KR102642410B1 - System and Method for Controlling Force based Impedance for the Dismantling of Reactor Vessel Internal - Google Patents
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Abstract
본 발명은 절단 공구가 환경과 상호작용 할 때 외부의 힘 정보를 활용하여 새로운 컴플라이언스 궤적을 생성하여 가변적인 표면을 효과적으로 절단할 수 있도록 한 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 절단 도구 말단장치(end-effector)가 도달하기 위한 가상표면 목표 위치를 설정하고, 목표 위치 이동 궤적(xd)을 생성하여 절단 도구 말단장치(end-effector)를 이동시켜 목표 위치 도달 여부를 확인하는 목표 위치 설정 및 이동 제어부;목표 위치에 도달한 것으로 판단되면 절단 도구 말단장치(end-effector)가 가상 표면에 도달하였는지 확인하는 가상 표면 도달 확인부;절단 도구 말단장치(end-effector)가 목표 거리(dw)를 유지하기 위한 가상 표면에 도달하였다면 절단 도구와 절단 표면 사이의 안전거리를 유지하는데 이용되는 컴플라이언스 궤적을 생성하여 힘 기반 임피던스 제어를 수행하는 임피던스 제어 수행부;절단 도구 말단장치(end-effector)가 가상 표면에 도달하지 않은 것으로 판단되면 위치 제어를 수행하는 위치 제어 수행부;생성된 컴플라이언스 궤적과 위치 제어를 통해 절단 도구와 절단 표면 사이의 안전거리를 유지하면서 절단을 제어하고 절단 확인을 하는 절단 확인부;를 포함하는 것이다.The present invention relates to a force-based impedance control system and method for disassembling the interior of a nuclear reactor that enables effective cutting of variable surfaces by utilizing external force information to generate new compliance trajectories when the cutting tool interacts with the environment. , set the virtual surface target position for the cutting tool end-effector to reach, create a target position movement trajectory (x d ), and move the cutting tool end-effector to determine whether the target position is reached. A target position setting and movement control unit that confirms; A virtual surface arrival confirmation unit that checks whether the cutting tool end-effector has reached the virtual surface when it is determined that the target position has been reached; The cutting tool end-effector An impedance control executing unit that performs force-based impedance control by generating a compliance trajectory used to maintain a safe distance between the cutting tool and the cutting surface once the virtual surface for maintaining the target distance (d w ) has been reached; cutting tool end device A position control execution unit that performs position control when it is determined that the (end-effector) has not reached the virtual surface; controls cutting while maintaining a safe distance between the cutting tool and the cutting surface through the generated compliance trajectory and position control; It includes a cutting confirmation unit that confirms cutting.
Description
본 발명은 로봇 매니퓰레이터 제어에 관한 것으로, 구체적으로 절단 공구가 환경과 상호작용 할 때 외부의 힘 정보를 활용하여 새로운 컴플라이언스 궤적을 생성하여 가변적인 표면을 효과적으로 절단할 수 있도록 한 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the control of a robot manipulator, and specifically to the dismantling of a nuclear reactor interior, which enables effective cutting of variable surfaces by utilizing external force information to generate new compliance trajectories when the cutting tool interacts with the environment. Pertains to a base impedance control system and method.
일반적으로 로봇 매니퓰레이터는 반복 가능한 속도와 정밀도와 관련하여, 작업을 핸들링하는 성능이 인간을 능가할 수 있는 것으로 알려져 있다.It is generally known that robot manipulators can surpass humans in handling tasks in terms of repeatable speed and precision.
그러나 작업을 수행함에 있어서, 힘을 민감하게 가하는 것과 순응성의 측면에서, 인간이 로봇 매니퓰레이터보다 우수하며, 이러한 바는 물체들이 민감하게 조작되거나 조립되는 것을 요구하는 실제 용도들에서 대체적으로 명백하게 나타난다. However, in performing tasks, humans are superior to robotic manipulators in terms of sensitive application of force and compliance, and this is generally evident in practical applications that require objects to be sensitively manipulated or assembled.
로봇 매니퓰레이터는 접촉력과 이동 순서들의 복잡한 조율을 필요로 한다.Robotic manipulators require complex coordination of contact forces and movement sequences.
이러한 다양한 작업 환경에 노출되어 있는 산업용 로봇 매니퓰레이터의 말단장치(end-effector)는 계획된 경로의 추적 기능뿐만 아니라 동시에 말단장치에 가해지는 힘을 제어하는 기능이 요구된다.The end-effector of an industrial robot manipulator exposed to such diverse work environments requires not only the function of tracking a planned path but also the function of controlling the force applied to the end-effector.
이처럼 동시에 로봇의 위치와 힘을 효과적으로 제어하는 기법으로 임피던스 제어기법(Impedance control)이 있다.Impedance control is a technique that effectively controls the robot's position and force at the same time.
이와 같은 로봇 매니퓰레이터의 사용은 조립, 절단, 연삭 등과 같은 다양한 산업 환경에서 점차적으로 증가되어 왔다. 로봇 매니퓰레이터의 사용이 증가함에 따라 임피던스 제어를 사용하여 로봇의 말단부와 작동환경 간의 상호 작용을 고려한 시스템의 작동을 구현해 놓은 가상 시뮬레이터가 연구되어왔다.The use of such robot manipulators has gradually increased in various industrial environments such as assembly, cutting, and grinding. As the use of robot manipulators increases, virtual simulators that use impedance control to implement the operation of the system considering the interaction between the extremity of the robot and the operating environment have been studied.
