KR101144132B1

KR101144132B1 - Robot system for construction

Info

Publication number: KR101144132B1
Application number: KR1020100107247A
Authority: KR
Inventors: 한창수; 길명수; 강민성; 이승훈; 리성걸; 강성균; 박형준; 송민수; 유승남; 최민석
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2012-05-10
Also published as: KR20120045607A

Abstract

PURPOSE: A robot system for construction is provided to select a virtual reference axis according to work conditions and situations by controlling motion of a construction robot using a handling device. CONSTITUTION: A robot system for construction(1) includes a construction robot(10), a handling device(20), a position detection module(30), and a controller. The construction robot includes a manipulator(110). An end-effector(130) for gripping construction materials(G) is mounted on the end of the manipulator. The handling device is mounted on the arbitrary position of the construction materials and receives force applied by an operator. The position detection module detects the position of the handling device. The controller controls operation of the manipulator based on the information for the position of the handling device detected by the position detection module and the force inputted to the handling device.

Description

Robot system for construction

본 발명은, 건설용 로봇 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 대형의 유리 마감재를 포함한 건설자재를 설치하기 위한 건설용 로봇 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a construction robot system, and more particularly, to a construction robot system for installing a construction material including a large glass finish.

최근 도시형태가 고밀도로 변해감에 따라 건축 구조물 역시 과거에 비해 고층화 및 대형화로 되어가고 있다. 뿐만 아니라 거주자들의 다양한 욕구를 충족시키기 위하여 건설자재 또한 대형화 및 중량화로 되어가고 있다. 일반적으로 건설자재의 크기와 중량은 시공 가능한 한계 내에서 제작되어 설치된다. 그러나 소비자의 다양한 욕구와 시공 효율성을 위해서 건설자재의 대형화는 불가피하다. 한편, 이처럼 대형화된 건설자재(예컨대, 대형의 유리 마감재)는 인력만으로는 그 운반 및 설치가 어렵기 때문에, 최근에는 대형화된 건설자재를 운반 및 설치하기 위한 건설용 로봇이 이용되고 있다.Recently, as the urban form is changed to high density, building structures are becoming higher and larger than in the past. In addition, construction materials are also being enlarged and weighted to meet the various needs of residents. In general, the size and weight of construction materials are manufactured and installed within the limits of construction. However, large-scale construction materials are inevitable for various needs of consumers and construction efficiency. On the other hand, since such large-scale construction materials (for example, large glass finishes) are difficult to transport and install only by manpower, construction robots for transporting and installing large-scale construction materials have recently been used.

도 1은 종래기술에 따른 건설용 로봇의 일 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 건설자재의 실제 설치 작업의 일 예를 나타내는 도면이다.1 is a view for explaining an example of a construction robot according to the prior art, Figure 2 is a view showing an example of the actual installation work of construction materials.

도 1을 참조하면, 건설용 로봇은 다관절 로봇팔 구조로 다(多) 자유도, 바람직하게는 6 자유도 이상의 동작이 가능하도록 구성되는 매니퓰레이터(2, manipulator)와, 매니퓰레이터(2)의 단부에 마련되어 패널 형상의 건설자재(5)를 클램핑 혹은 파지하기 위한 진공흡착장치로 구현되는 단말작동기(3, end-effector)와, 무한궤도 구조를 갖는 이동수단(1)과, 매니퓰레이터(2)와 이동수단(10)을 제어하기 위한 제어수단(1)을 포함할 수 있다. 이러한 건설용 로봇은 도 1에 도시된 바와 같이 건설자재(5)를 운반하고 지정된 구조물, 예컨대 건물의 외벽 또는 내벽에 건설자재(5)를 설치하는 작업을 수행한다. 한편, 건설용 로봇은 일반적으로 매니퓰레이터(2)의 말단부, 즉 단말작동기(3)의 중심축을 기준으로 건설자재(5)를 이동시키거나 회전시킨다.Referring to FIG. 1, a construction robot has a manipulator (2) and an end portion of the manipulator (2) configured to be able to operate in a multi-joint robot arm structure with multiple degrees of freedom, preferably 6 degrees of freedom or more. An end-effector (3) provided with a vacuum suction device for clamping or gripping the panel-shaped construction material (5), a moving means (1) having an endless track structure, and a manipulator (2); It may include a control means (1) for controlling the moving means (10). Such a construction robot carries a construction material 5 as shown in FIG. 1 and installs the construction material 5 on a designated structure, for example, an outer wall or an inner wall of a building. On the other hand, the construction robot generally moves or rotates the construction material 5 with respect to the distal end of the manipulator 2, that is, the central axis of the terminal actuator (3).

그런데, 건설자재의 실제 설치 작업은 도 2에 도시된 바와 같이 주로 건설자재의 가장자리에서 임의의 축을 기준으로 건설자재를 이동시키거나 회전시키기 때문에, 위와 같이 단말작동기(3)의 중심축만을 기준으로 건설자재를 이동시키거나 회전시키는 종래의 건설용 로봇은, 작업 상황 및 조건을 고려한 작업자의 직감적인 설치가 어렵다는 문제점이 있다. 즉, 종래의 건설용 로봇은 작업자의 의도에 딱 맞는 매니퓰레이터(2)의 동작을 실현하기 어렵기 때문에 설치 작업시 많은 시행착오가 발생하고 결과적으로 설치 작업의 효율성이 떨어지는 문제점을 야기한다.By the way, the actual installation work of the construction material mainly moves or rotates the construction material about any axis on the edge of the construction material as shown in Figure 2, based on only the central axis of the terminal actuator 3 as described above Conventional construction robots for moving or rotating construction materials have a problem that the intuitive installation of the worker considering the working conditions and conditions is difficult. That is, the conventional construction robot is difficult to realize the operation of the manipulator 2 that is perfect for the intention of the operator, causing a lot of trial and error occurs during the installation work, and as a result, the efficiency of the installation work falls.

