힘 제어 및 임피던스 제어 기초 — 촉각을 사용할 수 있는 로봇 만들기

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위치 제어, 즉 로봇 팔에 "이 좌표로 이동"이라는 명령만 내리는 방식은 팔이 자유 공간에서 움직일 때는 잘 작동합니다. 하지만 목표물이 단단한 표면 너머에 있다면, 위치 오차를 줄이는 과정에서 큰 접촉력이 발생할 수 있습니다. 이 접촉력의 크기는 이득, 기계적 및 환경적 강성, 접근 속도, 토크 한계 등에 따라 달라집니다. 접촉이 반드시 위치 제어 실패로 이어지는 것은 아니지만, 접촉력을 제어하기 위해서는 추가적인 설계가 필요합니다. 이 글에서는 이러한 구체적인 실패 사례, 즉 "접촉 순간에 무슨 일이 일어나는가"를 중심으로 시작하여, 가상의 스프링, 댐퍼, 질량을 이용하여 힘과 로봇 운동 사이의 관계를 정의하는 임피던스 제어, 그 인과 관계를 역전시키는 어드미턴스 제어, 그리고 위치와 힘을 공간 방향으로 분리하는 하이브리드 위치/힘 제어에 이르기까지, 관련 방정식을 체계적으로 살펴봅니다.

현장에서 힘과 촉각을 감지하는 로봇 손

이미지: Robotic Hand at Hannover Messe 2016 (NearEMPTiness, CC BY-SA 4.0), Wikimedia Commons. 본문에서 논의되는 임피던스 또는 어드미턴스 제어의 특정 구현이 아니라, 접촉 및 악력을 감지하는 대표적인 다지형 로봇 손 모형입니다.

0. 이 글의 내용

로봇이 주변 환경과 접촉하는 작업에서 위치 제어만으로는 처리할 수 없는 이유
힘 제어가 다루는 입력(위치/힘 감지)과 출력(토크, 관절 각도) 간의 관계
임피던스 제어가 "가상 스프링, 댐퍼, 질량"을 통해 위치 오차와 힘을 연결하는 방식
어드미턴스 제어가 임피던스 제어의 인과 관계를 반전시키는 설계 방식
하이브리드 위치/힘 제어의 기본 개념 - 제약 조건과 자유 방향을 공간적으로 분리하는 방식
순수 힘 제어, 임피던스 제어, 어드미턴스 제어, 하이브리드 제어의 차이점 및 각각의 사용 시점
경직된 환경, 마찰, 센서 노이즈가 힘 제어를 어렵게 만드는 이유
산업용 로봇 조립/연마, 협업 로봇 안전 기능, 휴머노이드 보행 등 다양한 작업 환경에서 제어 방식 선택의 변화

1. 결론부터: 힘 제어란 무엇인가 힘 제어와 임피던스 제어는 다음과 같습니다.

간단히 말하자면, 힘 제어는 로봇의 손(또는 관절)이 환경에 가하는 힘이나 환경으로부터 받는 힘을 위치뿐만 아니라 명시적인 제어 목표로 삼는 프레임워크입니다. 그리고 그 프레임워크 내의 대표적인 설계 방식 중 하나인 임피던스 제어는 위치 오차와 힘 사이의 관계를 가상의 스프링, 댐퍼, 질량(기계적 임피던스)으로 정의함으로써 힘을 간접적으로 제어합니다.

여기서 중요한 차이점은 "힘을 직접 명령하는 것"과 "힘과 위치 사이의 관계를 정의하는 것"이 서로 다르다는 것입니다. 순수 힘 제어는 "이 방향으로 10N의 힘을 발생시켜라"와 같이 힘 자체를 목표로 하는 반면, 임피던스 제어는 위치와 힘 사이의 행동 규칙을 목표로 합니다. 즉, "위치가 변동하면 변동량에 비례하는 힘으로 밀어내거나(또는 밀려나도록 내버려 두어라)"와 같은 규칙입니다. 이후 섹션에서 살펴보겠지만, 이러한 차이는 접촉에 내재된 불확실성에 대한 로봇의 견고성에 큰 영향을 미칩니다.

