With the implementation of Germany's ‘Industry 4.0 initiative’ and China's ‘Made-In China 2025’ strategic plan, robotic arms have beed developed rapidly in various industries. In the past, robotic arms were commonly used to transport and store goods, but nowadays the operation of various robots require force control at the end of the robotic arm. For example, when grinding some medical tasks and tools, the external force at the end effector of the robotic arm must control together the force and position of the robotic arm at the same time.In this research, an external force is added at the end of the 2 axis SCARA robot arm by connecting a spring between robot end-effector and the environment, and impedance control is implemented in order to reduce position tracking error under external forces. In the impedance control, the external force measured by a force-torque sensor and the experimentally calculated forces from positon measurements are compared and analyzed. Without external force (without spring connection), the triangle trajectory is well tracked and tracking errors are very small, but when external force is added by connecting the spring, tracking errors for the triangle trajectory become big. In this situation, by adding impedance control, the tracking errors are significantly made to be very small and tracking performance has been significantly improved by impedance force control. The proposed method is verified through experimental demonstrations.
독일의 ‘인더스트리 4.0’과 중국의 ‘중국제조 2025’ 정책 등으로 인해 최근 다양한 산업에서 로봇은 빠르게 발전하고 있다. 기존 로봇은 물건을 운반하거나 쌓거나 도장하는 등의 작업에 주로 사용되었지만, 최근에 정교한 작업 수행이나 검사 등의 작업으로 확장하기 위해 로봇의 힘제어가 필요해졌다. 예를 들어, 전자기기의 자동검사, 제품 표면 그라인딩, 자동차 유리 자동부착, 의료 현장 등에서 자동화, 지능화를 달성하기 위해서는 로봇 엔드이펙터의 위치와 더불어 힘을 제어하여야 한다. 본 논문에서는 2축 SCARA 로봇의 엔드이펙터에 스프링을 연결하여 외력을 추가한 상태에서, 로봇 엔드이펙터의 위치 추종제어를 수행한다. 로봇 엔드이펙터의 위치 측정 정보로부터 스프링력의 크기와 방향을 계산하고, 이 힘을 보상하는 힘제어 로직을 추가하여 위치 추종성능을 향상시키고자 한다. 또한 6축 힘토크센서로 스프링력을 직접 측정하여 계산된 스프링력과 비교하고 분석한다. 로봇 팔의 구조를 분석하고, 순기구학 및 역기구학을 적용하여 엔드이펙터의 목표 위치를 계산한다. 실험에서 임피던스 제어를 추가하고, 위치 추종오차를 분석한다.