6자유도 순응기구의 지수형 게인함수에 의한 위치/힘 동시제어 = Position/Force Control with Exponential Gain Function of a Compliant Device

국문 초록 (Abstract)

생산자동화 시스템에 활용되는 일반 로봇시스템은 단순 제어방식에 의한 위치 제어 작업에 국한되어 있다. 작업환경(environment)과 접촉하고 있는 상태에서 강성이 큰 로봇의 위치/힘 제어를 할 경우에는 로봇 끝단의 미세한 위치 변화에 의한 상호 반발력이 작업환경과 로봇의 파손을 유발할 수 있는 등 실제적인 적용에 문제점을 갖고 있다.
이 같은 문제의 해결을 위해 강성을 알 수 있는 6자유도 순응기구(compliant device)를 강성이 큰 로봇 끝단에 부착하여 위치와 힘을 제어하는 방법이 제안되었다. [2] 힘과 위치의 제어는 순응기구의 강성변화에 의하여 가능하며, 이러한 순응기구의 강성변화는 로봇의 위치제어에 의하여 유발된다. 로봇 끝단에서의 트위스트는 자유트위스트(twist of freedom)와 강성사상(stiffness mapping)에 의한 순응트위스트(twist of compliance)로 분할되고 각각은 위치와 힘을 제어하는데 사용된다.
본 논문에서는 실용 가능한 순응기구의 설계를 통하여 공간 강성 사상을 이용한 실시간 위치/힘 동시제어의 실현성을 제시하고 이를 위한 이득치의 설정법을 제안하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This thesis presents the design and construction of a 6-DOF compliant device which can be used to simultaneously control position and force for a robot's task. the twist at the end-effector can be decomposed into the required twist and wrench, and used for position and force control. This paper describes the technique to set up the proper gains for the decomposed twist and wrench. Some simulation and experimental results are presented in order to show the applicability of the technique.

목차 (Table of Contents)

• 차례 = ii
• List of Figures = iv
• List of Tables = vi
• Nomenclature = vii
• 국문요약 = ix
• 1. 서론 = 1
• 2. 이론 = 2
• 2.1 나선이론 = 2
• 2.2 선벡터의 변환 = 6
• 3. 순응기구의 설계 = 9
• 3.1 치수결정 = 9
• 3.2 주요구조 = 11
• 3.3 스프링 상수 결정 및 스프링 설계 = 12
• 3.4 스프링의 강성 특성 및 하중실험 = 13
• 4. 위치/힘 동시제어 = 15
• 4.1 강성행렬 = 15
• 4.2 강성사상을 이용한 힘과 위치의 동시제어 = 17
• 4.3 2자유도 시스템의 직교관계의 예 = 19
• 4.4 좌표변환 및 제어계획 = 23
• 4.4.1 좌표축 설정 = 23
• 4.4.2 좌표변환 = 24
• 4.4.3 제어계획 = 26
• 4.5 환경모델 설정 = 27
• 4.5.1 환경모델의 정의 = 27
• 4.5.2 환경모델의 변경 = 29
• 5. 이득치 설정 = 30
• 5.1 강성행렬의 양정의 = 30
• 5.2 강성행렬에 의한 오차 = 30
• 5.3 1자유도 비선형 스프링 = 32
• 5.4 6자유도 순응기구의 수렴 = 34
• 5.5 이득치 설정방법의 개선 = 35
• 5.6 이득치의 영향 = 38
• 6. 모의실험 = 41
• 6.1 6-DOC 모의실험 = 41
• 6.2 1-DOC 모의실험 = 47
• 7. 실험 및 결과 = 49
• 7.1 실험장치 = 49
• 7.2 실험결과 = 50
• 8. 결론 = 60
• 참고문헌 = 61