2. 높은 강성을 가진 위치 제어가 큰 접촉력을 발생시키는 이유

대부분의 산업용 로봇 팔은 위치 제어를 기반으로 하며, 이는 고이득 PD 제어를 사용하여 목표 관절 각도를 끊임없이 추적합니다. 로봇 팔이 자유 공간에서 움직일 때는 아무런 문제가 발생하지 않습니다. 단순히 목표 위치와 현재 위치 사이의 차이(오차)를 줄이기 위해 토크를 출력하고, 로봇 팔은 의도한 궤적을 정확하게 따라갑니다.

문제는 로봇 팔이 단단한 물체와 접촉하는 순간 발생합니다. 위치 제어 컨트롤러는 "목표 위치에 도달하지 못했다"는 오차를 계속 감지하고 이를 줄이기 위해 토크를 계속 출력합니다. 하지만 주변 환경(테이블 상판, 나사 구멍 벽 등)은 움직이지 않기 때문에 로봇 팔은 더 이상 움직일 수 없습니다. 이상적인 강체 접촉 상황에서 이러한 현상은 다음과 같이 공식화할 수 있습니다.

고정된 목표값과 유한한 이득을 가정할 때, PD 컨트롤러는 고정된 오차에서 유한한 토크를 생성합니다. 즉, 시간이 지남에 따라 토크가 무한히 증가하지 않습니다. 큰 이득이나 표면을 관통하는 목표물은 과도한 접촉력을 발생시킬 수 있습니다. 적분 제어는 별도의 와인드업 문제를 야기합니다. 실제 시스템에서 토크 한계, 유연성 및 접근 속도를 평가해야 합니다.

또한, 위치 제어는 "목표물의 궤적" 자체가 환경의 기하학적 구조와 정확히 일치한다고 가정합니다. 나사 구멍에 핀을 삽입하는 경우를 생각해 보세요. 구멍의 중심 위치가 0.1mm만 어긋나도 위치 제어만 사용하는 로봇은 정확히 그 오차만큼 벽을 계속 누르게 됩니다. 인간은 손목과 손가락 끝에 자연스러운 유연성(순응성)이 있기 때문에 이러한 수동 작업을 수행할 수 있습니다. 즉, "힘을 느끼고 약간 꺾이는" 것입니다. 로봇도 이와 같은 특성을 의도적으로 설계해야 합니다. 이것이 바로 힘 제어와 임피던스 제어의 핵심 원리입니다.

3. 입력은 무엇인가?

힘 제어는 위치 제어만 사용하는 것보다 더 많은 정보원을 활용합니다.

관절 각도 및 관절 각속도: 엔코더에서 얻은 관절 상태( $\theta, \dot{\theta}$ )로, 위치 제어와 공유됩니다.
손(또는 팔 전체)에 가해지는 힘/토크: 손목에 장착된 6축 힘/촉각 센서 또는 각 관절에 장착된 토크 센서에서 얻은 환경으로부터 전달되는 실제 힘( $F_{\text{ext}}$ )입니다. 이러한 힘 감지 원리는 힘/촉각 센서의 작동 원리 및 주요 제품에서 자세히 설명합니다.
목표 궤적/목표 임피던스: 손이 도달해야 하는 기준 위치( $\mathbf{x}_d$ ) 외에도, 임피던스 제어에는 설계자가 사전에 입력으로 제공해야 하는 목표 가상 질량, 감쇠 및 강성 매개변수( $M_d, D_d, K_d$ )가 필요합니다.
접촉 및 환경 속성에 대한 정보: 방향 제약 여부가 공간 방향에 따라 다르다고 가정하는 하이브리드 제어와 같은 방법은 환경에 의해 제약되는 방향(선택 행렬)을 설계 입력으로 사용합니다.

