[메카넘 구동 시스템 (6)] 메카넘 로봇 고장진단(1) / 메카넘 로봇의 고장 진단법 [메카넘 구동 시스템 (6)] 메카넘 로봇 고장진단(2) / 결정트리 학습 및 학습결과 4. 결정트리 학습 및 학습결과 결정트리는 질문에 대한 응답 결과에 따라 패턴을 분류하므로 결정트리를 학습하는 것은 훈련 집합 분류를 위한 적절한 질문을 만드는 것이다. 질문을 만드는 과정은 전역탐색 과정으로 훈련샘플로부터 만들 수 있는 모든 후보 질문들 중에서 선택한다. 후보 질문들 중 불순도 감소량이 최대인 질문을 선택한다. 불순도는 훈련 집합의 동질성을 측정해주는 기준으로 1에 가까울수록 다른 부류 정보를 가지고 있는 다양한 샘플이 있는 집합이다. 불순도가 0이면 모두 같은 부류 정보를 가진 샘플들로 구성된 집합이다. 불순도감소량 : 여기서 는 노드 에서의 불순도, 는 노드 에 포함된 훈련 집합의 크기, 그리고 와 는 각각 하위에 있는 왼쪽 및 오른쪽 노드에 포함된 훈련 집합의 크기이다. 또한, 과 은 각각 하위 왼쪽과 오른쪽 노드의 불순도를 의미한다. 여기서 그리고 는 부류, M은 부류의 개수를 의미한다. 그림 5와 그림 6에는 각각 결정트리 학습 알고리즘과 결정트리 인식 알고리
[메카넘 구동 시스템 (6)] 메카넘 로봇 고장진단(1) / 메카넘 로봇의 고장 진단법 [메카넘 구동 시스템 (6)] 메카넘 로봇 고장진단(2) / 결정트리 학습 및 학습결과 지면을 주행하는 메카넘 로봇은 구동 시스템의 고장, 센서의 고장과 같은 내부적인 요인 그리고 구동바퀴의 마모 또는 장애물과의 충돌 등 주변 환경에 의한 외부적인 요인에 의해 고장이 발생할 수 있다. 메카넘 로봇에 발생하는 갑작스런 고장 상황은 주변 작업자의 안전을 위협할 수 있고, 경제적 손실도 일으킬 수 있다. 이런 고장 상황을 극복하고 계속 주어진 업무를 수행하기 위해서는 우선 메카넘 로봇 스스로가 고장의 종류 및 발생 위치를 정확히 진단할 수 있어야 한다. 메카넘 로봇의 고장을 진단할 수 있는 방법은 다양하다. 기존의 고장 진단 방법인 모델 기반 방법은 정상적인 상태 그리고 고장 상태에 대한 메카넘 로봇의 모델이 필요하다. 하지만 고장 상황이 많을수록 더 많은 고장 상태에 대한 모델이 필요하다. 메카넘 로봇의 경우 4개의 모터를 사용하여 메카넘 휠을 각각 제어하기 때문에 1개 또는 2개의 모터 고장에 대해서 총 16가지의 모델이 필요하다. 이런 모델링 과정은 많은 시간을 요구할 뿐
메카넘 구동 시스템은 메카넘 휠과 더불어 각 휠을 제어하는 모터가 설치된 시스템을 일컫는다. 메카넘 구동 시스템은 조향장치 없이 각 모터의 회전방향과 속도만으로도 차량의 주행방향 및 속도를 결정할 수 있으며, 제자리 회전이 가능하므로 최소 회전반경이 매우 작다. 또한, 방향 전환을 위한 우회나 후진 등 불필요한 움직임이 필요하지 않기 때문에 작업 동선을 최소화할 수 있다. 이러한 특징들로 메카넘 구동 시스템은 좁은 공간에서도 운용할 수 있기 때문에 협소한 공간을 갖는 산업 및 물류 현장에서 널리 쓰이고 있으며 이에 따른 수요도 꾸준히 증가하고 있다. 