Optimal operation of distributed actuation mechanism

Abstract

최근 다양한 분야에 로봇 손의 사용이 증가하고 있다. 그에 따라 정교하고 다양한 운동을 하는 로봇 손이 요구되고 있다. 하지만 아직 로봇 손은 아직 사람의 손을 대체할 수 있을 만큼 고차원적인 움직임을 구사하지 못 하고 있다. 이를 해결하기 위해, 최근 분산구동메커니즘이 제안되었다 [1]. 분산 구동 메커니즘은 슬라이더의 구동으로 작용점의 변화가 가능하여 다양한 운동이 가능하다. 그리고 설계의 자유도가 증가함으로써 최적설계의 적용에 유리하다. 본 논문에서는 분산 구동 메커니즘의 최적운용을 통하여 손가락 형 매니퓰레이터의 사용성과 효율성의 증가를 목표로 한다. 이를 위해 먼저 손가락 끝 힘과 속도에 대한 수식을 수학적으로 유도하였다. 그리고 허용가능 힘과 허용가능 속도라는 개념을 제안하여 매니퓰레이터가 가질 수 있는 성능을 지표로 나타내었다. 그리고 앞에서 유도한 수식을 최적설계 수식에 적용하여 손가락 끝 속도와 힘에 대해 각각 수치해석을 수행하였다. 그리고 그 결과를 구현한 손가락 형 매니퓰레이터를 이용하여 실험적으로 증명하였다. 제안된 듀얼모드 운용방법은 허용 성능 지표를 통해 효과적으로 경로 계획하는데 이용될 수 있으며 또한 매니퓰레이터가 가질 수 있는 속도와 힘의 한계 값이 어느 정도인지 파악하는데 이용될 수 있다. 그리고 다목적 최적화 기법을 이용하여 매니퓰레이터의 최적 운용 방법을 제안 하였다. 다목적 최적화 기법은 강성과 무게와 같이 대립하는 서로 다른 두 개 이상의 목적함수를 동시에 고려하여 최적화하는 방법이다. 이를 통해서 서로 대립하는 목적함수인 손가락 끝 힘과 속도를 다목적 최적화 기법을 이용하여 동시에 최적화 하였다. 그리고 이를 페인팅 작업을 위한 매니퓰레이터 예제를 통해 시뮬레이션으로 증명하였다. 이를 통해 최적의 슬라이더 위치, 매니퓰레이터 자세, 구동 힘과 속도를 결정하여 주어진 작업에 대해 최적의 운용을 할 수 있도록 하였다. 제안된 최적 운용 방법론은 매니퓰레이터의 구동에 필요한 파라미터들을 손가락 끝 속도 혹은 힘 혹은 두 가지 모두 최적화하여 분산 구동 메커니즘의 이중 모드 운용과 다중 모드 운용을 가능하게 한다. 이를 통해서 인공의수 휴머노이드 로봇 등, 로봇 손이 필요한 분야에 본 연구의 방법론을 적용할 수 있다.