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다관절 매니퓰레이터의 위치센서를 통해 움직임이 제한되는 공간을 산출하여, 상기 매니퓰레이터의 움직임을 제어하기 위한 방법으로서,마스터 장치에서 상기 매니퓰레이터의 목표 위치를 생성하여, 상기 매니퓰레이터를 구동시키는 단계; 상기 위치 센서를 통해 상기 매니퓰레이터의 조인트 각도를 산출한 후에, 상기 조인트 각도를 상기 매니퓰레이터 말단의 자세 벡터로 변환하고, 상기 매니퓰레이터의 목표 자세 벡터와 비교하여 자세 오차를 산출함으로써, 상기 구동된 매니퓰레이터가 갖는 부족한 자유도로 인해 움직임이 제한되는 공간을 산출하는 단계; 상기 위치 센서를 통해 상기 매니퓰레이터의 조인트 각도를 산출한 후에, 상기 조인트 각도를 상기 매니퓰레이터의 목표 조인트 각도와 비교하여, 조인트 오차를 산출하고, 상기 산출된 자세 오차와 합산함으로써, 상기 구동된 매니퓰레이터가 외부 장애물 또는 매니퓰레이터의 링크 충돌로 인해 움직임이 제한되는 공간을 산출하는 단계; 및상기 산출된 제한 공간의 정보를 이용하여 매니퓰레이터의 관절 배치를 최적화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 매니퓰레이터의 위치센서를 이용한 제한 공간 산출 방법
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제 1 항에 있어서, 상기 구동된 매니퓰레이터가 갖는 부족한 자유도로 인해 움직임이 제한되는 공간을 제1 반발력(FRG)으로 변환하는 단계; 상기 구동된 매니퓰레이터가 외부 장애물 또는 매니퓰레이터의 링크 충돌로 인해 움직임이 제한되는 공간을 제2 반발력(FRE)으로 변환하는 단계; 및 상기 제1 반발력(FRG)과 제2 반발력(FRE)을 합산하여, 상기 마스터 장치로 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 매니퓰레이터의 위치센서를 이용한 제한 공간 산출 방법
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제 2 항에 있어서, 상기 제1 반발력(FRG)의 산출은 하기 수학식 1에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 다관절 매니퓰레이터의 위치센서를 이용한 제한 공간 산출 방법:[수학식 1]FRG = RG esx = -KG(I-JsJs#)esx여기서, RG는 매니퓰레이터의 부족한 자유도로 인한 일시적 제한 공간(IRS)을 반발력으로 매핑시키는 제1 매핑 행렬이며, esx는 매니퓰레이터 말단의 자세 오차이며, KG는 반발력 FRG의 크기를 조정하기 위한 스칼라 힘 이득이며, I는 단위 행렬이며, 자코비안 Js = ∂xs / ∂qs 이며,xs 는 매니퓰레이터 말단의 자세 벡터이며, qs 는 매니퓰레이터의 조인트 각도 벡터이며, Js#는 Js의 의사 역행렬(pseudo-inverse)이다
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제 2 항에 있어서, 상기 제2 반발력(FRE)의 산출은 하기 수학식 2에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 다관절 매니퓰레이터의 위치센서를 이용한 제한 공간 산출 방법:[수학식 2]FRE = RE esx = -KE {(I-JsθJ#sθ)JsJ#s} esx여기서, RE는 매니퓰레이터의 외부적 제한에 의한 일시적 제한 공간(IRS)를 반발력으로 매핑시키는 제2 매핑 행렬이며, esx는 매니퓰레이터 말단의 자세 오차이며, KE 는 반발력 FRE 의 크기를 조정하기 위한 스칼라 힘 이득이며, I는 단위 행렬이며, 자코비안 Js = ∂xs / ∂qs 이며,xs 는 매니퓰레이터 말단의 자세 벡터이며, qs 는 매니퓰레이터의 조인트 각도 벡터이며, J#s 는 Js의 의사 역행렬이며, Jsθ는 Js의 유전 자코비안(inherited Jacobian)이며,J#sθ는 Jsθ의 의사 역행렬이다
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제 2 항에 있어서, 상기 매니퓰레이터에는 복수의 힘 센서가 부착되며, 상기 힘 센서에서 외부 장애물을 감지하여, 상기 매니퓰레이터의 움직임이 제한되는 공간을 제3 반발력(FEF) 으로 변환하는 단계와, 상기 제3 반발력(FEF)을 상기 제1 반발력(FRG) 및 제2 반발력(FRE)과 합산하여, 상기 마스터 장치로 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 매니퓰레이터의 위치센서를 이용한 제한 공간 산출 방법
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제 1 항에 있어서, 상기 매니퓰레이터의 목표 조인트 각도는 상기 매니퓰레이터의 목표 조인트 속도()를 적분기를 통해 적분하여 획득하며, 상기 목표 조인트 속도()의 산출은 제한 공간의 정보를 이용하여 매니퓰레이터의 관절 배치를 최적화하기 위하여 하기 수학식 5에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 다관절 매니퓰레이터의 위치센서를 이용한 제한 공간 산출 방법:[수학식 5]여기서, 은 단위 행렬이며, 이며,, 이며, esq는 조인트 오차이며, qsd는 목표 조인트 각도이며, qs는 조인트 각도이며, k1 및 k2는 외력에 대한 매니퓰레이터의 감도(sensitivity) 및 안정성(stability)을 결정하는 상수들이며, 자코비안 Js = ∂xs / ∂qs 이며,xs 는 매니퓰레이터 말단의 자세 벡터이며, qs 는 매니퓰레이터의 조인트 각도 벡터이며, J#s 는 Js의 의사 역행렬이며, 는 매니퓰레이터 말단의 목표 속도 명령이다
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