대한민국 육군 K10 탄약보급장갑차 자동 이송 아암 5.5m 신축 서보 및 1,000Hz 0-Alloc C# 충돌회피 기구학 엔진

1. K10 신축 아암 6자유도 D-H 기구학 및 자코비안 모델

선회각 $\theta_1$, 기복각 $\theta_2$, 아암 신축 길이 $d_3$, 롤 조향 $\theta_4$, 피치 $\theta_5$, 도킹 잠금 $\theta_6$의 변환 행렬 $\mathbf{T}_6^0$:

특이점(Singularity) 회피 감쇠 최소자승(DLS) 역자코비안 속도 분배식:

2. 야지 상대 동요 보상 및 충돌 회피 기구식

포탑 도킹 포트 목표 위치 $\mathbf{p}_{\text{target}}$, 장애물 최단 거리 $d_{\text{obs}}$, 안전 마진 $d_{\text{safe}} = 50\,\text{mm}$:

3. 1,000Hz 0-Alloc SIMD C# K10 아암 기구학 엔진

1밀리초 제어 주기로 레이저 거리 센서와 엔코더 값을 수신하여 유압 비례 서보 밸브 전류를 계산하는 C# 엔진입니다.

using System;
using System.Numerics;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Defense.RoboticArmKinematics
{
    /// 

    /// K10 아암 센서 및 K9 도킹 포트 상대 위치 (Stack 전용)
    /// 
    public readonly ref struct K10ArmTelemetry
    {
        public readonly Vector3 CurrentTipPositionM;  // 아암 말단 현재 3차원 좌표 (m)
        public readonly Vector3 TargetDockPositionM;  // K9 자주포 해치 도킹 포트 좌표 (m)
        public readonly float ArmExtensionLengthM;   // 현재 신축 길이 (0~5.5m)
        public readonly float ObstacleProximityMm;    // 최단 장애물 이격 거리 (mm)
        public readonly bool IsDockingLatchAligned;  // 도킹 링 정렬 여부

        public K10ArmTelemetry(
            in Vector3 tip, in Vector3 target, float ext, float obstacle, bool aligned)
        {
            CurrentTipPositionM = tip;
            TargetDockPositionM = target;
            ArmExtensionLengthM = ext;
            ObstacleProximityMm = obstacle;
            IsDockingLatchAligned = aligned;
        }
    }

    /// 

    /// 유압 아암 서보 및 밸브 제어 출력
    /// 
    public readonly ref struct K10ArmServoOutput
    {
        public readonly Vector3 TipVelocityCmdMps;    // 아암 말단 3차원 속도 지령 (m/s)
        public readonly float HydraulicValveCurrentMa; // 유압 밸브 구동 전류 (mA)
        public readonly bool IsCollisionEvasionActive;// 충돌 회피 모드 작동 여부
        public readonly bool IsDockingSuccess;        // 도킹 완료 체결 여부

        public K10ArmServoOutput(in Vector3 vel, float valveMa, bool evade, bool dockSuccess)
        {
            TipVelocityCmdMps = vel;
            HydraulicValveCurrentMa = valveMa;
            IsCollisionEvasionActive = evade;
            IsDockingSuccess = dockSuccess;
        }
    }

    /// 

    /// K10 1,000Hz 0-Alloc C# 아암 역기구학 엔진
    /// 
    public static class K10ConveyorArmKinematicsEngine
    {
        private const float MaxTipSpeedMps = 0.45f;    // 최대 진입 속도
        private const float DockingToleranceM = 0.002f;// 2mm 정렬 공차

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static K10ArmServoOutput ComputeKinematics(
            in K10ArmTelemetry telemetry)
        {
            Vector3 error = telemetry.TargetDockPositionM - telemetry.CurrentTipPositionM;
            float dist = error.Length();

            Vector3 cmdVel = Vector3.Zero;
            bool evade = false;

            // 1. 장애물 초근접 시 후퇴 회피 우선
            if (telemetry.ObstacleProximityMm < 40.0f)
            {
                evade = true;
                cmdVel = new Vector3(0.0f, 0.0f, -MaxTipSpeedMps); // Z축 급속 후퇴
            }
            else
            {
                // P-게인 궤적 제어
                const float Kp = 2.8f;
                cmdVel = error * Kp;
                float speed = cmdVel.Length();
                if (speed > MaxTipSpeedMps)
                {
                    cmdVel = (cmdVel / speed) * MaxTipSpeedMps;
                }
            }

            // 유압 밸브 구동 전류 환산 (0~600mA)
            float valveCurrent = Math.Clamp(cmdVel.Length() * 1200.0f, 0.0f, 600.0f);
            bool success = dist <= DockingToleranceM && telemetry.IsDockingLatchAligned;

            return new K10ArmServoOutput(cmdVel, valveCurrent, evade, success);
        }
    }
}

4. 야지 경사지 분당 12발 자동 이송 및 도킹 시험 데이터