KR101245406B1 - 로봇, 및 이러한 로봇에서의 토크를 감시하기 위한 방법 - Google Patents

로봇, 및 이러한 로봇에서의 토크를 감시하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

다른 로봇, 대상 또는 인간과 접촉할 수도 있는 로봇의 안전성을 높이기 위해, 본 발명에 따르면, 적어도 2 개의 관절과, 각각의 경우에 있어 적어도 하나의 관절을 통해 서로 상대적으로 움직일 수 있는 부품들을 가진 로봇에 있어서, 토크를 검출하는 적어도 하나의 센서 (31) 는 적어도 하나의 이동식 부품 (3, 4, 5', 6, 7) 에 배치되어 있으며, 상기 센서 (31) 의 센서부품 (21', 22.1, 22.2) 들은 토크의 리던던트 검출을 위해 형성되어 있고 또는 토크의 리던던트 검출을 위해 적어도 2 개의 센서 (31) 가 장착되어 있으며, 리던던트 평가를 위한 리던던트 평가장치들이 장착되어 있다. 이 이외에, 안전성을 높이기 위해 본 발명은 이러한 유형의 로봇에서의 토크를 감시하기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법에 따르면 적어도 하나의 이동식 부품 (3, 4, 5', 6, 7) 에서의 적어도 하나의 토크는 하나의 센서 (31) 의 적어도 2 개의 센서부품에 의해 또는 2 개의 센서 (31) 에 의해 중복적으로 검출되고, 그리고 중복적으로 평가된다.

Description

로봇, 및 이러한 로봇에서의 토크를 감시하기 위한 방법 {ROBOT AND METHOD FOR MONITORING THE TORQUE ON SUCH A ROBOT}
본 발명은 적어도 2 개의 관절과, 각각의 경우에 있어 적어도 하나의 관절을 통해 서로 상대적으로 움직일 수 있는 부품들을 가진 로봇에 관한 것이며, 본 발명은 또한 적어도 2 개의 관절과, 각각의 경우에 있어 적어도 하나의 관절을 통해 서로 상대적으로 움직일 수 있는 부품들을 가진 로봇에서의 토크를 감시하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명의 대상은, 3 개 이상의 축에서 프로그래밍 가능하고, 이용 범위가 자동화 기술에 제한되어 있지 않고 고정된 장소에 배치되거나 또는 이동식으로 배치될 수 있으며, 자동으로 제어되고 자유로이 프로그래밍 가능한 다목적 머니퓰레이터 형태의 원칙적으로 EN ISO 1018-1 3.18 항 또는 EN ISO 8373 2.6 항에 따른 로봇, 특히 EN ISO 1018-1 3.15.5 항에 따른 관절 로봇이다.
로봇을 안전하게 하기 위한 기존의 전략은 칸막이벽으로 로봇을 둘러싸고, 이를 통해 인간과 로봇 간의 접촉을 저지하는 데에 있다. 로봇의 도달 거리 또는 작업 공간을 안전 기술로 제한하기 위해, 그의 축들은 기계식 리미트 스위치 (limit switch) 에 의해 제한된다. 로봇이 너무 멀리 회전하고, 따라서 그가 이러한 한계에 도달하면, 그는 꺼진다.
로봇들 간의, 또는 로봇과 인간 간의 상호협력을 향상시키려는 노력이 있고, 이때 후자의 경우 인간은 예컨대 공통의 작업을 수행하기 위해 보호용 칸막이벽 없이 로봇과 작업공간을 공유해야만 한다. 이러한 적용시 안전성은 결정적인 역활을 한다. 로봇은 인간에게 위험을 끼쳐서는 안 된다. 로봇을 안전하게 할 수 있는 가능성은, 그의 힘 또는 일반적으로 운동 에너지 (kinetic energy) 를 제한하는 데에 있다. 충돌 인식, 및 이것에 대한 적절한 반응도 로봇의 보다 높은 안전성을 초래할 수 있다. 그러므로, 특히 촉각 (tactile) 및 용량성 (capacitive) 센서에 의한 다양한 형태로 로봇의 이동식 부품들에 외계센서들을 장착 또는 부착시키는 것이 이미 제안되었다.
본 발명의 목적은 제 3 자와, 특히 인간과 안전하게 협력할 수 있는 로봇을 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 또한 로봇의 안전한 작업을 위한 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따르면 도입부에 언급된 유형의 로봇에 있어서, 토크를 검출하는 적어도 하나의 센서는 적어도 하나의 이동식 부품에 배치되어 있으며, 상기 센서의 센서부품 (sensor component) 들은 토크의 리던던트 검출 (redundant detection) 을 위해 형성되어 있고 또는 토크의 리던던트 검출을 위해 적어도 2 개의 센서가 장착되어 있으며, 리던던트 평가 (redundant evaluation) 를 위한 리던던트 평가장치 (evaluation device) 들이 장착되어 있음으로써 달성된다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 방법에 따르면, 적어도 하나의 이동식 부품에서의 적어도 하나의 토크는 하나의 센서의 적어도 2 개의 센서부품에 의해 또는 2 개의 센서에 의해 중복적으로 (redundantly) 검출되고, 그리고 중복적으로 평가된다.
