차이를 한 개의 실패 점수로 끝내지 않는다
Reality Gap은 시뮬레이션에서 쓰는 관측/전이와 실제 환경의 차이다. 영상 색/노출·가림이 다를 수도 있고, 좌표 보정·기구 치수, 구동기/마찰·접촉이나 시간 경로가 다를 수도 있다. 실제 작업 실패가 늘었다는 사실은 이 여러 경로를 조사할 출발점이지 원인을 하나로 확정하는 증거가 아니다. 이 단위의 '실물' 기록은 실제 측정했다고 가정한 합성 자료이며 장비 실험 성과가 아니다.
먼저 원시 센서→전처리/프레임·시간 정렬→정책/계획→명령 복원/제한→통신/구동→새 관측의 경로를 그린다. 각 경계의 ID·시각/단위와 버전·상태를 비교한다. 시뮬레이터는 실제와 동일한 관측/행동 계약을 쓰는지부터 확인한다. 한쪽은 rad/다른 쪽은 degree, 또는 절대 목표/증분인데 같은 숫자로 보냈다면 랜덤화보다 계약 교정이 먼저다.
잔차(residual)는 정한 관측과 기준/모형 예측의 차이다. 본문에서는 관측−기준으로 부호를 정하며 비교량/축·단위와 시점을 맞춘다. 잔차가 작아도 기준 자체가 틀렸을 수 있고, 크다고 특정 부품 고장을 확정할 수 없다. 센서 관측을 센서 자신으로 만든 기준과 비교하면 공통 편향을 놓칠 수도 있다. 가능한 별도 기준과 불확실성을 기록한다.
방향을 바꿀 때의 빈 움직임을 살핀다
백래시는 전달부의 간극 때문에 입력 방향을 바꿀 때 출력에 바로 전달되지 않는 움직임과 관련된다. 탄성 변형·정지 마찰/제어 deadband 등도 비슷한 지연/이력 현상을 보일 수 있어 관측된 lost motion을 전부 기어 간극이라고 부르지 않는다. 제조사 Thomson의 백래시 설명은 구체적인 볼스크루의 방향 반전/유격을 다루며 모든 로봇 관절의 측정법이나 정격을 제공한 것은 아니다.
그림 M30.01-1. 각 칸은 서로 다른 역할/근거다. 나란히 비교할 항목이며 위아래가 시간 순서를 뜻하지 않는다. 직접 제작한 개념도이며 본문의 조건과 함께 읽는다.
합성 반전 표는 같은 시간 간격으로 충분히 기다린 뒤 같은 축에서 읽은 값이라고 가정한다. 명령은 0.10→0.09→0.08→0.07 rad인데 출력축의 별도 관측은 0.10→0.10→0.10→0.09 rad다. 명령이 반전 후 누적 0.02 rad 바뀌는 동안 출력 변화가 보이지 않고 누적 0.03 rad에서 처음 변화가 보인다. 관측 분해능/대기 조건이 주어져야 이 사실도 해석할 수 있다.
이상적인 유격 모형에서 출력 변화를 정확히 읽고 지연/마찰이 없다고 더 가정하면 표는 약 0.02 rad의 빈 움직임과 일치한다. 그러나 표만으로 실제 간극이 정확히 0.02 rad라고 식별한 것은 아니다. 더 작은 단계와 양방향/반복·출력축 기준, 부하/속도·전류와 명령 적용 로그가 필요하다. 모터축 encoder만 보고 감속비로 바꾼 값은 출력축 유격을 직접 관측하지 못할 수 있다.
토크 잔차는 마찰 후보이며 다른 부하도 남아 있다
마찰은 상대 운동을 방해하는 힘/토크다. 단순 모형에서는 움직일 때 방향 반대의 크기 일정 항과 속도에 비례하는 점성 항을 쓰기도 한다. 정지 마찰은 작은 입력에서 움직이지 않도록 버틸 수 있어 속도 0에서 부호 함수만 대입한 움직이는 마찰식으로 완전히 설명하지 못한다. Modern Robotics 저자 8.9는 구동기/전달부가 동역학에 영향을 주며 이상 기어와 실제 손실을 구분한다.
