토크제어 로봇을 위한 복합 테스트 플랫폼의 개발 및 관성 질량의 제어 성능에의 영향 분석

Abstract

전류 기반의 토크 제어 로봇은 전통적인 각 관절의 위치 제어 방식과 달리 관절 구동에 필요한 토크를 제어하기 때문에, 예기치 못한 외란이 발생하여도 상황에 따라 유연하게 대처가 가능한 장점이 있어 최근 연구가 활발하게 진행되고 있다. 로봇의 운동방정식에는 토크와 각가속도의 매개변수로서 질량 행렬이 존재한다. 질량 행렬에는 로봇 개별 링크들의 질량 정보와 함께 관절의 각도에 따라 변화하는 관성량이 포함되어 있다. 따라서 토크 제어에 질량 행렬을 적용하면 전체 시스템을 단일 질량 시스템처럼 취급하는 제어가 가능한 이점이 있으나, 실물 실험에서는 이론적인 분석 결과보다 낮은 성능으로 인하여 로봇에 그대로 적용하기가 어렵다. 본 논문에서는 이러한 간극이 발생하는 원인을 분석하는 실험을 진행하고자 기구학적 구조, 모터 구동축의 관성 등 여러 물리적 변수들을 변경할 수 있는 새로운 모듈형 테스트 플랫폼 MOCCA (MOdular Configuration Changeable Actuator test platform)를 제안하였으며 이를 활용한 질량 행렬의 제어 성능에의 영향 분석 실험 결과에 대하여 기술하였다.

Unlike the conventional position control method of each joint, the current-based torque control robot uses torque required for joint driving as a control target, so it can be flexibly handled even when unexpected disturbance occurs in a complicated external environment. In the basic equations of motion of torque control, a mass matrix exists as a parameter of torque and angular acceleration. The mass matrix contains the mass information of the individual robot links and the amount of inertia that varies with the angle of the joint. Thus applying the mass matrix to torque control has the advantage of controlling the entire system as if it were a unit mass system, but it is difficult to apply to the robot due to the lower performance in the real experiment than the theoretical analysis result. In this paper, I proposed a new modular test platform MOCCA (MOdular Configuration Changeable Actuator test platform) that can change various physical variables such as kinematic structure, motor drive shaft inertia, and so on. The results of the effect analysis experiment on the control performance with mass matrix are described.