스페인의 바스크 카운티 대(UPV/EHU: University of the Basque Country) 전자공학과(Department of Electronics Technology) 소속의 우나이 우갈데-올레아(Unai Ugalde-Olea) 교수가 로봇을 좀 더 에너지 효율적으로 움직일 수 있는 방법을 분석하고, 어떤 경우에는 최대 40퍼센트까지 에너지 소비를 줄일 수 있다는 것을 실험실 수준에서 증명하였다. 이 연구는 제어 공학 관련 한 국제학술지(Control Engineering Practice)에 발표되었다.
잠시 동안 커피 잔을 자신의 입술로 들어올리기를 반복하는 로봇 팔을 상상해 보자. 이 로봇 팔의 관절은 위 방향 동작과 아래 방향 동작을 구동시키는 전기 모터를 요구할 뿐만 아니라 특정한 유연성을 필요로 한다. 따라서 관절이 해당하는 동작을 수행할 수 있도록 명령이 전기 모터로 보내져야 한다.
"전기 모터는 지속적으로 명령을 받을 필요가 있다. 사실 전기 모터는 자신의 축이 어떠한 각도에 있어야 하는지를 항상 알아야 한다. 그러나 현재의 디지털 제어기는 분리된 이산 시간(discrete time) 간격으로 특정한 순간에 명령을 내리기만 한다. 즉, 디지털 제어기는 최초의 명령, 짧은 정지, 또 다른 명령, 또 다른 짧은 정지 등의 순서를 반복하여 펄스(pulse)를 이용하여 명령을 내리는 것으로 기술될 수 있다"고 우나이 우갈데-올레아 교수가 설명하였다. 사실 우나이 우갈데-올레아 교수는 명령이 없는 시간 간격에 대한 새로운 제안을 생각해 냈다.
전반적으로 산업용 로봇 분야에서 새로운 명령이 내려지지 않는 한, 이전의 명령이 유효하다. 즉, 새로운 제어 명령이 도착하기 전까지 이전의 제어 명령이 수행된다.
"이번 연구에서 우리는 이러한 동작 방식이 변경될 수 있다는 결론을 얻었다. 우리는 이러한 과정을 어떻게 해서든 재구성하기 위하여 가장 최근에 내려진 2개의 명령에 해당하는 2개의 값에 기초하는 다항 함수(polynomial function)를 이용하였다. 사실 이것이 이번 우리의 연구가 가지는 새로움"이라고 우나이 우갈데-올레아 교수가 말했다.
지금까지는 새로운 제어 명령이 주어지기 전까지 이전의 제어 명령이 고려되었다. 즉, 제어 시스템에 대한 기존의 문헌에서 영차 재구성(zero-order reconstruction)이라고 알려진 것을 사용하였다. 그러나 이것은 유일한 선택 사항이 아니며, 사실 이번의 연구는 이러한 측면에 집중되었다.
특히 연구자들의 목표는 최후의 명령과 끝에서 두 번째의 명령 모두를 고려하여 얻을 수 있는 장점을 연구하고 실험적으로 검증하는 것이었다. 이러한 재구성은 평평하지 않지만 일정한 기울기를 가지는 선형일 때 분수차 재구성(fractional-order reconstruction)으로 알려져 있다. 분수차 재구성은 현재까지 그렇게 많이 고려되고 있지 않다.
우나이 우갈데-올레아 교수는 다항 재구성이나 분수차 재구성이 로봇 팔꿈치(elbow)나 로봇 손목(wrist)의 경우처럼 유연한 관절에서도 관심의 대상이 될 수 있음으로 발견하였다. 사실 연구실에서 실험을 수행한 결과에 따르면 전기 모터를 구동하는 데에 필요한 에너지는 상당히 줄어들며, 이상적인 경우 이러한 에너지 절감은 예상된 경로에서 정밀도를 상실하지 않은 채로 최대 40퍼센트까지 가능하다는 것을 증명하였다고 우나이 우갈데-올레아 교수가 설명하였다.
이 시험은 연구실에서 작은 규모의 시제품을 이용하여 이상적인 조건에서 수행되었다. "다음 단계의 연구는 산업적인 규모에서 유사한 에너지 절감을 달성할 수 있는지를 점검하는 것이 될 것이다. 어느 경우든 비록 에너지 절감이 더 낮게 되는 경우조차도 이러한 연구결과는 전력비용의 측면에서 상당한 진전을 이룩한 것이 될 것"이라고 우나이 우갈데-올레아 교수가 덧붙였다.
[관련 논문 서지 정보] U. Ugalde, R. Barcena, K. Basterretxea. "Generalized sampled-data ho
* 자료 - KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』