측정값들의 검출은 직접적으로 또는 간접적으로도 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 방법에 따른 본 발명에 따른 장치의 리던던트 구현형태는 규격 DIN EN 61508 에 따른 요구 (SIL 2, SIL3) 또는 DIN EN ISO 13849-1:2006 의 Performance Level PL d 와 PL e 를 충족시킨다.
본 발명에 따라 로봇이 측정변수로서의 하나의 동일한 토크의 리던던트 검출을 위한 적어도 2 개의 센서를 갖고 형성되어 있거나, 또는 하나의 센서가 측정변수로서의 하나의 동일한 토크를 검출하기 위한 적어도 2 개의 센서부품을 구비함으로써, 게다가 평가 장치를 통해 이미 센서들의 또는 센서부품들의 정확한 기능이 감시될 수 있는, 또한 센서들에 의해 측정된 측정변수 '토크' 의 측정값들의 그 밖의 전체 처리를 위한 전제조건이 마련된다.
본 발명은 또한 측정변수로서의 각각 하나의 동일한 토크의 리던던트 (redundant), 바람직하게는 다양한 (diverse) 측정을 포함한다.
이때, 본 발명의 구현형태에 따르면, 안전성을 높이기 위해 특히 상기 센서들은 이러한 유형의 토크센서들이 동일한 측정원리를 기초로 하여 서로 다른 제조사들에서 유래하건 서로 다른 측정원리들을 기초로 하건 간에 (예컨대 광전기 센서 또는 모터전류 감시 센서) 서로 달리 형성될 수 있다. 바람직한 구현형태에서, 한 센서는 센서부품으로서의 적어도 하나의 스트레인게이지 (strain gauge) 를 구비하는데, 왜냐하면 이러한 것을 통해 간단한 방식으로 토크가 검출될 수 있기 때문이다.
본 발명의 바람직한 개선예에 따르면, 상기 센서부품들은 적어도 2 개의 측정 브리지 (measuring bridge) 로서 상호접속 (interconnection) 되어 있고, 이때 특히 하나의 측정 플레이트는 풀 브리지 (full bridge), 특히 휘트스톤 (Wheatstone) 전환 브리지이며 및/또는 적어도 하나의 측정 브리지는 반 브리지 (half bridge) 이다.
바람직한 구현형태는 적어도 하나의 센서에서의 공급전압 (supply voltage) 을 감시하기 위한 감시 장치에 의해 그 탁월함을 나타낸다.
이는 센서들이 반 브리지의 형태로 스트레인게이지를 갖고 이용되면 특히 의미가 있다. 목표값에서 전압공급의 편차가 있을 경우, 로봇은 만일에 대비하여 꺼질 수 있다. 대안적으로, 토크센서의 측정값은 공급전압에 따라 환산될 수 있다.
측정 브리지들의 공급전압은 다양성을 생성하기 위해 서로 달리 표현될 수 있다. 즉, 센서들은 그들의 작용들이 대립적이 되도록 배치될 수 있다. 그 후, 두 신호의 합계는 일정하게 유지된다. 즉, 예컨대 한 신호는 사인 함수에 일치하고 다른 신호는 코사인 함수에 일치할 수 있고, 또는 일반적으로 위상 변위는 그것들 사이에 존재할 수 있다. 또한, 신호들은 다양성의 측면에서 서로 다른 주파수 및/또는 진폭을 가질 수 있다. 아날로그-디지털 전환 전에 신호 필터링 (signal filtering) 이 수행된다.
이 이외에, 본 발명은 온도 감시를 제공하며, 상기 온도 감시를 이용해, 온도가 미리 주어진 범위 내에 있는 지가 감시되고, 그 범위를 벗어날 경우 로봇은 꺼진다. 토크센서들의 평가시, 현재 온도가 고려된다.
본 발명의 사상의 구체적인 개선예는, 적어도 2 개의 센서부품에 의해 또는 센서들에 의해 검출된 동일한 토크의 측정값들을 비교하기 위한 적어도 하나의 비교장치에 의해 그 탁월함을 나타낸다. 이러한 유형의 비교장치는 바람직하게는 센서에 가까이 있으며, 즉 머니퓰레이터에서의 센서들 바로 근처에 배치되어 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 토크 한계값들을 감시하는 것 이외에, 측정된 값들은 각각의 상황을 위한 모델 (model) 로부터 발생하는 값들과 비교될 수 있다. 이를 통해, 센서 오류를 인식하기 위해 타당성 관찰이 실행될 수 있다.