또한, 종래의 건설용 로봇은 작업자가 원거리에서 원격 조정하는 방식으로, 작업자의 시야에만 의존하여 건설자재의 설치가 이루어지기 때문에, 미세 조정이 필요한 설치 작업에서 기존의 인력 시공에 비해 오랜 작업 시간이 걸리는 문제점이 있다.In addition, the conventional construction robot is remotely controlled by the operator in a remote manner, because the construction material is installed only depending on the operator's field of view, it takes longer time compared to the existing manpower construction in the installation work requiring fine adjustment There is a problem.

본 발명의 목적은, 건설용 로봇을 이용하여 건설자재를 설치함에 있어서, 작업 상황 및 조건을 고려한 작업자의 직감적인 설치가 가능하며 작업자의 의도에 보다 적합한 건설용 로봇의 동작을 실현할 수 있는 건설용 로봇 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention, in the installation of construction materials by using a construction robot, can be installed intuitively by the worker considering the working conditions and conditions, and can be implemented for construction that can realize the operation of the construction robot more suitable for the intention of the worker It is to provide a robotic system.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 건설자재를 파지하기 위한 단말작동기가 단부에 마련되고, 다 자유도 운동이 가능한 매니퓰레이터를 포함하는 건설용 로봇; 상기 건설자재의 임의의 위치에 장착되어 작업자에 의해 가해지는 힘을 입력받기 위한 핸들링 디바이스; 상기 핸들링 디바이스의 위치를 검출하기 위한 위치검출모듈; 및 상기 위치검출모듈 의해 검출된 상기 핸들링 디바이스의 위치정보와 상기 핸들링 디바이스에 입력되는 힘에 기초하여 상기 매니퓰레이터의 동작을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설용 로봇 시스템에 의해 달성된다.According to the present invention, a construction robot comprising a manipulator which is provided at the end of the terminal actuator for gripping construction materials, the multi-degree of freedom movement; A handling device mounted at an arbitrary position of the construction material and configured to receive a force applied by an operator; A position detection module for detecting a position of the handling device; And a controller for controlling the operation of the manipulator based on the position information of the handling device detected by the position detection module and the force input to the handling device.

상기 컨트롤러는, 상기 위치정보에 기초하여 가상의 축을 정의하고, 상기 가상의 축을 기준으로 상기 건설자재를 이동시키거나 회전시키도록 상기 매니퓰레이터의 동작을 제어할 수 있다.The controller may define a virtual axis based on the position information, and control an operation of the manipulator to move or rotate the construction material based on the virtual axis.

상기 건설용 로봇 시스템은, 상기 핸들링 디바이스의 자세를 검출하기 위한 자세검출모듈을 더 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 자세검출모듈에 의해 검출된 상기 핸들링 디바이스의 자세정보와 상기 위치정보에 기초하여 상기 가상의 축을 정의할 수 있다.The construction robot system further includes a posture detection module for detecting a posture of the handling device, wherein the controller is configured to generate the posture based on the posture information and the position information of the handling device detected by the posture detection module. Virtual axes can be defined.

상기 가상의 축은 상기 핸들링 디바이스의 중심축으로 정의될 수 있다.The virtual axis may be defined as the central axis of the handling device.

상기 핸들링 디바이스는, 상기 건설자재를 이동시키거나 회전시키기 위한 가상의 축을 제공할 수 있다.The handling device may provide a virtual axis for moving or rotating the construction material.

상기 핸들링 디바이스는, 상기 단말작동기를 사이에 두고 좌우로 배치되는 한 쌍으로 마련되고, 상기 한 쌍의 핸들링 디바이스 중 어느 하나는 상기 가상의 축을 제공하고, 다른 하나는 작업자에 의해 가해지는 힘을 입력받을 수 있다.The handling device is provided in a pair arranged left and right with the terminal actuator therebetween, one of the pair of handling devices providing the virtual axis, and the other inputting a force exerted by an operator. I can receive it.

상기 핸들링 디바이스는, 작업자가 파지할 수 있는 부분을 제공하는 핸들유닛; 입력되는 힘의 크기 및 방향을 측정하기 위한 입력유닛; 및 상기 핸들링 디바이스를 상기 건설자재의 표면에 부착 고정시키기 위한 부착유닛을 포함할 수 있다.The handling device includes a handle unit that provides a part that an operator can grip; An input unit for measuring the magnitude and direction of the input force; And an attachment unit for attaching and fixing the handling device to the surface of the construction material.

상기 위치검출모듈은, 상기 단말작동기의 중심을 기준좌표로 하여 상기 핸들링 디바이스의 중심의 좌표를 산출할 수 있다.The position detection module may calculate the coordinates of the center of the handling device using the center of the terminal actuator as a reference coordinate.

상기 위치검출모듈은, 적외선센서를 포함하는 위치센서부; 및 상기 위치센서부가 상기 건설자재 상의 미리 정해진 영역을 스캔할 수 있도록, 상기 위치센서부를 미리 정해진 회전각도 범위에서 회전시키기 위한 회전구동부를 포함할 수 있다.The position detection module includes a position sensor unit including an infrared sensor; And a rotation driving part for rotating the position sensor part in a predetermined rotation angle range so that the position sensor part scans a predetermined area on the construction material.

상기 자세검출모듈은, 상기 단말작동기의 중심축에 대해 상기 핸들링 디바이스의 중심축이 기울어진 정도를 검출할 수 있다.The posture detection module may detect a degree of inclination of the central axis of the handling device with respect to the central axis of the terminal actuator.