로봇 매니퓰레이터는 원자력발전소의 원자로 내부(RVI)와 같은 가혹한 환경에서의 해체와 같은 작업을 위하여 현재 널리 사용되고 있으며, 로봇의 말단부에 장착되는 열 절단기는 원자로(RVI)의 두꺼운 표면을 절단할 수 있는 가장 좋은 방법 중 하나이다.Robot manipulators are currently widely used for tasks such as disassembly in harsh environments such as the reactor interior (RVI) of a nuclear power plant, and the thermal cutter mounted on the extremity of the robot is the most capable of cutting the thick surface of the nuclear reactor (RVI). This is one of the good methods.
그러나 로봇 매니퓰레이터를 사용하는 작업은 전문적이며, 어려운 작업 난이도를 요구한다.However, tasks using robot manipulators are specialized and require difficult tasks.
또한, 열 절단기를 사용하여 절삭과 같은 분해 작업을 수행하려면 절단 도구 끝점과 절단 표면 사이의 거리를 유지하여야 한다.Additionally, performing disassembly operations such as cutting using a thermal cutter requires maintaining a distance between the cutting tool tip and the cutting surface.
도 1은 측면에서 바라본 열적 절단 작업 모습을 나타낸 구성도이다.Figure 1 is a configuration diagram showing a thermal cutting operation viewed from the side.
일반적인 절삭 공정에는 통상적으로 위치 제어를 사용하였으나, 원자로의 해체 시, 절단 도구와 원자로의 절단 표면 사이의 일정한 거리를 유지하는 것은 위치 제어를 사용함으로 인하여 거리 유지가 오히려 어려워지는 단점이 있다.Position control is commonly used in general cutting processes, but when dismantling a nuclear reactor, maintaining a certain distance between the cutting tool and the cutting surface of the reactor has the disadvantage of making it rather difficult to maintain the distance due to the use of position control.
이에 따라, 방사능 등의 극한 환경에서 복잡하고 어려운 절단 공정을 효과적으로 수행하기 위한 새로운 제어기술의 개발이 요구되고 있다.Accordingly, there is a need for the development of new control technologies to effectively perform complex and difficult cutting processes in extreme environments such as radioactivity.
본 발명은 종래 기술의 로봇 매니퓰레이터 제어 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 절단 공구가 환경과 상호작용 할 때 외부의 힘 정보를 활용하여 새로운 컴플라이언스 궤적을 생성하여 가변적인 표면을 효과적으로 절단할 수 있도록 한 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is intended to solve the problems of the robot manipulator control technology of the prior art, and utilizes external force information when the cutting tool interacts with the environment to generate a new compliance trajectory to effectively cut variable surfaces. The purpose is to provide a force-based impedance control system and method for dismantling the interior of a nuclear reactor.
본 발명은 절단 공구가 환경과 상호작용 할 때 외부의 힘 정보를 활용하는 힘 추적 임피던스 제어를 통하여 방사능 등의 극한 환경에서의 복잡하고 어려운 절단 공정을 효과적으로 수행할 수 있도록 한 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a force for dismantling the inside of a nuclear reactor that enables complex and difficult cutting processes to be effectively performed in extreme environments such as radioactivity through force tracking impedance control that utilizes external force information when the cutting tool interacts with the environment. The purpose is to provide a basic impedance control system and method.
본 발명은 힘 추적 임피던스 제어를 통하여 절단 공구와 절단 표면 사이의 안전한 거리를 유지할 수 있는 새로운 궤적을 생성하여 정밀한 절단 작업을 효율적으로 수행할 수 있도록 한 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a force-based impedance control system and method for dismantling the interior of a nuclear reactor that enables efficient cutting operations by generating a new trajectory that can maintain a safe distance between the cutting tool and the cutting surface through force tracking impedance control. The purpose is to provide.
본 발명은 작업 환경의 강성 상수 k를 사용하여 후크의 법칙으로 환경에서의 외력을 계산하고 외력 정보를 사용하여 절단 공구와 표면 사이의 안전 거리를 유지하는 데 도움이 되는 새로운 컴플라이언스 궤적을 효율적으로 생성할 수 있도록 한 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention uses the stiffness constant k of the working environment to calculate the external force in the environment with Hooke's law and uses the external force information to efficiently generate a new compliance trajectory that helps maintain a safe distance between the cutting tool and the surface. The purpose is to provide a force-based impedance control system and method for dismantling the interior of a nuclear reactor.
