[논문 리뷰] Dynamics of the Orthoglide parallel robot

Damien Chablat, Philippe Wenger외 1명|arXiv (Cornell University)|2009. 10. 20.

Robotic Mechanisms and Dynamics참고 문헌 27인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 3-DOF 평면 조인트를 갖춘 3개의 수직 선형 액추에이터를 가진 오р토글라이드 파라렐 로봇의 역기구학 및 역역학을 위한 재귀적 행렬 공식을 제시한다. 허위 작업 원리를 적용함으로써, 고정 플랫폼 방향과 직선 운동 조건 하에서 효율적인 동적 분석이 가능한 액추에이터 힘과 일률에 대한 반복적 행렬 표현식을 유도한다.

ABSTRACT

Recursive matrix relations for kinematics and dynamics of the Orthoglide parallel robot having three concurrent prismatic actuators are established in this paper. These are arranged according to the Cartesian coordinate system with fixed orientation, which means that the actuating directions are normal to each other. Three identical legs connecting to the moving platform are located on three planes being perpendicular to each other too. Knowing the position and the translation motion of the platform, we develop the inverse kinematics problem and determine the position, velocity and acceleration of each element of the robot. Further, the principle of virtual work is used in the inverse dynamic problem. Some matrix equations offer iterative expressions and graphs for the input forces and the powers of the three actuators.

연구 동기 및 목표

• 3개의 동시 작동하는 선형 액추에이터를 갖춘 오르토글라이드 파라렐 로봇에 대한 체계적인 동적 모델링 기법을 개발하기 위해.
• 카르테시안 좌표계에서 로봇의 기구학 및 역학을 기술하는 재귀적 행렬 관계를 수립하기 위해.
• 정확한 액추에이터 힘 예측을 위해 허위 작업 원리를 활용한 역역학 문제를 해결하기 위해.
• 반복적 행렬 표현식과 3개의 액추에이터를 통한 입력 힘 및 일률의 그래픽적 표현을 제공하기 위해.
• 작업공간 전역에서 액추에이터의 하중 요구량을 정량화하여 오르토글라이드의 동적 제어 및 성능 최적화를 지원하기 위해.

제안 방법

• 로봇의 기하학적 구조 및 액추에이터 배치에 기반한 재귀적 행렬 관계의 수립.
• 고정된 방향을 갖는 카르테시안 좌표계의 사용으로, 액추에이터 작동 방향이 상호 수직이 되도록 설정.
• 역역학 모델을 유도하기 위해 허위 작업 원리의 적용.
• 로봇 각 구성 요소의 위치, 속도, 가속도에 대한 반복적 표현식의 유도.
• 역학적 평형에서 유도된 행렬 방정식을 사용하여 입력 힘과 일률 계산.
• 유도된 행렬 공식에 기반한 액추에이터 힘과 일률에 대한 그래픽 출력 생성.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 오르토글라이드 로봇의 역기구학은 어떻게 재귀적 행렬 관계를 통해 시스템적으로 모델링할 수 있는가?
• RQ2 고정된 플랫폼 방향에서 직선 운동을 수행할 경우 오르토글라이드의 동적 거동은 어떠한가?
• RQ3 선형 조인트를 갖는 파라렐 로봇에서 액추에이터 힘을 계산하기 위해 허위 작업 원리는 어떻게 적용할 수 있는가?
• RQ4 오르토글라이드의 구성 요소의 동적 반응을 기술하는 반복적 행렬 표현식은 무엇인가?
• RQ5 운동 중에 3개의 액추에이터를 통해 입력 힘과 일률은 어떻게 변화하는가?

주요 결과

• 논문은 계산 효율성이 높은 방식으로 오르토글라이드 로봇의 기구학 및 역학을 기술하는 재귀적 행렬 관계를 성공적으로 유도하였다.
• 역역학 모델은 허위 작업 원리를 활용하여 구성되어, 액추에이터 힘의 정확한 계산을 가능하게 하였다.
• 모든 로봇 요소의 위치, 속도, 가속도에 대한 반복적 행렬 표현식이 제공되어 실시간 동적 분석을 용이하게 하였다.
• 유도된 행렬 방정식에 기반한 입력 힘과 일률의 그래픽적 표현이 생성되어 운동 매개변수에 따른 변화를 보여주었다.
• 고정 플랫폼 방향과 직선 운동 조건 하에서 3개의 선형 액추에이터의 정밀한 동적 특성 분석이 가능해졌다.
• 이 방법은 작업공간 전역에서 액추에이터의 하중 요구량을 정량화하여 오르토글라이드의 설계 및 제어를 지원한다.