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한성익 제어로봇시스템학회 2016 제어로봇시스템학회지 Vol.22 No.2
본 기술 특집호에서는 최근에 강인제어 분야에서 많이 주목받고 있는 사전규정 오차 구속제어기법들에 대해 기본적인 개념과 각 구속제어 기법들이 특징들을 소개한다. 기존의 제어기법들은 안정도 및 일정한 출력성능은 보장하지만 선정된 제어기게인 값에 따라 추종성능이 민감하게 변하며 안전을 위한 제약이 없는데 반해 이러한 구속제어는 최소한의 게인 선정으로 오버슈트, 정상오차 등에 대해 사전에 규정한 성능범위를 만족하도록 강제로 구속시켜 출력성능 및 안정성이 동시에 보장되도록 한다. 이러한 구속제어는 오버슈트에 크게 영향을 받는 정밀기기 위치제어, 힘 제어에서 안전성을 확보해주며 외란이나 시스템 불확실성에 매우 강인한 특성을 갖는다. 가정 먼저 연구된 구속제어는 funnel 제어로서 시스템의 동적 모델을 포함하지 않는 비모델 기준 제어기법이다. 추종오차의 초기값이 오차에 대한 사전 구속함수로 구성된 funnel(깔데기) 안에 있으면 항상 사전에 규정된 오차범위 내에 머물도록 funnel 제어기가 작동하며 PD 제어와 구조가 유사하다. 다음으로 tanh 함수와 추종오차 변환을 결합한 방법으로서 전통적인 순환적(recursive) 제어방법인 backstepping 제어와 결합하는 방법이다. 최종적으로 좀더 단순한 오차변환을 통해 오차에 대한 switching을 이용한 기법은 제어기 구조를 단순하게 만들고 기존의 제어기와 편리하게 결합할 수 있다. 이러한 구속제어 기법들은 또한 미지의 시스템에 특성에 대해 관측기나 지능제어를 이용한 근사함수를 요구하지 않는다. 본 특집호에서는 최근까지 연구된 구속제어에 대한 간단한 이론과 적용 결과들을 제시하기로 한다.
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후쿠시마 사고원전 감마선환경에서의 노트북 PC 생존성 평가
조재완(Jai Wan Cho),정경민(Kyung Min Jeong) 제어로봇시스템학회 2011 제어로봇시스템학회 각 지부별 자료집 Vol.2011 No.12
노트북 PC 는 로봇 본체에 탑재되어 제어기로 활용된다. 후쿠시마 원자력발전소의 사고와 같이 사고수습을 위해 로봇이 투입된다고 하면, 로봇제어기 모듈에 사용되는 CPU, 마이크로프로세서 등, 로봇 전자회로는 사고원전의 고선량 감마선 환경에서 생존성이 검증되어야 한다. 일본의 Quince 로봇은 후쿠시마 사고원전에 투입되기 전에 감마선 생존성 평가를 수행하였다. Quince 로봇 제어기에 사용되는 Tough book PC (산업용 노트북 PC), 관측 카메라 모듈에 대한 감마선 생존성 평가가 수행되었다. 10 Sv/h 선량율 환경에서 10시간 조사하여, 누적 피폭선량 기준으로 100 Sv (10 kRad) 피폭되었으며 동작에 이상이 없음을 확인한 후에 후쿠시마 사고원자로 건물에 투입되었다. Quince 로봇이 투입된 시점은 사고원자로의 수소폭발 시점으로부터 2개월여 이상 경과한 시점으로 동경전력이 측정한 CAMS 데이터에 의하면 격납용기내의 감마선 선량율은 2호기 원자로의 경우 13.7 Sv/h (Ch A), 15.3 (Ch B) Sv/h 이었다. Quince 로봇의 생존성 평가와 비슷한 감마선 선량율을 나타내고 있으므로, Quince 로봇이 원자로 건물을 통하여 격납용기 내부로 진입하더라도 감마선에 의한 로봇 시스템의 장애는 발생되지 않을 것으로 판단된다. 그러나 로봇이 원자력 안전설계 개념에서 노심용융을 방지하는 비상대응 목적으로 투입된다고 가정하면, 노심 용융으로 인한 수소 폭발 전후시점의 감마선 선량율 환경에서 로봇 전자회로에 해당하는 제어기의 생존성이 검증되어야 한다. 본 논문에서는 (주) 동경전력이 제공한 수소 폭발시점의 CAMS 감마선 선량조건에서 노트북 PC 의 생존성 평가를 위한 실험 결과를 기술한다.