본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템은 비접촉식 절단 도구 말단장치(end-effector)를 이용하여 절단 작업을 수행하는 로봇 매니퓰레이터를 이용하는 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템에 있어서, 절단 도구 말단장치(end-effector)가 도달하기 위한 가상표면 목표 위치를 설정하고, 목표 위치 이동 궤적(xd)을 생성하여 절단 도구 말단장치(end-effector)를 이동시켜 목표 위치 도달 여부를 확인하는 목표 위치 설정 및 이동 제어부;목표 위치에 도달한 것으로 판단되면 절단 도구 말단장치(end-effector)가 가상 표면에 도달하였는지 확인하는 가상 표면 도달 확인부;절단 도구 말단장치(end-effector)가 목표 거리(dw)를 유지하기 위한 가상 표면에 도달하였다면 절단 도구와 절단 표면 사이의 안전거리를 유지하는데 이용되는 컴플라이언스 궤적을 생성하여 힘 기반 임피던스 제어를 수행하는 임피던스 제어 수행부;절단 도구 말단장치(end-effector)가 가상 표면에 도달하지 않은 것으로 판단되면 위치 제어를 수행하는 위치 제어 수행부;생성된 컴플라이언스 궤적과 위치 제어를 통해 절단 도구와 절단 표면 사이의 안전거리를 유지하면서 절단을 제어하고 절단 확인을 하는 절단 확인부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The force-based impedance control system for dismantling the inside of a nuclear reactor according to the present invention to achieve the above object is for dismantling the inside of a nuclear reactor using a robot manipulator that performs cutting work using a non-contact cutting tool end-effector. In the force-based impedance control system, a virtual surface target position for the cutting tool end-effector to reach is set, and a target position movement trajectory (x d ) is generated to control the cutting tool end-effector. A target position setting and movement control unit that checks whether the target position has been reached by moving; a virtual surface arrival confirmation unit that checks whether the cutting tool end-effector has reached the virtual surface when it is determined that the target position has been reached; an end of the cutting tool Impedance control, which performs force-based impedance control by generating a compliance trajectory that is used to maintain a safe distance between the cutting tool and the cutting surface once the device (end- effector ) has reached the virtual surface to maintain the target distance (d w). Execution unit; Position control executing unit, which performs position control when it is determined that the cutting tool end-effector has not reached the virtual surface; Safety distance between the cutting tool and the cutting surface through the generated compliance trajectory and position control. It is characterized in that it includes a cutting confirmation unit that controls cutting and confirms cutting while maintaining the.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 방법은 비접촉식 절단 도구 말단장치(end-effector)를 이용하여 절단 작업을 수행하는 로봇 매니퓰레이터를 이용하는 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템의 제어에 있어서, 절단 도구 말단장치(end-effector)가 도달하기 위한 가상표면 목표 위치를 설정하고, 목표 위치 이동 궤적(xd)을 생성하여 절단 도구 말단장치(end-effector)를 이동시켜 목표 위치 도달 여부를 확인하는 목표 위치 설정 및 이동 제어 단계;목표 위치에 도달한 것으로 판단되면 절단 도구 말단장치(end-effector)가 가상 표면에 도달하였는지 확인하는 가상 표면 도달 확인 단계;절단 도구 말단장치(end-effector)가 목표 거리(dw)를 유지하기 위한 가상 표면에 도달하였다면 절단 도구와 절단 표면 사이의 안전거리를 유지하는데 이용되는 컴플라이언스 궤적을 생성하여 힘 기반 임피던스 제어를 수행하는 임피던스 제어 수행 단계;절단 도구 말단장치(end-effector)가 가상 표면에 도달하지 않은 것으로 판단되면 위치 제어를 수행하는 위치 제어 수행 단계;생성된 컴플라이언스 궤적과 위치 제어를 통해 절단 도구와 절단 표면 사이의 안전거리를 유지하면서 절단을 제어하고 절단 확인을 하는 절단 확인 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A force-based impedance control method for dismantling the inside of a nuclear reactor according to the present invention for achieving another purpose is a force-based impedance control method for dismantling the inside of a nuclear reactor using a robot manipulator that performs a cutting operation using a non-contact cutting tool end-effector. In controlling the impedance control system, a virtual surface target position for the cutting tool end-effector to reach is set, and a target position movement trajectory (x d ) is generated to control the cutting tool end-effector. A target position setting and movement control step of checking whether the target position has been reached by moving; A virtual surface arrival confirmation step of checking whether the cutting tool end-effector has reached the virtual surface if it is determined that the target position has been reached; The cutting tool Impedance, which performs force-based impedance control by generating a compliance trajectory that is used to maintain a safe distance between the cutting tool and the cutting surface once the end-effector has reached the virtual surface to maintain the target distance (d w ). Perform control step; Perform position control step to perform position control if it is determined that the cutting tool end-effector has not reached the virtual surface; Safety between the cutting tool and the cutting surface through the generated compliance trajectory and position control. It is characterized in that it includes a cutting confirmation step of controlling cutting and confirming cutting while maintaining the distance.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the force-based impedance control system and method for dismantling the interior of a nuclear reactor according to the present invention has the following effects.
첫째, 절단 공구가 환경과 상호작용 할 때 외부의 힘 정보를 활용하여 새로운 컴플라이언스 궤적을 생성하여 가변적인 표면을 효과적으로 절단할 수 있도록 한다.First, when the cutting tool interacts with the environment, it utilizes external force information to generate new compliance trajectories, allowing it to effectively cut variable surfaces.
둘째, 절단 공구가 환경과 상호작용 할 때 외부의 힘 정보를 활용하는 힘 추적 임피던스 제어를 통하여 방사능 등의 극한 환경에서의 복잡하고 어려운 절단 공정을 효과적으로 수행할 수 있도록 한다.Second, when the cutting tool interacts with the environment, force tracking impedance control that utilizes external force information allows complex and difficult cutting processes to be effectively performed in extreme environments such as radioactivity.
셋째, 힘 추적 임피던스 제어를 통하여 절단 공구와 절단 표면 사이의 안전한 거리를 유지할 수 있는 새로운 궤적을 생성하여 정밀한 절단 작업을 효율적으로 수행할 수 있도록 한다.Third, through force tracking impedance control, a new trajectory is created to maintain a safe distance between the cutting tool and the cutting surface, allowing precise cutting operations to be performed efficiently.
