2 자유도 레일 장치의 모델링 및 캘리브레이션 연구
A Study on the 2-DOF Rail Device's Modeling And Calibration
- 주제(키워드) 2 자유도 레일 , 캘리브레이션
- 주제(DDC) 621.8
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 채장범
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000031446
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
레이저 트래커는 반구 형상의 타겟(리플렉터)에 레이져 빔을 발산하여, 타겟의 중심위치를 정밀하게 측정할 수 있는 장치로서, 레이저 트래커 기준좌표계 [L]에 대한 타겟의 중심 위치을 계산해 준다. 만일 레이저 트래커를 이동시키면서 대상물들을 측정해야 한다면, 레이저 트래커의 기준좌표계, 즉 측정 기준좌표계 [L]가 이동되는 것이다. 모든 측정 데이터가 하나의 월드 좌표계 에 대하여 표현 되어야하기 때문에, 이 월드 좌표계 에 대한 이동된 측정좌표계 [L]의 위치/방향을 정밀히 알아내야한다. 본 연구에서는 첫 번째, 다수의 타겟(리플렉터)들을 고정된 벽에 부착시키고, 이를 이용하여 벽에 고정된 월드 좌표계[World] 를 정의하였다. 그리고, 이동된 레이저 트래커에서 이들 벽에 고정된 다수의 타겟들의 위치를 측정함으로써, 월드 좌표계[World] 에 대한 이동된 측정좌표계의 위치 및 방향을 정밀히 알아내는 방법을 연구하였다. 두 번째로는, 레이저 트래커를 이동시키는 장치가 2 자유도 레일인 경우, 2 자유도 레일의 이동 명령(L1,L2) 의 값에 따라 레이저 트래커 이동 위치/방향이 변할 것이다. 만약 월드 좌표계[World] 에 대한 이동된 레이저 트래커의 위치/방향을 정밀히 계산 할 수 있다면, 이동된 레이져 트래커의 위치에서 측정할 4개의 타겟들의 위치를 계산할 수 있으며, 레이져 트래커에게 측정할 위치를 알려줌으로써, 그 측정을 자동화 시킬 수 있다. 즉, 이동된 레이저 트래커에서 벽에 고정된 타겟들의 위치 측정을 자동화 하기 위해서는 월드 좌표계[World] 에 대한 레일에 의해 이동된 레이저 트래커의 위치 및 방향을 정밀히 계산할 수 있어야한다. 이를 위해 2 자유도 레일의 기구학적 켈리브레이션 방법을 제시하고, 시뮬레이션을 통한 실험을 수행하였고 그 타당성을 입증하였다.
more목차
제 1장 서론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구 내용 6
제 2 장 레이저 트래커(Laser Tracker)의 위치/방향 추정 7
2.1 개요 7
2.2 임의의 위치로 이송된 레이저 트래커의 위치/방향 추정모델 8
2.3 임의의 위치로 이송된 레이저 트래커의 위치/방향 추정(Estimation) 10
2.4 컴퓨터 시뮬레이션 (Computer Simulation)을 통한 레이저 트래커의 위치/방향 추정 실험 및 그 결과 12
2.4.1 측정에 위치 오차가 없다고 가정한 경우의 레이저 트래커 위치/방향 추정 13
2.4.2 측정에 위치 오차가 있다고 가정한 경우의 레이저 트래커 위치/방향 추정 14
제 3 장 2 자유도 레일(Rail)의 캘리브레이션(Calibration) 18
3.1 개요 18
3.2 2 자유도 레일의 공칭 기구학적 모델(Nominal Kinematics Model) 19
3.3 2 자유도 레일의 Calibrated 기구학적 모델(Calibrated Kinematics Model) 21
3.4 선형 독립적인(Linearly Independent) 모델 파라미터의 정의 23
3.5 시뮬레이션을 통한 각 리플렉터들의 위치 측정 방법 및 모델 파라미터 추정 과정 24
3.6 선형 독립적인 모델파라미터의 추정(Estimation) 및 비선형(Non-Linear)위치/방향 방정식의 해법 25
제 4 장 컴퓨터 Simulation을 통한 2자유도 레일의 캘리브레이션 수행 실험 결과 29
4.1 시뮬레이션을 통한 실험 과정 29
4.2 초기 에 대한 리플렉터들의 측정된 위치 30
4.3 측정 시뮬레이션 수행을 위해 가정된 모델 파라미터의 Real Value 30
4.4 측정에 오차가 없다고 가정한 경우의 캘리브레이션 시뮬레이션 31
4.4.1 시뮬레이션을 통한 리플렉터들의 위치 측정 31
4.4.2 각 레일 위치에서 추정한 4개의 레이저 트래커의 위치 및 방향 32
4.4.3 레이저 트래커의 위치 및 방향 데이터를 이용한 모델 파라미터의 추정 32
4.5 측정에 오차가 있다고 가정한 경우의 캘리브레이션 시뮬레이션 33
4.5.1 Case 1: 작은 양의 위치 측정 오차가 있다고 가정한 경우 34
4.5.2 Case 2: 상당한 양의 위치 측정 오차가 있다고 가정한 경우 37
4.5.3 시뮬레이션을 통한 실험 결과 40
제 5 장 결론 및 향후 연구 과제 42
참고문헌 43
Appendix 45
A. Newton-Rapson 방법 기반의 최적화 방법 45
