AGV 시스템 효율성 향상을 위한 LiDAR 센서의 다양한 이점
효율적인 내부물류는 회사의 성공에 크게 기여하며, AGV 시스템 (Automated guided vehicle systems, 자동 가이드 차량 시스 템)은 점점 더 중요한 역할을 하고 있다. AGV 시스템의 수익성을 위한 전제 조건은 차량의 정확한 현지화이며, 이는 다시 최적의 내비게이션을 위한 기반을 의미한다. AGV 시스템을 구축할 때, 차량 설계자와 시스템 통합자는 운영을 위한 기능적 및 경제적인 솔루션을 개발해야 하는 과제를 안고 있다.
하지만 어떤 현지화 솔루션이 적합할까? 첫째, 설계자는 자체 현지화(Self-localization) 또는 외부 현지화(external localization) 기술을 사용할지 또는 두 기술을 조합하여 사용할지 결정해야 한다. 차량 자체에 센서가 장착되는 자체 현지화가 널리 사용된다. 여기에서 시너지 효과를 낼 수 있다. LiDAR 센서 (광 감지 및 거리 측정)와 같이 차량의 안전 개념에 사용되는 레이저 스캐너는 현지화 기능에 병렬로 사용할 수도 있다.
다음 센서 기술은 내부물류에서 특히 중요하다.
• LiDAR: 적합한 레이저 스캐너를 사용한 환경 인식
• 라인 기반 안내
• 카메라: 2D 및 3D 이미지 처리
• RFID 트랜스폰더 및 그리드 현지화
• UWB(초광대역)
선호하는 기술의 결정은 각각의 내부 회사 요구 사항 및 사용 시나 리오에 따라 다르다. SICK는 이러한 목적에 적합한 센서와 애플리 케이션 솔루션을 제공한다.
내부 물류의 효율성 압박
내부 물류의 관련성은 최근 몇 년 동안 엄청나게 증가했으며, 공장 운송을 위한 산업용 차량 건설을 책임지고 있는 OEM 및 시스 템 통합업체에 대한 압박도 함께 증가했다. 생산, 유통, 마운팅 등의 원활한 프로세스를 위한 핵심 역할인 내부 공장 물류로 점점 초점이 이동하고 있다.
INFORM(industrial logistics company)의 ‘Trendreport Intralogistik und Werkstransport 2021’에 따르면 물류 및 공급망 관리 응답자의 76%가 회사의 전반적인 성공과 관련성이 높거나 매우 높은 내부 운송을 평가했다. 반면에 2013년 이전 설문 조사에서 응답자들은 여전히 내부 물류를 부적절하게 설계되고 거의 최적화되지 않았으며 심지어 ‘생산 중단’과 같은 단어로 설명하는 경향이 있었다. 그러나 그런 시대는 끝났다.
자동 가이드 차량 시스템
운영자와 차량 제조업체가 이러한 문제를 해결할 수 있는 한 가지 방법은 AGV 시스템을 사용하는 것이다. INFORM 동향 보고서에 따르면 조사에 참여한 기업의 25%가 이미 2021년에 AGV 시스템을 사용하고 있었으며 응답자의 47%는 AGV 시스템의 도입이 단기 및 중기로 구현해야 될 가장 시급한 개념 중 하나였다.
AGV 시스템의 장점은 다양하다. 자율 주행 차량은 이전의 엄격한 분류 라인을 보다 유연하게 만들어 개별화된 생산을 지원할 수있다. 고도의 자동화는 생산성을 높이고 오류를 줄인다. 그리고 마지막으로 중요한 것은 숙련된 근로자 부족은 적어도 자동 가이드 차량으로 상쇄될 수 있다는 것이다. 내부 운송이 점차 자율화 되면 근로자를 다른 곳에 배치할 수 있다.
현지화
내부물류에서 AGV 시스템의 적용이 높아짐에 따라 차량 제조업 체는 큰 과제에 직면해 있다. 결국 차량은 다재 다능하고 빠르고 안전하며 정확하게 작동해야 한다. 상품, 원자재 및 구성 요소는 다양한 환경, 다양한 기질 등에서 짧은 시간에 신속하고 정확하게 공급되어야 한다. AGV 시스템은 예를 들어 창고와 같이 매우 짧은 시간 내에 변화에 쉽게 적응할 수 있어야 한다. 개별 차량 및차량 전체의 절대적인 안정성과 고가용성(예: 가동 중지 시간 최소화)은 성공적인 배포를 위한 필수 요구 사항이다.
