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물류자동화를 위한 다중로봇 플릿매니지먼트시스템 기술

전수책임자
유원필
참여자
나기인, 송수환, 유원필
기술이전수
1
이전연도
2022
협약과제
20HS1400, 노동환경 개선을 위한 로봇 작업지능 핵심기술 개발, 유원필
21HS2400, 노동환경 개선을 위한 로봇 작업지능 핵심기술 개발, 유원필
22HS4500, 노동환경 개선을 위한 로봇 작업지능 핵심기술 개발, 유원필
AGV, AMR, AGF를 포함한 다중 모바일 물류 핸들링 로봇의 통합 운영을 지원하는 로봇편대관리시스템(FMS: Fleet Management System)을 제공한다. 그리고 FMS와 연동하여 개별 로봇의 물류 이송, 자율 충전, 대기, 이동, 에러 감지 등 여러 기능을 지원하는 로봇 매니저 프로그램을 제공한다. 구체적으로 FMS와 로봇 매니저는 다음의 주요 기능을 제공한다.
- 자율 물류 이송작업: 개발 FMS 프로그램은 1)상태모니터링, 2)작업할당 3)경로계획, 4)교통제어를 수행하여 로봇들이 물류 이송작업을 이행하도록 관리
- 개별 로봇 제어: 로봇 매니저는 개별 로봇 상태 정보를 FMS에게 전송하고, 여러 기능(물류 이송, 이동, 충전, 대기, 정지, 재개)을 수행할 수 있도록 제어
- 사용자 인터페이스: 주어진 운영 시나리오에 따른 작업 정보를 입력하기 위한 사용자 인터페이스와 다중 로봇의 동작 상황을 보여주기 위한 공간지도 기반의 인터페이스를 제공
- 물류 작업 시뮬레이션: 실제 물류 시나리오를 기반으로 FMS의 물류처리 성능을 제공하는 시뮬레이터 제공
- 위상 지도 작성: FMS 운영을 위한 IEEE MDR 표준 위상 지도 작성 기술 제공
o 물류 산업의 확대로 인하여 물류 현장은 대규모 물동량을 빠르고 정확하게 처리할 뿐 만 아니라 로봇 등 물류 현장의 다양한 장비를 포함하여 수시로 바뀌는 물류 요구사항, 공간배치 변화에 효과적으로 대응하는 물류 처리 시스템에 대한 요구가 급증하고 있다.
o 특히, 기존의 인력에 의한 물류 처리시스템은 생산비용 증가 뿐 만 아니라 효율 측면에서 점차적으로 로봇이나 자동화 장비를 이용한 시스템으로의 교체에 대한 수요가 급증하고 있다.
o 로봇 FMS시뮬레이터를 구축함에 있어 다양한 공간구조, 다양한 로봇플랫폼을 효과적으로 처리하기 위해서는 로봇제어, 작업할당, 교통제어, 경로탐색 등 다양한 알고리즘과 SW컴포넌트가 필요하다.
o 그러나, 최근까지도 다양한 로봇플랫폼, 다양한 물류 시나리오, 동적인 물류 현장을 효과적으로 모델링하여 실제 물류를 처리할 수 있는 모듈화된 공통솔루션 형태의 제품은 없는 것으로 파악되고 있음
o 본 이전기술은 이러한 물류 현장의 기술적 난제를 해결하기 위하여, 로봇 FMS의 주요 컴포넌트를 독립실행 및 유지보수 가능한 형태로 개발하여 다양한 현장 수요에 대응할 수 있도록 하며, 특히 동적 공간변화, 다양한 로봇 플랫폼을 지원하는 기능을 갖추어 범용적인 로봇 FMS 시뮬레이터를 제공하고자 한다.
