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ISSN : 2005-0461(Print)
ISSN : 2287-7975(Online)

Journal of Society of Korea Industrial and Systems Engineering Vol.44 No.4 pp.145-153
DOI : https://doi.org/10.11627/jksie.2021.44.4.145

Development of Forklift-Type Automated Guided Vehicle(AGV) with Dual Steering Drive Unit

Chang-Yeon Won^*

, Seon-Mo Kang^**

, Yoon-Eui Nahm^*†

^*Department of Mechanical Engineering, Hanbat National University
^**M-Tech Co. Ltd

^†Corresponding Author : nahm@hanbat.ac.kr

Received 16/11/2021 Finally Revised 10/12/2021 Accepted 17/12/2021

Abstract

Automated Guided Vehicle (AGV) is commonly used in manufacturing plant, warehouse, distribution center, and terminal. AGV is self-driven vehicle used to transport material between workstations in the shop floor without the help of an operator, and AGV includes a material transfer system located on the top and driving system at the bottom to move the vehicle as desired. For navigation, AGV mostly uses lane paths, signal paths or signal beacons. Various predominant sensors are also used in the AGV. However, in the conventional AGV, there is a problem of not turning or damaging nearby objects or AGV in a narrow space. In this paper, a new driving system is proposed to move the vehicle in a narrow space. In the proposed driving system, two sets of the combined steering-drive unit are adopted to solve the above problem. A prototype of AGV with the new driving system is developed for the comparative analysis with the conventional AGV. In addition, the experimental result shows the improved performance of the new driving system in the maximum speed, braking distance and positioning precision tests.

Key Words : Logistics , Logistics Service Center , Automated Warehouse , FMS(Flexible Manufacturing System) , AGV(Automated Guided Vehicle)

듀얼 조향구동 장치를 갖는 포크리프트 타입 무인운반차(AGV)의 개발

원 창연^*, 강 선모^**, 남 윤의^*†

^*국립 한밭대학교 기계공학과
^**㈜엠텍

초록

키워드 :

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Cited-By

Funding:

1. 서 론

최근, 물류 산업의 시장 규모는 국내외 모두 지속적인 성장을 이루고 있다. 한국통합물류협회의 발표에 따르면, 2019년도와 2020년도의 국내 총 택배 물량은 각각 27억 9,000만개와 33억 7,000만개로 나타났고, 매출액은 2019년 도 6조 3,300억 원에서 2020년도 7조 4,900억 원으로 증가 한 것으로 나타났으며 이러한 증가추세는 향후 지속될 것 으로 전망된다[16]. 이러한 물류 시장의 확대에 따라 기업 에서는 노동력 부족현상이 심화되고 있고, 산업재해 감소 를 위해 무인 자동화 요구 및 환경 친화적 물류체계에 대 한 요구 등으로 인해 물류 기계화와 자동화 관련 물류기술 로서 무인운반차(Automated Guided Vehicle, AGV)에 대 한 관심이 고조되고 있다.

AGV는 일반적으로 전체 시스템을 제어하는 제어기 (Controller), 경로 또는 위치를 계측하는 유도장치(Guide Unit), 주행을 위한 주행장치(Drive Unit), 장애물 및 충돌 을 감지하고 사용자에게 위험을 알리는 안전장치(Safety Unit), 하중물의 적재 및 이재를 위한 리프트장치(Lift Unit) 등으로 구성된다. 특히, AGV는 주행장치에 의해 작 업장 바닥에 설치된 유도선을 따라 유도 주행하거나 생성 된 주행경로에 따라 자율 주행하게 되는데, 이때 주변 장 애물로 인해 협소한 공간이 존재하여 AGV가 회전을 하지 못하거나 회전을 하다가 주변 장애물이나 다른 AGV와 충 돌하는 등의 문제가 발생하게 된다. 이를 해결하기 위해 현재까지 충돌회피[11], 경로생성[2, 5, 10, 13], 작업제어 [4, 6] 등과 같이 AGV의 제어, 유도 및 안전과 관련된 연 구들은 많이 수행되어 왔으나, 회전반경을 최소화하여 협 소한 공간에서 다른 AGV나 장애물과의 간섭을 줄이기 위 한 AGV의 주행장치에 대한 연구는 자주 보고되지 않고 있다.