AGV 시스템 개발에서는 속도, 정밀도, 적응성 및 신뢰성 등 모든 요구 사항을 충족해야 한다. 이를 달성하기 위한 핵심 도구는 현지화, 벡터 정의, 엔진 제어, 경로 계획 및 차량 관리를 최적으로 결합한 내비게이션이다. 그러나 AGV 시스템의 내비게이션은 현지화만큼 우수하다. 현재 AGV는 어디에 그리고 어떤 경로로 운영 되는가? 또한 차량이 최적의 경로를 택하고 있는가? 현지화 솔루 션은 회사가 AGV 시스템 내비게이션의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있다.
현지화 옵션 및 기술
기본적으로 회사는 외부 또는 자체 현지화 솔루션 또는 두 가지 현지화 옵션을 결합한 접근 방식 중에서 선택할 수 있다. 이러한 옵션 내에서 다양한 기술을 마음대로 사용할 수 있다. 회사에 가장 적합한 기술은 주로 계획된 애플리케이션 시나리오에 따라 다르다.
△ 자체 현지화, 외부 현지화 또는 둘 다?
자체 현지화: 자체 현지화를 통해 차량은 차량에 부착된 센서와 같은 온보드 장비를 사용하여 위치를 결정한다. 예를 들어, 레이저 스캐너와 3D 비전 카메라가 될 수 있다. 자체 현지화는 내부물류 에서 가장 자주 사용되는 현지화 유형이다. 그 이유는 AGV 시스 템이 공간에서 이동하는 위치를 알아야 할 뿐만 아니라 특정 안전 요구 사항도 충족해야 하기 때문이다. 예를 들어, 안전 레이저 스캐너는 AGV 시스템이 사람을 안전하게 감지하고 적시에 제동할수 있도록 보장할 수 있다. 그러므로 자체 현지화 솔루션은 일반 적으로 안전 표준을 준수해야 하는 모든 곳에서 사용된다.
외부 현지화: 인프라 기반 외부 현지화를 사용하면 일반적으로 차량 자체에 설치된 활성 요소가 없다. 대신 외부적으로 현지화 된다. 예를 들어, 차량의 바코드를 추적하는 오버헤드 카메라를 또는 차량에서 태그를 찾는 UWB 안테나 사용하여 위치를 확인할수 있다.
결합된 접근법: 외부 및 자체 현지화를 위한 기술의 조합 솔루션은 특별히 널리 보급되지는 않았지만 다양한 형태로 생각할 수 있다. 순수한 자체 위치 파악 또는 외부 위치 파악이 원하는 결과를 생성하지 못하는 경우에 유연성을 약속한다. 가능한 적용 시나리오는 큰 홀에 있는 차량이 외부에서 쉽게 찾을 수 있지만 두꺼운 차폐물이 있는 통로로 운전하는 경우, 자체 현지화 기능은 유용한 추가 기능이 될 수 있다.
△ 현지화에 가장 적합한 기술
LiDAR: LiDAR는 ‘빛 감지 및 거리 측정’을 의미한다. 자연 윤곽의 환경 인식 방법은 환경의 지점을 감지하는 프로빙 레이저 스캐너의 측정 데이터를 기반으로 한다. SICK는 LiDAR-LOC를 통해 자율적으로 움직이는 AGV 시스템을 위한 현지화 솔루션을 제공하고 있다. 모듈식 소프트웨어 솔루션은 자연스러운 윤곽을 기반으로 정확하고 신뢰할 수 있는 현지화 결과를 보장한다.
이를 위해 LiDAR 센서 데이터가 사용되며, 필요한 경우 다른 센서의 정보와 연결할 수 있다. LiDAR-LOC는 기존 인프라에 쉽게 통합될수 있다. 예를 들어 혁신적인 safeHDDM 스캐닝 기술에 의존하는 microScan3 안전 레이저 스캐너를 여기에서 사용할 수 있다. 매우 정밀한 측정 데이터를 제공할 뿐만 아니라 먼지와 주변광에도 강하다. 이는 자동 가이드 차량 시스템의 가용성과 생산성에 직접 적으로 긍정적인 영향을 미친다.
△ 라인 기반 안내
AGV 시스템은 지면에 배치된 라인을 따른다. 이 프로세스에서 센서는 예를 들어 발광 또는 자성 밴드로 구성될 수 있는 라인을 향한다. OLS를 통해 SICK는 발광 기술을 기반으로 하는 광학 라인 가이드용 센서를 제공한다. 기판, 오염 또는 표면 결함에 관계없이 상업적으로 이용 가능한 모든 발광 접착 테이프를 감지한다.
트랙 중심에서 편차를 안정적으로 출력한다. 접착 테이프 덕분에 트랙을 최대 0.5m의 작은 곡선 반경으로 유연하게 놓을 수 있다. 또한 OLS는 건널 때 1D 코드를 읽고 이러한 방식으로 경로 정보나 이동 명령을 처리할 수 있다.
