KR100877984B1 - Head tracking control method of robot - Google Patents

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Abstract

본 발명은 로봇의 헤드 트랙킹 제어방법에 관한 것으로, 이전에 헤드 트랙킹 명령을 만드는데 소요된 시간값을 이용하여 현재 헤드 트랙킹 명령신호를 가변적으로 보간함으로써, 헤드 트랙킹시 부드러운 동작을 구현할 수 있도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 로봇의 현재 헤드 트랙킹 명령신호와 이전 헤드 트랙킹 명령신호를 생성하기 위한 소요시간을 검출하는 제1 과정과; 상기 검출된 소요시간과 모터 제어 루프 시간을 근거로 로봇 서보계에 주어지는 명령의 지연을 보정하기 위한 보간상수를 산출하는 제2 과정과; 상기 현재 헤드 트랙킹 명령신호와 이전 헤드 트랙킹 명령신호와의 지연시간을 검출하는 제3 과정과; 헤드 트랙킹 명령신호 발생넘버와 상기 검출된 지연시간 및 상기 산출된 보간상수를 이용하여 보정된 현재 헤드 트랙킹 명령신호를 검출하는 제4 과정과; 상기 제4 과정의 헤드 트랙킹 명령신호의 제어량을 비례적분하여 출력전압을 산출하고, 상기 산출된 출력전압을 근거로 헤드 트랙킹을 제어하는 제5 과정으로 이루어진다.The present invention relates to a method for controlling a head tracking of a robot. By variably interpolating a current head tracking command signal by using a time value previously generated for a head tracking command, a smooth operation can be realized during head tracking. To this end, the present invention includes a first step of detecting the time required for generating the current head tracking command signal and the previous head tracking command signal of the robot; A second step of calculating an interpolation constant for correcting a delay of a command given to the robot servo system based on the detected required time and the motor control loop time; Detecting a delay time between the current head tracking command signal and a previous head tracking command signal; Detecting a current head tracking command signal corrected using the head tracking command signal generation number, the detected delay time, and the calculated interpolation constant; And a fifth process of calculating an output voltage by proportionally integrating the control amount of the head tracking command signal of the fourth process and controlling head tracking based on the calculated output voltage.

Description

로봇의 헤드 트랙킹 제어방법{HEAD TRACKING CONTROL METHOD OF ROBOT}HEAD TRACKING CONTROL METHOD OF ROBOT}

도1은 종래 로봇의 헤드 트랙킹 제어방법에 대한 동작흐름도.1 is a flow chart illustrating a head tracking control method of a conventional robot.

도2는 본 발명 로봇의 헤드 트랙킹 제어방법에 대한 동작흐름도.Figure 2 is a flow chart for the head tracking control method of the present invention robot.

도3은 본 발명 로봇의 헤드 트랙킹 제어방법에 따른 변위와 시간과의 관계를 보인도.Figure 3 shows the relationship between the displacement and time according to the head tracking control method of the present invention robot.

본 발명은 지능형 로봇에 관한 것으로, 특히 헤드 트랙킹시 부드러운 동작을 구현할 수 있도록 한 로봇의 헤드 트랙킹 제어방법에 관한 것이다. The present invention relates to an intelligent robot, and more particularly, to a head tracking control method of a robot to implement a smooth motion during head tracking.

일반적으로, 엔터테인먼트 로봇 제품군은 사용자의 목적에 의해서만 작업을 수행하는 산업로봇과 달리 인공지능을 가지고 있어 생명체와 같이 자율적으로 행동할 수 있다.In general, unlike industrial robots that perform tasks only for the purpose of a user, the entertainment robot family has artificial intelligence and can be autonomous like a living thing.

SONY에 의해 공개된 대한민국 특허공개 제1990-23809호에 의하면, 전자 페트 시스템은 내부상태(감정과 상태)에 의해 행동을 발현하며, 그 내부상태는 내부 및 외부입력에 의해 갱신되는 전형적인 인공지능 시스템을 구성하고 있다.According to Korean Patent Publication No. 1990-23809 published by SONY, an electronic pet system expresses behavior by internal states (emotions and states), the internal states of which are typically AI systems updated by internal and external inputs. It consists of:

이러한 로봇은 자율적으로 공간을 돌아다닐 수 있도록 다리가 구비되며, 장애물을 피하거나 특정의 목표물을 쫓아갈 수 있도록 카메라를 구비한다.These robots are equipped with legs to move around autonomously, and have cameras to avoid obstacles or to chase certain targets.

