정위치 해석해를 가지는 평면형 3자유도 병렬 메커니즘의 여유 구동 특성 분석 및 실용적 여유 구동 알고리즘 = Redundant actuation characteristics analysis and practical redundancy algorithm of a planar 3-DOF parallel mechanism having closed-form position solution
저자
발행사항
서울 : 高麗大學校 大學院, 2015
학위논문사항
學位論文(碩士)-- 高麗大學校 大學院 : 制御計測工學科 메카트로닉스專攻 2015. 2
발행연도
2015
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
서울
형태사항
x, 75장 : 천연색삽화, 도표 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 金熙國
참고문헌: 장 70-73
DOI식별코드
소장기관
대부분의 일반적인 3-RRR 평면형 3자유도 병렬 메커니즘은 정위치 해석해(closed form forward position solution)가 존재 하지 않는다. 이 문제를 극복하기 위해, 다른 문헌에서 수정된 3-RRR 평면형 3자유도 병렬 메커니즘을 제안 하였으며 기구학 특성 분석을 통하여 본 메커니즘의 우수한 특성을 확인하였으며 하나의 여유 구동 관절만으로도 특이형상 분석으로부터 작업 공간 내 대부분의 병렬 특이형상을 회피할 수 있음을 확인하였다. 그러나 실용적인 여유 구동 알고리즘의 적용 및 여유 관절을 추가하여 더 향상된 기구학 특성에 대한 연구가 진행되어야 한다.
본 연구에서, 메커니즘의 여유 구동 특성을 분석하기 위해 네 개의 구동관절과 여섯 개의 구동관절을 가지는 메커니즘에 대한 기구학 특성 분석 및 병렬 특이형상에 대한 분석이 이루어졌다. 이는 다섯 개 이상의 관절을 통해 완벽하게 작업 공간내의 병렬 특이형상을 회피할 수 있음을 보여주었다. 또한 의사역행렬을 통한 최소 놈 해 알고리즘, 가중의사역행렬을 활용한 토크 밸런싱 기법, Nakamura가 제시한 task priority 알고리즘, 스케일-다운 기법 등의 다양한 여유 구동 관절 알고리즘을 사용하는 순차적 여유 구동 알고리즘(sequential redundancy actuation algorithm)을 제시하여 여유 구동을 가지는 3-RRR 평면형 메커니즘에서 모터의 최대 출력 토크에서 벗어나는 경우 생기는 왜곡된 힘의 크기를 최소화하고 힘의 방향이 왜곡되는 현상을 제거할 수 있음을 확인하였다.
시뮬레이션 및 햅틱 기기에서 요구하는 가상 벽의 구현 등을 통한 실험을 통해 제시된 여유 구동 알고리즘을 통해 정확도 및 안정도가 더욱 우수한 특성을 보이는 것을 확인하였다. 결과적으로, 본 연구에서 제시한 여유 구동 알고리즘을 통해 효과적이고 실용적인 측면에서 차후 높은 응용 가능성을 가지고 있다는 것을 확인하였다.
Most of the typical 3-RRR type planar 3-DOF parallel mechanisms (PM) do not have closed form forward position solutions. To overcome such problems, a modified 3-RRR type planar 3-DOF PM has been suggested in literature, and it is confirmed through simulations that the modified mechanism has good kinematic characteristic and that even with single redundant actuation most of parallel singularities in the workspace from the singularity analysis can be avoided. However, more practical redundancy algorithm and better kinematic characteristic with more redundant actuators need to be investigated.
In this work, for the redundant actuation characteristics analyses of the mechanism, kinematic characteristics and parallel singularities analysis with the four, the five and the six actuators are performed. It is shown that parallel singularity can be completely avoided from the workspace with five actuators. Also a sequential redundancy actuation algorithm employing various redundancy actuation algorithms available in literature, such as a minimum-norm algorithm employing a pseudo-inverse matrix, a torque balancing algorithm using weight pseudo inverse matrix, Nakamura’s task priority algorithm, and a scale-down method, are proposed and applied to the redundant 3-RRR type planar PM as an effort to minimize the force magnitude and force direction distortions.
Through simulations and experiments such as the realization of a virtual wall required in haptic device applications, it is confirmed that the PM with the suggested redundancy actuation algorithm showed better performance in aspects of accuracy and stability. Conclusively, it can be contended that the suggested algorithm is effective and practical such that it has a very high application potential.
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