장애물이 있는 환경하에서 여유자유도 로보트 매니퓰레이터의 지능운동 제어 방법에 관한 연구

현웅근 漢陽大學校 大學院 1994 국내박사

적층-절삭 통합 공정용 여유자유도 3P3R 절삭 스테이지의 관절공간 최적경로 생성

유지원 숭실대학교 대학원 2023 국내석사

In this study, the optimal control method for a given tool path of the additive-finishing dual stage integrated with the 2-DOF additive part, 2-DOF bed part, and 4-DOF finishing part developed through previous research is dealt with. In a previous study, in order to integrate the additive and cutting stages, the finishing part was designed to have a biased configuration around the bed part, and the bed part was rotated to expand the workspace of ​​the finishing part, which was limited with respect to the bed part, so that it could be approached in all directions of the laminate. Added degrees of freedom. Therefore, after the additive process is completed, the bed part and the finishing part are integrated to operate as a finishing stage having a joint space of 6 degrees of freedom. At this time, as the tool path for improving the surface roughness of the additive is defined as 5 degrees of freedom, the finishing stage has an extra degree of freedom of 1 degree of freedom, which is related to the degree of freedom of rotation about the z-axis of the bed part. When a division control method such as the 6 division algorithm is used, the entire tool path must be planned for each section, and cutting marks may occur due to path division between sections and sections, which is undesirable in terms of finishing quality. Therefore, in this study, in order to overcome the additive of the division control method, the optimal control through the degree of freedom is to overcome the limitations of the division control method for the integrated additive-finishing platform with an integrated layering-cutting process for improving the surface roughness of FDM 3D printer sculpture and shortening the molding time. suggest a technique Due to the existence of extra degrees of freedom, the kinematic model has non-linearity, and therefore the solution cannot be obtained through the general inverse kinematic equation. Therefore, differential kinematics is used to linearize the nonlinear kinematics model. After completing the generation of the finishing path through the CAD data of the workpiece, the path of the optimal joint value is planned. Although the stage is controlled through the optimal value, the positional precision of the end of the instrument decreases as the error due to the integral term accumulates. Therefore, proportional feedback control is performed to compensate for this. 본 연구에서는 이전 연구를 통하여 개발된 2-자유도 적층부, 2-자유도 베드부 및 4자유도 절삭부가 통합된 적층-절삭 듀얼 스테이지의 주어진 공구경로에 대한 최적제어 방법에 대하여 다룬다. 이전 연구에서는 적층 및 절삭 스테이지를 통합하기 위하여 베드부를 중심으로 절삭부가 편향된 구성을 갖도록 설계하였고, 베드부에 대하여 제한적인 절삭부의 작업영역을 적층물 전방향에 접근할 수 있도록 확장하기 위하여 베드부의 회전 자유도를 부가하였다. 따라서 적층 공정이 종료된 후에는 베드부와 절삭부가 통합되어 6자유도의 관절 공간을 갖는 절삭스테이지로서 작동하게 된다. 이 때, 적층물의 표면조도 개선을 위한 공구경로는 5자유도로 정의됨에 따라, 절삭스테이지는 1자유도의 여유자유도를 갖게 되고, 이는 베드부의 z축에 대한 회전자유도와 관련된다. 6분할 알고리즘과 같은 분할제어방법을 사용하는 경우, 전체 공구경로가 각 구간별로 계획되어야 하며, 구간과 구간 사이에 경로 분할에 따른 절삭흔이 발생될 수 있어 정삭 품질 측면에서 바람직하지 않다. 따라서, 본 연구에서는 FDM 3D 프린터 출력물의 표면조도 향상 및 조형 시간 단축을 위한 적층-절삭 공정이 통합된 구조의 적층-정삭 통합 플랫폼에 대하여, 분할제어방법의 한계를 극복하고자 여유자유도를 통한 최적제어 기법을 제안한다. 여유자유도가 존재함에 따라 기구학 모델이 비선형성을 가지게 되고, 이에 일반적인 역기구학 방정식을 통해 그 해를 구할 수 없다. 따라서, 비선형성 기구학 모델의 선형화를 위해 미분 기구학을 사용하게 된다. 공작물의 CAD data를 통해 정삭 경로 생성을 완료한 후 최적 관절값의 경로를 계획한다. 최적값을 통해 stage가 제어되지만, 적분항으로 인한 오차가 누적됨에 따라 기구 말단의 위치정밀도가 저하되므로 이를 보완하기 위해 비례 피드백제어를 수행한다.

