KR101096571B1 - 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘 또는 토크 측정 장치 및 그 방법 - Google Patents

로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘 또는 토크 측정 장치 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101096571B1
KR101096571B1 KR1020110019075A KR20110019075A KR101096571B1 KR 101096571 B1 KR101096571 B1 KR 101096571B1 KR 1020110019075 A KR1020110019075 A KR 1020110019075A KR 20110019075 A KR20110019075 A KR 20110019075A KR 101096571 B1 KR101096571 B1 KR 101096571B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
force
torque
master device
axis
robot
Prior art date
Application number
KR1020110019075A
Other languages
English (en)
Inventor
이두용
왕혁
조장호
최승욱
이민규
장배상
Original Assignee
주식회사 이턴
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 이턴, 한국과학기술원 filed Critical 주식회사 이턴
Priority to KR1020110019075A priority Critical patent/KR101096571B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101096571B1 publication Critical patent/KR101096571B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/226—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/04—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for suturing wounds; Holders or packages for needles or suture materials
    • A61B17/06—Needles ; Sutures; Needle-suture combinations; Holders or packages for needles or suture materials
    • A61B17/062—Needle manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02—Sensing devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

본 발명은 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 복수 개의 링크(link)들 및 상기 링크들의 결합에 의해 형성되는 복수 개의 관절(joint)들로 구성되는 링크 기구부와, 상기 각각의 관절에 토크를 발생시키는 복수 개의 구동기들과, 상기 링크 기구부의 일 끝단에 제공되며 상기 링크 기구부의 조작을 위해 조작자가 잡는 그립부를 포함하는 햅틱 마스터 인터페이스 장치와, 상기 그립부에 의한 조작에 따른 시뮬레이션 힘을 발생시키도록 상기 구동기들을 제어하는 모션 제어기를 포함하는 로봇용 햅틱 마스터 장치에서, 상기 구동기들에 의해 발생된 토크로부터 상기 그립부로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하기 위한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 장치에 있어서, 상기 그립부가 상기 링크 기구부와 연결되는 관절에는 다축 힘/토크 센서가 더 제공되고, 상기 다축 힘/토크 센서가 상기 그립부로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하는 것을 특징으로 하는 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘 또는 토크 측정 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR MESURING FORCE OR TORQUE OF HAPTIC MASTER DEVICE AND METHOD OF THE SAME}
본 발명은 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 복수 개의 링크(link)들 및 상기 링크들의 결합에 의해 형성되는 복수 개의 관절(joint)들로 구성되는 링크 기구부와, 상기 각각의 관절에 토크를 발생시키는 복수 개의 구동기들과, 상기 링크 기구부의 일 끝단에 제공되며 상기 링크 기구부의 조작을 위해 조작자가 잡는 그립부를 포함하는 햅틱 마스터 인터페이스 장치와, 상기 그립부에 의한 조작에 따른 시뮬레이션 힘을 발생시키도록 상기 구동기들을 제어하는 모션 제어기를 포함하는 로봇용 햅틱 마스터 장치에서, 상기 구동기들에 의해 발생된 토크로부터 상기 그립부로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하기 위한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 장치에 있어서, 상기 그립부가 상기 링크 기구부와 연결되는 관절에는 다축 힘/토크 센서가 더 제공되고, 상기 다축 힘/토크 센서가 상기 그립부로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하는 것을 특징으로 하는 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최소침습 수술로봇은 작은 절개부를 통해 단일 통로 다완 수술로봇을 삽입하여 수술을 수행하는 차세대 수술로봇이다. 이 수술로봇은 1989년 후반 복강경 담낭 절제술에서 소개된 이후 지속적으로 발전하고 있다. 기본적인 동작 개념은 복강경, 내시경 카메라 등과 같은 수술 도구를 환자 몸의 작은 구멍을 통해 삽입하여, 조작자인 의사가 도구 끝단 부분을 환자의 몸 밖에서 의사의 손으로 조작하여 수술을 수행하는 것이다. 개복 수술과 비교하여, 최소침습 수술은 신체의 손상을 최소화하고 수술의 정확성과 안정성을 높여 생존율과 수술 후의 삶의 질을 높일 수 있는 신개념의 수술이다. 최소침습 수술 방법은 내시경, 경피 수술, 복강경 수술, 열쇠 구멍 수술, 미세 수술등과 같은 다양한 분야에 널리 사용되고 있다. 이와 같은 원격 수술로봇을 엄밀히 정의하면 의사가 수술을 하는 동안 이를 보조하기 위한 로봇 머니퓰레이터이다.
도 1은 원격 수술로봇 시스템의 전체 구성을 보여주고 있으며, 크게 로봇플랫폼, 다완 끝단(End-effector), 햅틱 마스터, 영상정보 시스템의 기술로 구분할 수 있다. 여기서 의사가 조작하는 8 자유도 햅틱 마스터 장치의 움직임이 원격지의 슬레이브 로봇 장치의 끝단(End-effector)의 움직임으로 표현되는 것이다.
일반적으로 슬레이브 로봇 장치에 힘/토크 센서를 부착하고, 이를 통해 인체 장기와 같은 주변 환경과의 상호작용에서 발생하는 힘 정보를 측정하여, 원격지의 조작자에게 정확히 전달하기 위한 연구는 많이 진행되고 있다. 물론 원격 수술로봇 시스템에서 슬레이브 장치에 절개 등을 위해 강한 전류가 흘러야 하는 장치 특성상, 끝단에 센서를 부착할 경우 강한 전류에 의해 손상되는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 센서가 부착되지 않은 슬레이브 장치의 위치 정보를 통해 마스터 장치에 힘을 구현하는 연구 또한 활발히 진행되고 있다.