이처럼 메카넘 구동 시스템은 많은 제약 조건에서도 주어진 임무를 잘 수행할 수 있는 고효율 시스템이다. 이번 글에서는 산업 현장을 비롯한 여러 분야에서 메카넘 구동 시스템이 어떻게 응용되어 사용되는지 알아본다. 산업 현장에서의 컨베이어라인 산업 현장은 메카넘 구동 시스템이 가장 많이 사용되는 분야라고 해도 과언이 아니다. 산업 현장의 물류 및 적재 표준화 도입과 더불어 메카넘 구동 무인운반차량의 수요 또한 지속적으로 증가하고 있다. 산업 현장 내 컨베이어라인은 용도에 따라 많은 규격으로 나누어진다. 컨베이어라인
[메카넘 구동 시스템 (5)] 메카넘 구동 시스템 제어기술(1) / 좌표변환을 통한 메카넘 구동 시스템 제어 [메카넘 구동 시스템 (5)] 메카넘 구동 시스템 제어기술(2) / 상대좌표계 생성을 통한 메카넘 구동 시스템의 주행 일반적인 차량의 주행은 2자유도를 기반으로 구성된다. 전/후진을 수행하는 Y-축 방향 이동과 Z-축 중심으로 회전을 수행하는 요잉(yawing)으로 운동이 한정되어 있으며, 주행을 위한 명령 또한 2가지 운동방향에 기반을 둔 지령에 국한된다. 그렇지만 메카넘 구동 시스템의 경우에는, 주행에 필요한 운동에 있어서 Y-축 방향 이동 및 요잉-회전뿐만 아니라, 좌/우진을 수행하는 X-축 방향 이동을 추가로 수행할 수 있다. 그러므로 메카넘 구동 시스템의 주행은 3자유도 운동에 대한 명령이 필요하며, 제어시스템 구성 시 운동에 필요한 3가지 정보를 미리 구성하고 경로나 공정에 따라 적절히 지령을 송신하도록 구성되어야 한다. 그러나 일반적인 무인주행차량은 추적(tracking) 기반의 자율주행을 바탕으로, 지정된 경로를 주행 후 특정 위치에 도달하면 시퀀스에 맞춰 공정을 수행하는 시스템을 기반으로 운용되고 있다. 이것은 지정된 라인을 원점으로
[메카넘 구동 시스템 (5)] 메카넘 구동 시스템 제어기술(1) / 좌표변환을 통한 메카넘 구동 시스템 제어 [메카넘 구동 시스템 (5)] 메카넘 구동 시스템 제어기술(2) / 상대좌표계 생성을 통한 메카넘 구동 시스템의 주행 메카넘 구동 시스템은 그림 1에 표시된 바와 같이 일반적인 구동 시스템의 주행 방식에 1개의 자유도(degree of freedom)가 추가되어 전/후진, 좌/우진, 제자리 회전이 가능한 시스템이다. ▲ 그림 1. 일반적인 구동 시스템과 메카넘 구동 시스템의 자유도 메카넘 휠의 구동을 통해 만들 수 있는 이러한 주행들은 사람의 보행 기법과 유사한 형태의 움직임이므로 사용자 관점에서 직관적으로 차량을 조작하여 구동시킬 수 있다. 이를 통해 메카넘 구동 시스템으로 하여금 즉각적인 장애물 회피나 사선 방향의 이동 등 주행 성능을 향상시키고, 최적의 경로를 찾거나 임의의 회전중심 기반 회전을 통하여 적재물의 적·하역에 편의성을 높일 수 있다. 특히 차동-조향 시스템의 일반 차량이 가지는 특수한 제약 속에서 벗어나, 협로 진입을 위해 필요로 하는 큰 회전반경이나 주차를 위한 후진과 같은 불필요한 구동을 최소화할 수 있다. 또한, 기
