Kinematics 와 Dynamics 차이점
Kinematics와 Dynamics 그리고 Kinetic에 대해서 알아보자!
로봇공학을 배우다보면 매번 헷갈리는 단어들이 있어 정리를 하고자 한다.
바로 Kinematics, Dynamics 그리고 Kinetic이다.
역학(Mechanics)와 관련된 단어들 간의 관계
역학(Mechanics)을 배울 때 다음 그림과 같이 분류를 한다.
역학(Mechanics)은 정역학(Statics)과 동역학(Dynamics)로 나뉘며,
동역학(Dynamics)은 운동학(Kinematics)과 운동역학(Kinetics)로 구분할 수 있다.
Kinematics와 Dynamics가 매번 헷갈렸는데, Dynamics가 조금 더 포괄적인 개념이였다…!
그럼 단어 하나 하나의 의미를 조금 더 살펴보자.
단어들의 구체적인 의미
-
역학(Mechanics) 은 외부 양의 영향을 받는 물체의 연구와 관련된 물리학의 한 분야라고 정의한다. 이 외부량은 힘, 토크(비틀림력) 또는 운동량일 수 있다.
-
정역학(Statics) 은 평형 상태에 있는 물체를 다루는 역학의 한 분야이며, 평형이라고 할 때 물체가 정지해 있거나 일정한 속도로 움직이는 등속 운동을 의미한다.
-
동역학(Dynamics) 은 힘의 영향으로 인해 가속된 운동을 하는 물체를 다룬다. 정역학과 동역학의 주요 차이점은 정역학에는 가속이 없다는 것이다. 물체의 역학은 그것의 움직임과 움직임 이면의 근본적인 이유를 고려한다.
-
운동학(Kinematics) 은 운동의 원인, 즉 힘을 염두에 두지 않고 점, 물체 또는 물체 시스템의 운동을 연구하는 것과 관련이 있다. (운동학은 물체의 질량을 고려하지 않는다. 왜냐하면 그것은 간접적으로 힘을 고려한다는 것을 의미하기 때문이다.) 따라서 우리는 물체의 운동학을 다룰 때 순수 운동에만 관심이 있다고 말할 수 있습니다. Kinematics는 “어떻게 변화하는가?”에 대해 궁금해하지 않고 “얼마나 변화합니까?”에 대서 연구를 하는 학문이다.
-
운동역학(Kinetics) 은 질량이 있는 물체의 운동에 대한 힘과 토크의 영향에 관한 것에 대해 연구를 하는 학문이다. 운동학(Kinematics)은 질량을 고려하지 않고 물체의 위치, 속도, 가속도를 구하는 반면, 운동역학(Kinetics)은 운동방정식 $F=ma$를 고려한다.
Kinematics와 Dynamics 차이점
예시를 들어 두 차이점이 무엇인지 이해해보자.
아래 그림과 같은 2-DoF(Degree of freedom)의 로봇 팔을 만든다고 생각해봅시다.
우리가 로봇의 끝점(End-effector)이 원하는 위치에 보내기 위해서는 모터가 계산된 각도로 움직여야 합니다.
먼저 로봇을 간단하게 모델링하여 아래 그림과 같이 나타냅시다.
이 때 $m_1, m_2$에는 관심이 없고 원하는 위치에 가기 위한 $\theta_{1}, \theta_{2}$를 구하는 것에 집중하는 것이 운동학(Kinematics) 입니다.
하지만 $m_1, m_2$를 고려하고 원하는 각도에 가기 위해 얼마만큼의 모터의 토크가 필요한지 즉, 힘을 고려하여 시스템에 대해 구하는 것이 동역학(Dynamics) 입니다.
두 차이점을 이해하는데 조금이나마 도움이 되었으면 좋겠습니다. 🎉
댓글남기기