KR101290050B1 - 머니퓰레이터를 안전하게 제어하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

특히 로봇 (1) 의 머니퓰레이터를 안전하게 제어하기 위한 본 발명에 따른 방법은,
머니퓰레이터의 제어 장치 (2) 와 연결되어 있는 제 1 안전등급의 조작 장치 (4) 를 이용해 머니퓰레이터를 수동으로 제어하는 단계; 및
머니퓰레이터의 상기 제어 장치와 연결되어 있는 보다 높은 제 2 안전등급의 보호 장치 (3, 3.1, 3.2) 를 이용해 허용 상태를 감시하는 단계를 포함하며,
머니퓰레이터는 상기 보호 장치가 허용 상태를 상기 제어 장치에게 전달해야만 상기 조작 장치에 의해 미리 정해져 있는 행동을 실행한다.

Description

머니퓰레이터를 안전하게 제어하기 위한 장치 및 방법 {DEVICE AND METHOD FOR SECURE CONTROL OF A MANIPULATOR}
본 발명은 특히 로봇, 예컨대 산업용 로봇의 머니퓰레이터의 안전한 수동 (manual) 제어를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
조작자에 대한 위험 잠재력으로 인해 산업용 로봇의 조작은 안전 기술로 설계되어야만 한다. 해당 규격 ISO 10218-1:2006 의 규정에 따르면, 휴대용 프로그래밍 장치는 3단 승인 누름 버튼을 구비해야만 한다. 예컨대 DE 100 23 199 A1 및 DE 299 23 980 U1 으로부터 공지되어 있는 이러한 누름 버튼은 가동되지 않은 위치와, 누름 버튼이 눌려져 있는 패닉 (panic) 위치와, 중간 위치를 구분한다. 상기 중간 위치가 안전 기술로 검출되어 로봇의 제어기에게 보고될 때에만 로봇의 운동이 수행된다.
제어 명령들의 이러한 확실한 검출, 평가 및 전달은 예컨대 DE 44 32 768 C2 및 WO 99/29474 A2 에 기술되어 있는 바와 같이 필요한 리던던시 (redundancy) 또는 다양성 (diversity) 및 작동 신뢰성 등등으로 인해 비용이 많이 든다.
본 발명의 목적은 머니퓰레이터의 안전 제어를 개선하는 것이다.
이 목적은 청구항 제 1 항의 특징들을 가진 방법을 통해 달성된다.
청구항 제 6 항은 청구항 제 1 항에 따른 방법을 실행하기 위한 장치를, 청구항 제 12 항은 컴퓨터 프로그램을 가진 컴퓨터 판독형 캐리어를 보호하에 두고 있다. 종속항들은 바람직한 개선 형태에 관한 것이다.
본 발명은 안전 기능과 제어 기능을 분리한다는 발상에 그 기초를 두고 있다. 이는 한편으로는 머니퓰레이터를 수동으로 제어하기 위해 보다 낮은 안전등급의 조작 장치를 이용하는 것을 가능하게 하는데, 왜냐하면 상기 조작 장치는 제어 기능만 실현해야 하고, 그러므로 보다 간단하게, 보다 유익하게, 보다 기동성 있게 및/또는 보다 콤팩트하게 형성될 수 있기 때문이다. 다른 한편으로는, 안전 기능을 보장하기 위해 보다 높은 안전등급의 보호 장치가 이용될 수 있는데, 상기 보호 장치는 예컨대 머니퓰레이터의 자동 작동을 위해 어쨌든 제공되어 있다. 즉, 예컨대 바람직하게는 머니퓰레이터의 자동 작동을 위해 제공되어 있는 보호 장치가, 예컨대 감시되는 호 문을 가진 보호 펜스가 조작자가 비허용 보호 영역의 내부에 있지 않은 것을 보장하면, 머니퓰레이터는 본 발명에 따르면 비안전 기술로도, 낮은 안전등급의 조작 장치를 이용해 제어될 수 있다.
이에 상응하여, 본 발명에 따르면 머니퓰레이터는, 상기 머니퓰레이터의 제어 장치와 연결되어 있는 제 1 안전등급의 조작 장치를 이용해 제어된다.
