로봇 공학의 역기구학:알아야 할 사항

역운동학이란 무엇입니까?

로봇을 최대한 활용하려면 로봇에 대해 얼마나 알아야 하나요?

로봇 공학을 위한 역운동학은 거대하고 종종 복잡한 주제입니다. 프로젝트에 따라 프로젝트에 대해 자세히 알아야 하거나 기본 지식을 익혀야 할 수도 있습니다.

로봇의 역운동학에 대해 알아야 할 필수 정보입니다.

역운동학이란 무엇입니까?

역운동학은 로봇의 엔드 이펙터를 특정 위치 및 방향("포즈"라고도 함)에 배치하는 데 필요한 관절 위치를 계산하는 데 사용되는 수학적 프로세스입니다. 작업을 수행하도록 로봇을 프로그래밍하려면 신뢰할 수 있는 역운동학 솔루션이 필요합니다.

역운동학과 로봇의 순운동학의 차이점을 명확히 하는 것이 중요합니다.

순운동학은 관절이 특정 위치로 설정된 경우 엔드 이펙터의 위치를 ​​결정합니다. 순운동학 방정식에 대한 해는 단 하나뿐입니다. 관절이 특정 위치로 설정되면 엔드 이펙터는 항상 같은 위치에 있게 됩니다.

역운동학의 경우 역운동학 솔루션을 계산하기 위한 여러 가지 솔루션과 여러 접근 방식이 있는 경우가 많습니다.

로봇 공학에서 역기구학이 필요한 이유

역기구학이 없었다면 로봇 프로그래밍은 불가능하지는 않더라도 극도로 어려울 것입니다.

로봇의 엔드 이펙터가 작업 공간의 특정 지점으로 이동하도록 하려면 원하는 포즈를 프로그램에 입력하는 것이 좋습니다.

하지만 로봇에게 원하는 X, Y, Z로 이동하도록 지시할 수는 없습니다. 좌표를 조정하고 로봇이 사용자의 지시를 이해하기를 기대합니다. 역기구학 없이는 아닙니다.

대부분의 산업용 로봇은 여러 개의 독립적으로 제어 가능한 다관절 조인트로 구성됩니다. 각 관절은 때때로 복잡한 구성으로 하나 이상의 다른 관절에 연결됩니다. 엔드 이펙터는 전체 "운동학적 사슬"의 끝에 부착됩니다. 관절 하나를 움직이면 엔드 이펙터의 포즈에 다양한 영향을 미칩니다.

이는 엔드 이펙터 위치와 특정 관절 사이에 단순하고 직접적인 관계가 없음을 의미합니다.

예를 들어 로봇의 엔드 이펙터가 Z축을 따라 선형으로 1mm 이동하도록 하려면 모든 관절을 다른 양만큼 이동해야 할 수 있습니다.

마지막으로, 역운동학 알고리즘은 원하는 엔드 이펙터 포즈에 도달하는 데 필요한 각 로봇 관절의 정확한 위치를 계산합니다.

로봇 팔의 역기구학을 찾는 방법

로봇 공학을 위한 역운동학에 대한 연구를 수행할 때 방정식, 공식 및 알고리즘 설명이 있는 페이지와 페이지를 종종 찾을 수 있습니다. 역기구학을 계산하는 것은 로봇 연구에서 잘 정립된 분야이기 때문입니다. 3D 애니메이터를 제외하고 연구 분야 밖에서 역운동학에 대해 이야기하는 사람은 많지 않습니다.

그러나 산업용 응용 프로그램에 로봇을 사용할 때 역기구학 솔루션을 찾기 위한 2가지 기본 옵션이 있습니다.

1. 수학 및 프로그래밍 작업을 모두 직접 수행하여 특정 로봇에 대한 역운동학 솔버를 생성할 수 있습니다.
2. 즉시 작동하는 특정 로봇에 대해 기존의 역운동학 솔버를 사용할 수 있습니다.

