[논문]무게중심법을 이용한 무인 운반차(AGV)의 운전제어

탁한호; 권성갑

doi:10.9723/jksiis.2014.19.2.059

무게중심법을 이용한 무인 운반차(AGV)의 운전제어
Driving Control of Automated Guided Vehicle Using Centroid of Gravity Method 원문보기

한국산업정보학회논문지 = Journal of the Korea Industrial Information Systems Research, v.19 no.2, 2014년, pp.59 - 66

탁한호 (경남과학기술대학교 전자공학과) , 권성갑 (경남과학기술대학교 전자공학과)

초록
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제조공장 또는 물류 창고의 화물운송 자동화를 위하여 AGV가 많이 사용되고 있다. AGV는 주로 정해진 장소 간에 화물을 운송하는 목적으로 사용되며, 매우 고가이다. 산업현장에서는 AGV 전용 메인제어장치를 자체적으로 PLC를 사용하여 간이적으로 개발하는 경우가 많다. 간이적으로 개발한 AGV는 단순 기능으로만 국한되어 있어 주행 중에 많은 오류를 범한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 전용 AGV 제어가 개발되어 있지만, 이 또한 각 생산 공장의 특징과 구조에 따라서 용도에 맞게 변경이 불가능하다. 본 연구에서는 AGV 주행 흔들림 개선과 공장의 특성에 따라 자유롭게 변경이 가능한 PLC 연동형 AGV 전용 제어 시스템의 설계 방법을 제안하였으며, 실험을 통하여 여러 가지 주행 성능을 분석한 결과, 제안된 AGV 시스템이 운영상에 효율적임을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

AGV is most often used for the automation of freight transportation in the manufacturing industry or the distribution warehouses. AGV is fairly costly and used in goods transport between the determined location. The main control device dedicated to AGV is often autonomously developed for simplification using PLC in industry field. However, AGV developed for simplification makes many errors in traffic because it is developed for the limited simple function. Control device dedicated to AGV has been developed to solve the problem but it is almost impossible to revise the device according to the character and structure of every manufacturing industry. The purpose of this study is to propose the design method of the control system interlocked with PLC and dedicated to AGV. The control system should be to improve the problem of traffic rolling and possible to be revised according to the character of factory. It is apparent the proposed AGV system is efficient in operation in the result of several traffic performance analysis through the tests.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 AGV 주행 흔들림 개선과 궤도탈선의 방지 및 공장의 특성에 따라 자유롭게 변경 가능한 무게중심법 가이드 센싱 필터를 이용한 PLC 연동형 AGV 전용 제어 시스템의 설계 방법을 제안하고자 한다.
본 연구에서는 일반 산업현장에서 사용하는 마그네틱 가이드센서가 2종류(8bit, 16bit)로 사용되고 있어, 호완성을 높이기 위해 2종류 모두 인터페이스가 되도록 와 같이 설계하였으며, 특히 AGV를 운전함에 있어 AGV 주행 흔들림 개선과 궤도탈선의 방지와 공장의 특성에 따라 자유롭게 변경 및 전·후진이 가능하도록 무게중심법 가이드 센싱 필터의 역할을 가능하게 하는 가이드 센서 인터페이스싱 회로를 설계하였다.
본 연구에서는 제조공장 및 물류 창고에서 화물 운반용으로 사용하는 무인 이동 로봇인 AGV 설계법에 대하여 제안하고 개발하였다. 제안된 방법은 기존 제조회사의 전용 AGV 제어기의 문제점을 해결하기 위해 PLC 연동형 무게중심법 가이드 센싱 필터를 이용하여 AGV를 설계하였다.
본 연구에서는 최대 1 Ton의 적재물을 운반할 수 있는 기능을 가질 수 있도록 8bit/16bit 혼합 사용이 가능한 가이드 센서 인터페이스 기능을 채택하였으며, 수동 제어를 위한 조이스틱 제어와 PLC 연동에 의한 확장형 기능 등을 보유한 AGV를 설계하였다. 전반적인 시스템 구조는 <그림 1>과 같으며, AGV 제어기의 CPU는 8bit 형 저가의 CPU를 사용하여 설계 하였다.

