KR0170344B1 - 무인차의 조향 방법 - Google Patents

Abstract

무인차의 조향 방법에 있어서, 특히 궤도가 없는 무인차가 벽면의 사이를 주행할 수 있도록 한 무인차의 조향방법에 관해 개시한다. 본원의 무친차 조향방법은, 벽면과 무인차와의 거리를 측정하는 제1단계와, 무인차 조향장치의 현재 각도를 계산하는 제2단계와, 제1단계에서 측정된 거리에 따른 소정의 상수와 상기 제2단계에서 계산된 조향모터 위치를 사용하여 출력할 비례제어 성분을 계산하는 제3단계와, 출력된 제어량의 오차값을 샘플링하여 오차보정을 위한 적분제어 성분을 계산하는 제4단계와, 제3단계의 비례제어 성분과 제4단계의 적분제어 성분을 합성하는 제5단계 및 제5단계에서 합성된 제어값을 출력하는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본원의 조향방법은, 종래의 제어방법에서 발생되던 노면 상태에 따른 조향 오차를 방지하여 주행오차를 감소시킬 수 있게 되어, 결과적으로 무인차의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 잇점이 있다.

Description

무인차의 조향 방법

제1도는 일반적인 무인차의 조향장치를 도시한 평면도.

제2도는 제1도에 도시된 무인차의 측면도.

제3도는 본 발명에 따른 조향 시스템의 블럭도.

본 발명은 무인차의 조향 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 궤도가 없는 무인차가 벽면의 사이를 주행할 수 있도록 한 무인차의 조향방법에 관한 것이다.

각종 생산공장의 자동화에 따라 공장에서 제품을 운반하기 위한 무인차의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 이러한 무인차는 공장내부의 통로를 따라 이동되게 되는데, 이 통로를 따라 이동하기 위해서는 무인차에 별도의 자동조향장치가 필요하게 된다.

이러한 무인차중 일반적인 무인차의 구조는 섀시와, 이 섀시에 동축상으로 설치되며 개별 구동되는 모터가 마련된 한쌍의 휠과, 상기 섀시의 전후면에 설치된 캐스터(caster)와, 상기 섀시의 양측에 각각 설치된 센서를 구비하여 구성된다.

이와 같이 구성된 무인차는 상기 모터가 정회전 또는 역회전됨으로써 전진 또는 후진되게 되는데, 상기 무인차의 조향은 상기 섀새의 양측에 설치된 센서로부터 무인차가 통과하는 통로의 측벽에 초음파를 발생시켜 벽과 섀새의 양측 간격을 감지하고 이 간격에 따라 상기 휠를 구동시키는 모터에 부착된 스티어링 모터를 좌우로 구동하여 무인차의 조향이 이루어지게 된다.

이와 같은 무인차는 자동화 생산공장 또는 창고 등과 같은 통로를 왕복하면서 제품을 이동시키는 것으로, 제1도 및 제2도에 도시된 바와 섀시(21)에 설치되는 전륜(20)과 후륜(30)를 구비하여 구성되는데, 상기 전륜(20)과 후륜(30)은 각각 상기 섀시(21)에 설치된 카스터(21)(31)와, 이 카스터(21)(31)와 소정간격 이격되며 조향수단(40)(40')과 감지수단(50)(50')이 마련된 휠부재(22)(32)와, 상기 섀시(21)에 설치되어 무인차가 이동중 통로 양측의 벽 또는 구조물과의 간격을 감지하는 복수개의 센서(70)와, 상기 휠부재 (22)(32)를 구동시키는 구동수단(80)(80')를 구비하여 구성된다.

상기 전륜(20)과 후륜(30)의 일측을 이루며 상호 대각 방향으로 설치된 카스터(21)(31)는 외력에 의해 임의의 방향으로 회전되는 통상적인 카스터가 사용된다.

상기 센서(70)는 일반적인 적외선센서 및 초음파 센서, 근접센서 등이 사용된다.

