위키득계정 ↗
과학

렌치 (로봇공학)

렌치 (로봇공학)과학
영문명
Wrench
이 문서의 성분 순서
F=(τ,f)
힘 모멘트
τ=r×f
트위스트와의 내적
FᵀV는 동력
로봇공학의 렌치는 힘과 힘의 모멘트를 하나의 6벡터로 묶은 표현이다. 순간 운동을 나타내는 트위스트와 쌍을 이루며, 기준 좌표계와 모멘트를 계산하는 원점을 함께 정해야 한다.

힘만으로는 부족한 이유

같은 힘이라도 어느 점에 작용하는지에 따라 기준점 주위의 회전 효과가 다르다. 기준점에서 작용점까지의 벡터가 r이면 모멘트는 τ=r×f다. 별도의 커플 모멘트가 있으면 함께 더한다. 렌치는 모멘트 세 성분과 힘 세 성분을 저장하며,각 성분의 단위는 각각 N·m와 N으로 다르다. 여섯 성분을 같은 종류의 힘이라고 읽지 않는다.

작용점과 모멘트의 예

r=(2,0,0)m에서 f=(0,10,0)N의 힘이 작용하면 τ=(0,0,20)N·m다. 힘의 방향과 크기가 같아도 r이 힘의 작용선 위에서 움직이면 외적이 바뀌지 않는다. 반면 모멘트를 계산하는 기준점을 바꾸면 τ는 달라질 수 있다. 따라서 토크 센서의 좌표와 물체 중심 좌표의 렌치 성분을 그대로 비교해서는 안 된다.

동력의 보존으로 좌표 바꾸기

트위스트를 V=(ω,v)로 두면 동력은 τ·ω+f·v다. 같은 운동과 힘을 다른 좌표계로 표현해도 이 스칼라는 같아야 한다. 트위스트 변환이 V_a=Ad_(T_ab)V_b라면 렌치는 F_a=(Ad_(T_ab))^(−T)F_b로 바뀐다. 트위스트에 쓰던 행렬을 같은 방향으로 그대로 렌치에 곱하는 것과 다르다.

순수 모멘트와 표현 관례

합력이 0인 순수 커플 모멘트는 기준점을 옮겨도 평행이동 때문에 추가되는 r×f 항이 없다. 반대로 힘이 남아 있으면 기준점 변화가 모멘트에 영향을 준다. 계산에서는 (τ,f)와 (f,τ) 중 저장 순서를 확인하고 힘의 방향,좌표계,단위를 맞춘다. 렌치 표현을 정하는 것과 로봇이 실제로 그 힘을 낼 수 있는지 판단하는 것은 별개의 문제다.

관련 문서

트위스트 (로봇공학) / 강체변환의 수반 표현 / 힘 / 토크 / 외적 / 동력