부산대학교 도서관

에너지 오토노미(Energy Autonomy)는 재생가능 에너지 등의 독립적이고 분산된 제한된 저장용량을 갖는 에너지원으로 유지되는 시스템이다. 본 논문에서는 로봇이 재생가능 에너지로부터 충전된 에너지 소스에서 에너지를 얻는 로봇 에너지 오토노미를 제안한다. 가정이나 산업현장에서 로봇의 활용이 증가하고 있으며 최근에는 전장(戰場), 우주공간, 재해 현장 등 적용 범위가 넓어지고 있다. 대부분의 이동 로봇은 배터리에 의해 에너지를 공급받는다. 로봇의 배터리가 고갈되면 재충전이 필요한데, 로봇의 에너지 공급은 이동 로봇에서 해결해야할 이슈이다. 기존의 기계적 접촉에 의한 자동 충전 방식은 가장 상용화된 기술이지만 실외 환경과 같이 충전 단자가 오염, 마모되어 접촉이 불완전하게 될 수 있는 단점이 있다. 또한 배터리 교환 방식의 경우 메커니즘이 복잡해 지는 문제가 있어 분산 소규모 에너지 원에는 사용이 어렵다. 본 논문에서는 에너지 전송 방식으로 무선 전력 전송 방식을 사용하여 기존의 접촉 충전 방식의 문제점을 극복하였고, 로봇이 높은 효율로 에너지를 얻기 위해 영상정보를 이용해 로봇의 에너지 수신 모듈이 에너지원의 전송 모듈에 정확히 위치하도록 하였다. 에너지 취득 방식으로 열전 소자를 통한 발전을 사용하여 산업현장의 폐열 또는 지열 등을 에너지 원으로 하여 에너지 오토노미가 유지될 수 있게 하였다. 로봇은 Linux 기반 프레임워크인 ROS(Robot Operating System)을 통해 제어하였고, 충전할 에너지 노드를 로봇이 스스로 주변 물체와 구분하기 위해 Tensorflow Object Detection API을 사용해 에너지 스테이션 이미지를 훈련 시킨 뒤 인식하도록 하였다. 구현 결과로 이동 로봇이 무선 충전 방식을 이용해 배터리를 충전하여 유지가 가능하고, 열전 소자 발전을 이용한 에너지 오토노미가 유지 가능함을 보인다.
Energy autonomy is a system that is sustained by energy from an independent and distributed source such as renewable energy. In this paper, I propose a robotic energy autonomy in which a robot obtains energy from a renewable energy source with a limited storage capacity. As an energy transfer method, wireless power transfer is used to solve the problem of the conventional contact charging method, mechanical complexity, and to obtain high energy transfer efficiency, the image information is used to align the transmitting and receiving coils accurately. Linux based ROS(Robot Operating System) was used as a software platform and for energy node detection, Tensorflow Object Detection API was used. A small scale thermoelectric energy source with boost converter, battery charger, and wireless power transfer coil is constructed and an actual charging experiment is conducted to verify the proposed autonomy system.