제안 방법

AGV의 모터를 제어를 위해 가장 필수적인 요소는 속도제어이며, 본 연구에서 이 속도 제어를 위해 PWM(펄스폭 변조)방식을 적용하였고, 15[A] 대전류를 사용하는 모터를 구동하기 위해 브릿지 제어용 대전력 MOS-FET와 PWM 제어 방식에 적합한 L6384 소자를 사용하여 과 같이 설계하였다.
PLC 인터페이스의 설계에 있어 PLC 전원과 독립되도록 설계하고, 과전류에 의한 AGV 컨트롤러의 고장을 사전에 방지하기 위해 TLP281-4인 포토 아이솔레 이터를 사용하여 입출력 신호전달을 안정성이 향상되도록 과 같이 설계하였다.
이다. 그리고 이산형 PID제어기의 과도응답 특성을 줄이기 위해 Sampling Time h를 작게 잡으면서 K_p = 195, T_i = 2.16, T_d = 0.39으로 설정하여 제어기의 성능을 개선시켰다.
따라서 본 연구에서는 이러한 사용의 편리함을 제공하기 위해 조이스틱 인터페이스부와 조이스틱 콘트롤러를 와 같이 설계하였으며, 조이스틱 인터페이스는 조이스틱 콘트롤러인 ATMEGA8을 이용하여 RS232 시리얼 통신을 하도록 하였다.
본 연구에서 개발한 AGV 콘트롤러의 성능 분석을 위해 설계한 이산형 PID제어기는 디지털 컴퓨터나 신호처리장치를 사용하여 PID제어기를 구현하기에 적합한 형태로서 Sampling Time h의 간격으로 이산화시키는 시스템방정식은 다음과 같다.
본 연구의 저가형 AGV 컨트롤러를 설계함에 있어 ATMEL사의 ATMEGA128 CPU를 사용하여 와 같이 설계 하였으며, AGV 제어속도와 조이스틱 통신 오류를 고려하여 7.37MHz의 클럭으로 동작할 수 있게 설계 하였다.
실제 실험을 위해 개발한 AGV 콘트롤러의 성능 분석을 위해 마그네틱 LINE 로드맵과 AGV 시뮬레이터를 과 같이 제작하여 실험하였다.
그리고 센서의 위치에 따라 센서 중심으로 부터의 거리값을 <그림 7>과 같이 각각의 센서값에 곱해주면 센서 이득이 되며, <그림 8>과 같이 된다. <그림 8>의 값을 그대로 사용하면 센서와 센서 사이에서의 값의 합이 센서 중심에서의 값보다 작기 때문에 정확한 선의 중심을 찾을 수 없으므로 입력되는 센서값을 아래의 코딩과 같이 총합으로 나누어 주행 흔들림 개선과 궤도탈선의 방지를 실행시켰다.
PLC 인터페이스의 설계에 있어 PLC 전원과 독립되도록 설계하고, 과전류에 의한 AGV 컨트롤러의 고장을 사전에 방지하기 위해 TLP281-4인 포토 아이솔레 이터를 사용하여 입출력 신호전달을 안정성이 향상되도록 <그림 3>과 같이 설계하였다. 이 회로를 통하여 PLC는 AGV의 출발, 정지, 좌회전, 우회전, 전/후진 제어, 속도제어, AGV 상태 등을 제어 및 모니터링을 할 수 있도록 하였다.
전반적인 시스템 구조는 과 같으며, AGV 제어기의 CPU는 8bit 형 저가의 CPU를 사용하여 설계 하였다.
본 연구에서는 제조공장 및 물류 창고에서 화물 운반용으로 사용하는 무인 이동 로봇인 AGV 설계법에 대하여 제안하고 개발하였다. 제안된 방법은 기존 제조회사의 전용 AGV 제어기의 문제점을 해결하기 위해 PLC 연동형 무게중심법 가이드 센싱 필터를 이용하여 AGV를 설계하였다. 설계된 AGV의 성능을 평가하기 위해 모의실험과 직선, 곡선 및 분기점이 있는 마그넥트 로드를 설정하여 실험하였으며, 그 실험결과는 실제 산업현장에 적용이 가능함을 입증하였고, 흔들림이 적으면서 원하는 경로를 더 정확하게 따라감을 알 수 있었다.
전반적인 시스템 구조는 <그림 1>과 같으며, AGV 제어기의 CPU는 8bit 형 저가의 CPU를 사용하여 설계 하였다. 특히 가이드센서와 PLC 인터페이스로부터 발생되는 과전류 유입을 방지하게 위해 아이솔레이션 회로를 구성하여 설계하였으며, 모터 드라리버는 AGV 제어기에서 전달되는 신호를 300W DC 모터에 가해져도 과부하가 걸리지 않도록 설계하였다.
37MHz의 클럭으로 동작할 수 있게 설계 하였다. 특히 가이드센서의 종류와 동작 상태를 결정하기 위해 4bit DIP 스위치를 추가하여 기능을 다양화 하였다.