이 이외에, 로봇의 기준위치 (reference position) 들에 다가갈 수 있고 및/또는 기준 움직임 (reference motion) 들이 실행될 수 있고, 그리고 상기 기준 움직임들에서의 센서들의 기능성 (functionality) 이 검사될 수 있다.
센서 체인 및 처리 체인 내의 오류 인식에 대해 반응하기 위해, 본 발명은, 적어도 2 개의 센서부품에 의해 또는 센서들에 의해 검출된 동일한 토크의 측정값들이 미리 주어진 허용오차범위를 넘어 서로 다르면 로봇을 끄기 위한 또는 안전한 상태를 도입시키기 위한 장치를 제공한다.
측정값들의 처리는 적절한 연산유닛 (calculation unit) 들에 의해 수행되고, 상기 연산유닛들은 마이크로프로세서 (microprocessor) 또는 마이크로콘트롤러 (microcontroller), 디지털 신호 프로세서 (digital signal processor) 또는 필드 프로그래머블 게이트 어레이 (field programmable gate arrays) 일 수 있다. 측정값들을 처리하기 위한 장치는 본 발명에 따르면 규칙적으로 2-채널로 (two-channel), 그러므로 중복적으로 (redundantly) 형성되어 있기 때문에, 바람직한 구현형태에서는 상기 언급된 연산유닛은 다양하게 (diversely) 형성되어 있고, 즉 상기 연산유닛은 한 제조사로부터의, 하지만 동일한 시리즈에서 유래하는 것이 아닌 마이크로프로세서들 또는 마이크로콘트롤러들을 구비하며, 바람직하게는 여러 가지 분야에서의 서로 다른 제조사들의 마이크로프로세서들 또는 마이크로콘트롤러들을 구비할 수 있다.
전달을 위해 원칙적으로 데이터는 검사 코드번호와 함께, 검사 숫자와 함께 전달되는 반면, 이 이외에 본 발명의 바람직한 구현형태에 따르면, 측정값들은 아날로그식으로 또는 디지털식으로 적어도 2 개의 채널을 통해 연산유닛에게 전달된다.
신호들을 수신하는 입구들의 검사는 크로스 쇼트 (cross-short) 테스트 및/또는 2-채널화 검사에 의해 실행될 수 있다.
결국, 병렬로 작업하는 연산유닛들 안에 이용된 소프트웨어가 다양하게 형성되어 있는 것은 (즉, 적어도 서로 다른 컴파일러 (Compiler) 들을 통해 컴파일된 것은) 본 발명의 범위 내에 있다. 두 연산기를 위해 하나의 프로그램이 작성되었던 경우에 한해, 이것은 포 아이 원칙 (Four-eye-principle) 에 따라 검사될 수 있다; 바람직하게는 서로 독립적으로 개발되었던 프로그램들이 이용되어 있다. 연산유닛들의 안전한 출력을 실현하기 위해, 신호 피드백 및 테스트 펄스 (test pulse) 가 제공된다.
측정값의 전체 처리는 실시간으로 수행된다. 이는 인간에게 위험 상황이 생기기 전에 로봇이 꺼지거나 또는 적절한 대응책이 적시에 도입되는 것을 포함한다. 로봇은 위험 상황 또는 오작동이 인식되면 비로소 꺼질 수 있다. 시스템은 위험 상황을 인식하기 위해, 또한 적절한 반응을 도입시키기 위해 시간을 필요로 한다. 얼마나 오랫동안 위험이 작용해도 되는 지, 또는 토크가 제멋대로 작용해도 되는 기간은, 얼마의 시간 안에 로봇이 꺼져야만 하는지 또는 위험이 제거되어야만 하는 지를 확정한다. 예컨대 오작동이 존재하고 로봇에게 제멋대로 에너지가 공급되면, 로봇은 적절한 반응이 도입되어 있을 때까지 에너지를 활성화시킬 수 있다. 적절한 반응이 도입되어야만 하는 데 걸리는 시간은 얼마나 빨리 시스템에 에너지가 공급될 수 있고 어떤 최대값이 허용 가능한 가에 좌우된다.