그리고 전륜(20)과 후륜(30)의 타측을 이루며 상호 대각 방향으로 설치되는 휠부재(22)(32)는 섀시(21)에 수직방향으로 회전가능하게 설치된 지지축(23)(33)의 단부에 장착된 것으로, 이 지지축(23)(33)에는 이 지지축을 임의의 방향으로 회전시키는 조향수단(40)(40')과 지지축(23)(33)의 회전정도를 감지하는 감지수단(50)(50')이 설치된다.

상기 조향수단(40)은 지지축(23)에 고정설치되는 제1종동기어(41)가 설치되고 상기 지지축에는 브라켓(42)에 의해 스티어링 모터(43)가 설치되고 상기 스티어링 모터(43)의 회전축에는 상기 제1종동기어(41)와 치합되는 구동기어(44)가 설치된다. 상기 스티어링 모터(43)는 상기 센서(70)에 의해 감지되는 신호에 따라 소정의 각도로 정회전 또는 역회전된다.

그리고 상기 감지수단(50)는 상기 지지축(23)의 타측에 브라켓(51)에 의해 고정되는 스티어링 엔코더(52)와 이 엔코더의 회전축에 설치되면 상기 제1종동기어(41)와 치합되는 제2종동기어(53)를 구비하여 구성된다.

상기 휠부재(22)를 구동시키는 상기 구동수단(80)은 정/역회전이 가능한 서어보(servo) 모터가 사용된다. 상기 조향수단과 감지수단은 전륜를 일예로 들어 설명하였으나 후륜의 조향수단과 감지수단의 구성도 전륜과 동일하다.

상기와 같이 구성된 무인차의 조향을 제어하는 종래의 방법은 다음과 같다.

먼저, 상기 무인차의 전륜(20)과 후륜(30)의 구동수단(80)(80')인 모터가 회전하여 휠부재(22)(32)가 회전하여 목표속도에 도달한 상태에서 상기 섀시(21)에 설치된 센서(70)에 의해 통로의 측면에 설치된 격벽 또는 구조물과의 간격을 감지하게 된다. 상기 센서에 의한 간격이 감지되면, 주행하여야할 기준거리와 감지수단(50)의 엔코더에 의해 감지된 값과 현재 휠부재(22)32)가 기준선에 대해 틀어진 값을 비교하여 상기 조향수단(40)의 스티어링 모터(43)를 회전시켜 지지축이 움직이는 최대 회전범위 내에서 조향한다.

상기와 같이 조향이 이루어져 주행하여야 할 기준거리와 센서에 의해 감지된 거리가 일치되면 스티어링 모터(43)를 역회전시켜 이와 치합된 제1종동기어(41)에 의해 그 지지축에 설치된 휠부재(22)(32)가 정위치에 오도록 조향한다.

이를 제어동작 측면에서 설명하면 상술한 종래의 조향방법은, 소정의 입력치가 주어지고, 그 입력치에 경험 또는 계산에 의해 작성된 상수를 곱함으로써, 출력되는 제어량을 산출해내는 비례제어(proportional control) 방식을 채용한 것이다.

그러나, 이와 같은 비례제어를 채용한 무인차의 조향방법은, 무인차가 주행하는 노면의 마찰조건에 따라 계산된 조향 제어량과 실제 조향상태와의 오차가 크게 발생되어, 결과적으로 자동조향장치의 신뢰성을 저하시키는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 주행 노면의 마찰조건 등이 변동되어 발생하는 오차분을 계산하여 제어량으로 출력함으로써, 자동조향성능을 향상시킬 수 있는 무인차의 조향방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 궤도가 없는 무인차가 벽면 사이를 주행할 수 있도록 하는 무인차의 조향방법에 있어서,

상기 벽면과 무인차와의 거리를 측정하는 제1단계;

상기 무인차의 조향장치의 현재 각도를 계산하는 제2단계;

상기 제1단계에서 측정된 거리에 따른 소정의 상수와, 상기 제2단계에서 계산된 조향모터 각도를 사용하여 출력할 비례제어 성분을 계산하는 제3단계;

출력된 제어량의 오차값을 샘플링하여 오차보정을 위한 적분제어 성분을 계산하는 제4단계;

상기 제3단계의 비례제어 성분과 제4단계의 적분제어 성분을 합성하는 제5단계; 및

상기 제5단계에서 합성된 제어값을 출력하는 제6단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

제3도에 본 발명에 따른 무인차의 조향 시스템을 블록도로서 도시하였다.