[메카넘 구동 시스템 (4)] 메카넘 휠 설계기술(1) / 메카넘 휠의 기본 구성 [메카넘 구동 시스템 (4)] 메카넘 휠 설계기술(2) / 다양한 종류의 자유 롤러 그림 7과 같이 두 개의 반쪽짜리 롤러 쌍이 하나의 롤러와 같은 역할을 하는 분리식 자유 롤러도 있다. 이때 자유 롤러를 지지하는 림 휠의 홀이 하나밖에 없으므로 자유 롤러 양쪽을 지지하는 일반적인 메카넘 휠보다 더 큰 전단력을 받게 된다. 하지만 그림 7(b)와 같이 림 휠의 설계가 단순하고 제작하기 편리하여 생산 비용이 저렴하기 때문에 가벼운 하중을 지지하는 단순한 메카넘 구동 시스템(그림 8)에서 많이 활용된다. ▲ 그림 7. 분리식 자유 롤러와 림 휠 ▲ 그림 8. 분리식 롤러를 사용한 경량형 메카넘 구동 시스템 메카넘 구동 차량이 주행 도중에 노면의 기울어짐이나 요철에 의해 차량에 롤(roll) 각이 생기는 경우, 지면과의 접지력이 낮아져 구동 효율성이 저하된다. 그래서 이를 보조하고 동시에 림 휠의 손상을 방지하기 위해 그림 9와 같이 자유 롤러 양 끝단에 조그마한 롤러를 추가하기도 한다. 또한, 림 휠 간의 간격을 좁히게 되어 고하중 적재물에 대한 자유 롤러 축의 처짐을 작게 할 수
[메카넘 구동 시스템 (4)] 메카넘 휠 설계기술(1) / 메카넘 휠의 기본 구성 [메카넘 구동 시스템 (4)] 메카넘 휠 설계기술(2) / 다양한 종류의 자유 롤러 전-방향 구동이 가능한 메카넘 휠은 기존의 차동-조향 시스템보다 구성이 단순하고 협소한 공간에서도 자유롭고 유연한 이동이 가능하다. 그리고 메카넘 휠은 제자리 회전이 가능하여 이동에 관한 한 높은 자유도를 가지므로 다양한 산업 분야에 적용되고 있다. 최근에는 기술이 더욱 발전함에 따라 고하중(heavy load)이 부가되는 시스템에 메카넘 휠을 적용할 수 있게 되어 고하중 물류 시스템이 필요한 공항이나 항만 등에서도 메카넘 구동 시스템이 활용되고 있다. 그렇지만 메카넘 휠을 물류 시스템에 적용하기 위해서는 여러 가지 제약이 있다. 그 가운데 가장 중요한 것은 메카넘 휠의 기본적인 구조이다. 우리가 쉽게 접할 수 있는 자동차나 AGV와 같은 구동 시스템의 휠(또는 타이어)은 연속적인 면 또는 선의 형태로 지면에 접촉되어 구동된다. 그러나 메카넘 휠은 구동 시 지면과의 불연속 점접촉이 이루어진다. 이로 인해 메카넘 휠의 회전동력이 지면으로 전달될 때 필연적으로 구동력이 저하될 수 있는 구조이다. 또
[메카넘 구동 시스템(3)] 메카넘 구동 시스템 응용 분야(1) / 컨베이어라인 [메카넘 구동 시스템(3)] 메카넘 구동 시스템 응용 분야(2) / 메카넘 지게차 메카넘 지게차 협소한 산업현장에서 물류 이송을 위해 사용되는 지게차는 효율적인 작업을 위해 조향장치를 후륜에 설치한다. 이로써 회전반경을 줄여 효율적인 작업이 가능하나, 차량 회전이나 정렬을 위한 불필요한 동선이 추가되어야 하는 한계를 극복할 수는 없다. 그러나 그림 5와 같이 지게차에 메카넘 휠을 설치하면 기존의 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 조작 또한 간편해져 효율성을 더욱 높일 수 있다. 