본 발명은, 작업자에 의해 가해지는 힘을 입력받고 가상의 축을 제고하는 핸들링 디바이스를 이용하여 건설용 로봇의 동작을 제어함으로써, 건설자재를 이동시키거나 회전시킬 때 기준이 되는 가상의 축을 작업 상황 및 조건에 따라 작업자가 건설자재에 장착되는 핸들링 디바이스를 이용하여 임의로 선택 지정할 수 있으므로, 작업 상황 및 조건을 고려한 작업자의 직감적인 설치가 가능하며 작업자의 의도에 보다 적합한 건설용 로봇의 동작을 실현할 수 있다.The present invention is to control the operation of the construction robot by using a handling device that receives the force applied by the operator to enhance the virtual axis, the working situation and the virtual axis as a reference when moving or rotating construction materials According to the conditions, the operator can arbitrarily select and designate using the handling device mounted on the construction materials, so that the worker can be intuitively installed in consideration of the working conditions and conditions, and the operation of the construction robot more suitable to the intention of the worker can be realized. .

이에 따라, 본 발명은, 건설용 로봇을 이용하여 건설자재를 설치함에 있어서, 시행착오를 크게 줄일 수 있고 결과적으로 설치 작업의 효율성을 향상시킬 수 있다.Accordingly, the present invention can significantly reduce trial and error in installing construction materials using a construction robot, and consequently, improve the efficiency of installation work.

도 1은 종래기술에 따른 건설용 로봇의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 건설자재의 실제 설치 작업의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설용 로봇 시스템의 구성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 도 3의 건설용 로봇 시스템의 작동원리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 도 3의 건설용 로봇 시스템의 제어흐름을 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 도 3의 건설용 로봇 시스템에 사용되는 핸들링 디바이스의 일 예를 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 3의 건설용 로봇 시스템에 사용되는 위치검출모듈의 일 예를 나타내는 사시도이다.1 is a view for explaining an example of a construction robot according to the prior art.
2 is a view showing an example of the actual installation work of construction materials.
3 is a schematic view for explaining the configuration of a construction robot system according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic view for explaining the operating principle of the construction robot system of FIG.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a control flow of the construction robot system of FIG. 3.
6 is a perspective view illustrating an example of a handling device used in the construction robot system of FIG. 3.
7 is a perspective view showing an example of a position detection module used in the construction robot system of FIG.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in order to avoid unnecessary obscuration of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설용 로봇 시스템의 구성을 설명하기 위한 개략도이고, 도 4는 도 3의 건설용 로봇 시스템의 작동 원리를 설명하기 위한 개략도이며, 도 5는 도 3의 건설용 로봇 시스템의 제어 흐름을 설명하기 위한 블록도이다.Figure 3 is a schematic diagram for explaining the configuration of the construction robot system according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a schematic diagram for explaining the operating principle of the construction robot system of Figure 3, Figure 5 is a It is a block diagram for demonstrating the control flow of the construction robot system.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 건설용 로봇 시스템(1)은 건설자재(G)를 지정된 설치 표면(I)에 설치하기 위한 건설용 로봇 시스템으로, 건설용 로봇(10), 핸들링 디바이스(20), 위치검출모듈(30), 자세검출모듈(40) 및 컨트롤러(50)를 포함한다.3 to 5, the construction robot system 1 according to the present embodiment is a construction robot system for installing the construction material (G) on the designated mounting surface (I), the construction robot 10 , A handling device 20, a position detection module 30, a posture detection module 40, and a controller 50.

건설용 로봇(10)은 매니퓰레이터(110, manipulator) 및 운반체(120)를 포함한다.The construction robot 10 includes a manipulator 110 and a carrier 120.

매니퓰레이터(110)는 다관절 로봇팔 구조로 다(多) 자유도, 바람직하게는 6 자유도 이상의 동작이 가능하도록 구성된다. 이러한 매니퓰레이터(110)의 세부 구성 및 작동 원리에 대해서는 로봇 기술분야에서 잘 알려져 있는바, 본 명세서에서는 이에 대해 상세한 설명을 생략하기로 한다. 한편, 매니퓰레이터(110)의 단부에는 건설자재(G)를 클램핑 혹은 파지하기 위한 단말작동기(130, end-effector)가 마련된다. 여기서, 건설자재(G)는 건설 현장에서 사용되는 대형의 유리 마감재이고, 단말작동기(130)는 건설자재(G)를 흡착 고정시키는 흡착장치로 마련된다. 즉, 본 실시예에서 단말작동기(130)는 사방으로 연장된 프레임부(131)와, 프레임부(131)에 설치되는 적어도 하나의 흡착판(133)과, 흡착판(133) 내부의 공기를 빨아들이기 위한 흡입수단(미도시)을 포함할 수 있다. 이러한 단말작동기(130)는 흡착판(133)을 건축자재(G)의 표면에 밀착시킨 후 흡입수단에 의해 흡착판(133) 내부의 공기를 빨아들여 건축자재(G)를 진공으로 흡착 고정시킬 수 있다. 이때, 흡착판(133)의 개수 및 배치 등은 건설자재(G)의 크기 및 형상 등에 따라 적절히 선택될 수 있는데, 건설자재(G)를 안정적으로 흡착 고정시키기 위해 4개 이상이 흡착판(133)이 제공되는 것이 바람직하다. 다만, 단말작동기(130)는 흡착장치 구조에 한정되지 아니하고, 건설자재(G)를 클램핑 혹은 파지할 수 있는 다양한 구조로 변경될 수 있으며, 특히 적용하고자 하는 건설자재(G)의 종류에 따라 적절히 선택될 수 있다. 한편, 건설자재(G) 또한 대형의 유리 마감재에 한정되지 아니하고, 예컨대 건물의 외벽/내벽 마감작업에 사용되는 벽체 등의 다양한 대상을 포함할 수 있다.Manipulator 110 is a multi-joint robot arm structure is configured to enable a multi-degree of freedom, preferably more than six degrees of freedom. The detailed configuration and operation principle of the manipulator 110 is well known in the robot art, and detailed description thereof will be omitted herein. Meanwhile, an end-effector 130 is provided at the end of the manipulator 110 to clamp or grip the construction material G. Here, the construction material (G) is a large glass finishing material used at the construction site, the terminal actuator 130 is provided as an adsorption device for adsorption fixing the construction material (G). That is, in this embodiment, the terminal actuator 130 sucks the air in the frame part 131 extending in all directions, at least one suction plate 133 installed in the frame part 131, and the suction plate 133. It may include a suction means (not shown) for. The terminal actuator 130 may adhere the adsorption plate 133 to the surface of the building material G, and suck the air inside the adsorption plate 133 by suction means to fix and fix the building material G in a vacuum. . In this case, the number and arrangement of the adsorption plate 133 may be appropriately selected according to the size and shape of the construction material G. In order to stably fix and fix the construction material G, four or more adsorption plates 133 may be used. It is preferred to be provided. However, the terminal actuator 130 is not limited to the structure of the adsorption device, and may be changed into various structures capable of clamping or gripping the construction material (G), and in particular, depending on the type of construction material (G) to be applied. Can be selected. On the other hand, the construction material (G) is also not limited to a large glass finish, it may include a variety of objects, such as walls used for finishing the outer wall / inner wall of the building.