<Figure 1>과 같이 AGV의 주행장치는 크게 (a) 조향구동 (Steering Drive, SD)[18], (b) 차동구동(Differential Drive, DD)[17], (c) 회전 차동구동(Rotating Differential Drive, RDD)[15] 및 (d) 전방향 구동(Omnidirectional Drive, OD)[3, 19] 타입으로 구분할 수 있다[1]. SD 타입은 조향을 위한 모터와 주행을 위한 모터로 구성된다. 차체와 구동부가 분 리되어 회전하므로 물리적 하중이 캐스터로 분산되어 모터 토크가 작아도 안정적인 주행이 가능하다. 포크(Fork) 리프 트를 갖는 대부분의 AGV가 SD 타입의 주행장치를 적용하 고 있다. 하지만, 후진(포크 방향) 구동 시, 커브에서 더 넓은 주행 공간이 필요하고 제자리에서도 회전반경이 크기 때문에 다른 AGV와의 간섭이 더 많이 발생되어 운용효율 이 떨어진다는 단점이 있다. 다음으로 DD 타입은 양바퀴에 모터를 두고 양 바퀴의 회전 차를 이용하여 주행하는 방식 이다. DD 타입은 차체와 구동부가 함께 회전하기 때문에 SD나 RDD 타입에 비해 더 큰 토크가 필요하게 되어 허용 하중이 작은 소형 AGV에 적용된다. RDD 타입은 양바퀴에 모터를 두고 바퀴의 회전 차를 이용하는 DD와 유사하지만, 차체와 구동부가 따로 회전한다는 점이 다르다. 그리고 일 반적인 RDD는 조향 각도를 계측하는 엔코더를 설치하지 않고 주로 유선 유도장치를 사용한다. OD 타입은 바퀴 표면 에 롤러를 직각으로 설치한 Omni Wheel과 롤러를 사선으로 설치한 Mecanum Wheel로 나뉘고, 바퀴 회전과 다른 방향으 로 하중 방향을 만들어준다. OD 타입은 소형 모바일 로봇에 는 적용되지만 의도치 않은 롤러의 회전이 발생하기 쉬어 보통 AGV에는 적용되지 않는다[1].

본 논문에서는 대부분의 포크리프트 타입의 AGV에 적 용되고 있는 SD 타입의 문제점인 큰 회전반경을 개선하기 위해, 기존의 주행장치에서 캐스터를 제거하고 두 개의 조 향구동(SD) 유닛이 적용된 듀얼 SD 주행장치를 갖는 포크 리프트 AGV를 개발한다. 본 논문은 다음과 같이 구성된 다. 제2절에서 종래의 주행장치를 갖는 포크리프트 타입 의 AGV가 180° 회전할 때 중심선으로부터 크게 이탈되는 문제점을 제시하고, 이를 해결하기 위한 듀얼 SD 주행장 치의 구조와 회전방법을 제안한다. 또한, 듀얼 SD 주행장 치의 전체 구성과 구조안정성 평가를 위한 구조해석 결과 를 제시한다. 제3절에서는 종래의 주행장치와 제안되는 듀얼 SD 주행장치를 갖는 AGV에 있어서의 회전성능을 비교하고, 듀얼 SD 주행장치를 갖는 포크리프트 타입의 AGV 시제품을 제작하여 AGV에 요구되는 성능평가를 수 행함으로써 본 논문에서 제안하는 듀얼 SD 주행장치의 유 효성을 검증한다.

