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착용식 로봇 제어를 위한 Impedance Control의 시뮬레이션 및 실험적 고찰
구남국,권정한,차주환,이규열 제어로봇시스템학회 2010 제어로봇시스템학회 국내학술대회 논문집 Vol.2010 No.5
조선 생산 공정의 작업자는 오랜 시간 팔을 뻗고 위 보기 작업(overhead operation)을 수행하고 있으며, 이는 근 골격계 질환을 발생시킬 수 있다. 이를 예방하고자, 본 논문에서는 위 보기 작업 지원을 위한 착용식 로봇의 impedance control 시뮬레이션 및 하드웨어 실험을 수행하였다. 착용식 로봇은 총 6 개의 회전 관절(어깨 2 자유도, 팔꿈치 1 자유도, 손목 3 자유도)로 구성되며, 작업자가 착용식 로봇에 가하는 힘을 end-effector에서 계측하고, 이를 제어에 사용하였다. 운동방정식은 뉴턴역학을 기반으로 한 relative coordinate formulation 을 이용하여 구성하였으며, 각 관절에 설치되어 있는 motor의 관성력과 감쇠력을 모델링 하여 운동방정식에 반영하였다. 착용식 로봇에 작용하는 외력으로는 중력, 작업자와 로봇 사이의 접촉력, 그리고 각 관절에 작용하는 제어력을 고려하였다. 제어력은 로봇 암의 transient motion과 steady state motion을 제어할 수 있는 impedance control을 사용하여 구성하였으며, 수치적 시뮬레이션을 통하여 로봇 암의 transient motion을 제어할 수 있음을 확인하였다. 또한 3자유도 착용식 로봇(어깨 2 자유도, 팔꿈치 1 자유도)의 하드웨어를 제작하여 impedance control을 이용한 실제 제어 성능을 검증하였으며, 이를 통하여 조선 생산 공정 작업 지원을 위한 착용식 로봇에 impedance control을 적용할 수 있음을 확인하였다.
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Preview control and its application to robot force control
용부중,Yong, Boo-Joong 제어·로봇·시스템학회 1997 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.3 No.1
로보트 매니퓰레이터가 일정한 접촉 힘을 유지하며 공작물의 표면을 따라가게 하는 작업은 많은 자동화 생산공정에서 유용하게 이용될 수 있다. 일반적인 위치제어용 산업용 로보트를 이러한 공정에 사용하기 위해서는 접촉힘이 계측되어 로보트의 제어에 이용되어야만 한다. 이 연구는 accommodation force control 방식으로 산업용 로보트를 제어하여 edge-following에 응용하도록하며, 접촉 힘의 계측에는 wrist force sensor를 사용한다. 이 시스템의 궤도추적속도와 force regulation 등이 예견제어에 의해 향상될 수 있다. 예견제어에 의해 설계된 전체 제어 시스템은 feedback 제어기와 feedforward 예견제어기로 구성된다. 여기서, 시스템의 안정성은 feedback 제어기에 의해서 결정되며, 예견제어기는 시스템에 미치는 외란을 통제하는 것을 주 기능으로 한다. 일반적으로 선형제어 방식을 채택한 경우와 예견제어를 이용한 edge-following을 실험을 통해 비교함으로써, 예견제어의 효용성을 확인한다.
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신은철,김홍석,양광웅,최무성 제어로봇시스템학회 2011 제어로봇시스템학회 국내학술대회 논문집 Vol.2011 No.5
본 논문은 앤드로이드 로봇을 위한 소프트웨어 구조에 대하여 기술한다. 앤드로이드 로봇은 사람의 움직임만을 모방한 휴먼노이드 로봇과 달리 외형까지 유사하게 만든 로봇으로 감정을 표현할 수 있는 사람과 유사한 얼굴을 가지고 있다. 앤드로이드 로봇의 소프트웨어는 일반적인 로봇과 마찬가지로 하드웨어 추상화 계층, 태스크 계층, 응용 계층으로 구생되며, 기능별로는 인식, 지능, 동작으로 구성된다. 인식 소프트웨어의 경우 일반적인 로봇과 앤드로이드 로봇 둘 다 비슷한 구조를 갖는다. 하지만 동작의 경우 하나의 모터를 하나의 테스크가 점유하여 정확한 위치를 추종해야 하는 일반적인 로봇과 달리 앤드로이드 로봇은 표정을 지으면서 렵싱크를 하는 경우와 같이 두 개의 테스크가 하나의 모터를 제어할 수 있어야 한다. 지능의 경우에도 시나리오에 의서만 동작하는 것이 아니라 인식된 결과를 동작에 반영할 수 있는 기능이 필요하다.
