2024 기공실 로봇 실험 A+ 인증

문서 내 토픽

1. 정기구학(Forward Kinematics)

D.H parameter를 통하여 로봇의 관절 각도로부터 말단 장치(end-effector)의 끝점 좌표를 구하는 방법이다. 이를 통해 계산된 좌표가 실제 end-effector 위치와 일치하는지 확인하여 로봇 팔의 기본적인 작동 메커니즘을 이해하고, Matlab 시뮬레이션을 통해 검증한다.
2. 역기구학(Inverse Kinematics)

말단 장치의 원하는 좌표를 입력받아 각 링크의 회전각(theta)을 역으로 추적하여 구하는 방법이다. 이는 로봇 팔이 특정 위치에 도달하기 위해 필요한 관절 각도를 계산하는 과정으로, Arduino를 통한 실제 하드웨어 구현으로 로봇공학의 기본 원리를 습득한다.
3. 자유도(Degrees of Freedom, DOF)

물체의 움직임을 표현하기 위한 개념으로, 이동 방향의 개수와 회전 방향의 개수의 합이다. 3차원 공간에서 강체는 3개의 병진운동과 3개의 회전운동을 합하여 최대 6개의 자유도를 가질 수 있으며, 로봇 실험에서 이를 통해 로봇 팔의 운동 범위를 결정한다.
4. 좌표계와 공간 표현

로봇의 상태를 표현하는 방법으로 구동기 공간(모터 회전각), 관절 공간(관절 회전각 또는 병진거리), 좌표 공간(3차원 데카르트 좌표계에서의 말단 위치 및 자세)이 있다. 기준 좌표계에 대한 병진운동은 좌표계의 원점 좌표를 벡터로 표현하여 자세 변화 없이 평행이동을 나타낸다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 정기구학(Forward Kinematics)

정기구학은 로봇 공학에서 가장 기본적이고 필수적인 개념입니다. 관절의 각도나 위치 정보를 입력받아 말단 장치(end-effector)의 위치와 방향을 계산하는 방식으로, 직관적이고 계산이 상대적으로 간단합니다. 이는 로봇의 움직임을 예측하고 제어하는 데 있어 기초가 되며, 실시간 제어 시스템에서 빠른 계산 속도를 제공합니다. 다만 복잡한 다중 관절 시스템에서는 행렬 연산이 복잡해질 수 있다는 한계가 있습니다. 그럼에도 불구하고 정기구학의 이해는 로봇 공학을 배우는 모든 학생과 엔지니어에게 필수적인 기초 지식입니다.
2. 역기구학(Inverse Kinematics)

역기구학은 정기구학보다 훨씬 복잡하지만 실제 로봇 응용에서 더욱 중요한 역할을 합니다. 목표 위치와 방향이 주어졌을 때 필요한 관절 각도를 계산하는 것으로, 로봇이 특정 작업을 수행하도록 지시하는 데 필수적입니다. 그러나 해가 여러 개 존재할 수 있고, 경우에 따라 해가 없을 수도 있다는 수학적 복잡성이 있습니다. 수치해석적 방법이나 기하학적 접근 등 다양한 해결 방법이 있으며, 실시간 제어를 위해서는 효율적인 알고리즘이 필수적입니다. 현대 로봇 시스템에서는 역기구학의 정확한 계산이 작업 성능을 크게 좌우합니다.
3. 자유도(Degrees of Freedom, DOF)

자유도는 로봇의 능력과 제약을 정의하는 핵심 개념입니다. 로봇이 3차원 공간에서 자유롭게 움직이고 방향을 조절하려면 최소 6개의 자유도가 필요하며, 이는 위치 3개(x, y, z)와 방향 3개(roll, pitch, yaw)에 해당합니다. 자유도가 많을수록 더 복잡한 작업을 수행할 수 있지만, 제어의 복잡성과 비용이 증가합니다. 반대로 자유도가 부족하면 특정 작업을 수행할 수 없는 경우가 발생합니다. 따라서 로봇 설계 시 필요한 작업에 맞는 적절한 자유도를 선택하는 것이 중요합니다.
4. 좌표계와 공간 표현

좌표계와 공간 표현은 로봇 공학에서 모든 계산과 통신의 기초입니다. 월드 좌표계, 베이스 좌표계, 관절 좌표계 등 다양한 좌표계를 정의하고 이들 간의 변환을 정확히 수행해야 로봇이 올바르게 작동합니다. 회전 행렬, 동차 변환 행렬, 오일러 각 등 다양한 표현 방식이 있으며, 각각의 장단점을 이해하고 상황에 맞게 선택해야 합니다. 특히 좌표계 변환의 오류는 로봇의 정확도에 직접적인 영향을 미치므로, 정확한 이해와 신중한 계산이 필수적입니다. 현대 로봇 시스템에서는 이러한 공간 표현을 효율적으로 처리하는 소프트웨어 라이브러리들이 널리 사용되고 있습니다.