그림 5. 메카넘 휠이 부착된 지게차(Airtrax사의 Sidewinder) 메카넘 구동 휠체어 의료 분야에서 1인 전동차인 휠체어에 메카넘 구동 시스템이 활발하게 응용되어 적용되고 있다. 메카넘 구동 시스템은 도심 및 실내 공간 내의 장애물을 회피 기동할 수 있는 능력이 탁월하고 전-방향 이동이 가능하므로 운전이 익숙하지 않은 이용자도 쉽게 적응할 수 있다. 이로 인해 조작이 간편하고 직관적이므로 거동이 불편한 사용자를 대상으로 한 1인 전동차, 휠체어에 대한 수요가 증가하고 있다. 그림 6에는 메카넘
[메카넘 구동 시스템(1)] 메카넘 구동형 전-방향 시스템 개요 [메카넘 구동 시스템(1)] 메카넘 휠의 역사 메카넘 휠의 역사 전-방향 구동이 가능한 휠은 1919년 미국의 J. Grabo-wiecki에 의해 처음으로 만들어졌다. 휠 둘레를 따라 자유롭게 회전시킬 수 있는 작은 롤러들을 배열한 형태의 휠이다. 그림 6에 표시된 바와 같이 휠 축과 롤러의 축이 수직이 되도록 배열한 것이 특징이다. 그림 6. J. Grabowiecki의 전-방향 구동바퀴 좌측과 우측 휠의 회전 방향을 다르게 하면 조향장치 없이도 좌/우 이동이 가능하다. 하지만 Grabowiecki의 휠은 차량진행 방향 및 수직 방향의 두 축에 대해서만 이동 가능하며, 하나의 바퀴 내에 부착되어야 하는 바퀴의 수가 많아야 한다는 단점이 있다. 1973년 스웨덴의 Mecanum AB사의 Bengt Erland Ilon이 항공기 정비용 캐리어에 적용할 목적으로 메카넘 휠을 제작했다. 이 메카넘 휠은 그림 7에 표시된 바와 같이 Grabo-wiecki의 전-방향 구동바퀴와 달리, 작은 롤러를 45° 대각으로 배열한 것이 특징이다. 그림 7. Bengt Erland Ilon의 메카넘 휠 이러한
[메카넘 구동 시스템(3)] 메카넘 구동 시스템 응용 분야(1) / 컨베이어라인 [메카넘 구동 시스템(3)] 메카넘 구동 시스템 응용 분야(2) / 메카넘 지게차 메카넘 구동 시스템은 메카넘 휠과 더불어 각 휠을 제어하는 모터가 설치된 시스템을 일컫는다. 메카넘 구동 시스템은 조향장치 없이 각 모터의 회전방향과 속도만으로도 차량의 주행방향 및 속도를 결정할 수 있으며, 제자리 회전이 가능하므로 최소 회전반경이 매우 작다. 또한, 방향 전환을 위한 우회나 후진 등 불필요한 움직임이 필요하지 않기 때문에 작업 동선을 최소화할 수 있다. 이러한 특징들로 메카넘 구동 시스템은 좁은 공간에서도 운용할 수 있기 때문에 협소한 공간을 갖는 산업 및 물류 현장에서 널리 쓰이고 있으며 이에 따른 수요도 꾸준히 증가하고 있다. 이처럼 메카넘 구동 시스템은 많은 제약 조건에서도 주어진 임무를 잘 수행할 수 있는 고효율 시스템이다. 이번 글에서는 산업 현장을 비롯한 여러 분야에서 메카넘 구동 시스템이 어떻게 응용되어 사용되는지 알아본다. 산업 현장에서의 컨베이어라인 산업 현장은 메카넘 구동 시스템이 가장 많이 사용되는 분야라고 해도 과언이 아니다. 산업 현장의 물류 및 적재 표준
