특이점에서의 작업 수행을 위한 로봇 매니퓰레이터의 위치/힘 제어

Abstract

본 학위 논문에서는 구동기의 물리적인 스팩을 기준으로 최대한의 성능으로 원하는 위치로 이동할수 있는 궤적 생성 방법과, 작업 영역에서의 특이점 구간에서도 동작 할수있는 SJT를 기반으로 한 위치 제어 방법을 제안 하였다. 또한, 외부의 환경과 접촉하는 작업을 하기 위해서는 지정된 위치와 힘을 안정적으로 유지하면서, 효율적으로 모션 제어가 가능한 SJT 기반으로한 hybrid 위치/힘 제어 방법에 대해서 다루고 있다. 첫 번째에서는, 로봇을 다양한 환경 조건에서 작동시키기 위해서는 로봇의 액추에이터 사양에 따라 목표 지점에 대한 부드러운 동작 궤적이 필요하다. 대칭 곡선 (S-곡선) 궤도 계획을위한 고전적인 3 차 다항식 방법은 부드러운 저크 함수에서 유도 된 부드러운 (infinitely differentiable and continuous) 대칭 및 비대칭 곡선 (AS- 곡선) 궤적 계획으로 확다된다. 따라서 제안 된 방법은 저크 한계, 가속 한계 및 속도 한계와 같은 몇 가지 물리적 한계를 만족시킬뿐만 아니라 S/AS 곡선 형태의 궤적을 생성 할 수 있다. 제안 된 방법의 효과는 기존의 방법을 이용한 비교 연구를 통해 입증된다. 두 번째로, 로봇 매니퓰레이터에 대한 scaled Jacobian transpose 기반 제어 방법은 기존 Jacobian transpose 기반 방법의 변형이다. 제안 된 방법은 종래의 방법보다 더 빠른 수렴과 더 나은 트래킹 성능을 보여 주며, 게다가, 기존의 방법과 유사한 특이점 문제가 없다는 장점을 가지고 있다. scaled Jacobian transpose 은 자코비안 행렬의 열 벡터의 각 의사 역을 수집하여 얻어진다. 제안된 방법은 태스크 에러를 최소화하면서 특이점 구간안에서 주어진 태스크를 잘 수행한다. 이를 위해 시뮬레이션을 통한 제안 된 방법의 유효성을 보여주기 위해 기존의 방법을 이용한 몇 가지 비교 연구가 제공 된다. 마지막으로, 위치/힘 제어는 일반적인 하이브리드 제어 이다. scaled Jacobian transpose 은 제어 개념을 기반으로 위치/힘 제어에 적용될 수 있다. 제안 된 방법에서는 SJT (Scaled Jacobian Transformation) 기반의 작업 공간에서의 하이브리드 제어가 불확실한 환경에서도 스위칭 인자로 인해보다 우수한 성능의 모션 및 힘 제어를 얻을 수 있다. 또한, 로봇 매니퓰레이터의 말단 장치를 원하는 위치 및 힘 추적을 유지할 수 있으며, 힘 제어 부분은 상호 작용 환경에서 감쇠 계수 (velocity dependent)에 의해 반력을 감소시키는 데 효과적일 수 있다. 제안 된 제어기의 성능은 실험 및 시뮬레이션을 통해 상호 작용 환경에서 원하는 위치/힘을 유지하는 것으로 나타낸다.