힘 감지 기능의 추가는 위치 제어와의 가장 큰 차이점입니다. 힘 센서의 대역폭, 샘플링 속도 및 잡음 특성은 전체 힘 제어 루프의 응답 속도와 안정성에 직접적인 영향을 미칩니다.

4. 무엇을 구하는가? 출력은 무엇인가?

위치 제어와 마찬가지로 힘 제어의 최종 출력은 각 관절에 대한 토크 명령 $\tau$ 입니다. 방법별 차이점은 해당 토크 계산의 목표값입니다.

순수 힘 제어: 목표 힘 $F_d$ 과 측정된 힘 $F_{\text{ext}}$ 의 차이를 직접 피드백하여 힘 오차 자체를 0으로 수렴시킵니다.
임피던스 제어: 목표 "위치와 힘의 관계"(가상의 스프링, 댐퍼, 질량)를 구현하는 토크를 출력합니다. 접촉력은 환경 강성, 침투 깊이, 지연 시간, 포화도에 따라 결정되므로, 강성이 높은 환경에서도 과도한 힘이 자동으로 방지된다는 보장은 없습니다.
어드미턴스 제어: 측정 또는 추정된 힘으로부터 위치 보정값(또는 속도 보정값)을 계산하여 내부 위치 제어 루프에 전달합니다. 힘이 입력이고 보정값이 출력이므로, 임피던스 제어와 인과 관계가 반전됩니다.
하이브리드 위치/힘 제어: 작업 공간을 "위치 제어가 필요한 방향"과 "힘 제어가 필요한 방향"으로 분할하고, 각 방향에 서로 다른 제어 법칙(위치 또는 힘 제어)을 동시에 적용합니다.

이러한 모든 방법은 서로 다른 방정식 조합을 통해 "접촉 시 발생하는 힘을 손상이나 사고를 유발하지 않는 범위 내로 유지하면서 작업에 적합한 궤적과 힘 수준을 달성하는 것"이라는 동일한 공통 목표를 추구합니다.

5. 기본 구조

힘 제어와 관련된 회로는 "힘 피드백"이 위치 제어 회로에 어떻게 통합되는지에 대한 구조를 중심으로 구성할 수 있습니다. 먼저, 임피던스 제어와 어드미턴스 제어의 인과 관계 차이를 그림으로 살펴보겠습니다.

그림 1 — 임피던스 제어는 위치(오차)를 입력으로 받아 힘을 출력하고, 이 힘은 토크 명령으로 변환됩니다. 반대로 어드미턴스 제어는 힘을 입력으로 받아 위치 보정값을 출력하고, 이 보정값은 기존 위치 제어 루프로 전달됩니다.

두 방식 모두 입력과 출력이 반대로 되어 있을 뿐, 동일한 "가상 스프링, 댐퍼, 질량" 관계를 사용합니다.

다음으로, 하이브리드 위치/힘 제어가 작업 공간을 두 개의 하위 공간으로 나누는 방식을 살펴보겠습니다.

그림 2 — 하이브리드 위치/힘 제어는 선택 행렬을 사용하여 작업 공간의 각 방향을 "위치를 제어하는 방향"과 "힘을 제어하는 방향"으로 나눕니다. "힘 제어 방향을 지정합니다." 각 관절에 대해 토크를 독립적으로 계산하고, 이를 하나의 관절 토크 명령으로 결합합니다.

