로봇 운동학
Robot kinematics
로봇 운동학은 로봇 [1][2]시스템의 구조를 형성하는 다자유도 운동학적 사슬의 움직임에 대한 연구에 기하학을 적용합니다.기하학이 강조된다는 것은 로봇의 링크가 강체로 모델링되고 접합부가 순수한 회전 또는 변환을 제공하는 것으로 가정된다는 것을 의미합니다.
로봇 운동학은 움직임을 계획 및 제어하고 액추에이터 힘과 토크를 계산하기 위해 로봇 시스템의 각 링크의 위치, 속도 및 가속도 사이의 관계를 연구합니다.질량과 관성 특성, 운동 및 관련 힘과 토크 사이의 관계는 로봇 역학의 일부로 연구됩니다.
운동 방정식
로봇 운동학의 기본 도구는 로봇을 형성하는 운동학적 체인의 운동학 방정식입니다.이러한 비선형 방정식은 조인트 파라미터를 로봇 시스템 구성에 매핑하는 데 사용됩니다.운동학 방정식은 골격의 생체역학과 관절 문자의 컴퓨터 애니메이션에도 사용된다.
순방향 운동학에서는 로봇의 운동학적 방정식을 사용하여 접합 [3]파라미터에 대해 지정된 값에서 엔드 이펙터의 위치를 계산합니다.엔드 이펙터의 지정된 위치를 달성하는 접합 매개변수를 계산하는 역 프로세스를 역운동학이라고 합니다.로봇의 치수와 운동학 방정식은 작업 공간이라고 하는 로봇이 도달할 수 있는 공간의 양을 정의합니다.
로봇과 관련된 운동학 방정식에는 직렬 조작기와 병렬 조작기의 두 가지 광범위한 클래스가 있습니다.특수 운동학 방정식을 가진 다른 유형의 시스템은 공기, 육상 및 잠수 이동 로봇, 초중복 또는 뱀, 로봇 및 휴머노이드 로봇입니다.
전방 운동학
정방향 운동학은 결합 파라미터를 지정하고 체인의 구성을 계산합니다.직렬 조작기의 경우 이는 직렬 체인에 대한 전방 운동학 방정식으로 접합 매개변수를 직접 대체함으로써 달성됩니다.병렬 조작기를 운동학 방정식으로 대체하기 위해서는 가능한 엔드 이펙터 위치의 집합을 결정하기 위해 일련의 다항식 구속조건의 해답이 필요하다.
역운동학
역운동학에서는 엔드 이펙터 위치를 지정하고 연관된 접합 각도를 계산합니다.직렬 조작기의 경우, 이것은 운동학 방정식에서 얻은 일련의 다항식 해답을 필요로 하며 체인에 대한 다중 구성을 산출한다.일반적인 6R 직렬 조작기(6개의 회전 관절이 있는 직렬 체인)의 경우 16개의 서로 다른 역운동학 솔루션을 생성하며, 이는 16도 다항식의 해이다.병렬 조작기의 경우 엔드 이펙터 위치를 지정하면 접합 모수에 대한 공식을 생성하는 운동학 방정식이 단순해집니다.
로봇 야코비안
운동학 방정식의 시간 도함수는 로봇의 야코비안을 산출하며, 이는 엔드 이펙터의 선형 및 각 속도와 연결 속도를 관련짓습니다.가상 작업의 원리는 또한 Jacobian이 엔드 이펙터에 의해 적용된 조인트 토크와 결과력 및 토크 사이의 관계를 제공한다는 것을 보여줍니다.로봇의 특이 구성은 Jacobian을 연구하여 확인할 수 있습니다.
속도 운동학
로봇 야코비안은 트위스트라고 알려진 엔드 이펙터의 각도와 선형 속도로 형성된 6벡터와 조인트 속도를 연결하는 일련의 선형 방정식을 생성합니다.접합률을 지정하면 엔드 이펙터 트위스트가 직접 생성됩니다.
역속도 문제는 지정된 엔드 이펙터 트위스트를 제공하는 결합 속도를 찾습니다.이것은 야코비아 행렬을 반전시킴으로써 해결된다.로봇이 Jacobian에 역이 없는 구성에 있을 수 있습니다.이러한 구성을 로봇의 단수 구성이라고 합니다.
정적력 해석
가상 작업의 원리는 엔드 이펙터에 작용하는 렌치라고 하는 결과적인 힘-토크 6 벡터를 로봇의 조인트 토크와 연관짓는 일련의 선형 방정식을 생성합니다.엔드 이펙터 렌치가 알려진 경우 직접 계산하면 조인트 토크가 산출됩니다.
역정역학 문제는 주어진 조인트 토크 집합과 연관된 엔드 이펙터 렌치를 찾고 야코비 행렬의 역행렬을 필요로 합니다.역속도 분석의 경우와 마찬가지로, 단수 구성에서는 이 문제를 해결할 수 없습니다.단, 단수에 가까운 액추에이터 토크가 작을 경우 엔드 이펙터 렌치가 커집니다.따라서 특이점 구성에 가까운 로봇은 기계적 이점이 크다.
연구 분야
로봇 운동학은 로봇의 [4]운동학적 합성뿐만 아니라 움직임 계획, 특이점 회피, 중복성, 충돌 회피도 다룬다.
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
- ^ Paul, Richard (1981). Robot manipulators: mathematics, programming, and control : the computer control of robot manipulators. MIT Press, Cambridge, Massachusetts. ISBN 978-0-262-16082-7.
- ^ J. M. McCarthy, 1990, MIT Press, 매사추세츠, 캠브리지.
- ^ John J. Craig, 2004, 로봇 입문:기계와 제어(3판), 프렌티스 홀.
- ^ J.M. McCarthy와 G.S. Soh, 링크의 기하학적 디자인, 제2판, Springer 2010.
