좌표계란?
좌표계는 어떤 위치를 표현하는 방법임. 왼쪽 2차원 좌표계는 X,Y 2개의 인자로 어떠한 하나의 위치를 표현함.
로봇 좌표계는 3차원 좌표계로 표현함. X,Y,Z 3가지 방향으로 위치를 표현 할 수 있으며, P점이 우리가 표현하고자 하는 위치가 되며, 이 지점이 X,Y,Z로 표현될 수 있음.
로봇 좌표계의 정의
로봇 좌표계란?
- 로봇이 작업 공간에서 자신의 위치와 자세를 표현하기 위해 사용하는 참조 시스템
- 3D공간에서 로봇의 움직임을 수치적으로 나타내는데 필수적인 기초 개념
좌표계의 구성 요소
- X, Y, Z(3차원 공간의 축)과 회전(Roll, Pitch, Yaw)를 포함한 6개 자유도(6 Degrees of Freedom, DOF)
- 위치 성분 : X, Y, Z
- 회전 성분 : rx, ry, rz
로봇 좌표계의 종류
월드 좌표계 (World Coordinate System)
- 로봇과 작업 환경 전체를 기준으로 설정된 전역 좌표계
- 모든 로봇과 객체의 위치와 자세를 정의하는 참조점
- 활용 예 : 공장 내 로봇의 초기 위치 설정
로봇이 작업해야 하는 전체 공간을 기준으로 하는 좌표계를 월드 좌표계라고 보면 됨. 월드 좌표계를 별도로 설정할 수도 있고, 로봇 좌표계와 일치시켜 설정할 수도 있음.
하지만 여러 대의 로봇을 동시에 제어해야 하는 경우에는, 별도의 월드 좌표계를 두고 각 로봇의 위치와 자세를 계산하는 것이 더 효율적임.
반면, 로봇이 한 대만 사용되는 경우에는 굳이 월드 좌표계를 따로 둘 필요가 없을 수도 있으며, 이때는 로봇 좌표계가 곧 월드 좌표계의 역할을 하기도 함.
도구 좌표계 (Tool Coordinate System)
- 로봇의 말단 도구(End-Effector)를 기준으로 설정된 좌표계
- 로봇이 작업 대상과의 상호작용을 수행할 때 사용
- 활용 예: 용접, 도장, 픽 앤 플레이스 작업
로봇의 말단 도구(end-effector) 끝에는 좌표계가 설정되어 있기 때문에, 이 좌표계를 활용하여 다양한 동작을 수행할 수 있음. 예를 들어, 말단 도구를 고정한 상태에서 로봇을 상대적으로 이동시키거나, 자세를 변경하여 도구가 바라보는 방향을 조정하는 등의 모션 제어에 자주 활용됨.
로봇 좌표계 (Robot Coordinate System)
- 로봇 본체를 기준으로 설정된 좌표계
- 로봇의 내부 구조와 모터의 동작을 기준으로 함
- 활용 예: 로봇의 초기 보정 및 정밀한 움직임 설정
기계 좌표계, 흔히 로봇 좌표계라고도 불리며, 로봇 자체에 설정된 원점을 기준으로 함. 모든 로봇은 고유한 원점을 가지고 있으며, 일반적으로 이 원점은 로봇의 베이스 중앙, 즉 본체 중심부에 위치함.
보통은 로봇 좌표계를 기준으로 작업 좌표계, 카메라 좌표계, 툴 좌표계 등 다양한 좌표계를 정의하게 됨. 왜냐하면 로봇을 실제로 제어하려면, 최종적으로 모든 좌표 정보가 로봇 좌표계 기준으로 환산되어야 로봇의 각 관절을 정확하게 제어할 수 있기 때문임.
따라서 단일 로봇을 제어할 경우에는, 로봇 좌표계를 기준으로 모든 연산을 수행하는 것이 필수적이며, 제어 연산을 보다 효율적이고 일관되게 수행할 수 있게 해줌.
작업 좌표계 (Workpiece Coordinate System)
- 특정 작업을 수행하기 위해 정의된 좌표계
- 작업 대상 물체를 기준으로 설정됨
- 활용 예: 물체를 집거나 조작할 때의 상대적 위치 정의
로봇 기준으로 작업을 수행하는 것보다, 워크피스나 대상물 기준으로 위치를 설정하거나 연산하는 것이 훨씬 더 직관적이고 편리한 경우가 많음.