KR0185099B1 - 무인차의 휠 스티어링 제어회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무인운반차와 같이 정해진 유도선을 따라 주행하는 차량에서 차량이 유도선을 추종하도록 제어하기 위한 무인차의 휠 스티어링 제어회로에 관한 것으로,좌측 픽업센서와 우측 픽업센서로부터 무인차가 유도선을 벗어나려는 정도를 감지하여 무인차가 유도선을 추종하도록 좌측모터와 우측모터를 구동하는 무인차의 제어장치에 있어서, 상기 좌측 픽업센서의 출력을 증폭하는 증폭기(21); 상기 우측 픽업센서의 출력을 증폭하는 증폭기(22); 상기 두 증폭기의 차를 증폭하는 차동증폭기(23); 상기 차동증폭기의 출력을 비례제어하는 비례제어기(24); 상기 비례제어기에 병렬 연결되어 상기 차동증폭기의 출력을 비례미분적분 제어하는 비례미분적분 제어기(30); 및 상기 제어기들의 출력의 부호를 반전시키는 반전기(25)를 포함한다. 따라서 본 발명에 따라 비례 미분 적분 제어기를 더 구비하므로써 무인차가 유도선을 벗어나려 할 경우에 더욱 빠르게 유도선을 추종하도록 제어하며, 유도선으로 진입할 경우에 안정적으로 유도선을 추종하게 한다.

Description

무인차의 휠 스티어링 제어회로( A control circuit of wheel steering in an automatic guided vehicle )

본 발명은 무인운반차와 같이 정해진 유도선을 따라 주행하는 차량에서 차량이 유도선을 추종하도록 제어하기 위한 회로에 관한 것으로, 특히 무인차의 휠 스티어링 제어회로에 관한 것이다.

일반적으로 물류시스템 및 자동생산시스템과 같은 자동화시스템에서 사용되는 무인운반시스템은 중앙에서 전체 무인차의 주행을 통제하는 무인차 제어컴퓨터와, 무인차와 송수신하기 위한 무선통신기, 유도선(guide path), 무인차, 작업 스테이션(station) 등으로 구성되어 무인차 제어컴퓨터가 무선통신기를 통해 지시하는 경로로 무인차가 유도선을 따라 이동하고 작업 스테이션에서 일시 정지하여 부품, 자재, 제품 등을 이,적재하도록 되어 있다. 그리고 이러한 무인운반시스템에서 무인차가 주행하는 경로(guide path)에는 마크(mark)가 표시되어 무인차가 위치를 파악할 수 있도록 되어 있으며 유도선의 배치는 무인차시스템이 운용되는 환경에 따라 다양하지만 크게 직선구간과 곡선구간 등을 포함하고 있다.

이와 같은 무인차시스템에서 무인차는 제어컴퓨터가 지시하는 지령에 의해 유도선을 따라 주행하는데, 무인차가 유도선으로부터 벗어나지 못하도록 주행방향을 제어할 필요가 있다.

도 1은 일반적인 무인차에서 휠 스티어링 제어와 관련된 블록을 도시한 도면인데, 무인차는 주행을 위한 좌측모터(11)와, 우측모터(121), 무인차(1)가 유도선(2)으로부터 벗어나는 거리를 감지하기 위한 좌측 픽업센서(14), 우측 픽업센서(15), 및 휠 스티어링 제어장치(13)를 포함하고 있다.

도 1에서 휠 스티어링 제어장치(13)는 좌측 픽업센서(14)와 우측 픽업센서(15)로부터 무인차가 유도선으로부터 벗어난 거리에 따른 신호를 입력받아 좌측 및 우측 모터(11,12)를 구동하여 무인차(1)가 항시 유도선(2)을 추종하도록 제어한다.