넷째, 작업 환경의 강성 상수 k를 사용하여 후크의 법칙으로 환경에서의 외력을 계산하고 외력 정보를 사용하여 절단 공구와 표면 사이의 안전 거리를 유지하는 데 도움이 되는 새로운 컴플라이언스 궤적을 효율적으로 생성할 수 있도록 한다.Fourth, using the stiffness constant k of the working environment, the external force in the environment can be calculated by Hooke's law, and the external force information can be used to efficiently generate a new compliance trajectory that helps maintain a safe distance between the cutting tool and the surface. make it possible
도 1은 측면에서 바라본 열적 절단 작업 모습을 나타낸 구성도
도 2는 본 발명에 따른 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템의 구성도
도 3은 임피던스 제어 수행부의 상세 구성도
도 4는 본 발명에 따른 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 방법을 나타낸 플로우 차트
도 5는 환경과의 시스템 접촉을 통한 컴플라이언스 궤적 생성에 도움이 되는 접촉력을 생성을 나타낸 구성도
도 6은 가상 표면의 설계 방법을 나타낸 구성도
도 7a와 도 7b는 원형 절단을 위한 힘 추적 임피던스 제어 및 절단 과정을 나타낸 구성도Figure 1 is a configuration diagram showing the thermal cutting operation viewed from the side.
Figure 2 is a configuration diagram of a force-based impedance control system for internal dismantling of a nuclear reactor according to the present invention.
Figure 3 is a detailed configuration diagram of the impedance control performing unit.
Figure 4 is a flow chart showing a force-based impedance control method for dismantling the interior of a nuclear reactor according to the present invention.
Figure 5 is a configuration diagram showing the generation of contact force that helps create a compliance trajectory through system contact with the environment.
Figure 6 is a configuration diagram showing the design method of the virtual surface
Figures 7a and 7b are diagrams showing the force tracking impedance control and cutting process for circular cutting.
이하, 본 발명에 따른 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the force-based impedance control system and method for internal dismantling of a nuclear reactor according to the present invention will be described in detail as follows.
본 발명에 따른 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.The features and advantages of the force-based impedance control system and method for internal dismantling of a nuclear reactor according to the present invention will become apparent through the detailed description of each embodiment below.
도 2는 본 발명에 따른 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템의 구성도이고, 도 3은 임피던스 제어 수행부의 상세 구성도이다.FIG. 2 is a configuration diagram of a force-based impedance control system for dismantling the interior of a nuclear reactor according to the present invention, and FIG. 3 is a detailed configuration diagram of an impedance control performing unit.
본 발명에 따른 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템 및 방법은 절단 공구가 환경과 상호작용 할 때 외부의 힘 정보를 활용하여 새로운 컴플라이언스 궤적을 생성하여 가변적인 표면을 효과적으로 절단할 수 있도록 한 것이다.The force-based impedance control system and method for dismantling the interior of a nuclear reactor according to the present invention utilizes external force information when a cutting tool interacts with the environment to effectively cut variable surfaces by generating a new compliance trajectory. .
이를 위하여, 본 발명은 절단 도구와 절단 표면의 거리를 유지하는 데 필요한 가상 표면을 생성하는 가상 표면 생성 수단, 작업 환경과 시스템의 접촉을 통해 작업 환경에서의 외력을 산출하는 외력 산출 수단, 외력 정보를 사용해 절단 도구와 절단 표면 사이의 안전거리를 유지하는데 이용되는 컴플라이언스 궤적을 생성하는 궤적 생성 수단, 상기 생성된 궤적과 위치 제어를 통해 절단 도구와 절단 표면 사이의 안전거리를 유지하는 유지 제어 수단을 포함할 수 있다.To this end, the present invention provides a virtual surface generating means for generating a virtual surface necessary to maintain the distance between the cutting tool and the cutting surface, an external force calculation means for calculating an external force in the working environment through contact between the working environment and the system, and external force information. Trajectory generation means for generating a compliance trajectory used to maintain a safe distance between the cutting tool and the cutting surface, and maintenance control means for maintaining a safe distance between the cutting tool and the cutting surface through the generated trajectory and position control. It can be included.
그리고 가상 표면 생성 수단은 가상 표면과 절단 표면의 거리를 산출하는 산출부를 포함할 수 있고, 외력 산출 수단은 작업 환경과 시스템 사이 상호작용이 이루어지는 접촉부 및 접촉부를 통해 전달된 외력 정보를 이용해 환경에서의 외력을 계산하는 계산부를 포함할 수 있다.In addition, the virtual surface generating means may include a calculation unit for calculating the distance between the virtual surface and the cutting surface, and the external force calculation means may include a contact part through which interaction between the work environment and the system occurs and the external force information transmitted through the contact part to determine the distance between the virtual surface and the cutting surface. It may include a calculation unit that calculates external force.
이하의 설명에서 절단 도구는 비접촉식 절단 도구일 수 있고, 비접촉식 절단 도구는 레이저 절단, 플라즈마 절단, CAMC(Contact Arc Metal Cutting) 방식일 수 있고 이로 제한되지 않는다.In the following description, the cutting tool may be a non-contact cutting tool, and the non-contact cutting tool may be a laser cutting, plasma cutting, or CAMC (Contact Arc Metal Cutting) method, but is not limited thereto.