운반체(120)는 매니퓰레이터(110)를 지지한다. 즉, 매니퓰레이터(110)는 운반체(120) 상에 탑재된다. 운반체(120)는 매니퓰레이터(110)를 건설자재(G)의 설치 작업을 위해 요구되는 적절한 위치에 이동시키는 것으로, 이를 위해 바퀴나 무한궤도 등의 이동수단이 구비될 수 있다. 예컨대, 운반체(120)는 매니퓰레이터(110)가 탑재된 상태에서 건설자재(G)가 적재된 장소에서 건설자재(G)를 설치할 장소로 또는 그 역으로 이동할 수 있다.Carrier 120 supports manipulator 110. That is, the manipulator 110 is mounted on the carrier 120. The carrier 120 moves the manipulator 110 to an appropriate position required for the installation work of the construction material G. For this purpose, the carrier 120 may be provided with a moving means such as a wheel or a caterpillar. For example, the carrier 120 may move from the place where the construction material G is loaded in the state where the manipulator 110 is mounted to the place where the construction material G is to be installed or vice versa.

핸들링 디바이스(20)는 단말작동기(130)에 흡착 고정된 건설자재(G)의 임의의 위치에 장착되어 작업자에 의해 가해지는 힘을 입력받기 위한 구성요소이다. 이를 위해, 핸들링 디바이스(20)는 입력되는 힘의 크기 및 방향을 측정할 수 있는 입력유닛을 포함할 수 있는데, 이러한 입력유닛과 함께 핸들링 디바이스(20)의 다른 세부 구성에 대해서는 도 6을 참조하여 후술하기로 한다.The handling device 20 is a component for receiving a force applied by an operator mounted at an arbitrary position of the construction material G fixedly fixed to the terminal actuator 130. To this end, the handling device 20 may include an input unit capable of measuring the magnitude and direction of the input force, with reference to FIG. 6 for another detailed configuration of the handling device 20 together with the input unit. It will be described later.

또한, 핸들링 디바이스(20)는 건설자재(G)를 이동(translation)시키거나 회전(rotation)시키기 위한 가상의 축(virtual axis)을 제공할 수 있다. 다시 말해서, 핸들링 디바이스(20)의 중심축은 건설자재(G)를 이동시키거나 회전시킬 때 기준이 되는 가상의 축으로 설정될 수 있는데, 이에 대한 자세한 사항은 후술하기로 한다.In addition, the handling device 20 may provide a virtual axis for translating or rotating the construction material G. In other words, the central axis of the handling device 20 may be set to a virtual axis which is a reference when moving or rotating the construction material G. Details thereof will be described later.

한편, 본 실시예에 따른 건설용 로봇 시스템(1)에서 핸들링 디바이스(20)는 단말작동기(130)를 사이에 두고 좌우로 배치되는 한 쌍으로 마련된다. 물론, 본 발명은 하나의 핸들링 디바이스(20)만으로도 운영 가능하지만, 작업자의 의도에 보다 적합한 건설자재(G)의 회전 메커니즘을 위해서는 본 실시예에 개시된 바와 같이 좌우 한 쌍의 핸들링 디바이스(20)로 운영되는 것이 바람직하다. 이때, 한 쌍의 핸들링 디바이스(20) 중 어느 하나는 건설자재(G)를 회전시키기 위한 가상의 축을 제공하고, 다른 하나는 작업자로부터 힘을 입력받아 이를 매니퓰레이터(110)에 의한 건설자재(G)의 회전 동작을 결정하기 위한 데이터로 제공할 수 있다.On the other hand, in the construction robot system 1 according to the present embodiment, the handling device 20 is provided in a pair arranged left and right with the terminal actuator 130 therebetween. Of course, the present invention can be operated with only one handling device 20, but for the rotation mechanism of the construction material (G) more suitable for the intention of the operator as a pair of left and right handling device 20 as disclosed in this embodiment It is desirable to operate. At this time, any one of the pair of handling device 20 provides a virtual axis for rotating the construction material (G), the other receives the force from the operator construction material (G) by the manipulator 110 It can be provided as data for determining the rotation operation of.