본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 장치에 있어서, 다축 힘/토크 센서를 슬레이브 측이 아니라 마스터 장치 측에 장착하여 제어 구조를 더욱 안정화하기 위한 것이다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 다음과 같은 과제 해결 수단을 제공한다.
본 발명에 의한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 장치는 복수 개의 링크(link)들 및 상기 링크들의 결합에 의해 형성되는 복수 개의 관절(joint)들로 구성되는 링크 기구부와, 상기 각각의 관절에 토크를 발생시키는 복수 개의 구동기들과, 상기 링크 기구부의 일 끝단에 제공되며 상기 링크 기구부의 조작을 위해 조작자가 잡는 그립부(11)를 포함하는 햅틱 마스터 인터페이스 장치와, 상기 그립부(11)에 의한 조작에 따른 시뮬레이션 힘을 발생시키도록 상기 구동기들을 제어하는 모션 제어기를 포함하는 로봇용 햅틱 마스터 장치에서, 상기 구동기들에 의해 발생된 토크로부터 상기 그립부(11)로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하기 위한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 장치이다.
상기 그립부(11)가 상기 링크 기구부와 연결되는 관절에는 다축 힘/토크 센서(1)가 더 제공되고, 상기 다축 힘/토크 센서(1)가 상기 그립부(11)로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 복수 개의 링크(link)들 및 상기 링크들의 결합에 의해 형성되는 복수 개의 관절(joint)들로 구성되는 링크 기구부와, 상기 각각의 관절에 토크를 발생시키는 복수 개의 구동기들과, 상기 링크 기구부의 일 끝단에 제공되며 상기 링크 기구부의 조작을 위한 김벌(gimbal)(10)을 포함하는 햅틱 마스터 인터페이스 장치와, 상기 그립부(11)에 의한 조작에 따른 시뮬레이션 힘을 발생시키도록 상기 구동기들을 제어하는 모션 제어기를 포함하는 로봇용 햅틱 마스터 장치에서 상기 구동기들에 의해 발생된 토크로부터 하기 그립부(11)로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하기 위한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 장치를 제공한다.
이때, 상기 김벌(10)은, 조작자가 잡는 그립부(11)와, 일측은 상기 그립부(11)와 연결되고, 타측은 상기 링크 기구부와 연결되며, 상기 그립부(11)의 X축, Y축, Z축 회전을 위한 3개의 관절을 포함하는 링크부를 포함하고, 상기 그립부(11)가 상기 링크부와 연결되는 관절에는 다축 힘/토크 센서(1)가 더 제공되고, 상기 다축 힘/토크 센서(1)가 상기 그립부(11)로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 그립부(11)의 회전에 의한 상기 다축 힘/토크 센서에서 측정한 힘의 벡터 방향의 변화를 보상하기 위해, 상기 그립부(11)의 회전을 기준 좌표계에 대해 변환하는 변환부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 김벌(10)의 회전에 의한 상기 다축 힘/토크 센서에서 측정한 힘의 벡터 방향의 변화를 보상하기 위해, 상기 김벌(10)의 회전을 기준 좌표계에 대해 변환하는 변환부를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 변환부는, 길이 P의 링크의 양 끝단에 제공되는 제i 관절 및 제i+1 관절의 각속도 ω 및 선속도 v와의 관계를 다음의 식을 통하여 변환하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112011015519928-pat00001
Figure 112011015519928-pat00002
(ω는 각속도, v는 선속도, R은 회전행렬임)
또한, 본 발명에 따르면, 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 방법을 더 제공하는데, 이는 복수 개의 링크(link)들 및 상기 링크들의 결합에 의해 형성되는 복수 개의 관절(joint)들로 구성되는 링크 기구부와, 상기 각각의 관절에 토크를 발생시키는 복수 개의 구동기들과, 상기 링크 기구부의 일 끝단에 제공되며 상기 링크 기구부의 조작을 위해 조작자가 잡는 그립부(11)와, 상기 그립부(11)가 상기 링크 기구부와 연결되는 관절에 제공되는 다축 힘/토크 센서(1)를 포함하는 햅틱 마스터 인터페이스 장치와, 상기 그립부(11)에 의한 조작에 따른 시뮬레이션 힘을 발생시키도록 상기 구동기들을 제어하는 모션 제어기를 포함하는 로봇용 햅틱 마스터 장치에서 상기 구동기들에 의해 발생된 토크가 상기 그립부(11)로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하기 위한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 방법이다.
상기 모션 제어기가 상기 그립부(11)의 움직임에 따른 시뮬레이션 힘을 획득하여 이를 각 관절에서 발생시켜야 하는 토크로 변환해주는 단계와, 상기 구동기들이 상기 변환된 토크를 발생시키는 단계와, 상기 다축 힘/토크센서(1)가 상기 링크 기구부로부터 상기 그립부(11)로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 로봇용 햅틱 마스터 장치는 상기 그립부(11)의 회전에 의해 상기 다축 힘/토크 센서에서 측정한 힘의 벡터 방향의 변화를 보상하기 위해, 상기 그립부(11)의 회전을 기준 좌표계에 대해 변환하는 변환부를 더 포함하고, 상기 변환부가 길이 P의 링크의 양 끝단에 제공되는 제i 관절 및 제i+1 관절의 각속도 ω 및 선속도 v와의 관계를 다음의 식을 통하여 변환하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112011015519928-pat00003
Figure 112011015519928-pat00004
(ω는 각속도, v는 선속도, R은 회전행렬임)
로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 방법의 또 다른 실시예로서, 복수 개의 링크(link)들 및 상기 링크들의 결합에 의해 형성되는 복수 개의 관절(joint)들로 구성되는 링크 기구부와, 상기 각각의 관절에 토크를 발생시키는 복수 개의 구동기들과, 상기 링크 기구부의 일 끝단에 제공되며 상기 링크 기구부의 조작을 위한 김벌(gimbal)(10)을 포함하는 햅틱 마스터 인터페이스 장치와, 상기 그립부(11)에 의한 조작에 따른 시뮬레이션 힘을 발생시키도록 상기 구동기들을 제어하는 모션 제어기를 포함하고, 상기 김벌(10)은, 조작자가 잡는 그립부(11)와, 일측은 상기 그립부(11)와 연결되고, 타측은 상기 링크 기구부와 연결되며, 상기 그립부(11)의 X축, Y축, Z축 회전을 위한 3개의 관절을 포함하는 링크부와, 상기 그립부(11)와 상기 링크부가 연결되는 관절에 제공되는 다축 힘/토크 센서(1)를 포함하는, 로봇용 햅틱 마스터 장치에서 상기 구동기들에 의해 발생된 토크가 상기 그립부(11)로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하기 위한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 방법을 더 제공할 수 있다.
