용어정리
- : 인간의 팔과 유사하게 관절과 링크로 연결되어 물체를 잡거나 이동시키는 기계적 장치(로봇 팔)
- : 로봇 팔의 맨 끝에 달리는 툴. 그리퍼, 용접 토치, 드릴 등 작업 목적에 따라 교체
- : 로봇이 독립적으로 움직일 수 있는 방향의 수. 6-DOF 팔은 3차원 공간에서 위치(x,y,z)와 방향(roll,pitch,yaw) 모두 제어 가능
- : 각 관절의 회전 각도나 이동 거리로 로봇 상태를 표현하는 공간. 모터가 실제로 제어하는 공간
- : end-effector의 위치(x,y,z)와 방향(roll,pitch,yaw)으로 상태를 표현하는 공간. 사람이 명령을 내릴 때 쓰는 직관적 공간
- : 관절 각도를 알 때 end-effector의 위치/방향을 계산. 입력 → 관절값, 출력 → 끝단 자세. 항상 유일한 해가 존재
- : end-effector의 목표 위치/방향을 알 때 필요한 관절 각도를 역으로 계산. 해가 여러 개이거나 없을 수 있어 FK보다 어려움
- : 로봇 팔이 도달할 수 있는 3차원 공간의 범위
- : 특정 자세에서 Jacobian 행렬의 행렬식이 0이 되어 역기구학 해가 무한히 많거나 존재하지 않는 상태. 이 자세 근처에서 모터 토크가 급격히 커짐
- : 관절 속도와 end-effector 속도 사이의 선형 변환 행렬. 역기구학, 특이점 분석, 힘 전달 계산에 핵심
- : 연속된 관절과 링크의 기하학적 관계를 4개 파라미터(a, d, α, θ)로 표준화해 표현하는 방법
- : 회전축에 작용하는 회전력. 단위 Nm. 다관절 로봇에서 모터가 각 관절에 가하는 힘
- : 물체가 회전 운동을 유지하려는 저항. 질량이 회전축으로부터 멀수록 커짐. 빠른 움직임을 위해서는 링크 설계 시 관성 최소화 필요
- : 물체의 질량이 균등하게 분포한다고 볼 수 있는 가상의 점. 중력보상 계산의 기준점
- : 각 관절에서 중력이 만들어내는 회전력. τ = mgl·cos(θ). 자세마다 값이 달라짐
- : 관절에 걸리는 중력 토크를 기계적 장치나 제어 알고리즘으로 상쇄하는 기술
- : 힘과 토크의 균형 방정식으로 각 링크에 작용하는 힘과 모멘트를 재귀적으로 계산하는 동역학 공식
- : 운동에너지와 위치에너지의 차(라그랑지안)를 이용해 로봇의 운동 방정식을 유도하는 방법. Newton-Euler 대비 수식이 체계적
- :
M(q)q̈ + C(q,q̇)q̇ + G(q) = τ. M=관성행렬, C=코리올리/원심력, G=중력 항, τ=관절 토크
- : 회전하는 좌표계에서 운동하는 물체에 작용하는 가상의 힘. 빠르게 움직이는 다관절 로봇에서 무시할 수 없는 동역학 항
- : 위치 오차(P), 오차 적분(I), 오차 미분(D)을 조합한 고전 제어기. 단순하고 강건하지만 비선형 동역학에는 한계
- : PID에서 I 항을 제거한 제어기. 로봇 관절 제어에서 정착 시간을 짧게 유지하면서 안정적으로 사용. 중력보상과 함께 쓰이면 정적 오차도 제거 가능
- : 센서 피드백 없이 미리 알고 있는 모델(중력, 마찰 등)을 기반으로 제어 입력을 사전에 추가하는 방식. 반응 속도가 빠름
- : 센서로 현재 상태를 측정해 목표값과의 오차를 줄이는 방향으로 제어 입력을 조정하는 방식. 모델 오차와 외란에 강건
- : 위치 오차에 대한 PD 제어와 피드포워드 토크를 결합한 구조.