6. 대표 알고리즘

순응 제어 — 힘 제어의 이론적 기초

힘 피드백 제어를 체계적으로 정형화한 중요한 초기 연구 중 하나는 매튜 T. 메이슨이 1981년 IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics에 발표한 논문 "컴퓨터 제어 매니퓰레이터의 순응 및 힘 제어"입니다. 이 논문은 로봇 손의 위치가 작업 대상의 기하학적 구조에 의해 제약될 때 발생하는 제약 조건 유형(자연적 제약 조건과 인위적 제약 조건)에 따라 위치와 힘을 분류하는 프레임워크를 제시했으며, 이는 아래에서 논의할 하이브리드 위치/힘 제어의 이론적 기반이 되었습니다. "작업 좌표계의 어느 축을 따라 위치를 제어하고, 어느 축을 따라 힘을 제어해야 하는가"를 기하학적으로 구분하는 이 아이디어는 오늘날에도 힘 제어의 교과서적인 출발점으로 남아 있습니다.

하이브리드 위치/힘 제어 — 공간을 분할하여 동시에 제어

M.H. Raibert와 J.J. Craig는 1981년 ASME의 동적 시스템, 측정 및 제어 저널(Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control)에 발표한 논문 "매니퓰레이터의 하이브리드 위치/힘 제어(Hybrid Position/Force Control of Manipulators)"에서 하이브리드 위치/힘 제어를 제안했습니다. 이 제어 방식은 작업 공간 좌표계의 각 축을 위치 제어 방향과 힘 제어 방향으로 명시적으로 분할하고, 두 방향을 동시에 제어합니다. 테이블 표면을 따라 미끄러지는 조립 작업을 예로 들면, 테이블에 수직인 방향(누르는 힘을 일정하게 유지해야 하는 방향)에는 힘 제어가, 테이블에 평행한 두 방향(궤적을 따라 이동해야 하는 방향)에는 위치 제어가 적용됩니다.

수학적으로, 이는 대각선 요소가 0 또는 1인 선택 행렬 $S$ 을 사용하며, $S$ 이 1인 방향으로는 위치 제어 법칙을, $(I - S)$ 이 1인 방향으로는 힘 제어 법칙을 적용합니다.

\tau = J^{\top}\left[ S\, F_{\text{pos}} + (I - S)\, F_{\text{force}} \right]

$F_{\text{pos}}$ 은 위치 오차로부터 계산된 가상 힘이고, $F_{\text{force}}$ 은 힘 오차로부터 계산된 가상 힘입니다. 이 방법의 장점은 직관적인 명확성에 있지만, 제약 조건이 적용되는 방향이 작업 좌표계의 축과 정확히 일치한다고 가정합니다. 이는 환경의 형태나 자세가 불확실할 경우 선택 행렬 자체를 설계하기 어려워지기 때문에 단점이 됩니다.

임피던스 제어 — 위치와 힘 사이의 관계 정의

네빌 호건(Neville Hogan)이 1985년 ASME의 동적 시스템, 측정 및 제어 저널(Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control)에 발표한 3부작 논문 "임피던스 제어: 조작에 대한 접근법"(1부 - 이론, 2부 - 구현, 3부 - 응용)은 하이브리드 제어와는 다른 개념을 제시했습니다. 위치 또는 힘 중 하나를 제어 목표로 선택하는 대신, 목표 가상 질량, 감쇠 계수 및 강성 매개변수를 사용하여 위치 오차와 손이 가하는(또는 받는) 힘 사이의 관계를 정의합니다.

M_d\, \ddot{\mathbf{e}} + D_d\, \dot{\mathbf{e}} + K_d\, \mathbf{e} = F_{\text{ext}},\qquad \mathbf{e}=\mathbf{x}-\mathbf{x}_d

$M_d, D_d, K_d$ 는 각각 목표 가상 질량, 가상 감쇠 계수 및 가상 강성(스프링 상수)을 나타내며, 설계자는 작업에 따라 이러한 매개변수를 선택합니다. 이 방정식은 손의 움직임을 질량, 스프링, 댐퍼로 구성된 가상의 기계 시스템으로 구현하려고 합니다. 즉, "손이 목표 위치에서 멀어질수록 외부 힘 $F_{\text{ext}}$ 에 반응하여 스프링처럼 더 강하게 반발하거나(또는 반발력을 받습니다)." $K_d$ 의 크기가 커지거나 작아지면 손의 반응이 더 단단해지거나 부드러워지고, $D_d$ 는 진동을 억제하는 댐핑을 담당합니다.