본 발명에 따른 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템은 도 2에서와 같이, 절단 도구와 절단 표면의 거리를 유지하는 데 필요한 가상 표면(Virtual surface)을 생성하고 절단 도구 말단장치(end-effector)의 목표 위치를 설정하는 목표 위치 설정부(10)와, 절단 도구 말단장치(end-effector)가 목표 위치에 도달하기 위한 목표 위치 이동 궤적(xd)을 생성하는 궤적 생성부(20)와, 절단 도구 말단장치(end-effector)가 목표 위치에 도달하였는지 확인하는 목표 위치 도달 확인부(30)와, 절단 도구 말단장치(end-effector)가 목표 위치에 도달한 것으로 판단되면 절단 도구 말단장치(end-effector)가 가상 표면에 도달하였는지 확인하는 가상 표면 도달 확인부(40)와, 절단 도구 말단장치(end-effector)가 목표 거리(dw)를 유지하기 위한 가상 표면에 도달하였다면 절단 도구와 절단 표면 사이의 안전거리를 유지하는데 이용되는 컴플라이언스 궤적을 생성하여 힘 기반 임피던스 제어를 수행하는 임피던스 제어 수행부(50)와, 절단 도구 말단장치(end-effector)가 가상 표면에 도달하지 않은 것으로 판단되면 위치 제어를 수행하는 위치 제어 수행부(60)와, 생성된 컴플라이언스 궤적과 위치 제어를 통해 절단 도구와 절단 표면 사이의 안전거리를 유지하면서 절단을 제어하고 절단 확인을 하는 절단 확인부(70)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the force-based impedance control system for disassembling the inside of a nuclear reactor according to the present invention creates a virtual surface necessary to maintain the distance between the cutting tool and the cutting surface and controls the cutting tool end-effector. ) a target position setting unit 10 that sets the target position of the cutting tool, and a trajectory generating unit 20 that generates a target position movement trajectory (x d ) for the cutting tool end-effector to reach the target position; , a target position arrival confirmation unit 30 that checks whether the cutting tool end-effector has reached the target position, and a cutting tool end-effector when it is determined that the cutting tool end-effector has reached the target position. A virtual surface arrival confirmation unit 40 that checks whether the end-effector has reached the virtual surface, and a cutting tool if the end-effector has reached the virtual surface to maintain the target distance d w . an impedance control executing unit 50 that performs force-based impedance control by generating a compliance trajectory used to maintain a safe distance between the cutting tool and the cutting surface, and a cutting tool end-effector not reaching the virtual surface. A position control performing unit 60 that performs position control when determined, and a cutting confirmation unit 70 that controls cutting and confirms cutting while maintaining a safe distance between the cutting tool and the cutting surface through the generated compliance trajectory and position control. ) includes.
여기서, 임피던스 제어 수행부(50)는 목표 거리(dw)로부터 절단 도구 말단장치(end-effector)가 이동한 변위()와 강성 상수()를 사용하여 외력()을 생성하는 외력 산출부(51)와, 생성된 외력으로부터 일정 거리를 유지하기 위한 위치 보상 값()으로 로봇 매니퓰레이터의 임피던스 모델에 대한 새로운 컴플라이언스 궤적()을 생성하는 신규 컴플라이언스 궤적 생성부(52)와, 생성된 외력이 목표로 한 힘 값에 도달했을 경우 이전 컴플라이언스 궤적 유지하는 궤적 유지 판단부(53)를 포함한다.Here, the impedance control performing unit 50 determines the displacement of the cutting tool end-effector from the target distance (d w ) ( ) and stiffness constant ( ) using external force ( ), an external force calculation unit 51 that generates, and a position compensation value ( ), a new compliance trajectory for the impedance model of the robot manipulator ( ) and a trajectory maintenance determination unit 53 that maintains the previous compliance trajectory when the generated external force reaches the target force value.
여기서, 외력 산출부(51)는 수학식 1에서와 같이 외력()을 생성한다.Here, the external force calculation unit 51 calculates the external force ( ) is created.
그리고 신규 컴플라이언스 궤적 생성부(52)는 새로운 컴플라이언스 궤적을 수학식 2에서와 같이 생성한다.And the new compliance trajectory generator 52 generates a new compliance trajectory as shown in Equation 2.
이와 같은 본 발명에 따른 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템은 절단 공구가 환경과 상호작용 할 때 외부의 힘 정보를 활용하는 힘 추적 임피던스 제어를 통하여 방사능 등의 극한 환경에서의 복잡하고 어려운 절단 공정을 효과적으로 수행할 수 있도록 한 것이다.The force-based impedance control system for dismantling the inside of a nuclear reactor according to the present invention enables complex and difficult cutting in extreme environments such as radioactivity through force tracking impedance control that utilizes external force information when the cutting tool interacts with the environment. This is to ensure that the process can be carried out effectively.
본 발명은 힘 추적 임피던스 제어를 통하여 절단 공구와 절단 표면 사이의 안전한 거리를 유지할 수 있는 새로운 궤적을 생성하여 정밀한 절단 작업을 효율적으로 수행한다.The present invention efficiently performs precise cutting operations by generating a new trajectory that can maintain a safe distance between the cutting tool and the cutting surface through force tracking impedance control.
특히, 작업 환경의 강성 상수 k를 사용하여 후크의 법칙으로 환경에서의 외력을 계산하고 외력 정보를 사용하여 절단 공구와 표면 사이의 안전 거리를 유지하는 데 도움이 되는 새로운 컴플라이언스 궤적을 생성하여 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어를 수행한다.In particular, it uses the stiffness constant k of the working environment to calculate the external force in the environment with Hooke's law and uses the external force information to generate a new compliance trajectory that helps maintain a safe distance between the cutting tool and the surface inside the reactor. Perform force-based impedance control for disassembly.
본 발명에 따른 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The force-based impedance control method for dismantling the interior of a nuclear reactor according to the present invention will be described in detail as follows.
