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농업용 로봇기술의 발전

자율주행 기술, 국내 이앙기로 들어오다

미국의 농업용 트랙터 자율주행 기술이 국산 이앙기를 만났다. WKP Machines Co.에서는 미국 Hemisphere사의 자율주행 시스템을 국내산 이앙기에 적용시키며 농업 자동화의 기술을 한 층 끌어올렸다. 국산장비에 대한 제어기술의 국산화 가능성을 일부 확인함과 동시에 여러 가지 한계점을 노출한 이번 테스트를 통해 자율주행을 이용한 농업용 로봇기술의 발전 방향에 대해 알아보고자 한다.

자율주행 시스템의 국내적용

미국의 Hemisphere사의 농업용 트랙터 자율주행 시스템이 국내산 이앙기 및 승용관리기에 적용되었다.
농업관련 기기 전문업체 WKP Machines Co.에서 시도한 이 테스트는 선진 기술을 국내 기술과 융합하여 더욱 정밀하고 편리한 농업환경을 조성하기 위한 목적으로 실행되었다. 미국의 Hemisphere사에서 개발된 농업용 트랙터 자율주행 시스템을 국내산 이앙기 RGO60(국제 6조식 승용이앙기) 및 승용관리기 CFM1200(아세아)에 적용하였으며, 그 결과 많은 성과와 더불어 여러 보완점이 노출되기도 했다.

시스템 유닛과 케이블

적용기종 및 제어시스템

이번 테스트를 위해 Hemisphere사의 정밀급 DGPS Accuracy(Sub-inch급, 유압 Steering 방식)와 준정밀급 DGPS Accuracy(Sub-inch 급, 휠 Steering 방식)가 검토되었으며 이 중 방재, 시비, 경작 및 포장정보 취득 등에 유용하고 무엇보다 적용성이 우수한 준정밀급을 채택했다. 국내 적용 플랫폼으로는 국제 6조식 승용이앙기 RGO60이 선택되었다.
제어시스템으로는 모니터, 사용자 인터페이스, 경로설정 및 총괄적 제어를 담당하는 System Controller S3와 A220 & A221 DGPS System(L1/L2, SBAS, RTK Base&Rover), 트랙터 자세 및 조향을 제어하는 조향시스템 eDrive Controller VSi Wheel Steering System을 적용했다. 이 시스템은 타 기종의 플랫폼에 간편하게 이전할 수 있어 트랙터든 이앙기든 조향시스템만 간단히 개조하면 한 대의 제어 시스템만으로도 방재기(스프레이어), 시비기, 경운장비 부착 트랙터, 포장정보 취득 샘플러 장비에 이르기까지 폭넓은 적용이 가능하다.

GPS Base Station

평지와 논에서의 적용 테스트

시스템 장착 후 일반 평지 테스트와 더불어 논에서의 테스트가 실행되었다. 평지 테스트 결과 위성 조건이 안정적일 경우 ±10~15㎝의 오차 범위 내에서 비교적 안정적 주행이 가능하였으나 위성 배열이 바뀌는 시점에서는 순간적으로 오차가 증대되는 경우가 발생했으며, 이후 위성이 안정화된 이후에도 설정된 주행경로 자체가 크게는 약 10㎝까지 이동하는 문제가 발생하기도 했다. 이 문제는 일반적인 시비와 방재, 포장정보 샘플러 등을 적용할 때는 전혀 문제가 없으나 기계식 제초, 혹은 경작에 있어서는 고랑을 침범할 우려가 있으므로 자체 IMU 유닛이나 소프트웨어적인 보정을 통해 시스템을 보다 정교하게 제어할 필요가 있었다.
한편, 논에서의 적용은 위의 문제점 외에도 논이라는 특수성에 기인한 문제가 발생했다. 논바닥의 요철 혹은 경사로 인해 플랫폼 자체가 미끄러지는 현상이 나타난 것이다. 이 문제는 시스템의 정밀도와는 관계가 없으나 미끄러지는 방향에 따라 오차가 확대되므로 포장 환경에 대한 검토가 요구된다.

시스템 적용 시 문제점과 해결방향

이 시스템을 적용함에 있어 하드웨어 적으로는 먼저 유압식 Steering 제어방식과 휠 제어방식의 정밀도 차이가 고려되어야 한다.
유압식은 직접 휠에 요구되는 방향각을 제어함으로써 기계적인 누적 오차가 거의 없고 토크가 높아 방향성을 관철하는 힘이 우수하다는 장점을 가진다. 반면 휠 제어방식의 경우는 설치와 장비이동성, 편의성이 우수해 유지보수가 간편하고 기술적인 이해도가 낮더라도 쉽게 이용할 수 있다는 특징이 있다.
따라서 정밀도가 낮은 작업에서는 휠 제어방식으로 제어하되, 고정밀도가 요구되는 작업에서는 플랫폼의 일부기능을 강화하는 방법(유압식 서보 또는 스테핑 조향 모터가 조향 휠을 직접 제어하는 방법 등)을 통해 누적 공차와 저항성에 강한 방식의 기구로 제작단계에서 보완이 된다면 성능과 편의성을 동시에 확보할 수 있을 것으로 예상된다.
한편 시스템 적용에 따른 소프트웨어적인 문제점으로는 현재까지 농업 현장에 바로 적용이 가능한 총괄적인 운용 소프트웨어의 부재가 가장 크게 지적되고 있다. 플랫폼 제어 및 주행 알고리즘은 농업공학 관련 연구소와 대학에서 연구개발 중에 있으며 일부 성과를 보이기도 했으나 전반적으로 아직은 우리의 최대 취약점이기도 하다. 이 부분에 대해서는 특히 산업용, 엔터테인먼트 부문의 로봇 엔지니어 지원과 전략적인 투자가 필요하다.

Hemisphere사의 조향시스템(右)과 국내 WKP Machines Co.이 개발한 조향시스템(左)

WKP Machines Co. www.wkpcom.co.kr
Hemisphere GPS & Outback Auto steering System에 대한 기술문의나 자료는 WKP Machines Co.(대표 이한호, ☎02-2634-1173)나 홈페이지(www.wkpcom.co.kr)로 문의하면 언제든지 지원이 가능하다.

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