2. 듀얼 Steering Drive(SD) 장치 개발

2.1 종래의 싱글 SD 유닛을 갖는 주행장치의 구조와 회전성능

<Figure 2>는 종래의 싱글 SD 주행장치로서 두 개의 고 정 휠(Fixed Wheel)과 하나의 SD 유닛 그리고 하나의 캐스 터(Caster)를 사용하는 구조이다. SD 유닛은 기어 구조로 되어 있으며 하부는 구동부, 상부는 조향부로 구성된다. 캐스터는 구동, 조향에 따라서 회전하는 보조 장치이며 스 프링이 결합되어 있어 중량을 견디는 역할을 한다[7]. <Figure 3>은 종래의 싱글 SD 유닛에 의한 회전 성능을 나타낸다. <Figure 3>에 나타낸 바와 같이, 최초 두 개의 고정 휠의 중심점이 Magnetic Tape 위에 정렬되어 있는 상태에서 SD 유닛의 조향각을 회전시켜 구동시키면 차체 가 회전하게 되는데, 이와 같이 차체가 회전함에 따라 고 정 휠의 중심점이 반원형의 궤적을 그리면서 Magnetic Tape으로부터 이탈되는 것을 확인할 수 있다. 이때 측정에 사용된 AGV는 고정 휠의 폭이 960mm로서, 차체 30° 회 전 시 80mm, 60° 회전 시 160mm로 이탈되는 정도가 늘어 나면서 차체 180° 회전 시에는 폭의 절반 만큼에 해당하는 480mm가 Magnetic Tape으로부터 이탈하게 된다.

2.2 제안되는 듀얼 SD 유닛을 갖는 주행장치의 구조와 회전성능

<Figure 4>는 본 논문에서 제안되는 듀얼 SD 주행장치 로서 캐스터를 제거하고 두 개의 SD 유닛을 사용하는 구 조이다. 이와 같이, 두 개의 SD 유닛을 사용하게 되면 기 존의 주행장치에 비해 구동 장치의 출력 향상 및 조향 장 치의 개별적인 바퀴 회전을 통해 다양한 주행이 가능하며, 브레이크 시스템 또한 두 개로 늘어나면서 지면과 바퀴의 마찰력 상승으로 제동 효과를 향상시킬 수 있다.

<Figure 5>는 듀얼 SD 유닛을 갖는 주행장치의 회전 성 능을 나타낸다. 제안되는 주행장치에서는 두 개의 SD 유 닛의 조향각을 각각 회전시켜 구동시키면 차체가 180° 회 전 시 고정 휠의 중심점이 Magnetic Tape으로부터 100mm 정도 이탈하게 된다. 이는 정확한 조향각으로 회전시키지 않아서 발생한 것으로, 종래의 싱글 SD 주행장치에서의 480mm에 비하면 이탈 정도가 매우 작지만, AGV에서는 회전 중심을 두 개의 고정 휠 사이에 유지시키는 것이 매 우 중요하기 때문에 조향각을 보정할 필요가 있다.

<Figure 6>은 100mm의 이격률을 제거하기 위해 조향각 을 계산하는 방법을 나타낸다. AGV가 고정 휠의 중심(O ) 을 기준으로 Magnetic Tape으로부터 이탈하지 않고 정회 전하기 위해서는 좌측 SD 휠에 있어서는 고정 휠의 중심 (O )과 SD 휠의 중심(B )을 잇는 직선(OB)의 법선(BC) 방 향으로 구동 휠이 조향되어야 한다. 동일하게 우측 SD 휠 에 대해서도 고정 휠의 중심(O )과 SD 휠의 중심(B ′)을 잇 는 직선( ${\bar{O B}}^{'}$ )의 법선( $\bar{B^{'} C^{'}}$ ) 방향으로 구동 휠이 조향되 어야 한다. 이에 해당하는 조향각(θ )은 tan^{- 1}(a/b)로 계산 할 수 있다. 현재의 듀얼 SD 주행장치는 a = 1,250mm, b = 260mm로 설계되어 있어 θ = tan^{- 1} (1,260/260) ≒ 78° 로 계산이 된다. 따라서, <Figure 7>과 같이 두 개의 SD 휠을 각각 78°로 하여 회전시키면 Magnetic Tape으로부터 이탈 없이 고정 휠의 중심점을 기준으로 정회전하게 된다.

이와 같이 보정된 조향각을 적용하기 위해서 본 연구 에서는 <Figure 8>과 같이 엔코더(Encoder)를 사용한다. 방향 설정을 위해 EPS Motor에 토크 센서(Torque Sensor) 의 값 인식을 통해 그에 상응하는 제어를 통해서 회전 방 향과 필요한 전류를 공급하게 된다. 기어(Gear)가 회전하 게 되면 조향기어(Steering Gear)에 영향을 주고 회전 구 동을 하게 된다. 즉, 기어의 회전수에 따라 엔코더가 동일 하게 회전을 하게 되며 엔코더는 기어의 회전 운동을 통 해 위치 및 속도 정보를 전기적인 신호로 얻게 된다. 본 연구에서는 78°에 해당되는 엔코더의 회전수는 5바퀴로 측정되었다.