상기 조작 장치는 고정식 또는 이동식 Personal Computer ('PC') 이거나 또는 휴대용 장치, 예컨대 이른바 Personal Digital Assistant ('PDA'), 이동식 휴대전화 등등일 수 있고, 낮은 안전 요건을 근거로 바람직하게는 비안전 표준 기술로 설계되어 있을 수 있다.
상기 조작 장치는 특히 네트워크를 통해 유선으로 연결될 수 있거나 또는 무선으로 연결될 수 있고, 바람직하게는 전자기 방사, 예컨대 무선 전송, 광학적 신호 또는 적외선 신호를 이용해 연결될 수 있다.
예컨대 머니퓰레이터의 축들을 위한, 또는 머니퓰레이터에 고정된 기준점 또는 기준 좌표계, 예컨대 TCP ('Tool Center Point') 의 위치 및/또는 방위를 위한, 공구 운동 및/또는 공구 활성화 등등을 위한 특히 목표 위치들 및/또는 목표 위치 변경의 입력은 제어라고 불리우며, 이때, 머니퓰레이터의 선호되는 온라인 교시 (online teaching) 시 제어 명령들은 곧바로 실행 및/또는 저장된다. 이 점에서 제어란 특히 상응하는 제어 명령들을 이용한 로봇의 즉각적인 운동을 의미한다. 제어 명령들은 예컨대 조작 장치의 키 (key), 조이스틱, 마우스 및/또는 터치 스크린을 통해 입력될 수 있다.
제어 소프트웨어, 예컨대 경로 인터폴레이터는 상기 조작 장치 및/또는 상기 제어 장치 안에 구현되어 있을 수 있고, 따라서 예컨대 바람직한 실시에서는 상기 조작 장치를 이용해 제어 명령들의 입력 및 전달만 수행된다. 추가적으로, 상기 조작 장치는 예컨대 입력 파라미터들 및/또는 다른 파라미터들의 입력 표시 및/또는 시각화를 위해 디스플레이를 구비할 수 있다.
본 발명에 따르면, 머니퓰레이터의 상기 제어 장치와 연결되어 있는 보다 높은 제 2 안전등급의 보호 장치는 허용 상태를 감시한다. 허용 상태는 특히 사람이 비허용 보호 영역의 내부에 있지 않으면 존재할 수 있다. 그러면 비안전 조작 장치에 의한 오작동시에도 사람에 대한 피해가 발생할 수 없기 때문이다.
이는 예컨대 감시되는 하나 또는 다수의 보호 문을 가진, 상기 비허용 보호 영역을 한정하는 보호 펜스에 의해 보장될 수 있다. 마찬가지로, 상기 보호 영역은 예컨대 광학적으로 감시될 수 있고, 그러므로 이 보호 영역 안으로의 사람의 진입 또는 체류가 검출될 수 있다. 이 경우들에서, 조작자가 상기 비허용 보호 영역의 내부에 있다면 상기 보호 장치는 허용 상태를 상기 제어 장치에게 전달하지 않는다.
마찬가지로, 허용 상태를 상기 제어 장치에게 전달하지 않기 위해, 상기 보호 장치는 허용 상태를 표시하는 해제 신호를 제거할 수 있고 및/또는 비허용 상태를 표시하는 간섭 신호를 전달할 수 있다. 이 또한 앞서 설명한 바와 같이 특히 네트워크를 통해 유선으로 연결되어 수행되거나, 또는 무선으로 수행될 수 있다.
상기 비허용 보호 영역의 내부에 사람이 있는 지의 여부를 감시하는 것에 대해 추가적으로 또는 대안적으로 머니퓰레이터 자체가 감시될 수도 있는데, 예컨대 그의 관절 위치들 및/또는 하나 또는 다수의 그의 부재의 위치들 또는 머니퓰레이터에 고정된 기준점들 또는 기준 좌표계의 위치들의 확실한 검출을 통해, 그리고 허용 값 범위들과의 비교를 통해 감시될 수 있다.
