두 개의 공간

산업용 로봇의 움직임에서 목표 위치와 이동 경로가 중요하다고 말씀드린 바 있습니다. (산업용 로봇은 어떻게 움직이는가)

여기서, 로봇의 이동 경로는 어떤 공간에서 이동하느냐에 따라 나눌 수 있는데, 로봇암을 포함한 산업용 로봇의 경우 일반적으로 두 가지 공간(two different spaces)이 있습니다.

조인트 공간 (Joint space)

로봇암은 링크와 조인트로 구성되어 있고, 조인트 각도에 따라 특정한 포즈(pose)를 취합니다. 그리고, 모터에 의해 조인트 각도를 제어합니다. 결국, 제어기를 통해 직접적으로 구동할 수 있는 부분은 조인트 각도(joint angle)입니다.

2축 링크 (출처: Modeling inverse kinematics, Math Works)

처음에 언급한 것처럼 로봇은 목표 위치를 향해 이동하는데, 각각의 위치는 특정한 조인트 각도를 갖습니다. 즉, 목표 위치 마다 목표 조인트 각도가 정해져 있다고 말할 수 있습니다.

현재 위치에서 다음 위치로 로봇이 움직이는 상황을 생각해보겠습니다. 조인트를 기준으로 본다면, 현재 조인트 각도에서 다음 조인트 각도로 각각의 조인트를 이동하면 됩니다.

로봇을 이동시킬 때, 가장 직접적인 제어 대상인 조인트 각도만을 고려하여 움직이는 것을 조인트 무브(joint move)라고 합니다. 이 경우 조인트 좌표계(joint coordinate system) 상에서 로봇을 제어한다고 표현할 수 있습니다.

쉽게 말하면, 조인트 공간(joint space)이란, 조인트 좌표계로 로봇을 표현하는 공간이며, 조인트 각도가 중심이 되는 공간입니다. 

조인트 공간에서는 직접 제어할 수 있는 조인트 각도만을 고려하기 때문에 로봇에게 가장 편한 공간이라고 할 수 있습니다.

직선 공간 (Linear space)

하지만, 사람은 데카르트 좌표계(Cartesian coordinate system)를 기준으로 하는 3차원 직선 공간(linear space)에 살고 있습니다. 

데카르트 좌표계 (출처: Cartesian coordinate system, Wikipedia)

로봇에 작업을 지시할 때, 우리에게 친숙한 직선 공간 상에서 로봇을 티칭하고 싶습니다.^[각주:1] 뿐만 아니라, 로봇의 작업 대상물 또한 직선 공간 상에서 설계 됩니다.

예를 들어, 로봇이 직사각형 책상의 모서리를 매끄럽게 다듬는 작업을 한다고 가정해보겠습니다. 울퉁불퉁하지 않고 매끈한 가장자리를 만들기 위해서는 로봇이 직선으로 움직여야 할 것입니다. 이 경우, 로봇의 이동 경로는 직선 공간 상에서 정의되어야겠죠?

그런데, 우리에게 친숙한 직선 공간에서 로봇을 이동시키기 위해서는, 데카르트 좌표계의 로봇 포즈를 조인트 공간 상의 좌표로 변환해야 합니다. 이러한 계산을 기구학(kinematics)라고 합니다. (참조: 기구학)

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잘못된 내용이나 질문 있는 분들은 편하게 댓글 달아 주세요. 감사합니다.

1. 조금 더 구체적으로 말하면, 로봇 툴중심점(tool center point)의 위치와 자세를 직선 공간 상에서 지정합니다. [본문으로]