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.

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.

사전규정 오차 구속제어를 이용한 강인제어기 설계

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.

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.

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.

인간보조 및 재활 제어시스템 기술동향

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.

스마트폰을 이용한 원격 집안 제어 및 감시 시스템

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.

시스템 식별에 대한 소개와 기초이론 맛보기

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.

후쿠시마 사고원전의 페로공정에서의 로봇 활용사례 조사

조재완,정경민 제어로봇시스템학회 2012 제어로봇시스템학회 각 지부별 자료집 Vol.2012 No.12

본 논문에서는 (주)동경전력, 일본 일간공업신문사의 Robonable Web Site에서 발표된 자료를 토대로 후쿠시마 사고원전의 폐로 공정에서 사용되고 있는 로봇의 현황 및 작업내용을 조사하였다. 후쿠시마 사고원전의 폐로 공정과 관련하여 현재까지 사용되고 있는 로봇의 모델은 모두 3종류이다. 후쿠시마 사고 원전에 최초로 투입된 로봇은 미국의 군사용 로봇 Packbot 이다. 미국 iRobot 사의 Packbot은 계단(42° 이상) 승강능력이 부족하여 주로 원자로 건물 1층에서의 방사성 잔해처리 및 고중량의 감마카메라 탐재에 의한 2차원 방사선 분포측정 임무에 투입되고 있다. 일본의 치바공대는 원전사고 대응용으로 Quince 1호기를 제작하여 후쿠시마 사고원전에 투입하였다. 42° 이상의 우수한 계단 승강능력을 갖고 있기 때문에 Packbot 로봇이 접근하지 못하는 원자로 건물 고층 (2~5층) 영역에서의 선량측정 및 VT 검사임무를 수행하고 있다. 통신 케이블 절단에 의해 2호기 원자로 건물 3층에서 기동불능상태에 이를 때 까지 모두 5차례의 시료채취 및 선량측정 임무를 수행하였다. 치바공대는 Quince 1호기의 문제점을 보완하여 Quince 2, 3호기를 개발하였다. Quince 2호기 로봇은 5차례에 걸쳐서 원자로 건물 1~5층 영역에서의 시료채취 및 선량측정 임무를 수행하였다. 일본의 (주)Topy 공업은 Survey Runner 로봇을 개발하였다. 사방 700㎜의 좁은 공간에서 선회가 가능하며 Quince 로봇이 접근하지 못한 원자로 건물 지하의 오염수 상황을 파악하기 위한 임무에 2차례 투입되었다. 7월 12일 발표자료에 의하면 3호기 원자로 건물의 Torus 실 (원자로 건물 1층과 지하 1층의 중간에 위치)의 오염수 누설위치 파악 및 선량측정 임무를 수행하던 중 통신 케이블 차단과 밧데리 전원의 고갈에 의해 기동 불능상태에 있다. Survey Runner가 정지한 지점의 선량율이 370 mSv/h의 고선량 지역이어서 작업자 투입에 의한 회수가 곤란한 것으로 보도되고 있다. 본 논문에서는 2011년 7월 8일 (Quince 1호기 로봇이 최초로 투입된 시점)부터 현재까지의 (주) 동경전력 Web Site에서 공개된 로봇 작업관련 동영상들을 기초로 후쿠시마 사고원전의 폐로공정에 투입된 로봇 시스템들의 사례를 기술한다.

두 팔 달린 서비스 이동 로봇 시스템의 구현

안재국,정슬 제어로봇시스템학회 2009 제어로봇시스템학회 각 지부별 자료집 Vol.2009 No.12

This paper presented implementation of a mobile service robot system with two arms. The robot system consists of humanoid robot as a upper part and mobile robot as a base. The robot is designed to manipulate objects with two arms. An eventual goal is to have two arm coordination with force control algorithm. Mechanical design and analysis of the robot are presented.