KR100232264B1 - Joystick for power-response - Google Patents

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KR100232264B1 KR1019970073911A KR19970073911A KR100232264B1 KR 100232264 B1 KR100232264 B1 KR 100232264B1 KR 1019970073911 A KR1019970073911 A KR 1019970073911A KR 19970073911 A KR19970073911 A KR 19970073911A KR 100232264 B1 KR100232264 B1 KR 100232264B1
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김성년
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Abstract

본 발명은 힘반향 조이스틱에 관한 것으로, 그 목적은 장애물과 로봇간의 거리를 측정하고, 상기 측정된 거리에 따른 힘을 조이스틱을 통하여 조작자에게 전달함으로써 이동형 로봇의 조작을 용이하게 하고, 이동형 로봇의 파손을 방지하는 힘반향 조이스틱을 제공하는 것이다.The present invention relates to a force echo joystick, the object of which is to measure the distance between the obstacle and the robot, and to transfer the force according to the measured distance to the operator through the joystick to facilitate the operation of the mobile robot, breakage of the mobile robot It is to provide a force echo joystick to prevent.

본 발명은 이동로봇에 거리측정용 초음파센서를 장착하고, 상기 초음파센서에 의해 제어되는 두 개의 모터를 조이스틱 핸들과 축에 의해 연결되도록 조이스틱 내에 장착하며, 상기 조이스틱 핸들을 기준으로 각각의 축에 연결된 모터의 위치와 대칭되는 위치에 두 개의 포텐시오메타를 각각의 축에 의해 조이스틱 핸들에 연결하여, 이동로봇과 장애물과의 거리가 근접함에 따라 모터에 의해 조이스틱에 반향되는 힘이 커지게함으로써 조이스틱에 원격 현실감을 부여한 힘반향 조이스틱을 제공함에 있다.The present invention is equipped with a distance measuring ultrasonic sensor in the mobile robot, mounted in the joystick so that the two motors controlled by the ultrasonic sensor is connected by the joystick handle and the shaft, connected to each axis based on the joystick handle By connecting two potentiometers to the joystick handles by their respective axes at positions symmetric to the position of the motor, the force reflected by the motor to the joystick increases as the distance between the moving robot and the obstacle approaches. It is to provide a force echo joystick that gives a remote realism.

Description

힘반향 조이스틱Force echo joystick

본 발명은 힘반향 조이스틱에 관한 것으로, 전방향 이동로봇의 자유도와 동일한 자유도를 구비하고, 전방향 이동로봇과 장애물과의 거리에 따라 조이스틱에 힘을 가하여 장애물을 탐지할 수 있는 전방향 이동로봇 제어용 3자유도 힘반향 조이스틱에 관한 것이다.The present invention relates to a force echo joystick, having a degree of freedom equal to the freedom of the omnidirectional mobile robot, for omnidirectional mobile robot control that can detect obstacles by applying a force to the joystick according to the distance between the omnidirectional mobile robot and the obstacle. Three degrees of freedom are also directed to force echo joysticks.

일반적으로 고방사능 지역과 같은 극한 상황에서 이루어지는 제반 작업은 방사능 오염의 위험 때문에 인간을 대신한 로봇의 이용이 절실한 형편이다. 특히 원자력 발전소내의 노후화된 설비에 의하여 설비 자체의 누적 방사선량이 증가되고, 급증하는 폐기물의 제염과 처리가 큰 문제점으로 발생됨에 따라 작업원의 방사선 피폭저감, 작업인원 절감, 보수기간 단축, 폐기물 감소 및 작업자의 안전성 향상을 위해서 다양한 기능을 구비하고 있는 이동형 경작업 로봇을 사용하고 있다.In general, in most extreme situations such as radioactive areas, the use of robots in place of humans is urgently needed due to the risk of radioactive contamination. In particular, due to aging equipment in nuclear power plants, the cumulative radiation dose of the equipment itself is increased, and decontamination and disposal of surging wastes are a big problem, resulting in reduction of radiation exposure of workers, reduction of working people, reduction of maintenance period, reduction of waste, and In order to improve worker safety, mobile light robots with various functions are used.

