중력보상 (Gravity Compensation)
쉽게 풀면
로봇이 자기 무게 때문에 아래로 처지지 않게, 미리 그만큼의 힘을 더해주는 기술이에요.
왜 중요한가
로봇팔이 정지해 있어도 자기 무게와 물체 무게를 버티려면 토크가 필요하며, 이를 모델로 미리 상쇄해 주면 제어기는 운동에만 집중할 수 있습니다. 직접교시 모드에서 사람이 가볍게 팔을 움직일 수 있는 것과 협동로봇의 저강성 제어가 이 보상 위에서 가능합니다. 이 보상이 없으면 사람이 로봇 팔을 손으로 끌어 움직이는 직접교시 때 팔 무게가 그대로 느껴지고 손을 떼면 팔이 처져, 협동로봇의 안전하고 자연스러운 상호작용을 위한 필수 요소로 다뤄집니다. 중력보상이 잘 된 로봇은 정지 상태를 유지하는 데 필요한 구동기 전력 소모도 줄어들어, 에너지 효율 측면에서도 실질적인 이점을 제공합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
논문에서 중력보상은 정적 평형 유지와 사용자 안전을 위해 협동로봇 제어에서 필수 요소로 설명됩니다.
이는 관절 모터의 부담을 줄이고 사람과의 물리적 접촉 시 안전성을 높이는 효과로 이어진다.
조금 더 깊게 보면
정확한 링크 질량과 무게중심이 필요해 동역학 파라미터 식별의 정역학 부분에 해당하며, 그리퍼나 물체를 바꾸면 그 부분을 갱신해야 합니다. 스프링이나 균형추로 기구적으로 보상하는 수동 방식은 전원이 꺼져도 팔이 떨어지지 않아 안전에 유리하지만, 작업공간 전체에서 완전한 보상은 불가능하다는 제약이 있습니다. 각 링크의 질량과 무게중심 위치를 알고 있으면 현재 관절각에서 중력이 각 관절에 가하는 토크를 미리 계산할 수 있어, 이를 제어 입력에 더해줌으로써 팔이 처지거나 떨리지 않고 자세를 유지하게 합니다.
주의할 점
중력보상은 로봇의 정확한 질량과 무게중심 정보를 필요로 하므로, 엔드이펙터에 물체를 파지하면 보상값을 다시 조정해야 한다. 질량이나 무게중심 파라미터가 실제 로봇과 다르게 추정되면 보상이 완전하지 않아 특정 자세에서 팔이 미세하게 처지는 잔여 오차가 남을 수 있어, 정기적인 파라미터 보정이 필요할 수 있습니다.