안전등급은 예컨대 해당 규격에 따른 안전 카테고리에 상응할 수 있다. 보다 높은 안전등급, 특히 제 2 안전등급은 안전 기술에 상응할 수 있고, 그리고 예컨대 다중 채널식 보호 장치들에 의한 상응하는 리던던시 또는 다양성, 확실한 데이터 전달, 및 제어 장치 안에서의 데이터 평가를 통해 충분한 작동 신뢰성, 내고장성 등등이 보장되어 있을 수 있다. 이에 상응하여, 보다 낮은 안전등급, 특히 제 1 안전등급은 비안전 표준 기술로 설계되어 있을 수 있다. 안전 요건을 전혀 충족시키기 않는 기술들조차 본 발명의 의미에서의 낮은 또는 제 1 안전등급을 충족시킬 수 있으며, 바람직한 실시에서 상기 제 1 안전등급도 일종의 (최소) 안전 요건을 충족시키고 있고, 하지만 상기 최소 안전 요건은 바람직하게는 안전 기술의 안전 요건의 아래에 있다.
본 발명은, 앞서 설명한 바와 같이 별도의, 바람직하게는 어쨌든 예컨대 자동 작동을 위해 존재하는 보호 장치에 의해 안전이 보장되어 있는 한, 즉 조작 장치의 조작자가 상기 비허용 보호 영역의 외부에 머물고 있음을 상기 보호 장치가 보장하면, 머니퓰레이터를 제어하기 위한 조작 장치들에게 종래에 제시되었던 높아진 안전 요건이 생략될 수 있다는 인식에 그 기초를 두고 있다.
이에 상응하여, 머니퓰레이터는 본 발명에 따르면 상기 보호 장치가 허용 상태를 상기 제어 장치에게 전달해야만 상기 조작 장치에 의해 미리 정해져 있는 모든 행동 또는 상기 행동들 중 적어도 특정한 행동을 실행한다. 특히, 상기 보호 장치가 허용 상태를 상기 제어 장치에게 전달하지 않으면 머니퓰레이터의 운동 및/또는 공구 운동 및/또는 공구 움직임을 저지하는 것으로 충분할 수 있다.
이를 위해, 상기 제어 장치는 예컨대 상기 조작 장치를 끄거나, 상기 조작 장치의 제어 명령들을 무시하거나, 또는 그들의 실행을 상기 보호 장치에 의해 해제될 때까지 지연시킬 수 있다.
마찬가지로, 머니퓰레이터의 모든 행동도 상기 보호 장치가 허용 상태를 상기 제어 장치에게 전달하지 않는 동안은 중지될 수 있고, 또는 선별되지 않은 축들, 예컨대 손 축들에서의 운동만 실행되고, 반면 위험한 축들, 예컨대 캐로셀 축들, 로커암 축들 및/또는 팔 축들에서의 운동은 정지된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 바람직한 실시에서 행동들, 특히 운동들은 상기 보호 장치가 허용 상태를 상기 제어 장치에게 더 이상 전달하지 않으면 머니퓰레이터가 안전한 상태로 옮겨진 후에야 비로소 중지된다.
바람직하게는, 상기 보호 장치가 허용 상태를 상기 제어 장치에게 전달하지 않는 동안은 상기 조작 장치에서의 디스플레이, 특히 비허용 상태의 디스플레이가 수행된다.
특히 이미 존재하는 보호 장치들, 예컨대 산업용 로봇의 자동 작동을 위한 보호 문을 가진 보호 펜스를 이용하기 위해, 상기 조작 장치를 이용해 머니퓰레이터를 제어하기 위한 상기 제어 장치는 특정한 작동 모드에 있게 될 수 있으며, 상기 작동 모드에서 예컨대 머니퓰레이터의 운동들은 상기 보호 장치가 액티브한 (active) 동안에만, 즉 허용 상태 또는 비허용이 아닌 상태를 전달하는 동안에만 실행된다. 이 작동 모드로의 전환은 예컨대 상기 제어 장치 및 상기 조작 장치의 활성화를 통해, 상기 제어 장치와 상기 조작 장치의 연결을 통해, 수동으로 및/또는 상기 조작 장치 안으로의 제어 명령의 입력시 수행될 수 있다.
