영공간운동 (Null-Space Motion)
쉽게 풀면
손끝은 그대로 둔 채, 팔꿈치 위치처럼 여유 있는 부분만 살짝살짝 움직이는 동작이에요.
왜 중요한가
중복 자유도 로봇에서 엔드이펙터를 움직이지 않은 채 관절만 재배치하는 운동으로, 이를 이용해 관절 한계 회피, 장애물 회피, 조작성 향상 같은 부수 목표를 주 작업과 동시에 달성합니다. 7축 협동로봇과 휴머노이드 제어의 핵심 기법입니다. 7축 협동로봇은 6자유도 작업에 대해 여유 자유도가 1개 남으므로, 팔꿈치 각 하나만 영공간 변수로 남아 비교적 단순하게 부수 목표를 구현할 수 있다는 점이 실무적으로 자주 활용된다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
논문에서 영공간운동은 여유 자유도를 부가 목적(장애물 회피, 특이점 회피, 관절한계 회피 등)에 활용하는 수단으로 소개됩니다.
여유 자유도를 이용한 영공간 운동의 실제 활용 사례를 보여줍니다.
조금 더 깊게 보면
영공간 투영 행렬로 부수 목표를 사상하면 주 작업에 영향이 없다는 것은 속도 수준에서만 성립하며, 가속도나 토크 수준에서는 동역학 결합 때문에 완전히 분리되지 않습니다. 영공간 운동이 누적되면 관절 형상이 표류해 특이점에 가까워질 수 있고, 여러 부수 목표가 서로 충돌할 때 우선순위를 어떻게 정할지가 중복성 해결의 설계 문제입니다. 영공간 운동은 야코비안의 유사역행렬로 만든 주작업 항에, 영공간 투영행렬을 곱한 보조작업 항을 더하는 형태로 구현되며, 보조작업의 목적함수로 관절한계로부터의 여유, 조작성, 장애물까지의 거리 등을 자주 사용한다. 여러 보조작업을 동시에 넣으면 우선순위가 낮은 작업이 높은 작업에 의해 완전히 가려질 수 있어, 계층적 이차계획법 같은 우선순위 처리 기법이 함께 쓰인다.
주의할 점
영공간운동은 중복자유도매니퓰레이터에만 존재하며, 완전구동(자유도와 작업공간 차원이 같은) 로봇에는 적용할 수 없다. 영공간 운동만으로는 관절 형상이 서서히 특이점 쪽으로 표류하는 것을 완전히 막지 못해, 장시간 반복 작업에서는 주기적으로 형상을 재설정하는 절차가 필요할 수 있다.