본 연구 논문에서는 무거운 원통형 물체를 조작하는 새로운 방법인 '모서리 굴림' 기법을 소개하고, 이를 실제 로봇 환경에서 구현하여 실험적으로 검증한 내용을 다룹니다.
기존의 로봇 조작 방식은 물체를 집어서 옮기는 방식에 의존했지만, 무거운 물체의 경우 로봇의 관절 토크 제한으로 인해 조작이 어려워지는 문제점이 있었습니다. 이를 해결하기 위해 물체를 환경에 지속적으로 접촉시키면서 조작하는 방법들이 연구되어 왔으며, 대표적으로 미끄러짐, 피벗팅, 굴림 등이 있습니다. 본 연구에서는 이 중 굴림 동작에 초점을 맞춰, 원통형 물체를 모서리를 따라 굴려서 조작하는 방법을 제시합니다.
본 논문에서는 모서리 굴림 동작을 일련의 스크류 변위로 근사화하는 새로운 접근 방식을 제안합니다. 이를 통해 직선 및 곡선 경로 모두에서 모서리 굴림을 수학적으로 모델링할 수 있습니다. 또한, 로봇의 관절 제한을 고려하여 두 임의의 구성 사이에서 물체를 조작하기 위한 '앞뒤 운동 계획' 방법을 개발했습니다. 이 방법은 스크류 기반 굴림 표현, ScLERP로 표현되는 피벗팅 동작 및 최적화 알고리즘을 통합하여 구현됩니다.
스크류 이론을 사용하여 굴림, 피벗팅, 슬라이딩과 같은 기본 동작을 통합적으로 모델링합니다. 이를 통해 로봇-물체-환경 간의 폐쇄 체인 제약 조건을 만족하면서 각 엔드 이펙터의 움직임을 독립적으로 결정할 수 있습니다.
로봇의 관절 제한으로 인해 직선 또는 곡선 경로를 따라 굴림 동작이 불가능한 경우, 여러 개의 직선 구간과 그 사이의 피벗팅 동작을 통해 원하는 위치로 물체를 이동시키는 방법입니다. 최적화 알고리즘을 사용하여 각 직선 구간의 길이와 피벗팅 각도를 결정합니다.
제안된 방법을 검증하기 위해 프랑카 에미카 판다 로봇 팔을 사용하여 원통형 물체를 조작하는 실험을 수행했습니다. 실험은 최적화된 앞뒤 운동 경로를 따라 굴리는 시나리오와 일반적인 원형 경로를 따라 굴리는 시나리오로 구성되었습니다. 실험 결과, 제안된 방법을 통해 로봇의 관절 제한을 준수하면서 원통형 물체를 원하는 위치로 성공적으로 조작할 수 있음을 확인했습니다.
본 연구는 모서리 굴림이라는 새로운 조작 방법을 제시하고, 이를 실제 로봇 시스템에 적용하여 그 효용성을 입증했습니다. 특히, 로봇의 관절 제한을 고려한 최적화된 경로 계획 및 스크류 이론 기반 동작 모델링을 통해 실제 로봇 환경에서도 효과적으로 동작하는 것을 확인했습니다. 향후 연구에서는 조작 중 발생할 수 있는 미끄러짐 현상을 제어하고, 동적 굴림 동작 중에 발생하는 힘 제어 및 안정성 분석 등을 수행할 예정입니다.
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