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최병욱 제어로봇시스템학회 1995 제어로봇시스템학회지 Vol.1 No.2
이 글에서는 H/sub .inf./ 설계법의 장단점에 대해서 알아보았다. H/sub .inf./ 제어기법은 이론적인 연구와 함께 산업응용에 관한 연구도 활발하여, 자동차 제어, 항공우주 제어(고성능 헬리콥터의 비행제어, 비행체의 핏치축 제어, 우주구조물체의 제어), 공정제어(발전소에서의 핵반응로 제어), 및 기계제어 등에 광범위하게 응용되고 있다. H/sub .inf./ 제어기법은 여타의 다른 제어기 설계기법에 비해 많은 수학적 지식을 필요로 하고 제어이론 및 설계과정이 복잡한 것으로 인식돼 우리나라에서는 그다지 많은 관심을 끌지 못하고 있는 것 같다. 그러나, 응용사례에서 알 수 있는 것처럼 그 응용대상이 광범위하고, 또한 고성능의 제어목적을 달성하기 위해 필요한 제어기법으로 자리잡아가고 있으므로 보다 더한 관심을 기울일 필요가 있을 것으로 사료된다.
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강태삼 제어로봇시스템학회 2011 제어로봇시스템학회지 Vol.17 No.4
다 변수 입출력 제어시스템에서 제어기를 설계하기 위해서는 단일 입출력 시스템에서와 마찬가지로 저주파수영역에서는 루프전달행렬의 크기가 작은 것이 요구되고, 측정잡음 및 플랜트의 불확실성이 존재하는 고주파수 영역에서는 루프전달행렬의 크기가 작게 되도록하여, 잡음의 영향이 출력에 적게 나타나고, 제어기가 포화되지 않도록 하며, 설계된 제어기가 플랜트 모델의 불확실성을 극복할 수 있게 하는 것이 필요하다. 본 원고에서는 각 전달 행렬들의 특이치의 최대 및 최소값들을 이용하여 다변수 제어기가 갖추어야 할 조건들을 정리하였다.
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권진근(Jin Geun Kwon),박헌(Heon Park),임동민(Dong Min Lim),한석봉(Seok Bung Han) 제어로봇시스템학회 2010 제어로봇시스템학회 합동학술대회 논문집 Vol.2010 No.6
본 논문에서는 스마트폰을 이용한 효율적인 원격 제어 시스템을 제안한다. 이 시스템은 데이터 통신을 통해 서버에 전달된 실내상태 및 영상을 스마트폰 어플리케이션으로 확인하여 가정기기를 제어하고 집 내부의 상황을 감시할 수 있다. 구현된 전체 시스템은 홈 서버, 태양광 패널을 통한 친환경 전력 생산, 정원등 야간 자동점등, 스마트폰, 터치스크린, 리모컨, RFID 현관출입시스템, ARS제어시스템, 모션디텍터 알고리즘을 통한 침입자 관리, 애완동물 관리 시스템 긴급 상황을 위한 SMS 알림 시스템, 집 구조물로 구성되어 있으며 기존의 원격 제어 시스템보다 향상된 기능을 확인하였다.
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자율주행 자동차의 전기적 파워 조향 시스템을 위한 제어 기법의 개관
손영섭,김원희,정정주 제어로봇시스템학회 2015 제어로봇시스템학회지 Vol.21 No.1
운전자에게 편의성을 제공하는 차량의 주행관련 Advanced driver assist system (ADAS)에는 차량의 종방향과 횡방향 운동에 대한 제어기가 요구된다. 횡방향 제어를 위해서는 조향 시스템의 조향각 제어가 요구되는데 최근 구조적으로 간단하고 연비향상, 차량의 중량 감소, 빠른 응답성을 가지고 있는 전기적 파워 조향 (Electric power steering, EPS) 시스템이 자동차 산업에서 널리 사용되고 있다. 차량의 주행관련 ADAS를 사용하여 자율 주행 시 EPS 시스템은 상위 제어기에서 계산된 필요한 조향각을 추종 할 수 있도록 조향 핸들의 각 제어를 해야 한다. 그러나 일반적인 EPS 시스템은 운전자가 조향 핸들에게 인가된 토크를 보조해 줄 수 있는 토크를 출력해 준다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하는 방법들을 설명한다. 먼저 EPS 시스템의 기본 기능에 대해서 설명을 하고, 자율 추행 차량을 위한 조향 핸들의 각 제어를 위한 proportional-integral 제어, 슬라이딩 모드 제어(Sliding mode control), 관측기 기반 비선형 댐핑 제어(Observer based nonlinear damping control) 등과 같은 다양한 기법의 제어 알고리즘들에 대한 방법들이 고찰되었다.