위치검출모듈(30)은 건설자재(G)에 장착된 핸들링 디바이스(20)의 위치를 검출하기 위한 구성요소이다. 위치검출모듈(30)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 단말작동기(130)의 어느 일부분에 장착될 수 있다. 전술한 바와 같이 건설자재(G)를 이동시키거나 회전시킬 때 기준이 되는 가상의 축은 핸들링 디바이스(20)의 중심축으로 정의되기 때문에, 가상의 축을 정의하기 위해서는 건설자재(G) 상에서 핸들링 디바이스(20)의 위치, 더 정확하게는 핸들링 디바이스(20)의 중심(20a) 위치를 찾아내야 한다. 이러한 측면에서, 위치검출모듈(30)은 전술한 가상의 축을 정의하기 위한 데이터를 제공한다. 즉, 위치검출모듈(30)에 의해 검출된 핸들링 디바이스(20)의 위치정보는 가상의 축을 정의하기 위한 데이터로 활용된다. 여기서, 핸들링 디바이스(20)의 위치란, 단말작동기(130)에 대한 핸들링 디바이스(20)의 상대적인 위치를 의미할 수 있으며, 더 구체적으로 단말작동기(130)의 중심(130a)을 기준좌표로 했을 때, 핸들링 디바이스(20)의 중심(20a)의 좌표를 의미할 수 있다. 일반적으로 원의 중심의 좌표를 알기 위해서는 두 점의 좌표와 반지름을 알고 있거나, 세 점의 좌표를 알아야 하는데, 본 실시예에서 위치검출모듈(30)은 핸들링 디바이스(20)에서 임의의 두 점의 좌표를 검출하고 검출된 두 점의 좌표와 이미 알고 있는 핸들링 디바이스(20)의 반지름을 이용하여 핸들링 디바이스(20)의 중심(20a)의 좌표를 산출하는 방식을 취한다. Position detection module 30 is a component for detecting the position of the handling device 20 mounted on the construction material (G). The position detection module 30 may be mounted on any portion of the terminal actuator 130 as shown in FIGS. 3 and 4. As described above, since the virtual axis, which is a reference when moving or rotating the construction material G, is defined as the central axis of the handling device 20, in order to define the virtual axis, the handling device ( The position of 20, more precisely the position of the center 20a of the handling device 20, should be found. In this respect, the position detection module 30 provides data for defining the virtual axis described above. That is, the position information of the handling device 20 detected by the position detection module 30 is used as data for defining a virtual axis. Here, the position of the handling device 20 may mean a relative position of the handling device 20 with respect to the terminal actuator 130, and more specifically, the center 130a of the terminal actuator 130 may be referred to as a reference coordinate. At this time, it may mean a coordinate of the center 20a of the handling device 20. In general, in order to know the coordinates of the center of the circle, the coordinates and the radius of two points or the coordinates of three points should be known. In the present embodiment, the position detection module 30 may include any two points of the handling device 20. The coordinates are detected and the coordinates of the center 20a of the handling device 20 are calculated using the coordinates of the two detected points and the known radius of the handling device 20.

한편, 본 실시예에 따른 건설용 로봇 시스템(1)에서 위치검출모듈(30)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 건설자재(G)의 좌측 영역에 존재하는 핸들링 디바이스(20)의 위치를 검출하기 위한 위치검출모듈(30)과, 건설자재(G)의 우측 영역에 존재하는 핸들링 디바이스(20)의 위치를 검출하기 위한 위치검출모듈(30)로 마련된다. 이때, 각각의 위치검출모듈(30)은 건설자재(G) 상에서 핸들링 디바이스(20)를 검출할 수 있는 영역을 확장시키기 위해 소정의 회전각도 범위에서 회전 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다. 다만, 본 발명에서 위치검출모듈(30)의 개수 및 배치는 적절히 변경될 수 있다. 이러한 위치검출모듈(30)의 세부 구성에 대해서는 도 7을 참조하여 후술하기로 한다.Meanwhile, in the construction robot system 1 according to the present embodiment, the position detection module 30 is located in the left region of the construction material G as shown in FIGS. 3 and 4. Position detection module 30 for detecting the position and the position detection module 30 for detecting the position of the handling device 20 present in the right region of the construction material (G). At this time, each position detection module 30 is preferably configured to be rotatable in a predetermined rotation angle range in order to expand the area capable of detecting the handling device 20 on the construction material (G). However, in the present invention, the number and arrangement of the position detection module 30 may be appropriately changed. Detailed configuration of the position detection module 30 will be described later with reference to FIG.

자세검출모듈(40)은 건설자재(G)에 장착된 핸들링 디바이스(20)의 자세(orientation)를 검출하기 위한 구성요소이다. 여기서, 핸들링 디바이스(20)의 자세란, 핸들링 디바이스(20)의 중심축(예컨대, 도 4에서 X_L, Y_L 또는 X_R, Y_R)이 단말작동기(130)의 중심축(예컨대, 도 4에서 X_e, Y_e)에 대해 기울어진 정도를 의미할 수 있다. 즉, 핸들링 디바이스(20)의 중심축은 건설자재(G)의 배치 상태에 따라 그 방향이 달라지는데, 이로 인해 단말작동기(130)의 중심축과 그 방향성이 일치하지 않을 수 있다. 이에 따라, 핸들링 디바이스(20)의 중심축, 즉 가상의 축은 위치검출모듈(30)에 의해 검출된 핸들링 디바이스(20)의 위치정보만으로는 정의될 수 없는 경우가 발생한다. 결과적으로, 자세검출모듈(40)은 전술한 위치검출모듈(30)과 함께 가상의 축을 정의하기 위한 데이터를 제공한다. 즉, 자세검출모듈(40)에 의해 검출된 핸들링 디바이스(20)의 자세정보는 가상의 축을 정의하기 위한 데이터로 활용된다. 본 실시예에서 자세검출모듈(40)은 중력 방향에 대한 핸들링 디바이스(20) 및 단말작동기(130)의 배치 상태를 검출할 수 있는 가속도센서로 구현된다. 이러한 가속도센서는 경사계로서 작동하며, 핸들링 디바이스(20) 및 단말작동기(130) 각각의 적절한 부분에 장착될 수 있다. 다만, 본 발명에서 자세검출모듈(40)은 가속도센서에 한정되지 아니하고, 다른 방식의 센서로 구현될 수 있음은 물론이다. 한편, 매니퓰레이터(110)가 건설자재(G)의 배치 상태를 인식하거나 핸들링 디바이스(20)의 중심축과 단말작동기(130)의 중심축의 방향성이 항상 일치하도록 제어되는 경우에는 자세검출모듈(40)은 생략될 수 있다.The posture detection module 40 is a component for detecting an orientation of the handling device 20 mounted on the construction material G. Here, the attitude of the handling device 20 means that the central axis of the handling device 20 (eg, X _L , Y _L or X _R , Y _R in FIG. 4) is the central axis of the terminal actuator 130 (eg, FIG. 4 may refer to the degree of inclination with respect to X _e , Y _e ). That is, the direction of the central axis of the handling device 20 varies depending on the arrangement state of the construction material G, and thus the direction of the central axis of the terminal actuator 130 may not match. Accordingly, the central axis of the handling device 20, that is, the virtual axis, may not be defined only by the position information of the handling device 20 detected by the position detection module 30. As a result, the posture detection module 40 together with the above-described position detection module 30 provides data for defining a virtual axis. That is, the attitude information of the handling device 20 detected by the attitude detection module 40 is used as data for defining a virtual axis. In this embodiment, the posture detection module 40 is implemented as an acceleration sensor capable of detecting an arrangement state of the handling device 20 and the terminal actuator 130 with respect to the gravity direction. This accelerometer acts as an inclinometer and can be mounted to appropriate portions of each of the handling device 20 and the terminal actuator 130. However, in the present invention, the posture detection module 40 is not limited to the acceleration sensor, but may be implemented as a sensor in another manner. On the other hand, if the manipulator 110 recognizes the arrangement of the construction material (G) or the direction of the central axis of the handling device 20 and the central axis of the terminal actuator 130 is controlled to always match the posture detection module 40 May be omitted.