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고상호,Go, Sang-Ho 제어로봇시스템학회 2012 제어로봇시스템학회지 Vol.18 No.2
"시스템 식별(system identification)"이란 신호처리(signal processing)의 한 분야로서, 제어분야에서는, 제어시스템 설계 시 요구되는 제어대상 플랜트(plant)의 수학적 모델을 실제 시스템의 입력과 출력데이터를 활용하여 얻기 위한 필요한 체계적인 절차들을 제공해준다. 본 기법은 물리적 또는 화학적 기초원리(first principles)로부터 시스템 모델을 얻기가 어렵거나 매우 복잡한 경우에 주로 쓰이고 있으며, 이때 따라 산업현장에서도 점차 그 역할이 중요해지고 있다. 제어의 다른 분야와 유사하게 이 분야 또한 매우 수학적이어서 제어로봇시스템 학회지의 이번 호부터 총 4회에 걸쳐서 이 분야의 가장 근본적이며 실제적인 이론과 적용방법 들을 간단한 예제와 함께 다룰 계획이다. 첫 번째 순서로서 이번 호에서는 시스템 식별분야에 대한 빠른 이해를 위해 단순한 정적 그리고 동적인 시스템 예제에 대하여 최소자승법(least squares method)을 통한 시스템 파라미터 추정기법을 설명하며, 시스템 식별기법의 종류 그리고 시스템 식별 수행 시 반드시 거쳐야 단계와 절차를 소개한다.
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슬라이딩 모드 제어기와 관측기를 이용한 제어기 설계 기술 동향
김인혁,손영익 제어로봇시스템학회 2016 제어로봇시스템학회지 Vol.22 No.2
슬라이딩 모드 기법을 실제 적용하는데 있어서 고려해야 할 중요한 문제 중 하나는 스위칭 동작에 의한 채터링 현상이다. 본 논문은 슬라이딩 모드 제어기 및 관측기의 게인을 줄임으로써 채터링을 완화하기 위한 방법으로 슬라이딩 모드 외란 관측기와 적분 제어를 포함하는 슬라이딩 모드 제어 기법에 대해 소개한다. 슬라이딩 모드 외란 관측기는 시스템 불확실성에 의해 발생하는 등가 외란의 상대적으로 느리게 변하는 부분을 추정하도록 설계한다. 슬라이딩 모드 관측기로 추정된 불확실성을 슬라이딩 모드 제어 입력에 결합함으로써 제안하는 관측기 기반 제어기는 상대적으로 낮은 게인을 사용하여 제어 목표를 달성할 수 있다. 본 논문에서는 제안하는 제어기의 성능을 기존 방법과 비교하기 위해 DC 모터 전류 제어 모의 실험을 수행한다. 모의실험 결과를 통해 제안하는 슬라이딩 모드 외란 관측기 기반 제어기는 낮은 게인으로 강인한 성능을 달성하고 전류 맥동을 줄일 수 있음을 확인할 수 있다.