종래 산업적, 군사적 목적에서 사용되던 카메라를 이용한 조향 및 추적장치는 대부분 적외선방식에 의해 열을 감지하는 방법을 사용했다.Steering and tracking devices using cameras, which have been used in conventional industrial and military purposes, have mostly used a method of detecting heat by infrared rays.

화상처리(Vision Processing)를 통해 목표물을 추종하는 방법은 학계와 산업계에서 많이 연구되어 왔으나 한정된 환경과 목적에서만 사용되어 왔으며, 비용적인 측면이나 계산처리 능력면에서 상용화에 어려움이 있었다.Vision tracking has been studied in academia and industry, but it has been used only in limited environments and purposes, and it has been difficult to commercialize in terms of cost and computational capability.

도1은 종래 로봇의 헤드 트랙킹 제어방법에 대한 동작흐름도로서, 이에 도시된 바와같이 로봇의 헤드 트랙킹 명령신호를 획득하는 제1 과정과; 현재 헤드 트랙킹 명령신호와 이전 헤드 트랙킹 명령신호와의 지연시간을 검출하는 제2 과정과; 헤드 트랙킹 명령신호 발생넘버와 지연시간 및 고정 보간 상수를 이용하여 보정된 현재 헤드 트랙킹 명령신호를 검출하는 제3 과정과; 상기 제3 과정의 헤드 트랙킹 명령신호의 제어량을 비례적분하여 출력전압을 산출하여 헤드 트랙킹을 제어하는 제4 과정으로 이루어지며,이와같은 종래 장치의 동작을 설명한다.1 is an operation flowchart of a head tracking control method of a conventional robot, and as shown therein, a first process of acquiring a head tracking command signal of a robot; Detecting a delay time between a current head tracking command signal and a previous head tracking command signal; Detecting a current head tracking command signal corrected using the head tracking command signal generation number, a delay time, and a fixed interpolation constant; A fourth process of controlling the head tracking by calculating the output voltage by proportionally integrating the control amount of the head tracking command signal of the third process, will be described the operation of the conventional apparatus.

먼저, 로봇의 헤드 트랙킹 명령신호를 발생하는데, 즉 카메라에 의해, 비쳐진 물체의 위치를 파악하여 중심으로부터 X축과 Y축으로의 거리값을 검출한 후, 목표값을 계산하여 SERVO계에 명령을 전달한다.First, the head tracking command signal of the robot is generated, that is, the camera detects the position of the reflected object, detects the distance value from the center to the X axis and the Y axis, calculates a target value, and commands the SERVO system. To pass.

그 다음, 현재 헤드 트랙킹 명령신호와 이전 헤드 트랙킹 명령신호와의 지연시간을 검출한 후, 헤드 트랙킹 명령신호 발생넘버와 지연시간 및 고정 보간 상수를 이용하여 보정된 현재 헤드 트랙킹 명령신호를 검출한다.Then, after detecting the delay time between the current head tracking command signal and the previous head tracking command signal, the current head tracking command signal corrected using the head tracking command signal generation number, the delay time, and the fixed interpolation constant is detected.

상기 보정된 헤드 트랙킹 명령신호는, 하기의 수학식으로 구한다.The corrected head tracking command signal is obtained by the following equation.

COMVAL=CN×(Dy/FIpN)COMVAL = CN × (Dy / FIpN)

여기서,COMVAL:헤드 트랙킹 명령Where: COMVAL: head tracking command

CN:헤드 트랙킹 명령 발생 넘버       CN: Head tracking command generation number

Dy:지연시간       Dy: delay time

FIpN:고정보간상수       FIpN: High Information Constant

그 다음, 상기 헤드 트랙킹 명령신호의 제어량을 비례적분하여 출력전압을 산출한 후, 그 출력전압에 의해 헤드 트랙킹을 수행한다.Then, the output voltage is calculated by proportionally integrating the control amount of the head tracking command signal, and then head tracking is performed by the output voltage.

