로봇의 잔류 진동 저감을 위한 모션 제어 연구 :Study on Motion Control for Reducing Residual Vibration of Robot

강한솔

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자료유형: 학위논문

저자정보: 강한솔 (한국교통대학교, 한국교통대학교 일반대학원)

지도교수: 황면중

발행연도: 2019

저작권: 한국교통대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수7

이 논문의 연구 히스토리 (4)

2019

로봇의 잔류 진동 저감을 위한 모션 제어 연구

강한솔 기계공학과 2019.01 학위논문

2017

로봇 잔류 진동 저감을 위한 모션 가감속 시간 설계 연구

강한솔 , 정성엽 , 황면중 로봇학회 논문지 2017.09 학술저널

2자유도 매니퓰레이터의 잔류 진동 저감을 위한 모션 가감속 최적화

강한솔 , 정성엽 , 황면중 제어로봇시스템학회 국내학술대회 논문집 2017.05 학술대회자료

유연한 물체의 고속 이송 시 잔류 진동 저감을 위한 모션 가감속 제어

강한솔 , 정성엽 , 황면중 한국소음진동공학회 학술대회논문집 2017.04 학술대회자료

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Industry 4.0등의 흐름에 따라 자동화에 대한 관심이 증가하며 고정도, 고하중 작업을 위한 다양한 로봇 매니퓰레이터의 연구 개발이 지속적으로 진행되어 작업 생산성을 높이기 위한 고속 모션에 대한 제어 기술이 요구된다. 로봇이 고속으로 작업할 때 목표지점에 도달 후 로봇의 공진에 의해 잔류진동이 발생할 수 있으며, 이때 발생되는 잔류진동을 저감하는 것이 중요하다. 기존에는 최적화 설계와 로봇의 모션에 다양한 부드러운 속도프로파일을 적용하여 로봇의 진동 저감을 위한 연구들이 진행되었고, 진동의 원인인 저크를 이용한 연구, 생성된 모션프로파일을 전처리 필터를 통해 진동을 저감하는 연구들이 진행되었다. 하지만 복잡한 계산과 모션종료 시간 지연 등의 단점이 있다. 기존 연구와 달리 사다리꼴 속도프로파일을 기반으로 간단한 모션 프로파일을 설계하여 진동을 저감할 수 있는 방법에 대한 연구와 실험을 통한 검증이 필요하다.
본 연구는 저크의 발생시점과 고유진동수와의 관계를 분석하고, 기존 연구인 입력성형방법과 제안한 가감속 시간 설계방법을 시뮬레이션하여 비교하였다. 사다리꼴 속도프로파일의 가속과 감속의 시간을 고유진동수의 진동주기 배수인 경우가 잔류진동에 효과적인 것을 검증하기위해 1축, 2축, 6축 매니퓰레이터에 사다리꼴 속도프로파일과 이동거리가 짧아 등속구간이 없는 삼각형 속도프로파일을 모션에 적용하여 시뮬레이션을 하고, 1축 매니퓰레이터와 6축 매니퓰레이터에 시뮬레이션과 동일하게 실험을 하였다. 각 시뮬레이션과 실험에 속도프로파일의 가감속 시간이 고유진동수 진동주기의 배수인 경우와 그렇지 않은 경우를 적용하여 배수인 경우가 더 효과적임을 검증하였다. 본 논문에서 제안하는 가감속 시간 설계방법을 활용하면 다양한 매니퓰레이터에 발생하는 진동을 시뮬레이션을 통해 사전에 검증할 수 있고, 산업현장에서 사용되는 여러 시스템에 적용이 가능할 것이다.

The interest in automation has increased with the trend of Industry 4.0 such as manufacturing innovation. Research and development of various robot manipulators for high-precision and high-load work are continuously being carried out. You need control technology for high-speed motion to increase work productivity. When the robot is working at high speed, it is important to reduce the residual vibration caused by the resonance of the robot after reaching the target point. Previous researches have been carried out to reduce the vibration of robots by applying various smooth velocity profiles to the optimized design and operation of robots. Research has been conducted to study motion profiles optimized for jerking and to reduce vibration through preprocessing filters of generated motion profiles. However, there are disadvantages such as complicated calculation and delayed motion end time.
Unlike previous studies, a simple motion profile based on a trapezoidal velocity profile has been designed to reduce vibration and the results must be verified through experiments.
This study examines the relationship between the jerk occurrence time and the natural frequency to verify that the acceleration / deceleration time of the trapezoidal velocity profile is effective for the residual vibration when the vibration frequency is multiple of the natural frequency. Since the trapezoidal velocity profile and the travel distance of the 1-axis manipulator, the 2-axis manipulator, and the 6-axis manipulator are short, we simulated and experimented with a triangular velocity profile with no constant velocity section. It was confirmed that the case where the acceleration / deceleration time is a multiple of the natural oscillation period is more effective than the case where it is not. Also, we simulate and compare the proposed input shaping method and the proposed acceleration / deceleration time designing method.
By using the acceleration / deceleration time design method proposed in this paper, the vibrations generated in various manipulators can be verified by simulation. It will be applicable to various systems used in the industrial field.

Ⅰ. 서 론 1
1. 연구 배경 1
2. 연구 목표 2
Ⅱ. 가감속 시간 설계 4
1. 사다리꼴 속도 프로파일 설계 4
2. 잔류 진동 저감을 위한 가감속 설계 7
3. 잔류 진동 저감을 위한 가감속 설계 방법과 입력성형방법의 비교 10
Ⅲ. 시뮬레이션 및 실험 14
1. 1축 매니퓰레이터 시뮬레이션 및 실험 14
2. 2축 매니퓰레이터 시뮬레이션 31
3. 6축 매니퓰레이터 시뮬레이션 및 실험 36
Ⅳ. 결 론 65
참고문헌 67
Abstract 70

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