TU Wien의 Robotic Systems Lab - MATLAB을 사용한 실시간 테스트 사례

Franka Robotics는 관절형 로봇 팔을 비롯한 로봇 플랫폼과 시스템 개발에 집중하고 있는 독일 회사입니다. Franka 팀은 연구 고객이 컴퓨터 시뮬레이션과 실시간 물리적 테스트 간의 전환을 도울 수 있도록 Franka Toolbox for MATLAB^®을 개발했습니다. 오스트리아의 TU Wien Robotic Systems Lab의 Christian Ott 교수가 이끄는 연구진은 이러한 툴을 복잡한 시나리오에 적용합니다. 

한 시나리오에서는 Franka FR3 로봇이 복잡한 로봇 시스템의 Hardware-in-the-Loop 시뮬레이션 테스트에 활용되는데, 이 로봇 시스템은 서스펜디드 멀티로터 플랫폼에 부착된 매니퓰레이터로 구성됩니다. 연구원들은 MATLAB 및 Simulink^®를 사용해 시스템의 동역학을 완벽하게 시뮬레이션했으며, Franka 로봇이 매니퓰레이터의 엔드 이펙터 동역학을 모방하여 실제 접촉력 피드백을 제공했습니다. Franka Toolbox for MATLAB은 이 공정을 촉진해 Simulink을 통해 전체 시스템의 실시간 상호작용과 모니터링을 구현했습니다.

연구팀은 또한 이 툴박스를 Franka 로봇의 엔드 이펙터의 충돌 후 미끄러짐을 연구하는 데 적용했습니다. 이러한 접촉 미끄러짐을 억제하는 것은 망치질이나 스탬핑과 같은 로봇 응용 사례에 필수적입니다. TU Wien 연구원들은 접근 방향이 로봇의 관성 및 기구학 속성에 따라 달라지는 표적의 고유한 NSID(미끄럼 방지 충격 방향)와 일치하면 미끄러짐을 방지할 수 있음을 보여주었습니다. 예를 들어, 수직으로 미끄러지지 않는 충격을 허용하도록 최적화를 통해 적절한 목표 지점을 식별할 수 있습니다.

이 프로젝트의 모델 기반 분석은 MATLAB 및 Simulink를 사용하여 수행되었으며, Franka Toolbox for MATLAB를 사용하여 결과를 검증했습니다. 연구자들은 Simulink의 시뮬레이션에서 물리적 테스트로의 원활한 전환과 사용자 인터페이스를 쉽게 구현할 수 있는 기능이 유익하다는 것을 발견했습니다. 이 팀은 목표에 따른 NSID 변화를 보여주기 위해 대화형 시연을 만들었습니다. 사용자는 로봇의 실시간 애니메이션에서 해당 NSID를 관찰하면서 로봇을 원하는 목표로 안내할 수 있습니다. 목표가 설정되면 충격을 가할 수 있으며, 이는 미끄러짐이 NSID에서만 억제된다는 것을 보여줍니다.

Franka Toolbox for MATLAB를 사용하면 연구원이 Simulink에서 직접 Franka 로봇을 제어할 수 있으므로 효율적인 제어 시스템 구현, 온라인 파라미터 조정, 빠른 사용자 인터페이스 개발과 같은 MATLAB 및 Simulink 기능을 활용할 수 있습니다. Simulink에서 로봇 시뮬레이션과 실제 테스트 간의 원활한 전환을 촉진하여 팀 간 협업을 강화하고 애플리케이션에 대한 제어 시스템 개발에 집중할 수 있는 시간을 더 많이 확보할 수 있습니다.

앞으로 연구팀은 MATLAB 및 Simulink을 추가적인 로봇 하드웨어에 어떻게 사용할 수 있는지 탐구하는 데 관심을 갖고 있습니다.