KR101230536B1

KR101230536B1 - 팔씨름 로봇 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR101230536B1
Application number: KR1020060013459A
Authority: KR
Inventors: 강철구
Original assignee: 한로봇 주식회사
Priority date: 2006-02-13
Filing date: 2006-02-13
Publication date: 2013-02-06
Also published as: US20080207289A1; CN101370560A; JP2009526559A; US8016654B2; KR20060026083A; CN101370560B; WO2007094529A1; JP4971364B2

Abstract

본 발명은 팔부재(A)에 회전 토크를 제공하는 팔힘생성장치(10)와 이를 제어하는 제어장치(100)로 구성되는 팔씨름 로봇으로서, 제어장치(100)가 각속도 및 각위치를 포함한 운동신호를 되먹임 받고, 팔부재(A)와 서보모터(11) 사이에 설치된 토크센서(15)로부터 팔부재(A)에 작용하는 토크신호를 되먹임 받아, 이를 기반으로 시합초기에 사용자의 최대 팔힘 크기를 측정한 후, 측정된 최대 팔힘 크기에 따라 상기 제어장치(100) 내의 제어부(170)에서 사용자와의 팔씨름 시나리오를 매번 달리 생성하고, 생성된 시나리오를 구현하기 위해 제어부(170)에서 힘 되먹임제어를 수행하는 팔씨름 로봇에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 사용자의 최대 팔힘 크기를 기반으로 하는 힘 되먹임제어를 통해 별도의 조작 없이도 힘이 센 사용자나 상대적으로 힘이 약한 사용자가 함께 이 팔씨름 로봇을 이용할 수 있으며, 난수를 이용한 랜덤 시나리오를 통해 매 시합마다 예측하기 어려운 승패를 구현하고 사용자의 이기려는 의지를 승률에 반영함으로써, 팔씨름에 대한 사용자의 흥미를 현격히 증대시킬 수 있다. 본 발명의 팔씨름 로봇은 노인들의 근력 유지 또는 증진을 위한 수단으로, 일반인들의 기분전환과 흥미를 위한 오락 수단으로, 또는 학생들의 호기심 자극과 로봇에 대한 이해 증진 수단 등으로 다양하게 활용될 수 있다.

팔씨름, 로봇, 힘 되먹임, 시나리오

Description

팔씨름 로봇 및 그 제어방법{ARM-WRESTLING ROBOT AND THE CONTROL METHOD}

도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 예시도,

도 2a는 본 발명에 따른 팔씨름 로봇의 설치 환경을 나타낸 예시도,

도 2b는 본 발명에 따른 팔힘생성장치의 구성을 나타낸 구성도,

도 2c는 본 발명에 따른 어댑터에 부착된 인클리노미터를 나타낸 예시도,

도 3은 본 발명에 따른 제어장치(100)의 구성을 나타낸 구성도,

도 4a는 본 발명에 따른 팔씨름 로봇의 기본 작동 원리를 나타낸 개념도,

도 4b는 본 발명에 따른 제어 프로그램(200)과 이에 의한 힘 되먹임제어의 원리를 나타낸 개념도,

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 토크지령치와 실제 발생된 토크치의 추이를 나타낸 그래프,

도 5c는 본 발명에 따른 위치되먹임제어와 이에 의한 목표위치, 그리고 실제위치의 추이를 나타낸 그래프,

도 6은 본 발명에 따른 팔씨름 로봇 제어방법을 나타낸 흐름도,

도 7 내지 도 9a는 본 발명에 따른 팔씨름 로봇 제어방법의 세부 흐름도,

도 9b는 20대 청년 8명으로부터 실제 측정한 최대 팔힘을 나타낸 표,

도 10a는 본 발명에 따른 팔씨름 로봇 제어방법의 세부 흐름도,

도 10b는 이김, 짐, 비김으로 구분된 서브 시나리오와 현재 팔부재의 각도를 나타낸 예시도,

도 10c는 의지력지수와 상응하는 승률을 나타낸 표,

도 11a는 이기고자 하는 의지가 강한 두 명의 사용자에 대한 실험결과를 나타낸 그래프,

도 11b는 이기고자 하는 의지가 약한 두 명의 사용자에 대한 실험결과를 나타낸 그래프,

도 12a는 본 발명의 일실시예에 따라 실제 제작 완료된 팔씨름 로봇을 보인 사진도,

도 12b는 도 12a의 팔씨름 로봇과 사용자의 실제 시합 장면을 나타낸 사진도,

도 13은 도 12a의 팔씨름 로봇을 통해 동일한 사용자가 가능한 한 동일한 패턴의 힘을 생성하게 하여 시합 한 후의 결과를 보인 그래프,

도 14a는 본 발명의 또 다른 일실시예의 팔씨름 로봇을 통해 72세의 할머니가 실제 시합하는 장면을 나타낸 사진도,

도 14b는 도 14a의 시합 결과를 나타낸 그래프,

도 15a는 도 14a의 팔씨름 로봇을 이용하여 25세의 청년이 시합하는 장면과 그 결과를 나타낸 예시도,

도 15b는 도 15a의 시합이 종료된 직후 어린이가 시합하는 장면과 그 결과를 나타낸 예시도,

도 16a는 도 14a의 팔씨름 로봇으로 한명의 사용자가 연속으로 26회 시합하였을 때의 시합당 소요시간과 사용자의 승률에 대한 결과를 보인 표,

도 16b는 두 명의 사용자가 26회 시합을 진행하였을 때의 결과를 정리한 표.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10 : 팔힘생성장치 11 : 서보모터

12 : 속도/위치센서 13 : 감속수단

14 : 스토퍼 15 : 토크센서

16 : 어댑터 17 : 고정 플레이트

18 : 취부 19 : 인클리노미터

20a : 영상출력수단 20b : 음성출력수단

30a, 30b : 초음파센서 30c : 광센서

100 : 제어장치 110 : 증폭부

120 : 펄스생성부 130 : 논리회로부

140 : 모터구동부 150 : 출력수단 구동부

160 : 기록매체 170 : 제어부

180 : 모터전원제어부 A : 팔부재

C : 의자 T : 테이블

MS : 모터스위치

본 발명은 팔씨름 로봇에 관한 것으로서, 특히 사용자에 따라 그 사용자에 알맞은 크기의 힘과 매번 서로 다른 팔씨름 시나리오를 자동 생성하고 힘 되먹임제어가 가능한 팔씨름 로봇과 그 제어방법에 관한 것이다.

