로봇 적용
FSC 연구 및 검증사례 1 : Control Fail
Embedded Files
로봇의 Control Fail
제어기가 로봇의 현재 상태와 목표를 바탕으로
적절한 제어 명령을 생성하거나 실행하지 못해
원하는 동작·안정성·정확성을 유지하지 못하는 상태
Control Fail이 발생하면 로봇의 경로·자세·동작 제어 성능이 저하되어
작업 실패, 충돌 및 전도 위험이 증가합니다.
적용 1. 교육/협동 관절 로봇
적용 1. 교육/협동 관절 로봇
1) 교육/협동 관절 로봇
교육/협동 관절 로봇(Educational / Collaborative Robot Arm)
여러 개의 관절과 모터로 구성된 로봇 팔로, 사람과 같은 공간에서
교육, 연구, 조립, 이송 등의 작업을 수행하는 로봇
2) 교육/협동 관절 로봇 제어기 고장영향
고장 치명도 1단계: 제어 성능 저하
- 위치, 속도, 토크 제어 오차 증가
- 반복 정밀도 및 작업 정확도 저하
- 진동 및 응답 지연 등 불안정 동작 발생
고장 치명도 2단계: 작업 수행 실패
- 로봇 관절 목표 궤적 이탈 및 비정상 관절 동작
- Pick & Place, 조립 등 작업 실패
- 작업 중단 및 주변 장비와의 충돌 가능성 증가
고장 치명도 3단계: 안전 위험 발생
- 로봇 관절의 급격한 오동작 또는 제어 불능
- 작업자, 주변 설비와 충돌 위험
- 장비 손상 및 인명 안전 위험으로 확대
3) 교육/협동 관절 로봇 제어기 고장원인
제어기 회로 과전류, 소자 손상, 전원공급 차단 등
예기치 못한 운전환경 및 부하변화에 의한 과열 등
4) 교육/협동 관절 로봇 - FSC 적용 효과
효과 1: 신속한 제어기 고장 극복
- 제어기 이상 상태 감지 후 안전한 제어 로직으로 전환
효과 2: 제어 성능 및 안정성 회복
- 위치, 속도, 궤적 제어 성능 회복
- 비정상 관절 동작과 궤적 이탈을 억제하여 안정적인 Arm 동작 유지
효과 3: 안전한 작업 및 임무 지속
- 작업자 및 주변 장비와의 충돌 위험 감소
- 고장을 극복하여 안전한 협업과 작업 지속 지원
5) 선행연구
AI Fail-safe기반 듀얼모터 패키지 개발
(과학기술사업화진흥원(COMPA), 2023-2024)
FSM기반 Fail-Safe 제어 기술 개발
제어시스템의 제어기 고장에 대응하기 위해 기존 FSM과 함께
이중화 설계된 Fail-Safe 제어기 개발
독립된 두 개의 모터 구동부와 제어기(FSC1 및 FSC2)를 구성,
한쪽 제어기에 고장이 발생 시, 고장 영역을 격리하고 FSM을
즉시 제어 가능한 구조로 구현
강인제어 및 최적제어 로직을 적용해, 제어기 고장과 같은 변화된 시스템에 대응하고, 정상적인 제어를 통해 FSM의 출력 회복 및
지속적으로 안정적인 제어 가능성을 검증
적용 2. 모바일 로봇
적용 2. 모바일 로봇
1) 모바일 로봇
모바일 로봇(Mobile Robot)
바퀴, 궤도 등의 이동장치를 이용하여 주변 환경을 인식하고
목표 위치까지 자율 또는 원격으로 이동해,
운송, 물류, 순찰, 서비스 등의 작업을 수행하는 로봇
2) 모바일 로봇 제어기 고장영향
고장 치명도 1단계: 주행 성능 저하
- 속도, 방향 제어 오차 증가
- 경로 추종 성능 및 주행 안정성 저하
- 불필요한 정지, 진동 및 급격한 방향 변화 발생
고장 치명도 2단계: 자율주행 및 임무 실패
- 목표 경로 이탈 및 비정상 주행
- 장애물 회피 및 경로 추종 실패
- 물류, 배송, 이송 등의 임무 중단
고장 치명도 3단계: 충돌 및 안전 위험
- 제어 불능으로 인한 예기치 않은 이동 또는 정지 실패
- 사람, 장애물, 주변 설비와의 충돌 위험
- 로봇 및 주변 장비 손상, 인명 안전 위험으로 확대
3) 모바일 로봇 제어기 고장원인
제어기 회로 과전류, 소자 손상, 전원공급 차단 등
예기치 못한 운전환경 및 부하변화에 의한 과열 등
4) 모바일 로봇 제어기 - FSC 적용 효과
효과 1: 신속한 제어기 고장 극복
- 제어기 이상 상태 감지 후 안전한 제어 로직으로 전환
효과 2: 주행 안정성 신속 회복