같은 양의 축에서 관성 I=0.01 kg·m², 적용 토크 τ=+0.08 N·m, 관측 각가속도 α=+3 rad/s²이며 현재 각속도는 양수(qdot>0)라고 주자. 우선 중력/외력 등 다른 항을 제외한 단순 비교다. 가속에 필요한 순 토크 Iα는 0.03 N·m다. τ−Iα=0.05 N·m가 남으므로 운동 반대 방향의 저항 토크 0.05 N·m가 있다는 단순 모형과 일치한다. rad를 무차원 각도 단위로 보는 이 식에서 kg·m²×rad/s²는 토크 단위와 대응한다.
다만 중력/외력·관성 오차/전류→토크 환산·명령 포화와 가속도 추정 잡음이 남으면 이 잔차를 순수 마찰로 확정할 수 없다. 적용 토크 자체가 실제 측정인지 추정인지도 적는다. 다른 부하/속도와 양방향에서 모형 예측을 비교하고 별도 기록으로 검증한다. 작은 토크에서 정지한 한 표본만으로 정확한 정지 마찰 한계도 알 수 없다. 실제 토크를 올려 보라는 장비 명령은 이 과제에 포함하지 않는다.
일정 속도의 위치 오차는 시간과 기하를 함께 의심한다
같은 축의 상대 속도 v=0.2 m/s가 일정하고 관측/적용 사이 순수 지연 Δt=0.060 s만 있다고 가정하면 이동 거리 크기는 vΔt=0.012 m=12 mm다. 늦은 관측으로 접근한 위치가 어떤 방향으로 어긋나는지는 기준 시점/상대 운동의 부호에 따라 정한다. 단순 거리 크기를 모든 과제의 오차 방향으로 일반화하지 않는다.
속도를 0.1 m/s로 낮춘 별도 합성 조건에서 같은 60 ms 지연만 남으면 거리는 6 mm다. 속도에 비례하는 패턴은 시간 가설을 지지할 수 있지만 운동에 따른 추정 오차도 대안이다. 정지한 대상에서도 같은 12 mm가 남는다면 순수 일정 속도 지연 모형만으로는 설명이 부족하다. 보정/좌표·공구 오프셋과 별도 기준을 확인한다.
시계 offset 60 ms가 실제 전송 지연처럼 보일 수도 있다. 다른 호스트의 stamp를 직접 뺀 값이면 정합/오차부터 조사한다. 네트워크/추론·큐/구동 중 어느 구간이 느린지는 동일 ID의 사건표로 나눈다. 평균 지연 하나가 충분한 모형도 아니며 jitter/순서 역전·만료와 관측 나이의 분포를 함께 남긴다.
센서 편향과 원인 구별 계획을 기록한다
별도 기준이 0.500 m이고 같은 축/시점의 센서 관측이 0.502 m라면 잔차는 +0.002 m=+2 mm다. 반복마다 비슷한 부호면 고정 편향 후보, 크게 흔들리면 잡음/조건 의존 후보를 생각할 수 있다. 기준의 불확실성·프레임/온도·거리 의존성, 같은 자료로 보정하고 평가했는지도 확인한다. 한 점에서 2 mm를 빼면 모든 거리/각도에서도 맞는다는 결론은 성립하지 않는다.
진단 표에는 가설, 예상 패턴, 대안 원인, 구별할 관측/통제 조건과 보류/실패 기준을 둔다. 예를 들어 반전 때만 생기는 오차를 부하·속도/대기 시간을 나눠 관측하고, 시간 의심은 정지/서로 다른 속도·같은 clock 구간으로 구별한다. 부품/정책/보정을 동시에 바꾸면 어느 변경이 효과가 있었는지 분리하기 어렵다. 한 변수 비교도 다른 조건이 일정해야 인과 해석이 쉬워진다.
Tobin 등 저자 논문의 시각 랜덤화 사례가 구동 유격·잘못된 시간 계약까지 자동 해결한다는 뜻은 아니다. 원인/불확실성에 맞춰 식별·랜덤화/수집 변경을 선택하고 수정 전후 같은 잠근 조건·새 조건에서 재검증한다. 기존 6.1 Reality Gap과 6.2 정량 진단을 이 가설 표와 연결하자.