본 연구에서는 로봇 말단부의 자세(위치, 방위)를 측정할 수 있는 와이어 병렬 메카니즘을 개발하였다. 로봇의 자세 측정은 로봇의 보정이나 정밀도 향상을 위해서는 필수적인 것으로 이제까지 많은 연구가 이루어져왔으나 대부분 기존의 각종 측정 방법들을 응용한 것으로 로봇과 같이 6자유도 측정이 요구되는 환경하에서는 측정의 한계가 있었으며, 또 마이크로 이상의 측정 정밀도가 요구되는 경우를 고려하면 그 비용 및 사용에 있어서 비경제적이며 비효율적이었다.
본 연구에서 개발된 와이어 병렬 메카니즘은 직렬 구조에 비해 높은 정밀도를 가지는 병렬구조로 설계되어 로봇 말단부와 결합되는 로봇 결합부가 움직임에 따라 각 링크에서 그 길이를 측정함으로써 로봇 말단부의 위치와 방위를 구하게 된다. 이때 각 링크는 와이어가 사용됨에 따라 측정장치로써 넓은 측정영역을 가질 수 있도록 하였다.
메카니즘은 로봇 말단부와 장착되는 로봇 결합부, 바닥판 및 이들을 연결하는 6개의 와이어 링크로 구성되어 있으며, 로봇 결합부는 'T'자형의 형상으로 설계되어 기구학 해석 및 로봇 말단부와의 결합을 용이하게 하였다.
병렬 구조의 기구학에서 나타나는 정기구학의 복잡한 비선형 방정식은 수치해석 방법과 메카니즘의 기하학적인 형상을 이용하여 풀었으며, 6개의 와이어 사용에 따라 구해지는 다수의 해는 로봇 결합부 상단면에 설치된 수준기를 이용하여 기울어진 방향을 판독함으로써 유일해를 결정하였다.
링크를 와이어로 사용함에 따른 와이어 길이 측적의 오차는 와이어에 작용하는 인장력에 따른 축 방향 변위와 와이어의 자체 중량에 의해 발생하는 처짐을 각각 고려하여, 측정된 와이어 길이로부터 정기구학의 해석에 필요한 해석용 와이어 길이를 직접 도출할 수 있는 와이어보상 계수를 결정하였다.
측정 영역은 X-Z평면과 Y-Z평면에 대해 'T'자형인 로봇 결합부의 위치와 바닥판에 설치된 와이어 뭉치의 회전 가능 범위를 고려하여 각 평면을 8개의 영역으로 구분하여 해석하였다. 해석 결과 각 평면은 부채꼴 모양의 비교적 넓은 측정역역을 가졌으며, 사용된 와이어의 최대 길이에 따라 그 영역이 결정됨을 알 수 있었다.
개발된 와이어 병렬 메카니즘은 3차원 좌표 측정기(CMM)를 이용하여 와이어 길이 측정의 보정 및 메카니즘의 성능을 실험하였다. 30개의 임의의 자세에 대한 와이어 길이 측정 결과, 최대 절대 평균 오차 및 표준편차는 Wire 2에 각각 0.0321mm 및 0.0415mm 였으며, 위치 및 방위의 측정 정밀도에 있어서는 5개의 임의의 자세에 대한 실험을 통해 CMM과 비교해본 결과 ±0.05 mm 및 ±0.1°이내의 오차를 가졌다. 따라서 본 논문에서 개발된 와이어 병렬 메카니즘은 저 비용으로 6자유도 측정이 요구되는 로봇의 보정작업을 위해 효과적으로 사용될 수 있다