조향각 보정과 함께, 정밀한 위치 추정을 위해서는 AGV 의 정확한 이동거리를 산출해야만 한다. <Figure 9>에 나타 낸 바와 같이, 구동 바퀴의 탄성에 의해 바퀴의 지름(D)이 변하기 때문에 구동 바퀴의 회전에 따른 이동거리가 달라진 다. 즉, 바퀴의 지름이 정확하지 않으면 위치 추정에 오차가 커지기 때문에 보정을 통해서 정확한 구동 바퀴의 이동거리 (πD)를 측정해야 한다. 본 연구에서는 정확한 지름 측정을 위해서 주행 시스템을 직선으로 반복 이동시켜 각각 한 바퀴 회전 시의 실제 이동거리를 측정한다. 이와 같이 측정 된 이동거리의 평균값이 엔코더의 분해능만큼의 펄스 (Pulse)로 출력되고 모터의 각도제어를 위해서 사용된다.

2.3 듀얼 SD 유닛을 갖는 주행장치의 설계

본 논문에서 제안되는 주행장치를 적용하기 위해 <Figure 10(a)>에 나타낸 바와 같이 현재 상용화 되고 있는 CLARK_THE FORKLIFT의 FL13의 무인 운반차의 제원[7] 을 토대로 하여 듀얼 SD 주행장치에 대한 설계를 수행하였 다. 이에 따라 SD 휠의 축과 고정 휠의 축 사이의 거리는 1,250mm로 설정하고 SD 휠(후륜)의 크기는 320mm, 고정 휠(전륜)은 250mm로 설정하였다. 또한, SD 휠과 고정 휠의 폭은 100mm로 설정하였다. <Figure 10(b)>는 듀얼 SD 유닛 이 적용된 포크리프트 타입 AGV의 전체 구성을 나타낸다. SD 유닛은 하부 마찰에 의해 구동 및 제동이 되는 점을 고려하여 바닥과 수평을 유지하도록 설정하고 두 개의 SD 유닛의 무게에 의한 하중으로 지면과 바닥면의 접촉면을 극대화 시키도록 설계하였다.

듀얼 SD 주행장치의 사용 하중에 따른 구조 안전성을 검토하기 위해 유한요소해석(Finite Element Analysis, FEA)을 수행하였다. 이를 위해 주행장치에 대한 전체 설 계를 토대로 전방에는 두 개의 고정 휠과 후방에는 조향부 를 제거한 두 개의 구동 휠이 결합된 것으로 간략화 하여 <Figure 11>과 같이 해석 모델을 모델링하였다. FEA 모델 은 총 요소 수 440,181개, 노드 수 667,757개, 중량 706.8kgf로 구성된다. FEA에는 SolidEdge(ST8)를 사용하 였고 기존 주행시스템의 소재와 가장 유사한 소재를 SolidEdge(ST8)의 Simulation tool로부터 설정하였다.

<Table 1>은 재료로 사용된 ANSI 31 구조용 강철의 물 성치을 나타낸다. 주행장치의 FEA 모델에 대한 변위 해석 과 응력 해석을 위한 초기 조건 및 경계 조건은 다음과 같다.

∙ 고정 휠과 구동 휠의 결합 부분은 완전 결합(완전 접 촉)으로 가정하였다.
∙ 고정 휠과 구동 휠의 회전 자유도는 그대로 두고 병 진 자유도는 모두 구속하였다.
∙ 각 부품 간의 접촉면에 마찰은 없는 것으로 가정하 였다.

FEA 모델에 대한 구조해석을 수행하기 위해서 <Table 2>와 같이 1.2ton(11.768kN)을 분포 하중으로 부여하였다. 본 논문에서는 전체 AGV 시스템에서 종래의 주행장치의 바퀴 구조만 변경된 주행장치가 적용되기 때문에, 주행장 치 자체의 안전성만을 파악하면 전체 AGV 시스템에서의 안전성이 확보될 것으로 판단되어, 적재물에 대한 무게는 배제하고 하중 조건을 부여하였다.

