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USB 카메라를 이용한 실시간 구면진자 운동추적 감지시스템
Real-Time Motion Tracking Detection System for a Spherical Pendulum Using a USB Camera 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.40 no.9, 2016년, pp.807 - 813  

문병윤 (건국대학교 기계공학과) ,  홍성락 (건국대학교 기계공학과) ,  하만돈 (건국대학교 기계공학과) ,  강철구 (건국대학교 기계공학과)

초록
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최근 다차원 운동의 잔류진동억제 제어를 위한 테스트베드로서 로봇 머니퓰레이터의 말단장치에 부착된 구면진자를 자주 활용하고 있다. 하지만 봅의 운동을 온라인에서 실시간으로 추적할 수 있는 자동감지장치가 없어, 봅의 궤적을 디지털데이터로 저장하고 플로팅하는데 불편함이 있었다. 본 논문에서는 디지털 USB 카메라를 이용하여 봅의 운동을 이차원 평면상에서 실시간으로 감지할 수 있는 시스템을 개발하였다. 본 시스템의 개발 목표를 빠른 이미지프로세싱 및 인터페이싱을 위한 하드웨어 구성과 효과적인 C 프로그래밍에 두었다. 개발된 시스템을, 2 자유도 스카라로봇의 말단장치에, 구면진자를 설치한 이차원 구면진자의 잔류진동억제 제어에 적용하여, 그 효용성을 입증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, a spherical pendulum attached to an end-effector of a robot manipulator has been frequently used for a test bed of residual vibration suppression control in a multi-dimensional motion. However, there was no automatic tracking system to detect the current bob position on-line, and there was...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 저렴한 디지털 USB 카메라를 이용하여 봅의 운동을 이차원 평면상에서 실시간으로 감지할 수 있는 시스템을 개발하였다. 본 시스템의 개발 목표를 빠른 이미지프로세싱 및 인터페이싱을 위한 하드웨어 구성과 효과적인 C 프로그래밍에 두었다.
  • 본 논문은 SCARA로봇에 매달린 구면진자의 잔류진동을 억제하도록 로봇을 제어할 때, 선행되어야 하는 진자의 운동 분석을 위한 봅 좌표추적시스템을 제시하였다.
  • 본 연구의 목적은 시뮬레이션과 실험결과를 같게 하는 것이 아니고, 기존의 잉크를 사용하여 실험결과를 플로팅하는 데서의 불편함을 해결하는데 있음을 상기하라. 참고로 Fig.
  • 이전에는 구면진자의 운동을 추적하는 시스템이 없어서, 동영상을 찍어 분석하거나, 물감을 흘려 궤적을 백지에 표시하는 불편함이 있었다. 이를 해소하기 위하여, 온라인으로 진자의 운동을 이차원에서 자동으로 기록할 수 있는 시스템을 본 연구에서 개발하였다. 개발된 시스템의 유용성을 검증하기 위하여, 2축 SCARA 로봇 말단장치에 구면진자를 설치하고, 바닥면에 USB 카메라를 설치하여, 진자의 LED 불빛을 추적하는 실험을 수행하였다.

