인천대 기계공학실험 로봇 실험 레포트

소개

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목차

1. 실험 이론
1) 자유도
2) 로봇팔의 관절과 링크
3) 좌표변환행렬
4) D-H 표기법
5) 정기구학과 역기구학

2. 실험 방법
1) 실험 장비 구성
2) 실험방법
3) 실험시 주의사항

3. 실험 결과

4. 실험결과 분석 및 고찰

본문내용

1-1. 자유도
DOF는 물체의 운동을 기술하는데 필요한 독립적인 좌표의 수를 의미한다. 3차원 공간상 에서 물체의 운동은 3축 병진운동(translational motion), 3축 회전운동(rotational motion) 으로 구성되므로 6자유도를 가진다. 따라서 3차원 공간상에서 로봇의 end-effector를 임 의의 position과 orientation으로 움직이기 위해 6자유도 운동을 고려해야 한다.

1-2. 로봇팔의 관절과 링크
로봇의 팔은 관절과 링크로 구성된다. 관절은 1자유도 병진운동을 하는 직선 관절과 1 자유도 회전운동을 하는 회전 관절 등으로 인접한 링크 사이의 상대적인 움직임을 가능하 게 하는 부품이다. 링크는 두 관절을 연결하는 기계 구조물이다.

1-3. 좌표변환행렬
로봇의 상태를 표현하는 다양한 방법이 존재한다. 흔히 각 관절의 회전 각도 또는 병진 거리를 표현한 관절 공간과 3차원 데카르트 좌표계에서 말단의 위치 및 자세를 표현한 좌 표 공간이 사용된다. 좌표 공간에서 강체에 고정된 하나의 벡터를 고려할 때, 기준 좌표계 에 대해 강체가 병진 또는 회전할 경우 기준 좌표계에서 측정된 위치와 자세가 변하게 된 다. 이와 유사하게 로봇 팔은 여러 개의 링크로 구성되고 각각이 병진 및 회전이 가능하다. 따라서 로봇의 베이스를 기준 좌표계로 했을 때 끝단의 위치와 자세를 계산하기 위해 좌 표계의 변환이 필요하다.

로봇공학에서는 좌표 변환을 위해 동차변환행렬(Homogeneous Transformation Matrix) 를 사용한다. 동차변환행렬을 통해 좌표계의 회전과 병진 변환을 단일 행렬 연산으로 표현 할 수 있으며, 연속된 좌표 변환시에도 왼쪽에 행렬을 곱해 간편하게 표현할 수 있다는 장 점이 있다. 동차변환행렬의 구조는 다음과 같다.

여기서 R은 3x3 회전 행렬로, 물체의 회전을 나타내고 d는 3X1 평행 이동 벡터로 병진운동에 대한 정보를 나타낸다.

참고자료

· 송재복, 로봇 팔의 설계 및 제어, 교문사, 2022, pp. 2~8, 18~26, 58~62
· https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094114X22000088, D-H parameter, 2024.05.16