상기 제3도에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 조향방법을 채용하는 무인차의 조향 시스템에는, 센서(s5)에서 측정된 기준면과의 거리값(d1,d2)과 엔코더(s4)로부터 측정된 조향장치의 현재 각도값(θ)을 입력받아 비례적분연산을 통해 제어량을 산출하여 제어신호를 출력하는 제어기(s1)와, 그 제어기에서 출력된 제어신호를 증폭시키는 앰프(s2)와, 상기 증폭된 제어신호에 따라 조향장치를 구동시키는 조향모터(s3)가 구비된다.

이와 같은 시스템에 있어서, 본 발명의 조향방법은 다음과 같은 단계로 이루어진다.

먼저 상기의 센서(s5)에서 기준면과의 거리 즉, 무인차와 그 무인차가 주행하는 통로의 양측면과의 거리(d1,d2)를 측정한다.

그와 동시에 상기 엔코더(s4)에서는 현재의 조향장치의 각도 즉, 조향장치가 회전되어 있는 각도(θ)를 측정한다.

그 후 상기 제어기에서 상기와 같이 측정된 거리(d1,d2)와 각도(θ)를 입력받아 다음과 같은 산출식에 따라 조향할 비례제어량[U1(i)]을 산출한다.

U1(i)=P1×θ+P2

여기서 상기 P1 및 P2는 본 시스템내에 저장되어, 측정된 거리(d1,d2)에 따라 결정되는 상수이다.

다음으로 본 발명의 특징적 요소인 적분제어량[U2(i)]을 산출하게 되는데, 이는 상기의 비례제어에 의해 발생하는 오차를 소멸시키기 위해 수행하는 것으로서 잔류편차를 줄일 수 있다. 즉, 이전에 출력된 제어량을 일정 주기로 샘플링하여 실제 측정된 결과치(d1,d2,θ)와 비교함으로써, 그 오차값에 대해 다음과 같은 수식에 따라 적분제어량[U2(i)]을 산출한다.

U2(i)=A1×U(i-10)+A2×U(i-9)+…A10×U(i-1)

여기서 A1∼A10은 상기와 같은 오차보정을 계속적으로 수행함에 따라 얻어지는 학습계수이다.

그 후 상기의 비례제어량[U1(i)]과 적분제어량[U2(i)]을 다음식과 같이 합산하여 최종 제어량[U(i)]을 조향모터로 출력시킨다.

U(i)=U1(i)+U2(i)

한편, 상기의 P1 및 P2계수는 무인차가 주행하는 노면의 상태 및 마찰정도에 따라 자기학습을 실시하여 보정되도록 하는 것이 바람직하다.

그러므로, 상기와 같이 비례적분제어를 활용한 무인차의 조향방법을 채용함으로써, 종래의 제어방법에서 발생되던 노면 상태에 따른 조향오차를 방지하여 주행오차를 감소시킬 수 있게 되어, 결과적으로 무인차의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 잇점이 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참조로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

Claims (2)

1. 궤도가 없는 무인차가 벽면 사이를 주행할 수 있도록 하는 무인차의 조향방법에 있어서, 상기 벽면과 무인차와의 거리를 측정하는 제1단계; 상기 무인차의 조향장치의 현재 각도를 계산하는 제2단계; 상기 제1단계에서 측정된 거리에 따른 소정의 상수와, 상기 제2단계에서 계산된 조향모터 각도를 사용하여 출력할 비례제어 성분을 계산하는 제3단계; 출력된 제어량의 오차값을 샘플링하여 오차보정을 위한 적분제어 성분을 계산하는 제4단계; 상기 제3단계의 비례제어 성분과 제4단계의 적분제어 성분을 합성하는 제5단계; 및 상기 제5단계에서 합성된 제어값을 출력하는 제6단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인차의 조향방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제3단계의 상수를 무인차가 주행하는 바닥면의 마찰조건에 따라 자기학습되어 보정되도록 하는 단계를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 무인차의 조향방법.