<Figure 12>와 <Table 3>은 각각 하중 조건에 따라 중력 방향으로 하중을 가했을 때 구조물 내에서 발생하는 변위 분포와 변위 값을 나타낸다. 최대 변위 값은 하중 방향으 로 0.00682mm인 것을 알 수 있다. 또한, <Figure 13>과 <Table 4>는 각각 Von-Mises 응력 분포와 응력 값을 나타 낸다.

<Figure 12>에 나타낸 바와 같이 AGV의 하중 방향과 같은 무게 중심을 받기 위해서 중심부를 기점으로 최대 변위가 발생하고, <Figure 13>에 나타낸 바와 같이 중심부 와 4개의 바퀴가 구성된 부분에서 최대 응력이 발생하는 것을 알 수 있다. 사용 재료의 항복응력(262MPa)을 기준 강도로 했을 때 발생하는 최대 응력이 5.4Mpa이므로 본 주행장치는 구조 설계 요구 조건을 만족하고 파괴되지 않 을 충분한 강도를 가지고 있음을 알 수 있다.

3. 결과 및 고찰

3.1 최소 직각적재 통로 폭에 의한 회전성능 비교

본 논문에서는 포크리프트를 갖는 AGV가 협소한 공간 에서도 잘 회전하여 화물의 이재 및 적재작업을 용이하게 할 수 있는 주행장치를 제안하는 것이다. 따라서, 종래의 싱글 SD 유닛과 듀얼 SD 유닛의 회전성능을 비교하기 위 해 <Figure 14>와 <Figure 15>와 같이 최소 직각적재 통로 폭을 산출하였다. 최소 적재 통로 폭이란 화물을 적재한 AGV가 일정 각도로 회전하여 작업할 수 있는 직선 통로 의 최소 폭을 말하며, 그 각도가 90°일 때를 직각적재 통로 폭이라고 한다. 이때 최소 직각적재 통로 폭(A)은 다음과 같은 식에 의해 계산된다[14].

A = R + L_{1}

(1)

여기서,

R : AGV의 최소 회전반경,
$R_{1} = \sqrt{{(L - X)}^{2} + {(\frac{W}{2})}^{2}}$ : W(폭)×L(길이)인 파레트의 최소 회전반경,
X : 리치스프로크 - 오버행(Front),
$L_{1} = \sqrt{{(R_{1})}^{2} - {(\frac{W}{2} + 100)}^{2}},$
OW: AGV의 전폭,
e: 원활한 작업을 위한 간격(200-300mm)

파레트 사이즈는 1100mm×1100mm가 표준이고, 종래의 싱글 SD 유닛과 제안되는 듀얼 SD 유닛에서 X=300mm로 같기 때문에 파레트의 최소 회전반경 R₁=971mm이고 L₁=721mm로 동일하다. 하지만, 현재의 설계에서 제안되 는 듀얼 SD 유닛의 최소 회전 반경 R=1600mm로 측정되 지만, 종래의 싱글 SD 유닛은 90° 회전 시 구동 휠의 중심 이 240mm 이탈되기 때문에 최소 회전 반경 R=1840mm가 되어 최소 직각적재 통로 폭은 2561mm로 계산된다. 따라 서, 종래의 싱글 SD 유닛의 최소 직각적재 통로 폭은 제안 되는 듀얼 SD 유닛의 최소 직각적재 통로 폭 2321mm 보 다 240mm 더 필요로 한다.

3.2 기타 성능측정 결과

다음으로 최대 이동속도, 긴급 제동거리 및 위치 정밀도 를 측정하였다. 이러한 측정항목에 대해 종래의 싱글 SD 유닛에서의 스펙이 제시되지 않아 듀얼 SD 유닛과의 직접 적인 비교는 어렵지만, AGV에 요구되는 안전과 주행에 관련된 중요한 성능에 해당하므로 그 측정값들을 제시함 으로써 제안되는 듀얼 SD 유닛의 유효성을 제시하고자 한 다. 첫 번째, AGV에 관한 기술 기준에서 안전요건 항목 중 운반차의 최대 이동속도는 1.08km/h로 제한하고 무인 운반차와 작업자가 같이 있는 곳에서의 최대 속도는 3.6km/h로 제한하고 있다[8]. 하지만 실제 AGV는 최대 이 동속도를 안전 요건의 제한 속도를 상회해야하기 때문에 본 논문에서는 안정성을 고려하여 제한속도 5km/h를 상회 하는지 측정하였다. 두 번째, 긴급 제동거리는 물류설비인 증규격에서 한국산업표준의 지게차 상용 브레이크 정지거 리로써 주행속도가 5km/h일 때, 무부하 상태에서는 정지 거리를 1.25m 이하로 규정하고, 부하 상태에서는 0.75m 이하로 규정하고 있다. 마지막으로, AGV가 주행 중에 거 리 및 각도의 차이가 발생하게 되면 AGV의 정확한 위치 추정이 어렵게 되므로 위치 정밀도가 중요하다. 규격에서 위치 정밀도는 거리를 ±50mm, 각도를 ±2° 이내로 규정하 고 있다[12].