이와 같은 동작을 수행하는 종래의 무인차 스티어링 제어회로는 도 2에 도시된 바와 같이, 좌측 픽업센서(14)로부터 신호(V_L)를 입력받아 증폭하는 증폭기(21)와, 우측 픽업센서(15)로부터 신호(V_R)를 입력받아 증폭하는 증폭기(22), 및 좌우측 증폭기의 출력의 차를 증폭하는 차동증폭부(23), 차동증폭부의 크기에 따라 비례제어신호를 출력하는 비례제어기(P: 24), 비례제어기의 신호의 부호를 반전하는 반전기(25)로 구성되어 양 픽업센서의 차에 따른 비례제어신호를 서로 부호를 달리하여 우측모터(12)와 좌측모터(11)에 출력하여 구동하도록 되어 있다.

그런데 상기와 같은 종래의 제어장치는 비례제어기(24)만을 사용하므로써 거리차에 따른 전압변동에 대해 속도제어가 비례적으로 이루어져 무인차가 궤도를 벗어나려하는 경우나 다시 진입하려고 할 경우와 같이 속도(구동력)변화가 비선형적으로 요구되는 경우에도 비례제어신호에 의해 이를 충분히 구동해 주지 못하므로 회전반경이 작은 곡선 주행을 하기 어려운 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여, 무인차가 궤도를 벗어나는 경우에 좀 더 빠르게 유도선을 추종할 수 있게 하며, 다시 유도선 궤도에 진입시에는 완만하게 추종하므로써 무인차가 안정적으로 유도선을 추종할 수게 할 뿐만 아니라 무인차가 유도선을 추종하지 못하고 발산하는 것을 방지하기 위한 무인차의 휠 스티어링 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 좌측 픽업센서와 우측픽업센서로부터 무인차가 유도선을 벗어나려는 정도를 감지하여 무인차가 유도선을 추종하도록 좌측모터와 우측모터를 구동하는 무인차의 제어장치에 있어서, 상기 좌측 픽업센서의 출력을 증폭하는 증폭기; 상기 우측 픽업센서의 출력을 증폭하는 증폭기; 상기 두 증폭기의 차를 증폭하는 차동증폭기; 상기 차동증폭기의 출력을 비례제어하는 비례제어기; 상기 비례제어기에 병렬로 연결되어 상기 차동증폭기의 출력을 비례미분적분제어하는 비례미분적분제어기; 및 상기 제어기들의 출력의 부호를 반전시키는 반전기로 구성되어 있다.

이와 같이 본 발명에 따라 비례 미분 적분 제어기를 더 구비하므로써 무인차가 유도선을 벗어나려 할 경우에 더욱 빠르게 유도선을 추종하도록 제어하며, 유도선으로 진입할 경우에 안정적으로 유도선을 추종하게 한다.

제1도는 일반적인 무인운반차를 도시한 블록도,

제2도는 종래의 휠 스티어링 제어회로를 도시한 회로도,

제3도는 본 발명에 따른 휠 스티어링 제어회로를 도시한 블록도,

제4도는 본 발명에 따른 휠 스티어링 제어회로를 도시한 회로도,

제5도는 거리에 따라 모터에 인가되는 전압변동을 도시한 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 무인운반차 2 : 유도선

11, 12 : 모터 14, 15 : 픽업센서

13 : 스티어링 제어장치

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

먼저, 무인차의 휠 스티어링 제어란 무인차가 유도선을 벗어나지 못하도록 제어하여 무인차가 유도선을 따라 진행하도록 제어하는 것으로서, 유도선에 전류가 흐르므로써 유기되는 거리에 따른 자기장의 세기를 좌측 픽업센서(14)와 우측 픽업센서(15)로부터 센싱하여 무인차가 유도선을 벗어나지 못하도록 좌측 모터(11)와 우측 모터(12)를 구동하는 것이다. 이때 좌측 픽업센서(14)와 우측 픽업센서(15)에 의해 감지된 신호는 미약하므로 증폭기에서 증폭한 후 그 차에 따른 구동신호를 출력하여 모터를 구동하게 한다.