종래의 팔씨름 장치는, 사용자가 인가하는 힘의 방향(정방향의 힘)에 반하는 역방향의 힘을 제공하는 수단 및 방식에 의해 크게 세 가지로 대분될 수 있다. 그 첫째가 스프링의 탄성력을 이용한 것으로서, 대표적인 예가 미국특허 US3,947,025(이하, '선행특허1')에 개시되어 있다. 이 장치는 대략 1976년도에 공개된 고전적 팔씨름 장치 중 하나로서, 도 1a에 나타낸 바와 같이 역방향의 힘을 권취된 스프링(14)의 탄성력만으로 제공하고 있으며, 놀이용 장치라기보다는 단순히 사용자의 팔과 팔목의 근력 강화를 위해 창안된 형태로 보는 것이 합당하다.

두 번째로 미국특허 US4,805,900호(이하, '선행특허2')와 US5,842,958(이하, '선행특허3')에 개시된 바와 같이 유압을 이용한 장치(도 1b, 도 1c 참조)로서, 선행특허1의 스프링 방식에 비해 역동성 내지는 조종성이 개선되었으나 반면에 장치의 규모가 비대해졌다는 문제가 수반되어 있다. 더욱이 도 1b에 보인 바와 같이 일련의 유압 구동장치를 구현하기 위해서는 조립의 복잡도 및 상당한 비용이 소요됨은 자명하다.

마지막으로 일본특허 특개평6-315544호(이하, '선행특허4')는 선행특허1 내 지 3과 달리 역방향의 힘을 모터(토크 모터)로 제공하고 있다. 더불어 사용자의 안전을 고려한 안전수단을 고려하고 있다. 이러한 방식은 근래 팔씨름 장치의 전형이라 볼 수 있으므로 도 1d를 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면, 그 대표 청구범위에 보이는 바와 같이, 기본적으로 정방향 또는 역방향으로 회동 가능하게 설치된 회동 팔과, 이 회동 팔에 정방향의 회동 토크를 부여하기 위한 토크발생수단과, 이를 제어하는 출력 제어수단으로 구성되며, 앞서 언급한 안전수단을 구현하기 위해, 상기 회동 팔에 부여된 정방향의 회동 토크에 저항하는 역방향의 회동 토크가 회동 팔에 가해졌을 때 회동 팔의 역방향 회동 속도를 검출하는 속도검출수단을 더 포함하여, 출력 제어수단이 상기 속도검출수단을 통해 검출한 역방향 회동 속도가 소정 값 이상인 경우에 토크발생수단의 출력을 소정 값까지 감소시키는 것을 특징으로 하고 있다.

살펴본 바와 같이 종래 기술(선행특허1 ~ 선행특허4)에 의한 팔씨름 장치는 기계적(스프링, 유압) 또는 전기적(모터, 제어장치)으로 구성되며, 기 설정된 일정한 역방향의 힘보다 크게 사용자가 정방향의 힘을 인가하기만 하면 되는 단순한 놀이수단 내지는 기초적인 운동 보조수단에 머무르고 있다. 물론, 사용자의 힘 세기를 고려하여 역방향의 힘을 조절할 수 있는 버튼 등의 조절 수단을 구비하기도 하나, 이는 단계별로 기 설정된 일정한 역방향의 힘을 사용자가 단순 선택하는 것에 불과하다. 더욱이 이러한 팔씨름 장치가 놀이수단으로 이용될 경우 사용자는 놀이(게임) 시작과 아울러 자신의 승패를 용이하게 인지(팔의 감각을 통해 인지)할 수 있으므로 놀이에 대한 흥미가 급속히 감소되는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 주요 목적은 팔씨름 시작과 동시에 사용자의 최대 팔힘을 기반으로 하는 팔씨름 시나리오의 자동생성과 힘 되먹임제어를 수행함으로써, 종래와 같이 버튼 등의 힘 세기 조절 수단 없이도 힘이 센 사용자나 상대적으로 힘이 약한 사용자가 이용할 수 있고, 종래와 같이 단순한 형태의 힘을 생성하는 것이 아니라 사용자가 예측할 수 없는 매번 다른 형태의 힘을 생성하는 팔씨름 로봇 및 그 제어방법을 제공함에 있다.

또한, 시합 진행시 사용자의 이기고자 하는 의지를 사용자의 팔힘 크기와 팔힘 지속시간을 바탕으로 산출하고 이를 승률에 반영함으로써, 사용자의 흥미를 현격히 증대시킬 수 있는 팔씨름 로봇 및 그 제어방법을 제공함에 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.

본 발명은 팔부재(A)에 회전 토크를 제공하는 팔힘생성장치(10)와 이를 제어하는 제어장치(100)로 구성되는 팔씨름 로봇으로서, 제어장치(100)가 각속도 및 각위치를 포함한 운동신호(motion signal)를 되먹임 받고, 팔부재(A)와 서보모터(11) 사이에 설치된 토크센서(15)로부터 팔부재(A)에 작용하는 토크신호(torque signal)를 되먹임 받아, 이를 기반으로 시합초기에 사용자의 최대 팔힘 크기를 측정한 후, 측정된 최대 팔힘 크기에 따라 상기 제어장치(100) 내의 제어부(170)에서 사용자와의 팔씨름 시나리오(scenario)를 매번 달리 생성하고, 생성된 시나리오를 구현하기 위해 제어부(170)에서 힘 되먹임제어(feedback control)를 수행하는 팔씨름 로봇을 개시한다.

우선, 도 2a를 참조하여 본 발명에 따른 팔씨름 로봇(이하, '팔씨름 로봇')의 설치 환경을 살펴보면, 테이블(T) 상면에 배치되는 인간의 상반신을 형상화한 몸체(B)가 마련되어 있고, 이 몸체의 우완부(물론, 좌완부로도 설정 가능하다)에 위치하여 기계적 팔힘을 생성하는 팔힘생성장치(10)와, 사용자에게 소정의 안내 메시지를 영상으로 출력하는 영상출력수단(20a)이 상기 몸체에 결합되어 있다. 또한 테이블 전방에는 사용자의 편의수단인 의자(C)가 구비되며, 사용자의 테이블 전면 좌우에는 사용자의 접근을 감지하는 초음파센서(30a, 30b) 그리고 그 중앙에 사용자의 착석을 감지하는 광센서(30c)가 구비되어 있다. 또한 도면에는 도시되지 않았으나 기본적으로 상기한 구성요소들을 제어하는 제어장치(100)와 사용자에게 소정의 안내 메시지를 음성으로 출력하는 음성출력수단(20b)이 포함되어 있다.

초음파센서(ultrasonic sensor)는 일정 각도 범위 내에서 물체(사용자)를 효 율적으로 감지하기 위해 두 개(20a, 20b)가 마련되는 것이며, 비교적 노이즈의 영향을 받지 않는 이점이 있다. 상기한 광센서(photoelectric sensor)는 적외선(infrared)을 사용하는 바, 직선 방향으로 좁은 각도 범위의 물체를 감지하기 때문에 의자(C)에 착석한 사용자를 용이하게 감지할 수 있다.