여유자유도 매니퓰레이터의 충돌회피 동작계획

김주호 한국산업기술대학교 지식기반기술·에너지대학원 2006 국내석사

본 논문에서는 여유 자유도를 이용한 두 팔 로봇 매니퓰레이터의 충돌 회피알고리즘을 제안한다. 여유 자유도를 갖는 각 로봇 팔의 엔드-이펙터는 서로의 충돌을 회피하면서 주어진 작업을 수행하기 위하여 각각 미리 정의된 직선 경로를 따라 이동해야 한다. 이 문제를 풀기 위해서 엔드-이펙터의 위치와 방향을 변화시키지 않는 각 축의 동작인 자체동작을 이용한다. 매 샘플링 시간마다 각 팔의 링크들이 서로 멀어지는 방향으로 자체 동작을 수행함으로써 엔드-이펙터가 주어진 작업도 성공적으로 수행하고, 동시에 서로의 충돌도 회피할 수 있다. 제안한 알고리즘의 성능을 분석하기 위하여 각각 9자유도의 팔을 갖는 두 팔 로봇 매니퓰레이터에 대한 모의실험을 수행하고 그 결과를 제시한다. An algorithm is suggested for collision avoidance of two-arm robot manipulator using redundancy. End-effectrs of each redundant arm should move along each prescribed straight path to complete the given task, while avoiding collision with each other. Self-motion, considered as motion of each axis not to change the position and orientation of end-effector, is utilized in order to solve this problem. At each sampling time, self-motion is executed with the view to making farther between the links of each arm. Simulation results for two-arm robot manipulator, which has 9-d.o.f. respectively, are illustrated to show the performance of the algorithm.

餘裕自由度를 갖는 머니퓰레이터의 機構學的 制御를 위한 效率的인 計算方法에 관한 硏究

이경수 漢陽大學校 大學院 1987 국내석사

여유자유도를 가지는 4자유도 로봇의 조작성에 근거한 경로 계획에 관한 연구

이종호 연세대학교 대학원 2000 국내석사

로봇을 사용하는 작업이 점점 다양해짐에 따라, 로봇은 더욱 복잡해졌으며 기존의 필요한 자유도만을 가진 로봇으로는 원하는 작업을 수행할 수 없는 경우가 생겨나게 되었다. 이 경우 로봇에 자유도를 추가함으로써 문제를 해결 할 수 있다. 로봇이 여유자유도를 가지게 되면, 기구학적으로는 특이점, 장애물, 작동한계 등을 피할 수 있는 융통성 있는 경로생성이 가능하며, 동력학적으로 작동토크의 최소화, 작동에너지의 최소화, 동적 응답의 증가 등의 성능 향상을 이룰 수 있다. 본 논문에서는 조작성에 근거하여 사람의 팔을 형상화한 여유자유도를 가지는 4자유도 로봇의 유연한 움직임을 위한 각 관절의 경로 계획 알고리즘에 관하여 연구하였다. 기존에 제안된 조작지수들을 살펴보고 그것의 의미와 문제점을 살펴보았다. 그 결과에 근거하여 적합한 조작지수를 제안하였으며 제안된 조작지수가 적합함을 3 DOF 와 4 DOF 의 자유도를 가지는 로봇의 시뮬레이션을 통해 검증하였다. As there are increasing utilization of robot, robot became more and more complicated and also, there exist many situations in which robot with necessary DOF cannot do work want to do. In this case, this problem can be solved by adding extra DOF. If robot has redundant DOF, flexible trajectory generation is feasible which avoids singularity, obstacle and joint limit in the kinematic sense and improvements of capability can be acquired such as the minimization of joint torque requirements and manipulator energy consumption and the increase of robot's response in dynamic sense. This thesis have researched how 4-DOF robot which imitated human's arm and have redundant, is manipulated joint by joint through planed algorithm to create flexible movement. Those manipulabilities, which have been suggested in the past, are studied to find meanings and problems. According to this research, appropriate manipulabilty has suggested and this is testified by plausible 3 DOF and 4 DOF robot simulation.

여유자유도를 가진 6자유도 병렬 매니플레이터의 기구학 및 동역학 해석

원호균 성균관대학교 일반대학원 2013 국내석사

본 논문은 여유자유도를 가진 6자유도 병렬 매니플레이터의 기구학 및 동역학 해석을 수행하였다. 동역학 해석은 라그랑지안을 이용하였으며 구성하는 운동에너지 및 위치에너지를 Closed form expression으로 유도하기 위해 기구학을 수행하였다. 링크 좌표계의 설정을 통해 일반화 좌표에 대한 링크의 회전운동 거동을 유도하였다. 마지막으로, SVD(Singular Value Decomposition)을 통하여 여유자유도 문제를 해결하여, 일반화 좌표에 대한 가진 힘을 유도하였다. In this paper, kinematics and dynamic analysis is performed for the six DOF parallel manipulator with redundancy. Dynamic analysis is developed from Lagrangian method. To consider kinetic and potential energy of all parts as closed form equations, link jacobian matrix is formulated. Link coordinates are assigned to derive generated angle, angular velocity and angular acceleration by generalized coordinate of the upper platform. SVD(Singular Value Decomposition) for solving actuation redundancy problem of lagrange equation is applied to formulate acting force.

