지능형 무인 굴삭 로봇 개발
원고 제공: 한국내쇼날인스트루먼트 마케팅
개발: 두산인프라코어 김기용 선임연구원, 최진구 선임연구원
사용한 NI 제품 : LabVIEW 8.5(한글판),LabVIEW RT 8.5,PXI 1031DC,PXI-6224,PXI-6704,PXI-8464
해결 과제
원격으로 조절이 가능한 굴삭기를 개발하기 위해서는 여러 가지 기능과 정확한 루프 타임의 보장이 필요하다. 특히 원격으로 굴삭기를 제어하기 위해서는 신뢰성이 우선이다. 만약 원격 조작 시 통합 컨트롤러가 제 기능을 하지 못한다면 그 결과는 참담할 것이다. 즉, 본 과제는 정확한 루프 타임을 지키면서 절대 시스템이 안정적이며 짧은 개발 기간 동안 굴삭기를 컨트롤 할 수 있는 통합 시스템을 구축하는 것이다.
솔루션
개발 초기 단계부터 당사에서는 원격 조정이 가능한 굴삭기 개발에 사용될 통합 컨트롤러 PXI 시스템을 선정하였다. 그 선정 근거는 먼저 정확한 루프 타임과 신뢰성이 보장이 되고, 짧은 개발 기간 동안 완성할 수 있다는 점이었다. 실제로 PXI 장비를 채택했기 때문에 다양한 입출력 조건(AI/O 및 CAN 신호 처리)을 쉽게 해결할 수 있었고, Real-Time의 특성상 정확한 루프 타임 준수가 가능했다. 이와 더불어 NI 제품의 강점인 신뢰성이 이번 제품 개발에도 큰 역할을 하였다. 특히, LabVIEW 프로그램이 사용자에게 편한 구성으로 되어 있어 개발 과정을 상당히 단축할 수 있었고 여기에 NI의 적극적인 기술 지원으로 더 빨리 시스템 개발을 완료할 수 있었다.
어플리케이션 요약
원격으로 조절이 가능한 굴삭기를 개발하기 위하여, 굴삭기 내/와부의 모든 시스템 통합을 위한 통합 컨트롤러가 필요했다. 통합 컨트롤로의 기능으로는 굴삭기 메인 컨트롤러 및 조이스틱/패달과 CAN 통신이 가능해야 하고, 여러 가지 센서로부터 들어오는 전압 값을 측정해야 하며, 메인 컨트롤 밸브를 작동 시킬 수 있게 지령 값을 전압으로 내보낼 수 있어야 한다. 여기에 정확한 루프 타임 및 신뢰성이 바탕이 되어야 한다. 당사에서는 이러한 장비로 NI의 PXI 장비를 선정하였고 적용하여 원격으로 조절되는 굴삭기를 성공적으로 제작하였다.
개발 배경
본 과제는 국책과제로 무선 신호처리는 다른 담당기관에서 수행하였다. 다른 기관에서도 NI 제품을 사용하고 있기 때문에 서로간의 호환성이 매우 좋았으며, 프로그램 개발이 매우 쉬웠다. 여기서 다시 한 번 NI 제품의 파워를 느낄 수 있었다.
본론
원격 조정이 가능한 굴삭기의 통합 컨트롤러로 PXI 장비를 선택하여 개발에 완료하였다. 아래의 그림은 당사에서 제작한 14톤 굴삭기 사진과 원격 조정을 할 수 있는 원격 스테이션의 사진으로 원격 스테이션에서 굴삭기를 운전하여 굴삭하는 장면을 보여준다. 원격 스테이션 내부에는 모니터가 있어 굴삭기 내부에 설치된 카메라에서 오는 영상을 표시한다. 작업자는 이 영상을 바탕으로 굴삭을 할 수 있다. 아래의 그림과 같이 원격 스테이션에서 작업자가 굴삭기와 동일하게 조이스틱/페달을 조작하면 그 신호를 PXI 시스템에서 받아들여 굴삭기를 움직이게 한다. 무선 신호는 무선 트랜시버를 사용하여 데이터를 송/수신하였으며, NI CompactRIO가 트랜시버와 시리얼 통신을 통하여 받은 데이터를 CAN 신호로 변환하여 PXI 시스템에 전달하게 구성하였다.
또한 아래의 그림은 원격 조정 굴삭기를 위한 LabVIEW 메인 화면 및 프로그램 소스 화면을 나타낸다. 본 프로그램은 LabVIEW 8.5 (한글판)로 제작하였다. 메인 프로그램에서는 굴삭기에 설치된 조이스틱/페달의 정보를 CAN 통신으로 받고, 각종 센서 신호를 AI 보드를 통해서 받게 된다. 이 신호들을 바탕으로 굴삭기 작동에 필요한 신호를 만들어 AO 보드를 통해 굴삭기 지령이 출력된다. 이러한 과정을 메인 화면에서 컨트롤 할 수 있다. 이러한 프로그램은 소스 코드에서 볼 수 있듯이 크게 통신 부분, 메인 로직 부분 그리고 데이터 저장 부분으로 나뉜다.
결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점
앞서 기술한 내용 - 신뢰성, 루프 타임, 프로그램 제작 용이성, 타 기관과의 협업 - 등을 고려할 때 NI PXI 장비를 선택한 것은 최적의 의사 결정이었다. 본 과제를 수행함에 있어 신뢰성 및 루프 타임의 정확성은 과제의 성공적인 진행에 밑거름이 되었고, 사용자 편의성 및 범용성이 뛰어나 과제 수행에 있어 짧은 일정에 큰 효과를 보았다. 현재 원격 제어 굴삭기는 PXI 시스템을 바탕으로 활용되고 있으며, 현재 과제 수행이 순조롭게 진행되고 있다.