알기쉬운 로봇입문

제1장 로봇이란? • 1
제2장 로봇의 운동학 • 5
1. 순운동학과 역운동학 7
순운동학과 역운동학 7
3차원 공간상의 n 링크 머니퓰레이터의 운동학적인 기술 8
벡터의 회전 9
벡터의 평행이동 11
회전과 평행이동을 하는 벡터 11
2. 자세각 15
3. Denavit-Hartenberg [D-H] 표현 16
4. 자코비안(Jacobian) 20
분해속도제어(Resolved Motion Rate Control) 21
특이자세 21

제3장 로봇의 동역학 • 25
1. 라그랑주 운동방정식 27
2. 머니퓰레이터의 운동방정식 30
3. 관절모델과 운동방정식 34

제4장 액추에이터 • 37
1. DC 모터 40
DC 모터의 작동원리 40
DC 모터의 종류 42
DC 모터 모델 및 토크-각속도 관계 42
DC 모터의 PWM 제어 47
2. 스텝모터(Stepper motor) 50
3. 유압과 공압(Hydraulics and Pneumatics) 53
4. 재료형 액추에이터 56
압전소자(Piezoelectric actuator) 56
형상기억합금(Shape Memory Alloy) 57
5. 소프트 액추에이터(Soft Actuator) 59

제5장 센서 • 61
1. 특성 63
2. 위치센서 64
포텐셔미터(Potentiometer) 64
엔코더(Encoder) 64
LVDT(Linear Variable Differential Transformer) 66
리졸버(Resolver) 67
3. 가속도 센서(Acceleration sensor) 68
4. 힘 및 압력센서(Force and Pressure sensor) 70
압전식 센서 70
저항식 센서 72
스트레인 게이지(Strain gauge) 72
Load cell 75
F/T 센서(Force and Torque sensor) 75
5. 접촉 및 촉각센서(Touch and Tactile sensor) 78
6. 거리 센서(Range finders) 80
삼각측량(Triangulation) 80
주행거리 측정방법(TOF; time of flight) 80
초음파 센서(Ultrasonic sensor) 81
레이저 레인지 센서(Laser range sensor) 81
GPS(Global Positioning System) 83
7. 방향센서(Heading sensor) 85
나침반(Compass) 85
자이로스코프(Gyroscope) 85

제6장 영상처리 기초 • 87
1. 해상도(Resolution)와 양자화(Quantization) 89
2. 히스토그램(Histogram) 91
히스토그램 균등화(Histogram equalization) 91
3. 임계화(Thresholding) 93
4. 평활화 필터(Smoothing filter) 94
평균 필터(Mean filter) 94
미디언 필터(Median filter) 94
5. 윤곽 검출(Edge detection) 96
영상 기울기(Image gradient) 97
미분에 의한 윤곽 검출 98
윤곽 검출 연산자 99
6. Template matching 102
7. 형상해석 104
면적, 주위길이, 복잡도 104
모멘트(Moment) 104
Hough 변환 106

제7장 로봇의 이동(Locomotion of Robot) • 109
1. 경로계획(Path Planning) 112
전위필드(Potential field) 방식 112
Dijkstra 알고리즘 114
A* 알고리즘 115
2. 위치인식 117
거리센서 기반방식 118
인공표식(Artificial landmark) 방식 118
자연표식(Natural landmark) 방식 119


부록 A 전기기초 • 123
1. Kirchhoff(키르히호프)의 법칙 123
Kirchhoff의 전류법칙(KCL) 123
Kirchhoff의 전압법칙(KVL) 124
2. 전압 및 전류분배 125
전압분배 원리 125
전류분배 원리 126
3. 휘트스톤 브리지 127
Wheatstone bridge 127
힘 측정 128
4. 직류회로 해석 130
노드전압 해석(Node voltage analysis) 130
망전류 해석(Mesh current analysis) 131
5. 교류회로 해석 133

부록 B 제어기초 • 136
1. 제어시스템의 개요(Open loop, Closed loop control) 136
제어시스템의 정의 및 응용 136
제어시스템의 구조 136
2. 동적 시스템의 모델링(직선운동, 회전운동, 모터) 138
라플라스 변환(Laplace transform) 138
라플라스 변환 개요 139
직선운동 143
기어가 있는 회전운동 144
DC 모터 145
3. 2차 시스템의 응답 특성(과도응답) 147
4. 정상상태 오차 150
5. PID 제어 152

참고문헌 • 155