본 발명의 그 밖의 장점들과 특징들은 청구항들 및 하기의 설명에 기재되어 있고, 본 발명의 실시예들은 도면들을 근거로 상세히 설명되어 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 로봇의 개략도;
도 2a 및 도 2b 는, 본 발명에 따라 토크 감시를 위해 이용 가능한 스트레인게이지의 평면도 (도 2a) 및 부품에서의 그의 배치도 (도 2b);
도 3 은 반 브리지 (half bridge) 안에 통합된, 3 개의 태핑 포인트 (tapping point) 를 가진 그 밖의 스트레인게이지;
도 4a 및 도 4b 는, 2 개의 스트레인게이지를 가진 반 브리지 형태의 센서 (도 4a) 및 부품에서의 그의 배치도 (도 4b);
도 5 는 풀 브리지 (full bridge) 형태의 센서;
도 6 은 본 발명에 따라 제공된 토크감시의 회로 구성도;
도 7 은 측정 데이터를 전달하기 위한 안전한 프로토콜을 생성하기 위한 도 6 의 전송 유닛의 상세한 회로 구성도;
도 8 은 본 발명에 따른 토크 감시 방법의 흐름도;
도 9a 및 도 9b 는 2 개의 링 (상기 링들 중 하나는 다른 하나를 동반한다) 사이에 위치한 웨브들에서의 스트레인게이지들의 배치를 개략적으로 나타낸 도면으로, 도 9a 에서는 토크를 갖고 있지 않고 도 9b 에서는 토크를 갖고 있다;
도 10a 및 도 10b 는 도 9a 와 도 9b 의 스트레인게이지들의 상호접속을 위한 측정 풀 브리지;
도 11 은 토크가 없는 경우, 동일하지 않은, 전압의 가로축 성분들을 실현하기 위해 도 10a 와 도 10b 의 측정 브리지들 중 하나를 결정하기 위한 브리지 회로이다.
도 1 에 도시되어 있는 관절 로봇 형태의 본 발명에 따른 로봇은 자동으로 제어되고 자유로이 프로그래밍 가능한 다목적 머니퓰레이터 (1) 를 구비하며, 상기 다목적 머니퓰레이터는 3 개 이상의 축에서 프로그래밍 가능하고, 또한 상기 로봇은 경우에 따라서는 프로그래밍 휴대용 장치를 포함한 제어장치 (11), 및 통신 인터페이스들 (EN ISO 10218-1 3.18 항 또는 EN ISO 8373 2.6 항에 따름) 을 구비하며, 이때 이용은 자동화 기술에 제한되어 있지 않다.
로봇, 보다 구체적으로는 자동으로 제어되고 자유로이 프로그래밍 가능한 다목적 머니퓰레이터 (1) 는 캐로셀 (carrousel, 3) 을 받치고 있는 단단한 받침대 또는 단단한 베이스 (2) 를 가지며, 상기 캐로셀은 수직 A1 축 둘레로 회전 가능하다. 로봇팔은 로커암 또는 윗팔 (4) 을 구비하며, 상기 윗팔은 수평 A2 축 둘레로 선회 가능하게 캐로셀 (3) 에 관절식으로 연결되어 있다. 윗팔 (4) 은 (또한 수평 A3 축 둘레로 선회 가능함) 아래팔 (5) 을 지니고 있다. 아래팔 (5) 에는 로봇손 (6) 이 고정되어 있고, 상기 로봇손은 3 개의 부품으로 형성되어 있으며, 이때 상기 부품들은 각각 축 (A4, A5, A6) 둘레로 회전 가능하다. 상기 축들은 축 (A5) 상의 바람직하게는 이른바 손 관절점에서 교차한다. 손 부품 (7) 의 자유 단부 (A6 축 둘레로 회전 가능함) 에는 공구 (8) 가 제공되어 있다.
손 (6) 의 부품들은 3 개의 모터 (9) 에 의해 움직여진다. 축 (A1, A2 또는 A3) 들을 중심으로 한 다른 로봇부품 (3, 4, 5) 들의 운동은 도시되어 있지 않은 구동모터들에 의해 기어를 통해 수행된다. 이 기어들에는 예컨대 EP 1 291 616 A2 에 상응하는 광 토크센서 형태의, 또는 스트레인게이지 형태의 토크센서들이 장착되어 있다.
도시되어 있는 바람직한 실시형태에서 본질적인 점은 각각 하나의 발생하는 토크가 이중으로 검출된다는 것이며, 즉 하나의 센서의 2 개의 부품, 예컨대 하나의 센서를 형성하는 2 개의 (경우에 따라서는 그 밖의 저항들과 함께) 스트레인게이지에 의해, 또는 동일한 토크를 검출하는 2 개의 센서에 의해 검출된다는 것이며, 이때 상기 2 개의 센서들은 바람직하게는 서로 다른 센서들이고, 즉 서로 다른 측정원리에 따라 작동하는 센서들이며, 즉 한편으로는 스트레인게이지를 기초로 작동하는 센서이고 다른 한편으로는 광전기 (opto-electric) 센서이며, 따라서 상응하는 토크는 다양하게 (diversely) 검출된다. 일례로 도 2a 및 도 2b 는 스트레인게이지 (21) 를 나타내며, 상기 스트레인게이지에 있어서 사행형으로 (meander-shaped) 안내된 측정 저항기 (22) 는 전기적으로 절연하는 캐리어 (23) 상에, 그리고 전기적으로 절연하는 커버 (24) (바람직하게는 동일한 재료로 만들어짐) 아래에 배치되어 있고, 예컨대 후막 기술 (thick-film technology) 로 상기 캐리어 상에 인쇄처리되거나 또는 이와 유사하게 처리된다.