- 속도, 방향, 경로 추종 제어 성능 회복
- 경로 이탈과 비정상 주행을 억제하여 안정적인 이동 지원
효과 3: 충돌 방지 및 임무 지속
- 장애물 회피 성능을 유지하여 사람 및 주변 설비와의 충돌 위험 감소
- 고장을 극복하여 안전한 주행과 물류, 배송, 이송 임무 지속 지원
5) 선행연구
클라우드와 사물인터넷기반 셀프러닝을 통한 건물 안전 관리를 위한 지능형 무인 소형 플라잉카(드론) 개발
(한국과학창의재단(KOSAC), 2014)
Cloud-IoT 기반 모바일 로봇 제어기 고장대응
Fail-Safe 기술 개발
건물 내 자율주행 및 비행이 가능한 무인 이동로봇(플라잉카)를
대상으로 Cloud-IoT 기반 Control Fail 대응 임무 복구 기술 개발
플라잉카가 사전에 설정된 경로를 따라 자율 순찰하면서 화재 또는 침입 등 비상상황이 발생하면 임무 우선순위와 이동 경로를 실시간변경할 수 있는 제어시스템을 구현
외부 충격, 제어기 하드웨어 이상 또는 소프트웨어 오류가 발생한 상황에서도 클라우드 서버에 저장된 임무/경로 정보를 우선적으로 활용하도록 개발
제어기의 자율주행 로직에 소프트웨어상의 고장(시스템 다운)을
주입한 결과, 제어기 재부팅, 재기동 수행하고, 클라우드 서버의
명령에 따라 우선 경로 복귀 확인
모바일 로봇의 제어기 고장에도 임무 수행을 지속할 수 있도록하는
Fail-Safe 기술을 구현
적용 3. 휴머노이드/4족로봇
적용 3. 휴머노이드/4족로봇
1) 휴머노이드/4족로봇
휴머노이드/4족 로봇(Humanoid / Quadruped Robot)
다수의 관절과 액추에이터(모터)를 정밀하게 제어하여
보행, 균형 유지, 이동 및 다양한 작업을 수행하는 고자유도 로봇
2) 휴머노이드/4족로봇 제어기 고장영향
고장 치명도 1단계: 자세 및 보행 성능 저하
- 관절 위치, 속도, 토크 제어 오차 증가
- 보행 궤적 및 자세 안정성 저하
- 진동 및 흔들림 등 불안정한 동작 발생
치명도 2단계: 균형 상실 및 임무 실패
- 보행 패턴 및 자세 제어 실패
- 균형 회복 능력 저하로 정상 이동 곤란
- 이동, 운반, 작업 등의 임무 중단
치명도 3단계: 전도, 충돌 및 안전 위험
- 제어 불능으로 인한 급격한 균형 상실
- 로봇 전도 및 사람, 주변 설비와의 충돌 위험
- 로봇, 주변 장비 손상 및 인명 안전 위험으로 확대
3) 휴머노이드/4족로봇 제어기 고장원인
제어기 회로 과전류, 소자 손상, 전원공급 차단 등
예기치 못한 운전환경 및 부하변화에 의한 과열 등
4) 휴머노이드/4족로봇 – FSC 적용 효과
효과 1: 신속한 제어기 고장 극복
- 제어기 이상 상태 감지 후 안전한 제어 로직으로 전환
효과 2: 자세 및 균형 신속 회복
- 관절, 보행, 자세 제어 성능을 회복
- 균형 상실을 억제하고 안정적인 보행 및 이동 유지
효과 3: 전도 방지 및 임무 지속
- 전도 및 사람·주변 설비와의 충돌 위험 감소
- 고장을 극복하여 안전한 이동과 작업 및 임무 지속 지원
5) 선행연구
Fail-safe기반 HS(Horizontal Separation)듀얼모터 시스템 개발
(한국연구재단(NRF), 2021-2022)
HS형 FSM기반 제어기 Fail-Safe 기술 개발
제어시스템의 제어기 고장에 대응하기 위해 HS형 외전형 FSM
기반 제어기 Fail-Safe 구동 및 제어시스템을 개발
독립된 2개의 고정자를 갖는 FSM과 대응해, FSC 1과 FSC 2의 독립 제어 구조를 구성하여 한쪽 제어기에 고장이 발생하더라도
고장 영역을 격리하고 정상 제어시스템을 운용하도록 설계
FSC에 AI Fail-Safe SW를 탑재하여 고장 상태를 진단하고, 즉시정상 제어시스템으로 전환해 정상 구동을 하는 Fail-Safe 기술구현
제어시스템의 정상성능을 회복하고 안정적인 임무를 지속할 수
있는 제어기 고장진단/복구 기술을 구현
고장에도 멈추지 않는 미래를 만듭니다
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