이들 중 어떤 것을 선택하는지는 귀하의 고유한 상황에 따라 달라집니다.

로봇을 직접 제작했다면(즉, 모터와 기계적 링크를 함께 연결하여 처음부터 로봇을 제작한 경우) 옵션 1을 선택해야 할 것입니다.

로봇 제조업체의 산업용 로봇을 사용하는 경우 옵션 2가 거의 항상 더 빠르고 더 쉽습니다.

하드 방법:역운동학 솔버 생성

자신만의 역운동학 솔버를 만들기로 선택한 경우 본격적인 프로그래밍을 준비하세요!

역기구학 계산에는 두 가지 기본 접근 방식이 있습니다.

1. 해석 역운동학 솔루션

분석적 역운동학 솔버는 원하는 엔드 이펙터 포즈를 취하고 필요한 조인트 위치를 (거의) 즉시 뱉어낼 수 있습니다.

이는 "under the hood"에서 로봇의 운동학적 체인이 닫힌 형태의 표현으로 축소되었기 때문입니다. 모든 엔드 이펙터 포즈에 대해 필요한 관절 위치에 대한 수학적 정의가 있습니다.

닫힌 형식 표현을 직접 생성하는 작업을 직접 수행할 수 있지만(손으로) 이것은 일반적으로 필요하지 않습니다. 요즘 IKFast 라이브러리를 사용하면 이전보다 훨씬 쉽게 이 작업을 수행할 수 있습니다.

2. 수치/반복 운동학 솔버

모든 로봇에 해석적 역운동학 솔루션이 있는 것은 아닙니다. 로봇의 운동학적 구조가 복잡하거나 특이한 경우 유일한 옵션은 수치 역운동학 솔버를 사용하는 것입니다.

더욱이 수치해석에서는 명확한 폐쇄형 표현이 존재하지 않습니다. 대신 원하는 엔드 이펙터 위치를 입력하면 반복 알고리즘이 최적화 솔루션으로 처리하여 필요한 관절 위치에 대한 솔루션으로 작동합니다.

각 반복에서 알고리즘은 엔드 이펙터가 끝나는 위치를 찾기 위해 로봇의 순운동학 방정식에 일부 관절 위치를 입력합니다. 다음 반복에서는 이 정보를 사용하여 관절 위치를 추가로 조정합니다. 이렇게 하면 엔드 이펙터가 원하는 포즈로 점차 이동합니다.

이 반복적인 접근 방식으로 인해 수치 역운동학 솔루션은 분석 솔루션보다 느립니다.

쉬운 방법:입증된 역운동학 솔버 사용

자신만의 역운동학 솔버를 만드는 것은 대학에 재학 중이거나 처음부터 자체 로봇을 구축할 때 좋은 지적 연습입니다.

그러나 프로덕션 환경에서 로봇을 사용하려는 경우에는 자신만의 역운동학 솔버를 만들어야 할 가능성은 거의 없습니다.

로봇 프로그래밍 환경에 이미 통합된 기존 솔버를 사용하는 것이 훨씬 쉽고 빠릅니다.

RoboDK의 로봇 라이브러리에 있는 모든 로봇에는 자체 역운동학 솔버가 있습니다. 이를 통해 생각할 필요 없이 즉시 프로그래밍을 시작할 수 있습니다.

대부분의 솔버는 로봇 파일과 함께 제공되는 사전 생성된 분석 솔루션입니다. 그러나 라이브러리에 있는 더 복잡한 로봇 중 일부는 수치 솔버를 사용합니다. 수치 솔버를 사용하더라도 로봇 자체에 프로그램을 보내기 전에 로봇을 오프라인으로 프로그래밍하므로 RoboDK에서 계산 속도 감소는 문제가 되지 않습니다.

결국, 정말로 필요한 경우에만 자신만의 역운동학 솔버를 만드십시오.

그렇지 않다면 작업을 위한 로봇 프로그램을 만들고 더 빨리 생산에 투입하는 데 시간을 훨씬 더 많이 할애할 것입니다.

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