측정 저항기 (22) 에는 전기 연결부 (25) 들이 제공되어 있으며, 상기 전기 연결부들을 통해 상기 측정 저항기는 전압을 공급받고, 상기 측정 저항기 (22) 에서 각각의 경우에 있어 감소하는 측정전압은 상기 전기 연결부들을 통해 픽오프 (pick off) 될 수 있다. 기계적 변형으로 인해 저항기 (22) 를 통해 저항 변화와, 그러므로 전압강하 (voltage drop) 의 변화가 일어나고, 이를 통해, 변형을 일으키는 원인, 본 경우에는 작용하는 토크를 추론할 수 있다.
도 3 의 스트레인게이지 (21) 는 이중 사행형이며, 상기 두 사행형 영역 (22.1, 22.2) 의 사이에는 추가적인 전기 연결부 (25.1) 를 가진 센터탭 (center tap) 이 제공되어 있다. 전체 측정저항기 또는 스트레인게이지 (22) 는 일정한 옴저항 (26) 과 함께 하나의 반 브리지 (half bridge) 의 형성하에 직렬로 접속되어 있고, 전압은 전체 저항을 통해, 그러므로 두 연결부 (25) 를 통해, 또는 연결부 (25) 들 중 하나와 센터탭 (25.1) 의 사이에서 픽오프될 수 있다.
도 4a 및 도 4b 는 2 개의 스트레인게이지, 예컨대 직렬로 접속된 도 2a 및 도 2b 의 스트레인게이지들을 가진 반 브리지를 나타낸다. 도 4b 에는, 반 브리지를 형성하는 이러한 유형의 스트레인게이지 (22) 들이 어떻게 한 부품의 양쪽에 그들의 효과들이 서로 보완되는 방식으로 배치되는 지가 도시되어 있다.
마지막으로 도 5 는 풀 브리지 (full bridge) 형태의 센서를 나타내며, 이때 도시되어 있는 4 개의 저항기들 중 적어도 하나는, 바람직하게는 여러 개는 스트레인게이지로서 형성되어 있고, 반면 적어도 하나의 다른 것은 고정형 옴저항 (26) 이다.
도 6 은 스트레인게이지 (22) 들을 구비하는 풀 브리지 형태의 2 개의 센서 (31) 이외에, 토크 감시와 관련된 본 발명에 따른 로봇의 제어기의 부품을 나타낸다.
도 6 에 도시되어 있는 센서 (31) 들은 발생하는 동일한 토크를 검출하도록 기어에 배치되어 있다. 상기 센서들은 각각 마이크로콘트롤러를 구비하는 통합된 회로 (IC) 형태의 2 개의 연산유닛 (S1, S2) 에 전송유닛 (S) 의 내부에서 연결되어 있다. 전송유닛 (S) 안에서는 도 7 에 도시되어 있는 바와 같이 측정된 토크값들의 제 1 검사가 수행된다.
안전성을 높이기 위해 IC (S1, S2) 들은 서로 다양하게 형성되어 있으며, 즉 이것들은 하나의 동일한 제조사의 것이건 서로 다른 제조사들의 것이건 간에 예컨대 서로 다른 유형의 (동일한 시리즈의 동일한 유형이 아님) 마이크로콘트롤러들을 가진다. 이를 통해, 동일한 상황에서 둘 다 구조적인 이유로 인해 연산에 있어 동일한 처리오류를 만들 수 있는 확률이 감소하고, 그러므로 위험이 감소한다.
수신된 입력신호 (E1a, E1b) 들은 두 IC (S1, S2) 에게 공급되며, 상기 IC 들은 각각 상기 입력신호들을 우선 그것들이 서로 같은 지에 대해 또는 적어도 동일한 토크-측정값을 나타내는 지에 대해 비교한다. 서로 같으면, 두 IC (S1, S2) 는 토크-측정값들을 나타내는 상기 입력신호들을 갖고 안전한 통신프로토콜 (communication protocol) 을 생성하고, 이것에 검사 합계 (checksum) 를 제공한다.
