본문내용
1. 서론
1.1. 탐구 동기
책, 텔레비전 프로그램, 학교 활동 등을 통해 진로 탐색을 하던 중 로봇에 대해 알게 되었다. 로봇은 각종 매체에서도 많이 나오는 소재라서 익숙하기도 하였지만, 이번 기회에 자세히 알 수 있게 되었다. 나는 로봇을 영화에 나오는 인간을 닮은 기계라고만 생각하고 있었는데 제조공장에서 조립과 용접 등을 수행하는 자동화된 기계 또한 로봇을 산화 로봇이라고 부른다. 그리고 환경을 인식하고 스스로 판단하는 능력을 갖춘 로봇을 지능형 로봇이라고 부른다. 그리고 우리가 생각하는 인간을 닮은 로봇을 안드로이드라고 부른다. 그리고 이러한 안드로이드들은 실용화가 되지는 않았지만, 현재 활발히 연구되고 있으며 로봇 대회 등에도 등장한다. 나는 이것을 보고 로봇을 만들기 위해서는 어떠한 과정이 필요하며 이러한 로봇을 연구하기 위해서는 어떠한 공부가 필요한지 궁금하여 본 탐구를 진행하게 되었다.
1.2. 탐구 목적
로봇공학을 위한 노력을 알게 되어 이를 실천할 수 있는 계기가 되었다. 나는 로봇공학에 대해 잘 알게 되었고 로봇공학을 위한 노력을 알게 되어 이를 실천할 수 있는 계기가 되었다. 로봇공학이라는 학과는 생각보다 많은 대학에 개설되어 있지 않아서 그에 맞는 대학을 가기 위해서는 수많은 노력을 해야 겠다고 생각했다. 또한 로봇공학을 졸업하고 나서 내 진로를 조사할 수 있게 되어서 유익했다.
2. 로봇공학의 개요
2.1. 로봇공학의 정의와 특징
로봇공학은 기계, 전기, 전자, 컴퓨터공학 등 다양한 분야에서 합쳐진 융복합 분야이다. 로봇공학은 로봇에 관한 과학이며, 여러 학문들이 접점이 발생하면서 이루어지는 학제간의 연구 영역이라고 할 수 있다. 대학교에서 로봇공학을 배울 때는 초반에 기계, 전기, 전자, 컴퓨터공학, 생명 등의 기본이 되는 이론들을 습득하고, 정역학, 동역학을 포함한 기구적인 해석에 대해서 배운다. 또한 구동기, 센서, 시각 시스템과 요소기술에 대해서도 공부하게 된다. 이처럼 로봇공학은 다양한 학문들이 융합된 학제적 연구 분야이며, 복잡하고 다양한 기술이 종합적으로 요구되는 특징을 가지고 있다.
2.2. 로봇의 구성요소
로봇의 구성요소는 엑추에이터, 제어 시스템, 엔드 이펙터, 매니퓰레이터, 센서 등으로 이루어져 있다. 매니퓰레이터는 다시 조인트, 링크, 엑추에이터, 엔드 이펙터, 베이스 등의 요소로 구성된다.
링크는 관절과 관절을 이어주는 강체로, 길이, 비틀림각도, 링크 간 전위, 회전 등 4가지 매개변수로 표현된다. 이 중 전위와 회전이 변하는 부분이 작동에 관여한다.
엑추에이터는 로봇의 구동부로, 모터나 유압실린더 등이 이에 해당한다. 센서는 로봇의 위치, 속도, 힘 등 다양한 정보를 감지하여 제어 시스템에 전달하는 역할을 한다.
엔드 이펙터는 로봇의 마지막 부품으로, 작업도구나 그리퍼 등의 기능을 수행한다. 제어 시스템은 센서 정보를 바탕으로 엑추에이터를 제어하여 로봇의 동작을 구현한다.
이처럼 로봇은 다양한 요소들이 유기적으로 결합된 복합 시스템이라고 할 수 있다.
2.3. 로봇의 작동 원리
로봇의 작동 원리는 다음과 같다.
로봇은 구동부에 엑추에이터, 센서, 링크, 조인트, 그리퍼 등 다양한 부품이 결합하게 되는데 이때 조인트의 개수가 그 로봇의 자유도를 결정하게 된다. 자유도는 최소 6개를 가져야 하며, 이는 병진운동을 위한 직교좌표 x,y,z축과 회전운동을 위한 직교좌표 x,y,z축으로 구성된다. 자유도가 늘어나면 로봇의 동작 가능 경우의 수가 급격히 증가하지만, 실제 현장에서는 자유도가 높은 로봇은 잘 이용하지 않는다.
로봇의 작동 과정은 다음과 같다. 먼저 Trajectory Planning(경로 계획)을 통해 로봇의 시작점에서 끝점까지의 이동 경로에 대한 시간, 위치, 속도, 가속도 등을 결정한다. 그 다음에 Kinematics(정기구학)와 Dynamics(동역학), Inverse Kinematics(역기구학), Inverse Dynamics(역동역학)의 과정을 거친다.
정기구학은 관절 각도를 이용해 로봇 end-ef...