산업 현장의 패러다임이 변함에 따라 다양한 제품들을 신속하게 생산, 이송하기 위한 물류수송장비의 수요가 급속도로 증가하고 있다. 이로 인해 산업용 운반차량은 무인화, 자동화의 기본 목적을 달성해야 함은 물론, 효율성과 경제성 모두 갖춰야만 한다. 이에 적합한 시스템 중의 하나가 메카넘 휠 구동형 시스템이다. 이 시스템은 조향장치 없이 휠 장착과 각 휠의 방향제어만으로도 전-방향으로 이동할 수 있다. 따라서 협소한 공간에서의 작업이 매우 용이하며 적은 비용으로도 높은 효율을 낼 수 있다는 장점도 있다. 메카넘 휠은 이러한 장점들을 통해 기존 산업용 운반차량의 휠 및 조향 시스템을 대체하는 차세대 기술로서 주목을 받고 있으며, 메카넘 휠이 부착된 차량의 수요도 꾸준히 증가하는 추세이다. 물류 시스템 환경이 변함에 따라 AGV(Automated Guided Vehicle, 무인운반차량)의 기술 개발도 함께 이루어지기 마련이므로, 이번 글에서는 물류 시스템의 변천사와 더불어 메카넘 구동 시스템과 이에 대한 기술 동향을 알아보고자 한다. 물류 시스템 변화의 개요 원재료의 자급도가 지극히 낮은 우리나라는 산업용 자재 및 원재료의 공급 대부분을 수입에 의존하고 있다. 더
[메카넘 구동 시스템(2)] 메카넘 시스템 변화의 개요 [메카넘 구동 시스템(2)] 생산방식에 따른 메카넘 구동시스템 기술 동향 생산방식에 따른 기술 동향 1. 컨베이어라인 생산방식 동일한 제품을 대량으로 생산하는 경우에는 컨베이어 벨트를 이용하여 물건을 운반, 생산하는 컨베이어라인 생산방식(그림 3)이 가장 효율적이다. 그림 3. 컨베이어 생산라인 이 생산방식은 수십 명의 작업자들이 하나의 컨베이어 라인에서 한 종류의 제품을 생산하는 방식이다. 대부분 재료나 제품들이 컨베이어를 통해 조달되지만, 생산에 필요한 일부 품목은 컨베이어를 통해 이송하기 힘든 경우도 있다. 이러한 경우, 별도의 운반차량을 사용해서 운반해야 한다. 생산이 끝난 제품들을 적재하여 특정 장소로 운반하는 등의 물류이송 역할을 수행하기 위해 운반차량을 사용하기도 한다. 하지만 이러한 작업은 운반차량이 단순 수송의 기능들만 수행하므로 자동화 생산 공정에 있어 일부분의 역할만 부여받아 수행하게 되는 한계가 있다. 따라서 이러한 분야에 적합하도록 자동화된 운반차량 개발 요구가 끊이지 않았다. 현재는 컨베이어라인 내에서 각각 다른 물류 이송이 필요한 곳에 자동화 기술이 접목된 자동 이송 시스템이나
[메카넘 구동 시스템(2)] 메카넘 시스템 변화의 개요 [메카넘 구동 시스템(2)] 생산방식에 따른 메카넘 구동시스템 기술 동향 산업 현장의 패러다임이 변함에 따라 다양한 제품들을 신속하게 생산, 이송하기 위한 물류수송장비의 수요가 급속도로 증가하고 있다. 이로 인해 산업용 운반차량은 무인화, 자동화의 기본 목적을 달성해야 함은 물론, 효율성과 경제성 모두 갖춰야만 한다. 이에 적합한 시스템 중의 하나가 메카넘 휠 구동형 시스템이다. 이 시스템은 조향장치 없이 휠 장착과 각 휠의 방향제어만으로도 전-방향으로 이동할 수 있다. 따라서 협소한 공간에서의 작업이 매우 용이하며 적은 비용으로도 높은 효율을 낼 수 있다는 장점도 있다. 