후속하여, 두 IC (S1, S2) 는 두 프로토콜을 서로 비교한다. 이 경우에도 서로 일치되어 있으면, IC 들 중 적어도 하나는 전송 인터페이스 (41) 를 통해 상기 프로토콜을 제어유닛 (11) 의 수신유닛 (E) 에게 보낸다 (도 6). 상기 전달의 안전성은 검사 코드번호 또는 검사 합계가 함께 전달됨으로써 보장되어 있다. 도 6 에 개별적으로 도시되어 있는 다수의 마이크로콘트롤러는 하나의 유닛 안에 연합되어 또는 통합되어 형성될 수도 있다.
입력-측정신호들과 관련해서건 생성된 프로토콜들과 관련해서건 간에 상기 언급된 검사단계들 중 하나에서 차이가 발생하면, 오류보고의 전달을 통해 오류처리 루틴이 개시되고, 특히 프로토콜의 전송이 저지되고, 이때, 스스로 전송하지 않는 IC (도시되어 있는 예에서 S1) 는 다른 IC (S2) 가 프로토콜을 전송하는 것을 저지할 수 있다. 프로토콜은 수신유닛 (E) 에게 전달된다. 프로토콜을 곧바로 받아들이는 수신유닛 (E) 의 IC (E2) 는 프로토콜 자체를 수신유닛 (E) 의 그 밖의 IC (E1) 에게 넘겨준다. 두 IC (E1, E2) 는 함께 전달된 검사 코드번호를 토대로 프로토콜들의 무결성 (integrity) 을 검사하고, 프로토콜들 안에 포함되어 있는 토크 측정값들을 2 개의 하위 평가유닛 (AE1, AE2) 을 구비하고 있는 평가유닛 (AE) 에게 준다. 상기 하위 평가유닛들은 획득된 측정결과들의 평가를 실행하고, 각각 서로 넘겨주며, 평가들을 서로 비교한다. 상기 하위 평가유닛들은 각각 제어신호를 전송유닛 (S') 의 프로세서 (S1', S2') 들에게 주고, 상기 전송유닛은 원칙적으로 도 7 에서와 동일한 방식으로 구성되어 있을 수 있고, 검사 및 조절을 실행한다. 제어명령들은 검사 코드번호가 제공되어 있는 프로토콜의 형태로 브레이크 (51) 들 및 드라이브 (drive, 52) 들에 할당된, IC (E1', E2') 를 가진 수신유닛 (E') 에게 전달되며, 상기 수신유닛은 마찬가지로 또다시 수신된 신호들의 비교를 실행하고 브레이크 (51) 들 및 드라이브 (52) 들에게 넘겨준다.
상기 개별적인 유닛들 안에서 수행된 비교들에 있어서 서로 일치되어 있는 한, 로봇의 정상 작동이 실행된다. 차이가 발생하면, 손상을 저지하기 위해 로봇은 정지된다.
본 발명에 따른 진행은 다시 한번 도 8 에 도시되어 있다.
단계 (A) 에서는, 상기 기술된 2-채널 (two-channel) 방식으로, 바람직하게는 다양한 (diverse) 방식으로, 특히 서로 다른 측정원리들 및 서로 다른 측정회로들을 통해 토크의 검출이 수행된다. 단계 (B) 에서는, 안전 지향 (safety-oriented) 제어가 마찬가지로 2-채널식 평가, 바람직하게는 다양한 평가와 함께 상기 언급한 바와 같이 동일한 제조사의 또는 서로 다른 제조사들의 여러 가지 시리즈들로부터의 동일한 부품들의 물리적으로 서로 다른 구성요소들 (프로세서들) 안에서 수행된다. 오류가 인식되면, 단계 (C) 에서는 로봇의 정지가 수행된다.
측정된 토크값들의 처리가 정확히 수행되면, 하지만 이것들이 충돌을 의미하는 너무 크거나 또는 너무 작은 값을 갖게 되면, 단계 (B) 에서는 적절한 반응전략이 도입되고, 상기 반응전략은 전체 로봇의 정지, 개별 축들의 정지, 로봇의 후퇴, 축들을 잘 휘어지도록 전환하기일 수 있다.
도 9a 는 2 개의 링 (61, 62) 을 나타내며, 상기 링들은 토크가 작용하지 않는 한 방사상으로 향해 있고, 상기 링들에는, 서로 마주하고 운동방향으로 웨브 (web, 63) 의 앞면과 뒷면에 스트레인게이지 (D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8) 가 장착되어 있다. 도 9a 의 도면에서는 토크가 작용하지 않는다. 도 9b 의 도면에서는, 외측 링 (61) 은 구동되고, 상기 외측 링은 웨브 (63) 들을 통해 내측 링 (62) 을 동반하며, 따라서 토크가 작용한다.