특히 이 경우, 머니퓰레이터는 다수의 조작 장치 중 선택된 하나의 조작 장치를 이용해 제어될 수 있다. 그러면 바람직하게는 조작 장치들간의 상호 통신 및 우세한 신호전달을 통해 또는 상기 제어 장치를 통해, 항상 하나의 조작 장치만 액티브한 것이 보장되고 또는 상기 제어 장치로의 제어 명령들의 입력이 가능해진다.
머니퓰레이터를 본 발명에 따라 비안전 조작 장치를 통해 안전하게 제어하는 조작자에게 상기 보호 장치에 의해 인식되지 않은 문제들에 반응할 수 있는 가능성을 제공하기 위해, 바람직한 실시에서는 보다 높은 안전등급의 비상 정지-입력 장치가 특히 안전 기술로 머니퓰레이터의 제어 장치와 연결되어 있고, 이 경우 상기 비상 정지-입력 장치를 상기 비안전 조작 장치의 근처에, 특히 상기 조작 장치의 조작자의 손에 잡힐 수 있는 범위 안에 배치하는 것이 바람직하다. 이러한 비상 정지-입력 장치는 예컨대 표준화된 비상 스위치로서 간단하게, 콤팩트하게, 유익하게 PC, PDA 등등에 배치되거나 또는 그것들에 접해 배치될 수 있다.
제 1 안전등급의 조작 장치는 안전 기술로 설계되어 있는 종래에 이용된 조작 장치들처럼 승인 장치를 구비할 수 있다. 이것은 특히 조작 장치의 키보드의 하나의 키, 또는 키 조합을 포함할 수 있다. 상기 승인 장치는 사람의 보호에 쓰이지 않기 때문에, 선행기술과는 달리 이 승인 장치는 높아진 안전 요건을 적용 받지 않는 것이 바람직하다.
보다 낮은, 특히 제 1 안전등급의 하나 또는 다수의 그 밖의 조작 장치에 대해 추가적으로 또는 대안적으로, 보다 높은, 특히 제 2 안전등급의 하나 또는 다수의 조작 장치가 제공될 수 있다. 특히, 비활성화된 보호 장치에 있어서, 예컨대 상기 보호 영역의 내부에 조작자가 있는 경우에 있어서 머니퓰레이터를 제어하기 위해, 안전 기술로 설계되어 있는 휴대용 프로그래밍 장치 등등이 사용될 수 있다. 제어기는 이 안전 조작 장치에 의해 미리 정해져 있는 행동들을, 예컨대 상기 제어 장치의 상응하는 작동 모드가 선택되고 비안전 조작 장치가 비활성화되거나 또는 무시됨으로써 상기 보호 장치가 허용 상태를 상기 제어 장치에게 전달하지 않을지라도 실행한다.
그 밖의 장점과 특징은 종속항들 및 실시예들에 기재되어 있다.
도 1 은 본 발명의 실시에 따른 로봇의 제어의 부분적으로 개략화된 도면.
도 1 은 제어함 (control cabinet, 2) 을 가진 6축 산업용 로봇 (1) 의 횡단면을 보이고 있다. 로봇 (1) 은 보호 펜스 (3) 에 의해 한정된 작업 영역의 내부에서만 움직여야 하며, 자동 작동시 사람이 상기 작업 영역 안에 머물러서는 안 되고, 그러므로 상기 작업 영역은 비허용 보호 영역을 정의한다.
이를 위해 상기 보호 펜스는 보호 문 (3.1) 을 구비하며, 상기 보호 문은 메이크 접점 (make contact, 3.2) 을 통해 감시된다. 사람에 대한 안전을 보장하기 위해, 보호 펜스 (3), 보호 문 (3.1) 및 메이크 접점 (3.2) 을 가진 보호 장치는 안전 기술로 설계되어 있다. 특히, 메이크 접점 (3.2) 은 도 1 에 다중 채널로 암시되어 있는 리던던트 (redundant) 라인 (L2-3) 을 통해 안전 기술로 제어함 (2) 과 연결되어 있으며, 상응하여 높은 제 2 안전등급, 예컨대 카테고리 3 을 구비한다.
