기구 운동학에는 역학요소(질량, 관성모멘트)를 고려하지 않고, 정적인 관절 변위(회전, 직동)와 손끝의 위치, 방향의 기하학적 관계를 구한다. 그림 1에 제시한 것 같이 관절변위를 부여하고, 손끝의 위치, 방향을 구하는 것을 순운동학, 역으로는 손끝의 위치, 방향을 부여하여 대응하는 관절변화를 구하는 것을 역운동학이라 부른다.
역 운동학은 각 모터축에 명령값을 전하는데 필요하다. 모터 위치를 전했을 시, 손끝위치 산출 시, 순 운동학이 사용된다. 여기서 그림 2는 수평 2관절 로봇을 예로 하여, 이들 관계의 기하계산을 하면 다음과 같이 된다.
그림 1
a) 순 운동학
b) 역 운동학
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복합은 이 –, 는 +일 때 형태 I, 이 +, 는 –일 때 형태 Ⅱ를 얻는다. 평방근 가운데는 가 성립되지 않으면 안된다. 이것은 그림의 작업 영역에서만 오직, 유효한 해법이 존재한다는 것을 의미한다. 이 예로서 아는 바와 같이, 순운동학은 반드시 성립한다. 한편, 역 운동학은 성립변수의 제한이 있으므로, 해법의 복수가 있을 수 있다. 또 각 관절의 자유도 와 손끝의 자유도 사이에는 , 가 성립할 때 관절변위는 구해지나, 는 개의 구속조건이 필요하다. 로서는 해법을 구할 수 없다. 순 운동학을 일반적으로 해석하는 법이 체계적인 수법으로 확립되어 있다. 로봇과 같은 링크 기구가 연결되는 것은 데나비트(Denavit), 하르덴베르크(Hartenberg)가 1955년에 고안한 동차 변환행렬에 기초를 둔 이 법은 널리 알려져 있으므로, 참고문헌을 참고하여 주기 바란다. 한편, 역 운동학에는 일반적으로 해석해법을 구하는 수법은 없으며, 한정된 구조의 로봇에서만 해를 구할 수 있으므로, 산업용 로봇에서는 그와 같은 구조를 채택하고 있다.
메카트로닉스 입문 – 배원섭/신경철/신민생 역편 (대광서림)