이는 상기 모션 제어기가 상기 그립부(11)의 움직임에 따른 시뮬레이션 힘을 획득하여 이를 각 관절에서 발생시켜야 하는 토크로 변환해주는 단계와, 상기 구동기들이 상기 변환된 토크를 발생시키는 단계와, 상기 다축 힘/토크센서(1)가 상기 링크부로부터 상기 그립부(11)로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하는 단계를 포함한다.
상기 로봇용 햅틱 마스터 장치는 상기 김벌(10)의 회전에 의한 상기 다축 힘/토크 센서(1)에서 측정한 힘의 벡터 방향의 변화를 보상하기 위해, 상기 김벌(10)의 회전을 기준 좌표계에 대해 변환하는 변환부를 더 포함하고, 상기 변환부가 길이 P의 링크의 양 끝단에 제공되는 제i 관절 및 제i+1 관절의 각속도 ω 및 선속도 v와의 관계를 다음의 식을 통하여 변환하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112011015519928-pat00005
Figure 112011015519928-pat00006
(ω는 각속도, v는 선속도, R은 회전행렬임)
본 발명에 따르면 센서가 부착되지 않은 슬레이브 장치의 위치 정보를 통해 마스터 장치에 힘을 구현할 수 있으므로, 센서의 설치가 어려운 경우에도 정확한 제어를 위한 힘/토크 측정이 가능한 효과가 있다.
또한, 다축 힘/토크 센서를 슬레이브 측이 아니라 마스터 장치 측에 장착하여 제어 구조를 더욱 안정화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 로봇용 햅틱 마스터 장치를 간략화한 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 사시도.
도 4는 본 발명에 의한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 동작 설명을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 의한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 동작 설명을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 의한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 김벌을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명에 의한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 김벌을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명에 의한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 김벌을 나타내는 도면.
도 9는 본 발명에 의한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 동작 설명을 나타내는 도면.
도 10은 본 발명에 의한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 김벌을 나타내는 도면.
도 11은 본 발명에 의한 기준 좌표계에 대한 변환을 설명하는 도면.
도 12는 본 발명에 의한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 동작 설명을 나타내는 도면.
도 13은 본 발명에 의한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 동작 설명을 위한 예시 도면.
도 14는 본 발명에 의한 로봇용 햅틱 마스터 장치를 이용하여 측정한 끝단 위치 변화 값의 그래프.
도 15는 본 발명에 의한 로봇용 햅틱 마스터 장치를 이용하여 측정한 토크 값의 그래프.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 용어가 동일하더라도 표시하는 부분이 상이하면 도면 부호가 일치하지 않음을 미리 말해두는 바이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 사용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.마스터 장치 끝 단에 다축 힘/토크 센서를 부착하는 것은 매우 중요하고, 필요한 것임을 아래와 같이 정리할 수 있다.
8자유도 햅틱 마스터 장치는 실제 수술로봇의 마스터 콘솔에 부착되는 장치이다. 마스터 장치는 조작자에게 피로감을 주지 않기 위해 관성 및 중력의 영향을 최소화하는 보상이 중요하다. 이것은 인간-기계간의 상호작용에서 인간의 조작력을 센서를 통해 측정하고, 그 정보를 통해 장치의 임피던스를 제어하는 방법이다.
또한, 원격제어 시스템에서 힘 궤환 등의 햅틱 감각을 조작자에게 전달하기 위해서 안정적인 제어 구조 설계가 무엇보다 중요하며, 특히 위치 정보 및 힘 정보를 동시에 전달하는 4채널 구조를 사용하기 위해서는 슬레이브 뿐만 아니라 마스터 장치에서 힘 정보를 측정하는 것이 필요하다.
마지막으로, 다축 힘/토크 센서는 구해진 동역학 방정식 또는 쟈코비안에 의한 각 모터로의 정확한 출력을 확인하기 위해 중요한 요소이다. 원격제어 시스템에서 햅틱 감각이 조작자에게 전달되었을 때, 실제 느껴야 하는 힘과 모터 출력에 의해 표현되는 힘의 신뢰성을 측정을 통해 확인해 볼 수 있다.
햅틱 마스터 장치의 시스템의 일실시예는 도 2와 같이 구성될 수 있다. 도 2와 같이 햅틱 마스터 장치 시스템은 햅틱 마스터 인터페이스 장치, 모션 제어기와 제어 프로그램으로 구성되어 있다.
모션 제어기는 마스터 장치에 부착된 각 모터를 제어하고, 모터에 부착된 엔코더 신호를 읽어오며, 각 부분에 전기를 공급 및 메인 컴퓨터와의 통신을 위해 필요하다.
제어 프로그램은 C언어와 같은 컴퓨터 프로그래밍 언어를 사용하여, 모션 제어기에 직접 명령을 전송하고, 엔코더 신호 등의 모터 상태 정보를 읽어오거나 모터를 움직이게 한다.
도 3 내지 도 5는 사용된 햅틱 마스터 장치의 사시도이다. 복수 개의 링크들(20, 30, 40, 50)이 회전 가능한 관절을 형성하며 연결되어 있고, 일단에는 사용자가 손으로 조작하는 김벌(Gimbal; 10)이 제공된다. 다축 힘/토크 센서는 조작자가 잡게 되는 김벌(Gimbal; 도 3의 10)에 부착되어 있으며, 손가락에 의한 파지 움직임을 제외한 가장 끝단에 부착되어 있다. 본 발명의 핵심은 다축 힘/토크 센서를 김벌에 제공하는 것을 특징으로 한다.
이를 좀더 자세하게 설명하기 위해 도 7을 참조한다. 도 6은 종래의 마스터 장치를 도시한 것이고, 도 7은 다축 힘/토크 센서를 부착하기 위해 기존의 마스터 장치를 수정한 설계도이다. 끝 부분의 그리퍼(11)와 7번째 관절 사이(14)에 다축 힘/토크 센서를 삽입한다.
도 8은 그리퍼(11)와 7번째 관절(14)의 움직임을 보여주고 있으며, 7번째 관절(14)에 부착된 그리퍼(11)는 로봇의 말단 장치에 부착된 도구와 같은 개념이다.
도 10은 장치 끝단에 다축 힘/토크 센서가 부착된 경우에 김벌의 회전에 의한 좌표 변화 현상을 보여주고 있다. 김벌의 회전에 의해 다축 힘/토크 센서에서 측정한 힘의 벡터 방향이 같이 회전하게 되므로, 이를 보상하기 위한 알고리즘이 필요하다. 이 알고리즘은 김벌의 회전을 기준 좌표계에 대해 변환을 이용한다.
이하 쟈코비안에 의한 끝단에서 발생하는 힘의 측정 방법에 대해 설명하기로 한다.
쟈코비안은 시간에 따라 변화하는 선형 변환으로 다음과 같이 표현 가능하다.
Figure 112011015519928-pat00007
