mirnia, M.K. Rezvani, K. Badamchizadeh, "Multi AGV hybrid path planning using fuzzy inference systems", 2010 The 2nd International Conference on Computer and Automation Engineering, Vol.1, pp.789-792, 2010.
배정연, 이수용, 이범희, "효율적 환경탐사를 위한 이동로봇 경로 계획기", 로봇공학회 논문지, Vol.1, No.1, pp.9-16, 2006.
J. Borenstein, "The OmniMate: A Guidewire and Beacon-free AGV for highly Reconfigurable Applications", International Journal of Production Research, Vol.38, No.9, pp.1993-2010, 2000.

상세보기
M. J. Caruso, T. Bratland, C. H. Smith and R. Schneider, "A New Perspective on Magnetic Field Sensing", Sensor Magazine, Vol.15, No.12, pp.34-46, 1998.
박정제, 김정민, 도주철, 김성신, 배선일, "레이저 유도 시스템을 이용한 AGV의 경로추적", 한국 로봇학회 논문지, Vol.5, No.2, pp.120-126, 2010.
강재구, 이중재, 지민석, 유범재, "퍼지 위험지수에 의한 이동로봇의 물체 추적 및 장애물 회피 주행제어기", 로봇공학회 논문지, Vol.2, No.3, pp.212-220, 2007.
윤영환, 최정식, 이범희, "확장충돌맵의 수학적 분석을 이용한 다개체의 충돌탐지", 로봇공학회 논문지, Vol.2, No.3, pp.234-241, 2007.

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동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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