This thesis deals with impedance control of robot manipulator using nonlinear impedance model with finite time convergence characteristics. Impedance model is an essential part of impedance control. So far, however, linear mass-damper-spring model is applied to robot manipulator because of the convenience of design and analysis.
To enhance the tracking performance and guarantee stable compliant motion, nonlinear impedance model is proposed in this thesis. Proposed model has a finite time convergence characteristics and includes linear model. Contact stability is proved using graphical analysis in phase plot. In addition, the design guide line of the proposed impedance model is presented for contact with environment.
The proposed model is applied to robot using Time Delay Control. The performance enhancement and stable contact analysis is conformed through experimental comparison with linear model using 1-DOF and 2-DOF SCARA type industrial model.
Compared with linear mass-damper-spring impedance model, The proposed impedance model provides not only better tracking performance in free space, but also stable compliant contact with the environment in constrained space.
본 논문은 유한시간 수렴특성을 가지는 비선형 임피던스 모델을 이용한 로봇 매니퓰레이터의 임피던스 제어를 다룬다. 임피던스 모델은 임피던스 제어에서 중요한 부분이다. 그러나 지금까지 임피던스 제어에서는 분석과 설계상의 용이성 때문에, 선형 질량-감쇠기-스프링 모델이 사용되었다.
따라서, 본 논문에서는 궤적추종성능과 안정적 접촉 움직임을 보장하는 비선형 임피던스 모델을 제안하고자 한다. 제안한 모델은 유한시간 수렴특성을 가질 뿐 아니라 선형 임피던스 모델을 모두 포함하며, 페이즈 플롯에서의 분석을 통해 환경과의 접촉상황에서의 안정적 접촉이 가능함을 확인하였다. 더하여 제안한 모델의 설계가이드라인을 제공하여 실제 사용에 있어 편의를 도모하였다.
더하여 제안한 모델을 로봇에 적용하기 위하여 시간지연제어(Time Delay Control)을 이용하였다. 그리고 궤적추종성능의 향상과 안정적인 접촉움직임을 검증하기 위하여 산업용 로봇을 이용하여 1자유도 및 2자유도 임피던스 제어 실험을 수행하였다.
마지막으로, 실험을 통하여 선형 모델과 비교한 결과를 살펴보면, 제안한 임피던스 모델은 궤적추종성능이 향상될 뿐 아니라, 환경과 접촉시 안정적 작업수행이 가능함을 확인할 수 있다.
