CGA를 이용한 여유자유도 로봇 팔의 기구학 해석에 관한 연구

Abstract

기존의 로봇 팔은 산업 현장에서 이송, 적재, 용접 등과 같이 주어진 작업을 하는데 필요한 최소한의 자유도만을 갖도록 설계되어 환경 변화에 적응적인 로봇 팔이 요구되는 최근의 현실에 뒤쳐진다. 이에 반해 여유자유도 로봇 팔은 7 자유도(어깨 3, 팔꿈치 1, 손목 3)를 가진 인간의 팔과 같이 그 기구적 여유도로 인해 유연(Flexible)하고, 능숙(Dexterous)하며, 기계적 고장 등에도 강인(Robust)한 특징으로 인해 환경 변화에 적응적인 산업 현장에 적합하다. 그러나 여유자유도 로봇 팔의 경우 여분의 자유도를 가짐으로써 더 이상 완결해(Closed-form Solution)를 얻을 수가 없으므로 작업 목적에 능동적으로 대처할 수 있는 기구학 알고리즘 요구된다. 본 논문에서는 다양한 수학적 이론을 하나의 수학적 시스템으로 통합으로 인해 직관적으로 이해할 수 있는 Conformal Geometric Algebra를 이용하여 여유자유도 로봇 팔의 기구학 해석 방법을 제안하였다. 그리고 기구학의 목적함수를 정의하는데 있어 로봇 팔의 동특성을 해석하여 로봇이 이동 중에 안정적인 자세를 유지하면서 다양한 작업 수행이 가능토록 하는 자세에 관해 연구하였다. 그리고 로봇 팔 말단의 경로가 교시될 때 로봇 팔의 각 관절 모터 토크 한계를 고려하여 효율적이고 안정적으로 이동하도록 경로를 계획하고 시뮬레이션을 통해 확인하였다.