성능/효과

<그림 9>는 무게중심법 가이드 센싱 필터를 이용하여 모의 실험한 결과로서 (a) 가이드 센싱 필터만 있는 경우와 (b) 무게중심법 가이드 센싱 필터가 있는 경우를 비교한 것으로 무게중심법 가이드 센싱 필터가 있는 경우 흔들림이 적으면서 원하는 경로를 더 정확하게 따라감을 알 수 있었다.
1은 직선주행을 위한 실험으로 직선을 아무런 흔들림 없이 주해하였고, 는 곡선주행을 위한 실험으로 자세제어에 대해서는 AGV의 흔들림이 일부 존재하였으나, PID Gain을 조정을 한 후에 안정적인 자세 제어가 이루어짐을 확인하였다.
<그림 11>1은 직선주행을 위한 실험으로 직선을 아무런 흔들림 없이 주해하였고, <그림 12>는 곡선주행을 위한 실험으로 자세제어에 대해서는 AGV의 흔들림이 일부 존재하였으나, PID Gain을 조정을 한 후에 안정적인 자세 제어가 이루어짐을 확인하였다. 그리고 모의실험과 비교한 결과에서도 만족하는 성능을 보여주었다. 향후 상품화하기 위해서는 PLC 제어기와 연동하여 전방센서, 범퍼스위치, 거리센서 등을 부착하여 종합적인 실험을 시도하여 수정 및 보완과정이 필요하다고 판단된다.
제안된 방법은 기존 제조회사의 전용 AGV 제어기의 문제점을 해결하기 위해 PLC 연동형 무게중심법 가이드 센싱 필터를 이용하여 AGV를 설계하였다. 설계된 AGV의 성능을 평가하기 위해 모의실험과 직선, 곡선 및 분기점이 있는 마그넥트 로드를 설정하여 실험하였으며, 그 실험결과는 실제 산업현장에 적용이 가능함을 입증하였고, 흔들림이 적으면서 원하는 경로를 더 정확하게 따라감을 알 수 있었다. 이 실험의 결과를 통하여 여러 가지 주행성능을 분석한 결과, 제안된 AGV 시스템이 운영상에 효율적임을 알 수 있었다.
설계된 AGV의 성능을 평가하기 위해 모의실험과 직선, 곡선 및 분기점이 있는 마그넥트 로드를 설정하여 실험하였으며, 그 실험결과는 실제 산업현장에 적용이 가능함을 입증하였고, 흔들림이 적으면서 원하는 경로를 더 정확하게 따라감을 알 수 있었다. 이 실험의 결과를 통하여 여러 가지 주행성능을 분석한 결과, 제안된 AGV 시스템이 운영상에 효율적임을 알 수 있었다.

후속연구

그리고 모의실험과 비교한 결과에서도 만족하는 성능을 보여주었다. 향후 상품화하기 위해서는 PLC 제어기와 연동하여 전방센서, 범퍼스위치, 거리센서 등을 부착하여 종합적인 실험을 시도하여 수정 및 보완과정이 필요하다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	AGV은 어떤 시스템을 갖는가?	AGV는 수십년 전부터 기계의 자동화가 전자 기술의 발달로 인하여 개발된 로봇으로 제어기에 의해 자체의 구동력으로 지정된 궤도를 마그넥틱 가이드 센싱이나 다른 센싱 방법을 통하여 궤도를 이동하는 무인 운반 로봇이다. 그리고 AGV는 제어기에 의해 자체의 구동력으로 지정된 경로를 따라 이동하는 운반 시스템의 일종으로 Conveyor 나 Rail 방식의 대차와는 달리 주변 이동물체와의 공존이 가능하고 목적에 맞는 이재 장치를 쉽게 결합할 수 있으며, 이동경로를 원하는 위치에 수시로 가변이 가능하다[7-10].
	AGV이란?	AGV는 수십년 전부터 기계의 자동화가 전자 기술의 발달로 인하여 개발된 로봇으로 제어기에 의해 자체의 구동력으로 지정된 궤도를 마그넥틱 가이드 센싱이나 다른 센싱 방법을 통하여 궤도를 이동하는 무인 운반 로봇이다. 그리고 AGV는 제어기에 의해 자체의 구동력으로 지정된 경로를 따라 이동하는 운반 시스템의 일종으로 Conveyor 나 Rail 방식의 대차와는 달리 주변 이동물체와의 공존이 가능하고 목적에 맞는 이재 장치를 쉽게 결합할 수 있으며, 이동경로를 원하는 위치에 수시로 가변이 가능하다[7-10].
	주변 기기와의 연결 및 시스템의 확장 시 수정이 비교적 용이한 장점을 갖는 이유는?	AGV는 수십년 전부터 기계의 자동화가 전자 기술의 발달로 인하여 개발된 로봇으로 제어기에 의해 자체의 구동력으로 지정된 궤도를 마그넥틱 가이드 센싱이나 다른 센싱 방법을 통하여 궤도를 이동하는 무인 운반 로봇이다. 그리고 AGV는 제어기에 의해 자체의 구동력으로 지정된 경로를 따라 이동하는 운반 시스템의 일종으로 Conveyor 나 Rail 방식의 대차와는 달리 주변 이동물체와의 공존이 가능하고 목적에 맞는 이재 장치를 쉽게 결합할 수 있으며, 이동경로를 원하는 위치에 수시로 가변이 가능하다[7-10].

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표제어: PCR

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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