여유자유도를 갖는 로보트의 관절각 및 각속도 제한범위 회피를 위한 기구학적 제어방법

한석균 漢陽大學校 大學院 1987 국내석사

Configuration Control과 Potential Field를 이용한 여유자유도를 가진 다축 로봇암의 경로 계획

김재형 부산대학교 대학원 2021 국내석사

이 논문은 여유자유도를 가진 로봇의 말단부에 주어진 경로계획을 따르면서 각 축의 관절 각도 제한 및 장애물을 회피하기 위한 각속도 경로계획의 구성을 최적화함을 목표로 한다. 여유자유도가 있는 로봇의 경로계획을 계산함에 있어, 주어진 작업과 함께 로봇 주변의 장애물과 각 회전축의 각도 제한을 회피하는 작업은 로봇의 안전한 구동을 위하여 필수적인 것이다. 허나, 여유자유도를 가진 로봇의 Local 방식 경로계획에 대한 선행연구는 주로 Augmented Jacobian matrix method와 Null space projection method를 사용하는데, 이는 특이행렬 문제와 복수의 작업을 동시에 처리하기 어렵다는 문제를 가지고 있다. 이 논문에서 제안된 방법은 Configuration control과 Potential field을 사용하여 기존 선행연구 보다 오차, 계산 속도, 그리고 장애물 회피 성능을 증가시키는데 그 목적이 있다. 선행 연구의 문제를 해결하기 위하여 의사역행렬 사용에 의한 계산속도 저하를 방지하기 위해 의사역행렬을 사용하지 않고 모든 역행렬을 full rank로 만들어 Singular value decomposition을 사용 할 필요 없게 하였으며, Configuration control의 가치 함수를 재설계하여 성공적으로 장애물과 각도 제한을 회피하며 주어진 작업을 빠른 시간내에 완수하게 하였다. 이에 대하여 실제 시뮬레이션 및 실험으로 선행 연구와의 성능 비교 및 제안한 방법의 정당성을 확인하였다.

양팔 아암을 가진 자율 주행 모바일 로봇의 실시간 제어 알고리즘 구현에 관한 연구

하언태 경남대학교 대학원 2018 국내박사

관절 제한 회피를 위한 여유자유도 매니퓰레이터의 영공간 제어

사공의훈 서울시립대학교 일반대학원 2025 국내석사

여유자유도를 가진 매니퓰레이터는 반복적인 회전 작업에서 관절 제한 조건을 준수하며 높은 경로 추종 성능을 유지하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 Adaptive-SNS(Adaptive Saturation in the Null Space) 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 기존 SNS 알고리즘의 강점인 관절 제한 준수를 유지하면서도 Scaling factor의 감소로 인해 작업 경로 추종 능력이 저하되는 한계를 극복하였다. 이를 위해 적응적으로 관절 위치 중앙값을 추종하는 영공간 제어를 도입하여 Scaling factor 값을 높게 유지하며 작업 공간 축소를 최소화하였다. 또한 반복 작업에서 발생하는 관절 제한 도달 문제를 해결하기 위해 자세 재조정 전략을 함께 제안하였다. 이를 통해 매니퓰레이터가 관절 제한 상태를 해소하고 작업을 연속적으로 이어갈 수 있도록 하였다. 제안된 알고리즘의 성능은 밸브 회전과 용접 작업을 대상으로 한 시뮬레이션을 통해 검증하였으며, 기존 제어 기법 대비 관절 제한 준수와 경로 추종 성능을 동시에 유지하는 결과를 나타냈다. Adaptive-SNS 알고리즘은 관절 제한 조건과 작업 성능 간의 균형을 효과적으로 유지할 수 있는 새로운 접근법으로, 본 연구를 통해 실제 환경에서의 적용 가능성을 높일 수 있는 기반을 마련하였다. Redundant manipulators are essential for tasks requiring continuous rotational motion along closed-loop trajectories, such as valve rotation and welding, where joint limit constraints must be strictly observed. This study proposes the Adaptive-SNS (Adaptive Saturation in the Null Space) algorithm, addressing the limitations of conventional SNS algorithms that suffer from degraded task tracking performance as the (Scaling factor) decreases. By introducing adaptive null-space control that prioritizes joint centrality tracking, the proposed algorithm maintains a high value, minimizing task space scaling and preserving task accuracy. Additionally, a reconfiguration strategy is introduced to handle inevitable joint limit violations in repetitive tasks. This strategy allows the manipulator to reset its configuration, enabling seamless continuation of operations while overcoming constraints and creating room for future rotations. The algorithm's performance was validated through simulations of valve rotation and welding tasks, demonstrating superior joint limit compliance and task tracking accuracy compared to conventional methods. The Adaptive-SNS algorithm presents a novel approach that effectively balances joint limit constraints and task performance, laying the groundwork for enhanced applicability in real-world environments.