로봇 링크의 선속도 및 각속도를 계산하기 위해서는 링크에서 링크로의 속도 전파에 대해 고려를 해야 한다. 도 11과 같이 계 i안에 있는 관절점에서의 운동 때문에 발생한 추가의 회전 요소를 표시하기 위하여 계 i와 i+1을 연결하는 회전행렬을 이용한다. 회전행렬이 관절 i+1에 대한 각속도에 관한 표현을 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure 112011015519928-pat00008
계 i+1의 원점의 선속도는 계 i의 원점의 속도에 기구 i의 회전속도 때문에 생긴 새로운 요소를 더한 것이 되며, 아래와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112011015519928-pat00009
여기서, ω는 각속도, v는 선속도, R은 회전행렬이다.
일반적으로, 쟈코비안 행렬은 각 관절 속도를 관절 끝의 직교좌표계 속도로 표현하는 것을 말하며, 다음의 식과 같이 표현된다.
Figure 112011015519928-pat00010
여기서, θ는 머니퓰레이터 관절각 벡터이고, v는 직교좌표계 속도 벡터이고, J는 쟈코비안 행렬이다.
이렇게 구해진 쟈코비안 행렬은 각 관절 속도와 관절 끝 속도의 관계뿐만 아니라, 각 관절 토크와 관절 끝에 작용하는 힘-모멘트의 관계로도 매핑시킬 수 있다.
즉, 원격제어에서 마스터 장치에 의해 슬레이브 장치 또는 가상 환경에서의 조작되는 물체를 조작하여, 실제 또는 가상 환경과의 상호작용에 의해 발생되는 힘을 마스터 장치 끝 단에서 조작자가 느낄 수 있도록 마스터 장치의 각 모터의 토크를 정의할 수 있는 것이다.
도 12는 장치 끝 단의 초기 위치에서 각 축으로 이동하게 되면, 그 변위에 따라 힘이 반력이 발생하게 되는 간단한 모델을 보여주고 있다. 이것은 마치 장치 끝 단의 각 축 방향으로 스프링을 부착하여 스프링에 의한 반력이 나타나는 효과를 보여준다. 반력은 초기 위치를 기준으로 한 변위에 스프링 상수와 같은 이득을 곱하여 나타낸다.
도 13은 가상 시뮬레이션 공간을 통해 구현된 사람의 인체 장기 중의 하나인 간 모델이다. 도 13의 (a)에서 모델 좌측 부분의 파란색 점은 구속 점으로서 간의 위치를 고정시켜주고, 우측 부분의 파란색 한 점이 마스터 장치 끝 단의 움직임에 맞추어 간 모델을 마치 손으로 잡고 움직이는 효과를 주게 된다. 마스터 장치 끝 단을 움직이면, 간의 모양이 변하면서, 시뮬레이션 힘이 발생하게 되고, 이 힘을 쟈코비안 행렬을 통해 마스터 장치 각 축의 모터 토크로 변환시켜, 마스터 장치를 잡고 움직이는 조작자에게 그 힘을 전달하게 된다.
도 14는 마스터 장치 끝 단에 부착된 그립부를 손으로 잡고, 도 13의 간 모델을 움직였을 때, 끝 단의 위치 변화를 각 축에 대해 나타낸 그림이다. 초기 시작 위치에서 Y축 위치를 변화시키고, 그 다음 X축 위치, 마지막으로 위아래인 Z축 위치를 변화시킨다. 특히, Z축 위치를 변화시키는 경우, 장치의 특성상 수직위로 움직이는 것이 아닌 곡선 움직임을 그리며, Y축 방향도 변하게 된다.
도 15는 도 14의 움직임에 따라 시뮬레이션 힘과 실제 조작자가 느끼는 힘을 보여주는 그래프이다. 간 모델의 움직임으로 발생하는 시뮬레이션 힘은 마스터 장치의 쟈코비안 행렬을 통해 각 축의 모터에 발생시켜야 하는 토크로 변환해주고, 이 변환된 토크를 통해 마스터 장치의 조작자에게 전달되는 힘을 다축 힘/토크 센서가 측정한 것이다. 도 14에서처럼, 처음에 Y축 위치 변화에 따라 Y축 힘이 발생하고, 다음으로 X축, Z축의 힘이 차례로 나타난다. 또한, Z축 위치 변화에 따른 Y축의 위치 변화로 인해 Y축 힘 또한 잘 나타나고 있음을 알 수 있다.
마스터 장치 끝 단의 다축 힘/토크 센서를 통해 실제 조작자에게 전달되는 힘을 측정함으로써, 마스터 장치의 반력 제공의 정확성을 실험적으로 검증할 수 있음을 알 수 있다.
이하 본 발명에 의한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 장치의 구성에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에 의한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 장치는 복수 개의 링크(link)들 및 상기 링크들의 결합에 의해 형성되는 복수 개의 관절(joint)들로 구성되는 링크 기구부와, 상기 각각의 관절에 토크를 발생시키는 복수 개의 구동기들과, 상기 링크 기구부의 일 끝단에 제공되며 상기 링크 기구부의 조작을 위해 조작자가 잡는 그립부(11)를 포함하는 햅틱 마스터 인터페이스 장치와, 상기 그립부(11)에 의한 조작에 따른 시뮬레이션 힘을 발생시키도록 상기 구동기들을 제어하는 모션 제어기를 포함하는 로봇용 햅틱 마스터 장치에 적용될 수 있다.
특히 본 발명은 상기 구동기들에 의해 발생된 토크로부터 상기 그립부(11)로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하기 위한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 장치이다.
일반적으로 모션 제어기는 상기 그립부(11)에 의한 조작에 따른 슬레이브 측과 주변 환경과의 상황에서 발생하는 시뮬레이션 힘에 따라 사용자가 쥐는 그립부에 반력을 받을 수 있도록 구동기를 제어하는 기능을 수행한다. 그리고, 힘/토크 센서를 통하여 이러한 반력(힘 또는 토크)를 측정하고, 이를 제어하여 보다 정확한 햅틱 반응을 구현할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. 다만, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 링크 기구부로부터 그립부 측으로 전달되는 모든 힘들을 측정하는 것을 대상으로 한다.
즉, 본 발명의 핵심은 햅틱 마스터 장치에서 그립부와 연결되는 끝단 부위에 힘/토크 센서를 설치하고, 이를 통해 조작자가 받게 되는 반력(힘 또는 토크)를 정확하게 측정하는 것에 있다. 본 발명에서 사용하는 힘/토크 센서는 기능상 다축 힘/토크 센서인 것이 바람직하나, 반드시 이에 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용하는 다축 힘/토크 센서는 도 7에 도시된 바와 같이, 6축 힘/토크 센서인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 6축 힘/토크 센서는 각속도와 가속도계를 이용하여 6자유도 운동을 측정하기 위한 센서로서, 그 구조 및 원리에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
또한, 본 발명에서 힘/토크 센서가 측정하는 것은 구동기에서 발생시키는 토크로부터 유래한 반력 이외에 조작자가 그립부(11)를 조작함으로 인해 발생하게 되는 힘 또는 토크를 측정하는 것에도 유용하다. 즉, 기존의 슬레이브 측에 토크센서를 설치하여 토크를 측정하는 방식의 경우에는 조작자에 조작 행위에 의해 발생되는 반력을 모션 제어기에서 반영하지 못하여 정확성이 저하되는 문제가 있었다. 하지만, 본 발명에서와 같은 구성에 따르면, 조작자의 조작행위에 따른 힘 또는 토크까지도 정확하게 측정할 수 있으며, 이를 제어하여 보다 정확한 시뮬레이션 반력 모사가 가능하게 되는 장점이 있다.