본 실시예에서 영상출력수단(20a)을 통한 영상 메시지 출력 이외에 음성 메시지를 출력하기 위한 음성출력수단(도 3의 20b)으로 설정될 수 있으며, 음성출력수단의 경우 영상출력수단과 통합된 형태로 또는 테이블(T) 근방의 적절한 곳에 위치할 수 있다.

상기한 팔힘생성장치(10)의 구성을 보다 구체적으로 살펴보면, 도 2b에 나타낸 바와 같이 하기의 제어장치(100)로부터 수신되는 모터제어신호를 기반으로 회전력을 제공하는 서보모터(11)와; 이 서보모터의 각위치와 각속도를 감지하여 제어장치(100)로 전송하는 속도/위치센서(12)와; 서보모터의 회전축에 연동되어 회전 속도를 감속하는 감속수단(13)과; 상기 감속수단과 인간의 팔(arm)을 형상화한 팔부재(A)를 연결하며, 기계적으로 상기 팔부재(A)의 회전각을 제한하는 스토퍼(stopper, 14) 및 토크센서(15)를 구비한 어댑터(16)와; 이들을 지지하는 판상의 고정 플레이트(17); 를 포함하며, 이러한 구성은 서보모터(11)의 회전력을 최종적으로 팔부재(A)가 회전축(X)을 중심으로 시계방향(CW) 또는 반시계방향(CCW)로 회동 가능케 한다.

여기서 속도/위치센서(12)는 보통 고정도를 위해 인크리멘털 인코더(incremental encoder)로 설정하는 것이 바람직하며, 감속수단(13)은 다수의 기어 로 치합 구성된 일반 감속기로 설정할 수 있겠으나, 일반 감속기의 경우 기어와 기어 사이의 맞물림 공간인 백래시(backlash)가 비교적 크기 때문에 회전 토크제어 기능이 다소 떨어지므로 상대적으로 백래시가 적은 하모닉 드라이브(harmonic drive)를 이용함이 바람직하다.

상기 기계적 스토퍼(14)는 고정 플레이트(17)에 마련된 취부(18)에 안착되어 상기 팔부재(A)의 회전각을 제한하는 기능을 수행하며, 이러한 회전각 제한을 통해 팔씨름 실행시 사용자의 안전을 도모한다. 또한 상기 기계적 스토퍼(14)는 팔씨름 로봇 초기화 시에 팔부재(A)의 초기각도를 설정하는데 이용된다. 이와 관련해서는 하기에서 상세히 기술키로 하며, 이러한 초기각도 설정은 도 2c에 예시한 바와 같이 어댑터(16)에 부착된 복수개(2개 또는 3개)의 인클리노미터(inclinometer, 경사계, 19)를 통해 달성될 수도 있다.

어댑터(16)에 구비된 토크센서(15)는 팔부재(A)와 사용자가 인가하는 팔힘 사이에서 발생하는 토크(torque)를 감지하며, 감지된 토크치는 본 발명의 특징적인 양상에 따른 '힘 되먹임제어'를 위해 이용되는 바, 본 발명의 토크센서는 감도 또는 정밀도가 높은 것으로 설정되어야 함이 바람직하다.

또한 고정 플레이트(17)는 그 주연부에 다수의 고정홀(H)을 형성하고 있으며, 이 고정홀들은 너트와 볼트와 같은 고정수단을 통해 전술한 테이블(T)과의 체결을 가능하게 한다.

상기 제어장치(100)는 속도/위치센서(12)의 되먹임신호와 토크센서(15)의 토크치를 기반으로 힘 생성에 관련한 이김(win), 비김(draw) 또는 짐(defeat) 시나리 오에 따라 '힘 되먹임제어'를 수행하는 것을 기본으로 한다.

상기 시나리오에 대해서는 하기에서 상세히 살펴보도록 하겠으며, 우선 첨부한 도 3을 참조하여 제어장치(100)의 기능적 구성을 살펴보면, 상기 토크센서(15)로부터 출력되는 신호를 전압증폭하고 부가적으로 노이즈 제거를 위해 저주파 필터링하는 증폭부(110)와; 초음파센서(20a, 20b)에 일정 주기의 펄스신호(pulse signal)를 인가하는 펄스생성부(120)와; 속도/위치센서(12)로부터 출력되는 직각위상(A상, B상의 quadrature)의 되먹임신호(서보모터의 각위치와 각속도를 포함한 신호)를 속력신호와 회전방향신호로 변환하는 논리회로부(130)와; 제어부(170)의 모터제어신호를 기반으로 모터구동신호를 생성하여 서보모터(11)를 구동시키는 모터구동부(140)와; 영상출력수단(20a) 및 음성출력수단(20b)을 구동시키는 출력수단 구동부(150)와; 제어 프로그램을 탑재한 기록매체(160)와; 제어 프로그램에 의거하여 이들의 제어를 수행하며 상기 센서들의 되먹임신호를 기초로 산출된 토크지령치에 따른 모터제어신호를 생성하여 상기 모터구동부(140)로 송신하고 영상 및 음성신호를 생성하여 상기 출력수단 구동부(150)로 송신하는 제어부(170); 로 이루어져 있다.

증폭부(110)와 제어부(170) 사이에는 증폭부로부터 출력되는 아날로그 신호를 제어부가 인식할 수 있도록 변환하는 A/D컨버터(101a)가 포함되며, 이와 동일하게 인클리노미터(19), 초음파센서(30a, 30b) 및 광센서(30c)와 제어부(170) 사이에 A/D컨버터(101b, 101c, 101d)가 포함된다. 또한, 모터구동부(140)와 제어부 사이에는 제어부로부터 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A컨버터 (101e)가 포함되어 있다.

본 발명의 특징적인 양상에 따른 제어장치(100)는 도 3에 나타낸 바와 같이 사용자의 안전을 고려하여, 제어부(170)의 초기화완료신호를 수신하고 이에 대한 신호를 출력하는 무접점릴레이(SSR, 182) 및 상기 무접점릴레이(182)의 출력 신호에 따라 상용전원(P)을 모터구동부(140)로 공급하는 기계식 릴레이(MR, 184)로 구성되어, 상기 초기화완료신호를 수신했을 경우에만 모터구동부(140)에 전원을 인가하는 모터전원제어부(180)를 더 포함하고 있다.

구체적으로, 모터제어신호를 변환하는 D/A컨버터(101e)는 어떠한 경우로 인해 제어부(170)가 불능상태(소위 다운상태)가 되는 시점 이후에도 대부분 최종 모터제어신호를 모터구동부(140)로 송신하기 때문에 팔부재(A)의 급속한 회전이 발생할 수 있으며, 제어부(170)의 초기화 이전에 서보모터(11)의 전원이 재인가 되면 팔부재(A)의 갑작스런 회전으로 예기치 못한 안전사고가 발생할 우려가 있다.

