압전세라믹 작동기를 이용한 유연그리퍼의 힘 추적제어 = Force Tracking Control of a Flexible Gripper Via Piezoceramic Actuator

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 압전세라믹 액튜에이터를 이용한 유연 그리퍼의 힘 추적제어에 관한 것이다. 먼저, 해밀돈 법칙을 이용하여 제안된 그리퍼 시스템의 운동지배 방정식을 유도한 후, 모달해석을 통해 주파수 변동의 불확실 인자가 포함된 상태공간 제어모델식을 도출하였다. 제어기로서는 시스템 불확실성에 강건한 슬라이딩 모드 제어기를 도입하였고, 완전차수 관측시를 이용하여 선단의 힘 센서 신호를 통해 시스템의 상태변수들을 추정하였다. 실험적 구현과 시뮬레이션을 통해 정현파와 계단파의 요구함에 대한 유연 그리퍼 선단에서의 힘 추적제어를 실시하여 바람직한 추적성능을 얻었다. 연구결과를 통해, 향후 본 논문에서 제시된 함추적 방법론을 로봇의 소형 그리퍼에 효과적으로 적용할 수 있음을 입증하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper provides a robust tracking control on tip force of a flexible gripper via piezoceramic actuator. Firstly, a dynamic governing equation for the proposed gripper is derived by employing Hamilton`s principle. A control model including uncertain system parameters such s natural frequency variations is then obtained via modal analysis. In addition, a sliding mode controller inherently robust to system uncertainties is adopted to carry out a tracking control for tip forces of the gripper. With the aid of sensor output information on tip forces, a full-order observer is formulated to estimate state variable of the gripper system. Finally, both simulation and experimental implementation are undertaken to evaluate tracking performances for desired force trajectories such as sinusoidal and step functions. The results explicitly exhibit that the proposed methodology is very effective in the robot gripper.