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하모닉 드라이브의 토크리플 감소를 위한 조인트 토크센서용 스위칭 노치필터
김준홍(Joon-Hong Kim),김영렬(Young-Loul Kim),송재복(Jae-Bok Song) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集A Vol.35 No.7
로봇 머니퓰레이터의 정밀한 제어를 위하여 하모닉 드라이브와 조인트 토크센서가 널리 사용되고 있다. 하모닉 드라이브는 구조적 특징으로 인하여 토크리플을 발생시키는데, 토크센서와 하모닉 드라이브가 직결된 경우에 토크리플은 토크센서에 전달되어 토크센서를 사용하는 제어기나 관측기의 성능을 저해한다. 본 논문에서는 토크리플과 하모닉 드라이브 속도의 관계를 도출하고, 이를 토대로 토크리플을 효과적으로 감쇄시키는 스위칭 노치필터를 제안한다. 제안된 스위칭 노치필터는 기존에 제시되었던 이론에 비하여 직관적이고, 추가적인 회로부나 기구부 구성이 필요 없으며, 연산량이 적은 장점이 있다. 또한 다양한 실험을 통하여 스위칭 노치필터의 필터링 성능, 빠른 응답속도와 스위칭 안정성을 검증하였다. Harmonic drives have been widely used in combination with joint torque sensors in order to facilitate accurate manipulator control. A harmonic drive causes a torque ripple because of its structural characteristics, and this torque ripple tends to deteriorate the performance of a controller or observer that uses torque sensors. This paper proposes a switching notch filter for reducing the torque ripple caused by a harmonic drive in a joint torque sensor; the functioning of this filter is based on the relationship between the frequency components of the torque ripple and the rotational velocity of the harmonic drive. The proposed switching notch filter is advantageous in that it requires less computational load and does not necessitate additional circuits or structures. Various experiments demonstrate that the proposed filter has good filtering performance, fast response, and good switching stability.
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6축 머니퓰레이터를 이용한 임피던스 제어 기반의 원형 펙 조립
김병상(Byeong-Sang Kim),김영렬(Young-Loul Kim),송재복(Jae-Bok Song),손승우(Seung-Woo Son) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集A Vol.35 No.4
일반 산업용 로봇의 위치정밀도는 100㎛ 정도임에 반해, 정밀부품의 조립공차는 수십 ㎛ 이내이다. 또한, 조립공차가 작을 경우 미소한 위치/각도 오차에 의해 재밍 또는 웨징이 쉽게 발생하며, 위치제어 기반의 로봇인 경우 부품 조립 시 접촉력을 적절히 조절하지 못하여 조립물이 파손될 가능성이 크다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 접촉력에 능동적으로 반응할 수 있는 힘제어 기반의 로봇조립에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 기존의 산업용 로봇에 적용하기 용이하도록 위치제어 기반의 머니퓰레이터에 힘제어를 적용할 수 있는 시스템을 구현하였다. 머니퓰레이터에 어드미턴스 필터를 이용한 임피던스 제어를 적용하여 안정적인 접촉운동을 구현하였다. 또한, 임피던스 제어와 blind 검색을 적용하여 정밀부품을 조립할 수 있음을 검증하였다. The maximum accuracy of position control by using an industrial robot is about 100㎛, whereas the maximum tolerated imprecision in the position of precision parts is about several tens of micrometers. Therefore, it is very difficult to assemble parts by position control only. Moreover, in the case of precision assembly, jamming or wedging can easily occur because of small position/orientation errors, which may damage the parts to be assembled. To overcome these problems, we investigated a force control scheme that provides proper motion in response to the contact force. In this study, we constructed a force control system that can be easily implemented in a positioncontrolled manipulator. Impedance control by using an admittance filter was adopted to perform stable contact tasks. It is shown that the precision parts can be assembled well by adopting impedance control and blind search methods.
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