중요한 점은 임피던스 제어가 목표 힘 자체를 직접 제어하는 것이 아니라는 것입니다. 환경이 단단하면 작은 위치 오차에도 이를 상쇄하기 위한 큰 반작용력이 발생하므로 과도한 힘이 가해지는 것을 방지할 수 있습니다. 반대로 자유 공간에서는 외부 힘이 0이므로 이 방정식은 본질적으로 일반적인 위치 제어(스프링과 댐퍼를 통한 궤적 추적)와 동일한 동작을 나타냅니다. 이러한 견고성, 즉 동일한 제어 법칙이 접촉 발생 여부나 환경의 강성에 따라 명시적으로 전환하지 않고도 자유 공간과 제한된 공간에서 자연스럽게 동작 방식을 변경하는 특성 때문에 임피던스 제어는 힘 제어의 핵심 개념으로 널리 사용됩니다.

어드미턴스 제어 — 힘으로부터 위치 보정을 계산하는 역방향 설계

임피던스 제어가 "위치(오차)를 입력으로 받아 힘을 출력하는" 설계라면, 어드미턴스 제어는 그 반대의 인과 관계를 갖는 설계입니다. 즉, "힘을 입력으로 받아 위치(보정값)를 출력하는" 것입니다. 측정된 외부 힘 $F_{\text{ext}}$ 은 동일한 질량/감쇠/강성 기계 시스템에 입력되고, 그 결과로 얻은 위치 보정값 $\Delta \mathbf{x}$ 은 기존의 (고이득) 위치 제어 루프의 목표값에 더해집니다.

M_d\, \ddot{\Delta\mathbf{x}} + D_d\, \dot{\Delta\mathbf{x}} + K_d\, \Delta\mathbf{x} = F_{\text{ext}},\qquad \mathbf{x}_{\text{cmd}}=\mathbf{x}_d+\Delta\mathbf{x}

이 방정식을 (수치적으로 또는 해석적으로) 적분하여 얻은 $\mathbf{x}$ 은 내부 위치 제어 루프에 전달되는 보정된 목표 위치가 됩니다. 수학적 형태는 임피던스 제어 방정식과 거의 동일하지만, 핵심적인 차이점은 입력과 출력에 있습니다. 이러한 인과 관계의 차이는 액추에이터가 실제로 토크를 직접 제어할 수 있는지 여부와 관련이 있습니다. 관절 토크를 직접 제어할 수 있는 고성능 액추에이터를 갖춘 로봇은 임피던스 제어를 간단하게 구현할 수 있는 반면, 위치(또는 속도)만 제어할 수 있는 강성이 높은 감속 기어를 사용하는 산업용 로봇은 힘 정보를 위치 명령으로 변환하는 어드미턴스 제어를 기존 위치 제어 루프에 적용하는 것이 더 쉽습니다.

7. 알고리즘의 차이점

방법	원리	정확도 (힘 추적)	계산 비용	환경 강성 변화에 대한 강건성	구현 난이도
순수 힘 제어	힘 오차를 직접 피드백	높음 (목표 힘에 충실함)	낮음	낮음 (강성 환경에서 불안정해지기 쉬움)	중간
하이브리드 위치/힘 제어	선택 행렬을 사용하여 방향별로 위치 및 힘 제어를 분리	구속된 방향에서는 높음, 자유 방향에서는 높은 위치 추적 성능	중간 (선택 행렬 설계 필요)	중간 (구속 방향 가정이 잘못된 경우 성능 저하)	중간~높음 (작업 좌표계 설계 필요)
임피던스 제어	가상 스프링/댐퍼/질량을 통해 위치 오차와 힘을 연결	간접적인 힘 제어만 가능 (목표 힘 추적 성능 저하)	중간	높음 (접촉/비접촉 방식 명시적 전환 필요 없음)	높음 (토크 제어 가능 액추에이터 가정)
어드미턴스 제어	힘을 입력으로 받아 위치 보정값을 출력하고, 이를 내부 위치 제어 루프로 전달합니다.	임피던스 제어와 동일한 간접성	중간	높음	중간 (기존 위치 제어 로봇에 쉽게 적용 가능)