- FMS 프로그램은 위상지도(Topological Map)를 구성하여 특정 차선(Lane)을 따라서 로봇이 이동하도록 개발하였기 때문에 로봇과 사람이 작업 공간을 공유하는 동적인 환경에서 활용 가능하며, 다양한 크기/구조의 기존 물류 공간에 효과적으로 적용이 가능
- 국제표준기반의 지도규격을 적용하며, 물류현장의 다양한 레이아웃 및 작업 공간의 변화에 대응하여 빠르게 로봇 지도생성이 가능
- 로봇 SW 플랫폼 산업계 표준인 ROS 플랫폼 도입으로 확장성이 뛰어나며 지게차와 모바일 로봇 등 다양한 종류의 로봇에 적용이 가능
- 다중 로봇 작업할당 (Multi-Agent Task Assignment) 및 경로계획 (Multi-Agent Pathfinding) 알고리즘을 적용하여 최적의 물동량 성능을 제공
- 상기 스케쥴링 및 충돌방지 기능은 수십대 이상의 다중로봇인 경우에도 시뮬레이션이 가능하며 이를 기반으로 최적 AGV 대수 산출이 가능
[기술이전의 내용]
o FMS (Fleet Management System)
- 본 FMS 프로그램은 다양한 물류 환경에서 효과적으로 물류 로봇 운영이 가능하다. 전체 격자지도 (Grid Map) 영역을 로봇만 구동하는 기존 KIVA 로봇시스템 대신, 위상지도 (Topological Map)을 구성하여 특정 차선(Lane)을 따라서 로봇이 이동하도록 개발을 하였다.
- 그러므로 로봇과 사람이 작업 공간을 공유하는 동적인 환경에서 활용 가능하며, 다양한 크기/구조의 기존 물류 공간에 효과적으로 적용할 수 있다. 또한, 로봇 주행을 위한 인공표식을 최소화하며, 지게차와 모바일 로봇 등 다양한 종류의 로봇에 적용할 수 있다.
- 본 FMS 프로그램은 1) 작업할당, 2) 경로계획, 3) 교통제어를 수행하고, 지속해서 물류 로봇들에게 이동 및 작업 명령을 전달하여 물류 작업(팔레트/박스의 운반)을 수행하게 한다.
- 격자 지도에서 이동과 비교하여, 위상지도의 차선을 따라 로봇이 이동할 때 교통 충돌(Traffic Conflict)이 자주 일어나고 교착상태(Deadlock)가 발생할 가능성이 크다. 그러므로 본 프로그램은 새롭게 위상지도에서 최적의 경로를 계산하는 경로계획 방법과 안정적으로 교통제어를 수행하는 시스템이 포함된다.
o 로봇 매니저 (Robot Manager)
- 로봇들은 각각 FMS와 독립적으로 통신하며 로봇의 상태 정보를 전송하고 로봇 모드 및 지역 경로를 전송받아 할당된 작업의 명세에 따라 작업을 수행한다.
- 로봇 매니저는 개별 로봇 상태 (위치, 베터리, 모드) 정보를 실시간으로 업데이트하고 FMS에게 전송한다. 그리고 개별 로봇이 여러 기능(물류 이송, 이동, 충전, 대기, 정지, 재개)을 수행할 수 있도록 로봇의 모드를 전환한다.
- FMS로부터 전달받은 경로를 따라 로봇이 이동할 수 있도록 제어 명령을 생성한다. 만약 로봇이 목표한 위치에 도착하였다면 현재 위치에서 대기한다.
o 사용자 인터페이스 (UI: User Interface)
- 사용자 인터페이스는 FMS 시스템과 분리되어 작업의 상태를 전시하고 사용자가 작업을 추가/삭제할 수 있는 작업 패널과 로봇의 상태를 전시하고 사용자가 로봇에게 명령하는 로봇 패널로 구성되어있다.
- 사용자가 작업 환경 지도상에서 로봇 위치를 확인할 수 있도록 지도 위 로봇의 위치에 로봇을 전시한다. FMS의 사용자 인터페이스는 사용자 직접 입력을 자동 생성으로 변경함으로써, WMS와 쉽게 연동될 수 있도록 독립적으로 설계하였다.

[기술이전의 범위]
o 로봇 FMS 운영을 위한 지도관리 기술
o 로봇 FMS 운영기술
o 로봇 매니저 운영기술
o 로봇 FMS관련 설계문서
o 물류 자동화
- 생산, 재고 관리, 제조, 병원 물류, 배달, 농생산물 처리, 건설현장 등 물류를 포함하는 다양한 서비스에 직접 적용이 가능
- 특정 물류 환경 및 연동 시스템에 대한 종속성이 낮기 때문에 다양한 로봇 시스템 및 작업 처리에 적용이 가능