후자의 경우를 부연하면 제어부(170)와는 별도로 모터구동부(140)에 인가되는 상용전원(P)이 기본적으로 모터스위치(MS)의 단속(斷續)을 통해 구현되어 있기 때문이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 상기 제어부(170)는 초기화가 완료되면 초기화완료신호를 D/A컨버터(101f) 또는 디지털출력단자를 통해 모터전원제어부(180)로 전송하고, 아울러 모터구동부(140)로 '0'으로 설정된 모터제어신호를 전송한다. 모터전원제어부(180)는 초기화완료신호를 수신했을 경우 이를 무접점릴레이(SSR, solid state relay, 182)를 통해 상용전원(P)이 모터구동부(140)에 인가되도록 기계식 릴레이(MR, mechanical relay, 184)를 온(ON)시킨다.

따라서 제어장치(100)의 초기화가 완료되지 못한 상태에서 모터스위치(MS)가 켜지더라도(ON) 모터구동부(140)에 전원이 인가되지 않으며, 초기화가 완료된 후 모터구동부(140)에 전원이 인가되더라도 '0'으로 설정된 모터제어신호를 통해 갑작스런 서보모터(11)의 회전을 방지할 수 있다.

참고적으로 상기한 모터제어신호는 서보모터(11)의 회전 토크를 위한 신호로서, 산출된 토크지령치에 기반하여 회전 토크를 증가 또는 감소시키는 신호로 달리 표현될 수 있다.

상술한 팔씨름 로봇의 기본 작동 원리는 도 4a에 나타낸 바와 같이 요약될 수 있다. 즉, 제어장치(100)가 팔힘생성장치(10)의 속도/위치센서(12)로부터 각속도 및 각위치를 수신하고 토크센서(15)로부터 토크치를 수신하여 토크지령치를 산출한 후, 토크지령치에 따른 모터제어신호를 팔힘생성장치(10)로 피드백(되먹임)시켜 팔부재(A)의 토크를 제어하는 것으로 이루어진다. 이러한 방식의 제어가 바로 앞서 언급한 '힘 되먹임제어'이며, 실제적으로는 기록매체(160)에 탑재된 제어 프로그램(200)(도 4b 참조)에 의해 달성된다.

한편, 상기한 '힘 되먹임제어'를 통해 유연하고 신속한 팔힘생성장치(10)의 반응을 얻어야 하는데, 달리 표현하면 토크지령치를 추종할 수 있는 실시간 제어가 요구됨을 의미한다. 이는 상기 각속도와 각위치 그리고 토크치를 획득하고 이로부터 토크지령치와 모터제어신호를 얻기 위한 제어장치(100)의 샘플링(sampling) 시간 간격의 정확도 향상을 통해 구현될 수 있다.

전술한 실시간 제어의 일 양태를 고찰해보면 다음과 같다. 먼저, 첨부된 도 5a의 좌측 그래프는 [s] 단위의 시간에 대한 [Nm] 단위의 토크지령치(점선)와 실제 발생된 토크치(실선)를 표시하고 있다. 이 그래프에서 실제 토크는 대략 토크지령치를 따라가고 있음을 알 수 있으나, 약간의 오차(error)가 포함되어 있다. 이 오차는 토크센서(15)의 응답속도와 감속수단(13)의 마찰에 의한 것으로 추정된다.

우측 그래프는 [s] 단위의 시간에 대한 [degree] 단위의 팔부재(A) 각도를 보여주고 있으며, 그 각도가 시간 추이에 따라 커지고 있음을 알 수 있으며, 도 5a의 그래프들은 팔부재(A)의 각도가 반시계 방향(CCW)으로 점점 커져 사용자가 이기는 경우에 해당한다. 반면에 도 5b는 사용자가 지는 경우에 대한 그래프를 보여주고 있다.

이와 같이 팔씨름 진행은 도 5a 및 도 5b를 통해 살펴본 '힘 되먹임제어'로 구현되고 있으나, 팔씨름 개시전의 초기각도 설정 시 또는 팔씨름이 종료된 후(1회의 시합 종료시 마다) 팔부재(A)를 초기위치로 이동시키기 위해 이른바 '위치되먹임제어'를 수행해야 한다. 이러한 제어는 속도/위치센서(12)로부터 수신되는 각속도 및 각위치를 기본으로 하며, 앞서 언급한 스토퍼(14)와 취부(18)를 이용하거나 혹은 복수개의 인클리노미터(19)를 이용할 수 있다.

우선 팔씨름 개시전의 초기각도 설정을 살펴보면, 제어부(170)가 서보모터(11)를 저속으로 시계방향(CW) 또는 반시계방향(CCW)으로 구동시키면서 매 샘플링시간마다 속도/위치센서(12)의 출력전압 값(되먹임신호)을 수신하여 그 출력전압 값이 소정 값 이상이 되면 상기 스토퍼(14)가 취부(18)에 접촉되었다는 것을 의미하므로 이때의 각도를 초기각도로 설정하여 이 설정된 초기각도를 근간으로 팔부재 (A)의 절대각을 제어(위치되먹임제어)하게 된다. 또한 상기 절대각을 이용하여 팔씨름이 종료된 후 팔부재(A)를 초기위치로 이동시킬 수 있게 된다.

도 5c를 참조하여 상술한 '위치되먹임제어'의 일 양태를 살펴보면, 좌측의 그래프에서 목표위치와 실제위치가 거의 일치하고 있음을 보이고 있으나, 60도(degree)와 80도 사이의 부분을 확대한 우측 그래프를 살펴보면 약간의 지연 오차를 갖고 목표위치가 실제위치를 추종하고 있음을 확인할 수 있다. 그러나 상기 지연 오차는 매우 근소하므로 본 발명에 따른 팔씨름 로봇의 전체적 정밀도에는 큰 영향을 미치지 않는다.

아울러, 본 실시예에서는 초기각도 설정을 위해 스토퍼(14)와 취부(18)를 이용하는 것으로 설명하였으나, 전술한 바와 같이 인클리노미터(19)를 통해 보다 용이하게 구현될 수도 있다. 그러나 인클리노미터(19)의 경우 비용부담과 시스템의 복잡도가 가중되는 면이 있음을 감안해야 한다.

한편, 팔씨름은 보통 사람들이 생각하는 것처럼 힘만의 운동이 아니라 팔씨름을 행하는 양자 간의 속도와 기술 그리고 이기고자 하는 의지가 혼합되어 승패가 갈리는 복합적 운동이라 말할 수 있다. 즉, 상기한 요소들을 구현할 수 있는 소프트웨어적인 사항이 팔씨름 로봇에 적절히 접목되어야 함을 의미한다. 이때 소프트웨어라 함은 팔힘생성장치(10)를 제어하는 제어장치(100)의 제어흐름을 포함한 프로그램, 다시 말해 상기한 제어 프로그램(200)에 해당한다.