로봇 (1) 을 제어하기 위해, 특히 관절 좌표들 또는 세계 좌표들 안의 운전 명령들을 입력하기 위해 표준 PC (standard PC, 4) 가 제공되어 있다. 이 표준 PC 는 도 1 에 단일 채널로 라인 (L2-4) 에 의해 암시되어 있는 간단한 네트워크를 통해 제어함 (2) 과 연결되어 있으며, 상기 제어함은 상기 PC (4) 의 키보드를 통해 입력된 제어 명령들을 해석하고, 후속 처리하며, 로봇 (1) 의 드라이브들을 상응하여 제어한다. 입력 데이터는 예컨대 가상 작업 공간 안의 및/또는 관절각도 안의 로봇을 묘사함으로써 PC (1) 의 모니터에 시각화된다. 단일 채널로 제어함 (2) 과 연결되어 있는 표준 PC (4) 는 낮은 제 1 안전등급, 예컨대 카테고리 1 또는 그 이하의 비안전 기술로 설계된 조작 장치이다.
그럼에도 불구하고 상기 보호 장치에 의해 인식되지 않은 문제들로부터 사람의 안전을 지키기 위해, PC (4) 옆에는 손에 잡히도록 가까이에 표준 비상 스위치 (5) 가 제어함 (2) 과 연결되어 있으며 (도 1 에 다중 채널로 라인 (L2-4) 에 의해 암시되어 있음), 그리고 이렇게 상기 보호 장치 (3 - 3.2) 와 같은 수준의 또는 보다 높은 안전등급의 비상 정지-입력 장치를 형성한다.
추가적으로, 상기 보호 영역의 내부에서도 로봇을 안전하게 제어할 수 있기 위해, 비상 스위치 (6,1) 및 승인 누름 버튼 (6.2) 을 가진 통상적인 휴대용 프로그래밍 장치 (6) 는 안전 기술로 다중 채널 라인 (L2-6) 을 통해 제어함 (2) 과 연결될 수 있다.
사용자 행동을 통해, 머니퓰레이터에 대한 제어는 PC (4) 에게 또는 - 존재한다면 - 휴대용 프로그래밍 장치 (6) 에게 전달될 수 있다. 상기 제어가 휴대용 프로그래밍 장치 (6) 에게 전달되어 있는 경우에는 로봇의 제어기 (2) 는 PC (4) 의 입력들을 무시한다. 정반대로, 메이크 접점 (3.2) 이 폐쇄된 보호 문 (3.1) 또는 열리지 않은 보호 문 (3.1) 을 제어 장치 (2) 에게 보고하고, 그리고 이로써 보호 펜스 (3) 에 의해 정의된 상기 보호 영역 안에 사람이 들어가지 않은 것이 보장되어 있는 동안은, 상기 제어기는 조작 장치 (4) 를 이용해 머니퓰레이터를 제어하기 위한 작동 모드에서 (제어 장치 (2) 는 상기 제어기의 전환을 통해 상기 작동 모드에 있게 된다) PC (4) 에 의해 미리 정해져 있는 운동들을 실행한다. 다른 문제들이 발생하면, 예컨대 보호 펜스 (3) 의 구멍을 통해 상기 보호 영역 안으로 사람이 들어가면, 조작자는 재빨리 닿을 수 있는 근처에 배치되어 있는 비상 스위치 누름 버튼 (5) 을 가동시킴으로써 로봇을 확실하게 정지시킬 수 있다.
그러므로, 로봇은 비안전 기술로 설계되어 제어함 (2) 과 연결되어 있는 표준 PC (4) 를 통해, 자동 작동을 위해 제공되어 있는 보호 장치 (3, 3.1, 3.2) 의 이용을 토대로 비용 절감적으로, 그럼에도 불구에도 확실하게 제어될 수 있다.
