마찰보상 (Friction Compensation)
쉽게 풀면
관절이 움직일 때 생기는 뻑뻑함(마찰)을 미리 계산해서 그만큼 더 힘을 줘서 없애주는 기술이에요.
왜 중요한가
감속기와 베어링 마찰은 로봇 관절토크의 상당 부분을 차지하며, 이를 보상하지 않으면 저속에서 끊김 현상과 정상상태 오차, 힘제어에서 데드존이 생깁니다. 센서 없는 충돌 감지나 정밀 힘 추정에서는 마찰 모델의 정확도가 성능을 직접 결정합니다. 마찰을 보상하지 않으면 저속에서 로봇이 매끄럽게 움직이지 못하고 미세하게 걸리다 풀리는 스틱-슬립 현상이 나타나, 정밀 위치 제어나 힘 제어의 품질을 떨어뜨립니다. 협동로봇에서 사람이 팔을 손으로 밀었을 때 자연스럽게 반응하도록 하려면 마찰로 인한 불필요한 저항을 사전에 보상하는 것이 부드러운 상호작용 구현의 전제조건이 됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
논문에서 마찰보상은 관절 구동계의 비선형 마찰로 인한 오차를 줄이기 위한 모델 기반 보상 기법으로 소개됩니다.
두 가지 마찰 모델을 함께 써서 로봇이 천천히 움직일 때 생기는 위치 오차를 줄였다는 뜻이다.
조금 더 깊게 보면
쿨롱·점성·스트라이벡 모델처럼 속도만의 함수로 근사하는 것이 일반적이지만, 실제 마찰은 온도·하중·이력에 따라 변하고 속도 0 부근에서 불연속이어서 과보상하면 관절이 스스로 진동합니다. 방향 전환 시의 정지 마찰과 백래시가 겹쳐 나타나 둘을 분리 식별하기 어려우며, 관절 하중에 따라 마찰이 달라지는 효과는 단순 모델에서 흔히 빠집니다. 마찰은 속도에 비례하는 점성마찰과 정지 상태를 벗어나는 순간에 나타나는 정지마찰(스틱션)로 나뉘며, 특히 저속 구간에서는 정지마찰의 비선형성 때문에 단순한 선형 모델로는 정확한 보상이 어렵습니다.
주의할 점
마찰 모델은 온도, 마모 등에 따라 시간이 지나며 변할 수 있어 고정된 파라미터만으로는 완전한 보상이 어렵다. 마찰 모델을 지나치게 단순화하면 저속 정밀 위치 제어에서 미세한 떨림이나 위치 오차가 남을 수 있어, 정밀 작업이 요구되는 로봇일수록 실측 데이터 기반의 정교한 마찰 모델링이 필요합니다.