In this thesis robot arm trajectory generation method for high-speed batting and ball direction control with articulated robot arm using off-the-shelf stereo vision sensor is proposed. In the previous research, High-speed batting is implemented using high quality vision sensor and robot arm. Using low-frame rate vision sensor, getting accurate position of the ball is important, because data sampling number is not enough. Circle-fit method is used to measure position of the ball accurately from irregular light environment. The ball trajectory is estimated using weighted least square method. As an application of high-speed manipulation, ball direction control is implemented using end-effector pose determined from normal vector. Also, constant velocity section in the robot arm trajectory generation is considered to increase success rate of the ball direction control. Maintaining orientation and velocity of end-effector before and after hitting time, make it possible to hit a ball with same orientation and velocity of end-effector although the time error exist.
본 연구에서는 영상 피드백을 이용한 고속 타격과 공 방향 제어를 위한 다관절 로봇 팔의 궤적 생성에 대해 연구하였다. 기존의 고속 타격 연구에서는 고성능의 비젼센서와 로봇 팔을 이용하여 연구를 수행하였다. 본 논문에서는 일반적인 비젼 센서와 로봇 팔을 이용하여 고속 타격과 공 방향 제어를 하기 위한 시스템 구성 방법과 이론을 제안 하였다.
고속 비젼 센서를 사용하지 않고 일반적인 비젼 센서를 사용함으로써 데이터 샘플링 개수가 적으므로 데이터를 정확하게 측정하는 것이 중요하다. 불균일한 조명 환경에서 공의 위치를 정확하게 측정하기 위해서 기존의 색상분할 방법에 원형 적합 방법을 적용하였다. 그리고 측정된 데이터로부터 공의 예상 궤적을 생성할 때 센서 데이터의 거리에 따른 정확도를 고려하여 가중치 최소자승법으로 더 정확하고 빠른 예상 궤적을 생성하였다.
고속 타격을 위해서 말단 장치의 속도가 최대가 되도록 하는 관절 각속도 경계조건을 부여하여 5~7m/s의 속도를 낼 수 있었다. 그리고 고속 타격의 응용으로 공 방향 제어 연구를 수행하였다. 공의 충돌 전후 속도와 로봇 말단 장치의 속도로부터 법선 벡터를 구하였고, 이 법선 벡터로부터 로봇 말단 장치가 취해야할 자세를 사원수를 이용하여 구하였다. 또한 시간 오차로터 발생하는 말단 장치의 자세와 속도 변화를 일정하게 유지시키기 위해서 로봇 팔 궤적에 등속 구간을 생성하였다. 공을 치는 시점 전후로 등속 구간을 생성함으로써 시간 오차가 존재하더라도 같은 속도와 같은 자세로 공에 타격이 가능하도록 하였다. 등속 구간을 생성으로 목표 지점에 공을 보내는 공 방향 제어 성공률을 20% 증가시킬 수 있었다.