1 : 로봇
2 : 제어함
3 : 보호 펜스
3.1 : 보호 문
3.2 : 메이크 접점
4 : 표준 PC (조작 장치)
5 : 비상 스위치
6 : 휴대용 프로그래밍 장치
6.1 : 비상 스위치
6.2 : 승인 누름 버튼
L2-X : 라인 (단일 채널 (single-channel)/투 채널 (two-channel))

Claims (12)

  1. 머니퓰레이터를 안전하게 제어하기 위한 방법으로서, 상기 방법은,
    상기 머니퓰레이터의 제어 장치 (2) 와 연결되어 있는 제 1 안전등급의 조작 장치 (4) 를 이용해 상기 머니퓰레이터를 수동으로 제어하는 단계; 및
    상기 머니퓰레이터의 상기 제어 장치와 연결되어 있는 제 2 안전등급의 보호 장치 (3, 3.1, 3.2) 를 이용해 허용 상태를 감시하는 단계를 가지며,
    상기 머니퓰레이터는 상기 보호 장치 (3, 3.1, 3.2) 가 허용 상태를 상기 제어 장치에게 전달해야만 상기 조작 장치 (4) 에 의해 미리 정해져 있는 행동을 실행하고,
    상기 머니퓰레이터는 다수의 조작 장치 (4; 6) 중 선택된 하나의 조작 장치를 이용해 제어되는 것을 특징으로 하는, 머니퓰레이터를 안전하게 제어하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 행동은 상기 머니퓰레이터 (1) 의 운동을 포함하는 것을 특징으로 하는, 머니퓰레이터를 안전하게 제어하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 조작자가 비허용 보호 영역의 내부에 있다면, 상기 보호 장치 (3, 3.1, 3.2) 는 허용 상태를 상기 제어 장치 (2) 에게 전달하지 않는 것을 특징으로 하는, 머니퓰레이터를 안전하게 제어하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 조작 장치를 이용해 상기 머니퓰레이터를 제어하기 위해, 상기 제어 장치는 특정한 작동 모드 (operating mode) 에 있게 되는 것을 특징으로 하는, 머니퓰레이터를 안전하게 제어하기 위한 방법.
  5. 삭제
  6. 머니퓰레이터를 제어하기 위한 장치로서, 상기 장치는
    상기 머니퓰레이터를 제어하기 위한 제어 장치 (2);
    상기 머니퓰레이터를 수동으로 제어하기 위한 제 1 안전등급의, 상기 제어 장치와 연결되어 있는 조작 장치 (4);
    허용 상태를 감시하기 위한 제 2 안전등급의, 상기 제어 장치와 연결되어 있는 보호 장치 (3, 3.1, 3.2); 및
    상기 머니퓰레이터의 상기 제어 장치 (2) 와 연결되어 있는 제 2 안전등급의 비상 정지-입력 장치 (5) 를 포함하며,
    상기 머니퓰레이터를 제어하기 위한 장치는 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 방법을 실행하기 위해 준비되어 있는, 머니퓰레이터를 제어하기 위한 장치.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 조작 장치는 승인 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는, 머니퓰레이터를 제어하기 위한 장치.
  9. 제 6 항에 있어서, 제 1 안전등급의 하나 이상의 추가의 조작 장치를 특징으로 하는, 머니퓰레이터를 제어하기 위한 장치.
  10. 제 6 항에 있어서, 제 2 안전등급의 하나 이상의 추가의 조작 장치 (6) 를 특징으로 하는, 머니퓰레이터를 제어하기 위한 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 보호 장치는 보호 펜스 (3), 보호 문 (3.1), 메이크 접점 (3.2), 또는 보호 영역 감시를 구비하는 것을 특징으로 하는, 머니퓰레이터를 제어하기 위한 장치.
  12. 컴퓨터 프로그램을 가진 컴퓨터 판독형 캐리어로서, 상기 컴퓨터 프로그램이 제 6 항에 따른 머니퓰레이터를 제어하기 위한 장치의 제어 장치 안에서 진행되면 상기 컴퓨터 프로그램은 제 1 항에 따른 머니퓰레이터를 안전하게 제어하기 위한 방법을 실행하는, 컴퓨터 프로그램을 가진 컴퓨터 판독형 캐리어.
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