컨트롤러(50)는 도 5에 도시된 바와 같이 핸들링 디바이스(20)를 통해 입력된 힘의 크기 및 방향, 위치검출모듈(30)에 의해 검출된 핸들링 디바이스(20)의 위치정보 및 자세검출모듈(40)에 의해 검출된 핸들링 디바이스(20)의 자세정보 등에 기초하여 건설자재(G)를 이동시키거나 회전시키는 매니퓰레이터(110)를 제어한다. 이때, 컨트롤러(50)는 핸들링 디바이스(20), 위치검출모듈(30) 및 자세검출모듈(40)과 데이터 케이블(미도시) 등으로 연결되거나 무선통신모듈(미도시) 등을 통해 연결되어 핸들링 디바이스(20), 위치검출모듈(30) 및 자세검출모듈(40) 각각으로부터 필요한 정보를 수신할 수 있다.As shown in FIG. 5, the controller 50 includes the magnitude and direction of the force input through the handling device 20, the position information of the handling device 20 and the attitude detection module detected by the position detection module 30 ( The manipulator 110 for moving or rotating the construction material G is controlled based on the attitude information and the like of the handling device 20 detected by 40. In this case, the controller 50 is connected to the handling device 20, the position detection module 30 and the posture detection module 40 with a data cable (not shown), or the like through a wireless communication module (not shown), and the like. Required information may be received from each of the device 20, the position detection module 30, and the posture detection module 40.

구체적으로, 컨트롤러(50)는 위치검출모듈(30) 및 자세검출모듈(40)에 의해 검출된 핸들링 디바이스(20)의 위치정보 및 자세정보에 기초하여 가상의 축을 정의한 후, 정의된 가상의 축에서 작용하는 힘(즉, 핸들링 디바이스(20)를 통해 입력되는 힘)을 매니퓰레이터(110)의 단말작동기(130)에서 작용하는 힘과 토크로 변환한다. 다시 말해서, 컨트롤러(50)는 작업자의 의도에 따라 건설자재(G)를 이동시키거나 회전시키기 위해 단말작동기(130)에서 요구되는 힘과 토크를 산출한다. 그리고, 컨트롤러(50)는 산출된 힘과 토크가 단말작동기(130)에서 발휘되도록 매니퓰레이터(110)의 동작을 제어한다. 예컨대, 컨트롤러(50)는 가상의 축을 건설자재(G)의 순간 회전축으로 설정하고, 건설자재(G)가 가상의 축을 순간 회전축으로 하여 핸들링 디바이스(20)에 입력되는 힘의 크기 및 방향에 상응하도록 매니퓰레이터(110)의 동작을 제어할 수 있다. 한편, 위와 같이 단말작동기(130)에서 작용하는 힘과 토크는 가상의 축, 즉 핸들링 디바이스(20)의 중심축에 작용하는 힘의 크기 및 방향을 나타내는 벡터와 단말작동기(130)의 중심과 핸들링 디바이스(20)의 중심을 연결하는 벡터 사이의 관계로부터 도출될 수 있다.Specifically, the controller 50 defines a virtual axis based on the position information and the attitude information of the handling device 20 detected by the position detection module 30 and the attitude detection module 40, and then defines the virtual axis. The force acting on (i.e., the force input through the handling device 20) is converted into the force and torque acting on the terminal actuator 130 of the manipulator 110. In other words, the controller 50 calculates the force and torque required by the terminal actuator 130 to move or rotate the construction material G according to the intention of the operator. The controller 50 controls the operation of the manipulator 110 such that the calculated force and torque are exerted by the terminal actuator 130. For example, the controller 50 sets the virtual axis as the instantaneous rotation axis of the construction material G, and the construction material G corresponds to the magnitude and direction of the force input to the handling device 20 with the virtual axis as the instantaneous rotation axis. The operation of the manipulator 110 can be controlled to On the other hand, the force and torque acting on the terminal actuator 130 as described above is a vector representing the magnitude and direction of the force acting on the virtual axis, that is, the central axis of the handling device 20 and the center and handling of the terminal actuator 130 It can be derived from the relationship between the vectors connecting the center of the device 20.