가설 설정

  • 여기서 l 은 진자의 길이로서 상수이고, θ 는 편각(polar angle), φ 는 방위각(azimuth angle)이다. 봅의 질량은 m이고, 지지점(support)은 r로서 xy 평면상을 움직이고 있다고 가정한다. 줄은 질량이 없으며, 진자의 모든 질량은 봅에 질점(particle)으로 작용하고 있다고 가정한다.
  • 봅의 질량은 m이고, 지지점(support)은 r로서 xy 평면상을 움직이고 있다고 가정한다. 줄은 질량이 없으며, 진자의 모든 질량은 봅에 질점(particle)으로 작용하고 있다고 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
제어를 통해 잔류진동을 억제하기 위해서 어떤 방법이 제안되었는가? 제어를 통해 잔류진동을 억제하기 위해서 입력 성형(input shaping)(1~7)이나 피드백제어(8) 등과 같은 방법들이 제안되었고, 현재도 연구가 계속되고 있다. 잔류진동 억제를 위한 입력성형제어는 1957년 U.
크레인이나 산업용 로봇의 단점은? 여러 산업현장에서 제품을 빠르게 운반하고, 보다 더 정확하게 제작하기 위해서 크레인이나 산업용 로봇을 이용한다. 하지만 이를 고속으로 이동시킴으로서, 운반되는 물체에는 잔류진동(residual vibration)이 발생하게 되고, 이 진동이 멈출 때까지 작업이 중단되기 때문에 작업효율과 생산성f이떨어지게 된다. 뿐만 아니라 진동에 의해 주위의 사물이나 사람이 물체와 충돌할 가능성도 있기 때문에 잔류진동 억제는 안전상의 이유로도 필요하다.
구면진자시스템에 대한 운동방정식은 어떤 방법으로 구현할 수 있는가? 구면진자시스템에 대한 운동방정식은 뉴튼(Newton) 방법, 라그랑지(Lagrange) 방법, 해밀톤(Hamilton) 방법 등에 의해 구할 수 있으나, 본 연구에서는 라그랑지 방법을 사용하여 구한다. 먼저 Fig.
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참고문헌 (22)

  1. Singer, N. C. and Seering, W. P., 1990, "Preshaping Command Inputs to Reduce System Vibration," ASME J. of Dynamic Systems, Measurement, and Control, Vol. 112, pp. 76-82. 

  2. Singhose, W., 2009, "Command Shaping for Flexible Systems: A Review of the First 50 Years," Int. J. of Precision Engineering & Manufacturing, Vol. 10, No. 4, pp. 153-168. 

  3. Pang, J.-H. and Park, Y.-S., 1997, "Input Design to Reduce Residual Vibration for a Nonlinear Time-Varying System," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 21, No. 7, pp. 1106-1115. 

  4. Kang, C.-G., 2011, "On the Derivative Constraints of Input Shaping Control," Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 25, No. 2, pp. 549-554. 

  5. Kang, C.-G., 2011, "Performance Measure of Residual Vibration Control," ASME J. of Dynamic Systems, Measurement, and Control, Vol. 133, pp. 044501-1-6. 

  6. Rew, K.-H., Ha, C.-W. and Kim, K.-S., 2013, "An Impulse-time Perturbation Approach for Enhancing the Robustness of Extra-insensitive Input Shapers," Automatica, Vol. 49, pp. 3425-3431. 

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  8. Dhanda, A. and Franklin, G. F., 2010, "Optimal Control Formulations of Vibration Reduction Problems," IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 55, pp. 378-394. 

  9. Smith, O. J. M., 1957, "Posicast Control of Damped Oscillatory Systems," Proceedings of the IRE, Vol. 45, pp. 1249-1255. 

  10. Kim, B.-G., 2010, A Study on Position Stabilization for Tower Crane Payload, M.S. Thesis, Kumoh National Institute of Technology. (Korean) 

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  14. Kim, D. K., 2011, OpenCV Programming, GaMe Publishing Co. (Korean) 

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  20. Craig, J. J., 2005, Introduction to Robotics: Mechanics and Control (3rd ed.), Pearson Prentice Hall. 

  21. Ha, M.-T. and Kang, C.-G., 2015, "Wirelesscommunicated Computed-torque Control of a SCARA Robot and Two-dimensional Input Shaping for a Spherical Pendulum," Proc. of the 12th Intern. Conf. on Ubiquitous Robots and Ambient Intelligence (URAI 2015), pp. 58-62, KINTEX, Korea. 

  22. Jeong, B.-R., 2010, Real-time 3D Position Tracking Using a Feature Information of an Object, M.S. Thesis, Kangwon National University. 

저자의 다른 논문 :

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