<Figure 16>은 최대 이동속도, 긴급 제동거리 및 위치 정밀도를 측정하기 위한 과정을 보여준다.

3.2.1 최대 이동속도 측정절차 및 결과

(1) AGV에 반사구(Reflector)를 부착한다.
(2) 레이저 트래커(Laser Tracker)[9]에서 발생된 레이저 를 반사구에 맞춰 AGV의 위치 좌표 (x, y, z)를 추적 시킨 후 AGV를 직진으로 주행시킨다.
(3) 직진 주행 시 이동 좌표값을 연속적으로 측정하여 AGV의 속도 그래프를 산출한다.
(4) 가속구간을 지나 최대속도에 도달 후, 등속구간 12 초에 대한 평균속도를 구한다.
(5) (1)~(4)의 과정을 반복 시험하여 AGV의 이동속도를 구한다. 측정 결과, 매회 최대이동속도에 대한 측정 값이 기준의 5km/h를 상회하는 것으로 나타나 본 논 문에서는 <Table 5>와 같이 평균 등속구간에서 5회 까지 측정한 최대 이동속도와 평균값을 제시한다.

3.2.2 긴급 제동거리 측정절차 및 결과

(1) AGV에 반사구를 부착한다.
(2) 레이저 트래커에서 발생된 레이저를 반사구에 맞춰 AGV의 위치 좌표(x, y, z)를 추적시킨 후 AGV의 속 도를 4km/h로 설정하여 직진 주행시킨 후, 긴급 제 동기능을 동작시킨다.
(3) 직진 주행 시 이동 좌표값을 연속적으로 측정하여 AGV의 속도 그래프를 산출한다.
(4) 산출된 속도 값을 통해 감속구간의 시작점과 AGV 의 완전 정지 지점의 좌표값을 통해 AGV의 제동 거리를 산출한다.
(5) (1)~(4)의 과정을 반복 시험하여 AGV의 제동거리를 구한다.
(6) AGV의 주행속도를 5km/h로 변경 후, 위 과정을 반 복한다. 측정 결과, 매회 긴급 제동거리에 대한 측정 값이 무부하 기준의 1.25m 보다 훨씬 작은 값으로 측정되어 본 논문에서는 <Table 6>과 같이 AGV의 주행속도 4km/h와 5km/h에서 각각 3회까지 측정한 제동거리와 평균값을 제시한다.

3.2.3 위치 정밀도 측정절차 및 결과

(1) AGV에 반사구를 부착한다.
(2) 레이저 트래커에서 발생된 레이저를 반사구에 맞춰 AGV의 위치 좌표(x, y, z)를 추적시킨 후 AGV의 속 도를 5km/h로 설정하여 주행시킨다. <Figure 16>과 같이 A 지점에서 긴급 제동기능을 동작시킨 후 완 전 정지를 확인 후 다시 B 지점으로 복귀시킨다.
(3) B 지점으로 복귀 후 변화된 위치를 측정하여 AGV의 거리 및 각도에 대한 값을 기록한 후 값을 산출한다.
(4) (1)~(3)의 과정을 반복 시험하여, AGV의 위치 정밀도 를 구한다. <Table 7>은 거리 오차를 측정한 값이고, <Table 8>은 각도 오차를 측정한 값이다.