도 10a 및 도 10b 에는 풀 브리지가 되도록 한편으로는 스트레인게이지 (D1, D2, D5, D6) 들의 상호접속이, 다른 한편으로는 스트레인게이지 (D3, D4, D7, D8) 들의 상호접속이 도시되어 있으며, 상기 풀 브리지들에는 전압 (UA 또는 UB) 이 있고, 상기 전압들은 한편으로는 인가전압 (applied voltage) 들로서 알려져 있고, 그러므로 평가유닛에게도 알려져 있으며, 다른 한편으로는 서로 달리 선택되며, 이때 다음과 같이 UB 의 양이 UA 의 양보다 크다고 가정된다.
UA2/UA - UB4/UB = ± E1 (1)
UA5/UA - UB7/UB = ± E2 (2),
이때 UB7 > UA5 및 UB4 > UA2 이다. 그러면 유효하다:
UA52 = UA5 - UA2 (3)
UA52 - UB74 = ± E3 (4)
이때, 전압들이 비교되는 것이 아니라 전압들에 할당된 토크들이 비교된다.
브리지 회로가 조절되어 있고 토크가 작용하지 않으면, UA52 = 0 이고 UB74 = 0 이다. 이 경우, UA52 와 UB74 는 검사될 수 없다.
이는 적어도 하나의 브리지 회로가 의도적으로 언밸런스화됨으로써 (따라서, 최대 토크 (UA52, UB74) 에서 둘 다 영 (zero) 이 될 수는 없다) 바로잡아질 수 있고 감시가 가능해질 수 있다. 이러한 조정을 위해, 도 10a 를 대체하는 도 11 에는 스트레인게이지 (D2 또는 D5) 들에 대해 직렬로 추가적인 고정형 저항 (R1, R2) 들이 배치되고, 연결부들의 사이에는 퍼텐쇼미터 (potentiometer, R3) (UA52 에 대해 병렬로) 가 배치되어 있으며, 상기 퍼텐쇼미터에 의하여 언밸런스가 수행될 수 있다.
대안적으로, 스트레인게이지들은 초기응력을 받은 메커니즘에서도 제공될 수 있고, 보다 정확히 말하면 스트레인게이지 (D1, D2, D5, D6) 들은 최대로 정방향인 (positive) 토크시 제공될 수 있고 스트레인게이지 (D3, D4, D7, D8) 들은 최대로 역방향인 (negative) 토크시 제공될 수 있다. 그러므로, UA52 와 UB74 는 토크가 작용하지 않으면 영 (zero) 과 같지 않다.
특히, 측정은 인가전압 (UA, UB) 들이 펄스화되고 크로스 쇼트 검사가 수행되도록 실행된다.
1 : 다목적 머니퓰레이터 2 : 고정형 베이스
3 : 캐로셀 4 : 윗팔
5 : 아래팔 6 : 로봇손
7 : 손 부품 8 : 공구
9 : 모터 11 : 제어 유닛
21 : 스트레인게이지 22 : 측정 저항기
23 : 캐리어 24 : 커버
25 : 전기 연결부 26 : 저항
31 : 센서 41 : 전송 인터페이스
51 : 브레이크 52 : 드라이브
61, 62 : 링 63 : 웨브
A1 내지 A6 : 축 AE1, AE2 : 평가 유닛
D1-D8 : 스트레인게이지 E : 수신 유닛
E1, E2 : IC E1', E2' : 콘트롤러
E1a, E1b : 입력신호 R1, R2 : 고정형 저항
R3 : 퍼텐쇼미터 S : 전송 유닛
S1, S2 : IC S1', S2' : 프로세서

Claims (24)

  1. 적어도 2 개의 관절과, 각각의 경우에 있어 적어도 하나의 관절을 통해 서로 상대적으로 움직일 수 있는 부품들을 가진 로봇에 있어서,
    토크를 검출하는 적어도 하나의 센서 (31) 가 적어도 하나의 이동식 부품 (3, 4, 5, 6, 7) 에 배치되어 있으며, 상기 센서 (31) 의 센서부품 (21, 22.1, 22.2) 들은 토크의 리던던트 검출을 위해 형성되어 있고 또는 토크의 리던던트 검출을 위해 적어도 2 개의 센서 (31) 가 장착되어 있으며, 리던던트 평가를 위한 리던던트 평가장치들이 장착되어 있으며,
    상기 적어도 2 개의 센서부품 (21, 22.1, 22.2) 에 의해 또는 상기 센서 (31) 들에 의해 검출된 동일한 토크의 측정값들이 미리 주어진 허용오차범위를 넘어 서로 다르면 로봇을 끄기 위한 또는 안전한 상태를 도입시키기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 센서부품 (21, 22.1, 22.2) 들 또는 상기 센서 (31) 들은 서로 달리 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 한 센서 (31) 는 센서부품 (21, 22.1, 22.2) 으로서의 적어도 하나의 스트레인게이지 (22) 를 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 센서부품 (21, 22.1, 22.2) 들은 적어도 2 개의 측정 브리지로서 상호접속되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 적어도 하나의 센서 (31) 에서의 공급전압을 감시하기 위한 감시 장치를 특징으로 하는 로봇.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 2 개의 센서부품 (21, 22.1, 22.2) 에 의해 또는 상기 센서 (31) 들에 의해 검출된 동일한 토크의 측정값들을 비교하기 위한 적어도 하나의 비교장치를 특징으로 하는 로봇.