도 6은 도 3의 건설용 로봇 시스템에 사용되는 핸들링 디바이스의 일 예를 나타내는 사시도이다. 도 6을 참조하면, 핸들링 디바이스(20)는 핸들유닛(210), 입력유닛(220) 및 부착유닛(230)을 포함한다.6 is a perspective view illustrating an example of a handling device used in the construction robot system of FIG. 3. Referring to FIG. 6, the handling device 20 includes a handle unit 210, an input unit 220, and an attachment unit 230.

핸들유닛(210)은 핸들링 디바이스(20)의 상부에 손잡이 형상으로 구비된다. 이러한 핸들유닛(210)은 작업자가 파지할 수 있는 부분을 제공하는 것으로, 작업자가 핸들링 디바이스(20)를 건설자재(G)의 표면에 부착하거나 부착된 핸들링 디바이스(20)를 건설자재(G)의 표면으로부터 떼어내는 작업의 편의성을 도모하는 한편, 핸들링 디바이스(20)의 운반 편의성을 향상시킬 수 있다.The handle unit 210 is provided in the shape of a handle on the upper portion of the handling device 20. The handle unit 210 is to provide a part that can be gripped by the worker, the worker attaches the handling device 20 to the surface of the construction material (G) or the handling device 20 attached to the construction material (G) The ease of carrying out of the operation | movement from the surface of the structure can be aimed at, and the carrying convenience of the handling device 20 can be improved.

입력유닛(220)은 핸들링 디바이스(20)에 입력되는 힘의 크기 및 방향을 측정하는 구성요소이다. 이를 위해, 입력유닛(220)은 3축 로드셀(미도시)을 포함할 수 있다. 즉, 핸들링 디바이스(20)는 3축 로드셀의 메커니즘을 이용하여 작업자에 의해 입력되는 힘의 크기 및 방향을 측정할 수 있다. 이러한 3축 로드셀의 구성 및 작동 메커니즘에 대해서는 관련 기술분야에서 잘 알려져 있는바, 본 명세서에서는 이에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다. 다만, 핸들링 디바이스(20)는 전술한 3축 로드셀의 메커니즘 이외의 다른 메커니즘을 통해 입력되는 힘의 크기 및 방향을 측정할 수 있음은 물론이다.The input unit 220 is a component that measures the magnitude and direction of the force input to the handling device 20. To this end, the input unit 220 may include a three-axis load cell (not shown). That is, the handling device 20 may measure the magnitude and direction of the force input by the operator using the mechanism of the three-axis load cell. Configuration and operation mechanism of such a three-axis load cell is well known in the art, the detailed description thereof will be omitted herein. However, the handling device 20 may measure the magnitude and direction of the force input through a mechanism other than the mechanism of the three-axis load cell described above.

부착유닛(230)은 핸들링 디바이스(20)를 건설자재(G)의 표면에 부착하여 고정시키기 위한 구성요소로, 도 6에 도시된 바와 같이 고무패드(231), 케이스(233), 스크루 구조체(235) 및 레버(237)를 포함할 수 있다. 고무패드(231)는 건설자재(G)의 표면과 접촉하는 부분으로 케이스(233)의 하단부에 마련되고, 레버(237)는 스크루 구조체(235)를 통해 고무패드(231)의 중심에 연결된다. 한편, 스크루 구조체(235)의 둘레에는 레버(237)의 회전시 레버(237)를 안내하는 가이드블록(234)이 마련된다. 이러한 부착유닛(230)은 고무패드(231)가 건설자재(G)의 표면에 접촉된 상태에서 작업자가 레버(237)를 회전시켜 고무패드(231)를 상승시킴으로써, 고무패드(231)와 건설자재(G)의 사이에 진공을 형성할 수 있다. 이에 따라, 핸들링 디바이스(20)는 별도의 동력원이 없이도 진공 흡착 방식으로 건설자재(G)의 표면에 부착 고정될 수 있다. 다만, 핸들링 디바이스(20)의 부착유닛(230)은 도 6에서 개시된 구성에 한정되지 아니하고 다양한 구성으로 구현될 수 있다.Attaching unit 230 is a component for attaching and fixing the handling device 20 to the surface of the construction material (G), as shown in Figure 6 rubber pad 231, case 233, screw structure ( 235 and lever 237. The rubber pad 231 is provided at the lower end of the case 233 as a part in contact with the surface of the construction material G, and the lever 237 is connected to the center of the rubber pad 231 through the screw structure 235. . Meanwhile, a guide block 234 is provided around the screw structure 235 to guide the lever 237 when the lever 237 rotates. The attachment unit 230 is constructed by the worker by lifting the rubber pad 231 by rotating the lever 237 while the rubber pad 231 is in contact with the surface of the construction material (G), construction with the rubber pad 231 A vacuum can be formed between the materials G. Accordingly, the handling device 20 may be attached and fixed to the surface of the construction material (G) in a vacuum suction method without a separate power source. However, the attachment unit 230 of the handling device 20 is not limited to the configuration disclosed in FIG. 6 and may be implemented in various configurations.

도 7은 도 3의 건설용 로봇 시스템에 사용되는 위치검출모듈의 일 예를 나타내는 사시도이다. 도 7을 참조하면, 위치검출모듈(30)은 핸들링 디바이스(20)의 위치를 위치센서부(310) 및 회전구동부(320)를 포함한다.7 is a perspective view showing an example of a position detection module used in the construction robot system of FIG. Referring to FIG. 7, the position detection module 30 includes a position sensor unit 310 and a rotation driving unit 320 to position the handling device 20.

