매트랩을 이용한 로봇 팔 동작 실험

문서 내 토픽

1. 로봇공학의 기초

로봇공학은 기계, 전기, 전자, 컴퓨터공학 등 다양한 분야가 융합된 학제간 연구 영역이다. 로봇(매니퓰레이터)은 직렬형 다관절로 이루어진 컴퓨터 제어 기계시스템으로, 엑추에이터, 제어 시스템, 엔드 이펙터, 센서 등으로 구성된다. 로봇의 자유도는 최소 6개(x, y, z 병진운동과 회전운동)를 가져야 하며, 조인트의 개수가 자유도를 결정한다.
2. 정기구학과 역기구학

정기구학은 조인트 각도를 이용하여 엔드 이펙터의 좌표값을 구하는 방식이고, 역기구학은 좌표값을 이용하여 조인트 각도를 계산하는 과정이다. 실험에서 theta1=70도, theta2=-100도, theta3=60도일 때 좌표값 (300.678, 123.372)을 얻었고, 역으로 같은 좌표에 도달하는 다른 경로가 존재함을 확인했다.
3. 동차변환과 좌표계

로봇의 움직임은 3개의 병진좌표계와 3개의 회전좌표계를 이용하여 표현된다. 동차변환(homogeneous transformation)은 물체의 회전과 이동을 한 번에 표현하는 행렬로, 초기 위치 좌표를 기준으로 최종 위치 좌표를 쉽게 계산할 수 있게 한다.
4. 매트랩을 이용한 로봇 시뮬레이션

매트랩 코드를 통해 정기구학과 역기구학을 검증했다. 측정값과 매트랩 계산값의 오차는 x축 약 0.23%, y축 약 2.73~10.84% 범위였다. 오차 발생 원인은 엔드 이펙터 기준점 설정의 어려움, 측정 시 손떨림, 로봇의 순간적 오작동 등이었다.

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1. 로봇공학의 기초

로봇공학의 기초는 현대 산업과 기술 발전의 핵심 분야입니다. 기계공학, 전자공학, 제어공학이 통합된 이 분야는 자동화와 지능형 시스템 개발을 가능하게 합니다. 로봇의 구조, 구동 방식, 센서 시스템 등 기본 개념을 이해하는 것은 실제 로봇 설계 및 개발에 필수적입니다. 특히 산업용 로봇부터 서비스 로봇까지 다양한 응용 분야에서 기초 이론의 중요성이 증대되고 있으며, 이는 미래 기술 인력 양성에 있어 매우 중요한 학습 영역입니다.
2. 정기구학과 역기구학

정기구학과 역기구학은 로봇의 운동을 수학적으로 분석하는 핵심 도구입니다. 정기구학은 관절 각도로부터 말단 장치의 위치와 자세를 계산하는 과정으로, 로봇의 상태 파악에 필수적입니다. 반면 역기구학은 목표 위치에서 필요한 관절 각도를 역산하는 과정으로, 실제 로봇 제어에 직접 적용됩니다. 두 개념 모두 복잡한 수학적 계산을 요구하지만, 현대 로봇 시스템의 정확한 제어와 경로 계획을 위해 반드시 이해해야 할 기본 이론입니다.
3. 동차변환과 좌표계

동차변환과 좌표계는 로봇의 공간 기하학적 문제를 효율적으로 해결하는 수학적 프레임워크입니다. 동차 좌표계를 사용하면 회전과 평행이동을 통일된 행렬 연산으로 표현할 수 있어, 복잡한 다중 관절 로봇의 운동학 계산을 단순화합니다. 여러 좌표계 간의 변환 관계를 명확히 정의함으로써 로봇의 각 부분 간 상대적 위치 관계를 정확하게 파악할 수 있습니다. 이는 로봇 프로그래밍과 시뮬레이션에서 필수적인 개념으로, 정확한 로봇 제어의 기반을 이룹니다.
4. 매트랩을 이용한 로봇 시뮬레이션

매트랩은 로봇공학 교육 및 연구에서 가장 널리 사용되는 도구 중 하나입니다. 강력한 수치 계산 능력과 직관적인 시각화 기능을 통해 복잡한 로봇 운동학 및 동역학을 효과적으로 시뮬레이션할 수 있습니다. 로봇 툴박스를 활용하면 정기구학, 역기구학, 경로 계획 등을 쉽게 구현하고 검증할 수 있으며, 실제 로봇 제어 알고리즘을 개발하기 전에 가상 환경에서 안전하게 테스트할 수 있습니다. 이는 개발 비용 절감과 학습 효율성 향상에 크게 기여합니다.