즉, 로봇의 헤드 트랙킹은 머리부 카메라 확각내에 비쳐진 물체를 중심으로부터 X축과 Y축으로의 거리값을 검출하여 그 값을 SERVO계로 전송하면 그 SERVO계에서는 이전값과 현재값의 차이를 구하여 그 구간 만큼 보간하고, A/D부에서 검출된 값과 비교하여 제어되어야 할 양을 계산한 후, 그 제어량을 PID Controller에서 출력전압으로 계산하여 모터에 인가함으로써, 로봇의 헤드를 원하는 위치로 움직이게 한다.In other words, the head tracking of the robot detects the distance value from the center to the X-axis and the Y-axis of the object reflected in the head camera angle, and transmits the value to the SERVO system. Interpolate by section, calculate the amount to be controlled by comparing with the value detected in A / D part, calculate the control amount as output voltage in PID Controller and apply it to the motor to move the head of the robot to the desired position. .

현재까지 구현된 트랙킹 방식들의 주요 문제점들을 살펴보면, 카메라의 계산시간에 따라서 명령을 주는 시간이 일정하지 않다.Looking at the main problems of the tracking schemes implemented up to now, the commanding time is not constant according to the calculation time of the camera.

왜냐하면, OS내에 카메라의 비젼 알고리즘이외에 여러개의 알고리즘들이 수행되기 때문에 비젼 알고리즘이 수행되는 간격이 매번 다르게 된다.Because several algorithms other than the camera's vision algorithm are executed in the OS, the interval at which the vision algorithm is executed is different each time.

이에 의해, SERVO계에서는 고정된 시간동안 보간해서 주어진 명령을 수행하기 때문에 이전 명령을 미처 수행하기도 전에 다른 명령이 전달되거나 혹은 이전 명령을 수행하고 나서 어느 정도의 지연이 생긴후에 다른 명령이 전달되기도 한다.As a result, the SERVO system performs a given command by interpolating for a fixed period of time, so that another command may be sent before the previous command is executed, or another command may be delivered after a delay occurs after executing the previous command. .

따라서, 트랙킹시 머리의 움직임이 불연속점이 생겨 급격하게 증가하거나 모션과 모션 사이가 끊기게 되어 부드러운 모션을 수행하지 못하게 되는 문제점이 있다.Therefore, there is a problem in that the movement of the head is suddenly increased due to the discontinuity of the head during tracking, or the motion between the motion and the motion is interrupted so that smooth motion cannot be performed.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 이전에 헤드 트랙킹 명령을 만드는데 소요된 시간값을 이용하여 현재 헤드 트랙킹 명령신호를 가변적으로 보간함으로써, 헤드 트랙킹시 부드러운 동작을 구현할 수 있도록 한 로봇의 헤드 트랙킹 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and by varying interpolating the current head tracking command signal using a time value previously made to make the head tracking command, it is possible to implement a smooth operation during head tracking. Its purpose is to provide a head tracking control method for a robot.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 로봇의 현재 헤드 트랙킹 명령신호와 이전 헤드 트랙킹 명령신호를 생성하기 위한 소요시간을 검출하는 제1 과정과; 상기 검출된 소요시간과 모터 제어 루프 시간을 근거로 로봇 서보계에 주어지는 명령의 지연을 보정하기 위한 보간상수를 산출하는 제2 과정과; 상기 현재 헤드 트랙킹 명령신호와 이전 헤드 트랙킹 명령신호와의 지연시간을 검출하는 제3 과정과; 헤드 트랙킹 명령신호 발생넘버와 상기 검출된 지연시간 및 상기 산출된 보간상수를 이용하여 보정된 현재 헤드 트랙킹 명령신호를 검출하는 제4 과정과; 상기 제4 과정의 헤드 트랙킹 명령신호의 제어량을 비례적분하여 출력전압을 산출하고, 상기 산출된 출력전압을 근거로 헤드 트랙킹을 제어하는 제5 과정으로 수행함을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, the first process for detecting the time required for generating the current head tracking command signal and the previous head tracking command signal of the robot; A second step of calculating an interpolation constant for correcting a delay of a command given to the robot servo system based on the detected required time and the motor control loop time; Detecting a delay time between the current head tracking command signal and a previous head tracking command signal; Detecting a current head tracking command signal corrected using the head tracking command signal generation number, the detected delay time, and the calculated interpolation constant; The output voltage may be calculated by proportionally integrating the control amount of the head tracking command signal of the fourth process, and the fifth process may be performed to control the head tracking based on the calculated output voltage.

