The Journal of the Korea Contents Association (한국콘텐츠학회논문지)

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Development of Web-based User Script Linking System for Three-dimensional Robot Simulation

3차원 로봇 시뮬레이션 환경을 위한 웹 기반의 사용자 스크립트 연동 시스템 개발

  • Received : 2018.12.20
  • Accepted : 2019.01.29
  • Published : 2019.02.28
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Abstract

Robotic motion is designed by the rotation and the translation of multiple joint coordinates in a three-dimensional space. Joint coordinates are generally modeled by homogeneous transform matrix. However, the complexity of three dimensional motions prefers the visualization methods based on simulation environments in which models and generated motions work properly. Many simulation environments have the limitations of usability and functional extension from platform dependency and interpretation of predefined commands. This paper proposes the web-based three dimensional simulation environment toward high user accessibility. Also, it covers the small size web server that is linked with Python script. The non linearities of robot control apply to verify the computing efficiency, the process management, and the extendability of user scripts.

로봇의 움직임은 3차원 공간상의 다관절 좌표계의 회전 및 이송으로 표현된다. 이러한 좌표계 모델링을 위해 동차 변환 행렬의 관계식으로 표현하나 복잡한 3차원 공간상의 움직임을 고려하여 시각화 기법을 이용한 시뮬레이션 환경 기반의 모델링 및 생성한 동작의 확인이 필수적이다. 기존 시뮬레이션 환경의 경우, 플랫폼 의존도가 높으면 정해진 명령어의 수행으로 구성되어 사용성 및 확장의 한계성이 있었다. 본 논문에서는, 웹 기반의 3차원 시뮬레이션 환경을 구축하고, 소형 웹 서버 모듈과 사용성이 용이한 Python 스크립트의 연동 방식을 통해 높은 사용자 접근성을 얻고자 한다. 또한 로봇 제어를 위한 비선형 모델의 적용 사례를 통해 제안된 시스템의 연산 능력, 프로세스 관리 방식의 성능 및 사용자 스크립트 연동을 통한 확장성을 검증하고자 한다.

Keywords

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그림 1. 웹 브라우저 기반 클라이언트 환경 과 로컬 영역에서의 소형웹서버, 임베디드 Python 인터페이스로 구성된 웹 기반 시뮬레이션 환경의 시스템 구성도

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그림 2. Post 방식의 엡 프로토콜 데이터

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그림 3. 웹 소켓 호출시의 웹 프로토콜 데이터

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그림 4. WebGL 기반의 Kuka K200 로봇의 외관 표현 및 내부 관절 좌표계의 기구적 표현

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그림 5.웹 기반 Python 구동에 의한 로봇 시뮬레이션 환경

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그림 6. 동차행렬을 이용한 Python 기반 스크립트(상) 및 웹 기반의 3차원 화면 구성 사례(하)

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그림 7. 시간에 따른 각도 변화(상), 동적 변화가 심한 M 행렬의 M11요소와 중력, 코리올리 항의 변환(하)

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그림 8. 비선형 구동, 동역학, 제어기를 이용한 시뮬레이션 사례. PD 제어(상) 및 SMC 제어(하)

표 1. 의사 역행렬 정확도 비교

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