따라서 이하에서는 제어 프로그램(200)을 기능별로 일련의 과정으로 대분하여 힘 되먹임제어 및 위치 되먹임제어를 포함한 팔씨름 로봇 제어방법을 살펴보기 로 한다. 이에 앞서 제어 프로그램의 실행 주체는 제어장치(100)가 되며, 보다 정확히는 제어부(170)에 의한 것임을 밝혀둔다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 팔씨름 로봇 제어방법은 크게 초기화 과정(제1과정, S110), 사용자 감지 및 안내 과정(제2과정, S120), 사용자의 최대 팔힘 측정 과정(제3과정, S130) 및 랜덤 시나리오에 따른 힘 되먹임제어 과정(제4과정, S140)으로 대분될 수 있다. 여기서 사용자 감지 및 안내 제2과정(S120)은 팔씨름 로봇의 제어방법에서 생략될 수 있다. 즉, 제2과정이 생략된 팔씨름 로봇의 실시도 가능하다.

상기 초기화 과정(제1과정, S110)은 제어장치(100) 및 팔힘생성장치(10)를 초기화하는 제1-1단계, 도 7에 도시한 바와 같이 그 초기화가 완료되면(S111), 전술한 바와 같이 제어부(170)가 모터전원제어부(180)로 초기화완료신호를 송신하고, 모터구동부(140)로 '0'으로 설정된 모터제어신호(토크지령치)를 송신하는 제1-2단계(S112), 모터전원제어부(180)가 모터구동부(140)를 통해 서보모터(11)로 상용전원(P)을 인가하는 제1-3단계(S113), 그리고 전술한 바와 같이 팔부재(A)의 초기각도를 설정하는 제1-4단계(S114)로 이루어진다. 여기서 제1-4단계(S114)의 초기각도 설정은 앞서 기재한 바와 같이 스토퍼(14)와 취부(18), 또는 복수개의 인클리노미터(19)를 통해 구현될 수 있다.

제2과정(S120)은, 초기화 과정(S110)이 완료된 후 사용자 감지 및 안내를 위한 과정으로서, 도 8에 보이는 바와 같이 제어부(170)가 테이블(T)에 구비된 초음파센서(30a, 30b)를 통해 사용자의 접근을 감지하는 제2-1단계(S121), 사용자의 접 근이 감지되었다면, 사용자에게 안내 메시지(예: 팔씨름 권유에 관련한 안내 메시지)를 출력수단(20a, 20b)을 통해 출력하는 제2-2단계(S122), 테이블(T)에 구비된 광센서(30c)를 통해 사용자가 의자(C)에 착석했는지 여부를 감지하는 제2-3단계(S123), 그리고 의자에 착석했다면 출력수단(20a. 20b)을 사용자에게 안내 메시지를 출력하는 제2-4단계(S124)로 이루어진다.

여기서, 제2-2단계(S122)와 제2-4단계(S124)의 안내 메시지는, 예를 들어 '안녕하세요, 반갑습니다. 팔씨름을 하시려면 자리에 앉으세요.' 등의 음성이 음성출력수단(20b)을 통해 출력되거나, 사람의 얼굴을 형상화한 아바타(avatar) 내지는 소정의 문구가 영상출력수단(20a)을 통해 출력되는 등의 형태로 상정할 수 있다. 이러한 안내 메시지 출력은 다양하게 변형 설정될 수 있고, 더욱이 용이하게 실시될 수 있는 본 발명의 부가 기능에 해당하므로 이에 대한 구체적 설명은 생략키로 한다.

사용자의 착석 및 팔씨름 시합이 준비되면, 사용자의 최대 팔힘 측정에 관련한 제3과정(S130)이 수행되는데, 이 일련의 과정은 도 9a에 나타낸 바와 같이 제어부(170)가 팔부재(A)에 인가되는 토크를 일정크기까지 모터구동부(140)를 통해 증가시키는 제3-1단계(S131), 속도/위치센서(12)를 통해 팔부재(A)의 변화하는 각속도가 0보다 큰지 여부를 판단하는 제3-2단계(S132), 그 판단 결과 크다면 팔부재(A)에 인가되는 토크의 크기를 증가시키는 제3-3단계(S133), 제 S133 단계 이후에 변화하는 각속도가 0보다 작은지 여부를 판단하는 제3-4단계(S134), 그 판단 결과 작다면 토크의 크기를 감소시키고(S135) 절차를 제 S132 단계로 리턴하는 제3-5단 계, 한편 제 S132 단계의 판단 결과 작다면 절차를 제 S135 단계로 이행하는 제3-6단계, 제 S134 단계의 판단 결과 크다면 절차를 제 S133 단계로 이행하는 제3-7단계들로 이루어진다.

이러한 제3-2단계(S132) 내지 제3-7단계는 소정 시간동안(바람직하게는 수초 동안) 반복 수행되어 최종적으로 사용자의 최대 팔힘을 측정하게 된다. 이 측정결과 값은 이후 설명될 랜덤 시나리오 생성과 힘 되먹임제어의 토크지령치 산출 기준으로 이용된다.

참고적으로 첨부된 도 9b는 상기 제3과정(S130)에 의해 20대 청년 8명으로부터 실제 측정한 최대 팔힘에 대한 표로서, 첫 번째와 세 번째 열은 시행번호를, 두 번째와 네 번째 열은 측정된 최대 팔힘(단위: Nm)을 표시하고 있다.

상기한 최대 팔힘 측정 제3과정(S130)이 수행되고 나면, 랜덤하게 선택되는 서브 시나리오에 따라 상기 팔힘생성장치(10)를 힘 되먹임제어하는 제4과정(S140)이 수행되는데, 여기서 서브 시나리오(sub-scenario)라 함은 팔씨름 시합 진행을 위한 제어 프로그램(200)의 시합 진행에 관련한 프로세스(process)를 의미하며, 기본적으로 이김 서브 시나리오(win sub-scenario), 짐 서브 시나리오(defeat sub-scenario) 및 비김 서브 시나리오(draw sub-scenario) 이렇게 세 가지의 서브 시나리오들로 구분되어 난수(random number) 발생 방식으로 랜덤하게 선택 실행된다.

참고적으로 한 번 시행의 팔씨름 시합은 이러한 여러 개의 서브 시나리오들의 조합으로 이루어지게 되고, 이러한 서브 시나리오들의 조합이 하나의 시나리오를 형성하게 되지만, 도 10a와 도 10b 등에서 이해에 큰 무리가 없기 때문에 서브 시나리오라는 용어 대신에 단순히 시나리오로 표기하였다.