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SICK의 MLS는 자동 가이드 차량의 내비게이션을 위한 자기선 유도 센서이다. 센서는 자기 트랙의 중심을 향해 스스로 정렬하여 차량 탐색을 돕는다. 최대 3개의 레인을 안정적으로 구분할 수 있다. 분기와 레인 병합을 쉽게 처리한다. 자기 테이프 및 설치 높이 선택의 폭이 넓다는 것은 설계 및 개조의 유연성을 의미한다. 추가 명령을 위한 옵션으로 트랙 옆에 자기 마커를 부착할 수 있다.
△ 카메라: 2D 및 3D 이미지 처리
이미지 기반 현지화는 차량의 카메라를 사용하여 AGV 시스템의 위치를 결정한다. 카메라는 환경의 측정 데이터를 기반으로 포인트 클라우드를 생성한다. 이는 현지화를 지원하는 데 사용할 수있다. SICK는 거의 모든 산업용 3D 이미지 처리 요구 사항에 적합한 소형 Visionary-T Mini 3D 비전 카메라로 간단한 작동과 매우 높은 데이터 품질을 제공한다.
3D 런타임 기술 덕분에 카메라는 상세한 깊이 및 강도 데이터를 생성한다. 명암 대비가 강하고 거리가 먼 경우에도 장치는 주변 환경을 안정적으로 감지하고 매우 짧은 이미지 획득 시간으로 인해 움직이는 물체가 있는 경우에도 정확한 데이터를 제공한다. 명확한 구성 도구를 사용하면 카메라를 쉽게 매개변수화하고 각 애플리케이션에 데이터를 유연하게 적용할 수 있다.
△ RFID 트랜스폰더(transponder) 및 그리드 현지화
이러한 형태의 현지화는 RFID 태그 또는 바코드(1D 또는 2D)를 사용하여 바닥에 그리드 구조를 만든다. 차량은 센서의 도움을 받아 래스터(raster)를 따른다. SICK의 이미지 기반 코드 리더기는 정렬에 관계없이 다양한 코드 유형을 읽을 수 있다. 일반적으로 데이터 매트릭스 코드와 QR 코드는 종종 소위 멀티코드 라벨의 형태로 설명된 애플리케이션에 사용된다. 코드 분석의 도움으로 코드 품질을 모니터링하고 이를 기반으로 프로세스를 점점 더 최적화할 수 있다. 코드 리더는 교정 이미지 처리 알고리즘을 가지고 있기 때문에 심하게 손상된 코드도 읽을 수 있다.
RFID(무선 주파수 식별)는 위치 파악을 위해 전파를 사용한다.
SICK는 RFID 솔루션을 사용하여 RFID 응답기에 가시선이 필요하지 않기 때문에 숨겨져 있거나 더러운 물체도 특히 확실하게 식별할 수 있다. 큰 판독 거리와 판독 필드 너비 덕분에 응답기 위치가 부정확한 큰 물체도 쉽게 위치를 파악할 수 있다. 암호화된 데이터 전송은 위조에 대한 높은 수준의 보호와 필요한 데이터 보호를 보장한다.
△ 외부 현지화 기술, UWB
UWB(Ultra-Wideband)는 근거리 통신을 위한 디지털 무선 시스템이다. 현지화를 위해 UWB 안테나는 AGV 시스템에 부착된 UWB 태그를 찾는다.
SICK는 태그 기반 위치 파악을 위한 LOCU UWB 시스템을 통해 매우 높은 전송 속도를 가능하게 하는 매우 넓은 주파수 범위의 무선 시스템을 제공한다. 여기에서 AGV 시스템에는 각각 개별 ID를 할당하는 UWB 태그가 장착되어 있다. AGV 시스템이 서로 다른 안테나(앵커라고도 함) 사이를 이동하면 안테나 사이의 거리 값을 계산하여 태그가 지정된 AGV 시스템의 정확한 위치를 결정한다. LOCU의 위치 확인 정확도는 1미터 미만이다.
SICK, 센서와 솔루션을 결합
속도, 정밀도, 적응성, 신뢰성 등은 AGV 시스템의 설계에서 중요한 것이다. 이것이 SICK가 디자이너와 OEM을 지원하는 부분이 다. SICK는 공장, 물류, 프로세스 자동화를 위한 포트폴리오를 통해 센서 인텔리전스와 애플리케이션 솔루션을 결합한다. 센서와 적절한 소프트웨어의 결합은 복잡성을 크게 줄인다. 전 범위 공급 업체인 SICK는 고객의 개별 요구 사항을 정확히 충족하는 맞춤형 현지화 솔루션을 제공한다.
자료제공: SICK(www.sick.com)