상기 그립부(11)가 상기 링크 기구부와 연결되는 관절에는 다축 힘/토크 센서(1)가 더 제공되고, 상기 다축 힘/토크 센서(1)가 상기 그립부(11)로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 핵심은 종래의 기술과는 달리 힘/토크 센서(1)를 슬레이브 측이 아니라, 마스터 장치에 장착하여 토크를 측정하는 것에 있다. 또한, 마스터 장치의 끝단에 제공되는 그립부(1)에 연결되는 부분에 힘/토크 센서(1)를 장착하는 것에 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 다른 실시예로서, 복수 개의 링크(link)들 및 상기 링크들의 결합에 의해 형성되는 복수 개의 관절(joint)들로 구성되는 링크 기구부와, 상기 각각의 관절에 토크를 발생시키는 복수 개의 구동기들과, 상기 링크 기구부의 일 끝단에 제공되며 상기 링크 기구부의 조작을 위한 김벌(gimbal)(10)을 포함하는 햅틱 마스터 인터페이스 장치와, 상기 그립부(11)에 의한 조작에 따른 시뮬레이션 힘을 발생시키도록 상기 구동기들을 제어하는 모션 제어기를 포함하는 로봇용 햅틱 마스터 장치에서 상기 구동기들에 의해 발생된 토크로부터 하기 그립부(11)로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하기 위한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 장치를 제공한다.
이때, 상기 김벌(10)은, 조작자가 잡는 그립부(11)와, 일측은 상기 그립부(11)와 연결되고, 타측은 상기 링크 기구부와 연결되며, 상기 그립부(11)의 X축, Y축, Z축 회전을 위한 3개의 관절을 포함하는 링크부를 포함하고, 상기 그립부(11)가 상기 링크부와 연결되는 관절에는 다축 힘/토크 센서(1)가 더 제공되고, 상기 다축 힘/토크 센서(1)가 상기 그립부(11)로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하는 것을 특징으로 한다.
김벌(10)에 대한 구성은 도 6 및 도 7에 자세하게 도시되어 있다.
또한, 상기 그립부(11)의 회전에 의한 상기 다축 힘/토크 센서에서 측정한 힘의 벡터 방향의 변화를 보상하기 위해, 상기 그립부(11)의 회전을 기준 좌표계에 대해 변환하는 변환부를 더 포함할 수 있다. 다른 실시예로서, 상기 김벌(10)의 회전에 의한 상기 다축 힘/토크 센서에서 측정한 힘의 벡터 방향의 변화를 보상하기 위해, 상기 김벌(10)의 회전을 기준 좌표계에 대해 변환하는 변환부를 더 포함할 수 있다.
이에 대한 설명은 앞에서 자세하게 하였으며, 도 11에 이에 대한 관계가 설명되어 있다.
이 경우, 상기 변환부는, 길이 P의 링크의 양 끝단에 제공되는 제i 관절 및 제i+1 관절의 각속도 ω 및 선속도 v와의 관계를 다음의 식을 통하여 변환하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112011015519928-pat00011
Figure 112011015519928-pat00012
(ω는 각속도, v는 선속도, R은 회전행렬임)
본 발명에 따르면, 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 방법을 더 제공하는데, 이는 복수 개의 링크(link)들 및 상기 링크들의 결합에 의해 형성되는 복수 개의 관절(joint)들로 구성되는 링크 기구부와, 상기 각각의 관절에 토크를 발생시키는 복수 개의 구동기들과, 상기 링크 기구부의 일 끝단에 제공되며 상기 링크 기구부의 조작을 위해 조작자가 잡는 그립부(11)와, 상기 그립부(11)가 상기 링크 기구부와 연결되는 관절에 제공되는 다축 힘/토크 센서(1)를 포함하는 햅틱 마스터 인터페이스 장치와, 상기 그립부(11)에 의한 조작에 따른 시뮬레이션 힘을 발생시키도록 상기 구동기들을 제어하는 모션 제어기를 포함하는 로봇용 햅틱 마스터 장치에서 상기 구동기들에 의해 발생된 토크가 상기 그립부(11)로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하기 위한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 방법이다.
상기 모션 제어기가 상기 그립부(11)의 움직임에 따른 시뮬레이션 힘을 획득하여 이를 각 관절에서 발생시켜야 하는 토크로 변환해주는 단계와, 상기 구동기들이 상기 변환된 토크를 발생시키는 단계와, 상기 다축 힘/토크센서(1)가 상기 링크 기구부로부터 상기 그립부(11)로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 로봇용 햅틱 마스터 장치는 상기 그립부(11)의 회전에 의해 상기 다축 힘/토크 센서에서 측정한 힘의 벡터 방향의 변화를 보상하기 위해, 상기 그립부(11)의 회전을 기준 좌표계에 대해 변환하는 변환부를 더 포함하고, 상기 변환부가 길이 P의 링크의 양 끝단에 제공되는 제i 관절 및 제i+1 관절의 각속도 ω 및 선속도 v와의 관계를 다음의 식을 통하여 변환하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112011015519928-pat00013
Figure 112011015519928-pat00014
(ω는 각속도, v는 선속도, R은 회전행렬임)
로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 방법의 또 다른 실시예로서, 복수 개의 링크(link)들 및 상기 링크들의 결합에 의해 형성되는 복수 개의 관절(joint)들로 구성되는 링크 기구부와, 상기 각각의 관절에 토크를 발생시키는 복수 개의 구동기들과, 상기 링크 기구부의 일 끝단에 제공되며 상기 링크 기구부의 조작을 위한 김벌(gimbal)(10)을 포함하는 햅틱 마스터 인터페이스 장치와, 상기 그립부(11)에 의한 조작에 따른 시뮬레이션 힘을 발생시키도록 상기 구동기들을 제어하는 모션 제어기를 포함하고, 상기 김벌(10)은, 조작자가 잡는 그립부(11)와, 일측은 상기 그립부(11)와 연결되고, 타측은 상기 링크 기구부와 연결되며, 상기 그립부(11)의 X축, Y축, Z축 회전을 위한 3개의 관절을 포함하는 링크부와, 상기 그립부(11)와 상기 링크부가 연결되는 관절에 제공되는 다축 힘/토크 센서(1)를 포함하는, 로봇용 햅틱 마스터 장치에서 상기 구동기들에 의해 발생된 토크가 상기 그립부(11)로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하기 위한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 방법을 더 제공할 수 있음은 앞의 설명과 동일하다.
또한, 앞에서 설명한 바와 같이, 복수 개의 링크(link)들 및 상기 링크들의 결합에 의해 형성되는 복수 개의 관절(joint)들로 구성되는 링크 기구부와, 상기 각각의 관절에 토크를 발생시키는 복수 개의 구동기들과, 상기 링크 기구부의 일 끝단에 제공되며 상기 링크 기구부의 조작을 위해 조작자가 잡는 그립부(11)와, 상기 그립부(11)가 상기 링크 기구부와 연결되는 관절에 제공되는 다축 힘/토크 센서(1)를 포함하는 햅틱 마스터 인터페이스 장치에서 조작자가 상기 그립부(11)를 조작할 때 발생하는 힘 또는 토크를 측정하기 위한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 방법을 제공하는 것도 가능하다. 이때, 상기 다축 힘/토크센서(1)가 상기 그립부(11)로부터 상기 링크 기구부로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 실시예에 의해 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적인 사상을 가지고 있다면 모두 본 발명의 권리범위에 해당된다고 볼 수 있으며, 본 발명은 특허청구범위에 의해 권리범위가 정해짐을 밝혀둔다.
1 : 힘/토크 센서, 10 : 김벌(gimbal), 11 : 그립부

