기구학적 모델 기반 임업용 크레인 팁 제어방안에 관한 연구(1): RR 매니퓰레이터 (A Feasibility Study in Forestry Crane-Tip Control Based on Kinematics Model (1): The RR Manipulator)

서지정보

· 발행기관 : 한국산림과학회
· 수록지 정보 : 한국산림과학회지 / 111권 / 2호 / 287 ~ 301페이지
· 저자명 : 김기덕, 신범수

초록

본 연구는 기계화 목재 생산 작업에 가장 많이 활용되는 크레인 작업의 효율성을 높이기 위하여 엔드이펙터를 직 관적으로 수직 또는 수평 제어할 수 있는 크레인 팁 제어방법을 제안하고 제어성능을 확인하기 위해 수행되었다. 실험 변 수에 따른 제어성능을 검증하고자 전동실린더를 이용하여 실험실 규모의 크레인을 제작하고, 크레인에 대한 순기구학/역기 구학 분석을 통하여 현재 크레인 팁의 위치좌표와 각 목표점에서의 조인트 각도를 출력할 수 있도록 구성하였다. 경로점을 생성하여 제어하는 방법을 이용하였고, LBO(Lateral Boundary Offset)을 이용한 불감대 영역을 설정하도록 하였다. 뱅뱅제 어(Bang-bang control)을 이용하여 적정 파라미터를 선정하였고, 경로점의 개수와 LBO 반경은 평균오차와 관계가 있었으 며, 실린더의 속도는 소요시간과 관계가 있는 것으로 확인되었다. 경로점의 개수가 증가, LBO 반경이 감소함에 따라 평균 오차는 감소하였고, 실린더의 속도가 감소함에 따라 소요시간은 감소하였다. 비례제어를 이용하여 실린더의 속도가 매 제 어주기마다 변경될 때에는 소요시간은 큰 폭으로 감소하였지만 실제 제어의 형상은 큰 범위에서 오버슈트와 언더슈트를 반복하며 제어가 이루어졌다. 따라서, 추가적으로 각각의 실린더의 속도를 상대적으로 변경할 수 있는 속도 게인을 적용하 여 비례제어를 수행하였고, 10 mm 이내의 범위에서 제어가 이루어짐에 따라 20 ms의 제어주기에서 속도 게인이 적용된 비례제어만을 이용하여 크레인 팁 제어가 가능한 것으로 검증되었다.

영어초록

This study aims to propose a crane-tip control method to intuitively control the end-effector vertically or horizontally for improving the crane work efficiency and to confirm the control performance. To verify the control performance based on experimental variables, a laboratory-scale crane was manufactured using an electric cylinder. Through a forward and reverse kinematics analysis, the crane was configured to output the position coordinates of the current crane-tip and the joint angle at each target point. Furthermore, a method of generating waypoints was used, and a dead band using lateral boundary offset (LBO) was set. Appropriate parameters were selected using bang-bang control, which confirmed that the number of waypoints and LBO radius were associated with positioning error, and the cylinder speed was related to the lead time. With increased number of waypoints and decreased LBO radius, the positioning error and the lead time also decreased as the cylinder speed decreased. Using the proportional control, when the cylinder velocity was changed at every control cycle, the lead time was greatly reduced; however, the actual control pattern was controlled by repeating over and undershoot in a large range. Therefore, proportional control was performed by additionally applying velocity gain that can relatively change the speed of each cylinder. Since the control performed within a range of 10 mm, it was verified that the crane-tip control can be achieved with only the proportional control to which the velocity gain was applied in a control cycle of 20 ms.

참고자료

· 없음