동역학(Dynamics)

힘은 질량과 가속도의 곱이라고 알고 있습니다. 물체가 이동하기 위해서는 속도가 있기 마련이고, 정지한 상태에서 어떤 속도에 이른다는 것은 속도가 바뀐다는 이야기, 즉 가속도가 발생한다는 것을 의미합니다. 질량과 위치, 속도, 가속도, 힘 등 움직임과 관련된 물리적 속성은 동역학(Dynamics)을 통해 분석할 수 있습니다.

 

로봇은 질량이 있고 움직임이 있기 때문에, 동역학 계산을 통해 각 모터에서 필요한 토크를 계산하고, 사람 혹은 외부 물체와의 충돌 여부를 검지할 수 있기 때문에, 동역학은 중요합니다.

 

엔드이펙터에 걸리는 힘

우선, 로봇의 엔드이펙터에 걸리는 힘과 토크를 게산할 수 있습니다. 산업용 로봇에서 엔드이펙터의 힘을 계산하기 위해 일반적으로 사용되는 방법은 두 가지 있습니다.

 

첫 번째로는 각 조인트에 걸리는 토크가 주어지면, 엔드이펙터에 걸리는 힘을 계산할 수 있습니다. 이때, 조인트 토크는 모터의 전류 값으로부터 환산할 수 있습니다. 좀 더 정확한 토크 값을 얻기 위해서는 힘 센서(Force torque sensor)를 사용하기도 합니다.

 

또 다른 방법으로, 로봇이 동작할 때의 위치, 속도, 가속도 정보로부터 동역학을 계산할 수 있습니다. 이 계산에는, 로봇 각 부분 및 페이로드의 질량 및 질량 중심 정보 또한 활용됩니다.

 

서로 다른 두 방법으로 얻은 힘 값을 비교함으로써, 로봇이 외부 물체 혹은 사람과 충돌했는지 검지할 수 있습니다. 실제 충돌이 발생한 경우, 각 조인트에 걸리는 실제 토크는 위치, 속도, 가속도로부터 계산한 값보다 커질 것입니다. 협동 로봇(Collaborative robots)의 충돌 검지 기능 또한 이러한 동역학 계산을 활용합니다.

 

참고로, 동역학 계산 시, 페이로드의 질량 및 질량 중심 정보가 활용되기 때문에, 부정확한 페이로드 정보를 입력할 경우, 로봇은 외부와 충돌을 했다고 오검지할 수 있습니다.

 

조인트에 걸리는 토크

로봇 프로그램의 이동 명령에는 목표 위치, 속도, 가속도가 정의되는데, 이 정보를 바탕으로 각 조인트에 필요한 토크를 계산할 수 있습니다. 특히, 이 정보는 각 모터 제어에 활용됩니다.

 

하지만, 페이로드 정보가 잘못 입력된 경우, 엉뚱한 양의 토크를 사용하게 되고, 이는 모터, 감속기 등 로봇 주요 부품의 손상으로 이어질 수 있습니다. 이러한 이유로 동역학 기반으로 제어를 하는 로봇의 경우, 페이로드 정보는 정확하게 설정해야 합니다.

 

 

 

 

출처 : https://cobots.tistory.com/9?category=0