종래에 사용되고 있는 이동형 로봇은 좁은 통로나 복잡한 지역을 통과할 때 원격지의 조작자가 이동형 로봇에 장착된 카메라 정보에 의존하여 원격제어를 하였다. 그러나 상기와 같이 카메라 정보에 의존하여 이동형 로봇을 원격제어할 경우, 이동로봇이 벽면이나 장애물에 충돌하여 파손되거나 고장나는 경우도 자주 발생되었다.In the conventional mobile robot, a remote operator controls a remote control depending on the camera information mounted on the mobile robot when passing through a narrow passage or a complicated area. However, when remotely controlling the mobile robot based on the camera information as described above, the mobile robot often collides with a wall or an obstacle and is broken or broken.

또한, 인간이 접근하기 어려운 지역내에서 작업중 카메라가 고장났을 경우, 보유하고 있던 지도와 조이스틱을 사용하여 원격제어만으로 이동형 로봇을 회수해야 하므로, 주위환경의 안전성 및 이동로봇의 원활한 회수가 불가능하게 되는등 여러가지 문제점이 있었다.In addition, if the camera breaks down during operation in an area that is inaccessible to human beings, the mobile robot must be recovered only by remote control using the map and joystick that it has, thus preventing the safety of the surrounding environment and the smooth recovery of the mobile robot. There were various problems.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 장애물과 로봇간의 거리를 측정하고, 상기 측정된 거리에 따른 힘을 조이스틱을 통하여 조작자에게 전달함으로써 이동형 로봇의 조작을 용이하게 하고, 이동형 로봇의 파손을 방지하는 힘반향 조이스틱을 제공하는 것이다.The present invention has been made in consideration of the above problems, and its object is to measure the distance between the obstacle and the robot, and to facilitate the operation of the mobile robot by transferring the force according to the measured distance to the operator through the joystick, It is to provide a force echo joystick to prevent damage to the robot.

본 발명은 원격조정장치인 조이스틱에 장애물과의 거리에 따른 힘을 느끼게함으로써 달성되는데 즉, 이동로봇에 거리측정용 초음파센서를 장착하고, 상기 초음파센서에 의해 제어되는 두 개의 모터를 조이스틱 핸들과 축에 의해 연결되도록 조이스틱내에 장착하며, 상기 조이스틱 핸들을 기준으로 각각의 축에 연결된 모터의 위치와 대칭되는 위치에 두 개의 포텐시오메타를 각각의 축에 의해 조이스틱 핸들에 연결하여, 이동로봇과 장애물과의 거리가 근접함에 따라 모터에 의해 조이스틱에 반향되는 힘이 커지게함으로써 조이스틱에 원격 현실감을 부여한 힘반향 조이스틱을 제공함에 있다.The present invention is achieved by feeling the force according to the distance to the obstacle on the joystick which is a remote control device, that is, equipped with a distance measuring ultrasonic sensor on the mobile robot, two motors controlled by the ultrasonic sensor and the joystick handle and shaft It is mounted in the joystick to be connected by, and the two potentiometers are connected to the joystick handle by the respective axes at positions symmetrical with the positions of the motors connected to the respective axes with respect to the joystick handles. The force reflected by the motor to the joystick increases as the distance of close to provide a force echo joystick that gives the joystick a remote reality.

제1도는 본 발명에 따른 블록다이어그램.1 is a block diagram according to the present invention.

제2도는 본 발명에 따른 힘반향 조이스틱의 평면 내부 구성도.2 is a planar internal configuration of the force echo joystick according to the present invention.