  7. 삭제
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 토크 한계값들을 감시하기 위한 감시 장치를 특징으로 하는 로봇.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 측정된 토크값들과, 각각의 상황을 위한 모델로부터 발생하는 값들을 비교하기 위한 장치를 특징으로 하는 로봇.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 로봇의 기준위치들에 다가가기 위한 또는 기준 움직임들을 실행하기 위한, 그리고 상기 기준 움직임들에서의 센서 (31) 들의 기능성을 검사하기 위한 기준장치를 특징으로 하는 로봇.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 마이크로프로세서들, 마이크로콘트롤러 (MC) 들, 디지털 신호 프로세서 (DSP) 들 또는 필드 프로그래머블 게이트 어레이 (field programmable gate arrays - FPGA) 를 특징으로 하는 로봇.
  12. 적어도 2 개의 관절과, 각각의 경우에 있어 적어도 하나의 관절을 통해 서로 상대적으로 움직일 수 있는 부품 (3, 4, 5, 6, 7) 들을 가진 로봇에서의 토크를 감시하기 위한 방법에 있어서,
    적어도 하나의 이동식 부품 (3, 4, 5, 6, 7) 에서의 적어도 하나의 토크는 하나의 센서 (31) 의 적어도 2 개의 센서부품에 의해 또는 2 개의 센서 (31) 에 의해 중복적으로 검출되고, 그리고 중복적으로 평가되며,
    상기 적어도 2 개의 센서부품 (21, 22.1, 22.2) 에 의해 또는 상기 센서 (31) 들에 의해 검출된 동일한 측정변수 '토크' 의 측정값들이 미리 주어진 허용오차범위를 넘어 서로 다르면 로봇이 꺼지는 것을 특징으로 하는 로봇에서의 토크를 감시하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 토크는 서로 달리 형성된 센서부품 (21, 22.1, 22.2) 들에 의해 또는 센서 (31) 들에 의해 다양하게 검출되는 것을 특징으로 하는 로봇에서의 토크를 감시하기 위한 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 토크는 센서부품 (21, 22.1, 22.2) 으로서의 적어도 하나의 스트레인게이지에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 로봇에서의 토크를 감시하기 위한 방법.
  15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 토크는 적어도 2 개의 측정 브리지 안에 상호접속된 센서부품 (21, 22.1, 22.2) 들에 의해 검출되며, 이때 상기 측정 브리지들 중 적어도 하나는 반 브리지 또는 풀 브리지인 것을 특징으로 하는 로봇에서의 토크를 감시하기 위한 방법.
  16. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 적어도 하나의 센서 (31) 의 공급전압이 감시되는 것을 특징으로 하는 로봇에서의 토크를 감시하기 위한 방법.
  17. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 적어도 2 개의 센서부품 (21, 22.1, 22.2) 에 의해 또는 상기 센서 (31) 들에 의해 검출된 동일한 토크의 측정값들은 서로 비교되는 것을 특징으로 하는 로봇에서의 토크를 감시하기 위한 방법.
  18. 삭제
  19. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 토크 한계값들이 감시되는 것을 특징으로 하는 로봇에서의 토크를 감시하기 위한 방법.
  20. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 측정된 토크값들은, 각각의 상황을 위한 모델로부터 발생하는 값들과 비교되는 것을 특징으로 하는 로봇에서의 토크를 감시하기 위한 방법.
  21. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 로봇의 기준위치들에 다가가거나 또는 기준 움직임들이 실행되며, 그리고 상기 기준 움직임들에서의 센서 (31) 들의 기능성이 검사되는 것을 특징으로 하는 로봇에서의 토크를 감시하기 위한 방법.
  22. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 획득된 측정값들은 마이크로프로세서들, 마이크로콘트롤러들, 디지털 신호 프로세서 (DSP) 들 또는 필드 프로그래머블 게이트 어레이 (field programmable gate arrays - FPGA) 형태의 연산 유닛들에 의해 처리되는 것을 특징으로 하는 로봇에서의 토크를 감시하기 위한 방법.
  23. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 측정값들은 아날로그식으로 또는 디지털식으로 적어도 2 개의 채널을 통해 연산 유닛에 전달되는 것을 특징으로 하는 로봇에서의 토크를 감시하기 위한 방법.
  24. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 신호검출과 평가 사이의 값들은 안전한 통신프로토콜을 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 로봇에서의 토크를 감시하기 위한 방법.
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