2/3/6축 로봇 암 상세 가이드

1. 개념 (Concept)

1.1 로봇 암 자유도(DOF) 분류

자유도(Degree of Freedom)는 로봇이 독립적으로 움직일 수 있는 축의 수다.

1.2 핵심 용어

• 순기구학 (FK): 관절각 → 끝단(TCP) 위치·자세 계산
• 역기구학 (IK): 목표 끝단 위치 → 관절각 계산 (역 문제)
• DH 파라미터: Denavit-Hartenberg 링크 좌표계 변환 규칙
• 작업 공간 (Workspace): 끝단이 도달 가능한 3D 공간
• 특이점 (Singularity): 야코비안 행렬이 특이값 → IK 해 불안정 구간
• TCP (Tool Center Point): 끝단 좌표계 원점 — 그리퍼 중심
• Cascade PID: 위치→속도→전류 3중 피드백 제어 루프
• FOC (Field Oriented Control): 모터 자속 기준 벡터 제어 — BLDC 고효율 구동

1.3 축수별 적용 시나리오

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2. 상세 내용 (Details)

2.1 DH 파라미터 (Denavit-Hartenberg)

각 링크를 4개 파라미터로 정의하여 변환 행렬을 체계적으로 구성한다.

2.2 3축 로봇 해석적 역기구학

2.3 6축 역기구학 분리 풀이

2.4 Cascade PID 제어 루프

STM32H743 기반 3중 피드백 루프 — 위치→속도→전류 계층.

2.5 궤적 생성 방법 비교

2.6 모터 드라이버 선택 기준

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3. 구조 설명 (Architecture)

3.1 CtrlPlus 로봇 암 전체 시스템 아키텍처

3.2 ESP32-S3 3축 펌웨어 구조

3.3 STM32H743 6축 펌웨어 구조

3.4 Pick & Place 작업 시퀀스

3.5 관절 상태 머신

3.6 ROS2 노드 구성 (MoveIt2)

3.7 CtrlPlus XYFlow 로봇 암 파이프라인

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4. 응용 (Applications)

4.1 CtrlPlus 로봇 암 전체 적용 맵

4.2 3축 IK 구현 코드 핵심 (ESP32-S3)

4.3 관절 제어 하드웨어 결선 (3축 서보)

4.4 Next.js Three.js 로봇 암 시각화

4.5 AI Vision 통합 Pick & Place

4.6 안전 시스템 설계

4.7 배포 구조 (CtrlPlus 통합)

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부록. 빠른 참조

3축 로봇 DH 파라미터 예시 (CtrlMotion 기본형)

관절 a(mm) α(deg) d(mm) θ(변수) 범위 J1 0 0 100 θ₁ ±180° J2 150 0 0 θ₂ -90~+90° J3 120 0 0 θ₃ -135~+135° EE 60 0 0 0 — L0(베이스높이) = 100mm L1(상완) = 150mm L2(전완) = 120mm EE(엔드이펙터 오프셋) = 60mm

Cascade PID 튜닝 순서

1. 전류 루프 (10kHz) 먼저 튜닝 → Kp 증가 → 진동 시작점 기록 → 0.5 배로 감소 → Ki 증가 → 정상상태 오차 제거 2. 속도 루프 (1kHz) 튜닝 → 전류 루프 완료 후 진행 → 스텝 응답 오버슈트 < 20% 3. 위치 루프 (200Hz) 튜닝 → Kd 추가로 오버슈트 감소 → Feedforward 계수로 응답 속도 향상

CtrlPlus 로봇 암 XYFlow 복합키