제3도는 본 발명에 따른 힘반향 조이스틱의 정면 내부 구성도.3 is a front internal configuration diagram of a force echo joystick according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 초음파센서 2 : 조이스틱1: ultrasonic sensor 2: joystick

3 : 조이스틱 핸들 4,4' : 모터3: joystick handle 4,4 ': motor

7,7' : 포텐시오메타 8,8' : 브래킷7,7 ': potentiometer 8,8': bracket

9 : 링 51,51' : 제1풀리9: ring 51,51 ': first pulley

52,52' : 제2풀리 53,53' : 제3풀리52,52 ': Second pulley 53,53': Third pulley

54,54' : 제4풀리 61,61',62,62' : 축54,54 ': 4th pulley 61,61', 62,62 ': shaft

100 : 원격 제어부 200 : 관리 제어부100: remote control unit 200: management control unit

제1도는 본 발명에 따른 블록다이어그램을 도시한 것으로, 고방사능 지역과 같은 극한 환경하에 투입되어 원격조정에 의해 작업을 행하는 이동형 로봇은 각종 센서 테이터의 처리 및 제어기법 개발을 통하여 부분적인 자율주행이 가능해야 하며, 일상 점검의 경우는 향후에 완전 자율주행 및 작업이 이루어져야 한다. 이러한 기능에 충분히 대처하기 위한 것이 로봇 제어시스템으로 상기 로봇 제어시스템은 로봇시스템의 개발환경 및 조작자와의 인터페이스를 관장하고 또한 가장 중요한 각 모듈들의 통괄제어를 수행하도록 구성된 관리제어부(200)와 로봇내에 상주하는 원격 제어부(100)로 나누어진다.1 is a block diagram according to the present invention, wherein a mobile robot that is operated under a remote environment such as a high radioactive area and performs work by remote control has partially autonomous driving through processing of various sensor data and developing a control method. It should be possible and, in the case of routine inspections, full autonomous driving and work should be carried out in the future. In order to cope with such a function sufficiently, the robot control system includes a management control unit 200 and a robot configured to manage the development environment of the robot system and the interface with the operator and to perform integrated control of the most important modules. It is divided into a remote control unit 100 that resides.

상기 관리제어부(200)는 제어콘솔에 상주하는 조작자가 발전소 내부에 있는 이동형 경작업 로봇에게 명령을 내리고 로봇의 상황을 원격에서 충분히 감시하도록 설계되었으며, 관리제어부(200)의 기능은 제어반과 조작자 간의 인터페이스, 원격제어부들의 관리 및 힘반향 조이스틱의 제어로 나눌수 있다.The management control unit 200 is designed so that the operator resident in the control console to give a command to the mobile light robot in the power plant and fully monitor the situation of the robot remotely, the function of the management control unit 200 is between the control panel and the operator. It can be divided into interface, management of remote control unit and control of force echo joystick.

상기 제어반과 조작자 간의 인터페이스는 로봇으로부터의 음성 및 카메라 신호를 원격지의 조작자에게 전달하고, 조작자가 주는 명령(마스터 암, 조이스틱, 스위치등)을 분석하여 원격제어부로 하달하도록 되어 있다.The interface between the control panel and the operator transmits voice and camera signals from the robot to a remote operator, and analyzes the commands (master arm, joystick, switch, etc.) given by the operator to the remote controller.

상기 원격제어부들의 관리는 서로 란(LAN)으로 연결된 이동모듈, 조작모듈 및 센싱 모듈 간의 통신과 전체 제어시스템을 관장하도록 되어 있다. 여기서 로봇의 이동은 힘반향 조이스틱(2)으로부터 이동로봇의 속도 명령을 해석하여 원격제어부(100)에 전달하고, 원격제어부(100)로부터 초음파센서(1)에 의해 측정된 이동로봇과 장애물 간의 거리 데이터를 받아서 조이스틱의 모터를 제어하도록 되어 있다.Management of the remote control unit is to manage the communication and the entire control system between the mobile module, the operation module and the sensing module connected to each other (LAN). Here, the movement of the robot interprets the speed command of the mobile robot from the force echo joystick (2) and transmits it to the remote controller (100), and the distance between the mobile robot and the obstacle measured by the ultrasonic sensor (1) from the remote controller (100). It receives data and controls the joystick motor.