도 4는 본 발명에 따른 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 방법을 나타낸 플로우 차트이다.Figure 4 is a flow chart showing a force-based impedance control method for dismantling the interior of a nuclear reactor according to the present invention.
그리고 도 5는 환경과의 시스템 접촉을 통한 컴플라이언스 궤적 생성에 도움이 되는 접촉력을 생성을 나타낸 구성도이고, 도 6은 가상 표면의 설계 방법을 나타낸 구성도이다.And Figure 5 is a configuration diagram showing the creation of a contact force helpful in generating a compliance trajectory through system contact with the environment, and Figure 6 is a configuration diagram showing a method of designing a virtual surface.
먼저, 절단 도구와 절단 표면의 거리를 유지하는 데 필요한 가상 표면(Virtual surface)을 생성하고 절단 도구 말단장치(end-effector)의 목표 위치를 설정한다.(S401)First, create a virtual surface necessary to maintain the distance between the cutting tool and the cutting surface and set the target position of the cutting tool end-effector (S401).
이어, 절단 도구 말단장치(end-effector)가 목표 위치에 도달하기 위한 목표 위치 이동 궤적(xd)을 생성한다.(S402)Next, the cutting tool end-effector generates a target position movement trajectory (x d ) to reach the target position (S402).
그리고 절단 도구 말단장치(end-effector)가 목표 위치에 도달하였는지 확인한다.(S403)And check whether the cutting tool end-effector has reached the target position (S403).
이어, 절단 도구 말단장치(end-effector)가 목표 위치에 도달한 것으로 판단되면 절단 도구 말단장치(end-effector)가 가상 표면에 도달하였는지 확인한다.(S404)Next, when it is determined that the cutting tool end-effector has reached the target position, it is checked whether the cutting tool end-effector has reached the virtual surface (S404).
그리고 절단 도구 말단장치(end-effector)가 목표 거리(dw)를 유지하기 위한 가상 표면에 도달하였다면 절단 도구와 절단 표면 사이의 안전거리를 유지하는데 이용되는 컴플라이언스 궤적을 생성하여 힘 기반 임피던스 제어를 수행하는 임피던스 제어를 수행한다.(S405 ~ S408)And when the cutting tool end-effector reaches the virtual surface to maintain the target distance ( dw ), force-based impedance control is performed by generating a compliance trajectory that is used to maintain a safe distance between the cutting tool and the cutting surface. Impedance control is performed (S405 ~ S408).
이어, 절단 도구 말단장치(end-effector)가 가상 표면에 도달하지 않은 것으로 판단되면 위치 제어를 수행한다.(S409 ~ S412)Next, if it is determined that the cutting tool end-effector has not reached the virtual surface, position control is performed (S409 to S412).
그리고 생성된 컴플라이언스 궤적과 위치 제어를 통해 절단 도구와 절단 표면 사이의 안전거리를 유지하면서 절단을 제어하고 절단 확인을 한다.(S413)Then, the cutting is controlled and the cutting is confirmed while maintaining a safe distance between the cutting tool and the cutting surface through the generated compliance trajectory and position control (S413).
여기서, 임피던스 제어를 수행하는 단계는, 목표 거리(dw)로부터 절단 도구 말단장치(end-effector)가 이동한 변위()와 강성 상수()를 사용하여 외력()을 생성하는 외력 산출 단계(S406)와, 생성된 외력으로부터 일정 거리를 유지하기 위한 위치 보상 값()으로 로봇 매니퓰레이터의 임피던스 모델에 대한 새로운 컴플라이언스 궤적()을 생성하는 신규 컴플라이언스 궤적 생성 단계(S407)와, 생성된 외력이 목표로 한 힘 값에 도달했을 경우 이전 컴플라이언스 궤적 유지하는 궤적 유지 판단 단계(S408)를 포함한다.Here, the step of performing impedance control is the displacement (displacement) moved by the cutting tool end-effector from the target distance (d w ). ) and stiffness constant ( ) using external force ( ), an external force calculation step (S406), and a position compensation value (S406) for maintaining a certain distance from the generated external force ( ), a new compliance trajectory for the impedance model of the robot manipulator ( ) and a trajectory maintenance determination step (S408) that maintains the previous compliance trajectory when the generated external force reaches the target force value (S407).
본 발명은 이와 과정으로 절단 공구가 환경과 상호작용 할 때 외부의 힘 정보를 활용하는 힘 추적 임피던스 제어를 통하여 방사능 등의 극한 환경에서의 복잡하고 어려운 절단 공정을 효과적으로 수행할 수 있도록 한다.The present invention uses this process to effectively perform complex and difficult cutting processes in extreme environments such as radioactivity through force tracking impedance control that utilizes external force information when the cutting tool interacts with the environment.
도 7a와 도 7b는 원형 절단을 위한 힘 추적 임피던스 제어 및 절단 과정을 나타낸 구성도이다.Figures 7a and 7b are diagrams showing the force tracking impedance control and cutting process for circular cutting.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템 및 방법은 절단 공구가 환경과 상호작용 할 때 외부의 힘 정보를 활용하여 새로운 컴플라이언스 궤적을 생성하여 가변적인 표면을 효과적으로 절단할 수 있도록 한 것으로, 절단 공구가 환경과 상호작용 할 때 외부의 힘 정보를 활용하는 힘 추적 임피던스 제어를 통하여 방사능 등의 극한 환경에서의 복잡하고 어려운 절단 공정을 효과적으로 수행할 수 있도록 한 것이다.The force-based impedance control system and method for dismantling the interior of a nuclear reactor according to the present invention described above can effectively cut variable surfaces by generating a new compliance trajectory by utilizing external force information when the cutting tool interacts with the environment. This allows complex and difficult cutting processes to be effectively performed in extreme environments such as radioactivity through force tracking impedance control that utilizes external force information when the cutting tool interacts with the environment.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it will be understood that the present invention is implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the specified embodiments should be considered from an illustrative rather than a limiting point of view, the scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope are intended to be included in the present invention. It will have to be interpreted.
