Manipulator
manipulator는 인간의 팔과 유사한 동작을 제공하는 기계적인 장치이다. 그것의 주요 기능은 팔 끝에서 공구가 원하는 작업을 할 수 있도록 특별한 로봇의 동작을 제공하는 것이다. 로봇의 움직임은 일반적으로 팔과 몸체(어깨와 팔꿈치) 운동, 손목관절 운동의 2가지 종류로 나눌 수 있다. 이러한 2가지 동작과 연관된 각각의 관절(joint) 운동도 자유도(degrees of freedom) 로서 언급될 수 있다. 각 축은 1개의 자유도와 같다. 전형적으로 산업용 로봇은 4~6 자유도를 갖는다. 손목 관절은 3가지 운동, 즉 피치(pitch), 요(yaw), 롤(roll) 운동에 의해 특정한 방위를 갖고서 공간에 위치할 수 있다. 피치, 요와 롤의 관절들은 방위 좌표축(orientation axis)이라고 불려진다.
따라서 manipulator는 물리적으로 작업을 수행하는 로봇의 일부분이다. manipulator가 구부리고 미끄러지고 회전하는 점들은 관절 또는 위치 좌표축(position axis)으로 불리어진다.
manipulator는 링크, 기어, 액추에이터와 피드백 기구와 같은 기계적 장치를 사용함으로써 실행된다. 기준 좌표계(world coordinate system)는 절대적인 기준 좌표계로서 manipulator 내에 고정된 위치로서 인식된다. 주행의 x축의 manipulator가 안쪽 바깥쪽으로 이동하고, y축 운동은 manipulator가 옆 방향으로 이동하며, 또한 z축 운동은 manipulator가 아래위로 이동한다.로봇 manipulator의 기계적 설계는 그것의 작업 영역과 운동 특성에 직접적으로 관계가 있다.
팔 기하학 : James G. Keramas : 로봇 머니퓰레이터는 작업을 완료하는 데 필요한 축 이송의 형태에 따라서 분류된다. 우리는 3차원의 세계에서 살기 때문에, 일반적인 로봇은 전후(forward and backward), 좌우(left and right), 상하(up and down)로 움직여서 3축 공간에서의 임의의 지점에 도달할 수 있어야만 한다. 이것은 몇 가지 방법으로 이루어질 수 있다. 가장 간단한 방법은 이러한 운동을 로봇 팔의 기하학으로써 규명하고 다음과 같은 좌표계에서 그 운동들을 설명하는 것이다. 이것은 그대로 로봇의 형상을 의미한다. ...... 직교 좌표형 (rectangular coordinated robot) 원통 좌표형 (cylindrical) 구 좌표형 (spherical) 관절 좌표형 (jointed-arm)
다음 표는 5가지의 로봇 머니퓰레이터 형상의 장단점을 요약한 것이다.
|
형 상 |
장 점 |
단 점 |
|
직교 좌표형 (x, y, z-기반, 주행, 도달, 높이) |
3개의 직선 시각화 용이 강성 구조 오프라인 프로그래밍 용이 직선축의 기계정지 용이 |
로봇 자체의 앞에만 접근 가능 큰 설치공간 필요 밀봉(seal)이 어려운 축 |
|
원통 좌표형 (θ, y, z-기반, 회전, 도달, 높이) |
2개의 직선축, 1개의 회전축 로봇 주위에 접근 가능 강성구조의 도달축과 높이축 밀봉이 용이한 회전축 |
로봇 자체 위에 접근 불가능 직선축보다 덜 강한 베이스 회전축 밀봉이 어려운 직선축 장애물 주위에 접근 불가능 원형의 수평운동 |
|
구 좌표형(수직) (θ, y, β-기반, 회전, 상승각도, 도달각도) |
1개의 직선축, 2개의 회전축 긴 수평 접근 |
장애물 주위에 접근 불가능 짧은 수직 접근 |
|
관절 좌표형(수직) (θ, β, α-기반 회전, 상승각도, 도달각도) |
3개의 회전축 장애물 상하에 접근 가능 최소 공간에 최대 작업영역 |
지점에 도달하는 2~4가지 방법 복잡한 구조의 머니퓰레이터 |
|
SCARA 좌표형(수평) (θ, φ, z-기반, 회전, 도달각도, 높이) |
1개의 직선축, 2개의 회전축 강성구조의 높이축 큰 작업영역 장애물 주위에 접근 가능 |
지점에 도달하는 2가지 방법 오프라인 프로그래밍 어려움 아주 복잡한 구조의 팔 |
또한 manipulator는 작업장의 어떤 지점에서 다른 지점으로 이동하는데 있어서 4 가지 종류의 운동의 유형 을 보인다.