위치센서부(310)는 도 7에 도시된 바와 같이 발광부(311)와 수광부(312)를 갖는 적외선센서로 구현될 수 있다. 이러한 위치센서부(310)는 건설자재(G)의 소정의 영역 내에 적외선을 조사한 후 핸들링 디바이스(20)에 의해 차단되거나 반사되는 적외선을 감지하는 방식으로, 건설자재(G) 상에서 핸들링 디바이스(20)의 위치를 검출할 수 있다. 다만, 위치센서부(310)는 적외선센서 이외의 다른 방식의 센서로 구현될 수 있음은 물론이다.The position sensor unit 310 may be implemented as an infrared sensor having a light emitting unit 311 and a light receiving unit 312 as shown in FIG. The position sensor unit 310 detects infrared rays blocked or reflected by the handling device 20 after irradiating infrared rays within a predetermined area of the construction material G, and the handling device 20 on the construction material G. ) Position can be detected. However, the position sensor 310 may of course be implemented as a sensor other than the infrared sensor.

회전구동부(320)는 미리 정해진 회전각도 범위(예컨대, 160도)에서 위치센서부(310)를 회전시키기 위한 구성요소이다. 회전구동부(320)는 도 7에 도시된 바와 같이 위치센서부(310)와 연결되는 회전축(325)을 갖는 RC모터(radio control motor)로 구현될 수 있다. 이러한 회전구동부(320)는 위치센서부(310)가 건설자재 상의 미리 정해진 영역(예컨대, 좌측 영역 또는 우측 영역)을 스캔할 수 있도록 하며, 또한 위치센서부(310)가 건설자재(G) 상에서 핸들링 디바이스(20)를 검출할 수 있는 영역을 확장시킬 수 있다. The rotation driving unit 320 is a component for rotating the position sensor unit 310 in a predetermined rotation angle range (eg, 160 degrees). The rotary drive unit 320 may be implemented as an RC motor (radio control motor) having a rotating shaft 325 connected to the position sensor unit 310 as shown in FIG. The rotation driving unit 320 allows the position sensor unit 310 to scan a predetermined area (eg, a left area or a right area) on the construction material, and also the position sensor unit 310 on the construction material G. The area in which the handling device 20 can be detected can be expanded.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 건설용 로봇 시스템은, 작업자에 의해 가해지는 힘을 입력받고 가상의 축을 제고하는 핸들링 디바이스를 이용하여 건설용 로봇의 동작을 제어함으로써, 건설자재를 이동시키거나 회전시킬 때 기준이 되는 가상의 축을 작업 상황 및 조건에 따라 작업자가 건설자재에 장착되는 핸들링 디바이스를 이용하여 임의로 선택 지정할 수 있으므로, 작업 상황 및 조건을 고려한 작업자의 직감적인 설치가 가능하고 작업자의 의도에 보다 적합한 건설용 로봇의 동작을 실현할 수 있다.As described above, the construction robot system according to the present invention, by controlling the operation of the construction robot using a handling device that receives the force applied by the operator to enhance the virtual axis, to move or rotate the construction materials The virtual axis, which is a standard when designing, can be arbitrarily selected by the handling device mounted on the construction materials according to the work situation and conditions, so that the worker can install intuitively in consideration of the work situation and conditions and More suitable operation of the construction robot can be realized.

이에 따라, 본 발명에 따른 건설용 로봇 시스템은, 건설용 로봇을 이용하여 건설자재를 설치함에 있어서, 시행착오를 크게 줄일 수 있고 결과적으로 설치 작업의 효율성을 향상시킬 수 있다.Accordingly, the construction robot system according to the present invention can significantly reduce trial and error in installing construction materials using the construction robot, and consequently, improve the efficiency of installation work.

본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.It is apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, such modifications or variations will have to be belong to the claims of the present invention.

1 : 건설용 로봇 시스템
10 : 건설용 로봇
110 : 매니퓰레이터
120 : 운반체
130 : 단말작동기
20 : 핸들링 디바이스
210 : 핸들유닛
220 : 입력유닛
230 : 부착유닛
30 : 위치검출모듈
310 : 위치센서부
320 : 회전구동부
40 : 자세검출모듈
50 : 컨트롤러1: Construction Robot System
10: construction robot
110: manipulator
120: carrier
130: terminal operator
20: handling device
210: handle unit
220: input unit
230: Attachment unit
30: position detection module
310: position sensor unit
320: rotary drive unit
40: posture detection module
50: controller

Claims

A construction robot provided at an end with a terminal actuator for gripping construction materials, the construction robot including a manipulator capable of multi-degree of freedom movement;
A handling device mounted at an arbitrary position of the construction material and configured to receive a force applied by an operator;
A position detection module for detecting a position of the handling device; And
And a controller for controlling the operation of the manipulator based on the position information of the handling device detected by the position detection module and the force input to the handling device.

The method of claim 1,
The controller,
And defining a virtual axis based on the position information, and controlling the operation of the manipulator to move or rotate the construction material based on the virtual axis.

The method of claim 2,
The construction robot system further includes a posture detection module for detecting a posture of the handling device,
And the controller defines the virtual axis based on the attitude information and the position information of the handling device detected by the attitude detection module.

The method of claim 3,
The virtual axis is defined as the central axis of the handling device.

The method of claim 1,
The handling device,
Construction robot system, characterized in that to provide a virtual axis for moving or rotating the construction material.

The method of claim 5,
The handling device is provided in a pair arranged left and right with the terminal actuator therebetween,
Any one of the pair of handling devices provides the virtual axis, and the other receives the force exerted by the operator.

The method of claim 1,
The handling device,
A handle unit that provides a part that can be gripped by an operator;
An input unit for measuring the magnitude and direction of the input force; And
And an attachment unit for attaching and fixing the handling device to a surface of the construction material.

The method of claim 1,
The position detection module,
And a coordinate of the center of the handling device based on the center of the terminal actuator as a reference coordinate.

The method of claim 1,
The position detection module,
A position sensor unit including an infrared sensor; And
And a rotation driving part for rotating the position sensor part in a predetermined rotation angle range so that the position sensor part can scan a predetermined area on the construction material.

The method of claim 3,
The posture detection module,
And a degree of inclination of the central axis of the handling device with respect to the central axis of the terminal actuator.