Claims (10)

  1. 복수 개의 링크(link)들 및 상기 링크들의 결합에 의해 형성되는 복수 개의 관절(joint)들로 구성되는 링크 기구부와, 상기 각각의 관절에 토크를 발생시키는 복수 개의 구동기들과, 상기 링크 기구부의 일 끝단에 제공되며 상기 링크 기구부의 조작을 위해 조작자가 잡는 그립부를 포함하는 햅틱 마스터 인터페이스 장치와,
    상기 구동기들의 동작을 제어하는 모션 제어기를 포함하는 로봇용 햅틱 마스터 장치에서,
    상기 구동기들에 의해 발생된 토크로부터 상기 그립부로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하거나, 조작자가 상기 그립부를 조작할 때 발생하는 힘 또는 토크를 측정하기 위한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 장치에 있어서,
    상기 그립부가 상기 링크 기구부와 연결되는 관절에는 다축 힘/토크 센서가 더 제공되고,
    상기 다축 힘/토크 센서가 상기 그립부로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하는 것을 특징으로 하는,
    로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘 또는 토크 측정 장치.
  2. 복수 개의 링크(link)들 및 상기 링크들의 결합에 의해 형성되는 복수 개의 관절(joint)들로 구성되는 링크 기구부와, 상기 각각의 관절에 토크를 발생시키는 복수 개의 구동기들과, 상기 링크 기구부의 일 끝단에 제공되며 상기 링크 기구부의 조작을 위한 김벌(gimbal)을 포함하는 햅틱 마스터 인터페이스 장치와,
    상기 구동기들의 동작을 제어하는 모션 제어기를 포함하는 로봇용 햅틱 마스터 장치에서, 상기 구동기들에 의해 발생된 토크로부터 하기 그립부로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하거나, 조작자가 하기 그립부를 조작할 때 발생하는 힘 또는 토크를 측정하기 위한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 장치에 있어서,
    상기 김벌은,
    조작자가 잡고 조작하는 그립부와,
    일측은 상기 그립부와 연결되고, 타측은 상기 링크 기구부와 연결되며, 상기 그립부의 X축, Y축, Z축 회전을 위한 3개의 관절을 포함하는 링크부를 포함하고,
    상기 그립부가 상기 링크부와 연결되는 관절에는 다축 힘/토크 센서가 더 제공되고,
    상기 다축 힘/토크 센서가 상기 그립부로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하는 것을 특징으로 하는,
    로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘 또는 토크 측정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 그립부의 회전에 의한 상기 다축 힘/토크 센서에서 측정한 힘의 벡터 방향의 변화를 보상하기 위해, 상기 그립부의 회전을 기준 좌표계에 대해 변환하는 변환부를 더 포함하는,
    로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘 또는 토크 측정 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 김벌의 회전에 의한 상기 다축 힘/토크 센서에서 측정한 힘의 벡터 방향의 변화를 보상하기 위해, 상기 김벌의 회전을 기준 좌표계에 대해 변환하는 변환부를 더 포함하는,
    로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘 또는 토크 측정 장치.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 변환부는,
    길이 P의 링크의 양 끝단에 제공되는 제i 관절 및 제i+1 관절의 각속도 ω 및 선속도 v와의 관계를 다음의 식을 통하여 변환하는 것을 특징으로 하는,
    로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘 또는 토크 측정 장치.
    Figure 112011083131316-pat00015

