마그넷 스폿 가이던스 방법을 이용한 유도형 이동로봇의 자율주행

Abstract

요 약 본 논문에서는 유도형 이동로봇인 AGV(Automatic Guided Vehicle) 시스템에 사용하고 있는 연속적인 가이드 시스템인 유도성 와이어 시스템을 대신하는 새로운 가이드 방법으로서 불연속 가이드 시스템인 마그넷 스폿 가이드를 이용한 AGV의 자율 주행 시스템을 제안 하였다. 마그넷 스폿이 없는 경우 AGV는 엔코더, 카운터를 이용한 데드레코닝(Dead-reckoning)과 위치제어기법을 사용하여 계획된 경로 또는 유도 경로를 따라서 주행한다. AGV의 모델로는 차륜 구동형을 사용하였으며, 주행용 가이던스에는 마그넷 스폿과 홀효과 센서를 적용하였다. 홀효과 센서를 사용한 마그넷 스폿 가이드 방법은 높은 감도와 신뢰성, 안정성 및 경제적 효과와 유연 생산시스템에 신속하게 대처할 수 있는 장점을 가지고 있다. 홀효과 센서가 마그넷 스폿으로부터 자속밀도의 분포도를 감지하게 되는데 최대 자속밀도(Gauss)가 AGV의 주행에 필요한 가이드로 사용된다. AGV의 주행 중 위치 및 속도가 기준 값에서 벗어나게 되면 조향각 오차와 횡축거리 오차가 발생되는데, 이 오차들을 실시간으로 보정하여 AGV가 안정하게 주행하도록 하였다. 기존 가이드 방식에서 오차를 보정할 때는 엔코더를 사용한 데드레코닝(Dead-reckoning)과 자이로(Gyro) 센서가 이용되지만, 본 논문에서는 조향각 오차를 보정하는 경우에는 홀효과 센서로부터 계측되는 마그넷 스폿의 자속밀도 분포도의 최대값을 사용한다. 구동바퀴의 미끄러짐, 바닥면의 평활도, 외란 등으로 인해 발생되는 조향각 오차와 횡축 거리 오차에 대해서는 퍼지제어 기법을 사용하여 실시간으로 보정하였다. 마그넷 스폿 가이드 주행 환경에서 주행 중 돌발 장애물이 나타나는 경우에도 퍼지제어 기법을 이용하여 AGV는 감속 주행하거나 정지하며 주행경로를 재설정한 후 계속 주행함으로써 장애물을 회피하고 주행 중 발생되는 교착상태(Dead-lock)를 최소로 하여 주행 효율을 극대화 하게 된다. 거리제어기(距離制御器)를 사용한 충돌 방지 시스템을 구성하여, 여러 대의 AGV가 동시에 주행하더라도 AGV 상호간 서로 적절한 거리를 유지하게 하고, 가속도 또는 감속도 제어를 하여 AGV들 간의 충돌을 방지하였다. 고장허용 제어(Fault Tolerance Control)를 구현하여 한 AGV가 주행 중 고장(fault)이 나면 다른 AGV가 대신 그 작업을 수행하도록 하고 AGV 상호간 협동운전이 이루어지게 함으로써 AGV 시스템의 신뢰도를 향상시키고 주행 조건을 최적화하였다. 본 논문에서 제시한 마그넷 스폿 가이드 방법을 사용하여 AGV를 세라믹 플랜트와 철근제조 공장에서 주행한 결과 제시된 자율 주행 시스템의 안정성과 유효성을 확인하였다. AGV는 경로 추종, 장애물 회피, AGV 상호간 충돌 회피 및 교착 상태 최소화 성능에서 만족스러운 결과를 보여주었다.