보다 구체적으로 상기 서브 시나리오는 팔부재(A)에 인가되는 토크지령치의 증감을 위한 프로세스로서, 이김 서브 시나리오는 토크지령치의 감소를 의미하며, 반면에 짐 서브 시나리오는 토크지령치의 증가를 의미하고, 그리고 비김 서브 시나리오는 일정 시간의 시합 지속을 위한 토크지령치의 증감을 의미한다. 이러한 서브 시나리오들은 일정 각도 구간으로 구분하여 미리 정해져 있다(도 10b 참조). 하지만 어느 서브 시나리오들이 이김 서브 시나리오가 되고, 비김 서브 시나리오가 되고, 짐 서브 시나리오가 되는지는 현재의 팔부재(A) 각도에 따라 달라진다.

도 10a를 참조하면, 제어부(170)는 측정한 현재 팔부재(A)의 각도(deree)를 기준으로 마련된 다수의 서브 시나리오들 중에서 어느 하나를 선택한다(제4-1단계, S141). 여기서 서브 시나리오는 상기한 바와 같이 팔부재(A)의 각도에 따라 이김, 짐, 비김 서브 시나리오들로 구분되는 데, 그 예는 도 10b에 도시한 바와 같다. 표의 좌측 열은 서브 시나리오의 순번에 해당하고, 그 우측 열은 구동할 팔부재(A)의 각도에 해당한다. 각도의 범위는 팔부재(A)가 차지하는 각도와 사용자의 안전을 고려하여 본 발명의 일실시예인 도 10b에서는 -150도(°, degree)에서 150도까지로 설정되어 있으나, 이 각도의 범위는 다소 변동될 수 있다. 그리고 도 10b에서 각도의 범위는 10도 간격으로 구분되어 있으나 이 범위도 다른 값으로 변동될 수 있다.

다음으로 제어부(170)는 선택된 서브 시나리오 진행 동안(소정 시간 동안 진행) 토크센서(15)를 통해 사용자의 평균 팔힘을 측정하고 아래의 [수학식1]에 의거하여 의지력지수(will point)를 산출한다(제4-2단계, S142).

[수학식1]

의지력지수 = {(한 서브 시나리오 동안의 평균 팔힘) / (최대 팔힘)} × 100

여기서, 최대 팔힘은 제3과정(S130)에서 소정 시간 동안 측정된 사용자의 최대 팔힘이다. 상기 의지력지수는 사용자의 이기고자 하는 의지를 판단하기 위한 기준으로 이용되며, 그 산출된 값이 100에 가까울수록 의지가 강한 것이고 반면에 0에 가까울수록 이기고자 하는 의지가 약한 것을 의미한다. 사용자가 시합 중에 자기의 최대힘에 가까운 힘을 오래 지속해서 낼수록 상기 의지력지수는 100에 가까워진다. 즉, 의지력지수는 사용자가 내는 팔힘의 크기와 팔힘 지속시간에 의해 결정된다.

이어서, 제어부(170)는 산출된 의지력지수에 따른 기 정의된 선택확률을 갖고 다음 실행될 서브 시나리오를 이김, 비김, 짐 서브 시나리오들 중에서 선택한다(제4-3단계, S143). 상기 선택확률은 도 10c의 표에 예시한 바와 같이 의지력지수에 해당하는 이김, 짐, 비김에 대한 기 정의된 확률을 기반으로 서브 시나리오가 선택되는 것을 뜻한다. 상기 표를 살펴보면, 의지력지수가 높을수록 이김 서브 시나리오를 선택할 확률이 높아짐을 볼 수 있다.

여기서 전반적으로 비김 서브 시나리오의 선택 확률이 높게 설정되어 있는 이유는 전체 시합 시간이 일정 시간 이상 지속되도록 하기 위함이며, 이를 통해 시합 진행 시간이 확률적(의지력지수에 의존적인 확률)으로 연장될 가능성을 마련하 고 있다. 이에 대해서는 하기에서 기술될 단계(S145)에서 살피기로 한다.

한편, 제어부(170)는 제4-3단계(S143)에 의해 선택된 서브 시나리오가 이김, 비김, 짐 중 어느 것에 해당하는지를 판단한다(제4-4단계, S144). 상기에서 언급했듯이 제4-3단계(S143)에서 선택되고 제4-4단계(S144)에서 판단될 서브 시나리오는 확률적으로 비김 서브 시나리오일 경우가 비교적 많으며, 만약 그러할 경우 비김 서브 시나리오에 따른 힘 되먹임제어가 실행된 후, 절차는 제4-2단계(S142)로 리턴된다(제4-5단계, S145). 부연하여 상기 제4-5단계(S145)의 비김 서브 시나리오는 현재 팔부재(A)의 각도가 사용자가 이기는 쪽 방향으로 치우쳐져 있으면 토크지령치의 증가가 이루어지고, 반면 그 각도가 지는 쪽 방향으로 치우쳐져 있으면 토크지령치의 감소가 이루어진다.

제4-4단계(S144)의 판단 결과, 이김 서브 시나리오라면 제어부(170)는 이김 서브 시나리오에 따른 힘 되먹임제어 실행 후 시합을 종료시키고(제4-6단계, S146), 짐 서브 시나리오라면 짐 서브 시나리오에 따른 힘 되먹임제어를 실행 후 시합을 종료시킨다(제4-7단계, S147).

지금까지 상술한 제1과정(S110) 내지 제4과정(S140)은 본 발명에 따른 일실시예에 해당하며, 당업자에 의해 용이하게 변형될 수 있을 것이다. 그러나 상기한 과정들의 요지는 시합 진행이 소정 시간 동안 측정된 사용자의 최대 팔힘을 근간으로, 그리고 랜덤적 또는 확률적으로 선택되는 서브 시나리오들의 조합에 의해 진행 시간과 승률이 변동됨에 있다. 따라서 사용자는 매 시합 마다 팔힘생성장치(10)의 상이한 힘 생성 패턴을 경험함과 아울러 종래의 기술에서는 구현하지 못한 예측하 기 어려운 승패로 인해 시합에 대한 흥미를 느낄 수 있게 된다.

이하에서는 첨부된 다수의 도면을 통해 상술한 본 발명의 기술적 사상을 부연한다. 우선, 도 11a는 이기고자 하는 의지가 강한 두 명의 사용자가 자신의 최대힘(최대 팔힘)을 시합 중 지속적으로 발휘한 경우의 실험결과를 예시하고 있다. 도면에서 (a), (b) 그래프는 상기 각각의 사용자에 대한 그래프를 나타내고 있으며, 그 횡축은 [s] 단위의 시간, 종축은 의지력지수와 팔부재(A)의 각도(단위, degree)를 나타내고 있다. 또한 위쪽 실선은 의지력지수의 변화를 표시하고 있으며, 아래쪽 실선은 팔부재(A)의 각도 변화를 표시하고 있다. 이 두 그래프는 최종적으로 각도가 커지면서 끝나고 있으므로 사용자가 이기는 경우에 해당한다. 반면에 도 11b는 이기고자 하는 의지가 상대적으로 약한 두 명의 사용자에 대한 실험결과를 예시하는 그래프로서, (c) 및 (d)의 경우 팔부재(A)의 각도가 최종적으로 작아지면서 끝나고 있으므로 사용자가 지는 경우에 해당한다.