    Figure 112011083131316-pat00016

    (ω는 각속도, v는 선속도, R은 회전행렬, θ는 관절의 각도,
    Figure 112011083131316-pat00036
    는 회전축의 단위벡터임)
  6. 복수 개의 링크(link)들 및 상기 링크들의 결합에 의해 형성되는 복수 개의 관절(joint)들로 구성되는 링크 기구부와, 상기 각각의 관절에 토크를 발생시키는 복수 개의 구동기들과, 상기 링크 기구부의 일 끝단에 제공되며 상기 링크 기구부의 조작을 위해 조작자가 잡는 그립부와, 상기 그립부가 상기 링크 기구부와 연결되는 관절에 제공되는 다축 힘/토크 센서를 포함하는 햅틱 마스터 인터페이스 장치와,
    상기 구동기들을 제어하는 모션 제어기를 포함하는 로봇용 햅틱 마스터 장치에서 상기 구동기들에 의해 발생된 토크가 상기 그립부로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하기 위한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 방법에 있어서,
    상기 모션 제어기가 상기 그립부의 움직임에 따른 시뮬레이션 힘을 획득하고, 상기 획득한 시뮬레이션 힘을 각 관절에서 발생시켜야 하는 토크로 변환해주는 단계와,
    상기 구동기들이 상기 변환된 토크를 발생시키는 단계와,
    상기 다축 힘/토크센서가 상기 링크 기구부로부터 상기 그립부로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하는 단계를 포함하는,
    로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘 또는 토크 측정 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 로봇용 햅틱 마스터 장치는 상기 그립부의 회전에 의해 상기 다축 힘/토크 센서에서 측정한 힘의 벡터 방향의 변화를 보상하기 위해, 상기 그립부의 회전을 기준 좌표계에 대해 변환하는 변환부를 더 포함하고,
    상기 변환부가 길이 P의 링크의 양 끝단에 제공되는 제i 관절 및 제i+1 관절의 각속도 ω 및 선속도 v와의 관계를 다음의 식을 통하여 변환하는 것을 특징으로 하는,
    로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘 또는 토크 측정 방법.
    Figure 112011083131316-pat00017

    Figure 112011083131316-pat00018

    (ω는 각속도, v는 선속도, R은 회전행렬, θ는 관절의 각도,
    Figure 112011083131316-pat00037
    는 회전축의 단위벡터임)
  8. 복수 개의 링크(link)들 및 상기 링크들의 결합에 의해 형성되는 복수 개의 관절(joint)들로 구성되는 링크 기구부와, 상기 각각의 관절에 토크를 발생시키는 복수 개의 구동기들과, 상기 링크 기구부의 일 끝단에 제공되며 상기 링크 기구부의 조작을 위한 김벌(gimbal)을 포함하는 햅틱 마스터 인터페이스 장치와,
    상기 구동기들을 제어하는 모션 제어기를 포함하고,
    상기 김벌은, 조작자가 잡는 그립부와, 일측은 상기 그립부와 연결되고, 타측은 상기 링크 기구부와 연결되며, 상기 그립부의 X축, Y축, Z축 회전을 위한 3개의 관절을 포함하는 링크부와, 상기 그립부와 상기 링크부가 연결되는 관절에 제공되는 다축 힘/토크 센서를 포함하는, 로봇용 햅틱 마스터 장치에서 상기 구동기들에 의해 발생된 토크가 상기 그립부로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하기 위한 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘/토크 측정 방법에 있어서,
    상기 모션 제어기가 상기 그립부의 움직임에 따른 시뮬레이션 힘을 획득하고, 상기 획득한 시뮬레이션 힘을 각 관절에서 발생시켜야 하는 토크로 변환해주는 단계와,
    상기 구동기들이 상기 변환된 토크를 발생시키는 단계와,
    상기 다축 힘/토크센서가 상기 링크부로부터 상기 그립부로 전달되는 힘 또는 토크를 측정하는 단계를 포함하는,
    로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘 또는 토크 측정 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 로봇용 햅틱 마스터 장치는 상기 김벌의 회전에 의한 상기 다축 힘/토크 센서에서 측정한 힘의 벡터 방향의 변화를 보상하기 위해, 상기 김벌의 회전을 기준 좌표계에 대해 변환하는 변환부를 더 포함하고,
    상기 변환부가 길이 P의 링크의 양 끝단에 제공되는 제i 관절 및 제i+1 관절의 각속도 ω 및 선속도 v와의 관계를 다음의 식을 통하여 변환하는 것을 특징으로 하는,
    로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘 또는 토크 측정 방법.
    Figure 112011083131316-pat00019

    Figure 112011083131316-pat00020

    (ω는 각속도, v는 선속도, R은 회전행렬, θ는 관절의 각도,
    Figure 112011083131316-pat00038
    는 회전축의 단위벡터임)
  10. 삭제
KR1020110019075A 2011-03-03 2011-03-03 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘 또는 토크 측정 장치 및 그 방법 KR101096571B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110019075A KR101096571B1 (ko) 2011-03-03 2011-03-03 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘 또는 토크 측정 장치 및 그 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110019075A KR101096571B1 (ko) 2011-03-03 2011-03-03 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘 또는 토크 측정 장치 및 그 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101096571B1 true KR101096571B1 (ko) 2011-12-21

