🦾 Kinematics(기구학)이란

2025년 새로운 한 해가 시작되면서 새로운 피드를 작성하게 되었다.

졸업 전 어떻게 회사를 입사하게 되었는데, AI와 로봇 개발 관련 부서에 들어오게 되었다.

그래서 기본적이 로봇 공학(및 로봇 소프트웨어) 관련 지식이 필요했고, 로봇 공학 전공이 아니다 보니 새롭게 공부하게 되었다.

새롭게 알게 된 지식들을 공유해보려 한다. (물론 필자는 로봇공학에 대한 기초적인 지식만 우선 적어볼 생각이다.)

잡다한 말들이 너무 길었다. 지금부터 Robotics의 기초 지식 중 하나인 Kinematics에 대해 알아보자.

 

기본적인 로봇 팔 이미지

💡 기구학(Kinematics)

: 로봇의 관절 좌표와 공간 배치 간의 관계를 다루는 학문이다.

 

• 전통적인 물리학에서의 역학(Dynamics)과 다른 점은 강체에 대한 질량을 제외한 역학, 질량이 없으므로 힘(force)을 다루지 않는다.
• 특히 기구학을 통해 End-effector와 관절의 움직임 관계를 잘 파악해야 한다.
• 기구학은 크게 Forward Kinematics(정기구학) / Inverse Kinematics(역기구학)으로 분류된다.

* 강체(Regid body) : 물리학에서 형태가 고정되어 변하지 않는 물체, 외력이 가해져도 모양이나 크기가 변형되지 않는 것

 

2-DOF Robotic Arm 이미지

 

📍Forward Kinematics(정기구학) 이란?

: 관절의 값(회전 각)을 통해 End-effector의 위치와 방향을 계산

입력	로봇의 각 관절 값(θ)
출력	End-effector의 위치와 자세(좌표계에서의 위치와 방향)

 

ex) 2축 로봇 팔 (위의 2-DOF Robotic Arm 이미지 그림을 참고하자)

• Link 1의 길이:  L1 , Link 2의 길이:  L2 

• 관절 각도:    θ1, θ2 

 

🔎 End-effector의 위치  (x, y)는 다음과 같이 계산된다 :

x = L1 cos (θ1) + L2 cos(θ1 + θ2)

y = L1 sin(θ1) + L2 sin(θ1 + θ2)

 

 

📍Inverse Kinematics(역기구학) 이란?

: End-effector의 위치와 방향이 주어졌을 때 관절의 값을 계산

입력	End-effector의 위치와 자세
출력	로봇의 각 관절 값(θ)

 

ex) 2축 로봇 팔 (위의 2-DOF Robotic Arm 이미지 그림을 참고하자)

• Link 1의 길이:  L1 , Link 2의 길이:  L2 

• 목표 위치:    (x, y) 

 

🔎 각 관절의 각도 θ는 다음과 같이 계산된다 :

1. θ2계산 :

 

θ2 계산 과정

 

2. θ

1 계산 :

θ1 계산 과정

 

<주의점>

두 가지 해 : 두 개의 sinθ2 값으로 인해 θ1, θ2의 두 가지 조합이 존재한다.

 

 

<결론>

새롭게 배우게 되는 로봇 공학 기초지식에 관련하여 앞으로도 업로드 예정이다. 

어쩌다 보니 '내가 로봇을..'이라는 생각도 들지만 오히려 시간이 가면 갈수록 로봇과 AI 시장의 규모가 커질 것이라는 생각에 오히려 럭키비키🍀 라는 생각을 하고 열심히 배우고 회사를 다니기로 했다.

열심히 회사 생활을 하며 앞으로도 꾸준히 배우고 나아가는 사람이 되어보도록 하겠다.

<참고>

로봇 공학 교수님의 강의를 추천받아 참고하며 정리한 글을 업로드 예정이다. 함께 보면서 이해하면 더 좋을 듯하다.

https://www.youtube.com/@JeongYeanYang

Jeong-Yean Yang