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모던 로보틱스역학, 계획 및 제어
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승인 2023.06.05  01:21:25
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이론적 개념과 실용적 응용을 모두 아우르는 로봇공학 분야에 대해 포괄적으로 소개하는 책이다. 운동학, 역학, 운동계획, 제어 등의 주제들과 더불어 최적화, 머신러닝 등 현대 기술 또한 다룬다. 책에 다양한 예시와 연습 문제가 포함돼 있고, 코드 라이브러리와 시뮬레이션 환경까지 제공해 독자들이 실질적인 로봇공학 경험을 쌓을 수 있도록 돕는다. 학부생과 대학원생, 로봇공학 분야의 연구자와 실무자 모두에게 도움이 될 책이다.

◈ 이 책의 구성 ◈
1장, '미리보기’에서는 로봇공학의 기본적인 개념과 이 책의 구성을 소개한다.
2장, ‘상태 공간’에서는 로봇의 모든 점의 위치를 명시하는 로봇 시스템의 컨피규레이션의 표현에 집중했다.
3장, ‘강체 운동’에서는 3차원 물리적 공간에서의 강체의 움직임을 수학적으로 어떻게 묘사할지에 대한 문제를 다룬다.
4장, ‘정기구학’에서는 개연쇄의 정기구학을 묘사하는 지수 곱(PoE, Product of Exponentials) 식을 제시한다.
5장, ‘속도 기구학과 정역학’에서는 관절 속도와 엔드 이펙터 좌표계의 선속도와 각속도 사이의 관계를 나타내는 속도 기구학에 대해 다룬다. 속도 기구학의 핵심은 정기구학의 자코비안이다.
6장, ‘역기구학’에서는 우선 역기구학으로 닫힌 형식의 해석적 해를 얻을 수 있는 유명한 6-자유도 개연쇄 구조를 살펴본다. 이후 자코비안의 역행렬을 이용해 일반적인 개연쇄의 역기구학을 풀 수 있는 반복적 수치 알고리듬을 유도한다.
7장, ‘폐연쇄의 기구학’에서는 폐연쇄의 기구학 분석을 위한 기본 개념과 도구를 공부한다. 먼저 평면상의 5절 링크와 스튜어트-고프 플랫폼 같은 메커니즘의 상세한 사례를 공부한다. 이 결과들은 이후 더 일반적인 폐연쇄 기구학에 대한 체계적 방법론으로 일반화된다.
8장, ‘개연쇄의 동역학’에서는 로봇의 동역학 방정식을 유도하기 위한 두 접근법을 살펴본다. 동역학 방정식의 해석적 유도뿐만 아니라 정동역학과 역동역학에 대한 재귀적 알고리듬 또한 소개한다.
9장, ‘궤적 생성’은 작업 입력 데이터 집합으로부터 관절 궤적을 자동 생성하는 것을 다룬다. (i) 관절 공간과 태스크 공간에서 점과 점 사이 직선 궤적 (ii) 특정 시간의 경유점들을 지나는 부드러운 궤적 (iii) 로봇동역학과 구동기 한계 아래 주어진 경로를 지나는 최단 시간 궤적 등 3가지 경우에 집중한다.
10장, ‘동작 계획’에서는 비정형의 작업 공간 사이로 관절 한계, 구동기 한계, 로봇에 부과된 다른 물리적 제약을 피하며 로봇의 충돌 회피 동작을 찾는 문제에 접근한다. 3가지 기본적인 접근인 격자 기반 방법, 샘플링 기반 방법, 가상 퍼텐셜 장(virtual potential fields) 기반 방법을 다룬다.
11장, ‘로봇 제어’에서는 로봇 동역학 모델을 고려하지 않은 피드백 제어의 한계를 살펴보고, 동역학 모델링과 피드백 제어를 결합한 토크 계산 제어(computed torque control)와 같은 동작 제어 알고리듬을 공부한다. 이후 로봇 운동 제어를 위해 배운 기본 내용들을 힘 제어, 하이브리드 운동-힘 제어, 임피던스 제어에 적용한다.
12장, ‘파지와 조작’에서는 로봇과 물체 사이의 접촉, 특히 접촉에 의해 물체의 운동에 가해지는 제약 조건과 마찰 접촉을 통해 전달되는 힘을 모델링한다. 이러한 모형과 더불어 형태 닫힘(form closure) 파지와 힘 닫힘(force closure) 파지로 물체를 고정하기 위한 접촉에 대해 공부한다. 또한 물체 밀기, 동적인 물체 운반, 구조의 안정성 시험 등 파지 외 문제들에 대해서도 접촉 모델링을 적용한다.
13장, ‘차륜 이동 로봇’에서는 마지막으로 차륜 이동 로봇과 로봇 팔을 갖춘 차륜 이동 로봇의 기구학, 동작 계획, 제어를 다룬다.

각 장의 마지막에는 중요한 개념들이 요약돼 있으며, 부록 A는 많이 사용되는 방정식을 정리하고 있다.

'모던 로보틱스 : 역학, 계획 및 제어'
케빈 M. 린치, 박종우지음ㅣ이병호, 윤상웅, 권재운, 김영훈, 김종민, 임중빈, 손민준, 정진,
이상현, 양우성 번역ㅣ858쪽 ㅣ 50000원
에이콘출판 펴냄

조규남 전문기자  ceo@irobotnews.com
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