본 발명에 따른 휠 스티어링 제어회로는 도 3에 도시된 바와 같이, 좌측 픽업센서(14)와 우측 픽업센서(15), 증폭기(21,22), 차동증폭기(23), 비례제어기(24), 비례미분적분제어기(30), 및 반전기(25)로 구성되어 있다.

좌측 픽업센서(14)와 우측 픽업센서(15)는 유도선에 전류가 흘러 생성된 자장의 세기를 검출하는 일종의 홀센서인데, 유도선으로부터 멀어 질수록 자장의 세기가 약해지므로 이 센서가 출력하는 전압에 따라 유도선과의 거리(d)를 구할 수 있게 한다. 즉, 좌측 픽업센서(14)는 이 좌측 픽업센서와 유도선과의 거리(d1)에 따른 감지신호(V_L)를 출력하고, 우측 픽업센서(15)는 이 우측 픽업센서와 유도선과의 거리(d2)에 따른 감지신호(V_R)를 출력한다. 증폭기(21,22)는 좌,우측 픽업센서(14,15)가 출력하는 신호가 약하므로 이를 충분히 증폭해 주고, 차동 증폭기(23)는 두 증폭기(21,22)의 차를 증폭한다. 따라서 차동증폭기(23)의 출력은 결국 좌측 픽업센서로부터 유도선까지의 거리(d1)와 우측 픽업센서로부터 유도선까지의 거리(d2)의 차(L = d1-d2)신호를 출력한다. 그리고 좌측 픽업센서(14)로부터 우측 픽업센서(15)까지의 거리는 통상 일정하므로 무인차가 우측으로 벗어날 경우, 좌측 픽업신호는 커지고 우측 픽업신호는 작아지며 반대로, 무인차가 좌측으로 벗어날 경우 우측 픽업신호는 커지고 좌측 픽업신호는 작아지게 된다.

또한, 우측으로 벗어나려 할 경우 우측모터를 구동하는 신호는 작게 하고 좌측모터를 구동하는 신호는 크게 해야 하며 반대로, 좌측으로 벗어나려 할 경우 좌측모터를 구동하는 신호는 작게 하고 우측모터를 구동하는 신호는 크게 해야 하므로 통상 우측모터를 구동하는 신호와 좌측모터를 구동하는 신호의 크기는 같고 부호는 반대가 되어야 한다. 따라서 반전기(25)는 제어기(24,30)들의 출력의 부호를 반전하여 항시 좌측모터를 구동하는 신호와 우측모터를 구동하는 신호의 부호가 다르게 한다

비례제어기(24) 및 비례미분적분제어기(25)는 도 4에 도시된 바와 같이, 미분기(Vd:32), 적분기(Vi:34), 비례기(Vp:36)로 구현될 수 있으며, 미분기, 적분기, 비례기는 연산증폭기를 이용하여 쉽게 구현될 수 있다.

도 4에 있어서, 미분기(32)는 -단자에 저항(R1)과 커패시터(C1)가 직렬 연결되고 이 -단자와 출력단자 사이에 궤환저항(R3)이 연결되며 +단자에 저항(R2)이 연결된 연산증폭기(OP1) 회로로 구현되어 차동증폭기의 출력(Vin)을 입력받아 미분하고, 적분기(34)는 -입력단자와 출력단자 사이에 서로 병렬로 연결된 저항(R6)과 커패시터(C2)가 궤환소자로서 연결된 연산증폭기(OP2) 회로로 구현되며, 비례기(36)는 궤환저항(R9)이 연결된 연산증폭기(OP3) 회로로 구현되어 적분기의 출력과 차동증폭기의 출력을 비례 연산한다. 따라서 본 발명에 따른 제어회로의 출력신호는 입력신호에 대한 비례제어신호(P)와 비례미분적분연산신호(PID)의 합(P+PID)이나 차(P-PID)가 된다.