일반적으로 목표 힘에 대한 정확성이 우선이라면 순수 힘 제어 또는 하이브리드 제어가 유리하고, 불확실한 환경의 강성이나 형상 하에서 안정성과 안전성이 우선이라면 임피던스 제어 또는 어드미턴스 제어가 유리합니다. 대부분의 실제 산업용 로봇은 토크를 직접 제어할 수 없는 관절(대부분 위치/속도 제어 방식)을 가지고 있기 때문에 임피던스 제어 자체보다는 어드미턴스 제어 또는 두 가지를 결합한 하이브리드 방식이 더 많이 채택되는 경향이 있습니다.

8. 어려움이 있는 부분 / 까다로운 환경

힘 제어와 임피던스 제어가 실제 작동에서 직면하는 어려움은 크게 다음과 같이 정리할 수 있습니다.

극도로 강성인 환경에서의 안정성: 임피던스 제어 방정식에서 목표 강성 $K_d$ 을 너무 높게 설정하면 작은 위치 오차에도 큰 힘이 발생하여 센서 샘플링 지연 및 관절 탄성(기어 휨 등)과 상호 작용하여 진동 불안정(접촉 불안정으로 알려짐)을 유발할 수 있습니다. 반대로 $K_d$ 을 너무 낮게 설정하면 목표 궤적 추적이 불가능해집니다. 환경의 실제 강성에 대한 사전 정보 없이는 $K_d$ 을 적절하게 최적화하기 어렵습니다.

마찰 및 액추에이터 비선형성: 관절 감속 기어와 벨트 드라이브에는 마찰과 백래시(유격)가 존재하며, 이는 이상적인 토크 제어 방정식에는 나타나지 않는 외란으로 작용합니다. 특히 저렴한 감속 기어를 사용하는 로봇의 경우, 이러한 마찰로 인해 임피던스 제어에서 가정하는 "가상 스프링/댐퍼" 동작이 정확하게 재현되지 않을 수 있습니다.

힘 센서 잡음 및 대역폭: 힘 제어 루프의 응답 속도는 힘 센서의 샘플링 속도와 잡음 특성에 의해 직접적으로 제한됩니다. 잡음이 있는 센서 출력을 피드백 루프에 직접 입력하면 제어 법칙이 의도치 않은 고주파 진동을 증폭시키므로, 필터링과 제어 대역폭 사이의 절충점을 항상 고려해야 합니다.

환경의 형상 및 강성에 대한 불충분한 사전 정보: 하이브리드 위치/힘 제어는 구속 방향이 어느 축에 해당하는지 미리 알아야 합니다. 실제 작업 대상의 자세나 형상에 오류가 있으면 예상치 못한 방향으로 힘이 발생하여 선택 행렬 설계 자체가 무너집니다.

다중 접촉점 및 표면 접촉: 지금까지의 논의는 대부분 손의 한 점이 환경과 접촉하는 경우를 가정했습니다. 로봇 팔이 물체를 감싸 쥐는 것과 같이 여러 지점이나 표면이 접촉하는 경우, 각 접촉점의 힘을 개별적으로 처리해야 하므로 단일 지점 임피던스 제어 방식을 그대로 적용하기 어렵습니다.

9. 실제적인 선택

힘 제어와 임피던스 제어 방식 중 어떤 것을 선택할지는 로봇에 장착된 액추에이터의 종류, 작업의 특성, 그리고 안전 요구 사항에 따라 달라집니다.