성능 측정 결과를 요약해 보면, 최대 이동속도에 있어서 는 AGV에 관한 기술 기준의 제한 최대속도인 3.6km/h를 상회하면서 본 실험환경에서 5.164km/h의 주행 최대속도 를 나타내었다. 긴급 제동거리는 물류설비인증규격에서 한국산업표준의 지게차 상용 브레이크 정지거리를 무부하 상태이고 주행속도가 5km/h일 때 1.25m 이하로 규정하고 있으나, 평균 46.242mm로 정지거리가 측정되어, 매우 높 은 제동력을 나타냄을 알 수 있다. 마지막으로, 거리의 오 차 평균값은 ±15.2435mm이고 각도의 오차 평균값은 ±0.0793°으로 나타나 각각 기준의 ±50mm와 ±2°에 대해 매우 높은 위치 정밀도를 나타낸다.

4. 결 론

본 논문에서는 협소한 공간에서 회전이 어려운 기존의 AGV의 문제점을 해결하기 위해 조향 메커니즘과 구동 메 커니즘이 일체화 된 두 개의 조향구동(SD) 유닛을 갖는 AGV 주행 시스템을 개발하였다. 개발된 주행 시스템은 기존의 주행 시스템에 비해 구동 장치의 출력이 향상되었 고, 조향 장치의 개별적인 바퀴 회전을 통해 협소한 공간 에서도 원활한 회전이 가능하게 되었으며, 두 개의 구동· 조향 유닛에 각각 브레이크가 적용됨에 따라 제동 효과 또한 향상되었다. 본 논문을 통해 다음과 같은 결론을 얻 었다.

∙ 종래의 싱글 SD 유닛과 본 논문에서 제안되는 듀얼 SD 유닛의 회전성능을 비교하기 위해 최소 직각적 재 통로 폭을 비교한 결과, 듀얼 SD 유닛에서의 최소 직각적재 통로 폭이 싱글 SD 유닛에 비해 240mm 적게 산출되어 우수한 회전성능을 나타냄을 알 수 있었다.
∙ AGV에 요구되는 주행성능을 평가하기 위해 측정한 최대 이동속도는 무인 운반차에 관한 기술 기준의 제 한 최대속도인 3.6km/h를 상회하면서, 본 실험환경에 서 5.164km/h의 주행 최대속도를 나타내었다. 또한, 긴급 제동거리는 평균 46.242mm로 매우 좋은 안전성 능을 나타내었으며, 거리 오차는 ±15.2435mm, 각도 오차는 ±0.0793°로 측정되어 매우 높은 정밀도의 위치 결정을 나타내었다.

향후, 본 논문을 통해 개발된 AGV를 물류 자동화 플랫 폼에 적용하여 실제 작업 및 구동 시험을 수행함으로써, 개발된 AGV의 유효성을 검증하고자 한다.

Acknowledgement

This study has been partially supported by a Research Fund of Ministry of Trade, Industry and Energy, Korea.

Figure

<Figure 1>.

Types of Driving Unit[14]

<Figure 2>.

Conventional Single SD Unit[7]

<Figure 3>.

Rotation of Conventional Single SD Unit

<Figure 4>.

Proposed Dual SD Unit

<Figure 5>.

Rotation of Proposed Dual SD Unit

<Figure 6>.

Steering Angle Calibration in Proposed Dual SD Unit

<Figure 7>.

Rotation of Proposed Dual SD Unit by Calibrated Steering Angle

<Figure 8>.

Position Measurement using Encoder

<Figure 9>.

Driving Distance Measurement of Wheel

<Figure 10>.

Forklift-Type AGV with Dual SD Unit

<Figure 11>.

FEA Model of New Driving System for Structural Analysis

<Figure 12>.

Displacement Distribution

<Figure 13>.

Von-Misses Stress Distribution

<Figure 14>.

Right Angle Stacking Aisle for Conventional Single SD Unit

<Figure 15>.

Right Angle Stacking Aisle for Proposed Dual SD Unit

<Figure 16>.

Experimental Setup for Maximum Speed, Braking Distance and Positioning Precision Test

Table

<Table 1>.

Material Properties for FEA

<Table 2>.

Load Conditions for FEA

<Table 3>.

Displacement Value

<Table 4>.

Stress Value

<Table 5>.

Maximum Speed Test

<Table 6>.

Braking Distance Test

<Table 7>.

Positioning Error(Distance)

<Table 8>.

Positioning Error(Angle)

Reference

AGV Solution, https://blog.naver.com/agvsoft.
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