또한, 조작기능의 경우는 주조작기로 부터의 위치 명령을 해석하여 원격제어부로 전달하도록 되어 있다.In the case of the operation function, the position command from the casting machine is interpreted and transmitted to the remote control unit.

상기 원격제어부(100)는 관리제어부(200)로 부터의 제어명령을 해석하여 로봇을 구동하고, 장애물과의 거리정보, 로봇 경사각도, 영상 데이터 등을 관리제어부로 전송하도록 되어 있다.The remote controller 100 interprets a control command from the management controller 200 to drive the robot, and transmits distance information, an inclination angle of the obstacle, image data, and the like to the management controller.

제2도는 본 발명에 따른 힘반향 조이스틱의 평면 내부 구성도를, 제3도는 본 발명에 따른 힘반향 조이스틱의 정면 내부 구성도를 도시한 것으로, 본 발명은 조이스틱의 핸들(3)과 모터(4,4')를 다수개의 풀리(51,51',52,52',53,53',54,54') 및 축(61,61')에 의해 연결하고, 상기 조이스틱 핸들(3)을 기준으로 모터(4,4')와 연결된 부위에 대칭되는 위치의 축(62,62')에, 고정도 포텐시오메타(7,7')를 장착한다.2 is a planar internal configuration of the force echo joystick according to the present invention, and FIG. 3 is a front internal configuration diagram of the force echo joystick according to the present invention. The present invention provides a handle 3 and a motor 4 of the joystick. , 4 ') by a plurality of pulleys 51, 51', 52, 52 ', 53, 53', 54, 54 'and shafts 61, 61', and with reference to the joystick handle 3 Thus, the high-potential potentiometers 7 and 7 'are mounted on the axes 62 and 62' at positions symmetrical with the parts connected to the motors 4 and 4 '.

상기 조이스틱(2)은 하단 내부에 브래킷(8,8')에 의해 모터(4,4')가 장착되고, 상기 모터(4,4')에 연결하여 제1풀리(51,51')가 장착되며, 상기 제1풀리(51,51')는 로프에 의해 제2풀리(52,52')와 연결되어 있다. 또한 제2풀리(52,52')는 제3풀리(53,53') 중심부에 볼트 결합되고, 제3풀리(53,53')는 제4풀리(54,54')에 로프에 의해 연결되며, 제4풀리(54,54')는 축(61,61')에 의해 조이스틱 핸들(3)과 연결된 링(9)에 연결되어 있다.The joystick 2 is equipped with motors 4 and 4 'by brackets 8 and 8' in the lower end thereof, and connected to the motors 4 and 4 'so that the first pulleys 51 and 51' are connected. The first pulleys 51 and 51 'are connected to the second pulleys 52 and 52' by a rope. In addition, the second pulley (52, 52 ') is bolted to the center of the third pulley (53, 53'), the third pulley (53, 53 ') is connected to the fourth pulley (54, 54') by a rope The fourth pulley 54, 54 ′ is connected to the ring 9 connected to the joystick handle 3 by the shafts 61, 61 ′.

상기 모터(4,4) 및 제1풀리(51,51'), 제3풀리(53,53'), 제4풀리(54,54')는 동일 브래킷(8,8')에 의해 장착되어 있다.The motors 4 and 4, the first pulleys 51 and 51 ', the third pulleys 53 and 53' and the fourth pulleys 54 and 54 'are mounted by the same brackets 8 and 8'. have.

