Kinematics (운동학) vs. Dynamics (동역학) - 자율주행 관점

1. Kinematics vs Dynamics

 

• Kinematics는 위치, 속도, 가속도의 관점
• Dynamics는 뉴턴2법칙, 회전운동 관점 (힘의 관점이 포함됨)
  - F=ma
  - t =Ia
  
  

2. Kinematics (위치 속도 가속도) & Dynamics 계산법 (힘)

• 자동차가 일정한 가속도로 직선운동을 할 때, t초 후의 위치와 속도를 계산하는 것이 Kinematics
• Kinematics를 통해 계산해 낸 가속도를 기반으로, 얼마의 힘이 필요한지 계산해 내는 것이 Dynamics

 

3. Kinematics Dynamics 연계 로봇팔 예시

 

• 로봇팔 예시
• Kinematics로 목표 위치와 경로를 결정하고, 위치 속도 가속도를 계산
• Kinematics에서 계산된 가속도 값을 바탕으로, Dynamics를 통해 각 관절에 필요한 힘과 토크 계산

 

4. 통합 제어 시스템

 

• 경로 계획을 하면, 그 경로까지 가는 위치, 속도, 가속도를 계산해낼 수 있음 (Kinematics)
• 그러면 계산된 가속도와 차량의 무게, 마찰 등을 감안하여 필요한 힘과 토크를 계산할 수 있음 (Dynamics)
• 해당 힘과 토크를 내도록 하는 제어신호 생성

=> 자율주행 차량은 실시간으로 위치, 속도, 가속도를 모니터링하며 Kinematics와 Dynamics를 업데이트해서 제어 입력을 조정

- 실시간 모니터링 하는 이유는 Kinematics 목표 속도를 계산할 때 가속도를 계산해내야 하는데 여기서 초기 속도가 필요함

 

 

• 그리고 실제로는 힘이 아닌 토크가 필요한데, 그 이유는 차량은 직선운동이 아니고 대부분 조향 각도가 있는 곡선 주행이기 때문
• 그래서 Kinematics로  속도와 회전 반경을 이용해 각속도를 구하고, 각속도를 미분해서 각가속도를 계산함
• 그리고 관성모멘트와 각가속도를 이용해 토크를 계산해냄