여유구동을 가지는 병렬 메커니즘에 대한 토크 평형 기법 = Torque balance method of the parallel mechanism with redundant actuation
저자
발행사항
서울 : 高麗大學校, 2017
학위논문사항
학위논문(석사) -- 高麗大學校 大學院 制御計測工學科 메카트로닉스專攻 2017
발행연도
2017
작성언어
한국어
주제어
KDC
550 판사항(6)
DDC
621.8 판사항(23)
발행국(도시)
서울
형태사항
viii, 81장 : 삽화, 도표 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 金熙國
참고문헌: 장 77-81
DOI식별코드
소장기관
여유구동 메커니즘은 움직임을 제어하기 위한 구동관절의 최소 개수 보다 더 많은 구동관절을 사용한다. 지금까지 여유구동을 활용해 관절토크를 적절히 분배하여 병렬 특이형상을 피하거나 에너지소비를 최소화 하거나 관절토크 제한을 회피하거나 구동 강성, 고장 그리고 힘 입/출력 특성을 향상시키는 등 알고리즘들이 많이 제시되었다. 하지만 이 알고리즘들은 관절토크 제한에 효과적으로 대응하지 못하고 있으며, 아직까지는 더 개선이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 관절토크 제한을 구속조건으로 가질 때 효과적인 알고리즘을 제안한다. 논문에서 제안하는 Torque balance(TB) 알고리즘을 검증하기 위해 다양한 비교 시뮬레이션 연구를 수행하였다. 비교된 알고리즘은 기존에 존재하는 전형적인 여유구동 알고리즘으로 최소놈 토크 기법(Minimum Norm solution: MN), 가중 최소놈 토크 기법(Weight Minimum Norm solution: WMN), 우선 순위 할당기법(Task Priority: TP) 그리고 관절토크 제한 구속조건을 대상으로 하는 비용함수의 최소놈을 해로 갖는 이차계획기법(Quadratic Programming: QP)이 사용되었다. 시뮬레이션 결과로 TB 알고리즘의 성능이 비교된 알고리즘들 중에서 관절토크를 균형적으로 분배하는 특성에 대하여 가장 우수한 것으로 나타났다. 또한, 제시한 알고리즘이 3DOF 평면형 병렬 메커니즘에 여유구동관절이 적을수록 효과적인 결과를 보인 것을 확인했다. 마지막으로 선행연구에서 시제품으로 제작한 정위치 해석해를 가지는 평면형 3DOF 병렬 메커니즘을 활용해 제안한 여유구동 알고리즘의 실험을 하였고, 제안한 TB 알고리즘이 효과적이고 실시간 제어에서 실용성이 높은 것을 확인 하였다.
더보기Redundant-actuation mechanism employs more active joints than the minimum number of active joints to control the motion of the mechanism. So far, there have been many suggested algorithms to utilize redundant-actuation by distributing joint torques properly such as to avoid parallel singularity, to minimize energy consumption, to avoid joint torque limits, to improve the force input/output transmission characteristic, the active stiffness and the fault tolerance characteristics, etc. However, such algorithms do not seem to be effective to cope with joint torque limits and yet need more improvement.
Thus, in this work, an effective algorithm to such joint torque limit constraints is suggested. To verify the suggested torque balancing algorithm(TB), various comparative simulation study of the algorithm with other typical pre-existing redundant-actuation algorithms such as the minimum-norm algorithm(MN), the weight-minimum-norm algorithm(WMN), task priority algorithm(TP), Quadratic Programming(QP) solution having the minimum norm cost function subject to joint torque limit constraints, have been conducted. It turns out that the performance of the torque balancing algorithm is best among those comparative algorithms with respect to the joint torque balancing characteristics. Also, it is confirmed through simulations that the suggested algorithm is effective to the cases of having fewer redundant actuation joints for the planar 3-DOF parallel mechanism in real time applications. Lastly, through the implementation of the proposed redundant-actuation algorithm to the prototype of the modified planar 3-DOF parallel mechanism, it can be confirmed that the proposed torque balancing algorithm is effective, practical and applicable to real time operations.
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