기구학 개론

기구학(機構學, Theory of Mechanism) 이란?

 - 기계를 구성하는 각 부분의 구성 및 짜임새, 그 기능에 관란 이론을 다루는 학문.

 - 기계를 이루는 구성물이 상대운동할 때의 성질을 이해, 연구하여 기계의 설계에 활용하기 위한 학문.

 - 두 위치 사이에서 좌표를 변환 하는 계산법.

 - 공간 기하학을 바탕으로 정립됨.

 - 2차원의 기하학 연산과 달리, 3차원의 기하학 연산은 계산하는 것이 매우 힘듬.

 

순기구학과 역기구학

 

☞ 순기구학(정기구학) : 기준점을 시작으로 순차적으로 위치를 결정하는 방식

    (순서 : 기준-1-2-3-목표)

    - 추론적, 모션 제작&제어에 불합리

    - 반드시 해가 존재함

    - 다관절 로봇의 경우, 각 조인트의 Encoder Sensor에 의해 확인 가능.

    - 1,2,3의 순서로 Encoder 각도 값으로부터 위치와 자세를 얻음.

 

 

☞ 역기구학 : 끝점의 위치를 먼저 결정하고, 기준점까지 역 방향으로 결정하는 방식

    (순서 : 목표-3-2-1-기준)

    - 직관적, 연산과정이 복잡하고 여러움

    - 여러개의 해가 존재할 수도있고, 해가 존재하지 않을 수도 있음.

    - 역기구학 계산을 통해 목표 좌표계 값으로부터 좌표계 각도 값을 계산.

 

※ 연산 불능

 - n개의 링크를 사용하여 결정된 구조는 작업 범위가 형성됨. (Ex : 다관절 로봇)

 - 결정한 끝점이 작업 범위를 벗어나면 연산 불능 발생.

 - 연산 불능 발생시, 동작을 하지 않거나, 가장 가까운 회전을 구한다.

 - 솔루션 : 작업범위를 다시 고려하여 재설계

 

※ 연산 부정

 - 또한, 끝점의 위치와 회전을 만족하는 중간 지점이 너무 많을 때 발생 (불필요한 자유도)

 - 최소, 최적의 관절 수를 결정해야 함

 - 솔루션 : 제약 사항 추가, 관절 및 구조 재설계