도 12a는 본 발명의 일실시예에 따라 실제 제작 완료된 팔씨름 로봇을 예시하고 있으며, 도 12b는 도 12a의 팔씨름 로봇을 이용한 실제 팔씨름 장면 예시하고 있다.

도 13은 본 발명의 일실시예의 팔씨름 로봇을 통해 동일한 사용자가 가능한 한 동일한 패턴의 힘을 생성하게 하여 시합 한 데이터를 보이고 있다. 도시된 바와 같이 동일한 패턴의 힘을 생성하더라도 (a)의 경우는 이기고, (b)의 경우는 지게 됨을 볼 수 있다. 즉, 상기한 팔씨름 로봇은 매번 다양성을 가지고 반응함을 의미한다.

도 14a는 본 발명을 구체화한 또 다른 일실시예의 팔씨름 로봇을 통해 72세의 할머니가 실제 시합을 하는 사진도이며, 도 14b는 그 결과를 나타낸 그래프이다. 도 14b를 살펴보면, (a) 그래프는 상기 할머니가 이긴 경우이고, (b) 그래프는 할머니가 진 경우의 데이터이다. 이 그래프를 통해 시합 진행시간이 매번 달라질 수 있음을 고찰할 수 있다.

도 15a는 도 14a의 팔씨름 로봇을 이용하여 25세의 청년이 시합하는 장면과 그 결과를 나타낸 예시도이며, 도 15b는 도 15a의 시합이 종료된 직후 어린이가 시합하는 장면과 그 결과를 나타낸 예시도로서, 힘이 센 청년이나 비교적 힘이 약한 어린이가 시합을 하더라도 종래 기술에서 보였던 인위적 힘 조절 조작 없이(버튼 방식으로한 힘 조절 방식) 시합이 가능함을 알 수 있다. 이는 전술한 바와 같이 시합 초기에 소정 시간동안 사용자의 최대 팔힘을 측정한 후, 그에 따른 시나리오가 진행되기 때문이다. 여기서 도 15a의 경우는 청년이 시합에 진 경우이며, 도 15b의 경우는 어린이가 시합에 이긴 경우이다.

도 16a의 표는 도 14a의 팔씨름 로봇으로 한명의 사용자가 연속으로 26회 시합하였을 때의 시합 당 소요시간과 사용자의 승률에 대한 결과를 보이고 있다. 이 표에서 첫 번째 열과 네 번째 열은 시행횟수를, 두 번째 열과 다섯 번째 열은 시합당 소요시간을, 세 번째 열과 여섯 번째 열은 시합의 승패를 표시하고 있다. 이 표를 참조하면, 시합 진행시간이 6.4초에서 47초로 평균 약 17초로 다양하게 분포되어 있으며, 승패는 대체적으로 랜덤하게 이루어지나 사용자의 승률이 대략 63%임을 보이고 있다. 도 16b는 두 사람의 사용자가 각각 26회 시합을 진행하였을 때의 결 과를 정리한 표이다. 도 16b의 표에서 Person 1은 도 16a의 사용자이다. 이 표에서 볼 수 있듯이 두 번째 사용자의 승률이 대략 75%임을 볼 수 있다.

상술한 본 발명에 따르면, 사용자의 최대 팔힘 크기를 기반으로 하는 힘 되먹임제어를 통해 별도의 조작 없이도 힘이 센 사용자나 상대적으로 힘이 약한 사용자가 함께 이용할 수 있는 효과가 있다.

또한 난수를 이용한 랜덤 시나리오를 통해 매 시합마다 예측하기 어려운 승패를 구현하고 사용자의 이기려는 의지를 승률에 반영함으로써, 팔씨름에 대한 사용자의 흥미를 현격히 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명의 팔씨름 로봇은 노인들의 근력 유지 또는 증진을 위한 수단으로, 일반인들의 기분전환과 흥미를 위한 오락 수단으로, 또 학생들의 호기심 자극과 로봇에 대한 이해 증진 수단 등으로 다양하게 활용될 수 있는 효과도 있다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims

팔부재(A)에 회전 토크를 제공하는 팔힘생성장치(10)와 상기 팔힘생성장치를 제어하는 제어장치(100)로 구성되는 팔씨름 로봇으로서,

상기 제어장치(100)가 상기 팔힘생성장치(10)로부터 팔부재(A)의 각속도 및 각위치를 포함한 운동신호를 되먹임 받고, 상기 팔부재(A)에 작용하는 토크신호를 되먹임 받아, 상기 운동신호 및 토크신호를 기반으로 시합초기에 사용자의 최대 팔힘 크기를 측정한 후, 측정된 최대 팔힘 크기에 따라 사용자와의 팔씨름 시나리오를 매번 달리 생성하고, 생성된 시나리오를 구현하기 위해 상기 팔힘생성장치(10)를 힘 되먹임제어 하는 것을 특징으로 하며,

상기 팔힘생성장치(10)는,

상기 제어장치(100)로부터 수신되는 모터제어신호에 따라 회전력을 제공하는 서보모터(11); 상기 서보모터의 각위치 및 각속도를 감지하여 제어장치로 되먹임 하는 속도/위치센서(12); 상기 서보모터의 회전축에 연동되어 회전 속도를 감속하는 감속수단(13); 상기 팔부재의 회전각을 제한하는 스토퍼(14) 및 상기 팔부재(A)의 토크치를 측정하는 토크센서(15)를 구비하고, 상기 감속수단과 팔부재를 연결하는 어댑터(16); 및 상기 서버모터, 속도/위치센서, 감속수단, 스토퍼, 토크센서 및 어댑터를 지지하며 상기 스토퍼(14)가 안착되는 취부(18)를 포함한 고정 플레이트(17); 를 포함하며,

상기 스토퍼(14)는, 상기 서보모터(11)의 저속 속도제어에 의해 상기 팔부재(A)의 초기각도를 설정하는 데 이용되는 것을 특징으로 하는 팔씨름 로봇.
제 1 항에 있어서,

