수중 머니퓰레이터의 태스크 공간 제어 및 양팔 물체 조작 :Task space control and dual arm object manipulation of underwater manipulator

신용우

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자료유형: 학위논문

저자정보: 신용우 (과학기술연합대학원대학교, 과학기술연합대학원)

지도교수: 배지훈

발행연도: 2020

저작권: 과학기술연합대학원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수6

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2020

저자유도 수중 머니퓰레이터를 이용한 양팔 물체 조작

신용우 , 배지훈 , 박재한 한국생산제조학회 학술발표대회 논문집 2020.07 학술대회자료

수중 머니퓰레이터의 태스크 공간 제어 및 양팔 물체 조작

신용우 대학교 2020.01 학위논문

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본 논문은 수중 작업의 편의성 향상과 수중 작업의 자동화를 위해 실린더에 의해 구동되는 수중 머니퓰레이터의 태스크 공간 제어와 저자유도 수중 머니퓰레이터를 이용한 양팔 물체 조작 방법을 제안한다.
먼저, 실린더로 구동되는 수중 머니퓰레이터는 관절이 독립적으로 제어되는 관절 공간 제어가 사용되고 있다. 관절 공간 제어는 원격 작업자가 수중 작업을 수행하는데 직관적이지 않아 효율이 떨어지며 숙련도가 요구된다는 문제점이 있다. 따라서 이에 대한 해결책으로 태스크 공간 제어를 제안한다. 이를 위해 실린더와 머니퓰레이터 관절간의 모델링을 수행하고 전체 관절에 대한 기구학을 수행했다. 기구학 정보를 이용해 3차원 공간상에서 엔드 이펙터가 원하는 위치로 이동할 수 있는 태스크 공간 제어 방법을 제안했으며 실험을 통해 검증했다.
다음으로, 복잡하고 다양한 수중 작업을 수행하기 위해 양팔의 활용이 요구되고 있다. 양팔을 동시에 이용한 물체 조작 작업에서 작업자가 조작기를 이용해 양팔을 동시에 조작하기는 어려우며 저자유도 머니퓰레이터를 활용할 경우 물체 조작을 위한 자유도가 부족하다. 따라서 이에 대한 해결책으로 저자유도 양팔 물체 조작 방법을 제안한다. 이를 위해 그리퍼에 스펀지를 부착하여 미끄러짐과 회전에 의한 자유도 생성을 유도했다. 생성된 자유도를 활용하기 위해 양팔 엔드 이펙터의 위치 정보를 이용해 물체 위치와 방향을 설정하고 물체가 원하는 위치와 방향으로 이동될 수 있는 두 엔드 이펙터의 위치를 도출했다. 또한 머니퓰레이터의 이동에 따라 변화하는 엔드 이펙터의 방향과 물체의 방향이 유지될 수 있도록 머니퓰레이터 손목 회전 방법을 제안했으며 실험을 통해 양팔 물체 조작을 검증했다.

This paper propose task space control of underwater manipulator driven by cylinders and dual arm object manipulation of underwater manipulator to improve convenience of underwater works and to automate underwater works.
First, underwater manipulator driven by cylinders are used joint space control, in which joints are independently controlled. The problem is that joint space control is not intuitive for remote workers to perform underwater work, which reduces efficiency and requires proficiency. Therefore, we propose task space control as a solution to this problem. For this problem, modeling was performed between the cylinder and the manipulator joint, and kinematics for the entire joint was performed. We proposed task space control method that allows the end effector to move to a desired location in three dimensional space using kinematic information and verified through experiments.
Next, the use of both arms is required to perform complex and various underwater works. In object manipulation of using both arms simultaneously, it is difficult for the operator to operate both arms at the same time using controller. Also there is a lack of degree of freedom for object manipulation in the case of using low degree of freedom manipulator. Therefore, we propose a method of dual arm object manipulation using low degree of freedom manipulator. For this, we attached a sponge to grippers and induced the generation of degree of freedom by slip and rotation. In order to utilize the generated degree of freedom, the position and direction of the object are set with the position information of the end effector of both arms.
Then, we derived the position of the two end effectors where the object can be moved in the desired position and orientation. In addition, a manipulator wrist rotation method was proposed so that the direction of the end effector and the object that change with the movement of the manipulator can be maintain. The proposed method was verified through experiments.

Ⅰ. 서론 1
1. 연구 배경 1
2. 연구 목적 4
3. 논문의 구성 5
Ⅱ. 수중 머니퓰레이터의 태스크 공간 제어 6
1. 수중 머니퓰레이터의 관절 6
2. 기구학 해석 12
3. 태스크 공간 제어 21
4. 실험 23
Ⅲ. 수중 양팔 머니퓰레이터를 이용한 물체 조작 30
1. 저자유도 양팔 시스템 30
2. 스펀지 접촉 33
3. 양팔 물체 조작 36
4. 그리퍼 회전 41
5. 실험 46
Ⅳ. 결론 56
참고문헌 57

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