이하, 본 발명에 의한 로봇의 헤드 트랙킹 제어방법에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, operations and effects of the head tracking control method of the robot according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도2는 본 발명 로봇의 헤드 트랙킹 제어방법에 대한 실시예의 동작흐름도로서, 이에 도시한 바와같이 로봇의 현재 헤드 트랙킹 명령신호와 이전 헤드 트랙킹 명령신호를 생성하기 위한 소요시간을 검출하는 제 1과정과; 로봇 서보계에 주어지는 명령의 지연을 보정하기 위한 보간상수를 산출하는 제2 과정과; 상기 현재 헤드 트랙킹 명령신호와 이전 헤드 트랙킹 명령신호와의 지연시간을 검출하는 제3 과정과; 헤드 트랙킹 명령신호 발생넘버와 지연시간 및 보간상수를 이용하여 보정된 현재 헤드 트랙킹 명령신호를 검출하는 제4 과정과; 상기 제4 과정의 헤드 트랙킹 명령신호의 제어량을 비례적분하여 출력전압을 산출하여 헤드 트랙킹을 제어하는 제5 과정으로 이루어지며, 이와같은 본 발명의 동작을 설명한다.FIG. 2 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for controlling a head tracking of a robot of the present invention. As shown in FIG. 2, a first process of detecting a current head tracking command signal and a time required for generating a previous head tracking command signal of the robot is shown. ; A second step of calculating an interpolation constant for correcting a delay of a command given to the robot servo system; Detecting a delay time between the current head tracking command signal and a previous head tracking command signal; Detecting a current head tracking command signal corrected using the head tracking command signal generation number, a delay time, and an interpolation constant; A fifth process of controlling the head tracking by calculating the output voltage by proportionally integrating the control amount of the head tracking command signal of the fourth process will be described.

우선, 본 발명의 출원자는, 카메라의 계산시간이 일정하지 않고 다음번 헤드 트랙킹 명령을 만들어 내는 시간을 미리 알수 없다는 점에서 착안하였음을 밝혀 두는 바이다.First of all, the applicant of the present invention has been made in view that the calculation time of the camera is not constant and the time for generating the next head tracking command cannot be known in advance.

따라서, 본 발명의 출원자는 바로 직전에 명령을 만드는데 소요된 시간값을 이용하여 가변적으로 보간을 수행하여 부드러운 로봇의 헤드 트랙킹을 안출하였다.Therefore, the applicant of the present invention variably performs the interpolation using the time value required to make a command immediately before, and devises a head tracking of a smooth robot.

먼저, 로봇의 헤드 트랙킹 명령신호와 이전 헤드 트랙킹 명령신호를 생성하기 위한 소요시간을 검출하여 이를 로봇 서보계에 전송하고, 그 다음, 로봇 서보계에 주어지는 명령의 지연을 보정하기 위한 보간상수를 산출한다.First, the robot head tracking command signal and the time required for generating the previous head tracking command signal are detected and transmitted to the robot servo system, and then the interpolation constant for correcting the delay of the command given to the robot servo system is calculated. do.

이때, 상기 보간상수는, 하기의 수학식으로 산출한다.At this time, the interpolation constant is calculated by the following equation.

[수학식][Equation]

IpN= T/LTIpN = T / LT

여기서,IpN:보간상수Where IpN: interpolation constant

T:소요시간       T: Time required

LT:모터제어루프시간       LT: motor control loop time

그 다음, 현재 헤드 트랙킹 명령신호 발생넘버와 지연시간 및 보간상수를 이용하여 보정된 현재 헤드 트랙킹 명령신호를 검출하는데, 그 보정된 헤드 트랙킹 명령신호는 하기의 수학식으로 산출한다.Then, the current head tracking command signal corrected using the current head tracking command signal generation number, the delay time, and the interpolation constant is detected. The corrected head tracking command signal is calculated by the following equation.

[수학식][Equation]

COMVAL=CN×(Dy/IpN)COMVAL = CN × (Dy / IpN)

여기서,COMVAL:헤드 트랙킹 명령Where: COMVAL: head tracking command

CN:헤드 트랙킹 명령 발생 넘버        CN: Head tracking command generation number                     

Dy:지연시간       Dy: delay time

IpN:보간상수       IpN: interpolation constant

이후, 상기 보정된 헤드 트랙킹 명령신호의 제어량을 비례적분하여 출력전압을 산출하여 그에 따라 헤드 트랙킹을 제어한다.Thereafter, the output voltage is calculated by proportionally integrating the control amount of the corrected head tracking command signal, thereby controlling the head tracking accordingly.