10. 목표 위치 설정부 20. 궤적 생성부
30. 목표 위치 도달 확인부 40. 가상 표면 도달 확인부
50. 임피던스 제어 수행부 60. 위치 제어 수행부
70. 절단 확인부10. Target position setting unit 20. Trajectory creation unit
30. Target position arrival confirmation unit 40. Virtual surface arrival confirmation unit
50. Impedance control execution unit 60. Position control execution unit
70. Cutting confirmation unit
Claims (9)
절단 도구 말단장치(end-effector)가 도달하기 위한 가상표면 목표 위치를 설정하고, 목표 위치 이동 궤적(xd)을 생성하여 절단 도구 말단장치(end-effector)를 이동시켜 목표 위치 도달 여부를 확인하는 목표 위치 설정 및 이동 제어부;
목표 위치에 도달한 것으로 판단되면 절단 도구 말단장치(end-effector)가 가상 표면에 도달하였는지 확인하는 가상 표면 도달 확인부;
절단 도구 말단장치(end-effector)가 목표 거리(dw)를 유지하기 위한 가상 표면에 도달하였다면 절단 도구와 절단 표면 사이의 안전거리를 유지하는데 이용되는 컴플라이언스 궤적을 생성하여 힘 기반 임피던스 제어를 수행하는 임피던스 제어 수행부;
절단 도구 말단장치(end-effector)가 가상 표면에 도달하지 않은 것으로 판단되면 위치 제어를 수행하는 위치 제어 수행부;
생성된 컴플라이언스 궤적과 위치 제어를 통해 절단 도구와 절단 표면 사이의 안전거리를 유지하면서 절단을 제어하고 절단 확인을 하는 절단 확인부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템.A force-based impedance control system for nuclear reactor internal dismantling using a robotic manipulator that performs cutting operations using a non-contact cutting tool end-effector, comprising:
Set the virtual surface target position for the cutting tool end-effector to reach, create a target position movement trajectory (x d ), and move the cutting tool end-effector to check whether the target position has been reached. a target position setting and movement control unit;
a virtual surface arrival confirmation unit that checks whether the cutting tool end-effector has reached the virtual surface when it is determined that the target position has been reached;
Once the cutting tool end-effector has reached the virtual surface to maintain the target distance ( dw ), force-based impedance control is performed by generating a compliance trajectory that is used to maintain a safe distance between the cutting tool and the cutting surface. an impedance control performing unit;
a position control performing unit that performs position control when it is determined that the cutting tool end-effector has not reached the virtual surface;
A force-based impedance control system for dismantling the interior of a nuclear reactor, comprising a cutting confirmation unit that controls cutting and confirms cutting while maintaining a safe distance between the cutting tool and the cutting surface through the generated compliance trajectory and position control. .
절단 도구와 절단 표면의 거리를 유지하는 데 필요한 가상 표면(Virtual surface)을 생성하고 목표 위치를 설정하는 목표 위치 설정부와,
절단 도구 말단장치(end-effector)가 목표 위치에 도달하기 위한 목표 위치 이동 궤적(xd)을 생성하는 궤적 생성부와,
절단 도구 말단장치(end-effector)가 목표 위치에 도달하였는지 확인하는 목표 위치 도달 확인부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템.The method of claim 1, wherein the target position setting and movement control unit,
A target position setting unit that creates a virtual surface necessary to maintain the distance between the cutting tool and the cutting surface and sets the target position,
a trajectory generator that generates a target position movement trajectory (x d ) for the cutting tool end-effector to reach the target position;
A force-based impedance control system for dismantling the interior of a nuclear reactor, comprising a target position arrival confirmation unit that verifies whether the cutting tool end-effector has reached the target position.
목표 거리(dw)로부터 절단 도구 말단장치(end-effector)가 이동한 변위()와 강성 상수()를 사용하여 외력()을 생성하는 외력 산출부와,
생성된 외력으로부터 일정 거리를 유지하기 위한 위치 보상 값()으로 로봇 매니퓰레이터의 임피던스 모델에 대한 새로운 컴플라이언스 궤적()을 생성하는 신규 컴플라이언스 궤적 생성부와,
생성된 외력이 목표로 한 힘 값에 도달했을 경우 이전 컴플라이언스 궤적 유지하는 궤적 유지 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템.The method of claim 1, wherein the impedance control performing unit,
Displacement moved by the cutting tool end-effector from the target distance (d w ) ( ) and stiffness constant ( ) using external force ( ), an external force calculation unit that generates,
Position compensation value ( ), a new compliance trajectory for the impedance model of the robot manipulator ( ) a new compliance trajectory generation unit that generates
A force-based impedance control system for dismantling the interior of a nuclear reactor, comprising a trajectory maintenance determination unit that maintains the previous compliance trajectory when the generated external force reaches the target force value.
목표 거리(dw)로부터 절단 도구 말단장치(end-effector)가 이동한 변위()와 강성 상수()를 사용하여 외력()을,
으로 산출하는 것을 특징으로 하는 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템.The method of claim 3, wherein the external force calculation unit,
Displacement moved by the cutting tool end-effector from the target distance (d w ) ( ) and stiffness constant ( ) using external force ( )second,
A force-based impedance control system for dismantling the interior of a nuclear reactor, characterized in that it is calculated as .