τ = Kp(θ_des−θ) + Kd(θ̇_des−θ̇) + τ_ff. MIT Mini Cheetah에서 사용
- : 로봇 end-effector가 환경과 접촉할 때 힘과 변위의 관계(강성·감쇠·관성)를 제어하는 방식. 유연한 물리적 상호작용에 적합
- : 외부에서 가해진 힘을 입력받아 원하는 움직임을 생성하는 제어. 임피던스 제어의 쌍대(dual). 힘 센서 대신 모터 전류로 구현하기도 함
- : 로봇이 외부 힘에 유연하게 반응하도록 강성(stiffness)을 의도적으로 낮추는 제어 방식. 사람과 협동 로봇에서 안전성 확보에 핵심
- : 스프링 상수와 유사. 위치 오차 1rad당 발생시키는 토크(Nm/rad). 높을수록 정확하지만 충격에 취약
- : 속도 오차에 비례해 브레이크처럼 작용하는 계수. 진동 억제와 안정성 확보. MIT 제어기에서 Kd에 해당
- : 시스템의 현재 상태를 벡터(위치, 속도 등)로 표현하고 상태 전이를 행렬 방정식으로 나타내는 현대 제어 이론의 기반
- : 에너지 함수(Lyapunov function)를 이용해 시스템이 평형점으로 수렴하는지 수학적으로 증명하는 안정성 분석 기법
- : 전기·공압·유압 에너지를 받아 기계적 움직임과 힘으로 변환하는 구동 장치. 로봇의 '근육' 역할
- : 모터 회전수를 줄이고 토크를 높이는 비율. 100:1이면 모터가 100회전할 때 출력축 1회전, 토크는 100배
- : 외부 힘으로 모터를 역방향으로 돌릴 수 있는 특성. 감속비가 낮을수록 좋음. 중력보상·충돌감지·햅틱에 필수
- : 감속비를 극히 낮게(약 6:1) 설계해 높은 백드라이빙과 힘 투명성을 확보한 구동 방식. MIT Mini Cheetah의 핵심
- : 유연한 금속 컵(flexspline)의 탄성 변형을 이용한 감속기. 감속비 50~300:1, 백래시 거의 0, 고정밀. 하지만 백드라이빙 불량
- : 선기어·유성기어·링기어로 구성된 컴팩트한 감속기. 토크 전달 효율 높고 동심축 구조. 산업용 로봇에 광범위하게 사용
- : 기어 이빨 사이의 유격. 방향 전환 시 미세한 위치 오차 발생. 정밀 제어의 적
- : 모터와 출력축 사이에 스프링을 삽입한 액추에이터. 스프링 변형으로 힘을 간접 측정하고 유연성 확보. 착용 로봇·재활 로봇에 적합
- : 고정 베이스와 end-effector를 여러 개의 팔(다리)로 동시에 연결한 구조. 강성 높고 고속·고정밀에 유리. 예: 델타 로봇
- : 관절-링크가 순차적으로 연결된 일반적인 로봇 팔 구조. 작업 공간 넓고 구조 단순하지만 강성은 병렬보다 낮음
- : 모터 샤프트의 회전각과 속도를 측정하는 센서. 절대형(absolute)과 증분형(incremental)으로 구분. 관절 제어의 핵심 피드백 소스
- : 3축 가속도계 + 3축 자이로스코프 조합. 기울기·각속도·선가속도 측정. 이족보행·드론 자세 추정에 필수
- : end-effector에 가해지는 3축 힘(Fx,Fy,Fz)과 3축 모멘트(Mx,My,Mz)를 측정. 조립·연마·햅틱 피드백에 사용. 고가
- : 레이저 펄스를 발사하고 반사 시간을 측정해 주변 환경의 3D 포인트 클라우드 생성. 자율주행·이동 로봇의 지도 작성(SLAM)에 핵심
- : 구조광 또는 ToF(Time of Flight) 방식으로 각 픽셀의 거리를 측정해 RGB+Depth 이미지 생성. Intel RealSense, Azure Kinect 등
- : 변형 게이지(strain gauge)를 이용해 압축·인장 방향의 힘을 측정하는 센서. 그리퍼 파지력 측정, 착용 로봇 지면 반력 측정에 사용
- : 바퀴 회전량이나 관절 변화량을 누적해 로봇 위치를 추정하는 방법. 누적 오차(drift) 발생
- : 미지의 환경에서 로봇이 자신의 위치를 추정(localization)하면서 동시에 지도를 작성(mapping)하는 기술
- : 이족·사족 보행 로봇의 발 디딤 순서와 타이밍 패턴. trot(대각선 동시), gallop, walk 등. 속도와 안정성 트레이드오프
- : 지면 반력의 합력이 작용하는 점. ZMP가 지지 다각형(support polygon) 안에 있을 때 정적 안정. 이족보행 제어의 고전적 기준
- : 지면과 접촉하는 발 위치를 꼭짓점으로 하는 다각형. CoM의 투영점이 이 안에 있어야 넘어지지 않음
- : 로봇의 질량·무게중심·관성 모멘트·마찰 계수 등 동역학 파라미터를 실측 데이터로부터 역산하는 과정
- : 로봇 동역학 방정식을
Y(q,q̇,q̈)·π = τ 형태로 변환한 행렬. Y는 측정 가능한 운동학 항, π는 식별할 파라미터 벡터
- : 측정값과 모델 예측값 사이의 오차 제곱합을 최소화해 최적 파라미터를 추정하는 방법.
π = (AᵀA)⁻¹AᵀY
- : 신뢰도 낮은 측정값에 낮은 가중치를 부여해 아웃라이어 영향을 억제한 최소자승법
- : 동적 식별에서 모든 동역학 파라미터가 잘 드러나도록 설계된 최적 운동 경로. 정현파 조합으로 구성