즉, 도3에서 보는 바와같이, 헤드 트랙킹 명령신호가 먼저 들어오거나 늦게 들어오는 경우에, 로봇의 헤드 트랙킹 제어시 불연속점이 발생하거나 모션정지기간이 발생하지만, 본 발명의 경우에는 불연속점 없이 부드럽게 로봇의 헤드 트랙킹이 구현된다.That is, as shown in FIG. 3, when the head tracking command signal comes in or comes in late, a discontinuity point or motion stop period occurs during the head tracking control of the robot. Head tracking is implemented.

상기 본 발명의 상세한 설명에서 행해진 구체적인 실시 양태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하기 위한 것으로 이러한 구체적 실시예에 한정해서 협의로 해석해서는 안되며, 본 발명의 정신과 다음에 기재된 특허 청구의 범위내에서 여러가지 변경 실시가 가능한 것이다.Specific embodiments or examples made in the detailed description of the present invention are intended to clarify the technical contents of the present invention to the extent that they should not be construed as limited to these specific embodiments and should not be construed in consultation. Various changes can be made within the scope of.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 가변 수행시간을 가진 트랙킹 제어방법을 로봇에 적용하므로, 종래 고정된 수행시간을 가진 트랙킹 제어방법 보다는 불연속점이 적게 생기고, 또한 모션 정지기간이 줄어들게 되어 좀 더 부드럽게 로봇의 헤드 트랙킹이 구현되는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention applies a tracking control method having a variable execution time to a robot, so that there are less discontinuities than the conventional tracking control method having a fixed execution time, and the motion stop period is reduced, thereby making it more smooth. Head tracking of the robot is implemented.

Claims (4)

로봇의 현재 헤드 트랙킹 명령신호와 이전 헤드 트랙킹 명령신호를 생성하기 위한 소요시간을 검출하는 제1 과정과;A first step of detecting a time required for generating the current head tracking command signal and the previous head tracking command signal of the robot; 상기 검출된 소요시간과 모터 제어 루프 시간을 근거로 로봇 서보계에 주어지는 명령의 지연을 보정하기 위한 보간상수를 산출하는 제2 과정과;A second step of calculating an interpolation constant for correcting a delay of a command given to the robot servo system based on the detected required time and the motor control loop time; 상기 현재 헤드 트랙킹 명령신호와 이전 헤드 트랙킹 명령신호와의 지연시간을 검출하는 제3 과정과;Detecting a delay time between the current head tracking command signal and a previous head tracking command signal; 헤드 트랙킹 명령신호 발생넘버와 상기 검출된 지연시간 및 상기 산출된 보간상수를 이용하여 보정된 현재 헤드 트랙킹 명령신호를 검출하는 제4 과정과;Detecting a current head tracking command signal corrected using the head tracking command signal generation number, the detected delay time, and the calculated interpolation constant; 상기 제4 과정의 헤드 트랙킹 명령신호의 제어량을 비례적분하여 출력전압을 산출하고, 상기 산출된 출력전압을 근거로 헤드 트랙킹을 제어하는 제5 과정을 포함하여 이루어지며,And a fifth process of calculating an output voltage by proportionally integrating a control amount of the head tracking command signal of the fourth process and controlling head tracking based on the calculated output voltage. 상기 보간상수는, 하기의 수학식으로 구하는 것을 특징으로 하는 로봇의 헤드 트랙킹 제어방법.The interpolation constant is a head tracking control method of a robot, characterized by the following equation. [수학식][Equation] IpN= T/LTIpN = T / LT 여기서,IpN:보간상수Where IpN: interpolation constant T:소요시간       T: Time required LT:모터제어루프시간       LT: motor control loop time 삭제delete 제1 항에 있어서, 상기 제5 과정의 헤드 트랙킹 명령신호는, 하기의 수학식으로 구하는 것을 특징으로 하는 로봇의 헤드 트랙킹 제어방법.The method of claim 1, wherein the head tracking command signal of the fifth process is obtained by the following equation. [수학식][Equation] COMVAL=CN×(Dy/IpN)COMVAL = CN × (Dy / IpN) 여기서,COMVAL:헤드 트랙킹 명령Where: COMVAL: head tracking command CN:헤드 트랙킹 명령 발생 넘버       CN: Head tracking command generation number Dy:지연시간       Dy: delay time IpN:보간상수       IpN: interpolation constant 삭제delete
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