상기 힘 되먹임제어는,

상기 팔부재(A)의 토크량 증감을 위한 프로세스인 이김, 짐 또는 비김 서브 시나리오에 따라 제어되고, 상기 이김, 짐 또는 비김 서브 시나리오의 선택은 난수에 의해 무작위로 하되, 사용자의 이기려는 의지를 사용자의 팔힘 크기와 팔힘 지속시간으로 인지하여, 상기 인지한 사용자의 팔힘 크기와 팔힘 지속시간을 승률에 반영하는 것을 특징으로 하는 팔씨름 로봇.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 제어장치(100)는,

상기 토크센서(15)의 신호를 전압증폭하고 저주파 필터링하는 증폭부(110); 상기 속도/위치센서(12)의 되먹임신호를 속력신호 및 회전방향신호로 변환하는 논리회로부(130); 상기 서보모터(11)를 구동시키는 모터구동부(140); 영상출력수단(20a)과 음성출력수단(20b)을 구동시키는 출력수단 구동부(150); 서브 시나리오를 포함한 제어 프로그램(200)을 탑재하는 기록매체(160); 및 상기 제어 프로그램에 의거하여 상기 증폭부, 논리회로부, 모터구동부, 출력수단 구동부 및 기록매체의 제어를 수행하며 상기 토크센서(15) 및 속도/위치센서(12)의 되먹임신호를 기초로 산출된 토크지령치에 따른 모터제어신호를 생성하여 상기 모터구동부(140)로 송신하고 영상 및 음성신호를 생성하여 상기 출력수단 구동부(150)로 송신하는 제어부(170); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 팔씨름 로봇.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 팔힘생성장치(10)는,

상기 팔부재(A)의 초기각도를 설정하기 위한 복수개의 인클리노미터(19)를 상기 어댑터(16)에 더 구비하는 것을 특징으로 하는 팔씨름 로봇.
제 4 항에 있어서,

상기 제어장치(100)는,

팔씨름 로봇 가까이로 사용자의 접근을 감지하기 위한 초음파센서(30a, 30b);

초음파센서(30a, 30b)에 펄스신호를 인가하는 펄스생성부(120); 및

사용자의 의자(C) 착석 여부를 식별하기 위한 광센서(30c); 를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 팔씨름 로봇.
제 4 항에 있어서,

상기 제어장치(100)는,

상기 제어부(170)로부터 초기화완료신호를 수신했을 경우에 한하여 모터구동부(140)에 전원을 인가하기 위하여, 상기 제어부(170)의 초기화완료신호를 수신하고 이에 대한 신호를 출력하는 무접점릴레이(182) 및 상기 무접점릴레이의 출력 신호에 따라 상용전원(P)을 상기 모터구동부(140)로 공급하는 기계식 릴레이(184)로 구성되는 모터전원제어부(180); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팔씨름 로봇.
제 1 항에 기재된 팔씨름 로봇을 제어하기 위한 방법으로서,

팔힘생성장치(10) 및 제어장치(100)를 초기화하고 팔부재(A)의 초기각도를 설정하는 제1과정;

속도/위치센서(12)와 토크센서(15)의 되먹임신호를 기반으로 소정시간 동안 사용자의 최대 팔힘을 측정하는 제3과정; 및

제어프로그램(200)의 랜덤하게 선택되는 서브 시나리오에 따라 상기 팔힘생성장치(10)를 힘 되먹임제어하는 제4과정; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 팔씨름 로봇 제어방법.
제 9 항에 있어서,

팔힘생성장치(10) 및 제어장치(100)를 초기화하고 팔부재(A)의 초기각도를 설정하는 제1과정과 사용자의 최대 팔힘을 측정하는 제3과정 사이에,

초음파센서(30a, 30b)와 광센서(30c)를 통해 사용자의 접근 및 착석 여부를 감지하는 제2과정; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팔씨름 로봇 제어방법.
제 9 항에 있어서,

상기 제1과정은,

상기 팔힘생성장치(10) 및 제어장치(100)를 초기화 하는 제1-1단계;

모터구동부(140)로 '0'으로 설정된 토크지령치에 따른 모터제어신호를 송신하는 제1-2단계;

모터전원제어부(180)가 초기화완료신호를 수신하면 상기 모터구동부(140)를 통해 상용전원(P)을 인가하는 제1-3단계; 및

팔부재(A)의 초기각도를 설정하는 제1-4단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 팔씨름 로봇 제어방법.
제 9 항에 있어서,

상기 제3과정은,

팔부재(A)에 인가되는 토크를 모터구동부(140)를 통해 일정크기까지 증가시키는 제3-1단계;

속도/위치센서(12)를 통해 팔부재(A)의 변화하는 각속도가 0보다 큰지 여부를 판단하는 제3-2단계;

상기 제3-2단계의 판단 결과, 크다면 팔부재(A)에 인가되는 토크의 크기를 증가시키는 제3-3단계;

팔부재(A)의 변화하는 각속도가 0보다 작은지 여부를 판단하는 제3-4단계;

상기 제3-4단계의 판단 결과, 작다면 상기 토크 크기를 감소시키고 상기 제3-2단계로 이행하는 제3-5단계;

상기 제3-2단계의 판단 결과, 작다면 제3-5단계로 이행하는 제3-6단계; 및

상기 제3-4단계의 판단 결과, 크다면 제3-3단계로 이행하는 제3-7단계; 를 포함하고,

상기 제3-2단계 내지 제3-7단계를 소정 시간 동안 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 팔씨름 로봇 제어방법.
제 9 항에 있어서,

제4과정은,

팔부재(A)의 각도를 기준으로 마련된 이김, 비김, 짐 서브 시나리오 중 어느 하나를 선택 하는 제4-1단계;

선택된 서브 시나리오 진행 동안 토크센서(15)를 통해 사용자의 평균 팔힘과 제 3 과정의 최대 팔힘을 근간으로 의지력지수를 산출하는 제4-2단계;

제4-2단계의 의지력지수에 따라 기 정의된 선택확률을 갖고 이김, 비김, 짐 서브 시나리오 중 어느 하나를 선택하는 제4-3단계;

제4-3단계에 의해 선택된 서브 시나리오가 이김, 비김, 짐 중 어느 것에 해당하는지를 판단하는 제4-4단계;

제4-4단계에서 판단된 서브 시나리오가 비김 서브 시나리오라면, 비김 서브 시나리오에 따른 힘 되먹임제어를 수행한 후 제4-2단계로 이행하는 제4-5단계;

제4-4단계에서 판단된 서브 시나리오가 이김 서브 시나리오라면, 이김 서브 시나리오에 따른 힘 되먹임제어를 수행한 후 시합을 종료하는 제4-6단계; 및

제4-4단계에서 판단된 서브 시나리오가 짐 서브 시나리오라면, 짐 서브 시나리오에 따른 힘 되먹임제어를 수행한 후 시합을 종료하는 제4-7단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 팔씨름 로봇 제어방법.