즉, 상기 모터(4,4')의 구동력은 제1풀리(51,51')를 경유하여 제3풀리(53,53')의 중심부에 볼트결합된 제2풀리(52,52')에 전달되고, 상기 제2풀리(52,52')에 전달된 모터(4,4')의 구동력은 일체형으로 작동되는 제3풀리(53,53')를 경유하여 제4풀리(54,54')에 전달되며, 상기 제4풀리(54,54')에 전달된 모터(4,4')의 구동력은 조이스틱 핸들(3)과 결합된 링(9)에 전달되어 조이스틱 핸들(3)의 작동을 제어한다.That is, the driving force of the motors 4 and 4 'is applied to the second pulleys 52 and 52' bolted to the center of the third pulleys 53 and 53 'via the first pulleys 51 and 51'. The driving force of the motors 4 and 4 'transmitted to the second pulleys 52 and 52' is the fourth pulley 54 and 54 'via the third pulleys 53 and 53' which are integrally operated. ), And the driving force of the motors 4, 4 ′ transmitted to the fourth pulleys 54, 54 ′ is transmitted to the ring 9 coupled with the joystick handle 3 to operate the joystick handle 3. To control.

상기 포텐시오메타(7,7')는 이동로봇의 속도명령을 주는 조이스틱의 회전변위를 측정하기 위하여 조이스틱 축(62,62')에 장착하는 것으로, 상기 조이스틱 핸들(3)을 기준으로 모터(4,4')와 연결된 축(61,61')에 대칭되는 위치의 축(62,62')에 연결되어 있다.The potentiometers 7 and 7 'are mounted on the joystick shafts 62 and 62' to measure the rotational displacement of the joystick which gives the speed command of the mobile robot. 4, 4 ') to the axes 62, 62' at positions symmetrical to the axes 61, 61 '.

즉, 상기 조이스틱 핸들(3)의 모터(4,4')와 연결된 축(61,61')과, 포텐시오메타(7,7')가 연결된 축(62,62')은 동일 직선상에 위치한다.That is, the shafts 61 and 61 'connected to the motors 4 and 4' of the joystick handle 3 and the shafts 62 and 62 'to which the potentiometers 7 and 7' are connected are arranged on the same straight line. Located.

상기 조이스틱 축은 조이스틱 핸들(3)을 중심으로 핸들(3)에 장착된 링(9)에 ‘+’자 형상으로 연결되어 있다. 즉, 상기 축은 4개의 축이 서로 직각을 이루고 링에 연결되어 있으며, 하나의 축(61)과, 상기 축(61)에 근접하는 또다른 축(61')에 모터(4,4')가 풀리에 의해 연결되고, 나머지 축(62,62') 즉, 상기 모터(4,4')가 연결된 두 개의 축(61,61') 위치와 대칭되는 위치의 축(62,62')에 포텐시오메타(7,7')를 장착하여 조이스틱의 회전변위를 측정하도록 되어 있다.The joystick shaft is connected in a '+' shape to a ring 9 mounted on the handle 3 around the joystick handle 3. That is, the shaft has four axes perpendicular to each other and connected to the ring, and the motors 4 and 4 'are connected to one shaft 61 and another shaft 61' adjacent to the shaft 61. Potents on the axes 62, 62 'connected by the pulley and symmetric with the positions of the other axes 62, 62', ie the two axes 61, 61 'to which the motors 4, 4' are connected. The shimeta (7, 7 ') is attached to measure the rotational displacement of the joystick.