즉, 차동증폭된 전압이 첫번째로 미분기(32)를 거치면서 전압 변화량에 따르는 양음의 기울기로 바뀌게 되며, 두번째 적분기(34)에서 급격한 변화량을 둔화시켜 다음 단으로 출력한다. 그 후 저항(R10)을 통해 들어오는 변화되지 않은 전압(Vin)과 변화된 전압 즉, 미분기와 적분기를 거친 전압(Vid)이 비례 제어기를 거쳐 결과적으로 Vp +/- Vpid가 된다.

따라서 무인차가 궤도를 벗어나려고 하는 경우와 다시 진입하려고 하는 경우에 있어서, 거리차에 따르는 전압변동 즉, 속도가 기존의 비례(P)제어만을 사용하던 방법과는 다르게 적분 및 미분(ID) 곡선을 갖게 된다. 다시 말해서 무인차가 궤도를 벗어나려고 하는 경우에는 전압변동이 P + PID 제어로 표시되는 선을 추정하게 되므로 좀 더 빠르게 유도선을 추종하게 하며, 반대로 무인차가 궤도로 진입하려고 하는 경우에는 P - PID 제어가 되어 무인차가 유도선을 보다 완만하게 추종할 수 있게 한다.

도 5는 본 발명에 따른 제어신호의 예를 도시한 그래프로서, 가로축은 좌측 픽업센서(14)와 유도선(2)과의 거리(d1)와 우측 픽업센서(15)와 유도선과의 거리(d2)의 차(L=d1-d2)를 나타내고, 세로축은 구동제어신호의 전압(V)을 나타낸다.

도 5에 도시된 그래프에서와 같이, 종래에는 구동신호가 거리차의 크기(L)에 따라 비례하는 신호(P control)이 었으나 본 발명에 따라 구동신호는 거리차에 따라 오목 혹은 볼록한 곡선 형태를 이루고 있다.

즉, L이 커져 무인차가 유도선으로부터 벗어나려 하는 경우에는 P + PID 제어신호에 의해 초기에 큰 구동신호를 출력하여 무인차가 빠르게 유도선을 추적하게 하며, L 이 작아져 무인차가 궤도로 진입하려는 경우에는 P - PID 제어신호에 의해 완만하게 구동신호를 상승시켜 무인차가 유도선을 안정되게 추종하게 한다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명은 유도선을 따라 주행하는 무인운반차의 휠 스티어링에 있어서 P +/- PID제어를 사용하므로 P제어만을 사용하던 경우와 달리 유도선 궤도를 벗어나려고 하는 경우에는 좀 더 빠르게 유도선을 추종할 수 있게 해주며 반대로 유도선으로 진입시에는 P제어만을 사용하던 것보다 완만하게 추종하게 하므로써 무인운반차가 작업을 수행하는 동안 안정적으로 유도선을 추종할 수 있게 할뿐만 아니라 무인차가 유도선을 추종하지 못하고 발산하는 것을 막아줄 수 있다. 또한 곡선 주행의 경우에는 종전에 사용해오던 방법보다 작은 반경의 유도선을 추종할 수 있게 하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 좌측 픽업센서와 우측 픽업센서로부터 무인차가 유도선을 벗어나려는 정도를 감지하여 무인차가 유도선을 추종하도록 좌측모터와 우측모터를 구비하고, 상기 좌측 픽업센서의 출력을 증폭하는 증폭기(21); 상기 우측 픽업센서의 출력을 증폭하는 증폭기(22); 상기 두 증폭기의 차를 증폭하는 차동증폭기(23); 상기 차동증폭기의 출력을 비례제어하는 비례제어기(24); 및 상기 제어기들의 출력의 부호를 반전시키는 반전기(25)로 구성된 무인차의 제어장치에 있어서,

   무인차가 궤도를 벗어날 경우에는 좀더 빠르게 유도선을 추종할 수 있게 하며, 다시 궤도로 진입할 시에는 완만하게 추종하도록 상기 비례제어기(24)에 병렬 연결되어 상기 차동증폭기의 출력을 비례미분적분 제어하는 비례미분적분 제어기(30)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 무인차의 휠 스티어링 제어회로.