Robot manipulators with a spherical wrist joint are widely used for industrial, general-purpose service, and medical robots. However, their base positioning is still achieved through trial-and-error methods based on the intuition and expertise of the robot user. Most previous studies do not provide optimal positioning methods suitable for practical applications because of their heavy computation burden and lengthy processing times. This paper proposes a new method to determine an optimal position of the articulated robot manipulator with a spherical wrist joint. The proposed method uses convex optimization to check the reachability of a given task without solving the inverse kinematics and to obtain the approximate range of allowable base positions. Particle swarm optimization is employed to determine the optimal base position by global search based on the range of allowable base positions. The simulation results show that the proposed method can provide faster and more reliable solution to the optimal positioning problem of the robot manipulator with respect to various objective functions and constraints
구형 손목 관절을 갖는 로봇 매니퓰레이터는 산업용 로봇뿐만 아니라 일반 서비스용, 의료용 로봇까지 여러 분야에서 널리 사용되고 있다. 하지만 아직까지도 로봇 매니퓰레이터의 베이스 위치 결정은 사용자의 경험과 숙련도를 바탕으로 수작업으로 이루어지고 있다. 로봇 베이스의 최적 위치를 구하기 위한 대부분의 기존 방법들은 큰 계산 부하와 긴 처리 시간으로 인해 실제 로봇에 적용하기에는 적합하지 못한 한계가 있다.본 논문에서는 구형 손목 관절을 갖는 다관절 로봇의 새로운 최적 위치 결정 방법을 제안한다. 제안한 방법은 볼록 최적화(convex optimization) 기법을 이용하여 역기구학 계산 없이도 로봇에 주어진 작업의 도달가능성을 확인하고 로봇 베이스 위치의 근사적인 허용가능 범위를 구한다. 또한, 이 로봇 베이스의 허용가능 범위를 기반으로 그 최적 위치를 효과적으로 전역 검색하는 알고리즘을 입자 군집 최적화(particle swarm optimization) 기법으로 구현한다. 시뮬레이션 결과는 제안한 방법이 다양한 목적함수와 구속조건에서 기존 방법보다 빠르고 정확하게 로봇 베이스의 최적 위치를 구할 수 있음을 보여준다.