메카넘 휠은 이러한 장점들을 통해 기존 산업용 운반차량의 휠 및 조향 시스템을 대체하는 차세대 기술로서 주목을 받고 있으며, 메카넘 휠이 부착된 차량의 수요도 꾸준히 증가하는 추세이다. 물류 시스템 환경이 변함에 따라 AGV(Automated Guided Vehicle, 무인운반차량)의 기술 개발도 함께 이루어지기 마련이므로, 이번 글에서는 물류 시스템의 변천사와 더불어 메카넘 구동 시스템과 이에 대한 기술 동향을 알아보고자 한다. 물
[메카넘 구동 시스템(1)] 메카넘 구동형 전-방향 시스템 개요 [메카넘 구동 시스템(1)] 메카넘 휠의 역사 21세기에 들어서면서 산업 현장의 패러다임이 급속히 변하고 있다. 생산제품의 소비자들은 기존의 획일화, 대량화된 상품을 찾기보다는 개성 있는 상품을 추구하기 시작했다. 따라서 소비자들의 요구를 더욱 충족시키기 위해 기업은 시장에 다양한 제품들을 출시하고 있으며, 제품 경쟁력과 경제성을 동시에 확보하기 위해 최선을 다하고 있다. 소품종 대량생산 시스템보다는 다양한 품종을 효율적으로 유연성 있게 생산하기 위한 자동화 공정 시스템의 도입이 요구되고 있다. 이제는 생산공정에서 숙련된 사람들의 손에 의해 이루어진 많은 작업이 로봇에 의해 이루어지고 있다. 그렇지만 생산과 조립 분야에서만 국한하여 공장자동화가 쓰이는 것은 아니다. 다양하게 생산되는 제품들을 효율적으로 운반하기 위한 이송 및 물류 산업에서도 자동화 기술은 반드시 필요하다. 대량생산에 최적화되어 있던 기존 산업 현장의 컨베이어 시스템은 지금의 다품종 생산에서는 적합하지 않다. 더욱 효율적인 이송을 위해서는 패킷 혹은 셀 단위의 유연하고 탄력적인 물류 이송 시스템이 필요하다. 근래의 항만, 공항,
메카넘 구동형 전-방향 시스템 개요와 메카넘 휠의 역사 21세기에 들어서면서 산업 현장의 패러다임이 급속히 변하고 있다. 생산제품의 소비자들은 기존의 획일화, 대량화된 상품을 찾기보다는 개성 있는 상품을 추구하기 시작했다. 따라서 소비자들의 요구를 더욱 충족시키기 위해 기업은 시장에 다양한 제품들을 출시하고 있으며, 제품 경쟁력과 경제성을 동시에 확보하기 위해 최선을 다하고 있다. 소품종 대량생산 시스템보다는 다양한 품종을 효율적으로 유연성 있게 생산하기 위한 자동화 공정 시스템의 도입이 요구되고 있다. 이제는 생산공정에서 숙련된 사람들의 손에 의해 이루어진 많은 작업이 로봇에 의해 이루어지고 있다. 그렇지만 생산과 조립 분야에서만 국한하여 공장자동화가 쓰이는 것은 아니다. 다양하게 생산되는 제품들을 효율적으로 운반하기 위한 이송 및 물류 산업에서도 자동화 기술은 반드시 필요하다. 대량생산에 최적화되어 있던 기존 산업 현장의 컨베이어 시스템은 지금의 다품종 생산에서는 적합하지 않다. 더욱 효율적인 이송을 위해서는 패킷 혹은 셀 단위의 유연하고 탄력적인 물류 이송 시스템이 필요하다. 근래의 항만, 공항, 철도 산업 등의 발전은 물류 산업을 고부가가치 산업으로
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