산업용 로봇 팔 조립/연마 작업(나사 조임, 버 제거, 조립 작업): 이러한 작업들은 대부분 사전에 정해진 방향성을 가지고 있기 때문에, 기존 위치 제어 로봇에 쉽게 적용할 수 있는 하이브리드 위치/힘 제어 또는 어드미턴스 제어 방식이 널리 사용됩니다. 특히, 일정한 압력으로 표면을 연마하는 연마 작업은 힘 제어와 위치 제어 방향이 명확하게 구분되는 대표적인 예입니다.
협동 로봇(코봇) 안전 기능: 사람과의 접촉을 감지하고 즉시 힘을 줄이거나 멈추는 안전 기능은 관절 토크 센서 또는 손목 힘/토크 센서의 신호를 사용하여 임피던스 제어와 유사한 설계(소프트 가상 강성)와 결합되는 경우가 많습니다. ISO/TS 15066과 같은 협동 로봇 안전 표준에서 설정한 접촉력 상한값은 이러한 종류의 힘 제어 설계 목표와 직접적으로 연관됩니다.
휴머노이드 및 다족 로봇의 보행 및 발-지면 접촉: 발이 지면에 닿는 순간의 충격을 흡수하고 고르지 않은 지형에서 균형을 유지하기 위해 각 다리 관절에 임피던스 제어(또는 전신 임피던스를 통합적으로 처리하는 전신 제어)를 적용하는 것이 일반적입니다. 지면의 강성은 종종 알 수 없는데, 바로 이러한 상황에서 변화하는 환경 강성에 대한 임피던스 제어의 견고성이 빛을 발합니다.
보철 및 재활 로봇(사람과 직접 접촉하는 장치): 이러한 장치는 착용자의 의도치 않은 힘 변화에 부드럽게 대응해야 하며, 힘을 입력으로 처리할 수 있는 어드미턴스 제어 방식이 기존의 위치 제어 기반 액추에이터 구성에 쉽게 통합될 수 있어 선호됩니다.
정밀한 힘 값이 요구되는 검사 및 측정 작업: 목표 힘을 정확하게 추적하는 것이 최우선 과제인 경우, 힘을 간접적으로만 제어하는 임피던스 제어나 어드미턴스 제어 방식보다 순수 힘 제어 또는 하이브리드 제어 방식이 더 적합합니다.

모든 응용 분야에서 힘 제어는 로봇 자체에만 국한된 독립적인 기술이 아닙니다. 실제 하드웨어에서 의미 있는 "소프트 컨택트"를 구현하려면 힘과 토크를 감지하는 힘/촉각 센서, 관절 공간과 작업 공간을 연결하는 운동학(역운동학 및 자코비안 행렬), 그리고 실제로 관절 토크를 생성하는 액추에이터의 특성을 결합해야 합니다(유압 구동 장치를 사용한 힘 제어에 대해서는 유압 시스템 입문서를 참조하십시오).

10. 요약 (세 줄 요약)

위치 제어만 있는 로봇은 단단한 환경과 접촉하는 순간 과도한 힘을 발생시키려다 고장납니다. 따라서 힘을 명시적으로 처리하는 제어가 필요합니다.

임피던스 제어는 가상의 스프링, 댐퍼, 질량을 통해 위치 오차와 힘을 연결합니다. 어드미턴스 제어는 이러한 인과 관계를 반대로 하여 힘으로부터 위치 보정값을 계산합니다.
하이브리드 위치/힘 제어는 공간을 위치 제어 방향과 힘 제어 방향으로 명확하게 구분한다는 장점이 있지만, 환경의 자세와 형태에 대한 사전 지식이 필요합니다.

제어 목표 관련 주요 참고 자료

이해도 점검

임피던스 제어는 단순히 접촉력을 일정하게 유지하는 것인가요?

주로 힘과 운동 사이의 관계를 조절하는 역할을 합니다. 힘 추적과 구별되는 점, 접촉 조건 및 안정성을 확인하는 방법을 설명하세요.

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