Family

ID=45506657

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110019075A KR101096571B1 (ko) 2011-03-03 2011-03-03 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘 또는 토크 측정 장치 및 그 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101096571B1 (ko)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101415728B1 (ko) * 2013-06-11 2014-07-04 재단법인 실감교류인체감응솔루션연구단 원격 존재 로봇 또는 아바타의 모바일 플랫폼을 제어하기 위한 장치
KR20170024325A (ko) * 2015-08-25 2017-03-07 한국전자통신연구원 착용형 팔동작 측정 장치
KR101772805B1 (ko) * 2016-03-07 2017-08-31 성균관대학교산학협력단 수술 로봇 시스템용 유저 인터페이스 장치
KR20200075535A (ko) * 2018-12-18 2020-06-26 (주)미래컴퍼니 사용자 인터페이스 장치, 수술 로봇 장치의 마스터 콘솔 및 그 조작방법
WO2020218678A1 (en) * 2019-04-23 2020-10-29 Easyendo Surgical, Inc. Master device for surgical robot
WO2021215605A1 (ko) * 2020-04-22 2021-10-28 주식회사 이지엔도서지컬 슬레이브 장치를 조종하기 위한 마스터 장치
KR20220006323A (ko) * 2020-07-08 2022-01-17 금오공과대학교 산학협력단 이동로봇의 직관적이고 안정적인 운용을 위한 조이스틱 맵핑 방법
KR20230022021A (ko) 2021-08-06 2023-02-14 한국해양과학기술원 유압 매니퓰레이터의 힘 측정장치 및 측정방법

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101415728B1 (ko) * 2013-06-11 2014-07-04 재단법인 실감교류인체감응솔루션연구단 원격 존재 로봇 또는 아바타의 모바일 플랫폼을 제어하기 위한 장치
KR20170024325A (ko) * 2015-08-25 2017-03-07 한국전자통신연구원 착용형 팔동작 측정 장치
KR101992149B1 (ko) * 2015-08-25 2019-06-25 한국전자통신연구원 착용형 팔동작 측정 장치
KR101772805B1 (ko) * 2016-03-07 2017-08-31 성균관대학교산학협력단 수술 로봇 시스템용 유저 인터페이스 장치
KR102221090B1 (ko) * 2018-12-18 2021-02-26 (주)미래컴퍼니 사용자 인터페이스 장치, 수술 로봇 장치의 마스터 콘솔 및 그 조작방법
WO2020130559A3 (ko) * 2018-12-18 2020-08-06 주식회사 미래컴퍼니 사용자 인터페이스 장치, 수술 로봇 장치의 마스터 콘솔 및 그 조작방법
KR20200075535A (ko) * 2018-12-18 2020-06-26 (주)미래컴퍼니 사용자 인터페이스 장치, 수술 로봇 장치의 마스터 콘솔 및 그 조작방법
CN113194870A (zh) * 2018-12-18 2021-07-30 韩商未来股份有限公司 使用者界面装置、手术机器人装置的主控制台及其操作方法
CN113194870B (zh) * 2018-12-18 2024-05-14 韩商未来股份有限公司 使用者界面装置、手术机器人装置的主控制台及其操作方法
WO2020218678A1 (en) * 2019-04-23 2020-10-29 Easyendo Surgical, Inc. Master device for surgical robot
KR20200124034A (ko) * 2019-04-23 2020-11-02 주식회사 이지엔도서지컬 수술 로봇용 마스터 장치
KR102235895B1 (ko) * 2019-04-23 2021-04-05 주식회사 이지엔도서지컬 수술 로봇용 마스터 장치
WO2021215605A1 (ko) * 2020-04-22 2021-10-28 주식회사 이지엔도서지컬 슬레이브 장치를 조종하기 위한 마스터 장치
KR20220006323A (ko) * 2020-07-08 2022-01-17 금오공과대학교 산학협력단 이동로봇의 직관적이고 안정적인 운용을 위한 조이스틱 맵핑 방법
KR102389142B1 (ko) 2020-07-08 2022-04-20 금오공과대학교 산학협력단 이동로봇의 직관적이고 안정적인 운용을 위한 조이스틱 맵핑 방법
KR20230022021A (ko) 2021-08-06 2023-02-14 한국해양과학기술원 유압 매니퓰레이터의 힘 측정장치 및 측정방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101096571B1 (ko) 로봇용 햅틱 마스터 장치의 힘 또는 토크 측정 장치 및 그 방법
JP6872994B2 (ja) マルチジョイント医療器具の作動における張力制御
Berthet-Rayne et al. The i 2 snake robotic platform for endoscopic surgery
CN107921623B (zh) 机器人系统
US10562183B2 (en) Position/force controller, and position/force control method and storage medium
US12089909B2 (en) Tension control in actuation of jointed instruments
JP5175691B2 (ja) ロボットアームの教示システム及び方法
Xu et al. An investigation of the intrinsic force sensing capabilities of continuum robots
US20190060019A1 (en) Force estimation using robotic manipulator force torque sensors
CN104736093A (zh) 接头估测和控制中的假想自由度
JP3934524B2 (ja) 手術用マニピュレータ
CN104718054A (zh) 操纵机械体的活动的假想自由度
JP2013132747A (ja) 手術ロボット及びその制御方法
Lee et al. Modeling and control of robotic surgical platform for single-port access surgery
US9387043B2 (en) Medical master/slave type device for minimally invasive surgery
Saini et al. Adaptive control of a master-slave based robotic surgical system with haptic feedback
Wang et al. Development of a novel 4-DOF flexible endoscopic robot using cable-driven multisegment continuum mechanisms
Talasaz et al. A dual-arm 7-degrees-of-freedom haptics-enabled teleoperation test bed for minimally invasive surgery
JP6801901B1 (ja) 手術ロボットシステム、外力推定装置、および、プログラム
Low et al. Master-slave robotic system for therapeutic gastrointestinal endoscopic procedures
CN113194870A (zh) 使用者界面装置、手术机器人装置的主控制台及其操作方法
Perreault et al. A 7-DOF haptics-enabled teleoperated robotic system: Kinematic modeling and experimental verification
JP2005329476A (ja) 操作部材の制御方法および装置
Chen et al. Sensor architecture for a two-actuator robotic endoscope tip
Kastritsi et al. Human-guided desired rcm constraint manipulation with applications in robotic surgery: A torque level control approach

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141127

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161129

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171124

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181203

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191126

Year of fee payment: 9