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불확실성을 가지는 전기 구동 논홀로노믹 이동 로봇의 궤적 추종을 위한 강인 적응 퍼지 백스테핑 제어
신진호(Jin-Ho Shin) 제어로봇시스템학회 2012 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.18 No.10
This paper proposes a robust adaptive fuzzy backstepping control scheme for trajectory tracking of an electrically driven nonholonomic mobile robot with uncertainties and actuator dynamics. A complete model of an electrically driven nonholonomic mobile robot described in this work includes all models of the uncertain robot kinematics with a nonholonomic constraint, the uncertain robot body dynamics with uncertain frictions and unmodeled disturbances, and the uncertain actuator dynamics with disturbances. The proposed control scheme uses the backstepping control approach through a kinematic controller and a robust adaptive fuzzy velocity tracking controller. The presented control scheme has a voltage control input with an auxiliary current control input rather than a torque control input. It has two FBFNs(Fuzzy Basis Function Networks) to approximate two unknown nonlinear robot dynamic functions and a robust adaptive control input with the proposed adaptive laws to overcome the uncertainties such as parameter uncertainties and external disturbances. The proposed control scheme does not a priori require the accurate knowledge of all parameters in the robot kinematics, robot dynamics and actuator dynamics. It can also alleviate the chattering of the control input. Using the Lyapunov stability theory, the stability of the closed-loop robot control system is guaranteed. Simulation results show the validity and robustness of the proposed control scheme.
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한성익 제어로봇시스템학회 2016 제어로봇시스템학회지 Vol.22 No.2
본 기술 특집호에서는 최근에 강인제어 분야에서 많이 주목받고 있는 사전규정 오차 구속제어기법들에 대해 기본적인 개념과 각 구속제어 기법들이 특징들을 소개한다. 기존의 제어기법들은 안정도 및 일정한 출력성능은 보장하지만 선정된 제어기게인 값에 따라 추종성능이 민감하게 변하며 안전을 위한 제약이 없는데 반해 이러한 구속제어는 최소한의 게인 선정으로 오버슈트, 정상오차 등에 대해 사전에 규정한 성능범위를 만족하도록 강제로 구속시켜 출력성능 및 안정성이 동시에 보장되도록 한다. 이러한 구속제어는 오버슈트에 크게 영향을 받는 정밀기기 위치제어, 힘 제어에서 안전성을 확보해주며 외란이나 시스템 불확실성에 매우 강인한 특성을 갖는다. 가정 먼저 연구된 구속제어는 funnel 제어로서 시스템의 동적 모델을 포함하지 않는 비모델 기준 제어기법이다. 추종오차의 초기값이 오차에 대한 사전 구속함수로 구성된 funnel(깔데기) 안에 있으면 항상 사전에 규정된 오차범위 내에 머물도록 funnel 제어기가 작동하며 PD 제어와 구조가 유사하다. 다음으로 tanh 함수와 추종오차 변환을 결합한 방법으로서 전통적인 순환적(recursive) 제어방법인 backstepping 제어와 결합하는 방법이다. 최종적으로 좀더 단순한 오차변환을 통해 오차에 대한 switching을 이용한 기법은 제어기 구조를 단순하게 만들고 기존의 제어기와 편리하게 결합할 수 있다. 이러한 구속제어 기법들은 또한 미지의 시스템에 특성에 대해 관측기나 지능제어를 이용한 근사함수를 요구하지 않는다. 본 특집호에서는 최근까지 연구된 구속제어에 대한 간단한 이론과 적용 결과들을 제시하기로 한다.
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윤병호,김영국,김수현 제어로봇시스템학회 2012 제어로봇시스템학회지 Vol.18 No.1
생체 모방 로봇은 생명체에서 영감을 얻어 새로운 로봇분야를 개척하고 기존의 로봇으로는 하기 힘들었던 한계점들을 극복하는데 목적이 있다. 이러한 생체 모방 로봇은 간단한 생물체의 형태 혹은 메커니즘의 모방으로부터 시작되어 바퀴가 갈 수 없었던 험지, 혹은 하수구, 좁은 통로에서 사용될 수 있는 로봇들을 개발하는 데 초점이 맞추어져 있었다. 이러한 로봇들의 예로써는 크게 미족 보행, 4족 보행, 다족 보행 로봇 등 생물체의 이동 메커니즘을 모방한 로봇들이 있다. 이러한 연구들은 기존 로봇에 사용되었던 재료, 제작 방법을 이용한 것이었다. 하지만 최근 생체 모방 로봇 기술은 새로운 접근 방법, 새로운 재료를 이용한 제작방법으로 기존의 로봇과는 다른 형태로 진화하고 있다. 이러한 기술은 경량화 기술, 초 소형화 기술, 3차원 프린팅 기술 그리고 소프트 물질을 이용한 제작 방법 등이 있다.
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