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자율주행 자동차의 전기적 파워 조향 시스템을 위한 제어 기법의 개관
손영섭,김원희,정정주 제어로봇시스템학회 2015 제어로봇시스템학회지 Vol.21 No.1
운전자에게 편의성을 제공하는 차량의 주행관련 Advanced driver assist system (ADAS)에는 차량의 종방향과 횡방향 운동에 대한 제어기가 요구된다. 횡방향 제어를 위해서는 조향 시스템의 조향각 제어가 요구되는데 최근 구조적으로 간단하고 연비향상, 차량의 중량 감소, 빠른 응답성을 가지고 있는 전기적 파워 조향 (Electric power steering, EPS) 시스템이 자동차 산업에서 널리 사용되고 있다. 차량의 주행관련 ADAS를 사용하여 자율 주행 시 EPS 시스템은 상위 제어기에서 계산된 필요한 조향각을 추종 할 수 있도록 조향 핸들의 각 제어를 해야 한다. 그러나 일반적인 EPS 시스템은 운전자가 조향 핸들에게 인가된 토크를 보조해 줄 수 있는 토크를 출력해 준다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하는 방법들을 설명한다. 먼저 EPS 시스템의 기본 기능에 대해서 설명을 하고, 자율 추행 차량을 위한 조향 핸들의 각 제어를 위한 proportional-integral 제어, 슬라이딩 모드 제어(Sliding mode control), 관측기 기반 비선형 댐핑 제어(Observer based nonlinear damping control) 등과 같은 다양한 기법의 제어 알고리즘들에 대한 방법들이 고찰되었다.
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착용식 로봇 제어를 위한 Impedance Control의 시뮬레이션 및 실험적 고찰
구남국,권정한,차주환,이규열 제어로봇시스템학회 2010 제어로봇시스템학회 국내학술대회 논문집 Vol.2010 No.5
조선 생산 공정의 작업자는 오랜 시간 팔을 뻗고 위 보기 작업(overhead operation)을 수행하고 있으며, 이는 근 골격계 질환을 발생시킬 수 있다. 이를 예방하고자, 본 논문에서는 위 보기 작업 지원을 위한 착용식 로봇의 impedance control 시뮬레이션 및 하드웨어 실험을 수행하였다. 착용식 로봇은 총 6 개의 회전 관절(어깨 2 자유도, 팔꿈치 1 자유도, 손목 3 자유도)로 구성되며, 작업자가 착용식 로봇에 가하는 힘을 end-effector에서 계측하고, 이를 제어에 사용하였다. 운동방정식은 뉴턴역학을 기반으로 한 relative coordinate formulation 을 이용하여 구성하였으며, 각 관절에 설치되어 있는 motor의 관성력과 감쇠력을 모델링 하여 운동방정식에 반영하였다. 착용식 로봇에 작용하는 외력으로는 중력, 작업자와 로봇 사이의 접촉력, 그리고 각 관절에 작용하는 제어력을 고려하였다. 제어력은 로봇 암의 transient motion과 steady state motion을 제어할 수 있는 impedance control을 사용하여 구성하였으며, 수치적 시뮬레이션을 통하여 로봇 암의 transient motion을 제어할 수 있음을 확인하였다. 또한 3자유도 착용식 로봇(어깨 2 자유도, 팔꿈치 1 자유도)의 하드웨어를 제작하여 impedance control을 이용한 실제 제어 성능을 검증하였으며, 이를 통하여 조선 생산 공정 작업 지원을 위한 착용식 로봇에 impedance control을 적용할 수 있음을 확인하였다.
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권진근(Jin Geun Kwon),박헌(Heon Park),임동민(Dong Min Lim),한석봉(Seok Bung Han) 제어로봇시스템학회 2010 제어로봇시스템학회 합동학술대회 논문집 Vol.2010 No.6
본 논문에서는 스마트폰을 이용한 효율적인 원격 제어 시스템을 제안한다. 이 시스템은 데이터 통신을 통해 서버에 전달된 실내상태 및 영상을 스마트폰 어플리케이션으로 확인하여 가정기기를 제어하고 집 내부의 상황을 감시할 수 있다. 구현된 전체 시스템은 홈 서버, 태양광 패널을 통한 친환경 전력 생산, 정원등 야간 자동점등, 스마트폰, 터치스크린, 리모컨, RFID 현관출입시스템, ARS제어시스템, 모션디텍터 알고리즘을 통한 침입자 관리, 애완동물 관리 시스템 긴급 상황을 위한 SMS 알림 시스템, 집 구조물로 구성되어 있으며 기존의 원격 제어 시스템보다 향상된 기능을 확인하였다.