상기 모터(4,4')는 원격제어부(100)로부터 전송된 이동로봇과 장애물간의 거리 데이터에 의해 제어되고, 풀리(51,51',52,52',53,53',54,54')를 통해 조이스틱 핸들(3)에 모터(4,4')의 구동력을 전달한다. 즉, 상기 조이스틱(2)은 조작자가 조이스틱 핸들(3)을 조작하여 장애물이 있는 방향으로 이동로봇을 이동시킬시, 이동 로봇에 장착된 초음파 센서(1)에 의해 원격제어부(100)에서 이동로봇과 장애물 간의 거리를 측정하고, 이를 이용하여 조이스틱(2)내에 장착된 모터(4,4')를 구동시키며, 상기 모터(4,4')는 조작자에 의해 조이스틱 핸들(3)에 가해지는 힘의 방향과 반대되는 방향으로 조이스틱 핸들(3)에 힘을 가해지게 된다.The motors 4 and 4 'are controlled by distance data between the moving robot and the obstacle transmitted from the remote controller 100, and the pulleys 51, 51', 52, 52 ', 53, 53', 54, 54 '. ) Transmits the driving force of the motor (4, 4 ') to the joystick handle (3). That is, the joystick (2) when the operator operates the joystick handle (3) to move the mobile robot in the direction of the obstacle, the mobile robot in the remote control unit 100 by the ultrasonic sensor (1) mounted on the mobile robot A distance between the obstacle and the obstacle and using the same to drive the motors 4 and 4 'mounted in the joystick 2, the motors 4 and 4' being applied to the joystick handle 3 by the operator. A force is applied to the joystick handle 3 in a direction opposite to the direction of.

상기 모터(4,4')에 의해 조이스틱 핸들(3)에 가해지는 힘은 이동로봇과 장애물과의 거리가 근접해 짐에 따라 점진적으로 반향되는 힘이 커지도록 되어 있어 조작자에게 원격 현실감을 주도록 되어 있다.The force applied to the joystick handle 3 by the motors 4 and 4 'is such that the force reflected gradually as the distance between the mobile robot and the obstacle becomes closer to give the remote realism to the operator. .

이와 같이 본 발명은 이동로봇과 조이스틱내에 초음파 센서와 모터 및 포텐시오메타를 장착하여 이동로봇을 조작하는 조작자에게 현실감을 주고, 원격제어시 주행 성능 및 작업성능을 향상시키며, 장애물과 이동로봇과의 충돌을 미연에 방지하여 이동로봇의 파손을 방지하였다.As described above, the present invention is equipped with an ultrasonic sensor, a motor, and a potentiometer in the mobile robot and the joystick to give a realistic feeling to the operator who operates the mobile robot, and improves the driving performance and work performance during remote control, and the obstacle and the mobile robot. The collision was prevented in advance to prevent damage to the mobile robot.

또한, 인간이 접근하기 어려운 지역내에서 이동로봇을 이용하여 작업하던중 로봇에 장착된 카메라가 고장날 경우, 지도와 조이스틱을 사용한 원격제어만으로도 이동로봇을 회수할 수 있는 등 많은 효과가 있다.In addition, when the camera mounted on the robot breaks down while working with the mobile robot in an area inaccessible to humans, the mobile robot can be recovered only by remote control using a map and a joystick.

Claims (1)

이동로봇에 거리측정용 초음파센서를 장착하고, 상기 초음파센서에 의해 제어되는 두 개의 모터를 조이스틱 핸들과 축에 의해 연결되도록 조이스틱내에 장착하며, 상기 조이스틱 핸들을 기준으로 각각의 축에 연결된 모터의 위치와 대칭되는 위치에 두 개의 포텐시오메타를 각각의 축에 의해 조이스틱 핸들에 연결하여 , 이동 로봇과 장애물과의 거리가 근접함에 따라 모터에 의해 조이스틱에 반향되는 힘이 커지도록 한 것을 특징으로 하는 전방향 이동로봇 제어용 3 자유도 힘반향 조이스틱.A distance measuring ultrasonic sensor is mounted on the mobile robot, and two motors controlled by the ultrasonic sensor are mounted in the joystick to be connected by a joystick handle and a shaft, and the position of the motor connected to each axis with respect to the joystick handle. Two potentiometers are connected to the joystick handles by their respective axes at positions symmetrical with each other, so that the force reflected by the motor to the joystick increases as the distance between the moving robot and the obstacle approaches. Three degrees of freedom force echo joystick for directional robot control.
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