ACS 구조 설계

ACS의 구조는 크게 핵심 기능 모듈, 통신 인터페이스, 데이터 처리 모듈, 제어 알고리즘 등으로 나눌 수 있습니다. 아래에서 각 구성 요소를 자세하게 설명하겠습니다.

+----------------+       +--------------------+       +---------------------+
|  Slamnavi      |<----->|    통신 인터페이스   |<----->|  모션 제어 모듈       |
| (경로 계획)     |       +--------------------+       +---------------------+
+----------------+               |                        |   ^
                                  v                        |   |
                     +-------------------------+           |   |
                     | 센서 데이터 처리 모듈     |           |   |
                     +-------------------------+           |   |
                                  ^                        |   |
                                  |                        v   |
                     +-------------------------+       +---------------------+
                     |  제어 알고리즘          |<------| 로깅/모니터링 모듈   |
                     +-------------------------+       +---------------------+

---

1. ACS 주요 구성 요소

1.1. 모션 제어 모듈

• 역할: 로봇의 이동 경로와 속도를 제어합니다.
• 기능:
  • 목표 위치와 속도에 대한 제어 명령을 계산.
  • 주행 모터, 조향 장치 등 물리적 액추에이터 제어.
  • PID, MPC(모델 예측 제어), LQR(선형 이차 제어) 같은 알고리즘을 사용하여 실시간 모션 제어.
• 입력 데이터:
  • Slamnavi에서 제공한 경로 계획 정보.
  • 로컬 센서 데이터 (LiDAR, IMU, 휠 엔코더 등).
• 출력 데이터:
  • 모터 구동 신호 (속도, 방향).

1.2. 센서 데이터 처리 모듈

• 역할: 로봇의 주행에 필요한 다양한 센서 데이터를 처리하고, 이를 제어 알고리즘에 제공.
• 기능:
  • 실시간으로 센서 데이터를 수집하고, 필요한 경우 데이터 필터링(예: 칼만 필터, EKF).
  • 로컬 지도 작성 (지속적인 센서 피드백을 통해 장애물 회피 등을 위한 정보 제공).
  • 센서 데이터와 Slamnavi로부터의 정보 통합 (데이터 동기화).
• 센서 종류:
  • LiDAR, 카메라, IMU, 휠 엔코더, 초음파 센서 등.

1.3. 제어 알고리즘

• 역할: 모션 제어에 사용되는 핵심 알고리즘으로, 로봇이 목표 경로를 따라 정확하게 움직이도록 제어합니다.
• 기능:
  • 경로 추종: Slamnavi에서 제공한 경로에 따라 로봇이 안정적으로 이동하도록 제어.
  • 장애물 회피: 센서 데이터를 기반으로 주변 장애물 탐지 및 회피 경로 생성.
  • 최적화된 이동 경로 계산: 특정 환경에서 에너지 효율성이나 시간 최적화를 위해 제어 알고리즘이 최적의 경로를 계산.
• 사용 가능한 알고리즘:
  • PID, MPC, LQR 등.
  • 로봇이 주행 중인 상황에 따라 다이내믹하게 알고리즘을 선택하거나 조정할 수 있도록 설계.

1.4. 통신 인터페이스

• 역할: 다른 시스템(Slamnavi, FMS, MES 등)과의 데이터 교환 및 명령 전송을 위한 통신 인터페이스.
• 기능:
  • Slamnavi와의 통신: 경로 계획 정보 및 센서 데이터를 주고받습니다.
  • FMS와의 통신: 작업 지시나 상태 정보를 주고받습니다.
  • ROS2, gRPC, ZeroMQ 등의 통신 프레임워크를 활용하여 데이터를 실시간으로 송수신.
  • 시리얼 통신: 로봇 내부 컴포넌트와의 저수준 통신을 위해 사용.
• 주요 프로토콜:
  • gRPC: 모듈 간 원격 호출 (FMS, Slamnavi 등과).
  • ROS2: 센서 데이터 및 제어 명령 처리.

1.5. 로깅 및 모니터링 모듈

• 역할: 시스템의 상태를 실시간으로 모니터링하고, 로그 데이터를 수집하여 후속 분석 및 유지보수에 사용.
• 기능:
  • 각종 센서 데이터, 제어 명령, 상태 피드백 등을 기록.
  • 실시간으로 시스템 성능을 모니터링하여 문제가 발생하면 경고 신호를 발생.
  • HMI로 데이터를 전송하여 사용자에게 실시간 피드백 제공.

1.6. 안전 관리 모듈

• 역할: 시스템의 안전성을 보장하고, 오류나 비상 상황에 대응할 수 있는 기능을 제공합니다.
• 기능:
  • 로봇의 충돌 방지.
  • 비상 정지 기능.
  • 오류 발생 시 안전 모드 전환 및 사용자에게 알림.