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허근섭,이춘영 제어로봇시스템학회 2015 제어로봇시스템학회지 Vol.21 No.2
근래에 들어서 노인인구와 장애인구의 지속적인 증가로 인해 재활용 로봇 산업이 지속적인 관심을 받고 있다. 특히 재활 로봇은 환자의 삶의 질 향상과 밀접한 관계가 있고, 인간의 기능을 보조하는 시스템 기술로 로봇공학과 밀접한 관계가 있는 분야이므로 더욱 주목받고 있다. 본 논문에서는 현재 활발히 연구가 진행되고 있는 다양한 재활 로봇의 기술 분류와 공개된 시스템의 개발현황을 소개하며 시스템들의 특징을 간략하게 소개하였다. 재활 로봇은 치료 목적 운동에 따라 다양한 형태로 개발될 수 있으며, 실제 상용화된 제품들이 있지만 임상적 효능과 실제 사용성 평가와 관련한 연구가 부족한 실정이다. 실사용자 및 의료계와 지속적인 협력으로 지속적인 기술 개발의 필요성이 요구될 것으로 전망된다.
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개인용 탑승시스템 제어를 위한 스마트폰 인터페이스 설계
김연균,김동헌 제어로봇시스템학회 2016 제어로봇시스템학회지 Vol.22 No.1
본 기술 특집호에서는 개인용 탑승시스템(PMS, Personal Mobility System) 혹은 이동로봇을 무선 원격 제어할 때 사용할 수 있는 인터페이스(지자기센서 기반형, 조그셔틀형)들을 소개하고, 사용자 편리성 제어 기반으로 인터페이스 방식을 분석한다. 지자기센서 기반의 절대방향 제어는 자기북극을 기준으로 한 지자기센서의 측정값인 방향각을 이용하여 스마트폰의 방향각에 탑승시스템의 방향각을 같도록 탑승시스템을 제어하는 것이다. 탑승시스템에 서있는 탑승자가 스마트폰을 이용하여 탑승시스템이 원하는 방향으로 이동하기 위하여 제어할 때에는 스마트폰의 화면에 표시되어진 시작 버튼에 손가락을 놓고, 원하는 방향으로 스마트폰을 좌 · 우로 회전시키면 탑승시스템은 그 방향으로 회전을 하며 주행한다. 터치기반의 조그셔틀 인터페이스를 이용하여 원하는 방향으로 이동하기 위해서는 탑승시스템에 서있는 사용자가 스마트폰의 화면에 표시되어진 조그셔틀 스위치에 손가락을 놓고, 원하는 방향대로 손가락을 움직이면 스마트폰은 블루투스 무선통신을 통하여 탑승시스템을 주행 할 수 있다.
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Raspberry Pi를 이용한 원격 제어 및 모니터링 시스템 개발과 HILS를 통한 시스템 검증
김태윤(Tae Yoon Kim),이영삼(Young-Sam Lee) 제어로봇시스템학회 2017 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.23 No.11
In this paper, we propose a remote control and monitoring system using the Raspberry Pi as an IoT device. The proposed system has the following features. First, various sensor information can be acquired through Arduino Due"s rich peripherals. Second, the acquired information is delivered to a PC through Ethernet communication of Raspberry Pi, which is an IoT device. Third, easy use is supported through a lab-built user interface. In the proposed system, the acquisition of sensor information and processing of control commands are performed on Arduino Due, and the measured information is designed to be transmitted to Raspberry Pi through SPI communication. A lab-built GUI program is introduced to efficiently display the received the sensor information on a PC efficiently. To illustrate the usefulness of the proposed system, an HILS (hardware-inthe-loop simulator), which simulates the greenhouse phenomenon, is implemented using Arduino Nano. The entire proposed system is implemented using open-source hardware and can be easily deployed at low cost.
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