3륜 전방향 주행형 로봇의 곡선경로 추적제어에 관한 연구

Abstract

지금까지 일반휠을 사용한 차량에 대한 연구는 수없이 많이 이루어진 상태이며, 그 실용성을 입증하여 차츰 산업현장에서 그 활용범위를 넓혀 가고 있다. 마찬가지로 전방향 휠을 사용한 차량의 연구 또한 이미 많은 연구가 이루어진 상태이나 실용성과 안정성부재의 이유로 적용 범위와 활용도가 낮은 것이 사실이다. 위와 같은 단점을 극복하기 위해, 전방향 주행형 로봇의 이점을 최대한 이용하면서 효율적이고 정확한 곡선 경로 추적 방법이 필요하다. 본 연구는 3륜 구동인 전방향 주행형 로봇으로 퍼지제어기법을 이용하여 곡선 경로 추적 제어기를 설계한다. 이를 위해 다음과 같이 수행한다. 첫째, 세 개의 전 방향 휠을 이용한 홀로노믹 이동로봇을 개발한다. 전 방향 휠은 평면상에서 3자유도(DOF; Degrees Of Freedom)를 갖는 바퀴이다. 이 바퀴를 이용하면 민첩하고 원하는 방향으로 이동이 가능한 홀로노믹 이동로봇을 개발할 수 있다. 둘째, 목표 경로를 정확히 추적하기 위해서 로봇의 운동학적 모델링을 제시한다. 제시된 운동학적 모델링을 바탕으로 하여 퍼지 제어기법을 이용한 경로 추적 제어기를 설계한다. 셋째, 설계된 제어기를 구현하기 위해 개발된 전방향 주행형 로봇의 제어시스템은 크게 메인컨트롤러부, 모터드라이버부, 센서부로 구성되어있다. 제어시스템은 제어를 위한 Industrial Computer와 차량의 위치를 구하기 위한 레이저 위치 측정 시스템, 전방향 주행을 구현하기 위하여 각 휠마다 장착된 3개의 모터와 그 모터를 구동시키는 모터드라이브, 그리고 각 모터의 회전속도를 계산하기 위한 엔코더로 구성된다. 위치 인식 시스템 중 레이저 기반 위치 인식 시스템은 가장 높은 정확도와 정밀도를 가지고 있다. 레이저 기반 위치 인식 센서인 SICK사의 NAV200을 이용하여 기준이 되는 위치 좌표를 선정하였다. NAV200은 정의된 위치에 미리 설치된 반사체(reflector)를 회전하는 레이저를 이용하여 측정하고, 현재 위치를 내부 연산을 통하여 계산하여, 위치 및 방향을 RS-232통신을 이용하여 전송하는 시스템이다. 메인컨트롤러부와 모터드라이버부, 센서부는 RS232방식을 이용하여 데이터를 주고받는다. 넷째, 전방향 주행형 로봇의 곡선 경로 추적을 위해 설계된 제어기의 유효성을 검증하기 위해 시뮬레이션과 실험 결과를 제시한다.