[논문]PSD센서를 이용한 로봇팔 굽힘각 측정 시스템 기초 연구

고봉준; 김지선; 오한별; 김아희; 김준식; 이은숙; 백진영; 전재훈

PSD센서를 이용한 로봇팔 굽힘각 측정 시스템 기초 연구
Basic Research of Robot Arm Bending Angle Measuring System Using by PSD Sensor 원문보기

고봉준 (건국대학교 의료생명대학 의학공학부, BK21 플러스 의공학실용기술연구소) , 김지선 (건국대학교 의료생명대학 의학공학부, BK21 플러스 의공학실용기술연구소) , 오한별 (건국대학교 의료생명대학 의학공학부, BK21 플러스 의공학실용기술연구소) , 김아희 (건국대학교 의료생명대학 의학공학부, BK21 플러스 의공학실용기술연구소) , 김준식 (건국대학교 의료생명대학 의학공학부, BK21 플러스 의공학실용기술연구소) , 이은숙 (건국대학교 의료생명대학 의학공학부, BK21 플러스 의공학실용기술연구소) , 백진영 (건국대학교 의료생명대학 의학공학부, BK21 플러스 의공학) , 전재훈

현대기술의 발달로 인해 인간의 삶 중 많은 부분을 기계가 차지하고 있다. 특히 로봇공학 분야는 위험하거나 혹은 매우 정밀함을 요하는 일, 단순반복 등 인간이 기피하거나 하기 어려운 일을 대신 해줌으로서 많은 관심을 받고 있다. 이에 우리는 우리 생활에 가장 깊숙히 들어와 있는 로봇팔분야에 대해 말하고자 한다. 현재 로봇팔은 산업용은 물론, 의료용, 재해용 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 하지만 매우 정밀하고 정확한 작업을 위해 만들어져 있음에도 불구하고, 약간의 충격에도 이상이 생긴다거나, 기기의 이음세 부분의 잦은 회전으로 마모가 발생하게 되고 그에 따라 미세한 오차가 발생한다. 그런 상황을 방지하고자, 우리는 PSD(Position Sensitive Detecter)센서를 이용해 실시간으로 굽힘각을 측정 및 감시하여 보다 정확한 구동을 유도하려 한다. 이는 단순한 로봇팔만이 아닌 휴머노이드나 다른 회전을 이용하는 기기라면 어디든 쉽게 적용 할 수 있을 것이다.

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문제 정의

이에 따라 우리는 로봇팔의 가장 많은 움직임을 요하는 손목과 어깨에 해당하는 회전부위에 PSD센서를 부착하여 잦은 회전으로 인한 기기의 마모에서 발생하는 굽힘각의 오류를 보정하고, 실시간으로 움직임을 감시하여 기기의 정확도를 증가시킬 수 있는 시스템에 대한 기초적인 연구를 시행하였다.

제안 방법

실험은 회전축의 회전을 30°에서 330°까지 진행하였으며 이때A센서가 30°~180°, B센서가 180°~330°까지의 각도변화에 따른 출력 전압을 측정하였다.

데이터처리

위의 실험을 통해 얻은 아날로그 데이터를 DAQ board(NIUSB-6008, National Instrument)를 이용하여 A/D 변환, 그 후 Labview 8.0(National Instrument)으로 수집하였고, 이 데이터를 이용해 Matlab 2008b로 분석하였다.

성능/효과

후)출력값을">출력 값을 나타낸 것이다. 이 실험을 통해 우리는 두 개의 센서를 사용하였을 때 각도 변화를 측정이 가능함을 확인 하였다. 하지만 165 °에서 195 °의 각도 변화는 측정이 되지 않았다.

후속연구

본 연구를 활용해 로봇팔 뿐만이 아닌 관절시스템을 가진 다른 기기들까지 활용이 가능하게 되었으며, 이외의 다른 기기들의 관리 및 감시시스템에도 충분히 적용 할 것으로 사료된다. 추후 연구에서는 센서의 본 연구에서 제시한 PSD 센서 시스템은 반사체의 색깔에 영향이 적어기기의 색의 자유로우며 측정방법 또한 간단하여 누구나 손쉽게 확인이 가능 할 것이며, 기계적 마모가 악화되기 전 미리 예방하여 큰 사고를 미연에 방지 할 수 있을 것이다.
우리는 보다 정확하고 오류가 적은 로봇팔의 운용을 위해 본 연구를 시작하였고, 본 연구를 통해 광학적 접근법을 이용한 각도측정 시스템을 통해 로봇팔의 굽힘각의 변화를 손쉽게 측정이 가능하게 되었으며, 이를 통해 로봇팔의 운용이 더욱 편리해질 것이다.
후)적용할">적용 할 것으로 사료된다. 추후 연구에서는 센서의 여러가지 각도 및 반사체와의 다양한 거리를 조절하여 측정하지 못한 범위까지 측정 할 수 있을 것으로 예상된다.
이는 센서에서 나오는 적외선이 반사판에 도달하지 못한 것으로 예상된다. 추후의 연구를 통해 센서의 각도 및 반사판과의 거리에 따른 출력 변화를 연구하여 이 문제를 해결하려 한다.

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