생성된 외력으로부터 일정 거리를 유지하기 위한 위치 보상 값()으로 로봇 매니퓰레이터의 임피던스 모델에 대한 새로운 컴플라이언스 궤적()을,
으로 생성하는 것을 특징으로 하는 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템.The method of claim 3, wherein the new compliance trajectory creation unit,
Position compensation value ( ), a new compliance trajectory for the impedance model of the robot manipulator ( )second,
A force-based impedance control system for dismantling the interior of a nuclear reactor, characterized in that it is created.
레이저 절단, 플라즈마 절단, CAMC(Contact Arc Metal Cutting) 방식을 포함하는 절단 방식 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 시스템.The non-contact cutting tool of claim 1, wherein:
A force-based impedance control system for dismantling the interior of a nuclear reactor, characterized in that it is selected from a group of cutting methods including laser cutting, plasma cutting, and CAMC (Contact Arc Metal Cutting) methods.
절단 도구 말단장치(end-effector)가 도달하기 위한 가상표면 목표 위치를 설정하고, 목표 위치 이동 궤적(xd)을 생성하여 절단 도구 말단장치(end-effector)를 이동시켜 목표 위치 도달 여부를 확인하는 목표 위치 설정 및 이동 제어 단계;
목표 위치에 도달한 것으로 판단되면 절단 도구 말단장치(end-effector)가 가상 표면에 도달하였는지 확인하는 가상 표면 도달 확인 단계;
절단 도구 말단장치(end-effector)가 목표 거리(dw)를 유지하기 위한 가상 표면에 도달하였다면 절단 도구와 절단 표면 사이의 안전거리를 유지하는데 이용되는 컴플라이언스 궤적을 생성하여 힘 기반 임피던스 제어를 수행하는 임피던스 제어 수행 단계;
절단 도구 말단장치(end-effector)가 가상 표면에 도달하지 않은 것으로 판단되면 위치 제어를 수행하는 위치 제어 수행 단계;
생성된 컴플라이언스 궤적과 위치 제어를 통해 절단 도구와 절단 표면 사이의 안전거리를 유지하면서 절단을 제어하고 절단 확인을 하는 절단 확인 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 방법.In the control of a force-based impedance control system for dismantling the interior of a nuclear reactor using a robotic manipulator that performs cutting operations using a non-contact cutting tool end-effector, comprising:
Set the virtual surface target position for the cutting tool end-effector to reach, create a target position movement trajectory (x d ), and move the cutting tool end-effector to check whether the target position has been reached. A goal position setting and movement control step;
When it is determined that the target position has been reached, a virtual surface arrival confirmation step of checking whether the cutting tool end-effector has reached the virtual surface;
Once the cutting tool end-effector has reached the virtual surface to maintain the target distance ( dw ), force-based impedance control is performed by generating a compliance trajectory that is used to maintain a safe distance between the cutting tool and the cutting surface. performing impedance control;
a position control performing step of performing position control when it is determined that the cutting tool end-effector has not reached the virtual surface;
A force-based impedance control method for dismantling a nuclear reactor interior, comprising a cutting confirmation step of controlling cutting and confirming cutting while maintaining a safe distance between the cutting tool and the cutting surface through the generated compliance trajectory and position control. .
절단 도구와 절단 표면의 거리를 유지하는 데 필요한 가상 표면(Virtual surface)을 생성하고 목표 위치를 설정하는 목표 위치 설정 단계와,
절단 도구 말단장치(end-effector)가 목표 위치에 도달하기 위한 목표 위치 이동 궤적(xd)을 생성하는 궤적 생성 단계와,
절단 도구 말단장치(end-effector)가 목표 위치에 도달하였는지 확인하는 목표 위치 도달 확인 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 방법.The method of claim 7, wherein the target position setting and movement control step includes:
A target position setting step of creating a virtual surface necessary to maintain the distance between the cutting tool and the cutting surface and setting the target position;
A trajectory generation step in which a cutting tool end-effector generates a target position movement trajectory (x d ) to reach the target position;
A force-based impedance control method for dismantling the interior of a nuclear reactor, comprising a step of checking whether the cutting tool end-effector has reached the target position.
목표 거리(dw)로부터 절단 도구 말단장치(end-effector)가 이동한 변위()와 강성 상수()를 사용하여 외력()을 생성하는 외력 산출 단계와,
생성된 외력으로부터 일정 거리를 유지하기 위한 위치 보상 값()으로 로봇 매니퓰레이터의 임피던스 모델에 대한 새로운 컴플라이언스 궤적()을 생성하는 신규 컴플라이언스 궤적 생성 단계와,
생성된 외력이 목표로 한 힘 값에 도달했을 경우 이전 컴플라이언스 궤적 유지하는 궤적 유지 판단 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 내부 해체를 위한 힘 기반 임피던스 제어 방법.
The method of claim 7, wherein the step of performing impedance control is:
Displacement (displacement) moved by the cutting tool end-effector from the target distance (d w ) ) and stiffness constant ( ) using external force ( ), an external force calculation step that generates,
Position compensation value ( ), a new compliance trajectory for the impedance model of the robot manipulator ( ), a new compliance trajectory generation step that generates,
A force-based impedance control method for internal dismantling of a nuclear reactor, comprising a trajectory maintenance determination step for maintaining the previous compliance trajectory when the generated external force reaches the target force value.
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