Active Contact Flange를 이용한 표면 가공 작업 접촉력 제어에 관한 연구

Abstract

본 논문에서는 기존의 표면 가공 자동화에서의 힘/위치 동시 제어를 통한 불안정한 힘 제어를 따로 분리하여 작업할 수 있게 하는 Active Contact Flange(ACF)를 제안한다. ACF는 로봇팔의 끝단의 가공장치와 로봇팔 사이에 설치되어 작업물과 가공장치 사이에 일정한 접촉력을 유지시켜 표면 가공 작업에 있어 좋은 결과물을 얻을 수 있도록 도와주는 장치다. 기존의 접촉력 유지를 위해 구조가 복잡하거나 고가의 장비를 사용했던 것과 달리 ACF는 공압 실린더와 Pressure Regulator 만을 사용하여 경제성과 환경, 효율 등을 고려하였다. 하지만 ACF 시스템이 사용하는 공압에는 비선형성이 존재하기에 그에 적합한 제어전략을 통한 접촉력 제어를 한다. 기존의 PID 제어기의 경우 간단하고 성능이 좋지만 게인이 고정되어 외란에 대한 불확실성이 있고, Fuzzy의 경우 Fuzzy rule을 정하는데 어려움이 있다. 그러므로 본 논문에서는 간단하고 외란에 우수한 성능을 보이는 Integral Sliding Mode Controller를 적용하여 ACF의 접촉력 제어를 하였다. ACF의 Pressure Regulator와 공압 실린더의 모델링을 활용한 시뮬레이션을 제작하여 검증하고, 계산한 모델링을 바탕으로 Integral Sliding Mode Controller를 구성하여 접촉력 추적 성능을 구현하였다.|In this paper, we propose an Active Contact Flange (ACF) that enables the separate control of unstable force control through simultaneous force / position control in conventional surface machining automation. ACF is installed between the robot arm's processing equipment and the robot arm to maintain a constant contact force between the workpiece and the processing equipment to help get a good result in the surface machining work. Unlike conventional structures that use complex or expensive equipment to maintain contact force, ACF uses only pneumatic cylinders and pressure regulators to consider economics, environment, and efficiency. However, there is a nonlinearity in the pneumatic pressure used by the ACF system. In the case of the existing PID controller, the performance is simple and good, but the gain is fixed and there is uncertainty about disturbance. In the case of Fuzzy, it is difficult to determine the fuzzy rule. Therefore, in this paper, the contact force control of ACF is applied by applying the Integral Sliding Mode Controller which shows simple and excellent disturbance performance. The contact force tracking performance is realized by constructing and verifying the simulation using the ACF pressure regulator and the pneumatic cylinder modeling, and constructing an integral sliding mode controller based on the calculated modeling.